Проблема увеличения яркости протяженных объектов

[Balyunov]

Как известно увеличение яркости протяженных объектов ограничено размером зрачка глаза человека. Поясню это рисунками: на рис1 показан ход лучей в обычной зрительной трубе (телескопе рефракторе). Если мы хотим увеличить количество собираемого света, увеличиваем диаметр объектива (не изменяя фокусные расстояния) рис2. Мы видим что часть лучей обрезалась радужкой глаза. Возможный путь избежать обрезки лучей - увеличить фокусное расстояние объектива рис3. Но в данном случае увеличилось и увеличение системы а значит, изображение потеряло в яркости. Не вдаваясь в подробности, отмечу что уменьшение яркости в результате увеличения фокусного расстояния объектива, как раз скомпенсируют увеличение в результате привлечения дополнительных лучей.  Получается замкнутый круг?

[Balyunov]

Однако посмотрим на рис4.  "Чудо пластинка" D превращает широко-апертурный пучок в узко-апертурный в каждой своей точке. В данном случае мы увидим увеличение яркости изображения при неизменном масштабе. Осталось придумать как реализовать "чудо пластинку". В последнее время часто появляются статьи про различные мета-материалы возможно и в данном случае есть какое нибудь решение!

[Андрей Лёвин]

  Для того, чтобы улучшить различение слабосветящихся протяжённых объектов в корень из двух раза, применяются бинокуляры. https://astronomy.ru/forum/index.php?action=dlattach;topic=81575.0;attach=285246

[Алексей Юдин]

Нужно заполнить среду правее пластинки "D" водой вместе с глазом.

Хм, это интересно - наблюдать с иммерсией на физрастворе! Надо попробовать в будущем! Ведь все роговичные аберрации тогда уйдут, как и потери на отражение! И будет во всех смыслах "погружение во Вселенную" Конечно, это имеет смысл делать на бинокуляре, используя полнолицевую маску. И проблемы с запотеванием уйдут как класс!

Только вот придётся аналогично гидрообъективу делать гидроокуляр... И на морозе придётся ванночку подогревать слегка.

[ekvi]

Мне кажется, ЭОП (электронно-оптический преобразователь) решает и Вашу задачу, и видение в других диапазонах спектра.
Того же можно достичь, используя электронный окуляр с выводом на монитор. Но в последнем случае яркость ограничена чувствительностью матрицы окуляра, а всем фотоприемикам - насколько мне известно - пока далеко до глаза.
Но самое надежное средство не только увидеть, но и показать невидимое- астрофотография.

[Андрей Лёвин]

ЭОП повышает всё- в т.ч. и яркость фона, так что различимость этих объектов не улучшится.

[sivers]

а всем фотоприемикам - насколько мне известно - пока далеко до глаза.

Это немного не так. Уже при выдержке 1/10 сек при F1.2 даже дешёвые цветные сенсоры начинают превосходить глаз. Чёрно- белые и при меньшей.
А тема---один в один про чудо-антенны в радиотехнике.

[Balyunov]

Мне кажется, ЭОП (электронно-оптический преобразователь) решает и Вашу задачу, и видение в других диапазонах спектра.
Того же можно достичь, используя электронный окуляр с выводом на монитор. Но в последнем случае яркость ограничена чувствительностью матрицы окуляра, а всем фотоприемикам - насколько мне известно - пока далеко до глаза.
Но самое надежное средство не только увидеть, но и показать невидимое- астрофотография.

Зачем тогда любители астрономии делают или покупают телескопы, тогда как сейчас качественными снимками космоса не удивишь? Я думаю никто бы не отказался посмотреть на туманность Андромеды своими глазами так чтобы увидеть ее как она выглядит на фото.

[stepan]

замените глаз на матрицу, делов то

[sivers]

Если на рисунке глаз заменить на камеру с объективом, то значительно увеличить светосилу  телескопа до определённого предела не является большой проблемой (с пропорциональным уменьшением фокусного). А глазу поможет лишь атропин.

[библиограф]

С отчаяния Пальмирен Розет  прибегнул  к  героическому  средству  -  он
попытался расширить свои зрачки, чтобы хоть как-нибудь заменить оптическую
мощность разбитой трубы. Стащив белладонну в аптечке Улья Нины,  профессор
без конца глотал это  лекарство  и  чуть  все  глаза  себе  не  проглядел,
наблюдая  за  звездным  небом.  Но  хоть  он  и   увеличил   силу   света,
отражавшегося на сетчатой оболочке своих глаз,  однако  ничего  толком  не
увидел и ничего не открыл.
 Жюль Верн  "Гектор Сервадак или Путешествия и приключения в околосолнечном мире."

Усилитель яркости протяженных объектов

http://www.ceoptics.com/

[sivers]

Шарлатанство?

[Дмитрий Бучинский]

ЭОП повышает всё- в т.ч. и яркость фона, так что различимость этих объектов не улучшится.

Так и есть, но зато перед ЭОПом можно поставить фильтр На или SII, которые сами по себе для визуала не годятся из за нечувствительности глаза в красном диапазоне. Я пробовал ставить На перед ЭОПом 0го поколения - водородные туманности выделяются на фоне неба, но сам по себе ЭОП-нулевик - гуано, ни резкости, ни нормального усиления яркости.

[Pluto]

http://www.nightvisionforums.com/phpBB3/viewtopic.php?f=9&t=6756

[ROVIAN]

ЭОП повышает всё- в т.ч. и яркость фона, так что различимость этих объектов не улучшится.

Так и есть, но зато перед ЭОПом можно поставить фильтр На или SII, которые сами по себе для визуала не годятся из за нечувствительности глаза в красном диапазоне. Я пробовал ставить На перед ЭОПом 0го поколения - водородные туманности выделяются на фоне неба, но сам по себе ЭОП-нулевик - гуано, ни резкости, ни нормального усиления яркости.

Так сейчис навалом GE 2 и GE 3,   GaAs дикое чутьё в ИК , на пике излучения ночного неба. 

[Андрей Лёвин]

  Вопрос, как я понимаю, про видимый спектр без всяких ЭОПов. А так можно и "рентгеном приглядеться", и УФ и даже радиочастоты во что-то видимое перемодулировать.

[ROVIAN]

  Вопрос, как я понимаю, про видимый спектр без всяких ЭОПов. А так можно и "рентгеном приглядеться", и УФ и даже радиочастоты во что-то видимое перемодулировать.

и GE 2 и GE 3  работают в видимом, просто GE 3  ещё и 850-920 нм  захватывает.

[Balyunov]

Хочу добавить что интересуют решения без всяких ЭОП и электроники т.е. чисто на законах геометрической оптики.

[Balyunov]

Есть одна идейка: волновод с переменным сечением, так называемый "Фокон". Посмотрите на рисунок 5, где показан ход лучей через такой волновод. А теперь представим хорошо отражающую свет пластинку в которой наделаны такие конические дыры. Естественно очень много на каждый мм поверхности. Основная идея в том что каждый луч света, падающий на поверхность слева обязательно выйдет справа, но не каждый луч падающий справа выйдет слева. Это означает что апертура пучка слева может быть любой но при выходе справа она будет ограничена какой то величиной.
Попробуем оценить эту величину.
 Рассмотрим прохождение луча с широкого конца. Для удобства построим первичные и кратные отражения стенок фокона. Рис6-7. Мы видим что входной торец и выходной торец фокона в пространстве отражений преобразуются в 2 многогранника, (можно считать их в первом приближении сферами). Из рисунков 6 и 7 видим, что луч проходит через фокон со стороны большого торца, только если он пересекается с малой сферой. Отсюда можно прикинуть какова будет апертура пучка с широкой стороны фокона. Если диаметр широкого отверстия много меньше малой сферы (а это будет если конусность отверстия мала), тогда выходная апертура равна углу под которым видна малая сфера из точки А. очевидно она равна 2/K где K>1 - отношение радиусов входного и выходного отверстий. Получается если, на вход волновода подать пучок с апертурой больше 2/K то будет иметь место эффект сжатия пучка (уменьшение апертуры). Однако если мы поставим такую пластинку в качестве нашей "чудо пластинки" не все лучи пройдут сквозь нее а только 1/K^2 часть (потому что отверстия на входе меньше чем на выходе). Значит для получения усиления яркости в системе в целом надо чтобы входная апертура была в K раз больше. Итого если входная апертура больше 2, мы получим увеличение яркости.Таким образом создание прибора с эффектом усиления яркости относительно равнозрачковой системы сводится к построению объектива со сверхвысокой апертурой (больше чем 1:0,5) и добавлении специально изготовленной пластины.

Насчет объектива самые светосильные из известных

Юпитер-3 (1:1,5)
Carl Zeiss Planar 50mm f/0.7

Вот кстати даже на форуме что то предлагали https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,71057.0.html
еще http://www.dracul.name/blog/78-carlzeiss-50mm-f07

однозначно больше 1:0,5 никто не делал.
Насчет пластинки с отверстиями, я думаю, при сегодняшнем развитии технологии сделать не проблема.

[VLG]

может, проще? оптоволокно с коническим сечением. Пучок таких волокон позволит сделать то самое, к чему вы стремитесь - "сжать" картинку с сохранением яркости. Правда, надо прикинуть светопотери - возможно, они сожрут весь выигрыш.