Bildfeldebnungslinse für eine CCD-Schmidt-Kamera

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Torsten_S

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Hallo liebe Optikrechner,

da nun auch der (fast) letzte astrotaugliche Dia-Film Kodak E 200 von der Bildfläche verschwunden ist und nur noch die Reste verkauft werden.....überlege ich meine 8" Schmidt-Kamera von Celestron für die CCD-Technik umzubauen. Und zwar so, daß ich den Originalzustand jederzeit wieder herstellen kann. Sonst wäre es einfach zu schade....dass die Kamera nachher wieder justiert werden muß ist mir klar und ich nehme das in Kauf.
Das ganze soll erst mal ein Teistaufbau darstellen, bevor ich mir sehr teures Zubehör kaufe. Vorgestellt habe ich mir eine Starlight Xpress mx7c, die ja relativ günstig zu bekommen ist, plus Plan-Konvex-Linse zur Korrektur der Bildfeldwölbung.
Der original Filmhalter und die Spinne werden ausgebaut und durch einen neuen CCD-Halter ersetzt. Damit ich den Brennpunkt einigermaßen wieder hergestellt habe. Die Invar-Stäbe möchte ich nur ungern ändern und sollen noch zum justieren brauchbar sein.
Habe eine Formel zur Berechnung der Linse hier gefunden: Ebnungslinse
Kann ich diese Formel bedenkenlos für meine Kamera anwenden? Möchte die Linse auch nicht selber herstellen, sondern aus dem Sortiment eines Herstelles für Laser-Aufbauten kaufen. Dort gibt es genügend Auswahl in fast jedem Durchmesser und jeder Brennweite aus BK7. Man kann sogar wählen zwischen: keine Vergütung, Multicoated oder speziell auf Laser vergütet. Die Kosten wären zwischen 5,00 und 20 Euro für die Linse mit Multi-Coating.
Bei dem kleinen Chip wäre die Linse sowieso nicht unbedingt nötig, da sich die Bildfehler wohl nich darmatisch auswirken. Möchte jedoch versuchen das Beste herausholen.
Kann mir da jemand weiter helfen, bevor ich das Gerät anfange umzubauen?
Hier noch die wichtigsten Daten der Schmidt-Kamera: Öffnung = 200mm, f=1,5.

Viele Grüße
Torsten
 
Zuletzt von einem Moderator bearbeitet:
Hallo Gerd,

danke für die Info, das hilft mir auf alle Fälle weiter.

Viele Grüße
Torsten
 
Hallo Torsten,

ich hab' selber mal mit so einer Schmidtkamera geliebäugelt, um sie auf CCD umzubauen. Doch leider sind diese kleinen Kameras mit dem "Ableben" des chemischen Films zum Aussterben verurteilt.
Denn für große CCDs ist zwingend eine Ebnungslinse notwendig.

Nur leider führt ein einfaches Nachrüsten dieser Linse natürlich Abbildungsfehler ein. Bis etwa f/3 läßt sich das System durch Nachjustiert (Abstand Schmidtplatte-HS muß verringert werden, etc.) wieder auf eine ordentliche Abbildungsqualität bringen.
Nur wie hier bei f/1.5 müßte das System von Anfang an mit Korrektionslinse korrigiert entworfen werden, sonst werden die Abbildungsfehler einfach zu groß.

Bliebe also nur die Korrektionslinse wegzulassen und ein recht kleines CCD-Element zu verwenden. Die Bildfeldwölbung mit 300mm wird dann die Sterne am Rande eines CCD mit beispielsweise nur 10mm Diagonale auf ca. 28um vergrößern.
Damit ist natürlich der Reiz eines Schmidt gerade für Weitfeldaufnahmen auch etwas dahin. Schade ...

Ciao Werner
 
Zitat von blueplanet:
Nur leider führt ein einfaches Nachrüsten dieser Linse natürlich Abbildungsfehler ein. Bis etwa f/3 läßt sich das System durch Nachjustiert (Abstand Schmidtplatte-HS muß verringert werden, etc.) wieder auf eine ordentliche Abbildungsqualität bringen.
Nur wie hier bei f/1.5 müßte das System von Anfang an mit Korrektionslinse korrigiert entworfen werden, sonst werden die Abbildungsfehler einfach zu groß.
Hallo Werner,

der Torsten hat ja inwischen seine Schmidt-Camera ohnehin wieder verkauft, aber nicht aus den Gründen, die Du da anführst. Ich glaube auch nicht, dass die Abbildungsfehler einer einfachen Bildfeldebnungslinse vor dem Filmhalter so schlecht sind, wie Du das darstellst. Wichtig ist allerdings, dass diese sehr dicht davorsteht.

In der Praxis ergeben sich aber andere Hindernisse:

(a) Das CCD Kameragehäuse ist meistens sehr viel größer als der Sensor-Chip darin, so dass ein unverhältnismäßig großer Teil vom Strahlengang blockiert wird. Das betrifft insbesondere die Gehäuse von großen Chips wie 24x36 oder 36x36, also genau solche, deren Größe interessant zu werden beginnt. Bei größeren Schmidt-Cameras mit Filmhaltern im Rollfilmformat sieht die Angelegenheit noch trostloser aus.

(b) Die Peltier-Kühlung erzeugt Wärme mitten im Strahlengang, das ist gar nicht gut.

(c) Die Spinne für den Filmhalter mit seiner extrem kritischen Position muss natürlich entfernt werden, um Raum für das sehr viel größere Sensorgehäuse zu schaffen. Das tut man nur mit erheblichen Bauchschmerzen, weil dieser Eingriff de facto dann wohl irreversiblel ist.

(d) Die Verwendung von Farbfiltern ist viel komplizierter und Filter-Wheels kommen gar nicht in Frage.

Meine große Schmidt-Camera steht zwar jetzt auch nur noch rum. Bislang konnte ich mich aus den angegebenen Gründen aber noch nicht entschließen, sie umzubauen.

Mit freundlichen Grüßen,
Peter


 
Re: Bildfeldebnungslinse für eine CCD-Schmidt-Kam

Hallo Peter,

ich „oute“ mich hier mal als derjenige, der die Schmidt-Kamera von Torsten gekauft hat und zwar genau zu diesem Zweck: Umbau auf CCD. Ich werde eine CCD a la Starlight Xpresess
verwenden, rund, kompakt und mit geregelter Kühlung, könnte man abschalten, z.B. die ALCCD8L hat einen Durchmesser von ca. 2,5 Zoll, leider sind die Pixel etwas groß. Aber prinzipell sollte das doch mit dementsprechender plankonvexen Korrekturlinse funktionieren, oder?

Gruß,
Peter
 
Hallo Peter & Peter,

@(P_E_T_E_R):
Die von Dir aufgeführten Punkte sind schon richtig und auch in der Praxis relevant (außer der Obstruktion, die hier nicht die Rolle spielt).

Da es hier allerdings um die Bildfeldebnungslinse ging, bin ich nicht auf diese anderen Punkte eingegangen.

Falls Du aber glaubst, daß der Einfluß dieser Linse wegen der Fokusnähe kaum eine Rolle spielt, täuscht Du Dich!
Wie ich schon geschrieben hab', ist der Effekt bei Systemen < f/3 tolerierbar, aber nicht mehr bei einem f/1.5-System wie hier (siehe Lit. oder raytrace)!!!

Außerdem müßte das System auf alle Fälle nachjustiert werden! Ich meine hier nicht nur den Fokus, sondern vor allem die Abstandsverringung Schmidtplatte-Hauptspiegel! Das bedeutet natürlich eine Veränderung der Konstruktion zur Versetzung der Schmidtplatte und genau das war ja nicht gewünscht.

@Peterlink:
Wie schon geschrieben werden f/1.5-Systeme, falls gewünscht, von Haus aus mit Ebnungslinse konzipiert. Ein nachträgliches Einfügen in ein ohne Linse gerechnetes System wird Dir keine gute Abbildungsqualität bringen.

Außerdem muß die Ebnungslinse in sehr geringem Abstand (ein paar mm) zum CCD eingebaut werden. Ginge das bei Deiner Cam? Bei einem mit Ebnungslinse konzipierten Gesamtsystem ist dann normalerweise das CCD-Eintrittsfenster auch gleichzeitig die Ebnungslinse.

Es gäbe natürlich noch einige andere wichtige Punkte auf die ich nicht eingegangen bin, z.B.:
- registrierter Himmelshintergrund bei einem f/1.5-System,
- Minimum-Spotsize für f/1.5-Schmidt,
- etc.

Alles in allem ist der Umbau dieser kleinen Kamera auf CCD leider wenig attraktiv.

Ciao Werner
 
Hallo Werner,

Falls Du aber glaubst, daß der Einfluß dieser Linse wegen der Fokusnähe kaum eine Rolle spielt, täuscht Du Dich!
Wie ich schon geschrieben hab', ist der Effekt bei Systemen < f/3 tolerierbar, aber nicht mehr bei einem f/1.5-System wie hier (siehe Lit. oder raytrace)!!!
sorry das ich das so deutlich sage aber das ist der Klassiker.
Fehlinterpretation einer sphärischen Aberration im Spot.
Was zählt ist nicht der maximale Streukreis, der ist selbst bei einer kleinen SA schon relativ groß.
Was zählt ist die Ennergiekonzentration!
Das ist im Spot aber nicht richtig erkennbar, trotzdem sieht man selbst im Spot das sich die überwältigende Mehrheit der Strahlen bei einer SA in einem wesentlich kleinerem Kreis konzentriert.
Besser ist da schon der RMS Spot, im Falle eines SCs vorzugsweise polychromatisch.
Aber eine auf Wellenoptik basierende EE Kurve ist natürlich das Ideal, hier erkennt man sofort was Sache ist und kann die Pixelgröße seines CCDs direkt in Relation setzen.
Ich hatte die Sache schon für Torsten sein SC 200 f/1,5 in Oslo durchgespielt.
Auch mit Bildebnungslinse und ohne anpassen der Korrektur der Schmidtplatte ist die Abbildung von fantastischer Qualität.
Hier erst mal die Situation auf der Achse für das klassische SC (200 f/1,5) mit gekrümmten Bildfeld.
 

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Wie Du siehst bewirkt der bei f/1,5 schon deutlich in Erscheinung tretende Gaußfehler auch hier schon eine SA bei 486 und 656nm die korrekter bei 546nm ist aber perfekt (Strehl 0,999)
Der polychromatische RMS Spot Radius ist mit 1,8 my extrem winzig.
Besondere Beachtung gilt der Wellenoptischen EE Kurve.
Betrachten wir die 80% Konzentration landen wir bei einem Radius von etwa 2my.

Hier zum Vergleich die Situation mit Bildfeldebnungslinse 2,9mm vor dem Fokus.
 

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Natürlich macht sich hier eine SA bemerkbar die im Idealfall über eine Anpassung der Korrektur der Schmidtplatte korrigiert wird.

Der RMS Spot Radius ist mit 5,4my immer noch winzig und im Vergleich mit anderen Fotooptiken weiterhin sehr konkurrenzfähig.
Die EE Kurve zeigt bei 80% einen Radius von etwa 4my an.
80% der Energie werden also in diesem Radius konzentriert, das ist ein außerordentlich guter Wert.
Ergänzend sei allerdings erwähnt das ich hier keine Obstruktion eingegeben habe.
Real wird die EE Kurve davon natürlich noch entsprechend gedrückt.

Außerdem müßte das System auf alle Fälle nachjustiert werden! Ich meine hier nicht nur den Fokus, sondern vor allem die Abstandsverringung Schmidtplatte-Hauptspiegel! Das bedeutet natürlich eine Veränderung der Konstruktion zur Versetzung der Schmidtplatte und genau das war ja nicht gewünscht.

Ja das ist richtig, sonst wird die Koma im Feld überkorrigiert.
Ich hab das natürlich in dem Oslo Design mit der Bildebnungslinse getan.
Die Schmidtplatte muss im konkreten Fall bei 2,9mm Fokusabstand der Planfläche der Bildebnungslinse und 4mm Linsenstärke von 600 auf 555mm Abstand zum HS gebracht werden.
Der Wert ist aber sehr vom Fokusabstand der Bildebnungslinse abhängig.
Das ist relativ kritisch.

Hier das Design.
Die Deformationskoeffizienten der Schmidtplatte.
4.Ordnung……………2.156e-09
6.Ordnung…………….9.95e-15
Sind hier NICHT an die Bildebnungslinse angepasst und so belassen worden wie beim SC ohne Bildebnungslinse.
Von diesem Design ist natürlich auch die zuletzt gezeigte EE Kurve.

Grüße Gerd
 

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Hallo zusammen,

@Peter (P_E_T_E_R):

z.B.:
H. Rutten & M. Venrooij,
Telescope Optics,
Willman Bell,
p. 77
Zitat:
"Although the lens introduces some coma, this may be reduced by shifting the Schmidt corrector slightly toward the mirror. The residual coma lies within tolerable limits when the speed of the system does not exceed f/3. Color aberrations are also somewhat increased by the flattener; when the system is faster than f/3, it is necessary to design the Schmidt corrector and field flattening lens as a system."

Oder:
Uwe Laux,
Astrooptik,
Sterne und Weltraum,
S. 128
Zitat:
"Ein Schmidt-System mit Ebnungslinse muß teilweise nachoptimiert werden, um eine optimale Bildgüte zu erreichen. Besonders der Schmidt-Plattenabstand ist anzupassen. Ansonsten tritt besonders Koma auf."

.....


@Gerd:

Zitat von Gerd_Duering:
Falls Du aber glaubst, daß der Einfluß dieser Linse wegen der Fokusnähe kaum eine Rolle spielt, täuscht Du Dich!
Wie ich schon geschrieben hab', ist der Effekt bei Systemen < f/3 tolerierbar, aber nicht mehr bei einem f/1.5-System wie hier (siehe Lit. oder raytrace)!!!
sorry das ich das so deutlich sage aber das ist der Klassiker.
Fehlinterpretation einer sphärischen Aberration im Spot.

Sorry Gerd, aber das habe ich nirgens geschrieben!!!! Bitte keine Unterstellungen!

Meine Aussage war: ein einfaches Nachrüsten einer Bildfeldebnungslinse bei einem f/1.5-System wird Dir keine ordentliche Abbildung liefern (Damit beziehe ich mich natürlich auf die bei einem Schmidt-System übliche Abbildung im Feld! Auf Achse interessiert da weniger.) und die Einflüsse der Linse sind trotz Fokusnähe nicht zu vernachlässigen.

Die von der Ebnungslinse eingeführte Coma und CVD interessieren hier. Die Coma kann man durch Verringerung des Abstandes Schmidtplatte-Hauptspiegel reduzieren, wie Du es in Deiner letzten spot analysis selbst getan hast.
Es verbleibt die CVD, wie man ebenfalls sehr schön in Deinem letzten Bspl. sehen kann.

Also!?

Für einen wirklichen Vergleich hättest Du DASSELBE System einmal mit und einmal ohne Ebnungslinse IM FELD (also beispielsweise bei 3-4 Grad) rechnen müssen. Falls die EE im Feld über den Spektralbereich von 400-700nm akzeptabel bleibt ziehe ich meine Aussage zurück, kaufe mir ebenfalls eine Celestron 200/300mm-Schmidtkamera und rüste sie auf ein großes CCD um.

Anmerkung: ein photographisches System sollte für den relevanten Spektralbereich der Detektoren gerechnet werden also z.B. für die üblichen CCD mit UV-IR-Filter bei 405/546/656nm.

Wie sehr die Restaberrationen im Endeffekt wirklich stören hängt natürlich von der betrachteten Feldgröße ab.
Die Kamera war ursprünglich für KB-Film (mit Spezialhalter sogar für Rollfilm) konzipiert (KB-Felddurchmesser ca. 43mm, entspricht ca. 8 Grad).

Man kann die Feldgröße jetzt natürlich soweit reduzieren, bis einen die Restfehler im Randbereich nicht mehr stören, aber irgendwann ist dann der Witz eines Schmidt-Systems (ja gerade eben Weitfeldaufnahmen) weg.

Ciao Werner

PS.: Unter SC verstehe ich Schmidt-Cassegrain ... (soll hier wohl Schmidt-Camera bedeuten).
 
Hallo Werner,

Meine Aussage war: ein einfaches Nachrüsten einer Bildfeldebnungslinse bei einem f/1.5-System wird Dir keine ordentliche Abbildung liefern (Damit beziehe ich mich natürlich auf die bei einem Schmidt-System übliche Abbildung im Feld! Auf Achse interessiert da weniger.) und die Einflüsse der Linse sind trotz Fokusnähe nicht zu vernachlässigen.
ok da habe ich Dich wohl missverstanden sorry.
Das liegt aber auch daran das ich nicht an die enormen Feldwinkel welche Du betrachtest gedacht habe.
Bei den 2° die ich bei den letzen Spots gezeigt habe ist ja im Feld noch alles ganz ok und der bei weitem dominierende Fehler ist die sphärische Aberration welche die Bildebnungslinse einführt.

Wen Du Dich natürlich auf enorme 8° Feldwinkel beziehst hast Du recht dort tritt wie auch aus den Zitaten hervorgeht eine beachtliche Koma auf.

Anscheinend diskutieren wir hier etwas aneinander vorbei.
Wer hat schon einen CCD mit 84mm Diagonale?

Für einen wirklichen Vergleich hättest Du DASSELBE System einmal mit und einmal ohne Ebnungslinse IM FELD (also beispielsweise bei 3-4 Grad) rechnen müssen. Falls die EE im Feld über den Spektralbereich von 400-700nm akzeptabel bleibt ziehe ich meine Aussage zurück, kaufe mir ebenfalls eine Celestron 200/300mm-Schmidtkamera und rüste sie auf ein großes CCD um.

Kein Problem.
Das gut brauchbare Feld mit Bildebnungslinse beträgt etwa 4° im Radius.
Hier die polychromatische EE Kurve und der Spot für einen Feldwinkel (Radius) von 4° mit dem sehr weitem Spektrum von 400 bis 700nm.
 

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Hier das gleiche für die klassische Version mit gekrümmtem Bildfeld.
Selbstverständlich ist die Feldebenne in der Simulation ebenfalls gekrümmt (R-300mm)
So das die Bildfeldwölbung kompensiert wird und nicht in die EE oder Spots eingeht.
 

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Wie sehr die Restaberrationen im Endeffekt wirklich stören hängt natürlich von der betrachteten Feldgröße ab.
Die Kamera war ursprünglich für KB-Film (mit Spezialhalter sogar für Rollfilm) konzipiert (KB-Felddurchmesser ca. 43mm, entspricht ca. 8 Grad).

Hier müssten wir uns einigen Durchmesser oder Radius.
Meine Winkelangaben beziehen sich prinzipiell so wie im Optikdesign auch üblich auf den Radius.

Man kann die Feldgröße jetzt natürlich soweit reduzieren, bis einen die Restfehler im Randbereich nicht mehr stören, aber irgendwann ist dann der Witz eines Schmidt-Systems (ja gerade eben Weitfeldaufnahmen) weg.

Na ja die brauchbaren 4° Feldwinkel = 8° Felddurchmesser sehe ich schon noch als Weitfeldaufnahme.

PS.: Unter SC verstehe ich Schmidt-Cassegrain ... (soll hier wohl Schmidt-Camera bedeuten).

Schmidt-Cassegrain = SCT
Schmidt-Camera = SC

Grüße Gerd
 
Also, wenn diese Argumente für irgend jemand von Nutzen sein sollen, dann ist es dieser Sternfreund hier:
Zitat von peterlink:
ich „oute“ mich hier mal als derjenige, der die Schmidt-Kamera von Torsten gekauft hat und zwar genau zu diesem Zweck: Umbau auf CCD. Ich werde eine CCD a la Starlight Xpresess verwenden, rund, kompakt und mit geregelter Kühlung, könnte man abschalten, z.B. die ALCCD8L hat einen Durchmesser von ca. 2,5 Zoll, leider sind die Pixel etwas groß. Aber prinzipell sollte das doch mit dementsprechender plankonvexen Korrekturlinse funktionieren, oder?
Es geht also konkret um die Frage, ob sich für die alte 8" f/1.5 Celestron Schmidt-Camera der Einbau einer ALCCD8L mit einer geeigneten Bildfeldebnungslinse lohnt oder nicht.

Der Color CCD Sensor hat eine aktive Fläche von 25.10 mm x 17.64 mm, das entspricht also bei einer Systembrennweite von 305 mm einem Felddurchmesser von 3.3° x 4.7°. Das ist nun bei weitem kein Kleinbildformat und schon gar nicht Rollfilm, wie bei der 14" Schmidt-Camera von Celestron. Aber ein Feld von 3.3° x 4.7° ist immerhin schon etwas, auch wenn es das volle Kleinbildfeld einer solchen Optik nur partiell abdeckt. Die Pixel haben eine Größe von 7.8 μm x 7.8 μm mit RGGB Bayer Matrix mit Mikrolinsen. Die Kamera hat ohne UV/IR-Filter eine breite spektrale Empfindlichkeit von 350 - 1000 nm. Das könnte für eine Bidfeldebnungslinse problematisch werden.

Die zitierte Textstelle aus Telescope Optics zur Wirkung der Bildfeldebnungslinse ist ja nun rein qualitativ und man kann daraus nicht direkt ableiten, bis zu welchem Feldwinkel die Abbildung bei einem f/1.5 System noch akzeptabel ist. Wenn da gesagt wird, dass die Linse Koma und (laterale) Farbe ins Spiel bringt, welche tolerabel bleibt, solange das System nicht schneller als f/3 ist

"within tolerable limits when the speed of the system does not exceed f/3"

dann wäre zunächst mal zu klären, für welchen Feldwinkel und Spotdurchmesser das gelten soll. Die gezeigten Spot-Diagramme in Fig. 8.7 und 8.8 beziehen sich auf die originale Schmidt Konfiguration ohne Bildfeldebnungslinse. Diese Diagramme decken aber ein weitaus größeres Feld mit einem maximalen Bildfeldradius von 30 mm ab. Solche Felder sind zwar durchaus typisch für Schmidt-Optiken mit Rollfilmhaltern, aber das steht hier überhaupt nicht zur Debatte. Der maximale Bildradius der ALCCD8L beträgt 15 mm in der Bildecke und 12.5 mm an der seitlichen Kante.

Damit sind die Anforderungen hier ganz wesentlich reduziert und man sollte sich jedenfalls davor hüten, ohne konkrete optische Rechnungen für den vorliegenden Fall das Kind gleich in den Brunnen zu kippen. Vielleicht kann Gerd seine Rechnung nochmal bis zu einem Feldradius von 3° erweitern, wobei ich dann erst mal die Situation ohne Verschiebung des Schmidt-Korrektors als Startreferenz untersuchen würde, bevor man anfängt auch das noch zu ändern.

Vermutlich müsste man den großen Spektralbereich von dem CCD-Chip von 350-1000 nm mit einem UV/IR-Filter einschränken. Man sollte bei der Rechnung also auch die Brennpunktverschiebung für eine Filterdicke von vermutlich 3 mm einkalkulieren.

Zitat von blueplanet:
Man kann die Feldgröße jetzt natürlich soweit reduzieren, bis einen die Restfehler im Randbereich nicht mehr stören, aber irgendwann ist dann der Witz eines Schmidt-Systems (ja gerade eben Weitfeldaufnahmen) weg.
Schaun wir doch mal, ob man im vorliegenden Fall bis zu einem radialen Abstand von 3° kommen kann. Damit könnte man dann, wenn es funktioniert, in kürzester Zeit mit Belichtungszeiten im Bereich von einer Minute schon beachtliche Felder aufzeichnen. Also gewissermaßen ein ultraschneller Comet-Catcher mit Bildaufzeichnung in Echtzeit. Ob das dann witzig ist oder nicht, wird man dann sehen ...

Mit freundlichen Grüßen,
Peter
 
Zitat von P_E_T_E_R:
Vielleicht kann Gerd seine Rechnung nochmal bis zu einem Feldradius von 3° erweitern ...
Hallo Gerd,

Wie ich sehe, hast Du das schon erledigt, während ich noch an meinem Posting schrieb ...

Vielleicht kannst Du auch noch mal untersuchen, ob die Situation ohne Verschiebung der Schmidt-Platte noch brauchbar ist. Das würde natürlich den erforderlichen Umbau wesentlich vereinfachen.

Mit freundlichen Grüßen,
Peter

 
Hallo zusammen,

offensichtlich haben wir wirklich etwas aneinander vorbeigeredet. Deshalb hier nochmal zur Verdeutlichung:

Der Sachverhalt, den ich meine wird am besten auf Vladimir Sacek's Seiten deutlich:

http://www.telescope-optics.net/field_flattener.htm

Schmidt camera field flattener

auf der page ganz unten:

Bspl.-System: 200mm f/2-Schmidt Camera

In der Grafik sind Spot- und Farblängsfehlerdiagramme für 3 Systeme nebeneinander (v.l.n.r):

-ohne Flattener
-mit eingefügtem Flattener (ohne Korrekturen)
-mit Flattener (korrigiert)

Das mittlere Diagramm ist das, worauf es mir ankommt.
Hier wurde der Flattener ohne Abstandsveränderung oder Nachoptimierung einfach in ein vorhandenes System eingesetzt.
Koma und CVD im Feld sind offensichtlich (obwohl dieses System noch eine Ecke langsamer ist als das hier betrachtete 200mm f/1.5).
Daher kommt meine Aussage: "ein einfaches Nachrüsten einer Bildfeldebnungslinse bei einem f/1.5-System wird Dir keine ordentliche Abbildung liefern".


@Gerd: Ich hatte den Feldwinkel für die KB-Filmdiagonale als Vergleichswert angegeben (43mm entspr. ca. 8 Grad). Insofern ist der von Dir angenommen Halbwinkel von 4 Grad für die Analysen schon korrekt.

Bloß bei einem anderen Punkt hast Du mich offensichtlich missverstanden. Die zu vergleichenden Systeme sollten einmal das Schmidt-System ohne Ebnungslinse und dann einmal das selbe System mit Ebnungslinse aber OHNE Abstandsveränderung oder Nachkorrektur der Schmidtplatte sein.
Ich nehme an, daß Du bei Deinen letzten Spotanalysen die Schmidtplatte verschoben hast?! Ansonsten müssten die Spots nämlich ähnlich wie bei Sacek aussehen.

@Peter: Aus Sacek's Diagrammen dürfte ziemlich klar sein, daß man nicht ohne Verschiebung der Schmidtplatte auskommt. Gerd wird das vielleicht noch quantifizieren.

Ciao Werner
 
Re: Bildfeldebnungslinse für eine CCD-Schmidt-Kam

Hallo Peterlink,

Eine Alternative zur Bildfeldebnungslinse wäre eine bildformende

Faseroptik

zur Übertragung des gewölbten Bildfeldes der Schmidt Optik auf das ebene Bildfeld der CCD Kamera. Diese Technik wurde schon vor Jahrzehnten bei Bildverstärkern (Image Intensifier) eingesetzt. Dabei werden Glasfasern zu Bündeln verschmolzen. Damit können dann Bildinformationen mit einer Auflösung entsprechend dem Durchmesser der einzelnen Glasfasern von der Eingangsfläche zur Ausgangsfläche übertragen werden, wobei diese auch gekrümmt sein können. Die Technik ist inzwischen soweit entwickelt, dass eine Auflösung bis hinunter zu 2.5 μm erreicht werden kann. Einer der führenden Hersteller ist Schott.

Fiber Optic Face Plates

Für ein CCD mit 7.8 μm Pixeln würde dann eine Faserdicke von 6 μm passen. Man kann dieses Material z.B. bei

Edmund Optics

in Plattengröße von 75 mm x 50 mm x 5 mm bekommen. Ist aber ziemlich teuer.

Ideal wäre eine runde Scheibe mit einer Dicke von wenigen Millimetern und einem Durchmesser passend zum CCD Eingangsfenster. Eine der beiden Seiten müsste dann auf den Krümmungsradius des gewölbten Bildfeldes von 305 mm geschliffen werden, die andere flache Seite müsste möglichst direkt auf dem CCD aufliegen.

Die Technik ist nicht ganz verlustrfrei, ca. 30% vom Licht geht verloren. Ich habe so eine 'Fiber Optic Faceplate' vor vielen Jahren mal an einem Bildverstärker verwendet. Allerdings war die Auflösung damals noch wesentlich schlechter als heutzutage möglich ist.

Nur mal so als Idee ...

Mit freundlichen Grüßen,
Peter
 
Re: Bildfeldebnungslinse für eine CCD-Schmidt-Kam

Hallo Sternfreunde,

erst einmal allen Dank für die Beiträge und Anregungen.
Hilft mir schon weiter, danke.

@Peter: Die Faseroptik sprengt leider komplett mein Projektbudget und ich wollte das schon mit einer plankonvexen Korrekturlinse realisieren.

Ja, nur mit welcher Korrekturlinse konkret und mit welcher Vergütung und wo bestellen?
Wenn ich das richtig verstanden habe, diskutieren wir hier im konkreten Fall eine plankonvexen Korrekturlinse mit f=200mm und n=1,5 (BK7) die sehr nah am Fokus platziert werden muss. Ich plane ja das originale CCD Fenster durch diese Korrekturlinse zu ersetzten, daher sollte die Linse schon einen Durchmesser von 40mm haben damit ich da eine anständige Fassung anfertigen lassen kann. Welchen Einfluss hat die Dicke der Linse? Wenn ich mir bei Edmund Optics so die eventuell in Frage kommenden Linsen anschaue, z.B. diese hier: Plano-Convex Lens 40.0mm Dia. x 200.0mm FL, MgF2 Coating , haben die schon eine Dicke von 5mm. Könnte ich die denn verwenden, oder gibt es etwas optimaleres? Welche Korrekturlinse würdet ihr konkret empfehlen?

Danke!

Gruß,
Peter
 
Re: Bildfeldebnungslinse für eine CCD-Schmidt-Kam

Zitat von peterlink:
Wenn ich mir bei Edmund Optics so die eventuell in Frage kommenden Linsen anschaue, z.B. diese hier: Plano-Convex Lens 40.0mm Dia. x 200.0mm FL, MgF2 Coating , haben die schon eine Dicke von 5mm. Könnte ich die denn verwenden, oder gibt es etwas optimaleres? Welche Korrekturlinse würdet ihr konkret empfehlen?
Hallo Peterlink,

von den nominellen Daten her würde diese Linse perfekt passen:

Die Plankonvexlinse braucht zur Bildfeldebnung auf der konvexen Seite einen Krümmungsradius R_L

R_L = (1 - 1/n) R_S

Dabei ist R_S der Krümmungsradius vom originalen Bildfeld der Schmidt Optik und n ist der Brechungsindex der Bildebnungslinse.

Mit R_S = 305 mm und n = 1.52249 bei λ = 587.6 nm für N-K5 bekommst Du

R_L = 104.66 mm

Wenn Du das mit dem nominellen Krümmungsradius der bezeichneten Linse vergleichst

R_1 = 104.60 mm

findest Du eine praktisch perfekte Übereinstimmung mit dem Sollwert.

Welchen Einfluss hat die Dicke der Linse?
Wie auch bei einer planparallelen Platte verschiebt sich der Fokus um ca. 1/3 der Linsendicke nach vorne

Δ = (1 - 1/n) D ~ D/3

Bei einer Linsendicke von 5 mm also um ca 1.7 mm. Du musst also die Sensorebene an der Planseite der Linse um 1.7 mm gegenüber dem ursprünglichen Fokus weiter zur Schmidt Platte hin vesetzen. Für andere Linsendicken entsprechend mehr oder weniger. Das ist das einzige, was dabei eine Rolle spielt.

Mit freundlichen Grüßen,
Peter

 
Re: Bildfeldebnungslinse für eine CCD-Schmidt-Kam

Hallo Peter,

danke für die ausführliche Bestätigung. Ich werde das genau in dieser Konfiguration nun in Angriff nehmen und berichten.

Gruß,
Peter
 
Hallo Peter,

Vielleicht kannst Du auch noch mal untersuchen, ob die Situation ohne Verschiebung der Schmidt-Platte noch brauchbar ist. Das würde natürlich den erforderlichen Umbau wesentlich vereinfachen.

na ja es ist schon zu empfehlen die Position der Schmidtplatte anzupassen.
Ich hab mal um den Bezug zum, angedachten Sensor mit rund 2,9° Halbwinkel in der Diagonale die Situation mit unveränderter Position der Schmidtplatte bei diesem Feldwinkel simuliert.

Wie schon erwähnt ist hier die Koma überkorrigiert und tritt Invers in Erscheinung.
Der RMS Spotradius ist mit gut 26my doch ziemlich groß.
Störend ist sicher vor allem die Asymmetrie einer Komafigur.
Wäre der Spot in der Größe kreisrund würde das wahrscheinlich gar nicht mal so auffallen, die Sterne wären halt etwas aufgebläht aber eben noch schön rund.
Aber so eine Komafigur sieht halt immer unschön aus.

Es spricht ja aber trotzdem nichts dagegen auch mit unveränderter Position der Schmidtplatte mit dem CCD + Bildebnungslinse mal eine Testaufnahme zu machen.
Rein schon aus Interesse um zu sehen wie sich diese Koma dann auf einer realen Aufnahme mit so einem CCD zeigt.
Einfach um auch mal einen Praxisbezug zur hier diskutierten Theorie zu haben.

@ Peterlink

Eine Plankonvex Linse mit 200mm Brennweite ist natürlich bestens für dieses SC geeignet.
Der exakt Krümmungsradius ist auch nicht ganz so kritisch, aber mit 200mm Brennweite und BK7 oder meinetwegen auch K5 liegst Du ja sehr nah am Ideal.
Letztlich bringt es auch nichts hier um einen mm mehr oder weniger zu feilschen denn den exakten Krümmungsradius des HS von deinem SC kennst Du ja letzten Endes auch nicht.

Die Linsenstärke ist unkritisch.
Zur Fokusverlagerung wegen des Glasweges die Peter schon erwähnt hatte kommt aber eine sphärische Aberration die ebenfalls durch einen Glasweg eingeführt wird.
Das ist bei größeren Öffnungsverhältnissen bei den paar mm Glasweg völlig irrelevant aber bei f/1,5 ist selbst bei 5mm Glasweg schon etwas zu merken.
Es ist also zu empfehlen die Linse nicht unnötig dick zu wählen.

Wenn Du genau weist welchen exakten Fokusabstand der Linse Du realisieren kannst kann ich das auch gerne noch mal mit Oslo für Dich durchspielen und die optimale Position der Schmidtplatte für Deine Konfiguration bestimmen.

Grüße Gerd
 

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Hallo Werner,

Ich hatte den Feldwinkel für die KB-Filmdiagonale als Vergleichswert angegeben (43mm entspr. ca. 8 Grad). Insofern ist der von Dir angenommen Halbwinkel von 4 Grad für die Analysen schon korrekt.

ja sicher das passt schon mit den 4° Feldwinkel schließlich hast Du dich auf KB bezogen da wusste ich natürlich auf was sich Deine 8° beziehen aber hättest Du nur Feldwinkel 8° geschrieben hätte ich das auf den Radius bezogen.
Und ich vermute mal Du hättest meine Winkelangaben auf den Durchmesser bezogen wenn ich nicht extra Radius dahinter geschrieben hätte.

Bloß bei einem anderen Punkt hast Du mich offensichtlich missverstanden. Die zu vergleichenden Systeme sollten einmal das Schmidt-System ohne Ebnungslinse und dann einmal das selbe System mit Ebnungslinse aber OHNE Abstandsveränderung oder Nachkorrektur der Schmidtplatte sein.
Na ja Du wolltest
Für einen wirklichen Vergleich hättest Du DASSELBE System einmal mit und einmal ohne Ebnungslinse IM FELD (also beispielsweise bei 3-4 Grad) rechnen müssen. Falls die EE im Feld über den Spektralbereich von 400-700nm akzeptabel bleibt ziehe ich meine Aussage zurück, kaufe mir ebenfalls eine Celestron 200/300mm-Schmidtkamera und rüste sie auf ein großes CCD um.

Und genau das habe ich getan wobei ich da nicht weiß sollten es nun 3-4 ° im Radius oder Durchmesser sein.
Von der Position der Schmidtplatte steht da nichts.

Aber oben ist ja nun auch ein Spot für 2,9° Feldwinkel bei unveränderter Position der Schmidtplatte.

Das die Korrektur der Schmidtplatte selbst, nicht auf die Bildebnungslinse angepasst ist hatte ich ja schon deutlich gemacht.

Grüße Gerd
 
Zuletzt von einem Moderator bearbeitet:
Zitat von Gerd_Duering:
Der RMS Spotradius ist mit gut 26my doch ziemlich groß
Hallo Gerd,

ja, das ist in der Tat nicht mehr so berühmt, auch wenn es nur die Bildecke betrifft. Immerhin hat Peterlink damit eine einigermaßen realistische theoretische Basis für sein Umbauprojekt.

Bei der praktischen Umsetzung ist es dann auch sehr wichtig, den Sensor extrem präzise zu positionieren und diese Position auch bei Temperaturschwankungen zu halten. Da kommt es dann wirklich auf Mikrometer an. Das ist bei den Celestron Schmidt-Cameras mit ihrem Invar-stabilisierten Konzept für den Filmhalter schon vorbildlich gelöst.

Ich wünsche dem Sternfreund jedenfalls viel Erfolg mit seinem Umbauprojekt.

Mit freundlichen Grüßen,
Peter

 
Re: Bildfeldebnungslinse für eine CCD-Schmidt-Kam

Hallo Gerd,
die Schmidt Kamera ist nun soweit umgebaut, nur das „Finish“ fehlt noch und ich würde gern noch mal auf Dein Angebot zurückkommen. Die erwähnte Korrektorlinse befindet sich nun im Abstand von 1.5 bis 2.0 mm zum CCD Chip (Noch mal Dank an Horst Becker). In welchem Abstand zum HS müsste die Schmidt-Platte nun positioniert werden?
Danke!
Gruß,
Peter
 
Re: Bildfeldebnungslinse für eine CCD-Schmidt-Kam

Hallo Peter,

ich brächte noch die Linsenstärke um es ganz genau zu machen.
Es war ein 200 f/1,5 SC um das es ging?

Grüße Gerd
 
Re: Bildfeldebnungslinse für eine CCD-Schmidt-Kam

Hallo Peter,

Wenn der Abstand Planfläche Ebnungslinse zu Fokus 2mm beträgt wäre der optimale Abstand der dem HS zugewandten Seite der Schmidtplatte zum HS 562mm.
Bei 1,5mm Fokusabstand wären es 568mm.
Es wäre bezüglich der SA etwas günstiger wenn die Linse 2mm vor dem Fokus liegt.

Grüße Gerd
 
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