Od Keplera do Naglera cz. 2

Od Keplera do Naglera – XX wiek
 
Okulary z ubiegłego stulecia to produkty uzależnione mocno od potrzeb wojskowych i tutaj koszt wytworzenia schodzi na dalszy plan, a priorytetem staje się bardzo szerokie, w miarę możliwości wolne od zniekształceń pole widzenia. Zapotrzebowanie, które pojawiało się w czasie obu wojen światowych, stymulowało interesy handlowe i postęp również w przemyśle optycznym, i tą sytuację wykorzystało kilku wykonawców, takich jak Zeiss, Brandon, Scidmore czy König, którzy opatentowali w tym czasie niepowtarzalne konstrukcje optyczne. W drugiej połowie wieku, innowacje wspomagane są już komputerowymi projektami i symulacjami, co pozwoliło na skok jakościowy w bardziej skomplikowanych rozwiązaniach. Jednak w wyniku dążenia do coraz lepszych osiągnięć, ultra szerokie okulary stały się niemal absurdalnie duże i ciężkie, czego apogeum nastąpiło w 1960 roku wraz z dostarczoną przez Zeissa, 11-elementową, 110/120-stopniową konstrukcją Koehlera, wykorzystywaną w wojskowych lornetach.

 
Najnowsze trendy sugerują, że minimalizacja masy szkła, liczby soczewek oraz ilości granic powietrze/szkło i granic szkło/szkło niezbędnych do osiągnięcia szerokiego pola, stała się priorytetem. Jednocześnie skomputeryzowana produkcja i obróbka optyki w Europie i w coraz większym stopniu w Azji, spowodowała znaczną obniżkę kosztów wytwarzania nawet tych bardziej „egzotycznych” konstrukcji. Przekłada się to na większą dostępność szkieł dobrej jakości w całkiem przystępnych dla przeciętnego miłośnika astronomii cenach.
 
SZEROKIE POLE WALKI
Pierwsze próby uzyskania szerokiego pola własnego okularu na początku XX stulecia opierały się głównie na próbach modyfikacji konstrukcji Plössla. Pionierem w tym temacie (według 9 edycji Encyklopedii Britanica) stał się okular aplanatyczny Dr. Otto Schrödera. Konstrukcja oparta była na dwóch oddalonych od siebie o 0,83 sumy ogniskowych, achromatycznych dubletach zbudowanych z dwóch rodzajów szkła – Kronu Daugeta (CB1) i Flintu (fB1). Elementy kronowe były płasko-wypukłe (płaska powierzchnia w kierunku oka obserwatora), elementy flintowe miały kształt wklęsłego menisku. Okular imponował wielkością pola własnego – 72°, jednak cierpiał na dosyć krótki odstęp źrenicy – 0,54 ogniskowej. Kolejnym krokiem w kierunku uzyskania możliwie szerokiego pola stała się modyfikacja Plossla dokonana przez konstruktorów Zeissa, która polega na włączeniu dodatkowej soczewki kolektywnej w celu poszerzenia pola widzenia. Pomysł ten zainspirował Heinricha Erflé’a do stworzenia projektu pierwszego z prawdziwego zdarzenia szerokokątnego okularu dla celów wojskowych w 1917 roku.

 

Heinrich Erfle (1884-1923) to niemiecki fizyk pracujący na początku ubiegłego wieku dla przedsiębiorstwa optycznego Steinheil & Söhne oraz Carla Zeissa. Jego projekt oznacza przejście do XX wieku i pierwsze prawdziwie “szerokie pole” popularne na polu bitwy i powszechnie dostępne jako powojenne nadwyżki w latach 50-tych ubiegłego stulecia. Opatentowane w 1923 roku (chociaż pierwszy egzemplarz stworzony już w 1917), trzy propozycje okularów Erfle’a składają się z 5 elementów w układzie 1-2-2 lub 2-1-2, które oferują dłuższy odstęp źrenicy (w przypadku późniejszych wersji) oraz płaskie pole porównywalne z orthoscopem (dla takiej samej wielkości pola).

Pierwsza wersja okularu z 1917 roku – ERFLÉ I, to projekt w układzie 1-2-2, mający 60° pola, przy odstępie źrenicy zaledwie 0.3 ogniskowej. Użyte gatunki szkła to: SF2, PSK3, FK5 i SF10. Druga wersja – ERFLÉ II to już układ 2-1-2 zaprojektowany przy użyciu tych samych rodzajów szkła charakteryzujący się 70° polem i dwukrotnie większym odstępem źrenicy od poprzednika. Znacznie lepsze parametry uzyskuje poprzez umieszczenie pojedynczej soczewki pomiędzy dwoma dubletami. Konstrukcja zostaje opatentowana po śmierci Erflé’a w 1923 roku. Trzeci i ostatni ERFLÉ III to powrót do układu 1-2-2, znów z wykorzystaniem tego samego szkła. Zastąpienie dwuwypukłej soczewki kolektywnej przez płasko-wypukłą, zmniejszyło nieco pole do 55°, ale nieznacznie wydłużyło odstęp źrenicy do 0.32 ogniskowej okularu. Ten model również zostaje opatentowany po śmierci Erflé’a.

W tym samym roku – 1923 pojawiają się dwie kolejne modyfikacje okularu, już niesygnowane nazwiskiem twórcy. Okular Kapella opatentowany przez jednego z asystentów Heinricha z zakładów Zeissa. Okular w układzie 1-2-2 oferuje pole 70° przy odstępie źrenicy 0.685.W okularach użyto szkieł BK1, SK15 i FN11.

 
Druga, znacznie bardziej znana modyfikacja to zasługa Otto Karla Kaspereita, który do projektu Erfle’a dodaje szósty element tworząc 3 skorygowane dublety 2-2-2. W czasie II wojny światowej pojawią się próby użycia szkła z domieszką Thoru i Uranu w celu uzyskania pola powyżej 70°. Konstrukcja zostanie później wykorzystana przez markę Edmund Optics w projekcie zmodyfikowanym przez Davida Ranka.

Dwudziestolecie międzywojenne i okres obu wojen światowych, przynoszą całą gamę okularów będących rozwinięciem systemów Kellnera, Plossla czy Ortho (wspomnianych w poprzedniej części). Mamy tutaj kilka szerokokątnych propozycji Alberta Königa zaprojektowanych dla Zeissa, 3 i 5 soczewkowe konstrukcje firmy Cooke Troughton & Simms, drugą 4-soczewkową 50-stopniową generację Kellnera, będącą dziełem Königa, kolejny wyrób zakładów z Jeny – 70° Straubel z 1935 roku, czy zaprojektowany dla Steinheila przez Ludwiga Jakoba Bertele okular 1-1-2, przeznaczony do wojskowych lornetek .

KRAJOBRAZ PO BITWIE
 
Jednym z największych beneficjentów II wojny światowej staje się Chester Brandon, który po zakończeniu działań wojennych zakłada własną optyczną firmę – Brandon Instrument Co. znaną później głównie z produkcji refraktorów i okularów. „Flagowy” okular Brandona przypomina zmodyfikowanego Plossla (podobnie jak okular Zeissa z 1939 roku), może również budzić skojarzenia z ortoskopem Ernsta Abbe. Okular zostaje zaprojektowany w 1949 roku (inne źródła określają jego genezę na 1942 rok) przez samego Chestera. Układ Brandona składa się z dwóch dwuwypukłych soczewek z baru kronowego pokrytych od zewnątrz wklęsłymi soczewkami ze średnio i mocno dyspersyjnego flintu. Brandony w Stanach Zjednoczonych są nadal powszechnie używane przez obserwatorów układów podwójnych, planet i Księżyca dzięki ich ostrości w centrum pola, wysokiemu kontrastowi, korekcji kolorów oraz braku astygmatyzmu i komy. Konstrukcja posiada 45-50° pola widzenia.
 
Zestaw okularów Questar-Brandon, http://www.company7.com

W 1962 roku Chester Brandon sprzedaje prawa do okularów, a następnie pozostałych swoich projektów optycznych Donowi Yeierowi – właścicielowi założonej cztery lata wcześniej firmy VERNONscope. W 1971 roku okular zwraca uwagę Peggy Braymer, właścicielki Questar Corporation, której decyzją okulary Brandon stają się standardowym wyposażeniem teleskopów Questar. Decyzja ta nie wiąże się wyłącznie z wysoką jakością produktu. Okularom Brandon sprzyja również…pochodzenie. Teleskopy Questar miały być całkowicie „Made in USA”, więc decyzją Peggy Braymer zrezygnowano z poprzedniego dostawcy okularów, które pochodziły z Japonii. Firma VERNONscope nadal funkcjonuje w Candor, w stanie Nowy Jork i ciągle produkuje okulary Questar Brandon z unikalnym gwintowaniem dla teleskopów Questar, jak również w bardziej konwencjonalnym formacie 1,25 cala, skierowanym do powszechnie używanych wyciągów okularowych. Okulary obecnie produkowane przez VernonScope posiadają soczewki w pełni pokryte pojedynczymi warstwami przeciw-odblaskowymi.

 
 
 
RKE – zarejestrowany w 1979 roku jako akronim słów Rank – Kaspereit – Erfle, zawierając nazwisko twórcy samego okularu oraz nazwiska konstruktorów, których propozycje zainspirowały tego pierwszego. Przez lata pojawiało się wiele spekulacji na temat znaczenia “RKE.” W powszechnej świadomości jest to skrót od nazwy „Rank Kellner Eyepiece” bądź „Reversed Kellner Eyepiece” (Odwrócony Okular Kellnera), która całkiem dobrze określa konstrukcję okularu, jednak tekst patentu precyzyjnie określa znaczenie nazwy.
Okular RKE został zaprojektowany dla firmy Edmund Scientific przez fizyka Davida Ranka (1907-1981). Konstrukcja opiera się na okularze Kellnera. RKE używa pojedynczej wypukłej soczewki ocznej i wklęsło-wypukłego dubletu z elementem wklęsłym skierowanym w kierunku źródła światła. Poprzez odwrócenie układu oraz komputerowe wspomaganie projektowania dla soczewek i szkła o niskiej dyspersji, okular oferuje szersze, ostrzejsze pole, doskonałą korekcję aberracji i dłuższy odstęp źrenicy wyjściowej, Sporą wadą okularów RKE jest limit, który sprawia, że najkrótsza dostępna ogniskowa to 8 mm, więc wielbiciele obserwacji planetarnych dla uzyskania naprawdę dużego powiększenia w wielu modelach teleskopów zmuszeni są do użycia soczewki Barlowa.
 
Konieczność użycia dodatkowych soczewek często eliminuje główne zalety projektu RKE. Obecna konstrukcja (nadal należąca do Edmund Optics) ma 45° własnego pola widzenia i źrenicę oddaloną o około 0,9 długości ogniskowej okularu.
 
ERA NAGLERA

Wychowuje się w Bronksie. Gdy ma 12 lat, ojciec zabiera go do Hayden Planetarium, wyzwalając późniejszy astronomiczny entuzjazm. Uczęszczając do Bronx High School of Science buduje 8-calowy f/6 reflektor własnego projektu, pisząc przy okazji artykuł na temat projektu dla magazynu Mechanix Illustrated (publikacja artykułu w grudniu 1955 r.). Artykuł okazuje się być przepustką do uzyskania posady w Farrand Optical – nowojorskiej firmie zajmującą się optyką dla celów wojskowych i komercyjnych. Tam dostaje zlecenie zaprojektowania optyki symulatora programu Gemini i modułu księżycowego do szkolenia astronautów Apollo przed lądowaniem na Księżycu. Jak sam wspomina, Al dostaje gęsiej skórki widząc księżycowy krajobraz w ogromnym (110°) polu widzenia symulatora, określanego „gigantycznym okularem”.

apollo symulator.jpg
Symulator lądownika Apollo, http://cs.astronomy.com

Wtedy rodzi się w nim myśl: Czy nie byłoby miło posiadać okular pozwalający na taki “spacer kosmiczny” w swoim teleskopie? W 1971 roku dostaje kolejne zlecenie – zaprojektowanie 140° kamery do symulatora samolotu dla bazy lotniczej Wrighta-Pattersona. To właśnie ten projekt stanie się bazą dla później legendarnego okularu astronomicznego.

Ukończenie w 1969 roku City College of New York pozwala zdobyć mu wykształcenie fizyczne, dzięki czemu w 1973 roku staje się głównym inżynierem optycznym w Keystone Camera w Clifton, New Jersey. Następnie w roku 1977 w Spring Valley w Nowym Jorku wraz z żoną Judi zakłada firmę TeleVue, która początkowo zajmuje się wytwarzaniem soczewek do wyświetlania małych obrazów na dużych telewizyjnych ekranach. Nazwa firmy uwzględnia przyszłe plany produkcji sprzętu astronomicznego, a część projektów telewizyjnych soczewek zostaje sprzedana firmie Edmund Scientific. Od początku Nagler myśli nad całkowicie nowymi konstrukcjami, ale obawiając się wprowadzenia na rynek drogiego okularu nieznanej firmy, trzy lata po jej założeniu, TeleVue wypuszcza pierwsze własne okulary w układzie Plossla aby zyskać reputację, doświadczenie i kapitał.


W 1979 roku stawia na rozwój dobrze skorygowanego, szerokokątnego okularu. Przypomina sobie projekt z 1971 roku i poświęca noce oraz weekendy wynajmując czas w serwisie komputerowym w Connecticut. Tym sposobem powstaje „okular Naglera”.

Al Nagler od razu zdaje sobie sprawę, że nic podobnego do jego projektu nie można znaleźć w podręcznikach optycznych i wśród produktów dostępnych na rynku, więc szybko składa wniosek o patent. Jak się okazało, pewne odniesienia do istniejących już konstrukcji zostały znalezione w trakcie procesu patentowego i wymienione w patencie, przez co pojawiały się spekulacje, że projekt nie jest oryginalny, lecz opiera się na pracy innych.

Prototypowy projekt ma 90° pola widzenia, które zostaje ograniczone do 82°, z powodu dokuczliwej aberracji chromatycznej na skraju pola. Jest to przełom w rozwoju okularów astronomicznych, które dopadła stagnacja, a najlepszymi szerokokątnymi okularami, dostępnymi w powszechnej sprzedaży w tym czasie są konstrukcje z 60-65 stopniami pozornego pola widzenia, oparte na projekcie Erfle’a.

W celu zapewnienia kontroli jakości każdego sprzedawanego okularu Nagler postanawia zbudować „uniwersalny” teleskop – 5 calowy f/4 Petzval, dzięki któremu możliwe są testy okularów przy światłosile f/4 oraz przysłonięcie diafragmą do f/16 w celu wykrywania wewnętrznych brudów, odprysków lub zadrapań. Po wielu latach, teleskop ten nadal służy do testów okularów TeleVue.

Oryginalną serię Naglera, obecnie znaną jako “Type 1“, zainicjował okular o ogniskowej 13 mm. Później pojawiają się 4,8 mm, 7 mm i 9mm oraz modele 9, 11 i 13mm o podwójnym standardzie 2″ i 1¼”.

W 1982 roku Nagler postanawia wprowadzić pomost między 82° Naglerami i 50° Plösslami za pomocą nowej linii sześcio-elementowych 65° okularów, ostrzejszych na skraju pola niż popularne wówczas Erfle’y. Nowe okulary pojawiają się w 1983 roku, dwa lata później otrzymują patent. Seria zawiera 2″ modele o ogniskowych 40mm i 32mm oraz parafokalne 1,25” o ogniskowych 24mm, 19mm i 15mm. Linia nazwana TeleVue Wide Field, stanie się w przyszłości prekursorem znanej i cenionej serii okularów Panoptic.

Do roku 1985, sprzedaż okularów TeleVue poważnie rośnie, również dzięki temu, że inni dystrybutorzy w dalszym ciągu oferują tradycyjne, prostsze wzory. Jednym z pierwszych „brzydkich” epizodów biznesowej strony astronomii amatorskiej staje się wykorzystanie dostępnych w Urzędzie Patentowym Stanów Zjednoczonych projektów Naglera przez Meade Instruments i wyprodukowanie w Japonii linii (“Seria 4000”) okularów naśladujących okulary TeleVue.

TeleVue szybko staje się świadomy tego wyzwania i odpowiada najlepiej jak to tylko możliwe – nową, bardziej innowacyjną konstrukcją. W dniu 18 października 1986 roku w firmie Sevens Laurel, w stanie Maryland, Al Nagler demonstruje nową ewolucję pierwotnego projektu okularu Naglera: olbrzymi 20mm “Nagler Type 2“.

Ilustracja Naglera T2 20mm, http://www.company7.com

W przeciwieństwie do pierwszej serii, różne ogniskowe nie opierają się jedynie na skalowaniu jednego wzoru. Oznacza to, że każdy okular posiada niepowtarzalny projekt. Pozwala na wprowadzenie stałej odległości źrenicy wyjściowej – 12 milimetrów, która została pozytywnie przyjęta przez użytkowników 9mm okularu z pierwszej serii. Do 20mm potwora dołączają wkrótce modele o ogniskowych 12 i 16mm.

Wraz z wprowadzeniem ostrych do brzegu okularów, Naglerowi zaczyna doskwierać wada światłosilnych Newtonów – koma. Aby temu zaradzić, tworzy w 1989 roku Paracorr, korygujący komę. Jednak wtedy okazuje się, że konstrukcja okularu wprowadza astygmatyzm.

Nagler wraca więc do deski kreślarskiej i projektuje zastępstwo dla serii Wide Field – 68 stopniową, sześcio-elementową (w tym 4 elementy zawierające lantan) serię Panoptic, która zostaje zaprezentowana w styczniu 1992 roku. Jako pierwsze pojawiają się ogniskowe 35mm oraz 22mm, dwa lata później 27mm oraz 15mm, a w 1996 roku ostatnia – 19mm.

Pragnienie większego odstępu źrenicy wyjściowej dla osób noszących okulary korekcyjne, powiększeń planetarnych oraz szerokiego pola dłuższych ogniskowych, spowodowało powstanie kolejnych serii Naglerów – „Type” 4, 5, i 6 począwszy od 1998 roku. Prace nad nowymi seriami w 1998 roku przynoszą przy okazji lżejsze, mniejsze, charakteryzujące się dużą odległością źrenicy wyjściowej, 60-stopniowe, bogate w lantan Radiany. Okulary cenione głównie w obserwacjach planetarnych, których konstrukcja opiera się na ogólnych założeniach okularu Naglera. Niedawny dramatyczny wzrost cen lantanu, sprawił, że kontynuacja produkcji Radianów przestała mieć sens, a seria została zastąpiona przez 72° okulary Delos oraz 62° DeLite wprowadzone na targach Northeast Astronomy Forum w zeszłym roku. Obie nazwy nawiązują do wyspy, gdzie urodził się Apollo – grecki bóg światła, oraz doceniają zasługi Paula Dellechiaie, projektanta wielu współczenych produktów TeleVue.

Czwarta linia Naglerów wprowadzona podobnie jak Radiany w 1998 roku to okulary o ogniskowych: 22mm, 17mm, 12mm i źrenicą oddaloną o 18mm. Rok później TeleVue wprowadza skalowaną serię „Type 5” z ogniskowymi począwszy od 31mm – najdłuższej w historii okularów Naglera. Następnie pojawia się 16mm oraz 26mm i 20mm.

Rok 2001 jest świadkiem powstania szóstej serii okularów oraz pierwszego w historii Naglera okularu o zmiennej ogniskowej (zoom). Dwa lata później TeleVue oferuje już dwa takie okulary (3-6mm i 2-4mm), które Al Nagler sygnuje swoim nazwiskiem mimo znacznie mniejszego od innych „Naglerów”, 50° pola widzenia.

 
Podczas gdy Al zaczyna koncentrować się na rozwoju teleskopów i akcesoriów w ramach projektu “Imaging System”, syn David, który rozpoczął pracę w firmie ojca w 1988 roku (obecnie jest prezesem TeleVue), proponuje przełomowy projekt na początku 2006 roku, który ma kontynuować rewolucję Naglera poprzez wprowadzenie 100° okularu z optymalną korekcją zniekształceń i aberracji, zwiększonym kontrastem i długim odstępem źrenicy.

David Nagler nową serię nazywa “Ethos“, co odzwierciedla pozytywne cechy, które TeleVue zakłada: czystość obrazu przy użyciu najlepszych dostępnych materiałów, wyjątkowa jakość wykonania oraz uczciwość biznesową i marketingową. W hołdzie dla pierwszego okularu Naglera, linia Ethosa rozpoczyna się od 13mm okularu w 2007 roku.

W 2008 roku pojawiają się Ethosy o ogniskowych 6, 8 i 17mm, a w latach 2010/2011 – 10 i 21mm oraz specjalne wersje 3,7 i 4,7mm. Nowy projekt okazuje się na tyle elastyczny, że szybko dostrzeżono szansę na zwiększenie pola z 100° do 110° – dokładnie takiego samego, jak w zaprojektowanym ponad 40 lat wcześniej księżycowym symulatorze, który wywołał gęsią skórkę w młodym Alu Naglerze i zainspirował tworzenie szkieł umożliwiających „kosmiczne spacery”.

Share This:

Może Ci się również spodoba

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.