Zielfernrohr für Nivellier- und ähnliche Instrumente
Bei Nivellierinstrumenten
und ähnlichen geodätischen Geräten wird die Horizontierung der Ziellinie in den
meisten Fällen mit Hilfe von Libellen durchgeführt. Das Arbeiten mit Libellen schließt
aber bekanntlich eine Reihe von Nachteilen ein; insbesondere ist der dabei nötige
Zeitaufwand für das Einstellen der Blase sehr lästig. Man hat daher bereits verschiedentlich
Anordnungen vorgeschlagen, die nach dem groben Richten des Fernrohrs auf das Ziel
eine selbsttätige Einstellung der Ziellinie auf die genaue Horizontale bewirken,
z. B. durch einen pendelnd aufgehängten, unter Einuo rkung der Schwerkraft seine
Richtung im Raume beibehaltenen Planspiegel, an dem die Lichtstrahlen reflektiert
werden. Die Erfindung schlägt demgegenüber die Verwendung eines pendelnd aufgehängten
sphärischen Hohlspiegels vor. Dies hat den Vorteil, daß eine gedrängte Bauweise
des Geräts möglich ist, da Hohlspiegel große Öffnungsverhältnisse zulassen. Darüber
hinaus gewährleistet die Verwendung eines pendelnd gelagerten sphärischen Hohlspiegels
eine einwandfreie optische Abbildung auch bei Extremlagen des Spiegels, was bei
ebenen Spiegeln nicht der Fall ist. Die Strahlen des von einem sammelnden System
erzeugten Bildes des Objekts werden nach der Anordnung der Erfindung über einen
kleinen, ungefähr am Bildort befindlichen und mit dem sammelnden System fest verbundenen
ebenen
Hilfsspiegel dem pendelnd gelagerten sphärischen Hohlspiegel zugeleitet, der das
Licht, gegebenenfalls unter Verwendung weiterer mit dem Gerät fest verbundener Hilfsspiegel,
im parallelen Strahlengang dem eigentlichen Beobachtungsfernrohr zuführt, wobei
der Pendelaufhängepunkt des sphärischen Hohlspiegels auf der durch den kleinen Hilfsspiegel
gespiegelten Achse des sammelnden Systems liegt und die Entfernung des Krümmungsmittelpunkts
des sphärischen Hohlspiegels vom Pendelaufhängepunkt gleich der Brennweite des sammelnden
Systems ist. Das bei dieser Anordnung von dem sammelnden System bei dem kleinen
Hilfsspiegel erzeugte reelle Bild des Objekts wandert bei kleinen Neigungen des
Geräts um den Betrag fi aus der optischen Achse aus, wenn f1 die Brennweite des
sammelnden Systems und X der Neigungswinkel des Zielfernrohrs ist.-Damit ändert
sich die Richtung der am ebenen Hilfsspiegel reflektierten und auf den pendelnd
gelagerten Hohlspiegel fallenden Strahlenbündel, und die am pendelnd gelagerten
Hohlspiegel reflektierten Lichtstrahlen verlassen diesen als Parallelstrahlenbündel
in Richtung der Verbindungslinie zwischen dem Krümmungsmittelpunkt des pendelnd
gelag-erten Hohlspiegels und dem vom sammelnden System erzeugten Bild. Da nun der
Hohlspiegel bei der Neigung des Geräts um den Winkelu um den Pendelaufhängepunkt
ausschwingt und da der Krümmungsmittelpunkt des Hohlspiegels einen Abstand vom Aufhängepunkt
gleich der Brennweiteti des sammelnden Systems hat, wird der Krümmungsmittelpunkt
ebenso wie das vom sammelnden System erzeugte Bild um den Betrag fi n zl ausgelenkt,
d. h. das vom Hohlspiegel weitergeleitete Strahlenbündel behält seine Achsenrichtung
unverändert bei; es wird lediglich um den kleinen Betrag X der Ausweichung parallel
zu sich selbst versetzt. Das glejche gilt damit auch für das in das eigentliche
Fernrohr eintretende Strahlenbündel, d. h. auch die Ziellinie bleibt trotz der Schwankungen
des Geräts unverändert. Es ist einleuchtend, daß die angestrebte Wirkung nur eintritt,
wenn der Hohlspiegel eine genaue Kugelfläche bildet, da nur diese die Eigenschaft
besitzt, bei einer Bewegung des' Spiegeis um den Krümmungsmittelpunkt unabhängig
von der jeweiligen Lage ein auftreffendes Lichtbündel stets in der gleichen Weise
zu reflektieren. Das sammelnde System, das die vom Objekt kommenden Strahlen aufnimmt,
kann sowohl von einem Linsensystem als auch von einem Spiegelsystem, beispielsweise
einem Parabolspiegel oder einem Schmidtschen Spiegelsystem, gebildet werden. Um
die Abbildungsfehler des pendelnden Hohlspiegels zu beseitigen, empfiehlt es sich,
ihn mit einer Schmidtschen Korrektionsplatte zu verbinden, wobei man bekanntlich
zweckmäßig die Schmidtsche Platte in der Nähe des Krümmungsmittelpunkts des Hohlspiegels
anbringt.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist in der Zeichnung ein
Ausführungsbeispiel durch einen schematischen Längsschnitt dargestellt, bei dem
die Einblickrichtung des Geräts parallel zur Ausblickrichtung liegt und als sammelndes
System ein Schmidtsches Spiegelsystem verwendet ist. Das sammelnde System wird verkörpert
durch einen sphärischen Hohlspiegel a und eine damit zusammenwirkende Schmidtsche
Korrektionsplatte b. Im Abstand der Brennweitefi dieses Systems befindet sich fest
damit verbunden ein kleiner, unter 450 zur Achse liegender Planspiegel c, der die
auftreffenden Strahlen nach unten einem pendelnd gelagerten sphärischen Hohlspiegel
d zuführt. Dieser leitet die Strahlen als paralIelstrahliges Bündel durch eine Schmidtsche
Korrektionsplatte e hindurch über einen mit dem sphärischen Hohlspiegel a fest verbundenen
Spiegel t in das eigentliche Beobachtungsfernrohr, das von einem Objektiv g, einem
Okular h und einer Strichplatte i gebildet wird und ebenfalls mit dem sphärischen
Hohlspiegel a fest verbunden ist. Die Schmidtsche Platte e liegt dicht bei dem mit
A bezeichneten Krümmungsmittelpunkt des Hohlspiegels d und ist fest mit letzterem
verbunden, so daß sie die Pendelbewegung mitmacht. Das pendelnde System d, e schwingt
um einen Punkt B oberhalb des Systems d, e, und der Abstand des Punktes A vom Drehpunkt
B ist gleich der Brennweitet, des Spiegels a. Wird das Gerät um einen kleinen Winkel
u geneigt, dann fallen die ursprünglich parallel zur optischen Achse des sammelnden
Systems liegenden -Strahlen unter den Winkel u zur optischen Achse des sammelnden
Systems in das Gerät ein. Das pendelnd gelagerte System d> e behält dabei seine
Richtung im Raum unveränderbar bei. Bezüglich der übrigen Fernrohrteile führt es
jedoch eine Relativbewegung aus. Die Kippung des Fernrohres ist deshalb gleichbedeutend
damit, daß die in das Fernrohr einfallenden Strahlen um den Winkel u geneigt werden
und gleichzeitig das pendelnd gelagerte System d, e um - den Aufhängepunkt B um
~ den Winkel u entsprechend gedreht wird. Dieser Vorgang ist in der Figur gestrichelt
gezeichnet dargestellt. Neigen sich die ausgezogenen Lichtstrahlen um den Winkel
u in die gestrichelt gezeichnete Lage, so wandert das von a erzeugte Bild des Objekts
um den Betrag fl nach oben aus, und das vom Hohlspiegel a erzeugte Bild verschiebt
sich vermöge der Reflexion am Spiegel c um den Betragf,u längs der optischen Achse
des Hohl'spiegels a. Da das Pendel d, e um-den Punkt B ebenfalls um den Winkel u
nach der Seite ausgewandert ist und da der Abstand des Krümmungsmittelpunktes A
vom Aufhängepunkt B gleich fl ist, schwingt der Krümmungsmittelpunkt A ebenfalls
um den Betrag fi , u, d h. die optische Achse des pendelnden Spiegelsystems d, e
wandert parallel zu sich selbst um diesen Betrag nach der Seite. Da aber zwischen
dem Hohlspiegel d und dem Objektiv paralleler Strahlengang herrscht, behält die
Ziellinie ihre Richtung unverändert bei.