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[自制DIY] 短焦比牛反副镜偏置的原理

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JamesHe 发表于 2022-9-29 13:38 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 美国 ATT用户

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本帖最后由 JamesHe 于 2022-9-29 14:09 编辑

短焦比牛反 ,如F4。光锥的顶角大约为14度。
OTA.png

当光锥被副镜反射到调焦座的时候,光锥被副镜切割的部分不再是同心圆,而是偏向主镜的椭圆。如下图所示:
download.png

我们放大了看细节,当副镜居中的时候,红色光锥是能够被完全反射到调焦座方向的 。但是绿色光锥就不能完全反射了,会在成像圈形成暗角。
OTA center.png

但是如果把副镜偏置安装,就可以同时把红色和绿色光锥完全反射到调焦座,使得成像圈亮度均匀。当然,下图的上下有一点点没有完全覆盖,这是因为副镜的成品尺寸限制,换略大一点点的副镜就没有问题了。而且这个计算是按照28毫米成像圈来计算的,我实际只需要24毫米成像圈,所以没有问题。

off center.png

理解了原理,那么我们了讨论一下实际的操作。
一个选择是不做偏置,可以使用大一号的副镜来保证光锥完全反射,也是可行的,唯一的缺点是会增加遮挡,减小成像对比度和锐度。
另外的做法,就是在安装时做出相应的偏置,这样可以不增加副镜的大小,同时达到最优的结果。

必须要说明一下,副镜偏置后,同心圆调光轴就不能完全套用,因为副镜已经偏置,不再和同心圆重合。(有兴趣的话,另外发文讨论)。

偏置的量怎么计算,可以使用这个工具:
https://www.bbastrodesigns.com/NewtDesigner.html#diagonal

计算出来的数值是沿着副镜45度面的。也就是安装的时候的偏移量。

像这个,就是在安装副镜的时候往主镜方向移动4毫米。
Diagonal offset (along diagonal face) = 3.94 (mm)


长焦比的牛反不需要做偏置,因为一般副镜都够大。而且需要的偏置量很小。具体运用中就不必要了。




kuanggong 发表于 2022-9-29 14:52 来自手机 | 显示全部楼层 来自: 广东省广州市 电信
以前为了理解怎样的光轴才准确,也画过一个类似的图,以小黑为例,第一张图下面两个同心圆是表示物镜桶看到的情况,第二张图是放大图,中间有不同颜色的圆圈表示该圆与其他不同心,从外到内的圆圈分别是:调焦桶内轮廓线,副镜实物轮廓线,副镜反射主镜轮廓线,主镜反射副镜轮廓线,主镜反射物镜桶轮廓线,最后是主镜中心标识圆,方形的是主镜反射调焦桶轮廓线。上面同心圆是副镜没偏置对准光轴看到的情况,下面同心圆是副镜偏置后对准光轴看到的情况,所以把光轴调到下面圆的样子光轴应该就准了。

                               
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图中标注尺寸只是大概的的尺寸,并不是实物的准确尺寸,只是为了个表示看到的大概样子。  详情 回复 发表于 2022-9-29 15:07
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kuanggong 发表于 2022-9-29 15:07 来自手机 | 显示全部楼层 来自: 广东省广州市 电信
kuanggong 发表于 2022-09-29 14:52
以前为了理解怎样的光轴才准确,也画过一个类似的图,以小黑为例,第一张图下面两个同心圆是表示物镜桶看到的情况,第二张图是放大图,中间有不同颜色的圆圈表示该圆与其他不同心,从外到内的圆圈分别是:调焦桶内轮廓线,副镜实物轮廓线,副镜反射主镜轮廓线,主镜反射副镜轮廓线,主镜反射物镜桶轮廓线,最后是主镜中心标识圆,方形的是主镜反射调焦桶轮廓线。上面同心圆是副镜没偏置对准光轴看到的情况,下面同心圆是副镜偏置后对准光轴看到的情况,所以把光轴调到下面圆的样子光轴应该就准了。

图中标注尺寸只是大概的的尺寸,并不是实物的准确尺寸,只是为了个表示看到的大概样子。
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姚步先生 发表于 2022-9-30 20:02 | 显示全部楼层 来自: 江苏省南京市 电信
在你推荐的那个工具中有个参数Focal plane to diagonal distance,在相同视角的情况下,这个参数越长,意味着需要的副镜越大。我的镜子是ZWO254的桁架,Focal plane to diagonal distance这个参数和副镜大小是可以很容易变换的,我可以配备两套副镜进行匹配深空和行星的参数。于是就有两个问题请教,1、拍深空的时候尤其是大目标,需要的视角比较大,此时如何设定Focal plane to diagonal distance及副镜,2、拍行星的时候应该需要的视角不用很大,这种情况下,又怎么样调整让行星的细节最优?

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1,对于望远镜,焦距不变的情况下,视角是固定大小的。并不会因为改变结构而改变。增大视角的方法常用减焦平场镜。但是你的焦比已经是F5,最多减小到F4。也就是焦距减小到1000毫米。另外增加视角的方法是用全幅相机  详情 回复 发表于 2022-10-1 01:42
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姚步先生 发表于 2022-9-30 20:08 | 显示全部楼层 来自: 江苏省南京市 电信
kuanggong 发表于 2022-9-29 15:07
图中标注尺寸只是大概的的尺寸,并不是实物的准确尺寸,只是为了个表示看到的大概样子。 ...

在不同的点位来调会得到不同的结果。在哪个点来调整光轴才能有更好的结果?

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副镜偏置的情况下,调光轴是另外一个话题。  详情 回复 发表于 2022-10-1 01:57
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 楼主| JamesHe 发表于 2022-10-1 01:42 | 显示全部楼层 来自: 美国
本帖最后由 JamesHe 于 2022-10-1 02:01 编辑
姚步先生 发表于 2022-9-30 20:02
在你推荐的那个工具中有个参数Focal plane to diagonal distance,在相同视角的情况下,这个参数越长,意味 ...

1,对于望远镜,焦距不变的情况下,视角是固定大小的。并不会因为改变结构而改变。增大视角的方法常用减焦平场镜。但是你的焦比已经是F5,最多减小到F4。也就是焦距减小到1000毫米。另外增加视角的方法是用全幅相机。但是这要求增加成像圈大小到44毫米。短焦比望远镜很难做到,特别是2寸调焦座的口径是一个限制,最好用3寸调焦座。总结一下,对于一个主镜,增加视角的方法有两个,减焦平场镜和全画幅相机。

副镜大小是跟成像圈大小相关的。当然也要跟调焦座口径匹配,副镜小了,会有暗角,调焦座小了,会有暗角。所以对于特定相机,副镜大小有个最佳值,那个软件已经计算给你了。

2,1260的焦距,拍行星还是短了,所以需要用2x或者3x的巴罗镜,使实际焦距到达1260x2=2520毫米甚至1260x3=3780毫米,这个焦距比较适合拍行星。

Focal plane to diagonal distance这个越小越好。就像你说的,越长,需要的副镜越大,需要的调焦座口径越大,但是对于观测没有任何帮助。
这个参数,基本上有个最佳值。就是镜筒半径(不能太小,调焦座和平场镜可能侵入)+最短调焦座长度(行程不能太大,否则会有很长一截留在镜筒内,影响成像)+后截距(MPCC平场镜刚需55毫米)+10毫米余量(有些平场镜会改变合焦距离)。所以你的望远镜是248毫米。不能再短,否则无法合焦。

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 楼主| JamesHe 发表于 2022-10-1 01:57 | 显示全部楼层 来自: 美国
姚步先生 发表于 2022-9-30 20:08
在不同的点位来调会得到不同的结果。在哪个点来调整光轴才能有更好的结果?
...

副镜偏置的情况下,调光轴是另外一个话题。
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姚步先生 发表于 2022-10-1 09:18 | 显示全部楼层 来自: 江苏省南京市 电信
JamesHe 发表于 2022-10-1 01:42
1,对于望远镜,焦距不变的情况下,视角是固定大小的。并不会因为改变结构而改变。增大视角的方法常用减焦 ...


感谢大佬这么详尽的解答。
你说第1点,我现在理解了。副镜尺寸只是影响良好成像的区域大小

第2点还是有疑问。Focal plane to diagonal distance这个越小越好,我明白,因为这个参数越小,需要的副镜也越小。拍行星的时候(不需要考虑MPCC,一般是使用2X或者3X来拍摄),用imx464的靶面(对角线9mm)为参考,假如只需保证这9mm区域内的成像质量,以我的望远镜来设想两种情况,(1)、Focal plane to diagonal distance=290mm,则需要70mm的副镜,(2)、Focal plane to diagonal distance=210mm(我桁架及配套调焦座的最小极限),则需要50mm的副镜。这两种情况下,需要副镜的尺寸不同,在副镜同等精度的情况下(比如1/4
λ
),方案(2)的副镜遮挡无疑是最小的,疑问是方案(2)中副镜引入的误差是否比方案(1)要大?副镜的精度指标要求该如何定夺?

另外还有个问题不太懂,就是合焦点位。我这台254/1260望远镜的相机合焦点位置如何计算得知?与1260mm这个焦点有何位置关系?

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副镜到成像圈的距离,是根据具体运用来决定的。 1,如应用是目视,则没有平场镜需要的55毫米后截距的问题。那么副镜到成像圈的距离就这样计算: 镜筒半径+调焦座最短尺寸+调焦筒行程的一半。 2,需要使用平场镜  详情 回复 发表于 2022-10-1 14:37
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 楼主| JamesHe 发表于 2022-10-1 14:37 | 显示全部楼层 来自: 美国
本帖最后由 JamesHe 于 2022-10-1 14:49 编辑
姚步先生 发表于 2022-10-1 09:18
感谢大佬这么详尽的解答。
你说第1点,我现在理解了。副镜尺寸只是影响良好成像的区域大小

副镜到成像圈的距离,是根据具体运用来决定的。


1,如应用是目视,则没有平场镜需要的55毫米后截距的问题。那么副镜到成像圈的距离就这样计算:

镜筒半径+调焦座最短尺寸+调焦筒行程的一半(兼顾不同目镜对合焦的要求)。

2,需要使用平场镜的深空摄影。

镜筒半径+调焦座最短尺寸+平场镜55毫米后截距+10毫米调焦余量。

3,如果使用巴罗镜

首先要知道在光路中加了巴罗镜后,焦距的变化。然后就知道副镜到成像圈的距离应该是多少
镜筒半径+调焦座最短尺寸+巴罗镜需要的延长筒长度+10毫米调焦余量。

副镜到成像圈的距离确定后,副镜到主镜的距离也就确定了=实际焦距(加入平场镜或者巴罗镜的修正)-副镜到成像圈的距离


副镜买你的预算许可的最贵的。
说实在话,平面镜的品质都差不多的,镀膜的影响更大一些,所以买你能负担的最贵的。


一个望远镜的设计,如果要追求某种应用的最佳状态,就不能兼顾其它应用。
如果要兼顾几个不同的应用,那么在性能上,必然要妥协。


另外说明一下,副镜到成像圈的距离,是通过调整主镜的安装位置来的。因为调焦座的孔和蜘蛛架一般是固定的。所以只有主镜座是可以移动的。你可以镜筒尾部,多打几套孔,这样就可以满足不同副镜到成像圈的距离的要求。
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姚步先生 发表于 2022-10-2 23:19 | 显示全部楼层 来自: 江苏省南京市 电信
JamesHe 发表于 2022-10-1 14:37
副镜到成像圈的距离,是根据具体运用来决定的。

好的,明白了,感谢
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