DE2261326A1 - Stabilisiervorrichtung fuer optische instrumente - Google Patents

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

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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

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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

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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-

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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

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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;

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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;

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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-

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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-

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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.

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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.

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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-

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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-

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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

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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 D_Tdie 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

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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.

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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

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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

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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

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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-

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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

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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.

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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

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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-

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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

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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

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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

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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-

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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-

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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-

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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

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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 Krümmung_f 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.

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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.

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

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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

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Stabilisierers die plankonkave Linse 172_f 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

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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

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tellung Halt.

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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-

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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-

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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

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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

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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.

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Claims (19)

1. Ansprüche

   Ij/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,B_lfB₂,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. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Strahl-Ablenksystem einen Spiegel aufweist;
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Strahl-Ablenksystem ein Teleskop (T) aufweist.

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4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Strahl-Ablenksystem eine Bildumkehreinrichtunq aufweist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildumkehreinrichtuna ein Umkehrprisma umfaßt.
6. b. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Strahl-Ablenksystem eine optische Umlenkeinrichtunq (optisches Relais) aufweist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Umlenkeinrichtung eine "eins-zu-eins"-Aufrecht-Umlenkeinrichtung ist.
8. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer ein lichtdurchlässiges Eingangsfenster sowie ein lichtdurchlässiges Ausgangsfenster aufweist.
15. 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. 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 konkaven

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    Fläche 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. 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. 18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelorientierung des Ablenksystems in der gleichen Winkelrichtung liegt, wie die Orientierung der Wand.
19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelorientierung des Ablenksystems in der entaenenoesetzten WinJcelrichtuna liegt wie die Orientierung der Wände.

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