Konstrukce teleskopů. Miroslav Palatka

Přednášky - Přístroje pro astronomii 1 Konstrukce teleskopů Miroslav Palatka

Palatka SLO/PA1 2011

1

Reflektory Zrcadlové teleskopy


2

Ideální optická soustava

BOD-BOD , stigmatické,

PŘÍMKA-PŘÍMKA, ROVINA-ROVINA kolineární zobrazení

V praxi ideální OS neexistuje, ideální zobrazení zajišťuje jen dokonale rovinné zrcadlo. Stigmatické zobrazení jen v případě použití tzv. Cartesiovy plochy. Nikdy nelze obejít difrakci (bod = ploška).


3

Ideální zobrazení bodu. V případě ideálního zobrazení bodu (geometricky) musí být homocentrický rozbíhavý svazek paprsků vycházející z bodového zdroje transformován optickou plochou do sbíhavého opět homocentrického svazku paprsků.

Věta o stálosti optických drah (Fermatův princip) : „Optická dráha mezi dvěma pevnými vlnoplochami je pro všechny paprsky k nim příslušného paprskového svazku stejná – konstantní“.


4

Zobrazení bodu na optické ose jednou optickou plochou. Nejjednodušší předmět je bod a nejjednodušší „optická soustava“ je jedna optická plocha. Existuje plocha, která zajistí ideální (stigmatické) zobrazení?

x y

O(x,y)

L1

n1

S

n2

L2

n1L1+n2L2 = konstanta P x

x0 2

L1 = x +y

L2 =

2

( x − x0 )

2

+ y2

Rovnice plochy: rovnice 4. řádu = Cartessiův ovál

n1 x + y + n 2 2

2

2 x − x + y =k ( 0)


2

5

Cartesiův ovál - cartesiovy plochy

n1 x + y + n 2 2

2

2 x − x + y =k ( 0) 2

Poledník plochy, která zobrazuje bod na optické ose stigmaticky znovu na bod je křivka 4. stupně a odpovídající plocha je rotační plocha také 4. stupně. Jako první na tyto plochy upozornil Descartes a proto se jim někdy říká Descartesovy plochy (ovály). Jedině tento typ plochy je schopen zajistit stigmatické zobrazení reálný obraz bodu v konečné vzdálenosti od této plochy ! Není prakticky používána ( vyjímkou je např. přímá fokusace záření od laserové diody). Realizace plochy předpokládá odpovídající drahou technologii.


6


n1 x + y + n 2 2

2

2 x − x + y =k ( 0) 2

x y

L1

S

O(x,y) n1

n2

L2

P x

x0

n 2 x + y − 2x 0 x + x 0 = k − n1 x 2 + y 2 2

2

2

Po dvojím umocnění :

4n k (x + y ) =  k − n 2 (x 0 − 2x 0 x) + (n − n 2 )(x + y )  2 1

2

2

2

2

2

2


2 1

2

2

2

2

7


4n k (x + y ) =  k − n 2 (x 0 − 2x 0 x) + (n − n 2 )(x + y )  2 1

2

2

2

2

2

2

2 1

2

2

2

2

Za určitých předpokladů „degeneruje“ rovnice (křivka) 4. stupně na rovnici (křivku) 2. stupně - kuželosečku (případně v limitě na kružnici a rovinu). Cartesiův ovál kuželosečky odraz konečná vzdálenost

kružnice (kulová plocha) odraz lom

lom

∞

konečná vzdálenost

elipsa parabola pouze plocha hyperbola 4. stupně !

∞ elipsa hyperbola

rovina konečná vzdálenost kulové zrcadlo


konečná vzdálenost aplanatické plochy (menisky) 8

Kuželosečky – odraz – konečná vzdálenost předmětový bod leží v konečné vzdálenosti od zrcadla ( n22 = n12 )

4n k (x + y ) =  k − n 2 (x 0 − 2x 0 x) + (n − n 2 )(x + y )  2 1

2

2

2

2

2

2

2 1

2

2

2

2

umocnění a úprava:

4(k 2 − x 0 )x 2 + 4k 2 y 2 − 4x 0 (k 2 − x 0 )x − (k 2 − x 0 ) 2 = 0 2

2

Typ kuželosečky určuje znaménko u x2

2

(k − x 0 ) 2

2

2 řešení Palatka SLO/PA1 2011

9

1, Kuželosečka - eliptické zrcadlo

(k − x 0 ) > 0 2

2

+Ax2+By2+Cx+D=0

k = n1L1+ n2L2

L1

Duté zrcadlo (spojná očka) reálný obraz

L2

x0 k

geometrická ohniska X optická ohniska Palatka SLO/PA1 2011

10

2, Kuželosečka - hyperbolické zrcadlo

(k − x 0 ) < 0 2

2

-Ax2+By2+Cx+D = 0

Pozor na znaménka !

k

Vypuklé zrcadlo (rozptylka) zdánlivý obraz

L1


x0

L2

11

Kuželosečky – odraz – nekonečno Předpokládejme že předmět leží v nekonečnu Zachovejme předpoklad n22 = n12 = 1 (odraz ve vzduchu )

y

y = 4x 0 x 2

x0 = f´ parabolické zrcadlo

x0


12

Kuželosečky – lom - nekonečno V případě lomu lze zobrazit body v konečné vzdálenosti jen plochou 4. řádu - cartesiovou plochou. Pro bod v nekonečnu :

L1

n2x0 = n2

x y n1

L2

n2

( x0 − x )

2

+ y 2 + n1 x

Mohou nastat dva případy:

x

n1 < n2

x0

n1 > n2 Střed souřadného systému je ve vrcholu plochy Palatka SLO/PA1 2011

13

Kuželosečky – lom – první případ

n1 < n2

( x0 − x )

n2x0 = n2

2

+ y 2 + n1 x

Odvozením lze získat rovnici kuželosečky u které jsou stejná znaménka u x2 a y2 tj. jedná se o elipsu.

n2 F

n1 e= n2

e<1

n1 Palatka SLO/PA1 2011

14

Kuželosečky – lom – druhý případ

n1 > n2 n2x0 = n2

( x0 − x )

2

+ y 2 + n1 x

Odvozením lze získat rovnici kuželosečky u které se liší znaménka u x2 a y2 tj. jedná se o hyperbolu.

n1

n2 F

n1 e= n2


e >1

15

Kuželosečky – lom - využití

F

F

Kondenzory Kolimace a fokusace laserového svazku Palatka SLO/PA1 2011

16

Kuželosečky - limitní příklad kulové plochy - odraz Zachovejme předpoklad n22 = n12 = 1 (odraz ve vzduchu ) kuželosečka :

4(k 2 − x 0 )x 2 + 4k 2 y 2 − 4x 0 (k 2 − x 0 )x − (k 2 − x 0 ) 2 = 0 2

2

Za předpokladu že x0 = 0 :

x 2 + y2 = k 2 / 4

2

rovnice kružnice

Kulová plocha je limitním případem kuželosečky za předpokladu že geometrická vzdálenost předmět-obraz x0 je nulová. Bod je zobrazen stigmaticky kulovým zrcadle sám na sebe (jediný případ bez aberací) - využito pro testování tvaru zrcadel.


17

Kuželosečky - limitní příklad kulové plochy - odraz


18

Kuželosečky - limitní příklad kulové plochy - lom předmětový bod leží v konečné vzdálenosti od plochy Původní rovnice cartesiovy plochy:

4n k (x + y ) =  k − n 2 (x 0 − 2x 0 x) + (n − n 2 )(x + y )  2 1

2

2

2

2

2

2

2 1

2

2

2

rovnice degeneruje na 2. řád také když k = 0

(n − n 2 )(x + y ) + 2x 0 n 2 x − n 2 x 0 = 0 2 1

2

2

2

2

2

2

Po matematických úpravách lze získat výsledek že stigmatické zobrazení zajistí pouze tzv. aplanatické plochy.


19

2

Kulová plocha - lom – sinova podmínka

n + n´ s= r n

n + n´ s´= r n´

sn = s´n´ Stejná znaménka !

Předmět (bod) a jeho obraz musí ležet na stejné straně od plochy

n1 < n2

r>0

r<0 C

C -s´

s´ s

-s Palatka SLO/PA1 2011

20

Čočky - stigmatické zobrazení - příklady Aplanatické menisky Spojný ( druhá plocha) Aplanatické menisky jsou tvořeny dvěma plochami, jen jedna se podílí na lomu aplanatická plocha, druhá plocha je koncentrická s vlnoplochou.

Rozptylný (první plocha)


21

Shrnutí : Bod lze stigmaticky zobrazit opět do bodu jen v případě, že optická plocha (rozhraní s různými optickými prostředími popsanými indexy lomu) je obecně 4. řádu nebo za určitých podmínek 2. řádu (kuželosečky a kulová plocha). Oba body (předmět i obraz leží na ose symetrie - optické ose). Cartesiův ovál kuželosečky odraz konečná vzdálenost


lom

∞






konečná vzdálenost aplanatické plochy (menisky)

22

Využítí v zrcadlových teleskopech Stigmatické zobrazení bodu na optické ose = nulová otvorová vada !

kuželosečky odraz konečná vzdálenost


lom

∞





konečná vzdálenost aplanatické plochy (menisky)

Zrcadlové plochy ve tvaru kuželoseček je výhodné použít při konstrukci zrcadlových teleskopů. Palatka SLO/PA1 2011

23

Newtonův teleskop


24

Gregory teleskop


25

Cassegrain teleskop

1672


26

Základní historické stavby zrcadlových teleskopů Obrazová hlavní rovina H´

rozdíly v délce stavby

Tenká čočka

stejná ohnisková vzdálenost a průměr primárního zrcadla – clonové číslo Palatka SLO/PA1 2011

27

Zrcadlové teleskopy Jedno zrcadlo

Newton


kulové

28

Newton příklady f´ D

D = 200mm f/8

D = 200mm f/4 Palatka SLO/PA1 2011

29

Newton f´= 800mm D = 200mm, f/4 Otvorová vada nulová Barevné vady nulové Zorné pole je jen úhlové minuty Limitující aberace je koma

Airyho disk


30

Newton f´= 1600mm D = 200mm, f/8 Zorné pole je větší Limitující aberace je koma druhý „lalok“ (astigmatismus)

Airyho disk


31

Newton f´= 2400 mm D = 200mm, f/12 Zorné pole je ještě větší Limitující aberace je koma, druhý „lalok“ (astigmatismus)

Airyho disk druhý „lalok“ (astigmatismus)


32

Newton - spot diagramy při změně clonového čísla Telescope optics Evaluation and design H.Rutten, M.van Venrooij


33


Příčné Aberace

Velikost apertury

Velikost předmětu (pole)

aberace otvorová koma astigmatismus křivost pole zkreslení


3

ρ 2 ρ ρ ρ

η 2 η 2 η 3 η

34


pro velká clonová čísla začíná dominovat vliv astigmatismu

dominuje koma dominuje koma


35

Newton - limitní příklad kulového zrcadla koule

otvorová vada

Přibližně od clonového čísla f/12 (a víc) jsou vlastnosti parabolické a kulové plochy srovnatelné.

parabola Palatka SLO/PA1 2011

36

Newton - velikost sekundárního zrcadla

S rostoucí velikostí zorného pole roste velikost sekundárního zrcadla – omezení vinětace.

Velikost sekundárního zrcadla roste se snižováním clonového čísla – nutnost vynesení ohniskové roviny mimo tubus.

Sekundární zrcadlo přitom nemá mít velikost větší než 30% velikosti primárního zrcadla viz. difrakce a Strehlovo kriterium .


37

Newton - shrnutí Výhody: - žádné barevné vady - žádná otvorová vada - relativně malé centrální stínění - pro malé úhly velmi dobré zobrazení - dobrý poměr cena/ „výkon“

Nevýhody: - velká koma - malé zorné pole,


38

Zrcadlové teleskopy Dvě zrcadla

Cassegrain

Rithey-Chretien


Dall- Kirkham

39

„Cassegrain“ - parametry f1´

f´ M= f1´ M zvětšení sekundárního zrcadla

d

b

Míra prodloužení ohniskové vzdálenosti sekundárním zrcadlem

f´

f1´f 2 ´ f´= f1´+ f 2 ´− d

stavební délka f/10 D = 200 mm

M=5

f´= 2000 mm

Pro zadané hodnoty M a b :

M f1´−b M d= f 2 ´= − 2 (f1´+ b) M +1 M −1 M=2

Různé konstrukce Větší D2 = větší centrální clonění ale menší křivost pole


40

Obecný popis optických ploch matematické vyjádření kuželoseček 2 c ρ zs = 1+ 1−(1+k)c2ρ2

k=0 k = -1 k < -1 k>0 -1 < k < 0

koule Paraboloid Hyperboloid Protáhlý Elipsoid Zploštělý Elipsoid

kde k = - ε 2 (ε = excenticita)


41

„Cassegrain“ - varianty Stigmatické zobrazení bodu na optické ose nulová otvorová vada

parabola

hyperbola

klasický Cassegrain hyperbola

hyperbola

Z teorie aberací vyplývá, že pro každou zvolenou hodnotu konické konstanty kuželosečky určující tvar primárního zrcadla lze nalézt konickou konstantu pro sekundární zrcadlo (jeho tvar) tak aby byla stále nulová otvorová vada.

Ritchey-Chretien elipsa

koule Ovlivnění velikosti otvorové vady podobné jako při kombinací spojné a rozptylné čočky

Dall-Kirkham Palatka SLO/PA1 2011

42

„Cassegrain“ - varianty k=-1

Všechny konfigurace nemají otvorovou vadu ale:

parabola

klasický Cassegrain k < -1

hyperbola

má znatelnou komu k < -1

Ritchey-Chretien Optimální volbou tvaru zrcadel (konických konstant hyperbol) je možné eliminovat komu !!!

hyperbola

k < -1

hyperbola

Aplanatický systém elipsa

Dall-Kirkham

0 > k > -1 Sekundární zrcadlo je kulové (hyperbola se obtížně vyrábí). za cenu je zhoršení komy

k = 0 koule


43

„Cassegrain“- varianty – křivost pole Větší křivosti ploch (menší poloměry)

M=5

nulový astigmatismus Rp = f´

M=2

Menší křivosti ploch (větší poloměry) Dvě zrcadla

1 2 2 = − R f R1 R 2

příklady

RfI = - 160mm RfII = - 3289 mm

Pro danou ohniskovou vzdálenost se křivost pole zvětšuje se zmenšováním velikosti sekundárního zrcadla (a naopak). Palatka SLO/PA1 2011

44

Cassegrain D = 200 mm, f/8, M = 8/3 Limitující aberace je koma Optimální obrazová plocha

Airyho disk


45

Cassegrain D = 200 mm, f/8, M = 8/3 Limitující aberace je koma Obrazová plocha R = -221 mm Zmenšení aberací

Airyho disk druhý „lalok“ (astigmatismus) Palatka SLO/PA1 2011

46

Ritchey - Chretien D = 200 mm, f/8, M = 8/3 Koma je nulová Aplanatický systém

Limitující aberace je astigmatismus Optimální obrazová plocha

Křivost obrazu způsobuje při eliminaci komy velký projev astigmatismu


47

Ritchey - Chretien D = 200 mm, f/8, M = 8/3 Koma je nulová Aplanatický systém

Limitující aberace je astigmatismus Obrazová plocha R = -199 mm

Zmenšení aberací

Airyho disk


48

Dall -Kirkham D = 200 mm, f/8, M = 8/3 Limitující aberace je výrazná koma Optimální obrazová plocha

Sekundární zrcadlo je kulové Koma je horší než u srovnatelného klasického Cassegrainu Palatka SLO/PA1 2011

49

Dall -Kirkham D = 200 mm, f/8, M = 8/3 Limitující aberace je výrazná koma Sekundární zrcadlo je kulové Obrazová plocha R = - 324 mm

Zakřivení obrazové plochy nedokáže výrazně vylepšit kvalitu zobrazení (velmi malé zorné pole) Palatka SLO/PA1 2011

50

Pressmann - Camichel koule

Primární zrcadlo je kulové sekundární eliptické

k=0

k > 0 elipsa

Ještě horší mimoosové aberace – koma.

Prakticky se nepoužívá

Gregory

Primární zrcadlo je parabolické sekundární eliptické-konkávní

Podobné vlastnosti jako u Cassegrainů ale mnohem větší délka (větší než Newton ).

nepraktické Palatka SLO/PA1 2011

51

Cassegrain

Rithey-Chretien

Dall- Kirkham

Předchozí příklady

Velikosti a tvary spotů v závislosti na růstu zorného pole

Vliv křivosti obrazového pole lze korigovat přídavnou optikou. „rovnač“ pole (flattener) Příklady budou uvedeny ke konci přednášek PA1 (doplňky - accessories)

Telescope optics Evaluation and design H.Rutten, M.van Venrooij

Zakřivené obrazové plochy


52

Newton X Cassegrain

Velmi podobné vlastnosti

D = 200 mm, f/8 Palatka SLO/PA1 2011

53

Zrcadlové teleskopy - Dvě zrcadla Dall-Kirkham - snadnější výroba = nízká cena - aberace jsou ale velmi málo korigovány, v praxi se moc nepoužívá ( velmi malé zorné pole) - clonová čísla větší než f/20

Cassegrain - aberace jsou srovnatelné s Newtonem, ale s výhodou mnohem kratší stavební délky - při „vyndání“ sekundárního zrcadla = Newton - clonová čísla větší f/12

Ritchey-Chretien - žádná koma = větší použitelné zorné pole = vhodný pro fotografii - dvě hyperboly = obtížnější výroba - dvě hyperboly = vyšší cena - poloprofesionální i velké profesionální teleskopy ( Hubble ) - clonová čísla větší než f/8 (f/6) Palatka SLO/PA1 2011

54

Zrcadlové teleskopy - Tři zrcadla Schwarzschild teorém (volná interpretace): - „n základních monochromatických aberací může být eliminováno pomocí n optických obecně asferických ploch s určitými vzdálenostmi mezi nimi“

U dvou-zrcadlových systémů mohou bát odstraněny pouze 2 aberace (otvorová vada a koma – Ritchey-Chretien). Pomocí tří zrcadel je možné odstranit další vadu - astigmatismus Pomocí čtyř zrcadel lze odstranit i křivost pole. ALE: Pokud tří-zrcadlový systém splní Petzvalovu podmínku tj. součet lámavostí bude roven nule, pak i tří-zrcadlový systém bude mít odstraněnu křivost pole


55

Paul - Baker www.telescope-optics.net/paul-baker_telescope.htm

- 1. parabola - 2. koule - 3. koule střed křivosti 3. zrcadla leží ve vrcholu 2. zrcadla

- 1. parabola - 2. elipsa - 3. elipsa - zvětšena mezera mezi 2. a 3. zrcadlem totéž

1. a 2. zrcadlo = afokální Cassegrain zakřivená ohnisková plocha

Willstrop Mersenne Schmidt

rovinná ohnisková plocha Palatka SLO/PA1 2011

56

Paul - Baker

Nevýhody : - málo prostoru v okolí obrazové roviny protože je uvnitř optického sytému, - poměrně velké centrální stínění

- 1. parabola - 2. koule - 3. koule střed křivosti 3. zrcadla leží ve vrcholu 2. zrcadla 1. a 2. zrcadlo = afokální Cassegrain

Velmi málo se používá

Konstrukce s posunutým 3. zrcadlem jsou mnohem praktičtější

zakřivená ohnisková plocha Palatka SLO/PA1 2011

57

Willstrop - Mersenne - Schmidt D = 200mm, f´= 520 mm, f/2.6 – rovinné pole

difrakční limit rovinné pole

Airyho disk


58

Korsch

Na rozdíl od předešlého typu nejsou u tohoto řešení paprsky po odraze na 2. zrcadle rovnoběžné ale mírně sbíhavé. Obrazová rovina neleží uvnitř systému ale blízko sekundárního zrcadla (výhodné pro umístění přídavných zařízení). Všechny tři plochy jsou asferické – hyperboly – předpoklad dobré korekce vad.


59

Korsch

D = 200mm, f´= 900 mm, f/4.5 – rovinné pole


Airyho disk


60

Robb

Obrazová rovina neleží uvnitř systému ale blízko primárního zrcadla (výhodné pro umístění přídavných zařízení). Všechny tři plochy jsou asferické – hyperboly – předpoklad dobré korekce vad. Podobné řešení jako Willstrop Mersenne Schmidt, ale u toho byly paprsky mezi druhým a třetím zrcadlem rovnoběžné (afokální řešení)


61

Robb

D = 200mm, f´= 1000 mm, f/5 – rovinné pole


Airyho disk


62

Zrcadlové teleskopy – 4 zrcadlové eliminace asférických zrcadel 3 zrcadla

4 zrcadla

Paul - Baker

Paul - Schmidt

Willstrop Mersenne Schmidt

Wilson-Delabre

- všechna zrcadla asferická

dvou-osý systém

- primární zrcadlo (někdy i sekundární) je kulové ( velká výhoda pro velká zrcadla)


63

Zrcadlové teleskopy – 4 zrcadlové eliminace asférických zrcadel jedno-osé systémy

dvou-osé systémy

R.N. Wilson Reflecting Telescope Optics I


64

Zrcadlové teleskopy – nakloněná zrcadla eliminace centrálního clonění Schiefspiegler

TCT – Tilted Component Telescopes

zrcadlové teleskopy bez centrálního clonění

Herschleian

- kulová zrcadla – velké poloměry křivosti - velká clonová čísla - malá zorná pole

malé aberace


Tvary spotů nejsou rotačně symetrické Palatka SLO/PA1 2011

65

Zrcadlové teleskopy – nakloněná zrcadla eliminace centrálního clonění 2 zrcadla

3 zrcadla


66

Zrcadlové teleskopy (reflektory) shrnutí Výhody: - žádná otvorová vada ani barevné vady, - menší hmotnost, kompaktní konstrukce, kromě newtonova typu krátký tubus, - žádné sklo = žádná absorpce a odrazy , pozorování slabých objektů, - přijatelné ceny

Nevýhody: - otevřený tubus = problémy s prostředím, degradace zrcadla, - náročné na údržbu, - potřeba kolimace po dejustáži, - centrální clonění


67

Zrcadlo - čočkové teleskopy. Katadioptrické


68

Asferická korekční deska

Schmidt Schmidt – Newton Schmidt - Cassegrain


69

Schmidtův teleskop princip vady kulového zrcadla

eliminace komy zbývá jen otvorová vada a křivost pole

spojka

eliminace otvorové vady

rozptylka

asferická korekční deska Palatka SLO/PA1 2011

70

Schmidtův teleskop

Tvarem korekční desky je asféra popsaná polynomem: y = ay2 + by4 + cy6

y

Hloubka profilu desky je větší pro menší clonová čísla Palatka SLO/PA1 2011

71

Schmidt D = 200mm, f´= 600 mm, f/3 délka = R = 1200 mm difrakční limit křivost pole Rf = 600mm

Airy disk

Schmidt s rovinným obrazovým polem – část PA1 - doplňky


72

Schmidt - Newton teleskop Schmidt má špatně přístupnou obrazovou „rovinu“ a je zvlášt´ pro větší clonová čísla dlouhý.

Schmidt Newton

Newton klasický parabola Palatka SLO/PA1 2011

73

Schmidt-Newton D = 200mm, f´= 800 mm, f/4 Barevné vady nenulové

Korekční deska

Airyho disk


74

Viz. dříve

Newton D = 200mm, f´= 800 mm, f/4

Barevné vady nulové Schmidt-Newton má cca 2x menší vady než srovnatelný klasický Newton

Airyho disk

cca 2x Schmidt-Newton Palatka SLO/PA1 2011

75

Schmidt - Cassegrain Kombinace Cassegrain + asferická korekční deska

d2

d1

Podobně jako u Newtonova teleskopu lze u zrcadel použít obě kulová zrcadla ale za cenu velkých clonových čísel výrazně větších než f/10 Existuje větší množství konstrukčních variant než u Cassegrainu díky další možné mezeře mezi korekční deskou a sekundárním zrcadlem (d1,d2). Obě zrcadla bývají asferická, někdy postačuje aby bylo asferické jen sekundární zrcadlo. Podobně jako u Cassegrainů platí že menší sekundární zrcadlo = větší křivost obrazového pole. Vhodnější pro vizuální pozorování. Naopak pro fotografii rovinnější obrazové pole vede k většímu sekundárnímu zrcadlu – centrální clonění. Palatka SLO/PA1 2011

76

Schmidt - Cassegrain - varianty



77

Schmidt-Cassegrain D = 200mm, f´= 2000 mm, f/10

d2 = 0 - natmeleno

1. zrcadlo – koule , 2. zrcadlo - elipsa

křivost pole Rf = 157mm

Airyho disk

visuální Palatka SLO/PA1 2011

78

Cassegrain D = 200 mm, f/8,

Airyho disk

Schmidt-Cassegrain D = 200mm, f/10

Výrazně menší aberace než u klasického Cassegrainu


79

Schmidt-Cassegrain D = 200mm, f´= 727 mm, f/3.6

„rovinné“ pole 1. zrcadlo – parabola , 2. zrcadlo - hyperbola

Airyho disk

fotografie Palatka SLO/PA1 2011

80

Menisková korekční čočka

Maksutov Maksutov – Newton Maksutov - Cassegrain


81

Maksutov teleskop princip asferická korekční deska je náročná na výrobu

menisková čočka eliminace komy clonou v poloměru křivosti zrcadla stále křivost pole

Všechny optické plochy jsou kulové se stejným středem křivosti - koncentrické eliminace otvorové vady rozptylkou ve tvaru menisku – Bouwers, Maksutov

Rozptylka kompenzuje otvorovou vadu zrcadla (opačný charakter) Palatka SLO/PA1 2011

82

Maksutov teleskop princip eliminace komy clonou v poloměru křivosti zrcadla stále křivost pole Všechny optické plochy jsou kulové se stejným středem křivosti soustředné (koncentrické) Sklo čočky = barevná vada Maksutov – minimalizace barevné vady za předpokladu : n2 t = (R1 − R 2 ) n2 −1 nekoncentrický meniskus Palatka SLO/PA1 2011

83

Maksutov teleskop- varianty

1. koncentrický meniskus

2. nekoncentrický meniskus

Kompenzace barevné vady

3. koncentrický meniskus + spojná čočka s malou lámavostí


84

1. Maksutov D = 200mm, f´= 600 mm, f/3

koncentrický křivost pole Rf = 600mm

Airyho disk

nekorigovaná barevná vada Palatka SLO/PA1 2011

85


nekoncentrický křivost pole Rf = 715mm

Airyho disk

částečně korigovaná barevná vada Palatka SLO/PA1 2011

86


koncentrický + spojka křivost pole Rf = 640mm

Airyho disk

korigovaná barevná vada Palatka SLO/PA1 2011

87

Maksutov teleskop – otvorová vada

nekoncentrický Telescope optics Evaluation and design H.Rutten, M.van Venrooij

t = 20 mm

podélná otvorová vada

t = 50 mm Palatka SLO/PA1 2011

88

Maksutov - Newton teleskop Podobně jako Schmidt také Maksutov má Schmidt má špatně přístupnou obrazovou „rovinu“ .

Maksutov Newton

Newton klasický parabola Palatka SLO/PA1 2011

89

Maksutov-Newton D = 200mm, f´= 800 mm, f/4 Barevné vady nenulové

Meniskus čočka

Airyho disk


90

Schmidt-Newton D = 200mm, f´= 800 mm, f/4

Maksutov-Newton D = 200mm, f´= 800 mm, f/4

Druhé řešení má cca poloviční zbytkovou aberaci - komu Palatka SLO/PA1 2011

91

Maksutov - Cassegrain Kombinace Cassegrain + menisková čočka

d2

d1

Existuje větší množství konstrukčních variant než u Cassegrainu díky další možné mezeře mezi meniskem a sekundárním zrcadlem (d1,d2). Obě zrcadla i plochy menisku bývají sférická , pro menší clonová čísla než f/8, f/4 je nutné aby byly některé plochy asférické.


92

Maksutov- Cassegrain - varianty Nejjednodušší – zrcadlová vrstva na čočce – velká koma a astigmatismus

délka – lepší korekce

tmeleno

Telescope optics

Evaluation and design

H.Rutten, M.van Venrooij


93

Maksutov-Cassegrain D = 200mm, f´= 3000 mm, f/15 Rumak

1. zrcadlo – koule 2. zrcadlo - koule


Airyho disk

visuální Palatka SLO/PA1 2011

94

Maksutov-Cassegrain D = 200mm, f´= 1600 mm, f/8 Sigler

1. zrcadlo – koule 2. zrcadlo - koule


Airyho disk

„fotografie“ Palatka SLO/PA1 2011

95

Korekční triplet, dublet – Houghton.

Houghton Lurie´s - Houghton Houghton – Newton

Houghton - Cassegrain


96

Houghton teleskop princip asferická korekční deska je náročná na výrobu

triplet, dublet eliminace komy clonou v poloměru křivosti zrcadla stále křivost pole

Všechny optické plochy jsou kulové Triplet je afokální – nemá žádnou lámavost. Má podkorigovanou otvorovou vadu (jako rozptylná čočka) pro kompenzaci otvorové vady kulového zrcadla. Všechny čočky jsou ze stejného materiálu – optické sklo jako BK7. Afokální design = korekce barevné vady. Stejně dlouhá stavba jako u Schmidtova řešení – triplet ve středu křivosti zrcadla Palatka SLO/PA1 2011

97

Buchroeder - Houghton D = 200mm, f´= 600 mm, f/3


Airyho disk


98

Lurie´s - Houghton (Newton) teleskop střed křivosti

kratší stavba

Lurie´s Hougton

Newton klasický parabola


99

Lurie´s - Houghton D = 200mm, f´= 800 mm, f/4


Airyho disk

fotografie Palatka SLO/PA1 2011

100

Houghton - Cassegrain Kombinace Cassegrain + dublet

d2

d1

Existuje větší množství konstrukčních variant než u Cassegrainu díky další možné mezeře mezi dubletem a sekundárním zrcadlem (d1,d2). Obě zrcadla i plochy dubletu bývají sférická , pro menší clonová čísla než f/8, f/4 je nutné aby byly některé plochy asférické.


101

Houghton - Cassegrain D = 200mm, f´= 2000 mm, f/10

tmeleno


Airyho disk

barevná vada Palatka SLO/PA1 2011

102

Houghton - Cassegrain D = 200mm, f´= 2000 mm, f/10

Schmidt - Cassegrain D = 200mm, f´= 2000 mm, f/10


103

Houghton - Cassegrain D = 200mm, f´= 1060 mm, f/5.3

křivost pole - rovinné

fotografie

Airyho disk

větší barevná vada

kombinace skel Palatka SLO/PA1 2011

104

Zrcadlo-čočkové teleskopy (katadioptrické) kombinace dvě zrcadla

jedno zrcadlo


105

Zrcadlo-čočkové teleskopy (katadioptrické) shrnutí Výhody: - kombinace výhod čočkových a zrcadlových teleskopů - uzavřený tubus = bez problémů s prostředím, - kompaktní konstrukce, jednoduchá údržba, - kvalitní obraz s velkým zorným polem, - vhodné pro fotografování ( podle konstrukce)

Nevýhody: - větší počet optických prvků – nutnost velmi dobré korekce aberací, - centrální clonění - cena bývá vyšší,


106

Konstrukce teleskopů. Miroslav Palatka

Recommend Documents