Анализ внефокалов

Наиболее прямой и естественный способ тестирования астрономической оптики - тестирование по звездам. Это очень чувствительный метод, который часто позволяет выявить и локализовать источники остаточных аберраций ухудшающих качество изображения.

Суть метода состоит в том, чтобы рассматривать и сравнивать между собой слегка расфокусированные изображения достаточно яркой звезды при большом увеличении. Если фокусируясь сдвинуть окуляр от точки наилучшей фокусировки немного в сторону объектива (от глаза) это называется "предфокал" (intra/pre focalpoint, inside focus) - расфокусированное изображение звезды до фокальной плоскости. Если окуляр от наилучшего положения смещен к глазу (от объектива) это называется "зафокал" (extra/post focalpoint, outside focus) - расфокусированное изображение звезды после фокальной плоскости.

Увеличение следует применять максимально возможное - 2-3D (для телескопа с апертурой 150 мм - 250-500х). Величина расфокусировки должна быть примерно такой, чтобы в пятне расфокусировки укладывались от 3 до 6 дифракционных колец. Изображения следует рассматривать строго в центре поля зрения окуляра.

На первом рисунке приведены типичные внефокалы для классических дефектов оптики.

• Астигматизм - характерен тем, что пятна зафокала и предфокала более-менее эллиптичны (сплюснутый круг), причем длинные оси эллипсов (направления их вытянутости) взаимноперпендикулярны. Заметим, что эллиптичность может быть весьма небольшой и бросаться в глаза только при совсем небольших расфокусировках.
• Кома - характерна тем, что пятна зафокала и предфокала идентичны, но имеют заметное смещение центральной точки относительно периферии.
• Сферическая аберрация - в зависимости от знака приводит к тому, что внефокалы отличаются по распределению яркости вдоль радиуса пятна расфокусировки. В предфокале недокомпенсированная сферическая аберрация характерна повышенной яркостью и резкостью переферии пятна, в то время как к зафокале край пятна становится размытым и более тусклым. Перекомпенсированная сферическая аберрация ведет себя противоположным образом.
• Подвернутый край - различие внефокалов просматриватеся по виду края пятна расфокусировки - различается степень его размытости.
• Зона - появляется темное кольцо на одном из внефокалов и дополнительные к нему повышения яркости на другом.
• Минимальные остаточные аберрации - пятна расфокусировки достаточно равномерно яркие и по радиусу, и по азимуту, расфокусированные изображения звезд круглой формы и одинаково выглядят как в зафокале, так и предфокале.

Тестирование по звезде обычно происходит на фоне более или менее сильного влиянии нестабильной атмосферы - турбуленции. Ее влияние хорошо отделяется благодаря динамичности - распределение яркости в пятнах расфокусировки быстро меняется искажая их оригинальную форму. Приходится улавливать более стабильные моменты, высматривая реальные искажения формы пятен расфокусировки связанные с дефектами оптики, а не атмосферы. См. второй рисунок.

Кроме того, тестирование по звезде может помочь выявить некоторые эксплуатационные ошибки. См. третий рисунок.

• Пережатие - когда зеркало или линзы объектива пережаты в оправе (например, с трех сторон). Внефокалы приобретают вид многоугольника. Для устаранения этого дефекта достаточно несколько ослабить крепление оптических элементов в их оправах - до появления небольшого люфта (игры в зазорах).
• Тепературный градиент в трубе - особенно зарактерно для закрытых труб Максутова-Кассегрена и Шмидта-Кассегрена. Один из внефокалов получает односторонний провал яркости (т.н. "замочную скважину"), а другой - одностороннее увеличение яркости или подрезание периметра пятна расфокусировки. Для устранения следует дать оптике прийти в температурное равновесие с окружающей средой.
• Нерегулярные ошибки - сложное распределение яркости обычно позитивно-негативное в пред- и зафокале (темное пятно в одном внефокале соотв. светлому в другом). Что характерно для некачественного стекла (оптически неоднородных линз, менисков, плохо отожженных зеркал) или неудачной разгрузки тонких зеркал (коробление наклеенных, недостаточное число точек разгрузки и т.д.) Следует исследовать разгрузку оптических элементов и попытаться устранить ошибки.

Ну и наконец, при большой расфокусировке (лучше по самым ярким звездам) можно увидеть реальное экранирование зеркальных объективов (отношение диаметра темной круглой тени экрана к диаметру светлого пятна расфокусировки). При большой расфокусировке можно увидеть  и то наколько "чиста" апертура - на светлом фоне круглого расфокусированного изображения звезды становятся видными в виде темных контуров растяжки, выступающие головки винтов, крепеж оптики и т.п. элементов попадающих в световой пучок, что приводит к появлению "лучей" в сфокусированном изображении.