DE3313324C2

DE3313324C2 - Randunterstützungssystem für Teleskopspiegel

Info

Publication number: DE3313324C2
Application number: DE3313324A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dipl.-Ing. 7080 Aalen Meier
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1983-04-13
Filing date: 1983-04-13
Publication date: 1985-05-15
Also published as: GB2138166A; GB8409149D0; US4583829A; GB2138166B; FR2544509A1; DE3313324A1; JPS59200206A; CA1221565A

Abstract

Bei diesem insbesondere für azimutal montierte Spiegel geeigneten Rundunterstützungssystem sind die Stützkräfte alle parallel zur Projektion der Schwerkraft in die Spiegelebene gerichtet. Die Beträge der Stützkräfte verringern sich mit wachsendem Abstand der Angriffspunkte vom oberen bzw. unteren Scheitelpunkt des Spiegels. Sie sind vorzugsweise so gewählt, daß sie dem Gewicht von den Angriffspunkten zugeordneten streifenförmigen Segmenten entsprechen, aus denen sich der Spiegel zusammensetzt.

Description

nung der Kraftangriffspunkte vom oberen bzw. unteren Scheitelpunkt (3, 4) des Spiegels (1) kleiner wird.

2. RanduntsfStützungssystem nach Ansprach 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Beträge Fg, der Stützkräfte so gewählt sind, daß sie im wesentlichen den Gewichten von den Kraftangriffsflächen zugeordneten, streifenförmigen Segmenten M_g, des Spiegels (1) entsprechen.

3. Randunterstützungssystem nach Anspruch 1 — 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkräfte äquidistant am Spiegelumfang verteilt sind.

4. Randunterstützungssystem nach Anspruch 1 — 3, gekenn? "ichnet durch seine Verwendung zur Lagerung eines azimutal montierten Teleskopspiegels.

5. Randunterstützungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die iützkräfte auf den Spiegelrand von Gegengewichten (6) über Hebel aufgebracht werden, deren Drehachsen (5) alle parallel zur Elevationsachse (2) des Spiegels (1) gerichtet sind.

Die Erfindung betrifft ein Randunterstützungssystem insbesondere für Teleskopspiegel zur Aufnahme der Gewichtskomponenten senkrecht zur optischen Achse des Spiegels.

Größere Teleskopspiegel neigen dazu, sich unter ihrem Eigengewicht in einem die optische Abbildungsqualität merklich beeinträchtigenden Umfange zu verformen. Bei der Auslegung eines Randunterstützungssystems ist man daher bestrebt, durch Wahl einer geeigneten Stützkraftverteilung Verformungen des Spiegels in Richtung seiner Achse, die sich besonders stark auf die Abbüdungsgüte des Spiegels auswirken, zu minimieren. Der Einfluß verschiedener Stützkraftverteilungen auf die Deformation eines großen Teleskopspiegels sind beispielsweise in »Applied Optics Vol. 7 No. 6« (Juni 1958) beschrieben.

In den bisher realisierten Randunterstützungssystemen werden die Stützkräfte stets als Radialkräfte, d. h. auf den Spiegelmittelpunkt zu gerichtete Kräfte aufgebracht, wobei für den Betrag der Stützkräftc eine kosinusförmige Verteilung, an der unteren Spicgclhälfte in Form von Druckkräften und an der oberen Spicgclhälfte in Form von Zugkräften, als besonders vorteilhaft angesehen wird. Konstruktiv erfolgt das Aufbringen der Stützkräfte in der Regel durch ein System gleichmäßig am Spiegelumfang angeordneter Gegengewichte gleicher Masse, die über Hebel auf den Spiegeirand wirken, wie beispielsweise in der DE-OS 24 14 266 beschrieben. Da die Drehachsen der Hebel, über die die Gegengewichte auf den Spiegeirand wirken, tangential zum Spiegelrand verlaufen, werden nur rein radial gerichtete Kräfte auf den Spiegelrand übertragen und die kosinusförmige Verkeilung der Beträge dieser radialen Stückkräfte ist eine Folge der kreisförmigen Symmeti'e des Spiegelkörpers.

ίο Daneben r;t es aus der DE-OS 29 03 804 bekannt, der radial gerichteten Stützkraftverteilung mit kosinusförmigem Verlauf der Beträge zusätzlich eine tangentiale Stützkraftverteilung mit sinusförmigem Verlauf der Betrage der Kräfte zu überlagern. Das führt dazu, daß die Resultierenden der am Spiegelrand angreifenden Kräfte alle in der Richtung wirken, die sich als Schnittlinie zwischen der Spiegelebene und einer vom Schwerkraftvektor und der Flächennormalen des Spiegels aufgespannten Ebene ergibt, und daß diese Kräfte al!e den gleichen Betrag besitzen. Das Aufbringen der Stützkräfte erfolgt bei diesem bekannten Randunterstützungssystem in einer insbesondere für parallaktische Montierungen geeigneten Ausführungsform durch Gegengewichte an Hebeln, die jeweils gleichzeitig um zwei orthogonale Achsen schwenkbar sind. Die Realisierung eines solchen Hebelsy* ims erfordert einen relativ großen Aufwand.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Randunterstützungssystem zu schaffen, das zu einer nochmaligen Verringerung der Spiegeldeformationen führt. Dieses Randunterstützungssystem sollte insbe sondere für azimutal montierte Teleskope geeignet sein und einen möglichst einfachen Aufbau besitzen.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruches dadurch gelöst, daß die Beträge F₁., und gegenseitigen Abstände a, der Angriffspunkte der Stützkräfte am Spiegelrand so gewählt sind, daß der

Quotient — beider Größen >nit wachender Entfer-α,

nung der Kraftangriffspunkte vom oberen bzw. unteren Scheitelpunkt des Spiegels kleiner wird.

Zweckmäßigerweise sind dabei die Beträge F_f, der Stützkräfte so gewählt, daß sie im wesentlichen den Gewichten von den Kraftangriffspunkten zugeordneten.

streifenförmigen Segmenten M_e, des Spiegels entsprechen.

Letzteres ist jedoch nicht unbedingt notwendig, vielmehr können sich auch Lösungen als vorteilhaft erweisen, bei denen die Beträge der Stir /kräfte um einen von ihrer Winkelposition abhängigen Faktor von den Werten abweichen, die sich aus der letztgenannten Vorschrift ergeben.

Bei einem gemäß der Erfindung aufgebauten Randunterstützungssystem sind die axialen Verformungen des Spiegels signifikant kleiner als bei den einleitend zum Stand der Technik genannten Systemen.

Außerdem ist in einer Ausführungsform mit Aufbringung der Stützkräfte über Hebel und Gegengewichte nur eine einachsige Lagerung der Hebel erforderlich.

falls der zu stützende Spiegel azimutal montiert ist.

Es ist zweckmäßig, die Stützkräfte äquidistant am Spiegelumfang verteilt anzuordnen. In diesem Falle sind beispielsweise von den Scheitelpunkten des Spiegels beginnend Gegengewichte mit zur rechten und linken

1,5 Seile des Spiegels hin kleiner werdender Masse anzubringen. Es ist jedoch auch möglich, statt dessen die Abstände der Punkte, an denen die Stützkräfte auf den Spiegelrand wirken, zu den Seiten des Spiegels hin zu

vergrößern oder eine Kombination beider Maßnahmen — Verringerung der Massen und Vergrößerung der Abstände — durchzuführen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der F i g. 1 —4 der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

F i g. 1 eine Pnnzipskizze zur Verdeutlichung der Stützkraftverteiiung bei einem Randunterstützungssystem gemäß der Erfindung;

F i g. 2 eine Simulation der Verformungen eines TeIeskopspiegels mit einem nerkömmlichen Randunterstützungssystem;

F i g. 3 eine Simulation der Verformungen sines Teleskopspiegels mit einem Randunterstützungssystem gemäß der DE-OS 29 03 804;

F i g. 4 eine Simulation der Verformungen eines gemäß der Erfindung unterstützten Teleskopspiegels.

In der in Fig. 1 dargestellten Prinzipskizze ist mit 1 ein Teleskopspiegel bezeichnet, der azimutal montiert ist und sich somit um eine waagerechte Achse 2 schwenken läßt. In der skizzierten Darstellung ist dei Spiegel 1 in eine Lage geschwenkt, bei der seine optische Achse waagerecht verläuft. Die in der rechten Spiegelhälfte eingezeichneten, auf seinen Rand gerichteten bzw. von ihm weg gerichteten Pfeile F_p stellen die von dem Rand-Unterstützungssystem gemäß der Erfindung auf den Spiegel 1 ausgeübten Kräfte dar. Sie wirken parallel zur Richtung der Projektion der Schwerkraft g in die Spiegelebene. Die Beträge der Kräfte F_e, sind so gewählt, daß sie jeweils den Gewichten M₁, von den Kraftangriffspunkten zugeordneten, streifenförmigen Segmenten entsprechen, aus denen sich der Spiegel zusammensetzt. Die Summe aller Kräfte F_g, ist somit betragsmäßig gleich dem Gesamtgewicht des Spiegels 1.

Aufgebracht werden die Kräfte F_g, auf den Spiegelrand durch ein herkömmliches System aus Gegengewichten 6a — 6/, die über je einen zweiarmigen Hebel auf den Spie^elrand drücken bzw. an ihm ziehen. Dies ist für die linke Seile des Spiegels in F i g. 1 skizziert. Die Achsen 5a — 51. über die die Hebel mit den Gegengewichten 6a — 6/an der nicht dargestellten Fassung des Spiegels 1 drehbar gelagert sind, sind alle parallel zur Elevationsachse 2 des Spiegels 1 gerichtet. In dem hier skizzierten Pail einer äquidistanten Anordnung der Gegengewichte 5a — 5/nimmt deren Masse von den Scheitelpunkten 3 und 4 des Spiegels 1 zu seinen Rändern hin stetig ab.

In F i g. 4 ist die Defoi Tiation eines gemäß F i g. 1 gelagerten Spiegels in Richtung seiner optischen Achse als Ergebnis einer Rechnung räch der Methode Jer finiten Elemente graphisch dargestellt. Die eingezeichneten Linien sind Höhenschichtlinien in einem axialen Abstand von 5 nm. Ausgegangen wurde bei der Rechnung von einem Spiegel aus Zerodur mit einem Durchmesser von d = 3 m. einer Mittenoff^ng von 46 cm und einer Dikkc von 25 cm. Die Stüi/kräfte greifen an 42 um den Spicgelumfang verteilten Punkten an. Wegen der Symmetrie des Problems ist nur die rechte Spiegelhälfte dargestellt. In der Nähe des Spiegelrandes sind die Höhenschichtlinien der Übersichtlichkeit halber weggelas- eo sen.

Der Mittelwert aller Verformungen des Spiegels in Richtung seiner Achse beträgt für das gerechnete Beispiel 38,4 nm. Dies ist ein für Astrospiegel dieser Größe sehr guter Wert.

Um ihn mit Werten von Spiegeln vergleichen zu können, die mit einem herkömmlichen Randunterstützungssvslem auseerüstet sind, tturde die Deformation eines Spiegels mit gleichen Daten berechnet, dessen Randmterstützungssystem jedoch abweichend von dem in Fig.4 dargestellten Beispiel eine rein radiale Stützkraftverteilung mit kosinusförmigem Verlauf der Beträge der Stützkräfte vorsieht. Es wurden ebenfalls wieder 42 diskrete Punkte gewählt, an denen die Stützkräfte angreifen.

Das Ergebnis zeigt F i g. 2. Der Mittelwert aller Verformungen beträgt hier 53,4 nm, ist also deatlich schlechter als bei dem gemäß der Erfindung errechneten Beispiel nach F i g. 4.

Der Vollständigkeit halber wurde noch ein drittes Beispiel gerechnet, wobei eine Stützkraftverteilung gemäß dem in der DE-OS 29 03 804 vorgeschlagenen System angenommen wurde, d. h. radiale und tangentiale Stützkräfte, deren Resultierenden parallel zur Projektion der Schwerkraft in die Spiegelebene gerichtet sind und überall die gleichen Beträge besitzen (F i g. 3).

Die Verformung eines derart geirrten Spiegels ist geringer als bei dem Beispiel nach F1 g. 2, liegt mit einem Mittelwert von 44,6 nm aber deutlich über dem gemäß der Erfindung gelagerten Spiegel des Beispiels nach F i g. 4.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Randunterstützungssystem insbesondere für Teleskopspiegel zur Aufnahme der Gewichtskomponenten senkrecht zur optischen Achse des Spiegels, wobei die Richtung der am Rand angreifenden Stützkräfte im wesentlichen parallel zur Schnittlinie zwischen der Spiegelebene und einer vom Schwerkraftvektor und der Flächennormalen des Spiegels aufgespannten Ebene verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Beträge Fg, und gegenseitigen Abstände a, der Angriffspunkte der Stützkräfte am Spiegelrand so gewählt sind, daß der Quotient — beider Größen mit wachsender Entfer-