Fernrohr mit einem Lichtlenkpendel Seit langem sind optische Geräte - hauptsäch lich Nivelliergeräte - bekannt, deren Fernrohr mit einem zur selbsttätigen Einstellung der optischen Ziel linie dienenden, mittels der Schwerkraft bewegten Lichtlenker ausgerüstet ist. Bei den bisher verwen deten derartigen Geräten war man in der Hauptsache bestrebt, bei der nach dem Einvisieren des Fernrohrs hinterbliebenen Winkelabweichungen a irgendeiner Grösse durch den sich bewegenden Lichtlenker den Lichtstrahl mit einem a übertreffenden Winkel /3 auf die gewünschte Stelle der Fadenplatte zurückzulen ken.
Diese anhand der sogenannten Winkelvergrö sserung erfolgende Strahlenrücklenkung ist nötig, um den Strahllenker in der Nähe der Fadenplatte unter bringen zu können, einesteils, da mit Rücksicht auf den sich ständig vermindernden Durchmesser der konvergierenden Abbildungsstrahlkegel an dieser Stelle ein kleinerer Lichtlenker verwendet werden kann, anderseits, damit bei Fernrohren mit moderner Innenfokussierung der zwischen dem Mittelteil und dem Objektiv befindliche Raum notwendigerweise für andere optische Elemente frenbleiben kann.
Aus obigem folgt, dass der einfache physikalische Pendel von einer stabilen Gleichgewichtslage, der den Lichtstrahl höchstens um einen Winkel a, also ohne Winkelvergrösserung zurücklenkt, für obigen Zweck im allgemeinen nicht verwendbar ist, wo doch der selbe auf die bekannten, mit Winkelvergrösserung arbeitenden Lösungen bezogen, mehrere Vorteile verkörpern würde.
Erfindungsgemäss ist das Fernrohr mit einem Lichtlenkpendel, welcher die optische Ziellinie, bei in vorher bestimmten Grenzen erfolgenden Schwen kungen des Fernrohres selbsttätig in der vorgeschrie benen konstanten Richtung beibehält, gekennzeichnet, durch eine solche Ausbildung, dass der durch die am Pendel angeordneten Spiegelflächen zurückgeworfene, die optische Ziellinie des Fernrohres bestimmende Lichtstrahl zumindest zweimal zurückgeworfen wird, wobei die Ziellinie ausserdem einmal auch durch eine bezüglich des Fernrohres unbeweglich montierte Spie gelanordnung zurückgeworfen wird.
Unter solchen Bedingungen kommt nämlich die mit Hilfe einer Winkelvergrösserung auf optischem Wege erfolgende Strahlrücklenkung bereits bei der zweiten beweglichen Spiegelung zustande.
Der geschilderte Erfindungsgedanke kann in man nigfaltiger Weise verwirklicht werden. Die Fig. 1, 2 und 3 veranschaulichen beispielsweise Lösungen im Zusammenhang mit Nivelliergeräten.
Fig. 1 stellt das Fernrohr eines in der Zeichnungs ebene um den Winkel a geneigten Nivelliergerätes in Längsschnitt dar. Zum Zwecke einer entsprechen- deren übersichtlichkeit wurde das optische Abbil dungssystem bloss durch das resultierende Objektiv 1 ersetzt. Bei waagrechter Fernrohrstellung wird die optische Ziellinie durch die ihre Richtung an meh reren Stellen ändernde Strichpunktlinie 2 dargestellt.
Die auf die waagrechte Fernrohrstellung bezogende relative Lage der auf deml'ende13 befindlichenSpiegel- flächen ist durch die Strichpunktlinien 4 und 5 dar gestellt. Die Drehachse F des Pendels steht senkrecht zur Zeichnungsebene. Das reibungslose Arbeiten des Pendels wird durch eine bei den Pendeluhren be kannte Aufhängung auf einen oder mehrere Fäden 6 von beliebigem Querschnitt gewährleistet.
Wird das Fernrohr um einen bestimmten Winkel a geneigt, so ist der Pendel unter der Einwirkung der Schwerkraft bestrebt, seine Winkelstellung beizubehalten und wird demnach, auf die waagrechte Lage des Fernrohrs bezogen, relativ um den Winkel ca verschwenkt. Bezüglich des Faktors c, welcher in jedem Falle kleiner als die Einheit ist, wird der auf die Winkelver drehung ausgeübte Einfluss der Aufhängefäden berück- sichtigt. Es ist ein Vorteil, wenn bei Verwendung meh rerer Aufhängefäden diese in einer einzigen Ebene angeordnet werden.
Bei der in Fig. 1 dargestellten geneigten Stellung schreitet der im Punkt A eipla- gende waagrechte Lichtstrahl bezüglich der optischen Achse des Fernrohrs bis zum Punkte 6 in diver genter Lage fort, gemäss einem Winkel a auf die optische Achse des Fernrohrs bezogen. Unter Ein wirkung der auf dem Pendel 3 untergebrachten Spie gelfläche 8 bewegt sich der Lichtstrahl im Abschnitt <I>GH</I> bereits gemäss dem Winkel<I>(2 c-1) a</I> :in einer konvergenten Lage zur optischen Achse fort.
Dieses Mass der Konvergenz wird durch den Lichtstrahl auch weiterhin beibehalten, nachdem der Lichtstrahl vom Punkt H der auf das Fernrohr bezogen unbeweglich montierten Spiegelfläche 9 zurückgeworfen wurde und zwischen den Punkten<I>H</I> und<I>I</I> passiert hat.
Nachdem derselbe vom Punkt I der Spiegelfläche 10 zurückgeworfen worden ist, vergrössert sich der Win kel der Konvergenz auf (I <I>= (4 c-1) a.</I> Die Bedin gung dafür, dass der konvergente Strahl 11 auch in diesem Falle auf Punkt E der Fadenplatte falle, genau so, wie dies bei einer waagrechten Fernrohrstellung der Fall ist, ist, dass der Gleichung f = 2c (s1 + 2s2) (1) Genüge geleistet werden soll, wo f die resultierende Brennweite des optischen Systems,
s1 den Weg der ersten Strahlrücklenkung zwischen den Punkten G und 1, und s2 den Weg der zweiten Strahlenrücklen- kung zwischen 1 und E bedeutet. Die Gleichung (1) ist bei derartigen Werten des Winkels gültig, wo Näherungen von sin <I>a</I> .- : arc <I>a</I> und cos <I>a</I> .@ <I>1</I> unter Berücksichtigung der erwünschten Genauigkeit noch gestattet sind.
Der numerische Wert des im obigen bereits gekenn zeichneten Faktors c hängt bloss ,von den Abmessungen und dem Elastizitätsmodul der Aufhängefäden sowie vom Gewicht des Schwingungssystems ab, ist aber so lange von der Winkelverdrehung unabhängig, bis die Biegungsfestigkeit des oder der Anhängemittel 6 innerhalb der Grenze der Proportionalität verbleiben und bis der Wert von sing innerhalb des fraglichen und vorher bestimmten Gebietes als eine lineare Funktion angesprochen werden kann.
Das Arbeitsprinzip der beispielsweisen Aus führungsformen, die auf Fig. 2 in Längsschnitt und auf Fig. 3 perspektivisch dargestellt sind, stimmt mit dem anhand der Fig. 1 einge hend Geschilderten überein, so dass die in jenem Zusammenhang erörterten Erläuterungen sich sinn gemäss auch auf diese erstrecken.
Die dispositionellen Abweichungen sind: bei der Einrichtung laut Fig. 1 befindet sich die optische Achse des Instrumentes in einer Ebene und ist mit zwei beweglichen Spiegeln 8 und 10 und mit einem unbeweglichen Spiegel 9 versehen. Das durch das positive Okular wahrge nommene Bild ist aufrecht und seitenverkehrt. Wer den als Verspiegelungsflächen Prismen verwendet, kann durch eine Dachkantausbildung eines der beiden Prismen das durch das Okular beobachtete Bild seitenrichtig gestaltet werden.
Gemäss der Anordnung nach Fig. 2 befindet sich zwar die optische Achse des Instrumentes in einer Ebene, ist jedoch mit einem einzigen beweglichen Spiegel 8 und mit einem stillstehenden Spiegel 9 ausge rüstet. Das rasche Einstellen der Ziellinie wird durch die Dämpfungseinnichtung 14 unterstützt. Zur gün stigen Einstellung der Sichtungsrichtung wird auch noch ein Lichtlenker 15 untergebracht. Das durch das Okular 13 beobachtete Bild ist umgekehrt und seitenverkehrt.
Bei der beispielsweisen Ausführung nach Fig. 3 liegt die optische Achse nicht in einer Ebene, da die auf dem Pendel 3 untergebrachten zwei Spiegelflä chen 8 und 10 hintereinander und aufeinander senk recht stehend angeordnet sind und die Spiegelflächen 9, auf das Fernrohr bezogen, unbewegbar und eben falls in zwei zueinander senkrechten Ebenen ange ordnet sind. Das durch das Okular 13 beobachtete Bild ist selbst ohne Verwendung eines Dachkant prisma aufrecht. Bei sämtlichen Ausführungsformen sind die Pen del auf Fäden aufgehängt, trotzdem dass dies bloss bei Fig. 1 so dargestellt ist; bei den weiteren Bei spielen sind zwecks besserer Übersichtlichkeit ein fache Lagerungen dargestellt.
Gleichfalls können bei sämtlichen Ausführungs beispielen als Verspiegelungsflächen auch nach opti schen Gesetzmässigkeiten ausgebildete Prismen ver wendet werden, wie dies auch im Falle der Fig. 3 beispielsweise veranschaulicht ist. In einem solchen Falle muss aber, falls die Formel 1 angewendet wird bzw. bei der Einregelung des Instrumentes, auch der Einfluss des sogenannten Glasweges auf die Stelle der Bildebene in Betracht gezogen werden. Zweck mässig wird der Pendel bei sämtlichen Beispielen auch mit einem Schwingungsdämpfer versehen, wie dies in Fig. 2 dargestellt erscheint.
Der Pendel kann auch auf einen in umgekehrter V-Form angeordneten Faden so aufgehängt werden, dass sich die Schenkel des V dem Pendel, die Spitze hingegen dem unbeweglichen Teil anschliessen, durch welche Anordnung eine Vermeidung der Para sitenschwingungen herbeigeführt wird, aus welchem Grunde auch für keine Dämpfung gesorgt zu werden hat.
Beispielsweise Ausführungsformen einer solchen Pendelaufhängung zeigen Fig. 4 und 5. Fig. 4 stellt perspektivisch und skizzenartig den an den Fäden 6 aufgehängten Pendel 3 dar, auf welchen Pendel die der Drehungsachse F parallel, von derselben jedoch in verschiedenen Abständen liegenden, aus elektrisch leitendem Material hergestellten Bestandteile 20 und 21 montiert sind, die in das Kraftfeld der Perma nentmagnete 22 hineinragen. Die Anordnung ist zweckmässig solcherart, dass die Kraftlinien des Ma gnetfeldes auf die Ebenen- der Platten 20 und 21 senkrecht stehen.
Bekannterweise werden bei einer solchen Anordnung jegliche, in der Plattenebene erfolgende Bewegungen durch die entstehenden Wir belströme gebremst. Mit Rücksicht darauf, dass die Dämpfungsmittel 20 der Drehachse des Pendels näher liegen als das Dämpfungsmittel 21, werden die Schwingungen des Pendels 3 nicht bloss um die Achse F herum, sondern auch um jede beliebige Achse ge dämpft.
Fig. 5 stellt skizzenartig und perspektivisch eine Anordnung dar, bei welcher der Pendelkörper 3 in umgekehrter V-Form angeordneten, in dachförmigen Ebenen befindlichen Fäden 6 angehängt ist. Die Fäden schliessen sich der Dachkante entlang - die zugleich die Drehachse des Pendels F darstellt - dem unbeweglichen Teil 23 der Einrichtung an. Die auf der entgegengesetzten Seite der Fäden befindlichen Enden sind mit dem Pendelkörper 3 in Verbindung, an dessen unterem Ende der beispielsweise dargestellte Luftkammerschwingungsdämpfer untergebracht ist.
Bei der geschilderten Anordnung kann der Pendel bloss um die Achse X bzw. um die zu letzterer paral lelen Achsen herum ungedämpfte Schwingungen voll führen. Mit Rücksicht auf die dachartige Aufhän gung können um die auf der Figur dargestellten Achsen Y und Z und um die mit letzteren parallelen Achsen herum keine Parasitenschwingungen ent stehen, aus welchem Grunde diese nicht gedämpft zu werden brauchen.
Fig. 6 stellt schematisch ein Höhenwinkelmess- instrument dar, bei welchem die Lage der Teilungen 27 eines mit dem Winkelfernrohr 25 starr verbunde nen Kreises 26 als Beispiel zu dem in Fig. 1 darge stellten Fernrohr mit einem letzterem ähnlichen Mikroskop 28 abgelesen werden kann, bei welchem die selbsttätige Einstellung der Visierlinie im Zusam menhang mit Fig. 1 bereits eingehend beschrieben worden ist.