Katadioptrik sistem

Bir katadioptrik optik sistem biri kırılma ve yansıma genellikle lens ( diyoptri ) ve kavisli aynalar ( katoptrik ) yoluyla bir optik sistem içinde bir araya getirilmiştir . Katadioptrik kombinasyonlar, projektörler, farlar, erken deniz feneri odaklama sistemleri, optik teleskoplar, mikroskoplar ve telefoto lensler gibi odaklama sistemlerinde kullanılır. Lensleri ve aynaları kullanan diğer optik sistemlere, gözetleme katadioptrik sensörleri gibi "katadioptrik" de denir.

Katadioptrik kombinasyonlar birçok öncü optik sistemde kullanılmıştır. 1820'lerde Augustin-Jean Fresnel birkaç katadioptrik deniz feneri reflektörü geliştirdi. Léon Foucault, 1859'da yüksek güçte görüntü nesneleri için bir lens kullanmanın sapmalarını önlemek için bir katadioptrik mikroskop geliştirdi. 1876'da bir Fransız mühendis A. Mangin, camın arka tarafında gümüş yüzeyli içbükey bir cam reflektör olan Mangin aynası olarak adlandırılan şeyi icat etti. Reflektörün iki yüzeyi, küresel aynanın sapmasını düzeltmek için farklı yarıçaplara sahiptir. Işık camdan iki kez geçer ve tüm sistemin üçlü bir mercek gibi davranmasını sağlar. Mangin aynaları, neredeyse gerçek bir paralel ışın üreten projektörlerde kullanıldı. Orijinal Mangin gibi tek elemanlı objektife sahip olmasalar da ve hatta bazıları Mangin'in icadından bile önceye dayanan birçok Katadioptrik teleskop, , “Mangin aynaları” olarak adlandırılan, arka tarafında yansıtıcı bir kaplamaya sahip negatif lensler kullanır.

Katadioptrik teleskoplar, bir görüntü oluşturmak için özel olarak şekillendirilmiş aynaları ve lensleri birleştiren optik teleskoplardır. Bu genellikle, teleskopun, tüm mercekli veya tüm aynalı emsallerine göre genel olarak daha büyük bir hata düzeltme derecesine sahip olabilmesi ve sonuç olarak daha geniş sapmasız bir görüş alanına sahip olabilmesi için yapılır. Tasarımları, basit, tamamen küresel yüzeylere sahip olabilir ve teleskopun kütlesini azaltan ve üretimlerini kolaylaştıran katlanmış bir optik yoldan yararlanabilir. Pek çok türde, yansıtıcı veya kırılma elemanının, muadili tarafından üretilen sapmaları düzeltebilmesi için, birleşik bir görüntü oluşturan optik sistemde "düzelticiler", bir mercek veya kavisli ayna kullanılır.

Katadioptrik diyalitler, en eski katadioptrik teleskop türüdür. Gümüş destekli bir negatif mercekle (Mangin aynasına benzer) birleştirilmiş tek elemanlı bir kırılma teleskop objektifinden oluşurlar. Bunlardan ilki, 1814 yılında WF Hamilton tarafından patenti alınan Hamiltonyen teleskopuydu. 19. yüzyılın sonlarına doğru Alman gözlükçü Ludwig Schupmann tarafından tasarlanan Schupmann medial teleskopu, katadioptrik aynayı refraktör primerinin odağının ötesine yerleştirdi ve sisteme üçüncü bir düzeltme/odaklama merceği ekledi.

Küresel bir birincil aynanın önüne bir veya daha fazla tam çaplı lens (genellikle " düzeltici plaka" olarak adlandırılır) yerleştirmenin avantajından yararlanan birkaç teleskop tasarımı vardır. Bu tasarımlar, tüm yüzeylerin "küresel olarak simetrik" olmasından yararlanır ve orijinal olarak ayna tabanlı optik sistemlerin ( yansıtıcı teleskoplar ) modifikasyonları olarak icat edilmiş ve böylece kullanılabilecekleri şekilde koma veya astigmatizma içermeyen bir görüntü düzlemine sahip olmalarını sağlar. Astrografik kameralar gibi. Küresel bir aynanın ışığı aynı noktaya geri yansıtma yeteneğini, sistemin önündeki büyük bir mercekle (düzeltici) birleştirerek çalışırlar, bu da gelen ışığı hafifçe bükerek küresel aynanın nesneleri sonsuzda görüntülemesine izin verir. Bu tasarımlardan bazıları, kompakt, uzun odak uzunluklu katadioptrik cassegrainler oluşturmak için uyarlanmıştır.

İlk tam çaplı düzeltici plaka olan Schmidt düzeltici , Bernhard Schmidt'in 1931 Schmidt kamerasında kullanıldı . Schmidt kamera, düzeltici plakanın birincil aynanın eğriliğinin merkezinde olduğu geniş alanlı bir fotoğraf teleskopudur ve kavisli bir film plakasının veya dedektörün monte edildiği ana odakta tüp düzeneğinin içinde bir odakta bir görüntü üretir. Nispeten ince ve hafif düzeltici, Schmidt kameraların 1,3 m'ye kadar çaplarda oluşturulmasını sağlar. Düzelticinin karmaşık şekli, düz bir optik cam parçasıyla başlayarak, tüm parçayı eğmek için bir tarafına bir vakum yerleştirip, ardından birincil aynanın neden olduğu küresel sapmayı düzeltmek için gereken tam şekli elde etmek için diğer tarafı düz bir şekilde zımparalayıp cilalanması gibi, birkaç işlem gerektirir. . Tasarım kendini birçok Schmidt çeşidine ödünç verdi.

Schmidt-Cassegrain teleskopları , amatör astronomik pazardaki en popüler ticari tasarımlardan biridir 1960'lardan beri seri olarak üretilmiştir. Tasarım, Schmidt Camera film tutucusunu Cassegrain ikincil ayna ile değiştirerek uzun odak uzaklığına ve dar görüş alanına sahip katlanmış bir optik yol oluşturur.

Geniş alanlı bir teleskop oluşturmak için karmaşık Schmidt düzeltici plakayı, üretimi kolay, tam açıklıklı küresel bir menisküs lensi ( menisküs düzeltici mercek ) ile değiştirme fikri, 1940'ların başlarında savaşın parçaladığı Avrupa'da en az dört optik tasarımcının aklına geldi. Albert Bouwers (1940), Dmitri Dmitrievich Maksutov (1941), K. Penning ve Dennis Gabor (1941) dahil. Savaş zamanı gizliliği, bu mucitlerin birbirlerinin tasarımları hakkında bilgi sahibi olmasını engelledi ve her birinin bağımsız bir buluş olmasına yol açtı. Albert Bouwers , Ağustos 1940'ta bir prototip menisküs teleskopu yaptı ve Şubat 1941'de patentini aldı. Küresel olarak eş merkezli bir menisküs kullandı ve yalnızca tek renkli bir astronomik kamera olarak uygundu. Daha sonraki bir tasarımda, renk sapmalarını düzeltmek için çimentolu bir ikili ekledi. Dmitri Maksutov, Ekim 1941'de benzer bir menisküs teleskopu türü olan Maksutov teleskopu için bir prototip yaptı ve aynı yılın Kasım ayında patentini aldı. Tasarımı, zayıf negatif şekilli menisküs düzelticiyi birincil aynaya daha yakın bir yere yerleştirerek küresel ve renk sapmalarını düzeltti.

Maksutov-Cassegrain teleskopları, Maksutov teleskopunun bir çeşidi olan bir menisküs düzeltici kullanan en yaygın görülen tasarımdır. Düzeltici üzerinde ikincil gümüş rengi bir "noktaya" sahiptir, bu da uzun bir odak uzaklığı, ancak dar bir görüş alanına sahip kompakt (katlanmış optik yol) 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 hizalı olarak sabitlenebildikleri için sağlamlaştırılmıştır ( kolimasyon ).

Ritchey-Chretien teleskopları ise düzeltici lens değil bunun yerine bir iç bükey ve bir dış bükey aynayı kullanır ayrıca kapalı değil açık bir tüp içerisindedir. Ancak bazı kaynaklarda bu teleskop türü katadioptrik değil Katoptrik yansıtıcılı teleskop türü olarak değerlendirilmektedir.

Houghton teleskopu veya Lurie-Houghton teleskopu, ana aynanın küresel sapmasını düzeltmek için tüm ön açıklığın üzerinde geniş bir bileşik pozitif-negatif lens kullanan bir tasarımdır. İstenirse, Houghton düzelticinin renk sapması minimum olduğundan, iki düzeltici eleman aynı tip cam ile 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 düzeltici tasarımlarında, düzeltici elemanlar genellikle çok daha büyük bir amacın odağındadır. Bu elemanlar hem mercek hem de ayna olabilir, ancak birden fazla yüzey söz konusu olduğundan, bu sistemlerde iyi bir sapma düzeltmesi elde etmek çok karmaşık olabilir. Alt diyafram düzeltici katadioptrik teleskopların örnekleri arasında, lens elemanlarından ve bazen sapmaları düzeltmek için tasarlanmış aynalardan oluşan bir optik grubu "ikincil ayna " olarak kullanan Argunov-Cassegrain teleskopu, Klevtsov-Cassegrain teleskopu ve alt diyafram düzeltici Maksutovlar gibi ve odak yakınına monte edilmiş küçük bir düzeltici mercekle birleştirilmiş küresel bir birincil ayna kullanan Jones-Bird Newton teleskopları yer alır.

Alternatif olarak katadioptrik lensler (CAT'ler), refleks lensler veya ayna lensleri olarak bilinen kamera lenslerinde çeşitli katadioptrik sistemler de kullanılır. Bu lensler, kısmen optik yolu katlayarak, ancak çoğunlukla odak uzunluğunu birçok kez çoğaltan dışbükey ikincil aynanın telefoto etkisi yoluyla optik düzeneğin fiziksel uzunluğunu büyük ölçüde azaltan(4 ila 5 kata kadar) bir tür cassegrain tasarımı kullanır. Bu, 250mm'ye kadar ve 1000mm ötesinde Uzun odaklı veya telefoto muadillerinden çok daha kısa ve kompakt olan odak uzaklığına sahip lensler oluşturur  Ayrıca, uzun refraktif lenslerde önemli bir sorun olan kromatik sapma ve yansıtıcı teleskoplarla ilgili büyük bir sorun olan eksen dışı sapma, katadioptrik sistem tarafından neredeyse tamamen ortadan kaldırılır ve ürettikleri görüntüyü bir kameranın geniş odak düzlemini doldurmaya uygun hale getirir. .

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-sayısı değerinin optik sistemin genel olarak tasarlanmış odak oranına (ana aynanın çapının odak uzunluğuna bölünmesi) sabitlendiği anlamına gelir. Lensin durdurulamaması, katadioptrik lensin kısa bir alan derinliğine sahip olmasına neden olur. Pozlama genellikle merceğin önüne veya arkasına nötr yoğunluk filtrelerinin yerleştirilmesiyle ayarlanır. Modülasyon transfer işlevleri , düşük uzaysal frekanslarda düşük kontrast gösterir. Son olarak, en göze çarpan özelliği, giriş gözbebeğinin şeklinin neden olduğu halka şeklinde bir 'iris bulanıklığı' veya bokeh veren görüntünün odaklanmamış alanlarının halka şeklindeki şeklidir.

Birkaç şirket, 20. yüzyılın sonraki bölümünde katadioptrik lensler yaptı. Nikon ( Mirror- Nikkor ve daha sonra Reflex- Nikkor isimleri altında) ve Canon, 500mm 1:8 ve 1000 1:11 mm gibi çeşitli tasarımlar sundu.  Tamron, Samyang, Vivitar ve Opteka gibi daha küçük şirketler de çeşitli versiyonlar sundular ve bu markalardan son üç tanesi hala modern sistem kameralarında kullanılmak üzere bir dizi katadioptrik lens üretmektedir. Sony (eski adıyla Minolta) Alpha serisi kameralar için 500 mm katadioptrik lens sunmuştur . Sony lens,(Sony'nin üretiminden önce gelen aynı Minolta yapımı lens dışında), büyük bir marka tarafından üretilen otomatik odaklama özelliğine sahip tek refleks lens olma özelliğini taşıyordu .