Менискус телескоп Уикипедия

Оптичните системи с огледални лещииликатадиоптричните системиса вид оптични системи, съдържащи както сферични огледала (катоптрики), така и лещи като оптични елементи. Системите с огледални лещи са намерили приложение в прожектори, фарове, ранни фарове, микроскопи и телескопи, както и телефото и ултра-бързи лещи.

Катадиоптричните системи получиха основно развитие в телескопите, тъй като позволяват използването на сферична огледална повърхност, която е много по-технологично напреднала от другите извити повърхности. Това прави възможно създаването на относително евтини телескопи с големи диаметри. Коригиращи лещи с относително малък диаметър могат да се използват в отразяващи телескопи за увеличаване на полезното зрително поле, но те не се класифицират като телескопи с огледални лещи. Телескопите с огледална леща обикновено се наричат тези, в които елементите на лещата са сравними по размер с основното огледало и са предназначени да коригират изображението (то се изгражда от основното огледало).

Съдържание

Основни оптични системи на катадиоптрични телескопи

Според законите на оптиката грапавостта на повърхността на огледалото трябва да бъде не по-лоша от λ/8, където λ е дължината на вълната (видимата светлина е 550 nm), а отклонението на формата на повърхността от изчислената трябва да бъде в диапазона от 0,02 µm до 1 µm [1] . По този начин основната трудност при производството на огледало е необходимостта от много точно наблюдение на кривината на повърхността. Технологично е много по-лесно да се направи сферично огледало, отколкото параболични и хиперболични огледала, които се използват в рефлекторни телескопи. Но самото сферично огледало има много големи сферични аберации и е неизползваемо. Описано по-долутелескопните системи са опити за аберация на сферично огледало чрез добавяне на стъклена леща със специална кривина (коректор) към оптичната система.

Първи системи от катадиоптрични телескопи

Първите видове катадиоптрични телескопи включват системи, състоящи се от обектив с една леща и огледало на Мангин. Първият телескоп от този тип е патентован от W. F. Hamilton през 1814 г. В края на 19 век немският оптик Лудвиг Шупман поставя катадиоптрично огледало зад фокуса на обектива на лещата и добавя към системата трети елемент, коректор на лещата. Тези телескопи обаче не добиха популярност, като бяха изтласкани от ахроматичните рефрактори и рефлектори. Любопитно е да се отбележи, че в края на 20 век някои оптици отново проявиха интерес към тези схеми: например през 1999 г. британският любител на астрономията и телескопостроенето Джон Уол патентова оптичната схема на телескопа Zerochromat. [2]

Система на Шмид

През 1930 г. естонско-шведският оптик Бернхард Шмид, служител на Хамбургската обсерватория, инсталира диафрагма в центъра на кривината на сферично огледало, незабавно елиминирайки както комата, така и астигматизма. За да елиминира сферичната аберация, той постави специално оформена леща в диафрагмата, която е повърхност от 4-ти ред. Резултатът е фотографска камера с единствената аберация, кривина на полето и невероятни качества: колкото по-голям е отворът на камерата, толкова по-добри изображения дава и толкова по-голямо е зрителното поле.

През 1946 г. Джеймс Бейкър инсталира изпъкнало вторично огледало в камерата на Шмит и получава плоско поле. Малко по-късно тази система е модифицирана и се превръща в една от най-модерните системи:Шмид - Касегрен, която на поле с диаметър 2 градусадава качеството на дифракцията на изображението. Алуминизираната централна част на обратната страна на коректора обикновено се използва като вторично огледало.

Телескопът Schmidt се използва много активно в астрометрията за създаване на проучвания на небето. Основното му предимство е много голямо зрително поле, до 6 °. Фокалната повърхност е сфера, така че астрометристите обикновено не коригират кривината на полето, а вместо това използват извити фотографски плаки.

Системата на Максутов

През 1941 г. Д. Д. Максутов установи, че сферичната аберация на сферично огледало може да бъде компенсирана от менискус с голяма кривина. След като намери добро разстояние между менискуса и огледалото, Максутов успя да се отърве от кома и астигматизъм. Кривината на полето, както при камерата на Шмид, може да бъде елиминирана чрез инсталиране на плоско-изпъкнала леща близо до фокалната равнина - така наречената леща на Пиаци-Смит.

След като алуминизира централната част на менискуса, Максутов получава аналози на менискуса на телескопите Cassegrain и Gregory. Предложени са аналози на менискуса на почти всички телескопи, представляващи интерес за астрономите. По-специално, в съвременната любителска астрономия често се използват телескопиМаксутов-Касегрени в по-малка степен Максутов-Нютон и Максутов-Грегори.

Трябва да се отбележи, че има два основни типа телескопи Maksutov-Cassegrain, разликата между които е във вида на вторичното огледало. В един случай вторичното огледало, както бе споменато по-горе, е алуминизиран кръг върху вътрешната повърхност на менискуса. Това опростява и намалява разходите за строителство. Но тъй като радиусите на кривината на външната и вътрешната повърхност на менискуса са еднакви, за да се елиминира сферичната аберация до приемливи стойности, е необходимо да се увеличи фокусното съотношение на системата. Ето защоПо-голямата част от комерсиално произведените малки телескопи от любителски клас са дългофокусни и имат фокусно съотношение от порядъка на 1/12-1/15.

Телескопите от този тип се споменават в английските източници като Грегъри-Максутов или Спот-Максутов, тъй като патентът за такава схема (и вида на вторичното огледало) е издаден на американския оптик и инженер Джон Грегъри (John F. Gregory, 1927-2009). Първият комерсиален любителски телескоп от този тип е Questar, изстрелян през 1954 г.

За създаване на по-мощни системи и телескопи от висок клас се използва отделно вторично огледало, прикрепено към менискуса. Наличието на отделно огледало позволява да му се даде необходимата геометрична форма, без да се променя дизайнът на менискуса. В английски източници тази версия на телескопа Максутов се нарича Maksutov–Sigler или Maksutov–Rutten.

Телеобективи с огледални лещи

Катадиоптричната система е намерила приложение и при проектирането на фотографски и филмови телеобективи. Благодарение на дизайна на огледалната леща, дължината на рамката е значително намалена, така че обективите с фокусно разстояние от 1000 mm или повече са много по-компактни и по-леки от конвенционалните телеобективи [3] . В някои случаи намаляването на броя на лещите може да намали хроматичната аберация.

Рефлексните лещи обикновено нямат регулируема бленда и имат фиксирана бленда, варираща отf/5.6 доf/11. Затова можете да снимате с тях само при добро осветление или върху фотографски материали с висока светлочувствителност. Някои специални рефлексни лещи също могат да имат много висока бленда (по-малко от 1).

характерна особеностизображенията, произведени от рефлексен обектив, са формата на кръг от разсейване от източници на ярка светлина, които се показват извън фокус. Такива източници са изобразени като пръстени, съответстващи на формата на входната зеница на лещата. В някои случаи този тип размазване създава вид изразителен оптичен модел.

Честотно-контрастната характеристика на рефлексните лещи е доста ниска. Този тип лещи придоби известна популярност в началото на 1970 г. поради своята относителна компактност и ниска цена. Но ниската бленда и мекият оптичен дизайн принудиха телефото обективите с дизайн на двукомпонентни лещи да отстъпят.

В домашните фото-кино обективи се използва главно системата Максутов [4]. Пример са лещите от серията MTO и ZM.

Основни предимства и недостатъци на катадиоптричните системи

Катадиоптричните системи са синтез на огледални и лещи. Те имат много предимства, но са наследили и някои недостатъци.

Ползи

Основното предимство е лекотата на производство на сферично огледало. Коректорът предпазва системата от сферична аберация, "трансформирайки" я в аберация на полевата кривина.
Алуминизираната централна част на задната страна на коректора често (макар и не винаги) се използва като второстепенно огледало. Вторичното огледало - алуминизираната част на коректора или отделна - е здраво фиксирано в рамката, докато в почти всички рефлектори вторичното огледало се държи от три или четири стрии, което може да доведе до несъответствие и да развали дифракционната картина. Катадиоптричната система до голяма степен е лишена от тези недостатъци.
Тръбата на телескопа е затворена, за да се предотврати замърсяваневътрешни оптични елементи и намалява образуването на въздушни течения вътре в телескопа.
Телескопните тръби от този тип са най-компактни в сравнение с други видове телескопи (с равен диаметър и фокусно разстояние).

Недостатъци

Сложността на производството на коректор с голям размер. Диаметърът на най-големите инструменти не надвишава 2 метра.
Голям фокус.
Системата съдържа оптични елементи, изработени от стъкло, така че хроматичната аберация и кома се появяват в края на зрителното поле. Стъклото на коректора поглъща част от светлината, като донякъде намалява пропускливостта на светлината на инструмента.
Проблемът с кривината на полето беше решен чрез използване на специален държач, в който плоска фотографска плака беше огъната до желаната кривина. Трудно и скъпо е да се произведе CCD матрица с желаната кривина.
Фокусът е твърдо свързан с дължината на тръбата (разстоянието от огледалото до коректора е половината от фокуса). Относителният отвор също е ограничен от остатъчни аберации.
Дълго време на термична стабилизация на оптиката преди началото на наблюденията.

Системите с огледални лещи са създадени в търсене на компромис. Използването им е ограничено. Техният малък размер и фокус не позволяват да се използват за астрофизични цели, но телескопите са широко използвани сред астрометристите.