Practice: 三試牛頓鏡光軸調整

2016年11月18日星期五

三試牛頓鏡光軸調整

之前作過二次關於反射鏡光軸調整的筆記:

# 初試牛頓鏡光軸調整
# 再試牛頓鏡光軸調整 -- 巴羅雷射法

結果, 沒多久就賣掉手上的反射鏡了... >"<

儘管還有隻折返鏡 Mewlon-210, 不過我很懷疑這隻的光軸是不是堅固得永遠不必調啊? 不過世事多變, 現在又有反射鏡了, 原來調光軸的雞絲都在, 又能重溫舊夢啦. 回顧之前寫的筆記 -- 亂七八糟 -- 真想重新寫過, 而且要簡潔, 邏輯清楚. 不過每次一開始構思就越來越複雜, 越來越複雜, 越來越複雜... 第三次的筆記希望能進步些, 最好小學生也能看懂.

其實反射鏡光軸調整的原理不難, 有參考資料, 然後實際多練習幾次, 了解各種現象的成因... 很快就能上手, 所以很多人都有本自己的 "光軸經". 調光軸的 "原理" 部分, 在 # 初試牛頓鏡光軸調整這篇囉囉嗦嗦筆記過了, 這次直接進入 "步驟". 同樣扣掉 "對焦座" 本身要安裝得很正很穩這項屬於機械性質的過程, 接下來簡單分成三步驟.

進行調整之前, 不免要先講一下 "工具", 我有用 "雷射+巴羅雷射", "針孔蓋" 或 "加十字線" 或 "底部加同心圓亮環" 的變形針孔蓋, 這些有的叫 "sight tube", 有的叫 "cheshire", 有的則叫 "具 cheshaire 功能的 sigh tube", 最簡單型式的叫 "collimation cap"... 底下這幾個功能都很類似, 各有使用上的優缺點:

Cheshire 通常是一根長管, 靠眼睛側中央有個針孔, 另一側有十字線, 中央挖個洞, 有個 45 度斜亮面. 斜亮面的功能是幫忙反射光線到主鏡方向, 這樣從針孔看進去才不會黑嬤嬤的, 像上圖底下中央那個小圖, 裏面中央是不是看起來是亮白的? 那就是反射光線的45 度斜亮面.

sigh tube + cheshire 功能的是上面三小圖中底下左邊那個, 他很有創意把靠眼睛側的一段作透光, 這樣不用挖斜亮面也可以達到相同照明功能. sight tube 有個好處是它把視野範圍縮小, 讓它的外框可以幾乎貼近次鏡外框, 這樣在判別有沒有同心圓時比較準, 看下面實際使用相片可以了解差異.

最右邊那個是變形的針孔蓋, 因為它把底部做了個亮環, 亮環可以幫忙在目視校準時比較集中好對, 當然也會精確些.

這類 "被動式" 的光軸調整工具, 個人認為最大的問題就是針孔大小, 因為眼睛實際從針孔望進去, 會發現視線無法固定, 會有空間上一點... 下一點... 左一點... 右一點移動的誤差, 這樣的話, 當要判斷 "標記是否在正中心"? 是否是 "同心圓"? 時都會有誤差. 所以我還是喜歡雷射, 不但方便在黑暗中使用, 而且很直覺. 不過前提是雷射本身光軸要準, 能量也要夠, 打遠一點時還能聚成點狀, 否則同樣有誤差, 而且步驟與步驟間有相依性, 前面錯一點後面就錯更多. 目前主流市場上的反射鏡都很短焦, 能夠容忍的誤差很小, 稍稍一點誤差光軸就很難調準, f/8 的甜蜜點還有 11mm 的誤差容許, f/6的也有 4.8mm, 到 f/5 只剩 2.8mm, f/4 更只剩 1.4mm... 看看手上的尺刻度, 1.4mm 多小啊? ... 這個數字 (代表沒有彗差的範圍) 計算 (0.0007 吋 X F/ratio 的立方) 雖有點爭議, 但找到的很多資料都用這個公式算.

先把三個步驟的 "示意圖" 簡單畫一下:
(示意圖的次鏡兩條綠虛線應該畫成向內斜比較正確)

一開始是光軸 "完全不準" 時的示意圖:
目鏡座看下去只看到部分的次鏡, 然後次鏡也沒完全接收到主鏡傳過來的光

第一步, 把次鏡對準目鏡座. 就是從目鏡座看進去, 能夠看見完整的次鏡. 很合理吧? 次鏡要反射主鏡收集到的景像, 眼睛當然要看到完整的次鏡呀.

作法是這樣: 鬆開固定次鏡中央的螺絲, 移動、旋轉... 整個次鏡, 讓次鏡在目鏡座看進去盡可能是位在中央, 而且看起來是圓形.

第二步, 調整次鏡的傾斜角度, 讓次鏡中心能正對到主鏡中心.

作法是固定次鏡螺絲處通常會有三根螺絲可以調整次鏡的傾斜角度, 調整那幾根螺絲, 這次要讓從目鏡座看進去, 看見圓圓的次鏡所反射到的主鏡外框, 能夠與次鏡外框成同心圓.

示意圖:
可以對照上一張圖, 會發現藍線調完後, 已經對準主鏡中央了 (本來沒對到), 不過此時紅線還沒調 (紅線是下一步驟調主鏡傾斜角度)

第三步驟就是調整主鏡的傾斜角度, 讓主鏡反射的光能對到次鏡的中央 (紅線), 這樣就對齊前面調從對焦座到次鏡再到主鏡中心的那條光軸 (藍線).

方法是調整主鏡的三顆調整螺絲, 讓從目鏡座看進去, "次鏡裏反射的主鏡" 的 "中央 mark" 能在所有圈圈的正中央.

示意圖:

前面是三步驟的簡單示意圖, 接下來我試著拍實際的相片. 不過用手機從針孔拍, 效果很差, 而且同樣會有跟肉眼看所產生 "看的角度不同" 而產生的誤差情形, 我盡量用文字來補充說明.

光軸調整前, 完全不準的樣子:

如果用針孔蓋看進去會長成這樣 (針孔徑有點太大了 >"<):

拍照技術太差, 所以要說明一下:
# 藍圈圈是針孔蓋外框 (可以代表對焦座外框), 我標上黃色虛線 (實際上不會有) 十字線幫忙檢視校準是否為同心圓?

# 綠圈圈是次鏡外框, 目前看起來是偏一邊, 沒在中心, 而且是橢圓型的 -- 表示目鏡座看不到完整的次鏡, 而且斜斜的, 沒正正對到對焦座.

# 紅圈圈是反射到次鏡裏的主鏡外框, 也是偏一邊, 沒在中心 -- 表示次鏡反射不到完整的主鏡

針孔蓋孔徑太大缺點此時就顯露出來了 -- 藍圈圈這麼大, 要判別綠圈圈是不是在正中央? 如果沒有十字線很難準確呀.

如果用有十字線的 sight tube 看, 藍圈圈就會很貼近綠圈圈, 這是大優點, 因此用 sight tube 調次鏡位置比用針孔蓋可靠多了.

同樣看得出此時次鏡 (綠圈圈) 偏一邊, 沒在中心, 而且是橢圓型

經過步驟一的調整, 就是前面講的 "鬆開固定次鏡中央的螺絲, 移動、旋轉... 整個次鏡, 讓次鏡在目鏡座看進去是位在中央, 而且是圓圓的" 之後:

sight tube 看見的:

由於次鏡會反射主鏡, 主鏡也會反射次鏡, 反射來反射去... 所以從對焦座看進去, 通常是看到一堆疊影; 因此若只要調次鏡的話, 可以先把主鏡遮起來, 下圖就是遮住主鏡的樣子, 如果用孔徑太大的針孔蓋看的話, 最好也把對焦座對面的筒內壁也鋪上白布, 這樣比容易看出次鏡外框, 否則黑黑一片會混在一起不好認.

這張照片連接十字線的圈圈就是上圖的藍圈圈, 裏面白色/亮的圈圈的外緣就是上面的綠圈圈, 這樣算調好了嗎? 圓是算圓啦, 可是沒同心啊?

"次鏡對準對焦座中心" 這個 "中心" 有兩個含意, 這就是大家熟知的 "次鏡偏移" 現象, 次鏡 offset 計算公式有點複雜 (實務上 "不計算直接調整" 並不難, 雖然很難 100% 準). 大致上我們知道次鏡的有 "幾何中心點" (橢圓形次鏡, X 軸與 Y 軸的中心點相交處), 還有所謂的 "實際光軸中心點".

在這個步驟調整可以想像一下...
如果次鏡 "平平的正對著" 對焦座, 而且對準、對正, 那麼次鏡的 "幾何中心點" 應該是正對對焦座中心沒問題吧? 此時緩緩將次鏡轉 45 度去對主鏡, "幾何中心點" 是不是會移動? 然後稍稍遠離對焦座一點, 而且靠近主鏡一點. 所以此時對焦座中心對的不再是次鏡的 "幾何中心點", 而是其 "實際光軸中心點". "基本上" 如果次鏡是 X:Y = 1:2 的橢圓形, 當次鏡看起來是渾圓且位在對焦座外框中央形成同心圓時, offset 就大致抓到了, 接下來作的就是 "算進 offset" 的光軸校正.

相反的, 如果我們沒作 offset, 對準的是 "幾何中心點", 那麼反過來, "光學上" (或視覺效果上) 次鏡會稍稍離主鏡遠一點, 離對焦座近一點. 因此實務上, 尤其 F/5 以內的鏡子就很明顯, 從針孔蓋或 sight tube 看見的各圓不會是同心圓, 即便是對焦座外框與次鏡外框也不會... 這點很多人誤會, 網路上不少寫調光軸的文章都推薦不去算 offset (因為比較簡單), 但畫出來的示意圖都是同心圓 (對準 "實際光軸中心點"), 實際拍的照片卻是對 "幾何中心點" 的. 其實這不難理解.

不過, 由於次鏡是 "平面鏡", 跟照鏡子一般, 沒對準只是浪費一些光而已, 並不會因此產生重傷害的像差, 所以我也偏好 "不作 offset" 讓整個過程單純點. 另外就是調這個步驟也不要太嚴苛逼死自己, 差不多就好. 目前我的次鏡 "幾何中心點" 有打上一個小黑點作記號, 所以用 sight tube 時, 我會把十字線對準小黑點, 用雷射的話就更直覺了, 紅點打到次鏡的小黑點. 因為是 "不作 offset" 的次鏡調整, 所以次鏡外框與對焦座外框不會成同心圓, 有點像對稱的扇形. 不要管是不是同心圓, 只要光軸調整器的十字線 (或雷射紅點) 對準次鏡中心小黑點, 後面步驟的對準主鏡中心 mark, 這樣比較踏實. 我反倒覺得一直去求 "同心圓" 還蠻容易有誤差的說, 因為眼睛那有這麼準? 怎麼可能準準的確認是不是 100% 同心圓? 我個人是覺得有點難啦.

第二個步驟, 調整次鏡的傾斜角度, 讓次鏡中心能正對到主鏡中心.

作法是固定次鏡螺絲處通常會有三根螺絲可以調整次鏡的傾斜角度, 調整那幾根螺絲, 這次要讓主鏡的外框 (紅框) 能夠與次鏡外框 (綠框) 成同心圓.

實際上拍的:

前步驟調完以後, sight tube 的十字線中心重疊到我次鏡的中心黑點, 而次鏡內反射的主鏡還是歪的 (看次鏡架位置級主鏡中心 mark 就知道)... 這是下個步驟才要調的.

次鏡 (綠圈圈) 已經是圓形了, 不過並不是在藍圈圈的正中央, 11 點鐘與 4 點鐘方向綠圈圈與藍圈圈的間距大致相等, 而 8 點鐘方向最寬, 2 點鐘方向最窄, 基本上可以接受.

本步驟調完以後, 此時次鏡裏可以裝下完整的主鏡反射 (雖然主鏡的中心 mark 還沒對準, 這是下階段調的), 代表主鏡外框的紅圈與代表次鏡外框的綠圈已合而為一.

此步驟如果用雷射調的話, 就是要把打到主鏡上的紅點, 靠固定次鏡螺絲處三根螺絲, 調整次鏡的傾斜角度, 調到主鏡的中央 mark 處.

基本上前二動作都跟次鏡有關, 理論上調完固定後未來不太會動到, 不過也不一定, 像我現在這種用支架式的, 幾乎每次組裝都還是要微調一下.

第三步驟就是調整主鏡的傾斜角度, 讓主鏡反射的光能對到次鏡的中央.

方法就是調整主鏡的三顆調整螺絲, 讓 "次鏡裏反射的主鏡" 的 "中央 mark" 能在所有圈圈的正中央.

實際拍的:

最中央的小黑圈 (主鏡中央 mark), 在次鏡中央 (綠圈圈), 也在 sight tube 十字線中央 ---- 雖然有 offset 的位移 (綠圈跟藍圈不是同心圓)

如果用針孔蓋看:

同樣的, 最中央的小黑圈 (主鏡中央 mark) 有在次鏡中央 (綠圈圈), 不過藍綠圈差很遠, 要很精確看是不是同心? (或加上 offset 後對稱?) 還蠻困難的.

這的動作我還是最推薦之前筆記過的巴羅雷射法,
把雷射前面加個巴羅, 由於巴羅鏡是負鏡, 因此光會發散, 所以打到主鏡後變成 "一片" 光, 所以呢, 再反射回次鏡的也是一片光, 不過剛剛的光有照到主鏡的中央 mark, 所以反射回次鏡的一片光中央會有一個小黑圈, 這小黑圈正是主鏡的中央 mark 的投影.

用雷射調最令人詬病的除了雷射本身光軸不準外, 就是與對焦座有空隙, 雷射在對焦座轉一圈, 打到主鏡的紅點也轉一圈, 當然再反射回次鏡的也轉一圈. 但巴羅雷射的投影雖然那一片光也會轉一圈, 不過主鏡的中央 mark 的投影的小黑圈卻不受影響.

可以信賴的兩款雷射, Farpoint 與 Howie Glatter 650nm

我試著畫張圖:

如圖, 紅色雷射發射點雖可能因種種原因而有點歪斜 (因為對焦座空隙, 雷射本身的小誤差...), 打到主鏡時的那片紅光位置可能會因此而歪斜, 但投影回來的黑點位置不會受到影響, 因此這樣就能不受前一步驟 (調次鏡傾斜角度) 的影響, 獨立運作, 所以其精確性應該與用 sigh tube 或 cheshire 調的準度一樣.