DE1136845B

DE1136845B - Prism anamorphic

Info

Publication number: DE1136845B
Application number: DEN17633A
Authority: DE
Inventors: Dr Albert Bouwers
Original assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Current assignee: Optische Industrie de Oude Delft NV
Priority date: 1959-10-22
Filing date: 1959-12-11
Publication date: 1962-09-20

Description

Prismen -Anamorphot Anamorphotische Systeme, d. h. Systeme, die in einer Richtung des Blickfeldes eine andere Vergrößerung aufweisen als in der Richtung senkrecht dazu, sind allgemein bekannt. Sie werden häufig als teleskopisches System ausgebildet und zusammen mit photographischen oder Projektionsobjektiven für die Zwecke der sogenannten Breitbildphotographie und -kinematographie verwendet.Prisms -Anamorphic Anamorphic systems, d. H. Systems that work in have a different magnification in a direction of the field of view than in the direction perpendicular to it are well known. They are often called a telescopic system designed and used together with photographic or projection lenses for the Used for so-called widescreen photography and cinematography.

Anamorphotische Systeme können aus zylindrischen oder torischen brechenden und bzw. oder spiegelnden Flächen zusammengebaut sein oder aber aus einem oder mehreren keilförmigen Prismen bestehen.Anamorphic systems can be made from cylindrical or toric refractive and / or reflective surfaces be assembled or from one or more wedge-shaped prisms exist.

Der Anamorphot nach der Erfindung ist von der zuletzt erwähnten Art und ist durch ein keilförmiges Prisma gekennzeichnet, bei dem eine der Seitenflächen verspiegelt ist und das derart angeordnet ist, daß die aus dem Gegenstandsraum kommenden Strahlen durch die andere Seitenfläche hindurch in das Prisma eintreten, an der verspiegelten Seitenfläche innen zurückgeworfen werden und durch die andere Seitenfläche hindurch unter einem Winkel zu den eintretenden Strahlen austreten.The anamorphic according to the invention is of the last mentioned type and is characterized by a wedge-shaped prism in which one of the side surfaces is mirrored and which is arranged in such a way that the coming from the object space Rays enter the prism through the other side face at which mirrored side surface are reflected inside and through the other side surface exit through it at an angle to the incoming rays.

Bei den bekannten Prismen-Anamorphoten wird darauf abgezielt, diese geradesehend zu gestalten, d. h., daß die optische Achse nicht von dem Anamorphoten abgelenkt wird. Bei dem Anamorphoten nach der Erfindung anamorphotisiert das Prisma mit verspiegelter Seitenfläche nicht nur die eintretenden Bündel, d. h. vergrößert oder verkleinert ihre Abmessung in einer Richtung unter gleichzeitiger Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Winkels, den sie in dieser Richtung mit der optischen Achse einschließen, sondern knickt gleichzeitig die optische Achse um einen gewissen Winkel, etwa von 90°, in der anamorphotischen Richtung. Dadurch weist der Anamorphot nach der Erfindung neue Anwendungsmöglichkeiten auf, von denen im nachfolgenden eine im einzelnen beschrieben wird.In the case of the known prism anamorphic lenses, this is aimed at to make it straight, d. that is, the optical axis is not from the anamorphic is distracted. In the anamorphic according to the invention, the prism is anamorphic with mirrored side surface not only the entering bundles, d. H. enlarged or reduces its size in one direction while reducing it or enlargement of the angle it forms in this direction with the optical axis include, but at the same time bends the optical axis by a certain angle, about 90 °, in the anamorphic direction. This is how the anamorphic proves the invention on new possible applications, one of which is given below will be described in detail.

Der Anamorphot nach der Erfindung kann von durchaus einfachem Aufbau sein und beansprucht nur wenig Raum.The anamorphic according to the invention can have a very simple structure and takes up little space.

Bekanntlich ist die von Prismen gelieferte Ablenkung von dem Einfallwinkel der Strahlen abhängig. Mit anderen Worten, bei Prismen-Anamorphoten weist der Verzerrungsfaktor, d. h. also das Verhältnis, in dem das Bild zusammengezogen oder gedehnt wird, innerhalb des Feldes einen gewissen Verlauf auf.As is well known, the deflection provided by prisms is from the angle of incidence depending on the rays. In other words, in the case of prism anamorphic lenses, the distortion factor d. H. thus the relationship in which the picture is contracted or stretched, within of the field on a certain course.

Um den Verzerrungsfaktor über das ganze Blickfeld weitestgehend konstant zu halten, kann im Strahlengang vor oder nach dem Prisma mit verspiegelter Seitenfläche mindestens ein anderes keilförmiges Prisma angeordnet sein, dessen Erzeugende parallel zu jenen des Prismas mit verspiegelter Seitenfläche verlaufen und das mit seinem Scheitel in entgegengesetzter Richtung als das Prisma mit verspiegelter Seitenfläche steht. Durch passende Wahl der Scheitelwinkel, Lagen und Werkstoffe der Prismen ist es möglich, zu bewirken, daß der Verlauf der Vergrößerung in dem einen Prisma von jenem in dem anderen Prisma teilweise ausgeglichen wird, und die Prismen gemeinsam die gewünschte anamorphotische Stärke aufweisen sowie die optische Achse um den gewünschten Winkel ablenken. In der Zeichnung ist Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mit Anamorphoten nach der Erfindung ausgerüsteten Periskops, Fig. 2 eine Draufsicht auf den oberen Anamorphoten aus Fig. 1 und Fig. 3 eine entsprechende Draufsicht auf den unteren Anamorphoten aus Fig. 1.The distortion factor is largely constant over the entire field of vision to hold, can in the beam path before or after the prism with mirrored side surface at least one other wedge-shaped prism can be arranged, the generatrix of which is parallel to those of the prism with mirrored side surface and that with his Vertices in the opposite direction than the prism with the mirrored side surface stands. By choosing the right apex angles, positions and materials for the prisms it is possible to cause the course of magnification in the one prism is partially offset by that in the other prism, and the prisms are common have the desired anamorphic strength and the optical axis around the deflect desired angle. In the drawing, Fig. 1 is a schematic representation of a periscope equipped with anamorphic lenses according to the invention, FIG. 2 is a plan view a corresponding plan view of the upper anamorphic lenses from FIGS. 1 and 3 on the lower anamorphic lens from Fig. 1.

In Fig. 1 sind das Gehäuse des Instruments und sämtliche nicht zu den Figuren herangezogenen Teile weggefallen. Die Figur zeigt ein mit einem Bildwandler ausgestattetes Periskop, wie dieses beispielsweise in Fahrzeugen verwendet wird, um diese in der Nacht ohne normale Scheinwerferbeleuchtung fahren zu können. Die Fahrzeuge sind mit ultraroten Scheinwerfern ausgerüstet, die das Gelände vor dem Fahrzeug beleuchten. Das Periskop enthält eine Voroptik, die mit einer den Strahlengang senkrecht knickenden Reflexionsfläche und einem bildentwerfenden System ausgerüstet ist und die ein ultrarotes Bild auf der Photokathode des im senkrechten Teil des Periskops angeordneten Bildwandlers erzeugt. Letzterer wandelt in bekannter Weise auf elektronenoptischem Wege dieses Bild zu einem sichtbaren Fluoreszenzbild auf dem Bildschirm um, das durch eine Vergrößerungsnachoptik betrachtet werden kann.In Fig. 1, the housing of the instrument and all are not closed Parts used in the figures have been omitted. The figure shows one with an image converter equipped periscope, such as is used in vehicles, for example, in order to be able to drive them at night without normal headlights. the Vehicles are equipped with ultra-red headlights that light the area in front of the Illuminate the vehicle. The periscope contains a pre-optic that connects to the beam path vertically kinking Reflection surface and an image designing System and which has an ultra-red image on the photocathode of the vertical Part of the periscope arranged image converter generated. The latter converts to familiar Convert this image into a visible fluorescence image by electron-optical means on the screen that can be viewed through magnifying optics.

Wenn man das Blickfeld eines derartigen Instruments mittels anamorphotischerSysteme auszudehnen versucht, stellt sich die Aufgabe, die anamorphotischen Systeme derart zu gestalten, daß sie in dem kleinen, für die Periskope in Fahrzeugen verfügbaren Raum, insbesondere in Höhenrichtung untergebracht werden können. Durch Anwendung des Prisma-Anamorphots nach der Erfindung wird diese Schwierigkeit auf einfache Weise gelöst.If one looks at the field of view of such an instrument by means of anamorphic systems tries to expand, the task arises to make the anamorphic systems in such a way to shape them in the small one available for the periscopes in vehicles Space, especially in the height direction, can be accommodated. By application the prism anamorphic according to the invention, this difficulty becomes simple Way solved.

In Fig. 1 ist der Bildwandler mit 1 bezeichnet. Auf einer Photokathode 2 wird ein anamorphotisches Bild durch die Voroptik erzeugt, die aus dem sehr lichtstarken Objektiv 3, das etwa ein rotationssymmetrisches Feld von 27° aufweist, sowie aus dem 45°-Prisma 4, dessen Hypothenusafläche die optische Achse senkrecht um 90° knickt, und aus dem von den Prismen 5 und 6 gebildeten anamorphotischen System nach der Erfindung besteht. Die Kanten der Prismen 5 und 6 stehen senkrecht zu jenen des Prismas 4.The image converter is denoted by 1 in FIG. An anamorphic image is generated on a photocathode 2 by the pre-optics, which is produced from the very bright lens 3, which has a rotationally symmetrical field of 27 °, and from the 45 ° prism 4, the hypothenus surface of which bends the optical axis perpendicularly by 90 ° , and consists of the anamorphic system formed by the prisms 5 and 6 according to the invention. The edges of the prisms 5 and 6 are perpendicular to those of the prism 4.

Die Wirkungsweise des Anamorphots ist am besten aus Fig. 2 ersichtlich, in der eine Draufsicht auf den Anamorphot samt dem Ablenkprisma 4 gegeben ist. Das Prisma 6 weist einen kleinen Scheitelwinkel auf und ist unter einem Winkel von etwa 45° zu der optischen Achse neben dem Ablenkprisma 4 angeordnet. Die von den eintretenden Bündeln abgewendete Seitenfläche ist verspiegelt. Das Prisma 5 weist einen größeren Scheitelwinkel auf, der, in bezug auf die optische Achse gerechnet, in entgegengesetzter Richtung als das Prisma 6 zeigt. Es ist mit seiner Austrittsfläche an die Eintrittsfläche des Ablenkprismas 4 angekittet.The mode of operation of the anamorphic can best be seen in Fig. 2, in which a plan view of the anamorphic lens together with the deflecting prism 4 is given. That Prism 6 has a small apex angle and is at an angle of approximately 45 ° to the optical axis next to the deflecting prism 4. Those of the entering The side face facing away from the bundle is mirrored. The prism 5 has a larger one The vertex angle, which, calculated with respect to the optical axis, is in the opposite direction Direction than the prism 6 shows. It is with its exit surface on the entry surface of the deflection prism 4 cemented.

In Fig. 2 sind drei waagerecht einfallende Bündel von gleicher Breite 7, 8 und 9 dargestellt, die von der Mitte bzw. von den beiden Rändern des Feldes kommen und Winkel von etwa 20° miteinander einschließen. Die Bündel werden beim Ein- und Austreten an der Stirnfläche des Prismas 6 gebrochen und an der verspiegelten Rückfläche zurückgestrahlt. Deutlich ist ersichtlich, daß die austretenden Bündel gegenüber den eintretenden Bündeln verbreitert sind, und zwar am stärksten für das Bündel 8 mit dem größten Einfallwinkel auf der Stirnfläche, das auch am stärksten abgelenkt wird. Die Bündel treten sodann in das zweite Prisma, und damit werden sie noch einmal verbreitert, wobei die Winkel, die sie zwischen sich einschließen, verkleinert werden. Das Bündel 8 hat jetzt indessen den kleinsten Einfallwinkel, Bündel 9 den größten, so daß die Wirkung der ungleichen Ablenkungen wenigstens teilweise von dem Prisma 5 ausgeglichen wird. Der Winkel zwischen den äußersten Bündeln ist, wenn sie in das Prisma 4 eintreten, gleich dem Feldwinkel des Objektivs 3, d. h. also etwa 27°. Der anamorphotische Faktor des Prisma-Anamorphots ist folglich etwa 1,5.In Fig. 2 there are three horizontally incident bundles of equal width 7, 8 and 9, from the center and from the two edges of the field, respectively come and enclose angles of about 20 ° with each other. The bundles are at Entry and exit on the face of the prism 6 broken and on the mirrored Reflected back surface. It can be clearly seen that the emerging bundle are widened in relation to the incoming bundles, and most of all for the Bundle 8 with the largest angle of incidence on the face, which is also the strongest is distracted. The bundles then enter the second prism, and thus become widened it again, whereby the angles that they include between them, can be reduced in size. The bundle 8, however, now has the smallest angle of incidence, The bundle 9 is the largest, so that the effect of the unequal deflections is at least partially is compensated by the prism 5. The angle between the outermost bundles is when they enter the prism 4, equal to the field angle of the objective 3, i.e. H. so about 27 °. The anamorphic factor of the prism anamorphic is thus approximately 1.5.

Die Prismen 5 und 6 führen naturgemäß einen Farbfehler ein, wenn Licht von einem etwas ausgedehnten Spektralbereich benutzt wird. Bei der hier beschriebenen Anwendung ist die ultrarote Strahlung indessen hinreichend monochromatisch, so daß eine Ausgestaltung eines oder beider Prismen als Duplet für die Zwecke der Farbkorrektion unterbleiben kann.The prisms 5 and 6 naturally introduce a chromatic aberration when light is used by a somewhat extended spectral range. With the one described here Application, however, the ultra-red radiation is sufficiently monochromatic that an embodiment of one or both prisms as a doublet for the purpose of color correction can be omitted.

Das anamorphotische Bild auf dem Bildschirm des Bildwandlers 1 wird durch eine Vergrößerungsnachoptik betrachtet, die binokular ausgebildet ist und aus einem 45°-Ablenkprisma 10, einem Objektiv 11 mit großer absoluter und relativer Öffnung, einem von dem Prismenduplet 12 und dem Prisma 13 mit verspiegelter Rückfläche gebildeten Prismen-Anamorphoten, den beiden parallel eingestellten Fernrohrobjektiven 14 und 15, den rhomboedrischen Prismen 16 und 17 und den in der Figur nur schaubildlich dargestellten Okularen 18 und 19 besteht. Die gegenstandsseitige Brennebene des Objektivs 11 deckt sich mit dem Bildschirm der Röhre 1, so daß die aus diesem Objektiv heraustretenden Bündel parallel sind. Nachstehend wird dieses Objektiv deshalb als Kollimatorobjektiv bezeichnet. Das Fluoreszenzbild der Röhre 1 wird von dem Objektiv 11 auf unendlich abgebildet und durch einen von den Objektiven 14 und 15, den die Fernrohrachsen auf Augenabstand und in eine waagerechte Ebene bringenden Rhomboedern 16 und 17 und den Okularen 18,19 gebildeten Binokularfernrohr betrachtet.The anamorphic image on the screen of the image converter 1 becomes viewed through a magnifying optical system that is binocular and from a 45 ° deflecting prism 10, an objective 11 with large absolute and relative Opening, one of the prism doublet 12 and the prism 13 with a mirrored rear surface formed prism anamorphic lenses, the two telescope lenses set in parallel 14 and 15, the rhombohedral prisms 16 and 17 and the one in the figure only diagrammatically illustrated eyepieces 18 and 19 consists. The object-side focal plane of the Lens 11 coincides with the screen of the tube 1, so that from this lens emerging bundles are parallel. In the following, this lens will therefore be referred to as Called collimator lens. The fluorescence image of the tube 1 is taken from the objective 11 imaged at infinity and through one of the lenses 14 and 15 that the Telescope axes at eye relief and rhombohedra bringing them into a horizontal plane 16 and 17 and the eyepieces 18,19 formed binocular telescope considered.

Der parallele Strahlengang zwischen Kollimatorobjektiv und Fernrohrobjektiven gibt Gelegenheit, einen Prismen-Anamorphoten nach der Erfindung vorzusehen, der nicht nur das Fluoreszenzbild entzerrt, sondern auch die optische Achse um 90° in Richtung der Okulare knickt, bevor er sich in zwei Teile trennt. Die Wirksamkeit des in Fig. 3 in Draufsicht dargestellten Prismen-Anamorphoten entspricht ganz derjenigen des in Fig. 2 dargestellten, wenn auch der Strahlengang und damit die anamorphotische Wirkung die umgekehrten sind. Der anamorphotische Faktor ist naturgemäß wieder gleich 1,5. Zum Zweck des Ausgleiches des Farbfehlers ist das Prisma 12 als gekittetes Duplet ausgebildet, wobei Rücksicht darauf genommen ist, daß das von dem Bildschirm der Röhre 1 kommende Fluoreszenzlicht die Wellenlängen von 5000 bis 6000 A enthält.The parallel beam path between the collimator lens and telescope lenses gives the opportunity to provide a prism anamorphic lens according to the invention, the not only rectifies the fluorescence image, but also rectifies the optical axis by 90 ° in Kinks in the direction of the eyepieces before separating into two parts. The effectiveness of the prism anamorphic shown in plan view in Fig. 3 corresponds entirely to that that shown in Fig. 2, albeit the beam path and thus the anamorphic Effect are the opposite. The anamorphic factor is naturally the same again 1.5. To compensate for the chromatic aberration, the prism 12 is cemented Duplet formed, taking into account that the screen The fluorescent light coming from the tube 1 contains the wavelengths of 5000 to 6000 A.

Die Kenndaten der anamorphotischen Systeme aus Fig. 2 und 3 sind folgende: Prisma I Scheitelwinkel I Glas 5 20°, 3' SF 11 6 6°, 0' BaLK 1 1 400, 0' SK 16 1211 16°, 17' F 2 13 6°, 0' BK 7 Der Einfallwinkel des Achsenstrahls auf das Prisma 6 ist 47°; der Achsenstrahl tritt senkrecht durch die Austrittsfläche des Prismas 5. Der Ausfallwinkel des Achsenstrahls beim Prisma 13 ist ebenso gleich 47°. Der Achsenstrahl fällt senkrecht auf Prisma 12 ein. Beträgt das Feld beim System 5,6 40° und jenes beim System 12,13 26°, so sind die anamorphotischen Faktoren für die Mitte und die Ränder des Bildes beziehungsweise: System 5,6 ....... 1,4 1,6 1,8 System 12,13 ....... 1,45 1,55 1,6 Die resultierende anamorphotische Vergrößerung im Bild schwankt somit von 0,97 in der Mitte bis zu 1,02 und 1,11 an den äußersten Rändern des Feldes von 40°.The characteristics of the anamorphic systems from Figs. 2 and 3 are as follows: Prism I vertex angle I glass 5 20 °, 3 'SF 11 6 6 °, 0 'BaLK 1 1 400, 0 'SK 16 1211 16 °, 17 'F 2 13 6 °, 0 'BK 7 The angle of incidence of the axis beam on the prism 6 is 47 °; the axis ray passes perpendicularly through the exit surface of the prism 5. The angle of emergence of the axis ray at the prism 13 is also equal to 47 °. The axis ray is incident perpendicularly on prism 12. If the field for the system 5.6 is 40 ° and that for the system 12.13 is 26 °, the anamorphic factors for the center and the edges of the image are respectively: System 5.6 ....... 1.4 1.6 1.8 System 12.13 ....... 1.45 1.55 1.6 The resulting anamorphic magnification in the image thus varies from 0.97 in the center to 1.02 and 1.11 at the outermost edges of the 40 ° field.

Fig. 1 zeigt deutlich den gedrängten Bau des Periskops, insbesondere dessen geringe Höhe, und die verhältnismäßig einfachen optischen Mittel, durch die die gewünschte Einblickrichtung und die aufgerichtete Bildlage erhalten werden.Fig. 1 clearly shows the compact structure of the periscope, in particular its low height, and the relatively simple optical means by which the desired viewing direction and the upright image position can be obtained.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Prism anamorphic, characterized by a wedge-shaped Prism in which one of the side surfaces is mirrored and arranged in this way is that the light rays coming from the object space through the other side surface enter through the prism, reflected back on the inside of the mirrored side surface and through the other side surface at an angle to the entering Rays emerge.

2. Prism anamorphic according to claim 1, characterized in that that in the beam path before or after the prism with a mirrored side surface at least one other wedge-shaped prism is arranged, the generatrix of which is parallel run to those of the prism with mirrored side surface, and that, in with respect to the optical axis, with its apex in the opposite direction than the prism with the mirrored side surface is.

3. Application of the prism anamorphic according to claim 1 or 2 in a periscope.