DE109091C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 42: Instrumente.

Firma CARL ZEISS in JENA.

Fatentirt im Deutschen Reiche vom 27. April 1899 ab.

Beim Arbeiten mit optischen Instrumenten ergiebt sich öfters das Bedürfnifs, einen excentrischen. Theil des von einem Linsensystem entworfenen Bildes durch ein zweites Linsensystem weiter abzubilden. Dieser Fall liegt z. B. vor, wenn es sich, wie in Fig. 1 dargestellt, darum handelt, das von einem photographischen Objectiv A in der Fläche F entworfene Bild — behufs genauerer Prüfung des Correctionszustandes des Objective aufser der Achse — in gröfserem oder kleinerem Abstand von der Achse mittelst einer vergröfsernden Lupe oder eines Oculars B zu beobachten oder ein begrenztes seitliches Stück der Bildfläche F durch ein anderes Projectionssystem vergröfsert wiederzugeben.

In allen derartigen Fällen wird die correcte Abbildung eines seitlich von der Objectivachse liegenden Stückes der Bildfläche durch den Urnstand behindert, dafs die Bildfläche F nicht mehr, wie in der nächsten Nähe der Achse, senkrecht zur Richtung der abbildenden Strahlenkegel steht, sondern gegen diese senkrechte Stellung (in Fig. 1 punktirt) um so stärker geneigt ist, je weiter die beobachtete Stelle von der Achse abliegt. Bei einem photographischen Objectiv z. B., dessen Bildfläche in ihrer ganzen Ausdehnung annähernd eine zur Achse senkrechte Ebene darstellt, ist diese Neigung gleich dem Winkel u, den der mittlere Hauptstrahl der die beobachtete Bildstelle erzeugenden Büschel mit der Achse des Objectivs A bildet. Bei einem Objectiv, dessen Bildfeld 60° umfafst, erreicht sie also am Rand dieses Bildfeldes den Betrag von M = 30°. Da nun die optische Achse des zweiten Systems B, mittelst dessen die weitere Abbildung des excentrischen Gebietes bewirkt werden soll, wenigstens annähernd die Richtung der abbildenden Strahlenkegel erhalten mufs, damit letztere das Linsensystem B ohne Abblendung und ohne grobe Aberrationen durchlaufen können, so liegt die abzubildende Fläche auch gegen eine zur Achse des zweiten Systems senkrechte Ebene annähernd um denselben Winkel u geneigt. Sie hat also in ihren verschiedenen Punkten ungleichen Abstand von der Brennebene des Systems B (in höherem oder geringerem Mafs, je nach der Gröfse des Neigungswinkels u). Infolge dessen kann bei je einer bestimmten Einstellung des Systems B immer nur ein schmaler Streifen der Bildfläche F sich scharf abbilden, von welchem aus nach beiden Seiten hin wegen zunehmender Focusdifferenz wachsende Undeutlichkeit der zweiten Abbildung eintreten mufs. Aus diesem Grund lassen sich z. B. bei einem photographischen Objectiv die seitlich liegenden Theile der Bildfläche nur unter Einschaltung einer Mattscheibe, welche diffuse Strahlung herbeiführt, beobachten, was abgesehen von dem Lichtverlust Verzicht auf jede stärkere Vergröfserung bedeutet.

Die nachstehend beschriebene Anordnung gestattet nun, dieses Hindernifs zu beseitigen und auch für excentrisch gelegene Theile der Bildfläche eines Linsensystems A correcte Abbildung durch ein zweites System B zu ermöglichen. .

Zu diesem Zweck wird, wie in Fig. 2 dargestellt, in den Weg der vom System A ausgehenden Strahlenbüschel, und zwar in der Nähe der Bildfläche F am besten zwischen F und A ein Prisma eingeschaltet, dessen brechende Kante von der Achse des Systems A abgewendet und zur Bildfläche parallel gerichtet ist, so dafs die Achse des Systems A in dem Hauptschnitt des Prismas liegt. Die Strahlenbüschel, die von A ausgehend nach den Punkten O₁ 0 O₂ der Bildfläche F hinzielen, werden durch das Prisma P abgelenkt und in Bildpunkten o\ 0' o'₂ vereinigt, deren Oerter auf den abgelenkten Hauptstrahlen der Büschel durch die Bedingung bestimmt sind, dafs für jeden Hauptstrahl die Wegstrecke No', vermehrt um einen gewissen Bruchtheil des Glasweges MN, der Wegstrecke M 0 . gleich sein mufs. Der in" Ansatz zu bringende Bruchtheil von MN ist

immer annähernd = MN, wenn η den

Brechungsindex des Prismas bezeichnet. Demnach mufs auf jedem Strahl die gesammte Wegstrecke von M über N zu 0' immer gröfser sein als die Strecke Mo, und zwar um einen

Betrag, der annähernd = -

-■MN ist. Da

nun die Strecke M N, wenn man von dem mittleren, zum Punkte 0 hinführenden Strahl ausgeht, nach Mafsgabe des Prismenwinkels stetig sich ändert, und nach der Seite von o\ hin kleiner, nach der Seite von o'₂ hin gröfser wird als auf dem mittleren Strahl, so mufs der Punkt o'_o von Ai₂ mehr abgerückt sein als o\ von M₁. Hieraus aber folgt, dafs die Verbindungslinie o\ 0' o'₂ gegen eine zur Austrittsrichtung des gebrochenen Mittelstrahles AMNo' senkrechte Ebene weniger geneigt sein mufs als die Verbindungslinie O₁ 0 O₂ gegen eine zur Richtung des ursprünglichen Mittelstrahles AMo senkrechte Ebene, dafs also das Prisma die Bildfläche stets dreht im Sinne der Annäherung an die Senkrechtstellung zur Richtung des mittleren Hauptstrahles. Es mufs also möglich sein, durch geeignete Wahl des brechenden Winkels diese Senkrechtstellung vollkommen herbeizuführen.

Die hier betrachtete Wirkung eines Prismas ist im letzten Grund nichts anderes als die Consequenz der bekannten Erscheinung, dafs ein Object,, durch eine Schicht eines stärker brechenden Mediums hindurchgesehen, dem Auge genähert (gehoben) erscheint nach Mafsgabe der Dicke der Schicht. Auch ist' die hieraus sich ergebende Eigenschaft des Prismas, ungleiche Verschiebung der Bildpunkte herbeizuführen, schon insoweit bekannt, als sie Abbildungsdefecte veranlafst, wenn ein Prisma mit einem Linsensystem so verbunden wird, dafs jenes den centralen Theil des Bildes beeinflufst (vergl. Straubel, Ein Abbildungsfehler des Prismas; Wiedemann's Ahnalen, Band 66, 1898, Seite 346). Das Vorstehende aber zeigt, wie umgekehrt das Prisma auch dazu dienen kann, Abbildungsdefecte aufzuheben, wenn es einem Linsensystem aufserhalb der Achse desselben, also so zugefügt wird, dafs es nur schief zur Achse verlaufende Strahlenbüschel aufnimmt.

Der brechende Winkel α, mit dem ein Prisma von gegebenem Brechungsindex η ausgeführt werden mufs, damit es bei der vorher beschriebenen Anordnung eine bestimmte Neigung u der ursprünglichen Bildfläche O₁ 0 O₂ gegen die Senkrechte zur ursprünglichen Strahlenrichtung (Mo) gerade compensire, damit es also' eine genau senkrechte Lage der neuen Bildfläche o\ 0' o'₂ gegen die neue Strahlenrichtung No' herbeiführe, ist durch die folgenden zwei Paare von Gleichungen gegeben:

COS'

CL_t

2 In'

-tgw ; o-t

■ sin i_t

tg h =

sin— =

■ sin 1,

■■— ι

Hierbei ist verausgesetzt, dafs die Stellung des Prismas dem Minimum der Ablenkung des Mittelstrahles entspreche.

Von diesen Gleichungen für α gilt das erste Paar in Bezug auf die Bildfläche der Strahlen in der Hauptschnittebene, das zweite aber in Bezug auf die Bildfläche der Strahlen im dazu senkrechten Sagittalschnitt. Die Verschiedenheit des zur Compensation erforderlichen Winkels α entspricht dem Astigmatismus, den das Prisma nach Mafsgabe der ungleichen Länge des Glasweges auf den verschiedenen Hauptstrahlen hervorbringt. Es wird praktisch unschädlich gemacht, indem man dem. Winkel 0. einen mittleren Werth, zwischen a_t und a_s, ertheilt.

Die Farbenzerstreuung, die das Prisma einführt, wirkt um so weniger störend, je näher dasselbe an die ursprüngliche Bildfläche O₁ ο O₂ herangerückt wird. Sie läfst sich aber auch völlig beseitigen, wenn man das Prisma in bekannter Art achromatisirt.

Die Ablenkung, die bei ■ obiger Anordnung der nach dem Punkt 0 hinzielende Mittelstrahl

in seiner Richtung erfährt, ist in bekannter Weise durch den Winkel a- des Prismas bestimmt.

Derselbe Effect, den nach dem Vorstehenden ein Defiexionsprisma vermöge der für die verschiedenen Strahlenkegel ungleichen Länge des Glasweges herbeiführt, läfst sich auch erreichen durch ein Reflexionsprisma, welches dem Mittelstrahl durch eine zwischen die beiden Brechungen eingeschaltete Spiegelung eine beliebig grofse Richtungsänderung ertheilt. Wie eine einfache Betrachtung lehrt, wird in diesem Fall die senkrechte Stellung der neuen Bildfläche o\ o' o'₂ zur schliefslichen Richtung des reflectirten Mittelstrahles dann erreicht, wenn man die beiden Basiswinkel β γ des Reflexionsprismas ungleich macht, und zwar um,den Betrag α desjenigen Winkels, den das zuvor betrachtete Defiexionsprisma bei gleichem Brechungsindex η erhalten müfste. Es mufs also γ — β = α gemacht werden und dabei immer der kleinere Winkel (ß) der Achse des Systems zugewendet und das Prisma so gestellt sein, dafs der Incidenzwinkel des mittleren Strahles an der Ein- und an der Austrittsfläche gleich und gleich demjenigen Incidenzwinkel wird, den ein Defiexionsprisma vom Winkel α in der Stellung des Minimums der Ablenkung herbeiführt. Alles Uebrige bestimmt sich in bekannter Weise durch den Winkel w, um welchen durch das Reflexionsprisma der Mittelstrahl aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt sein soll.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Vorrichtung, um einen schief zur Richtung der abbildenden Strahlenkegel liegenden Theil (Randtheil) der Bildfläche eines Linsensystems zu beobachten oder (vergröfsert) wiederzugeben, dadurch gekennzeichnet, dafs in den Strahlengang ein ablenkendes Prisma mit die Achse des Systems enthaltendem Hauptschnitt eingeordnet ist, dessen brechender Winkel so bemessen ist, dafs der durch das Prisma beeinflufste Theil der Bildfläche eine zur Richtung der zweimal gebrochenen Strahlen senkrechte Lage erhält, wobei im Falle der Einschaltung einer Spiegelung zwischen die beiden Brechungen das Deflexionsprisma in ein ungleichschenkliges Reflexionsprisma übergeht.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.