DE2261326A1 - Stabilisiervorrichtung fuer optische instrumente - Google Patents
Stabilisiervorrichtung fuer optische instrumenteInfo
- Publication number
- DE2261326A1 DE2261326A1 DE19722261326 DE2261326A DE2261326A1 DE 2261326 A1 DE2261326 A1 DE 2261326A1 DE 19722261326 DE19722261326 DE 19722261326 DE 2261326 A DE2261326 A DE 2261326A DE 2261326 A1 DE2261326 A1 DE 2261326A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- chamber
- medium
- optical
- telescope
- mirror
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 113
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 title claims description 45
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 59
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 33
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 33
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 33
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 15
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 12
- 206010044565 Tremor Diseases 0.000 claims description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 6
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 45
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 45
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 22
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 17
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 9
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 7
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 6
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 6
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000002996 emotional effect Effects 0.000 description 2
- -1 fluorocarbon compound Chemical class 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/64—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
- G02B27/646—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for small deviations, e.g. due to vibration or shake
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Telescopes (AREA)
Description
OPTICAL RESEARCH AND DEVELOPMENT CORPORATION, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates
Kalifornien, 536 Grand Avenue, Oakland, Kalifornien 94610, V.St.A.
Stabilisiervorrichtung für optische Instrumente
Die Erfindung beschäftigt sich mit Stabilisiervorrichtungen zur Dämpfung von Erschütterungen oder
Zitterbewegungen an optischen Instrumenten, beispielsweise Spiegeln, freigehaltenen Teleskopen großer Leistung
und anderen strahlablenkenden Geräten. Im einzelnen befaßt sich die Erfindung mit einem hydrostatisch
gelagerten optischen Instrument, das über ein Strömungsmittel mit einem Bezugskoordinatensy—
stern oder einer Orientierung im Raum während der Zitterbewegungen des Instrumentes proportional gekoppelt
ist. Es werden mehrere Ausführungs^rmen der Erfindung beschrieben. In einer ersten Ausführungsform wird die Beziehung zwischen der Anordnung der
Stabilisiervorrichtung in dem optischen System, der Leistung, insbesondere der Vergrößerung des optischen
Systems und der Proportional-Kopplung eines Spiegels
409817/0258
2 2-ΓΓ.126
mit einem räumlichen Koordinatensystem offenbart· In
einer anderen Ausführungsform wird die Beziehung zwischen der Leistungskraft eines Teleskops, dem Brechungsindex
des Strömungsmittel-Bades, der Leistungskraft des übrigen optischen Systems und der Proportions1-Kopplung
des Teleskopes mit eine«π Bezugs-Koordinatensystem beschrieben.
Es ist bereits bekannt, ein optisches System von der Vergrößerung zwei unter Ausnutzung von Trägheitskräften
dadurch zu stabilisieren, daß ein stabilisierter Spiegel zwischen dem Objektiv und der Bildebene eines Instrumentes
anqeordnet wird. Derartige Spiegel, die in einer mit einem strömungsfähigen Medium gefüllten Kammer gelagert
sind, bleiben im Raum stationär, wenn das Instrument Zitterbewegungen ausführt oder eine schnelle
Winkelauslenkung erfährt (im Gegensatz zum Ausschwenken o.dgl- des Instrumentes). Auf die US-Patentschrift
3 532 409 wird hierzu verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zwischen einem Spiegel einerseits und den Kammer-Seitenwänden
andererseits durch ein strömungsfähiges Medium eine auf den Raum bezogene Kopplung derart zu schaffen,
daß der Spiegel bei einer Bewegung der Kammer im Raum eine proportionale Bewegung bezüglich des Raumes ausführt.
Durch Wahl der Optik des Immersions-Teleskops und der Brechungsindizes des Strömungsmittel-Bades kann
eine Stabilisierung der Bildablenkung erreicht· werden*
Ein Vorteil der Erfindunq besteht darin, r.aß die Stabilisiervorrichtung
universell in optischen Instrumenten von sehr verschiedenartiger Auslegung verwendbar ist.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß bei einer
409817/0258
22δ:ο26
größeren Verstärkung als zwei ein zweifach vergrößerndes optisches System mit einem, nachgeschalteten höher
verstärkenden Okkularsystem nicht nötig ist. Die Zahl der benutzten Sammellinsen kann daher reduziert werden,
was zu einer Verringerung der Bildfeldkrümmung und der chromatischen Fehler führt. .
Bei der Erfindung wird der Brechungsindex des den Spiegel lagernden Strömungsmittels zur Gewinnung des
gewünschten Reflexionswinkels der stabilisierten Lichtstrahlen ausgenutzt. Diese Ausnutzung des Brechungsindizes
bringt den Vorteil, daß selbst dann, wenn das optische Instrument bezüglich eines räumlichen Koordinatensystems
während der Winkelbewegung der Kammer stationär bleibt, die Brechungsindizes zur Vergrößerung
der durch die Bewegung des das optische Instrument beherbergenden Gehäuses erzeugten Ablenkung verwendet
werden können.
Weiterhin soll die Erfindung eine Reihe von optischen Instrumenten und Kammern schaffen, wobei die resultierende
Fluid-Kopplung es ermöglicht, daß die Stabilisiervorrichtung
an Stellen außerhalb des Mittelpunktes zwischen einem Objektiv und dem Bildpunkt längs des optischen
Systems angeordnet und befestigt werden kann. Dabei ist es vorteilhaft, daß diese steuerbare Fluid-Kopplung
eine Lokalisierung der Stabilisierungsvorrichtung derart erlaubt, daß die Auslegung des optischen
Weges verbessert wird. Eine Dimensioniennq des optischen
Weges relativ zu dem Ort der Stabilisierungsvorrichtung
ist nicht mehr nötig.
Mit der Erfindung soll schließlich eine Fluid-Kopplung zwischen einem optischen Instrument und einer Kammer geschaffen
werden, bei der das optische Instrument sich
4098 17/0258
: ORIGINAL tNSPECTEO
: ORIGINAL tNSPECTEO
proportional und entgegengesetzt zur Winkelbewegung der Kammer bezüglich eines räumlichen Koordinatensystems
bewegt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Kammer mit einem längs der optischen Achse
durch die Kammer verlängerten Abschnitt geschaffen wird. Vorteilhaft ist bei dieser optischen Auslegung,
daß ein Spiegel relativ nahe zur Brennebene oder zum Okkular des stabilisierten Instrumentes angeordnet
werden kann.
Die Erfindung schafft ferner eine Fluid-Kopplung zwischen
einem optischen Instrument und einer Kammer, bei der das optische Instrument sich in gleichem Sinne
und mit einer geringeren Geschwindigkeit als die Winkelgeschwindigkeitder Kammer bezüglich eines räumlichen Koordinatensystems
bewegt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Kammer mit einem normal zur optischen
Achse des optischen Instrumentes verlängerten Abschnitt geschaffen wird. Ein Vorteil dieser Konfiguration besteht
darin, daß ein Spiegel in der Nähe des Objektiv angeordnet werden kann. An dieser Stelle erzeugt eine
kleine Spiegelbewegung eine große, entsprechende Stabilisierbewegung des Bildes. Ein weiterer Vorteil dieses
Kammeraufbaus besteht darin, daß die kleine Spieqelbewegung, die zu einer großen entsprechenden Stabilisierbewegung
des Bildes führt, eine geringere Neigung der Bildebene erzeugt, das die Verzerrung während
der Bxldstabilisierung reduziert.
Mit der Erfindung soll ferner die Brennweite des optischen
Weges zwischen Objektiv und Bildebene von thermischen Einflüssen befreit werden. Demzufolge wird
eine kleine Sammellinse aus einem strömungsfähigen Medium vorgesehen. Diese Medium-Linsenkonstruktion bringt
den Vorteil, daß bei thermischen Veränderungen des Bre-
40981 7/0258
ORIGINAL INSPECTED
chungsindexes des Lagermediums die Medium-Linse komplementäre Veränderungen erzeugt, wodurch die Stellung
der Bildebene bezüglich der Kammer und dem Objektiv stabilisiert wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Kopplung zwischen der Kammer einerseits und dem
optischen Instrument andererseits eine Vielzahl von Kammer-Konfigurationen erlaubt, die auch andere als
sphärische sein können und insbesondere an viele vorgewählte optische Gehäuse angepaßt werden können. Ein
zusätzlicher Vorteil ergibt sich aus der Erfindung dadurch, daß bei einer relativ großen Teleskop-Bewegung
gleiche und entgegengesetzte optische Keile längs des Lichtweqes zwischen der Stirnseite jedes Fensters
und dem Immersions-Teleskop erzeugt werden. Daraus ergibt sich eine teilweise chromatische Korrektur. Die
Ausbildung optischer Keile aus dem Glas der Medium-Kammerfenster ist insofern vorteilhaft, als höhere
Brechungsindizes benutzt werden können. Damit wird die systemimmanente Begrenzung auf einen relativ
kleinen Brechungsindex bei den meisten üblichen transparenten Flüssigkeiten vermieden. Ein weiterer Vorteil,
den die Ausbildung optischer Keile in dem.Glasfenster bringt, besteht darin, daß die Lichtablenkung nur bei
einem Fenster und nicht bei dem restlichen Fenster aufzutreten braucht. Bei dieser Anordnung können für das
Immersionsteleskop bequemere und geeignetere optische
Vergrößerungen benutzt werden. Die Ausbildung optischer Keile im Glas der Kammerfenster ist auch insofern vorteilhaft,
als die Einflüsse von Temperaturveränderungen
der Flüssigkeit, von Viskositätveränderungen und von Oberflächeneffekten minimal gehalten werden können.
Ein gasförmiges Strömungsmittel, wie z.B. Luft, kann
4 0 9 8 17/0258 ORIGINAL INSPECTED
226; ->26
Verwendung finden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist in der relativen
Unempfindlichkeit gegenüber translatorischen Fehlern des Teleskops längs des optischen Weges zu sehen. Schließlich
ist vorteilhaft, daß ein einfach gebautes Teleskop in einfacher Weise für das Eintauchen in eine mit strömungsfähigem
Medium gefüllte Kammer ausgelegt werden kann. Eine Ausführungsform der Erfindung ist auch darin
vorteilhaft, daß die Oberflächen der Fenster in der Kammer wie auch diejenigen einiger Linsen des Teleskops
im wesentlichen plan gehalten werden können. Bei dieser Bauart können die sich aus der Schnittstelle
zwischen dem Mediumbad und dem Fenster und den Linsen ergebenden optischen Probleme klein gehalten werden.
Vorteilhaft ist auch, daß die erfindungsgemäße Stabilisiervorrichtung
an über einem weiten Bereich verteilten Stellen längs der optischen Achse des stabilisierten
Teleskops angeordnet und befestigt werden kann. Schließlich ist die erfindungsgemäße Stabilisiervorrichtung
in besonderer Weise für die Verwendung bei Geräten für die optische Bildumkehr und -Versetzung
sowie im Rahmen der Relais-Optik geeignet.
Die Erfindung wird nachfolgend an einigen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivis ^e Darstellung
eines stabilisierten Teleskops, oei dem die medium-gekoppelte Stabilisiervorrichtung gemäß
der Erfindung in der optischen Nähe des Objektivs angeordnet ist;
Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt der erfindungsgemäßen Stabilisiervorrichtung vor einer
Zitterbewegung;
4098 17/0258 ^
' (NSPECTED
Fig. 3 ein vergrößerter Querschnitt der erfindungsgemäßen Stabilisiervorrichtung während einer
Zitterbewegung;
Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung
eines stabilisierten Teleskops, bei dem die erfindungsgemäße medium-gekoppelte Stabili—
siervorrichtung optisch in der Nähe der Bildebene oder des Okkulars angeordnet ist;
Fig. 5 einen vergrößerten Querschnitt der Stabili— siervorrichtung aus Fig.4 vor der Zitterbe—
wegung;
Fig. 6 einen vergrößerten Querschnitt der Stabili— siervorrichtung gemäß Fig. 4 während der
Zitterbewegung;
Fig. 7 eine Stabilisiervorrichtung mit zwei Stabilisierelementen in einem optischen System zur
erfindungsgemäßen Stabilisierung bezüglich zweier Orthogonalachsen;
Fig. 8 einen Aufriß einer erfindungsgemäßen Stabilisiervorrichtung
für ein Immersions-Teleskop vor einer Winkelbewegung;
Fig. 9 die Stabilisiervorrichtung gemäß Fig. 8 für ein Immersions-Teleskop nach winkelmäßiger
Auslenkung, wobei in diesem Fall die Medium-Kammerkopplung so ausgelegt ist, daß das
Teleskop parallel zu seiner ursprünglichen räumlichen Orientierung bleibt;
Fig. lOeinen Aufriß längs der Linien 10-10 aus Fig.8;
Fig. 11 einen Aufriß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; ■
Fig. 12 einen Aufriß der Stabilisiervorrichtung aus Fig. 11 nach einer zufälligen Winkelauslenkung,
wobei in diesem Fall die Medium-Kopplung so ausgelegt ist, daß das Teleskop eine Bewegung
entgegen der Winkelbewpqung des Gehäuses
ausführt;.
Fig. 13 ein Aufriß längs der Linie 13-13 aus Fig.11;
Fig. 14 einen Aufriß einer erfindungsgemäßen Stabilisiervorrichtung
für ein Immersions-Teleskop, aus der der innere Aufbau eines GaIiIeX-TeIe-skops
hervorgeht;
409817/0258
ORIGINAL INSPECTED
Fig. 15 einen Aufriß des Teleskops aus Fig. 14 nach
einer Winkelauslenkung;
Fig. 16 einen Aufriß einer Stabilisiervorrichtung für ein Immersions-Teleskop mit optischen
Keilen mit einem plan-konkaven und einem
plan-konvexen Linsenpaar, wobei ein Linsenpaar das Licht bei Eintritt in die Stabilisiervorrichtung
ablenkt und das restliche Linsenpaar das Licht beim Austritt aus der Stabilisiervorrichtung
ablenkt;
Fig. 17 einen Aufriß einer Stabilisiervorrichtung für ein Immersionsteleskop, bei dem das rückwärtige
oder Austritts-Fenster der Stabilisiervorrichtung zwei neutrale Meniskus-Linsen aufweist, um eine Ablenkung des austretenden
Lichtes zu vermeiden;
Fin. jB die Stabilisiervorrichtung aus Fig. 17, die
Licht aus einem koaxial vor der Stabilisiervorrichtung angeordneten Teleskop aufnimmt;
Fig. 19 einen Aufriß einer Immersions-Stabilisiervorrichtung
zur Invertierung und Verschiebung eines Bildes, das von einem vor der Stabilisiervorrichtung
befestigten Teleskop aufgenommen wurde;
Fig. 20 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Umkehr-Verschiebe-Elementes aus der
Ausführungsform gemäß Fig. 19; und
Fig. 21 einen Ausschnitt aus einer Immersions-Stabilisiervorrichtung
zur Umlegung eines Bildes bei der Übertragung eines Bildes von einem Objektiv zu einem Okkular.
Die erfindungsgemäße Stabilisiervorrichtung gemäß Fig.l
ist in einem optischen System von zwangszigfacher Vergrößerung
befestigt. Ein Objektiv A richtet konvergierende Lichtstrahlen auf einen stabilisierten Spiegel B
in der Kammer C. Die stabilisierten Lichtstrahlen werden
von dem Spiegel B auf Umkehrspiegel D gelenkt, wonach die Lichtstrahlen in der Ebene E ein Bild ergeben, das
mit dem Okkular F betrachtet werden kann. Aus Gründen der Bequemlichkeit kann eine Zerstreuungslinse 14 in dem
optischen Weg angeordnet werden, um die optische Brenn-
409817/0258
ORIGINAL (NSPECTED
weite zu vergrößern.
Das Teleskop, bestehend aus den Linsen A, 14 und F ist bekannt. Ohne die Spiegel B und D würde dieses
Teleskop die empfangenen Bilder höhen- und seitenverkehrt wiedergeben. Der Spiegel B lenkt den Lichtweg
von der Linse A in sich selbst zurück. Die Spiegel D verschieben dieses Licht so, daß es in bequemer Weise
außerhalb der optischen Achse zwischen Objektiv A und stabilisiertem Spiegel B betrachtet werden kann.
Die Spiegel D verschieben die Lichtstrahlen nicht nur, sondern kehren sie auch um, so daß das Bild seitenrichtig
aufrecht vergrößert betrachtet werden kann. Der Spiegel 16 lenkt die Lichtstrahlen, rechtwinklig zur
optischen Achse 20 zwischen Objektiv A und stabilisiertem Spiegel B nach unten. Die Winkelspiegel 18 und 19
kehren das Licht längs einer optischen Achse 22 zur Bildebene E hin um. Der Spiegel 16 einerseits und die
Spiegel 18 und 19andererseits bewirken eine Höhenvertauschung des Spiegels. In ähnlicher Weise sorgen die
Spiegel 18 und 19 für eine Seitenvertauschung des Bildes. Dadurch ergibt sich ein vergrößertes, aufrecht
stehendes, seitenrichtiges Bild.
Es können mehrere wichtige Beobachtungen über die optische
Achse des Teleskops aus Fig. 1 gemacht werden« Zunächst
deckt der Spiegel 16 das zur Bildebene E hin konvergierende Licht teilweise ab. Dieser Effekt ist
jedoch nicht kritisch, wenn das Bild in einer Ebene E
nicht zum Zwecke der Betrachung entworfen wird, beispielsweise zur fotografischen Aufnahme mit einer Kamera,
oder wenn alternativ die durch den Spiegel 16 am Ende des optischen Systems bewirkte Abdeckung eine Größe
hat, die wesentlich kleiner als die Pupille des mensch-
409817/02S8
ORJGlMAL INSPECTED
226Vi26
lichen Auges ist.
Weiter bemerke man, daß die Stabilisiervorrichtung bei
einem Abstand von etwa 1/3 der Brennweite angeordnet ist, gemessen vom Objektiv in Richtung auf die Brennebene
des Objektivs. Eine Anordnung der Stabilisiervorrichtung in der Nähe des Objektivs hat zur Folge,
daß eine kleine Spiegelbewegung eine große, entsprechende Bewegung des stabilisierten Bildes erzeugt. Dies
führt zu einer geringeren Neigung der Bildebene E relativ zum Objektiv A während der Stabilisierbewegung.
Weiterhin, worauf noch eingegangen wird, bewegt sich der Spiegel B relativ zur Kammer C mit einer Geschwindigkeit,
die kleiner ist als die Winkelauslenkung der Kammer.
Aus den Fig. 2 und 3 wird der Aufbau und der Betrieb der erfindungsqemäßen Stabilisiervorrichtung deutlich.
Die Kammer C ist typischerweise zylindrisch, deren zylindrische Seitenwände 25 an einer Seite von einer lichtundurchlässigen scheibenförmigen Wand 27 und an der anderen
Seite durch ein lichtdurchlässiges, scheibenförmiges Fenster 28 abgeschlossen sind.
Die Kammer C ist mit einem strömungsfähigen Medium gefüllt.
Ein zur erfindungsgemäßen Verwendung geeignetes Medium ist eine Fluor-Kohlenstoff-Verbindung, die unter
dem Warenzeichen "FC48" von der Minnesota Mining and Manufacturing Company vertrieben wird. Diese Flüssigkeit
hat eine gegenüber Wasser l,9fache Dichte und einen Brechungsindex von 1,3. Die Kammer kann mit Balgen,mit
einem Ballon oder alternativ mit einer Blasenfalle versehen werden, um die sich durch In dem Medium in der
Kammer gesammeltes Gas ergebenden Probleme zu vermeiden.
17/0258
li:;' ORK3IMAL INSPECTED
Der Spiegel B ist typischerweise scheibenförmig und besitzt einen Außendurchmesser, der kleiner ist als
der Innendurchmesser der Kammer C. Wie dargestellt, ist der Spiegel B von Zylinderwänden 33 umgeben, die
die Medium-Kopplung zwischen der Kammer C. und dem Spiegel B unterstützen.
Mehrere wichtige Beobachtungen bezüglich der Medium-Kopplung zwischen dem Spiegel B einerseits und der
Kammer C andererseits können gemacht werden. Zunächst bemerke man, daß die KammerC ein Verhältnis besitzt,
gemäß dem der Durchmesser die Distanz zwischen den beiden scheibenförmigen Stirnwänden überschreitet.
Dieses Verhältnis, bei dem der Durchmesser größer ist als der Abstand zwischen den beiden scheibenförmigen
Stirnwänden, ist ein Bruchteil der Gehäusebewegung (vgl.Fig.3).
Zum Zweiten wird die Kopplung zwischen dem Medium und dem Gehäuse C primär durch die hydrostatischen Drücke
bewirkt, die etwa rechtwinklig zwischen den Scheiben 27 und dem scheibenförmigen Fenster 28 sowie den zylindrischen
Seitenwänden 25 auftreten können. Dem Medium-Fachmann ist klar, daß die Oberflächenreibung zwischen
dem Medium und den Seitenwänden des'Gehäuses ebenfalls die Mediumkopplung beeinflussen.
In ähnlicher Weise findet eine Kopplung zwischen dem Medium und dem Spiegel B durch den Kontakt des Mediums
auf beiden Seiten des Spiegels B sowie mit den Zylinderwandungen 33 statt. Diese Kopplung wird zusätzlich
durch die Oberflächenreibungen zwischen dem Medium und
der Spiegelanordnung beeinflußt.
40981 7/0258
INSPECTED
Es wird ohne weiteres deutlich, daß die Medium-Kopplung zwischen der Kammer C einerseits und dem Spiegel
B andererseits auf verschiedene Weisen bewirkt werden kann. Beispielsweise können die Wandungen der Kammer
C mit Umlenkblechen, Schirmen, o.dgl. versehen sein, sodaß bei einer Winkelbewegung die Kammerseitenwände
an das Medium in verschiedenem Ausmaß durch Druckoder Seher-Effekte gekoppelt werden. In ähnlicher Weise
kann die Kopplung zwischen dem Spiegel B und dem Medium auf manniqfache Weise erzeugt werden. Beispielsweise
kann der Spiegel oder können seine zylindrischen Seitenwände 33 perforiert sein, oder mit Umlenkblechen oder
Schirmen o.dgl. verschen sein.
Außerdem sind die Viskosität und die Dichte des jeweiligen Lagermediums für den Spiegel B von Einfluß. Man
sieht somit, daß durch Auswahl einer Kaminerform und-Konfiguration,
einer Spiegelform sowie einer Viskosität und Dichte des Lagermediums die Kopplung zwischen dem
Spiegel B und der Kammer C verschieden gestaltet werden kann. Der Spiegel B wird typischerweise auf einem elastischen
oder gespannten Faden 37 gelagert, der sich axial durch die Kammer C erstreckt und an ihr sitzt.
Der Faden 37 in der hier benutzten Form ist unter dem Warenzeichen "Elastex" der David Traum, Inc., New York,
erhältlich. Dieses Elastikband mit entfernter Gespinstbeschichtung ist eine Gummiverbindung, die wärmebeständig
und chemisch resistent ist und die gegenüber dem Medium 30 inert ist.
Der Spiegel B ist am Mittelabschnitt seiner Scheibe mit einem befestigten Rohr 40 durchstochen. Das Rohr 40
ist seinerseits an dem Elastikband 37 in der Mitte zwischen der scheibenförmigen Stirnwand 27 und dem schei-
40981 7/0258
benförmigen Fenster 28 befestigt. Lagerzylinder 41 und
42 umschließen das Elastikband zur weiteren Positionierung des Spiegels und verhindern ein Absacken des
Spiegels, wenn thermische Dichteschwankungen des Me*-'
diums auftreten sollten.
Aus der Fig. 3 entnimmt man leicht die Funktion, die das Rohr 40 ausübt. Wenn der Spiegel B um einen Winkel
θ bezüglich der Kammer C kippt (Fig.3), streckt das
Rohr 40 das Elastikband 37. Das gestreckte Elastikband übt eine kleine Rückstellkraft auf den Spiegel B aus,
die ihn in seine ursprüngliche Ausrichtung auf das scheibenförmige Fenster 28 zurückstellen möchte. Wenn '
das optische Instrument zur Seite verschwenkt wird, saugt die von dem Elastikband 37 und dem Rohr 40 auf
den Spiegel B ausgeübte Rückstellkraft dafür, daß der Spiegel sich in der Richtung des anvisierten Objekts bewegt. Das Medium bildet eine Verlustkopplung, die
Schwingungen des Spiegels auf dem Ela.stikband dämpft. Die Verlustkopplung des Mediums kann unerwünschte
Schwingungsformen des Spiegels unterdrücken und beeinflußt die gewünschten Schwingungsformen des Spiegels
nur wenig.
Man bemerke, daß der Spiegel" B an seiner Befestigungsstelle
vorzugsweise in der Mitte zwischen der scheibenförmigen Wand 27 und dem scheibenförmigen Fenster 28
an dem Elastikband 37 befestigt ist. Diese Positionierung des Spiegels an dem Elastikband verhindert, daß der
Spiegel am Rohr 40 längs des Fensters 28 während der Winkelbewegung der Kammer C verschoben wird.
Mehrere Eigentümlichkeiten an der Konstruktion des Spiegels
B und seiner zugeordneten Seitenwand 33 können fest-
409817/0258
226(326
gestellt werden. Zunächst besitzt der Spiegel eine Gesamtdichte, die gleich derjenigen des Lagermediums ist.
Das Gewicht des Spiegels ist somit gleich und entgegengesetzt seinem Auftrieb, wodurch der Einfluß seiner
Schwere auf die Spiegelanordnung im wesentlichen ausgeglichen wird. Weiterhin koinzidieren der Mittelpunkt
des Schwimmkörpers und der Schwerpunkt des Spiegels mit dem Mittelpunkt des Rohres 40, auf dem der Spiegel
befestigt ist. Dieses Zusammenfallen des Schwerpunkts
mit dem Mittelpunkt des Schwimmkörpers verhindert die -Einwirkung von Auftriebskräften auf den Spiegel, die
zu einer winkelmäßigen Verlagerung des Spiegels relativ zum Gehäuse führen könnten, insbesondere dann, wenn
die Dichte des Mediums sich mit der Temperatur ändern sollte.
Aus Fig. 2 geht weiterhin die Reflexion des Lichtes am Spiegel B hervor. Ein einfallender Lichtstrahl 45
fällt normal auf die Spiegelfläche des Spiegels B auf.
Der Lichtstrahl durchsetzt das scheibenförmige Fenster 28 und wird an der Oberfläche des Spiegels B reflektiert.
Der reflektierte Lichtstrah 55 fällt mit dem einfallenden Lichtstrahl zusammen. Da das Licht im
wesentlichen normal zum Fenster 28 und dem Spiegel B einfällt, tritt keine bemerkbare winkelmäßige Ablenkung
aufgrund von Brechung oder Reflexion auf·
Aus Fig. 3 entnimmt man, daß die Kammer Cum einen Winkel
<£ seitlich geneigt ist. Wenn die Kammer an dem Stabilisierten
optischen Instrument befestigt ist, wird der Winkel δ gleich der winkelmälgen Zitterbewegung der
Kammer sein.
Wegen der besonderen Mediumkopplung zwischen der Kammer C
409817/0258
und dem Spiegel B, hat sich der Spiegel B urn einen
neuen Winkel θ gegenüber der Kammer C verdreht. Diese Winkelcrientierung Q führt zu einem Winkel
zwischen dem einfallenden Strahl und dem reflektierten Strahl, der sich um 2ηθ von dem Fall unterscheidet,
wenn der Spiegel in der Kammer fest angeordnet ist, wobei η den Brechungsindex des Mediums in der Kammer
bedeutet.
Wenn der Spiegel sich mit der Kammer bewegt hat, Würde
ein Winkelunterschied zwischen dem einfallenden und dem reflektierenden Strahl vom Betrag 2 δ auftreten. Je-doch
haben Winkelbewegung und der Brechungsindex η des Mediums diesen Wert um 2ηθ verändert. Demzufolge beträgt
die Differenz zwischen Einfallwinkel und Reflexionswinkel jetzt 2ηθ - 2ä wie in Fig. 3 eingetragen.
Bei Kenntnis der Beziehung zwischen der auf den Spiegel oder die Stabilisierungsvorrichtung einfallenden und
von ihr reflektierenden Strahl kann cte Beziehung der
übrigen Optik der Erfindung leicht verstanden werden. Typischerweise wird die Stabilisierungsvorrichtung in
dem erfindungsgemäßen optischen Instrument so angeordnet, daß die Gleichung:
2ηθ χ D1 = δ χ F
erfüllt ist, wobei DTdie Distanz' zwischen der Stabili—
siervorrichtung und dem Brennpunkt des stabilisierten optischen Systems, und F. die Brennweite des stabilisierten
optischen Systems sind. Man bemerke, daß die hinter dem Spiegel B in Richtung auf die Bildebene
angeordnete Optik diese Werte nicht beeinflußt.
Eine Analyse der obigen Gleichung zeigt sofort, daß die Gleichungsvariablen bei einer bestimmten Anordnung
409817/0258
bekannt sind, mit Ausnahme der gewünschten Punktion von Θ, nämlich dem Winkelfaktor, der sich aus der
Bewegung zwischen dem Gehäuse einerseits und der Bewegung des Spiegels andererseits ergibt. Bei dem Spiegel
und dem strömungsfähigen Medium gemäß der bevorzugten
Ausführungsform eines zwanzigfach vergrößernden optischen Instrumentes gemäß Fig.1-3 , bei dem Spiegel
bei einer Entfernung von 1/3 zwischen dem Objektiv und seinem Brennpunkt angeordnet ist, ergibt sich der gewünschte
Medium-Koppel-Faktor θ zu 0,577 bei η » 1,3.
Man bemerke, daß die oben wiedergegebene Gleichung für eine Kamerastabilisierung vorgesehen ist. Dem Fachmann
ist klar, daß bei einer Abänderung gemäß
2ηβ XD=(SxF1)X(I-I )
l M an der obigen Gleichung eine Stabilisierung für die
visuelle Beobachtung erreicht werden kann. In der vorstehenden Gleichung ist M die Gesamtvergrößerung des
optischen Systems. Eine derartige Abänderung ist in der US-Patentschrift 3 473 861 beschrieben.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß die Stabilisiervorrichtung vor dem Objektiv angeordnet werden kann.
Während diese Ausführung nicht überall erwünscht ist, stellt sie jedoch eine mögliche Ausführunacform im Rahmen
der Erfindung dar.
Man bemerke weiter, daß der Spiegel B gemäß der Erfindung
auch ein nicht-planer Spiegel sein kann. Beispielsweise kann der in den Fig. 1-3 dargestellte Spiegel
parabolartig ausgeführt sein, wie etwa in einem katadioptischen System. Ein Einbuchten des Spiegels beeinflußt
lediglich die Brennweite F. des Objektivsystems; alle übrigen Parameter der obigen Gleichung bleiben
unverändert.
409817/0258
Bei Kenntnis der Beziehung zwischen dem einfallenden
und dem reflektierten Lichtstrahl sowie der Beziehung
zwischen der Stabilisiervorrichtung zu dem optischen Weg kann jetzt die Ausschaltung der thermischen Einflüsse
auf den optischen Weg gemäß der Erfindung er—, örtert werden.
Es ist bekannt, daß die Brechungsxndizes des Mediums sich mit der Temperatur des Mediumbades verändern können.
Bei den Ausfuhrungsformen gemäß den Fig. 1 und 3 wird
bei steigender Temperatur des Mediums der Brechungsindex sinken. Umgekehrt, wenn die Temperatur sinkt, wird der
Brechungsindex ansteigen. ' ■
Wenn bei dem Beispiel der Fig. 1 die Temperatur abfällt, bewegt sich die Bildebene E von dem Objektiv A und dem
Spiegel B weg. Dies wird durch die zunehmende Neigung der reflektierten konvergierenden Strahlen gegen eine
parallel verschobene Stelle auf der optischen Achse verursacht. Wenn umgekehrt die Temperatur ansteigt,
wird sich die Bildebene E gegen das Objektiv A bewegen. Dies wird durch die verminderte Neigung der konvergierenden
Strahlen gegen eine parallel verschobene Stelle auf der optischen Achse verursacht. ·
Eine Verschiebung der Bildebene E kann außerordentlich unerwünscht sein. Wenn ein freigetragenes optisches Instrument
an einem kalten Tag benutzt wird, kann die Handwärme des Betrachters die wirksame Brennweite des
Instrumentes beeinflussen. Diese Veränderungen der Brennweite werden die Funktion der Kopplung zwischen
der Kammer einerseits und dem Spiegel andererseits verändern. Eine optimale Stabilisierung wäre nicht möglich.
Außerdem wäre eine kontinuierliche Nachstellung des
409817/0258
Okkulars bei Betrachtung eines Bildes notwendig. All dies kann dadurch vermieden werden, daß die Optik
gemäß Fig. 2 temperaturbeständig ausgelegt wird.
Man sieht in Fig. 2, daß das'scheibenförmige Fenster
an seiner Innenseite 60 geringfügig konkav gehalten ist. Diese Konkavität bildet eine Sammellinse in dem Mediumbad 30. Typischerweise ist diese Mediumlinse nicht von
solcher Verstärkung, daß sie die Gesamtverstärkung des optischen Systems merkbar beeinflusst. Vielmehr liegt
diese Linse typischerweise in der Gegend von weniger als 1/10 einer Dioptrie und dient lediglich zur optischen
Korrektur zwischen dem einfallenden Strahl 45 und dem reflektierten Strahl 55, die gleich und gegenläufig
zu den Erscheinungen wirkt, die durch eine Veränderung des Brechungsindex der Flüssigkeitsschicht allein
hervorgerufen würden. Wenn somit die Temperatur ansteigt, und die Brennebene sich auf das Objektiv hin bewegt, führt
dies zu einer Medium-Sammellinse abnehmender Konvergenz. Diese abnehmende Konvergenz läuft der bildebenen Bewegung
entgegen und führt dazu, daß die Bildebene beim gleichen Abstand von der Stabilisiervorrichtung verbleibt.
Wenn umgekehrt die Temperatur absinkt und die Brennebene sich von dem Objektiv wegbewegt, führt dies zu
einer Medium-Sammellinse von zunehmender Konvergenz. Diese zunehmende Konvergenz wirkt der bildebenen Verschiebung
entgegen und führt dazu, daß die Bildebene bei der gleichen Entfernung zur Stabilisiervorrichtung
verbleibt. Die Nahtstelle zwischen der Medium-Sammellinse einerseits und der Kammerseite des scheibenförmigen
Fensters 2Θ andererseits bringt einen weiteren, nicht sofort bemerkbaren Vorteil. Typischerweise wird etwas
409817/0258
Licht an dieser Fläche reflektiert statt das Fenster 28 und das Medium 30 des Bades bis zu dem Spiegel
zu durchsetzen. Dieses reflektierte Licht kann mit dem letztlich erzeugten und betrachteten Bild interferieren.
Die konkave Oberfläche an dem Medium-Glas-Übergang sorgt für eine Dispersion dieses Lichtes.
Folglich erreicht dieses reflektierte Licht die Umgebung des Bildes in einer stärker divergierenden
Form. Das Betrachten wird demzufolge .verbessert.
Es sei nebenbei bemerkt, daß die Außenfläche des Fensters 28 zu einer kleinen Linsenfläche ausgebildet
sein kann, vorzugsweise einer Sammellinsenfläche. Diese Linsenfläche kann so beschaffen sein, daß sie
der chromatischen Dispersion der Medium-Sammellinse entgegenwirkt.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Ein "gefalteter" Lichtweg mit einem Objektiv A, einem
Spiegel B, einer Kammer C, Umkehrspiegeln D und einer Brennebene E sowie ein Okkular F sind dargestellt. In
diesem Fall jedoch ist der Spiegel B bei etwa 2/3 der Entfernung vom Objektiv A zur Brennebene E angeordnet.
Diese Anordnung des Spiegels B bei 2/3 der Brennweite erfordert eine a.ndere Kammerkonfiguration, die im einzelnen
in den Fig. 5 und 6 zu .sehen ist.
Gemäß Fig. 5 ist die Anordnung des Spiegels B, des Elastikbandes 37 und des Rohres 40 in gleicher Weise
getroffen wie bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel. Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet
sich jedoch von der oben erwähnten dadurch, daß die Kammer C in normaler Richtung zur Ebene des Spiegels
B längs ihrer Zylinderachse verlängert ist. Die Rohre
A09817/0258
41 und 42 sind weggelassen worden.
Diese andere Gestaltung verändert die Medium-Kopplung
zwischen dem Spiegel B und der Kammer C, wie das im einzelnen der Fig. 6 zu entnehmen ist. Nach der dortigen
Darstellung kippt der Spiegel B bezüglich der Kammer C um einen Winkel Θ, wenn die die Kammer C1 ihrerseits
um einen Winkel ä geneigt ist . Dieser Winkel θ ist entgegengesetzt zu dem. Winkel S gerichtet und übertrifft
betraasmäßig den Winkel Φ. Die Spiegelbewegung bezüglich eines räumlichen Koordinatensystems scheint
in der umgekehrten Richtung gegenüber der Bewegung der Kammer C1 abzulaufen.
Unter erneuter Bezugnahme auf die oben erläuterte Gleichung sowie auf Fig. 4 vergegenwärtige man sich, daß
diese Ausführungsform der Kammer dann am besten verwendet wird, wenn es erwünscht ist, die Stabilisierungsvorrichtunq
gemäß der Erfindung in der Nähe der Brennebene E des stabilisierten Instrumentes anzuordnen. Bei
Verwendung der bevorzugten Ausführungsformen des Mediums und der Brennweiten gemäß Fig. 4 sieht man, daß der
Spiegel B mit einer Geschwindigkeit von ungefähr dem l,5fachen von derjenigen Geschwindigkeit geneigt werden
muß, mit der das Gehäuse C kippt, wobei der Brechungsindex η = 1,3 beträgt.
Die erfindungsgemäße Stabilisierungsvorrichtung kann im
Zusammenhang mit einer großen Anzahl von Konfigurationen Verwendung finden.
Die Ausführungsformen der in den Fig. 1-6 erläuterten Stabilisierungsvorrichtung besitzen sämtlich zwei Frei heitsgrade
der Bewegung. Das bedeutet, daß eine Stabili-
m0 9 817/0258
sierung bei einer einzelnen Stabilisierungsvorrichtung
hinsichtlich Komponenten erreicht wurde, die orthogonal zum optischen Hauptweg gemäß der Erfindung liegen.
Der Stabilisierungseffekt gemäß der Erfindung kann auch
dadurch erreicht werden, daß .zwei Spiegel verwendet werden, von denen jeder einen Freiheitsgrad relativ
zu den Orthogonalachsen besitzt. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 7 erläutert.
Fig. 7 zeigt einen Spiegel B,, der in einer Kammer K
gelagert ist. Die" Kammer K weist ein erstes Fenster 101 und ein zweites Fenster 102 auf, das senkrecht zu dem
Fenster 101 liegt, wobei beide Fenster eine dachartige Konfiguration über den lichtundurchlässigen Kammerwänden
103,104 und 105 bilden. Die Kammerstirnseiten sind durch nicht dargestellte undurchlässige Wände abgeschlossen,
so daß ein strömungsfähiges Medium in der Kammer aufgenommen
sein kann und einen Schwenkpunkt für den Spiegel B. bildet, der in der. Kammer befestigt ist.
Der Spiegel B1 kann um eine Achse 107 verschwenken, die
in diesem Ausführungsbeispiel parallel zu den Ebenen der Fenster 101 und 102 liegt. Wenn der Spiegel um diese
Achse verschwenkt wird, wird er in eine Ruhestellung
zurückgedrückt, die hier um einen Winkel von 45 bezüglich der Fenster 101 und 102 geneigt ist. Durch geeignete
Wahl der Konfiguration und der Form der Kammer K relativ zu Form und Konfiguration des Spiegels B. kann ·
eine geeignete Medium-Kopplung in einer Orthogonalachse relativ zum optischen Weg erhalten werden.
Ein Lichtstrahl 112 fällt auf den Spiegel B1 durch das
Fenster 101 und verläßt die Stabilisierkammer K durch ■das Fenster 102. Das Licht wird dann in Richtung des
Weges 114 abgelenkt, der senkrecht zur Schwenkachse
409817/025S
des Spiegels B. und zu dem einfallenden Lichtstrahl 112
steht. Eine weitere Ablenkung des Lichtstrahls geschieht über den Spiegel 115, der im optischen Weg angeordnet ist,
Ein längs des Weges 116 verlaufender und in die Kammer L eintretender Lichtstrahl fällt auf einen stabilisierten
Spiegel B_, der um eine Achse 117 verschwenkbär ist, die orthogonal zur Achse des Spiegels B1 steht. Das Licht
kann die Kammer L längs des Weges 120 verlassen· Beim Austritt aus der Kammer L längs des Weges 120 und nach
Reflexion vom Spiegel 118 ist das Licht vollständig stabilisiert.
Man bemerke, daß die Konfiguration der Kammer L sowie
die Konfiguration ihres Spiegels B„ sich von der Konfiguration
der Kammer K und ihrem Spiegel B1 unterscheidet. Dieser Unterschied in der Bauweise ist so ausgelegt,
daß die Mediumkopplung zwischen dem Spiegel und der Kammer geringfügig geändert wird, so daß eine Einstellmöglichkeit
für die Distanz zwischen jeder Stabilisiervorrichtung und der Einfallsebene des optischen Lichtweges
ermöglicht wird.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 7 besitzt zusätzliche Vorteile, die nicht sofort deutlich werden. Man bemerke beispielsweise,
daß die beiden optischen Wege auf die Spiegel B und B_ an räumlich verschiedenen Stellen auftreffen
könnten. Derartig gepaarte optische Wege, wenn sie gleiche Brennweiten und gleiche Abstände von ihren jeweiligen Bildebenen besitzen, könnten einen doppelten
Stabilisierungseffekt erfahren. Somit ermöglicht die in Fig. 7 dargestellte Konfiguration die Stabilisierung
eines gepaarten optischen Weges für binokkulare oder dergleichen Vorrichtungen.
In den Fig. Θ-10 ist eine weitere Ausführungsform .der
A 0 9 3,1 7 /025 8
ORfGINAL INSPECTED
Erfindung dargestellt. Eine mediumdichte Kammer C besitzt Fenster W^ und W„, einen Lichtweg L durch die
Kammer bestimmen. Im Inneren des Lichtweges L ist über eine Kardanaufhängung G ein Teleskop T befestigt, das
in Ausrichtung auf eine neutrale Stellung durch Magneten 0 , °p»0_ und 0. gehalten wird, so daß es durch
die Fenster W und W„ eintretendes bzw. austretendes
Licht aufnehmen und wieder abgeben kann. Ein Medium F füllt die Kammer C aus und bildet typischerweise ein
neutrales Schwimmlager für das Teleskop T. Ferner bildet das Medium F eine Medium-Kopplung zwischen den
Seitenwänden der Kammer C und den Seitenwanden des Teleskops T. Wenn diese Mediumskopplung mit der Rückstellkraft
der Magneten kombiniert wird, stellt sich eine geregelte Bewegung des Immersionsteleskops T..
Wenn ein Lichtbündel L durch die Optik des Teleskops T abgelenkt und von der Fokussierlinse Q auf die Bildebene
I abgebildet wird, führt diese Bewegung zu einem kamera-stabilisierten Bild. Eine derartige Stabilisierung
ist schematisch in Fig. 9 zu erkennen.
Die Kammer C besitzt einen Zylinderabschnitt 132 zwischen zwei scheibenförmigen Stirnwänden 134 und 136.
Die Wände 134 und 136 sind über den Stirnseiten des Zylinders 132 befestigt und bilden eine mediumdichte
Kammer.
Jede Wand 134 und 136 ist teilweise zu einem Fenster W
(in der Wand 134) und zu einem Fenster W (in der Wand 136) ausgebildet. Wie dargestellt, definieren die Fenster
W^ und W2 Kammerabschnitte, die ein Lichtbündel L
in das Innere der Kammer beim Fenster W^ eintreten und
die Kammer am Fenster W„ ve: lassen lassen.
409817/0258
Das in der Kammer enthaltene Medium F ist typischerweise eine durchscheinende Flüssigkeit, deren Brechu
ingsindex bei ungefähr 1,3 liegt. Ferner ist die Flüssigkeit so gewählt, daß sie unter allen erwarteten
Temperaturen und Betriebsbedingungen einen flüssigen Zustand einhält. Beispielsweise hat sich die bereits
erwähnte durchscheinende Fluor-Kohlenstoffverbindung bewährt, die unter dem Warenzeichen "FC4811 erhältlich
ist, eine Dichte vom l,9fachen derjenigen des Wassers und einen Brechungsindex von 1,3 hat. Wie bereits
oben im Zusammenhang mit Fig. 1 diskutiert wurde, kann die Kammer mit Bälgen, einem Ballon oder alternativ
mit einer Blasenfalle versehen sein, um den sich aus dem Medium in der Kammer sammelndem Gas entstehenden
Probleme aus dem Wege zu gehen.
Das hier dargestellte Teleskop T ist ein Galilei-Fernrohr mit einer Sammellinse 140, einer Zersträuungslinse
142 und einer Gesamtvergroßerung von ungefähr 4fach. Das Fernrohr ist in einem Zylinder 144 untergebracht,
der typischerweise nicht mit dem Medium F des Bades gefüllt ist. Hinsichtlich seiner Bauweise
ist das Teleskop T vorzugsweise für ein neutrales Schwimmen bezüglich des Mediums F ausgelegt.
Die kardanische Aufhängung ist nur als ein Beispiel für eine Befestigung des Teleskops anzusehen. Selbstverständlich
ist auch hier die andere mechanisch in gleicher Weise wirkende Aufhängung geeignet, die eine
Winkelbewegung des Teleskops T bezüglich des Lichtweges L ermöglicht. Weiter ist diese spezielle optische Stabilisiervorrichtung
relativ unempfindlich gegenüber einer Bewegung des Teleskops T längs oder quer zu den optischen
Achsen und es ist daher nicht erforderlich, daß
409817/0258
das Teleskop T an einem speziellen Punkt längs der opti^
sehen Achse innerhalb der Kammer festgelegt werden muß.
Vielmehr ist es lediglich erforderlich, daß das Teleskop so angeordnet wird, daß es im Lichtweg L sich befindet
und eine proportionale Winkelbewegung in noch zu erläuternder Weise erfährt. Beispielsweise ist es
nicht erforderlich, daß die Achsen der Schafte 145 und 148 sich schneiden.
Es erscheint jedoch nötig, daß das Teleskop in eine
Stellung vorgespannt wird, in der die Linse 140 auf das Fenster W und die Linse 142 auf das Fenster W„
weisen. Demzufolge sind die Magneten O-1, O0, 0~ und 0.
um den Lichtweg L herum angeordnet.
Jeder Magnet O1 bis 0. ist typischerweise ein Ringmagnet. Die Magnete O1 und 0„ sind so polarisiert, daß
sie sich gegenseitig anziehen. Entsprechend ziehen sich die Magnete 0_ und 0. an. Man erkennt also, daß bei
Abwesenheit von Trägheitskräften und Kräften aus dem
Medium F das Teleskop T normalerweise sich selbst parallel zum Lichtweg L ausrichtet.
Die Bildlinse Q, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
einer Sammellinse, und die Bildebene I sind bezüglich
der Kammer C fest, sind beispielsweise an ihr befestigt und bewegen sich mit der Kammer, wenn sie
seitlich ausgelenkt wird. Das Teleskop T in Kombination mit den Fenstern W1 und W„ und dem Brechungsindex η
des Mediums F hält das Bild stationär auf der Bildebene I trotz Winkelbewegungen der Kammer G. .
Nach der Darstellung in Fig. 9 erleidet die erfindungs— gemäßeStabilisiervorrichtung für ein Immersionsteleskop
eine Winkelbewegung. An dieser Darstellung lassen sich mehrere Merkmale erkennen. Zunächst werde bemerkt, daß
das Teleskop T, an der Kardanaufhängung G befestigt,
in einem Teleskopgehäuse angeordnet ist9.. das Im wessnfc-
4üii7/o2Sf
lichen quadratischen Querschnitt in der Längsachse parallel zur optischen Achse besitzt. Es hat sich
ergeben, daß bei einem derartigen quadratischen Querschnitt das Teleskop T danach strebt, seine unveränderte
Orientierung im Raum beizubehalten, während
die Kammer C ihre Orientierung im Raum verändern kann.
Eine Bewegung des Teleskops T wird aufgrund der Medium-Koppelung
zwischen den Seitenwänden der Kammer C und der Außenfläche des Teleskops T eintreten. Natürlich
könnten die Außenflächen des Teleskops und der Kammer, die die Kopplung herstellen, die Linsenflächen bzw.
die Fensterflächen sein.
Weiter wird bemerkt, daß die Fenster W. und W? und
die Grenzfläche des Mediums F an ihnen planar sind. Somit wird eine Brechwirkung an dem Fenster-Medium-Überqang
auftreten.
Angenommen, daß die Kammer C um den Winkel β aufgrund einer zufälligen Auslenkung kippt, dann kann der Durchtritt
des Lichtes durch die Stabilisiervorrichtung algebraisch beschrieben werden. Da das Medium F optisch
dichter ist als Luft, wird das in das Medium F eintre-
tende Licht um einen Winkel — bezüglich der Normalen zur Fensterfläche gebrochen, wobei θ der Winkel zu der
Kammerneigung und η der Brechungsindex des Mediums F sind. Man bemerke, daß da praktisch nur relativ kleine
Brechungswinkel in der Kammer C auftreten werden, Öer Ausdruck für Q im Bogenmaß statt in der korrekteren
Sinusfunktion, wie sie bei großen Brechungen sinnvoll ist, normalerweise ausreichen wird.
Das Licht längs des Weges L wird in dem Medium F aus
409817/0258
seinem ursprünglichen Winkelverlauf gemäß der Gleichung θ - θ/η abgelenkt. Unter der Annahme, daß das Teleskop
T eine Vergrößerung von M besitzt, wird die Ablenkung des auf das Fenster W. fallende Lichtstrahl beim Austritt
aus dem Teleskop T den Betrag M (Θ - θ/η) annehmen.
Zum Zweck der Stabilisierung für eine Kamera bemerke man, daß die Winkelablenkung des Lichtweges L aus dem
auf das Fenster W. einfallenden Strahl gleich θ sein
sollte, so daß die gewünschte Ablenkung dann ausgedrückt werden kann in der Form θ - (Μ(θ - θ/η)) = 0.
Elliminieren von θ und reduzieren der Gleichung auf ihre einfachste Form führt auf die Beziehung der Teleskop-Vergrößerung
M mit dem Brechungsindex η des Mediums F in dem Bad, die lautet (M - 1) (n - 1) = 1.
An der letzterwähnten Gleichung können mehrere Feststellungen getroffen werden. Zum ersten wird deutlich, daß
die Vergrößerung M des Teleskop T von 1 verschieden sein muß. Weiter muß der Brechungsindex η des Mediums F
ebenfalls von 1 verschieden sein. Durch ungefähres Einsetzen in die obige Gleichung erkennt man, daß ein Brechungsindex
von 1,3 zusammen mit einer optischen Verstärkung des Teleskops T von etwa + 4 zu einem optischen
Arbeitsgerät führt, das die gewünschte Stabilisierung erreicht.
Es wird weiter bemerkt, daß dann, wenn der Brechungsindex
η die Einheit erreicht, die Vergrößerung M größer werden muß. Umgekehrt, wenn die Vergrößerung M ungefähr
die Einheit erreicht, muß der Brechungsindex η von höherer Potenz sein. Auf der Grundlage dieser variablen
Beziehungen hat sich ergeben, daß ein Teleskop T.mit
409817/0258
einer Vergrößerung in der Gegend von ungefähr einer positiven Potenz von 4 Vorteile besitzt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 verwendet ein
stabilisiertes Teleskop in Kombination mit dem Brechungsindex η des Mediums F, um eine stabilisierte
Bewegung zu bekommen. Natürlich müssen die genannten Gleichungen modifiziert werden, wenn das Teleskop
T bezüglich eines /.Aufpunktes im Raum nicht stationär
bleibt, sondern eine Bewegung in der Kammer erfährt, die proportional, jedoch nicht gleich der Bewegung
des Gehäuses ist. Dies wird im einzelnen an dem in den Fig. 11 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispiel
erörtert.
Man entnimmt diesen Figuren, daß eine Kammer C1 einen
verlängerten rechtwinkligen Querschnitt besitzt, und die Verlängerung parallel zum Lichtweg L zwischen den
Fenstern W. und W„ ausgebildet ist. Es hat sich empirisch
ergeben, daß bei dieser Kammerkonfiguration das Teleskop T sich entgegengesetzt zur Neigung der Kammer C4. bewegt.
Wenn die Kammer C- durch eine zufällige Winkelbewegung
in einer ersten Richtung gedreht wird, neigt das Teleskop T dazu, sich nicht mit der Kammer zu drehen, vielmehr
sich in eine entgegengesetzte Richtung zur Kammer zu bewegen. Um diese Gegenbewegung zu unterstützen, sind
zwei Ringbleche 151 und 152 an der Zylinderfläche des Teleskops T angesetzt. Die Bleche vergrößern die Mediumkopplung
zwischen dem Medium F, das sich entlang den Zylinderwänden 132 bewegt, und dem Teleskop T·
Diese Winkelbewegung läßt eine relativ einfache algebraische Modifizierung der bereits genannten Gleichung
zu. Unter der Annahme, daß die Kammer C1 um einen Winkel
S gekippt ist, wird das Teleskop T bezüglich der
409817/0258
Kammer C^ um einen Winkel θ kippen, da die Bewegung
des Teleskops bezüglich der Kammer hinsichtlich ihres größten Anteils proportional zur Winkelbewegung der
Kammer bei relativ kleinen Winkelabweichungen aus der Ruhelage sein wird, wie das bei zufälligen Winkelauslenkungen,
etwa aufgrund von Zitterbewegung,,verursacht
sein kann»
Nimmt man an, daß das Licht L auf das Fenster W^ unter
einem Winkel δ einfällt, so wird es gegen die optische Achse durch die Kammer um einen Betrag — abgelenkt,
wobei δ der Winkel der Kammerkippung und η der Brechungsindex
des Mediumbades F ist. Somit wird der Lichtweg L im Inneren des Mediums F aus seinem ursprünglichen
Verlauf um einen Winkel δ — δ/η abgelenkt.
Typischerweise fällt das Licht auf das Teleskop T unter einem Winkel (Q — δ/η), wobei θ die Bewegung des Teleskops
bezüglich seiner ursprünglichen Winkelposxtion in dem Gehäuse C. ist. Das durch das Teleskop T hindurchtretende
Licht wird um einen Betrag von M (Θ — δ/η) abgelenkt, wobei M die Vergrößerung des Teleskops T ist.
Wenn man noch annimmt, daß am Ende des optischen Weges eine Stabilisierung für eine Kamera erwünscht ist, dann
sieht man endlich, daß die gewünschte Ablenkung des
Lichtes gleich ist (Q - Μ(θ -^-)) = 0 ist. Eine Zurück-
. η
führung dieser Gleichung auf ihre einfachste Form führt
zu dem Ausdruck θ (M - 1) = — δ.
Eine Analyse des vorstehenden Ergebnisses führt dazu, daß die Vergrößerung des Teleskops T größer als 1 sein
muß. Weiter sieht man, daß die Gleichung erfüllt werden kann, wenn der Brechungsindex etwa gleich 2 und das
Verhältnis der Teleskop-Winkelbewegung θ zur Gehäuse-
409817/0258
2264
Winkelbewegung $ etwa gleich 1,5 ist.
Man bedenke, daß die vorstehende Beschreibung für
eine Stabilisierung für Kameras dient· Das Bild wurde stets so beschrieben, daß es die gleiche Stelle in der
Bildebene einnimmt. Man bedenke, daß dann, wenn eine
Stabilisierung für ein Okkular zur Betrachtung durch das Auge erforderlich ist, eine Modifikation der Stabilisierunqsformeln
nötig ist.
Angenommen, daß die Stabilisierung für eine Betrachtung durch das Auge ausreichen soll, wobei die Gesamterer—
größerung M ist, dann kann die Stabilisierung durch
die Gleichur.n M. = M χ M_ beschrieben werden, wobei
K die Vergrößerung des Immersions-Teleskops und BL. die
Vergrößerung der Okkularoptik hinter dem Immersionsteleskop
ist. Das das Immersionsteleskop verlassende Licht sollte kompensiert werden durch (a/M,.) l/n und
das durch das Fenster W_ austretende Licht sollte kompensiert werden um einen Winkel von ä/M-.
Dies modifiziert die frühere Gleichung zu folgender Form:
e(M-i)sli2(iil ),
(+) für Umkehroptik (-) für aufrechte Optik.
Man bemerke, daß die erfindungsgemäße Stabilisiervorrichtung an ■verschiedenen Stellen längs des optischen
Systems eingesetzt werden kann. Wenn beispielsweise das Licht stabilisiert worden ist, kann eine nachgeordnete
Optik die Stabilisierung nicht mehr beeinflussen, Derartige Optiken sind in den Fig. 14 und 15 erläutert.
Gemäß Fig. 14 ist eine Sammellinse 160 vor dem Gehäuse Cp befestigt. Dem Fenster W^ ist eine konkave Konfigu-
409817/0258
ration gegeben worden (betrachtet vom Inneren der Kammer C_ aus), um eine Medium—Streulinse 162 aus dem Medium F
zu definieren. In ähnlicher Weise wurde dem Fenster W?
eine von dem Inneren der Kammer aus gesehene konvexe Konfiguration gegeben. Diese konvexe Konfiquration definiert
eine Medium-Sammellinse 164, die einen Brennpunkt auf der Bildebene I erzeugt.
Man wird bemerkt haben, daß die Sammellinse 160 und die
Medium-Streulinse 162 zusammengenommen ein galileiisches Fernrohr von der Vergrößerung M1 bilden. Unter der Annahme,
daß das Immersions—Teleskop T eine Vergrößerung von M besitzt, sieht man, daß die oben definierte
Gleichung um den Faktor $.' = SM' abgeändert werden muß,
wobei a> der Winkel der Zufallsbewegung des Immersionsteleskop—Stabilisierere und des zugehörigen galileiischen
Fernrohrs ist und wobei S' der Winkel des Lichtes auf
dem Medium F vor Kompensation durch den Brechungsindex ist.
Durch Ersetzen von ffi in der ursprünglichen Gleichung
durch die neue Funktion δ ergibt sich
θ (M - 1) = S für die Kamerastabilisierung
und β (M - 1) = ·ϊ2ϋ δ(ΐ + 1 ) für die Teleskop-
Zl 1
stabiliserung.
In jedem der vorstehenden Beispiele erkennt man, daß das gesamte Licht zwischen dem Fenster W. und dem Teleskop
T sowie dem Teleskop T und dem Fenster W„ im wesentlichen
parallel verläuft.
Es hat sich ergeben, daß das Vertrauen auf das Mediumbad zur Ablenkung des Lichtes zu einigen Problemen führen
kann. Beispielsweise sind die Brechungsindizes verwendbarer transparenter Flüssigkeiten typischerweise rela-
409817/02S8
tiv niedrig verglichen mit den üblichen transparenten Gläsern. Weiterhin können Viskositätsschwankungen sowie
optische Schwankungen, die an der Übergangsstelle zwischen Flüssigkeit und Glas auftreten, die Qualität
der Optik beeinflussen. Demgemäß ist unter Bezugnahme auf Fig. 16 die Erfindung zu einer weiteren Ausführungsform weitergebildet, bei der Glasfenster W1 und W_ zu
diesem Zweck nutzbar gemacht werden können.
Fig. 16 zeiqt eine Kammer, die durch zylindrische Seitenwände 170 definiert ist, wobei das Fenster W. von einer
plankonkaven Linse 172 gebildet wird. Ih ähnlicher Weise ist das Fenster W„ durch eine plankonkave Linse 173
definiert. Die Linsen 172 und 173 weisen mit ihren jeweiligen Konkavseiten nach innen und schließen die Kammer
C, ab, die dadurch ein mehr oder weniger sphärisches Volumen erhält. Innerhalb dieses kugelartigen Volumens
ist das Teleskop T angeordnet.
Das dargestellte Teleskop T ist von der Art eines Galilei-Fernrohres und besitzt eine plankonvexe Linse
175 und eine plankonkave Linse 176. Diese Linsen stehen in einer festen Beziehung im Inneren des Teleskops T
und werden typischerweise von einem magnetischen Ring O„ umgeben. Komplementär zu dem Magnetring O ist ein
Kagnetring 0. in einer inneren Ringnut in der zylindrischen
Seitenwand 170 befestigt. Wie noch aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich werden wird, zwingen
die komplementären Ringe durch ihre gegenseitige Anziehung das Teleskop T in eine neutrale Position.
Das Teleskop T ist an einem Gehäuse befestigt, das eine plankonvexe Linse 182 an einem vorderen Abschnitt aufweist.
Die Linse 182 ist an ihrer konvexen Seite kugelig gekrümmt, die komplementär zu kugeligen Krümmung der
409817/0258
konkaven Seite der plankonkaven Linse 172 ist.
In ähnlicher Weise ist an einem rückwärtigen Abschnitt des Teleskops T eine Plankonvex-Linse 183 vorgesehen. Die
Plänkonvexlinse 183 legt mit ihrer konvexen Seite in der Nähe der plankaven Linse 173 und besitzt eine
Krümmungf die komplementär zur kugelförmigen Konkav—
seite der plankonkaven Linse 173 ist*
Die Kammer C, wird mit einem strömungsfähigen Medium
gefüllt. Das Medium, die Linsen und der Luftraum zwischen den Linsen zusammen mit dem Gehäuse j in dem sie befestigt
sind, haben einen so gewählten Schwerpunkt und einen so gewählten Mittelpunkt des Auftriebskörpers des Teleskops
Τ, daß sich ein neutrales Schwimmen ergibt und der Schwerpunkt und der Mittelpunkt des Auftriebskörpers
koinzidieren. Man sieht somit, daß bei Kleinwinkel-Trägheitsveränderungen
eine Relativbewegung zwischen dem Teleskop T einerseits und dem Kammera^ißeren, in dem
das Teleskop eingetaucht ist, andererseits auftreten kann.
Wie bereits beschrieben, läuft der Relativbewegung zwischen dem Teleskop einerseits und der Kammer andererseits
die Vorspannung der sich gegenseitig anziehenden Magnetring CL und O^ zuwider. Somit wird bei sämtlichen
Vibrationen von relativ hoher Frequenz eine Relativbewegung zwischen dem Teleskop einerseits und der Kammer
andererseits stattfinden. Umgekehrt, bei relativ niederfrequenten
Schwingbewegungen, wie sie beispielsweise beim Verschwenken des optischen Instrumentes auftreten,
wird das Teleskop T auf die neutrale Stellung bezüglich der Kammer C3 ausgerichtet bleiben, und zwar durch die
Vorspannung aufgrund der Magnetkräfte der Ringe 0? und
0.
4Ö9817/Ö2S8
Angenommen, die Linsen 182 und 172 haben einen Brechungsindex
von n,. und die Linsen 173 und 183 haben einen Brechungsindex von n?f dann kann eine allgemeine Formel angegeben werden, bei der das Teleskop
eine Vergrößerung von M besitzt. Diese Formel lautet im einzelnen:
Cn1 - 1) M - <n2 -I)-I
Wenn n1 = n„ wird, vereinfacht sich diese Pormal zu:
(n - 1) (M-I)-I
Diese Gleichung gilt für eine Kamera-Stabilisierung.
Diese Gleichung gilt für eine Kamera-Stabilisierung.
Man bemerke, daß diese Stabilisierungsvorrichtung in Verbindung mit einem Teleskop verwendet werden kann,
das an der Seitenwand 170 der Kammer zwischen einem Objekt und dem Fenster W1 befestigt ist. In einem derartigen
Fall und unter der Annahme, daß die Vergrößerung des Teleskops zwischen einem Objekt und dem Fenster W1
insgesamt M. beträgt und daß die Vergrößerung des Immersions-Teleskops insgesamt M2 beträgt, dann ergibt
sich die Beziehung für eine kamerastabilisierte Optik
zu:
M2 Cn1 - M1) - (n2 - 1) η 1
Man bemerke, daß im Fall der Stabilisierungsvorrichtung gemäß Fig. 16 das Vorderfenster VL und das hintere Fenster
W2 einen aktiven Glasteilübergang bilden. Die Bei
dieser Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Glasteile sind somit analog zu den Medium-Teilen, diö den
in den Fig. 8-15 dargestellten Ausführungsformen ausgebildet sind.
Wenn Linsen zur Erzeugung optischer Keile benutzt werden, kann die Linsenform an einem der Fenster W.
oder W_ so ausgebildet werden, daß sie den Keileffekt
409817/0258
an einem Ende einer Kammer neutralisiert. Dies ist speziell im Fall einer doppelten neutralen Meniskuslinse
anhand der Stabilsierungsvorrichtung aus Fig-. 17 dargestellt.
In Fig. 17 besitzt eine Zylinderkammer 171 einen konisch zulaufenden Abschnitt 186, der in einen kleineren, konzentrischen,
zylindrischen Endabschnitt 188 übergeht. Der Abschnitt 186 bildet an seiner Innenfläche eine
Kugelfläche 190, die komplementär zur Kugelfläche einer Meniskuslinse 193 ist. Wie bisher beschrieben, wird
das Teleskop T im Inneren einer durchsichtigen Flüssigkeit zum Schwimmen gebracht, ist für neutrales Schweben
ausgelegt und der Schwerpunkt fällt mit dem Mittelpunkt des Schwimmkörpers des Teleskops T zusammen. Man bemerkt,
daß bei einer Winkelverschiebung zwishen dem Teleskop und der Kammer, in der es eingetaucht ist, bilden die
an dem Teleskop T angefügte Meniskuslinse 193 und die neutrale Meniskuslinse 203 an der Kammer C. keinen
optischen Keileffekt am rückwärtigen Ende der Kammer C., wenn Licht durch sie hindurch.tritt.
Es sollte festgehalten werden, daß die neutralen Meniskuslinsen 193 und 203 die Wirkung einer Divergenz für
das parallele, durch die Stabilisiervorrichtung hindurchtretende Licht.haben. Diese Divergenzeffekt kann durch
die Optik in dem Teleskop T bei der Auswahl der Linse 175 und 176 ausgeglichen werden. Während die nachgeordnete
Optik zur Erzielung einer derartigen Korrektur verwendet werden kann, verdient diese Maßnahme doch
nicht der Vorzug, da die hier beschriebene Stabilisiervorrichtung am nützlichsten ist, wenn sie nicht von
einer Optik außerhalb der Stabilisiereinheit abhängt.
Angenommen, daß im Fall des in Fig. 17 dargestellten
409817/0258
Stabilisierers die plankonkave Linse 172f die das
Fenster W bildet und die plankonkave Linse 182, die dem Stirnabschnitt des Teleskops T zugehört,
einen Brechungsindex von η haben und daß das Immersionsteleskop
eine Vergrößerung von M besitzt, dann erqibt sich die Beziehung für die kamerastabilisierte
Optik zu:
(n-1) (M) = 1.
Man bemerkt, daß diese Formel eine Ähnlichkeit mit der für die Stabilisierungsvorrichtung gemäß Fig. 8 ausqedrückte
Formel besitzt, wobei der Unterschied darin besteht, daß die Funktion M-I ersetzt wurde durch die
Funktion M. Diese Differenz hat in der Tatsache ihre Ursache, daß am Fenster W? ein entgegengesetzter Keileffekt
nicht auftritt, wenn das Licht die Stabilisierunusvorrichtung
verläßt.
Gemäß Fin. 18 besitzt die Stabilisiervorrichtung aus
Fig. 17 ein Teleskop T. von der Vergrößerung M1, das
an einem äußeren Zylindergehäuse 170 der Stabilisiervorrichtunq starr befestigt und mit diesem bewegbar
ist. Wie bei Fig. 17 ist im Inneren der Kammer C- ein TeleskopT„der Vergrößerung M_ eingetaucht und arbeitet
wie oben beschrieben.
Die Bedingung für die Kamera-Stabilisierung des Systems
aus Fig. 11 kann wie folgt aufgeschrieben werden: M2 Cn-M1) =1
Die Gesamtvergrößerung M, des Systems berechnet sich zu:
"t 12
Die Abänderung gemäß Fig. 18 besitzt zwei besondere
Die Abänderung gemäß Fig. 18 besitzt zwei besondere
409817/0258
Vorteile gegenüber der bisher beschriebenen Vorrichtung*
Zunächst kann die Gesamtvergrößerung M gleich der Einheit gewählt werden, um das Gesichtsfeld zu modifizieren,
wenn der Zusatz komplementär zu anderen be*-. stehenden Optiken ist. Weiter'kann die Vergrößerung
des Teleskops sehr viel näher bei eins liegen, weil beide Teleskope zur Stabilisierung beitragen.
Wenn beispielsweise die Vorrichtung gemäß Fig. "18 für
die Linsen 172,182 ein Glas von niedrigem Index und niedriger Dispersion besitzt, nämlich in der Gegend
von 1,517, dann kann für den Fall M. = 1,0 der Wert M1 = 0,7 59-und der Wert M„ = 1,32 betragen. Diese
spezielle Ausführungsfprm der Erfindung besitzt eine
Gesamtvergrößerung von etwa eins sowie eine Teleskopoptik von geringer Vergroßerungskraft.
Fig. 19 endlich zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der das optisch durchlässige Element
eine Bildumkehr- und -Verschiebungseinheit ist. Die Bildumkehr und -Verschiebungseinheit weist ein
zusammengesetztes Umkehrprisma 200 auf, das neutral schwimmend in einer mediumgefüllten Kammer 202 an
einem Kardangelenk 204 in einem Gehäuse 203 aufgehängt ist, wobei das Kardangelenk ähnlich demjenigen
sein kann, das bereits im Zusammenhang mit den Fig. 8-10 beschrieben wurde. Das Prisma 200 kann in der
dargestellten neutralen Stellung gehalten werden, durch eine Magneteinrichtung, die ähnlich der im Zusammenhang
mit den Fig. 8-10 beschriebenen Magnetanordnung ist. Alternativ kann das konventionelle Kardanlager
von geringer Reibung durch elastische Verbindungselemente ersetzt werden, die aus Gummi o.dgl.
bestehen können und eine Rückstellkraft auf das Prisma
409817/0258
2201326
tellung Halt.
22013
200 übertragen, die es in seiner neutralen Stellung Dem Fachmann sind darüber hinaus noch andere geeignete
Vorrichtungen bekannt.
Das Umkehrprisma 200 besitzt eine Anzahl von planen
Reflextionsflachen 205 -208 zur Umkehr und Verschiebung
ein es Bildes, das auf die Eintrittsfläche 210 auffällt.
In der in Fiq. 19 dargestellten Ausführungsform erscheint dieses Bild an einem Eintrittsfenster 212 in der Form
eines Parallellichtbündels aus dem Teleskop 214 von der Vergrößerung M, das an der Vorderseite des Gehäuses
?0 3 in geeigneter Weise angebracht ist. Das Lichtbündel läuft durch die Medium-Zwischenschicht zwischen dem
Eintrittsfenster 212 und der Prisma-Eintrittsfläche
2 10, wird dann an den Flächen 205-208 reflektiert und verläßt das Prisma über die Fläche 209 und gelangt
zum Ausqangsfenster 215 über die Mediumzwischenschicht.
Nach dem Durchlaufen durch das Ausgangsfenster 215 wird das umgekehrte, verschobene Lichtbündel durch eine geeignete
Objektivlinse 217 in einer Brennebene 220 fokussiert. Ein übliches Okkular 222 ist zur visuellen
Betrachtung vorgesehen.
Wie man am besten aus Fig. 20 entnimmt, tritt das längs einem ersten optischen Weg 224 in das Umkehrprisma 200
eintretende Licht längs eines zweiten optischen Weges 225 aus, der gegenüber dem ersten optischen Weg 224
seitlich verschoben ist. Der Verschiebungsbetrag hängt von den Abmessungen und der relativen Anordnung der
reflektierenden Flächen des Prismas 200 ab und kann je nach den Anforderungen des vorliegenden Anwendungsfalls bestimmt werden.
Die Stabilisierungswirkung und die relativen Dimensionierungsüberlegungen
der in Fig. 19 dargestellten Aus-
409817/0258
2 ?ß1Ί ?
führungsform der Erfindung ähneln denjenigen, die bereits
oben bezüglich des Immersions-Teleskops erörtert wurden und brauchen daher hier nicht wiederholt zu werden.
Der Ausdruck für die Kamerastabilisierung lautet M =» 2n ^J
(D
wobei M die Vergrößerung des Teleskops 214, η der Brechungsindex
des Lagermediums, 0 der Winkel zwischen dem Umkehrprisma 200 und dem Gehäuse 203 und δ der
Winkel zwischen der Gehäuseachse (gemessen normal zur Fläche.der Fenster 212,215) und der räumlichen Bezugsachse sind. Bei einer Okkular—Stabilisierung ergibt
sich
H(l±3->.2„§
wobei M die Gesamtvergroßerung des Systems unter Einschluß
des Teleskops 214, des Prismas 200 und des Okkulars 222 ist und die übrigen Variablen den bereits oben definierten
entsprechen. Wie' bereits oben im Zusammenhang mit1 der Beschreibung des Immersions-Teleskops erwähnt,
wird die Stabilisierungswirkung durch translatorische Vibrationen des Umkehrprismas 200 nicht negativ beeinflußt.
*
Fig. 21 endlich zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der das optisch durchlässige Element
ein optisches Umkehrsystem (auch optisches Relais) 230 ist. Das optische Umkehrsystem 230 weist ein Linsenpaar
231,232, das an gegenüberliegenden Enden eines Innengehäuses 234 befestigt ist, sowie eine konventionelle
Feldline 235 und eine Gesichtsfeldblende 236 auf, die im Inneren des Gehäuses 234 im wesentlichen in der Mitte
zwischen den Linsen 231,232 befestigt sind. Das optische Umkehrsystem 230 ist neutral schwimmend in einer mediumgefüllten
.Kammer 238 aufgehängt, die aus einem Außengehäuse 240, einem Eintrittsfenster 242 und einem Austritts-
409817/0258
SO
fenster 244 besteht, und ist an einer geeigneten Schwenkbefestigung
245, die der bereits beschriebenen Befestigungsart entspricht, befestigt. Das optische Umkehrsystem
230 wird auf die bereits erwähnte Weise in einer neutralen Stellung, die in Fig. 21 dargestellt ist,
gehalten.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 21 gelangt ein nicht paralleles Lichtbündel (als konvergierend dargestellt)
aus einer Objektivlinse 246 zum Eintrittsfenster 242.
Nach dem Durchlaufen durch eine Medium-Zwischenschicht
wird das Bild virtuell bei 249 fokussiert. Nach erneuter Abbildung in der virtuellen Ebene 248 durch die
Elemente des optischen Umkehrsystems 230 wird das nicht-parallele Lichtbündel, das aus der Medium-Zwischenschicht
zwischen der Linse 232 und dem Ausgangsfenster 244 austritt, durch die Linse 250 auf die Brennebene
252 abgebildet. Man bemerke, daß die Bilder in den virtuellen Brennebenen 248,249 die gleiche Orientierung
haben. Ein übliches Okkular 254 ist zur visuellen Betrachtung vorgesehen.
Die Stabilisierungswirkung und die relativen Dimensions-Betrachtungen,
die oben bereits erörtert wurden, finden entsprechende Anwendung auf das optische Umkehrsystem
gemäß Fig. 21. Der Ausdruck für die Kamera-Stabilisierung ergibt sich zu
wobei F die Brennweite der Objektivlinse 246(bei 247
in Fig. 21 angedeutet), D der Abstand zwischen den virtuellen Brennebenen 248,249 (d.h. die Bildumkehrentfernung
gemessen durch das Medium), und Q sowie ä wie oben angegeben definiert sind. Man bemerke, daß
4098 17/0258
der Brechungsindex η des Lagermediums in der Variablen
D in dem vorstehenden Ausdruck vorkommt.
Für die Okkular—Stabilisierung wird der vorstehende
Ausdruck zu
wobei M, die Gesamtvergrößerung des Systems (Verhältnis der Brennweite des Objektivs 246 zur Brennweite des
Okkulars 254) ist und die übrigen Variablen bereits definiert worden sind. Man bemerke, daß die Ausführungsform gemäß Fig. 21 ein"eins—zu—eins" -Aufrecht-Relaissystem
ist,d.h. ein System ist, bei dem die virtuellen Bilder an den Brennweiten 248,249 gleiche Größe und
Orientierung haben. Ohgleich .das System mit nichtparallem
Licht arbeitet, wird die Bildstabilisierung somit durch translatorische Vibrationen des optischen
Relais 2 30 nicht nachteilig beeinflußt.
Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte deutlich geworden sein, daß die Erfindung eine Bildstabilisierung
für eine außerordentlich große Vielzahl optischer Ablenkgeräte schafft, die beispielsweise Spiegel, Teleskope,
Umkehrsysteme, Strahlverschiebungs-Geräte und Relais
(Umlegsysteme) sein, können. Demzufolge können an den
beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung noch mancherlei Änderungen vorgenommen werden, ohne daß
dadurch von dem der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken abgewichen wird. So können beispielsweise andere optische
Geräte für die Bildstabilisierung gemäß' dem Erfindungsgedanken verwendet werden.
Insgesamt wurde ein optisches Strählablenksystem beschrieben,
das in Ausrichtung mit einem Fenster in einer Kammer gelagert und vorgespannt ist, die mit einem strömungsfähigen
Medium gefüllt ist. Das Medium, das auf
409817/0258
-4T-
beide Seitenwände der Kammer und die Oberflächen der
Ablenkeinrichtung wirkt, sorgt dafür, daß die Ablenkeinrichtung dann, wenn die Kammer eine Winkelbewegung im Sinne von Vibrationen bezüglich eines Inertial-Bezugssystemes erleidet, die Ablenkeinrichtung eine proportionale Winkelbewequng bezüglich des Inertial-Systems erfährt. Es wurde irn einzelnen die Anordnung der Stabilisierungsvorrichtung für das Ablenksystem an vorgewählten Punkten längs des optischen-Weges eines optischen Instrumentes von großer Vergrößerung beschrieben, wobei sich eine Bildstabilisierung für das Instrument ergibt.
Ablenkeinrichtung wirkt, sorgt dafür, daß die Ablenkeinrichtung dann, wenn die Kammer eine Winkelbewegung im Sinne von Vibrationen bezüglich eines Inertial-Bezugssystemes erleidet, die Ablenkeinrichtung eine proportionale Winkelbewequng bezüglich des Inertial-Systems erfährt. Es wurde irn einzelnen die Anordnung der Stabilisierungsvorrichtung für das Ablenksystem an vorgewählten Punkten längs des optischen-Weges eines optischen Instrumentes von großer Vergrößerung beschrieben, wobei sich eine Bildstabilisierung für das Instrument ergibt.
409817/0258
Claims (19)
- AnsprücheIj/Vorrichtung zur Stabilisierung schneller Dreh-Vibrationen, Zitterbewegungen oder dergleichen an einem optischen Instrument, gekennzeichnet durch eine von Wänden (25,27,28;70;103,104,105;132,134, 136; 170,171,186; 203; 240) umgrenzte Kammer (C1C1, C ,C2,C3,C., K,L); durch ein in der Kammer enthaltenes strömungsfähiges Medium (F); durch ein in dem Medium eingebettetes, bewegbar befestigtes optisches Strahl-Ablenksystem (B,BlfB2,P,T2,200,230); durch eine Vorspannungseinrichtung (37,40,41,42;0.,0 ,0-,0.), die das System in einer neutralen Nullage gegenüber einem lichtdurchlässigen Abschnitt (W^,W ,242,244) der Kammerwände hält; durch eine Koppeleinrichtung, die eine mit den Wänden bewegliche erste Fläche sowie eine mit dem System bewegliche zweite Fläche zur Einwirkung auf die Vorspannungseinrichtung durch das System und auf die Trägheit des Mediums aufweist, wobei die erste Fläche das Medium bewegt und die zweite Fläche in Abhängigkeit von der Mediumbewegung bewegbar ist, derart, daß eine raumbezogene Winkelorientierung des Systems mit einer Geschwindigkeit erzeugt wird, die proportional zu, jedoch verschieden von der Vibrationsbedingten Winkelorientierung der Wände bezüglich eines festen Raumpunktes ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Strahl-Ablenksystem einen Spiegel aufweist;
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Strahl-Ablenksystem ein Teleskop (T) aufweist.409817/0258
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Strahl-Ablenksystem eine Bildumkehreinrichtunq aufweist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildumkehreinrichtuna ein Umkehrprisma umfaßt.
- b. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Strahl-Ablenksystem eine optische Umlenkeinrichtunq (optisches Relais) aufweist.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Umlenkeinrichtung eine "eins-zu-eins"-Aufrecht-Umlenkeinrichtung ist.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Strahl-Ablenksystem ein elastisches Element; (37) aufweist, das mit einem Abschnitt an eine Wand der Kammer und mit einem anderen Abschnitt an das Strahl-Ablenksystem angeschlossen ist.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung einen ersten an die Kammer angeschlossenen Magneten und einen zweiten mit dem optischen Strahl-Ablenksystem verbundenen Magneten aufweist, wobei beide Magnete im Sinne einer peqen·1· seitigen Anziehung polarisiert sind.
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen lichtdurchlässigen Wandabschnitt aufweist, der in Verbindung mit dem Medium für die durch den lichtdurchlässigen Wandäbschnitt auf das optische Strahl-Ablenksystem fallenden Lichtstrahlen eine brechende Übergangsfläche bildet.t* 0 9 8 1 7 / 0 2 5 8
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die brechende Übergangsfläche so angeordnet ist, daß sie zur Abweichung der einfallenden Lichtstrahlen von den aus der Stabilisiervorrichtung austretenden Lichtstrahlen proportional beiträgt.
- 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände mindestens ein lichtdurchlässiges Fenster sowie eine weitere Einrichtung aufweisen, die in Kombination mit dem Fenster einen optischen Keil bildet, der proportional zur relativen Winkelverschiebung zwischen dem Ablenksystem und dem Fenster ist.
- 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster eine 'Konkavlinse ist, und daß die den Keil bildende Einrichtung eine dem Ablenksystem hinzugefügte Konvexlinse umfaßt, wobei die Konkavlinse und die Konvexlinse zwischeneinander einen kugelförmigen Mediumübergang bilden.
- 14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer ein lichtdurchlässiges Eingangsfenster sowie ein lichtdurchlässiges Ausgangsfenster aufweist.
- 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination mit den Fenstern gepaarte optische Keile ausgebildet sind, die proportional zur relativen Winkelverschiebung zwischen dem Ablenksystem und den Fenstern sind.
- 16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Lichtstrahlen auf.eine Bildebene folussierende Objektivlinse vorgesehen istj daß die Kammer einen lichtdurchlässigen Wandabschnitt mit einer konkaven Innenfläche aufweist, wobei das Medium neben der konkaven409817/0258Fläche der lichtdurchlässigen Wand eine Medium»Sammellinse bildet; und daß der Brechungsindex des Mediums so qewählt ist, daß ein konstanter Abstand zwischen der Objektivlinse und der Bildebene bei verschiedenen Temperaturen des Mediums aufrecht erhalten bleibt·
- 17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Instrument eine Bildebene aufweist, die an das Instrumentengehause angesetzt und mit diesem beweqbar ist.
- 18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelorientierung des Ablenksystems in der gleichen Winkelrichtung liegt, wie die Orientierung der Wand.
- 19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelorientierung des Ablenksystems in der entaenenoesetzten WinJcelrichtuna liegt wie die Orientierung der Wände.409817/0258
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/298,050 US3964817A (en) | 1970-09-28 | 1972-10-16 | Optical stabilizer having space referenced motion |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2261326A1 true DE2261326A1 (de) | 1974-04-25 |
Family
ID=23148793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19722261326 Pending DE2261326A1 (de) | 1972-10-16 | 1972-12-15 | Stabilisiervorrichtung fuer optische instrumente |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4131333A (de) |
JP (1) | JPS4974957A (de) |
AR (1) | AR196894A1 (de) |
BE (1) | BE792931A (de) |
DD (1) | DD102218A5 (de) |
DE (1) | DE2261326A1 (de) |
FR (1) | FR2203567A5 (de) |
IL (1) | IL41074A0 (de) |
IT (1) | IT974417B (de) |
NL (1) | NL7217515A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012200519A1 (de) * | 2012-01-13 | 2013-07-18 | Carl Zeiss Sports Optics Gmbh | Optisches System zur Abbildung eines Objekts |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4844602A (en) * | 1986-11-04 | 1989-07-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical system for deflecting image |
US5424872A (en) * | 1994-04-08 | 1995-06-13 | Recon/Optical, Inc. | Retrofit line of sight stabilization apparatus and method |
IL111427A0 (en) * | 1994-10-27 | 1994-12-29 | Netzer Yishay | A compact keplerian telescope |
US20090059374A1 (en) * | 2005-08-26 | 2009-03-05 | Yoshichi Otake | Image stabilizing device |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3434771A (en) * | 1966-05-11 | 1969-03-25 | Bell & Howell Co | Gyroscopic lens |
US3677618A (en) * | 1970-09-28 | 1972-07-18 | Optigon Res & Dev Corp | Binoculars having stabilizing reflectors |
US3711178A (en) * | 1970-09-28 | 1973-01-16 | Optical Res & Dev Corp | Mirror stabilizer having space referenced motion |
US3761157A (en) * | 1972-01-05 | 1973-09-25 | Optigon Res & Dev Corp | Immersed telescope stabilizer |
-
0
- BE BE792931D patent/BE792931A/xx unknown
-
1972
- 1972-12-13 IL IL41074A patent/IL41074A0/xx unknown
- 1972-12-15 DE DE19722261326 patent/DE2261326A1/de active Pending
- 1972-12-15 AR AR245671A patent/AR196894A1/es active
- 1972-12-18 FR FR7245093A patent/FR2203567A5/fr not_active Expired
- 1972-12-22 NL NL7217515A patent/NL7217515A/xx unknown
- 1972-12-25 JP JP47129460A patent/JPS4974957A/ja active Pending
- 1972-12-28 DD DD168019*A patent/DD102218A5/xx unknown
- 1972-12-29 IT IT55155/72A patent/IT974417B/it active
-
1976
- 1976-06-07 US US05/693,617 patent/US4131333A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012200519A1 (de) * | 2012-01-13 | 2013-07-18 | Carl Zeiss Sports Optics Gmbh | Optisches System zur Abbildung eines Objekts |
US9581828B2 (en) | 2012-01-13 | 2017-02-28 | Carl Zeiss Sports Optics Gmbh | Optical system for imaging an object |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BE792931A (fr) | 1973-06-18 |
IT974417B (it) | 1974-06-20 |
IL41074A0 (en) | 1973-03-30 |
US4131333A (en) | 1978-12-26 |
JPS4974957A (de) | 1974-07-19 |
DD102218A5 (de) | 1973-12-05 |
AR196894A1 (es) | 1974-02-28 |
NL7217515A (de) | 1974-04-18 |
FR2203567A5 (de) | 1974-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69109958T2 (de) | Optisches Tag-Nachtsichtgerät. | |
DE2353101C3 (de) | Fernrohr mit Bildstabilisierung | |
DE3300728C2 (de) | Ein im infraroten Spektralbereich arbeitendes optisches Beobachtungssystem | |
DE60317643T2 (de) | Kompaktes vierspiegel-anastigmat-teleskop | |
DE3827480A1 (de) | Sucher mit variabler vergroesserung | |
DE3935912A1 (de) | Zoomsuchersystem | |
DE3343219C2 (de) | ||
EP2802932A1 (de) | Optisches system zur abbildung eines objekts | |
DE60121561T2 (de) | Spiegelteleskop | |
DE2261326A1 (de) | Stabilisiervorrichtung fuer optische instrumente | |
DE102010015644A1 (de) | Zielsuchkopf mit zwei Detektionskanälen, sowie eine Rakete, die einen solchen Kopf umfast | |
DE2357547A1 (de) | Anamorphotisches objektiv | |
DE1772537C3 (de) | Einrichtung zum selbsttätigen Ausgleich der Einflüsse zufälliger Bewegungen von optischen Geräten | |
DE1547160A1 (de) | Einrichtung zum Stabilisieren des Strahlenganges optischer Geraete | |
DE102009030100A1 (de) | Direktsichtperiskop und Landfahrzeug mit einem Direktsichtperiskop | |
DE1944190B2 (de) | Einrichtung zum Stabilisieren optischer Bilder | |
EP0753162A1 (de) | Optisches system hoher symmetrie | |
DE6606336U (de) | Optisches system | |
DE69524634T2 (de) | Kompaktes Keplersches Teleskop | |
DE19654224A1 (de) | Reeller Bildsucher mit variabler Vergrößerung bzw. Verkleinerung | |
DE102005027870A1 (de) | Fernglas | |
CH628443A5 (de) | Fotografische kompakt-kamera. | |
DE2649135C3 (de) | Automatisches Nivelliergerät | |
DE1862562U (de) | Periskop. | |
DE1772827B2 (de) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OHA | Expiration of time for request for examination |