Кагрейн отражатель

Легкий путь в кассогене, отражающий телескоп

Отражатель Cassegrain представляет собой комбинацию первичного вогнутого зеркала и вторичного выпуклого зеркала , часто используемого в оптических телескопах и радио -антеннах , основной характерной характеристикой является то, что оптический путь складывается обратно на себя по сравнению с первичным зеркалом оптической системы. Эта конструкция ставит фокус в удобное место за первичным зеркалом , а выпуклый вторичный добавляет эффект телеобъектирования , создавая гораздо более длинное фокусное расстояние в механически короткой системе. ^{[ 1 ]}

В симметричном касесаре оба зеркала выровнены по оптической оси , а первичное зеркало обычно содержит отверстие в центре, что позволяет свету добраться до окуляра , камеры или датчика изображения . В качестве альтернативы, как и во многих радиотелескопах, конечный фокус может быть перед первичным. В асимметричном касесаре зеркало (ов) может быть наклонен, чтобы избежать запотечного первичного или избежать необходимости отверстия в первичном зеркале (или обоих).

Классическая конфигурация Cassegrain использует параболический отражатель в качестве первичного, в то время как вторичное зеркало является гиперболическим . ^{[ 2 ]} Современные варианты могут иметь гиперболическую первичку для повышения производительности (например, дизайн Ritchey -Chrétien ); и любое или оба зеркала могут быть сферическими или эллиптическими для простоты производства.

Отражатель Cassegrain назван в честь опубликованного отражающего дизайна телескопа , который появился в журнале 25 апреля 1672 года Des Stavans, который был приписан Лоуренту Кассегрину . ^{[ 3 ]} Аналогичные дизайны с использованием выпуклых вторичных зеркал были обнаружены в работах Bonaventura Cavalieri 's 1632, описывающие горящие зеркала ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} и сочинения Марина Мерсенна 1636 года, описывающие дизайн телескопов. ^{[ 6 ]} Попытки Джеймса Грегори 1662 года создать отражающий телескоп включали конфигурацию Кассегрейна, судя по выпуклым вторичному зеркалу, найденному среди его экспериментов. ^{[ 7 ]}

Конструкция Cassegrain также используется в катадиоптрических системах .

CASGRAIN DEASTISS

«Классические» телескопы Cassesgrain

«Классический» Cassegrain имеет параболическое первичное зеркало и гиперболическое вторичное зеркало, которое отражает свет обратно через отверстие в первичном. Складная оптика делает это компактным дизайном. На более мелких телескопах и линзах камеры вторичная часто монтируется на оптически плоской, оптически прозрачной стеклянной пластине, которая закрывает трубку телескопа. Эта поддержка устраняет «звездные» дифракционные эффекты, вызванные прямым опорным пауком. Закрытая трубка остается чистой, а первичная защита за счет некоторой потери мощности сбора света.

Он использует специальные свойства параболических и гиперболических отражателей. Вогнутый параболический отражатель будет отражать все входящие световые лучи, параллельные его оси симметрии с одной точкой, фокусировку. Выпуклый гиперболический отражатель имеет два очага и будет отражать все световые лучи, направленные на один из двух его фокусов, к другому фокусу. Зеркала в этом типе телескопа спроектированы и расположены таким образом, чтобы они разделяли один фокус и так, чтобы вторая фокус гиперболического зеркала будет в той же точке, с которой следует наблюдать изображение, обычно недалеко от окуляра.

В большинстве систем Cassegrain вторичное зеркало блокирует центральную часть апертуры. Эта апертура в форме кольца значительно уменьшает часть передачи модуляции (MTF) в диапазоне низких пространственных частот по сравнению с конструкцией полной апертуры, такой как рефрактор или смещение Cassegrain. ^{[ 8 ]} Эта MTF Notch имеет эффект снижения контраста изображения при представлении широких особенностей. Кроме того, поддержка вторичного (паука) может вводить дифракционные шипы на изображениях.

Радиусы кривизны первичных и вторичных зеркал, соответственно, в классической конфигурации

R_{1}=-{\frac {2DF}{F-B}}=-{\frac {2F}{M}}

и

R_{2}=-{\frac {2DB}{F-B-D}}=-{\frac {2B}{M-1}}

где

$F$ эффективное фокусное расстояние системы,
$B$ это заднее фокусное расстояние (расстояние от вторичного до фокуса),
$D$ расстояние между двумя зеркалами и
$M=(F-B)/D$ это вторичное увеличение.

Если вместо $B$ и $D$ , известные величины - фокусное расстояние первичного зеркала, $f_{1}$ и расстояние до фокуса за основным зеркалом, $b$ , затем $D=f_{1}(F-b)/(F+f_{1})$ и $B=D+b$ .

Константа конического первичного зеркала - это парабола, $K_{1}=-1$ Полем Благодаря этому нет сферической аберрации, представленной первичным зеркалом. Вторичное зеркало, однако, имеет гиперболическую форму с одним фокусом, совпадающим с основным зеркалом, а другой фокус находится на заднем фокусном расстоянии $B$ Полем Таким образом, классический кассегрейн имеет идеальное внимание для главного луча (центральная точечная схема - одна точка). У нас есть,

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

,

где

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

.

На самом деле, поскольку константы конического не должны зависеть от масштабирования, формулы для обоих $\alpha$ и $K_{2}$ может быть значительно упрощен и представлен только как функции вторичного увеличения. Окончательно,

\alpha ={\frac {8M^{2}}{(M^{2}-1)^{2}}}

и

K_{2}=-1-{\frac {4M}{(M-1)^{2}}}=-\left({\frac {M+1}{M-1}}\right)^{2}

.

Ритчи-Чузени

Ритчи-хретиен-это специализированный кассовый отражатель, который имеет два гиперболических зеркала (вместо параболической первичной). Он свободен от комы и сферической аберрации в плоской фокусной плоскости, что делает его хорошо подходящим для широких полевых и фотографических наблюдений. Это было изобретено Джорджем Уиллисом Ритчи и Анри Кретиен в начале 1910 -х годов. Этот дизайн очень распространен в крупных профессиональных исследовательских телескопах, включая космический телескоп Хаббла , телескопы Кек и очень большой телескоп (VLT); Это также встречается в высококлассных любительских телескопах.

Далл-Киркхем

Гораций Далл в 1928 году был создан в 1938 году в 1930 году в 1930 году в 1930 году в 1930 году в 1930 году в 1930 году в 1930 году в 1930 году в 1930 году в 1930 году был создан дизайн телескопа Cassegrain, опубликованную в статье, опубликованную в статье, опубликованную в «Scientific American» и Альберт Дж. Ингаллс. Он использует вогнутое эллиптическое первичное зеркало и выпуклый сферический вторичный. В то время как эту систему легче полировать, чем классическая система Cassegrain или Ritchey-Chretien, не осевая кома значительно хуже, поэтому изображение быстро разлагается вне оси. Поскольку это менее заметно при более длинных фокусных соотношениях , Далл-Киркхамс редко быстрее, чем f/15.

Конфигурации вне осевой

Необычным вариантом Cassegrain является телескоп Schiefspiegler («искаженный» или «косой отражатель»; также известный как «Телескоп Kutter» после его изобретателя, Антона Куттера ^{[ 9 ]}), в котором используются наклонные зеркала, чтобы избежать вторичного зеркала, отличающего тень на первичную. Однако, исключая дифракционные паттерны, это приводит к нескольким другим аберрациям, которые должны быть исправлены.

Несколько различных вне осевых конфигураций используются для радиоантенн. ^{[ 10 ]}

Еще один вне осевой, беспрепятственный дизайн и вариант Cassegrain-это отражатель « Йоло », изобретенный Артуром Леонардом. В этой конструкции используется сферическая или параболическая первичная и механически деформированная сферическая вторичная вторичная, чтобы исправить для индуцированного не оси астигматизм. При правильной настройке YOLO может дать бескомпромиссные беспрепятственные представления о планетарных объектах и не широких целевых показателях, без отсутствия контрастного или качества изображения, вызванного сферической аберрацией. Отсутствие препятствия также устраняет дифракцию, связанную с астрофотографией кассе и ньютоновского отражателя.

Катадиоптрические касеса

Катадиоптрические кассовые зерна используют два зеркала, часто с сферическим первичным зеркалом, чтобы снизить стоимость в сочетании с рефракционными элементами корректора, чтобы исправить полученные аберрации.

Schmidt-Cassgrain

Легкий путь и касс

Легкий путь в максутовом

Легкий путь в телескопе Клевтова-Кассегрейн

Schmidt-Cassegrain был разработан из широкополевой камеры Schmidt , хотя конфигурация Cassegrain дает ей гораздо более узкое поле зрения. Первым оптическим элементом является корректор Шмидта . Пластина фигурируется путем размещения вакуума с одной стороны и шлифования точной коррекции, необходимой для исправления сферической аберрации, вызванной сферическим первичным зеркалом. Schmidt-Cassegrains популярны среди любителей астрономов. Ранняя камера Schmidt-Cassegrain была запатентована в 1946 году художником/архитектором/физиком Роджером Хейвордом , ^{[ 11 ]} с держателем фильма, размещенным вне телескопа.

Максутов-Кассегрейн

Максутов-кассегрейн-это вариация телескопа Максутова, названного в честь советского / украинского оптика и астроном Дмитрии Дмитриевич Максутов . Он начинается с оптически прозрачной линзы корректора, которая является секцией пустой сферы. Он имеет сферическое первичное зеркало и сферическое вторичное, которое обычно является зеркальным секцией корректора.

Аргунов-Касрейн

В телескопе Аргунова-Кассегрейна вся оптика является сферической, а классическое вторичное зеркало Cassegrain заменяется корректором субпертуры, состоящим из трех элементов линзы, расположенных на воздухе. Элемент наиболее далеко от первичного зеркала - это зеркало , которое действует как вторичное зеркало.

Clvbtsov-Cassegrain

Клевтсова-кассегрейн, как и аргунова-кассегрейн, использует корректор под апертурой, состоящий из небольшого линзы мениска и зеркала из края в качестве «вторичного зеркала». ^{[ 12 ]}

Радио -антенны Cassesgrain

Конструкции Cassegrain также используются в антеннах и радиотелесопах спутниковой телекоммуникации , размером от 2,4 метра до 70 метров. В центре рефлятора, расположенного в центре, служит фокусировке радиочастотных сигналов аналогично оптическим телескопам.

Примером антенны Cassegrain является 70-метровое блюдо в JPL антеннном комплексе . Для этой антенны конечная фокус находится перед первичной, в верхней части постамента, выступающего из зеркала.

Смотрите также

Катадиоптрическая система
Celestron (Schmid-Cassegrands, кассеты Masksutelov)
Список типов телескопов
Meade Instruments (Schmidt-Cassgrands, Masksutelov Cassees)
Questar (Maksutov Cassegrains)
Преломление телескопа
Vixen (Cassesgras, Flysosov-Crygrain)

Ссылки

^ Уилсон, Рэймонд Н. (2013). Отражая оптику телескопа I: Основная теория дизайна и ее историческое развитие . Springer Science & Business Media. С. 43–44. ISBN 978-3-662-30863-9 .
^ «Астрономия и геологический словарь. Земля и космические науки доступны для всех. Кассегрейн» . Асти
^ Баранн, Андре; Launay, Fran1coise (1997). «Кассегрейн: знаменитая неизвестная инструментальная астрономия» Журнал оптики (по -французски). 28 (4): 158–172. два 10.1088/0150-536X/28/4/004:
^ Зеркало Usting, Overo, договор конических секций
^ Stargazer, жизнь и времена телескопа , Фред Уотсон, с. 134
^ Stargazer , p. 115 .
^ Stargazer , с. 123 и 132
^ «Эффекты обструкции диафрагмы» .
^ .
^ Миллиган, Т.А. (2005). Современный дизайн антенны (PDF) (2 -е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley-Ieee Press. С. 424–429. ISBN 0-471-45776-0 .
^ Патент США 2.403.660, Smalid-Casdgain Camain
^ Новые оптические системы для небольших телескопов

Внешние ссылки

СМИ, связанные с телескопами Cassegrain в Wikimedia Commons
Моделирование антенн отражателя Cassegrain в Matlab на машине Wayback (архивировано 3 марта 2024 г.)

[1] Уилсон, Рэймонд Н. (2013). Отражая оптику телескопа I: Основная теория дизайна и ее историческое развитие . Springer Science & Business Media. С. 43–44. ISBN 978-3-662-30863-9 .

[2] «Астрономия и геологический словарь. Земля и космические науки доступны для всех. Кассегрейн» . Асти

[3] Баранн, Андре; Launay, Fran1coise (1997). «Кассегрейн: знаменитая неизвестная инструментальная астрономия» Журнал оптики (по -французски). 28 (4): 158–172. два 10.1088/0150-536X/28/4/004:

[4] Зеркало Usting, Overo, договор конических секций

[5] Stargazer, жизнь и времена телескопа , Фред Уотсон, с. 134

[6] Stargazer , p. 115 .

[7] Stargazer , с. 123 и 132

[8] «Эффекты обструкции диафрагмы» .

[9] .

[10] Миллиган, Т.А. (2005). Современный дизайн антенны (PDF) (2 -е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley-Ieee Press. С. 424–429. ISBN 0-471-45776-0 .

[11] Патент США 2.403.660, Smalid-Casdgain Camain

[12] Новые оптические системы для небольших телескопов

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]