Устранение сферической аберрации в короткофокусном рефракторе

[sky-man]

Размеры линз в SW 1025 (черно белая труба):


На чертеже 4 сферические поверхности (от 0 до 3), отметил их высоту h в мм для определения радиусов. Рабочий диаметр D по которому мерил высоту равен 102мм. Радиус r = 51мм.

Радиус сферической поверхности вычисляется по форумуле R = (r2 + h2) /2h.

Считаем радиусы четырех поверхностей ахромата SW 1025 начиная с внешней:
R0 = (51 х 51 + 4,48 х 4,48) / 2 х 4,48 = 292,53 мм
R1 = (51 х 51 + 7,76 х 7,76) / 2 х 7,76 = 168,59 мм
R2 = (51 х 51 + 7,51 х 7,51) / 2 х 7,51 = 176,92 мм
R3 = (51 х 51 + 1,71 х 1,71) / 2 х 1,71 = -761,38 мм

В программе расчета оптики РОС и Zemax, где 1025 стал идеальным с прокладкой 6,2мм были взяты теоретические радиусы:
R0 = +273,928 мм
R1 = -231,377 мм
R2 = -220,153 мм
R3 = -834,190 мм

Кому интересно промерить радиусы своих линз в ахромате и потом просчитать в программе вот простая методика:
http://mi-kron.narod.ru/student/lab_rab/lab_03/

Загнал все заводские параметры линз SW 1025 в программу расчета оптики РОС. Программа расчитала фокусное расстояние 499мм с заводской прокладкой 0,2мм. Практически идеально соответствует паспорту: 500мм. При диаметре объектива 102мм, программа показывает F4,89.



ЧКХ в зеленом на 503нм программа показала такую:


Покрутил программу, минимальный размер пятна мы получаем с прокладкой 1,1мм.



Опять же улучшим качество в узком диапазоне, получим более сильный хроматизм положения в красном, синем.

[Алек]

[
Насчёт необходимости регулировать сферичку в зелёном после теста в подвале.
Вот сделал снимок на эту трубу 102/500 с широким Green фильтром, 486нм-590нм по М51. Звезды в норме для ахромата считаю. Здесь нет обработок никаких по уменьшению звёзд и тп. Все как есть, такая же картинка примерно глазами в синей зоне, пухлых звёзд нет и тп:



Хороший фильтр. С таким и АПО не надо. Это если я такой фильтр на свой ахромат SW 80/400  поставлю, то М51 почти как у Вас получится? А можно ссылочку, где сие чудо приобрели?

[sky-man]

А можно ссылочку, где сие чудо приобрели?

Администратор сайта просил не указывать ссылки на али. Можете там вбить в поиске Antlia LRGB-V Pro series filters - 1.25''. Вам надо найти продавца, который продает их по отдельности, пойдет и Optolong CCD LRGB, но их только набором продают в 2 раза дороже. Используйте их с моно камерой, эффективность будет максимальной по скорости съемки. Я использовал еще универсальный редуктор для рефракторов F5-F7 StellaMira 0,8х, он же GSO, (подойдет и аналог Svbony) для EAA быстрых наблюдений в ахромат F5. Труба работала на F3.9 на этом снимке. Копит очень быстро свет, как свето пылесос. Моя основная труба Ньютон 154/600 F4 с редуктором Starizona 0,75х с итоговым F2.9 копила конечно быстрее. Но для ахромата с такой ценой-то очень даже быстро. Такой эконом EAA набор.

[Алек]

Да,я набирал поисковик на АЛИ, но там показывает прямоугольную пластинку. Как ее крепить и куда-не понял. Спасибо за ссылку. Поищу.

[ekvi]

РОС и Zemax, где 1025 стал идеальным с прокладкой 6,2мм взяты теоретические радиусы:

Вы полагаете, что нам с Глебом известны параметры Вашего объектива?
Я просто смоделировал ахромат на известных мне стёклах К8 + ТФ1, имеющий выходные характеристики Вашего объектива, а Глеб - мне оппонировал - не более того!
В реальности зазор (измеряемый вдоль оптической оси!) будет несколько варьироваться, но модель только указывает порядок предстоящих изменений.
Возможно, я не так Вас понял; но если это так, то извините ...

[Lex1]

какой воздушный промежуток оптимальный?

См. первый ответ ekvi. Чтобы посчитать точнее нужны данные стёкол.
Но особого смысла в этом нет - для практики достаточно подобрать прокладку с точностью в ~100 микрон. Хватит 2-3 колец с таким шагом.

с прокладкой 6,2мм

Это абстрактная модель, по мотивам. У SW1025 с такой прокладкой пик коррекции пройдёт зелёный и уйдёт в фиолет и ультрафиолет, а штрель к нулю.

[sky-man]

По поводу увеличения прокладки для снижения сферической аберрации 1025 в зеленом.

Я попробовал в программе РОС сочетание стандартных стекол K8 и F1, с измеренными мной довольно точно радиусами 4 поверхностей ахромата 1025 самодельным кольцевым сферометром с цифровым штангенциркулем, получается фокусное расстояние 463мм. Это не соответствует измеренному F 500мм. Когда строил бинокль из двух таких труб надо было точно механику сделать под фокусное расстояние. Оно там 500 +-2мм. Стекло в SW 102/500 другое, не F1:


С более дорогим стеклом TF1 фокусное расстояние SW 1025 в программе соответствует паспортному 499мм:


Марку стекла определяет коэффициент преломления, если мы выходим на расчетные 500мм фокусного, коэффициент преломления второй линзы соответствует TF1. Фактически это точнейший измеритель коэффициента преломления стекла и соответственно марки стекла, где у нас есть данные радиусов кривизны поверхностей и точка преломления лучей - фокусное расстояние.

Что касается увеличения прокладки с 0,2 мм до 0,6мм для уменьшения сферической аберрации в зеленом, программа показала что на стекле F1 с такой прокладкой увеличивается размер пятна в динах волны 483-563нм, то есть смысла увеличивать прокладку нет, делаем только хуже трубе:


А вот на стекле TF1 при увеличении прокладки с 0,2 до 0,6мм программа уменьшает размер пятна в зеленом 483-563нм. Это бьется с тестом этой трубы в подвале Ваго по которому при увеличении прокладки с 0.2 до 0,6 мы уменьшим сферическую в 0:


Размер пятна в программе РОС при увеличении прокладки то растет на стекле второй линзы F1.
Не зная марки стекол, не зная точных радиусов поверхностей и не посчитав это в программе лезть и менять толщину прокладки, которую якобы неправильно сделали на заводе имхо Сизифов труд.

[ekvi]

Не зная марки стекол, не зная точных радиусов поверхностей и не посчитав это в программе лезть и менять толщину прокладки, которую якобы неправильно сделали на заводе имхо Сизифов труд.

Здравый вывод для ЛА. Только речь должна идти о МОДЕЛИРОВАНИИ условий задачи. И тут конкретные стёкла играют второстепенную роль (для особо одарённых напомню: рассматривается простой ахромат).
Но Вы забыли поставить ИЗМЕРЕННЫЕ радиуса на оптимизацию: кто-то тут заметил, что на заводе, мол, не дураки и делали объектив правильно.
После получения оптимизированного объектива уже можно запустить оптимизацию зазора между линзами (для компании добавив радиус кривизны фокальной поверхности - совершенно нейтральный, но для оптимизатора полезный параметр).
А дальше - эксперимент, который = критерий истины.
ПС. Довольно быстро освоили РОС, поздравляю!

[sky-man]

ПС. Довольно быстро освоили РОС, поздравляю!

Спасибо, программа очень понятная и грамотно сделана.

[Lex1]

Сизифов труд.

Попытка точного расчёта, пожалуй.
Практика тривиальна - выставляются одинаковые внефокалы по ИЗ. Сейчас там мыльный дофокал = переисправленная сферическая = пик коррекции в красном.

Т.к. планируются наблюдения слабых объектов, то скорее стоит ориентироваться на пик ночного зрения и использовать в процессе настройки фильтр OIII.

[SAY]

Неблагодарное это дело, пытаться "подогнать" результат оптимизации, тем более под отечественные стёкла. Если так интересен вариант типа К8_ТФ1, то китайские приближённые аналоги из каталога CDGM: К9L для К8 и ZF1 для ТФ1 или BK7 и SF2 в шоттовском каталоге. "Классика" ахромата: K9L_F4 (CDGM) или BK7_F2 (Шотт). Улучшенный вариант: например BAK1_F2 (Шотт).
Неизвестно:
- марки используемых стёкол в СВ 1025
- какие заложены длины волн для оптимизации схемы - влияет на итоговые радиусы кривизны поверхностей.

ПС. Если объектив разобран, то взвесить каждую линзу и определить её плотность - по плотности уже марку стекла.

[diant]

О классная идея у вас. Сделаю. Поможете по плотности определить марку стекла?

В сети есть полный каталог CDGM за 2020 год. Плотности там есть. Только определение потребуется весьма точным, до сотого знака после запятой (а то сомнения съедят, много близких стекол будет).
Примеры:
H-K9L = 2,52 г/см3
H-ZF1 = 2,73 г/см3

PS. Свинцовые и мышьяковые стекла они, скорее всего, уже не варят, как и в Европе.

[sky-man]

Если объектив разобран, то взвесить каждую линзу и определить её плотность - по плотности уже марку стекла.

Классная идея.

В сети есть полный каталог CDGM за 2020 год. Плотности там есть. Только определение потребуется весьма точным, до сотого знака после запятой (а то сомнения съедят, много близких стекол будет).
Примеры:
H-K9L = 2,52 г/см3
H-ZF1 = 2,73 г/см3

PS. Свинцовые и мышьяковые стекла они, скорее всего, уже не варят, как и в Европе.

Ахромат SW 1025 F5. Плотность стекол линз:
1 линза внешняя - 2511,9 грамм/литр
2 линза внутренняя - 3553,6 грамм/литр

Метод замера. В стеклянную мерную ёмкость наливаем воды, отмечаем точно уровень клейкой лентой.
Кладём линзу потреся ею в воде чтобы не осталось пузырей воздуха на ней. Откачиваем шприцем Жанэ воду обратно до отмеченного уровня. Взвешиваем воду откаченную шприцем.
Вес 1 линзы 211 грамм, вес воды, который она занимала 84 грамм (объём 84мл).
Чтобы вычислить плотность стекла этой линзы:
1000 мл/84мл х 211 грамм = 2511,36 грамм / литр.
Также измерена плотность второй линзы.

Таким методом могут быть следующие погрешности: точность кухонных электронных весов - 1 грамм.
Метка нанесена на мерную ёмкость и как можно точно до этого уровня откачена вода.
Замер проведён 2 раза подряд с одинаковым результатом.
Какие это стекла линз, максимально близкие на ваш взгляд коллеги?

Близкие варианты:
K8 ГОСТ = 2,52 г/см3
Ф1 ГОСТ = 3.57 г/м

Schott N-BK7 = 2,52 г/см3
Schott F2 = 3,57 г/см3

[SAY]

https://sinoptix.eu/2022/12/02/optical-glass-price-references-table
Здесь стёкла CDGM (с указанием плотности в т.ч.) и их аналоги у Шотта, Хойи и Охары.

[Lex1]

А второе F2 - https://refractiveindex.info/?shelf=glass&book=SCHOTT-F&page=F2 - density: 3.599 g/cm3

Первое это китайский аналог BK7 и F2 стандартная пара к нему.

[Lex1]

BK7 и F2

В отечественной номенклатуре это К8 и Ф2 и некие базовые вещи описаны даже у Сикорука:

[diant]

2 линза внутренняя - 3553,6 грамм/литр

F2 = 3,50 г/см3
F3 = 3,57 г/см3
F4 = 3,57 г/см3
F6 = 3,60 г/см3
BaF7 = 3,56 г/см3
H-ZBaF1 = 3,57 г/см3   ***
H-ZBaF5 = 3,58 г/см3   ***
H-ZBaF52 = 3,57 г/см3   **
H-ZF52A = 3,52 г/см3
H-ZF72A = 3,57 г/см3   *
H-ZF88 = 3,52 г/см3   *
D-FK95 = 3,52 г/см3
D-LaK6 = 3,50 г/см3   **

Задумка интересная - колоть китайские рефракторы до полной схемы))
Если ничего не пропустил, это почти все. Свинец и т.п. они не варят - значит круг еще сужается. Учитывая, что они не скрывают ритм плавок (есть три раздела в каталоге - плавим всегда*, плавим не реже раза в год** и плавим на заказ***), круг еще сужается.
Я мог быть невнимателен и напортачить, предупреждаю. И, разумеется, реальная плавка может гулять и по плотности, это надо учитывать.

[SAY]

Как и предполагал выше, 1025 есть ахромат на классических стёклах.
Осталось выяснить какой тип хромокоррекции применяли китайцы при оптимизации. 
Я свою версию выше излагал для 1206, после многочисленных расчётов - самому интересно было. Мой основной аргумент - максимальный полиштрель в диапазоне 486...656 нм. Это не в коротких ахроматах нет особого смысла заморачиваться по типу хромокоррекции.

[sky-man]

Первую оптимизацию которую выдает РОС на стеклах К8 Ф1 D102, F500 вот эта с миниммальным размером пятна и прокладкой 0,594 мм в диапазоне 483нм-563нм:


Что-то подобное китайцы и задумывали, так как радиусы поверхностей отличаются в пределах погрешностей измерений высоты на 0,1мм моим самодельным сферометром. ЧКХ как на тесте у Фиделя Викторовича на 532нм, тут 543нм:





C прокладкой 0,2 мм ситуация чуть хуже по пятну:


По ЧКХ с прокладкой 0,2мм на 543нм одно и тоже практически как с прокладкой 0,6мм:


Для измерений радиусов, веса, плотности линз использовался объектив SW 1025 от черно белой трубы, который был куплен у Стетхэма при строительстве моего бинокуляра, однако в серию на бино он не пошёл, в связи с тем что внутри объектива было помутнение просветляющего покрытия. Оставил себе линзы на память. Могу проводить с ними любые измерения, хоть на твердость, хоть на переплавку )

[2noko]

C прокладкой 0,2 мм ситуация чуть хуже по пятну:

Вы на размеры пятна посмотрите, было 20+ микрон, стало 500+ микрон. При любых изменениях надо проводить перефокусировку. На мой взгляд в софте не доработано графическое отображение полученного результата. Было бы наглядней нормировать пятно по размеру диска Эйри. Для линзовой оптики в пяти например, по выбору пользователя цветах и ввести граффики продольных для этих цветов аббераций. Вместо 5 зон-достаточно трёх зон - 0 , 0.7, и край апертуры и использовать освободившееся место под граффик продольных. И да, сделать кнопку автофокуса. Хотелось бы видеть также целевую функцию оптимизации, скажем сделав базовой-оптимизацию по Чкх и возможность менять ее.