DE77086C - Doppelfernrohr mit vergröfsertem Objectivabstand - Google Patents

Description

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PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 4-2 ή Instrumente.

Firma CARL ZEISS in JENA.

Die nachfolgend beschriebenen Einrichtungen für binoculare Fernröhre bezwecken, die Objective solcher Doppelfernröhre auf einen größeren Abstand aus einander zu rücken, als die Augenweite und der durch diese gegebene Abstand der Oculare von einander beträgt.

Durch eine solche Vergrößerung des Objectivabstandes wird eine entsprechend größere parallactische Verschiedenheit der Bilder in beiden mit einander verbundenen Fernröhren und infolge dessen eine entsprechend gesteigerte Raumanschauung (Tiefenwahrnehmung), also erhöhte Plastik der Bilder beim binocularen Sehen herbeigeführt.

Das Auseinanderrücken der Objective zu diesem Zweck ist bisher — im Telestereoskop von Helmholtz — auf dem Wege bewirkt worden, daß man an zwei Fernröhren mit gewöhnlichen terrestrischen Ocularen je einen unter 45⁰ gegen die Achse geneigten Spiegel vor dem Objectiv angebracht und einen ebensolchen Spiegel oder ein ihm gleichwertiges Reflexionsprisma zwischen Objectiv und Ocular nahe am letzteren eingeschaltet hat. Diese Fernröhre mit zweimal gebrochener, zu ihrer Längsachse senkrecht gerichteter Visirlinie hat man dann in gestreckter Lage mit einander verbunden. Auf diese Weise läßt sich der Abstand der Objectivöffnungen von einander leicht auf ein beträchtliches Vielfaches der Augenweite vergrößern, jedoch nur dadurch, daß den sonst erforderlichen optischen Elementen des terrestrischen Fernrohrs in jedem Rohr noch zwei neue Elemente — je- zwei Spiegel oder Reflexionsprismen — hinzugefügt werden, die ausschließlich dem Zweck dienen, die Längsrichtung des Fernrohres senkrecht zur Visirlinie zu machen und dadurch die Ocularachsen gegen die Objective seitlich zu versetzen.

Ein Auseinanderrücken der Objective im Doppelfernrohr läßt sich aber erreichen ohne irgend ein Hinzuthun anderer optischer Elemente, als sie für jedes Fernrohr ohnehin erforderlich sind, wenn man beim binocularen Fernrohr zur Bildaufrichtung, anstatt sie mittelst des bildumkehrenden Linsensystems des sogen, terrestrischen Oculars zu bewirken, eine der beiden vierfach reflectirenden Prismeneombinationen benutzt, welche Porro 1853 und 1856 dazu verwandte, um einfache Fernröhre von compendiöser Form herzustellen. Die Prismenanordnungen Porro's, in Verbindung gesetzt mit einem Objectiv und einem einfachen astronomischen Ocular, führen mit der Aufrichtung des Bildes zugleich eine seitliche Versetzung der Ocularachse gegen die Objectivachse, also eine Excentricität des Objectivs gegen das Ocular, herbei. Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht nun in einer derartigen Verbindung zweier Porrö'scher Fernröhre zu einem Doppelfernrohr, daß der Abstand der Objective desselben von einander verschieden wird von dem Abstand der Oculare und im besonderen eine Vergrößerung des Objectivabstandes gewonnen wird, also in der Vereinigung der beiden Rohre in solcher Stellung, daß die Excentricitäten der Objective sich ganz oder theilweise zum Abstand der Ocularachsen addiren.

Die Fig. ι und 2 zeigen in perspectivischer Projection die zwei. typischen Grundformen

(2. Auflage, ausgegeben am i. Juni igoS.J

Ugerexempla

der Porro'schen Prismencombination — die vier Elemente derselben als gleiche gleichschenklig rechtwinklige Reflexionsprismen dicht an einander gelagert — und veranschaulichen den Weg eines sie passirenden, senkrecht zu den Kathetenflächen ein- und austretenden Lichtstrahls. Dabei wird ersichtlich, daß die viermalige totale Reflexion, welche — wie schon durch Porro festgestellt ist — Bildumkehrung herbeiführt, zugleich eine seitliche Verschiebung des austretenden Strahles gegen den eintretenden mit sich bringt, deren Größe bei den in Fig. ι und 2 dargestellten Anordnungen unmittelbar durch die Seitenlänge der Kathetenfläche der Prismen bestimmt, nämlich in Fig. ι dieser Seitenlänge gleich, in Fig. 2 das j/2 fache derselben ist. Wird nun ein solches Prismensystem zwischen Objectiv und Ocular eines astronomischen Fernrohres eingeschaltet, so gewinnt dieses Fernrohr infolge der viermaligen Reflexion der hindurchtretenden Strahlen die Wirkungsweise eines terrestrischen Fernrohres, in welchem jedoch die Objectivachse um das eine oder andere der obigen Maße gegen die Ocularachse excentrisch ist.

Diese Excentricität, welche bei Porro durch die Abmessungen seiner Prismen bestimmt ist, läßt sich nun ohne Vergrößerung der Prismen (und darin besteht ein zweiter Theil der Erfindung) beliebig steigern, wenn man Elemenie des Prismensystems in diesem Sinne aus einander rückt, was durch Porro nicht geschehen ist.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen je die einfachste Anordnung der vier Prismen, welche auf diese Weise behufs Vergrößerung der seitlichen Verschiebung des austretenden Strahles gegen den eintretenden aus den in Fig. ι und 2 dargestellten Grundformen sich ableiten läßt. In diesen Anordnungen ist je das erste (oder letzte) Prisma von den drei nachfolgenden (oder vorangehenden) abgetrennt und gemäß der zuvor gegebenen Regel parallel verschoben. Bei der in Fig. 2 gegebenen Grundform der Prismencombination läßt sich der erstrebte Zweck, so lange man sich auf eine einzige Trennung beschränken will, nur in der Weise nach Fig. 4 erreichen. Dagegen läßt sich bei der in Fig. 1 gegebenen Grundform die Trennung auch ebenso zweckentsprechend zwischen der zweiten und dritten reflectirenden Fläche ausführen, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich wird.

Wenn ein in dieser Art modificirtes Porro sches Prismensystem zwischen Objectiv und Ocular des astronomischen Fernrohres eingeschaltet oder sonst mit dem Linsensystem desselben in Verbindung gesetzt .wird in solcher Art, daß die. Achsen sämmtlicher Linsen mit dem Wege eines senkrecht zur ersten Kathetenfläche eintretenden Strahles coincidiren, so erhält man wiederum ein Fernrohr, welches aufrechte Bilder zeigt, bei welchem aber die Excentricität des Objectivs (oder allgemeiner der Achse der eintretenden Strahlen) gegen das Ocular über den früher bezeichneten Minimalwerth hinaus mehr oder weniger vergrößert ist, je nach dem Betrag, um welchen die beiden Theile des Prismensystems aus "einander gerückt wurden.

Durch die Verbindung von zwei gleichen oder symmetrisch gleichen Fernröhren der beschriebenen Art zu einem Doppelfernrohr ist nun in jedem Fall (mag dabei die Excentricität in ihrem Minimalwerth wie bei Porro belassen oder unter Anwendung des zweiten Theiles der vorliegenden Erfindung beliebig vergrößert sein) das Mittel gegeben, um den Objectivabstand des Doppelfernrohres nach Belieben kleiner oder größer zu machen als den Ocularabstand (oder die Augenweite), ohne zu diesem Behuf irgend ein neues Element., den optischen Bestandtheilen der Fernröhre hinzufügen zu müssen, vielmehr durch bloße Regelung der Stellung, in welcher die Fernrohrkörper neben einander gelagert und verbunden werden. Führt man die Verbindung so aus, daß bei Anpassung des Abstandes der Ocularachsen O₁ O₂ an die Augenweite die Achsenebenen E₁ E₂ beider Rohre (d. h. diejenigen Ebenen, welche Ocularachse und Objectivachse je eines Fernrohres in sich enthalten) gegen die Ebene E der beiden Ocularachsen nach innen spitze Winkel bilden (wie in Fig. 6a), so wird der Abstand der Objectivachsen O₁ O₂ kleiner als die Augenweite und kann bei genügender Excentricität bis zur Berührung der Objective vermindert werden, was bei kleinen Objectiven dem Doppelfernrohr die — nur für ganz vereinzelte Zwecke vortheilhafte —Eigenschaft verleiht, fast ganz unplastische, rein flächenhafte Bilder zu zeigen. Werden dagegen bei der Verbindung der beiden Rohre ihre Achsenebenen E₁ E₂ unter nach außen spitzen Winkeln gegen, die Ebene E der Ocularachsen eingestellt (nach dem Schema von Fig. 6 b), so wird der Objectivabstand größer als die Augenweite und kann bei großer Excentricität auf ein beliebiges Vielfaches der letzteren gebracht werden.

Dem eingangs bezeichneten Zweck: Steigerung der Tiefenwahrnehmung beim binocularen Sehen, dient allein die letztere Anordnung. Welcher Art dabei die mechanische Vereinigung der beiden Fernrohre sein mag, ist für diesen Zweck unwesentlich. Die Fernrohrköfper können entweder durch ein Scharnier oder Gelenk mit einander verbunden sein, welches behufs Anpassung des Ocularabstandes an

die individuelle Augenweite des Beobachters Annäherung oder Entfernung der Rohre unter Erhaltung des Parallelismus der Achsen gestattet, oder sie können in starre Verbindung gesetzt sein, sei es unter Verzicht auf eine Veränderung des Ocularabstandes, sei es unter Benutzung anderweitiger Hülfsmittel für solche Veränderung. Wesentlich ist nur, daß die mechanische Verbindung der Rohrkörper geeignet sei, bei Einstellung der Oculare auf den Augenabstand den Achsenebenen beider Fernröhre solche Neigungswinkel gegen die Ebenen der Ocularachsen zu ertheilen, bei welchen die Excentricität der Objective gegen die Oculare im ganzen Betrag oder zu einem erheblichen Bruchtheil zum Abstand der Ocularachsen sich addirt.

In den Fig. 7 und 8 sind zwei extreme Ausführungsformen für derartige Doppelfernröhre mit vergrößertem Objectivabstand dargestellt.

Die erstere (Fig. 7), welche ein Doppelfernrohr von achtfacher Vergrößerung (Feldstecher) in natürlicher Größe in Aufriß und Grundriß Vorführt, ist gegründet auf die Anwendung der in Fig. 2 dargestellten zweiten Grundform der Porro'schen Prismencombination unter Beschränkung der Excentricität auf den durch die Dimensionen der Prismen gegebenen Minimalwerth, die Diagonalenlänge der Kathetenflächen. Die der genannten Grundform entsprechenden Prismen sind — je zwei zu einem größeren gleichschenklig rechtwinkligen Prisma, ρ und q, vereinigt, dessen Kathetenflächen die reflectirenden Hypotenusenflächen der einzelnen Elemente darstellen — zwischen Objectiv O und Ocular 0 im Innern eines Metallgehäuses G auf Leisten an dessen Innenwand befestigt. Dieses Gehäuse G, welches den Körper des Fernrohres bildet, ist mit dem symmetrisch gleichen des zweiten Fernrohres durch ein Gelenk (Scharnier) H verbunden, dessen Drehungsachse den Achsen beider Fernrohre parallel steht. Dieses Gelenk aber ist an die Fernrohrkörper in solcher Art angesetzt, daß bei Einstellung der Ocularachsen auf den mittleren Augenabstand (ca. 65 mm) die Achsenebenen der beiden Fernröhre (nach dem Schema Fig. 6b) annähernd parallel der Ebene der Ocularachsen werden und die Objectivachsen auf einen Abstand von 112 mm, also auf das 1,7 fache der mittleren Augenweite, aus einander rücken.

Die relativ nicht sehr beträchtliche Vergrößerung des Objectivabstandes, welche bei dieser auf möglichste Compendiosität abzielenden Construction erreicht wird, führt schon eine sehr wahrnehmbare Steigerung der Tiefenwahrnehmung oder der Plastik im Bild herbei. Da das Unterscheidungsvermögen für Entfernungsunterschiede beim binocularen Sehen durch ein Doppelfernrohr proportional dem Product aus der Vergrößerungsziffer mit dem Abstand der Mittelpunkte der Objectivöffnungen von einander wächst, so gewährt bei der beschriebenen Anordnung die achtfache Vergrößerung schon dieselbe Tiefenwahrnehmung, die bei einem Doppelfernrohr der gewöhnlichen Art erst mit vierzehnfacher Vergrößerung, also bei wesentlich beschränkterem Gesichtsfeld, erreicht wird.- Die in Fig. 7 dargestellte Construction ermöglicht, also Doppelfernröhre, welche die für den freihändigen Gebrauch besonders bequeme Form zweier mit ihren Längsachsen parallel neben einander gelagerter Gehäuse beibehalten, hinsichtlich der Plastik der Bilder aber gleichwerthig sind gewöhnlichen Doppelfernröhren von erheblich stärkerer Vergrößerung und entsprechend engerem Sehfeld.

Das in Fig. 8 dargestellte Doppelfernrohr zeigt die Anwendung des oben dargelegten Constructionsprincips in dem Falle, daß auf Compendiosität verzichtet und möglichst weite Trennung der ObjectivöfFnungen erstrebt -wird.

Bei dieser Construction ist die der Fig. 3 entsprechende, aus der ersten Grundform des Porro'schen Prismensystems (Fig. 1) abgeleitete Anordnung der Prismen benutzt und das eine Prisma von den drei übrigen um annähernd die ganze Brennweite des Objectivs abgerückt. Das abgetrennte Prisma P ist dicht vor dem Objectiv O des Fernrohres angebracht, die drei anderen Elemente des Prismensystems — dargestellt durch ein größeres gleichschenklig rechtwinkliges Prisma q mit reflectirenden Kathetenflächen und ein an dieses angesetztes Prisma ρ von halber Größe — sind zwischen Objectiv und Ocular, dicht am letzteren, in dem das Ocular tragenden Gehäuse G befestigt. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Instrument vermittelt dieses Gehäuse zugleich die starre Verbindung der beiden in ihrer Anordnung symmetrisch gleichen Fernröhre zum Doppelfernrohr, welche Verbindung jedoch auch auf vielerlei andere Weisen bewirkt werden kann.

Ein Doppel fernrohr dieser Art stellt nach Einrichtung und Wirkung ein Telestereoskop dar, nur daß bei ihm die zum Auseinanderrücken der Objective erforderliche zweimalige Ablenkung der Visirlinie gegen die Längsachse der Rohre, statt durch besondere Hülfsmittel, ausschließlich durch geeignete räumliche Anordnung der zur Bildaufrichtung dienenden optischen Elemente der Fernröhre bewirkt wird.

Für den gleichen Zweck kann aber auch die der Fig. 4 entsprechende Anordnung des Porro'schen. Prismensystems oder auch die-

Claims (3)

jenige nach Fig. 5 benutzt werden. Unwesentlich ist dabei, ob der abgetrennte Theil des Prismensystems, wie in Fig. 8, vor das Objectiv gesetzt oder hinter demselben, zwischen ihm und dem Ocular, angebracht wird. Auch kann es bei Fernröhren von geringer Vergrößerung, bei welchen öfters der Durchmesser des Objectivs kleiner bleibt als der Durchmesser des Ocularfeldes, vortheilhaft sein, bei Anwendung der den Fig. 3 oder 4 entsprechenden Anordnungen das einfache Prisma, statt dasselbe, wie in Fig. 8, an das Objectiv zu setzen, an das Ocular zu bringen und die drei übrigen Elemente an das Objectiv, um statt drei größerer und eines kleineren Prismas drei kleinere und ein größeres einführen zu können. Die Einzelrohre, welche die zuletzt erläuterten Doppelfernrohre mit großer Differenz zwischen Ocularabstand und Objectivabstand zusammensetzen, sind wegen ihres selbstständigen Charakters nicht nur Mittel, sondern selbst Gegenstand der Erfindung. Ihre wesentliche Abweichung von den Porro'schen Rohren, welche durch Auseinanderrückung von Prismen quer zur Durchsichtsrichtung erzielt ist, giebt ihnen zugleich einen neuen technischen Werth, indem man mit ihnen in einem dem praktischen Bedürfniß entsprechenden Maße »um die Ecke sehen« kann. Diese Eigenschaft, welche z. B. .für militärische Zwecke werthvoll ist, da sie dem Beobachter gestattet, vollständig hinter einer Deckung zu bleiben, konnte wie die stereoskopische der Doppelfernrohre bisher nur durch zusätzliche Prismen oder Spiegel hervorgebracht werden. Fig. 9 stellt ein für diesen Zweck brauchbares einfaches Fernrohr dar, bei welchem die aus der zweiten Grundform des Porro'schen Prismensystem's (Fig. 2) abgeleitete Anordnung der Prismen nach Fig. 4 in Anwendung gebracht ist. Von den vier Elementen des Prismensystems ist hier das -eine abgetrennt und als ein gleichschenklig rechtwinkliges Reflexionsprisma P dicht vor dem Objectiv O des Fernrohres angebracht, während die drei übrigen Elemente — dargestellt durch ein größeres Reflexionsprisma q mit zwei reflectirenden Flächen und ein an dieses angesetztes kleineres ρ — in dem Gehäuse G befestigt . sind, welches das Ocular 0 des Fernrohres trägt. Für den gleichen Zweck kann auch die der Fig. 3 oder der Fig. 5 entsprechende Anordnung der Prismen Verwendung finden. Paten T-A ν spküche:

1. Ein Doppelfernrohr mit stereoskopischer Wirkung, bestehend aus zwei Porro'schen Fernröhren, welche mit parallelen Achsen derart zu einander stehen oder eingestellt werden können, daß bei einer Entfernung der Oculare gleich der Augenweite die Achsenebenen beider Fernrohre mit der Ebene beider Ocularachsen zusammenfallen oder unter nach außen spitzen Winkeln gegen dieselbe geneigt sind.

2. Eine Ausführungsform des im ersten Anspruch gekennzeichneten Doppelfernrohres, bei welcher die Elemente der demPorroschen Fernrohr eigenthümlichen Prismencombination derart aus einander gerückt sind, daß die mit letzterer verbundene seitliche Verschiebung . der Achse der einfallenden Strahlen gegen die Ocularachse den durch die Abmessungen der Prismen gegebenen Werth übersteigt.

3. Das als Einzelfernrohr benutzte Element des im zweiten Anspruch gekennzeichneten Doppelfernrohres.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.