1° Forum di Astronomia Amatoriale Italiano

Le barlow e gli aggiuntivi ottici sono una delle cose che ho in programma di trattare.
Però voglio prima finire l'esame dello schema SC. Mancano l'eccentricità del primario e del secondario, l'effetto combinato di tutti gli errori, sviluppare altri punti di vista come l'errore sul fronte d'onda (con altri strumenti tipo l'Optical Path Difference) e altri piccoli dettagli collaterali tipo l'analisi della vignettatura, effeti cromatici e via discorrendo.
Per inciso girovagamìndo nei siti dei produttori di software ho scoperto che OSLO e Zeemax sono disponibili anche in versione demo e che MODAS nella versione vecchia è disponibile in freeware. Quindi vorrei anche vedere se non convenga usare uno di questi (se migliora la gestione degli offset).
In ogni caso questo thred, per la parte tecnica, va avanti nei week end perchè solo allora ho tempo di fare i calcoli.

Grazie per l'iniziativa.
Volevo chiedere se potevi indicarci anche quelche risorsa internet per poter capire i rudimenti base dell'ottica e il significato dei vari parametri che vai a modificare nei tuoi esempi.
Grazie

Online? Potresti provare a partire da qua (in parte ostico e in parte con qualche errorino).
http://www.telescope-optics.net/

Un chiarimento per un altro dubbio. Mi è stato chiesto come faccio a identificare le superfici, le loro caratteristiche a parte il disegno e quindi a scegliere quale dato modificare.

Le superfici si riconoscono nella tabella che si vede in figura, nella finestra "SYSTEM DATA", dove si vede diametro, raggio di curvatura, posizione, tipo di vetro e tipo di superficie:
http://imageshack.us/photo/my-images/26 ... ario2.png/

In particolare: la 1) è la prima faccia della lastra (piana); a 5 mm di distanza (thickness rappresenta la distanza fino alla prossima superficie, come ho spiegato nel post 11) la 2) è la faccia posteriore della lastra, una superficie asferica ("high order"); a 50 mm di distanza la 3) è uno schermo oscurante (per simulare l'ostruzione); a 400 mm di distanza la 4) è lo specchio primario (sferico di semi apertura 100 mm e raggio di curvatura -1200 mm); a -394 mm (cioè tornando indietro dopo la riflessione) la 5) è lo specchio secondario (conica; cliccando nella casella si vede anche che tipo di conica).
Di conseguenza nella finestra Tilt/decenter viene applicato il tilt alla prima superfice (e in cascata il telescopio ruota rigidamente), poi viene applicato un tilt alla quarta (lo specchio) e poi viene rimessa a posto la superficie 5 (il secondario).

PS come prova del nove basta provare a cancellare una superficie e vedete come cambia il disegno. Ecco: cancellata la superficie numero 3 scompare lo schermo oscurante. Tra l'altro è interessante notare come, senza lo schermo oscurante, il raggio che incide al centro della lastra arriva al fuoco.



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Aggiungo che mi è stato fatto notare che ho usato impropriamente il termine "sweet-spot" nei messaggi 24 e 25. In realtà intendevo la posizione del fuoco (per altro ho usato i termini corretti di fuoco e immagine altrove). Il fuoco rappresenta l'immagine di una sorgente puntiforme (una stella) posta nella direzione dei raggi incidenti. Quando si collima il secondario la stella si muove nel campo. Ruotando poi il telescopio (rigidamente) si riporta al centro del campo la stella su cui si stava collimando. Questo succede nella realtà e questo succede nella simulazione con ATMOS, dove ruoto il secondario per collimare e ruoto l'intero telescopio rigidamente per riportare la stella al centro.

Ho corretto i post sostituendo "sweet spot" con "fuoco" e "immagine" (sottinteso di una sorgente puntiforme posta in direzione dei raggi entranti).

(grazie dob45).

Ultimi due casi (della serie il calcolo della domenica...).

Manca ancora all'appello l'effetto della eccentricità del primario e quello del secondario. Eccoli.

a) Se il primario è spostato lateralmente di 1 mm, si collima ruotando il secondario di -0.06°. Dopo questa operazione lì'immagine si sposta sul piano focale di 1.14 mm (distanza fra il secondario moltiplicata due volte la rotazione). Per riportarla al centro si ruota l'intero telescopio di 0.041° (1.14 mm diviso la lunghezza focale). Il risultato è questo:


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b) Se il secondario è spostato lateralmente di 1 mm, si collima ruotando il secondario di 0.2° (questa volta mi sono dimenticato di calcolare la rotazione rigida de telescopio per riportare l'immagine al centro). Ecco il risultato:



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Adesso siamo in condizione di trarre alcune conclusioni e procedere con la analisi di che cosa succede quando gli errori, finor considerati uno alla volta, possono essere casualmente presenti tutti insieme.

Apro un post separato per le prime conclusioni.

Dunque abbiamo esaminato errori di posizione della lastra, del secondario, del primario ed errori di inclinazione della lastra e del primario. Quindi tutto il campionario di possibili errori, presi uno alla volta.

La tabella che segue riassume gli errori che sono stati considerati e l'effetto, quantificato in questo caso attraverso la rotazione che occorre applicare al secondario per correggerne il coma. Non elenco in tabella la rotazione rigida che occorre dare la telescopio nel suo insieme per centrare di nuovo l'immagine sull'asse (su questa ritornerò).



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Esaminando la tabella possiamo trarre alcune conclusioni:

a) l'effetto di eventuali inclinazioni della lastra è risibile. E' stato considerata una inclinazione esageratissima di 5° e non è stato necessario fare alcunché. Nella realtà le lastre potranno essere inclinate di molto molto meno e quindi a maggior ragione tale inclinazione avrà un effetto nullo sulla qualità dell'immagine.

b) l'elemento più "critico" (fra virgolette perchè stiamo parlando di un errore di 0,5°) in assoluto è il primario inclinato. Con una inclinazione di 0.5° (che comunque corrisponde a un bordo 2 mm più in alto dell'altro) occorre collimare il secondario di 0.35°.

c) errori di eccentricità della lastra e del secondario hanno effetti simili e possono essere corretti con collimazioni dell'ordine di 0.14-0.2° per millimetro di eccentricità

d) una eventuale mancata centratura del primario ha un effetto molto piccolo.

Gli errori da tenere sott'occhio dunque sono le due eccentricità di lastra e secondario e la inclinazione del canotto porta primario. Da notare a questo punto che "spostare lateralmente" secondario o lastra è la stessa cosa che "inclinare l'asse del primario". Infatti ciò che conta è lo spostamento relativo di lastra/secondario rispetto all'asse ottico del primario.
Per esempio, se si inclina il primario di 0.5°, a circa 400 mm di distanza l'asse ottico, nel punto in cui interseca la lastra, si sposta lateralmente di 3,5 mm.

Infine la conclusione forse più importante è che ciascuno dei 5 tipi di errore sopra indicati può essere collimato agendo soltanto sul secondario (in parte questo dipende anche dal fatto che il primario è sferico).

Questa questione è rimasta in sospeso, e assieme a questa ci sono in verità altri punti che ne seguono.
Riassumendo le domande a cui bisogna ora rispondere sono:

1) moti rigidi del telescopio per riportare al centro del campo l'immagine (la domanda sopra).
2) quantificazione del degrado della qualità dell'immagine (una volta collimata e centrata).
3) effetto di errori combinati (realisitici) sulle diverse superfici (questo è il cuore della analisi delle tolleranze e del cosiddetto "robust design").
4) analisi della vignettatura.

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E' opportuno, prima di procedere, fare però un approfondimento. Il tema è "sistemi di coordinate". Questo approfondimento è essenziale per la perfetta comprensione dei prossimi punti.

Andiamo dunque al sodo. Immaginiamo che ci siano 4 superfici ottiche, come nell'esempio in figura.



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Forse non è immediato realizzare che per definire la posizione di queste 4 superfici esistono essenzialmente due metodi:

1) nel primo metodo la posizione delle superfici viene data attraverso le coordinate x2, x3, x4 delle superfici in un sistema di riferimento che ha origine nella prima superficie (la cui posizione x1 è quindi uguale a zero). Si tratta in questo caso di coordinate "assolute". Questo metodo è mostrato nella parte bassa delle figura.
2) nel secondo metodo la posizione delle superfici viene data attraverso la distanza fra una superficie e la successiva, come mostrato nella quotatura nella parte alta del disegno.

Quale di questi due metodi è usato da ATMOS? Può sembrare una domanda irrilevante ma invece è fondamentale, come vedremo.
Per rispondere proviamo a esaminare la figura che segue, che mostra i dati del telescopio ("System Data") e un disegno dello stesso.



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Notiamo che la tabella elenca per righe le diverse superfici. La numero 1 ha una semi-apertura di 100 mm, un raggio di curvatura 0 (che significa piatta) e una "thickness" di 5 mm. Thickness significa spessore. Che cosa è questo "spessore" della superficie? Mah...
Andiamo avanti e notiamo che la seconda superficie ha un semidiametro di 100 mm, ed è una superficie asferica (si vede nell'ultima colonna). La terza ha un semidiametro di 37 mm ed è uno schermo oscurante (sempre dall'ultima colonna). La quarta è una superficie sferica di 206 mm di diametro e raggio di curvatura -1200. Cosà vorrà dire il segno meno? Mah... La quinta è una superficie conica (parabola o iperbole o ellisse) di semidiametro 39.9445 mm .
Ora proviamo a seguire il percorso dei raggi.
Un raggio arriva tocca la prima superficie della lastra, poi la seconda superficie della lastra, poi attraversi il piano dello schermo oscurante, che è il trattino rosso in verticale (i raggi che ci cascano sopra vengono fermati gli altri passano) . Poi i raggi si riflettono sullo specchio primario, ritornano indietro , colpiscono il secondario e finiscono finalmente al fuoco.
Dunque le superfici sono numerate nell'ordine in cui vengono raggiunte. 1: faccia sinistra della lastra, 2 faccia posteriore della lastra, 3 schermo oscurante (intercetta solo i raggi dellì'ostruzione) 4 primario e 5 secondario. Il raggio negativo di curvatura del primario e del secondario sta a significare che il centro è a sinistra.
Ora vediamo un po'... tra la prima e la seconda superfici ci sono 5 mm. Thickness rappresenta la distanza fra la prima e la seconda superficie ed è lo "spessore" della lastra. Fra la seconda e la terza superficie (lo schermo) ci sono 50 mm (in questo caso lo spessore di 50 mm rappresenta un elemento di aria (e infatti c'èe scritto nella colonna medium). dopo la terza superficie ci sono altri 400 mm di aria e si arriva allo specchio. Dallo specchio primario al secondario ci sono -394 mm di aria dove il segno meno significa che si torna indietro. Infine l'ultima superficie indica "spessore" uguale a zero... ma perché dopo di quella non ce ne sono altre!

Dunque è abbastanza evidente che ATMOS (e non solo ATMOS) usa un sistema di coordinate relative, come nella parte in alto della prima figura. Le distanze fra le superfici sono definite nella colonna "thickness".

Embé... qualcuno potrebbe chiedere: "ma questo che c'entra?". C'entra c'entra. Infatti a seconda del metodo usato per definire la posizione delle superfici, l'effetto che si produce modificando la posizione di una superficie è diverso.
Se la posizione delle superfici è definita in maniera relativa, cambiando la distanza fra due superfici, tutte le altre si spostano della stessa quantità, come è mostrato nella figura che segue in alto. Invece, se il metodo usato fosse (ma non lo è) assoluto, allora cambiando il dato di una superficie si sposterebbe solo quella.



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Nella prossima puntata vedremo il caso delle rotazioni e degli offset, e che cosa comporta relativamente all'argomento che è nella frase che ho quotato in apertura (cosa che era già stata introdotta diversi post prima ma che ora occorre chiarire completamente).

Riesumo questo thread a distanza di 20 giorni (che sono passati a causa di due uscite osservative e un sacco di altri impegni).

Abbiamo visto sopra che esistono due sistemi di coordinate:
- coordinate relative
- coordinate assolute



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Abbiamo anche visto che ATMOS (e gli altri software di simulazione) usa coordinate relative. Nel caso dell'esempio sopra, quando l'attenzione è rivolta solo alla posizione lungo l'asse, il cambio da un sistema di coordinate a un altro è praticamente immediato.
Tuttavia, quando entrano in gioco anche gli offset e le rotazioni, il passaggio da un sistema ad un altro non è più così semplice. Nel messaggio numero 14 viewtopic.php?f=3&t=63334&start=14 ho spiegato come in linea di principio si fa. Tuttavia l'errore è sempre in agguato.
Uno potrebbe pensare che non c'è problema. Si inseriscono le posizioni relative e poi si verifica nello disegno 2D. Purtroppo il disegno ha una risoluzione troppo bassa e schemi ottici in cui le superfici sono in posizioni differenti potrebbero sembrare quello che vogliamo ma non esserlo (farò più avanti degli esempi).
Quale è il metodo migliore per essere certi che i dati che abbiamo inserito in ATMOS rappresentano davvero una certa cosa che avevamo in mente e non un'altra?

Il metodo migliore che a me è venuto in mente è un foglio excel di conversione delle coordinate. Nel caso semplice del post precedente (solo posizione lungo l'asse) la trasformazione è banale.

Ho preparato un primo foglio excel per passare da coordinate ATMOS (relative) a coordinate assolute che può essere scaricato da qua: http://www.mediafire.com/file/9c6qceumy ... dinate.xls

Nel foglio, le colonne A e B sono note che servono a descrivere le superfici. La colonna C è tal quale la colonna "Thickness" che appare in ATMOS. Il foglio calcola la posizione assoluta delle superfici con una formula che è banale e che si può facilmente visualizzare in Excel. Così, per esempio, lo specchio primario si trova ad x= 455 (essendo x=0 la prima superficie), che è la somma di tutte le distanze relative sori che lo precedono. Lo specchio secondario si trova a x= 61 mm (che è la somma, algebrica, delle distanze che lo precedono di cui l'ultima è negativa).



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Questo primo foglio può dunque essere utile per verificare se la posizione delle superfici è quella che si intendeva avere ed evitrare qualche possibile errore. Ovviamente nel caso in cui le superfici non abbiano offset e rotazioni la cosa è quasi banale. Non sarà così quando ci saranno anche offset e rotazioni, come vedremo.

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Il contrario è altrettanto facile da fare. Ecco il foglio che date le posizioni assolute che si desideara avere calcola le posizioni relative da inserire in ATMOS. http://www.mediafire.com/file/ntg2hofa9 ... lative.xls



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Nel prossimo post farò lo stesso ma includendo anche gli offset e le rotazioni; e vedremo che l'errore è in agguato e con l'errore anche il rischio di calcolare uno schema ottico al posto di un altro (ovvero prendere fischi per fiaschi.... o lucciole per lanterne).

Questi tuoi post sono sempre interessantissimi, confesso che in questo periodo di lunghe piogge ho pensato: "speriamo che xnenomofro vada avanti col suo thread"... (che peraltro richiede ben più di una lettura superficiale per essere seguito...)

Ad ogni modo, mi è balenata una domanda, che però non so se sia OT, quindi se non è pertinente non occorre la risposta.

Visto che stai analizzando uno SC classico, una cosa che mi ha sempre lasciato perplesso è il fatto che ovunque si legge che la lastra, lo specchio principale ed il secondario abbiano una posizione di allineamento "ottimale", stabilita in fabbrica, e che in caso si smontino dei componenti (ad esempio la lastra) questi vadano rimontati esattamente come all'origine (nel senso di rotazioni reciproche).
E' ben vero che qualcuno ha fatto prove diverse, non trovando cambiamenti nella resa, ma questa cosa di marcare le posizioni reciproche c'è anche da fonti "non sospette", penso ad esempio alle istruzioni per l'installazione di fastar su sistemi che non lo hanno, viene infatti specificato di marcare la posizione della lastra e del secondario.

Leggendo le tue analisi in compenso ci sono delle tolleranze "mostruose", che mi pare vadano ben oltre le problematiche di una rotazione della lastra.

La domanda alla fine è proprio se, a livello teorico, una rotazione della lastra e/o del secondario rispetto al primario possano degradare le prestazioni di uno SC (mi verrebbe da pensare di no, se ho capito il senso della cosa, date le ottiche sferiche e simmetriche in gioco) e, in subordine, come stiano le cose nella pratica effettiva.

Ripeto, se sono OT con lo schema di trattazione chiedo scusa.
TIA.

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Mi piace guardare lontano.