Cassegrain reflector

De Cassegrain Reflector is een combinatie van een primaire holle spiegel en een secundaire Bolle spiegel, vaak gebruikt in optische telescopen en radioantennes, het belangrijkste kenmerk is dat het optische pad terug vouwt op zichzelf, ten opzichte van de primaire spiegelingangopening van het optische systeem. Dit ontwerp plaatst het brandpunt op een handige locatie achter de primaire spiegel en de convexe secundaire voegt een telefoto effect creëren veel langer brandpuntsafstand in een mechanisch kort systeem.^[1]

In een symmetrische Cassegrain zijn beide spiegels uitgelijnd over de optische as, en de primaire spiegel bevat meestal een gat in het midden, waardoor het licht een oculair, a camera, of een beeldsensor. Als alternatief kan, zoals in veel radiotelescopen, de uiteindelijke focus voor de primaire ligt. In een asymmetrische Cassegrain kan de spiegel (s) worden gekanteld om de verduistering van de primaire te voorkomen of om de behoefte aan een gat in de primaire spiegel (of beide) te voorkomen.

De klassieke Cassegrain -configuratie maakt gebruik van een parabolische reflector als primair terwijl de secundaire spiegel is hyperbolisch.^[2] Moderne varianten kunnen een hyperbolische primair hebben voor verhoogde prestaties (bijvoorbeeld de Ritchey - Chrétien Design); en een of beide spiegels kunnen bolvormig of elliptisch zijn voor het gemak van productie.

De Cassegrain Reflector is vernoemd naar een gepubliceerde Reflecterend telescoop ontwerp dat verscheen in 25 april 1672 Journal des Sçavans die is toegeschreven aan Laurent Cassegrain.^[3] Soortgelijke ontwerpen met convexe secundaire spiegels zijn gevonden in de Bonaventura cavalieri's 1632 geschriften die brandende spiegels beschrijven^[4][5] en Marin Mersenne's 1636 geschriften die telescoopontwerpen beschrijven.^[6] James Gregory's 1662 pogingen om een ​​reflecterende telescoop te maken, omvatten een Cassegrain -configuratie, afgaande op een convexe secundaire spiegel die tussen zijn experimenten werd gevonden.^[7]

Het Cassegrain -ontwerp wordt ook gebruikt in catadioptrische systemen.

Cassegrain -ontwerpen

"Classic" Cassegrain Telescopen

De "klassieke" Cassegrain heeft een parabolische primaire spiegel en een hyperbolische secundaire spiegel die het licht weerspiegelt terug naar beneden door een gat in de primaire. Het vouwen van de optiek maakt dit een compact ontwerp. Op kleinere telescopen en cameralenzen wordt de secundaire vaak gemonteerd op een optisch platte, optisch heldere glazen plaat die de telescoopbuis sluit. Deze ondersteuning elimineert de "stervormige" diffractie-effecten veroorzaakt door een rechte ondersteuningsspin. De gesloten buis blijft schoon en de primaire wordt beschermd, ten koste van enig verlies van lichtverzameling.

Het maakt gebruik van de speciale eigenschappen van parabolische en hyperbolische reflectoren. Een concave parabolische reflector weerspiegelt alle inkomende lichtstralen parallel aan zijn symmetrieas aan een enkel punt, de focus. Een convexe hyperbolische reflector heeft twee foci en zal alle lichtstralen weerspiegelen gericht op een van zijn twee foci naar zijn andere focus. De spiegels in dit type telescoop zijn ontworpen en gepositioneerd zodat ze één focus delen en zodat de tweede focus van de hyperbolische spiegel zich op hetzelfde punt zal bevinden waarop het beeld moet worden waargenomen, meestal net buiten het oet. De parabolische spiegel weerspiegelt parallelle lichtstralen die de telescoop binnenkomen op zijn focus, wat ook de focus is van de hyperbolische spiegel. De hyperbolische spiegel weerspiegelt vervolgens die lichtstralen in zijn andere focus, waar het beeld wordt waargenomen.

In de meeste Cassegrain -systemen blokkeert de secundaire spiegel een centraal deel van de diafragma. Deze ringvormige ingangsbentuur vermindert een deel van de Modulatieoverdrachtsfunctie (MTF) over een bereik van lage ruimtelijke frequenties, vergeleken met een ontwerp met volledige schatters, zoals een refractor of een offset Cassegrain.^[8] Deze MTF -inkeping heeft het effect van het verlagen van het beeldcontrast bij het beelden van brede kenmerken. Bovendien kan de ondersteuning voor de secundaire (de spin) diffractiepieken in afbeeldingen introduceren.

De stralen van kromming van de primaire en secundaire spiegels, respectievelijk, in de klassieke configuratie zijn

${\ displaystyle r_ {1} =-{\ frac {2df} {f-b}} =-{\ frac {2f} {m}}}$

en

${\ displaystyle r_ {2} =-{\ frac {2db} {f-b-d}} =-{\ frac {2b} {m-1}}}$

waar

• ${\ displaystyle f}$ is het effectief brandpuntsafstand van het systeem,
• ${\ displaystyle b}$ is de achterste focale lengte (de afstand van de secundaire tot de focus),
• ${\ DisplayStyle D}$ is de afstand tussen de twee spiegels en
• ${\ displaystyle m = (f-b)/d}$ is de secundaire vergroting.

Als, in plaats van ${\ displaystyle b}$ en ${\ DisplayStyle D}$, de bekende hoeveelheden zijn de brandpuntsafstand van de primaire spiegel, ${\ DisplayStyle f_ {1}}$, en de afstand tot de focus achter de primaire spiegel, ${\ displaystyle b}$, dan ${\ displaystyle d = f_ {1} (f-b)/(f+f_ {1})}$ en ${\ DisplayStyle B = D+B}$.

De kegelconstante van de primaire spiegel is die van een parabool, ${\ displaystyle k_ {1} =-1}$. Dankzij dat is er geen Sferische aberratie geïntroduceerd door de primaire spiegel. De secundaire spiegel is echter van een hyperbolische vorm, waarbij de ene focus samenvalt met die van de primaire spiegel en de andere focus op de focale lengte van de achterkant ${\ displaystyle b}$. De klassieke Cassegrain heeft dus een ideale focus voor de Chief Ray (het middelpuntspotdiagram is één punt). Wij hebben,

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

waar

${\ displayStyle \ alpha = {\ frac {1} {2}} \ links [{\ frac {4dbm} {(f+bm-dm) (f-b-d)}} \ rechter]^{2}}$.

Eigenlijk, aangezien de conische constanten niet afhankelijk moeten zijn van schalen, zijn de formules voor beide ${\ displaystyle \ alpha}$ en ${\ DisplayStyle K_ {2}}$ kan sterk worden vereenvoudigd en alleen worden gepresenteerd als functies van de secundaire vergroting. Eindelijk,

${\ displaystyle \ alpha = {\ frac {8m^{2}} {(m^{2} -1)^{2}}}}$

en

${\ displaystyle k_ {2} =-1-{\ frac {4m} {(m-1)^{2}}} =-\ left ({\ frac {m+1} {m-1}} \ rechts )^{2}}$.

Ritchey-Chrétien

De Ritchey-Chrétien is een gespecialiseerde Cassegrain-reflector die twee hyperbolische spiegels heeft (in plaats van een parabolische primaire). Het is vrij van coma en Sferische aberratie in een vlak brandpunt, waardoor het goed geschikt is voor brede veld- en fotografische observaties. Het werd uitgevonden door George Willis Ritchey en Henri Chrétien in de vroege jaren 1910. Dit ontwerp is heel gebruikelijk in grote professionele onderzoekstelescopen, inclusief de Hubble Space Telescope, de Keck -telescopen, en de Zeer grote telescoop (VLT); Het wordt ook gevonden in hoogwaardige amateur-telescopen.

Dall-Kirkham

Het Dall-Kirkham Cassegrain Telescope Design is gemaakt door Horace Dall in 1928 en nam de naam op in een artikel gepubliceerd in Wetenschappelijke Amerikaan In 1930 na discussie tussen amateur -astronoom Allan Kirkham en Albert G. Ingalls, destijds de astronomie -editor van het tijdschrift. Het gebruikt een concave elliptisch Primaire spiegel en een convex sferisch ondergeschikt. Hoewel dit systeem gemakkelijker te polijsten is dan een klassiek System van Cassegrain of Ritchey-Chretien, is de off-as coma aanzienlijk slechter, dus het beeld degradeert snel off-as. Omdat dit langer minder merkbaar is focale verhoudingen, Dall-Kirkhams zijn zelden sneller dan f/15.

Off-as configuraties

Een ongebruikelijke variant van de Cassegrain is de Schiefspiegler Telescoop ("scheef" of "schuine reflector"; ook bekend als de "Kutter Telescope" na zijn uitvinder, Anton Kutter^[9]) die gekantelde spiegels gebruikt om de secundaire spiegel te voorkomen die een schaduw op de primaire werpt. Hoewel het elimineren van diffractiepatronen, leidt dit echter tot verschillende andere afwijkingen die moeten worden gecorrigeerd.

Verschillende configuraties van off-axis worden gebruikt voor radio-antennes.^[10]

Een andere off-as, onbelemmerd ontwerp en variant van de Cassegrain is de 'Yolo'Reflector uitgevonden door Arthur Leonard. Dit ontwerp maakt gebruik van een sferische of parabolische primaire en een mechanisch kromgetrokken sferische secundaire om te corrigeren voor off-as geïnduceerd astigmatisme. Wanneer het correct is ingesteld, kan de YOLO compromisloze onbelemmerde weergaven geven van planetaire objecten en niet-brede velddoelen, zonder gebrek aan contrast of beeldkwaliteit veroorzaakt door sferische aberratie. Het gebrek aan obstructie elimineert ook de diffractie geassocieerd met Cassegrain en Newtoniaanse reflector -astrofotografie.

Catadioptrische cassegrains

Catadioptrische cassegrains gebruiken twee spiegels, vaak met een sferische primaire spiegel om kosten te verlagen, gecombineerd met brekingscorrectorelement (en) om de resulterende afwijkingen te corrigeren.

Schmidt-Cassegrain

De Schmidt-Cassegrain is ontwikkeld vanaf het brede veld Schmidt -camera, hoewel de Cassegrain -configuratie het een veel smaller gezichtsveld geeft. Het eerste optische element is een Schmidt Corrector -plaat. De plaat is bedacht door een vacuüm aan één kant te plaatsen en de exacte correctie te slijpen die nodig is om de Sferische aberratie veroorzaakt door de sferische primaire spiegel. Schmidt-Cassegrains zijn populair bij amateur-astronomen. Een vroege Schmidt-CasSegrain-camera werd in 1946 gepatenteerd door kunstenaar/architect/fysicus Roger Hayward,^[11] met de filmhouder buiten de telescoop geplaatst.

Maksutov-Cassegrain

De Maksutov-Cassegrain is een variatie van de Maksutov telescoop vernoemd naar de Sovjet-/Russisch opticien en astronoom Dmitri Dmitrievich Maksutov. Het begint met een optisch transparante correctielens die een deel van een holle bol is. Het heeft een sferische primaire spiegel en een sferische secundaire die meestal een gespiegeld gedeelte van de correctielens is.

Argunov-casissegrain

In de Argunov-CasSegrain-telescoop zijn alle optica bolvormig, en de klassieke secundaire spiegel van Cassegrain wordt vervangen door een ondermakerscorrector bestaande uit drie lucht op afstand lenselementen. Het element verst van de primaire spiegel is een Manginspiegel, die fungeert als een secundaire spiegel.

Klevtsov-CasSegrain

De Klevtsov-Cassegrain gebruikt, net als de Argunov-Cassegrain, een sub-apertuurcorrector bestaande uit een kleine meniscuslens en een manginspiegel als zijn "secundaire spiegel".^[12]

Cassegrain Radio Antennes

Cassegrain -ontwerpen worden ook gebruikt in satelliettelecommunicatie Earth Station antennes en radiotelescopen, variërend in grootte van 2,4 meter tot 70 meter. De centraal gelegen subreflector dient om radiofrequentiesignalen op een vergelijkbare manier te focussen als optische telescopen.

Een voorbeeld van een Cassegrain-radioantenne is het gerecht van 70 meter bij JPL's Goldstone -antennecomplex. Voor deze antenne ligt de uiteindelijke focus voor de primaire, aan de bovenkant van het voetstuk dat uit de spiegel steekt.

Zie ook

• Catadioptrisch systeem
• Celestron (Schmidt - Cassegrains, Maksutov Cassegrains)
• Lijst met telescooptypen
• Meade -instrumenten (Schmidt - Cassegrains, Maksutov Cassegrains)
• Zoektocht (Maksutov Cassegrains)
• Verhaalde telescoop
• Vixen (Cassegrains, Klevtsov - Cassegrain)

Referenties

Externe links

• Media gerelateerd aan Cassegrain Telescopes bij Wikimedia Commons