DE69822430T2

DE69822430T2 - Weitwinkeliges katoptrisches system mit speigeln

Info

Publication number: DE69822430T2
Application number: DE69822430T
Authority: DE
Inventors: Roland Geyl
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2018-05-30
Also published as: EP0929834A1; DE69822430D1; EP0929834B1; FR2764081A1; US6356388B1; WO1998055893A1; FR2764081B1

Description

Die Erfindung betrifft ein weitwinkliges katoptrisches System, insbesondere für die astronomische oder räumliche Beobachtung in einem großem Spektralbereich.
Es sind bereits Spiegelkombinationen bekannt, die ein weitwinkliges System bilden, wie es beispielsweise in den Veröffentlichungen EP-A-0 601 871 und US 5,379,157 beschrieben ist, die Systeme mit vier Spiegeln betreffen, mit einem primären konvexen Spiegel, die es ermöglichen, ein Beobachtungsfeld von wenigstens 13,5° auf 27° zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein System mit vier Spiegeln bereitzustellen, das es ermöglicht, ein im wesentlichen erweitertes Beobachtungsfeld, mindestens in der Größenordnung von 70° auf 2° zu erhalten.
Die Erfindung zielt auch darauf ab, ein System mit geringer Verzerrung bereitzustellen.
Die Erfindung zielt weiterhin darauf ab, ein System mit geringem Platzbedarf bereitzustellen.
Hierzu gelangt man gemäß der vorliegenden Erfindung, indem als sekundärer Spiegel ein konvexer Spiegel verwendet wird.
In einem typischen Ausführungsbeispiel einer Kombination gemäß der Erfindung umfaßt diese Kombination nacheinander:

– einen konvexen primären Spiegel (M1),
– einen konvexen sekundären Spiegel (M2),
– einen tertiären Spiegel (M3) nahe der Brennpunktsebene, und
– einen konkaven quaternären Spiegel (M4).

Das optische System der Erfindung kann auch als Kombination eines konvexen Eingangsspiegels (M1) und eines Anastigmaten mit drei Spiegeln (M2, M3, M4) definiert werden, von denen der erste Spiegel (M2) auch konvex ist.
Die Pupille wird auf den zweiten Spiegel (M3) des Anastigmaten gelegt.
Es kann umgekehrt auch als Kombination zweier Spiegel (M4, M3), die etwas wie ein SCHMIDT-Teleskop arbeiten, wobei der Quasiplanspiegel (M3) als Pupille dient und in Nähe des Brennpunkts von M4 angeordnet wird, um eine Quasi-Fernzentrierung zu erhalten, und zweier aufeinanderfolgender konvexer Spiegel (M2, M1) definiert werden, die das gewünschte weite Feld liefern.
Die vier Spiegel sind vorzugsweise asphärisch, um eine Korrektur der Verzerrung und weiterer Aberrationen zu erzielen.
Vorzugsweise ist die Anordnung des Objektivs, der Spiegel und des Aufbaus aus dem gleichen Material gefertigt, wie Aluminium, Invar oder einer Keramik mit niedrigem Dehnungskoeffizienten.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt der Abstand zwischen dem primären und dem sekundären Spiegel sowie der Abstand zwischen dem sekundären und dem tertiären Spiegel zwischen dem zwei- und siebenfachen der Brennweite.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel eines optischen Systems gemäß der Erfindung mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung beschrieben, in der:
die 1 eine schematische Ansicht des Prinzips des optischen Systems ist;
die 2 eine perspektivische Ansicht der optischen Formel ist;
die 3 eine Längsschnittansicht der optischen Formel ist; und
die 4 eine schematische Ansicht des mechanischen Aufbaus des Systems ist.
Das optische System setzt sich aus vier sphärischen Spiegeln zusammen.
Diese Spiegel haben Rotationsformen. Die Beschreibung dieser Oberflächen geschieht auf einem Längsschnitt, der durch die Gleichung des Pfeiles Z als Funktion des Abstandes h von der optischen Achse durch folgende Formel definiert ist:
mit den wie folgt definierten Koeffizienten:
R Krümmungsradius an der Spitze der Oberfläche
k Konizitätkonstante der Oberfläche
A Deformationskonstante der Größenordnung 4
B Deformationskonstante der Größenordnung 6
C Deformationskonstante der Größenordnung 8
D Deformationskonstante der Größenordnung 10.
Diese Deformation ermöglicht, die Form der angewandten Spiegel in der optischen Kombination des Systems zu definieren.
Der erste Spiegel der Kombination (M1) ist zentriert und besitzt folgende Oberflächenparameter:
R = 493,37 mm konvex
k = –38,815
A = 0
B = –0,315 × 10e^–12
C = 0,135 × 10e^–16
D = –0,214 × 10e^–21
In einem Abstand von 150 mm von diesem ersten Spiegel besitzt der zweite Spiegel (M2) der Kombination die folgenden Oberflächenparameter:
R = 261,84 mm konvex
K = 17,540
A = 0
B = 0,213 × 10e^–10
C = 0,359 × 10e^–14
D = 0
Der dritte Spiegel der Kombination (M3) befindet sich 150 mm von M2, in Richtung zu M1. Die Oberflächenparameter sind wie folgt:
R = 809,17 mm konkav
k = –41,637
A = 0
B = –0,601 × 10e^–11
C = 0
D = –0,516 × 10e^–17
Dieser Spiegel bildet die Pupille des Systems, d. h. er begrenzt den vom optischen System eingesammelten Fluß.
Der vierte Spiegel (M4) befindet sich in einem Abstand von 150 mm von M3, in Richtung zu M2. Die Oberflächenparameter sind wie folgt:
R = 252,498 mm konkav
k = 0,0044
A = 0
B = 0,243 × 10e^–12
C = –0,386 × 10e^–16
D = 0
Die Öffnungszahl des Teleskops, die als Verhältnis zwischen dem Brennpunkt des Systems und dem Durchmesser der Eingangspupille definiert ist, ist 3,75.
Das vom Teleskop zulässige Feld ist +/–36° entlang einer um 26,5° in eine Richtung senkrecht zur ersten Richtung dezentrierten Richtung.
In dieser Ausführung sind der erste Spiegel (M1) und der dritte Spiegel (M3) fast an der gleichen Stelle und auf dem gleichen Substrat gefertigt.
Das verwendete Material ist vorzugsweise Aluminium oder Silicium für die Anordnung der Spiegel und des Aufbaus.
Die Pupille (P) befindet sich in der Nähe des Spiegels (M3) nahe dem Brennpunkt des Spiegels (M4).
Die Öffnung bzw. Blende kann typischerweise bis F/3,75–F/4 ansteigen.
Der axiale Platzbedarf ist das fünf- bis sechsfache der Brennweite, also etwa 170 mm.
Die Verzerrung ist ungefähr 1%.
Um eine genaue Ausrichtung sicherzustellen, wird jeder Spiegel zur gleichen Zeit wie seine Auflageträger durch eine Diamantbearbeitung gefertigt.
Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführung beschränkt.

Claims

Weitwinkliges katoptrisches System mit geringer Verzerrung für die astronomische oder räumliche Beobachtung, das einen konvexen primären Spiegel (M1), einen sekundären Spiegel (M2), einer tertiären Spiegel (M3) und einen quarternären Spiegel (M4) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundäre Spiegel (M2) konvex ist.
System nach Anspruch 1, bei dem der tertiäre Spiegel (M3) nahe der Brennpunktsebene liegt.
System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der quarternäre Spiegel (M4) konkav ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Abstand (M1–M2) zwischen dem primären und dem sekundären Spiegel und der Abstand (M2–M3) zwischen dem sekundären und dem tertiären Spiegel zwischen dem 2- und 7-fachen der Brennweite ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der erste Spiegel (M1) und der dritte Spiegel (M3) fast an derselben Stelle sind.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der erste Spiegel (M1) und der dritte Spiegel (M3) auf dem gleichen Substrat realisiert sind.