DE2145556A1 - Lichtstarkes katadioptnsches System fur die Amateurastronomie mit erweitertem Bildfeld - Google Patents

Lichtstarkes katadioptnsches System fur die Amateurastronomie mit erweitertem Bildfeld

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DE2145556A1
DE2145556A1 DE19712145556 DE2145556A DE2145556A1 DE 2145556 A1 DE2145556 A1 DE 2145556A1 DE 19712145556 DE19712145556 DE 19712145556 DE 2145556 A DE2145556 A DE 2145556A DE 2145556 A1 DE2145556 A1 DE 2145556A1
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Der Anmelder Ist
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Wiedemann, Erwin J Th , Dr Ing , Riehen (Schweiz)
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    • GPHYSICS
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Description

  • Lichtstarkes katadiqtrisches System für die Amateurastroinomie mit erweitertem Bildfeld egenstand der Erfindung ist ein lichtstarkes katadioptriches System des Cassegrain-Typs für die Amateurastronomie :it erweitertem Bildfeld, das, in der Lichteinfallsrich+ung gezählt, aus einem schwach sammelnden Meniskus mit gegen das Licht erhabenen Flächen, einem schwach zerstreuenden Meniskus mit gegen das Licht hohlen Flächen, einem gegebenenfalls für den Lichtaustritt zentral durchbohrten Konkavspiegel, sowie einem auf die Hinterfläche des schwach zerstreuenden Meniskus aufgedampften Konvexspiegel besteht, das gegebenenfalls noch durch einen Korrektor ergänzt ist.
  • Katadioptrische Systeme dieser Bauart, die Verbesserungen des ursprünglichen Cassegrain-Systems unter Verwendung nur sDärischer Flächen darstellen und die zur Verbesserung der Bildschärfe außerhalb der Bildmitte mit z w e i linsigen Korrektoren ausgestattet sind, sind durch. das U.S.?atent 2.726.574 Mandler und das Schweizer Patent 396.443 Zess bekannt geworden. Diese Systeme werden mit einem maxImalen Oeffnungsverhältnis von 1:5.6 bei einer Brennweite von 1000 mm in der Kleinbildphotographie verwendet, wobei ihr Auflösungsvermögen demjenigen bester Kleinbildobjektive entspricht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, für die Zwecke der Amateurastronomie zunächst ein Grundsystem dieser Art zu berechnen, das bei einer auf 1:4 erhöhten nominellen Lichtstärke streng aplanatisch ist und dabei eine erheblich verbesserte Strahlenvereinigung in der Bildmitte aufweist, und in der Folge, dieses System mit Korrektoren auszustatten, die diese erheblich gesteigerte Bildschärfe innerhalb eines Feldes von + 2.50 gewährleisten.
  • Bei der Auslegung des Grundsystens wurde von de von H. Slevogt in Ztschr.Instr. 62,312(1942) beschriebenen Zweispiegelsystem ausgegangen, das ein praktisch ebenes Feld aufweist. Dieses System wurde dahingehend modifiziert, daß sein Brennpunkt hinter den Hauptspiegel . zu liegen kam, worauf durch geeignete Dimensionierung der vorgeschalteten Menisken die Abweichungen der Sphäre und jene gegen die Sinusbedingungen korrigiert wurden. Es wurde gefunden,daß mit den nachstehend beschriebenen Dimensionierungen nicht nur die nominelle Lichtstärke 1:4, sondern auch eine Verkleinerung der Zonenfehler auf etwa ein Drittel der vorbekannten Systeme erreichbar ist, wozu kommt, daß die chromatischen Fehler für das Öffnungsverhältnis 1 :4.5 völlig zum Verschwinden gebracht werden können.
  • Der Gegenstand der Erfindung ist somit ein lichtstarkes katadioptrisches System mit erweitertem Bildfeld, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Krümmungsradius des Konkavspiegels bis auf + 5% der Brennweite des Systems gleich ist und der Krür,mungsradius des Konvexspiegels um 15 % + 5% rarzer als jener des Konkavspiegels ist; ferner Oegebenenfaiis dadurch gekennzeichnet, daß dieses Grundsystem durch einen d r e i linsigen, in der Bohrung des Konkavspiegels beziehungsweise an aequivalenter Stelle des Strahlengangs angeordneten Korrektor ergänzt wird, der aus drei freistehenden Linsen besteht, von denen die erste und dritte sammeln, während die zweite zerstreut, wobei die Linsenbrennweiten um + 25% ihrer beispielsweisen Werte, die Dicken und Abstände um + 3,6 der beispielsweisen Brennweite, die n-Werte um + 0.3 Einheiten und die v -Werte um + 25 Einheiten von den Werten der Beispiele abweichen können.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher beschrieben.
  • Figur 1 ist eine Darstellung eines katadioptrischen Grundsystems gemäß der Erfindung.
  • Figur 2 zeigt ein Grundsystem, das durch einen d r e i linsigen Korrektor ergänzt ist und Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Grundsystems mit d r e i linsigem Korrektor.
  • Das aplanatische Grundsystem, dessen Schnitt in Fig. 1 wiedergegeben ist, ist für sich allein für astronomische Beobachtungen vorgesehen und geeignet, da der maximale Zonenfehler der achsialen Aberrationen für die Farbe e (546.10 nm) nur 0.00008 Einheiten der Brennweite beträgt und der Zerstreuungskreis-Durchmesser bei 1000 mm Brennweite für die Farben C-F (656.30 - 486.10 nm) kleiner als 15 g bleibt.
  • Ausführungsbeispiel des Grundsystems gemäss Fig. 1: Radien Dicken bzw. Abstände Brechungsindizes #-Werte r1= +95.1457 e 1.7910 nd= 1.5168 #d= 64.2g r2= +163.4267 e2= 4.0297 nd= 1 r3= -62.4603 e3= 1.1641 nd= 1.5168 #d= 64.29 r4= -86.8624 eq= 28.6556 nd= 1 r5= -100.2947 e5= 28.6556 nd= 1 r6= +86.8624 f'= 100.0000 s'= 42.2634 Baulänge= 35.6404 Die Seidelschen Summen der Flächenteilkoeffizienten nach der 3. Ordnung dieses Grundsystems betragen: a) für die d-tinie (587.60 nm): #A= +0.0321 ZB= -0.0102 #C= +0.6289 #P= +0.3047 XV= -0.3889 b) für die F-tinie (486.10 nm): sA= +0.0359 #B= -0.0122 #C= +0.6288 ZP=' +0.3047 £V= -0.3853 Wie schon die Summenwerte für Astigmatismus und Petzval-Wölbung erkennen lassen, die beide positiv sind, ist dieses Grundsystem noch nicht für die Auszeichnung eines Bildfeldes von + 2.50 mit der in diesem Palle geforderten Schärfe geeignet. Es war daher weiter die Aufgabe der Erfindung zu diesem Grundsystem Korrektoren zu berechnen, die diese Summenwerte entsprechend erniedrigen.
  • Die Rechnungen haben gezeigt, daß z w e i linsige Korrektoren der vorbekannten Art nicht ausreichen, um dieses Ziel zu erreichen, nämlich um in einem Bildfeld von + 2.50 eine Strahlenvereinigung zu erhalten, die jener auf der Achse kaum nachsteht. Es hat sich aber gezeigt, daß dies mit d r e i linsigen Korrektoren, wie sie zusammen mit dem Grundsystem in den Fig. 2 und Fig. 3 im Schnitt dargestellt sind, möglich ist Diese Korrektoren bestehen aus drei freistehenden Linsen, von denen die erste und dritte sammeln, während die zweite zerstreut.
  • 1. Ausführungsbeispiel des Grundsystems mit d r e ilinsigem t Korrektor gemäß Fig. 2: Radien Dicken bzw. Brechungsindizes -Werte Abstände r1= +95.0247 e1= 1.7887 nd= 1.5168 Wd= 64.29 r2= +163.2189 e2= 4.0246 nd= 1 r3= -62.3809 e3= 1.1627 nd= 1.5168 Wd= 64.29 r4= -86.7520 e4= 28.6192 nd= 1 r5= -100.1672 e5= 28.6192 nd= 1 r6= +86.7520 e6= 29.5136 nd= 1 r7= 00 e7= 0.4472 nd= 1.5168 d= 64.29 r8= -35.7740 e8= 0.3577- nd= 1 r9= -24.5946 e9= 0.2683 nd= 1.5168 w d= 64.29 r10= +14.9804 e10= 0.2683 nd= 1 r11= +18.1106 e11= 0.3577 nd= 1.5168 Wd= 64.29 r12= -40.6929 nd= 1 f'= 100.0000 s'= 11.4893 Baulänge = 38.1888 Die Seidelschen Summen der Flächenteilkoeffizienten nach der 3. Ordnung dieses 1. Ausführungsbeispiels des Grundsystems mit d r e i linsigem Korrektor betragen: a) für Licht der Wellenlänge d (587.60 nm): A= +0.0363 B=-0.0139 C= -0.0689 P= +0.3164 V= -8.5815 b) für Licht der Wellenlänge F (486.10 nm): A= +0.0428 B= -0.0048 O= -0.0425 P= +0.3164 V= -8.3141 Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, daß durch das Hinzufügen eines d r e i linsigen Korrektes, dessen erste und dritte Linse sammeln,während die zweite Linse zerstreut, der Seidelsche Summenwert für den Astigmatismus negativ gemacht werden kann, womit sich das Bildfeld ebnet. Dabei bleibt der maximale Zonenfehler der achsialen Aberrationen für die Farbe e (546.10 nm) mit 0.00008 Einheiten der Brennweite ebenso wie der Zerstreuungskreis-Durchmesser bei 1000 mm Brennweite für die Farben OF (656.30 - 486.10 nm) mit 15p erhalten, während der Zerstreuungskreis-Durchmesser am Bildrand (2.50) nur noch auf 44 ansteigt.
  • Für eine noch bessere Strahlenvereinigung am Bildrand, wie sie für die Astrophotographie verlangt werden kann, ist eine weitere Verkleinerung der Seidelschen Summenwerte des Astigmatismus und der Petzval-Wölbung erforderlich, so daß die meridionale und sagittale Bildschalen sehr flach, beziehungsweise ihre Scheitelradien sehr groß werden. Um den Zerstreuungskreis-Durchmesser bei 100 mm Brennweite für die Farben C-F (656.30-- 486.10 nm) in einem Bildfeld von + 2.50 nicht über 17P ansteigen zu lassen, hat es sich als notwendig erwiesen, daß die Scheitelradien der beiden Bildschalen mindestens das Zehnfache der Systembrennweite betragen müssen, wobei der Radius der mittleren Bildschale etwa das FUnfzigfache der Systembrennweite betragen soll.
  • Es hat sich gezeigt, daß sich auch für die Erfüllung dieser strengen Forderung ein d r e i linsiger Korrektor angeben läßt,dessen erste und dritte Linse sammeln, während dessen zweite Linse zersteut.
  • 2. Ausführungsbeispiel des Grundsystems mit d r e i linsigem Korrektor gemäß Fig. 3: Radien Dicken bzw.- Brechungsindizes v-Werte Abstände r1= +93.0153 e1= 1.7509 nd= 1.5168 #d= 64.29 r2= +159.7675 e2= 3.9395 nd= 1 r3= -61.0618 e3= 1.1381 nd= 1.5168 #d= 64.29 r4= -84.9175 e4= 28.0140 nd= 1 r5= -98.0491 e 5= 28.0140 nd= 1 r6= +84.9175 e6= 28.8895 nd= 1 r7= +61.2807 e7= 0.4377 nd= 1.5168 #d= 64.29 r8= -175.0877 e8= 3.5018 nd= 1 r9= -25.3877 e9= 0.1751 nd= 1.568 td= 64.29 r10= +12.9127 e10= 1.1818 nd= 1 r11 = +15.9768 e11= 1.0505 nd= 1.5168 #d= 64.29 -38.5193 r12= n- 1 f'= 100.0000 s'= 6.7639 Baulänge= 42.0649 Die Seidelschen Summen der Flächenteilkoeffizienten nach der 3. Ordnung dieses 2. Ausführungsbeispiels des Grundsystems mit dreilinsigem Korrektor betragen: a) für Licht der Wellenlänge d (587.60 nm): A= +0.0375 B= -0.0282 C= -0.0323 P= +0.0988 V= -11.4042 b) für Licht der Wellenlänge F (486.10 nm): A= +0.0434 B= -0.0217 C= -0.0176 P= +0.0972 V= -11.0773 Für die Wellenlänge d (587.60 nm) und den z1-Wert = -0.3759, dem ein Wert der # B = -0.0140 entspricht, werden die Schalenkrümmungen beziehungsweise die Scheitelradien der Bildfeldschalen die folgenden: Meridionale Krümmung: Meridionaler Schalenradius: -O.Q141 -70.92 f' Sagittale Krümmung: Sagittaler Schalenradius-: +0.0505 +19.80 f' Mittlere Krümmung: Mittlerer Schalenradius: +0.0182 +54.95 f" Die Zers treuungskreis-Durchmesser für den Wellenlängen-Bereich C-F (656.30 - 486.10 nm) betragen bei einer Brennweite von 1000 mm im Abstand von -70g von der Gauss'schen Bildebene (Ort der besten Strahlenvereinigung) a) in der Bildmitte. 4g. b) am Bildrand(2.5°): 17µ.
  • Es sei bemerkt, daß eine derart weit getriebene Strahlenvereinigung bei ausschließlicher Verwendung von Kugelflächen einer sorgfältigen Abstimmung aller Parameter bedarf, wobei für die Erniedrigung der Petzvalschen Summe die Linsenabstände und für die völlige Beseitigung der Asymmetriefehler die Lage der Eintrittspapille von Bedeutung sind. Von diesen Möglichkeiten ist beim 2. Ausführungsbeispiel des Grundsystems mit d r e i linsigem Korrektor (Fig.3) Gebrauch gemacht worden.

Claims (2)

  1. Patentanspruch:
    Lichtstarkes katadioptrisches System des Cassegrain-Typs für die Amateur-Astronomie mit erweitertem Bildfeld, das, in der Lichteinfallsriclitung gezählt, aus einem schwacn sammelnden Meniskus mit gegen das Licht erhabenen Blächen, einem schwach zerstreuenden Meniskus mit gegen das Licht hohlen Flächen, einem gegebenenfalls für den Lichtaustritt zentral durchbohrten Konkavspie-gel, sowie einem aufeine Hinterfläche des zerstreuenden Meniskus aufgedampften Konvexspiegel besteht und d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ist, daß der Krümmungsradius des Konkavspiegels bis auf + 5 %.
    der Brennweite des Systems gleich ist und der Krümmungsradius des Konvexspiegels um 15 % + 5 % kürzer als jener des Konkavspiegels ist; ferner gegebenenfalls d 21 d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dieses Grundsystem durch einen dreilinsigen, in der Bohrung des Konkavspiegels beziehungsweise an aequivalenter Stelle des Strahlengangs angeordneten Korrektor ergänzt wird, der aus drei freistehenden Linsen besteht, von denen die erste und dritte sammeln, während die zweite zerstreut, wobei die Linsenbrennweiten um + 25 % ihrer beispielsweisen Werte, die Dicken und Abstände um + 3 % der beispielsweisen Brennweite, die n-Werte um + 0.3 Einheiten und diev-Werte um + 25 Einheiten von den Werten der Beispiele abweichen können, die durch die folgenden Konstruktionsdaten definiert sind: 1. Ausführungsbeispiel des Grundsystems (Fig.1): Radien Dicken bzw. Brechungsindizes w-Werte Abstände r1= +95.1457 e1= 1.7910 nd= 1.5168 #d= 64.29 r2= +163.4267 e2= 4.0297 nd= 1 r3= -62.4603 e3= 1.1641 nd= 1.5168 #d= 64.29 r4= -86.8624 e4= 28.6556 nd= 1 r5= -100.2947 e5= 28.6556 nd= 1 r6= +86.8624 R= 1:4 f'= 100.0000 s'= 42.2634 Baulänge= 35.6404 2. 1. Ausführungsbeispiel des Grundsystems mit d r e i -linsigem Korrektor (Fig. 2): r1= +95.0247 e1= 1.7887 nd= 1.5168 #d= 64.29 r2= +163.2189 e2= 4.0246 nd= 1 r3= -62.3809 e3= 1.1627 nd= 1.5168 Vd= 64.29 r4= -86.7520 e4= 28.6192 nd= 1 r5= -100.1672 e5= 28.6192 nd= 1 r6= +86.7520 e6= 29.5136 nd= 1 r7= oo e7= 0.4472 nd= 1.5168 vd- 64.29 r8= -35.7740 e8= 0.3577 nd= 1 r9= -24.5946 e9= 0.2683 nd= 1.5168 vd= 64.29 r10= +14.9804 e10= 0.2683 n= 1 a r11 = +18.1106 e11 = 0.3577 nd= 1e5168 vd= 64.29 r 12= -40,6929 nd= 1 R= 1:4 f'= 100.0000 s'= 11.4893 Baulänge = 38.18888 -3.
  2. 2. Ausführungsbeispiel des Grundsystems mit d r e ilinsigem Korrektor (Fig. 3): Radien Dicken bzw. Brechungsindizes #-Werte Abstände r1= +93.0153 e1= 1.7509 nd= 1.5168 Vd= 64.29 r2= +159.7675 e2= 3.9395 nd= 1 r3= -61.0618 e3= 1.1381 nd= 1.5168 ud= 64.29 r4 = -84.9175 e4= 28.0140 nd= 1 r5= -98.0491 e5= 28.0140 nd= 1 r6= +84.9175 e6= 28.8895 nd= 1 r7= +61.2807 e7= 0.4377 nd= 1.5168 Vd= 64.29 r8= -175.0877 e8= 3.5018 nd= 1 r9= -25.3877 e9= 0.1751 nd= 1.5168 und 64.29 r10= +12.9127 e10= 1.1818 nd= 1 r11= +15.9768 e11= 1.0505 nd= 1.5168 wd= 64.29 r12= -38.5193 nd= 1 R= 1:4 f'= 100.0000 s'= 6.7639 Baulänge= 42.0649 L e e r s e i t e
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3033377A1 (de) * 1979-10-09 1981-04-23 Perkin Elmer Corp Kadadioprisches teleskop

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