DALEKOHLEDY. Masarykova univerzita v Brně Lékařská fakulta

Masarykova univerzita v Brně Lékařská fakulta

DALEKOHLEDY OPTICKÝ PRINCIP, VÝVOJ, VYUŽITÍ V TECHNICKÉ A OPTOMETRICKÉ PRAXI, METODY POSOUZENÍ KVALITY VÝROBKU

Bakalářská práce

Vedoucí: Mgr. Jitka Bělíková

Vypracovala: Alžběta Kyselová Obor: Optometrie

Brno, 2012

Anotace: Tato bakalářská práce se zabývá tématem dalekohledů. V úvodní části jsou zmíněny základní zákony a některé pojmy z geometrické optiky, které souvisí se zobrazením pomocí dalekohledů. Dále je uvedeno vysvětlení optického principu dalekohledu a jeho základní skladba. V práci jsou také rozebrány vlastnosti dalekohledů. Samostatná kapitola se zabývá významnými historickými událostmi a osobami, které jsou s dalekohledy a jejich vývojem spojeny. Pozornost je věnována možnostem rozdělení dalekohledů a způsobům jejich využití, s tím, že využití dalekohledů v optometrické praxi je probráno podrobněji. Na konci práce nalezneme

kapitolu

pojednávající

o

možnostech

kontroly

kvality

vyrobeného

dalekohledového systému.

Abstract: This thesis deals with telescopes. In the introduction part basic concepts related to the binoculars´ imaging and laws of geometrical optics are discussed. Also an explanation of the principle of telescope and its basic structure is included. The paper discusses the characteristics of telescopes. A separate chapter deals with important historical events and persons associated with the development of binoculars. A closer look is taken to the categorization of telescopes in respect to their use. The use of telescopes in optometric practice is discussed in more details. At the end of the work, a chapter dealing with the quality control applied during the production phase can be found.

Klíčová slova: dalekohled, objektiv, okulár, převracející soustava, optické zobrazení, Keplerův dalekohled, Galileův dalekohled

Key words: Binoculars, objective, eye piece, Porro prism, optical image, Kepler telescope, Galileo´s telescope

Prohlášení

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracovala samostatně a použila jen zdroje uvedené v seznamu literatury zapsané na konci bakalářské práce. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Lékařské fakulty Masarykovy univerzity v Brně a byla zpřístupněna studijním účelům.

……………………….. V Brně dne 26.4. 2012

Alžběta Kyselová

Poděkování Ráda bych poděkovala Mgr. Jitce Bělíkové za odborné konzultace a za cenné rady a informace, které mi během realizace mé práce poskytla. Dále bych chtěla poděkovat své rodině za podporu, trpělivost a zázemí.

Obsah 1 Úvod……………………………………………………………………………………... 9 2 Základní zákony a pojmy geometrické optiky………………………………………... 10 2.1 Světlo a geometrická optika………………………………………………………………... 10 2.2 Optické prostředí a index lomu…………………………………………………………….. 10 2.2.1 Disperze světla……………………………………………………………. 11 2.3 Zákony geometrické optiky………………………………………………………………... 12 2.4 Odraz a lom světla…………………………………………………………………………..12 2.5 Odrazivost, propustnost a absorpce světla optickým prostředím…………………………... 13 2.6 Optické zobrazení………………………………………………………………………….. 13 2.6.1 Zobrazení zrcadly…………………………………………………………. 14 2.6.2 Zobrazení čočkami………………………………………………………... 14 2.7 Chyby optického zobrazení…………………………………………………………………14 2.7.1 Monochromatické chyby………………………………………………….. 15 2.7.1.1 Vady při zobrazení osového svazku……………………... 15 2.7.1.2 Vady při zobrazení mimoosového svazku……………….. 15 2.7.2 Chromatické chyby………………………………………………………...17 2.7.2.1 Barevná vada polohy…………………………………….. 17 2.7.2.2 Barevná vada velikosti……………………………………18

3 Optický princip dalekohledu…………………………………………………………... 19 3.1 Objektiv……………………………………………………………………………………..20 3.1.1 Čočkové objektivy…………………………………………………………20 3.1.2 Zrcadlové objektivy………………………………………………………..21 3.2 Okulár……………………………………………………………………………………….22 3.3 Převracející soustavy………………………………………………………………………..24 3.3.1 Zrcadlové soustavy………………………………………………………... 24

3.3.2 Hranoly……………………………………………………………………. 24 3.3.3 Čočkové soustavy…………………………………………………………. 26

4 Vlastnosti dalekohledu…………………………………………………………………. 27 4.1 Zvětšení a zorné pole dalekohledu…………………………………………………………. 27 4.2 Velikost a poloha vstupní a výstupní pupily……………………………………………….. 28 4.3 Světelnost dalekohledu…………………………………………………………………….. 30 4.4 Rozlišovací mez……………………………………………………………………………. 31

5 Historie dalekohledů……………………………………………………………………. 32 6 Dělení dalekohledů a jejich využití…………………………………………………….. 35 6.1 Refraktory………………………………………………………………………………….. 35 6.1.1 Keplerův (hvězdářský) dalekohled………………………………………... 36 6.1.2 Galileův (holandský, pozemní) dalekohled……………………………….. 37 6.2 Reflektory…………………………………………………………………………………...38 6.2.1 Cassegrainův dalekohled………………………………………………….. 38 6.2.2 Newtonův dalekohled……………………………………………………... 39 6.3 Dalekohledy pro všeobecnou potřebu……………………………………………………… 39 6.3.1 Turistické dalekohledy……………………………………………………. 30 6.3.2 Divadelní kukátka………………………………………………………….40 6.3.3 Lovecké dalekohledy………………………………………………………40 6.3.4 Astronomické dalekohledy………………………………………………... 40 6.3.5 Vyhlídkové dalekohledy…………………………………………………...42 6.4 Dalekohledy pro zvláštní účely…………………………………………………………….. 42 6.4.1 Dalekohledy pozorovací…………………………………………………... 42 6.4.2 Periskopy………………………………………………………………….. 42 6.4.3 Záměrné soustavy…………………………………………………………. 43 6.4.4 Dálkoměry………………………………………………………………… 44 6.4.4.1 Koincidenční dálkoměry………………………………….45 6.4.4.2 Stereoskopické dálkoměry……………………………….. 46

6.4.4.3 Dálkoměry pro geodetické účely ………………………... 47

7 Dalekohledy v optometrické praxi…………………………………………………….. 49 7.1 Dalekohled jako pomůcka pro zrakově postižené…………………………………………..49 7.1.1 Dalekohledové brýle Galileova (holandského) typu……………………… 49 7.1.2 Prizmatické dalekohledové lupové brýle…………………………………. 50 7.1.3 Lupové brýle……………………………………………………………….50 7.1.4 Turmon……………………………………………………………………. 51 7.2 Dalekohled jako součást přístrojů v optometrii a konaktologii……………………………. 52 7.2.1 Fokometr………………………………………………………………….. 52 7.2.2 Optorefraktor dle Reinera………………………………………………….54 7.2.3 Oční refraktometr…………………………………………………………..55 7.2.3.1 Prizmatický refraktometr………………………………… 56 7.2.3.2 Koincidenční refratometr………………………………… 56 7.2.4 Oftalmometr………………………………………………………………. 57

8 Metody posouzení kvality výrobku……………………………………………………. 60 8.1 Odolnostní zkušebna……………………………………………………………………….. 60 8.2 Interferometrická laboratoř………………………………………………………………… 61 8.2.1 Interference světla a její využití při kontrole rovinných a kulových ploch.. 61 8.3 Spektrální laboratoř………………………………………………………………………… 63 8.3.1 Spektrofotometr…………………………………………………………… 64 8.4 Vývoj zkušebních metod……………………………………………………………………66

9 Závěr…………………………………………………………………………………….. 67 10 Seznam vyobrazení……………………………………………………………………. 68 11 Seznam použitých zkratek……………………………………………………………. 70 12 Seznam použité literatury…………………………………………………………….. 71

1 Úvod Cílem bakalářské práce „Dalekohledy- optický princip, vývoj, využití v technické a optometrické praxi, metody posouzení kvality“ je uvedení a setřídění základních poznatků o dalekohledových systémech. Úvodní část je věnována některým principům a zákonům geometrické optiky, jejichž znalost je nezbytná pro pochopení dále řešené problematiky. Následující kapitoly se již plně zabývají tématem dalekohledů, objasňují optický princip těchto přístrojů a uvádí základní skladbu dalekohledů, popisují tedy součásti jako je objektiv, okulár a převracející soustava. Vlastnosti dalekohledů, mezi které patří zvětšení, zorné pole, světelnost, velikost vstupní a výstupní pupily a rozlišovací mez dalekohledu, jsou popsány ve čtvrté kapitole. Dále jsou uvedeny významné historické události a osobnosti spojené s vývojem dalekohledů. Práce také přibližuje některé aspekty dělení dalekohledů ( dělení podle stavby, podle použití,…) a uvádí se v ní možnosti využití tohoto přístroje. Samostatná kapitola pojednává o využití dalekohledů v optometrické praxi, kam je zařazeno použití dalekohledu jako pomůcky pro zrakově postižené a dále jsou v ní uvedeny přístroje obsahující dalekohledový systém, se kterými se můžeme setkat v optometrii nebo kontaktologii. Na závěr je věnována pozornost metodám posouzení kvality výrobku, mezi které patří zkoušky odolnostní a testování kvality optického zobrazení, kam jsou zahrnuty interferometrické a spektrofotometrické metody.

-9-

2 Základní zákony a pojmy geometrické optiky 2.1 Světlo a geometrická optika Světlo je elektromagnetické vlnění o vlnové délce 380 nm až 780 nm, které po dopadu na sítnici vyvolá fyziologický vjem vidění. Část fyziky, která se zabývá studiem šíření elektromagnetického vlnění a jeho interakcí s látkou, se nazývá optika. Tu můžeme dále dělit na optiku fyzikální, geometrickou nebo kvantovou. Fyzikální optika vysvětluje jevy v souvislosti s vlnovými vlastnostmi světla, geometrická optika se zabývá optickým zobrazením (nepřihlíží na vlnové vlastnosti) a kvantová optika objasňuje jevy s uplatněním kvantových vlastností světla. Kromě tohoto rozdělení se můžeme setkávat s dalšími oblastmi optiky, například laserovou optikou (optika nelineární, optika velkých světelných intenzit). Geometrická optika vysvětluje šíření světla pomocí světelných paprsků, což jsou normály k vlnoplochám, a za použití geometrie. Geometrická nebo také paprsková optika se používá v přístrojové a brýlové optice. Zde se vzhledem k rozměrům optických prvků téměř neprojevují vlnové ani kvantové vlastnosti světla [10].

2.2 Optické prostředí a index lomu Světlo se šíří v optickém prostředí, jehož charakteristikou je index lomu. Je to bezrozměrná veličina, která je vztažena k dané vlnové. Index lomu je absolutní a relativní. Absolutní index lomu odpovídá poměru rychlosti světla ve vakuu a rychlosti světla určité vlnové délky v daném prostředí. Relativní index lomu je poměr absolutních indexů lomů dvou prostředí. V praxi se pak častěji setkáváme s tím, že se používá index lomu vztažený ke vzduchu a relativní index lomu je pak poměr rychlosti světla ve vzduchu k rychlosti světla v daném prostředí. Podle toho jak se index lomu mění v prostředí, můžeme rozlišit optické prostředí homogenní, izotropní a anizotropní. Pokud je index lomu ve všech místech prostředí stejný, mluvíme o prostředí stejnorodém, homogenním. V izotropním prostředí je index lomu stejný nezávisle na směru, kterým se světlo šíří. V anizotropním prostředí index lomu závisí na směru šíření světla. Světelné paprsky jsou v homogenním prostředí přímkami a v prostředí nehomogenním mohou být zakřiveny. Optické materiály (např. hranoly, čočky,…) bývají z homogenních a izotropních látek [1,10]. - 10 -

2.2.1 Disperze světla Disperze světla je způsobena tím, že absolutní index lomu určité látky nebo optického prostředí se liší pro světlo různých vlnových délek. Pokud se index lomu s rostoucí vlnovou délkou zmenšuje, mluvíme o normální disperzi. Disperzi světla můžeme pozorovat při dopadu bílého světla na hranol. Světlo se hranolem rozkládá a jednotlivé barvy se lámou pod různým úhlem, z čehož můžeme odvodit vztah mezi indexem lomu materiálu použitého hranolu a vlnovou délkou dopadajícího světla. Platí, že vlnová délka červené barvy je větší než vlnová délka barvy fialové a index lomu pro červenou barvu je menší než pro barvu fialovou. Fialové světlo se tedy láme nejvíc a červené nejméně [10].

Obr. 2.1 Disperze bílého světla na hranolu [34]

Bílé sluneční světlo má oslabené některé monochromatické složky v důsledku absorpce světla plynným obalem Slunce a atmosférou Země, což se projeví ve spojitém spektru jako tmavé čáry, tzv. Fraunhoferovy čáry. Tyto čáry svou polohou odpovídají určitým vlnovým délkám, a proto se v optice používají na vyjádření disperzní schopnosti optických skel. Existuje Abbeovo číslo, které udává disperzní mohutnost prostředí v oblasti viditelného světla a čím menší je jeho hodnota, tím větší je disperze materiálu. Abbeovo číslo je dáno vztahem

ν=

nD − 1 n F − nC

kde nD, nF a nC jsou indexy lomu daného materiálu na vlnových délkách odpovídajících Fraunhoferovým čarám D, F a C (tj. 589,2 nm, 486,1 nm a 656,3 nm). Hodnoty Abbeova čísla se pohybují pro různé materiály v rozmezí od 20 do 96. Korunová skla mají hodnotu - 11 -

Abbeova čísla větší než 50 a menší disperzi a skla flintová naopak disperzi větší a Abbeovo číslo menší než 50 [29].

2.3 Zákony geometrické optiky V geometrické optice platí čtyři hlavní zákony: o přímočarém šíření světla, o vzájemné nezávislosti světelných paprsků, o záměnnosti chodu světelných paprsků a zákon lomu a odrazu. Zákon o přímočarém šíření světla říká, že v homogenním prostředí a ve vakuu se světlo šíří přímočaře ve formě vlnoploch. Zákon o vzájemné nezávislosti světelných paprsků znamená, že každým bodem prostoru může procházet libovolný počet paprsků, které se vzájemně neovlivňují. Zákon o záměnnosti chodu paprsků vysvětluje, že pokud se změní směr chodu paprsku na opačný, bude se paprsek vracet stejnou cestou, kterou procházel původně.

2.4 Odraz a lom světla Při šíření světla na rozhraní dvou optických prostředí, kdy se část světla odráží a část se láme, platí zákon odrazu a zákon lomu. Úhel, který svírá dopadající paprsek s kolmicí sestrojenou v bodě dopadu k rozhraní (kolmicí dopadu), je úhel dopadu. Rovina určená paprskem dopadajícím a kolmicí dopadu je rovina dopadu a úhel, který svírá s kolmicí dopadu paprsek lomený resp. odražený, je úhel lomu resp. odrazu. Zákon odrazu říká, že paprsek, který se odráží, zůstává v rovině dopadu a úhel dopadu se rovná úhlu odrazu [3,10]. Zákon lomu (Snellenův zákon) říká, že poměr sinů úhlu dopadu a úhlu lomu je roven převrácenému poměru indexů lomu prostředí. Tento zákon objevil holandský fyzik a astronom Willebrord Snellius (1591-1626) a do dnešní podoby upravil René Descartes (1596-1650). Při přechodu paprsku z prostředí opticky hustšího do řidšího dojde k lomu od kolmice a naopak při průchodu z opticky řidšího prostředí do opticky hustšího se láme paprsek ke kolmici. Existuje mezní neboli kritický úhel dopadu, kdy úhel lomu je 90°. Pokud je úhel dopadu větší než úhel mezní, nastává úplný odraz (totální reflexe).

- 12 -

Pozn: n1, n2…index lomu prostředí ε1, ε´1…úhel dopadu, úhel odrazu εm, ε´…mezní úhel dopadu, úhel lomu

Obr. 2.2 Úplný odraz světla [10, str.22 ]

2.5

Odrazivost,

propustnost

a

absorpce

světla

optickým

prostředím Při dopadu světla na rozhraní dochází kromě lomu světla i k odrazu. Podíl intenzity odraženého světla a světla dopadajícího se nazývá odrazivost (činitel odrazivosti) R. Podíl intenzity světla materiálem propuštěného a intenzity světla dopadajícího je označován jako propustnost T. Při přechodu světla optickým prostředím dochází k jeho ztrátám absorpcí. Optické prostředí je tedy charakterizované také činitelem absorpce A, což je množství světla pohlcené prostředím při průchod přes určitou tloušťku prostředí. Ze zákona zachování energie vyplývá, že součet odrazivosti, propustnosti a absorpce je roven jedné [3,10].

2.6 Optické zobrazení „Cílem optického zobrazení je vytvořit obraz předmětu na jiném místě, a to ve stejné nebo změněné velikosti.“

[10, str.38]

Při optickém zobrazení se vkládají mezi pozorovaný předmět

a oko optické prvky (např. zrcadlo, hranol, čočka,..), které mění chod paprsků a to odrazem, lomem, nebo obojím způsobem. Soubor optických rozhraní tvořených optickými prvky se nazývá optická soustava. Pokud bychom opomenuli chyby optického zobrazení, vznikne optický obraz všude, kde dojde k protnutí alespoň dvou paprsků, které vychází ze stejného předmětového bodu. Obraz může vznikat reálný (skutečný) nebo virtuální (neskutečný). Obraz skutečný znamená, že se paprsky po průchodu optickou soustavou setkaly 13

v obrazovém bodě, zatímco obraz neskutečný vzniká, pokud jsou paprsky po průchodu optickou soustavou rozbíhavé, neprotnou se v jednom bodě, který můžeme získat pouze prodloužením rozbíhavých paprsků v opačném směru k jejich chodu. Obraz dále můžeme hodnotit jako přímý, pokud se nachází ve stejné poloze jako předmět, pokud je otočený o 180 stupňů označujeme ho jako převrácený. Podle velikosti vzhledem k předmětu je obraz zmenšený, zvětšený nebo stejně velký [3,10]. Kromě uvedených lámavých nebo odrazných ploch je optická soustava tvořena optickou osou, na které leží středy křivosti všech ploch (u centrované soustavy).

2.6.1 Zobrazení zrcadly Rovinné zrcadlo vytváří obraz přímý, zdánlivý a stejné velikosti jako předmět. Zrcadlo konkávní (duté) vytváří obraz přímý, zdánlivý a zmenšený. U zrcadla konvexního (vypuklého) záleží na vzdálenosti předmětu od ohniska a vrcholu zrcadla. Pokud zobrazujeme předmět umístěný mezi ohniskem a vrcholem zrcadla, vznikne obraz přímý a virtuální, předmět umístěný dále od ohniska se naopak zobrazí jako obraz převrácený a reálný. Velikost vzniklého obrazu může být v závislosti na poloze zobrazovaného předmětu stejně velká, zmenšená nebo zvětšená.

2.6.2 Zobrazení čočkami Optické izotropní prostředí, které je ohraničeno dvěma kulovými plochami (nebo jednou kulovou a jednou rovinnou) se nazývá čočka (sférická čočka). Čočky omezené nekulovými plochami (např. částí válce, elipsoidu,…) se nazývají asférické čočky. Čočka má jiný index lomu než její okolí. Vzniklý obraz při zobrazení čočkou záleží na typu čočky (spojná, rozptylná) a na poloze předmětu vůči čočce. Rozptylná čočka vytváří obraz přímý, zdánlivý a zmenšený. U čočky spojné se předmět umístěný ve větší vzdálenosti od čočky než je předmětové ohnisko zobrazí jako obraz převrácený a skutečný, ve vzdálenosti kratší jako přímý a reálný. Velikost vzniklého obrazu může být podle polohy zobrazovaného předmětu (obdobně jako u konvexních zrcadel) stejně velká, zmenšená nebo zvětšená [1,3].

2.7 Chyby optického zobrazení Při zobrazování reálnou optickou soustavou dochází k chybám zobrazení neboli aberacím. Vady

optického

zobrazení

můžeme

rozdělit 14

na

vady

chromatické

(barevné)

a monochromatické. Vady monochromatické, které vznikají při zobrazování světlem jedné vlnové délky, lze dále dělit na chyby při zobrazování osového bodu a mimoosového bodu.

2.7.1 Monochromatické chyby 2.7.1.1 Vady při zobrazení osového bodu Otvorová (sférická) vada

Při zobrazování bodu ležícího na optické ose širokým svazkem paprsků vzniká otvorová vada. Tato vada se projevuje rozmazáním obrazového bodu. Paprsky procházející vnější prstencovou zónou čočky (s větší dopadovou výškou h) se lámou po průchodu čočkou více (bod X´) než paprsky paraxiální (bod X´0). Pro spojné čočky je otvorová vada záporná (X´ se nachází vlevo od X´0 a ∆x´ je záporné), u rozptylných čoček je sférická vada kladná (X´ se nachází vpravo od X´0 a ∆x´ je kladné). Otvorová vada závisí také na poloze předmětu, indexu lomu čočky, tvaru a tloušťce čočky. Sférickou vadu lze omezit vhodnou kombinací spojné a rozptylné čočky, nelze ji však odstranit zcela, proto se v praxi koriguje alespoň pro okrajové paprsky.

Obr. 2.3 Otvorová vada spojné čočky [10, str. 96]

2.7.1.2 Vady při zobrazení mimoosového bodu Při zobrazení předmětového bodu, který leží mimo optickou osu, vznikají vady optického zobrazení, mezi které patří zkreslení (při zobrazování jedním paprskem), astigmatizmus a zklenutí (při zobrazování úzkým svazkem paprsků) a koma (při zobrazení širokým svazkem paprsků).

15

Zkreslení (distorze)

Paprsek vycházející z bodu Y prochází optickou soustavou a zobrazí se do bodu Y´, který se neshoduje s ideálním obrazovým bodem Y´0. ( Y´se od Y´0 nachází ve vzdálenosti ∆y´ = y´y´0). ∆y´ představuje odchylku, která se zvětšuje s narůstající vzdáleností mezi optickou osou a předmětovým bodem Y. V důsledku tohoto jevu dochází ke vzniku zkresleného obrazu, který je ale možné upravit kombinací čoček do takové míry, že nepůsobí rušivě.

Obr. 2.4 Zkreslení [ 10, str.99 ]

Pozn.: H….předmětový hlavní bod H´…obrazový hlavní bod x…...vzdálenost předmětu od vrcholu čočky x´0…vzdálenost obrazu od vrcholu čočky y……velikost předmětu τ……úhel dopadu (úhel lomu) Astigmatismus a sklenutí

Astigmatismus a sklenutí (zakřivení) jsou vady, které spolu souvisí. Ke sklenutí dochází, když se rovinný předmět kolmý na optickou osu zobrazuje jako zakřivená plocha. Při astigmatismus se jeden předmětový bod zobrazí jako dvě úsečky (fokály), které jsou od sebe v určité vzdálenosti a leží v navzájem kolmých rovinách. Vzdálenost mezi dvěmi fokálami se označuje jako astigmatický rozdíl. Astigmatismus je možné ve velké míře korigovat vhodnými čočkami (anastigmat) a současně s astigmatismem se upravuje i sklenutí.

16

Koma

Z předmětového mimoosového bodu dopadá na čočku široký svazek paprsků a okrajové paprsky tangenciálního svazku (sagitálního svazku) se po průchodu čočkou protínají v bodě Y´T (Y´S), který leží mimo hlavní paprsek. Vzdálenost mezi takto vzniklým bodem a hlavním paprskem se označuje jako tangenciální (sagitální) koma. Ke korekci této vady se používá soustava čoček, přičemž se snaží dosáhnout stavu, kdy bod Y´T a Y´S leží na hlavním paprsku a splývají v jeden bod [10].

Obr. 2.5 Koma [ 10, str.104, upraveno]

2.7.2. Chromatické chyby Při průchodu složeného (bílého) světla přes čočku vzniká tolik obrazů, kolik obsahuje světlo vycházející ze zdroje monochromatických složek. Vzniklé obrazy se liší polohou i velikostí. Mezi chromatické vady tedy řadíme barevnou chybu polohy a barevnou chybu velikosti.

2.7.2.1 Barevná vada polohy Barevná vada polohy je dána vzdáleností ∆x´λ mezi obrazy X´G a X´C, které vznikají zobrazením světel o vlnových délkách λG a λC. Ke korekci se používá spojná čočka z korunového skla a rozptylná čočka z flintového skla, takže jedna čočka kompenzuje svou chromatickou vadou chromatizmus čočky druhé. Tyto dvě čočky bývají stmelené dohromady kanadským balzámem a nazývají se achromát. Jsou vhodné na korekci chyby dvou vlnových délek. Soustavu, která je schopná korigovat vadu tří vlnových délek, nazýváme apochromatická soustava.

17

Obr. 2.6 Barevná vada polohy [10, str.106 ]

2.7.2.2 Barevná vada velikosti Při zobrazení složeného světla dochází ke vzniku různé velikosti obrazů pro různé vlnové délky světla (existuje různé příčné nebo úhlové zvětšení pro odlišné barvy světla). Barevná vada velikosti ∆y´λ je dána vzdáleností mezi průsečíky Y´1 a Y´2 hlavních paprsků (dvou monochromatických světel o vlnových délkách λ1 a λ2) s obrazovou rovinou ξ´. Barevné vady zhoršují kvalitu zobrazení výrazněji než vady monochromatické a jejich korekce je možná jen částečně [10].

Obr. 2.7 Barevná vada velikosti [10, str.107 ]

18

3 Optický princip dalekohledu Dalekohled je zařízení, které obecně slouží k pozorování vzdálených předmětů. Sledovaný předmět je silně zvětšený objektivem a vytvořený obraz dále pozorován okulárem pod větším zorným úhlem než předmět při pozorování bez dalekohledu [1]. Optická soustava dalekohledu je afokální. Okulár je umístěný tak, že obraz vycházející z objektivu je v jeho předmětovém ohnisku, proto jdou paprsky po průchodu okulárovým systémem opět rovnoběžně. Obraz sledovaného předmětu leží tedy v obrazové ohniskové rovině objektivu a předmětové ohniskové rovině okuláru [2]. Objektiv i okulár jsou tvořeny různými optickými systémy. Objektivy bývají zrcadlové nebo čočkové. Čočkové objektivy bývají ze spojného systému s kladnou ohniskovou vzdáleností, která tvoří reálný obraz v ohnisku. Okulár může být tvořen kladnými i zápornými čočkami nebo čočkovými soustavami. Výše zmiňovaná soustava dalekohledu byla afokální, pokud však změníme vzdálenost mezi objektivem a okulárem, tak již nebude obrazová ohnisková rovina objektivu totožná s předmětovou ohniskovou rovinou okuláru. K této situaci může dojít, pokud pozorujeme předmět umístěný v konečné vzdálenosti, obraz se vytvoří za ohniskovou rovinou objektivu ve vzdálenosti x´, která lze určit pomocí Newtonovy rovnice: x´=

−

f x

2 obj

(x je negativní a je to vzdálenost od předmětového ohniska objektivu

k pozorovanému předmětu, fobj je ohnisková vzdálenost objektivu ). Tuto situaci lze řešit posunem zorné clony (viz. 4.2 Velikost a poloha vstupní a výstupní pupily, str.29) a okuláru o vzdálenost x´ od objektivu. Další situace, kdy dojde k poruše afokálnosti soustavy, je při krátkozrakosti nebo dalekozrakosti oka. K dosažení ostrého obrazu měníme polohu okuláru (dioptrický posun). Krátkozraké oko potřebuje, aby svazky vycházející z okuláru nebyly rovnoběžné, ale rozbíhavé. Okulár je tedy nutné posunout směrem k obrazu vytvářenému objektivem. Pro oči dalekozraké to platí naopak. Potřebují, aby z okuláru vycházely sbíhavé paprsky a okulár se posunuje dále od obrazového ohniska objektivu. Posun okuláru můžeme

− f2 určit z Newtonovy rovnice x = x´ok (za x´ se dosadí vzdálenost od předmětové hlavní roviny oka k dalekému bodu R v mm)[2].

19

Mezi základní prvky dalekohledu řadíme objektiv, okulár a převracející soustavy.

3.1 Objektiv Zhruba do 18. století se jako objektiv používala jednoduchá čočka a kvalita obrazu byla zatížena barevnou vadou polohy. Korekce této vady vedla ke konstrukcím dalekohledů s ohniskovou vzdáleností f ≥ 70 D2 ( D je průměr vyjádřený v cm) a tudíž nepříznivou délkou. Problém byl vyřešen konstrukcí achromatické čočky optikem Johnem Dollondem (1706 1761). Dnes se nejvíce používají soustavy achromatické, ve speciálních případech apochromatické, zrcadlové objektivy najdeme výhradně u astronomických dalekohledů. U objektivu dalekohledu je potřeba korigovat vadu sférickou, komu a barevnou vadu polohy. Výroba objektivu musí být přesnější než okuláru, protože případná vada objektivu je okulárem ještě zvětšena [1].

3.1.1 Čočkové objektivy Mezi nejčastěji používané typy čočkových objektivů patří: - Typ Fraunhoferův (Obrázek 3.2 a)-vznikl počátkem 19.století. Je to objektiv složený ze

spojné a rozptylné čočky mezi nimiž je mezera. Korigovaná je barevná vada polohy, otvorová vada a koma. - Typ Gaussův (Obrázek 3.2 b)- tento typ se v praxi příliš nevyužívá. - Typ Clairautův (Obrázek 3.2 c)- je konstrukčně shodný s typem Fraunhoferova objektivu,

vnitřní poloměry křivosti čoček si odpovídají, takže čočky mezi sebou nemají mezeru a jsou navzájem stmelené, díky tomu se zvyšuje kontrast obrazu. Tento typ se používá výhradně u triedrů. - Apochromatický objektiv(Obrázek 3.2 d)- je složený ze tří čoček (dvou spojných a jedné

rozptylné) a koriguje barevnou vadu polohy tří vlnových délek. Tyto typy se používají například u divadelních kukátek, triedrů nebo astronomických dalekohledů [1,2].

20

Obr. 3.1 Druhy čočkových objektivů dalekohledu [1, str. 296, upraveno]

3.1.2 Zrcadlové objektivy Mezi zrcadlové objektivy řadíme: - Kulová zrcadla - Objektiv Newtonův je tvořen primárním a sekundárním zrcadlem. Primární zrcadlo má

parabolický tvar a přicházející světlo odráží do svého ohniska, kde se nachází malé sekundární rovinné zrcadlo, které odráží paprsky do okuláru umístěného na boku přístroje. - Objektiv Cassegrainův (obrázek 3.3)- paprsky se odráží od dutého primárního

parabolického zrcadla na malé vypuklé hyperbolické zrcadlo a tím jsou odraženy do okuláru, který je umístěný na optické ose dalekohledu. Primární zrcadlo má uprostřed otvor. - Objektiv Gregoryův (obrázek 3.4) s hlavním zrcadlem paraboloidickým a vedlejším

elipsoidickým. - Objektiv Schmidtův (obrázek 3.5)- zrcadlo kulové s korekční destičkou, korigovaná je

otvorová vada a koma. - Objektiv Maksutovův (obrázek 3.6) složený z kulového zrcadla a korekční meniskové

čočky[1]

21

Obr. 3.2 Objektiv Cassegrainův [1, str. 296, upraveno]

Obr. 3.3 Objektiv Gregoryův [1, str. 296, upraveno]

Obr. 3.4 Objektiv Schmidtův [1, str. 186, upraveno]

Obr. 3.5 Objektiv Maksutovův [1, str. 187, upraveno]

Dále existují objektivy pro zvláštní účely, například pro zaměřovače o velkém zorném poli, pro zaměřovače o středním zorném poli, pro periskopy nebo pro přístroje nivelační a theodolity, atd. [2].

3.2 Okulár U okuláru je nutné korigovat astigmatismus, zklenutí, zkreslení a barevnou vadu velikosti. Okuláry můžeme rozdělit na jednoduché, mezi které řadíme okulár Galileiho (dvojvydutá rozptylná čočka, která umožňuje jen malé zvětšení a nepřevrací obraz) a okulár Keplerův tvořený spojnou čočkou (obraz převrací a vytváří obraz zvětšený), a okuláry složené.

22

Obr. 3.6 a, Keplerův okulár

b, Galileův okulár [32]

Jako složené okuláry označujeme okulár Huygensův složený ze dvou ploskovypuklých spojných čoček, mezi nimiž je clona. Tento okulár umožňuje korekci barevné chyby. Dalším složeným okulárem je ortoskopický okulár dle Ernsta Abbe tvořený vstupní clonou, tmelenou spojnou skupinou tří čoček a výstupní konvex-konkávní spojky. Pomocí čtyř čoček, ze kterých je ortoskopický okulár složený, je umožněna dokonalá korekce barevné chyby. Posledním typem patřícím mezi složené okuláry je okulár Ploessel-Steinheilův složený ze dvou tmelených dvoučlenných achromátů, které jsou obrány proti sobě. Tento typ okuláru koriguje barevné vady stejně dobře jako okulár Abbeův, je však výrobně levnější. Okuláry používané pro širokoúhlé soustavy mohou být složené ze šesti i více čoček, případně nesférickými povrchy, které jsou však výrobně drahé [2,32].

Obr. 3.7 a, Huygensův okulár

b, Ortoskopický okulár dle Ernsta Abbe

c, Plöessel-Steinheilův okulár [32, upraveno]

23

3.3 Převracející soustavy Obraz lze převrátit pomocí čoček, rovinných zrcadel nebo odrazných hranolů.

3.3.1 Zrcadlové soustavy Jedním zrcadlem dosáhneme otočení obrazu pouze v jednom směru, chceme-li tedy pomocí zrcadel dosáhnout úplného otočení obrazu, je potřeba k tomu použít alespoň dva odrazy (obecně-sudý počet odrazů).

3.3.2 Hranoly Hranoly s odraznými plochami mají oproti zrcadlům výhodu ve větší odrazivosti (využívá se totální odraz), vyhneme se vzniku dvojitých odrazů, které vznikají u zrcadel stříbřených na zadní straně, a hranoly představují více stabilní systém než soustava zrcadel (odrazné plochy hranolů svírají pevně dané úhly). Hranoly bývají sestaveny tak, aby střední paprsky svazků dopadaly kolmo ke stěně vstupní a výstupní a tím se zmenšily ztráty světla odrazem na těchto stěnách a také vady zobrazení. Pokud paprsky dopadají na odrazné plochy pod menším úhlem než je mezní úhel, bývají odrazné plochy stříbřené. Druhy hranolů používané v praxi: - Pravoúhlý rovnoramenný hranol je na průřezu tvaru rovnoramenného pravoúhlého

trojúhelníku. Lze použít k uchýlení osy světelného svazku o 90°, k částečnému otočení obrazu nebo k částečnému převrácení obrazu bez změny směru svazku. Tento typ hranolu se používá nejčastěji. - Střechový hranol obrací obraz a uchyluje svazek o 90°. - Pentagonální hranol - Rhombický hranol pouze paralelně posouvá světelné paprsky. - Hranol Schmidtův (Obrázek 3.10) obraz úplně obrací a používá se do záměrných

dalekohledů, u kterých je potřeba, aby osa okuláru svírala s osou objektivu určitý úhel [1].

24

Obr. 3.8 Hranol Schmidtův [1, str. 297]

Soustava hranolů k úplnému převracení obrazu: - Porrova soustava prvního druhu (Obrázek 3.11) je složená ze dvou pravoúhlých hranolů, který mají k sobě otočené rovnoběžné přeponové stěny, přičemž roviny pravých úhlů jsou na sebe kolmé.

Obr. 3.9 Soustava Porrova prvního druhu [1, str. 297]

- Porrova soustava druhého druhu je složená ze tří pravoúhlých rovnoramenných hranolů, které mohou být pro praktické použití přemístěny různým způsobem (Obrázek 3.12).

25

Obr. 3.10 Modifikace Porrovy soustavy druhého druhu [1, str.298]

Obraz vytvořený objektivem je hranolem posunut o d

n −1 ve směru vystupujících paprsků. n

Soustava hranolů k převracení obrazu byla u dalekohledu poprvé použita roku 1852 italským fyzikem Ignatio Porrem a roku 1893 zavedena Abbeem v Zeisových závodech v Jeně.

3.3.3 Čočkové soustavy Principiálně by k převrácení obrazu stačila jediná čočka, která přenese obraz vytvořený objektivem do ohniskové roviny okuláru, toto užití má ale značné justážní a korekční nevýhody. Nejčastěji se proto používá soustava dvou čoček o ohniskových vzdálenostech f´1 a f´2, mezi kterými je paralelní chod paprsků (ohnisková rovina první čočky splývá s ohniskovou rovinou objektivu a ohnisková rovina druhé čočky s ohniskovou rovinou okuláru) [1].

26

4 Vlastnosti dalekohledu Mezi základní vlastnosti dalekohledu bývá zařazené zvětšení, světelnost a rozlišovací schopnost.

4.1 Zvětšení a zorné pole dalekohledu Zvětšení Γ lze vyjádřit jako poměr ohniskových vzdáleností objektivu f´ob a okuláru f´ok . Γ=

f ´ob tgσ ´ = f ´ok tgσ

Vzorec pro zvětšení dalekohledu vyjadřuje úhlové zvětšení mezi svazky paprsků vstupujících a vystupujících z přístroje. Současně je to poměr tangent úhlů, pod kterými vidíme předmět při pozorování dalekohledem a pouze okem (vzdálený předmět vidíme prostým okem pod úhlem σ). Dále je možné zvětšení vyjádřit jako poměr průměru vstupní a výstupní pupily dalekohledu (Γ= D/D´) [1]. Co se týká zorného pole vyžaduje dalekohled holandský samostatné úvahy. Výstupní pupila je v podstatě clonou zorného pole, takže její průměr D´ ovlivňuje rozsah zorného pole. Dalšími faktory, na kterých závisí velikost zorného pole, jsou průměr oční pupily Do a vzdálenost d objektivu od okuláru. Průměr výstupní pupily při daném zvětšení závisí na průměru objektivu. Průměr oční pupily není stálý, mění se se změnou světelných podmínek, takže je zorné pole jiné za jasného dne a jiné za soumraku. Jestliže má oko přehlédnout pole dalekohledu, musí se otáčet. Pokud je a vzdálenost středu otáčení oka od okuláru, je poloviční úhel σ zorného pole dán vzorcem :

tgσ =

D + ΓD0 2Γ(aΓ + d ) .

Z předchozího vzorce vyplývá, že zorné pole je tím větší, čím je D větší a d menší. Tento požadavek lze splnit pomocí objektivu velkého relativního otvoru, protože d je tím menší, čím je kratší ohnisková vzdálenost objektivu. Je nutné si však uvědomit, že s velikostí relativního otvoru roste otvorová vada, čímž je dána mez velikosti zorného pole [4].

27

4.2 Velikost a poloha vstupní a výstupní pupily Množství světla, které pojme dalekohled se určuje velikostí jeho vstupní pupily. Vstupní pupilou dalekohledu bývá přímo objímka objektivu. Clony umístěné za objektivem obvykle nesmí tvořit pupilu a tím snižovat opticky použitelný průměr objektivu. Objektiv nebo jeho objímku můžeme zobrazit pomocí okuláru do prostoru za dalekohledem (a to je potom výstupní pupila dalekohledu). Výstupní pupilu je možné znázornit pomocí grafické konstrukce (Obrázek 4.1), ale je možně ji pozorovat i prostým okem. Pokud se díváme na okulárovou stranu ze vzdálenosti asi 30 cm a obrátíme přitom dalekohled objektivem směrem k obloze nebo jiné osvětlené ploše, uvidíme v blízkosti okuláru světlý kroužek, který odpovídá výstupní pupile. Pupily jsou jednak důležité kvůli tomu, že jsou nejužšími místy kudy prochází světlo dalekohledem, navíc poloha výstupní pupily je jednou z charakteristik dalekohledu. Pokud by vstupní pupila oka nebyla v místě výstupní pupily dalekohledu, mohlo by se stát, že by šikmé svazky paprsků nestupovaly do oka a bylo by možno využít jen část pole daného dalekohledu [2].

Obr. 4.1 Krajní a osový svazek paprsků v Keplerově dalekohledu [2, str. 210]

Pozn.: Výstupní pupila se určila grafickou konstrukcí pomocí dvou zakreslených paprsků. Je to okrajový paprsek 1 středního (osového) svazku a tím stejným okrajem objektivu procházející paprsek 2, který patří svazku a který tvoří O´2. Za okulárem vychází tento parsek rovnoběžně

s paprskem,

který

prochází

„tečkočárkovaně“).

28

hlavními

body

okuláru

(vyznačený

Ve skutečnosti je chod paprsků takový, že je všechny nehybným okem nezachytíme, proto je výhodné, když je střed otáčení oka v blízkosti vstupní pupily (tj. asi 10,5 mm od vstupní pupily oka). Často však není možné dostat oko tak blízko dalekohledu, abychom výstupní pupilu umístili do středu otáčení oka, takže se omezuje rozsah zorné pole nebo snižuje jas obrazu na okrajích pole.

Obr. 4.2 [2, str. 211]

Pozn.: Pro otáčející se oko by měla být výstupní pupila přístroje ve středu otáčení oční koule (poloha M0). V jiné poloze (např. M1) vniká do oka jen část použitelných paprsků a v bodě M2 neobsáhneme zrakem už vůbec celé zorné pole. Zorné pole astronomického dalekohledu omezujeme clonou umístěnou do společné ohniskové roviny objektivu a okuláru (tj. clona zorného pole nebo zorná clona). Clonou můžeme zorné pole ostře ohraničit. Do roviny zorné clony bývá umístěn záměrný kříž, tj. značka, která usnadňuje přesné zaměření dalekohledu na určitý bod. Zorný úhel dalekohledu (úhel zorného pole dalekohledu) je úhel, pod kterým vstupují do objektivu rovnoběžné paprsky, které tvoří obraz právě na protilehlých okrajích clony. Zorné pole holandského dalekohledu je určené polohou a velikostí výstupní pupily, která je uvnitř přístroje, toto zorné pole není ostře ohraničené a jeho velikost závisí především na velikosti a poloze výstupní pupily a poloze a velikosti pupily oka (zorné pole bude tím větší, čím jsou obě pupily navzájem blíže umístěné a větší). Na velikost výstupní pupily dalekohledu má vliv průměr objektivu a zvětšení přístroje. Čím víc dalekohled zvětšuje, tím víc se zmenšuje výstupní pupila a zorné pole. Zorné pole je také větší pro kratší dalekohledy [2].

29

4.3 Světelnost dalekohledu Předměty, které dalekohledem pozorujeme jsou obecně dvojího druhu- bodové a předměty, které mají určité plošné rozměry. Světelnost přístroje je při pozorování bodového předmětu daná poměrem světelného toku vstupujícího do oka po průchodu dalekohledem ku toku vstupujícímu do oka při pozorování bez dalekohledu. Pokud bychom zanedbali ztráty světla odrazem a absorpcí, byl by tento poměr pro dalekohled větší než jedna. Dalekohledem například vidíme hvězdy jasnější než prostým okem, protože objektiv dalekohledu pojme z bodového zdroje vždy širší světelný kužel než je šířka kuželu světla dopadajícího přímo do oka. Pokud má pupila oka stejný průměr jako výstupní pupila dalekohledu, světelnost by se určovala poměrem plochy vstupní (D) a výstupní pupily (d), tedy vyjádřením ztráty světla, způsobené odrazem a absorpcí, což ve vztahu vyjadřujeme koeficientem transmise t < 1. Světelnost S = t ⋅

D2 . d2

Pupila oka je však často větší než výstupní pupila dalekohledu, proto má dalekohled zmenšenou světelnost. Bodový předmět vytvoří po průchodu paprsků dalekohledem bodový obraz na sítnici oka (pokud nebereme v úvahu ohyb světla a aberace) a celý světelný tok je tedy soustředěn na jeden světločivný element. Obraz bude tedy tím jasnější, čím více světla se dalekohledem soustředí. Pokud je při pozorování plošných předmětů výstupní pupila dalekohledu stejně velká jako vstupní pupila oka, říkáme, že má dalekohled normální zvětšení (světelnost se rovná jedné). Do oka přichází z předmětu světelný tok zvětšený v poměru ploch vstupní a výstupní pupily, který se v oku rozdělí na obrazovou plochu. Subjektivní dojem jasu pozorovaného předmětu závisí na osvětlení sítnice oka a byl by stejný jako při pozorování předmětu prostým okem, pokud by nebyly ztráty světla odrazem a absorpcí, které zahrnuje koeficient transmise t (analogicky jako při pozorování bodového předmětu). Světelnost je v tomto případě S = t < 1. V konečném výsledku vidíme předměty pod větším úhlem, ale jas zvýšený není. U dalekohledů při daném zvětšení Γ s výstupní pupilou menší než je pupila oční (a při změně okuláru zůstává stále menší nebo nejvýše rovna oční pupile) je světelnost přímo úměrná čtverci podílu průměru objektivu a průměru oční pupily. Pokud je průměr objektivu při určitém okuláru takový, že je průměr oční pupily menší než průměr výstupní pupily, bude světelnost přímo úměrná čtverci zvětšení. 30

Někdy bývá světelnost dalekohledu uváděna tak, že je za jednotku světelnosti pokládaná plocha výstupní pupily o průměru d = 1 mm. Světelnost dalekohledu se potom vyjadřuje poměrem plochy výstupní pupily k ploše jednotkové pupily. Tento údaj neodpovídá světelnosti, o které je psáno výše (k té bychom potřebovali vědět průměr vstupní pupily oka pozorovatele) [2,4].

4.4 Rozlišovací mez Objektiv dalekohledu o průměru D zobrazí odděleně dva body, pokud je jejich úhlová vzdálenost Ψ rovna:

ψ=

1,22λ rad D

Aby se využilo rozlišovací meze Ψ objektivu dalekohledu o průměru D, je nutné volit zvětšení Γ tak , aby platilo Ψ0 ≤ Ψ ≤ 4Ψ0 (Ψ0= 60˝ je konvenční rozlišovací mez oka). Po dosazení 60´´≤ Γ

120´´ D ≤ 240´´ nebo ≤ Γ ≤ 2D . D 2

Zvětšení dalekohledu, které je větší než 2D se nazývá prázdné, protože nelze rozlišit další detaily a ty detaily, které byly zobrazeny objektivem, jsou značně větší a obraz jako celek je neostrý. Rozlišovací mez astronomických dalekohledů zkoušíme pozorováním dvojhvězd, které mají známé úhlové vzdálenosti (jsou udány v hvězdných seznamech). Pro dalekohledy terestrické je tato zkouška příliš jemná, proto se používají jiné testy, především Foucaultovy. Pro správné hodnocení rozlišovací meze dalekohledu musí pozorovatel současně provést měření rozlišovací meze svého oka za stejných podmínek (hlavně za stejného osvětlení testu) [1,2].

Obr. 4.3 Testy na zkoušení rozlišovací schopnosti, i= interval testu [2, str.217]

Pozn.: Stejně široké černé a bílé pásy jsou od sebe vzdáleny tak, že na určitou pozorovací vzdálenost vidíme každý interval pod určitým úhlem vyjádřeným v sekundách. 31

5 Historie dalekohledů Různé náznaky o existenci dalekohledných zařízení můžeme nalézat již v dobách starověku, kdy jsou dochovány záznamy především o astronomických jevech, které nelze vidět běžně očima. Dále se pak můžeme setkat se zmínkou z r.1205, kterou pronesl Roger Bacon, že lze uspořádat optická média tak, abychom viděli věci v dálce, z čehož bývá usuzováno, že použil dalekohled. Zvětšovací skla byla zmiňována i roku 1298 a po objevu nových způsobů výroby skla v Itálii koncem 16.století se dá předpokládat, že v té době věděli o efektech spojených s použitím více čoček. Všechny tyto záznamy jsou ale spíše spekulacemi, které prokazatelně nedokazují existenci dalekohledu. Tento důkaz přichází roku 1608 a je jím záznam o patentu holandského brusiče skel a výrobce brýlí Hanse Lippershey z Middelburgu (1570-1619) na vynález, „kterým všechny věci ve velké vzdálenosti mohou být viděny jakoby by byly docela nedaleko“. K tomuto zjištění dospěl při pozorování věže kostela dvěma čočkami umístěnými za sebou. Dalekohled sestrojený podle tohoto vynálezu zvětšoval třikrát až čtyřikrát a byl sestaven ze spojné a rozptylné čočky umístěné v duté trubce. Ve velmi krátké době se zpráva o tomto vynálezu rozšířila po Evropě [21,27]. Kolem roku 1609 se dostává dalekohled do rukou italského astronoma a matematika Galileo Galilei, který ho začne ne jen využívat při svém bádání, při němž v oblasti astronomie objevil právě díky dalekohledu například krátery a hory na Měsíci, pás Mléčné mlhoviny nebo čtyři Jupiterovy měsíce, ale vynaloží své úsilí i na zlepšování parametrů dalekohledu, takže z původního trojnásobného zvětšení se dostane na zvětšení 30-i násobné. Celková délka dalekohledu byla 1245 mm a skládal se z vypuklé čočky o průměru 53,5 mm v roli objektivu, okulár měl průměr 25 mm. Tento dalekohled se dochoval až do dnešní doby a můžeme ho najít v muzeu ve Florencii [27]. Nový typ dalekohledu navrhl Johannes Kepler (1571-1630). Použil spojnou čočku pro objektiv i okulár a výhodou pak byla nejen větší světelnost obrazu, ale také umožnil pozorovat současně s předmětem i stupnici na měření (cílovou značku). (Tento dalekohled podle návrhu Keplera zkonstruoval roku 1611 Christopher Scheiner.) Kepler také zavedl

32

název teleskop (z řec. tele= daleko, skopein= hledět) nebo v češtině dalekohled. První veřejné uznání přinesla anglickému astronomovi, fyzikovi a matematikovi Issacu Newtonovi

právě

snaha

o

vylepšení

dalekohledu,

který

patřil

dlouhou

dobu

k nejpopulárnějším vědeckým přístrojům. Roku 1668 Newton pozměnil stavbu dalekohledu a místo objektivu použil duté zrcadlo, od něhož se paprsky odrážely do jeho ohniskové roviny ležící na stejné straně jako pozorovaný předmět. Potíže při konstruování tohoto dalekohledu nastaly při hledání vhodné slitiny na výrobu zrcadla. Newton využil měď s příměsí arzenu a cínu. Chod odražených paprsků od zakřiveného zrcadla byl upravován malým rovinným zrcadlem tak, aby mohl být obraz pozorován postranním okulárem. První sestavený model měl nedostatky především v matném a rozmazaném zobrazování. Roku 1671 vznikl model druhý, který byl větší a dokonalejší a zvětšoval 38-krát. Dalekohled byl poslán do Londýna ke králi Karlu II. a na seznámení do Royal Society, kde sklidil úspěch a Newtonovi zajistil roku 1672 zvolení do této společnosti. Od 18.století se prosazují hlavně zrcadlové dalekohledy. Souvisí to se skutečností, že výroba čoček větších rozměrů je nesnadná nebo přímo nemožná (velikost nad 1 metr).

Tyto

zrcadlové dalekohledy mají objektiv dole na konci tubusu, na rozdíl od dalekohledů čočkových, kde je na horním konci tubusu. Jako objektiv pak využívají parabolické nebo kulové (při malých velikostech většinou do 10 cm) zrcadlo [27]. 24.dubna 1990 nastala dlouho plánovaná a očekávaná událost- mise STS-31, při níž raketoplán Discovery vynesl na oběžnou dráhu Země Hubbleův vesmírný dalekohled (HSTHubble Space Telescope). Hubbleův vesmírný teleskop byl součástí série Velkých kosmických observatoří, programu výzkumu vesmíru amerického Národního úřadu pro letectví a kosmonautiku (NASA) a umožňoval pořizovat ostré snímky vesmírných těles. Jeho optická soustava používala systém hyperbolických zrcadel Richey-Chretien. Nejdůležitější součástí bylo zrcadlo a soustava teleskopu. Zrcadlo muselo být vyleštěné s rozlišením 1/65 vlnové délky viditelného světla (asi 10 nanometrů), bylo vyrobené z nízkoroztažného skla a na povrchu pokryté tenkou odraznou vrstvičkou hliníku a ochranným nátěrem z fluoridu hořčíku. Dalekohled a ostatní přístroje byly umístěné v lehké hliníkové schránce a nejdůležitější části celého komplexu navíc pevně usazené díky grafito-epoxidové kostře. Celý komplex pak chránil vícevrstevný izolační plášť. Mezi původní přístroje, které HST nesl patřila kombinovaná širokoúhlá a planetární kamera (WF/PC), spektrometr s vysokým rozlišením (GHRS), vysokorychlostní fokometr (HSP), kamera pro záznam velmi slabých 33

objektů (FOC) a spektrograf slabých objektů (FOS). Hubbleův vesmírný dalekohled prodělal několik oprav a slouží do dnešní doby [24,31]. Dalším zajímavým projektem byl 11 denní let balónu s teleskopem BLAST (zkratka pro Balloon-borne Large Aperture Submillimeter Telescope) roku 2006, který se vznášel ve výšce 37 km nad Antarktidou a mapoval vesmír v oblasti infračerveného záření (vlnové délky 250, 350 a 500 µm). Jednalo se již o třetí let. (První zkušební let se uskutečnil roku 2003 na území Nového Mexika a trval 27 hodin, druhý let roku 2005 byl vědecký a za 4 dny balón s teleskopem přeletěl ze Švédska až do Kanady.) Dalekohled se skládal s primárního zrcadla o průměru 2 metrů, které soustřeďovalo světlo na soustavu detektorů-bolometrů, chlazených tekutým dusíkem a héliem na teplotu 0.3 K (-272,85oC). Celé zařízení mělo váhu kolem 2700 kg a do vrchních vrstev atmosféry bylo vynášeno speciálními balóny NASA. Bývá uváděno, že tento projekt byl úspěšný a umožnil zaznamenat desetkrát více galaxií během zmíněných 11 dní než pozemské dalekohledy za desetiletí [25,28].

34

6 Dělení dalekohledů a jejich využití Existuje několik aspektů podle kterých můžeme dalekohledy rozdělit. Jedním z nejběžnějších dělení dalekohledů je podle typu hlavního zobrazovacího členu na čočkové (refraktory) a zrcadlové (reflektory). Další dělení může být podle toho, jestli se dalekohled používá pro jedno oko (dalekohledy monokulární) nebo pro oči obě (dalekohledy binokulární nebo dvojité). Binokulární dalekohledy jsou výhodné díky možnosti použít hranolové soustavy ke zvětšení vzdálenosti objektivů na větší než je oční rozestup, takže jsou lépe vnímatelné hloubkové rozdíly.

Obr. 6.1 a, Binokulární dalekohled [14]

b, Monokulární dalekohled [15]

Dále lze dalekohledy dělit podle využití například na dalekohledy pro všeobecnou potřebu a dalekohledy pro zvláštní účely nebo konkrétněji na turistické dalekohledy, divadelní kukátka, lovecké, astronomické, vyhlídkové, pozorovací dalekohledy, periskopy, záměrné soustavy a dálkoměry. Někdy se můžeme setkat i s komerčním dělením dalekohledů, které je v podstatě totožné s dělením dalekohledů podle jejich využití [4].

6.1 Refraktory Refraktor je dalekohled, jehož oba optické členy, objektiv i okulár, jsou tvořeny čočkami. Tyto dalekohledy jsou zatíženy řadou vad, z nichž nejvýraznější jsou vady chromatické, které se korigují kombinací čoček z různých druhů skel. Mezi čočkové dalekohledy patří dalekohledy Keplerovy se spojným okulárem a holandské dalekohledy s okulárem rozptylným. 35

6.1.1 Keplerův (hvězdářský) dalekohled Tento typ dalekohledu je vhodný především pro měřící účely, do ohniskové roviny dalekohledu mohou být totiž umístěny značky, které lze vidět současně s pozorovaným předmětem. Dalekohled vytváří obraz převrácený, což není překážkou pro použití k astronomickým pozorování a geodetickým měřením. Při využití dalekohledu k pozemským pozorováním je vhodné obraz vytvořený objektivem převrátit a to pomocí převracející soustavy (zrcadla, hranoly nebo čočky- viz. 3.3 Převracející soustavy) nebo lze převrácení obrazu dosáhnout použitím rozptylného okuláru, který je využitý u holandského dalekohledu. Objímka dalekohledu je vstupní pupilou a její obraz vytvořený okulárem pak pupilou výstupní. Pupila oka by měla splynout s výstupní pupilou dalekohledu. Při velkém zorném poli je vhodné, aby splýval střed rotace otáčení oka se středem výstupní pupily dalekohledu. Délka Keplerova dalekohledu se rovná součtu ohniskových vzdáleností objektivu a okuláru (pokud zanedbáváme tloušťku čoček) [4].

Obr. 6.2 Schéma Keplerova dalekohledu [18, upraveno]

36

6.1.2 Galileův (holandský, pozemní) dalekohled Tento typ dalekohledu nemá reálnou obrazovou rovinu, do které by šly umístit měřící značky, proto se nehodí na použití k měřícím účelům. Tvoří obraz vzpřímený a používá se v divadelních kukátcích. Má malý rozsah zorného pole, hodí se pro malá zvětšení. Vstupní pupilou dalekohledu je objímka objektivu a pupila výstupní je uvnitř přístroje (je neskutečná). U dalekohledu ve spojení s okem je výstupní pupilou pupila oka a vstupní pupila celé soustavy je neskutečná. Délka holandského dalekohledu se rovná rozdílu absolutních hodnot ohniskových vzdáleností objektivu a okuláru (pokud zanedbáme tloušťku čoček). Holandský dalekohled se používá výhradně jako dalekohled binokulární. Velikost průměru objektivu je závislá na velikosti očního rozestupu pozorovatele (oba dalekohledy nemohou mít větší vzdálenost než je oční rozestup). Takže pokud je střední hodnota očního rozestupu asi 65 mm, může být průměr objektivu asi 60 mm, čímž je udaná mez pro průměr objektivu a velikost zorného pole. Mezi výhody holandského dalekohledu lze zařadit nízkou cenu těchto dalekohledů z důvodu relativně jednoduché konstrukce a malé ztráty světla odrazem [4].

Obr. 6.3 Schéma Galileova dalekohledu [17, upraveno]

37

6.2 Reflektory Objektivem zrcadlových dalekohledů je duté zrcadlo (kulové, parabolické nebo hyperbolické), jehož plocha určuje světelnost dalekohledu. Toto zrcadlo je zrcadlo primární a správně má mít tvar parabolický. Ten však lze při malé ploše a velké ohniskové vzdálenosti nahradit plochou kulovou, pokud tedy pozorovatel nevyžaduje nejvyšší možnou kvalitu obrazu. Kulová plocha se používá jako náhrada především z důvodu nižších nákladů na výrobu. Obraz sledovaného předmětu se dále odráží sekundárním zrcadlem a je pozorován okulárem. Mezi hlavní výhody reflektorů patří nepřítomnost barevné vady a snazší výroba velkých zrcadel. Mezi zrcadlové dalekohledy patří Cassegrainův a Newtonův dalekohled.

6.2.1 Cassegrainův dalekohled Paprsky odražené dutým primárním parabolickým zrcadlem se soustředí do malého vypuklého hyperbolického zrcadla a tím jsou odraženy do okuláru, který je umístěný na optické ose dalekohledu. Primární zrcadlo má tedy uprostřed otvor. Z původní konstrukce navržené sochařem Guillaume Cassegrainem (1672) vychází řada dalších modifikací, například typ Ritchey-Chrétien, který jako primární plochu používá plošší hyperbolické zrcadlo a jako sekundární zrcadlo hyperbolické s velkým ohybem a v ohnisku je navíc uložen korekční člen. Typ Ritchey-Chrétien je použitý ve většině velkých dalekohledů současnosti včetně Hubbleova vesmírného dalekohledu (viz. Kapitola 5 Historie dalekohledů).

Obr. 6.4 Schéma Cassegrainova dalekohledu [11, upraveno]

38

6.2.2 Newtonův dalekohled Newtonův dalekohled je tvořen tubusem, v němž je umístěné primární a sekundární zrcadlo. Primární zrcadlo má parabolický tvar a nachází se ve spodní části tubusu. Přicházející světlo odráží do svého ohniska, kde se nachází malé sekundární rovinné zrcadlo, které odráží paprsky do okuláru na boku přístroje. Vzniklý obraz je stranově i výškově převrácený. Dalekohled je vhodný pro astronomická pozorování, při pozemském použití se okulár doplňuje hranoly, aby byl obraz převrácen do správně polohy [30].

Obr. 6.5 Schéma Newtonova dalekohledu [12, upraveno]

6.3 Dalekohledy pro všeobecnou potřebu 6.3.1 Turistické dalekohledy Jako turistických dalekohledů se používá výhradně hranolových dalekohledů s první soustavou Porrovou, které mají větší vzdálenost objektivů než vzdálenost okulárů, takže je zvýšené vnímání hloubky. Běžné zvětšení u těchto dalekohledů se pohybuje kolem čtyřnásobného a může dosáhnout až na zvětšení dvanácti násobné. Větší zvětšení se však nevolí a to z důvodu zmenšení zorného pole a navíc se chvění ruky přenáší na obraz tím víc, čím se zvětšení větší, takže pak není možné přesné pozorování [4].

39

6.3.2 Divadelní kukátka Divadelní kukátka bývají konstruována jako binokulární holandský dalekohled, který má zvětšení nejčastěji 3 až 4násobné. Divadelní kukátko by mělo být malé a lehké a světelnost dalekohledu poměrně velká. Pokud vyžaduje větší zorné pole, je nutné použít hranolový dalekohled, u kterého je zmenšeno vnímání hloubky díky umístění objektivů blíže než okulárů (například kulisy na jevišti tak budou vidět lépe než prostým okem) [4].

Obr. 6.6 Divadelní kukátka [16]

6.3.3 Lovecké dalekohledy Tyto dalekohledy se dělí na pozorovací a zaměřovací. Oba typy mají mít velkou světelnost, protože jsou často používané za soumraku. Pozorovací dalekohledy jsou hranolové, binokulární s průměrem výstupní pupily 4-7 mm a zorným polem 6˚-8˚. Záměrné puškové dalekohledy mají zvětšení 1,5 až 8násobné, průměr výstupní pupily 7-8 mm, převracející soustava je čočková a výstupní pupila je umístěná ve značné vzdálenosti od okuláru (má to význam při střílení). Zdánlivé zorné pole těchto dalekohledů bývá asi 25˚ [1].

6.3.4 Astronomické dalekohledy Na astronomické pozorování se používá jednak Keplerův dalekohled (refraktor), jednak ve velké míře zrcadlové dalekohledy (reflektory). U astronomických dalekohledů (teleskopů) je vhodné mít možnost použití nitkového kříže, která chybí u Galileiova dalekohledu. Naopak v obrazové rovině Keplerova dalekohledu 40

může být umístěn nitkový kříž a tento typ dalekohledu se začal brzy po jeho objevu používat právě pro astronomické účely. Tmavé pozadí je osvětleno pomocí Gaussova okuláru (mezi oční a kolektivní čočkou je umístěna planparalelní destička skloněná k optické ose o 45˚, která odráží část světla přicházejícího od zdroje k nitkovému kříži do ohniskové roviny). Astronomické dalekohledy bývají konstruovány tak, aby byly okuláry výměnné (zvětšení dalekohledu se řídí různými pozorovacími podmínkami). Do objevu principu achromasie se musely volit značné ohniskové vzdálenosti objektivů nebo se používaly objektivy zrcadlové [4,10]. Typy dalekohledů, které byly používané jako teleskopy, se postupně měnily a vyvíjely. Lze například uvést rok 1661, kdy Gregory sestrojil dalekohled zrcadlový složený z velkého uprostřed provrtaného konkávního zrcadla a malého konkávního. Tento dalekohled vytvářel obraz vzpřímený. Roku 1871 vyrobil Newton dalekohled zrcadlový, který měl malé zrcátko nakloněné pod úhlem 45˚ k ose zrcadla velkého a vzniklý obraz byl obrácen stranově i výškově. Cassegrainovi se podařilo roku 1671 změnit Gregoryův dalekohled, takže byl dalekohled ve výsledku kratší. Další změnu provedl roku 1775 Herschel (vynechal druhé zrcadlo, hlavní zrcadlo sklonil k ose dalekohledu a okulár umístil na stranu poblíž vstupního otvoru). Zkombinováním Cassegrainova a Herschelova dalekohledu vytvořil roku 1880 Fritsch zrcadlový dalekohled nazvaný brachyteleskop. Dalším nově vynalezenou konstrukcí byl mediální dalekohled sestrojený Schupmannem, který obsahoval objektiv složený z jednoduché čočky z korunového skla, a v blízkosti ohniska se nacházela negativní čočka z flintového skla, která měla postříbřenou zadní plochu. Výhodu představuje použití menší čočky (místo velké flintové je použito čočky malé). Významné jsou dále teleskopy Maksutovův a Schmidtův. Astronomické dalekohledy je potřeba montovat takovým způsobem, aby bylo možné zamířit libovolné místo na obloze. Nejjednodušší je azimutální montáž, kdy se dalekohled otáčí kolem jedné osy vertikální a druhé horizontální. U větších astronomických dalekohledů, které se používají k fotografování, je vhodnější paralaktická montáž, při které je jedna osa rovnoběžná s osou zemskou (světovou) a druhá k ní kolmá. U zrcadlových dalekohledů není korigovaná koma, takže mají velmi malé zorné pole, naproti tomu značně větší relativní otvor. Proto se v astronomii používají jak čočkové, tak zrcadlové dalekohledy. Čočkové volíme při potřebě většího zorného pole a zrcadlové na pozorování hvězd nejslabších velikostí [1].

41

6.3.5 Vyhlídkové dalekohledy Tyto dalekohledy se používají na pozorování pozemských předmětů, vytváří vzpřímený obraz a jsou to v podstatě malá astronomické dalekohledy. Zvětšení opět závisí na pozorovacích podmínkách. Největší zvětšení se volí rovno průměru objektivu vyjádřenému v milimetrech. Výměna okuláru je většinou zajištěna pomocí tzv. revolverového měniče [1].

6.4 Dalekohledy pro zvláštní účely 6.4.1 Dalekohledy pozorovací V ohniskové rovině těchto dalekohledů je umístěný mikrometr, který je rozdělený tak, že vzdálenost dvou sousedních čárek, dělená ohniskovou vzdáleností objektivu, dává 1/1000, což odpovídá zornému úhlu, pod nímž se jeví délka 1 m ve vzdálenosti1000 m (dílec). Tato stupnice umožňuje odhadovat šířkové rozměry v místě cíle, pokud známe vzdálenost (nebo nám naopak umožní určit vzdálenost, pokud známe šířkové rozměry v místě cíle). Pro přesnější pozorování se používají dalekohledy se stativy. Mezi tyto dalekohledy patří nůžkové dalekohledy, u nichž lze měnit v určitém rozmezí vzdálenost objektivů a tím vnímání hloubky. Zvětšení mají 10-15násobné. Pozorovací dalekohledy se používají k vojenským účelům pro řízení střelby (umožňují určit polohu zásahu vzhledem k cíli) [4].

6.4.2 Periskopy Periskopy jsou dalekohledy lomeného tvaru, které umožňují pozorování z krytého místa. Jsou to přístroje, ve kterých je střed vstupní pupily výškově posunutý oproti středu pupily výstupní. Mohou mít odlišnou délku podle způsobu použití. Pokud se používají k výhledu z pancéře, mají délku relativně malou a vzpřímení obrazu je dosaženo hranoly, naopak u ponorek dosahují periskopy délky až několika metrů a obraz je vzpřímený díky užití čočkových soustav [1,10]. Prohlédnutí celého horizontu je umožněno otáčením periskopu kolem vertikální osy. Předměty uložené výše nebo níže lze pozorovat pomocí otočení horního hranolu kolem vodorovné osy.

42

Zvětšení periskopů je 1,2 až 1,5 (obraz odpovídá tomu, co by viděl pozorovatel prostým okem, takže lze lépe odhadovat vzdálenosti). Panoramatické periskopy mají pevnou osu vhledu a hranol před objektivem se otáčí kolem osy objektivu. Otočení obrazu kolem osy vhledu je zamezeno pomocí Wollastonova hranolu, který je uložen mezi objektivní hranol a objektiv (pokud je k převrácení obrazu použito čoček, tak se hranol klade mezi tyto čočky) [1].

Obr. 6.7 Schéma periskopu a, Periskop se dvěma rovinnými zrcadly b, Periskop se dvěma hranoly

Pozn.: 1, 2…zrcadla 3, 4…hranoly 5, 6…oko pozorovatele 7, 8…tubus H……optická výška periskopu

6.4.3 Záměrné soustavy Záměrné soustavy slouží ke stanovení směru nebo uvedení předmětu do určitého směru. K tomuto účelu lze použít kolimátory nebo dalekohledy. Kolimátor je nejjednodušší záměrné zařízení (Obrázek 6.8).

43

Obr. 6.8 Kolimátor [4, str. 114]

Pozn.: V přední ohniskové rovině soustavy je značka, která je soustavou zobrazena do nekonečna, takže se jeví ostře současně s cílem. Skleněná tyčinka, jejíž jedna koncová plocha je rovinná a opatřena černou vrstvou, v níž je záměrná značka a druhá plocha kulová s takovým poloměrem, aby první plocha byla rovinou ohniskovou. Paprsky vystupující od značky jsou rovnoběžně s osou. Oko má takovou polohu, že spodní polovina zorničky zachycuje světlo, které přichází od značky, horní polovina od cíle. Záměrná přímka prochází středem oka a je rovnoběžná se záměrnou osou (přímkou spojující značku a střed kulové plochy). Záměrný dalekohled je druhým případem záměrné soustavy. Umožnil jemnější úhlová měření v astronomii a geodesii. Obraz cíle je spojnou čočkou vržen do místa cílové značky dalekohledu. Překládání cíle a značky vypadá v dalekohledu tak, jako kdyby byla značka bezprostředně před cílem. Značka (kříž) zakrývá jen malou část pozorovaného předmětu, takže není obraz rušen. Záměrnou přímkou je spojnice středu kříže a středu vstupní pupily. Pozorované předměty mají různou vzdálenost od pozorovatele a záměrná destička je v dalekohledu pevně umístěná, takže proto nesplývá obraz ve všech možných polohách s rovinou kříže a při pohybu oka od jednoho okraje výstupní pupily k druhému se pohybuje i obraz cíle vzhledem ke kříži, nastává tedy tzv. paralaxa. Pokud je dalekohled justován tak, že je paralaxa odstraněna na vzdálenost g, neprojeví se v rozmezích vzdáleností g1 a g2, daných vzorcem: g1 =

Gg G+g

a g2 =

Gg 1 kde G = − ⋅ Γ 2 D´ (Ψ0 je rozlišovací mez G−g 2ψ 0

oka, D´je průměr výstupní pupily v milimetrech a Γ je zvětšení dalekohledu) [4].

6.4.4 Dálkoměry Pokud měříme vzdálenosti optickými prostředky je vzdálenost d cíle C určena jako strana trojúhelníku, u něhož je známa nebo změřena druhá strana b a dva úhly α a β (Obrázek 6.9). 44

Obr. 6.9 Princip měření vzdálenosti [1, str.314

Dálkoměry lze dělit na dvě hlavní skupiny: a) Dálkoměry, které využívají známé délky v místě pozorovatele b) Dálkoměry, které využívají známé délky v místě cíle Do první skupiny řadíme koincidenční a stereoskopické dálkoměry a do druhé skupiny geodetické tachymetry.

6.4.4.1 Koincidenční dálkoměry Na obrázku 6.10 je znázorněné schéma koincidenčního dálkoměru. Z1 a Z2 značí dvě zrcadla umístěná ve vzdálenosti b, skloněná pod úhlem 45˚. Světlo přicházející ze vzdáleného bodu C se odráží na zrcadle Z1 a dospěje do objektivu O1, dále přichází na zrcadlo Z´1, které je rovnoběžné se Z1, jež odráží světlo do okuláru O. Podobně přichází světlo do okuláru pomocí rovnoběžných zrcadel Z2 a Z´2. Zrcadla Z´1 a Z´2 jsou uložena tak, že světlem přicházejícím od Z1 je zobrazena horní část a světlem od Z2 spodní část zorného pole.

45

Obr. 6.10 Schéma koincidenčního dálkoměru [1, str.314]

Oba objektivy mají stejnou ohniskovou vzdálenost f´ a pokud se jeví základna b z bodu C pod úhlem Ψ, je vzdálenost b0 obrazů cíle C b0 = f ´ψ (ψ =

b b proto b0 = f ´ ), posunutí obrazů d d

je přímo úměrné základně b a nepřímo úměrné vzdálenosti d. Určení velikosti b0 se provádí pomocí změny polohy určitého optického elementu tak, že jsou oba obrazy cíle uvedeny do koincidence. Lze toho dosáhnout pomocí otáčení zrcadla Z2 nebo výhodněji pomocí hranolu (klínu) K o malém lámavém úhlu. Na stupnici, která je například s hranolem pevně spojená a posouvá se vzhledem k pevné značce, lze pak přímo odečíst vzdálenost [1].

6.4.4.2 Stereoskopické dálkoměry V principu jde o dvojité dalekohledy se zvětšeným rozestupem objektivů. V obou ohniskových rovinách objektivů jsou stupnice, které se při binokulárním vidění spojují v jeden prostorový obraz. Tento obraz vypadá jako by byl promítnutý do pozorované krajiny, v níž se určuje měřená vzdálenost. Stupnice zhotovené na planparalelních destičkách jsou promítnuté do prostoru, ztotožní se s předmětem, jehož vzdálenost určujeme a přímo lze odečíst vzdálenost.

46

Obr. 6.11 Schéma optické soustavy stereoskopického dálkoměru [1, str. 317]

Pozn.: P1, P2…pentagonální hranoly H1, H2…střechovité hranoly K………posuvný klín O1, O2…objektivy OL, Op….okuláry

6.4.4.3 Dálkoměry pro geodetické účely Dálkoměrné zařízení tvoří přenosná lať a dvě vodorovná vlákna umístěná v obrazové rovině objektivu dalekohledu, která vymezují úsek na lati. Za objektiv bývá tedy volena složená soustava ze spojného a rozptylného členu; okulárem je pak zpravidla okulár Abbeův o ohniskové vzdálenosti kolem 10 mm. Dálkoměry s latí tvoří součást tzv. tachymetrů, doplňují se jimi také theodolity, busoly, nivelační stroje, záměrná pravítka a fototheodolity. Nejdůležitější jsou dálkoměry nitkové a dvojobrazové. U nitkových dálkoměrů je nitkový kříž doplněn dalšími dvěma vlákny a to buď vodorovnými, nebo svislými.

Obr. 6.12 Schéma nitkového dálkoměru [4, str.118]

Pozn.: l…laťový úsek, d…vzdálenost cíle, c…součtová (adiční) dálkoměrná konstanta 47

U dvojobrazových dálkoměrů je dalekohled jako v případě dálkoměrů nitkových a místo vodorovných nebo svislých vláken v obrazové rovině objektivu je dálkoměrná součást tvořena skleněným klínem K, většinou achromatickým a umístěným před objektivem, který zakrývá polovinu objektivu (Obrázek 6.4.4).

Obr. 6.13 Dvojobrazový dálkoměr [4, str.120]

Pozn.: K…skleněný klín, l…laťový úsek

48

7 Dalekohledy v optometrické praxi Do této kapitoly chci kromě přístrojů používaných v optometrii nebo kontaktologii zahrnout i pomůcky pro zrakově postižené, jejichž součástí je dalekohled. Je to především kvůli tomu, že správná indikace a volba zvětšovací pomůcky je v mnoha případech složitou záležitostí, vyžadující spolupráci nejen erudovaných odborníků v oboru oftalmologie, ale i optiků a optometristů.

7.1 Dalekohled jako pomůcka pro zrakově postižené Mnohé vrozené nebo získané oční choroby vedou ke značnému snížení zrakové ostrosti. Postižení má často stacionární či progredující charakter a není možno je zlepšit konzervativní ani chirurgickou léčbou. V takových situacích přichází na řadu použití speciálních optických pomůcek, které jsou mnohdy jedinou možností alespoň částečné zrakové rehabilitace postižených a jejich začlenění do běžného života [5].

7.1.1 Dalekohledové brýle Galileova (holandského) typu Dalekohledové brýle tohoto typu jsou složeny z kladného okuláru a záporného objektivu. Obrazové ohnisko objektivu splývá s předmětovým ohniskem okuláru. Výstupní pupila leží mezi objektivem a okulárem. Pupila oka nemůže splývat s výstupní pupilou, takže při použití dalekohledových brýlí holandského typu je omezené zorné pole a relativně nízké zvětšení. Systém má poměrně krátkou stavební délku (danou rozdílem ohniskových vzdáleností obou použitých čoček). Obraz vytvořený těmito dalekohledovými brýlemi je vzpřímený. Běžně se setkáváme se systémem, jehož zvětšení je 1,7 až 1,8x. Úhlová šířka předmětového zorného pole se pohybovala u starších typů dalekohledových brýlí kolem 17˚, u typů novějších byla až 23˚ [8]. V praxi dalekohledový systém zlepší zrakovou ostrost o jeden až dva řádky optotypů, ale současně omezí zorné pole ze vzdálenosti čtyř metrů na jeden metr [5]. Objektiv i okulár jsou dvoučočkové. Respektování refrakčních vad očí se promítá do obou okulárových rozptylek. Vnitřní rozptylka je určena pro respektování sférických hodnot od -30 D do +25 D s odstupňováním po 1 D a jemné odstupňování se dosahuje tenkými mezikroužky

49

před ní. Druhá rozptylka ve směru k oku slouží pro respektování astigmatických hodnot do +6 D s odstupňováním po 0,25 D. Tento typ dalekohledových brýlí se používá především v sedě kvůli sníženému vnímání perspektivy (zúžené zorné pole), nejčastěji při dívání do blízka v kombinaci s předsádkovými čočkami [8].

Obr. 7.1 Dalekohledové brýle Galileova typu [19]

Obr. 7.2 Prizmatické dalekohledové lupové brýle [20]

7.1.2 Prizmatické dalekohledové lupové brýle Tato pomůcka se doporučuje u střední nebo těžší slabozrakosti (střední slabozrakost vízus 5/50 – 3/50, těžká slabozrakost vízus 3/50 až 1/50). Pro okulár i pro objektiv je v tomto případě použitá kladná čočka (využívá se princip miniaturizovaného Keplerova dalekohledu). Obraz je převracen pomocí systému prizmat. Předmět může být pozorován ze vzdálenosti 0,5 až 5 metrů a rozsah zorného pole je kolem 12,5˚. Zvětšení do dálky je od 3,8 do 6x a zvětšení do blízka se provádí pomocí doplňkových zvětšujících předsádkových lup. Předsádkové doplňky na blízko jsou dodávány v hodnotách dioptrické mohutnosti od 0,5 do 20,83 D [5].

7.1.3 Lupové brýle Lupové brýle představují binokulární provedení pomůcky, ve které se uplatňuje miniaturizovaný Galilelův systém. Umožňují zvětšení do blízka až 4x. Při binokulárním pozorování textu lupovými brýlemi musí být osy obou dalekohledných systémů konvergentní do jednoho bodu, v praxi se však tyto systémy používají častěji monokulárně a druhé oko je kryto matným sklem [5]. Existuje varianta, kterou lze namontovat sklopně na brýlový střed, včetně přídavného osvětlení. Do očnic brýlového středu mohou být zabroušeny přitom klasické korekční čočky. 50

Tato zvětšovací pomůcka byla vyvinuta pro osoby s normálním zrakovým výkonem, které potřebují při určité činnosti vnímat zvětšené detaily (například chirurgické obory, elektrotechnický průmysl, optika, restaurátorství,…) [8].

Obr. 7.3 Lupové brýle [27, upraveno]

7.1.4 Turmon Turmon je monokulární zvětšovací pomůcka sestrojená na podobném principu jako prizmatické brýle (Keplerův systém). Základní zvětšení pro vidění do dálky je 8x, do blízka lze tuto hodnotu zvětšovat pomoc předsádek (varianta zabudování do čtecího pultu s předsádkovými čočkami o hodnotách + 3, +4, +5 D na výkyvné liště držáku tohoto čtecího pultu a s přídavným osvětlením). Turmony jsou doporučovány u osob se značně sníženou zrakovou ostrostí (3/50 až 4/50). Jsou relativně malé, skladné a pohodlné a vyrábí se jednak ve formě kapesního systému, jednak jako speciální, které se upevňují na tzv.Erggeltův stativ [5,8].

Obr. 7.4 Turmon [13]

51

7.2 Dalekohled jako součást přístrojů v optometrii a kontaktologii Dalekohledová

soustava

je

součástí

mnohých

přístrojů

používaných

v optometrii

a kontaktologii. Umožňuje nám například pozorovat obraz testové značky, který je vytvořený optickou soustavou přístroje, a na základě toho vyhodnocovat dané měření. Pomocí dalekohledu zakomponovaného vhodně do přístroje lze odstraňovat chyby měření vzniklé rozdílným refrakčním stavem očí vyšetřujících a to posunem okuláru směrem k nebo od objektivu dalekohledu (viz. Kapitola 3 Optický princip dalekohledu).

7.2.1 Fokometr Fokometr slouží k měření vrcholové lámavosti sférických, torických i prizmatických brýlových čoček. Umožňuje měřit sférickou i cylindrickou složku vrcholové lámavosti, směr astigmatické osy, velikost prizmatického účinku i směr baze prizmatu [10]. Přístroj se zjednodušeně skládá ze světelného zdroje, kolimátoru, testové značky a Keplerova typu dalekohledu (objektivu a okuláru pro pozorování užívající osobou). Ve skutečnosti je fokometr mnohem složitější jemnomechanicko-optický přístroj, jehož jednotlivé součásti jsou často několikačlenné. Testová značka se často volí složená ze svítících bodů, které jsou uspořádány do kruhu. V obrazovém ohnisku objektivu (předmětovém ohnisku okuláru) dalekohledové Keplerovy soustavy se nachází zjednodušené monokulární TABO-schéma s paprsčitou stupnicí pro kontrolu orientace osy cylindru. V základním postavení se nachází testová značka v předmětovém ohnisku kolimátoru a opěrný kroužek pro vkládání měřené čočky v jeho obrazovém ohnisku. Index měřící stupnice ukazuje v této situaci hodnotu 0, což je výchozí stav, ze kterého se odvíjí základní individuální nastavení přístroje před započetím měření. Testová značka se zobrazuje do nekonečna, je tedy vnímána přes okulár dalekohledné soustavy ostře. Pokud tomu tak není, je nutné před vlastním měřením dotočit objímku okuláru, aby se testová značka zaostřila. Měření vrcholové lámavosti korekční brýlové čočky by mělo být prováděno v místě optického středu, kde protíná optická osa čočky jejich předmětový a obrazový vrchol. Někdy se používá pojem tzv.referenčního resp.vztažného středu (bodu), který je označováno místo na ploše brýlové čočky, ve kterém má být definován i požadovaný optický účinek [8].

52

Rozsah měřených hodnot vrcholové lámavosti se běžně pohybuje od -25 do +25 D se čtvrtinovým (nebo osminovým) dělením. Úhlová stupnice je dělená po stupních a prizmatická stupnice většinou nepřesahuje 6 prizmatických dioptrií.

Obr. 7.5 Chod světelných paprsků fokometrem bez vložené čočky [8, str.13]

Obr. 7.6 Chod světelných paprsků fokometrem s vloženou spojnou čočkou [8, str.17]

Obr. 7.7 Chod světelných paprsků fokometrem s vloženou rozptylnou čočkou [8, str.17]

Postup vlastního měření se odvíjí podle typu měřené brýlové čočky. Měřenou čočku vkládáme konkávní stranou na opěrný kroužek fokometru a v této poloze čočky zafixujeme odpérovanými přítlačnými kolíky. Posouváním měřené čočky umístíme její optický střed (tedy i střed značky testu fokometru), pokud možno přesně do středu TABO-schématu. Dále 53

při měření sférických čoček ovládáním točítka s měřící stupnicí, jež zároveň zajišťuje i posun testové značky, ji doostříme a na stupnici s hodnotami vrcholové lámavosti odečteme proti měřící rysce výsledek. U čoček torických se odečítá hodnota vrcholové lámavosti dvou na sebe kolmých řezů. Z rozdílu lámavostí obou řezů lze určit tzv. astigmatická diference, hodnoty lámavosti cylindru, jehož osa je dána orientací takto deformované testové značky. U víceohniskových čoček se měří základní část i část(i) s přídavným optickým účinkem. Multifokální čočky jsou od výrobce opatřeny razítkem (gravurou), které udává přesnou polohu vztažného optického středu do dálky, do blízka, polohu místa pro měření eventuálního přídavného klínového účinku, a vztažné body pro orientaci horizontální pozice čočky. Výše popsaný fokometr byl klasický (tzv.okulárový), který je dnes často nahrazen modernějšími fokometry projekčními nebo automatickými, které nevyužívají dalekohledové systémy.

Obr. 7.8 Klasický typ fokometru [22]

7.2.2 Optorefraktor dle Reinera Tento subjektivní refrakční přístroj je v podstatě adaptovaný optometr. Slouží k předběžnému a rychlému stanovení axiální refrakce, je možné s ním měřit i oční astigmatismus, akomodační šíři, vízus s korekcí nebo bez ní. Optorefraktor dle Reinera je dobře přenosný, takže je vhodný i pro měření vízu a refrakčních hodnot na odloučených pracovištích, u lůžka, atd..

54

Základ přístroje tvoří optometr, který zobrazuje při nulovém nastavení testovou značku do nekonečna dalekohledem Keplerova typu. Změnami chodu paprsků mezi objektivem a okulárem se posouvá obraz testu, takže je možné na principu virtuálních čoček nastavit korekční hodnoty od -15 do +20 D. V rovině meziobrazu dalekohledového systému se nachází Stokesova cylindrická čočka (astigmetr pro měření a kompenzaci astigmatismu až do +4 D). Při pohledu do přístroje přes paprskový dělič má vyšetřovaná osoba pocit, že vidí znaky do nekonečna promítaných testu v prostoru a ve velké vzdálenosti před sebou. Pro vlastní refrakční zkoušku jsou k dispozici čtyři testová pole, která obsahují dvě zkušební tabulky s optotypy pro hodnoty vízu od 0,125 do 0,5 a od 0,5 do 1,25. dále je možné využít červenozelený test a vějířovou paprskovitou figuru pro měření astigmatismu. Refrakční hodnoty jsou nabízeny v digitální podobě a zabudovaný mikropočítač může určit sféro-cylindrickou kombinaci, včetně vyjádření znaménka cylindru. Přístroj lze navíc doplnit i tiskárnou [8].

1………světelný zdroj 2………kondenzor 3………testové značky (optotypy) 4………kolimátor 5………Stokesův cylindr 6, 7……dalekohledová soustava 8………měřené oko 9………paprskový dělič 10, 11…soustava převracejících hranolů 11……..pohyblivý převracející hranol

Obr. 7.9 Schéma optorefraktoru dle Reinera [8, str.51]

7.2.3 Oční refraktometr Refraktometr je přístroj k objektivnímu stanovení refrakce oka. Existuje několik typů refraktometrů, z nichž se v posledních letech rozšířilo využívání automatického očního refraktometru. Dalekohledový systém je použitý například v refraktometrech prizmatických a koincidenčních. 55

7.2.3.1 Prizmatický refraktometr Měření probíhá tak, že se zkušební test stává předlohou pro vznik prvního meziobrazu. Ten poslouží jako předmět oftalmoskopické čočce, která ho promítne do nekonečna. U emetropického oka se vytvoří definitivní obraz zkušebního testu na sítnici. V případě existence ametropie je nutné pro změření velikosti refrakční vady posunout měřícím hranolem o určitou vzdálenost (testová značka se zobrazí na sítnici) a následně je možně odečíst výsledek na stupnici. Jedním zobrazovacím systémem je tedy testová značka zobrazena na sítnici oka vyšetřovaného. Paprsky se dále odráží z jeho oka, prochází hranolem, který obsahuje polopropustnou vrstvu pod úhlem 45˚. Další oftalmoskopická čočka vytvoří druhý meziobraz ve svém ohnisku, které je totožné s ohniskem pomocné oftalmoskopické čočky. Další vzniklý meziobraz, tedy třetí, vzniká opět v nekonečnu a je určen k pozorování dalekohledem, složeným z objektivu a okuláru. Procházející světelné paprsky jsou přivedeny do oka vyšetřujícího, který vyhodnotí pozorovaný obraz [8].

7.2.3.2 Koincidenční refraktometr Princip koincidenčního refraktometru se zakládá na Scheinerově pokusu. Vychází z poznatku, že postřehnout lehké rozostření je náročnější než rozdvojení obrazu [9]. Z optického hlediska spočívá na dvou oftalmoskopických čočkách, které mají stejnou optickou mohutnost a jsou umístěné v trojnásobné ohniskové vzdálenosti od sebe. Test je vložen do dvojnásobné ohniskové vzdálenosti druhé oftalmoskopické čočky, takže se výsledný obraz promítá do nekonečna. Pokud se nezobrazí test ostře na sítnici, projeví se to porušením koincidence děleného přímkového testu. Je pak nutné posunout značku o určitou vzdálenost, aby došlo ke koincidenčnímu zobrazení této značky na sítnici a tudíž i jejímu zaostření. U měření oka astigmatického je potřeba uvést test do koincidence při natočení přístroje do osy hlavních řezů. Přístroj obsahuje Keplerovu dalekohledovou soustavu. Objektivem je čočka o stejné optické mohutnosti jako oftalmoskopické čočky a promítá obraz bodu vyšetřovaného oka na sítnici do ohniskové roviny okuláru. Okulár lze nastavit, aby byla kompenzovaná eventuální sférická refrakční vada pozorovatele. Test i okulár jsou umístěny na společné nosné konstrukci, která slouží pro přímé kvantitativně-kvalitativní vyhodnocování měřené situace [8]. 56

Obr. Schéma koincidenčního refraktometru [8, str.74] Pozn.: Z…………………….světelný zdroj K……………………..kondenzor OČ……………………oftalmoskopická čočka T……………………...testová značka T´, T´´, T´´´………….meziobraz testové značky SC…………………….Scheinerova clona AC……………………aperturní clona VO……………………vyšetřující oko OV…………………….výsledný obraz na sítnici pozorujícího oka O´, O´´, O´´´, O´´´´…meziobraz bodu O

7.2.4 Oftalmometr Oftalmometr slouží k měření zakřivení přední plochy rohovky, což je údaj důležitý například pro kontaktology při aplikaci kontaktních čoček. Tímto přístrojem lze také změřit pravidelný rohovkový astigmatismus včetně orientace hlavních řezů. Všechny oftalmometry využívají první zrcadlící plochu rohovky jako konvexní zrcátko, kterým zobrazují vhodné koincidenční testy. Na základě zákonitostí optického zobrazování na tomto typu zrcadla a s využitím zobrazovací rovnice lze dospět k vyjádření měřeného poloměru křivosti první plochy rohovky.

57

Obr. 7.11 Princip optického zobrazení oftalmometrem [8, str.82]

Pozn.: Umístíme-li před zrcadlící plochu rohovky o poloměru r dvě koincidenční testové značky T1 a T2, jež odpovídají svou roztečí velikosti vhodnému předmětu y, který je zobrazený ze vzdálenosti x, lze ze změřené velikosti obrazu y´ a podmínek optického zobrazení vyjádřit velikost tohoto rádiusu rohovky. Oftalmologická rovnice r =

2 ⋅ x ⋅ y´ je základem pro oftalmometry s konečnou vzdáleností y − y´

uvažovaných testových značek.

Dalekohledná soustava použitá u oftalmometru je složená ze spojného objektivu a okuláru. Objektiv umožňuje primární obraz dvou testových značek zobrazit do roviny měřící stupnice, aby bylo možné pomocí okuláru odečíst jeho polohu. Prakticky by takto jednoduché uspořádání nepostačovalo a oftalmometr je složitější přístroj. První oftalmometr zkonstruoval roku 1856 Helmholz. Šlo o laboratorní přístroj s testovými značkami v pětimetrové vzdálenosti. Ač byl tento přístroj velmi přesný v měření a značně nezávislý na změně vzdálenosti měřené rohovky od přístroje, nebyl vhodný pro praktické používání.

58

Více rozšířený přístroj vytvořili Javal a Schiötz roku 1881. Ten byl velmi citlivý na dodržení vzdálenosti měřící hlavy od rohovky. Dalším typem oftalmometru, který se u nás stal značně rozšířeným, je Hartingerův oftalmometr a nověji pak Sutcliffeův oftalmometr. Tyto přístroje vykazují podobné vlastnosti, liší se ve způsobu zdvojení základních značek. Dalším typem je kříženec koncepce původního Helmholzova a Javal-Schiötzova přístroje Krahnův oftalmometr, který se vyznačuje menší závislostí na vzdálenosti od měřené rohovky. Roku 1950 vznikl Littmanův oftalmometr, který patří mezi nejdokonalejší [8].

59

8 Metody posouzení kvality výrobku Na dalekohledy a přístroje obsahující dalekohledný systém jsou mnohdy kladeny vysoké nároky. Aby bylo zaručeno, že budou tyto výrobky splňovat požadavky uživatelů, je nutné provést řadu odolnostních zkoušek a zkoušek týkajících se kvality optického zobrazení. V procesu testování je využívána například odolnostní zkušebna, optická laboratoř se spektrometry, interferometry, jasoměry a další zařízení pro měření všech funkčních parametrů výrobku.

8.1 Odolnostní zkušebna V odolnostní zkušebně se provádí celá škála odolnostních zkoušek výrobků z hlediska klimatických vlivů (vlivy nízké a vysoké teploty a to jak funkční, tak skladové; pomalé i rychlé teplotní změny; vliv cyklického vlhkého tepla nebo solné mlhy). Probíhá zde i testování mechanických odolností (testování manipulačních a zpětných rázů až 1000g nebo sinusových vibrací). Mezi zařízení použitá v odolnostní zkušebně patří vibrační a rázové zařízení, vlhkostní a teplotní komory nebo korozní zkušební komory [23].

Obr. 8.1 Vibrační a rázovací zařízení [23]

b, Rázovací zařízení ST 800

a, Vibrační zařízení TIRAvib

Hmotnost zkoušeného kusu: max. 400 kg

Typ: 5142

Upínací plocha: 400x500 mm

Kmitočtový rozsah: 0-5000 Hz

Zrychlení: max. 800 ms-2

Maximální užitečné zatížení: 100 kg

Šířka rázu: max. 20 ms

Jmenovitá síla: 4000 N

Frekvence sledu rázů: max. 3 Hz

Maximální zrychlení: 500 ms-2

Předvolba počtu rázů: max. 106

Maximální výchylka: 20 mm

Jednotlivé rázy: realizovatelné

Chladící médium: vzduch

Instalováno počítadlo rázů

60

Obr. 8.2 Klimatické a teplotní komory [24] a, Teplotní komora Heraeus Votsch Typ: VM 08/500

b, Vlhkostní komory ESPEC

Rychlost zahřívání/ ochlazování bez zkušebního

Typ: ESL-2CW

materiálu: cca 1,5 °C/min

Teplotní rozsah: -35 °C do +150 °C

Rozsah teploty: -80 °C do +180 °C

Vlhkostní rozsah: 10% až 98% R.V.

Odchylky teploty: ± 1 °C

Typ kondenzátoru: chlazený vodou 3

Vnitřní objem komory: 0,5 m

Možnost použít zkoušky konstantním nebo

Možnost nastavení pomalých teplotních změn

cyklickým teplem

v závislosti na čase

Lze časově nastavit začátek a konec zkoušky

Chladící médium: vody

Možnost připojení na PC

8.2 Interferometrická laboratoř Tato laboratoř disponuje interferometrem, na kterém je možné měřit parametry rovinnosti leštěných ploch jak u sférických, tak i rovinných povrchů, deformace procházejících nebo odražených vlnoploch, úhlové deviace nebo klínovitosti paralelních skel, úhlové odchylky koutových hranolů a pravoúhlých hranolů. Pro měření úhlů se využívá goniometr [23].

8.2.1 Interference světla a její využití při kontrole rovinných a kulových ploch

61

Skládáním dvou nebo více světelných vlnění dochází k interferenci. Podle toho jak velký je fázový a dráhový rozdíl mezi jednotlivými světlenými svazky se mění intenzita výsledného osvětlení, takže se může intenzita zesilovat (konstruktivní interference) , zeslabovat nebo rušit (destruktivní interference). Na stínítku, kde je pozorovatelný výsledek interference, vznikají tzv. interferenční maxima a minima určitého řádu. Podmínkou interference světla je, aby skládající se vlnění bylo koherentní (za koherentní vlnění lze považovat takové, jehož frekvence je stále stejná a fázový rozdíl se nemění; komplexní stupeň koherence zahrnuje koherenci časovou a prostorovou). Další podmínkou interference je, že paprsky po odrazu nebo lomu vycházejí z bodů vzdálených o hodnotu porovnatelnou s vlnovou délkou světla. Při kontrole kvality optických ploch se využívá interference na tenké vrstvě a sleduje se tvar a rozložení interferenčních kroužků. Soustava, která se používá pro tento účel, je na obrázku 8.3.

Obr. 8.3 Soustava na zkoušení kvality optických ploch [10, str.142]

Pozn.: 1…podložka, 2…zkoumaná součástka, 3…vzduchová vrstva, 4…kalibr, 5…skleněná destička, 6…matné sklo Zkoumanou součástku (čočku, rovinou plochu, atd.) položíme na podložku tak, aby sledovaná plocha byla nahoře. Potom na ni položíme kalibr, přičemž je mezi měřenou součástkou a kalibrem klínová vzduchová vrstva. Zdroj světla je za matným sklem, které rozptyluje světlo. Po přechodu přes matné sklo dopadá světlo na skleněnou plochu, od které se odráží a dopadá na soustavu. Paprsek se odráží od horní plochy zkoumané součástky a interferuje s paprskem odraženým od dolní plochy kalibru. Takto vzniklé interferenční proužky pozorujeme ve směru kolmém k rovině dopadu paprsku. 62

Pokud je zkoumaná plocha přesně rovinná, jsou proužky rovnoběžné a jejich vzdálenost se nemění (Obrázek 8.4 a), pokud zkoumaná plocha vykazuje odchylky od rovinnosti, proužky nejsou rovnoběžné a jejich vzdálenost je různá (Obrázek 8.4 b).

Obr. 8.4 Interferenční kroužky při kontrole rovinných ploch [10, str.143]

Při zkoušce kvality kulové plochy se každá odchylka na povrchu projeví deformací interferenčních kroužků, které mají v tomto případě tvar soustředných kružnic(Obrázek 8.5). Přesnost měření se pohybuje řádově v hodnotách λ/20 na průměru 100mm. Přístroje na přesné měření tloušťky optických ploch se nazývají interferometry [10].

Obr. 8.5 Interferenční kroužky při kontrole kulové plochy [10, str.144]

8.3 Spektrální laboratoř Měří se parametry jako spektrální odrazivost (reflektance), propustnost (transmitance) a absorpce (absorbance) optickou dráhou pro různé části spektra. Lze určovat i směr 63

polarizace, extinkční poměr polarizačních fólií či hranolů nebo fázový posuv čtvrtvlnových a půlvlnových destiček. Do těchto měření lze zahrnout i laserová měření. Při měření se používá celá řada měřících metod a přístrojů, mezi něž patří například spektrofotometry.

8.3.1 Spektrofotometr Pro měření veličin jako absorbance a transmitance se používají fotometry a spektrofotometry. Zařízení, která mohou měřit při jedné nebo jen několika přesně definovaných vlnových délkách monochromatického světla, označujeme jako fotometry. Technicky složitější a dokonalejší přístroje, jež umožňují vlnovou délku monochromatického světla libovolně nastavit, nebo měřit část absorpčního spektra v určitém úseku vlnových délek, se nazývají spektrofotometry. Fotometr i spektrometr jsou principiálně složené ze čtyř částí: zdroje světla, monochromátoru, části, ve které je umístěn vzorek a detektoru (Obrázek 8.6). Zdrojem spojitého záření může být vhodná žárovka nebo výbojka. Žárovky (i halogenové) poskytují záření o spojitém spektru ve viditelné a infračervené oblasti. Jako zdroj záření v oblasti ultrafialové se dříve používala vodíková výbojka. V současné době jsou využívány deuteriové výbojky, které produkují spojité spektrum o vyšší intenzitě než výbojka vodíková. Zdrojem ultrafialového i viditelného světla může být také xenonová výbojka, která má však mnohé nevýhody (například její světlo je složením spojitého a čárového spektra, takže vznikají velké rozdíly mezi intenzitami při různých vlnových délkách, vysoká cena této výbojky). Polychromatické světlo následně prostupuje monochromátorem. Nejjednodušší a nejlevnější možností je vhodný interferenční filtr. Komerčně dostupné jsou dnes filtry téměř pro libovolnou vlnovou délku ultrafialové a viditelné oblasti. Rozlišuje se několik druhů filtrů (low-pass filtry, high-pass filtry,…), jejichž vhodnou kombinací lze sestavit filtr požadovaných vlastností. Dnes se často využívá jako monochromátor optická mřížka, která způsobí rozklad světla a jejímž nakláněním je možné plynule měnit vlnovou délku použitou k měření. Rozsah vlnových délek vycházejících z monochromátoru je dán štěrbinou, která je buď nastavená pevně, nebo nastavitelná. Intenzita vycházejícího světla se zvětšuje s rostoucí šířkou štěrbiny, ale zároveň se zmenšuje specifičnost měření. Naopak užší štěrbina umožní

64

přesnější dodržení požadované vlnové délky, ale za cenu menší intenzity světla a zhoršení odstupu signálu od šumu (signal-to-noise ratio). Monochromatické světlo dále prochází měřeným vzorkem a dopadá na detektor, zpravidla fotodiodu nebo jiný fotoelektrický prvek. Intenzita se vyhodnocuje pomocí systému převodníků srovnáním s intenzitou světla procházejícího slepým vzorkem (a tak se získá absorbance). Přesnost měření je ovlivněna například dobou, po kterou se absorbance měří (integračním časem). Kromě tzv. jednopaprskových spektrofotometrů, u nichž se nejprve měří slepý vzorek a pak se do stejné optické dráhy vkládá vzorek měřený, se používají i tzv. dvoupaprskové spektrofotometry, které jsou vybaveny dvěma detektory a umožňují měřit slepý a měřený vzorek současně ve dvou optických drahách. Mezi další možnosti měření na spektrometru patří měření s optickou mřížkou, což znamená, že přístroj změří absorbanci při jedné vlnové délce, pak mřížku posune a měření proběhne při další vlnové délce a to se opakuje, dokud se neproměří celá požadovaná oblast. Jiné uspořádání spektrometru měří pomocí diodového pole. Vzorkem prochází bíle světlo, které je dále rozloženo na jednotlivé vlnové délky (například pomocí pevně postavené optické mřížky) a dopadá na destičku, na které je velké množství detektorů (fotodiod). Toto diodové pole je rozmístěno tak, že na každou fotodiodu dopadá určitý rozsah vlnových délek (například 2 nm). Fotodiody fungují na principu vnitřního fotoelektrického jevu. Po dopadu záření dochází ke snížení elektrického odporu, tedy zvýšení elektrické vodivosti polovodiče a k růstu proudu při zvětšování osvětlení. Elektrický signál z diodového pole postupuje do záznamového zařízení, kterým může být počítač s příslušným softwarovým vybavením. V zařízení se nevyskytují žádné pohyblivé prvky, což zvyšuje reproducibilitu měření, navíc se změří celé spektrum najednou. Doba měření se tedy může zkrátit z několika minut na zlomky sekundy. Toto uspořádání představuje přístroje přibližně o řád přesnější, než klasické fotometry, navíc nevyžadující prakticky žádnou údržbu, kalibraci atd. Nevýhodou bývá mnohonásobně vyšší pořizovací cena, avšak se zlevňováním miniaturních elektronických prvků se náklady na výrobu diodového pole rychle snižují. [35].

65

Obr. 8.6 Schéma spektrofotometru [35, upraveno]

8.4 Vývoj zkušebních metod Zlepšování a vývoj nových zkušebních metod a přístrojů probíhá jednak na úrovni jednoúčelových měřících zařízení, mezi které můžeme počítat například kolimátory, nebo v rovině univerzálních měřících zařízení, kam můžeme zařadit Fizeau sterointerferometry, centroskopy nebo MTF měřící zařízení (Modulation Transfer Function- objektivní metoda vyhodnocení kvality obrazu, používaná například na testování speciálních RTG objektivů, objektivů do vojenských aplikací apod.). Dále dochází ke snaze zahrnovat do oblasti zkušebních metod použití CCD kamer (analogových, digitálních) při optických měřeních, s čímž souvisí i nové návrhy a tvorba potřebných programových aplikací [23].

66

9 Závěr Dalekohledy představují velmi širokou problematiku, která v dnešní době zasahuje do mnoha oborů a odvětví lidské činnosti. Své uplatnění našly například v průmyslu, sportu, vojenství, ve zdravotnictví a mnoha dalších oblastech našeho života. V předkládané práci byly uvedeny zákony geometrické optiky, principy optického zobrazení a jeho vady. Bylo přiblíženo fungování a základní stavba dalekohledů, popsány některé druhy objektivů, okulárů a převracejících soustav. Dále byly rozebrány vlastnosti dalekohledů a uvedeny významné historické události spojené s dalekohledy a jejich vývojem. V další části bylo diskutováno rozdělení těchto přístrojů a s tím související možnosti využití. Na využití dalekohledových systémů v optometrické praxi bylo poukázáno v samostatné kapitole, kde byly rozebrány možnosti uplatnění dalekohledů jako pomůcky pro zrakově postižené a jako součásti přístrojů využívaných v optometrii a kontaktologii. Celou práci uzavřelo téma metod posouzení kvality výrobků, jejichž součástí je dalekohledové zařízení. Tímto byly naplněny stanovené cíle práce, která může sloužit jako přehled dané problematiky.

67

10 Seznam vyobrazení 2.1 Disperze bílého světla na hranolu……………………………………………………. 11 2.2 Úplný odraz světla…………………………………………………………………… 13 2.3 Otvorová vada spojné čočky…………………………………………………………. 15 2.4 Zkreslení………………………………………………………………………………16 2.5 Koma…………………………………………………………………………………. 17 2.6 Barevná vada polohy………………………………………………………………… 18 2.7 Barevná vada velikosti………………………………………………………………. 18 3.1 Druhy čočkových objektivů dalekohledu……………………………………………. 21 3.2 Objektiv Cassegrainův……………………………………………………………….. 22 3.3 Objektiv Gregoryův………………………………………………………………….. 22 3.4 Objektiv Schmidtův………………………………………………………………….. 22 3.5 Objektiv Maksutovův………………………………………………………………... 22 3.6 a, Keplerův okulár b, Galileioho okulár…………………………………………….. 23 3.7 a, Huygensův okulár b, Ortoskopický okulár dle Ernsta Abbe……………………... 23 c, Plöessel-Steinheilův okulár……………………………………………………….. 23 3.8 Hranol Schmidtův……………………………………………………………………. 25 3.9 Soustava Porrova prvního druhu……………………………………………………...25 3.10 Modifikace Porrovy soustavy druhého druhu……………………………………… 26 4.1 Krajní a osový svazek paprsků Keplerova dalekohledu……………………………... 28 4.2 Výstupní pupila přístroje pro otáčející se oko……………………………………….. 29 4.3 Testy pro zkoušení rozlišovací schopnosti…………………………………………... 31 6.1 a, Binokulární dalekohled b, Monokulární dalekohled……………………………... 35 6.2 Schéma Keplerova dalekohledu……………………………………………………... 36 6.3 Schéma Galileova dalekohledu……………………………………………………… 37 6.4 Schéma Cassegreinova dalekohledu…………………………………………………. 38 6.5 Schéma Newtonova dalekohledu……………………………………………………. 39 68

6.6 Divadelní kukátka……………………………………………………………………. 40 6.7 Schéma periskopu…………………………………………………………………….43 6.8 Kolimátor…………………………………………………………………………….. 44 6.9 Princip měření vzdálenosti……………………………………………………………45 6.10 Schéma koincidenčního dálkoměru………………………………………………… 46 6.11 Schéma optické soustavy stereoskopického dálkoměru.………………………….... 46 6.12 Schéma nitkového dálkoměru……………………………………………………… 47 6.13 Dvojobrazový dálkoměr……………………………………………………………. 48 7.1 Dalekohledové brýle Galileova typu………………………………………………… 50 7.2 Prizmatické dalekohledové lupové brýle…………………………………………….. 50 7.3 Lupové brýle…………………………………………………………………………. 51 7.4 Turmon………………………………………………………………………………. 51 7.5 Chod světelných paprsků fokometrem bez vložené čočky…………………………... 53 7.6 Chod světelných paprsků fokometrem s vloženou spojnou čočkou…………………. 53 7.7 Chod světelných paprsků fokometrem s vloženou rozptylnou čočkou……………… 53 7.8 Klasický typ fokometru……………………………………………………………… 54 7.9 Schéma optorefraktoru dle Reinera………………………………………………….. 55 7.10 Schéma koincidenčního refraktometru……………………………………………... 57 7.11 Princip optického zobrazení oftalmometrem……………………………………….. 58 8.1 Vibrační a rázová zařízení…………………………………………………………… 60 8.2 Klimatické a teplotní komory………………………………………………………... 61 8.3 Soustava na zkoušení kvality optických ploch………………………………………. 62 8.4 Interferenční kroužky při kontrole rovinných ploch………………………………… 63 8.5 Interferenční kroužky při kontrole kulové plochy…………………………………… 63 8.6 Schéma spektrofotometru……………………………………………………………. 66

69

11 Seznam použitých zkratek (nevysvětlených v textu) OB, Obj.

objektiv

OK, Ok.

okulár

Fok

předmětové ohnisko okuláru

F´ok

obrazové ohnisko okuláru

Fobj, Fob

předmětové ohnisko objektivu

F´ob, F´obj

obrazové ohnisko objektivu

OP

opěrný kroužek fokometru

T

testová značka

Z

zdroj světelného záření

Fkol

předmětové ohnisko kolimátoru

F´kol

obrazové ohnisko kolimátoru

70

12 Seznam použité literatury Knižní publikace: 1 FUKA, Josef; HAVELKA, Bedřich. Optika a atomová fyzika : fyzikální kompendium pro

vysoké školy. 1. vyd. Praha : Státní pedagogické nakladatelství, 1961. 845 s. 2 HAJDA, Jaromír. Optika a optické prístroje. 1. vyd. Bratislava : Slovenské vydavatel´stvo

technickej literatúry, 1956. 506 s. 3 HAVELKA, Bedřich. Geometrická optika. 1. vyd. Praha : Nakladatelství Československé

akademie věd, 1955. 344 s. 4 HAVELKA, Bedřich. Geometrická optika. II.díl. 1. vyd. Praha : Nakladatelství

Československé akademie věd, 1956. 289 s. 5 HRACHOVINA, Václav; DOŠKOVÁ, Hana. Zvětšovací pomůcky : učební texty pro

studující optometrie. 1. vyd. Brno : Masarykova univerzita, 1998. 21 s. ISBN 8021018542. 6 KLIER, Emanuel. Optika. 1. vyd. Praha : Státní pedagogické nakladatelství, 1978. 216 s. 7 PETROVÁ, Sylvie; MAŠKOVÁ, Zdeňka; JUREČKA, Tomáš. Základy aplikace

kontaktních čoček. 2. vyd. Brno : Národní centrum ošetřovatelství a nelékařských zdravotnických oborů, 2008. 219 s. ISBN 978-80-7013-470-2. 8 RUTRLE, Miloš. Přístrojová optika : učební texty pro oční optiky a oční techniky,

optometristy a oftalmology. 1. vyd. Brno : Institut pro další vzdělávání pracovníků ve zdravotnictví, 2000. 189 s. ISBN 8070133015. 9 SCHRÖDER, Gottfried. Technická optika. 1. vyd. Praha : SNTL- Nakladatelství technické

literatury, 1981. 158 s.

71

10 SCHWENDTOVÁ, Valéria; BRUNNER, Róbetr. Geometrická a prístrojová optika. 1.

vyd. Martin : Osveta, 1998. 290 s.

Internetové zdroje: 11 Astronomie: Cassegrain- und Schmidt-Cassegrain-Teleskop: [citace 28. březen 2012]

dostupné na World Wide Web: http://www.astronomie.de/technik/teleskopsysteme/reflektoren/cassegrain-teleskop/ 12 Astronomie: Newton-Teleskop: [citace 28. březen 2012] dostupné na World Wide Web:

http://www.astronomie.de/technik/teleskopsysteme/reflektoren/newton-teleskop/ 13 Collecting military binoculars: German monocular "Turmon" 8 x 21 Carl Zeiss Jena 1927:

[citace 25. březen 2012] dostupné na World Wide Web: http://tedbrink.webs.com/germany2.htm 14 Dalekohledy-puskohledy.cz: Dalekohled Corvette 8x42: [citace 28. březen 2012] dostupné

na World Wide Web: http://www.dalekohledy-puskohledy.cz/dalekohled-corvette-8x42-p808.html 15 Dalekohledy-puskohledy.cz: Dalekohled Spektar 15-45x60: [citace 28. březen 2012]

dostupné na World Wide Web: http://www.dalekohledy-puskohledy.cz/dalekohled-spektar1545x60-p-862.html

16 Edalekohledy: Divadelní dalekohledy: [citace 28. březen 2012] dostupné na World Wide

Web: http://www.edalekohledy.cz/DIVADELNI-dalekohledy/ 17 Encyklopedie fyziky: Galileův (pozemský, holandský) dalekohled: [citace 3. březen 2012]

dostupné na World Wide Web: http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/504-galileuvpozemsky-holandsky-dalekohled 18 Encyklopedie fyziky: Keplerův (hvězdářský) dalekohled: [citace 3. březen 2012]

dostupné na World Wide Web: http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/503-kepleruvhvezdarsky-dalekohled 72

19 Janouch dental: Galilean lupové brýle: [citace 25. březen 2012] dostupné na World Wide

Web: http://www.janouch-dental.cz/optika-a-mikroskopy/galilean-lupove-bryle 20 Janouch dental: Prismatické lupové brýle: [citace 25. březen 2012] dostupné na World

Wide Web: http://www.janouch-dental.cz/optika-a-mikroskopy/prismaticke-lupove-bryle 21 Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Pedagogická fakulta: Historie dalekohledu :

[citace 10. únor 2012] dostupné na World Wide Web: http://www.pf.jcu.cz/stru/katedry/fyzika/prof/Tesar/diplomky/obr_dopl_optika/optika/daleko hledy/historie.htm 22 Lékařská fakulta Masarykovy univerzity: Optická praktika [citace 20. březen 2012]

dostupné na World Wide Web: http://is.muni.cz/do/rect/el/estud/lf/ps10/optika/web/pages/07zpracovani.html 23 Meopta : Měření a testování: [citace 10. březen 2012] dostupné na World Wide Web:

http://www.meopta.com/cz/mereni-a-testovani-1404036131.html 24 Novinky: Hubbleův teleskop už 20 let uchvacuje pohledy do vesmíru : [citace 10. únor

2012] dostupné na World Wide Web: http://www.novinky.cz/veda-skoly/198491-hubbleuvteleskop-uz-20-let-uchvacuje-pohledy-do-vesmiru.html 25 Osel: Na balóne za tajomstvami vzdialeného vesmíru: [citace 15. únor 2012] dostupné na

World Wide Web: http://www.osel.cz/index.php?clanek=4337 26 Petrom lights: Lupové brýle Carl Zeiss Eyemag smart: [citace 25. březen 2012] dostupné

na World Wide Web: http://www.petrom-lights.cz/carl-zeiss-eyemag-smart.php?lang=cz 27 Seaplanet: Vynález dalekohledu- 400 let historie: [citace 10. únor 2012] dostupné na

World Wide Web: http://www.seaplanet.eu/index.php/vesmir/historie-astronomie/255vynalez-dalekohledu-400-let-historie 28 Spaceref: The gigant balloon borne telescope BLAST launched from SSC Esrange: [15.

únor 2012] dostupné na World Wide Web: http://www.spaceref.com/news/viewpr.html?pid=17094

73

29 Wikipedie: Abbeovo číslo : [citace 5. březen 2012] dostupné na World Wide Web:

http://cs.wikipedia.org/wiki/Abbeovo_%C4%8D%C3%ADslo 30 Wikipedie: Dalekohled: [citace 3. březen 2012] dostupné na World Wide Web:

http://cs.wikipedia.org/wiki/Dalekohled 31 Wikipedie: Hubbleův vesmírný dalekohled : [citace 10. únor 2012] dostupné na World

Wide Web: http://cs.wikipedia.org/wiki/Hubble%C5%AFv_vesm%C3%ADrn%C3%BD_dalekohled 32 Wikipedie: Okulár : [citace 10. března 2012] dostupné na World Wide Web:

http://cs.wikipedia.org/wiki/Okul%C3%A1r 33 Wikipedie: Periskop: [citace 28. březen 2012] dostupné na World Wide Web:

http://cs.wikipedia.org/wiki/Periskop 34 Wikiskripta: Soubor:Prism rainbow schema.png: [citace 20. březen 2012] dostupné na

World Wide Web: http://www.wikiskripta.eu/index.php/Soubor:Prism_rainbow_schema.png

35 Wikiskripta : Spektrofotometrie: [citace 29. březen 2012] dostupné na World Wide Web:

http://www.wikiskripta.eu/index.php/Spektrofotometrie

74