Катадиоптрическая система

Катадиоптрическая оптическая система - это та, в которой преломление и отражение объединяются в оптической системе, обычно через линзы ( диоптрика ) и изогнутые зеркала ( катоптрика ). Катадиоптрические комбинации используются в системах фокусировки, таких как , фары , раннего маяка системы фокусировки , оптические телескопы , микроскопы и телеобъективы прожекторы . Другие оптические системы, которые используют линзы и зеркала, также называются «катадиоптрическими», такие как наблюдения катадиоптрические датчики .

Ранние катадиоптрические системы

Катадиоптрические комбинации использовались для многих ранних оптических систем. В 1820-х годах Августин-Жан Френел разработал несколько катадиоптрических версий отражателя маяка его линзы . ^{[ 1 ]} Léon Foucault разработал катадиоптрический микроскоп в 1859 году, чтобы противодействовать аберрациям использования объектива для объектов изображения при высокой мощности. ^{[ 2 ]} В 1876 году французский инженер А. Мангина изобрел то, что стало называться зеркалом , вогнутого стеклянного отражателя с серебряной поверхностью на задней стороне стекла. Две поверхности отражателя имеют разные радиусы, чтобы исправить аберрацию сферического зеркала. Свет дважды проходит через стекло, заставляя общую систему действовать как триплетный объектив . ^{[ 3 ]} Зеркала Mangin использовались в прожекторах, где они создали почти настоящий параллельный луч. Многие катадиоптрические телескопы используют негативные линзы с отражающим покрытием на задней стороне, которое называется «зеркалами в области самого начала», хотя они не являются одноэлементными целями, как оригинальное Mangin, а некоторые даже предшествуют изобретению Мангина. ^{[ 4 ]}

Катадиоптрические телескопы

Катадиоптрические телескопы представляют собой оптические телескопы , которые сочетают в себе зеркала и линзы специально формированные формы для формирования изображения. Обычно это делается так, что телескоп может иметь в целом большую степень коррекции ошибок, чем их коллеги из всех линз или всеобъемлющего поля с более широким полем зрения без аберрации . Их конструкции могут иметь простые все сферические поверхности и могут использовать преимущества сложенного оптического пути, который уменьшает массу телескопа, что облегчает их производство. Многие типы используют «корректоры», линзу или изогнутое зеркало в комбинированной оптической системе, образующей изображение , так что отражающий или преломляющий элемент может исправлять аберрации, полученные его аналогом.

Катадиоптрические диалиты

Катадиоптрические диалиты являются самым ранним типом катадиоптрического телескопа. с одним элементом , преломляющим телескопом Они состоят из объектива в сочетании с отрицательной линзой, поддерживаемыми серебра (аналогично зеркалу,). Первым из них был гамильтонский телескоп, запатентованный WF Hamilton в 1814 году. Медиальный телескоп Schupmann, разработанный немецким оптиком Ludwig Schupmann, ближе к концу 19 -го века, поместил катадиоптрическое зеркало за пределами фокуса первичного рефрактера и добавлено третье исправление/фокусировку Объектив в систему.

Корректора с полной апертурой

Существует несколько конструкций телескопов, которые используют преимущества одного или нескольких линз полного диаметром (обычно называемых « корректорной пластиной ») перед сферическим первичным зеркалом. Эти дизайны используют все поверхности, которые «сферически симметрично» ^{[ 5 ]} и первоначально были изобретены в виде модификаций оптических систем на основе зеркала ( отражающих телескопов ), чтобы позволить им иметь плоскость изображения, относительно свободную от комы или астигматизма , чтобы их можно было использовать в качестве астрографических камер. Они работают, объединяя способность сферического зеркала отражать свет обратно в ту же точку с большой линзой в передней части системы (корректора), который слегка изгибает входящий свет, позволяя сферическому зеркалу изображать объекты в бесконечности . Некоторые из этих конструкций были адаптированы для создания компактных, давно фокуальных катадиоптрических касеса .

Корректор Шмидта

Корректор Шмидта , первая корректор полного диаметра, использовалась в Bernhard Schmidt 1931 года камере Schmidt . Камера Schmidt представляет собой фотографический телескоп с широким полем с тарелкой корректора в центре кривизны первичного зеркала, создавая изображение в фокусе внутри сборки труб в основном фокусе, где установлена изогнутая пленочная пластина или детектор. Относительно тонкий и легкий корректор позволяет построить камеры Schmidt в диаметрах до 1,3 м. Сложная форма корректора требует нескольких процессов, начиная с плоского куска оптического стекла, положив вакуум на одну сторону, чтобы изогнуть весь кусок, затем размолоть и полировать другую плоскую плоскую. Сферическая аберрация, вызванная первичным зеркалом. Дизайн предоставил себя многим вариантам Шмидта .

Популярные подтипы

Телескопы Schmidt -Cassegrain являются одним из самых популярных коммерческих проектов на астрономическом рынке любителя , ^{[ 6 ]} Будучи массовым производством с 1960-х годов. Дизайн заменяет держатель пленки камеры Schmidt на вторичное зеркало Cassegrain, создавая сложенный оптический путь с длинным фокусным расстоянием и узким поле зрения.

Мениск коррекционный оболочка

Идея замены сложной корректорной пластины Шмидта простым в производственной сферической линзе мениска ( корректор-оболочка мениска ) для создания широкополевого телескопа, по крайней мере, до четырех оптических дизайнеров в начале войны в начале 1940-х годов, раздираемой войной в Европе, по меньшей мере четырех оптических дизайнеров в начале 1940-х годов. в том числе Альберт Боуэрс (1940), Дмитрий Дмитриевич Максутов (1941), К. Пеннинг и Деннис Габор (1941). ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Весели в войне не давали этим изобретателям знать о дизайне друг друга, что привело к тому, что каждая из них является независимым изобретением. Альберт Боуэрс построил прототип телескопа мениска в августе 1940 года и запатентовал его в феврале 1941 года. Он использовал сферически концентрический мениск и подходил только в качестве монохроматической астрономической камеры. В более позднем дизайне он добавил цементированный дублет, чтобы исправить хроматическую аберрацию. Дмитрий Максутов построил прототип для аналогичного типа телескопа мениска, The Maksutov Telecropope , в октябре 1941 года и запатентовал его в ноябре того же года. ^{[ 9 ]} Его дизайн скорректировал сферические и хроматические аберрации, поместив слабый корректор мениска в форме отрицательной формы, ближе к первичному зеркалу.

Популярные подтипы

Легкий путь в телескопе мениска (Maksutov -Cassegrain)

Телескопы Maksutov -Cassegrain являются наиболее часто встречающимся дизайном, в котором используется корректор мениска, вариант телескопа Максутова. Он имеет укрытый «пятна» вторичным на корректоре, создавая длинное фокусное расстояние, но компактный (сложенный оптический) телескоп с узким полем зрения. Эта идея дизайна появилась в примечаниях Дмитрии Максутова в 1941 году и первоначально была разработана в коммерческих проектах Лоуренса Бреймера ( Questar , 1954 ) и Джона Грегори ( патент 1955 года . ^{[ 10 ]}) Комбинация корректора с укрытым вторичным местом делает максутов-кассегринс низкомуплавку и проложно, поскольку они могут быть зажиганы на воздухе и фиксированы при выравнивании ( коллимация ).

Корректор Houghton Corrector

Телескоп Houghton или телескоп Lurie-Houghton-это дизайн, который использует широкую сложную положительную отрицательную линзу по всей передней апертуре, чтобы исправить сферическую аберрацию основного зеркала. При желании два элемента корректора могут быть сделаны с одним и тем же типом стекла, поскольку хроматическая аберрация корректора Хоутона минимальна.

Корректор толще, чем передний корректор Шмидта-Кассегрейна, но намного тоньше, чем корректор Maksutov Meniscus. Все поверхности линзы и поверхность зеркала являются сфероидальной, значительно ослабляющей любительской конструкцией.

Корректора субпередачи

В конструкциях корректора субпертурных элементов корректора обычно находятся в центре внимания гораздо большей цели. Эти элементы могут быть как линзами, так и зеркалами, но поскольку участвуют несколько поверхностей, достижение хорошей коррекции аберрации в этих системах может быть очень сложным. ^{[ 4 ]} Примеры катадиоптрических телескопов по субсервисным корректорам включают телескоп Аргунова-Кассегрейн , телескоп Клевтсова-Кассегрейн и корректор-субпертурный корректор, которые используют в качестве « вторичного зеркала » оптическую группу, состоящую из линзы, а иногда и чурфы, предназначенные для правильного аберрации, оптическая группа, состоящая из линзы, а иногда и чурфы, предназначенные для правильного аберрации, для правильного аберрации, для правильного аберрации, для правильного аберрации, для правильного аберрации, в качестве правильного аберрации, в качестве правильного аберрации. а также ньютоновские телескопы Jones-Bird, в которых используется сферическое первичное зеркало в сочетании с небольшой корректором, установленной рядом с фокусом. ^{[ 11 ]}

Фотографические катадиоптрические линзы

Пример катадиоптрической линзы с использованием задних « зеркал из-за самого начала » (Minolta RF Rokkor-X 250 мм f/5,6)

Различные типы катадиоптрических систем также используются в линзах камеры, известных альтернативно как катадиоптрические линзы ( кошки ), рефлекторные линзы или зеркальные линзы . Эти линзы используют некоторую форму дизайна кассерана, которая значительно уменьшает физическую длину оптической сборки, частично путем складывания оптического пути, но в основном через телеобъектив выпуклого вторичного зеркала, которое много раз умножает фокусное расстояние (до 4 до 4 до 4 5 раз). ^{[ 12 ]} Это создает линзы с фокусным расстоянием от 250 мм до 1000 мм, которые намного короче и компактными, чем их длиннофокусированные или телеобъективные коллеги. Кроме того, хроматическая аберрация , серьезная проблема с длинными рефракционными линзами и аберрация вне осевой , основная проблема с отражающими телескопами, почти полностью устраняется катадиоптрической системой, что делает изображение, которое они производят, чтобы заполнить большую фокусную плоскость камеры Полем

Катадиоптрические линзы, однако, имеют несколько недостатков. Тот факт, что они имеют центральную обструкцию, означает, что они не могут использовать регулируемую диафрагму для контроля передачи света. ^{[ 13 ]} Это означает, что значение F-Number прикрепляется к общему спроектированному фокусному соотношению оптической системы (диаметр первичного зеркала, разделенного на фокусное расстояние). Неспособность остановить линзу приводит к тому, что катадиоптрическая линза имеет короткую глубину резкости. Воздействие обычно регулируется размещением фильтров нейтральной плотности на передней или задней части объектива. Их функция передачи модуляции показывает низкий контраст на низких пространственных частотах . Наконец, их наиболее важной характеристикой является кольцевая форма дефокусированных областей изображения, придавая «радужной оболочке » в отух форме

Несколько компаний производили катадиоптрические линзы на протяжении более поздней части 20 -го века. Nikon (под зеркальным ножом , а затем именами Reflex- Nikkor ) и Canon предложили несколько дизайнов, таких как 500 мм 1: 8 и 1000 мм 1:11. Небольшие компании, такие как Tamron , Samyang , Vivitar и Opteka, также предлагали несколько версий, причем три последних из этих брендов по -прежнему активно производят ряд катадиоптрических линз для использования в современных системных камерах. Sony (ранее Minolta) предложила катадиоптрическую линзу 500 мм для своего альфа -ассортимента камер. У линзы Sony было различие в том, что он является единственным рефлекторным линзом, изготовленной крупным брендом, который представляет автофокусировку (кроме идентичной линзы, производимой Minolta, которая предшествовала производству Sony).

Галерея катадиоптрических линз

Катадиоптрическая линза 500 мм, установленная на ясике FX-3
Minolta AF 500 мм f/8 Катадиоптрическая линза, установленная на Sony Alpha 55 камере
Maksutov MC MTO-11CA
Samyang 500 мм f/8
Nikon 500 мм f/8 рефлекторный объектив

Смотрите также

Ссылки

^ Encyclopædia Britannica, 1911
^ Уильям Тобин, Жизнь и наука Леона Фуко: Человек, который доказал, что Земля вращается Уильям Тобин, стр. 214
^ Основы оптического дизайна для инфракрасных систем Макса Дж. Ридла
^ Jump up to: ^а ^{беременный} - Владимир Сацек, Телескоп-Оптику.net, Примечания об оптике телескопа, катадиоптрические телескопы, 10.2.1
^ Джон Дж. Сэвард, "Разное размышления"
^ Sacek, Vladimir (2006-07-14). «11.5. Schmidt - Cassegrain Телескоп (SCT)» . Телескоп Оптика . Владимир Сасек . Получено 2009-07-05 .
^ Основы дизайна объектива, Рудольф Кингслейк, стр. 313 Катадиоптрический немоцентровый дизайн
^ Справочник по оптическим системам, обзор оптических инструментов, Герберт Гросс, Ханнфрид Цюгге, Фриц Блехингер, Бертрам Ахтнер, стр. 806
^ «Дмитрий Максутов: Человек и его телескопы Эдуарда Тригубова и Юрия Петрунин» . Архивировано из оригинала 2012-02-22 . Получено 2009-08-24 .
^ Патент PDF, распределенный: Национальная техническая информационная служба U. A Archived 2011-06-04 на машине Wayback
^ 10.1.2. Примеры корректора субпереда
^ Астрономия взлома Роберта Брюса Томпсона, Барбара Фричман Томпсон, стр. 59
^ Re Jacobson, Sidney F. Ray Руководство по фотографии , стр. 95

Внешние ссылки

[1] Encyclopædia Britannica, 1911

[2] Уильям Тобин, Жизнь и наука Леона Фуко: Человек, который доказал, что Земля вращается Уильям Тобин, стр. 214

[3] Основы оптического дизайна для инфракрасных систем Макса Дж. Ридла

[telescope-optics.net-4] Jump up to: ^а ^{беременный} - Владимир Сацек, Телескоп-Оптику.net, Примечания об оптике телескопа, катадиоптрические телескопы, 10.2.1

[5] Джон Дж. Сэвард, "Разное размышления"

[Sacek11_5-6] Sacek, Vladimir (2006-07-14). «11.5. Schmidt - Cassegrain Телескоп (SCT)» . Телескоп Оптика . Владимир Сасек . Получено 2009-07-05 .

[7] Основы дизайна объектива, Рудольф Кингслейк, стр. 313 Катадиоптрический немоцентровый дизайн

[8] Справочник по оптическим системам, обзор оптических инструментов, Герберт Гросс, Ханнфрид Цюгге, Фриц Блехингер, Бертрам Ахтнер, стр. 806

[9] «Дмитрий Максутов: Человек и его телескопы Эдуарда Тригубова и Юрия Петрунин» . Архивировано из оригинала 2012-02-22 . Получено 2009-08-24 .

[10] Патент PDF, распределенный: Национальная техническая информационная служба U. A Archived 2011-06-04 на машине Wayback

[11] 10.1.2. Примеры корректора субпереда

[12] Астрономия взлома Роберта Брюса Томпсона, Барбара Фричман Томпсон, стр. 59

[13] Re Jacobson, Sidney F. Ray Руководство по фотографии , стр. 95

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]