камера Шмидта
Камера Шмидта , также называемая телескопом Шмидта , представляет собой катадиоптрический астрофотографический телескоп, предназначенный для обеспечения широких полей зрения с ограниченными аберрациями . Дизайн был изобретен Бернхардом Шмидтом в 1930 году.
Некоторые известные примеры - телескоп Сэмюэля Осчина (ранее Паломар Шмидт), Британский телескоп Шмидта и ESO Шмидта; они были основным источником фотографических изображений всего неба с 1950 по 2000 год, когда на смену пришли электронные детекторы. Недавний пример — искатель экзопланет космического телескопа «Кеплер» .
Другими родственными конструкциями являются камера Райта и телескоп Лурье-Хоутона .
Изобретение и дизайн
[ редактировать ]Фотоаппарат Шмидта был изобретен эстонско-немецким оптиком Бернхардом Шмидтом в 1930 году. [ 1 ] Его оптические компоненты представляют собой простое в изготовлении сферическое главное зеркало и асферическую корректирующую линзу , известную как корректорная пластина Шмидта , расположенную в центре кривизны главного зеркала. Пленка или другой детектор помещается внутри камеры в главном фокусе. Конструкция известна тем, что обеспечивает очень быстрое фокусное расстояние , одновременно контролируя кому и астигматизм . [ 2 ]
Камеры Шмидта имеют очень сильно изогнутые фокальные плоскости , поэтому пленка, пластина или другой детектор должны быть соответственно изогнуты. В некоторых случаях детектор выполняют изогнутым; в других плоских носителях механически принимают форму фокальной плоскости за счет использования удерживающих зажимов или болтов или применения вакуума . Иногда используется выравниватель поля , в своей простейшей форме — плоско-выпуклая линза перед пленочной пластинкой или детектором. Поскольку в этой конструкции пластина корректора находится в центре кривизны главного зеркала, длина трубы для широкоугольного телескопа может быть очень большой. [ 3 ] Существуют также недостатки, связанные с наличием препятствия держателя пленки или детектора, установленного в фокусе на середине узла трубки, блокируется небольшое количество света и происходит потеря контрастности изображения из-за дифракционных эффектов препятствия и его опорная структура. [ 4 ]
Пластина-корректор Шмидта
[ редактировать ]
Пластина корректора Шмидта представляет собой асферическую линзу , которая корректирует сферическую аберрацию , вносимую сферическим главным зеркалом конструкции телескопа Шмидта или Шмидта-Кассегрена . Его изобрел Бернхард Шмидт в 1931 году. [ 6 ] хотя, возможно, она была независимо изобретена финским астрономом Юрьё Вяйсяля в 1924 году ( иногда называемая камерой Шмидта-Вяйсяля ). в результате [ 7 ] Первоначально Шмидт представил ее как часть широкоугольного фотографического катадиоптрического телескопа — камеры Шмидта. В настоящее время он используется в нескольких других конструкциях телескопов, объективах камер и системах проекции изображений, в которых используется сферическое главное зеркало.
Функция
[ редактировать ]
Пластины корректора Шмидта работают, потому что они представляют собой асферические линзы со сферической аберрацией, которая равна сферическим главным зеркалам, перед которыми они расположены, но противоположна им. Они расположены в центре кривизны « C » зеркал для чистой камеры Шмидта и сразу за главным фокусом для камеры Шмидта-Кассегрена . Корректор Шмидта толще посередине и по краям. Это корректирует пути света, так что свет, отраженный от внешней части зеркала, и свет, отраженный от внутренней части зеркала, попадают в один и тот же общий фокус « F ». Корректор Шмидта корректирует только сферическую аберрацию. Это не меняет фокусное расстояние системы.
Производство
[ редактировать ]Пластины корректора Шмидта могут быть изготовлены разными способами. Самый простой метод, называемый «классическим подходом», [ 8 ] включает в себя непосредственную обработку корректора путем шлифовки и полировки асферической формы до плоской стеклянной заготовки с использованием инструментов специальной формы и размера. Этот метод требует высокой квалификации и подготовки от инженера-оптика, создающего корректор. [ 8 ] [ 9 ]
Сам Шмидт разработал вторую, более изящную схему изготовления сложной фигуры, необходимой для корректирующей пластины. [ 10 ] Тонкий стеклянный диск с идеально отполированной аккуратной плоской поверхностью с обеих сторон помещался на тяжелый жесткий металлический поддон. Верхняя поверхность кастрюли по краю стеклянного диска была отшлифована под точным углом или фаской в зависимости от коэффициента упругости конкретного типа используемого стекла. Стеклянная пластина была приклеена к нижнему краю кастрюли. Затем использовался вакуумный насос для откачки воздуха между кастрюлей и стеклом через небольшое отверстие в центре кастрюли до тех пор, пока не было достигнуто определенное отрицательное давление. Из-за этого стеклянная пластина слегка деформировалась. Затем открытая верхняя поверхность стекла была отшлифована и сферически отполирована. [ 8 ] Когда вакуум был снят, нижняя поверхность пластины вернулась к исходной плоской форме, а верхняя поверхность приобрела асферическую фигуру, необходимую для пластины-корректора Шмидта. Метод вакуумной обработки Шмидта сегодня используется редко. Удерживать форму с помощью постоянного вакуума сложно, а ошибки уплотнительного кольца и даже загрязнения за пластиной могут привести к оптическим ошибкам. [ 8 ] Стеклянная пластина также может сломаться, если ее согнуть настолько, что получится кривая для телескопов с фокусным расстоянием f/2,5 или выше. [ 11 ] Также для быстрых фокусных чисел полученная кривая недостаточно точна и требует дополнительной ручной коррекции.
Третий метод, изобретенный в 1970 году для Celestron Томом Джонсоном и Джоном О'Рурком, [ 8 ] [ 12 ] использует вакуумную кастрюлю с кривой правильной формы, предварительно сформированной на дне кастрюли, называемую «мастер-блоком». Затем верхняя открытая поверхность полируется, создавая корректор правильной формы после снятия вакуума. [ 8 ] Это устраняет необходимость поддерживать форму с помощью точного вакуума и позволяет массово производить корректирующие пластины одинаковой формы. [ 9 ]
Технические трудности, связанные с производством пластин-корректоров Шмидта, побудили некоторых дизайнеров, таких как Дмитрий Дмитриевич Максутов и Альберт Бауэрс , предложить альтернативные конструкции с использованием более традиционных линз- корректоров мениска . [ 13 ]
Приложения
[ редактировать ]
Из-за широкого поля зрения камера Шмидта обычно используется в качестве инструмента для съемки в исследовательских программах, в которых необходимо охватить большую часть неба. К ним относятся астрономические исследования , комет и астероидов поиск , а также патрулирование новых звезд .
Кроме того, камеры Шмидта и их конструкции часто используются для слежения за искусственными спутниками Земли .
Наземный
[ редактировать ]Первые относительно крупные телескопы Шмидта были построены в Гамбургской и Паломарской обсерваториях незадолго до Второй мировой войны . Между 1945 и 1980 годами по всему миру было построено еще около восьми больших (1 метр и больше) телескопов Шмидта. [ 14 ]
Одной особенно известной и продуктивной камерой Шмидта является телескоп Ошина Шмидта в Паломарской обсерватории , построенный в 1948 году. Этот инструмент использовался в обзоре неба Паломарской обсерватории Национального географического общества (POSS, 1958), обзоре POSS-II, Паломар-Лейденском исследовании. (астероид) Исследования и другие проекты.
Европейская южная обсерватория с 1-метровым телескопом Шмидта в Ла Силья и Совет научных исследований Великобритании с 1,2-метровым телескопом Шмидта в обсерватории Сайдинг-Спринг провели совместный обзор неба в дополнение к первому Паломарскому обзору неба, но сосредоточив внимание на южном полушарии. . Технические усовершенствования, достигнутые в ходе этого исследования, способствовали разработке Второго обзора неба Паломарской обсерватории (POSS II). [ 15 ]
Телескоп, используемый в Обсерватории Лоуэлла по поиску околоземных объектов (LONEOS), также является камерой Шмидта. Телескоп Шмидта обсерватории Карла Шварцшильда — самая большая камера Шмидта в мире.
Космического базирования
[ редактировать ]Телескоп Шмидта находился в центре спутника Hipparcos (1989–1993) Европейского космического агентства . Это использовалось в обзоре Hipparcos, который нанес на карту расстояния более миллиона звезд с беспрецедентной точностью: оно включало 99% всех звезд до 11 звездной величины . Сферическое зеркало, использованное в этом телескопе, было чрезвычайно точным; Если масштабировать его до размеров Атлантического океана , неровности на его поверхности будут иметь высоту около 10 см. [ 16 ]
Фотометр «Кеплер» НАСА , установленный на космическом телескопе «Кеплер» (2009–2018 гг.), — самая большая камера Шмидта, запущенная в космос.
Другие приложения
[ редактировать ]В 1977 году в обсерватории Йеркса небольшой телескоп Шмидта был использован для определения точного оптического положения планетарной туманности NGC 7027, чтобы можно было сравнить фотографии и радиокарты объекта. [ 17 ]
Начиная с начала 1970-х годов Celestron продавала 8-дюймовую камеру Шмидта. Камера фокусировалась на заводе и была изготовлена из материалов с низким коэффициентом расширения, поэтому ее не нужно было фокусировать в полевых условиях. Ранние модели требовали, чтобы фотограф вырезал и проявлял отдельные кадры 35-миллиметровой пленки, поскольку держатель пленки мог удерживать только один кадр пленки. Было выпущено около 300 фотоаппаратов Celestron Schmidt.
Система Шмидта была популярна и использовалась наоборот в телевизионных проекционных системах, особенно в Адвента конструкции Генри Клосса . [ 18 ] Большие проекторы Шмидта использовались в театрах, но для домашнего использования и других небольших площадок создавались системы размером всего 8 дюймов.
Производные конструкции
[ редактировать ]Безлинзовый Шмидт
[ редактировать ]В 1930-х годах Шмидт заметил, что пластину корректора можно заменить простой апертурой в центре кривизны зеркала для медленной камеры (с высоким численным коэффициентом f). Такая конструкция была использована для создания рабочей модели Palomar Schmidt в масштабе 1/8 с полем зрения 5°. [ 19 ] . Этой конфигурации был присвоен ретроним «безлинзовый Шмидт»
Шмидт-Вяйсяля
[ редактировать ]Юрьё Вяйсяля первоначально разработал «астрономическую камеру», похожую на «камеру Шмидта» Бернхарда Шмидта, но ее конструкция не была опубликована. Вяйсяля упомянул об этом в конспектах лекций в 1924 году с примечанием: «проблемная сферическая фокальная плоскость». Как только Вяйсяля увидел публикацию Шмидта, он сразу же пошел дальше и решил проблему сглаживания поля в конструкции Шмидта, поместив двояковыпуклую линзу немного перед держателем пленки. Полученная система известна как камера Шмидта – Вяйсяля или иногда как камера Вяйсяля .
Бейкер-Шмидт
[ редактировать ]В 1940 году Джеймс Бейкер из Гарвардского университета модифицировал конструкцию камеры Шмидта, включив в нее выпуклое вторичное зеркало, которое отражало свет обратно к основному. Затем фотопластину установили рядом с первичной звездой, обращенной к небу. Этот вариант называется камерой Бейкера-Шмидта.
Бейкер-Нанн
[ редактировать ]
В конструкции Бейкера-Нанна, разработанной Бейкером и Джозефом Наннами , корректирующая пластина камеры Бейкера-Шмидта заменяется небольшой тройной корректирующей линзой, расположенной ближе к фокусу камеры. В нем использовалась пленка шириной 55 мм, полученная по технологии Cinemascope 55. [ 20 ] [ 21 ] Дюжина камер Бейкера-Нанна с диафрагмой f/0,75 и 20-дюймовой апертурой — каждая весом 3,5 тонны, включая многоосное крепление, позволяющее ей следить за спутниками в небе — использовалась Смитсоновской астрофизической обсерваторией для отслеживания искусственных спутников с июня 1958 года. [ 22 ] до середины 1970-х годов. [ 23 ]
Мерсенн – Шмидт
[ редактировать ]Камера Мерсенна – Шмидта состоит из вогнутого параболоидного главного зеркала, выпуклого сферического вторичного зеркала и вогнутого сферического третичного зеркала. Первые два зеркала (конфигурация Мерсенна) выполняют ту же функцию корректирующей пластинки обычного Шмидта. Эту форму изобрел Пол в 1935 году. [ 24 ] Более поздняя статья Бейкера [ 25 ] представил конструкцию Пола-Бейкера, аналогичную конфигурацию, но с плоской фокальной плоскостью. [ 26 ]
Шмидт-Ньютон
[ редактировать ]Добавление плоского вторичного зеркала под углом 45 ° к оптической оси конструкции Шмидта создает телескоп Шмидта-Ньютона .
Шмидт-Кассегрен
[ редактировать ]Добавление выпуклого вторичного зеркала к конструкции Шмидта, направляющего свет через отверстие в главном зеркале, создает телескоп Шмидта-Кассегрена .
Последние две конструкции популярны среди производителей телескопов, поскольку они компактны и используют простую сферическую оптику.
Список камер Шмидта
[ редактировать ]Краткий список известных камер Шмидта и/или камер с большой апертурой.
| Выбор больших камер Шмидта по годам | |||||||
| Обсерватория | Диафрагма | Годы) | Примечание | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Паломарская обсерватория | 46 см | 1936 | первый в Северной Америке | ||||
| Паломарская обсерватория | 122 см | 1948 | телескоп Сэмюэля Осчина | ||||
| Гамбургская обсерватория | 80 см | 1954 | Переехал в обсерваторию Калар-Альто в 1974 году. | ||||
| Обсерватория Карла Шварцшильда | 134 см | 1960 | Самая большая апертура [ 27 ] | ||||
| Konkoly Observatory | 60 см | 1962 | в Пискестето, Венгрия. | ||||
| Квистабергская обсерватория | 100 см | 1963 | Крупнейший в Скандинавии [ 28 ] | ||||
| Председатель обсерватории | 100 см | 1971 | ЧТО [ 29 ] | ||||
| Британский телескоп Шмидта | 120 см | 1973 | В обсерватории Сайдинг-Спринг в Австралии. | ||||
| Кеплера Фотометр | 95 см | 2009 | Самый большой в космосе | ||||
См. также
[ редактировать ]Примечания и ссылки
[ редактировать ]- ^ ast.cam.ac.uk (Институт астрономии (IoA) Кембриджского университета (UoC)) - Камера Шмидта [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Райт, Франклин Б. (1959). «Теория и конструкция апланатических отражателей с корректирующей линзой». В Ингаллсе, Альберт Г. (ред.). Продвинутое изготовление любительских телескопов . Научный американец . стр. 401–409.
- ^ «Оптика телескопа – Шмидт» . Архивировано из оригинала 20 октября 2009 года . Проверено 1 октября 2014 г.
- ^ «Препятствие» в оптических инструментах. Архивировано 20 июня 2010 г. в Wayback Machine.
- ^ Малакара, Дэниел (1994). Справочник по проектированию линз . Нью-Йорк: Marcel Dekker, Inc., с. 468. ИСБН 0-8247-9225-4 .
- ^ Райт, Франклин Б. (1959). «Теория и конструкция апланатических отражателей с корректирующей линзой». В Ингаллсе, Альберт Г. (ред.). Продвинутое изготовление любительских телескопов . Научный американец . стр. 401–409.
- ^ телескопѲоптика.нет, 10.2.2. - Полноапертурный корректор Шмидта: камера Шмидта
- ^ Jump up to: а б с д и ж 3837124 , Джонсон, Томас Дж. и О'рурк, Джон Ф., «Способ изготовления копий шаблонов контурных блоков для производства пластин корректора Шмидта», выпущено 24 сентября 1974 г.
- ^ Jump up to: а б Род Моллиз, Долой любовь, uncle-rods.blogspot.com, воскресенье, 21 февраля 2010 г.
- ^ Ходжес, Пол К. (январь 1948 г.), «Бернхард Шмидт и его рефлекторная камера», Американский журнал рентгенологии и радиевой терапии , 59.
- ^ Эверхарт, Эдгар (май 1966 г.), «Изготовление корректирующих пластин вакуумным методом Шмидта», Applied Optics , 5 (5): 713–715, Bibcode : 1966ApOpt...5..713E , doi : 10.1364/AO.5.000713 , PMID 20048933
- ^ Tammy Plotner, universetoday.com, Celestron Telescope
- ^ Джон Ф. Гиллс, доктор философии, От Джеймса Грегори до Джона Грегори - 300-летняя эволюция телескопа Максутова-Кассегрена
- ^ Кэннон, РД (7–11 марта 1994 г.). Джессика Чепмен; Рассел Кэннон; Сандра Харрисон; Бамбанг Хидаят (ред.). Телескопы Шмидта: их прошлое, настоящее и будущее . Представлено на коллоквиуме IAU. 148: Будущее использование телескопов Шмидта. Том. 84. Бандунг; Индонезия: ASP. п. 8. Бибкод : 1995ASPC...84....8C .
- ^ Пратт, Нью-Мексико (1977). «Измерительная машина КОСМОС». Перспективы в астрономии . 21 (1): 1–42. Бибкод : 1977ВА.....21....1П . дои : 10.1016/0083-6656(77)90001-0 .
- ^ «Обзор Гиппарха» . Архивировано из оригинала 13 сентября 2008 г. Проверено 2 марта 2011 г.
- ^ Кадворт, КМ; Оравец, М. (1978). «Астрометрия с помощью небольшого телескопа Шмидта — Положение NGC 7027» . Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 90 : 333. Бибкод : 1978PASP...90..333C . дои : 10.1086/130337 . S2CID 122376141 .
- ^ К. П. Гилмор (1979), «Три новых способа создания недорогого сверхяркого телевизора с гигантским экраном» , Popular Science , стр. 30–33.
- ^ Фоудон, П.; Гэвин, М.В. (декабрь 1989 г.), «Безлинзовая камера Шмидта», Журнал Британской астрономической ассоциации , 99 (6): 292–295, Бибкод : 1989JBAA...99..292F
- ^ Картер, Б.Д.; Эшли, MCB; Вс, Ю.-С.; Стори, JWV (1992). «Модернизация камеры Бейкера-Нанна для получения изображений ПЗС». Астрономическое общество Австралии . 10 (1): 74. Бибкод : 1992PASA...10...74C . дои : 10.1017/S1323358000019305 . ISSN 0066-9997 . S2CID 118433981 .
- ^ «Форматы фильмов» . Архивировано из оригинала 16 мая 2006 г. Проверено 15 мая 2006 г.
- ^ НАСА, Авангард: История , Глава 9, «Системы слежения».
- ^ «SeeSat-L Nov-96: Камера Бейкера-Нанна» . См. Сат-Л . 12 ноября 1996 года. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года . Проверено 23 апреля 2018 г.
- ^ М. Пол (май 1935 г.). «Корректирующие системы для астрономических рефлекторов». Журнал теоретической и инструментальной оптики . 14 (5): 169–202.
- ^ Бейкер, Дж. Г. (1969). «О повышении эффективности больших телескопов». Транзакции IEEE по аэрокосмическим и электронным системам . 2 (2). ИИЭР: 261–272. Бибкод : 1969ITAES...5..261B . дои : 10.1109/TAES.1969.309914 . S2CID 51647158 .
- ^ Владимир Сачек. «Пол-Бейкер и другие трехзеркальные анастигматические апланаты» . Архивировано из оригинала 17 июня 2013 г.
- ^ «2м-Телескоп Альфреда-Йенша» . Архивировано из оригинала 3 декабря 2013 года . Проверено 1 октября 2014 г.
- ^ «Обсерватория Квистаберг: Телескоп Шмидта» . Архивировано из оригинала 21 сентября 2014 года . Проверено 1 октября 2014 г.
- ↑ ESO: «Национальные и проектные телескопы в обсерватории ESO Ла Силья» (по состоянию на 12 ноября 2010 г.). Архивировано 2 ноября 2010 г., на Wayback Machine.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Стердевант, Рик В. (зима 2008 г.). «От спутникового слежения к осведомленности о космической ситуации: ВВС США и космическое наблюдение: 1957–2007 годы» (PDF) . История авиации . Историческое общество ВВС США . Проверено 23 июня 2021 г.
{{cite magazine}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка ) — включает спутниковое отслеживание Бейкера-Нанна.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
