Рассчет схемы Куттера.

[Mihail Sedyh]

Тут тема про Венеру (необходимость в чисто зеркальной системе с достаточно большим фокусом с минимальным ЦЭ), а также очередной результат по Луне в 235мм с разрешением на уровне Алькора, воскресили мой интерес к схеме Куттера. Перечитал в очередной раз ЛЛС:

В 1877 г. И. Форстер и И. Фрич вынесли вторичное зеркало за пределы пучка.
Это брахиты. Зеркала этих телескопов имеют форму внеосевых параболоидов и гиперболоидов. Их ретушь и контроль чрезвычайно сложны. В пятидесятые годы нашего века немецкий любитель Антон Куттер предложил за счет снижения относительного отверстия заменить оба зеркала на сферические (рис. 76). Возникающий при этом астигматизм главного зеркала компенсируется наклоном вторичного, а кома укладывается в допуск Рэлея.
Так как в телескопе Куттера пучок не экранируется, система дает чрезвычайно резкие и контрастные изображения. Особенно они пригодны для наблюдений Луны, Солнца, планет, двойных звезд. Многие солнечные телескопы профессионалов имеют схему брахита.
Приведем конструктивные элементы телескопа Куттера. Обозначения взяты с рис. 76: D1=108 мм, D2=56 мм, R1=R2=3239 мм, f1=f2=1619 мм, f'экв=2819 мм, D =914 мм, s'=1180 мм, b1=89 мм, b2=203 мм, j 1=5°35', j2=12°50', " =26 [36].

Изменяя диаметр главного зеркала, нужно пропорционально изменить все размеры, кроме углов наклона. Телескоп интересен тем, что оба его зеркала имеют равные радиусы кривизны. Это значит, что их можно пришлифовать друг на друге. Полируются они порознь каждый своим полировальником, но испытываются наложением друг на друга по интерференционным полосам. Для этого вогнутое зеркало предварительно испытывается методом Фуко, а потом используется как эталонное стекло для испытаний выпуклого.

И в очедной раз возникла куча вопросов.....
1. Кто-нибудь считал что у него твориться по полю скажем 15'? Т.е. "астигматизм компенсируется..." и "кома укладывается..." - это хорошо, но хотелось бы увидеть пятна.... (возможно ли увеличить светосилу за счет уменьшения поля?)
2. Каков вообще алгоритм геометрического рассчета?
3. Что будет с картинкой при масштабировании? (интересна наверное апертура в районе 150мм)
4. Можно ли каким-либо способом уменьшить расстояние между зеркалами?
5. Равные радиусы кривизны зеркал это технологическое удобство или условие компенсации чего-либо?
6. Возможен ли вариант, когда вторичка отклоняет пучок в другую сторону (к оси ГЗ-объект) на тот же угол, что там с астигматизмом будет?
7. И т.д.
Ну и вообще кто чего думает про такую схему?

[SAY]

"Баловался" в свое время по этой схеме на компьютерной программе.
Для 4" аппарата с относительным отверстием 1:30 получил  число Штреля в центре 0.95. По полю аберрации также небольшие (лямбда/3 по волновому фронту на диаметре 0,6 градуса).
Одинаковые радиусы сферических зеркал дают плоское поле.
Если увеличить в данном примере диаметр зеркал до 150 мм (вторичное несколько перекроет световой поток для первичного), в центре число Штреля падает до 0,9. Основной тип аберраций - сферическая.
Если память не изменяет, попытки увеличить светосилу при сферических зеркалах и без их перекрытия приводили к снижению качества.
Никаким алгоритмом не пользовался, просто менял в программе углы наклона зеркал. Не знаю почему, но пример в программе по этой схеме при сопоставимой апертуре и близкой светосиле имел несколько более низкие показатели.
Поскольку достаточно светосильный телескоп по этой схеме сделать не удастся, то мой интерес к ней пропал. Плюс достаточно непростая по моему мнению техническая реализация, включая юстировку.

[serega2007]

Несмотря на кажущуюся простоту , внеосевые схемы крайне сложны в части реализации так и юстировки .
При больших увеличениях - малых полях и неограниченой длине инструмента предпочтительнее схема с эллипсом на главн. зерк. и сферой на вторич. зерк.
1 Вторич. зерк. может быть сколь угодно малым .
2 Зеркала могут быть реализованы очень надежными способами и давать изобр. лучшее чем где-либо .                         Серега .

[Mihail Sedyh]

Поскольку достаточно светосильный телескоп по этой схеме сделать не удастся, то мой интерес к ней пропал. Плюс достаточно непростая по моему мнению техническая реализация, включая юстировку.

Светосила как раз нужна 1\30-1\40. Насчет реализации вижу единственное серьезное препятсявие - слишком длинная труба. Можно как-то уменьшить общую длину системы?

Несмотря на кажущуюся простоту , внеосевые схемы крайне сложны в части реализации так и юстировки .
При больших увеличениях - малых полях и неограниченой длине инструмента предпочтительнее схема с эллипсом на главн. зерк. и сферой на вторич. зерк.

Можно поподробнее насчет сложности реализации? Допускаю, что с юстировкой могут быть проблемы, но не думаю, что их нельзя решить...
Как я уже сказал, общая длина трубы - именно то, что хотелось бы максимально ограничить. Под эллипсом на ГЗ имелся в виду одно- или двухосевой эллипсоид? Во втором случае, думаю реализация действительно не сильно проще внеосевых параболоида и гиперболоида...

[serega2007]

1 Непрямые углы всегда создают проблемы .
2 Юстировку , хотябы "наглазок" , осуществить нельзя т.к. не будет дорожки из бликов отражений оправ и проч.
3 Труба будет неочень длинная .
4 На главн. зерк обычная поверхность - эллипсоид вращения отл. от параболы и проч. поверхностей эксцентрисететом .
5 Внеосевые парабола и гипербола - это фантастика .                                                Серега .

[Mihail Sedyh]

1 Непрямые углы всегда создают проблемы .
2 Юстировку , хотябы "наглазок" , осуществить нельзя т.к. не будет дорожки из бликов отражений оправ и проч.
3 Труба будет неочень длинная .
4 На главн. зерк обычная поверхность - эллипсоид вращения отл. от параболы и проч. поверхностей эксцентрисететом .
5 Внеосевые парабола и гипербола - это фантастика .                                                Серега .

1. Не понял о чем Вы...
2. На глазок как раз можно. Никаких бликов в хорошей трубе быть и не должно, а оправы\диафрагмы разумеется будут видны. Накрайняк можно и по звезде отюстировать и\или предусмотреть в конструкции специальные приспособы для юстировки.
3. Не очень длинная относительно чего? Можно пример с цифрами?
4. Понятно. А что именно даст применение эллипсоида по сравнению со сферой?
5. Согласен.

[Iannis]

http://bhs.broo.k12.wv.us/homepage/alumni/dstevick/weird.htm
http://bhs.broo.k12.wv.us/homepage/alumni/dstevick/unobnewt.htm

[Mihail Sedyh]

http://bhs.broo.k12.wv.us/homepage/alumni/dstevick/weird.htm
http://bhs.broo.k12.wv.us/homepage/alumni/dstevick/unobnewt.htm

Спасибо, ссылки интересные. Правда бросается в глаза общая склонность к кубизму.

[KOR01]

Делается такая схема без особых проблем.
Считается полноразмерный Кассегрен, для 150 мм готового экземпляра, это наверное 400-430 мм, изготавливаются зеркала в блоке. Потом раскрепляются и ставятся в готовую трубу. Есть только одно но, которое останавливает в этой схеме. 400 мм 1:15. это 6000 мм фокуса, при 150 мм это светосила 40. А оно это надо? Проще и удобнее изготовить двухлинзовый апохромат 150 мм со светосилой 10 - 12 и посчитать к нему апохроматическую линзу Барлоу.

Да вот еще что, Орион продает внеосевой Ньютон, помоему 90 мм со светосило1 13. Так вот это делается из 250 мм "цельного" зеркала. Стоит около штуки. Хотя почему, так и не понял? Элементарная и ненужная  вещь!

[SAY]

Светосила как раз нужна 1\30-1\40. Насчет реализации вижу единственное серьезное препятсявие - слишком длинная труба. Можно как-то уменьшить общую длину системы?

За счет некоторого снижения качества, увеливая светосилу сферических зеркал.

[Mihail Sedyh]

Делается такая схема без особых проблем.
Считается полноразмерный Кассегрен, для 150 мм готового экземпляра, это наверное 400-430 мм, изготавливаются зеркала в блоке. Потом раскрепляются и ставятся в готовую трубу.

Валерий, это про внеосевые параболы и гиперболы? Судя по углам наклона, сферическая вторичка врятли является частью большего вторичного зеркала виртуального кассегрена, или для 150 мм придеться делать блок зеркал существено больше (см. размер b2 на рисунке)...

Есть только одно но, которое останавливает в этой схеме. 400 мм 1:15. это 6000 мм фокуса, при 150 мм это светосила 40. А оно это надо? Проще и удобнее изготовить двухлинзовый апохромат 150 мм со светосилой 10 - 12 и посчитать к нему апохроматическую линзу Барлоу.

В том то и дело, что надо. Фокус вообще нужен в районе 4-5 метров, и для 150мм 1/27- 1/35 - самое то.
Насчет рефракторов и ЛБ, я же не даром упомянул Венеру. Я не уверен, что можно что-то линзовое полностью апохроматизировать для диапазона от 300 до 900-1000 нм....

За счет некоторого снижения качества, увеливая светосилу сферических зеркал.

А вообще хотя бы для схемы на рисунке дифракционное качество скажем на оси получается?

[Забелин Илья]

   Проще всего будет обычный Ньютон.Аппертурная диафрагма, не цепляющая вторичку, равная меньше половины главного зеркала. Вторичка может быть очень малых размеров, т.к. окулярный узел можно внести внутрь трубы.

                       С уважением Илья

[Mihail Sedyh]

   Проще всего будет обычный Ньютон.

Не получится. Даже для приемников с самым мелким пикселем фокус нужен хотя бы 3 метра.
 
2 All. Давайте я попробую сформулировать ТЗ, может действительно есть лучшее решение:

1. Апертура 130-160мм
2. Фокусное расстояние 3-5 метров.
3. Рабочий диапазон длинн волн  300-1000нм (именно по этому параметру я исключил любые линзы, но может я неправ?).
4. Максимально возможное качество изображения на поле диаметром 10-15 минут. Требования по качеству приводят к:
    4.1. Крайне желательно отсутствие (или минимизация) ЦЭ.
    4.2. Минимальное  количество поверхностей.
5. Предельная общая длина системы 1500мм (желательно 1000мм).
6. Относительно невысокая сложность изготовления оптики.

[Забелин Илья]

    Крошечная линза Барлоу результат не испортит.

              С уважением Илья

[Mihail Sedyh]

    Крошечная линза Барлоу результат не испортит.
   С уважением Илья

Боюсь, что как раз испортит.
Впрочем, может кто-нибудь сможет посчитать какую сферическую аберрацию внесет 3х-4х ЛБ (какая-нибудь реально существующая с известными конструктивными параметрами и стеклами) в идеальный пучек на длине волны 300нм и 1000нм?

[SAY]

Если принципиален вопрос с длиной аппарата, то при таких малых светосилах может сработать схема Долла-Керкэма со сферической вторичкой и эллиптическим главным зеркалом.
На вскидку прикинул по компьютерной программе:
- главное зеркало диаметром 152 мм с радиусом кривизны 1200 мм, квадрат эксцентриситета 0,812
- вторичка диаметром 27,5 мм (невиньетированное изображение на поле диаметром 15 угл. минут = 17,6 мм), ЦЭ соответственно 18%. По нулевому невиньетированному полю вторичку можно уменьшить до 25,5 мм. Радиус кривизны 235 мм
- между зеркалами 500 мм
- вынос фокуса за вершину зеркала 171,4 мм.

На выходе имеем фокус 4028,6 мм. На крае поля диаметром 15 угл. минут качество 0,325 лямбда по волновому фронту (естественно, что основная аберрация - кома).

[KOR01]

Гораздо интересней сделать Грегори.

[serega2007]

Если принципиален вопрос с длиной аппарата, то при таких малых светосилах может сработать схема Долла-Керкэма со сферической вторичкой и эллиптическим главным зеркалом.
На вскидку прикинул по компьютерной программе:
- главное зеркало диаметром 152 мм с радиусом кривизны 1200 мм, квадрат эксцентриситета 0,812
- вторичка диаметром 27,5 мм (невиньетированное изображение на поле диаметром 15 угл. минут = 17,6 мм), ЦЭ соответственно 18%. По нулевому невиньетированному полю вторичку можно уменьшить до 25,5 мм. Радиус кривизны 235 мм
- между зеркалами 500 мм
- вынос фокуса за вершину зеркала 171,4 мм.

На выходе имеем фокус 4028,6 мм. На крае поля диаметром 15 угл. минут качество 0,325 лямбда по волновому фронту (естественно, что основная аберрация - кома).

Что и требовалось доказать . Не понимаю почему эта схема не популярна . Свой первый двухзерк. телескоп я делал именно таким . Есть там и всякие технологические " подарки " .
                                                                                                                                                                                                                              Серега .

[Mihail Sedyh]

Если принципиален вопрос с длиной аппарата, то при таких малых светосилах может сработать схема Долла-Керкэма со сферической вторичкой и эллиптическим главным зеркалом.

От ЦЭ хотелось бы совсем избавиться, но можно взять предложенную схему в качестве сравнения. Скажите 18% ЦЭ это с учетом бленд-отсекателей?

На крае поля диаметром 15 угл. минут качество 0,325 лямбда по волновому фронту (естественно, что основная аберрация - кома).

Лямбда/3 вроде прилично, а какое пятно рассеяния получается в кружках Эри?
А может кото-нибудь сможет пересчитать схему Куттера на данные параметры (Д=152, ф=4000) и оценить качество нам том же поле в 15'?

Гораздо интересней сделать Грегори.

Я об этом тоже думал, но не будет ли там все еще хуже с ЦЭ за счет бленд из-за большего расстояния между зеркалами и промежуточного фокуса?

[KOR01]

Так есть же схема Грегори почти с нулевым экранированием. Как Вам соотношение при диаметре 300 мм и экранирование 15 мм?