DE1772827C3 - Einrichtung zum selbsttätigen optischen Ausgleich von unerwünschten Kippbewegungen optischer Geräte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum selbsttätigen Ausgleich von unerwünschten Kippbewegungen optischer Geräte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es sind verschiedene Stabilisierungseinrichtungen für optische Systeme und Geräte bekannt Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung eines Gestells oder einer Plattform mit stabilisierter räumlicher Lage als Trageinrichtung für das optische Gerät, z. B. eine Kamera. Diese Art der Lösung des Problem» bringt, insbesondere bedingt durch Größe und Gewicht der Anordnung, beispielsweise einer durch einein Kreisel stabilisierten Plattform, verschiedene Schwierigkeiten und Nachteile mit sich und ist etwa für in der Hand zu haltende optische Geräte kaum geeignet Eine andere Möglichkeit ist die elektronische und elektrische Kompensation, wobei dem Licht entsprechende andere Strahlen, wie Elektronenstrahlen, zum Ausgleich von Winkelabweichungen des Gerätegehäuses von der ursprünglichen Zielrichtung beeinflußt werden. Diese Methode bietet zwar verschiedene Vorteile, erfordert jedoch einen verhältnismäßig hohen konstruktiven Aufwand, so daß sie in zahlreichen möglichen Anwendungsfällen dennoch nicht zum Einsatz kommein kann. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, zum Feststellen von Winkelabweichungen des Gehäuses von der ursprünglichen Zielrichtung einen Kreisel vorzusehen und danach optische Elemente zum Ausgleich der Abweichung zu verstellen. Dabei waren aber auch noch verschiedene Schwierigkeiten und Beschränkungen vorhanden, wie sie unter anderem durch komplizierte mechanische Übertragungseinrichtungen auftraten.

Bei einer in der nicht vorveröffentlichten DE-AS

ίο 17 72537 beschriebenen Einrichtung hier in Rede stehender Art zum Ausgleich des Einflusses unerwünschter Kippbewegungen optischer Geräte ist zusammen mit einem in Form eines trägheitsstabilisiert kardanisch aufgehängten Prismas ausgebildeten Strahlrichtungsumkehrsystems ein ein aufrechtes Bild lieferndes (Galileisches) Fernrohr vorgesehen, wobei sich im praktischen Einsatz die Notwendigkeit ergibt das trägheitsstabilisierte Strahlrichtungsumkehrsystem verhältnismäßig groß auszubilden, und auch die Notwendigkeit, nach dem Fernrohr und dem trägheitsstabilisierten Strahlrichtungsumkehrsystem eine langbrennweitige Optik vorzusehen, wenn man in der Einrichtung eine weitere Strahlrichtungsumkehr vornimmt, um einen Lichtaustritt, der dem Lichteintritt in das betreffende Gerät richtungsgleich ist, zu erzielen. Weiter ergibt sich auch die Notwendigkeit, die Linsen des Fernrohres selbst mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser auszubilden, da die Austrittspupille bei einem Galileischen Fernrohr innerhalb des Fernrohres liegt, und bei Schwenkbewegungen somit eine Abschaltung des Bildfeldes auftreten kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Einrichtung eingangs angeführter Art zu schaffen, welche sich mit geringem Aufwand in kompakter Bauweise realisieren läßt

Hierfür wird erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführte Maßnahme vorgesehen.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung vermag der gestellten Aufgabe gut entsprochen -zn werden, und man kann bei einer gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Einrichtung bei gleicher Leistung mit einem viel kleiner gebauten Strahlrichtungsumkehrsystem auskommen als bei einer Einrichtung gemäß der DE-AS 17 72 537, und es tritt auch praktisch keine vom Ausgang der Einrichtung her merkbare Bewegung der Austrittspupille des Fernrohres auf, so daß auch der Durchmesser der Linsensysteme klein gehalten werden kann. Durch Verwendung eines ein umgekehrtes Bild

so liefernden Fernrohres, bei welchem die Brennweite des zweiten Gliedes etwa halb so groß wie jene des ersten ist und die Brennpunkte beider Glieder annähernd zusammenfallen, ist es möglich, die Austrittspupille (durch Wahl der Brechkraft der Feldlinse) in einigem Abstand vom zweiten Glied vorzusehen, da der Querschnitt des stabilisierten Lichtbündels sehr klein gehalten ist Dies ist ein wichtiger Vorteil bei der Konstruktion optischer Geräte. Auch kann eine der erfindungsgemäßen Einrichtung nachgeschaltete Kamera eine Optik mit kurzer Brennweite haben.

Die Erfindung ist sowohl für Kameras als auch für Beobachtungsgeräte, wie Fernrohre, Teleskope u. dgl., anwendbar. Das mechanische System ist nicht kompliziert, und auch die Genauigkeitsanforderungen sind nicht extrem hoch, wobei aber dennoch eine hohe optische Güte ohne Einführung wesentlicher zusätzlicher Fehler erzielbar ist, so daß die erfindungsgemäße Einrichtung auch für Geräte mit starker Vergrößerung

und hohem Auflösungsvermögen vorteilhaft anwendbar ist.

Bei einem mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgestatteten optischen Gerät tritt das einfallende Licht zuerst in das Fernrohr ein, wird darin um 180° umgekenkt und verläßt dieses als im wesentlichen paralleles Strahlenbündel, das auf das Strahlrichtungsumkehrsystem mit z. B. einer oder drei Reflexionsfläche(n) fällt Dieses Strahlrichtungsumkehrsystem wird unabhängig von kleinen Winkelabweichungen des Gehäuses des optischen Gerätes in der ursprünglichen Zielrichtung ausgerichtet gehalten, und zwar nach der Höhe und nach der Seite sowie in allen dazwischenliegenden Richtungen, aber nicht notwendigerweise in bezug auf Drehbewegungen um die optische Achse des is Gerätes. Es sollen daher im folgenden 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. Der gewünschte Ausgleich wird durch Ausrichtung des pendelnd gelagerten reflektierenden Elementes mittels einer Trägheitsstabilisierungsvorrichtung erzielt, die im einfachsten Fall z. B. aus einem System statisch ausbalancierter Massen besteht Man kann in der Trägheitsstabilisierungsvorrichtung auch einen Kreisel vorsehen, wobei eine dessen Präzession beeinflussende Nachführeinrichtung vorgesehen sein kann, so daß bei einer einen kleinen vorbestimmten Bereich überschreitenden Winkelabweichung des Gerätes, beispielsweise bei einer absichtlich vorgenommenen Schwenkbewegung einer Filmkamera, das pendelnd gelagerte Strahlrichtungsumkehrsystem mit dem Kreisel durch eine mit steigender Winkelabweichung progressiv zunehmende Kraft in Richtung der Gehäusebewegung mitbewegt wird.

Die Erfindung ist verschiedener vorteilhafter Weiterbildungen fähig, die Gegenstand der Unteransprüche sind. Hierauf ist auch im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes, die in der Zeichnung dargestellt sind und die im folgenden näher erläutert werden, eingegangen. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 schematisch den Strahlengang in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig.2 den Strahlengang in der Einrichtung nach F i g. 1 nach Verschwenkung derselben um einen kleinen Winkel Θ, wie dies beim praktischen Gebrauch vorkommen kann, so

F i g. 3 ein anderes Ausführungsprinzip eines Strahlrichtungsumkehrsystems für die erfindungsgemäße Einrichtung und

F i g. 4 eine besonders für optische Beobachtungsgeräte geeignete Aißführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung sind die optischen Elemente in ein lichtdichtes Gehäuse 11 eingebaut Auf das Gehäuse 11 wird im folgenden im Hinblick auf dessen räumliche Ausrichtung Bezug genommen wer· den. Sofern nichts anderes angegeben ist, soll stets angenommen werden, daß die erfindungsgemäße Einrichtung in bzw. an einer Kamera angeordnet ist Für Beobachtungsgeräte sind nämlich gegenüber Kameras bestimmte Abwandlungen erforderlich, die noch gesondert besprochen werden.

Das Gehäuse 11 enthält unter anderem ein ein

umgekehrtes Bild lieferndes, angenähert zweifach vergrößerndes Fernrohr 12, aus dem die Lichtstrahlen im wesentlichen parallel austreten und in das ein gehäusefestes Strahlrichtungsumkehrsystem 14 mit einer ungeraden Anzahl von Reflexionsflächen einbezogen ist, so daß einfallendes Licht im wesentlichen in Richtung zum betrachteten Objekt zurückgeworfen wird. Das Fernrohr 12 besitzt ein in einer Wand des Gehäuses 11 fest eingebautes Objektiv 13, durch das das einfallende Licht auf das Strahlrichtungsumkehrsystem 14, welches im Gehäuse U fest eingebaut ist, fällt In F i g. 1 ist das Strahlrichtungsumkehrsystem 14 als Prisma dargestellt Es sind hierfür aber auch andere Ausführungsformen möglich. Das durch das Strahlrichtungsumkehrsystem 14 im wesentlichen in die Einfallsrichtung zurückgeworfene Licht gelangt in die in der Nähe des Strahlrichtungsumkehrsystems 14 angeordnete Linse (oder Linsensatz) 16, die das Okular des Fernrohres 12 bildet Zusätzlich können eine oder mehrere Feldlinsen 17 zur Konzentration des Lichtes vom Objektiv 13 in das Okular 16 vorhanden sein, und eine derartige Feldlinse kann zwischen cbm Objektiv 13 und dem Strahlrichtungsumkehrsystem 14 unmittelbar vor letzterem angeordnet sein. Alle bisher genannten optischen Elemente sind mit dem Gehäuse 11 fest verbunden.

Die in ungerader Anzahl vorhandenen Reflexionsflächen des Strahlrichtungsumkehrsystems 14 können in verschiedenen Konfigurationen angeordnet sein. Das bei der Einrichtung gemäß F i g. 1 als Strahlrichtungsumkehrsystem vorgesehene Prisma kann aus Glas oder Kunststoff bestehen und hat im Querschnitt die Form eines gleichschenkligen Dreiecks, dessen Spitze gewünschtenfalls abgeschnitten sein kann. Die Vorderseite 18 des Prismas, die durch die Basis des Querschnitt-Dreiecks geht, ist dem Objektiv 13 zugekehrt, so daß durch das Objektiv in Richtung der strichpunktiert gezeichneten Achse 19 einfallendes Licht in das Prisma eintritt und dort an der einen, gegen die Vorderseite 18 geneigten Rückseite 21 reflektiert wird. Weiter wird das Licht an der Vorderseite 18 und sodann an der anderen, gegen die Vorderseite geneigten Rückseite 22 reflektiert, worauf es durch die Vorderseite austritt und die Linse 16 passiert Die Rückseiten 21 und 22 des Prismas sind gegen die Vorderseite 18 je unter einem Winkel von etwa 15 bis 45° geneigt Die Grenzwerte für diesen Winkel ergeben sich aus der Forderung, daß das Licht von der Rückseite wieder zur Vorderseite zurückgeworfen wird, daß im Prisma an der Vorderseite im wesentlichen Totalreflexion eintritt und daß ein bestimmter gewünschter seitlicher Abstand zwischen den in das Prisma eintretenden und den aus dem Prisma austretenden Lichtstrahlen vorhanden ist Das Strahl' richtungsumkehrsystem 14 kann im wesentlichen als ebener Spiegel angesehen werden, da es tatsächlich viele Eigenschaften eines scheinbar an der Stelle 23 angeordneten hinter dem Prisma liegenden Spiegels hat Mathematischgeometrische Betrachtungen des Strahlenganges im Prisma zeigen, daß dies stimmt Die Wirkung des Prismas ist also derart, als ob einfallendes Licht an der gedachten Spiegelfläche bei 23 reflektiert, aber außerdem um einen bestimmten Abstand seitlich verschoben würde.

Das in F i g. 1 dargestellte dreifach reflektierende Prisma 14 ist nur ein Beispiel aus einer Vielzahl möglicher Ausbildungen des Strahlrichtungsumkehrsystems; ein anderes Ausführungsprinzip hierfür ist in F i g. 3 gezeigt Dabei sind drei ebene Spiegel 26,27 und

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28 in gegenüber einander unveränderlicher Lage angeordnet, so daß ein auf den ersten Spiegel 26 einfallender Lichtstrahl 29 auf den zweiten Spiegel 27 und von dort auf den dritten Spiegel 28 geworfen wird, von wo er parallel und entgegengesetzt zur Einfallsrichtung, aber seitlich versetzt aus der Spiegelanordnung austritt. Die drei Spiegel können in verschiedenster Weise relativ zueinander angeordnet sein. Eine Bedingung, die sowohl beim Prisma nach F i g. I als auch bei der Spiegelanordnung gemäß Fig.3 erfüllt sein muß, ist die, daß die drei reflektierenden Flächen so ausgerichtet sind, daß eine Gerade auf irgendeiner dieser Flächen parallel zu Geraden auf den beiden anderen verläuft.

Dem ein umgekehrtes Bild liefernden Fernrohr 12 ist ein trägheitsstabilisiertes Strahlrichtungsumkehrsystem 31 nachgeordnet. Dieses Strahlrichtungsumkehrsystem

31 kann gleichartig wie das Prisma 14 von Fig. I oder andere vorstehend erwähnte Ausführungsformen ausgebildet sein, so daß ein einfallender Lichtstrahl eine Reflexion, die scheinbar an der gedachten Spiegelebene 36 staitindet, und eine seitliche Verschiebung erleidet. Die Trägheitsstabilisierung des Strahlrichtungsumkehrsystems 31 nach der Seite und nach der Höhe wird durch eine kardanisch schwenkbare Lagerung des Elementes um zwei zueinander senkrechte Achsen ermöglicht, die quer zur Richtung des einfallenden Lichtes liegen. In F i g. 1 ist in der Nähe der Hinterkante des Prismas 31 ein Schwenkpunkt 32 angedeutet. Der Schwenkpunkt

32 kann beim Schnittpunkt der zwei zueinander senkrechten Achsen liegen. Es ist aber nicht notwendig, daß die beiden Achsen einander tatsächlich schneiden, und es ist auch nicht notwendig, daß der Schwenkpunkt bei der Hinterkante des Prismas 31 liegt. Der Schwenkpunkt bzw. die erwähnten Achsen, um welche das Element 31 stabilisiert ist, können innerhlab vernüftiger Grenzen überall liegen, ohne daß die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung beeinträchtigt wird, so daß das Strahlrichtungsumkehrsystem 31 trotz kleiner Winkelabweichungen des Gehäuses 11 von der ursprünglichen Zielrichtung in dieser Zielrichtung nach der Seite und nach der Höhe ausgerichtet gehalten wird. Die Wirksamkeit der Trägheitsstabilisierung ist noch besser, wenn mit dem Strahlrichtungsumkehrsystem 31 ein Kreisel 33 verbunden und mit diesem um den Schwenkpunkt 32 beweglich ist. Wenn ein Kreisel vorhanden ist, kann im Gehäuse eine dessen Präzession beeinflussende Nachführeinrichtung 34 vorgesehen werden. Die Wirkungscharakteristik der Nachführeinrichtung kann dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßt werden. Ganz allgemein wird durch die Nachführeinrichtung gemäß F i g. 1 auf den Kreisel eine Kraft senkrecht zur gewünschten Richtung der Präzession ausgeübt. Die Nachführeinrichtung kann in üblicher Weise 3uf den Kreise! wjrlrpn_ ihre Kennlinie kann jedoch im mittleren Bereich einen flachen Verlauf haben, so daß in einem kleinen Winkelbereich um die Ruhelage die Nachführeinrichtung unwirksam ist und ein vollständiger Ausgleich von Winkelabweichungen erfolgt. Bei Vorhandensein eines Kreisels ist in einem kleinen vorbestimmten Winkelbereich eine noch bessere Stabilisierung des Elementes erzielbar; wenn aber die Winkelabweichung diesen kleinen vorbestimmten Bereich überschreitet, wird die Nachführeinrichtung 34 wirksam und führt das Strahlrichtiingsurnkchrsystcrn 3i mit der Schwenkung des Gehäuses 11 mit Diese Nachführung des Strahlrichtungsumkehrsystems 31 bei größeren Winkelabweichungen ist beispielsweise wichtig bei einer absichtlich vorgenommenen Schwenkbewegung einer Filmaufnahmekamera, aber auch bei Fernrohren und Teleskopen, wenn mit diesen ein bewegtes Objekt beobachtet wird. ■> Eine solche Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ermöglicht eine Bildstabilisierung bei kleinen Winkelabweichungen des Gehäuses von der ursprünglichen Zielrichtung, die etwa dadurch bedingt sind, daß das Gerät unruhig in der Hand gehalten wird, wobei

to aber durch beabsichtigte Schwenkbewegungen über große Winkel keine Störungen hervorgerufen werden.

Kurz zusammengefaßt ergibt sich bei einem mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgerüsteten optischen Gerät folgender Strahlengang: nach Durchgang

is durch das Fernrohr 12 tritt das Licht aus der Linse (oder Linsensatz) 16, die dessen Okular bildet, in Form im wesentlichen paralleler Strahlen aus, die auf das Strahlrichtungsumkehrsystem 31 fallen, in welchem sie eine ungerade Anzahl von Reflexionen erleiden, worauf das aus dem Strahlrichtungsumkehrsystem 31 austretende Licht durch eine Linse (oder Linsensystem) 41 zur Projektion eines stabilisierten Bildes auf eine Bildebene 42 fokussiert wird. Im Falle einer Kamera befindet sich bei der Bildebene 42 das Bildfenster. Bei optischen Beobachtungsgeräten leitet die Linse 41 das Licht in das Okular des Gerätes, was nachstehend noch näher erläutert wird.

7ur Illustration der Wirkung der erfindungsgcinäßen Einrichtung ist in F i g. 2 das Gerät von F i g. 1 um einen kleinen Winkel θ gegen die Waagrechte geneigt dargestellt. Die Größe dieses Winkels ist in der Zeichnung deutlichkeitshalber stark iibertiieben dargestellt. In Wirklichkeit ist bei in der Hand gehaltenen Kameras, Ferngläsern, Teleskopen u. dgl. nur ein Ausgleich für sehr kleine Winkel, höchstens einige Bogengrade, erforderlich. Wenn wie in F i g. 2 das Gehäuse 11 um einen Winkel θ aufwärts geschwenkt ist, werden die einfallenden Lichtstrahlen durch das ein umgekehrtes Bild liefernde Fernrohr 12 und das Strahlrichtungsumkehrsystem 14 in Richtung auf das Objekt, aber unter einem Winkel θ gegen die ursprüngliche Zielrichtung geneigt, zurückgeworfen. Das trägheitsstabilisierte Strahlrichtungsumkehrsystem 31 bleibt in der ursprünglichen Zielrichtung ausgerichtet. Die unter einem Eintrittswinkel θ in das Strahlrichtungsumkehrsystem 31 einfallenden Lichtstrahlen (unter einem Winkel 20 gegen die optische Achse des Fernrohres 12 geneigt) verlassen dieses unter einem Austrittswinkel Θ, welcher der Verschwenkung

so des Gehäuses 11 gegen die ursprüngliche Zielrichtung entspricht. Daher bleibt die Richtung der das Strahl*-^;chtungsumkehrsystem 31 verlassenden Lichtstrahlen in bezug auf das Gehäuse f 1 unverändert, und das Objekt wird stets auf dieselbe Stelle im Bildfenster projiziert,

is und zwar unabhängig von kleinen Winkelabweichungen des Gehäuses von der ursprünglichen Zielrichtung.

Beim praktischen Gebrauch in der Hand zu haltender optischer Geräte, wie Kameras und Ferngläser, sind kleine unbeabsichtigte und unkontrollierte Bewegungen

to unvermeidlich. Diese Unsicherheit beim Halten macht sich durch Winkelabweichungen des Gerätes von der ursprünglichen Zielrichtung in lotrechter, waagrechter oder irgendeiner dazwischenliegenden Richtung bemerkbar. Für das gerätefest angeordnete Strahlrich-

bi tungsumkehrsystem 14 oder dessen Äquivalent ist die

RgvLTgmititTcri^htiinCT Qhn£ Belsn¹⁷- DiS trS^heitSStsbiÜ-

sierte Strahlrichtungsumkehrsystem 31 besitzt im Schwenkpunkt 32 eine zweidimensionale Lagerung, und

zwar um zwei zueinander senkrechte Achsen, die beide im wesentlichen senkrecht zur ursprünglichen Zielrichtung bzw. zur optischen Achse des Fernrohres stehen. Daher gilt das hei der Erläuterung der F i g. 1 und 2 Gesagte nicht nur für Winkelabweichungen von der ursprünglichen Zielrichtung in lotrechter Richtung, sondern ebenso in waagrechter Richtung. Mit der erfindMngsgemäßen Einrichtung ist daher eine sehr gute Bildstahilisierung erzielbar. Dabei ist es bemerkenswert, daß die aus dem Fernrohr 12 austretenden Lichtstrahlen im wesentlichen parallel zueinander sind, so daß verschiedene Beschränkungen und strenge Bedingungen hinsichtlich genauer Anordnung, Justierung und Bewegung der Elemente entfallen können. Wenn die Lichtstrahlen parallel sind, werden alle etwa gleich beeinflußt. Die Austrittspupille des Fernrohres 12 kann an die optisch günstigste Stelle verlegt werden. Die Linse 16 gemäß F i g. 1 dient zur Abbildung eines reellen und nicht eines virtuellen Bildes, was für ihre Größe und für die Ausbildung der im Lichtweg folgenden Elemente, im Vergleich mit entsprechenden Elementen bekannter Einrichtungen, sehr günstig ist. Eine Bildstabilisierung ist zwar, wie bereits eingangs erwähnt, auf verschiedene Weise möglich, aber die erfindungsgemäße Lösung bietet gegenüber den bekannten Einrichtungen zahlreiche bedeutende Verbesserungen.

Das ein umgekehrtes Bild liefernde gefaltete Fernrohr 12, das eine Mehrzahl von Linsen in Kombination mit einem Strahlrichtungsumkehrsystem mit einer ungeraden Anzahl von Reflexionsflächen enthält, liefert parallel gerichtete Lichtstrahlen; dieser Teil der Eimichtung kann daher Kollimator genannt werden. Dabei kann die Reihenfolge von Linsen und Reflexionsflächen des Fernrohres geändert werden. Auch die räumliche Anordnung der einzelnen Elemente kann modifiziert werden. Bei bestimmten Anwendungen der Bildstabilisierung, z. B. bei Ferngläsern, ist es wünschenswert, den optischen Teil möglichst einfach zu gestalten, um Kosten, Größe, Gewicht und Kraftaufwand gering zu halten. Im Zusammenhang damit wird auf F i g. 4 verwiesen, gemäß welcher die Faltung des Lichtweges, in dem ein umgekehrtes Bild liefernden Fernrohr mit Hilfe einer gekrümmten Reflexionsfläche erzielt wird. Dabei ist ein erster Linsensatz 51 des Fernrohres, sein Objektiv, in der Wand eines lichtdichten Gehäuses 52 angeordnet, um das einfallende Licht auf dem Weg 43 auf die fest im Gehäuse angebrachte gekrümmte Reflexionsfläche 54 zu leiten. Die Reflexionsfläche 54 kann sphärische und zylindrische krümmung aufweisen. Sie hat zwei Aufgaben zu erfüllen. Erstens wirkt sie als Feldelement zum Sammeln von Licht und zweitens korrigiert sie die durch die Linsen 51 und 56 bedingte Bildfeldwölbung. Hierfür ist es wichtig, daß die Reflexionsfläche 54 in der Nähe jener Stelle angeordnet wird, wo das reelle Bild entsteht, damit die genannten Aufgaben erfüllt werden können, ohne daß merkliche Aberrationen entstehen. Man sieht, daß die Reflexionsfläche das Licht nicht genau in Einfallsrichtung zurückwirft, sondern daß die Reflexionsrichtung einen Winkel mit der Einfallsrichtung einschließt Das reflektierte Licht passiert den Linsensatz 56 des Fernrohres und trifft auf ein trägheitsstabilisiertes Strahirichtungsumkehrsystem 3S, wie es bereits im Zusammenhang mit den F i g. 1 und 2 beschrieben wurde. Dieses Strahlrichtungsumkehrsystem 31 ist um zwei zueinander senkrechte Achsen schwenkbar, die im wesentlichen senkrecht zur Richtung des einfallenden Lichtes stehen, und es erfolgt dabei die Schwenkung im wesentlichen um einen Punkt 32, der nahe bei der Hinterkante des Prismas liegt, das dieses Strahlrichtungsumkehrsystem bildet. Es sind auch andere Lagen dieses Schwenkpunktes in bezug auf das Prisma möglich.

Auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 kann die Trägheitsstabilisierung des Strahlrichtungsumkehrsystems 31 noch durch Anordnen eines Kreises! 33 auf diesem verbessert werden, wobei eine mit dem Kreisel

ίο zusammenwirkende Nachführeinrichtung 34 vorgesehen sein kann. Das aus dem letzten Glied 56 des Fernrohres mit der Reflexionsfläche 54 austretende Licht besteht aus im wesentlichen parallelen Strahlen, die aber im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel

ι-; schräg abwärts gerichtet sind. Daher muß die Ebene 36 des als Ersatz für das Element 31 gedachten ebenen Spiegels in der Ruhelage des trägheitsstabilisierten Elementes unter einem entsprechenden Winkel in bezug auf das Gehäuse geneigt sein, so daß das auffallende

?n Licht gegen die Rückseite des Gehäuses geworfen wird. Eine Linse (oder Linsensystem) 57 ist im Gehäuse zur Fokussierung des aus dem Element 31 ausgetretenen Lichtes in ein Okular 58, das in der Gehäuserückwand sitzt, angeordnet, wodurch das Auge 59 eines Beobachters ein stabilisiertes Bild wahrnimmt.

Die Ausführungsform gemäß Fig.3 enthält die gleichen grundsätzlichen optischen Elemente wie die Ausführungsform gemäß Fig. 1. Es ist ein ein umgekehrtes Bild lieferndes etwa zweifach vergrößerndes Fernrohr vorhanden, das mit Hilfe eines Strahlrichtungsumkehrsystems mit einer ungeraden Anzahl von Reflexionsflächen gefaltet ist. Ferner ist ein trägheitsstabilisiertes Strahlrichtungsumkehrsystem 31 vorgesehen. Daher ist auch die Wirkungsweise im wesentlichen gleich, wie anhand der F i g. 1 und 2 beschrieben. Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 ist es wünschenswert und im allgemeinen notwendig, eine Trennwand 61 zur Trennung der austretenden von den einfallenden Lichtstrahlen vorzusehen, denn es ist selbstverständlich

4(i unzulässig, daß Lichtstrahlen auf direktem Wege von der Eintrittsstelle zur Austrittsstelle gelangen, da dieser Lichtanteil nicht stabilisiert wäre und sich dem nutzbaren Lichtanteil störend überlagern würde. Weiter muß noch darauf hingewiesen werden, daß für optische Beobachtungsgeräte, wie Femgrläser und Teleskope, eine etwas andere Stabilisierung als Für Kameras erforderlich ist Bei Kameras soll ein stabilisiertes Bild auf einen angenähert in der Brennebene angeordneten lichtempfindlichen Film projiziert werden. Bei direkter Betrachtung einer solchen Bildenbene mit einem stabilisierten Bild wäre die Stabilisierung für den Betrachter aber nicht vollkommen. Dieser Umstand wird nachstehend noch näher erörtert

Da die Ablenkung von Lichtstrahlen durch das

dreifach reflektierende Strahlrichtungsumkehrsystem wie durch einen ebenen Spiegel erfolgt, ist der

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Änderung des Einfallwinkels um θ bedingt daher auch eine Änderung des Reflexionswinkels um θ und die gesamte Winkeländerung zwischen einfallendem und reflektiertem Lichtstrahl beträgt 20. Daraus folgt, daß ein trägheitsstabilisierter Spiegel eine doppelt so große Strahlablenkung bewirkt als sie für die Biidstabiiisierung erforderlich wäre. Aus diesem Grunde ist in der vorliegenden Einrichtung ei". Fernrohr mit etwa zweifacher Vergrößerung vorhanden, damit im Zusammenwirken mit dem trägheitsstabiiisierten Strahirichtungsumkehrsystem eine Strahlablenkung erhalten

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wird, die dem Betrag nach gleich groß, aber entgegengesetzt wie die Winkelabweichung des Gerätes von der ursprünglichen Zielrichtung ist. Eine in die Einrichtung eingeführte optische Vergrößerung bewirkt nicht nur eine Vergrößerung des abgebildeten Objektes, sondern auch eine entsprechende Änderung der scheinbaren Winkelabweichung desselben. Die verbleibende Ablenkung zwischen einem Lichtstrahl und der optischen Achse des Hilfs-Fernrohres ergibt sich bei einem auszugleichenden Winkel θ zu:

wobei V/r die Vergrößerung des Fernrohres bedeutet. Für eine Kamera, in der das auf die Filmebene projizierte Bild stabilisiert werden soll, muß selbstverständlich ΔΘ = 0 und somit W - 2 sein. Eine solche Anwendung ist in den F i g. 1 und 2 dargestellt, wo eine Bildebene 42 mit einem Bildfenster od. dgl. vorhanden ist.

Beobachtungsgeräte, wie Ferngläser, Teleskope u. dgl. erfordern eine etwas andere Art der Kompensation. Es soll an dieser Stelle nicht die gesamte Ableitung der Formel durchgeführt werden, sondern gleich das Resultat angegeben werden, wonach die Vergrößerung des Fernrohres um einen Faktor (1 ± 1/V^ zu ändern ist. Daher muß die Vergrößerung des Fernrohres 12 bei Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung in optischen Beobachtungsgeräten 2(1 ±1/ V) betragen, wobei V die Vergrößerung des gesamten optischen Gerätes ist. Im Klammerausdruck gilt das Pluszeichen für Geräte, die ein umgekehrtes Bild liefern, und das Minuszeichen für Geräte, die ein aufrechtes Bild liefern. Der in der Beschreibung gebrauchte Ausdruck »angenähert zweifach vergrößerndes Fernrohr« ist in obigem Sinne zu verstehen, d. h, daß der erwähnte Korrekturfaktor berücksichtigt sein kann.

Zur Ausführung gemäß Fi g. 4, wobei das Licht nicht genau in Richtung zum Objekt, sondern unter einem Winkel zur Einfallsrichtung reflektiert wird, ist zu bemerken, daß dadurch die Konstruktion vereinfacht wird, aber die optische Qualität nur so geringfügig herabgesetzt wird, daß dies für zahlreiche Anwendungsfälle durchaus tragbar ist. Diese Anwendungsmöglichkeit ist besonders für Teleskope und Ferngläser wichtig.

ίο GewUnschtenfalls kann für ein binokulares Fernglas mit einer einzigen Einrichtung gemäß F i g. 4 das Auslangen gefunden werden, welches das Licht in zwei Okulare lenkt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind außer

den zwei gezeigten in der Zeichnung dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auch andere Konstruktionen möglich. So können Linsen des Fernrohres vor oder auch zwischen den in ungerader Anzahl vorhandenen Reflexionsflächen angeordnet

Stellen im Strahlengang der Einrichtung angeordnet werden.

Das Licht kann auch vor dem Passieren des Objektivs reflektiert werden. Beispielsweise kann bei der Spiegelanordnung gemäß Fig.3 das Objektiv zwischen den Spiegeln 26 und 27 vorgesehen sein; ferner kann der Spiegel 28 nach der Art des Elementes 54 von F i g. 4 gekrümmt sein, um Lichtstrahlen auf eine zweite Linse des Fernrohres zu lenken, die dann ihrerseits im

jo wesentlichen parallele Lichtstrahlen auf das trägheitsstabilisierte Strahlrichtungsumkehrsystem mit beispielsweise einer oder drei Reflexionsflächen lenkt Die Einrichtung kann somit dem jeweiligen Anwendungszweck weitgehend angepaßt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum selbsttätigen optischen Ausgleich von unerwünschten !(Cippbewegungen optischer Geräte mit einem etw» zweifach vergrößernden Fernrohr, aus dem die Lichtstrahlen im wesentlichen parallel austreten, wobei ein kardanisch aufgehängtes, trägheitsstabilisiertes Strahlrichtungsumkehrsystem nachgeschaltet ist, dessen Kippbewegungen gegenüber dem Gehäuse eine winkelmäßig doppelt so große Strahlablenkung hervorrufen, dadurch gekennzeichnet, daß das Fernrohr (12) ein ein umgekehrtes Bild lieferndes System ist, in das ein weiteres, jedoch gehäusefestes Strahlrichtungsumkehrsystem einbezogen ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fernrohr aus einem ersten und einem zweiten Linsensatz besteht und dem kardanisch aufgehängten Strahlrichtungsumkehrsystem (31) eine Projektionslinse (41) nachgeschaltet ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten und den zweiten Linsensatz des Fernrohres eine Feldlinse (17) eingefügt ist

4. Einrichtung nach einem άζτ Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das im Strahlengang des Fernrohres (12) vorgesehene Strahlrichtungsumkehrsystem (14) mit einer einzigen gekrümmten Reflexionsfläche ausgebildet ist

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ReftexionsifKdie in der Nähe der Brennebene des Ofajekrvlinsensatzes des Fernrohres angeordnet ist

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in das Fernrohr (12) einbezogene Strahlrichtungsumkehrsystem (14) drei Reflexionsflächen besitzt, von welchen eine gekrümmt ist