Децентрированные зеркальные системы.

[lx75]

Заинтересовался внеосевыми зеркальным системами, их возможностями. В сети нашел сайт с интересной трехзеркальной, децентрированной системой Stevick-Paul off-axis: https://spider.seds.org/scopes/dstevick/sptplans.html,
У системы хорошо исправлены аберрации третьего порядка, остается небольшая кривизна Пецваля. Три поверхности, парабола (обычная) и две сферические с одинаковым радиусом, но разным по знаку. Технологична, поверхности просты для контроля. Может кому-то тоже будет интересно.
Для моделирования данные взяты из представленного сайта.

[Клевцов Юрий Андреевич]

Заинтересовался внеосевыми зеркальным системами, их возможностями. В сети нашел сайт с интересной трехзеркальной, децентрированной системой Stevick-Paul off-axis: https://spider.seds.org/scopes/dstevick/sptplans.html,
У системы хорошо исправлены аберрации третьего порядка, остается небольшая кривизна Пецваля. Три поверхности, парабола (обычная) и две сферические с одинаковым радиусом, но разным по знаку. Технологична, поверхности просты для контроля. Может кому-то тоже будет интересно.
Для моделирования данные взяты из представленного сайта.

Центрированная система с таким набором поверхностей описана у Чуриловского в его знаменитой книге "Теория хроматизма и
аберраций..."  Есть другая любопытная статья, в которой описаны, в частности, децентрированные многозеркальные системы Шафера, состоящие из одних только сферических поверхностей и ещё много других децентрированных зеркальных систем.
К сожалению, не готов сейчас дать ссылку. Смутно помнится, что автор - женщина из Белоруссии. Если интересно, поищу
завтра в своём архиве.

[ekvi]

нашел сайт с интересной трехзеркальной, децентрированной системой Stevick-Paul off-axis: https://spider.seds.org/scopes/dstevick/sptplans.html,
У системы хорошо исправлены аберрации третьего порядка, остается небольшая кривизна Пецваля. Три поверхности, парабола (обычная) и две сферические с одинаковым радиусом, но разным по знаку. Технологична, поверхности просты для контроля.

История и теория системы хорошо изложена на с 259 - 260 Н.Н. Михельсоном (Оптические телескопы, 1976). Осесимметричная схема рассмотрена В.Н. Чуриловским (Теория хроматизма и аберраций 3го порядка, 1968, с 285 - 287).
На илл.: 1 - внеосевой чуриловский в РОС, 2 - пятно в центре поля, посчитанное и изображённое программой WinSpot.
Именно внеосевик предоставляет доступ к эквивалентному фокусу в системе Пауля-Пихта-Чуриловского. Однако удовольствие это сомнительное. Незабвенный И.Н. Панкратов (INPan), глядя на фото такого "звёздного неба", сказал бы: "Да, "хорошо исправлены аберрации третьего порядка", но я бы не хотел, чтобы на моих фото все звёзды были хвостатыми!"
Происходит это от несбалансированности аберраций, возникающих во внеосевом пучке лучей.
А полиапертурный скоп - это уже из другой "оперы" (илл. 3).
Ну, и мораль: что-что, но оптику нужно изучать не скачками по сайтам, а систематически, по учебной литературе. Тем более, что отечественная оптическая школа - первоклассная.

[Клевцов Юрий Андреевич]

Хотя стой, вот нашёл ссылку: Артюхина Н.К. Белорусский национальный технический университет г. Минск, Республика
Беларусь " Принципы построения многозеркальных схем из децентрированных компонентов" Вiсник НТУУ "КПI". Серiя
ПРИЛАДОБУДУВАНИЯ. - 2013. - Вип.  45.  с. 44 - 53.

[lx75]

Спасибо, что откликнулись на тему. Любая информация интересна.
Статью нашел: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/3449/doc1.pdf?sequence=1

[Клевцов Юрий Андреевич]

Спасибо, что откликнулись на тему. Любая информация интересна.
Статью нашел: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/3449/doc1.pdf?sequence=1

Не совсем то, что я имел в виду, но проработку ведёте в правильном направлении.

[lx75]

Не совсем то

Ссылку на статью нашел, но она ведет на сайт украинского университета и недоступна для просмотра.
Из  работы ссылка на которую представлена выше, понял, что для многозеркальных децентрированных систем идет поиск путей для увеличения относительного отверстия и углового поля, с уменьшением габаритов систем. Это достигается за счет применения внеосевых поверхностей "свободной формы", большой асферичности. Но это уже не любительский уровень.

[Vla]

Заинтересовался внеосевыми зеркальным системами, их возможностями. В сети нашел сайт с интересной трехзеркальной, децентрированной системой Stevick-Paul off-axis: https://spider.seds.org/scopes/dstevick/sptplans.html,
У системы хорошо исправлены аберрации третьего порядка, остается небольшая кривизна Пецваля.

Аберрации более высокого порядка незначительны, поскольку радиусы поверхности слегка изогнуты. Но у системы есть пара проблем. Во-первых, третье зеркало расположено прямо рядом с осевым пучком света, поэтому будет выступать в абаксиальные лучи. Это можно избежать, увеличив наклоны всех трех зеркал, сохраняя идеальную коррекцию, за исключением того что наклон изображения становится сильнее. И ухудшение изображения уже значительное при минимальном наклоне, как показано ниже. Это не сделает систему непригодной для использования, но не помешает об этом знать.
Пятна располжена вдоль диаметра поля где наклон максимален, и эффект уменьшается по направлению к диаметру поля ортогональному ему (где пятна такие же, как в осевой системе), но значительная часть поля подвержена значительно большему как астигматизму, так и хроматическому увеличению. Окуляр — 25 мм 2+1 Koenig.

[lx75]

Систему можно рассматривать как параболоид с внеосевым, афокальным, двухзеркальным корректором. В статье автора сказано, что система хорошо исправлена до относительного отверстия 1/5,6. Вчера попробовал рассчитать такую систему, вызвало затруднение положение и наклон четвертого зеркала, автор предлагает это делать на полноразмерном чертеже. И ещë, такой корректор возможно сделать любителю, два сферических зеркала с одинаковым радиусом и небольшим диаметром. Думаю может получиться хороший астрограф высокого разрешения.

[Vla]

И ухудшение изображения уже значительное при минимальном наклоне, как показано ниже.

Пятна окуляра с осевой системой были неточными; она уменьшала краевой астигматизм. Я оставил картинку без изменений, но вот как это выглядит на самом деле, с включенным для сравнения окуляром Плоссла (патент Альберта Наглера). Краевой астигматизм в Стевике-Поле не хуже (в среднем, потому что две противоположные стороны поля асимметричны). Астигматизм среднего поля и хроматическое увеличение больше, причем астигматизм еще более асимметричен. В целом, разница между ортогональным и наклонным изображением здесь заметна, но не очень существенна.

[Vla]

Думаю может получиться хороший астрограф высокого разрешения.

Для более широких полей необходимо изменить конфигурацию. Зеркала необходимо наклонить сильнее, а плоское зеркало необходимо переориентировать. При таком большом относительном отверстии кривизна поля не является незначительной. Зеркала могут быть простыми, но все остальное — нет.

[lx75]

Для более широких полей необходимо изменить конфигурацию.

Спасибо за помощь!

Во-первых, третье зеркало расположено прямо рядом с осевым пучком света, поэтому будет выступать в абаксиальные лучи.

Сделал моделирование в OSLO EDU, увидел, что четвертое зеркало мешает ходу лучей.

[Vla]

Сделал моделирование в OSLO EDU, увидел, что четвертое зеркало мешает ходу лучей.

Я б сказал, все четыре мешают )) Если 4-е зеркало оставить круглым, оно останется вне светового пути. Также можно использовать другую конфигурацию, как показано ниже. Небольшое количество сферической аберрации и астигматизма вызвано тем, что расстояние между 2-м и 4-м зеркалом не равно их радиусу кривизны, что является условием полной коррекции.

[AFK]

https://wmdllc.com/products/beam-expanders/index.php

[lx75]

Небольшое количество сферической аберрации и астигматизма

В данном случае это незначительно, но если увеличивать относительное отверстие и размер поля потребуется нанесение асферики на поверхности, вечером попробую. К сожалению OSLO EDU  не позволяет использовать асферику кроме конических сечений и коэффициентов высшего порядка.

[Ph_user]

Вот это правильный рефлектор - безбубличный. Но такие че-то мало делают на продажу. Может там таки излишнее количество косяков есть. Ну и габариты больше. Такое только в широкополосных системах делают когда стекла перестают годно работать.

Но это уже не любительский уровень.

В 2025 с почти атомными 3д принтерами и быстрыми электрическими счетно-решающими машинами уже можно поднимать уровень от вековой+ давности. Главное чтобы электрический робот хотя бы пообещал вмеру интересную картинку от такой системы.

[AFK]

Изготовление таких систем очень дорого обходиться, поэтому их никто и не делает. +контроль, сборка и юстировка это тоже не простое занятие. Малейшие смещение сразу астигматизм. Например если нужно сделать 500мм параболу внеосевую с фокусом примерно 1700мм, понадобится цельная заготовка около 1500мм из которой придётся вырезать нужный сегмент. Или же станок который сразу будет делать внеосевую деталь, а он стоит огого.

[lx75]

В 2025 с почти атомными 3д принтерами и быстрыми электрическими счетно-решающими машинами уже можно поднимать уровень от вековой+ давности.

Да, сейчас стали более доступны станки, расчет и моделирование системы, но контроль деталей внеосеаых систем сложен и требует больших затрат.

[Ph_user]

контроль деталей внеосеаых систем сложен и требует больших затрат.

По теории прогресирующей промышлености себестоимость продукции должна быстро падать к цене добываемых веществ. А вещества для зеркал даже дешевле стекол могут быть. Но чтобы понизить цену нужна просто серийность больше. Если бы такая система давала заметный выигрыш на рынке - могли бы все нужные приспособы освоить. А тут как минимум косяк с габаритами относительно размера входной дырки полезной.

Но даже если бы зеркала давали меньше рассев (относительно сравнимо выделаных поверхностей линз и годно чистых стекол) - можно было бы использовать такие системы в проф применениях где нужен максимальный контраст. Но и там как-то рыночный спрос выходит мал даже для HDR систем.

Писал идеи на ломо чтобы попробовали сделать систему повышеного контраста на офсетных зеркалах (герметизированую от пыли) - но там уже все далеко. Как на другую галактику писать.

В 2025 уже можно начинать с вопроса будет какая практическая разница между показаной на дешевой математической модели системой (с идеальными зеркалами) и практически собраной одной штукой на реальных зеркалах (какое там получится еще качество поверхности по рассеву и итоговый контраст) с гораздо большими расходами. Основные идеи на спаде бывшей высокой цивилизации были типа *мы не_можем сделать чистые стекла (в нужном количестве сортов на приличный апохромат) - но мы можем попробовать устроить приличные зеркала и получить еще контраст получше*. Ну а офсетность порешает как-то проблемы с бокехой.

Или же станок который сразу будет делать внеосевую деталь, а он стоит огого.

Ну это решаемые проблемы мелкосерийных и штучных производств. Обычно их решают заливанием баблом в достаточном количестве. Если система таки дает какие-то решающие преимущества. Ну и если выходной продукт начинает иметь спрос на рынке - там еще и окупаемость оснастки и инструмента пойдет. С перспективой даже выхода на прибыль.

Малейшие смещение сразу астигматизм.

Да - в системе моделирования еще надо заказать анализ чувствительности к ошибкам форм и положений частей. И думать какой нужен корпус и/или каркас для крепления зеркал чтобы все это работало с допустимыми ухудшениями во всем диапазоне рабочих температур и при старении частей (от времени и времени+термоциклов). Ну с учетом успехов мелких электрических роботов в 2025 - их можно встраивать в конструктив для оперативной подстройки положений/форм.

если увеличивать относительное отверстие и размер поля

Рабочие углы по космосу желательны градусов 10 для относительно узкоугольной обзорной системы и градуса 3 для уже мелкого телескопчика. Пока что показаные вроде меньше 1 градуса - маловаты практически для многих задач.

[lx75]

Рабочие углы по космосу желательны градусов 10 для относительно узкоугольной обзорной системы и градуса 3 для уже мелкого телескопчика.

Какие размеры приемника и пикселя?