4. Összetett optikai rendszerekkel kapcsolatos fogalmak

Effektív fókusztávolság, fényerő

Amennyiben nem egy, hanem több optikai elem vesz részt a leképezésben, úgy az összetett rendszer fókusza és fényereje nagy mértékben eltérhet az egyes elemekétől. Általános dolog csillagászati távcsövek esetén a fókusznyújtás, aminek segítségével rövid tubushossz mellett is nagy fókusztávolság érhető el. A hamarosan tárgyalandó Cassegrain-rendszerek talán a legismertebb példák erre. Itt a két tükör alkotta rendszer fókusza, az eredő vagy effektív fókusz sokkal hosszabb lehet, mint a főtüköré önmagában. Nem csak hosszabb, rövidebb is lehet az effektív fókusz, és a nyújtó/redukáló tag nem kell, hogy fix része legyen az optikai rendszernek, adott távcső esetén a fókuszsík elé helyezett lencsékkel is lehet bizonyos határok között változtatni a fókusztávolságot és ezzel a képskálát, fényerőt. Az alábbi ábrák szemléletesen mutatják az effektív fókusz értelmezését.

A fényerő nem más, mint az objektív fókuszának és átmérőjének viszonya. Vagyis egy f/6-os objektív fókusza hatszorosa az átmérőnek. Amennyiben egy optikai rendszerben nyújtás/redukció van, akkor beszélhetünk az objektív fényerejéről és az effektív fényerőről. Utóbbi nem más, mint az effektív fókusz és az objektív átmérőjének viszonya. Egy Cassegrain rendszer esetén általános, hogy a főtükör f/2-f/3 körüli, míg az effektív fényerő f/8-f/15.

Belépő és kilépő pupilla, optimális nagyítás

A fenti ábrán egy okulárral ellátott távcső vázlatos rajza látható, illetve néhány sugár. r1 és r2 az optikai tengellyel párhuzamosan érkeznek, és a végtelenre fókuszált távcsőből párhuzamosan is távoznak. Az optikai rendszerben van valahol egy olyan apertúra, blende, amely meghatározza, mekkora az a maximális Upr szög, ami alatt érkező sugarak még nem ütköznek bele a blende/apertúra peremébe. Ezeket a sugarakat kettős vonalak jelölik. Ahol ezen maximális szög alatt, illetve az optikai tengellyel párhuzamos sugarak elmetszik egymást az objektív előtt, illetve az okulár után, azt nevezzük belépő, illetve kilépő pupillának. Ennek sugara y1, illetve y2. Hasonló háromszögek segítségével belátható, hogy a két pupilla aránya megegyezik a nagyítással.
Az emberi szem maximálisan 7 mm-re képes kitágulni fiatal korban. Ha a kilépő pupilla ennél nagyobb, úgy a fény elvész, a szem nem tudja hasznosítani. Vagyis az előbbiek értelmében meghatározhatunk egy minimális hasznos nagyítást, amely a sötéthez akkomodált szem pupilláját teljesen kihasználva 7 mm-es kilépő pupillát eredményez. Az optimális nagyítás nem más tehát, mint az objektív átmérője mm-ben kifejezve osztva 7 mm-el.
A maximális nagyítást az optika minősége, az objektum fényessége és a légkör szabja meg. Egy bizonyos nagyítás után ugyan már nem látunk meg újabb részletet, de az egymástól kis szögtávolságokra lévő részleteket jobban szeparálva, kényelmesebben nézhetjük meg. A Lagrange-invariáns értelmében azonban ne feledjük, ha kétszeresre növeljük a nagyítást, a kép felületi fényessége negyedére csökken.

Fókuszfelület, fókuszálás, jusztírozás

Arról már esett szó, hogy egy optikai elem fókuszfelülete nem szükségképpen sík, sőt, többnyire görbült. Összetett rendszerek esetén erre fokozattan figyelnünk kell, ugyanis az egyes elemek ilyen jellegű hatása összegződhet. Ha azonban megfelelően választjuk meg a paramétereket, síkra korrigált fókuszfelületet is kaphatunk. Ez akkor is igaz, ha nem képrögzítésre, hanem okulár segítségével vizuálisan használjuk a távcsövet, bár ez esetben a tengelyen kívüli kép életlenségét a szem bizonyos mértékben képes kompenzálni.
Amire viszont mindenféleképpen nagy figyelmet kell fordítani, az az optikai elemek egymáshoz képesti helyes beállítása. Amennyiben nem gömbtükröt használunk, aminek jól definiált optikai tengelye van, a többi nem szférikus elem esetén ezeket a tengelyeket egybe kell hozni. Ezt segítik a jusztírozócsavarok, melyek száma, elhelyezkedése, beállítása az adott optikai elrendezéstől függ. Amennyiben mozgó elem is van, pl. az okulárkihuzatba helyezett okulár esetén, akkor magát a mozgató mechanizmus mechanikai tengelyét is egybe kell hozni az optikai tengellyel.