Децентрированные зеркальные системы.

[Ph_user]

Если для съемок - там обычно форматы максимум порядка апс-ц или 135фотоформат 36х24мм. Разрешение до UHD-2 (8К). Самые мелкие приличные камерушки 8К вроде на 1.25 условных дюймах - это вроде около 16х11мм. Стыковка камерушки 8К бывает по интерфейсу ARIB TR-B37 .

При анализе системы достаточен только размер формата и величина отклонения ЧКХ от дифограниченого разрешения или амплитуды ЧКХ (на краях-углах) типа. Хотя бы оценочная - будет там в 1.5 или в 15 раз хуже. А чтобы дифограниченое было получше (на мелком реальном формате камерушек) - и нужна относительная дырка побольше. Лучше ближе к ф/4 вместо ф/40. А это значит еще больше проблем от большей кривизны поверхностей. Хотя более гнутые зеркала могут быть конструктивно более жесткими ?

[Клевцов Юрий Андреевич]

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.

Как только контролировать эти положения и формы?  И вообще я уже писал о принципиальной возможности решения зеркальной
системы с большой децентрировкой и возможности устранения в ней астигматизма и наклона изображения при осевых формах
зеркал. Но это то ли в самом начале пока, то ли никто вообще не занимается.

[Ph_user]

Как только контролировать эти положения и формы?

Ну полевой роботизированой системой контроля и поправки. Если система дорогая и топовая - перевозить в фургончике с размещеным там стендом для облучения и датчиками контроля результата чтобы было на чем работать системе поправок формы. Если там достаточен просто полнодырочный колиматор - его можно сделать из простых линз. Ну длина фургончика для работы колиматора в дорожный габарит около 10 метров длины должна влезать. Для разумных размеров дырки до около 0.5 метра вроде все влезает.

Типа приехали на точку (выбраную или заказаную). Прикинули при какой температуре надо будет работать. Выставили параметры климата в системе контроля климата фургона. Осветили вход системы имитированым облучением далекой звезды (или лучше во всем диапазоне рабочих углов полем контрольных имитированых звезд). И дальше роботы считывают картинку результата и вычисляют как надо подогнуть зеркала чтобы получить максимум ЧКХ по полю и загружают управляющие числа в бортовой контролер системы. Потом систему можно выносить когда надо из фургончика и применять по назначению. По изменению формы зеркал подгибкой все уже придумано и сделано и работает на зеркальных системах.

" Но это то ли в самом начале пока, то ли никто вообще не занимается."

Если у такой системы нету никаких достоинств относительно других - собрать ее можно. Но смысла мало. Можно пропустить этап сборки и сразу отправить документацию в дешевый архив тоже рабочих систем построения картинок. Пока из видимых проблем:
1. Более габаритная.
2. Потенциально более дорогая хотя бы в начале производства.

Сложный вопрос и потенциально дорогой - какое нужно качество (цена) поверхностей зеркал чтобы работало лучше (топовой) линзовой по контрасту. В теории при отражении можно получать качество по контрасту лучше прохождения через стекла.

[Клевцов Юрий Андреевич]

Как только контролировать эти положения и формы?

Ну полевой роботизированой системой контроля и поправки. Если система дорогая и топовая - перевозить в фургончике с размещеным там стендом для облучения и датчиками контроля результата чтобы было на чем работать системе поправок формы. Если там достаточен просто полнодырочный колиматор - его можно сделать из простых линз. Ну длина фургончика для работы колиматора в дорожный габарит около 10 метров длины должна влезать. Для разумных размеров дырки до около 0.5 метра вроде все влезает.

Типа приехали на точку (выбраную или заказаную). Прикинули при какой температуре надо будет работать. Выставили параметры климата в системе контроля климата фургона. Осветили вход системы имитированым облучением далекой звезды (или лучше во всем диапазоне рабочих углов полем контрольных имитированых звезд). И дальше роботы считывают картинку результата и вычисляют как надо подогнуть зеркала чтобы получить максимум ЧКХ по полю и загружают управляющие числа в бортовой контролер системы. Потом систему можно выносить когда надо из фургончика и применять по назначению. По изменению формы зеркал подгибкой все уже придумано и сделано и работает на зеркальных системах.

Я не понял, Вы это серьёзно, или шутите? Нет, я ещё могу понять, если речь идёт об адаптивной оптике, но чтобы гнуть
сплошные зеркала - мне кажется это, мягко сказать, малоперспективная идея. Может не гнуть, а перемещать в пространстве?
Так если зеркал много, это ещё надо разбираться какое и куда смещать. Не говорю уже о том, что ехать в поле с такой
системой, опять же говоря мягко, идея мало полезная. Надо искать такие системы, которые можно настроить в лаборатории
и проектировать их механику таким образом, чтобы она обеспечивала соответствующие допуски на перемещения зеркал.

Если у такой системы нету никаких достоинств относительно других - собрать ее можно. Но смысла мало. Можно пропустить этап сборки и сразу отправить документацию в дешевый архив тоже рабочих систем построения картинок. Пока из видимых проблем:
1. Более габаритная.
2. Потенциально более дорогая хотя бы в начале производства.

Сложный вопрос и потенциально дорогой - какое нужно качество (цена) поверхностей зеркал чтобы работало лучше (топовой) линзовой по контрасту. В теории при отражении можно получать качество по контрасту лучше прохождения через стекла.

Ну а с чего Вы всё это взяли, если и системы как таковой нет! Я только хотел сказать, что вопрос децентрированных многозеркальных систем с осесимметричными зеркалами ещё толком не изучался. А параметров там достаточно, чтобы исправить астигматизм и наклон плоскости изображения в центре поля зрения. Исправление аберраций, конечно, зависит от количества зеркал. В трёхзеркальной системе, скорее всего, решений не будет, а вот четырёх и пяти зеркальные системы могут и позволить выявить интересные решения. К сожалению, здесь без теоретических изысканий не обойтись.

[Ph_user]

чтобы гнуть
сплошные зеркала - мне кажется это, мягко сказать, малоперспективная идея.

Зависит от толщины зеркала и количества и мощности приводов на изгибы.

если зеркал много, это ещё надо разбираться какое и куда смещать.

Сейчас с этим стало сильно проще - роботы уже быстро считают и по картинке размытий точки (и результату осмотра предварительных поправок) могут быстро посчитать как куда гнуть сотни-тысячи+ мест прогиба у меньше 10 зеркал. Даже методами перебора вариантов. Ну надо програмистов просто напрячь или нейросетевым роботам задачу поставить. Чтобы имело смысл инвестировать туда - достаточно иметь годно работающее математическое решение хотя бы для моделированой системы. Физику уже будут править роботы с замкнутым циклом от подачи возбуждения до счета и ввода поправок.

с чего Вы всё это взяли, если и системы как таковой нет!

По поперечным габаритам уже все видно - будет больше рефрактора. И чем больше относительная дырка - тем больше больше. А рынок обычно хочет габариты поменьше (если нету других фундаментальных преимуществ).

с осесимметричными зеркалами

Да с любыми.

вот четырёх и пяти зеркальные системы могут и позволить

С увеличением количества зеркал будет больше цена и габариты и хуже контраст. Лучше минимально достаточное количество.

Надо искать такие системы, которые можно настроить в лаборатории
и проектировать их механику таким образом, чтобы она обеспечивала соответствующие допуски на перемещения зеркал.

Это все старые методы. Во времена вмеру мощных вспышек цивилизаций с успехами в мелких электрических роботов происходит переход от сложной механики к электрифицированым решениям с самонастройкой (роботами) по месту применения. Это еще и уменьшает расходы дорогих ресурсов. И дает возможность бизнесу переходить от продажи вещей к продаже услуги. В товаре стоят часы и програма. Покупатель услуги оплачивает время работы с картинкой и робот все настраивает по месту на оплаченое время (после ввода кода шифровки с доказательствами роботу оплаты услуги и интервала оплаты).

Так уже произошло с бытовыми стиральными машинками - вместо дорогой жесткости и постановки на фундамент от улета при плохом балансе просто стоит дешевый мелкий робот в десятки-сотни+ раз меньше весом для подбора баланса по месту перед отжимом. Ну работает дольше - зато товар намного дешевле стал при аналогичных параметрах по постираному за раз и удобнее в переноске-перевозке (и дешевле в транспортировке при оплате за вес).

С зеркалами все сильно проще относительно рефракторов - есть доступ на управление формой по всей площади зеркала без ограничений на размер системы управления даже. В рефрактор такое запихать намного сложнее если надо менять форму линз.

если и системы как таковой нет!

Ну технически системы с 4 зеркалами офсетно стоят в биноклях и микроскопах уже больше века - если там погнуть зеркала от плоских они станут работать как система с конечным фокусным. Заодно качество удержания формы зеркал на стеклоблоках получше и качество по картинке бывает лучше дешевых наружних зеркал.

Для уменьшения габаритов системы можно попробовать прикинуть аналог какой-нить шп-(руф) или ак-(руф) призмы. Они поменьше 4 зеркальных поррошных хотя бы по поперечному габариту. Рынок любит минимальные габариты.

[Клевцов Юрий Андреевич]

Оставляя в покое рынок, мне всё-таки кажется, что Вы несколько переоцениваете возможности робототехники.
Математики тоже не всесильны, пока что моделирование подвижек системы проще всего делается под интерферометрическим
контролем волнового фронта. С подвижками зеркал дело обстоит значительно лучше, так как существуют автоматизированные платформы, позволяющие отрабатывать линейные перемещения вплоть до 1 мкм. и сколько-то  там секунд по углу (забыл сколько).
Вы поступили бы правильно, если бы привели конкретные примеры управления формой сплошных зеркал посредством
гнутия. Мне такие эксперименты с положительным результатом не попадались, но и специально я на этом направлении не
копал.

[Vla]

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.

Асферика не нужна. При f/7.4 коррекция все еще находится в пределах «дифракционного ограничения» по полю в 1 градус (наилучшая изогнутая поверхность). Система также намного короче, но зеркала все еще разнесены по вертикали.
Какую асферику, кроме конической и более высокого порядка, вы бы использовали?

[lx75]

Какую асферику, кроме конической и более высокого порядка, вы бы использовали?

Посмотрел  бы сначала  форму волнового фронта по полю, затем думал бы как его приблизить к наименьшему RMS, с помощью ретуши третьего или четвертого зеркала.
Примерно так: http://centerfreeformoptics.org/what-is-freeform-optics/

[Ph_user]

по полю в 1 градус

Целый 1 градус это уже ближе к началу реального применения. Если дотянуть до 2..3 будет еще намного лучше.

Точка на краю 0.5 градусов мутновата - но имеет ощутимо собраное пятно. Хуже когда там размазня равномерная.

Система также намного короче, но зеркала все еще разнесены по вертикали.

Короткая коробка может быть лучше более длиной трубы - меньше паразитные моменты на поворотнике. Ну и чем больше подвинут центр гравитации назад - тем удобнее при поворотах т.к. меньше радиус поворота можно поставить при еще терпимой балансировке. Тут есть бонус относительно рефрактора - там много веса собрано на дальнем от выхода конце трубы.

конкретные примеры управления формой сплошных зеркал посредством
гнутия.

Вон мужики телескоп с зеркалами собирают - подвес каждого куска зеркала около 1.5 метра размером на 27 точек. Можно и отдельные точки подстраивать чтобы 5 см толщиной кусок стекла догибать при влиянии гравитации и температуры и всю сборку можно шевелить с шагом 2 нанометра на 10 милиметров на трех сместителях.

https://elt.eso.org/mirror/M1/

Each segment is supported on a 27-point whiffletree, which is a mechanism to evenly distribute the support across the back of the segment using 27 points of contact across its surface. The load on the whiffletree can be adjusted via warping harnesses so as to slightly change the shape of the mirror to compensate for optical aberrations induced by gravity and thermal effects. Moreover, each segment assembly can be moved in height and tip/tilt relative to the structure by using three positioning actuators (PACTs). These three actuators can move independently with an accuracy of 2 nm with a maximum excursion (or stroke) of 10 mm to adjust its position and maintain the perfect co-alignment of all the segments and effectively create a giant monolithic mirror.

Each segment support includes axial and lateral supports and a clocking restraint, all attached to a moving frame. The axial support is a 27-point isostatic support, made of three 9-point whiffletrees. Each M1 segment assembly comprises a warping harness, made of nine shape actuators, that allows correction of three segment deformation modes: curvature, astigmatism, and trefoil. The actuators modify the axial support forces by applying a torque at the location of the axial support tripod pivots. The warping harness has a micron range stroke and it is a ‘slow’ actuator (1.5s full stroke).

Удержание нужной формы зеркал роботизироваными держалками-давилками уже промышленый стандарт в 202х.

[Клевцов Юрий Андреевич]

Вон мужики телескоп с зеркалами собирают - подвес каждого куска зеркала около 1.5 метра размером на 27 точек. Можно и отдельные точки подстраивать чтобы 5 см толщиной кусок стекла догибать при влиянии гравитации и температуры и всю сборку можно шевелить с шагом 2 нанометра на 10 милиметров на трех сместителях.

https://elt.eso.org/mirror/M1/


Удержание нужной формы зеркал роботизироваными держалками-давилками уже промышленый стандарт в 202х.

До стандарта там ещё далековато. Как говорится - дай Бог нашему теляти да волка съисти! Вот испытают, видно будет,
на что способны такие системы. Речь как раз идёт об адаптивной оптике и зрачке 39 метров! И решения эти
исключительно дорогие. Кто в здравом уме будет их применять для телескопов небольшого зрачка скажем 500 - 1500 мм?
И, насколько я понял, главный режим, который уже опробован на меньших зрачках - это всё-таки режим управления
сегментами, а получится или нет корректировать форму самих сегментов и, главное, поддерживать её в надлежащем состоянии
при работе телескопа - это большой вопрос (и, кстати, контроля формы этих сегментов в реальном масштабе времени тоже). Ну и последнее - это всё-таки не вопрос любительской оптики, так как такие решения любителю явно не по карману.

[Ph_user]

об адаптивной оптике

Часть приводов там быстрая - чтобы атмосферу пробовать коректировать. Часть медленые (и короткие - только на 1 микрометр полного хода) - чтобы изгибы зеркала от температуры и гравитации поправлять.

[Vla]

Какую асферику, кроме конической и более высокого порядка, вы бы использовали?

Посмотрел  бы сначала  форму волнового фронта по полю, затем думал бы как его приблизить к наименьшему RMS, с помощью ретуши третьего или четвертого зеркала.
Примерно так: http://centerfreeformoptics.org/what-is-freeform-optics/

Легче сказать, чем сделать. И, похоже, здесь это не поможет. Небольшие изменения могут сделать примерно столько, сколько возможно. Например, зеркала можно сделать меньше (в первую очередь 3-е и 4-е), насколько позволяет приемлемое виньетирование, а поле можно сделать плоским, сделав 4-е зеркало слегка эллипсоидальным (ниже). Доминирующей внеосевой аберрацией является астигматизм, который необходим для выравнивания поля (потому что Петцваль не равен нулю и не может быть, поскольку это Петцваль главного зеркала). В целом, плоское астигматическое поле вызывает меньшую ошибку, чем искривленное поле без астигматизма, и это также здесь. Это примерно все что можно сделать при таком большом относительном отверстии.

[Vla]

Система также намного короче, но зеркала все еще разнесены по вертикали.

Короткая коробка может быть лучше более длиной трубы - меньше паразитные моменты на поворотнике. Ну и чем больше подвинут центр гравитации назад - тем удобнее при поворотах т.к. меньше радиус поворота можно поставить при еще терпимой балансировке. Тут есть бонус относительно рефрактора - там много веса собрано на дальнем от выхода конце трубы.

Конечно, чем короче, тем лучше. И даже вертикальное расширение имеет положительный момент, требуя более низкого крепления. Так что, да, относительно удобно для использования.

[lx75]

Легче сказать, чем сделать.

Спасибо за интерес к теме и помощь!

В целом, плоское астигматическое поле вызывает меньшую ошибку, чем искривленное поле без астигматизма, и это также здесь. Это примерно все что можно сделать при таком большом относительном отверстии.

Разве это мало? Градус  дифракционно ограниченного поля, без хроматизма и экранирования.

[библиограф]

 И четыре зеркала, а на самом деле, шесть - сам телескоп на неподвижной оптической скамье и два плоских для целостата.

[Ph_user]

четыре зеркала

Всего 4 - по поверхностям на ухудшение контраста это примерно равно раздельному дублету. Но тут еще достаточно ровное поле на тот 1 градус. А у дублета еще будет кривое и кривизну вроде надо лечить еще минимум 2 поверхностями еще одной линзы. Шансы получить контраст повыше какие-то есть.

Если охота прочных жестких зеркал и без пыли-грязи на зеркалах - все это можно натереть снаружи на одной отливке стекла по типу большой монопризмы. Но может больше хроматить вроде (чуть). Так примерно - желтые - окна входа и выхода на пропускание - зеленые - отражайки 99+процентов диэлектрики.

Если такие отливки стекла вмеру одинаковые по параметрам внутри бывают. Если там китаец стекловар хорошо палкой в ведре стекло мешал при варке. Если попросить у китайцев отливку кварца приличной чистоты (или даже монокристал из расплава ?) - будет апохроматический(+?) телескопчик из одного куска кварца. Кварц для световодов китайцы из газов умеют достаточно чистый делать.

И картинка через 4 зеркала вроде будет прямая - без переворотов. Тоже полезно для разных посмотрелок.

[библиограф]

 Если брать большой блок стекла, можно применить его с большей
пользой, сделав Сплошной Шмидт Светосила 1:0.35
https://scask.ru/k_book_opt.php?id=96&ysclid=mbqwkqxei7728904056

[lx75]

Это примерно все что можно сделать при таком большом относительном отверстии.

Вот посмотрите на топографические карты волновых фронтов. Если ретушью занизить поверхность зеркала на 54нм. зону которая окрашена оранжевым цветом среднего волнового фронта, то в центре поля PV останется таким же, но поменяет знак, на зоне поля 0,7 приблизится к 0, на краю поля PV будет примерно такое как до ретуши в центре. Но это волновые фронты поля по оси У, надо еще посмотреть волновые фронты по оси Х и по диагоналям. Думаю таким способом еще можно расширить дифракционно-ограниченное поле системы.

[ekvi]

Легче сказать, чем сделать.

Золотые слова! Особенно применимо к данной теме.

Но у меня к Вам два вопроса.
1. На илл. - действительно изображены волновые ошибки, посчитанные для внеосевика?
2. Как считались эти ошибки: для прямого хода лучей или в обратном, т.е. от фокальной поверхности => к входному зрачку?

[Ph_user]

можно применить его с большей
пользой

Но с худшим результатом для многих (оплачиваемых) применений. Там если будут двоения и бублики в бокехе - такое перестанут оплачивать. А тут тема про варианты зеркальных без бубликов и двоений - за такое больше платить могут (если еще и контраст заметно лучше рефрактора будет).