Oculairs

Een oculair, of objectieflens, is een type lens dat bevestigd is aan diverse optische instrumenten zoals telescopen en microscopen. De naam is afgeleid van het feit dat het meestal de lens is die zich het dichtst bij het oog bevindt wanneer iemand door een optisch instrument kijkt om een object of monster te observeren. De objectieflens of spiegel vangt licht op van een object of monster en focust dit, waardoor een beeld van het object ontstaat. Het oculair wordt dicht bij het brandpunt van de objectieflens geplaatst om dit beeld te vergroten voor de ogen. (Het oculair en het oog vormen samen een beeld van het door de objectieflens gecreëerde beeld op het netvlies van het oog.) De mate van vergroting hangt af van de brandpuntsafstand van het oculair. Een oculair bestaat uit verschillende "lenselementen" in een behuizing, met een "buis" aan één uiteinde. De buis is zo gevormd dat hij in een speciale opening van het instrument past waaraan hij is bevestigd. Het beeld kan scherp worden gesteld door het oculair dichterbij of verder van het objectief te bewegen. De meeste instrumenten hebben een scherpstelmechanisme waarmee de schacht waarin het oculair is gemonteerd, kan worden bewogen zonder dat het oculair zelf hoeft te worden gemanipuleerd.

TERUG

De oculairs van verrekijkers zijn meestal permanent in de verrekijker gemonteerd, waardoor ze een vooraf bepaalde vergroting en gezichtsveld hebben. Bij telescopen en microscopen zijn de oculairs echter meestal verwisselbaar. Door het oculair te verwisselen, kan de gebruiker het beeld aanpassen. Oculairs worden bijvoorbeeld vaak verwisseld om de vergroting van een telescoop te vergroten of te verkleinen. Oculairs bieden ook verschillende gezichtsvelden en verschillende oogafstanden voor de persoon die erdoorheen kijkt ...

Oogafstand

Verschillende eigenschappen van een oculair zijn waarschijnlijk interessant voor een gebruiker van een optisch instrument, wanneer hij oculairen vergelijkt en besluit welk oculair het beste bij zijn behoeften past.

Oculairs zijn optische systemen waarbij de intredepupil zich altijd buiten het systeem bevindt. Ze moeten ontworpen zijn voor optimale prestaties bij een specifieke afstand tot deze intredepupil (d.w.z. met minimale aberraties voor die afstand). Bij een refractietelescoop is de intredepupil gelijk aan die van het objectief. Deze kan zich op enkele meters afstand van het oculair bevinden; terwijl bij een microscoopoculair de intredepupil zich dicht bij het achterste brandpuntsvlak van het objectief bevindt, slechts enkele centimeters van het oculair. Microscoopoculairs kunnen anders gecorrigeerd zijn dan telescoopoculairs; de meeste zijn echter ook geschikt voor gebruik met een telescoop.

Elementen en groepen

De elementen zijn de afzonderlijke lenzen, die kunnen bestaan uit enkelvoudige lenzen of 'singlets', of uit aan elkaar gelijmde doubletlenzen of (zelden) triplets. Wanneer lenzen in paren of drievoud aan elkaar zijn gelijmd, worden de gecombineerde elementen groepen (van lenzen) genoemd.

De eerste oculairs hadden slechts één lenselement, wat resulteerde in sterk vervormde beelden. Ontwerpen met twee en drie elementen werden al snel daarna uitgevonden en werden snel de standaard vanwege de verbeterde beeldkwaliteit. Tegen-woordig ontwerpen ingenieurs, met behulp van computer-ondersteunde tekensoftware, oculairs met zeven of acht elementen die uitzonderlijk grote en scherpe beelden leveren.

Interne reflectie

Interne reflecties, ook wel "verstrooiing" genoemd, zorgen ervoor dat het licht dat door een oculair gaat, zich verspreidt en het contrast van het geprojecteerde beeld vermindert. Wanneer dit effect bijzonder sterk is, ontstaan er "spookbeelden", ook wel "ghosting" genoemd. Jarenlang werd de voorkeur gegeven aan eenvoudige oculairontwerpen met een minimaal aantal interne lucht-glasoppervlakken om dit probleem te voorkomen.

Een oplossing voor verstrooiing is het gebruik van dunne filmcoatings op het oppervlak van het lenselement. Deze dunne coatings zijn slechts één of twee golflengten dik en verminderen reflecties en verstrooiing door de breking van het licht dat door het element gaat te veranderen. Sommige coatings kunnen ook licht absorberen dat niet door de lens gaat, een proces dat totale interne reflectie wordt genoemd, waarbij het licht onder een kleine hoek op de film valt.

Chromatische aberratie

Laterale of transversale chromatische aberratie wordt veroorzaakt doordat de breking aan glasoppervlakken verschilt voor licht van verschillende golflengten. Blauw licht, gezien door een oculair, zal niet op hetzelfde punt, maar langs dezelfde as scherpstellen als rood licht. Dit effect kan een ring van valse kleuren rond puntvormige lichtbronnen creëren en resulteert in een algemene onscherpte van het beeld.

Een oplossing is om de aberratie te verminderen door meerdere elementen van verschillende glassoorten te gebruiken. Achromatische lenzen zijn lensgroepen die twee verschillende golflengten van licht op hetzelfde brandpunt brengen en een sterk verminderde valse kleur vertonen. Glas met een lage dispersie kan ook worden gebruikt om chromatische aberratie te verminderen.

Longitudinale chromatische aberratie is een uitgesproken effect van objectieven van optische telescopen, omdat de brandpuntsafstanden zo lang zijn. Microscopen, met over het algemeen kortere brandpuntsafstanden, hebben doorgaans geen last van dit effect.

Gezichtsveld

Het gezichtsveld, vaak afgekort tot FOV, beschrijft het gebied van een object dat zichtbaar is wanneer men door een oculair kijkt. Het gezichtsveld dat door een oculair wordt gezien, varieert, afhankelijk van de vergroting die wordt bereikt in combinatie met een bepaalde telescoop of microscoop, en ook van de eigenschappen van het oculair zelf. Oculairs worden onderscheiden door hun diafragma, de smalste opening waar het licht dat het oculair binnenkomt doorheen moet om de veldlens van het oculair te bereiken. Vanwege de invloed van deze variabelen verwijst de term "gezichtsveld" bijna altijd naar een van de volgende twee betekenissen :

1) Het werkelijke gezichtsveld of het gezichtsveld van de telescoop. Voor een telescoop of verrekijker is dit de werkelijke hoekgrootte van het deel van de hemel dat zichtbaar is door een bepaald oculair, in combinatie met een bepaalde telescoop, bij een specifieke vergroting. Dit ligt doorgaans tussen 0,1 en 2 graden. Bij een microscoop wordt de werkelijke breedte van het zichtbare preparaat op het objectglaasje of de preparaatplaat aangegeven, meestal in millimeters, maar soms ook als hoekmaat, zoals bij een telescoop. Bij een verrekijker wordt de werkelijke beeldbreedte uitgedrukt in voet of in meters op een standaardafstand (doorgaans 100 voet of 30 meter, wat vrijwel gelijk is: 30 m is slechts 2% kleiner dan 100 voet).

Gezichtsveld

2) Schijnbaar gezichtsveld. Bij telescopen, microscopen of verrekijkers is het schijnbare gezichtsveld een maat voor de hoekgrootte van het beeld dat het oog door het oculair ziet. Met andere woorden, het geeft aan hoe groot het beeld lijkt (los van de vergroting). Tenzij er sprake is van vignettering door de tubus van de telescoop of microscoop, is dit constant voor elk oculair met een vaste brandpuntsafstand en kan het worden gebruikt om het werkelijke gezichtsveld te berekenen wanneer het oculair met een bepaalde telescoop of microscoop wordt gebruikt. Voor moderne oculairen varieert de meting van 30 tot 110 graden, waarbij alle goede oculairen van tegenwoordig minstens 50° hebben, met uitzondering van enkele speciale oculairen, zoals sommige met een dradenkruis.

Gebruikers van een oculair willen vaak het werkelijke gezichtsveld berekenen, omdat dit aangeeft hoeveel van de hemel zichtbaar zal zijn wanneer het oculair met hun telescoop wordt gebruikt. De meest geschikte methode om het werkelijke gezichtsveld te berekenen, hangt af van de vraag of het schijnbare gezichtsveld bekend is.

Diameter

Oculairs voor telescopen en microscopen worden meestal verwisseld om de vergroting te verhogen of te verlagen, en om de gebruiker in staat te stellen een type met bepaalde prestatie-eigenschappen te selecteren. Om dit mogelijk te maken, zijn oculairs verkrijgbaar in gestandaardiseerde "cilinderdiameters".

1,25 inch (31,75 mm) – Dit is de meest voorkomende diameter van de oculairbuis voor telescopen. De praktische bovengrens voor brandpuntsafstanden voor oculairs met een buisdiameter van 1,25 inch ligt rond de 32 mm. Bij langere brandpuntsafstanden steken de randen van de oculairbuis in het beeld, waardoor de beeldgrootte beperkt wordt. Bij brandpuntsafstanden langer dan 32 mm daalt het beschikbare gezichtsveld onder de 50°, wat de meeste amateurastronomen als de minimaal acceptabele breedte beschouwen. Deze buisdiameters zijn voorzien van schroefdraad voor 30 mm filters.

2 inch (50,8 mm) – De grotere diameter van 2″ oculairs helpt de beperking van de brandpuntsafstand te verlichten; het is de grootste gangbare maat. De maximale brandpuntsafstand met 2″ oculairs is ongeveer 55 mm. Het nadeel is dat deze oculairs meestal duurder zijn, niet in alle telescopen passen en zwaar genoeg kunnen zijn om de telescoop te laten kantelen. Deze oculairs hebben een schroefdraad voor 48 mm filters (of zelden 49 mm).

Ontwerpen

De technologie heeft zich in de loop der tijd ontwikkeld en er bestaan diverse oculairontwerpen voor gebruik met telescopen, microscopen, richtkijkers en andere apparaten. Enkele van deze ontwerpen worden hieronder nader beschreven.

De eenvoudige negatieve lens, die vóór het brandpunt van het objectief is geplaatst, heeft als voordeel dat hij een rechtopstaand beeld produceert, maar met een beperkt gezichtsveld dat beter geschikt is voor lage vergrotingen. Men vermoedt dat dit type lens werd gebruikt in enkele van de eerste refractietelescopen die rond 1608 in Nederland verschenen. Het werd ook gebruikt in het telescoopontwerp van Galileo Galilei uit 1609, wat dit type oculairopstelling de naam "Galileïsch" gaf. Dit type oculair wordt nog steeds gebruikt in zeer goedkope telescopen, verrekijkers en operakijkers.

Ontwerpen

Een eenvoudige bolle lens, geplaatst na het brandpunt van de objectieflens, presenteert de waarnemer een vergroot, omgekeerd beeld. Deze configuratie werd mogelijk gebruikt in de eerste refractietelescopen uit Nederland en werd in Johannes Keplers boek Dioptrice uit 1611 voorgesteld als een manier om een veel breder gezichtsveld en een hogere vergroting in telescopen te verkrijgen. Doordat de lens na het brandvlak van de objectieflens is geplaatst, kon er ook een micrometer in het brandvlak worden gebruikt (voor het bepalen van de hoekgrootte en/of de afstand tussen waargenomen objecten).

Ontwerpen

In een Kellner-oculair wordt een achromatisch doublet gebruikt in plaats van de eenvoudige plano-convexe ooglens in het Ramsden-ontwerp om de resterende transversale chromatische aberratie te corrigeren. Carl Kellner ontwierp dit eerste moderne achromatische oculair in 1849, ook wel een "geachromatiseerd Ramsden" genoemd. Kellner-oculairs hebben een ontwerp met drie lenzen. Ze zijn goedkoop en leveren een redelijk goed beeld bij lage tot gemiddelde vergrotingen en zijn veel beter dan de Huygeniaanse of Ramsden-oculairs. De oogafstand is beter dan die van de Huygeniaanse oculairs en slechter dan die van de Ramsden-oculairs. Het grootste probleem van Kellner-oculairs waren interne reflecties. De antireflectiecoatings van tegenwoordig maken ze bruikbare en economische opties voor telescopen met een kleine tot middelgrote opening en een brandpuntsverhouding van f/6 of langer. Het typische schijnbare gezichtsveld is 40-50°.

Ontwerpen

Het Plössl-oculair bestaat meestal uit twee sets doubletten en werd in 1860 ontworpen door Georg Plössl. Omdat de twee doubletten identiek kunnen zijn, wordt dit ontwerp soms een symmetrisch oculair genoemd. De samengestelde Plössl-lens biedt een groot schijnbaar gezichtsveld van 50° of meer, samen met een proportioneel groot werkelijk gezichtsveld. Dit maakt dit oculair ideaal voor diverse observatiedoeleinden, waaronder het bekijken van deep-sky-objecten en planeten. Het grootste nadeel van het optische ontwerp van de Plössl is de korte oogafstand in vergelijking met een orthoscopisch oculair, aangezien de oogafstand van de Plössl beperkt is tot ongeveer 70-80% van de brandpuntsafstand. De korte oogafstand is vooral problematisch bij korte brandpuntsafstanden onder de 10 mm, wanneer het kijken oncomfortabel kan worden – met name voor brildragers.

Het Plössl-oculair was een obscuur ontwerp tot de jaren 80, toen fabrikanten van astronomische apparatuur herontworpen versies ervan op de markt brachten. Tegenwoordig is het een zeer populair ontwerp op de markt voor amateurastronomen, waar de naam Plössl een reeks oculairs omvat met minstens vier optische elementen, soms overlappend met het Erfle-ontwerp. Dit oculair is een van de duurdere om te produceren vanwege de kwaliteit van het glas en de noodzaak van goed op elkaar afgestemde bolle en holle lenzen om interne reflecties te voorkomen. Hierdoor varieert de kwaliteit van verschillende Plössl-oculairs. Er zijn opmerkelijke verschillen tussen goedkope Plössls met eenvoudige antireflectiecoatings en goed gemaakte exemplaren.

Ontwerpen

Het orthoscopische oculair met vier elementen bestaat uit een plano-convexe enkelvoudige ooglens en een gelijmde convex-convexe drievoudige veldlens (een achromatische veldlens). Dit geeft het oculair een bijna perfecte beeldkwaliteit en een goede oogafstand, maar een smal schijnbaar gezichtsveld – ongeveer 40°–45°. Het werd in 1880 uitgevonden door Ernst Abbe. Het wordt "orthoscopisch" of "orthografisch" genoemd vanwege de geringe vervorming en wordt soms ook wel "ortho" of "Abbe" genoemd.

Tot de komst van meerlaagse coatings en de populariteit van de Plössl waren orthoscopische oculairen het meest populaire ontwerp voor telescoopoculairen. Zelfs vandaag de dag worden deze oculairen beschouwd als goede oculairen voor het bekijken van planeten en de maan. Ze hebben de voorkeur boven oculairen met een dradenkruis, omdat ze een van de ontwerpen met een breed gezichtsveld en een grote oogafstand met een extern brandpuntsvlak zijn; ze worden langzaam vervangen door de König. Vanwege hun geringe vervorming en het bijbehorende bolvormige effect zijn ze minder geschikt voor toepassingen waarbij het instrument veelvuldig gepanoreerd moet worden.

Ontwerpen

Huygens-oculairs bestaan uit twee plano-convexe lenzen waarvan de vlakke zijden naar het ooggericht zijn, gescheiden door een luchtspleet. De lens die zich het dichtbij bij het oog van de waarnemer bevindt, wordt de ooglens genoemd en de andere lens de veldlens. Het brandvlak bevindt zich tussen de twee lenzen. Het werd eind jaren 1660 door Christiaan Huygens en was het eerste samengestelde (meerlens) oculair. Huygens ontdekte dat met twee lenzen met luchtspleet een oculair gemaakt kan worden zonder transversale chromatische aberratie.

Ontwerpen

Een Erfle-oculair is een oculair met 5 elementen, bestaande uit 2 achromatische doubletten met een extra eenvoudige lens ertussen. Ze werden tijdens de Eerste Wereldoorlog door Heinrich Erfle uitgevonden voor militair gebruik. Het ontwerp is een elementaire uitbreiding van oculairs met 4 elementen, zoals Plössl-oculairs, verbeterd voor bredere gezichtsvelden.

Erfle-oculairs zijn ontworpen voor een breed gezichtsveld (ongeveer 60°), maar zijn onbruikbaar bij hoge vergrotingen omdat ze last hebben van astigmatisme en spookbeelden. Met lenscoatings zijn ze echter bij lage vergrotingen (brandpuntsafstanden van 20-30 mm en hoger) acceptabel, en bij 40 mm kunnen ze uitstekend zijn. Erfle-oculairs zijn erg populair voor waarnemingen met een breed gezichtsveld, omdat ze grote ooglenzen hebben en zeer comfortabel in gebruik kunnen zijn vanwege hun goede oogafstand bij langere brandpuntsafstanden.

Ontwerpen

Het Nagler-oculair, uitgevonden door Albert Nagler en gepatenteerd in 1979, is een ontwerp dat is geoptimaliseerd voor astronomische telescopen om een ultrabreed gezichtsveld (82°) te bieden met een goede correctie voor astigmatisme en andere aberraties. De Ethos, geïntroduceerd in 2007, is een verbeterd ultrabreed gezichtsveldontwerp, voornamelijk ontwikkeld door Paul Dellechiaie onder leiding van Albert Nagler bij TeleVue Optics, en claimt een AFOV van 100–110°. Dit wordt bereikt door gebruik te maken van exotisch glas met een hoge brekingsindex en tot acht optische elementen in vier of vijf groepen; er zijn verschillende vergelijkbare ontwerpen, genaamd Nagler, Nagler type 2, Nagler type 4, Nagler type 5 en Nagler type 6. Het nieuwere Delos-ontwerp is een gemodificeerd Ethos-ontwerp met een gezichtsveld van 'slechts' 72 graden, maar met een lange oogafstand van 20 mm.

Het aantal elementen in een Nagler-oculair doet ze complex lijken, maar het ontwerp is eigenlijk vrij eenvoudig: elke Nagler heeft een negatieve doublet-veldlens, die de vergroting verhoogt, gevolgd door verschillende positieve groepen. De positieve groepen, die losstaan van de eerste negatieve groep, vormen samen een positieve lens met een lange brandpuntsafstand. Hierdoor kan het ontwerp profiteren van de vele voordelen van lenzen met een lage vergroting. In feite is een Nagler een verbeterde versie van een Barlowlens in combinatie met een oculair met een lange brandpuntsafstand. Dit ontwerp is op grote schaal gekopieerd voor andere oculairs met een breed gezichtsveld of een grote oogafstand.

Bronnen

- Wikipedia
- Celestron
- Sky and Telescope
- Late night astronomy

Astropolis respecteert logischerwijze de auteursrechten, maar het blijkt helaas niet altijd mogelijk om te achterhalen wie de rechtmatige eigenaar is van betreffende foto of video. Bent u de eigenaar en maakt u bezwaar ? Neem dan gerust contact met ons op !