Любительская астрономия

Линзовые объективы-апохроматы для любительских телескопов производства ОАО «Лыткаринский завод оптического стекла»

С.П.Белоусов,В.И.Молев,О.В.Понин,В.В.Румянцев А.В.Самуйлов,А.А.Шаров

Лыткаринский завод оптического стекла (ОАО «ЛЗОС»), отметивший в 1999 году свое 60-летие, является крупнейшим изготовителем оптического стекла в России. Традиционная продукция завода, наряду с оптическими материалами, - уникальные по характеристикам изделия из оптического стекла: крупногабаритные астрономические зеркала и космические объективы [1]*. Сегодня передовые технологии и материалы, применяемые в производстве этой узкоспециальной продукции, используются и при изготовлении высококачественных оптических систем для любительских астрономических наблюдений.

Специалисты ЛЗОС разработали и освоили производство целого ряда оптических систем для любительской астрономии, в том числе зеркальные и зеркально-линзовые объективы и телескопы [2] а также линзовые объективы-апохроматы для телескопов-рефракторов.

Главным преимуществом линзовых систем по сравнению с зеркальными и зеркально-линзовыми является отсутствие центрального экранирования, которое оказывает отрицательное влияние на характеристики качества изображения оптической системы. Действие центрального экранирования в зеркальном телескопе выражается в снижении контраста изображения в достаточно широком диапазоне пространственных частот по сравнению с неэкранированной системой, что негативно сказывается при визуальном наблюдении большинства объектов, а также при фотографировании.

Однако, если свойства отражения зеркальной поверхности одинаковы для лучей любого цвета, то преломляющие материалы обладают дисперсией - зависимостью показателя преломления от длины волны излучения, что приводит к преломлению лучей различных цветов на границе воздух-стекло под различными углами. В оптических системах этот эффект приводит к так называемым хроматическим аберрациям, которые проявляются в виде разноцветных ореолов при наблюдении, например звезд.

Подбором сочетаний обычных оптических стекол удается свести в одну точку изображения, образованные лучами только двух каких-либо цветов (обычно это делают для синих и красных лучей, лежащих вблизи границ видимого диапазона спектра). При этом изображение, формируемое лучами третьего цвета - зеленого (середина видимого диапазона) не совпадает с этой точкой. Это несовпадение называют вторичным спектром, а объективы с подобным типом коррекции аберраций - ахроматами. В ахроматах из обычных стекол вторичный спектр достаточно велик, и окрас изображения всегда заметен. Вторичный спектр снижает качество изображения и ограничивает возможность развития относительного отверстия объективов, особенно длиннофокусных.

Объективы с исправленным вторичным спектром (для которых изображение звезды выглядит таким же однотонным, как и для зеркальных систем) называют апохроматами. Используя обычные оптические стекла исправить вторичный спектр невозможно. Для этого применяются оптические материалы с особым ходом кривой дисперсии - кристаллы или «особые» стекла. Для лучей трех длин волн двухлинзовая система может быть полностью ахроматизирована только при условии, если одна из линз изготовлена из «особого» стекла, которое по сравнению с обычными стеклами с тем же коэффициентом дисперсии, обладает уменьшенной (курц-флинты и курц-кроны) или увеличенной (ланг-флинты и ланг-кроны) относительной частной дисперсией в коротковолновой части спектра. Традиционно наиболее подходящим материалом, позволяющим составить апохроматические комбинации в сочетании с обычными стеклами, считается оптический кристалл фтористого кальция (флюорит) - материал достаточно уникальный и дорогой, обладающий к тому же рядом недостатков, о которых еще будет сказано.

Отечественными учеными созданы особые сорта оптического стекла - фторфосфатные кроны, которые обладают оптическими характеристиками, не уступающими флюориту [3]. Специалистами ЛЗОС разработано стекло из группы фторфосфатных кронов - особый крон марки ОК4. На сегодняшний день ОК4 - единственный фторфосфатный крон, производство которого промышленно освоено в России; он включен в новый действующий Государственный стандарт на оптическое стекло.

Обладая близкими к флюориту значениями оптических констант, стекло ОК4 в то же время имеет ряд преимуществ по сравнению с флюоритом: это, прежде всего, более высокая оптическая однородность, отсутствие спайности, характерной для оптических кристаллов флюорита. Кроме того, стекло ОК4 обладает малой термооптической постоянной W (в 3 раза меньшей по абсолютной величине, чем у флюорита), что дает возможность устранения в оптической системе термоволновых аберраций, то есть аберраций, возникающих при изменении температуры окружающей среды.

Схемы астрономических линзовых объективов-апохроматов ЛЗОС построены именно с использованием стекла марки ОК4. Это трехлинзовые системы, обладающие идеальной для видимой области спектра цветокоррекцией и превосходным исправлением монохроматических аберраций в точке на оси. Габаритные характеристики объективов-апохроматов приведены в таблице.

Мы не будем затрагивать вопросы выбора габаритов оптической системы, наилучшим образом подходящей для наблюдения тех или иных небесных объектов. Эти вопросы изложены в литературе, посвященной астрономическим наблюдениям, например, в книге О.А. Ивлева [4]. Остановимся лишь на особенностях конструктивного исполнения объективов.

Объективы с диаметром зрачка до 115 мм включительно выполнены в легкой алюминиевой оправе. 80-мм объективы для установки в трубу снабжены резьбой. Для объективов диаметром от 100 до 115 мм предусмотрено два варианта исполнения: с резьбой или присоединительным фланцем с отверстиями для установки регулировочных винтов. Все системы диаметром 150 мм и более имеют конструкцию с фланцем. Из условий лучшей термокомпенсации (для работы оптических деталей в широком диапазоне температур без деформаций) объективы средних размеров (до 203 мм включительно) выполнены в стальной оправе. Крупногабаритные системы диаметром 228 мм и более имеют специальную улучшенную термокомпенсацию.

Что касается оптического качества выпускаемых систем, то ЛЗОС, как и большинство мировых фирм-изготовителей астрономической оптики, подтверждает его для каждого объектива протоколом контроля волновых аберраций системы интерференционным методом.

Гарантируемое качество, которое оценивается среднеквадратическим отклонением волнового фронта (СКО ВФ), в осевой точке предмета для всех систем не хуже 0,04 l, где l - длина волны. По специальному заказу могут быть изготовлены системы, имеющие СКО ВФ 0,03 l и менее. Традиционно интерференционные измерения осуществляются с использованием гелий-неонового лазера, длина волны которого - 0,633 мкм. Эта длина волны расположена в красном участке видимого диапазона спектра (то есть, по существу, на его длинноволновой границе), поэтому ее использование не всегда может дать адекватную оценку качества изображения визуальной системы. ЛЗОС стал, фактически, первым изготовителем астрономических объективов, осуществляющим их аттестацию по результатам интерференционного контроля с использованием зеленого лазера (длина волны 0,532 мкм). Эта длина волны расположена как раз посередине между максимумами чувствительности глаза для дневного и сумеречного зрения, а потому дает оценку, наилучшим образом совпадающую с экспертной оценкой качества системы по результатам визуальных наблюдений изображения точечного объекта.

Авторы и все специалисты Лыткаринского завода оптического стекла искренне надеются, что читателей заинтересует продукция их предприятия, выпускаемая для любителей астрономии, а также многие другие оптические приборы для различных областей человеческой деятельности: микроскопы, фотообъективы, театральные бинокли и зрительные трубы, ночные приборы.

Дополнительную информацию о продукции ОАО «ЛЗОС» можно получить по адресу: 140080, Россия, Московская обл., г. Лыткарино, ул. Парковая, д. 1, ОАО «ЛЗОС», телефон: (095) 552-32-95, факс: (095) 552-17-90, e-mail: lzos@glasnet.ru, http://www.lzos.ru

Астрономические линзовые объективы-апохроматы ОАО «ЛЗОС»