뉴턴식 망원경 제작(1) - 설계, 부품 구입

Zambuto-Antares Newtonian 8 inches

8인치 뉴턴식 망원경 제작과정을 상세히 기록하였습니다.

가공과 조립에 대한 내용은 2편을 참고하세요. [2편 바로가기]

1편 : 설계, 부품 구입하기

[ 만드는 목적 ]
GSO 8인치 RC를 쓰고 있지만 F수가 8이라서 어두운 편이다. 0.8배 리듀서를 써도 F6.4에 초점길이는 1300mm가 된다. 초점 길이는 은하 촬영용으로 좋지만, F수는 한국에서 이동 관측을 하며 사진을 찍기에는 역시 어둡다.

[ 왜 8인치로 하려고 ]
8인치급 : 중량 8kg 내외, F4에서 초점 길이 800mm 내외
10인치급 : 중량 16kg 내외, F4에서 초점 길이 1000mm 내외
12인치급 : 중량 20kg 이상, F4에서 초점길이 1220mm 내외
10인치 이상은 무게가 갑자기 커지고, 적도의도 달라져야 한다.

이동 관측을 생각하면 중량을 생각하지 않을 수 없다. 적도의 무게까지 함께 생각해야 한다. 냉각 시간도 급격하게 증가한다.  10인치부터는 이동 관측이 부담이 된다.

초점길이 1500mm 이상의 장초점은 8인치 RC를 그냥 쓰기로 하고, 빠르고 밝게 촬영할 것으로 8인치에 초점길이 1000mm 이하인 물건이 필요하다.

[원하는 스펙]

주경 : Zambuto Optics 8" F/4 Parabolic
부경 : Antares Optics, 단축 지름 3.1", 표면 정밀도 PV 에러 1/30 람다 (2021년 수정)
경통 :  카본 튜브
미러셀 : 알루미늄 머시닝, 3점 조절
포커서 : 크레이포드 타입 3인치(아니면 2인치?) (2021년 수정)
이미징 서클 : 100%광량 범위가 APSH 센서를 커버하도록
코마 코렉터(+플래트너)
  1순위 : Televue Big Paracorr II 2" (아니면 3인치?) (2021년 수정)
  2순위 : ASA 3" Wynne corrector
  3순위 : GPU 2인치
  4순위 : PH for Vixen R200SS

  순위 밖 : MPCC, TS max-field, ES-HR, ....


25 Jan 2019
잠부토 미러를 구입했다. GSO나 영국 Orion의 미러도 좋다고 알려져 있지만 따라갈 수는 없다. 이유는 더 생각할 필요가 없다. 잠부토의 품질은 별보는 사람들로부터 이미 충분히 인정받고 있으니까. 칼 잠부토 역시 연로해서 지금이 아니면 영영 구입하기 어려워질 수도 있다.
잠부토 미러는 국내에 10인치 F4 매물이 있었다. 전화 확인도 하고 장바구니에 담아 결재까지 진행하던 중, 마침 8인치 F4 매물이 나와 8인치로 구입해버렸다. 문제는 현물이 아직 없다는 것. 판매자가 물품을 판 것이 아니고 구매권을 판매했던 셈이다. 믿고 기다려보는 수 밖에. 물건을 양도할 구매자의 구입 금액은 1381달러였다고 한다. 내가 구입한 중고가는 110만원. (판매자가 이러 저러한 이유로 변심을 해서 추가 금액을 요구했고 결국은 최종가 177만원으로 구입한 셈이 되어 버렸다. 2019.12.12)


26 Jan 2019
8인치 망원경의 제작 설계를 위한 기본 계산을 해보았다. 광학 설계까지는 아니고 기계적인 부분의 크기를 정하기 위한 것.
포커서와 코렉터에 따라 유연하게 설계를 바꾸어 볼 수 있도록 계산 시트를 제작했다. 주경 포물면과 부경 평면에서 반사되는 것을 간단한 함수로 하여 광경로를 그렸다.

뉴턴식 망원경 설계용 계산 시트(MS Excel)는

이 포스트의 맨 아래에서 다운로드 할 수 있습니다. 

27 Jan 2019
뉴턴식 망원경에서 필수인 보정 렌즈(coma correcter).
보정 렌즈를 고려하자니 머릿속이 복잡해진다. 보정렌즈로 인해 초점 위치, 이미지 서클, F수 등이 달라지기 때문인데, 일반적으로 보정렌즈를 쓰면 초점 길이가 더 긴 쪽으로 옮겨진다. 보정 배율이 1보다 작은 경우엔 대부분 짧은 쪽으로 옮겨진다.
또, 비네팅을 정확히 예측하려면 각 보정 렌즈의 광학적 사양을 다 반영해야 한다. 그렇게 했을 때 센서 크기, 필터 크기, 포커서 지름, 포커서가 자리할 위치, 경통 지름까지 설계 전반을 꼼꼼히 따져볼 수 있다. 그러나 보정 렌즈 내부에서 일어나는 광경로 변화까지 계산하기에 엑셀 프로그램은 무리다. 구체적인 사양은 공개되어 있지도 않다.

28 Jan 2019
엑셀로 가능한 수준까지만 작업해 보기로 했다. 포커서의 드로튜브 위치와 연장통 길이를 조정하면 센서 위치, 보정 렌즈 위치, 초점 위치가 함께 계산되도록 시트를 수정했다.
포커서와 보정 렌즈의 세세한 사양을 일일이 입력하지 않고 몇 가지 예시 제품을 선택하면 값을 참조해서 불러오도록 시트를 수정했다.
부경 차폐 계산식 오류를 수정.

[부경 오프셋이라는 것이 있는 줄]
부경 오프셋을 계산에 넣어 손실되는 빛을 줄이도록 했다.
부경 오프셋에 대한 자세한 설명과 계산식과 부경 부착 방법은 아래 사이트를 참고.
http://www.deepskywatch.com/Articles/replace-offset-collimate-secondary.html

부경 오프셋을 적용한 경우, 추후 콜리메이션에서 유의할 점이 있다.
- 메인 튜브, 스파이더, 주경은 중심축이 같다.
- 부경은 부경 지지대와 더이상 동축에 있지 않고, 포커서 반대쪽과 경통의 안쪽(주경 쪽)으로 밀려나 있다.
- 잘 정렬된 경통은 레이저 콜리메이터에서 나온 포인트가 부경 타원의 중심으로부터 부경의 높은 쪽(경통 앞쪽)으로 벗어나 있어야 한다.
- 접안부 중심에 눈을 대고 경통 내부를 보면 '주경에 반사된 부경의 상'이 메인 튜브의 상과 동심원을 이루지 않고 실제 주경이 있는 쪽의 반대쪽(경통 앞쪽)으로 치우쳐야 한다.
https://www.catseyecollimation.com/mccluneytext.html

뉴튼식 반사 망원경 설계에서 주경 앞쪽의 튜브 길이가 초점 길이와 같아야 한다는데 아마도 시야각 밖에서 들어오는 빛의 산란을 차단하려는 의도인 것 같다. 그렇지만 최근의 망원경들은 이런 것을 지키지 않는 것 같다. https://www.handprint.com/ASTRO/ae2.html

11 Feb 2019 
계산 프로그램을 더 정교하게 만들어 보았다.

부경 위치 : 주경에서 560~590mm 사이. 부경이 가까우면 부경 바깥으로 빠지는 빛이 있어서 광량 손실이 더 발생하고, 부경을 너무 멀리 놓으면 빛 손실은 없지만 경통 밖의 광경로가 짧아져 이런 저런 기계들을 넣을 수 없다.

포커서의 조건 : 드로 튜브에 보정렌즈를 넣고 흔들림없이 고정할 수 있어야 한다. 코렉터를 수납할 수 있어야 하고 필요하면 거리 조절도 해야 한다.
F수가 짧은 만큼 포커서는 쉬프트가 없고 틸트가 작은 것이 좋겠다. 온도에 따라 자동 제어를 할 수 있는 기능을 갖추면 더 좋고.
다카하시 ε-210과 같은 헬리컬 포커서가 마음에 드는데 마땅한 제품이 없는 것 같다. 3인치급에서 헬리컬 방식의 포커서는 기성품이 없다. 3인치급 크레이포드 타입도 드물고 대부분 랙-피니언 방식이라 선뜻 내키지가 않는다.
몇몇 리스트를 적어보면,
- FLI Atlas, Optec TCF-Leo
- Starlight Feather Touch 3035(R&P), 3015(R&P)
- Moonlite 2.5"

틸트 유닛 : Gerd Neumann에서 새로나온 CTU가 좋아보인다. 두께가 17.3mm니까 광경로에 이걸 넣을 여유가 되지는 않을 것 같고, 가급적이면 틸트 유닛은 성상 문제를 해결하는 궁극적인 해법이 아니므로 고려하지 않는 쪽이 낫다.

9 Jul 2019
안타레스 옵틱스의 사경이 먼저 도착했다.
단반경 3.5인치이고 표면정밀도는 Peak-Valley 1/30 wave length. 지난 6월 주문시 가격은 400달러였다.

07 Aug 2019
장기적으로 3인치 코렉터와 포커서를 써야겠다는 생각은 든다. 비용이 문제지.
2인치가 구경이 작기 때문에 비네팅이 많이 나타나고 그래서 APS-C 크기가 판형의 한계다. 또한 코렉터를 쓰더라도 백포커스가 넉넉하지 않다.
결론 : 접안부를 2인치로 할 것인지 3인치로 할 것인지를 먼저 결정해야 함.

(1) 2인치로 할 경우 → APS-C 센서는 완전히 커버, 대각 34mm의 16200A 센서에서 90%이상 커버됨.

2" TeleVue Paracorr를 쓸 경우  : 백포커스 56mm이며 확대율 1.15배로 F4→F4.6. 광량APS-C 센서까지 비네팅 전혀 없음. 플랫 교정 범위도 그 정도까지 가능할 듯. 초점 위치를 뒤로 많이 빼주기 때문에 튜브 밖의 공간이 여유가 많음. 

2" ASA Wynne 코렉터를 쓸 경우 : 여유 공간이 72.8mm이어서 좋지만 확대율 1.175로 F수가 F4→F4.7이 됨. 교정 능력은 매우 우수하며 주변부 광량 7% 정도 감소함.

(2) 3인치로 할 경우 → 대각 50mm 센서까지 쓸 생각으로 설계. 무게와 접안부 등 모든 견고성이 높아져야 함. 튜브 밖으로 나오는 길이와 무게가 상당해짐. 큰 센서 주변부까지 모두 활용하려면 보정 능력이 매우 우수해야 함. 돈도 많이 들어감.

문제는 3인치 포커서인데 가격이 비쌈. 고려해 볼 수 있는 포터서는

  - 문라이트 3.5 CXL (크라이포드)

  - 페더터치 3인치(레크 피니언)

  - ASA OK3Z(크라이포드?)

  - 바더 하이페리온 3"(레크 피니언)

  - 에사토 3"(크라이포드 전동)

  - FLI PDF 포커서

→ 현 시점에서 카메라부터 모든 시스템을 다 바꿔야 함.. 나중으로 미루기.

3" TeleVue BIG Paracorr를 쓸 경우 : 여유 공간이 더 많고 주변부 감광이 적음.

3" Wynne 코렉터를 쓸 경우 : 주변부 감광이 더 큼.

(3) 2.5인치로 할 경우 → 대각 34mm의 16200A 센서까지 완전히 커버. 그 이상은 안됨.

2.5" TS Wynne 코렉터가 유일함. 확대율 0.97x라는 점은 장점.

여유 공간은 빠듯함. 2.5인치 문라이트 포커서를 쓸 수 있음.

24 Aug 2019

잠부토 미러 상황을 물어보니 코팅 들어갔다고 함. 머지 않아 당도할 예정.

센터 스팟 마크는 2번으로 선택했다. (그런데 1번으로 제작해서 옴)

코팅된 거울이 지그에 매달려있네.

23 Nov 2019

아무리 생각해도 8인치에서 3인치 접안부는 오버 스펙.

다카하시 엡실론-210 같은 하이엔드 제품이 있기는 하지만 거기에 맞는 대형 센서가 있기 전에는 굳이 필요가 없을 듯하다. 정말로.

그건 그렇고.... 미러는 왜 이렇게 안오냐..... 설마 잘못된 건 아니겠지...

12 Dec 2019

드디어 미러가 도착했다. 박스는 충격에 잘 견디도록 하드폼으로 포장되어 있다. 미러 앞면은 얇은 종이를 덮고 하드보드로 막은 후 뒷면과 옆면에 종이테이프로 봉해서 먼지가 들어가지 않도록 되어있었다.

칼 잠부토 사장의 서명이 들어간 보증서가 함께 왔다. 보증서의 일련 번호와 유리 뒷면에 새겨진 일련 번호도 확인.

쿼츠 미러는 원래 맑은가? 암튼 뒷면에서도 앞쪽 코팅면의 후면이 잘 보인다.

두께 20.0mm.

거울 코팅면 지름 203mm

미러 외경 204mm (종이 띠로 둘레를 탄탄히 감아서 재었더니 둘레 길이가 640.8mm였다. 확인 2019-10-06) 

부경의 지름은 3.5인치, 주경 지름은 8인치이다. 차폐율은 43.75%로 큰 편이다. 빛을 받는 면적 비율로는 19.1%가 차폐된다. 

부경을 3.1인치로 줄인다면 차폐율은 38.75%, 면적 비율로 15.0%이다.

애초에 3인치 접안부로 설계할 가능성을 염두에 두다보니 부경을 큰 것으로 했는데 굳이 그럴 필요가 있었을까 생각이 든다.

3.1인치 부경과 2인치 파라코어를 조합해도 이미지 지름 50mm를 커버할 수 있다. 중심 거리 25mm 위치에서 비네팅은 부경이 아니라 코렉터에서 발생하며 그 값은 10%가 안된다. 즉, 16803 센서 크기에서 모서리 부분의 밝기가 90%를 넘는다. 이것이 가능한 주경~부경 사이의 중심거리는 600mm이다.

03 Aug 2020

지난 달 말에 부경을 다시 주문했다. 단반경 3.1인치, 표면정밀도는 1/30 람다.

접안부 크기는 2인치로 확정.

19 Aug 2020

부경이 도착했다.

이제 파라코어2, 포커서를 차례로 구입하기로.

표면 정밀도 성적서. 주변부 5mm 트리밍 된 결과로, PV에러는 0.038람다(1/26람다).

Mar 2021

1월 1일에 이베이에서 중고로 구입한 Paracorr Type 2.

배송 과정에 우여곡절이 있었다. 배송 추적도 안되는 상황이었는데 어찌 어찌 물건을 찾았다는 연락이 왔다. 인천 세관까지 왔다가 어떤 이유로 해서 반송되었던 것이 꽤 오랫동안 현지 우체국에서 잠자고 있었다고 한다. 찾은 게 어디냐. 판매자가 배송비를 내고 특송으로 보내주었다. 3월 말 쯤의 일이었던 것 같다.

물건을 받고 나서 세부적인 규격을 다시 재어 보았다.

코렉터 후방의 연결부는 지름이 약 65mm이다. M65 나사산으로 오해하기 쉽지만 정확한 규격은 아래 설명과 같다.
Tele Vue's reference to 2.4" refers to the minimum inside diameter of their focuser. The actual thread has a nominal diameter of 2.56" and features 24 threads per inch (2.56"-24tpi).

사진기 연결은 캐논 EOS 전용 T링(품번 CWT-2070)을 쓸 수 있다.

일반적인 T2 쓰레드 연결용 T링(품번 TRG-1072)도 있고,

M48*0.75(이른바 48mm 필터 쓰레드)로 변환하는 어댑터(품번 TSTV-M48a)도 있다. 단, AFT-1105 필터 삽입용 어댑터와 혼동될 수 있다.

2인치 노즈피스를 사용할 수 있게 만든 어댑터(품번 A2A-1107)도 있다.

31 Jul 2021

경통 길이와 내경, 비네팅 계산 등을 다시 했다.

코마코렉터가 결정되었기 때문에 2인치 접안부로 확정이다. 

경통 전체 길이는 약 725mm가 될 것 같다.

아래는 최종적인 경통 설계 계산 시트.

아래는 비네팅 계산을 위한 빛다발 손실 분석 (입사각 경사 0.9도인 경우 캡쳐) 

접안부 구경 정확히 말해 코렉터 입구 구경에 의한 제약으로 발생하는 비네팅이 가장 주된 요인이 된다. 

부경은 약간 오버 사이즈다. 접안부 비네팅에 딱 맞추어 최소로 줄인다고 하면 단축 직경 2.8인치(약 71mm)까지 줄여도 된다. 

무손실 지름은 30mm이며 시야각으로 약 2도에 해당한다.

APS-C 사이즈의 센서는 완전히 커버할 수 있다.

1 Aug 2021

카본 튜브 구하기가 어렵다.

국내에서는 내가 만들려고 하는 규격으로 탄소 섬유를 말아줄 업체가 없는 것 같다. 지인께 질문해 보았으나 개인이 제작하면 가격이 매우 높아질 것이라고 한다.

중국에서 찾아보니 5~6 업체가 있는데 대부분 최소 구매 수량이 10개 또는 10미터다.

최소 구매 수량 제한을 두지 않은 업체 두 곳에 메일을 보냈는데 한 곳에서 답신이 왔다. 

배송비 포함 530달러.

관부가세까지 생각하면 상당한 가격이다.

10개를 주문하면 개당 단가 280달러에 해주겠다는데... 에휴 그럴 수 있나.

일단 지르자.

03 Aug 2021

표면 처리가 glossy(clear coat)한 스타일로는 안된다고 한다. 몰드가 있어야 하는데 튜브가 너무 크다는 것 같다. 

무광 스타일인데... 흠... 아쉽지만 받아들이고 제작을 진행해달라 했다.

무게를 예상해보니... 꽤 무겁다.

카본-에폭시 컴포짓 평균 밀도가 1.4~1.6g/cm^3라고 하니 튜브 무게만 3.9 ~ 4.46kg!

09 Aug 2021

이탈리아 업체 Telescopi Italiani s.r.l.에서도 답신이 왔다. 230mm 내경과 250mm 내경은 몰드를 갖고 있지만 내경 240mm는 곤란하다는 것이다. 두께는 3mm라고 한다. 외부 UV 코팅과 내부 무광 처리 포함해서 850유로다. 배송비, 통관 세금 별도.

15 Aug 2021

이번에는 내경 250mm의 경통 밴드를 파는 곳이 있는지 조사.

APM CNC Tubering 250 mm - Pair / 835,00 EUR incl. 19 % VAT

Orion Optics CNC Cradles 250mm dia / 개별 주문 / £250.00 excl. VAT

사이즈가 달라서 쓸 수 없는 것

스카이와쳐 밴드 236mm, 285mm

PRIMA LUCE LAB 235mm RINGS / 재고 1 / €323.77 Excl. Tax

Burgess Optical CUSTOM CNC TELESCOPE TUBE RINGS / $200

More Blue 204mm Tube Mounting Rings / £319

26 Aug 2021

카본 컴포짓 튜브가 도착했다.

굵기 : 8인치 망원경치고 경통 지름을 좀 크게 잡았더니 얼핏 봐도 살짝 굵어 보인다.

길이 : 원하는 치수로 딱 맞다.

두께 : 5mm가 두껍다고 생각하지 않는다. 두꺼울수록 견고해서 기구적으로 우수하다. 

        무게는 좀 나가겠지만 자체 하중이나 링에 의한 변형은 전혀 없을 것 같다. 

모양 : 안쪽, 바깥 면이 굴곡진 데 없고 직선과 원형 부분도 모양이 정확하다.

표면 : 바깥면이 무광 샌딩인데, 글로시에 비해 나쁘지 않다. 오히려 점잖아 보여서 좋다.

무게 : 예상 무게보다 오히려 가벼워 4.1kg이다.

21 Sep 2021 : 온도 변화에 대응하려면

본격적으로 부품들을 결속하기 위한 설계 중이다.

주경~부경 사이의 광축상 거리는 처음에 600mm로 했다가 590mm로 변경했다.

가급적이면 중량을 줄이기 위해 노력 중이다. 부경을 연결할 스파이더를 튜브에 직접 연결하고 주경 미러셀도 가급적 두께를 줄이려고 한다. 튜브 두께가 5mm면 충분하다고 믿는데, 포커서에 걸리는 하중이 튜브의 변형을 가져올지는 잘 모르겠다.

온도에 대해서도 좀 공부중이다. 몇가지 새로 안 사실을 적어본다.

* 온도와 초점 위치는 강한 상관 관계를 갖는다. 냉각 간 초점 길이가 감소한다.

* 이러한 변화의 원인은 경통 수축보다는 렌즈 수축의 영향이 더 지배적이다.

* 렌즈 수축은 실제로 복잡한 양상으로 발생한다. 

  (렌즈 셀의 금속 접촉부, 렌즈 두께, 냉각 시스템, 듀 히팅 밴드 등)

* 페츠발 설계와 같이 복잡한 시스템의 경우 단일 렌즈의 수축과 다르다.

* 8인치 미러라도 냉각을 통한 주변과의 열적 평형이 중요하다. 냉각팬 필요.

주경 셀 설계를 계속 다듬고 있는데... 

80mm 짜리 아니면 120mm 짜리 냉각팬을 설치하게 될 것 같다.

22 Sep 2021 : 부경 스파이더 주문

부경 스파이더는 다음처럼 몇가지 형태로 나오는 것 같다.

(1) 알루미늄 일체형 : 부경을 잡아주는 홀더(? 앞 셀?)와 스파이더와 튜브 림이 모두 이어진 형태다. 부품 수를 줄이고 단순한 형태라서 좋다. 알루미늄 판재를 워터젯으로 가공하거나 CNC로 깎아야한다. 다카하시 엡실론의 경우도 이런 종류지만 홀더와 스파이더를 용접하여 만들었다.

(2) 한 겹(single vane) 스파이더 : 스테인리스강판으로 두께는 0.3mm만 해도 충분하다고 한다. 경통에 직결하여 많이들 사용한다. 

(3) 두 겹(double vane) 스파이더 : 카본 플레이트를 2겹으로 나란하게 배치한 방식이다. TS옵틱스에서 나온 제품이다. 사실 카본이라고 해서 열팽창이 적은 것과는 큰 상관이 없다. 어차피 2개씩 4쌍의 스파이더에 걸리는 장력은 거의 같으므로 부경의 위치 변화는 거의 없다. 무게에서 좀 이득을 볼 수 있으려나.

앞 셀에는 림을 넣지 않고 가볍게 가려고 하므로 더블 카본 스파이더를 사용하기로 최종 결정!! 제품 기본 사양에서 15mm 더 길게 만들어달라고 하고 결제를 했다. 스파이더 양 끝의 최장 지름은 238mm가 될 것이다. 배송 포함 가격은 원래 가격과 똑같이 218.3유로.

인터넷에 나오는 제작 경험들을 살펴보니,

* 경통에 정확히 90도 간격으로 구멍을 뚫는 것, 

* 장력 밸런스를 잘 맞춰서 스파이더 회절상을 수직으로 만드는 것

위 두 가지가 중요하다. 스파이더 상이 (+)자 모양으로 나오게 할지 (x)자 모양으로 나오게 할지는 좀 더 생각해봐야겠다. (+)자 모양으로 나온다고 해도 포커서 조립 등의 작업에서 특별히 더 불편할 것은 없어보인다.

22 Sep 2021 : 정밀 조정용 나사 주문

부경 조절이 정밀하고 빠르면 좋겠다는 생각을 늘 하곤 했다. 정밀한 조정을 위해 가는 나사를 사용해 보려고 한다. 광학 실험대에서 자주 사용되곤 한다. ThorLab에서 나오는 것이 있기는 한데 인치 사이즈라 마음에 안든다. 다행히 중국에서 미터 규격으로 나오는 제품이 있어 선정했다. Obeat Optical에서 만든 제품으로 M6*0.35 규격의 가는 나사다.

12 Nov 2021

부경 스파이더가 도착했다. 오래 걸렸네.

카본 플레이트 두께는 0.6mm이고 에폭시로 접착되어 있다.

최대 길이를 238mm로 맞춰달랬는데 재어보니 235mm다. 그래도 디폴트 설계값(223mm)보다 길게 해달라는 주문이 거의 반영되었으니 만족한다.

카본 튜브 내경이 240mm니까 경통 안쪽으로 약 2.5mm의 틈새가 생긴다. 

아래 사진은 크기 확인을 위해 카본 튜브 위에 살짝 얹어본 상태.

이제 스파이더를 결합할 구멍 위치와 지름을 정할 수 있다.

부경 홀더와 부경 위치도 여기에 맞추어 설계를 더 해보아야겠다.

 

09 Jan 2022

포커서가 있어야 무언가 진행이 될 것 같다. 저지르고 생각하자.

* 페더터치 터치 포커서 : 2인치 배럴 1.5인치 드로튜브 (FTF2015)

* 높이 증가 튜브 : 2인치 배럴, 0.65인치 높이 (R20-0.65)

포커서 베이스는 사지 않았다. 틸트 조정을 할 수 있어서 좋지만, 너무 비싸고 또 마음에 안드는 점이 하나 있다. 결합 볼트 방향이 베이스 면에 대해 수직으로 내려가도록 되어있다. 음... 내가 원하는 것은 결합 볼트가 경통에 수직으로(radial) 들어갔으면 좋겠다. 그래서,기존에 보유하고 있는 타사 제품에 맞추려고 한다. 서로 다른 회사 제품이라서 크기가 딱 맞지 않겠지? 그럼 중간에 부품을 하나 제작해서 넣어야 하는데 만약 그렇게 된다면 틸트 조정을 넣고 싶다. 

11 Jan 2022

포커서 제작해서 보내는 데 4~6개월 걸린다는 답변이 왔다. 너무 하네.

13 Jun 2022

포커서가 도착했다. 역시 유격하나 없이 정밀하고 깃털처럼 부드럽다.

코마코렉터에 카메라를 연결하는 어댑터도 연결해 보았는데 음.... 코렉터 뒤쪽 렌즈 알을 잡아주는 고정링에 접촉되면서 결속이 이루어진다. 이건 쫌....

Paracorr 코마코렉터와 딱 들어맞고 흔들림도 없다. 포커서의 드로튜브 길이가 75mm인데 코마코렉터 길이도 똑같다.

포커서에 맞도록 규격도 다시 재보고 모델링도 수정했다. 

부경~주경간 거리를 기존 설계상 590mm에서 610mm로 늘였다. 이 거리를 2cm 늘이면 포커서에서 드로튜브 높이를 2cm 낮출 수 있기 때문이다.(600mm로 타협. 2022.09.22) 카본 튜브 길이가 이미 정해져 있기 때문에 주경 셀 위치를 뒤쪽으로 더 옮겨 설계를 바꾸었다. 

02 Jun 2022

○ 튜브 외경이 250mm라 너무 큰 것이 아닌가 생각이 들다가도 별로 그렇지도 않은 것 같다.

8인치 RC 카본 튜브와 비교.

○ 부경의 크기를 3.1인치로 계획했었지만 2.6인치로 줄여야할까? 비네팅에 더 큰 영향을 미치는 것이 부경이 아니라 파라코어 입구 지름이기 때문이다. 오히려 부경을 줄이면 가리는 효과가 줄어들어 광량이 늘어난다. 아래 비교 계산.

○ 부경의 위치를 고정하는 데에는 자유도가 많다. 좌우상하전후 쉬프트, 좌우상하 틸트, 회전이 일어날 수 있다. 그렇다고 각각의 자유도를 모두 조정 가능하도록 설계할 필요는 없을 것 같다.

전통적인 3점 지지방식으로 틸트에 대한 교정은 가능하다. 그렇지만 3점 지지 조정 나사의 위치가 부경의 중심에서 멀리 떨어져 있기 때문에, 나사를 조정하면 틸트와 쉬프트가 동시에 일어난다.

아래 그림에서,

[A] - 조정 나사를 0.5mm씩 줄이고 당겨 (상하 방향으로) 최대 1mm 기울어지게 하면 부경 경사각이 최대 1.5˚ 변화한다. 이것도 매우 큰 값이다. 조정 범위는 충분하다. 

M6*0.25 규격의 미세 피치 나사를 설치할 예정인데, 나사를 1개만 조절할 경우 1회전당 부경면 경사는 약 0.37˚ 씩 조절된다.

부경 홀더를 잡고 있는 가운데 볼트는 약간 기울어질 수 있도록 허용해주어야 한다. 볼트가 1.5˚ 경사질 때 볼트가 통과하고 있는 구멍의 반지름은 약 0.5mm 커진다. 1.5˚ 씩이나 기울어질 가능성은 별로 없으니 구멍 여유는 이보다 작아도 된다. 

[B] - 이때 부경의 위치가 광축을 따라 앞뒤로 옮겨지므로, 부경-주경간 거리를 일정하게 유지(포커서 중심축의 위치가 정해져 있으므로)하려면 부경 위치를 최대 1.85mm 당기거나 밀어야 한다. 이 조작(부경 위치 조절)은 광축 정렬 과정을 통해 다 해결된다.

[C] - 조정 나사를 0.5mm씩 줄이고 당겨 (좌우 방향으로) 최대 1mm 기울어지게 하면 부경의 중심이 최대 1.85mm 씩 움직인다. 부경이 넓으면 빛 다발이 부경 밖으로 벗어나지 않아서 문제되지 않는다. 그렇지만 넓은 센서를 쓸 경우, 경사각이 큰 주변부 빛다발은 부경의 좌우에서 각각 벗어나는 정도가 서로 다르므로 좌우 대칭이 깨질 수 있다.

○ 좌우상하 쉬프트는 스파이더로 조정한다. 단 조정량이 너무 많으면 스파이더가 직교하지 않으므로 간섭상이 망가진다. 정교하게 가공되어야 한다.

○ 3점 지지 방식으로 부경 홀더의 회전은 조정이 안된다. 회전을 조정하려면 별도의 회전 장치를 설계에 추가해야 한다. 회전을 막고 한 위치로 고정하려면 아래 그림처럼 지지대에 홈을 만들어야 한다. 빗면이 깎인 방향과 홈이 파진 방향이 서로 잘 맞도록 가공해야 한다. 

○ 스파이더 방향의 배치는 (+)자 모양으로 할지 (x)자 모양으로 할 지 고민된다. (+)자 모양으로 한다면 간섭상의 방향이 거의 적경-적위 방향으로 늘어서게 된다. 구멍 위치만 다를 뿐 기계적으로 별로 다르지 않다. 포커서가 있는 쪽에 스파이더 다리가 지나가니까 관리할 때 걸리적 거리려나? 그럴 일이 없기도 하고.

15 Aug 2022

○ 공업사 사장님과 상담한 결과, 주경셀과 경통 밴드는 두꺼운 판재를 와이어방전가공으로 절단할 수 있다고 한다. 찾아보니 wire electric discharging machine(wire EDM)이라고 한다. 정밀 절단이 가능하고 나머지는 밀링 가공 하면 된다고 한다. 이렇게 하면 경통밴드를 자르고 남은 원형 판재로 주경셀을 만들 수 있으니 재료 절감도 된다. 정밀 절단을 위해 CAD 파일을 작성해서 업체에 보내야 한다.

○ 주경의 위치를 잡아주는 부분도 일체형으로 가공하기로 했다. 아래 그림이 최종 설계.

○ 부경셀의 회전은 별도로 잡아주는 것이 좋을 것 같다. 지난 7월 2일자의 글에서 [A], [B]는 큰 문제가 아니다. 부경 각도 조절, 부경 이동, 포커서 틸트 등을 통해 해결이 가능하다. 

그러나 [C]와 같이 옆으로 틀어지는 문제는 교정할 때 다른 문제를 발생시킨다. 따라서 이것은 부경을 회전 시켜서 직접 교정할 수 있게 만들려고 한다. 부경 축의 회전은 아주 자유로울 필요는 없겠고 맨처음 광축을 잡을 때 한 번만 하면 되니까 세트스크루로 고정하려고 한다.

○ 포커서를 튜브에 고정하는 볼트는 튜브에 방사상 방향으로 결속하고 싶다. 볼트와 결속될 탭을 경사지게 만들려면 별도의 지그를 제작해야 한다고 한다. 지그의 한쪽 면을 작업대 바닥에 붙이면 꼭짓점 위치에서 수직으로 드릴링을 한다. 

27 Sep 2022

부경 크기를 단축 지름 2.6인치로 할 때와 3.1인치로 할 때 플랫 필드 밝기를 그려보았다. 

일러스트레이터에서 그라데이션(방사형) 투명도와 위치 값을 이용.

○ 풀프레임 카메라와 2.6인치 부경을 쓸 때 필드 밝기가 그냥 더 나아보인다. 느낌만? 

○ 3.1인치 부경을 쓸 때 지름 31mm 범위 밝기가 완전히 고르다.  APS-C 완전히 커버. 그래도 플랫은 어차피 찍어야한다. 

○ 2" Paracorr의 교정 범위도 APS-C가 적절하며 풀프레임 구석까지 교정한다고 보기 어렵다.

28 Sep 2022

포커서 설치 방향은 어떤 게 좋을까? ㅎ

다카하시, 오리온, 샵스타 등 대부분 제품이 왼쪽 그림과 같은 방향으로 조립된 사진이 많고, ASA 제품 중에 오른쪽 그림과 같이 조립된 사진이 종종 보인다. 

포커서 기능에서 차이는 없다. 뉴턴식 망원경은 자세에 따라 포커서 위치가 달라지므로 포커서 노브를 다룰 때의 편의성을 고려해야 할 테고, 또 어떤 자세가 밸런스에 유리한가도 고려해야 할 것이다.

30 Sep 2022

스프링이 도착했다. 용수철 상수와 길이가 다른 것을 여러 종류 구입했는데, 가장 무른 노란 스프링으로도 텐션이 짱짱하다. 간이 모형으로 조립해보니 크기도 적당하다.

07 Oct 2022

부품 제작을 위해 도면을 다 그리고, 시제품을 3D 프린터로 뽑아 공업사에 맡겼다.

부경 조절에 사용할 가는 피치 볼트, 거기에 맞물린 암나사 부싱도 어렵지 않게 분리되었고 부경 홀더에 반영할 수 있게 되었다. 

경통 홀더(크레이들)만 와이어방전가공(EDM)으로 하고 후가공만 공업사에서 작업하기로 했다. 주경 미러셀이 덩어리가 크고 두꺼워서 선반과 밀링으로 한다고 한다. 부품이 두꺼울수록 와이어가공비가 비싸지기 때문이다. 다음 주까지 도면 검토하고 실제작 들어가기로.

포커서 고정 볼트를 경사지게(경통면에 대해 radial 방향) 뚫으려면 지그를 제작해야 한다. 설계한 지그가 쓸모가 있을지 검토가 필요하다.

13 Oct 2022

코마코렉터와 경통 길이의 관계 대한 생각에 이틀 동안 큰 고민을 했다.

(1) Televue의 Paracorr 같은 유형의 코마코렉터는 2군 4매의 설계로, 앞쪽 군은 아크로맷 오목렌즈(negative), 뒤쪽 군은 아크로맷 볼록렌즈(positive)구성이며 전형적인 Telecentric Barlow Lens 유형이다. 이러한 형태의 코렉터는 필드플래트너의 기능을 겸하게 된다.

   [관련 링크]

   * 링크 Paracorr-like coma corrector

   * 링크 Barlow Lens

(2) Paracorr를 포함하여, 바로우 렌즈는 합성초점길이를 늘여 확대효과를 만들어주며 주경(또는 대물렌즈) 초점길이에는 변화가 없다.

8인치 f/4의 뉴턴광학계에 1.15배의 바로우 효과가 들어가면 합성초점길이는 203.2*4*1.15 = 934.72(mm) 가 된다. 하지만 이것은 최종 빛원뿔의 모양이 그만큼 뾰족해진다는 것일 뿐 광경로의 전체 길이가 이 배수만큼 늘어나는 것은 아니다. 

위 그림 속 설명에 따르면, 바로우 렌즈로 인해 증가하는 경통 길이는 딱 초점 위치가 후퇴한 길이(S-D) 만큼이다.

8인치 f/4의 뉴턴광학계에 1.15배의 확대 기능이 들어간 파라코어를 쓸 경우 광경로 길이는 203.2*4+47=859.8(mm)가 된다.

Paracorr와 관련된 몇몇 사례를 보아도 광경로의 길이는 확대 배수만큼 전체가 늘어나는 것이 아니고 초점 위치가 후퇴된 만큼만 늘어나는 것으로 그려져 있다.

* 링크 사례 그림 1

* 링크 사례 그림 2

* 링크 사례 그림 3

(3) 그렇다면 TAURUS님은 왜 경통 길이를 늘여야만 했을까?

아래 링크의 포스팅을 보면, 6인치 뉴턴 경통에서 TS-GPU 코렉터 대신 Paracorr2를 쓰기 위해 경통을 3cm 연장했다는 내용이 있다.

 * 링크  6인치 반사 개조 사례(TAURUS)

그렇게 된 근본적인 이유는 TS-GPU가 Paracorr보다 대략 그 정도 길기 때문이다. 8인치의 경우라고 해도 비슷한 상황이 될 수 있리라는 생각이 든다. 두 사례를 비교하기 위해 아래와 같이 드로잉을 해보았다. 포커서와 부경의 위치는 경통에 부착되어 수정이 불가능하므로 주경-부경 사이의 거리를 변화시켜서 초점 위치를 잡아주어야 한다. 

그런데, TS-GPU는 길이가 길기 때문에 경통 안으로 침범하지 않으려면 경통 바깥쪽 경로가 길 수밖에 없다. 주경-부경 거리가 짧아야하고 경통이 짧아도 된다. 이것은 TS-GPU의 확대율이 1.0배라서 경통이 짧은 것이 아니다. 6인치 경통이라면 8인치보다 경통 지름이 더 작으므로 밖으로 돌출된 길이가 더 길게 느껴질 수도 있겠다.

Paracorr는 자체 길이가 짧아서 경통 밖으로 나오는 경로가 작아도 되고(최대한 줄여야 비네팅이 감소된다), 결국 주경-부경 거리가 멀어지게 되어 경통이 길어진다. 이 역시, Paracorr의 확대율이 1.15배라서 경통이 길어야하는 것은 아니다. 

(4) TS-GPU에 딱 맞춰 나온 경통에다 Paracorr를 쓰게 되면 경통 길이가 모자라게 된다. 결국 경통 길이를 늘여야하는 큰 공사가 필요하다.

반대로, Paracorr에 맞춰 나온 경통에다 TS-GPU를 쓰게 되면 경통 내부로 코렉터가 침범하게 되므로 그것을 피하려면 주경의 위치를 부경에 가깝게 옮겨주어야 한다. 대신 경통 밖으로 돌출된 접안부 경로가 길어진다.

(5) 이 때문에 ONTC와 같은 뉴턴 경통은 튜브의 길이를 넉넉하게 만들고 주경 셀을 옮길 수 있도록 만들기도 했다. 그렇게 하려면 주경 셀이 튜브 안으로 완전히 들어가도록 설계를 해야만 한다. ONTC에서 주경 위치를 셋 중 하나 골라서 조립할 수 있는데,

① 안시용으로 쓸 때는 부경에서 가장 먼 위치로 선택하고(주경 쪽 경통 끝에서 115mm 위치)

② 표준 코마코렉터를 사용할 때는 중간 위치로 선택하고(주경 쪽 경통 끝에서 145mm 위치)

③ ASA리듀서나 GPU코렉터를 사용할 때는 부경에 가장 가까운 구멍을 선택한다.(주경쪽 경통 끝에서 170mm)

이것도 코렉터의 확대율 때문에 주경-부경 거리를 늘이거나 줄이는 것이 아니라, 가급적 경통 가까이에 초점이 형성되도록 하되 코렉터가 경통 내부를 침범하는 것을 피하기 위한 기구적인 조치라고 보면 된다.

  * 링크 ONTC의 사례

(6) 안시용 뉴턴 경통을 사진용으로 개조하려면 경통을 잘라야 한다. 일반적으로.

(7) TSGPU와 Paracorr 사이에서 후자가 더 끌린다. 수차 보정 능력이 동일하다면 다음과 같은 이유 때문이다. 

- 기구적인 측면 : 길이가 짧아서 경통 옆으로 돌출되는 길이가 줄기 때문에 밸런스와 수납에 유리하다. 긴 경로로 인한 접안부 틸트의 위험성도 적다.

- 광학적인 측면 : 길이가 짧아서 비네팅이 적다. 틸트에 대한 관용도가 크다. (틸트 관용도는 TSGPU도 크다고 하며, Wynne 코렉터는 틸트에 민감하다고 한다.)

(8) 이론적으로 여기까지 검토해보았고, 그래도 살짝 불안한 마음이 있다. 3D 프린터로 만들어둔 미러셀을 이용하여 초점 위치를 직접 확인해봐야겠다.

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Newtonian Design Calculation (Excel sheet)

DOWNLOAD HERE 

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설계 관련하여 공부했던 사이트,

부품 규격과 관련한 사이트들을 모았습니다.

그밖에도 기존 뉴턴식 경통들을 많이 참고하고 있습니다.

 ○ The Newtonian Telescope, Lionel Fournigault, 2013

 ○ Notes on AMATEUR TELESCOPE OPTICS, Vladimir Sacek

 ○ Televue Paracorr 2" - spot size chart 

 ○ Televue Paracorr 2" - accessories for astrophoto

 ○ Televue Paracorr 2" - physical dimension

 ○ Antares Optics