DE2729086A1 - Optisches betrachtungsgeraet mit einstellbarer angularer konvergenz - Google Patents
Optisches betrachtungsgeraet mit einstellbarer angularer konvergenzInfo
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Description
E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser
8 München 60
-3-
Louis Simon PERETZ 27. Juni 1977
77 Elysee II
78170 La Celle
Saint-Cloud
Unser Zeichen: S 2924
Optisches Betrachtungsgerät mit einstellbarer angularer Konvergenz
Die vorliegende Erfindung betrifft optische Geräte für das zweiäugige Betrachten von wirklichen Bildern, insbesondere
von stereoskopischen photographischen Bildpaaren, welche entweder im Durchlicht oder im Auflicht auf Papierabzügen
betrachtet werden. In beiden Fällen ist es bekannt, daß diese Bildpaare im allgemeinen mit Fotoapparaten erzeugt
werden, welche zwei Objektive und zwei getrennte Kameras umfassen, wobei der Abstand zwischen den optischen Achsen
der beiden Objektive in der Größenordnung des Augenabstands
eines Menschen mittlerer Größe ist.
Im Interesse eines guten stereoskopischen Reliefeindruckes
beim zweiäugigen Betrachten solcher Bildpaare sind schon optische Geräte vorgeschlagen worden, welche in der Folge
zur Vereinfachung als Stereoskope bezeichnet werden sollen
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und welche gleichzeitig die optimale Anpassung der drei grundlegenden Kennwerte des Sehens sicherstellen, und
zwar einmal die Übereinstimmung der optischen Achsen der Augen bei der Beobachtung mit den Okularen der Beobachtung,
und zum anderen die Beobachtungs-Entfernung oder "Scharfeinstellung", welche mit der Konvergenz oder der
"Stärke" der Okulare im Zusammenhang steht, damit die Bilder ohne Ermüdung des Auges durch die Akkomodation betrachtet
werden können, und schließlich die angulare Konvergenz der betreffenden optischen Achsen.
In der Praxis wird anerkannt, daß diese drei Kennwerte aus psycho-physiologischen Gründen im Zusammenhang stehen und
einen großen Einfluß auf den Grad des erhaltenen Raumbildsehens
haben.
Es ist sicher, daß z.B. der unterschiedliche Abstand der optischen Achsen der Okulare die von den Augen des Beobachters
geforderte Konvergenz verändert, wie auch eine hohe Konvergenz der Augen z.B. eine Einstellung der Okulare erfordert,
welche der Akkomodation für das Nahsehen entspricht,
Die Stereoskope, welche für eine gute Einstellung dieser drei Kennwerte vorgeschlagen worden sind, weisen also drei
Gruppen mechanischer Vorrichtungen auf, deren praktische Ausführung zu komplizierten Strukturen und somit zu einer
kostspieligen Herstellung führt, wenn man eine sehr genaue Einstellung wünscht.
So erfordert z.B. die einstellbare angulare Konvergenz die Verwendung von drehbaren Prismen oder Spiegeln, deren Drehwinkel
um die Achsen symmetrisch sein müssen; die Einstellung der Entfernung für die Scharfeinstellung erfordert
auch die gleichzeitige Bewegung von zwei Okularen parallel zu deren optischen Achsen, mit der Möglichkeit, die Entfernung
zwischen diesen Achsen zu verändern.
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-r5-
Das Stereoskop nach der vorliegenden Erfindung schaltet
diese Nachteile aus.
Es greift grundsätzlich nur auf feste Spiegel zurück, deren Einbringen nicht sehr kritisch ist; die verwendeten
Okulare weisen kein eigenes Refraktionselement auf und sind darüberhinaus geometrisch feststehend. Das einzige
bewegliche Element, dessen Verschiebung die einstellbare Anpassung der angularen Konvergenz der Achsen der Augen
des Beobachters sicherstellt, ist eine einzige Sammellinse für beide Augen, welche nach einer bevorzugten Ausführungsform
einfach durch Abrollen auf ihrem äußeren Umfang bewegt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft im einzelnen ein Stereoskop mit veränderlicher angularer Konvergenz für die
Betrachtung.
Nach der Erfindung ist ein optisches Betrachtungsgerät für zweiäugiges Sehen mit einstellbarer angularer Konvergenz,
für die augenscheinliche Betrachtung von ebenen Bildpaaren, mit einem Gehäuse, in dessen Vorderseite zwei Beobachtungsöffnungen eingearbeitet sind, und dessen Hinterseite die
genannten Bilder aufnehmen kann, wobei die Bezugsgeraden durch die Mittelpunkte der Bilder und der Beobachtungsöffnungen parallel sind und in ihrer Mitte eine gemeinsame
senkrechte Symmetrieebene haben, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Paare von Spiegeln aufweist, welche in den
optischen Strahlengang zwischen den genannten Öffnungen und den genannten Bildern eingeschaltet sind, wobei jedes
Paar wie ein Keil angeordnet ist und in einem Paar von Ebenen liegt, die gegenseitig einen Winkel von 90° einschließen,
und zur gemeinsamen Symmetrieebene symmetrisch sind, und deren Kanten zur Ebene der genannten Bilder
parallel sind, wobei die Spiegel eines der genannten Paare teilweise durchsichtig und spiegelnd sind.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung sollen anhand der beiliegenden Zeichnung erklärt werden:
Pig. 1 stellt eine erste Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen
Stereoskops dar,
Pig. 2 stellt eine zweite, "bevorzugte Ausführungsform dar,
Pig. 3 ist eine Skizze zur Erklärung dieser zweiten Ausführungsform.
Pig. 1 stellt eine erste Ausführungsform des erfindungsgenäßen
Stereoskops dar, in der nur die wichtigsten optischen Elemente gezeigt sind.
Die beiden Bilder 1 und 11 des stereoskopischen Doppelbildes
werden in einer gegebenen Entfernung voneinander angebracht, die hier sehr viel kleiner ist als der normale Abstand zwischen
den menschlichen Augen G (links) und D (rechts), zwei Spiegel 2 und 2' sind praktisch gegenüber den Bildern 1 und
so angebracht, daß ihre Ebenen einen Winkel von 4o° gegenüber
denjenigen der Bilder einschließen, und daß sie eine gemeinsame Kante senkrecht zu der Richtung zwischen den
Mittelpunkten der beiden Bilder haben. Die Spiegel 2 und 21
sind teilweise spiegelnd und teilweise transparent; sie spiegeln also einen Teil der auftreffenden Lichtenergie
wieder und lassen den Rest durch. So kann beispielsweise die Stärke der Spiegelung 50 fi des Lichtes ausmachen und
diejenige des durchtretenden Lichtes 50 f».
Ein zweites Paar Spiegel 3 und 31 ist außerhalb des ersten
Paares 2 und 21 angeordnet und, zwar in Ebenen, die gleichfalls
einen Winkel von 45° gegenüber den Bildern einschließen und eine gemeinsame Kante aufweisen, die zu der die Mittelpunkte
der beiden Bilder verbindenden Linie senkrecht steht.
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Close Spiegel 3 und 3* sind voll spiegelnd. Der Winkel
von 45°, welchen sie nit der Ebene der Bilder einschließen,
liegt symmetrisch zu demjenigen der Spiegel 2 und 2», so daß die Ebenen der zwei Spiegelpaare 2 und 3 bzw. 2* und 3'
untereinander einen Winkel von 90° einschließen.
Die Sammellinsen 5 und 5' sind schließlich gegenüber den
beiden Spiegeln 3 und 3* angeordnet.
Ein solches optisches System arbeitet wie folgt. Die Augen
G und D stehen vor den Linsen 5 bzw. 5', welche die Okulare
des Stereoskops darstellen, ein z.B. von dem Bild 1 ausgehender Lichtstrahl 6 wird teilweise auf dem Spiegel 2 gespiegelt,
tritt durch den Spiegel 21, welcher teilweise durchsichtig ist, und gelangt nach Spiegelung auf dem
Spiegel 3' durch die Linse 5' bis zum Auge.
falls die Länge des gesamten optischen Weges gleich der Brennweite der Linse 51 ist, entspricht das so beobachtete
Bild 1 dem Unendlichen und erfordert also keine Akkomodation des Auges. Derselbe Weg wird selbstverständlich sinngemäß
auch für das Bild 11 und das linke Auge G erhalten.
Es muß darauf hingewiesen werden, daß der Abstand zwischen den Bildern 1 und 1' gegenüber dem festen Abstand zwischen
den Augen G und D frei wählbar gestaltet werden kann, was einen großen Vorteil darstellt. Fig. 1 zeigt den Fall eines
kleineren Bildabstandes, aber aufgrund der Umkehrbarkeit des Lichtes kann dasselbe Gerät unter Vertauschung der Bilder
und Okulare auch die Beobachtung von Bildern gestatten, deren Abstand größer als der Augenabstand ist. Der erste Fall ist
jedoch vorteilhafter für die praktischen Anwendungen, wenn die stereoskopischen Doppelbilder bei der photographischen
Aufnahme mit Apparaten aufgenommen werden, welche Bilder ergeben, deren optische Achsen näher aneinander stehen als
die menschlichen Augen.
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Das Stereoskop nach Fig. 1 weist jedoch insofern einen
größeren Nachteil auf, als zur Veränderung des Abstandes der optischen Achsen der Okulare und somit der angularen
Konvergenz der Augen, deren Notwendigkeit weiter oben aufgezeigt worden ist, ein Mechanismus gebraucht v/ird, welcher
gleichzeitig und um gleiche aber entgegengesetzte Beträge die Lage der Linsen 5 und 51 in den Richtungen 16 und 16f
verändert. Ein Mechanismus dieser Art ist kompliziert und kostspielig.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Stereoskops. In dieser Ausführungsform werden die gleichen Bestandteile durch dieselben Kennzahlen bezeichnet,
die beiden Linsen 5 und 5' der Okulare sind durch eine einzige Linse 8 ersetzt, welche in der Symmetrieebene rechtwinklig
zu der Geraden, welche die Mittelpunkte der Bilder verbindet, angeordnet ist. Diese Linse wird also gleichzeitig
von zwei entgegengesetzt verlaufenden Strahlenbündeln 6 und 61 auf dem gemeinsamen Weg 7 und 71 durchtreten. Im Betrieb
ergibt eine Verschiebung dieser einzigen Linse 8 in deren Ebene gemäß der Richtung 17 dieselben optischen Auswirkungen,
wie sie schon für Fig. 1 beschrieben worden sind. Die Verwendung einer solchen Linse bringt aber größere Vorteile.
Zunächst ermöglicht sie eine Einstellung durch die geometrische Verschiebung eines einzigen Elementes. Darüberhinaus
macht sie jedoch die Herstellung komplizierter Mechanismen überflüssig, da nach einer besonders einfachen Ausführungsform
die Verschiebung der Linse durch Abrollen auf deren Kante 10 in einer Führungsrille 0 erzielt werden kann,
wobei diese Verschiebung durch unmittelbare Handbetätigung am oberen Teil 11 der Linse erfolgt.
Fig. 3 stellt in der Form von zwei erklärenden Diagrammen (a) und (b) die beiden Extremfälle dar, welche den Endstellungen
der Linse entsprechen.
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Auf diesen Diagrammen sind die optischen Achsen sehr nahe beieinander, und es wird aus dem Diagramm (b) ersichtlich,
daß die Verschiebung des optischen Mittelpunktes der Linse zu einem großen Abstand zwischen den optischen Achsen führt.
Daraus ergibt sich in psycho-physiologischer Hinsicht für
das Sehen, wenn beide Augen dieselben homologen Details in den beiden stereoskopischen Bildern fixieren, daß derselbe
Eindruck gewonnen wird, als ob die optischen Achsen für die Betrachtung eine frei einstellbare geometrische Konvergenz
hätten, welche durch einfaches Verschieben einer einzigen konvergierenden Linse erhalten wird.
Das Stereoskop mit veränderlicher geometrischer Konvergenz
für die Betrachtung von stereoskopischen Doppelbildern ist vorstehend nur als Beispiel in den angegebenen Ausführungsformen beschrieben worden und alle anderen Ausführungsformen
nach den wichtigsten Kennzeichen der Erfindung, unter Verwendung äquivalenter Mittel, fallen unter das vorliegende
Patent.
Dies gilt z.B. für die Substitution von Prismen anstelle der Spiegel für die gleiche Funktion oder den Ersatz der
einzigen Sammellinse durch ein anderes brechendes oder spiegelndes Element und auch für die Verwendung der Kennwerte
der veränderlichen geometrischen Konvergenz auf die Betrachtung anderer als der stereoskopisohen Doppelbilder,
was alles zu der in der vorliegenden Schrift beschriebenen Erfindung ^hört.
Ea muß schließlich noch darauf hingewiesen werden, daß das
Stereoskop gemäß der vorliegenden Erfindung eine vorteilhafte Lösung für die Betrachtung stereoskopischer Doppelbilder
bietet, insofern, als diese ohne vorheriges, als Transposition bekanntes Vertauschen dieser Bilder möglich
ist.
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Leerseite
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Claims (8)
1. Optisches Gerät für zweiäugige Betrachtung mit einstellbarer angularer Konvergenz, für die augenscheinliche Betrachtung
von ebenen Bildpaaren, mit einem Gehäuse, in dessen Vorderseite zwei Beobachtungsöffnungen eingearbeitet sind und
dessen Hinterseite die genannten Bilder aufnehmen kann, wobei die Bezugsgeraden durch die Mittelpunkte der Bilder
und der Beobachtungsöffnungen parallel sind und in ihrer Mitte eine gemeinsame senkrechte Symmetrieebene haben, dadurch
gekennzeichnet, daß es zwei Paare von Spiegeln aufweist, welche in den optischen Strahlengang zwischen den
genannten öffnungen und den genannten Bildern eingeschaltet sind, wobei jedes Paar wie ein Keil angeordnet ist, und in
einem Paar von Ebenen liegt, die gegenseitig einen Winkel von 90° einschließen und zur gemeinsamen Symmetrieebene
symmetrisch sind, und deren Kanten zur Ebene der genannten Bilder parallel sind, wobei die Spiegel eines der genannten
Paare teilweise durchsichtig und spiegelnd sind.
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ORIGINAL INSPECTED
2. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein brechendes optisches Element aufweist, welches
in der genannten Symmetrieebene verschiebbar ist.
3. Optisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das brechende Element eine Sanmellinse ist.
4. Optisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das brechende ,Element eine Zerstreuungslinse ist.
5. Optisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Prisma mit veränderlichem Brechungswinkel aufweist.
6. Optisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das brechende Element aufgrund seiner Natur auch die
Amplitude, die Phase oder die Frequenzen des Strahlenbündels beeinflussen kann.
7. Optisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung eine geradlinige Bewegung in einer
senkrecht zu den Bezugsgeraden verlaufenden Ebene ist.
senkrecht zu den Bezugsgeraden verlaufenden Ebene ist.
8. Optisches Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verschiebung eine Drehung des brechenden Elements um sein Symmetriezentrum ist.
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