DE1772537A1

DE1772537A1 - Einrichtung zum selbsttaetigen Ausgleich der Einfluesse zufaelliger Bewegungen von optischen Geraeten

Info

Publication number: DE1772537A1
Application number: DE19681772537
Authority: DE
Inventors: Humphrey William E
Original assignee: Optical Research and Development Corp
Current assignee: Optical Research and Development Corp
Priority date: 1967-06-01
Filing date: 1968-05-31
Publication date: 1971-03-25
Also published as: US3475074A; DE1772537C3; IL30109A0; IL30109A; GB1235175A; FR1563598A; DE1772537B2

Description

DIpI. Ing. Helmut Zoepke

Dipl. Ing. Carl O. Zoepke _{Λ n n 0} _{c o} _n

Pntentanwfllfe I //£00/

Patentanwälte β München 5, Erhardfstraße 11

P 17 72 5^7.0-51 6. Mai 1970

Optical Research and
Development Corporation

Einrichtung zum selbsttätigen Ausgleich der Einflüsse zufälliger Bewegungen von optischen Geräten

109813/0663

BAD ORIQfNAL

Neue Untcniiatn ιαλ τ ii α* ι mm ·*«*· ^m«**·· v. * ·. teen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum selbsttätigen Ausgleich der Einflüsse zufälliger Bewegungen von optischen Geräten mit einem Gehäuse und einem daran oder darin angeordneten optischer System, mit einem dem Ziel zugewandten gerätefesten und einem nachfolgenden pendelnd gelagerten afokalen System.

Solche Einrichtungen sind in verschiedener Ausführung hauntsächlich von Nivellierinstrumenten bekannt, bei welchen aber nur ein Ausgleich in einer vertikalen Ebene erfolgt. In mechanischer Hinsicht handelt es sich hierbei um Pendelsysteme. Einzelne dieser Konstruktionen haben sich in der Praxis sehr gut bewährt, sie sind aber auf dem Gebiet der allgemeinen Optik kaum anwendbar. Außer den vorstehend erwähnten Konstruktionen wurden Stabilisierungseinrichtungen zur Kompensation unbeabsichtigter Bewegungen von optischen Geräten entwickelt, zu welcher Kategorie z.B. jerie Einrichtungen gehören, die ein lichtbrechendes System enthalten, wobei ein Teil eines Linsensystems in bezug auf die Zielrichtung stabilisiert ist und bei Winkelabweichungen des Gerätes zusammen mit anderen, gerätefesten Teilen des Linsensystems ein optisches Prisma bildet, das den Fehlwinkel korrigiert. Ferner wurden verschiedene andere Versuche zur Lösung dieses Problemes bei optischen Beobachtungsgeräten und Kameras unternommen. Hierzu gehören die elektronische und elektrische Kompensation, wobei dem Licht entsprechende Elektronenstrahlen zwecks Kompensation abgelenkt werden, sowie elektromechanische Servosysteme zum Feststellen und Ausgleichen von Abweichungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls der selbsttätige Ausgleich der Einflüsse zufälliger Bewegungen von optischen Geräten, so daß ein anvisiertes Objekt auch bei kleinen Abweichungen der Ausrichtung des Gerätes von der Zialrichtung stets an der selben Stelle in bezug auf das Gerät abgebildet wird.

Die Erfindung besteht darin, daß das gerätefeste afokale System in an sich bekannter Weise durch ein ein aufrechtes Bild lieferndes, angenähert zweifach vergrößerndes Fernrohr gebildet ist, das einfallendes Licht empfängt und in Form im wesentlichen paralleler Strahlen auf ein das pendelnd gelagerte System bildendea reflektierendes optisches Element richtet, welches das Licht gegenüber den durch das Fernrohr einfallenden Lichtstrahlen versetzt zurückwirft, wobei ein weiteres gerätefestes optisches

109813/0663

BAD ORIGINAL

System zum Fokussieren des reflektierten Lichtes zu einem Bild innerhalb des Gehäuses vorhanden ist, und daß eine Trägheitsstabilisierungsvorrichtung zum Festhalten des reflektierenden optischen Elementes in vorgegebener räumlicher Ausrichtung bei kleinen Winkelabweichungen des Gehäuses von der ursprünglichen Zielrichtung vorgesehen ist.

Bei einem mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgestatteten optischen Gerät tritt das einfallende Licht zuerst in das Galileische Hilfs-Fernrohr ein und verläßt dieses als im wesentlichen paralleles Strahlenbündel, das gegen das reflektierende optische Element gerichtet ist. Dieses optische Element wird gemäß der Erfindung unabhängig von kleinen Winkelabweichungen des Gehäuses des optischen Gerätes in der ursprünglichen Zielrichtung ausgerichtet gehalten, u.zw. nach der Höhe und nach der Seite sowie in " allen dazwischen liegenden Richtungen, aber nicht notwendigerweise in bezug auf Drehbewegungen um die optische Achse des Gerätes. In der weiteren Beschreibung sollen daher unter "räumlicher Ausrichtung" die Ausrichtung in der bzw. parallel zur ursprünglichen Zielrichtung und unter "Winkelabweichung" der Winkel zwischen der optischen Achse des Gerätes und der ursprünglichen Zielrichtung, aber nicht ein Verdrehungswinkel um die optische Achse verstanden werden. Eine Verdrehung des Gehäuses um die optische Achse könnte zwar mit Hilfe der erfindungsgemä£cn Einrichtung ebenfalls kompensiert werden, eine solche zusätzliche Kompensation ist jedoch bei der Mehrzahl der optischen Geräte nicht erforderlich. Der gewünschte Ausgleich wird gemäß der Erfindung durch Ausrichtung M des reflektierenden optischen Elementes mittels einer Trägheitsstabilisierungsvorrichtung erzielt, die im Gegensatz zu den bekannten Pendelsystemen, die einen Ausgleich nur in einer vertikalen Ebene ermöglichen, im einfachsten Fall z.B. aus einem System statisch ausbalancierter Massen besteht. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält die TrägheitsstabiUsierungsvorrichtung einen Kreisel, der mit dem reflektierenden optischen Element verbunden ist und dessen Präzession regelbar ist.

Das reflektierende optische Element ist vorzugsweise ein dreifach reflektierendes optisches Element, das durch ein oder mehrere optische Prismen nit insgesamt drei Reflexionsflachen oder drei einzelne ausgerichtete Spiegel od.dgl. gebildet sein kann, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.

109813/0663

Die Konstruktion der im Strahlengang vor dem eigentlichen optischen System des Gerätes angeordneten erfindungsgemäßen Ausgleicheinrichtung, wobei dem pendelnd gelagerten afokalen System ein paralleles Lichtstrahlenbündel zugeführt wird, ergibt verschiedene optische und mechanische Vorteile. So sind die Anforderungen bezüglich genauer Justierung und Vibrationsfreiheit, z.B. von Seiten des Antriebs oder der Lagerung eines Kreisels, nicht so hoch wie bei bekannten Einrichtungen. Es können daher für einzelne Elemente der erfindungsgemäßen Einrichtung stoß- und vibrationsdämpfende Lagerungen oder Befestigungen vorgesehen werden, obwohl dadurch kleine gegenseitige Lageänderungen oder Justierfehler auftreten können, was bisher als unzulässig erachtet worden war.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch den Strahlengang in einem Prisma, das als dreifach reflektierendes optisches Element für die erfindungsgemäße Einrichtung verwendbar ist; Fig. 2 den Strahlengang im gleichen Prisma wie Fig. 1 bei einem anderen Lichteintrittswinkel; Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines dreifach reflektierenden Prismas; Fig. 4 schematisch die Anordnung von drei Spiegeln zur Bildung eines dreifach reflektierenden optischen Elementes; Fig. 5 ein vollständiges Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung und Fig. 6 die gleiche Einrichtung bei einer Winkerabweichung von der ursprünglichen Zielrichtung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden zunächst die geometrischen Verhältnisse bei einem dreifach reflektierenden optischen Element erläutert. Als Beispiel für ein solches ist in Fig. 1 ein Prisma 11 dargestellt, dessen Querschnitt die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks mit Winkeln Q = 30 zwischen der Basis und jedem Schenkel hat. Obwohl das Element 11 kein voller Glaskörper zu sein braucht, wird es im folgenden stets als Prisma bezeichnet. Ein Lichtstrahl 12 tritt senkrecht durch die Vorderseite 13, die durch die Basis des Querschnitt-Dreiecks geht, in das Prisma 11 ein, wird im Prisma nacheinander an der einen Rückseite IU, an der Vorderseite 13 und an der anderen Rückseite 16 reflektiert und tritt dann als Lichtstrahl 17 parallel und entgegengesetzt gerichtet zum eintretenden Lichtstrahl 12 in einem Abstand d von diesem wieder durch die Vorderseite 13 des Prismas

10 98 13/0663

BAD ORIGINAL

11 aus. Dabei wird das Licht an der Rückseite IU unter einem V.'inkel 2Θ reflektiert. Wenn die Breite jeder Rückseite IU, 16 (Schenkellänge des Dreiecks) S ist, legt der Lichtstrahl von der Rückseite 14 bis zu dem in einem Abstand d/2 vom eintretenden Lichtstrahl 12 entfernten AuftEffpunkt auf der Vorderseite 13 eine Strecke S/2 zurück; daraus ergibt sich sin 20 = d/S. Die vom Lichtstrahl im Prisma zurückgelegten Wegstrecken sind (S/2) sin 0 + S/2 + S/2 + (S/2) sin Θ und daher beträgt der gesamte Weg L = S(I + sin 0).

Die Reflexion des eintretenden Lichtstrahles 12 zum austretenden Lichtstrahl 17 im Prisma 11 kann ersetzt gedacht werden durch eine Reflexion an einem ebenen Spiegel und eine seitliche Verschiebung um den Abstand d. Die Ebene dieses gedachten Spiegels liegt in einem Abstand (S/2)(l - sin Θ) hinter der Hinterkante des ^ Prismas. Diese Formel läßt sich nach weiterer Betrachtung der geometrischen Verhältnisse und Subtraktion des Abstandes zwisäien der Hinterkante des Prismas und seiner Vorderseite 13 von der Entfernung zwischen der Vorderseite 13 und der gedachten Spiegelebene 21 herleiten. Es wurde zunächst nur ein in Richtung der optischen Achse im Abstand d/2 vom Schwenkzentrum P verlaufender Lichtstrahl betrachtet. Die angegebene Wirkung trifft jedoch auch für alle anderen Lichtstrahlen zu. Dabei wurde der Einfluß der Lichtbrechung beim Druchtritt durch die Grenzfläche zweier verschiedener Medien der besseren Übersichtlichkeit halber vernachlässigt. Die vorstehenden Betrachtungen gelten aber exakt, wenn das dreifach reflektierende optische Element durch drei ebene Spiegel gebildet λ wird. Es muß dann nur darauf geachtet werden, daß der der Vorderseite 13 entsprechende Spiegel zur Vermeidung von Vignettierung kürzer ist als der Abstand d.

Bei der praktischen Anwendung des Prismas in der erfindungr.-genw'ißen Einrichtung können Lichtstrahlen auch unter von 90° abweichenden Winkeln durch die Vorderseite 13 in das Prisma 11 eintreten. Dieser Fall ist in Fig. 2 veranschaulicht. Es sind wieder wie in Fig. 1 die ursprünglichen Lichtstrahlenrichtungen 12 und 17 eingezeichnet, außerdem aber gestrichelt ein schräg eintretender Lichtstrahl 12', der von der Rückseite IU zur Vorderseite 13, dann zur Rückseite 16 und dort abermals reflektiert wird, so daß er in der gestrichelt eingezeichneten Richtung 17' aus dem Pri^n«=¹ austritt. Wenn der eintretende Lichtstrahl 12' unter einem Wirke! 6

109813/0663 BAD ono,_NAL

gegen die Flächennormale der Vorderseite 13 geneigt ist, weist der austretende Lichtstrahl 17' eine gleich große Neigung nach der entgegengesetzten Seite auf, wie dies bei einem ebenen Spiegel der FaLl wäre. Es ist also der Reflexionswinkel gleich dem Einfallswinkel und in der Ebene, des gedachten Spiegels 21 findet eine seitliche Verschiebung um den Abstand d statt, wie dies auch bei senkrechtem Lichteinfall zu bemerken war. Diese Eigenschaften gelten daher sowohl für senkrechten als auch für schrägen Lichteinfall und nach Maßgabe der zur Verfügung stehenden Ein- und Austrittsflächen auch für beliebige Eintrittsstellen auf der Vorderseite 13 des Prismas 11. Für strahlenoptische Überlegungen kann daher das Prisma 11 unter Berücksichtigung der auftretenden seitlichen Verschiebung tatsächlich als ebener Spiegel angesehen wer- " den.

Diese Analogiebetrachtung ist unter anderem deshalb wichtig, weil sich daraus ergibt, daß bei Verwendung eines solchen Elementes in der erfindungsgemäßen Einrichtung kleine seitliche Bewegungen des Prismas die Wege der Lichtstrahlen außerhalb desselben nicht beeinflussen, so daß die·Ablenkung der reflektierten gegenüber den einfallenden Lichtstrahlen stets 26 beträgt, wobei δ der Winkel zwischen dem einfallenden Lichtstrahl und der Flächennormale auf der Vorderseite 13 des Prismas 11 ist.

Eine Änderung des Einfallwinkels erfolgt entweder bei Änderung des Lichteinfalles oder bei einer Verschwenkung des Prismas. Eine Verschwenkung des Prismas kann nicht nur um das Schwenkzentrum P (Fig.l), sondern auch um andere Punkte oder Achsen erfolgen, da hierbei lediglich e,ine zusätzliche Verschiebung des gedachten Spiegels eintritt, was aber bei einem ebenen Spiegel ohne besondere Wirkung bleibt, abgesehen von der sich ändernden Wegr länge der Lichtstrahlen.

Mit einem beweglichen Prisma dieser Art lassen sich Einrichtungen zum Ausgleich der Einflüsse zufälliger Bewegungen von optischen Geräten, u.zw. sowohl von Kameras als auch von Beobachtungcgeräten, konstruieren. Bei Kameras soll das anvisierte Obiokt unabhängig von kleinen unbeabsichtigten Bewegungen des }:,ör-:■:''-·>-·«nouses dauernd an der selben Stelle der Filmebene abgebildet ν :rcier!. Beobachtungsgeräte, wie Teleskope und Ferngläser, er former; eine andere Art der Bildstabilisierung, derart, daß der ■ ;r trotz kleiner unwillkürlicher Bewegungen des Cerates

BAD ORIGINAL

109813/0663

keine Ablenkung der austretenden Lichtstrahlen bemerkt. Aus strahlenoptischen Überlegungen ergibt sich, daß zur Erzielung eines vollkommenen Ausgleichs die Stabilisierungsgröße mit einem Korrektionsfaktor (1 _+ l/V) versehen v/erden muß, wobei V die Vergrößerung des gesamten optischen Gerätes ist. Für Geräte, die ein aufrechtes Bild liefern, gilt (1 - l/V), für solche, die ein umgekehrtes Bild liefern, gilt (1 + l/V). In der weiteren Beschreibung ist ein vollkommener Ausgleich vorausgesetzt; daher ist bei Beobachtungsgeräten, wie Ferngläsern, Teleskopen u.dgl., der vorstehend angegebene Korrektionsfaktor anzuwenden.

Das Prisma gemäß Fig. 1 und 2 besitzt drei sich senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckende Seitenflächen. Diese müssen in bestimmten Lagen zueinander stehen, wobei es aber nicht notwendig " ist, daß sie sich bis zu den eingezeichneten Kanten erstrecken, wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 zeigt, wo der der Hinterkante benachbarte Teil des Prismas entfernt ist. Wenn auch hier wieder der Abstand zwischen einfallendem und austretendem Lichtstrahl mit d, der Winkel zwischen Vorderseite und einer Rückseite des Prismas mit 0 und die tatsächliche Breite jeder Rückseite mit. S bezeichnet werdeni erhält- man etwas andere Formeln als vorher. Es wird angenommen, daß der einfallende Lichtstrahl 12 die Rückseite 14 des Prismas auf halbem Wege zvri^ohen dessen Vorderseite und dessen nunmehriger hinterer Begrenzt,. ^f,:che, die in einem Abstand h voneinander liegen, trifft.

Dann ist h = S sin e und d = S sin θ sin 2 q/cos 2Θ oder μ

d = S sin ^Θ tan 2&. Die gesamte Weglänge im Prisma beträgt L = (S sinQ) Cl + l/cos 2e). Der Abstand zwischen der Ebene des gedachten Spiegels 21 und der Vorderseite des Prismas beträgt (1/2)(S sin O)(I + l/cos 2e).

Das dreifach reflektierende Prisma wurde durch eine Länge S und einen Winkel Θ gekennzeichnet. Dazu ist zu sagen, daß der Winkel Θ gewissen Beschränkungen unterliegt. So muß der Winkel zwischen dem einfallenden Lichtstrahl 12 und der Rückseite 14 derart sein, daß der Lichtstrahl noch auf die zweite Reflexionsfläche 13 zurückgeworfen wird; daher darf Θ nicht zu groß sein. Andererseits darf 0 nicht so klein sein, daß der Lichtstrahl von der Rückseite 14 in die unmittelbare Nähe seiner Eintrittsstelle zurückgeworfen wird, weil dann der Abstand ;d'zu klein wird. Praktisch soll der Winkel Θ im Bereich zwischen IS und 45° liepen.

109813/0663 BADORIQiNAL

Wenn 45° oder größer ist, gelangt der Lichtstrahl nach seiner ersten Reflexion nicht zur Vorderseite 13, und wenn Θ kleiner ist als 15 , liegt der Auftreffpunkt des reflektierten Strahles zu nahe bei der Eintrittsstelle des Lichtstrahles 12. Zwischen einfallenden und austretenden Lichtstrahlen ist nämlich ein gewisser Mindestabstand erwünscht, um gegenseitige Störungen zu vermeiden und eine sichere Waterleitung des gewünschten Lichtes zu ■ ermöglichen.

Neben diesen Bedingungen für den Winkel ©ist es auch notwendig, daß die drei reflektierenden Flächen so ausgerichtet sir.ri, daß eine Gerade auf irgendeiner dieser Flächen parallel zu Gerader, auf den beiden anderen verläuft. In den Fig. 1 bis 3 stehen die drei Flächen senkrecht zur Zeichnungsebene und die erwähnten Geraden verlaufen ebenfalls senkrecht zur Zeichnungsebene. Ferner soll die Anordnung der drei Reflexionsflächen derart getroffen sein, ca3 in einer mittleren Stellung des Prismas, wenn dieses nicht für einen Ausgleichvorgang ausgelenkt ist, der austretende Lichtstrahl 17 etwa parallel zum einfallenden Lichtstrahl 12 verläuft. Die gegenseitige Lage der drei Reflexionsflächen 13, IU, 16 muß unveränderlich sein, egal ob es sich um Prismenflächen oder um drei Spiegel handelt. Im letzteren Falle muß außerdem die seitliche Ausdehnung der Spiegelfläche 13 begrenzt sein, zweiemäßig etwa gleich oder wenig größer als die hindere Begrenzungsfläche des Prismas gemäß Fig. 3, damit genügend große Ein- und Austrittsflächen freigehalten und eine ausreichend große zweite Reflexionsfläche vorhanden sind.

Die drei Reflexionsflächen können, wie Fig. 4· zeigt, durchaus auch in einer ganz anderen Konfiguration als gemäß Fig. 1 bis 3 angeordnet sein, wobei aber ebenfalls alte vorher erwähnten Bedingungen erfüllt sind. Hierbei sind die Reflexionsflächen durch drei Spiegel 22, 23, 24 gebildet und so angeordnet, daß der austretende Lichtstrahl 26 parallel zum einfallenden Lichtstrahl 20 verläuft. Alle drei Spiegelflächen enthalten je eine Gerade, die zueinander parallel sind, indem alle Spiegelflächen senkrecht zur Zeichnungsebene stehen. Trotz der zu erfüllenden Bedingungen besteht große Freizügigkeit in der Anordnung der Spiegel. Sie können .einzeln justierbar sein, müssen aber bei Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zueinander starr und nur als Ganzes bewegbar sein. Die gesamte Anordnung von Reflexionsflächen.ist mit

109913/0663

BAD OWGlNAL

einer Trägheitsstabilisierungsvorrichtung verbunden und v;ird in Zielrichtung, die der Richtung des einfallenden Lichtes entspricht, ausgerichtet gehalten. Diese Anordnung ist um zwei zueinander senkrechte Achsen, die im wesentlichen senkrecht zur ursprünglichen Zielrichtung stehen, einander aber nicht schneiden müssen, bewegbar.

In Fig. 5 ist ein vollständiges Ausführun^sbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Diese Einrichtung ist unmittelbar für Kameras verwendbar. Bei Beobachtungsgeräten muß die bereits vorher angegebene Korrektion berücksichtigt werden. Das erste, gerätefeste afokale System ist ein Galileisches oder terrestrisches Fernrohr 31 mit zweifacher Vergrößerung bestehend aus einem Objektiv 33 und einem Okular 34, die im Gehäuse 32 angeordnet sind. Die Brennpunkte von Objektiv und Okular liegen am Durchstoßpunkt der optischen Achse dieses Hilfs-Fernrohres durch die Ebene 36. Aus dem Fernrohr 31 tritt ein im wesentlichen paralleles Lichtstrahlenbündel aus, das auf ein dreifach reflektierendes optisches Element 37 wie bereits vorher beschrieben auftrifft. Dieses Element 37 wirkt, abgesehen von einer seitlichen Versetzung des Lichtstrahles, wie ein an der Stelle 38 vorgesehener ebener Spiegel. Das Elemönt 37 ist um zwei zueinander senkrechte, durch den Punkt 39 gehende Achsen schwenkbar und statisch ausbalanciert. Hierzu dient die Einrichtung 41, die außerdem als Hilfsmittel für die Trägheitsstabilisierung einen Kreisel enthalten kann. Falls ein solcher Kreisel vorhanden ist, kann dessen Präzission regelbar sein, so daß das Element 37 bei Bewegungen dec Gehäuses um große Winkel mit diesem mitbewegt wird. Diles ermöglicht z.B. die Durchführung beabsichtigter Schwenkbewegungcn mit einer Filmnufnahmekamera, ohne daß die Wirksamkeit der Stabilisierung bei unbeabsichtigten Erschütterungen der Kamera beeinträchtigt ist. Kreiselkonstruktion, Regelung der Präzession und die Einstellung bestimmter Regelcharakteristdken sind bekannt und werden daher hier nicht beschrieben. Es sei nur bemerkt, daß die Kreiselpräzession sehr genau regelbar ist.

Das im Element 37 dreimal reflektierte Licht tritt dann aus diesemheraus und durchsetzt eine Linse 42, die ein in bezug auf das Gehäuse 32 stabilisiertes Bild auf die Ebene 43 projiziert, nachdem das Licht noch ein dem Element 37 ähnliches Prisma 44 durchlaufen hat. Das Schwenkzentrum kann auch an einer

109813/0663

BAD ORIGINAL .

anderen Stelle als beim Punkt 39 vorgesehen sen und die beiden Achsen müssen einander nicht schneiden, sondern können im Abstand voneinander angeordnet sein. Das Element 37 wirkt, wie bereits erläutert, wie ein in der Ebene 38 angeordneter ebener Spiegel; ein solcher aber verdoppelt den Ablenkwinkel des einfallenden Lichtes. Es ist daher erforderlich entweder die Ausgleichsbewegur.g des Spiegels zu halbieren oder die scheinbare Winkeländerung des einfallenden Lichtes zu verdoppeln. Früher wurde vielfach die Spiegelbewegung halbiert, während im vorliegender. Fall die VJinkeländerung des einfallenden Lichtes mit dem ein aufrechtes Bild liefernden, zweifach vergrößernden Fernrohr 31 verdoppelt wird.

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß eine Winkelabweichunp; des Gehäuses 32 von der ursprünglichen Zielrichtung um den Winkel 0 eine Winkelabweichung der aus dem Fernrohr 31 auf das Prisma 37 auftreffenden Lichtstrahlen gegenüber dem Gehäuse 32 um den Winkel 20 zur Folge hat. Da das Prisma 37 infolge der Trägheitsstabilisierung in der ursprünglichen Lage beharrt, beträgt die Winkel- 37 abweichung zwischen den Lichtstrahlen und dem Prisma 0. Das Prisma/ hat die Wirkung eines ebenen Spiegels und reflektiert daher die Lichtstrahlen unter einem Winkel 0 in entgegengesetzter Richtung . geneigt wie beim Eintritt. Das zweite Prisma 44 ist mit dem Gehäuse 32 fest verbunden und somit ebenfalls unter einem Winkel 0 gegen die ursprüngliche Zielrichtung geneigt, so daß das Licht (bzw. die Achse des Lichtbündels) senkrecht ein- und austritt. Auf diese Weise wird ein anvisiertes Objekt unabhängig von kleinen Winkelabweichungen des Gehäuses 32 stets an der selben Stelle der Film- oder Bildebene 43 abgebildet. Bei Beobachtungsgeräten, wie Teleskopen oder Fernrohren, muß die Vergrößerung des Hilfs-Fernrohres 31 auf den Wert 2(1 +_ l/V) geändert werden, damit bei visueller Beobachtung des Bildes durch ein weiteres optisches System 46 (Fig. 5 und 6) eine vollkommene Stabilisierung erzielt wird.

Im Strahlengang können verschiedene optische Elemente angeordnet werden und der Lichtaustritt kann an^ jede gewünschte Stelle des Gehäuses verlegt werden, so daß das Licht in Bezug auf die Ehfausrichtung,vorwärts, rückwärts oder seitlich austritt. Beim Gerät gemüÄ Fig. 5 und 6 dient das zusätzliche mehrfach reflektierende Element nur zum Umkehren der bereits stabilisierten Lichtstr.si.ler■, so daß diese· die gleiche Richtung wie die eintretenden

109813/0663 '

Lichtstrahlen haben. Diese Anordnung ist für die meisten Beobachtungsgeräte sehr zweckmäßig, sie ist aber für Kameras nicht unbedingt notwendig. Ohne Umkehrprisma.od.dgl. wird ein umgekehrtes Bild projiziert. Deshalb wird normalerweise wenigstens ein Spiegel vorgesehen.

Ganz allgemein besteht die erfindungsgemäße Einrichtung aus einem Galileischen oder terrestrischen Fernrohr und einem nachfolgenden trägheitsstabilisierten Element mit einer ungeraden Anzahl von Feflexionsflachen, wobei bei kleinen Winkelabweichungen des Gehäuses und des damit verbundenen Fernrohres einegleich große, aber entgegengesetzte, also ausgleichende Verschiebung des im Gehäuse projizierten Bildes erzielt wird. Infolge des vorgeschalteten Fernrohres sind am trägheitsstabilisierten Element nur im wesentlichen parallele Lichtstrahlen wirksam, wodurch bestimmte strenge, bei bekannten Einrichtungen ähnlicher Art notwendige Abgleichbedingungen en1fallen können. Weiters brauchen aus dem gleichen Grund bei kreiselstabilisierten Systemen keine so hohen Anforderungen an die Lager gestellt zu werden wie bisher. Es können auch stoß- und erschütterungsdämpfende Befestigungen angewendet werden, obwohl diese gewisse gegenseitige Bewegungen einzelner Elemente zulassen, weil infolge der parallel gerichteten Lichtstrahlen durch solche Bewegungen, keine Bildverücl.iehung oder Unscharfe zu'befürchten ist. Der terhni:;che und wirtschaftliche Fortschrift, der durch solche Verfc,.,,ρ hangen erzielbar ist, wirkt sich in der Beseitigung von Produktionsschwierigkeiten und in Kostenersparnis aus. ■

⁸AO 109813/0663

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum selbsttätigen Ausgleich der Einflüsse zufälliger Bewegungen von optischen Geräten mit einem Gehäuse und einem daran oder darin angeordneten optischen System, mit einem dem Ziel zugewandten gerätefesten und einem nachfolgenden pendelnd gelagerten afokalen System, dadurch gekennzeichnet, daß das gerätefeste afokale System in an sich bekannter Weise durch ein ein aufrechtes Bild lieferndes, angenähert zweifach vergrößerndes Fernrohr (31) gebildet ist, das einfallendes Licht empfängt und in Form im wesentlichen paralleler Strahlen auf ein das pendelnd gelagerte System bildendes reflektierendes optisches Element (37) richtet, welches das Licht gegenüber den durch das Fernrohr (31) einfallenden Lichtstrahlen versetzt zurückwirft, wobei ein weiteres gerätefestes optisches System (42) zum Fokussieren des reflektierten Lichtes zu einem Bild innerhalb des Gehäuses (32) vorhanden ist, und daß eine Trägheitsstabilisierungsvorrichtung (41) zum Festhalten des reflektierenden optischen Elementes (37) in vorgegebener räumlicher Ausrichtung bei kleinen Winkelabweichungen des Gehäuses (32) von der ursprünglichen Zielrichtung vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das pendelndgelagerte afokale System durch ein dreifach reflektierendes optisches Element (11; 37) mit drei ebenen, in gegenüber einander unveränderlicher Lage angeordneten Reflexionsflächen (13, 14, 16; 22, 23, 24) mitcfer Wirkung von ebenen Spiegeln gebildet ist, wobei eine Gerade auf irgendeiner dieser Flächen parallel zu Geraden auf den beiden anderen verläuft, daß für das dreifach reflektierende optische Element eine im wesentlichen reibungsfreie Aufhängung bzw. Lagerung (39) um zwei zueinander senkrechte Achsen, die im wesentlichen senkrecht zur ursprünglichen Zielrichtung stehen, vorgesehen ist und daß das Fernrohr (31) da-s einfallende Licht im wesentlichen in der ursprünglichen Richtung gegen die erste Reflexionsfläche des dreifach reflektierenden optischen Elementes (37; wirft.

3. Einrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Reflexionsfläche (13) des drei-

*w;,,-.< .., 109813/0663

IAD ORfQIMAL

fach reflektierenden optischen Elementes (11) in bozug auf die erste und dritte Reflexionsfläche (14, 16) unter gleichen Winkeln (0) von etwa 15 bis etwa 45° angeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch rreken'nzeichnet, daß die Trägheitsstabilis'ierungsvorrichtung (41) einen Kreisel enthält, der mit dem reflektierenden optischen Element (3¹) verbunden ist und dessen PräZession rerelbar ist.

h. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung des Fernrohres 2(1 +_ l/V) beträgt, wobei V die Vergrößerung des gesamten optischen Gerätes ist und das Pluszeichen für ein Gerät, das ein umge- μ

kehrtes Bild liefert, und· das Minuszeichen für ein Gerät gilt, das ein aufrechtes Bild liefert.

109813/0663