DE3033377A1

DE3033377A1 - Kadadioprisches teleskop

Info

Publication number: DE3033377A1
Application number: DE19803033377
Authority: DE
Inventors: David R Shafer
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1979-10-09
Filing date: 1980-09-04
Publication date: 1981-04-23
Also published as: JPH0314609U; JPS5678816A; US4342503A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein katadioptri.sches Teleskop mit zwei Elementen.

Das aus drei Elementen bestehende Schmidt-Cassegrain-Teleskop ist ein übliches katadioptrisches System, das gegen sphärische Aberrationen, Koma, Astigmatismus und Petzval-Krümmung korrigiert werden kann. Die vorliegende Erfindung schlägt eine Version eines katadioptischen Teleskops vor, das die gleichen Aberrations-Korrekturen ermöglicht, jedoch nur zwei Elemente aufweist. Dabei müssen nur drei optische Oberfläche hergestellt werden, von denen zwei asphärisch sind. Wegen der Einfachheit dieser aus zwei Elementen bestehenden Konstruktion ist die Ausrichtungs-Stabilität und die Beeinflussbarkeit durch Umwelteinflüsse besser als bei herkömmlichen Systemen. Außerdem ist dieses System sehr kompakt, da seine Länge nur 45 % der Brennweite des Systems beträgt.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Schmidt-Cassegrain-Teleskops mit drei Elementen; dabei handelt es sich um eine Konstruktion, die gegen sphärische Aberration, Koma, Astigmatismus und Petzval-Krümmung korrigiert werden kann. Die asphärische Platte 10, der Primärspiegel 12 und der Sekundärspiegel 14 , bei denen es sich um asphärische Spiegel handelt, geben dem Konstrukteur genug Variablen, so daß mit diesen Aberrationskorrekturen eine ganze Familie von Konstruktionen hergestellt werden kann. Man kann dieses Übermaß an Konstruktionvariablen für den Versuch verwenden, dem System einige zusätzliche, wesentliche Merkmale zu geben, wie beispielsweise eine Korrektur gegen Verzeichnung, oder eine Verringerung der Abdunklung; es ist auch möglich, einen der Spiegel in einer sphärischen Oberfläche zu sehen. Einige dieser

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Optionen sind von E.H. Linfoot in seinem exzellenten Übersichtsartikel "Neuere Fortschritte der Optik" (Recent Advances in Optics) beschrieben worden, der von der Oxford university Press (1955) veröffentlicht wurde, sh. insbesondere Seite 259.

Einige Schwierigkeiten mit dem Schmidt-Cassegrain-Teleskop liegen darin, daß die Notwendigkeit, drei Elemente zu verwenden, die mechanische Konstruktion kompliziert macht, die für die Halterung dieser Elemente benötigt wird? außerdem müssen diese Elemente gegen Verzerrung und Lageänderung aufgrund von Temperaturänderungen geschützt werden. Obwohl nun ziemlich wirksame und damit kostengünstige Verfahren bekannt sind, die asphärische Schmidt-Korrekturplatte zu kopieren, ist die Herstellung des asphärischen Primär- und Sekundärspiegels 12 und 14 ein kostspieliger und zeitaufwendiger Arbeitsgang, der immer noch teilweise von Hand durchgeführt werden muß.

Aus diesem Grunde wird angestrebt, die Zahl der Elemente in einem Cassegrain-Systern auf zwei zu verringern, um die oben angeführten mechanischen und Wärme-Betrachtungen zu berücksichtigen und um die Zahl der asphärischen Elemente, die hergestellt werden müssen, zu reduzieren. Weiterhin wäre es sehr zweckmäßig, wenn die beiden Elemente durch ein einfaches Herstellungsverfahren gefertigt werden können, wie beispielsweise durch Abdruck-Bildung (replication). Selbstverständlich hätte eine Konstruktion mit zwei Elementen nicht einen so hohen Wirkungsgrad wie eine Konstruktion mit drei Elementen, da nicht die gleichen Aberrations-Korrekturen wie bei dem Schmidt-Cassegrain-System durchgeführt werden könnten.

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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein aus zwei Elementen bestehendes katadioprisches Teleskop zu schaffen.

Weiterhin soll ein Teleskop vorgeschlagen werden, das gegen sphärische Aberrationen, Koma und Astigmatismus korrigiert ist und ein flaches Bildfeld hat, d.h. auch gegen Petzval-Krümmung korrigiert ist

Weiterhin soll mit der vorliegenden Erfindung ein solches Teleskop aus zwei Elementen vorgeschlagen werden, die leicht ausgerichtet werden können und auch bei Änderungen der Umgebungsbedingungen stabil sind.

Weiterhin soll mit der vorliegenden Erfindung ein Teleskop aus zwei Elementen vorgeschlagen werden, die nur drei optische Oberflächen aufweisen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Teleskop mit zwei Elementen zu schaffen, die durch einfache Replikations-Techniken hergestellt werden können.

Außerdem sollte dieses Teleskop gegen die chromatische Variation der sphärischen Aberration korrigiert sein.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Teleskop vorzuschlagen, das eine exakte Korrektur für Farbortsfehler bzw. Farblängsfehler und Farbquerfehler ermöglicht.

Dies,wird erfindungsgemäß durch ein katadioptrisches Teleskop erreicht, dessen erstes Element eine relativ dünne, lichtdurchlässige Hülle bzw. Schale aufweist, die zur Vorderseite hin konkav ist. Das zweite Element

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weist einen Spiegel auf, der zur Vorderseite hin konkav ist. Die vordere Oberfläche der Hülle bzw. Schale kann sphärisch sein, während ihre hintere Oberfläche asphärisch ist, oder umgekehrt. Der zentrale Bereich des ersten Elementes, d§r entweder auf der Vorderseite oder· auf der Rückseite ist, ist verspiegelt, um den Sekundärspiegel des Systems zu bilden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Sekundärspiegel auf der Vorderseite des ersten Elementes. Bei einer Ausführungsform ist das zweite Element ebenfalls eine lichtdurchlässige Hülle bzw. Schale. Bei einer Variante dieser Ausführungsform ist die zweite lichtdurchlässige Hülle asphärisch auf der Vorderseite und sphärisch auf der Rückseite. Bei einer anderen Variante ist sie sphärisch auf der Vorderseite und asphärisch auf der Rückseite. Bei diesen beiden Varianten befindet sich der Primärspiegel auf der Rückseite des zweiten Elementes. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das zweite, lichtdurchlässige Element asphärisch auf der Vorderseite und flach auf der Rückseite; die vordere Oberfläche ist mit Ausnahme ihres zentralen Bereiches, durch den das Licht von dem Sekundärspiegel fokussiert wird, verspiegelt. Bei den meisten Ausführungsformen sind alle Krümmungsradien (bei asphärischen Oberflächen die Basiskurve) im wesentlichen gleich. Durch höhere Dispersion in der zweiten Hülle als in der ersten Hülle kann eine Korrektur gegen die chromatische Variation der sphärischen Aberration erreicht werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen darauf, daß sich ein gut korrigiertes, nur zwei Elemente enthaltendes, katadioptrisches Teleskop mit flacher Abbildung ergibt. Dieses Teleskop ist gegen sphärische Aberration, Koma und Astigmatismus korrigiert.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Ansicht eines herkömmlichen Schmidt-

Cassegrain-Teleskops mit flacher Abbildung,

Fig. 2 ein Diagramm eines kurzen Schmidt-Cassegrain-Teleskops,

Fig. 3 ein Diagramm eines aus zwei Elementen bestehenden Teleskops nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 mit den Fig. 4A bis 4C vier Diagramme von

vier möglichen Konstruktionen für das vordere Element des aus zwei Elementen bestehenden Teleskops nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 ein Diagramm eines gut korrigierten Teleskops mit zwei Elementen nach der vorliegenden Erfindung, wobei dieses Teleskop eine flache Abbildung hat,

Fig. 6. ein Diagramm eines zwei Elemente enthaltenden Teleskops nach der vorliegenden Erfindung, das gegen die chromatische Variation der sphärischen Aberration korrigiert ist,

Fig. 7 ein Diagramm eines zwei Elemente enthaltenden Teleskops mit einem Bildwinkel von 3°, mit einer Lichtstärke von 1 : 2,5 und mit einer Systemlänge , die nur 36 % der Brennweite des Teleskops beträgt,

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Fig. 8 ein Diagramm eines aus zwei Elementen bestehenden Teleskops nach der vorliegenden Erfindung, das exakt gegen Farblängsfehler und Farbquerfehler korrigiert ist.

In allen Ansichten beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.

Es soll von dem Versuch ausgegangen werden, die Zahl der Elemente eines Schmidt-Cassegrain-Teleskops von drei auf zwei zu verringern, ohne die Aberrations-Korrektur aufzugeben. Fig. 2 zeigt einen ersten Schritt in dieser Richtung. Das dort dargestellte System hat zwar noch drei Elemente 10, 12 und 14, es ist jedoch mechanisch einfacher und kürzer, da der Sekundärspiegel 14 auf der asphärischen Platte 10 angebracht ist. Werden asphärische Oberflächen für alle drei Elemente ausgewählt, und werden die Radien der Basis-Sphären der Spiegel 12 und 14 gleich gemacht, so kann dieses System gegen sphärische Aberrationen, Koma, Astigmatismus und Petzval-Krümmung korrigiert werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 soll nun die asphärische Platte 10 so gebogen werden, daß sie eine dünne Schale 10' mit dem gleichen Radius wie der Primärspiegel 12 wird. Die Schale hat keine Brechkraft; der einzige Sinn dieser Bewegung liegt darin, den Radius des Sekundärspiegels 14 (der auch der Radius des Primärspiegels 12 für die Petzval-Krümmung ist) anzupassen. Nun wird der Sekundärspiegel 14 ein reflektierender Fleck, der sich auf der Schale 10' befindet. Damit stellt sich nun die folgende Frage: Können der Abstand und die asphärischen Parameter für beide Elemente so ausgewählt werden, daß die sphärische Aberration, Koma und Astigmatismus korrigiert sind?

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Die Antwort lautet "Ja"; dazu ist jedoch die in Fig. 3 gezeigte Konstruktion nicht geeignet. Um eine wirklich nur zwei Elemente enthaltende Konstruktion zu erhalten, muß der Sekundärspiegel 14 sowohl den gleichen Radius als auch die gleiche Oberflächenform wie die hintere Oberfläche 16 der asphärischen Schale 10' erhalten. Wenn die hintere Oberfläche der Schale eine andere Form als die zentrale, reflektierende Fläche 14 hat, würde es sich um eine Dreielement-Konstruktion handeln.

Es stellt sich heraus, daß es vier mögliche Wege gibt, um ein Zweielementsystem zu entwickeln, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die vordere Oberfläche 18 oder die hintere Oberfläche 16 der Schale 10' asphärisch ist, und ob sich der Sekundärspiegel 14 auf der Vorderseite oder auf der Rückseite der Schale befindet. Fig. stellt diese vier Konstruktionstypen dar, wobei nur die Schale 10^r gezeigt ist.

Diese vier Fälle sind: In Fig. 4A und 4B befindet sich die Oberfläche 14 des Sekundärspiegels auf der hinteren Oberfläche der asphärischen Schale 10' ; in Fig. 4C und 4D befindet sich die Oberfläche 14 des Sekundärspiegels auf der vorderen Oberfläche 18 der asphärischen Schale 10'.

Der Fall von Fig. 4A unterscheidet sich dadurch von dem Fall nach Fig. 4B, daß in Fig. 4A die Oberfläche 18 sphärisch und die Oberfläche 16 asphärisch ist, während in Fig. 4B die Oberfläche 18 asphärisch und die Oberfläche 16 sphärisch ist. In ähnlicher Weise ist in Fig. 4C die Oberfläche 18 asphärisch und die Oberfläche 16 sphärisch, während in Fig. 4D die Oberfläche 18 sphärisch und die Oberfläche 16 asphärisch ist.

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Drei dieser vier aus zwei Elementen bestehenden Konstruktionen können nicht gegen sphärische Aberration, Koma und Astigmatismus korrigiert werden. Die Petzval-Krümmung wird automatisch korrigiert (d.h., es wird eine flache, ebene Abbildung erzeugt),weil die Schale keine Brechkraft und der Primär- und Sekundärspiegel den gleichen Radius haben. Eine der vier Konstruktionstypen kann gegen alle, diese Aberrationen korrigiert werden, und das ist die Konstruktion nach Fig. 4C.

Die in Fig. 4C dargestellte Konstruktion ist im einzelnen in Fig. 5 zu erkennen. Das Licht verläuft auf dem Weg zu dem Sekundärspiegel 10 durch die Schale 10' und dann wieder durch die Schale 10', um die Abbildungsebene 20 zu erreichen. Die vordere Oberfläche 18 der Schale 10' ist asphärisch, die hintere Oberfläche 16 ist sphärisch, und der Primärspiegel 12 (siehe Fig. 3) ist asphärisch. Bei beiden asphärischen Spiegeln handelt es sich um abgeplattete bzw. abgeflachte Sphäroiden. Der Abstand der Elemente hängt im geringen Maße von dem Brechungsindex der Schale ab und ändert sich nur wenig im Vergleich zu dem dargestellten Abstand, wenn der Brechungsindex des Glases im Bereich von η = 1,5 bis η =* 2,0 variiert.

Da die Schale 10' keine Brechkraft hat und beliebig dünn ist, hat sie keinen Farblängs- oder Farbquerfehler. Es gibt zwar ein gewisses Maß an chromatischer Variation der sphärischen Aberration (Sphärochromatismus), aber ein aus drei Elementen bestehendes Schmidt-Cassegrain-Teleskop mit flacher Abbildung hat das gleiche Problem. In der Praxis kann die Schale dicker als dargestellt gemacht werden, um ihr eine größere strukturelle Festigkeit zu geben. Außerdem kann die Konstruktion etwas variiert werden, um den Farblängsfehler zu eliminieren, indem der vordere Radius und der hintere Radius etwas verschieden gemacht

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werden. Diese neue Konstruktion entspricht jedoch nicht den herkömmlichen katadioptrischen Konstruktionen nach Bouwers oder Maksutov, die ebenfalls eine brechende Schale haben, die jedoch einen vollkommen anderen Zweck erfüllt als die hier verwendete dünne Schale.

Die Abdunklung aufgrund des Sekundärspiegels 14 bedeckt ungefähr 20 % der Fläche an der Achse. Die Vergrößerung der Reflexion des Sekundärspiegels ist ziemlich schwach, ein Primärspiegel 12 mit f/1,0 gibt ein System mit f/1,7. Die Abbildung befindet sich in einer guten Lage. Die Rückseite 16 der Schale 10' muß über dem Bereich zwischen den äußeren Strahlen 22 und 24 mit einer antireflektierenden Schicht beschichtet sein, um Geisterbilder aufgrund des Lichtes von dem Primärspiegel 12 zu unterdrücken, das von der Rückseite der Schale reflektiert wird.

Die Bildschnittweite, d.h., die hintere, bildseitige Brennweite kann unter Aufrechterhaltung der gesamten monochromatischen Korrektur vergrößert werden, indem dem ersten Element 10' etwas negative Brechkraft hinzugeführt und das gesamte System erneut optimiert wird. Dadurch wird jedoch ein Farblängsfehler eingeführt.

Interessehalber soll noch darauf hingewiesen werden, daß zwar die in den Figuren 4A und 4C dargestellten Konstruktionen in beiden Fällen einen asphärischen Sekundärspiegel haben, sich jedoch in einem wesentlichen Punkt unterscheiden. In Fig. 4A liegt der asphärische Sekundärspiegel 14 an Luft, während er in Fig. 4C in Glas "eingegraben" ist. In der Tat besteht die Konstruktion nach Fig. 4C im wesentlichen aus einem asphärischen Sekundärspiegel 14, der sich im Kontakt mit einer identischen, jedoch umgekehrten asphärischen Glasschale 10' befindet. Dies führt dazu, daß die Aberrationtheorie dieser Ausführungsform sich

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prinzipiell von dem in Fig. 4A dargestellten Fall unterscheidet; außerdem ist dies ein Grund dafür, warum ein System einwandfrei arbeitet und das andere nicht.

Die gleiche Unterscheidung ermöglicht eine sehr zweckmäßige Variation bei der Entwicklung des Systems nach Fig.5. Die Konstruktion nach Fig. 5 hat eine relativ starke chromatische Variation der sphärischen Aberration, die auf das brechende, asphärische, erste Element 10' zurückzuführen ist. Für monochromatische Anwendungsfälle kann die Konstruktion nach Fig. 5 so eingesetzt werden wie sie ist;, bei Anwendungen mit breiten Spektralbändern müßte jedoch eine relativ starke Korrektur der chromatischen Variation der sphärischen Aberration durchgeführt werden. Glücklicherweise kann die Konstruktion nach Fig. 5 mit geringem Aufwand so geändert werden, daß diese Aberration korrigiert wird, ohne daß zusätzliche Elemente hinzugeführt werden müssen.

Dies wird durch die Ausführungsform nach Fig. 6 erreicht. Der Primärspiegel 12 wird zu einer dünnen, asphärischen Schale mit dem gleichen Radius wie die vordere Schale gemacht. Die Spiegeloberfläche 28 befindet sich auf der Rückseite. Es ist auch möglich, die asphärische Oberfläche auf die Vorderseite 30 oder die Rückseite 32 dieser zweiten Schale 28 zu legen. In jedem Fall befindet sich die asphärische Oberfläche in Kontakt mit dem Glas, so daß sich eine chromatische Variation der sphärischen Aberration ( Sphärochromatismus) sowohl von diesem Element 2& als auch von dem vorderen Element 10' ergibt. Aufgrund der natürlichen Gesetzmäßigkeiten haben die Beiträge der beiden Elemente entgegengesetzte Vorzeichen, so daß sie einander kompensieren. Wenn die asphärische Oberfläche nach Fig. 6 auf die Rückseite 32 der zweiten Schale 26 (im Gegensatz zum dargestellten Fall) gelegt wird, so stellt sich heraus, daß die chromatische Variation der sphärischen Aberration korrigiert werden kann, wenn die zweite Schale 26 aus einem sehr viel stärker dispergierenden Material als die erste Schale 10'

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hergestellt wird. Schottglas BK-7 für die zweite Schale und Schottglas SF-6 für die erste Schale erfüllen diese Anforderung.!

Wenn eine asphärische Fläche auf die Vorderseite 30 der zweiten Schale 28 gelegt wird, wie in Fig. 6 dargestellt ist, ergibt sich eine ganz andere Situation. Dann stellt sich nämlich heraus, daß die chromatische Variation der sphärischen Aberration korrigiert wird, wenn das gleiche Glas für die beiden Schalen 10' und 26 verwendet wird. Die primäre chromatische Variation der sphärischen Aberration wird 0, wenn der Brechungsindex der beiden Schalen ungefähr n= 1,47 beträgt, was dem Brechungsindex von Quarzglas entspricht. Wenn ein anderes Material verwendet wird, wie beispielsweise Schott BK-7 Glas, wird die chromatische Variation der sphärischen Aberration sehr gering und kann auf Null gebracht werden, indem die Radien der Schalen etwas verändert werden. Dies läßt sich unter Beibehaltung der Korrektur gegen Farblangsfehler, sphärische Aberration, Koma, Astigmatismus und Petzval-Krümmung erreichen. Ein geringer Farbquerfehler bleibt jedoch in diesem Fall zurück.

Der andere Fall, d.h. der Fall, bei dem sich die asphärische Fläche auf der Rückseite 28 des zweiten Elementes 26 befindet, wird gegen chromatische Variation der sphärischen Aberration korrigiert, wenn BK-7 und SF-6 Gläser verwendet werden, wie bereits oben erwähnt wurde. Er kann mit dem gleichen Glas für beide Elemente gegen sphärische Aberration, Koma, Astigmatismus, Petzval-Krümmung und Farblangsfehler korrigiert werden, indem den beiden Elementen eine gewisse optische Wirkung, beispielsweise ein Vergrößerungsvermögen bzw. Brechkraft, gegeben wird. Da die Anteile der chromatischen Variation der sphärischen Aberration der beiden Elemente für diesen Fall (gleiches Glas, asphärische Fläche auf der Rückseite des zweiten Elementes) sehr verschieden voneinander sind, ergibt sich nur dann eine Kompensation, wenn die

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Radien der Elemente stark von dem Ausgangspunkt der Konstruktion, nämlich gleichen Radien, abweichen.

Es ergibt sich eine Konstruktion, die eine kleinere Abdunklung als die Konstruktion nach Fig. 6 hat, wobei ungefähr 12 % der Fläche statt 20 % wie bei der Abdunklung der anderen Konstruktion bedeckt werden. Es stellt sich auch heraus, daß die Aberrationskorrekturen höherer Ordnung besser als bei der Konstruktion nach Fig. 6 sind.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel für eine Konstruktion, die gegen chromatische Variation der sphärischen Aberration korrigiert wird. Es handelt sich um ein f/2,5 System mit einem Bildwinkel von 3° und mit einem Bildfeld mit kreisförmigem Durchmesser.

Die Konstruktion weist eine erste Schale 34 mit asphärischer vorderer Oberfläche 36 und mit sphärischer hinterer Oberfläche 38 und eine zweite Schale 40 mit sphärischer vorderer Oberfläche 42 und mit asphärischer, hinterer, verspiegelter Oberfläche 44 auf. Das hintere Element 40 enthält eine kreisförmige Öffnung 46, um die Bildebene 20 auf7unehmen. Der Sekundärspiegel 48 ist auf der vorderen Oberfläche 36 des ersten Elementes 34 aluminisiert bzw. verspiegelt, und die asphärische hintere Oberfläche 44 des zweiten Elementes 40 ist ebenfalls aluminisiert bzw. verspiegelt, wodurch der Primärspiegel 44 entsteht.

Zusätzlich zu der kreissymmetrischen Streulichtblende bzw. Prallplatte, die bei 50 angedeutet ist, ist der reflektierende Fleck 48 auf dem ersten Element übergroß, wodurch sich eine vollständige Abschirmung der Brennebene 20 gegen Streulichtstrahlen ergibt. Dies vergrößert die Flächen-Abdunklung von dem 12 %-Wert, wie er sich für ein System ohne Streulichtblende ergeben würde, auf bis zu 25 %.

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Ein kleineres Bildfeld würde selbstverständlich aufgrund des Ausblendens zu einer kleineren Äbdunklung führen.

Diese Konstruktion hat die folgenden Daten:

Tabelle I Vorderes Element 34

Radius der vorderen Oberfläche 36 = -5,9726 Einheiten Radius der hinteren Oberfläche 38 = -10,2851 Einheiten Dicke = 0,1244

Material = Schott BK-7 Glas

asphärische Durchbiegung der vorderen Oberfläche relativ zu der Basissphäre

= -2.9920 X 10~³y⁴ +6.7279 X 10~⁴y⁶ -1.4995 X 10~⁴y⁸ +1.1729 X 10""⁵y¹⁰

Hinteres Element 40

Radius der vorderen Oberfläche 42 = - 15,5658 Einheiten Radius der hinteren Oberfläche 44 = -10,1143 Einheiten Dicke = 0,2489

Material = Schott BK-7 Glas

asphärische Durchbiegung der hinteren Oberfläche relativ zu der Basissphäre

β -1.4761 X 10~⁴y⁴ +1.0064 X 10~⁵y⁶ -1.4115 X 10~⁶y⁸ +8.2068 X 10~⁸y¹⁰

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Der Abstand der Elemente beträgt 3,2261 Einheiten.

Die bildseitige Brennweite beträgt 0,0059 Einheiten am Rücken

des Scheitels der hinteren Oberfläche 44 des zweiten Elementes

Diese Konstruktion war so ausgelegt, daß sie über einen Wellenlängenbereich von 0,3650 bis 1,014 Mikron betrieben werden konnte. Probleme mit Geisterbildern erforderten Breitband-Antireflexions-Beschichtungen auf den Oberflächen 36, 38 und 42, damit dieser breite Spektralbereich effektiv genutzt werden konnte. Bei dieser Konstruktion wurde Schott BK-7 Glas verwendet; Quarzglas oder Kunststoff sind jedoch andere, interessante Alternativen.

Die beiden asphärischen Oberflächen könnten durch Spritzgießen mit einem Kunststoff hergestellt werden; es würde sich ein aus zwei Elementen bestehendes System mit hoher Leistung ergeben, das bei hohen Fertigungszahlen mit niedrigen Kosten hergestellt werden könnte. Replikation einer Epoxydschicht auf BK-7 Elemente, wäre ebenfalls ein Weg, die asphärischen Oberflächen mit geringen Kosten herzustellen, wenn viele Einheiten gefertigt werden sollen.

Da die Elemente 34 und 40 dünn sind, und da jedes Element eine sphärische Oberfläche hat, können sie auf die gleiche Weise wie die Schmidt-Korrektoren kopiert werden; solche Verfahren werden beispielsweise in der US-PS 3 837 124, der US-PS 3 837 125 und der US-PS 3 889 431 beschrieben; dabei werden Schalen mit konzentrischen, sphärischen Oberflächen im Vakuum auf eine asphärische Oberfläche mit der umge-

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ORIGINAL INSPECTED

kehrten asphärischen Krümmung zu der gewünschten Krümmung verformt und die verformte obere Oberfläche auf die gewünschte sphärische Krümmung entweder der Oberfläche 38 für das Element 34 oder der Oberfläche 42 für das Element 40 geschliffen.

Bei der Konstruktion nach Fig. 7 fällt auf der Achse über den Spektralbereich von 0,3650 bis 1,014 Mikron 80 % der Energie auf einen Fleck mit einem Durchmesser von 24 Bogensekunden. über das gesamte Feld fällt über den Spektralbereich 80 % der Energie in einen Fleck mit einem Durchmesser von 40 Bogensekunden. ungefähr 12 Bodensekunden sind auf Farbquerfehler zurückzuführen. Eine zentrale Abdunklung einer 25 %-Fläche wird angenommen, um ein Ausblenden des Systems zu schaffen.

Es gibt eine geringe Verzeichnung: 0,08 % über einen Bildwinkel von 3°; außerdem ist ein geringer Farbquerfehler festzustellen; jeder dieser Fehler kann korrigiert werden, indem etwas vor der Abbildung eine Linse hinzugefügt wird; dann würde sich jedoch eine Konstruktion mit drei Elementen ergeben. Es scheint keine Konstruktion mit zwei Elementen zu geben, die gegen sphärische Aberration, Koma, Astigmatismus, Petzval-Krümmung, Farblängsfehler, chromatische Variation der sphärischen Aberration und Farbquerfehler oder Verzeichnung korrigiert ist. Wenn auf die Korrektur der chromatischen Variation der sphärischen Aberration verzichtet wird, kann der Farbquerfehler durch die Konstuktion nach. Fig. 8 korrigiert werden.

Bei der Konstruktion nach Fig. 8 weist ein erstes Element 52 eine asphärische vordere Oberfläche 54 und eine sphärische hintere Oberfläche 56 auf. Das zweite Elemente 58 weist eine asphärische vordere Oberfläche 60 und eine flache hintere Oberfläche 62 auf. Die asphärische Oberfläche 60 ist mit Ausnahme eines zentralen Bereiches, der allgemein bei 64 angedeutet ist, verspiegelt, um den Primärspiegel des

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Systems zu bilden. Die asphärische Oberfläche 54 ist aluminisiert bzw. verspiegelt, wie bei 66 angedeutet ist, um den Sekundärspiegel zu bilden. Es ist wesentlich/ daß das Licht durch das zweite Element 58 verläuft, kurz bevor es die Abbildung 20 erreicht. Im Gegensatz hierzu kommt es bei allen anderen dargestellten Konstruktionen nicht wesentlich darauf an, ob der Strahlengang des Lichtes durch ein Loch in dem zweiten Element 40 verläuft, wie in Fig. 7 dargestellt ist, oder durch das Element selbst, wie in Fig. 6 dargestellt ist.

Selbstverständlich sind auch begrenzt bzw. endlich konjugierte Versionen aller Konstruktionen möglich. Außerdem soll noch auf folgenden Aspekt dieser Konstruktion hingewiesen werden: Alle Konstruktionen können leicht so ausgelegt werden, daß sie eine längere bildseitige Brennweite haben, ohne daß sich die Leistung merklich verschlechtert; dies kann für den Fall wesentlich werden, daß die Größe eines Zerhackers oder einer Bildröhre bedingt, daß die Abbildung weiter hinter das zweite Element verlegt wird.

Verschiedene Konstruktionen mit zwei Elementen sind möglich, die stark gegen monochromatische und chromatische Aberra tionen korrigiert sind. Die Einfachheit dieser Systeme gibt ihnen eine verbesserte Ausrichtungs-Stabilität und macht sie weniger kostspielig als die aus vielen Elementen bestehenden Schmidt-Cassegrain-Konstruktionen mit gleicher Leistung. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Herstellung durch Replikations- oder Spritzguß-Techniken erfolgt. Das geringe Gewicht und die kurze Länge dieser neuen Konstruktionen sind ebenfalls wesentliche Vorteile.

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Leerseite

Claims

P/&TENTÄN WALTl= A. GRUNECKF.R I)IIt INT. H. KINKELDBY Mt irxi W. STOCKMAIR Oft INCi A«fc ICJU.UCHI K. SCHUMANN m ntrt νλτ t*w fTiV'j. P. H. JAKOB G. BEZOLD on. nrn nat rau. ocm 8 MÜNCHEN MAXIMIUANSTRASSB -»3 M-. September 1980 P 15 401-40/dg THE PlBKUSr-EIMER COHPOEATION Main Avenue Norwalk, Connecticut 06856 USA Katadioptrisches Teleskop Patentansprüche

1. Aus zwei Elementen bestehendes, katadioptrisches Teleskop, gekennzeichnet durch

A) ein erstes Element mit einer lichtdurchlässigen
Schale,

a) deren vordere Oberfläche konkav zur Vorderseite hin ist,

b) deren hintere Oberfläche ebenfalls konkav zur Vorderseite hin ist,

c) wobei der mittlere Bereich einer der Oberflächen verspiegelt ist, um den sekundären Spiegel des Teleskops zu bilden,und durch

B) ein zweites Element, das sich hinter der Schale
befindet.

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TELEFON (OSQ) 32 28 63

TELEX 08-20 380

TELEKOPIERKR

a) wobei die Oberfläche des zweiten Elementes zur
Vorderseite hin konkav und verspiegelt ist, um
den Primärspiegel des Systems zu bilden.

2» Teleskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Oberfläche der lichtdurchlässigen
Schale asphärisch und ihre hintere Oberfläche sphärisch ist.

3. Teleskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Oberfläche der lichtdurchlässigen
Schale sphärisch und ihre hintere Oberfläche asphärisch ist.

4. Teleskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der sekundäre Spiegel auf der hinteren Oberfläche des zweiten Elementes befindet,
das eine durchlässige Schale ist.

5. Teleskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verspiegelte Oberfläche des zweiten Elementes
asphärisch ist.

6. Teleskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der sekundäre Spiegel auf der vorderen Oberfläche des zweiten Elementes befindet, das eine durchlässige Schale ist.

7. Teleskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verspiegelte Oberfläche des zweiten Elementes
asphärisch ist.

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8. Teleskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3/ dadurch gekennzeichnet/ daß die verspiegelte Oberfläche des
zweiten Elementes asphärisch ist.

9. Teleskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Oberfläche des zweiten Elementes asphärisch ist.

1-0. Teleskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Oberfläche des zweiten Elementes asphärisch ist. '

11. Teleskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element eine zweite,
lichtdurchlässige Schäle ist, daß die beiden Oberflächen
der zweiten Schafe konkav zur Vorderseite hin sind, und
daß die hintere Oberfläche der zweiten Schäle verspiegelt ist, um den Primärspiegel zu bilden.

12. Teleskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Oberfläche der zweiten Schale asphärisch ist, und daß die hintere Oberfläche sphärisch ist.

13. Teleskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Oberfläche der zweiten Schale sphärisch
und die hintere Oberfläche asphärisch ist.

14. Teleskop nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Schale aus Materialien mit den
gleichen optischen Eigenschaften hergestellt sind.

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15. Teleskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Schale aus Materialien mit den gleichen optischen Eigenschaften hergestellt sind.

16. Teleskop nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Schale aus dem gleichen optischen Material hergestellt sind.

17. Teleskop nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Schale aus BK-7 hergestellt sind.

18. Teleskop nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Schale aus Kieselglas hergestellt sind.

19. Teleskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schale aus einem Material mit höherer Dispersion als das erste Element hergestellt ist.

20. Teleskop nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schale aus BK-7 und die zweite Schale aus SF-6 hergestellt sind.

21. Teleskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element durch folgende Parameter definiert ist:

Radius der vorderen Oberfläche = -5,9726

Radius der hinteren Oberfläche = -10,2851

Dicke = 0,1244

Material = Schott BK-7 Glas,

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daß die asphärische Durchbiegung der vorderen Oberfläche relativ zu der Basis-Sphäre gegeben ist durch

-2,9920 χ 10"³y⁴

+6,7279 x 10"⁴y⁶

-1,4995 x 10"⁴y⁸

+1,1729 x 10"*⁵y¹°

daß das zweite Element eine lichtdurchlässige Schale mit dem Primärspiegel auf ihrer hinteren Oberfläche und durch folgende Parameter definiert ist: Radius der vorderen Oberfläche = -15,5658 Radius der hinteren Oberfläche = -10,1143 Dicke = 0,2489

Material = Schott BK-7 Glas,

daß die asphärische Durchbiegung der hinteren Oberfläche relativ zu der Basis-Sphäre gegeben ist durch

-1,4761 χ 10"⁴y⁴

+1,oo64 χ 10~⁵y⁶

-1,4115 χ 10"⁶y⁸

+8,2068 χ 10"⁸y¹⁰, und daß der Abstand der Elemente 3,2261 beträgt.

22. Teleskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien aller Oberflächen im wesentlichen gleich sind.

23. Teleskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien aller Oberflächen im wesentlichen gleich sind.

24. Teleskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien aller Oberflächen im wesentlichen gleich sind.

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25. Teleskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien aller Oberflächen im wesentlichen gleich sind.

26. Teleskop nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet/ daß die Krümmungsradien aller Oberflächen im wesentlichen gleich sind.

27. Teleskop nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsradien aller Oberflächen im wesentlichen gleich sind.

28. Teleskop nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien aller Oberflächen gleich sind.

29. Teleskop nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die erste lichtdurchlässige Schale eine niedrigere Dispersion als die zweite lichtdurchlässige Schale hat.

30. Teleskop nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die erste lichtdurchlässige Schale aus BK-7 und die zweite lichtdurchlässige Schale aus SF-6 besteht.

31. Teleskop nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässigen Schalen einen Brechungsindex von näherungsweise 1,47 haben.

32. Teleskop nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen aus Quarzglas hergestellt sind.

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33. Optisches System, dadurch gekennzeichnet, daß es ein begrenzt bzw. endlich konjugiertes der optischen Systeme der Teleskope nach den Ansprüchen 1 bis 32 ist.

34. Optisches System, dadurch gekennzeichnet, daß es das endlich bzw. begrenzt konjugierte des optischen Systems des Teleskops nach Anspruch 11 ist.

35. Optisches System, dadurch gekennzeichnet, daß es das begrenzt bzw. endlich konjugierte des optischen Systems des Teleskops nach Anspruch 22 ist.

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