Optické systémy se zrcadlovými čočkami jsou druhem optických systémů , které obsahují jak reflexní, tak refrakční prvky. Takové systémy se také nazývají katadioptrické a liší se od katoptrických , sestávajících pouze ze sférických zrcadel , přítomností čoček , které opravují zbytkové aberace [1] . Systémy zrcadlových čoček našly použití ve světlometech , světlometech , raných majácích , mikroskopech a dalekohledech , stejně jako teleobjektivy a superrychlé čočky .
Katadioptrické systémy získaly hlavní vývoj v dalekohledech, protože umožňují použití kulového povrchu zrcadel, který je technologicky mnohem vyspělejší než jiné zakřivené povrchy . Navíc je zrcadlová optika bez chromatické aberace . To umožňuje vytvářet relativně levné dalekohledy velkých průměrů. Korekční čočky relativně malého průměru mohou být použity v odrazových dalekohledech pro zvýšení užitečného zorného pole , ale nejsou klasifikovány jako zrcadlové dalekohledy. Teleskopy se zrcadlovou čočkou se obvykle nazývají takové, ve kterých jsou čočky srovnatelné velikostí s hlavním zrcadlem a jsou určeny ke korekci obrazu (je postaven hlavním zrcadlem).
Podle zákonů optiky by drsnost povrchu zrcadla neměla být horší než λ/8, kde λ je vlnová délka ( viditelné světlo je 550 nm) a odchylka tvaru povrchu od vypočteného tvaru by měla být v rozsah od 0,02 µm do 1 µm [2] . Hlavním problémem při výrobě zrcadla je tedy potřeba velmi přesně pozorovat zakřivení povrchu. Je technologicky mnohem jednodušší vyrobit kulové zrcadlo než parabolické a hyperbolické , které se používají v odrazových dalekohledech . Ale samotné sférické zrcadlo má velmi velké sférické aberace a je nepoužitelné. Systémy dalekohledů popsané níže jsou pokusy o korekci aberací sférického zrcadla přidáním skleněné čočky se speciálním zakřivením ( korektor ) do optického systému.
Mezi první typy katadioptrických dalekohledů patří systémy skládající se z objektivu s jednou čočkou a Manginova zrcadla . První dalekohled tohoto typu si nechal patentovat WF Hamilton v roce 1814 . Koncem 19. století německý optik Ludwig Schupmann ( německy Ludwig Schupmann ) umístil sférické zrcadlo za ohnisko objektivu a přidal do systému třetí prvek - čočkový korektor . Tyto dalekohledy si však nezískaly popularitu, byly odsunuty stranou achromatickými refraktory a reflektory. Je zvláštní poznamenat, že na konci 20. století někteří optikové znovu projevili zájem o tato schémata: například v roce 1999 britská amatérská astronomie a konstrukce dalekohledů John Wall patentovala optické schéma dalekohledu Zerochromat [3] .
V roce 1930 estonsko-německý optik, zaměstnanec hamburské observatoře , Bernhard Schmidt , nainstaloval do středu zakřivení sférického zrcadla clonu, která okamžitě odstranila jak kóma , tak astigmatismus . Aby eliminoval sférickou aberaci, umístil do membrány speciálně tvarovanou čočku , což je povrch 4. řádu. Výsledkem je fotografický fotoaparát s jedinou aberací, zakřivením pole a úžasnými kvalitami: čím větší je apertura fotoaparátu, tím lepší snímky poskytuje a tím větší je zorné pole.
V roce 1946 nainstaloval James Baker do Schmidtovy komory konvexní sekundární zrcadlo a získal ploché pole. O něco později byl tento systém upraven a stal se jedním z nejpokročilejších systémů: Schmidt- Cassegrain , který na poli o průměru 2 stupně poskytuje difrakční kvalitu obrazu. Jako sekundární zrcadlo se obvykle používá aluminizovaná střední část rubové strany korektoru.
Schmidtův dalekohled se velmi aktivně používá v astrometrii k vytváření průzkumů oblohy. Jeho hlavní výhodou je velmi velké zorné pole, až 6°. Ohnisková plocha je koule, takže astrometristi obvykle neopravují zakřivení pole, ale místo toho používají zakřivené fotografické desky . .
V roce 1941 Dmitrij Maksutov zjistil, že sférická aberace sférického zrcadla může být kompenzována meniskem velkého zakřivení. Když Maksutov našel dobrou vzdálenost mezi meniskem a zrcadlem, podařilo se mu zbavit se kómatu a astigmatismu . Zakřivení pole, jako u Schmidtovy kamery, lze eliminovat instalací plankonvexní čočky v blízkosti ohniskové roviny - tzv. Piazzi-Smithova čočka .
Po aluminizaci střední části menisku získal Maksutov analogy menisku dalekohledů Cassegrain a Gregory. Byly navrženy analogy menisku téměř všech dalekohledů zajímavých pro astronomy. V moderní amatérské astronomii se často používají zejména dalekohledy Maksutov-Cassegrain a v menší míře dalekohledy Maksutov-Newton a Maksutov-Gregory.
Je třeba poznamenat, že existují dva hlavní typy dalekohledů Maksutov-Cassegrain, přičemž rozdíl mezi nimi spočívá v typu sekundárního zrcadla. V jednom případě je sekundárním zrcadlem, jak je uvedeno výše, aluminizovaný kruh na vnitřním povrchu menisku. To zjednodušuje a snižuje náklady na stavbu. Protože jsou však poloměry zakřivení vnější a vnitřní plochy menisku stejné, je pro odstranění sférické aberace na přijatelné hodnoty nutné zvýšit ohniskový poměr systému. Proto je naprostá většina komerčně vyráběných malých amatérských dalekohledů s dlouhým ohniskem a ohniskovým poměrem řádově 1/12–1/15.
Dalekohledy tohoto typu jsou v anglických pramenech označovány jako Gregory-Maksutov nebo Spot-Maksutov , protože patent na takové schéma (a typ sekundárního zrcadla) získal americký optik a inženýr John Gregory ( John F. Gregory , 1927-2009). První komerční amatérský dalekohled tohoto typu byl Questar , vydaný v roce 1954.
Pro vytvoření výkonnějších systémů a špičkových dalekohledů se používá samostatné sekundární zrcadlo, připojené k menisku. Přítomnost samostatného zrcadla umožňuje dát mu požadovaný geometrický tvar bez změny designu menisku. V anglických zdrojích je tato verze Maksutovova dalekohledu označována jako Maksutov–Sigler nebo Maksutov–Rutten .
Sférická zrcadla našla uplatnění také při konstrukci fotografických a filmových teleobjektivů . Díky konstrukci zrcadlového objektivu je délka rámu výrazně zkrácena , takže objektivy s ohniskovou vzdáleností 1000 mm nebo více jsou mnohem kompaktnější a lehčí než běžné teleobjektivy [4] . V některých případech může snížení počtu čoček snížit chromatické aberace .
Reflexní čočky a zrcadlovky obecně nejsou vybaveny nastavitelnou clonou a jejich pevná clona se pohybuje od f / 5,6 do f /11 [1] . Fotografovat s nimi tedy můžete pouze za dobrého osvětlení nebo na fotografické materiály s vysokou fotocitlivostí . Některé speciální zrcadlové objektivy mohou mít i velmi vysokou světelnost (např. CV objektiv určený pro ultrarychlé filmování měl světelnost 0,5 [5] ).
Charakteristickým znakem snímků vytvořených zrcadlovkou je tvar kruhu rozptylu z jasných světelných zdrojů, které se zobrazují neostře. Takové zdroje jsou znázorněny jako prstence odpovídající tvaru vstupní pupily čočky. V některých případech tento typ rozostření vytváří jakýsi výrazný optický vzor .
Frekvenční kontrastní odezva reflexních čoček je poměrně nízká. Tento typ objektivu získal určitou popularitu na počátku 70. let 20. století díky své relativní kompaktnosti a nízké ceně. Nízká světelnost a měkká optická konstrukce však donutily ustoupit teleobjektivy dvousložkových konstrukcí objektivů.
Sovětské čočky pro fotokino používaly hlavně Maksutovův systém [6] . Příkladem jsou objektivy řady MTO a ZM .
Katadioptrické systémy jsou syntézou zrcadlových a čočkových systémů. Mají mnoho výhod, ale zdědily i některé nevýhody.
VýhodySystémy zrcadlových čoček byly vytvořeny při hledání kompromisu. Jejich použití je omezené. Jejich malé rozměry a zaměření neumožňují jejich použití pro astrofyzikální účely, ale dalekohledy jsou mezi astrometry hojně využívány.
| Typy filmových a fotoobjektivů | |
|---|---|
| Objektivy | |
| Převodníky | |
| viz také | |