Układ katadioptryczny - Catadioptric system

Teleskop katadioptryczny Maksutowa o aperturze 150 mm

Catadioptric układ optyczny jest taki, w którym załamanie i odbicie są połączone w układ optyczny, zwykle za pomocą soczewek ( dioptryka ) i zakrzywionych zwierciadeł ( catoptrics ). Kombinacje Catadioptric są stosowane w układach ostrości, takie jak reflektory , reflektorów , wczesne latarni systemu ogniskowania, lunety optycznej , mikroskopowe i tele soczewek . Inne systemy optyczne, które wykorzystują soczewki i lustra, są również określane jako „katadioptryczne”, takie jak czujniki katadioptryczne do nadzoru .

Wczesne systemy katadioptryczne

Kombinacje katadioptryczne były stosowane w wielu wczesnych układach optycznych. XIX wieku Augustin-Jean Fresnel opracował kilka katadioptrycznych reflektorów do latarni morskich. Léon Foucault opracował mikroskop katadioptryczny w 1859 roku, aby przeciwdziałać aberracjom związanym z używaniem soczewki do obrazowania obiektów z dużą mocą. W 1876 roku francuski inżynier A. Mangin wynalazł zwierciadło Mangin , wklęsły szklany odbłyśnik ze srebrną powierzchnią na tylnej stronie szkła. Dwie powierzchnie odbłyśnika mają różne promienie, aby skorygować aberrację zwierciadła sferycznego. Światło dwukrotnie przechodzi przez szybę, dzięki czemu cały system działa jak soczewka triplet . Lustra Mangin były używane w reflektorach, gdzie wytwarzały prawie prawdziwą równoległą wiązkę. Wiele teleskopów katadioptrycznych wykorzystuje soczewki ujemne z odblaskową powłoką z tyłu, które nazywane są „zwierciadłami Mangina”, chociaż nie są one obiektywami jednoelementowymi, jak oryginalny Mangin, a niektóre są nawet starsze niż wynalazek Mangina.

Teleskopy katadioptryczne

Catadioptric rurki są rurki optyczne łączące specjalnie ukształtowanych luster i soczewek do tworzenia obrazu. Zwykle robi się to tak, aby teleskop mógł mieć ogólnie większy stopień korekcji błędów niż ich całkowicie soczewkowe lub całkowicie lustrzane odpowiedniki, z konsekwentnie szerszym polem widzenia wolnym od aberracji . Ich projekty mogą mieć proste, całkowicie sferyczne powierzchnie i mogą wykorzystywać złożoną ścieżkę optyczną, która zmniejsza masę teleskopu, ułatwiając ich produkcję. Wiele typów wykorzystuje „korektory”, soczewki lub zakrzywione zwierciadło w połączonym układzie optycznym tworzącym obraz, dzięki czemu element odblaskowy lub załamujący może korygować aberracje wytwarzane przez jego odpowiednik.

Diality katadioptryczne

Diality katadioptryczne są najwcześniejszym rodzajem teleskopu katadioptrycznego. Składają się z pojedynczego elementu amuj teleskop celem połączone z ujemnym soczewki srebra oparciem (podobny do lustra MANGIN). Pierwszym z nich był teleskop Hamiltona opatentowany przez WF Hamiltona w 1814 roku. Teleskop przyśrodkowy Schupmanna zaprojektowany przez niemieckiego optyka Ludwiga Schupmanna pod koniec XIX wieku umieścił zwierciadło katadioptryczne poza ogniskiem głównego refraktora i dodał trzecie korygujące / ogniskowanie soczewki do systemu.

Korektory o pełnej aperturze

Istnieje kilka konstrukcji teleskopów, które wykorzystują umieszczenie jednej lub więcej soczewek o pełnej średnicy (powszechnie nazywanych „ płytką korektora ”) przed sferycznym zwierciadłem głównym. Te projekty wykorzystują wszystkie powierzchnie, które są „sferycznie symetryczne” i zostały pierwotnie wynalezione jako modyfikacje systemów optycznych opartych na zwierciadłach ( teleskopów zwierciadlanych ), aby umożliwić im uzyskanie płaszczyzny obrazu względnie wolnej od komy lub astygmatyzmu, dzięki czemu mogą być używane jako kamery astrograficzne . Działają poprzez połączenie zdolności lustra sferycznego do odbijania światła z powrotem do tego samego punktu z dużą soczewką z przodu systemu (korektor), która nieznacznie zagina wpadające światło, umożliwiając lustro sferyczne odwzorowanie obiektów w nieskończoność . Niektóre z tych projektów zostały przystosowane do tworzenia zwartych, katadioptrycznych kazegrain o długiej ogniskowej .

Płytka korektora Schmidta

Schmidt korektor pierwszy pełnej średnicy korektor płytkę użyto w Bernhard Schmidt 1931 jest aparat Schmidt . Kamera Schmidta jest teleskopem fotograficznym o szerokim polu widzenia, z płytą korektora w środku krzywizny zwierciadła głównego, wytwarzającym obraz z ogniskiem wewnątrz zespołu tuby w ognisku pierwotnym, gdzie zamontowana jest zakrzywiona klisza lub detektor. Stosunkowo cienki i lekki korektor umożliwia konstruowanie kamer Schmidt w średnicach do 1,3 m. Złożony kształt korektora wymaga kilku procesów, zaczynając od płaskiego kawałka szkła optycznego, umieszczając podciśnienie z jednej strony, aby zakrzywić cały element, a następnie szlifując i polerując drugą stronę na płasko, aby uzyskać dokładny kształt wymagany do skorygowania aberracja sferyczna spowodowana przez zwierciadło główne. Projekt nadawał się do wielu wariantów Schmidta .

Popularne podtypy
Droga światła w Schmidt – Cassegrain
  • Teleskopy Schmidta – Cassegraina to jedne z najpopularniejszych komercyjnych projektów na amatorskim rynku astronomicznym , produkowane masowo od lat 60-tych XX wieku. Konstrukcja zastępuje uchwyt filmu Schmidt Camera lustrem wtórnym Cassegraina, tworząc złożoną ścieżkę optyczną o dużej ogniskowej i wąskim polu widzenia.

Powłoka korektora łąkotki

Pomysł zastąpienia skomplikowanej płytki korektora Schmidta łatwą w produkcji sferyczną soczewką meniskową o pełnej aperturze ( powłoką korektora menisku ) w celu stworzenia teleskopu szerokokątnego wpadła przynajmniej czterem projektantom optyki we wczesnych latach czterdziestych XX wieku w ogarniętej wojną Europie. w tym Albert Bouwers (1940), Dmitri Dmitrievich Maksutov (1941), K. Penning i Dennis Gabor (1941). Wojenna tajemnica uniemożliwiała tym wynalazcom poznanie swoich projektów, co doprowadziło do tego, że każdy z nich był niezależnym wynalazkiem. Albert Bouwers zbudował prototyp teleskopu łąkotkowego w sierpniu 1940 r. I opatentował go w lutym 1941 r. Używał on łąkotki sferycznie koncentrycznej i nadawał się tylko jako monochromatyczna kamera astronomiczna. W późniejszym projekcie dodał cementowany dublet, aby skorygować aberrację chromatyczną. Dmitri Maksutow zbudował prototyp podobnego typu teleskopu łąkotkowego, teleskopu Maksutowa , w październiku 1941 roku i opatentował go w listopadzie tego samego roku. Jego projekt korygował aberracje sferyczne i chromatyczne, umieszczając słaby korektor menisku o ujemnym kształcie bliżej zwierciadła głównego.

Popularne podtypy
Droga światła w teleskopie łąkotkowym (Maksutov – Cassegrain)
  • Teleskopy Maksutowa – Cassegraina to najczęściej spotykany projekt wykorzystujący korektor łąkotki, wariant teleskopu Maksutowa. Posiada posrebrzaną „plamkę” wtórną na korektorze, tworzącą teleskop o dużej ogniskowej, ale zwarty (złożona ścieżka optyczna) o wąskim polu widzenia. Ten pomysł na projekt pojawił się w notatkach Dymitra Maksutowa z 1941 roku i został pierwotnie opracowany w projektach komercyjnych przez Lawrence'a Braymera ( Questar , 1954 ) i Johna Gregory'ego ( patent z 1955 roku) . Połączenie korektora z posrebrzaną plamką wtórną sprawia, że ​​Maksutov – Cassegrains są mało wymagające w utrzymaniu i wytrzymałe, ponieważ można je uszczelnić powietrzem i ustawić w linii ( kolimacja ).

Soczewka korektor Houghton

Równania obliczeniowe korektora dubletu Houghton - konstrukcja symetryczna dla przypadku specjalnego.

Teleskop Houghton lub teleskopowe Lurie-Houghton jest wzorem, który wykorzystuje wiele dodatnich i ujemnych w związku soczewki w stosunku do całego otworu przedniej sferycznej, aby skorygować aberrację głównego lustra. W razie potrzeby oba elementy korektora mogą być wykonane z tego samego rodzaju szkła, ponieważ aberracja chromatyczna korektora Houghton jest minimalna.

Korektor jest grubszy niż przedni korektor Schmidta-Cassegraina, ale znacznie cieńszy niż korektor łąkotki Maksutowa. Wszystkie powierzchnie soczewek i lustra są sferoidalne, co znacznie ułatwia amatorską konstrukcję.

Korektory subapertury

Droga światła w teleskopie Argunowa Cassegraina

W konstrukcjach korektora z subaperturą elementy korektora są zwykle w centrum znacznie większego obiektywu. Elementami tymi mogą być zarówno soczewki, jak i lustra, ale ponieważ w grę wchodzi wiele powierzchni, uzyskanie dobrej korekcji aberracji w tych systemach może być bardzo złożone. Przykłady sub aperturze teleskopów korektor catadioptric obejmują teleskopu Argunov-Cassegraina The teleskopu Klevtsov-Cassegraina i niższym niż otwór korektor Maksutovs, których stosowanie jako „ zwierciadła wtórnego ” grupa optyczna składa się z elementów optycznych, a czasem lusterek w celu korygowania aberracji jak również teleskopy Newtona Jonesa-Birda, które wykorzystują sferyczne zwierciadło główne w połączeniu z małą soczewką korektora zamontowaną blisko ogniska.

Fotograficzne soczewki katadioptryczne

Przykład obiektywu katadioptrycznego wykorzystującego „ lusterka manginowe ” z tylną powierzchnią (Minolta RF Rokkor-X 250mm f / 5.6)

Różne typy układów catadioptric stosuje się również aparatem znanych alternatywnie catadioptric soczewek ( koty ), odruchowych szkła lub szkieł lustrzanych . Obiektywy te wykorzystują pewną formę konstrukcji cassegrain, która znacznie zmniejsza fizyczną długość zespołu optycznego, częściowo poprzez złożenie ścieżki optycznej, ale głównie poprzez efekt teleobiektywu wypukłego zwierciadła wtórnego, które wielokrotnie zwielokrotnia ogniskową (do 4 do 5 razy). Tworzy to obiektywy o ogniskowych od 250 mm do i powyżej 1000 mm, które są znacznie krótsze i kompaktowe niż ich odpowiedniki z długim ogniskiem lub teleobiektywem. Co więcej, aberracja chromatyczna , główny problem w przypadku długich soczewek refrakcyjnych oraz aberracja pozaosiowa , główny problem z teleskopami refleksyjnymi, jest prawie całkowicie eliminowana przez system katadioptryczny, dzięki czemu obraz, który tworzą, jest odpowiedni do wypełnienia dużej płaszczyzny ogniskowej aparatu. .

Przykład `` rozmycia tęczówki '' lub bokeh wytwarzanego przez obiektyw katadioptryczny, za światłem zogniskowanym.

Soczewki katadioptryczne mają jednak kilka wad. Fakt, że mają centralną przeszkodę, oznacza, że ​​nie mogą używać regulowanej przysłony do kontrolowania przepuszczalności światła. Oznacza to, że wartość liczby F obiektywu jest ustalona w stosunku do całkowitego zaprojektowanego współczynnika ogniskowej układu optycznego (średnica zwierciadła głównego podzielona na ogniskową). Brak możliwości przymknięcia soczewki powoduje, że soczewka katadioptryczna ma małą głębię ostrości. Ekspozycja jest zwykle regulowana przez umieszczenie filtrów o neutralnej gęstości z przodu lub z tyłu obiektywu. Ich funkcja przenoszenia modulacji wykazuje niski kontrast przy niskich częstotliwościach przestrzennych . Wreszcie, ich najistotniejszą cechą jest pierścieniowy kształt nieostrych obszarów obrazu, dający „rozmycie tęczówki” lub bokeh w kształcie pierścienia , spowodowane kształtem źrenicy wejściowej .

Kilka firm produkowało soczewki katadioptryczne w drugiej połowie XX wieku. Nikon (pod nazwami Mirror- Nikkor, a później Reflex- Nikkor ) i Canon oferowały kilka konstrukcji, takich jak 500 mm 1: 8 i 1000 mm 1:11. Mniejsze firmy, takie jak Tamron , Samyang , Vivitar i Opteka, również oferowały kilka wersji, przy czym trzy ostatnie z tych marek nadal aktywnie produkują szereg obiektywów katadioptrycznych do stosowania w nowoczesnych aparatach systemowych. Sony (dawniej Minolta) zaoferowało obiektyw katadioptryczny 500 mm do swoich aparatów z serii Alpha. Obiektyw Sony wyróżniał się tym, że był jedynym obiektywem refleksyjnym wyprodukowanym przez dużą markę z funkcją automatycznego ustawiania ostrości (poza identycznym obiektywem wyprodukowanym przez Minoltę, który poprzedziła produkcję Sony).

Galeria soczewek katadioptrycznych

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne