Fokální korektory. Okuláry. Miroslav Palatka

Transkript

1 Přednášky - Přístroje pro astronomii 1 Fokální korektory Příslušenství - doplňky Okuláry Miroslav Palatka Palatka SLO/PA

2 Fokální korektory korektory aberací v blízkosti ohniskové roviny Korektory aberací v uvedených příkladech kata-dioptrických soustav ( Schmidt, Maksutov, Houghton ) mají průměry o přibližné velikosti apertur (primárních zrcadel) teleskopů. Korektory leží před primárním zrcadlem. Otvorovou vadu a komu kulového primárního zrcadla lze do jisté míry korigovat také tzv. sub-aperturními korektory, které leží ve sbíhavém svazku za primárním zrcadlem nedaleko ohniskové roviny Jones Brixner Jones - Bird tmelené pořadí čoček netmelený Palatka SLO/PA

3 Jones korektor D = 200mm, f/10 SF12/BK7 rozptylka/spojka křivost pole R f = 227mm Airyho disk barevná vada Palatka SLO/PA

4 Brixner korektor D = 200mm, f/10 BK7/F4 spojka/rozptylka křivost pole R f = 400mm lepší koma Airyho disk koma barevná vada Palatka SLO/PA

5 Jones-Bird korektor D = 200mm, f/6 BK7/F2 spojka - rozptylka křivost pole R f = 72mm astigmatismus astigmatismus Airyho disk korekce barevné vady Pro úhly menší než 0.3 O.K. Palatka SLO/PA

6 Fokální korektory korektory aberací v blízkosti ohniskové roviny Komu parabolického primárního zrcadla lze do jisté míry korigovat také sub-aperturními korektory, které leží ve sbíhavém svazku za primárním zrcadlem nedaleko ohniskové roviny. Korektory nemají samy o sobě žádnou lámavost málo účinné Palatka SLO/PA

7 BK7/BK7 spojka - rozptylka Newton + Ross D = 200mm, f/6 Lámavost K = 0 Airyho disk Palatka SLO/PA

8 Newton + Ross D = 200mm, f/6 Newton D = 200mm, f/6 Newton teleskopy s menšími clonovými čísly jsou bez korektorů komy neúčelné Palatka SLO/PA

9 Příslušenství - doplňky Field corrector - Flattener rovnač pole Extender prodlužovač ohniskové vzdálenosti Reducer reduktor - zkracovač ohniskové vzdálenosti Palatka SLO/PA

10 Field corrector - Flattener rovnač pole Jedna čočka blízko obrazové roviny Dublet vzdálený od obrazové roviny Cassegrain - Optickéčleny které korigují křivost obrazové plochy Schmidt - Palatka SLO/PA

11 Schmidt-Cassegrain D = 200mm, f/10 největší křivost z dříve uvedených příkladů Optimální obrazová plocha R f = mm Palatka SLO/PA

12 Schmidt-Cassegrain D = 200mm, f/10 Flattener rovnač pole jedna čočka S-C bez rovnače Palatka SLO/PA

13 Flattener rovnač pole jedna čočka princip planparalelní deska Při průchodu planparalelní deskou se obraz posouvá o vzdálenost: s = t n 1 n r Rozptylnáčočka = řada nad sebou uspořádaných planparallelních desek s různou tlouštˇkou t: R Pro poloměr křivosti korekční čočky musí platit : R = r n 1 n Palatka SLO/PA

14 r Nevýhody : R - korekčníčočka leží blízko obrazové roviny, její nečistoty a defekty budou vidět v obraze, - ze stejného důvodu je obtížná montáž a zaostřování, - vznikají problémy s tzv. duchy jako důsledek vnitřních odrazů. Distant Flattener rovnač pole dvěčočky - rozptylný dublet je umístěný v určité vzdálenosti od obrazové roviny - dublet - kvůli minimalizaci barevné vady Nevýhoda : není univerzální, ale musí být navržen pro konkrétní teleskop - mění ohniskovou vzdálenost (zvětší) Palatka SLO/PA

15 Schmidt-Cassegrain D = 200mm, f/10 Flattener rovnač pole vzdálený dublet BK7/SF55 S-C bez rovnače Palatka SLO/PA

16 Extender prodlužovač ohniskové vzdálenosti Hlavní rovina H Barlow m B = f f C O f C = f f O B f d B 1 d = m d 2 B 1 Rozptylný optický člen který prodlouží hodnotu ohniskové vzdálenosti zpravidla m B =1.5x - 3x, ale délku teleskopu výrazně ne. Stavba rozptylný optický člen částečná korekce křivosti obrazové plochy Pro stejný okulár se získá větší zvětšení, pro velká zvětšení je pak snadnější pozorování (krátko-ohniskový okulár má krátký oční reliéf). Palatka SLO/PA

17 Schmidt-Cassegrain + Barlow D = 200mm, f/20 F3/BK7 2 x křivost pole R f = 175mm Airyho disk korekce barevné vady Palatka SLO/PA

18 Reducer zkracovač ohniskové vzdálenosti Inverzní funkce k prodlužovači m f C R = = f f f f O C O R f + d R 1 d2 = mr d1 Spojný optický člen který zkrátí hodnotu ohniskové vzdálenosti zpravidla okolo m R = 0.5x, ale délku teleskopu výrazně ne. Zmenší clonovéčíslo, zvětší zorné pole. Stavba spojný optický člen vede principielně ke zhoršení křivosti obrazové plochy (nutnost tzv. překorekce astigmatismu ). Využívá se při astrofotografii díky zvětšení zorného pole, zkrácena expozice díky zmenšení clonového čísla. Palatka SLO/PA

19 Schmidt-Cassegrain + Reducer D = 200mm, f/5.5 BK7/SF x křivost pole R f = rovinné Airyho disk korekce barevné vady Palatka SLO/PA

20 Refraktory - příslušenství Příklady příslušenství byly uvedeny pro případ kata-dioptrického teleskopu typu Schmidt Cassegrain, ale podobné příslušenství se samozřejmě používá také v případě zrcadlových a čistěčočkových teleskopů. především při malých clonových číslech Schéma Achromatického refraktoru s rovnačem obrazového pole Schéma Achromatického refraktoru s barlowčočkou β = 3x Palatka SLO/PA

21 Uvedené příklady příslušenství ukazují základní principy jejich funkce v teleskopech. Byly zvoleny příklady jednodušších konstrukcí. Neznamená to, že uvedené přílkady jsou jediné možné. Existuje samozřejmě velké množství konstrukčních řešení podobně jako konstrukčních řešení vlastních teleskopů. Konkrétní příslušenství bývá navrženo ke konkrétnímu teleskopu nelze proto předpokládat jeho univerzální použití. Kurz PA1 je pouze úvodem do základních konstrukcí astro-teleskopů. Palatka SLO/PA

22 Příklad Hubble teleskopu z úvodu přednášek PA1 Před opravou Po opravě správně (+ zakřivené obrazové pole) Uvedené hodnocení kvality by mělo být nyní již srozumitelné. Palatka SLO/PA

23 Přednášky - Přístroje pro astronomii 1 OKULÁRY TELESKOPŮ Miroslav Palatka Palatka SLO/PA

24 Teleskopy - Zorné pole Vizuální pozorování Reálný zorný úhel (pole) MALÝ Zdánlivý zorný úhel (pole) VELKÝ průměr výstupní pupily Konstrukce okulárů = velké zorné úhly nutná korekce mimo-osových aberací Větší zvětšení = větší zdánlivé zorné pole f Zvětšení: D Objektiv vstupní pupila m = = f Okulár d výstupní pupila Palatka SLO/PA

25 Teleskopy - Zorné pole Vizuální pozorování oční reliéf Zvětšení: průměr výstupní pupily m = D d vstupní pupila výstupní pupila Pro pohodlné pozorování by měl mít okulár vzdálenost výstupní pupily za poslední optickou plochou oční reliéf - okolo 15mm. Minimální hodnota by měla být 5 mm. Při používání brýlí minimálně 20mm. Průměr výstupní pupily musí být menší než je vstupní pupila oka. Maximální průměr vstupní pupily oka je dán věkem pozorovatele a to od 8mm pro dítě až po pouhé cca 3 mm u starého člověka. Pro výpočty okulárů se vychází z hodnoty 4mm. Různé konstrukce okulárů mají různé hodnoty očního reliéfu. Tyto hodnoty lze vyjádřit jako podíl ohniskové vzdálenosti daného typu okuláru viz. následující přehled. Palatka SLO/PA

26 Obrázky: cs.wikipedia.org/wiki/okulár + astronomy.geodar.com/telescope/telescope_eyepieces.html Okuláry - vývoj o.r. zorné pole (zdánlivé) oční reliéf (o.r.) = x f clonováčísla dalekohledu 0.3f 35 nad f/15 0.4f 40 nad f/ f 45 nad f/6 Větší zvětšení = větší zdánlivé zorné pole = složitější okulár Palatka SLO/PA

27 Okuláry - vývoj Obrázky: cs.wikipedia.org/wiki/okulár + astronomy.geodar.com/telescope/telescope_eyepieces.html Abbeův o.r. zorné pole (zdánlivé) oční reliéf (o.r.) = x f clonováčísla dalekohledu 0.8f 45 nad f/5 (malé zkreslení) 0.8f 50 nad f/4 0.8f 65 nad f/4 10mm 82 nad f/4 Větší zvětšení = větší zdánlivé zorné pole = složitější okulár Palatka SLO/PA

28 Aberace - Objektivy x Okuláry objektiv okulár Barevná vada polohy Příčné aberace Aberace Velikost apertury Velikost předmětu (pole) otvorová ρ 3 koma ρ 2 η astigmatismus ρ η 2 křivost pole ρ η 2 zkreslení η 3 Barevná vada velikosti Okuláry = především astigmatismus (křivost pole) + zkreslení Zkreslení až u velkých zorných úhlů širokoúhlých okulárů Palatka SLO/PA

29 Aberace Okuláry spot diagramy barevná vada velikosti Spot diagramy u vybraných okulárů Airyho disk Clonováčísla f/5 uvedena pouze u optických staveb schopných zaručit přijatelnou kvalitu zobrazení Palatka SLO/PA

30 objektiv Aberace Okuláry astigmatismus - křivost pole Objektiv i okulár = suma kladných lámavostí = kladné křivosti pole křivost plochy objektivu cca 1/3 f křivost plochy okuláru okulár Typické křivky pro okuláry rozsah akomodace oka Akceptovatelný astigmatismus a křivost obrazového pole patří mezi základní požadavky při návrhu okulárů Palatka SLO/PA

31 Aberace Okuláry astigmatismus Křivky sagitálního a tangenciálního zklenutí u vybraných okulárů: Palatka SLO/PA

32 Aberace Okuláry astigmatismus křivost plochy objektivu křivost plochy okuláru propočet paprsků okulárem se provádí v opačném směru rozsah akomodace oka Příklad ortoskopický ( Abbého) okulár program OSLO LT : Zorný úhel mm Palatka SLO/PA

33 křivost plochy objektivu Aberace Okuláry astigmatismus křivost plochy okuláru Defokusace x x v dioptrích D rozsah akomodace oka Astigmatismus v mm Newtonova zobrazovací rovnice: 2 x x = f Příklad: f = 28 mm x = 2mm Zorný úhel Zorný úhel D = 1000 x 2 f [ mm] 2.55 D mm D Palatka SLO/PA

34 D 1000 x 2 f [ mm] = Příklad: Aberace Okuláry astigmatismus f = 28 mm x = 2mm 2.55 D x Astigmatismus v mm mm Zorný úhel D Zorný úhel Akceptovatelný astigmatismus a křivost obrazového pole patří mezi základní požadavky při návrhu okulárů Obvyklý tolerovatelný rozsah bývá plus-minus 3D (dioptrie). Souvisí to se schopností akomodace lidského oka v mládí 15D a ve stáří 1.5D Palatka SLO/PA

35 Aberace Okuláry astigmatismus sagitální zklenutí tangenciální zklenutí Zorný úhel mm Ortoskopický okulár < 6 Palatka SLO/PA

36 Nejmodernější okuláry - příklad Nagler 2 o.r. zorné pole (zdánlivé) clonováčísla dalekohledu 10mm 82 nad f/4 ( 1f ) S rostoucím úhlem zorného pole okulárů se u krátko-ohniskových okulárů zkracuje oční reliéf = nesnadné pozorování Tele Vue Achromatický dublet podobně jako barlowův prodlužuje ohniskovou vzdálenost objektivu a současně působí jako rovnač pole. Prodlužuje oční reliéf. Palatka SLO/PA

37 Optických systémů teleskopů, jejich příslušenství a okulárů existuje velké množství, v PA1 uvedené příklady jsou jen jejich malou částí a i k tomuto základním výběru by odborník mohl mít výhrady ve smyslu vynechání některých základních staveb. PA1 nelze pokládat za kurz přednášek zcela vyčerpávající danou problematiku. Palatka - PA1 - KONEC Palatka SLO/PA