Светосильный астрограф (самопал)

[Albireo7]

Интересную тему подкинули. - Уменьшение фокусного расстояния обьектива в разы. Причем, интересно не только большой светосилой. А еще и тем, что там есть участок с параллельным пучком, куда можно вставить узкополосные фильтры без сдвига полосы. А этот вопрос является больным местом у светосильных систем. Интересен пример обсерватории Верхнего Прованса, где в качестве коллиматора используется просто одиночная линза. Потому что при работе с узкополосными фильтрами хроматические аберрации уже не оказывают значительного влияния.

Появилась идея, что можно сделать недорогую, но очень светосильную систему именно для работы с узкополосниками SHO. Берем, например, какой-нибудь китайский двухлинзовый ахромат 131 мм диаметром с фокусом 700 мм. К нему в фокальной плоскости ставим линзу диаметром 4-5 см с фокусом 150-200 мм. После нее на некотором расстоянии нужно поставить рассеивающую коллиматорную линзу. В качестве нее можно взять 2-3 кратную линзу барлоу, наверно. Кстати, какое фокусное расстояние у линз барлоу, кто-нибудь знает? Прикинул - у моей 3х НПЗ фокусное расстояние -30 мм ориентировочно.

Мы в итоге получим параллельный пучок света. Дальше ставим наш один из фильтров SHO 3 нм (можно даже 2,5 нм воткнуть). И затем окуляр или фотообьектив для создания изображения на матрице ч/б камеры (какое фокусное тут брать тоже непонятно). Усе!

Замечательная новость в том, что оптика для такой системы может быть не очень дорогая, поскольку узкополосный фильтр сильно снижает требования в области хроматической аберрации. Правда, я не знаю, что там будет со сферической аберрацией, комой.
Минус в том, что поле зрения такой системы будет небольшое. Но на небольших фокусных расстояниях оно все равно будет неплохим. Зато на выходе мы получим астрограф со светосилой 1,4 с обьективом диаметром 131мм! А это жесть!

Привлекательность вопроса в доступности из-за цены. Конечно, RASA8 20-сантиметровый F2 лучше, кто бы спорил. Только он и стоит 200к одна труба на Али. А здесь объектив + вторая линза = 14к руб, плюс барлоу еще 1,5к плюс окуляр еще 2,5к = 18к руб. Самое дорогое тут будут фильтры - комплект 1,25" в районе 70к руб. Но фильтры в любом случае нужны. Ну и камера. Но камера недорогая, поскольку наверно можно будет взять с небольшой матрицей из-за небольшого поля зрения.

200к или 18к - разница огромная. Ну и опять же, можно повозиться, поэкспериментировать. 😀
Минус в том, что эта система заточена сугубо под астрофото с узкополосниками. Зато чумовая светосила F1,4 по сравнению, например с F5 у SW 150750 позволит уменьшить выдержку в 13 раз примерно. Еще для F2 из магазина встает вопрос с фильтрами. Придется брать специальные узкополосники для светосильной оптики. И то, они будут работать на F2 не очень. Будут достаточно большие потери. В моем же случае проблем с фильтрами вообще не будет.

Народ, кто-нибудь может прикинуть поле зрения для сьемки астрокамерой в такой системе?
 И необходимые фокусные расстояния. И что с другими аберрациями, кроме ХА?
Кстати, все оптические элементы ахроматические. Так что, может и в полном спектре такая система будет работать не так плохо.
PS: Кстати, вторую линзу можно было бы как-то пересчитать чтобы она еще выполняла роль корректора комы одновременно. Но для этого там наверно придется ставить линзовую систему.

(Страница 94 из "Курса практической астрофизики" Мартынова на рисунке).

[Дмитрий Маколкин]

Да, есть такая схема, но тут надо учитывать несколько моментов.

Во первых, касательно узкополосных фильтров. Да, на фильтр для каждой звезды в поле зрения будет свой параллельный пучок лучей, но для разных точек поля наклон этого пучка к фильтру тоже будет разный. В результате может оказаться как  с Коронадо: в этом месте поля зрения пропускаем что надо, а тут -  не пропускаем. Надо считать углы падения пучков от звезд на краю поля на фильтр и смотреть, куда уедет полоса пропускания, если фильтр узкополосный.

Во вторых, качество изображений, которые строят и коллиматор, и объектив, должны быть на самом высоком уровне. Кому нужна светосильная система, не рисующая нормальную точку?

В третьих, сам исходный телескоп должен иметь хорошо исправленное поле, причём если мы хотим поджать фокус в 2 раза, то линейный размер исправленного поля у телескопа должен быть в 2 раза больше размера сенсора.

Есть схема попроще, без требования иметь параллельный пучок после коллиматора.

А так - да, можно попробовать. Например, есть Ричи-Кретьен, типа Астросибовского, скажем, 360мм F/8, работавший на крупную ПЗС с большим пикселем и корректором поля для диаметр поля 50мм. И есть желание перейти на современный КМОП сенсор с мелким пикселем и сохранить пиксельный масштаб, Вот тогда - да, с помощью похожей схемы, купив высококлассный макрообъектив, можно попробовать что-то сделать.
А для более мелкой оптики стоимость проекта и сложности с его реализацией могут превзойти исходную стоимость телескопа.

P.S. Схема в книге разрабатывалась для эпохи фотографических эмульсий, имеющих порог срабатывания плюс ряд других эффектов, снижающих эффективность регистрации фотонов. Для них повышение светосилы увеличивало эффективность работы весьма существенно.

[Albireo7]

Да, есть такая схема, но тут надо учитывать несколько моментов.

Во первых, касательно узкополосных фильтров. Да, на фильтр для каждой звезды в поле зрения будет свой параллельный пучок лучей, но для разных точек поля наклон этого пучка к фильтру тоже будет разный. В результате может оказаться как  с Коронадо: в этом месте поля зрения пропускаем что надо, а тут -  не пропускаем. Надо считать углы падения пучков от звезд на краю поля на фильтр и смотреть, куда уедет полоса пропускания, если фильтр узкополосный.

Во вторых, качество изображений, которые строят и коллиматор, и объектив, должны быть на самом высоком уровне. Кому нужна светосильная система, не рисующая нормальную точку?

В третьих, сам исходный телескоп должен иметь хорошо исправленное поле, причём если мы хотим поджать фокус в 2 раза, то линейный размер исправленного поля у телескопа должен быть в 2 раза больше размера сенсора.

Есть схема попроще, без требования иметь параллельный пучок после коллиматора.

А так - да, можно попробовать. Например, есть Ричи-Кретьен, типа Астросибовского, скажем, 360мм F/8, работавший на крупную ПЗС с большим пикселем и корректором поля для диаметр поля 50мм. И есть желание перейти на современный КМОП сенсор с мелким пикселем и сохранить пиксельный масштаб, Вот тогда - да, с помощью похожей схемы, купив высококлассный макрообъектив, можно попробовать что-то сделать.
А для более мелкой оптики стоимость проекта и сложности с его реализацией могут превзойти исходную стоимость телескопа.

P.S. Схема в книге разрабатывалась для эпохи фотографических эмульсий, имеющих порог срабатывания плюс ряд других эффектов, снижающих эффективность регистрации фотонов. Для них повышение светосилы увеличивало эффективность работы весьма существенно.

Меня пока мучает вопрос - как посчитать поле такой системы. Подойдет ли оно для небольшого сенсора астрокамеры.
Теоретически, можно попробовать с фотообьективами. У меня, например, есть SIGMA 70-200/2,8 EX и довольно резкий макрообьектив Tamron 90/2,8. Скоро должна появиться ахроматическая барлоу 3х от SVBONY. Оптика с фотографическим полем зрения под кадр 24х36 мм. Теоретически, из этого должна выйти система с диаметром обьектива 70 мм и светосилой в районе F1. Самому не верится, что возможно, но учебник врать не будет. Единственное, не знаю, как там с рабочими отрезками у фотообьективов. Но по идее должно быть норм. И еще совсем непонятно, какой должен быть окуляр перед камерой. В качестве окуляра могу взять 25мм окуляр от Мицара. Или объектив Canon 50/1, 8. А можно вместо Тамрона поставить кэноновский полтинник. Тогда Светосила вообще должна под единицу уйти.
 Так что  попробовать можно бесплатно. Только непонятно, как это все вместе соединить и с какими расстояниями.

[ROVIAN]

Какой от Мицара или кеноновский полтинник....
Вот по тому так и не делают, стоимость хорошей оптики и выйдет на уровень светосильного телескопа.
Что попало тут работать не будет, иначе все бы давно за шапку сухарей давно себе сделали подобное.
Ну и начинать надо с основ, а так вы посчитать сами ничего не сможете.
Ваши хотелки будут каждый день новыми, но считать каждый раз вам их никто не будет.
Был бы смысл уже давно бы посчитали на стандартном стекле. 

[PavelGhost]

Зачем насиловать светосилу, когда достаточно включить бининг с тем же эффектом (быстрое накопление, корявое разрешение).

[библиограф]

 

   К нему в фокальной плоскости ставим линзу диаметром 4-5 см с фокусом 150-200 мм. После нее на некотором расстоянии нужно поставить рассеивающую коллиматорную линзу. В качестве нее можно взять 2-3 кратную линзу барлоу, наверно.       

Ишь ты, какой бойкий, как он рассуждает о коллимации и аберрации, не зная простейших вещей.
Про монохроматические аберрации одиночной линзы, не, не слыхал?
Марен Мерсенн, францисканский монах, ещё в 1639 году придумал апланатическую зеркальную систему с двумя параболическими зеркалами, её широко применяют для бесщелевых спектрографов,
также иногда и любители стоят, просто рассматривают через дополнительный небольшой апохромат.
https://televue.com/televueopticstalk/2019/07/11/clyde-bone-and-his-two-unusual-mersenne-telescopes/
Естественно, вместо телескопа, может быть и светосильный объектив.

[lx75]

Интересную тему подкинули. - Уменьшение фокусного расстояния обьектива в разы.

Оставьте эту работу для оптиков, лучше купить объектив с такой светосилой, угловым полем и фокусным расстоянием которые вам хочется. Ну или выучиться на оптика и сделать объектив мечты (лет так через 15-20).

[Albireo7]

Зачем насиловать светосилу, когда достаточно включить бининг с тем же эффектом (быстрое накопление, корявое разрешение).

В принципе, мысль здравая. Но у современных бюджетных матриц размеры небольшие. Допустим, объектив телескопа дает нормальное качество в фокусе на поле формата APS-C - 27мм по диагонали. Для матрицы это много. Если уменьшить фокус в 2-2,5 раза, то получим поле как раз под размер матрицы ZWO ASI 533,585. Пропорционально вырастет светосила.

И биннинг не устранит проблему корявой работы узкополосных фильтров на большой светосиле. Там прилично света теряется из-за наклона лучей.

[PavelGhost]

Если уменьшить фокус в 2-2,5 раза, то получим поле как раз под размер матрицы ZWO ASI 533,585. Пропорционально вырастет светосила.

И биннинг не устранит проблему корявой работы узкополосных фильтров на большой светосиле. Там прилично света теряется из-за наклона лучей.

Поле остается таким же, просто при бининге 2х например 4 пикселя объединяются в один - скорость сбора света в 4раза выше - получаем эквивалент увеличения светосилы на один стоп.
Например фе4 в бининге 2х эквивалентен фе2, при этом фильтры работают так же как и на фе4.

[Albireo7]

Если уменьшить фокус в 2-2,5 раза, то получим поле как раз под размер матрицы ZWO ASI 533,585. Пропорционально вырастет светосила.

И биннинг не устранит проблему корявой работы узкополосных фильтров на большой светосиле. Там прилично света теряется из-за наклона лучей.

Поле остается таким же, просто при бининге 2х например 4 пикселя объединяются в один - скорость сбора света в 4раза выше - получаем эквивалент увеличения светосилы на один стоп.
Например фе4 в бининге 2х эквивалентен фе2, при этом фильтры работают так же как и на фе4.

Вы меня не поняли. Я написал не про биннинг, а про то, что изначально поле избыточно большое для маленьких бюджетных астрокамер. И с помощью описанной вначале системы мы можем сократить фокус и, соответственно, привести поле зрения под формат астрокамер.

[PavelGhost]

И с помощью описанной вначале системы мы можем сократить фокус и, соответственно, привести поле зрения под формат астрокамер.

Это будт дороже чем купить нормальную камеру.

[Albireo7]

Интересную тему подкинули. - Уменьшение фокусного расстояния обьектива в разы.

Оставьте эту работу для оптиков, лучше купить объектив с такой светосилой, угловым полем и фокусным расстоянием которые вам хочется. Ну или выучиться на оптика и сделать объектив мечты (лет так через 15-20).

Подскажите, где купить объектив ахромат 130 мм диаметром со светосилой F1,4 ? Желательно, не дороже 20к.

2All: Смысл исходного поста был в оценке возможности собрать "на коленке" недорогой, но при этом очень светосильный астрограф для работы с узкополосными фильтрами. Именно использование узкополосных фильтров снижает требование к хроматической аберрации используемой оптики. Да, кома, сферическая аберрация останутся. Но и мы не линзы для лупы берем, а двухлинзовые ахроматы минимум.
При использовании такой системы время сьемки уменьшится на порядок. Что позволит эффективнее использовать редкое ясное небо.
Маленькое поле зрения будет в миллиметрах. Но в угловом значении оно будет нормальным. То есть, оптимально для камер с размером сенсора 7-11 мм.

[lx75]

Если вам нужен хороший объектив можно присмотреться к такому: https://www.canon.ru/lenses/ef-400mm-f-2-8l-is-iii-usm/ но и цена вас удивит.
Если нужен попроще светосильный объектив, обратите внимание на шестилинзовые проекционные объективы, типа РО- 501-503, правда диаметр и фокус меньше.
Ещё В. Ю Теребиж  рассчитывал примерно такой объектив как вы хотите (vt-53e) , но цена наверное тоже не малая была.

[Владилен]

Что в этой схеме надо учесть. Диаметр полевой линзы должен быть равен полю приемника света деленному на коэффициент редукции. Так как линза поля ограничивает поле зрения этой системы.
Например, если делать из 130/700 - 130/180, то коэффициент редукции будет 0,26. Для обычной зеркалки с полем 25 мм, полевую линзу необходимо иметь около 100 мм диаметром.

[Albireo7]

Что в этой схеме надо учесть. Диаметр полевой линзы должен быть равен полю приемника света деленному на коэффициент редукции. Так как линза поля ограничивает поле зрения этой системы.
Например, если делать из 130/700 - 130/180, то коэффициент редукции будет 0,26. Для обычной зеркалки с полем 25 мм, полевую линзу необходимо иметь около 100 мм диаметром.

А смысл ставить полевую линзу 100мм, если первый объектив имеет полезное поле зрения в районе полевой линзы примерно 20-40 мм? Все что снаружи этой области все равно будет испорчено аберрациями. Поэтому в районе камеры можно будет использовать всего лишь 5-10 мм поля, в зависимости от качества первого обьектива, его полезного поля. Поэтому я пишу о бюджетных астрокамерах с их маленькими матрицами.

[Albireo7]

Если вам нужен хороший объектив можно присмотреться к такому: https://www.canon.ru/lenses/ef-400mm-f-2-8l-is-iii-usm/ но и цена вас удивит.
Если нужен попроще светосильный объектив, обратите внимание на шестилинзовые проекционные объективы, типа РО- 501-503, правда диаметр и фокус меньше.
Ещё В. Ю Теребиж  рассчитывал примерно такой объектив как вы хотите (vt-53e) , но цена наверное тоже не малая была.

Цену кэноновских спортивных "пушек"я видел. На эти деньги можно целую обсерваторию купить. 😁
Проекционные объективы имеют диаметр в районе 60 мм. Лучше уж тогда взять Samyang 135mm f2. Но все равно, это маленький диаметр обьектива. У меня почти такой же есть Sigma 70-200/2,8.
Я то пишу о бОльших диаметрах. В первом посте о 131 мм объективе с фокусным 700мм.

[rctr]

Именно использование узкополосных фильтров снижает требование к хроматической аберрации используемой оптики

Это заблуждение, ХА никуда не денутся они просто "разбегутся" по разным изображениям, но при попытке все это свести в одно изображение все будет как будто снимали в полном диапазоне,  да частично это можно компенсировать фокусировкой в каждом фильтре, но это так.. слезы

[Albireo7]

Именно использование узкополосных фильтров снижает требование к хроматической аберрации используемой оптики

Это заблуждение, ХА никуда не денутся они просто "разбегутся" по разным изображениям, но при попытке все это свести в одно изображение все будет как будто снимали в полном диапазоне,  да частично это можно компенсировать фокусировкой в каждом фильтре, но это так.. слезы

Это верно подмечено. Но ведь давно уже есть программы, которые убирают ХА с кадров. Я не в курсе их алгоритма, но наверно подбирается масштаб изображения каждого цвета для наилучшего совмещения. Я и вручную так пробовал делать при редактировании в RGB со своего старого фотообъектива. Там не 100%-ное совмещение по всему кадру получается, но гораздо лучше по сравнению с оригиналом.

А еще это ведь космос. Там обычно кислород, водород и сера не совпадают. Поэтому небольшое смещение в общем-то и незаметно будет. А звезды вроде отдельно от протяженных объектов редактируются. Там кружочки можно будет совместить.

[Sharkу]

Этот контрапшен, даже если оставить за скобками экономику и оптику, просто не имеет смысла.

Даже с мелкопиксельной 585й камерой 130 f2 даст конский андерсэмплинг в 2,6" на пиксель. С 533 вообще трешовые 3,37".

Ради чего мы в принципе можем смириться с таким низким разрешением? Правильно, ради поля. Собственно, поэтому популярны редкет, 135й самьянг итп.

Но! При допустимом размере сенсора в 7мм о каком поле речь? О никаком. В итоге имеем прибор с крохотным полем и низким разрешением. При этом одна только работа по вытачиванию прецизионных переходников (а при светосиле ф2 шаг влево - расстрел) обойдётся как нормальный ф2 объектив с комплектом подходящих фильтров.

[Albireo7]

Этот контрапшен, даже если оставить за скобками экономику и оптику, просто не имеет смысла.

Даже с мелкопиксельной 585й камерой 130 f2 даст конский андерсэмплинг в 2,6" на пиксель. С 533 вообще трешовые 3,37".

Ради чего мы в принципе можем смириться с таким низким разрешением? Правильно, ради поля. Собственно, поэтому популярны редкет, 135й самьянг итп.

Но! При допустимом размере сенсора в 7мм о каком поле речь? О никаком. В итоге имеем прибор с крохотным полем и низким разрешением. При этом одна только работа по вытачиванию прецизионных переходников (а при светосиле ф2 шаг влево - расстрел) обойдётся как нормальный ф2 объектив с комплектом подходящих фильтров.

Поле там будет не крохотное, а нормальное. Просто из-за маленького фокусного расстояния системы оно ужмётся до размеров маленького сенсора. Грубо говоря, то что влезло бы на Aps-c кадр в фокусе 700 мм обьектива ужмется в 4 раза и влезет на 6 мм сенсор маленькой матрицы. И получится там 1,5-2 градуса по длинной стороне ориентировочно.
О вытачивании переходников речь не идет. Пока просто обсуждаем реальность построения такой системы и ее характеристики.