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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.
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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.
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Als
Beobachtungseinheit mit einer Teleskopoptik wird zu diesem Zweck
im allgemeinen ein Doppelfernrohr, das sogenannte Opernglas, verwendet. Ein
solches Opernglas ist nach der sogenannten Galileo Optik ausgebildet,
bei der eine konvergente 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.
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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.
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Bei
einer Beobachtungseinheit mit einer Teleskopoptik, wie z.B. einem
Doppelfernrohr mit großer
Brechkraft, behindert das Umkehrspiegel-System einen Aufbau, der
ein großes
Gesichtsfeld ergibt. Deshalb hat man oft versucht, eine Teleskopoptik
so aufzubauen, daß ein
großes
Gesichtsfeld erhalten wird. Dadurch wird die Anordnung der Teleskopoptik selbst
aufwendig, was einen großen
Einfluß auf
das Gewicht, die Größe und die
Kosten hat, und was dementsprechend zu einer schlechteren Tragbarkeit und
Handhabung führt.
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Wenn
sich im allgemeinen der Gegensatz auch nicht vollständig vermeiden
läßt, daß das Gesichtsfeld
umso enger ist, je größer die
Brechkraft ist, wird vorzugsweise 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 gesamte optische System wegen
der Größe der Prismen
sperrig. Die für
die Tragbarkeit benötigte
Kompaktheit wird dadurch eingeschränkt. Außerdem bestimmt die Größe des Umkehrspiegel-Systems
die Größe der Objektivoptik.
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Zum
Stand der Technik wird auf die CH 7791 verwiesen, die ein Doppelfernrohr
mit einer Prismenanordnung zur Bildumkehr offenbart. Auch in der
US 715 793 ist ein Fernrohr
beschrieben, das mit einer Prismenanordnung zur Bildumkehr arbeitet.
In der
US 5 619 379
A ist eine Okularoptik beschrieben, die eine Meniskus-Zwischenabbildungslinse
enthält.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein einäugiges Fernrohr oder ein Doppelfernrohr
anzugeben, das ein großes
Gesichtsfeld und ein helles Sichtfeld hat und das unter den oben
beschriebenen Einschränkungen
eine hohe Brechkraft liefert.
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Die
Aufgabe wird bei einer Optik der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
daß ein
zwischen einer Objektivoptik und einer Okularoptik angeordnetes
Umkehrspiegel-System einen ersten Reflektor (erste Reflektorplatte)
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 reflekiertes Licht von einem Teil einer schrägen Seitenfläche des
Prismas empfangen wird. Ein zweiter Reflektor (zweite Reflektorplatte)
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.
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Es
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 Projektionsfläche
des zweiten Reflektors auf eine horizontale Ebene angeordnet, die
die optische Achse enthält.
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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.
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Gemäß der Erfindung
wird von dem zweiten Reflektor reflektiertes Licht auf die Okularoptik
gerichtet. Die Zwischenabbildungslinse in der Nähe des zweiten Reflektors 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 Reflektor
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 Zwischenabbildungslinse in einer Projektionsfläche des zweiten
Reflektors auf eine horizontale Ebene, die die optische Achse enthält.
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Von
einer Objektivoptik einfallendes konvergentes äußeres Licht soll umgekehrt reflektiert
werden, ohne eine Umkehrspiegel-Optik mit drei Prismen wie oben
erwähnt
zu verwenden. Es soll auch kein Umkehrspiegel-System aus einer Kombination von
zwei Prismen verwendet werden, bei dem ein erstes Prisma als rechtwinkliger
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 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 reflektierende
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 reflektierende Fläche
angeordnet werden, wodurch im Verhältnis zu einem einäugigen Fernrohr
oder einem Doppelfernrohr gleicher Brechkraft ein großes Gesichtsfeld
und ein helles Sichtfeld erreicht wird. Weil außerdem nur ein einziges Prisma
verwendet wird, ist das gesamte optische System leicht, so daß sich bemerkenswerte Vorteile
im Hinblick auf eine Verbesserung der Tragbarkeit und der Betätigbarkeit
ergeben.
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Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Ansicht eines Weitwinkelteleskops als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine
Explosionsansicht des Weitwinkelteleskops,
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3 eine
Vorderansicht eines Umkehrspiegel-Systems des Weitwinkelteleskops,
und
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4 eine
perspektivische Ansicht des Umkehrspiegel-Systems.
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1 zeigt
eine Objektivoptik 11, die in diesem Ausführungsbeispiel
als zusammengesetzte konvergente Linse ausgebildet ist, bei der
eine Bikonvexlinse 13 und eine divergente Meniskuslinse 15 miteinander
verbunden sind. Eine Okularoptik 12 ist eine zusammengesetzte
Linsengruppe mit einer Bikonvexlinse 14, einer an deren
Rückseite
befestigten divergenten Meniskuslinse 16, einer asphärischen 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 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.
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Das
Umkehrspiegel-System 30 ist zwischen der Objektivoptik 11 und
der Okularoptik 12 zum Sichtbarmachen eines aufrechten
Bildes für
ein Okular angeordnet. Die zwischen der Objektivoptik 11 und
der Okularoptik 12 angeordnete Zwischenabbildungslinse 17 kann
ein Gesichtsfeld liefern, das im wesentlichen immer größer wird,
je mehr sie sich der Objektivoptik nähert, wenn es sich bei ihr
um eine Sammellinse handelt.
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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 nahestmöglich des
Umkehrspiegel-Systems 30 angeordnet ist, hat dieses einen
ersten 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
reflektiertem Licht geneigt, das von dem rechtwinkligen gleichschenkligen
Dreieckprisma 31 ausgeht. Dieses Umkehrspiegel-System 30 wird
im folgenden eingehend erklärt.
Weil der erste Reflektor 41 um einen Winkel von 45° gegen die
einfallende optische Achse X-X' geneigt
ist, wird längs
der einfallenden optischen Achse X-X' einfallendes Licht von dem ersten Reflektor 41 in
eine Richtung reflektiert, die orthogonal zu der einfallenden optischen
Achse X-X' ist.
Das reflektierte Licht wird zu einer schrägen Seitenfläche des Prismas 31 geführt, dessen
Eintrittsfläche
orthogonal zur optischen Achse des reflektierten Lichtes ist.
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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 3).
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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 reflektierende Fläche 36 zum
Streuen des von der ersten reflektierenden Fläche 35 reflektierten
Lichtes.
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Von
der zweiten reflektierenden Fläche 36 reflektiertes
Licht auf der optischen Achse tritt durch die Austrittsfläche 34 des
Prismas 31 rechtwinklig zu der Austrittsfläche 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.
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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. Dabei 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 ausgebildet ist, von denen
eine orthogonal zu der optischen Achse angeordnet ist. Ein zweites
als rechtwinkliger dreieckiger Keil ausgebildetes Prisma hat eine
Bodenfläche,
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 Flächen
ausgebildetes Prisma ist mit einer dieser orthogonalen Flächen dem
anderen 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 einzelnen die
Zwischenabbildungslinse 17 als konvergente Meniskuslinse
ausgebildet ist, deren konvexe Fläche zur Eintrittsseite hin
ausgerichtet ist, und deren konkave Fläche zur Austrittsseite hin
ausgerichtet ist, kann die Zwischenabbildungslinse 17 bis
zu einer Position verschoben werden, an der ihre Außenkanten
den Reflektor 42 berühren.
Bei dieser Anordnung kann die Zwischenabbildungslinse 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 Zwischenabbildungslinse 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.