Mess-oder Zielfernrohr
Die Erfindung betrifft ein Mess-oder Zielfernrohr mit einem Zielmarkenträger und einem selbsttätigen Ziellinienregler, das besonders für geodätische und feinmesstechnische Geräte geeignet ist.
Für die Genauigkeit und Zuverlässigkeit eines Messergebnisses ist die Justiergenauigkeit und die Justierhaltigkeit der die Ziellinie beeinflussenden Mittel, vornehmlich des Objektivs, des Zielmarkenträgers und nicht zuletzt des Ziellinienreglers von entscheidender Bedeutung. Zwar kann durch geeignete Prüfmethoden und-mittel die Lage der Ziellinie überprüft und eine festgestellte Abweichung bei entsprechender Justiermöglichkeit und Justiergenauigkeit korrigiert, durch einen Benutzer jedoch im allgemeinen nur bis auf einen gewissen Restfehler beseitigt werden. Es ist bei den bisher bekannten Messund Prüffernrohren aber unvermeidlich und deshalb von erheblichem Nachteil, dass durch thermische und mechanische Einwirkungen Dejustierungen der die Ziellinie beeinflussenden Mittel hervorgerufen werden.
Trotz der von Zeit zu Zeit wiederholten Prüfun- gen und Nachjustierungen sind deshalb für Präzi- sionsmessungen zur wenigstens teilweisen Berück- sichtigung der genannten Fehlereinflüsse umfangreiche messmethodische Einzelheiten zu beachten. Beim Präzisionsnivellement ist es z. B. erforderlich, die nach einem bestimmten Schema in bestimmter Reihenfolge durchgeführten einzelnen Zielungen unter Einhaltung gleicher Zielweiten für Rück-und Vorblick vorzunehmen. Die genannten messmethodischen Vorkehrungen belasten die Wirtschaftlichkeit wie auch die Genauigkeit des Messvorganges erheblich.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe die Ausbildung eines Mess-oder Zielfernrohres mit hoher Justierhaltigkeit und Justiergenauigkeit der Ziellinie derart, dass die messmethodischen Vorkeh- rungen zur Durchführung und Gewährleistung von Präzisionsmessungen und damit hohe wirtschaftliche Aufwendungen ebenso beseitigt wie die Zeitdauer aller zur Durchführung der Messung erforderlichen Arbeiten im Sinne der Steigerung der Messgenauigkeit erheblich verkürzt werden.
Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Zielmarkenträger und das Objektiv um mindestens 180 um eine zur optischen Achse des Fernrohrs parallele Achse wälzbar und/ oder der Ziellinienregler um eine zumindest annä- hernd mit der Lotlinie im Instrumentenstandpunkt zusammenfallende gerätefeste Achse um mindestens 180 drehbar ist. Ein derart ausgebildetes Fernrohr gestattet, in extremen Lagen zwei voneinander unabhängige mit entgegengesetzen Fehlern behaftete Messwerte und durch deren Mittelung einen fehlerfreien Messwert ähnlich der Messung in zwei Fern rohrlagen zu erhalten.
Insbesondere sind bei Präzi- sionsnivellements keine sogenannten Vorstationierungen und genau gleichen Zielweiten mehr erforderlich, wodurch der wirtschaftliche Aufwand beträcht- lich verringert und durch die Verkürzung der zu einem Präzisionsnivellement erforderlichen Arbeitszeit die Messgenauigkeit und-sicherheit gesteigert wird.
Eine sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnende Ausführungsform besitzt eine Zielmarke am Objektiv und einen Ziellinienregler in der halben Bildweite. Bei einem als Pendelspiegel ausgebildeten Ziellinienregler besitzt der Pendelspiegel zweckmässig zwei parallele Spiegelflächen. Ist die Zielmarke in der bildseitigen Objektivhauptebene fest mit dem Objektiv verbunden und sind zwischen Objektiv und Ziellinienregler keine, den optischen Strahlengang beeinflussenden Mittel vorgesehen, so ist das Fernrohr für Messungen höchster Genauigkeit besonders geeignet.
Ein leicht zu bedienendes Fernrohr ergibt sich, wenn Triebmittel vorgesehen sind, die ein gleichzeitiges Wälzen des Objektivs und der Zielmarke und Drehen des Ziellinienreglers ermöglichen.
Präzisionszielfemrohre besitzen im allgemeinen ein optisches Mikrometer, das Planparallelplatten oder Schiebekeile enthält. Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ergibt sich ein Ziel-oder Messfernrohr mit einem einfachen Mikrometer, wenn das Objektiv mit dem Zielmarkenträger rechtwinklig zu seiner optischen Achse verschiebbar angeordnet ist.
Der Gegenstand der Erfindung ist in den Fig. 1-5 der Zeichnung in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigen
Fig. 1 den Längsschnitt emes Ausführungsbei- spiels,
Fig. 2 und 3 Längs-und Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel im Längs- schnitt und
Fig. 5 die Lagerung eines Ziellinienreglers.
In Fig. 1 enthält ein Gehäuse 1 ein optisches System, bestehend aus einem Objektiv 2, einer Fokussierlinse 3, einem Pendelspiegel 4, zwei recht- winkligen Prismen 5 und 6, zwei abbildenden optischen Gliedern 7 und 8 sowie einem Okular 9. Die Achse X1-X, des optischen Systems ist gebrochen.
Das Gehäuse 1 ist mit einem als Justierkeil ausgebil- deten Fenster 10 als Lichteintrittsöffnung versehen.
Im Gehäuse 1 ist in Lagern 11,12,13,14 ein Tubus 15 um eine Achse drehbar gelagert, die mit dem Teil der optischen Achse-Yi-i zumindest an- nähernd zusammenfällt, der ungefähr rechtwinklig zum Pendelspiegel 4 gerichtet ist. An einem Ende ist im Tubus 15 das Objektiv 2 mit einer, an der Objek tivrückseite befindlichen, möglichst genau in der optischen Achse liegenden Zielmarke 16 befestigt.
Ausserdem ist im Tubus 15 die Fokussierlinse 3 in Richtung der optischen Achse Xl-Xl, verschiebbar gelagert. An dem, dem Objektiv 2 abgewandten Ende ist an dem Tubus 15 ein Kegelrad 17 befestigt, in das ein am Gehäuse 1 um eine Achse LI-L, mit Hilfe eines Drehknopfes 18 drehbares Kegelrad 19 eingreift. Die Achse L17L, fdllt in der Null-Lage des Ziellinienreglers mit der Lotlinie des Beobachtungsortes annähernd zusammen. Der Drehknopf 18 ist am Unterteil seiner Mantelfläche mit Einstellmarken 20 versehen, die mit Hilfe eines am Gehäuse 1 befestigten Zeigers 21 ablesbar sind. An der Unterseite des Kegelrades 19 ist ein, den Pendelspiegel 4 tragendes Pendel 22 mit Hilfe von Bändern 23 aufgehängt, dessen Schwingungen mittels der Einfachheit halber nicht dargestellter Mittel gedämpft werden.
Der Spiegel 4 ist eben und besitzt zu beiden Seiten Spiegelflächen 25 und 26.
Das Prisma 5 ist mit Hilfe von Haltearmen 27 ebenso wie das Prisma 6, die beiden eine Zwischenabbildung bewirkenden optischen Glieder 7 und 8 sowie das Okular 9 am Gehäuse befestigt.
Ein von einem, entfernten Ziel herkommendes Lichtbündel durchsetzt das Fenster 10 und bildet mit Hilfe des Objektivs 2 und der Fokussierlinse 3 nach Reflexion am Pendelspiegel 4 das Zielobjekt in der Ebene der Zielmarke 16 ab. Dieses Bild wird über die rechtwinkligen Umlenkprismen 6 sowie die optischen Glieder 7 und 8 in die Bildebene des Okulars 9 abgebildet.
Beim Gebrauch des Fernrohrs wird jedes Ziel zweimal angezielt. Zwischen beiden Zielungen wird durch Drehen des Drehknopfes 18 um 180 der Spiegel 4 so gedreht, dass für die zweite Zielung die Spiegelfläche 26 wirksam ist, wenn für die erste Zielung die Spiegelfläche 25 die Reflexionsfläche war.
Auf diese Weise wird eine fehlerhafte Justierung des Pendelspiegels, deren Grosse während des zweimaligen Anvisierens eines Zieles konstant ist, unschädlich gemacht. Durch Drehen des Drehknopfes 18 um 180 wird über die Kegelräder 19 und 17 auch der Tubus 15 mit dem Objektiv 2 um 180 gedreht. Damit können die Einflüsse geringer Exzentrizitäten der Zielmarke 16 zur optischen Achse Yi-Xi ebenfalls wie die Fehlereinflüsse des Ziellinienreglers auf die Messung durch Mittelung der Ergebnisse beider Zielungen ausgeschaltet werden.
Ein in Fig. 2 und 3 dargestelltes, mit einem Fenster 30 versehenes Gehäuse 31 enthält ein optisches System mit der optischen Achse X2-X2, das ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten aus einem Objektiv 32 mit einer Zielmarke 33, einem Pendelspiegel 34, zwei rechtwinkligen Prismen 35 und 36, zwei eine Zwischenabbildung bewirkenden optischen Gliedern 37 und 38 sowie einem Okular 39 besteht. Das rechtwinklige Prisma 35 ist auf das als planparallele durchsichtige Platte ausgebildete Fenster 30 gekittet, so dass seine Hypotenusenfläche von der die Zielmarke 33 enthaltenden optischen Achse X2-X2 im Mittelpunkt durchstossen wird.
Das Objektiv 32 ist in einem Tubus 40 fest angeordnet, in dem in Nuten 41 und 42 ein zweiter, mit einem Kegelrad 43 versehener Tubus 44 entgegen dem Druck zweier, sich gegen am Tubus 40 befindli- che Anschläge 45 und 46 abstützender Federn 47 und 48 verschiebbar gelagert ist. Mit dem Kegelrad 43 steht ein am Gehäuse 31 drehbar gelagertes Kegelrad 49 in Eingriff, dessen Drehung über einen Drehknopf 50 erfolgt und an dem ein mit zwei planparallelen Spiegelflächen 51 und 52 versehener Spiegel 34 mit Hilfe von Fäden 53 aufgehängt ist. Der Pendelspiegel 34 besitzt eine, aus einem Kolben 54 und einem Zylinder 55 bestehende Dämpfungsein- richtung, die mit Hilfe von Seitenwänden 56 und 57 mit dem Kegelrad 49 starr verbunden ist.
Die Seitenwände sind an ihren unteren Enden mittels einer run- den Platte 64 miteinander verbunden, die in eine aus zwei Führungsschienen 65 und 66 bestehende Füh- rung am Gehäuse 31 gebettet ist.
An den Seitenwänden 56 und 57 sind aussen zwei Zahnstangen 58 und 59 in Richtung der optischen Achse X2-X2 befestigt. Ein im Gehäuse 31 gelagertes Ritzel 60 ist mit Hilfe eines Handrades 61 über eine Welle 62 drehbar und steht unter der Wirkung einer Feder 63 in Eingriff mit einer der beiden Zahnstangen, in Fig. 2 und 3 mit Zahnstange 58.
Ahnlich wie in Fig. 1 wird das durch das Objektiv 32 eintretende und am Spiegel 34 reflektierte, parallelstrahlige Lichtbündel in der die Zielmarke enthaltenden, bildseitigen Hauptebene des Objektivs vereinigt und über die rechtwinkligen Prismen 35 und 36 durch die optischen Glieder 37 und 38 in die Bildebene des Okulars 39 abgebildet.
Beim Gebrauch des Fernrohrs wird zunächst durch Drehen des Handrades 61 fokussiert. Dabei erfährt das Kegelrad 49 mit dem Pendelspiegel 34 und den Pendeldämpfungsmitteln 54 und 55 in den Führungsschienen 65 und 66 und der Tubus 40 in den Nuten 41 und 42 eine Verschiebung. Damit der mit dem Kegelrad 49 fest verbundene Drehknopf 50 diese Verschiebung nicht hindert, ist am Gehäuse 31 ein Langloch 67 vorgesehen.
Zur Ausschaltung der Fehlereinflüsse auf die Messung, die in einer Abweichung der Zielmarke 33 von der optischen Achse X2-X2 und einer Dejustierung. des Pendelspiegels ihre Ursachen haben, werden Fernrohrobjektiv 32 und Pendelspiegel 34 nach einer ersten Zielung unter Benutzung der Verspiegelung 51 um 180 gedreht und derselbe Punkt unter Benutzung der Verspiegelung 52 nochmals angezielt. Zu dem Zweck ist das Ritzel 60 mit Hilfe des Handrades 61 entgegen der Wirkung der Feder 63 ausser Eingriff zu setzen und das Kegelrad 49 mitsamt dem Pendelspiegel 34 und der Dämpfungseinrichttmg 54, 55 zu drehen, so dass das Ritzel 60 in die Zahnstange 59 eingreift.
Anstatt mit dem Pendelspiegel 34 ist die Fokussierung auch mit dem Objektiv 32 möglich.
Das in den Fig. 2 und 3 dargestellte Ausfüh rungsbeispiel ist besonders günstig, weil es zwischen Objektiv und Ziellinienregler einerseits und Ziellinienregler und Zielmarke andererseits keinerlei den Strahlengang beeinflussende Mittel enthält.
Nach Fig. 4 enthält wie. der ein Gehäuse 70 ein Objektiv 71, ein rechtwinkliges Prisma 72, einen Pendelspiegel 73, zwei rechtwinklige Prismen 74 und 75, zwei abbildende optische Glieder 76 und 77 sowie ein Okular 78. Das Objektiv 71 ist mit seiner Fassung 79 in am Gehäuse 70 befestigten Führungen 80 messbar verschiebbar gelagert. Das Prisma 72 ist in am Gehäuse 70 angeordneten Führungen 81 mit Hilfe einer, mit einem Handrad 82 starr verbundenen Mutter 83 und einer, an der Prismenfassung 84 befestigten Spindel 85 in Richtung der optischen Achse Xs-Xs verschiebbar. Eine die Spindel 85 umgebende Feder 86 schaltet zwischen der Mutter 83 und der Spindel 85 evtl. vorhandene Lose aus.
Am Gehäuse 70 ist ferner eine Basis 87 drehbar gelagert, an der ein Pendel 88 mit dem Pendelspiegel 73 mit Hilfe eines Kreuzfedergelenks 89 angebracht ist. Zur Drehung des Pendels 88 um die mit der Lotlienie LS-Ls zumindest annähernd zusammenfallende Achse dient ein mit zwei Anschlagstiften 90 und 91 versehener Drehknopf 92, dessen Bewegung durch einen am Gehäuse 70 befestigten Anschlag 93 gehemmt wird. Das rechtwinklige Prisma 72 trägt an seiner Hypotenusenfläche eine Zielmarke 94 und ist auf die Rückfläche des Objektivs 71 aufgekittet.
Beim Gebrauch wird das Fernrohr zunächst mit dem Prisma 72 fokussiert und das nicht dargestellte Ziel anvisiert, wenn der Anschlagstift 90 an dem Anschlag 93 anliegt. Eine geringe Abweichung der Zielmarke vom Ziel in vertikaler Richtung lässt sich durch eine Vertikalverschiebung des Objektivs in seinen Führungen 80 mit Hilfe der Einfachheit halber nicht dargestellter Mittel beseitigen. Die dabei in der Okularbildebene entstehende Unschärfe wird beispielsweise durch Verschiebung des abbildenden optischen Gliedes 76 beseitigt. Danach wird der Pendelspiegel 73 um 180 gedreht, so dass der Anschlagstift 91 gegen den Anschlag 93 zu liegen kommt, und die andere Spiegelfläche des Pendelspiegels etwa parallel zur Hypotenusenfläche des Prismas 72 ist.
In dieser Stellung wird das Ziel nötigenfalls wieder unter Benutzung der Vertikalverschiebung des Objektivs 71 angezielt.
Infolge der Aufwicklung des Strahlenganges ist das in Fig. 4 dargestellte Fernrohr sehr gedrängt in seinem Aufbau.
Sind in den Fig. 1-4 die Pendelspiegel mit ihren Aufhängungen zum Teil sehr schematisch dargestellt, so zeigt Fig. 5 eine derartige Anordnung im einzelnen. Auf einer Grundplatte 95 ist auf Kugeln 96 und 97 ein Träger 98 für zwei Pendellager 99 und 100 sowie für das als Kolben 101 ausgebildete Pendel und einen Dämpfungszylinder 109 um eine Achse La-L, drehbar gelagert. Die Pendellager 99 und 100 sind einerseits mit dem Träger 98 und andererseits mit einem Kegelrad 102 verschraubt, mit dem über einen Zapfen 103 ein Drehknopf 104 verbunden ist, der mit Hilfe eines Rastgesperres 105 in zwei um 180 gegeneinander versetzte Stellungen gehalten wird.
Ein Pendelspiegel 106, an dem der Kolben 100 befestigt ist, liegt mit Zapfen 107 und 108 in den Lagern.
Die Erfindung erschöpft sich nicht in den dargestellten Ausführungsbeispielen. Sie ist weder an eine bestimmte Art des Ziellinienreglers noch des Fernrohrs gebunden. So kann das Pendel stehend oder hängend ausgebildet sein. Der optische Aufbau kann einfache oder mehrfache Reflexion an den pendelnden und festen optischen Gliedern zulassen. Das Fernrohr selbst kann gebrochen oder geradsichtig ausgeführt sein.