DE1463009B2

DE1463009B2 - DEVICE FOR ADJUSTING THE DIRECTION OF LARGE OPTICAL OR RADIO-ASTRONOMIC DEVICES

Info

Publication number: DE1463009B2
Application number: DE19631463009
Authority: DE
Inventors: Christoph Dipl Phys 7920 Heidenheim Kühne
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1963-12-19
Filing date: 1963-12-19
Publication date: 1971-08-12
Also published as: DE1463009A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Richtungseinstellung größerer optischer oder radioastronomischer Geräte in zwei Koordinaten mit Hilfe eines Servoantriebes, bei der ein Lichtstrahl in der mittels eines optischen Führungsinstrumentes bestimmten Sollrichtung ausgesendet und von einer derart an dem auszurichtenden Gerät angebrachten reflektierenden Einrichtung zurückgesandt wird, daß er bei einer Ablage des Gerätes gegenüber der Sollrichtung in einer photoelektrischen Empfangseinrichtung an der Vorrichtung elektrische Fehlersignale in den zwei Koordinaten erzeugt, mit denen der Servoantrieb gesteuert wird und bei der der Schnittpunkt der Drehachse der Vorrichtung mit demjenigen des Gerätes mit größter Annäherung übereinstimmt. Sie ist jedoch auch auf viele andere, in zwei Richtungskoordinaten bewegliche Geräte beliebiger Achsenanordnung anwendbar, deren Richtungseinstellung oder -bestimmung schwierigist. The invention relates to a device for setting the direction of larger optical or radio astronomical devices Devices in two coordinates with the help of a servo drive, in which a light beam in the means an optical guidance instrument certain target direction sent out and from one such to the to be aligned device attached reflective device is sent back that he is at a shelf of the device opposite the target direction in a photoelectric receiving device on the device electrical error signals generated in the two coordinates with which the servo drive is controlled is and at which the intersection of the axis of rotation of the device with that of the device with the greatest Approximation coincides. However, it is also movable in two directional coordinates in many other ways Devices of any axis arrangement can be used, the direction of which is difficult to set or determine.

Die Ausrichtung oder Richtungsregelung großer Teleskope durch kleinere Führungsinstrumente ist an sich bekannt (vgl. »Askania-Warte«, 19. Jahrgang, Heft 59, April 1962, S. 1 bis T). Man stellt dabei im allgemeinen Teleskop und Führungsinstrument so auf, daß beide Achsenschnittpunkte mit größter Annäherung zusammenfallen, richtet vom Achsenschnittpunkt des Führungsinstruments auf das" Teleskop (oder umgekehrt) einen parallelen Strahlengang, der auf eine photoelektrische Empfangseinrichtung fällt, die ein Fehlersignal in zwei Komponenten erzeugt, wenn ihre eigene optische Achse mit der Richtung des parallelen Strahlenganges nicht übereinstimmt. Dieses Fehlersignal wjr,d _:dan.ri wahlweise zur Anzeige der Richtüngsdifferenz"b'der^;zur automatischen Ausrichtung des Teleskops oder des Führungsinstrumentes benutzt.The alignment or direction control of large telescopes using smaller guidance instruments is known per se (cf. "Askania-Warte", 19th year, issue 59, April 1962, pp. 1 to T). In general, the telescope and the guide instrument are set up so that the two axes of intersection coincide as closely as possible, and a parallel beam path is directed from the axis of intersection of the guide instrument to the telescope (or vice versa) and falls on a photoelectric receiving device that generates an error signal in two components , if their own optical axis does not coincide with the direction of the parallel beam path. This error signal wjr, d _: dan.ri optionally for displaying the directional difference "b'der ^; used for the automatic alignment of the telescope or the guide instrument.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter vorteilhafter Verwendung eines optischen Führungsinstrumentes den Achsenschnittpunkt, um den Vorrichtungen zur Richtungseinstellung der bekannten Art in zwei Koordinaten beweglich sind, für funktionell wichtige Bauelemente freizumachen. Bei optischen Teleskopen ist dies zum Beispiel für den sogenannten Coude-Strahlengang des ortsfesten Coude-Spektrographen, bei Radioteleskopen für die Hohlleiter der ortsfesten Sende- und Empfangseinrichtungen zwingend erforderlich. In diesen Fällen wäre die vorteilhafte Anwendung eines Führungsinstrumentes zur Richtungseinstellung der. Teleskope unmöglich.The invention is based on the object, with the advantageous use of an optical guide instrument, to locate the intersection of the axes around the devices for direction adjustment of the known type are movable in two coordinates, for functional to clear important components. In the case of optical telescopes, for example, this is the so-called Coude beam path of the fixed Coude spectrograph, in radio telescopes for the waveguides the stationary transmitting and receiving devices are absolutely necessary. In these cases the advantageous use of a management tool for setting the direction of the. Telescopes impossible.

Diese Aufgabe wird erfindühgsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung gegenüber der raumfesten vertikalen Drehachse versetzt angeordnet ist und daß die Versetzung am Gerät durch an sich bekannte optische Mittel ausgeglichen ist.This object is achieved according to the invention in that the device compared to the spatially fixed vertical axis of rotation is arranged offset and that the offset on the device by optical known per se Funds is balanced.

Der technische Fortschritt der' 'erfinduhg'sgemäßeri Vorrichtung ist dadurch begründet, daß bei optischen und radioastronomischen Großgeräten die Verwendung eines optischen Führungsinstrumentes auch dann ermöglicht wird, wenn das sogenannte Bewegungszentrum, d. h. also der Achsenschnittpunkt, um den Vorrichtungen zur Richtungseinstellung in zwei Koordinaten beweglich sind, für andere Zwecke frei bleiben muß, ζ. B. also durch die obengenannten funktionell wichtigen Bauelemente besetzt werden muß.The technical progress of the '' erfinduhg'sgemeri The device is based on the fact that it is used in large optical and radio astronomical devices an optical guide instrument is also made possible when the so-called center of movement, d. H. so the axis intersection to the devices for setting the direction are movable in two coordinates, free for other purposes must stay, ζ. B. are therefore occupied by the above-mentioned functionally important components got to.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.Further features essential to the invention are the subject matter of the subclaims.

Die Erfindung sei an Hand der Fig. 1 bis 3 an dem Beispiel eines Radioteleskops näher be-The invention is described in more detail with reference to FIGS. 1 to 3 using the example of a radio telescope.

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F i g. 1 zeigt ein Radioteleskop üblicher Bauart mit einem parabolischen Antennensystem und einem Führungsinstrument; F i g. Fig. 1 shows a radio telescope of conventional design with a parabolic antenna system and a guiding instrument;

F i g. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung bei azimutaler Montierung des Führungsinstrumentes und F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel bei äquatorialer Lagerung des Führungsinstrumentes.F i g. 2 shows the arrangement according to the invention with azimuthal mounting of the guide instrument and F i g. 3 shows a further exemplary embodiment with the guide instrument in an equatorial position.

ίο In der F i g. 1 ist 1 ein azimutgelagertes parabolisches Antennensystem, das um die horizontale Achse ZZ' in den .Rollenlagern 2 schwenkbar ist. Mit 3 sind Entlastungsgewichte des Antennensystems bezeichnet. Der Turm 4, der das Antennensystem trägt, ruht auf Rädern 5, die auf einem plangedrehten mit dem Fundament 6 fest verbundenen Stahlkranz 7 rollen und eine Drehung des Antennensystems um die vertikale Achse HH' ermöglichen. Die Drehung der Antennenanlage um die horizontale und vertikale Achse erfolgt durch motorische Antriebsmittel, die nicht dargestellt sind. Im Innern des Turmes ist auf einem Pfeiler 8, der zur Vermeidung von Erschütterüngsübertragungen mit den die Antennenanlage tragenden Teilen nicht direkt in Berührung steht, ein Präzisionsinstrument 9, das als Führungsinstrument dient, aufgestellt. _λ ίο In the fig. 1, 1 is an azimuth mounted parabolic antenna system which can be pivoted about the horizontal axis ZZ 'in the roller bearings 2. With 3 relief weights of the antenna system are designated. The tower 4, which carries the antenna system, rests on wheels 5, which roll on a faced steel ring 7 firmly connected to the foundation 6 and enable the antenna system to rotate about the vertical axis HH ' . The antenna system is rotated around the horizontal and vertical axis by motorized drive means, which are not shown. In the interior of the tower, a precision instrument 9, which serves as a guide instrument, is set up on a pillar 8 which, in order to avoid the transmission of vibrations, is not in direct contact with the parts carrying the antenna system. _λ

Das Führungsinstrument ist um senkrechte Achsen, die Pol- und die Deklinationsachse oder die Azimut- und die Elevationsachse, um das gleiche Dreh-Zentrum wie die Antenne drehbar. An ihm sind parallel zu einer optischen Achse zwei weitere Fernrohre 10, die mit lichtelektrischen Vorrichtungen zur Anzeige einer Lichtzeigerablage in der senkrechten und horizontalen Richtung ausgebildet sind, befestigt.The guidance instrument is around vertical axes, the pole and the declination axis or the azimuth and the elevation axis, rotatable about the same center of rotation as the antenna. At it are parallel to an optical axis two further telescopes 10, which are equipped with photoelectric devices for Display a light pointer tray formed in the vertical and horizontal directions are attached.

11 ist^; ein in der Antennenfläche befestigter planparalleler Spiegel. Die innere Oberfläche 13 des Spiegels wird von den beiden lichtelektrischen Vorrichtungen mit je einem Lichtzeiger beaufschlagt. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei einer Abweichung des Lichtzeigers von der Spiegelnormalen von den lichtelektrischen Vorrichtungen Fehlersignale erzeugt werden, die als Regelimpulse auf die motorischen Mittel der Achsantriebe in dem Sinne einwirken, daß die Abweichung verschwindet. Das Antennensystem folgt also, dem Führungsinstrument und stellt sich mit der durch die Spiegelnormale vorgegebenen Achse genau in die Richtung des Führungsinstrumentes ein.11 is ^; a plane-parallel mirror attached to the antenna surface. The inner surface 13 of the mirror is acted upon by each of the two photoelectric devices with a light pointer. The arrangement is such that if the light pointer deviates from the mirror normal, the photoelectric devices generate error signals which act as control pulses on the motorized means of the axle drives in the sense that the deviation disappears. The antenna system thus follows the guidance instrument and adjusts itself with the axis specified by the mirror normals exactly in the direction of the guidance instrument.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Radioteleskop muß nun, da das gemeinsame Bewegungszentrum vom Führungsinstrument besetzt ist, die Sende- oder Empfangsanlage auf dem beweglichen Teil der Antenne mitgeführt werden. Eine ortsfeste Anlage kann nicht realisiert werden.In the case of the FIG. 1 shown radio telescope must now, since the common center of motion from The control instrument is occupied, the transmitting or receiving system on the moving part of the antenna be carried. A stationary system cannot be implemented.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung bei einem Radioteleskop, mit azimutaler Lagerung des Führungsinstrumentes. Mit 1 ist wieder das parabolische, um die horizontale Achse ZZ' und die ver-Fig. 2 shows the arrangement according to the invention in a radio telescope, with azimuthal mounting of the guide instrument. With 1 is again the parabolic, around the horizontal axis ZZ ' and the

-' ■■' tikale Achse HH' drehbare Antennensystem bezeichnet. 20 ist ein optisches Führungsinstrument mit Fehlerdetektor 21, einem Fernrohr 22, einem Teilkreis 23 und dem Fernrohreinblick 24. 25 ist ein Ausgleichsgewicht, das mit dem Führungsinstrument 20 auf der um die Achse HH' drehbaren Grundplatte 26 befestigt ist. Die Grundplatte ruht auf dem ortsfesten Fundamentsockel 8. Durch die hohle Drehachse der Grundplatte 26 ist eine als starrer Hohlleiter ausgebildete Hochfrequenzleitung 27, die über die Dreh-- '■■' vertical axis HH 'denotes rotatable antenna system. 20 is an optical guiding instrument with error detector 21, a telescope 22, a pitch circle 23 and the telescope insight 24, 25 is a balancing weight, which is fastened to the guide instrument 20 on the 'rotatable about the axis HH baseplate 26th The base plate rests on the stationary foundation base 8. Through the hollow axis of rotation of the base plate 26 is a high-frequency line 27 designed as a rigid waveguide, which via the rotary

kupplungen 28 und 29 mit dem Antennensystem verbunden ist, geführt. Der Fehlerdetektor 21 arbeitet mit einem im Scheitelpunkt des Antennensystems angeordneten Spiegel 30 zusammen, wobei der Lichtweg über die Umlenkspiegel 31 und 32 geleitet ist. Die Hochfrequenzeinrichtung, die in der Figur nicht angedeutet ist, ist unterhalb der Ebene, in der das Führungsinstrument liegt, in der Nähe des Sockels 8 ortsfest angeordnet. In der F i g. 2 ist der Fall dargestellt, daß die Drehachse der Grundplatte 26 für die Durchführung der Hochfrequenzleitung ausreicht. Bei größerem Platzbedarf kann das ganze Führungsinstrument auf einem Spurkreis des Sockels 8 so befestigt werden, daß es um den Sockel umlaufen kann. Die Übertragung des Drehwinkels vom Sockel auf das Instrument erfolgt dann über zwei Präzisionszahnkränze, von denen der eine fest mit dem Sockel und der andere fest mit dem Führungsinstrument verbunden ist. Wie der Figur zu entnehmen ist, ist das Antennensystem, das Führungsinstrument und der am Antennensystem befestigte Teil der Hochfrequenzleitung um die Achse ZZ' drehbar, Antennensystem, Führungsinstrument und Hochfrequenzleitung außerdem auch um die Achse HH', wobei jedoch das Führungsinstrument zu dieser Drehachse versetzt angeordnet ist. Diese seitliche Versetzung des Führungsinstrumentes ist jedoch für die Ausrichtung der Achsen von Führungsinstrument und Antennensystem unerheblich. F i g. 3 zeigt schließlich die erfindungsgemäße Anordnung für den Fall der äquatorialen Lagerung des Führungsinstrumentes. Mit 8 ist wieder der ortsfeste Fundamentsockel bezeichnet, auf dem das Führungsinstrument 40 ruht. Die fest mit dem Sockel 8 verbundene Grundplatte 41 des Führungsinstruments trägt die Achslagerung sowie den gegen die Stundenachse PP' versetzt angeordneten und um diese Achse und die Deklinationsachse AA' drehbaren Fehlerdetektor 42. Der Fehlerdetektor arbeitet mit einem im Scheitelpunkt des Antennensystems 1 angebrachten Reflektor 43 zusammen. Der Reflektor ist so groß, daß das Lichtbündel des exzentrisch gelagerten Führungsinstrumentes einen Kreis um die Spiegelachse mit der Exzentrizität des Führungsinstrumentes als Radius beschreiben kann. Das Antennensystem ist um die Azimutachse Hfl" und um die senkrecht zur Bildebene verlaufende und diese im Punkte Z schneidende Elevationsachse drehbar. Der Hohlleiter 44 ist durch die Stundenachse des Führungsinstrumentes geführt, verläuft dann über eine Drehkupplung 45 in Richtung der Azimutachse HH', biegt ab in Richtung der Elevationsachse, läuft über das Führungsinstrument hinweg, dann nach unten bis in die Höhe der Elevationsachse und mündet waagerecht in diese ein, wobei in der Höhe der Elevationsachse eine weitere Drehkupplung am Hohlleiter vorgesehen ist, um die Beweglichkeit der Hochfrequenzleitung bei Schwenkungen des Antennensystems um die Elevationsachse sicherzustellen.couplings 28 and 29 is connected to the antenna system, out. The error detector 21 works together with a mirror 30 arranged at the apex of the antenna system, the light path being guided via the deflecting mirrors 31 and 32. The high-frequency device, which is not indicated in the figure, is arranged in a stationary manner below the plane in which the guide instrument lies, in the vicinity of the base 8. In FIG. 2 the case is shown that the axis of rotation of the base plate 26 is sufficient for the implementation of the high-frequency line. If more space is required, the entire guide instrument can be attached to a track circle of the base 8 in such a way that it can revolve around the base. The rotation angle is then transmitted from the base to the instrument via two precision gear rims, one of which is firmly connected to the base and the other is firmly connected to the guide instrument. As can be seen from the figure, the antenna system, the guide instrument and the part of the high-frequency line attached to the antenna system can be rotated about the axis ZZ ' , the antenna system, the guide instrument and the high-frequency line can also be rotated about the axis HH', although the guide instrument is offset from this axis of rotation is. This lateral displacement of the guide instrument is, however, irrelevant for the alignment of the axes of the guide instrument and the antenna system. F i g. 3 finally shows the arrangement according to the invention for the case of the equatorial mounting of the guide instrument. The stationary foundation base on which the guide instrument 40 rests is again denoted by 8. The base plate 41 of the guide instrument, which is firmly connected to the base 8, carries the axis bearing and the error detector 42 , which is offset from the hour axis PP ' and rotatable about this axis and the declination axis AA' . The reflector is so large that the light beam of the eccentrically mounted guide instrument can describe a circle around the mirror axis with the eccentricity of the guide instrument as a radius. The antenna system can be rotated about the azimuth axis Hfl "and about the elevation axis running perpendicular to the image plane and intersecting this at point Z. The waveguide 44 is guided through the hour axis of the guide instrument, then runs over a rotary coupling 45 in the direction of the azimuth axis HH ', bends in the direction of the elevation axis, runs over the guide instrument, then down to the height of the elevation axis and flows horizontally into it, with a further rotary coupling on the waveguide at the height of the elevation axis to allow the high-frequency line to move when the antenna system swings to ensure the elevation axis.

In den F i g. 2 und 3 ist angenommen, daß der Hohlleiter sich innerhalb der Hohlachse des Führungsinstrumentes bei Drehung des Führungsinstrumentes nicht mitdreht. Die Hohlachse des Führungsinstrumentes kann jedoch auch selbst als Hohlleiter dienen, dann sind vor und hinter dem Führungsinstrument Drehkupplungen am Hohlleiter vorzusehen. In the F i g. 2 and 3 it is assumed that the waveguide is within the hollow axis of the guide instrument does not turn when the guide instrument is turned. The hollow axis of the guide instrument can, however, also be used as a waveguide itself then swivel couplings must be provided on the waveguide in front of and behind the guide instrument.

Wie einzusehen, ist die Ausbildung unabhängig von der Anordnung des Fehlerdetektors, diese kann z. B. auch am Antennensystem angebracht sein und mit einem am Führungsinstrument vorgesehenen Reflektor zusammenarbeiten.As can be seen, the training is independent of the arrangement of the error detector; B. also be attached to the antenna system and with a reflector provided on the guidance instrument work together.

Claims

Patent claims:

1. Device for setting the direction of larger optical or radio astronomical devices in two coordinates with the help of a servo drive, in which a light beam is emitted in the desired direction determined by means of an optical guide instrument and is returned by a reflective device attached to the device to be aligned so that it is placed on a shelf of the device opposite the nominal direction in a photoelectric receiving device on the device generates electrical error signals in the two coordinates with which the servo drive is controlled, and at which the intersection of the axis of rotation of the device corresponds to that of the device with the greatest approximation, characterized in that the device compared to the space. fixed vertical axis of rotation (HH ' F i g. 2) or (PP' F i g. 3) is arranged offset, and that the offset on the device by optical means known per se (30; 31; 32; Fig. 2) or (43 Fig. 3) is balanced.

2. Telescope according to claim 1 with azimuthally mounted guide instrument, characterized in that the guide instrument (20) is arranged offset eccentrically with respect to its vertical axis of rotation (HH ').

3. Telescope according to claim 1 or 2, characterized in that the guide instrument (20 or 42) around the vertical axis (HH ') of the antenna system (F i g. 2) or around the hour axis (PP' F i g. 3) is rotatably mounted.

4. radio telescope or radar device according to claim 1 with equatorial mounting of the guide instrument, characterized in that the high-frequency line is guided through the hour axis (PP ') of the guide instrument (40).

5. Radio telescope or radar device according to claim 4, characterized in that the hour axis (PP ' F i g. 3) of the guide instrument (40) is designed as a hollow axis (44) and the waveguide of the high-frequency line is guided through this hollow axis (44).

6. radio telescope or radar device according to claim 4, characterized in that as a waveguide of the high-frequency line the hollow one, at its upper and lower end with rotating couplings provided hour axis (44) of the guide instrument (40) is used.

7. radio telescope or radar device according to claim 1 with equatorial mounting of the guide instrument, characterized in that the error detector (42 ) offset from the hour axis (PP ') and rotatably mounted about this axis (PP') and about the declination axis (AA ') is.

1 sheet of drawings