Подбор окуляров

Авторские статьи и переводы Эрнеста Шекольяна по наиболее ЧАсто обсуждаемым ВОпросам в любительской астрономии, включая: некоторые моменты из расчетной оптики, особенности оптических схем, элементам конструкции и эксплуатации телескопов, подходы к астрономическим наблюдениям, тематические словари.

Подбор окуляров

Сообщение Ernest » 01 ноя 2009, 11:01

Выбор окуляров для телескопа


Телескоп отличается от подзорной трубы или бинокля тем, что предполагает использование набора сменных окуляров. Таким образом наблюдатель получает свободу выбора увеличений и поля зрения - в зависимости от наблюдаемого объекта. Обычно приобретенных телескоп комплектуется одним или двумя окулярами, но этого мало, да и характеристики комплектных окуляров далеки от идеальных. Таким образом сразу после покупки или по мере приобретения некоторого наблюдательного опыта перед владельцем встает вопрос о подборе удобного набора качественных окуляров. Набора, который обеспечивал бы весь диапазон полезных увеличений и позволил бы использовать телескоп с максимальной эффективностью.

Увеличение


Если на время забыть о линзах Барлоу и компрессорах, то фокусное расстояние окуляра f'ок (обычно измеряют в миллиметрах) установленного в телескоп с фокусным расстоянием объектива f'об однозначно связано с получаемым увеличением Г по следующей простой формуле:

Г = f'об/f'ок (1)

Например, окуляр с фокусным 10 мм в телескопе с фокусным расстоянием 1000 мм обеспечит увеличение 1000/10 = 100 крат (100х).

Таким образом выбор фокусных расстояний в наборе окуляров для конкретного телескопа это в первую очередь выбор разумного набора увеличений.

Диапазон полезных увеличений телескопа


Полезные увеличения телескопа лежат в диапазоне от D/7 до 1.5·D, где D - диаметр апертуры объектива телескопа в миллиметрах.

Например, для телескопа с диаметром объектива 100 мм (4") окуляры надо подбирать так, чтобы они обеспечивали увеличения примерно от 100/7 = 15х до 1.5·100 = 150х.
Замечание: далее по тексту увеличения будут выражаться через диаметр (в мм) апертуры телескопа: D/2 - увеличение равное половине диаметра в мм (для телескопа с апертурой 100 мм - 50 крат, или 50х).


Малые увеличения D/7..D/5 обеспечивают наблюдателя большими видимыми полями зрения, изображением максимальной яркости и они используются для поиска интересующих астрономических объектов и обзоров звездных полей. Средние увеличения D/3..D/2 - наиболее часто используются, в том числе для рассматривания так называемых объектов глубокого космоса: звездных скоплений, туманностей и галактик. Большие увеличения 1D..2D используются - для детального рассматривания ярких объектов вроде двойных звезд и планет с большим масштабом и подробностями. По мере роста увеличения уменьшается и яркость изображения, и поле зрения телескопа.

Диапазоны увеличений Г в зависимости от
входной апертуры D объектива телескопа

D"D ммГminГmax
250775
37610114
410215150
512718190
615222230
718025270
820330300
922833350
1025436380
12304.845460
16406.460600
18457.265680
2050870750

Как видим максимальное "разумное" увеличение телескопа примерно в десять раз больше минимального.

В принципе, возможно использование увеличений немного выходящих за указанные в таблице диапазоны. Если увеличение меньшее, чем Гmin (его еще называют равнозрачковым) позволяет расширить поле зрения телескопа - то отчего бы и нет. Хотя в зеркальных телескпах (с центральным экранированием) увеличения меньше равнозрачкого чреваты виньетированием центра поля зрения. Увеличения большие чем 1.5D..2D также возможны при некоторых типах наблюдений, особенно при использовании рефракторов малых апертур. Мы обсудим это ниже.

Замечание: рекомендую при подборе увеличений и фокусных расстояний окуляров обратить внимание на Калькулятор

Выходной зрачок окуляра и телескопа


У телескопа есть входная апертура - диаметр световых пучков, с которыми работает объектив телескопа (или говоря шире - любого телескопического прибора, включая, такие как подзорная труба и бинокль). Если есть входная, то есть и выходная апертура - диаметр световых пучков на выходе из телескопа. Выходная апертура телескопа является входной апертурой для глаза наблюдателя или другого последующего оптического узла (например, объектива фотокамеры). Диаметры входной и выходной апертур телескопа связаны между собой и определяются так называемой апертурной диафрагмой телескопа. Обычно это оправа самого большого по диаметру оптического элемента - главного зеркала рефлектора, первой линзы рефрактора, линзового корректора Шмидт-Кассегрена, мениска Максутова и т.д.. Хотя порой апертурная диафрагма может быть спрятана внутри оптического прибора. Например, диагональное зеркало в схеме Ньютона может быть оптическим элементов ограничивающим реальную апертуру всего этого телескопа. Изображение апертурной диафрагмы в пространстве предметов (откуда падают световые лучи) - это входной зрачок телескопа и его диаметр - диаметр входной апертуры. Изображение апертурной диафрагмы в пространстве изображений (куда уходят световые лучи) - это выходной зрачок и его диаметр - диаметр выходной апертуры. Диаметр выходного зрачка d' очень важен при использовании телескопа и он связан с входной апертурой D и увеличением телескопа Г формулой:
d' = D/Г или Г = D/d' (2)
С другой стороны, диаметр выходного зрачка может быть рассчитан как фокусное расстояние окуляра f'ок деленное на относительное фокусное расстояние объектива телескопа k (фокальное или F-число, отношение фокусного расстояния телескопа к его апертуре):
d' = f'ок/k (3)
Выходной зрачок телескопа при дневных наблюдениях можно увидеть как светлый кружок над глазной линзой окуляра.

Входная апертура оптики после окуляра должна быть согласована с диаметром и положением (выносом) выходного зрачка телескопа (окуляра). При визуальном наблюдении оптика после окуляра - глаз наблюдателя, зрачок которого должен быть по возможности совмещен с выходным зрачком телескопа и иметь больший диаметр, чем d'. Совмещение позволяет видеть без затенения (виньетирования) все поле зрения окуляра. А превышение диаметра зрачка глаза над выходным зрачком телескопа не дает потеряться (отсечься) лучам входной апертуры телескопа - то есть использовать полностью светособирающую способность телескопа.

"Равнозрачковое увеличение" - минимальное увеличение телескопа?


Минимальное разумное увеличение телескопа определяется тем простым соображением, что диаметр выходного зрачка (выходной апертуры) телескопа d' не должен превышать диаметр зрачка наблюдателя. Ночью адаптированный зрачок глаза наблюдателя раскрывается до 6-8 мм, в среднем 7 мм. Поэтому минимальное увеличение (его еще называют "равнозрачковым"), при котором диаметр зрачка глаза наблюдателя равен диаметру выходных световых пучков, и составляет Г = D/7.

Другое дело, что при увеличениях меньше равнозрачкового (яркость изображения при этом не падает!) может оказаться доступно большее поле зрения. И это часто оказывается важнее, чем желание использовать входную апертуру как можно полнее. Эффективная входная апертура в этом случает составит Dэфф = Г*dгл, где dгл - диаметр зрачка наблюдателя. Заметим так же, что днем размер зрачка наблюдателя сужается раскрывается до диаметра 2-4 мм (в зависимости от от яркости освещения) и "равнозрачковое" увеличение днем будет заметно больше ночного - D/2..D/4.

Назначение небольших увеличений близких к равнозрачковым - получить в окуляре максимально большое видимое на небе поле зрения при максимальной яркости изображения. Это полезно для более легкой ориентации, поисковых работ, иногда - для того чтобы вместить в поле зрения очень уж большие объекты вроде кометы, туманности "Калифорния", туманности Андромеды (М31) и т.п. Особенно эти наблюдения бывают интересны при наблюдениях протяженных диффузных туманностей с использованием узкополосных дипскай фильтров.

Разрешающее - максимальное увеличение телескопа


Верхняя граница рациональных увеличений или "разрешающее увеличение" была определена эмпирически и связана с влиянием дифракции и предельного разрешения глаз. При росте увеличения уменьшается размер выходного зрачка телескопа и оказалось, что наивысшее разрешение достаточно ярких объектов достигается при выходных зрачках диаметром d'min около 0.7 мм. При нормальной остроте зрения дальнейший рост увеличения не приводит уже к лучшей видности деталей, но уменьшает их общее число ввиду уменьшения поля зрения. По известной формуле предельного разрешения телескопа 140"/d легко прикинуть разрешение по Релею для глаза при входной для него апертуре 0.7 мм - он составит 200 угловых секунд, то есть больше 3 угл. минут и очевидно, сильно не дотягивает до предела зоркости для нормального человеческого глаза (обычно его полагают втрое меньшим примерно равным 1 угл. минуте). При нормальной остроте зрения такое увеличение уже мешает восприятию изображения - рыхлое, мутное и неяркое изображение создает иллюзию уменьшения детализации. Применив еще раз формулу связи диаметров зрачков и увеличения получим Гmax = D/d'min = D/0.7 = 1.4·D. Увеличения большие, чем 1.4·D, имеют смысл при пониженной остроте зрения наблюдателя и при наблюдениях сравнительно ярких и контрастных объектов. Следует также помнить что чем больше увеличение, тем тусклее изображение.

Назначение разрешающего увеличения - дать возможность наблюдателю рассмотреть в мельчайших деталях двойные звезды, диски планет, поверхность Луны. Обычно полезно иметь пару окуляров для двух разрешающих увеличений, скажем 1.4·D и более комфортное 1.8·D. При наблюдении тусклых объектов (планетарные туманности) или сильном влиянии турбулентности следует уменьшать используемое максимальное увеличение до 1·D.

Проницающее увеличение


Иногда говорят об особой роли так называемого "проницающего" увеличения, которое достигается при выходных зрачках диаметром 1.5-2 мм, то есть D/1.5..D/2, при котором как будто достигается наивысшее проницание (видны самые тусклые звезды) телескопа. При таких выходных зрачках предел дифракционного разрешения (140/dвых) примерно равен предельным разрешительным возможностям среднего глаза. За теоретическим обоснование этого факта, как и других изложенных здесь рекомендаций, советую обратиться к "Астрономической Оптике" Д.Д.Максутова. Проницающее увеличение применяется по шаровым и "тесным" рассеянным скоплениям, спутникам планет и т.п.

Рекомендуемый ряд увеличений и фокусных расстояний окуляров


Таким образом при нормальном зрении наблюдателя вырисовывается следующий ряд рекомендуемых увеличений для астрономических наблюдений:
  • предельное 2·D под выходной зрачок диаметром 0.5 мм. Оно актуально большей частью на небольших по апертуре телескопах при технических работах связанных с юстировкой, разрешением предельных двойных звезд иногда для рассматривания контрастных деталей ярких планет (Меркурий, Марс, кольцо Сатурна, детали терминатора Луны). Еще большие увеличения не возбраняются, но их применение дает слишком тусклое и малоконтрастное изображение, очень уж маленькое поле зрения и не добавляет новых деталей. Например, для телескопа с входной апертурой 200 мм (8") предельное увеличение составит 2*200 = 400 крат.
  • разрешающее 1.4·D под выходной зрачок диаметром 0.7 мм - рабочее "планетное" увеличение, которое обычно используют при наблюдениях двойных звезд, деталей на дисках планет, на поверхности Луны. Например, при входной апертуре рефрактора 70 мм с отн. отверстием 1:10 разрешающее увеличение составит 1.4*70 = 98 крат, что достигается окуляром с фокусным расстоянием 0.7*10 = 7 мм.
  • Лунное или вспомогательное 1·D - выходной зрачок диаметром 1 мм. Это вспомогательное "планетное" увеличение, используемое при наблюдениях планет на телескопах больших апертур (особенно в условиях реальной атмосферы), спутников Сатурна, для разрешение на звезды скоплений составленных из тесно расположенных тусклых звезд, рассматривания компактных планетарных туманностей, идентификации тусклых звездообразных объектов типа Плутона, детальных наземных наблюдений, обзора дисков Луны и Солнца. Например, при входной апертуре 115 мм (4.5") Лунное увеличение апохромата 1:7 составит 115х, что достигается использованием окуляра с фокусным расстоянием 7 мм.
  • проницающее звездное 0.7D или D/1.4 увеличение с выходным зрачком диаметром 1.4 мм. Оно наиболее эффективно для разрешения на звезды шаровых и компактных рассеянных скоплений, наблюдений умеренно протяженных планетарных туманностей и т.п. Например, проницающее звездное увеличение для 10" (254 мм) Добсона 1:4.5 составит 0.7*254 = 180х, что может быть обеспечено окуляром с фокусным расстоянием 1.4*4.5 = 6.3 мм
  • проницающее дипскайное D/2 под выходной зрачок 2 мм. Это рабочее увеличение по компактным галактикам и туманным образованиям на пределе проницания телескопа, рассматривания тонкой структуры ярких диффузных туманностей (вроде М42). Например, для 12" Шмидт-Кассегрена (входная апертура 305 мм, относительное отверстие 1:10) проницающее дипскайное увеличение составит 305/2 = 152х, и оно обеспечивается окуляром 10*2 = 20 мм.
  • дипскайное D/3 под выходной зрачок диаметром 3 мм. Это наиболее часто используемое увеличение по большинству популярных дипскай-объектов вроде объектов из каталога Мессье, Кадвела и Гершеля. Для 150 мм 1:10 Максутова-Кассегрена дипскайное увеличение будет равно 150/3 = 50х и может быть обеспечено окуляром с фокусным расстоянием 10*3 = 30 мм.
  • равнозрачковое, поисковое D/5..D/7 под выходной зрачок от 5 до 7 мм. Это обзорное и поисковое увеличение для достижения максимального поля зрения и яркости ночной "картинки" с минимальным увеличением. Меньшие увеличения, если они способствуют росту наблюдаемого поля зрения, вполне возможны, но надо помнить, что при этом зрачок глаза наблюдателя обрезает часть света собранного входной апертурой телескопа. Например, для 110 мм Ньютона 1:6 равнозрачковое ночное увеличение составит 110/7 = 16х и может быть обеспечено окуляром с фокусным расстоянием 6*7 = 42 мм

Фокусные расстояния окуляров в зависимости от относительного отверстия объектива телескопа
УвеличениеНазначение1:4.51:61:101:14
Равнозрачковое, поисковоеПоиск, обзор, "широкие" туманности22-32 мм30-40 мм40-50 мм40-50 мм
ДипскайноеОбъекты Мессье и т.п.15 мм18-20 мм30-32 мм40 мм
Дипскайное проницающееТуманности и яркие галактики10 мм12-13 мм20 мм25-28 мм
Проницающее по звездамМелкие галактики, планетарки и скопления6.3 мм8-9 мм14 мм20 мм
Дополнительное разрешающееОбзор диска Луны, Солнца, спутников планет4.5 мм6 мм10 мм14 мм
РазрешающееДетали планет, Луны и Солнца3 мм4.5 мм7 мм10 мм
ПредельноеДвойные звезды, юстировка2.3 мм3 мм5 мм7 мм


Следует отметить, что все эти рассуждения носят несколько отвлеченный, абстрактный характер. В реальной жизни все несколько сложнее. Вступают в действие и другие часто решающие ограничения. Рассмотрим их по порядку.

Ограничения связанные с относительным отверстием объектива телескопа


Относительное отверстие объектива это отношение его диаметра (апертуры) D к фокусному расстоянию f'об. Обычно удобнее говорить об обратной величине k = f'об/D - относительном фокусном расстоянии объектива.

Для телескопа с очень большим относительным фокусом k = 14 (нормально для Кассегренов с малым экранированием) фокус окуляра для обеспечения равнозрачкового увеличения составит f' = d·k = 7·14 = 98 мм! Увы, окуляров с таким большим фокусным расстоянием на рынке не сыщешь. Обычно, самые длиннофокусные окуляры это 40-50 мм. Так что приходится ограничивать свои аппетиты и возможные видимые поля зрения в таких телескопах.

И наоборот, для телескопа с коротким относительным фокусом k=4 ("быстрые" Ньютоны) для получения т.н. "разрешающего увеличения" потребуется фокусное расстояние окуляра f' = d·k = 0.7·4 = 2.8 мм. "Маловато будет!" Без дополнительных оптических элементов типа линзы Барлоу не обойтись - а они не всегда желательны (особенно при наблюдениях планет).

Оптимально для подбора окуляров иметь относительное фокусное расстояние объектива телескопа равного 6-7. В таком случае получается полноценный набор окуляров с вполне доступным набором фокусов примерно от 5 до 50 мм.

Ограничения со стороны доступного поля зрения


Наиболее распространенные стандартные диаметры окулярной трубки телескопа 1.25" и 2" (это диаметры внутренних отверстий фокусера в которое вставляется по гладкой цилиндрической посадке окуляр).

Если у телескопа окулярная трубка 2" - это хорошо, поскольку с переходником 2"/1.25" он пригоден и для окуляров стандарта 1.25".

Окуляр стандарта 2" позволяет использовать окуляры с диаметром полевой диафрагмы Dп до 45 мм. Если владелец телескопа ориентирован на относительно дешевые не широкоугольные окуляры (поле зрения 2w' = 45 градусов) то максимальный по фокусному расстоянию окуляр, который он может использовать будет f' = 57.3·Dп/2w' = 57.3 мм. Для более дорогих и широкоугольных окуляров (2w' = 65 градусов) максимальное фокусное расстояние уже будет около 40 мм, а для сверхширокоугольных (2w' = 80 градусов) не более 32 мм.

Для владельца телескопа стандарта 1.25" (максимальная по диаметру полевая диафрагма окуляра около 25-27 мм) значения максимальных фокусных расстояний будут меньше. Для ординарных окуляров - 32 мм, для широкоугольников - 22 мм, для сверхширокоугольных окуляров не более 18 мм. Соответственно одним ограничением на фокусное расстояние окуляра и увеличение телескопа - больше.

Недостаточная аберрационная коррекция объектива телескопа и турбуленция


При серьезных остаточных аберрациях объектива телескопа становятся бесполезными большие разрешительные увеличения. Если ваш телескоп сомнителен по качеству коррекции ограничьтесь в покупках короткофокусных окуляров - от них не будет проку. Многие так называемые "короткие ахроматы" и очень уж "быстрые" Ньютоны сомнительного происхождения не дают возможности с пользой применять увеличение больше 1·D.

Атмосферная турбулентность (быстрое перемешивание разных по температуре слоев воздуха) столь обычная в средних широтах при смене давления и проч. погодных катаклизмах так-же ограничивает приемлемые увеличения сверху (увеличения более 200-250х), часто тем более эффективно, чем больше диаметр апертуры.

Физиология зрения


Очень уж короткофокусные простые окуляры характеризуются небольшим (менее 5 мм) выносом выходного зрачка. То есть наблюдатель вынужден близко (иногда вплотную!) придвигать свой глаз к глазной линзе окуляра. Это вызывает ряд отрицательных моментов: ощущение дискомфорта от контакта ресниц с оптикой и механикой окуляра, быстрое загрязнение глазной линзы и таким образом повышенное светорассеивание на ней - потеря контраста изображения, запотевание глазной линзы влагой глаза в морозную погоду, известные трудности для тех, кто вынужден даже при наблюдениях использовать коррегирующую оптику (например очки для компенсации астигматизма).
Таким образом, возникают трудности, часто делающие невозможным использование окуляров с малым выносом выходного зрачка (а они обычно самые короткофокусные). Часто эта критически важная характеристика не дается в техническом описании окуляра (вынос выходного зрачка). "Опасные" в этом плане окуляры хорошо выделяются малым (3-5 мм) диаметром окошка глазной линзы, стоит иметь ввиду описанные выше проблемы и по-возможности избегать их.

Использование линз Барлоу


При использовании окуляра после линзы Барлоу его фокусное расстояние как-бы уменьшается во столько раз, какова кратность используемой линзы Барлоу. И соответственно растет увеличение телескопа. Линзу Барлоу используют в том числе и для преодоления описанных физиологических проблем при использовании очень уж короткофокусных окуляров. Действительно 10 мм симметричный окуляр с вполне еще приемлемым выносом выходного зрачка 6-7 мм, при использовании 2х линзы Барлоу получает эффективное фокусное расстояние 5 мм при сохранении (и даже небольшом увеличении) этого еще комфортного выноса выходного зрачка!

Кроме того хорошая линза Барлоу позволяет преодолевать еще одно ограничение связанное со слишком уж большими относительными отверстиями быстрых Ньютонов. Действительно рефлектор с относительным 1:4.5 после установки 2х линзы Барлоу получает вполне благоприятное для многих окуляров относительное отверстие 1:9.

Отсюда вывод: линза Барлоу часто оказывается эффективна для преодоления ряда трудностей в использовании окуляров, особенно короткофокусных и может заменить один-два короткофокусника. Например, пара окуляров с фокусными 10 мм и 7 мм при использовании 2х линзы Барлоу как бы дополняются виртуальными окулярам с фокусными 5 мм и 3.5 мм. Что приводит как бы к "размножению" окуляров посредством линзы Барлоу.

К сожалению, использование линз Барлоу имеет свои ограничения. Если двукратные линзы работают как правило весьма недурно, то нетелецентричные 3х и особенно 4х довольно сильно ломают ход лучей и вносят заметные особенно по полю искажения в качество изображения, приводят к виньетированию и даже обрезанию поля зрения. Во многих отношениях лучше использовать окуляры в конструкции которых уже есть встроенные компоненты типа линзы Барлоу (отрицательный компонент до полевой диафрагмы).

Самый короткофокусный окуляр для получения максимального увеличения


Для качественных телескопов с малыми апертурами до 127 мм (и соответственно мало подверженных влиянию атмосферы) для наблюдения планет и двойных звезд имеет смысл покупка качественного окуляра с фокусным расстоянием k/2, где k - относительное фокусное расстояние объектива телескопа (k = f'/D). При наличие монтировки с часовым двигателем это должен быть окуляр обеспечивающий максимальный контраст изображения, то есть что-то простое вроде симметричного (Плёсла), ортоскопического или моноцентрического дизайна. Для телескопов со средними апертурами до 8" или малыми, но с небольшими проблемами в коррекции аберраций имеет смысл вкладываться в аналогичный разрешающий окуляр с фокусным расстоянием 0.7·k. Для телескопов с большими апертурами (от 10") самый дорогой разрешающий окуляр стоит брать с фокусным расстоянием порядка k, причем с поправкой в сторону увеличения, если обнаруживаются существенные дефекты в коррекции аберраций.

Фокусные расстояния для окуляра максимального
увеличения при идеальной оптике телескопа(*)

Апертура1:41:4.51:51:61:81:101:15
до 1272 мм2.3 мм2.5 мм3 мм4 мм5 мм8 мм
до 8"3 мм3.5 мм3.5 мм4 мм6 мм7-8 мм10 мм
свыше 10"4 мм4.5 мм5 мм6 мм8 мм10 мм15 мм


(*) чем больше остаточные аберрации объектива, тем больше следует преувеличить фокусное расстояние по отношению к этим рекомендациям

В принципе, такие же фокусные расстояния можно предложить при выборе максимального увеличения для любителей "дипскай" наблюдений (на таких увеличения можно рассматривать шаровые скопления и некоторые другие объекты дальнего космоса). При этих наблюдениях важной характеристикой окуляра является широкоугольность, то есть следует ориентироваться на сложные дорогие окуляры, при том, что это увеличение будет использовано очень нечасто. Тут я бы рекомендовал такой практический подход. Указанное максимальное увеличение получать с двукратной линзой Барлоу со сверхширокоугольным дорогим окуляром, у которого фокусное расстояние вдвое больше, чем требуется для получения максимального разрешающего увеличения. Этот окуляр без ЛБ будет использоваться как основной для получения проницающего увеличения и будет одним из самых часто используемых в вашем наборе.

Фокусное расстояние поискового и обзорного окуляра


Как указано выше имеет смысл ориентироваться на выходные зрачки порядка 5-6 мм, то есть фокусные расстояния 5·k-6·k. Но тут есть нюансы. Обзорные и тем более поисковые увеличения гонятся прежде всего за максимально достижимыми в заданном конструктиве фокусера телескопа полями зрения, а не максимальным использованием апертуры телескопа. То есть ничего страшного не случится, если при максимальном использовании размеров фокусера (1.25" или 2") окуляр с максимальной в этих размерах полевой диафрагмой выдаст выходной зрачок диаметром 8 мм или даже 10-12 мм! За видимость большего поля зрения не страшно заплатить несколько меньшим проницанием и обрезанием зрачком наблюдателя части входной апертуры. Так что фокусное расстояние поискового окуляра определяется стандартом окулярной трубки телескопа и угловым полем зрения окуляра:

Фокусное расстояние обзорно-поискового
окуляра в зависимости от его поля зрения
и стандарта фокусера

угл. поле1.25"2"
(град.)(27 мм)(45 мм)
10015 мм26 мм
8219 мм32 мм
7022 мм37 мм
6524 мм40 мм
5230 мм50 мм
4039 мм65 мм


Взаимодополнительность окуляров в наборе


При выборе окуляров для своего набора следует иметь ввиду их взаимное влияние. На что тут следует обратить внимание прежде всего:
  • равномерность шкалы увеличений которая достигается этими окулярами
    - фокусные расстояния окуляров в свою линейку следует подбирать ориентируясь на некоторый шаг фокусных расстояний. То есть, если расставить окуляры по длине фокусного расстояния, то значения фокусных расстояний соседних окуляров отличались бы примерно на один и тот же процент - как числа в геометрической прогрессии. К примеру, при шаге 1.5 (50% прирост фокусного расстояния) начиная с 5 мм окуляра (для обеспечения 2D увеличения в телескопе 1:10) получим следующую линейку фокусных: 7.5 мм, 11 мм, 17 мм, 25 мм, 38 мм. А при шаге (множителе) 2. получим более редкую линейку всего из 4-х окуляров с фокусными 5 мм, 10 мм, 20 мм, 40 мм В этом случае у нас не будет конкурирующих по увеличению (лишних) окуляров и, наоборот, слишком больших промежутков между увеличениями, которые мешают подбору оптимального увеличения для наилучшей видимости конкретного объекта наблюдений, в конкретных условиях.
  • равномерность в изменении видимых полей зрения которая достигается этими окулярами
    - при смене окуляров меняется не только увеличение, но и поле зрения телескопа (оно равно угловому полю зрения окуляра деленного на увеличение). И при наблюдении протяженного объекта хотелось бы чтобы он был хорошо вписан в поле зрения телескопа. Обычно рекомендуют иметь поле зрения телескопа в 3-4 раза больше чем угловые размеры объекта наблюдения (это правило не работает в случае наблюдений планет). Поэтому следует стремиться к тому, чтобы все окуляры в вашем наборе давали бы более-менее равномерное изменение поля зрения телескопа. То есть, чтобы произведение углового поля зрения окуляра на фокусное расстояние (именно эта величина - назовем ее фактор поля зрения - линейно связана с видимым полем зрения в телескопе) менялось в ряду ваших окуляров более-менее равномерно без слишком маленьких и слишком больших промежутков. Если в наборе окуляров угловые поля зрения одинаковы, то мы просто подбираем фокусные расстояния как описано пунктом выше. Если нет, то в комплектацию набора придется внести учет поля зрения. Например, пусть самым короткофокусным в нашем наборе будет 5 мм окуляр с 60 градусным полем зрения. Его фактор поля зрения будет равна 5*60 = 300. Выбираем множитель 2. для нашего ряда окуляров (поля зрения телескопа при использовании соседних по фокусному расстоянию окуляров меняется вдвое). Стало быть следующий окуляр должен иметь фактор поля зрения равный 2*300=600. Если мы на роль следующего окуляр выбираем 82-градусник, то получится, что его фокусное расстояние будет 600/82 = 7.3 мм. Для следующего окуляра фактор поля зрения будет равен 2*600 = 1200. Путь это будет 100-градусный окуляр, тогда требуемое фокусное расстояние у него должно было бы быть 1200/100 = 12 мм. Следующий окуляр должен иметь фактор поля зрения 2*1200 = 2400 и при 82-градусном исполнении его фокусное расстояние может быть 2400/82 = 30 мм.
  • Парфокальность
    - при подборе набора окуляров стоит обратить внимание на их парфокальность - то есть одинаковое положение переднего фокуса относительно опорной плоскости корпуса окуляра (которой он контачит с торцом окулярной трубки при установке в телескоп), при этом наблюдателю не понадобится большая перефокусировка, что сделает наблюдения более удобными. Обычно окуляры одной линейки одного производителя парфокальны. А вот собирая с бору по сосенке (разные производители и различные линейки) любителю астрономических наблюдений имеет смысл самому обращать внимание на параметр парфокальности (расстояние от опорной плоскости корпуса окуляра до его переднего фокуса) подбираемых окуляров, подбирая окуляры примерно равные по этому параметру. Если в наборе есть 1.25" и 2" окуляры, то желательно, чтобы разница в их параметре парфокальности была равна высоте фланца используемого 2"-1.25" адаптера (той высоте на которую он приподнимает 1.25" окуляры относительно посадки 2" окуляров). То есть желательно чтобы параметр парфокальности ваших 2" окуляров по сравнению с 1.25" окулярами был меньше на высоту фланца адаптера.

Назад к оглавлению статей
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
 
Сообщения: 9297
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1

Подбор окуляров с учетом использования линзы Барлоу

Сообщение Ernest » 24 мар 2013, 10:07

Подбор окуляров с учетом использования линзы Барлоу


Есть расхожее мнение, что линза Барлоу позволяет сэкономить на покупке окуляров, поскольку как бы удваивает количество их фокусных расстояний. Действительно, при наличие скажем 2х Барлоу каждый окуляр в наборе любителя астрономических наблюдений обзаводится своим вдвое более короткофокусным виртуальным "двойником".

На практике все оказывается не столь радужно. Скажем, при наличии у любителя набора окуляров с довольно типичным рядом стартовых фокусных расстояний вроде: 25 мм, 10 мм, 6.3 мм, 2х линза Барлоу выдаст в качестве дополнительных довольно неудобные значения: 12.5 мм (оказался слишком близок к 10 мм), 5 мм (почти дублирует 6.3 мм), 3.1 мм (слишком далеко это фокусное расстояние оторвалось от ближайшего). То есть набор фокусных расстояний окуляров надо тщательно планировать под использование линзы Барлоу, чтобы она оказалась действительно эффективным инструментом.

Под 2х Барлоу я бы рекомендовал шаг фокусных 1.41х (корень из 2х). Тогда можно выстроить цепочку выходных зрачков диаметром: 6 (обзорник), 4.2 (широкое поле), 3 (для ярких и протяженных объектов каталога Мессье), 2.1 (для более компактных дипов), 1.5 (проницающее увеличение), 1.05 (обзорный по Луне/Солнцу), 0.75 (разрешающее увеличение), 0.53 (предельное для двойных) - обоснование см. в предыдущем сообщении ветки. Теперь имея обзорные окуляры под выходные зрачки 6 мм и 4.3 мм, можем применить к ним к ним 2х ЛБ и получить дипскайные увеличения с вых. зрачками 3 мм и 2.1 мм. А к паре окуляров с вых. зрачками 1.5 мм и 1.05 мм мы при помощи той-же 2х ЛБ мы получим в виде приложения планетные окуляры с вых. зрачками 0.75 мм и 0.53 мм.

Получается вот такая таблица фокусных расстояний окуляров для телескопов с разными относительными отверстиями их объективов. В которой левый столбец - значения вых. зрачков, верхняя строка - значения диафрагменного (фокального) числа объектива телескопа (5 - значит телескоп с 1:5 отн. отверстием), а в самой таблице - значение фокусного расстояния окуляра в мм для соотв. телескопа и вых. зрачка.

Фокусные расстояния окуляров с учетом использования ЛБ
вых. зрачок, мм\1:k1:41:4.51:51:61:71:81:101:121:15
0.53 (предельное увеличение и двойные звезды)2.12.42.73.23.74.25.36.48
0.75 (основное увеличение для планет) 33.43.84.55.367.5 9 11.3
1.06 (обзорное для Луны/Солнца) 4.24.8 5.3 6.4 7.4 8.5 10.612.715.9
1.5 (проницающее увеличение) 6 6.8 7.5 9 10.512 151822.5
2.12 (компактные дипы) 8.59.510.612.714.81721.225.431.8
3 (яркие и широкие дипы) 1213.51518212430 36 45
4.24 (широкие туманности) 17 19.121.225.429.733.942.450.963.6
6 (обзорное увеличение) 24 27 30 36 42 48 60? - -

Замечу:
  • Фокусные окуляры в строках с желтой подсветкой - виртуальные они получаются применением 2х Барлоу к окуляру двумя строками ниже.
  • Фокусные расстояния в таблице - расчетные, понятно, что их придется заместить реальными окулярами с фокусными расстояниями, которые могут немного отличаться от этих значений в большую или меньшую сторону.
  • Для длиннофокусных телескопов типа 1:15 может оказаться разумным обратный ход, типа использования 0.7 компрессора (редуктора), но это только для небольших увеличений.
  • Чтобы одна ЛБ работала и с 1.25" и с 2" окулярам, она должна иметь 2" исполнение, а для светосильных телескопов еще и телецентричной - довольно дорогое удовольствие
  • Подход описанный в этом сообщении имеет слабость. А именно, самые ответственные и часто используемые увеличение (с вых. зрачками 0.7, 2 и 3 мм) предлагается использовать в сочетании с ЛБ, что просто не очень удобно, я бы предпочел обеспечивать эти увеличения окулярами без дополнительных линз перед ними.


Назад к оглавлению статей
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
 
Сообщения: 9297
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1

Рекомендации Эла Наглера по подбору окуляров

Сообщение Ernest » 03 дек 2016, 14:04

Рекомендации Эла Наглера по подбору окуляров


В каждой коробочке с окуляром от TeleVue лежит скромный листок формата А4 с немногими тезисами по выбору окуляров. В этом сообщении я позволил себе пересказать их содержание.

Увеличение (magnification)
  • фокусное расстояние окуляра определяет увеличение вашего телескопа
  • увеличение можно рассчитать поделив фокусное расстояние объектива телескопа на фокусное расстояние установленного окуляра

Поле зрения телескопа (true field of view - TFOV)
  • поле зрения телескопа с фокусным расстоянием объектива f' определяется диаметром полевой диафрагмы D используемого окуляра: TFOV = 57.3*D/f'

Поле зрения окуляра (apparent field of view - AFOV)
  • полевая диафрагма окуляра (металлическая заслонка с круглым отверстием внутри корпуса окуляра) ограничивает его поле зрения
  • изображение этого отверстия проецируется оптикой окуляра на "бесконечность" так, что ограничивает поле зрения глаза наблюдателя при наблюдении через окуляр
  • поле зрения окуляра это угол, под которым глаз видит это открытое для него пространство (от края до края изображения/проекции полевой диафрагмы окуляра)
  • например типичный Плёссл имеет поле зрения 50 градусов, Radian - 60°, Panoptic - 68° а Nagler - 82°

Подбор окуляров умеренного увеличения
  • при подборе окуляра минимального или, говоря иначе, поискового увеличения стремятся к тому чтобы получить как можно большее поле зрения телескопа (TFOV), то есть выбрать окуляр с максимальной по диаметру полевой диафрагмой
  • стоит заметить, что окуляры для телескопов с окулярным тубусом 1.25" (диаметр посадочного отверстия 31.7 мм) не могут иметь диаметр диафрагмы больше, чем 27 мм, а окуляры для телескопов с 2" окулярным тубусом (посадочный диаметр 50.5 мм) не могут иметь диаметр полевой диафрагмы больше, чем 46 мм
  • далее отталкиваясь от обзорного окуляра подбирайте окуляры все меньшего и меньшего фокусного расстояния с примерно равными шагами в смысле диаметров их полевой диафрагмы
  • например, так, чтобы у каждого следующего диаметр диафрагмы был вдвое меньше чем у предыдущего: 46 мм, 23 мм, 12, 6 мм...
  • ну или с более частым шагом (например 1.4х): 27, 19, 13.5, 9.6, 7, 5 мм...
  • значения фокусных расстояний не столь важно, но, конечно, следует избегать их совпадений, как, к примеру, при подборе пары к 31 мм Nagler (диафрагма 42 мм). Едва-ли будет уместен Плёссл с фокусным 32 мм, хотя его полевая диафрагма имеет вроде бы подходящий диаметр 27 мм. Удобнее всего подбирать окуляры примерно равного углового поля зрения.

Ресницы и вынос выходного зрачка
  • если вы носите очки (от близорукости или дальнозоркости), то их следует снимать при наблюдениях в телескоп
  • если вам прописаны очки для коррекции астигматизма, то вам следует подбирать окуляры с большим выносом выходного зрачка (не меньше 15 мм)
  • иначе в очках вы не сумеете увидеть все поле зрения окуляра или его внешняя часть будет сильно завиньетирована (затенена)
  • при небольших выходных зрачках (а при умеренном астигматизме это 1 мм и меньше) вам при наблюдениях скорее всего не понадобятся ваши очки даже и от астигматизма - чем меньше выходной зрачок (и соотвественно - больше увеличение), тем меньшее влияние оказыает астигматизм глаз наблюдателя на ухудшение картинки в окуляре
  • но даже и при наблюдениях без очков требуется небольшое пространство между глазной линзой и глазом наблюдателя - в зависимости от длины его ресниц, поэтому следует внимательно относиться к величине выноса (удаления) выходного зрачка (от глазной линзы окуляра)

Выходной зрачок
  • выходной зрачок это изображение объектива телескопа построенное окуляром
  • зрачок глаза наблюдателя должен быть расположен в выходном зрачке окуляра, чтобы видеть все поле зрения окуляра
  • диаметр выходного зрачка равен апертуре вашего телескопа деленной на увеличение, которое дает окуляр
  • при подборе окуляра для зеркальных телескопов следует избегать выходных зрачков с диаметром большим чем 7 мм (увеличение меньше, чем равнозрачковое) и меньшим чем 0.5 мм (увеличение больше, чем "предельное")
  • для линзовых телескопов ограничения сверху на диаметр выходного зрачка (или снизу на увеличение) нет (Эрнест: очень верное и важное замечание! Не надо молиться на равнозрачковое увеличение)

Линзы Барлоу
  • использование линз Барлоу позволяет использовать длиннофокусные окуляры с комфортным выносом выходного зрачка и получать с их помощью большие увеличения
  • линзы Барлоу, которые сохраняют телецентрических ход внеосевых световых пучков (TeleVue выпускает их под именем Powermate) лучше исправлены в плане полевых аберраций и при совместной работе со сверхширокоугольными окулярами не имеют проблем на краю поля зрения (его срезания, виньетирования, ухудшение полевых аберраций)

Про подбор окуляров для больших увеличений
  • для наблюдений планет и тесных двойных звезд требуется увеличение от 150 крат, соответственно нужно подбирать и фокусное расстояние окуляра
  • при апертуре телескопа до 6" максимальные полезные увеличения определяются правилом 50х на каждый дюйм апертуры (или 2х на каждый мм)
  • при большей апертуре атмосфера сильно ограничивает разгон увеличения и правило перестает работать, увеличения более 300х редко удается эффективно использовать
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
 
Сообщения: 9297
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1


Вернуться в ЧАВО

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 2