DD150659A1

DD150659A1 - Spiegel-anastigmat mit sphaerischen hohlspiegeln

Info

Publication number: DD150659A1
Application number: DD22102480A
Authority: DD
Inventors: Manfred Riemann
Original assignee: Manfred Riemann
Priority date: 1980-05-12
Filing date: 1980-05-12
Publication date: 1981-09-09

Abstract

Spiegel-Anastigmat mit sphaerischen Hohlspiegeln, mit dessen Hilfe die optische Abbildung von Gegenstaenden und ihren reellen oder virtuellen Bildern im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich moeglich ist. Die Abbildung ist als Spiegelabbildung farbfehlerfrei, frei von Astigmatismus, weitgehend frei von Koma und sphaerischer Aberration. Die Einsatzgebiete erstrecken sich auf Spiegelfernrohre, -mikroskope, -monochromatoren, Spektrographen, Beleuchtungsanordnungen fuer optische Geraete, Spiegelkameras, Schlierengeraete, optische Pyrometer, Streulichtmeszgeraete und optische Abtastgeraete. Zwei sphaerische Hohlspiegel sind nach Fig.1a und 1b gegeneinander so dezentriert angeordnet, dasz Sagittalschnitt und Meridionalschnitt jeweils vertauscht sind und durch Kombination der Dezentrierungswinkel und der Kruemmungsradien der Spiegel der Astigmatismus und andere Bildfehler korrigiert werden.

Description

-A-

Beschreibung der Erfindung

Titel der Erfindung

Spiegel-Anastigmat mit sphärischen Hohlspiegeln

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die optische Abbildung von Gegenständen und ihren reellen oder virtuellen Bildern im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich. Die Abbildung ist als Spiegelabbildung farbfehlerfrei und erfindungsgemäß frei von Astigmatismus, Koma und sphärischer Aberration in ausgewählten Gegenstandspunkt-Bildpunktpaaren, weitgehend frei von den genannten Bildfehlern in größeren Gegenstands-Bildfeldern.

Die Erfindung kann mit Vorteil dort eingesetzt werden, wo man schon bisher abbildende Spiegelsysterae einsetzte, dabei aber Bildfehler wie Astigmatismus, Koma und sphärische Aberration in Kauf nahm, bzw. durch andere Maßnahmen wie Beschränkung auf kleine Gffnungsverhältnisse und kleine Dezentrierungswinkel klein hielt oder durch asphärische Elemente verkleinerte. Die Einsatzgebiete der Erfindung erstrecken sich demgemäß auf Spiegelfernrohre, Spiegelmikroskope, Spiegelmonochromatoren, Spektrographen, Beleuchtungsanordnungen für optische Geräte, Spiegelkameras, Schlierengeräte, optische Pyrometer, Streulichtmeßgeräte und optische Abtastgeräte.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der Einsatz von abbildenden Sp ie ge !.systemen wird durch die auftretenden Abbildungsfehler, insbesondere durch den störenden Astigmatismus bei geneigten sphärischen Spiegeln stark beeinträchtigt. ' ^J Zur Verminderung oder Beseitigung des Astigmatismus wurde im Fernrohrbau, insbesondere bei astronomischen Fernrohren die Verwendung von geneigten sphärischen Hohlspiegeln schon lange aufgegeben und axialsyrnmetrisohe Anordnungen vom Typ des Schmidt-Teleskops und Cassegrain-Anordnungen angewandt. ^J Diese Anordnungen haben Mittenabsohattungen im Aperturfeld und benötigen teilweise durchbohrte Spiegel. Für die stigmatische Abbildung größerer Gesichtsfelder oder für die Anwendung größerer Öffnungsverhältnisse werden asphärische Elemente wie Parabolspiegel, Hyperbolspiegel und empirische Korrektionsplatten benutzt, die außerordentlich teuer sind.

Spiegelsysteme werden in Spektralapparaten, bei Monoehromatoren und Spektrographen in großem Umfang eingesetzt. Zur Verminderung der Bildfehler dieser Spiegelsysteme werden sogenannte Ebert-Anordnungen, V/adsworth-Anordnungen, Z- und X-Anordnungen ' ' , Anordnungen mit außeraxialen Parabolspiegeln für Littrow-Honochromatoren ' und weitere sehr fehlerbehaftete Anordnungen angewandt. Alle diese Anordnungen, auch die angeblich stigmatische Anordnung nach Ebert-F&stie ^J sind mit Astigmatismus behaftet und lassen deshalb nur geringe Öffnungsverhältnisse zu, je nach der Größe der Bildfehler, die man in Kauf nimmt.

Bei allen anderen optischen Geräten, die man mit abbildenden Spiegelsystemen ausstattet, v/ie Schlierengeräte , Streulichtgeräte und optische Abtastgeräte, nimmt man um der spektralen Vorteile willen die Abbildungsfehler in Kauf.

Die Beseitigung des Astigmatismus durch Anwendung von Dezentrierungswinkeln, die größer als 45° sind, kann nur bei Beleuchtungsstrahlengängen durchgeführt werden, die sehr kleine

1 θ")

Objekte Ъеі nicht' hohen Qualitätsansprüchen aVoilden ^y > bei derartig grollen Dezentrierungswinkel Bildfehler höherer

Ordnung auftreten und die Astigmatismuskompensation für kleinste Winkelabweichungen· versagt,

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, durch Anwendung von zwei sphärischen Hohlspiegeln Ъеі Dezentrierungswinkeln unter 45° astigmatismusfreie und komafreie Abbildungen zu erzeugen.

Darlegungen des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter ausschließlicher Verwendung von zwei sphärischen Hohlspiegeln eine stigmatische, komafreie optische Abbildung bei Dezentrierungswinkeln der Spiegel zwischen 0° und 45° zu erzeugen.

Die bereits bekannten Anordnungen lösen diese Aufgabe nicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dezentrierungen der beiden Hohlspiegel in zwei zueinander senkrechten Ebenen erfolgen. Dadurch sind die Sagittal- und i.ieridionalebenen beider Spiegel gegeneinander vertauscht, was bei Vorgabe der Spiegelkrümmungsradien die Kompensation der Bildfehler durch geeignete Wahl der beiden Dezentrierungswinkel und des Abstandes der beiden Spiegelscheitel immer ermöglicht.

Ausführungsbeispiele

Aus der Mannigfaltigkeit der Abbildungsmöglichkeiten, die sich durch die Erfindung ergeben, werden folgende Beispiele ausgewählt:

1. Bild la und 1b

Abbildung mit reellem Zwischenbild, geeignet u. a. für Abtasteinrichtungen.

Ein Gegenstand befinde sich bei 3 (s. Bild 1a und Bild 2b Bild 1a ist Draufsicht und Bild 2b ist Seitenansicht der Anordnung). Seine Lichtstrahlen v/erden am Hohlspiegel 1 reflektiert, wobei der Dezentrierungswinkel Qi^ am Mitten-

strahl auftritt. Bei 5 entsteht ein reelles Zwischenbild von 3, was mit Astigmatismus und Koma behaftet ist» Der Hohlspiegel 2 entwirft vom Zwischenbild 5 das Bild 4, was jetzt frei von Astigmatismus ist, wenn der Dezentrierungswinkel o(2 (nach oben oder unten zeigend) eingehalten wird. Der Abstand der Scheitel beider Hohlspiegel sei a.

Bei der Wahl von R^ = 70 mm (Krümmungsradius des Spiegels 1 und R₂ ⁼ QO mm (Krümmungsradius des Spiegels 2), r = 60 ram als Abstand des Gegenstandes vom Scheitel des Spiegels 1, a = 140 mm ooj = 5° und сч£ = 11°46' ±_st das Bild bei 4, das sich im Abstand r' =146 mm vom Scheitel des Spiegels 2 befindet, frei von Astigmatismus und Koma.

2. Bild 2a und 2b

Abbildung ohne reelles Zwischenbild, mit parallelem Strahlengang zv/ischen beiden Spiegeln, geeignet u. a. für Monochromator en und Spektrographen, Schlierenanordnungen, wobei in den parallelen Strahlengang (im schraffierten Bereich) ein Gitter, Prisma oder eine zu untersuchende Probe gebracht v»-erden kann.

In 3 befinde sich die Eintrittsöffnung, z. B. ein Monochrometerspalt. Er wird über die Spiegel 1 und 2 in 4 astigmatismusfrei und koraafrei abgebildet, wenn z. B. folgende Farameter eingehalten werden: ^ =7° ⁰^ ? ⁼ 9°52' , а - 800 mm, die Krümmungsradien der Hohlspiegel R^ = R« -800 mm, Abstand des Gegenstandes vom Scheitel des Spiegels S 1 = 400 min. Der Abstand des Bildes 4 vom Scheitel des Spiegels 2 beträgt 402,9 mm.

Die Zeichnung ist grob maßstabsgetreu.

3. Bild 3a und 3b

Abbildung von Gegenständen im Unendlichen (Fernrohrobjektiv) mit reellem Zwischenbild, geeignet für Fernrohre, Kameras, Abtastgerate, Pyrometer und Anordnungen, die entferntere Gegenstände stigmatisch abzubilden haben.

Paralleles Licht 3 trifft auf den Hohlspiegel 1 mit dem Krümmungsradius IL = 800 ram» Es entsteht ein fehlerbehaf-

tetes reelles Zwischenbild in 5. Der Hohlspiegel 2 mit dem Krümmungsradius Rp - &№ mm.entwirft ύοπ Bild 5 ein fehlerfreies Bild in 4. Der Abstand der Ъеіоеп Hohlspiegel a beträgt 1040 ram. Der Winkel 0C₁ beträgt 5°, qC₂ ist 3°18^f

Bild 4 hat vom Scheitel des Spiegels 2 den Abstand 1067,5 mm.

Claims

Erf indungsa-nspruch

Spiege!-Anastigmat mit sphärischen Hohlspiegeln, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sphärische Hohlspiegel gegeneinander
so dezentriert angeordnet werden, daß Sagittalschnitt und Ые-ridionalschnitt jev/eils vertauscht sind und durch Kombination der Dezentrierungswinkel und der Krümmungsradien der Spiegel, der Astigmatismus und andere Bildfehler korrigiert werden.

Zeichnungen