論鏡 1

[Wah!]

會唔會因為間公司想支c5可以用來睇雀,焦距太長,太高倍(視野窄)睇雀唔方便呢?

[Subaru]

會唔會因為間公司想支c5可以用來睇雀,焦距太長,太高倍(視野窄)睇雀唔方便呢?

這個我相信是其中一個主要原因.

我也很希望兩間大廠可以造一d質素特別高的鏡給發燒友用, 但我相信無論C牌或M牌都是打mass consumer market, 他們是集中火力去造一些產品去適合大眾市場. 發燒友的市場(特別跟美國大眾市場相比)太細, 跟本無大利可圖. 假如造一支特別專為行星觀測用又要細副鏡的折反射鏡的話, 一來焦比(f/15-f/20)對一般人來講會太高, 二來開發和set up一條新的生產線的成本又會不低, 以致達不到公司期望的利潤, 所以我相信他們是不會生產這些dedicated instrument的. 一般人的要求都是要一支睇行星又得, deepsky又得, 又可用來做拍攝的鏡, 所以一般f/10的折反射鏡是最近合大眾的要求.

再者, 卡式鏡也要有baffling裝置, 就算用高倍放大率副鏡來減小副鏡size, 但遮蔽率又會被baffling裝置所限制, 所以一般卡式鏡的遮蔽率都很難做到小於主鏡直徑的30%. 現時我只見到有些專為行星觀測用的f/20馬克蘇托折反射鏡可以造到22%遮蔽率, 可惜價格超貴, 而且除了用來睇彧影行星外, 用來睇其他野或拍攝就因焦比太大而不大flexible, 所以不是大眾可以負擔得起.

可以告訴你們, 我買C8的其中一個原因是因為相信它的產量最高, 一來QC應該會造得比較好, 二來unit production cost會是最低, 所以論price performance來講可以話係無敵, 所以諗買佢應該係無錯啦呱.

[Subaru]

相信大家在買鏡頭影星之前, 都會好關心那支鏡頭的成像質素較佳, 因為影星是對鏡頭表現有最苛刻的要求. 通常大家都會問嚇前輩那一支鏡較sharp, 但是不是每一支鏡也有前輩用過, 所以有時很難去衡量買那一支.

Modulation transfer function (MTF)是其中一個參考指標去衡量一支鏡頭於拍攝時sharp唔sharp. 現借呢道跟大家分享嚇怎樣讀MTF圖表.

一般的MTF會測試支鏡在兩個不同光圈下的表現, 如下圖, 一個是鏡頭於大光圈時f/1.4的表現, 而另一個是鏡頭於中細光圈時f/8的表現. x軸代表在菲林平面上off axis的距離(mm), 21mm是菲林的最邊角位. y軸代表反差, 反差愈高, 影像看起來會sharp. 每一個圖表有三組曲線, 測試員會利用支鏡拍攝不同密度(通常是每亳米10﹑20及40對線)的黑白條紋, 最上的一組曲線是每亳米10對線, 反差最高, 而最下的一組是每亳米40對線, 得出的反差較低. 實線是sagittal(指向光軸中心方向)的解像力measurement, 虛線是tangential(跟sagittal成90度)的解像力measurement.

上面的圖表是AF Nikkor 50mm f/1.4D的MTF測試結果, 有以下分析:
1. 在f/8之下, 每一組曲線也高於在f/1.4, 代表在f/8之下鏡頭較開f/1.4銳利. 而f/8的曲線也算平, 代表在f/8下整個菲林平面也有很平均的表現.
2. 在f/1.4之下, 可見到曲線跟off axis的距離而下降, 代表愈off axis, 清晰度愈低, 而20lp/mm的off axis tangential sharpness比sagittal差, 星點相信會呈飛碟形, tangential方向會比sagittal長.
3. 在f/1.4之下, 40lp/mm的反差在離光軸12mm已經低過10%, 像差非常嚴重.

為什麼不同牌子的鏡頭會有不同表現呢? 鏡頭的像差主要是有球面像差﹑色差﹑彗形像差﹑像散及場曲. 天文望遠鏡通常是要在optical axis上有最高表現, 要將球面像差及色差減到最低, 所以off axis的表現如彗形像差﹑像散及場曲會無噤理想, 而由於菲林的解像力是比目視放高倍低, 所以鏡頭的設計師會利用不同的像差加加減減, 去達成整個焦平面都有一個平均的解像力, 照片看來才會覺得自然.

而廠方也可把鏡頭設計成著重反差或解像力. 通常看來反差較高的鏡頭, MTF圖表的10lp/mm及20lp/mm的曲線會較高及接近, 而著重解像力的鏡頭就通常會係20lp/mm及40lp/mm的曲線會較接近. 於日常拍攝, 買那一種鏡頭就真是要看你的口味了, 如果放4R左右的相片, 高反差的鏡頭一般會得到較銳利的影像, 而如果要放大相, 就著重於解像力的鏡頭會較優勝.

MTF圖表只不過是鏡頭的其中一項specification, 一支靚鏡的MTF圖表通常都唔會差(如每一組的曲線都較高及平, sagittal跟tangential重疊), 但MTF圖表好也不代表支鏡一定靚. 因為有些特性如色調還原﹑星點的大細及形狀﹑色差﹑ flare﹑distortion及light fall off係從MTF圖表中睇唔到的. 而且MTF測試也只不過是試一個sample, 假如廠方的QC做得不好的話, 每一支同規格的鏡頭也可能會有不同表現.

[訪客]

Hi Subaru,

Thanks for your input. Now I understand the reason.

By the way, Maksutov is based upon all spherical surfaces. I once read that it is easier to manufacture, thus the percentage of good quality is relatively higher than Schmidt. Do you agree with this?

Furthermore, about the baffling design. Is it the tube at the hole of the primary, and the cone (used in ETX) you are refering to?

Regards,
啟明

[Subaru]

Hi Subaru,
Furthermore, about the baffling design. Is it the tube at the hole of the primary, and the cone (used in ETX) you are refering to?

Regards,
啟明

Exactly.

[Subaru]

Hi Subaru,

By the way, Maksutov is based upon all spherical surfaces. I once read that it is easier to manufacture, thus the percentage of good quality is relatively higher than Schmidt. Do you agree with this?

Regards,
啟明

這是一個很有趣的問題! 單從設計及業餘製鏡層面上看, 全球面的classical Maksutov的確比Schmidt corrector易整. 但我知道現時的SCT大廠是利用負壓把平面玻璃的某些半徑範圍吸至變形, 再利用平面瀝青模拋光, 跟著把負壓減去, 玻璃就會成為一片波浪面的Schmidt corrector, 廠方只要用儀器測試, 過到QC就ok, 只要set up好生產線, 我相信做Schmidt corrector對C牌及M牌來講可謂易過食生菜. 而且我知廠方只會在副鏡做修正, 所以現在的SCT可以利用mass production去造, 生產成本相對地低.

MCT由於焦比較長及視場較窄, 市場的需求量較細, 通常都是小量生產. 而且Maksutov corrector用的玻璃較厚, 對物料的要求比較高, corrector的弧度頗大, 所需研磨時間很長, 兩面的弧度也要很準確才能達到要求, 難度上跟折射鏡唔差好遠, 所以Maksutov的生產成本現時不比SCT平. 現時最貴的鏡Questar也是MCT! 不過我覺得它是brand value的問題, 一般用跟本無需要買佢, 作為collector's item就差唔多!

另外, 我見我國現時已經開始掌握到小型MCT的生產技術, 我都試過兩支三四吋左右國產OEM的MCT, 質素十分不錯, 用高倍來睇行星可完全壓倒平價短焦四吋消色差折射鏡. 又唔洗校光軸, 比SCT方便. 唔知係唔係coating問題, 睇日間野色調偏冷, 不過相信對睇星來講影響不大.

綜合以上論點, 由於高質素MCT一般都是發燒友的dedicated instrument, 跟量產型的SCT有不同方向, 所以我相信名牌MCT的質素會比大眾化的SCT高. 至於個別質素就要睇你的彩數了.

[aristo]

....Maksutov corrector用的玻璃較厚, 對物料的要求比較高, corrector的弧度頗大, 所需研磨時間很長, 兩面的弧度也要很準確才能達到要求, 難度上跟折射鏡唔差好遠,.....

記得以前Wongsir高足--'神童'童偉輝,曾經喺台灣磨過一支MCT,一個極凸和一個極凹的瀝青模真是非常驚人,齋睇兩個瀝青模都已經有很震撼的感覺.
唔知Wongsir重有無有關資料呢?

[Wongsir]

....Maksutov corrector用的玻璃較厚, 對物料的要求比較高, corrector的弧度頗大, 所需研磨時間很長, 兩面的弧度也要很準確才能達到要求, 難度上跟折射鏡唔差好遠,.....

記得以前Wongsir高足--'神童'童偉輝,曾經喺台灣磨過一支MCT,一個極凸和一個極凹的瀝青模真是非常驚人,齋睇兩個瀝青模都已經有很震撼的感覺.
唔知Wongsir重有無有關資料呢?

Aristo,

Although 童偉輝-- is my first 高足, his mirror making technique and knowledge is much much better than me in the early 1980's. I don't know what's he doing at that time. I miss him . He is a doctor now and stay at Taiwan.
I remembered he told me he was making correction on that comercially manufactured MCT corrector plate and main mirror.
He had also made a special kind of cassagrain with a diagonal placed in front of the mirror to overcome the difficult in drilling a hole in the main mirror.
His excellent work is now reserved in wonglung.com

"天文儀器製作"----- 五吋卡氏式望遠鏡和馬蘇托夫式望遠鏡的測試 column.

http://www.hkastroforum.net/wonglung/at ... making.htm

Wongsir
24-7-2003

[Subaru]

記得以前Wongsir高足--'神童'童偉輝,曾經喺台灣磨過一支MCT,一個極凸和一個極凹的瀝青模真是非常驚人,齋睇兩個瀝青模都已經有很震撼的感覺.
唔知Wongsir重有無有關資料呢?

, 睇完wongsir網站post童前輩果張瀝青模照片, 我的眼睛重凸過過瀝青模!

要倒兩個弧度噤大而又吻合的瀝青模真是毫不簡單啊.

[Subaru]

試鏡有很多方法, 今次講講一種最方便快捷的終極試鏡法 - 星像測試. 星像測試是實試一支鏡睇星時的表現, 假如支鏡通過星像測試, 就代表支鏡用作觀星會有滿意的表現.

星像測試不像佛科試鏡和光柵那樣需要特別的器材, 你只要一個高倍目鏡及最好有一個摩打追蹤的赤道儀就可以進行.

怎樣為支鏡做星像測試呢?
1. 支鏡要是一支已經完成的望遠鏡, 假如是自製鏡的話, 鏡面要鍍好鋁, 因為測試目標的恆星光度很暗, 鏡面未鍍鋁很難作測試;
2. 首先把支鏡的光軸調好;
3. 如果你的眼睛有散光, 請務必配戴有散光矯正的眼鏡, 否則會影響測試結果;
4. 要找一個大氣穩定度高的晚上, 搵一粒在天頂附近較光亮的恆星(細鏡最好用一等或以上的星, 如果是十吋以上的鏡可用二等星)作為目標, 並利用赤道儀追蹤住粒星;
5. 利用高倍目鏡把粒星的diffraction pattern放大, 放大倍率最好不小於主鏡口徑(以英吋計)的30倍, 例如是一支自製5" f/6的牛頓式反射鏡, 你可放一個Or5或Or6去做測試;
6. 把目標恆星放在視場的中央, 假如粒星唔係放在視場中央, 望遠鏡和目鏡的off-axis像差會出現, 影響測試的準確度.
7. 把粒星對好焦, 你可見到如下圖中間的影像, 有一些diffraction ring圍繞著個Airy disc. 如果這些ring同Airy disc不是同心圓, 就代表支鏡的光軸唔準, 要校準好光軸才可繼續進行測試. 校好光軸後記緊要把目標恆星放回視場中央.
8. 把星的影像defocus, defocus的距離越長, 個defocus的影像會越大, 比較容易睇, 但對鏡面的問題會無噤敏感. 以5" f/6的牛頓式反射鏡來講, 你可defocus 2-4mm去觀察.
9. 留意焦點前跟焦點後的影像(如下圖的左及右), 假如焦點前跟焦點後的pattern在形狀﹑大細及光度分佈很一致, 恭喜你! 你支鏡的質素很高, wavefront精度應該高於四分之一波長.

假如out-of-focus的pattern是一個橢圓形, 你支鏡或目鏡可能有像散, 你可試試把目鏡轉動, 看看個橢圓有無跟著轉, 如果有, 那像散是目鏡的問題. 一般的自製牛頓式主鏡在軸上很少機會有像散, 通常都是副鏡不夠平面所致. 要矯正就要買過一塊質素較高的副鏡.

如果out-of-focus的pattern是一個圓滑的等邊三角形, 那麼你的主鏡可能被鏡夾夾得太緊, 鏡面變了形.

假如在焦點內, pattern外圍的環較光, 就代表鏡面的球面像差修正不足; 相反, 假如在焦點外pattern外圍的環較光, 支鏡的球面像差就是修正過度, 如果是牛頓鏡, 鏡面即是成雙曲面. 焦點外pattern比較光的地方可理解成"比理想的曲線高出了」的地方.

星像測試對於以上的鏡面問題比較敏感, 但如果問題的情度不大, pattern光暗的分別會很難被察覺得到. 我覺得如果是山丘﹑環形區或低邊等的局部問題, 用刀片或光柵測試法會比較容易睇到.

上面的圖是我把一支史密特卡式折反射鏡的星像測試結果拍攝下來, 由於時間唔夠, 所以無拍到defocus distance大的pattern. 焦點外pattern的外環較光, 支鏡應該有over-corrected, 由於光度差別不是很大, 估計wavefront error應小於六份之一波長, 如果無副鏡遮蔽, Strehl ratio應該有90%. 由於拍攝時大氣穩定度不夠, 所以影像有些狗牙形狀!

星像測試法也可配合刀片或光柵, 你可把刀片切入到在焦點的星光, 假如你見到一個很平滑的灰面, 恭喜你! 你支鏡的質素一定很高!

[Wah!]

因為此主題下的內容非常實用及具有參考價值,已被設為"置頂".

[Wongsir]

試鏡有很多方法, 今次講講一種最方便快捷的終極試鏡法 - 星像測試. 星像測試是實試一支鏡睇星時的表現, 假如支鏡通過星像測試, 就代表支鏡用作觀星會有滿意的表現.

--由於光度差別不是很大, 估計wavefront error應小於六份之一波長, 如果無副鏡遮蔽, Strehl ratio應該有90%. 由於拍攝時大氣穩定度不夠, 所以影像有些狗牙形狀!
-----!

Subaru's 星像測試方法 is a test on field, it tell you the actual performance of the mirror.

Could you explain more about "Strehl ratio" ?
Thanks Subaru.


Wongsir
24-7-2003

[Subaru]

Could you explain more about "Strehl ratio" ?
Thanks Subaru.


Wongsir
24-7-2003

量度望遠鏡精度的方法有很多種, 很多望遠鏡製造商會用diffraction limited﹑波面誤差四份之一波長﹑ 彧鏡面誤差正負十六份之一波長去形容它們望遠鏡的精度, 其實以上的形容都一樣的, 就是說由這支望遠鏡focus出來的光波會有低於四份之一波長的誤差, 但這個誤差對實際觀測來講有什麼影響呢?

跟據衍射理論, 如果支鏡是完美的, 便會有84%的光是集中在Airy disc裡面, 如果波面誤差剛好在四份之一波長, Airy disc的大細不變, 基本上不會影響點光源的解像度, 但Airy disc的光度會降至67%, 影響了反差. 對高倍行星觀測來講有較大影響.

Strehl ratio基本上是一個以目標為本的量度指標, 這個比例是實測Airy disc最光點的光度除以理想的光度. 例如以上情況, 如果波面誤差是四份之一波長, Strehl ratio就只有80%. 如果望遠鏡精度高一點的話, 例如波面誤差可以做在八份之一波長, Strehl ratio就可以增加至95%, 大大減少反差的下降. 所以很多發燒友都追求精度比Rayleigh criteria高的鏡, 去盡量減少對反差下降的影響.

不過以我們業餘製鏡者來講, 一般都沒有儀器去量度我們望遠鏡的Strehl ratio, 只可以測鏡面的peak-to-valley surface error再用table估返個Strehl ratio值出來.

其實以我的觀測經驗, 有時不用太過強求於望遠鏡specification上的要求, 我覺得個天最緊要, 大氣穩定度好時, 一支普通但已經達到認可標準的望遠鏡已經可以得到好的效果; 穩定度唔好時, 乜鏡都唔得. 至於個人的對質素方面的要求, 就真是要看君了.

[Subaru]

相信很多香港的同好都係用緊EM-2或GP-DX等級數的小型赤道儀, 心裡都想買一支小型赤道儀可以揹得起最大嘅鏡. 那麼我覺得C8差不多是一個人可以攜帶的極限, 如果有多一個人幫手, C9.25可以話係小型赤道儀極很的頂點.

除了口徑及價錢之外, C9.25跟C8有什麼大分別呢?

其實C9.25的設計取向跟其他兄弟有d唔同, 它的兄弟都是用f/2左右的主鏡加5倍放大率的副鏡把影像投影到主鏡後的visual back, 而C9.25卻是用一塊較長焦約f/3的主鏡去配合低一點放大率約3.3倍的副鏡去做到f/10的合成焦比.

在相同合成焦比的情況下, 假如卡式鏡要做到較細的副鏡, 副鏡一定要有較高的放大率, 所以主鏡的焦距會較短, 鏡身也短, 方便攜帶. 但缺點就是場曲會較為嚴重, 由其是加了reducer之後. 假如用相機或低倍廣角目鏡的中心對好焦, 視場的外圍就會有點out of focus. 如果要全個菲林平面都清, 就要利用30%到40% off axis的位去對焦, 去取得一個全視場都可接受的焦點.

C9.25的主鏡焦距較長及副鏡有較低的放大率, 場曲問題較輕微, 比較適合用菲林及大面積CCD影直接焦點, 我見有外國同好用C9.25加了reducer影deepsky, 視場也相當平坦. 不過它的副鏡以直徑計達到主鏡的36%, 反差受副鏡遮蔽的影響較大, 但也由於副鏡的放大率較低, 對於鏡面精度及光軸的要求相對地無噤高. 不過鏡身就比C8重很多, 也較長, 較易受風所影響, moment of inertia也較大, 對赤道儀damping的要求又高一點. 其實如要用C9.25作長時間曝光影deepsky, 最好就用EM-200級數或以上的赤道儀, 至會有比較高的成功機會率.

[訪客]

Several weeks ago, when I tried to colluminate my C8, I used a big black cardboard, with a hole at the centre. And this hole was covered by an aluminium foil which, is pinned a small hole with a needle. A flashlight is at the back to illuminate the hole. The setup gave me an artifical star. I do the test at night, with all the lights off. In my naked eyes, this "star" should be good enough for a test.

However, restricted by the geometry of my home, I could not "view" the star with my C8. I will try this setup again. But I would like to have your comments on testing the telescope indoor.

Regards,
啟明


P.S.: I came across an article in S&T that people use a silver metal ball to make the artifical star. The smaller the ball, the stronger the curvature of the surface, and thus the smaller the image of the flashlight. This will make a better "star".