Eine Erweiterung des Coronado Ha-Filtersystems auf größere Öffnungen

---

Es wird die Erweiterung eines Coronado SM60 mit BF15 auf eine freie Öffnung von 100mm beschrieben. Hierdurch wird die Auflösungsbegrenzung des SM60 überwunden. Das SM60 Etalon wird nun exzentrisch mit einer freien Öffnung von 20mm in Focusnähe genutzt. Die Obstruktion durch die Mittenabschattung des SM60 entfällt. Die Begrenzung des BF15 Blockfilters bleibt jedoch weiter bestehen. Es werden keine Veränderungen am Coronadosystem vorgenommen, sondern nur die Positionen der Komponenten verändert. Sehr wichtig ist jetzt die Aussperrung der schädlichen UV- und IR-Strahlung vor dem Objektiv, da das SM60 nun diese Rolle nicht übernehmen kann. ! Keine Experimente mit unbekannten Energieschutzfiltern ! Das Auge, wie auch die wertvollen Coronadoteile könnten geschädigt werden. Es wird keine Haftung für den Nachbau übernommen.

---

Die neuen Komponenten

Beschreibung

Ansichten

Da bei der neuen Nutzung des Coronado Systems die Schutzwirkung des SM60 Filters mit Etalon entfällt, muss zur Reduzierung der Sonnenstrahlung ein Energieschutzfilter verwendet werden. Die Hauptaufgabe besteht in der Blockung des gefährlichen UV-Anteils, aber auch der sehr intensiven Wärmestrahlung. Rechnet man im Hochsommer mit etwa 900 Watt/m² als direkte Leistung von der Sonne (nach Information des deutschen Wetterdienstes), so bringt man bei einer Öffnung von 100mm schon 7 Watt in das Teleskop. Bei einer angenommenen Brennweite von 1 Meter erreicht man ohne Schutzmaßnahmen im Focus 100 000 Watt/m² Welches Filter, welches System hält dieser Belastung stand? Daher ist es wichtig den Strahlenfluß so weit als möglich zu reduzieren und nur die benötigte Wellenlänge für den Ha Bereich ungehindert durchzulassen. Hier sollte man keine unbekannten Filter einzetzen, bzw. sich vorher kundig machen, welche Transmissionseigenschaften das Filter hat. Beispiel Im Bereich von 1400nm bis 3000nm kommen nur noch ca. 13% der ges. Strahlung auf der Erdoberfläche an. Das C-ERF hat also eine sehr wichtige Schutzfunktion im Bereich 300 - 1400nm zu erfüllen und sollte nicht durch fragwürdige Konstruktionen ersetzt werden.

Das telezentrische System TZS ermöglicht erst die Verwendung des Etalons als focusnahes Element. Jedes Interferenzfilter reagiert mehr oder weniger stark auf einen schräg zur optischen Achse auftretenden Strahl. Je geringer die Bandbreite, um so empfindlicher wird die Wellenlängenverschiebung und die Bandbreitenerweiterung das Filter stören. So auch beim Etalon, welches ein extrem schmalbandiges Filter ist.

Daher muss das TZS einen Strahlengang erzeugen, der unabhängig vom Einfallswinkel, immer einen zur optischen Achse parallelen und möglichst schlanken Strahlenkegel erzeugt. Hier unterscheidet sich das TZS grundsätzlich von einer Barlowlinse, welche einen leicht schrägen Strahl aufweitet und somit den Winkel zur optischen Achse noch vergrößert.

Die nachfolgenden Bilder verdeutlichen diesen Zusammenhang.

Darstellung des Strahlengangs bei einem telezentrischen System zur Verlängerung der Brennweite und Parallelisierung der Strahlen aus unterschiedlichem Einfallswinkel. Gerechnet und gezeichnet für ein Zeiss APQ 100 / 1000mm. Die allgemeine Forderung nach einem Öffnungsverhältnis von 1:30 um ein schlankes Strahlenbündel zu erhalten ist somit gut erfüllt. f=3464mm 1:34 Zwischen der letzten Linse und dem Focus sind ca. 200mm, also reichlich Platz für das SM60 Etalon, Blockfilter BF15 und noch freier Weg für Okular oder Kamera. Der Abstand von 200mm kann um +/- 30mm verändert werden, ohne dass merkbare Bildverschlechterung eintritt. Mit einer anderen Plankonvexlinse kann in bestimmten Grenzen das System an andere Verhältnisse angepaßt werden.

Aufgabenstellung war, ein TZS zu entwerfen, welches sich aus Linsen oder Linsensystemen herstellen läßt, die von der Optikindustrie als Fertigteile verfügbar sind, d.h. Lagerware mit kurzer Lieferzeit. Edmund Optics stellt eine online Liste der lieferbaren Linsen ins Netz und gibt dazu auch die Fertigungsdaten, wie Radien, Glassorte und Mittendicke an. www.edmundoptics.de

Hierdurch ist es möglich, passende Linsen auszusuchen und die Grunddaten in ein Optikprogramm einzugeben. Mit einigem Hintergrundwissen und vielen Versuchen die richtigen Linsenelemente zu finden, gelang es dann mit einem negativ Achromat und einer positiv Plankonvexlinse ein TZS mit 3,46 facher Nachvergrößerung für 656nm zu finden. Durch die Beschränkung auf fertige Linsen und der Forderung nach einer kurzen Bauweise des Systems waren die Freiheitsgrade sehr eingeschränkt. Trotzdem erfüllt das so gefundene System die Forderung nach bester Abbildung im Ha Bereich über das Bildfeld von max. 15mm Durchmesser (BF15 bedingt).

Aus der Lagerliste von EDMUND wurden folgende Teile ausgewählt.: 1. LENS ACH 12.5 x -35 MGF2 TS = negativ Achromat mit f= -35mm D=12,5mm mit MgF2 entspiegelt 2. LENS PCX 30 x 120 VIS-NIR TS = Plankonvexlinse mit f= 120mm D= 30mm mit Breitbandentspiegelung Die Linsenscheitel haben einen Abstand von 80mm. Damit wird ein günstiger Kompromis von kurzer Bauweise, Bildgüte und optimaler Annäherung an das Öffnungsverhältnis von 1:30 erreicht. Die Bildfeldnutzung wurde auf 15mm Durchmesser des BF15 begrenzt. Die in der Zeichnung angedeudete Blende ist die Begrenzung auf 20mm durch das SM60 Etalon. Das TZS ist nur für 656nm ausgelegt, kann also nicht als Barlowersatz für das visuelle Spektrum genutzt werden!

Einige Bilder vom mechanischem Aufbau des TZS mit SM60 Etalon und BF15.

Die Einzelteile, Rohre und Ringe wurden so konstruiert, dass sich die Teile noch auf einer kleinen Drehbank herstellen lassen und jederzeit Feinjustierungen möglich sind. Die Halterung für das SM60 wurde absichtlich mit etwas mehr Luft gebaut, da es vorher nicht abzuschätzen war, ob noch eine variable Kippung zur Justage des SM60 nötig sei. Alle bisherigen Versuche zeigten aber, dass jede noch so feine Kippung nur eine Verschlechterung des Bildkontrastes ergibt.

Die optische Leistung des TZS wird zusammen mit einem Zeiss APQ und einem Takahashi FS102 gezeigt. Gebaut und erprobt wurde das System für das FS102. Gerechnet wurde nach den Formelsätzen aus "TELESCOPE OPTICS" von H.Rutten und einem danach von mir geschriebenen Programm. Zur Überprüfung wurden die Daten in das Programm OPTALIX gegeben. Es zeigten sich keine Abweichungen.

Da nur kleine CCD Chips als Empfänger in Frage kommen, wurde die max. Bilddiagonale für die Darstellung im Spotdiagramm auf 8mm begrenzt. Aber auch bis zur Grenze des BF15 sind noch ausreichend kleine Spotdiagramme zu erhalten. Kleine Veränderungen im Abstand der beiden Linsen im TZS um wenige mm können die Qualität am Bildrand etwas verbessern. Der strenge telezentrische Strahlengang leidet in geringem Maß ( < 1% ), was aber in der Praxis unbedeuted ist.
Zu beachten ist, welche Größe das Beugungsscheibchen bei diesem Öffnungsverhältnis bekommt !


Rechnungen mit anderen Plankonvexlinsen als 2. Linsenglied, auch mit positven Achromaten haben gezeigt, dass sich mit diesem Rechnungsansatz eine ganze Reihe von TZS je nach Erfordernissen zusammenstellen läßt. In den 4 Beispielen sind die Plankonvexlinsen mit Bezeichnung und Radien, sowie der Abstand der beiden Linsen aufgeführt, Glassorte ist BK7. Die Rechnungen sind als Beispiele zu verstehen und keine verbindlichen Konstruktionsdaten.

LENS PCX 30 x 100 VIS-NIR TS	f = 100 mm	Radius 51,68mm	Abst. 60 mm	TZS = 2,89 fach
LENS PCX 30 x 120 VIS-NIR TS	f = 120 mm	Radius 62,02 mm	Abst. 80 mm	TZS = 3,46 fach
LENS PCX 25 x 125 VIS-NIR TS	f = 125 mm	Radius 64,62 mm	Abst. 85 mm	TZS = 3,61 fach
LENS PCX 25 x 150 VIS-NIR TS	f = 150 mm	Radius 77,55 mm	Abst. 110 mm	TZS = 4,33 fach

Peter Höbel , im Juni 2006