Skocz do zawartości

Witaj na forum skupiającym największą społeczność astronomiczną w Polsce - Astropolis.pl
Zachęcamy do rejstracji, dzięki której uzyskasz dostęp do wszystkich funkcji Astropolis.pl. Po tym, jak założysz swoje konto i zalogujesz się do systemu będziesz mógł zakładać wątki, odpowiadać we wszystkich tematach, oceniać posty innych użytkowników, a także korzystać z rozbudowanego systemu komunikacji między użytkownikami. Jeśli masz już swoje konto, zaloguj się tutaj - w przeciwnym wypadku zarejestruj konto - za darmo - teraz!

Ostatnio dodane artykuły

Zobacz wszystkie artykuły

BĄDŹ NA BIEŻĄCO - SUBSKRYBUJ NAS

 
           

Od Keplera do Naglera cz. 1 i 2 z 3

Autor: Paether | lip 25 2015 19:18 | 11 komentarze

Od Keplera do Naglera

 

Oculari-page-001.jpg

Od momentu swych narodzin na początku XVII stulecia, teleskop astronomiczny przeszedł wiele fundamentalnych zmian i jeszcze więcej drobnych poprawek, będących wynikiem ogólnych przemyśleń, obliczeń czy wniosków z użytkowania. Pisząc o zmianach w konstrukcji teleskopu nie możemy myśleć wyłącznie o obiektywie – soczewce czy lustrze zbierającym fotony przemierzające Wszechświat. W dążeniu do uzyskania obrazu jak najbardziej zbliżonego do doskonałości, musimy pamiętać o wszystkich elementach, które w tym procesie biorą udział.
Rozwój nowoczesnego okularu jest historią postępu na trzech frontach: teorii optycznej, niezbędnej do osiągnięcia ostrego, szerokiego i płaskiego obrazu; materiałów optycznych i powłok wymaganych do optymalizacji optyki pod kątem transmisji oraz kontrastowości obrazu, a także technologii wytwarzania koniecznej do wyprodukowania okularu przy zachowaniu rozsądnych kosztów. Dość często zagadnienia wytwarzania, materiałów i kosztów wymagają zastosowania pewnego kompromisu w konstrukcji optycznej.
Mamy szczęście żyć w czasach, gdy to komputery wykonują za nas obliczenia i symulacje, które wykonywane w sposób tradycyjny wymagałyby poświęcenia ogromnej ilości czasu. W wielu dziedzinach rewolucja ta wyzwoliła "teorię" czy sposób, w jaki rzeczy powinny według założeń funkcjonować, tak bardzo, że symulacja komputerowa jest obecnie jednym z głównych "obserwacyjnych" instrumentów w astronomii.
W teorii optyki okularowej również coraz częściej posługujemy się symulacją, żeby przewidzieć parametry optyczne i nieprawidłowości danego projektu. Trudność polega na tym, że przewidywania nie zawsze mają przełożenie na osobiste doświadczenie użytkownika. Istnieje zasadnicza różnica pomiędzy postawą „testera”, skoncentrowaną na analizę obrazu jako oceny wartości układu optycznego i postawy użytkownika, dla którego obraz jest wizualnym doznaniem Wszechświata. Teoria optyczna nie jest w stanie przewidzieć, gdzie umieścić wizualną interpretację między tymi skrajnościami, więc nie można ocenić, czy i jak bardzo cechy optyczne użytkownik umieści w swojej percepcji. Doświadczenia te, są częścią tego, kim jesteś i nie ma symulacji komputerowej, która byłaby w stanie je określić. Prawie wszystkie komercyjnie dostępne dziś okulary produkowane są z wykorzystaniem metod i materiałów, które czynią je optycznie najbardziej zaawansowanymi narzędziami w swej kategorii w historii i tylko niewielkie niuanse odróżniają je od siebie, determinując subiektywny wybór użytkownika.
Najstarsze teleskopy to konstrukcje o podłożu empirycznym, budowanymi bez zastosowania teorii czy analitycznego podejścia do projektowania optyki. Soczewki były układane w różnych kombinacjach, aby znaleźć te, które pozwalały uzyskać najlepszy efekt. Galileusz sam przyznał, że spośród około 60 modeli jakie stworzył wielkim wysiłkiem i kosztem, zaledwie kilka posiadało zadowalające parametry. Zarówno jakość optyczna produkowanego szkła i dokładność soczewek były słabe, więc soczewka nie mogła być ani duża, ani gruba; teleskopy otrzymywały ogniskowe rzędu 100 stóp lub więcej, a obiektywy były przysłaniane, aby zminimalizować negatywne skutki aberracji chromatycznej i innych wad słabo skonfigurowanej optyki. Takie same wyzwania i przeszkody stawały na drodze twórcom okularów począwszy od pierwszej tego typu konstrukcji przez kolejne cztery stulecia.
 

kepler (2).jpg Kepler.png

Johannes Kepler i schemat okularu Keplera.

 

Najbardziej prymitywna forma okularu pojawia się na początku XVII wieku i otrzymuje swą nazwę od nazwiska Johannesa Keplera, który będąc pod wrażeniem dokonań Galileusza, zaczyna interesować się konstrukcją teleskopu z zastosowaną jako okular soczewką wklęsłą. Rezultaty badań, Kepler publikuje w Dioptrice w 1611 roku, w której wyjaśnia (choć tylko w przybliżeniu) fizyczne podstawy teleskopu Galileusza – działanie kombinacji wypukłych i wklęsłych soczewek. W tym momencie pojawia się również po raz pierwszy pojęcie obrazu rzeczywistego i pozornego oraz opis wpływu ogniskowych na uzyskiwane powiększenie. Autor nie poprzestaje na tym i proponuje własne rozwiązanie - teleskop wykonany z dwustronnie wypukłym obiektywem i okularem takiego samego kształtu, które dają powiększony obraz, gdy centralne punkty obu soczewek pokrywają się. Dzięki takiej kombinacji uzyskuje znacznie większe pole widzenia niż Galileusz, a zmieniając krzywiznę po jednej stronie soczewki, ogranicza znacząco aberrację chromatyczną i sferyczną. Okular w przeciwieństwie do holenderskiego wzoru stosowanego przez Galileusza, produkuje odwrócony obraz. W Dioptrice Kepler sugeruje również użycie drugiej soczewki w okularze, w celu ponownego odwrócenia obrazu, jednak takie rozwiązanie wiąże się ze znacznie zwiększonymi wadami optycznymi. Mimo szczegółowego opisu, który spowodował późniejsze nazwanie soczewki wypukłej okularem Keplera, sam Johannes nigdy nie użył zaproponowanego rozwiązania w praktyce, a w środowisku naukowym początkowo nie zostaje ono przyjęte entuzjastycznie. Zmienia się to w wyniku prób niemieckiego jezuity Christopha Scheinera, który buduje pierwszy model teleskopu Keplera między 1613 i 1617 rokiem i zauważa, że obiekt obserwowany przez taki instrument zostaje odwrócony ale rzeczywiście jest bardziej powiększony, a pole widzenia o wiele większe niż w teleskopie Galileusza. Ponieważ w obserwacjach astronomicznych odwrócony obraz nie stanowi problemu, teleskop Keplera zostaje zaakceptowany w społeczności naukowej w połowie XVII wieku.

 

huygenian.jpg Huygens.png

Okular Huygensa. Soczewka kolektywna o średnicy 31mm, f=65mm; soczewka oczna o średnicy 21mm, f=40mm / schemat okularu Huygensa.

 

Pół wieku po odkryciu Keplera, genialny holenderski matematyk Christiaan Huygens opracowuje okular, który jest odpowiedzią na zmniejszającą się ogniskową obiektywów i tym samym coraz bardziej doskwierającą aberrację chromatyczną i sferyczną. Huygens swoją karierę astronomiczną rozpoczyna w latach 50-tych XVII wieku. Własnoręcznie zbudowanym 5,7 cm refraktorem o ogniskowej 4 metrów (jeszcze z okularem Keplera), odkrywa w 1655 roku Tytana, a rok później wyjaśnia prawdziwą naturę pierścieni Saturna.
W 1662 roku Huygens konstruuje okular, który później będzie nosił jego imię. Składa się z dwóch soczewek płasko – wypukłych, skierowanych płaskimi stronami w kierunku oka obserwatora. Odległość soczewek od siebie wynosząca połowę sumy ich ogniskowych, minimalizuje aberrację chromatyczną a stosunek ogniskowych 3:1 czyni to samo z aberracją sferyczną. Huygens używa również projektów o proporcjach 3:2 (dla dużego powiększenia) i 4:1 (dla małego powiększenia). Okular Huygensa ma znaczącą krzywiznę pola, dystorsję poduszkową i komę. Posiada również niewielki ujemny astygmatyzm, który może być wykorzystany do niwelowania astygmatyzmu obiektywów o niewielkiej światłosile (>f/12). Projekt pierwotnie ma od 25° do 30° pozornego pola widzenia i bardzo krótki odstęp źrenicy - mniej niż 8 mm przy ogniskowej 28mm. Kilkadziesiąt lat później angielski astronom George Airy zminimalizuje jeszcze aberrację sferyczną i krzywiznę pola za pomocą kombinacji dodatniej wklęsło-wypukłej soczewki od strony obiektywu i dwuwypukłej soczewki od strony oka. Z kolei niemiecki optyk Moritz Mittenzwey poszerzy pole do 50° wykorzystując podobnie jak Airy soczewkę wklęsło - wypukłą ale w połączeniu z soczewką płasko-wklęsłą.
Pomimo upływu wielu lat od powstania, okular Huygensa jest nadal czasami stosowany w profesjonalnych refraktorach o długiej ogniskowej oraz w najtańszych „marketowych” teleskopach i mikroskopach.

 

E2001.1DOL.86a.jpg Dolond.png

Żelazny moździerz Johna Dollonda służący do obróbki Flintu / schemat okularu Dollonda.

Teoretyczne rozważania dotyczące możliwości korygowania aberracji chromatycznej toczą się ze wzmożoną siłą w pierwszej połowie XVII wieku po oświadczeniu Newtona, że taka korekta dla soczewki jest niemożliwa. Autorem pierwszego znanego dubletu achromatycznego zostaje angielski prawnik i optyk, Chester Moore Hall. Hall chce zachować swoje badanie prowadzone na achromatycznych soczewkach w tajemnicy, dlatego zlecenie produkcji dwóch rodzajów szkła - kronu i flintu otrzymuje dwóch różnych optyków - Edward Scarlett i James Mann. Hall nie wie jednak, że obaj pracują dla tej samej osoby – George’a Bass’a, który szybko uświadamia sobie, że obydwa składniki mają powędrować do tego samego klienta, a po zmontowaniu obu części razem, szybko zauważa właściwości achromatyczne. Pomimo badań, Hall nie docenia znaczenia swojego wynalazku, w przeciwieństwie do Bass’a, który pod koniec 1750 roku dzieli się informacją o soczewkach Hall’a z Johnem Dollondem, producentem instrumentów naukowych i nawigacyjnych. Dollond dostrzega ich potencjał i już po kilku latach doświadczeń, w 1758 roku prezentuje achromatyczny dublet Królewskiemu Towarzystwu w Londynie. Wkrótce otrzymuje patent na produkcję achromatycznych obiektywów i okularów, co prowadzi do ostrych sporów z innymi optykami.
Okular Dollonda składa się z dwustronnie wypukłej soczewki ze szkła kronowego o niższym współczynniku załamania światła, oraz soczewki płasko-wklęsłej z Flintu, posiadającego wyższy współczynnik załamania światła. Dwie są soczewki tak zaprojektowane, że ich dyspersje niwelują się w celu wyeliminowania aberracji chromatycznej. Używany jako okular, dublet ma około 20° pola widzenia i źrenicę oddaloną o około 26mm przy ogniskowej okularu 28mm.
Syn Dollonda – Peter, idzie w ślady ojca i opracowuje „potrójnie achromatyczną soczewkę” czyli apochromat w 1763 roku.
 

Ramsden_2.jpeg Ramsden.png

Jesse Ramsden / schemat okularu Ramsdena.

 

John Dollond oprócz utalentowanego syna posiada nie mniej uzdolnionego zięcia, który po poślubieniu Sarah Dollond, otrzymuje od teścia obszerną wiedzę na temat tworzenia precyzyjnych instrumentów optycznych, po czym zakłada własne przedsiębiorstwo produkcyjne. Jesse Ramsden, bo o nim mowa, w 1782 roku (według niektórych źródeł rok później) przedstawia okular własnego projektu, który w rzeczywistości jest udoskonaleniem okularu Huygensa. Jego konstrukcja składa się z dwóch soczewek płasko-wypukłych, których powierzchnie wypukłe są skierowane do siebie. W podstawowej formie obie soczewki mają taką samą ogniskową i właśnie mniej więcej o odległość jednej ogniskowej są od siebie oddalone. W takiej formie okular Ramsdena ma 35° pozornego pola widzenia i lepszą korektę aberracji sferycznej niż Huygens. Niestety taki układ posiada dwie poważne wady – wszystkie niedoskonałości soczewki kolektywnej (zabrudzenia, rysy, pęcherzyki w szkle) pojawiają się w otrzymywanym obrazie. Drugim niepożądanym zjawiskiem jest odległość źrenicy wyjściowej, która wynosi…0, czyli znajduje się na powierzchni soczewki ocznej. Aby złagodzić te wady, odległość (najczęściej zwiększana do 2/3 sumy ogniskowych) i ogniskowe soczewek są modyfikowane i co prawda odbiegają od optycznego ideału ale dzięki temu otrzymujemy odległość źrenicy około 7mm dla ogniskowej okularu 28mm). Wprowadza to niestety znaczne zakrzywienie pola i aberrację chromatyczną.

Omawiając konstrukcje okularowe charakterystyczne dla XVII i XVIII wieku, nie sposób nie wspomnieć o „ekstremalnej formie” płasko-wypukłej soczewki, czyli okularze Williama Herschela, którego powstanie datuje się na 1768 rok. W podstawowej formie soczewka jest zwykłą szklaną kulą, wytwarzaną poprzez upuszczanie kropel roztopionego szkła do zimnej wody i selekcji otrzymywanych kształtów. W celu zwiększenia odległości źrenicy wyjściowej, kula jest szlifowana od strony oka obserwatora. W późniejszych latach powstaną udoskonalone wersje okularu Herschela, takie jak okular Wollastona z 1810 roku, którego idea polega na rozdzieleniu na dwie półkule i zachowaniu niewielkiej odległości między nimi, czy propozycje Brewstera, Coddingtona i Stanhope’a, które ujrzą światło dzienne w latach 20-tych XIX wieku.

Okulary XIX wieku

 

Petzval.png Zeiss_3Pioniere.jpg

Obiektyw Petzvala / Ernst Abbe, Carl Zeiss i Otto Schott.

 

XIX wiek to etap, w którym problemy aberracji chromatycznej i sferycznej są całkiem dobrze poznane, doceniane i znacznie zminimalizowane w konstruowanych instrumentach optycznych, a technologia produkcji precyzyjnych maszyn staje się zdolna do wytwarzania przyrządów naukowych o niezrównanej doskonałości. Postępujący rozwój mikroskopii i dagerotypii (pionierskiej formy fotografii) rozszerza zakres wymagań dla układów optycznych i ich zastosowań, a te często tworzą podwaliny dla kolejnych projektów okularów. Głównym celem XIX-wiecznych projektantów okularów staje się zwiększenie pola widzenia i odległości źrenicy, skrócenie długości ogniskowej oraz dalsze minimalizowanie wad optycznych, które otrzymali w spadku wraz z XVIII-wiecznymi projektami. Wysiłki te zostają zintensyfikowane w połowie stulecia za pośrednictwem matematycznych podstaw konstrukcji optycznych i analizy aberracji opracowanych przez Josepha Petzvala (1807-1891) i Philippa Ludwiga von Seidela (1821-1896). Być może najważniejszym motorem postępu stało się znaczne zwiększenie po 1830 roku różnorodności i jakości dostępnych szkieł optycznych od takich producentów jak Guinand (Francja) i Chance Bros (Anglia). To pozwala projektantom na większą kontrolę nad optycznym załamaniem i rozproszeniem oraz nowe drogi dla innowacji. Niemieccy przedsiębiorcy zakładają niektóre z pierwszych dużych optycznych firm produkcyjnych. W 1846 roku w Jenie, Carl Zeiss zakłada firmę, która otrzyma miano od nazwiska założyciela, a do twórcy dołączy później młody (26-letni wówczas) wykładowca fizyki z Uniwersytetu w Jenie - Ernst Abbe i chemik Otto Schott (w 1884 roku). W 1849 roku Carl Kellner otwiera w mieście Wetzlar tzw. „Instytut Optyczny”, kilkanaście lat później wraz z Ernstem Leitzem tworzą zakłady Ernst Leitz GmbH – protoplastę współczesnej marki Leica (Leitz Camera). W tym momencie w produkcji optyki pojawia się motyw zysku - spotkania wymagań użytkownika końcowego i minimalizacji kosztów produkcji, w projektowaniu i wytwarzaniu okularów astronomicznych również.

 

Barlow_02.jpg

Schemat soczewki Barlowa.

 

Soczewka Barlowa / Smyth’a - pomysł wykorzystania ujemnej pary soczewek w celu pozornego wydłużenia wartości ogniskowej lub spłaszczenia zakrzywionego pola widzenia pojawia się kilkukrotnie w przeciągu XIX wieku, co więcej niektórzy uważają, że z koncepcji umieszczenia ujemnej soczewki między obiektywem a okularem, korzystał już Johannes Kepler. Peter Barlow (1776-1862), angielski matematyk i inżynier, wykładowca w Królewskiej Akademii Wojskowej w Woolwich, rozpoczyna swoje optyczne eksperymenty około 1827 roku. Początkowo skupia się nad korekcją aberracji chromatycznej za pomocą soczewki wklęsłej. Kilka lat później opracowuje ujemny achromat wraz z Georgem Dollondem (siostrzeńcem wspomnianego w poprzedniej części Petera Dollonda), który przedstawia go Królewskiemu Towarzystwu w 1834 roku. Charles Piazzi Smyth - Królewski Astronom Szkocji, wpada na pomysł wykorzystania nowo poznanej konstrukcji do zminimalizowania krzywizny pola zamiast korekcji aberracji co było początkowym zamierzeniem Barlowa i Dollonda.
Prawdziwy skok popularności soczewka Barlowa odnotuje dopiero w XX wieku. Po II wojnie światowej, stanie się standardowym narzędziem do mnożenia długości ogniskowej i tym samym powiększenia okularu. Propozycja Smyth’a zostanie wykorzystana do skorygowania krzywizny pola szerokokątnych okularów - 110 stopniowego, wojskowego okularu opracowanego przez Tronniera w 1943 roku, 110-120° projektu opatentowanego przez Horsta Köhlera w 1959 roku, oraz wielu mniej znanych (jak okular Pretoria opatentowany przez Dona Dilwortha w 1988 roku) i tych bardziej popularnych wzorów stosowanych m.in. przez TeleVue i Explore Scientific.

kellner.jpg Kellner_1849.png

Współczesne przykłady okularów Kellnera / schemat okularu Kellnera.

Wspomniany już wcześniej Carl Kellner (1829 - 1855), niemiecki mechanik i matematyk samouk w 1849 roku publikuje pracę Das orthoskopische Ocular, w której przedstawia projekt okularu, który zostanie nazwany achromatycznym Ramsdenem bądź po prostu okularem Kellnera. Nowy okular jest niewielką aczkolwiek istotną modyfikacją projektu Jesse Ramsdena. Płasko-wypukła soczewka zastąpiona została achromatycznym dubletem, co skutecznie zmniejsza aberrację chromatyczną. Kellner korzysta tym samym z rozwoju technologii produkcji szkła, która właśnie w latach 40-tych XIX wieku pozwoliła uzyskać dostatecznie czysty flint (szkło krzemowo-ołowiowe), wolny od wewnętrznych skaz. Twórca specjalizował się w konstrukcji mikroskopów i w takim też celu zostaje zaprojektowany nowy okular. Początkowo zapewnia on ok. 30˚ pole widzenia oraz odległość źrenicy wynoszącą 0,4 długości ogniskowej okularu. Jest to istotny postęp w historii optyki mikroskopowej, jednak astronomiczne zastosowanie wymaga niewielkich modyfikacji. Kellner poszerza pole widzenia okularu do 45˚ i nieco oddala źrenicę wyjściową (do 0,45 długości ogniskowej) za pomocą zmiany pojedynczej soczewki płasko-wypukłej na soczewkę dwuwypukłą oraz niewielkim zmianom kształtu dubletu pełniącego rolę soczewki ocznej. 

Okular Kellnera jest najstarszą konstrukcją okularu nadal powszechnie używaną w lornetkach oraz amatorskich teleskopach. Wiele okularów aplanatycznych, korygujących aberrację sferyczną i komę zostało opracowanych właśnie na jego podstawie. Kellner posiada bardzo niewielką aberrację chromatyczną i stosunkowo niski astygmatyzm, krzywiznę pola oraz dystorsję. Aberracja sferyczna może być zminimalizowana za pomocą nowoczesnych rodzajów szkła optycznego, a jego skłonność do nadmiernych odblasków może być kontrolowana za pomocą odpowiednich powłok przeciwodblaskowych. Okular oferuje ostry, jasny obraz w centrum pola widzenia w niewielkich i średnich powiększeniach. Większe powiększenia wiążą się niestety z krótkim odstępem źrenicy wyjściowej wynikającym z niewielkiej ogniskowej okularu.
 

Simon_Ploessl.JPG Plössl_1860.png

Simon Plössl na litografii Josefa Kriehubera / schemat okularu Plössla.

 

Georg Simon Plössl, którego nazwiskiem ochrzczona będzie kolejna konstrukcja optyczna, rodzi się w 1794 roku w okolicach Wiednia. Już w wieku 18 lat dostaje się do cenionego zakładu optycznego Johanna Voigtlaendera, a pięć lat później zakłada własny warsztat. Jego głównym celem staje się poprawa jakości obiektywów i okularów mikroskopowych. Mikroskopy Plössla stają się bardzo zbliżone optycznie do niemieckich produkowanych przez Carla Kellnera. Ponadto Plössl proponuje diamentowe i szafirowe szkła do zastosowania w mikroskopach.
W 1860 roku przedstawia projekt okularu składającego się z czterech elementów ułożonych w dwie achromatyczne pary. Jest to odmiana Kellnera, w której jeden z achromatów zastępuje pojedynczą soczewkę. Plössl w połowie XX wieku jest określany Kellnerem Typu III (Type III), a Edmund Scientific po II Wojnie Światowej sprzedaje "Kellnera" - okular wykonany z optyki pozostałej po wojnie, który faktycznie składa się z dwóch achromatów w klasycznej konfiguracji Plössla. Dublety w niej ułożone są w ten sposób, aby obustronnie wypukłe elementy kronowe zwrócone były do siebie, z odległością między nimi równą około 20% ich ogniskowych (pierwsze próby zakładały nawet połowę ogniskowych). Jednak okazuje się, że taka konstrukcja podatna jest na występowanie „duszków”, problem który rozwiązany zostaje przez zmniejszenie odległości między dubletami (nawet do 2/1000 cala). Zmiany te zostają później rozwinięte i opatentowane przez Alberta Königa w 1939 roku.
Okular Plössla w swej późniejszej formie charakteryzuje się dobrym odwzorowaniem barw oraz jest stosunkowo wolny od odblasków, które są prawdziwą zmorą Kellnerów. Posiada również szersze pole widzenia (ok. 50°), ale za cenę zniekształcenia poduszkowego na skraju pola, które w bardziej zaawansowanych wersjach (jak TeleVue Plössl) jest minimalizowane lepszym jakościowo szkłem.
W 1868 roku Georg Plössl umiera w wyniku obrażeń spowodowanych przez upuszczenie arkusza szkła, który przecina tętnicę w pobliżu jego prawej ręki co prowadzi do znacznej utraty krwi i zgorzeli. Z jakiegoś powodu, konstrukcja Plössla pod tą nazwą niemalże znika na prawie sto lat, zanim zostaje ostatecznie reaktywowana w 1960 roku po czym zostaje (do tej pory) jednym z najbardziej popularnych typów używanych przez astronomów amatorów. Prowadzi to czasem do błędnego przekonania, że jest to stosunkowo nowy projekt.
Warto zwrócić uwagę na pisownię nazwy :Plössl”, Przyjmuje się, że istnieje kilka dopuszczalnych wersji. Oryginalnie jest to „Plößl” z literą "ß" charakterystyczną dla języka niemieckiego, również pisaną jako podwójne "s", stąd "Ploessl", "Plössl" lub "Plossl".
 

Steinheil_1880.png

Schemat okularu monocentrycznego Steinheila.

 

Carl August von Steinheil, niemiecki wynalazca, fizyk, inżynier i astronom w 1854 roku zakłada Instytut Optyczny (następnie przemianowany na CA Steinheil & Söhne) – zakład zajmujący się głównie budową spektroskopów i fotometrów. Firma Steinheila odpowiada także za powstanie dużych teleskopów dla obserwatoriów w Uppsali, Mannheim, Lipsku czy Utrechcie. Korzystając z nowatorskiej technologii swego przyjaciela Justusa Liebiga, Steinhel pokrywa produkowane lustra warstwą srebra. Syn Augusta Adolph przejawia od początku silne skłonności w kierunku optyki i astronomii. Studiuje w Monachium i Augsburgu. Odgrywa istotną rolę w funkcjonowaniu rodzinnego interesu. W 1880 roku tworzy projekt okularu, który swoją konstrukcją nawiązuje do aplanatycznego obiektywu fotograficznego, który zaprojektował 14 lat wcześniej, oraz sferycznych okularów, wykonanych przez upuszczenie kropli stopionego szkła do gorącej wody, które były używane przez producenta mikroskopów Antoniego van Leeuwenhoeka i astronoma Williama Herschela (oraz na nich bazujących okularów Wollastona, Brewstera, Coddingtona, Stanhope’a i Tollesa). Wszystkie one były ograniczone przez bardzo krótki odstęp źrenicy i zazwyczaj również aberrację sferyczną i/lub chromatyczną. Steinheil znacznie udoskonalił tą koncepcję montując dwie koncentryczne soczewki flintowe po bokach kronowego „rdzenia” (który później zostanie znacznie poszerzony). W powstałej w ten sposób pierwszej wersji okularu monocentrycznego wszystkie sferyczne powierzchnie mają wspólny środek (stąd nazwa). Wersja Steinheila jest prawie całkowicie achromatyczna z nieznaczną aberracją sferyczną i płaskim, bardzo wąskim polem własnym – od 25 ° do 30 °.
W 1911 roku monocentryczny, symetryczny tryplet stworzony razem z Charlesem Hastingsem opatentuje w imieniu firmy Zeiss Paul Rudolph. Zeiss będzie sprzedawał tą konstrukcję w kilku formach, aż do połowy lat 50-tych XX wieku. Wersja Hastingsa jest do dnia dzisiejszego najpopularniejszą formą achromatycznego szkła powiększającego oraz protoplastą okularu TMB Super Monocentric.
 

abbeswcase589676.jpg Orthoscopic_1880.png

Okulary Carl Zeiss Abbe Orthoscopic / schemat okularu Ortho.

 

Aby przybliżyć kolejną (i ostatnią w tej części) konstrukcję okularu, musimy na chwilę powrócić do historii wspomnianego we wstępie zakładu Carla Zeissa w Jenie, a konkretnie Ernsta Abbe, który po dołączeniu do założyciela, zajmuje się początkowo projektowaniem mikroskopów. Konstrukcja oryginalnego okularu Ortoskopowego (bo o nim mowa) sięga 1880 roku, kiedy Abbe projektuje ją do wykorzystania w dokładnych pomiarach odległości liniowej na szkiełkach mikroskopowych. Określenie "ortho" (z Greki: „prosty”) oznacza, że okular nie wprowadza zniekształcenia poduszkowego lub beczkowego, dzięki czemu obiekt będzie miał taką samą wielkość, gdy obserwuje się go w dowolnym miejscu w polu widzenia. Okular Abbego zapewnia również doskonałą ostrość, kontrast oraz korekcję kolorów. W obecnych wersjach charakteryzuje się 45° polem widzenia i odstępem źrenicy na poziomie 0,8 długości ogniskowej.
Projekt ortoskopu przewiduje soczewkę kolektywną w postaci przekorygowanego trypletu z dwuwklęsłą soczewką w środku oraz znajdującej się w minimalnej odległości pojedynczej dwuwypukłej lub płasko-wypukłej soczewki ocznej. Abbe szybko zdaje sobie sprawę, że do ambitnych celów fabryki Zeissa, potrzebuje kompletnie nowych gatunków szkła i przekonuje 29-letniego Otto Schotta aby dołączył do niego w tworzeniu huty szkła w Jenie. W bardzo krótkim odstępie (6 lat) udaje im się stworzyć 44 rodzajów szkła, z których wiele było całkowicie nowe. W pierwotnej wersji twardy kron i gęsty flint zapewniają pole widzenia na poziomie 30°. Okular Ortho, który zostanie opatentowany w 1930 roku będzie już wykonany z wykorzystaniem znaczniej mniej typowych rodzajów szkła – kronu barowego, ekstremalnie gęstego flintu oraz borowego flintu, co pozwoliło zwiększyć pole własne okularu. Kolejny (asferyczny) wariant zostanie zaprojektowany dla Zeissa, prawdopodobnie przez Roberta Richtera w 1934 roku. Następny projekt (Kalliscopic Orthoskop, 1941 rok) zostanie stworzony dla Zeissa albo przez Albert Königa albo ponownie przez Richtera. W 1924 roku firma Goerz opatentuje dwie konfiguracje ortoskopów w układzie 1-3-1 i  2-3-2. Układ soczewek 1-3-1 to zbliżony do wersji Abbe tryplet, w towarzystwie płasko-wypukłej soczewki ocznej oraz menisku z drugiej strony. Zmiana ta powoduje zwiększenie pola widzenia do 60° ale skrócenie odstępu źrenicy do 0.59. Wersja 2-3-2  to 55° pola własnego i odległość źrenicy 0.46 ogniskowej. Obydwa projekty zostały wykorzystane główniej w konstrukcjach lornetek wojskowych podobnie jak „ortoskopy na sterydach” (o polu własnym 75°) opracowane w 1935 roku. 

 

 

http://www.lcas-astr...icles/index.php

http://company7.com/...czabbeoclr.html

http://www.brayebroo...low lenses.html

http://www.quadibloc...ience/opt04.htm

http://www.handprint.../ASTRO/ae5.html


+47

Zdjęcie

Od Keplera do Naglera cz. 1 i 2 z 3

* * * * * 9 głosy

  • Zaloguj się, aby dodać odpowiedź
11 odpowiedzi w tym temacie

#1
Paether

Paether

    Saiya-jin

  • Administrator
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 6174 postów
  • Skąd:Krosno/Rugby

*
Popularny

Od Keplera do Naglera

 

Oculari-page-001.jpg

Od momentu swych narodzin na początku XVII stulecia, teleskop astronomiczny przeszedł wiele fundamentalnych zmian i jeszcze więcej drobnych poprawek, będących wynikiem ogólnych przemyśleń, obliczeń czy wniosków z użytkowania. Pisząc o zmianach w konstrukcji teleskopu nie możemy myśleć wyłącznie o obiektywie – soczewce czy lustrze zbierającym fotony przemierzające Wszechświat. W dążeniu do uzyskania obrazu jak najbardziej zbliżonego do doskonałości, musimy pamiętać o wszystkich elementach, które w tym procesie biorą udział.
Rozwój nowoczesnego okularu jest historią postępu na trzech frontach: teorii optycznej, niezbędnej do osiągnięcia ostrego, szerokiego i płaskiego obrazu; materiałów optycznych i powłok wymaganych do optymalizacji optyki pod kątem transmisji oraz kontrastowości obrazu, a także technologii wytwarzania koniecznej do wyprodukowania okularu przy zachowaniu rozsądnych kosztów. Dość często zagadnienia wytwarzania, materiałów i kosztów wymagają zastosowania pewnego kompromisu w konstrukcji optycznej.
Mamy szczęście żyć w czasach, gdy to komputery wykonują za nas obliczenia i symulacje, które wykonywane w sposób tradycyjny wymagałyby poświęcenia ogromnej ilości czasu. W wielu dziedzinach rewolucja ta wyzwoliła "teorię" czy sposób, w jaki rzeczy powinny według założeń funkcjonować, tak bardzo, że symulacja komputerowa jest obecnie jednym z głównych "obserwacyjnych" instrumentów w astronomii.
W teorii optyki okularowej również coraz częściej posługujemy się symulacją, żeby przewidzieć parametry optyczne i nieprawidłowości danego projektu. Trudność polega na tym, że przewidywania nie zawsze mają przełożenie na osobiste doświadczenie użytkownika. Istnieje zasadnicza różnica pomiędzy postawą „testera”, skoncentrowaną na analizę obrazu jako oceny wartości układu optycznego i postawy użytkownika, dla którego obraz jest wizualnym doznaniem Wszechświata. Teoria optyczna nie jest w stanie przewidzieć, gdzie umieścić wizualną interpretację między tymi skrajnościami, więc nie można ocenić, czy i jak bardzo cechy optyczne użytkownik umieści w swojej percepcji. Doświadczenia te, są częścią tego, kim jesteś i nie ma symulacji komputerowej, która byłaby w stanie je określić. Prawie wszystkie komercyjnie dostępne dziś okulary produkowane są z wykorzystaniem metod i materiałów, które czynią je optycznie najbardziej zaawansowanymi narzędziami w swej kategorii w historii i tylko niewielkie niuanse odróżniają je od siebie, determinując subiektywny wybór użytkownika.
Najstarsze teleskopy to konstrukcje o podłożu empirycznym, budowanymi bez zastosowania teorii czy analitycznego podejścia do projektowania optyki. Soczewki były układane w różnych kombinacjach, aby znaleźć te, które pozwalały uzyskać najlepszy efekt. Galileusz sam przyznał, że spośród około 60 modeli jakie stworzył wielkim wysiłkiem i kosztem, zaledwie kilka posiadało zadowalające parametry. Zarówno jakość optyczna produkowanego szkła i dokładność soczewek były słabe, więc soczewka nie mogła być ani duża, ani gruba; teleskopy otrzymywały ogniskowe rzędu 100 stóp lub więcej, a obiektywy były przysłaniane, aby zminimalizować negatywne skutki aberracji chromatycznej i innych wad słabo skonfigurowanej optyki. Takie same wyzwania i przeszkody stawały na drodze twórcom okularów począwszy od pierwszej tego typu konstrukcji przez kolejne cztery stulecia.
 

kepler (2).jpg Kepler.png

Johannes Kepler i schemat okularu Keplera.

 

Najbardziej prymitywna forma okularu pojawia się na początku XVII wieku i otrzymuje swą nazwę od nazwiska Johannesa Keplera, który będąc pod wrażeniem dokonań Galileusza, zaczyna interesować się konstrukcją teleskopu z zastosowaną jako okular soczewką wklęsłą. Rezultaty badań, Kepler publikuje w Dioptrice w 1611 roku, w której wyjaśnia (choć tylko w przybliżeniu) fizyczne podstawy teleskopu Galileusza – działanie kombinacji wypukłych i wklęsłych soczewek. W tym momencie pojawia się również po raz pierwszy pojęcie obrazu rzeczywistego i pozornego oraz opis wpływu ogniskowych na uzyskiwane powiększenie. Autor nie poprzestaje na tym i proponuje własne rozwiązanie - teleskop wykonany z dwustronnie wypukłym obiektywem i okularem takiego samego kształtu, które dają powiększony obraz, gdy centralne punkty obu soczewek pokrywają się. Dzięki takiej kombinacji uzyskuje znacznie większe pole widzenia niż Galileusz, a zmieniając krzywiznę po jednej stronie soczewki, ogranicza znacząco aberrację chromatyczną i sferyczną. Okular w przeciwieństwie do holenderskiego wzoru stosowanego przez Galileusza, produkuje odwrócony obraz. W Dioptrice Kepler sugeruje również użycie drugiej soczewki w okularze, w celu ponownego odwrócenia obrazu, jednak takie rozwiązanie wiąże się ze znacznie zwiększonymi wadami optycznymi. Mimo szczegółowego opisu, który spowodował późniejsze nazwanie soczewki wypukłej okularem Keplera, sam Johannes nigdy nie użył zaproponowanego rozwiązania w praktyce, a w środowisku naukowym początkowo nie zostaje ono przyjęte entuzjastycznie. Zmienia się to w wyniku prób niemieckiego jezuity Christopha Scheinera, który buduje pierwszy model teleskopu Keplera między 1613 i 1617 rokiem i zauważa, że obiekt obserwowany przez taki instrument zostaje odwrócony ale rzeczywiście jest bardziej powiększony, a pole widzenia o wiele większe niż w teleskopie Galileusza. Ponieważ w obserwacjach astronomicznych odwrócony obraz nie stanowi problemu, teleskop Keplera zostaje zaakceptowany w społeczności naukowej w połowie XVII wieku.

 

huygenian.jpg Huygens.png

Okular Huygensa. Soczewka kolektywna o średnicy 31mm, f=65mm; soczewka oczna o średnicy 21mm, f=40mm / schemat okularu Huygensa.

 

Pół wieku po odkryciu Keplera, genialny holenderski matematyk Christiaan Huygens opracowuje okular, który jest odpowiedzią na zmniejszającą się ogniskową obiektywów i tym samym coraz bardziej doskwierającą aberrację chromatyczną i sferyczną. Huygens swoją karierę astronomiczną rozpoczyna w latach 50-tych XVII wieku. Własnoręcznie zbudowanym 5,7 cm refraktorem o ogniskowej 4 metrów (jeszcze z okularem Keplera), odkrywa w 1655 roku Tytana, a rok później wyjaśnia prawdziwą naturę pierścieni Saturna.
W 1662 roku Huygens konstruuje okular, który później będzie nosił jego imię. Składa się z dwóch soczewek płasko – wypukłych, skierowanych płaskimi stronami w kierunku oka obserwatora. Odległość soczewek od siebie wynosząca połowę sumy ich ogniskowych, minimalizuje aberrację chromatyczną a stosunek ogniskowych 3:1 czyni to samo z aberracją sferyczną. Huygens używa również projektów o proporcjach 3:2 (dla dużego powiększenia) i 4:1 (dla małego powiększenia). Okular Huygensa ma znaczącą krzywiznę pola, dystorsję poduszkową i komę. Posiada również niewielki ujemny astygmatyzm, który może być wykorzystany do niwelowania astygmatyzmu obiektywów o niewielkiej światłosile (>f/12). Projekt pierwotnie ma od 25° do 30° pozornego pola widzenia i bardzo krótki odstęp źrenicy - mniej niż 8 mm przy ogniskowej 28mm. Kilkadziesiąt lat później angielski astronom George Airy zminimalizuje jeszcze aberrację sferyczną i krzywiznę pola za pomocą kombinacji dodatniej wklęsło-wypukłej soczewki od strony obiektywu i dwuwypukłej soczewki od strony oka. Z kolei niemiecki optyk Moritz Mittenzwey poszerzy pole do 50° wykorzystując podobnie jak Airy soczewkę wklęsło - wypukłą ale w połączeniu z soczewką płasko-wklęsłą.
Pomimo upływu wielu lat od powstania, okular Huygensa jest nadal czasami stosowany w profesjonalnych refraktorach o długiej ogniskowej oraz w najtańszych „marketowych” teleskopach i mikroskopach.

 

E2001.1DOL.86a.jpg Dolond.png

Żelazny moździerz Johna Dollonda służący do obróbki Flintu / schemat okularu Dollonda.

Teoretyczne rozważania dotyczące możliwości korygowania aberracji chromatycznej toczą się ze wzmożoną siłą w pierwszej połowie XVII wieku po oświadczeniu Newtona, że taka korekta dla soczewki jest niemożliwa. Autorem pierwszego znanego dubletu achromatycznego zostaje angielski prawnik i optyk, Chester Moore Hall. Hall chce zachować swoje badanie prowadzone na achromatycznych soczewkach w tajemnicy, dlatego zlecenie produkcji dwóch rodzajów szkła - kronu i flintu otrzymuje dwóch różnych optyków - Edward Scarlett i James Mann. Hall nie wie jednak, że obaj pracują dla tej samej osoby – George’a Bass’a, który szybko uświadamia sobie, że obydwa składniki mają powędrować do tego samego klienta, a po zmontowaniu obu części razem, szybko zauważa właściwości achromatyczne. Pomimo badań, Hall nie docenia znaczenia swojego wynalazku, w przeciwieństwie do Bass’a, który pod koniec 1750 roku dzieli się informacją o soczewkach Hall’a z Johnem Dollondem, producentem instrumentów naukowych i nawigacyjnych. Dollond dostrzega ich potencjał i już po kilku latach doświadczeń, w 1758 roku prezentuje achromatyczny dublet Królewskiemu Towarzystwu w Londynie. Wkrótce otrzymuje patent na produkcję achromatycznych obiektywów i okularów, co prowadzi do ostrych sporów z innymi optykami.
Okular Dollonda składa się z dwustronnie wypukłej soczewki ze szkła kronowego o niższym współczynniku załamania światła, oraz soczewki płasko-wklęsłej z Flintu, posiadającego wyższy współczynnik załamania światła. Dwie są soczewki tak zaprojektowane, że ich dyspersje niwelują się w celu wyeliminowania aberracji chromatycznej. Używany jako okular, dublet ma około 20° pola widzenia i źrenicę oddaloną o około 26mm przy ogniskowej okularu 28mm.
Syn Dollonda – Peter, idzie w ślady ojca i opracowuje „potrójnie achromatyczną soczewkę” czyli apochromat w 1763 roku.
 

Ramsden_2.jpeg Ramsden.png

Jesse Ramsden / schemat okularu Ramsdena.

 

John Dollond oprócz utalentowanego syna posiada nie mniej uzdolnionego zięcia, który po poślubieniu Sarah Dollond, otrzymuje od teścia obszerną wiedzę na temat tworzenia precyzyjnych instrumentów optycznych, po czym zakłada własne przedsiębiorstwo produkcyjne. Jesse Ramsden, bo o nim mowa, w 1782 roku (według niektórych źródeł rok później) przedstawia okular własnego projektu, który w rzeczywistości jest udoskonaleniem okularu Huygensa. Jego konstrukcja składa się z dwóch soczewek płasko-wypukłych, których powierzchnie wypukłe są skierowane do siebie. W podstawowej formie obie soczewki mają taką samą ogniskową i właśnie mniej więcej o odległość jednej ogniskowej są od siebie oddalone. W takiej formie okular Ramsdena ma 35° pozornego pola widzenia i lepszą korektę aberracji sferycznej niż Huygens. Niestety taki układ posiada dwie poważne wady – wszystkie niedoskonałości soczewki kolektywnej (zabrudzenia, rysy, pęcherzyki w szkle) pojawiają się w otrzymywanym obrazie. Drugim niepożądanym zjawiskiem jest odległość źrenicy wyjściowej, która wynosi…0, czyli znajduje się na powierzchni soczewki ocznej. Aby złagodzić te wady, odległość (najczęściej zwiększana do 2/3 sumy ogniskowych) i ogniskowe soczewek są modyfikowane i co prawda odbiegają od optycznego ideału ale dzięki temu otrzymujemy odległość źrenicy około 7mm dla ogniskowej okularu 28mm). Wprowadza to niestety znaczne zakrzywienie pola i aberrację chromatyczną.

Omawiając konstrukcje okularowe charakterystyczne dla XVII i XVIII wieku, nie sposób nie wspomnieć o „ekstremalnej formie” płasko-wypukłej soczewki, czyli okularze Williama Herschela, którego powstanie datuje się na 1768 rok. W podstawowej formie soczewka jest zwykłą szklaną kulą, wytwarzaną poprzez upuszczanie kropel roztopionego szkła do zimnej wody i selekcji otrzymywanych kształtów. W celu zwiększenia odległości źrenicy wyjściowej, kula jest szlifowana od strony oka obserwatora. W późniejszych latach powstaną udoskonalone wersje okularu Herschela, takie jak okular Wollastona z 1810 roku, którego idea polega na rozdzieleniu na dwie półkule i zachowaniu niewielkiej odległości między nimi, czy propozycje Brewstera, Coddingtona i Stanhope’a, które ujrzą światło dzienne w latach 20-tych XIX wieku.

Okulary XIX wieku

 

Petzval.png Zeiss_3Pioniere.jpg

Obiektyw Petzvala / Ernst Abbe, Carl Zeiss i Otto Schott.

 

XIX wiek to etap, w którym problemy aberracji chromatycznej i sferycznej są całkiem dobrze poznane, doceniane i znacznie zminimalizowane w konstruowanych instrumentach optycznych, a technologia produkcji precyzyjnych maszyn staje się zdolna do wytwarzania przyrządów naukowych o niezrównanej doskonałości. Postępujący rozwój mikroskopii i dagerotypii (pionierskiej formy fotografii) rozszerza zakres wymagań dla układów optycznych i ich zastosowań, a te często tworzą podwaliny dla kolejnych projektów okularów. Głównym celem XIX-wiecznych projektantów okularów staje się zwiększenie pola widzenia i odległości źrenicy, skrócenie długości ogniskowej oraz dalsze minimalizowanie wad optycznych, które otrzymali w spadku wraz z XVIII-wiecznymi projektami. Wysiłki te zostają zintensyfikowane w połowie stulecia za pośrednictwem matematycznych podstaw konstrukcji optycznych i analizy aberracji opracowanych przez Josepha Petzvala (1807-1891) i Philippa Ludwiga von Seidela (1821-1896). Być może najważniejszym motorem postępu stało się znaczne zwiększenie po 1830 roku różnorodności i jakości dostępnych szkieł optycznych od takich producentów jak Guinand (Francja) i Chance Bros (Anglia). To pozwala projektantom na większą kontrolę nad optycznym załamaniem i rozproszeniem oraz nowe drogi dla innowacji. Niemieccy przedsiębiorcy zakładają niektóre z pierwszych dużych optycznych firm produkcyjnych. W 1846 roku w Jenie, Carl Zeiss zakłada firmę, która otrzyma miano od nazwiska założyciela, a do twórcy dołączy później młody (26-letni wówczas) wykładowca fizyki z Uniwersytetu w Jenie - Ernst Abbe i chemik Otto Schott (w 1884 roku). W 1849 roku Carl Kellner otwiera w mieście Wetzlar tzw. „Instytut Optyczny”, kilkanaście lat później wraz z Ernstem Leitzem tworzą zakłady Ernst Leitz GmbH – protoplastę współczesnej marki Leica (Leitz Camera). W tym momencie w produkcji optyki pojawia się motyw zysku - spotkania wymagań użytkownika końcowego i minimalizacji kosztów produkcji, w projektowaniu i wytwarzaniu okularów astronomicznych również.

 

Barlow_02.jpg

Schemat soczewki Barlowa.

 

Soczewka Barlowa / Smyth’a - pomysł wykorzystania ujemnej pary soczewek w celu pozornego wydłużenia wartości ogniskowej lub spłaszczenia zakrzywionego pola widzenia pojawia się kilkukrotnie w przeciągu XIX wieku, co więcej niektórzy uważają, że z koncepcji umieszczenia ujemnej soczewki między obiektywem a okularem, korzystał już Johannes Kepler. Peter Barlow (1776-1862), angielski matematyk i inżynier, wykładowca w Królewskiej Akademii Wojskowej w Woolwich, rozpoczyna swoje optyczne eksperymenty około 1827 roku. Początkowo skupia się nad korekcją aberracji chromatycznej za pomocą soczewki wklęsłej. Kilka lat później opracowuje ujemny achromat wraz z Georgem Dollondem (siostrzeńcem wspomnianego w poprzedniej części Petera Dollonda), który przedstawia go Królewskiemu Towarzystwu w 1834 roku. Charles Piazzi Smyth - Królewski Astronom Szkocji, wpada na pomysł wykorzystania nowo poznanej konstrukcji do zminimalizowania krzywizny pola zamiast korekcji aberracji co było początkowym zamierzeniem Barlowa i Dollonda.
Prawdziwy skok popularności soczewka Barlowa odnotuje dopiero w XX wieku. Po II wojnie światowej, stanie się standardowym narzędziem do mnożenia długości ogniskowej i tym samym powiększenia okularu. Propozycja Smyth’a zostanie wykorzystana do skorygowania krzywizny pola szerokokątnych okularów - 110 stopniowego, wojskowego okularu opracowanego przez Tronniera w 1943 roku, 110-120° projektu opatentowanego przez Horsta Köhlera w 1959 roku, oraz wielu mniej znanych (jak okular Pretoria opatentowany przez Dona Dilwortha w 1988 roku) i tych bardziej popularnych wzorów stosowanych m.in. przez TeleVue i Explore Scientific.

kellner.jpg Kellner_1849.png

Współczesne przykłady okularów Kellnera / schemat okularu Kellnera.

Wspomniany już wcześniej Carl Kellner (1829 - 1855), niemiecki mechanik i matematyk samouk w 1849 roku publikuje pracę Das orthoskopische Ocular, w której przedstawia projekt okularu, który zostanie nazwany achromatycznym Ramsdenem bądź po prostu okularem Kellnera. Nowy okular jest niewielką aczkolwiek istotną modyfikacją projektu Jesse Ramsdena. Płasko-wypukła soczewka zastąpiona została achromatycznym dubletem, co skutecznie zmniejsza aberrację chromatyczną. Kellner korzysta tym samym z rozwoju technologii produkcji szkła, która właśnie w latach 40-tych XIX wieku pozwoliła uzyskać dostatecznie czysty flint (szkło krzemowo-ołowiowe), wolny od wewnętrznych skaz. Twórca specjalizował się w konstrukcji mikroskopów i w takim też celu zostaje zaprojektowany nowy okular. Początkowo zapewnia on ok. 30˚ pole widzenia oraz odległość źrenicy wynoszącą 0,4 długości ogniskowej okularu. Jest to istotny postęp w historii optyki mikroskopowej, jednak astronomiczne zastosowanie wymaga niewielkich modyfikacji. Kellner poszerza pole widzenia okularu do 45˚ i nieco oddala źrenicę wyjściową (do 0,45 długości ogniskowej) za pomocą zmiany pojedynczej soczewki płasko-wypukłej na soczewkę dwuwypukłą oraz niewielkim zmianom kształtu dubletu pełniącego rolę soczewki ocznej. 

Okular Kellnera jest najstarszą konstrukcją okularu nadal powszechnie używaną w lornetkach oraz amatorskich teleskopach. Wiele okularów aplanatycznych, korygujących aberrację sferyczną i komę zostało opracowanych właśnie na jego podstawie. Kellner posiada bardzo niewielką aberrację chromatyczną i stosunkowo niski astygmatyzm, krzywiznę pola oraz dystorsję. Aberracja sferyczna może być zminimalizowana za pomocą nowoczesnych rodzajów szkła optycznego, a jego skłonność do nadmiernych odblasków może być kontrolowana za pomocą odpowiednich powłok przeciwodblaskowych. Okular oferuje ostry, jasny obraz w centrum pola widzenia w niewielkich i średnich powiększeniach. Większe powiększenia wiążą się niestety z krótkim odstępem źrenicy wyjściowej wynikającym z niewielkiej ogniskowej okularu.
 

Simon_Ploessl.JPG Plössl_1860.png

Simon Plössl na litografii Josefa Kriehubera / schemat okularu Plössla.

 

Georg Simon Plössl, którego nazwiskiem ochrzczona będzie kolejna konstrukcja optyczna, rodzi się w 1794 roku w okolicach Wiednia. Już w wieku 18 lat dostaje się do cenionego zakładu optycznego Johanna Voigtlaendera, a pięć lat później zakłada własny warsztat. Jego głównym celem staje się poprawa jakości obiektywów i okularów mikroskopowych. Mikroskopy Plössla stają się bardzo zbliżone optycznie do niemieckich produkowanych przez Carla Kellnera. Ponadto Plössl proponuje diamentowe i szafirowe szkła do zastosowania w mikroskopach.
W 1860 roku przedstawia projekt okularu składającego się z czterech elementów ułożonych w dwie achromatyczne pary. Jest to odmiana Kellnera, w której jeden z achromatów zastępuje pojedynczą soczewkę. Plössl w połowie XX wieku jest określany Kellnerem Typu III (Type III), a Edmund Scientific po II Wojnie Światowej sprzedaje "Kellnera" - okular wykonany z optyki pozostałej po wojnie, który faktycznie składa się z dwóch achromatów w klasycznej konfiguracji Plössla. Dublety w niej ułożone są w ten sposób, aby obustronnie wypukłe elementy kronowe zwrócone były do siebie, z odległością między nimi równą około 20% ich ogniskowych (pierwsze próby zakładały nawet połowę ogniskowych). Jednak okazuje się, że taka konstrukcja podatna jest na występowanie „duszków”, problem który rozwiązany zostaje przez zmniejszenie odległości między dubletami (nawet do 2/1000 cala). Zmiany te zostają później rozwinięte i opatentowane przez Alberta Königa w 1939 roku.
Okular Plössla w swej późniejszej formie charakteryzuje się dobrym odwzorowaniem barw oraz jest stosunkowo wolny od odblasków, które są prawdziwą zmorą Kellnerów. Posiada również szersze pole widzenia (ok. 50°), ale za cenę zniekształcenia poduszkowego na skraju pola, które w bardziej zaawansowanych wersjach (jak TeleVue Plössl) jest minimalizowane lepszym jakościowo szkłem.
W 1868 roku Georg Plössl umiera w wyniku obrażeń spowodowanych przez upuszczenie arkusza szkła, który przecina tętnicę w pobliżu jego prawej ręki co prowadzi do znacznej utraty krwi i zgorzeli. Z jakiegoś powodu, konstrukcja Plössla pod tą nazwą niemalże znika na prawie sto lat, zanim zostaje ostatecznie reaktywowana w 1960 roku po czym zostaje (do tej pory) jednym z najbardziej popularnych typów używanych przez astronomów amatorów. Prowadzi to czasem do błędnego przekonania, że jest to stosunkowo nowy projekt.
Warto zwrócić uwagę na pisownię nazwy :Plössl”, Przyjmuje się, że istnieje kilka dopuszczalnych wersji. Oryginalnie jest to „Plößl” z literą "ß" charakterystyczną dla języka niemieckiego, również pisaną jako podwójne "s", stąd "Ploessl", "Plössl" lub "Plossl".
 

Steinheil_1880.png

Schemat okularu monocentrycznego Steinheila.

 

Carl August von Steinheil, niemiecki wynalazca, fizyk, inżynier i astronom w 1854 roku zakłada Instytut Optyczny (następnie przemianowany na CA Steinheil & Söhne) – zakład zajmujący się głównie budową spektroskopów i fotometrów. Firma Steinheila odpowiada także za powstanie dużych teleskopów dla obserwatoriów w Uppsali, Mannheim, Lipsku czy Utrechcie. Korzystając z nowatorskiej technologii swego przyjaciela Justusa Liebiga, Steinhel pokrywa produkowane lustra warstwą srebra. Syn Augusta Adolph przejawia od początku silne skłonności w kierunku optyki i astronomii. Studiuje w Monachium i Augsburgu. Odgrywa istotną rolę w funkcjonowaniu rodzinnego interesu. W 1880 roku tworzy projekt okularu, który swoją konstrukcją nawiązuje do aplanatycznego obiektywu fotograficznego, który zaprojektował 14 lat wcześniej, oraz sferycznych okularów, wykonanych przez upuszczenie kropli stopionego szkła do gorącej wody, które były używane przez producenta mikroskopów Antoniego van Leeuwenhoeka i astronoma Williama Herschela (oraz na nich bazujących okularów Wollastona, Brewstera, Coddingtona, Stanhope’a i Tollesa). Wszystkie one były ograniczone przez bardzo krótki odstęp źrenicy i zazwyczaj również aberrację sferyczną i/lub chromatyczną. Steinheil znacznie udoskonalił tą koncepcję montując dwie koncentryczne soczewki flintowe po bokach kronowego „rdzenia” (który później zostanie znacznie poszerzony). W powstałej w ten sposób pierwszej wersji okularu monocentrycznego wszystkie sferyczne powierzchnie mają wspólny środek (stąd nazwa). Wersja Steinheila jest prawie całkowicie achromatyczna z nieznaczną aberracją sferyczną i płaskim, bardzo wąskim polem własnym – od 25 ° do 30 °.
W 1911 roku monocentryczny, symetryczny tryplet stworzony razem z Charlesem Hastingsem opatentuje w imieniu firmy Zeiss Paul Rudolph. Zeiss będzie sprzedawał tą konstrukcję w kilku formach, aż do połowy lat 50-tych XX wieku. Wersja Hastingsa jest do dnia dzisiejszego najpopularniejszą formą achromatycznego szkła powiększającego oraz protoplastą okularu TMB Super Monocentric.
 

abbeswcase589676.jpg Orthoscopic_1880.png

Okulary Carl Zeiss Abbe Orthoscopic / schemat okularu Ortho.

 

Aby przybliżyć kolejną (i ostatnią w tej części) konstrukcję okularu, musimy na chwilę powrócić do historii wspomnianego we wstępie zakładu Carla Zeissa w Jenie, a konkretnie Ernsta Abbe, który po dołączeniu do założyciela, zajmuje się początkowo projektowaniem mikroskopów. Konstrukcja oryginalnego okularu Ortoskopowego (bo o nim mowa) sięga 1880 roku, kiedy Abbe projektuje ją do wykorzystania w dokładnych pomiarach odległości liniowej na szkiełkach mikroskopowych. Określenie "ortho" (z Greki: „prosty”) oznacza, że okular nie wprowadza zniekształcenia poduszkowego lub beczkowego, dzięki czemu obiekt będzie miał taką samą wielkość, gdy obserwuje się go w dowolnym miejscu w polu widzenia. Okular Abbego zapewnia również doskonałą ostrość, kontrast oraz korekcję kolorów. W obecnych wersjach charakteryzuje się 45° polem widzenia i odstępem źrenicy na poziomie 0,8 długości ogniskowej.
Projekt ortoskopu przewiduje soczewkę kolektywną w postaci przekorygowanego trypletu z dwuwklęsłą soczewką w środku oraz znajdującej się w minimalnej odległości pojedynczej dwuwypukłej lub płasko-wypukłej soczewki ocznej. Abbe szybko zdaje sobie sprawę, że do ambitnych celów fabryki Zeissa, potrzebuje kompletnie nowych gatunków szkła i przekonuje 29-letniego Otto Schotta aby dołączył do niego w tworzeniu huty szkła w Jenie. W bardzo krótkim odstępie (6 lat) udaje im się stworzyć 44 rodzajów szkła, z których wiele było całkowicie nowe. W pierwotnej wersji twardy kron i gęsty flint zapewniają pole widzenia na poziomie 30°. Okular Ortho, który zostanie opatentowany w 1930 roku będzie już wykonany z wykorzystaniem znaczniej mniej typowych rodzajów szkła – kronu barowego, ekstremalnie gęstego flintu oraz borowego flintu, co pozwoliło zwiększyć pole własne okularu. Kolejny (asferyczny) wariant zostanie zaprojektowany dla Zeissa, prawdopodobnie przez Roberta Richtera w 1934 roku. Następny projekt (Kalliscopic Orthoskop, 1941 rok) zostanie stworzony dla Zeissa albo przez Albert Königa albo ponownie przez Richtera. W 1924 roku firma Goerz opatentuje dwie konfiguracje ortoskopów w układzie 1-3-1 i  2-3-2. Układ soczewek 1-3-1 to zbliżony do wersji Abbe tryplet, w towarzystwie płasko-wypukłej soczewki ocznej oraz menisku z drugiej strony. Zmiana ta powoduje zwiększenie pola widzenia do 60° ale skrócenie odstępu źrenicy do 0.59. Wersja 2-3-2  to 55° pola własnego i odległość źrenicy 0.46 ogniskowej. Obydwa projekty zostały wykorzystane główniej w konstrukcjach lornetek wojskowych podobnie jak „ortoskopy na sterydach” (o polu własnym 75°) opracowane w 1935 roku. 

 

 

http://www.lcas-astr...icles/index.php

http://company7.com/...czabbeoclr.html

http://www.brayebroo...low lenses.html

http://www.quadibloc...ience/opt04.htm

http://www.handprint.../ASTRO/ae5.html


+47

Równość dla wszystkich kolorów! Stowarzyszenie LRGB




#2
ekolog

ekolog

    Astropolis.pl

  • Społeczność Astropolis
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 5575 postów
  • Skąd:Wrocław

Najprostszym okularem jest i była pojedyncza soczewka powiększająca. Zastosowana w teleskopie typu Keplera (nie mylić z okularem tego typu).

Jednosoczewkowy okular pozwala najprościej wytłumaczyć zasadę działania okularu w teleskopie. Pokazałem to na moim rysunku osiągalnym na polskiej wikipedii z pierwszego tam Linka:

 

https://pl.wikipedia...a:Powiększenie

 

Obrazek ten udowodnił (po doprowadzeniu kwantów aż do siatkówki na dnie oka), że prawidłowy wzór na powiększenie kątowe teleskopu to nie jest (jak w praktyce stosujemy) iloraz ogniskowej obiektywu i okularu tylko jeszcze trzeba zastosować arcustangens. Na szczęście dla małych kątów wychodzi praktycznie na to samo (bo to w radianach jest) ale dla Księżyca zajmującego cały widok w okularze sprawa przedstawia się jednak inaczej ("arcustangensowo") i autor hasła przyznał mi rację.

 

 

W obszarze tanich okularów o jakich jest ten artykuł mam sporo doświadczeń z autopsji.

 

Ciekawe jest w tej materii oznaczanie ich. Czasem nieoczywiste. Można lub trzeba trochę zgadywać.

W malutkim teleskopie Celestron Firstscope IYA 76 mamy H20mm oraz SR4mm. Jakiego typu jest H łatwo się domyślić. jakiego typ jest SR już nieco trudniej.

Ten H20mm okazał się wyjątkowo słaby. Nie żeby zamazywał obraz ale bardzo wąskie pole widzenia (jak ze studni) i gwiazdki jakieś takie mniej soczyste niż w pożyczonym,
a potem podarowanym mi przez Zbyszka (ZbyT) Plosslu. Natomiast ten SR4mm, też skromny okazał się jednak lepszy - na swój sposób dostateczny.

 

Dość tajemniczy jest częsty opis teleskopu w sklepach, że na wyposażeniu są okulary super 10 mm lub super 25 mm lub analogiczny.

 

Z rozmowy czy też wymiany zdań emailowych z kompetentną osobą dowiedziałem się, że czasem, wcale nie rzadko,  pod taki opis dają Plossle, a czasem Kellnery.

 

Jak wiele lat temu nabyłem refraktor 90/900 na EQ3-2 to, zdaniem Wimmera, który miał okazję widzieć pudełka, w których je dostałem i nosiłem, były to Kellnery.

Co istotne, sądząc, że Plossle są znacznie lepsze dokupiłem solidnego Plossla 5mm i okazało się, że do Księżyca niepotrzebnie jakby bo obraz
przez 10 mm Kellnera plus achromatyczny Barlow (tam w zestawie kitowym był) okazał się praktycznie równie atrakcyjny co obraz przez SW Plossl 5mm (20mm ER).

Zły na ten wydatek po prostu go sprzedałem, oczywiście ze stratą (bodajże 150zł => 90zł)

 

To jak to jest z tymi super okularami dziś?

Gdzieś kiedyś czytałem opinie ale tylko amatora, że drobną zaletą tańszych (np. Kellnery, Plossle) konstrukcji jest przynajmniej to, że jak mniej soczewek to troszkę mniej światła ginie po drodze
(co może mieć znaczenie przy bladziutkich DS-ach).

 

Pozdrawiam

 

Załączone miniatury

  • prostyteleskop4.jpg
  • racja.jpg

Użytkownik ekolog edytował ten post 26 lipiec 2015 - 12:01

0
Z pierwszą lornetką astronomiczną lub teleskopem kup latarkę diodową czerwoną (o mapkach szukaj na forum)
WSZYSTKIE WSZECHŚWIATY SĄ WIECZNE
Wielki Wybuch był tylko etapem na drodze od nieskończonej przeszłości

#3
Apex

Apex

    Antares

  • Społeczność Astropolis
  • PipPipPipPip
  • 162 postów

Ciekawy temat. Szczerze mówiąc to o niektórych opisanych okularach nawet nie słyszałem.


0

#4
Paether

Paether

    Saiya-jin

  • Administrator
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 6174 postów
  • Skąd:Krosno/Rugby

Mogło by się wydawać, że im bliżej współczesności, tym więcej konstrukcji będzie znanych. Jak zobaczyłem na schemacie (to ta pierwsza grafika w artykule), jest sporo XX wiecznych zapomnianych szkieł :)


0

Równość dla wszystkich kolorów! Stowarzyszenie LRGB


#5
antwito

antwito

    Protogwiazda

  • Społeczność Astropolis
  • PipPipPipPipPip
  • 392 postów
  • Skąd:okolice Dębicy

Okular - bez niego nawet największe i najdokładniejsze lustro nie pokaże nam za wiele  :icon_smile:


0

#6
ekolog

ekolog

    Astropolis.pl

  • Społeczność Astropolis
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 5575 postów
  • Skąd:Wrocław

Gdzieś czytałem, że niektóre krótkoogniskowe okulary są realizowane (bo tak może być technologicznie lub "materiałowo" łatwiej) przez dodanie do zwykłego okularu wewnętrznego Barlowa.

Czyli (o ile to prawda) kupujemy okular danego typu o ogniskowej dajmy na to 6mm lub 4mm, a naprawdę jesteśmy trochę oszukiwani? (np. strata odrobiny światła na dodatkowych szkłach)

Czy wiadomo w jakich typach jest tego najwięcej i czy należy i da się takich konstrukcji uniknąć?

Pozdrawiam


0
Z pierwszą lornetką astronomiczną lub teleskopem kup latarkę diodową czerwoną (o mapkach szukaj na forum)
WSZYSTKIE WSZECHŚWIATY SĄ WIECZNE
Wielki Wybuch był tylko etapem na drodze od nieskończonej przeszłości

#7
Paether

Paether

    Saiya-jin

  • Administrator
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 6174 postów
  • Skąd:Krosno/Rugby

Soczewka Barlowa/Smythe'a to byłby temat na oddzielny tekst. Bardzo ciekawa historia :) 

Pod tekstem umieściłem 5 linków, trzeci jest właśnie obszernym angielskim tekstem o tematyce, o której wspomniałeś :)


0

Równość dla wszystkich kolorów! Stowarzyszenie LRGB


#8
JSC

JSC

    Wega

  • Społeczność Astropolis
  • PipPipPipPipPipPipPip
  • 806 postów
  • Skąd:Gdańsk/Słupsk

A propos okulara ortoskopowego. Na CludyNights przeczytałem, że są okulary ortoskopowe o konstrukcji... Plossla!. Nie ma ponoć w tym nic z nieuczciwości... Bo ortoskopowy oznacza tylko "prawidłowy"... Podobnie dygresje przedstawiono tutaj http://www.cloudynig...r-plĂśssl-r2844

Generalnie każdy okular dający obraz bez zniekształceń można nazwac ortoskopowym.

Konkluzja jest taka (wydaje mi się, przypuszcam, proponuję, daje pod rozwagę ;) ), że okular o takiej konstrukcji:

200px-Orthoscopic_1880.png

raczej nazywać okularem Abbego.

 


Użytkownik JSC edytował ten post 05 lipiec 2016 - 20:33

+1
Post rekomendują: Paether,

#9
Paether

Paether

    Saiya-jin

  • Administrator
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 6174 postów
  • Skąd:Krosno/Rugby

To jest bardzo ciekawe :)

W 1880 roku Ernst Abbe opatentował swój okular. Muszę dokopać się do tego patentu ale obstawiam, że nazwa "Ortho" dotyczy konkretnej konstrukcji ale można stwierdzić, że jakiś okular jest "ortoskopowy". Obecnie mamy podobną sytuację z Pyrexem.  Jest to znak handlowy więc ci co mogą to używają nazwy, a ci co nie mogą piszą "szkło pyrexowe", "szkło typu pyrex".


0

Równość dla wszystkich kolorów! Stowarzyszenie LRGB


#10
JSC

JSC

    Wega

  • Społeczność Astropolis
  • PipPipPipPipPipPipPip
  • 806 postów
  • Skąd:Gdańsk/Słupsk

Próbowałem przed chwilą znaleźć ten patent i wyskoczyło mi to (podpis Albert Konig :mr.green: ) - rozumiem jednak, że to chyba tylko takie lekkie ulepszenia ;):

US2217281-0.png

US2217281-1.png

http://www.google.co...tents/US2217281

 

Widzę, że są patenty układów ortoskopowych o zupełnie innej konstrukcji np.

http://www.google.co...tents/US2516724

 


Użytkownik JSC edytował ten post 06 lipiec 2016 - 07:10

0

#11
JSC

JSC

    Wega

  • Społeczność Astropolis
  • PipPipPipPipPipPipPip
  • 806 postów
  • Skąd:Gdańsk/Słupsk

Plossl czy nie Plossl

Dyskusja wynikła z działu kupię, gdzie zgłosiłem chęć zakupu okularu eudiaskopowego 35mm (10mm).

35mm

http://www.baader-pl...mm-ed-1Âź".html

10mm

http://www.tringastr...iece-7029-p.asp

 

Witam.

Jak można to Polecam Praktycznie takie same konstrukcje okularów pod względem budowy i dawanych obrazów jak Baader Eudiascopic , to: Celestron Ultima Japan , Parks USA Japan , Tuthill Plossl USA Japan , Antares Elite Plossl Japan , Starsza i jedna z pierwszych Wersja MEADE Plossl Smoothie Japan 5-elementów , jest jeszcze jedna marka , ale teraz mi "uciekła z głowy" w praktyce wszystkie wymienione marki to ta sama konstrukcja optyczna i różne ceny , sprawdziłem w praktyce wszystko , obrazy identyczne.

Pozdrawiam Krzysztof.:-)

Dzięki Edgens za info - jak zawsze profesjonalne :)

 

Co do tych eudiaskopów - czytałem, wszędzie, że są wyjątkowo dobre i warte (dość wysokiej) ceny. Chciałbym jednak to sprawdzić płacąc nieco niższą cenę za używany, ale jeśli nie będzie to zakupię w sklepie.

Na stronie Baadera zarzekają się, że to nie jest ani Plossl, ani Super Plossl, ani Erfel - a ich własna konstrukcja, którą kupował także (jak pisze Edgens) Celestron. Podejrzewam jednak, ze nie wszystkie Ultimy Celestrona to Eudiaskopy Baadera, bo np. Baader nie miał (chyba?) ogniskowej 42mm. Zresztą nawet Baader w swojej serii ediaskopowej miał różne konstrukcje (przy mniejszych ogniskowych wmontowywał zapewne Barlowa - stąd 7 elementów)...

 

Wracając jednak do 35mm eudiaskopa - ponoć ma największe pole przy tej ogniskowej z uwagi na mocno wysunięte ognisko do przodu i diafragmę o niespotykanej średnicy 29mm (dla oprawy 1,25").

Piszą, że daje niezwykle ostre obrazy pozbawione wszelakich aberracji, aż pod sam brzeg (co potwierdzają opisy na róznych foprach dyskusyjnych). Jego pole w okularze 35mm jest chyba naturalne dla tej konstrukcji, bo widzę, że dla 10mm ma też tylko 47stopni. Mi to absolutnie nie przeszkadza, a wręcz przeciwnie. Nawet przy polu Plossla 52 stopni oko juz mi omiata pole okularu czego nie lubię (na astrokraku jednak mają rację co do szerokich pól ;) - opis przy okularach "Ultrawide i Super-Ultrawide" http://www.astrokrak...tent/13-okulary) .

 

Znowu się jednak rozgadałem;) - a więc do rzeczy:

 

Znalazłem taka grafikę eudiaskopa:

Eudiaskopisches-Ploessl.jpg

 

Ale widzę, ze np. na tej(świetnej skądinąd) stronie  http://www.davidesig...hemiottici.html jest inny schemat:

plossl.JPG

 

Generalnie typowy Polssl jest symetryczny. Na tej stronie Baadera piszą, że producenci uwielbiają plossle bo ich produkcja jest bardzo tania m.in. ze względu na symetryczność. Czy wiec Baader eudiascopic 35mm jest też symetryczny?

 

 

PS

Przy okazji - zauważcie tę grafikę  :

schematjapan.jpg

Zawsze myślałem, ze Circle T to jest to samo co rasowy Abbe - a jednak nie! Możliwe, ze były różne Circle T, gdzieś na Cloudy Nights chyba o tym czytałem (mogę się mylić) - jak znajdę trochę czasu to odszukam temat, no chyba, że ktoś mnie w tym uprzedzi ;)

 

 


Użytkownik JSC edytował ten post 25 marzec 2017 - 10:45

+1
Post rekomendują: Loxley,

#12
bartolini

bartolini

    Astropolis.pl

  • Społeczność Astropolis
  • PipPipPipPipPipPipPipPipPip
  • 1598 postów
  • Skąd:Wrocław

....

 

Znalazłem taka grafikę eudiaskopa:

Eudiaskopisches-Ploessl.jpg

....

 

 

To raczej jest 5-elementowy (pierwotny) design erfle:

http://www.google.co...tents/US1478704

 


0

Messier 110/110, Herschel 161/400






Również z jednym lub większą ilością słów kluczowych: Polecamy, okular, nagler, kepler, historia

Użytkownicy przeglądający ten temat: 0

0 użytkowników, 0 gości, 0 anonimowych użytkowników