D053 12inch orginal Kutter Schiefspiegler mit ZEMAX-Daten

Bild: Anton Kutter                                                        
http://de.wikipedia.org/wiki/Anton_Kutter
http://www.aokswiss.ch/d/tel/kutter-manual.html

Hersteller: Dieter Lichtenknecker

Mitte der 60-er Jahre machte ein Nürnberger Sternfreund mit Mondaufnahmen mit einem 12" Schiefspiegler nach Kutter
von sich reden, die in der Qualität den Mondaufnahmen vom Palomar-5-Meter-Spiegel ebenbürtig waren. In SuW war das
damals die Titelgeschichte und ich wüßte gerne, welche Ausgabe das war. Auch hätte ich liebend gerne noch einmal
dieses Heft in Händen.

Bei der Untersuchung des
Hauptspiegels mit einem sehr großen Radius von 7210 mm ergibt sich bei einem Spiegel-abstand von 2050 der zweite Radius mit
7766 mm bis 7847 mm, den ich mit dem Sphärometer ermittelt hatte. Aus diesen Daten hätte man einen stark hyperbolischen
Fangspiegel von ca. -16. DAs System läßt sich ja zunächst als normaler Cassegrain auffassen.
Ein Bild in Kutters Sternwarte zeigt in etwa die Dimensionen, wie sie auch auf der opt. Bank nachgestellt werden müssen. Die
Justage erfolgte zunächst mit einem 210 mm großen Zeiss-Planspiegel, der in diesem Fall keine Mittenbohrung haben darf. Vom
Okular ausgehend zentrierte man mit einem starken Laserbeam die Spiegel in Autokollimation zum Planspiegel, wobei die Ver-
kippung jeweils über den Sinus ermittelt werden kann und direkt über den Laserbeam gemessen werden kann. Wenn das System
in sich justiert und kollimiert ist, dann erscheint beim Sterntest erst ein ovales Sternscheibchen - ein Hinweis auf die entstandene
Koma. Es war die geniale Idee von Anton Kutter, dieses Oval durch eine schräggestellte Planplatte zu kompensieren. (im Strahlen-
gang erzeugt eine schrägstehende Planplatte nämlich Koma) So wird auf einfache Weise das Sternscheibchen wieder rund. Es sind
aber ganz geringe Winkelschritte notwendig, bis man das Optimum hat, in der Gegend von wenigen Winkelminuten. Was man aller-
dings mit dieser Platte einführt, ist die farbliche Dispersion bzw. ein Farbquerfehler. Auch der wiederum läßt sich dadurch leicht be-
heben, indem man diese Planplatte leicht keilförmig ausführt, was gegen diese Farbzerlegung wirkt. Im vorliegenden Fall ist es nur
eine Planplatte, weswegen man beim Foucaulttest genau diesen Farbquerfehler erkennt. Zur Zeit schlage ich mich noch mit dem
Design in ZEMAX herum, damit man über die Optikrechnung das System noch besser optimieren kann.


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Dem Armin Quante, Eckernförde, jedenfalls herzlichen Dank für diese Übersicht, auch wenn einige für die Optik-Rechnung
wichtige Daten fehlen. Die ich gegebenenfalls ergänzen werde, wenn ZEMAX meine Datei akzeptiert.


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Jedenfalls bestand der erste Teil der Untersuchung genau in der Beantwortung dieser Frage.

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Und weil der Radius des Hauptspiegels selbst die Diagonale meiner Werkstatt übersteigt, läßt sich das über
einen Planspiegel "falten" und dennoch messen und fotografieren: Es ist also ein f/12 Hauptspiegel mit einer
Parabel, die von einer Sphäre fast nicht mehr zu unterscheiden ist. Die M_förmige Verformung der Streifen
ist aber der Hinweis im Krümmungsmittelpunkt, daß man es mit einer überkorrigierten Sphäre bzw. einer
Parabel zu tun hat.

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Mit diesen Daten und den Daten aus der Armin Quante-Tabelle läßt sich das System zunächst als Cassegrain
darstellen. Auch das läßt sich in Autokollimation aufstellen, wenn man einen weiteren ellipt. Fangspiegel einführt - worauf
ich aber verzichtet habe.

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Jedenfalls bekam ich erst auf Nachfrage die opt. wichtige Korrekturplatte zugeschickt, und erst dann war
es sinnvoll, das System erneut exakt aufzustellen. Allerdings im ersten Schritt mit einem 210 mm
Durchmesser Planspiegel, was aus Platzgründen leichter war. Der Blick zeigt das System vom Okular aus,
also durch Korrekturplatte, Fangspiegel, Hauptspiegel, Kollimations-Planspiegel und zurück. Diese Justage
erfolgt zunächst ohne Korrekturplatte, die man später einsetzt und am Stern so lange verkippt, bis das
Sternscheibchen schön rund ist bei ca. 600-facher Vergrößerung, das wäre dann ein 10 mm Okular.

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Für derartige Setups entstanden in letzter Zeit einige Hebebühnen in eigner Fertigung, die sich als sehr
praktisch herausstellten.

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Ein erstes Interferogramm mit dieser 210 mm Öffnung zeigt, daß das System bei dieser Öffnung perfekt ist.

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Mit diesem Ergebnis kann man bereits hoch zufrieden sein, wenn man die nachfolgenden noch in Betracht
zieht.

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Sie werden tatsächlich rund, die Sternscheibchen, wenn die Platte im richtigen Winkel im Strahlengang
steht. Allerdingszeigt sich hier eben auch der Farbquerfehler bereits deutlich, der aber über eine Keilplatte
behebbar wäre. Bei niedrigeren Vergrößerungen würde er gar nicht auffallen dieser Fehler.

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Ronchi bestätigt das Ergebnis, und der Foucault und Lyot Test zeigt, daß dieser Spiegelschliefer offenbar
fähig war, hervorragend glatte Flächen herzustellen. Vielleicht war es ja sogar Dieter Lichtenknecker -
wenn es nicht sogar das orginale Kutter-System wäre, das das als Geschenk zu den Sternfreunden geraten
war. Lediglich bei Öffnung 300 mm schleicht sich eine Überkorrektur ein, deren Ursache ich erst genauer
untersuchen kann, wenn sich die Parameter in ZEMAX variieren lassen. Eine Planplatte führt in einem
konvergenten Strahlgang nämlich einen Öffnungsfehler ein, ebenso der Abstand der beiden Spiegel wäre zu
untersuchen.

W I C H T I G:

Der erkennbare Farbquerfehler könnte damit zu tun haben, daß die Korrektor-Linse um 180° gedreht werden
muß, damit der minimale Keil von 65 Micron auf 100 mm richtig im Strahlengang steht. Siehe auch meinen
Beitrag #4. Die Konvexfläche sollte zum Okular zeigen.

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Hier nochmals das System mit der 210 mm Öffnung

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Und im nächsten Schritt das System mit voller Öffnung. Mein Planspiegel hat aus guten Gründen mittig eine
80 mm Bohrung, die aber in diesem Fall leider hinderlich war.

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Die Frage, ob es sinnvoll ist, dieses System wieder zum Leben zu erwecken, ist damit klar und eindeutig beantwortet: JA !

Den Hauptspiegel habe ich gerade nochmals untersucht. Er hat eine hohe Qualität, wie man bei Foucault
und beim Interferogramm sieht: Der Strehl dürfte in der Gegend von 0.95 liegen.

@TKutter16.jpg


@TKutter17.jpg

http://de.wikipedia.org/wiki/Anton_Kutter
Quote:


Anton Kutter

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

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Anton Kutter (* 13. Juni 1903 in Biberach an der Riß, † 1. Februar 1985 in Biberach) war ein deutscher Regisseur, bekannter Amateurastronom und Konstrukteur eines neuen Spiegelteleskops, dem Kutter-Schiefspiegler.
Anton Kutter kam im historischen "Haus zum Kleeblatt" am Marktplatz von Biberach zur Welt. Er besuchte das Gymnasium in Ravensburg und studierte anschließend Maschinenbau an der Technischen Hochschule Stuttgart.
Kutters große Leidenschaft war allerdings der Film. Nach Abschluss seines Studiums ging er 1926 nach Köln und arbeitete beim dortigen „Phototechnischen Labor“. Schon im selben Jahr drehte er erste eigene Filme, darunter ein Porträt seiner Heimatstadt Biberach. Von 1931 bis 1949 arbeitete er erfolgreich für die "Bavaria-Filmkunst" in München und wurde auf der Biennale in Venedig mit zwei Goldmedaillen geehrt. 1937 drehte er den Science-Fiction-Film "Weltraumschiff I startet" über eine Mondlandung im Jahre 1963. Insgesamt schuf Kutter über fünfzig Dokumentar- und Spielfilme.

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Mittlerweile hat mir Harrie Rutten den entscheidenten Hinweis gegeben, der wiederum zeigt, auf welche
Feinheiten es beim Kutter-Schiefspiegler ankommt: Die keilförmige Plankonvex-Linse war der eigentliche
Genie-Streich von Anton Kutter. Der Keil beträgt gerade mal 65 Micron auf 100 mm Linsendurchmesser,
und die Linse ist mit einem Radius von 31445 mm fast eine Planplatte, jedoch mit einer einschneidenden
Wirkung auf die Abbildung.

Zunächst dachte ich mir beim ZEMAX Support Hilfe zu holen, die mir aber ungerührt mitteilten, daß ihnen
meine ca. 10 Jahre alte Version gar nichts mehr wert sei, und ich doch erst für 700.- Dollar ein Update
kaufen solle. Damit hätte ich zwar eine aktuelle Version besessen, aber das Design-Problem - und ein
solches ist es nämlich - wäre weiterhin ungelöst geblieben. Zudem auf den ZEMAX-Seiten ein File trischeif.zmx
angeboten wird mit sphärischen Flächen, bei dem nur die beiden Spiegel optisch von Belang sind.
http://www.zemax.com/file_exchange/index.htmlMan ist also versucht, die Sache erst einmal zu optimieren,
ohne aber dem orginal Kutter System näher zu kommen.

Nun kann man in Schritten das System aufbauen:
Zunächst behandelt man das Ganze wie ein Cassegrain-System mit einer BK7-Platte etwa in der Mitte
von Secundärspiegel und Fokus. Dabei sind die Daten hilfreich, die Armin Quante bereits zusammen-
gestellt hatte (siehe im Beitrag oben). Das Spot-Diagramm verhält sich noch erwartungsgemäß klein
im Airy-Scheibchen.

Mit Coord Break fügt man nun vor und hinter jedem Spiegel eine Hilfsfläche ein. Dort wird die Verkippung
gegen die X-Achse eingetragen: Beim ersten Spiegel jeweils + 3.09° (Eintrittswinkel) davor und nochmals
+ 3.09° (Austrittswinkel) dahinter und logischerweise auch noch den Abstand zur nächsten Fläche
(surface). Beim Secundär-Spiegel wiederum Coord Break davor und dahinter, und weil nur die Drehung
gegenläufig ist - 9.04° Eintrittswinkel und nochmals - 9.04° Austrittswinkel.

Die schräggestellte BK7 Linse - von einer planparallelen Platte fast nicht zu unterscheiden - war der
eigentliche Genie-Streich von Kutter. Das Spot-Diagramm "saust" regelrecht ins Airy-Scheibchen, wenn
man der ursprünglichen "Platte" auf der zweiten Fläche einen Radius verpaßt, der mit 31 446 mm nur
mit einer Referenz-Fläche genau herzustellen ist, oder mit einem guten Sphärometer.

Damit wäre als Restfehler immer noch ein Farbquerfehler vorhanden in der Größe vom Doppelten des Airy-
Scheibchen für diesen 300/6000 Orginal-Kutter. Aber auch dieser Faarbquerfehler verschwindet im Airy-
scheibchen, wenn diese Linse einen Keilfehler von 65 Micron hat auf 100 mm Durchmesser, wobei man dann
auf die richtige Orientierung Der Linse achten muß.

Wenn man dann noch berücksichtigt, daß Anton Kutter zur damaligen Zeit nicht über die heutige EDV mit
ihren Programmen verfügte, dann läßt sich erst ermessen, welche geniale Idee von ihm verwirklicht worden
war. Und wenn dann, wie im vorliegenden Fall, die Flächen der opt. Komponenten hervorragen glatt aus-
geführt worden sind, dann sollte dieser Schiefspiegel an Farbreinheit wirklich nichts zu wünschen übrig
lassen bei einer sagenhaften Öffnung von 300 mm, was mit einem Refraktor technisch nicht mehr zu
verwirklichen ist.

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@TKutter19.jpg

Auch für die CCD-Fotografie müßte der Schiefspiegler ein wertvolles Gerät sein. Für den Bildhradius von
0, 5 mm, 10 mm (0, 10, 20 mm Durchmesser) gibt ZEMAX folgende Situation an:

@TKutter20.jpg

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Was passiert, wenn man diese ganz schwach keilförmige Linse mit gerade mal 0.065 mm Keilfehler auf 100
mm verkehrt, also um 180 Grad gedreht in den Strahlengang einsetzt, zeigt folgende Gegenüberstellung,
die von den Sternfreunden in der Praxis bestätigt wird: Sie berichten immer über einen Restfarbfehler, der
über diese Gegenüberstellung leicht zu erklären ist:

Richtig herum eingesetzt

Wenn diese Plankonvex-Linse mit der Konvex-Fläche zum Okular richtig eingesetzt ist, dann schaut das
Spotdiagramm auf der Achse und im Feld so aus:

@TKutter22.jpg

Falsch herum eingesetzt

Dreht man hingegen diese Linse, weil man den Dickenunterschied von 0.065 mm fast nicht messen kann in
ihrer Position um 180 Grad, dann hat man diese Situation:

@TKutter21.jpg

Betrachtet man nun die Sternabbildungen im obersten Bericht, so kann man davon ausgehen, daß die Linse
um 180-Grad gedreht werden müßte.