シュミットカメラ

シュミット補正板は、シュミット望遠鏡またはシュミット・カセグレン望遠鏡の設計における球面主鏡によって生じる球面収差を補正する非球面レンズです。これは1931年にベルンハルト・シュミットによって発明されましたが^{[ 6 ]} 、フィンランドの天文学者ユルヨ・ヴァイサラが1924年に独自に発明した可能性もあります（そのため、シュミット・ヴァイサラカメラと呼ばれることもあります） ^{[ 7 ]} 。シュミットは当初、広視野写真反射屈折望遠鏡であるシュミットカメラの一部としてこれを導入しました。現在では、球面主鏡を使用する他のいくつかの望遠鏡設計、カメラレンズ、および画像投影システムで使用されています。

関数

シュミット補正板は、球面主鏡の球面収差と等しく逆向きの球面収差を持つ非球面レンズであるため機能します。純粋なシュミットカメラでは主鏡の曲率中心「 C 」に、シュミット・カセグレン式カメラでは主焦点のすぐ後ろに配置されます。シュミット補正板は中央部と端部が厚くなっています。これにより光路が補正され、主鏡の外側部分から反射された光と内側部分から反射された光が同じ共通焦点「F」に集まります。シュミット補正板は球面収差のみを補正し、システムの焦点距離は変更しません。

最初の比較的大きなシュミット望遠鏡は、第二次世界大戦の直前にハンブルク天文台とパロマー天文台に建設されました。1945年から1980年の間に、世界中でさらに約8基の大型（1メートル以上）シュミット望遠鏡が建設されました。^{[ 14 ]}

特に有名で実績のあるシュミットカメラの一つに、1948年に完成したパロマー天文台のオシン・シュミット望遠鏡がある。この望遠鏡は、ナショナルジオグラフィック協会とパロマー天文台によるスカイサーベイ（POSS、1958年）、POSS-IIサーベイ、パロマー・ライデン（小惑星）サーベイ、その他多くのプロジェクトで使用された。

ラ・シヤにある1メートルシュミット望遠鏡を持つヨーロッパ南天天文台と、サイディング・スプリング天文台にある1.2メートルシュミット望遠鏡を持つ英国科学研究評議会は、最初のパロマー天文台全天調査を補完する共同全天調査を実施しましたが、南半球に焦点を当てました。この調査中に開発された技術的改良により、第2回パロマー天文台全天調査（POSS II）の開発が促進されました。^{[ 15 ]}

ローウェル天文台の地球近傍天体探査（LONEOS）で使用されている望遠鏡もシュミット式カメラである。カール・シュヴァルツシルト天文台のシュミット式望遠鏡は、世界最大のシュミット式カメラである。

シュミット望遠鏡は、欧州宇宙機関のヒッパルコス衛星（1989～1993年）の中核を成していました。これは、100万個以上の星までの距離を前例のない精度でマッピングしたヒッパルコス調査で使用され、 11等級までの全星の99%が含まれていました。この望遠鏡で使用された球面鏡は非常に正確で、大西洋の大きさに拡大すると、その表面の凹凸は約10cmの高さになります。^{[ 16 ]} 

NASAのケプラー宇宙望遠鏡（2009年～2018年）に搭載されたケプラー光度計は、宇宙に打ち上げられたシュミット式カメラの中で最大のものである。

1977年、ヤーキス天文台では、小型シュミット望遠鏡を用いて惑星状星雲NGC 7027の正確な光学的位置を導出し、その天体の写真と電波マップを比較できるようにした。^{[ 17 ]}

1970年代初頭から、セレストロン社は8インチのシュミットカメラを販売し始めた。このカメラは工場出荷時にピント調整済みで、熱膨張率の低い素材で作られていたため、現場でピントを合わせる必要はなかった。初期モデルでは、 フィルムホルダーに1コマしか装填できなかったため、撮影者は35mmフィルムを1コマずつ切り取って現像する必要があった。セレストロン社のシュミットカメラは約300台生産された。

シュミット方式は、テレビ投影システム、特にヘンリー・クロスによるアドベント設計で逆向きに使用され人気を博した。^{[ 18 ]}大型のシュミットプロジェクターは劇場で使用されたが、家庭用やその他の小規模会場向けに8インチ程度の小型システムも製造された。

1930年代、シュミットは、低速（数値的に高いf値）カメラの場合、補正板をミラーの曲率中心にある単純な開口部に置き換えることができると指摘した。このような設計は、視野角5°のパロマー・シュミットの1/8スケールの動作モデルを構築するために使用された。^{[ 28 ]}この構成には「レンズレス・シュミット」というレトロニックネームが付けられている。

ユルヨ・ヴァイサラは当初、ベルンハルト・シュミットの「シュミットカメラ」に似た「天体カメラ」を設計したが、その設計は未発​​表だった。ヴァイサラは1924年の講義ノートに脚注で「問題のある球面焦点面」と記している。ヴァイサラはシュミットの論文を見るとすぐに、フィルムホルダーの少し前に両凸レンズを配置することで、シュミットの設計における像面平坦化の問題を解決した。この結果生まれたシステムは、シュミット・ヴァイサラカメラ、あるいはヴァイサラカメラとして知られている。

1940年、ハーバード大学のジェームズ・ベイカーは、シュミットカメラの設計を改良し、光を主鏡に向けて反射する凸面副鏡を組み込んだ。写真乾板は主鏡の近くに設置され、空を向くように配置された。この改良型はベイカー・シュミットカメラと呼ばれている。

ベイカーとジョセフ・ナンによるベイカー・ナン設計では、ベイカー・シュミットカメラの補正板を、カメラの焦点に近い小さな三重補正レンズに置き換えた。 シネマスコープ55映画プロセスから派生した55mm幅のフィルムを使用した。^{[ 29 ] [ 30 ]} 12台のf/0.75ベイカー・ナンカメラ（それぞれ3.5トンの重量があり、空中の衛星を追跡できる多軸マウントを含む）が、1958年6月から1970年代半ばまでスミソニアン天体物理観測所で人工衛星の追跡に使用された。 ^{[ 31 ] [ 32 ]}

ベーカー・ナン望遠鏡のいくつかは、衛星追跡の役目を終えた後、天文学用途に転用された。^{[ 33 ]}

メルセンヌ・シュミットカメラは、凹面放物面主鏡、凸面球面副鏡、凹面球面三次鏡から構成されます。最初の2つの鏡（メルセンヌ構成）は、従来のシュミットカメラの補正板と同じ機能を果たします。この形式は、1935年にポールによって発明されました。^{[ 35 ]} 後にベイカーによる論文^{[ 36 ]} で、同様の構成ですが焦点面が平面であるポール・ベイカー設計が紹介されました。^{[ 37 ]}

シュミット式望遠鏡の光軸に対して45°の位置に平面の副鏡を追加することで、シュミット・ニュートン式望遠鏡が作られます。

シュミット式望遠鏡の設計に凸面副鏡を追加し、主鏡の穴を通して光を導くことで、シュミット・カセグレン式望遠鏡が作られます。

最後の2つの設計は、コンパクトでシンプルな球面光学系を使用しているため、望遠鏡メーカーに人気がある。