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.
The Cassegrain reflector is a combination of a primary concave mirror and a secondary convex mirror, often used in optical telescopes and radio antennas, the main characteristic being that the optical path folds back onto itself, relative to the optical system's primary mirror entrance aperture. This design puts the focal point at a convenient location behind the primary mirror and the convex secondary adds a telephoto effect creating a much longer focal length in a mechanically short system. In a symmetrical Cassegrain both mirrors are aligned about the optical axis, and the primary mirror usually contains a hole in the center, thus permitting the light to reach an eyepiece, a camera, or an image sensor. Alternatively, as in many radio telescopes, the final focus may be in front of the primary. In an asymmetrical Cassegrain, the mirror(s) may be tilted to avoid obscuration of the primary or to avoid the need for a hole in the primary mirror (or both). The classic Cassegrain configuration uses a parabolic reflector as the primary while the secondary mirror is hyperbolic. Modern variants may have a hyperbolic primary for increased performance (for example, the Ritchey–Chrétien design); and either or both mirrors may be spherical or elliptical for ease of manufacturing. The Cassegrain reflector is named after a published reflecting telescope design that appeared in the April 25, 1672 Journal des sçavans which has been attributed to Laurent Cassegrain. Similar designs using convex secondary mirrors have been found in the Bonaventura Cavalieri's 1632 writings describing burning mirrors and Marin Mersenne's 1636 writings describing telescope designs. James Gregory's 1662 attempts to create a reflecting telescope included a Cassegrain configuration, judging by a convex secondary mirror found among his experiments. The Cassegrain design is also used in catadioptric systems.
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.