Neue optische Systeme für Teleskope kleinerer Abmessungen

Yu. A. Klevtsov

Design-Engineering-Institut der angewandten Mikroelektronik,
Russische Akademie derWissenschaften. Sibirische Abteilung , Novosibirsk

(Submitted December 7, 1998) Opticheskij Zhurnal 67, 104-109 (February 2000)

    The deficiencies of the popular mass-produced telescopes of the Schmidt-Cassegrain design include their low aperture ratio and narrow spectral range. The novel systems for Cassegrain telescopes with a meniscus corrector proposed here are free of these deficiencies. Two such systems are described: a system with corrector lenses made from the same material and a system with corrector lenses made from different materials. The systems are technologically convenient (all the surfaces are spherical) and are distinguished by small lens diameters (down to 1/3 of the effective aperture), compactness, a high aperture ratio (up to 1:6.5-1:7), high-quality aberration correction, and a broad spectral range (400-900 nm), which is sufficient for working with modern photographic materials and CCD arrays. 2000 The Optical Society of America. [S1070-9762(00)02002-9]

Vor mehr als 20 Jahren erarbeiteten die führenden amerikanischen Hersteller Celestron und Bausch u. Lomb und ein wenig später Meade, die Herstellung der Teleskope des Designs Schmidt-Cassegrain mit einer Öffnung von 8-16 Zoll. Diese Firmen machten eifrig ihre Entwicklung bekannt, versahen Kunden aber praktisch nicht mit Informationen über die Eigenschaften und Möglichkeiten der optischen Systeme in den Teleskopen, die sie herstellten. In diesem Kontext weisen wir die Aufmerksamkeit des Lesers auf die Schwierigkeiten hin, wenn man versucht, eine hohe Bildqualität in einem Schmidt-Cassegrain System mit einer relativen Öffnung größer als 1:10 erreichen.

Zuvorderst schließt die sphärochromatische Aberration (sphärische und chromatische Aberration), die nicht prinzipiell mit diesem Entwurf beseitigt werden kann, aus, einen spektralen Transmissionsbereich von 400 bis 900 nm zu realisieren, der für die Arbeit mit modernen isopanchromatische fotographischen Materialien und CCD-Arrays notwendig ist. Zweitens schließen diese Systeme mit einem hohen Öffnungsverhältnis wegen geringer Dezentrierungstoleranzen der asphärischen Elemente, für die Großserienfertigung kostspielig und aufwendig ist, die Transportfähigkeit des Instrumentes aus, ohne aber die optische Qualität zu beeinträchtigen.

Vermutlich erhöhen aus gerade diesen Gründen die Hersteller den Durchmesser des Sekundärspiegels in den Modellen mit einer großen Öffnungszahl, dadurch verringern sie die Aspherizität der Platte und die sphärochromatische Aberration, die durch sie, sowie die Erweiterung der Zentrierungstoleranzen der Elemente eingeführt wird. Jedoch wird dadurch gerade gravierende zentrale Obstruktion eingeführt, die zu einem Kontrastverlust führt, wenn feine Details der Himmelsobjekte beobachtet werden. Wir unterstreichen daß in den 8 und 10-inch Modellen der Schmidt-Cassegrain Teleskope, die vor kurzem von Meade mit einer relativen Blendenöffnung von 1:6.3 eingeführt wurden, die zentrale Obstruktion von 18,5% der Fläche der effektiven Apertur des Systems erreicht, im Vergleich zu den 12%, die durch die Beugungstheorie erlaubt wird. Solche Teleskope sind unpassend für das Beobachten der Feinstruktur von Nebeln und Low-Contrast-Details der Oberfläche von Mond und Planeten.

Wir vermerken auch, daß die relative Öffnung von 1:10 der meisten Modelle dieses SC-Systems für das Fotografieren von schwachen, diffusen Objekten unzulänglich ist, für die die Belichtungszeit einige Stunden erreichen kann, besonders bei modernen Farbfilmen. Die relative Öffnung, die angegeben wird, ist auch für das Erreichen des Grenzgrößenlimits eines Teleskops mit einer angemessenen Verzögerungszeit (1-1,5 h) bei der Verwendung moderner fotographischer Schwarzweissmaterialien, die erhöhte Empfindlichkeit bei verlängerten Belichtungen aufweisen, unzulänglich.

Augenscheinlich sich bemühend, diese Beschränkung zu überwinden, haben Hersteller den Weg des Ausrüstens ihrer Teleskope mit Fokalreducer-Konverter genommen, die die relative Öffnung des Teleskops von 1:10 bis 1:6.3 erhöhen und aus positiv und negativ brechenden Bestandteilen bestehen, die nach dem Primärspiegel des Teleskops vor dem Cassegrain Fokus plaziert werden. Der Reihe nach ist jeder Bestandteil aus zwei Linsen zusammengesetzt. Solch ein fokaler Konverter behebt die Krümmung der Bildfläche, dadurch wird ein Gesichtsfeld bis zu 1,4- 1.7 erzeugt, von dem mehr als die Hälfte für die visuelle Beobachtung verwendet werden kann. Jedoch schränkt solch ein Konverter den spektralen Arbeits-Bereich des Teleskops ein, fügt zusätzliche Streuung und Lichtabsorption hinzu und kann einen parasitären Hintergrund verursachen.

Um die Möglichkeiten für das Beseitigen der angezeigten Mängel zu erforschen, wurde Aufmerksamkeit in der vorliegenden Arbeit auf die wenig untersuchte Kategorie der optischen Systeme von Argunov-ACME gerichtet. Diese Systeme, die entsprechend dem Prinzip nach Cassegrain entworfen wurden, haben einige Designvorteile: kleine Maße, ein Fehlen asphärischer Flächen, die Großserienfertigung erschweren und Korrekturlinsen kleinen Durchmessers (nahe 1/3 der effektiven Apertur des Systems).

Ohne in eine Diskussion über die Design-Grundzüge von Argunov Systemen einzusteigen, unterstreichen wir nur, daß der Mangel seines ersten Systems mit einem achromatischen Zweilinsenkorrektor [1] sein großes Sekundärspektrum ist, und der Mangel des Systems mit einem Dreilinsenkorrektor ist die Kompliziertheit seiner Herstellung und der schmale Korrekturbereich für den Restchromatismus. In seinem zweiten System [2] mit einem afokalen Korrektor, der in einem kurzen Abstand vom Sekundärspiegel plaziert wurde, war es nicht möglich, den parasitären Hintergrund im geforderten Umfang, trotz der guten Korrektur von Abweichungen zu beseitigen. Die gleichen Mängel betreffen auch das System von ACME [3], das eine Entsprechung des Argunov System[1] darstellt. Aus diesen Gründen haben sich Teleskope nach Argunov nicht allgemein durchsetzen können.

G.I. Popov war anscheinend das erste, der vorschlug, die Abweichungen eines prefocalen Systems der sphärischen Spiegel durch einen Meniskus zu beheben, der nahe dem Sekundärspiegel in den doppelten Strahlengang [4] gelegt wurde. Jedoch zeigten seine Untersuchungen, daß die Meniskusparameter für das Beseitigen von Positionschromatismus und das Sicherstellen der aplanatischen Korrektur des Systems unzulänglich sind, und die Ausweichlösungen, die von ihm vorgeschlagen wurden, hatten Koma, das prinzipiell, nicht beseitigt werden könnte.

 
Fig. 1.
Optical system of a telescope with a meniscus corrector: 1-primary spherical mirror, 2-quasi-afocal meniscus, 3-negative lens with a reflecting surface.

1974 nahm ich an Forschungen über ein ähnliches Systems teil, hatte aber keine Informationen über Arbeit Popovs. Eine quasi-afokale Meniskuslinse, die in den doppelten Strahlengang nahe dem Sekundärspiegel gelegt wird, hat zwei freie Parameter, wenn die Dicke festgelegt wird: die Kurvatur und die Differenz zwischen den Radien. Aus diesem Grund kann die Korrektur von zwei Abweichungen, nämlich von sphärischer Aberration und von Koma durchgeführt werden. Weil die Differenz zwischen den Radien klein ist, führt solch eine Linse nur sehr geringen Positions- und Vergrößerungschromatismus in das System ein. Da die freien Parameter des Meniskus bereits in das System eingehen, ist der Ausgleich des Positionschromatismus offenbar nur zu Lasten des Verzichts auf komplette Korrektur der Koma möglich. Im Bemühen, diese Beschränkung zu überwinden, schlug ich 1975 vor[ 5 ], einen Mangin Spiegel 3 aus dem gleichen Material wie der Meniskus 2 zu verwenden, anstelle eines Sekundärspiegel im System (siehe Fig.1). Solch ein reflektierendes Element macht es möglich, ausgleichenden Positionschromatismus jeden Vorzeichens, abhängig von dem Verhältnis zwischen seinen Radien, in das System einzuführen.

Da der Wert des Positionschromatismus, der für den Ausgleich benötigt wird klein ist, ist der Unterschied zwischen den Kurvaturen der Oberflächen auch klein. So sollte der Mangin Spiegel keine monochromatische Aberration in das System einführen, die sich erheblich von der Aberration eines konvexen sphärischen Spiegels unterscheidet, und die Bedingungen für aplanatische Korrektur können im System offenbar erfüllt werden. Die Theorie der Abweichungen in diesem System gibt vier mögliche Alternativen für das Entwerfen eines Korrektors, von dem das optimalste in Bezug auf die residuelle Aberration die Alternative ist, in der die Form der Linse in Fig.1 durch die folgenden Eigenschaften gekennzeichnet wird: Meniskus 2 ist quasi-afocal und negativ und wird mit seiner konkaven Seite in Richtung zum Objekt der Beobachtung gedreht; Linse 3 mit einer reflektierenden Oberfläche ist negativ. Es sollte betont werden, daß wegen der identischen Dispersion des Materials der Korrektorlinsen das Sekundärspektrum des Systems extrem klein ist: im spektralen Bereich von 486,1 (f) bis 656,3 (c) nm ist es 170mal kleiner als in einem achromatischen Refraktor und ungefähr 100mal kleiner als im System Argunovs mit einem Zweilinsenkorrektor [ 1 ].

So war es nicht nur möglich, das Problem der Korrektur der drei prinzipiellen Aberrationen erfolgreich zu lösen, und auch den allgemeinen Mangel des Systems Argunovs zu vermeiden, das auf den Einsatz unterschiedlicher Typen von Gläsern im Korrektor besteht und dadurch ein großes Sekundärspektrum erzeugt. Folgende Untersuchungen dieses Systems mit den Korrektorlinsen, die einen kleinen Durchmesser von 1/3 der effektiven Apertur haben, zeigten, daß die residuellen axialen Aberrationen im spektralen Bereich von F zu C eine relative Blendenöffnung bis zu 1:8 erlauben, wenn ein Glas mit einem Brechungsindex, der 1,46-1,52 erreicht (fused Quarz, leichte Krongläser und Krongläser) als Linsenmaterial eingesetzt wird. Wenn Glas mit einem Brechungsindex, der bis 1,66-1,76 reicht (zum Beispiel, Glas TK21 oder superschwere Krongläser) benutzt wird, kann eine relative Blendenöffnung bis zu 1:7 im vorhin erwähnten Spektralbereich erreicht werden, obgleich das Sekundärspektrum und der Vergrößerungschromatismus sich etwas in diesem Fall erhöhen.

 
Fig. 2.
Secondary spectrum of alternative optical systems with a meniscus corrector made from glasses of the following types: 1-STK12. 2-K8, 3-STK12/SKF6, 4-STK10/TK21.

Abbildung 2 stellt Plots des Sekundärspektrums dieses Systems für die Spektralbereich von 365 (i) bis 1530 nm dar. Die Korrektorlinsen wurden aus den Glassorten K8 und STK 12 gebildet. Wie aus den Daten in Ref.5 folgt, kann ein System, wenn die relative Öffnung 1:8 ist und im Spektralbereich von F zu C mit einem K8 Korrektor arbeitet, eine effektive Apertur von 750 Millimeter haben. Eine ausführliche Untersuchung der residuell axialen Aberration von Systemen dieser Art zeigte, daß sie durch die Korrektorlinsendurchmesser bestimmt ist (der letzte sollte nicht weniger als 1/3 des Durchmessers der effektiven Apertur des Systems sein) und durch die Korrektorvergrößerung d.h. durch das Verhältnis des equivalenten Brennweite des Systems zur Brennweite des Primärspiegels bestimmt werden, der im Bereich von -3 bis -4 wegen der Designerwägungen liegen sollte. Zusätzlich verringern sich die Restaberrationen des Systems durch Zunahme des Brechungsindex des Materials, aus dem die Linsen gebildet werden, sowie durch Zunahme der Stärke des Meniskus. Übermäßig dicke Menisken sind nicht wünschenswert, da sie beträchtlichen Vergrößerungschromatismus einführen und zu viel Licht adsorbieren. Der Vergrößerungschromatismus wird durch folgende approximierte Relation gegeben

wo , und die Brechungskoeffizienten der Linsen für die Ränder und die Mitte des Spektralbereichs sind; d2 ist die relative Stärke des Meniskus (für = 1); h3 und sind die Lange Parameter, die normiert zu h1 = 1 und = 1 berechnet werden und der relative Durchmesser der internen Oberfläche des Meniskus und die Vergrößerung des Korrektors ausdrücken. Berechnungen zeigten in der Praxis, daß Ausweichlösungen in Form von Kompromissen in Bezug auf die residuell axialen Abweichungen und den Vergrößerungschromatismus in im Bereich der Werte für d2 von -0,006 bis -0,012 liegen. Was die Art des Glases anbetrifft, bestätigt die Beziehung (1), daß es am besten ist, Gläser mit kleiner Dispersion ( - ) und einem großen Brechungsindex für den Korrektor zu benutzen und daß als Regel der Vergrößerungschromatismus nicht 0,04-0,08% im Bereich der Werte der freien Parameter des Systems übersteigt, das oben zitiert wird und im spektralen Bereich von F zu C.

Die Restkoma ist ziemlich gut behoben und übersteigt nicht 0.6"auf einem Feld von 30' für eine effektive Apertur des Systems von 200 Millimeter (1:7) und Kompromißwerte der freien Parameter. Wenn die relative Öffnung des Systems 1:8 - 1:10 ist, können solche Werte der Restkoma in einem Feld bis zu 1 mit bereits einem Korrektor erhalten werden, der aus Glas K8 oder aus geschmolzenem Quarz gebildet wird.

Die Verzeichung übersteigt in den in Erwägung stehenden Systemen nicht 0,01-0,02% in einem Feld bis zu 1.

Der Astigmatismus und die Wölbung des Bildfeldes sind prinzipiell in der Variationsbreite der freien Parameter des aufgezeigten Systems nicht korrigierbar, aber sie sind ziemlich gering [5] und ermöglichen den Gebrauch von einem 30' - 40' Feld für die fotographische Arbeit. Wir beachten, daß es wegen der Wölbung auch nicht möglich ist, ein größeres Feld in den Teleskopen des Schmidt-Cassegrain Designs zu benutzen (ohne einen Fokalkonverter).

Ein Mangel des betrachteten Systems ist der verhältnismässig schmale funktionierende Spektralbereich (434,1-656,3 nm). Dieser Mangel ist besonders wahrnehmbar, wenn die relative Blendenöffnung bis 1:8 - 1:7 erhöht wird. Die residuelle sphärische Aberration kann in diesem Fall auch nachgewiesen werden. Jedoch ist die Hauptursache der Schwierigkeiten, wenn der Spektralbereich bis 400-900nm erweitert wird, der Restspherochromatismus und zu einem geringeren Grad das Sekundärspektrum.

 
Fig., 3. Residuelle axiale Abberation (a-longitudinal, b-Welle) eines Systems mit einem Korrektor Gläser STK 12/KF6 Paar (200 Millimeter, 1:7).

Eine bedeutende Erweiterung der Möglichkeiten des Systems wird erzielt, wenn Gläser unterschiedlicher Arten verwendet werden [ 6 ], die in der Dispersion ähnlich sind, sich aber erheblich im Brechungsindex unterscheiden. Eine Untersuchung der Möglichkeiten, die durch dieses Design erzeugt werden zeigte, daß eine Abnahme des Brechungsindex der reflektierenden Linse zusammen mit der Korrektur der residuellen sphärischen Aberration es auch ermöglicht, die spherochromatische Aberration über einen sehr ausgedehnten spektralen Bereich zu beheben. Es wurde für einen Meniskus-Brechungsindex gefunden, der ungefähr 1,7 ist (ein super schweres Kronglas) das in hohem Grade vollkommene Korrektur der residuellen axialen Aberration im spektralen Bereich von 365-1530 nm erzielt wird, wenn der Brechungsindex der reflektierenden Linse ungefähr 1,5 ist [ siehe Fig.3a]. Eine Abnahme des Brechungsindexes des Meniskus von dem angegebenen Wert führt zu einer Abnahme des Brechungsindex der reflektierenden Linse zu unrealistischen Werten oder engt den Bereich der möglichen Typen von Gläsern so stark ein, daß es nicht mehr die Gläser miteinschließt, die für den für Ausgleich des Sekundärspektrums an den Rändern des angegebenen Bereich geeignet sind und zur Verfügung stehen. Eine Zunahme des Brechungsindex des Meniskus bis 1,74- 1,76 führt zu einer Zunahme des Brechungsindex der reflektierenden Linse bis 1,66- 1,67. Jedoch, obgleich die Zusammenstellung der Gläser, die verwendbare Dispersion haben, ziemlich klein ist, ist es möglich, Gläser auszuwählen, die eine Abnahme des Sekundärspektrums im Bereich 436-852 nm erzeugen. Folglich wird der optimale Wert des Brechungsindex des Meniskusglases anscheinend auf 1,7 - 1,73 begrenzt. Im russischen Katalog der optischen Gläser gibt es nur ein Glas mit einem Brechungsindex in diesem Bereich und mit einem hohen Dispersionskoeffizienten, das übrigens verwendbare technologische Parameter hat, nämlich Glas STK 12. Ein System des vorhergehenden Designs mit einem Durchmesser der effektiven Apertur von 200 Millimeter (1:7) wurde für dieses Glas für Vergleichszwecke errechnet. Das Sekundärspektrum dieses Systems (siehe Kurven 1 und 2 in Fig.2), im Bereich von F zu C ist ungefähr zweimal so stark wie im System mit einem Korrektor, der aus Glas K8 gebildet wird und erreicht einen bereits ziemlich wahrnehmbaren Wert von - 10-4f ' an den Rändern des Bereichs 365-1530 nm.

Eine Untersuchung des Sekundärspektrums der Systeme mit den Gläsern, die in der Dispersion ähnlich sind, zeigt, daß sie in ziemlich guter Genauigkeit durch die folgende empirische Abhängigkeit spezifiziert wird:


wobei das Sekundärspektrum des Systems ist, ist das Sekundärspektrum eines gleichwertigen Systems mit einer reflektierenden Linse, das vom Meniskusmaterial gebildet wird, ist der Unterschied zwischen den relativen partielle Dispersion der Gläser und k ein Koeffizient, der von den Designparametern des Systems abhängt. Ein gleichwertiges System wird als eins verstanden, in dem die Brennweite des Primärspiegels und des Gesamtsystems als ein Ganzes, sowie alle Linsenstärken und Luftspalte, identisch sind. Wenn die Spektrallinie e (546,07 nm) als die Spitze der Kurve des Sekundärspektrums genommen wird, kann der Unterschied zwischen den teilweisen Zerstreuungen der Gläser wie folgt ausgedrückt werden:

wobei die aktuelle Wellenlänge ist. Die einzelnen und die doppelten Hochstriche bezeichnen die Brechungskoeffizienten des Meniskus und der reflektierenden Linse, respektive. Es sollte aus Gl.(2) und Fig.2 unvermeidbar gefolgert werden, daß die Verringerung des Sekundärspektrums innerhalb des gesamten Wellenlängenbereichs verlangt, eine so glatt wie nur möglich verlaufende Differenzenfunktion der relativen partiellen Dispersionen der Gläser, die zu den Rändern des spektralen Bereichs proportional ist zu erzielen, die zu entsprechenden Werten des Sekundärspektrums des equivalenten Systems kompensiert ist.

Eine Analyse der relativen partiellen Dispersionen der russischen Gläser, die einen Brechungsindex nah zu 1,5 haben, zeigte, daß Glas KF6 zum Glas des Meniskus STK 12 bestens für die Konstruktion der reflektierenden Linse geeignet ist. Ein Plot des Sekundärspektrums eines Systems, das aus diesen Gläsern besteht, wird in Fig.2 dargestellt (Kurve 3), woraus entnommen wird, daß das Sekundärspektrum durch einen Faktor von 4,8 im Verhältnis zu dem gleichwertigen System in der nah-ultravioletten Region und durch einen Faktor von 3,2 in der Infrarotregion verringert wurde. Eine weiterere Zunahme des Brechungsindex des Meniskus ermöglicht eine weiterere Zunahme des Öffnungsverhältnisses des Systems, aber der spektrale Bereich verengt sich dadurch. Ich erreichte eine relative Öffnung von 1:6.2 (mit einer effektiven Apertur von 234 Millimeter) für die Kombination der Gläser STKL 10/TK 21. Leider konnten in diesem System, aus den Gründen,die aus dem Vorangehenden folgen, die residuellen axialen Abberationen nur im spektralen Bereich von 436-852 nm behoben werden (siehe Kurve 4 in Fig.2, die das Sekundärspektrum für diese Kombination der Gläser ist).

Die residuell axialen Abweichungen des Systems mit einem Korrektor im spektralen Bereich 365-1530 nm, der aus einem Paar der Gläser STK 12/KF6 mit einer effektiven Apertur von 200 Millimeter (1:7) gebildet wird, werden in Figs.3á und in 3b dargestellt. Eine doppelte Korrektur findet auf der Achse des Systems statt: innerhalb der effektiven Apertur gibt es zwei Schnittpunkte der Längsabweichungskurven, eine auf dem Rand der Pupille und eine ungefähr an 0.55D/2. Dieses führt zu einer ungefähr zweifachen Abnahme der Wellenaberrationen in der sichtbaren Region des Spektrums und zu mehr als sechsfacher Abnahme auf den Rändern des Bereichs 365-1530 nm im Vergleich zu dem gleichwertigen System mit den Linsen, die von einem einzelnen Material (STK 12) gebildet werden. Es wird verstanden, daß sich die letztere Abnahme auch auf die Schwächung des Sekundärspektrums bezieht. Wie aus Fig.3b gesehen werden kann, kann auf der Achse des Systems gearbeitet werden, ohne über den extrem ausgedehnten spektralen Bereich 365-1530 nm neu fokussieren zu müssen. Gearbeitet kann in einem Feld bis zu 30' über den sehr ausgedehnten spektralen Bereich von 405-768 nm werden, das für die Verwendung von modernen fotographischen Materialien und CCD-Arrays ziemlich ausreicht, und in diesem Fall übersteigt der Vergrößerungschromatismus nicht 0,18%, der bis zu 1.6"beträgt. Die Restkoma im gleichen Spektralbereich und gleichen Bildfeld erreicht max. 1.3".

Was den Astigmatismus und die Wölbung des Feldes betrifft, so unterscheidet sich das System, das gerade beschrieben wird in dieser Hinsicht nicht vom System mit den Korrektorlinsen, die aus einem einzelnen Material gebildet werden: auf der Oberfläche der besten Bilder eines Feldes 30' übersteigt der Zerstreuungspunktdurchmesser nicht 2".

Wo notwendig, können der Astigmatismus und die Krümmung des Feldes durch den Einsatz eines Brennweitenkonverters in das System behoben werden, wie es in den massenproduzierten Teleskopen des Schmidt-Cassegrain Designs von Meade realisiert wird. Der Konverter kann ein sehr einfaches Dreifachlinsendesign sein, das Gesichtsfeld nimmt durchschnittlich auf 1.5 zu und die relative Blendenöffnung erhöht sich bis 1:5.

Rigorose Schätzung der Bildqualität, die durch das in Erwägung stehende System mit einer effektiven Apertur von 200 Millimeter (1:7) realisiert wird und einem Paar STK 12/KF6 Korrektorlinsen auf der Grundlage einer Strahlanalyse mit Rücksicht auf Obstruktion und Beugung in der Pupille erlaubt die Schlußfolgerung, daß sogar ohne einen Fokalkonverter in der Fläche der besten Lagebestimmung in einem Feld von 30' im Spektralbereich von 405-768 nm der Durchmesser des Airy-Scheibchens, das 80% der Energie des Lichtes enthält, das durch das System gesammelt wird, nicht 28 m übersteigt.Während die relative Öffnung 1:7 ist, ist das vorgeschlagene Teleskopsystem außergewöhnlich kompakt, d.h. übersteigt der Abstand zwischen dem Primärspiegel und dem Korrektor nur etwas den Durchmesser der effektiven Apertur.

Eine Untersuchung des Systems zeigte, daß keiner der Speckles erster und zweiter Ordnung nahe der Filmebene fokussiert wird, während im System Schmidt-Cassegrain die Flecke zweiter Ordnung, die bekanntlich nahe der fokalen Fläche fokussieren, einen wahrnehmbaren Halo um helle Sterne auf Fotographien erzeugen, die durch Aspherisation und wirkungsvolle Antireflexionsbeschichtung beider Oberflächen der Platte nur teilweise unterdrückt werden können. Berechnungen der parasitären Beleuchtungsstärke zeigen, daß die Flecke, die durch das System als zerstreuter Lichtstrahl führen, im Wesentlichen harmlos sind. Während der parasitäre Punkt erster Ordnung von der konvexen Oberfläche der reflektierenden Linse in die Mitte zwischen dem Korrektor und der Filmebene im System mit einem Einglastypenmaterial-Korrektor fokussiert wurde, wurde er nahe dem Korrektor im System mit einem Korrektor fokussiert, der von unterschiedlichen Glastypen gebildet wurde. Solch eine Situation stellt ohne Zweifel sogar vorteilhaftere Bedingungen für seine Unterdrückung dar, wenn eine Antireflexionsschicht angewendet wird.

Praktische Arbeit mit experimentellen Teleskopmodellen zeigte, daß sie beträchtlich weniger abhängig von Fehljustierungen sind, als ihre reinen Spiegelentsprechungen, und quantitative Schätzungen der Dezentrierungsaberration liefern den Beweis, daß der zulässige Fehler, wenn die Mitte der Krümmung des Primärspiegels zur optischen Achse des Korrektors verschoben wird, 1,7-2mal grösser als im Design Ritchey-Chretien oder Cassegrain mit gleichwertigen Parametern infolge des Fehlens asphärischer Flächen ist.

So ist im Vergleich zu Teleskopen des Designs Schmidt-Cassegrain und wie eine Analyse dargestellt hat, auch zu vielen anderen Teleskopdesigns wie z.B. Cassegrain, Ritchey-Chretien und des Meniskus nach D. D. Maksutov, das hier vorgeschlagene Teleskopdesign zum Erreichen einer hohen Bildqualität über einen beträchtlich ausgedehnteren spektralen Arbeitsbereich von 400 bis 900 nm mit Werten einer höheren Öffnung von genähert 1:6.5- 1:7 mit allen implizierten Vorteilen fähig, die bereits oben erwähnt worden sind. Kompaktheit, technologische Machbarkeit, eine kleine Korrektorlinsengröße, ein Fehlen von parasitärem Licht und verhältnismäßig großen Zentrierungstoleranzen der Optik sind weitere positive Qualitäten dieses Systems, infolge dessen es, meiner Meinung nach, eine ideale Grundlage für ein massenproduziertes kleines Teleskop mit einem Durchmesser der effektiven Apertur von 200 Millimeter oder mehr ist.

Fig 4. Experimentelles Modell eines Teleskops 300 Millimeter (1:9.6) mit einem Meniskuskorrektor des ursprünglichen Designs.

Fig. 5. experimentelles Modell eines Teleskops 200 Millimeter (1:8.7) entwickelt unter der Anleitung des Autors im Betrieb von Novosibirsk Instrument

Ein experimentelles Modell eines Teleskops mit einem Durchmesser der effektiven Apertur von 300 Millimeter (1:9.6) wurde 1980 konstruiert und geprüft [ 7 ]. 1987 wurde ein ähnliches Instrument der nationalen Sternwarte Krasnoyarsk übergeben (siehe Fig.4). Die Arbeit mit diesen Instrumenten zeigte sich, daß sie Bilder von aussergewöhnlicher Qualität ohne sichtbar wahrnehmbare Spuren eines farbigen Halos in der Mitte oder auf den Rändern des Gesichtsfelds liefern und die Beobachtung von feinen Low-Contrast Details an den Bildern von Mond und Planeten ermöglichen.

Der Betrieb von Novosibirsk-Instruments führt momentan Arbeiten zur Großserienfertigung des Systems durch, das in Ref.5 mit einem Durchmesser der effektiven Apertur von 200 Millimeter (1:8.7) beschrieben wird. Die Arbeit über experimentelle Modelle der Instrumente bestätigte, daß die Herstellung und die Justierung der Optik eines solchen Systems unter den Bedingungen der Großserienfertigung erheblich einfacher und preiswerter als die Herstellung und die Justage der Optik für seinen Vorgänger d.h. Meniskus-Cassegrain nach D. D. Maksutov ist. Die Maße des Tubus des Experimental-Modells des Teleskops (Fig. 5) zusammen mit dem Okular-Auszug übersteigen nicht den zweifachen Wert der effektiven Apertur, und sein Gewicht mit allen Zusatzgeräten (Sucher und -kamera) zählt nicht mehr als 8,5 Kilogramm zusammen. Die Prüfung des experimentellen Modells eines Teleskops dieses Designs hat aussergewöhnliche Resultate erbracht.

  1. P.P. Argunov, USSR Inventor's Certificate No. 158697, Byull. Izobret., No. 22 (1963).
  2. P.P. Argunov, "Isochromatic telescope designs with spherical optics." Astron. Vestn. 6 (1), 52 (1972).
  3. L.J. Richter, "New catadioptnc telescope," Proc. SPIE 288, 33 (1981).
  4. G.I. Popov, "Isochromatic mirror-lens designs of the Cassegrain type." Izv. Krymsk. Astrofiz. Observ. 36, 273 (1967).
  5. Yu.A. Klevtsov, USSR Inventor's Certificate No. 605189, Byull. Izobret., No. 16 (1978).
  6. Decision to issue a patent for the invention described in application No. 96105080 with priority from March 10, 1996.
  7. Yu.A. Klevtsov, "Telescope of novel design," Zemlya Vselen., No. 5, 92 (1991).

J.Opt.Technol. 67 (2), 176-180, February 2000

Designed by © 2002 T|Design © Telescopes.ru