星点法校准牛顿式望远镜光轴

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1、叶云(ecloud)e.cloud@163.com2016年7月7日Rev2.0星点法校准牛顿式望远镜光轴精确校准牛顿式结构的反射/折反射望远镜光轴以满足较大幅面相机的深空摄影需求前言本文所介绍的为高精度校准牛顿式（含牛顿反射式，施密特牛顿，马克苏托夫牛顿，等任何牛顿结构的前／后改正镜折反射光学系统）望远镜的光轴校准方法。在进行本文所述的校准方法之前，需要使用者已经完成了常规的低精度校准，比如使用十字目镜和激光准直器等机械校准方法。本文所介绍的高精度校准方法，需要使用人工星点发生器，并且需要用户以实际深空拍摄中所使用到的所有接环，滤镜，改正镜，OAG等配件

2、安装齐全。在精调阶段需要在户外进行实际拍摄。根据作者的经验，粗调过程需要约10-20工作小时，精调过程需要至少5工作小时以上。具体耗时基于用户的运气和悟性。使用本文所述之方法可以达到怎样的效果呢？右图为作者在D180/F720马克苏托夫牛顿式望远镜上所达到的最好FWHM。相机为PentaxK5，APSC画幅，像素尺寸4.8µm，曝光时间450秒。也就是说在整个APSC幅面里，不饱和星点的半宽大小平均值在15µm以内，这应该是很多APO也无法达到的成绩了。当然，你有可能用本方法获得更好的成绩！星点法校准牛顿式望远镜光轴!1粗调首先为粗调，需要在虚焦（焦点内）

3、模式下调整。因为视宁度会极大的影响虚焦光斑的造型，并且这个步骤需要累积超过10个小时以上的操作时间，所以最好使用人工星点发生器。为了能够校准副镜深度，粗调模式需要进行多轮迭代，因此耗时较久。使用人工星点时，要尽量远，并且相机要求保证垂直向下的角度，所有接环、滤镜、改正镜等光路结构按照实际拍摄时来装配。本方式的精度受限于人工星点的距离是否真正达到无限远，以及如何精确判断圆度极同心，因此只能作为粗调。另外要注意的一点，焦点内的虚焦光斑与正像倒像无关。首轮迭代将星点虚焦，形成一个甜甜圈造型，保证外圈的大小在200µm以内。粗调方法的主要原理为：外圈轮廓实际就是副

4、镜轮廓，因此体现了副镜相对于焦平面的姿态。内圈黑圈为副镜在主镜中的影子，因此内圈体现了主镜相对于焦平面的姿态。如上图左，外圈椭圆，表示副镜姿态不正，副镜在纵向拉长（副镜抬头偏转），因此需要调整副镜。如上图右，内圈位置不正，则需要调整主镜姿态。当主镜或者副镜其一有所调整后，光斑构形会有较大变化，因此还需要反复多次调整主镜和副镜才能达到较完美的同心圆。星点法校准牛顿式望远镜光轴!2副镜深度副镜深度如果不正确，那么是不可能得到一个完美的，亮度均匀的同心圆的。原理如下：焦点实际副镜位置正确的副镜位置当副镜深度不正确时，你会得到两种结果：A：副镜相对于焦平面姿态正确

5、，甜甜圈外圈是正圆。但是此时如果要内圈位于正中，那么主镜必须偏斜以补偿，才能得到同心圆。不过由于主镜已经偏斜，光线能量中心就发生了变化，同心圆的亮度会不平均。主镜抬头，能量往前集中；主镜低头，能量往后集中。B：主镜相对于焦平面姿态正确，那么副镜必须偏斜以补偿，其结果就是得到了一个外圈是橄榄形的同心圆。副镜抬头，纵向轴拉长；副镜低头，纵向轴缩短。如上图，副镜深度远离主镜。光路走绿线是不能到焦点的，也就形成不了同心圆。因此光路必须走红线。两条红线分别为主镜和副镜进行偏转补偿的结果。A，主镜低头偏转，此时光线能量往后部集中，因此形成的甜甜圈，其靠近“后方”（也就

6、是靠近主镜方向）亮度更大。B，副镜低头偏转，由于副镜低头，所以纵向长度变短。所以形成的甜甜圈外圈纵向轴变短，而横向轴不变。因此得到的是一个横向长的橄榄形甜甜圈。如果副镜深度靠近主镜，那么得到的结果正好相反。总而言之，副镜远离主镜：甜甜圈后部亮度高，或者得到横向橄榄形甜甜圈。副镜靠近主镜：甜甜圈前部亮度高，或者得到纵向橄榄形甜甜圈。星点法校准牛顿式望远镜光轴!3迭代调整由于副镜深度几乎一定都不正确，所以你在首轮迭代里得不到完美的结果，因此你需要根据首轮调整的结果，改变副镜深度，然后再次进行下一轮迭代。每新的一轮迭代的结果，你就会发现甜甜圈的造型越来越完美。一

7、般来说需要3-4次迭代可以达到粗调的最高精度。到此，副镜深度已经不需要再进行调整了。深空摄影允许焦平面有轻微的平移（3mm以内），星点法校准并不会使这种平移影响到下一步的精调精度。精调精调阶段需要对实际拍摄的合焦星点图像进行解读。建议选择曝光时间10秒的5-7等星作为对象，疏散星团为佳。精调阶段需要进行的调整量非常之微小，此时主镜螺丝需要拧动的范围大约不会超过5度，而副镜螺丝可能只是需要轻轻感觉到拧动即可。使用的相机幅面越大，精调的精度越高。对于单反相机来说，得到的图片实际是倒像，要注意上下左右方位的对调。合焦差异法先以副镜举例来解释合焦差异法的原理。副镜

8、相对于焦平面姿态不正确时，会造成焦平面倾斜，因此相机不同位置上的星