CH521656A - Vorrichtung mit zwei Linsenpaaren zur Ablenkung eines Strahlenbündels - Google Patents

Description

  
 



  Vorrichtung mit zwei Linsenpaaren zur Ablenkung eines Strahlenbündels
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung mit zwei Linsenpaaren zur Ablenkung eines Strahlenbündels und deren Verwendung in einem System zur Stabilisierung einer optischen Visierlinie.



   Solche Stabilisiersysteme werden zum Beispiel als Vorsatz oder als integrierter Bestandteil von Kameras, optischen Beobachtungsgeräten und optischen Instrumenten benützt. Sie umfassen in den meisten Fällen einen optischen und einen mechanisch-elektrischen Teil.



   Der optische Teil ist dazu bestimmt, Winkelabweichungen der optischen Visierlinie, welche sich durch Vibrationen der Geräteplattform ergeben, entweder durch Brechung oder durch Reflexion der Strahlen zu kompensieren, wobei die optisch wirksamen Teile durch mechanisch-elektrische Vorrichtungen automatisch in die entsprechende Korrekturlage verstellt werden.



   Das Ziel der Erfindung ist darin zu erblicken, störende Winkeländerungen einer optischen Visierlinie mit einfachen Mitteln zu kompensieren.



   Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch zwei aus je einer plankonvexen Linse und einer plankonkaven Linse be stehenden Linsenpaare, deren konvexe bzw. konkave Linsenflächen voneinander durch einen Luftspalt getrennt sind und ein gemeinsames, zwischen den Linsenpaaren gelegenes Krümmungszentrum besitzen und die dadurch je ein ver änderbares Brechungsprisma bilden, ferner dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die plankonvexe Linse des einen Linsenpaares mit der plankonkaven Linse des andern Linsenpaares mechanisch verbunden ist und die einen verbundenen Linsen gemeinsam relativ zu den andern verbundenen Linsen und um mindestens eine, das Krümmungszentrum durchsetzende Schwenkachse verschwenkbar sind.



   Vorzugsweise werden die einen verbundenen Linsen an einem Träger abgestützt und die anderen verbundenen Linsen kardanisch gelagert und mit der Kardanlagerung in Bezug auf das Zentrum indifferent ausgewuchtet und mit möglichst reibungsarmen Schwenklagern ausgerüstet. Bei einer Winkeländerung des Trägers und der damit fest verbundenen Linsen ist der indifferent ausgewuchtete, mit reibungsarmen Lagern ausgerüstete Bauteil bestrebt, durch das Beharrungsvermögen raumfest zu verbleiben. Solche, durch das Beharrungsvermögen raumfest zu verbleiben bestrebte Elemente sind auch als inertiell stabilisierte Elemente bekannt. Die relative Verschwenkung der mechanisch verbundenen Linsen und in der Folge die identischen Winkeländerungen der beiden Brechungsprismen entsprechen dadurch der Winkeländerung des Trägers.



   Wird durch diese Linsenanordnung ein Lichtstrahl gesendet, so ist die Ablenkung dieses Lichtstrahles abhängig von der Winkeländerung der Brechungsprismen und dem Brechungsindex des verwendeten Linsenmaterials. Die mathematische Formel lautet:   21A      X(n-l)l    = Ablenkung der Visierlinie durch beide Brechungsprismen, wobei n = Brechungsin  dex und A Ä = Winkeländerung der Brechungsprismen be-    deuten. Wählt man den Brechungsindex des Linsenmaterials mit n = 1,5, so entspricht die resultierende Winkeländerung des Lichtstrahles genau der Winkeländerung der Brechungsprismen. Je nach Durchstrahlungsrichtung ergibt sich eine gleich- oder gegensinnige Winkeländerung des resultierenden Lichtstrahles in Bezug zur Prismenwinkeländerung.

   Eine Kompensation der Winkeländerungen einer optischen Visierlinie, bzw. von Winkelvibrationen des optischen Gerätes, wird mit der erfindungsgemässen Linsenvorrichtung erreicht, indem der zu betrachtende Lichtstrahl zuerst die mit dem Träger fest verbundene plankonkave Linse durchdringt.



   Bei inertieller Ausbildung der kompensierenden Baueinheit besitzt die Linsenanordnung eine hohe Kompensationsbandbreite. Selbstverständlich kann das inertiell, d. h. passiv, stabilisierte Element beispielsweise durch Servoantrieb der Richtbewegung einer Visierlinie nachgeführt werden, oder es könnte an einen freien Kreisel angekoppelt werden. Fehler durch translatorische Abweichungen sind in den meisten Fällen vernachlässigbar.



   In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt.



   Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Linsenanordnung mit einem doppel-kardanisch aufgehängten Linsenpaar.



   Fig. 2 eine schematische Darstellung eines durch die Linsenanordnung betrachteten Objektes und dessen Abbildung.



   Fig. 3 eine schematische Darstellung wie in Fig. 2, jedoch mit um eine der beiden Schwenkachsen verschwenktem Kardanträger und der damit fest verbundenen Linsen.  



   In Fig.   list    die plankonvexe Linse A über den inneren Halterahmen Hl mit der plankonkaven Linse B fest verbunden. Der innere Halterahmen   Hl    ist im äusseren Halterahmen HA um die Schwenkachse a-a und der äussere Halterahmen HA im Kardanträger T um die Schwenkachse b-b drehbar gelagert. Die plankonvexe Linse A mit Kugelradius rl, die plankonkave Linse B mit Kugelradius r2 und die Schwenkachsen a-a bzw. b-b der Halterahmen   Hl    bzw. HA sind so ausgebildet und angeordnet, dass die Mittelpunkte der Kugelradien   rl    und r2 im Zentrum (Z) zusammenfallen und die beiden Schwenkachsen a-a und b-b durch das Zentrum (Z) verlaufen, wobei die Achse a-a senkrecht zu den zusammenfallenden optischen Achsen der verbundenen Linsen A, B und die Achse b-b senkrecht zur Achse a-a steht.



   Die mit dem Kardanträger T fest verbundenen plankonkave Linse C mit Kugelradius r2 bzw. plankonvexe Linse D mit Kugelradius rl sind so ausgebildet und angeordnet, dass die Mittelpunkte deren Kugelradien rl und r2 ebenfalls ins Zentrum Z fallen und die Linsenpaare A-C bzw. D-B je ein Prisma mit identischen Brechungswinkeln ergeben. Der Kugelradius r2 der Linsen C und B ist um ein weniges grösser als der Kugelradius rl der Linsen A und D.



   In Fig. 2 ist die Linsenanordnung in ihrer Grundstellung   dargestellt , d.    h. die optischen Achsen der vier Linsen A, B, C und D fallen zusammen und gehen durch den gemeinsamen Mittelpunkt der Kugelradien, das Zentrum Z. Die verbundenen Linsen C, D sind am Kardanträger T befestigt und die verbundenen Linsen A, B sind wie in Fig. 1 beschrieben, kardanisch gelagert. Ein Objekt F, welches, als Pfeil dargestellt, von Position G zur Position E reicht, erscheint durch die Linsenanordnung betrachtet als Abbildung F' und reicht von Position G' bis E'.



   Der Kardanträger T mit den festverbundenen Linsen C, D ist in Fig. 3 um den Winkel   Ak,    gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Darstellung verdreht worden. Durch die inertiell stabilisierende Wirkung der indifferent ausgewuchteten Baueinheit verbleiben die Linsen A, B in ihrer ursprünglichen Lage, wodurch die resultierende Winkeländerung von   A    der Brechungsprismen A-C bzw. D-B dem Winkel   Ak,    entspricht.



   Die vom Objekt F einfallenden Strahlen werden nun durch die beiden Brechungsprismen A-C bzw. D-B aus deren ursprünglichen Richtung abgelenkt. Da der Brechungsindex des Materials der Linsen A, B, C und D mit n=1,5 gewählt ist, beträgt die resultierende Winkeländerung der Strahlen   AX2.    Die Winkel   ah,,      AÄ1    und   AX    sind in diesem Fall identisch. Damit ist die Position der Abbildung F' in Bezug zum Kardanträger T dieselbe wie in Fig. 2, d. h. die Verschwenkung des Kardanträgers T in bezug auf die Abbildung F' ist kompensiert. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1. Vorrichtung mit zwei Linsenpaaren zur Ablenkung eines Strahlenbündels, gekennzeichnet durch zwei aus je einer plankonvexen Linse (A, D) und einer plankonkaven Linse (C, B) bestehenden Linsenpaare (A-C, D-B), deren konvexe bzw. konkave Linsenflächen voneinander durch einen Luftspalt getrennt sind und ein gemeinsames, zwischen den Linsenpaaren gelegenes Krümmungszentrum (Z) besitzen und die dadurch je ein veränderbares Brechungsprisma bilden, ferner dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die plankonvexe Linse (A bzw. D) des einen Linsenpaares mit der plankonkaven Linse (B bzw. C) des anderen Linsenpaares mechanisch verbunden ist und die einen verbundenen Linsen (A, B) gemeinsam relativ zu den anderen verbundenen Linsen (C, D) um mindestens eine, das Krümmungszentrum (Z) durchsetzende Schwenkachse (a-a, b-b) verschwenkbar sind.

   II. Verwendung der Vorrichtung nach Patentanspruch I in einem System zur Stabilisierung einer optischen Visierlinie.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden einen verbundenen Linsen (C, D) an einem Träger abgestützt sind, in welchem die beiden anderen verbundenen Linsen (A, B) mindestens einfach-kardanisch gelagert sind.

   2. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Schwenkachse der verbundenen und kardanisch gelagerten Linsen (A, B) senkrecht zu deren Linsenachsen steht.

   3. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kardanschwenkachsen senkrecht zueinander stehen.

   4. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Kardanschwenkachsen (a-a, b-b) senkrecht zueinander und die Schwenkachse (a-a) der inneren Kardanhalterung (Hl) senkrecht zu den zusammenfallenden Linsenachsen der verbundenen und kardanisch gelagerten Linsen (A, B) stehen.

   5. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die schwenkbaren Linsen (A, B) und ihre gemeinsame Kardanlagerung in bezug auf das Zentrum indifferent ausgewuchtet und mit reibungsarmen Schwenklagern ausgebildet sind.

   i. Vorrichtung nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Linsen aus einem Material mit dem Brechungsindex 1,5 bestehen.