Юстировка рефрактора

Секреты повседневного использования астрономических инструментов, их юстировки и регулировки

Юстировка рефрактора

Сообщение bot » 01 ноя 2009, 21:26

Юстировка рефрактора


Объектив рядового ахромата весьма устойчив к внешним воздействиям и редко нуждается в процедуре коллимации. Однако случаются проблемы и с ним.

Ахроматический дублет (самый обычный объектив рефрактора) состоит из пары линз. Положительная (обычно передняя) сделана из кронового стекла, отрицательная (обычно внутренняя) из флинтового. Линзы в астрономических объективах обычно не склеивают между собой и они отделены друг от друга тонким воздушным промежутком через тонкую кольцевую прокладку (иногда три точечных прокладки через 120 градусов) вне световой зоны линз. Поверхности линз обращенные друг к другу обычно имеют близкий радиус кривизны (на положительной выпуклый, на отрицательной линзе вогнутый).

В расчете такой дублет исправлен на:
  • сферическую аберрацию низкого порядка (да и высокие порядки сферической аберрации в нем как правило ничтожно малы),
  • центрированную кому или неизопланатизм - то есть по полю зрения вне центральной точки у изображений звезд не должно быть веерных хвостов,
  • хроматизм положения первого порядка - то есть фокусы для голубого и красного света сведены в одну точку.
Даже при совершенной центрировке и точно выдержанных значениях конструктивных параметров (радиусы, толщины, показатели преломления и дисперсии стекол) ахромат (особенно светосильный или "короткий") имеет заметные несовершенства аберрационной коррекции, а именно:
  • вторичный спектр - пурпурные или зеленоватые (в зависимости от фокусировки) ореолы вокруг звезд из-за несовпадения фокуса зеленых лучей с фокусом синего и красного цвета, проявления этой аберрации пропорциональны относительному отверстию объектива;
  • сферохроматизм - недокомпенсированная сферической аберрации для красного света и перекомпенсированная - для синего, проявления аберрации пропорциональны кубу относительного отверстия объектива;
  • заметный полевой астигматизм и кривизну поля зрения, проявления которых примерно квадратично зависят от полевого угла (удаления от центра поля зрения) и пропорциональны относительному отверстию.

Как видим ахромат и особенно короткофокусный (светосильный) имеет немало внутренних причин немного "замыливать" изображение планет и двойных звезд (объектов наиболее требовательных к качеству оптики). Добавим к этому неблагоприятные условия наблюдения: неспокойное состояние атмосферы или турбуленцию, местные тепловые потоки (тело и дыхание наблюдателя, нагретые за день предметы, близость жилья, наблюдения с балкона или даже через окно и т.д.), атмосферную рефракцию, дымку. То станет понятно, что теоретический предел разрешения по двойным звёздам может оказаться недостижим даже и при идеальной юстировке инструмента. Если, тем не менее, сравнивая с результатами наблюдения других, возникают сомнения в качестве юстировки вашего телескопа, имеет смысл исследовать инструмент более внимательно - может оказаться, что вы обнаружите резервы для улучшения качества изображения.

Объектив может иметь следующие погрешности


  1. Ошибки изготовления оптических поверхностей, толщин, несовершенство стекла (оптическая неоднородность, свили, повышенная пузырность, окрашенность), покрытий (неравномерность, повышенное отражение). С этим ничего не поделаешь - это производственные ошибки, но некоторые их проявления компенсируют уже на производстве при сборке, а что не доделали там любитель астрономических наблюдения может попытаться компенсировать своими руками.
  2. Неоптимальное значение толщины воздушного зазора между линзами - сильно влияет на сферическую аберрацию и центрированную кому. Если зазор больше оптимального то сферическая становится недокомпенсирована, если меньше - перекомпенсирована. Причем чувствительность этой аберрации к величине зазора очень высока. Его значение должно быть выдержано с точностью порядка 1/20 мм! Таким образом зазор может быть эффективно использован в том числе и для компенсации ошибок изготовления прочих центрированных параметров объектива (включая толщины линз, радиусы поверхностей) и уменьшения значения выявленной в процессе наблюдений или тестирования остаточной сферической аберрации.
  3. Наклон объектива как целого вместе с оправой по отношению к оси трубы. Эта ошибка приводит к появлению в центре поля зрения окуляра полевого астигматизма (он ведь не скомпенсирован в обычном рефракторе), или, другими словами, астигматизма децентрировки. Чувствительность к наклонам объектива невелика - ошибка может достигать десятков угловых минут еще без заметного влияния на качество изображения.
  4. Смещение линз относительно друг-друга или собственно децентрировка. Происходит из-за неизбежных ошибок центрировки линз на производстве, естественных ограничений связанных с комплектацией объективов и возможностях точной сборки в условиях серийного производства, наличия зазоров в оправе линз. Децентрировка приводит к появлению комы на оси и сильно ухудшает качество изображения.
  5. Пережатие оптики в оправе (в том числе при перепадах температур) может привести к появлению в центре изображения астигматизма (например, трехлучевого) и прочих менее регулярных искажений изображения.

Как выявить ошибки


Для проверки необходима ли юстировка следует исследовать изображение достаточно яркой звезды (удобнее искусственной), которое строит исследуемый объектив, в центре поля зрения достаточно "сильного" (короткофокусного) окуляра. Увеличение 1.5-2D (для 80 мм рефрактора 120-150х) будет достаточным. Лучше использовать окуляр самой простой конструкции вроде симметричного и без линзы Барлоу, чтобы исключить аберрации возникающие в большом числе линз. Небольшая расфокусировка (6-7 дифракционных колец) изображения звезды позволит вам проанализировать состояние аберрационной коррекции объектива и выявить "вредные" аберрации типа комы или астигматизма. Телескоп перед началом исследования должен гарантированно прийти в тепловое равновесие с окружающим воздухом, чтобы выявлять не тепловые артефакты (многочисленные термоаберрации), а реальные дефекты оптики.

Малейшая эллиптичность (сжатие) пятна расфокусировки звезды вне точного фокуса, а именно - взаимная перпендикулярность длинных осей этой эллиптичности до и после фокуса, говорит о том, что оптическая ось объектива наклонена по отношению к геометрической оси трубы, то есть в наличие ошибка номер 3 в нашем списке. Хотя и не исключена астигматичность поверхностей линз и даже их пережатие оправой (например, на морозе). Потребуется регулировка наклонов оправы объектива или узла фокусировщика относительно трубы.

Если изображение звезды в центре поля зрения обнаруживает признаки комы - в фокусе звезда близкая к зениту показывает несимметричный (как бы сдвинутый в одну сторону) ореол, а вне фокуса центр пятна расфокусировки эксцентричен по отношению в периметру, я яркость пятна неравномерна - оно более яркое с одной стороны, то это явные признаки децентрировки компонентов - ошибки номер 4. Потребуется разборка оправы объектива с извлечением компонентов и их взаимная центрировка.

Если расфокусированное изображение представляет собой круг с хорошей радиальной симметрией (нет ни малейших намеков на эллиптичность пятна расфокусировки, яркость пятна равномерно распределена по азимуту, центральная точка находится строго в центре круга), то ошибки коллимации следует исключить, но следует исследовать объектив на наличие остаточной сферической аберрации. Тут потребуется зеленый возможно более узкий фильтр для исключения влияния вторичного спектра и сферохроматизма. Лучше всего использовать Baader Solar Continum. Если зафокальное расфокусированное изображение звезды отличается от предфокального радиальным распределением яркости: например, предфокальное пятно расфокусировки звезды имеет более резкий и яркий периметр пятна, а в зафокальном периметр нерезкий и более тусклый, то немного недокомпенсирована сферическая аберрация. В случае перекомпенсации картина будет обратной. Имеет место ошибка номер 2. В этом случае можно попытаться подобрать более оптимальное значение толщины прокладки (обычно в виде кольца) между компонентами дублета. Опять-же без разборки объектива не обойтись. При недокомпенсации толщину придется уменьшить, при перекомпенсации - увеличить.

Если распределение яркости в пятне расфокусировки имеет трех- или четырехлучевую симметрию (ошибка номер 5), а тем более меняющуюся по мере остывания оптики, стоит ослабить прижим компонентов друг к другу крепежным резьбовым кольцом, а при недопустимо малом зазоре между линзами и внутренним диаметром оправы его следует даже немного расточить.

Как устранить ошибки коллимации


Для того, чтобы выставить ось объектива соосно с осью трубы (устранить ошибку 2) может оказаться полезным прием описанный Gandalf-ом http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,25545.0.html.

Обычно объектив в трубе установлен таким образом, что наклон оправы может регулироваться. Например, для этого могут служить три юстировочных винта и какое-то количество установочных, спрятанных под блендой, декоративным кожухом или кольцом. Возможна эксцентририковая система из пары колец - вращение колец относительно друг друга меняет положение оси объектива. А возможно придется просто использовать прокладки разной толщины.

Назад к оглавлению статей
bot

 
Сообщения: 31
Зарегистрирован: 28 окт 2009, 12:20

Вернуться в Эксплуатация

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 2