Konštrukcia ďalekohľadov Nikon verzus chyby optických sústav

V predchádzajúcich častiach sme si ukázali, že v súčasnosti existujú dva tipy usporiadania optických prvkov v ďalekohľadoch. Je to klasickejší poroprizmatický dizajn a novší strechový dizajn usporiadania optickej sústavy.

Ilustrácia optickej sústavy v ďalekohľade Nikon Monarch

V obidvoch prípadoch však hrajú nenahraditeľnú rolu jednotlivé optické prvky, ktoré sa starajú o to, aby obraz vstupujúci do oka pozorovateľa bol nielen ostrý a detailný, ale zároveň slobodný od optických chýb a aberácií. Aby bol jednoducho čo najvernejší. Na to slúžia optické prvky so špecifickým dizajnom, zo špeciálneho materiálu a s dômyselnými ochrannými a antireflexnými vrstvami. A my si dnes predstavíme dielo tohto optického umenia.

Zaujímavosť

Viete o tom, že prvý ďalekohľad Nikon bol vyrobený už v roku 1921? Bol to extrémne kompaktný ďalekohľad Mikron so zväčšením 4x alebo 6x, ktorý bol potom ešte niekoľkokrát modernizovaný a reprodukovaný. Je to teda už vyše 100 rokov, čo Nikon vyrába a neustále modernizuje optické zariadenia určené na pozorovanie vzdialeného sveta.

Sférická aberácia a asférické optické členy

Ide o jednu z najzakladanejších chýb optických sústav. Prejavuje sa neostrým obrazom v hľadáčiku a je spôsobená rozdielnym uhlom lomu svetelných lúčov v optickej sústave. Zväzok lúčov vychádzajúci z jedného bodu sa nezbieha v jednom bode po prechode optickou sústavou. O to, aby sa tak dialo a bod bol aj po prechode optickou sústavou ostro definovaný ako bod, sa starajú asférické optické členy. Ide o šošovky špeciálneho tvaru, ktoré korigujú svetelné lúče tak, aby dopadali presne a ostro reprodukovali objekt. Označujem ich ako ASPH (podľa anglického Aspherical lens).

Komatická vada (Coma)

Ide o optickú vadu, ktorá spôsobuje nepresnú reprodukciu objektu hlavne v okrajových častiach obrazu. Falošná reprodukcia však nie je spôsobená nepresným lomom lúčov, ako v prípade sférickej aberácie, ale nerovnomerným zväčšením v rámci obrazu. Lúče z jedného bodu prechádzajú optickou sústavou a sú rôzne zväčšené. Za optickou sústavou vytvárajú sériu asymetrických kruhov, ktoré spolu tvoria kužeľovitý tvar. Hovoríme, že bodové svetlá v okrajových oblastiach majú tvar kométy. Korekcia komatickej chyby je dôležitá najmä u ďalekohľadov určených na pozorovanie nočnej oblohy, aby boli hviezdy aj v periférnych oblastiach obrazového poľa zobrazené ako body.

Zakrivenie roviny ostrosti

Prejavuje sa tak, že pri zaostrení na rovný objekt sa ten javí ako ostrý v strede obrazu, ale okrajové časti obrazu sa zobrazujú neostro. Príčinou je v tomto prípade prehnutá rovina ostrosti.

Okraje obrazu nie sú neostré pre nedokonalý lom lúčov (sférická aberácia), rozloženie svetla na hranách (chromatická aberácia) ani nerovnomerným zväčšením (coma). Všetky body sa v tomto prípade môžu zobrazovať ostro, ale nie vo vertikálnej rovine k optickej osi objektívu. Anglický termín na túto optickú nedokonalosť je „field curvature“. Komatickú vadu a nechcené zakrivenie roviny ostrosti korigujú optické členy špeciálneho dizajnu, ktoré Nikon komplexne nazýva Field Flattener Lens System. Ide o optický návrh členov tak, aby poskytovali ostrý obraz od okraja po okraj obrazu. Je potrebné podotknúť, že eliminácia týchto optických nedokonalostí je priamo úmerná cene ďalekohľadu. Platí to nielen pre značku Nikon ale všeobecne.

Chromatická chyba (aberácia)

Chromatickou aberáciou nazývame rozdielny lom lúčov rozdielnych vlnových dĺžok (farieb). Rôznym vlnovým dĺžkam zodpovedajú rozdielne farby a tak sa táto chyba prejavuje nechcenými farebnými kontúrami na kontrastných hranách.

Ak ide o farebné kontúry v hĺbke ostrosti (mieste zaostrenia), ide o štandardnú chromatickú vadu. Ak ide o farebné kontúry či anomálie mimo hĺbku ostrosti, hovoríme o pozdĺžnej chromatickej chybe (aberácii).

Chromatickú chybu korigujú špeciálne optické členy zo špeciálneho skla s nízkym rozptylom svetla. Nikon ich pomenúva Extra-low Dispersion (ED) a Super ED glass.

Geometrické skreslenie

Geometrickým skreslením nazývame deformáciu obrazu pri ktorej rovné línie nie sú premietané rovno. Skreslenie môže byť súdkovité, vankúšovité (poduškovité) alebo komplexné. Kým vo fotoaparátoch vo výslednom obraze vieme jednoduchšie geometrické skreslenie korigovať softvérom, v prípade priameho pozorovania cez ďalekohľad je táto dodatočná korekcia nemožná. Koriguje sa správnym návrhom optickej sústavy.

Zaujímavosť

Geometrické skreslenie si však nemusíme ani všimnúť. Pri pozorovaní prírody zvyčajne nemáme v obraze rovnobežné línie. Zakrivenie línií si môžeme všimnúť napríklad pri pozorovaní vodnej hladiny na horizonte. V zastavaných oblastiach sa neustále stretávame s rovnobežnými vodorovnými líniami i zvislicami, preto v tomto prípade ľahšie odhalíme geometrické skreslenie ďalekohľadu. Aj tu však pracuje softvér v našej hlave. Napriek tomu, že línie sú jemne deformované, mozog nás presviedča, že sú rovné. 😊 Preto sme si doteraz ani nemuseli geometrické skreslenie všimnúť, kým sme sa na neho nesústredili. Ako také je najmenej rušivou nedokonalosťou optických sústav, kým nie je extrémne.

Vinetácia

Stmavnutie okrajových častí obrazu asi všetci poznáme. Je spôsobené tým, že svetelné lúče prechádzajúce v blízkosti osi optickej sústavy utrpia prechodom najmenšie straty. Intenzita lúčov, ktoré sa lomia a prechádzajú optickou sústavou ďalej od optickej osi, je menšia, keďže tieto lúče prechádzajú zvyčajne najkomplikovanejšou a najdlhšou cestou. Vo všeobecnosti platí, že kompaktnejšie ďalekohľady majú väčšiu vinetáciu ako svetelnejšie a väčšie ďalekohľady. Pokles svetla v okrajových častiach obrazu závisí od kvality použitého skla, antireflexných vrstiev a relatívnej svetelnosti ďalekohľadov.

Odlesky a strata kontrastu

O odleskoch a strate kontrastu sme už písali v minulých častiach a svetelnosti a stratách svetla pri prechode optickou sústavou. Každý prechod svetelného lúča cez povrch vzduch – sklo alebo opačne sklo – vzduch je rizikom, že sa svetlo nedokonale lomí a časť z neho sa odrazí. Toto svetlo potom spôsobuje rôzne nedokonalosti v obraze, napríklad odlesky na povrchu šošoviek, zníženie kontrastu, závoj v časti obrazu…

Nikon vo svojich ďalekohľadoch používa viacnásobné antireflexné vrstvy na povrchoch optickej sústavy, aby tieto nežiaduce odrazy a odlesky eliminovali. V drahších modeloch sú aplikované viacnásobné antireflexné vrstvy na každom jednom povrchu. Vtedy Nikon uvádza že ďalekohľad má „Full Multilayer Coating“. V drahších ďalekohľadoch Nikon so strechovým dizajnom sa môžeme stretnúť aj s dielektrickými reflexnými vrstvami. Sú to špeciálne vrstvy, ktoré neprepúšťajú svetlo, ale naopak, majú úlohu ho čo najpresnejšie odraziť. Slúžia na precízne vedenie lúčov svetla uprostred strechových hranolov ďalekohľadov v tomto dizajne.

Farebný posun

Ku komfortu pozorovania nesporne prispieva aj farebná vernosť. Laicky povedané ide a to, aby biela bola naozaj bielou. a neutrálna šedá neutrálnou šedou. Aby výsledný reprodukovaný obraz netiahol do teplých tónov ani do chladných.

Aj tu, podobne ako pri geometrickom skreslení, náš mozog do určitej miery podvedome dokáže korigovať farebný posun. Ak je ale výrazný a raz si ho všimnete, dokáže potom naozaj iritovať pri pozorovaní. 😊 O čo najvernejšie farby sa stará dôsledný výber materiálu – skla a tiež kvalitné antireflexné vrstvy. Spoločnosť Nikon s ohľadom na prírodu už dávno používa špeciálne sklá a materiály, ktoré neobsahujú žiadne škodlivé prvky, napríklad olovo (Pb) alebo arzén (As). Na dosiahnutie homogénnosti a čo najčistejšieho materiálu na brúsenie šošoviek (J-series Glass) sa využíva vylepšené SCHOTT sklo s obohatením o určité prvky, napríklad Bária, ktoré vylepšuje priepustnosť a presnú lomivosť svetla šošovkami. Poznáme ho aj pod skratkou JBAK4. Na výrobu špeciálnych optických členov, napríklad ED člena (člen s extrémne nízkym rozptylom svetla) sa zas využíva lisované sklo (Q-series Glass).

Dalo by sa o materiáloch a špeciálnych optických členoch rozprávať veľmi veľa a zložitým spôsobom, no prenechajme to optikom a inžinierom navrhujúcim optické sústavy ďalekohľadov. Dôvod prečo sme túto časť zaradili do nášho seriálu o ďalekohľadoch je, aby sme pochopili, že nie je sklo ako sklo, antireflexná vrstva ako antireflexná vrstva, a že pri súčasnej zložitosti optických sústav je kvalita a vernosť obrazu ďalekohľadu priamo úmerná nielen optickému návrhu, ale rovnako aj kvalite použitých materiálov a špeciálnych optických členov.

Ďalšie časti nášho seriálu o ďalekohľadoch nájedete tu: https://www.nikonblog.sk/sportova-optika/

Zdieľaj

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *