EP0515609A1 - Trägervorrichtung eines ziel- und ausrichtungsgerätes für den einsatz bei reflektorsystemen - Google Patents

Trägervorrichtung eines ziel- und ausrichtungsgerätes für den einsatz bei reflektorsystemen

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Publication number
EP0515609A1
EP0515609A1 EP92900286A EP92900286A EP0515609A1 EP 0515609 A1 EP0515609 A1 EP 0515609A1 EP 92900286 A EP92900286 A EP 92900286A EP 92900286 A EP92900286 A EP 92900286A EP 0515609 A1 EP0515609 A1 EP 0515609A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mirrors
carrier
bearing
ring
reflector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP92900286A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann Hügenell
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ANGSTENBERGER, KARL FRIEDRICH, DIPL.-ING.
HUEGENELL, HERMANN
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0515609A1 publication Critical patent/EP0515609A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/16Housings; Caps; Mountings; Supports, e.g. with counterweight

Definitions

  • the invention relates to a reflector carrier device according to the preamble of claim 1.
  • Such a reflector support device is known from the publication SPIE, Vol. 1236 Advanced Technology Optical Telescopes IV (1990) page 90 ff.
  • two rotationally symmetrical primary mirrors are arranged as astronomical instruments at a predetermined distance on a common carrier. With the help of deflecting mirrors, the reflected rays are brought to a common focus.
  • deflecting mirrors There are also multiple deflecting mirrors and a protective housing on the carrier.
  • the entire mass of the carrier, the mirrors and the superstructures rests on two swivel bearings of a turntable that can be moved in the horizontal plane. Since the swivel bearings are loaded with the entire weight due to the system, there is a risk that negative effects on image formation will occur, not least because of the natural vibration and frequency of the optical and mechanical devices, which can only be limited by costly, technically difficult countermeasures. Since increasing primary mirror diameters and the associated additional auxiliary devices lead to a large increase in mass, it is difficult to provide swivel bearings which can accommodate these masses while observing the required parameters.
  • the known carrier device is therefore not particularly suitable for large telescopes, but also for reflector systems with diameters of more than 8 meters, which are used in other ways.
  • a generic carrier device is described in the literature reference H. Hügenell "The Big Eye to Space: The Central Axis Mirror - ZAS", 1989, pages 22 to 25.
  • the support for a reflector telescope is in this case mounted hydrostatically with a large contact surface in a stationary trough adapted to the spherical shape of the support in such a way that it can be pivoted about the elevation axis.
  • the carrier has a circular cylinder at two diametrically opposite ends coaxial to the elevation axis, each of which is rotatably arranged in a bearing shell and has a rotary drive.
  • the bearing shells are located in a ring which is arranged concentrically to the tub and which can be rotated about the elongation axis and which also has a drive.
  • the invention has for its object to provide a carrier device of the type mentioned, in which reflector.
  • a basic idea of the invention is therefore to distribute the mounting of the actual carrier over two separate components, the main mass being derived via one component tel are arranged on a common, self-supporting carrier, which is hydrostatically large in a tub around its elevation axis and the common optical axis
  • the invention is described below with reference to an embodiment shown in the drawing.
  • the double reflector is used as a mirror telescope.
  • Fig. 1 shows schematically a vertical cross section through a mirror support system of a mirror telescope with two off-axis hyperbol reflectors
  • FIG. 2 schematically shows a top view of the mirror support system according to FIG. 1;
  • FIGS. 1 and 2 each schematically show a cross section through the mirrors of the mirror support system according to FIGS. 1 and 2 with different mirror arrangements;
  • spindle-shaped housing is integrated, which is provided with two adjacent openings for the radiation incident into the interior of the two reflectors or for receiving or emitting high-energy radiation.
  • the entire reflector support device including support, trough and ring, are covered by a dome structure designed as a flat spherical cap, that the dome structure is hydrostatically rotatably mounted in a stationary concrete ring, and that the concrete ring is separated from the rest of the stationary foundation by strong, hard rubber-elastic buffers.
  • a particularly expedient management of the dome structure is achieved in that it is rotatably arranged on a bearing bed in the end face of the concrete wall, and in that the fixed bearing can be hydraulically or pneumatically converted into a sliding bearing.
  • Fig. 1 shows schematically a vertical cross section through
  • FIG. 2 schematically shows a top view of the reflector support system according to FIG. 1;
  • Fig. 4 each schematically show a cross section through the
  • FIG. 6 each schematically show details of the reflector arrangement according to FIG. 4;
  • FIG. 7 shows a perspective, partially sectioned illustration of the reflector support system according to FIGS. 1 and 2;
  • each primary mirror 5,7 has a diameter of more than 8 m.
  • An optimal adaptation to the known diffraction effect of the atmosphere spanning the earth is achieved with aperture diameters of approx. 15 m.
  • the reflector support system 12 is rotatably mounted on the one hand about the elevation axis 120 and on the other hand within a horizontal plane that runs normal to the drawing plane. In order to keep the presentation clear, the stationary ones are shown in FIG.
  • the reflector support system 12 has a closed, essentially self-supporting, spindle-shaped housing which has two openings 16, 17 lying next to one another for the incidence of radiation. failure in the interior on the two primary mirrors 5,7 is provided.
  • the reflector support system 12 has a circular cylinder 10, 13 concentric to the elevation axis 120, the outer jacket of which serves in each case for low-friction mounting for the rotational movement about the elevation axis 120 and access to the housing is possible via the interior thereof.
  • An annular casing 11 arranged coaxially to the elevation axis 120 serves for guiding and as a supporting frame.
  • a mirror telescope used as an optical instrument comprises, in addition to the two primary mirrors 5, 7, two separate secondary deflection mirrors 2, 3 and two separate tertiary deflection mirrors 6, which are arranged in such a way that the radiation from both primary mirrors 5, 7 is directed onto a common Nasmith Focus 4 is bundled in the elevation axis 120.
  • the two reflectors 5, 6 and the respectively associated secondary deflecting mirrors 2, 3 are so-called off-axis mirrors, ie. H. their surfaces represent surface sections of a hypothetical large, aspherical mirror body 126 (FIG. 3); SM (FIG. 7).
  • the area of the incident radiation is designated by 123 and 124, respectively, and the virtual focal points and the primary focus are provided with the reference symbols 8, 9 and 1, respectively.
  • the two tertiary deflecting mirrors 6 are of flat design.
  • FIG. 3 only serves to explain the final situation of primary mirrors 5, 6 in reflector support system 12 shown in FIG. 4.
  • FIG. 3 only shows an intermediate consideration that is useful for the final concept.
  • the two reflectors 5 ', 7' with the mutually facing edges are each at a predetermined distance a from the common optical axis (OA)
  • FIG. 3 also shows with 126 that hypothetical, aspheric and rotationally symmetrical reflector from which the two reflectors 5 ', 7' are "cut out" offset from the optical axis 125 by the distance a.
  • the hypothetical focal point of the hypothetical, aspherical and rotationally symmetrical reflector 126 is denoted by F 'and its outer marginal rays, which illustrate a large aperture ratio, are denoted by 41 and 44 respectively (here in the case of a hyperbolic mirror). They coincide on the outer edges of the reflectors 5 ', 7' facing away from one another with their outer marginal rays.
  • the inner edge rays incident on the mutually facing edges of the reflectors 5 ', 7' are designated 42 and 43, respectively.
  • the image plane (focus) F of the hypothetical large mirror is also the common image plane of the two reflectors 5 ', 7'.
  • F is the focal length of the hypothetical large mirror or the mirror combination of the two reflectors 5 ', 7'.
  • the image plane F has a grid dimension s. If another surface shape of the large mirror 126 is used, the beam paths also change analogously.
  • the basic juries of the two reflectors 5 ', 7' are completely identical because they have the same diameter and the same distance a from the optical axis of the hypothetical large mirror
  • the reflectors 5 ', 7' are used to generate large areas
  • Reflectors composed of individual segments (see FIG. 7), which are each individually adjustable.
  • the segments can be made of quartz for earthbound systems. Its supporting structure has cavities which can be flooded by a cooling gas in order to maintain a constant temperature, whereby a coolant exchange can take place via bores.
  • a cooling gas in order to achieve the end position shown in FIG. 4 when using a hyperbolic shaped large mirror 126, the
  • reflectors 5, 7 are arranged at a distance b from the optical axis 125 which is greater than the optical distance a.
  • the two reflectors 5, 7 are symmetrical to the optical axis 125 and each inclined at an angle a to the optical axis 125 in such a way that those edge rays 420 and 430 which are closest to the optical axis 125 are at a distance from it cut that is larger than the focal length f of the hypothetical large reflector 126. In this way, the dead area A 'of the observation is eliminated.
  • the inclination of the reflectors 5,7 by the angle a to the optical axis 125 is omitted when using differently shaped large mirror surfaces.
  • the superimposition of the beams reflected by the two primary mirrors 5, 7 results in an object imaging in the focal plane which is carried out from different angles and which allows an interference image of this object within an optimal image grid dimension.
  • the total light intensity of an equivalent, one-piece primary mirror with a diameter of 21.21 m results.
  • the two secondary deflecting mirrors 2, 3 go back to a separate hypothetical mirror SM (FIG. 7) that would be required to reflect the reflected light of the hypothetical large mirror 126 to reflect the so-called Cassegrain or Nasmith focus (or other, further common focal points).
  • the two secondary deflecting mirrors 2, 3 therefore consist of partial surfaces of a convexly curved hypothetical mirror surface which are spaced from its optical axis and which are dimensioned such that they reflect the reflection rays of the reflectors 5, 7 over the plane tertiary mirror 6 to the desired focal point 4 (Fig. L) or immediately one
  • FIG. 5 further illustrates, using the example of a primary reflector 5, that not only the two primary mirrors are composed of separately controllable and adjustable, honeycomb-shaped segments 19, but also the secondary deflecting mirrors 2 and 3, respectively, by adapting the size ratios hold, only a single segment 19 or 18 in the primary mirror 5 or secondary mirror 2 is shown in FIG. 5.
  • FIG. 6 shows the manner in which an uninterrupted arrangement of honeycomb elements 18 is arranged in a row
  • Reflector surface is obtained.
  • the exact alignment to the respective focal point takes place by means of computer-controlled actuators.
  • FIG. 7 shows a perspective representation of the manner in which a reflector arrangement according to FIG. 5 is expanded into a paired arrangement and is arranged within the mirror carrier system 12.
  • the hypothetical reflector from which the two secondary deflecting mirrors 2, 3 are derived is shown in the figure to complement the above statements and is designated by SM.
  • the spindle-shaped housing of the reflector support system 12 is in a tight, circular trough 22 on one
  • the effective liquid storage area is designated by 21.
  • the tub 22 itself is again rotatably supported hydrostatically in a concrete bed in the horizontal plane and surrounded by a stationary, ring-shaped concrete jacket 23. Together with an outer concrete ring 25, this forms a foundation and a concentric guide for a rotatably mounted ring 24, which has two bearing shells 20 for the
  • Circular cylinder 10.13 of the reflector support system 12 is provided. Both the ring 24 and the tub 22 are each separately hydrostatically mounted, so that the effect of their own mass is negligible. In addition, the ring 24 and the trough 22 are each acted upon by a drive via which they can be set into a rationing movement in the horizontal plane. Both drives are electronically coupled in such a way that the ring 24 serves as a master or as a reference for the shell 22 for controlling the angular velocity during a common rotation about the elongation axis of the reflector carrier system 12.
  • the Betonummante ⁇ ung 23 ensures that the rotary drive forces for the ring 24 and the tub 22 do not interfere with each other, but can be precisely controlled without undesirable mutual interference.
  • the trough 22 takes up the main load of the reflector support system 12.
  • the bearings 20 of the circular cylinder 10.13 are relieved in comparison. This enables precise control of the so-called altazimuthal tracking in the sky.
  • the annular casing 11 of the reflector support system 12 is provided with a further drive 30 (FIG. 9).
  • the casing 11 also serves to stabilize the rotation of the mirror support system 12.
  • the rotary drive unit 30 is arranged where the reflector support system 12 merges into its hydrostatic bearing in the tub 22.
  • the rotary drive unit 30 comprises two coaxial drive wheels 127, for example gear wheels, which interact with corresponding counterparts or predetermined tracks 31 on the annular casing 11.
  • FIG. 8 further illustrates that the entire reflector support system 12, the trough 22 and the ring 24 together with the concrete casing 23 and the foundation 25 are covered by a dome structure (protective dome) 28 serving as weather protection.
  • the Cupola 28 is designed as a flat spherical cap and placed concentrically over the entire system.
  • slit-shaped openings (not shown), which are required for the incidence of light, from the zenith position of the telescope to the deepest angular positioning of the optical openings to the horizon, it can optionally be closed without gaps with a single locking mechanism.
  • the openings are slit-shaped, so that a lateral surface belonging to the spherical cap extends between these openings.
  • the locking mechanism is stabilized in this way because the spanning closure width offers a firm support exactly in the middle and along the closure path.
  • the dome structure 28 is mounted in a stationary concrete ring 27 in a hydrostatically rotatable manner in the horizontal plane. The mass of the dome structure 28 is removed into the ground via the annular concrete wall 27.
  • the concrete ring 27 is separated from the foundation 25 by strong, hard rubber-elastic buffers 26, which are arranged in a ring.
  • the soil outside the entire system is designated with 29.
  • the dome structure 28 comprises a supporting structure 34 and an outer cladding 35.
  • the guidance in the annular concrete wall 27 takes place via a bearing bed 33 in the end face of the concrete wall 27, in which a hollow body 32 arranged on the dome structure 28 engages.
  • the hollow body 32 and the bearing bed 33 act in this way
  • the bearing is acted upon hydraulically or pneumatically, so that a low-friction rotational movement can take place.
  • a constantly horizontally aligned and low-vibration inner platform is arranged inside the circular cylinder 10, 13, which extends so far into the interior of the reflector support system 12 that the instruments and devices required for the Nasmith focus can be accommodated in a user-friendly manner.

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Description

Trägervorrichtung eines Ziel- und Ausrichtungsgerätes für den Einsatz bei Reflektorsystemen
Die Erfindung betrifft eine Reflektor-Trägervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Reflektorträgervorrichtung ist aus der Veröffentlichung SPIE, Vol. 1236 Advanced Technology Optical Telescopes IV (1990) Seite 90 ff. bekannt. Hierbei sind zwei rotationssymmetrische Primärspiegel als astronomisches Instrument in einem vorgegebenen Abstand auf einem gemeinsamen Träger angeordnet. Mit Hilfe von Umlenkspiegeln werden die reflektierten Strahlen auf einen gemeinsamen Fokus gebracht. Auf dem Träger befinden sich ferner Mehrfach-Umlenkspiegel sowie ein Schutzgehäuse.
Die gesamte Masse des Trägers, der Spiegel sowie der Aufbauten ruht auf zwei Schwenklagern eines Drehtellers, der in der Horizontalebene bewegbar ist. Da die Schwenklager systembedingt mit dem gesamten Gewicht belastet sind, besteht die Gefahr, dass nicht zuletzt wegen der Eigenvibration und Frequenz der optischen und mechanischen Vorrichtungen bei einer Neigungsbewegung negative Auswirkungen auf die Bildentstehung auftreten, was nur durch kostenaufwendige, technisch schwierige Gegenmassnahmen eingegrenzt werden kann. Da zunehmende Primärspiegeldurchmesser und die damit verbundenen zusätzlichen Hilfseinrichtungen zu einem starken Anwachsen der Masse führen, ist es schwierig, Schwenklager bereitzustellen, welche diese Massen unter Einhaltung der geforderten Parameter aufnehmen können. Insbesondere für Grossteleskope, aber auch für in anderer Weise genutzte Reflektorsysteme mit Durchmessern von mehr als 8 Metern, ist die bekannte Trägervorrichtung daher wenig geeignet.
Eine gattungsgemässe Trägervorrichtung ist in der Literaturstelle H. Hügenell "Das Grosse Auge zum All: Der Zentralachsenspiegler - ZAS", 1989, Seiten 22 bis 25, beschrieben. Der Träger für ein Reflektorteleskop ist hierbei mit einer grossen Auflagefläche in einer der sphärischen Form des Trägers angepassten, ortsfesten Wanne hydrostatisch derart gelagert, dass er um die Elevationsachse schwenkbar ist. Der Träger weist an zwei diametral gegenüberliegenden Enden koaxial zur Elevationsachse jeweils einen Kreiszylinder auf, die drehbar jeweils in einer Lagerschale angeordnet sind und über einen Drehantrieb verfügen. Die Lagerschalen befinden sich in einem konzentrisch zur Wanne angeordneten Ring, der um die Elongationsachse drehbar ist, und der ebenfalls über einen Antrieb verfügt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Trägervorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei welcher Reflektorer.
und damit zusammenwirkende Umlenkspiegel und Auswerteeinrichtungen mit besonders grossen Durchmessern und Massen zuverlässiggelagert werden können, wobei eine nicht vignettierte Bildentstehung beim Einsatz als astronomisches Instrument und ein
ungestörter Strahlengang sowohl empfangsseitig aber auch in
Abstrahlrichtung gewährleistet sind. Diese Aufgabe wird gemäss dem kennzeichnnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht demnach darin, die Lagerung des eigentlichen Trägers auf zwei separate Komponenten zu verteilen, wobei über eine Komponente die Hauptmasse abgeleitet tel auf einem gemeinsamen, selbsttragenden Träger angeordnet sind, der großflächig in einer Wanne hydrostatisch um seine Elevationsachse und die gemeinsame optische Achse
drehbar gelagert ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben. Hierbei wird der Doppel-Reflektor als Spiegelteleskop eingesetzt.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Vertikalquerschnitt durch ein Spiegelträgersystem eines Spiegelteleskopes mit zwei Off-Axis-Hyperbol-Reflektoren;
Fig. 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf das Spiegelträgersystem gemäß Fig. 1;
Fig. 3 und
Fig. 4 zeigen jeweils schematisch einen Querschnitt durch die Spiegel des Spiegelträgersystems gemäß Fig. 1 und 2 mit unterschiedlichen Spiegelanordnungen;
Fig. 5 und
Fig. 6 zeigen jeweils schematisch Einzelheiten der Spiegelanordnung gemäß Figur 4; spindelförmiges Gehäuse integriert ist, welches mit zwei nebeneinanderliegenden Öffnungen für den Strahleneinfall in das Innere auf die beiden Reflektoren oder zum Empfang oder zur Abstrahlung hochenergetischer Strahlung versehen ist.
Darüberhinaus ist als Witterungsschutz, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, vorgesehen, daß die gesamte Reflektorträgervorrichtung einschließlich Träger, Wanne und Ring von einem als flache Kugelkalotte ausgebildeten Kuppelbau überdacht sind, daß der Kuppelbau in einem ortsfesten Betonring hydrostatisch in der Horizontalebene drehbar gelagert ist, und daß der Betonring über starke, hartgummielastische Puffer vom übrigen ortsfesten Fundament getrennt ist.
Eine besonders zweckmäßige Führung des Kuppelbaus wird dadurch erreicht, daß er über ein Lagerbett in der Stirnseite der Betonwand drehbar angeordnet ist, und daß die ortsfeste Lagerung hydraulisch oder pneumatisch in eine Schiebelagerung überführbar ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles weiter beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Vertikalquerschnitt durch
ein Reflektorträgersystem eines Spiegelteleskops.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf das Reflektorträgersystem gemäß Figur 1;
Fig. 3 und
Fig. 4 zeigen jeweils schematisch einen Querschnitt durch die
Reflektoren des Reflektorträgersystems gemäß Fig. 1 und 2 mit unterschiedlichen Reflektoranordnungen; Fig. 5 und
Fig. 6 zeigen jeweils schematisch Einzelheiten der Reflektoranordnung gemäß Figur 4;
Fig. 7 zeigt eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung des Reflektorträgersystems gemäß Fig. 1 und 2;
Fig. 8 zeigt schematisch in perspektivischer, teilweise geschnittener Gesamtansicht ein Spiegelteleskop und
Fig. 9
bis 11 zeigen jeweils Einzelheiten A,B und C der Lagerung
gemäß Figur 8.
Fig. 1 veranschaulicht ein Reflektorträgersystem 12 für den Einsatz als Spiegelteleskop, welches zwei Reflektoren (Objektiv) 5 und 7 aufweist. Es handelt sich um ein sog. Großteleskop, bei welchem jeder Primärspiegel 5,7 einen Durchmesser von mehr als 8 m hat. Eine optimale Anpassung an den bekannten Beugungseffekt der die Erde umspannenden Atmosphäre wird mit Apertur-Durchmessern von ca. 15 m erreicht.
Das Reflektorträgersystem 12 ist einerseits um die Elevationsachse 120 und andererseits innerhalb einer Horizontalebene, die normal zur Zeichenebene verläuft, drehbar gelagert. Um die Darstellung übersichtlich zu halten, sind in der Figur 1 die ortsfesten
Lagervorrichtungen, auf welchen sich das Reflektorträgersystem abstützt, nicht wiedergegeben. Sie sind in den Figuren 8 bis 11 im einzelnen beschrieben.
Das Reflektorträgersystem 12 weist ein geschlossenes, im wesentlichen selbsttragendes, spindelförmiges Gehäuse auf, das mit zwei nebeneinanderliegenden Öffnungen 16,17 für den Strahleneinfall/- ausfall in das Innere auf die beiden Primärspiegel 5,7 versehen ist. Außerdem weist das Reflektorträgersystem 12 konzentrisch zur Elevationsachse 120 jeweils endseitig einen Kreiszylinder 10,13 auf, dessen Außenmantel jeweils zur reibungsarmen Lagerung für die Rotationsbewegung um die Elevationsachse 120 dient und über dessen Innenraum jeweils ein Zugang in das Gehäuse möglich ist. Eine koaxial zur Elevationsachse 120 angeordnete, ringförmige Ummantelung 11 dient zur Führung und als Tragrahmen.
Ein als optisches Instrument eingesetztes Spiegelteleskop umfaßt neben den beiden Primärspiegeln 5,7 zwei separate Sekundär-Umlenkspiegel 2,3 sowie zwei separate Tertiär-Umlenkspiegel 6, die in der Weise angeordnet sind, daß die Strahlung beider Primärspiegel 5,7 auf einen gemeinsamen Nasmith-Fokus 4 in der Elevationsachse 120 gebündelt wird.
Bei den beiden Reflektoren 5,6 und den jeweils zugeordneten Sekundär-Umlenkspiegeln 2,3 handelt es sich um sog. Off-Axis-Spiegel, d. h. ihre Oberflächen stellen Flächenausschnitte eines hypothetischen großen, asphärischen Spiegelkörpers 126 (Fig. 3); SM (Fig. 7) dar. Der Bereich der einfallenden Strahlung ist mit 123 bzw. 124 bezeichnet und die virtuellen Brennpunkte sowie der Primärfokus sind mit den Bezugszeichen 8,9 bzw. 1 versehen. Die beiden tertiären Umlenkspiegel 6 sind im Unterschied zu den SekundärUmlenkspiegeln 2,3 plan ausgebildet.
Aus der Draufsicht gemäß Fig. 2 in Lichteinfallsrichtung wird der Bereich 14,15 der Reflexion für die Primärspiegel 5,6 ersichtlich, der jeweils schraffiert dargestellt ist.
Weitere Einzelheiten der optischen Einrichtung werden nachfolgend anhand der Figuren 3 und 4 erläutert. Die Darstellung gemäß Fig. 3 dient hierbei lediglich zur Erläuterung der in der Fig. 4 dargestellten endgültigen Situation der Primärspiegel 5,6 im Reflektorträgersystem 12. Anders ausgedrückt ist in der Fig. 3 lediglich eine für die endgültige Konzeption zweckmäßige Zwischenüberlegung dargestellt. Gemäß diesem gedanklichen Zwischenschritt sind die beiden Reflektoren 5',7 'mit den einander zugewandten Rändern jeweils in einem vorgegebenen Abstand a von der gemeinsamen optischen Achse (OA)
125 entfernt. Die Fig. 3 zeigt ferner mit 126 denjenigen hypothetischen, aspährischen und rotationssymmetrisch ausgebildeten Reflektor, aus welchem die beiden Reflektoren 5' ,7' um den Abstand a versetzt zur optischen Achse 125 "herausgeschnitten" sind. Der hypothetische Brennpunkt des hypothetischen, asphärischen und rotationssymmetrischen Reflektors 126 ist mit F' und seine äußeren Randstrahlen, die ein großes Öffnungsverhältnis veranschaulichen, sind mit 41 bzw. 44 bezeichnet (hier bei einem Hyperbolspiegel). Sie stimmen an den einander abgewandten äußeren Rändern der Reflektoren 5' , 7 ' mit deren äußeren Randstrahlen überein. Die an den einander zugewandten Rändern der Reflektoren 5' , 7 ' einfallenden, inneren Randstrahlen sind mit 42 bzw. 43 bezeichnet. Sie begrenzen einen Totbereich A, der sich aus der paarweisen einen Abstand einhaltenden Anordnung der beiden Reflektoren 5' , 7 ' ergibt. Die Bildebene (Fokus) F des hypothetischen Großspiegels (Hyperbolspiegel) ist systembedingt auch die gemeinsame Bildebene der beiden Reflektoren 5',7'. Mit f ist die Brennweite des hypothetischen Großspiegels bzw. der Spiegelkombination der beiden Reflektoren 5' , 7 ' bezeichnet. Die Bildebene F weist ein Rastermaß s auf. Bei Verwendung einer anderen Oberflächenform des Großspiegels 126 ändern sich auch analog die Strahlengänge.
Die Grundkuryen der beiden Reflektoren 5',7' sind vollkommen identisch, weil sie mit gleich großem Durchmesser und dem gleichen Abstand a von der optischen Achse des hypothetischen Großspiegels
126 entfernt aus diesem "herausgeschnitten" sind. In der Praxis sind die Reflektoren 5',7' zur Erzeugung von großflächigen
Reflektoren aus einzelnen Segmenten zusammengesetzt (vgl. Fig. 7), die jeweils einzeln justierbar sind. Für erdgebundene Systeme können die Segmente aus Quarz hergestellt sein. Ihre Tragstruktur weist Hohlräume auf, die zur gezielten Teperaturkonstanthaltung von einem Kühlgas durchflutet werden können, wobei ein Kühlmittelaustausch über Bohrungen stattfinden kann. Um die in Fig. 4 dargestellte Endlage bei Verwendung eines hyperbolisch geformten Großspiegels 126 zu erreichen, werden die
Reflektoren 5,7 im Vergleich zu ihrer ursprünglichen hypothetischen Lage im hypothetischen Großspiegel 126 in einem Abstand b von der optischen Achse 125. angeordnet, der größer ist als der optische Abstand a. Außerdem sind die beiden Reflektoren 5,7 symmetrisch zur optischen Achse 125 jeweils um einen Winkel a zur optischen Achse 125 in der Weise geneigt, daß diejenigen Randstrahlen 420 bzw. 430, die der optischen Achse 125 am nächsten liegen , sich in einem Abstand auf ihr schneiden , der größer ist als die Brennweite f des hypothetischen großen Reflektors 126. Auf diese Weise wird der Totbereich A' der Beobachtung eliminiert. Die Neigung der Reflektoren 5,7 um den Winkel a zur optischen Achse 125 entfällt bei Verwendung anders geformter GroßspiegelOberflächen. Außerdem ergibt sich aus der Oberlagerung der von beiden Primärspiegeln 5,7 reflektierten Strahlen eine aus unterschiedlichen Winkeln durchgeführte Objektabbildung in der Fokalebene, welche innerhalb eines optimalen Bildrastermaßes ein Interferenzbild dieses Objektes ermöglicht. Beispielsweise ergibt sich bei einem Durchmesser der beiden Reflektoren 5,7 von jeweils 15 m eine Gesamt-Lichtintensität eines äquivalenten, einstückigen Primärspiegels mit 21,21 m Durchmesser.
In der Fig. 4 sind die hypothetischen Brennpunkte der beiden Off-Axis-Hyperbel- Reflektoren 5,7 mit F'5 bzw. F'7 bezeichnet.
Sinngemäß in gleicher Weise, wie diese Reflektoren 5,7 aus dem hypothetischen Groβspiegel 176 abgeleitet sind, gehen auch die beiden Sekundär-Umlenkspiegel 2,3 auf einen geraeinsamen hypothetischen Spiegel SM (Fig. 7) zurück, der erforderlich wäre, um das reflektierte Licht des hypothetischen Großspiegels 126 zum sog. Cassegrain- oder Nasmith-Fokus (oder anderen, weiteren gemeinsamen Brennpunkten) zu reflektieren. Die beiden Sekundär-Umlenkspiegel 2,3 bestehen .demnach aus Teilflächen einer konvex gekrümmten hypothetischen Spiegeloberfläche, die von deren optischen Achse beabstandet sind und die so bemessen sind, daß sie die Reflexionsstrahlen der Reflektoren 5,7 über die planen Tertiärspiegel 6 den gewünschten Brennpunkt 4 (Fig. l) oder unmittelbar einen
Cassegrain-Fokus CF in der optischen Achse 125 (Fig. 5) erzeugen. Die Fig. 5 veranschaulicht ferner am Beispiel eines PrimärRsflektors 5, daß nicht nur die beiden Primärspiegel aus separat ansteuerbaren und justierbaren, wabenförmigen Segmenten 19 zusammengesetzt sind, sondern auch unter Anpassung der Größenverhältnisse die Sekundär-Umlenkspiegel 2 bzw. 3. Um die Darstellung übersichtlich zu halten, ist in der Fig. 5 jeweils nur ein einziges Segment 19 bzw. 18 im Primärspiegel 5 bzw. Sekundärspiegel 2 wiedergegeben.
Ergänzend zeigt die Fig. 6, auf welche Weise durch Aneinanderreihung von wabenförmigen Elementen 18 eine ununterbrochene
Reflektorfläche erhalten wird. Die exakte Ausrichtung auf den jeweiligen Brennpunkt erfolgt mittels rechnergesteuerter Aktuatoren.
Die Fig. 7 veranschaulicht in perspektivischer Darstellung, auf welche Weise eine Reflektoranordnung gemäß Fig. 5 zu einer paarweisen Anordnung ergänzt und innerhalb des Spiegelträgersystems 12 angeordnet ist. Der hypothetische Reflektor, aus welchem die beiden Sekundär-Umlenkspiegel 2,3 abgeleitet sind, ist zur Ergänzung der vorstehenden Ausführungen in die Figur eingezeichnet und mit SM bezeichnet.
Die nachfolgend beschriebenen Figuren stehen im wesentlichen im Zusammenhang mit der drehbaren Lagerung des Reflektorträgersystems 12.
Gemäß Fig. 8 ist das spindelförmige Gehäuse des Reflektorträgersystems 12 in einer dichten, kreisrunden Wanne 22 auf einem
Flüssigkeitsfilra gelagert. Der effektive Flüssigkeitslagerungsbereich ist mit 21 bezeichnet. Die Wanne 22 ist selbst wieder hydrostatisch in einem Betonbett in der Horizontalebene drehbar gelagert und mit einer ortsfesten, ringförmigen Betonummantelung 23 umgeben. Diese bildet zusammen mit einem äußeren Betonring 25 ein Fundament und eine konzentrische Führung für einen drehbar gelagerten Ring 24, welcher mit zwei Lagerschalen 20 für die
Kreiszylinder 10,13 des Reflektorträgersystems 12 versehen ist. Sowohl der Ring 24, als auch die Wanne 22 sind jeweils separat hydrostatisch gelagert, so daß die Wirkung ihrer Eigenmassen vernachläßigbar wird. Außerdem sind der Ring 24 und die Wanne 22 jeweils mit einem Antrieb beaufschlagt über welchen sie in eine Ratationsbewegung in der Horizontalebene versetzt werden können. Beide Antriebe sind in der Weise elektronisch gekoppelt, daß der Ring 24 als Master bzw. als Referenz für die Schale 22 zur Kontrolle der Winkelgeschwindigkeit während einer gemeinsamen Rotation um die Elongationsachse des Reflektorträgersystems 12 dient.
Durch die Betonummanteϊung 23 ist sichergestellt, daß die Drehantriebskräfte für den Ring 24 und die Wanne 22 einander nicht stören, sondern ohne unerwünschte gegenseitige Beeinflussung exakt kontrollierbar sind.
Bei diesen zwei separaten und elektronisch gekoppelten Lagerungsund Antriebssystemen nimmt die Wanne 22 die Hauptlast des Reflektorträgersysteras 12 auf. Die Lager 20 der Kreiszylinder 10,13 sind im Vergleich hierzu entlastet. Über sie wird auf diese Weise eine exakte Steuerung der sog. altazimutalen Nachführung am Himmel ermöglicht. Für die Bewegung um die Elevationsachse 120 wird die ringförmige Ummantelung 11 des Reflektofträgersystems 12 mit einem weiteren Antrieb 30 (Fig. 9) versehen. Die Ummantelung 11 dient dabei auch zur Stabilisierung der Rotation des Spiegelträgersystems 12. Das Drehantriebsaggregat 30 ist dort angeordnet, wo das Reflektorträgersystem 12 in seine hydrostatische Lagerung in der Wanne 22 übergeht.
Wie die Fig. 9 veranschaulicht, umfaßt das Drehantriebsaggregat 30 zwei koaxiale Antriebsräder 127, beispielsweise Zahnräder, welche mit entsprechendnen Gegenstücken bzw. vorgegebenen Spuren 31 auf der ringförmigen Ummantelung 11 zusammenwirken.
Die Figur 8 veranschaulicht ferner, daß das gesamte Reflektorträgersystem 12, die Wanne 22 und der Ring 24 zusammen mit der Betonummantelung 23 und dem Fundament 25 von einem als witterungsschutz dienenden Kuppelbau (Schutzdom) 28 überdacht sind. Der Kuppelbau 28 ist als flache Kugelkalotte ausgebildet und konzentrisch über der gesamten Anlage placiert. Er ist im Bereich von schlitzförmigen Öffnungen (nicht dargestellt), welche für den Lichteinfall erforderlich sind, von der Zenith-Position des Teleskops bis hin zur tiefsten Winkelpositionierung der optischen Öffnungen zum Horizont mit einem einzigen Verschlußmechanismus wahlweise lückenlos verschließbar. Die Öffnungen sind schlitzförmig ausgebildet, so daß sich zwischen diesen Öffnungen eine zur Kugelkalotte gehörende Mantelfläche erstreckt. Der Verschlußmechanismus erfährt auf diese Weise eine Stabilisierung, weil die überspannende Verschlußbreite genau in der Mitte und längs des Verschlußweges eine feste Auflage bietet.
Der Kuppelbau 28 ist in einem ortsfesten Betonring 27 hydrostatisch in der Horizontalebene drehbar gelagert. Über die ringförmige Betonwand 27 wird die Masse des Kuppelbaus 28 ins Erdreich abgetragen.
Wie die Figuren 10 und 11 im einzelnen zeigen, ist der Betonring 27 über starke, hartgummielastische Puffer 26, die kreisringförmig angeordnet sind, vom Fundament 25 getrennt. Mit 29 ist das Erdreich außerhalb der gesamten Anlage bezeichnet.
Der Kuppelbau 28 umfaßt ein Tragwerk 34 sowie eine Außenverkleidung 35. Die Führung in der ringförmigen Betonwand 27 erfolgt über ein Lagerbett 33 in der Stirnseite der Betonwand 27, in welches ein am Kuppelbau 28 angeordneter Hohlkörper 32 eingreift. Der Hohlkörper 32 und das Lagerbett 33 wirken in der Weise
hydraulich oder pneumatisch zusammen, daß der Kuppelbau 28 im Ruhezustand auf der Stirnseite der Betonwand 27 fest aufliegt.
Wenn der Kuppelbau 2 eine Rotationsbewegung ausführen soll, wird das Lager hydraulisch bzw. pneumatisch beaufschlagt, so daß eine reibungsarme Drehbewegung stattfinden kann.
Im übrigen ist im Inneren der Kreiszylinder 10,13 eine ständig horizontal ausgerichtete und vibrationsarm gelagerte Innenplattform angeordnet, die so weit ins Innere des Reflektorträgersystems 12 hineinragt, daß darauf die für den Nasmith-Fokus erforderlichen Instrumente und Geräte bedienungsfreundlich untergebracht werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Reflektor-Trägervorrichtung mit einem drehbar gelagerten Primärspiegel-Träger, an welchem weitere Spiegel und Auswerte-Einrichtungen angeordnet sind, bei welcher der Träger mit einer großen Auflagefläche in einem ortsfesten Bett hydrostatisch in der Weise gelagert ist, daß er um die Elongationsachse schwenkbar ist, und bei welcher der Träger an zwei diametral gegenüberliegenden Enden koaxial zur Elevationsachse jeweils einen Kreiszylinder aufweist, die drehbar jeweils in einer Lagerschale angeordnet sind, wobei sich die Lagerschalen auf einem drehbaren, konzentrisch zur Wanne angeordneten Ring befinden,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
daß die Wanne (22) hydrostatisch derart in einem ortsfesten Bett gelagert ist, daß sie in der Horizontalebene drehbar ist,
daß die Form des Trägers (12) von einer Sphäre abweicht und die Form der Wanne (22) unter Anpassung an die Trägerform nicht sphärisch ausgebildet ist, und
daß die Wanne (22) und der Ring (24) gemeinsam um die Elongationsachse drehbar sind, wobei die Bewegung des Ringes (24) als Referenz für die Kontrolle der Winkelgeschwindigkeit dient.
2. Reflektor-Trägervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
daß der Träger (12) zwei Primärspiegel (5,7) aufweist.
3. Reflektorträgervorrichtung, insbesondere nach Anspruch 1 od.2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
daß der die Primärspiegel aufnehmende Träger (12) eine koaxial zur Elevationsachse (120) angeordnete, ringförmige Ummantelung (11) aufweist, die als Drehführung und mechanische Versteifung dient, und daß die Ummantelung (11) in einer entsprechenden, als Führungsgeσenstück dienenden Rinne in der Wanne (22) geführt ist.
4. Reflektorträgervorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
daß in dem Bereich, in dem der Träger (12) in seine hydrostatische Lagerung in der Wanne (22) übergeht, ein auf die Ummantelung (11) wirkendes Drehantriebsaggregat (30) angeordnet ist.
5. Reflektorträgervorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
daß das Drehantriebsaggregat (30) zwei koaxiale Antriebsräder (127) aufweist, welche mit vergegebenen Spurer. (31) auf der Ummantelung (11) zusammenwirken.
6. Reflektorträgervorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
daß das die Wanne (22) aufnehmende Bett und der die Schwenklager (20) tragende Ring (24) durch eine ortsfeste, ringförmige Betonummantelung (23) getrennt sind.
7. Reflektorträgervorrichtung, insbesondere nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
das der Träger (12) in ein geschlossenes, im wesentlichen selbsttragendes, spindelförmiges Gehäuse integriert ist, welches mit zwei nebeneinanderliegenden Öffnungen (16,17) für den Strahleneinfall in das Innere auf die beiden
Primarspiegel (5,7) oder von dort nach Außen versehen ist.
8. Reflektorträgervorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
daß sie einschließlich Träger (12), Wanne (22) und Ring (24) von einem Kuppelbau (28) überdeckt sind, daß dieser in einem ortsfesten Betonring (27) hydrostatisch in der Horizontalebene drehbar gelagert ist, und daß der Betonring (27) über mindestens einen Puffer (26) vom übrigen ortsfesten Fundamente (25) getrennt ist.
9. Reflektorträgervorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t,
daß der Kuppelbau (28) über ein Lagerbett (33) in der Stirnseite des Betonrings (27) drehbar angeordnet ist, und daß die Lagerung hydraulisch oder pneumatisch in der Weise ansteuerbar ist, daß wahlweise eine Schiebelagerung oder eine schiebefeste Lagerung vorhanden ist.
EP92900286A 1990-12-13 1991-12-10 Trägervorrichtung eines ziel- und ausrichtungsgerätes für den einsatz bei reflektorsystemen Withdrawn EP0515609A1 (de)

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