DEN0000094MA - Objektiv für Fernrohre und photographische Kameras - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Objektiv für Fernrohre oder photographische Kameras, das einen Hohlspiegel enthält.

Objektive dieser Art sind bereits bekannt. So hat SCHMIDT eine Astrokamera gebaut, bei der die Aberrationen des sphärischen Spiegels mittels einer Korrektorplatte mit einem asphärischen Profil beseitigt werden. BOUWERS hat Spiegelobjektive erfunden, bei denen eine Korrektorlinse mit ausschliesslich sphärischen Grenzflächen angewendet wird.

Die vorliegende Erfindung bezweckt an erster Stelle, durch Verwendung eines flachen Spiegels ein besonders praktisches und zweckmässiges Objektiv für Fernrohre bzw. Kameras zu bauen. Das Objektiv nach der Erfindung wird gekennzeichnet durch die Kombination:

a) eines sphärischen Haupthohlspiegels,

b) eines Korrektionselementes, das in Aberrationen des Hauptspiegels völlig oder nahezu beseitigt,

c) eines flachen Spiegels, dessen Fläche mit der optischen Achse des Hauptspiegels einen Winkel einschliesst.

Die hier erwähnten 3 Elemente sind je an sich bereits bekannt. Die beiden zuerstgenannten Elemente wurden im Vorhergehenden bereits erwähnt, während ein Beispiel eines durchbohrten flachen Spiegels in Fig. 116 auf Seite 78 von "Die Fernrohre und Entfernungsmesser" von A. KÖNIG (zweiter Druck) dargestellt ist.

Infolge der Kombination dieser 3 bekannten Elemente nach der Erfindung ergibt sich ein Fernrohr bzw. eine Kamera mit überraschenden Eigenschaften. Erstens entspricht der Korrektionszustand infolge der Verwendung eines geeignet gewählten Korrektionselementes sämtlichen zu stellenden Anforderungen. Dies ist nicht der Fall bei dem Fernrohr nach MARTIN, welches daher nie praktische Anwendung gefunden hat.

Zweitens ist infolge der Anordnung des flachen Spiegels auf die angegebene Weise erreicht, dass der bei Spiegelsystemen unwirksame mittlerer Teil der Ein- und Austrittspupille hier kleiner sein kann als bei Fernrohren der bisher bekannten Typen. Bei letzteren ist das Verhältnis zwischen dem Innen- und Aussendurchmesser der Pupille wenigstens 0,3 und häufig 0,35 bis 0,40. Dieser Faktor kann bei den Fernrohren in denen ein Objektiv nach der Erfindung angewendet wird leicht auf 0,25 oder 0,20 herabgesetzt werden.

Die Kombination der drei genannten Elemente hat den weiteren Vorteil, dass gemäss der Erfindung ein zweiter Planspiegel oder ein Prisma in den Strahlengang hinter dem Hohlspiegel angeordnet werden kann, der die Lichtstrahlen in derselben Richtung ablenkt, die die im Objektiv eintretenden Strahlen aufweisen. Dieser zweite Planspiegel oder das Prisma kann auf einem Abstand vom Hohlspiegel angeordnet werden der kleiner oder grösser ist als der Abstand zwischen dem ersten Planspiegel und dem Hohlspiegel. Im ersteren Falle braucht der erste Planspiegel nicht durchbohrt zu werden, während im zweiten Falle dieser Spiegel von einer Oeffnung versehen ist an derjenigen Stelle, wo die Oberfläche dieses Spiegels und die optische Achse des Hohlspiegels einander schneiden. Das Korrektionselement kann nach der Erfindung im Strahlengang vor dem ersten flachen Spiegel angebracht werden und letzterer kann eine solche Lage einnehmen, dass die Normale zum flachen Spiegel einen Winkel zwischen den optischen Achsen des Korrektionselementes und des Hauptspiegels halbiert. Diese Anordnung ist zweckmässig, da das Korrektionselement dann gleichzeitig die Aufgabe erfüllen kann, einen staubdichten und (oder) wasserdichten Verschluss des Instrumentes zu bewirken.

Mit der "optischen Achse" eines sphärischen Spiegels wird hier die Verbindungslinie zwischen dem Krümmungsmittelpunkt des Spiegels und der Mitte des Spiegels bezeichnet.

Eine weitere Ausführungsform des Objektives nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass das Korrektionselement im Strahlengang zwischen dem ersten flachen Spiegel und dem Hauptspiegel angebracht ist und von den wirksamen Lichtstrahlen zweimal durchlaufen wird. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass die richtige Zentrierung des Hauptspiegels zum Korrektionselement in einfacher Weise verwirklichbar ist. Um zu einer möglichst einfachen Herstellung zu geraten, wird nach der Erfindung vorzugsweise als Korrektionselement eine Meniskuslinse gewählt, deren Aussenflächen sphärisch sind. Zwecks einer möglichst weitgehenden Beseitigung der chromatischen Aberrationen kann nach der Erfindung das Korrektionselement achromatisiert werden. Eine besonders günstige Ausführungsform des Objektives für Fernrohre nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die optische Achse des Hauptspiegels senkrecht zu derjenigen des Korrektionselementes und derjenigen eines hinter dem zweiten Planspiegel oder dem Prismasystem angeordneten Okulars ist, und dass der Hauptspiegel in einem Tubus befestigt ist, der beim Gebrauch als Handgriff für den Wahrnehmer und (oder) als Stütze für dessen Gesicht dienen kann. Nach der Erfindung ist es vorteilhaft, bei dieser Ausführungsform für das Prismasystem ein Dachprisma zu wählen.

In der Fig. Ia der beiliegenden Zeichnungen ist eine Ausführungsform des Objektivs für Fernrohre nach der Erfindung beispielsweise dargestellt. Die Vergrösserung ist zehnfach. Der Aussen- und Innendurchmesser der Austrittspupille ist 4, bzw. 1 mm. Der unwirksame Mittelteil der Pupille und somit der Lichtverlust ist daher gering. Die vom Gegenstand herrührenden Lichtstrahlen treffen nacheinander auf dem Korrektor 1, dem flachen Spiegel 3, dem asphärischen Spiegel 2 und gehen darauf durch die mittlere Oeffnung in den flachen Spiegel 3. Die Spiegelfläche des Spiegels 3 geht durch den Schnittpunkt der optischen Achsen von 1 und 2 und schliesst mit diesen je einen Winkel von 45° ein.

Direkt hinter der mittleren Oeffnung im flachen Spiegel ist ein Dachprisma 4 angebracht, aus dem die Lichtstrahlen in ihrer ursprünglichen Richtung heraustreten. Hinter dem Dachprisma wird das aufstehende Bild 5 erzeugt, das mit Hilfe des Okulars 6 beobachtet werden kann.

Das Rohr 7 dient als Handgriff des Fernrohres und wird in der normalen Gebrauchslage daher senkrecht gehalten. Dieses Rohr kann gleichzeitig als Backenstütze dienen.

In der Fig. Ib ist eine binokulare Ausführungsform des gleichen Fernrohres dargestellt. Die beiden Fernrohre 8 und 9 sind drehbar um die Welle 10, die sich parallel zu den optischen Achsen der beiden Okulare erstreckt.

Fig. Ic zeigt das gleiche binokulare Fernrohr, aber für einen grösseren Augenabstand eingestellt.

Eine zweite neue Anwendung des Objektivs besteht nach der Erfindung in dessen Verwendung in einem Richtfernrohr. Dieses Richtfernrohr ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planspiegel drehbar aufgestellt ist, sodass durch Drehung dieses Spiegels verschiedene Teile der zu beobachtenden Gelände- oder Himmelteile in das Gesichtsfeld gebracht werden können.

Bei denjenigen Ausführungsformen des Objektives für Richtfernrohre nach der Erfindung, bei denen ein Korrektionselement verwendet wird, welches im Strahlengang vor dem drehbaren flachen Spiegel angebracht ist, können nach der Erfindung solche Mittel vorgesehen werden, dass das Korrektionselement und der flache Spiegel sich gleichzeitig und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit um die senkrechte Achse des Hohlspiegels drehen können, und ausserdem das Korrektionselement und der flache Spiegel gleichzeitig um eine waagerechte Achse drehbar sind, wobei die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Korrektionselementes das Zweifache derjenigen des flachen Spiegels 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 flache Spiegel beim Richten annimmt. Eine weitere Ausführungsform des Objektives für Fernrohre nach der Erfindung, bei der ein Korrektionselement im Strahlengang vor dem flachen Spiegel angebracht ist, weist das Kennzeichen auf, dass das Korrektionselement die Form einer konzentrischen Meniskuslinse hat, deren gemeinsame Krümmungsmittelpunkt der beiden Grenzflächen im Schnittpunkt der optischen Achsen des Korrektionselementes und des Hohlspiegels liegt. Mit der "optischen Achse" einer konzentrischen Meniskuslinse wird hier die Verbindungslinie zwischen dem gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt der beiden Grenzflächen und der Mitte der Linse angedeutet. Es ergibt sich sodann der Vorteil, dass das Korrektionselement fest ausgebildet werden kann. Noch ein weiteres und gleichfalls zweckmässiges Verfahren zur Erhaltung eines festen Korrektionselementes besteht nach der Erfindung in der Anordnung des Korrektionselementes im Strahlengang hinter dem flachen Spiegel. Eine weitere Ausführungsform des Objektives für Richtfernrohre nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass im Strahlengang hinter der Öffnung im flachen Spiegel ein Prismasystem angebracht ist, welches 3 reflektierende Flächen besitzt, von denen die mittlere parallel zur vertikalen Achse des Hohlspiegels ist, während die beiden anderen Prismaflächen mit dieser Achse einen Winkel einschliessen und gegenüber der mittleren Fläche eine Symmetrielage einnehmen, wobei dieses Prismasystem derart mit dem flachen Spiegel gekuppelt ist, dass sie sich beide gleichzeitig um die senkrechte Achse drehen können und zwar das Prismasystem mit der Hälfte der Geschwindigkeit des flachen Spiegels. Eine solche Kupplung kann mit Hilfe von an sich bekannten Mitteln durchgeführt werden.

Hierbei ergibt sich der wichtige Vorteil, dass der Wahrnehmer beim Sehen durch ein festes Okular, durch einfache Drehung des flachen Spiegels praktisch alle Teile des ganzen Himmelgewölbes nacheinander in sein Gesichtsfeld bringen kann, wobei er die zu beobachtenden Gegenstände in der gleichen Lage wie mit dem ungewaffneten Auge wahrnimmt. In den Figuren 2a, 2b, 3, 4 und 5 sind einige Ausführungsformen dargestellt.

In Fig. 2a bezeichnet 11 ein festes Schutzglas für das Instrument, 12 einen flachen Spiegel mit einer mittleren Öffnung, 13 einen Hohlspiegel, 14 ein Prismasystem, 15 ein 45°-Prisma und 16 ein Okular. Ferner sieht man die Zahnräder 17 und 18 und das dazwischen laufende Zahnrad 19, das selbst um die Stange 19a lose drehbar ist. An der Stange 19a ist das Prisma 15 starr befestigt und das Zahnrad 19 ist am nicht dargestellten Gehäuse des Fernrohres starr befestigt.

Die optische Achse ab des Hohlspiegels ist senkrecht. Der Spiegel 1 kann sich um eine durch A gehende, horizontale Welle drehen. Diese Welle ist in dem Organ 20 gelagert, das sich selbst um ab drehen kann. Das Zahnrad 17 ist an diesem Organ starr befestigt. Bei Drehung des Organs 20 um ab dreht sich die Stange 19a und folglich das Prisma 14 gleichfalls um ab, aber mit der Hälfte der Winkelgeschwindigkeit, mit der dieses Organ sich um ab dreht. In Fig. 2b ist die Form und die Wirkung des Prismasystems 14 im Querschnitt genau dargestellt. Infolge dieser Anordnung ergibt sich, dass der durch das feste Okular 16 sehende Beobachter durch eine Drehung von 12 um ab und um eine horizontale Welle durch A jeden Punkt, z.B. des Himmelgewölbes beobachten kann und zwar werden die Gegenstände in natürlicher Lage wahrgenommen.

In der Fig. 3 sind einige Einzelteile eines weiteren Objektives für Richtfernrohre nach der Erfindung dargestellt. Das Korrektionselement 21 ist eine konzentrische Meniskuslinse mit einem gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt in B, der gleichzeitig den Schnittpunkt der senkrechten Drehachse c-d und der durch B des flachen Spiegels gehenden waagerechten Drehachse bildet. Infolge der Kugelsymmetrie der so angeordneten konzentrischen Meniskuslinse braucht diese nicht drehbar zu sein, was einen baulichen Vorteil darstellt.

In der Fig. 4 sind einige Einzelteile einer anderen Ausführungsform des Objektives für Fernrohre nach der Erfindung dargestellt. Hier bezeichnet 24 ein Korrektionselement, 25 einen durchbohrten, flachen Spiegel und 26 einen sphärischen Hohlspiegel. Der Spiegel 25 ist um eine durch C gehende waagerechte Welle drehbar und diese Welle selbst ist wieder um die senkrechte Achse ef drehbar. Der Spiegel 25, seine waagerechte Drehwelle und das Korrektionselement 24 bilden eine solche bauliche Einheit, dass sich das Korrektionselement um die waagerechte Welle durch C mit einer zweimal grösseren Winkelgeschwindigkeit dreht, als die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Spiegels 25 um diese Welle beträgt. Die baulichen Einzelheiten sind einfachheitshalber weggelassen, da die beiden verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten z.B. auf gleiche Weise erhalten werden können wie oben für den Spiegel 12 und das Prismasystem in Fig. 2a angegeben wurde. Das au dem Korrektionselement 24 und dem Spiegel 25 und deren Kupplung bestehende System kann sich als Ganzes wieder um die senkrechte Achse ef drehen.

In der Fig. 5 sind die Einzelteile einer Ausführungsform eines Objektives für für Richtfernrohre dargestellt, wobei der Korrektor 28 im Strahlengang zwischen dem flachen Spiegel 27 und dem sphärischen Hohlspiegel 29 angeordnet ist. Der Korrektor hat mit 29 die gemeinsame senkrechte optische Achse gh und kann fest ausgebildet werden.

Der Erfindungsgedanke, einen flachen durchbohrten Spiegel in Verbindung mit einem sphärischen Haupthohlspiegel zu verwenden, dessen Aberrationen von einem Korrektionselement beseitigt werden, kann nach der Erfindung auch bei Kameras Anwendung finden.

In der Fig. 6 sind beispielsweise die optischen Elemente einer Ausführungsform der Kamera nach der Erfindung dargestellt. Die Strahlen fallen bei diesem Beispiel auf den Korrektor 30 ein, werden dann von dem flachen Spiegel 31 und dem sphärischen Hohlspiegel zurückgeworfen und gehen schliesslich durch die mittlere Öffnung in 31, sodass in 33 ein Bild erzeugt wird. Es kann hier auch hinter der mittleren Öffnung in 31 ein Prismasystem oder ein flacher Spiegel angeordnet werden in der Weise, dass das Bild in einer zur optischen Achse des Korrektors senkrechten Ebene erzeugt wird.

Schliesslich gibt Fig. 7 eine Darstellung eines anderen Richtfernrohres mit einem Objektiv gemäss der Erfindung.

Die optischen Teile sind: das Korrektionselement 34, der sphärische Hohlspiegel 35, der Planspiegel 36, das Dachprisma 37 und das Okular 38. Diese Teile sind angeordnet im Tubus 39, der gedreht werden kann im Kopf 40 des Statives 41. Die optische Wirkung ist der Wirkung des Teleskopes gemäss Fig. Ia ähnlich. Der Planspiegel 36 kann gedreht werden um eine senkrecht zu der Zeichenfläche stehende Welle mittels des Knopfes 42, der befestigt ist an der Spiegelachse. Der Drehwinkel des Tubus 39 im Kopf 40 kann auf der Skaleneinteilung 43 abgelesen werden. Das Teleskop hat eine Vergrösserung 30x, die freie Objektivöffnung ist 150 mm, sodass der Durchmesser der Austrittspupille 5 mm beträgt.

Claims (15)

1. Objektiv für Fernrohre oder photographische Kameras, welches gekennzeichnet ist durch die Kombination

a. eines sphärischen Haupthohlspiegels;

b. eines Korrektionselementes, das die Aberrationen des Hauptspiegels völlig oder nahezu beseitigt;

c. eines flachen Spiegels, dessen Fläche mit der optischen Achse des Hauptspiegels einen Winkel einschliesst.

2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektionselement im Strahlengang vor dem flachen Spiegel angeordnet ist und dass die Normale zum flachen Spiegel in Winkel zwischen den optischen Achsen des Korrektionselementes und des Hauptspiegels halbiert.

3. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektionselement im Strahlengang zwischen dem flachen Spiegel und dem Hauptspiegel angebracht ist und von den wirksamen Lichtstrahlen zweimal durchlaufen wird.

4. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen dem Hohlspiegel und dem Planspiegel ein zweiter Planspiegel, oder ein Prisma oder Prismasystem angeordnet ist, der (das) Lichtstrahlen in einer Richtung parallel zur Richtung der in das Objektiv eintretenden Strahlen wirft.

5. Objektiv nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Planspiegel mit einer Öffnung versehen ist an derjenigen Stelle, wo die Oberfläche dieses Spiegels und die optische Achse des

Hohlspiegels einander schneiden.

6. Objektiv nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Öffnung im ersten Planspiegel, ein zweiter Planspiegel oder ein Prisma oder Prismasystem angeordnet ist, der (das) die Lichtstrahlen in einer Richtung parallel zur Richtung der in das Objektiv eintretenden Strahlen wirft.

7. Objektiv nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektionselement von einer Meniskuslinse mit sphärischen Aussenflächen gebildet wird.

8. Objektiv nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Meniskuslinse achromatisiert ist.

9. Objektiv für Fernrohre nach Anspruch 2, 4, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse des Hohlspiegels senkrecht zu derjenigen des Korrektionselementes und derjenigen eines hinter dem zweiten Planspiegel, dem Prisma oder Prismasystem angeordneten Okulars ist, und der Hauptspiegel in einem Tubus befestigt ist, der beim Gebrauch als Handgriff für den Beobachter und (oder) als Stütze für dessen Gesicht dienen kann.

10. Objektiv nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Prismasystem von einem Dachprisma gebildet wird.

11. Objektiv für Fernrohre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planspiegel drehbar angeordnet ist, sodass durch Drehung dieses Spiegels verschiedene Teile der zu beobachtenden Gelände oder Himmelteile in das Gesichtsfeld gebracht werden könne.

12. Objektiv nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, durch welche das Korrektionselement und der flache Spiegel sich gleichzeitig und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit um die senkrechte optische Achse des Hohlspiegels drehen können, und ferner das Korrektionselement und der flache Spiegel gleichzeitig um eine waagerechte Achse drehbar sind, wobei die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Korrektionselementes das Zweifache derjenigen des flachen Spiegels beträgt.

13. Objektiv nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektionselement die Form einer konzentrischen Meniskuslinse hat, deren gemeinsame Krümmungsmittelpunkt im Schnittpunkt der optischen Achsen des Korrektionselementes und des Hohlspiegels liegt.

14. Objektiv nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang hinter der Öffnung im flachen Spiegel ein Prismasystem mit drei reflektierenden Flächen angebracht ist, von denen die mittlere parallel zur senkrechten, optischen Achse des Hohlspiegels ist, während die beiden anderen Prismaflächen mit dieser Achse einen Winkel einschliessen und gegenüber der mittleren Fläche eine Symmetrielage einnehmen, wobei dieses Prismasystem derart mit dem flachen Spiegel gekuppelt ist, dass sie sich beide gleichzeitig um die senkrechte Achse drehen können und zwar das Prismasystem mit der Hälfte der Geschwindigkeit des flachen Spiegels.

15. Objektiv für photographische Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Achsen des Korrektionselementes und des Spiegels einen Winkel von 90° miteinander einschliessen.