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Kollimatorsystem Im Patent 733 576 ist ein zur Erzeugung optischer
Meßmarken für Entfernungsmesser dienendes Kollimatorsystem behandelt, das aus zwei
gleichachsigen, mit je einer körperlichen Marke verbundenen Kollimatorobjektiven
besteht und bei dem die schädliche Wirkung der Drehungen eines der beiden Objektive
nebst der Marke dadurch ausgeschaltet wird, daß die Marke so angeordnet ist, daß
das Bild des Achsenpunktes der Marke, welches von demjenigen Teil des damit verbundenen
Objektivs erzeugt wird, das auf der dem andern Objektiv zugekehrten Seite der Marke
liegt, mit dem Punkt zusammenfällt, welcher für die Abbildung der anderen Marke
der dingseitige Hauptpunkt des Objektivs ist. Es bleibt bei einer solchen Ausführung
des Kollimatorsysterns der Winkel, den die Achsen der die Marke abbildenden Strahlenbündel
einschließen, unverändert erhalten auch dann, wenn das eine der beiden Objektive
des Kollimatorsystems beliebige kleine Bewegungen ausführt. Dies gilt jedoch nur
für Bewegungen, die eines der beiden Objektive als Ganzes ausführt. Handelt es sich
um ein aus mehreren Gliedern bestehendes Objektiv, so müssen zur Erfüllung dieser
Bedingungen alle Glieder gemeinsam gefaßt sein und so gut in ihrer Fassung gehalten
werden, daß sie wie ein starres Ganzes angesehen werden können. Diese Bedingung
läßt sieh um so leichter erfüllen, aus je weniger Gliedern das Objektiv besteht.
Bei der hohen Meßgenauigkeit, die von einem
Entfernungsmesser gefordert
wird, bereitet aber die Fassung auch für nur zwei Glieder schon erhebliche Schwierigkeiten.
Nimmt man für ein solches Kollimatorsystem die Brennweite des Objektivs beispielsweise
mit einem häufig vorkommenden Wert von aoo mm an und setzt für jedes Objektiv ein
aus einer Sammel- und einer Zerstreuungslinse bestehendes achromatisches System
voraus, so würde bei Verwendung der üblichen Glasarten die Zerstreuungslinse etwa
die Hälfte der Brechkraft der Sammellinse besitzen. Nimmt man weiterhin an, daß
der Abstand zwischen den beiden Gliedern klein ist und die Linsen dünn sind, so
haben dann auch die Zerstreuungslinsen eine Brennweite von aoo mm. Die Verschiebung
einer solchen Zerstreuungslinse gegenüber der die Marke tragenden Sammellinse in
einer zur optischen Achse senkrechten Richtung um einTausendstelmillimeter würde
dann eine Ablenkung von einer r" bewirken, die aber bei Entfernungsmessern von mehr
als zehnfacher Vergrößerung bereits den zulässigen Mindestfehler überschreiten würde.
Es ist schwierig, Linsen ohne Verspannung in einer Metallfassung so zu lagern, daß
so kleine, durch thermische und mechanische Einflüsse hervorgerufene, senkrecht
auf die optische Achse des Objektivs wirkende Bewegungen ausgeschlossen werden.
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Um diese Schwierigkeit zu beheben, wird nach der Erfindung bei einem
Kollimatorsystem mit zwei gleichachsigen, aus je zwei Gliedern bestehenden Kollimatorobjektiven
die Brechkraft des die Marke tragenden Gliedes wesentlich größer, zweckmäßig mindestens
viermal so groß, als die des anderen Gliedes des Objektivs gewählt. Bei einem solchen
Kollimatorsy stem üben dann kleine Bewegungen des schwächer brechenden Gliedes des
Objektivs in einer senkrecht zur optischen Achse liegenden Richtung keinen merkbaren
Einfluß auf die Ablenkung der Strahlenbündel aus.
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Diese Ausführungsart bietet außerdem die Möglichkeit, beim Zusammenbau
des Entfernungsmessers den Abstand zwischen den Gliedern des Objektivs noch kleinen
Änderungen zu unterwerfen, wodurch sich bekanntlich die Größe der Objektivbrennweitebeeinflussen
läßt.Das schwächer brechende Glied des Objektivs kann eine Sammellinse oder eine
Zerstreuungslinse sein.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, die schwächer brechenden. Glieder der
beiden Objektive voneinander abgekehrt anzuordnen. Würden diese Glieder einander
zugekehrt liegen, so würde eine Verschiebung in axialer Richtung gegenüber dem stärker
brechenden Glied sowohl den Bildort als auch die Brennweite des Objektivs beeinflussen.
Wenn man also genötigt ist, beim Zusammenbau zur Änderung der Brennweite eine Verschiebung
des schwächer brechenden Gliedes vorzunehmen, so würde das Bild. stets unscharf
und müßte erst durch neue Fokussierung des Objektivs scharf eingestellt werden.
Hierdurch wird der Zusammenbau des Entfernungsmessers wesentlich erschwert. Sind
dagegen die schwächer brechenden Glieder voneinander abgekehrt angeordnet, so ist
ihr Einfluß bei kleinen Verschiebungen in axialer Richtung auf die Brennweite derselbe,
der Einfluß auf den Bildort dagegen unmerklich.
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Da es notwendig ist, daß für den Zusammenbau des Entfernungsmessers
die Schnittweiten der stärker brechenden Glieder der beiden Objektive mit großer
Genauigkeit übereinstimmen, so läßt sich diese Bedingung in der Werkstatt leichter
erfüllen, wenn die stärker brechenden Glieder nicht aus einem achromatischen Linsenpaar,
sondern aus einfachen Sammellinsen hergestellt sind, für deren Herstellung nur die
Maße von zwei brechenden Flächen einzuhalten sind. Es ist daher vorteilhaft, das
stärker brechende Glied des Objektivs aus einer einfachen Sammellinse herzustellen
und das Objektiv mit Hilfe des schwächer brechenden Gliedes achromatisch zu korrigieren.
Für diesen Zweck ist dieses Glied aus zwei Linsen herzustellen, die miteinander,
z. B. durch Verkitten, starr zu einem Ganzen verbunden sind.
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Fällt bei dem erfindungsgemäßen Kollimatorsystem der Achsenpunkt der
Marke mit dem Punkt zusammen, welcher für die Abbildung der anderen Marke der dingseitige
Hauptpunkt des Objektivs ist, so wird, wenn das schwächer brechende Glied des Objektivs
zwecks Änderung der Brennweite verschoben wird, der Hauptpunkt ungefähr ebensoviel
gegenüber der Meßmarke verschoben, wie die Brennweitenänderung beträgt. Diese Verschiebung
ist bei kleinen Brennweiten, wie sie bei Entfernungsmessern mit kurzer Standlinie
vorkommt, zu unerheblich, als daß sie bereits eine Empfindlichkeit des ganzen Objektivs
gegen die zu erwartenden Drehungen bewirken könnte. Die Verschiebung zwischen dem
Hauptpunkt und der Meßmarke wird bei sorgfältiger Anfertigung des stärker brechenden
Gliedes nur wenige Tausendstel der Brennweite, also nur einige Zehntelmillimeter
betragen. Bei Entfernungsmessern mit großer Standlinie, bei denen die Objektivbrennweiten
des Kollimatorsystems entsprechend größer sind, ist jedoch diese Verschiebung zwischen
dem Hauptpunkt und der Meßmarke bereits unerwünscht. In solchen Fällen läßt sich
die notwendige Unempfindlichkeit des Kollimatorsystems nur dadurch erreichen, daß
das stärker brechende Glied des Objektivs mit genauer Brennweite ausgeführt wird.
Das schwächer brechende Glied würde sich erübrigen, wenn das stärker brechende Glied
achromatisch gemacht ist. Da es aber, wie oben erwähnt, für die Werkstatt eine größere
Arbeit erfordert, eine genaue Brennweite bei einem achromatischen Linsenpaar einzuhalten
als bei einer Einzellinse, so ist es zum Zwecke der Achromatisierung des Objektivs
vorteilhaft, ein aus zwei Linsen bestehendes schwächer brechendes Glied beizubehalten
und dieses zur Ausschaltung der Einflüsse der Querverschiebung und der Drehung auf
ein paralleles Strahlenbündel gemäß weiterer Erfindung als ein afokales System mit
etwa einfacher Vergrößerung auszuführen. Als afokales System verwendet man ein solches,
das aus einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse besteht, die beide, z. B.
durch Verkitten, starr miteinander
verbunden sind und zusammen
für eine mittlere Farbe wie eine planparallele Platte wirken. Mit diesem System
läßt sich außer der chromatischen, soweit erforderlich, auch die sphärische Korrektion
des Objektivs erzielen.
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Drei Ausführungsbeispiele von Kollimatoren gemäß der Erfindung sind
in den Abb. i bis 3 der Zeichnung in schematischen Mittelschnitten dargestellt.
Die Kollimatorobjektive der beiden ersten Beispiele haben die gleiche Brennweite
F von Zoo mm, während das letzte Beispiel des Kollimators eine Brennweite F' von
i8oo mm hat. Zur Vereinfachung der Darstellung sind als Kollimatormarken die Achsenpunkte
dieser Marken angegeben. Jedes dieser Beispiele hat zwei gleichachsig und zu einer
zur Zeichenebene senkrechten Ebene symmetrisch angeordnete gleiche Objektive, deren
jedes mit einer Marke verbunden ist.
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Bei dem Beispiel nach Abb. i besteht jedes der beiden Kollimatorobjektive
aus zwei Gliedern i und 2 bzw. 3 und 4, von denen die Glieder i und 3 eine Brennweite
Fi von 200 mm und die Glieder 2 und 4 eine Brennweite F2 von 3000 mm haben.
Das stärker brechende achromatische Glied i bzw. 3 besteht aus einer Sammellinse
und einer Zerstreuungslinse, die beide miteinander verkittet sind, während das schwächer
brechende Glied 2 bzw. 4 eine Zerstreuungslinse ist. In den einander zugekehrten
Scheitelpunkten der beiden innenliegenden Glieder i und 3 befinden sich die Marken
111 und Mz, wobei jede dieser Marken mit dem dingseitigen Hauptpunkt Hl bzw. H2
des Objektivs zusammenfällt und der Hauptpunkt Hl mit dem Brennpunkt des rechten
Objektivs 3, 4 und der Hauptpunkt H2 mit dem Brennpunkt des linken Objektivs i,
2 zusammenfallen soll. Ist der Abstand der Punkte Hl und H2 voneinander gleich F,
dann treten die beiden Abbildungsstrahlenbündel der Marken Ml und M2 aus den Kollimatorobjektiven
als parallelstrahlige Bündel aus, und der von den Achsenstrahlen der beiden Bündel
eingeschlossene Winkel von i8o° bleibt bei kleinen Drehungen der Objektive um beliebige
Achsen und bei kleinen Querverschiebungen des schwächer brechenden Gliedes des Objektivs
unverändert. Die schwächer brechenden Glieder 2 und 4 liegen voneinander abgekehrt
und sind in Richtung ihrer optischen Achsen verschiebbar angeordnet zu denken, so
daß sich beim Zusammenbau des Kollimators noch kleine Abstandsänderungen zwischen
den Gliedern des Objektivs durchführen lassen, um die Objektivbrennweite dem Wert
F genau anpassen zu können.
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Bei dem Beispiel nach Abb. 2 sind im Gegensatz zu dem ersten Beispiel
die einander zugekehrten stärker brechenden Glieder i' und 2' der Objektive einfache
Sammellinsen, während das Objektiv mit Hilfe des schwächer brechenden Gliedes 2'
bzw. 4' achromatisch korrigiert wird, das aus einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse
besteht, die miteinander verkittet sind. Die Glieder i' und 3' haben je eine Brennweite
F3 von 187 mm und die Glieder 2' und q.' je eine Brennweite F4 von 2840 mm. Die
Marken M3 und M4 befinden sich in den einander zugekehrten Scheitelpunkten der Linsen
i' und 3', wobei jede der Marken mit dem dingseitigen Hauptpunkt H3 bzw. H4 des
Objektivs zusammenfällt. Der Abstand dieser Punkte H3 und H4 voneinander ist gleich
dem Wert F.
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In Abb.3 ist ein Beispiel veranschaulicht, bei dem die Brennweite
des Objektivs i8oo mm beträgt. Das stärker brechende Glied i" bzw. 3" der Objektive
ist eine einfache Sammellinse, während das Objektiv mit dem Glied 2" bzw. 4" achromatisch
und, soweit erforderlich, sphärisch korrigiert ist. Dieses Glied bildet ein afokales
System mit einfacher Vergrößerung und besteht aus einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse,
die miteinander verkittet sind und für eine mittlere Farbe wie eine planparallele
Platte wirken. Die Glieder i" und 3" haben eine Brennweite F5 von 18oo mm. In den
einander zugekehrten Scheitelpunkten der beiden Glieder i" und 3" liegen die Marken
M, und Ms. Jede dieser Marken fällt mit dem dingseitigen Hauptpunkt H5 bzw. He des
Objektivs zusammen, die in einem Abstand von F' voneinander angeordnet sind.