DE1463009B2

DE1463009B2 - Vorrichtung zur richtungseinstellung groesserer optischer oder radioastronomischer geraete

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.

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.

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.

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.

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.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung sei an Hand der Fig. 1 bis 3 an dem Beispiel eines Radioteleskops näher be-

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F i g. 1 zeigt ein Radioteleskop üblicher Bauart mit einem parabolischen Antennensystem und einem Führungsinstrument;

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.

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

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.

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.

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.

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-

-' ■■' 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-

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.

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.

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.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Richtungseinstellung größerer optischer oder radioastronomischer Geräte in zwei Koordinaten mit Hilfe eines Servoantriebs, bei der ein Lichtstrahl in der mittels eines optisehen 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, dadurch gekennzeichnet., daß die Vorrichtung gegenüber der raum-. festen vertikalen Drehachse (HH' F i g. 2) bzw. (PP' F i g. 3) versetzt angeordnet ist, und daß die Versetzung am Gerät durch an sich bekannte optische Mittel (30; 31; 32; Fig. 2) bzw. (43 F i g. 3) ausgeglichen ist.

2. Teleskop nach Anspruch 1 mit azimutalgelagertem Führungsinstrument, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Führungsinstrument (20) exzentrisch gegen seine vertikale Drehachse (HH') versetzt angeordnet ist.

3. Teleskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsinstrument (20 bzw. 42) um die vertikale Achse (HH') des Antennensystems (F i g. 2) bzw. um die Stundenachse (PP' F i g. 3) drehbar gelagert ist.

4. Radioteleskop oder Radargerät nach Anspruch 1 mit äquatorialer Lagerung des Führungsinstrumentes, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzleitung durch die Stundenachse (PP') des Führungsinstrumentes (40) geführt ist.

5. Radioteleskop oder Radargerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stundenachse (PP' F i g. 3) des Führungsinstrumentes (40) als Hohlachse (44) ausgebildet ist und der Hohlleiter der Hochfrequenzleitung durch diese Hohlachse (44) geführt ist.

6. Radioteleskop oder Radargerät nach An-Spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Hohlleiter der Hochfrequenzleitung die hohle, an ihrem oberen und unteren Ende mit Drehkupplungen versehene Stundenachse (44) des Führungsinstrumentes (40) dient.

7. Radioteleskop oder Radargerät nach Anspruch 1 mit äquatorialer Lagerung des Führungsinstrumentes, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerdetektor (42) gegen die Stundenachse (PP') versetzt angeordnet und um diese Achse (PP') sowie um die Deklinationsachse (AA') drehbar gelagert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen