DE19854489A1 - Weitwinkeloptik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beobachtungseinheit mit einer Weitwinkelteleskopoptik, die ein helles Sichtfeld hat, und sie betrifft teilweise ein einäugiges Fernrohr oder ein Doppelfernrohr mit einer Umkehrspiegel-Optik zwischen einer Objektivoptik und einer Okularoptik, das ein großes Gesichtsfeld und ein helles Sichtfeld hat.

Bei auf einem großen Spielfeld ausgeführten Sportarten, z. B. Fußball oder Rugby, müssen sich schnell bewegende Spieler beobachtet werden. Weiterhin ist in einem Theater mit einem weiten Gesichtsfeld eine Aufführung in einem lateral ausgedehnten Sichtfeld auf der Bühne zu beobachten. Diese Fälle erfordern dementsprechend ein einäugiges Fernrohr oder ein Doppelfernrohr mit einem großen Gesichtsfeld.

Als Beobachtungseinheit mit einer Teleskopoptik wird zu diesem Zweck im all­ gemeinen ein Doppelfernrohr, das sogenannte Opernglas, verwendet. Ein solches Opernglas ist nach der sogenannten Galileo Optik ausgebildet, bei der eine kon­ vergente Linse als Objektiv und eine divergente Linse als Okular verwendet wird. Es bietet dadurch den Vorteil, insgesamt klein und leicht zu sein, und es ist einfach zu handhaben. Ein solches Opernglas ist aber nicht immer befriedigend, weil es ein enges Gesichtsfeld und ein dunkles Sichtfeld hat. Außerdem hat es eine geringe Brechkraft.

Im Gegensatz dazu hat ein Teleskop mit großer Brechkraft eine Teleskopoptik mit einem Umkehrspiegel-System, das aus einer Kombination von zwei oder drei Prismen besteht, die zwischen der Objektivoptik und der Okularoptik angeordnet sind. Das so erhaltene optische System ist dementsprechend aufwendig. Auch wenn einige solcher Teleskope eine Brechkraft bis zu siebenfacher Vergrößerung haben können, ist deren Gesichtsfeld schmal, d. h. es ist kleiner als ein Winkel von 10°. Deshalb ist ein solches Teleskop hinsichtlich der Bildqualität nicht zum Beobachten eines sich schnell bewegenden Objektes geeignet.

Bei einer Beobachtungseinheit mit einer Teleskopoptik, wie z. B. einem Doppel­ fernrohr mit großer Brechkraft, behindert das Umkehrspiegel-System einen Auf­ bau, der ein großes Gesichtsfeld ergibt. Deshalb hat man oft versucht, eine Tele­ skopoptik so aufzubauen, daß ein großes Gesichtsfeld erhalten wird. Dadurch wird die Anordnung der Teleskopoptik selbst aufwendig, was einen großen Ein­ fluß auf das Gewicht, die Größe und die Kosten hat, und was dementsprechend zu einer schlechteren Tragbarkeit und Handhabung führt.

Wenn sich im allgemeinen der Gegensatz auch nicht vollständig vermeiden läßt, daß das Gesichtsfeld um so enger ist, je größer die Brechkraft ist, wird vorzugs­ weise eine Objektivoptik mit einer so kleinen Brennweite wie möglich verwendet, um ein großes Gesichtsfeld zu erhalten. Wenn eine bildaufrichtende Optik mit einem Umkehrspiegel-System zwei oder drei Prismen hat, sollte die Objektivoptik hingegen eine Brennweite haben, die in Beziehung mit der von diesen Prismen abhängenden optischen Weglänge steht, und dementsprechend wird das ge­ samte optische System wegen der Größe der Prismen sperrig. Die für die Trag­ barkeit benötigte Kompaktheit wird dadurch eingeschränkt. Außerdem bestimmt die Größe des Umkehrspiegel-Systems die Größe der Objektivoptik.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einäugiges Fernrohr oder ein Doppelfernrohr anzugeben, das ein großes Gesichtsfeld und ein helles Sichtfeld hat und das un­ ter den oben beschriebenen Einschränkungen eine hohe Brechkraft liefert.

Die Aufgabe wird bei einer Optik der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein zwischen einer Objektivoptik und einer Okularoptik angeordnetes Umkehr­ spiegel-System einen ersten Reflektor hat, der gegen eine einfallende optische Achse um einen Winkel von 45° geneigt ist. Ein rechtwinkliges gleichschenkliges Dreieckprisma hat Dachflächen, deren Kammlinien parallel zur der einfallenden optischen Achse liegen derart, daß von dem ersten Reflektor reflektiertes Licht von einem Teil einer schrägen Seitenfläche des Prismas empfangen wird. Ein zweiter Reflektor ist gegen eine reflektierende optische Achse um einen Winkel von 45° geneigt angeordnet, und eine Zwischenabbildungslinse ist zwischen der Objektivoptik und der Okularoptik an einer Position nahe dem zweiten Reflektor angeordnet.

Bei einer Weiterbildung wird eine Meniskuslinse als Zwischenabbildungslinse zwischen der Objektivoptik und der Okularoptik verwendet. Die konvexe Fläche der Meniskuslinse ist der Einfallsseite zugewandt und in einem Teil einer Projek­ tionsfläche des zweiten Reflektors auf eine horizontale Ebene angeordnet, die die optische Achse enthält.

Mit dieser Anordnung läßt sich ein einäugiges Fernrohr oder ein Doppelfernrohr mit einem großen Gesichtsfeld und mit einem hellen Sichtfeld erzielen, wobei ein Umkehrspiegel-System vorgesehen ist.

Gemäß der Erfindung wird von dem zweiten Reflektor reflektiertes Licht auf die Okularoptik gerichtet. Die Zwischenabbildungslinse in der Nähe des zweiten Re­ flektors bricht das Licht, das dann so auf die Okularoptik einfällt, daß sich ein großes Gesichtsfeld und ein helles Sichtfeld ergibt. Bei dieser Anordnung ist die konvexe Fläche der Zwischenabbildungslinse auf der Eintrittsseite angeordnet, damit die Zwischenabbildungslinse so dicht wie möglich bei dem zweiten Reflek­ tor angeordnet werden kann. Der äußere Rand der Zwischenabbildungslinse ist extrem dicht bei der reflektierenden Fläche des zweiten Reflektors angeordnet, so daß die beiden sich nahezu berühren. Dadurch befindet sich ein Teil der Zwi­ schenabbildungslinse in einer Projektionsfläche des zweiten Reflektors auf eine horizontale Ebene, die die optische Achse enthält.

Von einer Objektivoptik einfallendes konvergentes äußeres Licht soll umgekehrt reflektiert werden, ohne eine Umkehrspiegel-Optik mit drei Prismen wie oben er­ wähnt zu verwenden. Es soll auch kein Umkehrspiegel-System aus einer Kombi­ nation von zwei Prismen verwendet werden, bei dem ein erstes Prisma als recht­ winkliger dreieckiger Keil mit einer Bodenfläche ausgebildet ist, die eine schräge Seite eines rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecks enthält. Ein Teil davon ist orthogonal zu der einfallenden optischen Achse angeordnet. Das erste Prisma hat Dachflächen, deren Kammlinien in einer horizontalen Ebene orthogonal zu der einfallenden optischen Achse liegen. Ein zweites Prisma hat Dachflächen, deren Kammlinien in einer Ebene orthogonal zu der einfallenden optischen Achse so liegen, daß von einem Teil der ein rechtwinkliges gleichschenkliges Dreieck einschließenden Bodenfläche desselben Licht empfangen wird, das von den Dachflächen des ersten Prismas reflektiert worden ist und das von dem anderen Teil der Bodenfläche des ersten Prismas in entgegengesetzter Richtung parallel zu der einfallenden optischen Achse ausgesandt worden ist. Nach der Erfindung wird ein Umkehrspiegel-System verwendet, das einen Reflektor als erste reflektie­ rende Fläche hat. Einfallendes Licht wird durch ein einziges rechtwinkliges Dreieckprisma auf eine letzte reflektierende Fläche gestrahlt. Dementsprechend kann die Zwischenabbildungslinse extrem dicht bei einem Reflektor als letzte re­ flektierende Fläche angeordnet werden, wodurch im Verhältnis zu einem einäu­ gigen Fernrohr oder einem Doppelfernrohr gleicher Brechkraft ein großes Ge­ sichtsfeld und ein helles Sichtfeld erreicht wird. Weil außerdem nur ein einziges Prisma verwendet wird, ist das gesamte optische System leicht, so daß sich be­ merkenswerte Vorteile im Hinblick auf eine Verbesserung der Tragbarkeit und der Betätigbarkeit ergeben.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Weitwinkelteleskops als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Explosionsansicht des Weitwinkelteleskops,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines Umkehrspiegel-Systems des Weitwinkelte­ leskops, und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Umkehrspiegel-Systems.

Fig. 1 zeigt eine Objektivoptik 11, die in diesem Ausführungsbeispiel als zusam­ mengesetzte konvergente Linse ausgebildet ist, bei der eine Bikonvexlinse 13 und eine divergente Meniskuslinse 15 miteinander verbunden sind. Eine Oku­ laroptik 12 ist eine zusammengesetzte Linsengruppe mit einer Bikonvexlinse 14, einer an deren Rückseite befestigten divergenten Meniskuslinse 16, einer asphä­ rischen Bikonvexlinse 18, die vor der zusammengesetzten konvergenten Linse angeordnet ist, und mit einer plankonvexen Linse 20 dahinter, deren konvexe Oberfläche der Eintrittsseite zugewandt ist. Eine Zwischenabbildungslinse 17 ist zwischen der Objektivoptik 11 und der Okularoptik 12 angeordnet und ist als eine konvergente Meniskuslinse ausgebildet, deren konvexe Fläche der Eintrittsfläche zugewandt ist. In Fig. 2, die eine Explosionsansicht einer mit den oben genannten Linsen ausgeführten Teleskopoptik zeigt, ist ein Bereich MPM gezeigt, der der optischen Weglänge auf der optischen Achse eines Umkehrspiegel-Systems für ein Doppelfernrohr entspricht. Ein Bereich P entspricht der optischen Weglänge auf der optischen Achse eines rechtwinkligen gleichschenklig dreieckigen Prismas des Umkehrspiegel-Systems.

Das Umkehrspiegel-System 30 ist zwischen der Objektivoptik 11 und der Oku­ laroptik 12 zum Sichtbarmachen eines aufrechten Bildes für ein Okular angeord­ net. Die zwischen der Objektivoptik 11 und der Okularoptik 12 angeordnete Zwi­ schenabbildungslinse 17 kann ein Gesichtsfeld liefern, das im wesentlichen im­ mer größer wird, je mehr sie sich der Objektivoptik nähert, wenn es sich bei ihr um eine Sammellinse handelt.

Aus diesem Grund ist die Zwischenabbildungslinse 17 so nah wie möglich bei dem Umkehrspiegel-System 30 angeordnet, das zwischen der Objektivoptik 11 und der Okularoptik 12 vorgesehen ist. Weil die Zwischenabbildungslinse 17 na­ hestmöglich des Umkehrspiegel-Systems 30 angeordnet ist, hat dieses einen er­ sten Reflektor 41, der um einen Winkel von 45° gegen die einfallende optische Achse X-X' geneigt ist, ein einzelnes Prisma 31 in Form eines rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecks und einen zweiten Reflektor 42, der um einen Winkel von 135° gegen die einfallende optische Achse X-X' geneigt ist. Folglich ist der zweite Reflektor 42 um einen Winkel von 45° gegen die optische Achse von re­ flektiertem Licht geneigt, das von dem rechtwinkligen gleichschenkligen Dreieck­ prisma 31 ausgeht. Dieses Umkehrspiegel-System 30 wird im folgenden einge­ hend erklärt. Weil der erste Reflektor 41 um einen Winkel von 45° gegen die ein­ fallende optische Achse X-X' geneigt ist, wird längs der einfallenden optischen Achse X-X' einfallendes Licht von dem ersten Reflektor 41 in eine Richtung reflek­ tiert, die orthogonal zu der einfallenden optischen Achse X-X' ist. Das reflektierte Licht wird zu einer schrägen Seitenfläche des Prismas 31 geführt, dessen Ein­ trittsfläche orthogonal zur optischen Achse des reflektierten Lichtes ist.

Die schräge Seitenfläche des gleichschenkligen rechtwinkligen Dreieckprismas 31 (eine Ebene, die eine schräge Seite eines rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecks einschließt) dient an ihrer einen Seite als Eintrittsfläche 33, die das von dem ersten Reflektor 41 reflektierte Licht empfängt. An ihrer anderen Seite dient sie als Austrittsfläche 34 für das in dem Prisma reflektierte Licht (siehe Fig. 3).

Das rechtwinklige gleichschenklige Dreieckprisma 31 hat eine Kammlinie 32 und davon ausgehend an voneinander abgewandten Seiten Dachflächen, von denen eine Dachfläche als erste reflektierende Fläche 35 zum Streuen des reflektierten Lichtes in das Prisma 31 dient. Die andere Dachfläche dient als zweite reflektie­ rende Fläche 36 zum Streuen des von der ersten reflektierenden Fläche 35 re­ flektierten Lichtes.

Von der zweiten reflektierenden Fläche 36 reflektiertes Licht auf der optischen Achse tritt durch die Austrittsfläche 34 des Prismas 31 rechtwinklig zu der Aus­ trittsfläche 34 aus und wird nachfolgend von dem zweiten Reflektor 42 reflektiert, der der Austrittsfläche 34 so zugewandt ist, daß er längs der optischen Achse X- X' zu der Zwischenabbildungslinse 17 zeigt.

Es wird also Licht auf der optischen Achse beim Erreichen des Umkehrspiegel Systems 30 durch Reflexion von dem ersten Reflektor 41 in das rechtwinklige gleichschenklige Dreieckprisma 31 und zu dem zweiten Reflektor 42 gelenkt und nachfolgend längs der optischen Achse X-X' zu der Okularoptik 12 emittiert. Da­ bei wird ein externes Bild so umgekehrt, daß ein aufrechtes Bild erzeugt wird. Im Gegensatz dazu hat ein bekanntes Umkehrspiegel-System ein erstes Prisma, das als rechtwinkliger dreieckiger Keil mit zueinander orthogonalen Flächen ausgebil­ det ist, von denen eine orthogonal zu der optischen Achse angeordnet ist. Ein zweites als rechtwinkliger dreieckiger Keil ausgebildetes Prisma hat eine Boden­ fläche, die eine schräge Seite eines rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecks enthält, und ein Teil von dieser ist der anderen orthogonalen Fläche des ersten Prismas unter diesem zugewandt, wobei die Kammlinien der Dachflächen des zweiten Prismas parallel zu der einfallenden optischen Achse angeordnet sind. Ein drittes als rechtwinkliger dreieckiger Keil mit zueinander orthogonalen Flä­ chen ausgebildetes Prisma ist mit einer dieser orthogonalen Flächen dem ande­ ren Teil der Bodenfläche des zweiten Prismas über diesem zugewandt, und die andere orthogonale Fläche dient als Austrittsfläche. Weil im Gegensatz dazu gemäß der Erfindung die letzte reflektierende Fläche der Zwischenabbildungslin­ se 17 zugewandt und die Okularoptik 12 nahe dem Reflektor 42 angeordnet ist, ist die Zwischenabbildungslinse 17 dementsprechend nicht dem dritten Prisma sondern dem Reflektor 42 zugewandt und kann nach vorne hin bis fast zu einer Position verschoben werden, in der sie den Reflektor 42 berührt. Wenn im ein­ zelnen die Zwischenabbildungslinse 17 als konvergente Meniskuslinse ausgebil­ det ist, deren konvexe Fläche zur Eintrittsseite hin ausgerichtet ist, und deren konkave Fläche zur Austrittsseite hin ausgerichtet ist, kann die Zwischenabbil­ dungslinse 17 bis zu einer Position verschoben werden, an der ihre Außenkanten den Reflektor 42 berühren. Bei dieser Anordnung kann die Zwischenabbildungs­ linse 17 in eine Position gebracht werden, in der ihre konvexe Fläche in eine Projektionsfläche eintritt, die als Projektion des Reflektors 42 auf eine horizontale Ebene gegeben ist, die die optische Achse X-X' enthält. Weil die Zwischenabbil­ dungslinse 17 dem zweiten Reflektor 42 so weit wie möglich genähert werden kann, kann ein Doppelfernrohr ein helleres Bild und ein weiteres Gesichtsfeld bieten als ein bekanntes Doppelfernrohr mit der gleichen Brechkraft.

Claims (7)

1. Weitwinkeloptik mit einem Umkehrspiegel-System (30) zwischen einer Ob­ jektivoptik (11) und einer Okularoptik (12), dadurch gekennzeichnet, daß das Umkehrspiegel-System (30) einen gegen die einfallende optische Achse um einen Winkel von 45° geneigten ersten Reflektor (41) hat, ein rechtwink­ liges gleichschenkliges Dreieckprisma (31), dessen Dachflächen Kammlini­ en (32) haben, die parallel zu der einfallenden optischen Achse verlaufen so daß das von dem ersten Reflektor (41) reflektierte Licht von einem Teil (33) einer schrägen Seitenfläche des Prismas (31) empfangen wird, und ei­ nen zweiten Reflektor (42), der dem anderen Teil (34) der schrägen Seiten­ fläche des rechtwinkligen gleichschenkligen Dreieckprismas (31) zugewandt ist, der das reflektierte Licht emittiert, daß der zweite Reflektor (42) um einen Winkel von 45° gegen eine Reflexionsachse geneigt ist, und daß eine Zwischenabbildungslinse (17) zwischen der Objektivoptik (11) und der Oku­ laroptik (12) nahe dem zweiten Reflektor (42) angeordnet ist.

2. Weitwinkeloptik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwi­ schenabbildungslinse eine Meniskuslinse (17) ist.

3. Weitwinkeloptik nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenabbildungslinse (17) der Eintrittsseite zugewandt ist, und daß sie teilweise innerhalb einer Projektionsfläche des zweiten Reflektors (42) auf eine horizontale Ebene angeordnet ist, die die optische Achse enthält.

4. Weitwinkeloptik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie einäugig ist.

5. Weitwinkeloptik nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein einäugiges Fernrohr ist.

6. Weitwinkeloptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß sie zweiäugig ist.

7. Weitwinkeloptik nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Doppelfernrohr ist.