DE1299131B - Optischer Spiegel, insbesondere fuer astronomische Geraete, in Leichtbauweise - Google Patents

Description

• Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein optischer Spiegel, insbesondere für astronomische Geräte, in Leichtbauweise.
• Hohl- oder Planspiegel für optische Zwecke werden nach der bisher üblichen Bauweise im Bußverfahren als dicke Platten hergestellt, zur Gewichtsersparnis wird gelegentlich die optisch nicht verwendete Rückseite der Spiegelfläche als ein Waben- oder Rippenmuster ausgebildet, wie es auch bei großen Gußeisenkörpern üblich ist.
• Trotz der genannten Maßnahmen zur Gewichtseinsparung sind derartige Spiegel, z. B. großer Observatorien, immer noch bis zu vielen Tonnen schwer, was naturgemäß erhebliche Anforderungen an die Lagerung des Spiegels und dessen Bewegungsmechanismus (Ausgleichsgewichte usw.). mit sich bringt.
• Auch beim Einsatz von kleineren Spiegeln, z. B. in der Raumforschung, ist eine Gewichtseinsparung von großer Bedeutung.
• Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, solche Mittel anzugeben, durch die ein optischer Spiegel besonders leicht gebaut werden kann und der dabei gleichwohl allen optischen Anforderungen an Genauigkeit der optischen Abbildung gerecht wird, d. h. insbesondere, daß er die unter allen Gebrauchsbedingungen erforderliche Steifigkeit im optischen Einsatz wie auch bei den Bearbeitungsvorgängen besitzt.
• Es sind bereits Spiegel in Leichtbauweise bekanntgeworden, bei denen die Reflexionsplatte nur gegen eine einzige Trägerplatte mittels Stützrohr abgestützt ist, ferner ist eine Ausführungsform eines Spiegels bekannt, bei der ebenfalls aus Gründen der Gewichtsersparnis auch noch auf die Trägerplatte verzichtet wurde, so daß also das gesamte Spiegelsystem nur noch aus Reflexionsplatte und Stützrohrsystem besteht. Es hat sich aber erwiesen, daß Spiegel, die nach einer derartigen Einfachbauweise aufgebaut sind, den Anforderungen nach Präzision der Spiegelfläche sowohl der erst nach dem Zusammenbau möglichen Oberflächenbearbeitung nicht standhalten, ebenso wie auch nach Betrieb unter wechselnden Temperaturbedingungen ein Verspannen der Spiegelplatte auftritt, womit die Präzision der Messungen mit derartigen Spiegeln entschieden gestört ist.
• Der-erfindungsgemäße optische Spiegel, insbesondere für astronomische Geräte, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine relativ dünne Reflexionsplatte, die eben oder gekrümmt sein kann, durch ein mehrschichtiges System von ebenen, relativ dünnen Zwischenträgerplatten unter Zwischenschaltung einer Vielzahl von Ringkörpern unter Auflösung der Stützpunkte durch Verteilung der verschiedenen Zwischenräume zwischen den Zwischenträgerplatten gegen die Trägerplatte abgestützt ist, wobei wenigstens die Reflexionsplatte und die Trägerplatte aus gleichem Material bestehen.
• Auf diese Weise kann die die optische Fläche aufweisende Reflexionsplatte ganz wesentlich dünner gehalten werden als bei der herkömmlichen Bauweise, wobei die Summe der Dicken sämtlicher Glasplatten einschließlich der Ringkörper wesentlich geringer ist als die selbsttragende Reflexionsplatte bei den Astrospiegeln herkömmlicher Bauart. Auch kann bei der erfindungsgemäßen Ausführung die Halterung des Gesamtspiegels wesentlich einfacher ausgeführt werden, da diese nicht an der Reflexionsplatte anzugreifen braucht, was bisher im allgemeinen oftmals zu Unzuträglichkeiten wegen. der starken Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Fassungsmaterials (z. B: Metall) und der Reflexionsplatte (z. B. Glas oder Quarzglas) Anlaß gab. Die Fassung für den Spiegel greift dabei gemäß der Erfindung zweckmäßig an einer der Trägerplatten an, und zwar vorteilhafterweise an der letzten, am weitesten von der Reflexionsplatte entfernten Trägerplatte, jedenfalls nicht unmittelbar an der Reflexionsplatte selbst.
• Bei der praktisch-konstruktiven Ausführung eines Astrospiegels in der erfindungsgemäßen Leichtbauweise werden .die Stützelemente mit den Trägerplatten fest verbunden, zweckmäßig verkittet oder verschweißt. Dabei bestehen die Stützelemente aus demselben Material mit geringstmöglichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten wie der der Trägerplatten selbst, d. h. z. B. sie bestehen zweckmäßig aus Quarzglas oder Invar od. dgl. Für Raumfahrtzwecke kommt auch Beryllium in Frage.
• Bei einer Ausführungsform eines derartigen optischen Spiegels werden gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung die Reflexionsplatte und die Trägerplatten gegeneinander je durch eine Vielzahl etwa gleichmäßig über ihre gesamte Fläche verteilter ringförmiger Elemente, die der Anzahl nach mit der Entfernung von der Reflexionsplatte abnehmen und als Abstandhalter dienen, gegeneinander abgestützt, wobei sich jedes ringförmige Element einer Folgeplatte in seiner engeren Umgebung auf einer Mehrzahl von Ringen im vorhergehenden Plattenzwischenraum abstützt.
• Bei einer beispielsweisen Ausführungsform sind die Stützelemente zwischen den Platten im einfachsten Falle zylinderförmige -Ringe, deren Zahl von Stützplatte zu Stützplatte mit dem Faktor von etwa 4 bis 6 mit der Entfernung von der Reflexionsplatte abnimmt, wobei die Verteilung von Platte zu Platte so vorgenommen ist, daß -die Zylindermantelflächen der Ringe im Zwischenraum oberhalb einer Platte und die Zylindermantelflächen der Ringe im nachfolgenden Plattenzwischenraum unter Zwischenschaltung dieser Platte wenigstens teilweise direkt aufeinanderstoßen, so daß die Platten selbst die geringstmögliche Durchbiegung erleiden und eine Membranwirkung weitgehend ausgeschaltet ist.
• Auch können die Stützelemente zwischen den Platten zylinderförmige Ringe sein, die einseitig oder beidseitig Flansche zur größeren Auflage auf den Platten aufweisen.
• In den Abbildungen sind Ausführungsformen von optischen Spiegeln gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 eine Aufsicht auf einen aus Glas oder Quarzglas bestehenden Spiegelaufbau mit abgehobener Reflexionsplatte 1, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der F i g. 1, F i g. 3 einen der zylinderförmigen Stützringe mit Fianschansatz, F i g. 4 einen Schnitt durch einen optischen Spiegel, bei dem die Stützelemente aus Kegelstümpfen bestehen, F i g. 5 einen Schnitt durch den Spiegel längs der gebogenen Linie V-V der F i g. 4, F i g. 6 einen Schnitt durch den Spiegel längs der Linie VI-VI der F i g. 4, F i g. 7 einen Schnitt durch den Spiegel längs der Linie VII-VII der F i g. 4, F i g. 8 einen Schnitt durch den Spiegel längs der Linie VIII-VIII der F i g. 4.
• Im einzelnen sind in den Abbildungen bezeichnet mit 1 die jeweilige Reflexionsplatte, die in den beiden Fällen in den F i g. 2 und 4 auf ihrer Oberseite eine gekrümmte, optisch wirksame Reflexionsfläche aufweisen, die aber auch eben sein kann. Mit 2 ist die der Reflexionsplatte 1 benachbart angeordnete Stützplatte, mit 3 die nachfolgende, mit 4 eine weitere und mit 5 die letzte der hier dargestellten viermalig vorgesehenen Stützplatten bezeichnet, wobei die Fassung und Halterung des Spiegels durch einen ringförmigen Flansch 6 dargestellt ist. Mit 7 sind eine Vielzahl von zylinderförmigen Ringkörpern als Stützkörper im Zwischenraum zwischen der Reflexionsplatte 1 und der Stützplatte 2 bezeichnet, mit 8 die zwischen den Stützplatten 2 und 3 angeordneten zylinderförmigen Ringkörper und mit 9 die zwischen der Stützplatte 3 und der Stützplatte 4 angeordneten Ringkörper bezeichnet. An Stelle der ringförmigen zylindrischen Rohrstücke 7, 8 und 9 können hier auch zylindrische Stützkörper 10 mit einem Flanschansatz 11 zwecks Auflagenverbreiterung gemäß F i g. 3 verwendet werden. Die Dicke der Platten 2, 3 und 4 nimmt hier von Platte zu Platte zu, derart, daß ihre Dicke je etwa das Doppelte der vorangehenden beträgt. Bei der weiteren beispielsweisen Ausführungsform gemäß den F i g. 4 bis 8 werden die Reflexionsplatte 1 sowie die Stützplatten von einer Vielzahl von Hohlkegelstümpfen 12,13 und 14 getragen, deren Basiswinkel z. B. etwa 60° beträgt. Ihre Wandstärke ist etwa gleich der Dicke der jeweils von ihr getragenen Oberplatte, wobei die letzte von der Reflexionsplatte 1 am weitesten entfernte Trägerplatte 4 mit Kegelstümpfen 14 entsprechender Wandstärke in umgekehrter Anordnung besetzt ist.
• In den F i g. 2 und 4 wird die Platte 4 jeweils getragen von einer letzten Platte 5 unter Zwischenschaltung von zylindrischen Ringkörpern 15. An dieser letzten Platte greift ein ringförmiger Flansch 6 zwecks Halterung des Spiegelaufbaus an.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Optischer Spiegel, insbesondere für astronomische Geräte, in Leichtbauweise, dessen Reflexionsplatte mittels einer Vielzahl von Stützelementen gegenüber einer der Halterung der Reflexionsplatte dienenden Trägerplatte abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsplatte durch ein mehrschichtiges System von ebenen, relativ dünnen Zwischenträgerplatten unter Zwischenschaltung einer Vielzahl von Ringkörpern unter Auflösung der Stützpunkte durch Verteilung auf die verschiedenen Zwischenräume zwischen den Zwischenträgerplatten gegen die Trägerplatte abgestützt ist, wobei wenigstens die Reflexionsplatte und die Trägerplatten aus gleichem Material bestehen.
2. 2. Optischer Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente mit den Trägerplatten fest verbunden, zweckmäßig verkittet oder verschweißt sind.
3. 3. Optischer Spiegel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente aus demselben Material mit geringstmöglichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten bestehen wie die Trägerplatten selbst, z. B. aus Quarzglas, Invar od. dgl.
4. 4. Optischer Spiegel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsplatte und die Trägerplatten gegeneinander je durch eine Vielzahl etwa gleichmäßig über ihre gesamte Fläche verteilter, ringförmiger Elemnte, die der Anzahl nach mit der Entfernung von der Reflexionsplatte abnehmen und als Abstandhalter der Platten dienen, gegeneinander abgestützt sind, wobei sich jedes ringförmige Element einer Folgeplatte in seiner engeren Umgebung auf einer Mehrzahl von Ringen im vorhergehenden Plattenzwischenraum abstützt.
5. 5. Optischer Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Fassung und Halterung an einer der Trägerplatten, und zwar am zweckmäßigsten an der letzten, am weitestens von der Reflexionsplatte entfernten Trägerplatte angreift.
6. 6. Optischer Spiegel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente zwischen den Platten zylinderförmige Ringe sind, deren Zahl von Stützplatte zu Stützplatte mit dem Faktor von etwa 4 bis 6 mit der Entfernung von der Reflexionsplatte abnimmt, wobei die Verteilung von Platte zu Platte so vorgenommen ist, daß die Zylindermantelflächen der Ringe im Zwischenraum oberhalb einer Platte und die Ringe im nachfolgenden Plattenzwischenraum unter Zwischenschaltung der nachfolgenden Platte wenigstens teilweise direkt aufeinanderstoßen, so daß die Platten selbst die geringstmögliche Durchbiegung erleiden.
7. 7. Optischer Spiegel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente zwischen den Platten zylinderförmige Ringe sind, die einseitig oder beidseitig Flansche zwecks größerer Auflage auf den Platten aufweisen. B. Optischer Spiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Trägerplatte nach der Refletionsplatte und die weiteren Trägerplatten je von einer Vielzahl gleichmäßig verteilter, zwischen den Trägerplatten befindlicher Kegelstumpfmäntel gestützt werden, deren Kopfdurchmesser etwa halb so groß sind wie deren Basisdurchmesser, und deren Wandstärken etwa gleich der Dicke der Basisplatten gestuft sind, während die letzte von der Reflexionsplatte am weitesten entfernte Trägerplatte mit Kegelstümpfen entsprechender Wandstärke in umgekehrter Anordnung so besetzt ist, daß die Basisringe unter Auslassung je eines Basisringes bei der Folgeplatte als Stützkegel gegen eine Folgeplatte etwa doppelter Dicke wirken.