Een Newton collimeren

Wat is collimatie?

Een Newton collimeren betekent zijn twee spiegels uitlijnen op de as van de focuser. De hoofdspiegel, onderin de buis, brengt het licht in een brandpunt samen; de kleine schuine vlakke spiegel, de vangspiegel, stuurt het opzij naar het oculair. Staat een van beide scheef, dan is een ster geen fijn puntje meer maar een kleine vlek in de vorm van een komma.

Een autorit, een stoot of een temperatuurwisseling is genoeg om de spiegels te verschuiven. Controleren voor het waarnemen kost een minuut als je weet hoe je leest wat de focuser laat zien. Met deze simulator train je dat oog zonder een echte telescoop aan te raken.

Waarom zijn lichtsterke Newtons zo veeleisend?

Een paraboloïde is perfect op zijn as, en alleen daar. Daarbuiten vervloeit een ster tot coma, des te sneller naarmate de openingsverhouding f/D (N genoemd) kleiner is. De toegestane afstand tussen de as van de hoofdspiegel en het midden van het oculair schaalt daardoor met N³: halveer N en de marge wordt acht keer kleiner.

Deze simulator neemt een matig verlies aan scherpte als grens (Strehlratio 0,8 in groen licht), wat een tolerantie geeft van ongeveer 0,0107 × N³ millimeter in het brandpunt. De tabel hieronder past dat toe op de voorgeprogrammeerde telescopen.

In welke volgorde?

1. Centreer de vangspiegel onder de focuser met de middelste bout: zijn omtrek moet rond lijken en midden in de uitschuifbuis staan.
2. Richt de vangspiegel met zijn drie stelschroeven tot de weerspiegeling van de hoofdspiegel heel en gecentreerd in de vangspiegel staat, met zijn drie klemmen.
3. Draai de borgschroeven van de hoofdspiegel los en draai dan aan zijn knoppen tot de middenmarkering de donkere weerspiegeling van het kijkgaatje omringt, of midden in de ring van de Cheshire zit. Zet de borgschroeven zonder forceren vast en controleer opnieuw.
4. Bevestig op een ster, iets onscherp gesteld: de schaduw van de vangspiegel moet midden in de schijf zitten.

Waarom deze volgorde? Je beoordeelt de hoofdspiegel via de vangspiegel. Raak je daarna de vangspiegel aan, dan verschuift de referentie en moet je de hoofdspiegel opnieuw doen. Zet dus eerst de referentie goed, dan wat ervan afhangt.

Wat elk beeld laat zien

Collimatiedop

Een dop met een klein gaatje in het midden. Hij doet niets anders dan je oog op de as van de focuser zetten, en toch is dat genoeg voor een goede visuele collimatie. Van de rand naar binnen zie je: de uitschuifbuis, de omtrek van de vangspiegel, de hoofdspiegel met zijn klemmen erin weerspiegeld, de schaduw van de vangspiegel en de spin binnen die weerspiegeling, en ten slotte de middenmarkering rond de zwarte stip.

Kijkbuis

Een lange smalle buis met een kruisdraad aan het verre eind. Het kleine beeldveld en de kruisdraad maken het makkelijker de vangspiegel te centreren en op de stip te richten.

Cheshire

Een buis met een vlak onder 45° rond het kijkgaatje, verlicht door een venster opzij. In de hoofdspiegel gezien wordt dat vlak een heldere ring: het doel waarin je de stip centreert door aan de knoppen te draaien.

Laser

De straal volgt de as van de focuser. Zijn stip op de hoofdspiegel zegt of de vangspiegel goed richt; zijn terugkeer op het doelvenster zegt of de hoofdspiegel uitgelijnd is. Een laser die zelf niet op de as staat, misleidt: draai hem rond in de focuser, de stip mag geen cirkel beschrijven.

Ster

Net binnen of buiten het brandpunt wordt een ster een schijf met een gat, de schaduw van de vangspiegel. Deze laatste test liegt niet. Hier is de berekening puur geometrisch: geen diffractieringen, geen seeing.

De Cheshire lezen

Verlicht het venster opzij met een zaklamp en kijk door het gaatje. Drie kenmerken tellen: de witte stip midden op de hoofdspiegel geplakt, de heldere ring (de weerspiegeling van het vlak van de Cheshire) en de zwarte stip in het midden (de weerspiegeling van het gaatje, dus van je oog).

Zit de stip niet midden in de ring, dan staat de hoofdspiegel scheef. Draai aan een knop en kijk naar de weerspiegeling: de stip, die op de spiegel zit, beweegt nauwelijks, maar de ring en de zwarte stip bewegen duidelijk. Een spiegel die over een bepaalde hoek kantelt, stuurt het licht over het dubbele van die hoek af, vandaar de gevoeligheid.

Probeer de schaduw van de vangspiegel niet te centreren in de weerspiegeling van de hoofdspiegel. Met een vangspiegel met offset, zoals in dit model, lijkt die iets uit het midden, ook als alles klopt. Ook de omtrek van de vangspiegel kan iets uit het midden lijken, meer naarmate je verder weg kijkt (Cheshire, kijkbuis).

Gecollimeerd, maar de vangspiegel staat scheef?

Soms is de collimatie goed, alle kenmerken mooi gecentreerd in de focuser, en toch lijkt de vangspiegel, rechtstreeks door de open kant van de buis bekeken, duidelijk scheef: sterk gekanteld, en onder een hoek gedraaid ten opzichte van de focuser.

Dat betekent dat de vangspiegel aanvankelijk om zijn middelste bout verdraaid stond: zijn vlak keek niet naar de focuser. De drie stelschroeven hebben die verdraaiing op de enige mogelijke manier gecompenseerd, door de spiegel sterk te kantelen. De optische as klopt, maar de vangspiegel biedt de lichtkegel niet meer zijn hele oppervlak: een deel van het licht van de rand van de hoofdspiegel kan hem missen, en het beeld verliest verlichting, vooral naar de rand van het beeldveld.

De oplossing: draai de middelste bout iets los, draai de vangspiegel om zichzelf tot hij recht naar de focuser kijkt (rond en gecentreerd in de kijkbuis), zet hem weer vast en begin de collimatie opnieuw vanaf het begin: centreren, richten, dan de hoofdspiegel.

Conventies en grenzen van de simulatie

• Knoppen van de hoofdspiegel, gezien vanaf de achterkant van de telescoop: met de klok mee gaat de knop naar binnen en duwt hij de spiegel op die plek naar de hemel. Schroefdraad M6 (1 mm per slag), drie knoppen op 120° op een cirkel met straal 0,42 × D. De spiegel rust op hun drie punten: hun vlak bepaalt zijn kanteling.
• Stelschroeven van de vangspiegel, gezien vanaf de voorkant van de buis: met de klok mee gaat de schroef naar binnen en duwt hij die kant van de houder naar de hoofdspiegel. Schroefdraad M4 (0,7 mm per slag), drie schroeven op 120° op een cirkel met straal 0,32 × korte as. De middelste bout (M5, 0,8 mm per slag) verplaatst de vangspiegel langs de buis: met de klok mee naar de open kant.
• In het beeld van de focuser ligt de open kant van de buis boven. Elke pixel is een straal vanuit het kijkgaatje, geknikt door de vangspiegel en daarna door de parabolische hoofdspiegel, in hun standen uit de 3D-weergave. De offset van de vangspiegel volgt de klassieke ontwerpformule voor een Newton.
• Drempels voor succes: vangspiegel gecentreerd tot beter dan 3 % van zijn korte as (minstens 1 mm), as van de focuser binnen 2 % van D van het midden van de hoofdspiegel (minstens 2 mm), as van de hoofdspiegel binnen de N³-tolerantie hierboven.
• Niet gesimuleerd: de haaksheid van de focuser, de zijdelingse centrering van de vangspiegel (met de spinpoten ingesteld) en zijn verdraaiing om de middelste bout, zelden nodig bij een fabrieksinstrument.