DE2149194A1

DE2149194A1 - Fernrohr-Kaleidoskop

Info

Publication number: DE2149194A1
Application number: DE19712149194
Authority: DE
Inventors: Henry Hay; Burnside Iii John Lyon
Original assignee: BURNSIDE III JOHN LYON
Current assignee: BURNSIDE III JOHN LYON
Priority date: 1970-10-30
Filing date: 1971-10-01
Publication date: 1972-05-10
Also published as: US3661439A

Description

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PATENTANWÄLTE; ; DipUng. MA;iT.!;N LICHT

PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN -■' ' Dr!.. RJE ί Ν ΗίΟ LD! .S C H M I DT

8 MDNCHEN 2 · TH ERESIENSTRASSE 33

Dipl.-Wirtsch.-lng. AXEL HANSMANN Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN

Mönchen, den 1. Oktober 1971· Ihr Zeichen Unsar Ztichen

John Lyon Burnside, III

und Henry Hay

San Juan Pueblo, New Mexico V. St. A.

Fernrohr-Kaleidoskop.

Die vorliegende .Erfindung betrifft Kaleidoskope und insbesondere ein neuartiges und verbessertes Teleskop- oder Fernrohr-Kaleidoskop, das in Verbindung mit Kameras, Projektoren und dergleichen verwendet werden kann.

Fernrohr-Kaleidoskope dienen zum Zeitvertreib und zur Unterhaltung. Ein typisches Kaleidoskop enthält eine Objektivlinse vor zwei gekreuzten Spiegeln, deren reflektierende Innenflächen V-förmig angeordnet sind. Die Spiegel reflektieren ein durch die Objektivlinse am Vorderende der Spiegel gebildetes Bild eines fernen Objekts und vermitteln einem durch das hintere linde hindurchschauenden Betrachter eine radialsymmetrische Anordnung von Bildern des betreffenden Objekts.

Zum Zeitvertreib und als Scherzartikel fanden Fernrohr-Kaleidoskope großes Interesse. Die derzeitigen Kaleidoskope liefern, wenn sie von Hand gehalten werden und wenn man mit dem Auge direkt hindurchschaut eine sehr brauchbare, lichtstarke und

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symmetrische Bildanordnung. Bei einer genaueren Untersuchung zeigen sich jedoch verschiedene Rachteile dieser Anordnung.

Ein Nachteil betrifft die unterschiedliche Helligkeit der die Bildanordnung darstellenden einzelnen Segmente. In Verbindung mit Kameras verwendete Fernrohr-Kaleidoskope liefern Bildanordnungen mit teilweise über- und teilweise unterbelichteten Segmenten. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Lichtstrahlen für einige Segmente der Anordnung öfter zwischen den Spiegeln reflektiert werden und daher einen längeren Weg durchlaufen als die Lichtstrahlen anderer Segmente.

Bekanntermaßen nimmt die Lichtintensität einer Punktquelle mit zunehmender Entfernung ab; außerdem geht etwas Licht wegen der zunehmenden Divergenz der Strahlen bei jeder Reflexion verloren. Aus diesem Grunde hielt man bisher die ungleichmäßige Beleuchtung der verschiedenen Segmente der Bildanordnung bei Fernrohr-Kaleidoskopen für unvermeidbar.

Keiner der bisherigen Versuche, diesen Nachteil zu vermeiden, war erfolgreich. Eine Lösungsmöglichkeit bestand darin, die Hauptachse der Objektivlinse relativ zur Schnittlinie der Spiegel des Kaleidoskops zu neigen, so daß mehr Licht auf die Spiegel fällt. Hierdurch leidet jedoch die gleichmäßige Bildschärfe der Anordnung, so daß dieses Verfahren nicht verwendet werden konnte.

Ein anderes Verbesserungsverfahren versuchte es mit sehr langen Spiegeln. Auch das war jedoch nicht sehr zweckmäßig, da dann am hinteren Ende der Spiegel nur noch wenig Licht zur Verfugung steht und die resultierende Bildanordnung sehr klein und sehr lichtschwach ist.

Ersichtlicherweise besteht also die Notwendigkeit, ein neuartiges und verbessertes Fernrohr-Kaleidoskop zu schaffen,

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das eine große und scharf fokussierte Bildaiiordnung mit im wesentlichen gleichmäßiger Lichtintensität in den einzelnen Segmenten der Anordnung liefert. Die vorliegende Erfindung schafft ein neuartiges Verfahren zur Lösung des Problems.

Die vorliegende Erfindung schafft ein neuartiges und verbessertes Fernrohr-Kaleidoskop, das eine symmetrische Anordnung von Bildern eines fernen Gegenstands in der W_eise liefert, daß alle Segmente der Anordnung im wesentlichen gleichmäßige Helligkeit aufweisen und trotzdem gute Bildschärfe und Größe haben.

Im einzelnen verwendet die vorliegende Erfindung eine konvergierende Linse, die vorzugsweise so ausgerichtet ist, daß ihre Hauptachse parallel zu den reflektierenden Oberflächen der Spiegel verläuft, und die am objektivseitigen Ende der Spiegel vorgesehen ist. Die konvergierende Linse erzeugt ein Bild der Objektivlinse des Fernrohr-Kaleidoskops, und zwar in der Ebene, die durch die vom Objektiv entfernten Enden der Spiegel gebildet wird, wodurch die auf die Spiegel auftreffende Lichtmenge gesteuert werden kann.

Eine Projektionslinse kann an den vom Objektiv entfernten linden der Spiegel angebracht sein, um die Bildanordnung auf einen geeigneten Schirm zu projizieren. Außerdem kann das Kaleidoskop als Kamera- oder Projektorvorsatz verwendet werden, und die Linsen und Spiegel lassen sich so anpassen, daß Größe, Intensität und Form der Bildanordnung variiert werden kann.

Figur 1 ist ein als Schaubild dargestelltes optisches Diagramm und zeigt die Grundzüge des erfindungsgemäßen Fernrohr-Kaleidoskops .

Figur 2 ist ein als Schaubild dargestelltes weiteres optisches Diagramm des erfindungsgemäßen Fernrohr-Kaleidoskops.

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Figur 3 ist ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fernrohr-Kaleidoskops.

Figur 4 ist ein Schnitt durch eine als Kameravorsatz verwendete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fernrohr-Kaleidoskops.

Figur 5 ist ein teilweise im Schnitt dargestellter Seitenriß einer als Projektorvorsatz verwendeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fernrohr-Kaleidoskops.

Wie insbesondere Figur 1 zeigt, enthält das erfindungsgemäße Fernrohr-Kaleidoskop 10 eine Objektivlinse 11, die ein entferntes Objekt 12, und zwar im vorliegenden Beispiel einen Pfeil, auf einen Satz reflektierender Oberflächen 13 abbildet, die in einer kaleidoskopartigen Konfiguration angeordnet sind. Im vorliegenden Beispiel sind die reflektierenden Oberflächen 13 zwei rechtwinklige Spiegel 14» die trogförmig unter 45° zueinander angeordnet sind. Die Spiegel stoßen an ihren Unterkanten

15 in. einer geraden linie aufeinander, die hier als Mittellinie

16 angedeutet und später als Spiegelachse bezeichnet wird, so daß die Spiegel ein "V" bilden.

Die Hauptachse der Objektivlinse 11 verläuft koaxial zur Spiegelachse 16 und befindet sich vor den Vorderenden 17 der Spiegel 14, so daß sie ein reelles, umgekehrtes Bild 18 des entfernten Objekts 12 in der Ebene 19 der Vorderenden der Spiegel erzeugt, wobei diese Ebene im folgenden als Bildebene bezeichnet wird. Die Spiegel 14 reflektieren mehrfach das in der Bildebene 19 erzeugte reelle Bild 18 in der V/eise, daß vom hinteren Ende der Spiegel aus eine Bildanordnung 20 beobachtet werden kann, die eine radialsymmetrische Anordnung von Bildern des entfernten Objekts 12 darstellen. In diesem F₀Il ergeben sich insgesamt 8 beobachtete Bilder, und zwar sieben virtuelle Bilder, die durch gestrichelte Linien eingezeichnet sind, und ein reelles

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Bild 18. Jedes virtuelle Bild hat die gleiche Größe wie das einzige reelle Bild, und sämtliche Bilder erstrecken sich von einem gerneineamen Punkt, der durch die Schnittlinie aus Bildebene 19 und Spiegelachse 16 definiert wird, radial nach außen.

Zur Betrachtung der virtuellen Bildanordnung 20 muß der Beobachter in den Zwischenraum zwischen den Spiegeln 14 von den hinteren Enden 21 aus hereinblicken, was im folgenden als "Austrittsfenster" bezeichnet wird, wobei die Beobachtung nahe der Spiegelachse 16 erfolgen muß, um eine befriedigend symmetrische Anordnung sehen zu können, wie für Fachleute, die mit den Grundzügen von Kaleidoskopen vertraut sind, ersichtlich ist. Außerdem sollte die Beobachtung so nahe wie möglich an der Ebene 22 erfolgen, die durch die hinteren Enden 21 der Spiegel 14 definiert wird und im folgenden als "Austrittsfensterebene" bezeichnet wird, damit nicht ein Teil der virtuellen Bildanordnung 20 durch Abschattierung oder Vignettierung verloren geht.

Wie Figur 1 zeigt, kann die am Austrittsfenster beobachtete virtuelle Bildanordnung 20 auf eine allgemein ebene Oberfläche, die hier als Sichtschirm 23 bezeichnet ist, durch Einbringen einer Projektionslinse 24 am hinteren Ende 21 der Spiegel 14 projiziert werden. Im vorliegenden Beispiel ist die Hauptachse der Projektionslinse 24 so zur Spiegelachse 16 ausgerichtet, daß auf dem Schirm 23 eine symmetrische Anordnung aus reellen Bildern 20' erzeugt wird, wobei der Mittelpunkt der reellen Anordnung 20' auf der verlängerten Spiegelachse liegt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt das Pernrohr-Kaleidoskop 10 die reelle Bildanordnung 20' des entfernten Objekts 12 auf der ebenen Oberfläche 23 in der Weise, daß sämtliche Teile der reellen Anordnung im wesentlichen gleiche Lichtintensität haben und trotzdem hohe Bildgröße und Schärfe aufweisen. Hierfür verwendet das Kaleidoskop 10 eine konver- ■

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gierende Linse 25, die sich zwischen der Objektivlinse 11 und der Bildebene 18 befindet und das Bild der Objektivlins« zentral auf die Austrittsfensterebene 22 abbildet; dabei hält die Linse die sonst vom Bild divergierenden Strahlen zusammen und "bündelt" sie auf die Spiegel und in Richtung des Austrittsfensters 21.

Wie Figur 1 zeigt, verläuft die Hauptachse der konvergierenden Linse 25 koaxial zur Spiegelachse 16, wobei die Linsengröße ausreicht, um jenen Teil des von der Objektivlinse 11 erzeugten reellen Bilds 18 zu umfassen, das innerhalb des V-förmigen, durch die Vorderenden 17 der Spiegel 14 gebildeten Segments liegt. Um maximale Lichtintensität bei der auf dem Schirm 23 projizierten rellen Bildanordnung 20' zu erhalten, sollte die Projektionslinse 24 so groß sein, daß vom Rand der Objektivlinse 11 aus gezogene Linien, die sich im Mittelpunkt der konvergierenden Linse 25 kreuzen, noch innerhalb des Rands der Projektionslinse verlaufen (siehe gestrichelte Linien 26 aus Figur 1 und 2).

Ohne die konvergierende L^nse 25 würde ein Teil der Lichtstrahlen des entfernten Objekts 12, die von der Objektivlinse 11 gebündelt werden und in der Bildebene 19 das reelle Bild 18 bilden, nicht die reflektierenden Flächen 13 der Spiegel 14 erreichen, sondern außerhalb der Spiegel divergieren, wie die gestrichelte Linie 27 aus Figur 1 andeutet. Die konvergierende Linse 25 führt diese Strahlen zu den Spiegeln 14 zurück und erhöht dadurch die für die Spiegelreflexionen vorhandene Lichtmenge, die die auf dem Schirm 23 sichtbare reelle Bildanordnung 20· erzeugt.

Man betrachte beispielsweise den Lichtstrahl A aus Figur 1. Ohne konvergierende Linse 25 würde dieser Strahl ohne reflektiert zu werden durch den Zwischenraum zwischen den Spiegeln 14 laufen. Beim Auftreffen auf der Projektionslinse 24 würde der Strahl A abgelenkt und zur Abbildung der Pfeilspitze des umgekehrten Bilds 28 der reellen Bildanordnung 20' auf dem Schirm 23 beitragen. In ähnlicher Weise würde der S_trahl B

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ohne konvergierende linse 25 von dem entfernten Objekt 12 nach. Erzeugen des reellen Bilds 18 auf seiner Bahn weiterlaufen und nicht die Linse 24 erreichen und auch nicht auf den reflektierenden Oberflächen 13 der Spiegel 14 auftreffen. Der Strahl B würde also nicht zur Bilddarstellung der reellen Anordnung 20' auf dem Schirm 23 beitragen. Durch die konvergierende Linse 25 der vorliegenden Erfindung werden also Lichtstrahlen, die ansonsten verloren wären, dadurch genutzt, daß sie in Kichtung der Austrittsfensterebene 22 abgelenkt werden.

Man betrachte noch einmal Strahl A aus Figur 1. Durch die konvergierende Linse 25 wird dieser Strahl auf die Spiegelachse 16 zwischen den vorderen.und hinteren Enden 17 und 21 der Spiegel gelenkt und dort mehrfach in Eichtung der Austrittsfensterebene reflektiert} er verläuft also nicht geradlinig durch den Zwischenraum zwischen den Spiegeln 14 hindurch, was ohne Linse 25 der Fall wäre. Da die konvergierende Linse 25 zentral auf die Austrittsfensterebene 22 fokussiert, d. h. auf den Mittelpunkt des Bildfelds im Schnittpunkt der Spiegelachse 16 mit der Austrittsfensterebene» trifft der Strahl A auf die Spiegelachse in der Mitte zwischen den vorderen und hinteren Enden 17 und 21 der Spiegel 14 auf.

Der Strahl A wird also von der Spiegelachse 16 so reflektiert, als wenn er vom Punkt 29 der Anordnung 20, beobachtet in der Bildebene 19, ausgehen würde. Nach der Reflexion wird Strahl A durch die Projektionslinse 24 auf den Schirm 23 projiziert und trägt zur Abbildung der Pfeilspitze des aufrechten Bilds 30 der reellen Bildanordnung 20* bei. In ähnlicher Weise geht auch Strahl B aus Figur 1 nicht verloren, sondern wird durch die konvergierende Linse 25 auf die Austrittsfensterebene 22 fokussiert und trägt somit zur Darstellung des umgekehrten Bilds 28 der reellen Bildanordnung 20' auf dem Schirm 23 bei.

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Aus Figur 1 sollte ersichtlich sein, daß das aufrechte Bild 30 der reellen Bildanordnung 20', die auf dem Schirm 23 erscheint, nun mehr Lichtstrahlen von dem reellen Bild 18 erhält, als normalerweise der Fall wäre. Es ist also zur Bildung des aufrechten Bilds 30 der reellen Bildanordnung 20' eine größere. Lichtmenge vorhanden, was das Bild heller erscheinen läßt, als wenn die konvergierende Linse 25 nicht vorhanden wäre. Auf diese Weise wird also Licht von dem ansonsten hellsten Bild 28 auf das ansonsten dunkelste Bild 30 umgelenkt, wodurch sich insgesamt eine ü"ber sämtliche Segmente der reellen Bildanordnung 20' gleichmäßige Lichtverteilung ergibt.

Andererseits empfängt nun das invertierte Bild 28 der rellen Bildanordnung 20' Lichtstrahlen, die normalerweise, ohne die konvergierende Linse 25» verloren wären. Das umgekehrte Bild 28 "bleibt also hell, indem es relativ direkte Lichtstrahlen von dem entfernten Objekt 12 empfängt. Indem nun ansonsten verlorene Lichtstrahlen für das umgekehrte Bild 28 genutzt werden, sind also mehr Strahlen vorhanden, die zur Bildung der reflektierten Bilder, etwa des aufrechten Bilds 30 der reellen Bildanordnung 20', beitragen.

Im Idealfall sollte sich die konvergierende Linse 25 in der Bildebene 19 befinden, damit die konvergierende Linse das von der Objektivlinse 11 erzeugte reelle Bild 18 nicht beeinflußt. Wie jedoch Figur 2 zeigt, ist das nicht möglich, da wirkliche Linsen eine gewisse Dicke aufweisen. Daher muß sich die konvergierende Lj_nse 25 vor der Bildebene 19 befinden und die Objektivlinse 11 darin unterstützen, das reelle Bild 18 des entfernten Objekts 12 in der Bildebene zu fokussieren.

Da die konvergierende Linse 25 die Objektivlinse 11 beim Erzeugen des reellen Bilds 18 unterstützt, kann die Objektivlinse klein sein und eine längere Brennweite aufweisen, wie Figur 2 zeigt.

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Durch Verwendung einer kleineren Objektivlinse 11 kann das Kaleidoskop 10 insgesamt kleiner gebaut werden, ohne daß Helligkeit oder Bildschärfe der rellen Bildanordnung 20' verloren gehen. Außerdem kann die Objektivlinse 11 dazu verwendet werden, Änderungen der reellen Bildanordnung 20* zu erzeugen, indem sie relativ zur konvergierenden Linse 25 bewegt wird. Wenn eine Linse gegenüber einem Objekt gehoben oder besenkt wird, folgt das durch die Linse erzeugte Bild der Bewegung der L^nse und wird ebenfalls gehoben oder gesenkt. Um sicherzustellen, daß das durch eine Linse erzeugte Bild maximale Schärfe aufweist, ist es außerdem nötig, daß die Ebene, auf der die Linse das Bild erzeugt, senkrecht zur Linsenhauptachse verläuft.

In Figur 1 und 2 verlaufen die Objektivlinse 11 und die konvergierende Linse 25 koaxial zur Spiegelachse 16. Bei dieser Anordnung liegt die Bildebene 19 senkrecht zur Hauptachse der Objektivlinse 11, und die Austrittsfensterebene 22 ist ebenfalls senkrecht zur Hauptachse der konvergierenden Linse Solange die Hauptachsen der Objektivlinse 11 und der konvergierenden Linse 25 parallel zur Spiegelachse 16 verlaufen, sind die in der Bildebene 19 und in der Austrittsfensterebene 22 erzeugten Bilder gleichermaßen scharf über die gesamte Fläche.

Damit sämtliche Bilder der reellen Bildanordnung 20' gleiche Helligkeit aufweisen, muß die konvergierende Linse 25 die Objektivlinse 11 zentral auf die Austrittsfensterebene 22 abbilden, wobei der Brennpunkt auf dem Schnittpunkt zwischen Spiegelachse 16 und Austrittsfensterebene liegt. Wenn der Brennpunkt der konvergierenden Linse 25 von diesem Punkt nach oben oder unten verschoben wird, wird mehr oder weniger Licht auf die reflektierenden Oberflächen 13 der Spiegel 14 abgelenkt. Hierdurch wird die Helligkeit einzelner Abschnitte der rellen Bildanordnung 20' erhöht oder erniedrigt.

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Wenn "beispielsweise der Brennpunkt der konvergierenden Linse gesenkt wird, so daß kein Licht duroh den Zwischenraum zwischen den Spiegeln 14 hindurchläuft, ohne reflektiert zu werden, würde das umgekehrte Bild 28 ausgelöscht. Wenn andererseits der Brennpunkt der konvergierenden Linse 25 nach oben verschoben würde, so daß kein Licht auf die Spiegel 14 auftrifft, sondern nur das invertierte Bild 28, würden auf dem Schirm 23 nur die aus dem reellen Bild 18 abgeleiteten Bilder zu sehen sein. Barch verschieben des Brennpunkts auf der Austrittsfensterebene 22 läßt sich die Helligkeit der einzelnen Bilder der realen Bildanordnung 20' volljsteuern.

Ein Verschieben des Brennpunkts der konvergierenden Linse kann dadurch erreicht werden, daß die Linse relativ zur Spiegelachse seitlich verschoben und angehoben oder gesenkt wird. Das gleiche Ergebnis läßt sich dadurch erzielen, daß die Stellung der Objektivlinse 11 relativ zur konvergierenden Linse geändert wird.

Wenn der Gegenstand, den eine Linse abbildet, relativ zur Hauptachse der Linse angehoben oder gesenkt wird, bewegt sich bekanntermaßen ein durch die Linse erzeugtes reelles Bild in der entgegengesetzten Richtung. Man beobachtet also, daß das reelle Bild relativ zur Linsenhauptachse gesenkt wird, wenn das Objekt angehoben wird, und umgekehrt.

Die Objektivlinse 11 ist effektiv das Objekt für die konvergierende Linse 25, da die konvergierende Linse die Objektivlinse auf die Austrittsfensterebene 22 abbildet. Wenn also die Objektivlinse 11 relativ zur konvergierenden Linse 25 angehoben wird, wird mehr Licht auf die Spiegel abgelenkt, da dieses einem Absenken des durch die konvergierende Linse auf der Austrittsfensterebene 22 erzeugten Bilds entspricht« Wenn andererseits die Objektivlinse 11 relativ zur konver-

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gierenden Linse 25 gesenkt wird, wird das Bild in der Austrittsfensterebene 22 angehoben, wodurch weniger Licht auf die reflektierenden Oberflächen 13 der Spiegel 14 abgelenkt wird.

Eine volle Steuerung der Helligkeit der reellen Bildanordnung 20' läßt sich dadurch erzielen, daß die relative Stellung der Objektivlinse 11 oder der konvergierenden Linse 25 oder beider Linsen justiert wird. Wenn die Objektivlinse 11 angehoben wird, so daß ihre optische Achse parallel aber nicht gleichlaufend mit der Spiegelachse 16 ist, wird das reelle Bild 18 des entfernten Objekts 12 in der Bildebene 19 angehoben. Hierdurch
wird der Mittelpunkt des von der konvergierenden Linse 25 erzeugten Bilds der Objektivlinse 11 relativ zur Spiegelachse 16 gesenkt.

Um den Brennpunkt der konvergierenden Linse 25 auf den Schnittpunkt zwischen der Spiegelachse 16 und Austrittsfensterebene zurückzuführen, kann die konvergierende Linse ebenfalls angehoben werden, so daß ihre Achse parallel aber nicht koaxial
mit der Spiegelachse verläuft. Hierdurch läßt sich nicht nur eine vollständige Steuerung der Helligkeit, sondern auch eine Steuerung des Musters der reellen Bildanordnung 20' erzielen, ohne daß die Bildschärfe durch Justierung der relativen Stellungen der konvergierenden Linse 25 und der Objektivlinse 11 verloren geht.

Für viele Zwecke wird nur die Objektivlinse 11 beweglich angebracht sein, während die konvergierende Linse 25 und die
Projektionslinse 24 relativ zur Spiegelachse 16 und koaxial
zu dieser stationär gehalten werden. In diesem Fall brauchen die konvergierende Linse 25 und die Projektionslinse 24 keine vollen kreisförmigen Linsen zu sein. Da die reelle Bildanordnung 20' auf dem Schirm 23 nur durch Verwendung des Zwischenraums zwischen den Spiegeln 14 erzeugt wird, sind die einzigen

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wirksamen Flächenbereiche der Projektionslinse 24 und der konvergierenden Linse 25 jene V-förmigen Segmente, die zwischen den reflektierenden Spiegelflächen am hinteren und vorderen Ende 21 und 17 liegen. Die Größe des Kaleidoskops 10 läßt sich also weiterhin dadurch verringern, daß lediglich Linsensegmente verwendet werden.

Dies ist auch zur Verringerung des Streulichts wichtig, das, ohne Teil der gewünschten reellen Bildanordnung 20' zu sein, auf dem Schirm 23 auftrifft. Wenn volle Kreislinsen für die Linsen 24 und 25 verwendet werden, können natürlich die nicht "benötigten Segmente durch geeignete Blenden abgedeckt werden, um unerwünschtes Streulicht vom Schirm 23 fernzuhalten.

Figur 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Fernrohr-Kaleidoskops 10, bei dem die Spiegel 14 so in zwei parallelen Ebenen angeordnet sind, daß anstelle der radialsymmetrischen Anordnung 20' aus Figur 1 und 2 ein geradliniges Band reeller Bilder 20' auf dem Schirm 23 erzeugt wird. In diesem Fall ist die "Spiegelachse¹¹ 16 als Linie definiert, die parallel zu den reflektierenden Oberflächen 13 in der Mitte zwischen den Spiegeln 14 verläuft, so daß die senkrechten Abstände von der Spiegelachse zu jedem der Spiegel gleich sind.

In der Ausführungsform aus Figur 3 sollte die konvergierende Linse 25 wie in der Ausführungsform aus Figur 1 und 2 das Bild der Objektivlinse 11 zentral auf die Austrittsfensterebene abbilden, die durch die hinteren Enden 21 der Spiegel 14 definiert ist, um im wesentlichen eine gleichmäßige Beleuchtung der einzelnen Bilder des reellen Bildstreifens 20' auf dem Schirm 23 zu schaffen. Es wird jedoch zusätzlich die Forderung aufgestellt, daß die konvergierende Linse 25 die Objektivlinse 11 auf der Austrittsfensterebene in so vielen Einzelbildern des virtuellen Bilds 20 abbildet, wie zum Ausfüllen des Schirms 23 erforderlich sind.

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Pur maximale Beleuchtungsstärke der einzelnen auf dem Schirm wiedergegebenen Bilder muß die konvergierende linse 25 mehr Lichtstrahlen von dem entfernten Objekt 12 auf die reflektierenden Oberflächen 13 der Spiegel 14 lenken. Im Ausführungsbeispiel aus Figur 3 wird hierfür die Fläche, über die die Objektivlinse 11 über die konvergierende Linse 25 fokussiert wird, erweitert, so daß weniger Licht geradlinig durch den Zwischenraum zwischen den Spiegeln 14 hindurchfällt und mehr Licht auf die reflektierenden Flächen 13 gelenkt wird.

Der von den Spiegeln 14 erzeugte virtuelle Bildstreifen 20 erstreckt sich bei Beobachtung vom Austrittsfenster her bis nach Unendlich. Um jedoch den virtuellen Bildstreifen 20 auf den Schirm 23 projizieren zu können, sollte die Projektionslinse 24 nur jene Bilder des virtuellen Bildstreifens 20 projizieren, die die gewünschte Fläche auf dem Schirm ausfüllen. Für eine gleichmäßige Beleuchtung sollten also solche vom Rand der Objektivlinse 11 gezogenen Diagonallinien, die sich im Mittelpunkt der konvergierenden Linse 25 schneiden, βο durch die Austrittsfensterebene hindurchtreten, daß der umschlossene Baum nicht nur die Projektionslinse 24 sondern so viele Verlängerungen dieser Linse umfaßt, wie zum Ausfüllen der gewünschten Fläche auf dem Schirm 23 erforderlich sind, was durch die gestrichelten Linsen 24 angedeutet ist.

Beispielsweise umfaßt der in Figur 3 gezeigte reelle Bildstreifen 20' insgesamt 5 Bilder. Wenn dieser Bildstreifen 20' jedoch nur drei Einzelbilder umfassen soll, muß die konvergierende Linse 25 die Objektivlinse 11 nur Über die erste gestrichelte Linsenverlängerung 24' der Projektionslinse 24 beiderseits der tatsächlichen Projektionslinse fokussieren. Hierdurch würde sämtliches von der Objektivlinse 11 vorhandene Licht genutzt und eine im wesentlichen gleichmäßige Beleuchtung der drei gewünschten Einzelbilder im Bildstreifen20' auf dem Schirm erreicht.

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Wie Figur 4 zeigt, kann das Kaleidoskop 10 als Vorsatz für eine Photographische Kamera 31 verwendet werden, und zwar entweder für eine Bildkamera oder eine Filmkamera. In diesem Beispiel ist das Kaleidoskop 10 in einem zweiteiligen Gehäuse 32 untergebracht, das aus einem vorderen Abschnitt 33 und einem hinteren Abschnitt 34 besteht, der mit der Vorderseite der Kamera 31 verschraubt ist.

Die Kameralinse, die allgemein mit 24* bezeichnet ist, bildet vorzugsweise die Projektionslinse für das Kaleidoskop 10 und fokuseiert das Bild der Bildebene auf einen Film 23* an der Rückseite der Kamera 31· Die allgemein mit 11* bezeichnete Objektivlinse ist vorzugsweise eine geeignet korrigierte photographische Objektivlinee und sollte eine kleine Linse sein, so daß vom Rand der Objektivlinse aus verlaufende Diagonallinien innerhalb der Umgrenzung der Projektionslinse 24^W auftreffen, wie in Figur 4 durch die gestrichelten Linien 35 angedeutet ist.

Wie im vorstehenden schon erläutert wurde, erzeugen die Objektivlinse 11' und die hier mit 25' bezeichnet· konvergierende Linse gemeinsam ein reelles, uegekehrtee Bild eines fernen Objekte (in Figur 4 nicht eingezeiohnet) in der Bildebene an den Vorderenden 17' der Spiegel 14¹. Die Spiegel 14' reflektieren ihrerseits dieses Bild, und die frojektionslinse 24" fokussiert die resultierende Bildanordnung auf den Film 23^r.

Die Objektivlinse 11' iet vorzugsweise in axialer Richtung zum Gehäuse 32 durch eine geeignete Vorrichtung (nicht dargestellt) verstellbar, so daß Objekte mit verschiedenen Abständen zum Gehäuse auf der Bildebene scharf abgebildet werden können. Auch die Projektionslinse 24^W kann justierbar vorgesehen sein, so daß ihre Hauptachse relativ zur Spiegelachse, die hier mit 16" bezeichnet ist, verschoben werden kann, um die Stellung

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der Bildanordnung auf dem Film 23' verschieben zu können, was vorzugsweise durch eine gleitende Halterung (nicht dargestellt) zwischen dem Kaleidoskop 10 und der Kamera 31 bewirkt wird.

Die konvergierende Linse 25 befindet sich am hinteren Ende des vorderen Abschnitts 33 des Gehäuses 32 auf einer Gleithalterung 36. Ein mit der Gleithalterung 36 verbundener und aus dem Gehäuse 32 herausragender Handbedienungsknopf 37 ermöglicht eine Verschiebung der Gleithalterung relativ zum Gehäuse, so daß die Hauptachse der konvergierenden Linse 25' relativ zur Spiegelachse 16^W gehoben oder gesenkt werden kann. Hierdurch kann der Benutzer der Kamera 31 die relative Helligkeit der Segmente der auf den Film 23' fokussierten Bildanordnung wählen und zwar so, daß nach Wunsch entweder einige Segmente ausgelöscht werden oder aber sämtliche Segmente gleichmäßig beleuchtet sind.

Eine Irisblende 38 befindet sich hinter der konvergierenden Linse 25' und steuert die Größe der auf dem Film 23' auftreffenden Bildanordnung. Im vorliegenden Beispiel kann die Blende 38 durch einen Kreisring 39 eingestellt werden, der sich auf dem hinteren Abschnitt 34 des Gehäuses 32 befindet. Wenn die Größe der Blendenöffnung 38 geändert wird, erhöht oder erniedrigt sich die Größe des durch die Objektivlinse 11' in der Bildebene erzeugten reellen Bilds, wodurch auch die Größe der auf den Film 23' projezierten Bildanordnung vergrößert oder verkleinert wird.

Die beiden Spiegel 14' sind unabhängig voneinander in einer zylindrischen Halterung 40 montiert, die im hinteren Abschnitt 34 des Gehäuses 32 vorgesehen ist. Ein ringförmiger Ansatz 41 erstreckt sich um die zylindrische Halterung 40 und kann, wenn er gedreht wird, die zylindrische Halterung der Spiegel 14' gemeinsam um die Spiegelachse 16" drehen. Jeder Spiegel 14'

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ißt einzeln für eich, durch zwei kreisförmige Ansätze 42 justierbar, die durch die Wand der zylindrischen Halterung 40 nach außen vorstehen und mit zwei Spiegelhaltern 43 verbunden sind, die für eine Drehung relativ zur zylindrischen Halterung ausgelegt sind.

Wenn der Winkel zwischen den Spiegeln 14* geändert werden soll, um beispielsweise die Anzahl der Einzelbilder der Bildanordnung zu Ändern, können einer oder beide Spiegel um die Spiegelachse 16" gedreht werden, indem die Spiegelhalter 43 über die Ansätze 42 bewegt werden. Wenn der Winkel zwischen den Spiegeln 14' von beispielsweise 45° auf 60° vergrößert wird, erniedrigt sich die Anzahl der Bilder von 8 auf 6, da die Anzahl der Einzelbilder der Anordnung gleich 360° geteilt durch den Winkel zwischen den Spiegeln ist. Die Spiegel 14' können auch so eingestellt werden, dafl ihre reflektierenden Flächen zueinander und zur Spiegelachse 16" parallel verlaufen, so daß anstelle der symmetrischen Anordnung ein geradliniger Streifen aus Einzelbildern auf den Film 23' projiziert wird, wie im Zuaaaaienhang mit Figur 3 schon erläutert wurde.

Das in Verbindung mit der Kamera 31 verwendete Kaleidoskop kann also so eingestellt werden, daß es den speziellen Anforderungen einer Kamera entspricht, und die vom Film 23* eingefangene Bildanordnung kann hinsichtlich Helligkeit der Einzelbilder der Anordnung und hinsichtlich der Größe sowie der Lage der Bildanordnung auf dem Negativfilm vollständig gesteuert werden.

Wie Figur 5 zeigt, kann das Kaleidoskop 10 auch als Vorsatz für einen Projektor 50 verwendet werden. In diesem Beispiel hat der Projektor 50 eine Lampe 51, um ein photographisches Diapositiv 52 über geeignete Sammellinsen 53 zu beleuchten. Das Kaleidoskop 10 ist am Vorderende 54 des Projektors 50

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^r ■ ι

befestigt und projiziert eine Bildanordnung des Diapositivs 52 auf den Projektionsschirm 23^H.

In Verbindung mit dem Projektor 50 kann das Kaleidoskop 10 im wesentlichen die gleiche Form haben, wie sie als Vorsatz für eine Kamera 31 beschrieben wurde. In Verbindung mit dem Projektor 50. bildet jedoch das Diapositiv 52 das Objekt für die Objektivlinse 11', weshalb das Gehäuse 32 am vorderen Ende des vorderen Abschnitts 33 mit dem Projektor verbunden ist. Ein geeigneter Puß oder Ständer 53 kann zusätzlich vorgesehen sein, der das Kaleidoskop 10, falls nötig, unterstützt, wenn es mit dem Projektor 50 verbunden ist.

Als Vorsatz zum Projektor 50 arbeitet das Kaleidoskop 10, wie schon erwähnt wurde, in der Weise, daß es das reelle SiId des Diapositivs 52, das von der Objektivlinse 11 in der Bildebene erzeugt wird, reflektiert und die resultierende Anordnung auf den Projektionsschirm 23^W projiziert. Die Bildanordnung kann geändert werden, da sich sowohl die konvergierende Linse 25' als auch der Abstand zwischen den Spiegeln 14' steuern läßt. Auch die Größe der auf de« Projektionsschirm 23" projizierten Bildanordnung kann durch Justieren der Irisblende 38, die am hinteren Abschnitt 34 des Gehäuses 32 vorgesehen ist, gesteuert werden.

Andererseits kann das Diapositiv 52 anstatt im Projektor 50 auch zwischen der Irisblende 38 und der konvergierenden linse 25' eingebracht werden. Hierdurch projiziert das Kaleidoskop 10 das Diapositiv 52 auf den Schirm 23^H in nicht-teleskopartiger Weise. In ähnlicher Weise können anstelle des Diapositivs 52 auch bewegliche bunte Glasstüoke zwischen der Irisblende 38 und der konvergierenden Linse 25' verwendet werden, wodurch das Kaleidoskop 10 wie ein nicht-teleskopartiges Kaleidoskop eine farbige Bildanordnung auf den Schirm 23^M projiziert,

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wobei das Kaleidoskop in der beschriebenen Weise jedoch voll justierbar ist und eine gleichmäßige Beleuchtung der gesamten projizierten Bildanordnung liefert·

Aus dem vorstehenden sollte ersichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung ein neuartiges und verbessertes Fernrohr-Kaleidoskop 10 schafft, mit dem eine Bildanordnung eines fernen Objekts so auf einen Schirm oder eine Fläche projiziert werden kann, daß sämtliche Teile der Bildanordnung im wesentlichen gleichmäßig beleuchtet sind und eine hohe Bildgröße und Schärfe haben. Außerdem kann durch die Justierbarkeit der Elemente des Kaleidoskops 10 die Größe, Form und Helligkeit der Anordnung nach Wunsch gesteuert werden, so daß das Kaleidoskop in Verbindung mit Kameras und Projektoren verwendet werden kann, wodurch Effekte erzielt werden können, die bisher nicht möglich waren·

In der vorstehenden Beschreibung wurde die Spiegelstellung im Fernrohr-Kaleidoskop entweder als V-förmig (Figur 1, 2_r 4 und 5) oder parallel zueinander (Figur 3) angenommen. Es ist jedoch ersichtlich, daß verschiedene andere Spiegelkonfigurationen möglich sind und daß die spezielle Spiegelkonfiguration nicht im eigentlichen Sinne Teil der Erfindung ist, höchstens insofern, als einer oder mehrere Spiegel notwendig sind, um in einer kaleidoskopartigen Konfiguration eine Kaleidoskop-Bildanordnung zu schaffen.

Beispielsweise können in dem erfindungsgemäßen Kaleidoskop drei Spiegel, die eine dreieckige Form bilden, oder vier Spiegel in einer kastenähnlichen Form verwendet werden. Unabhängig von der Spiegelanordnung oder der Anzahl der Spiegel ist ersichtlich, daß die hier beschriebenen Grundzüge der Erfindung die gleichen bleiben.

Obwohl im vorstehenden spezielle Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist ersichtlich, daß verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können, soweit sie in den Bereich der Erfindung fallen.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

f ij) Gerät zur Verwendung in einem Kaleidoskop, dae eine Objektivlinse vor den Enden eines Spiegelsatzes enthält, dessen innere reflektierende Flächen in einer kaleidoskopartigen Konfiguration eueinander angebracht sind, und das eine Öffnung neben dem hinteren Ende der Spiegel enthält, gekennzeichnet durch eine konvergierende Linse (25) neben dem vorderen Ende der Spiegel (H), wodurch das Bild der Objektivlinse (11) auf die hintere öffnung zentral fokussiert wird.
2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Projektionslinse (24·) neben der hinteren Öffnung, wobei die Hauptachse der Projektionslinse koaxial zur Schnittlinie der Spiegel verläuft und wobei die Hauptachse der konvergierenden Linse (25) parallel zur Hauptachse der Projektionslinse verläuft.
3· Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse der Objektivlinse (11) parallel zur Hauptachse der Projektionslinse (24) verläuft.

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4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen und hinteren Enden (17, 21) der Spiegel (14) vordere und hintere Ebenen (19, 22) definieren, die senkrecht zu den reflektierenden Oberflächen verlaufen, wobei die Objektivlinse (11) ein Bild eines fernen Gegenstands (12) auf diese vordere Ebene (19) fokussiert und wobei die konvergierende Linse (25) das Bild der Objektivlinse auf der erwähnten hinteren Ebene (22) abbildet, wodurch die von der Objektivlinse auf die reflektierenden Oberflächen gelenkte Lichtmenge Über die konvergierende Linse gesteuert werden kann.
5. Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine im allgemeinen ebene Fläche (23) hinter den hinteren Enden (21), wobei die Projektionslinse (24) das Bild der konvergierenden Linse (25) auf diese ebene Oberfläche (23) projiziert.
6. G_erät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Oberfläche (23) ein Projektionsschirm ist.
7. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Oberfläche (23) ein Einzelbild eines photographischen Films ist.
8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konvergierende Linse so justierbar ist, daß ihre Hauptachse relativ zu den reflektierenden Oberflächen der Spiegel verschoben werden kann.
9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivlinse so justierbar ist, daß ihre Hauptachse relativ zu den reflektierenden Oberflächen der Spiegel verschoben werden kann.

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t f

2Η9Ί9Α
10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivlinse justierbar ist, wodurch der Abstand zwischen der Objektiv].inse und den vorderen Enden (17) der reflektierenden Oberflächen geändert werden kann.
11. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die konvergierende linse so justierbar ist, daß der Brennpunkt des Bildes der Objektivlinse auf der hinteren Ebene (22) bewegt werden kann.
12. Gerät nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß das Kaleidoskop als Vorsatz^gerät ftlr eine photographische Kamera verwendet werden kann, wobei das Kaleidoskop ein Projektionsende und ein Objektivende bildet, das den hinteren und vorderen Enden (17, 21) entspricht, und wobei das Projektionsende an der Kamera befestigt ist.
13. G_erät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaleidoskop als Vorsatzgerät für einen Filmprojektor verwendet werden kann, wobei das Kaleidoskop ein Projektionsende und ein Objektivende bildet,das den hinteren und vorderen Enden entspricht» und wobei das Objektivende am Projektor befestigt ist.

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