Рефракторы

Схемы объективов телескопов, окуляров и проч. аксессуаров. Их преимущества, особенности и недостатки.

Рефракторы

Сообщение Ernest » 30 окт 2009, 23:02

Что такое рефрактор?


Объективы рефракторов содержат только линзовые элементы. Среди любительских инструментов наиболее распространены ахроматы, обычно двухлинзовые, но бывают и более сложные объективы рефракторов.

Почему в качестве объектива телескопа нельзя использовать одиночную положительную линзу, скажем очковую?


Очковая "оптика" имеет весьма посредственное качество исполнения поверхностей (вполне, впрочем, достаточное для широкоугольной оптики с характерными апертурами 2-5 мм - диаметром зрачка человеческого глаза), одиночная очковая линза весьма неважный кандидат для объектива рефрактора еще и по причине целого букета нескомпенсированных апертурных аберраций. Это прежде всего хроматизм положения (различие в положении заднего фокуса для разных длин волн визуального спектрального диапазона) и несколько в меньшей степени - сферическая аберрация (различие в положении фокусов для лучей падающих на объектив на различном расстоянии от оси объектива). Причем, последняя (сферическая аберрация) в очковых менискообразных линзах особенно велика. Для уменьшения влияния этих аберраций приходится диафрагмировать однолинзовый объектив до весьма малых относительных отверстий (порядка 1:50 и даже менее - зависит от диаметра) или за счет уменьшения диаметра объектива (расположение перед ним диафрагмы - светового отверстия) и потери вследствие этого разрешения (того насколько малые детали будут заметны в телескоп), или за счет увеличения фокусного расстояния и катастрофического роста габаритов трубы.

Дублет-ахромат


Как было открыто в XIX веке, сочетание пары линз позволяет создать объектив относительно свободный от сферической аберрации, комы и хроматизма. С тех пор эти дублеты-ахроматы стали самым распространенным типом астрономических объективов. Они состоят из пары линз - собирающей (из кронового стекла) и рассеивающей (из флинтового). Эта комбинация при правильном расчете радиусов кривизн оптических поверхностей (четыре) и марок стекол (две) позволяет компенсировать сферическую аберрацию, кому и первичный хроматизм положения для пары длин световых волн (замечу, что не всякий дублет в сложных объективах - ахромат). Изобретение ахромата стало в свое время прорывом в астрономической оптике. Появилась возможность создавать относительно компактные трубы телескопов с большими апертурами (диаметрами линз). В объективах небольшой апертуры (до 80 мм) линзы рассчитывают так, чтобы они имели взаимодополняющие кривизны поверхностей обращенных друг к другу, что позволяет их склеивать (специальным особенно однородным и прозрачным оптическим клеем) и получать неразборную конструкцию объектива особенно устойчивую к механическим воздействиям, разъюстировкам и к тому-же с малыми потерями света.

К сожалению, и ахромат не свободен от аберраций. При больших относительных отверстиях и больших фокусных расстояниях проявляется так называемый вторичный спектр (вторичный хроматизм положения, когда средний в спектральном диапазоне - зеленый - фокус лучей не совпадает с фокусом крайних - синего и красного) и сферохроматизм (когда сферическая аберрация для границ спектрального диапазона оказывается нескомпенсированной). Эти аберрации и не позволяют создавать качественные светосильные телескопы этого типа с короткой трубой. Скажем, для того, чтобы давать приемлемое по качеству визуальное изображение 127 мм ахромат должен иметь фокус порядка 1500 мм. Заметим, что Максутов дает много более жесткие рекомендации, для диаметра 127 мм что-то вроде 5000 мм, которые проистекают из допуска 1/4 на вторичный спектр. Однако результаты моделирования таких важных характеристик качества как ЧКХ и критерий Штреля с учетом реальной спектральной чувствительности глаза позволяет смягчить его рекомендации примерно втрое-четверо.

Стоит отметить и то, что изображение, которое строится дублетом (ахроматом или даже апохроматом) в довольно сильной степени страдает от полевого астигматизма - качество изображения быстро ухудшается вне центральной зоны поля зрения.

см. также отдельную статью по ахроматам

Телеобъективы и Пецвали


Распространены и более сложные ахроматы, в которых кроме компенсации сферической, комы и первичного хроматизма ставятся другие цели (например получить большее и лучше исправленное поле зрения). Например, существуют два класса двухкомпонентных рефракторов изредка используемых в астрономической практике. Телеобъективы - с положительным первым двухлинзовым компонентом и отрицательным вторым. Они имеют несколько худшие характеристики качества изображения в центре поля зрения (особенно в части хроматизма), но зато позволяют сократить общую длину трубы телескопа при том-же фокусном расстоянии и в них легче поддаются коррекции полевые аберрации. Обычно линзовые телеобъективы используются в качестве фотографических. Объектив Пецваля состоит из пары положительных дублетов. Труба удлиняется, а остаточные аберрации на оси (прежде всего вторичный хроматизм и сферохроматизм) несколько лучше, чем у равного по фокусному расстоянию дублета при много лучшей коррекции полевых аберраций (астигматизма).

Диаметр ахромата ограничивается максимальным размеров оптически однородной стеклянной заготовки (максимальные диаметры ахроматов - порядка одного метра).

Апохроматы


Многие слышали о чудесных аберрационных свойствах АПО-объективов или, точнее, апохроматов, которые также используются в качестве объективов любительских рефракторов. Их существование стало возможным с появлением довольно редких и нетехнологичных (особенно при больших размерах), а потому дорогих оптических материалов с особым ходом дисперсии. Это так называемые особые стекла (кроны - ОК, и флинты - ОФ), стекла со сверхнизкой дисперсией (ED), флюориты, с помощью которых и удается рассчитать объектив рефрактора (двух-, трех- а иногда и более многолинзового) в котором существенно уменьшен вторичный спектр и проявления сферохроматизма по сравнению с дублетом на "обычных" стеклах. Такие объективы называют апохроматами (довольно часто это слово сокращают до "апо" и даже неправомерно записывают большими буквами на пример аббревиатур "АПО"). Апохроматическая коррекция позволяет добиться лучшего, а порой и почти идеального качества изображения безо всяких видимых проявлений хроматизма на оси объектива и/или существенно сократить длину трубы, то есть увеличить поле зрения и относительное отверстие. Апохроматы особенно в сочетании с корректором поля зрения (или в варианте Пецваля) особенно хороши в качестве астрографов. К сожалению большие апертуры апохроматов еще менее достижимы, чем у ахроматов - больно уж трудны в технологии большие куски оптически однородных особых стекол. Отсюда стремление к расчету апохроматических рефракторов на "обычных" стеклах, вроде линейки АПОЛАР-ов от НПЗ. Но у схемы "триалита" заложенной в АПОЛАР есть свои проблемы связанные с распределенной схемой компенсации аберраций и отсюда - повышенной чувствительностью к точности позиционирования его компонентов и перепадам температур во время эксплуатации.


Назад к оглавлению статей
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
 
Сообщения: 9312
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1

Вернуться в Оптические схемы

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1