Как найти фокусное расстояние окуляра формула

Наша компания имеет богатый опыт сотрудничества и участия в тендерах с государственными и частными компаниями. Мы предлагаем большой набор готовых решений для образовательных учреждений, а также работаем по индивидуальным техническим заданиям.

Если вы являетесь участником или организатором тендера или госзакупки, заполните, пожалуйста, форму и опишите свой запрос. Наш специалист по работе с корпоративными заказчиками обязательно с вами свяжется. Вы также можете связаться с нами по телефону: +7 (812) 418-29-44 (доб. 117 или доб. 106).

Тип линзы, прикрепляемой к различным оптическим устройствам, таким как телескопы и микроскопы Набор различных типов окуляров.

Окуляр или окуляр — это тип линзы, который крепится к различным оптическим устройствам, таким как телескопы и микроскопы. Он назван так потому, что обычно линза находится ближе всего к глазу, когда кто-то смотрит через устройство. Объектив , линза или зеркало собирает свет и фокусирует его, создавая изображение. Окуляр помещается рядом с точкой фокусировки объектива для увеличения изображения. Величина увеличения зависит от фокусного расстояния окуляра.

Окуляр состоит из нескольких «линзовых элементов» в корпусе с «тубусом» на одном конце. Форма ствола соответствует специальному отверстию инструмента, к которому он прикреплен. Изображение можно сфокусировать, перемещая окуляр все ближе и дальше от объектива. Большинство инструментов имеют механизм фокусировки, позволяющий перемещать вал, на котором установлен окуляр, без необходимости напрямую манипулировать окуляром.

Окуляры биноклей обычно постоянно устанавливаются в бинокль, что позволяет им иметь заранее заданное увеличение и поле зрения. Однако в телескопах и микроскопах окуляры обычно взаимозаменяемы. Переключая окуляр, пользователь может регулировать просматриваемое изображение. Например, окуляры часто меняют местами для увеличения или уменьшения увеличения телескопа. Окуляры также предлагают различные поля зрения и разную степень выноса выходного зрачка для человека, который смотрит сквозь них.

Содержание

• 1 Свойства окуляра
  • 1.1 Расчетное расстояние до входного зрачка
  • 1.2 Элементы и группы
  • 1.3 Внутреннее отражение и рассеяние
  • 1.4 Хроматическая аберрация
  • 1.5 Фокусное расстояние
  • 1.6 Расположение фокальной плоскости
  • 1.7 Поле зрения
  • 1.8 Диаметр ствола
    • 1.8.1 Окуляры телескопа
    • 1.8.2 Окуляры микроскопа
  • 1.9 Удаление выходного зрачка
• 2 Конструкции окуляров
  • 2.1 Негатив линза или «галилеевская»
  • 2,2 выпуклая линза
  • 2,3 гюйгенс
  • 2,4 Рамсден
  • 2,5 Келлнер или «ахромат»
  • 2,6 Плёссла или «симметричная»
  • 2,7 ортоскопическая или «аббе»
  • 2.8 Моноцентрический
  • 2.9 Эрфле
  • 2.10 Кёниг
  • 2.11 RKE
  • 2.12 Наглер
• 3 См. Также
• 4 Ссылки
• 5 Внешние ссылки

Свойства окуляра

A 25 мм окуляр Келлнера

Некоторые свойства окуляра могут быть интересны пользователю оптического инструмента при сравнении окуляров и выборе того, какой окуляр соответствует их потребностям.

Расчетное расстояние до входного зрачка

Окуляры — это оптические системы, в которых входной зрачок неизменно расположен вне системы. Они должны быть спроектированы для оптимальной работы на определенном расстоянии от этого входного зрачка (т.е. с минимальными аберрациями на этом расстоянии). В преломляющем астрономическом телескопе входной зрачок идентичен объективу . Он может находиться на расстоянии нескольких футов от окуляра; тогда как в окуляре микроскопа входной зрачок находится близко к задней фокальной плоскости объектива, всего в нескольких дюймах от окуляра. Окуляры микроскопа могут корректироваться иначе, чем окуляры телескопа; однако большинство из них также подходят для использования в телескопы.

Элементы и группы

Элементы — это отдельные линзы, которые могут быть простыми линзами или «синглетами» и цементированными дублетами или (редко) тройки. Когда линзы склеиваются парами или тройками, комбинированные элементы называются группами (линзами).

Первые окуляры имели только одну линзу, которая давала сильно искаженные изображения. Вскоре были изобретены двух- и трехэлементные конструкции, которые быстро стали стандартными благодаря улучшенному качеству изображения. Сегодня инженеры с помощью компьютерного программного обеспечения для черчения разработали окуляры с семью или восемью элементами, которые обеспечивают исключительно большие и четкие изображения.

Внутреннее отражение и рассеяние

Внутренние отражения, иногда называемые «рассеянием», заставляют свет, проходящий через окуляр, рассеиваться и уменьшать контраст изображения, проецируемого окуляр. Когда эффект особенно плох, видны «фантомные изображения», называемые «двоичными изображениями». В течение многих лет, чтобы избежать этой проблемы, предпочитались простые конструкции окуляров с минимальным количеством внутренних поверхностей, соединяющих воздух и стекло.

Одним из решений проблемы рассеивания является использование тонкопленочных покрытий по поверхности элемента. Эти тонкие покрытия имеют глубину только на одну или две длины волны и работают для уменьшения отражений и рассеяния, изменяя преломление света, проходящего через элемент. Некоторые покрытия могут также поглощать свет, который не проходит через линзу, в процессе, называемом полным внутренним отражением, когда свет, падающий на пленку, находится под малым углом.

Хроматическая аберрация

Сравнение идеального изображения кольца (1) и изображений только с осевой (2) и только поперечной (3) хроматической аберрацией

Боковая или поперечная хроматическая аберрация вызвано тем, что преломление на стеклянных поверхностях различается для света с разными длинами волн. Синий свет, видимый через элемент окуляра, не будет фокусироваться на той же точке, но вдоль той же оси, что и красный свет. Эффект может создать кольцо ложных цветов вокруг точечных источников света и привести к общей размытости изображения.

Одно из решений — уменьшить аберрацию за счет использования нескольких элементов из разных типов стекла. представляют собой группы линз, которые направляют две световые волны разной длины в один фокус и демонстрируют значительно меньшее количество ложных цветов. Стекло с низкой дисперсией также может использоваться для уменьшения хроматической аберрации.

Продольная хроматическая аберрация является ярко выраженным эффектом объективов оптического телескопа, поскольку фокусные расстояния очень большие. Микроскопы, фокусные расстояния которых обычно короче, обычно не страдают от этого эффекта.

Фокусное расстояние

Фокусное расстояние окуляра — это расстояние от главной плоскости окуляра, где параллельные лучи света сходятся в одну точку. При использовании фокусное расстояние окуляра в сочетании с фокусным расстоянием телескопа или объектива микроскопа, к которому он прикреплен, определяет увеличение. Обычно это значение выражается в миллиметрах, когда речь идет только об окуляре. Однако при замене набора окуляров на одном приборе некоторые пользователи предпочитают определять каждый окуляр по произведенному увеличению.

Для телескопа угловое увеличение MA, создаваемое комбинацией конкретного окуляра и объектива, можно рассчитать по следующей формуле:

MA = f O f E { displaystyle mathrm {MA} = { frac {f_ {O}} {f_ {E}}}}

где:

Увеличение увеличивается, поэтому, когда фокусное расстояние окуляра меньше или фокусное расстояние объектива меньше длиннее. Например, окуляр 25 мм в телескопе с фокусным расстоянием 1200 мм увеличивает объекты в 48 раз. Окуляр 4 мм в том же телескопе увеличился бы в 300 раз.

Астрономы-любители обычно называют окуляры телескопов их фокусным расстоянием в миллиметрах. Обычно они колеблются от 3 до 50 мм. Однако некоторые астрономы предпочитают указывать результирующую силу увеличения, а не фокусное расстояние. Часто удобнее выражать увеличение в отчетах о наблюдениях, поскольку это дает более непосредственное представление о том, какой вид на самом деле видел наблюдатель. Однако из-за своей зависимости от свойств конкретного используемого телескопа, одна только мощность увеличения не имеет смысла для описания окуляра телескопа.

Для составного микроскопа соответствующая формула:

MA = DDEO f O f E = D f E × DEO f O { displaystyle mathrm {MA} = { frac {DD _ { mathrm { EO}}} {f_ {O} f_ {E}}} = { frac {D} {f_ {E}}} times { frac {D _ { mathrm {EO}}} {f_ {O}} }}

где

По соглашению, Окуляры микроскопов обычно указываются мощностью, а не фокусным расстоянием. Оптическая сила окуляра микроскопа PE { displaystyle P _ { mathrm {E}}}и оптическая сила PO { displaystyle P _ { mathrm {O}}}определены как

PE = D f E, PO = DEO f O { displaystyle P _ { mathrm {E}} = { frac {D} {f_ {E}}}, qquad P _ { mathrm { O}} = { frac {D _ { mathrm {EO}}} {f_ {O}}}}

таким образом, из выражения, приведенного ранее для углового увеличения составного микроскопа

MA = PE × PO { displaystyle mathrm {MA} = P _ { mathrm {E}} times P _ { mathrm {O}}}

Общее угловое увеличение изображения микроскопа затем просто вычисляется путем умножения силы окуляра на объективная сила. Например, окуляр 10 × с объективом 40 × увеличит изображение в 400 раз.

Это определение силы линзы основано на произвольном решении разделить угловое увеличение инструмента на отдельные коэффициенты для окуляра и объектива. Исторически сложилось так, что Аббе по-разному описывал окуляры микроскопа в терминах углового увеличения окуляра и «начального увеличения» объектива. Хотя это было удобно для разработчика оптики, оно оказалось менее удобным с точки зрения практической микроскопии, и поэтому от него впоследствии отказались.

Общепринятое визуальное расстояние до ближайшего фокуса D { displaystyle D}составляет 250 мм, и сила окуляра обычно указывается исходя из этого значения. Обычное увеличение окуляра составляет 8 ×, 10 ×, 15 × и 20 ×. Таким образом, при необходимости можно определить фокусное расстояние окуляра (в мм), разделив 250 мм на оптическую силу окуляра.

В современных приборах часто используются объективы с оптической коррекцией для бесконечной длины трубки, а не 160 мм, и для этого требуется дополнительная корректирующая линза в трубке.

Расположение фокальной плоскости

В некоторых типах окуляров, таких как окуляры Рамсдена (более подробно описаны ниже), окуляр ведет себя как увеличительное стекло, а его фокальная плоскость расположен вне окуляра перед полевой линзой . Таким образом, эта плоскость доступна как место для координатной сетки или микрометрических поперечин. В окуляре Гюйгена фокальная плоскость расположена между глазом и полевыми линзами внутри окуляра и, следовательно, недоступна.

Поле зрения

Моделирование взглядов через телескоп с использованием разных окуляров. На центральном изображении используется окуляр с таким же фокусным расстоянием, что и левый, но с более широким видимым полем обзора, что дает увеличенное изображение с большей площадью. Изображение справа также имеет более короткое фокусное расстояние, что дает то же истинное поле зрения, что и левое изображение, но с большим увеличением. Окуляр Plössl с большим видимым полем зрения

Поле зрения, часто сокращенно FOV, описывает область цели (измеряемую как угол от точки обзора), которую можно увидеть, глядя в окуляр. Поле зрения, видимое через окуляр, меняется в зависимости от увеличения, достигаемого при подключении к конкретному телескопу или микроскопу, а также от свойств самого окуляра. Окуляры различаются по полевой диафрагме, которая представляет собой самую узкую апертуру, через которую должен проходить свет, попадающий в окуляр, чтобы достичь полевой линзы окуляра.

Из-за влияния этих переменных термин «поле зрения» почти всегда имеет одно из двух значений:

Фактическое поле зрения

Угловой размер величины небо, которое можно увидеть в окуляр при использовании с определенным телескопом, обеспечивающее определенное увеличение. Обычно он находится в диапазоне от 0,1 до 2 градусов.

Видимое поле зрения

Это мера углового размера изображения, просматриваемого через окуляр. Другими словами, насколько большим будет изображение (в отличие от увеличения). Он постоянен для любого данного окуляра с фиксированным фокусным расстоянием и может использоваться для расчета фактического поля зрения, когда окуляр используется с данным телескопом. Диапазон измерений от 30 до 110 градусов.

Пользователи окуляра обычно хотят рассчитать фактическое поле зрения, потому что оно показывает, какая часть неба будет видна, когда окуляр используется с их телескоп. Самый удобный метод расчета фактического поля зрения зависит от того, известно ли видимое поле зрения.

Если видимое поле зрения известно, фактическое поле зрения можно рассчитать по следующей приблизительной формуле:

FOVC = FOVP mag { displaystyle FOV_ {C} = { frac {FOV_ { P}} {mag}}}

or

FOVC = FOVP (f T f E) { displaystyle FOV_ {C} = { frac {FOV_ {P}} {({ frac {f_ {T}} {f_ {E}}})}}}

где:

Фокусное расстояние объектива телескопа — это диаметр объектива умножается на фокусное расстояние. Он представляет собой расстояние, на котором зеркало или линза объектива заставят свет сходиться в одной точке.

Формула имеет точность до 4% или лучше при видимом поле зрения до 40 ° и имеет погрешность 10% для 60 °.

Если видимое поле зрения неизвестно, фактическое поле зрения можно приблизительно найти, используя:

FOVC = 57,3 df T { displaystyle FOV_ {C} = { frac {57.3d} { f_ {T}}}}

где:

Вторая формула на самом деле более точна, но размер полевой остановки обычно не указывается большинством производителей. Первая формула не будет точной, если поле зрения неравномерное или превышает 60 °, что является обычным для большинства сверхширокоугольных окуляров.

Приведенные выше формулы являются приблизительными. Стандарт ISO 14132-1: 2002 определяет, как точный видимый угол обзора (AAOV) рассчитывается на основе реального угла зрения (AOV).

tan AAOV 2 = mag × tan AOV 2 { displaystyle tan { frac {AAOV} {2}} = mag times tan { frac {AOV} {2}}}

Если диагональ или Барлоу линза используется перед окуляром, поле зрения окуляра может быть немного ограничено. Это происходит, когда предыдущий объектив имеет более узкий упор поля, чем у окуляра, в результате чего препятствие спереди действует как ограничитель поля меньшего размера перед окуляром. Точное соотношение задается следующим образом:

AAOV = 2 × arctan 0,5 df E { displaystyle {AAOV} = 2 times arctan { frac {0.5d} {f_ {E}}}}

Эта формула также указывает что для конструкции окуляра с заданным видимым полем зрения диаметр ствола будет определять максимальное возможное фокусное расстояние для этого окуляра, поскольку ни один ограничитель поля не может быть больше, чем сам ствол. Например, объектив Плёссла с видимым полем зрения 45 ° в стволе 1,25 дюйма даст максимальное фокусное расстояние 35 мм. Для всего, что длиннее, требуется больший ствол, или обзор ограничен краем, что фактически делает поле обзора менее 45 °.

Диаметр ствола

Окуляры для телескопов и микроскопов обычно меняются местами для увеличения или уменьшения увеличения и для того, чтобы пользователь мог выбрать тип с определенными характеристиками. Для этого окуляры поставляются со стандартными «диаметрами ствола».

Телескопические окуляры

Примеры (слева направо) окуляров размером 2 дюйма (51 мм), 1,25 дюйма (32 мм) и 0,965 дюйма (24,5 мм).

Имеется шесть стандартных стволов диаметры для телескопов. Размеры ствола (обычно выражаются в дюймах ):

• 0,965 дюйма (24,5 мм) — это наименьший стандартный диаметр ствола, который обычно можно найти в магазине игрушек и торговый центр телескопы для розничной торговли. Многие из этих окуляров, которые поставляются с такими телескопами, сделаны из пластика, а некоторые даже имеют пластиковые линзы. Высококачественные окуляры для телескопов с таким размером ствола больше не производятся, но вы все равно можете купить Kellner
• 1,25 дюйма (31,75 мм) — это самый популярный диаметр оправы окуляра телескопа. Практический верхний предел фокусного расстояния для окуляров со стволом 1,25 дюйма составляет около 32 мм. При более длинных фокусных расстояниях края самого ствола выступают в поле зрения, ограничивая его размер. При фокусных расстояниях больше 32 мм доступное поле зрения падает ниже 50 °, что большинство любителей считает минимально допустимой шириной. Эти размеры оправы имеют резьбу для установки фильтров 30 мм .
• 2 дюйма (50,8 мм) — больший размер оправы в 2-дюймовых окулярах помогает снизить ограничение фокусных расстояний. Верхний предел фокусного расстояния с 2-дюймовые окуляры составляют около 55 мм. Компромисс заключается в том, что эти окуляры обычно дороже, не подходят для некоторых телескопов и могут быть достаточно тяжелыми, чтобы опрокинуть зрительную трубу. Эти размеры ствола имеют резьбу для установки 48 мм фильтров (или редко 49 мм).
• 2,7 дюйма (68,58 мм) — окуляры 2,7 дюйма производятся несколькими производителями. Они позволяют поле зрения немного больше. Многие высококлассные фокусеры теперь совместимы с этими окулярами.
• 3 дюйма (76,2 мм) — еще больший размер тубуса в 3-дюймовых окулярах позволяет использовать экстремальные фокусные расстояния и поле зрения более 120 °. посмотреть в окуляры. Недостатки в том, что эти окуляры довольно редкие, чрезвычайно дорогие, весят до 5 фунтов, и что только некоторые телескопы имеют достаточно большие фокусеры, чтобы их принять. Их огромный вес вызывает проблемы с балансировкой у Schmidt-Cassegrains менее 10 дюймов, рефракторов менее 5 дюймов и отражателей менее 16 дюймов. Кроме того, из-за больших упоров поля без больших вторичных зеркал большинство отражателей и отражателей Шмидта-Кассегрена будут иметь сильное виньетирование с этими окулярами. Производителями этих окуляров являются Explore Scientific и Siebert Optics. Телескопы, в которые можно установить эти окуляры, производятся компаниями Explore Scientific и Orion Telescopes and Binoculars.
• 4 дюйма (102 мм) — эти окуляры встречаются редко и обычно используются только в обсерваториях. Их выпускают очень немногие производители, и спрос на них невелик.

Окуляры для микроскопов

Окуляры для микроскопов имеют диаметр цилиндра, измеряемый в миллиметрах, например 23,2 мм и 30 мм.

Удаление выходного зрачка

Удаление выходного зрачка.. 1Реальное изображение 2 — Полевая диафрагма 3 — Удаление выходного зрачка 4 — Выходной зрачок

Глаз необходимо держать на определенном расстоянии за линзой окуляра, чтобы правильно видеть изображения через него. Это называется удалением выходного зрачка. Увеличенное удаление выходного зрачка означает, что упрощенное положение находится дальше от окуляра, что упрощает просмотр изображения. В течение длительного периода времени по этой причине некоторые окуляры с большим выходом зрачка имеют чашки позади линзы, чтобы помочь удерживать правильное положение для наблюдения. Зрачок глаза должен совпадать с выходным зрачком, изображение входного зрачка, который в случае астрономического телескопа соответствует объектному стеклу.

Удаление выходного зрачка обычно составляет от 2 мм до 20 мм, в зависимости от конструкции окуляра. Околары с коротким фокусным расстоянием расстояния между областями обычно имеют достаточное удаление дальнего зрачка, но окуляры с короткими фокусными расстояниями более проблематичны. До недавнего времени — и это все еще довольно часто — окуляры с коротким фокусным расстоянием имели короткое удаление выходного зрачка. Хорошие рекомендации по дизайну установите минимум 5–6 мм для размещения ресниц наблюдателя, чтобы избежать дискомфорта. Однако современные конструкции с большим количеством линз могут исправить это, и просмотр на большой мощности становится более комфортным. Это особенно актуально для тех, кто носит очки и, кому может потребоваться удаление выходного зрачка до 20 мм для размещения очков.

Конструкции окуляров

Со временем технологии развивались, и создали множество конструкций окуляров для использования телескопами, микроскопами, прицелами и другими устройствами. Некоторые из этих конструкций более подробно ниже.

Негативная линза или «галилеев»

Негативная линза

Простая негативная линза, помещенная перед фокусом объектива, имеет то преимущество, что дает прямое, но с ограниченным полем вид лучше подходит для малого увеличения. Предполагается, что этот тип линзы был использован в некоторых первых рефракционных телескопах, которые появились в Нидерландах примерно в 1608 году. Он также использовался в конструкции телескопа 1609 Галилео Галилея, которая дала такой тип расположения окуляров. имя «Галилейский». Этот тип окуляра до сих пор используется в очень дешевых телескопах, биноклях и в оперных очках.

Выпуклая линза

Выпуклая линза

Простая выпуклая линза, помещенная после фокуса линзы объектива, дает зрителю увеличенное перевернутое изображение. Эта конфигурация, возможно, использовалась в качестве первых преломляющих телескопов из Нидерландов и была предложена как способ получить более широкое поле зрения и большее увеличение в телескопах в книге Иоганна Кеплера «Диоптрица» 1611 года. Это также позволяет использовать микрометр в фокальной плоскости (использование для определения углового размера и расстояния между наблюдаемыми объектами).

Гюйгенс

Схема окуляра Гюйгенса

Окуляры Гюйгенса состоят из двух плосковыпуклых линз с плоскими сторонами к глазу, разделенными воздушной прослойкой. Линзы называются линзой глаза и линзой поля. Фокальная плоскость расположена между двумя линзами. Он был изобретен Христианом Гюйгенсом в конце 1660-х годов и был первым составным (многолинзовым) окуляром. Гюйгенс обнаружил, что две линзы, разнесенные по воздуху, можно использовать для создания окуляра с нулевой поперечной хроматической аберрацией. Если линзы изготовлены из стекла с одним и тем же числом Аббе, для использования расслабленным глазом и телескопом с бесконечно удаленным объективом, то разделение определяется следующим образом:

d = 1 2 (f A + f B) { displaystyle d = { frac {1} {2}} (f_ {A} + f_ {B})}

где f A { displaystyle f_ {A}}и f B { displaystyle f_ {B}}— фокусные расстояния компонентных линз.

Эти окуляры хорошо работают с телескопами с очень большими фокусными расстояниями (во времена Гюйгенса они использовались одноэлементными длиннофокусными нехроматическими преломляющими телескопами, включая очень длиннофокусные воздушные телескопы ). Эта оптическая конструкция теперь считается устаревшей, поскольку с сегодняшними телескопами с более коротким фокусным расстоянием окуляр страдает от короткого выноса выходного зрачка, сильного искажения, хроматической аберрации и очень узкого видимого поля зрения. Эти самые окуляры дешевые в производстве, их часто можно найти в недорогих телескопах и микроскопах.

используют окуляры в роли «солнечной проекции», используют эти окуляры Гюйгенса не содержат цемента для удержания элементов линз. «, то есть проецирование изображения Солнца на экран на длительное время. Цементированные окуляры традиционно считают уязвимыми к тепловому повреждению из-за высокой концентрации света.

Рамсден

Схема окуляра Рамсдена

Окуляр Рамсдена состоит из двух плоско-выпуклых линз из одного стекла и одинаковых фокусных расстояний, установленных на расстоянии одного фокусного расстояния от друга, конструкция была создана астрономами. И изготовитель научных приборов Джесси Рамсден в 1782 году. Разделение линз применяется в зависимости от конструкции, но обычно составляет от 7/10 до 7/8 фокусного расстояния линзы глаза, выбор — торговля между остаточной поперечной хроматической аберрацией (при низких значениях) и при высоких значениях существует того риска, что поле линза коснется фокальной плоскостью при использовании наблюдателем, который работает с близким виртуальным изображением, например, близоруким наблюдателем. ом, чья аккомодация справиться с близким виртуальным изображением (это серьезная проблема при использовании микрометром, так как это может привести к использованию инструмента).

Разделение ровно на одно фокусное расстояние также не рекомендуется, так как оно делает пыль на полевой линзе мешающей в фокусе. Две изогнутые поверхности обращены внутрь. Таким образом, фокальная плоскость расположена вне окуляра и, следовательно, доступно как место, где может быть размещена сетка или микрометровое перекрестие. Для исправления поперечной хроматической аберрации потребуется разделение ровно на одно фокусное расстояние, невозможно полностью исправить конструкцию Рамсдена для поперечной хроматической аберрации. Дизайн немного лучше, чем у Гюйгенса, но все же не соответствует современным стандартам.

Он остается очень подходящим для использования с приборами, работающими с новыми монохроматическим светом, например поляриметры.

Келлнер или «Ахромат»

Схема окуляра Келлнера

В окуляре Келлнера ахроматический дублет используется вместо простой плоско-выпуклой линзы глаза в конструкции Рамсдена, чтобы исправить остаточную поперечную хроматическую аберрацию. Карл Келлнер разработал этот первый современный ахроматический окуляр в 1849 году, также названный «ахроматизированным Рамсденом ». Окуляры Келлнера имеют трехлинзовую конструкцию. Они недороги, имеют довольно хорошее изображение от низкой до средней мощности и превосходят дизайн Гюйгена или Рамсдена. Удаление выходного зрачка лучше, чем у окуляров Гюйгена, и хуже, чем у окуляров Рамсдена. Самой большой проблемой окуляров Келлнера были внутренние отражения. Сегодняшние антибликовые покрытия делают эти полезные и экономичные решения для телескопов с малой и средней апертурой с фокусным расстоянием f / 6 или более. Типичное видимое поле зрения составляет 40–50 °.

Плёссль или «Симметричный»

Схема окуляра Плёссла

Плёссл — это окуляр, обычно состоящий из двух наборов дуплетов, на Георгом Симономёсслом в 1860 году. Иногда два дублета могут быть идентичными, эту конструкцию иногда называют симметричным окуляром. Составная линза Плёссла обеспечивает большое видимое поле зрения 50 ° или более вместе с относительно большим FOV. Это делает этот окуляр идеальным для различных целей наблюдения, в том числе для просмотра глубокого неба и планет. Главный недостаток оптической конструкции Плёссла — короткое удаление выходного зрачка по сравнению с ортоскопическим, поскольку удаление выходного зрачка Плёссла ограничено примерно 70–80% фокусного расстояния. Короткое удаление выходного зрачка более важно при коротких фокусных расстояниях менее 10 мм, когда просмотр может стать неудобным, особенно для людей в очках.

Окуляр Плёссла был малоизвестной конструкцией до 1980-х годов, когда производители астрономического оборудования начали продавать его переработанные версии. Сегодня это очень популярная конструкция на любительском астрономическом рынке, где название Plössl охватывает ряд окуляров с как минимум четырьмя оптическими элементами.

Этот окуляр является одним из самых дорогих в производстве из-за высокого качества стекла, необходимого для подобных выпуклых и вогнутых линз для внутренних отражений. Из-за этого качество разных окуляров Плёссла различается. Есть заметные различия между дешевыми плёсслами с простейшими просветляющими покрытиями и хорошо сделанными.

Ортоскопический или «Аббе»

Схема ортоскопического окуляра

Четырехэлементный ортографический окуляр состоит из плосковыпуклой синглетной линзы глаза и цементированной выпукло-выпуклой линза поля триплета ахроматическая линза поля. Это дает окуляру почти идеальное качество изображения и хорошее удаление выходного зрачка, но узкое видимое поле зрения — около 40 ° –45 °. Он был изобретен Эрнстом Аббе в 1880 году. Его называют «ортоскопическим» или «орфографическим» из-за его низкой степени искажения, а также иногда его называют «орто» или «аббе».

До появления многослойных покрытий и покрытий Plössl, ортоскопия была самой популярной конструкцией для окуляров телескопов. Даже сегодня эти окуляры считаются хорошими окулярами для наблюдения за планетами и Луной. Из-за их низкой степени искажения и соответствующий эффект глобуса они менее для приложений, требующих чрезмерного панорамирования инструмента.

Моноцентрический

Схема моноцентрического окуляра

Моноцентрический объектив — это ахроматическая триплетная линза с двумя кусками коронного стекла, скрепленными с двумя сторонними элементами из бесцветного стекла. Элементы толстые, сильно изогнутые, а их поверхности имеют общий центр, что дало им название «моноцентрические». Он был изобретен примерно в 1883 году. Этот дизайн, как и дизайн сплошных окуляров Чарльза С. Гастингса, лишен призрачных отражений и дает яркое контрастное изображение, что было желательной чертой, когда оно было изобретено (перед антибликовыми покрытиями ). Он имеет узкое поле зрения около 25 °, является фаворитом среди наблюдателей планет.

Эрфле

Схема окуляра Эрфле

Эрфле — это 5-элементный окуляр, состоящий из двух ахроматических линз с дополнительными линзы между ними. Они были изобретены во время Первой мировой войны для военных целей, описанных в патенте США Генрихом Эрфле номер 1,478,704 от августа 1921 года, и являются логическим продолжением более широких полей четырехэлементных окуляров, таких как Plössls.

Окуляры Эрфле имеют широкое поле зрения (около 60 градусов), но они непригодны для использования на высоких увеличениях, поскольку страдают астигматизмом и паразитными изображениями. Однако с покрытием линз при малых увеличениях (фокусные расстояния от 20 мм и выше) они приемлемы, а при 40 мм они могут быть превосходными. Эрфлесы очень популярны, потому что они имеют большие линзы для глаз, хорошее удаление выходного зрачка и очень удобны в использовании.

Кёниг

Схема окуляра Кёнига

Окуляр Кёнига имеет вогнуто-выпуклый положительный дуплет и плосковыпуклый синглет. Сильно выпуклые поверхности дублета и синглетной грани и (почти) касаются друг друга. Дублет имеет вогнутую поверхность, обращенную к источнику света, а синглет имеет почти плоскую (слегка выпуклую) поверхность, обращенную к глазу. Он был разработан в 1915 году немецким оптиком Альбертом Кенигом (1871–1946) как упрощенный аббат. Конструкция обеспечивает большое увеличение с чрезвычайно большим удалением выходного зрачка — наибольшее удаление выходного зрачка, пропорциональное фокусному расстоянию любого дизайна до Nagler в 1979 году. угол обзора около 55 ° делает его характеристики такими же, как у Плёссла, с тем преимуществом, что требуется на один объектив меньше.

Современные версии Königs могут использовать улучшенное стекло или добавить больше линз, сгруппированных в различные комбинации дублетов и синглетов. Наиболее типичной адаптацией является добавление положительной, вогнуто-выпуклой простой линзы перед дублетом, с вогнутой стороной к источнику света и выпуклой поверхностью, обращенной к дублету. Современные усовершенствования обычно имеют поле зрения 60 ° -70 °.

RKE

Схема окуляра RKE

Окуляр RKE имеет ахроматическую полевую линзу и двойную выпуклую линзу, являющуюся обратной адаптацией окуляра Kellner. Он был разработан доктором Дэвидом Рэнком для Edmund Scientific Corporation, которая продавала его в конце 1960-х — начале 1970-х годов. Этот дизайн обеспечивает немного более широкое поле зрения, чем классический дизайн Келлнера, и делает его дизайн похожим на широко разнесенную версию König.

. Согласно Edmund Scientific Corporation, RKE означает «Окуляр Ранга Келлнера». В поправке к заявке на товарный знак от 16 января 1979 г. он был назван «Rank, Kaspereit, Erfle», три дизайна, из которых был создан окуляр.

Nagler

Схема окуляра Nagler типа 2 Окуляры типа Наглера

Окуляр Наглера, изобретенный и запатентованный в 1979 году, оптимизирован для астрономических телескопов и обеспечивает сверхширокое поле зрения (82 °) с хорошей коррекцией астигматизма и других аберраций. Представленный в 2007 году, Ethos представляет собой усовершенствованную сверхширокоугольную конструкцию, разработанную в основном Полом Деллечиае под руководством Альберта Наглера из Tele Vue Optics, и заявляет, что AFOV составляет 100–110 °. Это достигается за счет использования экзотического стекла с высоким показателем преломления и до восьми оптических элементов в четырех или пяти группах; существует пять подобных конструкций: Nagler, Nagler type 2, Nagler type 4, Nagler type 5 и Nagler type 6. Новый дизайн Delos представляет собой модифицированный дизайн Ethos с полем обзора «всего» 72 градуса, но с длинным 20-миллиметровым глазком. облегчение.

Количество элементов в наглере делает их сложными, но идея конструкции довольно проста: каждый наглер имеет отрицательную дуплетную полевую линзу, увеличивающую увеличение, за которой следуют несколько положительные группы. Положительные группы, считающиеся отдельными от первой отрицательной группы, в совокупности имеют большое фокусное расстояние и образуют положительную линзу. Это позволяет использовать преимущества многих хороших качеств линз с низким светосилом. Фактически, Nagler — это улучшенная версия линзы Барлоу в сочетании с окуляром с большим фокусным расстоянием . Эта конструкция была широко скопирована в других широкоугольных или длинных окулярах с удалением выходного зрачка.

Главный недостаток Наглеров — их вес. Версии с большим фокусным расстоянием превышают 0,5 кг (1,1 фунта), что достаточно, чтобы вывести из равновесия небольшие телескопы. Еще один недостаток — высокая стоимость покупки, при этом цены больших Наглеров сопоставимы со стоимостью небольшого телескопа. Поэтому многие астрономы-любители считают эти окуляры роскошью.

См. Также

Ссылки

• A. Э. Конради, Прикладная оптика и оптический дизайн, Том I. Оксфорд, 1929.
• Р. Кингслейк, Основы дизайна линз. Academic Press, 1978.
• Х. Руттен и М. ван Венроой, Оптика телескопов. Willmann-Bell 1988, 1989. ISBN 0-943396-18-2.
• P. С. Харрингтон, Star Ware: Руководство астронома-любителя по выбору, покупке и использованию телескопов и принадлежностей: четвертое издание. John Wiley Sons, Inc.

Внешние ссылки

Как измерить фокусное расстояние

…окуляра, фотообъектива или какого-нибудь другого оптического узла?

Фокусное расстояние часто путают с другим оптическим термином: задним фокальным отрезком. Это разные величины (см. статью «Базовые характеристики оптических приборов»). Фокусное расстояние определяет масштабную передаточную характеристику объектива (размер изображения и его увеличение или уменьшение относительно исходного), а задний фокальный отрезок — расстояние от последней оптической поверхности до фокальной плоскости (плоскости где формируются резкие изображения бесконечно удаленных предметов). А иногда человеку нужно знать просто положение фокальной плоскости относительно какой-то механической детали (например какого-нибудь опорного торца на оправе оптического узла). Важно понять что именно интересует.

Задний фокальный отрезок, как и положение фокальной плоскости измерить не трудно — достаточно в ясный день с помощью объектива сфокусировать изображение солнца на достаточно прочном (для теплового воздействия) экранчике и измерить положение этого экрана относительно интересующей базы (если относительно последней оптической поверхности — то получится задний фокальный отрезок). Если Солнце за облаками и не удается подобрать достаточно яркий контрастный предмет на «бесконечности» можно измерить задний отрезок (положение плоскости изображения) для не слишком далекого предмета на расстоянии L. Изображение в этом случае сфокусируется немного дальше от истиной фокальной плоскости, сдвинувшись вдоль оси примерно на расстояние f²/L — где f — фокусное расстояние объектива (см. ниже). Чем больше L — тем точнее будет результат вычислений.

Например:
Изображение окна сфокусировалось от опорной плоскости объектива на расстоянии 60 мм, фокусное расстояние объектива 50 мм, от объектива до окна 3600 мм, истинная фокальная плоскость располагается на 2500/3600 = 0.7 мм ближе к объективу, чем измерено по сфокусированному изображению окна.

С фокусным расстоянием труднее. Обычно также рекомендуют измерить расстояние от линзы до сфокусированного изображения Солнца. Но точным этот результат будет только для выпукло-плоских одиночных линз достаточно задиафрагмированных, чтобы сферическая и проч. ее аберрации не сильно влияли на результат измерения.

Уже для двухлинзового, а тем более многолинзового или зеркального объектива этот метод натыкается на простой казалось бы вопрос: «От чего его измерять?» Объектив ведь не точка и не лист бумаги — он имеет вполне осязаемый продольный размер… Для того, чтобы получить фокусное расстояние измерять нужно от задней главной плоскости, но это ведь такая-же расчетная абстракция, как и само фокусное расстояние — ее не так просто найти в реальном оптическом узле.

Для таких случаев скорее подойдет другой более универсальный метод — измерения фокусного расстояния по увеличению. Если объектив (окуляр, лупа и т.п. интересующая нас положительная оптика) имеет небольшое фокусное расстояние, то измерение можно провести проецируя и добиваясь резкого изображения какого-либо светящегося предмета — например окна в комнате (картинка со схемой измерения кликабельна).

Измерив достаточно точно поперечный размер изображения окна (высоту или ширину) y’, расстояние от окна до объектива L, и сам размер окна y, мы будем иметь все необходимое для вычисления фокусного расстояния объектива f’:

f’ = L*y’/(y + y’)

Например:
Изображение окна имеет высоту 28 мм, а само окно (в 3.6 м от объектива ) размер 2000 мм. Получается, что фокусное расстояние объектива будет равно 3600*28/2000 = 50.4 мм

Стоит, отметить следующие важные обстоятельства:

• точность полученной величины будет тем выше чем точнее измерены входящие в формулу величины. Так что стоит добиваться изображения светящегося предмета по-больше и измерять его по-точнее;
• точность метода ограничивается величиной дисторсии оптического узла — ее влияние тем меньше, чем меньше размер изображения по сравнению с фокусным расстоянием;
• если подходить строго, то L — это расстояние от светящегося объекта до главной плоскости объектива (оптического узла), для тонкой линзы главная плоскость лежит примерно посреди нее, для более сложных оптических систем ее положение более неопределенно (как у окуляра) удобнее производить измерения от фокальной плоскости, положение которой часто определить проще (у окуляра — стык посадочной втулки и корпуса), в этом случае формула даже немного упростится f’ = L*y’/y;
• смотрите также статью «Окуляр»

---

Назад к оглавлению статей