Светосильная астрофотокамера

[ekvi]

Как и обещал: ОС Гамильтон-Теребижа в Вашем Земаксе.

[ekvi]

Как и говорилось в начале темы: оптимизируя ОС, разработанную в ROS, ZEMAX ее только портит.

... - это справедливо, если стандартная функция качества (Standart Merit Function) установлена на оптимизацию волновой ошибки системы (так - по умолчании).
Но если функцию качества сориентировать на оптимизацию размера пятна, то Земакс даст фору программе РОС как по глубине, так и по скорости оптимизации.
Надеюсь, мое первоначальное заблуждение никак не отразилось на репутации этой знаменитой программы.

Успехов, Серега!
 

[stepan]

у вас на спот-диаграмме отрезок 10 или 40 микрон? Кажется что 10, но исходя из расчета там должен быть отрезок в 40микрон.

покажите лучше дифракционную концентрацию энергии в квадрате 20 микрон например.

[ekvi]

Сереге:

В лупу хорошо видно: масштабный отрезок = 18 мкм.


А.Юдину на сообщение #197 от 21.11.12.

В ОС Зоннефельда дуплет во вх.зрачке такой же "тонкий", как и в системе Слефогта, и В.Ю.Теребиж был первым удостоен чести лицезреть его метаморфозу. Это что касается названия.
Для дальнейшего повышения светосилы предлагается использовать отрицательную линзу нового компенсатора, через которую лучи проходят только на прямом ходе, а  чтобы на предельной светосиле избежать полного внутреннего отражения в предфокальной линзе, примените иммерсию.

Для создания "автомата", генерирующего новые ОС, попробуйте в качестве ключа использовать понятие "рейтинга", которое задействовано в программе РОС. В этот критерий входят все основные параметры ОС - может быть на этом пути Вам и улыбнется счастье?

[ekvi]

Поскольку многие недоуменно пожимают плечами "сделал, мол, такую камеру, а снимает планеты?!", то вынужден дать некоторые пояснения о ходе освоения "вашей отрасли". И пояснения достаточно подробные, чтобы начинающий ЛА прочувствовал те трудности, которые подстерегают его на выбранном пути.

1. Очень долго пытался с помощью автоколлиматора с F=1600мм выставить матрицу  - и в фокусе, и нормально к оси АФК.
Результат мало утешительный: Валерий Дерюжин знал, что говорил о 5мкм пикселе. Только поле звездного неба по-настоящему тестирует инструмент.
Но что это за "аттестация" понятно астрономам (как и VD). С одной стороны, только конечный результат (снимок) может убедить в преимуществах новой системы. А, с другой, - ошибки сборки, юстировки и ведения, воздействие астроклимата и технологии обработки снимков - могут поставить под сомнение любую оптику, трижды проконтролированную.
Но самое главное: нельзя забывать о светосиле 1:1.7. Что-что, а именно такая светосила, действительно, предельна даже для продвинутого ЛА. И ЛА должен извлечь для себя из моего опыта урок: А =  1:3 ... 1:5 - видимо, оптимум для любительского Гамильтона-астрографа - и по его силам, и по съемочным результатам.
2. Есть и хорошая новость с "фронта" Гамильтонов. После достижения приемлемой юстировки она не "уходит" от перепадов температур, и в моем случае этот перепад составил около 40 градусов.
3. В качестве флэт-маски опробовал канву (мелкую сетку) и рифленый полиэтилен. Технология следующая: в процессе съемочной сессии на входной зрачок АФК надевается флэт-маска и делается снимок рабочего сюжета на той же выдержке, что и объект.  Канва (мелкоячеистая сетка) дала лучший результат. Ниже приведены снимки, калиброванные этими флэтами.
4. По-видимому от морозов (у нас -20), привод нарушил достигнутое с ним соглашение и стал, как маркером, рисовать звездами "пружины" (см. иллюстрацию).
Чем они чреваты? Период у "пружины" - 8 минут и он соответствует 1 обороту червяка. Рисунок дрейфа звезд объяснить не трудно: на первом полупериоде червяк затирает о зубья червячного колеса, а на втором проскакивает по воздуху. В местах петлеобразных переходов пятно стоит на пикселе и имеет минимальный размер, а во время перехода к очередной петле - спешит и смазывается в черточку. Поэтому суммарные снимки не дают желаемой точечной картины. Деконволюция вносит артефакты в виде черных ореолов, т.е. мало пригодна. Как тут не посетуешь на отсутствие исходников IRIS или MaxImDL, а на разработку аналогичной собственной программы уже пороху не хватает!
Чтобы вылечить сей недуг, пришлось поставить на вал червяка шкив и с помощью подпружиненной  проволоки сделать "фрикционный тормоз".
5. Съемка звездного неба велась на ф/к Canon 1100D в раф-формате (23 мб/снимок). В развернутом виде в фит-формате снимок занимает 70мб. Даже будучи переведенным в серый (1б/пиксель) снимок не входит в 300кб лимит, поэтому снимок звездного поля разрезан на четыре части: 11 - левый верхний угол, 12 - правый верхний и т.д.

[ekvi]

Нижняя часть звездного поля (кстати, это - район М33).
И, за одним, один из обрезанных снимков М31.
Снимки сделаны в городской черте на 1600-3200 ISO при выдержках 8-10-15с.
Для каждой иллюстрации в программе IRIS сложено не менее 40 одиночных снимков.

[ekvi]

Вот для сравнения: влияние дрейфа привода на форму пятна - вырезки из одиночных снимков (справа - М32).
good - пятно в районе петли "пружины", bad - пятно на переходе.

[ekvi]

Владилен (Урал) обратил внимание на виньетирование по углам кадра. Это я заметил еще при работе с автоколлиматором. Думаю, что виньетирование происходит в самом корпусе ф/к Canon: он ведь не предназначен для работы со светосилой 1:1.7.

[Клевцов Юрий Андреевич]

Вопрос к ekvi. Квантовая эффективность вашего светоприёмника небеспредельна. Процентов 30%
света отражается от него обратно в систему. При обратном отражении от плоскости светоприёмника лучи света идут практически по нормали к преломляющей поверхности линзы Манжена. Неужели она настолько эффективно просветлена, что это никак не сказывается на качестве снимков при наличии в поле зрения объектов высокой яркости?
Насколько мне известно, именно по таким причинам подобные системы не нашли широкого распространения в астрономии.

[ekvi]

именно по таким причинам подобные системы не нашли широкого распространения в астрономии.

Оптика в АФК совсем не просветлена. 

А 30% - не слишком?
Как показал численный анализ, даже прямой рефлекс от преломляющей поверхности линзы Манжена на 2 порядка дает меньший вклад, чем дифракционное рассеяние на входном зрачке системы. Да и сомнительно, чтобы рефлекс от матрицы, переотраженный линзой Манжена, мог делать в системе Гамильтона "погоду".

В моем случае много всевозможных "но", чтобы безоговорочно с Вами, Юрий Андреевич, согласиться.
Хотя Ваши соображения проливают свет на причину отказа Теребижа от схемы Гамильтона.
Возможно, что именно этим и объясняется моя неудача снять М31.  Но чем можно объяснить легкость, с какой "далась" М51?

Думаю, лучше всего астрономы понимают проблему.

[Клевцов Юрий Андреевич]

Да нет! Тут я с Вами не соглашусь. Когда мы испытывали преобразователи фокусного расстояния,
стоящие близко к плоскости изображения, мы с этим свойством столкнулись в полной мере. Чувствительность ПЗС-матриц очень высокая. Даже от просветлённых поверхностей при экспозиции 5 минут если в поле зрения есть объект большой яркости (планета или звезда до +1m)  блики (если они, конечно, фокусируются недалеко от плоскости изображения) видны как прямые, так и обратные (с участием ПЗС). Эти блики могут заслонить собой объект наблюдения так, что астроному даже не придёт в голову искать его там под бликом. Конечно, такие случаи весьма специфичны. Но не вредно всё-же  паразитные отражения при расчёте системы контролировать и зело возможно убирать их как можно дальше от плоскости изображения. В качестве примера могу сказать, что  в фотографических Шмидтах при наличии более менее ярких объектов в поле зрения такие дефекты вполне заметны, но их почему-то все обходят молчанием.

[ekvi]

Чувствительность ПЗС-матриц очень высокая.

- вот это абсолютно так!

То, о чем Вы говорите, я столкнулся только однажды: яркая звезда осветила матрицу под некоторым ракурсом, и поперек всего кадра прошла яркая светлая полоса.

Для проверки величины рефлекса от преломляющей поверхности линзы Манжена сделайте ее отражающей - и Вы увидите, что весь свет, отраженный от нее, равномерно распределяется по всей матрице. Отсюда нетрудно расчитать и контраст.

[ekvi]

Вот наиболее контрастный результат для М31 из последней сессии (1600 ISO, 13с, 80 снимков сделаны в городской черте). Обратите внимание на звезды - их количество и размеры: откуда сквозь такое "кружево" взяться контрасту для слабых участков туманности?!
Отснятый материал, конечно, богаче полученных результатов, но все же склоняюсь к тому, что причина слабого контраста не в рефлексах на оптике, а в специфике объекта и светосиле (F/D = 1.7).

[Клевцов Юрий Андреевич]

Просмотрел также блики и от линзы Пиацци. Да, действительно, всё достаточно хорошо отодвинуто от фокальной плоскости. Желаю дальнейших успехов.

[ekvi]

Спасибо, Юрий Андреевич, на добром слове!

[Алексей Юдин]

Насколько мне известно, именно по таким причинам подобные системы не нашли широкого распространения в астрономии.

Сейчас Гамильтон используется весьма широко - навскидку можно назвать десятки функционирующих 200-500 мм объективов, в производстве 650-ки, в ближайшем будущем 800-ки. В общем, слова Слюсарева из книги "современный телескоп" насчёт сферических светосильных полноапертурных катадиоптриков полностью оправдываются! Это и понятно - матрицы и мозаики с размерами до 95 мм и десятков сантиметров соответственно есть, в скором времени искривлённые детекторы выйдут из экспериментальной фазы в серийную, тогда и концентрические кривопольные системы ограниченные экранированием и сферохроматизмом возродятся в новом поколении. Во Франции ведутся экспериментальные работы по искривлению ИК-детекторов - вот уж там будет настоящий прорыв - станут возможны сплошные целиком криогенные Шмидты в извращённых вариациях. См., например, http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=1270005

[Алексей Юдин]

Просмотрел также блики и от линзы Пиацци. Да, действительно, всё достаточно хорошо отодвинуто от фокальной плоскости.

Да вообще с такими "мягкими" системами одно удовольствие в плане бликов - они достаточно легко уводятся при оптимизации и в полноапертурных компонентах и в довольно сложных субапертурных корректорах, когда форсируем поле и светосилу. Не то, что корректор Винне...

[Алексей Юдин]

Хотя Ваши соображения проливают свет на причину отказа Теребижа от схемы Гамильтона.

Теребиж, судя по статье http://arxiv.org/abs/0710.2165 от неё и не стремился отказываться, а напротив предлагал весьма приятные прямофокусные варианты до метра диаметром. Отказался скорее его работодатель, по причине как консервативности технологов, чурающихся больших Манженов, так и неготовности к производству изящной камерки для первичного фокуса с компактным корпусом и механизмом смены фильтров. В мире же сейчас это мало кого пугает - прямофокусные системы в целом крайне распространены, в специализированных инструментах они преимущественны даже при довольно умеренных апертурах.

А схема 75-ки 1:1.9, упоминаемая тут: http://www.amostech.com/ssw/presentations/Session1/S1-3Tarasenko.pdf и в итоге принятая к постройке вместо предлагавшихся Теребижем крупных Гамильтонов в последние 3 десятилетия встречалась изрядно - в начале 80-х упоминалась как звёздный датчик на ПЗС, из новых - китайцы в Антарктиде поставили. Так что над некоторыми нашими крупными предприятиями сильно довлеет традиционность полувековых масштабов - 25-40 лет, увы, уже слишком новые вещи...

[ekvi]

Квантовая эффективность вашего светоприёмника небеспредельна. Процентов 30% света отражается от него обратно в систему.

Чистая кремниевая подложка матрицы отражала бы
             sqr((4 - 1)/(4+1)) = 0.36 = 36%.
И хорошо, если бы это было так: тогда выставить сенсор нормально к оси АФК не составило бы никакой проблемы. Однако в ф/к Canon, которая в моем Гамильтоне использована в качестве фотоприемного устройства, на поверхность кремниевой подложки матрицы, помимо фоточувствительного слоя, нанесена растровая пленка из микролинз и высокоэффективное просветляющее покрытие так, что сколько я ни пытался в автоколлиматор поймать от матрицы зайца, сделать это мне никак не удалось. Поэтому говорить о низком контрасте в системе Гамильтоне из-за рефлекса от сенсора не приходится.

[Дмитрий Серегин]

Чистая кремниевая подложка матрицы отражала бы
             sqr((4 - 1)/(4+1)) = 0.36 = 36%.

sqr((3,4-1)/(3,4+1))=0,297 

А по моему опыту, в отражённом свете от современного фотоприемника  мы получаем дифракцию в нескольких порядках на его микроструктуре.