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Patent Searching and Data


Title:
SHADOW-FREE REFLECTING TELESCOPE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/137666
Kind Code:
A3
Abstract:
The invention relates to a reflecting telescope comprising a primary mirror (1) and a secondary mirror which is arranged outside the beam path of the incident parallel light beam (2). According to the invention, the primary mirror (1) reflects the incident light beam (2) onto the secondary mirror (3) at an angle of substantially 90°. Furthermore, the reflective surfaces of the primary mirror (1) and/or the secondary mirror (3) are rotationally symmetrical surfaces of the second order, the reflective surface of the primary mirror (1) being located outside the axis of rotation (5) of the rotationally symmetrical surface (6).

Inventors:
KOCH, Burkhard (Rathausstrasse 20, Herne, 44649, DE)
Application Number:
EP2007/003782
Publication Date:
February 21, 2008
Filing Date:
April 28, 2007
Export Citation:
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Assignee:
KOCH, Burkhard (Rathausstrasse 20, Herne, 44649, DE)
International Classes:
G02B17/06
Foreign References:
US20030214736A12003-11-20
JPH1010428A1998-01-16
EP1286208A12003-02-26
Attorney, Agent or Firm:
SCHNEIDERS & BEHRENDT (Huestrasse 23, Bochum, 44787, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Spiegelteleskop mit einem Hauptspiegel (1 ) und einem außerhalb des Strahlengangs des einfallenden parallelen Lichtbündels (2) angeordneten Sekundärspiegel (3), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Hauptspiegel (1 ) das einfallende Lichtbündel (2) unter einem Winkel von im Wesentlichen 90° auf den Sekundärspiegel (3) reflektiert.

2. Spiegelteleskop nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen Spiegelträger (11 ), an welchem der Hauptspiegel (1 ) und der

Sekundärspiegel (3) angeordnet sind, wobei der Spiegelträger (11 ) mittels einer Teleskopmontierung um eine erste Drehachse (12) drehbar ist, welche mit der Achse des von dem Hauptspiegel (1 ) reflektierten Lichtbündels zusammenfällt.

3. Spiegelteleskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegelträger (11 ) mittels der Teleskopmontierung um eine zu der ersten

Drehachse (12) senkrechte, zweite Drehachse (13) drehbar ist.

4. Spiegelteleskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptspiegel (1) ein gegen die Richtung des einfallenden Strahlenbündels (2) geneigter torischer Hohlspiegel ist.

5. Spiegelteleskop nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsflächen des Hauptspiegels (1 ) und/oder des Sekundärspiegels (2) rotationssymmetrische Flächen 2. Ordnung sind.

6. Spiegelteleskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche des Hauptspiegels (1 ) außerhalb der Rotationsachse (5) der rotationssymmetrischen Fläche (6) angeordnet ist.

7. Spiegelteleskop nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, 5 dass die Reflexionsfläche des Hauptspiegels (1 ) durch ein

Rotationsparaboloid (6) gebildet ist.

8. Spiegelteleskop nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche des Sekundärspiegels (3) durch ein Hyperboloid (9) oder ein Ellipsoid (7) gebildet ist.

lo 9. Spiegelteleskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche des Sekundärspiegels (3) durch ein Ellipsoid (7) oder Hyperboloid (9) gebildet ist, wobei der Fokus (F) des Hauptspiegels (1 ) mit einem der Brennpunkte (Fi) des Ellipsoids (7) oder Hyperboloids (9) zusammenfällt.

i5 10. Spiegelteleskop nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Satz von wenigstens zwei austauschbaren Sekundärspiegeln (3), die sich hinsichtlich der Form ihrer Reflexionsfläche und/oder ihrer Anordnung im Strahlengang unterscheiden.

11. Spiegelteleskop nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 20 gekennzeichnet durch eine dem Sekundärspiegel (3) zugeordnete

Okularoptik (4).

12. Spiegelteleskop mit einem Hauptspiegel (1 ) und einem außerhalb des Strahlengangs des einfallenden parallelen Lichtbündels (2) angeordneten Sekundärspiegel (3), 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Reflexionsflächen des Hauptspiegels (1 ) und/oder des Sekundärspiegels (3) rotationssymmetrische Flächen 2. Ordnung sind, wobei

die Reflexionsfläche des Hauptspiegels (1 ) außerhalb der Rotationsachse (5) der rotationssymmetrischen Fläche (6) angeordnet ist.

13. Spiegelteleskop nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche des Hauptspiegels (1 ) durch ein Rotationsparaboloid (6) gebildet ist.

14. Spiegelteleskop nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche des Sekundärspiegels (3) durch ein Hyperboloid (9) oder ein Ellipsoid (7) gebildet ist.

Description:

Abschattunαsfreies Spiegelteleskop

Die Erfindung betrifft ein Spiegelteleskop mit einem Hauptspiegel und einem außerhalb des Strahlengangs des einfallenden parallelen Lichtbündels angeordneten Sekundärspiegel.

In der optischen Astronomie werden Teleskope bekanntlich eingesetzt, um entfernte Himmelskörper so abzubilden, dass sie unter einem größeren Sehwinkel erscheinen und dem Auge ein helleres und vergrößertes Bild zugeführt wird. Die von weit entfernten Objekten, z. B. Sternen, auf das Auge einfallenden Strahlen verlaufen annähernd parallel und können ohne Akkommodation auf der Netzhaut abgebildet werden. Die aus einem Teleskop austretenden Strahlen sollten daher ebenfalls parallel sein. Im sichtbaren Wellenlängenbereich unterscheidet man zwischen Linsenteleskopen (Refraktoren) und Spiegelteleskopen (Reflektoren). Leistungsfähige Teleskope für astronomische Anwendungen werden heutzutage fast ausschließlich als Reflektoren gebaut. Im Gegensatz zu den Refraktoren leiden sie nicht an chromatischer und sphärischer Aberration und absorbieren kein Licht. Als lichtsammelndes Element weisen astronomische Spiegelteleskope einen üblicherweise parabolisch geschliffenen Hauptspiegel (oder Primärspiegel) auf. Der Hauptspiegel reflektiert bei herkömmlichen Spiegelteleskopen das einfallende parallele Lichtbündel zurück in Richtung des abzubildenden entfernten Objektes. Im Strahlengang des einfallenden parallelen Lichtbündels ist ein Sekundärspiegel (oder Fangspiegel) angeordnet, der das Licht aus dem Strahlengang des einfallenden Lichtbündels heraus in ein Okular reflektiert. Bei bekannten Spiegelteleskopen vom Newton-Typ ist der Sekundärspiegel ein um 45° gegen die Lichteinfallsrichtung geneigter Planspiegel. Großteleskope sind

jedoch in der Regel als Cassegrain-Teleskope gebaut. Sie besitzen in der Mitte des Hauptspiegels eine Bohrung. Der Sekundärspiegel ist hyperbolisch geschliffen und reflektiert das Licht durch diese Bohrung in das Okular.

Spiegelteleskope der zuvor beschriebenen Art leiden unter der kontrast- mindernden Abschattung durch den im Strahlengang des einfallenden Lichtbündels befindlichen Sekundärspiegel sowie dessen meist vorhandene Tragkonstruktion.

Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der EP 0 964 283 B1 , sind so genannte Schiefspiegier vorbekannt. Dabei handelt es sich um abschattungsfreie Spiegelteleskope, die im Allgemeinen aus einer Mehrzahl von Spiegeln in unterschiedlich gekippter Anordnung und mit unterschiedlich geformten Reflexionsflächen (konkav, konvex, torisch, parabolisch, hyperbolisch und dergl.) bestehen. Durch die Verkippung des Hauptspiegels entstehen Abbildungsfehler, nämlich vor allem Astigmatismus, die sich äußerst negativ auf die Abbildungsqualität auswirken. Zwar befindet sich bei den bekannten Schiefspiegiern der (oder die) Sekundärspiegel außerhalb des Strahlengangs des einfallenden parallelen Lichtbündels, so dass keine Kontrastminderung durch Abschattung auftritt. Die bekannten Schiefspiegier haben allerdings den Nachteil, dass ein vergleichsweise großer Aufwand zur Korrektur der Abbildungsfehler getrieben werden muss. Zudem bauen die bekannten

Schiefspiegier meist recht sperrig und sind umständlich zu handhaben, nicht zuletzt aufgrund der zahlreichen Justiermöglichkeiten der aufwendigen Spiegelanordnungen.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, ein abschattungsfreies Spiegelteleskop bereitzustellen, das kompakt baut und einfach zu handhaben ist. Außerdem soll ein Spiegelteleskop geschaffen werden, das möglichst kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe löst die Erfindung ausgehend von einem Spiegelteleskop der eingangs genannten Art dadurch, dass der Hauptspiegel das einfallende Lichtbündel unter einem Winkel von im Wesentlichen 90° auf den

Sekundärspiegel reflektiert.

Das erfindungsgemäße Spiegelteleskop ist abschattungsfrei und kann kostengünstig hergestellt werden, da lediglich zwei Spiegel, nämlich der Hauptspiegel und der Sekundärspiegel, benötigt werden. Außerdem lässt sich eine besonders kompakte und einfach handhabbare Bauweise erzielen.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops ist, dass das auf den Sekundärspiegel reflektierte Lichtbündel so geführt werden kann, dass der Strahlengang des reflektierten Lichts mit der Deklinationsachse der Teleskopmontierung zusammenfällt. Damit ist eine besonders kompakte, schwingungsarme Teleskopmontierung möglich. Die sonst häufig übliche Verwendung von Gegengewichten kann bei der Teleskopmontierung des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops entfallen. Zweckmäßigerweise ist also bei dem erfindungsgemäßen Spiegelteleskop ein Spiegelträger vorgesehen, an welchem der Hauptspiegel und der Sekundärspiegel angeordnet sind, wobei der Spiegelträger mittels der Teleskopmontierung um eine erste Drehachse (die Deklinationsachse) drehbar ist, welche mit der Achse des von dem Hauptspiegel reflektierten Lichtbündels zusammenfällt. Die Deklinationseinstellung erfolgt dann einfach durch Verdrehen des Spiegelträgers um die Achse des von dem Hauptspiegel reflektierten Lichtbündels herum. Zweckmäßigerweise ist ein Teleskoprohr des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops konzentrisch zu der ersten Drehachse angeordnet. Zur Einstellung der Deklination muss dann lediglich das Teleskoprohr um seine Längsachse verdreht werden.

Für die Nachführung des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops sollte außerdem mittels der Teleskopmontierung eine Drehung des Spiegelträgers um eine zu der ersten Drehachse senkrechte, zweite Drehachse möglich sein. Azimutale oder parallaktische Montierungen sind gleichermaßen möglich.

Der Hauptspiegel des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops sollte nach Möglichkeit so ausgebildet sein, dass Abbildungsfehler durch die Ablenkung des einfallenden Lichtbündels um 90° erst gar nicht auftreten. Hierzu kann der Hauptspiegel beispielsweise als torischer Hohlspiegel ausgebildet sein, der gegen die Richtung des einfallenden Strahlenbündels (um 45°) geneigt ist. Der torische Hohlspiegel weist unterschiedliche Krümmungsradien auf. Dadurch wird das Auftreten eines Astigmatismus verhindert. Für die erfindungsgemäße

Knickung des Strahlengangs um 90° sollte ein Krümmungsradius des torischen Hohlspiegels doppelt so groß sein wie der andere Krümmungsradius (n = 2 r 2 ).

Es zeigt sich, dass das erfindungsgemäße Spiegelteleskop besonders einfach realisiert werden kann, wenn die Reflexionsflächen des Hauptspiegels und/oder des Sekundärspiegels rotationssymmetrische Flächen 2. Ordnung sind. Damit die gewünschte Knickung des Strahlengangs um 90° erfolgt und gleichzeitig Abbildungsfehler vermieden werden, sollte dabei die Reflexionsfläche des Hauptspiegels außerhalb der Rotationsachse der rotationssymmetrischen Fläche angeordnet sein.

Die Reflexionsfläche des Hauptspiegels kann beispielsweise durch ein Rotationsparaboloid gebildet sein, wobei die Rotationsachse des Rotations- paraboloids parallel zur Richtung des einfallenden Lichtbündels verläuft. Das außerhalb der Rotationsachse des Rotationsparaboloids auf den Hauptspiegel auftreffende Licht wird dann unter einem Winkel von im Wesentlichen 90° in Richtung auf den Fokus des Rotationsparaboloids reflektiert.

Die Reflexionsfläche des Sekundärspiegels kann vorteilhafterweise durch ein Hyperboloid oder ein Ellipsoid gebildet sein. Durch diese Formgebung des Sekundärspiegels ist sichergestellt, dass die Abbe'sche Sinusbedingung (zumindest näherungsweise) erfüllt ist. Dies ist eine wichtige Voraussetzung dafür, dass das erzeugte Bild eine getreue Wiedergabe des mit dem Teleskop betrachteten Objekts ist. Der Fokus des Hauptspiegels sollte mit einem der Brennpunkte des Sekundärspiegels zusammenfallen. Das auf den Sekundärspiegel von dem Hauptspiegel einfallende Lichtbündel wird dann auf den zweiten Brennpunkt des Sekundärspiegels fokussiert. Dadurch ist die Anordnung der Okularoptik vorgegeben.

Es zeigt sich, dass die Brennweite des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops sehr einfach durch Austausch des Sekundärspiegels variiert werden kann. Zweckmäßigerweise ist daher bei dem erfindungsgemäßen Spiegelteleskop ein Satz von wenigstens zwei austauschbaren Sekundärspiegeln vorgesehen, die sich hinsichtlich der Form ihrer Reflexionsfläche und/oder ihrer Anordnung im

Strahlengang unterscheiden. Die Brennweite des Spiegelteleskops hängt von

der Form der Reflexionsfläche des Sekundärspiegels sowie von der Anordnung des Sekundärspiegels im Strahlengang ab. Durch entsprechende Wahl dieser Parameter kann die effektive Brennweite des Teleskops vorgegeben werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da sich durch einfachen Austausch des Sekundärspiegels verschiedene Brennweiten mit jeweils ein und demselben Hauptspiegel kostengünstig realisieren lassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Darstellung des Strahlengangs bei einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops;

Fig. 2 Darstellung des Strahlengangs bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops;

Fig. 3 Darstellung des Strahlengangs bei einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops;

Fig. 4 erfindungsgemäßes Spiegelteleskop mit parallaktischer Teleskopmontierung;

Fig. 5 erfindungsgemäßes Spiegelteleskop mit azimutaler Teleskopmontierung.

Die Fig. 1 bis 3 veranschaulichen anhand von drei verschiedenen Ausführungsbeispielen schematisch den Strahlengang des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops.

Das Spiegelteleskop weist einen Hauptspiegel 1 auf, auf den ein einfallendes paralleles Lichtbündel 2 auftrifft. Der Hauptspiegel 1 reflektiert das einfallende Lichtbündel 2 unter einem Winkel von im Wesentlichen 90° auf einen Sekundärspiegel 3. Der Sekundärspiegel 3 reflektiert das Licht sodann in ein Okular 4.

Bei den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Reflexionsflächen des Hauptspiegels 1 und des Sekundärspiegels 3 rotationssymmetrische Flächen 2. Ordnung. Die Reflexionsfläche des Hauptspiegels 1 ist bei sämtlichen Ausführungsbeispielen außerhalb der Rotationsachse 5 der rotationssymmetrischen Fläche angeordnet. Die Rotationsfläche des Hauptspiegels 1 ist bei den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen durch ein Rotationsparaboloid 6 gebildet. Die Rotationsachse 5 des Rotations- paraboloids 6 ist parallel zur Einfallsrichtung des Lichtbündels 2.

Wie in den Fig. 1 bis 3 zu erkennen ist, werden die in unterschiedlichem Abstand von der Rotationsachse 5 auf den Hauptspiegel 1 einfallenden Lichtstrahlen des Lichtbündels 2 unter stark unterschiedlichen Winkeln (5,453° und 6,026° bzw. 2,794° und 2,938°) auf den Fokus F reflektiert. Die Reflexionsflächen des Sekundärspiegels 3 sind bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen durch Ellipsoide gebildet. Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Reflexionsfläche des Sekundärspiegels durch ein Hyperboloid gebildet. Die ellipsoide bzw. hyperboloide Formgebung sorgt dafür, dass, wie in den Fig. 1 bis 3 zu erkennen ist, die verschiedenen Lichtstrahlen unter jeweils gleichen Winkeln (2,864°, 5,725° und 1 ,432° bzw. 5,725°, 11 ,421° und 2,864°) in das Okular 4 reflektiert werden. Somit sorgt die Formgebung der Reflexionsfläche des Sekundärspiegels 3 dafür, dass die Abbe'sche Sinusbedingung bei dem erfindungsgemäßen Spiegelteleskop (näherungsweise) eingehalten ist.

Bei den Ausführungsbeispielen, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, sind die Sekundärspiegel jeweils unterschiedlich im Strahlengang angeordnet. Außerdem sind die Reflexionsflächen der Sekundärspiegel unterschiedlich geformt. Bei beiden Ausführungsbeispielen fallen der Fokus F des Hauptspiegels und ein Brennpunkt Fi des Ellipsoids 7 zusammen. Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch der Winkel (26,565°) zwischen der Rotationsachse 5 des Paraboloids 6 und der großen Halbachse 8 des Ellipsoids 7 deutlich kleiner als bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel (63,435°). Das Okular 4 befindet sich jeweils im zweiten Brennpunkt F 2 des Ellipsoids 7. Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich aufgrund der abgeänderten Anordnung des Sekundär-

spiegeis 3 und aufgrund der anderen Form der Reflexionsfläche des Sekundärspiegels 3 eine gegenüber dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel halbierte effektive Brennweite des Spiegelteleskops.

Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Form der Reflexionsfläche des Sekundärspiegels 3 durch ein Hyperboloid 9 gebildet. Die hyperboloide Formgebung der Reflexionsfläche sorgt wiederum dafür, dass die Abbe'sche Sinusbedingung, die essentiell für die Qualität der Abbildung ist, eingehalten wird. Auch bei der hyperboloiden Formgebung des Sekundärspiegels 3 ist, wie in der Fig. 3 zu erkennen ist, die Rotationsachse 10 des Hyperboloids 9 gegenüber der Rotationsachse 5 des Paraboloids 6 geneigt.

Die Fig. 1 bis 3 veranschaulichen ein wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops, das darin besteht, dass die Reflexionsfläche des Hauptspiegels 1 eine rotationssymmetrische Fläche 2. Ordnung ist, wobei der Hauptspiegel 1 außerhalb der Rotationsachse 5 dieser rotationssymmetrischen Fläche 6 angeordnet ist.

Ein weiteres wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops ist, dass das einfallende Lichtbündel 2 durch den Hauptspiegel 1 unter einem Winkel von im Wesentlichen 90° auf den Sekundärspiegel 3 reflektiert wird.

Die Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Spiegelteleskop mit parallaktischer Teleskopmontierung. Der Hauptspiegel 1 und der Sekundärspiegel 3 sind an einem gemeinsamen Spiegelträger angeordnet. Bestandteil des Spielträgers ist ein Teleskoprohr 11 , das konzentrisch zu der Achse des von dem Hauptspiegel 1 reflektierten Lichtbündels angeordnet ist. Das Teleskoprohr 11 ist um seine Längsachse 12 drehbar. Zur Verstellung der Deklination wird das Teleskoprohr 11 um die erste Drehachse 12 verdreht. Zum Nachführen ist eine zweite Drehachse 13 vorgesehen, die senkrecht zu der ersten Drehachse 12 angeordnet ist. Bei der parallaktischen Montierung bildet die Drehachse 13 die so genannte Stundenachse. Weiterhin ist in der Fig. 4 zu erkennen, dass dem Sekundärspiegel 3 eine Okularoptik 4 zugeordnet ist.

Die Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Spiegelteleskop mit azimutaler Teleskopmontierung, wie sie sich insbesondere für Großgeräte eignet. Der Primärspiegel 1 befindet sich im Mittelpunkt und ist um die horizontal ausgerichtete Deklinationsachse 12 drehbar. Hierbei bewegt sich der Sekundärspiegel 3 auf einer Kreisbahn 14 um den Hauptspiegel 1 herum.