Трехзеркальный анастигмат
Трехзеркальный анастигмат — это анастигмат телескоп- , построенный с тремя изогнутыми зеркалами, что позволяет свести к минимуму все три основные оптические аберрации — сферическую аберрацию , кому и астигматизм . В первую очередь это используется для обеспечения более широкого поля зрения, намного большего, чем это возможно с помощью телескопов с одной или двумя изогнутыми поверхностями.
Телескоп только с одним изогнутым зеркалом, например ньютоновский телескоп , всегда будет иметь аберрации. Если зеркало сферическое, оно будет страдать от сферической аберрации. Если зеркало сделать параболическим, чтобы исправить сферическую аберрацию, то оно обязательно должно страдать комой и внеосевым астигматизмом. С помощью двух изогнутых зеркал, таких как телескоп Ричи-Кретьена , также можно свести к минимуму кому. Это обеспечивает большее полезное поле зрения, а оставшийся астигматизм симметричен вокруг искаженных объектов, что позволяет проводить астрометрию в широком поле зрения. Однако астигматизм можно уменьшить, включив третий изогнутый оптический элемент. Когда этот элемент является зеркалом, в результате получается трехзеркальный анастигмат . На практике конструкция может также включать любое количество плоских складчатых зеркал , используемых для изгиба оптического пути в более удобные конфигурации.
История
[ редактировать ]Для устранения всех аберраций третьего порядка можно использовать множество комбинаций трех зеркальных фигур. Как правило, они включают решение относительно сложной системы уравнений. Однако некоторые конфигурации достаточно просты, поэтому их можно спроектировать, исходя из нескольких интуитивных концепций.
Пол телескоп
[ редактировать ]Первые были предложены в 1935 году Морисом Полем. [1] Основная идея решения Пола заключается в том, что сферические зеркала с апертурой в центре кривизны имеют только сферическую аберрацию – никакой комы или астигматизма (но они создают изображение на изогнутой поверхности с половиной радиуса кривизны сферического зеркала). зеркало). Таким образом, если сферическую аберрацию удастся исправить, можно получить очень широкое поле зрения. Это похоже на традиционную конструкцию Шмидта , но Шмидт использует пластину корректора преломления вместо третьего зеркала.
Идея Пола заключалась в том, чтобы начать с компрессора луча Мерсенна, который выглядит как каскад Кассегрена , состоящий из двух (конфокальных) параболоидов , с коллимированными входным и выходным лучами. Сжатый входной луч затем направляется на сферическое третичное зеркало, что приводит к традиционной сферической аберрации. Ключевая идея Пола заключается в том, что вторичное зеркало затем можно превратить обратно в сферическое зеркало.
Один из способов взглянуть на это — представить, что третичное зеркало, страдающее сферической аберрацией, заменяется телескопом Шмидта с корректирующей пластиной в центре кривизны. Если радиусы вторичного и третичного зеркала имеют одинаковую величину, но противоположный знак, и если центр кривизны третичного зеркала расположен непосредственно в вершине вторичного зеркала, то пластинка Шмидта лежала бы поверх вторичного параболоида. зеркало. Таким образом, пластина Шмидта, необходимая для того, чтобы сделать третичное зеркало телескопом Шмидта, устраняется параболоидом, образующим выпуклую вторичную часть системы Мерсенна, поскольку каждая из них корректирует одинаковую величину сферической аберрации, но противоположного знака. Кроме того, поскольку система Мерсенна + Шмидта представляет собой сумму двух анастигматов (система Мерсенна является анастигматом, как и система Шмидта), результирующая система также является анастигматом, поскольку аберрации третьего порядка являются чисто аддитивными. [2] Кроме того, вторичную обмотку теперь легче изготовить. Эту конструкцию также называют « Мерсенна-Шмидта» , поскольку она использует конфигурацию Мерсенна в качестве корректора для телескопа Шмидта.
Телескоп Пола – Бейкера
[ редактировать ]Решение Пола имело изогнутую фокальную плоскость , но это было исправлено в конструкции Пола-Бейкера, представленной в 1969 году Джеймсом Гилбертом Бейкером . [3] Конструкция Пола-Бейкера добавляет дополнительное пространство и изменяет форму вторичной обмотки на эллиптическую, что корректирует кривизну поля и выравнивает фокальную плоскость. [4]
телескоп Корша
[ редактировать ]Более общий набор решений был разработан Дитрихом Коршем в 1972 году. [5] Телескоп Корша корректируется на сферическую аберрацию , кому , астигматизм и кривизну поля зрения мало рассеянного света и может иметь широкое поле зрения, гарантируя при этом, что в фокальной плоскости .
Телескоп Айзенберга-Пирсона
[ редактировать ]
Разновидностью конструкции Корша является двухзеркальный телескоп с тремя поверхностями. [6] введено Шаем Айзенбергом и Эрлом Т. Пирсоном в 1987 году. Используя уравнения Корша с минимальными изменениями, количество зеркал сокращается с трех до двух за счет объединения первичной поверхности и третичной поверхности на одном зеркале. В одном варианте третичное зеркало идентично первичному, тогда как второй вариант показывает третичное зеркало отполированным до первичного зеркала. Телескопу Айзенберга-Пирсона не требуется плоское складное зеркало для обеспечения доступа к плоскости изображения, поскольку фокальная плоскость расположена за вторичным зеркалом. Компактная иллюстрация телескопа Корша, опубликованная в 1995 году Шаем Айзенбергом. [7] представляет собой сплошную версию конструкции с использованием полного внутреннего отражения (TIR) для интеграции зеркала четвертого сгиба без введения виньетирования .
Примеры
[ редактировать ]- Космический телескоп Джеймса Уэбба представляет собой трехзеркальный анастигмат с эллипсоидальным главным, гиперболоидным вторичным и эллипсоидным третичным. [8]
- Миссия Евклид использует телескоп Корша.
- The «Трехзеркальный телескоп Кембриджского университета» . Проект включает в себя рабочую модель диаметром 100 мм, построенную в 1985 году, и прототип диаметром 500 мм, построенный в 1986 году.
- Телескоп обсерватории Веры К. Рубин (ранее известный как Большой синоптический обзорный телескоп) представляет собой конструкцию Айзенберга-Пирсона с дополнительным корректором рефракции.
- Телескопы KH-11 Kennen (или, возможно, ныне отмененная Future Imagery Architecture ) могут представлять собой трехзеркальный анастигмат, поскольку запасные телескопы, предоставленные НАСА Национальным разведывательным управлением, имеют именно такую форму.
- Чрезвычайно большой телескоп будет представлять собой трехзеркальную конструкцию-анастигмат с двумя дополнительными плоскими складчатыми зеркалами.
- Оба спутника наблюдения Земли Deimos ‑2 и DubaiSat‑2 оснащены трехзеркальным анастигматическим телескопом конструкции Корша. [9] [10]
- Спектрометр визуализации Ральфа на New Horizons космическом корабле
- , Римский космический телескоп Нэнси Грейс ранее называвшийся широкоугольным инфракрасным обзорным телескопом (WFIRST), использует сложенный трехзеркальный анастигмат с эллипсоидным главным, гиперболоидным вторичным и эллипсоидным третичным. [11] В более ранней конструкции использовался внеосевой трехзеркальный анастигмат. [12]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Поль, Морис (май 1935 г.). «Корректирующие системы для астрономических рефлекторов». Журнал теоретической и инструментальной оптики . 14 (5): 169–202.
- ^ Уилсон, Р.Н. (2007). Оптика отражающего телескопа I. Спрингер . п. 227. ИСБН 978-3-540-40106-3 .
- ^ Бейкер, Дж. Г. (1969). «О повышении эффективности больших телескопов». Транзакции IEEE по аэрокосмическим и электронным системам . АЭС-5 (2): 261–272. Бибкод : 1969ITAES...5..261B . дои : 10.1109/TAES.1969.309914 . S2CID 51647158 .
- ^ Сачек, В. (14 июля 2006 г.). «Пол-Бейкер и другие трехзеркальные анастигматические апланаты» . Телескоп-Оптика.net . Проверено 13 августа 2013 г.
- ^ Корш, Дитрих (декабрь 1972 г.). «Решение закрытой формы для трехзеркальных телескопов с поправкой на сферическую аберрацию, кому, астигматизм и кривизну поля». Прикладная оптика . 11 (12): 2986–2987. Бибкод : 1972ApOpt..11.2986K . дои : 10.1364/AO.11.002986 . ПМИД 20119447 .
- ^ Шай Айзенберг и Эрл Т. Пирсон «Двухзеркальный телескоп с тремя поверхностями»., Proc SPIE Vol. 751, стр. 24, январь 1987 г.
- ^ Йешаягу С. Айзенберг USP 5,930,055 «Линзовый аппарат»
- ^ Контрерас, Джеймс В.; Лайтси, Пол А. (22 октября 2004 г.). «Оптическая конструкция и анализ космического телескопа Джеймса Уэбба: элемент оптического телескопа» . В Сасиане Хосе М.; Кошель, Р. Джон; Манхарт, Пол К.; Юргенс, Ричард К. (ред.). Проектирование и оптимизация новых оптических систем VII . Материалы конференции SPIE. Том. 5524. с. 30. Бибкод : 2004SPIE.5524...30C . дои : 10.1117/12.559871 . S2CID 120352992 .
- ^ «DEIMOS‑2: Экономически эффективные мультиспектральные изображения очень высокого разрешения» (PDF) .
- ^ «Технические характеристики DubaiSat 2» .
- ^ Паскуале, Берт А.; и др. (17 сентября 2018 г.). «Оптическая конструкция и прогнозируемые характеристики блока оптики формирования изображения WFIRST фазы b и широкоугольного прибора» . В Тибо, Саймон; Махаджан, Вирендра Н.; Джонсон, Р. Барри (ред.). Современные разработки в области проектирования линз и оптической техники XIX . Том. 107450К. п. 18. Бибкод : 2018SPIE10745E..0KP . дои : 10.1117/12.2325859 . hdl : 2060/20180006984 . ISBN 9781510620612 . S2CID 126155297 .
- ^ Контент, DA; Гуллиуд, Р.; Лехан, JP; Ментцелл, Дж. Э. (14 сентября 2011 г.). «Исследование оптической конструкции широкоугольного инфракрасного обзорного телескопа [WFIRST]» (PDF) . В МакИвене, Ховард А.; Брекинридж, Джеймс Б. (ред.). Космические телескопы и приборы УФ/оптики/ИК: инновационные технологии и концепции V . Материалы конференции SPIE. Том. 8146. стр. 81460Y. Бибкод : 2011SPIE.8146E..0YC . дои : 10.1117/12.898528 . hdl : 2060/20110023388 . S2CID 30254738 .