"Новые серийные телескопы и аксессуары"
Случайно, благодаря участнице нашего форума Econ, мне в руки попала книга моего коллеги - Ю.А.Клевцова. Того самого, который изобрел оптическую схему реализованную в линейке телескопов выпускаемых на НПЗ: ТАЛ150К, ТАЛ200К и ТАЛ250К.С интересом полистал эту неплохо оформленную книгу под редакцией С.В.Карпова и рецензией академика Черепащук А.М. Книга полна фактического материала, параметров оптических схем астрономических инструментов как выпускаемых на НПЗ, так и аналогов отталкиваясь от которых автор разрабатывал свои оптические схемы. Очень интересное и полезное чтение - обнажаются самые интимные моменты из реальной работы заводского оптика расчетчика.
Но некоторые моменты изложенные в этой книге меня поразили... В этом сообщении не могу не поделиться частью из них.
Глава 4. Методы расчета ... серийных кассегреновских телескопов
В параграфе 4.2. Телескопы системы Шмидта-КассегренаПохоже, Юрий Анатольевич уверен, что все серийно выпускаемые телескопы по схеме ШК апланатичны и имеют асферику на вторичном зеркале. А это не так - абсолютное большинство ШК от Селестрона и Мида не апланатичны (имеют неисправленную кому), у них сферическое и главное и вторичное зеркало. И соответственно поле зрения условно свободное от аберраций у них много меньше предполагаемого Клевцовым (см. таблицу 4.17). Им-то его схема в поле зрения не проигрывает.на стр. 107 писал(а):Вариант 1. Главное зеркало системы сферическое. По этому варианту схемы сейчас производятся все серийные телескопы системы Шмидта-Кассегрена... e42 = .., где e42 - квадрат эксцентриситета вторичного зеркала...
И это при том, что далее в главе 10 (стр. 257) автор описывает конструкцию разобранного на заводе серийного ШК, где в том числе убеждается, что вторичное зеркало имеет сферическую форму "со следами зональной ретуши".
Так что весь дальнейший в параграфе 4.2. анализ аберраций ШК сделанный автором относится к довольно редкому классу ШК, а именно так называемых Meade ACF (advanced coma free).
Про модель Шмидта-Кассегрена Meade RCX (так вначале называли Meade ACF)
где [54] - ссылка на работу Dennis di Cicco. "A preview of Meade's RCX400"на стр. 113 писал(а):Не случайно светосильные модели этой системы любительского класса с действующим отверстием 200-400 мм (A = 1:6.3) сняты с производства как не пользующиеся спросом у потребителей. Та же участь, видимо, постигнет и модель 250-миллиметрового телескопа (1:8) с асферической пластинкой в виде мениска [54]
Я помню какой ажиотаж вызвала эта работа и с каким нетерпением сообщество любителей ожидали выхода в свет новых Шмидтов-Кассегренов от Meade. Но вот сомнений в том что из себя представляет схема анонсируемых телескопов не было - это ШК с по-прежнему планоидной коррекционной пластиной и асферикой на вторичном зеркале - и никаких менисков! В горячке первых дней после выхода этой статьи составленной в виде рекламных слоганов еще можно было путаться с тем, что же сделали в Meade. Но по прошествии 10 лет все точки давно расставлены,.. можно было справиться и поправить давнюю рукопись, тем более что в этой схеме содержался намек на предыдущую ошибку автора. Да и свой давний прогноз можно было дезавуировать.
Глава 6. Окуляры и увеличивающие линзы
Если речь действительно идет о 21 веке, то в самом деле есть немало интересных современных схем окуляров с умеренными полями зрения, с примеру, LV Виксен, Dual ED Paradigm, Pentax XO, Aries Planetary и т.д... Только параметров схем ни одного из этих окуляров я не смогу найти в книгах Михельсона [2] и Карпова [71], где скороговоркой уже более полувека продолжается привычное пережевывание охарактеризованных еще Максутовым и Слюсоревым немногих классических двухлинзовых и трехлинзовых схем (симметричной, Кельнера, Гюйгенса, Ортоскопического, Эрфле). Так что более честно было бы или сразу обратиться к посчитанным автором окулярам, или уточнить, что параметры схем действительно современных окуляров умеренного поля зрения автору не известны (справедливости ради - не только автору).на стр. 155 писал(а):Сейчас, в начале двадцать первого века, в классе окуляров с угловым полем зрения в области выходного зрачка 40-45° достаточно хороших конструкций, выпускаемых серийно оптической промышленностью многих стран мира. Поскольку схемы таких окуляров широко известны, мы не будем останавливаться на них, отсылая интересующихся к работам [2, 71]
Далее идет речь о рассчитанных автором окулярах линеек ОК о ОКШ выпускаемых на НПЗ.на стр. 155 писал(а):основная задача этого раздела книги - ознакомить читателя с разработанными автором новыми конструкциями широкоугольных и сверхширокоугольных окуляров для кометоискателей. В этом классе окуляров до сих пор существует дефицит хороших схемных решений...
Какой-то анахронизм! Наверное я удивлю Юрия Андреевича, но окуляры этих линеек едва-ли используются большинством их владельцев в кометоискателях. И вообще с кометоискателями и кометоискательством как-то напряженно. Кометы сейчас ищут (и находят) фотографическим и даже автоматическим образом. А широкоугольные и сверхширокоугольные окуляры любители астрономических наблюдений используют для поиска и рассматривания дипскай-объектов. Но это так - к слову. Меня более удивил диагноз, что до сих пор есть дефицит хороших схемных решений в классе широкоугольных и сверхширокоугольных окуляров. Книга выпущена в 2014 году, когда полки астромагазинов ломятся от 100-градусных окуляров разных производителей, 110 и 120-градусные окуляры уже не сенсация, а 82-градусные решения от Наглера доступны любителям уже более 30 лет! Ну ладно, книга малость запоздала с выходом и на момент написания этого куска рукописи вполне возможно, что были проблемы с широкоугольниками (лет 50 назад?). Но зная качество результата (окуляров серии ОКШ), как можно говорить о них как о "хорошем схемном решении" и работающей альтернативе. Окуляры серии ОКШ если когда-то и покупали то только как бюджетную альтернативу казавшимся безумно дорогим Наглерам, ну или по незнанию... Думаю, большей частью их производство предназначалось для военных целей.
Достаточно чуть-чуть погуглить, чтобы узнать, что если обозначение WA (широкоугольные) действительно принято для окуляров до 65°, то вот сверхширокоугольными (SWA) обозначают окуляры с полем до 72°, окуляры с полем до 82° принято называть ультраширокоугольными (UWA) , а еще более широкоугольные обозначают XWA - экстраширокоугольные. Зачем изобретать собственную шкалу, если хочешь быть понятным читателю и не вводить его в заблуждение?на стр. 155 писал(а):Широкоугольными принято называть окуляры с угловым полем от 50 до 65°, сверхширокоугольными - от 65° до 90° и больше.
Фантастика! Автор похоже не понимает базовых вещей - при попытке наблюдать таким образом (сканировать поле зрения вращая глаз в глазнице без смещения головы) приведет к тому, что часть поля зрения противоположная той, которую рассматривает наблюдатель, будет завиньетирована до нуля, поскольку зрачок наблюдателя будет придвинут слишком близко к глазной линзе окуляра. Возникнет так называемый "трубный эффект". Сферическую аберрацию в выходном зрачке устраняют для того, что избежать так называемого "бобового виньетирования", при этом зрачок глаза должен-таки быть более-менее совмещен с выходным зрачком окуляра, и для высматривания деталей на краю поля зрения голову придется сместить, а взгляд перевести.на стр. 156 писал(а):об усовершенствованной автором схеме Эрфле: Это позволило значительно уменьшить как остаточный астигматизм на краю поля, так и сферическую аберрацию главных лучей в выходном зрачке, в связи с чем изображение полевой диафрагмы имеет резкие границы, и глаз не требуется перемещать в поперечном направлении для наблюдения периферийных зон поля зрения.
надо бы все-же нарисовать схемку, раз уж в этом вопросе даже профи так прокалываются
На странице 156 приведены конструктивные параметры "улучшенных" окуляров Эрфле расчета автора (спасибо за эту информацию! вот уж не ожидал такого подарка). Там-же есть характерная приписка о способе расчета:
Расчет окуляров в обратном ходе - обычный прием и он дает неплохие результаты для оценки коррекционных возможностей классических окуляров небольшого поля зрения. Только надо будет затем не забыть перевести показатели качества (представление поперечных и продольных аберраций) из пространства предметов (перед окуляром) в пространство изображений (туда, где располагается глаз наблюдателя). В частности, изменить знак дисторсии.на стр. 156 писал(а):Заметим, что расчет аберраций всех рассматриваемых ниже окуляров производится в обратном ходе лучей со стороны выходного зрачка для трех видимых глазом линий спектра: C, e, F.
Иначе будут казусы. Типа того, что получилось в книге у Клевцова с графиками аберраций. К примеру, для 10 мм окуляра продольный астигматизм величиной в 0.6 мм в пространстве предметов (как на графике рис.6.4) это много или мало? Давайте перекинем в пространство изображений: 1000*(10*10/0.6) = 6 дптр (10 мм - фокусное расстояние окуляра). От меридионального до сагиттального фокуса 6 диоптрий, при том что глаз наблюдателя без напряга за счет аккомодации выбирает от силы 4 диоптрии, да и только в молодом возрасте! Я бы оценил такой астигматизм как недопустимо большой.
Так-же мало информативен для потребителя приведенный в книге график хроматизма увеличения в процентах (принято среди расчетчиков окуляров микроскопов). 0.8% это много или мало для краяю поля зрения 65 градусного 10 мм окуляра? Прикинем: в линейной мере это примерно 5.7*0.8% = 0.045 мм - пока все еще не ясно, а в угловой мере 57.3*0.045/10 = 0.25 градусов или 15 угловых минут - звезды будут вытянуты в спектр шириной в пол диска Луны!
Я не поленился произвел расчет 10 мм "улучшенного" Эрфле по приведенным в книге данным, фокусное расстояние и фокальные отрезки совпали. Для декларируемых 65 градусов и при работе с объективом 1:5 размер аберрационного пятна на краю поля зрения из-за астигматизма и хроматизма увеличения составило 40 угловых минут!!! Это между прочим, уже больше видимого диаметра Луны. Думаю, если бы автор привел графики в натуральных для потребителя угловых единицах (глаз-то воспринимает угловые размеры), качество расчета его окуляров было бы более понятно читателям. А так приведенные в книге графики более скрывают, чем обнаруживают.
Второе замечание по методике аберрационного расчета в обратном ходе: хорошо когда нет уже упомянутой сферической аберрации в выходном зрачке, тогда считай хоть в прямом, хоть в обратном ходе - результат (после пересчета аберраций в пространство изображений) будет адекватный. Но дело в том, что сферическая аберрация в зрачках это норма для окуляров с полем зрения 70 градусов и выше. В итоге главные лучи (выпущенные в обратном ходе из центра выходного зрачка) выходят из окуляра уже не телецентрично (не так как падающие реальные внеосевые пучки в телескопе) и рассчитанные аберрации у края поля зрения представляют что угодно, кроме того, что будет в реальности.
Для поверхностной странички в Интернете эта фраза еще прокатывает, но для профессионального расчетчика эта фраза не простительна.на стр. 157 писал(а):Следует сказать, что дисторсия широкоугольных окуляров, столь заметная в условиях наземных наблюдений, не имеет существенного значения для наблюдений астрономических, где не бывает объектов, ограниченных прямолинейными контурами...
Автор не делает различия между дисторсиями в тангенсной и в угловой мере. Тангенсная приводит к изгибанию изображений прямых линий на краю поля зрения, искажая крупные формы изображенного пространства, ее, вероятно, и подразумевает Юрий Анатольевич в своем пассаже. Но, во-первых, всякий, кто наблюдал с использованием дисторзирующих окуляров (с большой дисторсией), даже при наблюдениях звездных полей испытывал дискомфорт при переводе поля зрения телескопа от одной звезды к другой. Боковым зрением ощущается деформация в расположении звезд как будто их изображение натянуто на шар. Боковое зрения - сигнальная/тревожная система и все неполадки по периферии поля зрения крайне не желательны для психики наблюдателя. Так что все более-менее приличные производители окуляров стараются минимизировать дисторсию при расчете окуляров UWA и более широкоугольных.
Во-вторых, а ведь есть еще и угловая дисторсия, ответственная за искажение микроформ (например, вытягивание дисков планет на краю поля зрения). В сверхширокоугольных окулярах расчетчику приходится делать тяжелый выбор - что править тангенсную дисторсию (см. выше) или угловую. То и другое одновременно исправить невозможно. Наглер предпочитает править угловую, Explore Scientific выбирает некий компромисс между, расчетчики из Пентакса предпочитают править дисторсию в тангенсной мере.
Тема совсем не так проста, чтобы отделываться от нее одной фразой.
О том же 10 мм "улучшенном" Эрфле:
См. выше: астигматизм в продольном выражении 6 дптр. (на самом деле, в расчете на поле 65 градусов все 8 дптр!) это совсем не мало, для телескопа 1:5 аберрационное пятно на краю поля зрения этого окуляра составляет 40 угловых минут - это просто ужас-ужас. Ссылка на обезличенный окуляр "обычной конструкции" не вполне корректна, окуляры Эрфле уже давно перестали улучшать - это уже глубокая история и удел бюджетной но-нейм оптики. Полировка схемы Эрфле в книге выпущенной в 2014 году не может не вызывать удивления.на стр. 158 писал(а):...Астигматизм и кривизна поля окуляра сравнительно небольшие (рис. 6.4) и значительно меньше чем в окуляре обычной конструкции.
Про окуляры с полем зрения 68-84 градуса:
На рисунке вместо схемы всем известного Наглера (тот кому не лень потратить минуту на то, чтобы зайти в Гугл с ключевыми словами "Nagler design" быстро обнаружит рисунок его схемы) изображена схема... Паноптика (6 линз, 4 компонента) изобретенная, если не ошибаюсь, Кёхлером (Цейс) в 1955 году. Причем далее по тексту видно, что Клевцов реально не в курсе сути изобретения Наглера и продолжает обсуждать характеристики и конструктивные параметры схемы Паноптика, принимая ее за "тот самый Наглер", разгоняя ее до 82 градусного поля зрения (в то время как штатное поле этого окуляра 68 градусов). Рассчитанная им схема ОКШ благополучно выдерживает сравнение с таким "Наглером". Неужели на таком уровне принималось решение о запуске ОКШ в серию?на стр. 158 писал(а):В этом классе окуляров наибольшим угловым полем обладают окуляры Наглера [73] (рис. 6.5). Этот окуляр обладает полем зрения 76-82° и является развитием первого типа окуляра Эрфле, у которого центральная одиночная двояковыпуклая положительная линза заменяется двумя...
Паноптик (а до этого WA) действительно выпускаются TeleVue - фирмой в которой работает Наглер. И вполне возможно Эл Наглер считал и патентовал обсуждаемую в книге схему. Но торговая марка "Наглер" в линейке продуктов TeleVue и у всех любителей астрономии однозначно ассоциируется с их 82-градусными окулярами, для которых характерно наличие предфокального отрицательного компонента во всем диапазоне фокусных расстояний от первого до 6-го типа.
Про качество изображения псевдо "Наглера"
Похоже автор пал жертвой искаженного представления аберраций указанного выше. 1% от 38° дает хроматизм увеличения на краю поля зрения 20'. в то время как продольный астигматизм этого окуляра на краю поля зрения составляет 1.2 мм (что видно из соседнего графика). Пересчитаем продольную аберрацию в поперечную для 1:4 (автор указывает, что вых. зрачок 6 мм) 1.2/8 = 0.15 мм, в угловой мере: 0.15/25 = 0.006 рад или те-же 20', что очевидно более существенно ввиду того, что это монохроматическая аберрация. На самом деле расчет точечной диаграммы доступный в любом софте расчета оптики показывает угловой размер аберрационного пятна на краю поля зрения 1 градус (без учета кривизны, с учетом кривизны - более полутора градусов), на фоне которого 20-минутный хроматизм увеличения выглядит ничтожно. То есть опора на нерепрезентативное представление аберраций заставляет копать расчетчика совсем не там, где следует рыть.на стр. 159 писал(а):Невиньетированное угловое поле зрения составляет около 76°...по краям поля зрения качество изображения низкое. Особенно велик хроматизм увеличения, который уже в центре поля зрения, который уже в центре поля зрения превышает - 1%.
Кстати, задний отрезок этого окуляра в ОПАЛ-е S'f' = 14.026 мм, а в книге 12.5 мм
Про 5-линзовую альтернативу на сверхтяжелых так называемых лантановых кронах (посчитанную на базе схемы окуляра предложенной когда-то М.М.Русиновым):
Ну да, на краю 76-градусного поля зрения аберрационное пятно (согласно точечной диаграмме посчитанной мной в ОПАЛ-е для телескопа 1:5) имеет угловые размеры около 40 угловых минут (50' если не подгонять фокусировку под края поля зрения). Что меньше градуса у аналога, но вопрос какой ценой? В аналоге использованы относительно дешевые тяжелые кроны с показателями 1.622, а предлагаемая схема (по которой, надо полагать, сделан ОКШ 24) построена на использовании много более дорогих линтановых сверхтяжелых кронов с показателями преломления 1.748. Думаю, схема Паноптика на лантановых стеклах даст не худший результат. А вот то, что предложенной автором схеме полевая диафрагма подползла к полевой линзе на расстояние 3 мм (против 8 у аналога), все владельцы ОКШ хорошо видят в виде силуэтов пылинок в поле зрения (чем ближе плоскость полевой диафрагмы к стеклу, тем более сфокусированным представляется весь мусор налипший на полевую линзу).на стр. 160 писал(а):...что позволяет улучшить коррекцию хроматизма увеличения и внеосевых аберраций...
Про 6-линзовую альтернативу (окуляры ОКШ15, ОКШ20, ОКШ25):
Это точно - без перефокусировки аберрационное пятно на краю их поля зрения в расчете с 1:4 объективом имеет размер 50 угловых минут, а после "небольшой перефокусировки" пятно уменьшается до 22' (без учета виньетирования), что находится в неплохом согласии с намерянными мною 5 лет назад значениями: viewtopic.php?f=32&t=1483 Среди протестированных мною 80-градусных окуляров немногие имели худшее качество изображения.на стр. 162/3 писал(а):для длиннофокусных окуляров из-за остаточной кривизны поля может потребоваться небольшая перефокусировка на краевую зону поля зрения.
Про достоинства окуляров из линейки ОКШ
По пунктам:на стр. 162 и 163 писал(а):(1) Окуляры имеют действительную плоскость фокусировки, куда может быть установлена сетка или крест нитей...
(2) Рекомендуется к применению с телескопами, у которых относительное отверстие не превышает значения 1:4...
(3) При одном и том же относительном отверстии 1:4 ... сферическая аберрация окуляра, рассчитанного нами, вдвое меньше, чем в окуляре Наглера.
(4) Хроматизм увеличения ... значительно меньше, чем в окуляре Наглера...
(5) ...окуляр рассчитанный нами по схеме Русинова, обладает вдвое меньшей, чем в окуляре Наглера, сферической аберрацией в зрачке, в связи с чем изображение полевой диафрагмы имеет резкие границы и глаз не требуется перемещать в поперечном направлении для наблюдения периферийных зон поля зрения...
(6) ...поперечные аберрации примерно в 1.6 раза меньше, чем в эквивалентном окуляре Наглера...
(7) ...в отношении остаточных аберраций на краю поля зрения широкоугольные окуляры, особенно большого фокусного расстояния, представляют собой системы весьма несовершенные, однако дальнейшее их усложнение нецелесообразно...
- Ну да, для любительских окуляров очень важно иметь возможность установить сетку или крест в поле зрения!..
А если серьезно, то я не видел ни одного окуляра ОКШ, который бы любителями астрономических наблюдений использовался с сеткой в полевой диафрагме. Аргумент прокатывает только для окуляров военного назначения. - В 1:4 аберрации на краю поля зрения этих окуляров достигают градуса! Это было измерено мною давно, а теперь получило и расчетное подтверждение. Такие аберрации неприемлемы для "быстрых" телескопов (типа Добсон), а менее светосильные как правило располагаются на монтировках с часовым ведением и не столь требовательны к полям зрения окуляров. Расчет и прямые измерения показывает, что даже в сравнительно "медленной" оптике 1:8 окуляры семейства ОКШ демонстрируют аберрационные пятна порядка 15-20 угловых минут у края поля зрения. Так что даже и в телескопах малой светосилы им найдется более качественная альтернатива.
- Боюсь, что сферическая аберрация - последнее, что интересует владельца сверхширокоугольного окуляра. Большое поле - фокус на коррекции полевых аберраций. Опять-же автор сравнивает свои окуляры с тем, что не является представителем семейства окуляров Наглера (см. выше).
- Хроматизм увеличения в окулярах ОКШ втрое меньше, чем их аберрационное пятно (см. выше), стоит ли напирать на преимущества в том, чего не видно за другими аберрациями? Хотя у ряда UWA/XWA окуляров хроматизм увеличения действительно представляет проблему.
- Сферическая аберрация в выходном зрачке никак не мешает видеть край полевой диафрагмы резко и не ее наличие заставляет смещать глаз при переводе взгляда на край поля зрения сверхширокоугольных окуляров (см. выше). Хотя ее устранение или хотя бы уменьшение дол разумных пределов - обязательная статья расчета UWA/XWA окуляров (на предмет устранения эффекта "бобового виньетирования").
- Даже в сравнении с тем, что автор книги называет Наглером размеры аберрационных пятен у края поля (согласно моему расчету точечных диаграмм в ОПАЛ-е) окуляров ОКШ немногим меньше.
- Не вполне понятно о чем пишет автор - об окулярах ОКШ или вообще о сверхширокоугольных окулярах? В любом случае линейки таких окуляров как Этос, Делос, Explore Scientific и ряда других показывают, что другие расчетчики и производители оптики не разделяют уверенность автора в том, что 40-50 минутные аберрационные пятна - верх совершенства и не требуют работы над улучшением схем окуляров. В реальности качество коррекции лучших из современных 80-градусных и 100-градусных окуляров на порядок (в десять раз) лучше, чем у линейки окуляров ОКШ.