Horizontiervorrichtung für Nivellierfernrohre
Es sind Nivellierinstrumente bekannt, bei denen die Ziellinie des Fernrohrs mit Hilfe einer optischen Horizontiervorrichtung selbsttätig genau horizontal gehalten wird, und zwar auch dann, wenn das Fernrohr innerhalb gewisser Grenzen geneigt ist. Die selbsttätige Funktion Ider Bauelemente der Hori zontiervorrichtung beruht auf dem Gesetz der Schwerkraft. Bei den meisten Idieser Geräte gingen die Bemühungen der Konstrukteure dahin, die Knik- kung des Strahlenganges so wirkungsvoll als möglich, d. h. mit sogenannter Winkelvergrösserung, zu gestalten. Dies kann um so wirkungsvoller erreicht werden, je näher man die Horizontiervorrichtung zur Strichplatte anzuordnen in der Lage ist.
Hieraus ergaben sich nämlich drei Vorteile: a) Im mittleren Teil des Fernrohrs bleibt mehr Platz für die Schiebelinse, wodurch die Fernrohr- länge - bei gegebener Brennweite - kürzer gehalten werden kann. b) Dadurch, dass sich der bilderzeugende Strahlenkegel in Richtung Brennebene (Strichplatte) kontinuierlich verjüngt, kann man in der Nähe der Strichplatte kleinere und leichtere Spiegel oder Prismen als Bauelemente der Horizontiervorrichtung anbringen. c) Die unvermeidlichen Ungenauigkeiten der lichtknickenden Spiegel oder Prismen beeinflussen die Bildgüte in der Nähe der Brennebene weniger.
Die Winkelvergrösserung wird in den meisten Fällen auf mechanischem Wege verwirklicht. Bei dieser bekannten Lösung konnte man jedoch nicht einen einfachen physikalischen Pendel verwenden.
Man benutzte für die Befestigung der lichtknickenden Elemente eine Vorrichtung, z. B. ein auf dem Prinzip der Schwerkraft beruhendes Gelenkviereck, deren Winkelausschlag grösser war als der Neigungswinkel des Fernrohrs. Diese bekannten mechanischen Vorrichtungen für die Winkelvergrösserung sind jedoch den einfachen physikalischen Pendeln unterlegen. Sie verfügen über ein kleineres Direktionsmoment, wodurch ihre Einstellgenauigkeit geringer ist, ausserdem verfügen sie bei Temperaturschwankungen nicht über die gefor, eerte Stabilität.
Auf dieser Erkenntnis beruhend, entwickelte man auch eine Horizontiervorrichtung, bei der man die oben erwähnten Vorteile unberücksichtigt liess und sie mit einem einfachen physikalischen Pendel ausrüstete. Es wurden auch solche Typen entwickelt, bei denen versucht wurde, die fehlende mechanische Winkelvergrösserung des physikalischen Pendels auf optischem Wege durch mehrfache Spiegelung zu ergänzen. Beim letzteren Typ - bei dem ausser der doppelten Spiegelung an den Elementen des physikalischen Pendels auch eine Reflexion an dem mit dem Fernrohrkörper fest verbundenen Spiegel stattìndet- ist die Winkelvergrösserung von vorbestimmtem Wert. Die Winkelvergrösserung könnte nur dann erhöht werden, wenn man die Zahl der Spiegelungen an den Elementen des physikalischen Pendels erhöhen würde.
Diese Methode wird jedoch nicht angewendet, da die vielfache Spiegelung mit schädlichen Lichtverlusten verbunden ist. Wird ausserdem die Anzahl der Spiegelungen um nur eine Spiegelung erhöht, so erhöht sich als Folgeerscheinung Idie Winkelvergrösserung auf ein unerwünscht hohes Mass.
Gegenstand dieser Erfindung ist eine Horizontiervorrichtung, deren Ausführung es ermöglicht, die Wirkung der optischen Winkelvergrösserung zu steigern, ohne dass die Anzahl der spiegelnden Flächen erhöht wird bzw. ohne Verwendung der mechanischen Winkelvergrösserung. Die Erfindung beruht auf der richtigen Wahl und Anordnung des Achsendrehpunktes eines physikalischen pendels. Bei den bisher bekannten Lösungen war der Achsendrehpunkt des physikalischen Pendels zu den spiegelnden Flächen am Pendel symmetrisch angeordnet.
Nach Ider Erfindung wird dieser Punkt asymmetrisch angeordnet, und zwar an einer so gewählten Stelle, dass die algebraische Summe der auf die optische Achse gefällten Projektion der Strecke vom Durchstosspunkt der optischen Achse an der einen spiegelnden Fläche bis zur senkrechten Projektion der Pendeldrehachse an dieser spiegelnden Fläche, und der auf die optische Achse gefällten Projektion der Strecke vom Durchstosspunkt der optischen Achse an der anderen spiegelnden Fläche bis zur senkrechten Projektion der Pendel drehachse an der anderen spiegelnden Fläche gegen das Objektiv hin zeigt.
Im Falle der Erfüllung obiger Bedingung ergibt sich eine zusätzliche Wirkung, die gleichrangig mit der optischen Winkelvergrösserung ist; die am Pendel befindlichen spiegelnden Flächen üben nämlich auf die Lichtstrahlen nicht nur eine ablenkende Wirkung aus, sondern versetzen diese in bezug auf die opti sche Achse. Daraus folgt, dass die spiegelnden Elemente der Strichplatte näher gebracht werden können, wodurch die eingangs erwähnten Vorteile verwirklicht bzw. gesteigert werden können.
Fig. 1 zeigt zum Vergleich eine bekannte Hori zontiervorrichtung im Schnitt. Das Pendel 1 dreht sich gemeinsam mit den spiegelnden Flächen 2 und 3 um die optische Achse T-T, welche auf der zu Iden Punkten B und C symmetrischen Geraden 4 langeordnet ist. Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, dass die Abstände der Projektionen der Drehachse auf die spiegelnden Flächen von den Punkten B und C gleich gross sind, so dass auch die waagrechten Projektionen der Vektoren BE und CF gleich gross sind und nach entgegengesetzten Richtungen zeigen, und ihre algebraische Summe also 0 ist. Demzufolge wird das Mass der Lichtstrahlenknickung lediglich durch die relative Winkelablenkung des Pendels in bezug auf das Fernrohr bestimmt.
Das Pendel muss man einem vorbestimmten Abstand vor der Strichplatte 6 anbringen, wenn man den bei A ins Objektiv. einfallenden horizontalen Lichtstrahl 7 nach seiner erfolgten Ablenkung um den Winkel d im Punkt der Strichplatte 6 zum Schnitt bringen will.
Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung einer Ausführungsform nach der Erfindung.
Die Abbildungsmassstäbe von Fig. 1 und 2 sind gleich. Auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 befinden sich am Pendel 1 zwei spiegelnde Flächen.
Der Drehpunkt der Pendel achse liegt aber nicht in der Symmetrielinie 4 des Pendelkörpers, sondern asymmetrisch bei U-U. Der Fusspunkt der senkrechten Projektion des Drehpunktes U-U auf die spiegelnde Fläche 2 ist mit E, jener auf die geometrische Verlängerung der spiegelnden Fläche 3 mit F bezeichnet. B und C sind idie Durchstossungspunkte der optischen Achse an den spiegelnden Flächen.
Die Summe der Projektionen der Vektoren BE und CF zeigt auf die optische Achse gegen das Objektiv A hin (positive Richtung).
Demzufolge schneidet der bei A ins Objektiv einfallende horizontale Lichtstrahl die die Strichplatte 6 ebenfalls durchstossende optische Achse früher. Das heisst, dass der Abstand D-C bei der Ausführungsform nach der Erfindung kleiner ist als bei der Ausführung bekannter Art gemäss Fig. 1. Ausserdem erweitert sich der für die Schiebelinse zur Verfügung stehende Raum in grösserem Masse, als dies der Unterschied der beiden Abstände D-C ausmacht.
Dies ergibt sich daraus, ; dass bei der Ausführung nach der Erfindung kleinere optische Bauelemente (Prismen) verwendet werden können, wodurch die Abmessungen der Horizontiervorrichtung weiter gesenkt werden können.