DE2326450C2 - Optisches Betrachtungsgerät mit Raumstabilisierung des Bildes - Google Patents

Description

gegeben ist. ·ο

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß r = 2 ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß

f ~ m

7. Gerät entweder nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 2 in Verbindung mit Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

VT ■ sin σ [cos (45°- a) - tan a ■ sin (45°- σ)} - —

/71

8. Gerät entweder nach Anspruch 2, oder nach Anspruch 2 in Verbindung mit Anspruch 4, dadurch

gekennzeichnet, daß cos δ = — ist.

fti *5

9. Gerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungskörper der Rotor (21) eines Gyroskops (16) mit selbstausrichtender Achse ist.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Gyroskops (16) einer dynamischen Zwangsbedingung derart unterliegt, daß sie bei umlaufendem Rotor (21) ständig in ihre Mittelstellung zu präzedieren bestrebt ist.

11. Gerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rotor (21) eine schwache Zentrierfeder zugeordnet ist.

Die Erfindung betrifft ein optisches Betrachtungsgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Das Gerät hat eine Blicklinie sowie eine Betrachtungsrichtung und besteht aus einem Objektiv-Linsensystem, einem Stabilisierungskörper mit einer im wesentlichen parallel zur Blicklinie raumstabil ausgerichteten Achse und einem den Stabilisierungskörper tragenden, selbst in einem Außenbügel gelagerten, um eine Achse schwenkbaren InnenbUgel einer kardanischen Aufhängung.

Es ist bekannt, daß von Hand gehaltene optische Betrachtungsgeräte, z. B. Ferngläser und Teleskope, in der Praxis nur eingeschränkt zur Bild-Vergrößerung verwendbar sind, und zwar v/egen Bewegungen des Bildes aufgrund eines Handzitterns oder einer Vibration, die in demselben Ausmaß vergrößert werden.

Die Vibration oder Schwingung kann als eine solche mit zwei Komponenten aufgefaßt werden, nämlich einer Linearschwingung quer zur Blicklinie sowie einer Winkelschwingung um horizontale und vertikale Achsen quer zur Blicklinie.

Die lineare Schwingungskomponente ist von geringer praktischer Bedeutung. Wichtig ist es hingegen, die Auswirkungen der Winkelschwingungen zu unterbinden bzw. abzuschwächen.

Zur Erläuterung sei angenommen, daß eine Fernsehkamera auf einen Baum gerichtet und das vom optischen System der Kamera erzeugte Bild des Baumes genau im Zentrum der Kamerahöhe ist. Erfahrt die Kamera eine so kleine Bewegung, so wandert das Bild des Baums aus dem Zentrum der Röhre aus. Eine Aufeinanderfolge kleiner Bewegungen bewirkt, daß das Bild des Baums um das Zentrum herumtanzt, was für jeden Betrachter eine äußerst lästige Bildstörung ist. Man kann diesen Effekt vermeiden, indem man das optische System auf kleine Bewegungen so reagieren läßt, daß das Bild zum Ausgleich der Störung bewegt wird. Wenn also die primäre Bewegung ein Auswandern des Baum-Bildes nach rechts hervorruft, antwortet das optische System durch Projektion des Bildes nach links, so daß das Baum-Bild in die gewünschte Zentrumslage zurückkommt und die Kamerabewegung keinen Einfluß auf das betrachtete Bild hat. Diese sogenannte Rahmenstabilisierung hält das Bild an einer ortsfesten Stelle (z. B. in der Röhre) in bezug auf die Kamera fest, doch ist diese Stelle räumlich nicht fixiert, d. h. die Kamera kann sich bewegen.

Aus der DE-OS 20 24 518 ist es bekannt, zur Rahmenstabilisierung eine Anordnung vorzusehen, bei der ein den Kreisel lagernder Träger lediglich um eine einzugc Achse schwenkbar ist. Es besteht mithin bloß ein Freiheitsgrad. Eine echte kardanische Aufhängung mit einem Innen- und einem Außenbügel ist jedenfalls bei einer Ausführungsform mit einer Refiexionsflächc nicht vorhanden. Line zwei Kreisel erfordernde Gestaltung hat wedereine Reflexionsfläche noch eine Lenkerverbindung. Die Stabilisierung des im bekannten Gerät erzeugten Bildes erfolgt also in bezug auf ein optisches System, z. B. die Brennebene einer Kamera.

Eine stabilisierte, theodolitartige Visiervorrichtung für Schiffszwecke ist in der DE-PS 4 31 082 beschrieben. Sie hat ein Objektivlinsen- und Umlenksystem, dessen Achse durch ein Gyroskop unabhängig von den Schiffsbewegungen senkrecht gehalten wird. An einem Kopf und einem Prisma lassen sich die wahren Höhen- und

Seitenwinkel (Elevation und Azimut) eines angepeilten Objekts ermitteln. Das Okular und also auch das erzeugte Bild ist jedoch mit dem Schill'starr gekoppelt. Damit die Anordnung funktioniert, muß daher vorausgesetzt werden, daß der Beobachter in bezug auf das Gerät bzw. sein Okular unbeweglich ist und bleibt. Diese Visiervorrichtung ist sonach ausschließlich rahmenstabilisiert. Weil bei ihr die Stabilisierungsachse des Gyro-

s skops nicht parallel zur Visierlinie verläuft, können Schwingungen um diese optische Achse zu Bildunschärfen fiihren. Ferner werden bei der Visiervorrichtung alle Geräteteile in bezug auf das Okular bewegt, sobald der Ruhezustand verlassen wird. Für die langsamen Stampf- und Rollbewegungen eines Schiffes ist die feste Zuordnung von Gerät und Beobachter möglich; wird jedoch die Störungsfrequenz groß, d. h. kommt es zu Schwingungen statt allmählicher Winkelveränderung, so ist kein stabiles Bild erzielbar.

Demgegenüber ist eine Raumstabilisierung notwendig, um das Bild an einer räumlich festgelegten Stelle darzubieten, z. B. in den Augen eines Menschen, auch wenn kleine Bewegungen des optischen Systems in bezug auf diese Stelle stattfinden. Dies ist beispielsweise für Ferngläser bzw. Feldstecher, Fernrohre usw. wichtig. Die Raumstabilisierung erzeugt nun ein Bild an einem räumlich festgelegten Ort,jedoch beweglich in bezug auf das optische System. Es ist nicht möglich, mit irgendeinem System beide Ergebnisse (gleichzeitig) zu erzielen, so daß Raum· und Rahmenstabilisierung grundsätzlich miteinander unverträglich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen und wirtschaftlichen Mitteln ein optisches Betrachtungsgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine Raumstabilisierung des Bildes ermöglicht.

Der Grundgedanke der Erfindung ist im kennzeichnenden Teil von Anspruch I präzisiert. Zur Raumstabilisierung des vom Gera: erzeugten Bildes gegen Schwingbewegungen um eine zur Blicklinie senkrechte Achse,

z. B. eine vertikale Stabilisierungsachse, ist erfindungsgemäß eine Reflexionsfläche im optischen Weg durch das Gerät zwischen den Teilen des Objektiv-Linsensystems und am Außenbügcl um eine Achse schwenkbar angeordnet, die zur Innenbügel-Schwenkachse parallel verläuft. Die Visieröffnung, das Objektivlinsensystem und das Okular sind fest an dem Gehäuse angebracht. Die Reflexionsfläche ist durch einen Lenker mit dem Innenbügel derart verbunden, daß ihre jeweiligen Winkclbewcgungen in bezug auf den Außenbügel im Ver hältnis von 1 : r stehen und daß die Beziehung

i-2-₊iL._L

r Jr m

wobei die benutzten Symbole wie im Anspruch 1 angegeben definiert sind.

Die Erfindung umfaßt ferner ein optisches Betrachtungsgerät der eingangs angegebenen Art, das durch die in Anspruch 2 aufgerührten Merkmale gekennzeichnet ist. Zur Raumstabilisierung um eine z. B. horizontale Achse, die senkrecht zur Blicklinie steht, ist auch hierbei eine Reflexionsfiäche im optischen Weg durch das Gerät angeordnet und am Außenbügel um eine Achse schwenkbar angebracht, die zur Innenbügel- Schwenkachse parallel verläuft, und es gilt die im Anspruch 2 angegebene Beziehung zwischen den dort defi nierten Größen.

Zwar kommt der Sonderfall r = 2, δ = 90°, σ = 0° in der rahmcnslabilisierten Vorrichtung gemäß der DE-PS 4 31 082 vor. Letztere gibt jedoch keinen Hinweis auf die übrigen, bei diesen Werten fiir die Raumstabilisierung notwendigen Anforderungen, nämlich die Gleichungen der Ansprüche 1 und 2 bzw. daraus folgend

-L = _L

/ m

Bei der rahmenstabilisierten Visiervorrichtung beeinflußt die Wahl der Parameter/, m, r die Stabilisierung in keiner Weise, so daß jede beliebige Kombination benutzt werden kann. Zur Raumstabilisierung nach der Erfindung ist für die obigen Werte aber zusätzlich die genannte Bedingung

J- = _L

/ m

einzuhalten, wozu der Stand der Technik nicht die geringste Anregung gibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 11.

Nachfolgend wird das Prinzip der Erfindung mit Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein optisches Betrachtungsgerät nach der Erfindung, und

F i g. 2 die Einzelheiten eines kreiselgestützten Spiegels bei Verwendung in der Geräteausführung nach F i g. 1. Wie zunächst aus F i g. 1 ersichtlich ist, besteht das als Ganzes mit 10 bezeichnete optische Betrachtungsgerät

aus einem Objektiv-Linsensystem mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Linsen 11 und 12, einem

Okular-Linsensystem 13 mit Betrachtungsrichtung 19 und einer Reflexionsfläche, im dargestellten Aus-

führungsbeispiel einem Spiegel 15, der von einem Kreisel (Gyroskop) 16 gesteuert und im optischen Weg des

Gerätes 10 zwischen den Linsen 11 und 12 angeordnet ist. Letztere können als Linsenkombinationen ausgeführt

sein. Das Okular-Linsensystem 13, dessen Einzelheiten im Zusammenhang mit der Erfindung ohne Belang sind, kann optische Elemente zur Ausrichtung, Strahlspaltung u. dgl. enthalten. Ferner kann unter gewissen, noch zu behandelnden Umständen eine der beiden Linsen entfallen, d. h. durch eine Einfallinse von unendlicher Brenn weite ersetzt werden.

In F i g. 2 bildet eine Blicklinie 22 die optische Achse bei nicht ausgelenkten Kardanbügeln 23,25, wobei eine nicht ausgelenkte Dreh- bzw. Spinachse 2· eines Stabilisierungskörpers 21 parallel zur Blicklinie 22 des optischen Gerätes 10 steht. Der Stabilisierungskörper 21 ist ein Rotor, der in einem inneren Kardanbügel 23

schwenkbar gelagert ist, welcher seinerseits um eine Achse 24 senkrecht zur Blicklinie in einem äußeren Kardanbügel 25 schwenkbar gelagert ist. Diese Kardanbügel werden nachfolgend kurz als Innen- bzw. Außenbügel bezeichnet.

Der Außenbügel 25 ist im Rahmen des Gerätes 10 um eine Achse 26 schwenkbar gelagert. Diese ließ in einer die Achse 20 enthaltenden und senkrecht zur Achse 24 stehenden Ebene und ist um einen kleinen Winkel zu einer Achse A geneigt, die rechtwinklig zu den Achsen 20 und 24 steht. Der Außenbügcl 25 hält den um eine Achse 27 schwenkbaren Spiegel 15 parallel zur Achse 24. Ein mechanisches Verbindungsglied 28 verbindet den Spiegel und den Innenbügel 23 so, daß ihre Winkelbewcgungen in bezug auf den Außenbügel 25 zueinander in Beziehung stehen.

Bei der Funktionsbetrachtung der Vorrichtung gemäß Fig. I und 2 werden folgende Symbole verwendet: s ist der Abstand entlang der optischen Achse zwischen dem Spiegel 15 und der zweiten Hauptebene der

Linse 11, d. h. dem Teil des Linsensystems, der vor dem Spiegel 15 liegt; δ ist die Abweichung der optischen Achse von einer geraden Linie durch die Reflexionsfläche bei unausge lenkten Kardanbügeln 23, 25;

σ ist der Neigungswinke! der Achse 26 zur Achse .4; A θ ist eine kleine Auslenkung des Gerätes um eine vertikale Achse, d. h. eine kleine Gierung; A Φ ist eine kleine Auslenkung des Gerätes um eine horizontale Achse, d. h. eine kleine Neigung; m ist die lineare Vergrößerung des kompletten optischen Systems;

r ist das Verhältnis der Winkelbewegung des Innenbügels 23 in bezug auf den Außenbügel 25 gegenüber derjenigen des Spiegels 15 aufgrund des Verbindungsgliedes 28; und / ist die Brennweite der Linse 11.

Die Analyse behandelt die Reaktion des Systems auf eine kleine Versetzung, und zwar in bezug auf das Gehäuse; diese Reaktion wird dann in Beziehung zu der Rückstellung gesetzt, die für eine ungestörte Bildbetrachtung erforderlich ist. Wegen des beweglichen Spiegels 15 ist die optische Achse des Systems nicht fest, doch sei der Einfachheit halber diejenige Bahn zugrunde gelegt, welche ein das Zentrum des Okularsystems 13 durchsetzender Strahl im Gerät 10 folgt. Die hinter dem Spiegel liegende Richtung α ist gehäusefest, so daß nur die vor dem Spiegel liegende Achse (vom Spiegel weg gesehen) untersucht zu werden braucht.

Bei einer Gehäuse-Auslenkung A θ in einer horizontalen Ebene dreht sich der Spiegel 15 in bezug auf das

A Λ

Gehäuse um — .Weil der Innenbügel 23 durch den Rotor 21 ortsfest gehalten ist, wird der Strahl b in bezug ,

r 2 Λ θ

auf das Gehäuse um abgelenkt. Der nun in Richtung α verlaufende Strahl steht also zu b im Winkel

2 A θ ^r . Infolgedessen geht b nicht mehr durch das optische Zentrum der Linse 11 und unterliegt daher einer

r 2 Λ θ zusätzlichen Ablenkung von in bezug auf das Gehäuse und folglich

Jr

('-•4^s) ■"(-■*■)

in bezug auf die Ursprungsrichtung. Die Verlagerung der optischen Achse aus dem Zentrum der Linse 11 beträgt -, wodurch eine zusätzliche Auslenkung beim Durchgang durch die Linse 11 von

_ J_ /_ 2ΑΘ

Θ ■ s\ 2 A θ ■ a

* ^T

hervorgerufen wird.

Räumlich betrachtet, ist die Gesamt-Ablenkung dann die Summe aus den inneren Ablenkungen und der ursprünglichen Gehäusedrehung, also

Dies sagt aus, daß der in Richtung α des Okularsystems 13 (19) zur Blicklinie 22 den vorgenannten Winkel einschließt.

Der Betrachter sieht mithin den Strahl, der im Winkel A θ zur Achse α des Okularsystems 13 (19) austritt. Er muß, wenn das System richtig stabilisiert ist, dem in Blicklinie 22 an der Linse U einfallenden Strahl entsprechen, d. h. im Winkel A θ zur Achse des Objektiv-Linsensystems 11,12 stehen. Anders ausgedrückt muß der

A l9

in Richtung α austretende Strahl derjenige sein, welcher in das System im Winkel zur Blicklinie 22 einfallt.

Daraus ergibt sich, daß zur Stabilisierung die folgende Ausgleichsbedingung erfüllt sein muß:

-I₊Jl-). ı oder ,--L₊-I^-J-. _(I)

r f ■ rj m r f ■ r m

Es sei nun eine Verlagerung A θ des Gehäuses in der vertikalen Ebene betrachtet, d. h. eine Neigung. Hierbei setzt sich die Auslenkung der optischen Achse außerhalb der Linie 11 (d. h. der Blicklinie) aus drei Teilen zusammen, und zwar aufgrund 1. einer Bewegung des Außenbügels 25, hervorgerufen durch den Neigungswinkel σ;

15

2. eine Abweichung um ö von einem rechten Winkel;

3. einer Verlagerung der optischen Achse aus dem Zentrum der Linse 11.

Hinsichtlich des ersten Teils sei angenommen, daß die Achse bei o, d. h. der optische Weg hinter dem Spiegel 15, fixiert ist. Nur die senkrechte Auslenkung der Richtung b aufgrund von σ ist daher zu betrachten. Dies läßt sich darstellen als

2 A Φ sin — sin α cos (— -σ) - tan asinf— - a\ .

(2)

Zum Auffinden des zweiten Teils sei der Spiegel 15 uis ruumfcst vorausgesetzt. Ferner sei zur Vereinfachung der Analyse ohne Verlust der Allgemeingültigkeit angenommen, daß die Neigungsachse durch die Spiegelschwenkachse 27 geht. Die Neigung A Φ verursacht eine Absenkung (d. h. unter die Zeichenebene) der Richtung a um einen Winkel

A Φ sin (90° - <5) = <$0cos<5.

(3)

Dabei steigt die Richtung b um einen gleichen Winkel an, so daß die vertikale Verlagerung von b aus der Ursprungsrichtung die Summe der Beträge (2)+ (3) ist.

Zum Auffinden des dritten Teils sei angenommen, daß die Neigungsachse durch den Spiegelreflexionspunkt geht. Die Verlagerung der Linse 11 aus ihrer Ursprungsstellung ist dann A Φ ■ s.

Die optische Achse wird somit um einen resultierenden Abstand von A Φ ■ s - s ■ [(2) + (3)] unter das Zentrum der Linse 11 versetzt. Das bewirkt eine entsprechende Auslenkung beim Durchqueren der Linse 1 von

²⁵

ΑΦ-s-s

Die Gesamtablenkung der Blicklinie ist (2)+ (3)+ (4), d.h.

Λ φ

Dies muß zur korrekten Stabilisierung in dieser Ebene gleich sein, d. h. gleich der im Verhältnis der

^m Vergrößerung m bewirkten Winkeländerung. Daher erhält man:

35

-γ+f\ -—) J2 sin — sin σ Fcos (—-")- tan σ sin /y - σΥΙ +cos δ\ = -^-

(5)

Die Gleichungen (1) und (5) sind zusammengenommen die notwendigen und hinreichenden Bedingungen für eine vollständige Raumstabilisierung des Endbildes.

Die beschriebene Ausführungsform kann dadurch abgewandelt werden, daß für den Gyroskoprotor 21 ein anderer Körper verwendet wird, der das Bestreben hat, seine Ausrichtung im Raum beizubehalten, z. B. eine träge Masse.

Spezialfälle

I	45	Fall I:	= OO	<5-9O°	sich	auf:
		/ =	und	(S) reduzieren
P		(D	Ί	1
W I	50			- — oder m	r	m-\
		1	r
P		1

und

Vl sin a [cos (45°- σ) - tan σ sin (45°- σ)] = — mit den Lösungen:

nt

60

₆₅

m I 14,4 ! 11,4

9,5 I 8,1

Fall II:

(1) und (S) reduzieren sich auf:

τ = und eis δ * —.

m — \ m

Fall III:

«5 = 90°, σ = 0.

(5) reduziert sich auf

5 J- = J_.

somit wird gemäß Gleichung (I)

r = 2. ίο

Bei niedrigen Werten von m könnte sich hierdurch die Linse 12 erübrigen. Bei gewöhnlichen m-Werten und vorkommenden Abständen s wird jedoch / zu lang, als daß dies praktikabel wäre. Eine weitere praktische Schwierigkeit wird nachstehend behandelt.

Es ist in hohem Maße erwünscht, den Huupttei! der Linsenvergrößerung hinter dem Spiegel und nicht vor \5 diesem zur Verfügung zu haben, wenn das System für eine Schnellnachführung geeignet sein soll, da dann die Dreh-bzw. Spinachse von der Blicklinie abhängt bzw. dieser nacheilt. Die optische Achse durch die Linse 11 hat dabei einen Nachlaufwinkel, der in genauer Annäherung bis zu ca. 7° geht, was eine für diese Bedingungen korrigierte Linse erfordert. Andererseits kann die Linse 11 ohne Schaden eine sehr schwache, einfache Linse sein, wenn man berücksichtigt, daß Linsen billiger herzustellen sind als ebene Fenster der benötigten Qualität. Der Fall III gilt somit im allgemeinen nicht als gute Lösung.

Der Fall I hat den Nachteil, daß selbst im Zentralzustand ein Schwanken des Gehäuses um eine horizontale Achse eine gewisse Winkelbewegung des Außenbügels 25 erfordert, wobei die Beschleunigung des Bügels ein Reaktionsdrehmoment auf die Kreisel-Drehachse ausübt. Nun überträgt die Bügelträgheit immer Gehäuseschwingungen auf die Dreh- bzw. Spinachse, selbst bei a = 0, wenn die Spinachse vom Zentrum abgelenkt ist, was gewöhnlich der Fall ist. Es ist angebracht, diese Übertragung bzw. Koppelung auf ein Minimum zu halten, indem man σ = 0 wählt.

Der Fall II weist keinen der beiden obigen Fehler auf und wird als beste Lösung angesehen. Er erfordert jedoch einen geringfügig größeren und besseren Spiegel wegen des schrägeren Einfalls. Wird m größer, verliert dieser Einwand an Bedeutung.

Bei den beschriebenen Anordnungen ergibt eine Neigung in der senkrechten Ebene eine entsprechende Drehung des Bildes. Was die Schwingungen angeht, so ist die Auswirkung verschwindend klein und im Zentrum des Betrachtungsfeldcs theoretisch Null.

Es ist zweckmäßig, der Gyroskop- bzw. Kreiselachse schwache Zwangsbedingungen aufzuerlegen, so daß sie bestrebt ist, ständig in die Mittelstellung zurückzukehren bzw. zu präzedieren. Dies ermöglicht die Verfolgung eines bewegten Ziels mit entsprechender Kreisel-Nacheilung, wobei die Bilddrehung in einer Bewegungsebene nahezu gleich dem Kreisel-Nachlaufwinkel ist. Wenn die Stabilisierung mittels einer trägen Masse erfolgt (z. B. einem nichtrotierenden Gyro- bzw. Kreiselrad), kann eine schwache Zentrierfeder verwendet werden.

Bei horizontal bewegten Bodenzielen ergibt die beschriebene Orientierung keine Drehung, so daß sie normalerweise bevorzugt wird. Eine Drehung findet jedoch statt, wenn die beobachteten Ziele vertikal bewegt werden. Da sich diese jedoch üblicherweise beträchtlich über dem Horizont befinden, wird durch das Fehlen eines Hintergrundbezugs die Drehung in der Praxis aufgehoben.

Trägheitsausgleich

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß selbst bei in Mittelstellung befindlicher Spinachse und bei σ = 0, d.h. »geraden« Kardanbügeln 23,27 der Kreisel (das Gyroskop) 16 nicht völlig frei ist, weil der Spiegel 15 damit anzutreiben ist. Wird nun dem Gehäuse 10 eine Winkelbeschleunigung erteilt, so muß der Spiegel 15 etwa halbsoviel beschleunigen. Seine Trägheit bzw. Inertkraft vermittelt dem Kreisel 16 über die Verbindung zum Innenbügel 23 ein Stördrehmoment.

Im Prinzip ist es möglich, eine völlige Aufhebung dieses Stördrehmoments mittels eines »Schwungrades« oder eines Zusatzteils zu erreichen, das wie der Spiegel IS arn Au8cnumfar:g schwenkbar befestigt, jedoch mit dem Innenbügel 23 im umgekehrten Sinn verbunden ist. Abhängig von seinem »Übersetzungsverhältnis« und seinen Proportionen könnte dies ein viel leichteres Teil als der Spiegel 15 sein. Abgesehen von einer Komplizierung hat jedoch die damit verbundene Steigerung im Trägheitsmoment des Außenbügels 25 eine Gegenwirkung, so daß es in der Praxis vorteilhafter ist, mehr Kraft in den Kreisel bzw. das Gyroskop 16 einzubringen, wenn der Effekt verringert werden soll. Man wird immer bestrebt sein, das Trägheitsmoment des Spiegels 15 so klein wie möglich zu halten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

60

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Optisches Beobachtungsgerät mit einem gegen Schwingungen des Gerätes stabilisierten Beobachtungsstrahlengang, enthaltend - ein Objektivlinsensystem (11, 12),

   einen Stabilisierungskörper (16) mit einer parallel zur eintrittsseitigen optischen Achse (22) des Objektivlinsensystems (H, 12) raumstabil ausgerichteten Achse (20),

   eine kardanische Aufhängung, bestehend aus einem um eine Achse (26) schwenkbaren Außenbügel (25) und einem in diesem gelagerten, um eine weitere Achse (24) schwenkbaren Innenbügel (23), welcher den Stabilisierungskörper (16) trägt,

   eine im optischen Weg durch das Gerät (10) angeordnete und am Außenbügel (25) um eine zur Achse

   (24) des Innenbügels (23) parallele Achse (27) schwenkbar angebrachte Reflexionsfläche (15) und - einen Lenker (28) zur Verbindung des Innenbügels (23) mit der Reflexionsfläche (15) derart, daß ihre jeweiligen Winkelbewegungen in bezug auf den Außenbügel (25) in einem festen Verhältnis 1: r stehen,

   dadurchgekennzeichnet, daß zur Raumstabilisierung des austrittsseitigcn Strahlenganges (19) gegenij! über Winkelschwingungen d-5s Gerätes (10) um eine zur Achse (27) der Reflexionsfläche (15) parallele

   'H Achse, der Parameter r aus der Beziehung

   W-M 2 2s 1

   j$ r fr m

   IP zu ermitteln ist, wobei

   $ s der Abstand entlang der optischen Achse (6) zwischen der Reflexionsfläche (15) und der zweiten Haupt-

   Ei 25 ebene des vor dieser liegenden Teils des Objektivlinsensystems (H, 12) ist,

   If / unendlich ist, wenn das Objektivlinsensystem (H, 12) vollständig hinter der Reflexionsflächt (15) liegt

   :| bzw. die Brennweite des vor letzterer liegenden Teils des Cbjektivlinsensystems (11, 12) ist, und

   die Gesamtvergrößerung des vollständigen optischen Systems des Gerätes (10) ist. Optisches Beobachtungsgerät mit einem gegen Schwingungen des Gerätes stabilisierten Beobachtungsstrahlengang, enthaltend

   ein Objektivlinsensystem (H, 12),

   einen Stabilisierungskörper (16) mit einer parallel zur eintrittsseitigen optischen Achse (22) des Objektivlinsensystems (11, 12) raumstabil ausgerichteten Achse (20), eine kardanische Aufhängung, bestehend aus einem um eine Achse (26) schwenkbaren Außenbügel

   (25) und einem in diesem gelagerten, um eine weitere Achse (24) schwenkbaren Innenbügel (23), welcher den Stabilisierungskörper (16) trägt,

   eine im optischen Weg durch das Gerät (10) angeordnete und am Außenbügel (25) um eine zur Achse (24) des Innenbügels (23) parallele Achse (27) schwenkbar angebrachte Reflexionsfläche (15), welche ψ mit dem Innenbügel (23) über einen Lenker verbunden ist und die optische Achse des Beobachtungs-

   ty 40 gerätes (10) bei unausgelenkten Kardanbügels (23, 25) um einen Winkel δ ablenkt,

   If dadurch gekennzeichnet, daß zur Raumstabilisierung des austrittsseitigen Strahlenganges (19) gegenüber

   |;; Winkelschwingungen des Gerätes (10) um eine Achse (6) des Objektivlinsensystems (11,12) als auch zur

   © Achse (27) der Reflexionsfläche (15) senkrecht steht, für die Kenngrößen S, /, m, δ, σ des Gerätes (10) die

   30 m I 2
   tür ίΐ a 35 fä
   te¹ ί» fm

   Beziehung

   ) r

   JII. ι O ·

   2 L\2/ V 2 y I J/n

   gilt, wobei

   j der Abstand entlang der optischen Achse (ft) zwischen der Reflexionsfläche (15) und der zweiten Hauptebene des vor dieser liegenden Teils des Objektivlinsensystems (11,12) ist, ./' unendlich ist, wenn das Objektivlinsensystem (H, 12) vollständig hinter der Reflexionsfläche (15) liegt

   bzw. die Brennweite des vor letzterer liegenden Teils des Objektivlinsensystems (11,12) ist, und m die Gesamtvergrößerung des vollständigen optischen Systems des Gerätes (10) ist, und α der Winkel, den die Achse (26) des Außenbügels (25) in bezug auf eine zur Innenbügelachse (24) und zur eintrittsseitigen optischen Achse (b) des Objektivlinsensystems (11,12) senkrecht stehende Achse bei unausgelenkten Kardanbügeln (23, 25) einschließt.

   3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beobachtungsstrahlengang (19) gegen Schwingbewegungen des Gerätes (10) um zwei zueinander senkrechte Achsen, die jeweils senkrecht zur eintrittsseitigen optischen Achse (6,22) des Objektivlinsensystems (11,12) stehen, durch derartige Anordnung raumstabilisiert ist, daß

   —+ (' -~f j 2 sin -y sin ο cos ί — - σ) -tan a sin ί — - ₍Λ +eos<5> = —

   ist, wobei

   δ der Ablenkungswinkel der eingangsscitigen optischen Achse {b) durch die Reflexionsfläche (15) bei in unausgelenkter Stellung befindlichen Kardanbügeln (23, 25) und

   σ der Winkel der Achse (2i) des Außenbügels (25) in bezug auf eine zur Innenbügelachse (24) und zur eingangsseitigen optischen Achse des Objektivlinsensystems (H, 12) senkrecht stehende Achse (A) bei unausgelenkten Kardanbügeln (23, ?5) ist.
   4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter röei gegebener

   Gesamtvergrößerung m des Gerätes (10) durch den Wert

   /w- 1