星點(diǎn)法校準(zhǔn)牛頓式望遠(yuǎn)鏡光軸

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1、葉云(ecloud)e.cloud@163.com2016年7月7日Rev2.0星點(diǎn)法校準(zhǔn)牛頓式望遠(yuǎn)鏡光軸精確校準(zhǔn)牛頓式結(jié)構(gòu)的反射/折反射望遠(yuǎn)鏡光軸以滿(mǎn)足較大幅面相機(jī)的深空攝影需求前言本文所介紹的為高精度校準(zhǔn)牛頓式（含牛頓反射式，施密特牛頓，馬克蘇托夫牛頓，等任何牛頓結(jié)構(gòu)的前／后改正鏡折反射光學(xué)系統(tǒng)）望遠(yuǎn)鏡的光軸校準(zhǔn)方法。在進(jìn)行本文所述的校準(zhǔn)方法之前，需要使用者已經(jīng)完成了常規(guī)的低精度校準(zhǔn)，比如使用十字目鏡和激光準(zhǔn)直器等機(jī)械校準(zhǔn)方法。本文所介紹的高精度校準(zhǔn)方法，需要使用人工星點(diǎn)發(fā)生器，并且需要用戶(hù)以實(shí)際深空拍攝中所使用到的所有接環(huán)，濾鏡，改正鏡，OAG等配件

2、安裝齊全。在精調(diào)階段需要在戶(hù)外進(jìn)行實(shí)際拍攝。根據(jù)作者的經(jīng)驗(yàn)，粗調(diào)過(guò)程需要約10-20工作小時(shí)，精調(diào)過(guò)程需要至少5工作小時(shí)以上。具體耗時(shí)基于用戶(hù)的運(yùn)氣和悟性。使用本文所述之方法可以達(dá)到怎樣的效果呢？右圖為作者在D180/F720馬克蘇托夫牛頓式望遠(yuǎn)鏡上所達(dá)到的最好FWHM。相機(jī)為PentaxK5，APSC畫(huà)幅，像素尺寸4.8μm，曝光時(shí)間450秒。也就是說(shuō)在整個(gè)APSC幅面里，不飽和星點(diǎn)的半寬大小平均值在15μm以?xún)?nèi)，這應(yīng)該是很多APO也無(wú)法達(dá)到的成績(jī)了。當(dāng)然，你有可能用本方法獲得更好的成績(jī)！星點(diǎn)法校準(zhǔn)牛頓式望遠(yuǎn)鏡光軸!1粗調(diào)首先為粗調(diào)，需要在虛焦（焦點(diǎn)內(nèi)）

3、模式下調(diào)整。因?yàn)橐晫幎葧?huì)極大的影響虛焦光斑的造型，并且這個(gè)步驟需要累積超過(guò)10個(gè)小時(shí)以上的操作時(shí)間，所以最好使用人工星點(diǎn)發(fā)生器。為了能夠校準(zhǔn)副鏡深度，粗調(diào)模式需要進(jìn)行多輪迭代，因此耗時(shí)較久。使用人工星點(diǎn)時(shí)，要盡量遠(yuǎn)，并且相機(jī)要求保證垂直向下的角度，所有接環(huán)、濾鏡、改正鏡等光路結(jié)構(gòu)按照實(shí)際拍攝時(shí)來(lái)裝配。本方式的精度受限于人工星點(diǎn)的距離是否真正達(dá)到無(wú)限遠(yuǎn)，以及如何精確判斷圓度極同心，因此只能作為粗調(diào)。另外要注意的一點(diǎn)，焦點(diǎn)內(nèi)的虛焦光斑與正像倒像無(wú)關(guān)。首輪迭代將星點(diǎn)虛焦，形成一個(gè)甜甜圈造型，保證外圈的大小在200μm以?xún)?nèi)。粗調(diào)方法的主要原理為：外圈輪廓實(shí)際就是副

4、鏡輪廓，因此體現(xiàn)了副鏡相對(duì)于焦平面的姿態(tài)。內(nèi)圈黑圈為副鏡在主鏡中的影子，因此內(nèi)圈體現(xiàn)了主鏡相對(duì)于焦平面的姿態(tài)。如上圖左，外圈橢圓，表示副鏡姿態(tài)不正，副鏡在縱向拉長(zhǎng)（副鏡抬頭偏轉(zhuǎn)），因此需要調(diào)整副鏡。如上圖右，內(nèi)圈位置不正，則需要調(diào)整主鏡姿態(tài)。當(dāng)主鏡或者副鏡其一有所調(diào)整后，光斑構(gòu)形會(huì)有較大變化，因此還需要反復(fù)多次調(diào)整主鏡和副鏡才能達(dá)到較完美的同心圓。星點(diǎn)法校準(zhǔn)牛頓式望遠(yuǎn)鏡光軸!2副鏡深度副鏡深度如果不正確，那么是不可能得到一個(gè)完美的，亮度均勻的同心圓的。原理如下：焦點(diǎn)實(shí)際副鏡位置正確的副鏡位置當(dāng)副鏡深度不正確時(shí)，你會(huì)得到兩種結(jié)果：A：副鏡相對(duì)于焦平面姿態(tài)正確

5、，甜甜圈外圈是正圓。但是此時(shí)如果要內(nèi)圈位于正中，那么主鏡必須偏斜以補(bǔ)償，才能得到同心圓。不過(guò)由于主鏡已經(jīng)偏斜，光線(xiàn)能量中心就發(fā)生了變化，同心圓的亮度會(huì)不平均。主鏡抬頭，能量往前集中；主鏡低頭，能量往后集中。B：主鏡相對(duì)于焦平面姿態(tài)正確，那么副鏡必須偏斜以補(bǔ)償，其結(jié)果就是得到了一個(gè)外圈是橄欖形的同心圓。副鏡抬頭，縱向軸拉長(zhǎng)；副鏡低頭，縱向軸縮短。如上圖，副鏡深度遠(yuǎn)離主鏡。光路走綠線(xiàn)是不能到焦點(diǎn)的，也就形成不了同心圓。因此光路必須走紅線(xiàn)。兩條紅線(xiàn)分別為主鏡和副鏡進(jìn)行偏轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果。A，主鏡低頭偏轉(zhuǎn)，此時(shí)光線(xiàn)能量往后部集中，因此形成的甜甜圈，其靠近“后方”（也就

6、是靠近主鏡方向）亮度更大。B，副鏡低頭偏轉(zhuǎn)，由于副鏡低頭，所以縱向長(zhǎng)度變短。所以形成的甜甜圈外圈縱向軸變短，而橫向軸不變。因此得到的是一個(gè)橫向長(zhǎng)的橄欖形甜甜圈。如果副鏡深度靠近主鏡，那么得到的結(jié)果正好相反?？偠灾辩R遠(yuǎn)離主鏡：甜甜圈后部亮度高，或者得到橫向橄欖形甜甜圈。副鏡靠近主鏡：甜甜圈前部亮度高，或者得到縱向橄欖形甜甜圈。星點(diǎn)法校準(zhǔn)牛頓式望遠(yuǎn)鏡光軸!3迭代調(diào)整由于副鏡深度幾乎一定都不正確，所以你在首輪迭代里得不到完美的結(jié)果，因此你需要根據(jù)首輪調(diào)整的結(jié)果，改變副鏡深度，然后再次進(jìn)行下一輪迭代。每新的一輪迭代的結(jié)果，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)甜甜圈的造型越來(lái)越完美。一

7、般來(lái)說(shuō)需要3-4次迭代可以達(dá)到粗調(diào)的最高精度。到此，副鏡深度已經(jīng)不需要再進(jìn)行調(diào)整了。深空攝影允許焦平面有輕微的平移（3mm以?xún)?nèi)），星點(diǎn)法校準(zhǔn)并不會(huì)使這種平移影響到下一步的精調(diào)精度。精調(diào)精調(diào)階段需要對(duì)實(shí)際拍攝的合焦星點(diǎn)圖像進(jìn)行解讀。建議選擇曝光時(shí)間10秒的5-7等星作為對(duì)象，疏散星團(tuán)為佳。精調(diào)階段需要進(jìn)行的調(diào)整量非常之微小，此時(shí)主鏡螺絲需要擰動(dòng)的范圍大約不會(huì)超過(guò)5度，而副鏡螺絲可能只是需要輕輕感覺(jué)到擰動(dòng)即可。使用的相機(jī)幅面越大，精調(diào)的精度越高。對(duì)于單反相機(jī)來(lái)說(shuō)，得到的圖片實(shí)際是倒像，要注意上下左右方位的對(duì)調(diào)。合焦差異法先以副鏡舉例來(lái)解釋合焦差異法的原理。副鏡

8、相對(duì)于焦平面姿態(tài)不正確時(shí)，會(huì)造成焦平面傾斜，因此相機(jī)不同位置上的星