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Geodätisches Zielfernrohr Die Erfindung betrifft ein geodätisches
Zielfernrohr mit innerer Schaltlinse, welche mittels eines auf eine Verschiebevorrichtung
wirkenden Drehknopfes verschiebbar ist. Im Vermessungswesen wird bei der instrumentellen
Ausrüstung auf Feldtüchtigkeit, Handlichkeit und hohe Arbeitsgeschwindigkeit Wert
gelegt. In diesem Zusammenhang kommt bei geodätischen Zielfernrohren einer einfach
und schnell zu bedienenden, dabei aber hinreichend feinfühligen und raumsparenden
Scharfstellvorrichtung besondere Bedeutung zu. Unter den existierenden Lösungen
haben sich diejenigen mit innerer Schaltlinse zur Scharfstellung von Fernrohren
allgemein durchgesetzt, weil sie ein allseits gekapseltes Fernrohr von konstanter
Länge erlauben. Die bekannteste Lösung sieht ein an einem Drehknopf befestigtes
Zahnritzel vor, das in eine Zahnstange eingreift, die an der in einer Gleitführung
gelagerten Fassung der Schaltlinse befestigt ist. Eine andere verbreitete Lösung
besteht in einem Schneckentrieb, bei dem ein um die Fassung der Verschiebelinse
gelagerter Verstellring mit Innengewinde ein Außengewindesegment an der Schaltlinsenfassung
antreibt. Da der Verstellring in der Verschieberichtung fixiert ist, verschiebt
sich das Gewindesegment und bewegt die Schaltlinse. Es gibt zur Verfeinerung der
Bewegung bei letztgenannter Lösung auch eine Weiterentwicklung. bei der ein Zahnritzel
über eine ringförmige Verzahnung den genannten Stellring antreibt.
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Die oben aufgeführten, wie alle übrigen bei geodätischen Zielfernrohren
bisher üblichen Lösungen haben die Eigenart, daß der Verstellmechanismus für die
Verschiebelinse linear wirkt. Dieser Umstand wurde seit jeher als Nachteil empfunden,
weil er nicht den optischen Abbildungsgesetzen entspricht. Die Scharfstellung eines
Fernrohres besteht bekanntlich darin, daß die Abbildung des in einer beliebigen
Entfernung liegenden Ge 'genstandes in die Brennebene des Okulars gebracht wird.
Wenn man vom heute nicht mehr üblichen Okular- oder Objektivauszug absieht, so wird
die Scharfstellung durch eine in der optischen Achse des Objektivs verschiebbaren
Zerstreuungs- oder Sammellinse bewerkstelligt. Bei einer Veränderung der Gegenstandsentfernung
entspricht die zur Scharfstellung erforderliche Bewegung der Schaltlinse angenähert
der durch die Entfernungsänderung verursachten Abstandsänderung der Abbildung, die
ohne Verschiebelinse entstehen würde. Zwischen der Gegenstandsentfernung und der
zur Scharfstellung erforderlichen Lage der Schaltlinse besteht die in
Ab b. 1 dargestellte Beziehung, die etwa einer Hyperbelfunktion gleichkommt.
In der Praxis wirkt sich dies so aus, daß die Schaltlinse bei gleichen Entfernungsunterschieden
des Gegenstandes um so mehr verstellt werden muß, je näher dieser liegt.
In der Abbildun- ist die Lage a der Schaltlinse bei Scharfstellung in Abhängigkeit
von der Gegenstandsentfernung b aufgetragen. Mit in ist die kürzeste Zielweite,
mit iv eine große Zielweite bezeichnet, bei der die Stellung der Schaltlinse praktisch
der Unendlich-Einstellung entspricht. Dementsprechend sind n und u die Schaltlinsenstellungen
bei nahen Entfernungen und bei Unendlich.
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Der beschriebene funktionelle Zusammenhang hat zur Folge, daß ein
linear wirkender Trieb bei kurzen Entfernungen zu fein, bei weiten Entfernungen
zu ,grob wirkt, so daß im einen Fall eine unnötig starke, zeitraubende Verdrehung
des Drehknopfes notwendig ist, im anderen die menschliche Hand nicht feinfühlig
genug arbeitet. Da bei Vermessungsarbeiten bei jedem Ziel neu scharfgestellt werden
muß., wirken sich diese Nachteile sehr stark aus.
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Man hat seit einiger Zeit nach Ausweichlösunaen C, -Fein-Triebe entwickelt.
gesucht und sogenannte Grob 1
Bei Vermessungsinstrumenten wurde eine Lösung
praktisch verwirklicht, bei der mit dem Wechsel der Drehrichtung des Stellknopfes
ein feineres übersetzungsverhältnis eingeschaltet wird, das über einen gewissen
Drehbereich wirksam bleibt, um dann wieder dem ursprünglichen übersetzungsverhältnis
Platz zu geben. Man dreht also am Knopf, bis das Bild etwa scharf erscheint. Erfahrungsgemäß
wird man unwillkürlich ein wenig über die richtige Einstellung hinaus drehen.'Wenn
man nun durch Rückwärtsdrehen des Knopfes versucht, die exakte Scharfstellung zu
erreichen, so befindet man sich automatisch im Bereich der Fein-übersetzung. Die
beschriebene Vorrichtung hat den Nachteil, daß je nach Lage des Knopfes beim
Neueinstellen einer Entfernung zunächst
der Feinstellbereich ganz
oder teilweise durchwandert werden muß. Außerdem wird man den Feinstellbereich bei
nahen Entfernungen als zu fein empfinden, wenn er bei weiten Entfernungen an-C (reinessen
ist, oder umgekehrt, bei weiten Entfernungen als zu grob und bei nahen als angemessen.
Die Lösun- ist mit dem weiteren erheblichen Nachteil belastet, daß zur Verwirklichung
des zweistufigen Getriebes mit selbsttätiger Umschaltung ein komplizierter Mechanismus
erforderlich ist, der neben hohen Herstellkosten auch größere Störanfälligkeit beinhaltet.
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Zur Vermeidung der besprochenen Nachteile der bisher üblichen geodätischen
Zielfern.-ohre sowohl mit einfacher linearer Verstelluno, der Schaltlinse als auch
mit Grob-Fein-Trieb wird ein geodätisches Zielfernrohr vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß
dadurch (,ekennzeichnet ist, daß die Schaltlinse mittels einer am Drebknopf befestigten
Kurvenscheibe steuerbar ist und daß die Winkelkoordinaten der Kurvenscheibe mindestens
annähernd die Verschiebung der Schaltlinse als mathematische Funktion der-jenigen
Entfernung wiedergeben, auf die das Fernrolir scharfzustellen ist. Eine solche Vorrichtung
ist deshalb einfach, weil sie nur aus der Kurvenscheibe, dem Drehknopf und wenigen
Bauelementen zur Lagerung dieser Elemente und zum Herstellen des Kontakts zwischen
Schiebelinse bzw. Linsenfassung und Kurvenscheibe besteht. Die Winkelkoordinaten
der Kurvenscheibe lassen sich aus den optischen Gesetzen leicht ableiten. Zudem
brauchen sie nur angenähert wiedergegeben zu sein.
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Die Scharfstelleinrichtung ähnelt äußerlich bekannten Vorrichtungen
zur Längsverschiebung von Linsen mit Hilfe von Kurvenscheiben oder anderen mit Kurven
versehenen Stellelementen. Es gibt z. B. verwandte Bauelemente bei kinematographischen
Aufnahmekameras mit veränderbarer Brennweite. Allen diesen Lösungen ist aber im
Gegensatz zur vorliegenden Erfindung folgendes gemeinsam-.
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a) Sie dienen einer im strengen Sinne mathematischgeometrischen Steuerung
der Lage einer Linse in Abhängigkeit von einer ebenfalls streng mathematisch-geometrischen
Funktion oder Gegebenheit, nicht jedoch der Verbesserung und Beschleunigung eines
von Hand ausgeführten physiologisch-psychologischen Gesetzen unterworfenen Einstellvorganges;
b) sie müssen, ihrer mathematischen Exaktheit entsprechend, sehr genau und
meist sehr aufwendig ausgeführt sein-, c) sie sind wegen ihrer Zweckbestimmung,
ihrer Genauigkeit und ihrer Aufwendigkeit nicht für geodätische Zielfernrohre geeignet
und wurden auch tatsächlich noch nie auf solche angewandt.
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Bei Zielfemrohren für Vermessungsinstrumente ist bisher jedwede Kurvensteuerung
oder überhaupt funktionsgebundene Steuerung der Lage der Schaltlinse unbekannt.
Man begnügte sich mit den weiter oben beschriebenen unvollkommenen Lösungen. Die
oben beschriebene Einrichtung stellt demgegenüber ein geodätisches Zielfernrohr
mit funktionsabhängiger, nichtlinearer Schaltlinsenverstellung in äußerst einfacher
Ausführung dar. Hierzu dienen auch weitere Einrichtungseinzelheiten. Diese wie die
Grundidee seien an Hand der A b b. 2 und 3 erläutert.
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Als Beispiel für die Anwendung des beschriebenen Zielfemrohres ist
ein Nivellierinstrument in Seitenansieht und in Draufsicht dargestellt, bei dem
die entscheidenden Bauelemente im Schnitt erscheinen. Auf der Grundplatte
1 steht der Dreifuß 2, der an Hand der justierbaren Dosenlibelle
3 mit Hilfe der drei Fußschrauben 4 grob horizontiert werden kannl# An diesem
Dreifuß ist der Fernrohrkörper 5 entweder anmittelbar oder unter Zwischenschaltung
einer - nicht dargestellten - Kippvorrichtung befestigt. Der optische
Teil des Zielfernrohres besteht aus demi Objektiv samt Fassung 6, der Schaltlinse
7 und dem gefaßten Okular8, mit dem die Strichplatte9 verbunden ist. Die
Schaltlinse ist mitsamt ihrer Fassung 10 in der optischen Achse des Objektivs
verschiebbar, wozu das ain Fernrohrkörper befestigte Führungsrohr 11 dient.
Die Verschiebung zum Zwecke der Scharfstellung des Zielfernrohres wird von Hand
mit Hilfe des Drehknopfes 12 vorgenommen. Gemäß einer Ausgestaltung der beschriebenen
Einrichtung sind Drehknopf 12 und Kurvenscheibe 13 auf einer gemeinsamen
Drehachse befestigt. Dies ist in der Abb.2 ersichtlich. Diese Lösung ermöglicht
eine äußerst einfache Ausführung. Weiter ist vorgesehen, daß die Fassung
10 der Schaltlinse 7 durch Federkraft an die Kurvenscheibe
13 gedrückt wird. Im dargestellten Beispiel wurde eine zentral zur optischen
Achse gelagerte Spiralfeder 14 angeordnet, die sich an der Objektivfassung
6 abstützt und gegen die Schaltlinsenfassung 10 drückt. Die Verbindung
zwischen dieser Fassung und der Kurvenscheibe 13 wird im dargestellten Beispiel
dadurch hergestellt, daß die Fassung 10 der Schaltlinse 7 einen aus
der Verschiebeführung 11 herausragenden Stift 15 trägt, der an der
Kurvenscheibe 13 anliegt. - In der A b b. 3
ist auch die zur
Feinhorizontierung des Nivellierinstruments erforderliche Röhrenlibelle
16 samt Fassung, Halterung und Befestigungs- bzw. Justierschrauben dargestellt.
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Weiter ist vorgesehen, daß die gemeinsame Achse von Drehknopf 12 und
Kurvenscheibe 13 mit einer Reibungskupplung am Fernrohrkörper 5 befestigt
ist. Diese Reibungskupplung ist zweckmäßig, da der Winkel zwischen Kurvenscheibentangente
im Kontaktpunkt mit der Verschieberichtung im allgemeinen einen vom rechten abweichenden
Winkel aufweisi und somit eine seitliche Kraftkomponente entstehen läßt, die bestrebt
ist, die Kurvenscheibe 13 in eine bestimmte Richtung zu drehen. Bei flachem
Winkel wird diese Kraft so gering sein, daß sie die normale Lagerreibung nicht überwindet,
doch ist es zweckmäßig und bei steilerem Winkel notwendig, die Lagerreibung durch
eine Reibungskupplung zu erhöhen und auf einen bestimmten Betrag zu fixieren.
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Die Kurvenscheibe 13 kann als Kunststoff-Fer'tigteil ausgebildet
sein. Diese Ausführung erlaubt eine besonders billige und trotzdem genaue Herstellung
der Scheibe nach einem genauen Musterstück, ferner die Verwendung eines Materials
mit Selbstschmiereigenschaften. Ebenso kann der herausragende Stift 15 kunststoffumkleidet
sein. Hierdurch ergibt sich ein schmierfreies, gleichbleibendes Gleiten.
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Eine herstellungstechnisch sehr einfache und äußeren Einflüssen gegenüber
unempfindliche Konstruktion ergibt sich, wenn die Führung der Schaltlinse mit der
Halterung des Objektivs ein gemeinsames Bauteil bildet. Im Gegensatz zu den abgebildeten
Beispielen sind dann die Objektivfassung 6 und die Führung 11
der Schaltlinse
zusammengezogen, z. B. zu einem sich verjüngenden Rohr, das in den Fernrohrkörper
5 eingeschraubt
oder an ihn anggeflanscht ist. Ein solches
gemeinsames Rohr ist nicht nur billig herzustellen, sondern sorgt auch für streng
koaxiale Halterung bzw. Führun 'c, der Linsen.
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Weiter ist vorgesehen, daß der Fernrohrkörper in der Breite der Kurvenscheibe
ebenwandig ausgebildet ist. Auch dieser Weiterbildung liegt das Ziel höchstmöglicher
Einfachheit in der Ausführung zugrunde. Die Kurvenscheibe wird zur einwandfreien
Funktion einen gewissen Durchmesser aufweisen müssen, der sich in der klassischen
runden Fernrohrform schlecht unterbringen läßt. Aus diesem Grund soll die ursprünaliche
Fernrohrform aufgegeben und durch ein etwa kastenförmiges Gebilde ersetzt werden,
an dem wenigstens eine Wand die volle Breite der Kurvenscheibe aufweist. Diese Form
brinat einen weiteren Vorteil, nämlich die Ausbildung der Begrenzungen des ebenwandigen
Teiles des Fernrohrkörpers als Visierkanten. Auf diese Weise erübrigt sich die bei
geodätischen Instrumenten im allgemeinen übliche Anbringung einer besonderen Grobvisiereinrichtung.
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