DE2414061C3 - Stabilisierungseinrichtung für optische Abbildungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stabilisierungseinrichtung für optische Abbildungen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1. Diese Stabilisierungseinrichtung

kann zusammen mit optischen Systemen, wie sie sich in Kameras, Fernrohren und ähnlichen Geräten befinden, verwendet werden.

Im allgemeinen sind optische Instrumente, wie z. B.

Kameras, Fernrohre und Feldstecher Zitterbewegungen unterworfen, wenn sie verwendet werden. Dies gilt im allgemeinen unabhängig davon, ob die optischen Instrumente von Hand gehalten werden oder ob sie auf einer Stütze in bekannter Weise montiert sind. Die Linsen der Instrumente sind im allgemeinen unvermeidbaren Zitterbewegungen unterworfen, wodurch eine unerwünschte Zitterbewegung des Bildes in der Brennebene des optischen Systems des verwendeten Instrumentes auftritt. Bei einer Filmkamera werden die Zitterbewegungen auf einanderfolgenden Bildern aufgenommen und stellen eine unerwünschte Komponente der Bildbewegung dar. Wenn auch die wirkliche Verschiebung der Bilder auf dem Filmstreifen äußerst gering sein mag, so kann die Zitterbewegung wegen der vergrößernden Projektion der Bilder als eine fortwährende Bewegung, die die Qualität des Endergebnisses mindert, nicht mehr vernachlässigt werden. Bei Feldstechern mit sehr starken Vergrößerung können erst kürzlich entwickelte Linsensysteme mit starker Vergrößerung nicht voll eingesetzt werden, da die Benutzer nicht in der Lage sind, die Feldstecher ausreichend festzuhalten, um den erwünschten Gegenstand nicht aus dem Gesichtsfeld zu verlieren.
Bisher wurden Versuche unternommen, Linsensysteme dadurch zu stabilisieren, daß ein Biscovichscher Keil zur Steuerung der Abweichung des einfallenden Lichtes verwendet wurde. In der US-PS 21 80 017 ist eine Bauweise angegeben, die für diese Art von Vorrichtung beispielshaft ist.

Der Biscovichsche Keil stellt selbst keine Abbildung her. Vielmehr haben die Elemente selbst keine Vergiößerungswirkung. Durch die Bewegung eines beweglichen Elementes in bezug auf ein anderes feststehendes Element wird ein veränderbares Prisma erhalten, das einen Lichtweg ablenkt, ohne seinen Brennpunkt zu ändern. Wenn man die Bewegung des zusammengesetzien Keils steuert, hebt die Vorrichtung die durch eine Zitterbewegung in einem optischen System hervorgerufenen Effekte dadurch auf, daß der Lichtweg in Phase mit der Zitterbewegung abgelenkt wird, wodurch das Bild mehr oder weniger fest in dem System gehalten wird.

Bisher sind viele derartige Vorrichtungen entwickelt worden, die nach dem gleichen Prinzip arbeiten. Jedoch verwenden alle bisher bekannten Stabilisierungseinrichtungen eine Zusatz- oder Hilfsausrüstung, wie z. B. ein Gyroskop, bei dem ein gyroskopischer Effekt dadurch erzeugt wird, daß sich das bewegliche Keilele-

ment dreht, oder ζ. B. durch die Verbindung mit einem externen Gyroskop um die Bewegungen des Keils zu steuern. Die Herstellung solcher Systeme wird relativ teuer; wenn man die Gesamtkosten des optischen Systems, das stabilisiert werden soll, betrachtet

Eine ideale Stabilisierungseinrichtung würde eine Zitterbewegung vollkommen ausgleichen. Wenn das optische System um 1° verschoben wird, sollte die Abbildung um 1° in der entgegengesetzten Richtung verschoben werden, um den Einfluß der Zitterbewegung aufzuheben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue Stabilisierungseinrichtung für optische Abbildungen zu schaffen, die einen Boscovichschen Keil in ausgeglichener Weise verwendet Ferner soll die Stabilisierungseinrichtung verwendet werden können, ohne daß Motoren, Gyroskope oder andere äußere, mechanische Zusatzapparate notwendig sind. Weiterhin soll die vorliegende Stabilisierungseinrichtung mit geringen Kosten hergestellt werden können, einfach in der Konstruktion und zuverlässig beim Einsatz sein.

Die Lösung dieser Aufgabe wird im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Die erfindungsgemäße Stabilisierungseinrichtung für optische Abbildungen zeichnet sich dadurch aus, daß die Steuerung der Bewegung eines Boscovichschen Keiles durch Trägheitskräfte erfolgt. Ein Teil des Keils ist an einem Arm befestigt, der ein ringförmiges Ausgleichsgewicht trägt Die Anordnung erfolgt so, daß das Gewicht des ringförmigen Ausgleichgewichtes über seinen Hebelarm im wesentlichen genau so groß ist, wie das Gewicht der bewegbaren Linse, das über ihren Hebelarm wirkt. Dadurch ergibt sich eine gewichtsmäßig ausgeglichene Anordnung, für die zusätzliche Motoren, Gyroskope oder andere mechanische Zusatzeinrichtungen nicht benötigt werden. Die Hebelarme werden durch einander gegenüberliegende Bügel gebildet, die an einem Kardanschen Ring angelenkt sind, um eine Schwenkbewegung in einer ersten Ebene zu ermöglichen. Der Kardansche Ring ist an einem festen Abschnitt des Rahmens an gegenüberliegenden Stellen befestigt, die in bezug auf die Schwenkverbindungen der Bügel um 90° verdreht sind. Dadurch kann die bewegbare Linse in zwei Richtungen ausgelenkt werden, um Zitterbewegungen in der optischen Einrichtung entgegenzuwirken.

Die Schwenkverbindung wird durch Lager gebildet, die, wenn es erwünscht ist, mit einer dämpfenden Flüssigkeit versehen und daraufhin abgedichtet werden können, um dadurch den Bewegungswiderstand zu erhöhen. Zusätzlich können Federn ohne Magnete zusammen mit den Lagern verwendet werden, um die Zentrierung der beweglichen Teile zu erleichtern. Die gesamte Einrichtung arbeitet nach dem Trägheitsprinzip, wobei die Trägheit eines Systems versucht, die bewegbare Linse in ihrer bestehenden Lage zu halten und dadurch unerwünschte Bewegungen zu verhindern. Die Arbeitsweise ist wirkungsvoll, so daß keine zusätzlichen Einrichtungen benötigt werden.

Erfindungsgemäß wird bei der Stabilisierungsvorrichtung ein Bügelpaar verwandt, dessen Enden an einer Seite mit einer bewegbaren Linse und an der anderen Seite mit einem ringartigen Ausgleichsgewicht verbunden sind. Das Bügelpaar ist zwischen der Linse und dem ringartigen Ausgleichsgewicht für das Gewicht der Linse schwenkbar gelagert.

Die Stabilisierungseinrichtung für optische Abbilduneen hat einen Biscovichschen Keil, einen Kardanschen Ring zwischen der bewegbaren Linse und dem ringartigen Ausgleichsgewicht und einer Einrichtung, die ermöglicht, den Kardanschen Ring in zwei Ebenen zu verschwenken.

In einer Fortbildung der Erfindung kann ein Boscovichscher Keil und eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen sein, die dazu dient den Bewegungswiderstand zu erhöhen und zu steuern.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen beschrieben:

F i g. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung, die zur Sichtbarmachung des inneren Aufbaues teilweise aufgebrochen ist und einzelne Abschnitte aus Gründen der Zuordnung durch unterbrochene Linien darstellt;

F i g. 2 ist eine Darstellung längs der Linie 2-2 der F i g. 1, wenn man in die Richtung der Pfeile sieht, wobei die Darstellung teilweise im Schnitt und teilweise aufgebrochen zur Sichtbarmachung des inneren Aufbaues gezeigt wird;

F i g. 3 zeigt eine Darstellung längs der Linie 3-3 der F i g. 1, wenn man in die Richtung der Pfeile blickt wobei die Darstellung teilweise im Schnitt und teilweise aufgebrochen zur besseren Sichtbarmachung des inneren Aufbaues gezeigt wird;

F i g. 4 ist ein Querschnitt längs der Linie 4-4 der F i g. 3, wenn man in die Richtung der Pfeile blickt;

F i g. 5 ist eine schematische Darstellung eines Linsensystems, die in bekannter Weise den Gegenstand in der Brennebene abgebildet zeigt;

F i g. 6 ist eine schematische Darstellung ähnlich der der F i g. 5, und zeigt die Abbildung eines Gegenstandes, wenn das Linsensystem einer Zitterbewegung ausgesetzt ist;

F i g. 7 zeigt eine schematische Darstellung des Systems der F i g. 5, wobei gezeigt ist, auf welche Weise der Abbildungsgegenstand in der Brennebene abgebildet wird, wenn eine erfindungsgemäße Stabilisierungseinrichtung eingebaut ist und das gesamte System einer Zitterbewegung ausgesetzt ist

Die F i g. 1 zeigt eine Stabilisierungseinrichtung 10 für optische Abbildungen, die an einer Kamera 12 über die Länge des vorhandenen Linsensystems 14 befestigt ist. Es ist ein Boscovichscher Keil dargestellt, der aus einer Anpassungslinse 16 und einer festen Linse 18 gebildet wird. Ein durch den Boscovichschen Keil und das zugeordnete, fokussierende Linsensystem 14 abgebildeter Gegenstand bleibt in der Brennebene 68 des fokussierenden Linsensystems unabhängig von der relativen Bewegung zwischen den Elementen 16 und 18 des Keils fest. Ein derartiger Biscovichscher Keil ist in der US-PS 21 80 217 ausführlich beschrieben und erklärt. So bleibt die Abbildung 66 in der Brennebene 68 stehen, obgleich das Gehäuse des optischen Instrumentes 12 unerwünschten Zitterbewegungen unterworfen ist.

Die Anpassungslinse 16 verschiebt sich gegenüber der festen Linse 18 und wird von einem Bügelpaar aus einander gegenüber angeordneten Streifen 20, 22 gehalten. Ein Haltering 23 kann in bekannter Weise verwendet werden, um die Linse 16 zu befestigen. Die Streifen 20, 22 erstrecken sich rückwärts und enden an durchmessermäßig gegenüberliegenden Stellen, an denen sie mit dem Ausgleichsring 24 verbunden sind. Die Streifen 20, 22 sind in bekannter Weise an dem Ring 24 befestigt wie z. B. durch Schrauben 26 (F i g. 2). Zwischen dem rückwärtigen Ausgleichsring 24 und der vorderen Anpassungslinse 16 ist ein Kardanscher Ring 28 angeordnet, der mit den Streifen 20, 22 so verbunden ist, daß eine Schwenkbewegung der Streifen (und

der befestigten Anpassungslinse 16 und dem Ausgleichsring 24) in einer Ebene möglich ist. Durchmessermäßig, einander gegenüber liegend angeordnete Schwenkverbindungen 30, 32 erleichtern eine Schwenkbewegung der Streifen 20, 22 in einer Ebene um den Kardanschen Ring 28. Der Kardansche Ring 28 ist an durchmessermäßig, einander gegenüber liegenden Stellen 36 und 38 schwenkbar in bezug auf das Gehäuse 60 gelagert. Diese Stellen sind um 90° gegenüber den Schwenkverbindungen 30, 32 der Streifen 20, 22 verdreht. Die Schwenkverbindungen 36,38 ermöglichen eine Schwenkbewegung des Kardanschen Ringes in einer zweiten Ebene. Entsprechend kann sich die Anpassungslinse 16 in zwei Richtungen bewegen, um den Auswirkungen von Zitterbewegungen in dem System entgegenzuwirken. In den Fig.2 und 3 erkennt man am besten, daß die feste Linse 18 sicher durch den Rahmen 34 gehalten wird, und daß dieser Rahmen mit dem Kameragehäuse 12 verbunden ist. Die feste Linse bewegt sich in bezug auf den Rahmen nur dann, wenn die Kamera Zitterbewegungen ausgesetzt ist.

Die Einrichtung ist so angeordnet, daß das Gewicht des ringartigen Ausgleichsgewichtes 24 in seiner Wirkung über den Hebelarm 40 im wesentlichen genauso groß ist, wie das Gewicht der Anpassungslinse 16 in seiner Wirkung über den Hebelarm 42, wodurch das gesamte System in bezug auf die Schwenkverbindungen 30, 32 und 36,38 ausgeglichen ist. Durch sorgfältiges Abstimmen der an den Schwenkverbindungen 30, 32,36,38 wirkenden Momente wird eine ausgeglichene Stabilisierungseinrichtung für optische Abbildungen erhalten, bei der keine äußeren Motoren, Gyroskope oder andere mechanischen Zusatzgeräte notwendig sind.

Vorzugsweise ist jede der Schwenkverbindungen 30, 32,36,38 mit einem Kugellager 44,46,48,50 ausgerüstet. In der Stabilisierungseinrichtung dienen die Lager als Dämpfungselemente. Sie können mit einem dämpfenden Fluid gefüllt und anschließend abgedichtet wer-Die F i g. 5, 6 und 7 dienen zur Erläuterung der Arbeitsweise des optischen Systems. Die F i g. 5 zeigt als Abbildungsgegenstand einen Pfeil 62, der Länge AQ durch dessen Mitte B die optische Mittelachse 64, von dem Linsensystem 14 aus gesehen, hindurch geht. Ist das System keiner Zitterbewegung ausgesetzt (F i g. 5), so gelangen die Lichtstrahlen vom Abbildungsgegenstand 62 durch das Linsensystem 14 hindurch und ergeben ein umgekehrtes Bild 66 der Länge A¹C Die Mitte

ίο ff des abgebildeten Pfeiles bleibt auf der optischen Mittelachse 64. Die Abbildung 66 ist durch das Linsensystem 14 in bekannter Weise in der Brennebene 68 fokussiert.
Die F i g. 6 zeigt das in F i g. 5 beschriebene System einer Zitterbewegung ausgesetzt, wobei das Linsensystem 14 eine Winkelverschiebung bezüglich der Mittelachse 64 erfährt. Die winkelmäßige Auslenkung des Linsensystems 14 kann schematisch durch die verschobene optische Achse 70 dargestellt werden. Der Unterschied zwischen der verschobenen Achse 70 und der Mittelachse 64 stellt ein Maß für die Zitterbewegung des Systems dar. In einem solchen Fall wird nur ein Teil eines Abbildungsgegenstandes, wie z. B. eines Pfeiles 62 der Länge ACm der Brennebene 68' abgebildet Diese Brennebene ist auch gegenüber der Brennebene 68 des ungestörten Systems einer Winkelverschiebung unterworfen. In einem solchen Fall ergibt sich in bekannter Weise auf Grund der optischen Gesetze, daß die Abbildung 66' in der Brennebene 68' nur die Länge A'ff hat.

Der restliche Teil BC des Abbildungsgegenstandes 62 könnte in einem solchen Fall nicht gesehen werden, wenn der Abbildungsgegenstand durch das Linsensystem 14 hindurch betrachtet wird.
Die Fig.7 zeigt die gleichen Verhältnisse wie die Fig.6, wobei jedoch eine erfindungsgemäße Stabilisiereinrichtung 10 vorgesehen ist. Sie enthüll eine feste Linse 18 und eine Anpassungslinse 16, die zwischen dem Abbildungsgegenstand 62 und dem Linsensystem 14 angeordnet sind. Die Stabiliserungseinrichtung 10

den, um dadurch den Bewegungswiderstand zu erhö- 40 für optische Abbildungen würde gegenüber der aufge

hen, wie es allgemein bekannt ist Auf diese Weise arbeitet das Gerät nach dem Prinzip der Trägheit, wobei die Dämpfung durch die gefüllten Kugellager und die eigene Trägheit des Systems so wirken, daß die Anpaszwungenen Zitterbewegung ausgleichend wirken, so daß eine vollkommene Abbildung 66' leichter hergestellt werden kann. Das Linsensystem 14 würde zusammen mit der Kamera 12 verschoben werden und da-

sungslinse 16 in ihrer Lage gehalten wird, um dadurch 45 durch eine verschobene Achse 70 (s. F i g. 6) bewirken.

eine unliebsame Bewegung zu verhindern. So wird eine Die Anpassungslinse 16 würde dann versuchen, sich relativ zu der festen Linse 18 zu bewegen. In bezug auf die Kamera 12 ist die feste Linse 18 unbeweglich, wäh-

wirkungsvolle Arbeitsweise erreicht, ohne daß äußere, mechanische und zusätzliche Einrichtungen, wie Moto-

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Stabilisierungseinrichtung für optische Abbildungen mit einem Gehäuse, das um die Linsen eines optischen Systems herum befestigt ist dadurch gekennzeichnet, daß eine feste Linse (18) an dem Gehäuse befestigt und in dem Strahlenweg zu dem optischen System angeordnet ist, und daß ein Kardanscher Ring (28) zum Ausführen einer ersten Schwenkbewegung mit dem Gehäuse verbunden ist wobei Bügel (20, 22): schwenkbar mit dem Kardanschen Ring (28) zürn Ausführen einer zweiten Schwenkbewegung verbunden sind, und daß eine Anpassungslinse (16) an den vorderen Enden der Bügel befestigt ist und in bezug auf die feste Linse (18) zum Bilden eines Biscovichschen Keils verschiebbar ist, und daß eine Einrichtung vorhanden ist, die die Anpassungslinse (16) mit der festen Linse (18) optisch ausrichtet

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ein ringartiges Ausgleichsgewicht (24) hat, das am rückwärtigen Ende der Bügel (20,22) befestigt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kardansche Ring (28) mit dem Gehäuse über erste Drehverbindungen (30,32) verbunden ist

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Drehverbindungen (30, 32) auf gegenüberliegenden Seiten eines Durchmessers liegen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bügel (20, 22) mit dem Kardanschen Ring (28) über zweite Drehverbindungen (34, 36) verbunden sind, wobei die zweiten Drehverbindungen auf gegenüberliegenden Enden eines Durchmessers liegen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Drehverbindungen (30, 32) gegenüber den zweiten Drehverbindungen (34, 36) um 9C° verschoben sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Moment des ringartigen Ausgleichgewichtes (24) um die zweiten Drehverbindungen (34, 36) im wesentlichen genauso groß ist, wie das Moment der Anpassungslinse (16) um die zweiten Drehverbindungen (34, 36), um das System dadurch auszugleichen.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehverbindungen Lager (44, 46, 48,50) haben.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager Kugellager sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpfungseinrichtungen vorhanden sind, um die Bewegung der Anpassungslinse (16) relativ zu der festen Linse (18) zu dämpfen.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtungen einstückig mit den Lagern ausgebildet sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtungen ein Dämpfungsfluid enthalten.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungslluid in den Lagern eingeschlossen ist, um den Bewegungswiderstand zu erhöhen.

14. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß den Lagern Federn (52,54,56,58) zugeordnet sind, um die Abbildung zu zentrieren.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (52, 54, 56, 58) in der Nullage des Systems so eingestellt sind, daß das System unter fortwährendem Zwang axial ausgerichtet ist