El reflector Cassegrain es una combinación de un espejo cóncavo primario y un espejo convexo secundario , utilizado a menudo en telescopios ópticos y antenas de radio , siendo la principal característica que el camino óptico se pliega sobre sí mismo, en relación con la apertura de entrada del espejo primario del sistema óptico. Este diseño coloca el punto focal en una ubicación conveniente detrás del espejo primario y el secundario convexo agrega un efecto de teleobjetivo que crea una distancia focal mucho más larga en un sistema mecánicamente corto. [1]
En un Cassegrain simétrico ambos espejos están alineados alrededor del eje óptico , y el espejo primario generalmente contiene un agujero en el centro, permitiendo así que la luz llegue a un ocular , una cámara o un sensor de imagen . Alternativamente, como en muchos radiotelescopios, el foco final puede estar delante del primario. En un Cassegrain asimétrico, los espejos pueden inclinarse para evitar el oscurecimiento del espejo primario o para evitar la necesidad de un orificio en el espejo primario (o ambos).
La configuración clásica de Cassegrain utiliza un reflector parabólico como espejo primario, mientras que el espejo secundario es hiperbólico . [2] Las variantes modernas pueden tener un primario hiperbólico para un mayor rendimiento (por ejemplo, el diseño de Ritchey-Chrétien ); y uno o ambos espejos pueden ser esféricos o elípticos para facilitar la fabricación.
El reflector Cassegrain lleva el nombre de un diseño de telescopio reflector publicado que apareció en el Journal des sçavans del 25 de abril de 1672 y que ha sido atribuido a Laurent Cassegrain . [3] Se han encontrado diseños similares que utilizan espejos secundarios convexos en los escritos de Bonaventura Cavalieri de 1632 que describen espejos en llamas [4] [5] y en los escritos de Marin Mersenne de 1636 que describen diseños de telescopios. [6] Los intentos de James Gregory en 1662 de crear un telescopio reflector incluían una configuración Cassegrain, a juzgar por un espejo secundario convexo encontrado entre sus experimentos. [7]
El diseño Cassegrain también se utiliza en sistemas catadióptricos .
El Cassegrain "clásico" tiene un espejo primario parabólico y un espejo secundario hiperbólico que refleja la luz hacia abajo a través de un agujero en el primario. Plegar la óptica hace que este sea un diseño compacto. En telescopios más pequeños y lentes de cámaras, el secundario suele estar montado sobre una placa de vidrio ópticamente plana y ópticamente transparente que cierra el tubo del telescopio. Este soporte elimina los efectos de difracción "en forma de estrella" causados por una araña de soporte de aletas rectas. El tubo cerrado permanece limpio y el primario está protegido, a costa de cierta pérdida de poder de captación de luz.
Aprovecha las propiedades especiales de los reflectores parabólicos e hiperbólicos. Un reflector parabólico cóncavo reflejará todos los rayos de luz entrantes paralelos a su eje de simetría hacia un solo punto, el foco. Un reflector hiperbólico convexo tiene dos focos y reflejará todos los rayos de luz dirigidos a uno de sus dos focos hacia el otro foco. Los espejos de este tipo de telescopio están diseñados y colocados de manera que compartan un foco y de modo que el segundo foco del espejo hiperbólico esté en el mismo punto en el que se observará la imagen, normalmente justo fuera del ocular. El espejo parabólico refleja los rayos de luz paralelos que ingresan al telescopio hasta su foco, que también es el foco del espejo hiperbólico. Luego, el espejo hiperbólico refleja esos rayos de luz hacia su otro foco, donde se observa la imagen.
En la mayoría de los sistemas Cassegrain, el espejo secundario bloquea una parte central de la apertura. Esta apertura de entrada en forma de anillo reduce significativamente una parte de la función de transferencia de modulación (MTF) en un rango de frecuencias espaciales bajas, en comparación con un diseño de apertura completa, como un refractor o un Cassegrain desplazado. [8] Esta muesca MTF tiene el efecto de reducir el contraste de la imagen al visualizar características amplias. Además, el soporte del secundario (la araña) puede introducir picos de difracción en las imágenes.
Los radios de curvatura de los espejos primario y secundario, respectivamente, en la configuración clásica son
y
dónde
Si, en lugar de y , las cantidades conocidas son la distancia focal del espejo primario, y la distancia al foco detrás del espejo primario, entonces y .
La constante cónica del espejo primario es la de una parábola, . Gracias a ello no se produce ninguna aberración esférica introducida por el espejo primario. El espejo secundario, sin embargo, tiene forma hiperbólica, con un foco coincidiendo con el del espejo primario y el otro foco en la distancia focal posterior . Por tanto, el Cassegrain clásico tiene un enfoque ideal para el rayo principal (el diagrama del punto central es un punto). Tenemos,
dónde
En realidad, como las constantes cónicas no deberían depender de la escala, las fórmulas para ambas pueden simplificarse enormemente y presentarse sólo como funciones de la ampliación secundaria. Finalmente,
y
El Ritchey-Chrétien es un reflector Cassegrain especializado que tiene dos espejos hiperbólicos (en lugar de un primario parabólico). Está libre de coma y aberración esférica en un plano focal plano, lo que lo hace muy adecuado para observaciones fotográficas y de campo amplio. Fue inventado por George Willis Ritchey y Henri Chrétien a principios de la década de 1910. Este diseño es muy común en grandes telescopios de investigación profesionales, incluido el Telescopio Espacial Hubble , los Telescopios Keck y el Very Large Telescope (VLT); también se encuentra en telescopios de aficionados de alta calidad.
El diseño del telescopio Dall-Kirkham Cassegrain fue creado por Horace Dall en 1928 y tomó el nombre en un artículo publicado en Scientific American en 1930 tras una discusión entre el astrónomo aficionado Allan Kirkham y Albert G. Ingalls, el editor de astronomía de la revista en ese momento. Utiliza un espejo primario elíptico cóncavo y un espejo secundario esférico convexo . Si bien este sistema es más fácil de pulir que un sistema clásico Cassegrain o Ritchey-Chretien, el coma fuera del eje es significativamente peor, por lo que la imagen se degrada rápidamente fuera del eje. Debido a que esto es menos perceptible en relaciones focales más largas , los Dall-Kirkham rara vez son más rápidos que f/15.
Una variante inusual del Cassegrain es el telescopio Schiefspiegler ("sesgado" u "reflector oblicuo"; también conocido como "telescopio Kutter" en honor a su inventor, Anton Kutter [9] ), que utiliza espejos inclinados para evitar que el espejo secundario proyecte una sombra. en la primaria. Sin embargo, si bien se eliminan los patrones de difracción, esto genera otras aberraciones que deben corregirse.
Se utilizan varias configuraciones diferentes fuera del eje para las antenas de radio. [10]
Otro diseño y variante fuera del eje y sin obstáculos del Cassegrain es el reflector ' Yolo ' inventado por Arthur Leonard. Este diseño utiliza un primario esférico o parabólico y un secundario esférico deformado mecánicamente para corregir el astigmatismo inducido fuera del eje. Cuando se configura correctamente, el Yolo puede ofrecer vistas sin obstáculos y sin concesiones de objetos planetarios y objetivos de campo no amplio, sin falta de contraste o calidad de imagen causada por la aberración esférica. La falta de obstrucción también elimina la difracción asociada con la astrofotografía con reflector Cassegrain y Newtoniano.
Los Cassegrain catadióptricos utilizan dos espejos, a menudo con un espejo primario esférico para reducir el costo, combinados con elementos correctores de refracción para corregir las aberraciones resultantes.
La Schmidt-Cassegrain se desarrolló a partir de la cámara Schmidt de campo amplio , aunque la configuración Cassegrain le confiere un campo de visión mucho más estrecho. El primer elemento óptico es una placa correctora Schmidt . La placa se calcula colocando un vacío en un lado y rectificando la corrección exacta requerida para corregir la aberración esférica causada por el espejo primario esférico. Los Schmidt-Cassegrain son populares entre los astrónomos aficionados. Una de las primeras cámaras Schmidt-Cassegrain fue patentada en 1946 por el artista, arquitecto y físico Roger Hayward , [11] con el portapelículas colocado fuera del telescopio.
El Maksutov-Cassegrain es una variación del telescopio Maksutov que lleva el nombre del óptico y astrónomo soviético / ucraniano Dmitri Dmitrievich Maksutov . Comienza con una lente correctora ópticamente transparente que es una sección de una esfera hueca. Tiene un espejo primario esférico y un espejo secundario esférico que suele ser una sección reflejada de la lente correctora.
En el telescopio Argunov-Cassegrain, toda la óptica es esférica y el espejo secundario clásico de Cassegrain se reemplaza por un corrector de subapertura que consta de tres elementos de lente espaciados por aire. El elemento más alejado del espejo primario es un espejo Mangin , que actúa como espejo secundario.
El Klevtsov-Cassegrain, al igual que el Argunov-Cassegrain, utiliza un corrector de subapertura que consta de una pequeña lente de menisco y un espejo Mangin como "espejo secundario". [12]
Los diseños de Cassegrain también se utilizan en radiotelescopios y antenas de estaciones terrenas de telecomunicaciones por satélite , con tamaños que van desde 2,4 metros hasta 70 metros. El subreflector situado en el centro sirve para enfocar las señales de radiofrecuencia de forma similar a los telescopios ópticos.
Un ejemplo de antena de radio cassegrain es el plato de 70 metros del complejo de antenas Goldstone del JPL . Para esta antena, el foco final está delante de la primaria, en la parte superior del pedestal que sobresale del espejo.
Medios relacionados con los telescopios Cassegrain en Wikimedia Commons
![{\displaystyle \alpha ={\frac {1}{2}}\left[{\frac {4DBM}{(F+BM-DM)(FBD)}}\right]^{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f5a3209f5771dadb7bc41adfd3bbbcb4abc88b31)
