DD140296A1 - Halterung des gegenspiegels in einem spiegelteleskop - Google Patents

Description

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Titel: Halterung des Gegenspiegels in einem Spiegel-' teleskop

Anwendungsgebiet der Erfindung: .

Die Erfindung betrifft eine Halterung für den Gegenspiegel in einem Spiegelteleskop, das insbesondere für astronomische Beobachtungen benutzt wird und bei aem aer Qe genspie gel über eine 'i'ragekönstrük-*''*^'' tion mit dem Hauptspiegel verbunden ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Bekanntlich verformen sich Teleskoprohr- oder -gerüstmontierungen in Abhängigkeit von ihrer Lage zur Schwerkraftrichtung durch ihr Gewicht um Beträge, die sich auf die Beobachtung und Messung mit Hilfe eines Teleskops (störend) auswirken

Um genaue numerische Steuerungen an Teleskopen effektiv anwenden oder differentielle Biegungen gegenüber anderen optischen Systemen auf der gleichen Teleskopmontierung ausschalten zu können, ist die Eliminierung der Verformungen oder der durch die Verformungen bedingten Fehlereinflüsse erforderlich. Bisher ist in der Regel versucht worden, durch biegesteife Konstruktionen von Teleskopen (DD 114 456) die Verformungen zu verhindern. Jedoch ist der Fertigungs~ und Materialaufwand derartiger Konstruktionen

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sehr hoch.

Ziel der Erfindung: -

Durch die Erfindung sollen die aufgezeigten Mangel "beseitigt und der Fertigungs- und Materialaufwand auf ein Minimum beschränkt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung: Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gegenspiegel in einem Spiegelteleskop mit geringstmöglichem Aufwand so zu haltern, daß die durch die Hauptspiegelkippung und -Verschiebung bedingten Bildablagen im Fokus des Spiegelteleskops sich in der Summe aufheben. Hierzu beschreitet die Erfindung nicht den üblichen Weg der Erhöhung der Steifigkeit der Konstruktion, sondern der Veränderung der Lage des Gegenspiegels zum Hauptspiegel.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem Gegenspiegel und der Tragekonstruktion gelenkige Verbindungen bestehen und daß die Trage konstruktion abhängig ist vom Abstand des Gegenspiegels vom Hauptspiegel, vom Abstand der Tragekonstruktion . von der Ebene des Hauptspiegels, vom Abstand der Gelenkpunkte von der optischen Achse des Spiegelteleskops und von der Steifigkeit der einzelnen Elemente der Tragekonstruktion· Die erfindungsgemäße Halterung ermöglicht die exakte Kompensation der durch die Rohrbiegung bzw· Teleskopgerüstbiegung bedingten Visierrichtungsfehler des Teleskops. Als Teil der Tragekonstruktion kann derjenige Teil des Rohrkörpers dienen, der zwischen dem Haupt- und dem .Gegenspiegel liegt. Der Gegenspiegel kann an Stege angelenkt sein, die im wesentlichen rechtwinklig zur

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optischen Achse des Spiegelteleskops angeordnet sind. Es ist auch möglich, die Halteeletnente des Gegenspiegels geneigt zur optischen Achse anzuordnen, wobei die Beziehung gilt, daß der Abstand der Gelenkpunkte von der optischen Achse des Spiegelteleskops desto kleiner ist, je größer der Abstand der Befestigungspunkte der Tragekonstruktion von der Ebene des Hauptspiegels ist· Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn die Tragekonstruktion aus mindestens drei Paaren von Haltestäben besteht, die am Umfang von Haupt- und Gegenspiegel in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind und daß jedes Paar von Haltestäben ein Dreieck bildet, dessen Basis zumindest angenähert in der Hauptspiegelebene liegt. Eine derartige Halterung für den Gegenspiegel bedarf keines Rohrkörpers und stellt

;. - -'-: einen relativ' stabilen Druckverband dar. Sofern der Abstand der Gelenkpunkte von der optischen Achse in der Nähe des Gegenspiegels es zuläßt, ist es von Vorteil, wenn die Gelenkpunkte neben dem Gegenspiegel zumindest angenähert in der Gegenspiegelebene liegen. Ausführungsbeispiele: ' . .. .

Die Erfindung wird an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Längsschnitt einer Rohrmontierung, Fig. 2 einen Längsschnitt einer zweiten Rohrmontierung,

Fig..3 die erfindungswesentlichen Teile einer Gerüstmontierung .In Fig. 1 sind in einem Teleskoprohr 1 ein Okular 2, ein .Hauptspiegel 3 und an Stegen 4 ein Gegenspiegel 5 angeordnet. Der Gegenspiegel 5 ist in einer Fassung 6 gelagert, die ihrerseits über Federgelenke 7 mit den Stegen 4 verbunden ist. Das Teleskop hat die optische Achse 0, - 0, und den Hauptfokus F. . ·

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Wird das Teleskoprohr 1 in der Ebene des Hauptspiegels 3 gehalten und unterstützt, so erfährt es infolge seines Eigengewichtes und der Schwerkraft an seinem nicht unterstützten Ende eine Durchbiegung, die durch die gerissenen Linienzüge in Fig. 1 überhöht dargestellt ist. Dabei nimmt der Gegenspiegel 5 eine durch gerissene Umrißlinien dargestellte Lage ein, in der er die Abbiletungs strahl en zum Hauptfokus F reflektiert und Bildablagen in der Fokalebene vermieden werden· Insgesamt können folgende, die Bildablägen in der Fokalebene bewirkende Einflußgrößen wirksam werden:

Hauptspiegelkippung, ψ Gegenspiegelkippung, "^V ' Hauptspiegelverschiebung

Vp Gegenspiegelverschiebung .

Die daraus resultierenden Bildablagen Δ w. bis Δ w. sind: _v

(I) Ow. = J" (HI)

Λ W₂ ^ <")>'♦-^ _(ly)

In diesen Gleichungen sindr

f die Gesamtbrennweite des Teleskops,

f. die Brennweite des Hauptspiegels,

• fp die Brennweite des Gegenspiegels und

'·a der Abstand des Gegenspiegels vom Hauptfokus

Die Gesamtbrennweite ergibt sich aus der Beziehung

1 * 2 * ^{f s} e-f₊f ⁼ f^e (Y)

c υ υ {j_t

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a ist der Abstand des Hauptfokus F von der Gegenspiegelfläche.

Das Teleskoprohr 1 der Fig. 1 ist ein gleichmäßig mit Masse belegtes Rohr, das mit nicht dargestellten Mitteln in der Ebene des Hauptspiegels 3 gehalten und um eine zur optischen Achse 0.-0, rechtwinklige Achse drehbar gelagert ist. Dadurch treten die Einflußgrößen Ύ und v. nicht auf, außerdem werden die Stege 4 infolge des geringen Gewichtes des Gegenspiegeis 5 als durchbiegungsfrei angesehen. Bei waagerechter Lage des Teleskoprohres 1 ergibt sich die Durchbiegung ν zu

.- 4 c,³

worin P die Gesamtmasse des Rohrkörpers 1, 1 der Abstand des Hauptspiegels 3 vom freien Rohrkörperende,

E der Elastizitätsmodul des Rohrkörpers 1, I das Trägheitsmoment des Rohrkörpers 1,

q = γ*·

und

x. = der Abstand der Angriffspunkte der Stege 4 am Rohrkörper 1 vom Hauptspiegel ist.

Die Neigung der elastischen Linie des Rohrkörpers im Abstand x., vom Hauptspiegel 3 ergibt sich zu

g - ^ Oi - 3 a² ₊ g³). (711)

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Die Verschiebung der Federgelenke 7 des Gegenspiegels 5 infolge der Neigung dv wird durch die Beziehung

dx

Ü ⁼ (3a-3q² ₊<l³) (YIII)

dargestellt. r, ist der Abstand der Federgelenke 7 von der optischen Achse Ο.-Ο- und r^ ist der Rohrkörperradius«

Die Bedingung für die Kompensation der Bildablage lautet:

^W4

oder

- = I «2:an

% r^7 . (χ)

Daraus ergibt sich

6q - 4q

T^ " 4 Qr₂-T₁; * 3 - 3q + q^

beziehungsweise

af₂ (r₂ T₁) ₁ 6q 4a²

₁ ⁼ /S

Diese Gleichung gilt für beliebige Neigungen des Teleskoprohres 1 gegen die Richtung des Schwerefeldes. Sie zeigt an, daß bei einem Abstand? x. der Befestigungspunkte der Stege 4; an dem Rohrkörper 1 vom Hauptspiegel 3 und bei Anlenkung des Gegenspiegels 5 an diese Stege Bildablagen vom Fokus F bzw. von der

ι.;· u

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Fokäle"bene vermieden werden. Zum Einhalten der. Gleichung (XIl) ist es möglich, den Abstand r^ der Federgelenke 7 (Gelenkpunkte) von der optischen Achse O.-Op zu verändern· "' ·

In Fig. 2 ist ein Teleskoprohr 8 mit einem Hauptspiegel 9 und einem Gegenspiegel 10 und gemeinsamer optischer Achse Op-Op dargestellt, der an Stegen 11 in Gelenken 12 befestigt ist, die nicht in der Ebene des Gegenspiegels 10 liegen. In Punkten 13 sind die Stege 11

10. starr mit dem Teleskoprohr 8 verbunden. Die Stege 11 sind so dimensioniert, daß sie biegesteif sind. In Fig· 3 sind ein gegenüber der Richtung der Schwerkraft L-L um einen Y/inkel geneigter Hauptspiegel 14 und, durch eine Linie dargestellt, ein Gegenspiegel so zueinander ausgerichtet, daß sie eine gemeinsame optische Achse 0~-0- (Teleskop- ^.^^achse)--· haben^-A^^^

seiner spiegelnden Fläche Streben 16; 17j 18; 19 angelenkt, von denen jeweils zwei an ihren entfernt vom Hauptspiegel 14 liegenden Enden in einem Gelenk 20; 21 miteinander und mit dem Gegenspiegel 15 verbunden sind und einen WinkeloQeinschließen. Die Streben 16; 17; 18; 19 liegen in der Zeichenebene und bestimmen eine die optische Achse 0„-0o enthaltende Ebene. Zu dieser Ebene ist eine andere Ebene rechtwinklig, die die optische AchseO~-O~ und vier nicht dargestellte, analog zu den Streben 16; 17; 18; 19 angeordnete Streben enthält. Demnach werden zur Halterung des Gegenspiegels 15 vier Stre·^ benpaare verwendet. Durch die Wirkung der Schwerkraft verformt sich die Tragekonstruktion so, daß die Streben die Lagen 16¹; 17'J 18^f; 19', die Gelenke die Lagen 20·, . 21^f und der Gegenspiegel die Lage 15' einnehmen. Die Kornpenenten der Verschiebung parallel und rechtwinklig zur optischen Achse O^-O- sind n_Q und v_Q für das Stre—

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benpaar 16; 17 und n_u und v_u für das Strebenpaar 18; Bei den folgenden Ableitungen gelten im wesentlichen die bereits zu Fig. 1 benutzten Symbole„ Darüberhinaus ist · ' .

Ej der Elastizitätsmodul der Streben 16 und 18,

A. der Querschnitt der Streben 16 und 18,

Ep der Elastizitätsmodul der Streben 17 und 19,

Α« der Querschnitt der Streben 17 und 19,

G die Komponente der Last P rechtwinklig zur

opt. Achse,

H die Komponente der Last D parallel zur opt. Achse,

1. die Länge der Streben 16 und 18,

I₂ die Länge der Streben 17 und 19, ^:

η die Deformation der Streben unter der Wirkung

. von H,

V die Deformation der Streben unter der Wirkung von G.

Befindet sich das durch die Spiegel 14 und 15 verkörperte Teleskop in horizontaler Lage und ist die Teleskopdrehachse (nicht dargestellt) in der Nähe des Hauptspiegeis 14 angeordnet, so gilt "

η = ψ~— (H - G . cot cC ) · (XIII)

ül ρ . ,Ap

G . 1. Ip . cotoC ' / '

^{v c} " 4-T (H - G . cotoc) (XIY)

Ist das Teleskop, v.^fie in Fig. 3 dargestellt, gegenüberder Richtung der Schwekraft "L-L unter einem Winkel geneigt, so ergibt sich für die Komponenten der Deformation unter der Last P

3414

J. & IM Wi

-9- 210

p.i₂

ⁿo ⁼ — C- sin ft - cos A, . cot« ) (XV)

P * I₁ cos β ⁰ " ^{EA 2 E}

⁰ " ^Ei'^Ai sin²o< ^E2*^A2

♦ (sin ft + cos jl . cotcC )

P . I₂ ⁿ„ ⁼ V T" (- sin ρ τ cos/6 . cot ^ ) (XVIl)

, ,^ -νΡ,Ι^. cos jb_._. , P.l_o.cpt oC

• (-sin |b + cos jb . cot oC ) (XVIIl)

Die mittlere Verschiebung ν , die sich ergibt, wenn das Dreieck der Streben 16; 17 mit dem Dreieck der Streben 18j 19 gekoppelt v/ird, ist

ra ⁼ - 2

P.l,«cosoC · cot Λ . cos

Infolge der Kopplung der Strebenpaare stellt sich der Gegenspiegel'15' unter einem Winkel f zu seiner ursprünglichen Lage 15 ein, der sich aus der Beziehung

^ _ ⁿu - ⁿo

^P ' ¹Z

Sr₁-E₂-A₂ (-sin/b+oosf, .ootcC.) +

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-ίο- 210 374

P I₂

_s P.L^.cos o( ·cot 06 .cosA,

AE

ergibt.

Damit die Bildablage wegen der Gegenspiegelkippung nacb Formel (II) und wegen der Gegenspiegelverschie· bung nach Formel (IV) aufgehoben wird, muß die Beziehung " ' -.-".· .. .

= ο (XXI)

erfüllt sein.. Werden (XlX)und (XX) in (XXl) eingesetzt, so ergibt sich " ' ' "

EA

= (I^J^- - eotdC ) . sin tf. . cos²oC (XXIl) -j · λ ^x · i

Die Formel (XXIl) besagt, daß bei geeigneter Vfehl der Steifigkeit im Dreiecksverband der Streben 16, 17, 18, 19 die Teränderungen in den Lagen der Gelenice 20, 21 keinen Einfluß auf die Bildlage ausübt. Da in Formel (XXIl) P und |b nicht mehr enthalten sind, gilt diese unabhängig von der Gegenspiegellast und -der Bei— gung des Teleskops« Dabei ist durch eine geeignete Dimensionierung die Nebenbedingung 2a.fp

15-^: "einzuhalten. f.τ^ ^{> GOto<:}

Die Anordnung der in regelmäßigen Abständen über den Umfang der Spiegel verteilten Strebendreiecke kann hinsichtlich der Schwerkraftrichtung beliebig sein. Wenn sich wegen der Biegungen des Teleskoprohres auch

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der Hauptspiegel 14 verlagert, so sind bei einer Anordnung der Drehachse des Teleskoprohres zwischen dein Hauptspiegel 14 und dem Gegenspiegel 15 die zu kompensierenden Werte der Bildablage

P„ .1J2. . cos

^^W3 ~ ..3^ .E.I — (XXIV)

mit

Pg als Hauptspiegellast,

Ιττ als Abstand der Drehachse vom Hauptspiegel E als Elastizitätsmodul des tragenden Teils zwischen Hauptspiegel und Drehachse'(Lager) und · '

I als Trägheitsmoment des tragenden Teils

Aus der Bedingung

. = 0 (XXV)

i = 1

zur Kompensation der Bildablage folgt die Beziehung für die Dimensionierung des Steifigkeitsverhältnisses der Streben im Dreiecksverband.

2 Eo · Ap 2a · Ip · sin cC · cos (X_- ^

χ ·

Claims (2)

1. _ 210 374

   Erfindungsanspruch;

   1. Halterung des Gegenspiegels in einem Spiegelteleskop, bei dem der Gegenspiegel über eine Tragekonstruktion mit dem Eauptspiegel verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Gegenspiegel und der Tragekonstruktion gelenkige Verbindungen "bestehen und daß die Tragekonstruktion abhängig ist vom Abstand des Gegenspiegels vom Hauptspiegel, vom Abstand der Tragekonstruktion von der Ebene des Hauptspiegels, vom Abstand der Gelenkpunkte von der optischen Achse des Spiegelteleskops und von der Steifigkeit der einzelnen Elemente der Tragekonstruktion.

   • .
2. 2. Halterung nach Punkt i oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Gelenkpunkte zumindest angenähert in der Gelenkspiegelebene liegen.

   Hierzu /j Seite Zeichnung