DD284568A7 - Gegenlichtblende fuer hochqualitative sternsensoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gegenlichtblende fuer hochqualitative Sternsensoren, die fuer jegliche Empfangssysteme mit relativ groszem Bildwinkel insbesondere im Weltraum zur optimalen Streulichtunterdrueckung verwendet werden kann. Mit der Erfindung wurde mit geringstem technologischen Aufwand eine einfache, aber effektive Gegenlichtblende aufgebaut, die insbesondere fuer hochqualitative Sternsensoren mit relativ groszem Bildwinkel eine ausreichende Streulichtdaempfung garantiert. In einem Blendenkoerper sind zwei Blendenringe, die als Mantel von rotationssymmetrischen Koerpern ausgebildet sind und dabei jeweils eine kleine und grosze OEffnung aufweisen, vorhanden. Die beiden kleinen OEffnungen stehen sich dabei gegenueber und grenzen an den OEffnungskegel des Sternsensors. Die grosze OEffnung des einen Blendenringes steht mit dem OEffnungsring des Blendenkoerpers in Verbindung. Die verlaengerte Mantellinie des durch die beiden OEffnungen des einen Blendenringes gebildeten Kegels liegt auszerhalb der Eintrittspupille des Sternsensors und die verlaengerte Mantellinie des durch die beiden OEffnungen des anderen Blendenringes gebildeten Kegels liegt auszerhalb des OEffnungsringes des Blendenkoerpers. Fig. 3{Gegenlichtblende; Sternsensor; Weltraum; Streulichtunterdrueckung; Blendenkoerper; Blendenringe, rotationssymmetrisch}

Description

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gegenlichtblende zur Unterdrückung von Streulicht starker Lichtquellen, Insbesondere der Sonne, zu schaffen. Das zugehörige Empfangssystem soll dabei bis zu einem vorgegebenen Grenzwinkel ungestört arbeiten können, wobei die Lage um die optische Achse beliebig sein kann, ohne daß dabei eine Nachführung von Elementen der Gegenlichtblende notwendig ist. Erfindungsgemäß b wird die Aufgabe bei einer Gegenlichtblende für hochqualitative Sternsensoren mit relativ großen Bildwinkeln, die aus einem rotationssymmetrischen Blendenkörper, in dessen Inneren mehrere senkrecht zur optischen Achse stehende Blendenringe angeordnet sind, besteht, dadurch gelöst, daß ein erster und ein zweiter Blendenring vorhanden ist und die Blendenringe als Mantel von rotationssymmetrischen Körpern aungebildet sind und dabei jeweils eine kleine und große Öffnung aufweisen, daß die beiden kleinen öffnungen sich gegenüberstehend und an den Öffnungskegel des Sternsensors angrenzend angeordnet sind, daß die große Öffnung des ersten Blendenringes mit dem objektseitigen Öffnungsring des Blendenkörpers in Verbindung steht und daß die verlängerte Mantellinie des durch die beiden Öffnungen des ersten Blendenringes gebildeten Kegels außerhalb der Eintrittspupille des Sternsensors und die verlängerte Mantellinie des durch die beiden Öffnungen des zweiten Blendenringes gebildeten Kegels außerhalb des Öffnungsringes des Blendenkörpers liegt. In Abhängigkeit von den zu erreichenden Dämpfungsfaktoren können die rotationssymmetrischen Körper gerade Kreiskegelstümpfe sein.

Der wesentliche Vorteil einer erfindungsgemäßen Gegenlichtblende ist die geringe Anzahl der Blendenringe im Blendenkörper, was neben einer starken Reduzierung der Masse zu einer entscheidenden Senkung des technologischen Aufwands führt. Durch die geringe Baulänge und die reduzierte Masse wird der Einfluß der Gegenlichtblende auf die Struktur bei starken dynamischen Belastungen erfolgreich reduziert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1: ?ine erfindungsgemäße Gegenlichtblende Fig. 2: eine andere Gestaltungsform der Blendenringe und Fig. 3: eine weitere Gestaltungsform der Blendenringe.

Gemäß Fig. 11st ein Empfänger 1 und ein Objektiv 2, dem eine erfindungsgemäße Gegenlichtblende vorg6ordnet ist, dargestellt. Dabei besteht die Gegenlichtblende aus einem zylindrischen Blendenkörper 3 und zwei darin befindliche Blendenringe 4 und 5. In Abhängigkeit von den zu erreichenden Dämpfungsfaktoren und der Güte der Herstellung sind die Blendenringe 4 und 5 gemäß Fig. 1 al·; Mantel von geraden Kreiskegelstümpfen ausgebildet. Darüber hinaus sind jedoch andere Gestaltungsformen denkbar und zv/eckmäßig, von denen weitere in Fig. 2 und Fig.3 dargestellt sind.

Durch eine Fig 1 gemäße Anordnung der Blendenringe 4 und 5 im Blendenkörper 3 entstehen ausgezeichnete Blendenräume 6, 7 und 8. Übe: das Objektiv 2 mit einer Eintrittspupille von 70mm im Durchmesser und seiner Brennweite von 100mm werden Sterne auf dem Empfänger 1 abgebildet. Der maximale Gesichtsfeldwinkel 9 des Objektivs 2 beträgt ±5" und ist damit ein gegenüber herkömmlichen Sternsensoren relativ großer Blickwinkel. Bis zu einem Winkelabstand θ = 60° werden alle Lichtstrahlen an der vorzugsweise gerichtet reflektierenden Fläche 4.1 des Blendenringes 4 nach einfacher Reflexion aus dem Blendensystem herausprojiziert. In das Blendensystem kann bis zu diesem Winkelabstand 0 der Fremdlichtquelle nur das an der Fläche 4.1 gestreute Licht eintreten. Deshalb liegt die verlängerte Mantellinie des Blendenringes 4 außerhalb des Objektivs 2, wobei die Normale der Fläche 4.2 einen Winkelabstand θ = 60"zur optischen Achse aufweist. Bei Beleuchtung dieser Fläche 4.2 wird aufgrund der Abweichung von der realen Oberfläche vom Lambertschen Strahlengesetz oder durch spezielle Oberflächenschichten nur ein geringer Teil in Richtung des Objektivs 2 gesendet. Bis zu einem Winkelabstand θ₃ = 40° wird ein Teil des Fremdlichtes an dem Blendenring 4 durch zweifache Reflexion zurückgeworfen. Der Teil, der durch die Pupille des Blendenringes 4 fällt, gelangt auf die Innenfläche 3.1 des Blendenkörpers 3. Gleichzeitig wird an der Kante des Blendenringes 4 das Licht so gebeugt und gestreut, daß das Objektiv 2 ausgeleuchtet wird. Deshalb ist diese Kante extrem scharf ausgebildet. Durch die Anordnung gemäß Fig. 1 des Blendenringes 5 kann durch einfache Reflexion an der Innenfläche 3.1 das Objektiv 2 nicht beleuchtet werden. Der Blendenring 5 ist so angeordnet, daß er bis zu dem Winkelabstand 6s = 40° von der Sonne nicht direkt beleuchtet werden kann. Der Blendenraum 8 ist vom Objektiv 2 aus sichtbar, aber unter großem Winkelabstand zur optischen Achse, so daß die Wirkung auf den Empfänger 1 relativ gering bleibt. Um trotzdem die Au sleuchtung des Blendenraumes 8 durch die Reflexionen an der Innenfläche 3.1 so gering wie möglich zu halten ist Oe Oberfläche der Innenfläche 3.1 vorzugsweise als schwarzer Spiegel gestaltet. Durch die Anordnung des Blendenringes 5 ist der Blendenraum 7 so gestaltet, daß bei Bestrahlung der Innenfläche 3.1 ein großer Teil des Lichtes durch Mehrfachreflexion, verbunden mit starker Absorption, bereits in diesem Teil der Gegenlichtblende unwirksam für die Ausbuchtung des Objektivs 2 wird. Der geringe Teil des Lichtes, der noch nach vorn in den Blendenraum 6 zurückgestreut wird, wirkt d:irch die Gestaltung dieses Raums nur stark gedämpft auf die Pupille des Objektivs 2.

Je nach zu lösender Aufgabe sind Modifikationen der beiden Blendenringe 4 und 5 möglich.

In Fig. 2 ist eine Möglichkeit dargestellt, die Fläche des Blendenringes S in Richtung Objektiv 2 gegen Streulicht von der Fläche 4.1 oder Innenfläche 3.1 abzuschalten, indem der Blendenkegel leicht gewölbt ist (sphärisch, hyperbolisch, parabolisch oder elliptisch). Dadurch entsteht gleichzeitig trotz geringer Materialstärke eine hohe Stabilität. Eine weitere und wohl einfachste Gestaltung der Blendenringe 4 und 5 ist in Fig.3 dargestellt, wobei die beiden Blendenringe 4 und 5 aus zwei gleichen Kugelschalen mit unterschiedlichen Durchmessern der öffnungen bestehen.

Claims (3)

1. Gegenlichtblende für hochqualitative Sternsensoren mit relativ großen Bildwinkeln, die aus einem rotationssymmetrischen Blendenkörper, in dessen Innern mehrere senkrecht zur optischen Achse stehende Blendenringe angeordnet sind, besteht, gekennzeichnet dadurch, daß ein erster und ein zweiter Blendenring vorhanden ist und die Blende, «ringe als Mantel von rotationssymmetrischen Körpern ausgebildet sind und dabei jeweils eine kleine und große Öffnung aufweisen, daß die beiden kleinen Öffnungen sich gegenüberstehend und an den Öffnungskegel des Sternsensors angrenzend angeordnet sind, daß die große Öffnung des ersten Blendenringes mit dem objektseitigen Offnungsring des Blendenkörpers in Verbindung steht und daß die verlängerte Mantellinie des durch die beiden Öffnungen des ersten Blendenringes gebildeten Kegels außerhalb der Eintrittspupille des Sternsensors und die verlängerte Mantellinie des durch die beiden Öffnungen des zweiten Blendenringes gebildeten Kegels außerhalb des Öffnungsringes des Blendenkörpers liegt.

2. Gegenlichtblende nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der rotationssymmetrische Körper ein gerader Kreiskegelstumpf ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Gegenlichtblende für hochqualitative Sternsensoren, die für jegliche Empfangssysteme mit relativ großen Blickwinkeln insbesondere im Weitraum zur optimalen Streulichtunterdrückung verwendet werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist aus der Literatur bekannt, z. B. O. Klüppelberg „Stray Light suppression in Optical Space Experiments" Applied Optics, Vol. 13, No.

3,1974, S. 556 ff.; RJ. Noil, SPIE Vol. 183 Space Optics, 1979, S.48ff., das optische Sensoren unter kosmischen Bedingungen komplizierte Blendungssysteme verlangen, um bei Bestrahlung durch die Sonne lichtschwache Objekte aus dem Rauschhintergrund herauszufiltern.

Der notwendige Aufwand wird dadurch charakterisiert, daß die Blendensysteme kosmischer Apparaturen die Hauptabmessungen des Raumflugkörpers ausmachen. Gleichzeitig wird an die technologische Realisierbarkeit hohe Anforderungen gestellt. Die betrifft den Leichtbau, bedingt durch die Größe, unter Verwendung von Verbundwerkstoffen. Der Nachteil solcher Werkstoffe besteht darin, daß sie unter den Bedingungen des Hochvakuums stark ausgasen und damit zu einer zusätzlichen Verschlechterung der Empfangsbedingungen führen. Weitere Maßnahmen insbesondere zur Reduzierung der Abmessungen während der Startphase sind faltbare (entfaltbare) Blendensysteme, die teleskopartig oder als Faltenbalg längenveränderlich gestaltet werden. Schwierigkeiten bereitet hier die Stabilisierung der ausgefahrenen (entfalteten) Positionen.

In axialer Richtung verschiebbare Blendensysteme sind auch zur Anpassung der Sonnenblende an auswechselbare Objektive von Film- und Videokameras bekannt (DE-OS 3106636). Mit dieser Erfindung wird zwar eine Anpassung von Blendensystemen und unterschiedlichen Objektiven bezüglich des zulässigen Winkelabstandes erreicht, bei vorgegebenem Winkelabstand können dadurch aber nicht die erforderlichen Abmessungen in der Arbeitsphase verringert werden. Um die bekannten Nachteile klassischer einstufiger bzw. mehrstufiger Blendensysteme zu beseitigen, wird im US-Patent 3488103 ein Blendensystem mit innerer spiegelnder Fläche beschrieben. Die Wirkungsweise dieses Blendensystems besteht darin, daß das durch die Apertur der Blende auf die Spiegelfläche fallende Licht durch die gleiche Apertur herausgespiegelt wird. Notwendigerweise muß die spiegelnde Oberfläche ein Rotationsellipsoid sein, wobei die Brennpunkte auf der Kante der Apertur liegen. Dieser Blendentyp hat jedoch schwerwiegende Nachteile, die ursächlich mit dem Funktionsprinzip zusammenhängen. Erstens ergeben sich an die Herstellung der Spiegelfläche hohe Anforderungen, weil bereits kleinste Abweichungen von der geforderten Oberfläche den gewünschten Effekt, kein Element der Blende direkt auszuschalten, zunichte machen. Gleichzeitig ergibt sich daraus die Forderung, die Form des Spiegels über die Einsatzzoit stabil zu halten, wodurch dem angestrebten Leichtbau Grenzen gesetzt sind. Zweitens wird vorausgesetzt, daß sich die Reflexeigenschaften der Spiegeloberfläche durch die Einsatzbedingungen nicht ändern. Es ist aber bekannt, daß durch die kosmische Strahlung, durch Mikrometeoriten und durch Verschmutzung optische Oborflächen schnell ihre Eigenschaften verändern.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit geringstem technologischem Aufwand eine einfache, aber effektive Gegenlichtblende aufzubauen, um insbesondere für hochqualitative Sternsensoren mit relativ großen Bildwinkeln über oine lange Einsatzzeit eine ausreichende Streulichtdämpfung zu garantieren.