DE3214269A1 - Gekuehlte feldoptik fuer infrarotteleskope - Google Patents

Gekuehlte feldoptik fuer infrarotteleskope

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Description

FIRMA CARL ZEISS, 7920 HEIDENHEIM (BRENZ)
15 Gekühlte Feldoptik für Infrarotteleskope
j I P
35 1 G 1115
Gekühlte Feldoptik für Infrarotteleskope
Die Erfindung betrifft eine gekühlte Feldoptik für ungekühlte Infrarotteleskope mit zentral durchbohrtem Hauptspiegel, wobei die Feldoptik ein Zwischenbild der Austrittspupille des Teleskops am Ort einer gekühlten Blende erzeugt.
Derartige Feldoptiken finden insbesondere an astronomischen Großgeräten zur Spektralphotometrie von Himmelskörpern im Infraroten Spektralbereich Verwendung und dienen zur Reduktion der thermischen Untergrundstrahlung. Denn bei Wahl des geeigneten Durchmessers der gekühlten Blende, die das Gesichtsfeld des zum Nachweis benutzten Detektors definiert, am Ort der Zwischenabbildung der Austrittspupille wird die thermische Strahlung der ! Hauptspiegelzelle des Teleskops wirkungsvoll vom Detektor ferngehalten, j
Es ist jedoch relativ schwierig eine Feldoptik mit Zwischenabbildung der ' Austrittspupille in ein gekühltes Dewar einzubauen, da wegen des bei j
großen Teleskopen recht weiten Abstandes der Austrittspupille des Teleskops vom Dewar mit langen Brennweiten gearbeitet werden muß. In der j 20Regel ist daher eine Faltung des optischen Strahlenganges nötig. Die Strahlablenkung mit Hilfe der im infraroten vorzugsweise benutzten Spiegeloptik führt allerdings Astigmatismus in die Pupillenabbildung ein, derart, daß eine Fehlanpassung des Bündelquerschnittes an die lichtempfindliche Fläche des Detektors resultiert, was dessen Empfindlichkeit 25mindert. Abhilfe schaffen hier asphärisch geformte Ablenkspiegel, die jedoch relativ aufwendig in der Herstellung sind.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gekühlte Feldoptik der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen kompakten Aufbau er-J30laubt und eine astigmatismusfreie Pupillenabbildung sicherstellt.
Diese Aufgabe wird durch eine Ausbildung gemäß den kennzeichnenden Merk-
j malen des Hauptanspruchs dadurch gelöst, daß hinter der von einer FeId-
! blende begrenzten Brennebene des Teleskops ein Feldspiegel angeordnet 35ist, der die auffallende Strahlung koaxial zurückspiegelt und dessen Brennweite und Abstand zur Feldblende so gewählt ist, daß in der Mähe der Feldblende ein Bild der Austrittspupille des Teleskops entsteht.
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dessen zentrale Vignettierung größer oder gleich der Öffnung der Feldblende ist.
Der damit erzielbare Vorteil ist darin zu sehen, daß der Aufv/and zur 5Erreichung der gestellten Aufgabe relativ klein gehalten werden kann, denn aufgrund der koaxialen Strahlführung wird keine asphärische Optik benötigt. Infolge der Verlegung der Pupillenabbildung in die Nähe der Feldblende kann die ohnehin vorhandene, zentrale Vignettierung des Teleskops ausgenutzt werden, so daß kein Empfindlichkeitsverlust beim seit-"lOlichen Ausspiegeln aus dem koaxialen Strahlengang auftritt. Es kann ein einfacher, ebener Ringspiegel zur Ausspiegelung benutzt werden, der bei-
spielsweise im Winkel von 45° gegen die optische Achse des einfallenden |
Strahlenganges geneigt in der Nähe der Feldblende angeordnet ist und ! ι I
eine elliptische Bohrung aufweist. I
j 15 ■ j
Zweckmäßig ist es, die gesamte Feldoptik als Spiegeloptik auszubilden um! Probleme infolge der hohen Dispersion der im infraroten Spektralbereich j verwendeten brechenden Materialien auszuschalten. ι
ι
2Q.Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn es sich bei der gekühlten Blende am
! Orte der Pupillenabbildung υπ eine Ringblende mit zentraler Mittenab- ! deckung handelt. Dadurch wird die thermische Strahlung der zentralen
Bohrung des Hauptspiegels des Teleskops wirkungsvoll unterdrückt. Diese j Abschattung erweist sich noch effektiver als beispielsweise ein zentra-25ler freier Durchgang in dem für die Abbildung nicht genutzten Teil im Fangspiegel des Teleskops. Bei der letztgenannten Maßnahme wäre immer noch die durch den freien Durchgang tretende Emission der Erdatmosphäre j als Untergrund zu berücksichtigen, deren Intensität zwar geringer als
die der thermischen Strahlung des Fangspiegels aber dennoch vorhanden 30ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt und werden in der nachfolgenden Beschreibung der Fig. 1 und 2 der beigefügton Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 "skizziert den Strahlengang in einem Cassegrain-Teleskop für IR-Beobachtungen;
BAD ORIGINAL
Fig. 2 skizziert detaillierter den Strahlengang in der gekühlten Feldoptik 3 für das Teleskop aus Fig. 1.
Das in Fig. 1 dargestellte Teleskop besteht aus einem Hauptspiegel 1 und 5einem Fangspiegel 2, der den Strahlengang durch die zentrale Bohrung im Hauptspiegel 1 hindurch in Richtung auf die in ein Dewar 3 eingebaute Feldoptik reflektiert. Die Brennebene des Teleskops befindet sich von der Feldebene 5 begrenzt im Inneren des durch das Fenster 4 abgeschlossenen Dewars 3.
10
I Der Fangspiegel 2 kann z.B. als Schwingspiegel mit möglichst rechtecki-
j ger Modulation ausgebildet werden, mit dem zwei alternierende Beobach-
I tungsfelder definiert werden. Ein Beobachtungsfeld enthält das Bild des
i Objektes und den abgebildeten Hintergrund, während das andere nur Strah-15 lung des Hintergrundes aufv/eist.
I Wie Fig. 2 zeigt, ist direkt hinter der Feldblende 5 ein ebener Ring- ! spiegel 3 angeordnet. Der Ringspiegel 8 besitzt eine elliptische Öffnung j 18, durch die hindurch die Strahlung auf einen konkaven Feldspiegel ό 20 fällt.
; Der Feldspiegel 6 trägt eine dichroische Spiegelschicht; wie der Pfeil 7 ι andeutet befindet sich hinter dem Feldspiegel eine Optik für den sieht i baren Spektralbereich (nicht dargestellt), die eine visuelle Beobachtung ' 25des zwischen der Feldblende 5 entstehenden Objektbildes erlaubt. Diese j i ι
ι Optik enthält einen Bildverstärker. j
i S
! Der infrarote Teil der auf den Spiegel ό auffallenden Strahlung wird in I sich zurück und über den Ringspiegel 8 senkrecht zur Einfallsrichtung j 30herausgespiegelt. Etwa im Abstand Feldblende 5 - Feldspiegel 6 entsteht j j ein Zwischenbild der Austrittspupille des Teleskops 1,2. An dieser Stel-j ι le befindet sich die Ringblende 9, deren äußere Begrenzung die äußeren ,
Teile des Hauptspieyels abdeckt und deren Zentralabdeckung 19 u.a. die I thermische Strahlung der zentralen Bohrung im Hauptspiegel 1 ausblendet.
; Zwischen der Blende 9 und dem Detektor 14 befindet sich ein Honochroma-
j tor in Form eines Interferenzfilters 12. Dieses Interferenzfilter ist
BAD ORIGINAL
32U269
als drehbare Scheibe mit azimutal zunehmender Dicke der Interferenzschichten (CVF Filter) ausgebildet und kann gegen verschiedene Festfilter ausgewechselt werden, die nicht immer die gleiche Substratdicke besitzen.
5
Zur Anpassung an diese Filter ist davor eine koaxiale Spiegeloptik 10, 11 angeordnet, die den Bündelquerschnitt der nachzuweisenden Strahlung reduziert und die Feldblende 5 nach Unendlich abbildet. Der Spiegel 11 dieses Cassegrain-Systems befindet sich in der zentralen Abschattung des
10eintretenden Strahlbündels und ruft daher keine zusätzliche Vignettierung hervor. Infolge der Querschnittsreduktion wird das Auflösungsvermögen des Filters 12 optimal genutzt während der parallele Strahlengang an dieser Stelle verhindert, daß sich die Fokuslage in Abhängigkeit der Substratdicke der verwendeten Filter verschiebt.
Ein elliptischer Konkavspiegel 13 konzentriert die Strahlung auf die Oberfläche des Empfängers 14. Der Spiegel 13 hat weniger abbildende als vielmehr lediglich lichtkonzentrierende Aufgaben und ist daher in Bezug auf die einzuhaltenden Toleranzen unkritisch.
Die vorstehend beschriebene Feldoptik ist nicht nur in Verbindung mit
astronomischen Großgeräten brauchbar, sondern kann auch in Verbindung i
! mit terrestrischen Infrarotfernrohren beispielsweise Nachtsichtgeräten
eingesetzt werden, wenn es auf die Erzielung einer möglichst hohen Em-25pfindlichkeit ankommt.
BÄÖ ORIGINAL

Claims (1)

  1. 32U269
    Patentansprüche
    1. Gekühlte Feldoptik für ungekühlte Infrarotteleskope mit zentral durchbohrtem Hauptspiegel (1), wobei die Feldoptik ein Zwischenbild der Austrittspupille des Teleskops (1,2) am Ort einer gekühlten Blende (9) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der von einer Feldblende (5) begrenzten Brennebene des Teleskops (1,2) ein Feldspiegel (6) angeordnet ist, der die auffallende Strahlung koaxial zurückspiegelt und dessen Brennweite und Abstand zur Feldblende (5) so gewählt ist, daß in der Nähe der Feldblende (5) ein Bild der Austrittspupille des Teleskops (1,2) entsteht, dessen zentrale Vignettierung größer oder gleich der Öffnung (15) der Feldblende (5) ist.
    2. Gekühlte Feldoptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es
    sich bei der Blende (9) am Orte der Pupillenzwischenabbildung um eine Ringblende handelt, die eine Zentralabdeckung (19) aufweist.
    3. Gekühlte Feldoptik nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Feldblende (5) und dem Feldspiegel (6) ein gegen die optische Achse geneigter, ebener Ringspiegel (8) in der Nähe der Feldblende (5) angeordnet ist.
    4. Gekühlte Feldoptik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspiegel (8) im Winkel von 45° gegen die optische Achse geneigt ist und eine elliptische Bohrung (18) besitzt.
    5. Gekühlte Feldoptik nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Feldoptik als Spiegeloptik ausgebildet ist.
    306. Gekühlte Feldoptik nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldspiegel (6) dichroisch -verspiegelt ist.
    7. Gekühlte Feldoptik nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß |
    hinter der Ringblende (9) eine den Bündelquerschnitt verkleinernde ; Spiegeloptik (10,11) angeordnet ist.
    BAD ORIGINAL
    < «τ» ■— ι»
    8. Gekühlte Feldoptik nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es j sich bei der Spiegeloptik (10,11) um ein Cassegrain-System handelt, J dessen Sekundärspieyel (11) innerhalb der zentralen Vignettierung des ι
    Teleskops (1,2) angeordnet ist. j
    9. Gekühlte Feldoptik nach Anspruch 7-8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem im wesentlichen parallelen Strahlengang hinter der Spiegeloptik (10,11) ein Interferenzfilter (12) angeordnet ist.
    1010. Gekühlte Feldoptik nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Interferenzfilter um diskrete Filter oder ein drehbares Filter mit azimutal verlaufender Schichtdicke (CVF Filter 12) handelt.
    1511. Gekühlte Feldoptik nach Anspruch 9-10, dadurch gekennzeichnet, -daß auf das Interferenzfilter (12) eine Optik (13) folgt, die ein weiteres Zwischenbild der Austrittspupille des Teleskops auf der strahlungsempfindlichen Fläche eines Detektors (14) erzeugt.
    BAD ORIGINAL . COPV
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