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Beschreibung zu der Patentanmeldung betreffend Linsensystem für Superteleskope
Die Erfindung betrifft ein Linsensystem für Superteleskope, das fünf Lisengruppen
aufweist.
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Das über das Linsensystem eines Superteleskops darstellbare Bild und
dessen Qualität werden in erster Linie durch die chromatische Aberration herabgesetzt.
Eine Verkleinerung der chromatischen Aberration jedoch hatte eine Erhöhung des Fern-L
rohrverhältnisses zur Folge, das definiert ist als Lf ,wobei L dem Abstand zwischen
der Frontfläche der ersten Linsengruppe und dem lichtempfindlichen Film und f der
zusammengesetzten Brennweite des gesamten Linsensystems entspricht0 Eine Vergrößerung
des Fernrohrverhältnisses ist daher nicht erwünscht, da dies eine Verkürzung der
Gesamtbrennweite f mit sich bringt.
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Zur Verkleinerung des Fernrohrverhältnisses ist es bisher üblich,
ein spezielles und teures Material, wie etwa Flußspat usw., zu verwenden oder ein
relativ großes Fernrohrverhältnis im Bereich von etwa 0,8 vorzusehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Linsensystem für Superteleskope
mit relativ kleinem -Fernrohrverhältnis von etwa 0,7 zu schaffen, das ausgezeichnete
optische Eigenschaften aufweist und für das keine speziellen und teuren Materialien,
wie Flunspat usw., erforderlich sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Linsensystem für Superteleskope
gelöst, das gekennzeichnet ist durch eine erste, aus einer einzelnen Positiv- oder
Sammel-Linse bestehenden Linsengruppe, durch eine zweite, von einer einzelnen Negativ-
oder Zerstreuungs-Linse gebildeten Gruppe, durch eine dritte, aus einer einzelnen
Positiv-Linse bestehenden Linsengruppe, wobei die drei genannten Linsengruppen zusammen
ein vorderes Linsensystem bilden, weiter durch eine vierte, aus einer einzelnen
Positiv-Linse bestehenden Linsengruppe und durch eine fünfte Linsengruppe, die aus
einer einzelnen Negativ-Linse besteht, wobei die vierte und fünfte Linsengruppe
vom vorderen Linsensystem durch einen großen Luftzwischenraum getrennt sind und
die Auslegung und Zuordnung der Linsengruppen so getroffen ist, daß die folgenden
vier Bedingungsgleichungen eingehalten sind: (1) 0,45f < f123 < OJ6f, (2)
n2 > 1,7 und n3 > 1,7, (3) r7 > 0 und rlO > O, und (4) 0,4f < f4
< 0,7f worin f die zusammengesetzte Brennweite des ganzen Linsensystems, f123
die zusammengesetzte Brennweite der vorderen Gruppen des Linsensystems, f4 die Brennweite
der vierten Linsengruppe und ri, di und ni (i r 1, 2, 3, ,,,) die Krümmungsradien,
die axialen
jcredit;(.dec)Dicken jcredit;(.dec)der jcredit;(.dec)jeweiligen
jcredit;(.dec)Linsen jcredit;(.dec)oder jcredit;(.dec)Luftzwischenräume jcredit;(.dec)zwi-jcredit;(.dec)
schen jcredit;(.dec)benachbarten jcredit;(.dec)Linsen jcredit;(.dec)bzw. jcredit;(.dec)die
jcredit;(.dec)Brechungsindices jcredit;(.dec)der jcredit;(.dec)jewei-jcredit;(.dec)
ligen jcredit;(.dec)Linsen jcredit;(.dec)bedeuten.jcredit;(.dec) Bei jcredit;(.dec)einem
jcredit;(.dec)erfindungsgemäßen jcredit;(.dec)Superteleskop-oder jcredit;(.dec)Fernrohrlinsen-jcredit;(.dec)
system jcredit;(.dec)sind jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)Linsen jcredit;(.dec)der
jcredit;(.dec)ersten, jcredit;(.dec)zweiten jcredit;(.dec)und jcredit;(.dec)dritten
jcredit;(.dec)Linsen-jcredit;(.dec) gruppe jcredit;(.dec)aus jcredit;(.dec)einem
jcredit;(.dec)Linsenmaterial jcredit;(.dec)hergestellt, jcredit;(.dec)das jcredit;(.dec)auf
jcredit;(.dec)Grund jcredit;(.dec)derjcredit;(.dec) Theorie jcredit;(.dec)vom jcredit;(.dec)Überachromatismus
jcredit;(.dec)(superachromatic jcredit;(.dec)theory) jcredit;(.dec)so jcredit;(.dec)ge-jcredit;(.dec)
wählt jcredit;(.dec)wurde, jcredit;(.dec)daß jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)zusammengesetzte
jcredit;(.dec)Brennweite jcredit;(.dec)der jcredit;(.dec)vorderenjcredit;(.dec)
Gruppe jcredit;(.dec)von jcredit;(.dec)Linsensystemen, jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)durch
jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)ersten, jcredit;(.dec)zweiten jcredit;(.dec)undjcredit;(.dec)
dritten jcredit;(.dec)Linsengruppen jcredit;(.dec)f123 jcredit;(.dec)gebildet jcredit;(.dec)sind,
jcredit;(.dec)sich jcredit;(.dec)innerhalb jcredit;(.dec)derjcredit;(.dec) Grenzen
jcredit;(.dec)0,45 jcredit;(.dec)f jcredit;(.dec)< f123 < jcredit;(.dec)0,6
jcredit;(.dec)f jcredit;(.dec)bewegt jcredit;(.dec)und jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)Brechungsindices
der jcredit;(.dec)zweiten jcredit;(.dec)und jcredit;(.dec)dritten jcredit;(.dec)Linsengruppe
jcredit;(.dec)n2 jcredit;(.dec)und jcredit;(.dec)n3 jcredit;(.dec)festliegen jcredit;(.dec)durchjcredit;(.dec)
die jcredit;(.dec)Bedingungen jcredit;(.dec)n2> jcredit;(.dec)1,7 bzw. jcredit;(.dec)n3>
jcredit;(.dec)1,7. jcredit;(.dec)Weiterhin jcredit;(.dec)liegt jcredit;(.dec)fest-,
jcredit;(.dec)daßjcredit;(.dec) die jcredit;(.dec)konvexen jcredit;(.dec)Hauptflächen
jcredit;(.dec)der jcredit;(.dec)hinteren jcredit;(.dec)Gruppe jcredit;(.dec)von
jcredit;(.dec)Linsensyste-jcredit;(.dec) men, jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)aus
jcredit;(.dec)den jcredit;(.dec)vierten jcredit;(.dec)und jcredit;(.dec)fünften
jcredit;(.dec)Linsengruppen jcredit;(.dec)bestehen,jcredit;(.dec) zu jcredit;(.dec)dem
jcredit;(.dec)zu jcredit;(.dec)betrachtenden jcredit;(.dec)Objekt jcredit;(.dec)gerichtet
jcredit;(.dec)sind, jcredit;(.dec)d.h. jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)Krüm-jcredit;(.dec)
mungsradien jcredit;(.dec)r7 jcredit;(.dec)und jcredit;(.dec)r10 jcredit;(.dec)liegen
jcredit;(.dec)fest jcredit;(.dec)durch jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)Bedingungen
jcredit;(.dec)r7 jcredit;(.dec)> jcredit;(.dec)0jcredit;(.dec) bzw. jcredit;(.dec)r1O>
jcredit;(.dec)0 im jcredit;(.dec)Gegensatz jcredit;(.dec)zu jcredit;(.dec)herkömmlichen
jcredit;(.dec)Teleskoplinsensyste-jcredit;(.dec) men, jcredit;(.dec)bei jcredit;(.dec)denen
jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)konkaven jcredit;(.dec)Hauptflächen jcredit;(.dec)dieser
jcredit;(.dec)Linsen jcredit;(.dec)zu jcredit;(.dec)demjcredit;(.dec) zu jcredit;(.dec)betrachtenden
jcredit;(.dec)Objekt jcredit;(.dec)gerichtet jcredit;(.dec)sind. jcredit;(.dec)Dieses
jcredit;(.dec)Merkmal jcredit;(.dec)in jcredit;(.dec)Ver-jcredit;(.dec) bindung
jcredit;(.dec)mit jcredit;(.dec)der jcredit;(.dec)letzten jcredit;(.dec)Bedingung,
jcredit;(.dec)daß jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)Brennweite jcredit;(.dec)der jcredit;(.dec)vier-jcredit;(.dec)
ten jcredit;(.dec)Linsengruppe jcredit;(.dec)f4 jcredit;(.dec)eingegrenzt jcredit;(.dec)ist
jcredit;(.dec)durch jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)Bedingung jcredit;(.dec)0,4
jcredit;(.dec)fjcredit;(.dec) ( jcredit;(.dec)f4 jcredit;(.dec)<0,7 jcredit;(.dec)f,
jcredit;(.dec)ergibt jcredit;(.dec)eine jcredit;(.dec)ganz jcredit;(.dec)wesentliche
jcredit;(.dec)Verbesserung jcredit;(.dec)der jcredit;(.dec)Ab-jcredit;(.dec) errationen
jcredit;(.dec)einschließlich jcredit;(.dec)der jcredit;(.dec)sphärischen jcredit;(.dec)Aberration
des jcredit;(.dec)Astigma-jcredit;(.dec) tismus jcredit;(.dec)und jcredit;(.dec)der
jcredit;(.dec)Verzerrung jcredit;(.dec)bzw. jcredit;(.dec)Verzeichnung jcredit;(.dec)über
jcredit;(.dec)das jcredit;(.dec)gesamtejcredit;(.dec) Blick- jcredit;(.dec)oder
jcredit;(.dec)Sichtfeld. jcredit;(.dec)Durch jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)Erfindung
jcredit;(.dec)wird jcredit;(.dec)also jcredit;(.dec)ein jcredit;(.dec)Super-jcredit;(.dec)
teleskop-Linsen system jcredit;(.dec)vorgeschlagen, jcredit;(.dec)das jcredit;(.dec)sich
jcredit;(.dec)vor jcredit;(.dec)allem jcredit;(.dec)durchjcredit;(.dec) ein jcredit;(.dec)relativ
jcredit;(.dec)kleines jcredit;(.dec)Fernrohrverhältnis jcredit;(.dec)in jcredit;(.dec)der
jcredit;(.dec)Größenordnung jcredit;(.dec)vonjcredit;(.dec) 0,7 jcredit;(.dec)auszeichnet.jcredit;(.dec)
Der jcredit;(.dec)Grund, jcredit;(.dec)weshalb jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)Bedingung
jcredit;(.dec)(1), jcredit;(.dec)d.h. jcredit;(.dec)0,45 jcredit;(.dec)f jcredit;(.dec)(
jcredit;(.dec)f123 jcredit;(.dec)40,6 jcredit;(.dec)f,jcredit;(.dec) befriedigt
jcredit;(.dec)sein jcredit;(.dec)muß, jcredit;(.dec)beruht jcredit;(.dec)auf jcredit;(.dec)der
jcredit;(.dec)Tatsache, jcredit;(.dec)daß jcredit;(.dec)selbst jcredit;(.dec)dann,jcredit;(.dec)
wenn jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)zusammengesetzte jcredit;(.dec)Brennweite jcredit;(.dec)der
jcredit;(.dec)vorderen jcredit;(.dec)Gruppe jcredit;(.dec)vonjcredit;(.dec) Linsen
jcredit;(.dec)f123 jcredit;(.dec)kürzer jcredit;(.dec)als jcredit;(.dec)0,45 jcredit;(.dec)f
jcredit;(.dec)wird, jcredit;(.dec)das jcredit;(.dec)Fernrohrverhältnis jcredit;(.dec)ver-jcredit;(.dec)
schlechtert jcredit;(.dec)wird. jcredit;(.dec)Es jcredit;(.dec)wird jcredit;(.dec)dann
jcredit;(.dec)schwierig, jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)Aberrationen jcredit;(.dec)zujcredit;(.dec)
korrigieren. jcredit;(.dec)Andererseits jcredit;(.dec)wird jcredit;(.dec)es jcredit;(.dec)schwierig,
jcredit;(.dec)das jcredit;(.dec)Fernrohrver-jcredit;(.dec)
hältnis
auf einen Wert in der Größenordnung von 0,7 zu verkleinern, wenn die zusammengesetzte
Brennweite der vorderen Linsengruppen f123 > 0,6 f wird.
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Der Grund, warum die Bedingung (2), d.h. n2 > 1,7 und n3 > 1,7,
befriedigt sein muß, besteht darin, daß die Krümmungsradien dieser Linsen klein
und damit die Aberrationen ziemlich groß werden, wenn die Brechungsindices der zweiten
und dritten Linsengruppe n2 und n3 kleiner als 1,7 werden.
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Der Grund, warum die Bedingung (3), d.h. r7 9 und r10 > O, befriedigt
sein muß, ist darin zu- suchen, daß die konkaven Hauptflächen der hinteren Linsengruppen
gegen das zu betrachtende Objekt gerichtet sind, wenn r7 bzw. r10 ( 0 werden, d.h.
es werden die Aberrationen über das gesamte Gesichtsfeld vergrößert.
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Bei einem Superteleskop-Linsensystem gemäß der Erfindung mit relativ
kleinem Fernrohrverhältnis wird die Negativbrechung der hinteren Linsengruppe verhältnismäßig
groß. Erfüllen die Krümmungsradien der vierten und fünften Linsengruppen r7 und
r1O nicht die Bedingung (3), so wird es unmöglich, die Sagittal-Aberrationen sehr
klein zu machen. Wird r7 ( 0 und r10< 0, so lassen sich die unteren Strahlen
im sagittalen Strahlenbündel nicht voll korrigieren. Die Bedingung (3) ist hinsichtlich
der Verzerrung und Krümmung der Bildebene nicht erwünscht. Da das erfindungsgemäße
Fernrohrlinsensystem jedoch einen kleinen Gesichtsfeldwinkel hat, liegt die Verbesserung
der Symmetrie der sagittalen Aberration durch Erfüllung der Bedingung (3) wesentlich
über der Herabsetzung der Verzeichnung und Krümmung der Bildebene.
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Der Grund, warum die Bedingungsgleichung (4), d.h. 0,4 f ( f4 <
0,7 f befriedigt sein muß, besteht darin, daß die negative Brechkraft der fünften
Gruppe der Negativ-Linsen stärker wird, d.h. die sphärische Aberration, die Koma
bzw. der Asymmetriefehler usw., herabgesetzt werden, wenn 4 ( 0,4 fwird,während
andererseits die Brechkraft der vierten Linsengruppe zur Korrektur der Koma nicht
ausreicht, wenn f4 > 0,7 f wird.
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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden im folgenden an
einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1
in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform
eines Superteleskop-Linsensystems; Fig. 2A die sphärische Aberrationskurve und deren
Korrektur durch das in Fig. 1 gezeigte Linsensystem; Fig. 2B und 2C zeigen die Korrektur
des Astigmatismus bzw.
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der Verzeichnung durch das Linsensystem gemäß Fig. 1.
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Fig. 1 zeigt, wie erwähnt, schematisch den Längsschnitt durch ein
Superteleskop-Linsensystem mit erfindungsgemäßen Merkmalen.
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Dieses Linsensystem weist eine erste Linsengruppe auf, die aus einer
positiven Einzel-Linse oder Sammel-Linse besteht, deren Krümmungsradien, axiale
Dicke und Brechungsindex mit r1, r2, d1 bzwan1 bezeichnet sind. Eine zweite Linsengruppe
wird durch eine negative Einzel-Linse oder Zerstreuungs-Linse gebildet, deren Krümmungsradien,
axiale Dicke und Brechungsindex mit r3, r4, d3 bzw. n2 bezeichnet sind. Eine dritte
Linsengruppe wird durch eine positive Einzel-Linse bzw. Sammel-Linse gebildet, deren
Krümmungsradien, axiale Dicke und Brechungsindex durch die Bezugszeichen r5, r6,
d5 bzw. n3 gekennzeichnet sind. Mit d2 ist der Luftzwischenraum zwischen der ersten
und zweiten Linsengruppe und mit d4 der Luftzwischenraum zwischen der zweiten und
dritten Linsengruppe bezeichnet. Die erste, zweite und dritte Linsengruppe bilden
ein vorderes Linsensystem0 Das Superteleskop-Linsensystem gemäß Fig. 1 weist weiterhin
eine vierte Linsengruppe auf, die durch eine positive Einzel Linse bzw Sammel-Linse
gebildet wird. Weiterhin ist eine fünfte Linsengruppe vorgesehen, die von einer
negativen Einzel-Linse oder Zerstreuungs-Linse gebildet ist Diese vierte und fünfte
Linsengruppe sind vom vorderen Linsen system durch einen großen Luftza?tschenraum
d6 getrennt. Die vierte und fünt Linsengruppe bilXerz ein interes Llnsensystem,
wobei die konvexen Hauptflächen
der jcredit;(.dec)hinteren jcredit;(.dec)Gruppen
jcredit;(.dec)des jcredit;(.dec)hinteren jcredit;(.dec)Linsensystems jcredit;(.dec)gegenjcredit;(.dec)
das jcredit;(.dec)zu jcredit;(.dec)betrachtende jcredit;(.dec)(nicht jcredit;(.dec)gezeigte)
jcredit;(.dec)Objekt jcredit;(.dec)gerichtet jcredit;(.dec)sind,jcredit;(.dec) wie
jcredit;(.dec)Fig. jcredit;(.dec)1 jcredit;(.dec)erkennen jcredit;(.dec)läßt. jcredit;(.dec)Die
jcredit;(.dec)Krümmungsradien, jcredit;(.dec)axiale jcredit;(.dec)Dickejcredit;(.dec)
und jcredit;(.dec)Brechungsindex jcredit;(.dec)der jcredit;(.dec)vierten jcredit;(.dec)Linsengruppe
jcredit;(.dec)sind jcredit;(.dec)mit jcredit;(.dec)r7, jcredit;(.dec)r8, jcredit;(.dec)
d7 jcredit;(.dec)bzw. n4 jcredit;(.dec)bezeichnet, jcredit;(.dec)während jcredit;(.dec)die
jcredit;(.dec)fünfte jcredit;(.dec)Linsengruppe ent- jcredit;(.dec) sprechend jcredit;(.dec)durch
jcredit;(.dec)die jcredit;(.dec)Bezugszeichen jcredit;(.dec)r9, jcredit;(.dec)r10'
jcredit;(.dec)dg jcredit;(.dec)bzw. jcredit;(.dec)n5 jcredit;(.dec)gekenn-jcredit;(.dec)
zeichnet jcredit;(.dec)ist. jcredit;(.dec)Mit jcredit;(.dec)d8 jcredit;(.dec)ist
jcredit;(.dec)der jcredit;(.dec)Luftzwischenraum jcredit;(.dec)zwischen jcredit;(.dec)derjcredit;(.dec)
vierten jcredit;(.dec)und jcredit;(.dec)fünften jcredit;(.dec)Linsengruppe jcredit;(.dec)bezeichnet.jcredit;(.dec)
In jcredit;(.dec)der jcredit;(.dec)folgenden jcredit;(.dec)Tabelle jcredit;(.dec)sind
jcredit;(.dec)einige jcredit;(.dec)charakteristische jcredit;(.dec)numeri-jcredit;(.dec)
sche jcredit;(.dec)Zahlenwerte jcredit;(.dec)zur jcredit;(.dec)Kennzeichnung jcredit;(.dec)eines
jcredit;(.dec)erfindungsgemäßen jcredit;(.dec)Lin-jcredit;(.dec) sensystems jcredit;(.dec)angegeben.jcredit;(.dec)
Beispieljcredit;(.dec) F=100 jcredit;(.dec)fB=32,58 jcredit;(.dec)F=1:11
| ri jcredit;(.dec) di jcredit;(.dec) ni vi |
| n1=1,618 jcredit;(.dec)v1=63,38 |
| r2= jcredit;(.dec)-22,975 jcredit;(.dec)d2= jcredit;(.dec)0,014
jcredit;(.dec) |
| r3= jcredit;(.dec)-23,811 jcredit;(.dec)d3= jcredit;(.dec)0,8jcredit;(.dec) |
| n2=1,7552 jcredit;(.dec)v2=27,5 |
| r4= jcredit;(.dec)12,937 jcredit;(.dec)d4= jcredit;(.dec)0,209 |
| r5= jcredit;(.dec)13,323 jcredit;(.dec)d5= jcredit;(.dec)1,325jcredit;(.dec) |
| n3=1,7817 jcredit;(.dec)v3=25,6 |
| r6=-113,167 jcredit;(.dec)d6=33,162 jcredit;(.dec) |
| r7= jcredit;(.dec)23,928 jcredit;(.dec)d7= jcredit;(.dec)0,299.
jcredit;(.dec) |
| n4=1,6990 jcredit;(.dec)v4=30,1 |
| r8= jcredit;(.dec)65,522 jcredit;(.dec)d8= jcredit;(.dec)0,05
jcredit;(.dec) |
| r9= jcredit;(.dec)# jcredit;(.dec) d9= jcredit;(.dec)0,37 |
| n5=1,5687 jcredit;(.dec)v5=63,1 |
| r10= jcredit;(.dec)11,799 |
In der obigen Tabelle ist mit f die zusammengesetzte Brennweite
des gesamten Linsensystems, die Schnittweite des gesamten Linsensystems, F die Öffnung
oder Blende des gesamten Linsensystems, ri die Krümmungsradien'der jeweiligen Linsen,
di die axialen Dicken der jeweiligen Linsen bzw. die Luftzwischenräume zwischen
benachbarten Linsen, ni die Brechungsindices der jeweiligen Linsen und mit die Abbeschen
Zahlen der jeweiligen Linsen bezeichnet.
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Fig. 2A zeigt die Kurven der sphärischen Aberration und deren Korrektur
durch das in Fig. 1 gezeigte Lin-sensystem, wobei die voll ausgezogene Kurve die
d-Linie, die strichpunktierte Linie die Kurve der F-Linie, die Zwei-Punkt-Strich-Linie
die Kurve der g-Linie und die gepunktete Linie die Kurve der c-Linie wiedergibt.
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Fig. 2B zeigt die Korrektur des Astigmatismus durch ein Linsensystem
gemäß Fig. 1, wobei mit As die Kurve des Sagittal-Astigmatismus und mit Am die Kurve
des Meridional-Astigmatismus bezeichnet ist.
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Fig. 2C gibt die Korrektur der Verzeichnung oder Verzerrung durch
ein Linsensystem gemäß Fig. 1 wieder.
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Wie Fig.2A, 2B und 2C, die die verschiedenen Aberrationskurven eines
Fernrohrlinsensystems mit erfindungsgemäßen Merkmalen wiedergeben, erkennen lassen,
wird jede dieser Aberrationen ganz bedeutend korrigiert, und zwar bis zu einem Grad,
der sonst nur bei Verwendung spezieller und teurer Materialien, wie Flußspat usw.,
erwartet werden kann.