-
Optisches abbildendes System mit einer Autokollimationseinrichtung
Gegenstand der Erfindung ist ein optisches abbilden, des System mit einer Autokollimationseinriclltung,
bei der ein Bild einer beleuchteten Meßmarke über einen teildurchlässigen Spiegel
in eine Bildebene des optisch abbildenden Systems abgebildet und unter zweimaligem
Durchlaufen dieses Systems nach Reflexion an einen Reflektor wieder in diese Ebene
transportiert wird und durch ein Okular betrachtbar ist und hei der ferner ein zweites
Meßmarkenbild n der Objektebene dieses Okulars erzeugt wird.
-
Die Autokollimationsmethode dient bekanntlich dazu, irgendwelche
Gegenstände zueinander auslzurichteil. Insbesondere dient sie dazu, die sehr genau
einjustierbare senkrechte Stellung eines Reflektors zur Achse des Fernrohrs zu Prüf-
oder Meßzwecken auszunutzen. Dieser Reflektor muß nicht notwendig ein Spiegel im
üblichen Sinne sein, es kann auch die glatte Oberfläche irgendeines auszurichtenden
Werkstücks oder auch einer Quecksilheroberfläche sein, wenn es sich beispielsweise
darum handelt, ein Fernrohr genau in die vertikale Richtung einzujustieren.
-
Der Grund für den vielseitigen Einsatz der Autokollimation ist darin
zu suchen, daß diese Methode äußerste Genauigkeit ergibt, die Abweichungsfehler
von der gewünschten exakten Richtung sind vernachlässigbar klein.
-
Es sind Autokollimationsfernrohre bekannt, in denen eine Zielmarke
angebracht ist, die von einer außerhalb der optischen Achse sich befindenden Lichtqulle
über einen im Strahlengang zwischen Okular and Zielmarke angeordneten halbdurchlässigen
Spiegel beleuchtet wird und durch das Okular dunkel auf hellem Grund zu sehen ist.
Außerdem aber wird diese Zielmarke durch die Beleuchtungsstrahlen über den auszurichtenden
Reflektor ein zweites Mal in der Zielmarkenebene abgebildet. Auch dieses Bild kann
somit durch das Okular betrachtet werden, und kleine Verschwenkungen des Reflektors
zur optischen Achse des Fernrohrs machen sich in einem Verschieben des Zielmarkenbildes
zu seinem Gegenstand bemerkbar.
-
Bei der Verwendung von Okularen kurzer Brennweite ist es nicht so
ohne weiteres möglich, einen halbdurchlässigen Spiegel zwischen der Marke und dem
Okular anzuordnen. Deshalb wurde auch bereits eine Einrichtung verwendet, bei der
die Marke über cin zweiteiliges optisches Abbilldungssystem in die Okularobj ektebene
abgebildet und der halbdurchmassige Spiegel zwischen den Teilen des Abbildungssystems
angeordnet ist. Auch bei dieser Einrichtung kann nur eine Marke verwendet werden,
die dunkel auf hellem Grund erscheint. Bei beiden beschriebenen Anordnungen sind
die im Okular sichtbaren Bilder die Bilder eines Objektes, nämlich die der Marke.
-
Ist der auszurichtende Spiegel weit von der Auto-
kollimationseinrichtung
entfernt oder ist das Reflexionsvermögen des Spiegels klein, so wird das an dem
Spiegel reflektierte und im Okular sichtbare Autokollimationsbild schwer zu erkennen
sein. Man ist daher bestrebt, die Marke derart auszubilden, daß das Autokollimationsbild
auch unter diesen Umständen leichter erkennbar ist. Dies geschieht bei einer bekannten
Einrichtung dadurch, daß eine helle Marke auf dunklem Grund verwendet wird, denn
nach den Gesetzen der physiologischen Optik sind helle Zeichen auf dunklem Grund
besser sichtbar als dunkle auf hellem. Bei dieser Einrichtung wird einerseits eine
Bezugsmarke direkt in die Okularbildlebene und andererseits eine zweite Marke über
den auszurichtenden Spiegel in die gleiche Ebene abgebildet. Zwar sind derartige
Anordnungen lichtstärker, sie haben aber den Nachteil, daß eine zweite Marke vorhanden
ist, die zusätzliche optische Umlenk- und Abbildungselemente verlangt.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optisches abbildendes
System mit einer Autokollimationseinrichtung der oben bezeichneten Art zu schaffen,
bei dem die Marke besser sichtbar ist und beliebig kurzbrennweitige Okulare verwendet
werden können. ohne daß die erwähnten Nachteile auftreten. Erfindungsgemäß
wird
das dadurch erreicht, daß die beiden im Okular sichtbaren Marken Bilder eines einzigen
Objekts sind und daß beide Meßmarken in. an sich bekannter Weise hell auf dunklem
Grund erscheinen, wobei das eine der beiden Bilder direkt über den teildurchlässigen
Spiegel und das andere aus einer Bildebene des optischen Systems durch Abbildung
über den teildurchlässigen Spiegel in die Okularobjektebene abgebildet wird.
-
Der Erfindungsgedanke und alle weiteren Einzelmerkmale desselben
sollen an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, welche schematisch einige Ausführungsbeispiele
darstellt: Die Fig. 1 und 3 zeigen Systeme gemäß dem Erfindungsgedanken, Fig. 2
zeigt das direkte und das Autokollimationsbild einer erfindungsgemäß auszubildenden
Zielmarke.
-
In den Fig. 1 und 3 bedeuten jeweils 1 das optisch abbildende System,
welches in diesem Fall nur eine Positivlinse ist, natürlich aber auch eine als Fernrohr
ausgebildete Kombination mehrerer Linsen sein kann.
-
Die Bildebene dieses Systems ist 2. 3 ist ein halbdurchlässiger Spiegel,
der das Licht zu 50 % reflektiert, zu 50 % durchläßt. Die Meßmarke 4 wird durch
die Lampe 5 beleuchtet, der ein Kondensor 6 vorgeschaltet ist. 7 ist das Okular
mit der Okularobjektebene 8. 9 ist ein brechkraftbehafteter Reflektor, der als Hohlspiegel
ausgebildet ist. 10 ist der Spiegel, der ausgerichtet werden soll.
-
Die Wirkungsweise der Anordnung der fig. 1 ist folgende: die Meßmarke
4, welche durch die Lampe 5 über den Kondensor 6 beleuchtet wind, wird einerseits
durch das Linsensystem 14 über den halbdurchlässigen Spiegel 3 in die Objektebene
8 des Okulars 7 abgebildet. Andererseits geht ein Teil der Abbildungsstrahlen durch
den Spiegel 3 hindurch, gelangt in das abbildende System 1, verläßt dieses, wird
am Spiegel 10 reflektiert und trifft nach abermaligem Durchlaufen von 1 wieder -
nun aber von der Rückseite auf den halbdurchläs'sigen Spiegel 3. Dort tritt eine
erneute Strahlenteilung ein, wobei aber nur der auf den Hohlspiegel 9 reflektierte
und von diesem letzten Endes in der Ebene 8 abgebildete Anteil interessiert.
-
Der Spiegel 3 ist - wie üblich - zweckmäßigerweise als Keilplatte
auszubilden, Idamit die Strahlen, die ja nicht nur an der eigentlichen Reflexionsschicht,
sondern außerdem auch an den diese abdeckenden Glasflächen reflektiert werden, aus
dem eigentlichen Strahllengang herausgelenkt werden und somit keine störenden Reflexe
bilden. Der Hohlspiegel 9 muß konzentrisch zum Bild der Meßniarke 4 in der Ebene
8 stehen, so daß bei der Übertragung des Meßmarkenbildes von 2 nach 8 exakte Freiheit
von Öffnungsfehler und Koma herrscht.
-
Setzt man in unmit-telbare Nähe der Bildebene 8 ein Kollektiv (in
der Figur nicht gezeichnet), wo durch die Pupillenlage des Okulars beeinflußt wird,
so wird durch diese Maßnahme überdies die Petzvalwölbung erheblich verkleinert,
da die Petzvalanteile von Hohlspiegel und Kollektiv verschiedene Vorzeichen haben
; Der einzige'- resultierende Bildfehler ist dann der Astigmatismus.
-
Es seien noch einige Ausführungen zur Ausbildung der Zielmarke gemacht;
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, diese als kreuzförmige Spaltblende auszubilden
(s. Fig. 2), also als helles Kreuz auf dunklem Grund. Ein solcher beleuchteter Kreuzspalt
ist selbstverständlich lichtstärker und kontrastreicher als beispielsweise die Zielmarke
in der alten obenerwähnten Anordnung, die im Auflicht betrachtbar ist. Die Gründe
dafür sind folgende: Abgesehen da-
von, daß dort von dem auf die Meßmarke gerichteten
Lichtstrom nur 50 <>1<> wirklich zur Beleuchtung beitragen können, da
die Strahlen über einen halbdurchlässigen Spiegel eingeblendet werden, hebt sich
die beleuchtete Meßmarke nur undeutlich von ihrer Umgebung ab, da die an sich schwarze
Marke von der Betrachtungsseite her beleuchtet wind. Das Bild, welches sich demBeschauer
im Okul'ar bietet, ist schwach und kontrastarm, verglichen mit dem der Erfindung.
-
Ein weiterer Erfindungsgedanke ist darin zu sehen, daß an den kreuzförrnigen
Spalten Maßstabsmarken 11 (Fig. 2) angebracht sind, die lichtschwächer als die Spalte
selber sind. Das kann dadurch geschehen, daß sie entweder schmaler als die Spalte
sind oder das Licht nur teilweise durchlassen. Der Zweck dieser Maßnahme ist der,
daß das dirckte Bild 12 zwar diese Maßstabsmarken aufweist, das Autokollimationsbild
13 dagegen nicht. (Infolge des mehrmaligen Passierens des halbdurchlässigen Spiegels
ist-dieses lichtschwacher al ; das direkte Bild.) Auf diese Weise ist die Ablage
des Autokollimationsbildes gut ablesbar.
-
In der' Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens
dargestellt, die sich dadurch auszeichnet, daß die Achse des Okulars 7 mit der Achse
des abbildenden Systems 1 zusammenfällt.
-
(In Fig. 1 standen diese beiden Achsen senkrecht aufeinander.) Selbstverständlich
sind auch andere brechkraftbehaftete Spiegelsysteme an Stelle des Hohlspiegels 9
denkbar: So z. B. ein Planspiegel mit einer vOrgeschalteten Linse.
-
Neben den bereits erwhnten Vorteilen der kontrastreichen, gut sichtbaren
Meßmarkenbilder und des einfachen aufbaus kommt außerdem noch vorteilhaft hinzu,
daß zur Abbildung des Autokollimationsbildes ein Hohlspiegel 9 verwandt wird. Ein
solcher Hohlspiegel, der bei richtiger Aufstellung exakt frei von Öffnungsfehler
und Koma ist, ist natürlich wesentlich einfacher herstellbar als ein entsprechend
korrigiertes Linsensystem.
-
Es sei abschließend bemerkt, daß es nicht unbedingt erforderlich
ist, den Strahlenteiler 3 unter 450 aufzustellen, auch andere Stellungen sind denkbar,
wobei sich der Winkel zwischen den beiden optischen Achsen entsprechend ändern würde.