D054 Schiefspiegler en miniature mit zwei Spiegeln

Schiefspiegler "en miniature" mit zwei Spiegeln                 

Man kann sich bei diesem Thema verlieren - und aus diesem Grund gibt es in der Schweiz die Yolo-Gruppe in der sich
ganz unterschiedliche Schiefspiegler-Konzepte vereinigen. Die Idee wurde von Anton Kutter zur Perfektion gebracht
durch die geniale Einführung einer schwachen keilförmigen Plankonvex-Linse. Vom Kutter-System abgesehen gibt es
weitere höchst verschiedene Varianten von Schiefspiegler, mit denen man die Obstruktion von konzentrischen Mehr-
Spiegelsystemen ausschalten kann. Ein Teil der Lichtenergie verlagert sich bei diesem Systemen abhängig von der
Obstruktion in den 1. Beugungsring.

Die beiden Spiegel sind zunächst eher unscheinbar mit 85 mm Durchmesser für den Hauptspiegel und 40 mm für den Fangspiegel.
Sicher ausmessen läßt sich über Foucault und Interferometer der kleine Hauptspiegel mit den Daten, wie auf der Rückseite ver-
merkt. Beim SekundärSpiegel wäre ein passender Spherometer geeignet. Und weil der aber erst gedreht werden müßte, legte ich
den Sekundär-Spiegel auf den Hauptspiegel in der Annahme, daß die Radien eigentlich ähnlich sein müßten. Da der konvexe
Sekundär-Spiegel nicht kippte, konnte der Radius nur gleich oder größer, wie der konkave Hauptspiegel sein. Den Rest kann man
ja der ZEMAX-Rechnung überlassen.

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Nach einigen Versuchen, das System in Autokollimation vor einem Planspiegel aufzustellen, kam also die folgende Skizze heraus, die
immerhin eine Variante markiert, das System mit Restastigmatismus, und das wäre der schlechteste Fall, trotzdem bis 100-fache
Vergrößerung brauchbar zu benutzen. Mit ZEMAX gerechnet gäbe es eine weitere Vaiante mit Rest-Koma und wenn man den
Hauptspiegel torisch leicht verspannt sogar eine Strehl = 0.99 Lösung.

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Analog zur oberen Skizze die möglichst flexible Aufstellung und Justierung aller Elemente in allen 3 Achsen. Die Justage der Teile
zueinander läßt sich am schnellsten über einen grünen 10 mW LaserPointer realisieren. (Sonst würde man verrückt werden. Vom
Fokus beginnend fällt das LaserBündel mittig auf den Fangspiegel von dort mittig auf den Hauptspiegel (der Abstand der beiden
Spiegel muß in Abhängigkeit zum Fokus vorher ermittelt werden) Vom Hauptspiegel weiter auf den Kollimations-Flat. Von dort das
Laserbündel den gleichen Weg zurück sodaß es schließlich im Ursprung wieder verschwindet. Damit wäre das System justiert
und eine Markierung des Laser-Pointer-Halterung garantiert, daß der Vorgang reproduzierbar wird bzw. variiert werden kann hin-
sichtlich der optimalen Verkippungswinkel.

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Den optimalen Verkippungswinkel könnte man auf folgende Weise finden: Zunächst ist es ziemlich logisch, daß das einfallende
85 mm Durchmesser parallele Lichtbündel, das den Hauptspiegel trifft, ziemlich nahe am Fangspiegel vorbei geht. Anders aus-
gedrückt, die Mitte dieses 85 mm Bündels muß zur 40 mm Fangspiegel-Kante einen Abstand von mindestens 42.5mm und mehr
haben, sonst würde der Fangspiegel dieses Bündel vignettieren. Auf diese Art kommt man bei einem Spiegelabstand von 665 mm
auf ca. 3° Kippwinkel. inv tan (43/665). Bei der Erstellung der Skizze entstand über Corel Draw ein Winkel von 2.8°, der dem
rechnerischen ähnlich ist. Die Winkel wurden zunächst zeichnerisch aus den gemessenen Abständen ermittelt um sie dann
rechnerisch über ZEMAX zu überprüfen.
Durch die Festlegung des Einfallswinkels am Hauptspiegel ging es um den optimalen Kippwinkel des Fangspiegel, der sich nach
dem folgenden Verfahren ermitteln ließ. Solange dieser Kippwinkel zu klein ausfällt, entsteht intra/extrafokal die linke elliptische
Verformung (= astigmatische Figur) Ist der Kippwinkel zu groß, entsteht die rechte ellipt. Verformung. Damit läßt sich mit einiger
Geduld der richtige Kippwinkel ermitteln, aus dem man dann die Abstände ausmißt um das System später wieder reproduzieren
zu können. Dieses Verfahren läßt sich tagelang verfeinern und ausprobieren - was aber über ZEMAX als Strahlendurchrechnungs-
Programm dann doch viel schneller zu durchschauen ist. Damit war der praktische Teil vorläufig beendet.

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Untersucht man nach Abschluß der Kippwinkel-Optimierung die Schiefspiegler-Justage mit dem 13-er Ronchi-Gitter
intrafokal, so ist der Astigmatismus in erträglichen Grenzen und man hat ein scheinbar leicht überkorrigiertes System.
Wie gut die Justage gelungen ist, zeigt rechts oben auf dem folgenden Bild das kleine Kreuz, das bei einer effektiven
Vergrößerung von ca. 190-fach entstanden ist. Es ist also noch Rest-Astigmatismus im Spiel.

2SpiegSS_05.jpg

Unter Verwendung der weiter oben zeichnerisch ermittelten Kippwinkel ergibt sich damit folgendes Schiefspiegler-System und dem
daraus resultierenden Restastigmatismus und einem Gesamtstrehl von ca. 0.44 laut ZEMAX.

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Gibt man daraufhin jeweils im Wechsel die Kippwinkel frei (andernfalls optimiert ZEMAX das System auf die Achse zurück), dann erhöht sich der erste Kippwinkel auf ca. 3°, der zweite Kippwinkel reduziert sich unerheblich, und aus der Astigmatismus-Figur
entsteht eine Komafigur, deren Spotdiagramm etwas kleiner ist. Das System hätte jetzt einen Strehl von rechnerisch 0.87
Damit könnte man eigentlich bereits zufrieden sein, weil viele Systeme einen derartig hohen Strehl nicht haben.

2SpiegSS_07.jpg

Als Perfektionist kann man nun entweder eine torische BK7 Planplatte mit einem schwachen Radius vor den Hauptspiegel setzen,
oder aber man verspannt den Hauptspiegel ganz behutsam, und würde den Restfehler bis auf einen gerechneten Strehl von
0.99 herausziehen. Das wäre zuletzt aber nur eine Fleißarbeit ohne größeren Nutzen: Man hat nämlich immer noch ein Schief-
Spiegler-System von ca. f/22 vor sich mit einer Öffnung von 85 mm, das unter diesen Bedingungen perfekt abbildet, aber
trotzdem den physikalischen Bedingungen eines derartigen Fenrrohres unterworfen ist, und das wäre im besten Falle 1.6 arcsec
nach der Formel: Auflösung(arcsec) = 1.22 * Lambda(grün)*206 265 /Öffnung(mm) Zumindest hätte der Sternfreund eine
Anleitung, was er mit den zwei kleinen Spiegeln anstellen kann.

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