DE19727834A1

DE19727834A1 - Mirror system with four reflections, especially as telescope for astronomy or space applications

Info

Publication number: DE19727834A1
Application number: DE1997127834
Authority: DE
Inventors: Frank Gallert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 1999-01-07

Abstract

The system has a sequence of mirrors according to the direction in which the light falls: a main mirror (1), a dispersion mirror (2) and a tertiary mirror (3). The light is reflected from the main mirror to the dispersion mirror which reflects the light to the tertiary mirror which again reflects onto the dispersion mirror. The light then passes through a hole (4)in the tertiary and main mirror into the focal plane. The main and tertiary mirrors are elliptically flattened. The outer part (2a) of the dispersion mirror on which the light falls produced by reflection on the main mirror is hyperbolically enlarged. The inner part (2b) of the dispersion mirror on which the light falls produced by reflection on the tertiary mirror is elliptically enlarged or spherically formed.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Spiegelsystem mit vier Reflexionen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Die Erfindung kann hierbei insbesondere als Spiegelteleskop für die astronomische - und Weltraumforschung eingesetzt werden.The invention is based on a mirror system with four reflections according to the preamble of the main claim. The invention can in particular be used as a mirror telescope for the astronomical and space research can be used.

In derartigen Spiegelteleskopen ist es in vielen Einsatzfällen erwünscht die Bildebene hinter dem eigentlichen Teleskopsystem zugänglich zu haben.In such mirror telescopes, it is desirable in many cases to use the image plane behind to have access to the actual telescope system.

Spiegelsysteme des Cassegraintyps die zwei Reflexionen aufweisen bieten hierzu die einfachste Realisierungsmöglichkeit. Jedoch ist im Fall des klassischen Cassegrainsystems mit paraboli schen Hauptspiegel und hyperbolischen Zerstreuungsspiegel nur die sphärische Aberration korrigiert, während Koma, Astigmatismus und Bildfeldkrümmung unkorrigiert bleiben. Im Ritchey-Chretien-System mit hyperbolischen Hauptspiegel und hyperbolischen Zerstreuungs spiegel sind sphärische Aberration und Koma korrigiert. Jedoch bleibt der Astigmatismus un korrigiert und zeichnet selbst wenn die Petzvalsumme durch Wahl gleicher Krümmungsradien von Haupt- und Zerstreuungsspiegel beseitigt ist für die Bildfeldkrümmung verantwortlich. In der PCT/DE94/00042 gelang es dem Autor zu zeigen, daß es für jeden Abstand eines Hauptspiegels und eines Zerstreuungsspiegels genau eine Lösung mit einem definierten Verhältnis der Krümmungsradien und den zugeordneten Schwarzschildkonstanten beider Spiegel gibt, die auf ein Spiegelsystem führt, das simultan frei von sphärischer Aberration, Koma und Astigmatismus ist, wobei das Licht zweifach am Hauptspiegel reflektiert wird. Zudem kann in diesem System auch die Verzeichnung eliminiert werden. Dieses Zweispiegel- Dreireflexionssystem weist bedingt durch die drei Reflexionen eine Bildebene auf, die vor dem Hauptspiegel liegt.Cassegrain type mirror systems that have two reflections offer the simplest Realization possibility. However, in the case of the classic Cassegrain system with paraboli primary mirror and hyperbolic scattering mirror only the spherical aberration corrected while coma, astigmatism and curvature of field remain uncorrected. in the Ritchey-Chretien system with hyperbolic primary mirror and hyperbolic distraction mirrors have corrected spherical aberration and coma. However the astigmatism remains un corrects and draws even if the Petzval sum by choosing equal radii of curvature removed from the main and diverging mirrors is responsible for the curvature of the field of view. In PCT / DE94 / 00042 the author was able to show that there is one for every distance Main mirror and a diverging mirror exactly one solution with a defined Relationship between the radii of curvature and the assigned Schwarzschild constants of both Mirror that leads to a mirror system that is simultaneously free of spherical aberration, Is coma and astigmatism, whereby the light is reflected twice on the primary mirror. In addition, distortion can also be eliminated in this system. This two mirror Due to the three reflections, the three-reflection system has an image plane that is in front of the Primary mirror lies.

In der Anmeldung P 196 05 033.2 beschreibt der Autor ein Spiegelsystem mit zwei Spiegeln und vier Reflexionen, bei dem jedoch der Zerstreuungsspiegel aus zwei unterschiedlich deformierten Bereichen besteht. Erreicht wird eine hervorragende aplanatische und anastigmatische Korrektion mit einer bequem zugänglichen Bildebene. Bedingt durch die Geometrie lassen sich die Krümmungsradien jedoch nicht so wählen, daß auch die Petzval summe korrigiert wäre. Dieses System weist demnach verbleibende Bildfeldkrümmung auf. Gedanklich geht die Erfindung von diesem System aus, wobei durch die Einführung eines kleinen Tertiärspiegels, der in derselben Ebene wie der Hauptspiegel angeordnet werden kann, auch die Nullstellung der Petzvalsumme möglich wird.In the application P 196 05 033.2, the author describes a mirror system with two mirrors and four reflections, in which, however, the diverging mirror is made up of two different ones deformed areas. An excellent aplanatic and anastigmatic correction with an easily accessible image plane. Due to the Geometry, however, the radii of curvature cannot be selected so that the Petzval sum would be corrected. This system accordingly has remaining curvature of field. The invention is based on this system, and the introduction of a small tertiary mirror, which can be arranged in the same plane as the main mirror, it is also possible to reset the Petzval sum.

Die Erfindung hat sich somit die Aufgabe gestellt ein kompaktes Spiegelsystem anzugeben, das einen bequemen Zugriff auf die Bildebene gewährleistet und bei dem sphärische Aberra tion, Koma, Astigmatismus und Bildfeldkrummung beseitigt sind. Hierbei sollen obwohl vier Reflexionen verwandt werden substantiell nur drei Spiegel zum Einsatz kommen, die in zwei Baugruppen angeordnet werden um Dezentrierungs- und Verkippungsfehler zu minimieren.The object of the invention is therefore to provide a compact mirror system, which ensures easy access to the image plane and with the spherical aberra tion, coma, astigmatism and field curvature are eliminated. Although four should Related to reflections, only three mirrors are used, which are in two Assemblies are arranged to minimize decentration and tilting errors.

Die Aufgabe wird gelöst durch Spiegelsysteme gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 2.The object is achieved by mirror systems according to claim 1 or claim 2.

In Spiegelsystemen nach Anspruch 1, 2 oder 3 wird einfallendes, paralleles Licht von einem sammelnden Hauptspiegel 1 auf einen kleineren Zerstreuungsspiegel 2 reflektiert, der zwischen dem Vertex und dem paraxialen Brennpunkt des Hauptspiegels 1 angeordnet ist.In mirror systems according to claim 1, 2 or 3, incident, parallel light is reflected by a collecting primary mirror 1 onto a smaller diverging mirror 2 , which is arranged between the vertex and the paraxial focal point of the main mirror 1 .

Der Zerstreuungsspiegel 2 reflektiert das Licht in eine Zwischenbildebene, die sich zwischen dem Hauptspiegel 1 und dem Zerstreuungsspiegel 2 befindet. Das nachfolgend divergente Licht gelangt auf einen Tertiärspiegel 3, der vorzugsweise in der Ebene des Hauptspiegels 1 angeordnet ist. Der Tertiärspiegel 3 und der Hauptspiegel 1 weisen hierbei eine zentrale Bohrung 4 auf. Vom Tertiärspiegel 3 wird das Licht konvergent wieder auf den Zerstreuungs spiegel 2 reflektiert, wobei das Licht nun innerhalb des ringförmigen Bereiches auftrifft, den es bei der ersten Reflexion an diesem einnahm. Der Zerstreuungsspiegel 2 reflektiert schließlich das Licht durch die Bohrung 4 im Tertiärspiegel 3 bzw. Hauptspiegel 1 in die Bildebene 5 hinter dem Spiegelsystem. Der Tertiärspiegel 3 und der Primärspiegel 1 können auf der gleichen Scheibe realisiert werden. Sie können aber auch unabhängig voneinander realisiert werden. Im Sinne der aktiven und adaptiven Optik hat man so durch die mögliche Verformung beider Spiegeloberflächen mehr Möglichkeiten unerwünschte Aberrationen zu kompensieren. Gemäß dem kennzeichnenden Teil sowohl des Anspruchs 1 als auch des Anspruchs 2 ist der Hauptspiegel 1 verflacht elliptisch ausgebildet. Das heißt seine Formgebung liegt zwischen der einer Sphäre und eines Paraboloids. Die Schwarzschildkonstante des Hauptspiegels liegt damit zwischen -1 und 0. Es zeigt sich hierbei, daß die Schwarzschildkonstante nahe bei -1 liegt. Das heißt der Hauptspiegel 1 weicht in seiner Formgebung nur relativ wenig von der eines Parabo loids ab. Das ist günstig, da so sphärische Aberrationen von Anfang an klein gehalten werden. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 wird der Zerstreuungsspiegel 2 in seinem äußeren Bereich 2a, den das Licht bei der ersten Reflexion an diesem trifft, hyperbolisch aus gebildet. Das heißt die Schwarzschildkonstante dieses ringförmigen Bereiches ist kleiner -1.The diverging mirror 2 reflects the light into an intermediate image plane, which is located between the main mirror 1 and the diverging mirror 2 . The subsequently divergent light reaches a tertiary mirror 3 , which is preferably arranged in the plane of the main mirror 1 . The tertiary mirror 3 and the main mirror 1 have a central bore 4 . From the tertiary mirror 3 , the light is converged again reflected on the diverging mirror 2 , the light now striking within the annular area which it took on the first reflection of this. The diverging mirror 2 finally reflects the light through the bore 4 in the tertiary mirror 3 or main mirror 1 into the image plane 5 behind the mirror system. The tertiary mirror 3 and the primary mirror 1 can be realized on the same pane. However, they can also be implemented independently of one another. In terms of active and adaptive optics, the possible deformation of both mirror surfaces gives you more options to compensate for unwanted aberrations. According to the characterizing part of both claim 1 and claim 2, the main mirror 1 is flattened elliptical. That means its shape lies between that of a sphere and a paraboloid. The Schwarzschild constant of the main mirror is therefore between -1 and 0. This shows that the Schwarzschild constant is close to -1. That is, the shape of the primary mirror 1 differs only relatively little from that of a paraboloid. This is cheap because spherical aberrations are kept small from the start. According to the characterizing part of claim 1, the diverting mirror 2 is formed in its outer region 2 a, which the light hits at the first reflection, hyperbolic. That means the Schwarzschild constant of this ring-shaped area is less than -1.

Weiterhin erhält der Tertiärspiegel 3 verflacht elliptische Formgebung mit einer Schwarz schildkonstanten zwischen -1 und 0. Der innere Bereich 2b des Zerstreuungsspiegels 2 wird erhöht elliptisch ausgeführt mit einer Schwarzschildkonstanten größer 0. Für einen gewissen Bereich der Brennweitenverlängerung durch den Zerstreuungsspiegel 2, das heißt für ein ge wisses Verhältnis der axialen Krümmungsradien von Hauptspiegel 1 und Zerstreuungsspiegel 2 kann der zentrale Bereich 2b des Zerstreuungsspiegels 2 auch sphärisch ausgeführt werden - das heißt die Schwarzschildkonstante dieses Bereichs wird gleich 0.Furthermore, the tertiary mirror 3 is given a flattened elliptical shape with a black plate constant between -1 and 0. The inner region 2 b of the diverging mirror 2 is designed to be more elliptical with a black plate constant greater than 0. For a certain range of the focal length extension by the diverging mirror 2 , that is for a ge Wisse ratio of the axial radii of curvature of the main mirror 1 and mirror 2 dispersion, the central region 2 b of the diversion mirror 2 be practiced spherical - that is, the Schwarzschild constant of this portion is equal to the 0th

Natürlich können die axialen Krümmungsradien beider Bereiche 2a und 2b auch verschieden ausgeführt werden. Auch brauchen die Vertici beider Bereiche 2a und 2b nicht übereinstimmen. Im allgemeinen läßt sich damit aber kein weiterer Gewinn an Abbildungsqualität erzielen.Of course, the axial radii of curvature of both areas 2 a and 2 b can also be designed differently. The vertici of the two areas 2 a and 2 b also do not need to match. In general, however, no further gain in imaging quality can be achieved with this.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 kann der Zerstreuungsspiegel 2 auch als eine durchgängige, kontinuierliche Spiegelfläche ausgebildet werden. Es entsteht somit ein echtes Dreispiegelsystem mit vier Reflexionen. Jedoch sind nun sowohl der Zerstreuungs spiegel 2 als auch der Tertiärspiegel 3 akonisch auszubilden. Das heißt in die Gestaltung ihrer Oberflächen werden asphärische Terme höherer Ordnung mit einbezogen. Die Spiegel 2 und 3 sind nun nicht mehr als einfache Kegelschnitte darstellbar.According to the characterizing part of claim 2, the dispersion mirror may also be formed as a continuous, continuous mirror surface. 2 This creates a real three-mirror system with four reflections. However, both the diverting mirror 2 and the tertiary mirror 3 are now to be designed aconically. This means that higher-order aspherical terms are included in the design of their surfaces. The mirrors 2 and 3 can no longer be represented as simple conic sections.

Jedoch werden so außerordentlich kompakte Spiegelsysteme möglich, da selbst für einen Hauptspiegel 1 von 8 Meter Durchmesser und der Öffnungszahl 0,5 die beugungsbegrenzte Abbildung auf dem geometrisch möglichen Bildfeld gelingt. Die Größe des Bildfeldes 5 ist hierbei durch die maximal mögliche Größe der Bohrung 4 im Tertiärspiegel 3 in Relation zu dessen Durchmesser bedingt.However, extremely compact mirror systems are possible in this way, since diffraction-limited imaging on the geometrically possible image field succeeds even for a primary mirror 1 of 8 meters in diameter and a number of openings of 0.5. The size of the image field 5 is determined by the maximum possible size of the bore 4 in the tertiary mirror 3 in relation to its diameter.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 kann der Hauptspiegel 1 auch sphärisch ausgebildet werden, was wesentlich die Herstellung vereinfacht und die Kosten reduziert. Allerdings sind dann sowohl die Bereiche 2a und 2b des Zerstreuungsspiegels 2 als auch der Tertiärspiegel 3 akonisch auszubilden. Das heißt ihre Oberflächen sind nicht mehr durch gewöhnliche Kegelschnitte darstellbar, sondern erfordern die Einbeziehung von asphärischen Termen höherer Ordnung. Bei Großteleskopen läßt sich damit etwa bis zur Öffnungszahl 4/3 des Hauptspiegels 1 eine gute Bildfeldkorrektion erreichen. Allerdings ist das Bildfeld etwas eingeschränkt durch einen gewissen Betrag an verbleibendem Astigmatismus.According to the characterizing part of claim 3, the main mirror 1 can also be spherical, which considerably simplifies production and reduces costs. However, regions 2 a and 2 b of the diverging mirror 2 and also the tertiary mirror 3 are then to be embodied aconically. This means that their surfaces can no longer be represented by ordinary conic sections, but require the inclusion of higher-order aspherical terms. With large telescopes, a good field correction can be achieved up to the number of openings 4/3 of the main mirror 1 . However, the image field is somewhat limited by a certain amount of astigmatism remaining.

Vorteilhaft ist hier aber, daß sich sowohl der Zerstreuungsspiegel 2 als auch der Tertiärspiegel 3 klein halten lassen mit Werten unter 20 Prozent des Durchmessers des Hauptspiegels 1.It is advantageous here, however, that both the diverging mirror 2 and the tertiary mirror 3 can be kept small with values below 20 percent of the diameter of the main mirror 1 .

Generell sind erfindungsgemäße Spiegelsysteme äußerst kompakt. Baulängen unter 5 Prozent der Gesamtbrennweite des Spiegelsystems sind ohne weiteres erreichbar.In general, mirror systems according to the invention are extremely compact. Lengths less than 5 percent the total focal length of the mirror system are easily accessible.

Dies ist dadurch bedingt, daß im Spiegelsystem bei drei Reflexionen eine Verlängerung der Brennweite des Hauptspiegels 1 geschieht. Damit lassen sich derartige Spiegelsysteme im Verhältnis zu ihrem Durchmesser sehr kompakt, leichtgewichtig und stabil gestalten. Da sich auch die Mittenobstruktion klein halten läßt, erscheinen insgesamt erfindungsgemäße Spiegel systeme als sehr vorteilhaft für künftige Anwendungen als Weltraumteleskop.This is due to the fact that the focal length of the main mirror 1 is extended in the mirror system with three reflections. In this way, mirror systems of this type can be made very compact, lightweight and stable in relation to their diameter. Since the center obstruction can also be kept small, overall mirror systems according to the invention appear to be very advantageous for future applications as a space telescope.

Bedingt durch den erreichten technischen Stand im Reflexionsvermögen von Spiegeloberflä chen erscheinen auch die vier notwendigen Reflexionen nicht mehr als Einschränkung sieht man einmal vom UV-Bereich ab.Due to the technical level achieved in the reflectivity of mirror surfaces The four necessary reflections no longer appear to be a limitation one time from the UV range.

Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind in den Ansprüchen 4 bis 7 gegeben.Further embodiments of the invention are given in claims 4 to 7.

Die Erfindung soll nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert werden.The invention will be explained below using several exemplary embodiments.

In den zu den Ausführungsbeispielen zugehörigen Zeichnungen zeigen:The drawings associated with the exemplary embodiments show:

Fig. 1 die Anordnung der Elemente des erfindungsgemäßen Spiegelsystems Fig. 1 shows the arrangement of the elements of the mirror system according to the invention

Fig. 2 Spotdiagramm für Ausführungsbeispiel 1 für Objektfelddurchmesser von 0; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08 und 0,1 Grad Fig. 2 spot diagram for embodiment 1 for object field diameter of 0; 0.02; 0.04; 0.06; 0.08 and 0.1 degrees

Fig. 3 rms-Wellenfrontaberration über dem Objektfeldradius für Ausführungsbeispiel 1 Fig. 3 rms wavefront aberration over the object field radius for Embodiment 1

Fig. 4 Spotdiagramm für Ausführungsbeispiel 2 für Objektfelddurchmesser von 0; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08 und 0,1 Grad Fig. 4 spot diagram for embodiment 2 for object field diameter of 0; 0.02; 0.04; 0.06; 0.08 and 0.1 degrees

Fig. 5 rms-Wellenfrontaberration über dem Objektfeldradius für Ausführungsbeispiel 2 Fig. 5 rms wavefront aberration over the object field radius for Embodiment 2

Fig. 6 Spotdiagramm für Ausführungsbeispiel 3 für Objektfelddurchmesser von 0; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08 und 0,1 Grad Fig. 6 spot diagram for Embodiment 3 of object field diameter of 0; 0.02; 0.04; 0.06; 0.08 and 0.1 degrees

Fig. 7 rms-Wellenfrontaberration über dem Objektfeldradius für Ausführungsbeispiel 3 Fig. 7 rms wavefront aberration over the object field radius for Embodiment 3

Fig. 8 Spotdiagramm für Ausführungsbeispiel 4 für Objektfelddurchmesser von 0; 0,04; 0,08; 0,12; 0,16 und 0,2 Grad Fig. 8 spot diagram for Embodiment 4 of the object field diameter of 0; 0.04; 0.08; 0.12; 0.16 and 0.2 degrees

Fig. 9 rms-Wellenfrontaberration über dem Objektfeldradius für Ausführungsbeispiel 4 Fig. 9 rms wavefront aberration over the object field radius for Embodiment 4

Fig. 10 Spotdiagramm für Ausführungsbeispiel 5 für Objektfelddurchmesser von 0; 0,02; 0,04; 0,06 und 0,072 Grad FIG. 10 is spot diagram for Embodiment 5 of the object field diameter of 0; 0.02; 0.04; 0.06 and 0.072 degrees

Fig. 11 rms-Wellenfrontaberration über dem Objektfeldradius für Ausführungsbeispiel 5 Fig. 11 rms wavefront aberration over the object field radius for Embodiment 5

Fig. 12 Darstellung des Strahlenganges im Ausführungsbeispiel 5 mit sphärischen Hauptspiegel Fig. 12 representation of the beam path in embodiment 5 with spherical main mirror

Fig. 13 Darstellung des Strahlenganges im Ausführungsbeispiel 4 (echtes Dreispiegelsystem) Fig. 13 representation of the beam path in the embodiment 4 (genuine three-mirror system)

Embodiment 1 (NGT2a)

Das Ausführungsbeispiel weist eine Brennweite von 175879 Millimeter und eine freie Öffnung von 8000 Millimeter auf. Der Hauptspiegel 1 erhält -16 000 Millimeter axialen Krümmungs radius und hat damit 8000 Millimeter paraxiale Brennweite und somit die Öffnungszahl 1. Das Ausführungsbeispiel entspricht dem Kennzeichen des Anspruchs 1, wobei hier der zentrale Teil 2b des Zerstreuungsspiegels 2 elliptisch erhöht ausgebildet wird. Die axialen Krümmungsradien sind so gewählt, daß von vornherein die Petzvalsumme zu Null wird. Die Tabelle 1 gibt die Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 1.The exemplary embodiment has a focal length of 175879 millimeters and a free aperture of 8000 millimeters. The main mirror 1 is given an -16,000 millimeter axial radius of curvature and thus has a paraxial focal length of 8000 millimeters and thus the number of openings 1 . The exemplary embodiment corresponds to the characterizing part of claim 1, the central part 2 b of the diverging mirror 2 being formed elliptically raised here. The axial radii of curvature are chosen so that the Petzval sum is zero from the outset. Table 1 gives the design data of embodiment 1.

Tabelle 1 Table 1

Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 1 Design data of embodiment 1

Fig. 2 zeigt die Spotdiagramme, wobei der durchgezogene Kreis die Airy-disk für die Wellenlänge 550 Nanometer ist. Der Durchmesser der Airy-Disk beträgt 29,5 Mikrometer bzw. 0,0346 Bogensekunden. Der Durchmesser des axialen Zerstreuungsscheibchens liegt bei 0,56 Mikrometer beziehungsweise 0,00066 Bogensekunden. Am Rand des Bildfeldes von 357 Millimeter Durchmesser, das einem Objektfelddurchmesser von 0,1 Grad entspricht, beträgt der Durchmesser des Zerstreuungsscheibchens 6,2 Mikrometer beziehungsweise 0,0072 Bogensekunden. Damit ist die Abbildung deutlich beugungsbegrenzt wie Fig. 3 verdeutlicht. Fig. 3 zeigt die rms-Wellenfrontaberration über dem Objektfeldradius. Die rms Wellenfront aberrationen liegen zwischen 0,0013 und 0,007 Wellen. Die zugeordnete Strehlzahl bleibt demzufolge auf dem gesamten abgebildeten Objektfeld praktisch identisch 1. FIG. 2 shows the spot diagrams, the solid circle being the airy disk for the wavelength of 550 nanometers. The Airy disk has a diameter of 29.5 micrometers or 0.0346 arcseconds. The diameter of the axial scattering disc is 0.56 micrometers or 0.00066 arcseconds. At the edge of the image field of 357 millimeters in diameter, which corresponds to an object field diameter of 0.1 degrees, the diameter of the scattering disc is 6.2 micrometers or 0.0072 arc seconds. The image is thus clearly diffraction-limited as shown in FIG. 3. Fig. 3 shows the RMS wavefront aberration is over the object field radius. The rms wavefront aberrations are between 0.0013 and 0.007 waves. As a result, the assigned radiation number remains practically identical across the entire object field 1.

Hieraus ist ersichtlich, daß die Lichtstärke des Hauptspiegels 1 weiter erhöht werden kann. Dazu wurde der Durchmesser auf 12 Meter erhöht und anschließend das gesamte Spiegelsystem um den Faktor 0,5 skaliert und die Schwarzschildkonstanten reoptimiert. Es folgt ein System mit einem Hauptspiegel 1 mit 6000 Millimeter Durchmesser und der Öffnungszahl 2/3. Dieses System wird im nachfolgenden Ausführungsbeispiel 2 gegeben. From this it can be seen that the light intensity of the main mirror 1 can be increased further. For this purpose, the diameter was increased to 12 meters and then the entire mirror system was scaled by a factor of 0.5 and the Schwarzschild constants were re-optimized. A system with a primary mirror 1 with a diameter of 6000 millimeters and the number of openings 2/3 follows. This system is given in Example 2 below.

Embodiment 2 (NGT1a)

Das Ausführungsbeispiel weist eine Brennweite von 87939,6 Millimeter und eine freie Öffnung von 6000 Millimeter auf. Der Hauptspiegel 1 erhält -8000 Millimeter axialen Krümmungs radius und hat damit 4000 Millimeter paraxiale Brennweite und somit die Öffnungszahl 2/3. Das Ausführungsbeispiel entspricht dem Kennzeichen des Anspruchs 1, wobei hier der zentrale Teil 2b des Zerstreuungsspiegels 2 elliptisch erhöht ausgebildet wird. Die axialen Krümmungsradien sind so gewählt, daß von vornherein die Petzvalsumme zu Null wird.The exemplary embodiment has a focal length of 87939.6 millimeters and a free aperture of 6000 millimeters. The primary mirror 1 has an axial radius of curvature of -8000 millimeters and thus has a paraxial focal length of 4000 millimeters and thus the number of openings 2/3. The exemplary embodiment corresponds to the characterizing part of claim 1, the central part 2 b of the diverging mirror 2 being formed elliptically raised here. The axial radii of curvature are chosen so that the Petzval sum is zero from the outset.

Die Tabelle 2 gibt die Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 2.Table 2 gives the design data of embodiment 2.

Tabelle 2 Table 2

Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 2 Design data of embodiment 2

Fig. 4 zeigt die Spotdiagramme, wobei der durchgezogene Kreis die Airy-disk für die Wellenlänge 550 Nanometer ist. Der Durchmesser der Airy-Disk beträgt 19,67 Mikrometer bzw. 0,0461 Bogensekunden. Der Durchmesser des axialen Zerstreuungsscheibchens liegt bei 1,16 Mikrometer beziehungsweise 0,0027 Bogensekunden. Am Rand des Bildfeldes von 153,5 Millimeter Durchmesser, das einem Objektfelddurchmesser von 0,1 Grad entspricht, beträgt der Durchmesser des Zerstreuungsscheibchens 13,4 Mikrometer beziehungsweise 0,0314 Bogensekunden. Dabei bleiben über 95 Prozent der Lichtstrahlen in einem Zerstreuungs scheibchen von 0,015 Bogensekunden. Damit ist die Abbildung deutlich beugungsbegrenzt. Fig. 5 zeigt die rms-Wellenfrontaberration über dem Objektfeldradius. Die rms Wellenfront aberrationen liegen zwischen 0,003 und 0,021 Wellen. Die zugeordnete Strehlzahl bleibt auf 50 Prozent des abgebildeten Objektfeldes praktisch 1 und fällt zum Rand hin auf 0,98. Fig. 4 shows the spot diagrams, the solid circle, the Airy disk is 550 nanometers for the wavelength. The Airy disk has a diameter of 19.67 micrometers or 0.0461 arcseconds. The diameter of the axial scattering disc is 1.16 micrometers or 0.0027 arc seconds. At the edge of the image field of 153.5 millimeters in diameter, which corresponds to an object field diameter of 0.1 degrees, the diameter of the scattering disc is 13.4 micrometers or 0.0314 arcseconds. Over 95 percent of the light rays remain in a diffusion disc of 0.015 arcseconds. This means that the image is clearly limited by diffraction. Fig. 5, the RMS wavefront aberration is over the object field radius. The rms wavefront aberrations are between 0.003 and 0.021 waves. The assigned radiation number remains practically 1 on 50 percent of the object field shown and falls to 0.98 towards the edge.

Embodiment 3 (NGT2g)

Das Ausführungsbeispiel weist eine Brennweite von 299492 Millimeter und eine freie Öffnung von 8000 Millimeter auf. Der Hauptspiegel 1 erhält -16 000 Millimeter axialen Krümmungs radius und hat damit 8000 Millimeter paraxiale Brennweite und somit die Öffnungszahl 1. Das Ausführungsbeispiel entspricht dem Kennzeichen des Anspruchs 1, wobei hier der zentrale Teil 2b des Zerstreuungsspiegels 2 sphärisch ausgebildet wird. Die axialen Krümmungsradien sind so gewählt, daß von vornherein die Petzvalsumme zu Null wird. Die Tabelle 3 gibt die Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 3.The exemplary embodiment has a focal length of 299492 millimeters and a free aperture of 8000 millimeters. The main mirror 1 is -16 000 millimeters axial curvature radius and thus has 8000 millimeters paraxial focal length and thus the numerical aperture equal to 1. The embodiment of the characterizing portion of claim 1, wherein here the central part 2 b of the diversion mirror 2 is spherical. The axial radii of curvature are chosen so that the Petzval sum is zero from the outset. Table 3 gives the design data of embodiment 3.

Tabelle 3 Table 3

Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 3 Design data of embodiment 3

Fig. 6 zeigt die Spotdiagramme, wobei der durchgezogene Kreis die Airy-disk für die Wellenlänge 550 Nanometer ist. Der Durchmesser der Airy-Disk beträgt 50,24 Mikrometer bzw. 0,0346 Bogensekunden. Der Durchmesser des axialen Zerstreuungsscheibchens liegt bei 2,22 Mikrometer beziehungsweise 0,0015 Bogensekunden. Am Rand des Bildfeldes von 522,8 Millimeter Durchmesser, das einem Objektfelddurchmesser von 0, 1 Grad entspricht, beträgt der Durchmesser des Zerstreuungsscheibchens 8,1 Mikrometer beziehungsweise 0,0056 Bogensekunden. Dabei bleiben über 95 Prozent der Lichtstrahlen in einem Zerstreuungs scheibchen von 0,0018 Bogensekunden. Damit ist die Abbildung deutlich beugungsbegrenzt. FIG. 6 shows the spot diagrams, the solid circle being the airy disk for the wavelength of 550 nanometers. The Airy disk has a diameter of 50.24 micrometers or 0.0346 arc seconds. The diameter of the axial scattering disc is 2.22 micrometers or 0.0015 arcseconds. At the edge of the image field of 522.8 millimeters in diameter, which corresponds to an object field diameter of 0.1 degrees, the diameter of the diffusing disk is 8.1 micrometers or 0.0056 arc seconds. Over 95 percent of the light rays remain in a diffusion disc of 0.0018 arcseconds. This means that the image is clearly limited by diffraction.

Fig. 7 zeigt die rms-Wellenfrontaberration über dem Objektfeldradius. Die rms Wellenfront aberrationen liegen zwischen 0,0022 und 0,0046 Wellen. Die zugeordnete Strehlzahl bleibt demzufolge auf dem gesamten abgebildeten Objektfeld praktisch identisch 1. Fig. 7, the RMS wavefront aberration is over the object field radius. The rms wavefront aberrations are between 0.0022 and 0.0046 waves. As a result, the assigned radiation number remains practically identical across the entire object field 1.

Embodiment 4 (NGT4c)

Das Ausführungsbeispiel weist eine Brennweite von 87939,6 Millimeter und eine freie Öffiiung von 8000 Millimeter auf. Der Hauptspiegel 1 erhält -8000 Millimeter axialen Krümmungs radius und hat damit 4000 Millimeter paraxiale Brennweite und somit die Öffnungszahl 0,5. Das Ausführungsbeispiel entspricht dem Kennzeichen des Anspruchs 2, wobei hier sowohl der Zerstreuungsspiegels 2 als auch der Tertiärspiegel 3 akonisch ausgebildet werden.The exemplary embodiment has a focal length of 87939.6 millimeters and a free opening of 8000 millimeters. The primary mirror 1 is given an -8000 millimeter axial radius of curvature and thus has a 4000 millimeter paraxial focal length and thus the number of openings 0.5. The exemplary embodiment corresponds to the characterizing part of claim 2, wherein here both the diverging mirror 2 and the tertiary mirror 3 are made aconical.

Die Tabelle 4 gibt die Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 4.Table 4 gives the design data of embodiment 4.

Tabelle 4 Table 4

Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 4 Design data of embodiment 4

Hierbei ist z die Pfeilhöhe der Spiegeloberfläche in einem Punkt gemessen über der Ebene, die senkrecht zur optischen Achse steht und den Vertex der Fläche beinhaltet, k bezeichnet die Schwarzschildkonstante und c den Kehrwert des axialen Krümmungsradius der Fläche.Here z is the arrow height of the mirror surface measured at a point above the plane is perpendicular to the optical axis and contains the vertex of the surface, k denotes the Schwarzschild constant and c the reciprocal of the axial radius of curvature of the surface.

Fig. 8 zeigt die Spotdiagramme, wobei der durchgezogene Kreis die Airy-disk für die Wellenlänge 550 Nanometer ist. Der Durchmesser der Airy-Disk beträgt 14,75 Mikrometer bzw. 0,0346 Bogensekunden. Der Durchmesser des axialen Zerstreuungsscheibchens liegt bei 3,18 Mikrometer beziehungsweise 0,0075 Bogensekunden. Am Rand des Bildfeldes von 307,1 Millimeter Durchmesser, das einem Objektfelddurchmesser von 0,2 Grad entspricht, beträgt der Durchmesser des Zerstreuungsscheibchens 15,1 Mikrometer beziehungsweise 0,035 Bogensekunden. Dabei bleiben über 95 Prozent der Lichtstrahlen in einem Zerstreuungs scheibchen von 0,01 Bogensekunden. Damit ist die Abbildung deutlich beugungsbegrenzt. FIG. 8 shows the spot diagrams, the solid circle being the airy disk for the wavelength 550 nm. The Airy disk has a diameter of 14.75 micrometers or 0.0346 arc seconds. The diameter of the axial scattering disc is 3.18 micrometers or 0.0075 arc seconds. At the edge of the image field of 307.1 millimeters in diameter, which corresponds to an object field diameter of 0.2 degrees, the diameter of the scattering disc is 15.1 micrometers or 0.035 arcseconds. Here, over 95 percent of the light rays remain in a diffusion disc of 0.01 arcseconds. This means that the image is clearly limited by diffraction.

Fig. 9 zeigt die rms-Wellenfrontaberration über dem Objektfeldradius. Die rms Wellenfront aberrationen liegen zwischen 0,008 und 0,028 Wellen. Die zugeordnete Strehlzahl bleibt auf 50 Prozent des abgebildeten Objektfeldes nahe bei 1 und fällt zum Rand hin auf 0,97. Fig. 9, the RMS wavefront aberration is over the object field radius. The rms wavefront aberrations are between 0.008 and 0.028 waves. The assigned Strehl number remains close to 1 on 50 percent of the depicted object field and drops to 0.97 towards the edge.

Embodiment 5 (NGTsph)

Das Ausführungsbeispiel weist eine Brennweite von 175879 Millimeter und eine freie Öffnung von 6000 Millimeter auf. Der Hauptspiegel 1 erhält -16 000 Millimeter axialen Krümmungs radius und hat damit 8000 Millimeter paraxiale Brennweite und somit die Öffnungszahl 4/3. Das Ausführungsbeispiel entspricht dem Kennzeichen des Anspruchs 3, wobei hier der Haupt spiegel 1 sphärisch ausgebildet wird und sowohl die Bereiche 2a und 2b des Zerstreuungsspie gels 2 als auch der Tertiärspiegel 3 akonisch ausgebildet werden.The exemplary embodiment has a focal length of 175879 millimeters and a free aperture of 6000 millimeters. The primary mirror 1 has a radius of 16,000 millimeters of axial curvature and thus has a paraxial focal length of 8000 millimeters and thus the number of openings 4/3. The embodiment corresponds to the characterizing clause of claim 3, wherein here the main mirror 1 is formed spherical, and both the portions 2 a and 2 b of the diversion Spie gels 2 and the tertiary mirror 3 formed akonisch.

Die Tabelle 5 gibt die Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 5.Table 5 gives the design data of embodiment 5.

Tabelle 5 Table 5

Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 5 Design data of embodiment 5

Fig. 10 zeigt die Spotdiagramme, wobei der durchgezogene Kreis die Airy-disk für die Wellenlänge 550 Nanometer ist. Der Durchmesser der Airy-Disk beträgt 39,34 Mikrometer bzw. 0,0461 Bogensekunden. Der Durchmesser des axialen Zerstreuungsscheibchens liegt bei 16,93 Mikrometer beziehungsweise 0,0198 Bogensekunden. Am Rand des Bildfeldes von 220,9 Millimeter Durchmesser, das einem Objektfelddurchmesser von 0,072 Grad entspricht, beträgt der Durchmesser des Zerstreuungsscheibchens 97,45 Mikrometer beziehungsweise 0,114 Bogensekunden. Dabei bleiben über 95 Prozent der Lichtstrahlen in einem Zerstreu ungsscheibchen von 0,03 Bogensekunden. Damit ist die Abbildung beugungsbegrenzt. Fig. 10 shows the spot diagrams, the solid circle, the Airy disk is 550 nanometers for the wavelength. The Airy disk has a diameter of 39.34 micrometers or 0.0461 arcseconds. The diameter of the axial scattering disc is 16.93 micrometers or 0.0198 arc seconds. At the edge of the image field of 220.9 millimeters in diameter, which corresponds to an object field diameter of 0.072 degrees, the diameter of the scattering disc is 97.45 micrometers or 0.114 arc seconds. In this way, over 95 percent of the light rays remain in a dispersion disk of 0.03 arcseconds. This means that the image is diffraction limited.

Fig. 11 zeigt die rms-Wellenfrontaberration über dem Objektfeldradius. Die rms Wellenfront aberrationen liegen zwischen 0,014 und 0,056 Wellen. Die zugeordnete Strehlzahl fällt von 0,98 im Zentrum auf 0,88 am Rand des Bildfeldes. Fig. 11, the RMS wavefront aberration is over the object field radius. The rms wavefront aberrations are between 0.014 and 0.056 waves. The assigned radiation number drops from 0.98 in the center to 0.88 at the edge of the image field.

Claims

1. mirror system with four reflections, consisting in the order of light incidence of a main mirror 1 , a diverting mirror 2 and a tertiary mirror 3 , the light being reflected from the main mirror 1 onto the diverging mirror 2, which reflects the light onto the tertiary mirror 3 , which Light in turn reflected on the diverging mirror 2 , from where the light passes through a hole 4 in the tertiary mirror 3 and main mirror 1 into the image plane 5 , characterized in that the main mirror 1 and the tertiary mirror 3 are flattened elliptically (Schwarzschild constant greater than -1 and less than 0 ), the outer region 2 a of the diverging mirror 2 , which is struck by light that results from the reflection on the main mirror 1 , hyperbolic (black shield constant less than -1) and the inner region 2 b of the diverging mirror 2 , which is hit by light, that arises from the reflection at the tertiary mirror 3 , increased elliptically (Schwarzschild constant g rösser 0) or spherical (Schwarzschild constant equals 0).

2. Mirror system with four reflections, consisting in the order of the incidence of a main mirror 1 , a diverging mirror 2 and a tertiary mirror 3 , the light being reflected from the main mirror 1 onto the diverging mirror 2, which reflects the light onto the tertiary mirror 3 , which Light in turn is reflected on the diverging mirror 2 , from where the light reaches the image plane 5 through a bore 4 in the tertiary mirror 3 and main mirror 1 , characterized in that the main mirror 1 is flattened elliptically (Schwarzschild constant greater than -1 and less than 0) and diverging mirror 2 and tertiary mirror 3 are formed aconically, the diverging mirror here representing a continuous continuous area, whereby a real three-mirror system with four reflections is obtained.

3. mirror system with four reflections, consisting in the order of light incidence of a main mirror 1 , a diverging mirror 2 and a tertiary mirror 3 , the light being reflected from the main mirror 1 onto the diverging mirror 2, which reflects the light onto the tertiary mirror 3 , which Light in turn reflected on the diverging mirror 2 , from where the light passes through a bore 4 in the tertiary mirror 3 and main mirror 1 into the image plane 5 , characterized in that the main mirror 1 is spherical and both the areas 2 a and 2 b of the diverging mirror 2 and the tertiary mirror 3 are of an aconical design.

4. Mirror system according to one of claims 1 to 3, characterized in that a variable focal length is achieved by axial displacement of the diverging mirror 2 , focusing being carried out by axial displacement of the image plane 5 , with adaptive deformation of the mirror surfaces by actuators on the back of the mirror the aplanatic and anastigmatic correction is maintained.

5. Mirror system according to one of claims 1 to 4, characterized in that one or more of the mirrors 1 , 2 and 3 are designed as segmented mirrors, the individual mirror segments preferably having a hexagonal boundary and wherein actuators are arranged on their rear side, which for Serve adjustment of the individual mirror segments against each other, the actuators are preferably arranged in a hexapod structure that allows six degrees of freedom.

6. Mirror system according to one of claims 1 to 5, characterized in that an arrangement of plane mirrors is arranged in the beam path behind the actual mirror system so that a stationary position of the image plane 5 is achieved when the mirror system is moved from the mirrors 1 , 2 and 3 , for which purpose the mirror system rotates around a point which corresponds to the intersection of the optical axis and the first plane mirror which is inclined and rotatable against this optical axis, as a result of which the image plane 5 in the observation platform is separated from the actual mirror system, in particular for telescopes allows the moon to build up a protective wall over the observation platform, which is used for thermal insulation and for protection against cosmic radiation.

7. A mirror system according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an inclined against the optical axis plane mirror is introduced into the beam path between the main mirror 1 and dispersion mirror 2, the light emanating from the second reflection on the scattering mirror 2 light laterally out of the optical tube reflected in the image plane 5 , whereby the bore 4 in the tertiary mirror 3 or main mirror 1 is avoided.