Spejl-linse optiske systemer er en slags optiske systemer , der indeholder både reflekterende og refraktive elementer. Sådanne systemer kaldes også katadioptriske og adskiller sig fra katoptriske , der kun består af sfæriske spejle , ved tilstedeværelsen af linser , der korrigerer resterende aberrationer [1] . Spejl-linsesystemer fundet anvendelse i søgelys , forlygter , tidlige fyrtårne , mikroskoper og teleskoper , såvel som telefoto og superhurtige linser .
Katadioptriske systemer har modtaget den vigtigste udvikling inden for teleskoper, da de tillader brugen af en sfærisk overflade af spejle, som er meget mere teknologisk avanceret end andre buede overflader . Derudover er spejloptikken fri for kromatisk aberration . Dette gør det muligt at skabe relativt billige teleskoper med store diametre. Korrigerende linser med relativt lille diameter kan bruges i reflekterende teleskoper for at øge det nyttige synsfelt , men de er ikke klassificeret som spejl-linse teleskoper. Spejl-linse teleskoper kaldes normalt dem, hvor linseelementerne er sammenlignelige i størrelse med hovedspejlet og er designet til at korrigere billedet (det er bygget af hovedspejlet).
Ifølge optikkens love bør spejlets overfladeruhed ikke være værre end λ/8, hvor λ er bølgelængden ( synligt lys er 550 nm), og afvigelsen af overfladeformen fra den beregnede skal være i spænder fra 0,02 µm til 1 µm [2] . Således er den største vanskelighed ved fremstilling af et spejl behovet for meget nøjagtigt at observere overfladens krumning. Det er teknologisk meget lettere at lave et sfærisk spejl end parabolsk og hyperbolsk , som bruges i reflekterende teleskoper . Men selve det sfæriske spejl har meget store sfæriske aberrationer og er ubrugeligt. Teleskopsystemerne beskrevet nedenfor er forsøg på at korrigere aberrationerne i et sfærisk spejl ved at tilføje en glaslinse med speciel krumning ( korrektor ) til det optiske system.
De første typer katadioptriske teleskoper omfatter systemer, der består af et enkelt objektivobjektiv og et Mangin-spejl . Det første teleskop af denne type blev patenteret af WF Hamilton i 1814 . I slutningen af det 19. århundrede placerede den tyske optiker Ludwig Schupmann ( tysk: Ludwig Schupmann ) et sfærisk spejl bag fokus på et objektivobjektiv og tilføjede et tredje element til systemet - en linsekorrektor . Disse teleskoper vandt dog ikke popularitet, da de blev skubbet til side af akromatiske refraktorer og reflektorer. Det er besynderligt at bemærke, at i slutningen af det 20. århundrede viste nogle optikere igen interesse for disse skemaer: for eksempel patenterede den britiske amatørastronomi og teleskopkonstruktion John Wall i 1999 det optiske skema af Zerochromat-teleskopet [3] .
I 1930 installerede en estisk-tysk optiker, en ansat ved Hamburg Observatory , Bernhard Schmidt , en membran i midten af krumningen af et sfærisk spejl, hvilket øjeblikkeligt eliminerede både koma og astigmatisme . For at eliminere sfærisk aberration placerede han en specielt formet linse i membranen , som er en 4. ordens overflade. Resultatet er et fotografisk kamera med den eneste aberration, feltkrumning og fantastiske kvaliteter: Jo større blænde på kameraet, jo bedre billeder giver det, og jo større synsfelt.
I 1946 installerede James Baker et konvekst sekundært spejl i Schmidt-kammeret og opnåede et fladt felt. Noget senere blev dette system modificeret og blev et af de mest avancerede systemer: Schmidt - Cassegrain , som på en mark med en diameter på 2 grader giver en diffraktiv billedkvalitet. Den aluminiserede centrale del af korrektorens bagside bruges normalt som et sekundært spejl.
Schmidt-teleskopet er meget aktivt brugt i astrometri til at lave undersøgelser af himlen. Dens største fordel er et meget stort synsfelt, op til 6 °. Brændfladen er en kugle, så astrometrier korrigerer normalt ikke feltkrumning, men bruger i stedet buede fotografiske plader . .
I 1941 fandt Dmitry Maksutov ud af, at den sfæriske aberration af et sfærisk spejl kunne kompenseres for af en menisk med stor krumning. Da han fandt en god afstand mellem menisken og spejlet, lykkedes det Maksutov at slippe af med koma og astigmatisme . Feltets krumning, som i Schmidt-kameraet, kan elimineres ved at installere en plankonveks linse nær brændplanet - det såkaldte Piazzi-Smith-objektiv .
Efter at have aluminiseret den centrale del af menisken opnåede Maksutov meniskanaloger af Cassegrain- og Gregory-teleskoperne. Meniskanaloger af næsten alle teleskoper af interesse for astronomer er blevet foreslået. Især Maksutov-Cassegrain teleskoper bruges ofte i moderne amatørastronomi , og i mindre grad Maksutov-Newton og Maksutov-Gregory teleskoper.
Det skal bemærkes, at der er to hovedtyper af Maksutov-Cassegrain-teleskoper, hvor forskellen ligger i typen af sekundært spejl. I et tilfælde er det sekundære spejl, som nævnt ovenfor, en aluminiseret cirkel på den indre overflade af menisken. Dette forenkler og reducerer byggeomkostningerne. Men da krumningsradierne af de ydre og indre overflader af menisken er de samme, for at eliminere sfærisk aberration til acceptable værdier, er det nødvendigt at øge systemets brændvidde. Derfor er langt størstedelen af kommercielt producerede små amatørklasseteleskoper langfokuserede og har et brændvidde i størrelsesordenen 1/12-1/15.
Teleskoper af denne type omtales i engelske kilder som Gregory-Maksutov eller Spot-Maksutov , da patentet for en sådan ordning (og typen af sekundært spejl) blev udstedt til den amerikanske optiker og ingeniør John Gregory ( John F. Gregory , 1927-2009). Det første kommercielle amatørteleskop af denne type var Questar , lanceret i 1954.
For at skabe mere kraftfulde systemer og avancerede teleskoper bruges et separat sekundært spejl, der er fastgjort til menisken. Tilstedeværelsen af et separat spejl gør det muligt at give det den nødvendige geometriske form uden at ændre meniskens design. I engelske kilder omtales denne version af Maksutov-teleskopet som Maksutov-Sigler eller Maksutov-Rutten .
Sfæriske spejle har også fundet anvendelse i design af fotografiske og filmende teleobjektiver . På grund af spejl-objektivets design er længden af rammen væsentligt reduceret , så objektiver med en brændvidde på 1000 mm eller mere er meget mere kompakte og lettere end konventionelle teleobjektiver [4] . I nogle tilfælde kan en reduktion af antallet af linser reducere kromatiske aberrationer .
Refleks- og reflekslinser er generelt ikke udstyret med en justerbar blænde , og deres faste blænde går fra f /5.6 til f /11 [1] . Derfor kan du kun optage med dem i god belysning eller på fotografiske materialer med høj lysfølsomhed . Nogle specielle spejllinser kan også have meget høj blænde (for eksempel havde et CV-objektiv designet til ultra-højhastighedsfilm en blænde på 0,5 [5] ).
Et karakteristisk træk ved billederne skabt af en reflekslinse er formen af spredningscirklen fra skarpe lyskilder, der vises ude af fokus. Sådanne kilder er afbildet som ringe, der svarer til formen af linsens indgangspupil . I nogle tilfælde skaber denne form for sløring en slags udtryksfuldt optisk mønster .
Frekvens-kontrastresponsen af reflekslinser er ret lav. Denne type objektiv vandt en vis popularitet i begyndelsen af 1970'erne på grund af dens relative kompakthed og lave omkostninger. Men lav blænde og blødt optisk design tvang teleobjektiver af to-komponent objektivdesign til at vige.
Sovjetiske fotobiografobjektiver brugte hovedsageligt Maksutov-systemet [6] . Et eksempel er linserne i MTO- og ZM -serien.
Katadioptriske systemer er en syntese af spejl- og linsesystemer. De har mange fordele, men har også arvet nogle ulemper.
FordeleSpejl-linsesystemer blev skabt i jagten på et kompromis. Deres brug er begrænset. Deres lille størrelse og fokus tillader dem ikke at blive brugt til astrofysiske formål, men teleskoper er meget udbredt blandt astrometrikere.
| Typer af film og fotolinser | |
|---|---|
| Linser | |
| Konvertere | |
| se også | |