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Anordnung zum Ausgleich von Temperatureinflüssen auf die wahre oder
scheinbare Brennweite von optischen Elementen. Für diese Anmeldung ist gemäß dem
Unionsvertrage vom z. Juni igi I die Priorität auf Grund der Anmeldung
in Frankreich vom g. Oktober 19i8 beansprucht. Es ist bekannt, daß die Brennweite
eines Objektivs, besonders bei Meßapparaten, wie Entfernungsmessern usw. konstant
bleiben muß ; jede fühlbare Änderung dieser Distanz verfälscht die Messung. Diese
Hauptbrennweite (d. h. die Entfernung des hinteren Hauptpunkts bis zu dem Bilde
eines Objekts, das in unendlicher Entfernung gelegen ist) ist nun eine Funktion
der Krümmungen der Gläser, ihrer Dicke und ihrer Brechungskoeffizienten, und diese
wieder sind Funktionen der Temperatur. Die Brennweite ändert sich also mit der-
Temperatur.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind die optisch wirksamen
Teile des Objektivs und ihre Montierung so angebracht, daß die Änderung, der die
Gläser infolge thermischer Änderung unterliegen, selbsttätig aufgehoben werden durch
entsprechende Änderung der Montierung.
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Fig. i der beiliegenden Zeichnung zeigt einen Längsschnitt einer Ausführungsform
der Erfindung.
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Fig. a zeigt einen- gleichen Längsschnitt, durch den in übertriebener
Weise die Berichtigung der Brennweite veranschaulicht wird.
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Fig. 3 stellt schematisch eine andere Anordnung der Objektivlinsen
dar.
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Zwei Ringe a und b tragen die beiden Gläser. (Weiter unten
wird dargelegt werden, wie man die Erfindung auch bei beliebig vielen Gläsern anwenden
kann.) Diese Ringe sind ihrerseits fest mit zwei Rohren A' und
B' verbunden, die an ihrem hinteren Teil miteinander vereinigt sind. Wenn
a uncf a' die Ausdehnungskoeffizienten von A' und B' sind, . L" und Lb ihre
Länge bei der Temperatur t, so ist die Entfernung zwischen ihren äußersten Enden
parallel der Achse des Systems gemessen: La - Lb bei der Temperatur
t; L, (_ -i- x u) -Lb (r -f- x a') bei der Temperatur (t +
x)'. -Es geht daraus hervor, daß es möglich ist, der Entfernung der Gläser
die Größe zu geben, die man bei der Temperatur t haben will, und daß man kleine
Änderungen positiver Art oder negativer Art oder auch keine Abänderung bei Änderungen
von t erhält, wenn man in passender Weise cl, a' und die Länge der Röhren wählt.
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Man bezeichnet die Brennweite des konvergierenden Glases mit f1, die
Brennweite des divergierenden Glases mit f2, die Entfernung der Hauptebene von f,
bis f2 mit 0, die Brennweite des Ganzen mit F (bei der Temperatur t), und man bezeichnet
bei der Temperatur (t -)- x) dieselben Größen durch Anfügung eines
Strichs. -hie
bekannte Formel gibt dann
Das Ziel der Erfindung ist es dann, die Einrichtung so zu treffen, daß praktisch
F= F' = konstant ist.
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Es ist klar, daß man dies Resultat erhalten wird, wenn die durch die
Temperatur bedingte Änderung von 0 so groß ist, daß sie die Wirkungen durch die
Veränderung von f@ und f2 kompensiert.
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Wenn man in Summa hat
0.' ist also
Ebenso ist der Wert von A nach Formel bei t°
Wenn man fi und f2 kennt, kann man 0' ausrechnen, wie nachstehend ausgeführt.
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Die Linsen unterliegen zwei verschiedenen thermischen Einwirkungen;
sie dehnen sich aus, und ihre Brechungskoeffizienten ändern sich. Wenn man das Objektiv
bei t° kennt, hat man nur nötig, ihre Dicken e und die Krümmungsradien R mit (r
+ x a), (1+ x a') zu multiplizieren, um die neuen Werte e',
R' zu erhalten. Aus diesen neuen Werten kann man dann fl und f2 erhalten.
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Die Formel 3 gibt den Wert von Q', der die Brennweite auf ihren Hauptwert
zurückführt.
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Die Werte von a und -
kann man aus den einschlägigen Werken ersehen. Für besondere Fälle kann man immer
a mit Hilfe eines Interferometers und
mit Hilfe eines genügend genauen Spektrometers messen.
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Nachstehend sei ein Berechnungsbeispiel durchgeführt: Wenn ein Objektiv
(Fig. r) aus zwei Gläsern besteht. bei dem sind für
Entfernung der LinseA von der Linse B, E-0,5,
bei der Temperatur t in der Nähe von a°. Die gewöhnliche Berechnung ergibt
dann fl = 38,327, f2 = - 65269, FZ - 97,00i.
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Wenn jetzt 'R, e, n berechnet werden, wie oben angegeben ist,
so wird gefunden bei (t+ x°),
(x _ 400).
1)1e neuen Werte geben letzt fi = 38,341 f2 = - 65,246 Fi = 97,=4I. Für F,
ist vorausgesetzt worden, daß E = 0,5 bleibt. Mit Hilfe der Formel läßt sich nun
t1 und 0' ausrechnen, und ergeben A' bei t -@ x' == 1,153, d bei t°
= I,r2o, A' - 0 - 0,033.
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Es ist also nötig, daß 0 um 0,033 zu vermehren bei der Veränderung
von t auf t -E- 4o'. Bei der Berechnung der Lage der Hauptebene findet
man, daß sie in jeder Linse bei der Änderung von t° auf t + 400 nur
ungefähr in der 4. Dezimale sich ändern. Man kann also diese Größe vernachlässigen
und die Messungen von der Oberfläche aus machen. Man muß also diese um 0,033 entfernen.
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Es ist also nötig, daß die Ausdehnung des Stückes A' um
0,033 die des Stückes B überschreitet, und zwar in entgegengesetztem
Sinne. Der Einfachheit halber wird B' aus Invarmetall hergestellt, dessen Ausdehnung
bei den gewöhnlichen Temperaturen praktisch o ist.
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Wenn A' aus Messing konstruiert wird, dessen Koeffizient --_ r8,lo-s
ist. so ist L (1 -f- x2) - L -E- 0,033.
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Wir erhalten danach für die Länge des Rohres:
Da ist also fast genau die Größe, die zur Kompensation des Systems nötig ist.
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Bei der Verwendung von drei getrennten Gläsern sind zwei Entfernungen
an Stelle von einer zu berücksichtigen. Die Berechnung ist im Prinzip dieselbe.
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In einem optischen System, bei dem die Änderung der Brennweite in
entgegengesetztem Sinne wie vorstehend vorausgesetzt stattfindet, genügt es, die
Röhren . aus Invar und aus Messing miteinander zu vertauschen, woraus sich eine
Verminderung der Entfernung D bei steigender Temperatur ergibt.
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Wenn das Objektiv in der in Fig. g schematisch angedeuteten Weise
aus drei nicht miteinander
verklebten Linsen A, B, C besteht,
so kann man die Ausgleichung entweder auf die Entfernung zwischen A und B oder auch
auf die Entfernung zwischen B und C wirken lassen.
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Die Metalle mit verschiedenem Ausdehnungskoeffizient können beliebig
gewählt werden, da die Länge der die Fassungen haltenden Rohre stets der den gewünschten
Temperaturgrenzen entsprechenden Entfernung der Linsen angepaßt werden kann.