Есть ли разница?

[Timur]

Мужики, вчера мы в разговоре с Валерой Корнеевым интересную тему затронули. Он высказал предположение, что призмы в биноклях и других оптических системах, которые изначально являются призматическими, не только не ухудшают качество изображения системы, но и частенько улучшают ее, корректируя недостатки линзовой оптики. Для подтверждения этого вывода Валерий сказал о том, что искатели, сделанные из объективов биноклей дают менее качественное изображение, нежели сами эти бинокли (монокли). То же самое, по его мнению, присутствует в больших телескопах Meade, которые в штатном режиме работают с 90-градусными призмами перед окуляром. Как Вы считаете, может такое быть, или все это "обман зрения"?

Нет, это не "обман зрения", это так и есть. Призмы являются неотъемлемой частью оптической системы и участвуют в аберрационном расчете посредством таких параметров, как марка стекла и длина хода луча в призме. Естественно, если после этого удалить призму из системы качество
изображения ухудшится.

В расчете оптики призмы должны участвоыать лишь потому, что их присутствие меняет геометрию оптического прибора. Но как могут оптические элементы с плоскими гранями исправлять ошибки оптики?

Допустим, что это связано с тем, что лучи от краевых зон объектива и от центральных имеют разные искажения фронта, так как прохлдят призмв под разными углами, следовательно, и оптические пути у них различны? Но тогда и простая плоско-параллельная пластинка между объективом и окуляром должна играть точно такую же роль корректора, зачем же возиться с приданием корректору определенной формы? Ведь задача улучшения изображения, по аналогии с биноклем, может быть решена весьма просто.

<BLOCKQUOTE><font size="1" face="tahoma, verdana, helvetica, arial cyr">quote

В расчете оптики призмы должны участвоыать лишь потому, что их присутствие меняет геометрию оптического прибора.

Не совсем так. Плоско-параллельная пластина (или призма, что одно и то же в расчете), работающая в СХОДЯЩЕМСЯ пучке, будет неизбежно менять не только геометрию, но и аберрации. Поэтому при расчете прибора призмы входят в оптическую схему так же, как и линзы. (Плоскопараллельная пластина меняет ТОЛЬКО геометрию, когда она работает исключительно в параллельном пучке, например, перед объективом).

<BLOCKQUOTE><font size="1" face="tahoma, verdana, helvetica, arial cyr">quote

Но как могут оптические элементы с плоскими гранями исправлять ошибки оптики?

Пластины или призмы не исправляют ошибки объектива, а вносят свои ошибки, которые компенсируются некоторым изменением РТС (радиус\толщина\стекло) компонентов объектива или окуляра прибора. Таким образом, если объектив рассчитан на работу в приборе с призмой, он не будет давать изображения такого же качества в приборе без призмы.
Конечно, все это очень зависит от светосилы и конструктива прибора, так что в некоторых случаях деградация изображения может быть незначительна. Например, мало кого смущает применение призмы вместо вторичного зеркала в ситеме Ньютона. Хотя расчеты показывают, что призма вносит хроматическую аберрацию.

Вадим



Допустим, что это связано с тем, что лучи от краевых зон объектива и от центральных имеют разные искажения фронта, так как прохлдят призмв под разными углами, следовательно, и оптические пути у них различны? Но тогда и простая плоско-параллельная пластинка между объективом и окуляром должна играть точно такую же роль корректора, зачем же возиться с приданием корректору определенной формы? Ведь задача улучшения изображения, по аналогии с биноклем, может быть решена весьма просто.[/b][/quote]

[Fidel]

А что говорит по этому поводу товарищ Zemax?

А товарищ Zemax по этому поводу говорит следующее.
Возьмем, для примера, сферическое зеркало с фокусом 1 метр и относительным отверстием 1:10.
Для него поперечная сферическая аберрация в плоскости Гаусса будет:

0.000 0.0000
0.100 -0.0156
0.200 -0.1250
0.300 -0.4219
0.400 -1.0002
0.500 -1.9538
0.600 -3.3767
0.700 -5.3631
0.800 -8.0072
0.900 -11.4036
1.000 -15.6470

В первом столбце даны относительные высоты на зрачке, во втором значения аберрации в мкм.
И теперь тоже самое но после введения в ход лучей призмы из стекла К8 с длиной хода 50 мм.

0.000 0.0000
0.100 -0.0145
0.200 -0.1157
0.300 -0.3905
0.400 -0.9256
0.500 -1.8081
0.600 -3.1248
0.700 -4.9630
0.800 -7.4099
0.900 -10.5529
1.000 -14.4797

т.е. изменение на 1.2 мкм для края зрачка.
При увеличении относительного отверстия до 1:5 это значение увеличивается до 9.3 мкм.

Товарищ Z несколько лукавит. Интересны не сведения об одном типе аберраций, а данные о суммарном кружке рассеяния во всем диапазоне видимого спектра, вернее то, как человек оценит размеры изображений без призм и с призмами. Именно это он и может оценить, глядя в телескоп.

[Fidel]

Не понял, - что говорит товарищ Земах, - в смысле расчета системы с призмами и без оных?

Улучшает или нет?

Придется опять мучить Маколкина...

[Max]

Вряд ли призма может улучшить изображение.
Ухудшить точно может.
Мне непонятно другое: почему не выпускают
серийно астрономические бинокли с
оборачивающей системой из двух плоских
зеркал, без призм вообще?

Максим, в призменной оборачивающей системе используется явление полного внутреннего отражения, когда внутри призмы отражается вся световая энергия. Потери света имеют место и в такой системе: отражение по 4.7 % на каждой из перпендикулярных лучу зрения поверхностях призм (4 раза), да еще потери на поглощение света в стекле (всего теряется процентов 20-25 света). Зато потери эти постоянные во времени, в отличие от случая отражения от зеркальных покрытий, когда со временем покрытие тускнеет и коэффициент отражения падает и приходится менять покрытие. Призменный бинокль в этом случае почти "вечное" устройство, характеристики которого не меняются со временем (если, конечно, не ронять на бетонный пол).

Можно, конечно, для улучшения отражающих способностей зеркал использовать современные зеркальные покрытия с большими коээффициентами отражения и высокой стабильностью, да вот только цена бинокля при этом сильно возрастет. а бинокли - массовая продукция и высокая цена тут нежелательна.

Кроме того, за счет увеличения пути света внутри призм, длина бинокля сокращиется. Можно, конечно, реализовать подобное и на основе зеркал, вот только стабильность во времени таких устройств обеспечить не так просто, как это сделано на призмах. Ведь призма - это монолит стекла и форму свою на разумных интервалах времени она не меняет.

Так что по всему комплексу свойств призмы в биноклях гораздо практичнее зеркал.

Что касается "астрономических биноклей с
оборачивающей системой", так в астрономических биноклях вообще не нужны оборачивающие системы, так как в космосе понятий верх-низ не существует. Именно поэтому оборачивающие системы устанавливают лишь в устройствах, предназначенных для "земных" наблюдений.

[ 10-02-2002: Сообщение редактировал: Anatoly ]