Sistemele optice cu lentile oglindă sunt un fel de sisteme optice care conțin atât elemente reflectorizante, cât și refractive. Asemenea sisteme se mai numesc si catadioptrice , si se deosebesc de catoptrice , formata doar din oglinzi sferice , prin prezenta unor lentile care corecteaza aberatiile reziduale [1] . Sistemele de lentile cu oglindă au găsit utilizare în proiectoare , faruri , faruri timpurii , microscoape și telescoape , precum și lentile teleobiective și super- rapide .
Sistemele catadioptrice au primit principala dezvoltare în telescoape, deoarece permit utilizarea unei suprafețe sferice de oglinzi, care este mult mai avansată tehnologic decât alte suprafețe curbate . În plus, optica oglindă nu are aberații cromatice . Acest lucru face posibilă crearea de telescoape relativ ieftine cu diametre mari. Lentilele corective cu diametru relativ mic pot fi folosite în telescoapele reflectorizante pentru a crește câmpul vizual util , dar nu sunt clasificate ca telescoape cu lentile de oglindă. Telescoapele cu lentilă oglindă sunt de obicei numite acelea în care elementele lentilei sunt comparabile ca mărime cu oglinda principală și sunt concepute pentru a corecta imaginea (este construită de oglinda principală).
Conform legilor opticii, rugozitatea suprafeței oglinzii nu trebuie să fie mai mică de λ/8, unde λ este lungimea de undă ( lumina vizibilă este de 550 nm), iar abaterea formei suprafeței de la cea calculată ar trebui să fie în interval de la 0,02 µm la 1 µm [2] . Astfel, principala dificultate în fabricarea unei oglinzi este necesitatea de a observa foarte precis curbura suprafeței. Din punct de vedere tehnologic, este mult mai ușor să faci o oglindă sferică decât parabolice și hiperbolice , care sunt folosite în telescoapele reflectorizante . Dar oglinda sferică în sine are aberații sferice foarte mari și este inutilizabilă. Sistemele de telescop descrise mai jos sunt încercări de a corecta aberațiile unei oglinzi sferice prin adăugarea unei lentile de sticlă cu curbură specială ( corector ) la sistemul optic.
Primele tipuri de telescoape catadioptrice includ sisteme formate dintr-un singur obiectiv cu lentilă și o oglindă Mangin . Primul telescop de acest tip a fost brevetat de WF Hamilton în 1814 . La sfârșitul secolului al XIX-lea, opticianul german Ludwig Schupmann ( germană: Ludwig Schupmann ) a plasat o oglindă sferică în spatele focalizării unui obiectiv și a adăugat un al treilea element sistemului - un corector de lentile . Aceste telescoape, însă, nu au câștigat popularitate, fiind împinse deoparte de refractorii și reflectoarele acromatice. Este curios de observat că la sfârșitul secolului al XX-lea, unii optici și-au manifestat din nou interes pentru aceste scheme: de exemplu, în 1999, constructorul britanic de astronomie și telescop, John Wall a brevetat schema optică a telescopului Zerochromat [3] .
În 1930, un optician estono -german , angajat al Observatorului din Hamburg , Bernhard Schmidt , a instalat o diafragmă în centrul curburii unei oglinzi sferice, eliminând imediat atât coma , cât și astigmatismul . Pentru a elimina aberația sferică, el a plasat o lentilă cu formă specială în diafragmă , care este o suprafață de ordinul 4. Rezultatul este o cameră fotografică cu singura aberație, curbură a câmpului și calități uimitoare: cu cât deschiderea camerei este mai mare, cu atât imaginile oferă mai bune și câmpul vizual este mai mare.
În 1946, James Baker a instalat o oglindă secundară convexă în camera Schmidt și a obținut un câmp plat. Ceva mai târziu, acest sistem a fost modificat și a devenit unul dintre cele mai avansate sisteme: Schmidt- Cassegrain , care pe un câmp cu diametrul de 2 grade oferă o calitate a imaginii difractive. Partea centrală aluminizată a reversului corectorului este de obicei folosită ca oglindă secundară.
Telescopul Schmidt este folosit foarte activ în astrometrie pentru a crea sondaje ale cerului. Principalul său avantaj este un câmp vizual foarte mare, de până la 6 °. Suprafața focală este o sferă, așa că astrometrii de obicei nu corectează curbura câmpului, ci folosesc plăci fotografice curbate. .
În 1941, Dmitri Maksutov a descoperit că aberația sferică a unei oglinzi sferice poate fi compensată de un menisc cu curbură mare. Găsind o distanță bună între menisc și oglindă, Maksutov a reușit să scape de comă și astigmatism . Curbura câmpului, ca și în camera Schmidt, poate fi eliminată prin instalarea unei lentile plan-convexe în apropierea planului focal - așa-numita lentilă Piazzi-Smith .
După ce a aluminizat partea centrală a meniscului, Maksutov a obținut analogi de menisc ai telescoapelor Cassegrain și Gregory. Au fost propuși analogi de menisc pentru aproape toate telescoapele de interes pentru astronomi. În special, telescoapele Maksutov-Cassegrain sunt adesea folosite în astronomia modernă de amatori și, într-o măsură mai mică, telescoapele Maksutov-Newton și Maksutov-Gregory.
Trebuie remarcat faptul că există două tipuri principale de telescoape Maksutov-Cassegrain, diferența dintre care constă în tipul de oglindă secundară. Într-un caz, oglinda secundară, așa cum sa menționat mai sus, este un cerc aluminizat pe suprafața interioară a meniscului. Acest lucru simplifică și reduce costul construcției. Cu toate acestea, deoarece razele de curbură ale suprafețelor exterioare și interioare ale meniscului sunt aceleași, pentru a elimina aberația sferică la valori acceptabile, este necesară creșterea raportului focal al sistemului. Prin urmare, marea majoritate a telescoapelor mici de clasa amator produse comercial sunt cu focalizare lungă și au un raport focal de ordinul 1/12-1/15.
Telescoapele de acest tip sunt menționate în sursele engleze ca Gregory-Maksutov sau Spot-Maksutov , deoarece brevetul pentru o astfel de schemă (și tipul de oglindă secundară) a fost eliberat opticianului și inginerului american John Gregory ( John F. Gregory , 1927-2009). Primul telescop de amatori comercial de acest tip a fost Questar , lansat în 1954.
Pentru a crea sisteme mai puternice și telescoape de ultimă generație, se folosește o oglindă secundară separată, atașată la menisc. Prezența unei oglinzi separate face posibilă acordarea formei geometrice necesare fără a modifica designul meniscului. În sursele engleze, această versiune a telescopului Maksutov este denumită Maksutov–Sigler sau Maksutov–Rutten .
Oglinzile sferice și-au găsit aplicație și în proiectarea teleobiectivelor fotografice și de filmare . Datorită designului oglinzii lentilelor, lungimea cadrului este redusă semnificativ , astfel încât obiectivele cu o distanță focală de 1000 mm sau mai mult sunt mult mai compacte și mai ușoare decât teleobiectivele convenționale [4] . În unele cazuri, reducerea numărului de lentile poate reduce aberațiile cromatice .
Lentilele reflexe și reflexe nu sunt, în general, echipate cu o diafragmă reglabilă, iar diafragma lor fixă variază de la f / 5,6 la f /11 [1] . Prin urmare, puteți fotografia cu ele numai în condiții de iluminare bună sau pe materiale fotografice cu fotosensibilitate ridicată . Unele lentile speciale cu oglindă pot avea, de asemenea, o diafragmă foarte mare (de exemplu, un obiectiv CV conceput pentru filmări cu viteză foarte mare avea o deschidere de 0,5 [5] ).
O trăsătură caracteristică a imaginilor create de o lentilă reflexă este forma cercului de împrăștiere de la sursele de lumină strălucitoare care sunt afișate în afara focalizării. Astfel de surse sunt descrise ca inele care corespund formei pupilei de intrare a lentilei. În unele cazuri, acest tip de estompare creează un fel de model optic expresiv .
Răspunsul frecvență-contrast al lentilelor reflexe este destul de scăzut. Acest tip de lentilă a câștigat o oarecare popularitate la începutul anilor 1970 datorită compactității sale relative și a costului scăzut. Cu toate acestea, deschiderea redusă și designul optic moale au forțat teleobiectivele cu modele de lentile cu două componente să cedeze.
Obiectivele foto-cinema sovietice au folosit în principal sistemul Maksutov [6] . Un exemplu sunt lentilele din seriile MTO și ZM .
Sistemele catadioptrice sunt o sinteză a sistemelor de oglindă și lentile. Au multe avantaje, dar au moștenit și unele dezavantaje.
AvantajeSistemele de lentile oglindă au fost create în căutarea unui compromis. Utilizarea lor este limitată. Dimensiunea și focalizarea lor mică nu le permit să fie folosite în scopuri astrofizice, dar telescoapele sunt utilizate pe scară largă în rândul astrometriștilor.
| Tipuri de film și lentile foto | |
|---|---|
| Lentile | |
| Convertoare | |
| Vezi si | |