Зеркально-линзовые оптические системы — разновидность оптических систем , содержащих как отражающие, так и преломляющие элементы. Такие системы также называются катадиоптрическими , и отличаются от , состоящих только из сферических зеркал , наличием линз , корректирующих остаточные аберрации . Зеркально-линзовые системы нашли применение в прожекторах , фарах , ранних маяках , микроскопах и телескопах , а также в телеобъективах и сверхсветосильных объективах .

Основное развитие катадиоптрические системы получили в телескопах, поскольку позволяют использовать сферическую поверхность зеркал, значительно более технологичную, чем другие кривые поверхности . Кроме того, зеркальная оптика лишена хроматической аберрации . Это даёт возможность создавать сравнительно дешёвые телескопы больших диаметров. Коррекционные линзы сравнительно небольшого диаметра могут использоваться в телескопах-рефлекторах для увеличения полезного поля зрения , но к зеркально-линзовым телескопам их не относят. Зеркально-линзовыми принято называть такие телескопы, в которых линзовые элементы сравнимы по размеру с главным зеркалом и предназначены для коррекции изображения (оно строится главным зеркалом).

Системы катадиоптрических телескопов

Согласно законам оптики, шероховатость поверхности зеркала должна быть не хуже λ/8, где λ — длина волны ( видимый свет — 550 нм), а отклонение формы поверхности от расчётной должно лежать в пределах от 0,02 мкм до 1 мкм . Таким образом, основная сложность изготовления зеркала состоит в необходимости очень точно соблюдать кривизну поверхности. Изготовить сферическое зеркало технологически гораздо проще, чем параболическое и гиперболическое , которые используются в телескопах-рефлекторах . Но сферическое зеркало само по себе обладает очень большими сферическими аберрациями и непригодно для использования. Описанные ниже системы телескопов — это попытки исправить аберрации сферического зеркала добавлением в оптическую систему стеклянной линзы особой кривизны ( корректора ).

Ранние системы

К первым типам катадиоптрических телескопов можно отнести системы, состоящие из однолинзового объектива и . Первый телескоп такого типа был запатентован Гамильтоном ( англ. W. F. Hamilton ) в 1814 году. В конце 19 века немецкий оптик ( нем. Ludwig Schupmann ) расположил сферическое зеркало за фокусом линзового объектива и добавил в систему третий элемент — . Данные телескопы, однако, не получили распространения, будучи оттеснены ахроматическими рефракторами и рефлекторами. Любопытно отметить, что в конце 20 века некоторые оптики снова проявили интерес к данным схемам: так, в 1999 году британский любитель астрономии и телескопостроения Джон Уолл ( англ. John Wall ) запатентовал оптическую схему телескопа Zerochromat .

Система Шмидта

В 1930 году эстонско-германский оптик, сотрудник Гамбургской обсерватории Бернхард Шмидт установил в центре кривизны сферического зеркала диафрагму, сразу устранив и кому , и астигматизм . Для устранения сферической аберрации он разместил в диафрагме линзу специальной формы , которая представляет собой поверхность 4-го порядка. В результате получилась фотографическая камера с единственной аберрацией — кривизной поля и удивительными качествами: чем больше светосила камеры, тем лучше изображения, которые она даёт, и больше поле зрения.

В 1946 году Джеймс Бэкер установил в камере Шмидта выпуклое вторичное зеркало и получил плоское поле. Несколько позже эта система была видоизменена и стала одной из самых совершенных систем: Шмидта — Кассегрена , которая на поле диаметром 2 градуса даёт дифракционное качество изображения.

Телескоп Шмидта очень активно используется в астрометрии для создания обзоров неба. Основное его преимущество — очень большое поле зрения, до 6°. Фокальная поверхность является сферой, поэтому астрометристы обычно не исправляют кривизну поля, а вместо этого используют выгнутые фотопластинки ^{[ источник не указан 1117 дней ]} .

Система Максутова

В 1941 году Дмитрий Максутов нашёл, что сферическую аберрацию сферического зеркала можно компенсировать мениском большой кривизны. Найдя удачное расстояние между мениском и зеркалом, Максутов сумел избавиться от комы и астигматизма . Кривизну поля, как и в камере Шмидта, можно устранить, установив вблизи фокальной плоскости плоско-выпуклую линзу — так называемую линзу Пиацци-Смита .

Проалюминировав центральную часть мениска, Максутов получил менисковые аналоги телескопов Кассегрена и Грегори. Были предложены менисковые аналоги практически всех интересных для астрономов телескопов. В частности, в современной любительской астрономии часто применяются телескопы Максутова — Кассегрена , и, в меньшей степени, Максутова — Ньютона и Максутова — Грегори.

Следует отметить, что существует два основных типа телескопов Максутова — Кассегрена, различие между которыми состоит в типе вторичного зеркала. В одном случае вторичное зеркало, как было указано выше, является алюминированным кружком на внутренней поверхности мениска. Это упрощает и удешевляет конструкцию. Однако, так как радиусы кривизны внешней и внутренней поверхности мениска одинаковы, для устранения сферической аберрации до приемлемых величин приходится увеличивать фокальное отношение системы. Поэтому абсолютное большинство коммерчески выпускающихся небольших телескопов любительского класса являются длиннофокусными и имеют фокальное отношение порядка 1/12—1/15.

Телескопы этого типа в англоязычных источниках обозначаются как Gregory–Maksutov или Spot–Maksutov , поскольку патент на такую схему (и тип вторичного зеркала) был выдан американскому оптику и инженеру ( John F. Gregory , 1927—2009). Первым коммерческим любительским телескопом такого типа был , выпущенный в 1954 году.

Для создания более светосильных систем и телескопов высокого класса применяют отдельное вторичное зеркало, крепящееся к мениску. Наличие отдельного зеркала позволяет придать ему необходимую геометрическую форму, не изменяя при этом конструкцию мениска. В англоязычных источниках данный вариант телескопа Максутова обозначается как Maksutov–Sigler или Maksutov–Rutten .

Зеркально-линзовые телеобъективы

Сферические зеркала нашли применение также при проектировании фотографических и киносъёмочных телеобъективов . Благодаря зеркально-линзовой конструкции существенно уменьшается длина оправы , поэтому объективы с фокусным расстоянием 1000 мм и более значительно компактнее и легче обычных длиннофокусных объективов . В отдельных случаях уменьшение количества линз позволяет снизить хроматические аберрации .

Зеркальные и зеркально-линзовые объективы, как правило, не оснащаются регулируемой диафрагмой , и их фиксированное относительное отверстие лежит в диапазоне от f /5,6 до f /11 . Поэтому снимать ими можно только при хорошем освещении или на фотоматериалы с высокой светочувствительностью . Некоторые специальные зеркально-линзовые объективы могут иметь и очень высокую светосилу (например, объектив ЧВ, предназначенный для сверхскоростной киносъёмки, имел светосилу 0,5 ).

Характерной особенностью изображений, создаваемых зеркально-линзовым объективом, является форма кружка рассеяния от ярких источников света, отображаемых не в фокусе. Такие источники изображаются в виде колец, соответствующих форме входного зрачка объектива. В некоторых случаях такой вид размытия создаёт своеобразный выразительный оптический рисунок .

Частотно-контрастная характеристика зеркально-линзовых объективов достаточно низка. Такой тип объективов приобрёл некоторую популярность в начале 1970-х годов из-за относительной компактности и дешевизны. Однако, низкая светосила и мягкий оптический рисунок заставили уступить место телеобъективам двухкомпонентных линзовых конструкций.

В советских фотокинообъективах использовалась, главным образом, система Максутова . Примером могут послужить объективы серии « МТО » и « ЗМ ».

Преимущества и недостатки

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 24 декабря 2020 )

Катадиоптрические системы — это синтез зеркальных и линзовых систем. Они имеют много преимуществ, но также получили в наследство и некоторые недостатки.

Преимущества

• Главным преимуществом является простота изготовления сферического зеркала. Корректор избавляет систему от сферической аберрации, «трансформируя» её в аберрацию кривизны поля.
• В качестве вторичного зеркала часто (хотя и не всегда) используется алюминированная центральная часть обратной стороны корректора. Вторичное зеркало — алюминированная часть корректора или отдельное — жёстко зафиксировано в оправе, в то время, как почти во всех рефлекторах вторичное зеркало держится на трёх-четырёх растяжках, что может приводить к разъюстировке и портит дифракционную картину. Катадиоптрическая система во многом свободна от этих недостатков.
• Труба телескопа закрыта, что предотвращает загрязнение внутренних оптических элементов и снижает образование воздушных потоков внутри телескопа.
• Трубы телескопов этого типа наиболее компактны по сравнению с другими типами телескопов (при равном диаметре и фокусном расстоянии).

Недостатки

• Сложность изготовления корректора больших размеров. Диаметр самых больших инструментов не превышает 2 метров.
• Большой фокус .
• Система содержит оптические элементы из стекла, поэтому на окраине поля зрения проявляется хроматическая аберрация и кома . Стекло корректора поглощает часть света, несколько уменьшая светопропускание инструмента.
• Проблема кривизны поля решалась использованием специального держателя, в котором плоская фотопластинка изгибалась до нужной кривизны. Изготовить же ПЗС-матрицу нужной кривизны сложно и дорого.
• Фокус жёстко связан с длиной трубы (расстояния от зеркала до корректора — половина фокуса). Относительное отверстие также ограничено остаточными аберрациями.
• Большое время термостабилизации оптики перед началом наблюдений.

Зеркально-линзовые системы создавались в поисках компромисса. Их применение ограничено. Малые размеры и фокус не позволяют применять их для астрофизических целей, но телескопы получили широкое распространение среди астрометристов.

См. также

• Minolta AF 500mm Reflex
• МТО (зеркально-менисковый объектив)
• Рубинар (зеркально-менисковый объектив)
• ЗМ (зеркально-менисковый объектив)
• Рефлектор (зеркальный телескоп)
• Рефрактор (линзовый телескоп)

Примечания

Литература

• Фомин А. В. § 5. Фотографические объективы // / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М. : «Легпромбытиздат», 1987. — С. 12—25. — 256 с. — 50 000 экз.

• Н. Кудряшов. Узкоплёночный киноаппарат // «Как самому снять и показать кинофильм». — 1-е изд. — М. : Госкиноиздат, 1952. — С. 56—57. — 252 с.

• Фотография: энциклопедический справочник (рус.) / С. А. Макаёнок. — Минск: «Беларуская Энцыклапедыя», 1992. — 399 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-85700-052-1 .

Ссылки

• от 27 сентября 2014 на Wayback Machine
• [bse.sci-lib.com/article124254.html Шмидта телескоп] — статья из Большой советской энциклопедии
• от 10 февраля 2007 на Wayback Machine
• от 3 октября 2009 на Wayback Machine

Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Википедии. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты или библиографическими ссылками на печатные источники либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым). Список проблемных ссылок bse.sci-lib.com/article124254.html