Riflettore Cassegrain - Cassegrain reflector

Percorso della luce in un telescopio riflettore Cassegrain

Il riflettore Cassegrain è una combinazione di uno specchio concavo primario e uno specchio convesso secondario , spesso utilizzato nei telescopi ottici e nelle antenne radio , la caratteristica principale è che il percorso ottico si ripiega su se stesso, rispetto all'apertura di ingresso dello specchio primario del sistema ottico. Questo design mette il punto focale in una posizione comoda dietro lo specchio primario e il secondario convesso aggiunge un effetto teleobiettivo creando una lunghezza focale molto più lunga in un sistema meccanicamente corto.

In un Cassegrain simmetrico entrambi gli specchi sono allineati attorno all'asse ottico e lo specchio primario di solito contiene un foro al centro, permettendo così alla luce di raggiungere un oculare , una fotocamera o un sensore di immagine . In alternativa, come in molti radiotelescopi, il fuoco finale può trovarsi davanti al primario. In un Cassegrain asimmetrico, lo specchio o gli specchi possono essere inclinati per evitare l'oscuramento del primario o per evitare la necessità di un foro nello specchio primario (o entrambi).

La classica configurazione Cassegrain utilizza un riflettore parabolico come primario mentre lo specchio secondario è iperbolico . Le varianti moderne possono avere un primario iperbolico per aumentare le prestazioni (ad esempio, il design Ritchey-Chrétien ); e uno o entrambi gli specchi possono essere sferici o ellittici per facilità di fabbricazione.

Il riflettore Cassegrain prende il nome da un progetto di telescopio a riflessione pubblicato apparso nel Journal des sçavans del 25 aprile 1672 che è stato attribuito a Laurent Cassegrain . Disegni simili che utilizzano specchi secondari convessi sono stati trovati negli scritti di Bonaventura Cavalieri del 1632 che descrivono specchi in fiamme e negli scritti di Marin Mersenne del 1636 che descrivono i progetti di telescopi. I tentativi di James Gregory del 1662 di creare un telescopio riflettore includevano una configurazione Cassegrain, a giudicare da uno specchio secondario convesso trovato tra i suoi esperimenti.

Il design Cassegrain è utilizzato anche nei sistemi catadiottrici .

Disegni Cassegrain

Percorso della luce in un telescopio riflettore Cassegrain

Telescopi Cassegrain "classici"

Il "classico" Cassegrain ha uno specchio primario parabolico e uno specchio secondario iperbolico che riflette la luce attraverso un foro nel primario. La piegatura dell'ottica rende questo un design compatto. Su telescopi più piccoli e obiettivi per fotocamere, il secondario è spesso montato su una lastra di vetro otticamente piatta e otticamente trasparente che chiude il tubo del telescopio. Questo supporto elimina gli effetti di diffrazione "a forma di stella" causati da un ragno di supporto con alette diritte. Il tubo chiuso rimane pulito e il primario è protetto, a costo di una certa perdita di potere di raccolta della luce.

Sfrutta le proprietà speciali dei riflettori parabolici e iperbolici. Un riflettore parabolico concavo rifletterà tutti i raggi luminosi in ingresso parallelamente al suo asse di simmetria in un unico punto, il fuoco. Un riflettore iperbolico convesso ha due fuochi e rifletterà tutti i raggi luminosi diretti a uno dei suoi due fuochi verso l'altro fuoco. Gli specchi di questo tipo di telescopio sono progettati e posizionati in modo da condividere un fuoco e in modo che il secondo fuoco dello specchio iperbolico si trovi nello stesso punto in cui si vuole osservare l'immagine, solitamente appena fuori dall'oculare. Lo specchio parabolico riflette i raggi di luce paralleli che entrano nel telescopio fino al suo fuoco, che è anche il fuoco dello specchio iperbolico. Lo specchio iperbolico riflette quindi quei raggi di luce sull'altro fuoco, dove viene osservata l'immagine.

Nella maggior parte dei sistemi Cassegrain, lo specchio secondario blocca una porzione centrale dell'apertura. Questa apertura d'ingresso a forma di anello riduce significativamente una porzione della funzione di trasferimento di modulazione (MTF) su una gamma di basse frequenze spaziali, rispetto a un design a piena apertura come un rifrattore o un Cassegrain offset. Questa tacca MTF ha l'effetto di ridurre il contrasto dell'immagine durante l'imaging di ampie caratteristiche. Inoltre, il supporto per il secondario (il ragno) può introdurre picchi di diffrazione nelle immagini.

I raggi di curvatura degli specchi primario e secondario, rispettivamente, nella configurazione classica sono

e

dove

  • è la lunghezza focale effettiva del sistema,
  • è la lunghezza focale posteriore (la distanza dal secondario al fuoco),
  • è la distanza tra i due specchi e
  • è l'ingrandimento secondario.

Se, invece di e , le quantità note sono la lunghezza focale dello specchio primario, , e la distanza dal fuoco dietro lo specchio primario, , allora e .

La costante conica dello specchio primario è quella di una parabola, . Grazie a ciò non c'è aberrazione sferica introdotta dallo specchio primario. Lo specchio secondario, invece, è di forma iperbolica con un fuoco coincidente con quello dello specchio primario e l'altro fuoco essendo alla lunghezza focale posteriore . Pertanto, il classico Cassegrain ha il fuoco ideale per il raggio principale (il diagramma del punto centrale è un punto). Abbiamo,

,

dove

.

In realtà, poiché le costanti coniche non dovrebbero dipendere dalla scalatura, le formule per entrambi e possono essere notevolmente semplificate e presentate solo come funzioni dell'ingrandimento secondario. Finalmente,

e

.

Ritchey-Chrétien

Il Ritchey-Chrétien è un riflettore Cassegrain specializzato che ha due specchi iperbolici (invece di un primario parabolico). È privo di coma e aberrazione sferica su un piano focale piatto, il che lo rende adatto per osservazioni fotografiche e ad ampio campo. È stato inventato da George Willis Ritchey e Henri Chrétien nei primi anni '10. Questo design è molto comune nei grandi telescopi di ricerca professionali, tra cui l' Hubble Space Telescope , i Keck Telescopes e il Very Large Telescope (VLT); si trova anche in telescopi amatoriali di alta qualità.

Dall-Kirkham

Il progetto del telescopio Dall-Kirkham Cassegrain è stato creato da Horace Dall nel 1928 e ha preso il nome in un articolo pubblicato su Scientific American nel 1930 a seguito di una discussione tra l'astronomo dilettante Allan Kirkham e Albert G. Ingalls, all'epoca editore di astronomia della rivista. Utilizza uno specchio primario ellittico concavo e un secondario sferico convesso . Sebbene questo sistema sia più facile da lucidare rispetto a un classico sistema Cassegrain o Ritchey-Chretien, il coma fuori asse è significativamente peggiore, quindi l'immagine si degrada rapidamente fuori asse. Poiché questo è meno evidente a rapporti focali più lunghi , i Dall-Kirkham sono raramente più veloci di f/15.

Configurazioni fuori asse

Una variante insolita del Cassegrain è il telescopio Schiefspiegler ("obliquo" o "riflettore obliquo"; noto anche come "telescopio Kutter" dal suo inventore, Anton Kutter ) che utilizza specchi inclinati per evitare che lo specchio secondario proietti un'ombra sul primario . Tuttavia, mentre si eliminano i modelli di diffrazione, ciò porta a diverse altre aberrazioni che devono essere corrette.

Diverse configurazioni fuori asse sono utilizzate per le antenne radio.

Un'altra variante fuori asse e senza ostacoli del Cassegrain è il riflettore " Yolo " inventato da Arthur Leonard. Questo design utilizza un primario sferico o parabolico e un secondario sferico deformato meccanicamente per correggere l'astigmatismo indotto fuori asse. Se impostato correttamente, lo Yolo può offrire viste senza ostacoli senza compromessi di oggetti planetari e bersagli a campo non ampio, senza alcuna mancanza di contrasto o qualità dell'immagine causata dall'aberrazione sferica. La mancanza di ostruzione elimina anche la diffrazione associata all'astrofotografia con riflettore Cassegrain e Newton.

Cassegrain catadiottrici

I Cassegrain catadiottrici utilizzano due specchi, spesso con uno specchio primario sferico per ridurre i costi, combinati con elementi correttori di rifrazione per correggere le aberrazioni risultanti.

Schmidt-Cassegrain

Percorso di luce in uno Schmidt-Cassegrain
Percorso di luce in un Maksutov-Cassegrain
Percorso luminoso in un telescopio Klevtsov-Cassegrain

La Schmidt-Cassegrain è stata sviluppata dalla fotocamera Schmidt ad ampio campo , sebbene la configurazione Cassegrain gli offra un campo visivo molto più stretto. Il primo elemento ottico è una lastra correttore di Schmidt . La lastra viene calcolata ponendo un vuoto su un lato e rettificando l'esatta correzione richiesta per correggere l' aberrazione sferica causata dallo specchio primario sferico. Gli Schmidt-Cassegrain sono apprezzati dagli astronomi dilettanti. Una delle prime fotocamere Schmidt-Cassegrain fu brevettata nel 1946 dall'artista/architetto/fisico Roger Hayward , con il supporto per pellicola posizionato all'esterno del telescopio.

Maksutov-Cassegrain

Il Maksutov-Cassegrain è una variante del telescopio Maksutov che prende il nome dall'ottico e astronomo sovietico / russo Dmitri Dmitrievich Maksutov . Inizia con una lente correttiva otticamente trasparente che è una sezione di una sfera cava. Ha uno specchio primario sferico e un secondario sferico che di solito è una sezione specchiata della lente di correzione.

Argunov-Cassegrain

Nel telescopio Argunov-Cassegrain tutte le ottiche sono sferiche e il classico specchio secondario Cassegrain è sostituito da un correttore di sottoapertura costituito da tre lenti distanziate d'aria. L'elemento più lontano dallo specchio primario è uno specchio Mangin , che funge da specchio secondario.

Klevtsov-Cassegrain

Il Klevtsov-Cassegrain, come l'Argunov-Cassegrain, utilizza un correttore di sottoapertura costituito da una piccola lente a menisco e uno specchio Mangin come "specchio secondario".

Antenne radio Cassegrain

Un'antenna radio Cassegrain al GDSCC

I progetti Cassegrain sono utilizzati anche nelle antenne delle stazioni terrestri per telecomunicazioni satellitari e nei radiotelescopi , di dimensioni comprese tra 2,4 metri e 70 metri. Il sub-riflettore posizionato centralmente serve a focalizzare i segnali a radiofrequenza in modo simile ai telescopi ottici.

Un esempio di un'antenna radio cassegrain è il piatto 70 metri al JPL s' Goldstone antenna complessa . Per questa antenna, il fuoco finale è davanti al primario, nella parte superiore del piedistallo che sporge dallo specchio.

Guarda anche

Riferimenti

link esterno