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Optisches Beobachtungssystem mit Vergrößerungswechsel Die Erfindung
betrifft ein Gerät mit zusammengesetztem optischem System und veränderlicher Vergrößerung
und mit Einrichtungen zur Richtungsänderung der optischen Achse.
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Zusammengesetzte optische Systeme sind z. B Fernrohre und Mikroskope.
Fernrohre mit Vergrößerungswechsel haben mitunter auch optische Bauteile, die es
ermöglichen, den eintretenden Strahlengang zu verändern. Bei diesen Fernrohren bleibt
bei Vergrößerungswechsel die optische Achse erhalten, oder sie ändert sich zwangläufig
in Funktion des Vergrößerungsfaktors. Will man das sich bei schwacher Vergrößerung
bietende Übersichtsbild mit einer stärkeren Vergrößerung absuchen, so muß die optische
Achse beliebig geschwenkt werden können. Schaltet man dann zwecks systematischen
Absuchens wieder auf die schwache Vergrößerung, so ist das übersichtsbild nicht
mehr in der ursprünglichen Weise, sondern auch verschwenkt gesehen. Systematisches
Absuchen ist daher nicht möglich oder wenigstens sehr erschwert. Außerdem ist z.
B. bei binokularen Systemen bekannter Bauart keine Möglichkeit vorhanden, die eine
optische Achse gegenüber der des anderen Auges so zu verschwenken, daß zwei Bildausschnitte
verglichen werden können und trotzdem die sichere Rückkehr auf eine gemeinsame optische
Achse gewährleistet ist.
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Auch sind die bisherigen optischen Beobachtungssysterne mit Vergrößerungswechsel
sehr schlecht geeignet, sich schnell bewegende oder/und plötzlich auftauchende Gegenstände
zu erfassen und im Blickfeld oder gar Fadenkreuz zu halten, zumal wenn man zur genaueren
Beobachtung auf eine höhere Vergrößerung mit verkleinertem Blickwinkel umschaltet.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die genannten Nachteile
bisher bekannter Geräte zu vermeiden. Zu diesem Zweck soll bei optischen Beobachungssystemen
mit Vergrößerungswechsel und in Abhängigkeit vom Vergrößerungswechsel erfolgender
Änderung der Beobachtungsrichtung bei geringer Vergrößerung des Systems dieVisierlinie
(Zielmarke) innerhalb des Blickfeldes beliebig -verstellbar sein, ohne daß die Lage
der optischen Achse des Systems zunächst verändert wird.
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Wird danach einVergrößerungswechsel vorgenommen, so sollen Mittel
in Funktion treten, welche die optische Achse des Systems teilweise oder ganz in
die vorgewählteVisierlinien-Richtung schwenken, die durch die voreingestellten Mittel
gekennzeichnet ist, so daß ein vorgewählter vergrößerter Ausschnitt sichtbar ist.
Bei Rückschaltung auf die geringe ursprüngliche Vergrößerung soll die optische Achse
in ihre ursprüngliche Lage zurückkehren können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Maß, um
das sich die Beobachtungsrichtung ändert und gegebenenfalls auch die Richtung, in
der diese Änderung erfolgt, veränderlich und einstellbar sind und die jeweilige
Einstellung durch eine im Gesichtsfeld verschiebbare Marke angezeigt wird, und zwar
derart, daß diese Marke bei einer ausgewähltenVergrößerung denjenigen Punkt im Gesichtsfeld
bezeichnet, der bei einer anderen ausgewählten Vergrößerung in der Gesichtsfeldmitte
liegt.
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Hat das Beobachtungssystem eine gebrochene optische Achse, so erfolgt
die Änderung der Beobachtungsrichtung durch Schwenken um Achsen, die senkrecht zu
einer Teilrichtung der optischen Achse liegen. Teile des Beobachtungssystems sind
außerdem um ihre jeweilige optische Achse drehbar.
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Wird das gesamte Beobachtungssystem geschlossen verschwenkt, so erfolgt
die Schwenkung um eine Achse, die nahe an und parallel der Augenbasis des Beobachters
angeordnet ist. Mitunter ist es zweckmäßig, wenn die Schwenkung um den tiefsten
Punkt des Gerätes erfolgt.
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Ist das optische Beobachtungssystern ein Mikroskop, so werden die
Verstellorgane zur Änderung der Beobachtungsrichtung zweckmäßig am Objektträger
angeordnet. Auch kann zur Veränderung der Beobachtungsrichtung ein Mikromanipulator
dienen.
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Binokulare optische Systeme werden erfindungsgemäß so ausgerüstet,
daß jedes monokulare System oder Teile desselben gegenüber dem zweiten wahlweise
in der beschriebenen Art verschwenkt werden können. Hierbei werden eine Doppelblende
oder ein
anderes Sperrglied angeordnet, um wechselseitig nur
je einen monokularen Strahlengang dem Auge freizugeben. Außerdem können bei
gleicher Vergrößerung der beiden Bilder in an sich bekannter Weise die beiden Strahlengänge
für die Beobachtung vereinigt werden. Man hat somit die Möglichkeit des unmittelbaren
Vergleichs der beiden versetzten Bil-
der, z. B. zum Zwecke der Vermessung
von Gegen-
ständen.
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Erfindung bestehen darin, daß die Mittel zur Einstellung des Vergrößerungswechsels
lösbar oder fest mit den Verstellorganen für die Verschwenkung der optischen Achse
verbunden sind und die Zuordnung der Bewegungsgrößen kontinuierlich oder stufenweise
veränderlich ist.
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Außerdem wird mit Vorteil zwischen dem Einstellorgan für die Richtungsänderung
der optischen Achse und dem die Richtungsänderung bewirkenden Glied eine stufenweise
oder stufenlos veränderbare übersetzung angeordnet.
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Weitere besondere Kennzeichen der Erfindung sind zwischen den Verstellorganen
für die Änderung der Beobachtungsrichtung und der Schwenkvorrichtung für die optische
Achse angebrachte Kupplungen, die durch Formschluß zwangläufig oder stufenweise
veränderlich kuppelnd oder durch Kraftschluß kontinuierlich veränderlich kuppelnd
sind.
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Mit einem Fernrohr, das die wesentlichen Merkmale vorliegender Erfindung
aufweist, wird beispielsweise das Einfangen schnell sich bewegender und/ oder plötzlich
auftauchender Gegenstände und deren Verfolgung sowie genauere Betrachtung und Verrnessung
auch mit hohen Vergrößerungen bei kleinem Blickfeld der Optik sehr erleichtert,
vielfach sogar überhaupt erst ermöglicht.
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Weitere konstruktive Erfindungsmerkmale werden in Ausführungsbeispielen
beschrieben.
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Zur Veranschaulichung der Erfindung diene zunächst eine spezielle
Anwendung bei einem Fernrohr. Die Bezugsrichtung für die Verschwenkung der optischen
Achse sei durch einen festen Punkt im Blickfeld des Fernrohres bei einer bestimmten
Vergrößer Cr ung gekennzeichnet, z. B. den untersten Punkt der Blickfeldbegrenzung.
Das Gerät besitzt nun Mittel zum zwangweisen Verschwenken der optischen Achse bei
Vergrößerungswechsel, die so ausgebildet sind, daß der feste Punkt relativ zum Blickfeld
seine Lage beibehält, d. h. zum Beispiel immer unterster Punkt im jeweiligen
Blickfeld bleibt. Visiert man daher mit einem Fernrohr gemäß der Erfindung einen
festen Geländepunkt am untersten Rand des Blickfeldes an, so bleibt dieser Geländepunkt
bei Vergrößerungswechsel stets als unterster Punkt des je-
weiligen Gesichtsfeldes
zu sehen; die optische Achse wird zwangsweise mit dem Vergrößerungswechsel geschwenkt.
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Die geometrischen Verhältnisse stellt F i
g. 1 dar. Vom Beobachtungspunkt
0 bietet sich bei geringer Vergrößerung I" ein Blickkegel mit dem öffnungs-Winkel
303 der bei einer Entfernung e einen Blickkreis vom Durchmesser
d. gibt.
Bei erhöhter Vergrößerung
F wird der Blickkegel kleiner; sein öffnungswinkel
3 wird auch kleiner, und es ergibt sich ein Blickkreis vom Durchmesser
d. Will man nun stets den unteren Punkt
U bei jeder Vergrößerung beibehalten,
so muß man die bei geringer Vergrößerung I, vorhandene optische Achse Ao nach unten,
nach
A,
um den Schwenkwinkel
il verschwenken. Der Winkel # errechnet
sich zu fl
= (30
- 42; die zugehörige Auslenkstrecke ist b # (do
- d)/2.
:
In dein Schaubild, F i
g. 2,' ist der funktionelle
Zusammenhang zwischen der Vergrößerung F
(Ab-
szisse) und dem Blickwinkel
(# sowie dem Schwenkwinkel
ß einerseits und dem Durchmesser
d des
Blickfeldes bei einer Entfernung e sowie der Auslenkstrecke
b andererseits
dargestellt. Auf Grund der
tionen nichtlinear sein.
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Die vorliegende Erfindung ist für jede Art von optischen Systemen
mit Vergrößerungswechsel verwendbar und von Nutzen. Die folgenden näher beschriebenen
Ausführungsbeispiele können daher nur einige wenige Verwendungsmöglichkeiten der
Erfindung in grundsätzlicher Form und beispielsweiser Gestaltung wiedergeben.
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F i g. 3 zeigt ein Mikroskop oder Fernrohr mit geknicktem Strahlengang
und Vergrößerungswechsel in Seitenansicht; F i g. 4 stellt einen Längsschnitt
durch ein periskopisches Fernrohr mit Schwenkprisma schematisch dar; F i
g. 5 zeigt die grundsätzliche Konstruktion einer Schwenkspiegelanordnung
mitVerstellung durch eine Zielmarke; F i g. 6 stellt das Getriebe für eine
Schwenkeinrichtung mit Kupplung, Zielmarkenverstellung und veränderlicher übersetzung
dar.
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In F i g. 3 ist ein Mikroskop oder Fernrohr mit geknicktem
Strahlengang in Seitenansicht dargestellt. Das Gehäuse 1 mit dem Einblick
2 und dem Ausblick 3 ist auf dem festen Stativkopf 4 um die Achse
5
schwenkbar gelagert. Das Gerät besitzt ein Umschaltorgan 6 für den
Vergrößerungswechsel. Dieser ist an der gehäusefesten Marke 7 abiesbar. Eine
Kurvenscheibe 8 ist mit dem Umschaltorgan 6 fest verbunden. Der Stativkopf
4 besitzt eine Wulst 9, auf dem sich die Kurvenscheibe 8 abstützt.
Diese getriebliche Verbindung wird durch die Feder 10 gewährleistet. Zwischen
dem Umschaltorgan 6 und der Kurvenscheibe 8 kann auch eine lösbare
Kupplung angeordnet sein.
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Wechselt man die Vergrößerung durch Verdrehen des Umschaltorgans
6, so dreht sich die Kurvenscheibe 8. Da diese sich auf dem feststehenden
Wulst 9
abstützt, wird hierdurch das ganze Gehäuse 1 um die Achse
5 verschwenkt. Die Kurvenscheibe 8 ist so ge-
formt, daß die
Verschwenkung der optischen Achse einer gewünschten Funktion folgt, wie dies im
Schaubild, F i g. 2, beispielsweise dargestellt ist. So kann die unterste
Begrenzung des sich verändernden Gesichtsfeldes bei Vergrößerungswechsel stets erhalten
bleiben.
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Zur Veränderung der übersetzung der Schwenkbewegung wird der Wulst
9 am Stativkopf 4 nicht fest, sondern beweglich so angeordnet, daß die Berührungsstelle
von Kurvenscheibe 8 mit Wulst 9 ihren senkrechten Abstand von der
Verbindungslinie der Achsendurchstoßpunkte von Umschaltorgan 6 und Achse
5 ändert. Hierdurch wird die Einstellung eines beliebigen Schwenkwinkels
ermöglicht. Ordnet man den Wulst 9 so an, daß er parallel zur Verbindungslinie
der Achsendurchstoßpunkte beweglich ist, so ergibt sich die Möglichkeit, die optische
Achse in der Richtung senkrecht zur Achse 5 auf einen in gewissen Grenzen
beliebigen Punkt einzustellen.
F i g. 4 zeigt die vereinfachte
Darstellung eines Längsschnittes durch ein periskopisches Fernrohr mit einem pankratischen
Linsensystern für den kontinuierlichen Vergrößerungswechsel und einem schwenkbaren
Prisma. Im Fernrohrgehäuse 11 ist oben das Blickfenster 12 angeordnet, durch
das der Eintrittsstrahl 13 tritt; durch das Okular 14 unten tritt der Austrittsstrahl
15 aus. Der Eintrittsstrahl 13 trifft auf das Schwenkprisma
16, das mit seiner verspiegelten Hypothenusenfläche als Spiegel wirkt. Das
Schwenkprisma 16 ist im Prismenhalter 17 befestigt. Dieser ist im
gehäusefesten Lagerbock 18 um eine in der Hypothenusenfläche liegende Achse
drehbar gelagert und weist einen Schwenkhebel 19 mit einem Steuerwulst 20
auf. Im senkrechten Strahlengang ist nahe dem Schwenkprisma 16 das Objektiv
21 gehäusefest angeordnet. Darunter sind die Feldlinsen 22 und 24 mit ihren Linsenträgern
23 und 25 längsbeweglich angebracht. Der Linsenträger 23 ist
an einem Steuerseil 26, das über die Seilscheiben 28 und
29 läuft, befestigt; der zweite Linsenträger 25 ist an einem zweiten
Steuerseil 27, das über die Seilscheiben 30 und 31 läuft, befestigt.
Die Seilscheiben 29 und 31 sind miteinander verbunden, ebenso die
Seilscheiben 28
und 30. Am Steuerseil 26 ist ein Umschalthebel
32
für den Vergrößerungswechsel befestigt. Die Seilscheiben 29 und
31 sind mit einer Kurvenscheibe 34 fest verbunden und gemeinsam auf einer
Achse 33
drehbar gelagert, die in einem Arm des Fernrohrgehäuses
11 angeordnet ist. Eine Feder 35 sorgt für Kraftschluß zwischen Steuerwulst
20 und Kurvenscheibe 34.
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Wird der Umschalthebel 32 verstellt, so werden die Feldlinsen
22 und 24 parallel zu sich selbst um verschiedene Strecken verschoben, und die Vergrößerung
des Fernrohres ändert sich. Gleichzeitig wird die Kurvenscheibe 34 verdreht, und
das Schwenkprisma 16 wird über den Steuerwulst 20 und den Schwenkhebel
19 verschwenkt. Gleichzeitig mit dem Vergrößerungswechsel findet hierdurch
eine funktionell festgelegte Verschwenkung des Eintrittsstrahles 13 statt.
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F i g. 5 zeigt eine Schwenkspiegelanordnung mit Verstellung
durch eine Zielmarke in vereinfachter Darstellung als Detail für ein optisches Gerät
(z. B. nach F i g. 4). Ein Schwenkspiegel 36 ist in einem Spiegelhalter
37 befestigt und im gehäusefesten Lagerbock 18 drehbar gelagert. Der
Spiegelhalter 37
besitzt einen Schwenkhebel 19 mit einem Steuerwulst
20. An einer gehäusefesten Achse 33 ist ein Steuerhebel 38 mit einer
Kurvenscheibe 34 drehbar gelagert und wird von einem im gehäusefesten Lager 41 drehbaren
Sperrhebel 39 abgestützt. An dem als Winkelhebel ausgebildeten Sperrhebel
39, der an einem gehäusefesten Anschlag 40 anliegt, ist ein Sperrgestänge
42 angelenkt.
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Eine irn Gehäuse verschiebbar gelagerte Stellstange 44 weist einen
Flansch 46 sowie einen verschiebbaren Mitnehmer 43 auf, der unter dem Druck einer
Stellfeder 45 an dem Steuerhebel 38 anliegt. Die getriebliche, Verbindung
zwischen dem Steuerwulst 20 des Schwenkhebels 19 und der Kurvenscheibe 34
wird durch eine Feder 35 gewährleistet.
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Die Arbeitsweise bei diesem Anwendungsbeispiel ist folgende: Bei geringer
Vergrößerung, d. h., wenn das übersichtsbild im Blickfeld zu sehen ist, hat
das Getriebe die gezeichnete Lage. Verstellt man nun die Zielmarke (d. h.
die Visierlinie), so wird gleichzeitig die Stellstange 44 nach unten mitgenommen.
Der Mitnehmer 43 vermag jedoch den Steuerhebel 38
nicht mit nach unten zu
nehmen, da dessen Bewegung durch den Sperrhebel 39 gesperrt ist. Folglich
wird die Stellfeder 45 entsprechend zusammengedrückt. Der Schwenkspiegel
36 behält seine Lage bei; die optische Achse des Gerätes bleibt unverändert.
Schaltet man unmehr eine stärkere Vergrößerung ein, so wird mit dem Umschalthebel
über die Sperrstange 42 der bis dahin am Anschlag 40 liegende Sperrhebel
39 rechtsdrehend verschwenkt und gibt den Steuerhebel 38 frei, der
nun unter der Wirkung der gespannten Stellfeder 45 rechtsdrehend schwenkt und über
die an ihm befestigte Kurvenscheibe 34 und den Steuerwulst 20 den Schwenkhebel
19 betätigt. Diese Stellung ist in F i g. 5 gestrichelt gezeichnet.
Somit wird der Schwenkspiegel 36 verschwenkt, und die optische Achse des
Gerätes verändert ihre Richtung um das der Verschwenkung der Zielmarke entsprechende
Maß. Die optische Achse entspricht nunmehr der vorgewählten Visierlinie.
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Bildet man den Sperrhebel 39 mit einer nicht dargestellten
Kurvenbahn aus, so wird bei Rückstellung auf die anfangs vorhandene Vergrößerung
durch die Sperrstange 42 der Sperrhebel 39 wieder in seine ursprüngliche,
ausgezogen dargestellte Lage zurückgeschwenkt und drückt über die Kurvenbahn den
Steuerhebel 38 in seine alte Lage zurück. Somit wird die Spiegelschwenkung
wieder rückgängig gemacht, und die optische Achse des Gerätes gelangt wieder in
ihre ursprüngliche Lage.
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F i g. 6 stellt die beispielsweise Gestaltung eines Getriebes
für eine Schwenkvorrichtung mit Kupplung, Zielmarkenverstellung und veränderlicher
übersetzung dar. Eine Verstellwelle 48 ist mit der Verstellvorrichtung für die Vergrößerung
gekuppelt und besitzt eine Paßfeder 50, auf der eine Reibrolle 49 durch einen
Verstellhebel 51 axial verschiebbar ist. Am Verstellhebel 51 ist ein
Gestänge 52 angelenkt, das zum Verstellorgan für die übersetzungsänderung
führt. Die Reibrolle 49 läuft auf einer Reibscheibe 53, die an einer senkrecht
zur Verstellwelle 48 gelagerten Kupplungswelle 54 befestigt ist. Auf der Kupplungswelle
54 ist die rechte Hälffte einer Kupplung 55 angeordnet und mit einem Kupplungshebel
56 axial verschiebbar. An einer Schwenkwelle 58
sind die linke Hälffte
der Kupplung 55 und ein Zahnrad 57 befestigt. Die Schwenkwelle
58 ist mit der Schwenkvorrichtung für das ganze optische System oder für
Teile desselben verbunden. In,das Zahnrad 57 greift ein auf einer Einstellwelle
60 befestigtes Ritzel 59 ein. Die Einstellwelle 60 ist mit
dem Einstellorgan für die Zielmarke oder einer Einstellvorrichtung für die optische
Achse verbunden.
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Bei Vergrößerungswechsel wird die Verstellwelle 48 verdreht und überträgt
über das Reibradgetriebe und die Kupplung 55 und die Schwenkwelle
58 die Verschwenkung der optischen Achse. Die Größe der Verschenkung ist
durch Verschieben der Reibwelle 49 über den Verstellhebel 51 und das Gestänge
52
von einem übersetzungs-Einstellorgan aus möglich. über die Einstellwelle
60 und die Zahnräder kann weiterhin eine beliebige Verstellung der optischen
Achse mit Hilfe der Ziehnarke oder einer sonstigen Vorrichtung vorgenommen
werden, wobei noch die Möglichkeit besteht, die Kupplung 55 zu entkuppeln.
Sieht man eine Rutschkupplung vor, dann ergeben sich noch weitere getriebliche Verstellmöglichkeiten.
Auch
kann die Kupplung eine Verzahnung tragen oder nur nach einer Drehrichtung sperren.
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Weiterhin kann eine solche Getriebeanordnung mit der zu F i
g. 5 beschriebenen kombiniert werden und zusätzlich Differentiale
zur Kombination mehrerer Bewegungen erhalten.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die mechanische Verwirklichung
der getrieblichen Anordnungen. Vielmehr können zum Verschwenken der optischen Geräte
oder von Teilen derselben auch Elektromagnete oder/und -motoren dienen. Die Kupplungen,
Sperren und Verstellvorrichtungen können elektronische und/oder elektromechanische
Bauelemente aufweisen, oder sie können pneumatische bzw. hydraulische Schalter,
Sperren, Kupplungen oder Betätigungsorgane sein.