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Optisches System, zwischen dessen abbildenden Gliedern weitere Glaskörper,
vorzugsweise Prismen, eingeschaltet sind Es ist bekannt, daß Glaskörper mit ebenen
Begrenzungsflächen, beispielsweise Prismen, die in den abbildenden Strahlengang
optischer Systeme eingeschaltet oder einschaltbar sind, eine Verschiebung der Bildebene
in Richtung der optischen Achse, und zwar im Sinne einAr Verlängerung des abbildenden
Strahlenganges bewirken. Dies kann in einzelnen Fällen erwünscht sein, meist jedoch
führt diese Anordnung zu einem unangenehmen großen Aufbau optischer Instrumente.
Eine Variation der Verlängerung des abbildenden Strahlenganges war nur durch die
Wahl der Brechungszahlen der Glaskörper innerhalb kleiner Grenzen möglich. Hierbei
wurde man oft gezwungen, Gläser von sehr hohem, spezifischem Gewicht und meist geringer
Lebensdauer zu verwenden. Eine Verkürzung des abbildenden Strahlenganges oder Einhaltung
des gegebenen Bildortes wurde bisher unter Hinzunahme von Linsengliedern ermöglicht.
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Bei Anwendung dieser bekannten Mittel ist der Vergrößerungsmaßstab
nicht beibehalten worden. Dies soll nun nach der vorliegenden Erfindung bei beliebiger
Wahl der Bildebene erreicht werden. Gegenstand der Erfindung ist ein optisches System,
zwischen
dessen abbildenden Gliedern weitere Glaskörper, vorzugsweise Prismen, eingeschaltet
sind, die mindestens einen verhältnismäßig dicken Glaskörper aufweisen, dadurch
gekennzeichnet, daß der Radius rk der okularseitigen Fläche des Systems die Bedingung
erfüllt, wobei die rechtsseitigen Symbole folgende Bedeutung haben: n = Brechzahl
vor der okularseitigen Fläche des Systems, n' = Brechzahl hinter der okularseitigen
Fläche des Systems, hl = Durchstoßhöhe eines nach der Mitte des Objektivbildes zielenden
Strahles an der objektivseitigen Fläche des Systems, hk = Durchstoßhöhe dieses Strahles
an der okularseitigen Fläche des Systems, s1 = Schnittweite dieses Strahles in bezug
auf die objektivseitige Fläche des Systems, wenn das System durch ein nichtbrechendes
System ersetzt wird, sk = Schnittweite dieses Strahles in bezug auf die okularseitige
Fläche des Systems, wenn diese Fläche durch eine nichtbrechende Fläche ersetzt wird.
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Unter einem verhältnismäßig dicken Glaskörper versteht man im vorliegenden
Falle einen sphärisch begrenzten Glaskörper, dessen Glasweg mindestens gleich ist
dem Durchmesser des Querschnittes des an der ersten sphärisch begrenzten Eintrittsfläche
eintretenden abbildenden Büschels.
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Alle Konstanten beziehen sich hierbei auf die Durchrechnung im paraxialen
Gebiet.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
optischen Systems dargestellt. Fig. i und 2 zeigen ein Prismenfernrohr schematisch
ohne und mit dem zwischen Objektiv und Okular eingeschalteten optischen System;
Fig. 3 stellt schematisch eine Auflichtbeleuchtung für Mikroskope mit Strahlenteilungswürfel
dar; Fig. q. und 5 sind zwei schematische Darstellungen des optischen Systems.
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In Fig. i ist ein Teil eines Doppelfernrohres unter Weglassung des
Okulars dargestellt. In dem Gehäuseraum i sind das Objektiv 2 und die beiden mit
Abstand voneinander angeordneten Prismen 3 und q. so gelagert, daß sich eine günstige
Raumaufteilung ergibt: Der Bildort des von dem Objektiv 2 entworfenen Bildes befände
sich, falls die Prismen 3 und q. durch spiegelnde Flächen ersetzt wären, in der
Ebene 5 und verschiebt sich durch den Glasweg in den Prismen in die Ebene 6. Diese
Verhältnisse werden nun unter Hinzunahme sphärischer Flächen bei den Prismenein-
und austrittsflächen wesentlich günstiger, wie Fig. 2 zeigt. Hier liegt nämlich
das dem Objektiv 2' erzeugte Bild zufolge der Linsenflächen 7 und 8 auf den Prismenkörpern
3' und q.' in der Ebene g. Um den Gewinn an Raum kenntlich zu machen, sind die beiden
Bildebenen der Fig. i hier nochmals durch die Ebene 5' und 6' angezeigt.
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Zur Vereinfachung zeigen die Fig. q. und 5 nur die erste Fläche und
die Fläche k, wobei in Fig. ¢ die erste Fläche konvex und in Fig. 5 konkav ist.
Aus diesen Figuren ergeben sich folgende Gleichungen:
II. Für sehr kleine Winkel kann man außerdem setzen:
Hieraus ergibt sich die Vergrößerung ß mit
Da nun die Vergrößerung durch das eingeschaltete System nicht beeinflußt werden
soll, mithin = z, erhält man:
III. Aus der Durchrechnungsformel für den Paraxialstrahl
folgt:
Unter Benutzung von (2) erhält man dann die Bedingung, welche der Radius rk der
okularseitigen Fläche des Systems erfüllt:
wobei n = Brechzahl vor der okularseitigen Fläche des Systems, n' = Brechzahl hinter
der okularseitigen Fläche des Systems, h, = Durchstöße eines nach der Mitte des
Objektivbildes zielenden Strahles an der objektivseitigen Fläche des Systems, lax;
= Durchstoßhöhe dieses Strahles an der okularseitigen Fläche des Systems,
s1 = Schnittweite dieses Strahles in bezug auf die objektivseitige Fläche des Systems,
wenn das System durch ein nichtbrechendes System ersetzt wird, st = Schnittweite
dieses Strahles in bezug auf die okularseitige Fläche des Systems, wenn diese Fläche
durch eine nichtbrechende Fläche ersetzt wird, ist.
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Wenn die Gleichung für rk erfüllt wird, so ist damit erreicht, daß
keine Vergrößerungsänderung in einem bereits vorhandenen Strahlengang entsteht,
wenn man eine Linse zu einem bestimmten Korrektionszweck einschaltet, deren Konstruktionsdaten
dieser Formel genügen. Hierbei kann die vorher durch das System gegebene Bildebene
beibehalten werden oder nach vorn oder hinten verlagert werden.
Die
Daten für die Darstellungen der Fig. 2 sind folgende, und zwar beginnend mit der
Linsenfläche 7
| für f=1 |
| Y1 = -+- 82,0 P1 = -f- 0,4003 |
| d = 25,00 zt = 1,51633 |
| Y.=oo P,- 0 |
| A = 22,0 |
| y3 = -,#p P3 = O |
| d = 25,0 zz = 1,51633 |
| Y4 = -E- 21,184 (Y4 = 71. ) P4 =
- 1,5495 |
| f = - 10374 mm 1 P = - 1,1492 |
| 7t' = 1; Si = -I- 139,0; Sk = 29,04; |
| S'k = -I- 35,91; hk = 0,258; hl = 1. |
Bei der Auflichtbeleuchtung in Mikroskopen wird ein auf der Kittfläche eines Beleuchtungsprismas
teildurchlässiger Glaswürfel, der in Fig.3 mit 11 bezeichnet ist, verwendet. Durch
die Einschaltung dieses Glaswürfels würde eine Verlagerung der Bildebene 12 erfolgen,
wenn nicht die Ein- und Austrittsfläche dieses Würfels mit den sphärischen Flächen
14 und 15 versehen wären.
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Das Beispiel für einen optischen Aufbau, bei dem weder die Vergrößerung
sich ändert noch die Bildebene vor- oder rückverlegt wird, lautet wie folgt:
| für f =-1 |
| Y1 - _+_ 2317 P1 = + 0,804 |
| d = 25,oo n = 1,51633 |
| rd= -_YO P, = o |
| A = 22,0 |
| Y3 - : -%D P3 - 0 |
| d - 25,o n1 = 1,51633 |
| r4 = -i-. 11,7 P4 = -1,667 |
| f = - 546,8 mm P = - o,864 |
| Si = -f- 139,0; Sk = -I- 77,6; S', = -I- 67,0; |
| ltk |
| = 0,482. |
| hl |
Die Möglichkeit der wahlweisen Beeinflussung der Bildebenenverlagerung innerhalb
eines relativ großen Bereiches ohne Beeinträchtigung der Vergrößerung bedeutet einen
wesentlichen Fortschritt gegenüber dem Bestehenden. Da nämlich in allen Fällen der
Bildwegverkürzung der Radius rk des Prismensystems zerstreuend wirkt und eine höhere
Brechkraft aufweist als der hierbei stets sammelnde Radius der Eintrittsfläche des
Prismengliedes (-glieder), wird die Petzvalsumme (XP) der Seidelschen Koeffizienten,
die bekanntlich als Maß für die Bildfeldkrümmung gilt, ebenfalls negativ. Das beschriebene
optische System hat demnach in Verbindung mit dem Abbildungssystem, das meist eine
positive Petzvalsumme aufweist, in bezug auf die dem Abbildungssystem noch anhaftenden
Restfehler eine kompensierende Wirkung. Es ist dies ein sehr wesentlicher Vorteil
gegenüber den bisher meist verwendeten Prismengliedern mit ebenen Begrenzungsflächen.
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Ein weiterer Vorzug liegt darin, daß wesentlich geringere Baugrößen
erzielt werden, die sowohl Materialeinspärung wie im Zusammenhang damit Gewichtsverminderung
zur Folge haben.