DE19510052C2 - Optisches System mit Spiegelvorsatz - Google Patents
Optisches System mit SpiegelvorsatzInfo
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- G02B17/08—Catadioptric systems
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf optische Systeme mit Spiegelvorsatz, insbesondere auf
solche optischen Systeme, die mit einem Objektiv, einer Kamera-, Fernrohr,- Projektions-
oder Kollimatoroptik ausgerüstet sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Systeme sind geeignet, als Fernrohroptik, oder als Sende- oder Empfangsoptik
auch in Verbindung mit Lasern zum Einsatz zu kommen. Auch als Beleuchtungsoptik für
große zu beleuchtende Objekte und Flächen können solche Systeme eingesetzt werden.
Es sind afokale Spiegelsysteme bekannt, so z. B. ein System von Mersenne, welches bis
auf die Bildfeldwölbung frei von Abbildungsfehlern ist. Dieses System ist ein
Zweispiegelsystem und umfaßt einen konkaven parabolischen Hauptspiegel und einen
konvexen oder konkaven parabolischen Gegenspiegel, wobei die Brennpunkte von
Haupt- und Gegenspiegel in einem Punkt zusammenfallen. Alls Spiegelsysteme zeichnen
sich durch Farbfehlerfreiheit aus (Riekher "Fernrohre und ihre Meister" 2. Auflage, VEB
Verlag Technik Berlin 1990, Seite 89).
Aus Müller-Pouillets "Lehrbuch der Physik und Meteorologie", 2. Band, 3. Buch, Vieweg-
Verlag Braunschweig 1909, Seiten 551 bis 554 und König "Die Fernrohre und
Entfernungsmesser" 2. Auflage, Springer Verlag 1937, Seiten 75 bis 78 sind ferner
Zweispiegelsysteme nach Cassegrain und Gregory bekannt. Bei dem System nach
Gregory, welches einen konkaven Haupt- und Gegenspiegel besitzt, werden die
einfallenden Strahlen durch den Hauptspiegel so reflektiert, daß ein reelles umgekehrtes
Bild entsteht. Dieses Bild befindet sich nahe dem Brennpunkt des Gegenspiegels, durch
den es als aufrechtes Bild in die Okularebene abgebildet wird. Dieses System kann auch
als Erdfernrohr verwendet werden.
Das System nach Cassegrain umfaßt einen konkaven Hauptspiegel und einen konvexen
Gegenspiegel. Es entsteht ein umgekehrtes Bild in der Okularebene.
Beide Systeme können auch durch eine besondere Anordnung ihrer Spiegel und durch
eine entsprechende Gestaltung ihrer reflektierenden Oberflächen so ausgebildet werden,
daß sie als afokale optische Systeme wirken, welche den Strahlenquerschnitt in seiner
Größe verändern. Eine Möglichkeit dazu bietet das o. g. Mersenne-System mit
parabolischem Haupt- und Gegenspiegel. Ein solches System ist in der US 4 934 801
beschrieben, welches einem Linsensystem vorgeordnet ist. Dieses System umfaßt zwei
Spiegel, und zwar einen konkaven parabolischen Primärspiegel und einen konvexen
parabolischen Sekundärspiegel, derart, daß die Foki beider Spiegel koinzidieren.
Die EP 0 571 972 A2 offenbart unter anderem ein afokales optisches System, welches
aus zwei Parabolspiegeln, deren Foki in einem Punkt koinzidieren, besteht.
Refraktoren mit apochromatischen Objektiven, in welchen mindestens ein Flußspatglied
oder ein Glied aus einem analogen Glas vorhanden ist, besitzen weitestgehende
Farbfehlerfreiheit.
Insbesondere bei Teleskopen ist man bestrebt, durch große Öffnungen möglichst viel
Licht aufzunehmen. Spiegeloptiken, insbesondere Spiegelteleskope, werden mit
Durchmessern von mehreren Metern hergestellt. Bei Refraktoren mit apochromatischen
Objektiven liegen die maximalen Durchmesser gegenwärtig bei etwa 200 bis 250 mm.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System mit einem Objektiv und
einem diesem vorgeordneten, mindestens zwei Spiegel umfassenden, afokalen, den
Durchmesser des einfallenden Strahlenbündels reduzierenden Spiegelsystem zu schaffen,
welches eine große relative Öffnung, eine kleine Bildfeldwölbung und eine große
Brennweite besitzt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem optischen System mit Spiegelvorsatz mit
den Mitteln des kennzeichnenden Teils des ersten Anspruches gelöst. In den weiteren
Ansprüchen sind nähere Ausgestaltungen der Erfindung dargelegt.
Einem apochromatischen Refraktor mit kleiner Öffnung wird objektseitig ein afokales
Spiegelsystem vorgeschaltet. Dafür eignet sich ein System, das oben genannte
Spiegelsystem nach Mersenne mit parabolischem Haupt- und Gegenspiegel, besonders
gut, welches bis auf die Bildfeldwölbung frei von Abbildungsfehlern ist. Ein hoher
Bildkontrast wird erreicht, wenn das afokale Spiegelsystem aus zwei off-axis-
Paraboloidspiegeln mit einem gemeinsamen Brennpunkt besteht. Als Spiegelvorsätze für
den apochromatischen Refraktor kleiner Öffnung eignen sich Systeme vom Typ
Cassegrain mit konkavem Hauptspiegel und einem konvexen Gegenspiegel oder vom
Typ Gregory mit konkavem Haupt- und Gegenspiegel.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In
der Zeichnung zeigen
Fig. 1 ein optisches System mit afokalem Spiegelvorsatz nach Mersenne,
Fig. 2 ein solches System nach Gregory in off-axis-Ausführung und
Fig. 3 ein solches System nach Cassegrain in off-axis-Ausführung.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten System ist einem Refraktor mit geringer Öffnung,
bestehend aus einem vorzugsweise apochromatischen Objektiv 1 und einem Okular 2,
ein afokaler, aus zwei Spiegeln, einem Hauptspiegel 3 und einem Gegenspiegel 4,
bestehender Spiegelvorsatz objektseitig vorgeordnet. Dieser Spiegelvorsatz entspricht
einem Zweispiegelsystem nach Mersenne vom Typ Gregory, bei welchem ein konkaver
parabolischer Hauptspiegel 3 und ein konkaver parabolischer Gegenspiegel 4 im
Strahlengang derart angeordnet ist, daß die Brennpunkte von Haupt- und Gegenspiegel
auf der optischen Achse zusammenfallen. Der Gregory-Typ weist den zusätzlichen Vorteil
auf, daß der als Eintrittspupille EP wirkende Hauptspiegel 3 vom konkaven Gegenspiegel
4 als reelles Bild EP' an den Ort des nachgeschalteten Objektivs 1 abgebildet wird. Das
vom Gegenspiegel 4 reflektierte Lichtbündel besitzt einen wesentlich geringeren
Querschnitt als das auf den Hauptspiegel 3 treffende Lichtbündel. Dabei ist das Verhältnis
gleich der Vergrößerung Γ des Zweispiegelsystems. Ein Vorteil dieses
Zweispiegelsystems besteht darin, daß es bis auf die Bildfeldwölbung frei von
Abbildungsfehlern ist. Die Bildfeldwölbung kann beim Gregory-Typ besonders leicht mit
dem nachgeschalteten Objektiv 1 kompensiert werden, weil es die umgekehrte
Bildfeldwölbung besitzt wie der Spiegelvorsatz. Das Zweispiegelsystem besitzt keine
Farbfehler. Durch das nachgeordnete apochromatische Objektiv 1, z. B. ein APQ-Objektiv
mit Flußspatglied oder einem in seinen optischen Eigenschaften ähnlichen Glied, wird
diese weitestgehende Farbfehlerfreiheit im weiteren Strahlengang beibehalten.
Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, besteht der afokale Spiegelvorsatz aus zwei off-axis-
Paraboloiden, d. h. es sind zwei Paraboloidflächenausschnitte, die außerhalb der
optischen Achse 5 benutzt werden, auf der der gemeinsame Brennpunkt liegt. Diese
benutzten Paraboloidflächen beinhalten auch nicht die Scheitel der Paraboloide.
Fig. 2 zeigt einen, dem Gregory-Typ ähnlichen afokalen Spiegelvorsatz, der dem Objektiv
1 des Refraktors vorgeschaltet ist. Dieser Spiegelvorsatz umfaßt einen konkaven
Hauptspiegel 3 und einen konkaven Gegenspiegel 4, die beide off-axis-Paraboloidflächen
als reflektierende Flächen besitzen. Der Brennpunkt FH des Hauptspiegels 3 und der
Brennpunkt FG des Gegenspiegels 4 fallen zusammen und liegen auf einer die Mitten MH
und MG dieser Spiegel verbindenden Geraden.
Das in Fig. 3 dargestellte optische System, dessen Zweispiegelsystem dem
Cassegraintyp ähnlich ist, umfaßt einen afokalen Spiegelvorsatz, der aus einem konkaven
Hauptspiegel 3 und einem konvexen Gegenspiegel 6 besteht. Auch diese beiden Spiegel
3 und 6 besitzen als reflektierende Flächen off-axis-Paraboloidflächen, deren
Brennpunkte FH und FG zusammenfallen.
Das von den Gegenspiegeln 4 und 6 dieser Spiegelvorsätze reflektierte Licht wird als
Parallellichtbündel mit gegenüber dem, auf den Hauptspiegel 3 auftreffenden Lichtbündel
reduziertem Querschnitt dem nachgeordneten Objektiv 1 zugeleitet. Der Querschnitt des
auf das Objektiv 1 treffenden Lichtbündels ist um den Faktor Γ gegenüber dem auf den
Hauptspiegel 3 auftreffenden Lichtbündel reduziert, wobei Γ der Vergrößerungsfaktor des
afokalen Spiegelsystems ist.
Die Vorzüge des erfindungsgemäßen optischen Systems sollen an einem Zahlenbeispiel
veranschaulicht werden. Beträgt z. B. bei einem praktischen Beispiel Γ = 3, dann wird ein
auf den Hauptspiegel 3 auftreffendes Lichtbündel mit einem Durchmesser von 450 mm
durch den afokalen Spiegelvorsatz in ein paralleles Lichtbündel mit einem Durchmesser
von 150 mm transformiert, welches dann auf das nachgeordnete Objektiv 1 von 150 mm
freier Öffnung trifft. Bei einer Brennweite des Objektivs von 1200 mm und einer freien
Öffnung von 150 mm hätte das gesamte, aus Spiegelvorsatz und nachgeordnetem
Fernrohrsystem (Objektiv 1) bestehende System eine Öffnung von 450 mm und 3600 mm
Brennweite, womit sich ein für diese Öffnung außergewöhnlich großes Öffnungsverhältnis
von f/8 ergibt.
Claims (5)
1. Optisches System mit einem Objektiv und einem diesem objektseitig vorgeordneten,
mindestens zwei Spiegel umfassenden, afokalen, den Durchmesser des einfallenden
Srtrahlenbündels um einen Vergrößerungsfaktor Γ reduzierenden Spiegelsystem,
dadurch gekennzeichnet,
daß der als Eintrittspupille EP wirkende Hauptspiegel (4) reell an einem Ort abgebildet
wird, an dem das Objektiv (1) eines nachgeordneten Fernrohrs angeordnet ist.
2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das afokale Spiegelsystem aus zwei Paraboloidspiegeln besteht.
3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das afokale Spiegelsystem aus mindestens zwei off-axis-Paraboloidspiegeln besteht.
4. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß ein afokales Spiegelsystem nach Mersenne mit zwei Paraboloidspiegeln vorgesehen
ist, bei dem die Brennpunkte (FH und FG) der beiden Paraboloidspiegel zusammenfallen.
5. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die reflektierende Fläche des Hauptspiegels des Spiegelsystems und die
reflektierende Fläche des Gegenspiegels konkav ausgebildet sind.
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DE1995110052 Expired - Fee Related DE19510052C2 (de) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | Optisches System mit Spiegelvorsatz |
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Citations (2)
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- 1995-03-20 DE DE1995110052 patent/DE19510052C2/de not_active Expired - Fee Related
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Title |
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Also Published As
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