Fernrohr mit einem Lichtlenkpendel Seit langem sind optische Geräte - hauptsäch lich Nivelliergeräte - bekannt, deren Fernrohr mit einem zur selbsttätigen Einstellung der optischen Ziel linie dienenden, mittels der Schwerkraft bewegten Lichtlenker ausgerüstet ist. Bei den bisher verwen deten derartigen Geräten war man in der Hauptsache bestrebt, bei der nach dem Einvisieren des Fernrohrs hinterbliebenen Winkelabweichungen a irgendeiner Grösse durch den sich bewegenden Lichtlenker den Lichtstrahl mit einem a übertreffenden Winkel /3 auf die gewünschte Stelle der Fadenplatte zurückzulen ken.
Diese anhand der sogenannten Winkelvergrö sserung erfolgende Strahlenrücklenkung ist nötig, um den Strahllenker in der Nähe der Fadenplatte unter bringen zu können, einesteils, da mit Rücksicht auf den sich ständig vermindernden Durchmesser der konvergierenden Abbildungsstrahlkegel an dieser Stelle ein kleinerer Lichtlenker verwendet werden kann, anderseits, damit bei Fernrohren mit moderner Innenfokussierung der zwischen dem Mittelteil und dem Objektiv befindliche Raum notwendigerweise für andere optische Elemente frenbleiben kann.
Aus obigem folgt, dass der einfache physikalische Pendel von einer stabilen Gleichgewichtslage, der den Lichtstrahl höchstens um einen Winkel a, also ohne Winkelvergrösserung zurücklenkt, für obigen Zweck im allgemeinen nicht verwendbar ist, wo doch der selbe auf die bekannten, mit Winkelvergrösserung arbeitenden Lösungen bezogen, mehrere Vorteile verkörpern würde.
Erfindungsgemäss ist das Fernrohr mit einem Lichtlenkpendel, welcher die optische Ziellinie, bei in vorher bestimmten Grenzen erfolgenden Schwen kungen des Fernrohres selbsttätig in der vorgeschrie benen konstanten Richtung beibehält, gekennzeichnet, durch eine solche Ausbildung, dass der durch die am Pendel angeordneten Spiegelflächen zurückgeworfene, die optische Ziellinie des Fernrohres bestimmende Lichtstrahl zumindest zweimal zurückgeworfen wird, wobei die Ziellinie ausserdem einmal auch durch eine bezüglich des Fernrohres unbeweglich montierte Spie gelanordnung zurückgeworfen wird.
Unter solchen Bedingungen kommt nämlich die mit Hilfe einer Winkelvergrösserung auf optischem Wege erfolgende Strahlrücklenkung bereits bei der zweiten beweglichen Spiegelung zustande.
Der geschilderte Erfindungsgedanke kann in man nigfaltiger Weise verwirklicht werden. Die Fig. 1, 2 und 3 veranschaulichen beispielsweise Lösungen im Zusammenhang mit Nivelliergeräten.
Fig. 1 stellt das Fernrohr eines in der Zeichnungs ebene um den Winkel a geneigten Nivelliergerätes in Längsschnitt dar. Zum Zwecke einer entsprechen- deren übersichtlichkeit wurde das optische Abbil dungssystem bloss durch das resultierende Objektiv 1 ersetzt. Bei waagrechter Fernrohrstellung wird die optische Ziellinie durch die ihre Richtung an meh reren Stellen ändernde Strichpunktlinie 2 dargestellt.
Die auf die waagrechte Fernrohrstellung bezogende relative Lage der auf deml'ende13 befindlichenSpiegel- flächen ist durch die Strichpunktlinien 4 und 5 dar gestellt. Die Drehachse F des Pendels steht senkrecht zur Zeichnungsebene. Das reibungslose Arbeiten des Pendels wird durch eine bei den Pendeluhren be kannte Aufhängung auf einen oder mehrere Fäden 6 von beliebigem Querschnitt gewährleistet.
Wird das Fernrohr um einen bestimmten Winkel a geneigt, so ist der Pendel unter der Einwirkung der Schwerkraft bestrebt, seine Winkelstellung beizubehalten und wird demnach, auf die waagrechte Lage des Fernrohrs bezogen, relativ um den Winkel ca verschwenkt. Bezüglich des Faktors c, welcher in jedem Falle kleiner als die Einheit ist, wird der auf die Winkelver drehung ausgeübte Einfluss der Aufhängefäden berück- sichtigt. Es ist ein Vorteil, wenn bei Verwendung meh rerer Aufhängefäden diese in einer einzigen Ebene angeordnet werden.
Bei der in Fig. 1 dargestellten geneigten Stellung schreitet der im Punkt A eipla- gende waagrechte Lichtstrahl bezüglich der optischen Achse des Fernrohrs bis zum Punkte 6 in diver genter Lage fort, gemäss einem Winkel a auf die optische Achse des Fernrohrs bezogen. Unter Ein wirkung der auf dem Pendel 3 untergebrachten Spie gelfläche 8 bewegt sich der Lichtstrahl im Abschnitt <I>GH</I> bereits gemäss dem Winkel<I>(2 c-1) a</I> :in einer konvergenten Lage zur optischen Achse fort.
Dieses Mass der Konvergenz wird durch den Lichtstrahl auch weiterhin beibehalten, nachdem der Lichtstrahl vom Punkt H der auf das Fernrohr bezogen unbeweglich montierten Spiegelfläche 9 zurückgeworfen wurde und zwischen den Punkten<I>H</I> und<I>I</I> passiert hat.
Nachdem derselbe vom Punkt I der Spiegelfläche 10 zurückgeworfen worden ist, vergrössert sich der Win kel der Konvergenz auf (I <I>= (4 c-1) a.</I> Die Bedin gung dafür, dass der konvergente Strahl 11 auch in diesem Falle auf Punkt E der Fadenplatte falle, genau so, wie dies bei einer waagrechten Fernrohrstellung der Fall ist, ist, dass der Gleichung f = 2c (s1 + 2s2) (1) Genüge geleistet werden soll, wo f die resultierende Brennweite des optischen Systems,
s1 den Weg der ersten Strahlrücklenkung zwischen den Punkten G und 1, und s2 den Weg der zweiten Strahlenrücklen- kung zwischen 1 und E bedeutet. Die Gleichung (1) ist bei derartigen Werten des Winkels gültig, wo Näherungen von sin <I>a</I> .- : arc <I>a</I> und cos <I>a</I> .@ <I>1</I> unter Berücksichtigung der erwünschten Genauigkeit noch gestattet sind.
Der numerische Wert des im obigen bereits gekenn zeichneten Faktors c hängt bloss ,von den Abmessungen und dem Elastizitätsmodul der Aufhängefäden sowie vom Gewicht des Schwingungssystems ab, ist aber so lange von der Winkelverdrehung unabhängig, bis die Biegungsfestigkeit des oder der Anhängemittel 6 innerhalb der Grenze der Proportionalität verbleiben und bis der Wert von sing innerhalb des fraglichen und vorher bestimmten Gebietes als eine lineare Funktion angesprochen werden kann.
Das Arbeitsprinzip der beispielsweisen Aus führungsformen, die auf Fig. 2 in Längsschnitt und auf Fig. 3 perspektivisch dargestellt sind, stimmt mit dem anhand der Fig. 1 einge hend Geschilderten überein, so dass die in jenem Zusammenhang erörterten Erläuterungen sich sinn gemäss auch auf diese erstrecken.
Die dispositionellen Abweichungen sind: bei der Einrichtung laut Fig. 1 befindet sich die optische Achse des Instrumentes in einer Ebene und ist mit zwei beweglichen Spiegeln 8 und 10 und mit einem unbeweglichen Spiegel 9 versehen. Das durch das positive Okular wahrge nommene Bild ist aufrecht und seitenverkehrt. Wer den als Verspiegelungsflächen Prismen verwendet, kann durch eine Dachkantausbildung eines der beiden Prismen das durch das Okular beobachtete Bild seitenrichtig gestaltet werden.
Gemäss der Anordnung nach Fig. 2 befindet sich zwar die optische Achse des Instrumentes in einer Ebene, ist jedoch mit einem einzigen beweglichen Spiegel 8 und mit einem stillstehenden Spiegel 9 ausge rüstet. Das rasche Einstellen der Ziellinie wird durch die Dämpfungseinnichtung 14 unterstützt. Zur gün stigen Einstellung der Sichtungsrichtung wird auch noch ein Lichtlenker 15 untergebracht. Das durch das Okular 13 beobachtete Bild ist umgekehrt und seitenverkehrt.
Bei der beispielsweisen Ausführung nach Fig. 3 liegt die optische Achse nicht in einer Ebene, da die auf dem Pendel 3 untergebrachten zwei Spiegelflä chen 8 und 10 hintereinander und aufeinander senk recht stehend angeordnet sind und die Spiegelflächen 9, auf das Fernrohr bezogen, unbewegbar und eben falls in zwei zueinander senkrechten Ebenen ange ordnet sind. Das durch das Okular 13 beobachtete Bild ist selbst ohne Verwendung eines Dachkant prisma aufrecht. Bei sämtlichen Ausführungsformen sind die Pen del auf Fäden aufgehängt, trotzdem dass dies bloss bei Fig. 1 so dargestellt ist; bei den weiteren Bei spielen sind zwecks besserer Übersichtlichkeit ein fache Lagerungen dargestellt.
Gleichfalls können bei sämtlichen Ausführungs beispielen als Verspiegelungsflächen auch nach opti schen Gesetzmässigkeiten ausgebildete Prismen ver wendet werden, wie dies auch im Falle der Fig. 3 beispielsweise veranschaulicht ist. In einem solchen Falle muss aber, falls die Formel 1 angewendet wird bzw. bei der Einregelung des Instrumentes, auch der Einfluss des sogenannten Glasweges auf die Stelle der Bildebene in Betracht gezogen werden. Zweck mässig wird der Pendel bei sämtlichen Beispielen auch mit einem Schwingungsdämpfer versehen, wie dies in Fig. 2 dargestellt erscheint.
Der Pendel kann auch auf einen in umgekehrter V-Form angeordneten Faden so aufgehängt werden, dass sich die Schenkel des V dem Pendel, die Spitze hingegen dem unbeweglichen Teil anschliessen, durch welche Anordnung eine Vermeidung der Para sitenschwingungen herbeigeführt wird, aus welchem Grunde auch für keine Dämpfung gesorgt zu werden hat.
Beispielsweise Ausführungsformen einer solchen Pendelaufhängung zeigen Fig. 4 und 5. Fig. 4 stellt perspektivisch und skizzenartig den an den Fäden 6 aufgehängten Pendel 3 dar, auf welchen Pendel die der Drehungsachse F parallel, von derselben jedoch in verschiedenen Abständen liegenden, aus elektrisch leitendem Material hergestellten Bestandteile 20 und 21 montiert sind, die in das Kraftfeld der Perma nentmagnete 22 hineinragen. Die Anordnung ist zweckmässig solcherart, dass die Kraftlinien des Ma gnetfeldes auf die Ebenen- der Platten 20 und 21 senkrecht stehen.
Bekannterweise werden bei einer solchen Anordnung jegliche, in der Plattenebene erfolgende Bewegungen durch die entstehenden Wir belströme gebremst. Mit Rücksicht darauf, dass die Dämpfungsmittel 20 der Drehachse des Pendels näher liegen als das Dämpfungsmittel 21, werden die Schwingungen des Pendels 3 nicht bloss um die Achse F herum, sondern auch um jede beliebige Achse ge dämpft.
Fig. 5 stellt skizzenartig und perspektivisch eine Anordnung dar, bei welcher der Pendelkörper 3 in umgekehrter V-Form angeordneten, in dachförmigen Ebenen befindlichen Fäden 6 angehängt ist. Die Fäden schliessen sich der Dachkante entlang - die zugleich die Drehachse des Pendels F darstellt - dem unbeweglichen Teil 23 der Einrichtung an. Die auf der entgegengesetzten Seite der Fäden befindlichen Enden sind mit dem Pendelkörper 3 in Verbindung, an dessen unterem Ende der beispielsweise dargestellte Luftkammerschwingungsdämpfer untergebracht ist.
Bei der geschilderten Anordnung kann der Pendel bloss um die Achse X bzw. um die zu letzterer paral lelen Achsen herum ungedämpfte Schwingungen voll führen. Mit Rücksicht auf die dachartige Aufhän gung können um die auf der Figur dargestellten Achsen Y und Z und um die mit letzteren parallelen Achsen herum keine Parasitenschwingungen ent stehen, aus welchem Grunde diese nicht gedämpft zu werden brauchen.
Fig. 6 stellt schematisch ein Höhenwinkelmess- instrument dar, bei welchem die Lage der Teilungen 27 eines mit dem Winkelfernrohr 25 starr verbunde nen Kreises 26 als Beispiel zu dem in Fig. 1 darge stellten Fernrohr mit einem letzterem ähnlichen Mikroskop 28 abgelesen werden kann, bei welchem die selbsttätige Einstellung der Visierlinie im Zusam menhang mit Fig. 1 bereits eingehend beschrieben worden ist.
Telescope with a light deflecting pendulum Optical devices - mainly leveling devices - have been known for a long time, the telescope of which is equipped with a light deflector that is used to automatically adjust the optical target line and is moved by means of gravity. With the devices of this type used up to now, the main aim was to use the moving light guide to direct the light beam back to the desired point on the thread plate at an angle exceeding a / 3 when the angle deviation a of any size remained after the telescope had been sighted.
This beam deflection, which takes place on the basis of the so-called angular magnification, is necessary in order to be able to accommodate the beam deflector in the vicinity of the filament plate, on the one hand, because a smaller light deflector can be used at this point in view of the constantly decreasing diameter of the converging imaging beam cone, on the other hand, so that in telescopes with modern internal focusing the space located between the central part and the objective can necessarily remain free for other optical elements.
From the above it follows that the simple physical pendulum from a stable position of equilibrium, which deflects the light beam back at most by an angle α, i.e. without increasing the angle, is generally not usable for the above purpose, although it relates to the known solutions that work with increasing the angle , would embody several advantages.
According to the invention, the telescope with a light deflecting pendulum, which automatically maintains the optical target line in the prescribed constant direction when the telescope swings within predetermined limits, is characterized by such a design that the reflected back by the mirror surfaces arranged on the pendulum, the The light beam determining the optical target line of the telescope is reflected at least twice, the target line also being reflected once by a mirror arrangement which is immovably mounted with respect to the telescope.
Under such conditions, the beam deflection, which takes place optically with the help of an angle enlargement, already occurs during the second movable mirroring.
The inventive concept outlined can be implemented in a number of ways. Figures 1, 2 and 3 illustrate, for example, solutions in connection with leveling devices.
1 shows the telescope of a leveling device inclined by the angle α in the plane of the drawing, in longitudinal section. For the purpose of a corresponding clarity, the optical imaging system has merely been replaced by the resulting objective 1. When the telescope is in a horizontal position, the optical target line is represented by the dash-dotted line 2, which changes its direction at several points.
The relative position of the mirror surfaces located on the end of the telescope in relation to the horizontal telescope position is shown by the dash-dotted lines 4 and 5. The axis of rotation F of the pendulum is perpendicular to the plane of the drawing. The smooth operation of the pendulum is ensured by a suspension on one or more threads 6 of any cross-section that is known from the pendulum clocks.
If the telescope is tilted by a certain angle a, the pendulum tries to maintain its angular position under the action of gravity and is accordingly pivoted relative to the horizontal position of the telescope by the angle ca. With regard to the factor c, which is smaller than the unit in each case, the influence of the suspension threads exerted on the angular rotation is taken into account. It is an advantage if, when using several suspension threads, these are arranged in a single plane.
In the inclined position shown in FIG. 1, the horizontal light beam at point A advances with respect to the optical axis of the telescope to point 6 in a divergent position, according to an angle α with respect to the optical axis of the telescope. Under the action of the mirror surface 8 accommodated on the pendulum 3, the light beam in the section <I> GH </I> already moves according to the angle <I> (2 c-1) a </I>: in a convergent position to optical axis.
This degree of convergence is also maintained by the light beam after the light beam has been reflected back from point H of the mirror surface 9, which is immovably mounted in relation to the telescope, and between points <I> H </I> and <I> I </I> happened.
After the same has been reflected from point I of the mirror surface 10, the angle of convergence increases to (I <I> = (4 c-1) a. </I> The condition for the convergent beam 11 also in In this case, if it falls on point E of the thread plate, exactly as it is the case with a horizontal telescope position, the equation f = 2c (s1 + 2s2) (1) should be satisfied, where f is the resulting focal length of the optical Systems,
s1 means the path of the first beam return between points G and 1, and s2 the path of the second beam return between 1 and E. Equation (1) is valid for such values of the angle where approximations of sin <I> a </I> .-: arc <I> a </I> and cos <I> a </I>. @ < I> 1 </I> are still permitted, taking into account the desired accuracy.
The numerical value of the above already marked factor c depends only on the dimensions and the modulus of elasticity of the suspension threads as well as the weight of the vibration system, but is independent of the angular rotation until the flexural strength of the attachment means 6 is within the limit of the Proportionality remain and until the value of sing can be addressed as a linear function within the area in question and previously determined.
The working principle of the exemplary embodiments, which are shown in longitudinal section in FIG. 2 and in perspective on FIG. 3, agrees with what has been described in detail with reference to FIG. 1, so that the explanations discussed in that context also apply accordingly extend.
The dispositional deviations are: In the device according to FIG. 1, the optical axis of the instrument is in one plane and is provided with two movable mirrors 8 and 10 and one immovable mirror 9. The image seen through the positive eyepiece is upright and reversed. If you use prisms as mirrored surfaces, the image observed through the eyepiece can be designed the right way round by forming a roof edge on one of the two prisms.
According to the arrangement according to FIG. 2, although the optical axis of the instrument is in one plane, it is equipped with a single movable mirror 8 and a stationary mirror 9. The rapid setting of the finish line is supported by the damping device 14. A light guide 15 is also housed for favorable setting of the viewing direction. The image observed through the eyepiece 13 is reversed and reversed.
In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the optical axis is not in one plane, since the two Spiegelflä chen 8 and 10 housed on the pendulum 3 are arranged one behind the other and perpendicular to one another and the mirror surfaces 9, based on the telescope, are immovable and also if they are arranged in two mutually perpendicular planes. The image observed through the eyepiece 13 is erect even without using a roof prism. In all embodiments, the pendulum are suspended on threads, although this is only shown in FIG. 1; In the case of the other examples, simple bearings are shown for the sake of clarity.
Likewise, prisms designed according to optical principles can also be used in all embodiment examples as mirrored surfaces, as is also illustrated in the case of FIG. 3, for example. In such a case, however, if formula 1 is used or when adjusting the instrument, the influence of the so-called glass path on the position of the image plane must also be taken into account. In all examples, the pendulum is expediently provided with a vibration damper, as shown in FIG.
The pendulum can also be hung on a thread arranged in an inverted V-shape in such a way that the legs of the V join the pendulum while the tip joins the immovable part, which arrangement avoids parasitic oscillations, for whatever reason no attenuation has to be taken care of.
Examples of embodiments of such a pendulum suspension are shown in FIGS. 4 and 5. FIG. 4 shows in perspective and sketch-like manner the pendulum 3 suspended on the threads 6, on which pendulums are made of electrically conductive material, parallel to the axis of rotation F, but at different distances from it Manufactured components 20 and 21 are mounted, the nentmagnete 22 protrude into the force field of the Perma. The arrangement is expedient such that the lines of force of the magnetic field on the planes of the plates 20 and 21 are perpendicular.
It is known that in such an arrangement, any movements occurring in the plane of the plate are braked by the resulting Bel currents. With regard to the fact that the damping means 20 are closer to the axis of rotation of the pendulum than the damping means 21, the oscillations of the pendulum 3 are not only damped around the axis F, but also around any axis.
FIG. 5 shows a sketch-like and perspective view of an arrangement in which the pendulum body 3 is attached to threads 6 arranged in an inverted V shape and located in roof-shaped planes. The threads join the edge of the roof - which also represents the axis of rotation of the pendulum F - the immovable part 23 of the device. The ends located on the opposite side of the threads are connected to the pendulum body 3, at the lower end of which the air-chamber vibration damper, shown for example, is accommodated.
In the arrangement described, the pendulum can only lead to full undamped oscillations around the axis X or around the axes parallel to the latter. With regard to the roof-like suspension, no parasite vibrations can arise around the axes Y and Z shown in the figure and around the axes parallel to the latter, for which reason they do not need to be damped.
6 schematically shows an elevation angle measuring instrument in which the position of the divisions 27 of a circle 26 rigidly connected to the angled telescope 25 can be read as an example of the telescope shown in FIG. 1 with a microscope 28 similar to the latter which the automatic adjustment of the line of sight in connexion with Fig. 1 has already been described in detail.