Кольцевой телескоп системы Клевцова в качестве астрографа

[ekvi]

Поскольку этот вопрос интересен будет многим, выделяю его в отдельную тему.
Желание иметь для астрографа простую и сферическую оптику привело к кольцевому телескопу.
По определению "кольцевой" - значит, с ЦЭ, более 0.5. Вторичное зеркало, как правило - плоское (но не обязательно).
1. Чуриловский предложил применить к системе сферического Кассегрена малоразмерный 2х-линзовый корректор (2ЛК) сферической аберрации и комы, установленный невдалеке от её фокуса.
2. Развивая эту идею, Аргунов, увеличивая диаметр корректора, приблизил его ко вторичному зеркалу (z2). Поскольку при таком положении свет начинает дважды проходить через 2ЛК, то целесообразно совместить заднюю поверхность 2ЛК с z2. Так возник
2ЛК Аргунова, состоящий из двух тонких несклеенных линз, одна из которых содержит z2.
3. Пытаясь повысить качество изображения Кассегрена, отягощённое комой, Аргунов применил в своём 2ЛК стёкла разных сортов.
4. Анализируя 2х-линзовый корректор Аргунова, Г.Г. Слюсарев показал, что такой тонкий 2ЛК в принципе утрачивает способность к коррекции комы.
5. Ю.А. Клевцову удалось устранить кому в Кассегрене Аргунова, используя толщину одной из линз 2ЛК. При этом обе линзы 2ЛК могут быть изготовлены из одного сорта стекла.

6. Кассегрены системы Клевцова обладают рядом положительных качеств:
6.1. Главное зеркало (ГЗ) может быть весьма короткофокусным (F/D до 2).
6.2. Центральное экранирование (ЦЭ) в пределах допуска (ЦЭ < 0.33).
6.3. Наивысшего качества система достигает при длинном эквивалентном фокусе.
6.4. Можно считать, что эта система была рождена как планетник.

7. Однако главным недостатком системы Клевцова, её "Ахиллесовой пятой", является жёсткость требований к самому 2ЛК: допуски на точность толщин и номиналов радиусов - доли миллиметра, на косину линз - единицы микрометра. Смещение 2ЛК с оси - 0.01 мм.

7. Теперь применим этот 2ЛК в светосильном астрографе.
7.1. Допустим ЦЭ более 0.5.
7.2. В качестве z2 используем плоскость.
7.3. Толщину линзы Манжена сделаем равной не D/10, как рекомендует ГОСТ, а D/8.
7.4. Толщину второй линзы 2ЛК, мениска, сделаем равной удвоенной толщине линзы Манжена, т.е. D/4.
Примечание. Для малопольных систем толщина мениска в 2ЛК должна составлять D/2.

В результате имеем астрограф ф 240, F/D = 5, поле 1 градус (см. илл. 1).
Полный тест системы представлен на 2-й илл.
На 3-й илл. можно видеть, что допуски на точность толщин и номиналов радиусов - миллиметры, на косину линз ~ 10 микрометров, смещение 2ЛК с оси - 0.1 мм.

Близфокальный мениск введён для коррекции астигматизма.
Толщина линзы Манжена по факту оказалась тоньше задекларированной (D/8). Но к указанной толщине нужно стремиться - чтобы придать должную механическую жёсткость линзе Манжена.

[lx75]

Я плохо понимаю принцип работы двухлинзового предфокального корректора, поэтому появился вопрос:
В чем преимущество кольцевого телескопа?
Фокус "внутри" системы, большое экранирование, необходимость освоения технологии изготовления и контроля плоской поверхности.

[ekvi]

Я плохо понимаю принцип работы двухлинзового предфокального корректора, поэтому появился вопрос:
В чем преимущество кольцевого телескопа?
Фокус "внутри" системы, большое экранирование, необходимость освоения технологии изготовления и контроля плоской поверхности.

Речь идёт о СФЕРИЧЕСКОЙ оптике - исходный кассегрен - сферический!
По Вашим вопросам.
1. Малый 2ЛК исправляет сферичку и кому, и чем он дальше от фокуса, тем его работа эффективней.
2. Кольцевой - из семейства т-скопов Аргунова-Клевцова: его малый корректор имеет максимальный размер, равный диаметру 2-го зеркала, и даже больше (для фото допустимо ЦЭ = 0.7), а потому эффективней визуального клевцовского, у которого ЦЭ <=1/3. Это позволяет кольцевому быть светосильней  (ср. F/D: 5 против 8 ) и иметь большее поле (ср.: 1 градус против 10 минут).
3. Так и ф/к удобней смонтировать внутри, а не лепить сбоку, на кронштейнах. И выставлять ф/к в фокусе приходится по экрану на ПК по звёздному полю.
4. Об изготовлении плоскости - на форуме уже есть умельцы, проконсультируйтесь.

ПС.
Предфокальный мениск введён дополнительно по причине того, что аргуновский 2ЛК не справляется с астигматизмом большого поля. Этот мениск работает по тому же принципу, что и мениск Волосова в его Таире: правит астигматизм и кривизну поля.
На илл. - поле без мениска.

[библиограф]

Следующий очевидный шаг - заменить  простое плоское зеркало на планоидное ;
это усовершенствование предлагалось  очень давно; Д.Д. Максутов уже упоминал
кольцевой телескоп с таким зеркалом.
Старый патент Г.М. Попова, и недавно  сделали оптику для макетного  телескопа Р-К с таким
корректором; общая асферичнось весьма велика, и -  несимметрична.
https://scientificrussia.ru/articles/novejshij-polnozerkalnyj-teleskop

[ekvi]

заменить ... плоское зеркало на планоидное

Это - кольцевой Шварцшильд (см. илл.). Максутов предлагал близфокальным планоидом править кривизну поля, а хроматизм рефракторов - асферикой. Понятно, что чем ближе асферика к фокусу, тем грубее она может быть. И такие системы есть. Для полноценного устранения аберраций в рефлекторе должно быть не менее 3х асферических зеркал.
Асферикой многие и долго были увлечены. Вот и на Форуме многие, соблазнившись "простотой" схемы асферических систем, берутся за их изготовление и ... утопают в технологических трудностях: сегодня средства контроля позволяют визуализировать все "прелести" этих систем.
И я, отстрогав более 700 парабол за 1990-2000-е и наисследовавшись ОС до отворота, согласился с В.Ю. Теребижем и Г.Г. Слюсаревым, что "асферика всегда негладкая", а по полю сфера работает лучше асферики. В среднем одна асферическая поверхность по трудоёмкости эквивалентна 3-4-м сферическим. Поэтому и Тему направил на замену асферической оптики, как класса, сферической.
Спасибо за напоминание!

[lx75]

заменить  простое плоское зеркало на планоидное ;

Применение асферических и планоидных поверхностей высших порядков оправдано в телескопах космического базирования для получения "выдающихся" оптических характерик системы и при наличии технологии ЧПУ полировки малоразмерным инструментом и ионно-плазменной полировки. Может  быть через много лет такие технологии будут доступны любителям.

[Клевцов Юрий Андреевич]

Однако главным недостатком системы Клевцова, её "Ахиллесовой пятой", является жёсткость требований к самому 2ЛК: допуски на точность толщин и номиналов радиусов - доли миллиметра, на косину линз - единицы микрометра. Смещение 2ЛК с оси - 0.01 мм.

Это, Владимир Ильич, мягко говоря, не так. В противном случае нам не удалось бы выпустить ни одного серийного телескопа.

[ekvi]

не так. В противном случае нам не удалось бы выпустить ни одного серийного телескопа.

Что, кто и как делает на наших заводах мне известно (кстати, и на НПЗ знаю лично этих умельцев). Там все вопросы решаются по-военному. Это для serega2007, впервые столкнувшегося с такой задачкой, было натужно.  А для заводских работяг вывести косину 2 мкм, собрать и съюстировать блок z2 с корректором - что два пальца об асфальт.
Про завод могу рассказать такую историю. Для высокоточных указателей уровня наш цех шлифовал стеклянные трубки. Потребовалось из прутка ф8 мм изготовить калёные шлифовальники длиной 280 мм в виде дуги с радиусом 150 мм с точностью радиуса в 0.01 мм. Инструментальщики взвыли: "Это в принципе невозможно!" На селекторе я это повторил замдиректору. Он мне машет: "Молчи! Всё сделают как надо". Сделали! И отшлифовали, и закалили, и не повело на всей длине 280 мм!
Так что Левша живёт не только в Туле.

[Клевцов Юрий Андреевич]

Что, кто и как делает на наших заводах мне известно (кстати, и на НПЗ знаю лично этих умельцев). Там все вопросы решаются по-военному. Это для serega2007, впервые столкнувшегося с такой задачкой, было натужно.  А для заводских работяг вывести косину 2 мкм, собрать и съюстировать блок z2 с корректором - что два пальца об асфальт.

Владимир Ильич! Если Вы внимательно читали мою книгу, то должны помнить, что на косину линз корректора жёсткие
допуски и не задавались. 50 мкм не более. А механика спроектирована так, чтобы была возможность совместить оптические
оси линз под лазерный контроль. Эта работа оказалась посильной обычным рабочим-сборщикам.

[библиограф]

 Да никто и не сомневается, что работники НПЗ все старались, как могли, но того, всё же,
не получилось Телескоп - это сложный и точный оптический прибор.
http://fidgor.ru/Observers/Test/test_154.html

[ekvi]

на косину линз корректора жёсткие допуски и не задавались. 50 мкм не более

Как РОС считает допуски?
Посмотрите на Таблицу, приведённую библиографом: в ней последовательно перечислены ВСЕ исполнительные параметры исследуемой системы: радиусы кривизны, толщины, воздушные зазоры; и даже показатели преломлений стёкол - РОС не сомневается в качестве оптических материалов, а исследует только технологическую культуру, т.е. допуски на R, d и косину dC.
Например, расчётное пятно равно 3 мкм, а кружок Эйри 10 мкм. Допустим, что при введении всех допусков пятно не должно превысить 13 мкм. Тогда каждому параметру, при общем числе параметров 10, позволено увеличивать пятно только на
(13 - 3) / 10 = 1 мкм.
Каждый параметр исследуемой системы РОС варьирует +/- до тех пор, пока выбранная характеристика прибора (ф пятна рассеяния, 2ro, или значение волновой ошибки, dW, или к-т Штреля, или Кш, или максимальное пятно, 2rm) не превысят отведённый для этого параметра допуск (в примере это 1 мкм вклада параметра в пятно рассеяния).

Чтобы результат вычислений допусков для системы Клевцова соответствовал реальным возможностям техоборудования оптического производства, мне пришлось значение фактора (tolerFactor) характеристики задирать раз в пять (вместо 0.17, принятого по умолчании, указать 1.5), чтобы РОС выдал допуск на косины не 2 мкм , а хотя бы 10.

А вот кокой ужас выдаст скоп при косинах dC = 50 мкм (tolerFactor более 11, т.е. на порядок больше разумно расчётного!):

[Клевцов Юрий Андреевич]

на косину линз корректора жёсткие допуски и не задавались. 50 мкм не более

Как РОС считает допуски?

Стандартным путем ваша РОС считает допуски. Однако, есть ещё путь не стандартный, учитывающий методику юстировки.
Ещё раз повторяю всем - если бы было так, как считает ваша программа по заложенному в неё алгоритму, мы никогда бы
не довели до серийного производства эту систему. Так что, дорогие друзья, учите мат часть.

[ekvi]

мы никогда бы не довели до серийного производства эту систему

Юрий Андреевич, как раз об этом и забота! Совершенно безразлично, по какому алгоритму считает какая-то программа допуски. Важно, что у кольцевого клевцова допуски, как минимум в 3 раза шире клевцова-планетника. А это означает, что серийное производство кольцевого клевцова гарантировано. А ЛА со спокойной душой могут приступить к его изготовлению.

[ekvi]

Вот z2 - не плоскость, а вогнутая сфера. Фокус вынесен за ГЗ. Последний отрезок позволяет применить зеркальную ф/к типа CANON.

Плоскость - потому, что в наличии было плоское зеркало с отполированным затылком. Посчитал - получилось. Заметил, что при этом и допуски расширились. Вот и решил предложить Форуму саму идею "кольцевой клевцов", с плоским z2.

Для тех, у кого аллергия на стекло К8.
Вы не ждите милости от природы и свою крутизну используйте по назначению: освойте Земакс (РОС - тоже в топку!) - и проектируйте себе скоп на свой вкус, нужного диаметра и "быстроты", из любого "хрусталя".
И мы с восхищением будем смотреть на ваш полёт.

[Клевцов Юрий Андреевич]

Юрий Андреевич, как раз об этом и забота! Совершенно безразлично, по какому алгоритму считает какая-то программа допуски. Важно, что у кольцевого клевцова допуски, как минимум в 3 раза шире клевцова-планетника. А это означает, что серийное производство кольцевого клевцова гарантировано. А ЛА со спокойной душой могут приступить к его изготовлению.

Вот как раз по поводу того, что в телескопе с большим экранированием допуски значительно расширяются я и не возражаю. Я даже
больше скажу. Уменьшаются полевые и остаточные осевые аберрации. Однако не всем нравится экранирование центра зрачка
на уровне 25% его площади и уж точно это не понравится наблюдателям планет. Такой (или близкий к таковому) телескоп с преобразователем фокуса может, скорее всего, найти применение для космического мониторинга.

[lx75]

освойте Земакс (РОС - тоже в топку!) - и проектируйте себе скоп на свой вкус, нужного диаметра и "быстроты", из любого "хрусталя".

Освоение новых знаний и технологий требует значительного времени, совместная работа продуктивней.
Последняя система интересная, может быть хотелось увеличить светосилу главного зеркала до 1/3-1/3,5 (немного укоротить систему) при неизмененной светосиле всей системы. Возможно?

[ekvi]

Освоение новых знаний и технологий требует значительного времени

А Вы находите, что я самый досужий среди присутствующих?

увеличить светосилу главного зеркала до 1/3-1/3,5 (немного укоротить систему) при неизмененной светосиле всей системы. Возможно?

Какие проблемы - при владении Земаксом? (см. илл.)
Только у меня уже комплект: ГЗ с R = 2377 и плоское z2, и эти игры "наперегонки" - не для моего возраста.

[lx75]

эти игры "наперегонки" - не для моего возраста.

Увеличение светосилы ГЗ это с целью снижения массы и габаритов, под монтировку класса EQ-6, в фотографическом режиме несёт 14кг. примерно масса телескопа с ГЗ 250мм.

Только у меня уже комплект: ГЗ с R = 2377 и плоское z2

У меня только заготовка из ситалла 250х35мм. Поэтому рассматриваю варианты.

[библиограф]

Если вы хотите в разумные сроки построить телескоп для астрономических наблюдений с
самодельной оптикой хорошего  качества, то вариантов просто нет: параболическое зеркало
F/7.

[lx75]

параболическое зеркало
F/7.

Сделал три параболы, первую помогли две сам, хотелось бы третью довести до гиперболы.
http://astro-talks.ru/forum/viewtopic.php?f=21&t=4180&start=100
Телескоп системы Ньютона позволяет получить светосилу выше 1/4, но имеет большие габариты. Хочется попробовать сделать телескоп с меньшими габаритами и интересно тоже.