Что такое "рефлектор"?
В широком смысле слова рефлектор - это любой телескоп, объектив которого состоит только из зеркал. Это и объективы по схеме Ньютона (вогнутое параболическое главное зеркало и вспомогательное диагональное), и Кассегрена (главное - вогнутое, экранирующее меньшее по размеру - выпуклое), и Ричи-Кретьена (апланатический - свободный от комы - Кассегрен), и довольно редкого Грегори (вогнутое и главное, и экранирующее вспомогательное), и некоторые еще менее распространенные двух-, трех- и четырехзеркальные.Однако в узком смысле это название обычно употребляют по отношению только к Ньютонам.
Какова оптическая схема Ньютона?
Классическая схема Ньютона это - вогнутое параболическое зеркало (главное зеркало - ГЗ), которое отражает лучи от бесконечно удаленного объекта в фокальную плоскость на расстоянии равном половине радиуса кривизны при вершине зеркала. Для того, чтобы вывести изображение из падающего параллельного пучка используется вспомогательное плоское зеркало повернутое на 45 градусов к оси труба, оно отражает изображение на 90 градусов. Из-за этих 45 градусов оно называется диагональным (ДЗ). Для того, чтобы его тень на ГЗ была круглой (это выгодно по ряду соображений) форма ДЗ обычно делается эллиптической с отношением большой оси к малой равном 1.4142 (корень из двух).Размеры диагонального зеркала
Размеры определяются размерами сечения светового конуса конуса в плоскости расположения ДЗ. Малая ось эллипса отражающей поверхности диагонального зеркала определяется следующим соотношением
a (мм) = 4*S*D*(S-f'+L)/(4*S2-D2) или примерно L*(D-2y')/f' + 2y' (1)
где
D (мм) - диаметр ГЗ (апертура),
f' (мм) - фокусное расстояние ГЗ,
2y' (мм) - диаметр невиньетированного поля зрения,
L (мм) - излом оси (расстояние от оси трубы до вынесенной в бок фокальной плоскости),
S (мм) = D*f'/(D - 2y') - расстояние от ГЗ до виртуальной вершины светового конуса*, оно равно f' при нулевом размере невиньетированного поля
* световой конус - коническая поверхность "обернутая" вокруг главного зеркала и невиньетированного поля зрения
Минимальный размер малой оси диагонального зеркала, при котором апертура телескопа еще не обрезается из-за недостаточного размера диагонали, но и размер невиньетированного поля нулевой:
amin (мм) = 4*f'*D*L/(4*f'2-D2) = 4*k*L/(4*k2 - 1) = L/k + L/(4*k3 - 1) или примерно = L/k (2)
где k - относительное фокусное расстояние телескопа (k = f'/D)
Отношение a/D - линейный коэффициент экранирования и обычно выражают в процентах. При этом геометрический центр эллипса диагоналки для сохранения симметричности виньетирования должен быть смещен с оси главного зеркала на величину так называемого "офсета":
d (мм) = 0.25*a*D/S = D2*(S-f'+L)/(4*S2-D2) = (L+S-f')/(4k'2-1) или примерно* 0.25*L/k2, мм (3)
где k' = S/D = f'/(D - 2y')- относительная длина светового конуса.
* для случая минимального размера диагонали с нулевым размером невиньетированного поля зрения
в сторону от фокусера и к главному зеркалу. Внутренний размер трубы Ньютона должен быть больше диаметра ГЗ как минимум на величину примерно 2y', чтобы не виньетировались наклонные (полевые) световые пучки.
- Newt-main.png (11.02 КБ) 21850 просмотров
А вот говорят есть какая-то "кома"?
При идеально изготовленной параболе ГЗ (что, говоря по совести, бывает только в математической модели) и идеальной юстировке центр поля зрения Ньютона полностью свободен от аберраций и разрешение ограничено только дифракцией (в том числе и от тени вторичного зеркала, которую можно особенно не принимать во внимание при коэффициенте линейного экранирования до 20%). Но Ньютон не свободен от аберраций. Чуть в сторону от оси и уже начинает проявляться кома (неизопланатизм) - аберрация связанная с неравностью увеличения разных кольцевых зон апертуры. Кома приводит к тому, что пятно рассеививания выглядит как проекция конуса - острой и самой яркой частью к центру поля зрения, тупой и округлой в сторону от центра. Размер пятна рассеивания пропорционален удалению от центра поля зрения и пропорционален квадрату диаметра апертуры. Поэтому особенно сильно проявление комы в так называемых "быстрых" (светосильных) Ньютонах на краю поля зрения. Обычно будущих владельцев Ньютона пугают малым диаметром поля зрения условно свободного от влияния комы (то есть в пределах которого кома меньше пресловутого критерия Рэлея). Приведем и мы эту несколько модернизированную табличку.Диаметр поля зрения Ньютона свободного
от влияния комы
| k | d, мм | 6"/150 мм | 8"/200 мм | 10"/250 мм | 12"/300 мм |
| 2.86 | 0.50 | 4 | 3 | 2 | 2 |
| 3.21 | 0.71 | 5 | 4 | 3 | 3 |
| 3.61 | 1.00 | 6 | 5 | 4 | 3 |
| 4.05 | 1.41 | 8 | 6 | 5 | 4 |
| 4.55 | 2.00 | 10 | 8 | 6 | 5 |
| 5.10 | 2.83 | 13 | 10 | 8 | 6 |
| 5.73 | 4.00 | 16 | 12 | 10 | 8 |
| 6.43 | 5.66 | 20 | 15 | 12 | 10 |
| 7.22 | 8.00 | 25 | 19 | 15 | 13 |
| 8.10 | 11.3 | 32 | 24 | 19 | 16 |
| 9.09 | 16.0 | 40 | 30 | 24 | 20 |
| 10.2 | 22.6 | 51 | 38 | 30 | 25 |
k - относительное фокусное расстояние параболического зеркала телескопа,
d - диаметр поля зрения свободного от комы в мм (d = k3/45),
6"/150 мм, 8"/200 мм, 10"/250 мм и 12"/300 мм - колонки в который указаны угловые поля зрения условно свободные от комы, в угловых минутах соотвественно диаметру главного зеркала в дюймах и мм.
Возможно, покажутся полезными следующие формулы расчета величины комы в волновой мере на границе поля зрения диаметром d (мм):
WPV = 19*d/k3 - размах деформации волнового фронта возмущенного комой в длинах волн 0.55 мкм,
WRMS = 3.4*d/k3 - средне-квадратическая деформация волнового фронта
В хорошо отъюстированных Ньютонах умеренной светосилы кома не мешает наблюдениям. Она практически не заметна в окуляр с ординарным полем зрения (Плёсл, Кельнер и т.п.) - собственные аберрации окуляров многократно превосходят эффект от комы параболического зеркала. Действительно заметна кома только при использовании в качественных сверхширокоугольных окуляров в светосильных Ньютонах (1:4.5 и более "быстрых"), да и то на фоне астигматизма и проч. остаточных аберраций окуляра. Но тут на помощь может прийти специальная предфокальная оптика (узел устанавливается перед окуляром) - корректор комы.
Если положить, что глаз наблюдателя не заметит комы, если ее угловой размер не превышает 6 угловых минут (на фоне типичных полевых аберраций в 10 и более угловых минут это по-божески), то нетрудно оценить поле зрения 2w' окуляра свободного (в этом смысле) от комы при наблюдениях в телескоп с классической схемой Ньютона как квадрат относительного отверстия:
2w' = k2 (4)
Угловой размер выходного поля зрения Ньютона условно свободного от влияния комы
| k | Поле, градусы | Комментарий |
| F4 | 16 | Очень мало - без кома-корректора не обойтись! |
| F4.5 | 20 | Все еще маловато будет! Кома-корректор весьма желателен |
| F5 | 25 | Примерно только половина поля зрения Плёссла свободна от комы. Кома корректор улучшит качество изображения по большей части поля зрения, если, конечно, владелец телескопа предполагает использовать наиболее совершенные их окуляров. |
| F6 | 36 | Ортоскопики практически свободны от комы в Ньютонах 1:6, но для более широкоугольных hi-end окуляров кома-корректор может немного улучшить поле зрения |
| F7 | 49 | Плёсслы свободны от комы в Ньютонах 1:7, кома-корректор может чуть подправить самые края поля зрения лучших из сверхширокоугольных окуляров |
| F8 | 64 | WA окуляры свободны от комы в Ньютонах 1:8, использование кома корректора сомнительное удовольствие |
| F9 | 81 | Даже Наглеры имеют поле зрения полностью свободное от комы в Ньютонах 1:9, кома корректор точно не нужен |
Значит только кома?
Ну, нет, конечно. Есть еще астигматизм, который хоть и проявляется в меньшей степени, чем у рефракторов, но так-же ухудшает край поля зрения. Если влияние комы линейно пропорционально удалению объекта от центра поля зрения, то астигматизм нарастает квадратично и именно он мог бы ухудшить качество изображения Ньютона у края полевой диафрагмы 2" окуляров (при условии если бы окуляр был идеально исправлен в части собственных полевых аберраций).Вот табличка диаметров (мм) полей зрения Ньютона условно свободного от астигматизма (по критерию Рэлея) в зависимости от диаметра зеркала D и относительного фокусного расстояния k = f'/D:
Диаметр поля зрения Ньютона (мм) свободного
от влияния астигматизма
| k\D | 114 | 127 | 152 | 203 | 254 | 305 |
| 3.5 | 5.6 | 5.9 | 6.5 | 7.5 | 8.4 | 9.2 |
| 4 | 6.8 | 7.2 | 7.9 | 9.1 | 10.2 | 11.2 |
| 4.5 | 8.2 | 8.6 | 9.4 | 10.9 | 12.2 | 13.4 |
| 5 | 9.6 | 10.1 | 11.1 | 12.8 | 14.3 | 15.7 |
| 6 | 12.6 | 13.3 | 14.5 | 16.8 | 18.8 | 20.6 |
| 7 | 15.9 | 16.7 | 18.3 | 21.2 | 23.7 | 25.9 |
| 8 | 19.4 | 20.4 | 22.4 | 25.9 | 28.9 | 31.7 |
| 10 | 27.1 | 28.6 | 31.3 | 36.1 | 40.4 | 44.3 |
А всякие там Шмидт-Ньютоны?
Существуют многочисленные вариации оптической схемы Ньютона.- Ньютон со сферическим (а не параболическим) главным зеркалом. Эта схема вносит сферическую аберрацию (кто бы сомневался
) тем большую, чем больше светосила главного зеркала. То есть пригодна только для весьма умеренных по апертуре и не светосильных инструментов. К примеру, для 150 мм диаметра сферическое зеркало с фокусным 1500 мм почти идеально (с точностью до 1/4 длины волны) замещает параболическое. Есть формула связывающая минимальное фокусное расстояние сферического зеркала, когда оно еще не слишком уступает параболическому
f' = 1.52*D4/3 (5)
Из этой формулы следует такая табличка.
Минимальные фокусные расстояния, при которых возможна
замена парабол сферическими зеркалами
вообще же для, сферического зеркала диаметром D и относительным фокусным расстоянием k = f'/D сферическую аберрацию в волновой мере можно рассчитать по формулам:D, мм Fmin, мм 114 840 / 1:7.4 130 1000 /1:7.7 150 1200 / 1:8 200 1778 / 1:9 250 2394 / 1:9.5 300 3053 / 1:10
WPV = 0.888*D/k3 - полный размах (6)
WRMS = 0.265*D/k3 - среднеквадратическое значение (7) - Ньютон с линзовым компенсатором сферической аберрации. Это довольно светосильное сферическое главное зеркало в сочетании с предфокальным линзовый компенсатором сферической аберрации располагаемый в окулярном узле. Общим признаком таких Ньютонов является фокусное расстояние много большее, чем длина трубы. Увы, из-за преувеличенной (в 3-4 раза) полевой комы, качество коррекции полевых аберраций этой схемы скверное, да и велика чувствительность к разъюстировкам. Обычно телескопы именно по этой схеме занимают верхнюю строчку в антирейтингах.
- Ньютон с корректором комы. Классический параболический Ньютон с предфокальным линзовым корректором комы и некоторых других полевых аберраций (см. Пааркорр). В таком исполнении Ньютон становится весьма пригоден как для астрофотографических работ, так и для использования высококачественных широкоугольных окуляров. Чувствительность к разъюстировкам такая-же, как у обычного Ньютона.
- Ньютон с призмой полного отражения вместо диагонального зеркала. Призма - не самая лучшая замена диагональному зеркалу (она вносит аберрации, имеет большее число источников погрешностей, более чувствительна к ошибкам изготовления, хуже в части экранирования и т.д.), но при небольшом относительном отверстии телескопа может оказаться приемлемой.
- Шмидт-Ньютон с компенсатором в виде пластинки Шмидта. Так называемая "планоидная" (близкая к плоской) пластинка Шмидта за счет сложного (но очень небольшого) рельефа исправляет сферическую аберрацию главного сферического зеркала и закрывает передний обрез трубы, что благоприятно сказывается на чистоте зеркал и уменьшении внутренних тепловых токов. Кома (неизопланатизм) примерно вдвое меньше, чем у классического Ньютона.
- Рич (Writch) - усложнение Шмидт-Ньютона в котором главное зеркало - вогнутый эллипсоид. Отличается отличной коррекция аберраций в центре изображения (присутствует только остаточный сферохроматизм) и весьма удовлетворительная по полю, кривизна поля зрения минимальная.
- Максутов-Ньютон главное зеркало - сферическое, на входе в трубу расположен афокальный менисковый компенсатор в (попутно он делает трубу телескопа "закрытой"). Сферическая аберрация компенсируется мениском. Кома по сравнению с классическим Ньютоном уменьшена на половину, присутствует заметная кривизна поля зрения.
- Волосов-Ньютон или Houghton - Ньютон со сферическим главным зеркалом и компенсатором в виде двухлинзового афокального корректора (пара из положительной и отрицательной линзы примерно равной силы) на переднем обрезе трубы (закрытая труба). В этой разновидности Ньютона компенсируется сферическая аберрация главного зеркала и достигается исправление комы, полевые аберрации не велики (подобны остаточным аберрациям в схеме Рич), что позволяет достигать весьма интересных для астрофотографии светосил. Любопытна в плане минимизации издержек производства вариация схемы в которой первая и третья, вторая и четвертая поверхности компенсатора попарно равны по значению радиуса отличаясь только знаком.
В чем отличие Ньютона и Добсона?
Хм,.. они жили в разное время
. Да и для любителя астрономии это имена разных классов объектов. Ньютон - имя оптической схемы рефлектора, а Добсон (Доб) - имя концепции визуального любительского телескопа включающего простую в изготовлении собственными силами трубу по оптической схеме Ньютона на упрощенной легкой альт-азимутальной монтировке. То есть, если кто-то говорит, что у него Ньютон. Скорее всего это означает трубу по схеме Ньютона на какой-то экваториальной монтировке (может быть с возможностью астрофотографии).
Назад к оглавлению статей