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SCHMIDT - CASSEGRAIN

Este diseño fué desarrollado por R.R. Willey en 1962 aplicándolo a un f/15. Está compuesto por un espejo primario esférico con una focal muy pequeña (f/2-f/3) y un espejo secundario convexo de forma ligeramente elipsoidal. El secundario va sujeto a la lámina asférica Schmidt con la finalidad de corregir la aberraciópn esférica generada en los espejos (parte inferior derecha de la figura 1). El diseño original fué adaptado posteriormente a f/10 en telescopios fabricados por Meade, Celestron, Bausch-Lumb y otros con el fin de obtener ópticas más pequeñas aunque a costa de calidad óptica. Otro de los fabricantes de Schmidt-Cassegrain (SC en adelante) es Takahashi, el cual construye el modelo TSC-225, un 9" f/12. Son sin duda alguna los mejores SC amateurs construidos aunque a un precio que oscila entre tres y cuatro veces a los equivalentes de Meade o Celestron. Los SC forman parte de la famila de los telescopios denominados catadriópticos, pues estan basados en espejos (objetivos catóptricos) y lentes (objetivos dióptricos).

Aunque a la hora de referirse a los SC habitualmente siempre pensamos en el diseño desarrollado por los fabricantes antes mencionados, en realidad este diseño es uno de los muchos que existe en la familia de sistemas SC, la cual se puede dividir en dos clases: visuales (con curvatura de campo) y fotográficos (campo focal plano). El diseño que vamos a analizar a continuación forma parte de la primera clase y es en el que estan basados los SC producidos para el mundo amateur. Aunque existe un gran secretismo por parte de los fabricantes sobre radios de curvatura, formas, etc.., de los elementos ópticos de sus SC, es posible medir algunas de las dimensiones y posiciones de los componentes que los constituyen. Los valores estan copiados del diseño que aparece en el libro Telescope Optics (pg. 81) y corresponden a un 200 mm f10 con una obstrucción del 34%. El diseño debe ser muy cercano al comercializado del cual se han medido los distintos parámetros, aunque en estos no se puede determinar exactamente la forma exacta de la lámina correctora o de los espejos. No obstante, los datos del modelo antes citado están optimizados para la longitud de onda del color verde (546.07 nm) y lo que he hecho es optimizar este diseño para minimizar las aberraciones en el rojo, verde y azul (policromático), pues todos los que hemos tenido estos telescopios sabemos que la aberración cromática es prácticamente inapreciable.

En los gráficos de rayos transversales de la parte izquierda de la figura 1, vemos como en el eje los resultados son muy buenos aunque está presente una ligerísima aberración esférica subcorregida. A medida que nos alejamos del eje las curvas se van separando del eje horizontal debido a la gran curvatura de campo de este tipo de telescopio. Tambíen, como en el eje, se puede ver la presencia de una ligerísima presencia de aberración esférica subcorregida.

También del gráfico de la aberración esférica longitudinal que aparece en la parte superior de la figura 1, podemos ver la presencia de esfereocromatismo y como las tres longitudes de onda tienen el foco común correspondiente a la zona neutra de la lámina correctora. Esto es debido a que en esta zona no existe refracción a diferencia de las restantes zona de la lámina donde la refracción es distinta para cada longitud de onda.

En el gráfico (figura 2) de las curvas MTF podemos ver que aún en el eje, la curva de este diseño está por debajo de la de un telescopio ideal de las mismas característas de abertura y focal. Esto está ocasionado fundamentalmente por la relativa gran obstrucción central (34%). Fuera del eje las curvas caen a unos valores muy bajos debido a la fuerte curvatura de campo del diseño. Aspecto que también se puede ver en los diagramas spot de la figura 3. Se obtiene que a 0.4 grados del eje la mancha del diagrama spot es mayor que el promedio de resolución fotográfico de 0.025 mm. Este gran inconveniente desde el punto de vista fotográfico no lo es tanto desde el punto de vista visual ya que el ojo tiene una cierta capacidad de acomodación, y en este sentido los diagramas spot se pareceran más a los que se ven en la figura 4. En esta figura los diagramas spot se simulan para el campo focal curvo resultante de -193 mm siendo lógicamente los diámetros de las manchas mucho menores, cosa que por otra parte se ajusta mucho más al rendimiento de los SC comerciales.

Una de las grandes ventajas de los SC radica en su característica de enfoque mediante el desplazamiento del espejo primario. De esta forma es posible acoplar todo tipo de accesorios visuales, fotográficos, etc.., sin ningún tipo de trabas, pero el precio a pagar desde el punto de vista de la calidad óptica es considerable. Los SC se diseñan para una distancias concretas entre los diferentes elementos ópticos, cuando el primario se aproxima o aleja con respecto a la lámina correctora y secundario, las distintas aberraciones ópticas (esférica fundamentalmente) aumentan con respecto al diseño óptimo. Este aspecto es un fenómeno no muy comentado o quizá poco conocido pero tiene una trascendencia fundamental pues si el desplazamiento del primario es lo suficientemente grande puede hacer que un SC de difracción limitada (<0.25l) deje de serlo. Con el fin de cuantificar la pérdida de calidad por desplazamiento del primario he generado el trazado de rayos del anterior diseño optimizado pero moviendo el espejo primario en intervalos de 2.5 mm. Como parámetros de cuantificación de la calidad óptica he utilizado el error del frente onda (P-V) y el cociente Strehl por ser muy conocidos en el argot de la óptica astronómica. En la siguiente tabla podemos ver que lógicamente la calidad es máxima en la posición de optimización del diseño óptico. Si la precisión en la construcción del SC en los parámetros de los elementos óptico-mecánicos se ajustasen a los del modelo, en el eje tendríamos una óptica de casi !!!!1/50 de onda¡¡¡¡¡¡¡. Sin embargo fijémonos como con solo desplazar el primario -5 mm hacia la lámina correctora convierte un SC de ensueño en un mediocre telescopio de 1/3 de onda. Esta situación es, evidentemente, mucho peor en la realidad pues los SC comerciales no tienen, ni mucho menos, calidades de 1/50 de onda con lo que con pequeños desplazamientos del primario hará que un SC de 1/4-1/8 de onda deje de serlo.

Algunos observadores y astrofotógrafos recurren a un enfocador externo tipo Crayford para poder enfocar moviendo el ocular u otro accesorio sin mover el primario, y de esta forma evitar en algunos casos el anterior problema. El uso de un enfocador externo tiene una ventaja adicional al eliminar el desplazamiento lateral del primario que sufren todos los SC al enfocar.

Como se observa en las figuras 5 a 9 el rendimiento del telescopio no es nada bueno para un campo focal plano. A pesar de este problema estos telescopios dan muy buenos rendimientos en CCD debido al estrecho campo visual de los mismos, puesto que no se llega a manifestar el deterioro de la imagen debido a la curvatura de campo. Visualmente, como se puede ver en las imagenes 8 a 10, el rendimiento es bastante mejor.

Las figuras 12 a 17 estan generedas por síntesis de imagen mediante el programa VOB++ y en ellas estan incluidas las aberraciones del sistema SC (incluyendo la difracción). Se puede ver claramente como debido al deterioro de la imagen fuera del eje el contraste se reduce de forma considerable limitando muchísimo el campo útil de este telescopio desde el punto de vista fotográfico.

Como conclusión podriamos indicar cuales son las ventajas e inconvenientes de los catadriópticos Schmidt-Cassegrain.

Ventajas:

Desventajas: