短焦比牛反副镜偏置的原理

短焦比牛反 ，如F4。光锥的顶角大约为14度。


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：


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。


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。



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。

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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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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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？

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？

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。

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。

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？

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。

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