DE1203490B - Optisches Beobachtungsinstrument (Zielfernrohr oder Ablesemikroskop) mit Dosenlibelle - Google Patents

Optisches Beobachtungsinstrument (Zielfernrohr oder Ablesemikroskop) mit Dosenlibelle

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DE1203490B
DE1203490B DEZ9918A DEZ0009918A DE1203490B DE 1203490 B DE1203490 B DE 1203490B DE Z9918 A DEZ9918 A DE Z9918A DE Z0009918 A DEZ0009918 A DE Z0009918A DE 1203490 B DE1203490 B DE 1203490B
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vial
telescopic sight
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DEZ9918A
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English (en)
Inventor
Dr Martin Drodofsky
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Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
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Publication date
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/64Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
    • G02B27/646Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake
    • G02B27/648Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake for automatically maintaining a reference alignment, e.g. in self-levelling surveying instruments

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Description

  • Optisches Beobachtungsinstrument (Zielfernrohr oder Ablesemikroskop) mit Dosenlibelle Die Erfindung betrifft ein optisches Instrument (Zielfernrohr oder Ablesemikroskop), das zum selbsttätigen Ausgleich kleiner Neigungen mit einer Dosenlibelle versehen und so eingerichtet ist, daß das die Abbildung einer Zielmarke auf einer Strichplatte bewirkende System die Gasblase der Libelle als Zerstreuungslinse enthält.
  • Die Verwendbarkeit von Libellenblasen als Linsen in optischen Systemen ist an sich bekannt. Die optisch wirksamen Flächen dieser Gaslinse werden gebildet durch die mit einem konstanten Krümmungsradius hergestellte obere Abschlußfläche der Dosenlibelle, die als Lauffläche für die Blase dient, einerseits, und die an die Flüssigkeit angrenzende Fläche der Blase, welche die Lichteintrittsfläche ist, andererseits.
  • Es hat sich nun gezeigt, daß das Volumen der Blase und damit die Lage der Lichteintrittsfläche relativ zu den anderen optischen Teilen des Instruments sowie die Brechkraft der Libellenflüssigkeit sehr stark von der Temperatur abhängig sind. Infolgedessen ändert sich die optische Vergrößerung der über die Libellenblase abgebildeten Marke mit der Temperatur, was höchst unerwünscht ist.
  • Der Erfinder hat gefunden, daß durch die Wahl eines bestimmten Füllungsgrades (Flüssigkeitsvolumen/Gefäßvolumen) der Dosenlibelle die obengenannten optischen Daten der Blase derart eingestellt werden können, daß innerhalb eines großen Temperaturbereiches die Vergrößerung des die Blase enthaltenden optischen Systems praktisch konstant bleibt.
  • Die Erfindung besteht daher in einem optischen Beobachtungsinstrument mit einer dem selbsttätigen Ausgleich kleiner Neigungen dienenden Dosenlibelle, deren Blase als zusätzliche Linse im optischen Strahlengang verwendet wird, und zwar ist erfindungsgemäß ein so bestimmter Füllungsgrad der Dosenlibelle gewählt, daß bei ihm über einen Temperaturbereich von etwa - 10 bis + 401 C eine Konstanz der optischen Vergrößerung ß mit einer solchen Genauigkeit erhalten wird, daß sie nicht um mehr als ± 1 % von ihrem Sollbetrag abweicht.
  • Die schematische Zeichnung eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht den Strahlengang in einem Zielfernrohr mit einer Dosenlibelle nach der Erfindung.
  • Das Objektiv 1 entwirft über ein Penta-Prisma 2 und eine Dosenlibelle 3 ein Bild des Zielpunktes, das ohne Berücksichtigung der optischen Wirkung der Libellenblase etwa bei 8 liegen würde. Mittels der rotationssymmetrischen Libellenblase 7, welche als Zerstreuungslinse wirkt, wird das Bild des Zielpunktes über das Reflexionsprisma 4 auf der Strichplatte 5 abgebildet. Es wird dann über das Okular 6 zusammen mit der Skala der Strichplatte im Auge scharf gesehen.
  • Kippt man das Zielfernrohr innerhalb derZeichenebene um einen kleinen Winkel cc, so nimmt der horizontale Hauptstrahl relativ zum Instrument die gestrichelt gezeichnete Lage ein. Das Bild bei 8 würde bei unveränderter Lage der Libellenblase nach 8' verschoben werden. Der Betrag der seitlichen Versetzung wäre dann d, = S * cc, wobei s die Bildweite des Objektivs 1 ist.
  • Gleichzeitig wandert aber auch die Blase 7 der Libelle um den Betrag d2 # r » cc in derselben Richtung wie das Bild 8, wobei r der Krümmungsradius der Innenfläche 9 der Libellendose ist.
  • Die Bildweite s des Objektivs ist von der Entfernung des Zielpunktes abhängig nach wenn E die Entfernung des Zielpunktes ist. Zur Einstellung auf verschiedene Zielentfernungen wird das Objektiv 1 entsprechend verschoben.
  • Da die Vergrößerung ß temperaturkonstant gehalten wird, entspricht - vom Objektiv her gesehen - jeder Neigung m des Instruments eine konstante Strecke a, um die das Strichkreuz versetzt erscheint. Nach den bekannten Betrachtungen über den anallaktischen Punkt in Zielfernrohren ist somit der vordere Brennpunkt des Objektivs die scheinbare Kippachse des Instruments. Der Krümmungsradius r der Lauffläche 9 der Libellenblase ist so gewählt, daß trotz der Neigung des Instruments das Bild des Zielpunktes - über das Reflexionsprisma4 - in der Mitte der Strichplatte5 scharf abgebildet wird. Jener Krümmungsradius folgt der Beziehung wenn fl die Brennweite des Objektivs 1 und ß die Vergrößerung ist, mit der das Bild 8 bzw. 8' auf der Strichplatte 5 abgebildet wird.
  • Die Vergrößerung ß des unter Mitwirkung der Libellenblase, also ferner durch das Objektiv, die gekrümmte Lauffläche 9 der Blase und das nachfolgende Prisma erzeugten Bildes auf der Strichplatte hängt von der Brennweite f7 der Libellenblase und dem Abstand w zwischen der Lichteintrittsfläche der Blase und der Strichplatte 5 ab.
  • Es ergibt sich Für die Brennweite f7 der Libellenblase ergibt sich unter Berücksichtigung der Brechzahl n 7 der Libellenflüssigkeit wobei r. der Krümmungsradius der Blase in ihrem tiefsten Punkt ist.
  • Der einwandfreien Arbeit dieser Anordnung steht entgegen, daß sich mit der Temperatur das Volumen der Libellenflüssigkeit ändert, und zwar um etwa den 30fachen Betrag der Volumenänderung des Gefäßes. Dadurch entsteht unvermeidbar eine Formänderung der Blase und damit eine Änderung ihres Krümmungsradius r.. Da sich auch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit mit der Temperatur ändert, wird auch dadurch die Größe des Blasenradius beeinflußt. Mit seiner Änderung ist wiederum eine Änderung des Abstandes w der Lichteintrittsfläche der Blase von dem Bild auf der Strichplatte verbunden.
  • Schließlich wird mit der Temperatur auch die Brechzahln 7 der Libellenflüssigkeit geändert, so daß die Brennweite der als Linse wirkenden Libellenblase einen starken Temperaturgang aufweist.
  • Es läge nun nahe, zur Kompensation dieser Temperatureinflüsse auch den Krümmungsradius r der Lauffläche 9 der Libellenblase temperaturabhängig zu machen. Derselbe folgt der Beziehung Zwar sind der Krümmungsradius der Lauffläche und die Brennweite fl des Objektivs im einander entgegengesetzten Sinne temperaturabhängig. Der Einfluß der Ausdehnung des Glases und die Änderung der Brechzahl der Gläser des Objektivs beträgt jedoch nur ein Tausendstel bis ein Hundertstel des Temperatureinflusses auf die Blase.
  • Erfindungsgemäß läßt sich die Brechkraft der Libellenblase durch die Wahl eines ganz bestimmten Füllungsgrades (Flüssigkeitsvolumen/Gefäßvolumen) so einstellen, daß der Quotient in einem Temperaturbereich von mindestens - 10 bis + 40' C so konstant halten, daß er um nicht mehr als ± % vom Sollwert abweicht.
  • Der entsprechende FüHungsgrad läßt sich einpirisch einstellen. Er ist erreicht, wenn zwischen den Grenztemperaturen (-10 und +40' Q die Bildgröße auf der Strichplatte konstant bleibt.
  • Der richtige Füllungsgrad läßt sich auch über die Integration der Differentialgleichung für die Lichteintrittsfläche derLibellenblase rechnerisch ermitteln.
  • Bei einer Anordnung mit dem Gefäßvolumen V der Libelle = 1088 mms und den Größen r = 404 mm f., = 112 mm w = 16,4 nun n" = 1,35 (Alkohol bei 201 Q gelangt man zu einem optimalen Füllungsgrad Q = 83,6 % sowie zu einer Libellenblase mit dem Krümmungsradius r7 = 14,4 mm und der Brennweite f7 = 41 mm, deren Vergrößerung ß = 1,4 innerhalb des oben angegebenen Temperaturbereiches praktisch konstant ist.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Optisches Beobachtungsinstrument (Zielfernrohr oder Ablesemikroskop) mit einer dem selbsttätigen Ausgleich kleiner Neigungen dienenden Dosenlibelle, deren Blase als zusätzliche Linse im optischen Strahlengang verwendet wird, gekennzeichnet durch einen so bestimmten Füllungsgrad der Dosenlibelle, daß bei ihm innerhalb eines Temperaturbereiches von etwa - 10 bis + 401 C die Größe des über die Blase erzeugten Bildes praktisch unverändert bleibt.
  2. 2. Zielfernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei T/ # 1080 mms r = 404 mm fl = 112 mm W = 16,4 mm n" = 1,35 der Füllungsgrad der Dosenlibelle 83,6% beträgt, wobei V das Gefäßvolumen und r der Krümmungsradius der Lauffräche der Libellenblase, f, die Brennweite des Fernrohrobjektivs, w der Abstand der Lichteintrittsfläche der Libellenblase zur Bildebene und n7 die Brechzahl der Libellenflüssigkeit ist.
DEZ9918A 1963-02-15 1963-02-15 Optisches Beobachtungsinstrument (Zielfernrohr oder Ablesemikroskop) mit Dosenlibelle Pending DE1203490B (de)

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CH168564A CH418658A (de) 1963-02-15 1964-02-10 Optisches Instrument mit Dosenlibelle
AT115964A AT242381B (de) 1963-02-15 1964-02-12 Optisches Instrument mit Dosenlibelle
US344598A US3377910A (en) 1963-02-15 1964-02-13 Stabilzed optical instrument utilizing box level bubble as lens

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US3531176A (en) * 1968-09-04 1970-09-29 Optical Res & Dev Corp Multiple telescope stabilizing optical system
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US1063761A (en) * 1911-06-07 1913-06-03 Arthur Cyril Webb Aldis Level and the like.
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US3377910A (en) 1968-04-16
CH418658A (de) 1966-08-15
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