عاكس كاسيجرين

عاكس كاسيجرين هو مزيج من مرآة مقعرة أساسية ومرآة محدبة ثانوية ، تستخدم غالبًا في التلسكوبات البصرية وهوائيات الراديو ، والسمة الرئيسية هي أن المسار البصري ينطوي على نفسه، نسبة إلى فتحة مدخل المرآة الأساسية للنظام البصري. يضع هذا التصميم نقطة التركيز في موقع مناسب خلف المرآة الأساسية وتضيف المرآة الثانوية المحدبة تأثيرًا قريبًا مما يخلق طولًا بؤريًا أطول بكثير في نظام ميكانيكي قصير. ^[1]

في تلسكوب كاسيجرين المتماثل، تكون المرآتان متوازيتين حول المحور البصري ، وتحتوي المرآة الأساسية عادةً على ثقب في المنتصف، مما يسمح للضوء بالوصول إلى عدسة العين أو الكاميرا أو مستشعر الصورة . بدلاً من ذلك، كما هو الحال في العديد من التلسكوبات الراديوية، قد يكون التركيز النهائي أمام المرآة الأساسية. في تلسكوب كاسيجرين غير المتماثل، قد تكون المرآة (المرآتين) مائلة لتجنب حجب المرآة الأساسية أو لتجنب الحاجة إلى ثقب في المرآة الأساسية (أو كليهما).

يستخدم تكوين كاسيجرين الكلاسيكي عاكسًا مكافئًا كعنصر أساسي بينما تكون المرآة الثانوية زائدية الشكل . ^[2] قد تحتوي المتغيرات الحديثة على عنصر أساسي زائدي الشكل لتحسين الأداء (على سبيل المثال، تصميم ريتشي-كريتيان )؛ وقد تكون أي من المرآتين أو كلتيهما كروية أو بيضاوية الشكل لسهولة التصنيع.

تم تسمية عاكس كاسيجرين على اسم تصميم تلسكوب عاكس منشور ظهر في مجلة Journal des sçavans في 25 أبريل 1672 والتي نُسبت إلى لوران كاسيجرين . ^[3] تم العثور على تصميمات مماثلة باستخدام المرايا الثانوية المحدبة في كتابات بونافينتورا كافالييري عام 1632 التي تصف المرايا المحترقة ^{[4] [5]} وكتابات مارين ميرسين عام 1636 التي تصف تصميمات التلسكوب. ^{[6] تضمنت محاولات} جيمس جريجوري عام 1662 لإنشاء تلسكوب عاكس تكوين كاسيجرين، استنادًا إلى مرآة ثانوية محدبة وجدت بين تجاربه. ^[7]

يتم استخدام تصميم Cassegrain أيضًا في الأنظمة الكاثودية .

يحتوي تلسكوب كاسيجرين "الكلاسيكي" على مرآة أساسية مكافئة ومرآة ثانوية زائدية تعكس الضوء مرة أخرى عبر ثقب في المرآة الأساسية. إن طي البصريات يجعل هذا التصميم مضغوطًا. في التلسكوبات الأصغر حجمًا وعدسات الكاميرات، غالبًا ما يتم تثبيت المرآة الثانوية على لوحة زجاجية مسطحة بصريًا وشفافة بصريًا تغلق أنبوب التلسكوب. يزيل هذا الدعم تأثيرات الحيود "على شكل نجمة" الناجمة عن العنكبوت الداعم ذي الريش المستقيمة. يظل الأنبوب المغلق نظيفًا، ويتم حماية المرآة الأساسية، على حساب بعض فقدان قوة جمع الضوء.

يستخدم هذا النوع من التلسكوبات الخصائص الخاصة للعاكسات المكافئة والزائدية. يعكس العاكس المكافئ المقعر جميع أشعة الضوء الواردة الموازية لمحور تماثله إلى نقطة واحدة، وهي البؤرة. يحتوي العاكس الزائدي المحدب على بؤرتين ويعكس جميع أشعة الضوء الموجهة إلى إحدى بؤرتيه نحو بؤرته الأخرى. يتم تصميم المرايا في هذا النوع من التلسكوبات ووضعها بحيث تشترك في بؤرة واحدة وبحيث تكون البؤرة الثانية للمرآة الزائدية في نفس النقطة التي سيتم ملاحظة الصورة عندها، وعادةً ما تكون خارج العدسة العينية مباشرةً.

في معظم أنظمة كاسيجرين، تحجب المرآة الثانوية جزءًا مركزيًا من الفتحة. تقلل فتحة المدخل ذات الشكل الحلقي بشكل كبير جزءًا من دالة نقل التعديل (MTF) على مدى نطاق من الترددات المكانية المنخفضة، مقارنة بتصميم الفتحة الكاملة مثل المنكسر أو كاسيجرين المزاح. ^[8] يؤدي هذا الشق في دالة نقل التعديل إلى خفض تباين الصورة عند تصوير ميزات عريضة. بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي دعم الثانوية (العنكبوت) إلى إحداث طفرات حيود في الصور.

أقطار انحناء المرايا الأولية والثانوية، على التوالي، في التكوين الكلاسيكي هي

${\displaystyle R_{1}=-{\frac {2DF}{FB}}=-{\frac {2F}{M}}}$

و

${\displaystyle R_{2}=-{\frac {2DB}{FBD}}=-{\frac {2B}{M-1}}}$

أين

• ${\displaystyle F}$هو البعد البؤري الفعال للنظام،
• ${\displaystyle B}$هو البعد البؤري الخلفي (المسافة من الثانوية إلى التركيز)،
• ${\displaystyle D}$هي المسافة بين المرآتين و
• ${\displaystyle م=(FB)/د}$هو التكبير الثانوي.

إذا كانت الكميات المعروفة، بدلاً من و ، هي البعد البؤري للمرآة الأساسية، و والمسافة إلى البؤرة خلف المرآة الأساسية، و، فإن و . ${\displaystyle B}$${\displaystyle D}$${\displaystyle f_{1}}$${\displaystyle b}$${\displaystyle D=f_{1}(F-b)/(F+f_{1})}$${\displaystyle B=D+b}$

الثابت المخروطي للمرآة الأولية هو ثابت القطع المكافئ، . وبفضل ذلك لا يوجد انحراف كروي ناتج عن المرآة الأولية. أما المرآة الثانوية فهي ذات شكل زائد حيث تتطابق إحدى بؤرتيها مع تلك الخاصة بالمرآة الأولية وتكون البؤرة الأخرى عند البعد البؤري الخلفي . وبالتالي، فإن كاسيجرين الكلاسيكي له تركيز مثالي للشعاع الرئيسي (يكون مخطط البقعة المركزية نقطة واحدة). لدينا، ${\displaystyle K_{1}=-1}$${\displaystyle B}$

${\displaystyle K_{2}=-1-\alpha -{\sqrt {\alpha (\alpha +2)}}}$,

أين

${\displaystyle \alpha ={\frac {1}{2}}\left[{\frac {4DBM}{(F+BM-DM)(F-B-D)}}\right]^{2}}$.

في الواقع، بما أن الثوابت المخروطية لا ينبغي أن تعتمد على التدرج، فإن الصيغ الخاصة بكل من و يمكن تبسيطها بشكل كبير وتقديمها فقط كوظائف للتكبير الثانوي. أخيرًا، ${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle K_{2}}$

${\displaystyle \alpha ={\frac {8M^{2}}{(M^{2}-1)^{2}}}}$

و

${\displaystyle K_{2}=-1-{\frac {4M}{(M-1)^{2}}}=-\left({\frac {M+1}{M-1}}\right)^{2}}$.

عاكس ريتشي-كريتيان هو عاكس كاسيجرين متخصص يحتوي على مرآتين زائديتين (بدلاً من المرآة الأساسية المكافئة). وهو خالٍ من الانحرافات والتشوهات الكروية في المستوى البؤري المسطح، مما يجعله مناسبًا تمامًا للرصدات ذات المجال الواسع والتصوير الفوتوغرافي. اخترعه جورج ويليس ريتشي وهنري كريتيان في أوائل العقد الأول من القرن العشرين. هذا التصميم شائع جدًا في التلسكوبات البحثية الاحترافية الكبيرة، بما في ذلك تلسكوب هابل الفضائي وتلسكوبات كيك والتلسكوب الكبير جدًا (VLT)؛ كما يوجد أيضًا في التلسكوبات الهواة عالية الجودة.

تم إنشاء تصميم تلسكوب دال-كيركهام كاسيجرين بواسطة هوراس دال في عام 1928 واتخذ الاسم في مقال نُشر في مجلة ساينتفك أمريكان في عام 1930 بعد مناقشة بين عالم الفلك الهاوي آلان كيركهام وألبرت جي إنجلز، محرر علم الفلك بالمجلة في ذلك الوقت. يستخدم تلسكوب دال-كيركهام مرآة أساسية بيضاوية مقعرة ومرآة ثانوية كروية محدبة . في حين أن هذا النظام أسهل في التلميع من نظام كاسيجرين أو ريتشي-كريتيان الكلاسيكي، فإن الغيمة خارج المحور أسوأ بكثير، لذلك تتدهور الصورة بسرعة خارج المحور. نظرًا لأن هذا أقل وضوحًا عند نسب البؤرة الأطول ، فإن تلسكوبات دال-كيركهام نادرًا ما تكون أسرع من f/15.

هناك نوع غير عادي من تلسكوب كاسيجرين وهو تلسكوب شيفشبيجلر (المائل أو العاكس المائل؛ والمعروف أيضًا باسم "تلسكوب كوتر" نسبة إلى مخترعه أنطون كوتر ^[9] ) والذي يستخدم مرايا مائلة لتجنب إلقاء المرآة الثانوية لظلها على المرآة الأساسية. ومع ذلك، أثناء إزالة أنماط الانعراج، يؤدي هذا إلى العديد من الانحرافات الأخرى التي يجب تصحيحها.

يتم استخدام العديد من التكوينات المختلفة خارج المحور لهوائيات الراديو. ^[10]

هناك تصميم آخر غير محوري وغير معوق ومتغير من تصميمات كاسيجرين وهو عاكس " يولو " الذي اخترعه آرثر ليونارد. يستخدم هذا التصميم عاكسًا أوليًا كرويًا أو مكافئًا وثانويًا كرويًا ملتويًا ميكانيكيًا لتصحيح الاستجماتيزم الناتج عن الانحراف عن المحور. عند إعداده بشكل صحيح، يمكن أن يوفر عاكس يولو رؤية واضحة لا عوائق فيها للأجرام الكوكبية والأهداف ذات المجال غير الواسع، دون نقص في التباين أو جودة الصورة الناتجة عن الانحراف الكروي. كما يعمل عدم وجود عوائق على التخلص من الانعراج المرتبط بتصوير كاسيجرين والتصوير الفلكي العاكس النيوتوني.

تستخدم أجهزة كاسيجرين الانكسارية مرآتين، غالبًا مع مرآة أساسية كروية لتقليل التكلفة، بالإضافة إلى عناصر تصحيح الانكسار لتصحيح الانحرافات الناتجة.

تم تطوير كاميرا شميدت-كاسيجرين من كاميرا شميدت ذات المجال الواسع ، على الرغم من أن تكوين كاسيجرين يمنحها مجال رؤية أضيق بكثير. العنصر البصري الأول هو لوحة مصحح شميدت . يتم تشكيل اللوحة عن طريق وضع فراغ على جانب واحد، وطحن التصحيح الدقيق المطلوب لتصحيح الانحراف الكروي الناجم عن المرآة الأولية الكروية. تحظى كاميرات شميدت-كاسيجرين بشعبية لدى علماء الفلك الهواة. تم تسجيل براءة اختراع كاميرا شميدت-كاسيجرين المبكرة في عام 1946 من قبل الفنان / المهندس المعماري / الفيزيائي روجر هايوارد ، ^[11] مع وضع حامل الفيلم خارج التلسكوب.

تلسكوب ماكسوتوف-كاسيجرين هو أحد أشكال تلسكوب ماكسوتوف الذي سُمي على اسم عالم البصريات والفلكي السوفييتي / الأوكراني دميتري دميترييفيتش ماكسوتوف . يبدأ بعدسة مصححة شفافة بصريًا وهي جزء من كرة مجوفة. لها مرآة أولية كروية، وثانوية كروية تكون عادةً جزءًا معكوسًا من عدسة المصحح.

في تلسكوب أرغونوف-كاسيجرين تكون جميع البصريات كروية، ويتم استبدال المرآة الثانوية الكلاسيكية لكاسييجرين بمصحح فتحة فرعية يتكون من ثلاثة عناصر عدسة متباعدة بالهواء. العنصر الأبعد عن المرآة الأساسية هو مرآة مانجين ، والتي تعمل كمرآة ثانوية.

يستخدم جهاز Klevtsov-Cassegrain، مثل جهاز Argunov-Cassegrain، مصححًا للفتحة الفرعية يتكون من عدسة هلالية صغيرة ومرآة Mangin كـ "مرآة ثانوية". ^[12]

تُستخدم تصميمات كاسيجرين أيضًا في هوائيات محطات الاتصالات الأرضية عبر الأقمار الصناعية والتلسكوبات الراديوية ، والتي يتراوح حجمها من 2.4 متر إلى 70 مترًا. يعمل العاكس الفرعي الموجود في المنتصف على تركيز إشارات التردد اللاسلكي بطريقة مماثلة للتلسكوبات البصرية.

من الأمثلة على هوائي الراديو كاسيجرين الطبق الذي يبلغ طوله 70 مترًا في مجمع هوائيات جولدستون التابع لمختبر الدفع النفاث . بالنسبة لهذا الهوائي، يكون التركيز النهائي أمام الهوائي الأساسي، في الجزء العلوي من القاعدة البارزة من المرآة.

• نظام الانعكاس الانكساري
• سيليسترون (شميت – كاسيجرين، ماكسوتوف كاسيجرين)
• قائمة أنواع التلسكوبات
• أدوات ميد (شميت – كاسيجرين، ماكسوتوف كاسيجرين)
• كويستار (ماكسوتوف كاسيجرينز)
• تلسكوب انكساري
• الثعلبة (Cassegrains، Klevtsov-Cassegrain)

• الوسائط المتعلقة بتلسكوبات كاسيجراين في ويكيميديا ​​كومنز
• نمذجة هوائيات عاكسة كاسيجرين في MATLAB على موقع Wayback Machine (تم أرشفته في 3 مارس 2024)