DE602004007129T2

DE602004007129T2 - Mit digitaler kamera ausgestattetes teleskop

Info

Publication number: DE602004007129T2
Application number: DE602004007129T
Authority: DE
Inventors: Hirokatsu c/o Kowa Kabushiki Kaisha Miyanari-cho Gamagori-shi NAKANO; Yoshihide c/o Kowa Kabushiki Kaisha Miyanari-cho Gam gori-shi GOTO; Shuichi2c/o Kowa Kabushiki Kaisha Miyanari-cho Gamagori-shi TOMINAGA; Takayuki c/o Kowa Kabushiki Kaisha D Miyanari-cho Gamagori-shi ISHIDA
Original assignee: Kowa Co Ltd; Kowa KK
Current assignee: Kowa Co Ltd; Kowa KK
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2024-05-01
Also published as: DE602004007129D1; EP1621913A1; EP1621913B1; US20060203350A1; WO2004097494A1; CN100350291C; CN1771453A; EP1621913A4

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein terrestrisches Teleskop mit einer Digitalkamera, das eine Einrichtung zum Teilen des Strahlengangs verwendet, dergestalt, dass der Strahlengang zum abbildenden Element und zur Beobachtungsoptik verläuft.
Stand der Technik
Terrestrische Teleskope mit einem Vergrößerungsfaktor im Bereich von etwa 20 bis 60 werden weitgehend zur Beobachtung von Wildvögeln und anderer Fauna eingesetzt. Zu den terrestrischen Teleskopen gehören diejenigen, die auf einem Galileischen Teleskopaufbau mit einer positiven (konvexen) und einer negativen (konkaven) Linse, die als Aufrichtesystem dient, beruhen, und diejenigen, die auf einem Keplerschen Teleskopaufbau beruhen, der nur eine positive (konvexe) Linse aufweist, welcher Prismen oder andere Elemente dieser Art hinzugefügt werden, um ein Aufrichtesystem zu bilden. Terrestrische Teleskope sind so ausgebildet, dass ein Benutzer ein aufrecht stehendes Bild betrachten kann.
Benutzer möchten nicht nur in der Lage sein, solche Teleskope zur Beobachtung natürlicher Flora und Fauna zu verwenden, sondern möchten die Bilder auch aufzeichnen können. Im Patentdokument 1 ( JP 2003-248266 ) schlug die vorliegende Anmelderin bereits einen Aufbau für ein terrestrisches Teleskop mit einer Digitalkamera vor, die das Aufzeichnen eines beobachteten Bildes und das Beobachten eines klaren und scharfen Spezialbildes in einem System ermöglicht, in dem das beobachtete Bild photographiert werden kann.
Im Patentdokument 1 ist der Aufbau der Hauptoptik, abgesehen von der Beobachtungsoptik, ähnlich dem einer einäugigen Reflexkamera, und die Optik verwendet einen Totalreflexionsspiegel mit schneller Rückstellung.
Im Gegensatz zu einer einäugigen Reflexkamera, die einen Silberhalogenidfilm verwendet, ist eine einäugige, digitale Reflexkamera bekannt, die einen feststehenden Halbspiegel zum Teilen des Strahlenganges verwendet, dergestalt, dass der von der Abbildungslinse durchgelassene Strahl zur Beobachtungsoptik und zum Abbildungselement läuft. Dies ermöglicht die kontinuierliche Verwendung von Bildern auf dem Abbildungselement zur Anzeige auf einem Monitor, zur Autofokus-Verarbeitung, zur Berechnung der Belichtung usw., und da kein beweglicher Spiegel vorhanden ist, kann der Aufbau einfach und kostengünstig gestaltet werden. Andererseits verringert dieser Aufbau in nachteiliger Weise die Lichtmenge.
In diesem Zusammenhang ist, wie Patentdokument 2 ( JP 2000-162495 ) zeigt, ein optisches System offenbart, in dem ein Halbspiegel, der als Spiegel mit schneller Rückstellung ausgelegt ist, dazu verwendet wird, einen Teil des Lichtstrahls vom Objekt durch die Objektivlinse zur Beobachtungsoptik und den Rest des Strahls zum Abbildungselement abzulenken. In dieser Veröffentlichung befindet sich der Halbspiegel normalerweise in einer Beobachtungsstellung, in der er einen Teil des Objektlichtstrahls zur Beobachtungsoptik ablenkt, und wird während der Abbildung so gesteuert, dass er aus dem Abbildungsstrahlengang entfernt wird. Im Patentdokument 2 empfängt das Abbildungselement, wenn sich der Halbspiegel in der Beobachtungsstellung befindet, einen Strahl durch den Halbspiegel und wandelt diesen photoelektrisch um, um die Fokussierungsposition der Objektivlinse bei zurückgezogenem Halbspiegel zu berechnen und zu speichern. Wenn der Halbspiegel während der Abbildung tatsächlich in die Abbildungsstellung zurückgezogen ist, wird die Objektivlinse in die berechnete Fokuslage bewegt.
Der im Patentdokument 2 beschriebene Aufbau ist insofern vorteilhaft, als er einen Lichtverlust während der Abbildung des Objektes vermeidet und die Abbildungslinse bewegen kann, um einen Fokussierungsfehler zu korrigieren, der beim Zurückziehen des Halbspiegels entsteht. Er hat jedoch insofern auch Nachteile, als ein Prozessor und ein Speicher zum Berechnen und Speichern der Fokusposition erforderlich sind, was die Herstellungskosten erhöht.
Ein weiteres Beispiel für eine Kamera, die einen Spiegel mit schneller Rückstellung und Strahlengangkompensation aufweist, ist aus der JP 55 106424 bekannt.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein terrestrisches Teleskop mit einer Digitalkamera bereitzustellen, mit dem das Abbildungselement kontinuierlich eine Abbildung ohne Lichtverlust bei der Abbildung durchführen kann und bei dem die Fokusposition des Abbildungselementes mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau korrigiert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Um eine solche Aufgabe zu lösen, setzt die vorliegende Erfindung eine Anordnung ein, die umfasst: eine Gruppe von Objektivlinsen, ein Abbildungselement, das hinter der Gruppe von Objektivlinsen angeordnet ist und unter Zusammenwirken mit der Gruppe von Objektivlinsen eine Abbildungsoptik bildet, eine zurückziehbare Strahlengangteilungseinrichtung, die als Strahlengangteilungseinrichtung zwischen der Gruppe von Objektivlinsen und dem abbildenden Element angeordnet ist, eine Beobachtungsoptik zum Beobachten einer optischen Abbildung, die außerhalb des Strahlengangs der Abbildungsoptik von der Strahlengangteilungseinrichtung geteilt wird, und eine Einrichtung zur Korrektur der Abbildungslage, bei der ein optisches Element zur Korrektur einer durch das Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung verursachten Änderung der Bilderzeugungsposition in Verbindung mit dem Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung in die optische Achse der Abbildungsoptik eingesetzt wird.
Die Erfindung setzt ferner eine Anordnung ein, bei der das optische Element ein Planglas mit einer Dicke ist, die eine durch das Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung verursachte Änderung der Bilderzeugungslage in Richtung der optischen Achse korrigiert.
Weiter setzt die Erfindung eine Anordnung ein, bei der die Einrichtung zur Korrektur der Abbildungslage das Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung und das Einsetzen des optischen Elementes mittels eines Führungshebelteils steuert, das die Strahlengangteilungseinrichtung an einem Ende und das optische Element am anderen Ende trägt.
Ferner setzt die Erfindung eine Anordnung ein, bei der das Planglas senkrecht zur optischen Achse der Abbildungsoptik eingesetzt wird.
Die Erfindung setzt ferner eine Anordnung ein, bei der die lichtdurchlässige Fläche der Strahlengangteilungseinrichtung als Ebene ausgebildet ist, die gegenüber der reflektierenden Fläche der Strahlengangteilungseinrichtung so geneigt ist, dass sie eine Lageabweichung bei der Bilderzeugung in der Richtung, welche die optische Mittelachse kreuzt, aufgrund der beim Einsetzen bzw. Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung entstehenden Abweichung der optischen Mittelachse in dem abbildenden Element korrigiert.
Ferner setzt die Erfindung eine Anordnung ein, bei der die Strahlengangteilungseinrichtung ein Halbspiegel ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine erläuternde Darstellung, die den allgemeinen Aufbau eines terrestrischen Teleskops mit einer Digitalkamera gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine erläuternde Darstellung, die den Halbspiegel mit schneller Rückstellung zeigt, der während der Beobachtung in die Hauptoptik der Vorrichtung aus 1 eingesetzt ist;
3 ist eine erläuternde Darstellung, die das Planglas zeigt, das während der Abbildung in die Hauptoptik der Vorrichtung aus 1 eingesetzt ist;
4 ist eine Tabelle, welche die Maße der Bildabweichung, die durch den Halbspiegel mit schneller Rückstellung der Vorrichtung aus 1 erzeugt wird, und die entsprechenden berechneten Dicken des Planglases, das zur Korrektur der Abweichung verwendet wird, und
5 ist eine erläuternde Darstellung, die den Aufbau wesentlicher Teile eines terrestrischen Teleskops mit einer Digitalkamera gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beste Weise zur Ausführung der Erfindung
Nachfolgend werden die Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt die Hauptteile des terrestrischen Teleskops mit einer Digitalkamera, das gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. In 1 fällt ein Lichtstrahl, der von einer Gruppe von Objektivlinsen 1, die eine feststehende Linsengruppe 1a und eine bewegliche Fokussierlinsengruppe 1b umfasst, durchgelassen wird, auf einen Halbspiegel 2 mit schneller Rückstellung (nachfolgend als „QR-Halbspiegel" abgekürzt), der normalerweise die optische Hauptachse (die optische Achse der Gruppe von Objektivlinsen 1) unter einem Winkel von 45 Grad schneidet.
Die bewegliche Fokussierlinsengruppe 1b ist in einem Linsenrahmen 17 gehaltert und kann durch einen AF (Autofokus)-Motor 16 entlang der optischen Hauptachse verschoben werden.
Der vom QR-Halbspiegel 2 durchgelassene Lichtstrahl trifft auf ein Abbildungselement (wie ein CCD- oder CMOS-Abbildungselement) 3, das auf der Brennebene liegt. Dagegen trifft der vom QR-Halbspiegel 2 reflektierte Lichtstrahl auf die Beobachtungsoptik und bildet über eine Aufrichteoptik, die aus einer Kombination eines (nicht gezeigten) Dachkantenprismas oder eines reflektierenden Spiegels 4 und einer Übertragungslinse 5 gebildet ist, ein räumliches Bild auf einem Retikel 6, das an einer zur Brennebene konjugierten Position angeordnet ist. Ein Benutzer kann das Bild über ein Okular 7 als aufrecht stehendes Bild betrachten.
Der QR-Halbspiegel 2 hat einen beliebigen Reflexionsgrad. Jedoch wird ein Reflexionsgrad von 80% bis 90% eingesetzt, damit der Großteil des Lichtes zur Beobachtungsoptik gelangt, was die Betrachtung durch einen Benutzer erleichtert.
Der QR-Halbspiegel 2 ist an einem Spiegelhalter 8a befestigt, der an einem Ende eines Spiegel-Führungshebels 8 aus Metall oder Kunststoff vorgesehen ist. Der Spiegel-Führungshebel 8 ist um eine Drehachse 12 drehbar. Ein Planglas-Halter 8b ist am gegenüberliegenden Ende des Spiegel-Führungshebels 8, das auf der anderen Seite der Drehachse 12 liegt. Am Planglas-Halter 8b ist ein Planglas 9 befestigt. Die Durchlässigkeit des Planglases 9 beträgt im wesentlichen 100%.
Im Beispiel der 1 werden der QR-Halbspiegel 2 und das Planglas 9 vom Spiegelhalter 8a und vom Planglas-Halter 8b unter einem Winkel von 90 Grad zueinander gehalten.
Am Spiegelhalter 8a ist eine Zugfeder 10 angebracht, die den Spiegelhalter 8a und den QR-Halbspiegel 2 in einer Richtung im Uhrzeigersinn, welche die Richtung des Zurückziehens aus dem Abbildungsstrahlengang ist, um die Drehachse 12 herum bewegt.
Während der Beobachtung wird der QR-Halbspiegel 2 durch einen L-förmigen Haltehebel 11 gegen das Drücken der Zugfeder 10 unter einem Winkel von 45 Grad zur optischen Hauptachse gehalten. Der Haltehebel 11 hat eine Nut 11b am Ende seines horizontalen Schenkels, um mit einem am Spiegel-Führungshebel 8 vorgesehenen Stift 8c in Eingriff zu treten. Der Haltehebel 11 ist um eine Drehachse 11a im Knick zwischen den beiden Schenkeln der L-Form drehbar. Der Haltehebel 11 wird während der Beobachtung unter Verwendung eines Solenoids oder anderer derartiger mechanischer Mittel, die mit einem (nicht gezeigten) Freigabeknopf zum Auslösen der Durchführung des Abbildens verbunden sind, in der Position gehalten, die in der Zeichnung mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist. Damit wird der QR-Halbspiegel 2 während der Beobachtung bei 45 Grad zur Hauptachse gehalten.
Wenn durch den Benutzer ein Abbildungsvorgang eingeleitet wird, wird der Haltehebel 11 gelöst. Dadurch kann der Spiegel-Führungshebel 8 durch die Kraft der Zugfeder 10 rasch im Uhrzeigersinn gedreht werden, wobei der Spiegelhalter 8a und der QR-Halbspiegel 2 in die jeweiligen Positionen verbracht werden, die mit den gepunkteten Linien dargestellt sind.
Wie beschrieben, werden der QR-Halbspiegel 2 und das Planglas 9 von den Spiegelhaltern 8a und 8b unter einem Winkel von 90 Grad zueinander gehalten, so dass die Bewegung des QR-Halbspiegels 2 in die horizontale Position, die mit der gepunkteten Linie dargestellt ist, bewirkt, dass sich das Planglas 9 in eine Position vor dem Abbildungselement 3 bewegt, wo es einen Winkel von 90 Grad zur optischen Achse der Gruppe von Objektivlinsen 1 bildet. Die Position des Planglases 9 (des QR-Halbspiegels 2) während der Abbildung ist durch den Eingriff des Planglashalters 8b mit einem Anschlag 15 bestimmt.
Auf diese Weise erreicht das gesamte von der Gruppe der Objektivlinsen 1 durchgelassene Licht das Abbildungselement 3, so dass die optische Abbildung des Objektes ohne Lichtverlust durch den QR-Halbspiegel 2 auf das Abbildungselement 3 fällt.
Eine CCD-Steuerung 13 steuert das Abbildungselement 3, dessen Ausgangssignal an eine Steuerschaltung 14 angelegt wird, die aus einem Mikroprozessor, einem Speicher und anderen derartigen Bauteilen besteht. Während der Abbildung vom Abbildungselement 3 empfangene Bilddaten werden von der Steuerschaltung 14 auf einer Speicherkarte oder einem anderen derartigen (nicht gezeigten) Speichermedium gespeichert. Bei dieser Ausführungsform kann das Licht vom Objekt während der Beobachtung über den QR-Halbspiegel 2 in das Abbildungselement 3 gelangen. Daher können die während der Abbildung vom Abbildungselement 3 erhaltenen Bilddaten zur Anzeige auf einem (nicht gezeigten) Monitor verarbeitet werden, zur automatischen Fokussierung mit dem AF-Motor 16 verarbeitet werden, um die verschiebbare Fokussierlinsengruppe 1b zu steuern, oder für Belichtungsberechnungen (Belichtungssteuerung durch halben Druck auf den Freigabeknopf) verwendet werden, usw.
Nun wird der Betrieb des so gestalteten terrestrischen Teleskops mit einer Digitalkamera beschrieben.
Ein Benutzer drückt den (nicht gezeigten) Freigabeknopf halb hinein, um einen (nicht gezeigten) Halbdruck-Schalter einzuschalten, wenn sich der QR-Halbspiegel 2 in der Beobachtungsstellung befindet, die in 1 gezeigt ist. Dann detektiert die Steuerschaltung 14 das Licht des Objektes, das über den QR-Halbspiegel 2 in das Abbildungselement 3 eintritt, und führt eine photoelektrische Umwandlung durch, um durch ein herkömmliches Kontrastdetektionsverfahren Helligkeit und Kontrast zu detektieren.
Die Steuerschaltung 14 kann dann aufgrund der detektierten Helligkeit des Objektes die elektronische Verschlussgeschwindigkeit des Abbildungselementes bestimmen, den AF-Motor 16 aufgrund des detektierten Kontrastes antreiben und den automatischen Fokussierungsprozess durch Bewegen der beweglichen Fokussierlinsengruppe 1b entlang der optischen Achse steuern. Dabei steuert die Steuerschaltung 14 den AF-Motor 16 an, um die bewegliche Fokussierlinsengruppe 1b in die Fokuslage, basierend auf dem Kontrast des Objektes auf dem Abbildungselement 3, zu verfahren, so dass das Abbildungselement 3 ein Bild mit optimalem Kontrast erzeugen kann.
Die Fokuslage beruht auf dem photoelektrischen Ausgangssignal des Objektbildes, das vom QR-Halbspiegel 2 durchgelassen wurde, um auf das Abbildungselement 3 zu fallen. Wenn der QR-Halbspiegel 2 zur Bildgebung zurückgezogen ist, ändert sich die Fokuslage, es sei denn, das Planglas 9 ist eingesetzt.
In 2 wird davon ausgegangen, dass A die Position eines Bildes ist, das durch das Licht erzeugt wird, welches von einem QR-Halbspiegel 2 mit einer Dicke d durchgelassen wird, und B die Position des Bildes ist, wenn kein QR-Halbspiegel 2 oder Planglas 9 vorhanden ist. Die Bilderzeugungsstellung A ist weiter vom QR-Halbspiegel 2 entfernt als die Bilderzeugungsstellung B, da der QR-Halbspiegel 2 eine Brechzahl n von n > 1 hat (die Brechzahl n von Luft ist 1).
Die Positionsabweichung 6 bei der Bildgebung mit QR-Halbspiegel 2 und ohne QR-Halbspiegel und Planglas 9 kann, wie in Gleichung (1) gezeigt, unter Berücksichtigung der Positionsverschiebung der vom Mittelstrahl 10 und vom Randstrahl 11 erzeugten Bilder geometrisch ausgedrückt werden.
Hier wird davon ausgegangen, dass das Glas (oder welches andere Material auch immer verwendet wird) des QR-Halbspiegels 2 eine Brechzahl n hat; für den Einfallswinkel des Mittelstrahls 10 auf dem QR-Halbspiegel 2 wird von 45 Grad ausgegangen, und der Einfallswinkel des Randstrahls 11 auf dem QR-Halbspiegel 2 wird als θ angenommen.
Bei dieser Ausführungsform wird die Abweichung zwischen den Bilderzeugungsstellungen A und B durch das Planglas 9 korrigiert. Wenn der Freigabeknopf ganz niedergedrückt ist, dreht sich der Haltehebel 11 gegen den Uhrzeigersinn, so dass der QR-Halbspiegel 2 freigegeben werden kann, um sich zurückzuziehen, und das Planglas 9 in die optische Achse abgesenkt werden kann, bis es mit dem Anschlag 15 in Eingriff tritt.
3 zeigt das während der Abbildung in die optische Hauptachse eingesetzte Planglas 9, wobei davon ausgegangen wird, dass das Planglas 9 nach Zurückziehen des QR-Halbspiegels 2 senkrecht zur optischen Achse eingesetzt ist. Die Positionsabweichung δ der vom Mittelstrahl 10 und vom Randstrahl 11 erzeugten Bilder kann, wie in Gleichung (2) gezeigt, näherungsweise mit der Brechzahl n' des Planglases 9 und der Dicke d' des Planglases 9 bestimmt werden, wobei die Brechzahl n' gleich n ist, wenn das Glas des Planglases 9 das gleiche wie das des QR-Halbspiegels 2 ist.
Die Gleichung (2) beruht auf dem Snelliusschen Gesetz und auf geometrischen Überlegungen. Wenn das Planglas 9 so eingesetzt ist, dass es die optische Achse unter einem Winkel von 90 Grad schneidet, wie dies in 3 gezeigt ist, geht aus der Gleichung (2) hervor, dass der Term, der sich auf den Einfallswinkel θ' des Randstrahls 11 bezieht, vernachlässigt werden kann, und die Bildabweichung δ wird durch die Dicke d' und die Brechzahl n' des Planglases 9 bestimmt. Daher ergibt sich, dass die erforderliche Dicke d' des Planglases 9 durch Lösen der Gleichungen bezüglich der Planglasdicke d' berechnet werden kann, indem der Term auf der linken Seite der Gleichung (2) durch den Term auf der rechten Seite der Gleichung (1) ersetzt wird, um den Betrag der Bildabweichung 6 auf der linken Seite der Gleichungen (1) und (2) auszugleichen.
4 zeigt die berechneten Werte. Insbesondere führt die Tabelle die berechneten Werte auf, die mit den Gleichungen (1) und (2) unter der Bedingung erhalten werden, dass ein QR-Halbspiegel 2 eine Dicke d von 1 (mm) hat und der QR-Halbspiegel 2 sowie das Planglas 9 das gleiche Glas mit einer Brechzahl n = n' = 1,51633 aufweisen.
Nun wird auf die Rechenergebnisse eingegangen.
Die Ergebnisse der 4 zeigen, dass der Betrag der zu korrigierenden Abweichung δ nicht konstant ist, sondern vom Einfallswinkel θ des Randstrahls 11 abhängt, der in 2 gezeigt ist. Wenn der QR-Halbspiegel 2 unter einem Winkel von 45 Grad eingesetzt wird, nimmt die Abweichung δ mit der Vergrößerung des Einfallswinkels θ des Randstrahls 11 zu. (Es gibt einen Sonderfall, nämlich wenn θ bei 45 Grad liegt, wobei δ = Unendlich ist und keine Bilderzeugung erfolgt.) Somit ist festzustellen, dass die vom QR-Halbspiegel 2 erzeugte Koma-Aberration nicht vollständig beseitigt werden kann, es sei denn die Dicke des eingesetzten Planglases 9 wird allmählich verändert. Wie aus Gleichung (2) ersichtlich ist, wird das Maß der axialen Abweichung aufgrund des Korrekturglases nicht durch θ beeinflusst.
Jedoch wird im tatsächlichen optischen System – ob es nun um den Bereich zur Berechnung des Autofokuskontrastes oder um das erfasste Bild geht – mehr Wert auf das Blickfeld in der Mitte als am Rand gelegt. Dabei werden Berechnungen mit Betonung des paraxialen Bereiches des Randstrahls 11 (unter einem Einfallswinkel θ von annähernd 45 Grad) vorgenommen, so dass die Rechenergebnisse der 4 auch bei θ = 45 Grad eingesetzt werden. Dies bedeutet, dass eine Planglasdicke d' von 1,77 mm eingesetzt wird, um eine Bildabweichung zu beseitigen.
Der Effekt des Einsetzens des Planglases 9 im Vergleich zum nicht eingesetzten Planglas 9 kann wie folgt bewertet werden.
Unter Bezugnahme auf 4 beträgt das Maß der Fokusabweichung (δ) entlang der optischen Achse zwischen aus der optischen Achse zurückgezogenem und in diese eingesetztem QR-Halbspiegel 2 maximal 0,70 mm, wenn kein Planglas 9 vorhanden ist. Durch Einsetzen eines Planglases 9 mit einer Dicke von 1,77 mm wird die Abweichung in der Mitte des Blickwinkels so korrigiert, dass der Bereich der Abweichung bei 0,70 – 0,60 = 0,10 mm liegt.
Wird der QR-Halbspiegel 2 zurückgezogen und keine Korrektur vorgenommen, wie beim Einsetzen des Planglases 9 im Falle des Beispiels dieser Ausführungsform, so wird die Kamera beispielsweise unter Anwendung der Steuerbedingungen für die automatische Fokussierung betrieben, die mit dem QR-Halbspiegel 2 in der nicht-zurückgezogenen Stellung berechnet wurden. Dies verschlechtert die Bildqualität. Der Grad der Verschlechterung variiert abhängig von verschiedenen Faktoren, wie der Feldtiefe (Blende) während der Bildaufnahme, so dass die Verschlechterung schwer ist, wenn die Feldtiefe gering gehalten wird.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die Abweichung von der Bilderzeugungsstellung, wenn sich der QR-Halbspiegel 2 in der eingesetzten Stellung befindet, durch Einsetzen des Planglases 9 korrigiert werden. Daher wird der Grad der Bildverschlechterung auch dann verringert, wenn das System unter Verwendung der Steuerungsbedingungen für die automatische Fokussierung betrieben wird, die berechnet wurden, als sich der QR-Halbspiegel 2 in der eingesetzten Stellung befand.
Insbesondere wird gemäß dieser Ausführungsform das Planglas 9 senkrecht zur optischen Achse eingesetzt. Dies verursacht den Effekt, dass das Planglas 9 zur Korrektur der Bilderzeugungsstellung bezüglich Abbildungsstrahlen in verschiedenen Richtungen (siehe Unabhängigkeit vom Einfallswinkel θ des Randstrahls in Gleichung (2)) gleich wirkt, und wie in 4 gezeigt, gibt es während der Abbildung keine Bildverschlechterung, die durch eine Abweichung der Bilderzeugungsstellung infolge einer Abhängigkeit von der Richtung des an der Bilderzeugung beteiligten, peripheren Lichtes entstehen würde.
Somit ermöglicht die Verwendung des Planglases 9 gemäß der Ausführungsform eine Korrektur von Änderungen der Bilderzeugungsstellung, die sich aus dem Zurückziehen des QR-Halbspiegels 2 von der optischen Achse ergeben.
Nach dem Einsetzen des Planglases 9 bildet das Abbildungselement 3 das Objekt für die Belichtungsdauer ab, die bestimmt wurde, als der Freigabeknopf halb gedrückt war. Sobald die Abbildung abgeschlossen ist, betätigt die Steuerschaltung 14 einen (nicht gezeigten) Antriebsmotor, um den QR-Halbspiegel 2 und das Planglas 9 in die Wartestellung zurückzuführen.
Das terrestrische Teleskop mit einer Digitalkamera gemäß der Erfindung setzt eine Strahlengangteilungseinrichtung in Form eines Halbspiegels ein, der dazu verwendet wird, Licht vom Objekt sowohl zum Abbildungselement als auch zur Beobachtungsoptik zu lenken. Während der Abbildung ist der Halbspiegel aus der Hauptoptik entfernt und ein optisches Element (das Planglas 9) in die Hauptoptik eingesetzt, um eine etwaige Abweichung der Bilderzeugungsstellung zu korrigieren, die durch das Zurückziehen des Halbspiegels verursacht ist. Daher erfolgt während der Abbildung kein Verlust von auf das Abbildungselement einfallendem Licht. Zudem muß kein Prozessor oder Speicher verwendet werden, und das für die Lagekorrektur verwendete Planglas 9 ist ein einfaches optisches Element, mit dem eine Abweichung der Fokusposition unter Verwendung einer Konfiguration, die sehr einfach und kostengünstig ist, korrigiert werden kann. Da bei dieser Ausführungsform ein Halbspiegel verwendet wird, um den Strahlengang zu teilen, kann das Abbildungselement während der Beobachtung dazu verwendet werden, Abbildungsdaten für verschiedene Zwecke, wie Anpassung der Belichtung, der Monitoranzeige und des automatischen Fokus, zu erfassen.
Darüber hinaus werden das Planglas 9 und der QR-Halbspiegel 2, der die Strahlengangteilungseinrichtung bildet, nicht an separaten Hebeln, sondern an den Enden eines einzigen, steifen Spiegel-Führungshebels 8 gehalten, der zum Positionieren des QR-Halbspiegels 2 und des Planglases 9 verwendet wird. Dies verringert die Anzahl der Teile und ermöglicht, die Vorrichtung einfach und kostengünstig zu verwirklichen. Zudem gibt es nur einen sehr geringen Fehler beim Positionieren des QR-Halbspiegels 2 und des Planglases 9, was eine präzise Korrektur der Bilderzeugungsposition sicherstellt.
Um die obige Erläuterung zu erleichtern, wurden der QR-Halbspiegel 2 und das Planglas 9 so beschrieben, dass sie unter einem Winkel von 45 Grad bzw. 90 Grad in die Hauptoptik eingesetzt sind. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf diese Bedingungen beschränkt ist. Stattdessen können die Winkel, unter denen diese Teile relativ zur Hauptoptik angeordnet sind, sowie andere Gestaltungsbedingungen nach Bedarf entsprechend modifiziert werden.
Dies gilt auch für den Winkel zwischen dem QR-Halbspiegel 2 und dem Planglas 9, der beschreibungsgemäß 90 Grad beträgt. Falls es die Antriebskonfiguration, der Bauraum oder andere Faktoren dieser Art erfordern, können die zwei Teile auf einen anderen Winkel eingestellt sein.
Wie oben erwähnt, ist beschrieben, dass das Planglas 9, wenn der QR-Halbspiegel 2 während der Abbildung zurückgezogen ist, eingesetzt wird, um die Lageabweichung δ bei der Bilderzeugung in Richtung der optischen Achse zu korrigieren.
Das Einsetzen des Planglases 9 bei der ersten Ausführungsform ermöglicht eine Korrektur der Lageabweichung δ bei der Bilderzeugung entlang der optischen Achse. Eine Verschiebung der optischen Abbildungsachse wird jedoch nicht berücksichtigt. Wie in 2 gezeigt, bewirkt das schräge Einsetzen des QR-Halbspiegels 2, dass die Lageabweichung Δ der Bilderzeugung in der (vertikalen) Richtung auftritt, welche die optische Achse schneidet. Bei der ersten Ausführungsform ist es jedoch unmöglich, die Lageabweichung Δ der Bilderzeugung zu korrigieren.
Um die Verschiebung der optischen Abbildungsachse aufzuheben, ist der als Strahlengangteilungseinrichtung dienende QR-Halbspiegel bei dieser Ausführungsform so gestaltet, dass seine lichtdurchlässige Fläche eine gegenüber seiner reflektierenden Fläche geneigte Fläche (halbdurchlässige Fläche) bildet.
Die Gestaltung, bei der die lichtdurchlässige Fläche, die als Strahlengangteilungseinrichtung dient, eine gegenüber ihrer reflektierenden Fläche geneigte Fläche bildet, wird z. B. durch einen QR-Halbspiegel 18 erreicht, der im vertikalen Querschnitt keilförmig ist, wie dies in 5 gezeigt ist.
Nachfolgend wird eine zweite, in 5 gezeigte Ausführungsform beschrieben, die der ersten Ausführungsform bis auf die Ausgestaltung in 5 entspricht. Zudem sind die gleichen Teile wie die der ersten Ausführungsform oder diesen entsprechende Teile nachfolgend mit den gleichen Symbolen dargestellt, und auf ihre detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
Der Spiegelhalter 8 trägt den QR-Halbspiegel 18 und das Planglas 9 in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform in 1. Der QR-Halbspiegel 18 wird so gesteuert, dass er während der Beobachtung in den Strahlengang eingesetzt ist, während das Planglas 9 bei der Abbildung in den Strahlengang eingesetzt und gleichzeitig der QR-Halbspiegel 18 aus diesem zurückgezogen ist.
Die Anordnung in 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass der gemäß dem Reflexionsgesetz durch die vordere reflektierende Fläche (halbdurchlässige Fläche) des QR-Halbspiegels 18 verschobene Lichtstrahl, insbesondere der Lichtstrahl im mittleren Bereich, mit Hilfe der geneigten hinteren, lichtdurchlässigen Fläche des QR-Halbspiegels 18 wieder bis nahe der Mitte zurückverschoben wird. Dies bewirkt, dass der durch den mittleren Bereich des Abbildungselementes 3 laufende Lichtstrahl so korrigiert wird, dass er im wesentlichen auf der gleichen Bahn fortläuft, wie wenn der QR-Halbspiegel 18 nicht eingesetzt wäre.
Nun wird die Berechnung bezüglich eines Winkels α der hinteren, lichtdurchlässigen Fläche (geneigte Fläche) des QR-Halbspiegels 18 gegenüber dessen vorderer, reflektierender Fläche (halbdurchlässige Fläche) beschrieben.
Es sei nun davon ausgegangen, dass ein QR-Halbspiegel mit einer einfachen Ebene, der eine Dicke von 1 mm und eine Brechzahl n = 1,51633 aufweist, in einem Abstand von 29,559 mm zur Abbildungsebene des Abbildungselementes 3 angeordnet und unter einem Winkel von 45 Grad zur optischen Achse eingesetzt ist. Die Berechnung wird für den Winkel α der hinteren, lichtdurchlässigen Fläche (geneigte Fläche) des QR-Halbspiegels 18 gegenüber dessen vorderer, reflektierender Fläche (halbdurchlässige Fläche) vorgenommen. Es ist zu beachten, dass 5 eine veranschaulichende Darstellung ohne Berücksichtigung von Maßstäben ist.
Bei dieser Anordnung ergibt sich für den Brechungswinkel θ 1, unter dem der Lichtstrahl auf der optischen Achse (Mittelstrahl) auf den QR-Halbspiegel fällt, gemäß dem Snelliusschen Gesetz θ 1 = 27,796 Grad, und somit ist die Strahlenganglänge L, über die der Mittelstrahl durch den QR-Halbspiegel läuft, L = 1,130 mm.
Daraus folgt, dass die Verschiebung Δ der optischen Achse, entlang welcher der Strahl austritt (dargestellt durch eine gestrichelte Linie, die parallel zur optischen Achse verläuft) 0,334 mm und der Einfallswinkel θ 2, der benötigt wird, damit der Mittelstrahl zurück auf die ursprüngliche Mitte des Abbildungselementes 5 konzentriert wird, 0,647 Grad beträgt.
Die hintere, lichtdurchlässige Fläche (durchgezogene Linie) des QR-Halbspiegels 18, die, wie in 5 gezeigt, keilförmig ist, muß daher einen Neigungswinkel α haben, der 1,51633 × sin(θ1 + α) = 1 × sin(θ2 + 45° + α) (3)gemäß dem Snelliusschen Gesetz erfüllt. Durch Lösung der Gleichung (3) wird der Neigungswinkel α als α = 0,710 Grad (42'34'' in Minuten- und Sekundeneinheiten) erhalten.
Der Einsatz des keilförmigen QR-Halbspiegels 18, der einen solchen schmalen Winkel α aufweist, ergibt denselben Effekt wie die Aufhebung der Vertikalverschiebung der optischen Abbildungsachse auf dem Abbildungselement 3. Die Vertikalverschiebung der optischen Abbildungsachse selbst kann nicht aufgehoben werden, aber die durch den QR-Halbspiegel verursachte Vertikalverschiebung der optischen Abbildungsachse verschwindet nahe der optischen Achse an der Abbildungsebene des Abbildungselementes 3 im wesentlichen.
Die automatische Fokussteuerung wird während der Beobachtung in dem in 5 gezeigten Zustand durchgeführt. Die oben erwähnte Berechnung gilt nur für die Randstrahlen nahe der optischen Achse. Daher wird der automatische Fokussierungsbereich auf den Mittelbereich im Abbildungsbereich des Abbildungselementes 3 eingestellt. Dies ermöglicht die Autofokusverarbeitung in einem Zustand, in dem keine Vertikalverschiebung in der optischen Abbildungsachse entsteht.
Es ist zu festzustellen, dass die Lageabweichung bei der Bilderzeugung entlang der optischen Achse während der Abbildung korrigiert wird, indem das ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform gestaltete Planglas 9 bei zurückgezogenem QR-Halbspiegel 18 eingesetzt wird.
Wenn der QR-Halbspiegel 18 von der optischen Achse zurückgezogen ist, weicht die Bilderzeugungslage in Richtung der optischen Achse um δ vom Abbildungselement 3 ab. Die Bilderzeugungslasge wird zur Ausgangslage des Abbildungselementes 3 hin korrigiert, indem das Planglas 9 relativ zur optischen Achse vertikal eingesetzt wird. Die Dicke des Korrekturglases 9 kann 1,77 mm betragen, was dem verwendeten planen QR-Halbspiegel entspricht.
Die Strahlengangteilungseinrichtung (QR-Halbspiegel 18), die keilförmig ist, wie dies in 5 gezeigt ist, kann in Form eines Halbspiegels relativ kostengünstig dadurch hergestellt werden, dass Materialien wie Glas umgeformt und mit einer Beschichtung versehen werden, um ihnen Reflexions-, Durchlässigkeits- und Filtereigenschaften zu verleihen (was gleichermaßen für den QR-Halbspiegel 2 der ersten Ausführungsform gilt).
Verschiedene Modifikationen (Einsetzwinkel des QR-Halbspiegels usw.), die für die erste Ausführungsform vorgeschlagen wurden, sind auch auf die zweite Ausführungsform anwendbar.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie vorstehend beschrieben, setzt die Erfindung eine Anordnung ein, die umfasst: eine Gruppe von Objektivlinsen, ein hinter der Gruppe angeordnetes und durch Zusammenwirken mit der Gruppe von Objektivlinsen eine Abbildungsoptik bildendes Abbildungselement, eine zurückziehbare Strahlengangteilungseinrichtung, die als Strahlengangteilungseinrichtung zwischen der Gruppe von Objektivlinsen und dem Abbildungselement angeordnet ist, eine Beobachtungsoptik zum Beobachten eines optischen Bildes, das außerhalb des Strahlengangs der Abbildungsoptik von der Strahlengangteilungseinrichtung geteilt wird und eine Einrichtung zur Korrektur der Abbildungslage, bei der, wenn die Strahlengangteilungseinrichtung von der optischen Achse der Abbildungsoptik zurückgezogen ist, ein optisches Element zur Korrektur einer Änderung der Bilderzeugungslage, die durch das Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung verursacht ist, zusammen mit dem Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung in die optische Achse der Abbildungsoptik eingesetzt wird. Die Abbildung kann daher ohne Lichtverlust kontinuierlich durchgeführt werden, und die Fokuslage des Abbildungselementes kann mittels einer Konfiguration korrigiert werden, die einfach und kostengünstig ist, da sie keine Rechenmittel oder Mittel zum Antreiben und Steuern des optischen Elementes benötigt.
Insbesondere ist das optische Element ein Planglas mit einer Dicke, die eine Änderung der Bilderzeugungslage in Richtung der optischen Achse korrigiert, die durch das Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung verursacht ist. Dadurch kann eine Abweichung der Fokuslage mit einer einfachen, kostengünstigen Vorrichtung mit einem einfachen optischen Element korrigiert werden.
Ebenso wird eine Konfiguration eingesetzt, bei der die Abbildungslage-Korrektureinrichtung das Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung und das Einsetzen des optischen Elementes mittels eines Führungshebelteils steuert, das die Strahlengangteilungseinrichtung an einem Ende und das optische Element an einem anderen Ende trägt. Eine solche Anordnung verwendet wenige Teile und ist daher einfach und kostengünstig, aber voll in der Lage, die Bilderzeugungslage zu korrigieren.
Zudem wird eine Konfiguration verwendet, bei der das Planglas senkrecht zur optischen Achse der Abbildungsoptik eingesetzt wird. Mit einer solchen Anordnung kann die korrigierende Wirkung auf Abbildungslicht aus einer beliebigen Richtung in gleichem Maße angewendet werden. Sie dient auch dazu, die Optimierung der Autofokussteuerungsbedingungen zu unterstützen, und verhindert eine Verschlechterung des erfassten Bildes.
Auch wird eine Konfiguration verwendet, bei der die lichtdurchlässige Fläche der Strahlengangteilungseinrichtung als Ebene ausgebildet ist, die gegenüber der reflektierenden Fläche der Strahlengangteilungseinrichtung geneigt ist, um eine Lageabweichung bei der Bilderzeugung in der die optische Mittelachse kreuzenden Richtung aufgrund der Abweichung der optischen Mittelachse in dem Abbildungselement, die entsteht, wenn die Strahlengangteilungseinrichtung eingesetzt bzw. zurückgezogen wird, zu korrigieren. Dies ermöglicht vorteilhafterweise nicht nur die Korrektur einer Abweichung der Bilderzeugungslage in Richtung der optischen Achse, sondern auch eine Bilderzeugungslageabweichung in der die optische Achse kreuzenden Richtung (Verschiebung der optischen Achse).
Die Strahlengangteilungseinrichtung ist ein Halbspiegel und kann mit relativ niedrigen Kosten hergestellt werden, indem Werkstoffe, wie Glas, umgeformt und beschichtet werden, um ihnen Reflexions-, Durchlässigkeits- und Filtereigenschaften zu verleihen.

Claims

Terrestrisches Teleskop mit einer Digitalkamera, umfassend: eine Gruppe von Objektivlinsen (1), ein Abbildungselement (3), das hinter der Gruppe von Objektivlinsen angeordnet ist und in Wirkverbindung mit der Gruppe von Objektivlinsen eine Abbildungsoptik bildet, eine zurückziehbare Strahlengangteilungseinrichtung (2), die als Strahlengangteilungs-einrichtung zwischen der Gruppe von Objektivlinsen und dem Abbildungselement angeordnet ist, eine Beobachtungsoptik (4, 5, 6, 7) zum Beobachten einer optischen Abbildung, die außerhalb des Strahlengangs der Abbildungsoptik von der Strahlengangteilungseinrichtung geteilt wird, und eine Einrichtung zur Korrektur der Abbildungslage, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Korrektur der Abbildungslage ein optisches Element (9) umfasst, dergestalt, dass beim Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung (2) von der optischen Achse der Abbildungsoptik das optische Element (9) in Verbindung mit dem Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung in die optische Achse der Abbildungsoptik eingesetzt wird, um eine Änderung der Bilderzeugungslage zu korrigieren, die durch das Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung verursacht ist.
Terrestrisches Teleskop mit einer Digitalkamera nach Anspruch 1, wobei das optische Element (9) ein Planglas mit einer Dicke ist, die eine durch das Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung verursachte Änderung der Bilderzeugungslage in Richtung der optischen Achse korrigiert.
Terrestrisches Teleskop mit einer Digitalkamera nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zur Korrektur der Abbildungslage das Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung und das Einsetzen des optischen Elementes mittels eines Führungshebelteils steuert, das an einem Ende die Strahlengangteilungseinrichtung und an einem anderen Ende das optische Element trägt.
Terrestrisches Teleskop mit einer Digitalkamera nach Anspruch 2, wobei das Planglas senkrecht zur optischen Achse der Abbildungsoptik eingesetzt wird.
Terrestrisches Teleskop mit einer Digitalkamera nach Anspruch 1, wobei die Lichtleitfläche der Strahlengangteilungseinrichtung als Ebene ausgebildet ist, die gegenüber der reflektierenden Fläche der Strahlengangteilungseinrichtung so geneigt ist, dass sie eine Lageabweichung bei der Bilderzeugung in der die mittlere optische Achse kreuzenden Richtung aufgrund der beim Einsetzen bzw. Zurückziehen der Strahlengangteilungseinrichtung entstehenden Abweichung der mittleren optischen Achse in dem abbildenden Element korrigiert.
Terrestrisches Teleskop mit einer Digitalkamera nach Anspruch 5, wobei die Strahlengangteilungseinrichtung ein Halbspiegel ist.