Naar inhoud springen

Catadioptrisch systeem

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Een catadioptrische telescoop (Maksoetov)
Meade ETX105, objectiefdiameter 105 mm, brandpuntsafstand 1400 mm

Eencatadioptrisch systeemis een optisch systeem waarinbrekingenreflectiein één systeem zijn gecombineerd, gewoonlijk in de vorm vanlenzenengebogen spiegels.Catadioptrische systemen worden gebruikt in focusserende systemen, zoalszoeklichten,koplampen,focussering voorvuurtorenlichten,optischetelescopenenfotografischeteleobjectieven.

Het woordcatadioptrischis samengesteld uitcatoptrischendioptrisch.Catoptrischkomt van het Griekseκατοπτρικος(katoptrikos, spiegelend of glanzend);dioptrischkomt van het Griekseδια(dia, door of doorheen) enοπτεσθαι(optesthai, zien).

Geschiedenis

[bewerken|brontekst bewerken]

Catadioptrische combinaties werden al vroeg gebruikt in optische systemen. In de jaren 1820 ontwikkeldeAugustin Jean Fresnelverschillende catadioptrische reflectoren voor vuurtorens.[1]Léon Foucaultontwikkelde in 1859 een catadioptrische microscoop tegen de aberraties die optraden bij sterk vergrotendelenzen.[2]In 1876 vond een Franse ingenieur, A. Mangin, een spiegelsysteem uit dat later bekend zou worden als deManginspiegel,een holle reflector van glas met een zilverlaagje op het achtervlak. De twee oppervlakken hebben een verschillende kromtestraal, om de aberratie van de sferische spiegel te corrigeren. Het licht valt tweemaal door het glas, zodat het geheel te vergelijken is met eentripletlens.[3]Manginspiegels werden gebruikt in zoeklichten, waar zij een bijna-ideale evenwijdige bundel produceerden. Veelcatadioptrische telescopengebruiken negatieve lenzen met een reflecterende laag op de achterzijde die „Manginspiegels” worden genoemd, hoewel het geen enkel-elementspiegels zijn zoals de oorspronkelijke Mangin-versie; bovendien zijn verschillende van hen reeds ouder dan de uitvinding van Mangin.[4]

Catadioptrische telescopen

[bewerken|brontekst bewerken]

Catadioptrische telescopen zijntelescopen,

  • diespiegelsenlenzencombineren,
  • waarbij alle elementen sferische oppervlakken hebben (die eenvoudiger te vervaardigen zijn),
  • die een grotere mate van correctie vanafbeeldingsfoutenhebben dan telescopen met alleen lenzen of alleen spiegels,
  • die een grotebeeldhoekhebben,
  • en/of een „opgevouwen” stralengang hebben.

Veel types hebben een „corrector”, een lens of een gebogen spiegel, om verdere afbeeldingsfouten te corrigeren.

Catadioptrische dialyten

[bewerken|brontekst bewerken]

Catadioptrische dialyten waren de eerste catadioptrische telescopen. Zij bestaan uit refractorobjectief van één element, in combinatie met een negatieve lens met verzilverde achterzijde (vergelijkbaar met een Manginspiegel). De eerste van dit type telescopen was deHamiltontelescoop,waarvoor W.F. Hamilton in 1814 octrooi aanvroeg. Demediaaltelescoop van Schupmann,tegen het einde van de negentiende eeuw ontwikkeld door de Duitse opticusLudwig Schupmann,heeft de catadioptrische spiegel voorbij hetbrandpuntvan de hoofdrefractor en bevat bovendien een derde correctie- en focusseringslens.

Correctoren met maximale apertuur

[bewerken|brontekst bewerken]

Er bestaan verschillende telescoopontwerpen die een lens (gewoonlijk eencorrectieplaatofcorrectorgenoemd) met maximale diameter vóór de hoofdspiegel hebben. Het voordeel van deze ontwerpen is dat alle oppervlakken bolsymmetrisch zijn.[5]Zij waren oorspronkelijk ontworpen voor optische systemen met groteapertuuren grote beeldhoek, met weinigcomaenastigmatisme,voor gebruik alsastrograaf.Zij combineren het vermogen van een sferische spiegel om licht naar hetzelfde punt terug te kaatsen, en een grote lens (de corrector) vóór het systeem die het invallende licht zodanig breekt dat de spiegel voorwerpen op oneindig afbeeldt. Enkele van deze ontwerpen werden gebruikt om compacte catadioptrische Cassegrainsystemen te maken met een grotebrandpuntsafstand.

De Schmidt-correctorplaat

[bewerken|brontekst bewerken]

DeSchmidt-correctorplaat,de eerste correctorplaat over de volle diameter, werd gebruikt in de zogenaamde Schmidtcamera uit 1931, vanBernhard Schmidt.De Schmidtcamera is een fotografische telescoop met grote beeldhoek, met de correctorplaat in het krommingsmiddelpunt van de hoofdspiegel. Hierdoor wordt een beeld gevormd in een gebogen brandvlak binnen de buis, alwaar een gebogen film of detector is geplaatst. Door de betrekkelijk dunne en lichte corrector kunnen Schmidtcamera’s worden gebouwd met diameters tot 1,3 m. Door zijn ingewikkelde vorm vergt het maken van de corrector verschillende processen. Uitgaande van een vlak stuk glas, wordt aan één zijde een vacuüm gecreëerd, zodat de glasplaat enigszins hol staat. De holle zijde wordt nu vlakgeslepen en gepolijst, zodanig dat hij uiteindelijk precies de vereiste vorm krijgt voor het corrigeren van desferische aberratievan de hoofdspiegel. Het ontwerp heeft tot diverse Schmidt-varianten geleid.

Populaire subtypes
Stralengang in een Schmidt-Cassegrainsysteem
  • DeSchmidt-Cassegraintelescoopis een populair type commerciële telescoop voor amateur-astronomen,[6]die sinds de jaren 1960 in grote aantallen wordt gefabriceerd. Op de plaats van filmhouder van de eigenlijke Schmidtcamera hebben zij een Cassegrain-vangspiegel, waardoor de stralengang wordt dubbelgevouwen, hetgeen een grote brandpuntsafstand en een kleine beeldhoek oplevert.

De meniscus- of Maksoetovcorrectorplaat

[bewerken|brontekst bewerken]

Het idee om de gecompliceerde Schmidtcorrector te vervangen door een gemakkelijker te vervaardigen meniscuslens met maximaleapertuurom een telescoop met grote beeldhoek te bouwen, kwam begin jaren 1940 bij ten minste vier Europese optici op, te wetenAlbert Bouwers(1940),Dmitri Maksoetov(1941), K. Penning, enDennis Gabor(1941).[7][8]Door de vereiste geheimhouding tijdens de oorlog wisten deze ontwikkelaars niets van elkaars werk, waardoor onafhankelijk van elkaar iets werd ontworpen. Bouwers bouwde in 1940 een meniscustelescoop en vroeg in februari 1941 octrooi aan. Deze had een sferische concentrische meniscus en was alleen geschikt als monochromatische astronomische camera. Een latere versie had een gekitte doubletlens om de chromatische aberratie te corrigeren. Dmitri Maksoetov bouwde in oktober 1941 een prototype voor een soortgelijke meniscustelescoop, deMaksoetovtelescoopen vroeg in november van datzelfde jaar octrooi aan.[9]Zijn ontwerp corrigeerde sferische en chromatische aberratie met behulp van een zwakke, negatieve meniscuscorrector, die dichter bij de hoofdspiegel stond.

Populaire subtypes
Stralengang in een meniscustelescoop (Maksoetov-Cassegrain)
  • DeMaksoetov-Cassegraintelescoopis het meest populaire type met een meniscuscorrector, een variant van de Maksoetovtelescoop. Hij heeft een secundaire spiegel in de vorm van een verzilverd gedeelte op de corrector. Door zijn opgevouwen stralengang combineert hij een grote brandpuntsafstand en kleine beeldhoek met een compacte bouw. Dit ontwerpidee staat al inMaksoetovsaantekeningen uit 1941 en werd voor het eerst commercieel benut door Lawrence Braymer (Questar,1954), andJohn Gregory(octrooi 1955[10]). Door de combinatie van de corrector met het verzilverde gedeelte vereist hij weinig onderhoud en is hij robuust, daar hij luchtdicht gebouwd kan worden, met een gefixeerde uitlijning.

Correctoren met een kleinere apertuur

[bewerken|brontekst bewerken]

In correctorontwerpen voor een kleineapertuurzitten de correctorelementen gewoonlijk in het brandpunt van een veel groter objectief. Deze elementen kunnen zowel lenzen als spiegels zijn, maar omdat er sprake is van meerdere oppervlakken, kan het bereiken van een goede aberratiecorrectie bij dergelijke systemen zeer ingewikkeld zijn.[4]Voorbeelden zijn de catadioptrische telescopen vanArgoenov-Cassegrainen vanKlevtsov-Cassegrain,die beide als secundaire spiegel een optische groep hebben bestaande uit verschillende lenzen en eenManginspiegel.

Catadioptrische objectieven in de fotografie

[bewerken|brontekst bewerken]
500mm Catadioptrischfotografisch objectief,gemonteerd op eenYashicaFX-3.
Minolta AF 500mm F/8 Catadioptrischfotografisch objectief,gemonteerd op een Sony Alpha 55 camera

Catadioptrische objectieven worden ook in de fotografie gebruikt, waar ze welreflexobjectievenofspiegelobjectievenworden genoemd. Zij zijn veel lichter, kleiner en goedkoper dan refractorobjectieven met vergelijkbare brandpuntsafstand (> 300 mm), maar dit gaat ten koste van enkele optische compromissen.

Refractieve objectieven met een brandpuntsafstand > 300 mm kunnen meer dan twintig optische elementen hebben in een behuizing met een lengte van dezelfde grootteorde als de brandpuntsafstand. Catadioptrische systemen vouwen de stralengang op, waardoor de lengte en het gewicht van het objectief aanzienlijk afnemen terwijl brandpuntsafstanden van 500 mm of 1000 mm realiseerbaar zijn. Bovendien hebben zij in tegenstelling tot refractieve objectieven vrijwel geen last van chromatische aberratie.

Catadioptrische objectieven hebben echter ook verschillende nadelen. Het feit dat zij in het midden een obstructie hebben, betekent dat zij geen instelbaardiafragmakunnen hebben om de lichtsterkte in te stellen.[11]Dat betekent dat hetdiafragmagetalvan het objectief een vaste waarde heeft, namelijk die van deapertuurvan het hele objectief (typischf/8 voor een objectief van 500 mm, off/11). De dubbelgevouwen stralengang beperkt de lengte van het objecief, maar vergroot de diameter.

Het meest opvallende kenmerk is de ringvorm van onscherpe punten in het beeld, waardoor eentorusvormigevervaging (de zogenaamdebokeh) optreedt die veroorzaakt wordt door de vorm van deintreepupil.

Verschillende fabrikanten hebben in de laatste decennia van de 20e eeuw catadioptrische objectieven gemaakt. Nikon en Canon boden verschillende ontwerpen, zoals 500 mm 1:8 en 1000 mm 1:11. (Die van Nikon heetten eerstMirror-Nikkoren laterReflex-Nikkor.) Kleinere bedrijven, zoals Tamron, hadden hun eigen versies. Van de grote fabrikanten heeft nu alleen nog Sony (voorheen Minolta) een catadioptrisch objectief van 500 mm voor hun camera’s uit de Alpha-reeks. Het bijzondere van dit Sony-objectief is dat dit het enige van een groot merk is dat automatische scherpstelling biedt (afgezien van het identieke, door Minolta vervaardigde, objectief dat voorafging aan de productie door Sony).

Referenties

[bewerken|brontekst bewerken]
  1. ↑The Encyclopaedia Britannica, 1911
  2. ↑William Tobin, The life and science of Léon Foucault: the man who proved the earth rotates, William Tobin, page 214
  3. ↑Optical design fundamentals for infrared systems By Max J. Riedl
  4. ↑ab- Vladimir Sacek, telescope-optics.net, Notes on AMATEUR TELESCOPE OPTICS, CATADIOPTRIC TELESCOPES, 10.2.1.Gearchiveerdop 31 maart 2023.
  5. ↑John J.G. Savard, "Miscellaneous Musings".Gearchiveerdop 2 maart 2023.
  6. ↑Sacek, Vladimir,11.5. Schmidt-Cassegrain telescope (SCT)(html).Telescope Optics.Vladimir Sacek (14 juli 2006). Geraadpleegd op5 juli 2009.
  7. ↑Lens design fundamentals, by Rudolf Kingslake, page 313a catadioptric non-monocentric design
  8. ↑Handbook of Optical Systems, Survey of Optical Instruments, by Herbert Gross, Hannfried Zügge, Fritz Blechinger, Bertram Achtner, page 806
  9. ↑Dmitri Maksutov: The Man and His Telescopes By Eduard Trigubov and Yuri Petrunin
  10. ↑patent PDF, DISTRIBUTED BY: National Technical Information Service U.S.
  11. ↑R. E. Jacobson, Sidney F. RayThe manual of photography,page 95

Zie ook

[bewerken|brontekst bewerken]
[bewerken|brontekst bewerken]
Overgenomen van "https://nl.wikipedia.org/w/index.php?title=Catadioptrisch_systeem&oldid=64469568"