DE4301291C2 - Universeller Zweispiegelkorrektor für Cassegrain- und Ritchey- Chretien -Spiegelsysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Spiegelsysteme mit den in den Ansprüchen 1 bis 3 angegebenen Merkmalen. Die Druckschrift D1, das Patent US 4,804,258 beschreibt ein afokales off-axis Spiegelsystem mit vier Spiegeln, daß zur Einschnürung einfallender Parallellichtbündel dient. Mit einem nachgeordnetem hochkorrigiertem und kleinerem abbildenden System kann dann ein abbildendes System geschaffen werden, dessen freie Öffnung der des afokalen Spiegel­ systems entspricht.

Die Druckschrift D2, das Patent DE 39 43 258 beschreibt ein Schiefspieglersystem mit vier Spiegeln. Hierdurch wird die Mittenobstruktion vermieden. Jedoch ist die erzielbare Licht­ stärke von Schiefspiegelsystemen begrenzt. Das ist dadurch bedingt, daß wenn man die Konstruktion einigermaßen einfach halten will vorzugsweise sphärische Spiegel verwandt werden müssen, wobei stets eine sphärische Unterkorrektion verbleibt, die nicht erlaubt die Öffnungszahl unter einen gewissen Wert zu bringen. Insgesamt resultiert ein relativ langer und sperriger Aufbau. Bedingt durch die hervorragende Kontrastübertragung erfreuen sich Instrumente bis 300 Millimeter Durchmesser bei Amateur-Astronomen einiger Beliebtheit. Der Autor hat bereits in den Patentanmeldungen P 4226723, P 4229874 und P 4234569 hoch­ korrigierte Spiegelsysteme mit drei bzw. nur zwei Spiegeln beschrieben.

Die Motivation des hier vorgeschlagenen Spiegelsystems leitet sich daher nicht in erster Linie aus dem Wunsch nach weiter verbesserter Abbildungsqualität in Relation zu den genannten Anmeldungen des Autors her. Da in der Anmeldung P 4229874 auch keine schwerwiegenden Vignettierungs- und Streulichtprobleme erkennbar sind, scheidet auch dieser Grund zur Motivation eines anscheinend aufwendigen Spiegelsystems mit vier Spiegeln aus.

Die wahre Motivation ist darin zu sehen, daß die ersten beiden Spiegel dieses Systems durch bekannte Spiegelsysteme wie das klassische Cassegrainsystem oder das Ritchey-Chretien- System dargestellt werden können. Mit anderen Worten hat sich das erfindungsgemäße System die Aufgabe gestellt, Korrekturmöglichkeiten für die am weitesten verbreiteten Zwei­ spiegelsysteme aufzuzeigen und somit letztendlich zu geplanten oder bereits gebauten Zweispiegelsystemen einen einfach nachrüstbaren Spiegelkorrektor, bestehend aus zwei weiteren Spiegeln anzugeben. Dabei soll ein Gesamtsystem erreicht werden, das sowohl aplanatisch als auch anastigmatisch korrigiert ist.

Diese Aufgabe wird durch die Spiegelsysteme mit den in Ansprüchen 1 bis 3 angegebenen Merkmalen gelöst.

Weiterhin ergibt sich nach Anspruch 4 die Möglichkeit, bei entsprechendem Design des Systems als Ganzem die Petzvalsumme zu beseitigen und damit bei vorhandener Korrektion des Astigmatismus ein ebenes Bildfeld zu erreichen.

Konventionelle Zweispiegelsysteme des Cassegraintyps sind nur teilweise von Aberrationen zu befreien. Eines der ältesten bekannten Spiegelsysteme überhaupt, das klassische Cassegrain­ system mit parabolischem Hauptspiegel und hyperbolischem Zerstreuungsspiegel, dessen Deformation so gewählt wird, daß die sphärische Aberration des Zweispiegelsystems beseitigt ist, weist zumindest Koma und Astigmatismus auf. Will man eine hinlängliche Verlängerung der Brennweite des Hauptspiegels und eine bequem zugängliche Lage des Sekundärfokus erreichen und hierbei keine zu große Mittenabschattung durch den Zerstreuungsspiegel zulas­ sen, so muß letzterer wesentlich stärker als der Hauptspiegel gekrümmt sein, was wiederum in Zusammenhang mit dem Astigmatismus des Systems zu starker Bildfeldkrümmung führt. Für die Koma in einem klassischen Cassegrainsystem gilt in guter Näherung, daß diese so groß ist wie bei einem einzelnen Parabolspiegel mit gleicher Öffnungszahl wie diejenige des Casse­ grainsystems. Da diese nun um den Faktor größer ist, um den der zerstreuende Hilfsspiegel die Brennweite des Hauptspiegels verlängert und andererseits die Koma quadratisch mit zunehmender Öffnungszahl abnimmt, ist die Koma in einem Cassegrain stark gegenüber dem parabolischen Einzelspiegel reduziert. Anders verhält es sich mit dem Astigmatismus. Während ja der Astigmatismus für einen parabolischen Einzelspiegel dann beseitigt ist, wenn sich die Blende im Abstand seiner Brennweite vor diesem befindet, ist der Astigmatismus für ein Cassegrainsystem wegen seiner quadratischen Zunahme mit dem Gesichtsfeldwinkel die limitierende Größe bezüglich des mit hoher Qualität darstellbaren Gesichtsfeldes. Auf einem stark gekrümmten Bildfeld vom Krümmungsradius der mittleren Bildfeldkrümmung, also der Schale, die etwa in der Mitte zwischen sagittaler und tangentialer Bildfeldschale liegt, ist das Zerstreuungsscheibchen im Wesentlichen durch Astigmatismus gegeben, wobei natürlich Modifikation durch Koma beobachtbar ist.

Aus dem Gesagten wird klar, daß selbst die Beseitigung der Koma bei Aufrechterhalten der restlichen Aberrationen keine allzu merkliche Verbesserung der Bildqualität für größere Gesichtsfelder erbringt.

Als erster hatte der berühmte Astrophysiker Karl Schwarzschild im Jahre 1909 die Möglich­ keit erkannt, mit zwei Spiegeln ein aplanatisches Design zu verwirklichen. Hierbei war der Hilfsspiegel ebenfalls sammelnd und zwischen Hauptspiegelvertex und dem Brennpunkt des Hauptspiegels angeordnet. Der Hauptspiegel ist hierbei außerordentlich stark hyperbolisch deformiert, womit dieser bereits große sphärische Zwischenfehler einführt und schwierig herzustellen ist.

Um einiges später im Jahre 1922 erkannten Ritchey und Chretien die Möglichkeit des aplanatischen Designs in einer konventionellen Cassegrainanordnung. Die negativen Exzentrizitätsquadrate der zugehörigen Kegelschnitte - auch bedingt durch Schwarzschilds bahnbrechende Arbeiten Schwarzschildkonstanten genannt - beschreiben hierbei für Haupt- und Hilfsspiegel Hyperboloide. Die Hyperbolizität des Hauptspiegels ist hierbei im Gegensatz zur Schwarzschildschen Lösung mäßig, so daß die sphärischen Zwischenfehler klein bleiben - die Hyperbolizität des Hilfsspiegels ist größer als die beim äquivalenten klassischen Cassegrain. Das Resultat ist ein aplanatisches System mit jedoch gegenüber dem äquivalenten Cassegrain leicht erhöhtem Astigmatismus und damit stärker gekrümmten mittlerem Bildfeld mit allerdings nun runden Zerstreuungsfiguren - ein Umstand der zur relativen Beliebtheit, dieses Systems in astronomischen Fachkreisen beigetragen haben mag. Wie aus dem vorhergehend Gesagten aber klargeworden ist, ist die Abbildungsqualität dieser Optik nicht die Ideallösung für die sie bei oberflächlicher Betrachtung gehalten werden könnte. Nur für ein relativ begrenztes inneres Feld ist die Abbildungsqualität wirklich wesentlich besser als bei einem konventionellen klassischen Cassegrainsystem. Während Schwarzschild sein aplanatisches Design in etwa dahingehend optimiert hatte, um ein ebenes mittleres Bildfeld zu erhalten - er also Petzvalkrümmung und Astigmatismus gegeneinander ausspielte - gelang es Andre Couder zu zeigen, daß in einer der Schwarzschildschen ähnlichen Konfiguration die gleichzeitige aplanatische und anastigmatische Korrektion gelingt, wobei nun, neben der Einhaltung zweier definierter Schwarzschildkonstanten für beide Spiegel, auch die Einhaltung einer Beziehung zwischen der relativen Auftreffhöhe auf den Zerstreuungsspiegel und dessen Brennweitenver­ längerungsfaktor gefordert werden muß. Es tritt starke Bildfeldkrümmung vom Betrag der bei diesem System ohnehin erheblichen Petzvalkrümmung auf. Gleichzeitig sind die sphärischen Zwischenfehler bedingt durch die ebenfalls sehr hohe hyperbolische Deformation des Haupt­ spiegels sehr groß, zudem liegt das Bild genauso unglücklich wie beim Schwarzschildsystem, so daß auch dieses interessante System nur sehr selten in der Praxis realisiert wurde.

Dagegen existieren heute sowohl im Amateur- wie im professionellen Bereich der Astronomie eine große Anzahl von klassischen Cassegrain- wie auch Ritchey-Chretien-Systemen. Verständlich ist daher der Wunsch, die Leistung dieser Systeme mit Korrektursystemen zu verbessern. Hierzu wurden in der Vergangenheit umfangreiche Bemühungen unternommen. Erwähnt sei nur stellvertretend für viele andere die Arbeit von R. N. Wilson in "ESO/CERN Conference on Large Telescope Design", p. 131 European Space Organisation, Geneva. In den Arbeiten wurde zumeist versucht, mit brechenden Korrektoren zum Ziel zu kommen, sei es in Form asphärischer Platten im konvergenten Strahlengang oder durch Linsenkorrektoren oder Kombination beider Verfahren. Abgesehen davon, daß bisher kein vollkommen befriedi­ gendes Design erreicht werden konnte bzw. eventuell nicht existiert, ergibt sich generell mit brechenden Korrektoren eine unliebsame Belegung des interessierenden Spektralbereichs mit einer Filterfunktion. Darüber hinaus waren die guten Lösungen oft kompliziert und aufwendig, bzw. im Fall mehrerer asphärischer Platten kompliziert herzustellen.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems soll nachfolgend am Beispiel eines Korrektorsystems bestehend aus zwei Spiegeln für ein klassisches Cassegrainsystem erläutert werden.

Als erstes stelle man sich ein klassisches Cassegrainsystem mit sammelnden parabolischen Hauptspiegel und zerstreuenden hyperbolischen Hilfsspiegel vor.

Die Schwarzschildkonstante des Hilfsspiegels ist eine Funktion der Brennweitenverlängerung, die der Hilfsspiegel bewirkt und diese ist wiederum eine Funktion der relativen Auftreffhöhe auf den Hilfsspiegel bezüglich parallel auf den Hauptspiegel einfallenden Lichtes und des Verhältnisses der Krümmungsradien beider Spiegel.

Bezeichnen wir die Schwarzschildkonstante des Hauptspiegels mit k1, die des Hilfsspiegels mit k2 sowie den Faktor, m den der Hilfsspiegel die Brennweite des Hauptspiegels verlängert mit m, so gilt:

k1 = -1 [1]

k2 = -[(m + 1)/(m - 1)]² [2]

m = ro/(ro - k) [3]

ro = |R2/R1| [4]

k = 1 - a2/f1 [5]

wobei wiederum R2 den Krümmungsradius des Hilfsspiegels, R1 den Krümmungsradius des Hauptspiegels und k die relative Auftreffhöhe bezeichnet, wobei f1 die paraxiale Brennweite des Hauptspiegels und a2 den Abstand von Hauptspiegel und Hilfsspiegel kennzeichnet. Schließlich erhalten wir noch den Abstand Hilfsspiegel zu Systembrennpunkt zu:

s2' = m . k . f1 [6]

oder wiederum in normalisierten Koordinaten (normiert auf die Hauptspiegelbrennweite)

β = m . k [7]

Mit obenstehenden Formeln ist das Cassegrainsystem eindeutig charakterisiert.

Die Wahl der Schwarzschildkonstanten erfolgt bei diesem System so, daß die sphärische Aberration beseitigt ist. Und zwar ist sie bei diesem System nicht nur in 3. Ordnung der Seideltheorie beseitigt, sondern prinzipiell. Ein Umstand, der bspw. für das Ritchey-Chretien- System und für die überwiegende Anzahl aller optischen Systeme nicht zutrifft. Bei diesen tritt mehr oder weniger große Restsphäre auf und ist als solche in hoher Potenz (im Wesentlichen in 5.) umgekehrt proportional von der Öffnungszahl abhängig.

Denkt man sich jetzt das Cassegrainsystem um einen weiteren sammelnden dritten Spiegel erweitert, der so angeordnet ist, daß sein Brennpunkt mit dem Systembrennpunkt des Casse­ grainsystems zusammenfällt, wobei die optischen Achsen aller drei Spiegel übereinstimmen, so erhält man ein afokales System.

Man kann nun - je nach Konfiguration - auf den Hauptspiegel auffallendes Parallellicht in eingeschnürte oder aufgeweitete Parallellichtbündel umwandeln.

Wird dieser zusätzliche sammelnde Spiegel jetzt parabolisch deformiert, so ist das afokale System aus den drei Spiegeln wieder frei von sphärischer Aberration. Man stellt nun aber auch fest, daß dieses afokale System jetzt zusätzlich frei von Koma und Astigmatismus ist. Diesen Umstand kann man sich jetzt auf zweierlei Art und Weise zunutze machen, um, ein hochkorrigiertes fokales System zu realisieren.

Fügt man einem gegebenem afokalen System der oben besprochenen Art einen sammelnden Kugelspiegel hinzu, so erhalten wir ein entsprechendes abbildendes System mit sphärischer Aberration, die nur durch den Kugelspiegel verursacht wird.

Um nun wieder ein fehlerfreies System zu erhalten, können wie gesagt zwei verschiedene Wege beschritten werden.

Die erste Variante ist folgende: Man überlegt sich, daß zwischen Kollimatorspiegel und letzt­ endlich abbildendem Kugelspiegel paralleler Strahlengang existiert, so daß in paraxialer Näherung gleiche Auftreffhöhen für das axiale Bündel gegeben sind.

Die sphärische Unterkorrektion, die am Kugelspiegel erzeugt wird, läßt sich nun durch eine betragsmäßig gleichgroße, aber entgegengesetzte Überkorrektion am Kollimatorspiegel kom­ pensieren. Mit anderen Worten - das zum Rande des Kugelspiegels zunehmend zu frühe Auftreffen des Wellenfeldes wird durch eine entsprechende zeitliche Verzögerung am Kollima­ torspiegel ausgeglichen. Dazu muß dieser am Rande um ein solches Maß verflacht werden, wie der Kugelspiegel gegenüber dem Parabolspiegel mit gleichem axialen Krümmungsradius am Rande zu hoch ist. Da unser Kollimatorspiegel bisher durch die Schwarzschildkonstante k3 = -1 gekennzeichnet war, muß diese für den Spezialfall, daß beide Korrektorspiegel gleichen axialen Krümmungsradius aufweisen verdoppelt werden. Es folgt also in diesem Fall k3 = -2. Für beliebige Verhältnisse der axialen Krümmungsradien der beiden Korrektorspiegel gilt nun allgemein:

k3 = -1 - (|R3/R4|)³ [8]

wobei R3 den Radius des Kollimatorspiegels und R4 den des Kugelspiegels bezeichnet. Nun ist das gesamte Spiegelsystem aus den vier Spiegeln wieder in 3. Ordnung sphärefrei. Die jetzt aber erhöhte Deformation am Kollimatorspiegel führt zu einer Erzeugung von Koma und Astigmatismus im afokalen Teilsystem, das aus den ersten drei Spiegeln gebildet wird. Man kann zeigen, daß dieser Betrag von Koma und Astigmatismus, der jetzt zusätzlich am Kollimatorspiegel entsteht, genau dann kompensiert wird, wenn man den Krümmungsmittel­ punkt des letztendlich abbildenden Kugelspiegels auf den Vertex des Kollimatorspiegels legt. Und zwar wird jetzt entgegengesetzte Koma und Astigmatismus am Kugelspiegel eingeführt. Das Resultat ist, daß das Gesamtsystem aus den vier Spiegeln nun frei von sphärischer Aberration, Koma und Astigmatismus ist, also aplanatisch und anastigmatisch wird.

Man kann zudem entsprechend Anspruch 4 die Krümmungsradien so auf die Spiegel verteilen, daß die Petzvalsumme des Spiegelsystems zu Null wird, so daß bei erwiesener Abwesenheit von Astigmatismus ein vollkommen ebenes Bildfeld entsteht.

In Tab. 1 sind die Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 1 gegeben, sowie in Tab. 2 die Seidelkoeffizienten und ihre Summen nach der dritten Ordnung. Fig. 1 zeigt die zugehörige exakte differentialgeometrische Durchrechnung im tangentialen Schnitt auf der Achse und Fig. 2 diejenige für ein Grad Gesichtsfelddurchmesser. Außer einer gewissen Verzeichnung ist kein wesentlicher Bildfehler mehr erkennbar. Das geometrische Zerstreuungsscheibchen bleibt für das Beispielsystem am Rande des Gesichtsfeldes unter 0,08 Bogensekunden. Das Design beruht hierbei nur auf der Nullstellung der Seidelsummen in 3. Ordnung. Es ist klar, daß sich mit Computeroptimierung noch verbesserte Resultate erreichen lassen.

Teleskope bis 2,5 Meter Durchmesser lassen sich bis zu Öffnungszahlen von 1,5 des Haupt­ spiegels und der Öffnungszahl 6 des Spiegelsystems bei 1 Grad Felddurchmesser beugungsbe­ grenzt auskorrigieren - das heißt die Zerstreuungsscheibchen bleiben unter 0,1 Bogensekunde Durchmesser.

Im Ausführungsbeispiel 1 bleibt die zugeordnete RMS-OPD, d. h. der mittlere Weglängenfehler des Wellenfeldes, für die Wellenlänge 0,5 Mikrometer unter 1/30 Wellenlänge.

Im allgemeinen gilt ein Wert von kleiner 1/14 Wellenlänge für die RMS-OPD als Kriterium für das Erreichen einer beugungsbegrenzten Abbildung.

Die Strehl-Ratio - ebenfalls ein bekannter Maßstab für die Bildqualität von hochkorrigierten optischen Systemen - bleibt über das ganze Feld ebenfalls sehr nahe ihrem Maximalwert von 1. Damit liefert das Ausführungsbeispiel auf dem übertragbaren Gesichtsfeld eine vollkommen beugungsbegrenzte Übertragung.

Es sei hier noch einmal ausdrücklich erwähnt, daß man diese sehr hohe Abbildungsqualität aus jedem rechnungskonform hergestellten Cassegrainsystem "herausholen" kann - einfach indem man es entsprechend der Erfindung um zwei Spiegel ergänzt, von denen zudem einer sphärisch verbleiben darf. Für praktische Zwecke und um Streulichtprobleme zu eliminieren, läßt sich gemäß Anspruch 5 der Strahlengang durch Plansiegel falten, wobei ein vorzugsweise in der Bildebene des Cassegrainsystems angeordneter Planspiegel, der um 45 Grad gegen die optische Achse geneigt ist, dazu dienen kann, den Strahlengang um 90 Grad zu falten. So können recht kompakte Systeme entstehen, die eventuell wahlweise Zugriff auf den Fokus des Cassegrainsystems oder den Fokus des Gesamtsystems bieten, was sinnvoll ist, um das System in Etappen zu justieren.

Neben dieser ersten Variante existiert noch eine zweite, sehr elegante Möglichkeit ein beugungsbegrenztes System zu realisieren.

Wir gehen wiederum von dem beschriebenen afokalen System aus, das frei von Sphäre, Koma und Astigmatismus ist. Also einfach ein klassisches Cassegrainsystem, das um einen paraboli­ schen Kollimatorspiegel erweitert wird. Dieses System ist afokal und besitzt im übrigen eine reelle Austrittspupille. Das heißt hier schneiden sich vom afokalen System ausgehende Parallelbündel verschiedener Neigung in einem kleinsten Durchmesser.

Fügt man diesem afokalen System einen sammelnden Kugelspiegel hinzu, so kann erreicht werden, daß dieser keine Beiträge zu Koma, Astigmatismus und Verzeichnung des Gesamtsystems leistet indem man seinen Krümmungsmittelpunkt auf die Mitte der Austrittspupille des afokalen Systems legt. Diese Eigenschaft ist unabhängig von seinem Krümmungsradius.

Damit ist die Lage und Funktion des Kugelspiegels jetzt analog der des Kugelspiegels in einer konventionellen Schmidtkamera. Das gesamte Spiegelsystem ist nun immer noch frei von Koma und Astigmatismus, da weder das afokale Teilsystem, gebildet aus dem Cassegrain­ system und dem Kollimatorspiegel, noch das abbildende Teilsystem, gebildet aus dem Kugelspiegel, einen Beitrag liefern. Das verbleibende Problem ist jetzt noch die sphärische Aberration, die der Kugelspiegel einführt. Die Lösung ist sehr einfach und analog derjenigen, die der Autor bei der Formulierung der Anmeldung P 4226723 schon einmal anwandte. Legt man in einem beliebigen Spiegelsystem die Blende auf den Hauptspiegel, so liefert dessen asphärische Deformation in der Theorie 3. Ordnung keinen Beitrag zu Koma, Astigmatismus und Verzeichnung.

Das heißt, man kann einfach durch abgeänderte asphärische Deformation des Hauptspiegels gegenüber der bisherigen parabolischen Deformation die sphärische Unterkorrektion des letztendlich abbildenden Kugelspiegels kompensieren, ohne dabei die Korrektion von Koma und Astigmatismus des Gesamtsystems in 3. Ordnung zu beeinflussen. Der Hauptspiegel weist nun je nach Krümmungsradius des abbildenden Kugelspiegels und relativer Auftreffhöhe auf diesen eine entsprechende hyperbolische Deformation auf. Das heißt die zugeordnete Schwarzschildkonstante wird kleiner -1. Das Gesamtsystem ist nun ebenfalls aplanatisch und anastigmatisch.

Genauso wie bei der ersten Variante kann die Verteilung der Krümmungsradien auf die Spie­ gel so erfolgen, daß die Petzvalsumme zu Null wird und damit laut Anspruch 4 bei erwiesener Abwesenheit von Astigmatismus ein ebenes Bildfeld folgt.

In Tab. 3 sind die Konstruktionsda­ ten des Ausführungsbeispiels 2 gegeben und in Tab. 4 die zugehörigen Seidelkoeffzienten und ihre Summen nach der 3. Ordnung. Die Fig. 6, 7 zeigen die exakte meridionale Durchrechnung. Man erkennt, daß die reale Bildqualität noch etwas höher wie die des Systems aus Variante 1 ist. Das heißt, für das Beispielsystem mit der gleichen Öffnungszahl 12 wie in Variante 1 erhält man eine Strehlzahl identisch 1 über 1 Grad Gesichtsfeld - also rein beugungsbegrenzte Abbildungsqualität. Wieder sind Systeme mit mindestens 2,5 Meter Durchmesser und der Öffnungszahl 1,5 des Hauptspiegels bzw. 6 des gesamten Spiegelsystems bis zu 1 Grad Feld­ durchmesser beugungsbegrenzt ausbildbar, wobei das Bildfeld nur aus geometrischen Gründen begrenzt ist.

Das System der zweiten Variante erscheint aber aus 2 praktischen Gründen demjenigen der ersten Variante unterlegen. Zum einen - der nun notwendige größere Abstand zwischen Kollimatorspiegel und letztendlich abbildenden Kugelspiegel, der dazu führt, daß außeraxiale Parallelbündel den Kugelspiegel weiter außerhalb treffen, wodurch dessen für die vignettie­ rungsfreie Übertragung eines gewissen Gesichtsfeldes notwendiger Durchmesser anwächst. Zum anderen erzeugt das "Cassegrainsystem" aus den ersten beiden Spiegeln jetzt ein mit sphärischer Aberration behaftetes Zwischenbild, was den Prozeß der stufenweisen Justierung des Spiegelsystems erschwert. Der Hauptgrund, weshalb die erste Variante zu bevorzugen ist, dürfte aber darin liegen, daß hier nicht ein komplettes Vierspiegelsystem neu geschaffen werden muß, sondern das vielmehr bereits bestehende Cassegrainsysteme mit parabolischem Hauptspiegel einfach durch einen Zweispiegelkorrektor ergänzt werden können, was wesent­ lich Kosten einspart.

Es wurde bereits erwähnt, daß in der Gruppe der Zweispiegelsysteme neben dem klassischen Cassegrainsystem auch das Ritchey-Chretien-System weite Verbreitung gefunden hat und sich Dank seines aplanatischen Designs einer Beliebtheit erfreut, die die wirkliche Abbildungs­ qualität dieses Systems wohl übertrifft.

Sieht man einmal von dem wirklich gut ausgezeichneten zentralen Feld eines Ritchey-Chretien- Teleskops ab, so ist mit ihm, wenn es darum geht, größere Felder zu übertragen, kein allzu großer Gewinn gegenüber einem Cassegrainsystem zu erzielen. Die Ursache dafür ist der etwa in quadratischer Abhängigkeit vom Felddurchmesser zunehmende Astigmatismus, der schon bei einem klassischen Cassegrain ab einem gewissen Felddurchmesser der dominierende Fehler wird. Das äquivalente Ritchey-Chretien-System mit gleichen Krümmungsradien und Spiegel­ abstand zeigt sogar noch leicht erhöhten Astigmatismus, so daß das Ritchey-Chretien-System stärkere mittlere Krümmung des Bildfeldes aufweist und ab einem gewissen Felddurchmesser größere - allerdings symmetrischere Zerstreuungsfiguren - als das klassische Cassegrainsystem liefert. Diese Tatsache vor Augen fehlte es in der Vergangenheit nicht an Versuchen die außer­ axiale Abbildungsqualität des Ritchey-Chretien mit brechenden Korrektoren zu verfeinern. Jedoch sind hier insbesondere für Systeme bei denen der Zerstreuungsspiegel wesentlich stärker als der Hauptspiegel gekrümmt ist und die damit einen hohen Brennweitenverlänge­ rungsfaktor und geringe Mittenabschattung aufweisen Grenzen der Korrektion gesetzt, die nur mit sehr aufwendigen Linsenkorrektoren in begrenztem Maße überschritten werden können.

Das erfindungsgemäße System gibt nachfolgend in seiner dritten Variante eine Lösung, die nur zweier Flächen bedarf, die zudem von ihrer Formgebung identisch sein können. Wiederum gibt es analog zu den vorgeschlagenen Ausprägungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes zur Korrektur von Cassegrainsystemen einen sammelnden Kollimatorspiegel, dessen Brennpunkt mit dem Brennpunkt des vorhergehenden Zweispiegelsystems zusammen­ fällt, sowie einen abbildenden Spiegel in einigem Abstand von diesem, der die auf ihn auftref­ fenden Bündel parallelen Lichts in seine Brennebene reflektiert.

Es ist die Korrekturaufgabe jetzt aber eine andere - denn das vorhergehende Zweispiegel­ system ist jetzt ein Ritchey-Chretien und als solches bereits aplanatisch. Als Korrekturaufgabe bleibt die Korrektur des Astigmatismus und gegebenenfalls die der Bildfeldkrümmung bzw. natürlich die der Petzvalsumme, ohne aber die bereits vorhandene Aplanasie zu gefährden.

Ohne hier näher auf die etwa ähnlichen aber komplizierteren Symmetriebetrachtungen wie in der ersten Variante eingehen zu können, soll kurz das Ergebnis dargelegt werden. Beide Spiegel des Korrektors für ein Ritchey-Chretien müssen parabolisch deformiert sein und gleichen axialen Krümmungsradius aufweisen.

Daß der Brennpunkt des ersten Spiegels des Korrektors mit dem Brennpunkt des Ritchey- Chretien zusammenfällt, ist nach dem vorher gesagten selbstverständlich.

Die Entfernung zwischen beiden Korrektorspiegeln entspricht nun nicht mehr einer so einfach zu veranschaulichenden und sinnfälligen Größe. Sie läßt sich aber leicht unter Einsatz einer auf Computer implementierten Seideltheorie bestimmen, indem einfach für ein gegebenes Ritchey- Chretien-System bei gewähltem Krümmungsradius der Korrektorspiegel der Abstand dieser Spiegel so lange variiert wird, bis simultan Koma und Astigmatismus des Gesamtsystems zu Null werden.

In Tab. 5 werden die Konstruktionsdaten und in Tab. 6 die Seidelkoeffizienten und ihre Summen nach der 3. Ordnung für das Ausführungsbeispiel 3 gegeben.

Unglücklicherweise ist jetzt jedoch der Abstand zwischen den Korrektorspiegeln recht groß, mit den schon in der zweiten Variante besprochenen negativen Folgen bezüglich der notwendi­ gen Größe des letztendlich abbildenden Sammelspiegels. Man kann dem in gewissen Grenzen entgegenwirken, indem man einfach die Krümmungsradien der Korrektorspiegel entsprechend kleiner wählt, wodurch proportional der notwendige Abstand der Spiegel abnimmt. Man wird nun aber im allgemeinen die Petzvalsumme nicht mehr auf Null bringen können, da der zerstreuende Hilfsspiegel des Ritchey-Chretien-Systems ja die sammelnden Beiträge dreier Spiegel ausgleichen muß und dieses natürlich nur in gewissen Grenzen möglich ist.

Verzichtet man auf die Ebnung des Bildfeldes, so erhält man mit entsprechen verringerten Krümmungsradien des Korrektors ein handhabbares Design, welches eine aplanatische und anastigmatische Abbildung auf ein gekrümmtes Bildfeld bei vernünftigen mechanischen Dimensionen des Gesamtsystems liefert. Die Ebnung des gekrümmten Bildfeldes kann ohne wesentliche Fehler durch eine Bildfeldebnungslinse gemäß Anspruch 6 erfolgen.

Günstiger wäre jedoch die Verwendung eines falls verfügbar der Bildfeldkrümmung ange­ paßten Detektors.

Fig. 8 und Fig. 9 zeigen die Durchrechnung des Ausführungsbeispiels 3 mit der Öffnungszahl 12 auf der Achse und für 1 Grad Gesichtsfelddurchmesser. Der mittlere Wellenlängenfehler - die RMS OPD - beträgt hier 1/80 Welle -, also wieder eine vollkommen beugungsbegrenzte Abbildung für das übertragene Gesichtsfeld. Das zugeordnete Zerstreuungsscheibchen bleibt am Rande des Gesichtsfeldes unter 0,04 Bogensekunden.

Allerdings wird nicht ganz die phantastische Abbildungsqualität der zweiten Variante erreicht, die sich in einer Strehlzahl identisch 1 über das gesamte Feld von 1 Grad Durchmesser bzw. in einem korrespondierenden Zerstreuungsscheibchen von ziemlich genau 0,01 Bogensekunden am Rande des Gesichtsfeldes und noch kleineren Werten innerhalb dieses Feldes, bzw. in einer RMS-OPD unter 1/700 Welle äußert. Diese Werte sind um so erstaunlicher als das Design nur auf der Korrektion der Bildfehler in 3. Ordnung beruht. Mit nachfolgender Computeroptimie­ rung läßt sich wie bereits erwähnt eine derartige Korrektion auch für lichtstärkere Systeme gewinnen.

Man muß bedenken, daß Systeme mit einer Strehl-Ratio < = 0,8 landläufig als hervorragend und beugungsbegrenzt angesehen werden.

Den deutlichsten Aufschluß über das Niveau der erreichten Bildverbesserung gibt aber der Vergleich mit den Zweispiegelsystemen wie klassischen Cassegrain oder Ritchey-Chretien. So weisen die Beispielsysteme ohne den entsprechenden Korrektor für ein Gesichtsfeld von 1 Grad Zerstreuungsfiguren zwischen 3 und 10 Bogensekunden auf und das nur auf der optimal gekrümmten und damit angepaßten Bildfeldschale.

Der technische Fortschritt, der im Übergang zu geometrischen Zerstreuungsscheibchen von wenigen hundertstel Bogensekunden noch dazu auf einer planen Empfängerfläche besteht, ist offensichtlich.

Die immense Verbesserung der Bildqualität der am meisten genutzten Zweispiegelsysteme, die mit den erfindungsgemäßen Zweispiegelkorrektoren erzielt werden kann, kommt natürlich unter seeingabhängigen Beobachtungsbedingungen nicht vollkommen zum Tragen. Optimale Resultate sind unter Weltraumbedingungen zu erwarten - insbesondere für größere Systeme, die die erreichbare Definition im Bereich von hundertstel Bogensekunden auch annähernd beugungsmäßig hergeben.

Beschreibung der Abbildungen Allgemeines zu den differentialgeometrischen Berechnungen der meridionalen Schnitte

In der Darstellungsweise des Autors kommt das Licht ursprünglich von rechts, das heißt für die dargestellten Beispiele - mit in diesem Fall 4 Reflexionen fällt das Licht vom letzten Spiegel kommend wieder von rechts in die Brennebene ein, die je nach Erfordernis in verschiedenen Auflösungen dargestellt wird. Die Achsmaßstäbe in horizontaler und vertikaler Richtung sind hierbei zumeist bezüglich der Öffnungszahl des Systems normiert, um eine gute Darstellung von je nach Öffnungszahl verschieden konvergenten Bündeln zu gewährleisten. Die Brechzahlen geben jeweils die Brechzahl des Mediums, das auf die optisch wirksame Fläche folgt. Es ergibt sich somit ein Unterschied zur üblichen "-1 Konvention" bei reflektierenden Flächen in Luft oder Vakuum.

Die Vorzeichen der Krümmungsradien entsprechen einer mathematischen Orientierung und zwar haben Flächen deren Rand weiter rechts als ihr Vertex liegt positiven Krümmungsradius - umgekehrt ergibt sich negativer Krümmungsradius, wodurch sich auch hier eine Unterschied zur üblichen Seidelnotation ergibt. In den Tabellen 1, 3 und 5 für die Konstruktionsdaten wird aber bezüglich der Krümmungsradien die übliche Notation eingehalten.

Zusätzlich zur Darstellung des meridionalen Strahlschnitts sind zwei weitere punktierte Linien erkennbar. Die untere Abbildung gibt eine sogenannte H-tan µ Kurve, das heißt eine Darstellung der Einfallshöhe in der Brennebene über der zugeordneten Strahlneigung. In vertikaler Richtung ist die relative Einfallshöhe im selben Maßstab wie der meridionale Schnitt aufgetragen - in horizontaler Richtung die zugeordnete Strahlneigung. Die obere punktierte Abbildung gibt die optische Weglängendifferenz (OPD) über dem zugeordneten Einfallspunkt in der Blendenebene.

Der vertikale Maßstab ist hier gegenüber der meridionalen Darstellung noch einmal um den Faktor 10 in der Auflösung erhöht. Die Weglängendifferenz gibt die Abweichung der realen Wellenfront von der idealen konvergierenden Kugelwelle. Der Zahlenwert OPD auf der rechten Seite gibt nur den aktuellen Wert, das heißt den letzten durchgerechneten "Strahl". Der Wert RMS gibt nun die in der Optik übliche Mittelwertbildung (root mean square). Daraus abgeleitet wird schließlich der Wert "Strehl", der die Strehlzahl angibt.

Zu den Tabellen

Die Tabellen 1, 3 und 5 geben die Konstruktionsdaten für die Ausführungsbeispiele 1, 2 und 3. Die Tab. 2, 4 und 6 geben die jeweils zugeordneten Seidelkoeffizienten und ihre Summen nach der 3. Ordnung.

Tabelle 1 und 2 beziehen sich auf ein klassisches Cassegrainsystem und den entsprechenden erfindungsgemäßen Korrektor bestehend aus hyperbolischem Kollimatorspiegel und sammeln­ den sphärischen Spiegel, dessen Krümmungsmittelpunkt auf dem Vertex des Kollimatorspie­ gels liegt.

Tabelle 3 und 4 beziehen sich auf ein abgewandeltes klassisches Cassegrainsystem, dessen Hauptspiegel in definierter Weise überkorrigiert, also hyperbolisch ist.

Der zugeordnete erfindungsgemäße Korrektor besteht aus einem parabolischen Kollimator­ spiegel und einem sphärischen Sammelspiegel, dessen Krümmungsmittelpunkt auf der reellen Austrittspupille des aus den ersten drei Spiegeln gebildeten afokalen Teilsystems liegt. Man erkennt insbesondere aus Tabelle 4, daß der Kugelspiegel in dieser Konfiguration keine eigenen Beiträge zu Koma Astigmatismus und Verzeichnung des Gesamtsystems liefert. Die sphärische Unterkorrektion des Kugelspiegels wird durch eine gleichgroße, aber entgegen­ gesetzte Überkorrektion des Hauptspiegels ausgeglichen, was dadurch erreicht wird, daß der Hauptspiegel von der sphärefreien parabolischen Deformation abweichend hyperbolisch aus­ gebildet wird.

Tabelle 5 und 6 beziehen sich auf ein Ritchey-Chretien-System und den zugeordneten erfin­ dungsgemäßen Korrektor, der aus einem parabolischen Kollimatorspiegel und einem paraboli­ schen Sammelspiegel besteht, deren Abstand so gewählt werden kann, daß das Gesamtsystem aplanatisch verbleibt und außerdem anastigmatisch wird.

Bei allen 3 Systemen läßt sich außerdem, wie in den Beispielen gezeigt, die Petzvalsumme auf Null bringen, so daß da der Astigmatismus beseitigt ist, ein ebenes Bildfeld folgt.

Übrig bleibt je nach Systemkonfiguration ein mehr oder minder großer Betrag an Verzeich­ nung, der aber stets in tolerierbaren Grenzen verbleibt.

Zu den Fig. 1-5

Die Fig. 1 bis 5 beziehen sich auf das erste System bestehend aus klassischem Cassegrain und dem zugeordneten, erfindungsgemäßen Korrektor.

Fig. 1 zeigt die Durchrechnung des Systems für achsparalleles Licht. Im Ausführungsbeispiel 1 weist der Hauptspiegel die Öffnungszahl 3 auf; der Verlängerungsfaktor des Hilfsspiegels ergibt sich zu m = 4. Damit folgt die Öffnungszahl des Cassegrain zu 12. Der Korrektor ändert den Betrag der Gesamtbrennweite des Spiegelsystems nicht.

Das Zwischenbild liegt 600 mm vom zerstreuenden Hilfsspiegel entfernt Das "Zerstreuungs­ scheibchen" im Gaußpunkt ergibt 0,0018 Bogensekunden. Eine weitere Verfeinerung der axialen Korrektur über die 3. Ordnung hinaus, wie sie für lichtstärkere Systeme in Betracht käme, läßt sich u. a. durch abgeänderte Hauptspiegeldeformation (siehe dazu Fig. 3) oder durch abgeänderte Deformation des Kollimatorspiegels erreichen (siehe dazu Fig. 4).

Zu den Fig. 6-7

Die Fig. 6 bis 7 beziehen sich auf das Ausführungsbeispiel 2, bestehend aus einem Cassegrain, bei dem der Hauptspiegel überkorrigiert ist, und dem zugeordneten erfindungsgemäßen Kor­ rektor, der aus einem parabolischen Kollimatorspiegel und einem sphärischen Sammelspiegel besteht, der so angeordnet ist, daß der Krümmungsmittelpunkt des sphärischen Spiegels auf der reellen Austrittspupille des aus den ersten 3 Spiegeln gebildeten afokalen Teilsystems liegt. Die Überkorrektion des Hauptspiegels prägt dem Cassegrainsystem und damit dem afokalen Teilsystem eine sphärische Aberration auf, die die sphärische Unterkorrektion des letztendlich abbildenden Kugelspiegels aufhebt.

Der Hauptspiegel weist damit dementsprechende hyperbolische Deformation auf.

Der Krümmungsradius des Hilfsspiegels und sein Abstand vom Hauptspiegel sind so gewählt, daß der Brennweitenverlängerungsfaktor sich zu m = 2 ergibt. Die relative Auftreffhöhe auf den Hilfsspiegel ist k = 1/6. Der Abstand des Zwischenbildes, daß vom Cassegrainsystem erzeugt wird, vom Hilfsspiegel ergibt sich zu 200 mm. Der Hauptspiegel hat die Öffnungszahl 6; die Öffnungszahl des Cassegrainsystems und in diesem Fall des Gesamtsystems resultiert dem Betrag nach zu 12.

Fig. 6 zeigt die Durchrechnung für achsparallel einfallendes Licht und Fig. 7 für ein Gesichts­ feld von 1 Grad Durchmesser. Die Strehlzahl am Rande des Feldes bleibt identisch auf ihrem Maximalwert. Die RMS-OPD bleibt unter 1/700 Wellenlänge. Ein absolut phantastischer Wert dessen Äquivalent eine Zerstreuungsfigur von 0,01 Bogensekunden am Rande des Gesichts­ feldes ist. Diese gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel noch weiter erhöhte Abbildungs­ qualität bei gleicher Öffnungszahl ist aber im wesentlichen auf die vergrößerte Öffnungszahl des Hauptspiegels und den entsprechend verringerten Verlängerungsfaktor durch den zerstreu­ enden Hilfsspiegel zurückzuführen.

Mit dem ersten System sind bei günstigerer Gesamtgeometrie etwa dieselben Bildqualitäten erreichbar. Als einziger registrierbarer Fehler in Fig. 7 bleibt eine Verzeichnung von 1,47 Bogensekunden bei 1 Grad Felddurchmesser.

Zu den Fig. 8-10

Die Fig. 8-10 beziehen sich auf das Ausführungsbeispiel 3, das aus einem Ritchey-Chretien- System und dem zugeordneten, erfindungsgemäßen Korrektor besteht, der wiederum aus einem parabolischen Kollimatorspiegel und einem abbildenden Sammelspiegel mit gleichem axialen Krümmungsradius und ebenfalls parabolischer Deformation besteht.

Der Abstand der beiden Korrektorspiegel ist dabei so gewählt, daß bei Aufrechterhaltung der aplanatischen Korrektion des Ritchey-Chretien zusätzlich der Astigmatismus korrigiert wird. Das Ritchey-Chretien des Ausführungsbeispiels 3 weist im Übrigen die gleichen Krümmungs­ radien und Abstände auf wie das Ausführungsbeispiel 1 für den Fall des klassischen Cassegrain Der Unterschied entsteht einzig durch die entsprechend der aplanatischen Theorie abgeänder­ ten Schwarzschildkonstanten. Es sind jetzt sowohl Haupt- wie Hilfsspiegel hyperbolisch deformiert - die zugeordneten Schwarzschildkonstanten also kleiner -1.

Fig. 8 zeigt die Durchrechnung für achsparallel einfallendes Licht.

Fig. 10 zeigt zum Vergleich die entsprechende Durchrechnung für das Ritchey-Chretien allein. Man erkennt, daß für achsparallele Bündel die Zerstreuungsfigur des ursprünglichen Ritchey- Chretien im Gesamtsystem, vermittelt durch den erfindungsgemäßen Korrektor, reproduziert wird.

Fig. 9 zeigt die Durchrechnung des Gesamtsystems für 1 Grad Felddurchmesser.

Die Strehlzahl ist schon jetzt (bei einer Öffnungszahl des Hauptspiegels von 3) fast identisch 1. Die RMS-OPD liegt etwa bei 1/80 Wellenlänge. Der zugeordnete Durchmesser des Zerstreu­ ungsscheibchens liegt etwa bei 0,04 Bogensekunden, was einen recht ordentlichen Wert bedeutet, wenn man bedenkt, daß der ursprüngliche Ritchey-Chretien etwa 10 Bogensekunden liefert und das nur auf dem optimal angepaßten, gekrümmten Bildfeld.

Im übrigen läßt sich die außeraxiale Bildqualität des Ausführungsbeispiels 3 noch weiter verfeinern - beispielsweise durch eine geringfügige Veränderung des Abstandes der beiden Korrektorspiegel.

Zu den Fig. 11-12

Die Fig. 11 und 12 verdeutlichen den grundlegenden konstruktiven Aufbau des erfindungsge­ mäßen Systems.

Fig. 11 ist hierbei dem ersten dieser Spiegelsysteme zugeordnet, also dem Fall des klassischen Cassegrainsystems mit entsprechendem Korrektor, bei dem der Kollimatorspiegel hyperbolisch ausgeprägt ist und der Krümmungsmittelpunkt des sphärischen Sammelspiegels auf dem Vertex des Kollimatorspiegels liegt.

Fig. 12 verdeutlicht den konstruktiven Aufbau des zweiten der erfindungsgemäßen Systeme, also den Fall des Cassegrainsystems mit überkorrigiertem, hyperbolischen Hauptspiegel dem ein entsprechender Korrektor nachgeordnet ist, der aus einem wesensmäßig parabolisch defor­ mierten Kollimatorspiegel und einem sphärischen Sammelspiegel besteht, dessen Krümmungs­ mittelpunkt sich auf der reellen Austrittspupille des aus den ersten 3 Spiegeln gebildeten afokalen Teilsystems befindet.

In beiden Figuren ist u. a. ein Planspiegel zu erkennen, der in der Ebene des Zwischenbildes, das vom Cassegrainsystem entworfen wird, angeordnet ist und dazu dient den Strahlengang zu falten und die Baulänge zu verkürzen.

Die Erfindung soll durch die nachstehenden Ausführungsbeispiele verdeutlicht werden. Hierbei entsprechen die Daten bis auf das Vorzeichen der Krümmungsradien denen in den zugeordneten Figuren.

Ausführungsbeispiel 1

Tab. 1 Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 1

Tab. 2 Flächenteilkoeffizienten und ihre Summen nach der 3. Ordnung

Ausführungsbeispiel 2

Tab. 3 Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 2

Tab. 4 Flächenteilkoeffizienten und ihre Summen nach der 3. Ordnung

Ausführungsbeispiel 3

Tab. 5 Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 3

Tab. 6 Flächenteilkoeffizienten und ihre Summen nach der 3. Ordnung

Claims (12)

1. Spiegelsystem, bei dem

• 1. ein sammelnder Hauptspiegel einfallendes Parallellicht auf einen kleineren Zerstreuungsspiegel reflektiert, so daß hinter diesem ein Zwischenbild entsteht, und bei dem das dann divergente Licht auf einen zweiten Sammelspiegel auftrifft, der das Licht seinerseits auf einen dritten Sammelspiegel reflektiert, welcher das Licht auf einen Detektor richtet, wobei die optischen Achsen aller Spiegel zusammenfallen,
• 2. der sammelnde Hauptspiegel und der Zerstreuungsspiegel ein Cassegrainsystem bilden, bei dem der Hauptspiegel parabolisch und der Zerstreuungsspiegel entsprechend hyperbolisch ausgebildet ist,
• 3. der auf das Zwischenbild folgende zweite Sammelspiegel hyperbolisch ausgebildet ist,
• 4. der dritte Sammelspiegel sphärisch ausgebildet ist,
• 5. der Krümmungsmittelpunkt des dritten Sammelspiegels auf dem Vertex des vorhergehenden zweiten Sammelspiegels liegt und bei dem
• 6. die sphärische Aberration des zweiten, hyperbolischen Sammelspiegels die des dritten, sphärischen Sammelspiegels ausgleicht, so daß das Spiegelsystem aus den vier Spiegeln insgesamt aplanatisch und anastigmatisch korrigiert ist.

2. Spiegelsystem, bei dem

• 1. ein sammelnder Hauptspiegel einfallendes Parallellicht auf einen kleineren Zerstreuungsspiegel reflektiert, so daß hinter diesem ein Zwischenbild entsteht, und bei dem das dann divergente Licht auf einen zweiten Sammelspiegel auftrifft, der das Licht seinerseits auf einen dritten Sammelspiegel reflektiert, welcher das Licht auf einen Detektor richtet, wobei die optischen Achsen aller Spiegel zusammenfallen,
• 2. der sammelnde Hauptspiegel und der Zerstreuungsspiegel ein Cassegrainsystem bilden, bei dem der Zerstreuungsspiegel hyperbolisch ausgebildet ist,
• 3. der auf das Zwischenbild folgende zweite Sammelspiegel parabolisch ausgebildet ist,
• 4. der dritte Sammelspiegel sphärisch ausgebildet ist, wobei dessen Krümmungsmittelpunkt auf der Ebene der Austrittspupille des vorhergehenden afokalen Teilsystems liegt, das aus den vorangehenden drei Spiegeln gebildet wird, und bei dem
• 5. der Hauptspiegel so hyperbolisch ausgebildet ist, daß er die sphärische Aberration des dritten, sphärischen Sammelspiegels kompensiert, wodurch das Spiegelsystem aus den vier Spiegeln aplanatisch und anastigmatisch korrigiert ist.

3. Spiegelsystem, beidem

• 1. ein sammelnder Hauptspiegel einfallendes Parallellicht auf einen kleineren Zerstreuungsspiegel reflektiert, so daß hinter diesem ein Zwischenbild entsteht, und bei dem das dann divergente Licht auf einen zweiten Sammelspiegel auftrifft, der das Licht seinerseits auf einen dritten Sammelspiegel reflektiert, welcher das Licht auf einen Detektor richtet, wobei die optischen Achsen aller Spiegel zusammenfallen,
• 2. der sammelnde Hauptspiegel und der Zerstreuungsspiegel ein Ritchey-Chretien-System bilden, bei dem der Sammelspiegel und der Zerstreuungsspiegel so hyperbolisch geformt sind, daß das von ihnen gebildete System aplanatisch ist, und bei dem
• 3. der zweite und der dritte Sammelspiegel parabolisch geformt sind und gleichen Krümmungsradius ausweisen, wobei der Abstand zwischen ihnen so gewählt wird, daß das gesamte System aus den vier Spiegeln aplanatisch und anastigmatisch korrigiert ist.

4. Spiegelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Krümmungsradien der vier Spiegel so ausgebildet werden, daß die Petzvalsumme des Spiegelsystems zu Null wird, so daß bei ebenfalls korrigiertem Astigmatismus ein ebenes Bildfeld erreicht wird.

5. Spiegelsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Lichtweg durch Planspiegel gefaltet wird, wobei in der Umgebung der Ebene des Zwischenbildes ein Planspiegel im Strahlengang angeordnet ist, der um einen Winkel α gegen die optische Achse geneigt ist und den Strahlengang um den Winkel 2α gegen seine bisherige Richtung umlenkt, um das Spiegelsystem kompakter zu gestalten und Streulichtprobleme zu vermeiden.

6. Spiegelsystem nach Anspruch 3, bei dem eine Bildfeldebnungslinse in die Umgebung des Brennpunktes des Spiegelsystems eingebracht wird, die so ausgebildet ist, daß die Petzvalsumme des Systems aus den vier Spiegeln und der Bildfeldebnungslinse zu Null wird.

7. Spiegelsystem nach Anspruch 1, bei dem die hyperbolische Form des auf das Cassegrainsystem folgenden zweiten Sammelspiegels so ausgebildet wird, daß dessen Schwarzschildkonstante sich dem Betrage nach um maximal 1 Prozent gegenüber dem Wert erhöht, der zur Korrektur der sphärischen Aberration in dritter Ordnung nötig ist.

8. Spiegelsystem nach Anspruch 2, bei dem der auf das Cassegrainsystem folgende zweite, parabolische Sammelspiegel so von der parabolischen Form abweichend ausgebildet wird, daß die Korrektur der außeraxialen Bildfehler weiter verbessert wird, wobei die Schwarzschildkonstante dieses Sammelspiegels um maximal 1 Prozent von ihrem vorbezeichneten Wert -1 abweicht.

9. Spiegelsystem nach Anspruch 3, bei dem die Form des zweiten und des dritten Sammelspiegels so weit abweichend von der parabolischen Form gestaltet wird, daß eine weitere Verbesserung der außeraxialen Abbildungsqualität erreicht wird, wobei die Schwarzschildkonstanten um maximal 1 Prozent von ihrem vorbezeichneten Wert -1 abweichen.

10. Spiegelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Korrektor aus dem zweiten und dritten Sammelspiegel so ausgebildet ist, daß er eine sphärischen Aberration des Cassegrain- oder Ritchey-Chretien-Spiegelsystems korrigiert, wozu die Schwarzschildkonstanten, die Krümmungsradien und der Abstand der beiden Sammelspiegel gegen ihre vorbezeichneten Werte abgeändert werden.

11. Spiegelsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das System als außeraxiale Teilmenge eines axialen Spiegelsystems ausgebildet wird, um die im axialen System durch den Zerstreuungsspiegel verursachte Mittenabschattung zu vermeiden.

12. Spiegelsystem nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 bis 8, 10 und 11, bei dem mehrere Korrektorsysteme aus je zwei zweiten und dritten Sammelspiegeln in einer revolverartigen Konfiguration angeordnet werden, bei der die einzelnen Korrektorsysteme in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene liegen, wobei der Strahlengang mittels eines uni 45 Grad gegen die optische Achse geneigten und drehbar um diese gelagerten Planspiegels in die Korrektorsysteme umgelenkt wird, wodurch verschiedene Gesamtbrennweiten erzielt werden.