DE102004003139A1

DE102004003139A1 - Polarausrichtungsteil variabler Brennweite

Info

Publication number: DE102004003139A1
Application number: DE102004003139A
Authority: DE
Inventors: Shinichiro Ishii
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2004-07-29
Also published as: US20040145818A1; JP2004226544A; US6930831B2; JP4227424B2

Abstract

Ein Polarausrichtungsteil mit variabler Brennweite umfasst eine Objektivoptik (L1), eine Zwischenabbildungsoptik (L2) und eine Okularoptik (L3), die in dieser Reihenfolge von der Objektseite her angeordnet sind. Die Zwischenabbildungsoptik (L2) umfasst eine Aufrichtoptik mit variabler Brennweite, die ein positives Kondensorlinsenelement (L21) sowie eine positive zweite (L22) und eine positive dritte Zwischenabbildungslinsengruppe (L23) enthält. Die zweite (L22) und die dritte Zwischenabbildungslinsengruppe (L23) sind zur Änderung der Vergrößerung des Polarausrichtungsteils längs der optischen Achse relativ zueinander bewegbar. Es sind die folgenden Bedingungen (1), (2) und (3) erfüllt: DOLLAR A 6,0 < f¶0¶/fe < 10,0; DOLLAR A -4,0 < M¶2L¶ < -1,0; und DOLLAR A 0,2 < M¶3L¶ < 0,6; worin DOLLAR A f¶0¶ die Brennweite der Objektivoptik (L1) bezeichnet, DOLLAR A fe die Brennweite der Okularoptik (L3) bezeichnet, DOLLAR A M¶2L¶ die Lateralvergrößerung der zweiten Zwischenabbildungslinsengruppe (L22) bei einer geringen Vergrößerung bezeichnet, und DOLLAR A M¶3L¶ die Lateralvergrößerung der dritten Zwischenabbildungslinsengruppe (L23) bei einer geringeren Vergrößerung bezeichnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Polarausrichtungsteil variabler Brennweite, der auf ein für ein astronomisches Fernrohr bestimmtes Äquatorial-Fernrohr anwendbar ist.
In einem für ein astronomisches Fernrohr bestimmten Äquatorial-Fernrohr muss die Polarachse parallel zur Drehachse der Erde, d.h. zur Erdachse, eingestellt werden. Aus dem Stand der Technik ist ein Äquatorial-Fernrohr mit einem Polarausrichtungsteil bekannt, dessen optische Achse auf die Polarachse ausgerichtet wird, um die Polarausrichtung zu erleichtern. Die Polarachseneinstellung eines Äquatorial-Fernrohrs wird nach folgendem Verfahren durchgeführt. Beispielsweise wird in der nördlichen Hemisphäre der Nordhimmel mit einem Polarausrichtungsteil beobachtet. Es werden eine Orientierung und eine hochgenaue Einstellung des Äquatorial-Fernrohrs durchgeführt, um die Position des Nordsterns auf eine vorbestimmte Position bezüglich des Mittelpunktes des Gesichts- oder Sehfeldes (optische Achse) des Polarausrichtungsteils einzustellen.
Da das Gesichtsfeld weit ausgedehnt ist, wenn die Vergrößerung eines Polarausrichtungsteils gering ist, kann ein Zielhimmelskörper in einfacher Weise innerhalb des Gesichtsfeldes geführt werden. Jedoch ist in diesem Fall die Einstellgenauigkeit gering. Wird dagegen die Vergrößerung auf einen hohen Wert gebracht, um die Einstellgenauigkeit zu erhöhen, so wird das Gesichtsfeld schmal, was die Führung des Zielhimmelskörpers erschwert.
Der Erfinder des hier beschriebenen Anmeldungsgegenstandes hat in dem ungeprüften japanischen Patent Hei-9-281408 einen Polarausrichtungsteil vorgeschlagen, der einen lösbar an ihm angebrachten Wandler oder einen Wandler umfasst, der in den Strahlengang des Polarausrichtungsteils eingeführt und aus diesem entfernt werden kann, um die Vergrößerung zu ändern. Es ist jedoch wünschenswert, einen Polarausrichtungsteil anzugeben, der ein noch weiter ausgedehntes reelles Gesichtsfeld sowie deutlich reduzierte Aberrationen aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Polarausrichtungsteil anzugeben, der in einfacher Weise einen Zielhimmelskörper, z.B. den Nordstern (Polarstern) anvisieren kann und eine hochgenaue Polareinstellung ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:
1 ein Linsendiagramm eines Polarausrichtungsteils gemäß erstem Ausführungsbeispiel bei einer geringen Vergrößerung,
2A, 2B, 2C und 2D verschiedene Aberrationen in dem ersten Ausführungsbeispiel bei einer geringen Vergrößerung,
3A, 3B, 3C und 3D verschiedene Aberrationen in dem ersten Ausführungsbeispiel bei einer mittleren Vergrößerung,
4A, 4B, 4C und 4D verschiedene Aberrationen in dem ersten Ausführungsbeispiel bei einer hohen Vergrößerung,
5 ein Linsendiagramm eines Polarausrichtungsteils gemäß zweitem Ausführungsbeispiel bei einer geringen Vergrößerung,
6A, 6B, 6C und 6D verschiedene Aberrationen in dem zweiten Ausführungsbeispiel bei einer geringen Vergrößerung,
7A, 7B, 7C und 7D verschiedene Aberrationen in dem zweiten Ausführungsbeispiel bei einer mittleren Vergrößerung,
8A, 8B, 8C und 8D verschiedene Aberrationen in dem zweiten Ausführungsbeispiel bei einer hohen Vergrößerung,
9 ein Linsendiagramm eines Polarausrichtungsteils gemäß drittem Ausführungsbeispiel bei einer geringen Vergrößerung,
10A, 10B, 10C und 10D verschiedene Aberrationen in dem dritten Ausführungsbeispiel bei einer geringen Vergrößerung,
11A, 11B, 11C und 11D verschiedene Aberrationen in dem dritten Ausführungsbeispiel bei einer mittleren Vergrößerung,
12A, 12B, 12C und 12D verschiedene Aberrationen in dem dritten Ausführungsbeispiel bei einer hohen Vergrößerung, und
13 ein Äquatorial-Fernrohr mit einem Polarausrichtungsteil nach der Erfindung, wobei ein Teil der Hauptkomponenten in einem vertikalen Schnitt gezeigt ist.
13 zeigt ein Äquatorial-Fernrohr mit einem Polarausrichtungsteil 21 (variabler Brennweite) nach der Erfindung, wobei ein Teil der Hauptkomponenten in einem vertikalen Schnitt dargestellt ist.
Das Äquatorial-Fernrohr 20 umfasst einen Sockel 31 zur Anbringung an einem nicht gezeigten Stativ, einen Polarausrichtungs-Außentubus 33, der so schwenkbar gehalten ist, dass er eine einstellbare Höhe (d.h. in vertikaler Richtung schwenkbar ist) und einen einstellbaren Azimuth (d.h. in horizontaler Richtung schwenkbar ist) aufweist, einen Polarausrichtungs-Innentubus 34, der innerhalb des Außentubus 33 um die Polarachse 01 drehbar gehalten ist, einen Deklinations-Außentubus 35, der an einem vorderen Endabschnitt des Polarausrichtungs-Innentubus 34 befestigt ist, einen Deklinations-Innentubus 36, der innerhalb des oberen Endabschnitts des Deklinations-Außentubus 35 um eine Deklinationsachse 02 drehbar angeordnet ist, welche die Polarachse 01 innerhalb des Deklinations-Außentubus 35 schneidet, und eine Fassung 37, die am oberen Ende des Deklinations-Außentubus 35 angeordnet und um die Deklinationsachse 02 drehbar ist. An der Fassung 37 ist ein nicht gezeigtes astronomisches Fernrohr angebracht.
In dem Polarausrichtungs-Innentubus 34 befindet sich ein Polarausrichtungsteil (Beobachtungsteil) 21, dessen optische Achse auf die Polarachse 01 ausgerichtet ist. Um das Gesichtsfeld des Polarausrichtungsteils 21 zu erhalten, sind in dem Deklinations-Außentubus 35 und dem Deklinations-Innentubus 36 Blenden 35a, 36a, 36b und 35b angeordnet.
Der Polarausrichtungsteil 21 enthält eine Objektivoptik L1, eine Zwischenabbildungsoptik (Umkehroptik) L2 und eine Okularoptik L3. Zwischen der Objektivoptik L1 und der Zwischenabbildungsoptik L2 ist eine Zielplatte 11 vorgesehen, auf der eine Skala zur Festlegung der Position eines Zielsterns oder dergleichen aufgedruckt ist. Wird die Polarachseneinstellung vorgenommen, so beobachtet der Benutzer über die Okularoptik L3 den Polarstern unter Bezugnahme auf die Skala (der Zielplatte 11) und betätigt eine Höhen-Feineinstellschraube 32a und eine Azimuth-Feineinstellschraube 32b, um eine Höheneinstellung (Vertikaleinstellung) und eine Azimutheinstellung (Horizontaleinstellung) des Polarausrichtungsteils 21 vorzunehmen und so den Polarstern auf die Skala auszurichten.
In 13 bezeichnet das Bezugszeichen 39 eine Polarachsen-Antriebseinheit zum Drehen des Deklinations-Außentubus 35 um die Polarachse 01, das Bezugszeichen 41 eine Deklinations-Antriebseinheit zum Drehen der Fassung 37 um die Deklinationsachse 02 und das Bezugszeichen 43 ein Ausgleichsgewicht.
Das Äquatorial-Fernrohr wird in folgender Weise verwendet. Der Benutzer oder Beobachter richtet zunächst den Polarausrichtungsteil 21 in Richtung des Polarsterns. In diesem Stadium ist die Vergrößerung (Abbildungsmaßstab) des Polarausrichtungsteils 21 auf einen kleinen Wert eingestellt. Anschließen wird über die Okularoptik L3 die Konstellation erfasst und die Höhe (vertikale Richtung) sowie der Azimuth (horizontale Richtung) des Polarausrichtungsteils 21 grob so eingestellt, dass sich der Polarstern etwa in der Mitte des Gesichtsfeldes befindet.
Ist der Polarstern einmal etwa in der Mitte des Gesichtsfeldes positioniert, so wird die Vergrößerung des Polarausrichtungsteils 21 erhöht, um eine Beobachtung mit hoher Vergrößerung zu ermöglichen. Anschließend beobachtet der Benutzer den Polarstern über die Okularoptik L3 unter Bezugnahme auf die Skala (Zielplatte 11) und betätigt die Feineinstellschrauben 32a und 32b, um eine Höheneinstellung und eine Azimutheinstellung des Polarausrichtungsteils 21 vorzunehmen und so den Polarstern auf die Skala auszurichten.
Da in dem in 13 gezeigten Äquatorial-Fernrohr 20 mit seinem Polarausrichtungsteil 21 die Vergrößerung des Polarausrichtungsteils 21 variiert werden kann, ist es möglich, durch Herabsetzen der Vergrößerung des Polarausrichtungsteils 21 bei Durchführung einer Polarachseneinstellung das reelle Gesichtsfeld aufzuweiten, so dass durch Beobachtung innerhalb dieses aufgeweiteten reellen Gesichtsfeldes ein Zielhimmelskörper in einfacher Weise erfasst werden kann. Ist der Zielhimmelskörper erfasst, so kann durch Hochsetzen der Vergrößerung des Beobachtungsteils 21 eine hochgenaue Polarachseneinstellung durchgeführt werden, indem der Zielhimmelskörper mit dem hohe Vergrößerung und hohe Genauigkeit aufweisenden Ausrichtungsteil 21 beobachtet wird.
Im Folgenden werden spezielle numerische Ausführungsbeispiele erläutert. In den Aberrationsdiagrammen zeigen die d-Linie, die g-Linie und die C-Linie bei ihren jeweiligen Wellenlängen die chromatische Aberration (chromatische Längsaberration) und die chromatische Vergrößerungsaberration infolge sphärischer Aberration, die F-Linie und die e-Linie Aberrationen bei ihren jeweiligen Wellenlängen, sowie S und M den Sagittal- und den Meridionalastigmatismus. ER bezeichnet den Pupillendurchmesser und B (°) den Austrittswinkel (halber Winkel). Ferner bezeichnet W den halben Bildfeldwinkel (°), r den Krümmungsradius, d die Linsendicke oder den Abstand zwischen den Linsen, N_d den Brechungsindex bei der d-Linie und vd die Abbe-Konstante.
Ausführungsbeispiel 1
1 zeigt das Linsendiagramm des ersten Ausführungsbeispiels. Die 2A, 2B, 2C und 2D zeigen verschiedene Aberrationen bei einer geringen Vergrößerung. Die 3A, 3B, 3C und 3D zeigen verschiedene Aberrationen bei einer mittleren Vergrößerung. Die 4A, 4B, 4C und 4D zeigen verschiedene Aberra tionen bei einer hohen Vergrößerung. In Tabelle 1 sind die numerischen Daten des ersten Ausführungsbeispiels angegeben. Die Flächen mit den Nummern 1 bis 5 bezeichnen die Objektivoptik L1 und die Zielplatte 11, die Flächen mit den Nummern 6 bis 13 die Zwischenabbildungsoptik L2 und die Flächen mit den Nummern 14 bis 18 die Okularoptik L3.
Die Objektivoptik L1 ist eine Kittlinse mit einem positiven Linsenelement L11 und einem negativen Linsenelement L12, wobei der Bildpunkt (erster Bildpunkt) der Objektivoptik L1 auf der Zielplatte 11 angeordnet ist. Die Zwischenabbildungsoptik L2 besteht aus einer positiven Kondensorlinse L21, die eine erste Zwischenabbildungslinsengruppe bildet, sowie einer zweiten Zwischenabbildungslinsengruppe L22 und einer dritten Zwischenabbildungslinsengruppe L23, die jeweils aus einer Kittlinse mit einer positiven bikonvexen Linse und einer negativen Meniskuslinse bestehen. Die zweite Zwischenabbildungslinse L22 und die dritte Zwischenabbildungslinse L23 werden längs ihrer optischen Achse relativ zueinander bewegt, um die Vergrößerung des Polarausrichtungsteils zu variieren. Der Bildpunkt der Zwischenabbildungsoptik L2 befindet sich bei einem Feldring (Feldblende) 12. Die Okularoptik L3, die hinter dem Feldring 12 angeordnet ist, besteht aus einer Kittlinse, die ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement umfasst, und einem positiven Linsenelement. Der Bildpunkt (zweiter Bildpunkt) der Zwischenabbildungsoptik L2 befindet sich 8,01 mm objektseitig der Fläche Nr. 14.
Tabelle 1
Ausführungsbeispiel 2
5 zeigt das Linsendiagramm des zweiten Ausführungsbeispiels. Die 6A, 6B, 6C und 6D zeigen verschiedene Aberrationen bei einer geringen Vergrößerung. Die 7A, 7B, 7C und 7D zeigen verschiedene Aberrationen bei einer mittleren Vergrößerung. Die 8A, 8B, 8C und 8D zeigen verschiedene Aberrationen bei einer hohen Vergrößerung. In Tabelle 2 sind die numerischen Daten des zweiten Ausführungsbeispiels angegeben. Die Flächen mit den Nummern 1 bis 5 bezeichnen die Objektivoptik L1 und die Zielplatte 11. Die Flächen mit den Nummern 6 bis 13 bezeichnen die Zwischenabbildungsoptik L2. Die Flächen mit den Nummern 14 bis 18 bezeichnen die Okularoptik L3.
Der grundlegende Linsenaufbau des zweiten Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Bildpunkt (zweiter Bildpunkt) der Zwischenabbildungsoptik L2 befindet sich 11,07 mm objektseitig der Fläche Nr. 14.
Tabelle 2
Ausführungsbeispiel 3
9 zeigt das Linsendiagramm des dritten Ausführungsbeispiels. Die 10A, 10B, 10C und 10D zeigen unterschiedliche Aberrationen bei einer geringen Vergrößerung. Die 11A, 11B, 11C und 11D zeigen verschiedene Aberrationen bei einer mittleren Vergrößerung. Die 12A, 12B, 12C und 12D zeigen verschiedene Aberrationen bei einer hohen Vergrößerung. In Tabelle 3 sind die numerischen Daten des dritten Ausführungsbeispiels angegeben. Die Flächen mit den Nummern 1 bis 5 bezeichnen die Objektivoptik L1 und die Zielplatte 11. Die Flächen mit den Nummern 6 bis 13 bezeichnen die Zwischenabbildungsoptik L2. Die Flächen mit den Nummern 14 bis 18 bezeichnen die Okularoptik L3.
Der Aufbau der Objektivoptik L1 und der Zwischenabbildungsoptik L2 des dritten Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der des ersten Ausführungsbeispiels. Die Okularoptik L3 besteht aus einer Kittlinse, die ein positives Linsenelement und ein negatives Linsenelement umfasst. Der Bildpunkt (zweiter Bildpunkt) des Zwischenabbildungssystems L2 befindet 8,90 mm objektseitig der Fläche Nr. 14.
Tabelle 3
Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, erfüllen die numerischen Werte des ersten, des zweiten und des dritten Ausführungsbeispiels jede der Bedingungen (1), (2) und (3).
Tabelle 4
Der Polarausrichtungsteil 21 (mit variabler Brennweite) gemäß erstem bis drittem Ausführungsbeispiel hat folgende Eigenschaften: die Brennweite f₀ der Objektivoptik ist kurz, das Gesichtsfeld ist weit, die Anforderungen an die Montagegenauigkeit der Zielplatte 11 sind herabgesetzt, die Vergrößerung der von der Zwischenabbildungsoptik nach hinten reichenden Optik kann auf einen kleinen Wert eingestellt werden, und es kann eine geeignete Aberrationskorrektion vorgenommen werden. Außerdem kann die Gesamtlänge der Optik, d.h. des Polarausrichtungsteils 21 insgesamt, verkürzt, ein großer Durchmesser in der Zwischenabbildungsoptik vermieden und die Komaaberration gut korrigiert werden.
Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, kann mit dem erfindungsgemäßen Polarausrichtungsteil variabler Brennweite, da dessen Vergrößerung variiert werden kann, ein Zielhimmelskörper in einfacher Weise durch Beobachtung erfasst und anschließend durch eine Beobachtung mit zu einem höheren Wert variierter Vergrößerung eine hochgenaue Polarachseneinstellung durchgeführt werden.

Claims

Polarausrichtungsteil mit variabler Brennweite, der von der Objektseite her umfasst: eine Objektivoptik (L1), eine Zwischenabbildungsoptik (L2) zum Erzeugen eines sekundären Bildes durch Zwischenabbildung eines von der Objektivoptik (L1) erzeugen Bild und eine Okularoptik (L3) zum Beobachten des sekundären Bildes, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenabbildungsoptik (L2) eine Aufrichtoptik mit variabler Brennweite umfasst, die ein eine erste Zwischenabbildungslinsengruppe (L21) bildendes positives Kondensorlinsenelement, eine positive zweite Zwischenabbildungslinsengruppe (L22) und eine positive dritte Zwischenabbildungslinsengruppe (L23) enthält, die zweite (L22) und die dritte Zwischenabbildungslinsengruppe (L23) zum Ändern der Vergrößerung des Polarausrichtungsteils längs der optischen Achse relativ zueinander bewegbar sind, und folgende Bedingungen (1), (2) und (3) erfüllt sind: 6,0 <f0/fe < 10,0 ... (1); -4,0 <M2L < -1,0 ... (2); und 0,2 < M3L < 0,6 ... (3); worinf₀ die Brennweite der Objektivoptik (L1) bezeichnet, fe die Brennweite der Okularoptik (L3) bezeichnet, M_2L die Lateralvergrößerung der zweiten Zwischenabbildungslinsengruppe (L22) bei einer geringen Vergrößerung bezeichnet, und M_3L die Lateralvergrößerung der dritten Zwischenabbildungslinsengruppe (L23) bei einer geringen Vergrößerung bezeichnet.
Polarausrichtungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bildpunkt der Objektivoptik (L1) eine Zielplatte (11) mit einer Skala zum Einstellen der Polarachse angeordnet ist.
Polarausrichtungsteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zwischenabbildungslinsengruppe (L22) eine Kittlinse mit einem positiven bikonvexen Linsenelement und einem negativen Meniskuslinsenelement in dieser Reihenfolge von der Objektseite her umfasst.
Polarausrichtungsteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Zwischenabbildungslinsengruppe (L23) eine Kittlinse mit einem positiven bikonvexen Linsenelement und einem negativen Meniskuslinsenelement in dieser Reihenfolge vom Objekt her umfasst.