Отражатель кассегрена

Световой путь в телескопе-отражателе Кассегрена

Отражатель Кассегрена представляет собой сочетание первичного вогнутого зеркала и вторичного выпуклого зеркала , часто используются в оптических телескопов и радиоантенны , основной характеристикой существа , что оптический путь складывает обратно на себя, по отношению к первичным зеркалом входной апертуры оптической системы. Эта конструкция помещает точку фокусировки в удобное место за главным зеркалом, а выпуклое вторичное зеркало добавляет эффект телефото, создавая гораздо большее фокусное расстояние в механически короткой системе. ^[1]

В симметричном Кассегрене оба зеркала выровнены вокруг оптической оси , а главное зеркало обычно содержит отверстие в центре, что позволяет свету достигать окуляра , камеры или датчика изображения . В качестве альтернативы, как и во многих радиотелескопах, последний фокус может находиться перед основным. В асимметричном Кассегрене зеркало (а) можно наклонять, чтобы избежать затемнения первичного зеркала или избежать необходимости в отверстии в главном зеркале (или в обоих).

Классическая конфигурация Кассегрена использует параболический отражатель в качестве основного, а вторичное зеркало является гиперболическим . ^[2] Современные варианты могут иметь гиперболический первичный элемент для повышения производительности (например, дизайн Ричи – Кретьена ); и одно или оба зеркала могут быть сферическими или эллиптическими для простоты изготовления.

Отражатель Кассегрена назван в честь опубликованного в журнале Journal des sçavans от 25 апреля 1672 года проекта отражающего телескопа , приписываемого Лорану Кассегрену . ^[3] Подобные конструкции с использованием выпуклых вторичных элементов были обнаружены в работах Бонавентуры Кавальери 1632 года, описывающих горящие зеркала ^{[4] [5],} и сочинениях Марина Мерсенна 1636 года, описывающих конструкции телескопов. ^{[6] В} 1662 году попытки Джеймса Грегори создать отражающий телескоп включали конфигурацию Кассегрена, судя по выпуклому вторичному зеркалу, найденному среди его экспериментов. ^[7]

Дизайн Кассегрена также используется в катадиоптрических системах .

Дизайн Кассегрена [ править ]

"Классические" телескопы Кассегрена [ править ]

«Классический» Кассегрен имеет параболическое главное зеркало и гиперболическое вторичное зеркало, которое отражает свет обратно вниз через отверстие в главном. Складывание оптики делает его компактным. В телескопах меньшего размера и объективах фотоаппаратов вторичный элемент часто устанавливается на оптически плоской, оптически прозрачной стеклянной пластине, закрывающей трубу телескопа. Эта опора устраняет "звездообразные" дифракционные эффекты, вызываемые опорным крестовиной с прямыми лопастями. Закрытая трубка остается чистой, а первичная обмотка защищена за счет некоторой потери светосилы.

В нем используются особые свойства параболических и гиперболических отражателей. Вогнутый параболический отражательбудет отражать все входящие световые лучи параллельно своей оси симметрии в одну точку - фокус. Выпуклый гиперболический рефлектор имеет два фокуса и будет отражать все световые лучи, направленные на один из двух своих фокусов, в сторону другого фокуса. Зеркала в телескопах этого типа спроектированы и расположены таким образом, чтобы у них был общий фокус, а второй фокус гиперболического зеркала был в той же точке, в которой должно наблюдаться изображение, обычно сразу за окуляром. Параболическое зеркало отражает параллельные световые лучи, попадающие в телескоп, в его фокус, который также является фокусом гиперболического зеркала. Затем гиперболическое зеркало отражает эти световые лучи в свой другой фокус, где и наблюдается изображение.

В большинстве систем Кассегрена вторичное зеркало блокирует центральную часть апертуры. Эта кольцеобразная входная апертура значительно снижает часть функции передачи модуляции (ФПМ) в диапазоне низких пространственных частот по сравнению с конструкцией с полной апертурой, такой как рефрактор или офсетный кассегрен. ^[8] Эта метка MTF снижает контраст изображения при визуализации широких объектов. Кроме того, опора для вторичного элемента (паук) может вносить дифракционные пики на изображения.

В радиусы кривизны первичных и вторичных зеркал, соответственно, в классической конфигурации являются

${\ displaystyle R_ {1} = - {\ frac {2DF} {FB}}}$

и

${\ displaystyle R_ {2} = - {\ frac {2DB} {FBD}}}$

куда

• ${\ displaystyle F}$эффективное фокусное расстояние системы,
• ${\displaystyle B}$ - заднее фокусное расстояние (расстояние от вторичной обмотки до фокуса), а
• ${\displaystyle D}$ расстояние между двумя зеркалами.

Если вместо и известными величинами являются фокусное расстояние главного зеркала , и расстояние до фокуса за главным зеркалом , то и .${\displaystyle B}$${\displaystyle D}$${\displaystyle f_{1}}$${\displaystyle b}$${\displaystyle D=f_{1}(F-b)/(F+f_{1})}$${\displaystyle B=D+b}$

Коническая постоянная главного зеркала является то , что параболы, и что из вторичного зеркала, , выбирается так, чтобы переместить фокус на нужное место:${\displaystyle K_{1}=-1}$${\displaystyle K_{2}}$

${\displaystyle K_{2}=-1-\alpha -{\sqrt {\alpha (\alpha +2)}}}$,

куда

${\displaystyle \alpha ={\frac {1}{2}}\left[{\frac {4DBM}{(F+BM-DM)(F-B-D)}}\right]^{2}}$,

и - вторичное увеличение.${\displaystyle M=(F-B)/D}$

Ричи-Кретьен [ править ]

Ritchey-Chrétien - это специализированный рефлектор Кассегрена, который имеет два гиперболических зеркала (вместо параболического первичного элемента). У него нет комы и сферической аберрации в плоской фокальной плоскости, что делает его хорошо подходящим для широкоугольных и фотографических наблюдений. Его изобрели Джордж Уиллис Ричи и Анри Кретьен в начале 1910-х годов. Такая конструкция является очень распространенным явлением в крупных профессиональных исследовательских телескопов, в том числе космического телескопа Хаббла , Кек Телескопы и Very Large Telescope (VLT); он также встречается в любительских телескопах высокого класса.

Далл-Киркхэм [ править ]

Конструкция телескопа Кассегрена Далл-Киркхема была создана Горацием Даллом в 1928 году и получила свое название в статье, опубликованной в журнале Scientific American в 1930 году после дискуссии между астрономом-любителем Алланом Киркхэмом и Альбертом Г. Ингаллсом, редактором журнала по астрономии в то время. Он использует вогнутое эллиптическое главное зеркало и выпуклое сферическое вторичное зеркало . Хотя эту систему легче полировать, чем классическую систему Кассегрена или Ричи-Кретьена, внеосевая кома значительно хуже, поэтому изображение быстро деградирует вне оси. Поскольку это менее заметно при большем фокусном расстоянии , Далл-Кирхамс редко бывает быстрее, чем f / 15.

Внеосевые конфигурации [ править ]

Необычным вариантом Кассегрена является телескоп Шифшпиглера («наклонный» или «наклонный отражатель», также известный как «телескоп Куттера» в честь его изобретателя Антона Куттера ^[9] ), в котором используются наклонные зеркала, чтобы вторичное зеркало не отбрасывало тень на поверхность. начальный. Однако, устраняя дифракционные картины, это приводит к нескольким другим аберрациям, которые необходимо исправить.

Для радиоантенн используется несколько различных внеосевых конфигураций. ^[10]

Другой внеосевой, беспрепятственный дизайн и вариант кассегрена - это отражатель Yolo , изобретенный Артуром Леонардом. В этой конструкции используются сферическая или параболическая первичная обмотка и механически деформированная сферическая вторичная обмотка для коррекции смещенного от оси астигматизма. При правильной настройке yolo может обеспечивать бескомпромиссный беспрепятственный обзор планетарных объектов и целей с нешироким полем поля без потери контраста или качества изображения, вызванного сферической аберрацией. Отсутствие препятствий также устраняет дифракцию, связанную с астрофотографией кассегрена и ньютоновского отражателя.

Катадиоптрический Кассегрен [ править ]

Катадиоптрические Кассегрены используют два зеркала, часто со сферическим главным зеркалом для снижения стоимости, в сочетании с элементом (ами) корректора преломления для коррекции возникающих аберраций.

Шмидт-Кассегрен [ править ]

Камера Шмидта-Кассегрена была разработана на основе широкоугольной камеры Шмидта , хотя конфигурация Кассегрена дает ей гораздо более узкое поле зрения. Первый оптический элемент - пластина корректора Шмидта . Пластина фигурный путем размещения вакуума с одной стороны, и измельчения точной коррекции , необходимой для коррекции сферической аберрации , вызванной сферическим первичного зеркалом. Шмидт-Кассегрен пользуется популярностью у астрономов-любителей. Рано Шмидт-Кассегрена камера была запатентована в 1946 году художником / архитектором / физиком Роджером Hayward , ^[11] с держателем пленки помещенной вне телескопа.

Максутов-Кассегрен [ править ]

Максутов-Кассегрен - это разновидность телескопа Максутова, названного в честь советского / российского оптика и астронома Дмитрия Дмитриевича Максутова . Он начинается с оптически прозрачной линзы-корректора, которая представляет собой часть полой сферы. Он имеет сферическое главное зеркало и сферическое вторичное зеркало, которое в данном случае обычно представляет собой зеркальную часть линзы корректора.

Аргунов-Кассегрен [ править ]

В телескопе Аргунова-Кассегрена вся оптика сферическая, а классическое вторичное зеркало Кассегрена заменено субапертурным корректором, состоящим из трех линз, разнесенных по воздуху. Наиболее удаленным от главного зеркала элементом является зеркало Манжена , в котором этот элемент действует как второе поверхностное зеркало, имеющее отражающее покрытие, нанесенное на поверхность, обращенную к небу.

Клевцов-Кассегрен [ править ]

В аппарате Клевцова-Кассегрена, как и в аппарате Аргунова-Кассегрена, используется субапертурный корректор. Он состоит из небольшой менисковой линзы и зеркала Манжена в качестве «вторичного зеркала». ^[12]

Радиоантенны Кассегрена [ править ]

Конструкции Кассегрена также используются в антеннах земных станций спутниковой связи и радиотелескопах размером от 2,4 до 70 метров. Расположенный в центре вспомогательный рефлектор служит для фокусировки радиочастотных сигналов аналогично оптическим телескопам.

Пример Кассегрена радиоантенна является 70-метровым блюдом в ЛРДЕ «ы Голдстоуна антенны комплекса . Для этой антенны конечный фокус находится перед основной, на вершине пьедестала, выступающего из зеркала.

См. Также [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме телескопов Кассегрена .

• Рефракционный телескоп
• Катадиоптрическая система
• Селестрон (Шмидт-Кассегрен, Максутов Кассегрен)
• Список типов телескопов
• Meade Instruments (Шмидт-Кассегрен, Максутов Кассегрен)
• Квестар (Максутовские кассегрены)
• Лисица (Кассегрен, Клевцов-Кассегрен)

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• СМИ, связанные с телескопами Кассегрена, на Викискладе?