Подзорная труба-телескоп своими руками для ребенка.

[Дрюша]

А Метеор - какой? От 16-миллиметрового "Красногорска" (2, 3...) или от 8-миллиметрового "Кварца".
Вообще, "Метеор" состоит из афокальной zoom-насадки и, собственно, объектива. Насадка может представлять определённый интерес. Особенно - первый блок из трёх линз, который, по-видимому, должен неплохо фокусировать свет. Остальная часть при разных зумах может существенно перемещаться и менять положение (а зум там 5Х), и мне кажется, что добиться приемлемой коррекции аберраций (сферической, хроматической) в разных положениях зума можно практически только одним способом: если после первого блока линз (который, кстати, перемещается при фокусировке) эти аберрации будут сведены в 0, и дальше всё исходит из этого. Потому что если какие-то аберрации там предполагалось бы корректировать другими компонентами, то сложно было бы обеспечить это на разных зумах.

Ну, или не раскурочивая афокальной насадки, пристроить после неё трубочку кратностью 5-6.

[Zlack]

Типа такого... он весь куроченный... отпечатки пальцев и тд.. Читал его под никон переделывают, а так для экспериментов только... или выкинуть. если открутить окуляр то вроде как труба кажет + все Аберации, с отрицательной дисторсией = по краям четко-вцентре мыло и тд
http://lens-club.ru/articles/item/c_64.html

[Дрюша]

Это от "Красногорска" 2 или 3, на 16 мм. Можно попробовать передний блок линз, который врацается при фокусировке. С очень большой вероятностью, по крайней мере, на оси, - будет неплох для гляделки до 15-20Х.

Если есть сама камера, то внутри у неё - тоже есть интересных линзочек и призмочек. Хорошо пойдут на оборотку, на окуляры и т.п.

[Eugenio D.]

Сегодня вечером провёл тестирование ещё одной партии из 8 стеклянных очковых линз +1 дптр. отечественного производства. Испытания заключались в проведении звёздного теста по искусственной звезде, изготовленной из светодиодного фонарика, окуляр - Кёльнер 20мм от микроскопа (увел. 50х), рабочая апертура 26мм (таков диаметр установленной перед линзой диафрагмы), дистанция 40 метров. Результаты оценивал по 5 бальной шкале, в основном испытывал на астигматизм. Получилось следующее:
Две линзы очень приличного качества с оценкой "5", астигматизм судя по внефокалам и изображению в фокусе никак не больше 1/5-1/6L. Одной из них можно было поставить 5+, эта линза даже лучше той отобранной ранее, что стоит у меня в трубе. В фокусе у обеих - чёткий дифракционный диск с одним или двумя неяркими колечками, в зависимости от блеска звезды, которую ставил.
Одна линза получила оценку "4", астигматизм порядка 1/4L. Одна - "3", астигматизм примерно 1/3L, три линзы получили "2", астигматизм порядка 1/2L, их следует считать негодными. Одна линза показала результаты на "5" по астигматизму, но давала повышенную сферическую аберрацию, чёткого сведения всех лучей в дифракционный диск добиться не удалось, судя по внефокалам, скорее там имелась зональная ошибка.
Таким образом, потратив на очковые линзы для объектива 1000 руб., можно получить две трубы отличного качества (по меркам телескопической техники 17 столетия) с гарантированным разрешением не ниже 5", что примерно вдвое превышает разрешение лучшей из труб Галилея, пару труб с практическим разрешением 7-10", что тоже не уступает Галилеевским. Хроматическая и сферическая аберрации на отверстии 26мм в пределах допустимого, но больше увеличивать отверстие при фокусе 1 метр не стоит.

[Zlack]

Таким образом, потратив на очковые линзы для объектива 1000 руб.,

Я так понимаю не прибор проверяет? Есть и в глазах астигматизм вроде...
Для Галилея - для земных труб от 2Х-4Х это максимально комфортное? Тогда почему театральные бинокли синевой отдают? Я так понимаю Триплет в виде объектива упрощает задачу или усложняет в системе Галилея? Трубы собираешь - в близи
Может клеить фильтры чтоб убрать хроматизм(для земных труб)? 

[Eugenio D.]

Я так понимаю не прибор проверяет? Есть и в глазах астигматизм вроде...

Нет не прибор, оценивал глазом, приблизительно. При увеличении почти 2D, которое я применял, астигматизм глаза большого значения не имеет, им можно пренебречь. Трубами по оптической схеме Галилея я не занимался, я пишу о том, что школьнику при достаточно скромных финансовых затратах доступно самостоятельное изготовление инструмента с разрешением до 5" и увеличением до 50х, проницанием до 9m, в который можно увидеть больше, чем в лучший из телескопов Галилея. Но это будет труба по схеме Кеплера. Конечно можно просто купить в магазине гораздо более сильный инструмент, но когда делаешь что-то своими руками, это интереснее и познавательнее. Ввиду того, что сейчас возвращаются к преподаванию астрономии в школе, изготовление таких самодельных труб может иметь реальный методический интерес. Что касается земных труб по схеме Галилея, то по моему мнению 6-8х - это разумный потолок. Галилей сделал трубу с увеличением 32х, но у неё было крошечное поле зрения, наблюдать было неудобно. Схема Кеплера была предложена считанные годы спустя после работ Галилея. Чтобы не было заметного хроматизма, надо в первую очередь  применять небольшие относительные отверстия в случае одиночных линз или искать в качестве объектива ахроматические линзы. Небольшой ахроматический дублет диаметром 50мм будет практически лишён хроматизма уже при фокусном расстоянии 50см.

[Zlack]

Что касается земных труб по схеме Галилея, то по моему мнению 6-8х - это разумный потолок.

так как труба меняет кратность, можно нарисовать на ней рекомендуемый предел для земли и максимальный. А как идея получить "чернобелое" изображение? Поляризационные фильтры? Напыления?
Понятно что все это рукоблудства для, но ведь интересно же делать своими руками и вечером не у телика с детьми сидеть, а за столом с линзами. Мы кстати лупу в оправе для природоведенья сделали.

[Eugenio D.]

так как труба меняет кратность, можно нарисовать на ней рекомендуемый предел для земли и максимальный. А как идея получить "чернобелое" изображение? Поляризационные фильтры? Напыления?

В случае трубы по схеме Галилея никто не запретит нам применять сменные окуляры, дающие разное увеличение, как и в схеме Кеплера. Правда с кеплеровскими окулярами за время существования телескопа проделана большая работа по их совершенствованию, основная цель которой снизить вносимые аберрации и получить максимально широкое поле зрения. В случае отрицательных (галилеевских) окуляров я таких усовершенствованных схем не знаю, хотя возможно, они и существуют. По поводу чёрно-белого изображения на ум приходит лишь одна идея - электронно-оптический преобразователь. В широком смысле - преобразование оптического изображения в электронное и рассматривание последнего. Раньше создавали телевизионные телескопы, теперь в камерах есть режим Live viev, в общем, что-то подобное. Только для чего это могло бы пригодиться? Не лучше ли идти по пути максимально естественной передачи картинки, над чем и трудятся создатели различных оптических схем?

[Дрюша]

Схема Кеплера была предложена считанные годы спустя после работ Галилея.

Согласно легенде, Иоганн Кеплер был то ли 15-тым, то ли 18-тым ребёнком в семье, и его мать, очень властная и авторитарная женщина, считала его дурачком. Все люди - как люди, а этот, - стыдно сказать, - звездочёт! Ну, дурачок, - он и есть! И, вот, как-то он говорит ей:
- Мам, а ты посмотри, как красиво смотрится Венера в телескоп!
Она только мельком заглянула в окуляр, и говорит:
- Ну, вот, всегда я говорила, что ты дурак, и труба твоя - дурацкая! У тебя там крючок - в какую сторону смотрит? А на самом деле он - в другую!
Просто, зрение у неё было такое, что фазы Венеры она невооружённым глазом видела.

[Дрюша]

В случае отрицательных (галилеевских) окуляров я таких усовершенствованных схем не знаю, хотя возможно, они и существуют.

А линзы Барлоу? А телеэкстендеры? Они ж не просто ахроматические, но и кома там исправляется, и даже, наверное, - астигматизм (в случае многолинзового телеэкстендера для фотообъективов, например, ТКЛ-2х)

[Eugenio D.]

А линзы Барлоу? А телеэкстендеры? Они ж не просто ахроматические, но и кома там исправляется, и даже, наверное, - астигматизм (в случае многолинзового телеэкстендера для фотообъективов, например, ТКЛ-2х)

Наверное, они всё таки рассчитываются как линзы Барлоу и телеэкстендеры, а не как окуляры, ход лучей несколько иной, хотя поэкспериментировать можно. Но принципиально невозможно устранить основной недостаток - малое поле зрения.
a Zlack: если очень хочется создавать что-то своими руками, не лучше ли пойти по стопам того же Галилея, Доллонда, Ньютона и научиться самому изготавливать линзы, зеркала? В своей книге С.С. Сикорук писал, что был буквально поражён тем, что линзу для окуляра можно изготовить за один вечер. Правда объектив изготовить сложнее, там другие требования к точности, но думаю, однолинзовый объектив можно попробовать. А если понравится процесс, можно со временем и к более сложным задачам перейти...

[Zlack]

Линзы лить или точить это очень интересно... Спиноза вроде подрабатывал полировкой линз... склейки делать.. просветления...
все ругают схему Галилея а гляньте  БГШ 2,3Х40  по чем уходят

[Дрюша]

По опыту, объективы от театральных биноклей имеют довольно сильную сферическую аберрацию. Видимо, они рассчитываются вместе с окуляром, причём, так чтобы подавить ещё хотя бы кому, наверное. Не знаю. Но в сам бинокль изображение - очень чёткое и контрастное, даже лучше, чем просто невооружённым глазом. Есть такая гипотеза, что рассчитываются они как единая система вместе с типичным человеческим глазом, и в комплексе компенсируется сферическая и хроматизм, присущие глазу. Другая, более банальная гипотеза, - что просто тупо режется апертура.

[ngc1365]

Есть такая гипотеза, что рассчитываются они как единая система вместе с типичным человеческим глазом

Это не гипотеза, а реальность. Глаз - один из элементов схемы Галилея. Без глаза там всё мнимое.

[Guy Fawkes]

Это не гипотеза, а реальность. Глаз - один из элементов схемы Галилея. Без глаза там всё мнимое.

Не более, чем в схеме Кеплера. Любой телескоп работает как телецентрическая система - на выходе создает параллельный пучок лучей - это только у Навашина нельзя получить изображение Солнца в окулярной проекции с помощью схемы Галилея.

[Дрюша]

Не более, чем в схеме Кеплера.

В общем-то, - да. Только, вот, простой, никак не ахроматизированный окуляр в системе Галилея - сразу уже работает на компенсацию как сферической, так и хроматической аберрации глаза. Эта компенсация может быть частичной, полной или даже "гипер-", но последнее - как раз тот случай, когда слишком много хорошо - это тоже плохо. А кеплеровский окуляр для такой компенсации - надо особым образом рассчитывать, и паче того, простого решения (с обыкновенными линзами из стекла одного сорта со сферическими или плоскими поверхностями, то есть, без асферики) тут нету. Надо городить гиперахроматизацию. И всё это сосредотачивать - именно в окуляре. Потому что если окуляры - сменные, то каждый отвечает только сам за себя. А в театральном бинокле о сменности речи не идёт, и там можно раскидать компенсацию сферической аберрации между объективом и окуляром. Ну, примерно как в Ричи-Кретьене между главным и вторичным зеркалами. И за счёт некоторого баланса - по ходу давится и кома.

[Guy Fawkes]

Только, вот, простой, никак не ахроматизированный окуляр в системе Галилея - сразу уже работает на компенсацию как сферической, так и хроматической аберрации глаза. Эта компенсация может быть частичной, полной или даже "гипер-", но последнее - как раз тот случай, когда слишком много хорошо - это тоже плохо. А кеплеровский окуляр для такой компенсации - надо особым образом рассчитывать, и паче того, простого решения (с обыкновенными линзами из стекла одного сорта со сферическими или плоскими поверхностями, то есть, без асферики) тут нету

Вообще, интересный расклад. С одной стороны, при ахроматизированном объективе, простой отрицательный окуляр должен вносить хроматизм. С другой - был же вроде стандарт, чтобы на выходе оптики угловые аберрации укладывались в минуту дуги - тогда это не должно быть заметно. Или всё равно есть принципиальная разница с Кеплером? С Галилеем основная проблема по идее, что в нём нельзя сделать резкое поле (именно из-за мнимости фокальной плоскости) и будут отвратные нерезкие края, где качество картинки плавно деградирует.

[Дрюша]

Из-за мнимости-то да, но вовсе не "фокальной плоскости" (которая и у Кеплера - не менее мнимая), а ВЫХОДНОГО ЗРАЧКА. Именно он определяет собой и малое поле, и деградацию качества изображения к краю - вследствие зарезания апертуры (виньетирования). Как с этим бороться? Полностью - никак, а частично - можно.

а) Выходной зрачок - очень большой. Например, 17 мм, что на 10 мм больше полностью раскрытого зрачка глаза даже в сумерках (а днём - и того паче). То есть, при разглядывании одной точки объекта используется не вся апертура объектива, а только малая его часть. Ещё  на части поля зрения виньетирование - есть, но воспринимается приемлемо. Так работает бинокль 2.3х40

б) Выходной зрачок - очень маленький (0.5-1 мм в диаметре), что на 6 меньше зрачка глаза (в сумерках), и вместе с тем, сам окуляр этот очень короткофокусный (ну, скажем, короче чем -10 мм, скажем, -4 - -5 мм). Тогда мнимый выходной зрачок "заглублён" не слишком сильно (ориентировочно, на те же 4-5 мм), и даже с учётом отстояния зрачка глаза - тоже где-то 7-8 мм от линзы (а линза - вогнутая, повредить ею роговицу глаза - гораздо меньше шансов), и в итоге имеем, что выходной зрачок отстоит от расположения глазного зрачка на 12-13 мм. С такого расстояния те пресловутые 6 мм "запаса" смотрятся под углом 28-29 градусов, и ещё градусов до 33-35 простирается частично виньетированное поле, на котором хоть что-то видно. Ну, уж до 30 градусов деградация - незаметна! А 30-градусное видимое поле для галилеевского окуляра, согласитесь, - очень даже неплохо! Не каждый кеплеровский окуляр из одной линзы и даже простенький "Гюйгенс" или "Рамсден" может таким похвастаться.

Так что, имхо, у галилеевских окуляров - есть своя ниша!

[Guy Fawkes]

Из-за мнимости-то да, но вовсе не "фокальной плоскости" (которая и у Кеплера - не менее мнимая), а ВЫХОДНОГО ЗРАЧКА. Именно он определяет собой и малое поле, и деградацию качества изображения к краю - вследствие зарезания апертуры (виньетирования).

Дальше хорошо, но здесь вынужден не согласиться. Чтобы создать резкое поле, ставится полевая диафрагма. И ставится она далеко не в выходной зрачок, а именно в общую фокальную плоскость объектива и окуляра, к которой должен быть физический доступ. Это разные вещи - у Кеплера ф.п. вместе с диафрагмой внутри трубы, выходн. зрачок снаружи, у Галилея всё наоборот - мнимая ф.п. снаружи (труба короче фокуса объектива), а вых. зрачок - внутри.
Зрачком можно эти вещи тоже в каких-то пределах регулировать, но это уже сильно не тру - во-первых, не будет резкого края, во вторых, да, пойдет виньетирование, если сильно зарезать. Смысл зрачка в этом плане - чтобы полевая диафрагма попадала в поле зрения, если её в принципе нет, то в любой системе получим нерезкое поле. 
Вообще, у окуляра Гюйгенса тоже фокальная плоскость внутри окуляра, и если у него проблема с внутренней диафрагмой, то этот косяк исправляется только разборкой окуляра и установкой новой, но здесь хотя бы принципиально есть решение, у Галилея же - без вариантов. Да, 30 градусов для одной положительной линзы это много, но в её случае даже 25 можно красиво оформить - черное поле с резким кругом, а в случае отрицательной будет по-любому размытый круг, пусть и большего диаметра.   

[Дрюша]

Дальше хорошо, но здесь вынужден не согласиться. Чтобы создать резкое поле, ставится полевая диафрагма. И ставится она далеко не в выходной зрачок, а именно в общую фокальную плоскость объектива и окуляра, к которой должен быть физический доступ.

А тут - я вынужден не согласиться. Полевая диафрагма вовсе не "создаёт" резкое поле, а - резко ограничивает его. Если убрать полевую диафрагму, то поле зрения может стать -только шире. Хотя, может быть, не так резко и красиво ограничено, и паче того, качество изображения дальше каких-то пределов углового расстояния от центра - отнюдь не гарантируется, а падает оно там очень быстро. Вот, полевая диафрагма, она-то и убирает эти некрасивые, нерезкие края поля, которые только позорят систему. Но что "создаёт" это поле, - так это тот угол, в котором пучки света, исходящие от окуляра, хоть как-то попадают в глазной зрачок. Если полностью, то это соответствует невиньетированному полю, а если частично, то это соответствует частично затенённому полю. Можете сами построить чертёж, и понять, что да как.

Для вящей пущности - попробуйте взять трубочку длиной миллиметров 25-30 подходящего диаметра  (ну, может быть, миллиметров 20) и вставить её между глазом и окуляром. Эта трубочка не содержит никаких линз и других оптических элементов, влияющих на ход световых пучков, но просто - не даёт приблизить физический зрачок глаза к окуляру, чтобы совместить его с положением выходного зрачка (или хотя бы достаточно близко к нему). Можно и без трубочки - просто отодвинуть глаз подальше от окуляра. Увидите ли Вы большое и резко очерченное поле зрения? Да - ни в коем разе! Не смотря на наличие полевой диафрагмы. Только по мере приближения физического зрачка к положению выходного зрачка мы видим как это нерезкое пятно увеличивается, расползается, постепенно заливает собой линзу, и в какой-то момент - утыкается в ограничение, заданное полевой диафрагмой. Но в том-то вся и фишка, что галилеевский окуляр - в принципе не позволяет

Тут на рисунке показан ход в районе галилеевского окуляра. Сам окуляр представлен плоско-вогнутой линзочкой F=-10мм диаметр у него 10 мм (радиус кривизны вогнутой поверхности 5.73 мм)
За ним двумя жирными белыми линиями отмечена "диафрагма", которую представляет физический зрачок человеческого глаза. В данном случае 7 мм - как обычно в сумерках. Я условно поставил его в 3 мм от внешнего края линзы или в 6 мм от вершины вогнутой поверхности. Не знаю, насколько реально так уткнуться глазом, но где-то примерно так. Выходной зрачок находится от него примерно в 17 мм, и ближе - уже практически не получится.
Диаметр выходного зрачка в данном случае получился около 1.7 мм. Ну, просто, объектив там тоже довольно светосильный, с отн. фокусом около 6, вот так и получилось. Но 1.7 заведомо меньше 7 мм.
Выходной зрачок - мнимый, он расположен слева от линзы и определяется как общее пересечение обратных продолжений световых пучков, идущих от окуляра (показаны штриховыми линиями)
Зелёный - центральный пучок. Он соответствует центру поля зрения.
Красный - боковой пучок, самый крайний, который ещё не виньетируется, и целиком попадает в зрачок глаза
Синий - крайний боковой пучок, который виньетируется примерно на 95%, но от которого ещё хоть что-то попадает в зрачок
Углы между пучками соответствуют половине диаметра поля зрения: между красным и зелёным "Н/в пп" здесь составил 11 градусов (полный диаметр такого поля 22 градуса) - это невиньетированное поле, на котором ничего не срезается. Оно же примерно соответствует тому полю, на котором одна линза худо-бедно обеспечивает приемлемое качество изображения.
Между зелёным и синим - примерно "Ч/в пп" в данном случае составил 15 градусов (диаметр поля примерно 30 градусов) - на котором ещё хоть что-то видно.
На угловых расстояниях от центра поля между 11 и 15 градусами освещённость падает с полной до нуля. Это как юы "полутень" или нерезкая граница поля.