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REFLECTORES CASSEGRAIN En 1672 Cassegrain un científico francés diseñó un sistema óptico basado en espejos y por lo tanto semejante al newtoniano. En este diseño el primario es un paraboloide concavo pero el secundario, a diferencia del newtoniano, es un hiperboloide convexo que refleja la luz hacia atrás sobre un agujero practicado en el primario, acontinuación del cual se consigue el foco (ver parte inferior derecha de la figura 1).Debido a las limitaciones técnicas en la construcción de espejos en aquella época, éste diseño no se empezó a utilizar habitualmente hasta el siglo IXX y principios del XX. En 1908 se finalizó la construcción del reflector de 1.5m de Mount Wilson. Este telescopio pasa por ser uno de los más productivos de la historia y ejemplo de telescopio moderno, en su diseño se tiene un newtoniano a f5 y dos focos Cassegrain a f16 y f30. En función de la forma y factor de deformación (constante de Schawarzschild) de los dos espejos del diseño Cassegrain, se obtienen otros tres tipos más de reflectores Cassegrain como se puede apreciar en la siguiente tabla.
A continuación vamos a estudiar las aberraciones presentes en los anteriores diseños para el caso de un reflector de 200 mm a f8 y con una obstrucción del 32%. En todos ellos la separación entre el primario y el secundario es la misma. El diseño clásico es uno de los más utilizados por los constructores de telescopios, a pesar de que la fabricación de los espejos es muy dificultosa. Esto origina que sean costosos y no siempre buenos ópticamente debido a lo señalado anteriormente. De entre todos los diseños, el clásico es uno de los que menor coma posee (figura 2 en comparación con las figuras 5 y 11), pero en contrapartida presenta un gran astigmatismo y curvatura de campo (figura 1). Esto está asociado a la fuerte curvatura del secundario. Sin embargo debe tenerse en cuenta que la curvatura de campo en realidad solo es importante en los telescopios amateur ya que en los profesionales se hace uso de correctores de campo. Como se puede ver en los gráficos de rayos transversales de la figura 1 en el eje del campo la imagen es perfecta, sin embargo a medida que nos alejamos del eje las curvas adquieren una forma de U debido al fuerte coma y además éstas son asimétricas respecto al eje vertical debido a la presencia de astigmatismo. En la figura 2 se puede apreciar el fuerte coma fuera del eje, el cual es equivalente al de un newtoniano del mismo número f. La degradación de la imagen fuera del eje se traduce en las disminución de los valores de la curva MTF en esta zona como se puede apreciar en la figura 3. En la dirección que se señala a continuación, http://www.jps.net/jrfcomet/tech/cass.htm,se puede ver un diseño clásico de Cassegrain con datos relativos a su construcción.
El diseño Dall-Kirkham es uno de los más sencillos de realizar debido a la forma esférica del secundario, sin embargo uno de sus grandes incovenientes radica en lo limitado de su campo debido a la gran cantidad de coma que presentan (figura 5) y por lo tanto campos útiles muy limitados. Este diseño fué concebido con la finalidad de utilizarlo en observación lunar y planetaria con altos aumentos o en general para observación de objetos con pequeño diametro angular. Al igual que ocurre con el diseño clásico, las curvas de los gráficos de rayos transversales (figura 4) son ligeramente asimétricas debido al astigmatismo. A pesar del anterior inconveniente Takahashi construye distintos modelos (180, 250 y 300 mm) de este diseño bajo el nombre comercial de "Mewlon". Además algunos de ellos tienen la particularidad de enfocar por desplazamiento de el secundario
En 1910, George Ritchey, el cual diseñó y construyó el Cassegrain de1.5 m de Mount Wilson, sugirió una idea de como reducir el coma en el diseño clásico de Cassegrain. Para ello solicitó la ayuda de su amigo matemático Henry Chrétien, el cual se encargó de todo el estudio óptico del diseño, surgió así el diseño Ritchey-Chrétien con la finalidad de reducir al máximo la aberracíón esférica y de coma. Como se puede ver en los diagramas spot de la figura 8, el coma tiene forma redondeada lo que significa que en las placas fotográficas la posición de las estrellas es de más facil medición que si fueran asimétricas, y ésta es una de las razones por la cual este diseño es el más utilizado en telescopios profesionales a pesar de la difultad de construcción de los espejos hiperboloides. Además la aberración de coma es la menor de todos los reflectores Cassegrain permitendo mayores campos útiles. En los gráficos de rayos transversales de la figura 7 llama la atención que la escala es menor que un factor de 2 en comparación al diseño clásico, que un factor de 4 con respecto al Dall-Kirkham y que un factor de 10 con respecto al Pressmann-Camichel. En el eje se tienen imagenes perfectas que dejan de serlo fuera del eje y su forma revela la presencia de astigmatismo y curvatura de campo. En la siguiente dirección, http://rcopticalsystems.com, se pueden ver las caracteristicas de algunos telescopios comerciales fabricados en este diseño, asi como una breve reseña histórica muy interesante de George Ritchey. Basados en este diseño se encuentran los telescopios Keck con espejos de 10 m situados en Hawai y el conjunto de telescopios Very Large Telescope (VLT) compuesto por por cuatro reflectores de 8.2 m situados en Cerro Paranal (Chile). Sin embargo el telescopio más famoso basado en el diseño Ritchey-Chrétien es Telescopio Espacial Hubble (HST) el cual debido a un defecto de fabricación del espejo primario tenía una aberración esférica de 1.68 longitudes de onda.
Como en los casos anteriores el diseño Pressmann-Camichel ofrece imagenes en el eje excelentes, pero fuera del eje es el diseño que peor rendimiento óptico posee (figuras 10 y 11). Concretamente el coma es muy grande y esto da lugar a que el alineamiento de los espejos debe casi perfecto sino se quiere que la degradación de la imagen sea aún mayor, ocasionando un mantenimiento mecánico constante especialmente si las tolerancias mecánicas del tubo no son muy bajas.
A continuación podemos ver las imagenes de difracción simuladas resultantes de los tres primeros diseños para distintas separaciones del eje del campo (figuras 13 a 21). En el eje el patrón de difracción es idéntico en todos ellos, como habiamos comentado anteriormente.
La importancia de la aberración de coma desde el punto de vista fotográfico se puede ver de forma aún mucho más clara en la serie de imágenes que vienen a continuación. En la figura 22 se representa una imagen tomada por el Hubble y que la consideraremos como referencia para estudiar el deterioro de la imagen producida por los dos tipos de Cassegrain. Las figuras 23 a 31 estan generedas por síntesis de imagen mediante el programa VOB++ y en ellas estan incluidas las aberraciones del sistema óptico (incluyendo la difracción) utilizado para generarlas.
Ventajas:
Desventajas:
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