Светосильный Зеркально-линзовый телескоп для визуальных наблюдений

[ekvi]

Зеркально-линзовый телескоп для визуальных наблюдений.

В осесимметричном исполнении телескоп имеет 2 крупногабаритных детали и одну малую:
Поверхности 0-1 - пологий мениск, выпуклая поверхность 0 которого асферизована, вогнутая поверхность 1 - сферическая, покрытая полупрозрачным отражающим покрытием - с тем, чтобы на возвратном ходе лучей эта поверхность работала как ГЗ.
Поверхность 2 - плоское зеркало.
Поверхность 3 - вогнутое сферическое зеркало - та же поверхность 1 мениска 0-1, на которую попадает параллельный пучок лучей на возвратном ходе, после отражения от плоского зеркала 2.
Поверхности 4-5 - предфокальный коррекционный мениск.
Поверхность 6 - фокальная плоскость. 
В этом случае будут большие потери света (порядка 80%), и систему можно использовать только для наблюдения ярких объектов, например, Солнца или планет.

Если плоское зеркало 2 повернуть ~ на угол 6.5 градусов, то параллельный пучок лучей, прошедший мениск 0-1, отразившись от плоского зеркала 2, попадёт на сферическое главное зеркало 3 (ГЗ), расположенное над мениском 0-1, и сфокусируется в отверстие зеркала 2, пройдя предфокальный коррекционный мениск 4-5.
В таком исполнении система является складным Шмидтом и может быть использована - помимо ярких объектов - для наблюдения и слабых объектов.

По сравнению с известными Зеркально-линзовыми телескопами в данной системе очень малое центральное экранирование (порядка величины линейного поля зрения),поэтому она по разрешающей способности становится конкурентноспособной с рефракторами (см. дифр. тест). Но, в отличие от рефракторов, Зеркально-линзовый телескоп при значительно более высоком  качестве изображения способен иметь большую светосилу, что необходимо при наблюдении слабых объектов. Стоимость же такого инструмента существенно ниже аналогичного линзового.
В отличие от Зеркально-линзового телескопа Щупмана данный телескоп осесимметричен.

[ekvi]

При разнесении ГЗ с мениском в системе становится уже не 2, а 3 крупногабаритных элемента. Но это позволяет несколько упростить конструкцию системы: входной мениск сделать тонким, а затем вообще вместо мениска использовать плоско-параллельную пластину - коррекционную пластину Шмидта, КПШ (рис. 1). Тогда отпадает необходимость в коррекции хроматизма увеличения, т.е. предфокальный корректор исчезает (рис. 3).
Система может быть ещё упрощена, если асферичность нанести не на КПШ, вообще исключив её из системы, а на поворотное плоское зеркало. Получится складной Райт (рис. 2), в котором ГЗ должно быть сплюснутым сфероидом.

[ekvi]

Конструкция Складного Райта представлена на 2й илл., а его качество - на 1й илл.

Наклонное зеркало, как установил В.Н. Чуриловский, должно асферизоваться по эллиптическим зонам. Причём в меридиональном сечении глубина асферичности в противоположных точках эллиптической зоны различна. Наряду с ГЗ, имеющим форму сплюснутого сфероида, данная система в технологическом смысле - не подарок.

[INPan]

Владимир Ильич, обратите внимание, свет через входное отверстие будет залетать в отверстие в плоском зеркале и засвечивать фокальную плоскость и избваиться от этого в Вашей схеме не возможно.

[ekvi]

свет через входное отверстие будет залетать в отверстие в плоском зеркале

Чтобы он не залетал, в центре входного зрачка (или КПШ) нужно установить экран, диаметр которого равен линейному полю телескопа.
Совсем боковую засветку можно устранить, увеличив угол наклона плоского зеркала и добавив вынос фокуса.
Поскольку система визуальная, то форма и положение фокальной поверхности практически безразличны - лишь бы до неё можно было дотянуться окуляром.
Кроме того, из-за положения фокуса вне конструкции телескопа размеры фотоприёмника - также безразличны. Поэтому такой прибор можно использовать как астрограф.

[ekvi]

http://ursa.irk.ru/chupr/index.htm  Райт зеркальный.

Спасибо за ссылку.
В своё время мы с С. Чупраковым обсуждали этот "девайс". Могу только повториться: планоидный корректор в системе Райта не осесимметричен (см. #2 в этой теме), масштаб для визуальных наблюдений мелких объектов мал. Ну, и автор девайса возражал против эквивалентности асферического пологого мениска и КПШ, что противоречит расчётам.

Если открытая тема у кого-то вызвала привкус плагиата, то единственное, что я преследовал, открывая тему, это - указать ЛА на возможность в зеркально-линзовой системе получить малое центральное экранирование и тем самым ценой небольших усилий приблизить её к АПО (линзовому апохроматическому объективу).
Не более того.

[ekvi]

в центре входного зрачка ... нужно установить экран

Если перед входным зрачком установить медный экран, то осесимметричный ЗЛ телескоп превратится в коронограф.
За подробностями лучше обратиться к С. Чупракову - он владеет информацией по конструкции коронографа.

[ekvi]

По сравнению с известными Зеркально-линзовыми телескопами в данной системе очень малое центральное экранирование (порядка величины линейного поля зрения), поэтому она по разрешающей способности становится конкурентноспособной с рефракторами (см. дифр. тест)

Хочу поделиться некоторыми впечатлениями от проведённых в этой связи исследований и соображениями на этот счёт.
Когда в 1978м я впервые посмотрел в ЗЛ телескоп типа МТО-1000, я не смог ничего увидеть: в центре поля зрения окуляра стояло бельмо. Приходилось всячески изощряться, чтобы "заглядывать за него". ЦЭ было ~ 0.45.
Так вот, численные эксперименты, проведённые на различных дифракционных объектах (двойные звёзды, две щели и миры), показывают, что даже самые ничтожные значения ЦЭ (порядка 0.002) заметно повышают фон в дифракционном изображении, т.е. понижают контраст (Илл. 3: ЦЭ = 0.015 - фон возрос на 0.32%).
Казалось бы, дифракция на внешней окружности входного зрачка, отнимая 16% (!!!) световой энергии, должна бы "успокоиться на достигнутом", ан нет!
ЦЭ, как игла мыльный пузырь, пронзает волновой фронт, инициируя дополнительный источник дифракции, эффективность которого, по-видимому, пропорциональна длине окружности ЦЭ. Поэтому и стремятся сделать ЦЭ как можно малым.
При ЦЭ < 0.2 значение фона становится приемлемым, а число Штреля по ЧКХ не так проваливается и составляет величину более 0.8.
При ЦЭ < 0.1 фон (и контраст) приближаются к показателям рефрактора, а число Штреля по ЧКХ уже составляет величину более 0.9.
Вот те ориентиры, на которые смотришь, разрабатывая ЗЛ систему.

С другой стороны, Большие значения ЦЭ благотворно сказываются на различении мелких (высокочастотных) деталей в рассматриваемом ярком объекте, что подтверждается соответствующими ЧКХ (см. 2ю илл.). Думаю, использование алгоритмов "вычислительной фотографии" ( https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,173850.0.html ) при обработке в реальном времени сохранённых в памяти кадров позволит значительно повысить разрешающую способность визуальных ЗЛ приборов, имеющих малое ЦЭ.
Как было бы хорошо, если бы к этому подключились такие понятливые разработчики смартфонов!

[BIG TRAIL]

большие потери света (порядка 80%), и систему можно использовать только для наблюдения ярких объектов, например, Солнца или планет.

    Это может оказаться смертельным для планет,   теряется смысл .   
   Остается солнцескоп  ? 
 

[ekvi]

может оказаться смертельным для плане

Если речь идёт о системе, в которой 80% светопотерь обусловлены полупрозрачностью (асферический мениск = сферическое ГЗ), то
надо опробовать этот вариант: 5-кратное снижения ослепляющей яркости часто бывает единственным средством повысить контраст. Так, при наблюдении Юпитера и Сатурна часто хочется нейтральным фильтром ослабить яркость.

[Lex1]

Кстати, можно наивный вопрос - что именно мешает реализовать кассегрен просто со сферическими зеркалами? Скажем, с не слишком светосильным зеркалом ~1/6, сферическая аберрация которого компенсируется вторичкой. Кома/астигматизм будут слишком велики или размеры не сходятся?

[Алексей Юдин]

Скажем, с не слишком светосильным зеркалом ~1/6, сферическая аберрация которого компенсируется вторичкой. Кома/астигматизм будут слишком велики или размеры не сходятся?

Да, в Прессмане-Камишеле кома просто запредельная, ещё хуже чем в ДК. РК в качестве равнозрачковой гляделки - идеал в своём классе.

[ekvi]

зеркалом ~1/6

Никто не мешает (см. 1 илл.) - осваивайте Программу и - вперёд!
Только для получения требуемого качества 2х поверхностей может оказаться недостаточно (см. 2ю илл.).
Посчитайте устраивающий Вас вариант и реализуйте.
РОС для того и создавался, чтобы считать оптику под свои вкусы и возможности.

[ekvi]

кассегрен просто со сферическими зеркалами?

Как Вы только что убедились, сферический Кассегрен не может иметь большую апертуру: сферическая аберрация не позволяет получить приемлемое качество изображения.
Поэтому применяют корректоры, составленные также из сферических поверхностей: мениск, дуплет или линзу Манжена.