Что такое вынос зрачка окуляра
Как выбрать окуляр?
Важность роли окуляров в «оптическом тракте» телескопа зачастую бывает сильно недооценена. Даже изображение, построенное превосходным объективом в идеальных атмосферных условиях, может испортить применение некачественного окуляра. Помимо того, существуют целые семейства окуляров отличающихся друг от друга по качеству исполнения и цене, добротности механики и качеству полировки и просветления линз, а главное – по оптической схеме.
С развитием оптики появлялись всё новые и новые, более совершенные оптические схемы, как телескопов, так и окуляров. Многие из современных окуляров в некотором смысле почти достигли оптического совершенства и зачастую даже превышают своими возможностями потребности любителей астрономии, в очередной раз, приводя их в восторг. Но не всегда достаточно выбирать окуляр наиболее совершенной и современной оптической схемы. В некоторых случаях гораздо лучше работают окуляры классических схем, разумеется, в достойном исполнении. Одним словом, претендуя на отличный результат наблюдений, любитель астрономии должен разбираться в разновидностях оптики окуляров и осознавать какие системы лучше подойдут для поставленных им задач.
Устройство окуляра
Окуляр для телескопа состоит из двух блоков – оптического и механического. Оптический блок представляет собой группу линз определённой оптической системы, о которых мы ещё поговорим ниже. Механический блок в современном исполнении это корпус окуляра, в котором закреплен оптический блок и посадочная «юбка» со стандартным диаметром 1,25″ или 2″.
На внутренней части юбки окуляра часто нарезана мелкая резьба для крепления светофильтров. Возле глазной линзы мы можем видеть небольшое резиновое колечко – это наглазник. Его задача защитить глаз наблюдателя от попадания паразитных лучей.
Итак, вставив окуляр в окулярный узел телескопа, мы вводим его в пучок света собранный объективом. В большинстве оптических схем присутствует так называемая полевая диафрагма, которая установлена обычно в фокальной плоскости. Как правило, именно полевая диафрагма определяет поле зрение окуляра, в котором окуляр строит качественное изображение, а краевые зоны, наполненные разными искажениями, диафрагма обрезает.
С понятием поля зрения нужно обходиться очень аккуратно. Дело в том, что многие производители указывают в спецификациях своих окуляров, ну например популярных Плёсслов, поле зрения в 50-52°, в то время как такие окуляры обеспечивают действительное поле примерно в 45°. То есть, производитель указывает расчётное поле зрения оптической системы, которое и составляет около 50°, намеренно не указывая при этом на рабочее поле, выделенное полевой диафрагмой. Разумеется, это касается не всех, но, тем не менее, некоторые манипуляции теоретическими понятиями в оптике встречаются довольно часто, а производитель при этом надеется на необразованность потребителя.
Важные параметры
Прежде чем приступить к подробному анализу оптических схем окуляров, давайте рассмотрим наиболее важные параметры, определяющие оптические качества окуляра.
Фокусное расстояние
Конечно, мы выбираем окуляр в первую очередь по фокусному расстоянию, надеясь получить требуемое увеличение. Приближаясь к предельным увеличениям, нужно быть аккуратным, т.к. даже очень качественный, но слишком короткофокусный окуляр, увеличение которого превышает максимально допустимое для телескопа, не построит хорошего изображения. В принципе достаточно удачно действует правило, что в хороших наблюдательных условиях на телескопе рефракторе допустимо увеличение примерно в 2D (2 диаметра объектива в мм), а для телескопа рефлектора около 1,6D. Хотя это правило эмпирическое и в зависимости от спокойствия атмосферы и качества изготовления оптики может несколько меняться, в большинстве же случаев оно работает.
Поле зрения
Все стремятся получить как можно большее поле зрения. Действительно это необходимо для многих протяжённых объектов – диффузных туманностей, звёздных скоплений, крупных галактик. Да и в общем-то трудно заставить себя наблюдать сквозь «замочную скважину» после того как посмотрел через «огромное окно». При наблюдении в некоторые типы окуляров и вправду складывается впечатление, что смотришь сквозь маленькое отверстие на небо, в то время как с хорошим широкоугольным окуляром это больше напоминает просмотр через иллюминатор! Но и здесь есть свои тонкости, широкоугольные окуляры имеют свои недостатки, обусловленные большим количеством оптических элементов.
Вынос зрачка
Типы оптических систем
Основной задачей окуляра телескопа является увеличение изображения построенного объективом в фокальной плоскости телескопа. На первый взгляд всё просто. Кажется, что для этого достаточно применения обычной лупы, подходящего фокусного расстояния, но на практике всё многократно усложняется. Одиночная линза будет иметь достаточно разных аберраций, которые внесут своё крайне негативное влияние в изображение. В простейшем случае, необходимо применить системы хотя бы из нескольких линз.
Окуляр Рамсдена (Ramsden) один из первых неоднолинзовых окуляров, которые можно встретить и до сих пор. Он состоит из двух одинаковых плоско-выпуклых линз и неплохо корректирует сферическую и хроматическую аберрации. Астигматизм исправлен незначительно, и окуляр обладает очень маленьким выносом зрачка. Поле зрения такого окуляра составляет, обычно, около 35-40°. Окуляры этой схемы часто встречается как комплектные у недорогих моделей телескопов.
Окуляр Кельнера (Kellner) обычно самый дешевый из более или менее приличных и часто популярен у любителей. В общем, представляет собой усовершенствованный окуляр Рамсдена, только одиночная глазная линза была заменена на ахроматический блок. Среди опытных визуальных наблюдателей часто находятся ценители окуляров классических схем. Они считают, что хорошо выполненный окуляр, в системе которого 3-4 линзы, будет работать всегда лучше, чем даже самый совершенный, но 9-10 линзовый. В классических окулярах однозначно меньше поглощения света и вредных отражений от линз. Окуляр хорошо работает при средних и малых увеличениях, обладая фокусами от 15-20мм до 30-40мм. Более короткофокусные модификации имеют ряд неприятных искажений. Поле зрения окуляра около 40°, но встречаются представители и с 50°. Например такие модификации достаточно неплохо просветленных Кельнеров встречаются в комплектных наборах телескопов Sky-Watcher.
Окуляр Ортоскопический (Orthoscopic) состоит из четырех линз и три из них склеены в единый блок. Очень хорошо подходит для сильных и средних увеличений. Это объясняется тем, что они имеют очень хороший вынос выходного зрачка, хорошую коррекцию хроматизма, изображение имеет исключительную четкость. Поле зрения составляет около 45°. Они идеально подходят для детального изучения Луны и планет, разделения двойных звезд и других целей, где требуется большое увеличение и окуляр с хорошими характеристиками.
Окуляр Плёссла (Plossl) имеет четыре линзы, которые обычно дают яркое и четкое изображение. Качественный Plossl имеет более широкое поле зрения (обычно до 50°), чем Orthoscopic или Kellner. В этих окулярах прекрасно исправлен хроматизм, и они имеют приличный вынос выходного зрачка. Поэтому вполне комфортно можно работать даже с более короткофокусными Плёсслами. Сфера применения очень широка, от слабых увеличений до сильных. Плёсслы хорошо работают со светосильными телескопами вплоть до 1/4 и подходят для наблюдений галактик, скоплений, туманностей и везде там, где важно качественное, яркое, четко видимое, равномерное изображение во всем поле зрения, без серьезных геометрических искажений, и все перечисленные достоинства более важны, чем большее поле зрения или сверх-контрастность. Качество изображения несколько ухудшается ближе к краям поля зрения, но, тем не менее, многие считают этот тип окуляра лучшим и одним из самых универсальных, пригодном для большинства видов наблюдений.
Окуляр Эрфле (Erfle) в современных номенклатурах часто отмечается аббревиатурой WA — Wide Angle (Широкий Угол) или SWA – Super Wide Angle (Супер Широкий Угол). Окуляры оптимизированы для обеспечения большего поля зрения (60-70°) и имеют 5-ти или 6-ти линзовую конструкцию. При низких увеличениях и большом поле зрения они чудесно подходят для охотников за слабыми протяженными объектами типа галактик, туманностей и комет. Качество изображения по краям начинает заметно ухудшаться при возрастании увеличения. Для окуляров этого типа очень важно качественное и многослойное просветление, так как множество линз в окуляре увеличивает потери света и увеличивается вероятность возникновения бликов.
Окуляр Сверхширокоугольный или UWA – Ultra Wide Angle (Ультра Широкий Угол). Иногда также встречается название Scidmore в честь изобретателя схемы. Такие окуляры дают еще большее поле зрения (вплоть до 85° и даже 100°). Имеются многочисленные виды, различающиеся от производителя к производителю, и имеют от 6-ти до 9-ти линз в своей конструкции. Из-за большого количества оптических поверхностей в данных окулярах происходят значительные потери света. Обычно, изображение серьезно проигрывает в яркости, больше, чем при использовании других типов окуляров. Но, с другой стороны, эти окуляры дают очень качественное и сильно исправленное от множества аберраций изображение. Модели от наиболее именитых брэндов, таких как TeleVue, например, обладают по-настоящему превосходным изображением и не просто так завоевали абсолютное почтение западных любителей астрономии. Но вместе с тем, подобные окуляры являются и наиболее дорогими. Некоторые представители наиболее совершенных схем с углом зрения около 100° и прекрасно исправленным полем могут по своей цене достигать стоимости уже довольно неплохого телескопа.
Панкратический окуляр или Zoom-окуляр. Этот тип окуляров появился относительно недавно и, как правило, представляет собой одну из модификаций вышеописанных схем только с каким-то одним переменным элементом. В простейшем случае это может быть небольшая линза Барлоу, установленная внутри и перемещающаяся вдоль оптической оси при вращении рифлёного кольца. Удобство Zoom-окуляра заключается в том, что в рамках какого-то среднего диапазона увеличений, к примеру 8-24мм, Вы лишаетесь необходимости рыться по коробкам в темноте в поисках окуляра с подходящим увеличением. Но есть и свои недостатки, во-первых, это небольшое поле зрения и высокое поглощение света из-за большого количества оптических элементов. Кроме этого – цена, каждому, кто остановился перед выбором панкратического окуляра, стоит задуматься о том, что по цене такого окуляра, например всё того же 8-24, можно приобрести три обычных Плёссла, пусть 9мм, 15мм и 25мм, с полноценным полем зрения и значительно меньшими светопотерями.
Вместе с окулярами, наверное, здесь стоит уделить некоторое внимание линзе Барлоу. Линза Барлоу — это, как правило, две или больше линз, образующих отрицательный оптический элемент. Когда через такую систему проходит пучок собранного телескопом света, конус лучей уменьшает свой угол относительно оптической оси. Таким образом, мы получаем увеличение эквивалентного фокуса телескопа в количество раз соответствующее кратности линзы. Линзы Барлоу на сегодняшний день имеют массу разных конструкций, исполнений и оптических схем, предназначенных больше для визуальных наблюдений, или астрофотографии. Основным преимуществом покупки линзы Барлоу является то, что потратившись только на один аксессуар, Вы получаете 2-х кратное увеличение всех Ваших окуляров, таким образом, вдвое увеличивая диапазон рабочих увеличений Вашего телескопа.
Как собрать комплект окуляров?
Разобравшись немного с теорией, необходимо чётко для себя представлять, на чём должен основываться Ваш выбор на практике. Конечно, самое главное в этом, как и при выборе телескопа, определится с наблюдательными предпочтениями. В первом приближении можно рассудить так: если предметом Ваших предпочтений стали наблюдения планет, Луны, разделение тесных двойных звёзд, Вам больше подойдут окуляры высокого качества, но достаточно простых оптических схем, таких как Ортоскопик или Плёссл; если же Вы больше уделяете внимания наблюдениям огромных пылевых туманностей, испещрявших Млечный Путь, или прекрасным россыпям звёзд, Вас конечно больше устроят как можно более широкоугольные окуляры.
В конечном итоге многое зависит ещё и от бюджета. Как мы указывали выше. По своей стоимости и универсальности больше всех положительно отличаются Плёсслы, именно этим они завоевали такую популярность. Многие производители даже выпускают замечательные наборы из нескольких окуляров Плёссла, линзы Барлоу и комплекта светофильтров. Это отличный вариант, перекрывающий весь диапазон увеличений. Возможно, стоит задуматься о таком наборе или же собрать его самостоятельно из понравившихся окуляров.
Чтобы правильно собрать удобный и максимально эффективный набор окуляров необходимо определиться с увеличениями, которые Вам потребуются для наблюдений. Ниже, на основе простейших, можно сказать даже эмпирически выведенных из опыта любителей астрономии формул, мы предлагаем подобрать набор основных увеличений. Под буквой “D” имеется в виду диаметр объектива Вашего телескопа (в мм). Для наших расчётов мы возьмём один из наиболее распространённых у любителей астрономии типоразмеров объективов – 150мм.
Предположим, что эти расчёты были сделаны для телескопа Ньютона с объективом 150мм и фокусом 750мм. Выходит, что по нашим расчётам телескопу будет достаточно:
Конечно, мы привели примеры лишь наиболее необходимого набора увеличений для самых разноплановых наблюдений. Увлекаясь каким-то одним направлением можно значительно расширить свой набор окуляров. Помните и то, что вышеописанного набора увеличений можно достичь не только лишь приобретая по окуляру для каждого значения увеличений, а ещё и комбинируя имеющийся набор с линзой Барлоу. К примеру, можно собрать следующий комплект:
Разумеется, подобные комбинации нужно развивать, добиваясь наиболее комфортных увеличений при наблюдениях и не ограничивая себя только теми четырьмя формулами о которых было рассказано выше. В идеальном случае стоит заполнять промежуточные величины, введя дополнительные D/4, D/1,5 и т.д., чтобы всегда была возможность подобрать как можно более эффективное увеличение под каждый конкретный объект.
Выбор окуляров
Главная цель любого окуляра – собрать свет так, чтобы получилось четкое изображение. Трудность этого зависит от относительного фокуса телескопа – чем меньший относительный фокус телескопа, тем качественнее должен быть окуляр, поскольку свет будет попадать в него под большим углом. С телескопом, имеющим f/10, любой правильно изготовленный окуляр даст четкую картинку, а при f/4 четкость по всему полю зрения могут дать только лучшие образцы современных оптических схем.
Оптическая схема окуляра также определяет вынос его выходного зрачка (расстояние от линзы окуляра до глаза наблюдателя при четком изображении). Если наблюдатель носит очки, ему потребуется не менее 15-20 мм выноса зрачка, чтобы увидеть все поле зрения окуляра. В традиционных схемах, вынос выходного зрачка пропорционален фокусному расстоянию окуляра – меньше фокус, меньше вынос зрачка. Однако некоторые новые окуляры дают отличный вынос зрачка при коротких фокусных расстояниях.
Схемы окуляров
Окуляр Гюйгенса. Изобретен Христианом Гюйгенсом в XVII в. Эта двухэлементная схема считается устаревшей, но иногда встречается в окулярах (с обозначением «H»), поставляемых с дешевыми телескопами. Вынос зрачка и поле зрения малы. Модификация Рамсдена, появившаяся в XVIII в. работает гораздо лучше, но также устарела по современным меркам (хотя еще используется в некоторых микроскопах).
Окуляр Кельнера. Трехэлементный кельнер (и его близкие модификации – ахроматический рамсден «AR» и модифицированный ахромат «MA») считается самым недорогим окуляром для серьезных наблюдений. Он дает четкие яркие изображения на малых и средних увеличениях и лучше всего работает с малыми и средними телескопами. Имеет поле зрения около 40° и приемлемый вынос зрачка, хотя весьма малый при больших увеличениях.
Ортоскопический окуляр. В свое время четырехэлементный «ортоскоп» считался лучшим универсальным окуляром, но теперь он явно проигрывает по ширине поля зрения новым схемам. Ортоскопы имеют превосходную четкость, цветопередачу, контраст и больший вынос зрачка, нежели кельнеры. Ониособеннохорошидляпланетныхилунныхнаблюдений.
Окуляр Плёссла. Четырехэлементные плёсслы являются самой популярной на сегодня схемой, дающей отличное качество изображения, хороший вынос зрачка и видимое поле зрения около 50°. Высококачественные плёсслы имеют высокий контраст и хорошую четкость изображения по всему полю зрения. Хорошо подходят для любых наблюдений.
Окуляр Эрфле. Пяти- или шести элементные окуляры Эрфле оптимизированы для широкого видимого поля 60-70°. При малом увеличении дают впечатляющие виды звездных полей. При больших увеличениях начинает страдать четкость изображения по краю.
Таким образом, выбор схемы окуляра заключается в том, чтобы решить, что планируется наблюдать, насколько важно безупречное качество картинки и большое поле зрения, и сколько можно за это все заплатить.
Для целей выравнивания оптических осей телескопа и искателя, настройки полярной оси методом дрейфа, гидирования при астрофотографии, а также измерения малых углов, применяются окуляры с сеткой нитей или штрихов, обычно подсвеченных красным светодиодом регулируемой яркости.
Любой телескоп имеет предел увеличения, после которого картинка становится слишком размытой и темной. Это надо иметь в виду, выбирая окуляр. Увеличение рассчитывается делением фокусного расстояния объектива телескопа на фокусное расстояние окуляра. Соответственно, фокусное расстояние окуляра равно фокусному расстоянию объектива деленному на увеличение. Например, телескоп с 2000 мм фокусного расстояния с 20 мм окуляром даст 100х увеличение.
Максимальное полезное увеличение телескопа напрямую зависит от его апертуры. Больший телескоп собирает больше света и захватывает более широкий волновой фронт, давая более четкое изображение. Увеличение так же определяет диаметр выходного зрачка. Этот диаметр в мм можно получить делением апертуры телескопа в мм на увеличение. Или делением фокусного расстояния окуляра на относительно фокусное расстояние телескопа. Выходной зрачок должен быть меньше диаметра зрачка глаза наблюдателя, иначе часть света не попадет в глаз и просто потеряется. У молодежи диаметр адаптированного к ночному зрению зрачка составляет около 7 мм, с возрастом этот показатель снижается и для среднего возраста типичное значение 5 мм. С другой стороны, при выходных зрачках менее 1 мм начинается область «бесполезного увеличения», при котором изображение быстро ухудшается. Вот примерная таблица выбора увеличений:
Выбираем окуляры для телескопа
Основные характеристики окуляров
Посадочный диаметр
Поле зрения
Полем зрения окуляра называют угловое расстояние между границами видимого поля зрения. В зависимости от оптической схемы, окуляры имеют различное поле зрения, и на сегодняшний день в продаже имеются окуляры с полем от 35° до 100°.
Демонстрация вида Туманности Ориона в окуляр с полем зрения 40 0 (слева) и 80 0 (справа).
Иллюстрация из книги Star Ware фотограф Kevin Dixon
В последние годы среди любителей астрономии наблюдается неуклонный рост спроса на окуляры с большим полем зрения (более 68 °), который объясняется двумя простыми соображениями. Первое и самое очевидное: широкоугольные окуляры лучше всего подходят для наблюдений звездных полей, протяженных туманностей и звездных скоплений, так как большой размер поля зрения создает эффект присутствия. Создается впечатление, будто достаточно протянуть руку, и вся Вселенная окажется на ладони.
Автор Роман Бакай. 2008 год
Роман является основателем и шеф-редактором сайта RealSky.ru,
где он пишет о практической любительской астрономии, дает советы новичкам
на форуме и ведет личный блог.
Так же, Роман основал компанию R-Sky по производству оборудования необходимого для каждого любителя астрономии.
Грелки R-Sky – эффективное средство борьбы с запотеванием и обмерзанием телескопов и фотообъективов. Узнать подробнее.
Обогреватели на вторичные зеркала помогают предотвратить запотевание и обмерзание вторичного зеркала телескопов системы Ньютон. Узнать подробнее.
Многие новички, только купившие телескоп, сразу ставят на нем максимальное увеличение и потом удивляются, что не видно ничего, кроме темноты. Дело в том, что одни небесные объекты необходимо наблюдать с большим увеличением (планеты, Луна, двойные звёзды), а другие — с минимальным или средним (галактики, туманности, скопления). Запомните — чем выше увеличение телескопа, тем меньше яркость картинки и хуже контраст. Поставив избыточное увеличение при наблюдении планет, Вы не увидите ничего, кроме размытого тусклого пятна.
