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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Teleskop bzw. ein Fernrohr mit einem Objektiv und einem Okular.
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Es sind verschiedene Fernrohrarten bekannt, wie z. B. das Keplersche Fernrohr und das Galileische Fernrohr. Grundprinzip ist stets, eine Sehwinkelvergrößerung durchzuführen, wobei der bildseitige Brennpunkt des Objektives des Fernrohrs mit dem dingseitigen Brennpunkt des Okulars des Fernrohrs zusammenfällt. Da Objektiv und Okular jeweils mindestens eine Linse und/oder einen Spiegel aufweisen, sind also stets zwei oder mehr Linsen/Spiegel notwendig. Je mehr Linsen/Spiegel eingesetzt werden, um so mehr Abbildungsfehler können korrigiert werden, wie z. B. Farbfehler oder Bildfehler. Auch werden häufig weitere Optikbaugruppen benötigt, wie z. B. Umkehrprismen, um eine seitenrichtige und aufrechte Abbildung zu erzielen. Für eine gute Abbildungsqualität ist es notwendig, qualitativ hochwertige Optik- und Mechanikbaugruppen zu verwenden und diese zeitaufwendig zu justieren und montieren. All dies führt zu einem relativ hohen Gewicht des Teleskops bzw. Fernglases.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Teleskop zur Verfügung zu stellen, das leicht und kompakt ist sowie ohne großen Aufwand gefertigt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Teleskop mit einem Objektiv und einem Okular gelöst, wobei sowohl das Objektiv als auch das Okular jeweils eine Fresnel-Struktur umfaßt, die eine abbildende Eigenschaft aufweist und gleichzeitig eine Strahlengangfaltung bewirkt.
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Da die Fresnel-Struktur jeweils neben der abbildenden Eigenschaft auch gleichzeitig eine Strahlengangfaltung bewirkt, kann ein kompakter Optikaufbau realisiert werden. Auch die Fresnel-Struktur an sich ist äußerst kompakt, so daß insgesamt die gesamte Objektiv- und Okular-Optik klein und leicht realisiert werden kann.
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Zumindest eine der Fresnel-Strukturen kann als reflektive Fresnel-Struktur ausgebildet sein. Bevorzugt sind beide Fresnel-Strukturen reflektiv. Mit solchen reflektiven Fresnel-Strukturen kann der gewünschte kompakte Aufbau besonders gut realisiert werden. Es ist jedoch auch eine transmissive Ausbildung zumindest einer der Fresnel-Strukturen möglich.
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Die beiden Fresnel-Strukturen können auf gegenüberliegenden Seiten eines Trägerelements ausgebildet sein. Dabei kann das Trägerelement beispielsweise eine planparallele Platte sein. Es ist aber auch möglich, daß zumindest eine der beiden gegenüberliegenden Seiten des Trägerelements gekrümmt (z. B. sphärisch oder asphärisch) ist.
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Bevorzugt verläuft der Strahlengang zwischen beiden Fresnel-Strukturen im Trägerelement selbst. Dies erleichtert den kompakten Aufbau.
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Das Trägerelement ist natürlich bevorzugt transparent für die elektromagnetische Strahlung im interessierenden Spektrum. Insbesondere kann Glas oder Kunststoff für das Trägerelement eingesetzt werden.
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Der Strahlengang zwischen den beiden Fresnel-Strukturen im Trägerelement kann weitere Faltungen enthalten. Diese können z. B. durch interne Totalreflexion auftreten und/oder durch zumindest eine reflektive Beschichtung bewirkt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Teleskop kann die Fresnel-Struktur des Objektives vollständig die optische Funktion des Objektives zur Verfügung stellen. Gleiches gilt für die Fresnel-Struktur des Okulars, die ebenfalls vollständig die optische Funktion des Okulars bereitstellen kann. Natürlich ist es auch möglich, eine oder mehrere weitere Fresnel-Strukturen vorzusehen, die z. B. zur Korrektur von Abbildungsfehlern eingesetzt werden. Auch können die Funktion des Objektives und/oder des Okulars mittels der jeweiligen Fresnel-Struktur und jeweils zumindest einem weiteren optischen Element (wie z. B. Linse, Spiegel, Fresnel-Struktur, diffraktive Struktur) verwirklicht werden.
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Insbesondere kann das Trägerelement einstückig ausgebildet sein. In diesem Fall sind somit Objektiv und Okular des Teleskops einstückig ausgebildet, so daß keinerlei Justage von Objektiv und Okular zueinander notwendig ist.
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Bei dem Teleskop können die Fresnel-Strukturen jedoch auch auf unterschiedlichen Trägerelementen ausgebildet sein. Insbesondere kann der Abstand der Trägerelemente zur Dioptrieanpassung an den Benutzer geändert und eingestellt werden. Dies kann mittels einer entsprechenden Mechanik verwirklicht werden. In diesem Fall ist die Anzahl der Optikelemente immer noch sehr gering. Durch eine einfache Abstandsänderung kann eine gewünschte Dioptrieanpassung durchgeführt werden.
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Dies ist besonders von Vorteil, wenn das Teleskop als Fernglas, Opernglas oder z. B. in Art einer Brille ausgebildet ist.
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Die Fresnel-Strukturen sind insbesondere an eine Materialgrenzfläche des entsprechenden Trägerelementes ausgebildet.
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Bei dem Teleskop können die beiden Fresnel-Strukturen die Strahlengangfaltung in derselben ersten Ebene bewirken. Insbesondere sind die gesamte Anzahl von Strahlengangfaltungen in der ersten Ebene geradzahlig. Damit kann eine seitenrichtige Abbildung sichergestellt werden.
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Ferner kann, sofern gewünscht, eine weitere Strahlengangfaltung in einer Ebene senkrecht zur ersten Ebene bewirkt werden. Dies kann beispielsweise durch eine weitere Grenzfläche des Trägerelements realisiert werden. Damit ist bei der Ausbildung des Teleskops als Keplersches Fernrohr auch eine aufrechte Abbildung möglich. Die weitere Grenzfläche kann plan oder gekrümmt (z. B. sphärisch oder asphärisch) sein.
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Das erfindungsgemäße Teleskop kann insbesondere als Keplersches oder Galileisches Fernrohr ausgebildet sein. So können die Fresnel-Strukturen von Objektiv und Okular jeweils als Sammellinse wirken. Es ist jedoch auch möglich, daß die Fresnel-Struktur des Okulars als Zerstreuungslinse und die Fresnel-Struktur des Objektivs als Sammellinse wirkt. Insbesondere fällt beim erfindungsgemäßen Teleskop der bildseitige Brennpunkt des Objektives mit dem dingseitigen Brennpunkt des Okulars zusammen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Teleskop kann zumindest eine der Fresnel-Strukturen mehrere Fresnel-Segmente aufweisen, wobei die optisch wirksamen Facetten der Fresnel-Segmente optisch einer gedachten optischen Wirkfläche entsprechen, die gekrümmt ist. Die gedachte optische Wirkfläche kann insbesondere so gewählt sein, daß mit dieser optischen Wirkfläche die abbildende Eigenschaft des Objektivs bzw. des Okulars verwirklicht wird.
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Die optische Wirkfläche kann z. B. sphärisch gekrümmt sein. Es ist jedoch auch möglich, daß sie asphärisch gekrümmt ist. Insbesondere kann die optische Wirkfläche keine Spiegelsymmetrie sowie keine Rotationssymmetrie aufweisen. Bevorzugt weist die optische Wirkfläche keine Translationssymmetrie auf.
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Die maximale Höhe jeder Facette ist bevorzugt gleich groß. Natürlich können die maximalen Facettenhöhen auch variieren.
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Die Facettenform ist bevorzugt eine Näherung, insbesondere eine lineare Näherung der Form des entsprechenden Flächenabschnitts der gedachten Wirkfläche.
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Die Facetten können im Schnitt konkav oder konvex gekrümmt sein. Ferner können die Fresnel-Segmente direkt benachbart oder voneinander beabstandet sein. Des weiteren können die Facetten eine reflektive Beschichtung aufweisen. Auch ist es möglich, daß die reflektive Wirkung an den Facetten durch innere Totalreflexion bereitgestellt wird.
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Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Teleskops;
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2 eine vergrößerte Darstellung der Teleskopoptik 2 von 1;
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3 eine perspektivische Ausschnittsdarstellung der ersten Fresnel-Struktur 10 der Teleskopoptik 2 in 2;
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4 eine perspektivische Darstellung der gedachten optischen Wirkfläche 20, die mittels der ersten Fresnel-Stuktur 10 verwirklicht wird;
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5 eine Draufsicht auf die erste Fresnel-Stuktur 10 von 3;
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6 einen xz-Schnitt der Wirkfläche 20;
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7 eine vergrößerte Darstellung des Details C von 6;
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8–11 verschiedene Profilformen der ersten Fresnel-Struktur 10;
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12 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Teleskopoptik 2 von 1, und
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13 eine weitere Abwandlung der Teleskopoptik 2 von 1.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Teleskop 1 so ausgebildet, daß es als Brille getragen werden kann. Das Teleskop 1 umfaßt dazu für jedes Auge LA, RA des Benutzers (von dem zur Vereinfachung der Darstellung lediglich die beiden Augen LA, RA schematisch dargestellt sind) eine Teleskopoptik 2, 3, wobei die beiden Teleskopoptiken 2, 3 miteinander über einen Nasenbügel B verbunden sind. Seitlich ist an jeder Teleskopoptik 2, 3 jeweils ein Brillenbügel 5, 6 befestigt, so daß das Teleskop gemäß 1 in Art einer Brille auf den Kopf eines Benutzers aufgesetzt werden kann.
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Da die beiden Teleskopoptiken 2, 3 zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet sind, wird nachfolgend im Detail nur die Teleskopoptik 2 beschrieben.
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Die Teleskopoptik 2 weist ein im wesentlichen quaderförmiges Trägerelement 7 mit einer planen Vorderseite 8 und einer planen Rückseite 9 auf. Das Trägerelement 7, das auch als plattenförmig ausgebildet bezeichnet werden kann, besteht hier aus Glas (es wurde NBK7 verwendet).
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Die Teleskopoptik 2 weist auf der Rückseite 9 des Trägerelementes 7 eine erste Fresnel-Struktur 10 und an der Vorderseite 8 eine zweite Fresnel-Struktur 11 auf. Die erste Fresnel-Struktur 10 dient hierbei als Objektiv L1, das ein Zwischenbild des zu betrachtenden Objektes (nicht gezeigt) erzeugt, das durch die zweite Fresnel-Struktur 11, die als Okular 12 wirkt, für das Auge LA wie eine Lupe vergrößert wird.
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Wie dem eingezeichneten Strahlenverlauf zu entnehmen ist (in 1 ist der Strahlenverlauf im Trägerelement 7 schematisch mittels einer gestrichelten Linie angedeutet), tritt die Strahlung über die Eintrittsfläche EF auf der Vorderseite 8 in das Trägerelement 7 ein und läuft bis zur ersten Fresnel-Struktur 10, die jedoch nicht nur die Abbildung, sondern auch eine Strahlengangfaltung bewirkt, wobei weitere Strahlengangfaltungen 12, 13 an der Vorderseite 8 sowie 14 und 15 an der Rückseite 9 des Trägerelementes 7 auftreten. Ferner erfolgt eine Strahlengangfaltung an der Stirnseite 16, bevor das Licht auf die zweite Fresnel-Struktur 11 trifft, die neben ihrer Wirkung als Okular wiederum eine Strahlengangfaltung durchführt, so daß die Strahlung über die Austrittsfläche AF aus dem Trägerelement austritt.
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Beide Fresnel-Strukturen 10, 11 weisen jeweils sammelnde Abbildungseigenschaften auf bzw. wirken jeweils als Sammellinse und die erste Fresnel-Struktur 10 erzeugt ein reelles Zwischenbild, so daß die Teleskopoptik 2 auch als Keplersche Fernrohroptik bezeichnet werden kann. Bei einem Keplerschen Fernrohr ist das Bild zwar seitenrichtig, jedoch umgekehrt. Bei der Teleskopoptik 2 ist das Bild nicht nur seitenrichtig, sondern aufgrund der Reflexion an der Stirnseite 16 auch noch aufrecht. Damit wird eine sehr kompakte Teleskopoptik 2 bereitgestellt, die hier eine sechsfache Vergrößerung mit einer Austrittspupille F1 von 3 mm erzielt. Aufgrund dieser sehr kompakten Ausbildung ist z. B. die Ausgestaltung als Brille, wie in 1 gezeigt, erst möglich.
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Die Stirnseite 16 weist eine konvexe sphärische Wölbung mit einem Radius von 58,2 mm auf, wodurch gleichzeitig eine Verbesserung der Abbildung erzielt wird.
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Alle Strahlengangfaltungen 12–15 sowie die Reflexion an der Stirnseite 16 treten aufgrund interner Totalreflexion auf. Natürlich ist es auch möglich, falls nötig oder gewünscht, entsprechende Verspiegelungen vorzusehen.
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Nachfolgend wird die Ausbildung der ersten Fresnel-Struktur 10 im Detail erläutert, wobei die zweite Fresnel-Struktur 11 in gleicher Weise ausgebildet ist.
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In 3 ist perspektivisch ein Ausschnitt der ersten Fresnel-Struktur 10 dargestellt, die mehrere Fresnel-Segmente 17 umfaßt.
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Jedes Fresnel-Segment 17 weist eine optisch wirksame Facette 18 auf. Um die in 3 gezeigte Stufenform zu erzielen, umfaßt in der Regel jedes Fresnel-Segment 17 noch eine Flanke 19, die sich hier im wesentlichen senkrecht zur planen Rückseite 9 erstreckt.
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Bei der in 3 gezeigten Darstellung erfolgt der Lichteinfall von unten nach oben (also in +z-Richtung). Da die Facetten 18 verspiegelt sind, wird das Licht nach unten (in –z-Richtung) reflektiert.
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Die gemeinsame optische Wirkung der Facetten 18 entspricht einer gedachten optischen Wirkfläche 20, wie sie z. B. in 4 gezeigt ist (die Darstellung in 4 ist um 90° um die z-Achse gegenüber der Darstellung in 3 gedreht). Die gedachte optische Wirkfläche 20 kann wie folgt als erste Fresnel-Struktur 10 gemäß 3 umgesetzt werden.
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Die Wirkfläche 20 wird in z-Richtung in Abschnitte gleicher Höhe Δh geteilt. Dadurch ergeben sich Schnittlinien 21, die auch als Höhenlinien bezeichnet werden können und die jeweils einen Flächenabschnitt 22 der Wirkfläche 20 begrenzen. Die Flächenabschnitte 22 werden in z-Richtung alle so zueinander verschoben, daß jeweils die untere Schnittlinie (die mit dem geringeren z-Wert) und somit der untere Rand der Facette 18 auf gleicher Höhe (in z-Richtung) liegen. Von der jeweiligen oberen Schnittlinie der Flächenabschnitte 22 und somit dem oberen Rand der Facette 18 wird dann die senkrechte Flanke 19 bis zur unteren Schnittlinie des direkt benachbarten Flächenabschnittes 22 geführt, um zu der gestuften Ausbildung der ersten Fresnel-Struktur 10 gemäß 3 zu gelangen. In der Draufsicht in 5 der ersten Fresnel-Struktur 10 sind die oberen Ränder zu sehen.
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Um die Strahlengangfaltung mittels der ersten Fresnel-Struktur zu erzielen, kann sie gegenüber der Rückseite 9 verkippt sein, wie in dem xz-Schnitt in 6 schematisch dargestellt. Zur Verdeutlichung der Verkippung der optischen Wirkfläche 20 gegenüber der Rückseite 9 des Trägerelementes 7 ist eine Ausgleichsgerade 23 eingezeichnet. Der Verlauf der optischen Wirkfläche 20 entspricht hier nicht der tatsächlichen optischen Wirkfläche 20, die mit der ersten Fresnel-Struktur 10 dargestellt wird. Es ist in 6 zum besseren Verständnis des Grundprinzips zur Ausbildung der ersten Fresnel-Struktur 10 ein willkürlicher Krümmungsverlauf dargestellt.
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Die Schnittlinien gleicher Höhe verlaufen in der Darstellung von 6 waagerecht, die sich daraus in x-Richtung ergebende Ausdehnung Δx für jedes Fresnel-Segment ist durch die senkrechten Linien verdeutlicht.
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Wie in der vergrößerten Darstellung des Details C in 7 ersichtlich ist, wird jeder Flächenabschnitt zwischen zwei senkrechten Linien auf die Höhe z0 abgesenkt, wie durch den Pfeil P1 schematisch dargestellt ist. Ferner wird noch auf einer der beiden Seiten (hier die rechte Seite) des Flächenelementes 22, sofern notwendig, die Flanke 19 hinzugefügt, die sich senkrecht bis zur Höhe z0 erstreckt. Auf der Höhe z0 liegt somit eine ebene Grundfläche 24, auf der die Fresnel-Struktur ausgebildet ist. Die ebene Grundfläche 24 kann z. B. der Rückseite 9 des Trägerelementes 7 entsprechen.
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Für die erste Fresnel-Struktur 10 läßt sich somit die nachfolgende Formel 1 aufstellen, wobei zF die Fresnel-Struktur 10, zGrundfläche die Flächenform der Grundfläche 24 (hier eine Ebene), auf der die Fresnel-Struktur 10 aufgebracht ist, und zFacette die Fresnel-Facetten 18 relativ zur Grundfläche 24 beschreibt: zF = zGrundfläche + zFacette (1)
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Die Fläche z
Facette der Facetten, die auch als ”gefresnelte” Wirkfläche bezeichnet werden kann, berechnet sich nach der folgenden Formel 2
zFacette = modulo(zWirkfläche, Δh) (2), wobei die Wirkfläche
20 durch die nachfolgende Flächenformel z
Wirkfläche beschrieben ist
(jeweilige radiale Höhe); c = 1/R (Scheitelkrümmung); R (= Grundradius) und k = (konische Konstante).
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Da hier c = 0 (bei R = unendlich) wird der Bruch in Formel 3 Null Die Werte für m, n und C
j sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben, wobei nicht aufgeführte Koeffizienten C
j gleich Null sind. Tabelle 1
| m | n | j | Cj |
| 0 | 1 | 2 | 5.457642e–001 |
| 0 | 2 | 5 | 1.806635e–003 |
| 0 | 3 | 9 | 1.567831e–006 |
| 0 | 4 | 14 | 1.868120e–007 |
| 0 | 5 | 20 | 8.254896e–010 |
| 2 | 0 | 3 | 3.150226e–003 |
| 2 | 2 | 12 | 5.533136e–007 |
| 2 | 3 | 18 | 5.072756e–009 |
| 4 | 0 | 10 | –3.355416e–008 |
| 4 | 1 | 16 | 1.593017e–009 |
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Durch die Anwendung der Modulo-Funktion auf die Wirkfläche
20 wird die Wirkfläche
20 in z-Richtung in Abständen mit gleicher Höhe Δh geteilt. Somit ist die maximale Höhe der Facetten
20 jeweils Δh (hier z. B. 50 μm). Die Höhe Δh kann im Bereich von 5–500 μm liegen und ist hier (muß aber nicht) konstant. Die verwendete Modulo-Funktion ist nachfolgend angegeben
modulo(a, m) = a – ⌊ a / m⌋·m (4), wobei die Gaußklammer
⌊ a / m⌋ die größte ganze Zahl bezeichnet, die kleiner oder gleich der Zahl in der Gaußklammer ist, also das Ergebnis der Division a/m ohne den Rest der Division. Damit ergibt sich für die Facettenflächen die nachfolgende Formel
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Gemäß dem oben beschriebenen Vorgehen kann basierend auf einer gewünschten optischen Wirkfläche 20 die entsprechende Fresnel-Struktur 10 abgeleitet werden, die die gewünschte optische Wirkung der gedachten optischen Wirkfläche 20 bereitstellt. Aufgrund der Stufenform kann zwar mit der Fresnel-Struktur 10 nicht die identische optische Wirkung erreicht werden, die eine Linse hätte, deren Grenzfläche gemäß der Wirkfläche 20 ausgebildet ist, jedoch wird eine vergleichbare optische Wirkung erreicht.
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Wie der Darstellung in 6 und 7 zu entnehmen ist, weisen die Facetten 18 die durch die Wirkfläche 20 im Höhenbereich Δh vorgegebenen Krümmungen auf. Um die Herstellung der Fresnel-Struktur 10 zu vereinfachen, ist es möglich, den Verlauf der einzelnen Facetten 18 an die entsprechende Flächenform der Wirkfläche 20 anzunähern.
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Im einfachsten Falle kann der Verlauf linearisiert werden, wie in der Schnittansicht von 8 schematisch dargestellt ist. Es ist jedoch auch möglich, die Facetten 18 mit einer konvexen Krümmung (9) oder einer konkaven Krümmung (10) zu versehen. Auch eine Näherung durch einen anderen Krümmungsverlauf ist möglich, wie dies beispielsweise in 11 angedeutet ist.
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Mit diesem erfindungsgemäßen Vorgehen kann die Wirkfläche 20 so gekrümmt und orientiert und auf der Rückseite 9 als erste Fresnel-Struktur 10 ausgebildet werden, daß die gewünschte abbildende und strahlenlenkende Wirkung erzielt wird. Gleiches gilt für die zweite Fresnel-Struktur 11, die auf der Vorderseite 8 ausgebildet ist.
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Die Werte für die zweite Fresnel-Struktur
11 sind im der nachfolgenden Tabelle 2 angegeben, wobei auch hier der Bruch in Formel 3 Null ist, da die Vorderseite plan ist und somit c gleich Null beträgt. Tabelle 2
| m | n | j | Cj |
| 0 | 1 | 2 | –4.369565e–001 |
| 0 | 2 | 5 | –1.167533e–002 |
| 0 | 3 | 9 | –1.546929e–004 |
| 0 | 4 | 14 | 1.6519118–005 |
| 0 | 5 | 20 | –4.229410e–007 |
| 2 | 0 | 3 | –2.088808e–002 |
| 2 | 1 | 7 | 1.578956e–004 |
| 2 | 2 | 12 | 2.618419e–005 |
| 2 | 3 | 18 | 8.251961e–006 |
| 4 | 0 | 10 | 9.675755e–006 |
| 4 | 1 | 16 | –1.026725e–006 |
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Die Lage der optischen Flächen im globalen Koordinatensystem der Augenpupille, die in
2 mit F1 bezeichnet ist, kann wie folgt angegeben werden, wobei die x-Achse sich senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein erstreckt. Tabelle 3
| Fläche | y-Koordinate [mm] | z-Koordinate [mm] | Kippwinkel um die x-Achse [°] |
| AF | 0,000 | 13,000 | 0,000 |
| 11 | 0,000 | 26,554 | 0,000 |
| 16 | –7,000 | 18,000 | 90,000 |
| 10 | 86,229 | 13,000 | 0,000 |
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Natürlich kann die Vorderseite 8 und/oder die Rückseite 9 gekrümmt sein. In diesem Fall weist der Bruch in Formel 3 einen Wert ungleich Null auf. Der Abstand zwischen Vorder- und Rückseite 8, 9 beträgt 13,55 mm.
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In 12 ist eine Abwandlung der Teleskopoptik 2 gezeigt, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und zu deren Beschreibung auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Pfeile für x- und z-Koordinate in y-Richtung versetzt eingezeichnet und nicht mittig in den Austrittspupille F1.
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Die Teleskopoptik 2 gemäß 12 unterscheidet sich von der Teleskopoptik 2 gemäß 2 darin, daß die erste Fresnel-Struktur 10 als Sammellinse und die zweite Fresnel-Struktur 11 als Zerstreuungslinse wirken, so daß die Teleskopoptik 2 gemäß 8 als Galileisches Fernrohr bezeichnet werden kann. Nachdem beim Galileischen Fernrohr eine seitenrichtige und aufrechte Abbildung erfolgt, sind die Fresnel-Strukturen 10, 11 und das Trägerelement 7 so ausgebildet, daß keine Reflexion an der Stirnseite 16 stattfindet.
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Die Koeffizienten zur Beschreibung der ersten und zweiten Fresnel-Struktur
10,
11 werden in den nachfolgenden Tabellen
4 und
5 angegeben, wobei aufgrund der planen Ausbildung von Vorder- und Rückseite
8,
9 der Bruch in Formel 3 jeweils Null ist. Die Lage der einzelnen optischen Flächen sind in der nachfolgenden Tabelle 6 angegeben. Tabelle 4
| m | n | j | Cj |
| 0 | 1 | 2 | 3.939461e–001 |
| 0 | 2 | 5 | 3.468854e–003 |
| 0 | 3 | 9 | 1.186865e–005 |
| 0 | 4 | 14 | –1.385053e–005 |
| 0 | 5 | 20 | –1.675635e–006 |
| 2 | 0 | 3 | 4.484050e–003 |
| 2 | 1 | 7 | –7.575922e–005 |
| 2 | 2 | 12 | –9.902763e–006 |
| 2 | 3 | 18 | –1.706634e–006 |
| 4 | 0 | 10 | 5.232688e–007 |
| 4 | 1 | 16 | 3.536947e–006 |
Tabelle 5
| m | n | j | Cj |
| 0 | 1 | 2 | 2.441806e–001 |
| 0 | 2 | 5 | 1.234438e–003 |
| 0 | 3 | 9 | 2.614552e–006 |
| 0 | 4 | 14 | 1.167259e–007 |
| 0 | 5 | 20 | –1.355177e–009 |
| 2 | 0 | 3 | 2.754926e–003 |
| 2 | 2 | 12 | –4.511892e–007 |
| 2 | 3 | 18 | 8.278858e–009 |
| 2 | 4 | 25 | –6.106282e–011 |
| 4 | 0 | 10 | –3.607533e–006 |
| 4 | 1 | 16 | 1.381664e–007 |
| 4 | 2 | 23 | –1.591455e–009 |
| 4 | 3 | 31 | 6.116212e–012 |
Tabelle 6
| Fläche | y-Koordinate [mm] | z-Koordinate [mm] | Kippwinkel um die x-Achse [°] |
| AF | 0,000 | 17,000 | 0,000 |
| 11 | 0,000 | 31,640 | 0,000 |
| 10 | –6,310 | 17,000 | 0,000 |
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Als Material wurde für die Teleskopoptik 2 gemäß 12 wiederum NBK7 verwendet, wobei eine 2,5-fache Vergrößerung bei einer Augenpupille von 3 mm erreicht wird. Der Abstand zwischen Vorder- und Rückseite 8, 9 beträgt 14,64 mm.
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In 13 ist eine Abwandlung der Teleskopoptik 2 von 12 dargestellt, bei der ein erstes und ein zweites Trägerelement 25, 26 vorgesehen sind, deren Abstand mittels einer schematisch dargestellten Mechanik (z. B. durch ein Federgelenk) verändert bzw. eingestellt werden kann. Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die beiden Trägerelemente 25 und 26 jeweils als planparallele Platten ausgebildet. Die Mechanik 27 ist bevorzugt so ausgebildet, daß bei einer Abstandsänderung die parallele Ausrichtung der beiden Trägerelemente 25 und 26 zueinander beibehalten wird. Die erste Fresnel-Struktur 10 ist auf der dem ersten Trägerelement 25 zugewandten Seite des zweiten Trägerelementes 26 ausgebildet. Die zweite Fresnel-Struktur 11 ist auf der dem zweiten Trägerelement 26 zugewandten Seite des ersten Trägerelementes 25 ausgebildet. Die Reflexionen zur Strahlführung zwischen beiden Fresnel-Strukturen 10, 11 findet an den einander zugewandten Seiten der beiden Trägerelemente 25 und 26 statt, die dazu verspiegelt sind.
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Durch die Möglichkeit der Abstandsänderung der beiden Trägerelemente 25 und 26 und somit der beiden Fresnel-Strukturen 10, 11, mit denen Objektiv und Okular des Fernrohrs verwirklicht sind, kann eine Anpassung an die Fehlsichtigkeit des Benutzers (Dioptrieanpassung) durchgeführt werden.
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Natürlich kann die Teleskopoptik 2 in 13 nicht nur als Galileisches Fernrohr, sondern auch als Keplersches Fernrohr verwirklicht werden.
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Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen waren die Trägerelemente jeweils aus Glas gefertigt. Es ist natürlich auch möglich, Kunststoffmaterialien einzusetzen. Bei dem Einsatz von Kunststoff können die Fresnel-Strukturen 10, 11 beispielsweise durch Heißprägen oder Reaktionsgießen ausgebildet werden.
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Bei den Ausführungsformen von 2 und 12 kann eine Anpassung an unterschiedliche Dioptrieanforderungen beispielsweise durch unterschiedliche Fresnel-Strukturen 10 und/oder 11 verwirklicht werden. In diesem Fall kann eine an die jeweilige Fehlsichtigkeit angepaßte Teleskopoptik hergestellt werden.
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Die einzelnen Reflexionen zwischen den beiden Fresnel-Strukturen finden mit Ausnahme der Stirnseite 16 bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen jeweils an planen Flächen statt. Natürlich können die Flächen bzw. Flächenabschnitte, an denen die Reflexionen stattfinden, auch gekrümmt ausgebildet sein, um Strahlkorrekturen durchführen zu können. Insbesondere können sie als Freiformflächen ausgebildet sein, die keine Spiegel- oder Rotationssymmetrie und bevorzugt keine Translationssymmetrie aufweisen.
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Die Teleskopoptik kann, wie in den Ausführungsbeispielen von 2 und 12 gezeigt ist, einstückig sein. Dies führt zu einer sehr leichten Teleskopkopoptik. Insbesondere läßt sich diese einfach herstellen.
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Um störende äußere Lichteinwirkung zu vermeiden, kann z. B. die Teleskopoptik bis auf die Lichteintritts- und Lichtaustrittsstellen schwarz gestrichen werden.
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Die erfindungsgemäße Teleskopoptik kann, wie bereits beschrieben, als Brille ausgebildet werden. Sie kann jedoch auch als kleines Opernglas bis hin zu sehr großen Teleskopen, die gängige große Spiegelteleskope ersetzen, ausgebildet werden. Gerade bei dem Ersatz von. Spiegelteleskopen ist noch vorteilhaft, daß die großen, schwierig zu fertigenden Spiegel vermieden werden können.
(jeweilige radiale Höhe); c = 1/R (Scheitelkrümmung); R (= Grundradius) und k = (konische Konstante).
