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Die
Erfindung betrifft ein Fernrohrokular, insbesondere ein Zielfernrohrokular,
mit weit abstehender Austrittspupille zur Abbildung einer Bildebene oder
eines Absehens nach unendlich. Das Okular besteht aus einer lichteintrittseitig
vor der Bildebene angeordneten Feldblende und nachfolgend aus zwei
in Lichtrichtung durch Luft getrennten Linsengruppen, wobei die
erste aus zwei gekitteten Linsen besteht und positive Brechkraft
aufweist und die zweite aus einer einfachen Sammellinse besteht.
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Derartige
Okulare befinden sich lichtausgangsseitig beispielsweise an Zielfernrohren,
die als Visiereinrichtung bei Jagdgewehren und dergleichen dienen
und haben die Aufgabe, die Bildebene des vorgeschalteten optischen
Fernrohrsystems zur Beobachtung nach unendlich abzubilden.
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Die
optischen Systeme solcher Zielfernrohre bestehen üblicherweise
aus einem Objektiv, welches das zu beobachtende Objekt in eine erste
Zwischenbildebene und anschließend
durch ein Umkehrsystem höhenrichtig
in eine zweite Zwischenbildebene abbildet. Das Visier wird dabei
durch eine optische Zielmarke (Absehen) gebildet, die entweder in
der ersten oder in der zweiten Bildebene angeordnet sein kann.
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Es
ist bekannt, zur Vermeidung von Lichtverlusten und Bildabschattungen
bei optischen Systemen mit wiederholter Abbildung in der Bildebene
eine Sammellinse anzuordnen. Diese auch als Feldlinse oder Kollektivlinse
bezeichnete Sammellinse hat auf die geometrische Größe und Lage
des Bildes keinen Einfluss. Sie dient lediglich der Bündelung
der abbildenden Strahlen.
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Ein
Zielfernrohrokular weist einen von normalen (terrestrischen) Fernrohrokularen
abweichenden Aufbau auf. Bekanntlich muss, um das ganze durch das
Zielfernrohr gegebene Gesichtsfeld überblicken zu können, das
sehende Auge des Beobachters in der Austrittspupille des Zielfernrohrs
angeordnet werden. Befindet sich die Austrittspupille zu nahe am
Okular, besteht aufgrund des Rückstoßes beim Abschuss
der Waffe die Gefahr von Verletzungen für das Auge.
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Aus
diesem Grund besteht für
Zielfernrohrokulare die Forderung nach einem großen Abstand der Austrittspupille,
beispielsweise in den Grenzen der zwei- bis sechsfachen Brennweite
des verwendeten Okulars.
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Fernrohrokulare
bekannter Bauart für
terrestrische Fernrohre weisen beispielsweise ein aus einer Linse
negativer Brechkraft und einer Linse positiver Brechkraft gebildetes
Kittglied mit positiver Brechkraft auf, dem eine einfache Sammellinse nachgeordnet
ist und haben einen zu geringen Abstand der Austrittspupille.
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Es
ist bekannt, durch geeignete Maßnahmen,
die die Güte
des Okulars insgesamt jedoch meist verschlechtern, den Abstand der
Austrittspupille bei den bekannten Okularen zu vergrößern.
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Der
gewünschte
Effekt ist beispielsweise durch den Einsatz von Gläsern mit
hohen Brechzahlen erzielbar, was jedoch meist zu einem großen Astigmatismus
und einer bedeutenden Verzeichnung führt.
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Ein
Okular welches diesen Nachteil nicht aufweist und dennoch einen
großen
Pupillenabstand zur Verfügung
stellt, ist aus
CH 250 108 bekannt
und besteht aus zwei gekitteten Linsen, nämlich einer Linse negativer
Brechkraft aus Schwerflintglas und einer Linse positiver Brechkraft
aus einem Glas mit niedrigem Brechungsindex, gefolgt von einer einfachen Sammellinse.
Das dort beschriebene Okular macht, wie an der Linse mit positiver
Brechkraft zu sehen ist, von einer weiteren allgemeinen Möglichkeit
zur Vergrößerung des
Abstandes der Austrittspupille Gebrauch, nämlich Linsen mit einer hohen
Durchbiegung zu verwenden. Diese Maßnahme führt aber zu komplizierten,
dicken und somit schweren Linsen, die oftmals einen erhöhten Coma
Fehler verursachen. Ein schweres Okular ist nachteilig für die Verwendung
in Zielfernrohren. Spezielle, meist empfindliche Gläser sind
teuer und schwer zu bearbeiten, oftmals sind auch die Transmissionseigenschaften
schlecht.
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Zwar
kann, wie bereits erwähnt,
durch einfache Vergrößerung der
Brennweite des Okulars ebenfalls der Abstand der Austrittspupille
vergrößert werden,
ohne weitere Maßnahmen
wird dann jedoch das Sehfeld über
die Maßen
eingeschränkt.
Um diesem Nachteil wiederum entgegenzuwirken, müssen der Durchmesser des Okulars,
der Sehfeldblende und des Umkehrsystems vergrößert werden, wodurch sich sowohl
der Platzbedarf für
den Bauraum, als auch das Gewicht des Gesamtsystems nachteilig erhöhen würden.
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Aufgabe
der Erfindung war es daher, die genannten Nachteile zu vermeiden
und ein Fernrohrokular einfach, kompakt und ohne teure Spezialgläser oder
zu stark gekrümmten
Linsenradien bereitzustellen, dennoch den Abstand der Austrittspupille
auf z.B. > 90 mm zu
vergrößern und
zugleich ein, für
diese Verhältnisse
großes
subjektives Sehfeld von beispielsweise größer 19° zu realisieren. Eine weitere Aufgabe
der Erfindung bestand darin, auf einfache Weise die durch ein Fernrohrobjektiv
und Umkehrsystem hervorgerufene Krümmung und Verzeichnung des
Bildfeldes zu kompensieren. Gleichzeitig sollte die Bildebene, bzw.
das Absehen wirksam vor Verschmutzung geschützt werden.
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Diese
Aufgaben werden bei einem Fernrohrokular der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Fernrohrokular wird
eine Verlagerung der Austrittspupille ohne besondere Umgestaltung
der augenseitigen optischen Anordnung des Okulars, nachfolgend als
Hauptokular bezeichnet, dadurch erzielt, dass in der Nähe der Bildebene
oder des Absehens in Lichtrichtung hinter der Feldblende zur Aufweitung
des optischen Strahlenbündels
eine Linse negativer Brechkraft angeordnet ist, mit der gleichzeitig
die Fläche
des Absehens vor Verschmutzung geschützt werden kann. Da die Austrittspupillenlage
durch die Einfügung
der Linse negativer Brechkraft beeinflusst wird, bestehen für die Berechnung
des Objektivs sowie des Linsenumkehrsystems und auch des Hauptokulars
größere Freiheitsgrade.
Die Anordnung dieser Linse lediglich in der Nähe der Bildebene hat sich im
Vergleich zu einer der bekannten Feldblendenwirkung entlehnten Anordnung
genau in der Bildebene als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Der Versuch, beispielsweise eine Fläche der negativen Linse planparallel
auszubilden, mit einer optischen Zielmarke zu versehen und diese
Fläche
in die Bildebene zu verlagern, hat sich als unvorteilhaft herausgestellt,
da jede Verschmutzung auf einer Fläche, die sich genau in der Bildebene
befindet, vom optischen Gesamtsystem scharf abgebildet und daher
als äußerst störend vom Benutzer
wahrgenommen wird. Vor der Bildebene, in der die Zielmarke angeordnet
ist, befindet sich nämlich
das Linsenumkehrsystem, welches einerseits zur Realisierung verschiedener Vergrößerungsfaktoren axial
verschiebbar ausgebildet ist und andererseits zur Einstellung einer
Elevationskorrektur mechanisch verschwenkbar gelagert ist. Mechanische
Bewegungen, wie sie auch bei der Dioptrieverstellung am Okular notwendig
sind, erzeugen Materialabrieb, der sich als feine Staubpartikel
auf einer Fläche,
wie der Planglasfläche
eines Absehens in der Bildebene niederschlagen.
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Durch
die Einfügung
der Linse mit negativer Brechkraft in der Nähe der Bildebene oder des Absehens
kann die Brennweite des Hauptokulars kleiner gewählt werden. Durch diese Maßnahme verkürzt sich
ebenfalls der für
die Einstellung der Dioptrie erforderliche Weg. Auf diese Weise
vergrößert sich
die Baulänge
des Okulars bei der Dioptrieeinstellung nicht so stark wie bei herkömmlichen
Fernrohrokularsystemen und die Abdichtung des Systems gegen Feuchtigkeit
vereinfacht sich. Ein weiterer Vorteil der Einfügung der Linse mit negativer
Brechkraft ist, dass bei gleichem subjektivem Sehfeld der Durchmesser der
Feldblende in der Bildebene und damit der Gesamtdurchmesser des
Fernrohrsystems an dieser Stelle kleiner ausfallen kann als ohne
die Linse.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die lichteintrittsseitig angeordnete
erste gekittete Linse eine negative Linse (Zerstreuungslinse) und
die zweite Linse eine positive Linse (Sammellinse). Auf diese Weise
ist ohne aufwändige
Spezialgläser
im Zusammenwirken mit der lichtaustrittseitig angeordneten einfachen
Sammellinse ein Hauptokular mit einer Brennweite von 35-55 mm darstellbar.
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Zur
besonders universellen Anpassung an verschiedene Objektiv-/Umkehrsystem-Varianten
eines Zielfernrohrs und Beseitigung von Farbfehlern im Hauptokular
werden die zwei gekitteten Linsen als Achromat ausgebildet.
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In
besonders vorteilhafter Weise ist die Linse negativer Brechkraft
beabstandet zur Feldblende und/oder dem Absehen mit diesem in einer
gemeinsamen Fassung gehalten. Auf diese Weise hat die Linse so gut
wie keinen negativen Einfluss bei einer Höhen- oder Seitenverstellung
des Absehens.
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Zur
besonders einfachen Korrektion von Verzeichnungen ist die Linse
negativer Brechkraft mit einer asphärischen Fläche versehen. Sie kann aus Glas
oder kostengünstig
und einfach aus Kunststoff gefertigt sein. In diesem Fall ist sie
gleichzeitig besonders resistent gegen die mechanischen Beanspruchungen,
denen ein Zielfernrohr beim Abschuss einer Waffe ausgesetzt ist.
Auf diese Weise ist es ebenfalls möglich, dünne Linsen zu verwenden, die bei
einer Fertigung aus Glas unter der mechanischen Beanspruchung zerplatzen
würden.
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Eine
plankonkave Linsenform lässt
sich in vorteilhafter Weise besonders einfach und nahe an das Absehen
heran in der gemeinsamen Fassung lagern und hat dann nur einen geringen,
gut beherrschbaren Einfluss auf die geometrische Größe und Lage des
Bildes, der neben der Verlagerung der Austrittspupille hin zu einem
größeren Abstand
vom Okular auch vorteilhaft zur Korrektion von Verzeichnungen genutzt
werden kann. Dieser Vorteil ist besonders ausgeprägt, wenn
die Brennweite der Linse negativer Brechkraft dem -0,8 bis -6fachen
der Brennweite des Hauptokulars entspricht. Die Wirkung ähnelt der
einer negativen Feldlinse.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Linsen des Hauptokulars
in Lichtrichtung gesehen so aus Gläsern gefertigt, dass die erste gekittete
Linse eine große
Brechzahl von n ≥ 1,7
und eine kleine Abbesche Zahl ν ≤ 30 und die
zweite gekittete Linse, wie auch die augenseitig angeordnete einfache
Sammellinse eine kleine Brechzahl n ≤ 1,65 und eine große Abbesche
Zahl ν ≥ 55 aufweisen.
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In
besonders vorteilhafter Weise beträgt der Abstand zwischen der
Linse negativer Brechkraft und der Bildebene oder dem Absehen höchstens
das 0,2-fache der Brennweite des Hauptokulars. Auf diese Weise ist
die Korrektion der Bildfehler im Okulargesamtsystem einfacher und
es besteht die Möglichkeit,
durch Austausch der Linse die Lage der Austrittspupille hinter dem
Okular zu beeinflussen. Ohne weitere Veränderung am Hauptokular lässt sich
auf diese Weise z.B. durch den Einsatz einer anderen Linse mit stärkerer negativer
Brechkraft ein größerer Abstand
der Austrittspupille bei lediglich etwas eingeschränktem subjektivem
Sehfeld erzielen. Bei sonst gleich bleibendem Aufbau des Objektivs,
Umkehrsystems und Hauptokulars können
auf diese Weise einfach kundenspezifische Spezialanforderungen erfüllt werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Fernrohrokulars
ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend
anhand der Figur näher
erläutert.
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Die
Figur zeigt dabei eine Schnittdarstellung durch ein vereinfacht
dargestelltes Fernrohrokular 1, das in einem lichteintrittseitigen
Bereich 2 eine das Bildfeld scharf begrenzende Feldblende 3 aufweist. Die
Feldblende 3 wird durch eine kreisförmige Öffnung 4 in einem
eine Strichplatte 5 und eine Linse negativer Brechkraft 6 tragenden
ersten Fassungsteil 7 gebildet.
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Auf
der Strichplatte 5 befindet sich auf der, der Linse negativer
Brechkraft 6 zugewandten Planfläche 8 ein nicht weiter
dargestelltes Absehen (Zielmarke). In der Planebene liegt auch die
mit Hilfe einer Strichlinie dargestellte Bildebene 9 des
nicht weiter dargestellten Objektiv- und Umkehrsystems.
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In
einem zweiten Fassungsteil 10 sind drei Linsen L1, L2,
L3 gelagert. Die negative Kittgliedlinse L1, die pos. Kittgliedlinse
L2 und die einfache Sammellinse L3 bilden eine Einheit, die als
Hauptokular 11 bezeichnet wird. Das zweite Fassungsteil 10 ist
in einem Okulargehäuse 12 zur
Dioptrieeinstellung axial verschiebbar gelagert.
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Die
Brennebene des Hauptokulars 11 fällt mit der Bildebene 9 zusammen.
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- 1
- Fernrohrokular
- 2
- lichteintrittseitiger
Bereich
- 3
- Feldblende
- 4
- kreisförmige Öffnung
- 5
- Strichplatte
- 6
- Linse
negativer Brechkraft
- 7
- erstes
Fassungsteil
- 8
- Planfläche
- 9
- Bildebene
- 10
- zweites
Fassungsteil
- L1
- negative
Kittgliedlinse
- L2
- positive
Kittgliedlinse
- L3
- einfache
Sammellinse
- 11
- Hauptokular
- 12
- Okulargehäuse