DE1181338B - Bildwandler- und -verstaerkervorrichtung mit optischem Beobachtungs-System - Google Patents

Bildwandler- und -verstaerkervorrichtung mit optischem Beobachtungs-System

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DE1181338B
DE1181338B DEN20836A DEN0020836A DE1181338B DE 1181338 B DE1181338 B DE 1181338B DE N20836 A DEN20836 A DE N20836A DE N0020836 A DEN0020836 A DE N0020836A DE 1181338 B DE1181338 B DE 1181338B
Authority
DE
Germany
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image
objective
under
binocular
telescope
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Pending
Application number
DEN20836A
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English (en)
Inventor
Dr Albert Bouwers
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Optische Industrie de Oude Delft NV
Original Assignee
Optische Industrie de Oude Delft NV
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Publication date
Application filed by Optische Industrie de Oude Delft NV filed Critical Optische Industrie de Oude Delft NV
Publication of DE1181338B publication Critical patent/DE1181338B/de
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/12Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices with means for image conversion or intensification

Description

  • Bildwandler- und -verstärkervorrichtung mit optischem Beobachtungs-System Die Erfindung bezieht sich auf Bildwandlervorrichtungen, die aus einer Bildverstärkerröhre und einem vergrößernden binokularen optischen System zur Beobachtung des Fluoreszenzbildschirmes der Bildverstärkerröhre bestehen.
  • In der folgenden Beschreibung umschließt der Begriff Bildverstärkerröhre alle Arien von Vakuumröhren mit Fotokathoden zur Umwandlung eines sichtbaren oder unsichtbaren Strahlenbildes in ein Elektronenbild und den Bildschirm für die Rückübertragung eines derartigen Elektronenbildes in ein sichtbares Bild größerer Helligkeit als der des ursprünglichen Strahlenbildes.
  • Die binokulare Betrachtung hat den Vorteil, daß der Beobachter nicht so schnell ermüdet. Es bestand daher schon immer das Bestreben, Bildverstärkervorrichtungen mit geeigneten Einrichtungen für die binokulare Betrachtung zu versehen. Dabei ergibt sich jedoch folgende Schwierigkeit: In der Praxis ist es erforderlich, daß die Vergrößerung des optischen Systems für Beobachtungen des Fluoreszenzbildes - im folgenden einfach Betrachtungssystem genannt - verhältnismäßig groß ist, d. h. zwischen etwa 10- und 20fach liegt, da man einerseits den Fluoreszenzschirm klein halten will, andererseits jedoch gleichzeitig dem gesamten Instrument, beispielsweise einem Infrarotteleskop, eine Winkelvergrößerung geben möchte, die wenigstens gleich 1 ist. Je kleiner das Fluoreszenzbild ist, desto größer ist der Vergrößerungsfaktor des Bildverstärkers. Darüber hinaus ist eine Winkelvergrößerung des gesamten Instruments unter 1 nicht wünschenswert, damit nicht allzu viele Bildeinzelheiten verlorengehen.
  • Andererseits ist es infolge der auch verhältnismäßig geringen Helligkeit des zu beobachtenden Fluoreszenzbildes wünschenswert, den Pupillendurchmesser des an die Dunkelheit adaptierten Auges voll auszunutzen. Darüber hinaus ist es für einige Anwendungen, wie beispielsweise für Infrarotteleskope bei feldmäßigem Gebrauch oder in bewegten Fahrzeugen, erforderlich, noch größere Austrittspupillen des Instruments, beispielsweise bis zu 10 oder 15 mm, zu haben.
  • Bis jetzt konnte noch keine befriedigende Lösung für das Problem der binokularen Beobachtungen von Bildverstärkerschirmen gefunden werden, welche die obigen Bedingungen völlig befriedigt. Es leuchtet ein, daß für die erforderliche Vergrößerung binokulare Mikroskope verwendet werden müssen. Im allgemeinen haben die bekannten Typen von binokularen Mikroskopen jedoch zu kleine Austrittspupillen, falls eigene Objektive-für die beiden Instrumentenhälften verwendet werden. Im Falle der Verwendung eines einzigen gemeinsamen Objektivs sind diese Mikroskope mit einer 'Einrichtung zur Bildaufspaltung versehen, wodurcli jedes Okular nur die Hälfte des zur Verfügung stehenden und vom Objektiv durchgelassenen Lichtes erhält. Bei der konventionellen Mikroskopie sind diese Nachteile von untergeordneter Bedeutung, da dabei für die Beobachtung immer genügend Licht zur Verfügung steht.
  • Um die beschriebenen Schwierigkeiten zu beseitigen, sind binokulare Bildversfu"rkereinrichtungen oft aus zwei Hälften gebaut worden, von denen jeder eine Bildverstärkerröhre, ein `vor dieser- Röhre angeordnetes Objektiv und ein einäugiges Mikroskop hinter der Röhre enthält. Zusätzlich zu den hohen Kosten und dem Raumbedarf derartiger Instrumente sind sie mit dem Nachteil behaftet, daß zwei Bildverstärker der gleichen Art; selbst bei Einstellung auf maximale Bildgenauigkeit,' selten Bilder von genau gleichen Dimensionen wiedergeben. Darüber hinaus ist es schwierig,- dis beiden Bilder so einzustellen, daß sie gleiche Lagen und Helligkeiten aufweisen, so daß sich eine zufriedenstellende Verschmelzung der beiden Bilder nur sehr selten erreichen läßt.
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildverstärkervorrichtung mit einer Bildverstärkerröhre und einem vergrößernden binokularen optischen System zur Beobachtung des Fluoreszenzbildschirmes des Bildverstärkers. Erfindungsgemäß wird das vergrößernde binokulare optische System als binokulares Mikroskop mit folgenden Teilen aufgebaut: a) ein Objektiv mit einer relativen Apertur von mindestens 1/1, dessen Brennebene gegenstandsseitig mit dem Fluorreszenzschirm zusammenfällt; b) zwei Objektive, deren absolute Apertur der Hälfte der absoluten Apertur des Objektivs unter a) ist und die im Lichtweg des Objektivs unter a) angeordnet sind, wobei ihre Achsen parallel zueinander verlaufen; c) zwei Okulare, von denen jedes das Licht von einem der beiden Objektive unter b) erhält und die in Pupillenabstand angeordnet sind; d) eine Vorrichtung zwischen den Objektiven unter b) und den Okularen zur Einstellung der optischen Objektivachsen auf Pupillenabstand.
  • Das große unter a) genannte Objektiv bildet das Bild des Bildschirmes auf unendlich ab. Anschließend wird das Bild durch das binokulare Teleskop beobachtet, das von dem unter b), c) und d) genannten Teilen gebildet wird. Es leuchtet ein, daß die Gesamtvergrößerung des Betrachtungssystems das Produkt aus der Vergrößerung des Objektivs a), als Tune hetrachtet_ d_ h_ und der Winkelvergrößerung des binokularen Teleskops: ist, wobei fa, fb und fc die Brennweiten des Objektivs a), der Objektive b) bzw. der Okulare c) sind.
  • Die erfindungsgemäße Bedeutung einer großen relativen Apertur des Objektivs a) wird aus der folgenden Betrachtung ersichtlich: Je größer die relative Apertur des Objektvis a) ist, desto größer ist bei gegebener Brennweite die absolute Objektivapertur, und desto größer kann auch der Durchmesser des Teleskopobjektivs b) sein. Umgekehrt bedeutet eine große relative Apertur des Objektivs a) bei einem gegebenen Durchmesser, daß die Brennweite klein ist und dementsprechend die Vergrößerung groß wird. Bekanntlich erhält man die Austrittspupille eines Teleskops durch Division der Eintrittspupille des Teleskopobjektivs durch den Vergrößerungsfaktor. Aus obigen überlegungen folgt, daß eine große relative Apertur des Objektivs a) entweder bedeuten kann, daß die Eintrittspupille des Teleskopobjektivs b) groß ist oder die Vergrößerung des Teleskopteils verkleinert wird. Wenn nämlich eine bestimmte Gesamtvergrößerung gewünscht wird, kann der Teleskopteil eine geringe Vergrößerung aufweisen, falls die Vergrößerung des Objektivs a) entsprechend vergrößert wird. Daher erscheint es, daß die relative Apertur des letzteren Objektvis den Durchmesser der Austrittspupille bestimmt, der bei einer bestimmten gewünschten Gesamtvergrößerung erhalten werden kann.
  • Es sind zwar bereits binokulare Mikroskope bekanntgeworden, die aus einem binokularen Teleskop mit zwei Objektiven verhältnismäßig geringen Durchmessers, zwei Okularen und einer Einstelleinrichtung für die Okulare auf Pupillenabstand sowie einem Objektiv mit großem Durchmesser bestehen, das vor den beiden Teleskopobjektiven angeordnet ist. Bei diesen bekannten Mikroskopen hat das Frontobjektiv jedoch eine relative Apertur, die beträchtlich unter der von der Erfindung vorgeschlagenen Apertur liegt. Demzufolge sind diese Objektive nicht zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe geeignet.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt die Gesamtvergrößerung des optischen Systems zwischen 10- und 20fach und das Verhältnis zwischen der Brennweite des Objektivs b) und der des Objektivs a) zwischen 2,3 und 3,2.
  • Ein Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung ist schematisch ein Infrarot-Teleskop mit einer Gesamtvergrößerung von 1 dargestellt. Im Teleskopgehäuse 1 ist ein Lichtobjektiv 2 angeordnet, welches ein Infrarotbild der beobachteten Szene auf die Fotokathode 4 einer Bildwandlerröhre 3 abbildet. Diese Röhre wandelt das infrarote Bild in bekannter Weise in ein verkleinertes sichtbares Bild auf dem Fluoreszenzschirm 5 um, welches anschließend binokular mit einer derartigen Vergrößerung beobachtet werden soll, daß die Winkelvergrößerung des Gesamtinstruments etwa gleich 1 ist. Bei Erfüllung dieser Bedingung erscheinen die Objektive durch das Teleskop unter dem gleichen Winkel wie mit dem unbewaffneten Auge.
  • Bei einer typischen Anordnung betrage die Brennweite des Objektvis 2 39 mm. Der Bildwandler verkleinert das Bild um den Faktor 0,375. Daraus ergibt sich die entsprechende Brennweite des Systems Objektiv 2 - Bildwandlerröhre 3 zu: 39 - 0,375 = 15 mm, d. h., das auf dem Bildschirm der Röhre erscheinende Bild hat eine Größe, als ob es von einem optischen Objektiv mit einer Brennweite von 15 mm abgebildet worden wäre. Unter der Annahme, daß das System des Objektivs 2 und der Röhre 3 das Objektiv des Infrarotteleskops bildet, wobei das Betrachtungssystem dann als Okular beschrieben werden kann, wird es klar, daß das Betrachtungssystem für eine Gesamtvergrößerung von 1 gleichfalls eine Brennweite von 15 mm haben muß. Daraus ergibt sich eine Vergrößerung von Man kann natürlich diese Vergrößerung durch eine Verringerung der Verkleinerung der Bildwandlerröhre 3 abschwächen. Dies ist jedoch nicht erwünscht, da die Helligkeit des Bildes auf dem Schirm 5 umgekehrt proportional zum Quadrat des Vergrößerungsfaktors der Röhre ist. Diese Tatsache ist auch der Grund dafür, daß die Größe des Schirmbildes im allgemeinen so weit verkleinert wird, wie dies mit anderen Erfordernissen noch vereinbar ist.
  • Ferner ist es wünschenswert, daß die Austrittspupille des verwendeten binokularen Betrachtungssystems mindestens die Größe eines normalen, an die Dunkelheit adaptierten Auges hat, vorzugsweise jedoch noch größer ist, und daß die Helligkeit des Bildes nicht durch eine Bildaufspaltungseinrichtung, wie halb reflektierende Spiegel od. dgl., abgeschwächt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Betrachtungssystem vorgesehen ist, das aus dem sehr lichtstarken Objektiv 6 und zwei dahinter angeordneten Teleskophälften besteht, von denen jede einen Teil der das Objektiv 6 verlassenden Lichtstrahlen empfängt und diesen Anteil an ein Auge weiterleitet. Die Brennebene des Objektivs 6 auf der Gegenstandsseite fällt mit dem Bildschirm 5 zusammen, so daß die austretenden Lichtstrahlen parallel verlaufen. In der Zeichnung sind lediglich bei einer der beiden Teleskophälften die einzelnen Teile mit Bezugsziffern versehen und die Wege einiger Lichtstrahlen eingezeichnet. Diese Teleskophälfte besteht aus dem Objektiv 7, einem Prismensystem zur Bildaufrichtung, von welchem nur die beiden 45°-Prismen 8 und 9 sichtbar sind, und aus dem Okular 10, dessen Feldlinse 11 und Augenlinse 12 eingezeichnet sind. Die 45''-Prismen 8 und 9 bilden zusammen mit einem darunterliegenden und daher in der Zeichnung nicht sichtbaren 90°-Prisma ein Porro-Prismensystem zweiter Art. Dieses System richtet nicht nur das Bild auf, sondern versetzt auch die optische Achse der Teleskophälfte parallel zu sich selber, so daß die Achsen der beiden Okulare gegenseitig auf Pupillenabstand zu liegen kommen.
  • Die relative Apertur des Objektivs 6 beträgt 1/0,75 und seine Brennweite f = 32 mm. Die Brennweite des Teleskopobjektivs 7 beträgt f = 86,5 mm, während die relative Apertur 1/4 ist. Die Eintrittspupille ergibt sich daher zu 21,6 mm, was der Hälfte des Objektivdurchmessers vom Objektiv 6 entspricht. Das Verhältnis der Brennweiten der beiden Objektive 6 und 7 ist 2,7. Das Okular hat eine Brennweite von 40 mm und eine relative Apertur von gleichfalls 1/4. Dementsprechend ergibt sich eine Winkelvergrößerung des Teleskops von: Die Austrittspupille berechnet sich dabei zu: Dieser Wert ist beträchtlich größer als der Durchmesser der an die Dunkelheit adaptierten Pupille des Auges 13.
  • Die Gesamtvergrößerung des Betrachtungssystems ergibt sich zu: Daraus folgt, daß alle Erfordernisse erfüllt werden können.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Bildverstärkervorrichtung aus Bildverstärkerröhre und einem vergrößernden binokularen optischen System zur Beobachtung des Fluoreszenzschirmes der Bildverstärkerröhre, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das vergrößernde binokulare optische System ein binokulares Mikroskop mit folgenden Teilen ist: a) ein Objektiv mit einer relativen Apertur von mindestens 1/1, dessen Brennebene gegenstandsseitig mit dem Fluoreszenzschirm zusammenfällt; b) zwei Objektive, deren absolute Apertur der Hälfte der absoluten Apertur des Objektivs unter a) ist und die im Lichtweg des Objektivs unter a) angeordnet sind, wobei ihre Achsen parallel zueinander verlaufen; c) zwei Okulare, von denen jedes das Licht von einem der beiden Objektive unter b) erhält und die in Pupillenabstand angeordnet sind; d) eine Vorrichtung zwischen den Objektiven unter b) und den Okularen zur Einstellung der optischen Objektwachsen auf Pupillenabstand.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der Vorrichtung zwischen 10- und 20fach liegt und daß das Verhältnis der Brennweiten der Objektive unter b) zu denen der Objektive unter a) zwischen 2,3 und 3,2 liegt.
DEN20836A 1960-11-22 1961-11-17 Bildwandler- und -verstaerkervorrichtung mit optischem Beobachtungs-System Pending DE1181338B (de)

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DE (1) DE1181338B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2613215A1 (de) * 1975-04-10 1976-10-21 Philips Nv Optisches sichtgeraet
EP0042812A1 (de) * 1980-06-20 1981-12-30 KERN & CO. AG Werke für Präzisionsmechanik Optik und Elektronik Binokulares Nachtfernrohr

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2613215A1 (de) * 1975-04-10 1976-10-21 Philips Nv Optisches sichtgeraet
EP0042812A1 (de) * 1980-06-20 1981-12-30 KERN & CO. AG Werke für Präzisionsmechanik Optik und Elektronik Binokulares Nachtfernrohr

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