DE4229874A1 - Aplanatisches, anastigmatisches, verzeichnungsfreies Spiegelsystem mit ebenem Bildfeld - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem aplanatischen und anastigmatischen Spiegelsystem mit drei Spiegeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Spiegelsystem ist in der Druckschrift 1 beschrieben. Ausgehend von dem gattungsgemäßen Stand der Technik für 3-Spiegelsyste­ me mit Zwischenbild nach Druckschrift 1 hat sich die Erfindung die Auf­ gabe gestellt, ein solches bekanntes Spiegelsystem weiter zu verbessern in Hinblick auf:

• -eine verminderte Verzeichnung in Relation zur Druckschrift 1
• -einen kompakteren Aufbau und damit verringerte Baulänge des Spiegel­ systems
• -Erhöhung der Lichtstärke.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Spiegelsystem aus einem sammelnden elliptischen Hauptspiegel be­ steht, der nötigenfalls mit einer zentralen Bohrung versehen wird, einem kleineren zerstreuenden hyperbolischen Spiegel, wobei beide Spiegel in einer cassegrainartigen Konfiguration ein Zwischenbild erzeugen, welches schließlich von einem elliptischen Sammelspiegel wieder abgebildet wird, wobei die Vergrößerung sich deutlich von der Einheit unterscheidet.

Es ist nun nicht ganz trivial eine geeignete Kombination aller freien Parameter zu finden, um alle Seidelschen Summenwerte auf Null zu brin­ gen. Neben der Wahl der geeigneten Krümmungsradien und der geeigneten Schwarzschildkonstanten der Spiegel ist vermittelt über die Wahl der Spiegelabstände bzw. über die relativen Auftreffhöhen der jeweilige Brennweitenverlängerungsfaktor des zweiten und dritten Spiegels bzw. deren gegenseitiges Verhältnis von entscheidender Bedeutung zur Lösung der Aufgabe.

D.h. das gegenseitige Verhältnis der Brennweitenverlängerungsfaktoren übernimmt sozusagen die Funktion eines zusätzlichen Parameters Man kann zu einer gegebenen Verteilung der Krümmungsradien, die in einem ersten Schritt so gewählt wird, daß die Petzvalsumme zu Null wird, mit einiger Mühe Systeme finden, die aplanatisch und anastigmatisch sind, indem man geeignete Kombinationen von Abständen und Schwarzschildkon­ stanten ermittelt. Zur gleichzeitigen Korrektion der Verzeichnung gibt es nun nur eine geeignete Kombination der Brennweitenverlängerungsfak­ toren, wodurch rückwirkend die Wahl der Abstände der Spiegel festgelegt ist, wodurch wiederum die Schwarzschildkonstanten determiniert sind.

Ein erfindungsgemäßes System wird anhand der einzigen Zeichnung in Fig. 1 erläutert, die ein einfaches Beispielsystem zeigt, bei dem ein Planspiegel in der Zwischenbildebene entsprechend Anspruch 2 zur Umlen­ kung des Strahlenganges Verwendung findet.

Fig. 1 zeigt ein System bei dem die Verzeichnung noch nicht vollständig korrigiert ist. Korrespondierend dazu Tab. 1 und Tab. 2, welche die Konstruktionsdaten und die Seidelschen Flächenteilkoeffizienten und deren Summen nach der 3. Ordnung geben.

In Tab. 3 und Tab. 4 werden die Konstruktionsdaten und Seidelwerte eines erfindungsgemäßen Beispielsystems gegeben, bei dem auch die Verzeichnung entsprechend Anspruch 3 korrigiert ist.

Schließlich wird in Abb. 1 die exakte differentialgeometrische Durch­ rechnung bis zu 1° Gesichtsfelddurchmesser gegeben, wobei zur optimalen Korrektion der Restsphäre höherer als 3. Ordnung die Schwarzschildkon­ stante des Hauptspiegels leicht gegenüber dem Seidelschen Wert geändert ist, ohne hiermit den restlichen Korrektionszustand zu beeinflussen.

Beschreibung der Abbildungen

Fig. 1 Darstellung der Systemkonfiguration mit den wesentlichen geometrischen Parametern anhand des Beispielsystems
Hauptspiegel - elliptisch
Zerstreuungsspiegel - hyperbolisch
Sammelspiegel - elliptisch.

Tab. 1 Konstruktionsdaten eines erfindungsgemäßen Beispielsystems Systemdaten korrespondieren zu Fig. 1.

Tab. 2 Dazugehörige Seidelkoeffizienten und ihre Summen nach der 3. Ordnung.

Man erkennt, das die Verzeichnung hier noch nicht vollstän­ dig korrigiert ist.

Tab. 3 Konstruktionsdaten eines erfindungsgemäßen Beispielsystems.

Tab. 4 Dazugehörige Seidelkoeffizienten und ihre Summen nach der 3. Ordnung.

Man erkennt das alle Seidelsummen einschließlich der für die Verzeichnung in 3. Ordnung zu Null werden.

Abb. 1 Exakte Differentialgeometrische Durchrechnung des Beispiel­ systems im meridionalen Schnitt auf der Achse und für 1° Gesichtsfelddurchmesser.

Die Schwarzschildkonstante des Hauptspiegels ist so gewählt um das Zerstreuungsscheibchen aus der Restsphäre 5 und höherer Ordnung zu minimieren. Dieser vom Seidelschen Wert etwas abweichende Wert ändert in 3. Ordnung nichts an der restlichen Korrektion des Systems bezüglich der anderen Bildfehler, da der Hauptspiegel mit seinem asphärischen Term keinen Beitrag zu diesen liefert, wenn die Systemblende auf ihm liegt.

Die optimierte Restsphäte resultiert zu 0.05 Bogensekunden.

Der Hauptspiegel hat dabei die Öffnungszahl 1! Der Zerstreuungsspiegel verlängert die Brennweite um den Faktor 2.354525.

Die Mittenobstruktion durch den Zerstreuungsspiegel resul­ tiert zu 20 Prozent bzw. zu 22 Prozent für die vignettie­ rungsfreie Übertragung eines Gesichtsfelddurchmesser von 1°. Der Sammelspiegel verlängert die Brennweite nochmals dem Betrag nach genau um den Faktor 2.

Der Parameter Verschbg. in Abb. 1 gibt die notwendige axiale Verschiebung gegenüber den paraxialen Brennpunkt um die Ebene des kleinsten geometrischen Zerstreuungsscheibchens zu treffen. Hier sind das -6.7 µm also 6.7 µm vor dem par­ axialen Punkt.

Die freie Öffnung des Beispielsystems beträgt 250 mm. Die Öffnungszahl des Gesamtsystems ergibt sich als Produkt der Öffnungszahl des Hauptspiegels mit den Brennweiten­ verlängerungsfaktoren zu 4.70905.

Die Vorzeichen der Radien weichen in der gewählten diffe­ rentialgeometrischen Darstellung des Autors von denen dem Seideltheorie je nach Orientierung der Fläche ab.

Das Licht kommt in Abb. 1 jeweils von links, wobei die Umgebung des Brennpunktes mit hoher Auflösung dargestellt wird. Das Achsverhältnis ist normiert bezüglich der Öff­ nungszahl, damit Randstrahlen einen rechten Winkel ein­ schließen. Die beiden Bildfehlerwerte rechts oben geben immer nur die Abweichung in der Auffangebene bezüglich des letzten gerechneten Strahls - also des Randstahls.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Tabelle 4

Abb. 1

Claims (3)

1. Aplanatisches, anastigmatisches Spiegelsystem mit ebenem Bildfeld bei dem ein sammelnder Hauptspiegel einfallendes Parallellicht zunächst auf einen Zerstreuungsspiegel zurückreflektiert, wonach ein Zwischenbild entsteht, welches wiederum mit einem Sammelspiegel auf einen Detektor abgebildet wird, wobei die optischen Achsen aller drei Spiegel zusam­ menfallen, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hauptspiegel elliptisch, der Zerstreuungsspiegel hyperbolisch und der Sammelspiegel elliptisch ausgebildet sind,
daß das Zwischenbild zwischen Hauptspiegel und Zerstreuungsspiegel ent­ steht,
daß der Sammelspiegel die Brennweite des Gesamtsystems um einen Faktor erhöht, der deutlich von eins verschieden ist.

2. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umgebung der Ebene des Zwischenbildes ein bspw. um 45° gegenüber der optischen Achse geneigter Planspiegel einbringbar ist, welcher das auf ihn auftreffende Licht auf den elliptischen Sammelspiegel reflektiert, wobei der Planspiegel durch einen Haltestab fixiert werden kann, der in der optischen Achse liegt und durch eine Bohrung im Hauptspiegel so gehalten werden kann, daß keine zusätzlichen Beugungseffekte auftreten können.

3. Spiegelsystem nach Anspruch 1 bis 2 , dadurch gekennzeichnet, daß bei geeigneter Wahl der Krümmungsradien, der Abstände sowie der Schwarz­ schildkonstanten der Spiegel das Spiegelsystem auch bezüglich der Ver­ zeichnung korrigiert werden kann und somit in der Seideltheorie 3. Ord­ nung fehlerfrei wird.