WO2010081461A1 - Parallelsichtiges, bildumkehrendes prismensystem - Google Patents

Parallelsichtiges, bildumkehrendes prismensystem Download PDF

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WO2010081461A1
WO2010081461A1 PCT/DE2010/000006 DE2010000006W WO2010081461A1 WO 2010081461 A1 WO2010081461 A1 WO 2010081461A1 DE 2010000006 W DE2010000006 W DE 2010000006W WO 2010081461 A1 WO2010081461 A1 WO 2010081461A1
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WO
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prism
prism system
beam splitter
reflection
roof
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PCT/DE2010/000006
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Sigrun Kammans
Winfried Arens
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Leica Camera AG
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms

Definitions

  • the invention relates to a prism system according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a prism system is known, for example, from DE-PS 518 143, where it is referred to as a parallel-sided inverted prism system in order to express that the optical axes of the imaging beams entering and exiting from the prism system in straight alignment can be offset parallel to each other.
  • Another name may be the statement straight-line.
  • the known prism system has only two adjacent to air, parallel beam passing surfaces and six mirror surfaces, which are arranged so that all reflections take place in a plane and are all totally reflecting.
  • the imaging rays enter the base surface of a
  • This known system has exclusively in the base areas of the prism system areas for coupling a visible measured value display on the one hand and a measuring beam in the infrared wavelength range on the other.
  • the surfaces used for the coupled and uncoupled beam paths correspond to a small aperture, so that only a small portion of the field of view is coupled in or out. It is impossible to decouple an optical path suitable for image recording with such an aperture or to effect an image recording of the entire image field.
  • the roof prism and the reflection prism are joined together on the gable surface of the roof prism so that the roof edge of the roof prism and an area of the surface of the reflection prism lying outside the joint area form a triangular open space.
  • the out-of-joint region of the surface of the reflection prism is usually fully mirrored to completely cover the imaging rays entering or exiting the base surface of the reflection prism within the prism forward.
  • the mirroring can be omitted if the inclination of this surface can be chosen so that it can be used for the incoming or outgoing at the base surface imaging beams in total reflection.
  • the joining of the two prisms can preferably be done by kitten, wringing or holding in a prismatic chair, wherein between the joining surfaces and a small air gap can be present.
  • FIGS. 1a, b, c The basic structure of the known prism systems is shown in FIGS. 1a, b, c.
  • the base surface of the reflection prism is associated with the lens side imaging beam path and the base surface of the roof prism the eyepiece imaging beam path.
  • Fig. 1 b the position of the two prisms in the imaging beam path is reversed.
  • Fig. 1c shows another form of the roof prism and the reflection prism with a plurality of mutually inclined reflecting surfaces.
  • Common to the known prism systems is that they are cemented to one another on the gable surface of the roof prism. This cemented surface of the roof prism in the prism systems according to Fig. 1 a, b may be formed as a beam splitter.
  • the regions of the base surfaces lying opposite this cemented surface can be used for coupling in a further beam path in the lens-side or ocular-side imaging beam path.
  • the usable aperture areas are small.
  • the invention therefore an object of the invention to provide a way of reflecting additional beam paths, which may preferably have a large aperture, the overall system remains compact and the known additional functions can be maintained.
  • Another object of the invention was to detect a large field of view in the decoupling of an additional beam path and thereby the imaging quality of the primary
  • the invention should be realized with a low component complexity and allow image acquisition of the observed field of view.
  • the invention is based on the knowledge of being able to use the region of the reflection prism outside of the joining region in many ways in addition to coupling or decoupling a further beam path, optical deflecting and / or imaging means being used in a space-saving manner in the existing open region of the prism system can be.
  • a pair of binoculars with the prism system according to the invention is particularly advantageous for optical communication.
  • optical communication for example, two binoculars each having an optical data receiving device and a data transmitting device must be equipped, which can be accommodated in the two telescope tubes.
  • the prism systems according to the invention are used, high powers of infrared light can be transmitted and received from one binocular to the other due to the large usable aperture and the large field of view.
  • such communication is often not possible, since the required for data transmission light output only with the help of a strong beam bundling or a coupling and coupling of Receive or transmit beams can be achieved on the eyepiece.
  • FIG. 2 shows a deflection system used on the lens side
  • a telescope with an objective 18 and an eyepiece 19 is shown.
  • the telescope contains a straight / parallel prism system 1 for image reversal of a visual observation beam 2.
  • An objective-side beam 10 is fed through the lens 18 to the system.
  • the lens-side beam 10 enters the reflection prism 7 perpendicularly through a base surface 9 of a reflection prism 7.
  • the base surface 9 can be provided with an optimized transmission layer for optimum transmission of the spectral range of the incoming beam path 10.
  • the lens-side beam 10, after entering the reflection prism 7, strikes a reflection surface 11 inclined obliquely to the base surface 9. This beam is mirrored in the known systems.
  • the object-side beam 10 reflected in this way on the surface area 11 is at an angle of total reflection at the base surface 9 and perpendicular to the base surface 9
  • Reflected surface 8 totally reflected and passes through the surface area 6, the cemented surface with which the gable surface 6 of the roof prism 3 is adoptedkittet on the reflection prism 7.
  • the entering in this way in the roof prism 3 beam 10 is reflected at an angle of total reflection at the base surface 4 of the roof prism 3.
  • the beam 10 strikes the roof edge 5.
  • the angle of the roof edge 5 to the base surface 4 is selected such that the beam 10 strikes the base surface 4 perpendicularly and then is fed to the eyepiece 19 as an observation beam 2.
  • the roof edge 5 can advantageously be tempered with a phase correction layer so that no phase jump of the pupil halves reflected at the roof edge is visible.
  • the base surface 4 may be tempered to further improve the transmission at the exit of the observation beam 2 with an optimized for the spectrum of the observation beam 2 transmission layer.
  • the prism system 1 is arranged so that the lens-side beam 10 first strikes the roof edge 5.
  • the beam path is as described in Fig. 1a, which is why the reference numerals are used in the same manner as in Fig. 1a.
  • the prism system according to FIG. 1c differs from the preceding one according to FIG. 1b only in that the objectively entering beam 10 is totally reflected on a roof surface inclined to the base surface 4 after being reflected on the roof edge 5, before it passes through the gable surface 6 of the gluing surface 6 Roof prism 3 enters the reflection prism 7 and emerges after two total reflection and a reflection as observation beam 2.
  • This prism system can also be used in an analogous orientation as in FIG. 1a (FIG. FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the development of the known prism system according to the invention.
  • a triangular prism 13 for deflecting the surface area 11 after its formation as a beam splitter 11 'penetrating beams 12 is inserted from the prism system 1 out.
  • the base surface 14 of the triangular prism 13 is spaced from the surface area 11, 11 '.
  • the base surface 14 may additionally be tempered with a filter layer improving the transmission.
  • Surface area 11 is for the decoupling of the further beam path 12 according to the invention as a beam splitter 11 'formed with a transmissive to the spectral range of the other beam path 12 coating.
  • the coating is reflective for the beam 10.
  • the angle between the roof surface 15 and the base surface 14 of the triangular prism 13 is selected so that the beam path 12 from the roof surface 15 impinges on the base surface 14 of the triangular prism 13 and then below the critical angle of total reflection at the base surface 14 in the direction of the second roof surface 16th is reflected.
  • the angles of the roof surfaces 15, 16 are selected such that the further beam path 12 preferably emerges vertically from the roof surface 16 and is fed to a lens system 17.
  • an infrared receiver 20 is arranged in the imaging plane of the lens system 17. Since the optical beam path for the same wavelengths is also reversible, of course, instead of the infrared receiver 20, an infrared transmitter not shown in the imaging plane of the lens system 17 may be arranged.
  • the beam path 12 emitted by an infrared transmitter 20 then enters a lens system 17 optimized for imaging in the spectral range of the infrared transmitter 20 in order to enter the roof surface 16 of the triangular prism 13 preferably perpendicularly after leaving the lens system 17.
  • the roof surface 16 may have an optical filter coating optimized to the wavelength of the infrared receiver 20 or transmitter.
  • Filter layer on one of the prism or imaging surfaces for the IR range serves both eye safety and noise suppression in a signal transmission over the IR beam.
  • Light emitter, light receiver, CCD or CMOS image sensor can advantageously for easy
  • Fig. 3 shows a further embodiment in which a triangular prism 13 spaced from the reflection and beam splitter surface 11, 11 'of the eyepiece-side arranged reflection prism 7 is provided.
  • a display on a display 20 is adapted to the spectral range of the display representation in transmission and to the spectral range of the observation beams 2 in reflection.
  • a beam splitter adapted to two different spectral ranges is commonly referred to as dichroic. Also in this embodiment, a small air gap between the base surface 14 of the triangular prism 13 and the beam splitter surface 11 'is required, since the base surface 14 is used both in total reflection and in transmission for the coupled further beam path 12. Contact with the beam splitter surface 11 ' would interfere with the total reflection at this point and premature
  • the beam splitter 11 may be formed as a neutral divider with a suitable reflection / transmission ratio.
  • a mechanically operable diaphragm can be inserted into the beam 10, which allows an alternating observation of the likewise switchable display display and the real field of view.
  • FIGS. 4 to 8 Arrangements of different deflection systems in the open area of the prism system 1 between the non-cemented gable surface of the reflection prism 7 and the roof edge 5 of the roof prism 3 are shown in detail in FIGS. 4 to 8, wherein the deflection systems do not interact with the reflection / beam splitter surface 11, 11 'are cemented. The imaging / observation beams are not shown further.
  • the triangular prism 13 is arranged with its base surface 14 parallel and spaced from the reflection / beam splitter surface 11, 11 ', as already described for Fig. 2.
  • the base surface 14 is suitable in this way for a total reflection of the decoupled or to be coupled in another beam path 12.
  • the base surface 14 is additionally provided with a filter layer optimizing the transmission of the beam path to be coupled in or out, it is advantageous to provide a small wedge angle between the base surface 14 of the triangular prism 13 and the surface region 11, 11 '. In this way, it is otherwise possible to effectively prevent interference occurring between the coating on the reflection / beam splitter surface 11, 11 'and the coating on the base surface 14 of the triangular prism 13.
  • the triangular prism 13 can also be cemented to the beam splitter surface 11 '.
  • a diffractive optical element 21 (DOE) or a GRIN element (gradient index lens) is cemented onto the beam exit surface of the triangular prism 13.
  • DOE diffractive optical element
  • GRIN element gradient index lens
  • the deflection system has a free-shaped reflecting surface 22, which has imaging function, so that can be dispensed with a further optical imaging system or this can be designed as a considerably simplified system.
  • FIG. 8 shows a deflection system which is designed as a freely shaped mirror surface 23.
  • several such mirror surfaces can be provided behind one another for beam shaping and beam imaging.
  • free formed surfaces both spherically and aspherically shaped surfaces on elements of the
  • the surfaces may be inner reflection surfaces or jet exit surfaces.
  • FIG. 10 shows an arrangement with which a display shown on a display 20 can be coupled into the eyepiece observation beam path via the reflection / beam splitter surface 11, 11 '.
  • FIG. 11 shows a further arrangement with which a display on a display 20 can be coupled directly into the eyepiece observation beam path.

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Abstract

Ein parallelsichtiges, bildumkehrendes Prismensystem (1) mit zwei zueinander parallelen Basisflächen (4; 9) für einen senkrechten Strahlendurchtritt, wobei eine dieser Basisflächen (4; 9) einem okularseitigen Abbildungsstrahlengang und die andere dieser Basisflächen einem objektivseitigen Abbildungsstrahlengang eines Teleskops zugeordnet ist, und wobei das Prismensystem (1) aus zwei Reflexionsprismen (3; 7) mit jeweils einer zur Basisfläche (4; 9) schräg gestellten Giebelfläche (6) besteht, eines dieser Reflexionsprismen (3) eine ebenfalls zur Basisfläche (9) geneigte Dachkante (5) aufweist und die Reflexionsprismen (3; 7) an den ebenen Giebelflächen (6) derart zusammengefügt sind, dass die Dachkante (5) und der außerhalb des Fügebereichs liegende Bereich der Giebelfläche (6) des anderen Reflexionsprismas (7) einen dreieckförmigen offenen Raum bilden, zeichnet sich dadurch aus, dass die in dem offenen Raum liegende ebene Reflexionsfläche (11) als Strahlenteiler (11') ausgebildet ist.

Description

Parallelsichtiges, bildumkehrendes Prismensystem
Die Erfindung betrifft ein Prismensystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solches Prismensystem ist beispielsweise aus DE-PS 518 143 bekannt und wird dort als parallelsichtiges Umkehrprismensystem bezeichnet, um zum Ausdruck zu bringen, dass die in Geradeausrichtung in das Prismensystem eintretenden und aus diesem austretenden optischen Achsen der Abbildungsstrahlenbündel parallel zueinander versetzt sein können. Eine andere Bezeichnung kann die Angabe geradsichtig sein.
Das bekannte Prismensystem weist nur zwei an Luft grenzende, zueinander parallele Strahlendurchtrittsflächen und sechs Spiegelflächen auf, die so angeordnet sind, dass sämtliche Spiegelungen in einer Ebene erfolgen und sämtlich totalreflektierend sind. Die Abbildungsstrahlen treten in die Basisfläche eines
Dachkantprismas ein und an einer dazu parallelen Basisfläche eines Reflexionsprismas aus. Solche Prismensysteme werden üblicherweise in afokale optische Abbildungssysteme, wie z.B. bei Fernrohren eingesetzt. DE 199 33 172 C1 beschreibt ein Prismensystem zur Bildumkehr in einem visuellen Beobachtungsstrahlengang, das aus einem Dachkantprisma mit zur Basisfläche geneigter Dachkante und einer zur Basisfläche schräg gestellten Giebelfläche besteht, an die ein Reflexionsprisma angefügt ist, wobei dieses Reflexionsprisma eine zur Basisfläche des Dachkantprismas parallele Strahlendurchtrittsfläche aufweist, wobei die Giebelfläche des Dachkantprismas als Strahlenteiler ausgebildet ist und die Basisfläche des Dachkantprismas und die Strahlendurchtrittsfläche des Reflexionsprismas geometrisch voneinander getrennte Bereiche zum Durchtritt der Beobachtungsstrahlen und für einen weiteren Strahlengang zur Einspiegelung einer Meßwertanzeige in den ausgangsseitigen Beobachtungsstrahlengang oder eines Entfernungsmeßstrahlenganges in den eingangsseitigen Beobachtungsstrahlengang aufweisen.
Dieses bekannte System weist ausschließlich in den Basisflächen des Prismensystems Bereiche zum Einkoppeln einer sichtbaren Meßwertanzeige einerseits und eines Meßstrahlenbündels im infraroten Wellenlängenbereich andererseits auf. Die für die ein- und ausgekoppelten Strahlengänge benutzten Flächen entsprechen einer geringen Apertur, so dass nur ein kleiner Bereich des Sehfeldes aus- bzw. eingekoppelt wird. Es ist ausgeschlossen, mit einer solchen Apertur einen für eine Bildaufnahme geeigneten Strahlengang auszukoppeln oder eine Bildaufnahme des gesamten Bildfeldes zu bewirken.
In einer Ausführungsform der beiden bekannten Prismensysteme sind das Dachkantprisma und das Reflexionsprisma an der Giebelfläche des Dachkantprismas derart zusammengefügt, dass die Dachkante des Dachkantprismas und ein außerhalb des Fügebereichs liegender Bereich der Fläche des Reflexionsprismas einen dreieckförmigen offenen Raum bilden. Der außerhalb des Fügebereichs liegende Bereich der Fläche des Reflexionsprismas ist üblicherweise voll verspiegelt, um die an der Basisfläche des Reflexionsprismas ein- oder austretenden Abbildungsstrahlen vollständig innerhalb des Prismas weiterzuleiten. Auf die Verspiegelung kann verzichtet werden, wenn die Neigung dieser Fläche so gewählt werden kann, dass sie für die an der Basisfläche ein- oder austretenden Abbildungsstrahlen in Totalreflexion genutzt werden kann. Das Zusammenfügen der beiden Prismen kann vorzugsweise durch Kitten, Ansprengen oder Halten in einem Prismenstuhl erfolgen, wobei zwischen den Fügeflächen auch ein geringer Luftspalt vorhanden sein kann.
Der grundsätzliche Aufbau der bekannten Prismensysteme ist in den Figuren 1a, b, c dargestellt. In Fig. 1a ist die Basisfläche des Reflexionsprismas dem objektivseitigen Abbildungsstrahlengang zugeordnet und die Basisfläche des Dachkantprismas dem okularseitigen Abbildungsstrahlengang. In Fig. 1 b ist die Lage der beiden Prismen im Abbildungsstrahlengang vertauscht. Fig. 1c zeigt eine andere Form des Dachkantprismas und des Reflexionsprismas mit mehreren zueinander geneigten Reflexionsflächen. Den bekannten Prismensystemen gemeinsam ist, dass sie an der Giebelfläche des Dachkantprismas miteinander verkittet sind. Diese Kittfläche des Dachkantprismas bei den Prismensystemen nach Fig. 1 a, b kann als Strahlenteiler ausgebildet sein. Die dieser Kittfläche gegenüber liegenden Bereiche der Basisflächen können zum Einkoppeln eines weiteren Strahlenganges in den objektivseitigen oder okularseitigen Abbildungsstrahlengang genutzt werden. Die dafür nutzbaren Aperturbereiche sind gering. Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit der Einspiegelung zusätzlicher Strahlengänge zu schaffen, die vorzugsweise eine große Apertur aufweisen können, wobei das Gesamtsystem kompakt bleibt und die bekannten Zusatzfunktionen beibehalten werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung lag darin, ein großes Sehfeld bei der Auskopplung eines zusätzlichen Strahlenganges zu erfassen und dabei die Abbildungsqualität des primären
Beobachtungsstrahlenganges nicht oder nur gering zu beeinflussen. Die Erfindung soll sich mit einem geringen Bauteileaufwand realisieren lassen und eine Bildaufnahme des beobachteten Sehfeldes ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einem Prismensystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, den außerhalb des Fügebereichs liegenden Bereich des Reflexionsprismas in vielfältiger Weise zusätzlich zur Ein- oder Auskopplung eines weiteren Strahlenganges nutzen zu können, wobei in den vorhandeneh offenen Bereich des Prismensystems in platzsparender Weise optische Umlenk- und/oder Abbildungsmittel eingesetzt werden können.
Ein Fernglas mit dem erfindungsgemäßen Prismensystem ist besonders vorteilhaft zur optischen Kommunikation geeignet. Bei der optischen Kommunikation müssen z.B. zwei Ferngläser mit je einer optischen Datenempfangseinrichtung und einer Datensendeeinrichtung ausgestattet sein, die in den beiden Fernrohrtuben untergebracht sein können. Werden die erfindungsgemäßen Prismensysteme verwendet, lassen sich aufgrund der großen nutzbaren Apertur und des großen Sehfeldes hohe Leistungen an infrarotem Licht von einem Fernglas zum anderen übertragen und empfangen. Bei bekannten Systemen ist eine solche Kommunikation oftmals nicht möglich, da die zur Datenübertragung erforderlichen Lichtleistungen nur mit Hilfe einer starken Strahlbündelung oder einer Aus- und Einkopplung der Empfangs- bzw. Sendestrahlen am Okular erzielt werden können. Bei der Strahlbündelung müssen die Sendestrahlen des einen Fernglases exakt auf das Sehfeld der Empfangsoptik des anderen Fernglases gerichtet sein, was einen erhöhten Aufwand bei der Zielausrichtung bedeutet und störanfällig ist. Gebündelte Strahlen stellen außerdem ein Problem bei der Augensicherheit dar.
Aufgrund der erfindungsgemäß großen nutzbaren Apertur und des großen Sehfeldes eignet sich ein binokulares Fernglas oder monokulares Fernrohr (Teleskop) beim Einsatz des Prismensystems auch zur gleichzeitigen Abbildung des gesamten beobachteten
Sehfeldes auf einen Bildaufnahmesensor oder auf einem Display am Fernglas.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert, wobei die Figuren schematisch beispielhafte Ausführungsformen darstellen. Dabei zeigen
Fig.1a,b,c,d bekannte Prismensysteme,
Fig.2 ein objektivseitig eingesetztes Umlenksystem,
Fig.3 ein okularseitig eingesetztes Umlenksystem,
Fig.4-8 verschiedene Formen von in den offenen Raum eingesetzten Umlenksystemen,
Fig.9 die Auskopplung über ein diffraktives optisches Element
(DOE),
Fig.10 ein System zur Einkopplung eines weiteren
Strahlenganges in den im Prismensystem reflektierten Strahlengang und
Fig.11 ein System zur Einkopplung eines weiteren
Strahlenganges in das Okular. In Fig. 1 ist ein Teleskop mit einem Objektiv 18 und einem Okular 19 dargestellt. Das Teleskop enthält ein geradsichtiges / parallelsichtiges Prismensystem 1 zur Bildumkehr eines visuellen Beobachtungsstrahlenganges 2. Ein objektivseitiger Strahl 10 wird durch das Objektiv 18 dem System zugeführt. Der objektivseitige Strahl 10 tritt senkrecht durch eine Basisfläche 9 eines Reflexionsprismas 7 in das Reflexionsprisma 7 ein. Die Basisfläche 9 kann zur optimalen Transmission des Spektralbereichs des eintretenden Strahlenganges 10 mit einer optimierten Transmissions-Schicht versehen sein. Der objektivseitige Strahl 10 trifft nach Eintritt in das Reflexionsprisma 7 auf eine zur Basisfläche 9 schräg gestellte Reflexionsfläche 11. Diese ist in den bekannten Systemen verspiegelt.
Der auf diese Weise an dem Flächenbereich 11 reflektierte objektivseitige Strahl 10 wird unter einem Winkel der Totalreflexion an der Basisfläche 9 und einer zur Basisfläche 9 senkrecht stehenden
Reflexionsfläche 8 totalreflektiert und durchtritt im Flächenbereich 6 die Kittfläche, mit der die Giebelfläche 6 des Dachkantprismas 3 auf das Reflexionsprisma 7 aufgekittet ist. Der auf diese Weise in das Dachkantprisma 3 eintretende Strahl 10 wird unter einem Winkel der Totalreflexion an der Basisfläche 4 des Dachkantprismas 3 reflektiert. Nach der Totalreflexion an der Basisfläche 4 trifft der Strahl 10 auf die Dachkante 5. Der Winkel der Dachkante 5 zur Basisfläche 4 ist so gewählt, dass der Strahl 10 senkrecht auf die Basisfläche 4 trifft und anschließend als Beobachtungsstrahl 2 dem Okular 19 zugeführt wird. Die Dachkante 5 kann vorteilhaft mit einer Phasenkorrekturschicht vergütet sein, damit kein Phasensprung der an der Dachkante reflektierten Pupillenhälften sichtbar wird. Die Basisfläche 4 kann zur weiteren Verbesserung der Transmission beim Austritt des Beobachtungsstrahls 2 mit einer für das Spektrum des Beobachtungsstrahls 2 optimierten Transmissionsschicht vergütet sein. Bei der Anordnung nach Fig.1b ist das Prismensystem 1 so angeordnet, dass der objektivseitige Strahl 10 zunächst auf die Dachkante 5 trifft. Im übrigen ist der Strahlenverlauf wie in Fig. 1a beschrieben, weshalb die Bezugszeichen in derselben Weise verwendet werden wie in Fig. 1a.
Das Prismensystem nach Fig. 1c unterscheidet sich von dem vorhergehenden nach Fig. 1b lediglich dadurch, dass der objektivseitig eintretende Strahl 10 nach Reflexion an der Dachkante 5 an einer zur Basisfläche 4 schrägestellten Fläche totalreflektiert wird, bevor er durch die als Kittfläche dienende Giebelfläche 6 des Dachkantprismas 3 in das Reflexionsprisma 7 eintritt und nach zweimaliger Totalreflexion sowie einer Spiegelung als Beobachtungsstrahl 2 austritt. Auch dieses Prismensystem kann in analoger Ausrichtung wie in Fig.1a eingesetzt werden (Fig.id). Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Weiterbildung des bekannten Prismensystems.
In den offenen Raum zwischen Dachkante 5 und Flächenbereich 11 des Reflexionsprismas 7 ist ein Dreieckprisma 13 zur Umlenkung der den Flächenbereich 11 nach seiner Ausbildung als Strahlteiler 11 ' durchdringenden Strahlen 12 aus dem Prismensystem 1 heraus eingefügt. Die Basisfläche 14 des Dreieckprismas 13 ist beabstandet zum Flächenbereich 11 , 11' angeordnet. Für eine optimierte Einkopplung des weiteren Strahlengangs 12 in die Basisfläche 14 des Dreieckprismas 13 kann die Basisfläche 14 zusätzlich mit einer die Transmission verbessernden Filterschicht vergütet sein. Der
Flächenbereich 11 ist zur Auskopplung des weiteren Strahlengangs 12 erfindungsgemäß als Strahlenteiler 11' mit einer für den Spektralbereich des weiteren Strahlengangs 12 transmittierenden Beschichtung ausgebildet. Die Beschichtung wirkt für den Strahl 10 reflektierend. Nachdem der weitere Strahlengang 12 in die Basisfläche 14 des Dreieckprismas 13 eingekoppelt ist, wird er an einer verspiegelten Dachfläche 15 reflektiert. Der Winkel zwischen der Dachfläche 15 und der Basisfläche 14 des Dreieckprismas 13 ist so gewählt, dass der Strahlengang 12 von der Dachfläche 15 auf die Basisfläche 14 des Dreieckprismas 13 auftrifft und anschließend unter dem Grenzwinkel der Totalreflexion an der Basisfläche 14 in Richtung der zweiten Dachfläche 16 reflektiert wird. Wegen der notwendigen Reflexion an der Basisfläche 14 darf diese nicht im Kontakt mit der Strahlenteilerfläche 11' stehen. Die Winkel der Dachflächen 15, 16 sind so gewählt, dass der weitere Strahlengang 12 vorzugsweise senkrecht aus der Dachfläche 16 austritt und einem Linsensystem 17 zugeführt wird. In der Abbildungsebene des Linsensystems 17 ist ein Infrarotempfänger 20 angeordnet. Da der optische Strahlengang für gleiche Wellenlängen auch umkehrbar ist, kann selbstverständlich auch anstelle des Infrarotempfängers 20 ein nicht weiter dargestellter Infrarotsender in der Abbildungsebene des Linsensystems 17 angeordnet sein. Der von einem Infrarotsender 20 emittierte Strahlengang 12 tritt dann in ein auf den Spektralbereich des Infrarotsenders 20 zur Abbildung optimiertes Linsensystem 17 ein, um nach Verlassen des Linsensystems 17 an der Dachfläche 16 des Dreieckprismas 13 vorzugsweise senkrecht in dieses einzutreten. Die Dachfläche 16 kann zur optimalen Transmission eine auf die Wellenlänge des Infrarotempfängers 20 oder -senders optimierte optische Filterbeschichtung aufweisen. Die zusätzliche
Filterschicht auf einer der Prismen- oder Abbildungsflächen für den IR- Bereich dient sowohl der Augensicherheit als auch einer Rauschunterdrückung bei einer Signalübertragung über das IR- Strahlenbündel. Bei entsprechender Anpassung des Linsensystems 17 ist es ebenfalls möglich, in vorteilhafter Weise einen CCD oder CMOS Bildaufnahmesensor in der Abbildungsebene des Linsensystems 17 anzuordnen. Lichtsender, Lichtempfänger, CCD oder CMOS Bildaufnahmesensor können in vorteilhafter Weise zur einfachen
Justage des Gesamtsystems auf das Linsensystem 17 aufgekittet sein. Zur Bildaufnahme ist es zweckmäßig, den Strahlenteiler 11' als Neutralteiler mit z.B. einer Reflexion von 70 % und einer Transmission von 30 % der Intensität des eintretenden Strahls 10 auszubilden. Fig. 3 zeigt ein weiters Ausführungsbeispiel, bei dem ein Dreieckprisma 13 beabstandet zur Reflexions- und Strahlenteilerfläche 11 , 11' des okularseitig angeordneten Reflexionsprismas 7 vorgesehen ist. In diesem Fall ist es möglich, eine Anzeige auf einem Display 20 als weiteren Strahlengang 12 in den okularseitigen Beobachtungsstrahlengang 2 einzukoppeln. Der Strahlenteiler 11 ' ist an den Spektralbereich der Displaydarstellung in Transmission und an den Spektralbereich der Beobachtungsstrahlen 2 in Reflexion angepasst. Ein an zwei verschiedene Spektralbereiche angepasster Strahlenteiler wird üblicherweise als dichroitisch bezeichnet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist ein geringer Luftspalt zwischen der Basisfläche 14 des Dreieckprismas 13 und der Strahlenteilerfläche 11' erforderlich, da die Basisfläche 14 sowohl in Totalreflexion als auch in Transmission für den eingekoppelten weiteren Strahlengang 12 genutzt wird. Ein Kontakt mit der Strahlenteilerfläche 11' würde die Totalreflexion an dieser Stelle stören und zu einem vorzeitigen
Übergang des weiteren Strahlenganges 12 in das Reflexionsprisma 7 zur Folge haben.
Selbstverständlich ist es auch möglich, eine breitbandige Display- Darstellung in den okularseitigen Beobachtungsstrahlengang einzukoppeln. Dazu kann der Strahlenteiler 11' als Neutralteiler mit einem passenden Reflexions-/Transmissions-Verhältnis ausgebildet sein. Dabei kann in den Strahl 10 eine mechanisch betätigbare Blende eingefügt sein, die eine abwechselnde Beobachtung der ebenfalls schaltbaren Displayanzeige und des realen Sehfeldes ermöglicht.
In den weiteren Figuren 4 bis 8 sind im Detail Anordnungen verschiedener Umlenksysteme in dem offenen Bereich des Prismensystems 1 zwischen der nicht verkitteten Giebelfläche des Reflexionsprismas 7 und der Dachkante 5 des Dachkantprismas 3 dargestellt, wobei die Umlenksysteme nicht mit der Reflexions- /Strahlteilerfläche 11 , 11' verkittet sind. Die Abbildungs- /Beobachtungsstrahlen sind nicht weiter dargestellt.
In Fig. 4 ist das Dreieckprisma 13 mit seiner Basisfläche 14 parallel und beabstandet zur Reflexions-/Strahlteilerfläche 11 , 11' angeordnet, wie bereits zu Fig. 2 beschrieben. Die Basisfläche 14 ist auf diese Weise für eine Totalreflexion des ausgekoppelten bzw. einzukoppelnden weiteren Strahlenganges 12 geeignet.
Wenn die Basisfläche 14 zusätzlich mit einer die Transmission des einzukoppelnden bzw. auszukoppelnden Strahlenganges optimierenden Filterschicht versehen wird, ist es vorteilhaft, zwischen der Basisfläche 14 des Dreieckprismas 13 und dem Flächenbereich 11 , 11' einen kleinen Keilwinkel vorzusehen. Auf diese Weise lassen sich ansonsten zwischen der Beschichtung auf der Reflexions- /Strahlenteilerfläche 11, 11 ' und der Beschichtung auf der Basisfläche 14 des Dreieckprismas 13 auftretende Interferenzen wirksam verhindern.
Fig. 5 zeigt eine Umlenkanordnung, die mit einer einzigen Reflexion im Dreieckprisma 13 auskommt. In diesem Fall kann das Dreieckprisma 13 auch mit der Strahlenteilerfläche 11' verkittet sein. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Umlenksystem ist anstelle einer Linsenoptik 17 auf die Strahlenaustrittsfläche des Dreieckprismas 13 ein diffraktives optisches Element 21 (DOE) oder ein GRIN-Element (Gradienten-Index-Linse) aufgekittet. Das Umlenksystem kann auf diese Weise weiter miniaturisiert und bei Bedarf auch auf die Strahlenteilerfläche 11' aufgekittet werden.
In Fig. 7 besitzt das Umlenksystem eine frei geformte Reflexionsfläche 22, die abbildende Funktion hat, so dass auf ein weiteres optisches Abbildungssystem verzichtet werden kann oder dieses als erheblich vereinfachtes System ausgebildet werden kann.
Fig. 8 zeigt ein Umlenksystem, das als frei geformte Spiegelfläche 23 ausgebildet ist. Selbstverständlich können auch mehrere solcher Spiegelflächen hintereinander zur Strahlformung und Strahlabbildung vorgesehen sein. Unter frei geformten Flächen sollen sowohl sphärisch als auch asphärisch geformte Flächen an Elementen des
Umlenksystems verstanden werden. Die Flächen können innere Reflexionsflächen oder auch Strahl-Austrittsflächen sein.
Fig. 9 zeigt die Auskopplung eines weiteren Strahlenganges aus der Strahlteilerfläche 11 ' heraus über ein diffraktives optisches Element (DOE) oder eine GRIN-Linse 21 , die auch auf die Strahlenteilerfläche 11' aufgekittet sein können.
Fig. 10 zeigt eine Anordnung, mit der eine auf einem Display 20 dargestellt Anzeige über die Reflexions-/Strahlteilerfläche 11 , 11' in den okularseitigen Beobachtungsstrahlengang eingekoppelt werden kann. Fig. 11 zeigt eine weitere Anordnung, mit der eine Anzeige auf einem Display 20 direkt in den okularseitigen Beobachtungsstrahlengang eingekoppelt werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Prismensystem
2 Okularseitiger Beobachtungsstrahl
3 Dachkantprisma
4 Basisfläche des Dachkantprismas
5 Dachkante
6 Giebelfläche
7 Reflexionsprisma
8 Reflexionsfläche
9 Basisfläche des Reflexionsprismas
10 Objektivseitiger Strahl
11 Reflexionsfläche
11' Strahlteiler
12 weiterer Strahlengang
13 Dreieckprisma
14 Basisfläche Dreieckprisma
15,16 Dachflächen
17 Linsensystem
18 Objektiv
19 Okular
20 Infrarotempfänger, -sender, LED, Display, CCD, CMOS
Bildaufnehmer
21 DOE oder GRIN-Linse
22 frei geformte Reflexionsfläche
23 frei geformte Spiegelfläche

Claims

Patentansprüche
1) Parallelsichtiges, bildumkehrendes Prismensystem (1 ) mit zwei zueinander parallelen Basisflächen (4;9) für einen senkrechten Strahlendurchtritt, wobei eine dieser Basisflächen (4;9) einem okularseitigen Abbildungsstrahlengang und die andere dieser Basisflächen einem objektivseitigen Abbildungsstrahlengang eines Teleskops zugeordnet ist, und wobei das Prismensystem (1) aus zwei Reflexionsprismen (3;7) mit jeweils einer zur Basisfläche (4;9) schräg gestellten Giebelfläche (6) besteht, eines dieser Reflexionsprismen (3) eine ebenfalls zur Basisfläche (9) geneigte Dachkante (5) aufweist und die Reflexionsprismen (3;7) an den ebenen Giebelflächen (6) derart zusammengefügt sind, dass die Dachkante (5) und der außerhalb des Fügebereichs liegende Bereich der Giebelfläche (6) des anderen
Reflexionsprismas (7) einen dreieckförmigen offenen Raum bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem offenen Raum liegende ebene Reflexionsfläche (11 ) als Strahlenteiler (11 ') ausgebildet ist. 2) Prismensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlenteiler (11') breitbandig teildurchlässig ist. 3) Prismensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein dichroitischer Strahlenteiler (11') vorgesehen ist. 4) Prismensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein polarisationsoptischer Strahlenteiler (11') vorgesehen ist.
5) Prismensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlenteiler (11') zur Ein- oder Auskopplung eines Teiles des Abbildungsstrahlenganges (10) des Teleskops und/oder eines zusätzlichen weiteren Strahlenganges (12) ausgebildet ist.
6) Prismensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlenteiler (11') mit für den Spektralbereich der Abbildungsstrahlen (10) des Teleskops reflektierender und für den Spektralbereich des weiteren Strahlenganges (12) transmittierender Beschichtung ausgebildet ist.
7) Prismensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlenteiler (11 ') als dichroitischer Teiler mit guter Reflexion im sichtbaren Spektralbereich und guter Transmission im infraroten Spektralbereich ausgebildet ist.
8) Prismensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlenteiler (11 ') mit einer für den sichtbaren Spektralbereich der Abbildungsstrahlen (10) des Teleskops teildurchlässigen Beschichtung ausgebildet ist. 9) Prismensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlenteiler (11') die Energie der Abbildungsstrahlen (10) zu einem größeren Anteil reflektiert, z.B. 70 % reflektiert und 30 % transmittiert. 10) Prismensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das eine Reflexionsprisma (7) ein Rechteckprisma ist.
11) Prismensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den offenen Raum zwischen Dachkante (5) und Fläche des Strahlenteilers (11') ein Umlenksystem zur Umlenkung der den Strahlenteiler (11') durchdringenden Strahlen aus dem Prismensystem (1) heraus oder in dieses hinein eingefügt ist. 12) Prismensystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenksystem als Dreieckprisma (13) mit einer Basisfläche (14) und daran unter einem spitzen Winkel angrenzenden Dachflächen (15,16) ausgebildet ist. 13) Prismensystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisfläche (14) des Dreieckprismas (13) parallel und beabstandet zum Strahlenteiler (11 ') angeordnet ist. 14)Prismensystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die der Dachkante (5) im offenen Raum benachbarte Dachfläche (15) des Dreieckprismas (13) verspiegelt ist. 15) Prismensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der verspiegelten Dachfläche (15) gegenüber der Basisfläche (14) so gewählt ist, dass die die Basisfläche (14) durchdringenden und an der Dachfläche (15) reflektierten Strahlen auf die Basisfläche (14) unter dem Grenzwinkel der Totalreflexion auftreffen. 16) Prismensystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der weiteren Dachfläche (16) des Dreieckprismas (13) gegenüber der Basisfläche (14) so gewählt ist, dass die optische Achse eines an der Basisfläche (14) totalreflektierten Strahlenbündels senkrecht durch diese Dachfläche (16) hindurchtritt.
17) Prismensystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der weiteren Dachfläche (16) ein die austretenden Strahlenbündel abbildendes optisches System (17) nachgeordnet ist. 18) Prismensystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (17) ein Linsensystem ist und/oder aus GRIN-Linsen und/oder diffraktiven Elementen (DOE) besteht. 19) Prismensystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenksystem aus frei geformten Spiegelflächen (23) besteht.
20) Prismensystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenksystem als Prisma mit einer ebenen Basisfläche und mindestens einer frei geformten Fläche (22) ausgebildet ist.
21)Prismensystem nach Anspruch 17 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass dem optisch abbildenden System in der Bildebene eine LED, ein Bildaufnahmechip, ein Display oder eine Photodiode nachgeschaltet sind. 22) Prismensystem nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die LED oder der Bildaufnahmechip mit dem optisch abbildenden System (17) verkittet sind.
23) Prismensystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenksystem auf den Strahlenteiler (11 ') aufgekittet ist.
24) Prismensystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenksystem unter einem Keilwinkel gegenüber dem Strahlenteiler (11') beabstandet angeordnet ist.
25) Prismensystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreieckprisma (13) so in den offenen Bereich eingefügt ist, dass eine der Dachflächen (15) die Strahleneintrittsfläche, die andere Dachfläche (16) eine Reflexionsfläche und die Basisfläche (14) die Strahlenaustrittsfläche ist. 6) Prismensystem nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenksystem aus einer GRIN-Linse oder einem DEO (21) besteht.
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