Отражатель кассегрена - Cassegrain reflector

Световой путь в телескопе-отражателе Кассегрена

В Отражатель кассегрена представляет собой комбинацию первичного вогнутое зеркало и вторичный выпуклое зеркало, часто используется в оптические телескопы и радиоантенны при этом основной характеристикой является то, что оптический путь загибается сам по себе относительно входной апертуры главного зеркала оптической системы. Этот дизайн ставит координационный центр в удобном месте за главное зеркало а выпуклая вторичная добавка добавляет телефото эффект, создающий гораздо более длительный фокусное расстояние в механически короткой системе.^[1]

В симметричном кассегрене оба зеркала ориентированы относительно оптическая ось, а главное зеркало обычно имеет отверстие в центре, что позволяет свету достигать окуляр, а камера, или датчик изображений. В качестве альтернативы, как и во многих радиотелескопах, последний фокус может находиться перед основным. В асимметричном Кассегрене зеркало (а) можно наклонить, чтобы избежать затемнения первичного зеркала или чтобы избежать необходимости в отверстии в главном зеркале (или в обоих).

В классической конфигурации Кассегрена используется параболический отражатель в качестве основного, а вторичное зеркало гиперболический.^[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 отражающий телескоп дизайн, появившийся 25 апреля 1672 г. Журнал des sçavans который был приписан Лоран Кассегрен.^[3] Подобные конструкции с использованием выпуклых вторичных элементов были обнаружены в Бонавентура Кавальери сочинения 1632 г., описывающие горящие зеркала^[4][5] и Марин Мерсенн сочинения 1636 г., описывающие конструкции телескопов.^[6] Джеймс Грегори В 1662 году попытки создать отражающий телескоп включали конфигурацию Кассегрена, судя по выпуклому вторичному зеркалу, найденному среди его экспериментов.^[7]

Дизайн Кассегрена также используется в катадиоптрические системы.

Кассегрен дизайн

Световой путь в телескопе с рефлектором Кассегрена

"Классические" телескопы Кассегрена

«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 отражатель будет отражать все входящие световые лучи параллельно своей оси симметрии в одну точку - фокус. Выпуклый гиперболический отражатель имеет два фокуса и будет отражать все световые лучи, направленные на один из двух своих фокусов, по направлению к другому фокусу. Зеркала в телескопах этого типа спроектированы и расположены таким образом, чтобы у них был общий фокус, и чтобы второй фокус гиперболического зеркала находился 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. Это входное отверстие кольцевой формы значительно уменьшает часть передаточная функция модуляции (MTF) в диапазоне низких пространственных частот по сравнению с конструкцией с полной апертурой, такой как рефрактор или офсетный кассегрен.^[8] Эта выемка MTF снижает контраст изображения при визуализации широких объектов. Кроме того, опора для вторичного элемента (паук) может вносить дифракционные пики на изображения.

В радиусы кривизны главного и вторичного зеркал соответственно в классической конфигурации

${ displaystyle R_ {1} = - { frac {2DF} {F-B}}}$

и

${ displaystyle R_ {2} = - { frac {2DB} {F-B-D}}}$

куда

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

Если вместо ${ displaystyle B}$ и ${ displaystyle D}$, известные величины - фокусное расстояние главного зеркала, ${ displaystyle f_ {1}}$, а расстояние до фокуса за главным зеркалом ${ displaystyle b}$, тогда ${ Displaystyle D = f_ {1} (F-b) / (F + f_ {1})}$ и ${ displaystyle B = D + b}$.

В коническая постоянная главного зеркала является параболой, ${ displaystyle K_ {1} = - 1}$, и вторичного зеркала, ${ displaystyle K_ {2}}$, выбирается для смещения фокуса в желаемое место:

${ Displaystyle К_ {2} = - 1- альфа - { sqrt { альфа ( альфа +2)}}}$,

куда

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

и ${ Displaystyle M = (FB) / D}$ - вторичное увеличение.

Ричи-Кретьен

Ritchey-Chrétien - это специализированный рефлектор Кассегрена, который имеет два гиперболических зеркала (вместо параболического первичного элемента). Это бесплатно кома и сферическая аберрация в плоской фокальной плоскости, что делает его хорошо подходящим для широкопольных и фотографических наблюдений. Это было изобретено Джордж Уиллис Ричи и Анри Кретьен в начале 1910-х гг. Такая конструкция очень распространена в больших профессиональных исследовательских телескопах, включая телескопы. Космический телескоп Хаббла, Кек телескопы и Очень большой телескоп (VLT); он также встречается в любительских телескопах высокого класса.

Далл-Киркхэм

Конструкция телескопа Кассегрена Далла-Киркхема была создана Горацием Даллом в 1928 году и получила свое название в статье, опубликованной в Scientific American в 1930 году после дискуссии между астрономом-любителем Алланом Киркхэмом и Альбертом Г. Ингаллсом, редактором журнала по астрономии в то время. Используется вогнутый эллиптический главное зеркало и выпуклое сферический вторичный. Хотя эту систему легче полировать, чем классическую систему Кассегрена или Ричи-Кретьена, внеосевая кома значительно хуже, поэтому изображение быстро деградирует вне оси. Потому что это менее заметно при более длительном фокусные отношения, Далл-Кирхамс редко бывает быстрее, чем f / 15.

Внеосевые конфигурации

Необычный вариант Кассегрена - Schiefspiegler телескоп («наклонный» или «наклонный отражатель», также известный как «телескоп Куттера» по имени его изобретателя Антон Куттер^[9]), в котором используются наклонные зеркала, чтобы вторичное зеркало не отбрасывало тень на основное. Однако, устраняя дифракционные картины, это приводит к нескольким другим аберрациям, которые необходимо исправить.

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

Еще один внеосевой, беспрепятственный дизайн и вариант кассегрена - это 'Йоло рефлектор, 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.

Катадиоптрические кассегрены

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

Световой путь в Шмидт-Кассегрен

Световой путь в Максутова-Кассегрена

Световой путь в Телескоп Клевцова-Кассегрена

Schmidt-Cassegrain был разработан на основе широкопольного Камера Шмидта, хотя конфигурация Кассегрена дает ему гораздо более узкое поле зрения. Первый оптический элемент - это Пластина корректора Шмидта. Тарелка вычисленный поместив вакуум с одной стороны и отшлифуя точную коррекцию, необходимую для исправления сферическая аберрация вызвано сферическим главным зеркалом. Шмидт-Кассегрен пользуются популярностью у астрономов-любителей. Ранняя камера Шмидта-Кассегрена была запатентована в 1946 году художником / архитектором / физиком. Роджер Хейворд,^[11] с держателем пленки, расположенным вне телескопа.

Максутова-Кассегрена

Максутов-Кассегрен - это вариация Максутовский телескоп названный в честь Советский /русский оптик и астроном Максутов Дмитрий Дмитриевич. 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.

Аргунова-Кассегрена

В телескопе Аргунова-Кассегрена вся оптика сферическая, а классическое вторичное зеркало Кассегрена заменено на субапертурный корректор состоит из трех линз с воздушным разнесением. Самый дальний от главного зеркала элемент - это Зеркало Mangin, в котором элемент действует как второе поверхностное зеркало, имеющее отражающее покрытие, нанесенное на поверхность, обращенную к небу.

Клевцов-Кассегрен

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

Радиоантенна Кассегрена в GDSCC

Конструкции Кассегрена также используются в спутниковой связи. земная станция антенны и радиотелескопы, размером от 2,4 метра до 70 метров. Расположенный в центре вспомогательный рефлектор служит для фокусировки радиочастотных сигналов аналогично оптическим телескопам.

Примером радиоантенны кассегрена является 70-метровая антенна на JPL с Антенный комплекс Голдстоуна. Для этой антенны конечный фокус находится перед основной, на вершине пьедестала, выступающего из зеркала.

Смотрите также

• Рефракционный телескоп
• Катадиоптрическая система
• Селестрон (Шмидт-Кассегрен, Максутов Кассегрен)
• Список типов телескопов
• Инструменты Meade (Шмидт-Кассегрен, Максутов Кассегрен)
• Квестар (Максутов Кассегренс)
• Vixen (Кассегрен, Клевцов-Кассегрен)

Рекомендации