Введение

Комбинация вогнутых и выпуклых зеркал. Рефлектор Кассегрена представляет собой комбинацию первичного вогнутого зеркала и вторичного выпуклого зеркала, часто используемого в оптических телескопах и радиоантеннах. Его основной характеристикой является то, что оптический путь складывается относительно входной апертуры первичного зеркала оптической системы. Такая конструкция располагает фокусную точку в удобном месте за первичным зеркалом, а выпуклое вторичное зеркало добавляет телескопический эффект, создавая значительно большее фокусное расстояние в механически короткой системе. В симметричном Кассегрене оба зеркала выровнены относительно оптической оси, а первичное зеркало обычно имеет отверстие в центре, позволяющее свету достигать окуляра, камеры или сенсора изображения. В качестве альтернативы, как во многих радиотелескопах, конечный фокус может находиться перед первичным зеркалом. В асимметричном Кассегрене зеркала могут быть наклонены, чтобы избежать затенения первичного зеркала или устранить необходимость в отверстии в первичном зеркале (или и того, и другого). Классическая конфигурация Кассегрена использует параболический отражатель в качестве первичного, а вторичное зеркало – гиперболическое. Современные варианты могут иметь гиперболический первичный элемент для повышения производительности (например, конструкция Ритчи — Кретьена), и одно или оба зеркала могут быть сферическими или эллиптическими для упрощения производства. Рефлектор Кассегрена назван в честь опубликованной конструкции отражающего телескопа, появившейся в Journal des sçavans 25 апреля 1672 года, авторство которой приписывается Лорану Кассегрену. Подобные конструкции с использованием выпуклых вторичных зеркал были обнаружены в трудах Бонавентуры Кавальери 1632 года, описывающих фокусирующие зеркала, и в трудах Марина Мерсенна 1636 года, описывающих конструкции телескопов. Попытки Джеймса Грегори в 1662 году создать отражающий телескоп включали конфигурацию Кассегрена, о чем свидетельствует выпуклое вторичное зеркало, найденное среди его экспериментов. Конструкция Кассегрена также используется в катадиоптрических системах.

Риччи-Картиан

Ричи-Кретьен – это специализированный рефлектор Кассегрена, использующий два гиперболических зеркала (вместо параболического первичного). Он не имеет комы и сферической аберрации на плоской фокальной плоскости, что делает его хорошо подходящим для наблюдений на широком поле зрения и астрофотографии. Он был изобретен Джорджем Уиллисом Ричи и Анри Критьеном в начале 1910-х годов. Эта конструкция широко используется в крупных профессиональных исследовательских телескопах, таких как космический телескоп Хаббл, телескопы Кека и Очень Большой Телескоп (VLT), а также встречается в любительских телескопах высокого класса.

Далл-Киркхэм

Дизайн телескопа Dall Kirkham Cassegrain был разработан Горасом Даллом в 1928 году и получил свое название в статье, опубликованной в журнале Scientific American в 1930 году, после обсуждения между астрономом-любителем Алланом Киркхэмом и Альбертом Г. Ингаллсом, редактором журнала, отвечающим за астрономию. В нем используется вогнутое эллиптическое главное зеркало и выпуклое сферическое вторичное зеркало. Хотя эту систему проще отполировать, чем классическую схему Cassegrain или Ritchey-Chrétien, аберрация в виде комы вне оси значительно сильнее, что приводит к быстрому ухудшению качества изображения при удалении от центра поля зрения. Поскольку это менее заметно при больших фокусных отношениях, телескопы Dall Kirkham редко имеют относительное отверстие меньше f/15.

Конфигурации вне оси

Необычным вариантом Кассегрена является телескоп Шейфшпиглера («косой» или «наклонный отражатель»; также известный как «телескоп Куттера» по имени его изобретателя, Антона Куттера), который использует наклоненные зеркала, чтобы вторичное зеркало не затеняло первичное. Однако, устраняя дифракционные картины, это приводит к возникновению других аберраций, которые необходимо корректировать. Для радиоантенн используются различные конфигурации, смещенные от оптической оси. Еще одна конструкция, смещенная от оптической оси и не имеющая центрального препятствия, а также вариант Кассегрена – рефлектор «Йоло», изобретенный Артуром Леонардом. В этой конструкции используется сферическое или параболическое первичное зеркало и механически деформированное сферическое вторичное зеркало для коррекции астигматизма, вызванного смещением от оптической оси. При правильной настройке «Йоло» обеспечивает четкие, беспрепятственные изображения планет и объектов с небольшим полем зрения, без потери контраста или качества изображения из-за сферической аберрации. Отсутствие центрального препятствия также устраняет дифракцию, возникающую при астрофотографии с использованием кассегреновских и ньютоновских рефлекторов.

Кассадиоптрические зерна

Катадиоптрические системы Кассегрена используют два зеркала, часто со сферическим первичным зеркалом для снижения стоимости, в сочетании с одним или несколькими рефракционными корректирующими элементами для устранения возникающих аберраций.

Шмидт-Кассегрейн

Кассеграйн Шмидта был разработан на основе широкопольной камеры Шмидта, хотя конфигурация Кассегрена обеспечивает гораздо более узкое поле зрения. Первый оптический элемент – пластина корректора Шмидта. Формирование пластины происходит путем создания вакуума с одной стороны и шлифовки с необходимой точностью для коррекции сферической аберрации, вызываемой сферическим первичным зеркалом. Телескопы Шмидта-Кассегрена популярны среди астрономов-любителей. Ранняя камера Шмидта-Кассегрена была запатентована в 1946 году художником, архитектором и физиком Роджером Хейвардом, при этом держатель плёнки располагался вне телескопа.

Максутов-Кассегрейн

Кассеграйн Максутова — вариант телескопа Максутова, названный в честь советского/украинского оптика и астронома Дмитрия Дмитриевича Максутова. Он начинается с оптически прозрачной корректирующей линзы, являющейся частью полой сферы. В нем используется сферическое главное зеркало и сферическое вторичное зеркало, которое обычно представляет собой зеркальную поверхность на корректорной линзе.

Аргунов-Кассегрен

В телескопе Аргунова-Кассегрена вся оптика сферическая, а классическое вторичное зеркало Кассегрена заменено корректором суб-апертуры, состоящим из трех воздушных линз. Линза, наиболее удаленная от главного зеркала, является зеркалом Мангина и выполняет функцию вторичного зеркала.

Клевцов-Кассегрейн

Клевцовский кассегрен, как и кассегрен Аргунова, использует корректор суб-апертуры, состоящий из небольшой линзы-менструса и зеркала Мангина в качестве "вторичного зеркала".

Радиоантенны Cassegrain

Дизайн Кассегрена также используется в антеннах земных станций спутниковой связи и радиотелескопах размером от 2,4 до 70 метров. Центрально расположенный вторичный отражатель фокусирует радиочастотные сигналы подобно тому, как это делают оптические телескопы. Примером радиотелескопа Кассегрена является 70-метровая антенна в антенном комплексе Голдстоун при JPL. Для этой антенны конечный фокус расположен перед главным зеркалом, на вершине пьедестала, выступающего из отражателя.