Katadioptrički sistemi

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Reklama katadioptričnog objektiva iz 1960. godine

Katadioptrični sistemi su optički sistemi u kojima su kombinovani reflektori i refraktori.[1][2]

Nastanak[uredi | uredi izvor]

Svetionik sa Frenelovim sočivima

Kombinacije ogledala i sočiva za izgradnju katadioptričnih sistema su se koristile već dvadesetih godina devetnaestog veka. Francuski fizičar Ogisten žan Frenel je konstruisao vrstu sabirnih sočiva koja se po njemu naziva - Frenelova sočiva. Frenelova sočiva mogu biti mnogo tanja nego uobičajena sabirna sočiva. Prva primena ovih sočiva je bila na svetionicima. Ova sočiva mogu da zahvate mnogo veću količinu svetlosti koja stiže sa strane, što omogućava svetionicima da budu vidljivi sa mnogo većih rastojanja. Frenelova sočiva i danas imaju široku primenu.[3]

Šosle Frenelovih sočiva, konstruisan je katadioptrički mikroskop 1859, a 1876. godine je pronađena i kombinacija sfernog i konkavnog ogledala, nazvana po pronalazalu, Mangino ogledalo.[4]

Prvi katadioptrik je u Nici 1917. godine izumeo Henri Šretjan. Patentirao ga je u 1923. godini kao uređaj je napravljen za komunikaciju u kojoj neprijatelj ne bi mogao da presretne poruke.[5]

Shema uređaja predstavlja poboljšanu verziju Kasegrenovog teleskopa. Objektiv čini dvoogledalni sistem. Primarno ogledalo reflektuje svetlost na sekundarno, koja se odavde ponovo reflektuje na primarno, ali tačno u njegov centar u kojem je rupa i gde je postavljen okular. Primarno ogledalo je sistem od dva hiperbolična ogledala. Ono odbija zrake ka sekundarnom ogledalu, koje je obično hiperbolično.

Teleskop koji radi sa katadioptričnim sistemom su kreirali Henri Šretjan i Džordž Vilijams Riči početkom dvadesetih godina prošlog veka. Danas skoro svi profesionalni teleskopi imaju ovakvu konstrukciju, dok se katadiopter donekle razlikuje.[6][7]

Aberacije optičkih sistema[uredi | uredi izvor]

Optički sistem prve klase je sistem čije su aberacije (greške) manje od difrakcije koja je neizbežna. U cilju smanjenja i otklanjanja nedostataka optičkih sistema, često se ne koriste samo sočiva ili samo ogledala, već njihova takva kombinacija da se što bolje iskoriste prednosti, a što više smanje mane oba ova optička elementa.

Aberacije mogu biti geometrijske (sferna aberacija, koma i astigmatizam) i fizičke (hromatska aberacija).[8]

  • Sferna aberacija se manifestuje time da žiže ivičnih i centralnih zraka ne leže u istoj ravni. Karakteristična je za sočiva koja nisu idealni paraboloidi.
  • Koma[9] je aberacija kada se likovi formirani van optičke ose teleskopa iskrivljuju. Ova aberacija raste sa udaljavanjem od ose i određuje gornju granicu oblasti u kojoj su likovi odgovarajućeg kvaliteta.
  • Hromatska aberacija se sastoji u tome da se zraci različitih boja fokusiraju u različitim tačkama ose sočiva. Nastaje zbog zavisnosti indeksa prelamanja sočiva od talasne dužine upadnog zračenja. Da bi se ova aberacije eliminisala ili bar redukovala, refraktori imaju objektive koji se sastoje od sistema sočiva (ahromata) sačinjenih od različitih vrsta stakala sa pažljivo izabranim indeksom refrakcije (kron i flint stakla). U praksi se hromatska aberacija nikada potpuno ne eliminiše za sve talasne dužine, već se bira pogodan sistem sočiva koji redukuje aberaciju na minimum u spektralnom intervalu u kom želi da se posmatra.[10]

Katadioptrični teleskopi[uredi | uredi izvor]

U klasične katadioptrike spadaju[11]:

  • Maksutovljev teleskop koji svojim meniskom (izdubljenim sočivom) sfernom aberacijom kompenzuje sfernu aberaciju ogledala.
  • Teleskop Šmitova kamera koji korektivom pločom od tankog stakla specijalnog profila postavljenom u centar krivine ogledala kompenzuje sfernu aberaciju ogledala.

Katadioptrični sistemi se na osnovu načina funkcionisanja dele u tri klase[12]:

  • Maksutovljeve (MAK) teleskope

Princip koji koristi ovaj teleskop je i najčešći način funkcionisanja katadioptričnih teleskopa. Svetlost prolazi kroz sočivo, pada na primarno ogledalo od koga se reflektuje do sekundarnog ogledala koje je reflektuje do okulara iza rupe u primarnom ogledalu.

  • Smit-Kasegrejn teleskope

On funkcioniše na isti način kao i Maksutovljev teleskop, samo na mestu sočiva ima korektivnu ploču.

  • Njutn-Kasegrejn teleskope

Njutn-Kasegrejn teleskop funkcioniše po drugom principu. Svetlost od sekundarnog ogledala se odbija tako da dolazi do okulara koji se nalazi na bočnoj strani optičke cevi. Okular se javlja ili kao klasično sočivo, ili kao korektivna ploča.

Primena[uredi | uredi izvor]

Katadioptrički optički sistemi imaju veliku primenu, veću od samih reflektora ili refraktora, zato što su konstruisani tako da što bolje iskoriste prednosti svakog od njih, a umanje njihove aberacije. Koriste u uređajima sa fokusom, kao što su baterijske lampe, katadiopteri (mačja svetla), prve vrste svetionika, optički teleskopi, mikroskopi, sočiva za foto-aparate.

Katadioptrični sistem na retroreflektoru na odeći
Katadioptrični sistem u saobraćaju, katadiopteri (mačje oči)
Katadioptrični teleskop
Efekat postignut foto-aparatom sa katadioptričnim sočivima
Katadioptrični sistem na svetioniku Sveta Marija u Izraelu

Retroreflektori[uredi | uredi izvor]

Retroreflektor je optički sistem koji odbija zrake vidljive ili infracrvene svetlosti u istom pravcu iz koga dolaze. Retroreflektori imaju veliku primenu u svakodnevnom životu (prvenstveno u automobilskom saobraćaju). Primena im je u tehničkim uređajima svakodnevnih predmeta (katadiopter mačje oko na dvotočkašima, trotočkašima i četvorotočkašima, u fotografiji, u proizvodnji odeće odeća - prsluci za vozače i noviji materijali sa fluorescentnim efektima, za noćnu signalizaciju i teleskope za atmosferska posmatranja)

Mačje oko (katadiopter)[uredi | uredi izvor]

Mačje oko (katadiopter) je vrsta retroreflektora koja se koristi u saobraćaju za oznaku vozila. Koriste se u različitim oblicima (malog kružnog ili eliptičnog oblika, trouglasti, u obliku pravougaonika itd.)

Osnovni deo retrareflektora je sistem trijada, tj. sistem od tri ogledala koja se nalaze u međusobno normalnim ravnima. Kada zrak svetlosti padne na jedno od ogledala, on se odbija do drugog, pa trećeg ogledala i vraća se do predajnika. Vertikalno posmatrajući i primenjujući Zakon odbijanja kome se svetlost pokorava, vidimo da je zbir uglova koje svetlost napravi u ova tri odbijanja 360°, što objašnjava zašto se svetlost odbija upravo u pravcu paralelnom onom iz kog je došla. Rastojanje između dolaznog i odbijenog zraka zavisi od rastojanja između tačke ulaska zraka u prvo ogledalo i njegove žiže. Pošto je ovo rastojanje obično zanemarljivo, i rastojanje između dolaznog i odbijenog zraka je zanemarljivo, pa se može smatrati da se zrak odbija u pravcu iz kog je došao. Još bolje rezultate se dobija kada se ispred upada zraka u ovaj sistem ogledala postavi sočivo koje će fokusirati zrak na ulazu.[13] Katadiopter (mačje oko) se sastoji od sfernih ogledala, a sistem odbijanja je sličan.

Katadioptrični teleskopi[uredi | uredi izvor]

Katadioptrični teleskopi se često nazivaju hibridni teleskopi zato što su konstruisani tako da sadrže najbolje osobine obe osnovne vrste teleskopa (refraktora i reflektora), pa deo njihovog optičkog sistema pokrivaju sočiva, a deo ogledala.

  • Prednosti: kompaktni su, lako se transportuju, a zbog zatvorene optičke cevi, smanjuje se strujanje vazduha i samim tim smanjuje se degradacija slike koju uzrokuje strujanje vazduha
  • Mane: skupi su, sporo se aklimatizuju (jer je cev zatvorena sa svih strana) i imaju centralnu opstrukciju (pojava da je slika u sredini tamnija nego na ivicama vidnog polja)

Fotografska katadioptrična sočiva[uredi | uredi izvor]

U fotografiji, različite marke foto-aparata koriste različite teleobjektive i kombinacije optičkih elemenata za različite efekte.

Upoređivanje obične fotografije (sl. 1) i primenjene 2 vrste bokeh efekata na nju: sintetetičkog bokeha (s. 2) i Gausijanovog zamućenja (sl. 3)
  • Bokeh označava dubinsku neizoštrenost pozadine. Često koristi za fotografisanje portreta. Za fotografisanje sa bokeh efektom je potreban objektiv sa kratkom blendom i najčešće se za to koriste ili primarni objektivi (za portrete) ili makro objektivi (kod makro fotografije). Veći otvor blende daje manju dubinsku oštrinu.[14]
  • Dve osnovne vrste bokeh efekta su[15]: sintetički bokeh i Gausijanovo zamućenje.

Svetionici[uredi | uredi izvor]

Svetionik se podiže na obalama, ostrvima, stenama da bude orijentir morskim plovilima. Prve svetionike su gradili Egipćani. Među njima je i čuveni svetionik na ušću reke Nil, Faros u Aleksandriji koji spada među Sedam svetskih čuda starog sveta. U spisima savremenika, Straboa i Plinija starijeg, mogu se naći detaljni opisi svetionika i načina njegovog funkcionisanja. Oni su opisali način na koji je ogledalo reflektovalo svetlost desetinama kilometara.

Funkcija svetionika je počela da se realizuje s drugačijim idejama. Prvi svetionik u Americi je podignut 1716. Svetionik je emitovao svetlo koje se dobijalo sagorevanjem drveta. Kasnije su svetionici koristili gas i acetilen. Svetionik na električnu energiju je realizovan 1858. Tada su se već koristila i ogledala i sočiva radi boljeg usnopljavanja svetlosti, ali katadioptrični svetionik još nije postojao.

Prvi katadioptrični sistem je izumeo Henri Šretjan u Nici 1917. godine.[5] Uređaj je napravljen za komunikaciju u kojoj neprijatelj ne bi mogao da presretne poruke, ali je konstrukcija iskorišćena i za izgradnju katadioptričnih svetionika.

Danas svetionici obično rade po drugačijim principima. Prvi svetionici koji su koristili radio signal se koriste od 1921. Radio signal se danas koristi i za orijentaciju aviona.[16]

Vidi još[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Lekner, John (1987). Theory of Reflection, of Electromagnetic and Particle Waves. Springer. ISBN 9789024734184. 
  2. ^ The Editors of Encyclopaedia Britannica. „Refraction”. Encyclopaedia Britannica. Pristupljeno 2018-10-16. 
  3. ^ „Fresnel lens - Definition and More from the Free Merriam-Webster Dictionary”. Merriam-webster.com. 31. 8. 2012. Pristupljeno 5. 1. 2014. 
  4. ^ „Vladimir Sacek, telescope-optics.net, Notes on AMATEUR TELESCOPE OPTICS, CATADIOPTRIC TELESCOPES, 10.2.1”. Telescope-optics.net. Pristupljeno 5. 1. 2014. 
  5. ^ a b „Arhivirana kopija”. Arhivirano iz originala 21. 08. 2011. g. Pristupljeno 15. 09. 2013. 
  6. ^ „Very Large Telescope”. ESO. Pristupljeno 5. 1. 2014. 
  7. ^ „Why buy a catadioptric?”. Astronomics.com. Arhivirano iz originala 7. 10. 2013. g. Pristupljeno 5. 1. 2014. 
  8. ^ „Nedostaci Sočiva”. Znanje.org. Pristupljeno 5. 1. 2014. 
  9. ^ „Recnik teleskopske terminologije”. Static.astronomija.co.rs. Arhivirano iz originala 22. 11. 2013. g. Pristupljeno 5. 1. 2014. 
  10. ^ „Arhivirana kopija” (PDF). Arhivirano iz originala (PDF) 5. 3. 2016. g. Pristupljeno 15. 9. 2013. 
  11. ^ Mirjana Vukićević-Karabin, Olga Atanacković, ' 'Opšta astrofizika' ', 2010, Zavod za udžbenike. . Београд. pp. 23-25. ISBN 978-86-17-16947-1. 
  12. ^ „vik dhillon: phy217 - catadioptric telescopes”. Vikdhillon.staff.shef.ac.uk. Pristupljeno 5. 1. 2014. 
  13. ^ „Les plaques d'immatriculation et catadioptres”. Code-verificationpermis.fr. Pristupljeno 5. 1. 2014. 
  14. ^ „PhotoGuide Japan/PhotoWords/Lens”. Photojpn.org. 5. 4. 2007. Pristupljeno 5. 1. 2014. 
  15. ^ Cloud, Creative (16. 10. 2013). „Photoshop Help”. Livedocs.adobe.com. Arhivirano iz originala 1. 10. 2011. g. Pristupljeno 5. 1. 2014. 
  16. ^ „Lighthouses: An Administrative History”. Nps.gov. 11. 12. 2001. Pristupljeno 5. 1. 2014. 

Literatura[uredi | uredi izvor]

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Katadioptrički sistemi na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Катадиоптрички_системи&oldid=27602941”