Aankondiging

Samenvouwen
Nog geen aankondiging momenteel

Astigmatisme bij Newtons door de positie van de "aperture stop"

Samenvouwen
X
  • Filter
  • Tijd
  • Toon
Alles wissen
nieuwe berichten

  • Astigmatisme bij Newtons door de positie van de "aperture stop"

    Ik kwam er een paar dagen geleden achter (door een opmerking hier: http://www.handprint.com/ASTRO/ae2.html#newtdesign), dat bij een Newton-telescoop astigmatisme afwezig is als de buis voor de hoofdspiegel precies even lang is als de brandpuntslengte. In vaktaal staat dat ook hier: http://www.telescope-optics.net/asti...The_transverse, in het stukje "aperture stop displaced": "Thus, astigmatism is canceled for σ=0.5 with a paraboloid ", waar σ zo gedefinieerd is dat een halve σ de brandpuntslengte is.

    Er zijn nogal wat Newtons waarbij de stop niet op de brandpuntslengte ligt, zelfbouw Dobsons met een enkele ring bijvoorbeeld, en ik vraag me dus af hoe erg deze vorm van astigmatisme is tov de andere afbeeldingsfouten die je ook standaard hebt bij een Newton, met name de coma. De formules zijn te ingewikkeld om dit even snel uit te rekenen, daar moet ik wel even de tijd voor nemen. Ik vroeg me dus af of iemand dit al een keer heeft uitgezocht, voordat ik zelf ga zitten rekenen.
    Last bewerkt door svdwal; 24-10-12, 10:51.

  • sixela
    antwoordde :
    Niemand doet dat, want dan moet je een stop erg ver voor de telescoop gaan steken --het objectief zit namelijk aan de voorkant en dus zou de stop op een brandpuntsafstand nog zo'n afstand voor de lens moeten--, en niemand zit erop te wachten om de buis nog twee keer langer te maken (dan kun je beter de f/verhouding verdubbelen, dan dalen alle aberraties, en het astigmatisme wordt dan ook vier keer kleiner).

    Als de stop gewoon op het objectief is, dan is het astigmatisme 1 van de as voor een 100mm f/12 doublet ongeveer (RMS op het golffront) een tiende golflengte, dus zelfs erg ver van de as nog net acceptabel (dat komt overeen met een Strehlverhouding van ongeveer 0,6, niet zo slecht voor een veld van 2 in diameter).

    Dat astigmatisme stijgt lineair met de opening en kwadratisch met het omgekeerde van de f-verhouding, dus voor kortere of grotere systemen kan het belangrijker worden. Met een triplet kun je het wat beter corrigeren.

    Laat een reactie achter ::


  • EdwardB
    antwoordde :
    Het wordt me langzamerhand enigszins duidelijker.

    Zou het ook op een lenzenkijker van toepassing kunnen zijn dan? Bijvoorbeeld een stop op de voorkant van een dauwkap van 500mm voor een 100mm f/5 lenzenkijker en als je dan een 1 astigmatismevrij veld wilt je dan een stop van 8,7mm (500/57,3) neemt en dus een effectieve opening van 91,3mm krijgt.

    Al met al lijkt me het bouwen van een wat langere Newton met een openingsverhouding van bijvoorbeeld f/6 ipv. van bijv. f/4 een meer bevredigende oplossing om astigmatisme terug te dringen.

    Laat een reactie achter ::


  • sixela
    antwoordde :
    Een gaasfilter helpt ook dicht bij de spiegel, of vooraan. Het probeert energie uit de ringen rond het centrale deel van het diffractiepatroon terug in het midden te krijgen ten koste van een wat breder centraal deel. Je offert wat resolutie op voor kleine contrastrijke details om een wat beter contransttransfert te krijgen voor wat grotere contrastarmere details.

    Het is vooral voor werk op hoge vergroting en dus heeft het niet veel te maken met het corrigeren van astigmatisme (want op de as is er toch geen).

    Maar het voor mij iets belangrijker effect is dat het de effectieve D/r0 parameter vermindert die de onrust van het diffractiebeeld bij slechtere seeing bepaalt (met 400mm voor D is D/r0 makkelijk groter dan 2,5, waardoor de opening eigenlijk te groot wordt en je minder ziet dan met een kleinere kijker), zonder dat je te veel resolutie verliest en zonder dat de centrale obstructie nog hinderlijker wordt (wat je wel hebt als je de apertuur gewoon helemaal wat afstopt).

    Als de seeing nog beter wordt dan gaat het gaasfilter er bij mij terug af. Van zodra ik 400x of zo haal met de 400mm probeer ik ook eens zonder gaasfilter.
    Last bewerkt door sixela; 25-10-12, 09:50.

    Laat een reactie achter ::


  • John Baars
    antwoordde :
    @Scorpio
    , woorden naar mijn waarnemershart. In de praktijk, als waarnemer hoef je je er niet cht druk om te maken. Gezien de uitkomsten van de berekeningen zelfs als fotograaf niet.
    Een theoretische discussie is overigens wel leuk om te volgen natuurlijk.

    Laat een reactie achter ::


  • svdwal
    antwoordde :
    Origineel geplaatst door scorpio Bekijk bericht
    Voor zover ik het kan begrijpen. Even kort samenvatten en naar de praktijk verplaatsen: 'Het is van totaal ondergeschikt belang want je wint er helemaal niets mee'.
    Ja.

    Of heb ik toch iets gemist?
    Nee.

    Laat een reactie achter ::


  • scorpio
    antwoordde :
    Voor zover ik het kan begrijpen. Even kort samenvatten en naar de praktijk verplaatsen: 'Het is van totaal ondergeschikt belang want je wint er helemaal niets mee'.

    Of heb ik toch iets gemist?

    Laat een reactie achter ::


  • Roel
    antwoordde :
    Is dit effect ook een reden dat een gaasfilter het beeld van planeten verbetert? Naast het dempen van het licht plaats je daarmee als het ware een 'uitgesmeerde' apertuurstop.

    Laat een reactie achter ::


  • sixela
    antwoordde :
    Origineel geplaatst door dreistein Bekijk bericht
    Ook ik vat het nog niet helemaal. Dan dient die stop toch hooguit als enige diafragmering waardoor de rand van het telescoopbeeld wordt waargenomen als ware het met een relatief langere telescoop door de veranderde f waarde (zeg van f/10 naar f/11) en dus op die manier de astigmatisme wordt 'verholpen'.

    Neen. De f/waarde verandert slechts weinig maar het astigmatisme is volledig weg.


    Als astigmatisme een puur optisch probleem is kan ik een andere functie van de stop dan het diafragmeren moeilijk voorstellen.
    Edoch...


    Er wordt gewoon een deel van de schuin invallende stralen geblokkeerd (tenminste als ik het goed begrijp).
    Je moet het anders zien. Normaal is er een intredepupil op een brandpuntsafstand van het brandvlak (ter hoogte van de spiegel). Dankzij de stop is er een intredepupil op twee brandpuntsafstanden en de hoofdspiegel vignetteert de lichtbundel niet meer en werkt niet meer als stop (de andere stop is nauwer dan de spiegel). Hetzelfde heb je trouwens bij een Mak of (lenshebbende) Schmidt, daar is de apertuur ook op niveau van de corrector.


    In Rutten en Van Venrooij's 'Telescope Optics' wordt een lensloze Schmidt waarin het gebruik van een apertuur stop wordt genoemd die op de radius afstand van de spiegel wordt geplaatst (2x zo lange buis als de brandpuntsafstand dus).
    Klopt. En dat is voor sferische spiegels en dient om de coma en het astigmatisme weg te werken, maar er is nog (hopen) sferische aberratie, dus moet je die brandpuntsafstanden nogal lang maken (en de stop zit nog verder!) of de apertuur heel wat verminderen om nog correcte beelden te hebben (en dan vooral fotografisch).

    Laat een reactie achter ::


  • EdwardB
    antwoordde :
    Ook ik vat het nog niet helemaal. Dan dient die stop toch hooguit als enige diafragmering waardoor de rand van het telescoopbeeld wordt waargenomen als ware het met een relatief langere telescoop door de veranderde f waarde (zeg van f/10 naar f/11) en dus op die manier de astigmatisme wordt 'verholpen'. Als astigmatisme een puur optisch probleem is kan ik een andere functie van de stop dan het diafragmeren moeilijk voorstellen. Er wordt gewoon een deel van de schuin invallende stralen geblokkeerd (tenminste als ik het goed begrijp).

    In Rutten en Van Venrooij's 'Telescope Optics' wordt een lensloze Schmidt waarin het gebruik van een apertuur stop wordt genoemd die op de radius afstand van de spiegel wordt geplaatst (2x zo lange buis als de brandpuntsafstand dus). Ik zal dat hoofdstuk vanavond nog eens bekijken.
    Last bewerkt door sixela; 24-10-12, 23:24.

    Laat een reactie achter ::


  • John Baars
    antwoordde :
    OK, die schuin invallende lichtstralen. Niet aan gedacht. Het is er dus wel, maar behoeft volgens jullie berekeningen nauwelijks correctie.

    Bedankt voor de uitleg!

    Laat een reactie achter ::


  • svdwal
    antwoordde :
    @janvangastel, sixela

    Helder, deze specifieke abberatie is te verwaarlozen, dus ga er niet voor corrigeren.

    Laat een reactie achter ::


  • dreistein
    antwoordde :
    Origineel geplaatst door John Baars Bekijk bericht
    Ik vat hem niet helemaal. Dat een veel te lange buis gaat vignetteren begrijp ik. Truss Dobsons hebben meestal niet een te lange buis, ivm gewichtsbesparing. Astigmatisme als gevolg van de lengte van de buis snap ik niet.
    Als de lichtbundel schuin van boven op de hoofdspiegel invalt, is het uit perspectief gezien logisch dat er een verschil in brandpuntsafstand optreedt tussen de horizontale en verticale stralen. Dit heet astigmatisme. De stop zorgt ervoor dat je naar een ander deel van de spiegel kijkt onder een hoek dan vanuit het midden gezien. Voor een parabolische spiegel is de stop op F precies goed om dit te neutraliseren, je kijkt dan naar een deel van de spiegel dat onder die hoek de verticale en horizontale stralen weer dezelfde brandpuntsafstand geeft.
    Maar in tegenstelling tot een Schmidt camera is er dan wel nog coma. Coma heeft te maken met het verschil in brandpuntsafstand tussen de bovenste en de onderste stralen van de lichtbundel, astigmatisme met het verschil in brandpuntsafstand tussen de horizontale en verticalen stralen van de lichtbundel. De stopt verhelpt bij een parabolische spiegel de coma helemaal niet: http://www.telescope-optics.net/coma.htm

    Laat een reactie achter ::


  • sixela
    antwoordde :
    Origineel geplaatst door svdwal Bekijk bericht
    @Guus, het kan zijn dat de stop op het brandpunt groot genoeg mag zijn om de spiegel wel volledig te belichten,
    Neen, het kan NIET. Er is enkel geen astigmatisme in het veld met diameter X als de lichtbundels voor heel het veld enkel de stop op n brandpuntsafstand als stop hebben, en niet de spiegelrand. Als je de stop net even groot maakt als de spiegel, dan is het astigmatisme enkel in een veld met diameter 0mm onbestaand, namelijk op de as, waar hij al nul was. Je wint daar niets en je verliest daar niets. Maar weg van de as gaan bij zo'n stop voor de helft de spiegelrand en voor de andere helft de stop de lichbundel clippen, en dan is je astigmatisme niet helemaal weg (maar je vignettering wel erger dan met de stop op de hoofdspiegel).

    Met andere woorden: de stop verhindert astigmatisme net dr te vignetteren. Je kunt dus niet zowel het astigmatisme wegkrijgen als niet vignetteren.

    Als je dus een 400mm diameter f/4.5 spiegel hebt en je wilt een veld van 1 astigmatismevrij krijgen, dan moet je de stop 32mm kleiner maken dan de hoofdspiegel en je hebt dan dus eigenlijk een 368mm kijker, weliswaar met een iets grotere hoofdspiegel om te vermijden dat de hoofdspiegelrand een stop wordt. Dat geeft 8% resolutieverlies, een 8% grotere centrale obstructie (die de contrasttransfertfunctie zelfs op de as verlaagt) en 15% lichtverlies.

    Die sop is de kolen niet waard, tenzij je een toepassing zou hebben met een comacorrector (want anders domineert de coma toch) waarvoor zelfs een klein beetje astigmatisme nefast is maar resolutieverlies niet. De Strehlwaarde is altijd lager met zo'n stop --vooral op de as, natuurlijk, waar er niets te winnen viel en enkel te verliezen--, maar je kunt de puntspreidingsfunctie wel terug puntsymmetrisch maken over ene groter veld eens je de coma corrigeert.

    Tussen haakjes, buiten het volledig verlicht beeldveld heb je zo al een hybriede stop: de helft van het golffront heeft een stop op afstand nul van de hoofdspiegel, de rest een stop op vrijwel n brandpuntsafstand (ter hoogte van de vangspiegel). Maar de niet cirkelvormige rand voor de lichtbundel veroorzaakt op zich dan ook al diffractie-effecten.

    Dus staar je niet blind op formules, want de geometrie heeft ook veel belang.

    Dus voor fotografie hoeft die stop daar meestal ook al niet, want bij courante telescopen domineert aan de rand van de sensor vangspiegelvignettering.

    Enkel als je:
    -de vangspiegel zo kolossaal groot maakt dat zelfs ene bredere sensor (die het astigmatisme ook opspoort) ook in de hoeken volledig verlicht is
    -de coma corrigeert
    -de seeing zo goed is en de sensor zo kleine pixels heeft dat het diffractiepatroon al bijna zichtbaar wordt
    dan zou je fotografisch misschien een stop aan de voorkant willen om die sterren in de hoeken dat tikkeltje ronder te maken. Of je maakt daar geen stop en corrigeert het astigmatisme elders (bijvoorbeeld in de comacorrector). Je gaat toch ook het veld moeten vervlakken, trouwens (op een manier die rekening houdt met de aan- of afwezigheid van de stop), want anders worden je sterren in de hoeken wel rond maar ook dik.
    Last bewerkt door sixela; 24-10-12, 13:16.

    Laat een reactie achter ::


  • svdwal
    antwoordde :
    @John, dit verschijnsel, de sterkte van astigmatisme als gevolg van het schuin invallen van het licht op een objectief, komt regelrecht uit de optische abberatietheorie rollen. Ook al is de spiegel perfect parabolisch, door de schuine inval ontstaat toch astigmatisme, en de sterkte is afhankelijk van de afstand van de stop tot het objectief. De sterkte van dat astigmatisme is afhankelijk van de afstand tussen de stop en het objectief, en de formule voor parabolische spiegels in het bijzonder zit zo in elkaar dat de sterkte van dat astigmatisme gelijk nul is als de stop op de brandpuntsafstand staat. Allerlei andere vormen, met name die in de spiegel zelf geslepen zijn, of in de spiegelophanging, kunnen er natuurlijk nog steeds wel zijn.

    @Guus, het kan zijn dat de stop op het brandpunt groot genoeg mag zijn om de spiegel wel volledig te belichten, zo goed heb ik die formules nog niet door. Maar je kan natuurlijk ook zeggen dat je hoofdspiegel "oversized" is

    Je zou inderdaad verwachten dat het effect klein is, maar dat heb ik nog nergens zien staan. Anderzijds, toen deze theorie was ontwikkeld zijn ze gelijk ingewikkelde Cassegrain-telescopen gaan bouwen. Het zou mij niet verbazen dat ze de Newton niet interessant meer vonden om aan te rekenen omdat het instrument irrelevant was geworden.

    Laat een reactie achter ::

Werken...
X