Collimazione di un telescopio SC con una maschera di Hartmann

Astronomia Fisica Fotografia

Tutti concordano che la collimazione delle ottiche del proprio telescopio è molto importante, ma pochi la controllano e la curano frequentemente. Una maschera di Hartmann a 3 fori non è solo utile per agevolare la messa a fuoco del nostro strumento, ma ci può aiutare anche a collimare rapidamente e con precisione le ottiche.

Il metodo proposto in questo articolo si applica ai telescopi catadiottrici Schmidt-Cassegrain (SC) ed è iterativo: ci fa avvicinare all'allineamento migliore possibile per approssimazioni successive (non temete, converge rapidamente).

Io lo uso con il mio Celestron C8 e con una webcam Philips SPC 900 NC frequentemente e con ottimi risultati. Non si insisterà mai abbastanza sull'importanza di una corretta collimazione per un telescopio SC: le tolleranze sono veramente strette, e basta un minimo spostamento del secondario per compromettere pesantemente le prestazioni dello strumento (per approfondire, leggi che cosa ne pensa Thierry Legault).
Fortunatamente usando il metodo che segue, collimare lo strumento è veramente semplice, e potrà essere fatto prima di ogni sessione osservativa.
Penso che con le dovute modifiche possa essere adattato anche alla collimazione dei telescopi Newton.

L'idea è questa: se l'ottica è disallineata, non tutte le parti dello specchio porteranno il fuoco nello stesso punto. Usando una maschera a 3 fori a 120° io divido il fascio di luce che attraversa il mio strumento in 3 fasci di luce, e rendo più evidente questo effetto. L'idea, pur essendo semplice e geniale, non è mia, ma viene da queste pagine web:
http://www.amtsgym-sdbg.dk/as/ccdfocus.htm
http://colmic.free.fr/collim/collimat.htm

Integrazione del 18/02/09: Nonostante in passato io abbia consigliato di usare maschere con tre fori circolari, dopo numerosi esperimenti ho constatato che i migliori risultati si ottengono usando maschere con tre fori triangolari orientati allo stesso modo. In questa sezione c'è una spiegazione del perché questa configurazione è più vantaggiosa.


In pratica

Per collimare il nostro telescopio, ci serve una maschera di Hartmann modificata. Dobbiamo aggiungervi un foro al centro, di diametro parti a quello dello specchio secondario, perché abbiamo bisogno di accedere alle viti di collimazione del nostro strumento.

Alcune note in proposito.

  • Se il vostro telescopio ha un coperchio di plastica che copre il secondario, rimuovetelo e mettetelo via; non serve a nulla, è lì solo per fini estetici, e visto che noi vogliamo agire sulle viti che nasconde, ci è solo di ostacolo.
  • Vi consiglio caldamente di sostituire il prima possibile le viti originali, con testa a brugola in frazioni di pollice su cui si può agire solo usando la chiave in dotazione allo strumento, con delle comode manopoline, come le Bob's Knobs che potrete ruotare al buio senza dover ricorrere ad alcun utensile. In Italia sono vendute ad esempio da Ottica San Marco.
    La collimazione diventerà più facile e più comoda, la farete più spesso, e vedrete più dettagli nel vostro strumento. :-)
Maschera di Hartmann per SC 8

Torniamo alla maschera modificata; la figura qui accanto mostra che sagoma dovrà avere. Se anche voi avete uno SC da 20 cm (8") come il mio Celestron C8, potete far riferimento alle misure riportate per costruire la vostra maschera usando il materiale che più preferite.

Applicate la maschera al telescopio, e allineate i tre fori a 120° con le tre viti di regolazione dello specchio secondario. Puntate una stella sufficientemente luminosa (ad es. di mag 1 o 2), usate un alto ingrandimento (ci servirà anche una serata con un buon seeing, ma questa è un'altra storia...) e mettete a fuoco.
Se il telescopio non è collimato, non arriverete a vedere un unica macchia di luce circolare e simmetrica, ma probabilmente vedrete una macchia di distorta e allungata. Non importa per ora.

Durante la procedura, aggiustate la posizione del telescopio in modo che la stella che state usando sia sempre al centro del campo visivo.

Facendo riferimento alle figure, chiameremo A, B e C le tre viti di collimazione ed i rispettivi fori sulla maschera.

  1. Figura collimazione 1 Coprite temporaneamente il foro vicino alla vite A con un pezzo di carta, di stoffa, o quel che vi pare, in modo che la luce non possa entrare da questo foro (io uso un post-it).
    Mettete a fuoco, portando le due macchie di luce a coincidere l'una sull'altra.
  2. Figura collimazione 2 Togliete la copertura dal foro A e applicatela al foro B.
    Dovreste vedere 2 punti di luce, o una macchia oblunga. Non toccate la messa a fuoco, ma agite sulla vite di collimazione A, fino a quando i due punti di luce non si uniscono.
  3. Figura collimazione 3 Aggiustate di nuovo la messa a fuoco, poi spostate la copertura dal foro B al foro C.
    Agite sulla vite B, fino a quando i due punti di luce non si uniscono di nuovo.
  4. Figura collimazione 4 Aggiustate di nuovo la messa a fuoco, poi spostate la copertura dal foro C al foro A.
    Agite sulla vite C, fino a quando i due punti di luce non si uniscono di nuovo.

Ripetete le operazioni sopra riportate fino a quando la stella apparirà puntiforme in tutte le condizioni. Alla fine, liberate tutti i fori e controllate la simmetria dell'immagine che vedete. Potete affinare ancora la collimazione ripetendo il procedimento con un ingrandimento più alto.

La conferma che avete lavorato bene la potete avere osservando l'immagine di una stella senza alcuna maschera e ad altissimo ingrandimento (2-3 volte il diametro dello strumento in mm): se la figura di diffrazione è perfettamente simmetrica, allora il telescopio è perfettamente collimato (un cattivo seeing può impedirci di fare questo controllo).

Come detto la procedura converge rapidamente, dando sempre buoni risultati. Notiamo inoltre che con questo metodo non abbiamo soltanto allineato le ottiche, ma le abbiamo anche messe a fuoco. Per questo trovo il metodo molto utile quando faccio riprese webcam.

Se siete esigenti e state facendo riprese ad alta risoluzione, fate attenzione a collimare sempre lo strumento puntando una stella vicina al soggetto che vogliamo riprendere: un grosso spostamento dello strumento può influenzare in modo apprezzabile (almeno nelle riprese) la collimazione dello strumento (provate voi stessi, usando una webcam e una barlow...). Se la vostra sessione di riprese si protrae a lungo durante la notte, anche le variazioni di temperatura potrebbero aver influenzato la collimazione dello strumento, e potrebbe servire un aggiustamento.

Ovviamente queste ultime raccomandazioni vanno prese cum grano salis: tutto dipende da quanto critiche saranno le prestazioni che ci servono. Chiaramente, tutto ciò è decisamente eccessivo se stiamo facendo un'osservazione casuale senza fini scientifici, e se il seeing è già mediocre! Ma potrebbe non essere abbastanza se invece vogliamo riprendere fotograficamente i fini dettagli dell'atmosfera di Giove!

Io ho preso l'abitudine di applicare questo metodo prima di ogni sessione osservativa; dedicandovi pochi minuti, senza troppa pignoleria, mi assicuro che il mio telescopio lavori sempre nelle migliori condizioni possibili.

E tu, con che frequenza controlli la collimazione del tuo telescopio?

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commenti

ritratto di mazzoni

collimazione

io ho collimato il mio sc 300mm f/10 con il solito metodo della stella sfuocata, in modo da ottenere i dischi di diffrazione ben disposti geometricamente.
in questi telescopi celestron e meade la messa a fuoco avviene spostando il primario e lo shift in questa operazione determina sicuramente una scollimazione delle ottiche, finchè si osserva visualmente si può anche soprassedere, ma nelle riprese in alta risoluzione per mettere in evidenza i fini particolari delle superfici planetarie occorre una collimazione molto precisa. ecco che giustamente sarebbe opportuno collimare lo strumento su una stella più vicino possibile all'oggetto da riprendere e poi spostare con cautela lo strumento. la messa a fuoco però deve essere già fatta per non spostare di nuovo il primario.
ok, vorrei provare il metodo di hartmann,
............... ti volevo chiedere, nel costruire la maschera quale tolleranza si deve mantere nel praticare i fori, o meglio il centro del foro grande centrale della maschera dovrà coincidere con il centro dello specchio secondario, ma in pratica poi succede che nel praticare il foro e nell'inserire il cartoncino sulla lastra correttrice si potrebbe shiftare di qualche decimo i due centri del sistema.
secondo te questo pregiudica la precisione dell'operazione?
oppure è necessario costruire una maschera usando una macchina a controllo nemerico per praticare i fori con grande precisione +/- 0,01mm ?
saluti e complimenti per la spiegazione.
emiliano

ritratto di gerlos

Re: collimazione (e precisione)

Una premessa fondamentale, più per chi è in ascolto che per te, che sicuramente non ne hai bisogno: ricordiamo che i nostri sforzi di precisione vanno commisurati all'attività che vogliamo fare. La perfezione non esiste (è fisicamente impossibile), e dunque non ha senso inseguirla senza pensare. Non saremo mai in grado di sfruttare una tale precisione, per cui è solo lavoro buttato. Il solito paragone del cannone per ammazzare una mosca: certo, riesci ad ucciderla comunque, ma perché impiegare tutte quelle risorse per una cosa che puoi ottenere in modo più semplice? (con un giornale!)

Andando nel merito, no, non c'è bisogno della precisione che dici. Ci bastano tre fori approssimativamente circolari, come li potrebbe tagliare un ragazzino di 12 anni (ho reso l'idea?). In effetti, dubito che noteresti delle differenze nella collimazione tra una maschera con fori ritagliati a mano e una maschera con fori realizzati con una precisione di +/- 0.01 mm...

Questo perché l'idea è un'altra, la precisione che ci interessa va cercata altrove: i fori separano il fascio ottico in tre fasci di luce, che coincidono solo nel piano focale dello strumento. Puoi farli anche di 3 forme diverse, alla fine funzionerà più o meno ugualmente, dandoti la stessa precisione, perché quel che è rilevante è la lavorazione dell'ottica, e non la lavorazione della maschera.
Certo, c'è un'altra cosa a cui fare attenzione: senza andare fuori dallo specchio, i fori dovrebbero essere il più distanziati possibile e il più lontano possibile dal centro dello specchio. Ma se li fai troppo piccoli, l'immagine viene troppo poco luminosa e ti sarà difficile collimare (un'applicazione "macroscopica" del Principio di Indeterminazione). :-)

Fino a un certo punto, la forma dei fori è irrilevante. Questo perché se usiamo fori approssimativamente circolari (o almeno, senza punti angolosi) al fuoco di uno strumento collimato vedremo sempre una forma circolare, mentre in posizioni extra- o intra-focale, o in uno strumento scollimato, vedremo sempre più macchie separate, o una forma non circolare, deformata e asimmetrica.

È rilevante invece quel che dici riguardo allo spostamento del telescopio (ma solo se vogliamo fare riprese ad alta risoluzione): sì, a causa delle normali flessioni meccaniche, può accadere che una collimazione ottimale in una direzione lo sia di meno puntando il telescopio in una direzione differente, e per questo è sempre meglio collimare il telescopio su una stella vicina al soggetto della ripresa.
Come dici tu, sempre nel caso delle riprese ad alta risoluzione, e in particolar modo nel caso dei telescopi SC, anche la messa a fuoco influenza la collimazione delle ottiche, e per questo è preferibile utilizzare un metodo come questo che consente di collimare e mettere a fuoco simultaneamente lo strumento.

A meno che non voglia fare una prova, e confrontare gli effetti dei due componenti, quello lavorato "a mano" (+/- 2 mm) e quello prodotto dalla macchina a controllo numerico (+/- 0.01 mm), e tornar qui a confermare che non ci sono differenze, penso che per questa volta puoi lasciar stare la tua macchina a controllo numerico, e prendere solo le forbici... ;-)

Piuttosto mi aspettavo una domanda più "fondamentale"...
Non l'hai fatta e me la faccio da me: è rilevante il colore della maschera? Dev'essere nera e opaca? Anche la risposta me la dò da me: No, è irrilevante, per quanto una maschera colorata di nero restituirà immagini più contrastate. Però sarà anche più difficile da trovare al buio... (trucco: verniciare di nero solo la faccia rivolta verso il telescopio, e di bianco la faccia ricolta verso il cielo).

ritratto di DIEGO GARASSINO

come capire se li tele non è collimato

scusate l'intromissione e le domande da profano. sono il felice possessore di un sw mak 127 1500 che uso solo per riprese terrestri (fotografia naturalistica). quindi non uso alcun oculare ma solo un adattatore T2 per reflex ed eventualmente convertitori di focale. al momento non ho notato problemi di messa a fuoco, ma se in futuro mi dovessero accadere mi pare di capire che potrebbe essere per un disallineamento degli specchi.
in primo luogo mi chiedevo come capire se le ottiche non sono collimate. in secondo luogo, vorrei sapere con quale frequenza di solito si verificano problemi di collimazione, ed infine quanto sono sensibili queste ottiche agli spostamenti: le riprese di animali selvatici di solito si fanno in luoghi un po' sconnessi. questo può dare problemi alle ottiche?
grazie delle risposte.

ritratto di gerlos

Re: come capire se li tele non è collimato

A dir la verità, a meno che il disallineamento delle ottiche non sia seriamente grosso, uno non dovrebbe avere problemi di messa a fuoco.

Come detto nell'articolo, il controllo dell'allineamento delle ottiche e la collimazione vanno fatte osservando ad alto ingrandimento. Se fai fotografia più o meno usando la focale nativa del tuo strumento, piccoli disallineamenti non dovrebbero essere visibili in fotografia.

Puoi vedere se le ottiche sono disallineate osservando una stella ad alto ingrandimento (~2 x diametro ottica in mm). A questo ingrandimento, l'immagine di una stella ragionevolmente luminosa dovrebbe essere simmetrica. Dovresti vedere un cerchietto con degli anelli concentrici, ma questo solo in casi ottimali. Spesso la turbolenza atmosferica disturba l'immagine, e gli anelli non sono visibili.

Se noti asimmetrie nella figura, allora le ottiche sono da collimare. Ma non è detto che il tuo strumento sia collimabile, capita spesso che i piccoli Maksutov non siano collimabili dall'utente. Questo perché tutte le ottiche dei Mak sono sferiche, e sono meno sensibili ai disallineamenti.

Tieni conto anche che le tolleranze ammesse per l'osservazione astronomica sono molto più strette di quelle ammesse per la fotografia terrestre. È perfettamente possibile che un certo disallineamento delle ottiche sia apprezzabile in astronomia, e totalmente inapprezzabile e innocuo in fotografia terrestre.

Insomma, non ti preoccupare, per disallineare le ottiche del tuo Maksutov ce ne vuole! Chiaramente abbi cura di evitare sobbalzi e urti, per quanto possibile.

ritratto di Anonimo

Collimare un newton

Ottima procedura ma come devo comportarmi con il mio newton?
Possiedo un collimatore laser per allineare il primario e poi posso procedere con la procedura con la maschera?

Grazie
Luca

ritratto di FABRIZIO

SPIEGAZIONE PUNTO 2 E PUNTO 3

VISTO CHE DOPO IL PUNTO 2 L'IMMAGINE CHE SI VEDE E' GIA' UNA PERCHE' SPECIFICHI DI METTERE A FUOCO NUOVAMENTE PRIMA DEL PUNTO 3 ?
GRAZIE

ritratto di Francesco

Un caloroso ringraziamento

Ho seguito la tua guida per collimare il mio Celestron 8 ed i risultati sono davvero ottimi.
Grazie per il tempo speso a realizzare l'articolo. Come dici, la conoscenza va condivisa.

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