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Episkop-Anordnung Die Erfindung betrifft eine brennpunktlose Episkop-Anordnung
mit zwei Zylinderspiegeln von gleicher Brennweite.
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Man kann eine Episkop-Anordnung mit Vergrößerung eins in der Weise
aufbauen, daß man ein brennpunktloses optisches System aus zwei Zylinderspiegeln
gleicher Brennweite mit einem zur Bildaufrichtung dienenden Planspiegel verbindet.
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Ein derartiges System ist jedoch nicht befriedigend, will man einen
hinreichend großen Achsabstand zwischen dem ein- und dem austretenden Lichtbündel
erzielen, so gelangt man zu einem bezüglich der Dickenabmessung sehr sperrigen Gerät.
Ferner sind bei dieser Anordnung die Eintritts- und die Austrittspupille nur unvollkommen
von den optischen und mechanischen Bauteilen losgelöst. Insbesondere wird der Beobachter
durch das Oberteil des Geräteaufbaues behindert. Dieser letzterwähnte Nachteil tritt
besonders hervor, wenn man, unter sonst unveränderten Bedingungen, die Luft zwischen
den Spiegeln durch einen durchsichtigen Körper mit Brechungsindex n >
1 ersetzt, um eine Vergrößerung des scheinbaren Gesichtsfeldes zu erzielen.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer brennpunktlosen
Vorrichtung der genannten Art, welche die erwähnten Nachteile vermeidet.
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Eine derartige Anordnung wird gemäß der Erfindung so ausgebildet,
daß zur Aufrichtung des durch die beiden Zylinderspiegel gelieferten Bildes drei
mit den Zylinderspiegeln zusammenwirkende Planspiegel angeordnet sind.
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Mit dieser neuen optischen Anordnung, welche drei Planspiegel aufweist,
die in verschiedener Weise in Bezug aufeinander angeordnet sein können, lassen sich
Projektionsverhältnisse erzielen, die bei wesentlich geringerem Platzbedarf größere
Achsabstände zwischen den eintretenden und den Austrittslichtbündeln ergeben; ferner
können die Eintritts- und die Austrittspupille von den optischen und mechanischen
Elementen gelöst werden. Schließlich ist die Anordnung eines Körpers mit Brechungsindex
n > 1 an Stelle Luft zwischen den Spiegeln in einfacherer Weise möglich;
ferner können die Anordnungen in Einblockbauart ausgeführt werden, wobei die Eintritts-
und die Austrittspupille hinreichend frei bleiben.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in dieser
zeigt Fig. 1 in axialem Schnitt eine Episkop-Beobachtungsvorrichtung mit
zwei Zylinderspiegeln gleicher Brechkraft und einem einzigen Planspiegel, 2 Fig.
2 in entsprechendem axialem Schnitt eine Episkop-Anordnung gemäß der Erfindung,
bei welcher die beiden Zylinderspiegel unter einem Winkel von 90' zueinander
angeordnet sind, Fig. 3 in axialem Schnitt eine weitere Ausführungsform gemäß
der Erfindung, bei welcher die beiden Zylinderspiegel unter einem gegenseitigen
Winkel von 135' angeordnet sind.
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In der Zeichnung sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet. Die dargestellten Anordnungen bzw. Geräte sind von der Einblockbauart
mit einem durchsichtigen Körper des Brechungsindex n = 1,52.
Die beiden reflektierenden zylindrischen Flächen jeder Anordnung sind mit
1 bzw. 2 bezeichnet und haben, um beispielshalber vergleichbare Abmessungen
zu ergeben, denselben Krümmungsradius von 250 mm.
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Mit 3 und 4 sind jeweils die Eintritts- bzw. Austrittspupillen
der Lichtbündel in den einzelnen Geräten be-
zeichnet, wobei die Eintrittsachse
dieses Lichtbündels durch die strichpunktierte Gerade mit Pfeil f, die Austrittsachse
durch die strichpunktierte Gerade mit Pfeilen g dargestellt sind.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung weist lediglich eine Planfläche
5 als Spiegel auf; die Einfallswinkel i, bzw. i. des Achsstrahles auf den
Oberflächen 1 bzw. 2 sind gleich und betragen 30', derart, daß die
Brennflächen der beiden Spiegel praktisch zusammenfallen. Mit diesem Winkel von
30' wird eine Maximalhöhe bzw. ein Maximalabstand h zwischen den Eingangs-und
den Ausgangsstrahlen erzielt, wobei gleichzeitig die Pupillen 3 und 4 von
der optischen Anordnung gelöst werden.
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Die gemäß der Erfindung ausgebildete Vorrichtung nach Fig. 2 weist
ein Prisma 6 in solcher Anordnung auf, daß das Lichtbündel zweimal gebrochen
wird, und
zwar an den Planflächen 7 und 8, bevor es
auf die erste zylindrische Fläche 1 trifft.
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Das an 1 reflektierte Lichtbündel wird durch einen dritten
Planspiegel 9 aufgenommen, bevor es die zweite zylindrische Fläche 2 erreicht.
Die Anordnung weist somit, in Kombination mit den beiden Zylinderspiegeln
1 und 2, drei Planspiegel 7, 8 und 9 auf; die Einfallswinkel
1, bzw. 1, an den Oberflächen 1 bzw. 2 sind gleich und betragen 40'.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung kann ferner ein Block
10 aus durchsichtigem Material, der als Schutzschirrn wirkt, vorgesehen sein,
wobei der Brechungsindex des Materials so gewählt wird, daß die Öffnung des durch
die Eingangspupille 3 tretenden Lichtbündels verringert wird.
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Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung weist eine minimale Dicke
e auf und liefert gleichzeitig einen optimalen Achsabstand zwischen den Achsen
f und g
der durch die Eintritts- bzw. Austrittspupillen 3 bzw.
4 der Anordnung tretenden Lichtbündel. Diese Ausführungsform nach Fig.
3 weist zwei Zylinderspiegel 1
und 2 von gleichem Krümmungsradius
sowie ein Prisma mit zwei reflektierenden Flächen 12 und 13 auf. Der Spiegel
1 ist in einen Block 14, der Spiegel 2 in einen Block 15 geschliffen.
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Sowohl die Spiegel 1 und 2 als auch das Prisma 11
sind
in einem durchsichtigen Material mit einem Brechungsindex n > 1 geschliffen.
Die Blöcke 11 und 14 können je nach den Fabrikationserfordernissen
getrennt oder verkittet sein; die Spiegel 1 und 2 können an einem einzigen
Block angeschliffen sein, der eine als Spiegel 16 wirkende Planfläche aufweist.
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Die Eintrittsachse des Lichtbündels ist stets mit f, die Austrittsachse
mit g sowie die Eintritts- bzw. Austrittspupillen des Lichtbündels mit
3 bzw. 4 bezeichnet.
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Das einfallende Lichtbündel wird nacheinander an den Planflächen 12
und 13 des Prismas 11 reflektiert. Es gelangt hierauf mit einem Einfallswinkel
1, = 45' auf den Zylinderspiegel 1, der es auf den Planspiegel
16
wirft, wo es auf den zweiten Zylinderspiegel 2 reflektiert wird, auf welchen
es mit einem Einfallswinkel i2 von gleichfalls 45' auftrifft.
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Das von dem Spiegel 2 reflektierte Bündel tritt parallel zum Eingangsbündel
in Richtung g aus.
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Die Neigung des Spiegels 16 in bezug auf die Richtung des Lichtbündels
muß so berechnet sein, daß die Reflexionswinkel 1, und 12 an den Zylinderspiegeln
1
und 2 gleich sind; im Beispiel der Fig. 3 beträgt die Neigung 22'
5 Minuten.
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Es sei darauf hingewiesen, daß durch die Anordnung des Plan-Zwischenspiegels
16 der Block 14 eine prismatische Form mit einem spitzen Dieder-Winkel erhält,
wodurch ein freier Raum entsteht, in welchem das die beiden anderen planen Reflexionsflächen
12 und 13
aufweisende Prisma 11 untergebracht werden kann. Durch diese
Maßnahme wird erreicht, daß das Prisma 11 gegenüber den Blöcken 14 und
15 nicht vorspringt.
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Für alle beschriebenen Beispiele ist der Abstand zwischen den Scheiteln
der reflektierenden Zylinderflächen 1 und 2, d. h. der zwischen diesen
Spiegeln von einem aus Unendlich kommenden Achsstrahl zurückgelegte Lichtweg, durch
die Formel 2 t = R cos ! gegeben, wobei i den für die beiden
Spiegel 1 und 2 gleichen Einfallswinkel darstellt.
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Die Pupillen 3 und 4 haben bei allen beschriebenen Ausführungen
die gleiche Größe; ihr von Beispiel zu Beispiel verschiedener Abstand (in einem
Medium mit dem Brechunizsindex n = 1,52) ergibt sich aus der Formel
wobei R den Krümmungsradius der Zylinderspiegel darstellt, der reelle Abstand dieser
Pupillen in bezug auf den Glasblock ist dabei wohlgemerkt eine Funktion des effektiven
Lichtwegs des Lichtbündels einerseits in dem Medium mit Brechungsindex n, andererseits
in Luft. In den beschriebenen Beispielen ist das scheinbare Gesichtsfeld in dem
Medium mit Brechungsindex n mit 20' gewählt worden, was in Luft ein Gesichtsfeld
von etwa 30' ergibt.
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In der folgenden Tabelle sind für die beschriebenen Anordnungen die
Werte des zwischen den Achsen
f
und
g der Pupillen bestehenden Achsabstandes
h sowie der Abmessungen parallel zu diesen Achsen (Dicke) zum Vergleich angegeben:
| Anordnung nach |
| Fig. 1 1 Fig. 2 1 Fig.
3 |
| Achsabstand zwischen f |
| und g ... h .......... 162 mm 220 mm
225 mm |
| Abmessung in Richtung i |
| der Dicke ... e ....... 150 mm
1 72 mm 45 mm |
Man erkennt aus dieser Tabelle, daß die afokale Anordnung mit nur einem Planspiegel
(Fig.
1) bei größter Dicke e nur den kleinsten Achsabstand h liefert. Die
Fig.
1 zeigt, daß in diesem Fall die Lage der Eintritts-und der Austrittspupille
weniger günstig als bei den in den Fig. 2 und
3 dargestellten Anordnungen
ist.
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Selbstverständlich können die die Kombinationen von zylindrischen
und planen Flächen aufweisenden Blöcke aus durchsichtigem Material je nach
den Herstellungsbedingungen in einem oder in mehreren Stükken, getrennt oder verkittet,
unter Verwendung der bekannten Mittel ausgeführt sein.
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Selbstverständlich können die beschriebenen Ausführungsbeispiele in
verschiedener Weise abgewandelt werden; so können beispielsweise die zylindrischen
Oberflächen mit kreisförmigem Querschnitt oder nach einer sonstigen, dem jeweiligen
Zweck angepaßten geometrischen Kurve ausgeführt werden.