О центральном экранировании

[wladimir]

25.04.2004. Провел эксперимент по влиянию центрального экранирования (ЦЭ) на изображение планет в телескопе. Инструмент – 203 мм Ньютон.. Для опыта вырезал 2 круглых диафрагмы – 70мм – 35% экранирование и 100 мм –50% экранирование. Родное экранирование оценил в 16%.

1. Наблюдение экваториальной полосы на Юпитере - я посчитал это малоконтрастным объектом.
Экранирование 16% – родное – вижу.
Экранирование 35% - вижу вроде бы слабее, но уверенно.
Экранирование 50% - практически не вижу, уверенно заметен только участок около фестона.

2. На Луне у кратера FRACASTORIUS D в южном отроге стены при успокоении атмосферы вижу три вытянутых темных пятна. Возможно щели. Ширина пятен около 1”, длина –4-5”.  Эти пятна я принял как высококонтрастный объект.
Экранирование 16% – родное – вижу 3 пятна. Различаю ромбовидную форму пятен.
Экранирование 35% - вижу 3 пятна. Различаю ромбовидную форму, но хуже.
Экранирование 50% - вижу 2 пятна. Два верхних слились в одно. Форма пятен – эллиптическая.
Из этого опыта я сделал вывод, что Ньютон и МК – нормальные телескопы. Слухи о вреде от ЦЭ в Ньютоне несколько преувеличены (с точки зрения ЛА – визуала). Да, я обращал внимание на яркость картинки – небольшое падение яркости я замечал только при 50% экранировании.
Корявенькое фото Лунного кратера с нанесенными от руки темными пятнами прикладываю.
Вопрос к корифеям. Я правильно увидел эффект от ЦЭ?
А то надоели теоретические разговоры какие бяки Ньютоны и какие молодцы АПО.

[Максим Гераськин]

Из этого опыта я сделал вывод, что Ньютон и МК – нормальные телескопы.

Из опыта следует прямо противоположный вывод - экранирование ухудшает качество картинки.

[Бармалейкин]

А мне показалось, что это опыт не с экранированием, а с урезанием апертуры.  

[Дрюша]

Когда-то я просчитывал всё это на компьютере.

Результат был такой, что при большом экранировании контраст должен был падать (ярче и толще дифракционные кольца, причём, только нечётные, а чётные - уже и слабее) и общая перекачка энергии из центрального кружка Эри в диф. кольца. Но. Сам центральный кружок, хоть и слабее, но оказывался меньше по размеру. Так что, разрешение на абсолютно контрастных объектах (например, двойных звёздах равного блеска) даже возрастает! Идеальный случай - когда работает только внешнее узенькое колечко. Кстати, и сферическая аберрация тем самым давится, если зеркало сферическое и слишком светосильное.

Ах, да, ещё. Влияние ЦЭ при небольшом его значении (0.1-0.2) ведёт себя подобно квадратичной зависимости. Это значит, что влияние ЦЭ при его значении 0.1 будет примерно вчетверо меньше, чем при значении 0.2, и вообще, при значениях 0.1-0.15 оно будет практически неощутимо. Даже ЦЭ 0.2 считается малым (всё же, его влияние будет примерно вдвое меньше, чем в "классическом" случае 0.33) Возрастание яркости диф.кольца на 1% Вы заметить не сумеете (или будет уйма других причин падения контраста). А так как у Вас "родное" значение составляет всего 0.16 (1/6-1/7 D), то его практически как будто даже нет вообще (вчетверо меньше чем в "классическом" варианте). Тут остаётся только влияние растяжек, а его Вы можете оценить отдельно.

[Ernest]

Ну вот, наконец, кто-то взялся практикой опровергнуть один из мифов.

Я правильно увидел эффект от ЦЭ?

На мой взгляд эффект обозначен верно. Именно так и должна происходить деградация разрешения - минимальна (до неощутимости) при экранировании до 15% (линейное измерение), уже заметна при эранировании до 33%, существенна при экранировании порядка 40%. и катастрофична при больших.

А мне показалось, что это опыт не с экранированием, а с урезанием апертуры.

Апертурой в оптике телескопов принято называть диаметр входного отверстия - он в процессе эксперимента не менялся. Площадь же апертуры уменьшалась незначительно (на 20%), да и на столь ярких объектах это не критично (если не полезно).

Из опыта следует прямо противоположный вывод - экранирование ухудшает качество картинки.

Ну да, только для типичных экранирований Ньютона (и даже малосветосильных Кассегренов по схемам типа Максутова, Шмидта, Ричи и т.п.) качество практически не ухудшается.

[Максим Гераськин]

Ну да, только для типичных экранирований Ньютона (и даже малосветосильных Кассегренов по схемам типа Максутова, Шмидта, Ричи и т.п.) качество практически не ухудшается.

Этого опыт не демонстрирует.

[Денис Никитин]

Для опыта вырезал 2 круглых диафрагмы – 70мм – 35% экранирование и 100 мм –50% экранирование. Родное экранирование оценил в 16%.

Судя по всему это были таки непрозрачные экраны (не диафрагмы) с центром совпадающим с оптической осью (как буд-то разного размера вторичные зеркала). Я правильно понял?....Отличный опыт, спасибо Вам за эту публикацию. Только лучше бы Вы пятна не выделяли, а оставили как есть. Мы как-то поступали подобным образом - Приляпали круглый кусок картона к креплению вторичного зеркала Ш-К Селестрона 11, экранирование составило где-то %45 диаметра. Сделано это было по другим причинам - что бы меньше паразитного света попадало в фокальную плоскость. Снижение контраста и разр. способности ощущалось, но нам было пофигу, потому, что телескоп использовался для фотометрии.

[wladimir]

Спасибо за комментарии. Я так понимаю только несколько человек на форуме "квалифицированно" смотрели в телескопы различных систем. Собственно эксперимент проводился в связи с намерением приобрести маленький - телескоп для вояжей. Первым я построил 60 мм рефрактор как модель короткофокусных. У моего фокус 270 мм - f/D=4,5. Не понравилось - хроматизм при увеличениях более 20. Кстати вот для короткофокусного рефрактора Contrast Booster оказался весьма эффективен. Когда я поставил окуляр 5 мм - все поле зрения оказалось залито голубым сиянием. Contrast Booster снял это сияние и картинка оказалась четкой и резкой. Поэтому обратился к катадиоптрическим системам.
Собственно я хотел оценить как испортится картинка для скромного визуала у этих систем из за ЦЭ. Я так понимаю,
что результат наблюдений у специалистов не вызвал возражений.
Еще раз благодарю за комментарии.
Денис:
А вырезал конечно экраны. Просто привык - раз ножницы и картонка - значит диафрагма. То есть диаметр апертуры оставался постоянным. А вывод я сделал простой - как уже написал - и Ньютон и Мак вполне достойные телескопы.
Очень понравилось выражение Эрнеста - "деградация картинки"!

[Максим Гераськин]

А вывод я сделал простой - как уже написал - и Ньютон и Мак вполне достойные телескопы.

Все очень замечательно, за исключением нескольких маленьких, но довольно таки больших вопросов.

1) Вывод особого смысла не имеет. "Ньютон и Мак вполне достойные телескопы" - по сравнению с чем?
2) Эксперимент никак с выводом не связан, особенно, если учитывать посылку: "А то надоели теоретические разговоры какие бяки Ньютоны и какие молодцы АПО".

А так, конечно, вывод простой.

[Ernest]

1) Вывод особого смысла не имеет. "Ньютон и Мак вполне достойные телескопы" - по сравнению с чем?

Ну и зануда, ты  
Человек грубо говоря потроил кривую качество изображения/коэффициент экранирования по трем точкам. От того, что там нет нулевой точки, никто не мешает нам аппроксимировать кривую чуть дальше, чем опытные точки. Похоже она очень полого падает на участке <30% - в близком соответсвие с теорией. Почему бы не сделать вывода, что и при нуле экранирования мы будем близки к той-же теоретической кривой и следовательно влияние умеренного экранирования не столь фатально, как порой изображают.

[wladimir]

Вот куплю что-нибудь катадиоптрическое и посмотрю в него.
И потом сообщу...
Я надеюсь, что не обидел никого, пытаясь понять вред от ЦЭ.
Всегда лучше пощупать самому. От чтения многих сообщений сводит скулы, типа я видел в MSGR60х700 миниму Энке.
Я старался быть объективным, я описал то, что видел. Я вижу недостатки Ньютона -  больше  всего в Ньютоне меня раздражают кресты от растяжек. В моем скромном ТАЛ 100 их нет. Но картинка в 203 мм Ньютон гораздо более подробная, чем в рефракторе 100мм. АПО - не панацея. Я считаю, что ЛА надо наблюдать и видеть то интересное, что предлагают небеса. Мой 60 мм рефрактор позволил сфотографировать Юпитер и 2 галактики на одном кадре, рефрактор ТАЛ 100 - 3 галактики на одном кадре.
Главное - смотреть и видеть, а во что - это вторично.

[INPan]

Благодаря таким экспериментаторам как wladimir мы преобретаем богатый опыт и учимся не только на ошибках своих и чужих, но и на знаниях, полученых в результате экспериментов, проведённых на общее благо!
Я давно слышал о влиянии центрального экранирования на контраст изображения в рефлекторах, искал математику этого процесса. И нашёл: http://www.astrolab.ru/cgi-bin/manager2.cgi?id=19&level=5!
Попробовал её в MS Excel. Файл прилагается. С написанием макросов в VBA мне помогли, а дизайн мой. Алгоритм вычисления функции Бесселя взят из Сети.
Полученый результат показывает, что экранирование до 15% практически не меняет дифракционную картину, при 25% оно уже ощутимо, а выше 25% - оно уже портит контраст "по полной программе"! Смотрите сами.

[tlgleonid]

Насколько я помню, при экранировании меньше 0.2 высота интенсивности первого кольца лежит между 0.016 и 0.02 и плавно возрастает, на участке от 0.2 и дальше этот рост довльно быстрый и где-то в районе 0.33 он доходит до 0.05. На ЧКХ мы видим в области средних частот довольно заметный провал. Что же на практике. Если мы имеем малоконтрастную деталь, у которой контраст с фоном 0.02-0.04 и угловые размеры менше 280/D(мм) но больше 140/D(мм), то при росте экранирования он полностью растворится. Такие малоконтрастные детали мы имеем на Марсе (мелкие моря), на Юпитере (небольшие "белые" пятна и другие мелкие образования, на Венере (призрачные просветы в облаках).
Теперь рассмотрим наш пример. В нашем случае мы имеем либо протяженные образования, либо очень контрстные (Луна). Контраст у них не ниже 0.1 (на мой взгляд)

[INPan]

А вот новая версия моего симулятора центрального экранирования.
Добавлена сама дифракционная картинка. Чтобы она появилась нажмите
CTRL-L.
Может кто подскажет как сделать чтобы график не уезжал ниже нуля. Ведь черноты с минусом не бывает.

[INPan]

Вот какой результат даёт CE для центрального экранирования 0,33.
Чтобы посмотреть картинку для другого коэффициента, нужно удалить старую, выделив её как объект, установить экранными кнопками + и - нужный коэффициент и опять нажать CTRL-L. Симулятор сыроват пока так что не судите строго. Буду рад если внесёте в него изменения.

[Дрюша]

Здесь всё принципиально неправильно.

Это, наверное, функция амплитуды (коль скоро ниже 0 опускается, либо стремится к чему-то, отличному от 0).

А для получения функции интенсивности её надо возвести в квадрат. Тогда она будет асимптотически стремиться к 0, но ниже 0 никогда не опускается. Но если всё это дело возвести в квадрат, то интенсивность колец будет ещё на порядок меньше. Сама по себе функция амплитуды ни о чём не говорит (она служит только "сырьём" для получения интенсивности) а уж тем паче, энергии (число Штреля, ЧКХ и т.д. и т.п.)

Вы, главное, энергию посчитайте (как интеграл от интенсивности*r*dr), чтобы определить, какая часть энергии попала в центральный кружок, а какая рассеялась по кольцам. Это будет число Штреля - сам по себе довольно объективный критерий. Ну и ЧКХ посчитайте, если не в лом. Тоже интересно.

[INPan]

Дрюша, спасибо за советы, обязательно воспользуюсь!
А косяк я уже сам нашёл и исправил. Вы правы, я в квадрат забыл возвести один из множителей. Я вообще-то хотел получить просто реальную дифракционную картину.
А на счёт энергии я подумаю. А что такое ЧКХ?

[INPan]

Исправленную версию не могу выложить, архив получается 85 кб.
А вот как теперь выглядит звезда  в АПО.

[INPan]

А вот результат центрального экранирования в 25%.
Картина конечно удручающая.
Как же мне архив-то ужать чтоб выложить симулятор?

[Yaroslav]

Как же мне архив-то ужать чтоб выложить симулятор?  

Разбить на две части, тем же раром.
Ждемс .