Okular - Eyepiece

Zbiór różnych typów okularów.

Okularów lub soczewki oczne , jest typu obiektywu, który jest przyłączony do różnych urządzeniach optycznych, takich jak teleskopów i mikroskop . Jest tak nazwany, ponieważ zwykle to soczewka znajduje się najbliżej oka, gdy ktoś patrzy przez urządzenie. Celem obiektyw lub lustro zbiera światło i przynosi go skupić tworzenia obrazu. Okular umieszcza się w pobliżu ogniska obiektywu, aby powiększyć ten obraz. Wielkość powiększenia zależy od ogniskowej okularu.

Okular składa się z kilku „ soczewek ” w obudowie, z „lufą” na jednym końcu. Korpus jest ukształtowany tak, aby zmieścił się w specjalnym otworze instrumentu, do którego jest mocowany. Obraz można wyostrzyć przesuwając okular bliżej i dalej od obiektywu. Większość instrumentów posiada mechanizm ogniskowania umożliwiający ruch trzonu, w którym zamontowany jest okular, bez konieczności bezpośredniej manipulacji okularem.

Okulary lornetek są zwykle osadzone w lornetce na stałe, co powoduje, że mają z góry określone powiększenie i pole widzenia. Jednak w przypadku teleskopów i mikroskopów okulary są zwykle wymienne. Zmieniając okular, użytkownik może dostosować to, co jest oglądane. Na przykład okulary będą często wymieniane, aby zwiększyć lub zmniejszyć powiększenie teleskopu. Okulary oferują również różne pola widzenia i różne stopnie odstępu źrenicy dla osoby, która przez nie patrzy.

Właściwości okularu

Okular Kellnera 25 mm

Kilka właściwości okularu może zainteresować użytkownika przyrządu optycznego podczas porównywania okularów i podejmowania decyzji, który okular odpowiada jego potrzebom.

Projektowana odległość od źrenicy wejściowej

Okulary to układy optyczne, w których źrenica wejściowa znajduje się niezmiennie poza układem. Muszą być zaprojektowane tak, aby zapewnić optymalną wydajność na określonej odległości od tej źrenicy wejściowej (tj. z minimalnymi aberracjami dla tej odległości). W astronomicznym teleskopie refrakcyjnym źrenica wejściowa jest identyczna z obiektywem . Może to być kilka stóp od okularu; podczas gdy w okularze mikroskopu źrenica wejściowa znajduje się blisko tylnej płaszczyzny ogniskowej obiektywu, zaledwie cale od okularu. Okulary mikroskopowe mogą być korygowane inaczej niż okulary teleskopowe; jednak większość z nich nadaje się również do użycia teleskopu.

Elementy i grupy

Elementami są pojedyncze soczewki, które mogą występować jako soczewki proste lub „singlety” oraz dublety cementowane lub (rzadko) tryplety . Kiedy soczewki są cementowane razem parami lub potrójnymi, połączone elementy nazywane są grupami (soczewek).

Pierwsze okulary miały tylko jedną soczewkę, która dawała bardzo zniekształcony obraz. Projekty dwu- i trzyelementowe zostały wynalezione wkrótce potem i szybko stały się standardem ze względu na lepszą jakość obrazu. Obecnie inżynierowie wspomagani komputerowym oprogramowaniem do rysowania zaprojektowali okulary z siedmioma lub ośmioma elementami, które zapewniają wyjątkowo duże, ostre obrazy.

Wewnętrzne odbicie i rozproszenie

Odbicia wewnętrzne, czasami nazywane „rozproszeniem”, powodują rozproszenie światła przechodzącego przez okular i zmniejszenie kontrastu obrazu rzucanego przez okular. Kiedy efekt jest szczególnie zły, widoczne są „obrazy duchów”, zwane „duchami”. Przez wiele lat, aby uniknąć tego problemu, preferowano proste konstrukcje okularów z minimalną liczbą wewnętrznych granic powietrze-szkło.

Jednym z rozwiązań rozpraszania jest zastosowanie cienkowarstwowych powłok na powierzchni elementu. Te cienkie powłoki mają głębokość tylko jednej lub dwóch długości fali i działają w celu zmniejszenia odbić i rozpraszania poprzez zmianę załamania światła przechodzącego przez element. Niektóre powłoki mogą również pochłaniać światło, które nie przechodzi przez soczewkę w procesie zwanym całkowitym odbiciem wewnętrznym, w którym światło padające na film jest pod płytkim kątem.

Aberracja chromatyczna

Porównanie idealnego obrazu pierścienia (1) z aberracją chromatyczną tylko osiową (2) i poprzeczną (3)

Boczna lub poprzeczna aberracja chromatyczna jest spowodowana tym, że załamanie na powierzchni szkła jest różne dla światła o różnych długościach fal. Światło niebieskie widziane przez soczewkę okularu nie skupia się w tym samym punkcie, ale wzdłuż tej samej osi, co światło czerwone. Efekt może stworzyć pierścień o fałszywych kolorach wokół punktowych źródeł światła i spowodować ogólne rozmycie obrazu.

Jednym z rozwiązań jest zmniejszenie aberracji poprzez zastosowanie wielu elementów z różnych rodzajów szkła. Achromaty to grupy soczewek, które sprowadzają dwie różne długości fal światła do tego samego ogniska i wykazują znacznie zmniejszoną liczbę fałszywych kolorów. Szkło o niskiej dyspersji może być również stosowane w celu zmniejszenia aberracji chromatycznej.

Podłużna aberracja chromatyczna jest wyraźnym efektem obiektywów teleskopów optycznych , ponieważ ogniskowe są bardzo długie. Mikroskopy, których ogniskowe są na ogół krótsze, nie mają tego wpływu.

Długość ogniskowa

Ogniskowa okularu jest odległością od płaszczyzny głównej okularu gdzie równoległe promienie światła zbiegają się w jednym punkcie. Podczas użytkowania, ogniskowa okularu w połączeniu z ogniskową lunety lub obiektywu mikroskopu, do którego jest przymocowany, określa powiększenie. W odniesieniu do samego okularu jest zwykle wyrażany w milimetrach . Jednak podczas wymiany zestawu okularów w jednym instrumencie niektórzy użytkownicy wolą odnosić się do identyfikacji każdego okularu na podstawie uzyskanego powiększenia.

W przypadku teleskopu powiększenie kątowe MA uzyskane przez połączenie konkretnego okularu i obiektywu można obliczyć za pomocą następującego wzoru:

gdzie:

  • jest ogniskowa obiektywu,
  • to ogniskowa okularu.

Powiększenie zwiększa się więc, gdy ogniskowa okularu jest krótsza lub ogniskowa obiektywu jest dłuższa. Na przykład okular 25 mm w teleskopie o ogniskowej 1200 mm powiększałby obiekty 48 razy. Okular 4 mm w tym samym teleskopie powiększyłby się 300 razy.

Astronomowie amatorzy mają tendencję do określania okularów teleskopowych po ich ogniskowej w milimetrach. Zwykle wahają się one od około 3 mm do 50 mm. Niektórzy astronomowie wolą jednak określać wynikową moc powiększenia niż ogniskową. Często wygodniejsze jest wyrażanie powiększenia w raportach z obserwacji, ponieważ daje to bardziej bezpośrednie wrażenie tego, jaki widok rzeczywiście zobaczył obserwator. Jednak ze względu na zależność od właściwości konkretnego używanego teleskopu, sama moc powiększenia nie ma znaczenia dla opisu okularu teleskopu.

W przypadku mikroskopu złożonego odpowiedni wzór to

gdzie

  • to odległość najbliższego wyraźnego widzenia (zwykle 250 mm)
  • to odległość między tylną płaszczyzną ogniskowania obiektywu a tylną płaszczyzną ogniskowania okularu (zwana długością tubusu), typowo 160 mm dla nowoczesnego instrumentu.
  • jest ogniskową obiektywu i jest ogniskową okularu.

Zgodnie z konwencją, okulary mikroskopowe są zwykle określane na podstawie mocy, a nie ogniskowej. Moc okularu mikroskopu i moc obiektywu są określone przez

a więc z wyrażenia podanego wcześniej dla powiększenia kątowego mikroskopu złożonego

Całkowite powiększenie kątowe obrazu mikroskopowego jest następnie obliczane po prostu przez pomnożenie mocy okularu przez moc obiektywu. Na przykład okular 10× z obiektywem 40× powiększy obraz 400 razy.

Ta definicja mocy obiektywu opiera się na arbitralnej decyzji o podzieleniu powiększenia kątowego instrumentu na oddzielne czynniki dla okularu i obiektywu. Historycznie, Abbe inaczej opisywał okulary mikroskopowe, w kategoriach powiększenia kątowego okularu i „początkowego powiększenia” obiektywu. Chociaż jest to wygodne dla projektanta optycznego, okazało się to mniej wygodne z punktu widzenia praktycznej mikroskopii i dlatego zostało później porzucone.

Ogólnie przyjęta odległość wizualna najbliższego ogniskowania wynosi 250 mm, a moc okularu jest zwykle określana przy założeniu tej wartości. Popularne moce okularów to 8×, 10×, 15× i 20×. W razie potrzeby można określić ogniskową okularu (w mm), dzieląc 250 mm przez moc okularu.

Nowoczesne instrumenty często używają obiektywów skorygowanych optycznie dla nieskończonej długości tubusu, a nie 160 mm, a te wymagają dodatkowej soczewki korekcyjnej w tubusie.

Położenie płaszczyzny ogniskowej

W niektórych typach okularów, takich jak okulary Ramsdena (opisane bardziej szczegółowo poniżej), okular zachowuje się jak lupa, a jego płaszczyzna ogniskowania znajduje się na zewnątrz okularu przed soczewką polową . Płaszczyzna ta jest zatem dostępna jako miejsce na siatkę lub krzyżyki mikrometryczne. W okularze Huygena płaszczyzna ogniskowania znajduje się pomiędzy okiem a soczewkami polowymi, wewnątrz okularu i dlatego jest niedostępna.

Pole widzenia

Symulacja widoków przez teleskop przy użyciu różnych okularów. Obraz centralny wykorzystuje okular o tej samej ogniskowej co ten po lewej, ale ma szersze widoczne pole widzenia, co daje większy obraz pokazujący większy obszar. Obraz po prawej ma takie samo widoczne pole widzenia jak okular centralny, ale ma krótszą ogniskową, co daje takie samo prawdziwe pole widzenia jak obraz po lewej, ale przy większym powiększeniu.
Plössl, okular o dużym polu pozornym

Pole widzenia, często określane skrótem FOV, opisuje obszar celu (mierzony jako kąt od miejsca obserwacji), który można zobaczyć patrząc przez okular. Pole widzenia widziane przez okular zmienia się w zależności od powiększenia uzyskanego po podłączeniu do konkretnego teleskopu lub mikroskopu, a także od właściwości samego okularu. Okulary różnią się ogranicznikiem pola , który jest najwęższym otworem, przez który światło wpadające do okularu musi przejść, aby dotrzeć do soczewki polowej okularu.

Ze względu na wpływ tych zmiennych termin „pole widzenia” prawie zawsze odnosi się do jednego z dwóch znaczeń:

Rzeczywiste pole widzenia
Rozmiar kątowy ilości nieba, które można zobaczyć przez okular, gdy jest używany z określonym teleskopem, dający określone powiększenie. Zwykle waha się od 0,1 do 2 stopni.
Pozorne pole widzenia
Jest to miara wielkości kątowej obrazu oglądanego przez okular. Innymi słowy, jest to wielkość obrazu (w odróżnieniu od powiększenia). Jest to wartość stała dla dowolnego okularu o stałej ogniskowej i może być użyta do obliczenia rzeczywistego pola widzenia, gdy okular jest używany z danym teleskopem. Zakres pomiaru od 30 do 110 stopni .

Użytkownicy okularu często chcą obliczyć rzeczywiste pole widzenia, ponieważ wskazuje ono, jaka część nieba będzie widoczna, gdy okular jest używany z ich teleskopem. Najwygodniejszy sposób obliczenia rzeczywistego pola widzenia zależy od tego, czy znane jest pozorne pole widzenia.

Jeżeli znane jest pozorne pole widzenia, rzeczywiste pole widzenia można obliczyć z następującego przybliżonego wzoru:

lub

gdzie:

  • to rzeczywiste pole widzenia, obliczone w jednostce miary kątowej, w której podano.
  • to pozorne pole widzenia.
  • to powiększenie.
  • to ogniskowa teleskopu.
  • to ogniskowa okularu wyrażona w tych samych jednostkach miary co .

Ogniskowej w celu teleskopowego jest średnicą obiektywnych krotności stosunku ogniskowej . Reprezentuje odległość, przy której lustro lub soczewka obiektywu spowoduje zbieżność światła w jednym punkcie.

Wzór ma dokładność 4% lub lepszą do 40° widocznego pola widzenia i ma błąd 10% dla 60°.

Jeśli pozorne pole widzenia jest nieznane, rzeczywiste pole widzenia można w przybliżeniu znaleźć za pomocą:

gdzie:

  • to rzeczywiste pole widzenia liczone w stopniach .
  • to średnica ogranicznika pola okularu w mm.
  • to ogniskowa teleskopu w mm.

Druga formuła jest w rzeczywistości bardziej dokładna, ale większość producentów zwykle nie podaje rozmiaru ogranicznika pola. Pierwsza formuła nie będzie dokładna, jeśli pole nie jest płaskie lub jest wyższe niż 60°, co jest typowe dla większości konstrukcji okularów ultraszerokokątnych.

Powyższe wzory są przybliżeniami. Norma ISO 14132-1:2002 określa sposób obliczania dokładnego pozornego kąta widzenia (AAOV) z rzeczywistego kąta widzenia (AOV).

Jeśli przed okularem zostanie zastosowana soczewka diagonalna lub soczewka Barlowa, pole widzenia okularu może być nieznacznie ograniczone. Dzieje się tak, gdy poprzedzająca soczewka ma węższy ogranicznik pola niż okular, powodując, że przeszkoda z przodu działa jak mniejszy ogranicznik pola przed okularem. Dokładna zależność jest podana przez

Wzór ten wskazuje również, że w przypadku konstrukcji okularu o danym pozornym polu widzenia, średnica tubusu będzie określać maksymalną możliwą ogniskową dla tego okularu, ponieważ żaden ogranicznik pola nie może być większy niż sam tubus. Na przykład, Plössl z widocznym polem widzenia 45° w 1,25-calowym korpusie dawałby maksymalną ogniskową 35 mm. Wszystko, co jest dłuższe, wymaga większej lufy lub widok jest ograniczony krawędzią, co skutecznie powoduje, że pole widzenia jest mniejsze niż 45°.

Średnica lufy

Okulary do teleskopów i mikroskopów są zwykle wymieniane w celu zwiększenia lub zmniejszenia powiększenia oraz umożliwienia użytkownikowi wyboru typu o określonych właściwościach użytkowych. Aby to umożliwić, okulary są dostarczane w znormalizowanych „średnicach lufy”.

Okulary teleskopowe

Przykłady (od lewej do prawej) okularów 2" (51 mm), 1,25" (32 mm) i 0,965" (24,5 mm).

Istnieje sześć standardowych średnic lufy dla teleskopów. Rozmiary lufy (zwykle wyrażone w calach ) to:

  • 0,965 cala (24,5 mm) — jest to najmniejsza standardowa średnica lufy i zwykle można ją znaleźć w teleskopach w sklepach z zabawkami i centrach handlowych . Wiele z tych okularów, które są dostarczane z takimi teleskopami, jest plastikowych, a niektóre mają nawet plastikowe soczewki. Wysokiej klasy okulary teleskopowe o tym rozmiarze tubusu nie są już produkowane, ale nadal można kupić modele Kellnera.
  • 1,25 cala (31,75 mm) – To najpopularniejsza średnica tubusu okularu teleskopowego. Praktyczna górna granica ogniskowych dla okularów z tubusami 1,25" wynosi około 32 mm. Przy dłuższych ogniskowych same krawędzie tubusu wnikają w pole widzenia ograniczając jego wielkość. Przy ogniskowych dłuższych niż 32 mm dostępne pole widzenia spada poniżej 50°, co większość amatorów uważa za minimalną dopuszczalną szerokość.Te rozmiary lufy są gwintowane, aby pomieścić filtry 30 mm .
  • 2 cale (50,8 mm) – Większy rozmiar tubusu w okularach 2" pomaga złagodzić ograniczenie ogniskowych. Górna granica ogniskowej w okularach 2" wynosi około 55 mm. Kompromis polega na tym, że te okulary są zwykle droższe, nie pasują do niektórych teleskopów i mogą być wystarczająco ciężkie, aby przechylić teleskop. Te rozmiary beczek są gwintowane, aby pomieścić filtry 48 mm (lub rzadko 49 mm).
  • 2,7 cala (68,58 mm) – okulary 2,7" są produkowane przez kilku producentów. Pozwalają na nieco większe pola widzenia. Wiele wysokiej klasy wyciągów okularowych akceptuje teraz te okulary.
  • 3 cale (76,2 mm) – Jeszcze większy rozmiar tubusu w okularach 3" pozwala na uzyskanie ekstremalnych ogniskowych i ponad 120° pola widzenia. Wadą jest to, że te okulary są dość rzadkie, ekstremalnie drogie, ważą do 5 funtów , i że tylko kilka teleskopów ma wyciągi okularowe wystarczająco duże, aby je zaakceptować. Ich ogromna waga powoduje problemy z wyważeniem w przypadku Schmidta-Cassegrainsa poniżej 10 cali, refraktorów poniżej 5 cali i reflektorów poniżej 16 cali. Ponadto ze względu na duże przesłony pola, bez większe zwierciadła wtórne, większość reflektorów i Schmidta-Cassegrainsa będzie miała silne winietowanie z tymi okularami. Wytwórcy tych okularów to Explore Scientific i Siebert Optics. Teleskopy, które mogą przyjąć te okulary, są produkowane przez teleskopy i lornetki Explore Scientific i Orion.
  • 4 cale (102 mm) – Te okulary są rzadkie i powszechnie używane tylko w obserwatoriach. Produkuje je bardzo niewielu producentów, a popyt na nie jest niski.

Okulary mikroskopowe

Okulary do mikroskopów mają średnice tubusów mierzone w milimetrach np. 23,2 mm i 30 mm.

Ulga dla oka

Ulga w oku.
1 obraz rzeczywisty 2 - polowej 3 - Eye relief 4 - Źrenica wyjściowa

Oko należy trzymać w pewnej odległości za soczewką okularu, aby prawidłowo widzieć przez nią obrazy. Ta odległość nazywana jest odciążeniem źrenicy. Większy odstęp źrenicy oznacza, że ​​optymalna pozycja znajduje się dalej od okularu, co ułatwia oglądanie obrazu. Jeśli jednak odstęp źrenicy jest zbyt duży, trzymanie oka w prawidłowej pozycji przez dłuższy czas może być niewygodne, z tego powodu niektóre okulary z długim odstępem źrenicy mają za soczewką miseczki, które pomagają obserwatorowi w utrzymaniu poprawna pozycja obserwacyjna. Źrenica oka powinna pokrywać się ze źrenicą wyjściową , czyli obrazem źrenicy wejściowej, która w przypadku teleskopu astronomicznego odpowiada szkłu obiektu.

Odległość źrenicy wynosi zwykle od około 2 mm do 20 mm, w zależności od konstrukcji okularu. Okulary o długiej ogniskowej zwykle mają duży odstęp źrenicy, ale okulary o krótkiej ogniskowej są bardziej problematyczne. Do niedawna i nadal dość często okulary krótkoogniskowe miały krótki odstęp źrenicy. Dobre wytyczne projektowe sugerują minimum 5–6 mm, aby pomieścić rzęsy obserwatora, aby uniknąć dyskomfortu. Nowoczesne projekty z wieloma soczewkami mogą jednak to skorygować, a oglądanie przy dużej mocy staje się wygodniejsze. Jest to szczególnie w przypadku okularów użytkowniczek, którzy mogą potrzebować do 20 mm źrenicy w celu dostosowania ich okulary.

Wzory okularu

Technologia rozwinęła się z biegiem czasu i istnieje wiele różnych konstrukcji okularów do użytku z teleskopami, mikroskopami, celownikami i innymi urządzeniami. Niektóre z tych projektów opisano bardziej szczegółowo poniżej.

Negatywna soczewka lub „Galilean”

Negatywna soczewka

Prosta soczewka negatywowa umieszczona przed ogniskiem obiektywu ma tę zaletę, że przedstawia wyprostowany obraz, ale z ograniczonym polem widzenia, lepiej dostosowanym do małego powiększenia. Podejrzewa się, że ten typ soczewki był używany w niektórych z pierwszych teleskopów refrakcyjnych, które pojawiły się w Holandii około 1608 roku. Był on również używany w projekcie teleskopu Galileo Galilei z 1609 roku, który nadał temu typowi okularu nazwę „ Galilean ”. Ten typ okularu jest nadal używany w bardzo tanich teleskopach, lornetkach i lornetkach operowych .

Soczewka wypukła

Soczewka wypukła

Prosta soczewka wypukła umieszczona za ogniskiem soczewki obiektywu prezentuje widzowi powiększony obraz odwrócony. Ta konfiguracja mogła być używana w pierwszych teleskopach refrakcyjnych z Holandii i została zaproponowana jako sposób na uzyskanie znacznie szerszego pola widzenia i większego powiększenia w teleskopach w książce Johannesa Keplera z 1611 r . Dioptrice . Ponieważ soczewka jest umieszczona za płaszczyzną ogniskowania obiektywu, pozwoliło to również na zastosowanie mikrometru w płaszczyźnie ogniskowej (służy do określania wielkości kątowej i/lub odległości między obserwowanymi obiektami).

Huygens

Schemat okularu Huygens

Okulary Huygens składają się z dwóch soczewek płasko-wypukłych, których płaskie boki w kierunku oka są oddzielone szczeliną powietrzną. Soczewki nazywane są soczewką oka i soczewką polową. Płaszczyzna ogniskowa znajduje się pomiędzy dwoma soczewkami. Został wynaleziony przez Christiaana Huygensa pod koniec lat 60. XVI wieku i był pierwszym okularem złożonym (wielosoczewkowym). Huygens odkrył, że do wykonania okularu z zerową poprzeczną aberracją chromatyczną można użyć dwóch soczewek z odstępem powietrznym. Jeśli soczewki są wykonane ze szkła o tym samym numerze Abbego, które mają być używane ze zrelaksowanym okiem i teleskopem z nieskończenie odległym obiektywem, wówczas separację określa się wzorem:

gdzie i są ogniskowymi soczewek składowych.

Okulary te dobrze współpracują z teleskopami o bardzo długich ogniskowych (w czasach Huygens były używane z jednoelementowymi długoogniskowymi nieachromatycznymi teleskopami refrakcyjnymi , w tym teleskopami powietrznymi o bardzo długich ogniskowych ). Ta konstrukcja optyczna jest obecnie uważana za przestarzałą, ponieważ w dzisiejszych teleskopach o krótszych ogniskowych okular cierpi na krótki odstęp źrenicy, duże zniekształcenia obrazu, aberrację chromatyczną i bardzo wąskie pole widzenia. Ponieważ te okulary są tanie w wykonaniu, często można je znaleźć w niedrogich teleskopach i mikroskopach.

Ponieważ okulary Huygens nie zawierają cementu do mocowania soczewek, użytkownicy teleskopów czasami używają tych okularów w roli „projekcji słonecznej”, tj. wyświetlania obrazu Słońca na ekranie przez dłuższy czas. Okulary cementowe są tradycyjnie uważane za potencjalnie podatne na uszkodzenia termiczne spowodowane intensywnym skupieniem światła.

Ramsden

Schemat okularu Ramsden

Okular Ramsdena składa się z dwóch soczewek płasko-wypukłych z tego samego szkła i o podobnych ogniskowych, oddalonych od siebie o mniej niż jedną ogniskową soczewki oka, projekt stworzony przez astronoma i twórcę przyrządów naukowych Jesse Ramsdena w 1782 roku. , ale zwykle wynosi od 7/10 do 7/8 ogniskowej soczewki oka, wybór stanowi kompromis między resztkową poprzeczną aberracją chromatyczną (przy niskich wartościach) a przy wysokich wartościach, co grozi soczewką polową dotykanie płaszczyzny ogniskowej w przypadku użycia przez obserwatora, który pracuje z bliskim obrazem wirtualnym, np. krótkowzroczny obserwator, lub młodą osobę, której akomodacja jest w stanie poradzić sobie z bliskim wirtualnym obrazem (jest to poważny problem w przypadku korzystania z mikrometru, ponieważ może spowodować uszkodzenie instrumentu).

Separacja dokładnie o 1 ogniskową jest również niewskazana, ponieważ powoduje to, że kurz na soczewce polowej jest zaburzony w ostrości. Dwie zakrzywione powierzchnie skierowane są do wewnątrz. Płaszczyzna ogniskowania znajduje się zatem na zewnątrz okularu i dlatego jest dostępna jako miejsce, w którym można umieścić siatkę lub mikrometryczny krzyż nitkowy. Ponieważ do skorygowania poprzecznej aberracji chromatycznej wymagana byłaby separacja dokładnie jednej ogniskowej, nie jest możliwe całkowite skorygowanie konstrukcji Ramsdena pod kątem poprzecznej aberracji chromatycznej. Projekt jest nieco lepszy niż Huygens, ale wciąż nie spełnia dzisiejszych standardów.

Nadal doskonale nadaje się do stosowania z instrumentami działającymi z prawie monochromatycznymi źródłami światła, np . polarymetrami.

Kellner lub „Achromat”

Schemat okularu Kellnera

W okularze Kellnera zamiast prostej płasko-wypukłej soczewki w konstrukcji Ramsdena zastosowano achromatyczny dublet, aby skorygować szczątkową poprzeczną aberrację chromatyczną. Carl Kellner zaprojektował ten pierwszy nowoczesny okular achromatyczny w 1849 roku, zwany także " achromatyzowanym Ramsdenem ". Okulary Kellnera to konstrukcja z 3 soczewkami. Są niedrogie i mają dość dobry obraz od małej do średniej mocy i znacznie przewyższają konstrukcje Huygenian lub Ramsden. Odstęp źrenicy jest lepszy niż w Huygen i gorszy niż w okularach Ramsden. Największym problemem okularów Kellnera były wewnętrzne odbicia. Dzisiejsze powłoki antyodbiciowe sprawiają, że są one użyteczne i ekonomiczne dla teleskopów o małej i średniej aperturze o ogniskowej f/6 lub dłuższej. Typowe pozorne pole widzenia wynosi 40–50°.

Plössl lub „symetryczny”

Schemat okularu Plössla

Plössl to okular składający się zwykle z dwóch zestawów dubletów , zaprojektowany przez Georga Simona Plössla w 1860 roku. Ponieważ oba dublety mogą być identyczne, konstrukcja ta jest czasami nazywana okularem symetrycznym . Soczewka związek Plössl zapewnia dużą 50 ° lub więcej pozorny kąt widzenia , oraz stosunkowo dużego pola widzenia . To sprawia, że ​​ten okular idealnie nadaje się do różnych celów obserwacyjnych, w tym do obserwacji głębokiego nieba i planet . Szef Wadą Plossl konstrukcji optycznej jest krótki odstęp źrenicy w porównaniu do orthoscopic od źrenicy Plössl jest ograniczone do około 70-80% długości ogniskowej. Krótki odstęp źrenicy jest bardziej istotny w przypadku krótkich ogniskowych poniżej około 10 mm, kiedy oglądanie może stać się niewygodne, szczególnie dla osób noszących okulary.

Okular Plössla był mało znanym projektem do lat 80., kiedy producenci sprzętu astronomicznego zaczęli sprzedawać jego przeprojektowane wersje. Dziś jest to bardzo popularna konstrukcja na amatorskim rynku astronomicznym, gdzie nazwa Plössl obejmuje szereg okularów z co najmniej czterema elementami optycznymi.

Ten okular jest jednym z droższych w produkcji ze względu na jakość szkła oraz potrzebę dobrze dopasowanych soczewek wypukłych i wklęsłych, aby zapobiec wewnętrznym odbiciom. Z tego powodu jakość różnych okularów Plössla jest różna. Zauważalne są różnice między tanimi Plösslami z najprostszymi powłokami antyodbiciowymi a dobrze wykonanymi.

Ortoskopia lub „Abbe”

Schemat okularu ortoskopowego

4-elementowy okular ortoskopowy składa się z płasko-wypukłej soczewki singletowej oraz cementowanej soczewki wypukło-wypukłej tripletowej, achromatycznej soczewki polowej. Daje to okularowi niemal idealną jakość obrazu i dobry odstęp źrenicy , ale wąskie widoczne pole widzenia — około 40–45°. Została wynaleziona przez Ernsta Abbe w 1880 roku. Nazywana jest „ ortoskopową ” lub „ ortograficzną ” ze względu na niski stopień zniekształceń, a czasami jest również nazywana „orto” lub „Abbe”.

Do czasu pojawienia się powłok wielowarstwowych i popularności Plössla najpopularniejszą konstrukcją okularów teleskopowych były ortoskopy. Nawet dzisiaj te okulary są uważane za dobre okulary do obserwacji planet i Księżyca. Ze względu na niski stopień zniekształceń i odpowiedni efekt kuli , są mniej odpowiednie do zastosowań wymagających nadmiernego panoramowania instrumentu.

Monocentryczny

Schemat okularu monocentrycznego

Monocentric to achromatyczna soczewka tripletowa z dwoma kawałkami szkła koronowego, które są przyklejone po obu stronach elementu ze szkła flint. Elementy są grube, mocno zakrzywione, a ich powierzchnie mają wspólny środek, co nadaje im nazwę „ monocentryczne ”. Został wynaleziony przez Hugo Adolfa Steinheila około 1883 roku. Ten projekt, podobnie jak solidne projekty okularów Roberta Tollesa , Charlesa S. Hastingsa i E. Wilfreda Taylora , jest wolny od odbić duchowych i daje jasny, kontrastowy obraz, pożądaną cechę, gdy jest został wynaleziony (przed powłokami antyrefleksyjnymi ). Ma wąskie pole widzenia około 25° i jest ulubieńcem obserwatorów planetarnych.

Erfle

Schemat okularu Erfle'a

Erfle to 5-elementowy okular składający się z dwóch achromatycznych soczewek z dodatkowymi soczewkami pomiędzy nimi. Zostały wynalezione podczas I wojny światowej do celów wojskowych, opisane w amerykańskim patencie Heinricha Erfle'a nr 1 478 704 z sierpnia 1921 roku i są logicznym rozszerzeniem szerszych pól okularów czteroelementowych, takich jak Plössls .

Okulary Erfle'a są zaprojektowane tak, aby mieć szerokie pole widzenia (około 60 stopni), ale nie nadają się do użytku przy dużych powiększeniach, ponieważ cierpią na astygmatyzm i odbicia. Jednak przy powłokach obiektywów przy niskich mocach (od ogniskowych 20 mm wzwyż) są one akceptowalne, a dla 40 mm potrafią być znakomite. Erfles są bardzo popularne, ponieważ mają duże soczewki oczne, dobry odstęp źrenicy i mogą być bardzo wygodne w użyciu.

König

Schemat okularu Königa

Okular Königa posiada dublet pozytywowy wklęsło-wypukły oraz singlet płasko-wypukły . Mocno wypukłe powierzchnie dubletu i singletu (prawie) stykają się ze sobą. Dublet ma swoją wklęsłą powierzchnię zwróconą do źródła światła, a singlet ma prawie płaską (lekko wypukłą) powierzchnię zwróconą do oka. Został zaprojektowany w 1915 r. przez niemieckiego optyka Alberta Königa (1871-1946) jako uproszczony opactwo. Konstrukcja urządzenia pozwala na dużym powiększeniu z bardzo wysoką źrenicy - najwyższy źrenicy proporcjonalny do długości ogniskowej każdej konstrukcji przed Nagler , w 1979 roku pole widzenia około 55 ° sprawia, że jego wydajność podobną do Plossl, z przewagą wymagający jednego obiektywu mniej.

Nowoczesne wersje Königs mogą używać ulepszonego szkła lub dodawać więcej soczewek, pogrupowanych w różne kombinacje dubletów i singletów. Najbardziej typową adaptacją jest dodanie dodatniej, wklęsło-wypukłej prostej soczewki przed dubletem , z wklęsłą stroną w kierunku źródła światła i wypukłą powierzchnią zwróconą w stronę dubletu. Nowoczesne ulepszenia zazwyczaj mają pola widzenia 60-70 °.

RKE

Schemat okularu RKE

Okular RKE ma achromatyczną soczewkę polową i podwójną wypukłą soczewkę oczną, odwróconą adaptację okularu Kellnera . Został zaprojektowany przez dr  Davida Ranka dla Edmund Scientific Corporation , który sprzedawał go na przełomie lat 60. i 70. XX wieku. Konstrukcja ta zapewnia nieco szersze pole widzenia niż klasyczna konstrukcja Kellnera i upodabnia ją do szeroko rozstawionej wersji Königa .

Według Edmund Scientific Corporation, RKE oznacza „okular Rank Kellner”. W poprawce do zgłoszenia znaku towarowego z 16 stycznia 1979 r. otrzymał oznaczenie „Rank-Kaspereit-Erfle”, trzy projekty, z których wywodzi się okular. W marcu 1978 r. Edmund Astronomy News (Vol 16 nr 2) zamieścił nagłówek „ Nowy projekt okularu opracowany przez Edmunda ” i powiedział: „Nowe okulary 28 mm i 15 mm Rank-Kaspereit-Erfle (RKE) to amerykańskie przeprojektowanie słynnego okularu Typ II Kellnera ”.

Naglera

Schemat okularu Naglera typu 2
Okulary typu Nagler

Wynaleziony przez Alberta Naglera i opatentowany w 1979 roku okular Naglera jest konstrukcją zoptymalizowaną pod kątem teleskopów astronomicznych, aby zapewnić ultraszerokie pole widzenia (82°), które ma dobrą korekcję astygmatyzmu i innych aberracji. Wprowadzony na rynek w 2007 r. Ethos to ulepszona konstrukcja ultraszerokokątnego pola, opracowana głównie przez Paula Dellechiaie pod kierunkiem Alberta Naglera z Tele Vue Optics i osiągająca AFOV 100–110°. Osiąga się to za pomocą egzotycznego szkła o wysokim indeksie i do ośmiu elementów optycznych w czterech lub pięciu grupach; istnieje kilka podobnych konstrukcji o nazwie Nagler , Nagler typu 2 , Nagler typu 4 , Nagler typu 5 i Nagler typu 6 . Nowsza konstrukcja Delos to zmodyfikowana konstrukcja Ethos z FOV wynoszącym „tylko” 72 stopnie, ale z długim odstępem źrenicy 20 mm.

Liczba elementów w Naglerze sprawia, że ​​wydają się one skomplikowane, ale idea projektu jest dość prosta: każdy Nagler ma ujemną soczewkę dubletową , która zwiększa powiększenie, a następnie kilka dodatnich grup. Grupy pozytywne, uważane za odrębne od pierwszej grupy negatywnej, łączą się w celu uzyskania długiej ogniskowej i tworzą soczewkę pozytywną. Pozwala to projektowi wykorzystać wiele dobrych cech soczewek o niskiej mocy. W efekcie Nagler jest lepszą wersją soczewki Barlowa połączonej z okularem o długiej ogniskowej . Konstrukcja ta została powszechnie kopiowane w innych szerokim zakresie lub długich źrenicy okularach.

Główną wadą Naglerów jest ich waga; często nazywa się je smutno „ granatami ręcznymi ” ze względu na ich wagę i duże rozmiary. Wersje z długą ogniskową przekraczają 0,5 kg (1,1 funta), co wystarcza do wyważenia małych i średnich teleskopów. Kolejną wadą jest wysoki koszt zakupu, przy dużych cenach Naglerów porównywalnych z kosztem małego teleskopu. Dlatego te okulary są uważane przez wielu astronomów amatorów za luksus.

Zobacz też

Bibliografia

  • AE Conrady, Applied Optics and Optical Design, Tom I . Oksford 1929.
  • R. Kingslake, Podstawy projektowania soczewek . Prasa akademicka 1978.
  • H. Rutten i M. van Venrooij, Optyka teleskopowa . Willmann-Bell 1988, 1989. ISBN  0-943396-18-2 .
  • PS Harrington, Star Ware: An Amateur Astronomer's Guide to Choice, Buy and Using Telescopes and Accessories: Fourth Edition . John Wiley & Sons, Inc.

Zewnętrzne linki