Messfernrohr
Die Erfindung betrifft ein Messfernrohr mit mindestens einem Markenträger in der Bildebene des Objektivs sowie mechanischen Mitteln zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die Bildweite. Derartige Messfernrohre werden vornehmlich zu Richtungsmes- sungen verwendet, bei denen die Neigung eines Projek tionsstrahlenganges gegenüber der Ziellinie des Fernrohrs an Hand einer in der Fernrohrbildebene befindlichen Skala gemessen wird.
Bekanntlich üben Abweichungen von einer be stimmten Bezugstemperatur erhebliche Einflüsse auf Messfernrohre und die mit ihnen durchzuführenden Messungen aus. Temperaturänderungen, die im wesentlichen das gesamte Messfernrohr betreffen, bewirken durch Beeinflussung der Optikbauteile und deren Fassungen eine Brennweiten-oder Bildweitenveränderung des optischen Systems des Messfernrohrs und durch Beeinflussung des Fernrohrkörpers eine Anderung des Abstandes zwischen Fernrohrobjektiv und Strichpiatte.
Diese Anderungen miissen nicht in der gleichen Richtung erfolgen und sind letztlich nicht gleich. hIan hat bei Messfernrohren bisher die Temperatureinflüsse im Vertrauen darauf in Kauf genommen, dass die durch sie erzeugten Fehler die zulässigen Toleranzen nicht iibersteigen. Mit zunehmenden Genauigkeitsansprüchen unter den unterschiedlichsten Temperaturen ist diese Annahme jedoch nicht mehr gerechtfertigt. Bei Messfernrohren, bei denen die SchrÏgstellung eines entfernten Reflektors an in der Objektivbildebene befind- lichen Skalen gemessen werden, kommt es auf eine genaue Einhaltung des Abstandes des Skalen-oder Mar kenträgers vom Objektiv ebenso an wie auf eine genaue Einhaltung der Brennweite.
Eine durch Tempera turänderungen bewirkte Änderung des Abstandes bringt eine Bildunschärfe in der Objektivbildebene hervor, während eine durch Temperaturänderungen bewirkte Brennweitenänderung eine Verschiebung der Objektivbildebene zur Folge hat. Die Veränderung der Brenn- weite zieht aber eine Abweichung dei Skalenintervalle von ihrem Eichwert und damit Fehlmessungen nach sich.
Bei grösseren astronomischen Spiegelteleskopen wurden bereits mechanische Mitte ! zur Kompensation desjenigen Einflusses der Temperatur verwendet, der eine Anderung der Lage der Fokalebene oder eine unscharfe Abbildung bewirkt. Eine temperaturbedingte Anderung der Brennweite wird bei den astronomischen Teleskopen nicht kompensiert und braucht auch nicht kompensiert zu werden.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Schaffung eines Linsen als Abbildungsglieder besitzenden Messfernrohrs, bei dem der Einfluss der Temperatur auf den Abstand von Objektiv und Strichplatte sowie auf die Brennweite vöttig oder so gut wie völlig kom pensiert ist.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Kombination folgender Alerkmale gelöst : 1. Das Objektiv besteht aus mindestens zwei Glie- dern ;
2. mindestens eines der Objektivglieder und/oder der ISlarkenträger ist ! sind axial verschiebbar gelagert ;
3. das oder die verschiebbar gelagerten Teile sind mit Hlilfe der mechanischen Mittel mit dem Fernrohrkörper verbunden.
Die mechanischen Mittel zur Kompensation de Temp. ratureinflusses könllen besondere, im Fernrohrgehäuse angeordnete Hohlkörper oder Stäbe sein. ER ist aber auch möglich, die Vfaterialien von Fernrohrgehäuse und Fassung der Objektivglieder und Markenträ- ger so zu wähien, dass durch sie wenigstens ein Tei. des Temperatureinflusses kompensiert wird.
Eine konstruktiv einfache exakte Lösung ergib sich, wenn die verschiebbar gelagerten Teile durch dk mechanischen Mittel miteinander verbunden sind. Sine die Materialien und die Abmessungen des Fernrohrge häuses sowie der Objektivglieder gegeben, so lasser sich durch geeignete 'ahl der Abmessungen unc hIaterialien der mechanischen Alittel unendliche viel ; Möglichkeiten der Kompensation der Temperaturein fl sse auf die Brennweite und die Scharfabbildung des Fernrohrs schaffen. Es wirken sich also temperaturbe dingte Anderungen der Fernrohrlänge und seiner optischen Parameter nicht auf die Messungen mit dem Fernrohr aus.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen :
Fig. I einen Axialschnitt eines Autokollimationsfernrohrs, in dem beide Objektivglieder ber Tempera turkompensationsmittel miteinander und mit dem Fernrohr verbunden sind ;
Fig. 2 einen Axialschnitt eines Messfernrohrs, dessen Objektiv und Markenträger ber Temperaturkompensationsmittel mit dem Fernrohr verbunden sind ;
Fig. 3 einen Axialschnitt eines Messfemrohrs, in dem das zweite Glied des Objektivs unter dem Einfluss von Temperatureinflüssen axial verschiebbar gelagert ist ;
Fig. 4 einen Axialschnitt eines Autokollimations- fernrohrs, bei dem nur das erste Glied des Objektivs axial verschiebbar gelagert ist und
Fig. 5 und 6 zwei mögliche Markenträgerausbildun- gen.
In Fig. 1 befindet sich in einem Fernrohrgehäuse 1 ein optisches System mit der optischen Achse X1-X1, bestehend aus einem zweigliedrigen Objektiv 2,3, einem Markenträger 4 mit einer Marke 5 und einem Okular 6. Der Markenträger ist in der Brennebene des Objektivs 2,3 und der Dingebene des Okulars 6 vorgesehen. Markenträger 4 und Okular 5 sind im Okularstutzen 7 fest angeordnet. Jedes der Objektivglieder 2 und 3 ist von einer im Gehäuse l verschiebbaren Fassung 8 bzw. 9 umgeben. An der Fassung 8 ist ein Zylinder 10 mit einem Ende befestigt, der mit seinem anderen Ende mit einem am Gehäuse 1 starr befestigten weiteren Zylinder 11 verbunden ist.
Die Fassung 9 ist an ihrem der Fassung 8 zugekehrten Teil ebenfalls mit einem Zylinder 12 versehen, der in gleicher Weise am Zylinder I I befestigt ist. Die Zylinder 10, 11 und 12, die mechanischen Mittel zur Temperaturkompensa- tion sind ineinandergeschoben, sie haben unterschiedliche Durchmesser und sind koaxial zur Achse X,-X, angeordnet.
Am Fernrohrgehäuse j ist ferner eine Beleuch- tungsvorrichtung 13 vorgesehen, die eine Lichtquelle 14. einen Kondensor 15 mit der optischen Achse X1'-X1', ein rechtwinkliges Prisma 16 und einen weiteren MarkentrÏger 17 mit einer Marke 18 enthält. Das Licht der Beleuchtungsvorrichtung 13 gelangt liber einen zwischen dem Objektiv 3 und dem Markenträger 4 angeordneten Strahlenvereiniger 19 in den Zielstrah- lengang des Fernrohrs. Die optischen Achsen X,-X, und X,'-X,'schneiden sich in der Reflexionsfläche des Strahlenvereinigers 19.
Der Markenträger 17 befindet sich in der gemeinsamen Bildebene des Kondensors 15 und des Objektivs 2,3. Die beispielsweise Ausbildung der Markenträger ist aus den Fig. 5 und 6 erkennbar, wo der eine Markenträger mit einem Strichkreuz und der andere Markenträger mit zwei sich rechtwinklig kreuzenden Skalen versehen ist.
Die Marke 18 wird von der Lichtquelle 14 beleuchtet und durch das Objektiv 2,3 in unendlicher Entfernung abgebildet. Die Abbi ! dungsstrahten werden an einem oberfl chenverspiegelten entfernten Reflektor 20 in sich selbst reflektiert und durch das Objektiv 2, 3 in der Ebene des Markenträgers 4 vereinigt. Durch das Okular 6 lässt sich ab. esen, in welcher Richtung und um welchen Betrag das Bild der Marke 18 von der Marke 5 abliegt, wie und um welchen Winkel der Reflektor 20 gegenüber der optischen Achse X,-X, geneigt ist.
Sindert das Fernrohrgehäuse infolge eines Tempera tureinflusses seine Länge, dehnt es sich beispielsweise aus, und erfahren demzufolge auch die optischen Bauteile, insbesondere das Objektiv 2,3 Ausdehnungen, so Ïndern sich einmal die AbstÏnde zwischen dem Objektiv 2,3 und den Markenträgern 4 und 17 und zum anderen die Objektivbrennweite.
Beide werden grösser, jedoch nicht im g) eichen Masse. In der Regel ist die Brennweitenänderung geringer als die Abstandsände- rung zwischen dem Objektiv 2, 3 und den Markenträ- gern 4, 17. Der Kompensation der Abstands-und Brennweitenänderung dienen die drei hinsichtlich der Ausdehnungskoeffizienten ihrer Nlaterialien passend gewählten Zytinder 10,11 und 12. Zur Kompensation der Brennweitenänderung muss beim angegebenen Typ des Objektivs 2,3 der Abstand zwischen den Objektivgliedern vergrössert werden.
Andererseits muss das Objektiv 2,3 zur Kompensation der Abstandsvergrös- serung näher an den Markenträger herangeführt werden. Zu dem Zweck sind die Zylinder 10,11,12 in der angegebenen Weise miteinander verbunden und von unterschiedticher Länge. Der Zylinder 11 besteht aus einem Material mit einem relativ hohen positiven Ausdehnungskoeffizienten, die ebenfalls positiven Aus dehnungskoeffizienten der Z i'inder 10 und 12 sind niedriger und einander gleich oder annähernd oleich.
Fig. 2 zeigt ein Fernrohrgehäuse 21 ohne Autokol- limationseinrichtung, bei dem der Okularstutzen im wesentlichen aus Vereinfachungsgründen weggelassen worden ist. Die optische Achse des Fernrohrs ist mit X2-X2 bezeichnet. Das Fernrohrgehäuse 21 schliesst ein erstes Objektivgtied 22 mit einer Fassung 23. ein in einer Fassung 24 befind ! iches zweites ObjektivgHed 25 und einen von einer Fassung 26 umgebenen Slarl ; en- träger 27 mit einer Marke 28 in sich ein.
WÏhrend die Fassung 24 starr mit d Gehäuse 21 verbunden ist, einen Teil des Gehäuses darstellt, sind die Fassungen 23 und 26 so gelagert, dass sie bei Temperaturände- rungen eine definierte axiate Verschiebung gegenüber dem Gehäuse 21 erfahren. Deshalb steht die Fassung 23 iiber einen Zylinder 29 und die Fassung 26 ber zwei Zvlindern 30 und 31 mit dem Fcrnrohrgehäuse 21 in Verbindung.
Der Zylinder 29 ist einerseits an der Fassung 23 und andererseits durch Stifte 32 am Fernrohrgehäuse 21 befestigt ; er besteht aus einem Materiat mit positi- vem Ausdehnungskoeffizienten, er dehnt sich also bei Erwärmung aus und zieht sich bei Abkiihlung zusam- men. Unter Berücksichtigung der Glasarten des Objektivs 22, 22 wird bei entsprechender Wah ! des Materials des Zyttnders 29 die Brennweite des Objektivs unab hängig von Temperaturänderungen konstant schatten.
Eine Erwärmung bewirlXt eine Vergrösserung, eine Ab- 'iihlung eine Verringerung des Abstandes der beiden Objektivgiieder 22 und 25 voneinander, so dass die Brennweitekonstantgehatten ist.
Der Zylinder 30 ist einerseits mit der Fassung 26 und andererseits ber Stiite 33 mit dem Zylinder 31 verbunden, der mit seinem noch freien Ende mit dem FernrohrgehÏuse 21 fest verbunden ist. Der Zylinder
J besteht aus einem Material mit negativem Ausdeh ungskoeffizienten, er zieht sich also bei Erwärmung zusammen und dehnt sich bei Abkühlung aus, und der Zylinder 31 besteht aus einem Material mit positivem Ausdehnungskoeffizienten. Auf diese Weise nähert oder entfernt sich der Markenträger 27 vom Objektiv 22,25 bei Temperaturänderungen derart, dass er sich unabhängig von der Temperatur in der Ebene grösster Schärfe des durch das Objektiv erzeugten Bildes befindet.
Im übrigen ist die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ähnlich der in Fig. 1 dargestellten.
Anders als in Fig. 2 gezeigt, könnte die Fassung 23 auch Teil eines Gehäuseteils sein, der sich bis zur Fassung 24 erstreckt und aus einem anderen Material als der Gehäuseteil besteht, der das Objektivteil 25 und den Markenträger 27 umfasst. Der Zylinder 29 wäre dann überflüssig.
In Fig. 3 sind in einem Fernrohrgehäuse 34 ein zweigliedriges Objektiv 35,36 mit der optischen Achse Xo-X3 und ein Markenträger 37 mit einer Marke 38 angeordnet, die etwa die in Fig. 5 angegebene Form hat und deren Mittelpunkt auf der optischen Achse X3-X3 liegt. Während Objektivglied 35 und Markenträger 37 in starrer Verbindung mit dem Fernrohrge häuse 34 stehen, befindet sich das Objektivglied 36 in einer Fassung 39, die über vier Stäbe 40, die mechanische Mittel zur Temperaturkompensation darstellen und von denen nur drei sichtbar sind, mit dem Fern rohrgehäuse 34 verbunden sind.
Der Markenträger 37 ist im Okularstutzen 41 des Gehäuses 34 so angeordnet dass die Marke 38 sich in der Bild-bzw. Brennweite des Objektivs 35,36 befindet.
Die Gestalt und die Brechungsindices der Objek tiv-alieder 35 und 36 sowie der Ausdehungskoeffizien- ten des Materials des Gehäuses 34 sind so bemessen, dass infolOe Erwärmung die Brennweite des Objektivs sich verkürz : und die Länge des Gehäuses sich ver grössert. Der Veränderung der Brennweite infolge der thermischen Veränderung des Fernrohrs wirken die Stäbe 40 in ähnlicher Weise entgegen, wie bereits zu den Fig. 1 und 2 beschrieben.
Während in den voranstehenden Figuren prinzipiell einige Anordnungsm¯glichkeiten der mechanischen Mittel beschrieben wurden, sind im nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsbeispiel die in diesem Zusammenhang interessierenden Materialkonstanten und Masse angegeben.
In Fig. 4 ist ein Fernrohr mit der optischen Achse X4-XJ dargestellt, das aus zwei fest miteinander verbundenen Teilen 42 und 43, von denen der Teil 42 ein zweigliedriges Objektiv 44,44'und 45,45'und der Teil 43 ein Prisma 46 zur Strahlenteilung und-vereini- gung, zwei Markenträger 47 und 48, einen Umlenkspiegel 49, ein Okular 50, eine Lichtquelle 51, einen Kondensor 52 und einen lichtelektrischen Empfänger 53 enthält. Jedes der Objektivglieder besteht aus zwei Linsen 44,44'bzw. 45,45'mit Luftabstand. Der Markenträger 47 ist eine Kathetenfläche eines recht winkfigen Prismas 54, auf der sich eine Marke 55 befindet. Der Markenträger 48 ist als planparallele durchsichtige Platte ausgebildet, auf deren dem Objektiv 44,45 zugewendeter FlÏche sich eine Marke 56 befindet.
Beide Marken 55 und 56 liegen in der optischen Achse X4-X4 und ebenso wie die mit einem Kreuz 57 bezeichnete Fläche des lichtelektrischen Empfängers 53 in der Brennebene des Objektivs 44-45'. Der lichtelektrische Empfänger 53 kann über elektrische Leitungen 58 mit einem Registriergerät oder einem Steuer-und Regelkreis (nicht dargestellt) verbunden sein.
Die Fassung des Objektivteils 45,45'ist ein Teil des Gehäuses 42 selbst. Hingegen befindet sich das Objektivglied 44,44'in einer Fassung 59, die in einem Ende eines Zylinders 60 gelagert ist. Der Zylinder 60 ist im erweiterten Teil des Gehäuses 42 koaxial zur optischen Achse X4-X4 angeordnet und mit seinem anderen Ende über verbindende Mittel 61 durch Öffnungen 62 im Gehäuse 42 hindurch mit einem Ende eines sich ausserhalb des Gehäuses 42 befindlichen Zylinders 63 verbunden. Dieser Zylinder ist ebenfalls koaxial zur optischen Achse X4-X4 angeordnet, und mit seinem anderen Ende mittels Schrauben 64 mit dem Gehäuse 42 verschraubt.
Die für die Temperaturkompensation wesentlichen Materialien und Kennziffern des Fernrohrs gemäss Fig. 4 sind folgende : Tei)Länge [mm]Materia]Ausdehnungskoeffizient Gehäuse 42 260 Gusseisen 11. 10-8 Gehäuse 43 200 Aluminiumguss 20.10-3 Zylinder 60 85 Gusseisen 11. 10-e Zylinder 63 85 Polyvinylchlorid 80.10-6 Teil nd Ausdehnungskoeffizient d [mm] r #mm# 154 Linse 44 1,7283 633. 10-8 10
240 Luftabstand 1 5,2
213 Linse 44'1,
7283 757. 10-8 8 12000 Teil nd Ausdehnungskoeffizient d [mm] r [mfn] Luftabstand 1 240
25,3 Linse 45 1,6483 798.10-8 2,9
22,4 Luftabstand 1 2
26 Linse 45'1, 6636 800. lors 2,7
39,3
In der vorstehenden Tabelle bedeuten nd die Bre chungszahlen, d die Dicken der Linsen oder Luftab stände, und r dieLinsenradien. Der Abstand des Befestigungsringes der beiden Gehäuse 42 und 43 aneinander vom Mittelpunkt des Objektivgliedes 44,44'beträgt 145 mm. Die Brennweite des Fernrohrobjektivs ist 430 mm.
Die Wirkungsweise des in Fig. 4 dargestellten Fernrohrs ist ähnlich der zu Fig. 1 beschriebenen. Die Marke 55 wird von der Lichtquelle 51 über den Kondensor 52 beleuchtet und durch das Objektiv 44-45' nach Unendlich abgebildet. An einem nicht dargestellten entfernten Reflektor wird das Abbildungsstrahlen bundet ähnlich wie in Fig. 1 reflektiert und das Paral- lelstrahlenbündel durch das Objektiv 44-45'in der Ebene der Marke 56 bzw. des Kreuzes 57 vereinigt.
Das Bild der Marke 55 und die Marke 56 können mit Hiffe des Okulars 50 betrachtet werden.
Infolge der oben bezeichneten und benutzten Materialien sowie der technischen Kennziffern ändert sich bei Temperaturänderungen weder die Lage des Ver einigungspunktes der Abbildungsstrahlen noch der Objektivhauptebene gegenüber der Marke 56 und dem Kreuz 57.
Anders als beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 wird bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbei- spiel der Abstand der beiden Objektivglieder 44,44' und 45, 45'bei Erwärmung verringert. Daraus ist ersichtlich, dass die Temperaturabhängigkeit der Objektivglieder von ihrer Form und den Brechungszahlen abhängt. Hierzu gibt es unendlich viele Variationsmög- lichkeiten. In gleicher Weise ist auch die Anordnung und Ausbildung der mechanischen Mittel zur Temperaturkompensation nicht an die Ausführungsbeispiele gebunden. So könnten die Zylinder 60 und 63 (Fig. 4) durch Stäbe ähnlich denen in Fig. 3 ersetzt werden.
Ebenso ist es möglich, mit Hilfe der die Temperatur einflusse kompensierenden mechanischen Mittel Objektiv und Markenträger zu verbinden.
Measuring telescope
The invention relates to a measuring telescope with at least one mark carrier in the image plane of the objective and mechanical means for compensating for the temperature influence on the image distance. Such measuring telescopes are primarily used for directional measurements, in which the inclination of a projection beam path with respect to the target line of the telescope is measured using a scale located in the telescope image plane.
It is well known that deviations from a certain reference temperature have a significant impact on measuring telescopes and the measurements to be carried out with them. Changes in temperature, which essentially affect the entire measuring telescope, effect a change in the focal length or image length of the optical system of the measuring telescope by influencing the optical components and their mounts, and by influencing the telescope body, a change in the distance between the telescope objective and the line plate.
These changes do not have to be in the same direction and are ultimately not the same. So far, he has accepted the effects of temperature in measuring telescopes, trusting that the errors they generate do not exceed the permissible tolerances. However, with increasing demands for accuracy under the most varied of temperatures, this assumption is no longer justified. In measuring telescopes in which the inclined position of a distant reflector is measured on scales located in the lens image plane, it is important to maintain the exact distance between the scale or mark carrier and the lens as well as to maintain the exact focal length.
A change in the distance caused by temperature changes brings about a blurring of the image in the lens image plane, while a change in focal length caused by temperature changes results in a shift in the lens image plane. The change in the focal length, however, results in a deviation of the scale intervals from their calibration value and thus incorrect measurements.
With larger astronomical reflecting telescopes, mechanical centers were already used! used to compensate for the influence of temperature that causes a change in the position of the focal plane or a blurred image. A temperature-related change in the focal length is not compensated for in astronomical telescopes and does not need to be compensated.
The present invention enables the creation of a telescopic sight with lenses as imaging members, in which the influence of temperature on the distance between the lens and reticle and on the focal length is compensated for by all or almost all.
According to the invention, this object is achieved by the combination of the following features: 1. The objective consists of at least two members;
2. at least one of the lens elements and / or the I-beam carrier is! are axially displaceable;
3. the displaceably mounted part or parts are connected to the telescope body with the aid of mechanical means.
The mechanical means for compensating the temperature influence can be special hollow bodies or rods arranged in the telescope housing. However, it is also possible to select the materials of the telescope housing and mount of the lens elements and brand carriers so that at least a part the temperature influence is compensated.
A structurally simple, exact solution results if the displaceably mounted parts are connected to one another by mechanical means. Given the materials and dimensions of the telescope housing and the lens elements, an infinite number of dimensions and materials can be used for the mechanical means. Create possibilities of compensating the temperature influences on the focal length and the sharp image of the telescope. Temperature-related changes in the telescope length and its optical parameters do not affect the measurements with the telescope.
The invention is explained below with reference to the schematic drawing, for example. Show it :
Fig. I is an axial section of an autocollimation telescope, in which the two lens elements via tempera turkompensationsmittel are connected to each other and to the telescope;
2 shows an axial section of a measuring telescope, the objective and mark carrier of which are connected to the telescope via temperature compensation means;
3 shows an axial section of a measuring telescopic tube in which the second element of the objective is mounted so as to be axially displaceable under the influence of temperature influences;
4 shows an axial section of an autocollimation telescope in which only the first member of the objective is mounted so as to be axially displaceable and
5 and 6 two possible mark carrier designs.
In Fig. 1 is in a telescope housing 1 an optical system with the optical axis X1-X1, consisting of a two-part objective 2, 3, a mark carrier 4 with a mark 5 and an eyepiece 6. The mark carrier is in the focal plane of the lens 2,3 and the thing plane of the eyepiece 6 is provided. Mark carrier 4 and eyepiece 5 are fixedly arranged in the eyepiece connector 7. Each of the lens elements 2 and 3 is surrounded by a mount 8 or 9 which can be displaced in the housing l. A cylinder 10 is fastened at one end to the mount 8, the other end being connected to a further cylinder 11 which is rigidly fastened to the housing 1.
The socket 9 is also provided on its part facing the socket 8 with a cylinder 12 which is attached to the cylinder I I in the same way. The cylinders 10, 11 and 12, the mechanical means for temperature compensation are pushed into one another, they have different diameters and are arranged coaxially to the axis X, -X.
A lighting device 13 is also provided on the telescope housing j, which contains a light source 14, a condenser 15 with the optical axis X1'-X1 ', a right-angled prism 16 and a further mark carrier 17 with a mark 18. The light of the lighting device 13 reaches the target beam path of the telescope via a beam combiner 19 arranged between the objective 3 and the mark carrier 4. The optical axes X, -X, and X, '- X,' intersect in the reflection surface of the beam combiner 19.
The mark carrier 17 is located in the common image plane of the condenser 15 and the objective 2, 3. The example of the formation of the mark carrier can be seen in FIGS. 5 and 6, where one mark carrier is provided with a line cross and the other mark carrier is provided with two scales intersecting at right angles.
The mark 18 is illuminated by the light source 14 and imaged at an infinite distance through the objective 2, 3. The Abbi! Generation rays are reflected in themselves on a surface mirrored, distant reflector 20 and are combined in the plane of the mark carrier 4 by the objective 2, 3. The eyepiece 6 can be used. Find out in which direction and by what amount the image of the mark 18 lies apart from the mark 5, how and by what angle the reflector 20 is inclined with respect to the optical axis X, -X.
If the telescope housing is in length due to the influence of temperature, it expands, for example, and consequently the optical components, in particular the objective 2, 3, also experience expansion, then the distances between the objective 2, 3 and the brand carriers 4 and 17 change and on the other hand the focal length of the lens.
Both are getting bigger, but not by the same amount. As a rule, the change in focal length is less than the change in distance between the objective 2, 3 and the mark carriers 4, 17. The three cytometers 10, 11 and 12, which are suitably selected with regard to the expansion coefficients of their materials, are used to compensate for the change in distance and focal length To compensate for the change in focal length, the distance between the lens elements must be increased for the specified type of lens 2, 3.
On the other hand, the objective 2, 3 must be brought closer to the mark carrier to compensate for the increase in distance. For this purpose, the cylinders 10, 11, 12 are connected to one another in the specified manner and are of different lengths. The cylinder 11 consists of a material with a relatively high positive expansion coefficient, the likewise positive expansion coefficients of the Z i'inder 10 and 12 are lower and equal to each other or approximately the same.
2 shows a telescope housing 21 without an autoclaving device, in which the eyepiece connector has been omitted essentially for reasons of simplification. The optical axis of the telescope is labeled X2-X2. The telescope housing 21 includes a first lens part 22 with a mount 23 located in a mount 24! a second lens hed 25 and a slarl surrounded by a mount 26; Ent carrier 27 with a brand 28 in itself.
While the mount 24 is rigidly connected to the housing 21 and represents a part of the housing, the mounts 23 and 26 are mounted in such a way that they experience a defined axial displacement with respect to the housing 21 when the temperature changes. The socket 23 is therefore connected to the tubular housing 21 via a cylinder 29 and the socket 26 via two cylinders 30 and 31.
The cylinder 29 is attached on the one hand to the socket 23 and on the other hand by pins 32 to the telescope housing 21; it consists of a material with a positive expansion coefficient, ie it expands when it is heated and contracts when it cools. Taking into account the types of glass of the lens 22, 22, a corresponding Wah! of the material of the Zyttnders 29, the focal length of the lens irrespective of temperature changes constant shade.
A heating brings about a magnification, a cooling down a reduction of the distance between the two objective members 22 and 25 from one another, so that the focal length is kept constant.
The cylinder 30 is connected on the one hand to the mount 26 and on the other hand via rods 33 to the cylinder 31, which is firmly connected with its still free end to the telescope housing 21. The cylinder
J is made of a material with a negative expansion coefficient, so it contracts when heated and expands when cooled, and the cylinder 31 is made of a material with a positive expansion coefficient. In this way, the mark carrier 27 approaches or moves away from the lens 22, 25 in the event of temperature changes in such a way that, regardless of the temperature, it is in the plane of greatest sharpness of the image generated by the lens.
Otherwise, the operation of the device described is similar to that shown in FIG.
In contrast to what is shown in FIG. 2, the mount 23 could also be part of a housing part which extends as far as the mount 24 and consists of a different material than the housing part which comprises the objective part 25 and the mark carrier 27. The cylinder 29 would then be superfluous.
In Fig. 3, a two-part objective 35,36 with the optical axis Xo-X3 and a mark carrier 37 with a mark 38 are arranged in a telescope housing 34, which has approximately the shape shown in Fig. 5 and its center on the optical axis X3 -X3 lies. While lens member 35 and mark carrier 37 are rigidly connected to the Fernrohrge housing 34, the lens member 36 is in a socket 39, the tube housing via four rods 40, the mechanical means for temperature compensation and of which only three are visible, with the telescope 34 are connected.
The mark carrier 37 is arranged in the eyepiece connector 41 of the housing 34 so that the mark 38 is in the image or image. Focal length of the lens is 35.36.
The shape and the refractive indices of the lenses 35 and 36 as well as the expansion coefficients of the material of the housing 34 are dimensioned such that the focal length of the lens is shortened and the length of the housing is increased as a result of heating. The change in the focal length as a result of the thermal change in the telescope is counteracted by the rods 40 in a manner similar to that already described for FIGS. 1 and 2.
While some possible arrangements of the mechanical means were described in principle in the preceding figures, the material constants and mass of interest in this context are given in the exemplary embodiment to be described below.
4 shows a telescope with the optical axis X4-XJ, which consists of two parts 42 and 43 firmly connected to one another, of which part 42 is a two-part objective 44, 44 'and 45, 45' and part 43 is a prism 46 for beam splitting and combining, two mark carriers 47 and 48, a deflecting mirror 49, an eyepiece 50, a light source 51, a condenser 52 and a photoelectric receiver 53. Each of the objective elements consists of two lenses 44, 44 ′ or. 45.45 'with air gap. The mark carrier 47 is a cathetus surface of a right-angled prism 54 on which a mark 55 is located. The mark carrier 48 is designed as a plane-parallel transparent plate, on whose surface facing the objective 44, 45 a mark 56 is located.
Both marks 55 and 56 lie in the optical axis X4-X4 and, like the surface of the photoelectric receiver 53 marked with a cross 57, lie in the focal plane of the objective 44-45 '. The photoelectric receiver 53 can be connected to a registration device or a control and regulating circuit (not shown) via electrical lines 58.
The mount of the lens part 45, 45 ′ is part of the housing 42 itself. In contrast, the lens element 44, 44 ′ is located in a mount 59 which is mounted in one end of a cylinder 60. The cylinder 60 is arranged in the enlarged part of the housing 42 coaxially to the optical axis X4-X4 and at its other end is connected via connecting means 61 through openings 62 in the housing 42 to one end of a cylinder 63 located outside the housing 42. This cylinder is also arranged coaxially to the optical axis X4-X4, and its other end is screwed to the housing 42 by means of screws 64.
The materials and codes of the telescope according to Fig. 4 that are essential for temperature compensation are as follows: Part) Length [mm] Materia] Coefficient of expansion Housing 42 260 Cast iron 11. 10-8 Housing 43 200 Cast aluminum 20.10-3 Cylinder 60 85 Cast iron 11. 10- e cylinder 63 85 polyvinyl chloride 80.10-6 part nd expansion coefficient d [mm] r # mm # 154 lens 44 1.7283 633. 10-8 10
240 air gap 1 5.2
213 lens 44'1,
7283 757. 10-8 8 12000 part nd expansion coefficient d [mm] r [mfn] air gap 1 240
25.3 lens 45 1.6483 798.10-8 2.9
22.4 air gap 1 2
26 lens 45'1, 6636 800. lors 2.7
39.3
In the table above, nd is the refractive index, d is the thickness of the lens or air gap, and r is the radii of the lens. The distance of the fastening ring of the two housings 42 and 43 to one another from the center point of the objective element 44, 44 'is 145 mm. The focal length of the telescope objective is 430 mm.
The operation of the telescope shown in FIG. 4 is similar to that described for FIG. The mark 55 is illuminated by the light source 51 via the condenser 52 and imaged to infinity through the objective 44-45 '. At a remote reflector, not shown, the imaging beam is reflected in a manner similar to that in FIG. 1 and the parallel beam is combined by the objective 44-45 'in the plane of the mark 56 or the cross 57.
The mark 55 image and mark 56 can be viewed with the aid of the eyepiece 50.
As a result of the materials referred to and used above, as well as the technical characteristics, neither the position of the connecting point of the imaging rays nor the main lens plane relative to the mark 56 and the cross 57 changes when the temperature changes.
In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 1, in the exemplary embodiment shown in FIG. 4, the distance between the two objective elements 44, 44 'and 45, 45' is reduced when heated. It can be seen from this that the temperature dependence of the lens elements depends on their shape and the refractive indices. There are infinitely many possible variations for this. In the same way, the arrangement and design of the mechanical means for temperature compensation are not tied to the exemplary embodiments. Thus the cylinders 60 and 63 (FIG. 4) could be replaced by rods similar to those in FIG.
It is also possible to connect the lens and the mark carrier with the help of the mechanical means that compensate for the temperature influences.