Přednášky - Přístroje pro astronomii 1 Fokální korektory Příslušenství - doplňky Okuláry Miroslav Palatka
Palatka SLO/PA1 2011
1
Fokální korektory korektory aberací v blízkosti ohniskové roviny Korektory aberací v uvedených příkladech kata-dioptrických soustav ( Schmidt, Maksutov, Houghton ) mají průměry o přibližné velikosti apertur (primárních zrcadel) teleskopů. Korektory leží před primárním zrcadlem. Otvorovou vadu a komu kulového primárního zrcadla lze do jisté míry korigovat také tzv. sub-aperturními korektory, které leží ve sbíhavém svazku za primárním zrcadlem nedaleko ohniskové roviny Jones Brixner Jones - Bird
tmelené
netmelený
pořadí čoček
Palatka SLO/PA1 2011
2
Jones korektor D = 200mm, f/10 SF12/BK7
rozptylka/spojka
křivost pole Rf = 227mm
Airyho disk
barevná vada
Palatka SLO/PA1 2011
3
Brixner korektor D = 200mm, f/10 BK7/F4
spojka/rozptylka lepší
křivost pole Rf = 400mm koma
Airyho disk koma
barevná vada
Palatka SLO/PA1 2011
4
Jones-Bird korektor D = 200mm, f/6 BK7/F2
spojka - rozptylka astigmatismus
křivost pole Rf = 72mm astigmatismus
Airyho disk
korekce barevné vady
Pro úhly menší než 0.3° O.K. Palatka SLO/PA1 2011
5
Fokální korektory korektory aberací v blízkosti ohniskové roviny Komu parabolického primárního zrcadla lze do jisté míry korigovat také sub-aperturními korektory, které leží ve sbíhavém svazku za primárním zrcadlem nedaleko ohniskové roviny. Korektory nemají samy o sobě žádnou lámavost
málo účinné
Palatka SLO/PA1 2011
6
Newton + Ross D = 200mm, f/6 BK7/BK7 spojka - rozptylka
Lámavost K = 0
Airyho disk
Palatka SLO/PA1 2011
7
Newton + Ross D = 200mm, f/6
Newton D = 200mm, f/6
Newton teleskopy s menšími clonovými čísly jsou bez korektorů komy neúčelné Palatka SLO/PA1 2011
8
Příslušenství - doplňky
Field corrector - Flattener – „rovnač“ pole
Extender – „prodlužovač“ ohniskové vzdálenosti
Reducer – reduktor -„zkracovač“ ohniskové vzdálenosti
Palatka SLO/PA1 2011
9
Field corrector - Flattener – „rovnač“ pole Jedna čočka blízko obrazové roviny
Dublet „vzdálený“ od obrazové roviny
Cassegrain - …
Optické členy které korigují křivost obrazové plochy
Schmidt - …
Palatka SLO/PA1 2011
10
Schmidt-Cassegrain D = 200mm, f/10 největší křivost z dříve uvedených příkladů
Optimální obrazová plocha
Rf = 157.6 mm
Palatka SLO/PA1 2011
11
Schmidt-Cassegrain D = 200mm, f/10 Flattener – „rovnač“ pole – jedna čočka
S-C bez rovnače
Palatka SLO/PA1 2011
12
Flattener – „rovnač“ pole – jedna čočka princip planparalelní deska Při průchodu planparalelní deskou se obraz posouvá o vzdálenost:
n −1 s=t n
Rozptylná čočka = řada nad sebou uspořádaných planparallelních desek s různou tlouštˇkou t: r R
Pro poloměr křivosti korekční čočky musí platit :
n −1 R=r n
Palatka SLO/PA1 2011
13
r R
Nevýhody : - korekční čočka leží blízko obrazové roviny, její nečistoty a defekty budou vidět v obraze, - ze stejného důvodu je obtížná montáž a zaostřování, - vznikají problémy s tzv. „duchy“ jako důsledek vnitřních odrazů.
Distant Flattener – „rovnač“ pole – dvě čočky - rozptylný dublet je umístěný v určité vzdálenosti od obrazové roviny - dublet - kvůli minimalizaci barevné vady Nevýhoda : není univerzální, ale musí být navržen pro konkrétní teleskop - mění ohniskovou vzdálenost (zvětší) Palatka SLO/PA1 2011
14
Schmidt-Cassegrain D = 200mm, f/10 Flattener – „rovnač“ pole – „vzdálený“ dublet
BK7/SF55
S-C bez rovnače
Palatka SLO/PA1 2011
15
Extender – „prodlužovač“ ohniskové vzdálenosti Hlavní rovina H´
Barlow
f´C mB = f´O f´O f´B f´C = f´B − d1 d 2 = m B d1
Rozptylný optický člen který prodlouží hodnotu ohniskové vzdálenosti zpravidla mB =1.5x - 3x, ale délku teleskopu výrazně ne. Stavba – rozptylný optický člen … částečná korekce křivosti obrazové plochy Pro stejný okulár se získá větší zvětšení, pro velká zvětšení je pak snadnější pozorování (krátko-ohniskový okulár má krátký oční reliéf). Palatka SLO/PA1 2011
16
Schmidt-Cassegrain + Barlow D = 200mm, f/20 F3/BK7
2x křivost pole Rf = 175mm
Airyho disk
korekce barevné vady
Palatka SLO/PA1 2011
17
Reducer – „zkracovač“ ohniskové vzdálenosti Inverzní funkce k „prodlužovači“
f´C mR = f´O
f´O f´R f´C = f´R + d1 d 2 = m R d1 Spojný optický člen který zkrátí hodnotu ohniskové vzdálenosti zpravidla okolo mR = 0.5x, ale délku teleskopu výrazně ne. Zmenší clonové číslo, zvětší zorné pole. Stavba – spojný optický člen vede principielně ke zhoršení křivosti obrazové plochy (nutnost tzv. překorekce astigmatismu ). Využívá se při astrofotografii díky zvětšení zorného pole, zkrácena expozice díky zmenšení clonového čísla. Palatka SLO/PA1 2011
18
Schmidt-Cassegrain + Reducer D = 200mm, f/5.5 BK7/SF55
0.55 x
křivost pole Rf =…rovinné
Airyho disk
korekce barevné vady Palatka SLO/PA1 2011
19
Refraktory - příslušenství Příklady příslušenství byly uvedeny pro případ kata-dioptrického teleskopu typu Schmidt –Cassegrain, ale podobné příslušenství se samozřejmě používá také v případě zrcadlových a čistě čočkových teleskopů.
především při malých clonových číslech
Schéma Achromatického refraktoru s „rovnačem„ obrazového pole
Schéma Achromatického refraktoru s barlow čočkou β = 3x Palatka SLO/PA1 2011
20
Uvedené příklady příslušenství ukazují základní principy jejich funkce v teleskopech. Byly zvoleny příklady jednodušších konstrukcí. Neznamená to, že uvedené přílkady jsou jediné možné. Existuje samozřejmě velké množství konstrukčních řešení podobně jako konstrukčních řešení vlastních teleskopů. Konkrétní příslušenství bývá navrženo ke konkrétnímu teleskopu nelze proto předpokládat jeho univerzální použití.
Kurz PA1 je pouze úvodem do základních konstrukcí astro-teleskopů. Palatka SLO/PA1 2011
21
Příklad Hubble teleskopu z úvodu přednášek PA1 Po opravě – správně Před opravou
(+ zakřivené obrazové pole)
Uvedené hodnocení kvality by mělo být nyní již srozumitelné. Palatka SLO/PA1 2011
22
Přednášky - Přístroje pro astronomii 1
OKULÁRY TELESKOPŮ Miroslav Palatka
Palatka SLO/PA1 2011
23
Teleskopy - Zorné pole Vizuální pozorování Reálný zorný úhel (pole)
Zdánlivý zorný úhel (pole)
MALÝ
VELKÝ
průměr výstupní pupily
Zvětšení: Konstrukce okulárů = velké zorné úhly nutná korekce mimo-osových aberací
m=
Větší zvětšení = větší zdánlivé zorné pole Palatka SLO/PA1 2011
f´Objektiv f´Okulár
=
D vstupní pupila d výstupní pupila 24
Teleskopy - Zorné pole Vizuální pozorování oční reliéf
Zvětšení:
m=
D vstupní pupila d výstupní pupila
průměr výstupní pupily
Pro pohodlné pozorování by měl mít okulár vzdálenost výstupní pupily za poslední optickou plochou – oční reliéf - okolo 15mm. Minimální hodnota by měla být 5 mm. Při používání brýlí minimálně 20mm.
Průměr výstupní pupily musí být menší než je vstupní pupila oka. Maximální průměr vstupní pupily oka je dán věkem pozorovatele a to od 8mm pro dítě až po pouhé cca 3 mm u starého člověka. Pro výpočty okulárů se vychází z hodnoty 4mm. Různé konstrukce okulárů mají různé hodnoty očního reliéfu. Tyto hodnoty lze vyjádřit jako podíl ohniskové vzdálenosti daného typu okuláru – viz. následující přehled. Palatka SLO/PA1 2011
25
Okuláry - vývoj
Obrázky: cs.wikipedia.org/wiki/Okulár + astronomy.geodar.com/telescope/telescope_eyepieces.html
oční reliéf (o.r.) = x f´
o.r.
zorné pole (zdánlivé)
clonová čísla dalekohledu
0.3f´
35°
nad f/15
0.4f´
40°
nad f/10
0.45f´
45°
nad f/6
Větší zvětšení = větší zdánlivé zorné pole = složitější okulár Palatka SLO/PA1 2011
26
Okuláry - vývoj
oční reliéf (o.r.) = x f´
Obrázky: cs.wikipedia.org/wiki/Okulár + astronomy.geodar.com/telescope/telescope_eyepieces.html Abbeův
o.r.
zorné pole (zdánlivé)
clonová čísla dalekohledu
0.8f´
45°
nad f/5
(malé zkreslení)
0.8f´
50°
nad f/4
0.8f´
65°
nad f/4
10mm
82°
nad f/4
Větší zvětšení = větší zdánlivé zorné pole = složitější okulár Palatka SLO/PA1 2011
27
Aberace - Objektivy x Okuláry objektiv
Barevná vada polohy
Příčné Aberace aberace otvorová koma astigmatismus křivost pole zkreslení
okulár
Velikost apertury
Velikost předmětu (pole)
3
ρ 2 ρ ρ ρ
η 2 η 2 η 3 η
Barevná vada velikosti
Okuláry = především astigmatismus (křivost pole) + zkreslení Zkreslení až u velkých zorných úhlů – širokoúhlých okulárů Palatka SLO/PA1 2011
28
Aberace – Okuláry – spot diagramy
Spot diagramy u vybraných okulárů barevná vada velikosti
Clonová čísla f/5 uvedena pouze u optických staveb schopných zaručit přijatelnou kvalitu zobrazení Airyho disk http://www.telescope-optics.net/eyepiece_aberration_2.htm
Palatka SLO/PA1 2011
29
Aberace – Okuláry – astigmatismus - křivost pole Objektiv i okulár = suma kladných lámavostí = „kladné“ křivosti pole křivost plochy křivost plochy okuláru objektivu objektiv cca 1/3 f´
okulár
Typické křivky pro okuláry rozsah akomodace oka
Akceptovatelný astigmatismus a křivost obrazového pole patří mezi základní požadavky při návrhu okulárů
Palatka SLO/PA1 2011
30
Aberace – Okuláry – astigmatismus Křivky sagitálního a tangenciálního zklenutí u vybraných okulárů:
Palatka SLO/PA1 2011
31
Aberace – Okuláry – astigmatismus křivost plochy objektivu
křivost plochy okuláru
propočet paprsků okulárem se provádí v „opačném směru“
rozsah akomodace oka Příklad – ortoskopický ( Abbého) okulár – program OSLO LT :
Zorný úhel °
mm Palatka SLO/PA1 2011
32
Aberace – Okuláry – astigmatismus křivost plochy okuláru
křivost plochy objektivu
x
Defokusace
v dioptrích D Astigmatismus v mm
rozsah akomodace oka
x Newtonova zobrazovací rovnice:
x x´= f´2 1000 x D= [ mm] 2 f´
Příklad: Zorný úhel °
f´= 28 mm x = 2mm 2.55 D
Zorný úhel ° -2.55
mm Palatka SLO/PA1 2011
2.55 D 33
Aberace – Okuláry – astigmatismus x
1000 x D= [ mm] 2 f´
Příklad: f´= 28 mm x = 2mm 2.55 D
Astigmatismus v mm
Zorný úhel °
Zorný úhel ° -2.55
mm
2.55 D
Akceptovatelný astigmatismus a křivost obrazového pole patří mezi základní požadavky při návrhu okulárů Obvyklý tolerovatelný rozsah bývá plus-minus 3D (dioptrie). Souvisí to se schopností akomodace lidského oka – v mládí 15D a ve stáří 1.5D
Palatka SLO/PA1 2011
34
Aberace – Okuláry – astigmatismus sagitální zklenutí
tangenciální zklenutí
Zorný úhel °
mm Ortoskopický okulár
http://www.handprint.com/ASTRO/ae3.html
Palatka SLO/PA1 2011
<6
35
Nejmodernější okuláry - příklad Nagler 2 o.r.
zorné pole (zdánlivé)
10mm ( 1f´ )
82°
clonová čísla dalekohledu nad f/4
S rostoucím úhlem zorného pole okulárů se u krátko-ohniskových okulárů zkracuje oční reliéf = nesnadné pozorování Tele Vue
Achromatický dublet podobně jako barlowův prodlužuje ohniskovou vzdálenost objektivu a současně působí jako rovnač pole. Prodlužuje oční reliéf. Palatka SLO/PA1 2011
36
Optických systémů teleskopů, jejich příslušenství a okulárů existuje velké množství, v PA1 uvedené příklady jsou jen jejich malou částí a i k tomuto základním výběru by odborník mohl mít výhrady ve smyslu vynechání některých základních staveb. PA1 nelze pokládat za kurz přednášek zcela vyčerpávající danou problematiku.
Palatka - PA1 - KONEC
Palatka SLO/PA1 2011
37
