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Anordnung zur Bildversetzung und optischen Weglängenänderung
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bildversetzung und optischen
Weglängenänderung mittels reflektierender Flächen.
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Ein Eingangsspiegel und ein Ausgangsspiegel sind geneigt zueinander
angeordnet und dazwischen befindet sich mindestens eine reflektierende Fläche im
Strahlengang.
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Die Anordnung kann als separate Baueinheit ausgeführt werden und in
unterschiedlichen optischen Geräten wie Mikroskopen, Fernrohren, Justiergeräten,
Interferenzgeräten, photogrammetrischen Geräten sowie Vergrößerungsgeräten Anwendung
finden.
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Neben dem sichtbaren Wellenlängenbereich ist die Verwendbarkeit auch
in anderen Wellenlängenbereichen gegeben.
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Ein bekanntes System zur Bildversetzung, Bilddrehung und optischen
Weglängenänderung entsprechend US-P 3871750 verwendet eine Kombination von zwei
gleichen Bauernfeinprismen und einem Spiegel, wobei durch das gesamte System keine
Strahlablenkung und Bildversetzung erfolgt Durch Drehung der gesamten Anordnung
um die Systemechse wird eine Bilddrehung erreicht. Die Bildversetzung erfolgt durch
Verschiebung eines der Bauernfeinprismen entlang der Winkelhalbierenden des Gesamtablenkwinkels
des Prismas. Eine weitere Verschiebung, deren Richtung gegenüber der oberen um 900
gedreht ist, bewirkt die optische weglängenänderung.
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Die vom Lichtstrahl unmittelbar nacheinander passierten Reflektionsflächen
werden gemeinsam verschoben. Durch Einführung einer Dachkante ist die Bildversetzung
in einer zweiten Koordinatenrichtung realisierbar.
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Ziel der Erfindung ist ein System, das gleichzeitig zum Zwecke der
optischen Weglangenänderung und Bildversetzung einsetzbar ist. Dabei soll die kleinste
Zahl der notwendigen Reflexionen sowie ein entspreche platzsparender Aufbau realisiert
werden.
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Für Meßzwecke bzw. elektronische Signalverarbeitung sollen die erforderlichen
Skalenfaktoren gegeben werden0 Die Verschieberichtungen von Eingangs- und Ausgangsspiegel
sollen entsprechend den unterschiedlichen wählbaren Parametern in verschiedene Richtungen
festlegbar sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Bildversetzung
und optischen Weglängenänderung mittels reflektierender Flächen zu schaffen, wobei
zwischen einem Eingangsspiegel und einem Ausgangsspiegel, die gegeneinander geneigt
sind und deren Einfallsebenen in einer gemeinsamen Ebene liegen.
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mindestens eine feststehende reflektierende Fläche im Strahlengang
angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Eingangs-
und der Ausgangsspiegel gemeinsam in zwei einen Winkel miteinander einschließenden
Richtung verschiebbar angeordnet sind, Durch gemeinsame Verschiebung des Eingangsspiegels
und des Ausgangsspiegels in eine Weglängenänderungsrichtung, welche mit der Spiegelebene
des Eingangsspiegels einen Winkel 0;einschließt, wird eine optische Weg-Längenänderung
erzielt. Der Winkel wird nach folgender Formel bestimmt:
wobei t der Winkel zwischen dem Eingangespiegel und dem Ausgangsspiegel,o1der Einfallswinkel
am Eingangsspiegel und
<2der Einfallswinkel am Ausgangsspiegel
ist. Der Skalenfaktor SW bezüglich der optischen Weglängenänderung, d. h.
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das Verhältnis zwischen optischer Weglängenänderung und Spiegelverschiebung
beträgt:
Durch gemeinsame Verschiebung des Eingangs- und des Ausgangsspiegels in eine Vereetzungsrichtung,
welche Mit der Spiegelebene des Ausgangsspiegels einen Winkel 9 einschließt, wird
eine Bildversetzung erzielt. Der Winkel 4 wird nach folgender Formel bestimmt:
Der entsprechende Skalentektor 5v berechnet sich zu:
Der Tangens des Winkels g zwischen den beiden Verschieberichtungen fw und 9 kann
nach folgender Formel errechnet werden:
Mit Hilfe dieser Formel können beispielsweise Führungsrichtungen bestimmt werden,
die orthogonal zueinander liegen sollen.
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In allen angegebenen Formeln steht das in Klammern gesetzte Vorzeichen
für eine ungerade Zahl von reflektierenden Flächen zwischen Eingangs- und Ausgangsspiegel.
Außerdem ist zu beachten, daß bei entgegengesetzter Ablenkung am Eingangs-und Ausgangsspiegel
die Einfallswinkel 41 und 42 verschiedene Vorzeichen erhalten. Die Formeln gelten
auch für den Sonderfall, wenn unmittelbar benachbarte Reflexioneflächen verschoben
werden.
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Es ist möglich, beliebig viele Systeme zu kombinieren. Durch Ermittlung
der Verschieberichtung jedes einzelnen Systems und Abtragen des entsprechenden Skalenfaktors
in diese
Richtung, erhält man analog zur Methode der Vektoraddition
die Verschieberichtung und den Skalenfaktor des gesamten Systems.
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Gegebnenfalls können die einzelnen Systeme mit Hilfe von Anschlußepiegeln
miteinander kombiniert werden. Während die Zahl der Anschlußsplegel auf die optische
Weglengenänderung keinen Einfluß hat, trifft bei einer ungeraden Zahl von Anschlußspiegeln
eine Umkehrung bezüglich der Bildversetzung ein.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen
näher erläutert, Es zeigen: Fig. 1: Die Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Anordnung
zur Bildversetzung und optischen Weglängenänderung Fig. 2r-Eine erfindungsgemäße
Anordnung zur Bildversetzung und optischen Weglängenänderung.
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In Fig. 1 befindet sich zwischen-einem Eingsngsspiegel 1 mit einer
Flächennormale 2 und einem Einfaliswinkel oCi sowie einem Ausgangsspiegel 3 it einer
Flächennormale 4 und einem Einfallswinkel 42 ein Umle-nkspiegel 5. Die Einfailsebenen
aller Reflexionsflächen liegen in einer gemeinsamen Ebene.
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Der Winkel t ist der Winkel zwischen den Reflexionsflächen des Eingangsspiegels
1 und des Ausgangsspiegb s 2.
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Der Eingangsspiegel 1 und der Ausgangsspiegel 3 sind gemeinsam entlang
einer Versetzungsrichtung 6 bewegbar. Von der Versetzungsrichtung 6 und dem Eing-angsspiegel
1 wird ein Winkel #v eingeschlossen. Zusätzlich sind der Eingangsspiegel 1 und der
Ausgangsspiegel 3 gemeinsam entlang einer Weglängenanderungsrichtung 7 bewegbar,
welche zu dem Eingangsspiegel 1 unter einem Winekel fw geneigt ist. Mit iv und 3v
sind Positionen des Eingangsspiegels 1 und des Ausgangsspiegels 3 nach dem gemeinsamen
Verschieben in Vereetzungerichtung 6 und mit 1w und 3w Positionen nach dem gemeinsamen
Vierschieben beider in Weglängenänderungsrichtung 7 bezeichnetv Ein die Anordnung
durchlaufender Lichtstrahl 8 nimmt entsprechend der Position von Eingangsspiegel
1 und Ausgangsspiegel 3 den Verlauf 8v oder 8w.
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Der auf den Eingangsspiegel 1 einfailende Lichtstrahl 8 wird durch
den Eingengaspiegel 1 und anschließend durch den Umlenkspiegel 5 zum Ausgangsspiegel
3 reflektiert. Durch die gemeinsame Bewegung des Eingangsspiegels 1 und des Ausgangsspiegels
3 entlang der Versetzungsrichtung 6 erfahrt der Lichtstrahl 8 nach Verlassen des
Ausgangsspiegels 3 eine Strahl- bzw. Bildversetzung. Die optische Weglänge bleibt
unverändert. Werden der Eingangsspiegel 1 und der Ausgangsspiegel 3 gemeinsam entlang
der Weglängenänderungsrichtung 7 bewegt, so erfährt der Lichtstrahl 8 nach Verlassen
des Auegangsspiegels 3 lediglich eine optische Weglängenänderung.
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Eine Strahlversetzung ist nicht vorhanden.
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Zwischen dem Eingangsspiegel 1 und dem Ausgangsspiegel 3 sind beliebig
viele feststehende Umlenkspiegel 5 einführbar, d. h.
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auch eine gerade Zahl von Umlenkapiegeln ist möglich.
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Der Eingangsspiegel 1 bzw der Ausgangaspiegel 3 oder aber die Umlenkspiegel
können gegebenenfalls durch Prismen ersetzt werden. Es ist auch möglich, Dachkantprismen
einzuführen, wobei die Dachkante in der Zeichenebene liegt, so daß durch Vorschiebung
des gesamten Systems bz. nur des die Dachkante tragenden Prismas senkrecht zur Zeichenebene
eine Strahl- bzw, Bildversetzung in dieser Richtung realisierbar ist. Außerdem sind
bei verschiedener Wahl der Einfallewinkel £i /2 und des Winkels r zwischen dem Eingangsspiegel
1 und dem Ausgangsspiegel 3 bei gleicher Gesamtablenkung des Lichtstrahles 8 die
unterschiedlichsten Versetzungseichtungen 6 und Weglängenänderungsrichtungen 7 erreichbar.
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In Fig. 2 sind der Eingangsspiegel 1. der Ausgangsspiegel 3 sowie
der zwischen diesen liegende feststehende Umlenkspiegel 5 zwischen einer eingangsseitigen
Ansatzfläche 9 und einer eusgangeseitigen Ansatzfläche 10 angeordnet. Der Eingangsepiegel
1 und der Ausgangsspiegel 3 sind mit einem Schlitten 11 verbunden, der sich in einer
Führung 12 befindet. Die Richtung der Führung 12 ist parallel zur Weglbngenänderungsrichtung
7 angeordnet. Mit dem Schlitten 11 ist über eine Zahnstange 13 und in Ritzel 14
ein Bedienknopf
15 verbunden.
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Durch Verschieben des Eingangsspiegels 1 und des Ausgangsspiegels
3 in Richtung der Führung 12 bei Betätigung des Bedienknopfes 15, wird eine optische
Weglingenfinderung des Lichtstrahles 8 zwischen dem Eingangsepiegel 1 und dem Ausgangsspiegel
3 erreicht. Durch Drehung der gesamten Anordnung um den einfallenden Lichtstrahl
8, z. B. an der.
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Ansatzfläche 9, wird amine Bilddrehung realisiert.
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Da die Strahlführung dieser Anordnung einem geradsichtigen Umkehrsystem
entspricht, bestehen gleichzeitig zwei verschiedene Möglichkeiten der Bildversetzung.
Einmal sind der Eingangsspiegel 1 und der Ausgangsspiegel 3 gemeinsam in die Versetzungsrichtung
6 mittels einer nicht gezeichneten Führung verschiebbsr, und außerdem ist die gesamte
Anordnung senkrecht zux einfallenden Lichtstrahl 8 in der Zeicbenebene verschiebbar*
Wird eine Spiegelordnung gewählt, bei welcher sich die Einfallswinkel Xl ? und 2
zu 900 ergänzen, so sind Weglängenänderungsrichtung 7 und die Richtung des einfallenden
Lichtstrahles 8 vor dem Auftreffen auf den Eingangaspiegel identisch.