Самодельный теневой прибор Фуко

[Lorka]

библиограф, очень вам признателен!
Судя по таблице расстояний между щелью и ножом, при ненулевом расстоянии между ними и технологически реальных минимумах этого расстояния, такой теневой прибор будет работать "на грани фола" при испытаниях главного зеркала для Ричи-Кретьена более 250 мм. Обидно...
Придется выбирать "идеальный" вариант теневого прибора.

Здесь в одной из тем один из форумчан выкладывал теневую картинку зеркала с такой зеркальной (по его словам) щечкой. Вот картинка - пылинки и царапины. Причем, царапины непонятно где - на заркале или ноже.

На что фотик фокусируют, на том и царапины. В конкретном случае, на зеркале.

Вот если посмотреть Рис.6.2, действительно, фотик фокусируется в точках схождения лучей - на кромке ножа и далее на поверхности верхней щечки щели. И если щель достаточно большая, а верхняя щечка щели зеркальная, то пылинки и царапины на ней будут видны на снимке теневой картины. Насколько я знаю, в теневиках с виртуальной щелью как раз стоит диагональное зеркало вместо верхней щечки щели (Рис.6.1), поэтому изображение щели строится не на диагональном зеркале, а несколько впереди от него - именно для того чтобы пылинки и царапины на ней не проявлялись на снимке теневого рисунка.

Ширина щели должна быть такой, что бы за счет дифракции на этой щели, центральный максимум дифрагированного света, "залил" все зеркало. То есть, вопрос решается, использованием "правильной" щели 
Что касается конденсора, то при достаточной яркости источника света, можно обойтись и без него.

Во! Это я и пытался сказать. Но не будучи профессиональным оптиком, и опираясь только на школьный курс физики и интуицию, я был не очень убедителен  Спасибо, вы сняли все мои сомнения.

А это зависит от светосилы будущего зеркала. Размер щели должен быть от единиц до нескольких десятков микрон. 0,1мм. это для совсем длиннофокусной сферы.

Вот это облом. Судя по всему, придется думать о теневике с виртуальной щелью, который рекомендует библиограф. Признаться, и мне он больше понравился, но отпугивала сложность и, главное, ненулевое расстояние между щелью и ножом.

Я тут более пристально посмотрел литературу, оказывается есть схемы "идеального" теневого прибора с виртуальной щелью и нулевым расстоянием между щелью и ножом - Рис.7.2. Там стоит светоделительный кубик, который "разводит" пучки к зеркалу и от зеркала. Поэтому щель и нож остаются на главной оптической оси, что равносильно нулевому расстоянию между щелью и ножом и исключает астигматизм Вот это вообще идеальный вариант получается, и технологически вполне осуществимо.
В этой связи у меня возникла идея такого теневика с лазерным лучом - Рис.7.1. Здесь будет не щель, а точка, и виртуальной точкой будет точка, в которой лазерный луч фокусируется микрообъективом. Поскольку лазерный луч можно фокусировать в очень маленькую точку, то снимается проблема "размера щели". Для защиты глаз можно вообще отказаться от "глазного" контроля и поставить ПЗС-камеру. В этой связи у меня возникли вот какие вопросы:

1). Зеленый и более короткофокусные лазеры довольно сложны, и возможно для них придется придумывать более сложную схему регулировки яркости. Красный лазер от указки очень прост, и его вполне можно подключить к моей схеме, но я не уверен, что при красном цвете (с большой длиной волны) можно получить достаточную точность теневых испытаний. Чисто интуитивно я думаю, что точность не сильно пострадает, поскольку длина волны красного цвета всего в 2 раза больше длины волны фиолетового цвета, и при такой высокой точности метода Фуко, даже с красным цветом точность теневика будет избыточным. Но моих знаний недостаточно, чтобы быть в этом уверенным.

2). Возможно, в таких схемах со светоделительным кубиком есть какие-то особенности и "моменты", о которых мне следовало бы знать, но я не знаю из-за недостаточных знаний в оптике.

3). Возник вопрос в каком плече прибора оптимальнее ставить лазер с микрообъективом, а в каком нож с ПЗС-камерой? Чисто теоретически - без разницы. А практически?... Хотелось бы услышать мнение профессионалов!

ysdanko, библиограф, как нибудь на досуге высказали бы ваши соображения хотя бы в двух словах?! Или еще какие "моменты" озвучили, о которых я даже не догадываюсь?! Хотя бы совсем кратко! Я был бы вам очень признателен. Да и народу было бы полезно, я думаю.
Заранее крайне благодарен!

[Lorka]

Кстати, нашел кое что обнадеживающее у Сикорука:

В ряде случаев, о которых будет рассказано дальше, нужно еще больше повысить яркость теневой картины. Тогда можно резко увеличить ширину до 1—2 мм, и яркость картины возрастет во много раз. Возникающие полутона теневой картины в этом случае в точности соответствуют истинному профилю фигуры зеркала со всеми нюансами. Если теневую картину спроецировать на экран, установленный в 50—100 мм позади ножа, то можно с помощью небольшого фоторезистора с гальванометром профотометрировать теневую картину вдоль диаметра, перпендикулярного краю ножа, и график освещенности будет в точности повторять рельеф зеркала.
Как упадет чувствительность теневого метода при замене дифракционной щели на широкую? Д. Д. Максутов по этому поводу писал [3]: “Прежде [до 1939—1940 г.] я считал, что чувствительность теневого метода, если не пропорциональна, то во всяком случае в значительной мере зависит от ширины щели или диаметра точки. Теперь от этого взгляда следует отказаться как от принципиально неверного, при переходе от бесконечно широкой щели к бесконечно узкой мы обнаружим выигрыш в предельной чувствительности всего лишь в ~ 3 раза”.

Это радует 

Блин, прибил бы этого Фуко  Я уже и вас достал своими вопросами, и себе скоро мозг сломаю 

[ROVIAN]

Не сильно оно обнадёживает. Яркость картинки конечно возрастает, но чутьё падает.  В этом варианте видны явные ошибки поверхности, без всех тонкостей.
Если на "широкой" щели сделать зеркало, а потом вернуть щель в 0,1 или 0,05 , то на "хорошем " зеркале выплывает куча косяков.....

[Boris Green]

с помощью небольшого фоторезистора с гальванометром профотометрировать теневую картину вдоль диаметра, перпендикулярного краю ножа, и график освещенности будет в точности повторять рельеф зеркала.

Slit Image Test http://www.yubagold.com/tests/index.php   

[Lorka]

Не сильно оно обнадёживает. Яркость картинки конечно возрастает, но чутьё падает.  В этом варианте видны явные ошибки поверхности, без всех тонкостей.

Я хотел сказать, что щель 0,1мм не сильно ухудшит чувствительность прибора по сравнению со щелью 0,01мм.

Если на "широкой" щели сделать зеркало, а потом вернуть щель в 0,1 или 0,05 , то на "хорошем " зеркале выплывает куча косяков.....

Насколько я знаю, даже превосходное зеркало, точностью лямбда/8, дает далеко не плоский рельеф с кучей косяков. Не знаю, возможно я ошибаюсь. Во всяком случае, я не собираюсь делать щель больше 0,1мм. При сегодняшних яркостях светильников, я думаю, можно получить очень тонкие щели с очень высокой яркостью.

[Gleb1964]

У Вас неправильный ход лучей на картинке, что приведена выше, фотоаппарат (и глаз наблюдателя) не сфокусирован на ноже, а сфокусирован на зеркале. А на ноже режется часть апертуры линзы фотоаппарата (глаза). Соответственно, лучи, дающие изображение щели на ноже, далее расходятся и засвечивают всю фокальную плоскость в пределах изображения зеркала. Когда нож режет идеальное изображение щели, картинка гаснет одновременно на всем изображеннии зеркала. Если изображение щели на ноже неидеальное (негомоцентрическое), разные зоны изображения зеркала гаснут по разному, возникает теневой рельеф.

[Lorka]

У Вас неправильный ход лучей на картинке, что приведена выше, фотоаппарат (и глаз наблюдателя) не сфокусирован на ноже, а сфокусирован на зеркале. А на ноже режется часть апертуры линзы фотоаппарата (глаза). Соответственно, лучи, дающие изображение щели на ноже, далее расходятся и засвечивают всю фокальную плоскость в пределах изображения зеркала. Когда нож режет идеальное изображение щели, картинка гаснет одновременно на всем изображеннии зеркала. Если изображение щели на ноже неидеальное (негомоцентрическое), разные зоны изображения зеркала гаснут по разному, возникает теневой рельеф.

Ааа, понятно! Я этого не знал. Спасибо!

[Lorka]

Слушайте, а эти теневые приборы где нибудь вообще продаются? Может его просто купить и не париться! По большому счету у меня руки чешутся строить телескоп, а не теневик.

И еще, посоветуйте какой нибудь приличный завод, где можно заказать некоторые узлы теневика? Например, светоделительный кубик с корпусом.

[Piter_Korn]

#62 В ответах прошу учесть, что я несколько лет работал токарем, хорошо разбираюсь в электронике, имею доступ к металлообрабатывающим станкам любой сложности. В смысле, нет необходимости упрощать прибор - можете рекомендовать любые усложнения прибора, если это улучшит его возможности!

И еще, посоветуйте какой нибудь приличный завод

Вы уже бы сделали по Сикоруку и многие вопросы сами собой давно отпали бы. Имея станки -там делов на пол-дня с перекурами.

[Lorka]

#62 В ответах прошу учесть, что я несколько лет работал токарем, хорошо разбираюсь в электронике, имею доступ к металлообрабатывающим станкам любой сложности. В смысле, нет необходимости упрощать прибор - можете рекомендовать любые усложнения прибора, если это улучшит его возможности!

И еще, посоветуйте какой нибудь приличный завод

Вы уже бы сделали по Сикоруку и многие вопросы сами собой давно отпали бы. Имея станки -там делов на пол-дня с перекурами.

Piter_Korn, вам стыдно за меня, да? 

Вы выдернули мои слова из контекста. В контексте они вполне логичны - я спрашивал "приличный завод, где можно заказать некоторые узлы теневика? Например, светоделительный кубик с корпусом." Ни весь прибор, а только узлы, которые я сам сделать не смогу. Что нелогичного вы в этом видите?

[AAV]

В этой связи у меня возникла идея такого теневика с лазерным лучом - Рис.7.1. Здесь будет не щель, а точка, и виртуальной точкой будет точка, в которой лазерный луч фокусируется микрообъективом.

Хотите делаь тенквой с микрообъективом, делайте по схеме 6,1, только диагональное зеркало является и ножом. По приведенной ссылке библиографом https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,89070.msg1698489.html#msg1698489 теневой с точкой, зеркало является ножом.

[Piter_Korn]

Сделайте , хотя бы, осветитель

[Lorka]

В этой связи у меня возникла идея такого теневика с лазерным лучом - Рис.7.1. Здесь будет не щель, а точка, и виртуальной точкой будет точка, в которой лазерный луч фокусируется микрообъективом.

Хотите делаь тенквой с микрообъективом, делайте по схеме 6,1, только диагональное зеркало является и ножом. По приведенной ссылке библиографом https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,89070.msg1698489.html#msg1698489 теневой с точкой, зеркало является ножом.

Спасибо за рекомендации!
Откровенно говоря, у меня нет "пунктика" прям обязательно делать с микрообъективом. Я за разумный баланс между сложностью и возможностями прибора. В начале обсуждения я полагал, что схема с микрообъективом дает значительные преимущества, и есть смысл делать его. Но по мере того, как форумчане высказывались, и я больше читал литературы, становилось все более очевидным, что, недостатки схемы с реальной щелью не так критичны и не очень снижают чувствительность, а для постройки прибора по схеме с виртуальной щелью (с микрообъективом) у меня недостаточно знаний в оптике. Все есть кроме достаточных знаний в оптике.
Поэтому я все больше склоняюсь к "Идеальному" теневому прибору, описанному у Сикорука.

Кстати, уважаемый AAV, как вы относитесь к применению лазерной указки в схеме с микрообъективом? Этот вопрос для меня не праздный вот почему: для меня сложность схемы с микрообъективом в том, что после постройки реальной щели, надо рассчитать оптимальное фокусное расстояние от микрообъектива до реальной щели и от микрообъектива до виртуальной щели. При этом надо исходить из угла раскрыва конуса света от теневика в сторону испытуемого зеркала (которое тоже надо рассчитать). Надо рассчитать оптимальные размеры виртуальной щели. Потом надо подбирать микрообъектив, который в рассчитанной схеме не будет иметь сферической аберрации... и прочее... и прочее... и прочее. Вот именно для всего этого у меня и не хватает знаний в оптике.
А если использовать параллельный лазерный луч, то можно очень просто получить виртуальную "звезду" (не щель, а точку). Причем, выбрать микрообъектив тоже будет просто - подойдет даже простой окуляр с исправленной сферической аберрацией. Причем, применение фотоаппарата исключает наблюдение глазом и чреватые опасности для зрения. Вот для постройки такого прибора моих знаний вполне достаточно. Причем, лазер можно использовать и в схеме 6.1, где зеркало будет одновременно и ножом, как вы рекомендуете (правда, в этом случае расстояние между ножом и щелью не получается меньше 5 мм, но это терпимо).
Но народ как-то без энтузиазма относится к лазерам  И это заставляет думать, что в "лазерной" схеме есть какие-то "подводные камни", о которых я не знаю. А хотелось бы знать.

Сделайте , хотя бы, осветитель

Ваши рекомендации помогли мне полностью представить в голове устройство этой схемы со светодиодом. Я уже точно представляю себе, как его сделать. Если в ближайшие дни не будет каких-то революционных подвижек по другим схемам, будем делать эту!

[Boris Green]

Но народ как-то без энтузиазма относится к лазерам

Когерентность, монохроматичность => интерференционные и дифракционные явления на всех пылинках, свилях и прочих неоднородностях в\на линзах и прочем.

[AAV]

Спасибо за рекомендации!
Откровенно говоря, у меня нет "пунктика" прям обязательно делать с микрообъективом. Я за разумный баланс между сложностью и возможностями прибора. В начале обсуждения я полагал, что схема с микрообъективом дает значительные преимущества, и есть смысл делать его. Но по мере того, как форумчане высказывались, и я больше читал литературы, становилось все более очевидным, что, недостатки схемы с реальной щелью не так критичны и не очень снижают чувствительность, а для постройки прибора по схеме с виртуальной щелью (с микрообъективом) у меня недостаточно знаний в оптике. Все есть кроме достаточных знаний в оптике.
Поэтому я все больше склоняюсь к "Идеальному" теневому прибору, описанному у Сикорука.

Всё можно использовать потом если захотите сделать и другой теневой.

А если использовать параллельный лазерный луч, то можно очень просто получить виртуальную "звезду" (не щель, а точку).

Без разницы, расчет одинаков для лазера и светодиода.
Для микрообъектива все рассчитано.

Причем, лазер можно использовать и в схеме 6.1, где зеркало будет одновременно и ножом, как вы рекомендуете (правда, в этом случае расстояние между ножом и щелью не получается меньше 5 мм, но это терпимо).

Растояние минимальное.

Но народ как-то без энтузиазма относится к лазерам  И это заставляет думать, что в "лазерной" схеме есть какие-то "подводные камни", о которых я не знаю. А хотелось бы знать.

Смотреть глазом не рекомендуется.
Настраивать схему через фотоаппарат будете?
Посмотреть глазом намного меньше времени занимает чем фотографировать.

[Boris Green]

Смотреть глазом не рекомендуется.

Даже на фото лазера смотреть неприятно
С диодом картинка мягкая, хочется смотреть и смотреть. В идеале, бинокуляр бы..

[Lorka]

Но народ как-то без энтузиазма относится к лазерам

Когерентность, монохроматичность => интерференционные и дифракционные явления на всех пылинках, свилях и прочих неоднородностях в\на линзах и прочем.

Где-то читал, что длина когерентности лазерных диодов не превышает 5-6 см. Я не знаю, что это такое  , но если это то, что я думаю, то когерентность не будет сказываться на расстояниях более 5-6 см от лазера. Специалисты, подтвердите или опровергните мои слова.
А монохроматизм может даже быть полезным - не будет хроматической аберрации. Но, опять же, если я не ошибаюсь. 

Смотреть глазом не рекомендуется.
Настраивать схему через фотоаппарат будете?
Посмотреть глазом намного меньше времени занимает чем фотографировать.

Вы говорите о настройке системы "Теневой прибор - исследуемое зеркало"? А будет толк, если поставить не просто фотоаппарат, а ПЗС-камеру, способную работать как видеокамера? Тогда можно было бы постоянно видеть картинку на мониторе, и исходя из картинки настраивать систему. Кроме того, если этот лазерный луч действительно такой страшно-яркий, то будут хорошо видны зайчики и на исследуемом зеркале, и отраженный от исследуемого зеркала зайчик на теневом приборе. ИМХО!

Цитата: Lorka от Сегодня в 00:25:34
А если использовать параллельный лазерный луч, то можно очень просто получить виртуальную "звезду" (не щель, а точку).

Без разницы, расчет одинаков для лазера и светодиода.
Для микрообъектива все рассчитано.

Для Вас, как для специалиста, это, конечно, не представляет особой проблемы. А я просто не потяну - знаний не хватит. Можно, конечно, почитать много литературы, получить знания, но это займет много времени - это уже будет неоправданным перфекционизмом.

Цитата: Lorka от Сегодня в 00:25:34
Причем, лазер можно использовать и в схеме 6.1, где зеркало будет одновременно и ножом, как вы рекомендуете (правда, в этом случае расстояние между ножом и щелью не получается меньше 5 мм, но это терпимо).

Растояние минимальное.

Я прикинул ход лучей в такой системе в масштабе. Вся проблема в том, что (как сказано у Максутова и Михельсона) в такой схеме изображение щели (виртуальная щель) должно строиться не на поверхности диагонального зеркала-ножа, а на некотором расстоянии за ним. Чтобы пылинки и царапины на этом зеркале не были видны на фокограмме. На схеме видно, что расстояние от зеркала до виртуальной щели - "А" равно расстоянию между виртуальной щелью и ножом - "Б".
А какое может быть минимальное расстояние "А", чтобы пылинки и царапины на зеркале-ноже не проявлялись на фокограмме? Я думаю, примерно 5 мм. Следовательно, таким будет и расстояние между щелью и ножом. Судя по таблице, это не позволит испытывать Ричи-Кретьен диаметром более 250мм или будет на грани фола. Даже Ньютон приемлемой светосилы диаметром 400 мм и более будет под большим вопросом. Есть ли смысл городить такой сложный прибор, если он не в состоянии потянуть испытания таких телескопов, которые уже не редки в любительской практике. Я и взялся-то за такой сложный теневик именно потому, что не исключаю того, что в будущем могу замахнуться на достаточно значительный телескоп.

В общем, пусть теперь мозг переварит всю полученную информацию, не буду ему мешать какое-то время.

[Boris Green]

монохроматизм может даже быть полезным

Если нравятся красные фукограммы https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,134273.msg3739774.html#msg3739774 то берите лазер    Будете первым 

[AAV]

Вы говорите о настройке системы "Теневой прибор - исследуемое зеркало"? А будет толк, если поставить не просто фотоаппарат, а ПЗС-камеру, способную работать как видеокамера? Тогда можно было бы постоянно видеть картинку на мониторе, и исходя из картинки настраивать систему. Кроме того, если этот лазерный луч действительно такой страшно-яркий, то будут хорошо видны зайчики и на исследуемом зеркале, и отраженный от исследуемого зеркала зайчик на теневом приборе. ИМХО!

Если вам так будет удобно, то делайте. Попробуйте сделать, посмотрите как удобней.

Для Вас, как для специалиста, это, конечно, не представляет особой проблемы. А я просто не потяну - знаний не хватит. Можно, конечно, почитать много литературы, получить знания, но это займет много времени - это уже будет неоправданным перфекционизмом.

Вам предлогали микрообъектив  10х0,3 расстояние о реальной щели до микрообъектива 147мм, от микрообъектива до виртуальной щели для микрообъективы 10х0,3 – 7,2мм. Для микрообъективы 10х0,3 реальную шель делити на 10 и получаете виртуальную щель.

Я прикинул ход лучей в такой системе в масштабе. Вся проблема в том, что (как сказано у Максутова и Михельсона) в такой схеме изображение щели (виртуальная щель) должно строиться не на поверхности диагонального зеркала-ножа, а на некотором расстоянии за ним. Чтобы пылинки и царапины на этом зеркале не были видны на фокограмме.

А как мы смотрим, если изображение на поверхности зеркала, пылинки и царапины не мешают. Делаем же  зеркала этим теневым.

[Lorka]

Вам предлогали микрообъектив  10х0,3 расстояние о реальной щели до микрообъектива 147мм, от микрообъектива до виртуальной щели для микрообъективы 10х0,3 – 7,2мм. Для микрообъективы 10х0,3 реальную шель делити на 10 и получаете виртуальную щель.

Если бы я так умел 

Помните, как у Конан Дойла - Ватсон сказал Холмсу: "Действительно, все просто. Только после того, как вы мне все объяснили." 

Вспомнил одну историю в геологической партии за Уралом. Мы жили в войсковой части. Воду в часть привозили из очень далека, солдаты мылись и стирались реже положенного, жены офицеров пригрозили развестись и уехать к родителям.  Когда командир части узнал, что я геолог, запер меня в кабинете и не выпускал, пока я ни пообещал найти ему водоносный горизонт в пределах части для бурения скважины. Ну, как меня и учили, я оценил расстояние до ближайшей реки, оценил высоту грунта над уровнем реки, посмотрел на обрыве какой примерный состав грунтов и назвал примерную глубину залегания водоносного горизонта в нескольких местах на территории части. На все про все у меня ушло минут 20-30. У командира части от удивления шар выпал А когда пробурили скважину на озвученную мною глубину, и из нее пошла вода с приличным дебетом, он вообще смотрел на меня как на Пророка 
Я, конечно, объяснил ему, что я вовсе не вундеркинд, просто я этому учился. 

монохроматизм может даже быть полезным

Если нравятся красные фукограммы Самодельный теневой прибор Фуко то берите лазер    Будете первым 

Я полностью разделяю ваш скепсис по отношению к лазерам  Конечно, мне тоже хочется любоваться красотами мира, здоровыми глазами наслаждаться видами земли и неба! 
Но читая литературу по методам тестирования оптики, я обнаружил, что есть огромное количество приборов с лазером, и в качестве приемника там фигурирует глаз человека. Судя по всему, до сетчатки глаза доходит мизерная часть света лазера. К тому же, схемой регулировки интенсивности излучения лазера его можно понижать почти до нуля. Вот два снимка нашел в книге В.К. Кирилловский, Т.В. Точилина МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ. Учебное пособие.

Вот красный цвет фокограммы мне тоже не нравится! Будем делать зеленый