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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Zusammenhang mit den
Zeichnungen näher beschrieben.
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Figur 1 ist eine Darstellung eines katadioptrischen Grundsystems gemäß
der Erfindung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.