DE2434436A1

DE2434436A1 - Optische vorrichtung, insbesondere lupe

Info

Publication number: DE2434436A1
Application number: DE19742434436
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Weiss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-07-18
Filing date: 1974-07-17
Publication date: 1975-02-06
Also published as: FR2238165B1; DE2434436B2; CH591092A5; CA1026600A; IT1005984B; AU7117074A; AU503958B2; JPS57146113U; FR2238165A1; JPS5029049A; DE2434436C3

Description

DlPL-PHYS. M. BECKER

PATENTANWÄLTIN O / O / / ο /-ν

STUTTGART 70 ^ 4 J 4 4 3 6

AUF DEM HAlGST 29 -T.600306

Λ 2005

v-cl Stuttgart, den 16. Juli 1974

Dr. Helmut si e i s s

1230 Berkshire Lane

Newport ß'eacn, California U.S.A.

Optische Vorrichtung, insbesondere Lupe

(Zusatz zu Patent

Patentanmeldung P 23 17 589.5)

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung, insbesondere Lupe, für die vergrössernde Betrachtung eines zweidimensionalen Gegenstandes (Objekt) aus einem verhältnismässig grossen Beobachtungsraum, mit einem Spiegelelement in Form eines Hohlspiegels, dessen optische Achse mit der Bildachse übereinstimmt, und einem halbdurchlässigen ebenen Spiegel, der so angeordnet ist, dass der zu vergrössernde Gegenstand nicht das Blickfeld des Beobachters am vergrösserten virtuellen Bild stört, nach Patent (Patentanmeldung P 23 17 589.5).

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Aus der US-Patentschrift 2 883 9Od ist die kombination eines Hohlspiegels mit einem ebenen halbdurchlässig! Spiegel bekannt, der als reflektierendes Vergrösserungsgerät dient. Der halbdurchlässige Spiegel entfernt den Gegenstand von der Beobachtungslinie des Betrachters und erzeugt an seiner Stelle ein virtuelles Bild, das senkrecht zur optischen Achse des Hohlspiegels, welche die Beobachtungsachse definiert, orientiert ist. Bei dieser Veröffentlichung wird vorgeschlagen, den halbdurchlässigen Spiegel um 45° zu neigen, sodass die Oberfläche des Gegenstandes parallel zur Beobachtungsachse verläuft.

In der vorgenannten Hauptanmeldung wurde der iseoöacntungsrauin definiert als Gesamtheit aller Punkte, von welchen aus das durch den Hohlspiegel erzeugte vergrösserte virtuelle Bild voll sichtbar ist. Da der Beobachtungsraum mit zunenmender Vergrösserung schrumpft, ist der Vergrösserung in praxi eine Grenze gesetzt.

In der Hauptanmeldung wurde erläutert, wie durch eine optimale Faltgeometrie ein grösstmöglicher Beobachtungsraum erzielt werden kann. Hs wurde ausgeführt, wie der Beobachtungsraum eines Vergrosserungsgeräts mit optimaler Faltung weiterhin dadurch vergrössert werden kann, dass man den Luftraum zwischen der Gegenstandsebene, den Hohlspiegel und dem halbdurchlässigen Spiegel mit ßrechungsmaterial füllt, welches auf die Spiegelflächen als Belag aufgebracht wird. Bs wurde ferner gefunden, dass man zur Verkleinerung der Bildfehler ein lichtbrechendes Prisma verwenden kann, bei dem die Austrittsflächen im wesentlichen senkrecht zu den austretenden Strahlen verlaufen.

Hs gibt jedoch Anwendungsmöglichkeiten, bei welchen die Gegenstandsebene und die Beobachtungsachse in einem vorgegebenen Verhältnis stehen müssen, welches von demjenigen abweicht, bei dem man eine optimale Faltung erhalten könnte. In einem

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solchen Fall ist der Beobachtungsraum und dadurch die Vergrösserung kleiner.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Beobachtungsraum bei einer Lupe mit virtuellem Bild der eingangs beschriebenen Art wesentlich zu vergrössern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mindestens in dem Raum zwischen dem vergrössernden Hohlspiegel und dem halbdurchlässigen Spiegel Brechungsmaterial angeordnet ist, dessen Brechungsindex grosser als 1 ist. Wie im Falle der optimalen Faltung ist die Vergrösserung des Beobachtungsraumes und die dadurch bedingte Vergrösserung des Gegenstandes auf eine Brechung an der Austrittsfläche zurückzuführen, wodurch infolge Verkleinerung des Feldwinkels innerhalb des Vergrösserungsgeräts der sich ergebende Beobachtungsraum vergrössert wird.

auch

Vorzugsweise wird/der Raum zwischen dem halbdurchlässigen Spiegel, dem Gegenstand und der Strahlenaustrittsfläche mit Brechungsmaterial gefüllt. Dieses kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zu einem Prisma oder einem plankonvexen Element geformt sein.

Die Erfindung befasst sich insbesondere mit einer Lupe, bei welcher Brechungsmaterial zu einem Körper und einer ebenen Oberfläche, die eine Gegenstandsbegrenzung definiert, gebildet ist, sowie einem Hohlspiegel, der mit einer Seite an der Gegenstandsfläche anliegt und dessen Schnittlinie (Sehne) in einem Winkel von 90 zur Gegenstandsfläche angeordnet ist und bei welcher der halbdurchlässige Spiegel mit einer Seite an dem Hohlspiegel anliegt, welche gegenüber derjenigen Seite liegt, an welche sich die Gegenstandsbegrenzung anschliesst. Dabei ist der ebene halbdurchlässige Spiegel um einen Winkel von 45° zur Sehne angeordnet und die gegenüberliegende Seite der durchlässigen Fläche liegt an jener Gegenstandsfläche an. Me Aus-

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trittsfläche ist eben und verläuft senkrecht zur Beobachtungsachse. Die Eintrittsfläche, die halbdurchlässige Fläche, die Hohlspiegelfläche und die Austrittsfläche sind so zueinander in eine geometrische Beziehung gebracht, dass die Randstrahlen des Gegenstandes sich zu jener halbdurchlässigen Fläche und von dort zu jener Hohlspiegelflache erstrecken und dann durch die halbdurchlässige Fläche und die Austrittsfläche verlaufen, wobei die öffnungswinkel der Randstrahlen auf jenen Oberflächen aufliegen und sich nicht gegenseitig stören. Hierbei ist das gesamte vergrösserte virtuelle Bild des Gegenstandes der Gegenstandsfläche durch einen vergrösserten Beobachtungsraum sichtbar, der entlang einer Beobachtungsachse liegt, welche mit der optischen Achse des Hohlspiegels zusammenfällt.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Hierin zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung eines Vergrösserungssystems mit einem halbdurchlässigen Spiegel, der um 45 zu der Beobachtungsachse geneigt ist,

Fig. 2 eine vergrössernde Spiegelanordnung nach der Erfindung, in welcher die Räume zwischen dem Gegenstand, dem Hohlspiegel und dem halbdurchlässigen Spiegel sowie zwischen dem halbdurchlässigen Spiegel und der Austrittsfläche mit ■ einem brechenden Material ausgefüllt sind,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welchem der halbdurchlässige Spiegel und der Hohlspiegel in umgekehrter Reihenfolge angeordnet sind,

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Fig. 4 eine teilweise auseinandergezogene isometrische Darstellung einer typischen Anwendung des nach der Erfindung mit einem Brechungsmaterial gefüllten Vergrösserungsgerätes.

Wie eingangs ausgeführt und auch in der Hauptanmeldung beschrieben wurde, soll unter Beobachtungsraum derjenige Raum verstanden werden, der sämtliche Punkte enthält, von welchen aus das vergrösserte virtuelle Bild voll sichtbar ist. In der Hauptanmeldung wurde beschrieben, wie eine Lupe, die aus einem Hohlspiegel und einem halbdurchlässigen ebenen Spiegel besteht, einen wesentlich vergrösserten Beobachtungsraum erhalten kann, wenn man die Faltung optimal wählt.. Es wurde ebenfalls ausgeführt, wie man durch Einfügung eines ßrechungsmaterials in ein solches optisches System eine weitere erhebliche Verbesserung und Vergrösserung des Beobachtungsraumes erzielen kann. Mit der vorliegenden Erfindung kann man einen wesentlich grösseren Beobachtungsraum erreichen im Falle, dass das Spiegelvergrösserungsgerät keine optimale Faltung aufweist.

Ein solches Vergrößerungsgerät, welches eine nichtoptimale Faltung hat, ist in der Fig. 1 dargestellt. Hieraus ist ersichtlich, dass das Vergrößerungsgerät einen Hohlspiegel 10 mit einem halbdurchlässigen ebenen Spiegel 11 zur Vergrösserung des Gegenstandes 12 enthält. In diesem System ist der halbdurchlässige Spiegel um einenWinkel von 45 gegenüber der Beobachtungsachse 13 geneigt. Wie schon erwähnt, ist die Vergrösserung in einer Lupe durch den Raum begrenzt, von welchem das vergrösserte Bild voll sichtbar ist. Mit zunehmender Vergrösserung schrumpft der Raum zusammen und die Grenze der Verwendung dieses Geräts als Lupe ist dann erreicht, wenn die Lupe mit den Augen des Betrachters oder seinen Brillengläsern in Konflikt gerät, sodass er nicht mehr nahe genug an die Lupe herankommt, um das gesamte Bild zu sehen.

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Die Zeichnungen sind in zweierlei Hinsicht vereinfacht worden. Zum einen ist der Gegenstand als eine gerade Linie dargestellt, deren Länge der Breite des Gegenstandes entspricht, wogegen die Länge des Gegenstandes senkrecht zur Zeichenebene vernachlässigt wurde. Zum andern sind die Bndpunkte des Gegenstandes in der Brennfläche des Hohlspiegels angeordnet, sodass die entstehenden virtuellen Bilder im Unendlichen entstehen. Die Randstrahlen 14 sind durch Pfeillinien dargestellt und das nicht vergrösserte virtuelle Bild 16 ist in gestrichelten Linien wiedergegeben. Das in Fig. 1 dargestellte System - ebenso wie die Systeme gemäss den Fig. 2 und 3 - sind im Maßstab 3:1 dargestellt.

Eine Lupe nach der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Lupe sind der Hohlspiegel 17, der halbdurchlässige Spiegel 18, der Gegenstand 19 und die Beobachtungsachse 20 in derselben relativen Stellung und unter den gleichen Winkelverhältnissen angeordnet wie bei dem Vergrösserungssystem in Fig. 1 nach der Hauptanmeldung. Jedoch ist der Raum zwischen dem Gegenstand 19, dem Hohlspiegel 17 und dem halbdurchlässigen Spiegel 18 mit einem Brechungsmaterial gefüllt, welches aus mehreren Teilen bestehen kann, beim vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch aus einer einzigen zusammenhängenden Masse, wie Glas oder Kunststoff, besteht. Darüberhinaus ist auch der Raum zwischen dem halbdurchlässigen Spiegel 18 und der Austrittsfläche 21 mit einem Brechungsmaterial gefüllt. Ein derartiges Brechungsmaterial würde in der Hauptanmeldung eingehend beschrieben, ebenso die Herstellung der optischen Teile. Es wurde darin ausgeführt, dass die das optische System bildenden optischen Flächen in verschiedener Weise gestaltet sein könnten. Beispielsweise kann ein Block aus durchsichtigem Material, z.B. aus Glas oder geeignetem Kunststoff, wie Acrylverbindungen, verwendet werden. Die Flächen eines solchen Blocks können genau zueinander angeordnet und dann mit einem geeigneten

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reflektierenden Belag beschichtet werden. Diejenigen Flächen der Lupe, die nicht an der Bildung des vergrösserten Bildes teilnehmen, können von beliebiger Gestalt sein, solange die optisch inaktiven Flächen nicht den Durchgang der Randstrahlen stören. Die reflektierenden Flächen können mittels bekannter Verfahren hergestellt werden. Das reflektierende Material, welches den prismatischen Körper zwischen der halbdurchlässigen Oberfläche 18 und der Austrittsfläche 21 bildet, ist" aus dem gleichen Material hergestellt. Der halbdurchlässige Spiegel ist,in einem Winkel von 45° zu der optischen Achse des Systems geneigt. Es ist ersichtlich, dass die Randstrahlen 22 von einer Gegenstandsbegrenzung gleicher Grosse nun einen wesentlich grösseren Beobachtungsraum einschliessen.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel des optischen Systems entspricht im wesentlichen demjenigen nach Fig. 2; jedoch ist die Reihenfolge des halbdurchlässigen Spiegels und des Hohlspiegels umgekehrt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern, jedoch gestrichen markiert. Der Hohlspiegel 17* steht nun dem Gegenstand 19' gegenüber und der halbdurchlässige Spiegel 18' wirft die vom Hohlspiegel 17' reflektierten Strahlen in den Beobachtungsraum.

Sowohl beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 als auch bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 besteht das Brechungsmaterial, welches den durch den Hohlspiegel begrenzten Raum ausfüllt, aus zwei optisch verkitteten Teilen, nämlich einem prismatischen und einem plankonvexen Element. Dieses hat den Vorteil geringerer Herstellungskosten.

Fig. 4 zeigt in teilweise auseinandergezogener isometrischer Darstellung eine typische Lupe nach der Erfindung. Hierbei ist das in den Fig. 2 und 3 dargestellte Vergrosserungselement schematisch dargestellt und mit der Bezugsziffer 30 versehen.

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Eine Filmkassette 31 hat zwei Gehäuse oder Seitenwandungen 32 und 33, die durch ein Stegelement 34 miteinander verbunden sind. Jedes Gehäuse 32, 33 enthält eine Filmspule, welche in jeder Richtung betätigt werden kann, um den Film 36 zu bewegen. An Stelle eines Films können auch andere geeignete Bildträger verwendet werden, beispielsweise Diapositive oder nichtdurchlässige Objekte, soweit diese geeignet beleuchtet werden. Zur Aufnahme der Filmkassette 31 ist ein Gehäuse 37 oder andere unten offene Umhüllung vorgesehen. Die Lupe 30 ist in isometrischer Darstellung wiedergegeben, wobei der Hohlspiegel 17 dem zu betrachtenden Filmrahmen F gegenübersteht. Wenn die Kassette 31 in das Gehäuse oder die Umhüllung 37 eingesetzt ist, ist der Film zwischen einer Innenwand des Gehäuses und der Eintrittsfläche der Lupe 30 geführt (Element 30 entspricht dem in Fig. 3 dargestellten Teil). Das Licht für die Beleuchtung des Bildes oder Objekts tritt durch das Fenster 39 ein. Das vergrosserte Bild kann durch ein Fenster 40 auf der Oberseite des Gehäuses betrachtet werden.

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Claims

Patentansprüche

1y Optische Vorrichtung, insbesondere Lupe, für die vergrössernde Betrachtung eines zweidimensionalen Gegenstandes (Objekt) aus einem verhältnismässig grossen Beobachtungsraum, mit einem Spiegelelement in Form eines Hohlspiegels, dessen optische Achse mit der ßildachse übereinstimmt, und einem halbdurchlässigen ebenen Spiegel, der so angeordnet ist, dass der zu vergiössernde Gegenstand nicht das Blickfeld des Beobachters am vergrösserten virtuellen Bild stört, nach Patent . . . (Patentanmeldung P 23 17 589.5), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in dem Raum zwischen dem vergrössernden Hohlspiegel (17) und dem halbdurchlässigen Spiegel (18) Brechungsmaterial angeordnet ist, dessen Brechungsindex grosser als 1 ist.
2. Lupe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Raum zwischen dem halbdurchlässigen Spiegel (18), dem Gegenstand (19) und der Strahlenaustrittsfläche (21) mit Brechungsmaterial gefüllt ist.
3. Lupe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Brechungsmaterial zu einem Prisma und einem plankonvexen Körper geformt ist.
4. Lupe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vergrössernde Hohlspiegelfläche (17¹) gegenüber dem zu vergrössernden Gegenstand (19') angeordnet ist und der halbdurchlässige Spiegel (18¹) die durch den vergrössernden Spiegel reflektierten Strahlen in den durch die Randstrahlen (22) begrenzten Beobachtungsraum wirft.

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5. Lupe, bei welcher der ebene Spiegel um 45° gegenüber der Beobachtungsachse der Lupe geneigt ist, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohlspiegel (17) an die Gegenstandsfläche (19) und den halbdurchlässigen Spiegel (18) anschliesst und das Brechungsmaterial zwischen dem Gegenstand (19), den Spiegeln (17, 18) und einem Punkt auf der Beobachtungsachse (20), welcher die Stelle einer Austrittsfläche (21) senkrecht zur Beobachtungsachse (20) definiert, angeordnet ist.
6. Lupe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlspiegel (17) und der halbdurchlässige Spiegel (18) als Abschlussteil (coating) von beiden oder nur einem der Teile dienen, in welche die Lupe durch den halbdurchlässigen Spiegel geteilt wird, und dass die Teile durch optischen Kitt miteinander verbunden sind.
7.Lupe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Körper aus optisch brechendem Material mit einer ebenen, eine Gegenstandsbegrenzung (19) definierenden Oberfläche, einen Hohlspiegel (17), der mit einer Seite an der Gegenstandsfläche anliegt und dessen Sehne einen Winkel von 90° zur Gegenstandsfläche bildet, und einen halbdurchlässigen Spiegel (18), der mit einer Seite am Hohlspiegel anliegt, die der die Gegenstandsbegrenzung definierenden Oberfläche gegenüberliegt, und der in einem Winkel von 45 zur Sehne des Hohlspiegels angeordnet ist.

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