Astronet forum

På min tråd om beräkningar på teleskop och kamera fick jag en fråga om formelsamling. De olika beräkningarna är nu inlagda i ett gemensamt Excel ark under olika flikar. På download sidan kommer ni åt de andra diskussionstrådrna.

Download:
http://astrofriend.eu/astronomy/astrono ... tions.html" onclick="window.open(this.href);return false;

Här är tråden att diskutera beräkningar om vinjettering och image circle.

Version 20150303.
Jag använder mitt excelark ganska mycket och provar olika kombinationer. Efter ett tag blir man ju lite trött på att mata in alla dessa värden om och om igen. Gjorde en radikal förändring. Nu finns 3 databaser i var sin flik. En för kamera, en för teleskop/linser och en för corrector (flatfieldcorrector, comacorrector, barlow, reducer). Du märker upp med ett "x" på respektive flik vilken kamera, teleskop och ev. korrektor du vill använda. OBS! Vara ett kryss för finnas på samma flik! Alla värdena dyker nu upp automatiskt i alla ark där de ingår.

Version 20150228
Har lagt till en 4:e beräkning på begränsning/hinder. Har också förfinat beräkningen till att bli något bättre när avstånden från sensorn ökar. Skall förbättra detta ytterliggare framöver när det finns tid.

Version 20150207
Rättat bugg på total beräkningen samt lite annat småfix.

Version 20150206
Har vidareutvecklat beräkningen för vinjetteringen till att omfatta ett system av begräsningar/hinder i strålgången, upp till 3st. Speciellt bra när man har adaptrar, corrector och annat som samverkar. OBS! Beräkningarna blir ganska grova på ingångslinsen på en kraftigare reducer. Se exempel längre nedåt.

Version 20141120
Med grafik över vinjettering.

Version 20141118
Imagecircle beräkningar, gäller för teleskop där fokallängden är betydligt större än sensordiagonalen, ca en faktor 10 eller mer.

/Lars

Vi har diskuterat imagecircle en hel del här, Magnus Nyborg visade en enkel ekvation som jag tyckte var alldeles utmärkt att ha med i mitt excelark så att alla enkelt kan göra en uppskattning om de dimensioner det optiska systemet minst måste ha. För det är ju så tyvärr att i reklamen för många teleskop figurerar siffror som inte alltid ger sanningen, om det nu överhuvudtaget finns uppgifter om det man söker.

Imagecircle skall överstiga sensorns diagonalmått om man skall undvika vinjettering. Imagecircle skall ju dessutom vara plan i fokusplanet och förutom att lysa ut hela sensorn också ha skärpa över hela sensorns yta om det skall vara användbart för foto.

Beräkningen bygger i princip på två runda skivor där vi räknar ut hur mycket den mindre kan röra sig inuti den större utan att gå över kanten. Det är när vi går över kanten som vi får vinjettering, alltså att hela ljuskonen inte kan passera fritt utan en del skärmas av, hela arean minus den avskärmade arean är måttet på hur mycket ljus som släpps igenom, 0 till 100%. Du ser på grafen hur mycket ljus som kan passera vid olika avstånd från den optiska axeln, eller mitten på sensorn. Längst till höger på grafens axel motsvarar ena hörnet på sensorn. Skalas automatiskt efter den storlek på sensorn som du skrivit in.

Imagecircle beräkningen ligger under blad 3 på kalkylarket.

Ett par exempel:
Ett enkelt 8" Newton teleskop med 50mm sekundärspegel. Här är avståndet från centrum av tuben till fokalplanet. OBS! Ej comafritt eller skärpa över hela imagecircle, endast den centrala delen. Det behöver vi en comacorrector för, men även den kan begränsa imagecircle fältet.
Samma teleskop med en monterad comacorrector med reducering på 0.9ggr. Som synes så överstiger imagecircle i andra exemplet den i första utan corrector. Här mäts avståndet från bakre lins i comacorrectorn till fokusplanet. Sekundärspegeln har här antagits vara så stor att den inte ger vinjettering.

Slutsats:
I det här fallet är det sekundärspegeln som sätter gränsen. Den måste ha betydligt större diameter om man skall klara en APS-C sensor till ex. Man bör ju också göra en till beräkning för linselementet i correctorn som sitter mot primärspegeln. Den sitter längre från fokusplanet och behöver ha lite större diameter.

Så här kan man testa sig fram och undersöka de olika delarna i teleskopet och få fram var den största vinjetteringen uppstår och åtgärda det. Resultatet blir aldrig bättre än den svagaste länken. Med denna enkla beräkning behöver man inte köpa dyra delar och testa utan man kan göra egna beräkningar innan. Men OBS! Detta är teoretiska beräkningar, i praktiken sätter ju dessutom den optiska designen och kvaliten ytterliggare begränsningar.

Många gånger av praktiska och ekonomiska skäl får man välja en mindre imagecircle än vad som krävs och då får man acceptera vinjettering i hörnen av sensorn.

Jag la i sista stund till en grafikbild över vinjetteringen.

/Lars

Gjorde här ett litet test för att jämföraT2 och M48 anslutning ihop med ett större Newton teleskop och fullframe kamera.

Först utan comakorrektor: Redan här uppträder vinjettering pga för liten sekundärspegel. När avståndet blir så stort som här mellan sensor och den del som man beräknar på blir det lite fel, skall förfina beräkningen längre fram.
Här kan man se varför hörnorna på sensorn inte utnytjar hela huvudspegelns area pga av underdimensionerad sekundär spegel. Men det är inte heller bra att ha en stor sekundärspegel då det sätter ned kontrasten i bilden.
T2 hålet är för lite för fullframekameran och kraftig vinjettering uppstår.
Med den större M48 adaptern blir det bättre om än inte perfekt, men hit skall man också lägga till vinjetteringen som beror på att sekundärspegeln är lite underdimensionerad.

/Lars

Finner du sådana här beräkningar intressanta, och det borde det vara för alla som är i början på astrofotokarriären och skall välja lämplig utrustning. Skriv en rad här så hjälper jag till att lägga upp beräkningen och vi från den kan diskutera vidare, bra för då får jag dessutom avlusat beräkningarna, för fel har ju tyvärr en förmåga att smyga sig in. Det som behövs är teleskopdata och ev corrector, diameter, backfokus, läge för in o ut linsen.

En fundering kan ju vara att, hur mycket vinjettering skall man tillåta? Det går att rätta till med flatkalibrering, men har man kraftiga vinjetteringar som kanske 50% innebär det också att man bara har halva exponeringen i hörnen. Det blir inte bra med flatkalibrering, kanske gränsen mer ligger vid 70 till 80%. Skriv gärna ni som har mätt upp detta och vilka värden ni tycker är rimliga och där bilden fortfarande ser bra ut, även ut i hörnen. I regel kroppar man alltid bilden något så man kan ju dra gränsen lite innanför sensorn.

/Lars

Försökte här göra en illustration om vad som sker när man får vinjettering.
Förhoppningsvis så framgår av min illustration att randstrålarna upptill respektive nedtill för vardera hörn maskas bort av T2 adapter i det ena fallet när man har den ihop med en fullsensor och i det andra fallet en underdimensionerad corrector/reducer relativt sensorstorleken.

Man utnyttjar inte hela objektivets yta att samla in ljus, man kan säga att man får olika exponeringar i kanten relativt center på sensorn. Och det är inte bara ljuset som avtar, en annan effekt blir att bilden blir brusigare i kanterna vilket kan synas när man flatkalibrerar den.

I skissen kan man också ana att kamerahuset behöver ha mycket "luft" runt sensorn för att huset i sig inte skall ge vinjettering, vilket tyvärr kamerahusen inte har vid fullframesensorer. Märks dock bara vid vissa objektiv, typ astrographer.

Man kan ju då kanske tycka det är lite konstigt när man som på en kameralins bländar ned, man minskar ju öppningen då och ändå försvinner vinjetteringen eller reduceras. Borde ju vara tvärtom. Men det som händer är att även centerdelen begränsas och alla delar av sensorn ser ett lika stort urval av objektivet men på olika positioner på objektivet. Alltid bra med en skiss när man skall förklara, nu är ju optiken, speciellt kameralinser betydligt mer komplicerade än vad denna enkla skiss visar, men ger principen i varje fall. När man bländar ned så minskar ju objektivets effektiva diameter kraftigt och den teoretiska upplösningen minskar i samma grad. Dock till en viss gräns så blir bilden i varje fall skarparare beroende på att optiken inte är perfekt och upplösningen är mindre än den teoretiska. Vanligen har man den skarpaste bilden vid bländare 4 till 5.6 på kameraobjektiv. Teleskop eller i varje fall astrographer är gjorda för att användas vid full bländaröppning, ja man kan ju inte överhuvudtaget välja. Men de är ju också betydligt ljussvagare, ofta f4 till f7 och därmed enklare att få skarpa (och billigare).

/Lars

Nu i senaste versionen har jag lagt till så man kan beräkna ett system av begränsningar/hinder för ljuskonen, upp till 3st. Varje del är på och avkopplingsbar så man kan se hur det totala resultatet påverkas.

Jag har här gjort ett par exempel på hur man kan använda det. Mitt 5.4" APO med en Riccardi 2.5" flatfieldcorrector med inbyggd reducer på 0.75x. Den anses vara av bra kvalite men är inte avsedd för fullframe, även om det fungerar ganska bra.

Riktigt intressant, prova gärna på ditt system, lägg till ex. in en T2 adapter som har ca 39mm fritt hål så får ni se resultatet. Beräkningarna är dock grova så basera inte dina inköp helt och hållet på detta.
Så här ser vinjetteringen ut, dock är inte m48 adaptern medtagen som skulle gett ytterliggare ett bidrag.
Med lite provande med olika diametrar på in och ut gående linselement i correctorn samt diametern på off-axis adaptern får man fram följande:
Ingångslinsen på correctorn skulle behöva vara 70mm inte 55mm. Får inte plats i en 2.5" fattning utan man måste ta till 3". Min beräkning är dock ganska grov vilket påverkar resultatet, speciellt ingångslinsens vinjettering.

Utgångslinsen på correctorn skulle behöva vara på 59mm inte 48mm.

Off-axis adapterns fria öppning skulle behöva vara 56mm inte 45mm.

Går att ordna men skall man nå upp till sådan perfektion blir det väldigt dyrt.

Riccardins image circle är angiven till 42mm, i hörnen har då med denna enkla beräkning gett att ca 65% av ljuset är kvar vilket kanske är på gränsen till olämpligt. Har här inte räknat med off-axis adaptern som är med i exemplet ovan.


God natt astrofolket, här är moln så går och lägger mig.

/Lars

Har utvecklat mitt excel ark ytterliggare för att öka förståelsen för vad olika hinder i strålgången får för praktiska konsekvenser. Beräknar nu förutom vinjetteringen även hur mycket man förlorar i ljus med en stor sekundärspegel i ett Newton teleskop.
Här är min APO, nu är även m48 adaptern inlagd i beräkningen. Förbättrade också beräkning när avstånden blir stora från sensorn. Fortfarande lite grovt dock.

Det som inte finns med är kamerahusets ingångsschakt och pickupen för guide kameran.

Lägg märke till hur mycket skarpare kanterna på vinjetteringen blir ju närmare sensorn hindret sitter. Ganska självklart men bra att få se det i en graf så här.

Har ju märkt att på min refraktor får jag mycket tydligare (skarpare övergångar) vinjetteringar än på min reflektor. Det medför också att vinjetteringen är svårare att flatkalibrera bort.

Varför beter det sig så? En analys av Newtonen följer här nedan, går bättre att göra nu med det extra beräkningen jag lagt till.
Här är Newtonen. Se på totalkurvan hur vinjetteringen börjar redan i centrum och smyger ned mot kanten, förklarar varför den är svårare att se fastän den är mycket kraftigare. För totalen ingår också förlusten som uppstår genom att man tittar snett igenom teleskopet när man är utanför optiska axeln. Tänkt dig en pappskiva med ett hål i, tittar du från sidan igenom blir hålet elliptiskt och smalare, det släpper därför igenom mindre ljus. Nu är den effekten väldig liten för att teleskop med sin långa fokallängd och smala bildvinkel. Totalen tar också med att sekundärspegeln hindrar en del inkommande ljus. Speciellt på astrografer som har stora sekundärspeglar blir denna förlust betydande. OBS, för en refraktor, sätt detta värde till 0mm!

Man kan säga detta teleskop är perfekt för planetfoto med sin relativt lilla sekundärspegel. Liten relativ sekundärspegel ger hög kontrast och mer ljus kommer fram också. För planetfoto utnyttjar man ju bara några mm i centrum av bildfältet så vinjetteringen har ingen betydelse.
Här syns vad som händer om man byter ut sekundärspegeln mot en större, här har 60mm bytts mot 80mm.
Direkt försvann vinjetteringen som orsakades av sekundärspegeln, vinjettering finns dock kvar. Nu är det hålet i fokuserarens framkant som hindrar ljuset. Byte från 2" till 3" löser detta. Sedan får man arbeta vidare med detalj efter detalj. Det blir dyrare och dyrare dock och man får ganska bra resultat redan utan dessa åtgärder.

Man kan väl summera det så här att refraktorn ger ett ypperligt fält men klipper skarpt, man bör bara utnyttja de inre delarna. Reflektorn vinjetterar över hela fältet men har mjuka övergångar och kan enklare kalibreras bort med flats.

Jag söker dock att få perfektion över hela fältet på refraktorn för en fullframe, så jobbar vidare.

Reflektorn är mer kostnadseffektiv på stora öppningar, ett spännande projekt vore att ta bort sekundären och sätta en liten cylinderformad kamera där, typ starlight express. Ett problem med dagens kameror dock är att de avger mycket värme som ger turbulens i luften och därmed inte så lämpliga att ha i strålgången.

OBS! Som jag skrivit tidigare, dessa beräkningar är grova. Jag ser på refraktor beräkningen till ex. att det inte stämmer perfekt i de inre delarna, det finns vinjettering där i verkligheten. Kanske de kommer med i framtida utveckling av excel beräkningen. Men man kommer till den punkt då man måste har mer information, till ex. hur korrektorn är uppbyggd i detalj. Det får man normalt inte tag i och då har man också kommit så långt att det är bättre att arbeta med ett riktigt Raytrace program. Men det här duger fint för att kontrollera att man i grova drag bygger upp sitt optiska system rätt för det ändamål man vill ha det till.

Ja det var nattens övningar.

/Lars

Har här gjort några simuleringar inför modifieringen av Refraktorn
Här syns hur långt jag kan komma genon att svarva ur adaptrarna till maxiaml hålöppning. Ett helt acceptabekt resultat.
Här är en simulering på hur mycket det skulle behövas för att bli helt perfekt. Då måste även en annan flatfieldcorrector införskaffas.
Gjorde även en simulering vad som skulle behövas för att mitt 10" Newtonteleskop skulle bli helt perfekt för astrofoto med fullframe kamera. Men man får räkna med att alla delar inte sitter perfekt centrerade runt optiska axeln så lite marginaler behövs, speciellt på ett spegelteleskop. Man bör nog ha minst 1 mm extra på varje del. För denna comcorrector kanske avstånden är andra och måste ändras till den och ev. hål/linsdiametrar justeras.

/Lars

Nytt Excel ark finns att ladda ned.

Rättade till en bug i vinjeterings beräkningen.

/Lars

Hej Lars,
Jag laddade ner ditt förnämliga Excelark innehållande en mängd intressanta beräkningar. Mycket smidigt med tre stycken kalkylark innehållande fördefinierat data för beräkningarna. Vilket jobb du har lagt ner

Jag vet inte om det är handhavandefel men jag får #VÄRDEFEL i ett antal fält i de olika arken. Kan det bero på att jag erhåller #VÄRDEFEL i C72 i ark "Corrector" när jag valt Flat Field corrector Riccardi 3" och som sedan genererar fel i de fortsatta beräkningarna? Jag provade att välja "No corrector" men resultatet blev detsamma.

Har du någon ide på varför det blir så?

Hälsningar Jörgen

Jag känner inte till just detta Excel-ark, men rent allmänt så är en vanlig orsak till "värdefel" att man använt fel decimalavskiljare (punkt/komma).

M v h
Hans Bengtsson

Hej Jörgen!
Jo det har tagit mycket tid men man är tvungen att ha lite stöd när man modifierar och plockar ihop egna saker. Tyckte det var bra att ha de här på Astronet också ifall andra kanske kan ha nytta med det.

Kanske så som Hans säger att decimaltecknet blivit fel. På min dator använder jag komma , men det beror ju på hur man konfigurerat datorn, svensk/engelsk. Om det inte löser sig så spara din fil och zippa den och lägg upp den här så kan jag titta på den.

Blir det fel i en cell så smittar den av sig som du säger till andra celler och flikar som använder datat.

Just datat för correctorer hämtar den bara vissa data från tabellen än så länge, det är det som blir gröna i till ex. vinjetteringsbladet. De röda får man fylla i själv, men är det ofta återkommande kan man ju koppla till rätt fält i data bladet. Nedersta raden är den valda.

Kul om det är något som kommer till nytta. Jag lägger till någon del då och då när jag får tid över.

/Lars

Hej,

Här kommer en skärmdump från arket FOV som visar hur resultatet blir för mig. Bifogat återfinns också filen i zippat format.

Hälsningar Jörgen