Окулярът е другия основен оптичен елемент на телескопите, наред с обектива. Той служи за разглеждане на образа на обекта, създаден от обектива, и в този смисъл играе ролята на лупа. Поради особеностите на астрономическите наблюдения, обаче изискванията към качеството на окулярите са много по-високи, отколкото към обикновените лупи. Един лош окуляр може сериозно да развали образа, създаден и от най-добрия обектив. От друга страна окулярът е в състояние да компенсира някой от недостатъците на обектива.
Увеличение и фокусно разстояние
Всъщност, когато говорим за окуляри за телескопи думата "увеличение" не се използва (използва се при микроскопските окуляри, на които обикновено увеличението е написано на корпуса). В астрономията основната характеристика, която свързва окулярите с увеличението на телескопа е тяхното фокусно разстояние. То се измерва в милиметри и варира в границите от 2.5mm до 100mm. Обикновено всеки телескоп има набор от няколко окуляра с различно фокусно разстояние. Чрез замяната им по време на наблюдение се достигат различни увеличения на телескопа.
Увеличението се изразява в отношението на видимите ъглови размери на наблюдавания обект през телескопа и с невъоръжено око. Най-лесно, обаче то се изчислява по следната формула:
М = Fоб / fок,
М - увеличение на телескопа;
Fоб - фокусно разстояние на обектива, [mm];
fок - фокусно разстояние на окуляра, [mm].
Колкото окулярът е по-късофокусен, толкова по-голямо е увеличението, и обратно.
Най-често, първата задача при избора на окуляри е да решим колко и с какво фокусно разстояние да са те. Отговорът може да зависи от различни фактори но можем да приемем, че отговорът на "колко?" е три плюс една леща на Барлоу. При избора на най-слабия и най-силния от тях е нужно да се съобразим с минималното и максималното допустимо увеличение, които може да има телескопът. Например, за един телескоп с диаметър 114mm и фокусно разстояние 900mm минималното увеличение е ~20х. Такова увеличение се постига с окуляр с фокусно разстояние 45mm. Най-разпространени са 40mm окуляри. В другия край - максималното увеличение на същия телескоп е ~170х, за което трябва да имаме окуляр с фокусно разстояние 5mm. Окуляри с такова късо фокусно разстояние, обаче не са за предпочитане. В случая можем за изберем един 10mm окуляр в комбинация с леща на Барлоу. Ако се ограничим до тези два окуляра и лещата ще можем да наблюдаваме със следните увеличения: 180х (10mm окуляр + 2х леща на Барлоу), 90х (10mm окуляр), 45х (40mm окуляр + 2х леща на Барлоу) и 23х (40mm окуляр). Ако министърът на финансите е по-сговорчив не е лоша идеята да си вземем и един 20mm или 25mm окуляр:) Ако пък бюджета ни е ограничен, най-подходящо е да подберем окуляр/окуляри със средна сила, например 20mm или 25mm и леща на Барлоу, по възможност.
Избягвайте много късофокусни окуляри, които подмамващо "гарантират" големи увеличение на малки телескопи. Със сигурност няма да видите нищо през 70mm телескоп с рекламираното в брошурата увеличение 300х. Поради това, че по-силните лещи на тези окуляри имат по-закривени повърхности при тях аберациите са по-ясно изразени. Голямото увеличение води и до намаляване на зрителното поле, както и до влошаване на яркостта и контраста на образа. Освен всичко, те имат и късо очно разстояние, което ги прави неудобни при наблюдение. Силни (късофокусни) окуляри се използват при планетни и лунни наблюдения. Обектите са достатъчно ярки, а и ограниченото зрително поле не е от такова значение. За наблюдения на т.нар. deepsky-обекти и "панорамни" наблюдения най-подходящи са средните и дългофокусните окуляри, при което полето е широко и ярко.
По принцип, фокусното разстояние на окулярите е отделно изписано на корпуса им или се подразбира от модела, който обикновено включва число, показващо фокусното разстояние в милиметри. Възможно е да ви попаднат окуляри от микроскопи. При тях не се обозначават фокусните разстояния, а увеличението им. Например окуляр 10х. Фокусното разстояние на тези окуляри се намира така:
fок = 250 / w,
където:
fок - фокусно разстояние
на окуляра, [mm];
w - обозначеното
увеличение.
Съществуват и окуляри с променливо фокусно разстояние, или т.нар. zoom-окуляри.
Това са окуляри, в които е включена леща на Барлоу, чието положение се
мени спрямо останалите лещи. Колкото и привлекателна да ви се струва идеята
"с един куршум много зайци" не се подлъгвайте. Наистина, ще можете да наблюдавате
с различно увеличение, но при никое от тях образът няма да е добър колкото
при окулярите с фиксирано фокусно разстояние. Този недостатък е най-ясно
изразен при големите увеличения. Zoom-окулярите са с по-малко зрително
поле, в сравнение с фиксиран окуляр със същото фокусно разстояние. Не са
и парфокални - при промяна на фокусното им разстояние се налага префокусиране.
Когато говорим за зрително поле обикновено се има предвид размера (диаметъра) на онази част от небето, която се вижда в окуляра на телескопа. Всъщност, ако трябва да бъдем точни има два вида зрително поле - истинско и видимо. Истинското зрително поле е точно това, за което стана дума по-горе. Видимото зрително поле е видимият ъглов размер на площта, ограничена от диафрагмата, когато се погледне през окуляра. С други думи, това е ъгълът, на който се завърта окото, когато погледа се премества от единия до другия край на диафрагмата. Когато се каже, че един окуляр има зрително поле 50° или 80° се има предвид точно него.
За по-лесното възприемане на разликата между видимото и истинското зрително поле може да си представим, че гледаме не в окуляра, а телевизор, на който в пълен кадър е дадена Луната. От разстояние 1 метър екранът на телевизора се вижда под ъгъл 30°, примерно. Това е аналогично на видимото зрително поле. В същото време знаем, че ъгловия размер на Луната (която е изцяло в кадър) е 0.5°. Това е аналогия на истинското зрително поле.
По принцип видимото зрително поле на всеки окуляр е известно (варира от около 30° до около 90°), то се дава от производителя. За да се изчисли истинското е достатъчно видимото зрително поле да се раздели на увеличението на телескопа:
ЗПист = ЗПвид / М,
ЗПист - истинско зрително поле на телескопа, [°];
ЗПвид - видимо зрително поле на окуляра, [°];
М - увеличени на телескопа.
Ако все пак видимото зрително поле не се знае с известно приближение то може да се изчисли така:
ЗПвид = 2 * arctg (d / 2fок)
където:
ЗПвид - зрително поле на
окуляра, [°];
d - диаметър на полевата диафрагма
на окуляра, [mm];
fок - фокусно разстояние
на окуляра, [mm].
Друга приблизителна формула за изчисляване на видимото зрително поле е:
ЗПвид = 57.3 * (d / fок)
Тук е описан лесен начин за практическо
изчисляване на истинското зрително поле.
Изходната зеница представлява диаметъра на изходящия от окуляра светлинен сноп. Тя е обвързана с размера на зеницата на окото, както и с диаметъра и увеличението на телескопа. Ако изходната зеница на окуляра е по-голяма от диаметър от зеницата на окото то тогава част от излизащата от окуляра светлина не попада в окото и се губи. От друга страна при увеличения, които водят до изходна зеница по-малка от 0.5-0.7mm образът на наблюдавания обект започва да се влошава - колкото и да се вдига увеличението повече детайли не се виждат, а полето става тъмно и неконтрастно. Това е безсмислено и е причината за въвеждането на минимално и максимално допустимо увеличение на телескопа.
Изходната зеница на окуляра може да се изведе геометрично и да се изчисли по следния начин:
dиз = Dоб / М,
където:
dиз - диаметър на изходната
зеница на окуляра, [mm];
Dоб - диаметър на обектива
на телескопа [mm];
М - увеличение на телескопа.
Очното разстояние е най-голямото разстояние между последната (очната) леща на окуляра и окото, при което зрителното поле се вижда изцяло. Тази характеристика е от значение за комфортното наблюдение. При окуляри с малко очно разстояние се налага окото почти да допира очната леща, което освен че е неприятно, може да предизвика и нежелани отражения, например в полето да се виждат отражения на миглите на окото, както и замърсяване на стъклената повърхност. Ако наблюдателят носи очила използването на окуляри с малко очно разстояние е невъзможно. Изход от тази ситуация е гледането без очила, но в този случай се налага ново фокусиране. Ако с телескопа работят няколко наблюдателя с различен диоптър на очите, които в момента на наблюдение са без очила се налага постоянно фокусиране от всеки от тях.
Късото очно разстояние на окуляра не позволява и използването на гумените засенващи накрайници - те налагат окото да е на определено разстояние от окуляра, а в такъв случай е възможно зрителното поле да не се вижда изцяло.
Късото очно разстояние може да е причина за неволен допир на окото или лицето на наблюдателя в окуляра, което пък може да доведе до разместване на насочения телескоп.
Размера на очното разстояние зависи от оптичната схема на окуляра и от фокусното му разстояние. По принцип то нараства с нарастването на фокусното разстояние. Съвременните окуляри се проектират така, че да имат достатъчно голямо очно разстояние, като понякога за тази цел в схемата се добавя отрицателна челна леща. Друг подход е използването на по-дългофокусен окуляр (който по принцип има по-голямо очно разстояние) в комбинация с леща на Барлоу. По този начин се постига желаното по-голямо увеличение, като се запазва голямото собствено очно разстояние на окуляра.
В таблицата са дадени средни стойности на очните разстояния на окуляри
с различни оптични схеми като част от фокусното им разстояние:
| Хюйгенс | 0.3 |
| Рамсден | 0.0 |
| Келнер | 0.5 |
| RKE | 0.9 |
| Ортоскопичен | 0.6 |
| Пльозл | 0.7 |
| Симетричен | 0.8 |
| Ерфле | 0.3 |
| Кьониг | 0.5 |
| Nagler | 1.2 |
Все пак, прекалено голямото очно разстояние също може да е причина за неудобство при наблюдението - когато окулярът е далеч от окото наблюдателя трудно намира правилното разстояние на най-добро виждане.
Различните модели телескопи имат различни по размери окулярни възли (фокусировъчни устройства). Съобразно това се произвеждат и различни по размери окуляри, независимо, че фокусното им разстояние може да е еднакво. Става въпрос за тази част от корпуса на окуляра, която се поставя във фокусировъчното устройство - по-точно за външния диаметър на цилиндъра. Най-разпространени днес са окулярите с размери 0.96", 1.25", and 2". Измерват се в инчове, тъй като този формат е най-разпространен на запад, а продаваните в България любителски телескопи са изработени по него. Тъй като един инч е равен на 25.4mm размерите в милиметри са следните - 24.38, 31.75 и 50.8mm. Обикновено 0.96" окуляри са най-евтини, но пък и телескопите, които ги използват са от по-ниска категория. В същото време малките размери на тялото на окуляра могат да доведат до физическо ограничаване на зрителното поле (по-малък диаметър на диафрагмата), дори окулярът да е с широкоъгълна оптическа схема. От друга страна големите 2" окуляри са много по-тежки и скъпи. Съществуват окуляри с голям брой оптични елементи, които тежат над 1 kg и струват над 500 долара!
Освен с тези най-разпространени размери има и окуляри с други, по-рядко срещани. Такива са 0.917" (23mm), някои японски окуляри са с размер 1" (25.4mm), руски с размери 29mm и 32mm, френски с размер 27.07mm (1 парижки инч) и др.
При изборът на окуляр обърнете внимание и на тази характеристика. Колкото и хубав да е той какво ще го правите ако не можете да го закрепите във фокусировъчното устройство! Е, в някои от случаите има изход, който се нарича "адаптер" - ако окулярът ви е с по-малък размер може да използвате такъв преходник между малкия диаметър на окуляра и по-големия на фокусировъчното устройство.
Качеството на окулярите, от гледна точка на оптиката зависи от няколко фактора. На първо място това е вида на оптичната схема. Свързан с нея е броя на лещите и начина им на разположение. В някой от съвременните модели окуляри броят на лещите е значителен, на светлината се налага да преминава през доста дебела стъклена маса, което оказва влияние на степента й на проходимост. От значение са и вида на стъклата, от които са изработени лещите, както и степента на полирането им. Особено внимание се отделя на наличието и вида на антирефлексното покритие (просветляване). Липсата на такова покритие води до изгубване на част от светлината, появяване на паразитни отражения и намаляване на контраста, което влошават качеството на наблюдението. Затова всички съвременни окуляри са просветлени и многослойно просветлени. Матирането и почернянето на страничните ръбове на лещите също е начин за намаляване на отраженията и разсейването на светлината.
Не на последно място е и механичното качество на окулярите - стабилното монтиране на лещите, точното им центроване и т.н. Към механичното качество, или по-скоро към дизайна на механичната част на окулярите може да се добави и т.нар. парфокалност. Това е способността при замяна на окуляри с различно фокусно разстояние да не се налага префокусирането им. Обикновено парфокални са окулярите с различно фокусно разстояние от една серия на даден производител.
Изборът на окуляри може да се разглежда в няколко посоки. Някой от тях бяха засегнати по-нагоре.
От значение при избора на окуляри е и тяхната оптическа схема. Най-подходящи за българските любители, от гледна точка на съотношението качество-цена са окулярите Пльозл. Ако се налага да направите компромис за дългофокусен изберете окуляр Келнер, който е по-евтин, а за късофокусен - Пльозл. Добро качество срещу поносима цена дават и ортоскопичните и Ерфле, а окулярите Хюйгенс и МА (модифициран ахромат) не са за предпочитане.
Много пъти за астрономически наблюдения са подходящи и окуляри от различни военни оптични инструменти. Разбира се, те едва ли ще съвпаднат по размер с вашето фокусировъчно устройство, но пък имат други добри страни - изискванията към военната оптика са по-високи и тези окуляри са много качествени. Пък и най-вероятно ще ви излязат почти безплатно. Могат да се използват окуляри и от бинокли, зрителни тръби, теодолити, дори обективи от стари кинокамери и др.
Какъвто и обект да наблюдаваме, за да насочим телескопа трябва да използваме най-дългофокусния окуляр. Той е с най-голямо зрително поле и обекта се намира и разпознава по-лесно. Голямото зрително поле дава възможност за разглеждане на по-обширен район на небето и по-лесно ориентиране сред съседните звезди. Преди слагането на по-силния окуляр обектът трябва да се центрира в зрителното поле, защото новия окуляр е с по-малко поле и търсенето е по-трудно. Освен това различните обекти се виждат различно добре с различните по сила окуляри. Пробвайте и подберете. Когато наблюдавате по-слаби обекти на границата на видимостта изчакайте няколко минути с дадения окуляр, преди да решите, че не се вижда нищо. Често при смяната на окуляра наблюдателя е "заслепен" от странично осветление и е необходимо време на акомодация. Друга дребна хитрост е да гледате с периферното си зрение. След като обектът е центриран в зрителното поле окулярът може да се замени с по-силен.
Освен
"нормалните" окуляри съществуват и такива, в които е монтиран кръст, осветен
от светодиод. Тези окуляри се използват предимно при астрофотография,
като целта на осветения кръст е по-лесното "засичане" и следене на водещата
звезда.В някои окуляри вместо кръст има по-сложна измервателна скала, чрез
която могат да се измерват ъгловите разстояния между две близки звезди,
позиционния им ъгъл и др.