Окуляр

Конструкция механики телескопа, технологические приемы и проч. ноу хау.

Окуляр

Сообщение Ernest » 28 ноя 2009, 18:35

Окуляр



Вот у вас в руках окуляр, как он устроен?
Все ли с ним в порядке?
По каким параметрам его можно сравнить с другими?

Механика окуляра


Сначала имеет смысл разобраться с типовыми размерами окуляра

eyepiece_dims.JPG
eyepiece_dims.JPG (19.81 КБ) Просмотров: 8755


  • D - диаметр корпуса окуляра (с посадочной втулкой и наглазником, если он есть), поперечный механический габарит окуляра. Этот параметр важен постольку, поскольку он дает представление об объеме занимаемом окуляром при хранении и перевозке. При диаметре более 55-60 мм окуляр становится непригоден для использования в биновьюере.
  • Dy - световой (незакрытый механикой) диаметр глазной линзы, косвенно он говорит о величине выходного поля зрения (AFOV) с выносом выходного зрачка - чем больше этот диаметр, тем лучше;
  • Df - диаметр полевой диафрагмы (или просвета, который виден в оптике окуляра со стороны посадочной втулки). Этот важный параметр напрямую определяет линейный размер входного поля зрения окуляра то есть ограничивает поле зрения телескопа. Косвенно (в сочетании с фокусным расстоянием) он задает угловое выходное поле зрения телескопа/окуляра;
  • Db - наружный диаметр посадочной втулки окуляра (его значение следует замерять с точностью до десятых долей мм), определяет то, насколько точно окуляр будет сидеть в фокусере телескопа, насколько легко его будет туда вставлять и извлекать оттуда. Для посадки 1.25" диаметр должен быть равен 31.65-31.7 мм, для 2" посадки 50.5 мм;
  • L - механическая длина, продольный габарит окуляра. Чем меньше, тем лучше - меньше места окуляр занимает в кейсе, минимально смещает центр тяжести от оси трубы;
  • Sf' - вынос выходного зрачка (или, что в телескопе тоже самое - заднего фокуса), он может быть измерен при помощи источника света близкого к точечному (лампочки) в метре от посадочной втулки в прямом ходе света - от наружной поверхности глазной линзы до сфокусированного изображения лампочки. Этот размер определяет комфорт наблюдателя при наблюдении, чем больше, тем лучше. Для наблюдений в очках (что важно для страдающих от астигматизма) требуется вынос более 16 мм, лучше 20 мм (от наиболее выступающей механической поверхности окуляра);
  • B - длина посадочной втулки окуляра, должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить посадку без перекоса и не слишком длинным, чтобы не упираться в оптические элементы (диагональное зеркало, корректор поля и т.п.) установленные до окуляра. Для окуляров 1.25" нормальной считается длина втулки 20-25 мм, для 2" окуляров - 30-35 мм;
  • Z - параметр парфокальности - расстояние от полевой диафрагмы (точнее от передней фокальной плоскости окуляра, которая в при наблюдениях должна быть совмещена с фокальной плоскостью объектива телескопа) до посадочного торца окуляра и соответственно наружного обреза окулярного тубуса телескопа - определяет то, насколько совместим окажется этот окуляр с другими. Потребуется или нет перефокусировка при замене его другим. Для большинства окуляров эта величина примерно равна нулю (положение фокальной плоскости совпадает с посадочным торцем на корпусе окуляра - стыком посадочной втулки и корпуса), но во многих окулярах, например от TeleVue, она имеет положительное значение (их фокальная плоскость смещена внутрь посадочной втулки), а в габаритных 2" окулярах часто имеет отрицательное значение - передняя фокальная плоскость окуляра смещена внутрь корпуса окуляра (ближе к глазу наблюдателя). Желательно подбирать окуляры с одинаковым или близким параметром парфокалбности;
  • К этому можно было бы добавить высоту и диаметр наглазника, дополнить оптический вынос выходного зрачка механическим (не от линзы, а от металла оправы);
  • внутри посадочной втулки окуляра обычно нарезана резьба для крепления фильтров: М28.5х0.6 или точнее 1.125" x 42 tpi для окуляров 1.25" и М48x0.75 для 2" окуляров

Важной характеристикой является вес окуляра - тяжелые и габаритные окуляры склонны разбалансировать трубу телескопа (особенно при смене увеличения) и с ними неудобно обходиться.


Качество сборки, внешний вид
При потряхивании окуляра он не должен издавать звуки подобные детской погремушке. Стуки из-за игры линз в зазорах если и должны быть - то едва слышными и глухими. Недопустимы глубокие царапины на механике окуляра, особенно подозрительны сорванные шлицы резьбовых колец. В случае б/у - допустимы небольшие царапины на юбке окуляра - они образуются при зажиме в фокусере, их число косвенно свидетельствует о том как интенсивно использовался окуляр предыдущим владельцем. Обратите внимание на внутреннюю резьбу на юбке окуляра - она предназначена для светофильтров, резьба не должна быть замята - хорошо иметь при себе светофильтр для того, чтобы проверить, что она в порядке. Если это окуляр переменного увеличения (zoom), то смена увеличения (фокусного расстояния) должны быть плавными, без приложения излишней силы - на больших увеличениях это будет постоянным источником проблем - будет сбиваться наведение. Линзы должны быть чистыми на отражение и на просвет - недопустимы любые сколы, глубокие царапины, пятнистая неоднородность просветляющих покрытий. Стандартная комплектация окуляра - крышки на посадочную втулку и глазную линзу - это предотвратит его замусоривание, отпотевание при хранении и переноске. Пластиковый футляр? - Тоже неплохо.


Механическое оформление
Наглазник должен быть с одной стороны удобным - подходящим под глаз - по своей форме, средней жесткости. Слишком мягкий не даст зафиксировать глаз относительно выходного зрачка окуляра, слишком жесткий не купирует индивидуальные особенности глазной впадины наблюдателя (он будет "протекать" от внешней боковой засветки). Наглазник должен хорошо защищать глаз от контакта с металлом оправы (дабы не обжечься при наблюдении на морозе) и от внешних (местных боковых) источников света. Корпус окуляра должен быть хорошо окрашен толстой эмалью (опять же, чтобы не обжигать руки и лицо наблюдателя на морозе и замедлять остывание, орошение). Хорошо если цилиндр окуляра обрезинен - руки увереннее удерживают его в сумерках и ночью. Иногда форма корпуса окуляра ребристая (типа как у карандаша), что полезно для предотвращения прокатывания на наклонной поверхности стола. Часто посадочная втулка окуляра имеет неглубокую кольцевую проточку - для того, чтобы окуляр не выскользнул из фокусера даже при не до конца зафиксированном винте. Но эта выборка замедляет процесс смены окуляра, особенно если фокусер оборудован компрессионным кольцом. Коническая неглубокая проточка - лучше, в окулярах "Морфеус" на посадочной втулке нанесены целая серия узких кольцевых канавок, с той же целью.

Оптические характеристики


кардинальной характеристикой окуляров является выходное угловое поле зрения окуляра 2w', его можно измерить непосредственно по схеме представленной на следующем рисунке. Чем поле зрения больше, тем меньше эффект "замочной скважины" или "туннельный эффект" - когда полезное поле зрения окуляра выглядит маленьким удаленным пятачком. Владельцы классических окуляров с их угловыми полями 35-45 градусов особенно страдают от эффекта замочной скважины. Современные многолинзовые окуляры с полями зрения 100-120 градусов перекрывают почти все доступное для взгляда поле зрения и создают иллюзию наблюдений в иллюминатор. К сожалению, за это приходится платить и прямо (деньгами) и косвенно (габариты, неудобства в использовании, повышенное светорассеивание). Между этими двумя полюсами компромиссные в разной степени широкоугольные окуляры линий WA (50-60 градусов), SWA (65-75 градусов) и UWA (80-90 градусов), которые предоставляют разный уровень компромисса между ценой и полем зрения.

AFOV.JPG
AFOV.JPG (26.58 КБ) Просмотров: 8755


Угловое поле зрения 2w' однозначно связано с диаметром полевой диафрагмы D окуляра

2w'(град.)=57.3*D/f'ok (1)

Главное оптической характеристикой окуляра является фокусное расстояние окуляра f'ок - от него непосредственно зависит увеличение телескопа, в котором он будет использован:

Г = f'об/f'ок (2)

Фокусное расстояние окуляра, как и любой другой оптики можно измерить по его линейному увеличению в схеме проекции

focal_length.JPG
focal_length.JPG (16.97 КБ) Просмотров: 8755


На рисунке показана и формула определения f' и величины, которые надо измерить для подстановки в формулу

f' = y'*L/y (3)

Точность будет определяться тем, насколько точно будет измерен размер изображения тест-объекта y' и насколько большим по сравнению с фокусным будет расстояние L.

Друга важная характеристика - вынос выходного зрачка. Она определяет расстояние до места, где фокусируется изображение апертурной диафрагмы телескопа после окуляра (точнее после наружной поверхности глазной линзы окуляра). Если зрачок глаза наблюдателя (или входной зрачок другого наблюдательного/фотографического прибора) расположен в выходном зрачке, то пучки лучей со всего поля зрения попадут в него - то есть все поле зрения будет видно одинаково ярко без срезаний и виньетирования.

Чем вынос выходного зрачка больше, тем дальше от окуляра можно (и нужно) располагать глаз (другой наблюдательный прибор). Это благоприятно сказывается на чистоте поверхности глазной линзы окуляра (она не так интенсивно будет пачкаться ресницами наблюдателя), не раздражает наблюдателя постоянным контактом ресниц с окуляром, создает больший объем воздуха для испарений влаги с поверхности глаза и окуляр меньше склонен к запотеванию. Кроме того, для людей с астигматическим дефектом зрения, при использовании окуляров с выносом выходного зрачка более 20 мм появляется возможность наблюдать в очках. Косвенно о величине большого выходного зрачка свидетельствует диаметр глазной линзы - чем он больше, тем больший вынос выходного зрачка.

exit_pupil_meas.PNG


Стоит заметить, что чем более окуляр широкоугольный, тем важнее для него иметь больший вынос выходного зрачка. Для короткофокусных планетных окуляров с небольшим полем зрения зрачок глаза наблюдателя без всяких потерь в видимом поле зрения можно располагать на 10-15 мм дальше от номинального положения выходного зрачка.


Блики и покрытия
Качество покрытий можно оценить по яркости бликов, которые дают линзы окуляра от точечного источника. Что-то вроде точечного источника (да хоть настольную лампу, солнце, фонарь) надо расположить за спиной и рассмотреть блики от этого источника возникающие на линзах окуляра, который надо повернуть к себе глазной линзой на фоне какой-нибудь темной ткани. При некотором взаимном положении глаза наблюдателя, окуляра и источника света можно увидеть целую вереницу разноцветных бликов уходящую как бы вглубь окуляра. Число бликов даст вам представление о сложности конструкции окуляра - их число равно числу оптических поверхностей. Часть бликов белесая - от склеек, часть цветная от просветленных поверхностей линз. Однослойные покрытия дают лиловый яркий блик, двухслойные - голубоватый или красноватый блик, многослойка может дать разные оттенки пурпурного и даже зеленоватого цвета. Хорошие покрытия дают блики одного оттенка. Разнобой в цветах - свидетельство проблем у производителя с нанесением просветляющих покрытий. Возможно он экономит - покрывает "многослойкой" только наружные поврехности для придания "благородного" цвета. Подозрительные покрытия, особенно в сочетании с многочисленностью поверхностей приведут к малоконтрастному изображению.


Потери света
Если посмотреть на белую хорошо освещенную стену частью через окуляр, частью поверх него, чтобы иметь возможность сравнить цвет и яркость стены в окуляре и без него, то можно оценить то насколько окуляр сильно поглощает свет, искажает его спектр. Окуляр с хорошими покрытиями и светлыми стеклами должен практически незаметно на глаз уменьшать яркость стены без искажения ее цвета. Если тон стены меняется в сторону теплого/холодного, а тем более желтеет - у окуляра есть проблемы со стеклами и покрытиями. Легко заметное на глаз потемнение куска стены видимой через окуляр также плохой показатель - окуляр теряет слишком много света.


"Мухи" и "духи"
Если наблюдать яркий объект вроде яркой звезды или планеты (на худой конец - недалекого фонаря), то некоторые окуляры с неудачным расположением поверхностей дают заметные назойливые концентрированные блики видимые в одном поле зрения с основным ярким объектом. Если вывести объект чуть в сторону от центра - эти блики или "духи" так-же смещаются с центра, часто в противоположную сторону. Более суетливы блики, который дает отражение световых пучков от роговицы глаза наблюдателя, а затем обратно в глаз. Эти блики очень быстро, как бы хаотично перемещаются по полю зрения. Их называют "мухами". И "духи" и "мухи" весьма неприятная особенность окуляра и обычно такие окуляры избегают использовать - изображение теряет контраст, наблюдения делаются психологически неприятными.


Рефлексы
Становятся видны, когда яркий объект выводится чуть-чуть из поля зрения. Некоторые окуляры с незачерненными нерабочими поверхностями линз, плохим чернением механики или просто неудачной светозащитой дают в этом случае длинную светлую полосу (форма может варироваться) через все поле зрения, что делает весьма затрудненным наблюдения туманностей вблизи ярких звезд.


Маскирование части поля зрения
Часто дешевые и реже дорогие сверхширокоугольные окуляры обладают высокой чувствительностью к положению глаза относительно глазной линзы окуляра. Чуть влево, чуть вправо и часть поля зрения широким пятном срезается и перестает быть видимой. Особенно докучливым может быть срезание поля зрения которое начинается не с краю, а со средней его части (по форме темного пятна этот эффект называется фасолевым или по английски kidney bean), что вызвано сильной сферической аберраций в выходном зрачке. Наблюдения с таким окуляром, особенно днем (когда зрачок наблюдателя существенно уже ночного) - сущее мучение. Стоит отметить, что окуляры с нефорсированным полем зрения (особенно это касается симметричного окуляра или Плёсла) не подвержены такому эффекту.


Виньетирование
Этот дефект изображения (потемнение края поля зрения) более характерен для светосильной оптики, но иногда проявляется и в окулярах в виде темноватой каймы у края полевой диафрагмы видимой при наблюдении в телескоп равномерно яркого источника типа неба или светлой стены.

Аберрации


Остаточные аберрации окуляра в значительной степени способствуют потере резкости и контраста изображения, которое видно в окуляре. Аберрации "размывают" изображения звезд, делают незаметными малоконтрастные детали на дисках планет, Луны и Солнца. Аберрации более проявляются у длиннофокусных окуляров (менее критичны для короткофокусных), более широкоугольных окуляров и окуляров с вынесенным зрачком. Именно эти категории окуляров требуют особенного внимания на предмет тестирования аберраций.

Более подробно аберрации окуляров разобраны в отдельной статье: http://astro-talks.ru/forum/viewtopic.php?f=19&t=2393

Для тестирования следует вставить окуляр в телескоп и выбрать в качестве тест-объекта или яркую звезду ночью, или точечный объект типа далекой лампы накаливания фонаря вечером, или солнечный блик на электрическом изоляторе днем.


Зависимость от объектива
Аберрации окуляра очень чувствительны к относительному отверстию объектива совместно с которым он работает. Чем светосильнее объектив, тем сильнее проявляются собственные аберрации окуляра. Тестировать окуляр лучше на светосильном объективе, а использовать на объективе с большим относительным фокусным расстоянием. :) Объектив для тестирования в части своих аберраций должен быть вне подозрений, лучше всего если тест-изображение светящейся точки будет сформировано качественным объективом микроскопа. Иначе можно не увидеть аберраций окуляра на фоне, например, полевой комы Ньютона или хроматизма рефрактора.


Полевые аберрации
Важными полевыми аберрациями являются хроматизм увеличения, кома, астигматизм и кривизна поля.

Хроматизм увеличения - обычная аберрация дешевых окуляров, приводит к окрашиванию изображения точки у края поля зрения - точка становится чуть вытянутой и окрашенной: синим-красным (первичный спектр) или зеленым-пурпурным (вторичный). Иногда такое несимметричное окрашивание наблюдается и в центре поля зрения - это либо следствие рефракции атмосферы (лучше тестироваться по звездам ближе к зениту, где этот эффект не проявляется), либо результат плохой юстировки объектива, либо перекосов линз в окуляре (при вращении окуляра в фокусере спектр вращается вместе с окуляром). Иногда за проявление хроматизма увеличения принимают цветную кромку по краю полевой диафрагмы, что может быть видна в совершенно приличных окулярах с полевой диафрагмой расположенной между его линзами.

Кома редко встречается в окулярах - звезды при сдвиге с центра поля зрения теряют симметричность и отращивают себе больший или меньший хвост в сторону от центра поля зрения (реже к центру). При использовании в Ньютонах и Шмидт-Кассегренах мы можем видеть такое поведение изображений звезд - но это кома самого объектива, а не окуляра. Кома окуляра свидетельствует об ошибке сборки окуляра, возможно один из компонентов был по небрежности расположен в ориентации обратной расчетной.

Астигматизм - наиболее обычная аберрация окуляра. Проявляется как бы в виде расфокусировки изображения на краю поля зрения, только эта расфокусировка (нерезкость) ни как не может быть компенсирована фокусером. Изображения звезд у края поля зрения в зависимости от положения фокусера вытягиваются то в одном то в другом направлении.

Кривизна - столь же обычна для окуляров. Проявляется в виде расфокусировки изображения на краю поля зрения, когда сфокусирована середина и наоборот - при сфокусированном изображении на краю поля зрения центр становится расфокусирован. Обычно одна из этих двух аберраций доминирует или полевой астигматизм, или кривизна поля зрения и именно они портят внешние 30-20% поля зрения в бюджетных окулярах. Но и самые дорогие окуляры имеют дефектную зону в 10-5% крайнем поясе поля зрения. Совершенно недопустимо проявление астигматизма/кривизны в пределах центральных 50% поля зрения.

Дисторсия - не столь важная для астрономических приложений аберрация, в чем то даже полезная. Это различие увеличения по полю зрения. Проявляется в виде искривления прямых линий (например геометрии элементов зданий, окон), сильная дисторсия сверхширокоугольных окуляров приводит к тому, что диски планет у края поля зрения перестают быть круглыми вытягиваясь в слабо вытянутый эллипс. Все это скорее эстетические дефекты изображения.


Апертурные аберрации
- мало характерны для окуляров, обычно это хроматизм положения и сферическая аберрация, которые приводят к появлению более-менее симметричных ореолов одинаковых по всему полю зрения. При хроматизме ореолы довольно яркие и окрашены в пурпурный цвет, при сферической - слабее не окрашены. В качественном окуляре не должно быть заметно никаких других следов апертурных аберраций, кроме аберраций и дифракции самого объектива.

Назад к оглавлению статей
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
 
Сообщения: 9157
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1

Re: Окуляр

Сообщение Ernest » 17 дек 2015, 14:04

Иллюстрация к понятию "эффективная полевая диафрагма".

Рисунок позаимствован (и слегка адаптирован мной для русскоязычных читателей) из статьи Наглера: http://cs.astronomy.com/asy/b/astronomy/archive/2015/10/13/the-evolution-of-eyepiece-developments-at-tele-vue.aspx, кстати весьма интересную и поучительную.

То что Наглер назвал "эффективной диафрагмой" - это вид полевой диафрагмы окуляра со стороны объектива - изображение реальной полевой диафрагмы (которая, может быть, располагается внутри корпуса окуляра) через линзы предфокальных компонентов окуляра в обратном ходе световых лучей. Для окуляров с открытой полевой диафрагмой диаметр эффективной диафрагмы совпадает с диаметром самой полевой диафрагмы. Для окуляров с закрытой полевой диафрагмой диаметр эффективной полевой диафрагмы обычно меньше, чем у реальной диафрагмы. Соотношение диаметров реальной и эффективной полевой диафрагмы - кратность предфокального компонента, если рассматривать его как своего рода линзу Барлоу. Диаметр эффективной диафрагмы Dэф (или Df, как в тексте выше) однозначно определяет поле зрения телескопа (TFOV): 57.3*Dэф/f'об
Вложения
effective_fs.png
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
 
Сообщения: 9157
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1


Вернуться в Конструкция телескопа

Кто сейчас на конференции

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