Hranoly v binokulárních dalekohledech

Hranoly v dalekohledech

Binokulární dalekohledy (pokud se nejedná o divadelní kukátka Galileiho typu) obsahují kromě okulárů a objektivů ještě hranolovou soustavu, která převrací obraz pozorovaného objektu. Výsledný obraz vytvořený dalekohledem je pak stejně orientovaný jako pozorovaný předmět. Hranoly také umožní, aby se dráha paprsku z objektivu k okuláru snáze vešla do menších rozměrů těla dalekohledu.

Obecně se v dalekohledech používají dvě skupiny hranolových soustav - s porro hranoly a se střechovými hranoly.

- porro hranoly – poprvé použil italský optik Ignazio Porro v roce 1850. Dalekohledy s porro hranoly jsou typické zalomeným tvarem. Výhodou porro hranolů je, že na všech jejich odrazných plochách dochází k totálnímu odrazu světla bez ztrát a je velmi snadné a relativně levné takové hranoly vyrobit. Optická osa dalekohledů s porro hranoly je zalomená ve tvaru písmene Z. Tyto dalekohledy jsou robustnější než dalekohledy se střechovými hranoly.

U menších dalekohledů se používají porro hranoly, které jsou uspořádány v opačné orientaci než u klasických velkých porro dalekohledů. Výhodou je, že při zachování všech optických kvalit mají tyto dalekohledy menší rozměry.

Porro hranoly je snadné vyrobit a jelikož u nich dochází k totálním odrazům na všech odrazných plochách, není potřeba používat dielektrické reflexní ani fázové vrstvy. Jejich výroba je tedy poměrně levná.

Dalekohledy s porro hranoly mají ve srovnání s levnými dalekohledy se střechovými hranoly kvalitnější obraz.

- střechové hranoly (anglicky roof nebo německy Dach) – jejich název je odvozený od tvaru střechy, který tvoří dvě navzájem kolmé optické plochy. Dalekohledy se střechovými hranoly mají rovné tubusy bez zalomení a jsou menší a skladnější než dalekohledy s porro hranoly. Výroba střechových hranolů je však náročnější a dražší než výroba porro hranolů.

Obecně se používají dva typy střechových systémů - Schmidt-Pechan a Abbe-Koenig.

Nejčastěji používaný systém Schmidt-Pechan se skládá ze dvou opticky stmelených hranolů vyrobených z různých druhů skel. Schmidtův hranol obsahuje střechu, na které dochází k fázovému posunu světla a u kvalitnějších dalekohledů se proto pokrývá fázovými vrstvami. Na jedné ploše Pechanova hranolu zase nedochází k totálnímu odrazu a vznikají tak světelné ztráty. Pro dosažení kvalitního obrazu dalekohledu se na tuto plochu nanáší tzv. reflexní dielektrické vrstvy, které zvyšují odraznost plochy a snižují světelné ztráty. Z toho je patrné, že výroba střechové hranolové soustavy je mnohem náročnější než výroba klasických porro hranolů. Výhodou dalekohledů se střechovými hranoly jsou menší rozměry a hmotnost a při použití moderních technologií optických vrstev dosahují dalekohledy se střechovými hranoly lepší kvality obrazu než dalekohledy s porro hranoly.

Systém Abbe-Koenig se skládá ze dvou skleněných hranolů, které jsou opticky stmelené do jednoho kusu ve tvaru písmene "V" - všechny plochy mají totální odraz, proto je není potřeba pokovovat reflexní vrstvou. Systém Abbe-Konig má přirozeně lepší přenos světla než Schmidt-Pechan ze stejného materiálu. Jeho nevýhodou je, že má větší rozměry a dalekohledy s Abbe-Koenig systémem jsou pak delší a těžší.

Výroba střechové hranolové soustavy vyžaduje velkou přesnost a dodatečnou úpravu optických ploch. Dalekohledy se střechovými hranoly jsou z toho důvodu mnohem dražší než dalekohledy s porro hranoly.

Ještě nedávno se všeobecně uznávalo, že dalekohledy s porro hranoly mají kvalitnější obraz než dalekohledy se střechovými hranoly. Jelikož jsou dalekohledy s porro hranoly robustní, začaly být oblíbenější elegantní, skladné dalekohledy se střechovými hranoly (roof) a rovnými tubusy. S postupným rozvojem nových optických materiálů a se zdokonalováním technologií dielektrických vrstev dnes dosahují dalekohledy se střechovými hranoly lepších optických vlastností než dalekohledy s porro hranoly. Porro dalekohledy se však stále ještě vyrábí, jelikož jejich kvalita je lepší než u levných dalekohledů se střechovými hranoly a jejich cena je nižší.

Fázové vrstvy

V dalekohledech se střechovými hranoly dochází při lomu světla k fázovému posunu. Světlo odražené od "střechové" plochy hranolu je částečně polarizované a může docházet k interferencím. Toto způsobuje ztráty intenzity procházejícího světla (jasu) a informace (rozlišení). Platí to pro oba používané systémy Abbe-Koenig i Schmidt-Pechan, i když u každého jsou fázový posun a interference jiné. Zejména je to vidět u dalekohledů s velkým zvětšením a malou výstupní pupilou. Tento jev lze výrazně potlačit nanesením speciálních vrstev na plochy hranolů. Výsledný kontrast a rozlišení je pak na první pohled lepší a je srovnatelné s porro dalekohledy stejných parametrů - viz obrázek níže.

Optické sklo

Hranoly dalekohledů se dnes vyrábí z optického skla označovaného jako BK7, BaK4 a SK15.

Kvalita optického skla, z něhož jsou vyráběny hranoly, je velmi rozmanitá, což je také jeden z důvodů, proč se cenové rozpětí dalekohledů pohybuje od pár set korun až do desítek tisíc. V levnějších dalekohledech je používané sklo třídy BK7. Lze jej snadno poznat tak, že se podíváte do okulárů ze vzdálenosti cca 30cm. Kruhová výstupní pupila je u skla BK7 oříznutá stínem čtvercového tvaru. Toto mírné zastínění výstupní pupily však nemá velký vliv na ostrost obrazu. Většinou se uvádí, že sklo BaK4 je lepší než BK7, ale pokud se podíváte do tabulky, pak zjistíte, že to není tak jednoznačné. Sklo BK7 má větší Abbeho index, což znamená, že má menší disperzi a tedy i menší barevnou vadu. Sklo BaK4 má zase větší disperzi a tedy i barevnou vadu než sklo BK7, ale má také větší index lomu, a proto se používá u optických soustav s ohniskovým poměrem pod f/5, kde je potřeba dosáhnout co nejlepšího vnitřního totálního odrazu u vnějších paprsků světleného kužele.

Abbeho číslo

vyjadřuje míru disperze ve skle nebo jiném materiálu pro určitou spektrální oblast nebo vlnovou délku. Pokud má sklo nebo jiný materiál vyšší Abbeho číslo znamená to, že se v něm světlo o různých vlnových délkách láme pod téměř stejným úhlem a nedochází k výraznému barevnému rozkladu - disperzi. Disperze je nízká a potažmo je menší i barevná vada. Abbeho číslo a index lomu jsou vlastnosti materiálu, které se využívají při výrobě optických přístrojů.

Index lomu

je bezrozměrné číslo, které popisuje, jak se chová světlo nebo jiné záření při průchodu materiálem. Jedná se o poměr rychlostí světla ve vakuu a rychlosti světla v určitém materiálu při určité vlnové délce. Pokud je index lomu vyšší, pak se světlo v materiálu láme více a není potřeba příliš měnit tvar např. čočky. Světlo prochází rychleji materiálem s nižším indexem lomu.

Pokud je čočka vyrobena ze skla s běžným indexem lomu, pak je většinou silnější. Pro lepší vykreslení detailu v ohnisku je možné použít čočku vyrobenou ze skla s vysokým indexem lomu, která je úzká a má kratší ohniskovou délku.

Autor: Miloš Motejl

Kopírování obsahu článku bez písemného souhlasu autora není dovolené.