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Zielfe.rnrohr Die Erfindung betrifft ein Zielfernrohr mit mindestens
einem Markenträger in der Bildebene des Objektivs sowie mechanischen Mitteln zur-Kompensation
des Temperatureinflusses auf die Bildweite. Derartige Zielfernrohre werden vornehmlich
zu Richtungsmessungen verwendet, bei denen die Neigung eines Projektionsetrahlenganges
gegenüber der Ziel-. linie des Fernrohrs an Hand einer in der Fernrohrbildebene
befindlichen Skala gemessen wird.
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Bekanntlich üben Abweichungen von einer bestimmten Bezugstemperatur
erhebliche Einflüsse auf Zielfernrohre und die mit:U»n durchzuführenden-Messungen
aus, Temperaturänderungeng die im wesentlichen das gesamte Zielfernrohr
be-
treffen, bewirken durch Beeinflussung der Optikbauteile und deren Fassungen
eine Brennweiten- oder Bildweitenveränderung des optischen Systems des Zielfernrohre
und durch Beeinflussung des Fernrohrkörpers eine Änderung des Abstandes zwischen
Fernrohrobjektiv und Strichplatte. Diese Änderungen müssen nicht in der gleichen
Üichtung erfolgen und sind letztlich nicht gleich, Man hat bei Zielfernrohren bisher
die Temperatüreinflüsse im Vertrauen darauf in Kauf genommeng daß die durch
sie erzeugten Fehler die zulässigen Toleranzen nicht Ub'ersteigen. Mit zunehmenden
Genauigkeitaansprüchen unter den unterschiedlichsten Temperaturen int diese Annat.pe
jedoch
nicht mehr gerechtfertigt. Bei Zielfernrohren, bei denen die Schrägstellung eines
entfernten Reflektors an in der Objektivbildebene befindlichen Skalen gemessen werden,
kommt es a-uf eine genaue Einhaltung des Abstandes des Skalen- oder Markenträgers
vom Objektiv ebenso an wie auf eine genaue Einhaltung der Brennweite. Eine durch
Temperaturänderungen bewirkte Änderung des Abstandes bringt eine Bildunschärfein
der Objektivbildebene hervor, während eine durch Temperaturänderungen bewirkte Brennweitenänderung
eine Verschiebung der Objektivbildebene zur Polge'hat. Die Veränderung der Brennweite
zieht aber eine Abweichung der Skalenintervalle von ihrem Eichwert und damit Fehlmessungen
näch sich.
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Bei größeren estronomischen Spiegelteleskopen wurden bereits mechanische
Mittel zur Kompensation desjenigen Einflusses der Temperatur verwendet, der eine
Änderung der lag e der Fokalebene oder eine unscharfe. Abbildung bewirkt, Eine temperaturbedingte
Änderung der Brennweite wird bei den astronomischen Teleskopen nicht kompensiert
und braucht auch nicht kompensiert zu werden.
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- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
Linsen als Abbildungsglieder besitzenden Zielfernrohre, bei dem der Einfluß der
Temperatur auf den Abstand von Objektiv und Strichplatte sowie auf die Brennweite
völlig oder so gut wie völlig kompenniert ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe
durch die Kombigation folgender` Merkmale gelöst'*
1. Das
Objektiv besteht aus mindestens zwei Gliederni .2. mindestens eines der Objektivglieder
und/oder der-Markenträger ist/sind axial verschiebbar gelagerti 3. die verschiebbar
gelagerten Teile sind mit Hilfe der mechanischen Mittel mit dem Fernrohrkörper verbunden.
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Für die Erfindung ist zunächst die Trennung des Ob-.jektivs in mindestens
zwei Glieder oder Gliedgruppen wichtig, die relativ zueinander und parallel zu ihrer
optischen Achse verschiebbar angeordnet sind. Ferner ist die zwischen mindestens
einem Objektivglied und dem Markenträger mögliche, ebenfalls parallel zur optischen
Achse gerichtete Relativbewegung von Bedeutung. Die Relativbewegung erfolgt selbettätig
unter der Wirkung der mechanischen Mittel und bei Temperaturänderungen. Die Größe
dieser Relativbewegung ist durch die Temperaturänderungen und die mechanischen Mittel
bestimmt und entgegengesetzt gleich der bei derselben Tem-. peraturänderung eintretenden
Abstandsänderung von Objektiv und Markenträger bzw. der Änderung der Objektivbrennweite.
Die mechanischen Mittel zur Kompensation des Temperatureinflusses können beaondereg
im Fernrohrgehäuse angeordnete Hohlkörper oder Stäbe sein. Es ist aber auch
möglichy die Materialien von Fernrohrgehäuse und Fassung der Objektivglieder und
Markenträger so zu wähleng daß durch sie wenig-,stens ein Teil des.Temperatureinflusses
kompensiert wird.
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Eine konstruktiv einfache exakte Lösung ergibt sichg wenn die verschiebbar
gelagerten Teile durch die mechanischen
Mittel miteinander verbunden
sind. Sind die Materialien unddie Abmessungen des Fernrohrgehäuses sowie der Objektivglieder
gegeben, so lassen sich durch geeignete Wahl der Ahmessungen und Materialien der
mechanischen Mittel unendliche viele Möglichkeiten der Kompensation der Temperatureinflüsse
auf die Brennweite und die Scharfabbildung des Fernrohrs schaffen. Es wirken sich
also temperaturbe.dingte Änderungen der Fernrohrlänge und seiner optischen Parameter
nicht auf die Messungen mit dem Fernrohr aus.
| der |
| Die Erfindung wird nachstehend an Hand schematischen |
Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig.
-1 einen Azialschnitt eines
Autokollimationafernrohrs, in dem beide Objektivglieder über Temperaturkompensationamittel
miteinander und mit dem Fernrohr verbunden sind; Fig. 2 einen Axialschnitt eines
Zielfernrohreg dessen Objektiv und Markenträger über Temperaturkompensationamittel
mit dem Fernrohr verbunden sindl Fig.
3 einen Axialschnitt eines Zielfernrohrs,
in dem das zweite Glied des Objektive unter dem Einfluß von Temperatureinflüssen
axial verschiebbar gelagert ist; Fig. 4 einen Axialschnitt eines Autokollimationsfernrohre,
bei dem nur das erste Glied des Objektive axiel verschiebbar gelagert ist und Fig.
5 und
6 zwei mögliche Markenträgerausbildungen.
In
Fig,
1 befindet sich in einem Fernrohrgehäuse
1
ein optisches System
mit der optischen Achse Xi-xip bestehend aus einem zweigliedrigen Objektiv 2,
32 einem Markenträger 4 mit einer Marke
5 und einem Okular
6.
Der Markenträger ist in der Brennebene des Objektivs 2,
3 und der
Dingebene des Okulars
6 vorgesehen. Markenträger 4 und Okular
5 sind
im Okularstutzen fest angeordnet. Jedes der Objektivglieder 2 und
3 iß--t
von einer,im Gehäuse
1 verschiebbaren Fassung
8 bzw.
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9 umgeben. An der Fassung 8 ist ein Zylinder
10 mit einem Ende befestigt, der mit seinem anderen Ende.mit einem am Gehäuse
1 starr befestigten weiteren Zylinder 11 verbunden ist. Die Fassung
9 ist an Ihrem der Fassung 8 zugekehrten Teil ebenfalls mit einem
Zylinder 12 versehen, der in gleicher Weise am Zylinder 11 befestigt Ist.
Die Zylinder 10, 11 und 12, die mechanischen Mittel zur Temperaturkompensation,
sind ineinandergeschobän, sie haben unterschiedliche Durchmesser und sind koamial
zur Achse X i-x i angeordnet.
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Am Fernrohrgehäuse 1 ist ferner eine Beleuchtungsvorrichtung
13 vorgesehen, die eine Lichtquelle 14, einen Kondensor 15 mit der
optischen Achse
» ein rechtwinkligen Prisma 16 und einen weiteren Markenträger
17 mit einer Marke 18 enthält, Das licht der Beleuchtungsvorrichtung
13- gelangt über einen zwischen dem Objektiv 3 und dem Markenträger
4 angeordneten Strahlenvereiniger 19 in den Zielstrahlengang des Fernrohrs.
Die
optischen Achsen X 1 _X und
schneiden sich in der Reflexionsfläche des Strahlenvereinigers 19. Der Markenträger
17 befindet sich in der gemeinsamen Bildebene des Kondensors 15 und
des Objektivs 2, 3. Die beispielsweise Ausbildung der Markenträger ist aus
den Fig. 5 und 6
erkennbar, wo der eine Markenträger mit einem Strichkreuz
und der'andere Markenträger mit zwei sich rechtwinklig kreuzenden Skalen versehen
ist.
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Die Marke 18 wird von der Lichtquelle 14 beleuchtet und durch
das Objektiv 2, 3 in unendlicher Entfernung abgebildet. Die Abbildungsstrahlen
werden an einem oberflächenverspiegelten entfernten Reflektor 20 in sich selbst
reflektiert und durch das Objektiv 2, 3 in der Ebene des Markenträgers 4
vereinigt. Durch das Okular 6 läßt sich ablesen, in welcher Richtung und
um welchen Betrag das Bild der Marke 18 von der Marke 5 abliegt, wie
und um welchen Winkel der Reflektor 20 gegenüber der optischen Achse X
-X., geneigt ist.
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Ändert das Fernrohrgehäuse infolge eines Temperatureinflusses seine
Länge, dehnt es sich beispielsweise aus, und erfahren demzufolge auch'die optischen
Bauteile, insbesondere das Objektiv 2, 3 Ausdehnungeng so ändert sich einmal
die Abstände zwischen dem Objektiv 2, 3 und den Markenträgern 4 und 17 und
zum anderen die Objektivbrennweite. Beide werden größer, jedoch nicht im gleichen
Maße. In der Regel ist die Brennweitenänderung geringer als.
die
Abstandsänderung zwischen dem Objektiv 2, 3 und den Markenträgern 4e
17. Der Kompensation der Abstands- und Brennweitenänderung dienen die drei
hinsichtlich der Ausdehnungskoeffizienten ihrer Materialien passend gewählten Zylinder
10, 11 und 12. Zur Kompensation der Brennweitenänderung muß beim angegebenen
Typ des Objektivs 2, 3 der Abstand zwischen den Objekt'ivg#iedirn#
vergrößert werden. Andererseits muß das Objektiv 2, 3 zur Kompensation der
Abstandsvergrößerung näher an den Markenträger herangeführt werden. Zu dem Zweck
sind die Zylinder -10,
Ilp 12 in der angegebenen Weise miteinander verbunden
und von unterschiedlicher Länge. Der Zylinder 11 besteht aus einem Material
mit einem relativ hohen positiven Ausdehnungskoeffizienten, die ebenfalls positiven
Ausdehnungf3-koeffizienten der Zylinder 10 und 12 sind niedriger und einander
gleich oder annähernd gleich.
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Fig. 2 zeigt ein Fernrohrgehäuse 21 ohne Autokolli-
| mationseinrichtung, beAir Okularstutzen im wesentlichen |
aus Vereinfachungsgründen weggelassen worden -Ist. Die optische Achse des Fernrohrs
ist mit X 2
_X 2 bezeichnet. Das Fernrohrgehäuse 21 schließt ein erstes Objektivglied
22 mit einer Fassung
23, ein in einer Fassung 24 befindliches zweites Objektivglied
25 und einen von einer Fassung
26 umgebenen Markenträger
27 mit einer Marke
28
in sich eini Während die Fassung 24 starr mit
dem Gehäuse 21 verbunden ist, einen Teil des Gehäuses darstellt,
sind
die Fassungen
23 und
26 so gelagert, daß sie bei
'
Temperaturänderungen
eine definierte axiale Verschiebung gegenüber dem Gehäuse 21 erfahren. Deshalb steht
die Fassung
23 über einen Zylinder
29 und die Fassung
26 Über
zwei Zylindern
30 und
31 mit dem Fernrohrgehäuse 21 in Verbi
- ndung.
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Der Zylinder 29 ist einerseits an der Fassung 23
und
andererseits durch Stifte 32 am Fernrohrgehäuse 21 befestigt; er besteht
aus einem Material mit positivem Ausdehnungskoeffizienten, er dehnt sich also bei
Erwärmung aus und zieht sich bei Abkühlung zusammen. Unter Berücksichtigung der
Glasarten des Objektivs 22, 25 wird bei entsprechender Wahl des Materials
des Zylinders 29 die Brennweite des Objektivs unabhängig von Temperaturänderungen
konstant gehalten. Eine Erwärmung bewirkt eine Vergrößerung, eine Abkühlung eine
Verringerung des Abstandes der beiden Objektivglieder 22 und 25 voneinander,
so daß die Brennweite konstant gehalten ist.
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Der Zylinder 30 ist einerseits mit der Fassung 26
und
andererseits über Stifte 33 mit dem Zylinder 31 verbunden, der mit
seinem noch freien Ende mit dem Fernrohrgehäuse 21 fest verbunden ist. Der Zylinder
30 besteht aus einem Material mit negativem Ausdehnungskoeffizienten, er
zieht sich also bei Erwärmung zusammen und dehnt sich bei Abkühlung ausg und der
Zylinder, 31 besteht aus einem Material mit positivem Auadehnungskoeffizienten.
Auf diese
Weise nähert oder,entfernt sich der Markenträger
27 vom Objektiv 22, 25 bei Temperaturänderungen derart, daß er sich
unabhängig von der Temperatur in der Ebene größter Schärfe des durch das Objektiv
erzeugten Bildes-befindet. Im übrigen ist die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung
ähnlich der in Fig. 1 dargestellten.
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Anders als in Fig. 2 gezeigt könnte die Fassung 23
auch Teil
eines Gehäuse,teils sein, der sich bis zur Fassung 24 erstreckt und aus-einem anderen
Material als der Gehäuseteil besteht, der das Objektivteil 25 und den Markenträger
27 umfaßt. Der Zylinder 29 wäre dann überflüssig.
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In Fig. 3 sind in einem Fernrohrgehäuse 34 ein zweigliedriges
Objektiv 35, 36 mit der optischen Achse X 3 -X 3 und ein Markenträger
37 mit eine-r Marke 38 angeordnet, die etwa die in Fig.
5 angegebene Form hat#und deren Mittelpunkt auf der optischen Achse -X 3-x
3 liegt. Während Objektivglied 35 und Markenträger 37 in starrer
Verbindung mit dem Fernrohrgehäuse 34 stehen, befindet sich das Objektivglied
36 in einer Passiung 399 die über vier Stäbe 409 die mechanisChe Mittel,zur
Temperaturkompensation darstellen und von denen nur drei sichtbar sind, mit dem
Fernrohrgehäuse 34 verbunden sind. Der Markenträger 37
ist im Okularstutzen
41 des Gehäuses 34 so angeordneti daß die Marke 38 sich in der Bild- bzw.
Brennweite des Objektivs 35e 36 befindet.
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Die Gestalt und die Brechungeindezes der Objektivglieder
35 und 36 sowie der Auadehnungekoeffizienten des Materials des Gehäuses
34 sind so bemessen, daß infolge
Erwärmung die Brennweite des-Objektivs
sich verkürzt und die länge des Gehäuses sich vergrößert. Der Veränderung der Brennweite
infolge der thermischen Veränderung des Fernrohrs wirken die Stäbe 40 in ähnlicher
Weise entgegen, wie bereits zu den Fig. 1 und 2 beschrieben.
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Während in den voranstehenden Figuren prinzipiell einige Anordnungsmöglichkeiten
der mechanischen Mittel beschrieben wurden, sind im nachfolgend zu beschreibenden
Ausführungsbeispiel die in diesem Zusammenhang interessierenden Materialkonstanten
und Maße angegeberr.
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In Fig.-4 ist ein Fernrohr mit der optischen Achse x 4
_x 4 dargestellt, das aus zwei fest miteinander verbunden#n Teilen 42 und
43, von denen der Teil 42 ein zweigliedriges Objektiv 44, 441 -und 45, 45' und der
Teil 43 ein Prisma 46 zur Strahlenteilung und-vereinigung, zwei Markenträger 47
und 48, einen Umlenkspiegel 499 ein Okular 50, eine Idchtquelle
51, einen KondensQr 52 und einen lichtelektrischen Empfänger
53 enthält. Jedes der Objektivglieder besteht aus zwei linsen 44, 441 bzw.
45, 451 mit Zuftabstand. Der Markenträger 47 ist eine Kathetenfläche eines rechtwinkligen
Prismas 54, auf der sich eine Marke 55 befindet, Der Markenträger 48 ist
sie planparallele durchsichtige-Platte ausgebildet, auf deren dem Objektiv
44, 45 zugewendeter Fläche sich eine Marke 56 befindet. Beide Marken
55 und 56 liegen in der optischen Achse X' und ebenso wie die mit
einem 4-X4
Kreuz 57 bezeichnete Ffäche des lichtelektrischen
Empfängers 53 in der Brennebene des Objektivs 44. bis 451, Der lichtelektrische
Empfänger 53 kann über elektrische Leitungen 58 mit dinem Registriergerät
oder einem Steuer-und Regelkreis (nicht dargestellt) verbunden sein.
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Die Fassung des Objektivteils 45, 4-51 ist ein' Teil des Gehäuses
42 selbst. Hingegen befindet sich das Objektivglied 44, '441 in einer Fassung
59, die in einem_ Ende eines Zylinders 60 gelagert ist. Der Zylinder
60
ist im erweiterten Teil des Gehäuses 42 koaxial zur optischen Achse X,
-X 4 angeordnet und mit seinem anderen Ende über verbindende Mittel
61 durch Öffnungen 6 2 im Gehäuse 42 hindurch mit einem Ende eines
sich außerhalb des Gehäuses 42 befindlichen Zylinders 63 verbunden. Dieser
Zylinder ist ebenfalls koaxial zur optischen Achse- X4-X4 angeordnet, und mit seinem
anderen Ende mittels Schrauben 64 mit dem Gehäuse 42 verschraubt.
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Die für die Temperaturkompensation wesentlichen Materialien und Kennziffern
des Fernrohrs gemäß Fig. 4 sind -folgende:-
| Teil Länge Material Ausdehnungs- |
| [MM] koeffizient |
| Gehäuse 42 260 Gußeisen 11 - 10- 6 |
| Gehäuse /#3 200 AI-uminiumguß 20 0 10-6 |
| Zylinder 60 85 Gußeisen 11 - 10-6 |
| Zylinder 63 85 Polyvinylc hlorid 80 0 10- 6 |
| Teil nd Ausdehnungs- d |
| koeffizient [MM] |
| Linse 44 197283 633 10-8 io 154 |
| 240 |
| luftabstand 5#2 |
| Linse 441 1 9 728_3 757 10'-8 8 213 |
| 12000 |
| Luftabstand 1 240 |
| Linse 45 le6483 798 4 10-8 229 2593 |
| 2294 |
| Luftabstand 1 2 |
| Linse 45' 196636 800 0 10-8 297 26 |
| 39e3 |
In der vorstehenden Tabelle bedeuten n
d die Brechungszahlen,
d die
Dicken der Linsen oder Zuftabstän'de, und r die Linsenradien. Der Abstand des Befestigungsringes
der beiden Gehäuse 42 und 43 aneinander vom Mittelpunkt des Objektivgliedes 44,
44t beträgt 145 mm. Die Brennweite des Fernrohrobjektivs ist 430 mm.
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Die Wirkungsweise des in Fig. 4 dargestellten Fernrohrs ist ähnlich
der zu Fig. 1 beschriebenen. Die Marke 55
wird von der Lichtquelle
51 über den Kondensor 52 beleuchtet und durch das Objektiv 44 bis
45' nach Unendlich abgebildet. An einem nicht dargestellten entfernten Reflektor
wird das Abbildungsstrahlenbündel ähnlich wie in Fig. 1
reflektiert und das
Parallelstrahlenbündel durch das Objektiv 44 bis 451 in der Ebene der Marke
56 bzw. des Kreuzes 57 vereinigt. Das Bild derMarke 55 und
die Marke 56
können mit Hilfe des Okulars 50" betrachtet werden.
Infolge
der oben bezeichneten und benutzten Materialien sowie der technischen Kennziffern
ändert sich bei Temperaturänderungen weder die Lage des Vereinigungspunktes der
Ab-
bildungsstrahlen noch der Objektivhauptebene gegenüber der .Marke
56 und dem Kreuz 57.
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Anders als beim Ausführungebeispiel gemäß Fig. 1 wird bei dem
in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Abstand der beiden Objektivglieder
44, 441 und 45, 45' bei Erwärmung verringert, Daraus ist ersichtlich, daß die Temperaturabhängigkeit
der Objektivglieder von ihrer Form und den Brechungszahlen-abhängt. Hierzu gibt,es
unendlich viele Variationsmöglichkeiten. In gleicher Weise ist auch die Anordnung
und Ausbildung der mechanischen Mittel zur Temperaturkompensation nicht an die Ausführungsbeispiele
kabunden. So könntEndie Zylinder 60 und 63 (Fig,.4) durch Stäbe ähnlich
denen in Fig. 3 ersetzt werden. Ebenso ist es möglichv mit Hilfe der die
Temperatureinflüsse kompensierenden mechanigehen Mittel Objektiv und Markenträger
zu'verbinden.