Трехзеркальный анастигмат - Three-mirror anastigmat

Трехзеркальный анастигмат формы Пауля или Пола – Бейкера. Конструкция Paul имеет параболическую первичную форму со сферическими вторичными и третичными зеркалами; конструкция Пола-Бейкера слегка изменяет вторичную часть, чтобы сгладить фокальную плоскость.

Трехзеркальный анастигмат является анастигмат телескоп построен с тремя изогнутыми зеркалами, что позволит ей свести к минимуму все три основные оптические аберрации - сферическая аберрация , кома и астигматизм . Это в первую очередь используется для обеспечения широких полей обзора, намного большего, чем возможно для телескопов с одной или двумя изогнутыми поверхностями.

У телескопа только с одним изогнутым зеркалом, такого как телескоп Ньютона , всегда будут аберрации. Если зеркало сферическое, оно будет страдать от сферической аберрации. Если зеркало сделать параболическим, чтобы исправить сферическую аберрацию, то оно обязательно должно страдать от комы и внеосевого астигматизма. С двумя изогнутыми зеркалами, такими как телескоп Ричи – Кретьена , также можно минимизировать кому. Это обеспечивает большее полезное поле зрения, а остающийся астигматизм симметричен относительно искаженных объектов, что позволяет проводить астрометрию в широком поле зрения. Однако астигматизм можно уменьшить, добавив третий изогнутый оптический элемент. Когда этот элемент является зеркалом, получается трехзеркальный анастигмат . На практике конструкция может также включать любое количество плоских складных зеркал , используемых для изгиба оптического пути в более удобные конфигурации.

История

Многие комбинации трех зеркальных фигур могут использоваться для устранения всех аберраций третьего порядка. Как правило, это связано с решением относительно сложной системы уравнений. Однако некоторые конфигурации достаточно просты, чтобы их можно было разработать, исходя из нескольких интуитивно понятных концепций.

Телескоп Пауля

Первые были предложены в 1935 году Морисом Полем. Основная идея решения Пола заключается в том, что сферические зеркала с диафрагмой в центре кривизны имеют только сферическую аберрацию - без комы или астигматизма (но они создают изображение на изогнутой поверхности с половиной радиуса кривизны сферической формы). зеркало). Таким образом, если сферическую аберрацию можно исправить, можно получить очень широкое поле зрения. Это похоже на обычную конструкцию Шмидта , но Шмидт делает это с пластиной корректора преломления вместо третьего зеркала.

Идея Пола заключалась в том, чтобы начать с компрессора пучка Мерсенна, который выглядит как Кассегрен, сделанный из двух (конфокальных) параболоидов , с коллимированными входными и выходными лучами. Затем сжатый входной луч направляется на сферическое третичное зеркало, что приводит к традиционной сферической аберрации. Ключевой вывод Пола состоит в том, что вторичное зеркало затем можно превратить обратно в сферическое зеркало.

Один из способов взглянуть на это - представить себе третичное зеркало, страдающее сферической аберрацией, замененное телескопом Шмидта с корректирующей пластиной в центре его 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 пластина Шмидта будет лежать поверх вторичного параболоида. зеркало. Следовательно, пластина Шмидта, необходимая для превращения третичного зеркала в телескоп Шмидта, устраняется параболоидом, изображенным на выпуклой вторичной стороне системы Мерсенна, поскольку каждая из них корректирует ту же величину сферической аберрации, но противоположный знак. Кроме того, поскольку система Мерсенна + Шмидта представляет собой сумму двух анастигматов (система Мерсенна является анастигматом, как и система Шмидта), полученная система также является анастигматом, поскольку аберрации третьего порядка являются чисто аддитивными. Кроме того, вторичный элемент теперь легче изготовить. Эта конструкция также называется Мерсенна – Шмидта , поскольку она использует конфигурацию Мерсенна в качестве корректора для телескопа Шмидта.

Телескоп Пола-Бейкера

Решение Пола имело изогнутую фокальную плоскость , но это было исправлено в конструкции Пола-Бейкера, представленной в 1969 году Джеймсом Гилбертом Бейкером . Конструкция Пола-Бейкера добавляет дополнительный интервал и изменяет форму вторичной части на эллиптическую, что корректирует кривизну поля для выравнивания фокальной плоскости.

Корш телескоп

Более общий набор решений был разработан Дитрихом Коршем в 1972 году. Телескоп Корша корректируется на сферическую аберрацию , кому , астигматизм и кривизну поля и может иметь широкое поле зрения, обеспечивая при этом небольшое количество рассеянного света в фокальной плоскости. .

Примеры

  • Джеймс Уэбб Космический телескоп является трехзеркальным анастигматом показывая эллипсоидальную первичный, вторичные гиперболический и эллипсоидальный третичную.
  • Миссия Евклида будет использовать телескоп Корша.
  • «Кембриджский университет Три зеркала телескопа» . Проект включает 100-миллиметровую рабочую модель 1985 года выпуска и 500-миллиметровую прототипную постройку 1986 года.
  • Вера С. Рубин обсерватория «s телескоп (ранее известный как Survey Telescope Large синоптического) представляет собой модифицированный трехзеркальный анастигмат Пол-Бейкер дизайна.
  • В КН-11 Кеннен (или , возможно, в настоящее время отменен Future Образность архитектуры ) телескопы могут быть три зеркала анастигмат, так как запасные телескопы данные НАСА в Национальной Разведки бюро имеют такой вид.
  • Чрезвычайно большой телескоп будет дизайном анастигмата три зеркала, с двумя дополнительными плоскими зеркалами сгиба.
  • В Deimos-2 и DubaiSat-2 спутников наблюдения Земли и несут в себе три зеркала анастигмата Корша конструкции телескопа.
  • Спектрометр изображений Ralph на космическом корабле New Horizons
  • В космическом телескопе Нэнси Грейс Рим, ранее называвшемся широкоугольным инфракрасным обзорным телескопом (WFIRST), используется сложенный трехзеркальный анастигмат с эллипсоидальной первичной, гиперболоидальной вторичной и эллипсоидальной третичной части. В более ранней конструкции использовался внеосевой трехзеркальный анастигмат.

использованная литература