DE90690C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.\%

Bei terrestrischen Fernrohren konnte unter Anwendung gewöhnlicher Fraunhofer'scber Oculare ein grofser Oeffnungswinkel des Objectivs bisher nicht voll ausgenutzt werden, da man sonst infolge der Aberrationen im Umkehrungssystem unscharfe Bilder erhielt. Dieser Uebelstand hatte seine Ursache darin, dafs man das Umkehrungssystem aus zwei getrennten einfachen Linsen zusammensetzte, die einen festen Abstand von einander hatten. Man war ge-. zwungen, zwischen diesen Gliedern eine Blende anzuordnen, um allen denjenigen Strahlen des durch das Objectiv einfallenden Lichtbüschels, welche durch das Umkehrungssystem sphärische Untercorrection erlitten, den Durchgang durch das zweite, den Augenlinsen zugekehrte Glied des Umkehrungssystems abzuschneiden. Diese Blende hatte einen grofsen Nachtheil. Es wurde durch dieselbe die Helligkeit des Gesichtsfeldes des Oculars vermindert, so dafs die Austrittspupille des Fernrohres schon bei geringen Vergrößerungen so weit verkleinert wurde, dafs sie unter den mittleren Durchmesser der Pupille des menschlichen Auges sank. Infolge dessen waren die Bilder dieser Fernrohre, zumal bei beschränktem Licht, dunkel, denn bei einem guten Fernrohr mufs der Durchmesser seiner Austrittspupille gleich dem mittleren Durchmesser der Pupille des Auges sein.

Um diesen Uebelstand zu beseitigen, insbesondere um die nutzbare Öeffnung des Fernrohres zu vergröfsern, hat man das Umkehrungssystem aus zwei getrennten achromatischen Linsen hergestellt. Von diesen Ocularen sei beispielsweise das Ke 11 η er'sehe angeführt. Bei demselben ist das erste Glied des Umkehrungssystems und das zweite Glied des Augenlinsensystems achromatisch corrigirt.

Dieses Ocular hat aber folgende Nachtheile:

1. Für Oeffnungsverhältnisse, welche gröfser alsf: 10 sind, ist die sphärische Correction ungenügend, so dafs das Bild in der Mitte nicht absolut scharf und gegen den Rand hin sehr verwaschen wird.

2. Die Anzahl derLinsenaufsenfiächen, welche gleich 8 ist (4 für die beiden Glieder des Umkehrungssystems und 4 für die beiden Glieder des Aügenlinsensystems), hat einen grofsen Lichtverlust, also eine Verringerung der Helligkeit des Gesichtsfeldes zur Folge.

3. Es ist technisch sehr schwierig, die beiden Theile des Umkehrungssystems gegen einander und gegen das Aügensystem genügend zu centriren.

Alle diese Nachtheile werden nun durch ,das Umkehrungssystem vermieden, das den Gegenstand dieser Erfindung bildet. Dieses System ist dadurch gekennzeichnet, dafs es aus einem einzigen verkitteten Linsensystem besteht, welches mindestens dreitheilig sein mufs und so corrigirt ist, dafs ein grofser Oeffnungswinkel des Objective thatsächlich ausgenutzt wird. Das Oeffnungsverhältnifs kann bis '1:5 steigen, wodurch das Fernrohr bedeutend kürzer und handlicher wird. Weitere Vortheile sind noch folgende:

i. Die Zahl der reflectirenden Linsenflächen beim eingliedrigen Umkehrungssystem ist von 4 auf 2 vermindert, der Lichtverlust durch Reflexion der Aufsenflächen wird daher geringer und demgemäfs die Helligkeit an sich

schon gröfser, wodurch die Lichtstärke schon an sich um ^x/₅ wächst.

2. Die Schärfe des Bildes ist sowohl in der Mitte wie am Rande vollkommener, weil die sphärische Abweichung auf und neben der Achse für breite Lichtbüschel besser aufgehoben ist.

3. Die technische Ausführung ist bedeutend leichter, besonders läfst sich das ganze System sehr genau centriren.

In Fig. ι der beiliegenden Zeichnung ist als Beispiel ein gemäfs dieser Erfindung zusammengesetztes Umkehrungssystem dargestellt, das aus drei Linsen, einer mittleren biconvexen Linse L₃ und zwei diese einschliefsenden convexconcaven Zerstreuungslinsen L₁ und L₅ besteht.

Das dargestellte System, welches für ein Fernrohrobjectiv von 8 cm Brennweite und 18 mm Oeffnung berechnet ist, hat bei einem Durchmesser von 10 mm folgende Elemente:

. Krümmungshalbmesser:	Glasdicken:
r0 — 14,5	dx = 2,1
r.2 — 10,25	di = 5,3
r4 = 10,25	d. = 1,4.
r6 = 29,5
Die Glasarten sind für L	j und L5 Flintglas
und für L3 Crownglas; der	Brechungsexponent
für L1 und L5 ist:

Hq — 1,61880,
für L₃: tip= 1,51708.

Dem gewählten Beispiel ist ein Objectiv zu Grunde gelegt, das aus drei Theilen, einer biconvexen, einer nahezu planconcaven und einer nahezu planconvexen Linse, zusammengekittet ist.

Das neue Umkehrungssystem kann auch aus mehr als drei Linsen zusammengesetzt sein.

Die Art und Weise, wie die Corrigirang des neuen Umkehrungssystems im wesentlichen zu geschehen hat, ergiebt sich aus. nachstehenden Betrachtungen.

Der Zweck des Umkehrsystems eines terrestrischen Oculars besteht bekanntlich darin, dafs es das im Hauptbrennpunkt des Objectivs entworfene reelle Bild, unter meist zugleich erfolgender Vergrößerung desselben, umgekehrt in eine Ebene projicirt, welche in die Hauptbrennebene der Ocularlinse fällt.

Mafsgebend für die Construction eines derartigen Systems sind hauptsächlich folgende Punkte:

ι. Innerhalb des Bereichs der benutzten Wirkung des Umkehrsystems (dem wahren Bildfeld des Fernrohres) müssen alle Strahlenkegel, welche vom Objectiv kommen und dieses selbst als Basis, in dessen Haüptbrennebene aber ihre Spitze haben, nach dem Durchgang durch das Umkehrsystem wieder scharfe Spitzen haben, d. h. jeder Strahlenkegel für sich mufs das Umkehrsystem ohne merkbare sphärische und chromatische Abweichung sowie ohne erheblichen Astigmatismus passiren.

2. Bei Anwendung schwacher Vergrößerungen, wie sie speciell für Handfernrohre üblich sind, bei denen das wahre Sehfeld des Fernrohres bis zu 7⁰ beträgt, mufs die unter 1. genannte Bedingung zugleich mit folgender Bedingung annäherungsweise erfüllt werden: Diejenige Ebene, welche durch die Spitzen aller Strahlenkegel innerhalb des Gesichtsfeldes (bei ca. 7⁰) definirt ■ wird, mufs sich nahe genug an die Bildebene der Augenlinse anschmiegen.

3. Es mufs die Vergröfserung des primären Bildes durch das Umkehrsystem innerhalb des ganzen benutzten Bereiches constant sein.

Diese Bedingungen sind der Ausdruck für folgende Eigenschaften der Bilder:

Zu i. Das Bild erscheint bei passender Einstellung auf je eine Zone scharf und farbenrein.

Zu 2. Das Bildfeld erscheint eben, d. h. bei Einstellung auf die Mitte sind auch der Rand und die Zwischenzonen scharf.

Zu 3. Das Bild erscheint unverzerrt, d. h. gerade Linien am Object zeigen sich auch im Bilde stets gerade.

Die Hauptschwierigkeit bei der Construction der Umkehrsysteme liegt in der Erfüllung der unter 1. genannten Bedingung; hier handelt es . sich um eine sogenannte büschelweise Correctur dreier Abweichungen: der sphärischen, der chromatischen und der stigmatischen. Das Princip dieser Correctur, welche z. B. auch bei photographischen Landschafts-Objectiven erstrebt werden mufs, ergiebt sich aus der Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung. Ist O O¹ die nutzbare Objectivöffnung und ff¹ das Bildfeld des Objectivs, so sind φ φ¹ die Oeffnungswinkel zweier Strahlenbüschel, welche, von einem sehr' entfernten Punkt kommend, das Objectiv passiren. U U¹ ist die Umkehrlinse und Δ /, Δ l^l sind diejenigen Linsentheile, welche von je einem Strahlenkegel durchsetzt werden.

Diese Flächenstücke der Linse müssen für die nutzbaren Strahlenneigungen im Sinne der unter 1. genannten Bedingung corrigirt sein. Ist dieses nicht der Fall, oder gelingt es nicht, die sphärische Abweichung vollkommen für schräge Strahlen, den Astigmatismus leidlich zu compensiren, so mufs der nutzbare Durchmesser des Objectivs vermindert werden, was entweder durch eine Blende in der Ebene rr¹ oder durch Verlängerung der Objectivbrennweite geschieht, wodurch in jedem Falle die Helligkeit des Fernrohres leidet.

Versucht man, diese Correctur im Sinne des Fraunhofer-Oculars mit zwei einfachen getrennten Linsen als Umkehrsystem vorzunehmen,

so findet man, dafs stets —· wie auch die Brennweiten, Formen und Glasarten der Linsen gewählt werden mögen — die sphärische Untercorrection so erheblich bleibt, dafs die nutzbare Objectivöffnung kaum Y₁₀ der Brennweite betragen darf, da nur dann infolge der verhältnifsmäfsigen Kleinheit derWinkelcpund φ¹ und demgemäfs der Linsenelemente Δ/ und Δ/¹ die Abweichung hinreichend markirt und das Bild scharf erscheint.

Ersetzt man die Umkehrungslinsen des Fraunhofer-Oculars durch zwei getrennte Achromate, so gewinnt man viel mehr Freiheiten, indem die chromatische Abweichung ohne Opfer an variabelen Elementen, speciell am Abstand der beiden Linsen,. gehoben wird, und sich die sphärische Abweichung, insbesondere soweit sie als »Coma« aufserhalb der Achse auftritt, schon durch den nahezu symmetrischen Verlauf der Strahlenbüschel durch die beiden weitgetrennten Linsen innerhalb verhältnifsmäfsig grofser Δ/ beheben läfst. Immerhin aber erfordern zwei getrennte achromatische Linsen als Umkehrungssystem verhältnifsmäfsig lange Oculare, d. h. der Bildabstand des Umkehrsystems an der Augenseite mufs ziemlich grofs sein, damit das Bildfeld eben erscheint, so dafs p^l in der durch ρ senkrecht zur optischen Achse gelegten Ebene liegt. Aufserdem ist ein solches Ocular nie stabil achromatisch zu machen, d. h. es giebt nur für ein Verhältnifs zwischen Bild- und Objectivabstand des Umkehrsystems ein farbenfreies Bild, welches zugleich eben und frei von Astigmatismus und Coma ist.

Bei dem vorliegenden Umkehrsystem, bestehend aus einer verkitteten Linse (drei- bis viertheilig verkittet), lassen sich die oben angegebenen Bedingungen wesentlich günstiger erfüllen, weil die einzige verkittete Linse eine gute Correctur aller in Frage kommenden Bildqualitäten ermöglicht, wozu eine freie Verfügung über drei Radien, drei Glassorten und drei Dicken beim dreifachen, je vier dieser Elemente beim viertheiligen verkitteten System vorhanden ist, vor allem aber, weil zugleich die Zahl der reflectirenden Linsenaufsenflä'chen um zwei vermindert wird, ein Vortheil, der bei Fernrohren wegen des durch diese Aufsenflächeh entstehenden Lichtverlustes nicht hoch genug veranschlagt werden kann.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Ein Umkehrungssystem für terrestrische Fernrohre, bestehend aus einem einzigen verkitteten Linsensystem, welches mindestens dreitheilig sein mufs und so corrigirt ist, dafs ein grofser Oeffnungswinkel des Objectivs thatsächlich ausgenutzt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.