Anastigmat de tres espejos

Anastigmat de tres espejos de la forma Paul o Paul-Baker. Un diseño de Paul tiene un primario parabólico con espejos secundarios y terciarios esféricos; un diseño de Paul – Baker modifica ligeramente el secundario para aplanar el plano focal.

Un anastigmat de tres espejos es un telescopio anastigmat construido con tres espejos curvos, lo que le permite minimizar las tres aberraciones ópticas principales: aberración esférica , coma y astigmatismo . Esto se utiliza principalmente para permitir campos de visión amplios, mucho más grandes de lo que es posible con telescopios con solo una o dos superficies curvas.

Un telescopio con un solo espejo curvo, como un telescopio newtoniano , siempre tendrá aberraciones. Si el espejo es esférico, sufrirá una aberración esférica. Si el espejo se hace parabólico, para corregir la aberración esférica, entonces necesariamente debe sufrir coma y astigmatismo fuera del eje. Con dos espejos curvos, como el telescopio Ritchey – Chrétien , también se puede minimizar el coma. Esto permite un campo de visión útil más grande y el astigmatismo restante es simétrico alrededor de los objetos distorsionados, lo que permite la astrometría en el amplio campo de visión. Sin embargo, el astigmatismo se puede reducir incluyendo un tercer elemento óptico curvo. Cuando este elemento es un espejo, el resultado es un anastigmat de tres espejos.. En la práctica, el diseño también puede incluir cualquier número de espejos plegables planos , usados ​​para doblar la trayectoria óptica en configuraciones más convenientes.

Historia

Se pueden usar muchas combinaciones de tres figuras especulares para cancelar todas las aberraciones de tercer orden. En general, implican resolver un conjunto de ecuaciones relativamente complicado. Sin embargo, algunas configuraciones son lo suficientemente simples como para diseñarlas a partir de unos pocos conceptos intuitivos.

Paul telescopio

Los primeros fueron propuestos en 1935 por Maurice Paul. ^[1] La idea básica detrás de la solución de Paul es que los espejos esféricos, con un tope de apertura en el centro de curvatura, solo tienen aberración esférica, sin coma ni astigmatismo (pero producen una imagen en una superficie curva de la mitad del radio de curvatura del espejo esférico). Entonces, si se puede corregir la aberración esférica, se puede obtener un campo de visión muy amplio. Esto es similar al diseño convencional de Schmidt , pero el Schmidt lo hace con una placa correctora de refracción en lugar de un tercer espejo.

La idea de Paul era comenzar con un compresor de haz de Mersenne, que parece un Cassegrain hecho de dos paraboloides (confocales) , con los haces de entrada y salida colimados. El haz de entrada comprimido se dirige luego a un espejo terciario esférico, lo que da como resultado una aberración esférica tradicional. La idea clave de Paul es que lo secundario se puede convertir de nuevo en un espejo esférico.

Una forma de ver esto es imaginar que el espejo terciario, que sufre una aberración esférica, es reemplazado por un telescopio Schmidt, con una placa correctora en su centro de curvatura. Si los radios del secundario y del terciario son de la misma magnitud, pero de signo opuesto, y si el centro de curvatura del terciario se coloca directamente en el vértice del espejo secundario, entonces la placa de Schmidt quedaría encima del paraboloide secundario. espejo. Por lo tanto, la placa de Schmidt requerida para hacer del espejo terciario un telescopio Schmidt es eliminada por el paraboloide que figura en el secundario convexo del sistema Mersenne, ya que cada uno corrige la misma magnitud de aberración esférica, pero el signo opuesto. Además, como el sistema de Mersenne + Schmidt es la suma de dos anastigmats (el sistema de Mersenne es un anastigmat, y también lo es el sistema de Schmidt),el sistema resultante también es un anastigmat, ya que las aberraciones de tercer orden son puramente aditivas.^[2] Además, el secundario ahora es más fácil de fabricar. Este diseño también se llama Mersenne-Schmidt , ya que utiliza una configuración de Mersenne como corrector para un telescopio Schmidt.

Telescopio Paul – Baker

La solución de Paul tenía un plano focal curvo , pero esto se corrigió en el diseño de Paul – Baker, introducido en 1969 por James Gilbert Baker . ^[3] El diseño de Paul – Baker agrega espacio adicional y cambia la forma de la secundaria a elíptica, lo que corrige la curvatura del campo para aplanar el plano focal. ^[4]

Telescopio Korsch

Dietrich Korsch desarrolló un conjunto más general de soluciones en 1972. ^[5] Un telescopio Korsch se corrige para aberración esférica , coma , astigmatismo y curvatura de campo y puede tener un campo de visión amplio mientras se asegura que haya poca luz parásita en el plano focal .

Ejemplos

• El telescopio espacial James Webb es un anastigmat de tres espejos.
• La misión Euclid utilizará un telescopio Korsch.
• El "Telescopio de tres espejos de la Universidad de Cambridge" . El proyecto incluye un modelo de trabajo de 100 mm construido en 1985 y un prototipo de 500 mm construido en 1986.
• El telescopio del Observatorio Vera C. Rubin (anteriormente conocido como Large Synoptic Survey Telescope) es un anastigmat de tres espejos modificado de diseño Paul – Baker.
• Los telescopios KH-11 Kennen (o quizás los ahora cancelados Future Imagery Architecture ) pueden ser un anastigmat de tres espejos, ya que los telescopios de repuesto entregados a la NASA por la Oficina Nacional de Reconocimiento son de esta forma.
• El telescopio extremadamente grande tendrá un diseño anastigmat de tres espejos, con dos espejos plegables planos adicionales.
• Los satélites de observación de la Tierra Deimos-2 y DubaiSat-2 llevan un telescopio de diseño Korsch anastigmat de tres espejos. ^{[6] [7]}
• Espectrómetro de imágenes Ralph en la nave espacial New Horizons
• WFIRST utiliza un anastigmat de tres espejos fuera del eje. ^[8]

Referencias

1. Paul, Maurice (mayo de 1935). "Systèmes correcteurs pour réflecteurs astronomiques". Revue d'Optique Théorique et Instrumentale . 14 (5): 169–202.
2. Wilson, RN (2007). Telescopio reflector Óptica I . Springer . pag. 227. ISBN 978-3-540-40106-3.
3. Baker, JG (1969). "Sobre la mejora de la eficacia de los grandes telescopios". Transacciones IEEE en sistemas electrónicos y aeroespaciales . AES-5 (2): 261–272. Código Bibliográfico : 1969ITAES ... 5..261B . doi : 10.1109 / TAES.1969.309914 .
4. Sacek, V. (14 de julio de 2006). "Paul-Baker y otros aplanats anastigmáticos de tres espejos" . Telescope-Optics.net . Consultado el 13 de agosto de 2013 .
5. Korsch, Dietrich (diciembre de 1972). "Solución de forma cerrada para telescopios de tres espejos, corregida por aberración esférica, coma, astigmatismo y curvatura de campo". Óptica aplicada . 11 (12): 2986-2987. Código bibliográfico : 1972ApOpt..11.2986K . doi : 10.1364 / AO.11.002986 .
6. "DEIMOS-2: imágenes multiespectrales de muy alta resolución rentables" (PDF) .
7. "Especificaciones técnicas de DubaiSat 2" .
8. Contenido, DA; Goullioud, R .; Lehan, JP; Mentzell, JE (14 de septiembre de 2011). "Estudio comercial de diseño óptico para el telescopio de levantamiento infrarrojo de campo amplio [WFIRST]" (PDF) . Actas de la conferencia del SPIE . 8146 . doi : 10.1117 / 12.898528 .