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Lichtelektrische Einrichtung zur Ausrichtung der Ziellinie einer Visiervorrichtung
Die Erfindung befaßt sich mit einer lichtelektrischen Einrichtung zur objektiven
Ausrichtung der Ziellinie einer Visiervorrichtung auf ein leuchtendes Objekt, bei
der ein Bild des Objektes mittels eines mit einer Bildtrennungskante versehenen
bildaufteilenden Elementes in zwei Teilbilder zerlegt wird, deren Lichtströme auf
fotoelektrischem Wege nach einem integrierenden Meßverfahren miteinander verglichen
werden, indem die Teillichtbündel nach der Bildteilung symmetrisch zu einer die
Bildtrennungskante enthaltenden Ebene geführt und nach Durchgang durch eine Lichtstromschalteinrichtung,
die die Querschnitte der beiden Teillichtbündel an einer Stelle, an der die Bildstruktur
in ihnen noch erkennbar ist, periodisch abwechselnd und zeitlich nacheinander auf
der der Symmetrieebene zugekehrten Seite beginnend abdeckt und auf der gegenüberliegenden
Seite beginnend freigibt, einem einzigen lichtelektrischen Wandler zugeführt werden.
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Einrichtungen dieser Ausbildung sind an sich bekannt. Sie dienen
vornehmlich zur Ausrichtung der Ziellinie von Fernrohren geodätischer Winkelmeßinstrumente
auf ein selbstleuchtendes oder beleuchtetes Objekt, wobei eine von subjektiven Einflüssen
menschlicher Beobachter freie Pointierung erzielbar ist, indem die Ausrichtung an
Hand eines elektrischen Meßinstrumens kontrolliert werden kann.
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Die in solchen Anordnungen verwandten integrierenden Lichtstromvergleichseinrichtungen
erlauben die Umwandlung der miteinander zu vergleichenden Lichtströme in elektrische
Spannungen, deren Gleichheit anzeigt, daß das abgebildete Objekt symmetrisch auf
die beiden Bildfeldebenen verteilt ist, wodurch die exakte Ausrichtung der Fernrohrziellinie
gegeben ist. Die den Lichtströmen entsprechenden elektrischen Spannungen werden
im allgemeinen phasenempfindlich gleichgerichtet, so daß der zeitliche Mittelwert
der gleichgerichteten Spannung als Maß für die Lichtstromdifferenz benutzbar ist.
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Das Auflösungsvermögen solcher Einrichtungen ist durch das am lichtelektrischen
Wandler erzielbare Rausch-Signal-Verhältnis begrenzt, wobei das »Rauschen« durch
in das Bildfeld mit eintretendes Fremdlicht gegeben ist.
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Es wurde nun gefunden, daß das Rausch-Signal-Verhältnis in Einrichtungen
dieser Art durch Anwendung relativ einfacher Mittel verbessert werden kann. Betrachtet
man nämlich die elektrische Signalerzeugung am lichtelektrischen Wandler, so zeigt
sich, daß die vorgesehene Lichtstromschaltvorrichtung im Ablauf ihres Wirkungszyklus
- nämlich Verdeckung des einen und anschließende Freigabe des anderen
Lichtstroms
- zunächst diejenigen Bildteile eines jeden Lichtbündels verdeckt bzw. zu verdecken
beginnt, die das eigentliche Nutzlicht enthalten, und erst danach die Bildteile,
die zum Störlicht erheblich beitragen. Ahnlich liegen die Verhältnisse bei der Freigabe
der Lichtdurchtrittsöffnungen der Lichtströme. Zunächst werden die Bildteile freigegeben,
die das Störlicht enthalten und darauffolgend jene, die zum Nutzlicht beitragen.
Die Nutzlicht enthaltenden Teile der Lichtdurchtrittsöffnungen entsprechen dabei
der Mitte des fotometrierten Bildfeldes in der Umgebung der Trennkante des bildaufteilenden
Elements. Das mit einer solchen Schaltcharakteristik der Lichstromschaltvorrichtung
erzielte Rausch-Signal-Verhältnis kann - je nach Art des speziellen Verlaufs der
Schaltcharakteristik - sehr ungünstig sein, da die Fremdlichtanteile länger auf
den Wandler einwirken als die eigentlichen Nutzlichtanteile.
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Zur Beseitigung dieses Mangels wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
in Einrichtungen der eingangs erwähnten Art Mittel vorzusehen, die jedes der beiden
Teillichtbündel in sich quer zur Bildtrennungskante seitenvertauscht der Lichtstromschaltvorrichtung
zuführen.
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Auf diese Weise sind die obenerwähnten Umstände vermieden, und es
ist sichergestellt, daß die das Nutzlicht enthaltenden Bildteile sofort bei beginnender
Freigabe des jeweiligen Teilbildes mit ihren Lichtströmen
auf den
lichtelektrischen Wandler einwirken.
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Es ist zwar die Verwendung eines strahlenteilenden und gleichzeitig
bildseitenvertauschenden Hüfner-Rhombus bereits zur Führung zweier miteinander zu
vergleichender Lichtbündel bei einem Kolorimeter und zur Erzeugung und Lichtbündelführung
zweier zu vergleichender Teilspektren bei einer fotometrischen Einrichtung für Spektroskopie
bekannt, jedoch ist in diesem Fall die Bildseitenvertauschung für die Funktion dieser
Einrichtungen belanglos und nicht absichtlich angestrebt. Die Figuren dienen zur
Erläuterung,der Erfindung.
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In F i g. l bezeichnet 1 die Ziellinie des Fernrohrs eines geodätischen
Winkelmeßinstruments. Mit 2 ist das Objektiv des Fernrohrs bezeichnet, 3 kennzeichnet
die Fernrohrbildebene, 4 einen hinter der Bildebene angeordneten teildurchlässigen
Spiegel, z. B. einen Interferenzspiegel, über den mittels des Okulars 5 das in der
Ebene 3 gelegene Zielbild beobachtbar ist. Der Spiegel 4 ist unter 450 geneigt gegen
die optische Achse des Fernrohrs angeordnet.
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Mittels des optischen abbildenden Systems 6 wird das in der Ebene3
gelegene Zielbild in der Bildebene 7 abgebildet. In der Ebene 7 ist eine Gesichtsfeldblende
z. B. mit kreisförmiger Öffnung angeordnet.
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Mit 8 ist ein Prisma bezeichnet, das zur Bildaufteilung des in der
Ebene 7 gelegenen Bildfeldes in zwei Teilbilder dient. Das Prisma weist eine senkrecht
zur Zeichenebene gelegene Prismenkante9 auf, die als Bildtrennungskante 9' dient.
Die über die Prismenflächen 10 und 11 das Prisma durchsetzenden Lichtbündel treten
über die Prismenflächen 12 und 13 aus dem Prisma wieder aus. Hinter dem Prisma ist
eine Lichtstromschaltvorrichtung in Form einer Drehblende 16, die motorisch angetrieben
ist und um die Achse 17 gedreht wird, gelagert. Die Drehblende besteht aus einem
langgestreckten prismatischen Körper mit dem in der Zeichnung dargestellten Querschnitt.
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Die Flächen 18 und 19 der Drehblende 16 dienen zur wechselweisen Abdeckung
der beiden Lichtströme 14 und 15. Hinter der Schaltvorrichtung ist ein Sammelprisma
23 angeordnet, das jeweils einen der beiden Lichtströme auf die gleiche Stelle der
Fotokathode des hinter dem Prisma 23 angeordneten lichtelektrischen Wandlers 24
lenkt. Mittels des z. B. als Fotozelle ausgebildeten Wandlers 24 werden die beiden
Lichtströme in lichtstromproportionale elektrische Spannungen umgewandelt, die der
Vergleichsvorrichtung 25 zugeführt sind. Die Vergleichsvorrichtung 25 enthält ein
elektrisches Meßinstrument 26, das die Lichtstromdifferenz bzw. die Gleichheit beider
Lichtströme im zeitlichen Mittel anzeigt.
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In F i g. 2 ist das in der Ebene 7 gelegene Bildfeld dargestellt.
9' deutet die Lage der Bildtrennungskante des bildaufteilenden Elements 8 in diesem
Gesichtsfeld an. Es zerlegt dieses Gesichtsfeld in die beiden Bildhälften 20 und
21. Mit 22 ist das in diesem Gesichtsfeld gelegene Objekt angedeutet, auf das die
Ziellinie des Fernrohrs auszurichten ist.
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Die F i g. 3 zeigt das in der Ebene 7 gelegene Gesichtsfeld im zerlegten
Zustand. In äIteren Anordnungen ist dem Teilbild 20 der Lichtstrom 14 und dem Teilbild
21 der Lichtstrom 15 zugeordnet.
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Bei den bekannten Anordnungen wird bei Drehung der Schaltvorrichtung
16 in Richtung des Pfeils der Fig. 1 zunächst - ausgehend von einem Schaltzustand,
bei dem das Gesichtsfeldteil 20 mit dem von
ihm ausgehenden Lichtstrom auf den Wandler
21 einwirkt - das Teilbild 20 in Richtung des Pfeils I abgedeckt. Danach wird der
Lichtstrom des Teilbilds 21 durch die Blende 16 in Richtung des Pfeils II freigegeben,
worauf eine Abdeckung dieses Teilbilds in Richtung des Pfeils III erfolgt. Nach
erfolgter Abdeckung des Teilbilds 21 wird das Teilbild 20 in Richtung des Pfeils
IV freigegeben. Diese Wirkungsweise besteht unter der Voraussetzung, daß die beiden
Teilbilder 20 und 21 mit den Lichtströmen 14 und 15 identifiziert werden können.
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Bei der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung
jedoch derart getroffen, daß durch die spezielle Wahl des bild aufteilenden Elements
8 in an sich bekannter Weise eine Vertauschung der beiden Teilbilder in der in der
F i g. 4 dargestellten Weise erfolgt. Das Teilbild 21 tritt demzufolge seitenvertauscht
an die Stelle des Teilbilds 20, und das Teilbild 21 tauscht mit dem Teilbild 20.
Bei gleichbleibender Wirkungsweise der lichtelektrischen Schaltvorrichtung 16 werden
nunmehr zunächst Bildteile des Teilbilds 21 abgedeckt, die kein Nutzlicht enthalten.
Ebenso wird nach erfolgter Abdeckung dieses Teilbilds der Lichtstrom des Teilbilds
20 von der Bildtrennungskante in Richtung des Pfeils II freigegeben, wodurch nunmehr
sofort die Bildteile, die Nutzlicht enthalten, über ihren zugehörigen Lichtstrom
auf den Wandler 24 einwirken. Im übrigen verläuft der Vorgang analog, wie an Hand
der F i g. 3 erläutert.