DE326703C - Symmetrisches, rechtwinklig abbiegendes Prisma mit Bildumwendung quer gegen die Einfallebene - Google Patents

Description

• Symmetrisches, rechtwinklig abbiegendes Prisma mit Bildumwendung quer gegen die Einfallebene. Würde bei einem zweifach gebrochenen Fernrohr (Scherenfernrohr .oder Periskop) die doppelte Knickung der optischen Achse durch Spiegel oder durch einfache gleichschenklig-rechtwinklige Prismen mit spiegelnder, Hypothenusenfläche bewirkt, so würden sich die bildstürzenden Wirkungen der beiden Spiegelflächen aufheben und man müßte, um aufrechte Bilder -zu erhalten, entweder das unbequeme und unvollständige terrestrische Okular anwenden, oder bei Verwendung des astronomischen Okulars eine Umkehrlinse oder ein vollständig umkehrendes Prisma- einbauen. Beides würde eine wesentliche Verlängerung des Lichtwegs im Fernrohr bedeuten. Statt dessen wird beim Scherenfernrohr eine. Kombination von drei einfachen gleichschenklig - rechtwinkligen Prismen für die zweite Knickung verwendet. Diese können aus einem oder aus zwei Stücken Glas bestehen und bilden dann zusammen mit dem ob-j ektivseitigen einfachen Prisma ein vollständig umkehrendes Porroprisma, wie es in "den bekannten Prismenfeldstechern verwendet wird. Dagegen bildet das aus den drei unteren, einfachen Prismen bestehende System für sich allein eine Anordnung von drei spiegelnden Flächen, welche zu-manchen sonstigen Zwecken Verwendung finden kann, z. B. als camera lucida zum Zeichnen von Abklatschen oder Spiegelschrift, als Aufrichtesystem für Episkopie, als Ersatz für -den Winkelspiegel u. a. .m. Die optische Wirkung wäre dieselbe wie .die eines schräggestellten Spiegels, in dem man von oben hineinschaut, wenn dieser nicht oben und unten, sondern rechts und links vertauschte.
• Bei diesem Prisma tritt irgendein schief gegen die Einfallsebene eintretender Lichtstrahl auf Uerselb.en Seite der Einfallsebene unter dem gleichen Neigungswinkel gegen diese wie zuvor wieder aus, und die Projektionen des einfallenden und des austretenden; Lichtstrahls auf diie Einfallsebene bilden stets einen rechten Winkel miteinander. Hält man also das Prisma so, daß die Kante zwischen Ein- und Austrittsfläche wagrecht liegt und die Mittelebene dieser Kante, d. h. die Einfallsebene, vertikal steht, so erhält das von oben. in die Austrittsfläche schauende Auge die Strahlen eines links von der Einfallsebene. befindlichen Gegenstandes so, als ob sie von rechts kämen, dagegen die Strahlen eines weiter oben befindlichen Gegenstandes von weiter vorne. Das Prisma vertauscht also in dieser Stellung rechts und links,, nicht aber oben und unten. Hält man das Prisma so, daß die Einfallsebede horizontal liegt, so ist wohl oben und unten, nicht aber mechts und links vertauscht. Das über das Prisma wegschauende Auge sieht dann unterhalb eines direkt gesehenen Gegenstandes im Prisma das auf den. Kopf gestellte Bild desjenigen Gegenstandes, der um einen Sehwinkel von 9o° vom ersten absteht. Das Prisma läßt sich daher statt des Winkelspiegels gebrauchen, wobei der Nachteil der Bildumkehr des .indirekt gesehenen Gegenstands dadurch aufgewogen wird, daß im Prisma diejenigen Teile der Landschaft sichtbar sind, welche sich, wie die direkt gesehenen, oberhalb der Einfallsebene befinden.
• Zur Erzielung der vorhin beschriebenen Wirkung sind unbedingt drei reflektierende Flächen erforderlich. Diese bilden his zum Schnitt verlängert ein Dreikant. Damit der einfallende mit -dem ausfallenden Strahl in einer Ebene liegt, ist das Dreikant symmetrisch angeordnet, d. h. die erste und die. dritte -der drei Flächen sind gegen die zweite gleich geneigt und die Ebene, in welcher sich. die Achsen des eintretenden und des austretenden Lichtbüschels unter einem rechten Winkel kreuzen, d. h. die Einfahsehene; steht auf dieser Symmetrieebene (der Mittellotsebene der zweiten Fläche) senkrecht.. In ihr liegen der eintretende -und der austretende Strahl symmetrisch gegen die Symmetrieebene. - Durch diese Forderungen sind die Winkel, welche die Prismenflächen gegeneinander und gegen de Einfallsebene bilden, noch nicht vollständig bestimmt. Um einen möglichst kurzen Lichtweg im Glase zu erhalten, fügt man noch -die Forderung hinzu, daß die Einfallswinkel für den zur Einfallsebene symmetrisch laufenden Strahl an allen drei Flächen gleich groß werden; Dieser Fall ist in den Fig. i bis 5 auf Blatt' I dargestellt, wobei Fig. i diie Lage der Flächen gegeneinander schematisch zeigt, Fig.2 den Grundriß der Einfallsebene _als Grundrißebene, Fig. 3 den Aufriß auf eine zur -Einfallsebene- und zur Symmetrieeherne senkrechte Ebene, Fig. q. den Seite-nriß auf die Symmetrieebene, und Fig.5 die perspektivische Ansicht von der Seite darstellt. Dabei wurde ein Lichtraum von zylindrischem Querschnitt gleich demjenigen des Strahlenbüschels zwischen Objektiv und Okular kurz vor deni Okular vorausgesetzt. Die Achse dd,eses Lichtraums ist durch E° E, A, A2 A3 E2 angegeben. Auf jeder Fläche wurde die Ellipse gezeichnet, nach welcher der Lichtraum von ihr geschnitten wird. Die Eintritts- und die Austrittsfläche stehen senkrecht zur Lichtachse in den Punkten E, und E2. Das für Reflexion, Ein- und Austritt nicht nötige Glas wird. durch Ebenen weg,-geschnitten, welche teils parallel zur Einfallsebene, teils senkrecht zu ihr stehen, oder die zwischen den Flächen verlaufenden Lichtraumteile berühren. Bei der praktischen Ausführung werden, -,vse üblich, die spitzen Ecken abgeschliffen., so daß nur noch das zur Fortleitung des Lichtzylinders nötige Material stehen bleibt.
• In Fig. i ist B S B' die horizontal an,-genommene Einfallsebene, das Dreikant A C D C S mit der Spitze S wird von der Aufrißebene nach dem Dreieck A C C' ge= schnitten, der Schnitt zwischen Einfallsebene und Aufrißebene ist B 0 B'. Die Flächen I und III sind längs der Kante A S gegen die _ Symmetrieebene j e um den Winkel a. -58° Ö2'3:2" gengigt Die Schnittlinie S-B (S-B') zwischen Fläche I (III) und der Einfallsebene bildet mit S 0 den Winkel -ß - i6°58' 59" (tg ß =tg 20° tg 40) und der Neigungswinkel von Fläche I gegen -

  die Einfallsebene ist s - 62° 30' 5 i" (cos e =

  f c OS zo° cOS 80°

  cos 4.o° )' Der Neigungswinkel der

  zweiten Fläche unter die Einfallsebene ist DS.0-j-229 37' I9.. (t9 j -1/COs-80°), der Kantenwinkel an der Kante S C zwi-

  sehen I und II ist y = 70° 57' 09" (cos y -

  /cOs 2o° cos 8o°1 der Ne`gungswinkel AS 0

  V 2 COS 4O° '

  der Kante zwischen I und III e-eL-en die

  Einfallsebene . ist @' - 29° 18'41" (tg d -

  tg 9-o° sin ,ö° ). Die Strahlen zwischen I

  @/ cos 80°

  und III verlaufen so, daß die Ebene A, A2 A3 auf Fläche II und die Grundlinie A1 A3 dieses gleichschenkligen Dreiecks auf der Symmetrieebene senkrecht steht. Der Einfallswinkel '. an allen drei Flächen ergibt sich zu 38':26'50 Er ist für gewöhnliches Glas. kleiner als der Grenzwinkel für totale Reflexion, weshalb Ausführung in schwerstem Flintglas nötig ist.
• Das sonst übliche Mittel zur Erzielung eines möglichst kleinen Glasvolumens, nämlich die Parallelverschiebung einzelner oder älter spiegelnder Flächen so weit, bis benachbarte Reflexionsellipsen einander berühren, ist hier nicht anwendbar, da der aus Fläche III austretende Lichtzylinder die Kante 2, 7 zwischen der Austrittsfläche E2 und der Fläche I nicht schneiden., sondern eben noch berühren darf, und weil der Austrittskreis E 2 und der Eintrittskreis El ein:-arndex in der Symmetrieebene berühren müssen (s. Fig. 2 und 3). In den Fig. 2 bis q. ist 2, 3, d., 5, 6, 7 die I. Fläche mit der Reflexionsellipse A,; 2', 3', 4', 5', 6', 7' die dritte Fläche -mit der Ellipse A3; i i, 12, io, io', i2', 11' die zweite Fläche mit der Ellipse A,; i, 2', 7', 8' die Eintrittsfläche mit Eintr4ttakreis E, und i, 2; 7, 8 die Austrittsfläche mit Austrittskreis E_. Außer diesen fünf geschliffenen Flächen wird der Körper noch begrenzt: parallel zur Einfallsebene durch die obere Fläche i, 2, 3, 3', 2' und durch die untere Fläche 8, 7, 12, 12', 7'; senkrecht zur Eindallseberle durch .4, 5, 11, 11', 5', q.' senkrecht zur Symmetrieeherne; 5, 11 ; 12, 6 und 5', 11', i2', 6' parallel zu den Schnittkanten von Fläche- II 'mit I und 11I; 6,'9, io, 12 und 6', g', io', 12' parallel S B und S B' der Fig. i; ferner senkrecht zur Symmetrieebene durch 9, iö, io', g' als Berührungsebene an die Zylinderräume zwischen Fläche I und II sowie II und III und durch 3, 4, 4', 3', welche die Kante S A. von Fig. i abstumpft. Für den genannten episkopischen Zweck kann, die Kombination aus. .einfachen Spiegeln mit Metallrahmen oder aus gewöhnlichem Glas mit versilberten Flächen hergestellt werden, weil hier größere: Ausdehnung erwünscht ist.
• Um auch mit gewöhnlichem Glase ein derartiges Prisma herstellen zu können, rriuß auf die Forderung der Gleichheit aller Einfallswinkel verzichtet -wenden, dagegen können die Winkel an Fläche I und III gleich und von beliebiger Größe gewählt werden. Der an Fläche II wird dann notwendig kleiner, un.d die Fläche II muß mit Spiegelmasse belegt werden. Der Lichtweg im Glase und damit-das Glasvolumen wird größer als vorhin. Nimmt man beispielsweise den Einfallswinkel an Fläche I und III zu 45° an, so- wird in F,g. i Winkel a = 54°,

  ,ß - r3° 16' 58.. (tg ß- cos22°- #ä cos 36°

  56113'46" (cos e - Vcos 72'1; y - 29' 04"0"

  (t g j = cos 7z ° s - 18 ° 57' 38" (tg _

  _#c os 72° . der Einfallswinkel än Fläche II

  cos 36° '

  wirdN,, = 25 ° 55' (cos N,. = 2 . cos 36 ° . vcos 72 °).

  In den Fig.6 (Grundriß), 7 (Aufriß), 8 (Seitenriß) ist 2, 3, 4, 5, 6, 7 die erste Fläche mit der Ellipse A,; 2', 3', 4', 5', 6', 7' die dritte Fläche mit der Ellipse A3; 5,-8, 9, 9', 8', 5' die zweite Fläche mit der Ellipse A,;. i, 2', - 7',. 1O', 11', 12 die Eintrittfläche mit dem Eintrittskreis E"; i, 2, 7, 1o, 1i, 12 die Austrittsfläche mit dem Austrittskreis E, Außer diesen fünf geschliffenen Flächen wird der Körper noch begrenzt: parallel zur Einfallsebene durch die obere Fläche i, 2, 3, 3', 2' und durch die untere Fläche i i, i i', i2; senkrecht zur Einfallsebene: 4, 4', 5, 5', senkrecht zur Symmetrieebene, 4, 5, 8, 6 und 4', 5', 8', 6', parallel zu den Schnittkanten von Fläche II mit I und 11I. 7, 6, 8, 9, io und 7', 8', g', io' parallel S B und S B' der Fig. i; ferner senkrecht zur Symmetrieebene durch 9, io, i i, i i', io', g' als Berührungsebene an die Zylinderräume zwisahen Fläche l und II sowie II und III und durch 3, 4, 4', 3', welche die Kante S A der Fig. i abstumpft.
• Wie das 3/4 Porroprisma des Scherenfernrohrs mit dem objektivseitigen einfachen Prisma zusammen als vollständig umkehrendes Prisma wirkt, so kann auch das Prisma der Fig. i bis 5 durch Anfügen eines einfachen gleichschenklig .rechtwli,*ligen Prismas zu einem vollständig umkehrenden ergänzt werden. Es ist in Fig. i und in Fig. 5 angegeben, wo A4 den Mittelpunkt des Austrittskreises am Zusatzprisma bedeutet. Die Achse des austretenden Lichtbüschels ist gegen-die des eintretenden parallel verschoben, und zwar um den Durchmesser des Öffnungskreises. Der größte Teil des Lichtwegs der Achse des Strahlenbüschels liegt im Gegensatz zu den Porroprismen in einer Ebene. Der Lichtweg im Glase beträgt hierbei das 5,7fache der öffnung.

Claims (2)

1. PATENT-ANSPRÜGHE: i. Symmetrisches, rechtwinklig abbiegendes Prisma mit Bildumkehr quer gegen die Einfallsebene, dadurch gekennzeichnet, daß von seinen drei reflektierenden Flächen die erste und dritte gleiche Neigungswinkel (a) gegen die Symmetrieebene und gleiche Neigungswinkel (5) gegen die Einfallsebene haben und daß die erste Fläche senkrecht zur Symmetrieebene steht und gegen die Einfallsebene um den Winkel (j) geneigt ist. Die Größe dieser drei Winkel ist durch die Eigenschaft dies Prismas bestimmt, daß die Achsen des :ein- und austretenden Lichtbüschels in der Einfallsebene symmetrisch zur Symmetrieebene liegen und die Einfallswinkel der Lichtachse .entweder an allen drei Flächen gleich groß sind oder an der ersten und dritten Fläche die gleiche, beliebig zu wählende Größe haben.
2. 2. Prisma nach Anspruch i, vervollständigt durch Anfügen eines einfachen rechtwinklig-gleichschenkligen Prismas an einer der Endflächen zu einem vollständig bildumkehrenden Prisma mit paralleler Lage der Hauptachsen, des ein-und austretenden Lichtbüschels.