リッチー・クレティエン望遠鏡

リッチー・クレチアン望遠鏡（RCTまたは単にRC ）は、カセグレン望遠鏡の特殊な変種であり、軸外光学誤差（コマ）を排除するように設計された双曲面 主鏡と双曲面副鏡を備えています。RCTは、従来の反射望遠鏡の構成と比較して、光学誤差のない広い視野を持っています。20世紀半ば以来、大規模な専門研究用望遠鏡の大部分はリッチー・クレチアン構成であり、よく知られている例としては、ハッブル宇宙望遠鏡、ケック望遠鏡、ESO超大型望遠鏡などがあります。

リッチー・クレティアン望遠鏡は、1910年代初頭にアメリカの天文学者ジョージ・ウィリス・リッチーとフランスの天文学者アンリ・クレティアンによって発明されました。リッチーは1927年に口径60cm (24インチ) の最初の成功したRCTを製作しました (リッチー24インチ反射望遠鏡)。2番目のRCTは、リッチーがアメリカ海軍天文台のために製作した口径102cm (40インチ) の装置で、この望遠鏡は現在もアメリカ海軍天文台フラッグスタッフ基地で稼働しています。

他のカセグレン構成反射鏡と同様に、リッチー・クレティアン望遠鏡 (RCT) は、特定の焦点距離に対して非常に短い光学チューブアセンブリとコンパクトな設計を備えています。RCT は軸外光学性能に優れていますが、そのミラーの製造とテストには高度な技術が必要です。そのため、リッチー・クレティアン構成は、高性能のプロ用望遠鏡で最も一般的に使用されています。

ニュートン式望遠鏡のように、曲面鏡を 1 枚だけ備えた望遠鏡には、必ず収差があります。鏡が球面であれば、主に球面収差の影響を受けます。球面収差を補正するために鏡を放物面にした場合でも、コマ収差と非点収差の影響は残ります。これは、これらを排除するために変更できる追加の設計パラメータがないためです。リッチー・クレティアン望遠鏡のように、非球面鏡を 2 枚備えた望遠鏡では、2 枚の鏡によるコマ収差の寄与を相殺することで、コマ収差も排除できます。これにより、有効視野が広くなります。ただし、このような設計でも、依然として非点収差の影響は受けます。

基本的なリッチー・クレティエンの2面設計では、3次コマ収差と球面収差は発生しません。^[1]しかし、2面設計では5次コマ収差、重度の大角非点収差、比較的重度の像面湾曲が発生します。^[2]

矢状面と接線面の中間に焦点を合わせると星が円として見えるため、リッチー・クレシアン望遠鏡は広視野や写真撮影に適しています。2要素の基本設計の残りの収差は、焦点面の近くに小さな光学要素を追加することで改善される可能性があります。^{[3] [4]}

非点収差は、3 番目の曲面光学素子を組み込むことによってキャンセルできます。この素子がミラーの場合、結果は3 ミラー アナスティグマットになります。または、RCT は、 SDSS望遠鏡やVISTA 望遠鏡のように、焦点面の前にある視野補正器として 1 つまたは複数の低出力レンズを使用して、非点収差を補正し、焦点面を平坦化します。これにより、直径約 3° までの視野が可能になります。

シュミットカメラは、最大約 7° までのさらに広い視野を提供できます。ただし、シュミットは全口径補正プレートを必要とするため、口径は 1.2 メートル未満に制限されますが、リッチー・クレティエンはそれよりはるかに大きい口径が可能です。前面補正要素を備えた他の望遠鏡設計では、ルリー・ホートン設計など、多重湾曲シュ​​ミット補正プレートを作成するという実際的な問題に制限されません。

リッチー・クレチアン設計では、ほとんどのカセグレンシステムと同様に、副鏡が開口部の中央部分を遮ります。このリング状の入口開口部は、屈折望遠鏡などの全開口部設計と比較して、低空間周波数範囲にわたる変調伝達関数(MTF) の一部を大幅に低下させます。 ^[5]この MTF ノッチは、広い特徴を画像化するときに画像コントラストを低下させる効果があります。さらに、副鏡 (スパイダー) のサポートにより、画像に回折スパイクが発生する可能性があります。

2 枚鏡カセグレン構成における主鏡と副鏡の 曲率半径はそれぞれ次のとおりです。

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

そして

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

どこ

• ${\displaystyle F}$システムの有効焦点距離である。
• ${\displaystyle B}$後焦点距離（二次レンズから焦点までの距離）
• ${\displaystyle D}$2つの鏡の間の距離であり、
• ${\displaystyle M=(FB)/D}$二次拡大である。^[6]

および の代わりに、既知の量が主鏡の焦点距離 、および主鏡の後ろの焦点までの距離である場合、およびとなります。 ${\displaystyle B}$${\displaystyle D}$${\displaystyle f_{1}}$${\displaystyle b}$${\displaystyle D=f_{1}(Fb)/(F+f_{1})}$${\displaystyle B=D+b}$

リッチー・クレティエンシステムの場合、 2 つのミラーの円錐定数 と は、3 次球面収差とコマ収差を除去するように選択されます。解は次のとおりです。 ${\displaystyle K_{1}}$${\displaystyle K_{2}}$

${\displaystyle K_{1}=-1-{\frac {2}{M^{3}}}\cdot {\frac {B}{D}}}$

そして

${\displaystyle K_{2}=-1-{\frac {2}{(M-1)^{3}}}\left[M(2M-1)+{\frac {B}{D}}\right]}$。

および はより小さい（ なので）ので、両方のミラーは双曲面であることに注意してください。（ただし、主ミラーは通常、放物面に近いものになります。） ${\displaystyle K_{1}}$${\displaystyle K_{2}}$${\displaystyle -1}$${\displaystyle M>1}$

双曲面の曲率は、特にアマチュアの望遠鏡製作者や実験室規模の製作者が通常利用できる装置ではテストが難しいため、これらの用途では古い望遠鏡のレイアウトが主流となっている。しかし、プロの光学製作者や大規模な研究グループは、干渉計を使用して鏡をテストしている。リッチー・クレティアンでは、干渉計テストのために双曲面主鏡を球面に見えるようにするヌルコレクターと呼ばれる小さな光学装置など、最小限の追加装置しか必要としない。ハッブル宇宙望遠鏡では、この装置が誤って構築されたため（意図しない表面からの反射によりレンズ位置の測定が不正確になった）、ハッブル主鏡の誤差につながった。^[7]

不適切なヌルコレクターは、ニューテクノロジー望遠鏡などの他のミラー製造エラーにもつながりました。

実際には、これらの設計にはそれぞれ、光路をより便利な構成に曲げるために使用される任意の数の平らな折り畳みミラーも含まれる場合があります。この記事では、画像を形成するために必要なミラーについてのみ説明し、画像を便利な場所に配置するためのミラーについては説明しません。

リッチーは、100インチのウィルソン・フッカー山望遠鏡（1917年）と200インチ（5メートル）のヘール望遠鏡をRCTにするつもりでした。彼の設計は、実際に使用された放物面設計と比較して、より広い視野でより鮮明な画像を提供するはずでした。しかし、リッチーとヘールは不和に陥りました。100インチプロジェクトはすでに遅れており予算も超過していたため、ヘールは曲率の試験が難しい新しい設計の採用を拒否し、リッチーはプロジェクトを離れました。その後、両方のプロジェクトは従来の光学系で構築されました。それ以来、光学測定^[8]と製造^[9]の進歩により、RCT設計が採用されるようになりました。1948年に開設されたヘール望遠鏡は、放物面主鏡を備えた最後の世界有数の望遠鏡となりました。^[10]

• カナリア諸島（スペイン）ラ・パルマ島のロケ・デ・ロス・ムチャチョス天文台にある高さ10.4メートルのグラン・テレスコピオ・カナリアス。
• マウナケア天文台（米国）のケック天文台の 10.0 m 望遠鏡 2 台。
• 超大型望遠鏡（チリ）を構成する 4 台の 8.2 メートル望遠鏡。
• マウナケア天文台（米国）にある8.2メートルのすばる望遠鏡。
• マウナケア天文台（米国）とチリにあるジェミニ天文台を構成する 2 台の 8.0 m 望遠鏡。
• パラナル天文台（チリ）の天文学用4.1 m可視赤外線サーベイ望遠鏡。
• セロ・パチョン（チリ）にある4.1 メートルの南天体物理研究望遠鏡。
• キットピーク国立天文台（米国）の4.0 mメイヨール望遠鏡。
• セロ・トロロ米州天文台（チリ）の4.0 mブランコ望遠鏡。
• トルコのエルズルムにある東アナトリア天文台 (DAG)の 3.94 m 望遠鏡。
• サイディングスプリング天文台（オーストラリア）の3.9 メートル英豪望遠鏡。
• インド、ナイニタールのアリヤバッタ観測科学研究所の3.6 m デバスタル光学望遠鏡。
• カナリア諸島（スペイン） 、ラ・パルマ島のロケ・デ・ロス・ムチャチョス天文台にある高さ3.58メートルの国立ガリレオ望遠鏡。
• ヨーロッパ南天天文台（チリ）の3.58 m新技術望遠鏡。
• 米国ニューメキシコ州アパッチポイント天文台にある 3.5 m ARC 望遠鏡。
• スペイン、カラル・アルト山にある3.5 メートルのカラル・アルト天文台の望遠鏡。
• キットピーク国立天文台（米国）の3.50 m WIYN 天文台。
• イラン国立天文台（イラン）の 3.4 m INO340 望遠鏡。
• ESOのパラナル天文台(チリ)にある2.65 m VLT サーベイ望遠鏡。
• 2.56mの有効f /11カナリア諸島ラ・パルマ島 のノルディック光学望遠鏡（スペイン）。
• 米国ニューメキシコ州アパッチポイント天文台にある2.50 mスローン デジタル スカイ サーベイ望遠鏡 (改良設計)
• 現在地球の周りを周回している口径2.4mのハッブル宇宙望遠鏡。
• タイのドイ・インタノン山にある2.4 メートルのタイ国立天文台の望遠鏡。
• ギリシャ、チェルモス天文台にある2.3 mアリスタルコス望遠鏡。
• スペイン、カラル・アルト山にある2.2 m のカラル・アルト天文台の望遠鏡。
• アルゼンチン、サンファンにある2.15 メートルのレオンシト天文複合望遠鏡。
• メキシコ国立天文台サンペドロマルティルにある 2.12 m の望遠鏡。
• キットピーク国立天文台（米国）の 2.1 m 望遠鏡。
• マクドナルド天文台（米国）にある2.08 m のオットー・ストルーベ望遠鏡。
• スペイン、カナリア諸島ラ・パルマ島にある2.0 mリバプール望遠鏡(ロボット望遠鏡) 。
• ブルガリア、ロジェン天文台にある 2.0 m 望遠鏡。
• インド天文台（ハンレ、インド）の 2.0 m ヒマラヤ チャンドラ望遠鏡。
• ハワイ、マウイ島のハレアカラにある1.8 mパンスターズ望遠鏡。
• モレタイ天文台（リトアニア）の1.65m望遠鏡。
• カナダ、ケベック州のモン・メガンティックにある口径 1.6 m のモン・メガンティック天文台望遠鏡。
• ブラジルのミナスジェライス州ピコ・ドス・ディアス天文台にある1.6 m のパーキンエルマー望遠鏡。
• ギリシャのクレタ島にあるスキナカス天文台にある 1.3 メートルの望遠鏡。
• アメリカ海軍天文台フラッグスタッフ基地の1.0 mリッチー望遠鏡(G. リッチーが亡くなる前に製作した最後の望遠鏡)。
• 1.0 m DFMエンジニアリング f /8 、フロリダ州デイトナビーチのエンブリー・リドル天文台（米国）。
• チリのパラナル天文台にある4 台の 1.0 m SPECULOOS望遠鏡は、地球サイズの太陽系外惑星の探索に特化しています。
• 0.85メートルのスピッツァー宇宙望遠鏡、地球追従軌道上の赤外線宇宙望遠鏡（ 2020年1月30日にNASAにより退役）。
• アステルコ システムズが設計した0.8 mペレン望遠鏡は、ロンドンのミル ヒルにあるロンドン大学天文台のものです (英国)。
• ブリティッシュコロンビア州ビクトリアにあるビクトリア大学の0.8 m DFM エンジニアリングCCT-32 望遠鏡
• 現在冥王星の外側にあるニューホライズンズ宇宙船に搭載された 0.208 m 長距離偵察画像装置 (LORRI) カメラ。

ウィキメディア・コモンズには、リッチー・クレティエン望遠鏡に関連するメディアがあります。

• 最大の光学反射望遠鏡のリスト
• 望遠鏡の種類一覧
• ルリー・ホートン望遠鏡
• マクストフ望遠鏡
• 反射望遠鏡
• シュミット・カセグレン望遠鏡