astro-talks

Добрый день всем.
Тема "вопросы обо всем" отмучилась, похоже . Есть предложение делать более узкоспециализированные "обо всем".
Вот у меня вопрос к уважаемым знатокам. Типичное распределение многих аберраций поперек апертуры у несложной системы линз, судя по хрестоматиям - это "крыло чайки", см.рисунок (голубая линия, чисто качественная иллюстрация). Если мы добавляем предфокальный отрицательный компонент - попросту ЛБ - может ли получиться так, что "чайка махнет крыльями" вверх или вниз? Например, те же аберрации получат U-образное распределение по радиусу (красная линия на рисунке)? Или наоборот, центр резко вылезет?
Вопрос сугубо практический так-то. Развлекаясь с барлушкой и с перестановкой местами предфокальных компонентов TMB planetary, заметил, что при некоторых сочетаниях центр-зона получались не хуже, а то и получше исходного варианта, а край улетал в хлам. В некоторых случаях это никак не мешает наблюдать мелочевку по центру, где она еще и хорошего качества. Хорошо бы лучше понимать, что происходит.

Аберраций вообще не бывает. Есть апертурные аберрации (сферическая, кома, хроматизм положения и т.п.) и полевые (кривизна, астигматизм, хроматизм увеличения, дисторсия). Барлоу ввиду близости к фокусу мало влияет на апертурные аберрации, внося большей частью полевые - прежде всего кривизну изображения и астигматизм. Причем ввиду простой схемы ЛБ вносит полевые аберрации низкого 3-го порядка.

Полевые аберрации в типичных астрономических объективах не скомпенсированы и имеют параболический ход графиков.

А вот окуляры - подобно ЛБ полевые оптические системы: в них расчетчик в первую очередь уделяет коррекции полевых аберраций. Для хода графиков кривизны/астигматизма сложных окуляра (от Эрфле и сложнее) характерно сочетание аберраций 3-го и 5-го порядка с разным знаком, что дает ваше "крыло чайки".

В отношении коррекции полевых аберраций ЛБ в сочетании со сложным окуляром ведет себя подобно слону в посудной лавке - вносит кривизну (и отчасти астигматизм) низкого порядка, что разрушает коррекцию аберраций окуляра. Что несколько компенсируется снижением действующей апертуры.

Ваша иллюстрация создает впечатление, что размах аберраций с и без ЛБ примерно одинаков, только перераспределяется по полю. На самом деле - "крыло чайки" это кривая которая колеблется вокруг нуля, в то время как ЛБ просто и грубо уводит эту кривую по параболе сильно вдаль от нуля. См. ниже.

Понял, спасибо, Эрнест. Я так и предполагал.
Не спорю, увод "грубый", но даже на Вашем рисунке примерно до 50% радиуса красная и голубая почти равны по абсолюту, только разные по знаку. Я это и имел в виду - R50 "хорошие", а край никакущий. А можно, скажем, R70 подобрать почти в ноль (голубая сдвинется в сторону красной), пожертвовав краем.
И, кстати, тот же TMB без предфокального - уже довольно простая система. Т.е. замена предфокалки, при разных длинах середины окуляра и одинаковом осн.блоке, это просто ее сдвиг ближе-дальше, тут уж дейст-но "чайка крыльями машет".
А куда должен уходить график (вниз или вверх от голубого, на Вашем рисунке), скажем, при увеличении разгона, т.е. отдалении ЛБ от окуляра?

Эрнест, вопрос к тебе .. Есть вроде как комплект оптики для менискового кассегрена. Главное 40мм диаметр, фокус -85мм. Мениск вроде как к нему.. Радиус поверхностей мениска определил примерно 20мм (фокус - 10мм). Можешь прикинуть оптическую схему, хотя бы приблизительно? Расстояние м/у компонентами..

Эрнест, вопрос прямо к Вам, хотя так-то общий.
ЕМНИП, не так давно Вы прохладно высказались об асферике в окулярах. Так-то вообще асферика уже много где попадается, и в навороченных (особенно супер-светосильных) объективах, и контактных линзах, и т.д. В чем с ней проблема? Или даже у лучших производителей, при равном технологическом уровне, сегменты сфер получаются точнее, чем всякие псоиды и болоиды, и одна-две "лишних" сферо-линзы в итоге предпочтительней?

Сферические поверхности небольших линз примерно на порядок(и) технологичнее (дешевле в производстве), чем асферика. За одну установку шлифуется/полируется пара десятков линз. Асферика требует индивидуального формирования, которое с приемлимыми для ширпотреба затратами достигается пока только штамповкой полимера. Полимерные (и даже композитные - полимер по стеклу) линзы имеют скверную оптическую однородность, плохо неконтроллируемую усадочную деформацию после остывания. Полимер легко царапается. Разнообразие оптических свойств у полимерных композиций сильно ограничено (ни тебе тяжелых/лантановых стекол, ни ED). Ну и просветляющее покрытие по полимеру не особенно хорошо ложатся.

В случаях, когда заказчик "за ценой не постоит" асферика вполне решает проблемы - позволяет уменьшить число линз на одну-две или (что важнее) улучшить качество изображения. Как правило это военная, научная и профессиональная изображающая (фотографическая) оптика.

Возник вопрос к знатокам о корректоре комы, даже несколько.
Вот если для точной коррекции окуляр надо фиксировать с "недосылом", как Levenhuk Ra, то это для всех окуляров с одной парфокальностью одинаково? И для 1.25, и для обзорника 2"?
Для, например, f4 и f5 положение (недосыл) окуляра одинаковые? Или если корректор на f4, то в f5 окуляр будет уже в другом положении фиксироваться для наилучшей коррекции?
Кому окуляра корректор заодно исправит?

Мне кажется я уже где-то отвечал на эти вопросы...
(1) для всех окуляров одной группы парфокальности эффективный задний отрезок после корректора одинаков
(2) этот отрезок в первом приближении не зависит от светосилы Ньютона - только от параметра парфокальности окуляра
(3) у окуляров обычно нет классической комы 3-го порядка, так что править там особенно нечего, но если бы была то на выходе результатом было бы векторное сложение комы Ньютона, комы (обратного знака), которую вносит паракорр, и комы окуляра.

А как ВИЗУАЛЬНО различить кому 3го и прочих порядков? Вот смотрю и вижу махонькую птичку на краю поля, телескоп 1:13 (так что вряд ли это он), а у окуляра как раз должна быть кома, из Вашего же обзора (только там порядок комы не указан). Хвостов много, угол не 60 град, или как?

Кома третьего порядка имеет параболическую зависимость от апертурного угла и линейную от полевого (2+1=3). Именно она и правится кома-корректором.
Такая кома низкого порядка легко исправляется и контролируется в любой сколь-нибудь сложной схеме окуляра. Кома окуляров которая наблюдается почти у всех широкоугольников более высокого порядка: например, имеет кубическую зависимость по полю, может иметь зависимость и от длины волны (разнонаправленные красный и синий хвосты). Хотя изображение звезды испорченное ей может выглядеть как классическая кома. Кома высшего порядка труднее поддаются контролю при оптимизации оптических схем.
Различие в коме Ньютона и окуляра происходит из-за того что Ньютон (как и все объективы телескопов) имеет очень небольшое угловое поле зрения и большую апертуру, а у окуляра поле шире на два порядка при ничтожной апертуре. Ньютон это апертурная оптическая схема (основные аберрации - апертурные, типа сферической, в том числе и высших порядков по апертурному углу, комы), а окуляр - широкоугольная оптика с разнообразными проявлениями прежде всего полевых аберраций (астигматизм, кривизна, дисторсия и... кома, включая высокие порядки по полевому углу ).

С удивлением убедился, что существует несколько РАЗНЫХ графических схем, объясняющих природу комы (меня интересует ньютоновская). И даже рисунки самой комы - от серии кружочков, вписанных в птичку 60 градусов, до какого-то веера из петель в несколько рядов вроде ковровыбивалки . Живьем я все-таки птичку вижу, но вот кружки в ней... ммм...
Построил сам для ньютона - выходит, по смыслу это разная кривизна поля для разных кольцевых зон (это и есть "разное увеличение" для них же?).
Ладно, суть не в этом - скажите, товарищи, кома-корректор как-нибудь воздействует на кривизну поля? Вроде 2 отдельные аберрации по Зейделю, но все же..

Нет, кома (нечетная аберрация) не имеет отношения к кривизне поля зрения (четной аберрации).
Если разлагать по кольцевым зонам, то кома (те самые "кружочки вписанные в птичку") это совокупность 3-го порядка дисторсии с первого порядка разнознаковой расфокусировкой.
Разница в топологии: зональная расфокусировка это кольцо, а зональная кома это сложенная вдвое восьмерка.

Сложенная вдвое восьмерка - в смысле ее половинки проецируются друг на друга, но разделены промежутком по "высоте", т.е. сонаправленно опт.оси? Типа вираж на одной высоте - боевой разворот - вираж на другой высоте - обратно?

двойная петля

Билонг писал(а): ↑

27 сен 2021, 15:11

Живьем я все-таки птичку вижу, но вот кружки в ней... ммм...

В хвосте не очень сильной комы хорошо заметна интерференция в виде секторов колечек. Видимо отсюда про колечки пошло

Колечки настоящие, граждане! Это от разных кольцевых зон с разным радиальным сдвигом и разным расфокусом. Только вот почему-то я думал, что это расфокус по типу кривизны поля - т.е. чем больше (дальше от центра) кольцевая зона, тем оно дальше от центрального луча и дальше от самого центра попадает, а рисунок именно колец (т.е.расфокус) уже связан с кривизной. На схеме, приведенной тут в ЧАВО (и кое-где в других источниках) видно расползание центров конусов по радиусу, но неочевидно, что еще и расфокус идет, т.е. из отдельно взятой схемы можно сделать вывод, что разные кольцевые зоны рисуют разные "точки" на этакой радиальной палочке. А это не точки, а все более растущие кольца.
Я вот и подумал, корректор комы должен не только сводить все вместе вдоль радиуса, но еще и устраняет переменный расфокус. Как ни раскину мозгами, а выходит, что он и на кривизну должен влиять - ну, может, не строго в десятку, но как-то стягивать все это хозяйство покомпактнее. Из обзора Эрнестом кома-корректора Левенгук я тоже вынес впечатление, что при подобранной глубине посадки окуляра корректор вообще все в маленький тугой комочек спихивает, не только кому.

Никак кома на радиус кривизны не влияет. Если только линзы в корректоре не имеют обратной суммы петцваля. Случайно или намерянно

Доброго всем.
Купил-таки кома-корректор Levenhuk Ra. Действительно, укорачивает эффективное фокусное окуляра на 12% где-то, "слегка барлоу", но поле не режет.
Но вот что вылезло со 100-градусными окулярами APM 9 и 13 мм в ньютоне 254/1200. Кому убивает, это да. Но вот получить по звезде точку в центре и на краю можно только с перефокусировкой. Без кома-корректора с точной фокусировкой в центре на краю была заметная кома, но ее головка выглядела резкой. Так и надо или я что-то не так делаю?

Кома главного зеркала ушла, стала видна кривизна поля зрения окуляров... Безаберрационных окуляров не бывает.

Так вроде бы в таблице окуляров эти 100-градусники помечены Ast, CA, Coma - и все. FC нету, т.е., по крайней мере, для них кривизна - не главное. Я как-то не ожидал, что она так резко проявится - если центр резкий, фокус к тому же на пределе "к себе" (в диапазоне аккомодации), то зона еще нормально, но самый край аж даже не пятнышко, а крохотное колечко дает.
А вот с Levenhuk Ra 28/82 корректировка комы заметна, хотя не так бьет в глаз, зато других артефактов не вылазит, все поле просто лучше, и все. Выходит, у него 40 мм поля более плоские, чем 15 и 23 мм у APM 9/100 и 13/100 соот-о?

Интересно, какие основные задачи решают при проектировании объектива для обычной (не для астрономии) фотокамеры в отличие от объектива для телескопа?
Очевидно, что в объективе фотокамеры много линз. Для исправления аберраций?
Значительно ли влияет условие конечного расстояния до наземных объектов?
Диафрагма в объективе фотокамеры уменьшает апертуру и соответственно оптическое разрешение?

Ответы на эти вопросы не описать несколькими предложениями.
Если интересно, почитайте одну из книг:
Волосов Фотографическая оптика
Запрягаева Расчет и проектирование оптических систем
Проектирование оптических систем (группа авторов)

lx75 писал(а): ↑

03 ноя 2021, 18:14

Если интересно, почитайте одну из книг:
Волосов Фотографическая оптика

Спасибо! Уже в первых абзацах по коррекции аберраций нашёл ответ )

"Интересно, какие основные задачи решают при проектировании объектива для обычной (не для астрономии) фотокамеры в отличие от объектива для телескопа?" - те же самые задачи. Объектив профессионального телескопа давно уже большой фотообъектив (астрограф). Глазами с окуляром уже не смотрят. Так что задачи расчетчика те-же. Единственное отличие это размеры и разрешение - фотообъективы компактны и работают далеко от дифракционного предела разрешения. Но зато и поле зрения у фотообъективов побольше - соответственно больший упор на полевые аберрации. Обычно больше относительное отверстие и соответственно больше высшие порядки аберраций.
Ну и еще одно отличие, которое делает расчет объективов фото- и видеокамер более сложным - расчет на массовые серии, когда параметры линз рассчитываются большей частью исходя из будущей технологичности объектива в производстве. При расчете оптики телескопа цена производства - малозначимый фактор, отсюда широкое использование сложных асферик.

"Очевидно, что в объективе фотокамеры много линз. Для исправления аберраций?" - в современном телескопе обычно линз не меньше. Минимум пара зеркал + сложный многолинзовый корректор поля зрения. Чем больше аберраций надо исправить (их тем больше, чем больше входная апертура, отн. отверстие и поле зрения), тем больше расчетчику требуется линз. В фотообъективах требуются доп. линзы на обеспечение зума, а в адаптивной оптике современных телескопов - дополнительные элементы с управляемой формой поверхности.

"Значительно ли влияет условие конечного расстояния до наземных объектов?" - нет

"Диафрагма в объективе фотокамеры уменьшает апертуру и соответственно оптическое разрешение?" - уменьшает входную апертуру и относительное отверстие, что в первую очередь уменьшает экспозицию (меньше света при той-же выдержке). В плане резкости изображения влияние диафрагмирования как правило не столь сильное: оно снижает проявления аберраций (как следствие - увеличивает глубину резкости), но и увеличивает проявления дифракции. Так что тенденции разнонаправленные: в начале диафрагмирования резкость как правило растет (существенное уменьшение остаточных аберраций при еще незначительный проявлениях дифракции), потом достигается некоторое плато (в пределах нескольких стопов разрешение почти не меняется), ну и при сильном диафрагмировании разрешение ухудшается (вследствие сильного роста дифракционных явлений).

Ernest, спасибо, очень интересно.
Просто я больше имел в виду любительский телескоп. Напр., в Ньютоне объектив состит из одного зеркального блина. Ну да, дальше уже, если необходимо, используют разные корректоры.
Фото увлекаюсь (тоже чисто любительски) с детства. Иногда смотрю обзоры техники. Интерсно наблюдать, как фотографы делают обозоры, на что обращают внимание. Для них, напр., диафрагма это просто инструмент для получения размытия фона и получения красивого боке . Как ЛА я смотрю уже совсем под другим углом.

Но для фотобъектива апертура ведь также "решает"?
Например, одно дело - глазок камеры смартфона и другое дело 58 мм или 72 мм объектива зеркальной камеры. Свет такой объектив соберёт больше, соотв-но лучше засветка матрицы, потребуется меньше усиления (меньше значение ISO).