DE700702C - Zur Ablenkung eines konvergenten Abbildungsstrahlenbündels bestimmtes Spiegelsystem - Google Patents

Description

Die Abbildungsstrahlengänge zahlreicher optischer Meßinstrumente werden in der Meßebene mit Hilfe von Spiegelsystemen, die aus Planspiegeln oder Spiegelprismen bestehen, aus ihrer ursprünglichen Richtung abgelenkt. Als Beispiele solcher Geräte sei auf die bekannten Entfernungsmesser verwiesen. Der Aufbau eines Entfernungsmessers ist beispielsweise folgender: Ein Außenrohr umhüllt alle optischen Teile des Geräts. An den Enden dieses Außenrohres findet der Eintritt der Abbildungsstrahlenbündel durch Spiegelsysteme statt, welche diese Bündel in die Richtung der Basis des Entfernungsmessers ablenken. Der mittlere Teil des Außenrohres trägt eine Platte, an welcher außer einigen hier nicht in Betracht kommenden Teilen ein oder zwei Okulare so befestigt sind, daß ihre Achsen senkrecht zur Basis stehen. Im Außenrohr ist ein Innenrohr in zweien seiner Querschnitte kardanisch gelagert, wodurch erreicht wird, daß sich Biegungen des Außenrohres im allgemeinen nicht auf das Innenrohr übertragen. Das Innenrohr trägt an seinen Enden die Entfernungsmesserobjektive und ist in seinem mittleren Teil kastenförmig ausgestaltet. In diesem kastenförmigen Teil ist ein sog. Prismenstuhl derart angeschraubt, daß er zu Justierungszwecken vor dem endgültigen Festschrauben rechtwinklig zur Innenrohrachse um kleine Beträge verschoben werden kann. Der Prismenstuhl ist aus dem Werkstoff hergestellt, aus welchem auch das Innenrohr besteht, und enthält das Okularspiegelsystem, welches mit einer oder mehreren Meßmarken versehen ist und die Abbildungsstrahlenbündel in die Richtung der Okularachse oder Okularachsen ablenkt.

Während einseitige Erwärmung des Außenrohres zwar Biegungen des Außenrohres, aber

nicht des Innenrohres zur Folge hat, wirken sich die täglichen und jahreszeitlichen Temperaturschwankungen und mechanische Einflüsse (Erschütterungen usw.) auch auf das Innenrohr aus. Ist der Werkstoff aller Teile nicht vollkommen gleich und innerhalb der ' Einzelteile nicht homogen, dann ergeben die Temperaturschwankungen Formveränderungen. Diese verursachen Änderungen der Abstände der zu den beiden Abbildungsstrahlengängen gehörenden Spiegelflächen und Marken voneinander, welche die an die Entfernungsmesser zu stellenden Genauigkeitsforderungen bereits dann nicht mehr erfüllbar machen, wenn die Abstandsänderungen mehr als ein tausendstel Millimeter betragen. Dasselbe gilt, wenn die eine Spiegelfläche oder beide gemeinsam eine Verschiebung von dieser Größe senkrecht zur Achse des Innenrohres erfahren. Es gelingt zwar, durch eine besonders sorgfältige Behandlung den Werkstoff des Innenrohres und des Prismenstuhles genügend homogen herzustellen, dagegen sind Unterschiede der Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Prismenstuhl und dem Okularspiegelsystem, welches in der Regel aus Glas hergestellt ist, unvermeidlich. Außerdem ist die Verbindung zwischen diesen beiden Teilen bisher nicht einwandfrei ausführbar gewesen, denn die mechanische Befestigung durch Anpressen erzeugte Spannungen und die Kittschichten unterlagen dem Einfluß von Feuchtigkeit und Wärme.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein zur Ablenkung eines konvergenten Abbildungsstrahlenbündels bestimmtes Spiegelsystem, welches mit einer Meßmarke und mit einem Träger zum Zweck seiner Befestigung in einem optischen Meßgerät fest verbunden ist, so zu konstruieren, daß irgendwelche durch die genannten Einflüsse verursachte gegenseitige Verlagerungen die Marke und den zugehörigen Bildpunkt in gleicher Weise beeinflussen. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, dann tritt infolge der Verlagerungen eine Verschiebung zwischen der Marke und dem zugehörigen Bildpunkt auf, die Fehlmessungen bewirkt. Die Lösung der Aufgabe gelingt, indem man gemäß der Erfindung den Träger mittels einer Achse im Meßgerät befestigt, deren Mittellinie in dem virtuellen Spiegelbild des Achsenpunktes der Meßmarkenebene senkrecht auf derjenigen Ebene steht, in welcher die Ablenkung des Achsen-Strahles stattfindet, also in der Regel auf der Meßebene. Es ist selbstverständlich, daß man dabei den Träger aus demselben Stoff herstellen wird, aus welchem das eigentliche Spiegelsystem besteht, oder wenigstens aus einem Stoff, der den gleichen Ausdehnungskoeffizienten hat, damit nicht 'zwischen dem Träger und dem Spiegelsystem durch Temperaturschwankungen verursachte Spannungen auftreten, die beispielsweise Krümmungen der Spiegelebene bewirken können. Der Träger, das Spiegelsystem und die Meßmarke bilden demnach einen starren Körper, und alle_N auf irgendeine Weise hervorgerufenen Verlagerungen dieses starren Körpers in dem Meßgerät können nur in Drehbewegungen um die genannte Achse bestehen. Bei allen diesen Bewegungen bleibt aber der in der Meßebene gelegene Punkt der Achse das Spiegelbild des Achsenpunktes der Meßmarkenebene, und die Meßmarke und der zugehörige Büdpunkt sind gleichen Verlagerungen unterworfen. Überdies wirken sich Verlagerungen der Achse selbst in Richtung des Achsenstrahles des in das Spiegelsystem eintretenden Abbildungsstrahlenbündels nicht schädlich aus, solange das Auge des Beobachters seine normale Lage nicht ändert, bei der die Augenachse mit der optischen Achse des zur Beobachtung der Meßmarke und des Bildes dienenden Okulars zusammenfällt, die senkrecht auf dem Achsenstrahl des in das Spiegelsystem eintretenden Abbildungsstrahlenbündels steht. Bei den letztgenannten Verlagerungen trennen sich zwar Marke und Bildpunkt voneinander, jedoch stets in Richtung der optischen Okularachse. Die dabei auftretende Parallaxe ist auf die Messung ohne Einfluß, und die damit verbundene geringe Abweichung von der Okularbildebene wird unschwer durch das beobachtende Auge überwunden.

Lediglich Verlagerungen der Achse rechtwinklig zur ebengenannten Richtung würden Meßfehler hervorrufen, weil bei diesen Verlagerungen der zur Marke gehörende Bild- "°o punkt seitlich zur optischen Okularachse auswandert. Derartige Verlagerungen der Achse, würden auftreten, wenn sich das Gerät, in dem das Spiegelsystem befestigt ist, durchbiegt. Diese Durchbiegungen sind jedoch, «05 wie schon eingangs erwähnt, durch Anwendung eines Innenrohres vermieden, welches an den Durchbiegungen des Außenrohres nicht in schädlichem Maße teilnimmt.

Wie Versuche gezeigt haben, gelingt es durch Verwendung des der Erfindung entsprechenden Spiegelsystems, die sich infolge thermischer und mechanischer Einflüsse auf das Meßgerät ergebenden schädlichen Verlagerungen des Spiegelsystems, die bisher im »15 allgemeinen stets mehr als ein hundertstel Millimeter betrugen, auf die Größe eines tausendstel Millimeters herabzusetzen. Der Erfindungsgedanke ist dabei keineswegs auf Spiegelsysteme mit nur einer Spiegelfläche beschränkt; er ist mit dem gleichen Vorteil auch bei Spiegelsystemen anwendbar, in

denen das Abbildungsstrahlenbüadel beliebig oft, z. B. auch nicht nur in der Meßebene, reflektiert wird. Die Drehachse des Spiegelsystems muß dabei sinngemäß stets senkrecht auf der Ebene stehen, in welcher die Unempfindlichkeit des Spiegelsystems gefordert werden muß, also in der Meßebene, auch wenn die optische Okularachse nicht in die Meßebene fällt.

ίο In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Abb. ι zeigt das erste Beispiel im Mittelschnitt im Grundriß. In Abb. 2 ist das zweite Ausführungsbeispiel im Grundriß dargestellt. Abb. 3 gibt eine Ansicht dieses Beispiels in Richtung des Pfeiles A der Abb. 2, Abb. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles B der Abb. 2 wieder.

Beim ersten Beispiel (Abb. 1) besteht das Spiegelsystem aus einem Planspiegel a mit spiegelnder Oberfläche, der mit einem Träger b und einem Zeiger c fest verbunden ist. Das Spiegelsystem ist dazu bestimmt, ein von einem optischen System d erzeugtes konvergentes Abbildungsstrahlenbündel rechtwinklig abzulenken. Beim Fehlen des Spiegelsystems würden sich die Abbildungsstrahlen in einem Punkt e der Achse des Abbildungsstrahlenbündels vereinigen. Dieser Punkt e ist das virtuelle Spiegelbild eines Punktes f, der durch die Spitze des Zeigers c bezeichnet ist und in der Objektivbildebene liegt. Der Punkt e ist ein Achsenpunkt eines Bolzens g, der auf der durch den einfallenden und den gespiegelten Achsenstrahl bestimmten Ebene senkrecht steht und zur Befestigung des Trägers b mit dem Spiegel α in dem in Frage kommenden Gerät bestimmt ist.

Das zweite Ausführungsbeispiel (Abb. 2 bis 4) ist ein Okularspiegelsystem für einen stereoskopischen Entfernungsmesser. Als spiegelndes Element dient hierbei ein Glasprisma/i, dessen spiegelnde Fläche unter 45⁰ zur Eintrittsrichtung des Achsenstrahles eines von einem Entfernungsmesserobjektiv i erzeugten konvergenten Abbildungsstrahlenbündels geneigt und zum Zwecke der Bildumkehr in der Höhenrichtung als Dachfläche ausgebildet ist. Das Prisma h ist mit einem Träger verkittet, der aus zwei planparallen Platten k aus demselben Glas besteht. Beim Fehlen des Spiegelsystems ,würden sich die Abbildungsstrahlen in einem. Punkt/ der Achse des eintretenden Abbildungsstrahlenbündels vereinigen, der zwischen den beiden Glasplatten k liegt. In diesem Punkt / steht die Achse eines in Bohrungen der Glasplatten k befestigten Bolzens m senkrecht auf der durch den eintretenden und den zurückgeworfenen Achsenstrahl bestimmten Ebene. Der Bolzen m dient zur Befestigung des Spiegelsystems im Prismenstuhl am Innenrohr des Entfernungsmessers. Dem Punkt / entspricht unter Berücksichtigung des längeren Weges der Strahlen im' Glase ein Punkt η der Strahlenaustrittsfläche des Prismas h. Diese Strahlenaustrittsfläche ist die Objektivbildebene und ist mit einer Meßmarke 0 ausgestattet, die zum Schütze gegen Beschädigungen mit einem Glasplättchen p bedeckt ist.

Infolge der Lagerung des Trägers k, k mittels des Bolzens m könnte das Spiegelsystem lediglich Drehungen um die Achse des Bolzens m ausführen, bei denen das vom Objektiv i erzeugte Bild und die Marke 0 die gleiche Verlagerung erfahren. Es würde also bei diesen Drehbewegungen keine Verschiebung zwischen dem Bilde und der Marke auftreten, und die Winkelmessung wird demzufolge nicht verfälscht, auch wenn der Ablenkungswinkel der Spiegelung von 90⁰ verschieden ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zur Ablenkung eines konvergenten Abbildungsstrahlenbündels bestimmtes Spiegelsystem, welches mit einer Meßmarke und mit einem Träger zum Zweck seiner Befestigung in einem optischen Meßgerät fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger mittels einer Achse im Meßgerät befestigt ist, deren Mittellinie in dem virtuellen Spiegelbild des Achsenpunktes der Meßmarkenebene senkrecht auf der Meßebene steht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen