Katadioptrik sistem - Catadioptric system

150 mm açıklıklı katadioptrik Maksutov teleskopu

Bir katadioptrik optik sistem biri kırılma ve yansıma genellikle yoluyla bir optik sistem içinde bir araya getirilmiştir lens ( diyoptri ) ve kavisli aynalar ( catoptrics ). Katadioptrik kombinasyonlar projektörler , farlar , erken deniz feneri odaklama sistemleri, optik teleskoplar , mikroskoplar ve telefoto lensler gibi odaklama sistemlerinde kullanılır . Lensler ve aynalar kullanan diğer optik sistemler, gözetleme katadioptrik sensörleri gibi "katadioptrik" olarak da adlandırılır .

Erken katadioptrik sistemler

Birçok erken optik sistem için katadioptrik kombinasyonlar kullanılmıştır. 1820'lerde, Augustin-Jean Fresnel birkaç katadioptrik deniz feneri reflektörü geliştirdi. Léon Foucault , 1859'da objeleri yüksek güçte görüntülemek için lens kullanmanın sapmalarını önlemek için bir katadioptrik mikroskop geliştirdi. 1876'da bir Fransız mühendis olan A. Mangin, Mangin aynası olarak adlandırılan, camın arka tarafında gümüş yüzeyli içbükey bir cam reflektör icat etti . Reflektörün iki yüzeyi, küresel aynanın sapmasını düzeltmek için farklı yarıçaplara sahiptir. Işık, camdan iki kez geçer ve genel sistemin üçlü bir mercek gibi davranmasını sağlar . Mangin aynaları, neredeyse gerçek bir paralel ışın ürettikleri projektörlerde kullanıldı. Birçok Katadioptrik teleskop , orijinal Mangin gibi tek unsurlu hedefler olmasa da, arka tarafında "Mangin aynaları" olarak anılan yansıtıcı bir kaplamaya sahip negatif lensler kullanır ve hatta bazıları Mangin'in icadından öncedir.

Katadioptrik teleskoplar

Katadioptrik teleskoplar , bir görüntü oluşturmak için özel olarak şekillendirilmiş aynaları ve lensleri birleştiren optik teleskoplardır . Bu genellikle, teleskopun tüm mercek veya tüm ayna muadillerine göre genel olarak daha büyük bir hata düzeltme derecesine sahip olabilmesi ve sonuç olarak daha geniş sapmasız görüş alanına sahip olması için yapılır . Tasarımları basit, tamamen küresel yüzeylere sahip olabilir ve teleskopun kütlesini azaltan ve üretilmesini kolaylaştıran katlanmış bir optik yoldan yararlanabilir. Birçok tip, birleşik görüntü oluşturan optik sistemde "düzelticiler", bir mercek veya kavisli ayna kullanır, böylece yansıtıcı veya kırılma elemanı, muadili tarafından üretilen sapmaları düzeltebilir.

Katadioptrik diyalitler

Katadioptrik diyalitler , en eski katadioptrik teleskop türüdür. Gümüş sırtlı bir negatif mercekle (Mangin aynasına benzer) birleştirilmiş tek elemanlı kırılma teleskop objektifinden oluşurlar . Bunlardan ilki, 1814'te WF Hamilton tarafından patentlenen Hamilton teleskopuydu . 19. yüzyılın sonlarına doğru Alman optisyen Ludwig Schupmann tarafından tasarlanan Schupmann medial teleskop , katadioptrik aynayı refraktör primerinin odağının ötesine yerleştirdi ve üçüncü bir düzeltme / odaklama ekledi. sisteme lens.

Tam diyafram düzelticileri

Küresel birincil aynanın önüne bir veya daha fazla tam çaplı lens (genellikle " düzeltici plaka " olarak adlandırılır) yerleştirilmesinden yararlanan birkaç teleskop tasarımı vardır . Bu tasarımlar, tüm yüzeylerin "küresel olarak simetrik" olmasından yararlanır ve orijinal olarak, astrografik kameralar olarak kullanılabilmeleri için nispeten koma veya astigmatizma içermeyen bir görüntü düzlemine sahip olmalarına izin vermek için ayna tabanlı optik sistemlerin ( yansıtıcı teleskoplar ) modifikasyonları olarak icat edilmiştir. . Küresel bir aynanın ışığı aynı noktaya geri yansıtma yeteneğini, gelen ışığı hafifçe büken büyük bir mercekle (bir düzeltici) birleştirerek çalışırlar ve küresel aynanın görüntü nesnelerine sonsuzda izin vermesini sağlarlar . Bu tasarımlardan bazıları, kompakt, uzun odak uzunluklu katadioptrik kassegrains oluşturmak için uyarlanmıştır .

Schmidt düzeltici plaka

İlk tam çaplı düzeltici plaka olan Schmidt düzeltici , Bernhard Schmidt'in 1931 Schmidt kamerasında kullanıldı . Schmidt kamerası, düzeltici plakası birincil aynanın eğriliğinin merkezinde bulunan ve eğimli bir film plakasının veya dedektörün monte edildiği ana odakta tüp tertibatının içinde bir odakta bir görüntü üreten geniş alanlı bir fotoğraf teleskopudur . Nispeten ince ve hafif düzeltici, Schmidt kameralarının 1,3 m'ye kadar çaplarda yapılmasına izin verir. Düzelticinin karmaşık şekli, düz bir optik cam parçasından başlayarak, tüm parçayı eğmek için bir tarafına bir vakum yerleştirerek, ardından düzeltmek için gereken tam şekli elde etmek için diğer tarafı düz bir şekilde taşlayarak ve parlatarak yapmak için birkaç işlem gerektirir. birincil aynanın neden olduğu küresel sapma . Tasarım, birçok Schmidt varyantına borçludur .

Popüler alt türler
Schmidt – Cassegrain'de ışık yolu
  • Schmidt-Cassegrain teleskopları , 1960'lardan beri seri olarak üretilen amatör astronomi pazarındaki en popüler ticari tasarımlardan biridir . Tasarım, Schmidt Kamera film tutucusunu Cassegrain ikincil aynayla değiştirerek uzun odak uzaklığına ve dar bir görüş alanına sahip katlanmış bir optik yol oluşturur.

Menisküs düzeltici kabuk

Karmaşık Schmidt düzeltici plakayı, geniş alanlı bir teleskop oluşturmak için üretimi kolay tam açıklıklı küresel menisküs merceği ( menisküs düzeltici kabuk ) ile değiştirme fikri, 1940'ların başlarında savaştan zarar gören Avrupa'da en az dört optik tasarımcının aklına geldi. şunlar da dahil Albert Bouwers (1940), Dmitri Dmitriyeviç Maksutov (1941), K. Penning'in ve Dennis Gabor (1941). Savaş zamanı gizliliği, bu mucitlerin birbirlerinin tasarımları hakkında bilgi sahibi olmasını engelleyerek her birinin bağımsız bir icat olmasına yol açtı. Albert Bouwers , Ağustos 1940'ta prototip bir menisküs teleskobu yaptı ve Şubat 1941'de patentini aldı. Küresel olarak eşmerkezli bir menisküs kullandı ve yalnızca tek renkli bir astronomik kamera olarak uygundu. Daha sonraki bir tasarımda, renk sapmalarını düzeltmek için çimentolu bir dublet ekledi. Dmitri Maksutov , Ekim 1941'de benzer bir menisküs teleskopu olan Maksutov teleskopu için bir prototip yaptı ve aynı yılın Kasım ayında patentini aldı. Tasarımı, zayıf, negatif şekilli bir menisküs düzelticisini birincil aynanın yakınına yerleştirerek küresel ve kromatik sapmaları düzeltti.

Popüler alt türler
Menisküs teleskopundaki ışık yolu (Maksutov-Cassegrain)
  • Maksutov-Cassegrain teleskopları , Maksutov teleskopunun bir çeşidi olan menisküs düzelticinin kullanıldığı en yaygın tasarımdır. Düzeltici üzerinde gümüşlenmiş bir "spot" a sahiptir, bu da uzun odak uzunluklu ancak dar görüş alanına sahip kompakt (katlanmış optik yol) bir teleskop yapar. Dmitri Maksutov göründü bu tasarım fikri 1941 notları var ve aslen Lawrence Braymer (ticari tasarımlarda geliştirilen Questar 1954 ) ve John Gregory ( 1955 patenti) . Düzelticinin gümüşlenmiş ikincil nokta ile kombinasyonu, Maksutov-Cassegrains'i az bakım gerektirir ve hava sızdırmaz hale getirilebildikleri ve hizada sabitlenebildikleri için ( kolimasyon ) sağlamlaştırılmıştır .

Houghton düzeltici lens

Houghton çift düzeltici tasarım denklemleri - özel durum simetrik tasarımı.

Houghton teleskop veya Lurie-Houghton teleskop ana ayna doğru küresel anormallikten tüm ön açıklık üzerinde geniş bir bileşiği, pozitif-negatif lens kullanan bir tasarımdır. İstenirse, Houghton düzelticinin renk sapması minimum olduğundan, iki düzeltici eleman aynı tip camla yapılabilir.

Düzeltici, Schmidt-Cassegrain'in ön düzelticisinden daha kalındır, ancak Maksutov menisküs düzelticisinden çok daha incedir. Tüm lens yüzeyleri ve aynanın yüzeyi küreseldir ve amatör yapımı büyük ölçüde kolaylaştırır.

Alt diyafram düzelticileri

Argunov Cassegrain teleskopundaki ışık yolu

Alt açıklık düzeltici tasarımlarında, düzeltici öğeler genellikle çok daha büyük bir hedefin odak noktasındadır. Bu elemanlar hem mercekler hem de aynalar olabilir, ancak birden fazla yüzey dahil olduğu için, bu sistemlerde iyi bir bozulma düzeltmesi elde etmek çok karmaşık olabilir. Alt açıklık düzeltici katadyoptrik teleskoplara örnek olarak Argunov-Cassegrain teleskopu , Klevtsov-Cassegrain teleskopu ve alt açıklık düzeltici Maksutovs verilebilir , bunlar " ikincil ayna " olarak lens elemanlarından ve bazen sapmayı düzeltmek için tasarlanmış aynalardan oluşan bir optik grup, ve odak noktasına yakın monte edilmiş küçük bir düzeltici mercekle birlikte küresel bir birincil ayna kullanan Jones-Bird Newtonian teleskopları.

Fotografik katadioptrik lensler

Arka yüzeyli " mangin aynaları " kullanan bir katadioptrik lens örneği (Minolta RF Rokkor-X 250mm f / 5.6)

Alternatif olarak katadioptrik lensler ( CAT'ler ), refleks lensler veya ayna lensler olarak bilinen kamera lenslerinde çeşitli tipte katadioptrik sistemler de kullanılmaktadır . Bu lensler, kısmen optik yolu katlayarak, ancak çoğunlukla odak uzunluğunu birçok kez (4 ila 4'e kadar) çoğaltan dışbükey ikincil aynanın telefoto etkisiyle , optik düzeneğin fiziksel uzunluğunu büyük ölçüde azaltan cassegrain tasarımının bir biçimini kullanır . 5 kere). Bu, uzun odak veya telefoto muadillerine göre çok daha kısa ve kompakt olan, 250 mm'den 1000 mm'ye kadar odak uzunluklarına sahip lensler oluşturur . Dahası, uzun kırılma lenslerinde büyük bir sorun olan renk sapmaları ve yansıtıcı teleskoplarda büyük bir sorun olan eksen dışı sapma , katadioptrik sistem tarafından neredeyse tamamen ortadan kaldırılarak ürettikleri görüntü bir kameranın geniş odak düzlemini doldurmaya uygun hale getirilir. .

Odaklanmış bir ışığın arkasında bir katadioptrik lens tarafından üretilen 'iris bulanıklığı' veya bokeh örneği .

Bununla birlikte, katadioptrik lenslerin birkaç dezavantajı vardır. Merkezi bir engele sahip olmaları, ışık iletimini kontrol etmek için ayarlanabilir bir diyafram kullanamayacakları anlamına gelir . Bu, lensin F-numarası değerinin, optik sistemin genel tasarlanmış odak oranına (odak uzunluğuna bölünmüş birincil aynanın çapı) sabitlendiği anlamına gelir . Merceğin durdurulamaması, katadioptrik merceğin kısa bir alan derinliğine sahip olmasına neden olur. Pozlama genellikle lensin önüne veya arkasına nötr yoğunluk filtrelerinin yerleştirilmesiyle ayarlanır . Bunların modülasyon transfer fonksiyonu Şekil düşük düşük kontrast uzaysal frekanslarda . Son olarak, en göze çarpan özellikleri, görüntünün odaklanmamış alanlarının halka şeklindeki şeklidir ve girişteki göz bebeğinin şeklinin neden olduğu halka şeklinde bir "iris bulanıklığı" veya bokeh verir .

20. yüzyılın sonlarında birkaç şirket katadioptrik lensler üretti. Nikon ( Mirror- Nikkor ve daha sonra Reflex- Nikkor adlarının altında) ve Canon , 500 mm 1: 8 ve 1000 mm 1:11 gibi çeşitli tasarımlar sundu. Tamron , Samyang , Vivitar ve Opteka gibi daha küçük şirketler de birkaç versiyon sundu; bu markaların son üçü, modern sistem kameralarında kullanılmak üzere aktif olarak bir dizi katadioptrik lens üretmeye devam ediyor. Sony (eski adıyla Minolta), Alpha kameraları için 500 mm katadioptrik lens sundu. Sony lens, büyük bir marka tarafından otomatik odak özelliğine sahip tek refleks lens olma özelliğini taşıyordu (Sony'nin üretiminden önceki aynı Minolta üretimi lens dışında).

Katadioptrik lensler galerisi

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar