DE19747771A1 - Optisches System für ein terrestrisches Fernrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System für ein Fernrohr, das ein großes und helles Sehfeld ermöglicht.

Um z. B. auf einem großen Sportfeld oder auf einer relativ breiten Theaterbühne schnelle Bewegungen zu verfolgen, benö­ tigt man ein Fernrohr bzw. einen Feldstecher, dessen Ver­ größerung relativ gering sein kann, dessen Feldwinkel jedoch groß ist.

Ein Feldstecher mit diesen Eigenschaften ist das Opernglas. Dieses ist kompakt und leicht, da es das Galilei-System mit einer konvexen Linse als Objektiv und einer konkaven Linse als Okular verwendet. Bekanntlich kann aber ein relativ dunk­ les Sehfeld und ein relativ kleiner Feldwinkel die oben ge­ nannten Erfordernisse nicht erfüllen.

Andererseits verwendet ein Fernrohr hoher Leistung allgemein ein optisches System mit umkehrender Reflexion mit mehreren Prismen und einer Vergrößerung von 7 oder mehr. Der Feldwinkel einer solchen Anordnung ist jedoch auf etwa 10° begrenzt und macht ein Verfolgen schneller Objektbewegungen unmöglich.

Obwohl ein gegensätzliches optisches Prinzip wie kleinerer Feldwinkel bei höherer Vergrößerung unvermeidbar sein mag, wird vorzugsweise ein Objektiv mit einer möglichst kurzen Brennweite verwendet, um ein breites Sehfeld zu haben. Wird aber ein Prisma als Bildaufrichtesystem benutzt, so sollte die Brennweite des Objektivs der optischen Weglänge des Pris­ mas entsprechen, und ein so aufgebautes Fernrohr würde ent­ sprechend groß. Außerdem übersteigt das Volumen des Prismas dasjenige des Objektivs und des Okulars, was eine weitere Vergrößerung und höheres Gewicht sowie damit verbundene hö­ here Herstellkosten mit sich bringt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein optisches System an­ zugeben, das einen kompakten und leichten Aufbau eines terre­ strischen Fernrohrs ermöglicht und ein großes und helles Sichtfeld gewährleistet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der Erfindung wird ein optisches System mit umkehrender Reflexion aus mehreren leichten Spiegeln aufgebaut, die eine gleichartige Funktion wie massive Prismen haben. Die Kombina­ tion der Spiegel erlaubt die Anordnung des Objektivs zwischen einem oder mehreren Paaren einander benachbarter Spiegel, so daß die Brennweite des Objektivs verkürzt wird und ein helles und großes Sehfeld entsteht.

Die Anordnung des Objektivs in dem optischen System erlaubt nicht nur eine Vergrößerung des Sehfeldes, sondern auch einen insgesamt leichten und kompakten Aufbau des optischen Sy­ stems. Dadurch wird die Handhabung eines Fernrohrs verbes­ sert, wenn es bei Sportereignissen oder Theatervorstellungen benutzt wird.

Insbesondere die Kombination einer Zwischenlinse mit dem Ob­ jektiv führt zu einer weiteren Vergrößerung des Sehfeldes und gleichzeitigen Verkleinerung des optischen Systems. Ferner wird eine langzeitige optische Stabilität gewährleistet, denn die Spiegelflächen werden stabilisiert, und wenn das Gehäuse eines Fernrohrs einstückig mit den Spiegelflächen geformt wird.

Bei einem optischen System nach der Erfindung kann das Objek­ tiv zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel angeordnet sein, wobei es orthogonal zum reflektierten Strahl des ersten Spiegels angeordnet ist.

Bei dem Entwurf eines Gehäuses für das optische System kann das Objektiv auch auf einer anderen optischen Reflexionsachse angeordnet sein, beispielsweise auf dem an dem dritten zum vierten Spiegel reflektierten Strahl. Diese Spiegel bilden das umkehrend reflektierende optische System auf der Okular­ seite. Auch kann das Objektiv zwischen dem umkehrend reflek­ tierenden optischen System auf der Objektivseite und dem um­ kehrend reflektierenden optischen System auf der Okularseite angeordnet sein, genauer gesagt, zwischen dem zweiten und dem dritten Spiegel.

Alternativ können auch mehrere Objektive auf mehreren der drei optischen Reflexionsachsen angeordnet sein, d. h. der op­ tischen Reflexionsachse zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel, der optischen Reflexionsachse zwischen dem zweiten und dem dritten Spiegel und der optischen Reflexionsachse zwischen dem dritten und dem vierten Spiegel, wobei diese Objektive orthogonal zur jeweiligen optischen Reflexionsachse angeordnet sind.

Vorteilhaft sind alle vier Spiegel mit einem Antikorrosions- und Feuchtigkeitsschutzfilm beschichtet.

Damit die vier Spiegel leicht und langzeitig stabil montiert werden können, kann ein Gehäuse einstückig mit ihnen geformt sein, so daß das Objektiv bzw. die Objektive danach montiert werden können.

Zum kompakten und leichten Aufbau eines Feldstechers kann ei­ ne Zwischenlinse vorgesehen sein, z. B. eine Sammellinse auf der Reflexionsachse des vierten Spiegels, wodurch die Brenn­ weite des Objektivs weiter verkürzt wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines optischen Systems als Ausführungsbeispiel, von der Objektiv­ seite her gesehen,

Fig. 2 das optische System nach Fig. 1 von der Okularseite her gesehen,

Fig. 3 die relative Anordnung der Elemente des optischen Systems in einer Vorderansicht,

Fig. 4 die relative Anordnung der Elemente des optischen Systems in einer Rückansicht,

Fig. 5 eine Darstellung der Strahlengänge in dem gestreckt dargestellten optischen System, und

Fig. 6 eine Seitenansicht der tatsächlichen Strahlengänge in dem optischen System.

Die Einzelheiten der korrelativen Anordnung der optischen Elemente in einem optischen System nach der Erfindung werden aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels verständlich, bei dem ein Objektiv zwischen einem ersten und einem zweiten Spiegel angeordnet ist und das in Fig. 1 und 2 perspektivisch dargestellt ist. Fig. 5 und 6 zeigen den Strahlengang des op­ tischen Systems in Seitenansichten.

Die Figuren zeigen jeweils nur ein optisches System. Zwei derartige Systeme können in symmetrischer Anordnung in einem Feldstecher verwendet werden.

In den Figuren sind ein erster Spiegel 11, ein zweiter Spie­ gel 12, ein dritter Spiegel 13 und ein vierter Spiegel 14 dargestellt.

Der erste Spiegel 11 befindet sich auf der Objektivseite un­ ter einem Winkel von 45° gegenüber der optischen Achse des eintretenden Lichts, und der zweite Spiegel 12 ist so ange­ ordnet, daß er das an dem ersten Spiegel 11 reflektierte Licht aufnimmt. Das um die Eintrittsachse am ersten Spiegel 11 konvergierte Licht wird senkrecht zum eintretenden Strahl zur Mitte des zweiten Spiegels 12 reflektiert, da der erste Spiegel 11 unter einem Winkel von 45° gegenüber dem eintre­ tenden Strahl angeordnet ist.

Die beiden Spiegel 11 und 12 sind so ausgerichtet, daß ihre Spiegelflächen orthogonal zueinander liegen.

Der dritte Spiegel 13 ist optisch konjugiert zum zweiten Spiegel 12 mit einer Achse parallel zum eintretenden Strahl angeordnet, d. h. er liegt symmetrisch zum zweiten Spiegel 12 bezüglich einer Achse, die parallel zum eintretenden Strahl liegt, so daß das an dem zweiten Spiegel 12 reflektierte Licht auf die Mitte des dritten Spiegels 13 trifft und an diesem zur Mitte des vierten Spiegels 14 reflektiert wird. Der an dem ersten Spiegel 11 reflektierte Strahl wird also parallel zu dem am dritten Spiegel 13 reflektierten Strahl, jedoch entgegengesetzt dazu geführt.

Der vierte Spiegel 14 befindet sich unmittelbar über dem dritten Spiegel 13, seine Spiegelfläche ist jedoch orthogonal zu derjenigen des dritten Spiegels 13 angeordnet. Der an dem dritten Spiegel 13 reflektierte Strahl, wird also nochmals am vierten Spiegel 14 reflektiert und längs einer optischen Aus­ trittsachse parallel zu dem an dem ersten Spiegel 11 eintre­ tenden Strahl zum Okular 30 geführt.

Das optische Umkehrsystem auf der Objektivseite mit den Spie­ geln 11 und 12 steht also in Wechselwirkung mit dem optischen Umkehrsystem auf der Okularseite mit den Spiegeln 13 und 14 und arbeitet gleichartig wie ein optisches System mit Bild­ aufrichtung aus zwei Dreieckprismen, deren schräge Ebenen Re­ flexionsebenen sind.

Die Erfindung zeichnet sich nun dadurch aus, daß die Spiegel zu einem optischen System mit Umkehrreflexion/Bildaufrichtung kombiniert sind, und ein Objektiv 20 zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel 11 und 12 angeordnet ist. Eine solche Anordnung vermeidet effektiv das Problem, daß die optische Weglänge durch zwei Prismen, wie sie bisher zur Umkehrrefle­ xion/Bildaufrichtung verwendet wurden, eine Verkürzung der Brennweite des Objektivs verhindert. Die Brennweite des Ob­ jektivs kann so weit verkürzt werden, daß nicht nur das Seh­ feld vergrößert, sondern auch die Gesamtlänge des optischen Systems verkürzt wird und damit ein kurzes Fernrohr als Kom­ paktgerät realisiert wird.

Um ein möglichst leichtes Fernrohr aufzubauen, verwendet die Erfindung weder Prismen noch ein optisches System aus Glas­ elementen, sondern plattenartige Spiegel. Jeder Spiegel kann vorzugsweise als Spiegelfläche auf Flachglas hergestellt sein, beispielsweise durch metallisches Beschichten oder Po­ lieren einer Metallfläche oder durch Aufbringen einer Metall­ schicht auf eine polierte Fläche. Dies vermeidet verschiedene optische Fehler durch Brechung und Reflexion bei dem Durch­ gang durch Prismen bzw. Glaskörper. Eine durch Metallbe­ schichtung erzeugte Spiegelfläche kann aber durch Umgebungs­ einflüsse beeinträchtigt werden und ist daher vorzugsweise mit einem Antikorrosions- und Feuchtigkeitsschutzmittel be­ schichtet.

Die Spiegel 11 bis 14 können sich, wenn sie in vorstehend be­ schriebener Weise aus Platten gefertigt sind, langzeitig ge­ genüber ihrer Anfangseinstellung verschieben, wenn sie in ei­ nem Tubus einzeln montiert wurden. Um dies zu vermeiden, wird das die Spiegel enthaltende Gehäuse vorzugsweise einstückig mit den Spiegeln hergestellt, indem die Spiegel an ihren vor­ gegebenen Positionen in einer Form für das Gehäuse angeordnet werden und das Gehäuse dann hergestellt wird.

Eine Zwischenlinse, z. B. eine Sammellinse, kann nahe mit drit­ ten und vierten Spiegel 13 und 14 auf der Okularseite vorge­ sehen sein.

Die Zwischenlinse 15 befindet sich auf der Eintrittsseite des Okulars 30 und erzeugt zusammen mit dem Objektiv 20 eine ver­ kürzte Gesamtbrennweite. Das Einfügen dieser Zwischenlinse 15 ermöglicht eine weitere Vergrößerung des Sehfeldes und er­ laubt eine Verschiebung des Okulars 13 zur Eintrittsseite hin, um das optische System insgesamt weiter zur verkürzen. Das Gesamtvolumen eines Fernrohrs bzw. Feldstechers kann da­ durch weiter verringert werden.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene An­ ordnung des Objektivs 20 zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel 11 und 12 beschränkt. Es ist auch möglich, die Erfin­ dung auf andere, nicht weiter dargestellte Weise zu realisie­ ren. Insbesondere kann das Objektiv 20 zwischen dem dritten und dem vierten Spiegel 13 und 14 orthogonal zum reflektier­ ten Strahl des dritten Spiegels 13 oder zwischen dem zweiten und dem dritten Spiegel 12 und 13 orthogonal zum reflektier­ ten Strahl des zweiten Spiegels 12 angeordnet sein.

Ferner ist es möglich, zwei oder drei Objektive auf zwei oder drei der reflektierten Strahlen zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel 12, dem zweiten und dem dritten Spiegel 12 und 13 und dem dritten und dem vierten Spiegel 13 und 14 or­ thogonal zur jeweiligen optischen Reflexionsachse anzuordnen.

Claims (8)

1. Optisches System für ein terrestrisches Fernrohr, mit ei­ nem Objektiv, einem Okular und einem Umkehrreflexionssy­ stem zur Bildaufrichtung, gekennzeichnet durch ein objek­ tivseitiges Umkehrreflexionssystem mit einem ersten Spiegel (11) unter einem Winkel von 45° gegenüber dem in das optisches System eintretenden Strahl und einem zwei­ ten Spiegel (12) zur Aufnahme des am ersten Spiegel (11) reflektierten Strahls und dessen Reflexion orthogonal zu dem eintretenden Strahl, durch ein okularseitiges Umkehr­ reflexionssystem mit einem dritten Spiegel (13) zur Re­ flexion des am zweiten Spiegel (12) reflektierten Strahls parallel zu dessen Eintrittsstrahl und einem vierten Spiegel (14) zur Reflexion des an dem dritten Spiegel (13) reflektierten Strahls parallel zu dem eintretenden Strahl, durch die Anordnung des Okulars (30) hinter dem zweiten Umkehrreflexionssystem und durch mindestens ein Objektiv (20) orthogonal auf einer der Reflexionsachsen zwischen dem ersten und dem vierten Spiegel (11, 14).

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Objektiv (20) zwischen dem ersten und dem zweiten Spiegel (11, 12) angeordnet ist.

3. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Objektiv (20) zwischen dem dritten und dem vier­ ten Spiegel (13, 14) angeordnet ist.

4. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Objektiv (20) zwischen dem zweiten und dem drit­ ten Spiegel (12, 13) angeordnet ist.

5. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Objektive (20) auf mehreren Reflexionsachsen zwischen dem ersten und dem vierten Spiegel (11, 14) an­ geordnet sind.

6. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen der Spiegel (11, 12, 13, 14) mit einem Antikorrosions- und Feuchtigkeitsschutzfilm beschichtet sind.

7. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein die Spiegel (11, 12, 13, 14) enthaltendes und einstückig mit ihnen geformtes Gehäuse.

8. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sammellinse (15), die in Rich­ tung des Strahlenganges hinter dem vierten Spiegel (14) angeordnet ist.