CH284837A - Optisches Gerät. - Google Patents

Description

      Optisches    Gerät.    Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf  ein optisches Gerät, z. B. ein Fernrohr oder       eine    Kamera,     dessen    Objektiv einen Hohlspie  gel enthält. Objektive dieser Art. sind bereits       bekannt.    So hat Schmidt eine Astrokamera  gebaut, bei der die Aberrationen des sphäri  schen Spiegels mittels einer     Korrektorplatte     mit einem     asphärisehen    Profil beseitigt wer  den.

   Ferner besitzt die Erfinderin die holländi  schen Patentschriften Nr. 59173 und 59728,  in denen ein optisches System mit einem sphä  rischen Hohlspiegel und einer     Meniskuslinse     mit     sphärischen    Begrenzungsflächen als Kor  rektorelement beschrieben wird.  



  Die vorliegende Erfindung bezweckt durch       Verwendung    eines Planspiegels ein besonders  praktisches optisches Gerät, z. B. ein Fern  rohr bzw. Kamera, zu bauen. Das optische Ge  rät nach der Erfindung ist gekennzeichnet  durch die Kombination eines sphärischen  Hohlspiegels, eines     Korrektionselementes,    das  die Aberrationen des Hohlspiegels mindestens  nahezu beseitigt, und eines Planspiegels, des  sen Fläche mit der optischen Achse des Hohl  spiegels einen Winkel einschliesst.  



  Infolge der erfindungsgemässen Kombina  tion dieser drei bekannten optischen Elemente  ergibt sich ein Fernrohr mit überraschenden  Eigenschaften. Der     Korrektionszustand    ent  spricht infolge der Verwendung des     Korrek-          tionselementes    sämtlichen gestellten Anfor  derungen.    In der     Fig.    la der beiliegenden Zeichnun  gen ist eine beispielsweise,. als Fernrohr aus  gebildete Ausführungsform des optischen Ge  rätes nach der Erfindung dargestellt. Die  Vergrösserung ist zehnfach. Der Aussen- und  Innendurchmesser der Austrittspupille ist 4  bzw. 7. mm. Der unwirksame Mittelteil der  Pupille und somit der Lichtverlust ist daher  gering.

   Die vom Gegenstand herrührenden  Lichtstrahlen treffen nacheinander auf das       Korrektionselement    1, den Planspiegel 3, den  sphärischen Hohlspiegel 2 und durchsetzen  darauf die mittlere     öffnung    in dem Plan  spiegel 3. Die Spiegelfläche des Spiegels 3  geht durch den Schnittpunkt der optischen  Achsen der optischen Elemente 1 und 2 und  schliesst mit diesen Achsen je einen Winkel  von 45  ein.  



  Direkt hinter der     öffnung    im Planspiegel.  ist ein Dachprisma 4 angebracht, aus dem die  Lichtstrahlen in ihrer ursprünglichen Rich  tung heraustreten. Hinter dem Dachprisma  wird das aufrecht stehende Bild 5 erzeugt, das  mit Hilfe des Okulars 6 beobachtet wird. Das  Rohr 7 dient als Handgriff des Fernrohres  und wird in der normalen Gebrauchslage  daher senkrecht gehalten.  



  In der     Fig.lb    ist eine     binokulare    Aus  führungsform des Fernrohres nach     Fig.    la  dargestellt. Die beiden Fernrohre 8 und 9  sind drehbar um die Welle 10, die sieh par  allel zu den optischen Achsen der beiden Oku  lare erstreckt.           Fig.        1c    zeigt das     binokulare    Fernrohr nach       Fig.1b,    aber für einen grösseren Augenabstand  eingestellt.  



  Das Fernrohr kann auch als     Richtfern-          rohr    ausgebildet sein, indem der Planspiegel  drehbar aufgestellt. ist, so dass durch Drehung  dieses Spiegels verschiedene Teile der zu     be-          obaehtenden    Gelände- oder     Himmelteile    in das       Gesiehtsfeld    gebracht werden können. Für  militärische Anwendungen kann der Dreh  mechanismus direkt mit einer oder mehreren       Feuerleitungsgeräten    gekuppelt werden.  



  Bei denjenigen Ausführungsformen, bei  denen das     Korrektionselement    im Strahlen  gang vor dem drehbaren Planspiegel ange  bracht ist, können mechanische Mittel vorge  sehen sein, um erstens das     Korrektionselement     und den Planspiegel gleichzeitig und mit glei  cher     _Winkelgeschwindigkeit    um die senkrechte  Achse des Hohlspiegels und zweitens das Kor  rektionselement und den Planspiegel gleich  zeitig um eine waagrechte Achse zu drehen,  wobei die Winkelgeschwindigkeit des     Korrek-          tionselementes    im     zweiten    Fall das Zweifache  derjenigen des Planspiegels ist.  



  Auf diese Weise wird erreicht; dass das aus  dem     Korrektionselement    und dem Hohlspiegel  bestehende optische     System    zentriert bleibt,  unabhängig von der Lage, die der Planspiegel  beim Richten annimmt.  



  Eine weitere Ausführungsform, bei der das       Korrektionselement    im Strahlengang vor dem  Planspiegel angebracht ist, besitzt als     Korrek-          tionselement    eine     konzentrisehe        Meniskuslinse,     wobei der gemeinsame     Krümmungsmittel-          punkt    der beiden Grenzflächen im Schnitt  punkt der optischen Achsen des     Korrektions-          elementes    und des Hohlspiegels liegt.

   Mit der   optischen Achse  einer     konzentrisehen        Me-          niskuslinse    wird hier die Verbindungslinie  zwischen dein gemeinsamen     Krümmungsmit-          telpunkt    der beiden Grenzflächen und der  Mitte der Linse bezeichnet. Es ergibt sich  sodann der Vorteil, dass das     Korrektionsele-'          ment    ortsfest angeordnet werden kann.  



  Man kann das     Korrektionselement    auch  ortsfest. anbringen, indem es im Strahlengang  hinter dem Planspiegel angeordnet wird.    Bei einer weiteren als Richtfernrohr aus  gebildeten Ausführungsform ist im Strahlen  gang hinter der     Öffnung    im Planspiegel ein  Prisma angebracht, welches drei reflektierende  Flächen besitzt, von denen die mittlere Fläche  parallel zur vertikalen Achse des Hohlspiegels  ist, während die beiden andern Prisma  flächen mit dieser Achse einen Winkel ein  schliessen und     gegenüber    der mittleren Fläche  eine     Sy        mmetrielagge    einnehmen, wobei dieses  Prisma mechanisch derart mit dem Plan  spiegel gekuppelt ist,

   dass sie beide     gleieb-          zeitig    um die senkrechte Achse drehbar sind,  wobei die     Winkel-esehwindigkeit    des Prismas  die Hälfte der     _Winkelgesehwindigkeit    des  Planspiegels beträgt. Eine solche     ,Kupplung     ist an sich bekannt. Hierbei ergibt. sieh der  wichtige Vorteil, dass der Beobachter beim  Sehen durch ein festes Okular, durch ein  fache Drehung des Planspiegels, praktisch  alle Teile des ganzen     Himmelgewölbes    nach  einander in sein     (Tesiehtsfeld    bringen kann,  wobei er die zu beobachtenden Gegenstände  in der gleichen Lage wie mit dem unbewaff  neten Auge     wahrnimmt.     



  In den     Fig.        ?ca,        2b,   <I>3,</I> 4 und 5 sind  einige weitere     Ausführungsformen    darge  stellt.  



  In     Fig.2a    bezeichnet. 11 das     Korrektions-          element    für das Instrument, 12 einen Plan  spiegel mit einer mittleren     Offnung,    13 einen  Hohlspiegel, 14 ein Prisma als strahlen  ablenkendes Element, 15 ein     .15 -Prisma    und  16 ein Okular. Ferner sieht man die Zahn  räder 17 und 18 und das     dazwisehenlaufende     Zahnrad 19, das selbst     um    die Stange     19a    lose  drehbar ist. An der Stange 19n. ist das  Prisma     l.-1        starr    befestigt, und das Zahnrad  18 ist am nicht, dargestellten Gehäuse des  Fernrohres starr befestigt.

   An Stelle des  Prismas 14 könnten auch Spiegel vorgesehen  sein.  



  Die optische Achse     a-b    des Hohlspiegels  ist. senkrecht. Der Spiegel 12 kann sieh um  eine durch _1 gehende, horizontale Welle dre  hen. Diese Welle ist in     dein    Organ 20 gelagert,  das sich selbst um die Achse     a-b    drehen kann.  Das Zahnrad 17 ist, an diesem Organ starr be-      festigt. Bei Drehung des Organs 20 um die  Achse     a-b    dreht sieh die Stange     19a    und  folglich das Prisma 14     gleichfalls    um die  Achse     a--b,    aber nur um die Hälfte des Win  kels, um den dieses Organ 20 sich um die  Achse     a-b    dreht.

   In     Fig.    2b ist die Form  und die Wirkung des Prismas 14 im Quer  schnitt dargestellt.  



  Infolge dieser Anordnung ergibt sich, dass  der durch das feste Okular 16 sehende Be  obachter durch eine     Drehung-    des Planspiegels  12 um die Achse     a-b    und um die durch A  gehende horizontale Welle jeden Punkt, z. B.  des     Himinelg-ewölbes,    beobachten kann, und       zwar    werden die Gegenstände in natürlicher  Lage wahrgenommen.  



  In der     Fig.    3 sind einige Einzelteile eines  weiteren als     Richtfernrohr    ausgebildeten Aus  führungsbeispiels dargestellt. Das     Korrektions-          element    21 ist eine konzentrische     -.'4Teniskus-          linse    mit einem gemeinsamen     Krümmungs-          mittelpunkt    der beiden Grenzflächen in B,  der gleichzeitig den Schnittpunkt der senk  rechten Drehachse     c-d    und der durch<I>B</I> des  Planspiegels gehenden waagrechten Dreh  achse bildet.

   Infolge der Kugelsymmetrie der       Meniskuslinse    braucht diese nicht drehbar zu  sein, was einen baulichen Vorteil darstellt.  



  In der     Fig.    4 sind einige Einzelteile einer  weiteren Ausführungsform dargestellt. Hier  bezeichnet 24 ein     Korrektionselement,    25 einen  durchbohrten Planspiegel und 26 einen sphäri  schen Hohlspiegel. Der Planspiegel 25 ist um  eine durch C gehende waagrechte Welle dreh  bar, und diese Welle selbst ist wieder um.  die senkrechte Achse     c-f    drehbar.

   Der Plan  spiegel 25, seine waagrechte Drehwelle und  das     Korrektionselement    24 bilden eine solche  bauliche Einheit., dass sich das     Korrektions-          element    um die durch     C    gehende waagrechte  Welle mit einer zweimal grösseren Winkelge  schwindigkeit dreht, als die Winkelgeschwin  digkeit der Drehung des Planspiegels 25 um  diese Welle beträgt. Die baulichen Einzel  heiten sind     einfaehheitshalber    weggelassen, da  die beiden verschiedenen Winkelgeschwindig  keiten z. B. auf die gleiche Weise erhalten  werden können, wie oben für den Planspiegel    12 und das Prisma 14 an Hand der     Fig.2a     angegeben wurde.

   Das aus dem     Korrektions-          element    24 und dem Planspiegel 25 und deren  Kupplung bestehende System ist als Ganzes  wieder um die senkrechte Achse     e-f    dreh  bar angeordnet.  



  In der     Fig.5    sind die Einzelteile einer  weiteren, wiederum als Richtfernrohr ausge  bildeten Ausführungsform dargestellt, wobei  das     Korrektionselement    28 im Strahlenlang  zwischen dem     Planspiegel    27 und dem sphäri  schen Hohlspiegel 29 angeordnet ist. Das  achromatische     Korrektionselement    hat mit  dem Hohlspiegel 29 die gemeinsame senkrechte  optische Achse     g-h    und ist fest angeordnet.

    Die     Achromasie    des     Korrektionselementes    ist  dadurch erreicht, dass dieses Element aufge  spaltet ist in zwei Linsen, hergestellt aus     CTlä-          sern    mit verschiedenen     Dispersionszahlen.    Die  beiden Komponenten des     Korrektionselementes     sind mittels einer ebenen Kittfläche zusam  mengekittet.  



  In der     Fig.    6 sind die optischen Elemente  eines als Kamera ausgebildeten Ausführungs  beispiels dargestellt. Die Strahlen fallen bei  diesem Beispiel durch das     Korrektionselement     30 über den Planspiegel 31 auf den sphäri  schen Hohlspiegel 32, werden von diesem zu  rüekgeworfen und gehen schliesslich durch die  mittlere Öffnung im Planspiegel 31, so dass  bei 33 ein Bild erzeugt wird. Es kann hier  auch hinter der mittleren Öffnung im Plan  spiegel 31 ein Prisma oder ein Plan  spiegel angeordnet werden, so dass das Bild  in einer zur optischen Achse des     Korrektions-          elementes    senkrechten Ebene erzeugt wird.  



  Schliesslich zeigt     Fig.    7 ein weiteres, wie  derum als Richtfernrohr ausgebildetes Aus  führungsbeispiel. Die optischen Teile sind: das       Korrektionselement    34, der sphärische Hohl  spiegel 35, der Planspiegel 36, das zwischen  Plan- und Hohlspiegel angeordnete Dach  prisma 37 und das Okular 38. Diese Teile sind  im Tubus 39 angeordnet, der im Kopf 40 des  Stativs 41 gedreht werden kann. Die optische  Wirkung dieses Ausführungsbeispiels ist der  Wirkung des     Teleskopes    gemäss     Fig.    la ähn  lich. Der Planspiegel 36 ist um eine senkrecht      zu der Zeichenfläche stehende Welle mittels  des Knopfes 42 drehbar angeordnet, der an  der Spiegelachse befestigt ist.

   Der Drehwinkel  des Tubus 39 im Kopf 40 kann auf der Ska  leneinteilung 43 abgelesen werden. Das Tele  skop hat eine dreissigfache Vergrösserung, die  freie     Objektivöffnung    ist 150 mm lang, so dass  der Durchmesser der Austrittspupille 5 mm  beträgt. Infolge der beschriebenen Anordnung  des     Planspiegels    ist erreicht, dass der bei Re  flektoren     unwirksame    mittlere Teil der     Ein-          und    Austrittspupille hier kleiner sein kann  als z. B. beim Fernrohr nach Newton. Bei  letzterem ist. das Verhältnis zwischen dem In  nen-     -und    Aussendurchmesser der Pupille  wenigstens 0,3 und häufig 0,35 bis 0,40.

   Die  ser Faktor kann bei gewissen als Fernrohr  ausgebildeten Ausführungsformen des opti  schen Gerätes nach der Erfindung leicht auf  0,25 oder 0,20 herabgesetzt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Optisches Gerät, gekennzeichnet durch die Kombination eines sphärischen Hohlspiegels, eines Korrektionselementes, das die Aberra tionen des Hohlspiegels mindestens nahezu beseitigt, und eines Planspiegels, dessen Fläche mit der optischen Achse des Hohl spiegels einen Winkel einschliesst. L'NTERAN SPRC CHE 1.

   Optisches Gerät. nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektions- element im Strahlengang vor dem Planspiegel angeordnet ist und dass die Normale des Planspiegels den Winkel zwischen den opti schen Achsen des Korrektionselementes und des Hohlspiegels halbiert. 2. Optisches Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dasKorrektions- element im Strahlengang zwischen dem Plan spiegel und dem Hohlspiegel angebracht ist. und von den abbildenden Lichtstrahlen zwei mal durchlaufen wird. 3.

   Optisches Gerät nach Patentansprueli, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen dem Hohlspiegel und dem Plan spiegel ein Prisma. angeordnet ist, das die ab- bildenden Lichtstrahlen derart ablenkt, dass sie parallel zu den in das optische Gerät ein tretenden Strahlen das letztere verlassen. Optisches Gerät nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Planspiegel mit einer Öffnung an derjenigen Stelle ver sehen ist, wo die Oberfläche dieses Spiegels und die optische Achse des Hohlspiegels einander schneiden.

   Optisches Gerät. nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Planspiegel eine Öffnung aufweist, hinter der ein wei teres strahlenablenkendes optisches Element angeordnet ist. das die abbildenden Licht strahlen in eine zur Richtung der in das opti sche Gerät eintretenden Strahlen parallele Richtung ablenkt. 6. Optisches Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektions- element eine 1VIeniskuslinse mit sphärischen Aussenflächen ist. 7. Optisches Gerät nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da.ss die Meniskus- linse achromatisch ist.

   B. Optisches Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse des Hohlspiegels senkrecht zu derjeni gen des Korrektionselementes und derjenigen eines hinter einem strahlenablenkenden opti schen Element angeordneten Okulars ist und der Hohlspiegel in einem Tubus befestigt ist. 9. Optisches Gerät nach rnteransprueh 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Prisma ein Daehpri.sma ist.. 10. Optisches Gerät nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es binokular aus geführt ist. 1.1.

   Optisches Gerät nach Patentanspruch, als Richtfernrohr ausgebildet, dadurch ge kennzeichnet, dass der Planspiegel drehbar an geordnet ist, so dass durch Drehung dieses Spiegels verschiedene Teile der zu beobachten den Gelände- oder Himmelteile in das CTe- siehtsfeld gebracht werden können. 1.2.

   Optisches Gerät nach Unteransprueb. 11, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorge sehen sind, um das Korrektionselement und den Planspiegel gleichzeitig und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit um die senkrechte optische Achse des Hohlspiegels zu drehen und um das Korrektionselement und den Plan spiegel gleichzeitig um eine waagrechte Achse zu drehen, wobei die Mittel so ausgebildet sind, dass die Winkelgeschwindigkeit der Dre hung des Korrektionselementes das zweifache derjenigen des Planspiegels beträgt. 13.

   Optisches Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektions- element 'eine konzentrische 3-Heniskuslinse ist, wobei der gemeinsame Krümmungsmittelpunkt beider Grenzfläehen im Schnittpunkt der optischen Aehsen des Korrektionselementes und des Hohlspiegels liegt. 14.

   Optisches Gerät nach Unteransprueh 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlen gang hinter der Öffnung im Planspiegel ein Prisma mit drei reflektierenden Flächen ange bracht ist, von denen die mittlere Fläche par allel zur senkrechten, optischen Achse des Hohlspiegels ist, während die beiden andern Prismaflächen mit dieser Achse einen Winkel einschliessen und gegenüber der mittleren Fläehe eine Symmetrielage einnehmen, wobei dieses Prisma derart mit dem Planspiegel mechanisch gekuppelt ist, dass sie beide gleich zeitig um die senkrechte Achse drehbar sind,

   wobei die Winkelgeschwindigkeit des Prismas die Hälfte der Winkelgesehwindigkeit des Planspiegels beträgt. <B>15.</B> Optisches Gerät nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Strah lengang hinter der Öffnung im Planspiegel ein Prisma mit drei reflektierenden Flächen angebracht ist, von denen die mittlere Fläche parallel zur senkrechten, optischen Achse des Hohlspiegels ist, während die beiden andern Prismafläelten mit dieser Achse einen Winkel einschliessen Lind gegenüber der mittleren Fläche eine Symmetrielage einnehmen, wobei dieses Prisma.

   derart mit dem Planspiegel mechanisch gekuppelt ist, dass sie beide gleich zeitig um die senkrechte Achse drehbar sind, wobei die @'4 inkelgesehwindigkeit des Prismas die Hälfte der Winkelgesehwindigkeit des Planspiegels beträgt. 16.

   Optisches Gerät nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlen gang hinter der Öffnung im flachen Spiegel ein Prisma mit drei reflektierenden Flächen angebracht. ist, von denen die mittlere Fläche parallel zur senkrechten, optischen Achse des Hohlspiegels ist, während die beiden andern Prismafläelien mit. dieser Achse einen Win kel einschliessen und gegenüber der mittleren Fläche eine Symmetrielage einnehmen, wobei dieses Prisma derart mit dem Planspiegel mechanisch gekuppelt ist, da.ss sie beide gleich- zeiti,y um die senkrechte Achse drehbar sind.

   wobei die Winkelgeschwindigkeit des Prismas die Hälfte der Winkelgesehwindigkeit des Planspiegels beträgt..