Προσοφθάλμιος Φακός

Ο προσοφθάλμιος φακός είναι ένας οπτικό σύστημα που τοποθετείται στην "έξοδο" του τηλεσκοπίου, στο σημείο εστίασης, με σκοπό τη μεγέθυνση του ειδώλου. Τοποθετείται μέσα στον εστιαστή με τη βοήθεια του οποίου επιτυγχάνουμε την εστίαση. Η ποιότητά του προσοφθάλμιου είναι εξαιρετικής σημασίας και είναι το δεύτερο πιο σημαντικό στοιχείο (μετά τον κύριο φακό) που καθορίζει πόσο καλά αποδίδει οπτικά το τηλεσκόπιό μας.

Προσοφθάλμιοι και μεγέθυνση

Ο προσοφθάλμιος συνδέεται άμεσα με την μεγέθυνση μιας και τα χαρακτηριστικά του, σε συνδυασμό με αυτά του τηλεσκοπίου, καθορίζουν ποια μεγέθυνση αποδίδει το τηλεσκόπιό μας. Η μεγέθυνση δεν χαρακτηρίζει ένα τηλεσκόπιο όπως το άνοιγμα. Η μεγέθυνση δεν είναι σταθερή αλλά μεταβάλλεται όταν αλλάζει ο προσοφθάλμιος φακός. Για να υπολογίσει κανείς πόση μεγέθυνση θα δώσει σε ένα τηλεσκόπιο ένας προσοφθάλμιος πρέπει να διαιρέσει την εστιακή απόσταση του τηλεσκοπίου με την εστιακή απόσταση του προσοφθάλμιου. Π.χ. ένας προσοφθάλμιος 25 χιλιοστών σε ένα τηλεσκόπιο εστιακής απόστασης 2000 χιλιοστών θα δώσει 2000/25=80 φορές μεγέθυνση (ή όπως συμβολίζεται συνήθως 80x).

Η μεγαλύτερη μεγέθυνση έχει δύο τιμήματα. Τη μείωση της φωτεινότητας και του οπτικού πεδίου. Ετσι, όσο πιο μεγάλη μεγέθυνση χρησιμοποιούμε τόσο πιο στενό οπτικό πεδίο θα έχουμε (δηλαδή θα βλέπουμε μικρότερο κομάτι από το αντικείμενο που παρατηρούμε) και τόσο λιγότερο φωτεινή θα είναι η εικόνα που θα βλέπουμε. Aπό μια μεγέθυνση και πάνω η εικόνα δεν θα είναι καθαρή και δεν θα μπορείτε να διακρίνετε καθαρά είδωλα. Ο εμπειρικός κανόνας λέει ότι η μέγιστη μεγέθυνση ενός τηλεσκοπίου ώστε να έχει ακόμα καθαρή εικόνα είναι το διπλάσιο του ανοίγματός του σε χιλιοστά. (Π.χ. ένα τηλεσκόπιο 11,4 εκατοστών θα έχει μέγιστη αξιοποιήσιμη μεγέθυνση 228x). Ωστόσο ακόμα και αυτός ο κανόνας ισχύει για τις νύχτες με καλό seeing. Εξαιρέσεις του κανόνα υπάρχουν και αφορούν αντικείμενα όπως οι διπλοί αστέρες όπου οι απαιτούμενες μεγεθύνσεις μπορούν να φτάσουν πολύ υψηλά μεγέθη.

Προσοφθάλμιοι και οπτικό πεδίο

Οι προσοφθάλμιοι συνδέονται άμεσα με το πραγματικό οπτικό πεδίο που μπορεί να δείξει το τηλεσκόπιο. Το πραγματικό πεδίο εξαρτάται από το φαινόμενο πεδίο του προσοφθάλμιου και τη μεγέθυνση που αποδίδει. Ο προσεγγιστικός τύπος του πραγματικού πεδίου είναι:

πραγματικό πεδίο = φαινόμενο πεδίο/μεγέθυνση.

Αν και ο τύπος αυτός έχει κάποιες αδυναμίες, ισχύει αρκετά καλά προσεγγιστικά.

Τεχνικά Χαρακτηριστικά Προσοφθαλμίων

Διάμετρος μεταλλικού "βαρελιού"

Κάθε προσοφθάλμιος έχει στο κάτω μέρος ένα μεταλλικό κυλινδρικό τμήμα (ονομαζόμενο "βαρέλι") το οποίο και εισέρχεται στον εστιαστή. Υπάρχουν τρείς τυποποιημένες διάμετροι του μεταλικού βαρελιού, αυτές είναι οι 0,965 ίντσες, οι 1,25 ίντσες και οι 2 ίντσες. Ως στάνταρντ θεωρούνται οι 1,25 ίντσες για προσοφθάλμιους εστιακής απόστασης έως και 32mm. Μερικά φθηνά τηλεσκόπια παίρνουν προσοφθάλμιους 0,965 ιντσών ενώ κάποια ακριβά μοντέλα προσοφθαλμίων εστιακής απόστασης άνω των 32mm έχουν διάμετρο 2 ίντσες.

Εστιακή απόσταση

Η εστιακή απόσταση του προσοφθάλμιου συνδέεται άμεσα με τη μεγέθυνση. Για δεδομένο τηλεσκόπιο, προσοφθάλμιοι με μεγάλη εστιακή απόσταση δίνουν μικρότερη μεγέθυνση και προσοφθάλμιοι με μικρή εστιακή απόσταση δίνουν μεγαλύτερη μεγέθυνση. Ο μαθηματικός τύπος που συνδέει τη μεγέθυνση με την εστιακή απόσταση προσοφθαλμίου και τηλεσκοπίου είναι η εξής:

Μεγέθυνση = Εστιακή Απόσταση Τηλεσκοπίου/Εστιακή Απόσταση Προσοφθαλμίου

Φαινόμενο πεδίο

Το φαινόμενο οπτικό πεδίο είναι ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό του προσοφθάλμιου που δείχνει πόσο ευρύ είναι το είδωλο που βλέπουμε κοιτώντας μέσα από αυτόν. Το φαινόμενο πεδίο εξαρτάται από τον οπτικό σχεδιασμό του προσοφθάλμιου (πχ σχέδια με μικρό πεδίο δίνουν κάπου στις 40 μοίρες, με μεσαίο πεδίο κάπου στις 50 μοίρες, ενώ σχέδια με ευρύ ή υπερ-ευρύ πεδίο φτάνουν ακόμα και τις 80-90 μοίρες). Το πεδίο αναφέρεται ως φαινόμενο καθώς μιας και το τηλεσκόπιο μεγεθύνει, το πραγματικό πεδίο θα είναι μειωμένο σε σχέση με το φαινόμενο τόσες φορές όσες και η μεγέθυνση. Παράγοντες που επηρεάζουν το οπτικό πεδίο του προσοφθάλμιου είναι κυρίως η οπτική σχεδίαση αλλά μπορεί να το επηρεάσουν η εστιακή απόσταση και το field stop. Συνήθως, για την επίτευξη του ευρέους πεδίου χρησιμοποιούνται προσοφθάλμιοι με πολλά οπτικά στοιχεία. Αντίθετα, οι προσοφθάλμιοι με λίγα στοιχεία χρησιμοποιούνται σε περιπτώσεις όπου το ευρύ πεδίο δεν είναι απαραίτητο αλλά απαιτείται καλή οξύτητα και αντίθεση κάτι που επιτυγχάνεται πιο εύκολα με σχέδια λίγων οπτικών στοιχείων.

Field Stop

Το field stop είναι το πραγματικό άνοιγμα του προσοφθάλμιου φακού στη μεριά που βλέπει προς το τηλεσκόπιο. Σε βάθος λίγων χιλιοστών υπάρχει ένας δακτύλιος, η περιφέρεια του οπτικού πεδίου - ο κύκλος που βλέπουμε όταν παρατηρούμε. Το field stop είναι σημαντικό διότι είναι η παράμετρος που καθορίζει με ακρίβεια το πεδίο του προσοφθάλμιου. Μέχρι και περίπου τα 30 mm εστιακή απόσταση προσοφθάλμιου οι 1,25 ίντσες του μεταλλικού βαρελιού επαρκούν για να φιλοξενήσουν επαρκές field stop ώστε να μην περιορίζεται το πεδίο. Για μεγαλύτερες εστιακές αποστάσεις προσοφθαλμίων, όμως, είναι απαραίτητη η μετάβαση στις 2 ίτνσες ώστε να φιλοξενήσουν το απαραιτήτως μεγαλύτερο field stop.

Eye Relief

Το eye relief, αναφερόμενο και εδώ όπως συνήθως με τον αγγλικό όρο, είναι η απόσταση από τον προσοφθάλμιο φακό στην οποία πρέπει να τοποθετηθεί το μάτι του παρατηρητή για να δει πλήρως το είδωλο. Μικρές τιμές του eye relief (τυπικά μικρές θεωρούνται τιμές μικρότερες των 6-7 mm) μπορεί να κάνουν την παρατήρηση πιο δύσκολη καθώς το μάτι πρέπει να τοποθετηθεί πολύ κοντά στον προσοφθάλμιο. Ανετες τιμές του eye relief (τυπικά από 10 έως 20 mm) κάνουν πιο άνετη την παρατήρηση καθώς το μάτι δεν είναι ανάγκη να τοποθετηθεί πολύ κοντά στον προσοφθάλμιο. Ειδικά οι τιμές κοντά στα 20 mm είναι ιδανικές για όσους φορούν γυαλιά. Τιμές eye relief μεγαλύτερες από 20 mm γίνονται και πάλι προβληματικές καθώς είναι δύσκολο για τον παρατηρητή να κρατήσει κεντραρισμένο το μάτι μπροστά από τον προσοφθάλμιο.

Τύποι προσοφθάλμιων

Τα εξής σχέδια προσοφθάλμιων φακών είναι σε κοινή χρήση από διάφορες εταιρείες:

Kelner

Plössl

Ορθοσκοπικοί

Erfle

König

Lanthanum

Προσοφθάλμιοι SMA

Οι εξής τύποι προσοφθαλμίων είναι ειδικές υλοποιήσεις από εταιρείες:

Nagler, Panoptic, Radian

Eudiascopic, Hyperion

Pentax XW, XF, XO

Οι εξής τύποι προσοφθαλμίων δε χρησιμοποιούνται πια εκτός από σπάνιες περιπτώσεις:

Huygens

Ramsden

Φίλτρα

Συνήθως, το μεταλλικό βαρέλι των προσοφθάλμιων δέχεται βιδωτά φίλτρα. Αυτό μπορείτε να το καταλάβετε από την ύπαρξη των γραμμών στο εσωτερικό του βαρελιού. Τα φίλτρα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν είναι πολλά όπως σεληνιακά φίλτρα, χρωματιστά φίλτρα για καλύτερες εικόνες των πλανητών ή και ειδικά φίλτρα για την παρατήρηση νεφελωμάτων.

Χρήσιμοι Μαθηματικοί Τύποι Προσοφθαλμίων

Μεγέθυνση = Εστιακή Απόσταση Τηλεσκοπίου/Εστιακή Απόσταση Προσοφθαλμίου

Προσεγγιστικό Πραγματικό Πεδίο = Φαινόμενο Πεδίο/Μεγέθυνση

Ακριβές Πραγματικό Πεδίο = 57,3 x Field Stop / Εστιακή Απόσταση Τηλεσκοπίου

Εμπειρική Μέγιστη Αξιοποιήσιμη Μεγέθυνση = 2x(Ανοιγμα τηλεσκοπίου σε mm)

Επιλογή προσοφθαλμίων και μεγεθύνσεων

Αλλάζουμε προσοφθάλμιο όταν θέλουμε να αλλάξουμε μεγέθυνση. Μεγέθυνση αλλάζουμε ανάλογα με το είδος του αντικειμένου που παρατηρούμε και τις εκάστοτε συνθήκες. Για παράδειγμα, για να δούμε ένα ανοιχτό σμήνος που απλώνεται σε μεγάλη έκταση θα χρησιμοποιήσουμε μικρότερη μεγέθυνση από αυτή που θα χρησιμοποιούσαμε για να δούμε τους δακτυλίους του Κρόνου. Επίσης, μια νύχτα με καθαρή ατμόσφαιρα "σηκώνει" μεγαλύτερες μεγεθύνσεις από μία νύχτα με λιγότερο καλή ορατότητα. Ετσι, για κάθε τηλεσκόπιο χρειάζονται τουλάχιστον 3 προσοφθάλμιοι για να καλύπτουν όλες τις ανάγκες. Επιπλέον, πέρα από το πεδίο ο οπτικός σχεδιασμός παίζει ρόλο στην οξύτητα του ειδώλου. Για παράδειγμα στην πλανητική παρατήρηση αποδίδουν καλύτερα προσοφθάλμιοι λίγων οπτικών στοιχείων καθώς παρουσιάζουν αυξημένο κοντράστ.

Προστασία των προσοφθάλμιων

Ποτέ δεν αφήνουμε τους προσοφθάλμιους χωρίς τα προστατευτικά τους καπάκια (και από τις δύο πλευρές) και ποτέ δεν αγγίζουμε τους φακούς με τα δάχτυλά μας. Ο καθαρισμός τους δεν είναι πάντα εύκολος ενώ πολλές φορές κατά τον καθαρισμό μπορούν να αφαιρεθούν οι ειδικές τους επικαλύψεις. Επίσης, προσέχουμε να μην έρχονται σε επαφή τα βλέφαρά μας με τον φακό, μιας και η λιπαρότητά τους μπορεί να δημιουργήσει στίγματα.