DE19747772A1 - Optisches System für ein terrestrisches Kompaktfernrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System für ein kompaktes und leichtes terrestrisches Fernrohr, dessen Herstellung mit geringem Arbeits- und Kostenaufwand möglich ist.

Das optische System eines Fernrohres enthält normalerweise das Objektiv, das Okular und die optischen Elemente für eine Umkehrreflexion zur Bildaufrichtung zwischen dem Objektiv und dem Okular. Ein solches Umkehrsystem enthält typisch zwei Dreieckprismen.

In einem Feldstecher mit solchen optischen Grundsystemen kön­ nen zwei Okulare, die zur Anpassung an den Augenabstand auf­ einander eingestellt werden, und der Platz für das Umkehrsy­ stem jeweils zwischen dem Objektiv und dem Okular ist durch den Abstand zwischen den Okularen bei vorgegebenem Feldwinkel und vorgegebener Vergrößerung bestimmt und begrenzt.

Durch dieses Konzept haben die bisherigen Fernrohre ein nicht mehr verringerbares Volumen für das optische System sowie ein Mindestgewicht, wodurch auch die äußere Erscheinungsform eines Fernrohres praktisch nicht geändert werden kann und dem bisher bekannten Aussehen von Fernrohren entspricht.

Es ist möglich, das Objektiv und das Okular von dem optischen System zu trennen, und der Aufbau des Umkehrsystems zur Bild­ aufrichtung zwischen Objektiv und Okular kann verändert wer­ den, um das Gesamtvolumen und Gewicht des Fernrohres zu ver­ ringern. Hierzu wurden bereits einige Vorschläge gemacht. Diese haben aber weder zu dem gewünschten kompakten und leichten Fernrohr geführt, noch ergab sich eine merkliche Verringerung der Herstellkosten. Der Arbeitsaufwand für die Herstellung nahm hingegen zu.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein billiges, kompaktes und leichtes optisches System für ein Fernrohr anzugeben, das auch eine Freizügigkeit der unkonventionellen äußeren Ausfüh­ rung gestattet, gleichzeitig aber einen geringen Arbeitsauf­ wand für die Herstellung und die Montage eines Fernrohrs oder eines Feldstechers verursacht.

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

Die Erfindung besteht in einem optischen System, das zwischen dem Objektiv und dem Okular einen oder zwei Spiegel für das durch das Objektiv eintretende Licht sowie ein Dachkantprisma enthält, das eine Umkehrreflexionsebene hat, wobei das an dem bzw. den Spiegeln reflektierte Licht in das Dachkantprisma eintritt, dann an einer Dachebene des Dachkantprismas umkehrend reflektiert wird und nach Austritt aus dem Dach­ kantprisma in das Okular eintritt.

Die Erfindung ermöglicht eine Minimierung des Außendurchmes­ sers des optischen Systems insgesamt und damit einen kompak­ ten Aufbau eines Fernrohrs bzw. Feldstechers. Die einzige re­ lativ schwere Komponente des optischen Systems ist ein Pris­ ma, die weiteren optischen Elemente sind relativ leichte Spiegel. Dadurch ergibt sich ein insgesamt leichtes Fernrohr, das auch sehr gut bedienbar ist.

Da nur ein einziges Prisma vorgesehen ist, sind der Arbeits- und der Kostenaufwand für die Herstellung eines Fernrohres wesentlich verringert.

Eine neuartige Kombination des Dachkantprismas und der Spie­ gel führt dazu, daß die äußere Form nur durch den Umfang des Objektivs und des Okulars bestimmt ist. Dadurch ergibt sich wiederum eine hohe Freizügigkeit bei der Formgebung eines Fernrohrgehäuses, welches die optischen Elemente aufnimmt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen Fig. 1 bis Fig. 4 schematisch die An­ ordnung und Konfiguration der optischen Elemente in einem op­ tischen System jeweils als Ausführungsbeispiel. Zwei gleich­ artige optische Systeme dieser Art können bei Interpretation der jeweiligen Darstellung als Draufsicht symmetrisch oder bei Interpretation der Darstellung als Seitenansicht neben­ einander angeordnet sein.

In Fig. 1 bis 4 sind ein Objektiv 31 und ein Okular 32 darge­ stellt. Zwischen diesen befinden sich ein Dachkantprisma 21 und ein bzw. zwei Spiegel 11 und 12 als Umkehrreflektoren an­ stelle eines Prismas aus zwei massiven Elementen.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein er­ ster Spiegel 11 auf der optischen Achse 52 des aus dem Objek­ tiv 31 austretenden Lichtes angeordnet. Der Spiegel 11 liegt schräg zur optischen Achse 52 und reflektiert das Licht längs einer optischen Achse 53 auf einen zweiten Spiegel 12, der zu dem ersten Spiegel 11 optisch konjugiert angeordnet ist. Der Spiegel 12 reflektiert das Licht längs einer weiteren opti­ schen Achse 54, die orthogonal zur optischen Achse 52 liegt, was auf die optisch konjugierte Lage der beiden Spiegel 11 und 12 zurückzuführen ist.

Das Dachkantprisma 21 hat eine durch die Punkte a, b, c und d definierte Dachebene, und das an der Eintrittsebene mit den Punkten a, d und e eintretende Licht wird an der Dachebene abcd reflektiert. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbei­ spiel ist das Dachkantprisma 21 so angeordnet, daß die Ein­ trittsebene ade orthogonal zur optischen Achse 54 des reflek­ tierten Lichtes liegt. Das Dachkantprisma 21 ist so aufge­ baut, daß die Eintrittsebene ade orthogonal zu der Austritts­ ebene bce liegt. Das längs der optischen Achse 55 als Verlän­ gerung der optischen Achse 54 geführte und an der Dachebene abcd umkehrend reflektierte Licht wird nun zur Austrittsebene bce gerichtet. Die optische Achse 57 des an der Dachebene abcd umkehrend reflektierten Lichtes liegt orthogonal zur Austrittsebene bce, und das umkehrend reflektierte Licht tritt aus der Austrittsebene bce in Richtung einer optischen Achse 59 aus. Das durch das Objektiv 31 eintretende und kon­ densierte Licht wird also zum Okular 52 geführt, in dem die optische Achse 59 mit der optischen Achse 60 des Okulars zu­ sammenfällt.

In Fig. 2 bis 4 sind für mit Fig. 1 gleichartige Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel hat das Dachkantprisma 22 mit einer Dachebene abcd eine gegenüber dem Dachkantprisma 21 in Fig. 1 unterschiedliche Konfigura­ tion, und daher ist seine Anordnung relativ zu dem ersten Spiegel 11 und dem zweiten Spiegel 12 gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Anordnung unterschiedlich. Bei dem in Fig. 1 ge­ zeigten Ausführungsbeispiel ist die Eintrittsebene ade des Dachkantprismas 21 orthogonal zur Austrittsebene bce und beide Ebenen liegen optisch konjugiert zueinander. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel hat das Dachkantprisma 22 eine Eintrittsebene mit den Punkten b, c und e optisch konjugiert zu einer Austrittsebene mit den Punkten a, d und e, jedoch bilden die beiden Ebenen einen spitzen Winkel. Da­ durch kann der Außendurchmesser des optischen Systems mini­ miert werden, denn das Dachkantprisma 22 befindet sich hinter dem ersten Spiegel 11.

Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel und auch von dem in Fig. 3 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel darin, daß die Eintrittsebene bce und die Austrittsebene ade dazu benutzt werden, das Objektlicht vor und nach der umkehrenden Refle­ xion an der Dachebene abcd ihrerseits jeweils umkehrend zu reflektieren.

Das durch das Objektiv 31 eintretende konvergente Licht wird an dem ersten Spiegel 11 reflektiert, der hinter dem Objektiv 31 derart geneigt angeordnet ist, daß er ausgehend von einer Stelle nahe dem Umfang des Objektivs 31 die optische Achse 52 kreuzt. Das an ihm reflektierte Licht fällt dann auf den zweiten Spiegel 12, der parallel zur optischen Achse 52 auf deren anderer Seite dem ersten Spiegel 11 gegenüberliegt. Das an dem zweiten Spiegel 12 reflektierte Licht tritt längs ei­ ner optischen Achse 54 orthogonal zur Eintrittsebene bce in das Dachkantprisma 22 ein. Es wird dann zunächst an der Aus­ trittsebene mit den Punkten ade reflektiert. Auf diese Weise wird das von dem Objekt kommende Licht schräg längs der opti­ schen Achse 55 zur Austrittsebene ade geführt, an dieser längs einer optischen Achse 56 reflektiert und an der Dach­ ebene abcd umkehrend reflektiert. Das dann längs der opti­ schen Achse 57 umkehrend reflektierte Licht wird dann noch­ mals an der Eintrittsebene bce reflektiert, dann längs einer optischen Achse 58 durch das Dachkantprisma 22 geleitet, bis es an der Austrittsebene ade austritt, die orthogonal zur op­ tischen Achse 58 liegt. Nach einer Bilderzeugung an einem Punkt F auf der optischen Achse 59 fällt das Licht auf das Okular 32. Die optische Achse 59 fällt mit der optischen Achse 60 des Okulars 32 zusammen, so daß das Bild durch das Okular 32 betrachtet werden kann.

Das in Fig. 3 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel darin, daß ein Dachkantprisma 23 mit ei­ ner durch Punkte a, b, c und d definierten Dachebene und mit einer verlängerten Randlinie ab vorgesehen ist. Bei dieser Konfiguration wird weder die Eintrittsebene bcf noch die Aus­ trittsebene adg als eine Ebene benutzt, an der das von dem Objektiv 31 zugeführte Licht auch reflektiert wird.

Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten auch darin, daß das Dachkantpris­ ma 23 einen trapezförmigen Querschnitt mit der relativ langen Randlinie ab der Dachebene abcd hat, während das Dachkant­ prisma 22 des zweiten Ausführungsbeispiels einen umgekehrt dreieckigen Querschnitt hat. Die in Fig. 3 gezeigte Ausfüh­ rung ermöglicht eine direkte Führung des an der Dachebene abcd umkehrend reflektierten Lichtes auf die Austrittsebene adg.

Hinsichtlich der Anordnung des ersten Spiegels 11 ist das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel ähnlich den zuvor be­ schriebenen. Auch bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbei­ spiel liegt der erste Spiegel 11 hinter dem Objektiv 31 aus­ gehend von dessen Umfangsbereich schräg zur optischen Achse 52. Der zweite Spiegel 12 liegt jedoch parallel zur optischen Achse 52 so, daß er das am ersten Spiegel 11 reflektierte Licht seinerseits reflektiert. Das Dachkantprisma 23 ist so ausgerichtet, daß die Eintrittsebene bcf orthogonal zur opti­ schen Achse 54 des am zweiten Spiegel 12 reflektierten Lich­ tes liegt und daß die Austrittsebene adg orthogonal zur opti­ schen Achse 60 des Okulars 32 und zur optischen Achse 59 hin­ ter der Austrittsebene adg liegt, die mit der optischen Achse 60 zusammenfällt. Durch diese Anordnung tritt das Licht längs der optischen Achse 56 als Verlängerung der optischen Achse 54 in die Eintrittsfläche bcf ein und wird an der Dachebene abcd umkehrend reflektiert, so daß es längs der optischen Achse 57 zur Austrittsebene adg geleitet wird. Das Objekt­ licht wird an dem Brennpunkt F auf der optischen Achse 59 fo­ kussiert, die die Verlängerung der optischen Achse 57 ist, und dann auf das Okular 32 gerichtet. Die optische Achse 59 fällt mit der optischen Achse 60 des Okulars 32 zusammen, so daß das teleskopische Bild durch das Okular 32 betrachtet werden kann.

Gegenüber den vorstehend beschriebenen und in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen, die jeweils zwei Spiegel verwenden, kann die Zahl der erforderlichen Einzelteile wei­ ter verringert werden, um die Herstellung zu vereinfachen und die Herstellkosten zu verringern. Ein entsprechendes viertes Ausführungsbeispiel wird im folgenden an Hand der Fig. 4 be­ schrieben.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel wird ein einziger Spiegel 11 verwendet, und deshalb ist ein um­ fangreicheres Dachkantprisma 24 unvermeidbar. Ein Fernrohr mit einem solchen optischen System hat einen größeren Außen­ durchmesser als ein Fernrohr nach dem zweiten Ausführungsbei­ spiel, und auch sein Gewicht ist größer. Dieses Ausführungs­ beispiel verringert vorteilhafterweise aber nicht nur den Ar­ beitsaufwand sondern auch die Kosten der Herstellung.

Gemäß Fig. 4 hat das Dachkantprisma 24 eine Eintrittsebene edh, die orthogonal zu der von dem ersten Spiegel 11 ausge­ henden optischen Achse 53 liegt. Der Spiegel 11 ist hinter dem Objektiv 31 schräg und die optische Achse 52 kreuzend angeordnet. Eine Dachebene abcdh hat eine Randlinie ab hinter der optischen Achse 55, die eine Verlängerung der optischen Achse 53 des am Spiegel 11 reflektierten Lichts ist. Das längs der optischen Achse 55 geführte Licht wird umkehrend an der Randlinie ab der Dachebene abcdh reflektiert, dann längs der optischen Achse 57 zur Eintritts ebene edh geführt und an ihr in Richtung einer optischen Achse 58 reflektiert. Das an der Eintrittsebene edh reflektierte Licht tritt an der Austrittsebene bce längs einer optischen Achse 51 aus, die Verlängerung der optischen Achse 58 ist und orthogonal zur Austrittsebene bce liegt. Das nun um die optische Achse 59 konvergierte Objektlicht wird am Brennpunkt F fokussiert und dann zum Okular 32 hin divergiert. Die optische Achse 59 dieses divergierten Lichtes fällt mit der optischen Achse 60 des Okulars 32 zusammen, so daß das aufgerichtete teleskopi­ sche Bild des Objekts durch das Okular 32 betrachtet werden kann.

Wie bereits ausgeführt, wurden die Ausführungsbeispiele nur eines optischen Systems beschrieben. Das jeweilige optische System wird durch ein gleichartiges bzw. symmetrisch aufge­ bautes optisches System zu einem Feldstecher ergänzt. Das je­ weilige optische System kann aber auch einzeln als einteili­ ges Fernrohr verwendet werden.

Claims (5)

1. Optisches System für ein terrestrisches Fernrohr mit ei­ nem Objektiv (31), einem Okular (32) und einem Bildauf­ richtesystem zwischen Objektiv und Okular, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bildaufrichtesystem aus mindestens einem Spiegel (11, 12) und einem Dachkantprisma (21, 22, 23, 24) besteht, und daß das an dem bzw. den Spiegeln (11, 12) reflektierte Licht einer Dachebene (abcd) des Dachkantprismas (21, 22, 23, 24), die als umkehrend re­ flektierende Ebene dient, und danach dem Okular (32) zu­ geführt wird.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spiegel (11, 12) vorgesehen sind, und daß das an dem zweiten Spiegel (12) reflektierte Licht einer Ein­ trittsebene (ade) des Dachkantprismas (21) zugeführt wird, die orthogonal zur optischen Achse des am zweiten Spiegel (12) reflektierten Lichtes angeordnet ist, und daß das umkehrend reflektierte Licht aus dem Dachkant­ prisma (21) an einer Austrittsebene (bce) austritt, die orthogonal zur optischen Achse des Okulars (32) angeord­ net ist.

3. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spiegel (11) hinter dem Objektiv (31) schräg zu dessen optischer Achse (52) ausgehend von einer Stelle nahe dem Umfang des Objektivs (31) angeordnet ist, und daß der zweite Spiegel (12) parallel zu der optischen Achse (52) so angeordnet ist, daß er das an dem ersten Spiegel (11) reflektierte Licht empfängt.

4. Optisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in das Dachkantprisma (22) eintretende Licht an einer weiteren, optisch konju­ giert zur Eintrittsebene (bce) liegenden Ebene (ade) re­ flektiert wird.

5. Optisches System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen einzigen hinter dem Objektiv (31) schräg zu dessen optischer Achse (52) ausgehend von einer Stelle nahe dem Objektivumfang angeordneten Spiegel (11), und durch nochmalige Reflexion des an der Dachebene (abcdh) des Dachkantprismas (24) reflektierten Lichtes an der Ein­ trittsebene (hde).