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Dokumentenidentifikation DE19536636A1 03.04.1997
Titel Spiegelobjektiv mit brechendem Korrektor
Anmelder Gallert, Frank, 12526 Berlin, DE
Erfinder Gallert, Frank, 12526 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 22.09.1995
DE-Aktenzeichen 19536636
Offenlegungstag 03.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse G02B 17/08
Zusammenfassung Gegenstand der Erfindung ist ein Spiegelobjektiv. Dieses besteht aus einem Spiegelsystem, das aus einem Sammelspiegel 1 oder aus einem Sammelspiegel 1 und einem Zerstreuungsspiegel 2 aufgebaut ist, sowie einem nachfolgenden brechenden Korrektor 3. In der Bildebene 4 ist ein Detektor 6 angeordnet, dem eine Bildfeldebnungslinse 5 vorschaltbar ist. Ein Planspiegel 7 kann das Licht aus dem Tubus auskoppeln.
Erfindungsgemäß wird der Korrektor aus zwei Linsen, die in ihrer Summe substantiell brechkraftlos sind und vorzugsweise aus gleichem optischen Material bestehen, aufgebaut. Hierdurch lassen sich Farblängs- und Farbvergrößerungsfehler praktisch vollständig vermeiden und die sphärochromatischen Zonenfehler minimieren. Mit sphärischen Spiegeln 1 oder 1 und 2 wird die Abbildungsqualität des äquivalenten Ritchey-Chretien-Systems erreicht.
Für die Öffnungszahl 4 lassen sich Farblängsfehler und sphärochromatische Zonenfehler auf unter 0,25 Millionstel der Brennweite bringen bei gleichzeitiger aplanatischer Korrektur und vollständiger Beseitigung des Farbvergrößerungsfehlers.
Spiegelobjektive mit hyperbolischen Spiegeln 1 oder 1 und 2 erlauben zudem die Korrektion des Astigmatismus. Für die Öffnungszahl 4 werden Objektfeld bis zu 4 Grad Durchmesser mit hoher Qualität abgebildet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von einem Spiegelobjektiv nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei dem Gegenstand handelt es sich um ein abbildendes optisches System, das aus einem Spiegelsystem und einem nachfolgenden brechenden Korrektor 3 besteht.

Dabei kann das Spiegelsystem aus einem Sammelspiegel 1 oder einem Sammelspiegel 1 und einem Zerstreuungsspiegel 2 bestehen, die sowohl sphärisch wie auch asphärisch ausbildbar sind. Der brechende Korrektor 3 besteht aus zwei oder mehr Linsen, die vorzugsweise in ihrer Summe brechkraftlos und vorzugsweise aus gleichem optischen Material aufgebaut sind. Es sind bereits Spiegelobjektive mit brechendem Korrektor bekannt.

Das Patent US 4.447. 156 gibt ein Spiegelobjektiv, das aus einem sammelnden Parabolspiegel und einem sphärischen Meniskuskorrektor besteht.

Das Patent US 4.881.801 gibt ein Spiegelobjektiv, das aus einem sammelnden sphärischen Spiegel und zwei Linsen besteht, von denen die erste eine konkavplane Zerstreuungslinse und die zweite eine konvexplane Sammellinse darstellt.

Das Patent DE 35 06 704 gibt ein Spiegelobjektiv, das aus einem hyperbolischen Sammelspiegel und einer Sammellinse besteht, deren Hinterfläche hyperbolisch deformiert ist.

Nachteilig ist in den genannten Druckschriften vor allem die nicht vorhandene Korrektur des Farbvergrößerungsfehlers. Darüber hinaus weisen die beiden erstgenannten Druckschriften beträchtlichen Astigmatismus auf.

Das Patent US 3.524.698 gibt ein Spiegelobjektiv, das aus einem sammelnden hyperbolischen Spiegel, einem kleineren, zerstreuenden ebenfalls hyperbolischen Spiegel und einem aus zwei Linsen aufgebauten Korrektor besteht. Die Schwarzschildkonstanten beider Spiegel sind hierbei so gewählt, daß sphärische Aberration und Astigmatismus bereits beseitigt sind. Die Spiegel weisen substantiell gleichen Betrag des axialen Krümmungsradius auf. Der Korrektor korrigiert nun die Koma indem er in einem Referenzpunkt des Spiegelsystems angeordnet wird ohne hierbei die Korrektur der sphärischen Aberration und des Astigmatismus wesentlich zu beeinträchtigen. Als einzige der genannten Druckschriften ist hier sowohl die Korrektur der monochromatischen als auch der chromatischen Bildfehler auf hohem Niveau erreicht.

Neben den genannten Druckschriften sind Feldkorrektoren für parabolische Sammelspiegel nach Ross beziehungsweise für sphärische Sammelspiegel nach Jones, Brixner und Jones- Bird Stand der Technik. Siehe hierzu in TELESCOPE OPTICS Seite 145-147 und 128-131. Der Ross-Korrektor besteht hierbei aus einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse und einer bikonvexen Sammellinse. Seine Korrektur ist ausgelegt für fotografische Zwecke - somit werden Koma und Astigmatismus minimiert bezüglich eines ebenen Bildfeldes. Für visuelle Beobachtungen sind die verbleibenden sphärischen und chromatischen Fehler selbst bei der Öffnungszahl 6 zu hoch. Die Korrektoren nach Jones und Brixner stellen Korrektordoubletts aus zwei unterschiedlichen Glassorten dar, die die Brennweite des sphärischen Sammelspiegels um das 2,5fache verlängern. Hiermit weisen sie sehr beträchtliche Brechkraft auf und ergeben eine nur unbefriedigende axiale Farbkorrektion. Der Jones-Bird Korrektor hingegen besteht aus einer bikonkaven Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse, wobei die Brennweite des sphärischen Sammelspiegels etwa um den Faktor 1,5 erhöht wird. Dadurch bedingt ergibt sich eine verbesserte axiale Farbkorrektion. Diese ist aber noch nicht optimal, da auch dieser Korrektor starke Brechkraft aufweist. Auch weist dieser Korrektor sehr erheblichen Astigmatismus und damit starke Bildfeldkrümmung auf.

Aufgabe der Erfindung ist es in Relation zu den drei erstgenannten Druckschriften Spiegelobjektive mit verbesserter chromatischer Korrektur anzugeben. In Relation zu den genannten Feldkorrektoren für parabolische und sphärische Sammelspiegel ist es Aufgabe der Erfindung eine weit verbesserte axiale chromatische Korrektion zu erzielen, wobei zugleich der Astigmatismus solcher Korrektoren insbesondere für sphärische Sammelspiegel beträchtlich vermindert werden soll. Parallel dazu soll eine derartige Korrektion der sphärischen und sphärochromatischen Restfehler erreicht werden, daß die verbleibenden Restfehler für ein Spiegelobjektiv mit sphärischen Sammelspiegel mit der Öffnungszahl 2 und 600 Millimeter Durchmesser ein Zerstreuungsscheibchen ergeben, das kleiner als das Beugungsscheibchen ist, wobei zudem Farbvergrößerungsfehler und Koma korrigiert sind.

Hierbei soll der Aufbau erfindungsgemäßer Spiegelobjektive weiterhin möglichst einfach sein. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung für einen sphärischen Sammelspiegel 1 einen Korrektor 3 anzugeben, der ein Spiegelobjektiv bereitstellt, das breitbandig die Abbildungsqualität eines Ritchey-Chretien-Spiegelsystems erreicht, wobei im Unterschied zu diesem nur sphärische Flächen verwandt werden. Hierzu ist es notwendig neben der völligen Elimination von sphärischer Aberration und Koma den Farblängs- und den Farbvergrößerungsfehler sowie die sphärochromatischen Aberrationen auf höchstem Niveau zu korrigieren.

Der verbleibende Astigmatismus soll in der Größe des Astigmatismus eines Ritchey-Chretien- Spiegelsystems gleicher Öffnungszahl liegen.

Weiter ist es Aufgabe der Erfindung für einen parabolischen Sammelspiegel 1 einen Korrektor 3 anzugeben, der die gleichen Charakteristika wie vorgenannter Korrektor aufweist, bei weiter reduziertem Astigmatismus. Ebenso ist es Aufgabe der Erfindung einen Korrektor 3 bereitzustellen, der in Zusammenwirken mit einem hyperbolischen Sammelspiegel 1, zusätzlich zur aplanatischen und achromatischen Korrektur, die Korrektur des Astigmatismus bewirkt, so daß ein Spiegelobjektiv höchster axialer und außeraxialer Abbildungsgüte realisiert wird, daß sowohl für hochauflösende visuelle Beobachtungen als Teleskopobjektiv als auch als hochkorrigiertes Kameraobjektiv für Weitfeldbeobachtungen dienen kann.

In Relation zur vierten Druckschrift ist es Aufgabe der Erfindung vereinfachte Spiegelobjektive mit zwei Spiegeln 1 und 2 und zugeordneten Korrektor 3 anzugeben.

Hierbei ist es insbesondere Aufgabe der Erfindung Korrektoren 3 für Spiegelsysteme mit zwei Spiegeln 1 und 2 anzugeben, bei denen der Sammelspiegel 1 sphärisch ausgebildet ist. Eine daraus abgeleitete spezielle Aufgabe der Erfindung ist es einen Korrektor 3 anzugeben, bei dem auch der Zerstreuungsspiegel 2 des Zweispiegelsystems sphärisch belassen werden kann. Die Abbildungsqualität eines solchen Spiegelsystems soll etwa die eines äquivalenten Ritchey- Chretien-Spiegelsystems erreichen. Hierzu ist es wiederum notwendig, daß Spiegelobjektiv als Ganzes aplanatisch und achromatisch auf hohem Niveau zu korrigieren, ohne den Astigmatismus über ein gewisses Maß anwachsen zu lassen. Bei asphärischer Ausbildung des Zerstreuungsspiegels 2 soll zusätzlich zur achromatischen und aplanatischen Korrektion die weitgehende Korrektion des Astigmatismus erreicht werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es Korrektoren 3 für Spiegelsysteme mit zwei Spiegeln 1 und 2 anzugeben, bei denen der Sammelspiegel 1 parabolisch ausgebildet ist, wobei im Spezialfall Sammelspiegel 1 und Zerstreuungsspiegel 2 ein klassisches Cassegrainsystem bilden, der Zerstreuungsspiegel 2 also eine dementsprechend bestimmte hyperbolische Formgebung aufweist. Hierbei soll die Abbildungsqualität des äquivalenten Ritchey-Chretien-Spiegelsystems übertroffen werden. Hierzu ist neben der achromatischen und aplanatischen Korrektion auch die weitgehende Korrektion des Astigmatismus zu gewährleisten.

Weiter ist es Aufgabe der Erfindung ein hochkorrigiertes Spiegelobjektiv mit zwei hyperbolischen Spiegeln 1 und 2 und zugeordnetem Korrektor 3 anzugeben, wobei im Unterschied zur vierten Druckschrift der axiale Krümmungsradius des Zerstreuungsspiegels 2 wesentlich von dem des Sammelspiegels abweichen kann, womit nun größere Brennweitenverlängerungsfaktoren beziehungsweise kleinere Mittenobstruktionen möglich werden. Das so ausgebildete Spiegelobjektiv soll neben der Korrektion von sphärischer Aberration, Koma und Astigmatismus höchste Korrektion der Farbfehler aufweisen. Hierbei sollen für ein Spiegelobjektiv der Öffnungszahl 5 die Zerstreuungsscheibchen auf einem ebenen Bildfeld von 1 Grad Durchmesser für den spektralen Bereich von 400-700 Nanometer kleiner als 0,25 Bogensekunden beziehungsweise auf der optischen Achse kleiner als 0,1 Bogensekunden verbleiben. Schließlich soll es Aufgabe der Erfindung sein ein höchstkorrigiertes Spiegelobjektiv mit zwei hyperbolischen Spiegeln 1 und 2 und einem zugeordneten Korrektor 3, der aus drei Linsen besteht, zu geben, wobei für ein Spiegelobjektiv der Öffnungszahl 4 die Zerstreuungsscheibchen auf einem ebenen Bildfeld von 2 Grad Durchmesser für den spektralen Bereich von 400 bis 800 Nanometer kleiner als 0,5 Bogensekunden, beziehungsweise auf der optischen Achse kleiner als 0,1 Bogensekunden bleiben sollen, so daß ein Spiegelteleskop der 2,5 Meter Klasse hoher Abbildungsqualität realisierbar wird, das die Abbildungsqualität von höchstkorrigierten astronomischen Spiegelsystemen mit drei asphärischen Spiegeln erreicht.

Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung ist es einen praktischen Weg aufzuzeigen, wie die zur Erzielung hoher Abbildungsqualität auf ausgedehnten Bildfeldern notwendige asphärische Formgebung der Spiegeloberflächen vermieden werden kann, wobei hier dünne holographische Schichten auf sphärischen Substraten Verwendung finden.

Die Aufgabenstellung wird für die genannten Ausprägungen des erfindungsgemäßen Spiegelobjektivs in einem übergreifenden Sinn dadurch gelöst, daß der brechende Korrektor 3 substantiell brechkraftlos ist, wobei vorzugsweise die Linsen des Korrektors aus dem gleichen optischen Material bestehen. Die Bezeichnung substantiell brechkraftlos ist hierbei so zu verstehen, daß ein Korrektor 3, der aus zwei Linsen besteht, die Brennweite des vorhergehenden Spiegelsystems um höchstens 5 Prozent vergrößert oder verkleinert, wobei in den meisten Fällen diese Abweichung unter 1 Prozent verbleibt.

Die Linsen des Korrektors 3 folgen dicht aufeinander oder berühren sich, wobei ihre Mittendicke klein gehalten wird. Es bleiben dann für ein gegebenes Spiegelsystem und gewähltem Abstand des Korrektors 3 vom letzten Spiegelscheitel die vier Krümmungsradien der Linsenflächen zur Korrektur der Abbildungsfehler. Die Dicke der hier dünnen Linsen und ihr Abstand sind nur von untergeordneter Bedeutung für die Korrektur der Bildaberrationen. Die Schwarzschildkonstante des Sammelspiegels 1 - beziehungsweise im Fall eines Spiegelsystems aus zwei Spiegeln 1 und 2 auch die des Zerstreuungsspiegels 2 - sind weitere freie Parameter. Für eine festgelegte Schwarzschildkonstante wie beispielsweise bei einem Spiegelsystem, das nur aus einem sphärischen Hohlspiegel 1 besteht, bleiben 4 Parameter, deren Variation der Randbedingung unterliegt, daß der Korrektor 3 keinen substantiellen Beitrag zur Petzvalsumme des Spiegelobjektivs liefert. Damit ist zu erwarten, daß sphärische Aberration, Koma, sowie Farblängs- und Farbvergrößerungsfehler korrigiert werden können. Die Größe des verbleibenden Astigmatismus ist im wesentlichen eine Funktion des Korrektorabstandes zum Spiegelscheitel und muß hingenommen werden. Es zeigt sich jedoch, daß mit zunehmender Verflachung des Sammelspiegels 1 zum Rande hin sich der Beitrag des Astigmatismus verringert. Das heißt für einen parabolischen Sammelspiegel 1 erhält man ein Spiegelobjektiv, das bei ähnlicher aplanatischer und achromatischer Korrektur wie bei einem Spiegelobjektiv mit sphärischen Sammelspiegel 1 einen geringeren Astigmatismus liefert.

Bei noch weitergehender Randverflachung des Sammelspiegels 1 - das heißt dieser wird nun hyperbolisch ausgebildet - ergibt sich schließlich ein Bereich der Schwarzschildkonstante des Sammelspiegels 1, bei dem das Spiegelobjektiv als Ganzes sowohl achromatisch und aplanatisch korrigiert ist und zugleich der Astigmatismus beseitigt ist.

Ähnliche Überlegungen gelten für Spiegelobjektive, die aus zwei Spiegeln 1 und 2 bestehen. Aus dem Gesagten geht hervor, daß für ein Spiegelobjektiv mit nur einem Spiegel 1 die Petzvalsumme nicht korrigiert werden kann, da der Korrektor 3 keinen Beitrag liefern soll.

Ist beispielsweise der Astigmatismus im Spiegelobjektiv aus einem Sammelspiegel 1 und dem zugehörigen Korrektor 3 korrigiert, so ist das Bildfeld 4 konvex gekrümmt mit dem Krümmungsradius, der der Brennweite des Sammelspiegels 1 entspricht.

Für visuelle Beobachtungen ist das überhaupt nicht schädlich, da die Adaption des Auges diese geringfügigen Krümmungen leicht ausgleicht. Zudem ist das Bildfeld der meisten Okulare, rechnet man rückwärts von einer ebenen Austrittspupille, im gleichen Sinn (also hier konkav) wesentlich stärker gekrümmt. Für den Einsatz planer Detektoren kann das Bildfeld 4 mit einer Bildfelddehnungslinse 5 nach Anspruch 2 geebnet werden.

Für Spiegelobjektive, die einen Sammelspiegel 1, einen Zerstreuungsspiegel 2 und einen substantiell brechkraftlosen Korrektor 3 beinhalten, ist die Petzvalsumme dann beseitigt, wenn die axialen Krümmungsradien von Sammelspiegel 1 und Zerstreuungsspiegel 2 dem Betrage nach übereinstimmen. Bei vorhandener Korrektion des Astigmatismus ergibt sich dann ein ebenes Bildfeld 4.

Die Aufgabenstellung wird mit den Ausbildungen des erfindungsgemäßen Spiegelobjektivs mit brechenden Korrektor gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert werden.

In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 - die Anordnung der Elemente des erfindungsgemäßen Spiegelobjektivs aus einem Sammelspiegel 1 und dem zugehörigen Korrektor 3

Fig. 2 - die Anordnung der Elemente des erfindungsgemäßen Spiegelobjektivs aus einem Sammelspiegel 1, einem Zerstreuungsspiegel 2 und dem zugehörigen Korrektor 3

Fig. 3 - Spotdiagramm für Ausführungsbeispiel 1 für Objektfelddurchmesser von 0; 0,1; 0,2 und 0,3 Grad für den Wellenlängenbereich 486 bis 656 Nanometer

Fig. 4 - Spotdiagramm für Ausführungsbeispiel 8 für Objektfelddurchmesser von 0; 1; 2 und 3 Grad für den Wellenlängenbereich 400 bis 700 Nanometer

Fig. 5 - Spotdiagramm für Ausführungsbeispiel 27 für Objektfelddurchmesser von 0; 0,2; 0,4 0,6; 0,8 und 1,0 Grad für den Wellenlängenbereich 486 bis 656 Nanometer

Fig. 6 - Spotdiagramm für Ausführungsbeispiel 40 für Objektfelddurchmesser von 0; 0,1; 0,2; 0,3 und 0,4 Grad für den Wellenlängenbereich 486 bis 656 Nanometer

Fig. 7 - Spotdiagramm für Ausführungsbeispiel 44 für Objektfelddurchmesser von 0; 0,5; 1,0; 1,5 und 2,0 Grad für den Wellenlängenbereich 400 bis 800 Nanometer

Fig. 8 - Spotdiagramm für Ausführungsbeispiel 45 für Objektfelddurchmesser von 0; 0,5 und 1,0 Grad für den Wellenlängenbereich 400 bis 700 Nanometer

Fig. 9 - Spotdiagramm für Ausführungsbeispiel 46 für Objektfelddurchmesser von 0; 0,1; 0,2 und 0,3 Grad für den Wellenlängenbereich 486 bis 656 Nanometer

Fig. 10 - Darstellung der sphärochromatischen Aberrationen für Ausführungsbeispiel 8

Fig. 11 - Darstellung des Farbvergrößerungsfehlers für Ausführungsbeispiel 8

Fig. 12 - Darstellung des Astigmatismus und der Verzeichnung für Ausführungsbeispiel 8

Fig. 13 - Darstellung der sphärochromatischen Aberrationen für Ausführungsbeispiel 27

Fig. 14 - Darstellung des Farbvergrößerungsfehlers für Ausführungsbeispiel 27

Fig. 15 - Darstellung des Astigmatismus und der Verzeichnung für Ausführungsbeispiel 27

Fig. 16 - Darstellung der sphärochromatischen Aberrationen für Ausführungsbeispiel 40

Fig. 17 - Darstellung des Farbvergrößerungsfehlers für Ausführungsbeispiel 40

Fig. 18 - Darstellung der sphärochromatischen Aberrationen für Ausführungsbeispiel 45

Fig. 19 - Darstellung der sphärochromatischen Aberrationen für Ausführungsbeispiel 46

Fig. 20 - Darstellung des Farbvergrößerungsfehlers für Ausführungsbeispiel 46

Ausführungsbeispiel 1

Das Ausführungsbeispiel 1 besteht aus einem sphärischen Sammelspiegel und einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer bikonkaven Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse besteht. Der sphärische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1200 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4 realisiert.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -166.8 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 2

Das Ausführungsbeispiel 2 besteht aus einem sphärischen Sammelspiegel und einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavplanen Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse besteht. Der sphärische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1200 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4 realisiert.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -166.7 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 3

Das Ausführungsbeispiel 3 besteht aus einem sphärischen Sammelspiegel und einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavkonvexen Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse besteht. Der sphärische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1200 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4 realisiert.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -167 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 4

Das Ausführungsbeispiel 4 besteht aus einem parabolischen Sammelspiegel und einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse besteht. Der parabolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1201,67 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,00556 realisiert.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -235,62 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 5

Das Ausführungsbeispiel 5 besteht aus einem parabolischen Sammelspiegel und einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer plankonkaven Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse besteht. Der parabolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1200 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4 realisiert.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -233,73 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 6

Das Ausführungsbeispiel 6 besteht aus einem parabolischen Sammelspiegel und einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer bikonkaven Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse besteht. Der parabolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1200 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4 realisiert.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -233,96 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 7

Das Ausführungsbeispiel 7 besteht aus einem parabolischen Sammelspiegel und einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer bikonkaven Zerstreuungslinse und einer konvexplanen Sammellinse besteht. Der parabolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1198,14 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 3,99382 realisiert.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -240,9 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 8

Das Ausführungsbeispiel 8 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel und einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer bikonvexen Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Schwarzschildkonstante des hyperbolischen Sammelspiegels beträgt -1.929014. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1210,33 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,03444 realisiert.

Das Spiegelobjektiv des Ausführungsbeispiels 8 ist für ein Objektfeld von 3 Grad Durchmesser ausgelegt. Der Durchmesser des zugeordneten Bildfeldes beträgt 63,97 Millimeter.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt 1079,48 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 9

Das Ausführungsbeispiel 9 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel und einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konvexplanen Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Schwarzschildkonstante des hyperbolischen Sammelspiegels beträgt -1.928263. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1214,98 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,04994 realisiert.

Das Spiegelobjektiv des Ausführungsbeispiels 9 ist für ein Objektfeld von 3 Grad Durchmesser ausgelegt. Der Durchmesser des zugeordneten Bildfeldes beträgt 64,24 Millimeter.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt 1041,719 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 10

Das Ausführungsbeispiel 10 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel und einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konvexkonkaven Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Schwarzschildkonstante des hyperbolischen Sammelspiegels beträgt -1.924391. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1218,26 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,06087 realisiert.

Das Spiegelobjektiv des Ausführungsbeispiels 10 ist für ein Objektfeld von 3 Grad Durchmesser ausgelegt. Der Durchmesser des zugeordneten Bildfeldes beträgt 64,42 Millimeter.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt 1033,6 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 11

Das Ausführungsbeispiel 11 besteht aus einem sphärischen Sammelspiegel und einem sphärischen Zerstreuungsspiegel, die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavkonvexen Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse besteht. Der sphärische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 3200 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 10,6667 realisiert.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -133,16 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 12

Das Ausführungsbeispiel 12 besteht aus einem sphärischen Sammelspiegel und einem sphärischen Zerstreuungsspiegel, die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavplanen Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse besteht. Der sphärische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 3200 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 10,6667 realisiert.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -135,99 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 13

Das Ausführungsbeispiel 13 besteht aus einem sphärischen Sammelspiegel und einem sphärischen Zerstreuungsspiegel, die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer bikonkaven Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse besteht. Der sphärische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 3200 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 10,6667 realisiert.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -136,16 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 14

Das Ausführungsbeispiel 14 besteht aus einem sphärischen Sammelspiegel und einem sphärischen Zerstreuungsspiegel, die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer bikonkaven Zerstreuungslinse und einer konvexplanen Sammellinse besteht. Der sphärische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 3200 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 10,6667 realisiert.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -135,69 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 15

Das Ausführungsbeispiel 15 besteht aus einem sphärischen Sammelspiegel und einem sphärischen Zerstreuungsspiegel, die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer bikonkaven Zerstreuungslinse und einer bikonvexen Sammellinse besteht. Der sphärische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 3200 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 10,6667 realisiert.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -135,65 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 16

Das Ausführungsbeispiel 16 besteht aus einem sphärischen Sammelspiegel und einem elliptisch erhöhtem Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante 37,92158), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavkonvexen Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der sphärische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 250 Millimeter auf Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 2028,52 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 8,11408 realisiert. Das Bildfeld ist plan.

Ausführungsbeispiel 17

Das Ausführungsbeispiel 17 besteht aus einem sphärischen Sammelspiegel und einem elliptisch erhöhtem Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante 37,93586), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer plankonvexen Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der sphärische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 250 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 2028,21 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 8,11285 realisiert. Das Bildfeld ist plan.

Ausführungsbeispiel 18

Das Ausführungsbeispiel 18 besteht aus einem sphärischen Sammelspiegel und einem elliptisch erhöhtem Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante 37,97519), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer bikonvexen Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der sphärische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 250 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 2029,39 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 8,11757 realisiert. Das Bildfeld ist plan.

Ausführungsbeispiel 19

Das Ausführungsbeispiel 19 besteht aus einem parabolischen Sammelspiegel und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -10,18101), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konvexkonkaven Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der parabolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 2031,31 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 5,07828 realisiert. Das Bildfeld ist plan.

Ausführungsbeispiel 20

Das Ausführungsbeispiel 20 besteht aus einem parabolischen Sammelspiegel und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -10,1484), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konvexplanen Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der parabolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 2024,88 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 5,06221 realisiert. Das Bildfeld ist plan.

Ausführungsbeispiel 21

Das Ausführungsbeispiel 21 besteht aus einem parabolischen Sammelspiegel und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -10,14498), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer bikonvexen Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der parabolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 2018,48 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 5,0462 realisiert. Das Bildfeld ist plan.

Ausführungsbeispiel 22

Das Ausführungsbeispiel 22 besteht aus einem parabolischen Sammelspiegel und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -10,16), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor,der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer plankonvexen Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der parabolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 2016,63 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 5,04158 realisiert. Das Bildfeld ist plan.

Ausführungsbeispiel 23

Das Ausführungsbeispiel 23 besteht aus einem parabolischen Sammelspiegel und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -10,17861), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavkonvexen Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der parabolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 2016,77 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 5,04194 realisiert. Das Bildfeld ist plan.

Ausführungsbeispiel 24

Das Ausführungsbeispiel 24 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,402416) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -29,85004), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konvexkonkaven Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 2005,09 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 5,01272 realisiert.

Ausführungsbeispiel 25

Das Ausführungsbeispiel 25 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,397343) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -29,60545), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konvexplanen Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 2005,01 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 5,01252 realisiert.

Ausführungsbeispiel 26

Das Ausführungsbeispiel 26 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,381984) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -28,85217), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer bikonvexen Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 2005,18 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 5,01296 realisiert.

Ausführungsbeispiel 27

Das Ausführungsbeispiel 27 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,39025) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -29,27791), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer plankonvexen Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 2005,25 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 5,01313 realisiert.

Ausführungsbeispiel 28

Das Ausführungsbeispiel 28 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,38191) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -28,89074), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavkonvexen Sammellinse und einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 2006,24 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 5,01561 realisiert.

Ausführungsbeispiel 29

Das Ausführungsbeispiel 29 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,644675) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -41,97825), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavkonvexen Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1985,08 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,96271 realisiert.

Ausführungsbeispiel 30

Das Ausführungsbeispiel 30 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,65055) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -42,2369), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavplanen Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1984,6 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,96149 realisiert.

Ausführungsbeispiel 31

Das Ausführungsbeispiel 31 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,653578) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -42,3699), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer bikonkaven Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1984,48 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,96119 realisiert.

Ausführungsbeispiel 32

Das Ausführungsbeispiel 32 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,636234) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -41,62004), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavkonvexen Zerstreuungslinse und einer konvexplanen Sammellinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1984,6 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,9615 realisiert.

Ausführungsbeispiel 33

Das Ausführungsbeispiel 33 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,63963) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -41,76899), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavplanen Zerstreuungslinse und einer konvexplanen Sammellinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1984,7 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,96174 realisiert.

Ausführungsbeispiel 34

Das Ausführungsbeispiel 34 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,643373) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -41,93263), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavplanen Zerstreuungslinse und einer konvexplanen Sammellinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1984,78 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,96194 realisiert.

Ausführungsbeispiel 35

Das Ausführungsbeispiel 35 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,635483) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -41,58958), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavkonvexen Zerstreuungslinse und einer bikonvexen Sammellinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1984,92 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,96231 realisiert.

Ausführungsbeispiel 36

Das Ausführungsbeispiel 36 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,638406) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -41,7174), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavplanen Zerstreuungslinse und einer bikonvexen Sammellinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1984,77 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,96193 realisiert.

Ausführungsbeispiel 37

Das Ausführungsbeispiel 37 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,641956) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -41,87289), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer bikonkaven Zerstreuungslinse und einer bikonvexen Sammellinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1984,82 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,96204 realisiert.

Ausführungsbeispiel 38

Das Ausführungsbeispiel 38 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,619013) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -40,87797), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavkonvexen Zerstreuungslinse und einer plankonvexen Sammellinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1985,49 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,96373 realisiert.

Ausführungsbeispiel 39

Das Ausführungsbeispiel 39 besteht aus einem hyperbolischen Sammelspiegel (Schwarzschildkonstante -1,618297) und einem hyperbolischen Zerstreuungsspiegel (Schwarzschildkonstante -40,84917), die in einer Cassegrainartigen Konfiguration angeordnet sind, sowie einem Korrektor, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konkavkonvexen Zerstreuungslinse und einer konkavkonvexen Sammellinse besteht. Der hyperbolische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 400 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1985,86 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 4,96466 realisiert.



Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele 40 bis 43 und 46 gehen näher auf erfindungsgemäße Spiegelobjektive ein, die einen sphärischen Sammelspiegel aufweisen.

Ausführungsbeispiel 40

Ausführungsbeispiel 40 gibt ein Spiegelobjektiv mit einem sphärischen Sammelspiegel von 600 Millimeter Durchmesser und 1200 Millimeter Brennweite. Das geschaffene Spiegelobjektiv soll seinen Einsatz in der "gehobenen" Amateurastronomie beziehungsweise semiprofessionellen Astronomie finden. Wesentlicher Vorteil ist die überaus kurze Baulänge und die Verwendung von rein sphärischen Flächen. Für eine angestrebte maximale Austrittspupille von 6 Millimeter Durchmesser muß ein Okular von 12 Millimeter Brennweite verwandt werden, das dann 100fache Vergrößerung ergibt. Ein Okular für die Öffnungszahl 2 ist allerdings kommerziell nicht erhältlich, da derartig lichtstarke Teleskopobjektive bislang nicht existierten. Es ist zu erwarten, daß ein derartiges Okular maximal 40 Grad scheinbares Gesichtsfeld aufweisen wird. Damit ist das Spiegelobjektiv für ein maximales Bildfeld von 0,4 Grad Durchmesser zu korrigieren. Ein Okular von 4 Millimeter Brennweite erlaubt eine 300fache Vergrößerung - ein Wert, der in Mitteleuropa ohnehin kaum überschritten werden kann. Diese Vergrößerung erlaubt zugleich das Auflösungsvermögen des Spiegelobjektivs annähernd auszuschöpfen. Damit ergibt sich die Notwendigkeit das Spiegelobjektiv in der Umgebung der optischen Achse beugungsbegrenzt auszukorrigieren. Neuere Untersuchungen zeigen, daß bei Teleskopen mit Mittenobstruktion die Einhaltung des Rayleigh-Kriteriums nicht hinreichend ist. Damit kein merklicher Abfall in der Kontrastübertragung gegenüber dem perfekten optischen System auftritt sollte im beobachtbaren Spektralbereich die peak to valley Wellenfrontaberration für ein Teleskop mit 30 prozentiger Mittenobstruktion kleiner als 1/8 Wellenlänge sein. Damit war es Ziel des Ausführungsbeispiels ein aplanatisches und von Farblängs- und Farbvergrößerungsfehler freies Design anzugeben, das auf der optischen Achse weniger als 1/8 Welle peak to valley Wellenfrontaberration aufweist. Im Vergleich heißt das, daß ein Parabolspiegel mit einer Genauigkeit von 1/16 Welle peak to valley beziehungsweise etwa 1/40 Welle rms gefertigt werden müßte.

Der Durchmesser des axialen Zerstreuungsscheibchens des Ausführungsbeispiels 40 beträgt 0,292 Mikrometer, wobei der Spektralbereich 486,1 bis 656,3 Mikrometer zugrunde gelegt wurde. Der Durchmesser der Airy-disk für die Wellenlänge 546,1 Nanometer beträgt im Ausführungsbeispiel 2,666 Mikrometer. Damit in Einklang zeigen die peak to valley Wellenfrontaberrationen die hervorragende beugungsbegrenzte Korrektur. Im Einzelnen ergeben sich folgende Werte: für die Wellenlänge 486,1 Nanometer 0,0103 Wellen; für die Wellenlänge 546,1 Nanometer 0,0180 Wellen und für die Wellenlänge 656,3 Nanometer 0,0189 Wellen für die jeweilige peak to valley Wellenfrontaberration. Die Zonenfehler bleiben unter 1/250000 der Brennweite. Der Farblängsfehler bleibt unter 1/360000 der Brennweite also unter 3,3 Mikrometer. Der Farbvergrößerungsfehler ist noch 25mal kleiner. Mit weniger als 1/50 Wellenlänge Aberration ist das Ausführungsbeispiel axial nicht von einem perfekt hergestellten Parabolspiegel zu unterscheiden. Das Ausführungsbeispiel verhält sich wie ein reines Spiegelteleskop, das von sphärischer Aberration und Koma befreit ist. Dabei ist die Feldkorrektur wesentlich besser als die eines Parabolspiegels gleicher Öffnungszahl. Im Ausführungsbeispiel ergibt sich am Rande des Bildfeldes von 0,4 Grad Durchmesser ein Zerstreuungsscheibchen von 19,2 Mikrometer im genannten Spektralbereich. Der Parabolspiegel ergäbe hauptsächlich bedingt durch Koma ein Zerstreuungsscheibchen von 204,5 Mikrometer beziehungsweise 202 Mikrometer Durchmesser auf dem optimal angepaßten Bildfeld. Zugleich wäre die Herstellung eines Parabolspiegels außerordentlich kompliziert. Ohne Komakorrektor wäre das Bildfeld selbst für visuelle Zwecke zu klein.

Im Ausführungsbeispiel 40 beträgt der Abstand vom Vertex des sphärischen Sammelspiegels zum ersten Linsenscheitel 745 Millimeter. Die erste Linse ist eine bikonkave Zerstreuungslinse von 5 Millimeter Mittendicke. Darauf folgt eine konvexkonkave Sammellinse von 12 Millimeter Mittendicke. Die letzte Schnittweite beträgt 438,643 Millimeter. Ordnet man einen um 45 Grad gegen die optische Achse geneigten Planspiegel 132 Millimeter hinter dem letzten Linsenscheitel an, so beträgt der Abstand vom Planspiegel zum Brennpunkt 306,643 Millimeter. Die Mittenobstruktion beträgt beträchtliche 39 Prozent - ist aber ohnehin bei sehr lichtstarken Teleskopen mit Newtonschen Fangspiegel konstruktiv bedingt, will man den Brennpunkt außerhalb des eigentlichen optischen Tubus plazieren.



Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1198,87 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 1,99811 realisiert.

Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -209,015 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 41

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel 41 gibt ein Spiegelobjektiv mit einem sphärischen Sammelspiegel von 5000 Millimeter Durchmesser und 12000 Millimeter Brennweite und den zugeordneten Korrektor, die zusammen ein Teleskopobjektiv der "Mt.-Palomar-Klasse" bilden. Die Airy-disk für die Wellenlänge 550 Nanometer weist einen Durchmesser von 0.055 Bogensekunden auf. Die Aberrationen waren damit auf diesen Wert zu reduzieren. Das Zerstreuungsscheibchen des sphärischen Sammelspiegels im Gaußpunkt beträgt 481 Bogensekunden beziehungsweise einen 4-fach kleineren Wert in der Ebene des kleinsten Zerstreuungsscheibchens. Es ist evident, daß die Verringerung der sphärischen Aberration auf 1/10000 ihres ursprünglichen Wertes nicht allein mit einer Korrektion der 3. Ordnung erreicht werden kann. Gleichzeitig mußte der Farblängsfehler und die sphärochromatischen Abweichungen praktisch auf Null (1/500000 der Brennweite) gebracht werden, wobei zudem der Farbvergrößerungsfehler und die Koma korrigiert werden mußte. Das dies alles mit einem einfachen, nur aus zwei Linsen bestehenden Korrektor möglich ist grenzt fast an ein Wunder. Die Feldkorrektur selbst wird vor allem durch den verbleibenden Astigmatismus und die chromatische Variation der Koma begrenzt. Das Spiegelobjektiv wurde für ein Bildfeld von 3 Bogenminuten Durchmesser optimiert. Die axialen peak to valley Wellenfrontaberrationen betragen für die Wellenlänge 486,1 Nanometer 0,0787 Wellen, für die Wellenlänge 546,1 Nanometer 0,0701 Wellen und für die Wellenlänge 656,3 Nanometer 0,0865 Wellen. Der Durchmesser des axialen Zerstreuungsscheibchens beträgt 1,68 Mikrometer. Damit ist die axiale Auflösung beugungsbegrenzt. Am Rande des Bildfeldes beträgt der Durchmesser des Zerstreuungsscheibchens 12,32 Mikrometer, wobei mehr als 95 Prozent der Lichtstrahlen in einem Scheibchen von 8 Mikrometer Durchmesser konzentriert sind. Ein nach dem Linsenkorrektor angeordneter, um 45 Grad gegen die optische Achse geneigter Planspiegel erlaubt den Systembrennpunkt seitlich aus dem eigentlichen optischen Tubus herauszuverlegen. Durch Rotation des Planspiegels um die optische Achse werden verschiedene Beobachtungsstationen zugänglich, in denen weitere optische Systeme wie Spektrographen einbringbar sind. Das Design des Linsenkorrektors ging wieder von der Bedingung aus, daß dieser keinen Beitrag zur Brennweite und zur Petzvalsumme leistet. Das dennoch geringfügig die Brennweite des Sammelspiegels beeinflußt wird liegt daran, daß nicht auf den Gaußpunkt optimiert wird. Ein weiteres wesentliches Merkmal des Designs des Korrektors ist, daß die Linsen aus dem gleichen optischen Material (hier BK7) bestehen. Weiterhin wurde der letzten Linsenfläche eine geringfügige asphärische Deformation erteilt - hier leicht verflacht elliptisch mit der Schwarzschildkonstante -0.05665296. Wird der Durchmesser des sphärischen Spiegels auf 4000 Millimeter reduziert kann diese entfallen. Die erste Linse ist eine bikonkave Zerstreuungslinse, die 8500 Millimeter vom Vertex des Sammelspiegels 1 entfernt ist und eine Mittendicke von 50 Millimeter aufweist. Darauf folgt eine konvexkonkave Sammellinse der Mittendicke 80 Millimeter. Die letzte Schnittweite beträgt 3380,351 Millimeter. Ordnet man den geneigten Planspiegel 830 Millimeter nach dem letzten Linsenscheitel an, so beträgt die letzte Schnittweite 2550,351 Millimeter - genug um den Systembrennpunkt aus dem optischen Tubus zu verlegen. Die Mittenobstruktion bedingt durch den Linsenkorrektor beträgt 29,5 Prozent. Der Durchmesser der Linsen wäre zwar "Weltrekord" - ergibt sich aber neben geometrischen Gründen aus der Forderung nach optimaler Korrektur der Bildaberrationen. Es ist aber gegebenenfalls kein Problem das Ausführungsbeispiel auf beispielsweise 4000 Millimeter Durchmesser des sphärischen Sammelspiegels 1 herunter zu skalieren.

Es ist unmittelbar evident, daß mit einem solchen Korrektor 3 und einem sphärischen Sammelspiegel 1 ein eigenartiges Teleskop ausbildbar ist, bei dem der sphärische primär beispielsweise mit 12000 Millimeter Durchmesser ausgebildet wird, während der Linsenkorrektor beibehalten wird. Durch Bewegung des Linsenkorrektors konzentrisch zum Krümmungsmittelpunkt des sphärischen Sammelspiegels 1 ergibt sich nun ein Spiegelobjektiv mit veränderlicher optischer Achse und damit Blickrichtung. Damit ist das so gebildete Teleskop der Bewegung der Sterne nachführbar ohne daß das eigentliche Teleskop einer Montierung bedarf Der sphärische Sammelspiegel 1 ist hierbei aus Kostengründen vorzugsweise aus identischen sphärischen Segmenten zu fertigen, die beispielsweise hexagonale Begrenzung und einen Durchmesser von 1000 bis 2000 Millimeter aufweisen. Diese Segmente sind nun einzeln nach den Erkenntnissen der aktiven und adaptiven Optik durch Stellglieder beeinflußbar. Mehrere der obigen Linsenkorrektoren sind nun an verschiedenen Positionen einbringbar, wobei diese Korrektoren stets konzentrisch zum Mittelpunkt des sphärischen Sammelspiegels 1 liegen und um diesen auf einer konzentrischen Kugeloberfläche bewegt werden können. Es entsteht damit ein Multi-Teleskop, das mit unterschiedlichen Blickrichtungen simultan verschiedene Objekte beobachten kann. Bei zugrunde gelegtem segmentiertem sphärischem Sammelspiegel 1 entsteht ein multiples abbildendes Interferometer des Fizeau-Typs mit gefüllter Apertur. Die optische Achse jedes dieser abbildenden Interferometer beziehungsweise Teleskope wird definiert durch die Verbindungsgerade Krümmungsmittelpunkt des sphärischen Sammelspiegels 1 zu den Scheitelpunkten des Linsenkorrektors. Der Durchmesser des Linsenkorrektors definiert in seiner Projektion auf den hier überdimensionierten sphärischen Sammelspiegel 1 die freie Öffnung des Teleskops. Diese Projektion bewegt sich im Prozeß der Nachführung über den sphärischen Sammelspiegel 1.

Wird alternativ das Teleskop mit einer einfachen Montierung versehen, die nur dazu dient das Teleskop auszurichten und nicht die eigentliche hochpräzise Nachführung zu übernehmen, so muß der sphärische Sammelspiegel nur einen solchen Durchmesser erhalten, der notwendig ist um eine gewisse Zeit vignettierungsfrei nachführen zu können. Für den gegebenen Linsenkorrektor dürfte dann ein segmentierter sphärischer Sammelspiegel von 6000 bis 7000 Millimeter Durchmesser ein guter Kompromiß sein. Natürlich kann jetzt nur ein Korrektor 3 zur gleichen Zeit angewandt werden. Dieser kann aber austauschbar angeordnet werden um beispielsweise einen Linsenkorrektor aus einem optischen Material, das für Infrarotstrahlung durchlässig ist, einzusetzen. Bedingt durch seine hohe Lichtstärke ist ein solches Teleskop insbesondere für die Beobachtung von Objekten geringer Oberflächenhelligkeit beziehungsweise für spektroskopische Beobachtungen einsetzbar. Der Preis eines solchen Teleskops dürfte nur den Bruchteil der Kosten eines konventionellen Teleskops mit hochpräziser Montierung betragen.



Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 11988,2 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 2,39764 realisiert.

Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt -1248,08 Millimeter.

Ausführungsbeispiel 42

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel 42 gibt ein Spiegelobjektiv mit ähnlichen Aufbau wie Ausführungsbeispiel 41, ist aber zusätzlich mit einem gegen das einfallende Licht konvexen Meniskus ausgestattet, der auf beiden Flächen asphärisch deformiert ist. Dieser Meniskus ist zwischen dem Linsenkorrektor 3 und dem Brennpunkt des Spiegelobjektivs angeordnet. Der Meniskus dient im Wesentlichen der Korrektur des verbleibenden Astigmatismus. Auf dem Bildfeld ist der Astigmatismus korrigiert. Das Ausführungsbeispiel ist für ein Bildfeld von 0,2 Grad Durchmesser optimiert. Am Rande des Bildfeldes sind mehr als 95 Prozent der Lichtstrahlen in einem Zerstreuungsscheibchen von 0,25 Bogensekunden konzentriert. Der axiale Bildpunkt ist deutlich beugungsbegrenzt. Die peak to valley Wellenfrontaberrationen betragen für die Wellenlänge 486,1 Nanometer 0,1597 Wellen; für die Wellenlänge 546,1 Nanometer 0,1149 Wellen und für die Wellenlänge 656,3 Nanometer 0,1862 Wellen.



Der Krümmungsradius des optimal angepaßten Bildfeldes beträgt 5588,38 Millimeter. Die Hinterfläche der zweiten, konvexkonkaven sammelnden Linse ist leicht asphärisch deformiert. Die Schwarzschildkonstante beträgt: -0.008540538. Damit ist diese Fläche elliptisch verflacht. Der nachfolgende, gegen das einfallende Licht konvexe Korrektormeniskus ist auf Vorder - und Hinterfläche mit asphärischen Termen höherer Ordnung deformiert. Verwandt wurden Terme 6.; 8. und 10. Ordnung. Auf Terme 4. Ordnung wurde verzichtet, da dann der Korrektor dazu tendiert eine kompliziertere, nicht monoton konvexe oder konkave Formgebung aufzuweisen. Die asphärischen Oberflächen werden beschrieben mit:



wobei z die sogenannte Pfeilhöhe der optischen Fläche; r die radiale Entfernung eines Oberflächenpunktes zur optischen Achse, c die axiale Krümmung der Fläche, k die Schwarzschildkonstante der Fläche und die αi Koeffizienten sind. Dabei geht der jeweilige axiale Krümmungsradius in die axiale Krümmung in mathematischer Notation ein.

Die dem einfallenden Licht zugewandte Vorderfläche des Korrektormeniskus wird beschrieben durch:

k = 0 und c = -0,006091443532 * mm-1

sowie

α&sub3; = -1.93465 * 10-13* mm-5 α&sub4; = 2.009855 * 10-16* mm-7 α&sub5; = -1.875214 * 10-21* mm-9

Die dem einfallenden Licht abgewandte Hinterfläche des Korrektormeniskus wird beschrieben durch:

k = 0 und c = -0.006290593989 * mm-1

sowie

α&sub3; = -2.244359 * 10-13* mm-5 α&sub4; = 2.305487 * 10-16* mm-7 α&sub5; = -2.104426 * 10-21* mm-9

Ausführungsbeispiel 43

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel 43 gibt ein für die Zwecke der Amateurastronomie optimiertes Beispielsystem. Alle Flächen des Ausführungsbeispiels sind rein sphärisch oder plan. Um die Mittenobstruktion klein zu halten wurde die Öffnungszahl auf 4 begrenzt. Frontseitig ist das Spiegelobjektiv durch eine planparallele Glasplatte 8 aus BK7 von 8 Millimeter Dicke und 250 Millimeter Durchmesser abgeschlossen. Damit werden Turbulenzen im Tubus vermieden. Gleichzeitig dient die Glasplatte 8 zur Befestigung eines planen Newtonschen Fangspiegels 7 und des kurz vor diesem in Richtung zum sphärischen Sammelspiegel 1 angeordneten Linsenkorrektors 3. Damit werden Hilfsspiegelstreben und nachteilige sekundäre Beugungseffekt an diesen vermieden. Beide Linsen des Korrektors bestehen aus BK7 und sind 5 Millimeter dick. In Richtung des Lichteinfalls ist die erste Linse des Korrektors eine konkavkonvexe Zerstreuungslinse auf die in 0,1 Millimeter Abstand eine konvexkonkave Sammellinse folgt. Der Abstand der Glasplatte 8 zum sphärischen Sammelspiegel 1 beträgt 842 Millimeter. Damit resultiert die Baulänge des Spiegelobjektivs zu 850 Millimeter. Der Abstand vom sphärischen Sammelspiegel 1 zur Vorderfläche der Zerstreuungslinse beträgt 750 Millimeter. Der Abstand von der Hinterfläche der Sammellinse zum Schnittpunkt des um 45 Grad gegen die optische Achse geneigten Newtonschen Fangspiegels 7 mit dieser beträgt 40 Millimeter. Der Abstand von diesem Schnittpunkt des Newtonschen Fangspiegels mit der optischen Achse zum Vertex des Bildfeldes beträgt 201,9955 Millimeter. Damit liegt das Bildfeld 5 gut zugänglich außerhalb des optischen Tubus. Die Mittenobstruktion bedingt durch den Linsenkorrektor 3 beträgt 27,8 Prozent für ein vignettierungsfreies Bildfeld von 0,4 Grad Durchmesser. Das Ausführungsbeispiel wurde für das visuelle Spektrum von 400 bis 700 Nanometer und für ein Bildfeld von 0, 4 Grad optimiert. Nachfolgend werden die peak to valley Wellenfrontaberrationen für den axialen Bildpunkt gegeben.

Wellenlänge in Nanometer peak to valley Wellenfrontaberration in Wellen 400 0,0682 450 0,0255 500 0,0043 550 0,0086 600 0,0151 650 0,0190 700 0,0212


Die Mittenobstruktion wurde hierbei bereits berücksichtigt. Der axiale Bildpunkt weist einen Durchmesser von 0,94 Mikrometer im Wellenlängenbereich von 400 bis 700 Nanometer bei einem Durchmesser der Airy-disk von 5,4 Mikrometer bei der Wellenlänge 550 Nanometer auf. Damit ist das Objektiv axial nicht von einem perfekt hergestellten Parabolspiegel gleicher Öffnungszahl zu unterscheiden. Allerdings müßte dieser mit einer Oberflächengenauigkeit von 1/100 Welle peak to valley hergestellt werden, was praktisch wohl kaum jemals erreicht wird Da zugleich der Farbvergrößerungsfehler des Spiegelobjektivs unter 0,7 Mikrometer liegt und auch die chromatische Variation des Astigmatismus zu Null wird ist nirgendwo auf dem Bildfeld merkbar, daß dispersive Elemente an der Abbildung teilhaben. Zudem ist die Koma eliminiert. Das Zerstreuungsscheibchen am Rand des Bildfeldes hat einen Durchmesser von 14,54 Mikrometer. Das Spiegelobjektiv verhält sich wie ein rein spiegelndes, aplanatisches Spiegelobjektiv des Ritchey-Chretien-Typs. Refraktorobjektive sowie Spiegelobjektive des Schmidt- Cassegrain-Typs weisen bei weit geringerer Lichtstärke wesentlich größere Farbfehler auf Werden die Linsen des Ausführungsbeispiels mit einer Antireflexionsbeschichtung aus MgF2 mit 137,5 Nanometer optischer Dicke (1/4 der Wellenlänge 550 Nanometer) versehen, so ergeben sich folgende Transmissionswerte des Ausführungsbeispiels nach der ersten Spalte. Werden die Linsen des Ausführungsbeispiels mit einer Antireflexionsbeschichtung von einer halben Welle LA2O3 (Lanthanoxid) und einer folgenden viertel Welle MgF2 beschichtet, so sind folgende Werte erhöhter Transmission im visuellen und verminderter Transmission im violetten Spektralbereich aus der zweiten Spalte ersichtlich.



Für die Spiegeloberflächen wurde einfache Aluminiumbeschichtung angenommen. Mit einer anderen Beschichtung - beispielsweise geschütztes Silber - lassen sich gegebenenfalls die Reflektivitäten des Sammelspiegels 1 und des Planspiegels 7 weiter erhöhen, womit sich die Transmission des Spiegelobjektivs auf etwa 90 Prozent verbessern läßt. Der Lichtverlust von knapp 8 Prozent durch die Mittenobstruktion blieb allerdings bisher unberücksichtigt.



Der Radius des optimal angepaßten mittleren Bildfeldes beträgt -83,487 Millimeter. Das Spiegelobjektiv realisiert eine effektive Brennweite von 1004,81 Millimeter und weist damit die Öffnungszahl 4,01924 im Bildraum auf. Der Durchmesser des sphärischen Sammelspiegels 1 wurde größer als 250 Millimeter gewählt um vignettierungsfrei ein Objektfeld von 0,4 Grad übertragen zu können. Läßt man eine geringfügige Vignettierung für das außeraxiale Bildfeld zu, so reicht ein Durchmesser von 250 Millimeter. Gleichzeitig können die Linsendurchmesser verringert und die Mittenobstruktion auf 25 Prozent gesenkt werden. Der Newtonsche Fangspiegel ist um 45 Grad gegen die optische Achse geneigt und weist elliptische Begrenzung auf. Seine kleine Achse hat einen Durchmesser von 66 Millimeter. Läßt man die Vignettierung des außeraxialen Bildfeldes zu, so genügen 62 Millimeter Durchmesser.

Der Astigmatismus des Ausführungsbeispiels ließe sich durch einen Linsenkorrektor 3, der relativ näher am sphärischen Sammelspiegel 1 liegt, weiter verringern. Allerdings steigt dann die Mittenobstruktion. Zudem liegt der Astigmatismus so, daß er dem der meisten Okulare entgegengesetzt ist. Okulare mit relativ kleinem Astigmatismus wie die des Nagler-Typs erlauben dann eine fast vollständige Kompensation des Astigmatismus im Teleskop als Ganzem. Auf die plane Glasplatte 8 kann natürlich auch verzichtet werden. Der Aperturstop liegt dann auf dem Sammelspiegel 1 von nun 250 Millimeter Durchmesser. Die außeraxiale Korrektur wird ein wenig besser, da das Ausführungsbeispiel ursprünglich für diese Konfiguration optimiert wurde. Natürlich sind dann Hilfsspiegelstreben zur Halterung des Planspiegels 7 und des Linsenkorrektors 3 erforderlich. Diese sind im übrigen zweckmäßigerweise in einer gemeinsamen Fassung 9 untergebracht, die eine seitliche Bohrung aufweist um das vom Planspiegel 7 kommendes Licht passieren zu lassen.

Ausführungsbeispiel 44

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel 44 gibt ein für die Zwecke der professionellen Astronomie beziehungsweise Erdfernbeobachtung optimiertes Beispielsystem.

In einer Cassegrainartigen Konfiguration folgt auf einen hyperbolischen Sammelspiegel 1 ein hyperbolischer Zerstreuungsspiegel 2, wobei nachfolgend ein Korrektor 3 angeordnet ist. Das Ausführungsbeispiel weist eine freie Öffnung von 2500 Millimeter und eine Brennweite von 10000 Millimeter auf, so daß die Öffnungszahl 4 resultiert. Das Ausführungsbeispiel ist auf die Übertragung eines Objektfeldes von 2 Grad Durchmesser optimiert. Um die angestrebte hohe Abbildungsqualität mit Durchmessern der Zerstreuungsscheibchen auf der optischen Achse von 0,1 Bogensekunden beziehungsweise von unter 0,5 Bogensekunden am Rand des Bildfeldes zu gewährleisten erwies es sich als notwendig den Korrektor 3 aus drei einzeln stehenden Linsen aufzubauen. Im Ausführungsbeispiel erhält der Korrektor 3 etwas positive Brechkraft, wobei er die Brennweite des vorgeordneten Spiegelsystems um etwa 10 Prozent verkürzt. Hierbei folgt in der Reihenfolge des Lichteinfalls auf eine bikonvexe Sammellinse aus FK54 mit Luftabstand eine bikonkave Zerstreuungslinse aus K11, auf die wiederum mit Luftabstand eine konkavkonvexe Zerstreuungslinse aus FK5 folgt. FK54, K11 und FK5 sind Gläser des Schott-Kataloges. Für den Wellenlängenbereich 400 bis 800 Nanometer beträgt der Durchmesser des axialen Zerstreuungsscheibchens 4,7 Mikrometer. Damit liegen alle Strahlen innerhalb des Durchmessers des Beugungsscheibchens für die Wellenlänge 550 Nanometer. Die zugeordneten axialen Wellenfrontaberrationen gibt nachfolgende Tabelle.

Wellenlänge in Nanometer Aberration der Wellenfront in Wellen 400 0,1338 450 0,1034 500 0,0747 550 0,0404 600 0,0344 650 0,0297 700 0,0219 750 0,0320 800 0,0546


Die axiale Abbildung ist somit deutlich beugungsbegrenzt. Der maximale Durchmesser des Zerstreuungsscheibchens für den Wellenlängenbereich 400 bis 800 Nanometer wird am Bildfeldrand erreicht und beträgt 22,8 Mikrometer beziehungsweise 0,46 Bogensekunden. Der Durchmesser des Bildfeldes beträgt 350,42 Millimeter. Die Konstruktionsdaten gibt nachfolgende Tabelle.



Das Ausführungsbeispiel tritt mit seiner hohen Abbildungsqualität in direkte Konkurrenz zu aplanatischen und anastigmatischen Spiegelsystemen mit 3 Spiegeln. Der Vorteil des Ausführungsbeispiels liegt wesentlich in der günstigeren Zugriffsmöglichkeit auf die Bildebene.

Ausführungsbeispiel 45

Das nachfolgende Ausführungsbeispiel 45 verdeutlicht wie die Anwendung von dünnen holographischen Schichten die ursprünglich notwendige asphärische Deformation von Spiegeloberflächen ersetzen kann, wobei nun die holographische Schicht auf ein rein sphärisch ausgebildetes Substrat aufgebracht wird. Das Ausführungsbeispiel besteht aus einem Spiegelsystem in Cassegrainartiger Konfiguration bestehend aus einem Sammelspiegel 1 und einem Zerstreuungsspiegel 2 sowie einem nachgeordneten Korrektor 3. Im Ausführungsbeispiel wurden ursprünglich hyperbolische Spiegel verwandt. Die Brennpunkte des zugehörigen Kegelschnitts definieren nun die erzeugenden Punkte für die Konstruktions- und Referenzwellensysteme, deren Überlagerung in der holographischen Schicht zu Interferenzmustern führen, die in dieser aufgezeichnet werden. Durch Variation der erzeugenden Punkte gegen die Brennpunkte des zu simulierenden asphärischen Kegelschnitts lassen sich Farbfehler im Spiegelobjektiv minimieren. Durch Verwendung von komplizierteren als nur sphärischen Wellenfronten lassen sich zudem Abbildungsfehler höherer Ordnung weiter verkleinern. Im Strahlenbild hieße das, daß Strahlenbündel verwandt werden, die sphärische Aberration aufweisen. Die beste Korrektion des Farblängsfehlers ergibt sich, wenn die Beträge der Krümmungsradien des Sammelspiegels 1 und des Zerstreuungsspiegels 2 übereinstimmen. Bedingung ist jedoch, daß die Hologramme substantiell keine "Brechkraft" bereitstellen. Die "Brechkraft" ist bereitzustellen durch die Krümmung der Substratoberfläche und damit durch den Krümmungsradius des Hologramms. Die Struktur des Hologramms selbst dient dann nur zur Beeinflussung der Bildaberrationen. Das Hologramm zeichnet sozusagen die asphärische Deformation der zu simulierenden Spiegeloberfläche auf und bewirkt damit eine entsprechende zeitliche Verzögerung oder Verkürzung von Elementen einer auftreffenden Wellenfront in Relation zum Auftreffen derselben Wellenfront auf einen sphärischen Spiegel gleichen axialen Krümmungsradius. Im Ausführungsbeispiel werden durch die gekrümmten Hologrammoberflächen hyperbolisch deformierte Spiegel simuliert. Damit ist es ohne weiteres möglich ein aplanatisches Teleskopobjektiv des Ritchey-Chretien-Typs zu simulieren. Monochromatisch ist die Abbildungsqualität für die Designwellenlänge nicht von der des echten Ritchey-Chretien zu unterscheiden. In einem breiteren spektralen Bereich jedoch treten unvermeidbar restliche Farbfehler auf, die der Abbildungsqualität Grenzen setzen. Diese verbleibenden sphärochromatischen Aberrationen und der um diese zu minimieren dementsprechend eingeführte Farblängsfehler begrenzen die Korrektur der axialen Bildfehler. Im Ausführungsbeispiel wird ein substantiell brechkraftloser Korrektor aus zwei Linsen des gleichen optischen Materials verwandt um die Abbildungsqualität etwas zu verfeinern und den Astigmatismus zu heben, wodurch ein ebenes Bildfeld erhalten wird, da die Petzvalsumme zu Null wird. Die sphärochromatischen Aberrationen im Zusammenwirken mit der chromatischen Variation des Astigmatismus begrenzen wiederum die Korrektur der außeraxialen Bildfehler. Es ist evident, daß ein solches simuliertes Ritchey- Chretien-System auch ohne den Korrektor 3 ausgebildet werden kann, womit eine solche Ausbildung in den Bereich des beanspruchten Schutzes des Anmeldungsgegenstandes fällt. Nach dem Gesagten liegt es auf der Hand, daß in jeder der verschiedenen Ausbildungen des Anmeldungsgegenstandes nach Anspruch 1, in der ein oder zwei asphärische Spiegel verwandt werden, diese ersetzt werden können durch ein wie oben beschrieben ausgebildetes Hologramm, dessen Krümmungsradius substantiell zusammenfällt mit dem axialen Krümmungsradius des zugeordneten asphärischen Spiegels. Alle derartigen Ausbildungen fallen damit in den Bereich des beanspruchten Schutzes des Anmeldungsgegenstandes.

Im Ausführungsbeispiel 45 besteht der Korrektor in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer konvexkonkaven Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse. Nachfolgende Tabelle gibt die Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels 45.



Die freie Öffnung des Ausführungsbeispiels ist 150 Millimeter. Seine Brennweite beträgt 1666,67 Millimeter, womit die Öffnungszahl 11,111 realisiert wird. Das Bildfeld ist plan, wobei das Beispiel für 1 Grad Objektfelddurchmesser optimiert ist. Der Durchmesser des Bildfeldes beträgt dann 29,3 Millimeter. Der Durchmesser der Airy-disk für die Wellenlänge 550 Nanometer beträgt für das Ausführungsbeispiel 14,9 Mikrometer. Im Wellenlängenbereich von 400 bis 700 Nanometer beträgt der Durchmesser des Zerstreuungsscheibchens auf der optischen Achse 7,6 Mikrometer; bei 0,5 Grad Bildfelddurchmesser 12 Mikrometer und am Rand des Bildfeldes von 1 Grad Durchmesser 17,1 Mikrometer mit einer jeweils deutlichen Konzentration der Lichtstrahlen zur Mitte des Zerstreuungsscheibchens.

Die axialen Wellenfrontaberrationen für die Wellenlängen 400, 500 und 750 Nanometer betragen: 0,242 0,012 und 0,113 Wellen. Die Abbildung ist damit axial beugungsbegrenzt. Auf dem übrigen Bildfeld ist die Abbildung nahezu beugungsbegrenzt.

Ausführungsbeispiel 46

Das Ausführungsbeispiel 46 besteht wie Ausführungsbeispiel 1 aus einem sphärischen Sammelspiegel 1 und einem Korrektor 3, der in der Reihenfolge des Lichteinfalls aus einer bikonkaven Zerstreuungslinse und einer konvexkonkaven Sammellinse besteht. Ziel des Ausführungsbeispiels 46 ist es bei vorhandener aplanatischer Ausbildung die erzielbare Korrektion des Farblängsfehlers und der sphärochromatischen Aberrationen bei gleichzeitiger Korrektion des Farbvergrößerungsfehlers darzustellen.

Der sphärische Sammelspiegel weist einen Durchmesser von 300 Millimeter auf. Die Brennweite des Spiegelobjektivs beträgt 1197,930 Millimeter, so daß das Ausführungsbeispiel die Öffnungszahl 3,99311 realisiert. Der Farblängsfehler und die sphärochromatischen Aberrationen bleiben unter 0,5 Mikrometer, so daß beide unter 0,25 * E-6 der Brennweite bleiben. Siehe hierzu die zugehörige Fig. 19. Der Farbvergrößerungsfehler ist auf dem übertragenen Objektfeld von 0,3 Grad Durchmesser kleiner als 0,12 Mikrometer.

Da auch die chromatische Variation der für eine Wellenlänge korrigierten Koma klein bleibt und hier die chromatische Variation des Astigmatismus in 3. Ordnung nicht auftritt, ist tatsächlich ein solches Spiegelobjektiv mit brechenden Korrektor hinsichtlich der Farbkorrektion nicht von einem reinen Spiegelobjektiv mit aplanatischer Korrektur unterscheidbar. Der Durchmesser des axialen Zerstreuungsscheibchens für den Wellenlängenbereich 486 bis 656 Nanometer beträgt 0,052 Mikrometer. Die zugeordneten peak to valley Aberrationen der Wellenfont liegen bei 0,0022 Wellen für 486 Nanometer; 0,0012 Wellen für 550 Nanometer und bei 0,0008 Wellen für 656 Nanometer Wellenlänge.

Der verbleibende Astigmatismus des Ausführungsbeispiels ist kleiner als der des Ausführungsbeispiels 1, da jetzt der Korrektor in geringerer Entfernung vom Sammelspiegel angeordnet ist Damit wird auch die Krümmung des mittleren Bildfeldes geringer - andererseits steigt die Mittenobstruktion bedingt durch den Korrektor. Das Ausführungsbeispiel 46 beweist, daß erfindungsgemäße Spiegelobjektive mit brechendem Korrektor im Gegensatz zu bisher bekannten Systemen die Eigenschaft aufweisen, daß zwar dispersive Elemente an der Abbildung teilhaben, diese aber in ihrer dispersiven Wirkung nicht in den Bildpunkten nachweisbar sind. Hierbei lassen sich insbesondere Farblängs- und Farbvergrößerungsfehler sowie die zonalen sphärischen Aberrationen praktisch vollständig eliminieren. Die nachfolgende Tabelle gibt die Konstruktionsdaten des Ausführungsbeispiels. Der Krümmungsradius des optimal angepaßten mittleren Bildfeldes beträgt -205,3294 Millimeter.


Anspruch[de]
  1. 1. Spiegelobjektiv, in Richtung der Lichtbewegung gesehen, bestehend aus einem Spiegelsystem, das aus einem Sammelspiegel (1) beziehungsweise aus einem Sammelspiegel (1) und einem Zerstreuungsspiegel (2) besteht, sowie einem brechenden Korrektor (3), dadurch gekennzeichnet, daß für ein Spiegelsystem, das nur aus einem Sammelspiegel (1) besteht, der Korrektor (3) zwischen dem Vertex des Sammelspiegels (1) und dessen paraxialen Brennpunkt angeordnet ist,

    daß dabei nachfolgende Anordnungen aus Sammelspiegel (1) und Korrektor (3) ausbildbar sind,
    1. I) für einen sphärisch ausgebildeten Sammelspiegel (1) besteht der Korrektor (3) aus 2 Linsen, wobei in Richtung der Lichtbewegung die erste Linse eine Zerstreuungslinse und die nachfolgende zweite Linse eine Sammellinse ist, wobei die Zerstreuungslinse bikonkav, konkavplan oder konkavkonvex und die Sammellinse jeweils konvexkonkav ausgebildet ist, wobei der Korrektor (3) substantiell brechkraftlos ausgebildet ist, wobei die Linsen des Korrektors (3) vorzugsweise aus dem gleichen optischen Material bestehen,
    2. II) für einen parabolisch ausgebildeten Sammelspiegel (1) besteht der Korrektor (3) aus 2 Linsen, wobei in Richtung der Lichtbewegung die erste Linse eine Zerstreuungslinse und die nachfolgende zweite Linse eine Sammellinse ist, wobei die Zerstreuungslinse konvexkonkav, plankonkav oder bikonkav und die Sammellinse jeweils konvexkonkav, beziehungsweise die Zerstreuungslinse bikonkav und die Sammellinse konvexplan ausgebildet ist, wobei der Korrektor (3) substantiell brechkraftlos ausgebildet ist, wobei die Linsen des Korrektors (3) vorzugsweise aus dem gleichen optischen Material bestehen,
    3. III) für einen hyperbolisch ausgebildeten Sammelspiegel (1) besteht der Korrektor (3) aus 2 Linsen, wobei in Richtung der Lichtbewegung die erste Linse eine Sammellinse und die nachfolgende zweite Linse eine Zerstreuungslinse ist, wobei die Sammellinse bikonvex, konvexplan oder konvexkonkav und die Zerstreuungslinse jeweils konvexkonkav ausgebildet ist, wobei der Korrektor (3) substantiell brechkraftlos ausgebildet ist, wobei die Linsen des Korrektors (3) vorzugsweise aus dem gleichen optischen Material bestehen,

      daß für ein Spiegelsystem, das aus einem Sammelspiegel (1) und einem Zerstreuungsspiegel (2) besteht, der zwischen dem Vertex und dem paraxialen Brennpunkt des Sammelspiegels (1) angeordnet ist, der Korrektor (3) zwischen dem Vertex des Zerstreuungsspiegels (2) und dem paraxialen Brennpunkt des Spiegelsystems aus den Spiegeln (1) und (2) angeordnet ist,

      daß dabei nachfolgende Anordnungen aus Sammelspiegel (1), Zerstreuungsspiegel (2) und Korrektor (3) ausbildbar sind,
    4. IV) für einen sphärisch ausgebildeten Sammelspiegel (1) und einen sphärisch ausgebildeten Zerstreuungsspiegel (2) besteht der Korrektor (3) aus 2 Linsen, wobei in Richtung der Lichtbewegung die erste Linse eine Zerstreuungslinse und die nachfolgende zweite Linse eine Sammellinse ist, wobei die Zerstreuungslinse konkavkonvex, konkavplan oder bikonkav und die Sammellinse jeweils konvexkonkav beziehungsweise die Zerstreuungslinse bikonkav und die Sammellinse bikonvex oder konvexplan ausgebildet ist, wobei der Korrektor (3) substantiell brechkraftlos ausgebildet ist, wobei die Linsen des Korrektors (3) vorzugsweise aus dem gleichen optischen Material bestehen,
    5. V) für einen sphärisch ausgebildeten Sammelspiegel (1) und einen elliptisch erhöht ausgebildeten Zerstreuungsspiegel (2) besteht der Korrektor (3) aus 2 Linsen, wobei in Richtung der Lichtbewegung die erste Linse eine Sammellinse und die nachfolgende zweite Linse eine Zerstreuungslinse ist, wobei die Sammellinse konkavkonvex, plankonvex oder bikonvex und die Zerstreuungslinse jeweils konvexkonkav ausgebildet ist, wobei der Korrektor (3) substantiell brechkraftlos ausgebildet ist, wobei die Linsen des Korrektors (3) vorzugsweise aus dem gleichen optischen Material bestehen,
    6. VI) für einen parabolisch ausgebildeten Sammelspiegel (1) und einen hyperbolisch ausgebildeten Zerstreuungsspiegel (2) besteht der Korrektor (3) aus 2 Linsen, wobei in Richtung der Lichtbewegung die erste Linse eine Sammellinse und die nachfolgende zweite Linse eine Zerstreuungslinse ist, wobei die Sammellinse konvexkonkav, konvexplan, bikonvex, plankonvex oder konkavkonvex und die Zerstreuungslinse jeweils konvexkonkav ausgebildet ist, wobei der Korrektor (3) substantiell brechkraftlos ausgebildet ist, wobei die Linsen des Korrektors (3) vorzugsweise aus dem gleichen optischen Material bestehen,
    7. VII) für einen hyperbolisch ausgebildeten Sammelspiegel (1) und einen hyperbolisch ausgebildeten Zerstreuungsspiegel (2) besteht der Korrektor (3) aus 2 Linsen, wobei in Richtung der Lichtbewegung die erste Linse eine Sammellinse und die nachfolgende zweite Linse eine Zerstreuungslinse ist, wobei die Sammellinse konvexkonkav, konvexplan, bikonvex, plankonvex oder konkavkonvex und die Zerstreuungslinse jeweils konvexkonkav ausgebildet ist, wobei der Korrektor (3) substantiell brechkraftlos ausgebildet ist, wobei die Linsen des Korrektors (3) vorzugsweise aus dem gleichen optischen Material bestehen,
    8. VIII) für einen hyperbolisch ausgebildeten Sammelspiegel (1) und einen hyperbolisch ausgebildeten Zerstreuungsspiegel (2) besteht der Korrektor (3) aus 2 Linsen, wobei in Richtung der Lichtbewegung die erste Linse eine Zerstreuungslinse und die nachfolgende zweite Linse eine Sammellinse ist, wobei die Zerstreuungslinse konkavkonvex, konkavplan oder bikonkav und die Sammellinse jeweils konvexkonkav, konvexplan oder bikonvex ausgebildet ist, wobei der Korrektor (3) substantiell brechkraftlos ausgebildet ist, wobei die Linsen des Korrektors (3) vorzugsweise aus dem gleichen optischen Material bestehen,
    9. IX) für einen hyperbolisch ausgebildeten Sammelspiegel (1) und einen hyperbolisch ausgebildeten Zerstreuungsspiegel (2) besteht der Korrektor (3) aus 2 Linsen, wobei in Richtung der Lichtbewegung die erste Linse eine Zerstreuungslinse und die nachfolgende zweite Linse eine Sammellinse ist, wobei die Zerstreuungslinse konkavkonvex und die Sammellinse plankonvex oder konkavkonvex ausgebildet ist, wobei der Korrektor (3) substantiell brechkraftlos ausgebildet ist, wobei die Linsen des Korrektors (3) vorzugsweise aus dem gleichen optischen Material bestehen,
    10. X) für einen hyperbolisch ausgebildeten Sammelspiegel (1) und einen hyperbolisch ausgebildeten Zerstreuungsspiegel (2) besteht der Korrektor (3) aus 3 Linsen, wobei in Richtung der Lichtbewegung die erste Linse eine bikonvexe Sammellinse und die nachfolgenden beiden Linsen Zerstreuungslinsen sind, wobei diese in der Reihenfolge des Lichteinfalls bikonkav beziehungsweise konkavkonvex ausgebildet sind,

      daß für vorstehend genannte Ausbildungen des Spiegelobjektivs die asphärische Formgebung eines oder beider Spiegel ersetzbar ist durch eine sphärische Formgebung, wobei auf diese sphärische Fläche eine dünne holographische Schicht aufgebracht wird, wobei die Schwarzschildkonstante der gedachten asphärischen Fläche die Brennpunkte des zugehörigen Kegelschnitts definiert, wobei diese Brennpunkte die erzeugenden Punkte von konvergierenden oder divergierenden kohärenten Licht definieren, dessen Interferenz in der holographischen Schicht gespeichert wird, wobei die Abweichung dieser Punkte von den Brennpunkten dazu dient Abbildungsfehler höherer Ordnung und chromatische Fehler zu korrigieren,

      daß das Spiegelobjektiv außeraxial ausbildbar ist, wobei die holographische Simulierung asphärischer Spiegeloberflächen erlaubt das Spiegelobjektiv aus rein sphärischen Flächen aufzubauen, wobei das außeraxiale Spiegelsystem stets ein außeraxialer Abschnitt des gedachten, axialen Spiegelsystems darstellt und so den qualitativ gleichen Korrektionszustand aufweist,

      daß die Flächen der Linsen des Korrektors (3) asphärisch ausbildbar sind, wobei insbesondere die asphärische Ausbildung der in Richtung der Lichtbewegung letzten Fläche des Korrektors (3) zur verfeinerten Korrektur der Abbildungsfehler beitragen kann,

      daß die asphärische Ausbildung der Linsenoberflächen durch das Aufbringen von dünnen holographischen Schichten auf sphärisch ausgebildete Linsenoberflächen simuliert werden kann, wobei die Schwarzschildkonstante der gedachten asphärischen Fläche die Brennpunkte des zugehörigen Kegelschnitts definiert, wobei diese Brennpunkte die erzeugenden Punkte von konvergierenden oder divergierenden kohärenten Licht definieren, dessen Interferenz in der holographischen Schicht gespeichert wird, wobei die Abweichung dieser Punkte von den Brennpunkten dazu dient Abbildungsfehler höherer Ordnung und chromatische Fehler zu korrigieren,

      daß die Linsen des Korrektors mit variablen Brechungsindex ausführbar sind, womit sich eine verfeinerte Korrektur der Abbildungsfehler erzielen läßt, wobei der Brechungsindex sowohl radial wie auch axial variabel ausbildbar ist,

      daß die Spiegel verformbar ausgebildet werden, wobei diese Verformung der Spiegel durch Stellglieder auf der Rückseite des jeweiligen Spiegels geschieht.
  2. 2. Spiegelobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in oder kurz vor die Bildebene (4) eine Bildfeldebnungslinse (5) einbringbar ist, wobei sich der dem einfallenden Licht zugewandte Radius der Bildfeldebnungslinse (5) und der der Bildebene (4) zugewandte Radius der Bildfeldebnungslinse (5) ergibt mit:



    wobei ΣP die Petzvalsumme und A der Summenwert des Astigmatismus des Spiegelsystems und n die Brechzahl der Bildfeldebnungslinse (5) sowie fGes die Brennweite des Spiegelsystems bezeichnet, wobei für den Spezialfall, daß die dem Bildfeld (4) zugewandte Fläche der Bildfeldebnungslinse (5) als Planfläche ausgeführt wird, sich der dem einfallenden Licht zugewandte Radius der Bildfeldebnungslinse (5) ergibt mit:







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