Fernrohrokular mit weit abstehender Austrittspupille
Die Erfindung betrifft ein Fernrohrokular, insbesondere ein Zielfernrohrokular, mit weit abstehender Austrittspupille zur Abbildung einer Bildebene oder eines Absehens nach unendlich. Das Okular besteht aus einer lichteintrittseitig vor der Bildebene angeordneten Feldblende und nachfolgend aus zwei in Lichtrichtung durch Luft getrennten Linsengruppen, wobei die erste aus zwei gekitteten Linsen besteht und positive Brechkraft aufweist und die zweite aus einer einfachen Sammellinse besteht.
Derartige Okulare befinden sich lichtausgangsseitig beispielsweise an Zielfernrohren, die als Visiereinrichtung bei Jagdgewehren und dergleichen dienen und haben die Aufgabe, die Bildebene des vorgeschalteten optischen Fernrohrsystems zur Beobachtung nach unendlich abzubilden.
Die optischen Systeme solcher Zielfernrohre bestehen üblicherweise aus einem Objektiv, welches das zu beobachtende Objekt in eine erste Zwischenbildebene und anschließend durch ein Umkehrsystem höhenrichtig in eine zweite Zwischenbildebene abbildet. Das Visier wird dabei durch eine optische Zielmarke (Absehen) gebildet, die entweder in der ersten oder in der zweiten Bildebene angeordnet sein kann.
Es ist bekannt, zur Vermeidung von Lichtverlusten und Bildabschattungen bei optischen Systemen mit wiederholter Abbildung in der Bildebene eine Sammellinse anzuordnen. Diese auch als
Feldlinse oder Kollektivlinse bezeichnete Sammellinse hat auf die geometrische Größe und Lage des Bildes keinen Einfluss. Sie dient lediglich der Bündelung der abbildenden Strahlen.
Ein Zielfernrohrokular weist einen von normalen (terrestrischen) Fernrohrokularen abweichenden Aufbau auf. Bekanntlich muss, um das ganze durch das Zielfernrohr gegebene Gesichtsfeld überblicken zu können, das sehende Auge des Beobachters in der Austrittspupille des Zielfernrohrs angeordnet werden. Befindet sich die Austrittspupille zu nahe am Okular, besteht aufgrund des Rückstoßes beim Abschuss der Waffe die Gefahr von Verletzungen für das Auge.
Aus diesem Grund besteht für Zielfernrohrokulare die Forderung nach einem großen Abstand der Austrittspupille, beispielsweise in den Grenzen der zwei- bis sechsfachen Brennweite des verwendeten Okulars.
Fernrohrokulare bekannter Bauart für terrestrische Fernrohre weisen beispielsweise ein aus einer Linse negativer Brechkraft und einer Linse positiver Brechkraft gebildetes Kittglied mit positiver Brechkraft auf, dem eine einfache Sammellinse nachgeordnet ist und haben einen zu geringen Abstand der Austrittspupille.
Es ist bekannt, durch geeignete Maßnahmen, die die Güte des Okulars insgesamt jedoch meist verschlechtern, den Abstand der Austrittspupille bei den bekannten Okularen zu vergrößern.
Der gewünschte Effekt ist beispielsweise durch den Einsatz von Gläsern mit hohen Brechzahlen erzielbar, was jedoch meist zu einem großen Astigmatismus und einer bedeutenden Verzeichnung führt.
Ein Okular welches diesen Nachteil nicht aufweist und dennoch einen großen Pupillenabstand zur Verfügung stellt, ist aus CH 250 108 bekannt und besteht aus zwei gekitteten Linsen, nämlich einer Linse
negativer Brechkraft aus Schwerflintglas und einer Linse positiver Brechkraft aus einem Glas mit niedrigem Brechungsindex, gefolgt von einer einfachen Sammellinse. Das dort beschriebene Okular macht, wie an der Linse mit positiver Brechkraft zu sehen ist, von einer weiteren allgemeinen Möglichkeit zur Vergrößerung des Abstandes der Austrittspupille Gebrauch, nämlich Linsen mit einer hohen Durchbiegung zu verwenden. Diese Maßnahme führt aber zu komplizierten, dicken und somit schweren Linsen, die oftmals einen erhöhten Coma Fehler verursachen. Ein schweres Okular ist nachteilig für die Verwendung in Zielfernrohren. Spezielle, meist empfindliche Gläser sind teuer und schwer zu bearbeiten, oftmals sind auch die Transmissionseigenschaften schlecht.
Zwar kann, wie bereits erwähnt, durch einfache Vergrößerung der Brennweite des Okulars ebenfalls der Abstand der Austrittspupille vergrößert werden, ohne weitere Maßnahmen wird dann jedoch das Sehfeld über die Maßen eingeschränkt. Um diesem Nachteil wiederum entgegenzuwirken, müssen der Durchmesser des Okulars, der Sehfeldblende und des Umkehrsystems vergrößert werden, wodurch sich sowohl der Platzbedarf für den Bauraum, als auch das Gewicht des Gesamtsystems nachteilig erhöhen würden.
Aufgabe der Erfindung war es daher, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein Femrohrokular einfach, kompakt und ohne teure Spezialgläser oder zu stark gekrümmten Linsenradien bereitzustellen, dennoch den Abstand der Austrittspupille auf z.B. > 90 mm zu vergrößern und zugleich ein, für diese Verhältnisse großes subjektives Sehfeld von beispielsweise größer 19° zu realisieren. Eine weitere Aufgabe der Erfindung bestand darin, auf einfache Weise die durch ein Fernrohrobjektiv und Umkehrsystem hervorgerufene Krümmung und Verzeichnung des Bildfeldes zu kompensieren. Gleichzeitig sollte die
Bildebene, bzw. das Absehen wirksam vor Verschmutzung geschützt werden.
Diese Aufgaben werden bei einem Fernrohrokular der eingangs genannten Art erfindungsgemäß) durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Fernrohrokular wird eine Verlagerung der Austrittspupille ohne besondere Umgestaltung der augenseitigen optischen Anordnung des Okulars, nachfolgend als Hauptokular bezeichnet, dadurch erzielt, dass in der Nähe der Bildebene oder des Absehens in Lichtrichtung hinter der Feldblende zur Aufweitung des optischen Strahlenbündels eine Linse negativer Brechkraft angeordnet ist, mit der gleichzeitig die Fläche des Absehens vor Verschmutzung geschützt werden kann. Da die Austrittspupillenlage durch die Einfügung der Linse negativer Brechkraft beeinflusst wird, bestehen für die Berechnung des Objektivs sowie des Linsenumkehrsystems und auch des Hauptokulars größere Freiheitsgrade. Die Anordnung dieser Linse lediglich in der Nähe der Bildebene hat sich im Vergleich zu einer der bekannten Feldblendenwirkung entlehnten Anordnung genau in der Bildebene als besonders vorteilhaft herausgestellt. Der Versuch, beispielsweise eine Fläche der negativen Linse planparallel auszubilden, mit einer optischen Zielmarke zu versehen und diese Fläche in die Bildebene zu verlagern, hat sich als unvorteilhaft herausgestellt, da jede Verschmutzung auf einer Fläche, die sich genau in der Bildebene befindet, vom optischen Gesamtsystem scharf abgebildet und daher als äußerst störend vom Benutzer wahrgenommen wird. Vor der Bildebene, in der die Zielmarke angeordnet ist, befindet sich nämlich das Linsenumkehrsystem, welches einerseits zur Realisierung verschiedener
Vergrößerungsfaktoren axial verschiebbar ausgebildet ist und andererseits zur Einstellung einer Elevationskorrektur mechanisch verschwenkbar gelagert ist. Mechanische Bewegungen, wie sie auch bei der Dioptrieverstellung am Okular notwendig sind, erzeugen Materialabrieb, der sich als feine Staubpartikel auf einer Fläche, wie der Planglasfläche eines Absehens in der Bildebene niederschlagen.
Durch die Einfügung der Linse mit negativer Brechkraft in der Nähe der Bildebene oder des Absehens kann die Brennweite des Hauptokulars kleiner gewählt werden. Durch diese Maßnahme verkürzt sich ebenfalls der für die Einstellung der Dioptrie erforderliche Weg. Auf diese Weise vergrößert sich die Baulänge des Okulars bei der Dioptrieeinstellung nicht so stark wie bei herkömmlichen Fernrohrokularsystemen und die Abdichtung des Systems gegen Feuchtigkeit vereinfacht sich. Ein weiterer Vorteil der Einfügung der Linse mit negativer Brechkraft ist, dass bei gleichem subjektivem Sehfeld der Durchmesser der Feldblende in der Bildebene und damit der Gesamtdurchmesser des Femrohrsystems an dieser Stelle kleiner ausfallen kann als ohne die Linse.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die lichteintrittsseitig angeordnete erste gekittete Linse eine negative Linse (Zerstreuungslinse) und die zweite Linse eine positive Linse (Sammellinse). Auf diese Weise ist ohne aufwändige Spezialgläser im Zusammenwirken mit der lichtaustrittseitig angeordneten einfachen Sammellinse ein Hauptokular mit einer Brennweite von 35-55 mm darstellbar.
Zur besonders universellen Anpassung an verschiedene Objektiv- /Umkehrsystem-Varianten eines Zielfernrohrs und Beseitigung von Farbfehlern im Hauptokular werden die zwei gekitteten Linsen als Achromat ausgebildet.
In besonders vorteilhafter weise ist die Linse negativer Brechkraft beabstandet zur Feldblende und/oder dem Absehen mit diesem in einer gemeinsamen Fassung gehalten. Auf diese Weise hat die Linse so gut wie keinen negativen Einfluss bei einer Höhen- oder Seitenverstellung des Absehens.
Zur besonders einfachen Korrektion von Verzeichnungen ist die Linse negativer Brechkraft mit einer asphärischen Fläche versehen. Sie kann aus Glas oder kostengünstig und einfach aus Kunststoff gefertigt sein. In diesem Fall ist sie gleichzeitig besonders resistent gegen die mechanischen Beanspruchungen, denen ein Zielfernrohr beim Abschuss einer Waffe ausgesetzt ist. Auf diese Weise ist es ebenfalls möglich, dünne Linsen zu verwenden, die bei einer Fertigung aus Glas unter der mechanischen Beanspruchung zerplatzen würden.
Eine plankonkave Linsenform lässt sich in vorteilhafter Weise besonders einfach und nahe an das Absehen heran in der gemeinsamen Fassung lagern und hat dann nur einen geringen, gut beherrschbaren Einfluss auf die geometrische Größe und Lage des Bildes, der neben der Verlagerung der Austrittspupille hin zu einem größeren Abstand vom Okular auch vorteilhaft zur Korrektion von Verzeichnungen genutzt werden kann. Dieser Vorteil ist besonders ausgeprägt, wenn die Brennweite der Linse negativer Brechkraft dem -0,8 bis -θfachen der Brennweite des Hauptokulars entspricht. Die Wirkung ähnelt der einer negativen Feldlinse.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Linsen des Hauptokulars in Lichtrichtung gesehen so aus Gläsern gefertigt, dass die erste gekittete Linse eine große Brechzahl von n > 1 ,7 und eine kleine Abbesche Zahl v < 30 und die zweite gekittete Linse, wie auch die augenseitig angeordnete einfache Sammellinse eine kleine Brechzahl n < 1,65 und eine große Abbesche Zahl v > 55 aufweisen.
In besonders vorteilhafter weise beträgt der Abstand zwischen der Linse negativer Brechkraft und der Bildebene oder dem Absehen höchstens das 0,2-fache der Brennweite des Hauptokulars. Auf diese Weise ist die Korrektion der Bildfehler im Okulargesamtsystem einfacher und es besteht die Möglichkeit, durch Austausch der Linse die Lage der Austrittspupille hinter dem Okular zu beeinflussen. Ohne weitere Veränderung am Hauptokular lässt sich auf diese Weise z.B. durch den Einsatz einer anderen Linse mit stärkerer negativer Brechkraft ein größerer Abstand der Austrittspupille bei lediglich etwas eingeschränktem subjektivem Sehfeld erzielen. Bei sonst gleich bleibendem Aufbau des Objektivs, Umkehrsystems und Hauptokulars können auf diese Weise einfach kundenspezifische Spezial- anforderungen erfüllt werden.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fernrohrokulars ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt dabei eine Schnittdarstellung durch ein vereinfacht dargestelltes Femrohrokular 1 , das in einem lichteintrittseitigen Bereich 2 eine das Bildfeld scharf begrenzende Feldblende 3 aufweist. Die Feldblende 3 wird durch eine kreisförmige Öffnung 4 in einem eine Strichplatte 5 und eine Linse negativer Brechkraft 6 tragenden ersten Fassungsteil 7 gebildet.
Auf der Strichplatte 5 befindet sich auf der, der Linse negativer Brechkraft 6 zugewandten Planfläche 8 ein nicht weiter dargestelltes Absehen (Zielmarke). In der Planebene liegt auch die mit Hilfe einer Strichlinie dargestellte Bildebene 9 des nicht weiter dargestellten Objektiv- und Umkehrsystems.
In einem zweiten Fassungsteil 10 sind drei Linsen LI 1 L2, L3 gelagert. Die negative Kittgliedlinse L1 , die pos. Kittgliedlinse L2 und die einfache
Sammellinse L3 bilden eine Einheit, die als Hauptokular 11 bezeichnet wird. Das zweite Fassungsteil 10 ist in einem Okulargehäuse 12 zur Dioptrieeinstellung axial verschiebbar gelagert.
Die Brennebene des Hauptokulars 11 fällt mit der Bildebene 9 zusammen.
Bezugszeichenliste
1 Femrohrokular
2 lichteintrittseitiger Bereich
3 Feldblende
4 kreisförmige Öffnung
5 Strichplatte
6 Linse negativer Brechkraft
7 erstes Fassungsteil
8 Planfläche
9 Bildebene
10 zweites Fassungsteil L1 negative Kittgliedlinse L2 positive Kittgliedlinse L3 einfache Sammellinse
11 Hauptokular
12 Okulargehäuse