DE1918907U - Lichtstarkes fernrohrsystem, insbesondere fuer binokulare prismenglaeser. - Google Patents

Description

Aktenzeichens F 19 838/42h Gm 6.5.65

RA.232.415T—7.5.SS

Gebrauchsmusteranmeldung

Anmelderin; FAERAND OPTICAL Co,, Inc., New York

Gegenstand; Lichtstarkes Fernrohr-System, insbesondere für binokulare Prismengläser

Die Erfindung betrifft ein lichtstarkes Fernrohrsystem, welches sowohl für monokulare als auch vor allem für binokulare Beobachtungen besonders gut geeignet ist und insbesondere im Hinblick auf die Verwendung unter ungünstigen Lichtverhältnissen eine fortschrittliche Bereicherung des Standes der Technik der ausübenden Praxis erschließt.

Lichtstarke Fernrohrsysteme sind bereits verschiedentlich vorgeschlagen und in der Form lichtstarker-Prismen-Feldstecher auf den Markt gebracht worden. Diese vorbekannten Instrumente sind bereits bei mittelstarken Vergrößerungen von etwa 6-facher bis 8-facher Äquivalentvergrößerung bei gleichzeitiger mittlerer subjektiver BiIdfeldausdehnung von etwa 50 sehr voluminös, undhandlich und schwer. Ihr Gewicht ist in vielen Fällen so hoch, daß eine ruhige Dauerbeobachtung mit ihnen nur unter Zuhilfenahme einer Tragstütze (Dreifuß-Stativ, Brust-Stativ, Baum-Schraube) ausreichend sichergestellt ist. Diese älteren Fernrohrsysteme sind dann besonders schwer, wenn sie als lichtstarke Doppelfernrohre neben ihrer großen Helligkeitsleistung noch ein großes, weitausgedehntes Gesichtsfeld zur Verfugung stellen, da sie in diesem Falle auch noch mit besonders voluminösen und damit sehr schweren Bildaufricht-Prismen ausgestattet werden müssen zur Erreichung großer Bildwinkel.

Da die Lichtstärke der Fernrohre bei gegebener Vergrößerung vom

Durchmesser der Eintrittspupille des Objektivs und damit

von den Öffnungsdurchmessern der Objektivlinsen selbst — abhängt, hat man diese älteren Fernrohrsysteme mit verhältnismäßig langen Objektivbrennweiten ausgestattet, um die relative Öffnung dieser Objektive möglichst klein zu halten, damit die öffnungs-abhängigen Aberrationen ebenfalls klein bleiben. Durch eine solche Wahl langer Objektivbrennweiten wurde dabei zugleich

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noch erreicht, daß für einen gegebenen Durchmesser der Gesichtsfeldblende nur eine relativ kleine Bildwinkelausdehnung zur Abbildungsvermittlung herangezogen wird, innerhalb deren dann die erheblichen außeraxialen Bildfehler der normal-üblichen Teleskopobjektive den Bildaufbau noch nicht allzusehr stören. Derartige Fernrohrkonstruktionen besitzen damit aber den bedeutenden zusätzlichen Nachteil eines nur kleinen nutzbaren Gesichtsfeldes neben ihrer brennweiten-bedingten großen Baulänge und den damit bedingten voluminösen Objektivtuben, die eine weitere Gewichts*- vergrößerung bewirken.

Es wurde daher vorgeschlagen, bei solchen Fernrohren großer Baulänge eine Gewichtsverminderung dadurch herbeizuführen, daß man das zwischen dem Objektiv und seiner Abbildungsebene angeordnete relativ schwere bildumkehrende Prismensystem möglichst weitgehend verkleinert. Hierzu wurde am Ort des Umkehrsystems, und zwar vorwiegend zwischen dessen beiden POEHO-Prismen, ein Tele-Negativ-System angeordnet, wie z.B. bei TROOTIIR-SCBSEIDER (Deutsche Patentanmeldungen: Sch 119 380 IX/42h vom 18. Oktober 1959 und Sch 119 727 IX/42h vom 2. Januar 1940 sowie Sch 123 707 IX/42h vom 28. November 1941), oder es wurde zu beiden Seiten der Umkehrprismen ein aus einer vorderen Plankonvexlinse und einer hinteren Plankonkavlinse bestehendes Hilfslinsensystem in den Pernohrstrahlengang eingeschaltet,wie bei ERl^-ST IEITZ (Schweizer Patentschrift Ir. 267 437), oder es wurde versucht, das Fernrohr mit einem Bildumkehrsystem von besonders geringem Eigengewicht auszustatten, wie etwa bei GIiAVE (amerikanische Patentschrift Mr, 2 558 236) .

Zur Verkleinerung des Fernrohrgewichtes wurde weiter vorgeschlagei das Fernrohr-Gehäuse als Träger des Bildumkehrsystems mit einem linimal-Volumen auszubilden wie bei TS0III1E-SGHIEIDER (DRP 749 350 = Anm. Sch 123 222 IX/42h vom 12. September 1941 sowie DRP 749 523 = Anm.Sch 123 329 IX/42h vom 17. September 1941). Daneben wurde weiterhin vorgeschlagen, an Stelle der üblichen Fernrohrobjektive vom Doublet-fypus komplizierter gebaute mehrlinsige Objektivarten zu verwenden, welche mit einer sphärisch oder sphäro-ehromatisch wirksamen Kittfläche ausgestattet sind zur Erzielung geringerer zonischer Zwischenfehler der sphärischen Aberration für eine bzw. mehrere Wellen-

längen des Lichtes. Damit sollten diese Objektive dann für höhere relative Öffnungen nutzbar werden, also eine Verkürzung der Objektivbrennweiten ermöglichen, ohne daß gleichzeitig eine merkliche Beeinträchtigung der Abbildungsschärfe in Kauf genommen werden müßte. Zu diesen Vorschlägen lichtstärkerer !Fernrohroptiken gehören beispielsweise das dreilinsig-ganzverkittete apochromatische Objektiv von KIÜTTI-ZEISS (brit,Pat.Nr.782 211), das dreilinsig-haltfverkittete semi-apochromatische Objektiv von ROSIN et al - EAERAlD (U.S.A. Pat_t Bx, 2 663 222) und das dreilinsig-halbverkittete apochromatische Objektiv von

CARL ZEISS (brit.Pat.Ir. 782 213). Aber auch diese teilweise

mit Spezialgläsern ausgestatteten — komplizierteren Objektivbauformen gestatten nur nutzbare relative Öffnungen von etwa f/5 bis etwa f/6 , erfordern also eine immer noch recht lange Brennweite, die das 5-fache bis 6-fache der geforderten Objektivöffnung besitzt, womit man immer noch sehr lange und daher relativ schwere Objektiv-Tuben benötigt.

Im strikten Gegensatz zu diesen älteren Vorschlägen werden nach der vorliegenden Erfindung sehr gedrängt-gebaute und leichte Fernrohre hoher Lichtstärke geschaffen, die sich sehr bequem handhaben lassen und zugleich eine hohe Abbildungsschärfe über das ganze Gesichtsfeld hinweg zur Verfügung stellen, wodurch eine ebenso überraschende wie bedeutende Bereicherung der ausübenden Technik erschlossen wird. Diese fortschrittliche · Bereicherung wird aber nicht etwa durch einen schwierig herzustellenden oder gar extravaganten Systemaufbau erschlossen, sondern auf der allgemeinen Anordnungsbasis aller einfach-gebauten Pernrohrsysteme, die in der Richtung vom Objekt zum Auge des Beobachters hin folgende Bauelemente aufweisen: das Objektiv mit nachgeschaltetem Bildumkehrsystem einschließlich der meist von einer Gesichtsfeldblende umgebenen Bildebene, in welcher oft eine Strichplatte angeordnet ist und hinter der in an sich bekannter Weise das Fernrohr-Okular zwischen eben dieser Bildebene und dem Auge des Beobachters angeordnet ist. Dieser Aufbau ist bei den neuen Fernrohren nach vorliegender Erfindung im Gegensatz zu den älteren Vorschlägen in der Weise durchgeführt, daß in Übereinstimmung mit den anspruchsgemäßen Kennzeichnungsmerkmalen das dem Bildaufrichtesystem voraufgehende Objektiv-SFstem als ein

unterteilter, zusammengesetzter und gegen die Blende hohler Gesamt-Meniskus von positiver Aquivalentbrechkraft $ ausgebildet ist, dessen relative Öffnung ζ größer ist als f/4 , aber kleiner ist als t/2 , und der zugleich mit einer solchen äußeren meniskenförmigen Durchbiegung ausgestattet ist, daß sein GARDEERscher Durchbiegungsfaktor Ö seinem absoluten Werte nach zwischen 3 und o© bemessen ist, und daß außerdem seine dem Bild zugekehrte "letzte" konkave Außenfläche Rl mit einer solch¹ star Mn zerstreuenden Brechkraft ausgestattet ist, daß das Verhältnis ihres absoluten Wertes zur Äquivalentbrechkraft φ des Gesamt-Meniskus zwischen den Werten 0.5 und 2 liegt, und bei dem zwischen dessen objektseitiger sam-' melnder Frontlinse L™ und bildseitiger Zerstreuungslinse L_R ein endlicher Abstand d angeordnet ist, in welchem eine gegen die längere Konjugierte mit einer stark-gekrümmten konvexen Frontfläche R™ ausgestattete Sammellinse I^ als Innenlinse eingeschaltet ist, deren Linsenbreehkraft ^ kleiner ist als die Brechkraft der ihr objektseitig vorauf gehenden Front linse. ^L , aber deren stark-gekrümmter Frontfläche Rj, die stärkste sammelnde Flächenbrechkraft ⁴^t, innerhalb des Gesamt-

Meniskus derart zu-<bemessen ist, daß diese Plächenbrechkraft •κ™ größer ist als das 1.25-fache der Iquivalentbrechliraft φ

des Sesamt-Meniskus, ohne jedoch das 2.75-fache derselben zu überschreiten.

Die Flächenbrechkraft ^P einer Linsenfläche ist dabei in Übereinstimmung mit der Fachliteratur definiert durch den Quotienten aus der Differenz der Brechzahlen der iie I-l'äche begrenzenden Medien geteilt durch die Radienlänge eben dieser Fläche, wobei dann die linsenbrechkraft die Summe der Flächenbrechkräfte der beiden Flächen ist, welche diese betreffende Linse bilden. Der GARDIöSRsche Durchbiegungsfaktor definiert die Formgestaltung des von zwei Flächen eingeschlossenen Raumes als den Quotienten aus der Radien-Summe dividiert durch die Radien-Differenz der beiden diesen Raum einschließenden Flächen»

An Stelle der Öffnungszahl ζ der relativen Öffnung kann jederzeit auch die zugehörige Öffnung selbst angegeben werden durch die Mitteilung ihres Durchmessers D , unter dessen Verwendung

die Kemzeiehnungsmerkmale des erfindungsgemäßen Aufbaues wie folgt geschrieben werden können?

(a)	O.	25	Φ	■*· >■'■»»» sas
(b)	3		<<:	<:
(c)	0.	5		fE
(d)				<
(e)	1.	25	Φ

"F

0.50

oo

-1

2.75 φ

Die Anordnung und Yerteilung der BrechkrSfte der linsenflachen dieser Einzelglieder innerhalb des Sesamt-Meniskus erfolgt dabei erfindungsgemäß zur Erzielung einer besonders hohen, gleichmäßigen Abbildungsschärfe über das ganze lernrohrgesiohtsfeld hinweg in der Weise, daß die einzelnen lläehenbrechkräfte derart bemessen und aufgestellt sind, daß ihre gesamte Summe für diesen dreiteiligen Gesamt-Meniskus kleiner ist als 75 $ der Äquivalent br echkr aft

ohne jedoch den Betrag von 15 f° derselben

zu unterschreiten, also in formelmäßiger Darstellung die Bedingung erfüllt:

0.15p <

0.75$

wobei die Prismen des Umkehrsystems hierzu keinen Brechkaftsbeitrag leisten, da diese Prismen sämtlich von Planflächen begrenzt sind, deren flächenbrechkraft jeweils gleich lull ist.

Durch diese Kennzeichnungsmerkmale wird erreicht, daß die neuen Fernrohre mit einem Abbildungssystem ausgestattet sind, welches neben seiner Formgestaltung als öesamt-Meniskus auch noch eine solche spezifische Fläehenbrechkrafts-Zumessnung besitzt, daß gleichzeitig neben der Erzielung eines sehr geringen Eest-* Astigmatismus in der Abbildungsvermittlung über ein weites Bildfeld hinweg auch noch eine sehr gute Ebnung des Bildes herbeigeführt wird, ohne daß die damit verbundene Steigerung der Abbildungsleistung durch vergrößerte Koma-Fehler in den weitgeöffneten seitlichen Strahlenbündeln hätte erkauft werden müssen.

Die älteren zweilinsigen und dreilinsigen Objektive mittlerer relativer Öffnung sind nach dem Stande der Technik vorwiegend in ihrer Gesamtform als schwach-bikonvexe oder plankonvexe Bauglieder ausgebildet und besitzen aufgrund dieser formgestaltung in Verbindung mit dem Faktum, daß sie zur Herbeiführung äet gehörigen sphärischen Korrektion ein innenstehendes stark-zeretreuendes und damit sphärisch überkorrigierend wirkendes Nachbarfläehenpaar enthalten, welches bei einer Radien-Gleichheit der Naehbarflächen zu einer Kittfläche von negativer Brechkraft entarten kann, ein sehr stark gekrümmtes und mit Astigmatismus behaftetes Bild, innerhalb dessen sowohl die Bildkrümmung als auch die astigmatische Einstelldifferenz zwischen der sagittalen und tangentialen Bildsehale mit zunehmendem Bildwinkel progressiv ansteigt. Im Q-egensatζ hierzu wird durch die Erfindung ein Fernrohr geschaffen, dessen Abbildungssystem sich sowohl formmäßig weitgehend der lull-Linse annähert und zusammen mit seiner spezifischen Art der Unterteilung dieses Gesamt-Meniskus in seine drei in Luft stehenden Einzelglieder eine bedeutsame fortschrittliche Steigerung der Abbildungsleistung im seitlichen Fernrohrgesichtsfeld erschließt, als auch, durch die anspruchsgemäße Bemessung und innere Verteilung der Brechkräfte eine hohe Lichtstärke unter Einhaltung besonders günstiger kleiner Zonenreste der Öffnungsfehler herbeizuführen gestattet, wodurch die Möglichkeit praktisch erschlossen wird, unter Verwendung kurzer Objektivbrennweiten einen gedrängten, leichten und handlichen Gesamtaufbau des Fernrohres mit einer ungewöhnlich feinen kontrastreichen und detailscharfen Abbildungsleistung erstmalig zu realisieren, ohne zu Baumaßnahmen zu greifen, die eine wirtschaftliche Herstellung solcher Fernrohre unmöglich machen würde, wie etwa die Verwendung des apοehromatischen Triplet-Seleskop-Objektivs von H.D. TAYLOH mit höheren relativen Öffnungen und seinen extrem stark gekrümmten Einzelflächen«

Zu einer sehr günstigen und ohne Schwierigkeiten auch in der Serienproduktion zu fertigenden Anlage dieser neuen Fernrohre unter gleichzeitiger Erreichung besonders günstiger niedriger Gewichtsverhältnisse kommt man weiter dann, wenn man bei ihrem Aufbau nach den Regeln der Erfindung noch dafür Sorge trägt, daß der gemäß Fig. 1 die eingeschlossene sammelnde Innenlinse L₅₁ enthaltende Abstand d zwischen der Frontlinse L-n und der

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Hinterlinse L_n derart bemessen wird, daß seine Länge zwischen a

5 $> und 20 fo der Äquivalentbrennweite f des Ge samt-Meniskus beträgt. Ebenso ist es sehr vorteilhaft, auch die Einzellinsen derart zu bemessen, daß die Summe ihrer axialen Linsendicken 2"t ebenfalls zwischen 5 fo und 20 fo dieser Äquivalentbrennweite f liegt, also in formelmäßiger Schreibweise die Bedingungen

(g) 0.05 f < d < 0.20 f Ch) 0.05 f < Et < 0.2Of ihre technische Erfüllung bei der Systemanlage finden.

So wird nach den Kennzeichnungsregeln der Erfindung ein besonders fortschrittliches Fernrohr (binokulares Prismenglas) der ausübenden Technik nutzbar gemacht, welches bei feinster Abbildungsleistung leicht und bequem zu handhaben ist, ohne daß zur Lösung der Zielsetzung schwierig zu fabrizierende oder komplizierte Konstruktionsanordnungen herangezogen sind, die ja ihrerseits meist ungewöhnlich dicke und starkgekrümmte Linsen oder aber sehr viele Einzelelemente erfordern, wie etwabei Verwendung von Abbildungssystemen nach Art des vierlinsigen teilverkitteten FernrohrObjektivs von EÖIIG-ZEISS (U.S.A. Pat. Nr. 2 158 507), oder durch einen Aufbau nach Art des vierlinsig paarweise-verkitteten Fernrohrsystems vom Tele-Objektiv-Iyp nach LEVII - BAUSCH & LOMB (U.S.A.Pat,Ir. 2 620 706), bei welchem das Bildumkehrsystem zwischen dem Vorderglied und dem Tele-Negativglied angeordnet ist, oder bei Verwendung eines Systems wie etwa das Fernrohr mit Tele-Qptik von TRQNHIER-SCHNEIDER in fünflinsiger Bauart (publiziert in: ASTRONOMISCHE lACHRICHTEI - München 1950/51 - Band 279» Nummer 4, Artikel Dr.W. STROHMEIER) oder bei Verwendung des sechslinsigen Fernroh,rsystems von BERTELE-WILD (U.S.A.Pat.Ir. 2 660 093) » welches trotz seines komplizierten Aufbaues mit einem schweren und dicken vierlinsigen Vorderglied nur eine relative öffnung von 1 : 5.1 besitzt, also für ein Fernrohr von 50 mm nutzbarer Objektiv-Öffnung eine Brennweite von 255 mm erfordert. Für eine gleiche Objektiv-Öffnung benötigen die Fernrohre nach der Erfindung nur eine Objektiv-Brennweite, die um 100 mm bis 110 mm kürzer ist als das letztgenannte Fernrohr-Objektiv.

Das neue Fernrohr nach der Erfindung ist in seinem spezifischen Aufbau aber auch in rein optisch-wirkungsmäßiger Hinsicht sehr verschieden von anderen Fernrohren, die bisher mit Objektiven von der Form eines aufgeteilten Gesamt-Meniskus ausgestattet sind, wie etwa die Systeme nach Art der dreilinsigi'unverkitteten Objektive der Firma OPTIKOTECHNA (Schweizer Patentschrift Nr. 252 384·), welche der Bildebene eine solche stark-zerstr©uende Hohlfläche zukehren, daß ihre Flächenbrechkraft in striktem Gegensatz zu der Lehre nach vorliegender Erfindung nicht kleiner ist als der doppelte Betrag der Iquivalentbrechkraft des Gesamt-Meniskus, sondern vielmehr ganz wesentlich größer ist und mehr als das 3.5-fache von cf> beträgt. Dadurch sind für diese älteren Objektive sehr große Zonenfehlerreste für bereits mittlere relative Öffnungen zu erwarten, die eine solche Linsenanlage dann für größere öffnungen unbrauchbar machen_s In der 5at beträgt die nutzbare relative öffnung dieses Fernrohrobjektivs nur f/15 , welches im weiteren Gegensatz zum Konstruktionsprinzip der vorliegenden Erfindung außerdem derart aufgebaut ist, daß sein der längeren Konjugierten zugekehrter Frontradius der objektseitigen Sammellinse die stärkste Sammelwirkung innerhalb des Gesamtsystems besitzt, die mehr als das 2.5-fache der Brechkraft der Vorderfläche der innenstehenden Sammellinse beträgt. Die Erfindung gibt demgegenüber die ebenso bedeutsame wie überraschende Bauregel, daß gerade die Torderfläche der innenstehendenj Sammellinse *£, die maximale Flächenbreohkraft positiven Vorzeichens tragen soll, wodurch eine wesentliche "Verfeinerung des zonischen Verlaufes der öffnungsfehler in und außer der Achse (Koma) erschlossen werden kann, was bei dem älteren System unmöglich ist. Die gleichartigen fundamentalen Bauunterschiede zwischen der Erfindung einerseits und dem Stande der Technik andererseits sind auch bei dem vorgenannten vierlinsigen Fernrohr-Objektiv nach KÖNIG-ZEISS (U.S.A.Pat. Nr. 2 158 507) zu konstatieren.

In den beifolgenden Abbildungen sind die vorbeschriebenen Systeme der Reihe nach wie folgt dargestellt:

Fig. 1 zeigt das Fernrohr nach der Erfindung in schematischer Darstellung mit den nachfolgenden baulichen Details

in der Lichtrichtung: der Gesamt-leniskus S , das Um

kehrsystem P , die Bildebene I

und das Okular 0

Pig. 2 ist ein Achsenschnitt durch ein erfindungsgemäßes Pernrohrsystem, das als eine Hälfte eines Doppelfernrohres gilt, mit dem Umkehr-Prismen-System.

Pig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie 3-3 der Pig. 2, und

Pig. 4 ist ein schematischer Achsenschnitt durch das Pernrohrsystem nach Pig. 2, wobei die optische Achse geradegestreckt ist und die angegebene Dicke der Umkehr-Prismen der Länge der geknickten optischen Achse innerhalb der Umlenk-Prismen des Instrumentes entspricht.

In diesen Piguren und in den nachfolgenden Zahlentafeln bedeuten R und R' die vorder- und rückseitigen Krümmungsradien der Bauelemente, t ihre Linsendicken und s die Luftabstände zwischen ihnen, beide längs der optischen Achse gemessen, während die verwendeten Gläser durch die auf die gelbe d-Linie des Helium-Spektrums bezogene Brechzahl η und die ABBEsehe-Zahl ¹P für die Parbdispersion charakterisiert sind. Das in Pig, 1 mit P bezeichnete Umkehr-System entspricht den Prismen P₁ und Pp in den Piguren 2 bis 4.

In Pig. 1 ist in der von links nach rechts fortschreitenden Lichtrichtung das aus dem Gesamt-Meniskus S und dem Umkehrsystem P bestehende Abbildungs-System mit seiner Bildebene I schematisch dargestellt, welch¹ letzterer in Richtung zum Auge des Beobachters das Okular 0 nachfolgt, mittels dessen das von der Gesichtsfeldblende B eingeschlossene Bild vergrößert betrachtet wird. Der Gesamt-Meniskus besteht dabei aus der der längeren Konjugierten zugekehrten Prontlinse Lj, und der dem Bildumkehrsystem P zugekehrten rückseitigen Linse L_R , welche beide mit ihrer gegen das Bild konkaven äußeren Begrenzungsfläche, nämlich der "ersten" Prontfläche Rj, und der "letzten" Rückfläche R-A , dem zusammengesetzten Gesamt-Meniskus seine kennzeichnungsgemäße Pormgestaltung aufprägen und außerdem beide durch einen Abstand d getrennt sind, in welchem die Innenlinse eingeschaltet ist, die als Sammellinse ausgebildet und von

den sie einschließenden Außenlinsen durch die Abstände ä, und dp getrennt sowie mit einer gegen die längere Konjugierte konvexen ¥orderfläche Rg sehr starker Sammelwirkung ausgestattet ist, deren Plächenbrechkraft die stärkste der positiven Brech—

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kräfte innerhalb des Gesamt-Meniskus bildet, die den einzelnen Sammelflächen in diesem Objektiv-System S zugemessen sind» Da erfindungsgemäß gleichzeitig die Frontlinse Lj, mit der stärkst sammelnden Linsenbrechkraft ausgestattet ist, also eine starke Strahlen-Konvergenz in Richtung zur Innenlinse Lg erzeugt, wird die konvexe Torderfläche Eg unter solch' relativ geringen Strahleneinfallswinkeln von dem Aperturstrahlen durchsetzt, daß dieser Fläche die anspruchsgemäße starke Sammelwirkung (Fläehenbrechkraft) zur Erzielung einer großen relativen öffnung zugemessen ist, ohne daß eine Yerringerung der Bildgüte in der Achse durch große sphärische Zonenfehler in den weitgeöffneben Bündeln eines solchen lichtstarken Abbildungssystems in Kauf genommen werden müßte.

Die neuen Fernrohrsysteme sollen aber nicht nur unter Erfüllung der Bedingung a) mit einem sehr lichtstarken Objektiv hoher inneraxialer Bildgüte ausgestattet sein, sondern sie sollen auch ein mit feinster Abbildungssehärfe ausgezeichnetes weit-ausgedehntes Gesichtsfeld besitzen, innerhalb dessen durch die erfindungsgemäße Begründung einer aberrationsarmen außeraxialen Bilderzeugung das Auge des Beobachters auch feinste Details klar und scharf erkennen kann. Hierzu wird erfindungsgemäß von den üblichen Teleskop-Objektiven zweilinsiger und dreilinsiger Bauart, die sämtlich mit Astigmatismus und Bildkrümmung sowie mit teilweise bedeutenden Koma-Fehlern behaftet sind, vollständig" abgegangen und statt dessen eine sich der v.HOEGHschen Null-Linse (als der Urform der Anastigmate) annähernde Bauform für das Abbildungssystem zugrunde gelegt. Im strikten Gegensatz zur klassischen Null-Linse, die nur für sehr lichtschwache Anordnungen mit relativen öffnungen zwischen etwa f/20 und f/30 brauchbar ist, ist das Abbildungssystem nach der Erfindung als der anspruchsgemäß aufgebaute unterteilte Gesamt-Meniskus gestaltet, dessen Konstruktionsprinzip in den Kennzeichnungsmerkmalen eindeutig präzisiert und zahlenmäßig umrissen ist.

Für die neuen Fernrohrsysteme nach vorliegender Erfindung können die normalen handelsüblichen optischen Gläser verwendet werden, unter deren Benutzung sich der durch dii Erfindung erschlossene Fortschritt bereits weitgehend ausschöpfen und praktisch nutzbar machen läßt. Selbstverständlich lassen sich aber auch Spezial-

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Gläser mit Vorteil verwenden, um Sondereffekte zu erreichen oder noch zusätzlich zu realisieren, wie beispielsweise durch Verwendung von Gläsern besonders hoher lichtdurchlässigkeit in bevorzugten Spektralgebieten, wobei dann auch an Stelle von optischen Gläsern zur Steigerung der angestrebten Sonderwirkungen andere transparente Medien zum Systemaufbau herangezogen werden können, die nicht als Gläser im klassischen Sinne angesprochen werden können. Im Rahmen des neuen Konstruktioiispriniiips ist es auch möglich, beispielsweise irgend eines der Systemelemente als Kittglied auszubilden, etwa zur Herbeiführung einer chromatischen Korrektion für mehrere Wellenlängen des Lichts nach Art der Apochromasie oder für andere Sonderzwecke.

Weiterhin wird man das Bildumkehrsystem der neuen Fernrohre immer dann mit Prismen aus schwerbrechenden Gläsern ausstatten, wenn die Instrumente ein weitausgedehntes Gesichtsfeld aufweisen sollen und man die Reflexionsflächen der Prismen nicht mit einem Spiegelbelag versehen will. Es ist weiterhin auch ohne weiteres möglich, das neue System so anzulegen, daß in den Strahlengang noch zusätzliche Mittel entweder in der ¥ähe des Umkehrsystems, wie beispielsweise positiv- oder negativ-wirkende Zusatzlinsen, oder in der Hähe der Bildebene eingeschaltet sind. In jedem Falle läßt sich die Feinkorrektion des Gesamt-Meniskus sehr leicht derart abstimmen, daß die Gesamtanordnung des Abbildungssystems und solcher Zusatzglieder dann gemeinsam mit der Endkorrektion optimaler Bildleistung ausgestattet ist.

Als Ausführungsbeispiel nach der Erfindung sei ein Fernrohrsystem 8 χ 48 herangezogen, wie es sehematisch in Fig. 1 dargestellt ist. Dieses Fernrohr sei als Prismen-Glas mit einem Semi-Weitwinkel-Okular von f = 19.3 mm und 64 subjektivem Gesichtsfeld ausgestattet. Das Objektivsystem S besitzt dann eine nutzbare freie Öffnung D = 48 mm bei einer Brennweite von fg = 8 χ 19.3 = 154_S4 mm und somit eine relative Öffnung von 1 : 3.2 . Dieses Fernrohrsystem liefert einen objektiven Bildwinkel von 8 Ausdehnung und bes
von 48 : 8 = 6.0 mm Durchmesser.

winkel von 8 Ausdehnung und besitzt eine Austrittspupille

Während also die relative Öffnung des vorstehenden Beispiels in dem Bereich zwischen . f/3 und f/4 liegt, ist die in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellte Ausführungsform mit einem Ab-

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bildungssystem ausgestattet, welches in den Öffnungsbereich zwischen f/2 und f/3 einzuordnen ist.

Dieses Teleskop-System nach der Erfindung ist als die Hälfte eines binokularen Prismen-Fernrohres vorgesehen, welches mit 7-facher Vergrößerung und einem Objektivsystem τοη 50,4 mm freier öffnung ausgestattet ist und infolgedessen die marktgängige Klassifikations-Bezeichnung 7 x 50 führt. Es ist mit einem 60°-0kular vom modifizierten EEFIiE-fypus der Brennweite 0.82" gleich 20.84 mm ausgestattet, dessen subjektiver Gesichtsfeldwinkel 60.2° beträgt. Der Objektivteil S besitzt eine Brennweite von f_o = 145·88 mm und eine relative öffnung von 1 : 2.894 . Der objektive Bildwinkel des Fernrohres hat eine Ausdehnung von 8.6° , und die Austrittspupille des Instrumentes hat einen Durchmesser von 7.2 mm .

Das Abbildungssystem besitzt eine Äquivalentbrechkraft φ = + 6.85495 Dioptrien und ist in Übereinstimmung mit den Konstruktionsregeln nach der Erfindung wie folgt aufgebaut:

Die bikonvex geformte Frontlinse Ij, ist mit einer Flächenbrechkrafts-Summe (ünsenbrechkraft) von 1.0,79655 Dioptrien ausgestattet, während der ihr nachfolgenden, meniskenförmig gestalteten Innenlinse L^, die wesentlich geringere Linsenbrechkraft von 5.04250 Dioptrien zugemessen ist, wobei sie zugleich mit der erfindungsgemäß stärkst-sammelnden Einzelfläche als konvexe Torderfläche R« von 13.03030 Dioptrien ausgestattet ist. In diesem Beispielsfalle ist die Flächenbrechkraft dieser charakteristischen Fläche nicht nur !Trägerin der stärksten Sammelwirkung einer einzelnen Linsenflache, sondern sie ist auch stärker als die linsen-Brechkraft der ganzen Frontlinse des Abbildungssystems S der vorliegenden Ausführungsform·* Die rückseitige "letzte" linse Ld mit ihrer gegen das nachfolgende Umkehr-System 3? und die Bildebene I hohlen charakteristischen stark-zerstreuend wirkenden Außenfläche¹! Ή.Χ wird für die Erzielung zonenfehler-armer lichtstarker Ausführungsformen vorteilhaft als bikonkave Hegativlinse ausgebildet. wie im vorliegenden Beispiel, in welchem ihr eine Linsenbrechkraft von - 12.51303 Dioptrien zugemessen ist, von denen ihrerseits - 7.67850 Dioptrien der charakteristischen rüok-

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seitigen Hohlfläche dieser Linse zuerteilt sind, deren flächenbrechkraft damit zu 112 $ der Iquivalentbrechkraft des Gesamt-Meniskus S bemessen ist, dessen Durchbiegung zu \ Oj = 29.3 gewählt ist.

Wie die Figuren 2, 3 und 4 veranschaulichen, gestattet die neue Pernrohrkonstruktion den Aufbau eines lichtstarken Abbildungssystems mit Linsenelementen geringer Dicke und daher relativ geringen Gewichts bei großen öffhungsquerschnitten. für lichtschwächere Ausführungsformen können diese Dicken natürlich noch weiter vermindert werden, obgleich eine solche Maßnahme nur in ganz seltenen Sonderfällen notwendig werden könnte, da bereits bei dem vorliegenden lichtstarken Ausführungsbeispiel und seinen zugehörigen großen Linsendurchmessern die Einzellinsen die folgenden, überraschend geringen Linsendicken besitzen:

t = 8.40 mm
+ = 4.80 mm
t, = 2.60 mm ,

womit die Summe aller Linsendicken 15.80 mm beträgt, d.h. nur 10.83 f° der Äquivalentbrennweite und nur 31.35 $ des Durchmessers der Eintrittspupille ausmacht. Der Abstand zwischen den beiden System-Außenlinsen beträgt mit 14.80 mm Axialdistanz insgesamt 10.15 $ der Äquivalentbrennweite, wobei der zwischen der Innenlinse und der rückseitigen Zerstreuungslinse eingeschlossene Luftabstand dp allein zu 9.60 bemessen ist.

Das vordere Fachbarflächenpaar schließt eine sammelnde Luftlinse der axialen Dicke d.. zwischen sich ein, während das hintere Hachbarflächenpaar eine stark-zerstreuende Luftlinse der axialen Mittendicke d₂ bildet. Die sammelnd wirkende Luftlinse hat einen außerordentlich günstigen Einfluß auf die Beseitigung der außeraxialen Bildfehler und ihrer Zonenreste, während die nachfolgende zerstreuende Luftlinse wesentlich zur Behebung der inneraxialen Aberrationen beiträgt. Auf diese Weise ist ohne jeden Aufwand an zusätzlichen, gewichtserhöhenden optischen Mitteln eine ganz überraschend fein ausbalanzierte Abbildungsvermittlung von besonders fortschrittlicher Gleichmäßigkeit der

Bildschärfe über das ganze ausgedehnte Gesichtsfeld hinweg erschlossen und der ausübenden Technik nutzbar gemacht. Hierzu wurde gleichzeitig auch dem Erfindungsmerkmal f) Rechnung getragen in der Weise, daß dem Beispiels-System eine Gesamtsumme seiner Flächenbrechkräfte zugemessen wurde, die mit 3.32602 Dioptrien nahezu genau 48.5 $ der A'quivalentbrechkraft des Gesamt-Meniskus beträgt.

Wie aus den Figuren 2, 3 und 4 weiter ersichtlich ist, wurde_#in der Gesichtsfeldblende eine Strichplatte angeordnet, die auf der dem Okular abgekehrten Seite mit einer Radienfläohe versehen werden kann, um durch deren Brechkraftswirkung die Lage der Austrittspupille des Instrumentes zu beeinflussen, ohne die Abbildungsleistung und Bildschärfe des Fernrohrsystems zu vermindern, da diese Radienfläche dabei in unmittelbarer lähe der Bildebene stehen würde.

Der beispielsweise Aufbau des in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Fernrohrsystems ist aus folgenden Konstruktionsdaten ersichtlich:

	—	Krümmungs radien	15 -	Brechzahlen nd	.4875	Φ
Einzel glieder	R1, = + 90.307 RJ = - 90.307	Dicken (t) und Abstände (s)	1		V-Werte
		tp = 8.40		.4875	70
	HE = + 37.413 RJ, = + 61.031	S1 > 0.45	1
		tE = 4.80		.6477	70
	Rn =- 133.974 R·=+ 84.352	S2 = 9.60	1,
1E	tE = 2.60	34

Strichplatte K

Die Flächen der Prismen und der

* 48.30

Strichplatte sind 1
plan und daher j
ohne Brechkraftswirkung ·

t_p a 40.30

s₄ = 1.50

t_p =40.30

= 3.98

= 3.00

^S6 =

98.78 95.85

104.70 17.22

11.43 5.20 0.40 2.20 0

1.6210

1.6210

1.523

1.620

1.766

60

28

Einzel	Krümmungs	22	Dicken (t)	Brechzahlen	tf -Werte	>
glieder	radien		und	nd
		50	Abstände (s)	U.
	Rfi = + 17.
	D	65	t6 = 10.20	1.621	58
D	R6 = - 47.
			S9 = 0.40
	Rn = + 20.
L7		t7 = 5.50	1.600	60
I	RX = plan	I

wobei die Werte für die Krümmungsradien» Dicken und Abstände ⁱⁿ mm angegeben sind. ■

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Aus diesem Zahlenbeispiel ergeben sich folgende Brechkräfte für die einzelnen Iiins enf lachen:

= + 5.3.98275 dptr.

= + 5.398275 dptr.

Strichplatte K

dptr.

⁼ " 7.98780 dptr.

= _ 4.83453 dptr.

^Ä " 7.67850 dptr.

Die Flächen der Prismen und der Strichplatte sind plan und daher ohne Brechkraftswirkung

= + 6.27657 dptr. = + 6.46844 dptr.

= + 7.31614 dptr. =- 44,48316 dptr.

<f₆ = + 36.06272 dptr. =+ 13.07368 dptr.

=,+ 29.05569 dptr.

= ί 0

dptr

- 18 -

Claims (5)

Ρ.Α.232415*-7.5.65 S chut ζ ana prüche

1) lichtstarkes Pernrohr, in dessen fernrohrkörper von der Seite des Objekträumes bis zum Auge hin der Seihe nach ein Objektiv-System mit einem nachfolgenden Bildaufrichtesystem und einem in der Augennähe.' befindlichen Okular angeordnet ist, wobei in der Okularbildebene eine Strichplatte oder eine Strichplattenlinse eingefügt sein kann, dadurch gekennzeichnet , daß das dem Bildaufrichtesystem vorauf gehende Objektiv-System als ein unterteilter, zusammen-' gesetzter und gegen d$e Blende hohler Gesamt-Meniskus von positiver Xquivalentbrechkraft (φ )■ ausgebildet ist, dessen relative Öffnung ( ζ ) größer ist als f/4 _} aber kleiner ist als f/2 , und der zugleich mit einer solchen äußeren meniskenförmigen Durchbiegung ausgestattet ist, daß sein GARDNERSeher Durchbiegungsfaktor ( S ) seinem absoluten Werte nach zwischen 3 und oo bemessen ist, und daß außerdem seine dem Bild zugekehrte "letzte" konkave Außenfläche (R-A) mit einer solch' starken zerstreuenden Brechkraft ausgestattet ist, daß das Verhältnis ihres absoluten Wertes zur Äquivalentbrechkraft (φ ) des Se samt-Meniskus zwischen den Werten 0.5 und 2 liegt, und bei dem zwischen dessen objektseitiger sammelnder Frontlinse ( L™ ) und bildseitiger Zerstreuungslinse ( L« ) ein endlicher Abstand ( d ) angeordnet ist, in welchem eine gegen die längere Konjugierte mit einer stark-gekrümmten konvexen Prontfläche ( Rg ) ausgestattete Sammellinse ( Lg ) als Innenlinse eingeschaltet ist, deren Linsenbrechkraft ( ^pL ) kleiner ist als die Brechkraft der ihr objektseitig voraufgehenden Frontlinse ( ^ ) , aber deren stark~gekrümmter Iröntfläche ( R-C ) die stärkste sammelnde 1 lächenbrechkraft

CD Jd

( T-D ) innerhalb des Gesamt-Meniskus derart zubemessen ist, aaß diese Flächenbrechkraft (CR, ) größer ist als das 1.25-fache der iquivalentbrechkraft ( Φ) des Gesamt-Meniskus, ohne jedoch das 2.75-fache derselben zu überschreiten.

2) Fernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem auf der Objektseite des Gesanit-Systems ausgebildeten Objektiv-System die einzelnen Linsenelemente derart ausgebildet sind, daß die Summe ihrer Flächenbreehkräfte als der Quotienten der an jeder Einzelfläche herrschenden Brechzahlendifferenz dividiert durch den Krümmungsradius dieser jeweiligen fläche derart bemessen ist, daß diese Flächenbreehkraftssumme kleiner ist als 75 f° der Äquivalentbrechkraft dieses als Gesamt-Meniskus ausgebildeten Objektiv-Systems, ohne daß jedoch diese Flächenbreehkrafts summe den Betrag von 15 fo eben dieser Äquivalentbrechkraft unterschreitet.

3) Fernrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des der Bildumkehreinrichtung voraufgehenden als zusammengesetzter Gesamt-Meniskus ausgebildeten Objektiv-Systems die Einzelelemente in der Weise zueinander aufgestellt sind, daß die Abstände zwischen der auf der Seite des Objektraumes stehenden Frontlinse und der ihr in Richtung zum Bildumkehr-System hin nachfolgenden zerstreuenden Hinterlinee eine axiale Länge besitzt, die größer ist als 5 f> der Äquivalentbrennweite ( f ) des Gesamt-Meniskus, aber kleiner ist als 20 f> eben dieser Äquivalentbrennweite und dabei zugleich Träger der zwischen diesen beiden Linsen eingeschlossenen sammelnden Innenlinse ist, und daß gleichzeitig außerdem die Summe der axialen Linsendicken von der genannten Frontlinse, der eingeschlossenen Innenlinse und der zerstreuenden Hinterlinse ebenfalls größer ist als 5 fo der Äquivalentbrennweite ( f ) des als Gesamt-Meniskus ausgebildeten Objektiv-Systems, aber zugleich kleiner ist als 20 fo eben dieser Äquivalentbrennweite .

4) Fernrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des der Bildumkehreinrichtung voraufgehenden als zusammengesetzter Gesamt-Meniskus ausgebildeten Objektiv-Systems die Einzelelemente in der 7/eise zueinander aufgestellt sind, daß die Abstände zwischen der auf der Seite des Objektraumes stehenden Frontlinse und der ihr in Richtung zum Bildumkehr-System hin nachfolgenden zerstreuenden Hinterlinse eine axiale Länge besitzt, die größer ist als 5 fo der Äquivalent-

- 20 -

brennweite ( f ) des G-esamt-Meniskus, aber kleiner ist als 20 % eben dieser Äquivalentbrennweite und dabei zugleich Träger der zwischen diesen beiden Linsen eingeschlossenen sammelnden Innenlinse ist, und daß gleichzeitig außerdem die Summe der axialen Linsendicken von der genannten Frontlinse» der eingeschlossenen Innenlinse und der zerstreuenden Hinterlinse ebenfalls größer ist als 5 f° der Äquivalent brennweite ( f ) des als G-esamt-Meniskus ausgebildeten Objektiv-Systems, aber zugleich kleiner ist als 20 fo eben dieser Äquivalentbrennweite.

5) Fernrohr nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die nachstehend aufgeführten Konstruktionsdaten:

Einzelglieder Krümmungs- Dicken (t) Brech- 1-*-Werte

radien und zahlen Abstände (s) η_Λ

+ 90
- 90 S₁ , = 8.4 1 .49 % = 0.5 ΪΙ + 37
+ 61 S₂ = 4.8 1 .49 t_R = 9.6 ^RR ⁼ - 134
+ 84 S = 2.6 1 .65 = 48.3

L_E ^ t^ = 4.8 1.49 70

- 21 -

R₆ = - 48

r7

^R7 = plan

= 0.4

= 5.5

1.60

AJ/

Einzelglieder Krümmungs
radien Die Flächen
der Prismen
und der
Strichplatte
sind plan
und daher
ohne Brech-
krafts-
wirkung Dicken (t)
und
Abstände (s) 40.3 Brech
zahlen
ⁿd H* -Werte V 1.5
40.3
4.0 1 .62 36 ^P2 ^S4 =
•tp = 3.0 1.62 36 Strich
platte K R₄ =+ 99
R₄" = - 96 t_K = 11.4 1.52 58 Sg = 5.2 R(- = + 105
5
R£ = + 17 0.4 1.62 60 S₇ = 2.2 R₆ = + 17 S ⁼ 0 1.77 28 ^S8 ^s 10.2 tg = 1.62 58

wobei die Werte für die Krümmungsradien, Dicken und Abstände in mm angegeben sind, und zwar für das Fernrohr 7 χ 50 mit 146 mm Objektivbrerinweite und 21 mm Okularbrennweite, wobei also die Radien, Dicken und Luftabstände korrespondierende Multipla dieser beiden Bestimmungsbrennweiten des Fernrohres sind.