DE19608284A1

DE19608284A1 - Schmidtkamera äquivalentes katadioptrisches Objektiv

Info

Publication number: DE19608284A1
Application number: DE1996108284
Authority: DE
Inventors: Frank Gallert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 1997-08-28

Description

Die Erfindung geht aus von einem katadioptrischen Objektiv nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Stand der Technik ist hier die sogenannte Schmidtkamera - benannt nach dem estnischen Astrooptiker Bernhard Schmidt. Bei dieser Kamera wird in der Ebene des Krümmungsmittel punktes eines sammelnden sphärischen Spiegels eine Blende angeordnet. Bedingt durch diese Anordnung werden Koma, Astigmatismus und Verzeichnung zu Null. Die verbleibende sphäri sche Aberration wird durch das Einbringen einer dünnen asphärischen Korrektionsplatte in die freie Öffnung der Blende erreicht ohne hierbei die schon erreichte "Korrektion" der genannten Bildfehler wesentlich zu beeinträchtigen. Die erzielbare Korrektion der verbleibenden Rest fehler wird begrenzt durch den Effekt der sogenannten radialen Überkorrektion und durch die sphärochromatische Aberration. Letztere wird dadurch minimiert, daß man der asphärischen Fläche der Korrektionsplatte einen endlichen axialen Krümmungsradius erteilt um so einen Farblängsfehler einzuführen, der wiederum die Wirkung der sphärochromatischen Aberration bezüglich des erzielbaren kleinsten Zerstreuungsscheibchens in der Bildebene minimiert.

Das Bildfeld der Schmidtkamera ist gekrümmt mit einem Radius, der der Brennweite der Kamera entspricht. Das gekrümmte Bildfeld kann mit einer einfachen sammelnden Ebnungs linse geebnet werden. Die Schmidtkamera gibt beispielsweise für die Öffnungszahl 3 und einen Durchmesser des Objektfeldes von 5 Grad Zerstreuungsscheibchen deren Durchmesser im visuellen Bereich bei etwa 1 Bogensekunde liegt. Abbildungsqualität und Einfachheit des Aufbaus zusammengenommen ist die Schmidtkamera nicht zu übertreffen. Sie hat mannigfache Abwandlungen und Ergänzungen erfahren - so zum Beispiel in der Schaffung der sogenannten Schmidt - Cassegrain Systeme.

Die eigentliche Schmidtkamera jedoch weist den unvermeidbaren, inhärenten Nachteil auf, daß ihre Baulänge die Brennweite um den Faktor 2 übertrifft. Die größte jemals realisierte Schmidtkamera - die des Karl Schwarzschild Observatoriums in Tautenburg weist bei der Öffnungszahl 3 und 4 Meter Brennweite einen optische Baulänge von 8 Metern auf Das erfindungsgemäße Objektiv hat sich die Aufgabe gestellt die Baulänge gegenüber der Schmidtkamera auf 50 Prozent zu verkürzen und dabei etwa die gleiche Qualität der Abbil dung zu erzielen - und das mit der gleichen Anzahl optischer Elemente.

Die Aufgabe wird gelöst gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.

Es gab bereits Versuche, die Baulänge der Schmidtkamera innerhalb eines Zweielemente- Designs zu reduzieren. Das Resultat ist unter dem Namen Wright-Kamera bekannt.

Hierbei wird eine Blende im Abstand der paraxialen Brennweite eines elliptisch erhöhten Sammelspiegels mit der Schwarzschildkonstante +1 angeordnet. Bei einer solchen Anordnung ist die Koma bereits korrigiert. Etwas schematisch wird nun eine konventionelle Schmidtplatte etwa doppelter Deformation in der freien Öffnung der Blende angeordnet, so daß auch die sphärische Aberration korrigiert ist. Es verbleibt aber Astigmatismus mit der Summe +1/2, so daß sich - da die Petzvalsumme -1 beträgt - ein ebenes mittleres Bildfeld ergibt.

Die Wirkungsweise der Schmidtkamera selbst beruht wesentlich darauf, daß bereits zwei der drei hauptsächlichen Bildfehler (sphärische Aberration, Koma und Astigmatismus) durch die gewählte Symmetrie der Anordnung beseitigt sind - also hier Koma und Astigmatismus.

Der Korrektionsplatte verbleibt nur die Aufgabe die restliche Aberration zu beseitigen - also hier die sphärische Aberration.

Der Grundgedanke der der Erfindung zu Gründe liegt ist, daß es noch eine zweite Anordnung aus einer Blende und einem Sammelspiegel 1 gibt, die zwei der drei Hauptbildfehler bereits eli miniert. Diese Anordnung besteht aus einem Parabolspiegel und einer Blende die im Abstand der Brennweite vor dem Parabolspiegel angeordnet ist. Für ein derartiges System ist bereits die sphärische Aberration bedingt durch den Parabolspiegel und der Astigmatismus bedingt durch die gewählte Position der Blende relativ zum Parabolspiegel korrigiert. Eine im Prinzip eigentlich seit langem bekannte Tatsache. Es verbliebe nun noch die Korrektion der Koma ohne die bereits erreichte "Korrektion" von sphärischer Aberration und Astigmatismus wesentlich zu beeinträchtigen und hierbei gleichzeitig die Farbfehler nicht über ein gewisses Maß anwachsen zu lassen. Hierzu wird erfindungsgemäß eine asphärische Korrektionsplatte 2 in der freien Öffnung der Blende angeordnet. Es ergab sich, daß diese Korrektionsplatte 2 auf beiden Flächen mit asphärischen Termen 4. Ordnung und wenigstens auf einer Fläche mit einem zusätzlichen asphärischen Term 6. Ordnung deformiert werden muß, wobei die Stärke der notwendigen Deformation eine Funktion der Dicke der asphärischen Korrektionsplatte 2 ist. Eine Minimierung der chromatischen Aberrationen über einen definierten Spektralbereich wird dadurch erreicht, daß beiden Flächen der Korrektionsplatte 2 endlicher axialer Krüm mungsradius erteilt wird. Die resultierende Korrektionsplatte 2 ist hierbei in ihrem zentralen Teil auf beiden Flächen konvex gegen das einfallende Licht gekrümmt, wobei sich die axialen Krümmungsradien beider Flächen nur geringfügig unterscheiden. Die notwendige Deformation der Flächen gemessen als Pfeilhöhe gegenüber einer Planfläche ist eine Funktion der gewählten Mittendicke der Korrektionsplatte 2. Je dicker die Korrektionsplatte 2 desto kleiner ist die notwendige Deformation und damit desto kleiner die Pfeilhöhe gegenüber einer Planfläche.

Da der Dicke der Korrektionsplatte 2 aber insbesondere bei größeren Objektiven aus Gründen des Gewichts Grenzen gesetzt sind, ist hier ein Kompromiß notwendig. Ein Verhältnis von 1 zu 10 für die Dicke der Korrektionsplatte 2 im Verhältnis zu ihrem Durchmesser erscheint als günstiger Kompromiß zwischen Gewicht und notwendiger Deformation. Einer oder beide der axialen Krümmungsradien der Korrektionsplatte 2 können auch unendlich gesetzt werden - allerdings sinkt dann die Güte der erzielbaren Korrektion der chromatischen Aberrationen.

Es ergab sich, daß bei gleicher Öffnungszahl und vergleichbarem Durchmesser des abgebilde ten Objektfeldes wie bei der äquivalenten Schmidtkamera eine vergleichbare Abbildungsquali tät im erfindungsgemäßen Objektiv erzielt werden kann. Bedingt durch gewisse chromatische Variationen der Koma ist die Abbildungsqualität bezüglich der Spotdiagramme für große Objektfelder etwas schlechter als in der äquivalenten Schmidtkamera - wobei gleichzeitig die axiale Abbildungsqualität im erfindungsgemäßen Objektiv besser ist. Bei einer Öffnungszahl von 3 bis zu einem Objektfeld von 4 Grad Durchmesser beziehungsweise bei einer Öffnungs zahl von 4 bis zu einem Objektfeld von 3 Grad Durchmesser ist die Abbildungsqualität bezüg lich des mittleren Wellenfrontfehlers in einem spotoptimierten erfindungsgemäßen Objektiv mit parabolischen Sammelspiegel 1 besser als die der spotoptimierten Schmidtkamera. Dies rührt daher, daß die Spotdiagramme am Rand des Bildfeldes des erfindungsgemäßen Objektivs eine höhere Konzentration der Strahlen zur Mitte hin aufweisen. Wird die Schmidtkamera bezüg lich des mittleren Wellenfrontfehlers optimiert ist sie wieder bezüglich dieses Fehlers in den äußeren Teilen des Bildfeldes überlegen aber zugleich bezüglich des Durchmessers der Spot diagramme inbesondere in den inneren Bereichen des Bildfeldes unterlegen.

Die Form der Korrektionsplatte 2 im erfindungsgemäßen Objektiv ist für einen parabolisch ausgebildeten Sammelspiegel 1 im Prinzip die einer kompliziert durchgebogenen Planplatte, deren Aufgabe es ist weder sphärische Aberration noch Astigmatismus noch wesentliche chromatische Aberrationen einzuführen und hierbei gleichzeitig die Koma des nachfolgenden parabolischen Sammelspiegels 1 zu korrigieren. Diese Aufgabe wird erstaunlich gut gelöst.

Insbesondere sind hier die nur sehr kleinen sphärochromatischen Aberrationen zu nennen, die in ihrer Wirkung auf den erzielbaren Durchmesser des Zerstreuungsscheibchens in der Bild ebene weiter dadurch minimiert werden, daß sich die axialen Krümmungsradien beider Flächen der Korrektionsplatte 2 geringfügig unterscheiden. Auch der Astigmatismus verbleibt sehr gut korrigiert, wobei keine chromatische Variation feststellbar ist. Der das erfindungsgemäße Objektiv begrenzende Abbildungsfehler ist die chromatische Variation der Koma, die für eine Wellenlänge korrigiert ist. Demzufolge sollte die Korrektionsplatte 2 selbstverständlich aus einem optischen Material mit großer Abbezahl und daher geringer Dispersion hergestellt werden. Ein weiterer verbleibender Bildfehler ist die sogenannte radiale Überkorrektion, die schon von der Schmidtkamera bekannt ist. Dieser Bildfehler rührt bei der Schmidtkamera da her, daß die die sphärische Aberration korrigierende Schmidtplatte sich für geneigt gegen die optische Achse einfallende Bündel in radialer Richtung verkürzt auf den jeweiligen beleuch teten Teil des Sammelspiegels projiziert, wodurch in dieser Richtung eine Überkorrektion hervorgerufen wird. Dieser Effekt ist nicht vermeidbar außer in rein konzentrischen optischen Systemen. Bedingt dadurch, daß bezüglich eines parabolischen Sammelspiegels 1 im erfin dungsgemäßen Spiegelobjektiv die Korrektionsplatte 2 aber nicht die Aufgabe hat eine sphäri sche Aberration zu korrigieren, ist dieser Effekt hier kaum auffällig.

Wie bei einer Schmidtkamera ist im erfindungsgemäßen Objektiv das Bildfeld 3 konvex gegen das einfallende Licht gekrümmt und zwar etwa mit dem Betrag der Brennweite des Objektivs. Bezeichnet man den Krümmungsradius des mit Computeroptimierung ermittelten optimal angepaßten Bildfeldes 3 mit Rbildfeld, so ergeben sich die Krümmungsradien der gemäß Anspruch 2 eingeführten Bildfeldebnungslinse 4 mit:

1/(1/R1 - 1/R2) = (n - 1)/n _* Rbildfeld [1].

Hierbei ist R1 der dem einfallenden Licht zugewandte Krümmungsradius und R2 der dem Bildfeld 3 zugewandte Krümmungsradius der Bildfeldebnungslinse 4, wobei n deren Brechzahl bezeichnet. Führt man die dem Bildfeld 3 zugewandte Fläche als Planfläche aus, so ergibt sich aus [1] für den verbleibenden Krümmungsradius R1:

R1 =(n - 1)/n _* Rbildfeld [2].

Selbstverständlich sollte die Mittendicke der Bildfeldebnungslinse 4 so klein als möglich gehal ten werden, wobei dasselbe für die letzte Schnittweite gilt um zusätzliche Abbildungsfehler zu vermeiden.

Im Prozeß der Computeroptimierung zeigt sich, daß es günstig ist den Abstand zwischen Korrektionsplatte 2 und parabolischen Sammelspiegel 1 um ein weniges größer zu halten als dessen Brennweite. Für die Öffnungszahl 3 ergibt sich für diesen Betrag etwa knapp ein Prozent der Brennweite. Für größere Objektive ergibt das die Möglichkeit die Kassettenhal terung, die den Detektor und gegebenenfalls die Bildfeldebnungslinse 4 aufnimmt, an der Korrektionsplatte 2 zu befestigen, wodurch Hilfsspiegelstreben vermieden werden. Für kleinere Objektive wird dieser Abstand jedoch zu klein um eine Fokussierbarkeit der Kassettenhalterung zu gewährleisten. Alternativ muß nun entweder die Korrektionsplatte 2 in ihrem zentralen Teil durchbohrt werden, oder der Strahlengang gemäß Anspruch 3 mittels eines um 45 Grad gegen die optische Achse geneigten Planspiegels 5 aus dem optischen Tubus ausgekoppelt werden, was gleichzeitig die Möglichkeit der visuellen Beobachtung bietet.

Der Durchmesser Dbildfeld des Bildfeldes 3 ergibt sich mit:

Dbildfeld = 2 _* tan (w/2) _* f [3],

wobei w der Durchmesser des zu übertragenden Objektfeldes in Grad und f die Brennweite des Objektivs ist. Will man ein Objektfeld vom Winkeldurchmesser w ohne Vignettierung am Parabolspiegel übertragen, so ergibt sich der notwendige Durchmesser Dparabol des parabolischen Sammelspiegels 1 mit:

Dparabol = Dblende + Dbildfeld [4],

wobei Dblende der gewählte Durchmesser der Korrektionsplatte 2 bzw. der Blende ist. Der Durchmesser des Parabolspiegels muß also zur vignettierungsfreien Übertragung um den Durchmesser Dbildfeld des Bildfeldes oder genauer um den Durchmesser der Kassettenhalte rung größer sein als der Durchmesser der Korrektionsplatte 2. Bei der Schmidtkamera muß im Gegensatz dazu zur vignettierungsfreien Übertragung der Durchmesser des sphärischen Sammelspiegels den Durchmesser der Korrektionsplatte um das zweifache des Kassetten durchmessers übersteigen.

Weitergehende Untersuchungen zeigten, daß es auch für andere Abstände des Sammelspie gels 1 von der Korrektionsplatte 2 möglich ist ein aplanatisches und anastigmatisches Design zu erreichen. Es ergab sich, daß für Abstände des Sammelspiegels 1 von der Korrektionsplatte 2, die größer sind als die paraxiale Brennweite des Sammelspiegels 1 dieser elliptisch verflacht ausgebildet werden muß. Das heißt die Schwarzschildkonstante des Sammelspiegels 1 ist kleiner als 0 aber größer als -1. Die Korrektionsplatte 2 weist mit zunehmenden Abstand zum Sammelspiegel 1 geringere Deformation auf. Für den Spezialfall, daß der Abstand gleich dem Krümmungsradius des Sammelspiegels 1 wird, verschwindet die Deformation des Sammel spiegels 1 - also der Spezialfall der Schmidtkamera mit sphärischem Sammelspiegel. Mit weiter zunehmenden Abstand wird der Sammelspiegel 1 wieder elliptisch verflacht deformiert. Weiterhin ergab sich, daß für Abstände des Sammelspiegels 1 von der Korrektionsplatte 2, die kleiner sind als die paraxiale Brennweite des Sammelspiegels 1 dieser hyperbolisch ausgebildet werden muß. Das heißt die Schwarzschildkonstante des Sammelspiegels 1 ist nun kleiner als -1. Allerdings wächst nun die notwendige Deformation der Korrektionsplatte 2 stark an, so daß der Verkürzung der Baulänge Grenzen gesetzt sind.

Zwischen diesen beiden Fällen liegt der eingangs beschriebene Fall, bei dem die Korrektions platte 2 im Abstand der Brennweite vor dem Sammelspiegel 1 angeordnet ist, wobei dieser parabolisch ausgebildet wird. Wenn man so will stellt die Erfindung im gewissen Sinn die Verallgemeinerung der Schmidtkamera auf beliebige Abstände zwischen Korrektionsplatte 2 und Sammelspiegel 1 dar. Allerdings verbleiben Unterschiede, die sich auf die Gestalt der Kor rektionsplatte 2 beziehen. Deformiert man beide Seiten einer gewöhnlichen Schmidtplatte, so ergibt sich, daß die Platte in ihrem zentralen Teil bikonvex geformt ist. Die Möglichkeit der beidseitigen Deformation wird bereits von einem bekannten Hersteller von sogenannten Schmidt - Cassegrain Systemen genutzt. Wie für den Fall des parabolischen Sammelspiegels 1 gezeigt,sind im Unterschied dazu in der Erfindung beide axiale Krümmungsradien der Korrek tionsplatte 2 konvex gegen das einfallende Licht, so daß die Platte in ihrem zentralen Teil einem brechkraftlosen Meniskus ähnelt. Über ihren ganzen Durchmesser ist die Abweichung der Korrektionsplatte 2 von ihrer Mittendicke nur äußerst gering. Für die Öffnungszahl 4 und parabolischen Sammelspiegel 1 liegt diese Abweichung für eine Mittendicke von 10 Prozent des Durchmessers unter 0,01 Prozent.

Zudem spielt die Mittendicke einer gewöhnlichen Schmidtplatte in der Korrektion der Abbil dung keine Rolle, während in erfindungsgemäßen Objektiven die Mittendicke bestimmt wie groß die Deformation beider Flächen der Korrektionsplatte 2 gewählt werden muß. Bezüglich eines parabolisch ausgebildeten Sammelspiegels 1 weist die Erfindung neben der auf 50 Prozent reduzierten Baulänge den Vorteil eines für vignettierungsfreie Übertragung relativ kleineren Sammelspiegels 1 gegenüber der Schmidtkamera auf. Nachteilig ist in der Erfindung jedoch die wesentlich stärkere Deformation der Korrektionsplatte 2, die bezüglich eines para bolischen Sammelspiegels 1 notwendig ist, wobei diese hier auch eine völlig andere Funktions weise als die Schmidtplatte aufweist. Sollten jedoch Korrektionsplatten 2 technisch machbar sein, so bietet die Erfindung einen interessanten neuen Zugang zum Design von Spiegelteles kopen hoher Abbildungsgüte auf großen Objektfeldern.

Die Erfindung soll nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert werden. In den zu den Ausführungsbeispielen zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die Anordnung der hauptsächlichen Elemente des erfindungsgemäßen Objektivs mit Sammelspiegel 1, Korrektionsplatte 2 und dem Bildfeld 3,

Fig. 2 Spotdiagramm von Ausführungsbeispiel 1 für Objektfelddurchmesser von 0;1; 2; 3 und 4 Grad für die Wellenlängen 400; 550 und 700 Nanometer,

Fig. 3 Sphärochromatische Aberrationen des Ausführungsbeispiels 1 für die Wellenlängen 400; 550 und 700 Nanometer,

Fig. 4 die Strehlzahl für Ausführungsbeispiel 1 über dem Objektfeldradius für die Wellenlängen 400, 550 und 700 Nanometer. Die Abbildung ist über dem Objektfeld von 4 Grad Durchmesser beugungsbegrenzt. (Kriterium: polychromatische Strehlzahl größer 0,8),

Fig. 5 Spotdiagramm von Ausführungsbeispiel 2 für Objektfelddurchmesser von 0; 1; 2; und 3 Grad für die Wellenlängen 400; 550 und 700 Nanometer,

Fig. 6 Sphärochromatische Aberrationen des Ausführungsbeispiels 2 für die Wellenlängen 400; 550 und 700 Nanometer (Man beachte die zweifache "neutrale Zone"),

Fig. 7 die Strehlzahl für Ausführungsbeispiel 2 über dem Objektfeldradius für die Wellenlängen 400, 550 und 700 Nanometer. Die Abbildung ist über ein Objektfeld von 1,7 Grad Durchmesser beugungsbegrenzt. (Kriterium: polychromatische Strehlzahl größer 0,8),

Fig. 8 Spotdiagramm von Ausführungsbeispiel 3 für Objektfelddurchmesser von 0; 2; 4 und 6 Grad für die Wellenlängen 400; 550 und 700 Nanometer,

Fig. 9 Sphärochromatische Aberrationen des Ausführungsbeispiels 3 für die Wellenlängen 400; 550 und 700 Nanometer,

Fig. 10 Strehlzahl für Ausführungsbeispiel 3 über dem Objektfeldradius für die Wellenlängen 400, 550 und 700 Nanometer. Die Abbildung ist über ein Objektfeld von 4 Grad Durchmesser beugungsbegrenzt. (Kriterium: polychromatische Strehlzahl größer 0,8).

Ausführungsbeispiel 1

Im ersten Ausführungsbeispiel wird ein für den Objektfelddurchmesser 4 Grad optimiertes Objektiv von 200 Millimeter Durchmesser der Korrektionsplatte 2 und einen parabolischen Sammelspiegel 1 von 600 Millimeter Brennweite gegeben.

Konstruktionsdaten der Korrektionsplatte:

mit c = 1/R, wobei R der axiale Krümmungsradius der Fläche, k deren Schwarzschildkonstante, r die radiale Koordinate in Millimeter gezählt von der optischen Achse und z die Pfeilhöhe ist.

Für die dem einfallenden Licht zugewandte Fläche der Korrektionsplatte 2 ist:

R = 1149,3 Millimeter; k = 0; α₂ = -2,455655 _* 10^-8 _* mm^-3; α₄ = -3,463897 _* 10^-14 _* mm^-7.

Für die dem Sammelspiegel zugewandte Fläche der Korrektionsplatte 2 ist:

R = 1142,25 Millimeter; k= 0; α₂ = -2,516153 _* 10^-8 _* mm^-3.

Die Korrektionsplatte 2 erhält eine Mittendicke von 20 Millimeter und einen Durchmesser von 200 Millimeter. Das optische Material ist BK7 - ein Glas des Schott - Kataloges mit der Glas kennzahl 517642.

Restliche Konstruktionsdaten:
Der Abstand von der Korrektionsplatte 2 zum parabolischen Sammelspiegel 1 beträgt 604,3 Millimeter. Der Abstand vom parabolischen Sammelspiegel 1 zur Bildebene 3 beträgt 600,023 Millimeter. Der Krümmungsradius des konvexen Bildfeldes beträgt 600,224 Millimeter.

Der axiale Krümmungsradius des parabolischen Sammelspiegels 1 beträgt -1200 Millimeter. Sein Durchmesser wird zu 242 Millimeter gewählt.

Für ein Objektfeld von 4 Grad Durchmesser beträgt der Durchmesser des Bildfeldes 3 42,142 Millimeter. Die Brennweite des Objektivs beträgt 603,643 Millimeter.

Fig. 2 zeigt die Spotdiagramme für Objektfelddurchmesser von 0; 1; 2; 3 und 4 Grad. Strahlen wurden gerechnet für 400; 550 und 700 Nanometer Wellenlänge. Das axiale Zerstreuungs scheibchen hat einen Durchmesser von 1,54 Mikrometer. Am Rand des Bildfeldes resultiert ein Zerstreuungsscheibchen mit einer maximalen Ausdehnung von 9,68 Mikrometer in tangen tialer Richtung, wobei über 95 Prozent des Lichts in einem Scheibchen von 6,8 mal 4 Mikro meter Durchmesser konzentriert sind. Die äquivalente Schmidtkamera mit einer Korrektions platte aus BK7 ergäbe Zerstreuungsscheibchen von 3,2 bis 4 Mikrometer Durchmesser.

Fig. 3 zeigt die sphärochromatischen Aberrationen des Ausführungsbeispiels.

Ausführungsbeispiel 2

Im zweiten Ausführungsbeispiel wird ein für den Objektfelddurchmesser 3 Grad optimiertes Objektiv von 1000 Millimeter Durchmesser der Korrektionsplatte 2 und einen parabolischen Sammelspiegel 1 von 4000 Millimeter Brennweite gegeben, so daß die Öffnungszahl etwa auf 4 reduziert wird.

Konstruktionsdaten der Korrektionsplatte:

Für die dem einfallenden Licht zugewandte Fläche der Korrektionsplatte 2 ist:

R = 11027 Millimeter; k = 0; α₂ = -1,117913 _* 10^-10 _* mm^-3; α₄ = -3,522945 _* 10^-18 _* mm^-7.

Für die dem Sammelspiegel zugewandte Fläche der Korrektionsplatte 2 ist:

R = 10988,5 Millimeter; k = 0; α₂ = -1,132069 _* 10^-10 _* mm^-3.

Die Korrektionsplatte 2 erhält eine Mittendicke von 100 Millimeter und einen Durchmesser von 1000 Millimeter. Das optische Material ist BK7 - ein Glas des Schott - Kataloges mit der Glaskennzahl 517642.

Restliche Konstruktionsdaten:
Der Abstand von der Korrektionsplatte 2 zum parabolischen Sammelspiegel 1 beträgt 4005 Millimeter. Der Abstand vom parabolischen Sammelspiegel 1 zur Bildebene 3 beträgt 4000,284 Millimeter. Der Krümmungsradius des konvexen Bildfeldes beträgt 4000 Millimeter.

Der axiale Krümmungsradius des parabolischen Sammelspiegels 1 beträgt -8000 Millimeter.

Sein Durchmesser wird zu 1210 Millimeter gewählt.

Für ein Objektfeld von 3 Grad Durchmesser beträgt der Durchmesser des Bildfeldes 3 210,098 Millimeter. Die Brennweite des Objektivs beträgt 4012,62 Millimeter.

Fig. 5 zeigt die Spotdiagramme für Objektfelddurchmesser von 0; 1; 2 und 3 Grad. Strahlen wurden gerechnet für 400; 550 und 700 Nanometer Wellenlänge. Das axiale Zerstreuungs scheibchen hat einen Durchmesser von 3,41 Mikrometer. Am Rand des Bildfeldes resultiert ein Zerstreuungsscheibchen mit einer maximalen Ausdehnung von 23,8 Mikrometer in tangen tialer Richtung, wobei über 95 Prozent des Lichts in einem Scheibchen von 17 mal 11 Mikro meter Durchmesser konzentriert sind. Die äquivalente Schmidtkamera mit einer Korrektions platte aus BK7 ergäbe Zerstreuungsscheibchen von 9,2 bis 10,5 Mikrometer Durchmesser.

Ausführungsbeispiel 3

Im dritten Ausführungsbeispiel wird ein für den Objektfelddurchmesser 6 Grad optimiertes Objektiv von 200 Millimeter Durchmesser der Korrektionsplatte 2 und einen elliptischen Sammelspiegel 1 von 600 Millimeter paraxialer Brennweite gegeben. Der elliptisch verflachte Sammelspiegel 1 weist die Schwarzschildkonstante -0,1043713 auf Konstruktionsdaten der Korrektionsplatte:

Für die dem einfallenden Licht zugewandte Fläche der Korrektionsplatte 2 ist:

R = 32390 Millimeter; k = 0; α₂ = -8,325296 _* 10^-9 _* mm^-3; α₄ = -3,999195 _* 10^- _* mm^-7.

Für die dem Sammelspiegel zugewandte Fläche der Korrektionsplatte 2 ist:

R = 41333 Millimeter; k = 0; α₂ = -8,08514 _* 10^-9 _* mm^-3.

Restliche Konstruktionsdaten:
Der Abstand von der Korrektionsplatte 2 zum elliptischen Sammelspiegel 1 beträgt 900 Millimeter. Der Abstand vom elliptischen Sammelspiegel 1 zur Bildebene 3 beträgt 599,7428 Millimeter. Der Krümmungsradius des konvexen Bildfeldes beträgt 601,5 Millimeter.

Der axiale Krümmungsradius des elliptischen Sammelspiegels 1 beträgt -1200 Millimeter.

Sein Durchmesser wird zu 295 Millimeter gewählt.

Für ein Objektfeld von 6 Grad Durchmesser beträgt der Durchmesser des Bildfeldes 3 62,891 Millimeter. Die Brennweite des Objektivs beträgt 600,768 Millimeter.

Fig. 8 zeigt die Spotdiagramme für Objektfelddurchmesser von 0; 2; 4 und 6 Grad. Strahlen wurden gerechnet für 400; 550 und 700 Nanometer Wellenlänge. Das axiale Zerstreuungs scheibchen hat einen Durchmesser von 2,38 Mikrometer. Am Rand des Bildfeldes resultiert ein Zerstreuungsscheibchen mit einer maximalen Ausdehnung von 6,78 Mikrometer in tangen tialer Richtung, wobei über 95 Prozent des Lichts in einem Scheibchen von 4,6 mal 2,9 Mikro meter Durchmesser konzentriert sind. Die äquivalente Schmidtkamera mit einer Korrektions platte aus BK7 ergäbe Zerstreuungsscheibchen von 3,2 bis 5 Mikrometer Durchmesser.

Claims

1. Spiegelobjektiv bestehend in Richtung des Lichteinfalls aus einer Korrektionsplatte und einem sammelnden Spiegel, dadurch gekennzeichnet,
daß die Korrektionsplatte (2) auf beiden Flächen mit asphärischen Termen 4. Ordnung und wenigstens auf einer Fläche mit Termen höherer als 4. Ordnung deformiert ist,
daß sich für den Fall, daß als Sammelspiegel (1) ein Parabolspiegel dient die Korrektionsplatte (2) im Abstand der Brennweite vor dem Sammelspiegel (1) befindet,
daß für den Fall, daß als Sammelspiegel (1) ein elliptisch verflachter Spiegel dient der Abstand
der Korrektionsplatte (2) vom Sammelspiegel (1) größer ist als dessen paraxiale Brennweite,
daß für den Fall, daß als Sammelspiegel (1) ein hyperbolischer Spiegel dient der Abstand der Korrektionsplatte (2) vom Sammelspiegel (1) kleiner ist als dessen paraxiale Brennweite.

2. Spiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kurz vor oder in die Bildebene (3) eine sammelnde Bildfeldebnungslinse (4) eingebracht wird.

3. Spiegelobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lichtweg zwischen Sammelspiegel (1) und Bildebene (3) ein gegen die optische Achse geneigter Planspiegel (5) eingebracht wird, der das Licht seitlich aus dem optischen Tubus aus koppelt.