DE1547164A1 - Stabilisiertes optisches System - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf stabilisierte optische Systeme, und sie betrifft insbesondere einen Mechanismus zum Stabilisieren der linsen oder Objektive von Kameras, Teleskopen, Ferngläsern und anderen optischen Instrumenten ge^en Schwingungsbewegungeno

Wenn ein optisches Instrument in der tiand gehalten oder durch eine Plattform unterstützt wird, die Schwingungen ausgesetzt ist, ist es gewöhnlich nicht zu vermeiden, daß die Linsen des Instruments Schwingungen ausgesetzt werden; infolgedessen wird in der Brennebene ein unbefriedigendes Bild erzeugt. Dies gilt insbesondere bei einer filmkamera, bei der sich solche Schwingungen auf den aufeinander folgenden Einzelbildern des Films bemerkbar machen} die bei der -frojektion erεο folgende Vergrößerung führt dann zur Entstehung eines Bildes,

dessen -"etrachtung Schwierigkeiten macht, oder das in manchen Fällen keine Einzelheiten mehr erkennen laßtο Ein Ziel aier Erfindung besteht darin, ein Linsenstabilisierungssystem vorzusehen, bei dem unerwünschte Schwingungen von dem in der . . - . SAD ORIGINAL

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Brennebene entworfenen Bild ferngehalten v/erden, und sv/ar' ohne' Rücksicht darauf, ob die Schwingungen durch den ^enutzer lies Instruments oder eine schwingende Plattform Hervorgerufen werden.,

Genauer gesagt sieht die Erfindung eine Filmkamera vor, die in jedem Fall ein stabiles, nicht schwingendes JiIi erzeugt, und zwar ohne Rücksicht darauf, ob der Benutzer der Kamera Aufnahmen herstellt, während er sich gehend bev/egt oder sich in einem V/agen oder sogar in einem Plugzeug befindet; im letzteren Pail würde die Kamera nicht nur starken, auf das Plugzeug zurückzuiührenden Schwingungen ausgesetzt sein, sondern auch der Benutzer der Kamera könnte unerwünschte Bewegungen der Kamera nicht vollständig ausschalten· Ss sei jedoch bemerkt, daß sich die Anwendbarkeit der Erfindung nicht auf das ^ebiet von der in der Hand zu haltenden Filmkameras beschränkt· Die Erfindung ist vielmehr auch auf anderen Gebieten sehr vorteilhaft anwendbar, z.B. bei optischen Instrumenten für militärische Zwecke. Beispielsweise lehnt die amerikanische lilarine den Gebrauch von stark vergrößernden Ferngläsern ab, da es dem Benutzer eines solchen Fernglases nicht möglich ist, das fernglas genügend ruhig zu halten, um ein scharfes Einstellen des Fernglases auf den zu beobachtenden Gegenstand zu ermöglichen. Auch ist es der amerikanischen Marine bis jetzt nicht möglich, die neueren Entv/icklungen auf dem '^ebiet der. Gummilinsen für ü'ernrohre im vollen Ausmaß nutzbar zu machen» Die Ursache hierfür besteht auch in diesem Fall darin, daß es dem Benutzer unmöglich ist, das fernrohr scharf auf den zu beobachtenden Gegenstand einzustellen, nenn die Gummilinse

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auf eine starke Vergrößerung eingestellt ist_o Dies gilt nicht nur ctajiii, wenn das fernglas oder Teleskop mit der Hand gehalten wird, sondern; auch in fällen, in denen es an einer Unterstützung befestigt ist, die z.B. mit einem Schiff starr verbun-' den ist.

Umfangreiche. Anwendungsmögliehkeiten für die Erfindung ergeben sich ferner auf dein Gebiet der Luftphotographie, auf dein es bis jetzt nur selten möglicl. ist, stabilisierte FiImaufnahmen herzustellen. Aus den angegebenen Gründen haben sich vom Boden, aus gesteuerte optische leitsysteine für ^ueschpsse im allgemeinen als. unbrauchbar erwiesen, da das von der Bodenle.itstation empfangene Bild so unstabil ist, daß es für die Bedienungsperson unmöglich ist, ein Ziel genau zu erkennen. Auch_ hier schafft das erfindungsgeiuäße System Abhilfe, V/eiterhin erwELst sich die Erfindung als sehr vorteilhaft, wenn man sie bei Beobachtungsgeräten anwendet, wie sie gegenwärtig beim aaerikaiiisciien. Heer bei Flugzeugen für taktisciie Zwecke und Aufklärraigszwecke anwendet. Beispielsweise haben sich in neuerer Zeit Schwierigkeiten daraus ergeben, daß die Schützen von Hubschraubern ihr Ziel aus den Augen verlieren, sobald die Waffe abgefeuert wird. Mit anderen Sorten, die durch die V/affen erzeugten Schwingungen führen zu so starken Schwankungen der zugehörigen optischen Visiereinrichtungen, daß der Schütze die Visiereinrichtung nicht scharf auf das Ziel einstellen kann_o Aus diesem Grund ordnet man in vielen Fallen bei auf dem Boden in Stellung gebrachten Plugabwehrwaffen die Visierst sterne in eineia solchen Abstand von der Geschützstellung an,

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daß sie durch die von der Waffe herrührenden Schwingungen
nicht gestört werden· Wird dagegen ein eriindungsgemäßes optisches Stabilisxerungssystem benutzt, kann das Ziel optisch erfaßt werden, ohne daß sich Schwingungen der Plattform bemerkbar machen· Daher ist es möglich, die Visiereinrichtung auf der Geschützlafette anzuordnen·

Es wurde bereits vorgesehlagen, eine Linse in einem
Strömungsmittel aufzuhängen, das in einem kugelförmigen Behälter vorgesehen ist. Wenn man den kugelförmigen Behälter um
eine bestimmte Achse dreht, bewirkt die sich wirbelnd bewegende Flüssigkeit, daß auch die Linse gedreht wird, so daß sie
praktisch selbst wie ein Kreisel wirkt und sich gegen Bewegungen gegenüber ihrer Drehachse stabilisiert· ferner wurde bereits versucht, diesen Grundgedanken zum Stabilisieren von
Linsen z.B. bei Filmkameras anzuwenden· Bei diesen Versuchen haben sich jedoch zahlreiche praktische technische Schwierigkeiten ergeben, und im Hinblick auf die Notwendigkeit der
Schaffung einer einfachen Konstruktion und der billigen Herstellbarkeit hat es sich gezeigt, daß die Anwendung dieses
Grundgedankens unzweckmäßig ist. Beispielsweise benötigt man einen vollständigen kugelförmigen Behälter? ferner hängt die Stabilisierungswirkung des Systems von cfer Viskosität des
Strömungsmittels ab, die sieh ihrerseits in Abhängigkeit von Temperaturänderungen ändern kann; weiterhin ergeben sich häufig Schwierigkeiten in Folge von Undichtigkeiten; Änderungen der Feuchtigkeit führen häufig zu unvorhersehbaren optischen Wirkungen auf das entstehende Bild; um Taumelbewegungen der
Linse zu verhindern, muß ferner die Innenfläche der AntrieiJS-

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kugel nahezu genau kugelförmig sein. Ein Zieih der Erfindung "besteht nunmehr darin, ein Linsenstabiliaierungssystem vorzusehen, das die vorteilhaften Merkmale einer Konstruktion mit -einer schwimmend gelagerten Linse aufweist, bei dem jedoch die erwähnten technischen Nachteile vermieden sind.

• Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Linsenstabilisierungssystems, das es nicht nur ermöglicht, Schwingungen des betreffenden Instruments zu kompensieren, sondern das auch eine selbsttätige Aufrichtung der Linse gewährleistet. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so ausgebildet, daß die Drehachse des Läufers automatisch bestrebt ist, der Achse ihres Antriebsorgans zu folgen und sich stetig auf diese Achse auszurichten, so daß die Linse ständig bestrebt ist, in Fluehtung mit den übrigen Teilen des Instruments zu bleiben. Diese Aufrichtungsbewegung wird durch ein Präzessionsdrehmoment hervorgerufen, dessen Größe zunimmt, wenn die Abweichung der Drehachse von der Antriebsachse größer wird.

Allgemein gesprochen wird gemäß der Erfindung eine schwimmend gelagerte Linse verwendet, wobei ein direkt" wirkender Reibungsantrieb dazu dient, die Linse nicht nur zu drehen, sondern die Linse auch zu veranlassen, sich aufzurichten, ' ao daß ihre Drehachse in Deckung mit der Achse der Antriebsmittel gebracht wird. -

Genauer gesagt wird gemäß der Erfindung eine Linse auf einem Bauteil angeordnet, das eine kugelförmige Fläche besitzt. Auf dem Bauteil mit dieser Kugelfläche wird ferner ein Träg-

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tieitsorgan angeordnet, um das Gewicht der Linse auszugleichen. Reibungsantriebsmittel stehen derart in Berührung mit der Kugelfläche, daß die Drehung der Antriebsmittel die Linse, das Trägheitsorgan und das Bauteil mit der Kugelfläche veranlaßt, sich zusammen mit den Antriebsmitteln zu drehen« Hierbei wirkt die Linse selbst als ihr eigenes Stabilisierungsorgan. Mit anderen Worten, sobald die Linse um eine Drehachse gedreht wird, bewirkt ihr Drehimpuls, daß die Linse jeder bewegung gegenüber der Drehachse einen Widerstand entgegensetzt· Wenn jedoch die Achse der Antriebsmittel ihre Lage gegenüber der Linsendrehachse ändert, bewirken die Reibungskräfte zwischen den Antriebsmitteln und der Kugelfläche, daß die Kugelfläche, die Linse und das ringförmige Trägheitsorgan, die nach Art des Läufers eines Kreisels wirken, eine Präzessionsbewegung derart ausführen, daß sich die Drehachse der Linse selbsttätig auf die Achse der Antriebsmittel ausrichtet.

Wenn man die Antriebsmittel und die drehbare Linsenkonstruktion im Gehäuse eines optischen Instruments so anordnet, daß die Antriebsmittel um eine gegenüber dem Instrument feste Achse gedreht werden können, bildet die Linse praktisch einen in dem Instrument frei aufgehängten Kreisel. Auch dann, wenn das Instrument äußeren Schwingungen ausgesetzt wird, behält die Linse jetzt ihre Lage im Raum im wesentlichen bei. Wird das Instrument dagegen relativ langsam gedreht, ζ·Β. wenn ein Photograph mit einer Filmkamera eine Panoramierbewegung ausführt, hat die als Teil eines Kreiselläüfersnwirkende Linse das Bestreben, eine Präzessionsbewegung derart auszuführen, daß sie dieser langsamen Bewegung des Instruments folgt. Infol-

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gedessen ist die umlaufende Linse zwar für unerwünschte Schwingungen unempfindlich, docli folgt sie innerhalb praktisch brauchbarer Grenzen jeder beabsichtigten Bewegung des Instruments ο ■

•ienn man eine zu der erwähnten Linse passende Linse in . das Gehäuse vor der umlaufenden Linse so anordnet, daß ein eogenannter Boscovioh-Keil entsteht, bleibt ein durch den Keil hindurch betrachtetes Bild in der Brennebene des Keils stabil, und zwar ohne Rücksicht auf Relativbewegungen zwischen den Elementen des KeIIs₀ Ein derartiger iveil ist z.B. in dem U.S.A.-Patent 2 180 017 beschrieben. Wendet man diese Maßnahmen an,, bleibt das Bild in der Brennebene auch dann, stabil, wenn das Gehäuse des optischen Instruments unerwünschten Schwingungen ausgesetzt v/ird. Pührt man mit dem Instrument eine relativ langsame Panoramierbewegung aus, bewirkt das stabilisierte Linsenaggregat wegen seiner !Fähigkeit, eine Präzessionsbewegung auszuführen, daß das Bild -,vährend einer solchen Panoramierbewegung in der Brennebene stabil erscheint.

Sieht man ein zweites Reibungsorgan in Berührung mit der Kugelfläche vor, werden die auf das Läuferaggregat wirkenden Präzessionskräfte so verstärkt, daß das Läuferaggregat eine sehnellere Präzessionsbewegung ausführt, so daß eine schnellere Panoramierbewegung bewirkt werden kann, wobei das Bild des Aufnahmegegenstandes immer noch stabil in der Brennebene erscheint, ferner kann man Mittel vorsehen, um die normalerweise zwischen dem zweiten Reibungsorgan und der Kugelf lache

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zur Wirkung kommenden Kräfte einzustellen, so daß die Prazes*- sionsgeschwindigkeit des Läuferaggregats variiert werden kann.

. " .Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie zu dem erwähnten Zweck eine relativ einfache Vorrichtung vorsieht, die sich leicht herstellen läßt, wobei mit relativ großen Toleranzen gearbeitet- werden, kann, so- daß eine Herstellung mit geringen Kosten möglich, ist. Weiterhin läßt sich die gesamte konstruktion in einem £aum unterbringen, der nur wenig größer ist als eine Kugel, deren Radius gleich dem Krümmungsradius der umlaufenden Linse ist« Daher eignet sich die Erfindung hervorragend zur Anwendung bei in der Hand zu haltenden Instrumenten, bei denen möglichst kleine Abmessungen erwünscht sind. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß sich dadurch, daß die Linse selbst gedreht wird, die Hasse des Systens im Vergleich zu einer Anordnung erheblich verringert, bei der ein gesonderter Läufer dazu dient, eine nicht umlaufende Linse zu stabilisieren.

Eine Filmkamera ist vermutlich ein Beispiel für die häufigsten Fälle, in denen Schwingungen zu einem Mißerfolge beim Gebrauch eines optischen Instruments führen. Bevorzugte Ausbildungsformen der Erfindung werden daher im folgenden be-ZU₀IiCh ihrer Verwendung bei einer Filmkamera beschrieben; es sei jedoch bemerkt, daß sich die Erfindung auch bei zahlreichen anderen optischen Instrumenten anwenden läßt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

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Pig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Linsenstabilisierungsvorrichtung im Längsschnitt.

Fig. 1a ist ein-Schnitt längs der Linie 1a-1a in Fig, Pig. 1b ist ein Schnitt längs der Linie 1b-1b in Pig.

Fiö· 2 ist eine teilweise als Längsschnitt gezeichnete Seitensicht einer Filmkamera und veranschaulicht den Einbau einer Vorrichtung, die im wesentlichen der Darstellung in Fig. 1 entspricht.

Fig. 3 zeigt scheraatisch die Erzeugung eines Bildes in der Brennebene der Kamera für den Pail, daß die Kamera auf einen Aufnahmegegenstand gerichtet ist.

Fig. 4 läßt schematisch das Bild erkennen, das durch ein nicht stabilisiertes Linsensystem erzeugt wird, wenn die gemäß Fig. 3 angeordnete Kamera Schwingungen ausgesetzt ist.

Fig. 5 zeigt schematisch die Erzeugung eines Bildes in der Brennebene für den Fall, daß eine erfindungsgemäße !Camera Schwingungen ausgesetzt istο

Pig. 6 veranschaulicht schematisch die Reibungskräfte, die auf die Kugelfläche der Anordnung nach Fig. 1 wirken, wenn man die Anordnung von einer Seite her betrachtet, und zwar in einem Zeitpunkt, in welchem die Achse der Antriebsmittel nicht mit der Drehachse des Läufers fluchtet· "

Fig. 6a ist ein Schnitt längs der Linie 6a-6a in Fig. 6«,

Figl 7 veranschaulicht schematiseh die Reibungskräfte,

die auf die Kugelfläche der Anordnung nach Fig. 1 wirken,

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wenn man die Anordnung von der linie 7-7 in -'ig. 6 aus betrachtet, und zwar in einem Zeitpunkt, in -//eichen die Antriebsachse der Antriebsmittel gegenüber der Läuferdrehachse verlagert ist.

Fig. 8 verLnschaulicht in einem Vektordiagramm die Präzessionswirkung des Läufers, die bewirkt, daß sich der Läufer aufrichtet und sich auf aie Antriebsachse ai-sric.itet. ,

Pig. 9 ist ein Längsschnitt durch eine abgeänderte Ausbildungsform ähnlich derjenigen nach j'ig. 1.

Fig. 9a ist ein Schnitt längs der Linie 9a-9a in Fig. 9·

Jig. 10 zeigt im Längsschnitt eine v/eitere abgeänderte Ausbildungsform der Erfindung.

Ji'ig. 10a ist ein Schnitt längs der Linie 10a-IOa in Pig. 10,

Fig. 11 zeigt soheaatisch die Anordnung nach Fig. 10 und veranschaulicht die Reibungskräfte, die auf das Läuferaggregat dann wirken, wenn sich die Antriebsachse der Antriebsmittel gegenüber der Drehachse des Läuferaggregats verlagert hat_o

Fig. 11a zeigt in einem Vektordiagramm die in fig. 11 und 12 veranschaulichten Heibungskräfte.

Fig. 11b zeigt in einem weiteren Vektordiagramm die gemäß Fig. 11 und 12 zur Wirkunge kommenden Heibungskräfte.

Fig. 12 veranschaulicht schematisch die auf die Anordnung nach Fig. 11 wirkenden Heibungskräfte, wobsi die Anordnung in einer Drauf sich, t dargestallt ist. . . 9098Λ9/0535 .

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Fig. 13 zeigt ineinem-.Vektordiagramm den drehimpuls und das eine Atrfrichtung bewirkende Drehmoment des Läuferaggregats, die sich so zerlegen lassen, daß ersichtlich, wird, auf "welche ./"eise der läufer veranlaßt ■ wird., eine Präzessionsbewegung auszuführen*

In Fig. Z erkennt man eine filmkamera 2. mit einer be-, vor:;ugten Ausbildungsform eines mit 4 bezeichneten .Linsenstabiliöierungssysteius, das in einem GeLäuse 6 an: vorderen Ende der Kamera'untergebracht wird. Ein Linsenelement 3 ist gemäß S¹ ig. -■ 1 in eine Ringnut 10. des Gehäuses eingebaut; Fig. 1 zeigt das Linsensiabilisierimgssystem 4 ohne die Kamera in größerem Llaßstabe«

Ein sphärisches Linsenelement 12 ist gemäß Fig. 1 auf der rechten Seite eines Bauteils 14 angeordnet, das eine im wesentlichen kugelförmige Außenfläche besitzt. Im vorliegenden Fall liegen die Krümmungsmittelpunkte des Linsenelements 12 und. des kugelförmigen." Bauteils-14 in dem Punkt 16, der den Schnittpunkt zwischen einer waagerechten Achse 13 und einer senkrechten Achse 20 bezeichnet. ])er\mittlere Teil des kugelförmigen Bauteils 14 ist hinter der Linse 12 mit einer zylindrischen Bohrung 22 versehen, deren Achse mit der waagerechten Achse 18 in Fig. 1 und la zusammenfällt. Das;" gemäß' Fig. 2 von rechts her in Richtung der Pfeile 24 einfallende Licht kann somit die Einsenelemente 8,und 12 passieren, um über die zylindrische Bohrung 22 des kugelförmigen Bauteils 14 und weitere Linsen 26 der Kamera auf den Film 28 zu fallen, der gemäß i^(Iig. 2 in der Brennebene 3Omdes gesamten Linsensystems zu

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fallen, das die Kaueralinsen 26 und das stabilisierte linsensystem 4V₁IHXaISt. Somit wird das Bild 34 des Aufnahmegegenstahdos 32 gemäß Fig. 2 auf dem Film 28 in der kamera entwerfen. Hierauf wird im folgenden an Hand von Figo 3 näher eingegangen.

Das Kugelteil 14 weist gemäß Fig. 1 eine Ausgleichsnut 36 auf, die sich über den ganzen Umfang des Kugelteils erstreckt; diese Ausgleichsnut ist symmetrisch zu einer Linie angeordnet, die gemäß Fig. 1 gegenüber der senkrechten Achse 20 etwas nach linko versetzt ist. Die Bodenfliicne der Ausgleichsnut 38 ist mit Gewinde versehen, um mit einem Ausgleichsring 40 zusammenarbeiten zu kennen. Dieser Fting wird während seiner herstellung unterteilt und auf beliebige geeignete Weise, z.B. zemäß Fig. 1a und 1b mit Hilfe von Stiften oder Scnrauben 42 und 44 in die Ausgleichsnut eingebaut. Vor der endgültigen Befestigung wird der Ausgleichsring jedoch ausgewuchtet, z.B. durch Entfernen von Ilaterial aus einer Kut 46, die sich über die Umfangsflache des Rings erstreckt. I,^Tach dem Einoau des Hings 40 in die !Tut 36 des Kugelteils 14 kann man den Ring drehen, um ihn gemäß Fig. 1 nach links oder rechts zu schrauben und so das y-ewiciit des sphärischen Linsenelements 12 auszugleichen. Sas Kugelteil, der Ausgleichsring und die Linse 12 bilden somit ein insgesamt mit 48 bezeichnetes Läuferaggregat, das um den Punkt 16 statisch und dynamisch ausgewuchtet isto

--"■■ Das Kameragehäuse ist mit einem Antriebsunterstützungsteil 50 versehen,'das die inneren Kämeralinsen 26 umschließt und sieh gemäß Fig. 1 und 2 nach rechts erstreckt. Auf einer ^: Außenfläche 52 des Unterstützungsteils 50 ist ein Lageraggregat

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54 angeordnet. Ferner ist ein Läuferantriebsteil 56 vorgesehen, dessen eines linde 58 den äußeren Laufring des Lageraggregats 54 umschließt, so daß das Läuierantriebsteil um die waagerechte Achse 18 gedreht v/erden kann. Das andere Ende 60 des Läuferantriebsteils greift gemäß Fig. 1 an den Punkten 64a und 64b an der Kugelfläche 62 des Kugelteils 14 an. Das Läuferantriebsteil Iiax jedoch eine zylindrische Form, d.h. es stützt sich an der Kugelfläche 62 geaäS Fig. 1b länga eines Jerührungskreises 64 ab. " '

Ein zweiter Satz von zwischen der äußeren Zylinderfläche 70 des Läuferantriebsteils und ae:n Kameragehäuse 6 angeordneten Lageraggregaten 66 und 68 ermöglicht es, das Läuferantriebsteil ia G-ehäuse 6 zu drehen, geeignete Antriebsmittel,, die hier in Form eines 3-u.muirings 72 auf der Jells 74 eines nicht dargestellten Antriebsmotors gezeigt sind, dienen dazu, das Läuferantriebsteil 56 um seine Achse- 18 zu drehen. Somit dreht sich das Läuferantriebsteil 56 zwischen den Lageraggregaxen und-66 im "linken Teil iron Fig. 1"sowie zwischen dem Lageraggregat 58 und dem Berührungskreis 64 auf der Kugelfläche 62 am anderen Ende.

Während des betriebs wird das Läuferaggregat 48 durch das Lauferantriebsteil mitgenommen und um die Achse 18 gedreht. Diese \7irkung ist auf die Reibungskräfte zwischen dem Antriebsteil 56 und der Kugelfläche 62 am Berührungskreis 64 zurückzuführen. Sobald das Läuferaggregat auf eine ausreichende Drehzahl gebracht worden ist, wirkt es als der Läufer eines Kreisels, d.h. es ist im Raum .um die Achse 16, d.h. die

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Drehachse des Läufers, stabil. Sobald der läufer seine Jtabilität in livom erreicht hat, bewirkt jede Bewegung- des haneragehäuses und damit auch des läuferantrieb^teilo 56 gegenüber der Drehachse 13, dai sich der Berührungckreis 64 gegenüber der kugelförmigen Antriebsfläche 52 verlagert, so daß sich auch die Antriebsachse gegenüber der Läuferarehachse verlagert. Da hierauf im folgenden näher eingegangen v;ird, ist diese Verlagerung in Fig. 1 lediglich durch eine Aci.se 15' angedeutet, welche die verlagerte Antriebsachse des Läuferai.triebateils repräsentiert.

Nachstehend wird die optische V/irkungoweise der stoben beschriebenen Ausbildungsform an hand von Fig. 5 bis z> näher erläutert. In Pig. 5 bezeichnet der Pfeil Ä3C einen Je_:jenstand, der photographiert werden soll, .venn sich das Linsenötabili-3ierun_o3SYS"cea 4 in seiner ne^;tr-.len Sxellun^ cefinle"- und sich die Antriebsachse des lauferantriebs ^;it der Lr-haohae des Läufers deckt. In diesem Zeitpunkt passierer.. die ger.äß Figo von rechts kon^nden Lichtstrahlen die einen Uoscovich-Keil bildenden Linsenels^s-nte c und 12, um dann das nicht stabilisierte Linsensystem 26 zu passieren und in der Brennebene 30 der Lauera ein umgekehrtes 3ild A¹S¹C zu erzeugen.

Fig. 4 zeigt die entsprechenden Linsenelemente 76 und 78 einer Kamera, die nicht mit einem stabilisierten optischen System ausgerüstet ist. In Fig. 4 ist die Kamera gegenüber ihrer neutralen Ac.ise so verlagert, wie es z.3. geschehen kann, -fieren sich der eine Pilmkamera in der Hand haltende Photograph während des Jilmens genend "bev/egr. Der Abstand zwischen der verlagerten Achse und der neutralen Achse reprä-

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sentiertdaher in ii~. ■■■ die durch ,den· Photograpjjen^verursachte Vervr'aclreiuiifcj. In diesem Fall, v/ira von dein Aufnahme ge. .je n-ο ι arid AiXI nur _-iii Zeilbild in-, der, irexaieoene SQ der Jvar;:era . erzeugt, da las Liiiseiisys-t-ein nicht ■sTa.bilisie.rt ist* Genauer- · gesagt eraehein^ nur-der. Teil A3 des aeren^tandes als Bild A¹B' in der 3re^;-oeeae. Der axt 3.0 bezeichnete Teil wird, aa^eje-n nicht aufgenosxea. Diese .Darstellung· entspricht dein ."bei- Ana- ; ■teuri-ilce.n häufig anzutreffenden Fehler, der darin beste.litj ;, daß dann,Wenn dei* äe jilr.u;aa,era benutzende Photograph auf die auf zunehmenden personen zu jeht, abwechselnd die 2üiie und die Köpfe der l^roiien nicht im filmcild erseheinen.

■ ■ ..-Fij-.' -■ vercxi-rchauli-jlit aie 7irl:ung3\vei3e einer Laneramit einem dtaüiliaierten Linsensystem*\ a-em-äß ?ig. 5 aa: der l'notograph lie riaLiera gegenüber ihrer neutralen Achse in der , gleichen ^l"eise verlagert, v/ie es in Ifig. 4 dargestellt ist. Jedoch behält das Linsenelenent 12 seine Stabilität um.· die neutrale Achse bei, die in diesem Fall seiner drehachse entspricht» Das Linsenelement 8 ist jedoch .zusammeh+jait dem Kame·^ rageliäuse verlagert worden. Die Linse 8 ist mit dem Kamera·^- gehäuse ^starr verbunden, während die Linse 12 im Raum feststeht, jedoch gegenüber der- Kamera bevieglich ist. i).a die Linsen 8, und 12 einen optischen Boscovich-Keil bilden, ist eine afokale Linsenlcombination vorhanden; nachdem das Licht die Linsen 26 passiert hat", era ehe int das gesamte Bild A¹B¹C des Gegenstandes ABC in der Brennebene 30 der ilaaiera so,' als ob die Lamsra nicht vex^lagert v/orden wäre· Somit schaltet das erfindungsgemäße Lincenstabilisierungssystem die photographische V/irkung von unerwünschten, durch den JPhotographeh Verursachten

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Schwingungen aus. Selbst dann, wenn die Plattform, auf der sich der Photograph befindet, regellosen schwingungen zusätzlich zu den durch den Photographen verursachten Schwingungen ausgesetzt ist, wird das Bild in der Brennebene der PCamera in der richtigen Lage gehalten, so. daß sich die unerwünschten Schwingungen ßei dein fertigen iiim nicht bemerkbar machen.

Zwar wurde die Erfindung bezüglich ihrer Anwendung bei einer Filmkamera beschrieben, bei der die störenden Schwingungen durch einen Photographen verursacht werden, doch sei bemerkt, daß man eine ähnliche Konstruktion leicht bei Ferngläsern, Teleskopen, Vesierge.räten und anderen optischen Instrumenten vorsehen kann· Ferner eignet sich die Erfindung zwar insbesondere zur Anwendung bei in der üand zu haltenden optischen Instrumenten, bei denen es wichtig ist, das Gewicht und die Abmessungen klein zu halten, doch beschränkt 3ich die Anwendbarkeit der Erfindung keineswegs auf derartige Fälle, beispielsweise ist die Erfindung ebenso gut bei vom Boden aus optisch gesteuerten Geschoßleitsystemen anwendbar.

Wenn ein Photograph Bilder mit einer Filmkamera aufnimmt, hat er häufig den. ',Vunsch, ein Panoramabild einer bestimmten Szene herzustellen. Zu diesem. Zweck schwenkt der Photograph die Kamera um die Acnse seines Körpers längs eines Kreisbogens. Dieser Vorgang wird gewöhnlich als Panoramieren bezeichnet. Führt der Benutzer eines Fernrohrs eine solche Panoramierbewegung zu schnell aus, macht sich dies für den Benutzer sofort bemerkbar, da er keine Einzelheiten mehr erkennen kann.

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dagegen eine Panoramierbewegung auf sekundäre Weise ausgenutzt, z.B. um ein -Seschütz zu richten, oder um eine Szene auf einem PiIm festzuhalten, macht sich der iehler einer zu schnellen Bewegung nie lit sofort bemerkbare' Bei einer Filmkamera besteht z.B. Iceine Beziehung zwischen der Fähigkeit des Photographen, seine Augen-einem sich ändernden Blickfeld anzupassen und der Fähigkeit des Filius, Aufnahmen des sich ändernden Bildfeldes herzustellen. Vielehe schwerwiegenden Folgen diese Tatsache hat, geht aus einer neueren Schätzung hervor, die von mehreren Lxitgliedern eines auf dem ^-ameragebiet arbeitenden Verbandes durchgeführt wurde; es wurde festgestellt, daß 305$ der bei Amateurfilmen auftretenden Fehler darauf zurückzuführen sind, daß zu schnelle Panoramierbewegungen ausgeführt wurden. Hieraus ist ersichtlich,das Panoramaaufnahmen bei den Benutzern von Filmkameras sehr beliebt sind. Aus diesem Ü-r und wird das erfindungsgemäße stabilisierte Linsensystem so ausgebildet, daß der Benutzer eine Kamera oder ein anderes optisches Gerät im Sinne einer Panoramierbewegung bewegen kann, wobei trotzdem in der Brennebene des Geräts ein stabiles Bild erzeugt wird. Hierauf wird im folgenden naher eingegangen.

Die vorstehende Beschreibung der Erfindung gilt in erster linie für hochfrequente Schwingungen von kleiner Amplitude, wie sie normalerweise bei Filmaufnahmen auf das sogenannte Verwackeln zurückzuführen sind. Bei einer Panoramierbewegung handelt es sich dagegen .um eine niederfrequente Schwingung von sehr großer Amplitude, wobei die Amplitude so groß ist, daß man -normalerweise nicht von einer Schwingung

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und insbesondere nicht von einer unerv/ün^ oaten ^ehv.'ingung spricht. Um Panoramierbewegungen zu ermöglichen, wirdndaher das erfindungsgemäße stabilisierte Linsensystem so ausgebildet, daß es sich autona^ia^h aufricLtet, d.h. daß :ris Drehachse bzw. ^e-iäß Pig. 3 bis 5 die neutrale Ac-.se, se:.r langsam in Deckung mit der verlagerten Achse der Antriebsmittel gebracht wird. Diese Wirkung wird mit Hilfe der Kr-iselwirkung des beschriebenen Läuferaggregats erzielte'

Unter der Kreiselwirkung versteht man das 3es«reben eines sich schnell drehenden Körpers, sich um eine zur DrΐLachse nicht parallele zweite Achse zu drehen, wen., auf den Körper um eine dritte Achse ein Drehmoment wirkt· Die zweite Achse wird gewöhnlich als Präzessionsachse bezeichnet, während die dritte Achse als Drehmomentachse bezeichnet wird. Ferner ist der schnell umlaufende Körper bestrebt, sich in einer ?.ichtung zu bewegen, die rechtwinklig zur Richtung der Kraft verläuft, die das Drehmoment hervorruft. Der Srund dafür, daß sich der umlaufende Körper rechtwinklig zur V/irkungsrichtung der Kraft bewegt, besteht darin, da3 sich der Drehimpuls des umlaufenden Körpers und das Drehmoment, das durch die auf den Körper v/irkende Kraft hervorgerufen wird, in einer zur v/irkungsriciitung der Kraft rechtwinkligen Wirkung zerlegen, Eine Möglichkeit, die .Richtung zu oestimmen, in der sich ein umlaufender Körper bewegt, wenn er der '.Virkung eines äußeren Drehmoments ausgesetzt wird, besteht darin, zu berücksichtigen, daß sich der Drehimpulsvektor des Körpers in Richtung auf eine Deckung mit dem Drehmomentvektor um die Präzessionsachse bewegt, und zwar rechtwinklig sur Drehachse und zur

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,-.,,Im-folgenden .:ird auf Pig. 6 bio 8 Bezug genommen, umdie i.reiseiv.-irkunu der erfindungsgemäßen Anordnung zu beschreiben, bei v.-elciier das Lüuferaggregat 46 mit Hilfe von iteibungsiiräften .zwischen den Antriebsiaitteln 56 und der Kugelfläche des Läufers 62 aufgerichtet wird. Es sei angenommen,, daß der Lauf-ar antrieb gemäß Fig. 6-bei Betrachtung von, der rechten ; ■oeite her eiK^e^en dem Uhrzeigersinne gedreht wird. Das Lauferantriebsteil greift an der Lugelfläche des Läufers an dem iSerüiirungalvreis 64 an, der gemäß J?ig. 6 die Punkte 64a und o4b enthält. V/ie schon erwäiint, zwingen die an dem -derUhrungslcreip 6<\ auftretenden -"-eibungskräfte das Läuferaggregat, sich au are;.en, wenn das Lauf erantriebst eil in Drehung versetzt \.ird. Befindet sich der Läuferantrieb in seiner in Figo6 mit gesti*ihielten Linien angedeuteten waagerechten oder neutralen Stellung, laufen sowohl das Läuferantriebsteil als .auch das" Läuferaggregat um die in Pig. 6 als Drehachse bezeichnete Achse um. Bas Läuferantriebsteil kann sich jedoch ungehindert gegenüber der Drehachse bewegen, wobei der Berührungskreis 64 eine Bewegung gegenüber der "Kugelfläche"""62 'a'u&fÜhrtV Das Läuferantriebsteil ist in Pig. 6 in einer verlagerten Stel- " lung wiedergegeben. Eine solche Stellung würde sich z.B. dann ergeben, v.'enn der Photograph versucht, ein -Denkmal von großer Höhe zu panoramieren, wobei am unteren Ende begonnen und die Bewegung in Richtung auf das obere Ende fortgesetzt wird.·.

Wenn das Läuferaggregat um seine Drehachse umläuft, bewifckt sein Drehimpuls, daß das Aggregat um die Drehachse stabil gehalten wird, d.h. daß einer V/inlcelbewegung ein

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Widerstand entgegengesetzt wird. Im Hinblick· auf das b der Erhaltung des Drehimpulses wird das Läuferaggregat seine Drehachse im Raum fest,beibehalten, solange keine äußeren Kräfte zur Yfirkuhg kommen. Im Hinblick auf die bekannte Rechte-Hand-Regel kann man den Drehimpuls des umlaufenden Läufers gemäß Pig. 8 als waagerechten Vektor 90 darstellen, der längs der Drehachse nach rechts weist. Mit anderen Worten, der Vektor weist in die Richtung, in der sich eine rechtsgängige Schraube bewegen würde, wenn sie in der Richtung des Läuferäggregats gedreht würde. Der Vektor 90 wird als der Spinvektor bezeichnet.

..-. Wird der, Lauf er-entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht, tritt; gemäß* Pig-, ;6a. ein Kranz von Reibungskräften F auf, die = sämtlich längs ,des Be;cührungskreises.;64 zur \7irkung kommen. Am Punkt-64b ist. diese rmit,,FI- bezeichnete Kraft, in die. Zeichenebene von.Pig.. 6 hinein gerichtet und: daher in der üblichen Weise durch einen mit einem,Kreuz versehenen..Kreis, dargestellt. Die Reibungskraft F2, die-_:auf■, den Läufer am,Punkt .64a..ausgeübt wird^, -wirkt gegenüber..,der ^eichenebene in Richtung auf den Beschauer und -ist daher in .der üblichen Weise .durch einen Kreis mit einem Punkt· dargestellt. In Pig, _:6 liegt.die Präzessionsachse 92 in der Lütte.der Zeichnung und verläuft· ■ •rechtwinklig zur Zeichenebene. Um diese Achse dreht sich der Läufer bei., der Einwirkung einer Kraft, die auf .den Lauf er um die. Drehmpmentachsevjiaufgebracht wird, ..welche in Fig.-6-der senkrechtem Aehse._:..20-;entspricht. Betrachtet man-, die Präzessions-

XL,9ben,-,(^ie|ie Pig;,:.Jl)_t erscheint sie.als eine.. se_r:Lisi.eii ΐ,η. r Pig. _sg_ä ersehe int -dagegen die. JDrehmoment-

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achse als Punkt, und sie erstreckt sich in die Zeichenebene hinein.

Heben den den läufer antreibenden Tangentialkräften F1 und F2 treten Gleitreibungskräfte auf, wenn die Antriebsachse gemäß Fig. 6 geneigt ist, wobei diese Reibungskräfte rechtwinklig zu dem Berührungskreis 64 zur Wirkung kommen. Diese Kräfte wirken längs der Oberfläche des Kugelkörpers 62 und gemäß Fig. 6 längs eines Kreisbogens 91, wobei diese Wirkung bei jeder Umdrehung der Kreiselkugel auftritt. LIit anderen Worten, ein auf dem Läufer liegender Berührungspunkt, z.B. der Punkt 64a, bewegt .sich während . einer Umdrehung längs des Kreisbogens 91 zuerst in der einen und dann in der anderen Richtung. Diese Bewegung führt zu G-Ieitreibungalcräften F5 und ]?6, die ein Drehmoment hervorrufen, das eine geradlinige Aufrichtung oder ^£räzessione des Kreisels zurück zur Mittellage"längs der erwähnten Bahn gestattet, wenn die Kamera verlagert worden ist. Die längs des Kreisbogens 91 wirkenden Reibungskräfte werden gleich Null, wenn sie ihre Richtung an den Enden des Kreisbogens 91 umkehren, und sie erreichen ein Maximum (F5 und F$) an den Punkten der maximalen Geschwindigkeit, die in der Mitte des Kreisbogens 91 liegen. Diese maximalen Kräfte F5 und F6 sind am besten aus Fig. 7 ersichtlich, wo die Anordnung nach Fig.. 6 im Grundriß dargestellt ist} sie erzeugen einen Drehmomentvektor, der sich aus der Zeichenebene von Fig. 7 heraus längs der Drehmomentachse'20 erstreckt. Dieser Drehmomentvektor ist in Fig. 8 schematisch als Pfeil 94 angedeutet. Dieses Keibungsdrehmoment wirkt als die äußere Kraft, durch die der Läufer gegenüber seiner Drehachse bewegt

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v/ird. LIan erkennt dies leicht aus rig. 3, wo die beiden Vektoren 90 und 94 zu einem Vektor 96 zusaiüiaearei'aßt sind. Somit erfolgt die Präaessionobewegung des Läufers geaä.3 Fig.6 und 8 entgegen dem Uhrzeigersinne, v/ie es in Fi₀. 8 bei 98 durch den schemati'sch gezeichneten Keil angedeutet ist.

Wenn die Drehachse des Läuferantriebsteils gegenüber der Läuferdrehachse verlagert wird, veranlassen somit die auf die 'Kugelfläche 62 wirkenden Reibungskräfte den läufer, eine Präzessionsbewegung auszuführen, bis er sich aufgex-icLtet hato Sobald dies geschehen ist, so daß die Drehachse mit der Antriebsachse zusammenfällt, findet keine -bewegung längs dea Kreisbogens 91 mehr statt, so daß auch die Reibungskräfte F5 und F6 nicht mehr vrirken. Infolgedessen ist kein resultierendes Drehmoment um die Drehmoment.achse mehr vorhanden, und die Präzessionsbewegung hört auf. Es sei jedoch bemerkt, daß sich dieser Vorgang des Aufrichtens durch Reibungskräfte in Vergleich zur Frequenz der erwähnten unerwünschten 3ehv;ingungen relativ langsam abspielt. Zwar folgt das erfiniungsgemäSe Linsensystem somit der relativ langsamen Panoramierbewegung, die der Photograph ausfährt, doch werden v/ährend dieser Bewegung alle unerwünschten Schwingungen ausgefiltert, so daß sich auf dem Film nur die gewünschte Bewegung becsrkbaf macht,

Im folgenden wird an iiand von Fig. 1 ein weiteres Merkmal der Erfindung besprochen, gemäß welchem die „'infC&lgeschwindigkeit variiert werden kann, mit der das Linsensystem durch Reibungskräfte aufgerichtet wird. Das-Antriebsunterstützungsteil 50 i3t mit mehreren über seinen Umfang verteilten

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Gewindebohrungen TOO versehen.. In Fig. .1 sind nur zwei' dieser Bohrungen erkennbar. Gemäß Fig. 1 sind in die beiden Bohrungen 100 Schrauben 102 und 104 eingeschraubt. Ein ringförmiges -Bauteil 106 erstreckt sich um den hinteren Teil 108 des ■ Kugelte ils 14, so daß es das Kugelteil.-längs eines Kreises 110 berührt. In jeder Gewindebohrung liegt eine Feder iT4_f.^-ünd-jede^;Teder "erstreckt sich voh-der -zugehörigen Schraube aus geiiiaß PigV 1 ^;'zu-'dem ringförmigen- Bauteil Ί 06, ■ um -dieses-gegen die "hintere- Ivlgelf lache 108 des Müf eräggre- -* gats vorzuüpannen.- -^J -- ' ■-'■-:-,..;■ ■· .■,.:. - ■--. .... , .-c-

Durch ^verstellen der Schrauben 102, 104 und der übrigen ähnlichen, hier nicht gezeigten Schrauben kann man die Heibungskräfte variieren, die zwischen dem ringförmigen Bauteil 106 und der hinteren Kugelfläche 108 zur V/irkung komm en ο. T/irct das, ringförEiige Bauteil 106 gemäß Fig. 1 nach rechts

stärker vorgespannt, nehmen auch die Reibungskräfte zwischen ·:*■-- :-"--. ■>■:. -^:'-.::.^;::_-- :,"-^!i i :-.''■:".,-. .:._'. .λ:?.,; r '·:-■.-..."...

den Läuferantriebsmitteln 56 und dem vorderen ^e-il 62 der

Kugelfläche- zu. Wird eine Panoramierbewegung ausgeführt, so daß sich die Antriebsachse 18' gegenüber der Drehachse 18 verlagert, treten stärkere Reibungskräfte auf, die das Aufrichtenbewirken, so daß sich dieser Vorgang schneller abspielt. Sollen schnellere Panoramierbewegungen ausgeführt werden, ist es daher nur erforderlich, die^Schrauben 102 und 1Q4-weiter-in die'.^■e'windebohr'Ungen. einzuschrauben,,- so .daß die s-tabiliisierte Linse.-.12 .der■..Bewegung .des Mnsehelemen'ts ö-sehneller

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Zwar wurden die . erfindungsgemäßen Mittel zum Einstellen, jde_är ,Panoramier.geschv/indigkeit bezüglich des Ileibungsrings · ,,, 106 beschrieben, dpehsel /bemerkt, daß man auch andere llittel zum Einstellen der Reibung vorsehen kann, Beispielsweise ,.. zeigt Pig. 2 _;ein,kreisrundes Federelement 116, das. in Gewinn deverhindung mit dem Antriebsunter stützungsteil 5P des Käme-., ragehäuses steht. Durch Drehen des ^ederteils 116 kann man somit die Reibung gegenüber der Kugelfläche variieren.und die Aufrichtgeschwindigkeit entsprechend verändern·

Im Rahmen der Erfindung könnte man auch andere Arten von -fe'edermitteln verwenden, z.B. eine Belleville- oder Ringfeder oder gegebenenfalls nur federnde .Kontaktfinger, die den ninteren Teil der Kugelfläche jeweils längs eines Kreisbogens umschließen»

Zwar wurde vorstehend davon gesprochen, daß die Antriebsmittel die Kugelfläche des Laufers im wesentlichen längs einer Kreislinie berühren, doch sei bemerkt, daß. man im Rahmen der Erfindung auch eine breitere Berührungsfläche * an der Kugelfläche vorsehen kann. Solange die Berührungsfläche nicht so groß wird, daß sich die Antriebsmittel nicht mehr über die Kugelfläche des Läufers hinweg bewegen können, kann die Kontaktfläche einen Teil einer Kugelfläche bilden·

Pig. 9 zeigt eine weitere Ausbildungsform der Erfindung, bei der das Lauferaggregat durch gegeneinander verstellbare Reibringe angetrieben wird· Das Lauferaggregat umfaßt ein langgestrecktes Bauteil 120, zwischen dessen Enden eine Kugelfläche 122 vorgesehen ist, Ein Linsenelement 124 ist in

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das rechte Ende dieses Bauteils eingebaut, wie es aus Fig. ersichtlich, ist. Der hintere !'eil des~ langgestreckten Bauteils '120 ist "bei 126 mit Außengewinde versehen, um einen mit Innengewinde versehenen ^ewichtsausgleichsring 129 aufnehmen zu können. Der Hing 128 kann gemäß Fig. 9 nach hinten oder nach vorn geschraubt werden, um das Gewicht der Linse 124 bezüglich des gemeinsamen Kriimmungsmittelpunktes 130 der Kugelfläche 122 und der Linse 124 auszugleichen.

Zwei Läuferantriebsteile 132 und 134 umschließen die Kugelfläche 122 so, daß Eeibungsflachen 136 und 138 mit kreisrunden Teilen 140 und 142 der Kugelfläche in Berührung stehen. Die beiden Läuferantriebsteile 132 und 134 stehen bei 144 in Grewindeverbindung miteinander, so daß sie ein zylindrisches Aggregat "bilden, das die Kugelfläche des Läufers im wesentlichen symmetrisch umschließt* Die Außenfläche 148 des Läuferantriebsteil s 132 arbeitet mit einem Antriebsring 150 aus Gummi zusammen, der auf einer Welle 152 angeordnet ist, die durch hier nicht gezeigte Mittel angetrieben wird. Das gesamte Läuferaggregat und das zylindrische Läuferarfcriebsaggregat sind im Kameragehäuse 6 mit Hilfe von zwei Wälzlagern 154 und 156 gelagert, deren innere laufringe in Aussparungen 158 und 160 der beiden Läuferantriebsteile 132 und 134 angeordnet sind.

Die Wirkungsweise der in Mg. 9 und 9agezeigten^ Ausbildungsform ähnelt derjenigen der an ^and von Pig. 1 beschriebenen Anordnung. Der Gummiantriebsring 150 dreht die Lauferantriebsteile um die Antriebsachse 18, und die zwischen

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den Berührungsflächen 140, 142 und dem Läufer auftretenden Reibungskräfte nehmen das Läuferaggregat mit, so daß sich dieses um die gleiche Achse dreht. Sobald das Läuferaggregat seine volle Drehzahl erreicht hat, ist es jedoch bestrebt, sich um seine Drehachse 18 zu stabilisieren· Wird das Kameragehäuse relativ schnell, z.B. infolge unerwünschter Schwingungen gegenüber der Drehachse 18 in Sichtung auf die Achse 18* verlagert, erscheint das zu photograph!erende Bild in der Brennebene der Kamera genau so, als ob das Kameragehäuse nicht bewegt worden wäre. Da sich dieser Vorgang in der gleichen V/eise abspielt, wie es an Hand von Mg. 3 bis 5 beschrieben wurde, dürfte sich eine nähere Erläuterung erübrigen

Wenn der Photograph eine relativ langsame Panoramierbe?-. wegung ausführt, erzeugen die an der Kugelfläche 122 wirken- . den Reibungskräfte ein Drehmoment um die senkrechte Achse 145, die in Fig. 9 durch den Punkt 150 verläuft. Dieses Drehmoment veranlaßt den Läufer, sich um seine Präzessionsachse zu bewegen, die rechtwinklig zur Zeichenebene von Pig. 9 durch den Punkt 130 verläuft, so daß sich die Drehachse 18 auf die verlagerte Achse 18 · ausrichtet· Dieser Vorgang spielt sich im wesentlichen in der an Hand von Pig» 6 bis 8 beschriebenen Weise ab, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigen dürfte,

Um die Präzessionsgeschwindigkeit des Läufers nach Pig« 9 zu ändern, ist es nur erforderlich, die Läuferantriebsteile 132 und 134 so gegeneinander zu drehen, daß die Reibungskräfte an den ringförmigen Berührungsflächen 140 und 142

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in deEsgewitosciiten iieis.e geände-rt wenden« /^ar^y^^e Pig· 9j^v2tfiSGheai>:eleii beiden Lauf eran1iriel>si;ei^pa eine iie^incle^reijbiniiting ^orgeselien,-doeh-se^c^ßße^t'bi ^äaß man_tV. ^.

im Ealimen-idiej? ^Srfind-ung auch eine^ ÄeitungssetoM^ige-JeiMn·?:^ _;ii, dung: oder eine federnde Verbindung vorsehen _;könnte. _; , ,..- .* -^

Pig, 10 zeigt eine weitere Ausbildungsform der Erfindung"; Bei den bis'jetzt bescnriebenen Ausfünrungsbeispielen'sind ^G die Antriebsmittel außernalb des lcugelförmigen Teils der Oberfläche des Läufers angeordnet. Gemäß Pig. 10 liegen dagegen die Antriebsmittel im wesentlichen innerhalb des Läufers,"""' so daß sieh ein Linsenstabilisierungssystem von kleineren Abmessungen ergibt. Daher ist diese Konstruktion insbesondere für mit der *iand zu haltende optische Instrumente geeignet, bei denen «ine gedrängte Anordnung von größerer Bedeutung 1st·

Gemäß Pig. 10 umfaßt das Lauferaggregat eine Linse 161 und einen Trägheitsring 162, die der Linse bzw· den Gewichtsausgieichsorganen ähneln, die weiter oben beschrieben wurden« Diese. Teile sind durch ein Bauteil 164 verbunden, das im Inneren mit einer Hohlkugelfläche 165 versehen ist₀ Das Kupplungselement, das den mit Kugelflächen versehenen Elementen der vorstehend beschriebenen Ausbildungsformen entspricht, ist bei 166 in seinem hinteren Teil so ausgesehni-tten, daß es ein. Läuferantriebsaggregat 167 aufnehmen kann, das ein im wesentlichen zylindrisches Mantelteil 168 umfaßt, /welches an einem Ende i?it einer kreisrunden Antriebssehneide 170 versehen ist. Mm Kante 172 4er Aötriebssciineide steht mit der

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inneren Kugelflache 165 des Kupplungselements 164 längs eines Kreises in Berührung« Die Außenfläche des Kupplungselements ... ist bei 174 mit Außengewinde versehen, damit der mit einem entsprechenden Innengewinde 176 versehene £rägheitsring 162 auf das Kupplungsteil aufgeschraubt werden kann· Das Läuferaggregat ist um den Punkt 178 gewichtsmäßig abgeglichen; der Punkt 178 bildet den gemeinsamen Krümmungsinittelpunkt des Linsenelements 161 und des mit der Kugelfläche versehenen Kupplungselements 164; um die richtige Einstellung zu erreichen, kann der Trägheitsring 162 gegenüber dem Kupplungselement 164 gedreht werden. Die Ebene der Schneide 172 des Antriebsteils enthält den Mittelpunkt 178, um den der Läufer im Gleichgewicht ist„ Daher ist das Lauferaggregat auch gegenüber der Schneide 172 im Gleichgewichte

Ferner ist eine durch hier nicht gezeigte Mittel antreibbare Antriebswelle 180 vorgesehen, die an einem Ende ein Antriebsrad 182 trägt. Auf dem Antriebsrad ist ein Antriebsring 184 aus Gummi angeordnet, der mit der Außenfläche"" 186 des zylindrischen Hatelteils 168 zusammenarbeitet. Das linke Ende des zylindrischen Mantelteils 168 ist mit Preßsitz in ein Lageraggregat 188 eingebaut, dessen Außenfläche 190 mit dem Antriebsunterstützungsteil 50 des Kameragehäuses zusammenarbeitet, um das Lageraggregat zu unterstützen·

Es ist ersichtlich, daß die gemäß Pig» 10 von rechts her durch die Linsen fallenden. Lichtsrahlen zuerst das Lin— senstabilisierungssystem passieren, um dann durch die inneren Linsen der Kamera auf die in Pig. 10 nicht gezeigte Brennebene

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zu fallen. In dieser Beziehung ähnelt die Anordnung nach Pig. 10 derjenigen nach Pig. 2·

Beim Gebrauch der Vorrichtung wird die .Drehbewegung der Antriebswelle 180 durch den Grummiantriebsring 184 auf die Antriebsschneide 172 übertragen. Wenn sich die Schneide dreht, veranlassen die gemäß Pig. 10a auftretenden Eeibungskräite Jf¹I bis P4 zwischen der Schneide und der inneren Kugelfläche 165 des Kupplungselements 164 das lauferaggregat, sich zusammen mit der Antriebsschneide zu drehen· Sobald das Läuferaggregat seine volle Drehzahl erreicht hat, wird es um die Drehachse 18 stabilisiert, wie es bezüglich der anderen Ausbildunfsonnen bereits beschrieben wurde· Das Bild des zu photographierenden Gegenstandes wird auf dem Film in der Brennebene der Kamera stabil gehalten, wie es an Hand von Pig· 5 beschrieben wurde. Da dieser 'i'eil der Wirkungsv/eise der Anordnung nach Pig· 10 bereits beschrieben worden ist, dürfte sich eine nähere Erläuterung erübrigen. Die Mittel, durch welche die Linse aufgerichtet wird, um ihre Achse in Deckung mit der Antriebsachse der Kamera zu bringen, wenn.eine Panoramierbewegung ausgeführt wird, unterscheiden sich etwas von den bei den vorstehend beschriebenen Ausbildungsformen vorgesehenen Mitteln. Hierauf wird im folgenden näher eingegangen.

Wi£d mit der Kamera eine Panoramierbewegung in einer senkrechten Ebene ausgeführt, verlagern sich das Kameragehäuse und das Läuferantriebsaggregat gegenüber der Läuferachse. Diese Verlagerung ist in Pig. 10 durch die verlagerte Achse 18· angedeutet, die der in Pig. 11 als Antriebsachse bezeichneten Achse entspricht} in Pig. 11 ist die Konstruktion

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nach Pig. 10 und 10a schematisch dargestellt«

Gemäß Pig. 11 i3t das Antriebsrad 170 auf dem Ende der Welle 168 angeordnet, und es wird.bei Betrachtung der Anordnung von rechts entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht. Die Welle 168 ist in Pig· 11 nicht maßstäblich dargestellt, oondern sie erscheint massiv und kleiner als in Pig. 10. Diese Darstellung wurde gewählt, um eine übertriebene Darstellung der Relativbewegung zwischen der Drehachse und der Antriebsachse zu ermöglichen. Entsprechend Pig. 10 steht die.Antriebsschneide 172 längs eines Kreises in Berührung mit der kugelförmigen Innenfläche 165 eines mit 164a bezeichneten Bauteils, das dem Läufer 164 nach Pig. 10 entspricht. Die zv/i3chen der Antriebsschneide und der Kugelfläche auftretenden .Reibungskräfte P1 bis P4 bewirken, daß sich der Läufer dreht, wenn die Welle 168 angetrieben wird. Befindet sich die Welle in ihrer waagerechten oder neutralen Stellung, wie es in Pig. 11 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, drehen sich die Welle und der Läufer um die in Pig. 11 als Drehachse bezeichnete Achse. Jedoch kann sich die Welle gegenüber der Drehachse verlagern, wobei die Antriebsschneide gegenüber der Kugelfläche 165 geschwenkt wird. Die Y/elle 168 ist In Pig. 11 in ihrer verlagerten Stellung gezeigt, und ihre Achse ist als Antriebsachse bezeichnet·

Sobald sich der Läufer um die Drehachse dreht, bewirkt sein Drehimpuls, daß er sich um die Drehachse stabilisiert^, und jeder V.'inkelbewegung einen Widerstand entgegensetzt. Diese Erscheinung hat ihren Grund im besetz von der Erhaltung des . Drehimpulses. Gemäß der Rechte-Hand-Regel kann man den Dreh-

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impuls des Läufers gemäß Fig. 13 durch einen waagerechten Vektor 193 darstellen, der entlang der Drehachse nach rechts gerichtet ibt. LIit anderen V/orten* der Vektor weist in die ' Richtung-,',- in der sich eine· rechtsgängige .Schraube "bewegen würde,· wenn' sie in der gleichen Richtung gedreht würde, in weicher sich der Läufer dreht. Der Vektor' 193 wird als Spin- oder Dral'lvektor'bezeichnet. ■ ' ^?: ■ ■ .'■'■- " - -_: ■.

Da die Schneide 172 die Kugelfläche 165 des Läufers längs eines Kreises "berührt, führt die Drehung der Antriebswelle dazu, daß in der entgegengesetzten Richtung ein Kranz von Reibungskräften auf den Läufer wirkt, wie es an Hand von Pig. 10a erläutert wurde. Y/ir.d das die Schneide tragende Rad 170 entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht, ist die Reibungskraft, die durch die Schneide 172 gemäß Fig. 11 am Punkt 194 auf den Läufer aufgebracht wird, in die Zeichenebene hinein gerichtet, während die Reibungskraft, die durch den Punkt 198 der Schneide am Punkt 196 auf den Laufer aufgebracht wird, aus der Zeichenebene heraus gerichtet ist. Diese bei 194 und 196 aufgebrachten Reibungskräfte sind mit F1 und F2 bezeichnet und entsprechen den ebenso bezeichneten Kräften in Fig. 10a und 12e Ähnliche Reibungskräfte werden auf den Läufer an allen Punkten längs des -öerührungskreises zwischen der- Schneide und der Kugelfläche aufgebracht. Beispielsweise sind die an den

i-Punkten .195 und 197 auftretenden "Reibungskräfte :in~Fig.x11- ;—

und i2 als Pfeile F3 und F4 dargestellt. Jede dieser Rei- -> bungskräfte kann.in eine waagerechte und eine senkrechte Komponente zerlegt werden. Dies ist in Fig. 11a und 11b veranschaulicht, wo der Vektor V jeweils die senkrechten Komponente!

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der Reibungskräfte F3. und. F4 repräsentiert .„.Entsprechend repräsentiert der Vektor H die, waagerechten. Komponenten der ., beiden Reibungskräfte,. \ . . . . .... .. _.,

In Fig. *lt liegt die Präzessiönsächse in der Miirte" der ■ Zeichnung und-^: verläuft ^:rechtvanklig zur Zeichenebehö·. Diese^ Achse ist in Fig. 13 perspektivisch dargestellt, währendils^eiT--' in Fig. 12 als senkrechte. Linie., erscheint. Um diese Achse dreht, sich der. Läufer^ wenn eine Kraft aufgebracht v/ird,. die um die Drehmomentachse wirkt, welche in .Fig. 1t und 13 ,.(ils.. .. senkrechte Linie erscheint, jedoch gemäß ,F.i.g·. 12 in .die Zeichenebene hinein gerichtet ist· Die in Fig.^ 12 ,gezeigten . Reibungskräfte repräsentieren nur die waagerechten Kpmppnen-_ ten der durch die Schneide auf den Läufer aufgebrachten Reibungskräfte. Der üTUndhierfür besteht darin, daß nur die waagerechten Komponenten der Reibungskräfte^ zu einem Drehmoment führen,, das um die Drehmomentachse wirkt, d.h. die Achse, um welche ein Drehmoment wirken muß, um, die Drehachse des Läufers zu veranlassen, eine Präzessionsbewegung um die Präzessionsächse auszuführen und sich auf die Antriebsachse auszurichtenο Die waagerechten Komponenten der Reibungskräfte F3 und F4 sind In; Fig. 12 mit HF3 und hf4' bezeichnet; sie entstehen als' Folge der gleitenden Bewegung, die bezüglich der Reibungskräfte F5 und F6 an Hand von Fig. 7 erläutert wurde. Diese Komponenten sind gleich der gesamten Reibungskraft an einem bestimmten Punkt auf dem Läufer, vervielfacht um sin cL , wobei at der V/inkel zwischen der Schneide und der Drehmomentachse ist, der gleich dem Winkel zwischen der Antriebsachse und der Drehachse ist. Der Momentenarm der Rei-

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bungskräfte F3 und F4 um die Drehmomentachse ist gleich dem Radius R der Antriebsschneide· Somit ist das Drehmoment, das infolge der Reibungskräfte F3 und F4 um die Drehmomentaehse wirkt, gleich PR sin-^, wenn i* die jeweilige Reibungskraft bezeichnet. Eine ähnliche Analyse läßt sich für die Reibungskräfte an jedem anderen funkt auf dem Berührungskreis durchführen·

In 3?ig· 13 repräsentiert der Drehmomentvektor 200 die Vektorsummθ aller Drehmomente, die durch die Reibungskräfte zwischen der Schneide und* der Kugelfläche des Läufers erzeugt werden, und er repräsentiert ferner den äußeren Einfluß, durch den die Drehachse des Läufers veranlaßt wird, sich auf die Antriebsachse auszurichten· Dies läßt sich an Hand von Fig. leicht erkennen, wenn man die beiden Vektoren 193 und 200 zu dem Vektor 202 vereinigt· Daher erfolgt die Präzession des Läufers gemäß fig· 11 und 13 entgegen dem^Uhrzeigersinne um die Präzessionsachse, wie es in Hg. 13 durch das keilförmige Element schematisch angedeutet ist·

Wie schon erwähnt, richten sich die um die Drehmomentachse wirkenden Reibungsdrehmomente nach dem Sinus des Winkels zwischen der Antriebsachse und der Drehachse· Y/enn der Läufer eine Präzessionsbewegung um seine Präzessionsachse ausführt, nimmt der Sinua dieses Winkels allmählich ab, so daß sich auch das Drehmoment zum Aufrichten des Läufers verkleinert* Da die Aufrichtgeschwindigkeit eines Kreisels proportional zu dem das Aufrichten bewirkenden Drehmoment ist* ver-· langsamt sich die Präzession des Läufers allmählich, wenn die Drehachse des Läufers beginnt, sich auf die Antriebsachse

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der Welle 168 auszurichten. Wenn die Antriebsachse des Antriebsrades gegenüber der Läuferdrehachse verlagert wird, veranlassen somit die Reibungskräfte zwischen der Schneide und der kugelförmigen Innenfläche des laufera den laufer, eine Präzessionsbewegung auszuführen, bis sich der Läufer aufgerichtet hat.

Aus Gründen der Einfachheit wurde die V/irkungsweise der verschiedenen Ausbildungsformen bezüglich einer Panoramierbewegung und Schwingungen in einer senkrechten Ebene beschrieben. Es sei jedoch bemerkt, daß alle beschriebenen Ausbildungsformen auf entsprechende Weise zur Wirkung kommen, wenn die Bewegung, die auf das Fanoramieren oder auf Schwingungen zurückzuführen ist, nur eine waagerechte Komponente oder sowohl eine senkrechte als auch eine waagerechte Komponente umfaßt. Zwar wurde die Anwendung der Erfindung bei einer Filmkamera beschrieben, doch sei bemerkt, daß sich die Erfindung leicht auch bei anderen optischen Geräten anwenden läßt· V/enn man z.B. ein erfindungsgemäßes Linsenstabilisierungssystem beim Objektiv eines Gummilinsenfernglases vorsieht, kann man ein solches fernglas sogar auf hoher See benutzen, wenn das Schiff Stampf- und Schlingerbewegungen ausführt und starken Motorenschwingungen ausgesetzt ist*

Abschließend sei bemerkt, daß man bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die verschiedensten Abänderungen und Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

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Claims (10)

1. E- ■$ ,T- A,; II S- -P it -ti CE E.. _;:/...;■■ -_;:,.- ..-_

   1« Vorriclitung zum Stabilisieren einer Linse, g e -

   k e ^i *n ''%>■e-^vi- c- h η e t"· -a-uröli einen Laufer j--de'r-'die -^!zu stabilf s"ie;i*eM6' 'Eins'e ^: trägt¹ tinü' Mit einer -Kugelfläche verseilen:- ist, "-stftfie ^dur'ch -"A^:atfiei>'smi'tte-li. 'die ■«.ur'-einen-Teril^GleiE' Smgel-■flächö berühren 'und' dazu-'dienen,^<:deniiäuf er-in Bfehung zti--"-v6T-set2einv^:iso daiS "die linse'' "durch- äi€ Drehbewegung
2. 2. . Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine, relativ ortsfest angeordnete Linse (8), die zusammen mit der auf dem Läufer angeordneten Linse (12) einen optischen Keil bildet.
3. 3. -''■'■ Vorrichtung·· nach Anspruch 1 oder 2,- dadurch = g e -· k e-η fc^:-z e ic h h et ,daß die stabilisierte Linse in einet"" Pi*lmkamera ahgeordnet ist und der optische Keil bewirkt, daß'an·-einer ^ilffistation ein-Bild-erzeugt wird.
4. 4-. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3_f dadurch g e k e η η-z e i. c h η e t , daß die Antriebsmittel innerhalb einer im wesentlichen kreisrunden •öeriihrungsz-one in-Reibungsberührung mit der Kugelfläche des Läufers stehen·
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Läufer ein Trägheitsring angeordnet i^· g₀ 98 A 9 / O 5 3 5

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6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g β je β η η zeichnet ., daß der Trägheitsring (40) längs der Achse des Läufers verstellbar" ist»
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Kriimmungsmittelpunkt des die Kugelfläche aufweisenden Läufers mit dem Krümmungsmittelpunkt der auf dem Läufer angeordneten Linse zusammenfällt, und daß sich der Läufer und die Linse um eine durch diesen gemeinsamen Krümmungemittelpunkt verlaufende Linie Jtrehen können·
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7» gekennzeichnet durch Mittel zum Einstellen der zwischen den Antriebsmitteln und der Kugelfläche des Läufers zur Wirkung kommenden Reibungskräfte·
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k β η η Ee lehnet, daß die Antriebsmittel durch eine Feder gegen die kugelfläche des Läufers vorgespannt werden·
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel (166, 170) im wesentlichen innerhalb des Läufers angeordnet sind·

    BAD ORIGINAL

    90984970535

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