DE2353101C3

DE2353101C3 - Fernrohr mit Bildstabilisierung

Info

Publication number: DE2353101C3
Application number: DE2353101A
Authority: DE
Inventors: David B. Maple Glen Pa. Fraser (V.St.A.)
Original assignee: Fraser-Volpe Corp Warrington Pa (vsta)
Current assignee: Fraser-Volpe Corp Warrington Pa (vsta)
Priority date: 1972-10-25
Filing date: 1973-10-23
Publication date: 1979-01-18
Also published as: JPS4975349A; JPS5223262B2; DE2353101A1; US4465346A; DE2353101B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Fernrohr mit Bildstabilisicrung durch ein kardanisch gelagertes Bilclumkehrelement, bei dem die kardanische Lagerung einen gegen das Fernrohrgehäuse um eine erste zur optischen Hauptachse rechtwinklige Achse drehbaren Rahmen und einen gegen den Rahmen um eine zweite zur ersten Achse und zur optischen Hauptachse rechtwinklige Achse drehbaren Träger für das Biidumkehrelement umfaßt, wobei die erste und die zweite Achse sich in einem ersten Punkt in der optischen Hauptachse sehneiden.

Die optische Leistungsfähigkeit von Fernrohren der verschiedenen Gattungen wird durch Vibrationen vergleichsweise hoher Frequenz und niedriger Amplitude, die auf das Gerät während des Gebrauchs unvermeidbar übertragen werden, erheblich beeinträchtigt. Solche Vibrationen können ihre Ursache im Falle von Handfernrohren im Handzittern haben oder im Falle von auf Trägern angeordneten Geräten, wie etwa Standfernrohren, Zielfernrohren und Waffenvisiereinrichtungen, auf Vibrationen, Erschütterungen und Schwingungen des Trägers zurückzuführen sein; diese Vibrationen führen zur Unscharfe oder zum Zittern des Bildes in der Bildebene des Gerätes. Je höher die Vergrößerung liegt, desto größer ist bei Erschütterungen des Gerätes das Zittern des Bildes. Dementsprechend besitzen Fernrohre, die für einen Gebrauch, bei dem Vibrationen unvermeidbar sind, ausgelegt sind, eine relativ geringe Vergrößerung, um das Ausmaß der Unscharfe oder des Bildzittern gering zu halten.

Aus der US-PS 35 04 957 ist ein Fernrohr der eingangs genannten Art bekannt, bei dem als Bildumkehrelement ein kardanisch gelagertes Linsensystem verwendet wird. Die Linsen des Büdumkehrelements sind jedoch wie aile Linsen mit Linsenfehlern, wie z. B. Farbdispersion, sphärische Aberration u. dergU behaftet, deren Korrektur aufwendig und teuer ist. Insbesondere, wenn das Bildumkehrsystem aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird, erleidet das Bild eine optische Verzerrung. Außerdem sind Fernrohre mit Linsenumkehrsystemen im allgemeinen sehr lang und unhandlich.

Des weiteren ist aus der US-PS 16 28 776 ein gattungsfremdes Fernrohr bekannt, welches durch einen Kreisel stabilisiert ist. Die Stabilisierung erfolgt aber nur in einer Richtung, wodurch etwa Schwankungen eines Schiffes ausgeglichen werden können. Dagegen ist dieses bekannte Stab.l'sierungssystem nicht geeignet, um hochfrequente Schwingungen kleiner Amplitude, die etwa durch das Halten mit der Hand auf das Fernrohr übertragen werden können und die im allgemeinen keine Vorzugsrichtung besitzen, zu kompensieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fernrohr der eingangs genannten Art zu entwickeln, das handlich, billig herzustellen und optisch hochwertig ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bildumkehrclement ein Prismensystem ist, dessen Eingangsachse und Ausgangsachsc fluchten, und daß das Prismcnsysiem als Ganzes auf dem Träger angeordnet und mit diesem beweglich ist.

Diese Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß weder Fremdenergie zur Betätigung des Stabilisierungssystems noch zusätzliche optische Elemente benötigt werden und daß die Bildstabilisierung nur geringen Aufwand mit geringen Kosten erfordert, jedoch so wirksam ist, daß sie auch für Handfernrohrc oder Handinstrumente großer Vergrößerung mit Vorteil verwendbar ist.

Vorteilhafte Atisführungsformcn des Fernrohres sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist ein Fernrohr nach der Erfindung anhand einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch veranschaulicht. Es zeigt

F i g. I eine perspektivische Darstellung eines bildstabilisierten Fernrohres nach der Erfindung.

Y i g. 2 eine schemalisehe Darstellung der Optik und

des Strahlenganges des bildstabilisierten Fernrohres nach Fig. I ohne Erschütterung oder Vibration desselben,

Fig.3 eine schematische Darstellung des bildstabilisierten Fernrohres nach Fig. 1, das sich jedoch infolge einer darauf übertragenen Erschütterung gedreht hat,

F i g. 4 eine vergrößerte, teilweise im Schnitt gehaltene Aufsicht auf das Fernrohr nach F ig. I,

F i g. 5 eine vergrößerte, teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht des Fernrohres nach Fig. 1, F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 5,

F i g, 7 einen Schnitt, längs der Linie 7-7 in F i g. 4,

F i g. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in F i g. 7,

F i g. 9 einen Schnitt !fings der Linie 9-9 in F i g. 7.

Die Erfindung wird anhand des in Fig. 1 perspektivisch dargestellten Fernrohres 20 erläutert.

Dieses Fernrohr 20 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 22 (Fig.4), einer Objektivlinse 24 (F i g. 7) und einer Okularlinse 26 (F i g. 7) sowie einem stabilisierten Bildumkehrsystem 28 (F i g. 5).

Die Objektivlinse sitzt an einem Ende des Gehäuses und nimmt die von einem entfernten Objekt kommenden Lichtstrahlen auf. Die Okularlinse sitzt am entgegengesetzten Ende des Gehäuses und ermöglicht dem Auge des Benutzers die Betrachtung des von dem Objektiv in dessen Bildebene erzeugten Bildes. Das Bildumkehrsystem 28 des Fernrohres besteht aus einer Anzahl von Prismen und dient zur Aufrichtung des von der Objektivlinse in der Bildebene abgebildeten Bildes.

Wie im einzelnen später noch erläutert werden wird, ist das Prismenumkehrsystem in einer kardanischen Aufhängung an einer bestimmten Stelle in dem Fernrohr zwischen der Objektivlinse und der Okularlinse gelagert. Die besondere Anbringung und Anordnung der kardanischen Aufhängung und des darin gelagerten Prismenumkehrsystems bewirkt eine Stabilisierung des vom Auge des Benutzers über die Okularlinse in der Bildebene betrachteten Bildes, unabhängig von kleinen Drehungen des Fernrohres, die von auf das Fernrohr übertragenen Vibrationen hoher Frequenz und niedriger Amplitude herrühren können.

Fig.2 ist eine schematische Darstellung der optischen Eigenschaften des Fernrohres 20 in Übereinstimmung mit der Erfindung, bevor das Fernrohr durch eine übertragene Vibration gedreht wurde bzw. sich gedreht hat.

Das Fernrohr 20 umfaßt eine Objektivlinse 24, eine Okularanordnung 86 (Fig. 7) mit einer Okularlinse 26 und einer Feldlinsc 27 und ein Prismenumkehrsystem 28 (Fig. 5).

Durch die Objektivlinse 24 wird eine optische Hauptachse 30 (Fig. 2) definiert, die normal zur Hauptebene der Objektivlinse verläuft und koaxial zu deren Knotenpunkt liegt. Ein in den Knotenpunkt der Objektivlinse eintretender Lichtstrahl verläßt die Objektivlinsc längs ihrer optischen Hauptachse.

Das Prismenumkehrsystem 28 ist in der optischen Hauptachse des Fernrohres angeordnet und umfaßt eine Anzahl von Prismen, die so angeoi dnet sind, daß sie das von der Objektivlinse entworfene Bild umkehren und das umgekehrte Bild in der Bildebene 32 des Fernrohres 20 entwerfen. Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse in das Prismensystem 28 in einem gewissen Abstand über der optischen Achse eintreten, treten aus dem Prismenumkehrsystem in derselben Entfernung unteinalb der optischen Achse aus und umgekehrt. Lichtstrah'en, die in das Prismenumkehrsystem auf der einen Seite in einer gewissen Entfernung zur optischen Achse eintreten, treten in gleicher Weise aus dem Prismensystem in derselben Entfernung auf der anderen Seite der optischen Achse wieder aus.
Das Prismenumkehrsystem 28 ist in den F i g. 2 und 3 schematisch durch eine prismena'quivalente Ebene 36 dargestellt. Die optischen Eigenschaften der prismenäquivalenten Ebene 36 sind identisch mit denen dec Prismenumkehrsystemes 28, d. h. Lichtstrahlen, die parallel zur optischen Achse verlaufen und in die

ίο prismenäquivalente Ebene 36 in einer gewissen Entfernung oberhalb der optischen Hauptachse des Fernrohres eintreten, verlassen die prismenäquivalente Ebene in derselben Entfernung unter der optischen Hauptachse und Lichtstrahlen, die in die prismenäquivalente Ebene in einer gewissen Entfernung auf einer Seite der optischen Hauptachse eintreten, verlassen diese Ebene in derselben Entfernung auf der gegenüberliegenden Seite der optischen Hauptachse. Das umgekehrte Bild wird von der prismenäquivalenten Ebene in der Bildebene 32 des Fernrohres 20 entworfen und vom Auge des Benutzers über die Oku.tiflinse 26 betrachtet Die Okularlinse ist auf die optische Hauptachse zentriert und befindet sich in einer Entfernung von der Bildebene, die gleich ihrer Brennweite F ist. Die Entfernung zwischen der Bildebene und der Hauptebene der Objektivlinse ist mit L bezeichnet und stellt eine Funktion des optischen Weges durch die Prismen des Prismenumkehrsystems 28 dar.

Die prismenäquivalente Ebene 36 wird normal, also

jo rechtwinklig zur optischen Hauptachse 30 gehalten, und zwar mittels einer (in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellten) kardanischen Halterung oder Aufhängung, die im Drehpunkt 38 des Fernrohres 20 angeordnet ist. Wie noch gezeigt werden wird, bewirkt

r, diese Vorkehrung die Stabilisierung des in der Bildebene entworfenen Bildes, unabhängig vom Ort der prismenäquivalenten Ebene auf der optischen Hauptachse.
Die Entfernung zwischen der Hauptebene der Objektivlinse und dem Drehmittelpunkt des Fernrohres ift mit 5bezeichnet.

In dem in Fig.2 dargestellten, nicht gedrehten Zustand, verläuft die Visierlinie oder Richtachse des Fernrohres in der optischen Achse 30 und die optische

r, Achse fällt mit der mechanischen Ach«e des Fernrohres zusammen.

In Fig.3 ist das Fernrohr 20 schematisch wiedergegeben, nachdem es sich in bezug auf die ursprüngliche Visierachse oder optische Achse 30 als Ergebnis einer

in hochfrequenten Vibration niedriger Amplitude, die auf das Fernrohr übertragen wurde, gedreht hat.

Wie aus der .schematischen Darstellung ersichtlich, ist das Fernrohr 20 um einen Winkel <x gegen die optische Haupiachse 30 gedreht, d. h., die mechanische Achse 40

γ, des Fernrohres 20 ist in eine Lage ausgelenkt, in der sie einen Winkel λ mit der nicht ausgelenk\en mechanischen Achse einschließt, welche letztere Achse mit der optischen Hauptachse 30 zusammenfällt.

Ein Lichtstrahl, der von einem entfernten Objekt in

,o die Objektivlinse 24 eintritt, läuft durch diese Linse längs einer Achse 42 hindurch, die parallel zur optischen Hauptachse 30 ist, und hier nachfolgend als abgelenkte optische Achse bezeichnet wird.

Das Prismenumkehrsystem ist derart kardanisch

>■) gelagert, daß es r'liimlich winkelmäßig in bezug auf die optische Hauptachse stehenbleibt, wenn auf das Fernrohr hochfrequente Vibrationen kleiner Amplitude übertragen werden; die prismenäquivalente Ebene

bleibt daher normal zur optischen Hauptachse 30. Außerdem bildet der Ort der kardanischen Aufhangung längs der abgelenkten mechanischen Achse den Bezugspunkt, der so definiert ist, daß das Fernrohr 20 als sich um diesen Punkt drehend angenommen werden kann.
Der Ort der kardanischen Lagerung befindet sich am

Mittelpunkt der mechanischen Achse, d.h. 5=—^-.

Wenn die kardanische Lagerung sich im Mittelpunkt der mechanischen Achse befindet, verschiebt sich die Objektivlinse 24 während jeder durch eine hochfrequente Vibration niedriger Amplitude verursachten Drehung des Fernrohres 20 von der optischen Hauptachse 30 (der ursprünglichen mechanischen Achse) weg, während die Okularlinse 26 sich um dieselbe Entfernung von der optischen Hauptachse '•vcgvc"chicbi, jedoch in die cnt^^n^csct^tf* Richtung.

In Fig. 3 ist die Entfernung, um die sich die Objektivlinsc 24 von der optischen Achse nach oben während einer typischen Drehung wegverschiebt, mit H bezeichnet. Die Okularlinse 26 verschiebt sich um eine äquivalente Entfernung H gegen die optische Achse nach unten.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, verläuft ein durch die Objektivlinse 24 hindurchtretender Lichtstrahl längs der verschobenen optischen Achse 42. Der Strahl tritt in das Prismensystem 28, dargestellt durch die prismenäquivalente Ebene 36, in einer Entfernung H über der optischen Hauptachse 30 ein. Der Strahl wird in dem Prismenumkehrsystem umgekehrt und tritt aus der prismenäquivalenten Ebene 36 in einer Entfernung H unterhalb der optischen Hauptachse aus und verläuft dann längs einer Richtung, die parallel zu der optischen Hauptachse 30 ist. Diese letztere Richtung ist mit dem Bezugszeichen 44 versehen. Da der aufgerichtete bzw. umgekehrte Strahl längs der Richtung 44 verläuft, die parallel zur optischen Hauptachse 30 und gegenüber dieser um eine Entfernung H verschoben ist. geht der Strahl durch den Knotenpunkt des Okulares, das sich ebenfalls in einer Entfernung H unterhalb der optischen Hauptachse befindet (zufolge der Drehung des Fernrohres um den Punkt 38).

Der Bedingung für ein scheinbar stabiles Bild ist genügt, wenn ein Lichtstrahl die Okularlinse parallel zur ursprünglichen optischen Achse verläßt (wie dies in Fig. 3 der Fall ist), da in einem solchen Fall das Auge des Benutzers das Bild des entfernten Objektes längs einer zur ursprünglichen optischen Achse parallelen Linie weiterhin sieht.

Wie ohne weiteres ersichtlich, ist die Lage der prismenäquivalenten Ebene längs der optischen Achse nicht kritisch, da ein die abgelenkte oder verschobene Achse 42 entlanglaufender Lichtstrahl in die prismenäquivalente Ebene in einer Entfernung H über der optischen Hauptachse eintritt und aus dieser Ebene in derselben Entfernung, jedoch unterhalb der optischen Hauptachse, austritt, unabhängig von dem Punkt, in dem die prismenäquivalente Ebene die optische Hauptachse 30 schneidet. Solange also die Objektivlinse und die Okularlinse nach entgegengesetzten Seiten der optischen Hauptachse um dieselbe Entfernung //abgelenkt oder verschoben werden, ergibt sich ein scheinbar stabiles Bild.

Wenn die kardanische Aufhängung in einem anderen Punkt der mechanischen Achse des Fernrohres als dessen Drehzentrum angeordnet wird, bewegt sich die Objektivlinse in bezug auf den Ort der kardanischen Lagerung von der optischen Hauptachse um eine andere Entfernung weg als die Okularlinse. während der aus dem Prismenumkehrsystem austretende Strahl in derselben Entfernung von der optischen Hauptachse austritt, in der er eingetreten ist (jedoch auf der gegenüberliegenden Seite). In diesem Fall verläuft der aus dem Prismenumkehrsystem austretende Strahl nicht durch den Knotenpunkt des Okulars. Dementsprechend ist das dem Auge des Benutzers dargebotene scheinbare Bild nicht stabilisiert und wird daher scheinbar zittern oder unscharf sein.

Die konstruktiven Einzelheiten des Fernrohres 20 sind in den F i g. 1 und 4 bis 9 dargestellt. Gemäß F i g. I umfaßt das Fernrohr 20 ein äußeres Gehäuse 46, das vorzugsweise aus Metall, etwa Aluminium, besteht und aus einem Hauptkörper 48 und einem sich verjüngenden Tpil SO besteht. Ein IJmhänivjüaiid 49 ist mit dem Gehäuse 46 über zwei Haken 51 verbunden.

Eine Deckplatte 52, die Teil des Hauptrahmen·; 22 ist, ist mit dem einen Ende des I lauptkörpers 48 verbunden. Wie aus F i g. 7 ersichtlich, besitzt die Deckplatte 52 eine öffnung 54, in der die Objektivlinse 24 angeordnet ist. Ein Gewindering 56 ist in ein Gewinde 58 in der öffnung 54 eingeschraubt und hält die Objektivlinse gegen eine die Öffnung abschließende Schulter 60.

Üer Hauptrahmen 22 dient als Träger für das Gehäuse 46 sowie für die optischen Elemente des Fernrohres. Der Hauptrahmen 22 weist zwei Kreisringe 62 und 64 auf, die parallel zueinander liegen. Von jedem der beidenRinge gehen in radialer Richtung Streben ab (vgl. F i g. 4 und 5). Wie aus F i g. 4 zu erkennen, gehen von dem Kreisring 62 die Streben 66 und 68 ab. Die Strebe 66 verläuft zu einem oberen Teil der Innenfläche der Deckplatte 52 und ist parallel zu der Ebene des Kreisringes 62. Die Strebe 68 verläuft in der entgegengesetzten Richtung der Strebe 66 und ist gegenüber dem Kreisring 62 abgewinkelt. Die Strebe 68 endigt in einer hinteren Abschlußplatte 70, die parallel zu der vorderen Deckplatte 52 verläuft. In ähnlicher Weise geht von dem Kreisring 64 eine Strebe 62 aus und verläuft zu dem unteren Teil der Innenfläche der Deckplatte 52 (siehe F i g. 5). Die Strebe 72 verläuft parallel zur Strebe 62. Eine weitere Strebe 64 verläuft von der entgegengesetzten Seite des Kreisringes 64 in einem Winkel zu demselben und endet an der hinteren Abschlußplatte 70 in gleicher Weise wie die Strebe 68. Die Kreisringe 62 und 64 sind gemäß den F i g. 8 und 9 in Querrichtung des Fernrohres über annähernd U-förmige Profilteile 76 und 78 verbunden. Die eine Seite des U-förmigen Profilteiles 78 ist hierzu mit dem Kreisring 62 und die andere Seite mit dem Kreisring 64 verbunden. In gleicher Weise ist das eine Ende des U-förm'gen Profilteiles 76 mit dem Kreisring 62 und die andere Seite mit dem Kreisring 64 verbunden.

Die Mittelpunkte der Kreisringe 62 und 64 definieren eine Linie, die die mechanische Achse des Fernrohres, d. h. die den Mittelpunkt oder Knotenpunkt der Objektivlinse und den Mittelpunkt oder Knotenpunkt der Okularlinse verbindende Linie im Drehmittelpunkt 38 des Fernrohres 20 schneidet, d. h. in einer Entferung

L + F
von —j—·

Die Kreisringe, die Streben, die U-förmigen Profilteile, die Deckplatte und die Abschlußplatte bilden vorzugsweise ein einstückiges Metallgußteil.

Wie aus den F i g. 4 und 5 zu erkennen, ist entlang des Umfanges der Deckplatte 52 eine Schulter 80

vorgesehen, die die slirnseitige Kante des Hauptkörpers 48 des Gehäuses 46 trägt. Zwischen den Hauptkörper 48 des Gehäuses ·16 und die Schulter 80 ist hierzu eine Gummidichtung 82 eingelegt.

Gemäß den Fig.4 und 5 liegt der sich verjüngende Teil 50 des Gehäuses 46 über den Streben 68 und 74. AuPcrdem ist die Innenfläche des sich verjüngenden Teiles 50 im Bereich dessen größten Querschnittes über die Außenfläche des einen Endes des Hauptkörpers 48 des Gehäuses 46 gezogen.

Die hintere Abschlußplatte 70 besitzt eine mit Gewinde versehene Öffnung 84 (Fig. 7), in die eine Okularanordnung 86 üblichen Aufbaus eingeschraubt ist.

Wie weiter aus Fig. 7 hervorgeht, hält bei in die Gewindeöffnung 84 in der Abschlußplatte 70 eingeschraubten Okular ein Flansch 100 den sich verjüngenden Teil 50 gegen die Abschlußplatte 70.

Nach all dem ist das Gehäuse 46 sowohl mit dem vorderen Teil des Fernrohres als auch mit dem Okulargehäuse abdichtend verbunden.

Die U-förmigen Profilteile 76 und 78 dienen zur Lagerung einer kardanischen Aufhängung oder Halterung 104 für das Prismenumkehrsystem 28, die es diesem Prismenumkehrsystem gestattet, sich um zwei zueinander orthogonale Achsen zu drehen, von denen jede normal zu der mechanischen Achse des Fernrohres verläuft (F i g. 4 und 6).

Der Aufbau der kardanischen Halterung oder Aufhängung 104 und der zugehörigen Teile zur Lagerung des Prismenumkehrsystems 28 ist aus den F i g. 4, 6, 7, 8 und 9 zu ersehen. Insbesondere die F i g. 8 und 9 lassen erkennen, daß die kardanische Halterung 104 einen Rahmen 106 umfaßt, der die Gestalt eines unregelmäßigen Achtecks hat. Der Rahmen ist um die Höhen- oder Querachse Y- Kdrehbar, der die Rollachse oder Längsachse oder mechanische Achse X-X des Fernrohres im Drehmittelpunkt des Fernrohres schneidet und normal, d. h. rechtwinklig zu dieser verläuft.

Gemäß Fig.6 besitzt der Rahmen 106 hierzu zwei Drehzapfen 108, die durch Bohrungen in den Seiten des Rahmens 106 hindurch verlaufen, die koaxial mit der Höhenachse Y- Y sind. Die Drehzapfen 108 sind in dem Rahmen 106 durch Klemmschrauben 110 gesichert. Jeder der Drehzapfen 108 weist von dem Rahmen 106 aus gesehen nach außen in Richtung der Höhenachse und verläuft jeweils durch ein Kugellager 112, das in den U-förmigen Profilteilen 76 und 78 längs dieser Höhenachse angeordnet ist.

In den Kugellagern 112 befindet sich eine viskose Flüssigkeit, wie etwa ein Silikonöl, die eine später noch zu beschreibende Dämpfungswirkung ausübt.

In den U-förmigen Profilteilen 76 und 78 ist ferner jeweils ein koaxial zu der Höhenachse Y-Y liegendes Gewindeloch 114 vorgesehen, in dem das Kugellager 112 durch einen Schraubring 116 gehalten wird.

Wie die Fig.5 und 6 zeigen, verlaufen die Drehzapfen 108 nicht nur durch die zugehörigen Kugellager 112, sondern auch durch eine öffnung 118 in dem Schraubring 116. Gemäß Fig.5 besitzt der Drehzapfen 108 am Ende einen Schlitz 120. In diesem Schlitz 120 liegt das eine Ende einer Spiralfeder 122, die um den Drehzapfen 108 herum verläuft und deren anderes Ende in einem Schlitz 124 in dem Schraubring 116 liegt

In diese- Anordnung dreht die Spiralfeder 122 den Rahmen 106 um die Höhenachse Y-Yin eine neutrale Stellung, die normal, also rechtwinklig zur mechanischen Achse des Fernrohres verläuft.

Die kardanische Halterung 104 umfaßt weiterhin einen Prismenträger 125, der um die Gier- oder Hochachse Z-Z drehbar ist, welche normal zur ■-> Rollachse XX und zur Höhenachse Y- Y verläuft und durch deren Schnittpunkt hindurchgeht. Die Gierachse ZZ geht also durch das Drehzentrum des Fernrohres 20 hindurch. Gemäß F i g. 7 weist hierzu der Prismenträger

125 zwei Drehzapfen 126 auf, die den Drehzapfen 108 ιυ entsprechen und durch Bohrungen in den Seiten des Prismenträgers 125 hindurchgehen, welche koaxial zur Gierachse Z-Z liegen. Die Drehzapfen 126 sind in den Bohrungen des Prismenträgers 125 durch Sicherungsschrauben 128 gesichert. Jeder der Drehzapfen 126

i) verläuft von dem Prismenträger 125 aus gesehen nach außen längs der Gierachse und durch je ein Kugellager 130 hindurch, das in dem Rahmen 106 in dieser Achse vorgesehen ist. In dem Kugellager 130 befindet sich eine viskose Flüssigkeit. Der Rahmen 106 weist für jedes

2(i Kugellager 130 ein Gewindeloch 132 auf, das koaxial zu der Gierachse Z-Z liegt. Jedes der Kugellager 130 wird in dem Gewindeloch 132 des Rahmens 106 durch einen Schraubring 134 gehalten.

Die Drehzapfen 126 verlaufen durch eine öffnung in

2ϊ den Schraubringen 134 hindurch und besitzen am Ende einen Schlitz 136(Fi g. 4). In diesem Schlitz 136 liegt das Ende einer Spiralfeder, die um den zugehörigen Zapfen

126 herum verläuft und deren anderes Ende in einen Schlitz 140 in dem Schraubring 134 liegt.

ίο Bei dieser Anordnung dreht die Spiralfeder 138 den Prismenträger 125 um die Gierachse Y-Y in eine neutrale Stellung, die normal, d. h. rechtwinklig, zu der mechanischen Achse des Fernrohres verläuft.

Da der Prismenträger 125 in dem Rahmen 106 um die

ii Gierachse Z-Zdrehbar gelagert ist und da der Rahmen 106 seinerseits in den U-förmigen Profilteilen 76 und 78 um die Höhenachse Z-Z drehbar gelagert ist, kann der Prismenträger 125 räumlich fest in bezug auf eine bestimmte Ausrichtung stehenbleiben, ungeachtet einer

Ai> Drehung des Fernrohres um die Gier- oder um die Höhenachse als Folge einer auf das Fernrohr übertragenen, hochfrequenten Vibration geringer Amplitude.

Das Prismensystem umfaßt vier Prismen, nämlich zwei rechtwinklige oder Dachkantprismen 142 und 144 sowie zwei Porro-Prismen 146 und 148. Der Prismenträger 125 ist so ausgeführt, daß dann, wenn die Prismen 142, 144, 146, 148 auf dem Träger in einer noch zu beschreibenden Art und Weise befestigt sind, ein in die Objektivlinse eintretender Lichtstrahl in das Prismensy-

V) stern eintritt, umgekehrt wird, aus dem Prismensystem a-istritt und in das Okular eintritt.

Gemäß der Fig.6 besitzt der Prismenträger 125 einen Mittelsteg 150, einen ersten, rechtwinklig zu einer Seite dieses Mittelsteges an einer dessen Kanten

vorspringenden ersten Flansch 152 und einen zweiten Flansch 154, der rechtwinklig zu der anderen Seite des Mittelsteges in der Nähe dessen entgegengesetzter Kante vorspringt Einer der Drehzapfen 126 ist in der Mitte der oberen Kante des Mittelsteges 150 angeordnet Jeder der Flansche weist ein Loch 156 auf.

Der Prismenträger 125 besitzt ferner eine Ausbauchung 158 unterhalb des Mittelsteges 150. Der andere Drehzapfen 126 ist in der Mitte des unteren Teiles der Ausbauchung 158 angeordnet (vgl. F i g. 7).

Die Ausbauchung 158 weist zwei parallele Endflächen 160 auf (vgl. F i g. 8 und 9), von denen jede bündig mit der Außenfläche eines zugehörigen Flansches des Prismenträgers 125 abschließt. Durch die Ausbauchung

158 hindurch verläuft ein Loch 162 (siehe Fig. 7) rechtwinklig zu den Flächen 160 und parallel zu den Löchern 156 (siehe F i g. 5 und 7).

Der Prismenträger 125 ist derart innerhalb des Rahmens 106 montiert, daß die Löcher 156 in seinen Flanschen 152 und 154 in gleichem Abstand zu beiden Seiten der Höhenachse Y-Y und parallel zu dieser liegen und daß das Loch 162 direkt unterhalb und parallel zu der Höhenachse Y- Yverläuft.

Die Prismen des Prismenuir.kehrsystems 28 sind wie folgt montiert (siehe Fig. 5 und 6): eine Seitenfläche eines Rechtwinkligen oder Dachkantenprismas 142 ist auf eine Fläche des Flansches 152 direkt über dem darin befindlichen Loch 156 angeordnet. Die Montage erfolgt mittels eines auf die Fläche des Flansches 152 aufgebrachten Klebers. Ein Abschnitt der Hypotenusenseite des Porro-Prismas 146 ist auf der gegenüberliegenden Seite des Flansches 152 über dem Loch 156 angeordnet. Die Verbindung dieses Teiles des Porro-Prismas mit dem Flansch 152 geschieht über einen auf die entsprechende Fläche des Flansches 152 aufgebrachten Kleber. Der andere Teil der Hypotenuse des Porro-Prismas 146 befindet sich auf der Fläche 160 der Ausbauchung 158 direkt über dem durch die Ausbauchung hindurchgehenden Loch 162. Die Verbindung des Porro-Prismas 146 mit der Fläche 160 erfolgt über einen auf diese Fläche aufgebrachten Kleber.

In ähnlicher Weise ist ein Teil der Hypotenuse des Porro-Prismas 148 über dem Loch 162 angeordnet und mit der anderen Fläche 160 der Ausbauchung 158 mittels eines Klebers verbunden. Der verbleibende Teil der Hypotenuse des Porro-Prismas 148 ist mit der Außenfläche des Flansches 154 verbunden und über dem Loch 156 in diesem Flansch angeordnet. Die Verbindung besorgt wiederum ein Kleber. Wenn die Prismen in der vorstehend beschriebenen Weise angeordnet sind, ist eine Fläche 146 des Dachkantprismas 142 parallel und koaxial mit der Fläche 166 des Dachkantprismas 144.

Wie bereits erwähnt, halten Spiralfedern 122 und 138 den Rahmen 106 und den Prismenträger 125 in ihren jeweiligen neutralen Drehstellungen oder -ausrichtungen. Wenn sich der Prismenträger 125 in der neutralen Stellung befindet, liegen die Flächen 164 und 166 der Prismen 142 und 144 in der mechanischen Achse des Fernrohres und verlaufen rechtwinklig zu dieser Achse, also der Rollachse X-X. Ein durch Pfeile in Fig.6 versinnbildlichter, in das Fernrohr 20 einfallender Lichtstrahl verläuft dementsprechend durch die Objektivlinse und längs der Rollachse X-X. Der Strahl tritt in das Prismensystem über die Fläche 164 des Prismas 142 ein und wird an dessen Hypotenuse reflektiert. Der reflektierte Strahl verläuft dann durch das Loch 156 in dem Flansch 152 und tritt in das Porro-Prisma 146 über einen Teil dessen Hypotenusenfläche ein, worauf der Strahl doppelt reflektiert wird, d. h. von einer Fläche des Prismas zu einer anderen Fläche reflektiert wird und tritt aus einem anderen Teil der Hypotenusenfläche dieses Prismas aus. Der Strahl verläuft dann durch das Loch 162 hindurch und tritt in einen Teil der Hypotenusenfläche des Porro-Prismas 148 ein. Der Strahl wird dann in dem Porro-Prisma doppelt reflektiert und tritt aus einem anderen Teil der Hypotenusenfläche des Porro-Prismas 148 aus. Der Strahl durchläuft nun das Loch 156 in dem Flansch 154 und tritt in eine Seitenfläche des Dachkanienprismas 144 ein. Der Strahl wird dann an der Hypotenusenfläche des Prismas 144 reflektiert und verläßt das Prisma über die Fläche 166 Der aus der Fläche 166 austretende Strahl ist koaxial zu der Rollachse, verläuft entlang dieser Achse in die Bildebene, wo die Fokussierung stattfindet. Das Auge betrachtet dann das Bild durch die ■j Okularlinse.

Da der Prismenträger 125 von dem Fernsprechhauptrahmen, der Objektivlinse und der Okularlinse in zwei Achsen, nämlich in der Höhenachse Y-Y und in der Gierachse Z-Z entkoppelt ist, führen Bewegungen des

ίο Fernrohres um jede der beiden Achsen nicht dazu, daß der Prismenträger dieser Bewegung folgt. Bewegungen um die Rollachse X-X beeinflussen das Bild nicht und brauchen daher nicht entkoppelt zu werden.

Die Spiralfedern 122 und 138 bilden zusammen mit

υ der Trägheit des Prismensystems und den Halterungsteilen ein mechanisches Tiefpaßfilter, derart, daß nur langperiodige Bewegungen von dem Gehäuse auf die Prismen gekoppelt werden. Eine derartige Kopplung ist notwendig, um es dem Benutzer dieses Fernrohres zu ermöglichen, letzteres zu schwenken oder zu kippen, während andererseits verhindert wird, daß höherfrequente Bewegungen, wie etwa das Handzittern oder Fahrzeugvibrationen und sonstige Schwingungen, das Bild beeinflussen.

2> Das Fernrohr 20 benötigt keinerlei getrennte Dämpfungseinrichtungen im Lagerungs- oder Halterungssystem, wie dies frühere stabilisierte Fernrohre erforderten.

Die Dämpfung wird durch die Verwendung der

κι viskosen Flüssigkeit in den Kugellagern 112 und 130 erreicht. Die Bewegung der Kugeln in dem Lager bewirkt eine Energieabsorption in der Flüssigkeit wie in jedem Dämpfer und dämpft daher die Resonanz des Feder-Masse-Systems. Diese Resonanz würde, falls man

η sie unbedämpft ließe, störend sein.

Obgleich bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mechanische Federn und eine Flüssigkeitsdämpfung Anwendung finden, sind diese Elemente als solche für das ordnungsgemäße Arbeiten des Stabilisierungssystems nicht notwendig; es ist auch möglich, eine Federwirkung durch die Verwendung eines .lektrischen Drehmomenterzeugers oder Stellmotors und einen Winkelgeber darzustellen, wie dies aus der Regel- und insbesondere der Servotechnik bekannt ist. Eine

4) Dämpfung kann mit denselben Mitteln erreicht werden. Das Fernrohr 20 enthält Einrichtungen zur Einstellung eines statischen Gleichgewichtes der kardanischen Halterung und zur Kompensation eines Trägheitsmomentes oder einer dynamischen Unwucht, die durch die

>o Prismen und die zugehörigen Halterungsteile erzeugt wird. Hierzu sind zwei Gegengewichte 168 und 170 (vgl. Fig.4) auf entsprechenden Gewindestangen 172 und 174 vorgesehen. Die Gewindestange 172 geht von dem Prismenträger 125 aus und verläuft unter einem Winkel

3ϊ zu der mechanischen Achse des Fernrohres. In ähnlicher Weise geht die Gewindestange 174 von dem Prismenträger in annähernd der entgegengesetzten Richtung aus, ist jedoch gegenüber der Richtung der Gewindestange 172 versetzt.

bo Das Gegengewicht 168 ist auf der Gewindestange 172 mittels zwei Klemm-Muttern 178 befestigt; das Gegengewicht 170 ist auf der Gewindestange 174 über zwei gleichartige Klemm-Muttern 178 befestigt Jedes der Gegengewichte kann einzeln längs der Gewindestange,

si auf der es sitzt, verstellt werden, um eine genaue Gleichgewichtseinstellung durchzuführen.

Ein zusätzliches Gegengewicht 180 in Gestalt eines Ringes ist auf der oberen Fläche des Rahmens 106

angeordnet und liegt konzentrisch zu der Achse X-X. Das Ringgewicht 180 ist mit dem Rahmen 106 über zwei Schrauben 182 verbunden. Die Anordnung des Gewichtes 180 und der Befestigungsschrauben 182 ist in den F i g. 4,8 und 9 dargestellt.

Um das Prismenumkehrsystem vor den Wirkungen heftiger Erschütterungen zu schützen, ist die Gewindestange 172 von einem kreisförmigen Gummipuffer 184 umgeben. Der Puffer verhindert, daß sich das kardanisch gelagerte Prismenumkehrsystem um mehr als einen vorgegebenen Betrag dreht und dient außerdem zur Aufnahme des aus einer solchen Erschütterung herrührenden Stoßes, federt und dämpft also das Prismenurnkehrsystem.

Wie aus den F i g. 4 und 7 ersichtlich, wird der die Gewindestange 172 umgebende, kreisförmige Gummipuffer 184 von einem Arm 186 gehalten, der hierzu an seinem einen Ende als Ring ausgebildet ist, der in einer Tn'ui am Umfang des Fuifcis JS4 licgi. Der Arm 5S6 besitzt einen abgewinkelten Fuß, der bei 190 auf eine Seite der Strebe 66 aufgelötet ist, so daß dann, wenn sich der Prismenträger in seiner neutralen Stellung befindet, die Gewindestange 172 durch den Mittelpunkt der öffnung in dem kreisförmigen Gummipuffer verläuft.

Obgleich bisher die Definitionsgieichung für die Entfernung Szwischen der Hauptebene der Objektivlinse und dem Drehzentrum des Fernrohres unt :r Verwendung der Brennweite des Okulares und des Abstandes L zwischen der Hai-ptebene der Objektivlinse und der Bildebene des Fernrohres angegeben wurde, kann die Entfernung S auch unter Verwendung der Vergrößerung M des Fernrohres, der Brennweite Fo der Objektivlinse und der Entfernung L definiert -, werden. Hierzu ist festzuhalten, daß die Brennweite F

des Okulars =jj ist. Eine als Verkleinerungsverhältnis

Fo K bezeichenbare Konstante kann = -^- definiert werden.

ίο Das Verkleinerungsverhältnis ist eine Funktion des optischen Weges durch die Prismen, der gewöhnlich etwas langer als die mechanische Länge vom Eingang bis zum Ausgang des Prismas ist.

Aus den vorstehenden Definitionen ergibt sich, daß

i) der Definitionsabstand S für den Ort der kardanischen

Lagerung =y(l + £)
Eine praktische Ausführung des vorstehend beschrie-

.mi und enthält ein Prismenumkehrsystem, dessen Verkleinerungsverhältnis K = 1,4 ist.

Abschließend ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung nicht an die Verwendung irgendeines bestimmten Prismentypes gebunden ist. Beispielsweise

.'-, kann auch ein Dach-Pechan-Prisma oder ein Bauernfeind-Prisma verwendet werden. Die einzige Voraussetzung besteht darin, daß die eintretende optische Achse koaxial zu der austretenden optischen Achse ist.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fernrohr mit Bildstabilisierung durch ein kardanisch gelagertes Bildumkehrelement, bei dem ϊ die kardanische Lagerung einen gegen das Fernrohrgehäuse um eine erste zur optischen Hauptachse rechtwinklige Achse drehbaren Rahmen und einen gegen den Rahmen um eine zweite zur ersten Achse und zur optischen Hauptachse rechtwinklige Achse drehbaren Träger für das Bildumkehrelement umfaßt, wobei die erste und die zweite Achse sich in einem ersten Punkt in der optischen Hauptachse schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildumkehrelement ein Prismensystem (28) ist, r> dessen Eingangsachse und Ausgangsachse fluchten, und daß das Prismensystem als Ganzes auf dem Träger (125) angeordnet und mit diesem beweglich ist.

2. Fernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 2u zeichnet, daß der Abstand 5des ersten Punktes von der Hauptebene der Objektivlinse (24) gleich

—2— '^st· worin F die Brennweite der Okularlinse

(26) und /.,die Entfernung zwischen der Hauptebene > > und der Bildebene bedeutei-

3. Fernrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Vergrößerung von 12 das

Verhältnisy- ungefähr gleich 1,4 ist, wobei Fo die

Brennweite der Objekiivlinse (24) bedeutet.

4. Fernrohr nach Ansprjch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Rahmens (106) und des Prismenträgers (525) Sggrenzendc Elemente vorgesehen sind.

5. Fernrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente elastische Federn (122, 138) sind.

6. Fernrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (106) und der Prismenträger(125)in Lagern(I12,130) gelagert sind.

7. Fernrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager mit einer hochviskösen Dämpfungsflüssigkeit getränkt sind.

8. Fernrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Prismenumkehrsystem (28) in einem statisch ausgewuchteten Träger (125) aufgenommen ist.

9. Fernrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (125) einstellbar angeordnete Gegengewichte (168,170) umfaßt.

10. Fernrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Prismenumkehrsystem (28) zwei Porro-Prismen (146, 148) und zwei rechtwinklige Prismen (Dachkantprismen) (142,144) umfaßt.

J(I