Помогите оценить зафокальное изображение

[tlgleonid]

Мне попал в руки телескоп: Диаметр  26 см, Светосила 5.8. Зеркало имеет толщину 55 мм.
Оправы жесткие, сделаны из стали, труба
из  дюрали.  Экранирование  главного  зеркала  около  30  процентов по
диаметру.  Труба окрашена с обеих сторон. Снаружи темно-синей краской,
а  внутри  блестящей  черной.  Эта  труба  установлена  на  монтировке
Добсона.  Вес трубы без монтировки более 25 килограм. Монтировка весит
более  10  кг.   При   проведении  ноблюдений  выяснилось,  что  при  малых
увеличениях  проницающая  способность  близка к теоретической, а яркие
туманности  видны  очень  неплохо  с большим количеством подробностей.
Однако  применение  больших увеличений уже приводит к низкому качеству
изображения.  Контраст  очень  низкий.  Яркие зведы дают очень сильный
ореол,  который  виден  на  растоянии  до нескольких градусов. Я решил
проверить,   в  чем  дело.  Есть  очень  неплохой  метод  исследования
предфокальных  и  зафокальных  изображений.  То,  что  я  увидел, меня
поразило.  Зафокальное  изображение  просто  расплывается и появляется
тень   от   диагоналки   и   растяжек.   Растяжки  дают  очень  четкую
дифракционную   картинув   виде   черных   и   ярких   линий  на  фоне
бледно-светлого  ореола  от  звезды.  При внимательном приглядывании я
заметил,  что  кольца  все-же  есть,  но  они настолько малоконтрастны
(контраст   ниже,  чем  у  морей  и  континентов  Марса)  и  настолько
неправильной  формы, что заметить их очень сложно. Их форма напоминает
профиль  кактуса.  На  предфокальном изображении вообще колец невидно.
При  перемещении  звезды  из ценра к краю хотя бы на четверть диаметра
изображение  резко деформируется, черное пятно от диагоналки смещается
резко к краю дифракционной картинки, а сама картинка становится сильно
вытянутой.  Профиль не изменялся со временем и со сменой или поворотом
окуляров.  Зеркла  покрыты  алюминием без защиты, вроде аккуратно, без
царапин.

[Ernest]

Если с атмосферой все было в порядке (это можно оценить по стабильности картинки), мне кажется, что Вы применили слишком большую расфокусировку. Тени от растяжек не должны быть видны при тех расфокусировках, которые необходимы для анализа пред/зафокала.
Попробуйте еще раз, но с не столь большими расфокусировками.
Если видна дифракц. картина в сфокусированном варианте, то при увеличениях от D (в мм) и более, расфокусируйте потихоньку, пока не пропадет центральный максимум и появится более-менее выраженный яркий "бублик" диаметром первого-второго кольца, затем добавьте еще такое-же смещение фокусера - это и будет картинка интересная для анализа.

Если контраст в полученной дифракционной картинке по прежнему будет невелик, а форм колец будет сильно искажена (после того, как Вы убрали кому наклонами главного зеркала), можно по рисунку попытаться оценить качество зеркала. Но реальное представление об отклонениях формы стоит делать анализируя методом Фуко.

[tlgleonid]

Спасибо за совет, но я примерно так и поступил, однако при этом дифракциооной картинки не увидел, а увидел лишь дифракционное изображение от растяжек. Поскольку я уже испытывал не один телескоп таким методом и ничего подобного ранее не видел, то и решил обратится за советом. Вообще говоря тень от растяжек не очень сильна, но она гараздо контрастнее, чем кольца.
На выходных я сравнил эту картинку со своим 150 мм телескопом и проанализировав картинку при помощи различных программ, пришел к выводу, что скорее всего виновата диагоналка. Кто что думает?

[Денис Никитин]

Леонид, в принципе описание изображений в фокусе сразу наводит на мысль о сферической аберрации, причем сильной. Как-то мне пришлось наблюдать нечто подобное. По Вашему описанию зафокальных и предфокальных изображений трудно сказать в какую сторону “уползла” фигура зеркала. В сторону гиперболоида или эллипсоида, а может оно вообще сферическое. Судя по зафокальному – эллипсоид, а с предфокальным нестыковка, потому, что бывает видно довольно яркое внешнее кольцо. Поможет только теневое испытание.

Трудно представить себе дифракционное кольцо в форме кактуса. Если это трехосевая фигура, возможно оптика пережата в оправе. Асимметрия изображения на краю поля зрения возможно следствие комы.

Трудно винить в подобных безобразиях диагональное зеркало, если оно, конечно, было изготовлено как оптическая деталь, а не вырублено из куска оконного стекла и сразу алюминировано. Диагональ бывает дает астигматизм если выполнено не вполне плоским.

 

[Doof]

У меня тоже есть вопрос по этой теме. Знакомому попал в руки noname телескоп - рефрактор 60 или 70 mm, видимо китайского производства. Так вот, там изображения ярких звезд в фокусе при большом увеличении представляют собой этакие "птички". Яркая середина и 3 луча, два в противоположные стороны - одинаковые и один - перпендикулярно им, более яркий и, кажется другого цвета. Все это повернуто на некоторый угол 30-40 градусов. По поводу предфокальных и зафокальных изображений, говорит, что они слабо эллиптические, причем зафокальный более сплюснутый, дифракционные кольца выражены и повторяют форму эллипсов, главные оси эллипсов перпендикулярны друг другу и также повернуты на этот же (30-40) угол.  Линзы точно стеклянные, есть диагональное зеркало.
Что это может быть и как от этого избавиться? При 30х наблюдать еще можно, при 100х уже проблематично.

[Денис Никитин]

Только что обратил внимание на сследующее:

Мне попал в руки телескоп: Диаметр  26 см, Светосила 5.8. Зеркало имеет толщину 55 мм. Экранирование  главного  зеркала  около  30  процентов

Кто это построил? Толщина 55 мм ?! Центральное экранирование 30% чего площади или диаметра, а в прочем в любом случае... Эта штука никогда не придет в температурное равновесие, а деформация волнового фронта при таком экранировании с трудом влезет в критерий Релея.

Doof,
Элиптическая форма дифракционных изображений основной признак астигматизма. А вот птички...где-то я такое видел...боюсь соврать, но помоему в одной из книг Тудоровского или Слюсарева, и это по моему тоже какая-то аберрация, но не третьего порядка, не бейте если соврал. Избавиться по-моему нельзя ни как.

[ks]

[Только что обратил внимание на сследующее:

Мне попал в руки телескоп: Диаметр  26 см, Светосила 5.8. Зеркало имеет толщину 55 мм. Экранирование  главного  зеркала  около  30  процентов

Кто это построил?

Судя по всему (диаметр 26см, светосила 5.8 и то что в Киеве вряд ли в этом промежутке времени появилось два одинаковых телескопа) речь идет о телескопе, изготовленном нашей группой для Тибора.
Если это так, то я внесу ясность в цифры.
Толщина зеркала 45мм, стекло ЛК-5, в центре зеркала отверстие 50мм диаметром. Малая ось диагоналки 72мм.

Сергей Каминский.

[Денис Никитин]

Cергей, Вы конечно можете сказать, что это не мое.....дело, но позвольте спросить, зачем делать такое толстое зеркало, это же явный проигрыш, и зачем нужна такая большая диагональ. 72 см малая ось – это получается почти полтора градуса невиньетированного поля. Даже при равнозрачковом увеличении нужен окуляр с полем зрения в районе 60 градусов. Обычные окуляры все равно такого поля не имеют, а наворочаные широкоугольные стоят как половина телескопа. Можно легко уменьшить диагональ скажем вдвое, пусть потеряем даже три десятых (или что-то вроде того) звездной величины на краю (но ведь визуал же, для фотометрии не предназначен), зато качество изображения выиграет. Отверстие в главном зеркале для чего?Наконец, что Вы сами думаете по поводу проблем Leonida?  

[ks]

При габаритном диаметре 265мм толщина зеркала 45мм не является слишком избыточной. В рекомендациях по этому поводу (Максутов Д.Д. Сикорук Л.Л., Наумов Д.А.) приводится толщина 50,9мм для стекла К-8 при разгрузке на три точки. Для ЛК-5 еще больше. В свое время мы с коллегами увлекались утоньшением зеркал (до сих пор валяются заготовки тех лет), могу сказать, что сделать зеркало, толщиной, рекомендуемой для разгрузки на 9 точек  с точностью поверхности Л/10 невозможно и очень проблематично для 6-ти точечной разгрузки. Дело в деформациях, которые испытывает зеркало при полировке. При таких толщинах стекло способно удерживать форму только без внешних нагрузок. При полировке к весу полировальника и поводка прибавляются  нагрузки от присасывания полировальника к стеклу. Поверхность зеркала приобретает астигматизм (которым страдают многие большие зеркала), а иногда и внеосевую симметрию, на теневой картине видно в каких местах оно было приклеено к наклеечнику, а дифракционные кольца повторяют форму наклейки. Для сферических зеркал можно применить некоторые приемы полировки, позволяющие чуть снизить толщину, но я и так слишком ушел в подробности. Отношение диаметр/толщина есть некий компромис между качеством и весом, который я решаю по своему.
Размер диагоналки выбран в связи с большим выносом за край пучка, заказчиком был заказан большой ход кремальеры. Что касается уменьшить в два раза - я не сторонник крайностей, жизненный опыт говорит, что они себя не оправдывают.
Заготовка под зеркало заказывалась год назад и поскольку задача еще была не определена, было заказано и отверстие, позволяющее использовать зеркало и для Кассегрена.
По “поводу проблем Leonida” , поскольку он не сказал какой телескоп имеется ввиду, то и свои коментарии я считаю излишними. Если ко мне обратится Тибор, я расскажу о всех ньюансах.
В лабораторных испытаниях зеркало показало погрешность формы меньше, чем Л/10 (уложилось с запасом), при полевых испытаниях с Огарковым, никакой остаточной сферической не наблюдалось, расфокусировалось абсолютно одинаково в обе стороны. Я видел инструменты, считавшиеся первоклассными в которых остаточная сферическая была видна. При наблюдении эпсилон Лиры в редкие моменты успокоения было видно, что между теми двумя можно еще две звезды воткнуть и будет видно, что их четыре. Однако могу допустить незначительную разюстировку при транспортировке к месту наблюдений. Неприятно смотрятся следы от растяжек. Если последний абзац будет воспринят некоторыми как самореклама, не относитесь к изложенному серьезно.

Сергей Каминский.

[tlgleonid]

При габаритном диаметре 265мм толщина зеркала 45мм не является слишком избыточной. В рекомендациях по этому поводу (Максутов Д.Д. Сикорук Л.Л., Наумов Д.А.) приводится толщина 50,9мм для стекла К-8 при разгрузке на три точки.

Приведу свои расчеты: для стекла ЛК-5 толщина стекла при разгрузке на 3 точки 70 мм, при 6 точках 25 мм. при 9 - 20 мм.

В свое время мы с коллегами увлекались утоньшением зеркал (до сих пор валяются заготовки тех лет), могу сказать, что сделать зеркало, толщиной, рекомендуемой для разгрузки на 9 точек  с точностью поверхности Л/10 невозможно и очень проблематично для 6-ти точечной разгрузки. Дело в деформациях, которые испытывает зеркало при полировке. При таких толщинах стекло способно удерживать форму только без внешних нагрузок.

Насколько я знаю, большинство оптиков изготавливают крупные зеркала свыше 15-20 см диаметром с расчетом на разгрузку на 9 точек, причем довольно успешно. Такое зеркало я видел изготовленным в Харькове Железняковым. Для изготовления "тонких" зеркал есть механизмы, которые я видел в книге Максутова и, кажется, Витреченко. В любом случае хотелось, что бы оптики, которые делают такие зеркала высказались по этому поводу.

Размер диагоналки выбран в связи с большим выносом за край пучка, заказчиком был заказан большой ход кремальеры. Что касается уменьшить в два раза - я не сторонник крайностей, жизненный опыт говорит, что они себя не оправдывают.

Чем больше процент центрального экранирование, тем ниже контраст, особенно темных точек на светлом фоне и темных линий на светлом фоне. Для визуальных телескопов с диаметром 10 дюймов рекомендуют диагоналку с малой осью не больше 52 мм (кажется ISO). Для данного инструмента я бы делал диагоналку 48 мм. Такие большие диагоналки имеет смысл делать только для профессиональной оптики и  лишь для фоторабот (допуск 1/3). Убедится в сильном падении контраста можно расчитав картину самому (как это сделать, описанов книге Михельсона) или посмотреть на результат при помощи программы "Абератор". Кому надо, вышлю.

Заготовка под зеркало заказывалась год назад и поскольку задача еще была не определена, было заказано и отверстие, позволяющее использовать зеркало и для Кассегрена.

А вот и причина таких размеров диагонального зеркала. При меньших будет видна дырка.

при полевых испытаниях с Огарковым, никакой остаточной сферической не наблюдалось, расфокусировалось абсолютно одинаково в обе стороны. Я видел инструменты, считавшиеся первоклассными в которых остаточная сферическая была видна. При наблюдении эпсилон Лиры в редкие моменты успокоения было видно, что между теми двумя можно еще две звезды воткнуть и будет видно, что их четыре.

Эпсилон Лиры - не очень удачный объект. Расстояния между компонентами чуть больше 2 секунд. Радиус диска эйри 1.1 секунды дуги. значит в промежуток можно запихнуть с трудом еще один диск. Оценить что и как будет видно очень трудно. Может лучше попробовать на Бета Дельфина - идеальный тест для 260 телескопов.

Однако могу допустить незначительную разюстировку при транспортировке к месту наблюдений.

С юстировкой все в порядке. Это первое, что я подумал. А вот причины, которые вызвали такие проблемы могут быть самыми разными:
- покоробилось стекло
- температурные искажения, которые могут быть вызваны разными неоднородностями стекла, оправы и трубы, а что они могут быть стабильными, то с этим я столкнулся при работе над диссертацией.
- еще 1000 причин.

Неприятно смотрятся следы от растяжек.

А в чем причина?

[Vladneb]

Леня, а сколько времени "отстаивался" телескоп? Может быть здесь и есть причина?

[Денис Никитин]

Насколько я знаю, большинство оптиков изготавливают крупные зеркала свыше 15-20 см диаметром с расчетом на разгрузку на 9 точек, причем довольно успешно. ...В любом случае хотелось, что бы оптики, которые делают такие зеркала высказались по этому поводу.

Хотя я и не профессиональный оптик, все равно выскажусь. Моим достижением явилось 400 мм f/6 параболическое зеркало, выполненное из пирексовой заготовки стандартной толщины 1 5/8 дюйма (грубо 40 мм), доставшейся в подарок аж из самих Америк. При изготовлении следовал инструкциям, опубликованным Бобом Кестнером в нескольких выпусках журнала Telescope Making, или здесь http://www.newportglass.com/grind1.htm
http://www.newportglass.com/grind2.htm
Стоит обратить внимание на метод разгрузки зеркал и методы борьбы с астигматизмом. Зеркало выполнено с качеством 1/6 лямбда. Недавние испытания в практически идеальных астроклиматических условиях показали, что зеркало работает вполне адекватно, а если верить тому же Аберратору, оно получилось даже несколько лучше, чем показали лабораторные испытания теневым методом.

Гордые заявления о зеркалах большой апертуры, изготовленные с точностью 1/10 лямбда и лучше, вызывают только улыбку, поскольку это не разумно и не рационально, учитывая, что качество изображения больших зеркал определяется, в подавляющем большинстве случаев состоянием атмосферы, а не качеством оптики.

Данные Максутова по необходимой толщине и разгрузке зеркал, основаны на исследованиях Данжона и Кудера,  давно устарели и представляют музейный интерес. Использование метода конечных элементов для оценки толщины и разгрузки зеркал, показанное японским инженером Тошими Таки в журнале Sky&Тelescope, и послуживший в дальнейшем для разработки программ вроде PLOP, которые теперь широко используются как любителями и профессионалами, стоит пристального изучения. Согласно анализу 400Х40 мм зеркало может иметь оправу с разгрузкой на шесть точек. А  для зеркала диаметром 260 мм при разгрузке только на три точки, достаточно толщины 30 мм.

Опережая критические замечания, замечу, что сам относился к всему вышесказанному более чем скептически...до тех пор пока не убедился на практике.    

[Ernest]

Использование метода конечных элементов для оценки толщины и разгрузки зеркал, показанное японским инженером Тошими Таки в журнале Sky&Тelescope, и послуживший в дальнейшем для разработки программ вроде PLOP, которые теперь широко используются как любителями и профессионалами, стоит пристального изучения. Согласно анализу 400Х40 мм зеркало может иметь оправу с разгрузкой на шесть точек. А  для зеркала диаметром 260 мм при разгрузке только на три точки, достаточно толщины 30 мм.

Угу...
Я проверял свое 10" зеркало из К8, 25 мм толщиной при подвесе на 9, 6 и 3 точки. 6 точек достаточны, 9 явно избыточны, при подвесе на 3 (на радиусе 0.45) заметно больше чем в предыдущих случаях уходил фокус при переносе визирной линии от горизонта к зениту, но само зеркало продолжало выдавать хорошую картинку не теряя свое качество.

Впрочем, проблема с "тонкими" зеркалами не столько в эксплуатационных деформациях, сколько в технологических - при фигуризации оно должно быть разгружено много строже, чем при использовании.

[ks]

Гордые заявления о зеркалах большой апертуры, изготовленные с точностью 1/10 лямбда и лучше, вызывают только улыбку, поскольку это не разумно и не рационально, учитывая, что качество изображения больших зеркал определяется, в подавляющем большинстве случаев состоянием атмосферы, а не качеством оптики.

Вообще я далек от того чтобы делать какие бы то ни было заявления, а тем более «гордые». Это была чисто техническая информация. Что касается «не разумности» точности Л/10, то, как говорится, каждому свое, тем более, что зеркало 260мм нельзя считать большим. Интересно как бы отреагировал заказчик на мое предложение сделать это зеркало Л/6, аргументируя это тем, что атмосфера все равно все испортит?
И еще: я готов ответить на вопросы, поделиться информацией, а споры по любым вопросам меня не интересуют – крайне не эффективное использование собственного времени.

Сергей Каминский.

[Денис Никитин]

Вообще я далек от того чтобы делать какие бы то ни было заявления, а тем более «гордые»… Что касается «не разумности» точности Л/10, то, как говорится, каждому свое, тем более, что зеркало 260мм нельзя считать большим…

Сергей, а я и не имел в виду конкретно Ваши заявления, тем более, что от Вас таковых не слышал…и конкретно Ваши зеркала…В общей форме было предложено высказаться оптикам, делающим “тонкие” зеркала. Ответ тоже в общей форме. Изготовление “тонких” зеркал – это компромисс, между толщиной стекла и возможностью удержать фигуру зеркала при обработке, и есть факторы, которые заставляют задуматься, а стоит ли стремиться к идеальному качеству оптики. По-моему, размер 260 мм как раз тот, когда можно переходить на тонкое зеркало. Но это субъективно.

Интересно как бы отреагировал заказчик на мое предложение сделать это зеркало Л/6, аргументируя это тем, что атмосфера все равно все испортит?

Не знаю, как отреагировал бы заказчик, но я бы попросил сделать зеркало как можно тоньше (знаю еще человек двадцать, которые попросили бы тоже самое), пусть даже оно будет 1/6 лямбда (а то и хуже), но зато оно будет быстро приходить в температурное равновесие. Серьезно, зачем мне зеркало нормальной толщины, на котором в лаборатории была получена поверхность 1/10 лямбда, если это зеркало, вынесенное из лаборатории в реальные условия, будет полночи остывать, и все равно не покажет всех своих возможностей, и возможно будет работать на те же 1/6 длины волны, да и атмосферная турбуленость не позволит получить теоретической разрешающей способности.

И еще: я готов ответить на вопросы, поделиться информацией

Спасибо. Что вы думаете по поводу метода изготовления тонких зеркал, описанного в ссылке, которую я ранее приводил. http://www.newportglass.com/grind1.htm

а споры по любым вопросам меня не интересуют – крайне не эффективное использование собственного времени.

Согласен.        

[tlgleonid]

По поводу точности: наконец то решил задачу о точности поверхности зеркала Пирекс 260 мм в трубе диаметром 330 мм с закрытой задней частью и с дыркой 50 мм. При градиенте температур до 2 град в час точность поверхности можно принять равной лямбда/4, при большем градиенте она будет ниже. Причина в медленном охлаждении (или нагреве) средней зоны. Значит о точности лябда/10 говорить не приходится.

Интересно, а как эту проблему решают оптики? Ведь при полировке зеркало нагревается.

[Денис Никитин]

Интересно, а как эту проблему решают оптики? Ведь при полировке зеркало нагревается.

Да, да, есть такая беда. Помещение должно быть со стабильной температурой, а изделие после каждого сеанса фигуризации, перед тестированием отстаивается (остывает). Время отстаивания зависит от размеров и марки стекла. При больших размерах больше времени уходит на отстаивание, а не на собственно фигуризацию.

При градиенте температур до 2 град в час точность поверхности можно принять равной лямбда/4, при большем градиенте она будет ниже. Значит о точности лябда/10 говорить не приходится.

Собственно это одна из причин почему лучшие наблюдательные площадки мира, на Гавайях, в Чили и т.д. расположены высоко в горах. Помимо прозрачного и темного неба, спокойной атмосферы, очень важна стабильность температуры и небольшой перепад температур между днем и ночью. Высокогорье - как раз идеальное место.

[Денис Никитин]

Леонид, а можно подробнее о том, как решается эта задача, а то у меня образование, хотя и высшее, но совсем в другой области, с физикой напряженка.

[tlgleonid]

Прошу прощенья за задержку, не удавалось зайти на  форум.
Вопрос расчета я уже описывал в теме "Просьба ногами не бить"
https://astronomy.ru/forum/index.php?board=7;action=display;threadid=1715;start=60.
Кратко: считаем, что телескоп имеет целиндрическую симетрию, затем решаем задачу теплопроводности (это уже математика, точнее матфизика) с учетом граничных условий. Для этого выделяем три области (труба, зеркало, воздух в трубе) и указываем граничные условия (на границе с окружающей средой и сшивки). Поскольку форум не позволяет писать нормально формулы, то предлагаю обсудить детали в личной переписе.

[Денис Никитин]

Леонид, спасибо за предложение, я вам обязательно напишу. Интересно было бы аналитически сравнить различные конструкции телескопов.