Das optische Design der CDK Astrographen

hier dargestellt am Beispiel des CDK 20"

CDK 20" Astrograph CDK 20" Astrograph

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.

Das Bildfeld ist über einen Durchmesser von 52 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.

Optisches Layout CDKDas 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.

Das Diagramm zeigt in der linken Spalte eine Beugungsbild Simulation für eine 20" CDK Optik, die rechte Spalte, das daraus berechnete Spotdiagramm.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.

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.

SpotdiagrammRC 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.

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.

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.

Werden hier vom CDK-Hersteller Äpfel mit Birnen 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 eine Email an kontakt (at) baader-planetarium.de oder rufen Sie uns an.

52 mm Bildfeld-Durchmesser - was bedeutet das?

Die Revolution, welche die Planewave CDK-Optik ausgelöst hat, wird drastisch dadurch dokumentiert, dass es bereits erste Nachahmer gibt. Allerdings ist - bei nur geringem Preisunterschied - ein deutlicher Unterschied in der Bildfeldgrösse auffällig. Die Bildfeldgrösse des Planewave-CDK entspricht derjenigen eines (echten) RC-Systems (- jedoch im Gegensatz zum RC inklusive perfekter Bildfeldebnung). Das geebnete und fotografisch nutzbare Feld der Konkurrenz beträgt hingegen nur 30 mm, das ist auf die Bildfläche gerechnet fast zwei Drittel kleiner! Hier von einem echten Astrographen zu sprechen ist schon etwas "vermessen" - jedes SC-Massenprodukt leistet das Gleiche. Eine solche XYZ-Optik benutzt das Wort "Dall-Kirkham" nur als Werbegag.

Die beiden folgenden Graphiken zeigen Ihnen - exakt MASSSTABSGERECHT den Unterschied zwischen einem 50mm- und einem 30mm geebneten Gesichtsfeld am Beispiel von NGC 3324/NGC 3293 (ein Teil des Eta Carina Komplexes).

Wir glauben, diese vier Bilder sagen mehr als weitere Worte.

50mm geebnetes Feld 50mm geebnetes Feld
30mm geebnetes Feld im Vergleich 30mm geebnetes Feld

Links das 50mm Feld des CDK 12.5" und rechts ein 30mm Feld, dem 50mm Feld überlagert.

 

 

 

 

 

 

Nutzbare Feldgröße der SBIG ST 11000/Canon 5D bei 50mm geebnetem Feld Nutzbare Feldgröße der SBIG ST 11000/Canon 5D bei 50mm geebnetem Feld
Nutzbare Feldgröße der SBIG ST 11000/Canon 5D bei 30mm geebnetem Feld Nutzbare Feldgröße der SBIG ST 11000/Canon 5D bei 30mm geebnetem Feld
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