DE2233712C3 - Küvette mit mindestens zwei Fenstern und mindestens einem Medium, das die Küvette nur z.T. ausfüllt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Küvette mit mindestens zwei Fenstern und mindestens einem Medium, das nur einen Teil der Küvette ausfüllt und dessen die Küvette nicht berührende Grenzfläche unter der Wirkung der Schwerkraft eine Horizontalebene darstellt, an der ein durch eines der beiden Küvettenfenster eintretendes Lichtstrahlenbündel mindestens einmal reflektiert wird, um die Küvette durch das andere Küvettenfenster zu verlassen. Die Küvette ist vorzugsweise zur Bestimmung der Lotrichtung in optischen Winkelmeßgeräten geeignet.

Es ist bekannt, in geodätischen Winkelmeßgeräten Flüssigkeitskompensatoren zu verwenden, mit deren Hilfe der Fernrohr- oder Mikroskopstrahlengang in eine gewünschte Richtung gelenkt wird. Man macht sich dabei den Effekt zunutze, daß eine der Schwerkraft unterworfene Flüssigkeitsoberfläche unabhängig von der Neigung des die Flüssigkeit enthaltenden Gerätes stets eine horizontale Lage einnimmt. Auf diese Weise kommt entweder ein Flüssigkeitskeil, den ein Strahlengang passiert, oder ein Flüssigkeitsspiegel, an dem ein Strahlengang reflektiert wird, zustande. Wird nun ein derartiger Flüssigkeitskompensator mit reflektierender Oberfläche in einem Winkelmeßgerät verwendet, das sowohl für hängenden als auch für stehenden Gebrauch eingerichtet ist, so ergeben sich Dcfokussierungen des optischen Systems, weil der Strahlengang je nach der Lage des Gerätes Medien unterschiedlicher Dichte im Kompensator passiert, z. B. Luft und Alkohol. Dadurch müßten zusätzliche Möglichkeiten der Nachfokussierung vorgesehen werden, die aber ebenso unbequem zu bedienen wie konstruktiv aufwendig wären. Die Verwendung eines Flüssigkeitskompensators mit Keilwirkung in hängender und stehender Lage ist nicht mit dem gewünschten Kompensationseffekt möglich, weil er zwar in einer Lage den Fehler kompensiert, in der anderen ihn aber verdoppelt.

Zur Vermeidung der genannten Mangel liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kompensatorküvette mit reflektierender Grenzfläche so auszubilden, daß sie ohne Verwendung zusätzlicher optisch-mechanischer Bauteile und ohne Zeitverluste im Messungsprozeß in den verschiedenen Meßlagen des Winkelmeßgerates von vornherein eine Defokussierung des optischen Systems vermeidet.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Küvette mit drei Medien unterschiedlieher Dichte gefüllt ist, daß das Volumen des Mediums mit der größten Dichte gleich dem Volumen des Mediums mit der kleinsten Dichte ist und daß das Lichtstrahlenbündel innerhalb der Küvette sich nur in dem Medium fortpflanzt, das die mittlere Dichte

ίο aufweist Diese Küvette ist mit Erfolg in allen Winkelmeßgeräten verwendbar, die zur Messung in zwei um 180° versetzten lotrechten Lagen geeignet sind. Sie ist insbesondere verwendbar in Theodoliten, Nivelliergeräten und Lotgeräten. In einer Lage wird der Strahlengang an der Grenzfläche des Mediums mit der größten Dichte reflektiert, die zum Medium mit der mittleren Dichte hin liegt, und in der anderen Lage wird der Strahlengang an der Grenzfläche des Mediums mit der mittleren Dichte reflektiert, die dieses mit dem Medium mit der geringsten Dichte gemeinsam hat. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Küvette auch vier Fenster für zwei Strahlengänge besitzen. In diesem Fall wird in ein und derselben Lage der eine Strahlengang an der Grenzfläehe des dichtesten Mediums und der andere Strahlengang an der Grenzfläche des Mediums mit der mittleren Dichte reflektiert, wobei beide Grenzflächen durch das Medium mit der mittleren Dichte getrennt sind. Eine zur Durchführung von Vielfachreflexionen vorteilhaft geeignete Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn mindestens ein Teil der Küvettenwandung als Reflektor für das Lichtbündel ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung in fünf Ausführungs- und Anwendungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Küvette im Längsschnitt,

Fig. 2 eine Küvette mit einem Reflektor im Längsschnitt,

Fig. 3 eine Küvette zur Reflexion zweier unterschiedlicher Lichtstrahlenbündel im Längsschnitt,

F i g. 4 ein Kreisablesesystem mit der Küvette gemäß Fig. 1.
Fig. 5 ein optisches Lot mit einer Küvette ähnlich Fig. 3,

F i g. 6 eine Küvette mit zwei Reflektoren im Längsschnitt.

In F i g. 1 umschließt ein Gehäuse 1 mit zwei Fenstern 2; 3 einen Küvettenraum 4 mit trapezförmigem Querschnitt, dessen Basis und Deckfläche offen sind und an die sich jeweils ein Küvettenraum 5; 6 mit rechteckigem Querschnitt anschließt. Diese Formgebung des Küvettengehäuses 1 unterstützt die Führung eines durch seinen Hauptstrahl 7 dargestellten l.icht-Strahlenbündels, das durch das Fenster 2 in die Küvette 1 eintritt und durch das Fenster 3 aus der Küvette austritt. Die Küvette 1 ist mit drei Medien 8; 9; 10 unterschiedlicher Dichte, z. B. Quecksilber, Alkohol, Luft, gefüllt, die sich nicht vermengen, die sich

fco entsprechend ihrer Dichte unter dem Einfluß der Schwerkraft zueinander anordnen, deren Grenzflächen 11; 12 als Reflexionsfläclien dienen und von denen die Medien 8 und 10 dasselbe Volumen einnehmen und das Volumen des Mediums 9 groß genug ist, damit das

fi5 Lichtstrahlenbündel 7 nur in diesem Medium verläuft.

Ein zum Fenster 2 zumindest annähernd rechtwinklig in die Küvette 1 eintretendes Lichtstrahlenbündel 7 wird in der dargestellten Normallage an der Grenzfläche 12

reflektiert und verläßt sie durch das Fenster 3. Wird die Grenzfläche 12 (und damit auch die Grenzfläche 11} durch Änderung der Richtung der Schwerkraft um einen Winkel « geneigt, so erfährt das an der Grenzfläche 12 reflektierte Lichtstrahlenbündel eine Ablenkung von 2«. Vom Einfluß der Brechungsindices der Medien wird bei den vorliegenden Betrachtungen abgesehen.

Eine Drehung der Küvette 1 und des Lichtstrah'snbündels 7 um eine in Fi g. 1 zur Zeichenebene parallele Achse um 180° hat zur Folge, daß unter der Wirkung der Schwerkraft das Medium 8 in den Küvettenraum 5 und das Medium 10 in den Küvettenraum 6 gelangt Das Medium 9 nimmt ebenso wie die Grenzflächen 11; 12 die gleiche Lage ein, weil die Volumina der Medien 8 und 10 gleich sind.

Ein Küvette 13, die in der dargestellten Hauptspiegeluiigsebene einen trapezförmigen und einen rechteckigen Querschnitt 14 bzw. 15 aufweist, läßt Fig. 2 erkennen. Im trapezförmigen Teil 14 sind an einander entsprechenden Stellen zwei Fenster 16; 17 vorgesehen. Außerdem ist mit dem trapezförmigen Teil 14 ein Spiegel 18 starr verbunden. Die Küvette 13 ist mit drei nicht miteinander mischbaren Medien 19; 20; 21 gefüllt, von denen das Medium 19 die größte, das Medium 20 eine mittlere und das Medium 21 die kleinste Dichte aufweist, und die Medien 19 und 21 gleiches Volumen besitzen. Zwischen den Medien bestehen optisch wirksame Grenzflächen 22; 23, die in der dargestellten Normallage dem Spiegel 18 parallel sind.

Ein Lichtstrahlenbündel mit dem Hauptstrahl 24 tritt durch das Fenster 16 in die Küvette 13 ein, wird nacheinander an der Grenzfläche 22, am Spiegel 18 und nochmals an der Grenzfläche 22 reflektiert und verläßt die Küvette durch das Fenster 17. Wird die Küvette 13 in der Zeichenebene um einen Winkel λ geneigt, so stellt sich die Grenzfläche unter der Wirkung der Schwerkraft in eine um den Winkel ä gegenüber dem einfallenden Strahlenbündel 24 veränderte Lage ein. Dadurch verläßt gemäß den bekannten Lichtreflexionsgesetzen das Lichtstrahlenbündel 24 die Küvette 13 unter einem um 4a veränderten Winkel.

Die in Fig. 3 dargestellte Form einer Küvette 25 ist zum Durchtritt und zur Regelung zweier zueinander geneigter Lichtstrahlenbündel 26; 27 geeignet. Die Küvette 25 besitzt zu dem Zweck zwei Fenslerpaare 28; 29 und 30; 31 und ist mit drei Medien 32; 33; 34 unterschiedliche! Dichte gefüllt, von denen das Medium 32 die größte und das Medium 34 die kleinste Dichte hat. Die Volumina der Medien 32 und 34 sind dieselben. Zwischen den Medien 32; 33 einerseits und 33; 34 andererseits bestehen die Grenzflächen 35 und 36.

Das durch das Fenster 28 in die Küvette 25 eintretende Lichtstrahlenbündel 27 wird an der Grenzfläche 35 reflektiert und verläßt die Küvette durch das Fenster 29. In gleicher Weise wird das Lichtstrahlenbündel 26 zwischen den Fenstern 30 und 31 an der Grenzfläche 36 reflektiert. Im übrignn gilt das zu Fig. 1 Gesagte sinngemäß.

Die Küvetten 13 und 25 können auch um 180° gedreht mit der gleichen Wirkung -.ei sendet werden, weil dadurch weder die Lage der Grenzflächen 22; 23 bzw. 35; 36 noch das Medium 20 bzw. 33 verändert wird, das die Lichtstrahlenbündel 24 bzw. 26; 27 passieren.

In F i g. 4 sind die wesentlichen optischen Bauteile eines Systems zur Messung von Drehungen eines im übrigen nicht dargestellten Gerätes um Achsen ,V-Xund Y- Ydargestellt. In einem Betrachtungsstrahlengang 37 sind nacheinander ein rechtwinkliges Prisma 38 mit einer Strichplatte 39, ein Teilkreis 40, ein rhombisches Prisma 41 mit Dachkante 42, ein Abbildungssystem 43, ein Ablenkprisma 44, eine mit drei Medien gefüllte Kompensatorküvette 45, ein Ablenkprisma 46 mit Dachkante 47, ein Teilkreis 49, zwei rechtwinklige Prismen 50; 51, ein Mikroskopobjektiv 52, ein Pentaprisma 53 und ein Mikroskopokular 54 vorgesehen. Die Strichplatte 39 ist mit einer Marke 55 versehen, die sowohl zur Ablesung am Teilkreis 40 als auch am Teilkreis 49 dient Die Bilder zur Ablesung der Teilkreisanzeige sind im nicht dargestellten Gesichtsfeld des Ablesemikroskops 52; 53; 54 nebeneinander sichtbar. Das Abbildungssystem bildet die Marke 55 auf dem Teilkreis 49 in einer Lage ab, die durch die Kompensatorküvette 45 geregelt und neigungsunabhängig dieselbe ist. In dieser Lage wird sie ebenso wie die Teilkreisanzeige am Teilkreis 40 durch das Mikroskop 52; 53; 54 betrachtet.

Fi g. 5 zeigt ein Zenit-Nadir-Lot mit einem Okular 56 und zwei Objektiven 57; 58, die ein gleichzeitiges Zielen in zwei um 180° verschiedene Richtungen ermöglichen. Zwischen den Objektiven 57; 58 einerseits und dem Okular 56 andererseits ist ein aus zwei Prismen 59; 60 einer mit drei verschiedenen Medien gefüllten Küvette 6t und zwei Prismen 62; 63 bestehendes optisches System angeordnet, das der Reflexion der Strahlengänge 64; 65, ihrer Regelung in eine bestimmte Lage und ihrer Zusammenführung zu einem Okularstrahlengang 66 dient, wobei die zum Okularstrahlengang 66 rechtwinklige Okularbrennebene mit 67 bezeichnet ist und die Prismen 62; 63 eine rechtwinklige zur Zeichenebene gerichtete Bildtrennungskante 68 bilden.

In den Fig.4 und 5 haben die Küvetten 45; 61 die Aufgabe, unabhängig von Neigungsänderungen der optischen Systeme den Verlauf der Ablese- oder Zielstrahlung so zu regeln, daß die Neigungsänderungen keinerlei Einfluß auf das Ablese- oder Messungsergebnis haben.

Es versteht sich von selbst, daß die in den F i g. 4 und 5 dargestellten Anordnungen hinsichtlich ihrer Wirkungen nicht beeinträchtigt werden, wenn sie um 180° gedreht werden, derart, daß die Küvette 45 in Fig.4 nach unten oder das Objektiv 57 in F i g. 5 an die Stelle des Objektivs 58 und umgekehrt zu liegen kommt.

Eine von den dargestellten Ausführungsbeispielen abweichende Anordnung ergibt sich, wenn z. B. nur eine Hälfte des Systems von F i g. 5 vorhanden und diese zur Zenit-Nadir-Lotung um 180° um eine zur Zeichenebene parallele Achse gedreht wird.

In Fig. 6 enthält eine mit zwei Fenstern 70; 71 und zwei Reflektoren 72; 73 versehene Küvette 74 drei Medien 75; 76; 77 unterschiedlicher Dichte, zwischen denen zwei Grenzflächen 78; 79 bestehen. Ein durch das Fenster 70 in die Küvette 74 eintretendes Lichtstrahlenbündel 80 wird nacheinander am Reflektor 72, an der Grenzfläche 79 und am Reflektor 73 reflektiert, bevor es die Küvette durch das Fenster 71 verläßt. Im übrigen gilt das hinsichtlich der Art und Wirkung der Medien zu den F i g. 1 bis 3 Gesagte. Die in F i g. 6 dargestellte Küvette ist in gleicher Weise wirksam in einer um 180° bezüglich einer zur Zeichenebene rechtwinkligen bzw. zut Grenzfläche und Zeichenebene parallelen, nicht dargestellten Achse. In der Lage der F i g. 6 ist die Küvette 74 uneingeschränkt wirksam, wenn das Medium 75 durch das Medium 76 ersetzt ist, das Medium 76 eine größere Dichte als das Medium 77 hat und nur die Grenzfläche 79 besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Küvette mit mindestens zwei Fenstern und mindestens einem Medium, das nur einen Teil der Küvette ausfüllt und dessen die Küvette nicht berührende Grenzfläche unter der Wirkung der Schwerkraft eine Horizontalebene darstellt, an der ein durch eines der beiden Küvettenfenster eintretendes Lichtstrahlenbündel mindestens einmal reflektiert wird, um die Küvette durch das andere Küvettenfenster zu verlassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette mit drei Medien unterschiedlicher Dichte gefüllt ist, daß das Volumen des Mediums mit der größten Dichte gleich dem Volumen des Mediums mit der kleinsten Dichte ist und daß das Lichtstrahlenbündel innerhalb der Küvette sieb nur in dem Medium fortpflanzt, aas die mittlere Dichte aufweist.

2. Küvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Küvettenwandung als Reflektor für das Lichtstrahlenbündel ausgebildet ist.