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Die Erfindung bezieht sich auf ein Korrekturglied zum Korrigieren
der Bildfeldwölbung eines optischen Systems mit von der optischen Achse nach außen
hin stufenweise zunehmender Dicke.
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Aus der deutschen Patentschrift 373 755 ist es bekannt, bei Okularen
von Fernrohren, Periskopen usw. die für eine Korrektur vorgesehenen Zerstreuungslinsen,
die das optische System stark verteuern, durch einen Hohlzylinder zu ersetzen, dessen
Dicke von der optischen Achse nach außen stufenweise zunimmt. Der Hohlzylinder ist
hierbei aus ringförmigen, planparallelen Platten von größer werdender freier Öffnung
zusammengesetzt, so daß sich Ringstufenzonen konstanter Dicke ergeben.
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Durch die Zwischenschaltung der Planparallelplatten verlängert sich
die Schnittweise für die seitlichen Strahlenkegel, so daß bei geeigneter Wahl der
Plattendicke unter Berücksichtigung ihres Brechungsindexes Bildmitte und Bildrand
gleichzeitig scharf abgebildet werden können.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß für einen Bildsucher einer Kamera
die Zonen des Korrekturgliedes als einander ähnliche Rechtecke ausgebildet sind
und daß jede Umrißlinie einer Zone zur Abgrenzung des Sucherbildfeldes vorgesehen
ist, das einem Objektiv bestimmter Brennweite zugeordnet ist. Dadurch, daß das Korrekturglied
erfindungsgemäß so ausgebildet ist, daß es gleichzeitig zur Bildfeldabgrenzung verwendet
werden kann, wird der Vorteil erreicht, daß eine besondere, Begrenzungslinien tragende
Platte im Strahlengang des Suchers oder andere Hilfseinrichtungen entfallen. Es
braucht daher keine zusätzliche im Strahlengang vorgesehene planparallele Platte
vorgesehen zu werden, die Begrenzungslinien trägt, die so angeordnet sind, daß die
Begrenzungslinien dem Sucherbild überlagert sind. Es werden beispielsweise auch
Hilfsoptiken überflüssig, wie sie üblicherweise angewandt werden, um einen Bildfeldbegrenzungsrahmen
in den Strahlengang des Bildsuchers einzuspiegeln (Leuchtrahmensucher). Durch die
Erfindung wird daher nicht nur die Herstellung des Bildsuchers verbilligt, sondern
auch gleichzeitig dessen Lichtstärke erhöht, da die sonst an der zusätzlichen, Begrenzungslinien
tragenden planparallelen Platte auftretenden Reflexionsverluste vermieden werden.
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Wird gemäß einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung
das Korrekturglied aus einem durchsichtigen Kunststoff als einteiliger Körper, beispielsweise
im Gießverfahren hergestellt, ergibt sich gegenüber dem bekannten aus Planparallelplatten
zusammengesetzten Stufenzylinder, ganz abgesehen von der hierdurch erreichten Kostenersparnis,
ebenfalls der Vorteil, daß die Reflexionsverluste bei dem Korrekturglied gemäß der
Erfindung wesentlich kleiner sind, da die bei einem aus planparallelen Platten zusammengesetzten
Korrekturglied vorhandenen inneren Oberflächen entfallen.
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Wird gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
das Korrekturglied so ausgebildet, daß eine Seite des Korrekturgliedes als stetig,
insbesondere sphärisch, gekrümmte Fläche ausgebildet ist, so kann das Korrekturglied
zugleich noch die Funktion einer Sammellinse mit übernehmen, wodurch Herstellungskosten
und Reflexionsverluste noch weiter gesenkt werden können.
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Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung an Hand von in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen schematisierten Axialschnitt einer für Filmkameras bestimmten optischen
Einheit gemäß der Erfindung, F i g. 2 einen Axialschnitt einer Ausführungsform des
zur Korrektur der Bildwölbung dienenden Bildebners der Einheit nach F i g. 1, F
i g. 3 eine der F i g. 2 entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform,
F i g. 4 eine Rückansicht der Ausführungsform nach F i g. 2, F i g. 5 eine graphische
Darstellung, die die Bildwölbung der optischen Einheit nach F i g. 1 zeigt, F i
g. 6 eine graphische Darstellung, aus der die erforderliche Korrektur der Bildwölbung
und die bei einem speziellen Ausführungsbeispiel erhaltene Korrektur der Bildwölbung
hervorgeht, F i g. 7 einen schematisierten Axialschnitt eines Mikroskopsystems gemäß
der Erfindung, F i g. 8 eine Rückansicht des Bildebners nach Fig.7, F i g. 9 ein
Vergrößerungsglas gemäß der Erfindung, F i g. 10 ein Bildfeld eines als Noniusablesegerät
ausgebildeten Systems nach F i g. 7 oder 9, F i g.11 und 12 weitere Ausführungsformen
von Bildebnem nach F i g. 1 und 7.
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In F i g. 1 ist eine als Bildsucher für eine Filmkamera verwendete
optische Einheit gemäß der Erfindung schematisch im Axialschnitt dargestellt. In
diesem Sucherfernrohr entwirft ein Objektiv 17, dem eine Blende 14 vorgeschaltet
ist und das aus zwei einfachen Sammellinsen 11a und 12a besteht, ein Bild
15 eines entfernten Gegenstandes. Das Bild 15
ist gewölbt und liegt
in kurzem Abstand hinter dem Objektiv 17. Hinter dem Objektiv 17 ist
auf der Achse 10 zum Bildumkehren und eventuellen Vergrößern ein Linsensystem
angeordnet, das aus zwei einfachen Sammellinsen 13A und 13B besteht.
Das Bild 15 bildet den Gegenstand für das System 18, das diesen an einer zum ersten
Bild 15 symmetritrischen Stelle abbildet. Dieses zweite nicht dargestellte Bild
ist konkav nach links in derselben Richtung wie das erste Bild 15, aber stärker
als dieses gewölbt. Zum Korrigieren der Bildwölbung ist ein im folgenden Bildebner
20 genanntes Korrekturglied in dieser Bildfläche angeordnet.
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Auf derselben Achse 10 mit dem Objektiv 17 und dem Linsensystem 18
ist ein Okular 19 angeordnet, das aus zwei einfachen Sammellinsen 12B und 11B besteht.
Das nicht dargestellte, vom Linsensystem 18 erzeugte Bild dient als Gegenstand für
das Okular 19 und ist durch dieses sichtbar. Das Auge des Beobachters befindet sich
dabei vorzugsweise an einem Punkt jenseits des Randes der Zeichnung.
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Das System ist vorzugsweise symmetrisch ausgebildet, d. h., das Objektiv
17 gleicht dem Okular 19
und ist symmetrisch zu diesem angeordnet.
Die beiden Linsen 13A und 13B sind einander gleich und zu dem zwischen ihnen liegenden
Achsenmittelpunkt symmetrisch angeordnet. Die Vorteile eines symmetrischen Systems
hinsichtlich der Verbesserung der seitlichen Abweichungen sind bekannt.
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Alle sechs Linsen könnten zur Verbilligung der Herstellung gleich
sein. Für den vorliegenden Fall geeignet ist ein System, bei dem jede Linse für
die schwächere Krümmung einen Radius von 60,65 mm,
für die stärkere
Krümmung einen Radius von 14,33, eine Dicke auf der Achse von 3,38 mm und einen
lichten Durchmesser von 13 mm aufweist. Die beiden Linsen des Objektivs und die
des Okulars sind vorzugsweise 15,77 mm längs der Achse gemessen voneinander entfernt.
Objektiv und Okular sind vorzugsweise je 27,05 mm von der benachbarten Linse des
Linsensystems 18 entfernt. Dieser Abstand kann während des Zusammenbaues etwas verändert
werden, damit in dem zentralen Raum zwischen den beiden Linsen des Linsensystems
18 achsparalleles Licht erhalten wird. Zur Massenherstellung können diese Teile
wirtschaftlich durch Spritzguß eines durchsichtigen Plastikmaterials, beispielsweise
Methylmethacrylat mit einem Brechungsindex von 1,49 hergestellt werden. Dadurch,
daß in dem zentralen Raum paralleles Licht vorgesehen ist, ist es möglich, diesen
zentralen Raum während des Zusammenbaues zu verändern, um die Gesamtlänge des Fernrohrsystems
auf den vorgeschriebenen Wert einzustellen und das System wahlweise an andere Kameramodelle,
die eine etwas andere Gesamtlänge erfordern, anzupassen. Meist wird bei einer symmetrischen
Einheit die Blende 22 in der Mitte des zentralen Raumes angeordnet. Die Blende kann
jedoch auch aus später bei der Beschreibung eines Bildebners 20 erläuterten Gründen
in Richtung zur hinteren Linse 13B des Linsensystems 18 verschoben werden.
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Der in F i g. 2 und 4 dargestellte Bildebner 20 ist vorzugsweise ein
gegossenes plastisches Element mit drei Zonen verschiedener Dicke. Die Dicke der
mittleren Zone 23 ist mit t1, die Dicke der nächsten Zone 24 mit t2 und die der
äußeren Zone 25 mit t3 bezeichnet. Wie aus F i g. 4 hervorgeht, bildet die Umrißform
einer jeden Zone ein Rechteck, wobei die Rechtecke 41, 42, 43 die Proportionen
des in der Kamera aufzunehmenden Bildes aufweisen und ihre Größen den Bildfeldern
des jeweils verwendeten Objektivsystems der Kamera entsprechen. Die Dickenunterschiede
(t2-ti) und (t3-tl) werden aus der zu korrigierenden und in F i g. 5 graphisch dargestellten
Bildwölbung bestimmt.
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Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform des Bildebners
20 unterscheidet sich von der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform dadurch,
daß die Dicke t1 an der Achse 0 ist, d. h., es ist eine öffnung vorhanden, die der
mittleren Zone 23 entspricht, und daß die Dicken der anderen Zonen 34 und 35 um
gleiche Beträge geringer sind als die entsprechenden Dicken der Zonen 24 und 25
der F i g. 2. Die Rückansicht entspricht der in F i g. 4 dargestellten Rückansicht
der F i g. 2.
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Der Bildebner 20 ist zur bequemen Montierung mit einem Flansch 21
versehen. Beim Spritzgießen der so geformten Teile sind verschiedene Probleme aufgetreten.
Es hat sich gezeigt, daß die Form sich gleichmäßiger mit dem flüssigen Plastikmaterial
füllt, wenn sie der in F i g. 2 dargestellten Form entspricht, in der in der Mitte
wenigstens eine geringe Dicke vorhanden ist. Wenn die Form entsprechend der F i
g. 3 ausgebildet ist, neigt der auf der einen Seite in die Form einfließende Flüssigkeitsstrom
dazu, sich um die zentrale öffnung zu verteilen und auf der gegenüberliegenden Seite
wieder zusammenzufließen, wobei sich dort, wo die beiden Ströme zusammentreffen,
kleine in der Praxis »Schweißmarken« genannte Markierungen bilden. Auch ist es nicht
praktrisch, ein Stück dieser Art mit genau achsenparallelen Stufenflächen, beispielsweise
31 in F i g. 3, zu gießen. Die Stufen müssen vielmehr um 1 oder 2° divergieren,
damit die beiden Teile der Form ohne Verletzung des gegossenen Stückes abgenommen
werden können. Es ist vorteilhaft, die Hauptstrahlen des Systems streifend, d. h.
im wesentlichen parallel zu den erwähnten Stufen durch den Bildebner 20
gehen
zu lassen. Durch diese Anordnung erzielt man schärfere Linien. Zu diesem Zweck sollten
die Hauptstrahlen etwa um 1 oder 2° an diesem Punkt des Systems divergieren. Dies
wird während der Konstruktion in bekannter Weise dadurch erreicht, daß die Brennweiten
und der Abstand der Linsen 13A und 13B so gewählt werden, daß das virtuelle Bild
der Blende 22 in einem entsprechenden Abstand von dem Okular erscheint (etwa
200mal die Länge des mittleren Reckteckes 42 [F i g. 4]). Diese Divergenz der Hauptstrahlen
bewirkt auch eine Erhöhung des plastischen Bildeindruckes für das Auge.
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F i g. 5 ist ein mathematisches Diagramm, das die ideale Bildebene
50, die gewölbte Fläche 51 des durch das System 18 entworfenen Bildes und
die gewölbte Brennfläche 52 des Okulars 19 zeigt.
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In einem Abstand Y von der Achse 10 ist X, der Abstand der Fläche
51 und X2 der Abstand der Kurve 52 von der idealen Ebene 50. In dem Diagramm ist
X2 positiv und X1 negativ, so daß der Abstand zwischen den beiden Kurven 52 und
51) X1 - X2 = x beträgt. Dieser Abstand x stellt die gesamte zu korrigierende
Bildwölbung dar und ist durch die gestrichene Kurve 53 wiedergegeben. Er ist in
diesem Beispiel negativ.
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F i g. 6 zeigt eine Kurve 83 der gesamten Bildwölbung eines Fernrohres
ohne Bildebner und die mit einem dem Bildebner gemäß der Erfindung erzielt, als
Sägezahulinie 84 resultierende Bildwölbung.
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F i g. 7 ist ein Schema eines Mikroskopsystems mit einem Bildebner
gemäß der Erfindung. Dieses System weist ein Objektiv 91 üblicher Bauart auf, das
ein Objekt 93 in oder neben einem Bildebner 100 abbildet. Dieses Bild wirkt dann
als Objekt, das durch ein Okular 92 üblicher Bauart betrachtet oder durch eine Kamera
in bekannter Weise projiziert oder photographiert wird.
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Der die Bildwölbung abflachende Bildebner 100 kann rechteckige Zonen
wie in F i g. 4 dargestellt, aufweisen. Bei einer besonders für biologische Mikroskope
zum Abzählen von Blutkörperchen, Staubteilchen od. dgl., praktischen Ausführungsform
weist der Bildebner 100 die in F i g. 8 in Rückansicht dargestellte Form
auf.
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Wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist der Bildebner 100 vorzugsweise
mit einem der bequemeren Befestigung dienenden Flansch 101 versehen. Der optisch
wirksame Teil des Bildebners ist als eine Vielzahl von Quadraten ausgebildet, von
denen fünfundzwanzig dargestellt sind. Wenn man jedes Quadrat durch den Buchstaben
darüber und den Buchstaben an der Seite in F i g. 8 bezeichnet, hat das Mittelquadrat
AX entsprechend der bisherigen Bezeichnung eine Dicke t1.
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Die Dicken des Bildebners 100 sind in den verschiedenen Bereichen
mit den durchschnittlichen Bildwölbungen in derselben Weise verknüpft wie die Dicken
der Zonen in den bereits beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung. Die Fläche
jedes Quadrates ist mit drei feinen Linien in beiden Richtungen markiert, wodurch
das Quadrat in der üblichen
Weise in sechzehn kleine Quadrate aufgeteilt
wird.
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F i g. 9 zeigt eine Lupe oder ein Vergrößerungsglas gemäß der Erfindung.
Zwei Linsen 111 und 112 sind in einem Metallring 113 in der üblichen Weise montiert,
der in einer durchsichtigen Kunststoffröhre 114 angeordnet ist, an deren
unterem Ende ein Bildebner 115 gemäß der Erfindung angeordnet ist. Die Röhre
114 erstreckt sich etwas über den Bildebner 115 hinaus und liegt an der durch das
Vergrößerungsglas zu betrachtenden Fläche 116 an, so daß sie den Bildebner 115 etwas
von der Fläche 116 weghält und dadurch die Abnutzung der Bodenfläche des Bildebners
115 vermindert. Die Dicken der Zonen des Bildebners 115 werden in der gleichen Weise
wie vorher den Bildwölbungen der betreffenden Bereiche angepaßt. Die Linsen 111
und 112 weisen eine aus den vielen für Vergrößerungsgläser, Linsen und Okularen
bekannten Bauarten geeignet ausgewählten Bauart auf.
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F i g.10 zeigt eine weitere Anwendung der Erfindung bei einem Skalenablesevergrößerungsglas
oder Mikroskop.
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Das dargestellte Bildfeld zeigt einen durch ein Vergrößerungsglas
oder ein Mikroskop gesehenen Teil der Skala mit Marken 120 und
121 und neun kürzeren Skalenmarken dazwischen. Das Vergrößerungsglas oder
das Mikroskop weist einen Bildebner auf, bei dem die Zonen lange parallele vertikale
Bänder sind, wobei eine Strichmarke 123 in der Mitte der Mittelzone angeordnet ist
und die Grenzen 124 einen vorbestimmten Abstand voneinander aufweisen, so daß zusammen
mit der abzulesenden Skala eine Noniuswirkung entsteht. Die Dickendifferenzen sind
im wesentlichen dieselben wie für kreisförmige Zonen.
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Die F i g. 11 und 12 zeigen Bildebner, bei denen die glatte Seite
eine bestimmte konvexe bzw. konkave Krümmung aufweist. Diese Krümmung ist meist
sphärisch, kann aber auch nichtsphärisch sein. Sie ist so gewählt, daß der ganze
Bildebener gewölbt wird, um die Stufen zwischen den Zonen scharf im Brennpunkt zu
halten oder die Hauptstrahlen zurecht zu richten, beispielsweise wenn ein vorhandenes
Okular in Kombination mit einem nicht speziell für das Okular konstruierten Objektivsystem
verwendet werden soll, für einen Kompromiß zwischen diesen beiden oder in Spezialfällen
für beide Zwecke.
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Auch wenn die theoretischen Dicken bei einem Instrument nur ungefähr
erreicht werden, wird eine gute Korrektur der Bildfeldwölbung des Instrumentes erhalten.
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Wenn es im vorstehenden heißt, daß eine Umrißform einer Zone in einem
Sucher einem Bildfeld der Kamera »entspricht«, dann bedeutet das kein exaktes Übereinstimmen,
da es üblich ist, das Feld des Suchers etwa 5 % kleiner zu halten als das der Kamera.