Немного об окулярной проекции...

[Ernest]

У меня так называемый "быстрый" Ньютон. То есть относительное отверстие 1:4.5. Во многих отношениях это хорошо, но при фотографировании Луны, планет и т.п. явно не хватает масштаба в главном фокусе (f'=1125мм). Хочется большего увеличения. И, как-то не особенно задумываясь, я использовал окулярную проекцию с применением вместо окуляра малоапертурного объектива микроскопа. Не помню, как попал ко мне ко мне этот 10-кратник, но он мне нравится (хорошо держит увеличения от 4х до бесконечности). То есть я был в курсе других способов, но как-то не особенно придавал им значения.

На днях листал "Advanced Amateur Astronomy" Геральда Норта и там в 5-й главе обнаружил небольшое сравнительное описание способов проекций (он все их объединяет под заголовком "high resolution astrophotography" ). Норт выделяет следующие типы: проекция с использованием линзы Барлоу, собственно окулярная проекция (через стандартный окуляр), использование специальных проекционных объективов (relay lens) и, на конец, проекция через связку окуляр - фотообъектив. Приоритеты автор расставляет следующим образом. Барлоу - хорошее качество, но как правило недостаточное увеличение (обычно всего 2-3 крата). Проекция через обычный окуляр дает большую гибкость в выборе увеличения, но очень неравномерное по полю качество изображения (зона, а тем более край провалены). Проекионные объективы описаны довольно туманно, похоже Норт не имел с ними дело, но оценивает их использование весьма положительно, как по качеству изображения, так и по известной свободе при выборе увеличения. Проекция черз связку - окуляр выставленный на бесконечность + штатный фото (видео-) объектив автор оценивает особенно высоко, хотя и указывет, что увеличение при этом способе фиксировано отношением фокуса объектива к фокусу окуляра.

Меня заинтересовал этот обзор и я решил "алгеброй поверить гармонию" - просчитать качество изображений в этих разных случаях применительно к своему телескопу. Возможно, мои выводы и рекомендации вызовут интерес и у других.

Все расчеты были сделаны в ОПАЛ-е и для поля в пространстве предметов 20 минут.

1) Линза Барлоу 2х - неахроматизированный вариант, посчитанный на минимум сферической с задним отрезком 32 мм.

В результате - центр поля уже подпорчен заметной сферической (0.25 длины волны на краю апертуры или 0.01 мм размер пятна рассеивания), а по полю заметный хроматизм увеличения (до 0.05 мм на краю поля зрения). В итоге среднеквадратическая волновая по кадру Wскв = 0.4, а среднеквадратическое рассеивание пятна Yскв = от 0.007 в центре до 0.016 мм на краю.

2) Линза Барлоу 2х - ахроматизированная с компенсированной сферической и задним отрезком 45 мм.

По всему полю укладываемся в Марешалевский допуск - то есть имеем дифракционно ограниченную систему. Думаю, не трудно посчитать столь-же хороший 3-кратный вариант. Но в качестве продаваемых линз Барлоу не уверен.

3) Окулярная 5х проекция через штатный 25 мм окуляр. Понятно, что у меня нет оригинальной схемы от Meade, взял в качестве аналога неплохую схему симметричного окуляра из архива. Результат проекции следующий:

Wскв = 0.39 (от 0.22 в центре и до 0.73 на краю)
Yскв = 0.04 (от 0.03 в центре до 0.06 на краю)
ЧКХ (здесь и далее на уровне 0.2) около 15 линий на мм по всему полю.

Хроматизм увеличения, кома, кривизна и сферическая довольно равными долями вносят свои вклады в порчу изображения.

4) Окулярная 5х проекция через такой-же 10 мм окуляр.

Wскв = 0.42 (от 0.06 в центре и до 1.2 на краю)
Yскв = 0.05 (от 0.01 в центре до 0.12 на краю)
ЧКХ от центра к краю 50-25-15-2 линий на мм

Основные вклады в порядке убывания от кривизны, хроматизма увеличения и комы.

5) Связка 10мм окуляр + 52 мм "Индустар".

Wскв = 0.3 (от 0.1 в центре и до 0.64 на краю)
Yскв = 0.04 (от 0.01 в центре до 0.06 на краю)
ЧКХ от центра к краю 50-25-15-10 линий на мм

Кривизна и астигматизм

6) Микрообъектив 6х вместо окуляра (первый попавшийся из архива)

Wскв = 0.3 (от 0.01 в центре и до 0.8 на краю)
Yскв = ? (от 0.001 в центре до 0.02 на краю)
ЧКХ от центра к краю 40-35-25-5 линий на мм

Астигматизм и кривизна

[Ernest]

1) Большинство стандартных проекционных объективов с трудом могут быть приспособлены для увеличения изображения в первичном фокусе. Они или просто не предназначены для работы с телецентрическим ходом гравного луча, или ориентированы на очень большие увеличения. Однако интересно обсчитать какой-нибудь объектив фотоувеличителя (у меня в архиве не нашлось). Конечно, проекционные системы расчитанные специально для работы за главным фокусом телескопа должны быть вне конкуренции, но мне о таких ничего не известно.

2) Связка окуляр-объектив во всех отношениях очень неудобна. В-первых, вносит кучу дополнительных поверхностей (рассеивание, поглощение, блики и т.п.), во-вторых, требует не всегда выполнимого согласования положений выходного зрачка окуляра и входного объектива (в моем случае с Индустаром расстояние между последней поверхностью окуляра и первой объектива составило 0.5 мм), в-третьих, не дает ощутимого прорыва в качестве изображения.

3) Микрообъектив малого увеличения очень хорош в качестве проекционной системы, но имеет довольно резкое ограничение в качестве изображения по полю, это понятно - он обычно оптимизируется на небольшое линейное поля (около 20мм изображения), а в основном для центра. Интереснее в этом смысле фотографические микрообъективы.

4) Для собственно окулярной проекции при фотографировании планет и прочих небольших объектов следует использовать, по возможности, мало- и среднефокусные окуляры. По сравнению с длиннофокусными они дают наилучшее качество в центре изображаемого поля, которое быстро падает к краю. Более длиннофокусные дают более равномерное качество по полю изображения, но в центре - проблемы. В любом случае не стоит использовать окуляр для построения полей больших 1/3 от из заявленного для него предела.

[Андрей Остапенко]

Ух ты!! Это надо переварить:) А вообще, здорово. Вот бы кто это на практике проверил!? А?

[Павел Бахтинов]

Ernest, по-моему, результаты Вашего исследования надо опубликовать на каком-нибудь сайте со всеми картинками, графиками ЧКХ и т.п.
Я, например, был бы рад увидеть на своем сайте подобную статью, хотя, наверное, логичнее опубликовать ее в каком-нибудь сборнике статей, например, на том же Старлабе.

[Ernest]

Если тема действительно интересна (для меня это был вопрос выбора окулярной камеры), могу как-нибудь напрячься и оформить все это в виде более-менее оформленной статьи.

[sikoruk]

Очень жаль, что уже месяц нет новостей на тему фотографии максимального разрешения. Тем более что исследование Ernst'а очень интересно и указывает более или менее уверенный путь для практиков.
От себя добавлю, что многократно испытал все перечисленные в сообщении Ernst'а методы не только для фотографии, но и для видео съемки. Самый качественный результат получается при использовании лрелейного» (промежуточного, проекционного) объектива, если применяется короткофокусный широкоугольный объектив. Обычно эти объективы хорошо исправлены на полевые аберрации и дают поле достаточное для съемок не только планет, но и Луны и Солнца. Аберрации на оси обычно укладываются в допуск Релея, так как действует принцип подобия. Взяв, например, триплет и уменьшив его фокусное расстояние в 5-10 раз, мы во столько же раз снижаем его аберрации. Проекционный объектив моей сегодняшней окулярной камеры Ц триплет с f=12,5 мм и А=1/2,8 от старой 8-мм кинокамеры лЭкран».
Микрообъективы часто имеют слишком большую кривизну поля и годятся для съемок только на оси. Исключение составляют план-объективы с плоским полем, но часто не возможно угадать, какой из микрообъективов в общей свалке любителя и есть план-объектив.
Обычные окуляры страдают примерно теми же недостатками, что и объективы микроскопов, хотя опубликовано довольно много хороших фотографий планет и Луны, полученных со стандартными окулярами.
Съемка системой локуляр-объектив фотокамеры» неудобна по той причине, что практически никогда не удается совместить выходной зрачок телескопа с входным зрачком (диафрагмой) фотообъектива. Это приводит к сильному виньетированию, и как следствие, к сильному ограничению поля зрения.
Снимая планеты видеокамерой, я разместил в фокальной плоскости телескопа полевую линзу с фокусным расстоянием 50 мм, а непосредственно перед объективом видеокамеры ахроматическую линзу с таким же фокусным расстоянием. К сожалению, снимаю обычной лмыльницей» VHS-C (BETACAM-SP для моего телескопа тяжеловата). Моя лмыльница» работает только в автоматическом режиме. Для фокусирования это хорошо, но цвет получается идиотский. Юпитер и Сатурн, например, голубого цвета, хотя Луна коричневатая.
Вообще, все, наверное, обратили внимание на то, что хороших любительских фотографий планет крайне мало. Одна из причин - довольно низкое качество оптики систем, которыми сейчас увлекается большинство любителей.

[Ed_Trygudov]

Наилучшим инструментом для "фотографии высокого разрешения" являвляются специально спроектированные, с минимальным колличеством промежуточной оптики. Где-то в "старлабе" были размещены снимки полученные длиннофокусным 10" F/20 Максутов-Кассегреном. Снимки говорят сами за себя. Однако не всем это доступно и большинство работает с Ньютоном. В этом варианте, если не нужны слишком большие увеличения, наилучшим вариантом следует признать линзу Барлоу специального расчста. Давно я расчитал несколько вариантов 3-5Х Барлоу именно для таких целей. Качество получалось дифракционное на полях 20-30мм, хроматизм был мал, а сама линза еще подправляла кому рефлектора. Одним словом получалось хорошо. Но увы требования к качеству изготовления и цетрировки линз  высоки. а

[Ernest]

Наилучшим инструментом для "фотографии высокого разрешения" являвляются специально спроектированные, с минимальным колличеством промежуточной оптики. Где-то в "старлабе" были размещены снимки полученные длиннофокусным 10" F/20 Максутов-Кассегреном. Снимки говорят сами за себя.

И это правильно...
Только у астронома обычная проблема - инструмент один, а объектов для фотографирования много. Тому-же Максутову понадобится "укратитель" фокуса.

В этом варианте, если не нужны слишком большие увеличения, наилучшим вариантом следует признать линзу Барлоу специального расчста.

Действительно, для небольших увеличений это очень хороший рецепт. Они позволяют "спрямить" поле и частично компенсировать кому.

Но увы требования к качеству изготовления и цетрировки линз высоки.

Более того - параметры такой компенсационной Линзы Барлоу становятся зависимыми от параметров зеркала и она по большому счету не является классической Линзой Барлоу. Это значит, что ее просто не купить.

Самый качественный результат получается при использовании лрелейного» (промежуточного, проекционного) объектива, если применяется короткофокусный широкоугольный объектив. Обычно эти объективы хорошо исправлены на полевые аберрации и дают поле достаточное для съемок не только планет, но и Луны и Солнца. Аберрации на оси обычно укладываются в допуск Релея, так как действует принцип подобия.

И в этом случае не все так просто. Эти объективы в большинстве своем расчитаны на конечное положение входного зрачка, в то время, как после главного зеркала зрачок можно считать расположенным на "бесконечности". Отсюда редуцированное линейное поле и все зрачково-зависимые аберрации "едут" (что только отчасти компенсируется малыми апертурами). Для "правильного" подхода требуется коллектив (положительная линза вблизи промежуточного изображения).

Из широко распространенных канонических систем только микрообъективы и окуляры рссчитаны на телецентрических ход лучей - отсюда и повышенный интерес к ним.

[gals]

Статью! Даешь статью!

[Ed_Trygudov]

Эрнесту:
1.В том весь трюк, что линза раборает в некотором диапазоне относительных отверстий и диаметров зеркал. Хорошо помню вариант в котором коррекция была хорошей для 200мм зеркал в диапазоне от 5 до 8, т.е. для наиболее ходовых относительных отверстий у любителей, правда, при немного отличных увеличениях. Пороюсь и могу найти эти варианты. Две, максимум три таких "барлоу" покроют практически интересный адиапазон. При максимальной простоте схемы, минимуме рассеянного света и бликов. Да и качество изображения будет выше чем в других вариантах с линзами поля, промежуточными изображениями и жуткой, накапливаищейся кривизной поля...
2. Мне лично нравится вариант зеркально-линзовой системы (предпочитаю Максутов, за счст его лучшей аточности выполнения). Классный авариант в пределах 10-12" F/10-12. С фокал-редюсером и барлоу он даст апертуры от 5 до 20-25. Герметичная труба защитит от пыли, что долго будет давать минимум рассеяного света...(плюс отсутствие растяжек) Можно и на двойных звсздах покайфовать и поснимать вдоволь в удобной для оборудования (и себя) "позе".
С ув. Эд. а а а а

[Ernest]

1.В том весь трюк, что линза раборает в некотором диапазоне относительных отверстий и диаметров зеркал.

Без сомнения!
Моя оговорка была для тех, кто мог-бы попыться использовать стандартную Линзу Барлоу. Жаль, что мои познания рынка весьма скудны, уверен, что западные производители выпускают такие компенсационные линзы Барлоу. Более того, для алюбителя имеющего опыт полировки зеркал и доступ к оптическим стеклам, самостоятельное изготовление такой склейки не должно представляться чем-то запредельным.

Мне лично нравится вариант зеркально-линзовой системы (предпочитаю Максутов, за счст его лучшей аточности выполнения)... Можно и на двойных звсздах покайфовать и поснимать вдоволь в удобной для оборудования (и себя) "позе".

Трудно спорить с личными предпочтениями, но не могу не сообщить аудитории общеизвестные плюсы Ньютона (хотя бы, просто для симметрии)

1) Простота
2) Минимум поверхностей, именно, в наиболее светосильном варианте
3) Минимальная стоимость апертуры
4) Удобство "позы" наблюдателя (положение головы-шеи)
5) Компактность и жесткость монтировки (происходят из малой высоты центра тяжести, да еще вынесенной вверх окулярной частью) - впрочем, это самый спорный плюс

[sikoruk]

"Епроекционные системы, рассчитанные специально для работы за главным фокусом телескопа, должны быть вне конкуренции, но мне о таких ничего не известно".

Коллектив и силовой элемент в виде короткофокусного фото- или кинообъектива в обратном ходе лучей Ц это и есть оптимальная проекционная система для окулярной проекции.
Реальный выходной зрачки для моего, например, 12,5-мм объектива равен 1,9 мм. При таком зрачке его относительное отверстие 1/6,6. Смешно говорить об аберрациях, которые куда-то ледут».
Вообще, за три-четыре десятилетия я встречал достаточно много блистательных фотографий планет и Луны, полученных американцами, немцами и японцами всеми рассматриваемыми здесь методами, кроме линзы Барлоу.
Замечательно примечание Ernsta о достоинствах лньютонов» при фотографировании Луны и планет. Ни рефракторы, ни лкассегрены», ни система Клевцова не могут стоять даже рядом с лнютоном» в этом виде работ. Единственный конкурент Ц лкассегрен-максутов». Если кому-нибудь интересно, могу пояснить.

[Ernest]

Коллектив и силовой элемент в виде короткофокусного фото- или кинообъектива в обратном ходе лучей Ц это и есть оптимальная проекционная система для окулярной проекции.

Это несомненно.
Хотя как-раз этот случай и выпал из моего исходного постинга. Все дело в том, что я сознательно ограничил себя стандартными оптическими узлами (объективы, окуляры, линза Барлоу), доступными любителям. Но, возможно, коллективная линза не такой уж сложный элемент и стоит дополнить обзор связкой положительная линза + фотообъектив.

...достоинства лньютонов» при фотографировании Луны и планет. Ни рефракторы, ни лкассегрены», ни система Клевцова не могут стоять даже рядом с лнютоном» в этом виде работ. Единственный конкурент Ц лкассегрен-максутов». Если кому-нибудь интересно, могу пояснить.

Конечно интересно.

[sikoruk]

Начну со сравнения лньютона» с лкассегреном». Обычно считают, что меньшее относительное отверстие лкассегрена» дает большее фокусное расстояние и больший масштаб. Но при относительном отверстии 1/15 масштаб все еще очень мал для съемки планет. Значит, как и в случае лньтона» нужна окулярноая проекция. Только в первом случае увеличение будет примерно 12-15 крат, а во втором Ц 5-6 крат. В этом смысле у лкассегрена» преимуществ нет. Но центральное  экранирование у лкассегрена» около 25-33% диаметра, а у лньютона» всего 17-20%. Ясно, что при прочих равных условиях частотно-контрастная характеристика лкассегрена» хуже, чем у лнютона» того же диаметра и того же качества оптики. Юстировка вторичного зеркала лкассегрена» несравненно сложнее юстировки лдиагонали». Значит, вероятность того, что мы работаем с плохо отъюстированным телескопом очень велика.
Недостатки обычного лкассегрена» в полной мере свойственны системе Ю. Клевцова. Дополнительно добавляется дифракция на толстых искривленных лрастяжках». Если у классических систем дифракционные лучи лперекачивают» часть энергии из центрального пятна, уменьшая его в размерах, то здесь, наоборот, энергия лучей сосредотачивается в первом дифракционном кольце, делая его заметно ярче. Значит, и разрешающая сила и ЧКХ здесь еще хуже, чем у классического лкассегрена» с прямолинейными растяжками.
Таким образом, различимость мелких и малоконтрастных деталей на поверхностях планет лучше всего у лньютона». В среднем это положение очень хорошо иллюстрируется практикой.
Большое центральное экранирование лшмидта-кассегрена» так же не улучшает качества изображения, и, вероятно, это одна из причин того, что с этими инструментами получено море прекрасных фотографий туманностей и скоплений, но очень мало хороших фотографий планет.
Рефрактор-ахромат диаметром, скажем, 100 мм совершенно не пригоден для фотографирования планет по двум причинам.
Во-первых, это слишком малый диаметр для серьезных работ. Чтобы получить изображения Большого Сырта на Марсе деталей в поясах Юпитера или щель Кассини в кольцах Сатурна, нужен как минимум диаметр 150 мм. Но лучше иметь диаметр 200-250 мм. Мечтать о таком рефракторе может только безумец.
Во-вторых, при диаметре даже 100 мм фокусное расстояние дуплета с обычными стеклами должно быть не менее 1500 мм, а хороший 150-мм рефрактор пригодный для съемки планет должен иметь фокусное расстояние не менее 4500 мм. Практика наблюдений с рефракторами такого размера хорошо согласуется с этой не хитрой теорией. Согласитесь, что иметь дома такого монстра, чтобы получать одно и тоже Ц щель Кассини, Б. Сырт и ничего больше -слишком дорогое удовольствие.
Я не работал сам с современными апохроматами, но видел фотографии планет. Не плохо, но не восторг, все-таки даже 170 мм для планетной фотографии маловато! О цене молчу. Каждому ясно, что за такие день можно построить по крайней мере 400-500 мм лньютон»..
Единственный конкурент лньютону» Ц лмаксутов-кассегрен». Правда в этом случае наблюдал планеты только визуально, начиная с 1951 г. В 1995 г. несколько членов клуба им. Максутова в д. Горн сравнивали 150-мм ИНТЕС с 150-мм Альтаиром по наблюдениям Юпитера. Никто из 5 достаточно опытных наблюдателей не заметил принципиальной разницы в качестве изображения. Сам я легко обнаружил, что изображения ИНТЕСА несколько контрастнее, чем у Альтаира. В остальном и там и там изображения очень хорошие.

[Ernest]

На выходных немного поиграл с предложенной Сикоруком схемой проекции через фотообъектив в обратном ходе с коллектором для согласования зрачков. То есть, ставим около первичного фокуса главного зеркала выпуклоплоскую линзу (фокус чуть больше фокуса используемого фотообъектива), а за ней короткофокусный фотообъектив в обратном ходе(желательно из проекционной системы типа увеличителя или проектора).

Я попробовал Индустар 26У, Индустар 61 и Вега11У с масштабированием параметров для приведения фокуса к 10 мм (просто не нашел в архиве приличных проекционных объективов с фокусом 10-12 мм). Увеличение камеры 5х, поле зрения телескопа 20'.

Качество изображения следующее:

А) Индустар 26У (f' = 10мм)

Wскв = 0.38 (от 0.15 в центре и до 0.60 на краю)
ЧКХ от центра к краю 15-10-5 линий на мм

Преобладают кривизна, хроматизм увеличения и сферическая

Б) Индустар 61 (f' = 10мм)

Wскв = 0.33 (от 0.10 в центре и до 0.45 на краю)
ЧКХ от центра к краю 35-15-5 линий на мм

Преобладают кривизна, сферическая и кома

В) Вега 11У (f' = 10мм)

Wскв = 0.28 (от 0.11 в центре и до 0.55 на краю)
ЧКХ от центра к краю 50-35-15-1 линий на мм

Преобладают кривизна и кома

Общие выводы.

1) Чуда не произошло. Качество изображения немногим лучше, чем при проекции через окуляр, практически такое же, как при проекции через микрообъектив или окуляр+фотообъектив. Это притом, что возникают проблемы при поиске самого проекционного объектива, подборе фокуса сопряженного с ним коллектива, "видимость" соринок, дефектов покрытия на коллективной линзе, фиксированное увеличение (зависит от фокуса коллектива).

2) Причины неважного качества в следующем:

(а) Коллектив вносит существенную кривизну, а камера ее только увеличивает. Отсюда довольно существенные ограничения на поле.

(б) Относительное отверстие питающего телескопа 1:4.5 все-таки великовато, для того, чтобы фотообъектив "ушел" в зону дифракции даже по центру изображения. Надо иметь ввиду, что большинство светосильных фотообъективов (включая проекционные) имеют значительную сферическую высшего порядка со знаком обратным ее третьему порядку. При полностью открытой "дырке" они компенсируют друг друга. При  диафрагмировании высшие порядки быстро "уходят" и остается чистая сферическая третьего порядки. Пятно рассеивания, конечно, уменьшается, но совсем не так быстро.

(в) Масштабирование фокуса объективов к 10 мм - уменьшает эти остаточные аберрации, но проектирование через объектив с увеличением увеличивает в соотв. число раз и их!

(г) Коллектив в виде простой линзы вносит заметную сферическую в зрачках и хроматизм положения.

[Slava-T]

Пробовал снимать окулярной камерой с PLOSSL-ами НПЗ 17 и 10 мм. В качестве камеры использовал NIKON D50. Окулярная камера мидовская.
Результат  с 17 мм разочаровал. С 10 мм более-менее, хотя очень трудно поймать фокус, такое впечатление что его вообще нет ...
Привожу примеры снимков:
Первый кадр это 17 мм окуляр. Заметен резкий центр и размытые края

Второй кадр 10 мм окуляр.

Самые "приятные" результаты были получены в итоге с линзой барлоу 2х

[Ernest]

Ужасно... Да и темно.
Каково было увеличение?
Что за телескоп?

[Slava-T]

Каково было увеличение?
Что за телескоп?

Да, совсем забыл ... телескоп Ньютон 150/750.
Увеличение посчитать трудно, так как окуляр 17 мм ближе к матрице в силу своей конструкции, 10 мм дальше.
То что темно, это как раз не страшно, я старался сделать выдержку покороче, по яркости запас есть.
В какую сторону копать, что бы улучшить изображение? Другие окуляры?

[Ernest]

То есть относительное 1:5? Тоскливо. Окуляры в фокусом более 10 мм хорошо работать не будут (уже будут велики собственные аберрации).
Какой там пиксел в D50? Примерно 6 мкм? То есть для полного использования разрешения надо 1 угл. сек. разрешения размазать по 10-20 мкм. А фокус соотв. надо растягивать до 2-4 метров. А потребное увеличение окулярной камеры от 3х до 6х.
Мне кажется, что наилучшее решение для Вас это что-то типа 4х-5х линзы Барлоу вроде этой http://www.dealtime.com/xPO-Televue_Tele_vue_New_5x_Powermate_Barlow_lens_1_25_T_Ring

Камера на основе окулярной проекции лучше работает при больших увеличениях (под 10х) и с фокусом окуляра 5-6 мм.

[Slava-T]

Спасибо. Обрадовали Если я правильно понял фокусное расстояние телескопа должно быть около 2-х метров, что бы нормально работать с окулярной камерой?