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Das Optisches Design der CDK Astrographen (hier dargestellt am Beispiel des CDK 20")
Das
PlaneWave CDK Layout ist ein neues optisches Design, basierend auf dem
klassischen Cassegrain nach Dall-Kirkham. Es wurde entwickelt, um den immer
größer werdenden Chips in Digital- und CCD Kameras Rechnung zu
tragen. Bei vielen anderen optischen Systemen (Spiegeloptiken) sieht man
schnell außeraxiale Abbildungsfehler wie Koma und/oder Astigmatismus;
dazu kommt bei vielen Systemen eine Bildfeldkrümmung, die die Abbildungen
der Sterne bei Entfernung von der optischen Achse immer unschärfer werden
lassen.
Anders beim PlaneWave CDK 20". Das Bildfeld ist
über einen Durchmesser von 42 mm frei von Koma und Astigmatismus. Zudem
ist die Bildfeldebene über diesen Durchmesser absolut geebnet und plan, so
dass die Sterne in der Fokusebene über das ganze Feld gleich scharf
abgebildet werden. |
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Das
neue CDK Layout bietet eine perfekte Lösung für die o.a.
angesprochenen Probleme mit bestem Preis - Leistungsverhältnis und
moderaten Lieferzeiten. Es besteht aus einem elliptisch gekrümmten
Hauptspiegel, einem sphärischen Fangspiegel und einem 2-linsigen
Feldkorrektor. Alle drei optischen Elemente sind aufeinander perfekt
abgestimmt, um die unglaubliche Abbildung zu erreichen. Die Qualität der
Abbildung ist weitestgehend nur noch von den Seeingbedingungen des
Aufstellungsortes abhängig. |
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Die optische Abbildungsleistung
Wir zeigen Ihnen an
dieser Stelle nacheinander zwei Diagramme, um Sie von der hohen
Bildqualität des CDK 20 zu überzeugen. Im ersten Diagramm zeigt die
linke Spalte eine Beugungsbild Simulation für eine 20" CDK Optik, die
rechte Spalte, das daraus berechnete Spotdiagramm. Die kleinen Quadrate im
Diagramm habe eine Kantelänge von 9 Mikrometer (0.009 mm - eine
gängige Pixelgröße der meisten CCD Kameras mit großen
Chipabmessungen). Auf der optischen Achse zeigt das Spotdiagramm (rechte
Spalte) einen Durchmesser von nur 2 Mikrometer RMS. Außeraxial bei 12 mm
Abstand 4- und bei 21 mm Abstand von der optischen Achse den unglaublichen Wert
von nur 6 Mikrometer (RMS). Die Abbildungsqualität der Optik ist nur noch
von den Seeing Bedingungen und der Qualität der Nachführung
abhängig. Das Spotdiagramm ist für die Wellenlängen RGB, bzw.
720-, 555- und
430 Nanometer gerechnet und dargestellt. Die
Beugungsbildsimulation wurde für eine Wellenlänge von 585 Nanometer
gerechnet und dargestellt. Die Simulation bezeiht sich auf eine plane
Bildfeldebene, die ja der der Oberfläche eines CCD Chips entspricht.
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Das
folgende Diagramm zeigt den Vergleich der Abbildungsqualität zwischen dem
PlaneWave CDK und einem Ritchey Chrétien System. RC Systeme wurden in
der Vergangenheit viel für professionelle Observatorien gefertigt und
haben den Ruf gute Abbildungsqualitäten für die Astrofotografische
Anwendung zu haben.
RC Systeme sind wegen des hyperbolisch
gekrümmten Fangspiegels sehr teuer und aufwändig in der Herstellung
und zudem sehr kritisch in der Justierung beider Spiegelmittelpunkte auf die
optische Achse. Außeraxiale Koma ist korrigiert, Astigmatismus und
Bildfeldkrümmung bleiben im normalen RC System erhalten.
Außeraxiale Koma, -Astigmatismus und Bildfeldkrümmung werden
im CDK Design durch einen zweilinsigen Korrektor korrigiert. Da dieser
Korrektor als "doublet" gerechnet und gefertigt wird und zudem in
Brennpunktnähe angesiedelt ist, zeigt das System auch keine Restchromasie.
Durch die nicht hyperbolische Krümmung des Fangspiegels im CDK ist
das komplette otische System wesentlich präziser, einfacher und schneller
zu kollimieren als ein RC. Viele RC Besitzer "holen nie das letzte" an
Qualität aus Ihrem Teleskop, weil Sie das System nie einwandfrei
kollimiert bekommen. |
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Das Diagramm zeigt den
dramatischen Unterschied in der Abbildungsqualität zwischen dem CDK Design
und einem RC System.
Die Hauptkomponente in der außeraxialen Bildqualität des
RC´s wird durch die Bildfeldkrümmung des Systems erzeugt. Solche
Spotdiagramme einiger Hersteller von RC Systemen sehen wesentlich besser aus.
Dies ist vielfach darin begründet, dass die Spotdiagramme für das
gekrümmte Bildfeld dargestellt werden. Das mag für die visuelle
Beobachtung korrekt sein, weil das Auge eine gewisse Feldkrümmung
korrigieren kann.
Das sagt aber für die Abbildungsqualität auf
der Oberfläche eines Chips nichts aus, den deren Bildebene ist ja
ebenfalls plan. Deshalb zeigen wir in unserer Simulation die
Abbildungsqualität beider Systeme für ein planes Aufnahmesystem und
nicht für eine gekrümmte Bildfeldebene und da fällt der
Vergleich wohl eindeutig zugunsten des CDK Designs aus.
Die kleinen
Quadrate der Graphik haben ebenfalls 9 Mikrometer Kantenlänge, die
einzelnen Vergleichsbilder haben 90 Mikrometer Kantenlänge. Die
Spotdiagramme wurden für eine Wellenlänge von 585 Nanometer
gerechnet.
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Weiterhin
bitten wir zu beachten: das CDK Design ist f/6.8, das RC Design ist f/8. Dies
spielt bei punktförmigen Lichtquellen keine Rolle, reduziert jedoch im CDK
Layout bei der Fotografie flächiger Objekte leicht die
Belichtungszeit.
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Werden hier vom
CDK-Hersteller
 mit  verglichen ? Wir meinen
Nein!
Bei dem Vergleich des
neuen CDK mit einem herkömmlichen RC-System werden beide Systeme ohne
zusätzliche Korrektoroptik betrachtet. Jedoch ist in der Grundkonzeption
des CDK bereits ein Linsen-Korrektionssystem integriert. Dieses hat allerdings
nichts mit einen nachträglich angebrachten Universalkorrektor zu tun
sondern ist voll in die optische Rechnung integriert und ermöglicht erst
die kompromisslose Abbildungsleistung über das völlig geebnete Feld
von 50 mm Durchmesser.
Die allermeisten RC Benutzer verwenden ihre
RC-Systeme ohne zusätzliche Bildfeld-Ebnungslinsen, ein solcher
unkorrigierter RC ist Standard in der Industrie. Aus diesem Grund wird der CDK
mit einem unkorrigierten RC verglichen, denn beim RC ist der Korrektor nur
gegen (nennenswerten) Aufpreis erhältlich - wenn überhaupt.
CCD's bisheriger Kameragenerationen hatten bekanntlich höchstens
APS-Format (15 x 22mm). Deshalb fiel das Problem der Bildfeldwölbung beim
RC bislang kaum auf. Erst die neuen Vollformatchips zeigen Randschwächen
dramatisch auf. Insbesondere die Bildfeldwölbung beim RC läßt
ein durchgehend scharfes Bild (selbst bei perfekter Kollimation... ) beim
Vollformat-CCD nicht zu.
Hier schafft der CDK gerade für die
CCD's der neuen Generation Abhilfe.
Die Kollimation eines CDK ist
deutlich einfacher als beim RC. Um die gleiche Leistung wie im o.g.
Spot-Vergleich unter Realbedingungen wirklich zu erbringen, müssten alle
optischen Komponenten beim RC-System fünf mal besser zueinander zentriert
sein als es für das CDK-Design notwendig ist. Das bedeutet für das
CDK bei gleichem Tubusgewicht eine wesentlich höhere
Temperaturstabilität und Verwindungssteifigkeit als beim RC.
Eine
CDK-Optik kostet bei gleicher oder besserer Leistung deutlich weniger als der
RC, insbesondere wenn man für den RC einen separaten Korrektor beschaffen
will/ b.z.w. neuerdings bald muss.
Verglichen mit einem klassischen RC
hat der CDK ein schnelleres Öffnungsverhältnis und ist damit besser
an die kleineren Pixel der neueren CCD-Kameras
angepasst.
Zusammenfassend - warum bieten wir diese Optik
an:
Unserer Meinung nach erhält man mit einem CDK ein Teleskop,
welches eine bessere oder zumindest vergleichbare Leistung als die besten
RC-Teleskope am Markt – jedoch für weniger Geld – liefert. Durch
die einfache Justierbarkeit ist es deutlich einfacher diese hohe
Abbildungsgüte auch wirklich nutzen zu können.
Selbst wenn
man die Begrenzung durch das allgegenwärtige Seeing berücksichtigt,
welches generell die Nutzung auch einer perfekten Abbildungsqualität bei
so langen Gerätebrennweiten sehr schwer macht, so spricht dennoch für
das CDK die bessere Justierfähigkeit und der geringere Preis. Sobald gute
Seeingbedingungen vorliegen oder sobald man mit Kurzzeitkameras und/oder mit
Hilfe von adaptiver Optik (- und das wird die nächste Zukunft in der
bildgebenden Astronomie werden!) das Seeing umgehen kann, ist ein perfekter
Justagezustand der Optik besonders wichtig. Dieser ist beim CDK in der Praxis
wesentlich eher gegeben.
Wir meinen daher, dass wir Ihnen mit der
CDK-Optik eine zukunftssichere Lösung für eine forschungstaugliche
Optik anbieten können.
Ihre Fragen beantworten wir gern. Senden
Sie uns einfach ein Email.
Baader
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