Зарегистрировано: 402




Помощь  Карта сайта

Текст дня

Против наркомафии

Мы единственные, кто восстал против милицейской наркомафии, а нас выставили бандитами» В интернете опубликовано шокирующее интервью «приморского партизана Один из шестерых фигурантов дела «приморских партизан» Алексей Никитин накануне судебного процесса обвинил местных правоохранителей в ..
Дальше..

Фото дня

PICT0023.JPG

PICT0023.JPG



Цель - Сатурн
Через турбуленцию к звездам
В блоге представлены фото с моего сетапа. Первую зиму телескоп пережил на кухне, летом поселился на балконе с видом на залив, на окраине Петербурга. См. статью про наблюдения через балконную дверь. На балконе сиинг лучше, но места меньше. В итоге, была сделана мини-опора, вместо штатной треноги, а теперь в планах ..
Письмо | Сообщение | ВКонтакте | Астрофорум |

Для добавления вашего собственного контента, а также для загрузки текстов целиком, загрузки текстов без разбиения на страницы, загрузки книг без разбиения на тексты, необходима авторизация. Если вы зарегистрированы на сайте, введите свой логин и пароль. Если нет, пожалуйста, пройдите регистрацию



Опубликовано в: Клуб: Телескопы - постройка, модернизация, эксплуатация
<--Любительская астрономия (ЛА)
Блог: Как это работает?

6,57





Правильная юстировка рефлектора Ньютона
/p. v./
01.02.2018


В процессе эксплуатации телескопа-рефлектора системы Ньютона неизбежно встает вопрос его юстировки. Обычно, в руководствах предлагается упрощенная методика, позволяющая достичь удовлетворительных результатов, достижимых при стечении ряда случайных обстоятельств. В общем и целом, проблема заключается в том, что не соблюдается ряд необходимых условий. Попробуем разобраться.

Итак, что предлагается?

1. Выставить вторичное зеркало по оси телескопа так, чтобы оно было центрировано относительно трубки фокусера и выставить его наклон таким образом, чтобы в вторичном зеркале полностью уместилось главное зеркало, вместе с лапками крепления. При этой операции рекомендуется не обращать внимание на отражение во вторичном зеркале. Далее рекомендуется совместить метку главного зеркала с глазом наблюдателя в чешире, посредством подстройки главного зеркала. Это все. Что мы получим в итоге - непредсказуемо.

Почему? Потому что пляшем от сковородки. Чтобы плясать от печки, пойдем другим путем. Первое и главное, что надо сделать - центрировать растяжками узел крепления вторичного зеркала относительно трубы.

Рис.1 Центрирование узла крепления вторичного зеркала и установка оптической оси трубы



Для этого линейкой измеряем расстояния X и Y от края трубы до оправы вторичного зеркала с каждой из четырех сторон и винтами регулировки растяжек выставляем оправу по центру, сделав плечи растяжек равными. Точность установки узла достаточна в пределах 0,5 - 1мм и должна быть тем выше, чем меньше диаметр.

Далее, смотрим с переднего торца внутрь трубы, отдалив глаз примерно на ~0,5 м и располагаем его так, чтобы совместить растяжку с ее отражением в главном зеркале. Подкручиваем винты регулировки главного зеркала, чтобы метка главного зеркала оказалась на линии пересечения растяжки и ее отражения в главном зеркале. Смотреть удобнее из положения, совмещающего линию пересечения растяжек и край трубы. При этом отражение метки главного зеркала будет далеко не по центру, но недалеко от рассматриваемой оси растяжки. Повторяем операцию для другой пары растяжек. Последовательно повторяем эту операцию для обеих осей X и Y, добиваясь точного совпадения метки с линиями растяжек.

В результате этой операции мы соблюдаем первое условие, опущенное в традиционных руководствах - точно выставляем главную оптическую ось системы относительно трубы. Далее, в процессе юстировки, без особой нужды не трогаем винты регулировки растяжек, а винты регулировки главного зеркала особенно(!). На данный момент ось трубы выставлена и метка главного зеркала в дальнейшем будет точно на нее указывать, если не сбивать юстировку главного зеркала.

Вторым этапом юстировки является установка тубуса фокусера строго перпендикулярно оси трубы так, чтобы эти оси пересекались в одной, воображаемой точке на оси трубы. Для регулировки наклона фокусера на телескопе, имеющем такую регулировку, крутим опорные шестигранные винты(без шляпок), ослабив фиксирующие шестигранные винты(со шляпками). Все они расположены в основании фокусера попарно, в трех группах.

Для выставления оси фокусера удобно пользоваться лазерным коллиматором, вставленным вместо окуляра.



Если его нет, будем пользоваться подручными средствами. Снимаем фокусер полностью, оставив голое отверстие в трубе. С наружной стороны трубы и параллельно ее оси (в районе отверстия под фокусер и с обеих сторон от него), проводим продольную линию, проходящую через воображаемый центр отверстия фокусера. Рулеткой откладываем половину длины окружности трубы и проводим линию на противоположной фокусеру стороне трубы, диаметрально напротив и параллельно первой линии.

Рулеткой отмечаем поперечную линию, проходящую параллельно торцу трубы через воображаемый центр фокусера и пересекающую продольную линию на противоположной фокусеру стороне трубы. В полученном перекрестии линий сверлим в трубе маленькое (1-2 мм) отверстие или делаем метку с внутренней стороны трубы. Ставим фокусер на место. Таким образом, ось фокусера материализовалась наяву и нам осталось только выставить ее правильный наклон.

Рис.2 Установка оси фокусера



Для этого достаточно, чтобы луч коллиматора, если он есть, вставленный в фокусер, указывал на метку на противоположной стороне трубы. С коллиматором мы добиваемся пересечения оси фокусера (лазера) с оптической осью трубы автоматически, всего лишь совместив луч с меткой, если она правильно нанесена.

Если коллиматора нет, вставляем в фокусер чешир. Выкручиваем фокусер на максимум. Вставляем нитку в отверстие чешира и в просверленное отверстие на противоположном конце трубы, натягивая ее. Теперь смотрим с переднего торца трубы, на достаточном удалении от нее, и добиваемся, чтобы нитка (гипотетический луч лазера) пересекалась с воображаемой линией, соединяющей метку главного зеркала и центр отверстия в центре оправы вторичного зеркала. Само вторичное зеркало при этом должно быть снято с его оправы. Одновременно, глядя в чешир и регулируя фокусер на опорах, добиваемся, чтобы отверстие в трубе напротив фокусера находилось по центру тубуса фокусера на продольной оси трубы F'. Выставив регулировочными винтами ось фокусера, закрепляем ее контр-винтами и теперь можно приступать к юстировке вторичного зеркала.

Мы выполнили второе условие, опущенное в традиционных руководствах.

Следующий этап заключается в выставлении узла вторичного зеркала относительно трубки фокусера. Винтом продольной регулировки смещаем вторичное зеркало вдоль оптической оси в положение, при котором оно окажется в центре трубки фокусера. Совмещаем оси F и M. При этом длинная ось вторичного зеркала должна располагаться строго параллельно оси F' фокусера. Тут может помочь трубка из бумаги, вставленная в отверстие фокусера.

Но проще и лучше будет заранее разметить вторичное зеркало, нанеся на его отражающую поверхность точку C' (рис.6) маркером, порядка 1-2мм. Эта точка должна быть смещена от пересечения осей вторичного зеркала вдоль его большой оси AB (рис. 6) в направлении от главного зеркала на величину s (рис.6). Ниже будет показано, как ее рассчитать. Если эта точка нанесена на поверхность зеркала, продольным винтом смещаем вторичное зеркало вдоль оптической оси до попадания лазера на нее. И дальше продольный винт вторичного зеркала без нужды не трогаем.

Рис.3 Юстировка вторичного зеркала



Следующим этапом загоняем луч коллиматора в центральную метку главного зеркала. Это делается винтами S (рис.9) регулировки плоскости наклона вторичного зеркала. Еще раз - продольный винт P без нуждыне трогаем и постоянно контролируем попадание лазера на метку вторичного зеркала.


Если коллиматора нет. Плохо. Но не сметртельно. Винтами наклона узла вторичного зеркала S (рис.9) выставляем вторичное зеркало так, чтобы в отражении уместилось главное зеркало с лапками крепления. Последовательными регулировками плоскостных винтов добиваемся более менее точного концентрического размещения в отверстии фокусера круглой проекции вторичного зеркала и апертуры главного зеркала, отраженной в нем. Если апертура главного зеркала вместе с лапками крепления полностью и концентрично видна в отражении вторичного зеркала, то при правильной настройке растяжек и главного зеркала, метка главного зеркала окажется в центре.

К чему приведет неправильная установка вторичного зеркала?

Продольное смещение оси M вторичного зеркала вдоль опт.оси трубы относительно оси фокусера F приведет к наклону фокальной плоскости. Поперечное смещение относительно оси фокусера F' приведет к такому же результату. Результатом будет кома и астигматизм, а при недостаточном размере диагонали вторичного зеркала и виньетирование (обрезка апертуры).

Рис.4 Завершение юстировки


Если все сделано хорошо, мы увидим луч лазера, падающий на метку вторичного зеркала, луч лазера на метке главного зеркала, и этот же луч в центре мишени коллиматора.

Если коллиматора нет? Опять же плохо. Но не смертельно. В ч
ешире мы увидим полную апертуру главного зеркала с лапками его крепления, а в перекрестии растяжек симметричное отражение фокусера, совмещенное в центре с меткой главного зеркала.


Все это предполагает соблюдение еще одного важного, но обычно опускаемого в традиционных описаниях условия. А именно, правильность расположения вторичного зеркала на его оправе (приклейка). Если телескоп только куплен, такой вопрос обычно не возникает. В процессе эксплуатации и наличия опыта может оказаться, что производитель с приклейкой вторичного зеркала накосячил. А может и с его выбором.


Рис.5 Результат юстировки



При правильном креплении вторичного зеркала на оправе и при правильной юстировке, в случае светосильного инструмента (быстрые Ньютоны), мы увидим хорошо заметную темную область, на краю отражения вторичного зеркала, похожую на молодую Луну и равную по ширине так называемому "смещению Z".

Оно соответствует смещению оптического центра (точка пересечения осей) вторичного зеркала относительно оптической оси трубы, возникающее за счет неравного сечения плоскостью вторичного зеркала конического пучка лучей, сходящегося от главного зеркала (плечи зеркала a и b на рис.6. не равны). Чем больше относительный фокус (1/3 > 1/4 > 1/6 > 1/10) телескопа, или чем больше светосила, тем больше это неравенство проявляется.

Рис.6 Смещение Z



А если попытаться что-нибудь покрутить, чтобы центрировать отражаемую картинку, не следуя последовательным шагам, описанным в этом руководстве? Произойдет следующее:

Неупорядоченная подстройка положения вторичного зеркала винтами регулировки растяжек или главного зеркала или продольного винта, или винтов наклона вторичного зеркала приводит к некоторому, малопонятному компромиссу между положением контура гл.зеркала (он обрезается) и отражением фокусера, если оно центрируется, и положением метки гл.зеркала (она смещается с центра). Телескоп будет расстроен и не выйдет на свои максимально возможные показатели. А, значит, самых тонких деталей планет в такой телескоп мы не увидим.

И уж тем более, все это никак не поможет устранить причины появления смещения Z (и отражения в виде темного полумесяца). Его происхождение является теоретически обоснованным и практически неизбежным, равно как и абсолютно безвредным.

Но. Наличие этого смещения требует специально запланированного смещения вторичного зеркала на его оправе вдоль большой полуоси, во избежание образования виньетирования вторичным зеркалом.

Поэтому, непоследовательных шагов в юстировке делать не стоит, разве что в качестве эксперимента, чтобы оценить влияние тех или иных действий и прийти к правильной, и осознанной методике юстировки. Последовательность действий при юстировке важно понимать, равно как и их последствия и влияние на параметры системы. При кажущейся простоте ньютоновского телескопа, в нем далеко не все очевидно для начинающих.

Рис.7 Вид из чешира



При правильной настройке (рис.8) физический контур вторичного зеркала должен быть концентричен трубке фокусера. Отражение главного зеркала в нем должно быть так же концентрично. Если лазер бьет в центральную метку главного зеркала, а отражение главного зеркала не по центру проекции вторичного зеркала (отверстия фокусера), следует проверить угол наклона оси фокусера (возможно, он не равен 90грд.) и продольное смещение вторичного зеркала по оптической оси (проверить попадание прямого луча лазера на метку вторичного зеркала ), и повторить все настройки вторичного зеркала.

Сам выходной зрачок (проекция внешнего отверстия окулярной трубки) должен быть смещен на величину Z относительно проекции вторичного зеркала на входное отверстие.

Положение центральной метки главного зеркала должно совпадать с центром выходного зрачка и с пересечением растяжек. А также центральная метка должна лежать на одной оси с меткой вторичного зеркала (ее полезно нанести самостоятельно) и ее отражением. Непросто? Что делать.

Пара подсказок. Поскольку положение оси фокусера относительно глаза зависит от угла зрения, чешир облегчает расположение глаза на этой оси, чтобы оценить концентричность всех компонетов. Метка вторичного зеркала представляет собой нанесенную на поверхность вторичного зеркала точку порядка 1-2 мм, смещенную на величину S (рис.6) от пересечения осей вторичного зеркала. Наблюдениям она никак не мешает.

Рис.8 Вид в фокусер и отражения компонентов системы в вторичном зеркале



Если пользоваться лазерным коллиматором, и телескоп отъюстирован правильно, луч коллиматора отражаясь от вторичного зеркала попадает точно на метку гл.зеркала, отражается от главного зеркала, дальше опять отражается от вторичного зеркала и попадает в центр мишени коллиматора. Данный способ позволяет намного проще и намного точней настроить телескоп.



Однако, на практике такое бывает крайне редко. Обычным делом является невозврат луча в центр мишени. Он возвращается выше или ниже центра. Что в этой ситуации советуют делать ? Крутить винты настройки главного зеркала и загонять луч в центр.

?? Но ведь это уничтожает все наши предыдущие настройки. Оптическая ось системы смещается с оси трубы, вторичное зеркало уходит в сторону от оси, нарушая рассчитанное смещение Z (см.ниже), фокальная плоскость наклоняется относительно оси фокусера, появляется виньетирование. На оси комы не будет, а на краю? Вся юстировка насмарку. Нам это надо? Нет.

Не трогайте винты регулировки главного зеркала!

Мы пойдем другим путем, но сначала попробуем разобраться, почему луч не вернулся в центр мишени?

рис.9. Невозврат луча в центр мишени


На рис. 9 видно, что необходимыми условиями точного возврата луча коллиматора в центр мишени являются:

1. Попадание исходящего луча на вторичное зеркало в точке, лежащей на оптической оси. После проведенных предыдущих регулировок по нашей методике эта ось и физическая ось трубы совпадают. Если лазер светит из точки на оси на перпендикулярно установленное этой оси главное зеркало, он на эту же ось и вернется. Т.е. попадет в центр мишени.

Но это произойдет, если углы падения и отражения входящего и отраженного от главного зеркала лучей равны. Отсюда второе условие:

2. Угол, под которым установлено вторичное зеркало должен быть равен 45грд, а луч лазера должен отражаться строго под углом 90 грд. Если это не так, об этом может свидетельствовать ситуация, когда исходящий луч попадает на размеченную метку на вторичном зеркале (вторичное зеркало выставлено в продольном направлении) и далее попадает на центральную метку главного зерала, а обратный луч не возвращается в центр мишени, значит ось фокусера не перпендикулярна оптической оси!

Невыполнение любого из этих двух условий приводит к отклонению луча от центра мишени.

Если вторичное зеркало смещено вдоль оптической оси на величину L, исходящий луч будет падать на вторичное зеркало в точку O' вне оптичекой оси (ниже ее) , то возвращаться главным зеркалом этот луч будет выше оптической оси. Повторно отразившись от вторичного зеркала, луч попадает на мишень далеко от ее центра (смещаясь на величину E). Фокальная плоскость (Fe-F'e) наклоняется , предфокалы и зафокалы покажут кому и астигматизм.

Если меется наклон оси фокусера, картина будет аналогичной. Соответственно, чтобы вернуть луч в центр мишени коллиматора, надо:

1. В первом случае двигать вторичное зеркало вдоль оптической оси продольным винтом P, каждый раз загоняя после этого плоскостными винтами S (рис.9) исходящий луч в центральную метку главного зеркала C. И так до точного возврата луча в ту же точку , откуда он и ушел.

2. Наклонять фокусер и повторять юстрировку вторичного зеркала, начиная с продольного винта до попадания лазера на метку вторичного зеркал а, затем выставить наклон вторичного зеркала до попадания луча на центральную метку главного зеркала.

3. Проконтролировать уход луча от центра. Наша задача привести его в центр мишели последовательными итерациями.

Вам может не хватить длины продольного винта, утапливая вторичное зеркало вглубь трубы. Или сдвигая вторичку вы обрежете апертуру. Это значит, что производитель вашего телескопа решил сэкономить на размере вторичного зеркала, уменьшая центральное экранирование, а в жертву принес невозможность правильной юстировки этого телескопа. Ничего личного, только бизнес. Вы не могли этого знать, пока не столкунулись с проблемой нос к носу. Это поправимо.

Ваше дело решать, как в конкретно вашем случае с этим бороться. На своей трубе
SW 25012 я пошел таким путем: вычертил маркером на оконном стекле (оно большое, прозрачное и удобное) оптическую схему телескопа в полный размер с точностью до миллиметра и нашел, что вместо установленной вторички 56х81 мне нужна 80х113. Заодно были графически просчитаны правильные расстояния между зеркалами, необходимые размеры вторичного зеркала, смещение Z, размеры оправы и расстояние паука от края трубы. Возможно, вам предстоит сделать то же самое. В результате апертура раскрылась, разрешение и светосила выросли, юстировка не страдает.

Чем больше апертура, тем важнее будет решить эту задачу. Цена не столь велика, сколь велик ущерб от неправильной юстировки или виньетирования на апертуристом телескопе.

рис.10. Переделка узла вторичного зеркала трубы SW25012


Смещение Z корректируется приклейкой вторичного зеркала на оправу со смещением по большой оси S=1.41*Z от малой оси в направлении от фокусера. Опытным путем сложно подобрать правильное положение зеркала и переклеить его, поскольку это сопряжено с определенными трудностями - надо аккуратно отрезать его от оправы, заново приклеить, заново настроить. И так несколько раз, пока не будет достигнут удовлетворительный результат. Поэтому проще заранее его рассчитать по формуле или построив в масштабе схему вашего телескопа графически.

Z=D^2*(Δ-Q)/(4*Δ^2-D^2),
где Δ=D*F/(D-2*L),
Q -расстояние от главного зеркала до вторичного
L - линейный радиус рабочего поля зрения, мм

Взято отсюда - Калькулятор для расчёта телескопа системы Ньютона

Рис.11 Приклейка вторичного зеркала со смещением



Для разметки зеркала перед приклейкой, фотографируем зеркало с оправой, сделав вид сбоку, и на увеличенной фотографии прямо на экране монитора линейкой замеряем размеры и производим графический расчет необходимого смещения. Метод получается довольно точным. Если в фокусере мы видим смещение Z, то само смещение S будет равно S=1.41*Z. На увеличенной фотографии на мониторе измеряем длину зеркала и делим на его реальный размер, получаем коэффициент. Далее там же, на мониторе измеряем геометрически построенный отрезок S линейкой, и делим на этот коэффициент. Отрезаем зеркало от оправы и переклеиваем с учетом вычисленного смещения.

Например, для рефлектора SW 25012 принимаем
Q=920мм,
L=22мм,
Δ=D*F/(D-2*L)=254*1200/254-2*22=304800/210=1451.4
Z=D^2*(Δ-Q)/(4*Δ^2-D^2)=64516*531/8357088=4.09
S=Z*1.41=5.77мм

Рис.12 Разметка вторичного зеркала



По завершении юстировки имеет смысл проверить полученный результат, сделав снимки плоского поля в прямом фокусе и на полученных фото задрать уровни для выявления виньетирования системы. На рисунке слева более менее правильная юстировка. На правом неправильная - вторичное зеркало слишком сильно смещено с оптической оси.

Рис.13 Виньетирование фокальной плоскости вторичным зеркалом



Возможно, внесение изменений в конструкцию юстировочного узла и упростит в этом смысле задачу. Ниже представлена схема, в которой подвижная часть с зеркалом крепится винтом через шайбу с заведомо большим отверстием, позволяющим в незначительных (5-7 мм) смещать зеркало в перпендикулярном оси трубы направлении. Внеся поправку в положение зеркала на оправе, придется повторить юстировку вторичного зеркала.

Рис.14 Доработанный узел вторичного зеркала



Отдельно следует заметить важность контроля юстировки по изображению дифракционных колец. При слегка раcфокусированном изображении яркой звезды надо оценить правильность их формы и концентричность. Если имеются заметные искажения - сжатия или смещения колец относительно центра с одной из сторон, попробуйте более тщательно выставить положение вторичного зеркала вдоль оптической оси и повторите юстировку.

В идеале, предфокальные и зафокальные изображения формы колец должны быть идентичны. Идентичность толщины и яркости колец зависит от аберраций системы и в первом приближении юстировкой не корректируется. На рис. ниже представлен вид колец при расфокусированной звезде и в фокусе (справа). Для получения этой картинки использовалось сложение серии кадров. А для выявления структуры диска Эри еще и пост-обработка.

Рис.15 Вид дифракционных колец при нормальной юстировке



Всяческих успехов,
Е.Трифонов, aka p.v.
Санкт-Петербург / Выборг
( C ) p.v., 2013