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WO1985004260A1 - Verres afocaux, lunettes grossissantes, coupoles de telescopes, segments de coupoles ou autres et combinaisons avec des systemes optiques connus en tant que lunette faible avec grand champ de vision, bonne definition d'image et coefficient d'eclairage eleve - Google Patents

Verres afocaux, lunettes grossissantes, coupoles de telescopes, segments de coupoles ou autres et combinaisons avec des systemes optiques connus en tant que lunette faible avec grand champ de vision, bonne definition d'image et coefficient d'eclairage eleve Download PDF

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WO1985004260A1
WO1985004260A1 PCT/EP1985/000056 EP8500056W WO8504260A1 WO 1985004260 A1 WO1985004260 A1 WO 1985004260A1 EP 8500056 W EP8500056 W EP 8500056W WO 8504260 A1 WO8504260 A1 WO 8504260A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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afocal
glass
glasses
telescope
field
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP1985/000056
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann Gernet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority claimed from DE19843411409 external-priority patent/DE3411409A1/de
Priority claimed from DE19843432423 external-priority patent/DE3432423A1/de
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to GB08526211A priority Critical patent/GB2183862A/en
Publication of WO1985004260A1 publication Critical patent/WO1985004260A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration

Definitions

  • Keplerian telescopes consist of 2 focal lenses with the same effect (convex lenses)
  • Galileo systems consist of 2 focal lenses with different optical effects, namely a convex lens away from the eye (closer to the object) and a concave lens close to the eye.
  • Usual telescopes of lower magnification preferably consist of Galileo systems, which one soon learned to use with a short tube.
  • Telescopes result from the ratio of the object focal length to the eyepiece focal length.
  • the field of view (field of view) of the observer's eye is referred to, i.e. the area of the environment that is caused by the afocal glass / the combination and by the The observer's eye pupil is sharply imaged on the retina.
  • This field of view (field of view) corresponds approximately to the field of view (field of view) of glasses / optical aids, which is common in physics.
  • the image section is the environmental section of the film after development and without additional enlargement (reduction), with image resolution the resolution due to focal length enlargement (reproduction of details of the recorded objects) on the film / photo print.
  • All telescopes made from focal lens or mirror systems i.e. consisting of lenses / mirrors with focal points and focal lengths are afocal due to their construction as a whole, because, as shown in Figure 1, incident parallel rays emerge from the eyepiece of such telescopes again in parallel, being closer together, i.e. are more concentrated than the incident parallel rays.
  • Due to their special construction, conventional telescopes cause the objects viewed to move closer and to enlarge them, because - to put it simply - more optical information is passed through the pupil of the eye through the eye pupil to the retina responsible for image resolution.
  • Figure 2 shows from the book by M. v. Rohr (The glasses as an optical instrument, Julius Springer, Berlin, 1934, page 82) a representation of the eye and stopper lens on a scale of approximately 1: 1. From a critical point of view, stopper lenses are not lenses because optical lenses by definition have focal points and focal lengths. Stopper lenses, if designed for distant vision, have neither focal points nor
  • Focal lengths so they are afocal like the usual telescope systems described, although they have nothing else in common with them from an optical point of view.
  • the stopper lens for distance is not an optical lens, but an afocal glass (afocal glass).
  • Figure 3 shows schematically the beam path in a stopper lens for the distance, which in its dimension of
  • Figure 3 shows the basic difference between stopper lens and telescopes made from focal lenses / mirror systems.
  • the stopper lens does not have any front or rear focal points, nor focal lengths or angles according to Figure 1, from which one could derive the physical magnification. Only through tricks (see Reiner, Auge und Brille, Enke Verlag, Issue 59, 1972, page 26 last paragraph and page 27 including (35)), which are didactically meaningful in the context there (spectacle lenses), which I use in connection with stopper lenses and However, afocal lenses are considered inappropriate because their physical magnification results solely from the glass thickness and front curvature, so the fiction of focal points and focal lengths can be maintained with such "lenses". Thus, stopper lenses for distance are actually and really different telescopes than those from Kepler and Galilei. In other words: no physicist, optician or ophthalmologist will be able to find a focal point for the optical system consisting of a glass for a stopper lens, just as little as a plane-parallel glass plate can.
  • the outer surface power (D) results a by inserting.
  • the surface power of the outer surface of the afocal glass treated in the example is thus 12.5 diopters.
  • the second physical basis of the invention is the magnification formula for afocal lenses, it corresponds to the formula for the "self-enlargement" of spectacle lenses.
  • the physical magnification (V) for afocal glasses is
  • V corresponds to the physical magnification of an afocal glass
  • d the thickness of the transparent and optically perfect material (glass, plastic, etc.) in meters
  • n the refractive index (refractive index) of the material
  • D the refractive power of the outer surface of the afocal glass in dioptres .
  • the physical magnification (V) of an afocal glass and its Far East effect depends solely on the material thickness and the refractive power of the outer surface.
  • All afocal glasses including anise icon glasses, stopper lenses, telescope glasses, telescope domes, etc., have optically effective boundary surfaces that are spherically convex on the object side and spherically concave on the eye side and are also the same, i.e. have an identical center of curvature.
  • afocal glasses i.e. so-called aniseicon glasses, were not used as double telescope in glasses as a weak telescope. Stopper lenses have had no practical significance for more than 100 years, and they have never been used with both eyes.
  • Figure 6 a - f shows the fundamental differences between stopper lenses and telescope glasses with afocal lenses and the magnification effects according to Snellius and Reiner for Pritchard's stopper lens (Figure 6 a, see also Figures 2 and 3), a model of the telescope glasses registered as utility models (G 81 21 262.3, Figure 6 b) and the magnification effects for afocal lenses that are already in other telescope eyewear patterns ( Figure 6 c, 6 d) or were produced for such use ( Figure 6 e, f) or in which Manufacturing are.
  • Pritchard's stopper lens in Figure 6 a has an arc of curvature of 0.0415 m for the larger (left) spherical-convex boundary surface and for the smaller one (right) spherical-concave boundary surface has a radius of curvature of 0.0135 m and for both radii the same, ie an identical center of curvature.
  • the refractive index of the stopper lens n 2 is 1.5 (crown glass, which at the time was probably the usual lens material).
  • the utility model shown in Figure 7 b (G 81 21 262.3) has a radius of curvature of 0.0286 m for the spherical-convex boundary surface away from the eye, a radius of curvature of 0.0175 m for the spherical-concave boundary surface and the same for both radii, ie an identical center of curvature that lies on the visual axes.
  • the refractive index of the afocal glasses (n 1 ) is 1.5, since they are glasses made of crown glass. According to Snellius, the refractive power of the surface far from the eye (r 1 ) is 17.5 diopters. Diopter.
  • the afocal lenses of the telescope glasses shown in Figure 7 c have a radius of curvature of 0.0428 m for the spherical-convex boundary surface remote from the eye and a radius of curvature of 0.026 m for the spherical-concave boundary surface close to the eye and for both radii same, ie an identical center of curvature, which lies on the visual axes.
  • the afocal glasses are made of plastic with a refractive index of 1.503.
  • the afocal lenses of the telescope glasses shown in Figure 6 d have a radius of curvature of 0.0302 m for the spherical-convex boundary surface remote from the eye, a radius of curvature of 0.0185 m for the spherical-concave boundary surface close to the eye and the same for both radii, i.e. an identical center of curvature.
  • the afocal glasses are also made of plastic with a refractive index of 1.503.
  • Figure 6 e shows an afocal lens for telescope glasses that has a radius of curvature of 0.02 m for the spherical-convex boundary surface away from the eye, a radius of curvature of 0.011 m for the spherical-concave boundary surface and the same, i.e. an identical, for both radii Have center of curvature.
  • the afocal glass is made of plastic with a refractive index from 1, 7
  • Figure 7 shows P 34 06 276.9 as an example of a telescopic dome (2) made of high-index glass with a refractive index of 1.93, a radius of curvature of the spherical-convex outer surface of 0.54 m, a radius of curvature of the spherical-concave inner surface of 0 , 22 m for the same, ie identical center of curvature and a thickness of 0.32 m on a scale of about 14: 1.
  • the telescope glasses 1.28 - afocal telescope dome 1.40 after 1.28 results for the system.
  • 1.40 1.792 a total physical magnification of around 1.79 with a large field of view (field of view) and a visual improvement, which is analogous to the findings of Schulte-Wintrop on 50 healthy subjects with telescope glasses 1.15. Reflections on the glass surfaces can be avoided using the techniques mentioned.
  • periscope-telescope-afocal glass 1.38 results in a face field that is just as large as with the periscope field nroh r 3.0, but from 3.0. 1.38 a higher overall magnification of 4.14.
  • Such a periscope-telescope-afocal glass combination is shown in Figure 8 in a schematic manner, i.e. not to scale.
  • the afocal glass has a radius of curvature of 0.3 m for the spherical-convex outer surface, a radius of curvature of 0.1 m for the spherical-concave inner surface and an identical center of curvature lying on the central axis of vision for both radii.
  • the afocal glass is made of bulletproof plastic with a refractive index of 1.7. According to Snellius, the refractive power of the outer surface of the afocal glass is: According to Reiner, it follows from a physical magnification of around 1.38.
  • the afocal lens is designed so that its field of view (field of view) is significantly larger than the field of view (field of view) of the periscope telescope 3.0. If the field of view (field of view) of the usual periscope telescope 3.0 has a diameter of 15, then with the periscope-telescope-afocal glass combination in Figure 8, for the same total magnification 3.0, only a telescope magnification of
  • the diameter of the visual field (field of view) is approximately 30% larger, and the area of the visual field (visual field) is almost twice as large
  • Figures 9 a and b show an afocal glass-periksop-telescope-afocal glass combination, in which the afocal glass located in front of the part of the periscope that is far from the eye is designed as a telescopic dome or as a telescopic dome section.
  • Figure 9 a shows a vertical section
  • Figure 9 b shows a horizontal section through the telescope-dome-periscope-telescope-afocal glass combination nation.
  • the telescopic dome consists of bulletproof plastic with a refractive index of 1.70 and has a radius of curvature of the spherical-convex outer surface of 0.15 m and a radius of curvature of the spherical-concave inner surface of 0.09 m with the same, ie identical center of curvature .
  • the telescope dome contains the periscope telescope end, which is far from the observer's eye and can be freely rotated about the vertical periscope axis.
  • the periscope has a magnification of 3.0 (triple). At the end of the periscope near the observer's eye there is an afocal glass as shown in Figure 6 f
  • the field of view (field of view) of the telescopic dome (of the telescopic dome section) is many times larger for the observer than the field of view (field of view) of the periscope telescope 3.0 (3 times) and because the afocal lenses located on the eyepieces of the periscope 1.28 in comparison to the periscope field of view (field of view) according to Figure 6 f likewise do not cause any field of vision (field of view) restrictions, resulting in the telescopic dome 1, 20 periscope 3, 0 afocal glasses 1, 28 combination instead a field of view (field of view) diameter from 15 ° to 15 °.
  • afocal glasses of suitable size and shape in combination with photo, film, television cameras, telescopes, microscopes and other optical systems have higher magnifications / better image resolution and, with a suitable design, larger, identical or only slightly smaller image sections (visual field, visual fields ) than how they result with a camera, telescope, microscope or another optical system alone.
  • afocal-glass combinations In order to achieve a large field of vision (field of view) for the observer, the diameters of the near-objective (near-objective) spherical-concave boundary surfaces of afocal lenses and the distance from the eye (objective) the determining sizes, afocal-glass combinations must accordingly be built up from these starting points ).
  • the transverse diameter of the image section recorded by the equipment optics of a roll film camera with a transverse diameter of 0.10 m in the photo is set to the image resolution 1.0, then such a combination leads to a larger transverse diameter with the same image resolution (1.0) of the captured image section, ie to a larger detail of the environment in the photo than without the afocal glass.
  • Figure 10 shows an afocal glass-camera combination without incorporating an additional afocal glass into the camera.
  • the afocal glass attached in front of the camera lens has a spherical-convex curvature of the outer surface of 0.05 m and a spherical-concave curvature of the inner surface of 0.02 m and the same, ie an identical center of curvature, for both radii.
  • the refractive index of the plastic afocal glass is 1.70. According to Snellius, the spherical-convex outer surface of
  • afocal glasses that are suitable for telescope glasses, as well as afocal telescope domes, dome or similar cutouts or combinations of periscope telescopes, cameras, telescopes, microscopes and other optical systems with afocal glasses have a suitable shape and refractive index compared to known ones Stopper lenses, common telescopes, cameras, telescopes, microscopes and other optical systems optical advantages, all based on the special afocal glass construction (spherical-convex-concave boundary surfaces with the same, ie identical center of curvature).
  • afocal glasses are plane-parallel plates which are brought into a spherical or a similar shape, as a result of which the effect of the aiming accuracy results even with an oblique view, as was described in US Pat. No. 126457 as the Gernet effect.
  • Afocal glasses of this type bring about an enlargement of the image with a large field of view (visual field) and are therefore, alone and in combination, real innovations compared to stopper lenses, conventional telescopes, telescope glasses, cameras, telescopes, microscopes and other optical systems.
  • Afocal glasses are also conceivable as contact lenses. In the range that is compatible with the human eye, however, only small magnifications of significantly less than 1.10 are to be expected. From an ophthalmological point of view, such contact lenses do not seem to me to be worth developing because the inventions described can do much more with respect to the magnification without impairing the human eye, and also because with contact lenses that are similar to Afocal lenses, eye damage can be caused by wearing them on the eye are to be feared. This applies even more to afocal glasses as intraoclarly implanted "lenses".
  • afocal glasses with a large field of view represent weak telescopes according to the principle of the stopper lens.
  • the image section of which is smaller, equal to or larger than the image section created by the lens system of a camera or which is significantly larger than the visual field (visual field) of telescopes, microscopes etc.?
  • Afocal glasses of a suitable shape are effective if their spherical-convex boundary surfaces are close to the object and theirs.
  • the centers of curvature on the visual axis are, in connection with the eye of an observer or in combination with a second (several) afocal glasses of the same arrangement, an enlargement of the objects seen with a relatively wide field of view (field of view) due to their telescope effect.
  • afocal glasses should, however, have an opposite optical effect
  • the afocal glass in front of the camera object should have an enlarging effect, the one behind the lens a reducing effect.
  • This can be achieved with a roll film camera, for example, in that the afocal glass in front of the camera lens has its spherical-convex boundary surface on the object side (not on the lens side), i.e. it allows the beams to move closer together and converge more strongly, while the camera is at a suitable point behind Afocal glass built into the lens has its spherical-convex boundary surface on the film side (image side), which means that the individual light beams are further apart and diverge more.
  • Such a combination leads to a magnifying effect, which is multiplied by the magnifying effect of the two afocal glasses.
  • the special features of the non-parallel beam path in cameras must be taken into account accordingly.
  • Afokalqlas (qläser) camera combination (s) for higher magnification / better image resolution / better light output and for (relatively) large image detail
  • Figure 11 b shows the photographic result without the Afocal glass 1.15
  • Figure 11 c shows the result with the Afocal glass 1.15 in front.
  • the transverse diameter of the ceiling square, which is fully accommodated under the ledge (from the outer edge to the outer edge) is 1.15 without the afocal glass in Figure 11 b 5.30 cm, the same transverse diameter - taken with the Afocal glass 1.15 - in Figure 11 c is 6, 10 centimeters .
  • Figure 11 c shows four things:
  • Figure 11 c shows no distortion.
  • afocal glasses of suitable size and shape in combination with photo, film and television cameras enable distortion-free images of the environment.
  • afocal glasses provide more optical information through the stronger bundling of light rays. Theoretically, this means that afocal glasses in front of the lens of cameras increase the light intensity of the lenses in the approximate ratio of their magnification effect (numerical values for radius and cross-sectional area differ according to physical laws). Indeed, in the example chosen, the negatives of the den
  • the afocal glass in front of the lens is designed in such a way that the image section conveyed by the afocal glass is larger than the image section conveyed by the camera lens, whereby disturbing light refractions (reflections or multiple reflections) are eliminated by suitable measures (see pages 9, 10).
  • an example of this is a cover of the optically unnecessary glass areas with opaque (black) plastic firmly attached to the glass, which is also useful for attaching the afocal glass (avoiding damage to the glass surface) and a non-parallel course of the glass surfaces in the optical area not shown.
  • the annihilation of unwanted light rays by these and other measures corresponding to the current state of the art is indicated by the meandering in the optically unnecessary area of the afocal glasses in Figure 12.
  • the afocal glass in front of the lens has a radius of curvature of the spherical-convex outer surface of 0.05 and a radius of curvature of the spherical-concave inner surface of
  • a second afocal glass of suitable size and shape is located in the camera between the lens and the film plane, the spherical-convex boundary surface facing the film plane.
  • This afocal glass has a radius of curvature of the spherical-convex surface of 0.03 m and a radius of curvature of the spherical-concave surface of 0.018 m for the same, i.e. identical center of curvature.
  • the thickness of the afocal glass is thus 0.012 m, the refractive index of the glass material is 1.93.
  • the two afocal glasses have two advantages: the attached afocal glass 1.24 brings more optical information in a ratio of 1.24 to 1.0 through the lens into the camera and distributes it over a larger film area.
  • the afocal glass 1.24 in the camera disperses this additional optical information on an even larger film surface. Both afocal glasses thus result in an enlargement / better image resolution for the viewer, which is 1.24 in comparison to the enlargement / image resolution of the original camera (whose magnification / image resolution is set to 1.0).
  • a conventional roll film camera without an SLR finder with a focal length of 35 mm is shown schematically in vertical section in Figure 13.
  • the afocal glass A in front of the lens has a radius of curvature of the spherical-convex outer surface of 0.035 m and a radius of curvature of the spherical-concave inner surface of 0.02 m for the same, i.e. identical center of curvature.
  • the thickness of the afocal glass is therefore 0.015 m, the refractive index of the glass material is 1.93.
  • a second afocal glass B of a suitable size and shape is located in the camera between the lens and the film plane, the spherical-convex boundary surface facing the film plane.
  • This afocal glass has a radius of curvature that is spherical-convex. Area of 0.01 m and a radius of curvature of the spherical-concave surface of 0.0057 m with the same, ie identical center of curvature.
  • the thickness of the afocal glass is 0.0043 m, the width index of the glass material is 1.93.
  • the refractive power of the spherically convex surface is Diopter.
  • the refractive power of the spherical-convex surface of the diopter results.
  • Such telescopes are used to observe distant objects, such as the moon and stars.
  • Such telescopes consist of relatively large tubes (tubes) with a relatively large transverse diameter, at the distal end of which there is a concave mirror (reflector) with focal lengths mostly over 600 mm.
  • Some of the rays reflected by the mirror are reflected by a deflecting prism into an eyepiece that is perpendicular to the tube axis.
  • the resulting image is either viewed through the eye of an observer or photographed by attached photo film television cameras.
  • a viewfinder mounted on the tube is used to locate the distant objects, and manual or automatic devices are used to track the motion of the stars.
  • Figure 15 shows possibilities, such as a stronger magnification with a smaller field of view (field of view) / image through afocal glass (lens) -telescope combinations cutout can be reached.
  • a standard reflector with a tube length of 0.65 m, a focal length of the reflector of 0.72 m, a mirror diameter of 0.12 m and a magnification of 100.0 (100 times) is shown schematically in the basic configuration .
  • the afocal lenses are arranged so that their centers of curvature lie on the (hypothetical) central beam of the reflector or on the central beam of the eyepiece.
  • the special features described at the beginning also apply to the telescope for observation by the human eye or for the recording of the image produced by photo film television cameras.
  • Figure 15 shows, among other things, an afocal glass-telescope combination with only one afocal glass (B,), whose field of view (field of view) is considerably larger than the field of view due to its suitable shape and size
  • the afocal glass (B,) is attached to the tube end near the object using conventional technology (screwed on, inserted).
  • the afocal glass B 1 has a radius of curvature of 0.215 m for the spherical-convex outer surface and a radius of curvature of 0.065 m for the spherical-concave inner surface, and for both radii the same, ie an identical center of curvature, which lies on the (hypothetical) central beam axis.
  • the afocal glass is made of highly refractive glass with a refractive index of 1.93 and its thickness is 0.15 m.
  • the refractive power of the outer surface of the afocal glass is 1 diopter.
  • a similar magnification effect can be achieved if one arranges a much smaller afocal glass of suitable size and shape B 2 in the beam path in the tube in front of the deflecting prism so that the center of curvature of the glass on the
  • the afocal glass B 2 shown in Figure 15 has a radius of curvature of the spherical-convex surface of 0.0125 m and a radius of curvature of the spherical-concave surface of 0.005 m with the same, ie identical, center of curvature.
  • the glass has a thickness of 0.0075 m and a refractive index of 1.93.
  • the refractive power of the spherical-convex surface of the afocal glass B 2 is
  • Afocal glass B 2 is only around 20% lower than that of much larger and unwieldy Afocal glass B 1 .
  • Another magnifying effect for the observer looking through the eyepiece is obtained if the eyepiece is used attaches an afocal glass of suitable size and shape B 3 with the same magnifying effect as that of the afocal glass B 2 . If one arranges the afocal glass B 3 so that its spherical-convex surface is close to the eyepiece and that its center of curvature lies on the central beam of the eyepiece, then the afocal glass B 3 again results in a physical magnification of around 1.41;
  • the "enlargement” (actual “downsizing” of a camera always) / image resolution of the original telescope image without afocal glass is set to 1.0, then results from the connection with Afocal glass-camera combinations in detail described facts through the afocal glasses B 1 , B 2 , and B 3 on the film an enlargement and thus a better image resolution with a significantly smaller section of the photographed objects on the film / photo print.
  • afocal glasses In combination with transmitted-light microscopes, afocal glasses have optical advantages at various points on the microscope; corresponding afocal glasses are shown in the schematic illustration in Figure 16 for a conventional transmitted-light microscope.
  • an arrangement (as viewed in the direction of the illuminating rays) of an afocal glass of suitable size and shape B 1 - with its spherical-convex surface facing the illuminating device (L) - behind the first lens system leads to a stronger convergence of the light rays.
  • the double radius of the spherical-concave surface must correspond to the transverse diameter of the light tunnel in the microscope.
  • the double radius of the spherical-convex surface of the afocal glass can be equal to or larger than the transverse diameter of the light tunnel.
  • both the objective with a magnification of 4.0 (4x) and the eyepiece of suitable size and shape can be placed in front (screwed on, inserted, etc.).
  • these afocal glasses result in stronger ones
  • the afocal glass B 2 has such a size and shape that its field of view (field of view) is larger than the field of view of the objective 4.0.
  • the afocal glass B 2 has a radius of curvature of the spherical-convex surface of 0.008 m and a radius of curvature of the spherical-concave surface of 0.0045 m. Its thickness is accordingly 0.0035 m.
  • the refractive index of the glass material is 1.93. According to Snellius, there is a refractive power of the spherical-convex surface of the afocal glass T diopter. According to Reiner, it follows from
  • the Afocal glass B 3 shown in Figure 16 has a radius of curvature of the spherical-convex surface of 0.0125 m and a radius of curvature of the spherical-concave surface of 0.005 m with a thickness of 0.0075 m, the refractive index of the glass material is 1.93.
  • the refractive power of the spherical-convex surface of diopters results.
  • the narrowing of the field of view (field of view) caused by the afocal glasses can be partially or completely canceled out by combining afocal glasses of a suitable size and shape at a suitable location in a differently constructed microscope with a larger aperture and a shorter focal length than the specified one, so that a similarly large field of vision (Field of view) results as with the original microscope alone.
  • the described optical advantages can be transmitted to the film / photo print by connecting a suitable camera with a close-up lens using a suitable adapter, i.e. one can achieve a better image resolution with a relatively bright, but without the above-mentioned measures, significantly reduced image section of the microscopic object.
  • afocal glasses of a suitable size and shape offer clear combinations in combination with conventional microscopes optical advantages.
  • Glass fiber optics is a newer field of optics. It enables non-rectilinear light conduction without the usual aids such as mirrors, prisms, etc.
  • the possible uses of fiber optics in technology and life sciences are diverse and well-known.
  • This application is intended to describe optical / lighting advantages which arise when flexible glass fiber cables, which consist of a large number of individual and as thin as possible glass fibers, are combined with afocal glass.
  • afocal glasses whose spherical-convex surfaces face a light source and whose centers of curvature lie on the (hypothetical) central axis of a fiber optic cable, bring more parallel and non-parallel light beams closer together.
  • afocal glasses If you give afocal glasses a suitable shape and size and if you additionally mirror the non-spherical boundary surfaces of the afocal glasses, then such afocal glasses, when their spherical-convex surface faces the light source, allow more light to enter a fiber optic cable than would have occurred without the afocal glasses.
  • the prerequisite is that the transmission of the afocal glasses is high, which can be made possible by known measures (anti-reflective coating, etc.).
  • Afocal glasses work in combination with fiber optic cables like light compressors.
  • Afocal glasses of a suitable shape and size allow more light to enter through a fiber optic cable with a certain cross-section than would happen without them. If one combines the fiber optic cable end from which the light rays emerge, also with afocal glasses of a suitable shape and size, whose centers of curvature also lie on the (hypothetical) central axis of the fiber optic cable and whose spherical-concave boundary surfaces face the cable end from which the light emerges again the afocal glasses cause the light beams to move closer together and thus distribute the light over a larger area than without the afocal glasses. These afocal glasses thus act as light decompressors, illuminating an area that is larger than the area that would be illuminated without the afocal glasses.
  • afocal glasses of a suitable shape and size In some areas of technology and life sciences it may be useful to attach afocal glasses of a suitable shape and size only to the side facing the light source, in other areas the use of afocal glasses at the opposite end or at both ends may be useful.
  • Figure 17 shows two examples of fiber optic cables of different thicknesses, which contain a large number of individual and as thin as possible glass fibers.
  • the thicker fiber optic cable A has a cross section of 0.0028 m.
  • the radius of curvature of the spherical-concave surface of the near-cable afocal glass should be selected so that it is one track larger than the optically effective radius of the glass fiber cable cross section for the production of suitable afocal glasses.
  • this afocal glass B 1 of suitable size and shape one or more other afocal glasses of suitable size and shape can be placed in front of the afocal glass B 1 .
  • a further afocal glass B 2 of suitable size and shape is attached in front of the afocal glass B 1 , the center of curvature of which likewise lies on the (hypothetical) central axis of the glass fiber cable.
  • Afocal glass B 2 has a radius of curvature of the spherical-convex surface of 0.01 m and a radius of curvature of the spherical-concave surface of 0.005 m, its thickness is 0.005 m, the glass material has a refractive index of 1.93.
  • the side surfaces are analogous to those of the Afocal glass B 1 (mirrored).
  • the refractive power of the spherical-convex surface of diopters results.
  • the Afocal glass B 1 produces a guided amount of light due to its light compression, which is significantly higher than that without the Afocal glass and which (without taking the transmission loss into account) is 1.24 to 1.0. Because of the loss of transmission through the afocal glass, the ratio will be somewhat less favorable, but the amount of light that will be guided will be (significantly) greater than without afocal glass.
  • the afocal glasses B 1 and B 2 at the end of the cable near the light source provide (without loss of transmission) from 1.2387.
  • 1.3178 1.6318 is a guided amount of light that is even larger and that - based on the diameter - represents around 1.63 to 1.0. If one refers to the cross-sectional area, then the amount of light conducted according to the known physical law (r 2. ⁇ ) is around 166% greater than without the two afocal glasses.
  • the transmission losses of afocal glasses are also multiplicative and not additive. Therefore, the percentage of more guided light will be significantly less than 166%.
  • the afocal glass B 3 has a physical magnification of 1.191, i.e. approximately 1.19. There is a physical one for the Afocal glass B 4 Magnification of 1.1913, also of around 1.19.
  • Figure 18 As the last example of a combination of Afocal glasses of a suitable size and shape with fiber optic cables, a modern fiber endoscope is shown in schematic form in Figure 18, as used in medicine for examining the food pipe and stomach. The situation differs from that in Figure 17 only in that the part of the endoscope near the eye, which usually contains a telescope system of weaker magnification (approximately 2.0, 2x), is either the observer's eye or by means of a suitable one Adapter a photo, film, television camera is located.
  • Figure 18 does not show the fiber optic cables that are usually used in duplicate in endoscopes for lighting, and channels that are still available for flushing or instrument use. Only the fiber optic cable for observation is shown. The flexibility of such endoscopes is great and is indicated by the curvature in Figure 18.
  • the afocal glass B 1 is with the near-object end of the
  • the center of curvature of the Afocal glass B 1 lies on the (hypothetical) central axis of the fiber optic cable.
  • the afocal glass B has a radius of curvature of the spherical-convex surface facing the object (object under investigation) of 0.0025 m, a radius of curvature of the spherical-concave surface of 0.0015 m, a thickness of 0.001 m with a refractive index of 1.93.
  • the optical laws in the usual form cannot be applied to fiber optic cables with a large number of individual fibers, insofar as the fiber optics lead to a similar vision to that found in animals, e.g. There are insects with faceted or similar eyes.
  • the image resolution depends mainly on the cross section of the individual glass fibers.
  • the afocal glass B 1 acts like a weak telescope and brings more optical information through the fiber optic cable.
  • another afocal glass B 2 of a suitable size and shape can be arranged at a suitable point so that its spherical-convex surface faces the object (object under investigation) and that its center of curvature is on the central axis of the endoscope. Eyepiece lies.
  • the afocal glass B 2 shown in Figure 18 has a radius of curvature of the spherical-convex surface of 0.01 m, a radius of curvature of the spherical-concave surface of 0.005 m, a thickness of 0.005 m and a refractive index of 1.93.
  • An observer who looks through the endoscope has an enlargement through the afocal lenses, which is compared to the endoscope alone as 1.63 to 1.0 (3.26 to 2.0). The observer may thus receive more precise information about the structures seen than without the two afocal glasses B, and B 2 .
  • the possibly improved image resolution may behave in a similar way to the total magnification to the original magnification (this set arbitrarily to 1.0), that is to say approximately 1.63 to 1.0.
  • optical / lighting efficiency can be improved by providing space for suitable afocal glasses at a suitable location and by constructively changing the optical systems in the direction of optimal efficiency with regard to a combination with afocal glasses.
  • a conventional periscope enlargement a larger field of vision (field of view) can be achieved and the lower magnification effect can be fully compensated for by suitable size and shape using afocal glasses without any restriction of the field of vision, or an even greater magnification can be achieved.
  • afocal glasses for use in telescope glasses instead of their spherical boundary surfaces can be given an additional optical effect by known design of the surfaces, which compensates for refractive errors in the observer's eyes (nearsightedness, clarity, rod-sightedness, presbyopia).

Landscapes

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Description

Afokalqläser, Fernrohrbrillen, Teleskop-Kuppeln, Koppeloder ähnliche Ausschnitte und Kombinationen mit bekannten optischen Systemen als schwache Fernrohre mit großem Gesichtsfeld * (Sehfeld)/qroßer Bildauflösung/hoher Lichtausbeute
Einführung und zusammenfassende Beschreibung;
Übliche Fernrohre bestehen aus fokalen Linsen- oder Spiegelsystemen in Anlehnung an das von Kepler erfundene sogenannte astronomische Fernrohr oder an das von Galilei (1609) beschriebene sogenannte holländische Fernrohr. Kepler'sche Fernrohre bestehen aus 2 fokalen Linsen gleicher Wirkung (Konvex-Linsen), Galilei-Systeme bestehen aus 2 fokalen Linsen verschiedener optischer Wirkung, nämlich einer augenfernen (objektnäheren) Konvex-Linse und eine augennahen Konkavlinse. Übliche Fernrohre schwächerer Vergrößerung bestehen vorzugsweise aus Galilei-Systemen, die man schon bald mit kurzem Rohr auszuführen lernte.
Als Maß der Vergrößerung eines Fernrohres gilt seine physikalische Vergrößerung (eine angulare Größe, z.B. 2,0 = 2-fach, 3,0 = 3-fach etc.). Die Vergrößerung solcher
Fernrohre ergibt sich aus dem Verhältnis von Objektbrennweite zu Okularbrennweite.
Die Abbildung 1 aus Mütze (ABC der Optik, Verlag Werner Dausien, Hanau, 1960, Seite 276) zeigt Strahlengang,
Brennpunkte, Winkel und Brennweiten von Galilei- (holländischem) und Kepler'schem (astronomischem) Fernrohr. Man erkennt, daß das holländische Fernrohr ein aufrechtes, das astronomische Fernrohr ein umgekehrtes Bild erzeugt und aus den Winkeln und Brennweiten, daß das astronomische Fern¬
* siehe Beiblatt 1 (nächste Seite) Beiblatt 1 * :
Mit Gesichtsfeld (Sehfeld) wird in dieser Patentanmeldung, wie in der Augenheilkunde üblich und im Gegensatz zu üblichen Darstellungen in der Physik - das Gesichtsfeld (Sehfeld) des Beobachterauges bezeichnet, also der Bereich der Umwelt, der durch das Afokalglas/die Kombination und durch die Augenpupille des Beobachters auf dessen Netzhaut scharf abgebildet wird. Dieses Gesichtsfeld (Sehfeld) entspricht in etwa dem in der Physik üblichen objektseitigen Gesichtsfeld (Sehfeld) von Gläsern/optischen Hilfsmitteln. Bei Fotoapparaten und anderen zur Dokumentation dienenden Geräten ist mit Bildausschnitt der filmseitige Umweltausschnitt nach Entwicklung und ohne zusätzliche Vergrößerung (Verkleinerung), mit Bildauflösung die Brennweiten-vergrößerungsbedingte Auflösung (Wiedergabe von Einzelheiten der aufgenommenen Objekte) auf dem Film/Fotoabzug bezeichnet.
röhr stärkere physikalische Vergrößerungen als das holländische Fernrohr bewirkt.
Alle Fernrohre, die aus fokalen Linsen- oder Spiegelsystemen, d.h. aus Linsen / Spiegeln mit Brennpunkten und Brennweiten bestehen, sind aufgrund ihrer Konstruktion als Ganzes gesehen afokal, weil, wie Abbildung 1 zeigt, einfallende Parallelstrahlen aus dem Okular solcher Fernrohre wieder parallel austreten, wobei sie enger beieinanderliegen, d.h. stärker gebündelt sind als die einfallenden Parallelstrahlen. Aufgrund ihre speziellen Konstruktion bedingen übliche Fernrohre ein scheinbares Näherrücken der gesehenen Objekte und deren Vergrößerung dadurch, daß - vereinfacht gesagt - durch die stärkere Bündelung der Parallelstrahlen ein Mehr an optischen Informationen durch die Augenpupille auf die für die Bildauflösung zuständige Netzhaut des Beobachters gelangt.
Neben ihrer auf dem Verhältnis der Brennweiten basierenden Vergrößerung bewirken übliche Fernrohre aus fokalen Linsen/ Spiegeln ganz zwangsläufig eine Verkleinerung des Gesichtsfeldes (Sehfeldes) eines Beobachters, die der Fernrohrvergrößerung annähernd umgekehrt proportional ist. Je stärker also eine Fernrohrvergrößerung ist, desto kleiner wird das Gesichtsfeld (Sehfeld) des das Fernrohr benutzenden Beobachters. Beispielsweise erlaubt ein Opernglas mit seiner Vergrößerung von etwa 2,5 bis 3,0 bei fixierter Haltung des Glases und Kopfes nur einen Ausschnitt der Theaterbühne zu überblicken, der Rest wird ohn'e Kopf-Handebewegungen nicht gesehen. Außerdem kann naturgemäß nicht gleichzeitig durch Fernrohre und an ihnen vorbei gesehen werden.
Eine wesentliche geringere Vergrößerung als mit GalileiFernrohren und rein theoretisch dementsprechend ein größeres Gesichtsfeld (Sehfeld) erlauben konische Glaskegel mit objektseitigen konvexen und augenseitig konkaven sphärischen Begrenzungen, die um die Mitte des 18. Jahrhunderts auf kamen, Anfang des 19. Jahrhunderts als Stöpsellinsen bezeichnet und 1846 von Steinheil und Seidel genauer erwähnt wurden und deren sphärisch-konvexe-konkave Begrenzungsflächen, falls sie zum Sehen in die Ferne verwendet wurden, wohl schon damals einen identischen Krümmungsmittelpunkt hatten.
Die Abbildung 2 zeigt aus dem Buch von M. v. Rohr (Das Brillenglas als optisches Instrument, Julius Springer, Berlin, 1934, Seite 82) eine Darstellung von Auge und Stöpsell-inse im Maßstab von annähernd 1:1. Kritisch betrachtet sind Stöpsellinsen keine Linsen, weil optische Linsen definitionsgemäß Brennpunkte und Brennweiten aufweisen. Stöpsellinsen haben, falls sie für das Sehen in die Ferne konzipiert wurden, weder Brennpunkte noch
Brennweiten, sie sind also afokal wie die beschriebenen üblichen Fernrohrsysteme, obwohl sie mit diesen in sonstiger optischer Hinsicht nichts gemein haben. Die Stöpsellinse für die Ferne ist sinngemäß keine optische Linse, sondern ein afokales Glas ( Afokalglas).
Nach dem Anfang des 17. Jahrhunderts von Snellius entdeckten Gesetz der Lichtbrechung zeigt Abbildung 3 in schematischer Weise den Strahlenverlauf in einer Stöpsellinse für die Ferne, die in ihrer Dimension der
Stöpsellinse von Pritchard (siehe Abbildung 2) entspricht und deren beide sphärischen Begrenzungsflächen den gleichen, d.h. einen identischen Krümmungsmittelpunkt aufweisen.
Vom Objekt herkommende Parallelstrahlen werden durch die augenferne sphärische und konvexe Glaskrümmung nach Snellius zum Lot hin und durch die augennahe sphärische und konkave Krümmung wieder vom Lot weggebrochen, so daß die Strahlen aus der Stöpsellinse wieder parallel zueinander austreten, allerdings wie in Abbildung 1 näher beieinanderliegend, d.h. stärker gebündelt. Nach Abbil düng 3 wirkt also auch die Stöpsellinse dadurch, daß - vereinfacht gesagt - durch die stärkere Bündelung der Parallelstrahlen ein Mehr an optischen Informationen durch, die Augenpupille auf die für die Bildauflösung zuständige Netzhaut des Beobachters gelangt, wie ein Fernrohr.
Im Vergleich zum Galilei- und besonders zum Kepler- Fernrohr ist dieses Fernrohr allerdings schwach. In diesem Zusammenhang ist bemerkenswert, daß noch in dieser Abbildüng von Pritchard (siehe Abbildung 2) die optische Vergrößerungwirkung unklar bleibt.
Im Vergleich zu Abbildung 1 zeigt Abbildung 3 den grundsätzlichen Unterschied zwischen Stöpsellinse und Fernröhren aus fokalen Linsen/Spiegelsystemen. Für die
Stöpsellinse existieren weder vordere noch hintere Brennpunkte noch Brennweiten oder Winkel entsprechend Abbildung 1, aus denen man die physikalische Vergrößerung ableiten könnte. Nur durch Kunstgriffe (siehe Reiner, Auge und Brille, Enke Verlag, Heft 59, 1972, Seite 26 letzter Absatz und Seite 27 einschließlich (35)), die im dortigen Zusammenhang (Brillengläser) didaktisch sinnvoll sind, die ich im Zusammenhang mit Stöpsellinsen und Afokalgläsern aber für unangebracht halte, weil sich deren physikalische Vergrößerung allein aus Glasdicke und Vorderkrümmung ergibt, läßt sich die Fiktion von Brennpunkten und Brennweiten bei solchen "Linsen" aufrechterhalten. Damit sind Stöpsellinsen für die Ferne tatsächlich und real andere Fernrohre als die von Kepler und Galilei. In anderen Worten: es wird keinem Physiker, Optiker oder Augenarzt gelingen, für eine Stöpsellinse einen Brennpunkt für das aus einem Glas bestehende optische System zu finden, genauso wenig wie das beispielsweise bei einer planparallelen Glasplatte gelingen kann.
Aus der maßstabsgerechten Abbildung 2 von Pritchard ist zu erkennen, daß Stöpsellinsen jeweils nur vor ein Auge gehalten wurden. Trotz der schwachen Vergrößerung von Stöpsellinsen ist das Gesichtsfeld (Sehfeld) mit Stöpsellinse ähnlich wie bei üblichen Fernrohren klein, weil naturgemäß nicht gleichzeitig (siehe Abbildung 2) durch die Stöpsellinse und den sie umgebenden Bereich gesehen werden kann. Auch können Stöpsellinsen wegen ihrer Form und wegen ihres Gewichts weder in damaligen noch in heutigen Brillengestellen getragen werden. Alle diese Einzelheiten zusammengenommen waren wohl der Grund dafür, daß sich Stöpsellinsen im Fernrohrbereich als vergrößernde Hilfsmittel nicht durchgesetzt haben. Von Rohr hat in seinem Buch (1934, Seite 81, Seite 82) Einzelheiten dazu angedeutet und noch 1934 zur Bildvergrößerung durch Fernrohrbrille und Stöpsellinsen gemeint, daß "das hiermit in groben Strichen entworfene Bild auch durch weitere Forschungen schwerlich noch merklich geändert werden" könne. Nach meinen nachstehend beschriebenen Erfindungen ist dem nicht so.
Für Gläser mit brechender Wirkung (fokale Gläser, optische Linsen) und für Stöpsellinsen und andere Afokalgläser gilt sowohl das allgemeingültige optische Gesetz von Snellius über die Lichtbrechung als auch das zuletzt von Reiner (Auge und Brille, Bücherei des Augenarztes, Heft 59, Enke Verlag, 1972, Seite 26 bis 28) unter ( 56 ) abgehandelte Gesetz über die Eigenvergrößerung von Brillengläsern, die als die physikalische Vergrößerung auf Afokalgläser wie Stöpsellinsen, sogenannte Aniseikon iegläser , Teles kop-Kuppeln ode r andere A fokalgl äser anwendbar ist, die definitionsgemäß keine "Systemvergrößerung" aufweisen.
Aus dem Gesetz von Snellius über die Lichtbrechung ergibt sich für eine Stöpsellinse und für andere Afokalgläser die Brechkraft (D) in Dioptrien der objektseitigen sphärischen Krümmungsfläche nach der folgenden Ableitung, die wegen nicht vorhandener Schreibmaschinentypen als handschriftliche Kopie gefertigt werden muß. Abbildung 4 und die handschriftlichen Aufzeichnungen zeigen die Ableitungen aus dem Snellius'schen Gesetz. Beispiel (Abbildung 4):
k4
. M
Figure imgf000009_0001
Fall (Abbildung 5) :
Figure imgf000010_0005
Figure imgf000010_0004
Für das in Abbildung 5 gewählte Beispiel mit einer "vorderen Brennweite" von 0,08 m ergibt sich die Außenflächenbrechkraft (D) aus
Figure imgf000010_0003
a durch Einsetzen.
Figure imgf000010_0002
Die Flächenbrechkraft der Außenfläche des in dem Beispiel behandelten Afokalglases beträgt somit 12,5 Dioptrien.
Die zweite physikalische Grundlage der Erfindung ist die Vergrößerungsformel für Afokalgläser, sie entspricht der Formel für die "Eigenvergrößerung" von Brillengläsern. Die physikalische Vergrößerung (V) für Afokalgläser ist
Figure imgf000010_0001
In der Formel entspricht V der physikalischen Vergrößerung eines Afokalglases, d der Dicke des durchsichtigen und in optischer Hinsicht einwandfreien Materials (Glas, Kunststoff etc.) in Metern, n der Brechzahl (Brechungsindex) des Materials und D der Brechkraft der Außenfläche des Afokalglases in Dioptrien. Damit hängt die physikalische Vergrösserung (V) eines Afokalglases und sein Fernorohreffekt allein von der Materialdicke und der Brechkraft der Außenfläche ab.
Man erhält eine reine Afokalglaswirkung nur dann, wenn man dem augenfernen und dem augennahen Durchmesser von Afokalgläsern (für Teleskop-Kuppeln oder Ausschnitte erübrigt sich dies) eine geeignete Größe gibt und wenn man die Afokalgläser so gestaltet, daß von den optisch nicht benötigten Bereichen (Seitenwände, nicht parallel zueinander verlaufende Glas- oder Materialoberflächen) keine Lichtstrahlen ins Auge des Beobachters gebrochen oder reflektiert werden. Es dürfen also keine Mehrfachreflexionen oder Totalreflexionen an den sphärischen Begrenzungsflächen oder an Seitenwänden oder an nicht parallel zueinander verlaufenden Oberflächen auftreten, die zusammen mit dem parallel austretenden Lichtstrahl ins Auge des Beobachters gelangen können, weil nicht parallel austretende Strahlen zu einem unscharfen Bild und gleichzeitig zu einer Aufhebung der Vergrößerungswirkung führen können. Solche Reflexionen lassen sich durch bekannte Techniken, wie Schwärzung oder Unterlegung der Seitenwände mit lichtschluckendem Material (siehe auch Abbildung 2), durch Abdeckung der für eine optische Wirkung nicht benötigten
Materialoberflächen durch geeignete Oberflächengestaltung, durch geeignete Formgebung, die bei kürzeren afokalen Glaskegeln zu Faseroptik-ähnlicher Lichtleitung an der Pupille des Beobachters vorbeiführt, durch Oberflächenvergütung, evtl. auch durch Vernichtung unerwünschter Lichtstrahlen mittels gekreuzter Polarisationsfilter oder durch andere bekannte Techniken vermeiden ebenso wie durch eine dem Brechungsindex des optischen Materials und dem Durchmesser der augennahen sphärisch konkaven Begrenzungsfläche angepaßte Schräge der Seitenwände und der nicht parallel zueinander verlaufenden Oberflächen im optisch nicht benötigten Bereich.
In den einschlägigen Abbildungen der Beschreibung sind diese bekannten Techniken der Reflexionbeseitigung durch geschlängelte Linien dargestellt.
Wählt man für Afokalgläser optisches Material, Materialdicke, äußere Flächenbrechkraft und Form in geeigneter Weise, so ergeben sich gegenüber Stöpsellinsen und üblichen Fernrohren brauchbare Vergrößerungen ohne den Nachteil einer wesentlichen Einschränkung des Gesichtsfeldes (Sehfeldes) für den Beobachter. Zu den Afokalgläsern gehören neben den sogenannten Aniseikoniegläsern (Vergrößerungen zwischen 1,02 und 1,06) zur Bildangleichung bei verschiedenen Augenleiden, wie sie in eigenen Veröffentlichungen (z.B. H. Gernet: Graefes Archiv Klin. exp. Ophthal., 204, 1977, 235 bis 164) und eigenen Patenten (Deutsches Patent DE 28 15678 C II, vom 29.7.1982, Europäische Patentschrift 0022868, Vertragsstaat Frankreich vom 2.11.1983, US Patent 4427272 vom 24.1.1984) beschrieben sind, auch Stöpsellinsen, Fernrohrbrillen, Teleskop-Kuppeln und andere Afokalgläser für weites Gesichtsfeld (Sehfeld) eines Beobachters.
Alle Afokalgläser, also auch Aniseikoniegläser, Stöpsellinsen, Fernrohrbrillen, Teleskop-Kuppeln etc. haben optisch wirksame Begrenzungsflächen, die objektseitig sphärisch konvex, augenseitig sphärisch konkav sind und zusätzlich den gleichen, d.h. einen identischen Krümmungsmittelpunkt aufweisen. Vor der eigenen Anmeldung von Fernrohrbrillen mit schwacher Vergrößerung (Deutsches Gebrauchsmuster G 81 21 262.3 vom 20.7.1981 und US Patentanmeldung continuation application vom 24.8.1984) wurden Afokalgläser, also auch sogenannte Aniseikoniegläser nicht zur beidäugigen Bildvergrößerung als schwaches Fernrohr in Brillen verwendet. Stöpsellinsen haben seit mehr als 100 Jahren keine praktische Bedeutung mehr, sie wurden außerdem nie beidäugig verwendet.
Die erste eigene Erfindung eines schwachen Fernrohrs ist eine auf den Gesetzen von Snellius und Reiner beruhende Fernrohrbrille, wie sie Abbildung 6 b für eine Vergrößerung 1,15 zeigt. Diese Fernrohrbrillen sind nichts anderes als gedanklich und dann auch technisch flach- oder plattgequetschte Stöpsellinsen. Gegenüber der Stöpsellinse haben meine Fernrohrbrillen folgende Vorteile:
1) die Vergrößerung erfolgt durch ein einziges afokales Brillenglas vor jedem Auge. Die Hände des Benutzers bleiben für andere Tätigkeiten frei. 2) Schon das einäugige Gesichtsfeld (Sehfeld) eines Benutzers ist vielfach größer als mit Stöpsellinse.
3) Eine beidäugige Beobachtung mit beidäugig vielfach grösseren Gesichtsfeldern (Sehfeldern) ist gewährleistet.
4) Das Gewicht der Fernrohrbrille mit Afokalgläsern ist viel geringer als das von Stöpsellinsen.
5) Die Sehverbesserung ist größer als die physikalische
Vergrößerung (siehe Dissertation Schulte-Wintrop 1983).
Ähnliches wie unter 1) mit 5) gilt für die Fernrohrbrille im Vergleich zu Galilei-Fernrohren und Fernrohrbrillen bekann ter Art für vorgegeben Arbeitsabstände.
Ähnlich wie mit einer Stöpsellinse kann mit der eigenen Fernrohrbille in alle Entfernungen, d.h. in Ferne und Nähe, scharf gesehen werden. Mit üblichen Fernrohren nach Galilei geht dies nicht. Mit meiner Fernrohrbrille können außerdem durch entsprechenden Schliff der Begrenzungsflächen Brechungsfehler des Auges ausgeglichen werden.
In Abbildung 6 a - f sind die grundlegenden Unterschiede zwischen Stöpsellinsen und Fernrohrbrille mit Afokalgläsern dargestellt und die Vergrößerungswirkungen nach Snellius und Reiner für die Pritchard'sche Stöpsellinse (Abbildung 6 a, siehe auch Abbildung 2 und 3), ein Modell der als Gebrauchsmuster angemeldeten Fernrohrbrille (G 81 21 262.3, Abbildung 6 b) und die Vergrößerungswirkungen für Afokalgläser angegeben, die sich bereits in anderen Fernrohrbrillenmustern (Abbildung 6 c, 6 d) befinden bzw. für eine solche Verwendung (Abbildung 6 e, f) hergestellt wurden oder in der Herstellung sind.
Die Pritchard'sche Stöpsellihse in Abbildung 6 a hat für die größere (linke) sphärisch-konvexe Begrenzungsfläche einen Krümmungsardius von 0,0415 m, für die kleinere (rechte) sphärisch-konkave Begrenzungsfläche einen Krümmungsradius von 0,0135 m und für beide-Radien den gleichen, d.h. einen identischen Krümmungsmittelpunkt. Der Brechungsindex der Stöpsellinse n2 beträgt 1,5 (Kronglas, das zur damaligen Zeit das übliche Brillenglasmaterial gewesen sein dürfte).
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der augenfernen Fläche Dioptrien.
Figure imgf000014_0003
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000014_0002
für die Stöpsellinse eine physikalische Vergrößerung von rund 1,29.
Das in Abbildung 7 b dargestellte Gebrauchsmustermodell (G 81 21 262.3) hat jeweils für die augenferne sphärischkonvexe Begrenzungsfläche einen Krümmungsradius von 0,0286 m, für die augennahe sphärisch-konkave Begrenzungsfäche einen Krümmungsradius von 0,0175 m und für beide Radien einen gleichen, d.h. einen identischen Krümmungsmittelpunkt, der auf den Sehachsen liegt. Der Brechungsindex der Afokalgläser (n1 ) beträgt 1,5, da es sich um Gläser aus Kronglas handelt. Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der augenfernen Fläche (r1) von 17,5 Dioptrien. Dioptrien.
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000014_0001
für das deutsche Gebrauchsmustermodell eine physikalische
Vergrößerung von rund 1,15.
Die Afokalgläser der in Abbildung 7 c dargestellten Fernrohrbrille haben für die augenferne sphärisch-konvexe Bergrenzungsflache einen Krümmungsradius von 0,0428 m und für die augennahe sphärisch-konkave Begrenzungsfläche einen Krümmungsradius von 0,026 m und für beide Radien den gleichen, d.h. einen identischen Krümmungsmittelpunkt, der auf den Sehachsen liegt. Die Afokalgläser bestehen aus Kunststoff mit einem Brechungsindex von 1,503.
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der augenfernen Fläche
Figure imgf000015_0004
Dioptrien.
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000015_0003
für die Fernrohrbrille in Abbildung 6 c eine physikalische Vergrößerung von rund 1,15.
Die Afokalgläser der in Abbildung 6 d dargestellten Fernrohrbrille haben für die augenferne sphärisch-konvexe Begrenzungsflache einen Krümmungsradius von 0,0302 m, für die augennahe sphärisch-konkave Begrenzungsflache einen Krümmungsradius von 0,0185 m und für beide Radien den gleichen, d.h. einen identischen Krümmungsmittelpunkt. Die Afokalgläser bestehen ebenfalls aus Kunststoff mit einem Brechungsindex von 1,503.
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der augenfernen Fläche
Figure imgf000015_0001
Dioptrien.
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000015_0002
1,1490 für die Fernrohrbrille in Abbildung 6 d eine physikalische Vergrößerung von rund 1,15.
In Abbildung 6 e ist ein Afokalglas für Fernrohrbrillen dargestellt, das für die augenferne sphärisch-konvexe Begrenzungsfläche einen Krümmungsradius von 0,02 m, für die augennahe sphärisch-konkave Begrenzungs fläche einen Krümmungsradius von 0,011 m und für beide Radien den gleichen, d.h. einen identischen Krümmungsmittelpunkt aufweisen. Das Afokalglas besteht aus Kunststoff mit einem Brechungsindex von 1 , 7
Nach Snellius ergibt sich für die augenferne Fläche eine Brechkraft Dioptrien.
Figure imgf000016_0005
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000016_0004
für dieses Afokalglas eine physikalische Vergrößerung von rund 1,23. Damit wird mit diesem Afokalglas eine nur um
Figure imgf000016_0003
% schwächere physikalische Vergrößerung als mit der Stöpsellinse in Abbildung 6 a mit dem Vorteil eines um ein Vielfaches größeren Gesichtsfeldes (Sehfeldes) erreicht.
Kombiniert man eine Fernrohrbrille mit diesen Afokalgläser (V=1,23) mit einer Teleskop-Kuppel geeigneter Konstruktion. d.h. setzt man einen Beobachter mit einer solchen Fernrohrbrille in eine afokale Teleskop-Kuppel geeigneter Konstruktion, so lassen sich problemlos physikalische Vergrößerungen um 1,7 mit großem Gesichtsfeld (Sehfeld) erreichen.
Das Afokalglas in Abbildung 6 f hat die gleichen Dimensionen wie das Afokalglas in Abbildung 6 e, es besteht jedoch aus hochbrechendem Glas mit der Brechzahl 1,93. Für das Afokalglas ergibt sich nach Snellius eine Brechkraft der augenfernen Fläche Dioptrien.
Figure imgf000016_0002
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000016_0001
. 1,2786 für die Afokalgläser eine physikalische Vergrößerung von rund 1,28. Bei praktisch gleicher Vergrößerung (1,28: 1,29) wie mit der Stöpsellinse aus Abbildung 6 a ergibt sich mit dem Afokalglas aus Abbildung 6 f ein wesentlich größeres Gesichtsfeld (Sehfeld) als mit der Stöpsellinse. Kombiniert man eine solche Fernrohrbrille mit einer afokalen Teleskop-Kuppel geeigneter Konstruktion, d.h. setzt man einen Beobachter mit einer solchen Fernrohrbrille in eine afokale Teleskop-Kuppel geeigneter Konstruktion, so lassen sich problemlos physikalische Vergrößerungen um 1,8 mit einem vielfach größeren Gesichtsfeld (Sehfeld) erreichen als mit Stöpsellinsen oder mit üblichen Galilei-Systemen.
Aus den für die Zeichnungen annähernd maßstabsgerechten (annähernd 1:1) Darstellungen in Abbildung 6 und den Zahlenwerten ist zu erkennen, daß die Brechkraft der Vorderfläche der Afokalgläser eine wesentliche Rolle für die Vergrößerung spielt. Aus augenärztlich-optischer Sicht sind Krümmungsradius und Durchmesser der augennahen sphärisch-konkaven Begrenzungsfläche und der Hornhautscheitelabstand der Afokalgläser für die Ausnutzung der großen Gesichtsfelder (Sehfelder) wichtig. Das Beispiel in Abbildüng 6 e hat mit Werten von 0,008 m bzw. 0,011 m noch praktisch brauchbare Werte.
Im Februar 1984 habe ich erkannt, daß das Prinzip meiner Fernrohrbrillen, d.h. das Prinzip von Afokalgläsern sphärischer konvex-konkaver Begrenzungsflächen mit gleichem, d.h. identischem Krümmungsmittelpunkt auf afokale Teleskop-Kuppeln, d.h. auf Kuppeln aus optisch einwandfreiem Material mit sphärischen konvex-konkaven Begrenzungs flächen und gleichem, d.h. identischem Krümmungsmittelpunkt und auf Kuppelausschnitte übertragbar ist und daß solche Konstruktionen mit dem Augenpaar eines in ihnen/hinter ihnen befindlichen Beobachters ohne/mit einer Fernrohrbrille ebenfalls ein Fernrohr mit schwacher Vergrößerung und großem Gesichtsfeld (Sehfeld) bilden.
Solche Konstruktionen sind gedanklich und technisch als Zusammensetzungen aus einer (fast unendlichen) Vielzahl nahtlos aneinandergereihter Stöpsellinsen zu verstehen, die ebenfalls einen Fernrohreffekt, im Gegensatz zur einzelnen Stöpsellinse jedoch keine Gesichts feldeinschränkung (Sehfeldeinschränkung) bewirken und so als Rundum-Fernrohr wirksam sind. Gedanklich und technisch kann man diese Konstruktionen auch als kugelig oder ähnlich verkrümmte plan parallele Glasplatten auffassen und darstellen.
Diese Erfindung habe ich am 21.2.1984 (P 34 06 276.9) zum deutschen Patent angemeldet und am 11.4.1984 als US-disclosure unter der Nummer 126457 beim US-Patentamt hinterlegt.
In Abbildung 7 ist aus P 34 06 276.9 als Beispiel eine Teleskop-Kuppel (2) aus hochbrechendem Glas mit der Brechzahl 1,93, einem Krümmungsradius der sphärisch-konvexen Außenfläche von 0,54 m, einem Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Innenfläche von 0,22 m bei gleichem, d.h. identischem Krümmungsmittelpunkt und einer Dicke von 0,32 m im Maßstab von etwa 14:1 dargestellt.
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der (augenfernen)
Außenfläche von
Dioptrien.
Figure imgf000018_0002
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000018_0001
für die afokale Teleskop-Kuppel eine physikalische Vergrößerung von rund 1,40. Trägt ein in der Kuppel sitzender Beobachter zusätzlich eine Fernrohrbrille aus Afokalgläsern nach Abbildung 6 f, so ergibt sich für das System FernrohrBrille 1,28 - afokale Teleskop-Kuppel 1,40 nach 1,28 . 1,40 = 1,792 eine physikalische Gesamtvergrößerung von rund 1,79 mit großem Gesichtsfeld (Sehfeld) und eine Sehverbesserung, die dem Befund von Schulte-Wintrop an 50 Augengesunden Probanden mit Fernrohr-Brille 1,15 analog ist. Reflexionen an den Glasoberflächen sind durch die erwähnten Techniken zu vermeiden.
Überträgt man die Befunde von Schulte-Wintrop auf obige Fernrohrbrillen-Teleskop-Kuppel-Kombination, so ergibt sich für den normalsichtigen Beobachter anstelle seiner Sehschärfe von 1,0 ( 6/6 ) ohne die Afokalglas-Teleskop-Kuppel- Kombination mit dieser eine Sehschärfe von rund 2,43 (6/2,47). In anderen Worten: Ein Objekt, das ein Augengesunder mit Sehleistung 1,0 (6/6) mit unbewaffnetem Auge in 50 km Entfernung erstmals erkennt, wird mit der Kombination bereits in 121,5 km Entfernung erkannt.
Im August 1984 fand ich, daß Afokalgläser mit üblichen Periskop-Fernrohren, beispielsweise Fernrohren mit der physikalischen Vergrößerung 3,0, kombiniert werden können, was den Vorteil hat, daß bei gleicher physikalischer Vergrößerung (3,0 = 3-fach) einer solchen Kombination, bestehend aus einem Periskop-Fernrohr ähnlicher Konstruktion, aber schwächerer Vergrößerung, beispielsweise 2,17 mit einem Afokalglas 1,38 ein wesentlich größeres Gesichtsfeld (Sehfeld) resultiert als mit dem üblichen Periskop-Fernröhr 3,0.
Behält man das übliche Fernrohr 3,0 unverändert bei, dann ergibt sich mit der Kombination Periskop-Fernrohr-Afokalglas 1,38 ein genauso g r o ßes Ge s i ch ts fe l d ( Seh fe l d ) wie m it dem Peri sk op -Fe r nroh r 3,0, jedoch aus 3,0 . 1,38 eine höhere Gesamtvergrößerung von 4,14.
Diese Erfindung habe ich am 11.9.1984 (P 34 32 423.2) als Periskop-Fernrohr-Afokalglas-Kombination zur Vergrößerung des Gesichtsfeldes (Sehfeldes) ebenfalls zum deutschen Patent angemeldet.
In Abbildung 8 ist eine solche Periskop-Fernrohr-Afokalglas-Kombination in schematischer Weise, also nicht maßstabsgerecht dargestellt. Das Afokalglas hat für die sphärisch-konvexe Außenfläche einen Krümmungsradius von 0,3 m und für die sphärisch-konkave Innenfläche einen Krümmungsradius von 0,1 m und für beide Radien einen identischen, auf der Sehmittelachse liegenden Krümmungsmittelpunkt. Das Afokalglas besteht aus schußfestem Kunststoff mit einem Brechungsindex von 1,7. Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der Außenfläche des Afokalglases von
Figure imgf000019_0001
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000020_0001
eine physikalische Vergrößerung von rund 1,38. Das Afokalglas ist so konstruiert, daß sein Gesichtsfeld (Sehfeld) wesentlich größer als das Gesichtsfeld (Sehfeld) des Periskop-Fernrohres 3,0 ist. Wenn das Gesichtsfeld (Sehfeld) des üblichen Periskop-Fernrohres 3,0 einen Durchmesser von 15 hat, dann ist mit der Periskop-Fernrohr-Afokalglas-Kombination in Abbildung 8 für die gleiche GesamtVergrößerung 3,0 nur eine Fernrohrvergrößerung von
Figure imgf000020_0002
= 2,17 erforderlich. Der Gesichtsfelddurchmesser der Periskop-Fernrohr-Afokalglas-Kombination beträgt demnach .
Figure imgf000020_0003
15º = 20,73º gegenüber nur 15 mit dem üblichen Periskop-Fernrohr 3,0 allein.
Bei geeigneter Formgebung (Konstruktion) des Afokalglases ist damit der Durchmesser des Gesichtsfeldes (Sehfeldes) etwa 30 % größer, die Fläche des Gesichtsfeldes (Sehfeldes) fast doppelt so groß
Figure imgf000020_0004
Prinzipiell läßt sich durch Inkorporation eines Teleskopbrillen-Afokalglases nach Abbildung 6 b - f in die Afokalglas-Periskop-Fernrohr-Kombination, d.h. durch Anbringen von Afokalgläsern an den (augennahen) Okularen des Periskop-Fernrohres oder an anderer geeigneter Stelle im Periskop-Fernrohr und durch Ausbildung des augenfernen Afokalglases als Teleskop-Kuppel oder Teleskop-Kuppelausschnitt eine stärkere Vergrößerung wie mit dem in Abbildung 8 dargestellten Periskop 3,0 allein und gleichzeitig ein größeres Gesichtsfeld (Sehfeld) erreichen.
In den Abbildungen 9 a und b ist eine Afokalglas-Periksop-Fernrohr-Afokalgläser-Kombination dargestellt, in der das vor dem augenfernen Teil des Periskops befindliche Afokalglas als Teleskop-Kuppel oder als Teleskop-Kuppelausschnitt ausgebildet ist. Abbildung 9 a stellt einen Vertikalschnitt, Abbildung 9 b einen Horizontalschnitt du rch die Teleskop-Kuppel-Periskop-Fernrohr-Afokalgläser-Kombi nation dar. Die Teleskop-Kuppel besteht aus schußfestem Kunststoff mit der Brechzahl 1,70 und hat einen Krümmungsradius der sphärisch-konvexen Außenfläche von 0,15 m und einen Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Innenfläche von 0,09 m bei gleichem, d.h. identischem Krümmungsmittelpunkt. In der Teleskop-Kuppel befindet sich das beobachteraugenferne Periskop-Fernrohrende, das um die vertikale Periskop-Achse frei drehbar ist. Das Periskop hat die Vergrößerung 3,0 (3-fach). Am beobachteraugennahen Ende des Periskops ist ein Afokalglas nach Abbildung 6 f an das
Okular des Periskops angefügt (eingeschraubt, eingesteckt). Dieses Afokalglas hat nach den Ausführungen zu Abbildung 6 f eine Vergrößerung von rund 1,28 und bedingt im Vergleich zum Gesichtsfeld (Sehfeld) des Periskop 3,0-Okulars keinerlei Gesichtsfeld- (Sehfeld-) Einschränkung. Die Teleskop-Kuppel hat nach Snellius eine Brechkraft der Außenfläche von = 0,2142857; D = 4,6666669 Dioptrien. Nach
Figure imgf000021_0001
Reiner ergibt sich aus
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eine physikalische Vergrößerung von rund 1,20.
Weil das Gesichtsfeld (Sehfeld) der Teleskop-Kuppel (des Teleskop-Kuppelausschnittes) für den Beobachter vielfach größer als das Gesichtsfeld (Sehfeld) des Periskop-Fernrohres 3,0 (3-fach) ist und weil die an den Okularen des Periskops befindlichen Afokalgläser 1,28 im Vergleich zum Periskop-Gesichtsfeld (Sehfeld) nach Abbildung 6 f ebenfalls keine Gesichtsfeld- (Sehfeld-) Einschränkungen bewirken, resultiert mit der Teleskop-Kuppel 1 , 20-Periskop 3 , 0-Afokalgläser 1, 28-Kombinat ion anstelle eines Gesichtsfeld- (Sehfeld-)Durchmessers von 15° nach 15° . 1,20 = 18° ein größerer Gesichtsfeld- (Sehfeld-) Durchmesser als mit dem Periskop 3,0 allein und nach 1,20 . 3,0 . 1,28 = 4,608 gleichzeitig eine mit rund 4,61 (4,61-fach) erheblich stärkere Vergrößerung als mit dem Periskop-Fernrohr 3,0 (3-fach) allein.
Zusammen mit der maschinengeschriebenen Patentanmeldung (P 34 32 43252) habe ich am 29.11.1984 in einer ersten sachlichen Berichtigung zu der handschriftlichen Patentbeschreibung festgestellt, daß für zwei hintereinander geschaltete Afokalgläser oder für Afokalglas-Periskop-Fernrohr-Kombinationen sich die Vergrößerung multiplikativ und nicht additiv ergibt und dargelegt, daß die Fehldarstellungen in der handschriftlichen Patentschrift dazu geführt haben, daß der Wert der Innovation geringer dargestellt wurde als er tatsächlich ist. Denn es resultiert mit solchen Kombinationen mit entsprechend verringerter Periskop-Vergrößerung nicht nur ein größeres Gesichtsfeld (Sehfeld), sondern bei beibehaltener Periskop-Vergrößerung und gleichem Gesichtsfeld (Sehfeld) auch eine stärkere Gesamtvergrößerung als mit dem Periskop-Fernrohr allein. In einem zweiten Schreiben an das Deutsche Patentamt vom 25.1.1985 habe ich eine zweite sachliche Berichtigung zur Abbildung 2 und zu dem dazugehörenden Text der obigen Patentanmeldung mit einer neuen Zeichnung für Abbildung 2 an das Deutsche Patentamt gesandt.
1984 habe ich erkannt, daß Afokalgläser geeigneter Größe und Form in Kombination mit Foto- , Film-, Fernsehkameras, Teleskopen, Mikroskopen und anderen optischen Systemen stärkere Vergrößerungen/eine bessere Bildauflösung und bei geeigneter Konstruktion größere, gleicheoder nur wenig kleinere Bildausschnitte (Gesichtsfeld, Sehfelder) ermöglichen als wie sie mit Kamera, Teleskop, Mikroskop oder einem anderen optischen System allein resultieren. Um großes Gesichtsfeld (Sehfeld) für den Beobachter zu erreichen, sind die Durchmesser der augennahen (objektivnahen) sphärisch-konkaven Begrenzungsflächen von Afokalgläsern und der Abstand vom Auge (Objektiv) die bestimmenden Größen, Afokalglas-Kombinationen sind demgemäß von diesen Ausgangspunkten aus aufzubauen (zusammenzustellen). In Kombinationen mit Kameras, Teleskopen, Mikroskopen und anderen optischen Systemen sind diese beiden Parameter so zu gestalten, daß große Gesichtsfelder, Sehfelder/Bildausschnitte resultieren. Verringert man die Brennweite einer Kamera, eine Teleskopes etc., verringert man dadurch die Größe von Objekten der Umwelt auf dem Film/der Netzhaut des Beobachters, verringert man also die Vergrößerung und kompensiert man die so aufgetretene Differenz zum ursprünglichen Wert der Brennweite durch Vorsatz oder Einschluß eines oder zweier (mehrerer) Afokalgläser geeigneter Form und Größe an geeigneter Stelle, so läßt sich bei gleicher Vergrößerung wie mit dem Fotoapparat, Teleskop etc. allein ein größerer (gleicher) Bildausschnitt/ ein größeres (gleiches) Gesichtsfeld (Sehfeld) erzielen als mit dem Fotoapparat, Teleskop, Mikroskop oder anderen optischen Systemen der ursprünglichen Brennweite.
Setzt man beispielsweise den Querdurchmesser des durch die Apparateoptik einer Rollfilm-Kamera aufgenommenen Bildausschnittes mit einem Querdurchmesser von 0,10 m auf dem Foto der Bildauflösung 1,0 gleich, dann führt eine solche Kombination bei gleicher Bildauflösung (1,0) zu einem größeren Querdurchmesser des aufgenommenen Bildausschnittes, d.h. zu einem größeren Bildausschnitt der Umwelt auf dem Foto als ohne das Afokalglas.
In Abbildung 10 ist eine Afokalglas-Fotoapparat-Kombination ohne Inkorperation eines zusätzlichen Afokalglases in den Fotoapparat dargestellt. Das vor dem Objektiv der Kamera angebrachte Afokalglas hat eine sphärisch-konvexe Krümmung der Außenfläche von 0,05 m und eine sphärischkonkave Krümmung der Innenfläche von 0,02 m und für beide Radien den gleichen, d.h. einen identischen Krümmungsmittelpunkt. Der Brechungsindex des aus Kunststoff bestehenden Afokalglases betrage 1,70. Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der sphärisch-konvexen Außenfläche von
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Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000023_0002
eine physikalische Vergrößerung von rund 1,33. Mit der Afokalglas-Fotoapparat-Kombination resultiert anstelle der Vergrößerung/Bildauflösung 1,0 (diese der Vergrößerung/Bildauflösung des Fotoapparates allein gleichgesetzt) eine Vergrößerung/Bildauflösung von 1,33, d.h. eine wesentlich höhere Vergrößerung/bessere Bildauflösung als mit dem Fotoapparat allein. Allerdings wird der auf dem Foto dargestellte Bildausschnit dementsprechend kleiner. Eine ähnlich hohe Bildauflösung ist nach bekannte.m Stand der Technik nur mit einer Kamera zu erreichen, die eine wesentlich längere Brennweite hat als die in Abbildung 10 schematisch dargestellte.
Anwendungsmöglichkeiten von Afokalgläsern in Kombination mit Fotoapparaten, Teleskopen, Mikroskopen und anderen optischen Systemen füge ich den früher getätigten Anmeldungen in einer Neuanmeldung im Zusammenhang mit dieser PCT Anmeldung bei.
Im Zusammenhang mit der afokalen Teleskop-Kuppel habe ich am 27.3.1984 einen rotierenden Scheibenwischer mit Waschanlage für Teleskop-Kuppeln beim Deutschen Patentamt zum Patent angemeldet. Diese Anmeldung erhielt das Anmeldedatum 28.3.1984 und die Nummer P 34 11 409.2. Zwar handelt es sich bei dieser Anmeldung nicht .um eine Erfindung im optischen Bereich, es besteht jedoch ein innerer Zusammenhang zur Afokal-Teleskop-Kuppel. Deshalb bitte ich, auch diese Anmeldung in diese meine internationale Anmeldung mit aufzunehmen. Ich habe sie deshalb als letzte Einzelanmeldung in ihrer ursprünglichen Fassung beigefügt.
Faßt man zusammen, so haben Afokalgläser, die für Fernrohrbrillen geeignet sind, ebenso wie afokale Teleskop-Kuppeln, Kuppel- oder ähnliche Ausschnitte oder Kombinationen von Periskop-Fernrohren, Fotoapparaten, Teleskopen, Mikroskopen und anderen optischen Systemen mit Afokalgläsern geeigneter Form und Brechzahl gegenüber bekannten Stöpsellinsen, üblichen Fernrohren, Fotoapparaten, Teleskopen, Mikroskopen und anderen optischen Systemen erhebliche optische Vorteile, die alle auf der speziellen Afokalglas-Konstruktion (sphärisch-konvex-konkave Begrenzungsflächen mit gleichem, d.h. identischem Krümmungsmittelpunkt) beruhen. Im Prinzip sind solche Afokalgläser planparallele Platten, die in eine kugelige oder eine ähnliche Form gebracht werden, wodurch der Effekt der Zielgenauigkeit auch bei schrägem Durchblick resultiert, wie in der US-disclosure Nr. 126457 als Gernet-Effekt beschrieben wurde. Solche Afokalgläser bewirken eine Bildvergrößerung mit gleichzeitig großem Gesichtsfeld (Sehfeld) und sind deshalb allein und in Kombination echte Innovationen gegenüber Stöpsellinsen, üblichen Fernrohren, Fernrohr- Brillen, Fotoapparaten, Teleskopen, Mikroskopen und anderen optischen Systemen.
Afokalgläser sind auch als Kontaktlinsen denkbar. Im für das menschliche Auge verträglichen Bereich sind allerdings nur geringe Vergrößerungen von wesentlich weniger als 1,10 zu erwarten. Aus augenärztlicher Sicht scheinen mir solche Kontaktlinsen nicht einer Entwicklung wert, weil mit den geschilderten Erfindungen ohne Beeinträchtigung des menschlichen Auges viel mehr im Hinblick auf die Vergrößerung erreicht werden kann und weil außerdem mit Kontaktlinsen, die Afokalgläsern konstruktionsähnlich sind, durch das Tragen auf dem Auge Augenschäden zu befürchten sind. In noch höherem Maße gilt dies für afokale Gläser als intraokύlar implantierte "Linsen".
Im Anschluß an die internationale Anmeldung sind alle bereits getätigten Einzelanmeldungen in ihrer ursprünglichen Fassung einschließlich der Berichtigungen noch einmal aufgeführt. Dabei ist zumeist jeweils nur die erste Seite neu mit der Schreibmaschine geschrieben. Die übrigen Seiten sind Kopien der ursprünglichen Anmeldungen.
Schrifttum :
Schulte Wintrop, E.: Untersuchungen der Veränderungen der Sehschärfe Augengesunder mit der Fernrohrbrille nach Gernet. Inaugural-Dissertation, Universität Münster (1983)
Neuanmeldüng (PCT)
Afokalglas (qläser)-Fotoapparat-(Film-, Fernsehkamera)- Teleskop-Mikroskop-Kombinationen und Afokalqlas(qläser)- Kombinationen mit anderen optischen Systemen für stärkere Vergrößerung/bessere Bildauflösung oder/und (annähernd) gleichen Bildausschnitt/(annähernd) gleiches Gesichtsfeld (Sehfeld)
Afokalgläser in Fernrohrbrillen, T el es kop -Kuppel n und Per iskop-Fe rnrohr-A fokal gl as-Komb inat ionen sowie Aniseikoniegläser habe ich in verschiedenen Patentanmeldungen beschrieben (DGM G 180 21 262.3, US-Patentanmeldung continuation application vom 24.8.84, Deutsche Patentanmeldung P 34 06 276.9, US-Disclosure Nr. 126 457, Deutsche Patentanmeldung P 34 32 423.2, Deutsches Patent DE 28 14678 C II , Europäische Patentschrift 0022868, Vertragsstaat Frankreich und US-Patent 4427272).
Im Zusammenhang mit den Deutschen Patentanmeldungen P 34 06 276.9 und P 34 32 423.2 habe ich im November 1984 erkannt, daß ein oder zwei (mehrere) Afokalgläser geeigneter Konstruktion in Kombination mit Fotoapparaten, Teleskopen, Mikroskopen und anderen optischen Systemen stärkere Vergrößerungswirkungen bei relativ großen Bildausschnitten, Gesichtsfeldern (Sehfeldern) ergeben.
Auch diese Erfindungen basieren auf der Tatsache, daß Afokalgläser mit großem Gesichtsfeld (Sehfeld) schwache Fernrohre nach dem Prinzip der Stöpsellinse darstellen. Verdindet man solche Afokalgläser, deren Bildausschnitt kleiner, gleich oder größer ist als der durch das Linsensystem eines Fotoapparates erzeugte Bildausschnitt oder der wesentlich g r öß er is t a l s das Ge s i ch t s fe l d ( Seh fe l d ) v on Teleskopen, Mikroskopen etc. mit üblicher Technik mit üblichen Fotoapparaten, Teleskopen, Mikroskopen etc., dann resultiert mit dem üblichen Fotoapparat, Teleskop, Mikroskop etc. durch die Kombination mit einem oder zwei Afokalgläsern eine bessere Bildauflösung/eine stärkere Vergrößerung als ohne diese, wobei je nach Konstruktion und Vergrößerungswirkung des Afokalglases/der Afokalgläser der Bildausschnitt/das Gesichtsfeld (Sehfeld) kleiner wird. Ändert man das optische System entsprechend, so läßt sich dieser Nachteil ganz oder teilweise kompensieren.
Für übliche Fotoapparate, Teleskope, Mikroskope und andere optischen Systeme werden in der Beschreibung die Vorteile solcher Kombinationen mit einem oder mehreren Afokalgläsern dargestellt. Die physikalischen Grundlagen dazu sind die in den erwähnten Patenten/Patentanmeldungen ausführlich abgehandelten Formeln von Snellius und Reiner.
Afokalgläser geeigneter Form bewirken, wenn ihre sphärischkonvexen Begrenzungsflächen objektnah liegen und ihre. Krümmungsmittelpunkte auf der Sehachse (Gesichtslinie, Blicklinie) liegen, im Zusammenhang mit dem Auge eines Beobachters oder in Kombination mit einem zweiten (mehreren) Afokalgläsern gleicher Anordnung infolge ihrer Fernrohrwirkung eine Vergrößerung der gesehenen Objekte bei relativ weitem Gesichtsfeld (Sehfeld).
Im Hinblick auf die erwünschte Wirkung von Afokalgläsern gibt es zwei Gruppen von Anwendungsmöglichkeiten an/in den zu besprechenden optischen Systemen.
1. Die Umweltobjekte werden durch das Auge des Beobachters gesehen. Dann sind oft zwei Afokalgläser geeigneter
Größe und Form von Vorteil, in der Regel eines vor dem optischen System, das andere dahinter oder in das System inkorporiert. Bei dieser Anordnung bewirken beide Afokalgläser, wenn ihre sphärisch-konvexen Begrenzungsflächen jeweils beobachteraugenfern liegen, eine stärkere Bündelung parallel einfallender Lichtstrahlen und damit den erwünschten Fernrohreffekt ohne (wesentliche) Gesichtsfeld-(Sehfeld-)Einengung. 2. Die Umweltobjekte werden nicht durch das Auge eines Beobachters gesehen, sondern durch eine Foto-Film- Fernsehkamera aufgenommen und abgebildet. Dann sind oft ebenfalls zwei Afokalgläser geeigneter Größe und Form vorteilhaft. Diese Afokalgläser sollten allerdings entoptische gegengesetzte Wirkung haben, das vor dem Kameraobjekt befindliche Afokalglas eine vergrößernde, das hinter dem Objektiv liegende eine verkleinernde Wirkung. Dies kann beispielsweise bei einer Rollfilmkamera dadurch erreicht werden, daß das vor dem Objektiv der Kamera befindliche Afokalglas seine sphärisch-konvexe Begrenzungsfläche objektseitig (nicht objektivseitig) hat, also die Strahlen näher zusammenrücken und stärker konvergieren läßt, während das in die Kamera an geeigneter Stelle hinter dem Objektiv eingebaute Afokalglas seine sphärisch-konvexe Begrenzungsfläche filmseitig (bildseitig) hat, die einzelnen Lichtstrahlen also weiter voneinander entfernt und stärker divergieren läßt. Eine solche Kombination führt zu einer Vergrößerungswirkung, die sich multiplikativ aus der Vergrößerungswirkung der beiden Afokalgläser ergibt. Die Besonderheiten des nicht parallelen Strahlenverlaufes in Kameras sind dabei entsprechend zu berücksichtigen.
A ) Afokalqlas(qläser)-Kamera-Kombination(en) für stärkere Vergrößerung/bessere Bildauflösung/bessere Lichtausbeute und für (relativ) großen Bildausschnitt
In Fotoapparaten ist der Strahlengang bekanntlich nicht parallel, damit mit Hilfe des Objektivs auf dem Film ein verkleinertes Abbild der Umwelt entstehen kann. Afokalneb en gläser haben ihrer bildvergrößernden Wirkung (wenn die sphärisch-konvexe Begrenzungsfläche objektnah ist) und neben ihrer bildverkleinernden Wirkung (wenn die sphärischekonkave Begrenzungsfläche objektnah ist) keine wesentlichen bildverzerrenden Wirkungen, wenn der Krümmungsmittelpunkt der Begrenzungsflächen auf dem Zentralstrahl des Objektivs liegt, denn sie wirken im Grunde wie planpa rallele Glasplatten. Deshalb ist zu erwarten, daß bei geeigneter Verwendung von geeigneten Afokalgläsern an und in Foto-Film-Fernsehkameras die aufgenommenen Bilder keine wesentlichen Verzerrungen aufweisen werden.
Die Abbildung 11 a zeigt ein Afokalglas 1,15, das relativ gut auf die Vorderfläche des Objektivs einer handelsüblichen technisch aufwendigen 50 mm Spiegelreflex-Rollfilmkamera paßt. Mit dieser 50 mm Rollfilmkamera wurden die in 2,5 m Entfernung befindlichen Deckenstrukturen eines Zimmers einmal ohne, einmal mit dem vorgesetzten Afokalglas 1,15 aufgenommen; dabei lag die Kamera für beide Aufnahmen in gleicher, d.h. unveränderter Position und Einstellung auf einem Tisch.
Abbildung 11 b zeigt das fotografische Ergebnis ohne das Afokalglas 1,15, Abbildung 11 c das Ergebnis mit vorgesetztem Afokalglas 1,15. Der Querdurchmesser des unter dem Wandvorsprung voll aufgenommene Deckenquadrates (von Außenkante zu Außenkante) beträgt ohne das Afokalglas 1,15 in Abbildung 11 b 5,30 cm, der gleiche Querdurchmesser - aufgenommen mit dem Afokalglas 1,15 - in Abbildung 11 c beträgt 6,10 cm . Abbildung 11 c beweist damit vier Dinge:
1) Sie beweist die tatsächliche Vergrößerungswirkung von Afokalgläsern in Kombination mit Kameras. Im dokumentierten Beispiel beträgt sie mit rund 1,15 und entspricht damit der the
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oretischen Erwartung. Durch die Vergrößerung resultiert eine bessere Bildauflösung als ohne das Afokalglas 1,15. Dies ist der erste optische Vorteil der Kombination.
2) Im Vergleich zu Abbildung 11 b zeigt Abbildung 11 c keinerlei Verzerrung. Damit ist bewiesen, daß Afokalgläser geeigneter Größe und Form in Kombination mit Foto-, Film-, Fernsehkameras verzerrungsfreie Abbildungen der Umwelt ermöglichen. 3) Wie im Zusammenhang mit Abbildung 3 eingangs ausgeführt wurde, bewirken Afokalgläser ein Mehr an optischer Information durch die stärkere Bündelung von Lichtstrahlen. Dies bedeutet theoretisch, daß Afokalgläser vor dem Objektiv von Kameras die Lichtstärke der Objektive im annähernden Verhältnis ihrer Vergrößerungswirkung (Zahlenwerte für Radius und Flächenquerschnitt entsprechend physikalischen Gesetzen verschieden) erhöhen. Tatsächlich resultierte in dem gewählten Beispiel wie die in Anhang 3 beiliegenden Negative des den
Abbildungen 11 b und 11 c zugrundeliegenden Films beweisen - mit dem Afokalglas 1,15 deshalb keine höhere, sondern nur eine annähernd gleiche oder sogar etwas geringere Lichtstärke des Objektivs, wobei das vorgesetzte Afokalglas 1,15 aufgrund seiner Größe und Form in erheblichem Maße Licht reflektierte/absorbierte und so durch eine erheblich verminderte Transmission den zweiten optischen Vorteil einer (theoretisch) größeren Lichtstärke des Objektivs wieder aufhob. Mit bekannten Techniken (Entspiegelung etc.) läßt sich die Transmission von Afokalgläsern im Vergleich zum benutzten Afokalglas 1,15 wesentlich verbessern.
Bei den bekannten Techniken zur Bildvergrößerung auf Filmen/Negativen (Brenweitenverlängerung) ist der durch die Brennweitenverlängerung (Nahobjektiv) bewirkte Verlust an Lichtstärke für das Objektiv in der Regel allerdings ähnlich groß. Deshalb bieten Afokalgläser auch im Hinblick auf die Lichtstärke von Objektiven Vorteile.
Entsprechend bekannten physikalischen Gesetzmäßigkeiten resultiert - bedingt durch die Vergrößerungswirkung - mit dem Afokalglas 1,15 in Abbildung 11 c ein kleinerer Bildausschnitt wie in Abbildung 11 b ohne das Afokalglas. Dies ist als Nachteil der Kombination eines Afokalglases mit einer Kamera (vorgegebener Konstruktion) zu werten. Faßt man die Feststellungen aus 1) mit 4) zusammen, so überwiegen die optischen Vorteile einer Kombination von Afokalgläsern mit Foto-, Film-, Fernsehkameras deren Nachteile.
Noch günstiger für die Vergrößerungswirkung/Bildauflösung ist es, wenn man ein zusätzliches Afokalglas geeigneter Größe und Form mit seiner sphärisch-konvexen Begrenzungsfläche filmnah hinter dem Objektiv an geeigneter Stelle in eine Kamera einbaut. Es resultiert dann wegen des
Auseinanderrückens der Lichtstrahlen und ihrer .stärkeren Divergenz zwar ein noch kleinerer Bildausschnitt der Umwelt auf dem Foto als ohne das zweite Afokalglas, jedoch ist die Bildauflösung noch besser als mit nur einem Afokaiglas. Die Lichtstärke der Kamera wird durch das zweite Afokalglas allerdings entsprechend geringer. Mit bekannten Reproduktionstechniken (länger Belichtung, längere Entwicklungszeit) ist es allerdings kein Problem von weniger gut belichteten Negativen helle und kontrastreiche Abzüge herzustellen (s. auch Abbildung 14, die vom Negativ des Films für Abb. 11 c stammt).
Ohne Afokalgläser sind ähnliche optische Vorteile nur mit mit Kameras längerer Brennweite als der vorgegebenen zu erreichen.
Sinnvoll sind also Afokalgläser-Kamera-Kombinationen wie sie in den folgenden Abbildungen 12 und 13 dargestellt sind. Von der derzeit üblichen Kamera-Konstruktionstechnik her gesehen, sind Rollfilmkameras mit SpiegelreflexSucher für den Einbau von Afokalgläsern nicht geeignet, weil für letztere kein Platz hinter dem Objektiv und vor der Filmebene ist. Geeignet sind Rollfilm-Kameras mit üblichem Sucher. Bei einer für den Sucher störenden Größe eines vor dem Objektiv angebrachten Afokalglases kann die objektseitige Öffnung des Suchers periskopartig vom Blendenmittelpunkt weg ausgebildet werden, damit am Afokalglas vorbeigesehen werden kann. In Abbildung 12 ist eine übliche Roll filmkamera mit einer Brennweite von 50 mm im Vertikalschnitt mit einem, der Objektivöffnung vorsetzbaren (einsteck-, schraubbaren) Afokalglas geeigneter Größe und Form und mit einem zwisehen Objektiv und Filmebene befindlichen zweiten Afokalglas geeigneter Größe und Form schematisch dargestellt. Die Krümmungsmittelpunkte der Afokalgläser liegen auf dem Achsenstrahl des Objektivs.
Das Afokalglas vor dem Objektiv ist so ausgebildet, daß der durch das Afokalglas vermittelte Bildausschnitt größer ist als der durch das Kameraobjektiv vermittelte Bildausschnitt, wobei störende Lichtbrechungen (Reflexionen oder Mehrfachreflexionen) durch geeignete Maßnahmen (siehe dazu Seite 9, 10) ausgeschaltet sind. In Abbildung 12 ist als Beispiel dafür eine Abdeckung der optisch nicht benötigten Glasbereiche durch mit dem Glas fest verbundenen lichtundurchlässigen (schwarzen) Kunststoff, der außerdem zum Aufsetzen des Afokalglases nützlich ist (Vermeidung von Beschädigungen der Glasoberfläche) und ein nicht paralleler Verlauf der Glasoberflächen im optisch nicht benötigten Bereich dargestellt. Die Vernichtung unerwünschter Lichtstrahlen durch diese und andere dem derzeitigen Stand der Technik entsprechenden Maßnahmen ist durch die Schlängelung im optisch nicht benötigten Bereich der Afokalgläser in Abbildung 12 angedeutet.
Das Afokalglas vor dem Objektiv hat einen Krümmungsradius der sphärisch-konvexen Außenfläche von 0,05 und einen Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Innenfläche von
0,03 m bei gleichem, d.h. identischen Krümmungsmittelpunkt. Die Dicke des Afokalglases beträgt damit 0,02 m, der Brechungsindex des Glasmaterials sei 1,93.
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der sphärischkonvexen Außenfläche von Dioptrien.
Figure imgf000033_0001
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000034_0001
, 1,2387651 eine Vergrößerung von rund 1,24.
In der Kamera befindet sich zwischen Objektiv und Filmebene ein zweites Afokalglas geeigneter Größe und Form, dessen sphärisch-konvexe Begrenzungsfläche der Filmebene zugekehrt ist. Dieses Afokalglas hat einen Krümmungsradius der sphärisch-konvexen Fläche von 0,03 m und einen Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Fläche von 0,018 m bei gleichem, d.h. identischem Krümmungsmittelpunkt. Die Dicke des Afokalglases beträgt damit 0,012 m, der Brechungsindex des Glasmaterials sei 1,93.
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der sphärischkonvexen Fläche von Diop
Figure imgf000034_0002
trien.
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000034_0003
1,2387673 eine physikalische Vergrößerung von rund 1,24,
Die beiden Afokalgläser bewirken zwei Vorteile: das vorgesetzte Afokalglas 1,24 bringt ein Mehr an optischer Information im Verhältnis von 1,24 zu 1,0 durch das Objektiv in die Kamera und verteilt es auf eine größere Filmfläche. Das Afokalglas 1,24 in der Kamera zerstreut dieses Mehr an optischer Information weiter auf eine noch größere Filmfläche. Damit bewirken beide Afokalgläser eine Vergrößerung/bessere Bildauflösung für den Betrachter, die sich im Vergleich zur Vergrößerung/Bildauflösung der ursprünglichen Kamera (deren Vergrößerung/Bildauflösung gleich 1,0 gesetzt) wie 1,24 . 1,24 = 1,537 zu 1,0 darstellt bei kleinerem Bildausschnitt der fotografierten Umwelt und einem gleich hellen oder nur wenig schwächeren Bild, wenn die Transmissions der Afokalgläser durch geeignete und bekannte Maßnahmen (Entspiegelung etc.) entsprechend hoch ist. Ein vergleichbares Resultat ließe sich mit den bekannten Techniken nur durch die Verwendung aufwendiger Objektive mit längerer Brennweite oder durch Neukonstruktion einer Kamera mit einer, längeren Brennweite, d.h. mit einem neuen und wesentlich aufwendigeren Objektiv erreichen. Dabei ist es allerdings fraglich, ob überhaupt ein annähernd vergleichbarer Bildausschnitt der Umwelt mit diesen bekannten Techniken erreichbar sein wird. Dieser Zweifel erscheint angebracht, wenn man berücksichtigt, wie ausgereift derzeit die Herstellungstechniken von Kameras und Kameraobjektiven schon sind.
Als zweites Beispiel ist in Abbildung 13 eine übliche Rollfilmkamera ohne Spiegelreflex-Sucher mit einer Brennweite von 35 mm im Vertikalschnitt schematisch dargestellt. Das Afokalglas A vor dem Objektiv hat einen Krümmungsradius der sphärisch-konvexen Außenfläche von 0,035 m und einen Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Innenfläche von 0,02 m bei gleichem, d.h. identischem Krümmungsmittelpunkt. Die Dicke des Afokalglases beträgt damit 0,015 m, der Brechungsindex des Glasmaterials sei 1,93.
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der sphärischkonvexen Außenfläche von Dioptrien.
Figure imgf000035_0002
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000035_0001
1,93
= 1,2602602 eine Vergrößerung von rund 1,26.
In der Kamera befindet sich zwischen Objektiv und Filmebene ein zweites Afokalglas B geeigneter Größe und Form, dessen sphärisch-konvexe Begrenzungsfläche der Filmebene zugekehrt ist. Dieses Afokalglas hat einen Krümmungsradius der sphärisch-konvexen. Fläche von 0,01 m und einen Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Fläche von 0,0057 m bei gleichem, d.h. identischem Krümmungsmittelpunkt. Die Dicke des Afokalglases beträgt, damit 0,0043 m, der Bre chungsindex des Glasmaterials sei 1,93.
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der sphärischkonvexen Fläche von
Figure imgf000036_0001
Dioptrien.
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000036_0002
= 1,2614362 eine Vergrößerung von rund 1,26.
Die beiden Afokalgläser bewirken auch bei dieser Rollfilmkame ra zwei Vorte ile : das vor das Obj ektiv gesetz te Afokalg las 1,26 bringt ein Mehr an optischer Information im Verhältnis von 1,26 zu 1,0 durch das Objektiv in die Kamera und verteilt es auf eine größere Filmfläche. Das Afokalglas 1,26. in der Kamera zerstreut dieses Mehr an optischer Information auf eine noch größere Filmfläche. Damit bewirken die beiden Afokalgläser 1,26 eine Vergrößerung, d.h. eine bessere Bildauflösung für den Betrachter, die sich im Vergleich zur Vergrößerung/Bildauflösung der ursprünglichen Kamera (deren Vergrößerung/Bildauflösung gleich 1,0 gesetzt) wie 1,26 . 1,26 = 1,5876 zu 1,0 darstellt bei einem wesentlich kleineren Bildausschnitt der fotografierten Umwelt und bei einem nur wenig lichtschwächeren Bild auf dem Film/Fotoabzug, wenn die Transmission der Afokalgläser hoch ist.
Ein vergleichbares Resultat wie das durch die beiden Afokalgläser 1,26 bewirkte ist mit den bekannten KameraHerstellungstechniken ohne aufwendige Objektive oder Kamera-Neukonstruktionen nicht erzielbar.
Verzichtet man bei der in Abbildung 13 dargestellten Rollfilmkamera auf ein Zurückschieben (Einklappen) des Objektivs in das Kameragehäuse, dann läßt sich durch Einbau eines dritten Afokalglases C geeigneter Form mit seiner sphärisch-konvexen Fläche zur Filmebene hin die Vergrößerungswirkung und damit die Bildauflösung der Kamera weiter verbessern.
Das in Abbildung 13 gestrichelt eingezeichnete Afokalglas geeigneter Größe und Form hat einen Krümmungsradius der sphärisch-konvexen Fläche von 0,017 m und einen Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Fläche von 0,012 m bei gleichem, d.h. identischem Krümmungsmittelpunkt. Die Krümmungsmittelpunkte aller drei Afokalgläser liegen auf dem Zentralstrahl des Objektivs. Ähnliches gilt, wie bereits erwähnt, auch für alle anderen in dieser Anmeldung dargestellten Afokalglas ( gläser ) -Fotoapparat-Kombinationen. Die Dicke des dritten Afokalglases beträgt 0,005 m, der Brechungsindex des Glasmaterials sei 1,93.
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der sphärischkonvexen Fläche Dioptrien.
Figure imgf000037_0001
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000037_0002
= 1,1651229 eine Vergrößerung von rund 1,17. Das dritte Afokalglas 1,17 bewirkt eine weitere Vergrößerung und damit eine noch bessere Bildauflösung für den Betrachter der Fotos durch das Verteilen der optischen Information auf eine noch größere Filmfläche. Der Bildausschnitt der fotografierten Umwelt wird sinngemäß noch kleiner. Diesem Nachteil steht eine noch stärkere Vergrößerung (bessere Bildauflösung) gegenüber der vorher beschriebenen Kombination mit nur zwei Afokalgläsern 1,26 gegenüber.
Während die Bildauflösung mit zwei Afokalgläsern 1,26 im Verhältnis von 1,5876 zu 1,0 besser wird als mit der ursprünglichen Kamera allein (deren Vergrößerung/Bildauflösung gleich 1,0 gesetzt), resultiert durch das zusätzliche Afokalglas 1,17 eine Vergrößerung/Bildauflösung von 1,587 . 1,1651 = 1,849 ≈ 1,85 zu 1,0 bei einem allerdings lichtschwächeren Bild auf dem Film/Fotoabzug.
Es ist bekanntlich kein Problem, Lichtverluste durch Afokalgläser bei der Filmentwicklung durch geeignete und allgemein bekannte Maßnahmen (längere Belichtung, längere Entwicklungszeit) auszugleichen. Dies zeigt Abbildung 14, die vom gleichen Negativ wie Abbildung. 11 c stammt.
Nach dem dokumentierten Eergebnis des in den Abbildungen 11 a mit c dargestellten Experimentes ohne und mit Afokalglas 1,15 wird eine solche 35 mm Rollfilm-Kamera beispielsweise mit einer Gesamtvergrößerung von 1,42 durch geeignete Afokalgläser eine ähnliche Vergrößerung/Bildauflösung ermöglichen wie eine aufwendige 50 mm Rollfilm-Kamera mit dem zusätzlichen Vorteil, daß der Bildausschnitt der fotografierten Umwelt auf den Fotoabzügen wegen der konstruktiven Unterschiede zwischen 50 mm und 35 mm RollfilmKameras mit der dargestellten 35 mm Kamera noch etwas größer sein wird als mit der erheblich aufwendigeren 50 mm Kamera.
B) Afokalglas (gläser)-Teleskop-Kombinationen für stärkere Vergrößerung/bessere Bildauflösung und für (relativ) großes Gesichtsfeld (Sehfeld)
Übliche Teleskope dienen zum Beobachten ferner Objekte, beispielsweise von Mond und Sternen. Solche Teleskope bestehen aus relativ großen Rohren (Tubus) mit einem relativ großen Querdurchmesser, an deren objektfernem Ende sich ein Konkavspiegel (Reflektor) mit Brennweiten meist über 600 mm befindet. Ein Teil der durch den Spiegel reflektierten Strahlen wird durch ein Umlenkprisma in ein senkrecht zur Tubusachse stehendes Okular reflektiert. Das entstehende Bild wird entweder durch das Auge eines Beoachters betrachtet oder durch aufgesetzte Foto-Film-Fernsehkameras fotografiert. Zum Aufsuchen der fernen Objekte dient ein auf dem Tubus montierter Sucher, zum Verfolgen des Laufs der Gestirne dienen manuelle oder automatische Vorrichtungen.
In Abbildung 15 sind Möglichkeiten dargestellt, wie durch Afokalglas (gläser)-Teleskop-Kombinationen eine stärkere Vergrößerung mit kleinerem Gesichtsfeld (Sehfeld)/Bild ausschnitt erreicht werden kann. Für das Teleskop ist ein handelsüblicher Reflektor mit einer Tubuslänge von 0,65 m, einer Brennweite des Reflektors von 0,72 m, einem Spiegeldurchmesser von 0,12 m und einer Vergrößerung von 100,0 (100-fach) in der Grundausstattung schematisch dargestellt.
Prinzipiell werden die Afokalgläser so angeordnet, daß ihre Krümmungsmittelpunkte auf dem (hypothetischen) Zentralstrahl des Reflektors bzw. auf dem Zentralstrahl des Okulars liegein. Im übrigen gelten auch beim Teleskop die eingangs (siehe S. 26,27) beschriebenen Besonderheiten für die Beobachtung durch das menschliche Auge bzw. für die Aufnahme des erzeugten Bildes durch Foto-Film-Fernsehkameras.
In Abbildung 15 ist unter anderem eine Afokalglas-Teleskop-Kombination mit nur einem Afokalglas (B,) dargestellt, dessen Gesichtsfeld (Sehfeld) durch geeignete Form und Größe wesentlich größer als das Gesichtsfeld
(Sehfeld) des Teleskops ist. Das Afokalglas (B,) ist dem objektnahen Tubusende mit üblicher Technik aufgesetzt (angeschraubt, eingesteckt). Das Afokalglas B1 hat für die sphärisch-konvexe Außenfläche einen Krümmungsradius von 0,215 m und für die sphärisch-konkave Innenfläche einen Krümmungsradius von 0,065 m und für beide Radien einen gleichen, d.h. einen identischen Krümmungsmittelpunkt, der auf der (hypothetischen) Zentralstrahlachse liegt. Das Afokalglas besteht aus hochbrechendem Glas mit einem Brechungsindex von 1,93, seine Dicke beträgt 0,15 m.
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der Außenfläche des Afokalglases 1 Dioptrien.
Figure imgf000039_0001
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000039_0002
= 1,50644 eine physikalische Vergrößerung von rund 1,5%. Mit dieser Afokalglas-Teleskop-Kombination resultiert mit der Grundausstattung des Teleskops 100 (110-fach) aus 100 . 1,51 = 151 eine Gesamtvergrößerung von 151 ( 151- fach ) bei kleinerem Gesichts feld ( Seh fe ld ) wie mit dem Teleskop allein. Beträgt die maximale Vergrößerung des Teleskops allein 500 (500-fach), so ergibt sich mit der Afokalglas-Teleskop-Kombination aus 500 . 1,51 = 755 eine Gesamtvergrößerung von 755 (755-fach) bei kleinerem Gesichtsfeld (Sehfeld) wie mit dem Teleskop allein. Allerdings ist dieses Afokalglas schwier und unhandlich.
Eine ähnliche Vergrößerungswirkung läßt sich erzielen, wenn man ein viel kleineres Afokalglas geeigneter Größe und Form B2 in den Strahlengang im Tubus vor dem Umlenkprisma so anordnet, daß der Krümmungsmittelpunkt des Glases auf der
(hypothetischen) Zentralstrahlachse des Reflektors (Tubusmittelachse) liegt und die sphärisch-konvexe Fläche reflektornah gelegen ist. Das in Abbildung 15 dargestellte Afokalglas B2 hat einen Krümmungsradius der sphärischkonvexen Fläche von 0,0125 m und einen Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Fläche von 0,005 m bei gleichem, d.h. identischem Krümmungsmittelpunkt. Das Glas hat damit eine Dicke von 0,0075 m bei einem Brechungsindex von 1,93.
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der sphärischkonvexen Fläche des Afokalglases B2 von
Figure imgf000040_0001
0,0134408; D = 74,400333 Dioptrien.
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000040_0002
= 1,4067063 eine physikalische Vergrößerung von rund 1,41.
Damit ist die Vergrößerungswirkung des Afokalglases B2 nach nur um rund 20 % geringer als die des
Figure imgf000040_0003
viel größeren und unhandlichen Afokalglases B1.
Eine weitere Vergrößerungswirkung für den durch das Okular blickenden Beobachters ergibt sich, wnen man dem Okular ein Afokalglas geeigneter Größe und Form B3 mit der gleichen Vergrößerungswirkung anfügt, wie sie das Afokalglas B2 aufweist. Ordnet man das Afokalglas B3 so an, daß sich seine sphärisch-konvexe Fläche okularnah befindet und daß sein Krümmungsmittelpunkt auf dem Zentralstrahl des Okulars liegt, dann ergibt sich durch das Afokalglas B3 erneut eine physikalische Vergrößerung von rund 1,41;
Blickt ein Beobachter nun durch das Okular dieses mit drei Afokalgläsern (B1, B2, B3,) bestückten Teleskops, dann ergibt sich für das Auge infolge der durch die Afokalgläser bewirkten stärkeren Bündelung der Lichtstrahlen bei der Vergrößerung 100,0 (100-fach) in der Grundausstattung nach 100 . 1,51 . 1,41 . 1,41 = 300,20 eine Gesamtvergrößerung von 200,2 (300,2-fach) bei wesentlich kleinerem Gesichtsfeld (Sehfeld) wie mit dem Teleskop allein.
Ohne das Afokalglas B1 ergibt sich aus 100 . 1,41 . 1,41 = 198,8 eine Gesamtvergrößerung von 198,8 ( 198 , 8-fach). Analoge Werte ergeben sich mit den Afokalgläsern für die übrigen Vergrößerungen des Reflektors, also auch für die Maximalvergrößerung.
Damit sind Afokalgläser geeigneter Form für eine stärkere Vergrößerungswirkung üblicher Telekope auf verhältnismäßig einfachem Wege gut geeignet, wenn die Beobachtung durch das menschliche Auge erfolgt.
Setzt man mittels eines geeigneten Adapters eine Kamera mit Nahobjektiv auf das Okular des Teleskops, deren "Vergrößerung" (tatsächliche "verkleinert" eine Kamera immer)/Bildauflösung des ursprünglichen Teleskopbildes ohne Afokalglas gleich 1,0 gesetzt sei, dann resultiert durch die im Zusammenhang mit Afokalglas-Fotoapparate-Kombinationen ausführlich geschilderten Tatsachen durch die Afokalgläser B1 , B2, und B3 auf dem Film eine Vergrößerung und damit eine bessere Bildauflösung bei deutlich kleinerem Ausschnitt der fotografierten Objekte auf dem Film/Fotoabzug. Für die Afokalgläser B1, B2 und B3 verhält sich die Vergrößerung zur ursprünglichen (diese gleich 100,0 in der Grundausstattung gesetzt) wie 100 . 1,51 . 1,41 . 1,41, also wie 300,2 zu 100; für die Afokalgläser B2 und B3 verhält sie sich zur ursprünglichen wie 100 . 1,41 . 1,41 = 198,8, also wie 198,8 zu 100. Analoges gilt für die Bildauflösung.
Man erreicht also durch die Afokalgläser B1 , B 2 und B3 eine stärkere Vergrößerung/eine bessere Bildauflösung bei allerdings wesentlich kleinerem Gesichtsfeld (Sehfeld). Dieser optische Nachteil (kleines Sehfeld) läßt sich durch Kombination von Afokalgläsern geeigneter Größe und Form und ähnlicher Vergrößerungswirkung in einem Reflektor mit größerem Querdurchmesser und kürzerer Brennweite als der angegebenen teilweise oder ganz ausgleichen. Damit bieten Afokalglas (gläser)-Teleskop-Kombinationen erhebliche optische Vorteile gegenüber bekannten Teleskopen.
C) Afokalglas (gläser)-Mikroskop-Kombinationen für stärkere Vergrößerung, bessere Lichtausnützunq und für (relativ) großes Gesichtsfeld (Sehfeld)/qroßen Bildausschnitt
Seit Janssen (1599) dienen Mikroskope zur Vergrößerung sehr kleiner Objekte. Mikroskope bestehen aus einem Tubus, der in bestimmten Abständen voneinander zwei Linsensysteme, das dem Gegenstand zugewandte Objektiv und das dem Auge zugewandte Okular enthält. Übliche Mikroskope enthalten mehrere Objektive verschiedener Vergrößerung, die durch einen Revolver gewechselt werden können. Gebräuchliche Mikroskope sind Mikroskope für Durchlicht. Für viele Zwecke genügt bei dem Durchlichtmikroskop eine Mikroskopvergrößerung von 4,0 (4-fach). Bei einer solchen Vergrößerung ist der Einsatz von Afokalgläsern vor dem Objektiv sinnvoll. Bei wesentlich höheren Vergrößerungen besteht wegen des sehr geringen Abstandes zwischen den wesentlich längeren Objektiven und dem Gegenstand in der. Regel technisch gesehen keine Möglichkeit, ein Afokalglas geeigneter Form und Größe dem Objektiv vorzusetzen. Da gegen ist es technisch gut möglich, z.B. für Dokumentationszwecke, dem Obkular eines Mikroskops bei jeder beliebigen Objektivvergrößerung ein Afokalglas geeigneter Größe und Form anzufügen und dadurch zwar ein kleineres Sehfeld in Kauf zu nehmen, jedoch eine wesentliche bessere Bildauflösung (Vergrößerungswirkung) auf dem Film zu erzielen, wie mit dem üblichen Mikroskop allein.
In Kombination mit Durchlichtmikroskopen bewirken Afokalgläser an verschiedenen Stellen des Mikroskops optische Vorteile, entsprechende Afokalgläser sind in der schematischen Darstellung in Abbildung 16 für ein übliches Durchlichtmikroskop dargestellt.
Im Fuß des Mikroskops führt eine Anordnung (in Richtung der Beleuchtungsstrahlen gesehen) eines Afokalglases geeigneter Größe und Form B1 - mit seiner sphärisch-konvexen Fläche dem Beleuchtungsapparat (L) zugewandt - hinter dem ersten Linsensystem zu einem stärkeren Zusammenrücken der Lichtstrahlen. Dabei muß der doppelte Radius der sphärisch-konkaven Fläche dem Querdurchmesser des Lichttunnels im Mikroskop entsprechen. Der doppelte Radius der sphärisch-konvexen Fläche des Afokalglases kann gleich oder größer sein als der Querdurchmesser des Lichttunnels.
Das in Abbildung 16 dargestellte Afokalglas B1 hat einen Krümmungsradius der sphärisch-konvexen Fläche von 0,0125 m und einen Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Fläche von 0,005 m bei gleichem, d.g. identischem Krümmungsmittelpunkt. Die Dicke des Afokalglases beträgt 0,0075 m, der Brechungsindex des Glasmaterials sei 1,93. Nach Snellius ergibt sich aus Diop
Figure imgf000043_0001
trien. Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000044_0001
= 1,4067063 eine physikalische Vergrößerung von rund 1,41,
Dies bedeutet im Hinblick auf die Lichtausnutzung der Beleuchtungsquelle des Mikroskops: das Afokalglas führt durch das stärkere Zusa-mmenrücken der Lichtstrahlen zu einem Bündelungseffekt und läßt damit mehr Licht durch einen vorgegebenen Tunnelquerschnitt treten.
Bei konstruktionsüblichen Mikroskopen lassen sich sowohl dem Objektiv mit der Vergrößerung 4,0 (4-fach) als auch dem Okular Afokalgläser geeigneter Größe und Form vorsetzen (aufschrauben, einstecken etc.). Für einen Beobachter ergeben sich durch diese Afokalgläser stärkere
Vergrößerungen bei einem entsprechend kleineren Gesichtsfeld (Sehfeld). Dies bewirken die Afokalggläser B2 und B3 in Abbildung 16.
Das Afokalglas B2 hat eine solche Größe und Form, daß sein Gesichtsfeld (Sehfeld) größer ist als das Sehfeld des Objektivs 4,0. Das Afokalglas B2 hat einen Krümmungsradius der sphärisch-konvexen Fläche von 0,008 m und einen Krümmungsradius der sphärisch- konkaven Fläche von 0,0045 m. Seine Dicke beträgt demgemäß 0,0035 m. Der Brechungsindex des Glasmaterials sei 1,93. Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der sphärisch-konvexen Fläche des Afokalglases T Dioptrien.
Figure imgf000044_0002
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000044_0003
= 1,2671202 eine physikalische Vergrößerung von rund 1,27. Mit der Afokalglas 1, 27-Mikroskop-Kombination ergibt sich demnach aus 4,0 . 1,27 = 5,08 eine Gesamtvergrößerung von 5,08 (5,08-fach) für einen durch das Okular blickenden Beobachter. Die Vergrößerung für einen Beobachter läßt sich noch weiter steigern, wenn man dem Okular des Mikroskopes ein weiteres Afokalglas B3, dessen Gesichtsfeld (Sehfeld) größer als das Sehfeld des Okulares ist, so vorsetzt (aufschraubt, einsteckt), daß sein Krümmungsmittelpunkt auf dem Zentralstrahl des Okulars liegt und daß seine sphärisch-konvexe Fläche dem Okular zugekehrt ist.
Das in Abbildung 16 dargestellte Afokalglas B3 hat einen Krümmungsradius der sphärisch-konvexen Fläche von 0,0125 m und einen Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Fläche von 0,005 m bei einer Dicke von 0,0075 m, der Brechungsindex des Glasmaterials sei 1,93.
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der sphärischkonvexen Fläche von Dioptrien.
Figure imgf000045_0002
Nach Reiner ergibt sich auf
Figure imgf000045_0001
= 1,4067063 eine physikalische Vergrößerung von rund 1,41
Die durch die Afokalgläser bewirkte Gesichtsfeld- ( Sehfeld-) Einengung läßt sich durch Kombination von Afokalgläsern geeigneter Größe und Form an geeigneter Stelle in einem anders konstruierten Mikroskop mit größerer Apertur und kürzerer Brennweite als der vorgegebenen ganz oder teilweise aufheben, so daß ein ähnlich großes Gesichtsfeld (Sehfeld) resultiert wie mit dem ursprünglichen Mikroskop allein.
Für Zwecke der Foto- , Film- , Fernsehdokumentation lassen sich die geschilderten optischen Vorteile durch Anschließen einer geeigneten Kamera mit Nahobjektiv mittels eines geeigneten Adapters dem Film/Fotoabzug übermitteln, d.h. man kann eine bessere Bildauflösung bei relativ hellem, allerdings ohne die vorerwähnten Maßnahmen deutlich verkleinertem Bildausschnitt des mikroskopierten Gegenstandes erreichen.
Nach alldem bieten Afokalgläser geeigneter Größe und Form in Kombinationen mit üblichen Mikroskopen deutliche optische Vorteile.
D) Afokalglas (gläser)-Kombination(en) mit anderen optisehen Systemen.
Die Glasfaseroptik ist ein neueres Gebiet der Optik. Sie ermöglicht die nicht geradlinig verlaufende Lichtleitung ohne sonst übliche Hilfsmittel wie Spiegel, Prismen etc. Anwendungsmöglichkeiten der Glasfaseroptik in Technik und Biowissenschaften sind vielfältig und bekannt.
In dieser Anmeldung sollen optische/lichttechnische Vorteile beschrieben werden, die entstehen, wenn man biegsame Glasfaserkabel, die aus sehr vielen einzelnen und möglichst dünnen Glasfasern bestehen, mit Afokalgläsern kombiniert.
Wegen ihrer besonderen Konstruktion bewirken Afokalgläser, deren sphärisch-konvexe Flächen einer Lichtquelle zugekehrt sind und deren Krümmungsmittelpunkte auf der (hypothetischen) Mittelachse eines Glasfaserkabels liegen, ein stärkeres Zusammenrücken paralleler und nichtparalleler Lichtstrahlen.
Gibt man Afokalgläsern eine geeignete Form und Größe und verspiegelt man zusätzlich die nicht sphärischen Begrenzungsflächen der Afokalgläser, dann lassen solche Afokalgläser, wenn ihre sphärisch-konvexe Fläche der Lichtquelle zugekehrt ist, mehr Licht in ein Glasfaserkabel eintreten als ohne die Afokalgläser eintreten würde. Voraussetzung ist allerdings, daß die Transmission der Afokalgläser hoch ist, was durch bekannte Maßnahmen (Entspiegelung etc.) ermöglicht werden kann.
Afokalgläser wirken damit in Kombination mit Glasfaserkabeln wie Lichtkompressoren. In anderen Worten: Afokalgläser geeigneter Form und Größe lassen durch ein Glasfaserkabel bestimmten Querschnitts mehr Licht eintreten als ohne sie eintreten würde. Kombiniert man das Glasfaserkabelende, aus dem die Lichtstrahlen austreten, ebenfalls mit Afokalgläsern geeigneter Form und Größe, deren Krümmungsmittelpunkte ebenfalls auf der (hypothetischen) Mittelachse des Glasfaserkabels liegen und deren sphärisch-konkave Begrenzungsflächen dem Kabelende zugekehrt sind, aus dem das Licht wieder austritt, so bewirken die Afokalgläser ein stärkeres Auseinanderrücken der Lichtstrahlen und damit eine Verteilung des Lichtes auf eine größere Fläche als ohne die Afokalgläser. Damit wirken diese Afokalgläser als Lichtdekompressoren und beleuchten damit eine Fläche, die größer ist als die Fläche, die ohne die Afokalgläser beleuchtet würde.
In manchen Bereichen der Technik und Biowissenschaften mag es nützlich sein, Afokalgläser geeigneter Form und Größe nur an der der Lichtquelle zugekehrten Seite anzubringen, in anderen Bereichen mag die Anwendung von Afokalgläsern am entgegengesetzten Ende oder an beiden Enden sinnvoll sein.
In Abbildung 17 sind als zwei Beispiele Glasfaserkabel verschiedener Dicke dargestellt, die sehr viele einzelne und möglichst dünne Glasfasern enthalten. Das dickere Glasfaserkabel A hat eine Querschnitt von 0,0028 m. Prinzipiell ist für die Herstellung geeigneter Afokalgläser der Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Fläche des kabelendennahen Afokalglases so zu wählen, daß er eine Spur größer ist als der optisch wirksame Halbmesser des Glasfaserkabelquerschnitts. Auf dieses Afokalglas B1 geeigneter Größe und Form aufbauend lassen sich dem Afokalglas B1 ein oder mehrere andere Afokalgläser geeigneter Größe und Form vorsetzen.
Demgemäß hat das der Lichtquelle zugekehrte Afokalglas B1 einen Krümmungsradius der sphärisch-konvexen Fläche von 0,0025 m und einen Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Fläche von 0,0015 m, wobei der Krümmungsmittelpunkt auf der (hpyothetischen) Mittelachse des Glasfaserkabels liegt. Die Dicke des Afokalglases B1 beträgt 0,001 m, der Brechungsindex des Glasmaterials sei 1,93. Die nicht sphärischen Begrenzungsflächen des Afokalgases B1 sind verspiegelt und so ausgebildet, daß ein Optimum an reflektierten Lichtstrahlen in das Ende des Glasfaserkabels in einem geeigneten Einfallswinkel einfällt; schematisch ist dies durch die geraden Randbegrenzungen für B1 und B2 angedeutet.
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der sphärischkonvexen Fläche von Dioptrien.
Figure imgf000048_0001
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000048_0002
= 1,2387556 eine physikalische Vergrößerung von rund 1,24.
Vor dem Afokalglas B1 ist ein weiteres Afokalglas B2 geeigneter Größe und Form so angebracht, dessen Krümmungsmittelpunkt ebenfalls auf der (hypothetischen) Mittelachse des Glasfaserkabels liegt. Das Afokalglas B2 hat einen Krümmungsradius der sphärisch-konvexen Fläche von 0,01 m und einen Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Fläche von 0,005 m, seine Dicke beträgt 0,005 m, das Glasmaterial habe einen Brechungsindex von 1,93. Die Seitenflächen sind in Analogie zu denen des Afokalglases B1 ausgebildet (verspiegelt).
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der sphärischkonvexen Fläche von Dioptrien.
Figure imgf000048_0003
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000048_0004
= 1,3173975 eine physikalische Vergrößerung von rund 1,32.
Auf den Querschnitt des Glasfaderkabels bezogen und die Lichtmenge ohne Afokalgläser gleich 1,0 gesetzt, erbringt das Afokalglas B1 durch seine Lichtkompression eine geleitete Lichtmenge, die wesentlich höher ist als die ohne das Afokalglas und die sich (ohne Berücksichtigung des Transmissionsverlustes) wie 1,24 zu 1,0 darstellt. Wegen des Transmissionsverlustes durch das Afokalglas wird das Verhältnis etwas ungünstiger ausfallen, jedoch wird die geleitete Lichtmenge (deutlich) größer sein als ohne Afokalglas.
Bezieht man die geleitete Lichtmenge auf die Querschnittsfläche, dann ist die geleitete Lichtmenge nach physikalischem Gesetz (r2 . π ) um annähernd 54 % größer als ohne das Afokalglas B1.
Die Afokalgläser B1 und B2 am lichtquellennahen Kabelende erbringen (ohne Transmissionsverlust) aus 1,2387 . 1,3178 = 1,6318 eine geleitete Lichtmenge, die noch größer ist und die sich - auf den Durchmesser bezogen - wie rund 1,63 zu 1,0 darstellt. Bezieht man sich auf die QuerSchnittsfläche, dann ist die geleitete Lichtmenge nach bekanntem physikalischen Gesetz (r2 . π ) rund 166 % größer als ohne die beiden Afokalgläser. Auch die Transmissionsverluste von Afokalgläsern ergeben sich multiplikativ und nicht additiv. Deshalb wird der Prozentsatz der mehr geleiteten Lichtmenge deutlich geringer als 166 % sein.
Trotzdem aber wird ein deutliches Mehr an geleiteter Lichtmenge und damit eine Lichtkompression resultieren.
Die beiden Afokalgläser geeigneter Form, Größe und Anordnung am lichtquellenahen Kabelende des dünneren Glasfaserkabels B haben ähnliche Wirkungen (Afokalglas B3: r1 = 0,0012 m, r2 = 0,0008 m, d = 0,0004 m, n = 1,93. Afokalglas B4: r1 = 0,0021 m, r2 = 0,0014 m, d = 0,0007 m, n = 1,93).
Nach Snellius ergibt sich für das Afokalglas B3 eine physikalische Vergrößerung von 1,191, also von annähernd 1,19. Für das Afokalglas B4 ergibt sich eine physikalische Vergrößerung von 1,1913, also ebenfalls von rund 1,19.
Auf den Durchmesser bezogen verhält sich damit (ohne Transmissionsverluste) die geleitete Lichtmenge für jedes der Afokalgläser B3 und B4wie 1,19 zu 1,0. Für die Afokalgläser B3 und B4 zusammen stellt sich die geleitete Lichtmenge auf den Durchmesser bezogen aus 1,19 . 1,19 = 1,4161 wie annähernd 1,42 zu 1,0 dar. Auf die Querschnittsfläche bezogen ist die geleitete Lichtmenge für das Afokalglas B3 aus 1,19 . 1,19 . 3,14 um rund 42 % größer als ohne das Afokalglas B3.
Auf die Querschnittsfläche bezogen ist die geleitete Lichtmenge durch die Afokalgläser B3 und B4 (ohne Transmissionsverluste) um rund 10 % größer als ohne die beiden Afokalgläser B3 und B4. Weil sich auch die Transmissionsverluste von Afokalgläsern multiplikativ und nicht additiv ergeben, wird die tatsächlich mehr geleistete Lichtmenge deutlich weniger als 100 % sein. Trotzdem wird ein deutliches Mehr an geleiteter Lichtmenge resultieren.
Es mag Anwendungsbereiche in Technik etc. geben, in denen es erwünscht ist, die auf einem gegebenen Querschnitt und durch Afokalgläser vermehrt geleitete Lichtmenge wieder auf einen größeren Bereich zu verteilen. Dies erreicht man nach Abbildung 17 dadurch, daß man an dem Glas fiberkabelende, an dem das Licht wieder austritt, Afokalgläser B' geeigneter Form und Größe so anbringt, daß ihre sphärischkonkaven Flächen dem Kabelende zugekehrt sind und daß ihre Krümmungsmittelpunkte auf der (hypothetischen) Mittelachse des Glasfaserkabels liegen.
In Abbildung 17 haben die Afokalgläser B1', B2', B3' und B4 ' die gleiche Größe und Form wie die Afokalgläser B1 , B2, B3 und B4 und demgemäß im Hinblick auf die Vergrößerung die gleiche Wirkung, allerdings entgegengesetzt, denn sie wirken um denselben Betrag lichtauseinanderrrückend (dekomprimierend). Bringt man die Afokalgläser B' also an, dann wird die vorhandene Lichtmenge auf einen größeren Bereich verteilt als ohne diese Afokalgläser B'. Weil dabei erneut Transmissionsverluste in Kauf zu nehmen sind, ist es fraglich, ob solche Anordnungen technisch sinnvoll sind.
Afokalgläser geeigneter Größe und Form bewirken nach alldem in Kombination mit Glasfaserkabeln eine Lichtkompression/ Lichtdekompression und können so zu optischen Vorteilen führen.
Als letztes Beispiel einer Kombination von Afokalgläsern geeigneter Größe und Form mit Glasfaserkabeln ist in Abbildung 18 ein modernes Glasfiberendoskop in schematischer Form dargestellt, wie es in der Medizin zur Untersuchung von Speisenröhre und Magen verwendet wird. Die Verhältnisse unterscheiden sich im Vergleich zur Abbildung 17 nur dadurch, daß sich nun vor dem augennahen Teil des Endoskops, der in der Regel ein Fernrohrsystem schwächerer Vergrößerung (etwa 2,0, 2-fach) enthält, entweder das Auge des Beobachters oder mittels geeigneter Adapter eine Foto- , Film- , Fernsehkamera befindet. In Abbildung 18 sind die meist in Endoskopen in doppelter Ausführung vorhandenen Glasfaserkabel für die Beleuchtung, weiterhin für Spülung oder Instrumenteneinsatz vorhandene Kanäle nicht dargestellt. Es ist lediglich das Glasfaserkabel für die Beobachtung eingezeichnet. Die Biegsamkeit derartiger Endoskope ist groß, sie ist durch Krümmung in Abbildung 18. angedeutet. Das Afokalglas B1 ist mit dem objektnahen Ende des der
Beobachtung dienenden Glasfaserkabels mit üblicher Technik verbunden. Der Krümmungmittelpunkt des Afokalglases B1 liegt auf der (hpyothetischen) Mittelachse des Glasfaserkabels. Das Afokalglas B, hat einen Krümmungsradius der sphärisch-konvexen Fläche, die dem Objekt (Untersuchungsgegenstand) zugekehrt ist, von 0,0025 m, einen Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Fläche von 0,0015 m, eine Dicke von 0,001 m bei einem Brechungsindex von 1,93. Nach Snellius ergibt sich eine Brechkaft der sphärischkonvexen Flächen von = 0,0026881; D = 372,00996
Figure imgf000052_0001
Dioptrien.
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000052_0002
= 1,23875 eine physikalische Vergrößerung von rund 1,24.
Nun sind zwar die optischen Gesetze in üblicher Form auf Glasfaserkabel mit sehr vielen einzelnen Glasfasern insofern nicht anwendbar, als die Fiberoptik zu einem ähnlichen Sehen führt, wie es bei Tieren, z.B. Insekten mit Facetten- oder ähnlichen Augen besteht. Damit hängt die Bildauflösung hauptsächlich vom Querschnitt der einzelnen Glasfasern ab.
Trotzdem scheint es erlaubt zu sagen, daß das Afokalglas B1 wie ein schwaches Fernrohr wirkt und ein Mehr an optischer Information durch das Glasfaserkabel bringt. In dem beobachteraugennahen Teil des Endoskops läßt sich an geeigneter Stelle ein weiteres Afokalglas B2 geeigneter Größe und Form so anordnen, daß seine sphärisch-konvexe Fläche eben f alls dem Obj ekt ( Untersuchungsgegenstand ) zugekehrt ist und daß sein Krümmungsmittelpunkt auf der Mittelachse des Endoskop-Okulars liegt.
Das in Abbildung 18 dargestellte Afokalglas B2 hat einen Krümmungsradius der sphärisch-konvexen Fläche von 0,01 m, einen Krümmungsradius der sphärisch-konkaven Fläche von 0,005 m, eine Dicke von 0,005 m und einen Brechungsindex von 1,93.
Nach Snellius ergibt sich eine Brechkraft der sphärischkonvexen Fläche von = 0,001075; D = 93,000762 Diop
Figure imgf000052_0003
trien.
Nach Reiner ergibt sich aus
Figure imgf000052_0004
= 1,3173975 eine physikalische Vergrößerung von rund 1,32. Setzt man die ursprüngliche Vergrößerung des Endoskops willkürlich gleich 1,0, dann ergibt sich aus der Kombination der beiden Afokalgäser B1 und B2 mit dem Endoskop nach 1,2387 . 1,3173 = 1,6317 eine Gesamtvergrößerung von rund 1,53 (für die Vergrößerung 2,0 demgemäß eine solche von 3 , 26 ) .
Ein Beobachter, der durch das Endoskop sieht, hat durch die Afokalgläser eine Vergrößerung, die sich im Vergleich zum Endoskop allein wie 1,63 zu 1,0 (3,26 zu 2,0) darstellt. Damit erhält der Beobachter möglicherweise genauere Informationen über die gesehenen Strukturen als ohne die beiden Afokalgläser B, und B2.
Für Zwecke der Foto- , Film- , Fernsehdokumentation lassen sich diese möglichen optischen Vorteile durch Anschließen einer Kamera mit Nahobjektiv über geeignete Adapter dem Dokument weitergeben, d.h. man kann eine möglicherweise bessere Bildauflösung auf dem Film/Fotoabzug bei verkleinertem Bildausschnitt erreichen.
Die möglicherweise verbesserte Bildauflösung (Bildauflösung des ursprünglichen Endoskops gleich 1,0 gesetzt) verhält sich möglicherweise ähnlich wie die Gesamtvergrößerung zur ursprünglichen Vergrößerung (diese willkürlich gleich 1,0 gesetzt) also wie etwa 1,63 zu 1,0.
Kombiniert man mittels eines geeigneten Adapters und Nahobjektivs das beschriebene Glasfiberendoskop mit seinen beiden Afokalgläsern B1 und B 2 mit einer 35 mm RollfilmKamera, wie sie in Abbildung 13 in dieser Anmeldung beschrieben wurde, ohne ihre 3 Afokalgläser, so resultiert wegen der durch die Afokalgläser B, und B« bewirkten Vergrößerung zwar ein kleinerer Ausschnitt der aufgenommenen (aufzunehmenden) Objekte auf dem Film/Fotoabzug, jedoch eine möglicherweise deutliche Vergrößerung im Verhältnis von etwa 1,63 zu 1,0 und dadurch möglicherweise eine bessere Bildauflösung. Damit könnte eine solche 35 mm Rollfilm-Kamera ohne Änderung der Konstruktion und des Objektivs analog zu den Aussagen zu Abbildung 13 eine ähnliche Bildauflösung erreichen wie eine ausgereifte 50 mm Rollfilm-Kamera mit wesentlich aufwendigerem Objektiv und ohne Afokalgläser, wobei der Bildausschnitt wegen der konstruktiven Unterschiede von 50 mm und 35 mm Kameras mit der dargestellten 35 mm Rollfilm-Kamera nur wenig kleiner sein würde als mit der aufwendigen 50 mm Kamera.
Alle in der Neuanmeldung beschriebenen Kombinationen von Afokalgläsern in optischen Systemen sind so dargestellt, daß dabei die ursprünglichen optischen Systeme nicht verändert wurden, daß also die Afokalgläser in optische Systeme in deren ursprünglicher Form eingebaut wurden.
Für künftige optische Systeme läßt sich ihr optischer/lichttechnischer Wirkungsgrad dadurch verbessern, daß man Platz für geeignete Afokalgläser an geeiqneter Stelle vorsieht und daß man die optischen Systeme konstruktiv in Richtung auf einen optimalen Wirkungsgrad im Hinblick auf eine Kombination mit Afokalgläsern verändert. Beispielsweise läßt sich durch Verringerung einer üblichen Periskopvergrößerung ein größeres Gesichtsfeld (Sehfeld) erzielen und die geringere Vergrößerungswirkung durch Afokalgläser geeig¬neter Größe und Form ohne jede Gesichtsfeldeinschränkung voll kompensieren oder eine noch stärkere Vergrößerung erzielen.
Neben den in der Neuanmeldung geschilderten optischen Systemen mag es noch andere Systeme geben, in Kombination mit denen Afokalgläser geeigneter Form und Größe optische/lichttechnische oder andere Vorteile bieten.
Der Wert der beschriebenen Innovationen ist in der Entwieklung von Afokalgläsern (Gläsern ohne Brennweiten oder Brennpunkte) zu sehen, die Infolge ihrer Größe und Form Vergrößerungswirkungen bei großem Gesichtsfeld (Sehfeld) bei relativ hoher Lichtstärke/Lichtausbeute ermöglichen und in der genauen Lehre, wie solche Gläser in geeigneter Größe und Form herzustellen sind.
Es mag sein, daß - ähnlich wie bei Stöpsellinsen von übergroßer Länge und ungeeigneter Form - auch bei einigen der als Beispiele in der Anmeldung beschriebenen Afokalgläsern, nämlich bei denen, die aus äußeren Gründen technisch noch nicht hergestellt werden konnten, durch ungeeignete physikalische Bedingungen Störfaktoren auftreten können. Diese werden sich aber durch geeignete Formgebung für jeden einzelnen Fall zuverlässig ausschalten lassen.
Nachzutragen bleibt, daß Afokalgläser für den Gebrauch in Fernrohrbrillen anstelle ihrer sphärischen Begrenzungsflächen durch bekannte Gestaltung der Oberflächen eine zusätzliche optische Wirkung erhalten können, die Brechungsfehler der Beobachteraugen (Kurzsichtigkeit, Übersichtigkeit, Stabsichtigkeit, AIterssichtigkeit) ausgleicht.
Anhang 3
Negative des den Abbildungen 11 b, c und 14 zugrundeliegenden Films.
Figure imgf000056_0001

Claims

Patentansprüche
Afokalgläser nach dem Prinzip von Stöpsellinsen aus durchsichtigem und einheitlich brechendem optischen Material mit sphärisch-konvex-konkaven Begrenzungs flächen und identischem Krümmungsmittelpunkt für beide sphärischen Flächen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale, die sie von den bekannten Stöpsellinsen (mit kleinem Gesichtsfeld/Sehfeld) unterscheiden:
1) Afokalgläser unterschiedlicher Größe und Form in üblichen Brillengestellen als Fernrohrbrillen für großes Gesichtsfeld (Sehfeld) und physikalische Vergrößerungen von 1,06 bis 1,30 und mehr.
2) Afokale Teleskope, bestehend aus durchsichtigen Kuppeln, die für das Augenpaar des in ihr sitzenden Beobachters wie ein Rundum-Fernrohr ohne wesentliche Gesichtsfeldeinschränkung ( Sehfeldeinschränkunge) wirken. Je nach Größe, Brechzahl des optischen Materais und Dicke lassen sich mit solchen Kuppeln Vergrößerungen von 1,15 bis 1,40 und mehr erreichen.
3) Afokale Teleskope wie unter 2) als Kugelausschnitte aus afokalen Teleskop-Kuppeln, tragbar in Astronautenhelmen etc. 4) Afokale Teleskop-Kuppeln oder Kuppel-Ausschnitte wie unter 2) und 3) von diesen dadurch unterschieden, daß die Krümmungen keine kugelige, sondern eine ähnliche Form aufweisen, wobei das Prinzip einer verkrümmten früher planparallelen Platte (überall gleiche Dicke) gewahrt bleibt.
5) Afokale Teleskop-Kuppeln oder Kuppel-Ausschnitte wie unter 2), 3) und 4) als Projaktionsflachen für ReflexVisiereinrichtungen bekannter Art, von diesen unterschieden durch den Vorteil der Zielgenauigkeit nicht nur bei senkrechtem, sondern auch bei schrägem Durchblick (Gernet-Effekt).
6) Afokale Teleskope wie unter 1), 2), 3), 4), 5) mit stabiler oder mit auf fototropem Wege variabler Tönung nach bekannten Verfahren.
7) Afokale Teleskope wie unter 2), 3), 4), 5), 6) aus bekanntem schußfestem Material.
8) Fernrohrbrillen (nach 1 ))-Teleskop-Kuppel (nach 2) mit 6) )-Kombinationen für stärkere Vergrößerung mit großem Gesichtsfeld/Sehfeld und Sehverbesserungen analog den Befunden von Schulte-Wintrop (1983).
9) Periskop-Fernrohr-Afokalglas-Kombination für stärkere Vergrößerung und weiteres Gesichtsfeld (Sehfeld).
10) Teleskopkuppel - Periskopfernrohr-Afokalgläser-Kombination für größeres Gesichtsfeld/Sehfeld und stärkere Vergrößerung.
11) Afokalglas (gläser)-Kamena-Kombination(en) für stärkere Vergrößerungswirkung/bessere Bildauflösung und (relativ) hohe Lichtausbeute. 12) Afokalglas (gläser)-Teleskop-Kombinationen für stärkere Vergrößerung/bessere Bildauflösung und für (relativ) großes Gesichtsfeld (Sehfeld)
13) Afokalglas(gläser)-Mikroskop-Kombinationen für stärkere Vergrößerung/bessere Lichtausbeute und für relativ großes Gesichtsfeld (Sehfeld)/großen Bildausschnitt.
14) Afokalglas (gläser)-Kombination (en) mit anderen optisehen Systemen, beispielsweise Glasfaserkabeln zur Lichtkompression/Lichtdekompression oder Endoskopen für (möglicherweise) stärkere Vergrößerung/bessere Bildauflösung/bessere Lichtausbeute.
15) Afokalglas (gläser)-Kombination (en) mit optischen Systemen und Dokumentationssystemen (Foto- , Film-, Fernseh-Kameras) für bessere Bildauflösung und großen Bildausschnitt.
16) Afokalgläser für Fernrohrbrillen, die zum Ausgleich von Brechungsfehlern (Kurz- , Über- , Alterssichtigkeit, Astigmatismus) anstelle rein sphärischer Begrenzungsflachen durch bekannte Gestaltung der Oberflächen eine zusätzliche optische Wirkung aufweisen.
Die ursprünglich eingereichten Unterlagen enthielten Anlagen zu den Ansprüchen, auf die der Anmelder ausdrücklich verzichtet hat.
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