DE4109835A1 - Apochromatic field lines collimator - comprises nine lenses and a max. of ten glass-air surfaces - Google Patents

Apochromatic field lines collimator - comprises nine lenses and a max. of ten glass-air surfaces

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DE4109835A1 DE19914109835 DE4109835A DE4109835A1 DE 4109835 A1 DE4109835 A1 DE 4109835A1 DE 19914109835 DE19914109835 DE 19914109835 DE 4109835 A DE4109835 A DE 4109835A DE 4109835 A1 DE4109835 A1 DE 4109835A1
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Abstract

The apochromatic field lens collimator is for a focal reductor system in Ritchey-Chretien-Cassegrain telescopes (RCC). Along the optical axis of the optical surfaces of the RCC system, i.e. the surfaces of a correlation plate, a field lens is located at a distance (L1). The entry pupil of the collimator is the exit pupil of the RCC system. After a further air distance (12) is a further lens (L2), and beyond a further air distance (13) is a triple union group os lenses (L3,L4,L5). Beyond this union group, and after an air distance (14) is a thickner meniscus (L6). This is followed, after a lesser air distance (15) by a final triple union group of lenses (L7,L8,L9). The optical glass used is of the chrome or quartz type, whilst the two union groups of lenses are composed of a material combination of optical glass and earth alkaline fluoride optical glass. USE - For the focal reductor system of an RCC telescope.

Description

Feldlinsenkollimatoren sind Bestandteil von Fokalreduktorsystemen an Ritchey-Chretien-Cassegrain (RCC)-Teleskopen. Sie werden für folgende Beobachtung in der Astrophysik benötigt:Field lens collimators are part of focal reductor systems on Ritchey-Chretien-Cassegrain (RCC) telescopes. You will for the following observation in astrophysics is required:

  • - Spaltlose Feldspektroskopie- Gapless field spectroscopy
  • - Fabry-Perot-Interferometrie von Emissionsgebieten- Fabry-Perot interferometry of emission areas
  • - Flächenphotometrie und Polarimetrie- area photometry and polarimetry

Sowie allgemein zur Anpassung an moderne Aufnahmematerialien, bzw. Empfängersysteme.As well as generally to adapt to modern recording materials, or Receiver systems.

Für besondere Beobachtungen in der Astronomie werden RCC-Teleskope mit nachgeordneten optischen Systemen betrieben, die insbesondere das Öffnungsverhältnis des Teleskops reduzieren für ein nachgeordnetes Abbildungsobjektiv bei Garantie der Abbildungsgüte.RCC telescopes are used for special observations in astronomy operated with subordinate optical systems that especially reduce the opening ratio of the telescope for a subordinate imaging lens with guarantee of Image quality.

Bekannte Bestandteile von RCC-Teleskopen selbst sind zur Behebung des Astigmatismus z. B. schmidtähnliche Korrektionsplatten. Ein diesem Teleskop nachgeordnetes Fokalreduktorsystem besteht dann aus Feldlinse, Kollimatorobjektiv und Kameraobjektiv.Known components of RCC telescopes themselves are to be remedied of astigmatism e.g. B. Schmidt-like correction plates. A Focal reductor system downstream of this telescope then exists field lens, collimator lens and camera lens.

Entsprechend der genannten Anwendungsgebiete, z. B. Spektroskopie, Photometrie etc., ist ein gut farbkorrigiertes Kollimatorobjektiv erforderlich, dessen EP und AP außerhalb liegen und damit für Eingriffe frei zugänglich sind. Herkömmliche Kollimatorobjektive sind Achromate und müssen entsprechend der genutzten Spektralgebiete umfokussiert werden, da sie nur maximal einen Spektralbereich von 150 nm qualitativ brauchbar abbilden. Die modernen Aufnahmematerialien, wie z. B. CCD-Breitbandempfänger, ermöglichen die Ausnutzung eines wesentlich breiteren Spektralbereiches von bis zu 300 nm. Das Umfokussieren erschwert wesentlich die Beobachtungstätigkeit und ist eine Fehlerquelle.According to the application areas mentioned, for. B. Spectroscopy, photometry etc. is a well color corrected Collimator lens required, the EP and AP are outside and are therefore freely accessible for interventions. Conventional Collimator lenses are achromatic lenses and must be used according to the used spectral areas are refocused, since they are only maximal reproduce a spectral range of 150 nm in a qualitatively useful manner. The modern recording materials, such as. B. CCD broadband receiver, allow the exploitation of a much wider Spectral range of up to 300 nm. Refocusing difficult the observation activity is essential and is a source of error.

Bekannte apochromatische Systeme in der allgemeinen Optik haben systemeigene Pupillenlagen und sind somit nicht für Fokalreduktorsysteme geeignet. Known apochromatic systems in general optics native pupil positions and are therefore not for Focal reducer systems suitable.  

Das Ziel der Erfindung ist es, bei RCC-Teleskopen mit Fokalreduktion die Effektivität und Qualität der Beobachtung wesentlich durch Vermeidung des Umfokussierens und durch erhebliche Verbesserung der Bildgüte zu erhöhen. Dabei soll das optische System möglichst wenig Glas-Luft-Flächen aufweisen.The aim of the invention is to use RCC telescopes Focal reduction the effectiveness and quality of the observation essentially by avoiding refocusing and by to significantly improve the image quality. It should optical system have as few glass-air surfaces as possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen apochromatischen Feldlinsenkollimator für ein Fokalreduktorsystem an RCC-Teleskopen zu schaffen, der einen Spektralbereich von 350-660 nm nahezu beugungsbegrenzt abbildet.The object of the invention is an apochromatic field lens collimator for a focal reductor system on RCC telescopes create that almost diffraction-limited a spectral range of 350-660 nm maps.

Die Aufgabe löst erfindungsgemäß ein apochromatischer Feldlinsenkollimator für ein Fokalreduktorsystem an RCC-Teleskopen, enthaltend 3linsige Verbundgruppen, deren zwischen, aus optischen Gläsern mit hoher Transmission bestehenden Negativlinsen eingeschlossene Positivlinse aus Erdalkalifluorid oder ähnlichen Gläsern ist und welcher im einzelnen besteht aus nach der RCC-Bildebene angeordneter Feldlinse aus Quarzglas, einer Konkav-konvexen Linse aus BK7S, der 1. zerstreuenden 3fach-Verbundgruppe mit einer Materialkombination BaK2/Erdalkalifluorid/Quarzglas, einem dicken negativen Meniskus aus Quarzglas, dicht gefolgt von der 2., der kollimatorabschließenden sammelnden 3fach-Verbundgruppe mit einer Materialkombination K11/Erdalkalifluorid/Quarzglas.According to the invention, the task is solved by an apochromatic Field lens collimator for a focal reductor system on RCC telescopes, containing 3-lens composite groups, the between, negative lenses consisting of optical glasses with high transmission enclosed positive lens made of alkaline earth fluoride or is similar glasses and which in detail consists of after the RCC image plane arranged field lens made of quartz glass, one Concave-convex lens made of BK7S, the 1st diverging triple compound group with a material combination BaK2 / alkaline earth fluoride / quartz glass, a thick negative meniscus made of quartz glass, dense followed by the 2nd, the collimator-closing collecting Triple compound group with a material combination K11 / alkaline earth fluoride / quartz glass.

Der erfindungsgemäße Kollimator realisiert die geforderten Parameter, Eintritts- und Austrittspupille liegen deutlich vor bzw. hinter dem optischen System, wodurch Pupilleneingriffe, wie durch Transmissionsgitter, Prismen und Interferometer möglich sind.The collimator according to the invention realizes the required Parameters, entrance and exit pupils are clearly available or behind the optical system, causing pupil interventions such as possible with transmission grids, prisms and interferometers are.

Die Feldlinse und der dicke Meniskus sind aus Quarz, um Absorptionsverluste zu vermindern, hier könnten auch weitere Krongläser eingesetzt werden. Die Nachfolgelinse bildet mit den beiden 3fach-Gruppen und dem Meniskus das eigentliche Kollimatorobjektiv.The field lens and the thick meniscus are made of quartz, um To reduce absorption losses, there could be more Crown glasses are used. The follow-up lens forms with the the actual triple groups and the meniscus Collimator lens.

Die Feldlinse kann auch als 2fach-Gruppe ausgelegt werden, wobei die der Feldlinse folgende 2. Einzellinse entfallen kann. Die Bildgüte ist dann aber weniger gut. Die der Einzellinse oder Feldlinse folgende 3fach-Gruppe ist zerstreuend.The field lens can also be designed as a double group, whereby the second single lens following the field lens can be omitted. The Image quality is then less good. The single lens or Field lens following triple group is diverging.

Der nachfolgende dicke Quarzglasmeniskus wird dicht gefolgt von der sammelnden 3fach-Verbundgruppe. Nachfolgend liegt die Austrittspupille des Kollimators.The subsequent thick quartz glass meniscus is closely followed by the collecting triple group. Below is the Exit pupil of the collimator.

Durch die verwendeten dicken Quarzglas-Linsen und die erforderlichen Verbundgruppen werden die in den achromatischen Kollimatoren ansonsten verwendeten Flintgläser vermieden, deren starke Absorption im UV-Bereich nur ungenügende Gesamttransmissionen ermöglicht.Due to the thick quartz glass lenses used and the required group groups are those in the achromatic Collimators otherwise used flint glasses avoided strong absorption in the UV range is insufficient Total transmissions enabled.

Ein derartiger erfindungsgemäßer Kollimator besteht aus 9 Linsen und maximal 10 Glas-Luft-Flächen. Such a collimator according to the invention consists of 9 lenses and a maximum of 10 glass-air areas.  

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehörigen Linsenschnittbild näher erläutert.The invention is based on an embodiment and associated lens sectional image explained in more detail.

Die Fig. 1 zeigt das Linsenschnittbild eines erfindungsgemäßen Kollimators entsprechend des 3. Patentanspruches. Fig. 1 shows the lens section of a collimator according to the invention according to the third claim.

Die Fig. 2 zeigt die Queraberrationen des Systemes entsprechend der Fig. 1. FIG. 2 shows the transverse aberrations of the system corresponding to FIG. 1.

Dargestellt in dem Linsenschnittbild ist nur der erfindungsgemäße Feldlinsenkollimator. Die zugehörigen tabellarischen Konstruktionsdaten beinhalten ein RCC-System und zugehörige Korrektionsplatte.Only the inventive section is shown in the lens sectional view Field lens collimator. The associated tabular design data include an RCC system and associated correction plate.

Längs der optischen Achse nach den nicht in der Fig. 1 dargestellten, aber in der Tabelle genannten optischen Flächen (1 und 2) des RCC-Systems, der Flächen (3 und 4) der Korrelationsplatte, liegt im Abstand l₁ nach der durch die RCC-Bildebene (5) eine Feldlinse L₁. Die Eintrittspupille des Kollimators ist die Austrittspupille des RCC-Systems. Nach einem weiteren Luftabstand l₂ folgt eine Linse L₂, der nach einem Luftabstand l₃ eine 3fach-Verbundgruppe der Linse L₃, L₄, L₅ folgt.Along the optical axis according to the optical surfaces (1 and 2) of the RCC system, the surfaces (3 and 4) of the correlation plate, not shown in Fig. 1, but in the table, is at a distance l 1 after that by the RCC -Image plane (5) a field lens L₁. The collimator's entrance pupil is the exit pupil of the RCC system. After a further air gap l₂ is followed by a lens L₂, which follows a triple compound group of the lens L₃, L₄, L₅ after an air gap l₃.

Dieser Verbundgruppe nach einem Luftabstand l₄ nachgeordnet ist ein dicker Meniskus L₆.This composite group is subordinate to an air gap l₄ a thick meniscus L₆.

Auf diesen folgt nach einem geringen Luftabstand l₅ eine abschließende 3fach-Verbundgruppe mit den Linsen L₇, L₈, L₉.This is followed by a small air gap l₅ final triple compound group with the lenses L₇, L₈, L₉.

Die Linsen L₁ bis L₉ sind entsprechend der nachfolgenden Tabelle durch ihre Flächen, Radien, Dicken, Durchmesser und Materialien eindeutig gekennzeichnet, wobei die Nummerierung in Lichtrichtung erfolgte.The lenses L₁ to L₉ are according to the table below through their areas, radii, thicknesses, diameters and materials clearly marked, the numbering in the direction of light took place.

Wie bereits erläutert, kann es unter Umständen vorteilhaft sein, die Feldlinse L₁ als 2fach-Verbundgruppe auszuführen. Dann kann die folgende Einzellinse L₂ entfallen und es werden 2 Glas-Luft-Flächen vermieden. As already explained, it may be advantageous to execute the field lens L₁ as a double compound group. Then can the following single lens L₂ is omitted and there are 2 glass-air surfaces avoided.  

Die Flächen 1, 2, 3 und 4 sind Asphären, wobei 1 und 2 die hyperbolischen RCC-Spiegel beschreiben mit den Kegelschnittparameter (aKeg):Surfaces 1, 2, 3 and 4 are aspheres, where 1 and 2 describe the hyperbolic RCC levels with the conic section parameters (a keg ):

Fl(1)=6.103 E-6 Hauptspiegel
Fl(2)=4.376 E-4 GegenspiegelFl (1) = 6.103 E-6 primary mirror
Fl (2) = 4,376 E-4 mirror

und die Flächen 3 und 4 die Korrelationsplatte beschreiben.and areas 3 and 4 describe the correlation plate.

Fl(3) b₂=-0.1605
Fl(4) b₂=+0.1605  aKeg=0  hmax=190,Fl (3) b₂ = -0.1605
Fl (4) b₂ = + 0.1605 a keg = 0 h max = 190,

Die Scheitelradien sind in der Tabelle zu finden, wobei die Berechnung der Pfeilhöhe nach folgender Gleichung erfolgt:The apex radii can be found in the table,  where the arrow height is calculated according to the following equation he follows:

Zp1=(2×B)/(1+SQR(1-4×aKeg×B)) mit
b₁=(hmax×hmax)/(2×Scheitelradius)
H=h₁/hmax
B=b₁×H²+b₂×H⁴Z p1 = (2 × B) / (1 + SQR (1-4 × a keg × B)) with
b₁ = (h max × h max ) / (2 × apex radius)
H = h₁ / h max
B = b₁ × H² + b₂ × H⁴

Für das Intervall 0<h₁<hmax.For the interval 0 <h₁ <h max .

Claims (3)

1. Apochromatischer Feldlinsenkollimator für ein Fokalreduktorsystem an Ritchey-Chretien-Cassegrain-Teleskopen (RCC-Teleskop), enthalten 3fach-Verbundgruppen, deren zwischen Negativlinsen eingeschlossene Sammellinsen aus Erdalkalifluorid oder ähnlichem optischen Glas sind und welcher im einzelnen dadurch gekennzeichnet ist, daß nach der Bildebene eines RCC-Teleskopes eine Feldlinse aus optischem Glas angeordnet ist, der nach einem Luftabstand eine weitere Linse aus optischem Glas folgt, der nachgeordnet ist eine erste zerstreuende 3fach-Verbundgruppe mit einer Material-Kombination optisches Glas/Erdalkalifluorid/optisches Glas und der ein dicker Meniskus aus optischem Glas nach einem größeren Luftabstand nachgeordnet ist, der dicht gefolgt wird von einer den Kollimator abschließenden zweiten 3fach-Verbundgruppe mit sammelnder Wirkung und der Materialkombination optisches Glas/Erdalkalifluorid/optisches Glas.1. Apochromatic field lens collimator for a focal reductor system on Ritchey-Chretien-Cassegrain telescopes (RCC telescope) contain triple compound groups, the converging lenses between negative lenses are made of alkaline earth metal fluoride or similar optical glass and which is characterized in particular by the fact that according to the image plane A field lens made of optical glass is arranged in an RCC telescope, which is followed by a further lens made of optical glass after an air gap, which is followed by a first diverging 3-fold composite group with a material combination of optical glass / alkaline earth fluoride / optical glass and a thick meniscus made of optical glass is arranged after a larger air gap, which is closely followed by a second triple composite group that closes the collimator with a collecting effect and the material combination of optical glass / alkaline earth fluoride / optical glass. 2. Apochromatischer Feldlinsenkollimator nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als optisches Glas ein Kronglas oder Quarzglas vorgesehen ist.2. Apochromatic field lens collimator according to claim 1, characterized characterized in that a crown glass or quartz glass as optical glass is provided. 3. Apochromatischer Feldlinsenkollimator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Konstruktionsdaten, vorangestellt Daten eines an sich bekannten RCC-Systems einschließlich einer üblichen Korrektionsplatte: Die Flächen 1, 2, 3 und 4 sind Asphären, wobei 1 und 2 die hyperbolischen RCC-Spiegel beschreiben mit den Kegelschnittparameter (aKeg):Fl(1)=6.103 E-6 Hauptspiegel
Fl(2)=4.376 E-4 Gegenspiegelund die Flächen 3 und 4 die Korrektionsplatte beschreiben:Fl(3) b₂=-0.1605
Fl(4) b₂=+0.1605  aKeg=0,  hmax=190,die Scheitelradien sind in der Tabelle zu finden, wobei die Berechnung der Pfeilhöhe nach folgender Gleichung erfolgt:Zp1=(2×B)/(1+SQR(1-4×akeg×B)) mit
B₁=(hmax×hmax)/(2×Scheitelradius)
H=h₁/hmax
B=b₁×H²+b₂×H⁴für das Intervall 0<h₁<hmax 3. Apochromatic field lens collimator according to claim 2, characterized by the following design data, preceded by data from a known RCC system including a conventional correction plate: Areas 1, 2, 3 and 4 are aspheres, where 1 and 2 describe the hyperbolic RCC mirrors with the conic section parameters (a keg ): Fl (1) = 6.103 E-6 main mirror
Fl (2) = 4,376 E-4 mirror and surfaces 3 and 4 describe the correction plate: Fl (3) b₂ = -0.1605
Fl (4) b₂ = + 0.1605 a Keg = 0, h max = 190, the apex radii can be found in the table, whereby the arrow height is calculated according to the following equation: Z p1 = (2 × B) / (1 + SQR (1-4 × a keg × B)) with
B₁ = (h max × h max ) / (2 × apex radius)
H = h₁ / h max
B = b₁ × H² + b₂ × H⁴ for the interval 0 <h₁ <h max
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