DE2644341A1

DE2644341A1 - Verfahren und anordnungen zur automatischen verwirklichung des koehler'schen beleuchtungsprinzipes

Info

Publication number: DE2644341A1
Application number: DE19762644341
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Stankewitz
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Leica Microsystems Holdings GmbH
Priority date: 1976-10-01
Filing date: 1976-10-01
Publication date: 1978-04-06
Also published as: JPS5344040A; FR2366590A1; AT377860B; FR2366590B1; JPH0143293B2; ATA700177A; GB1541387A; DE2644341C2; US4163150A

Description

■Zrr.st Leitz Wetzlar GmbH

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Verfahren und Anordnungen zur automatischen Verwirklichung des Köhler'sehen Beleuchtungsprinzipes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Verwirklichung des Köhler'sehen Beleuchtungsprinzipes bei Mikroskopen mit variabler Vergrößerung und einem Beleuchtungssystem sowie Anordnungen zur Durchführung diesee Verfahrene.

Bei der Entstehung eines mikroskopischen Bildes bestimmen Apertur und Korrektion der abbildenden Optik das Auflösungsvermögen und den Kontrast. Erreicht werden die Grenzwerte höchster Auflösung und besten Kontrastes aber nur alt einem optimal angepaßten und richtig eingestellten Beleuchtungssystem. D.h., es ist eine Objektbeleuchtung erforderlich, welche das vom jeweils verwendeten Objektiv erfaßte Gesichtsfeld vollständig und auch gleichmäßig ausleuchtet, und das mit einer Apertur, die vom Ob- jektiv noch aufgenommen werden kann.

Am einfachsten wird eine solche Beleuchtung mit Hilfe eines Kollektors und eines Kondensors realisiert, die beide eine feste Brennweite aufweisen.

Bei Mikroskopen mit einer variablen Vergrößerung sind KoI-lektor und Kondensor für die Ausleuchtung des größtmöglich

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vorkommenden Gesichtsfeldes und die grüßte Apertur ausgelegt. Da sich aber bei jedem Objektivwechsel das auszuleuchtende Gesichtsfeld wie auch die erforderliche Apertur ändern, muß die Beleuchtung durch Veränderung von in der Sehfeld- und Aperturebene angeordneten Blenden entsprechend angepaßt werden, um beispeilsweise Verringerung des Bildkontrastes durch Überstrahlung zu vermeiden.

Eine solche Anordnung ist insofern nachteilig, als in den meisten Fällen der gesamtmögliche Lichtleitwert des Beleuchtungssystems"ausgenutzt werden kann. nicht

Es ist daher bereits auch schon vorgeschlagen worden, Beleuchtungssysteme mit variabler Brennweite zu versehen, um eine kontinuierliche Veränderung des Sehfeldes und der Apertur bewirken zu können. Obwohl ein solches System erlaubt, unter Ausnützung des Gesamtlichtleitwertes Sehfeld und Apertur dem jeweiligen Objektiv anzupassen, ist es als Nachteil anzusehen, daß die Anpassung bislang von Hand vorgenommen werden muß. Dies ist zeitaufwendig und darüber hinaus bezüglich Genauigkeit und Sorgfalt der Einstellung von der Aufmerksamkeit und Sachkenntnis des Bedienenden abhängig. Dieser Nachteil macht sich besonders bei der Durchführung von reproduzierbaren Vergleichsbeobachtungen bemerkbar.

Zur Vermeidung solcher Nachteile ist in der DT-AS 2 219 ein Verstellantrieb beschrieben, über den das einstellbare Beleuchtungssystem mit der Objektivwechselvorrichtung verbunden ist und dessen Steuerung durch an Objektivwechselvorrichtung und/oder Objektiven angeordneten abtastbaren

3ο Organen bewirkt wird.

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Der erforderliche technische Aufwand für eine derartige Einrichtung ist beträchtlich und erfordert außerdem ein hohes Maß an Zeit und Sorgfalt bei der Ausrichtung von weiteren, in die Wechselvorrichtung einsetzbaren Objektiven.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingang· genannten Art sowie Anordnungen zu dessen Durchführung anzugeben, mit welchen das Köhler¹ sehe Beleuchtungsprinzip bei Mikroskopen automatisch für jedes im Mikroskop einzusetzende Objektiv optimal eingehalten wird. Darüber hinaus sollen die Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens sich durch geringen technischen Aufwand auszeichnen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mittels einer in mindestens der Leuchtfeld- (Sehfeld-) Blendenebene oder in mindestens einer konjugierten Ebene vorzunehmenden Messung der vorhandenen Bildhelligkeit fotoelektrische Signale abgeleitet werden, und daß mittels dieser Signale - nach deren in bekannter Weise erfolgten Um-Wandlung in Steuersignale - die Beleuchtungen das Ge sichtsfeld der gewählten Vergrößerung angepaßt wird. Dazu wird die Beleuchtungsstrahlenbegrenzung sowohl in der Apertur- als auch in der Leuchtfeld- (Sehfeld-)Blendenebene verändert.

Wird bei einem Mikroskop ein Beleuchtungssystem variabler Brennweite eingesetzt, so wird ein Verfahren in der Form vorgeschlagen, daß mittels der gewonnenen Signale - nach deren in bekannter Weise erfolgten Umwandlung in Steuersignale - mindestens die Brennweite des Beleuchtungssystems oder mindestens die Beleuchtungsstrahlenbegrenzung sowohl in der Apertur- als auch in der Leuchtfeld- (S&feld-) Blendenebene kontinuierlich verändert wird.

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Die weitere Ausbildung des erfiadungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die fotoelektriscnen Signale aus der Bildhelligkeit in Leuchtfeld- (Sehfeld-) und Aperturblendenebene oder konjugierten Ebene abgeleitet werden.

Zur Durchführung des obenbeschriebenen Verfahrens wird eine Anordnung vorgeschlagen, in welchem mindestens in der Leuchtfeld- (Sehfeld-) Blendenebene oder in Mindestens einer konjugierten Ebene mindestens ein fotoelektrisches Empfängersyatem angeordnet ist, dessen Ausgangssig- nale der darin vorhandenen Bildhelligkeit proportional!, sind und die eine dem fotoelektrischen Empfängersystem nachgeschaltete Vandlerstufe in an sich bekannter Weise in Steuersignale wandelt, welche über an sich bekannte Stellvorrichtungen die Beleuchtung an das Gesichtsfeld der gewählten Vergrößerung anpassen. Dazu kann je eine veränderbare Blende sowohl in der Leuchtfeld- (Sehfeld-) Blendenebene oder in konjugierten Ebenen angeordnet sein, die mittels der gewonnenen Signale gesteuert wird.

Bei einer Verwendung der Anordnung in einem Mikroskop mit einem Beleuchtungssystem variabler Brennweite wird ferner in Vorschlag gebracht, daß mindestens in der Leuchtfeld-(Sehfeld-) Blendenebene oder mindestens in einer konjugier· ten Ebene mindestens ein fotoelektrisches Empfängersystem angeordnet ist, dessen Ausgangseignale der darin vorhandenen Bildhelligkeit proportional sind und die eine dem fotoelektrischen Empfängersystem nachgeschaltete Vandlerstufe in an sich bekannter Weise in Steuersignale wandelt, welche über an sich bekannte Stellvorrichtungen die im Beleuchtungssystem angeordneten, optischen Glieder zur Änderung der Brennweite oder mindestens je eine sowohl in der Leuchtfeld- (Sehfeld-) Blendenebene als auch in der Aperturblendenebene oder in einer diesen konjugierten Ebenen angeordnete Blende verstellen.

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Es ist vorgesehen, daß das die Blende steuernde Signale erzeugende, fotoelektrische Empfängersystem am Rande der Sehfeldebene oder einer konjugierten Ebene angeordnet ist.

Es können jedoch auch wenigstens zwei fotoelektrische Empfängersysteme vorgesehen sein, von denen das eine am Rande und das andere in der Mitte der Leuchtfeld- (Sehfeld-) Blendenebene oder einer konjugierten Ebene angeordnet ist und deren Ausgangssignale der Anordnung der Empfängersysteme entsprechend entweder eine in der Leuchtfeld- (Sehfeld-) oder in der Aperturblendenebene befindliche veränderbare Blende steuern.

Als Ausführungsvariante wird dazu vorgeschlagen, daß das die Leuchtfeldblende steuernde fotoelektrische Empfängersystem am Rande der Sehfeldebene und das die Aperturblende steuernde fotoelektrische Eepfängersystem in der Aperturblerdenebene oder einer konjugierten Ebene angeordnet ist.

Für die zuletzt vorgeschlagene Ausführungsform ist es dann erforderlich, daß die lichtempfindliche Fläche des in der der Aperturblendenebene konjugierten Objektivpupille angeordneten fotoelektrischen Empfängersystems größer als die Fläche der Objektivpupille ist.

Da für den speziellen Verwendungszweck "Mikrofotometrie" die Forderung besteht, die Leuchtfeldblende so zu öffnen, daß vom Objektfeld nur wenig mehr beleuchtet wird als von der variablen Meßfeldblende begrenzt wird, wird vorgeschlagen, daß dm· am Rande der Sehfeldebene angeordnete fotoelektrische Empfängersystem zwecke Umschaltung auf unterschiedliche Sehfelder bewegbar gelagert ist.

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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht auf einfache Weise die automatische Verwirklichung des Köhler'sehen Beleuchtungsprinzipes bei Mikroskopen in vollkommener Unabhängigkeit von einer Bedienungsperson. Dadurch wird eine Vielzahl von Fehlerquellen ausgeschaltet. Darüber hinaus ergibt sich neben eins* nicht unwesentlichen Zeitersparnis die absolute Reproduierbarkeit einer einmal erfolgten Einstellung der Beleuchtung. Damit wird der Anwender in die Lage versetzt, sich ganz auf die Beobachtung eines Objektes konzentrieren zu können, ohne sich mit den technischen Erfordernissen über ein Mindestmaß hinaus belasten zu müssen.

In der Zeichnung ist die Erfindung in vier Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt und nachfolgend beschrieben:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung mit Signalableitung durch einen fotoelektrischen Empfänger,

Fig. 1a eine Einzelheit gemäß Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 2 Anordnung mit Signalableitung durch zwei fotoelek-2ο trische Eapfanger in der Leuchtfeld- (Sehfeld-)

Blendenebene,

Fig. 2a Eine Einzelheit gemäß Fig. 2 in Draufsicht,

Fig. 3 Anordnung gemäß Fig. 2, jedoch mit Signalableitung aus Leuchtfeld- (Sehfeld-) und Aperturblendenebene,

Fig. 3a Leuchtfeld- (Sehfeld-) in Einzelheit,

Fig. 3t> eine der Aperturblendenebene konjugierte Ebene in Einzelheit

Fig. k Anordnung mit Beleuchtungssystem mit variabler

Brennweite, und

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Fig. ka. eine Einzelheit gemäß Fig. k in Draufsicht.

Dem Köhler'sehen Prinzip gemäß wird in Fig. 1 eine Lichtquelle 1 von einem durch eine Linse dargestellten Kollektor 2 in eine Zwischenbildebene 3 abgebildet und über einen Spiegel 6 und ein optisches System 7 in einer dingseitigen Brennebene 3' eines aus Linsen 4, 5 zusammengesetzten Kondensor wiedergegeben.

Zur Regelung des Lichtstromes im Strahlengang des gesamten optischen Systems ist in der Brennebene 3' des Kondensors 4, 5 oder in der Zwischenbildebene 3 eine veränderbare Blende δ zur Regelung der Apertur, in der weiteren Beschreibung mit Aperturblende bezeichnet, angeordnet.

Das vom Kollektor 2 und optischen System 7 ⁱⁿ der Ebene 3 · entworfene Bild der Lichtquelle 1 wird vom Kondensor 4, 5 im Unendlichen abgebildet, so daß also den Kondensor 4, 5 nahezu parallele Strahlen verlassen, die ein in eine Ebene 9 zur Beobachtung eingebrachtes Objekt Io beleuchten.

In einer dem Kollektor 2 in Lichtrichtung nachfolgenden Ebene 11 ist eine verstellbare Leuchtfeldblende 12 angebracht, die dem Köhler'sehen Beleuchtungsprinzip entsprechend daβ ausgeleuchtete Feld in der Objektebene 9 dem überblickbaren Sehfeld 11 ', welches von aus Linsen I3, 14 und 15 bestehenden Objektiv 16 abhängig ist und welches eine der Ebene 11 konjugierte Fläche darstellt, anpassen soll. Dazu wird diese Blende 12 vom Kondensor 4, 5 in die Objektebene 9 abgebildet.

Die automatische Anpassung der Beleuchtung an das jeweilige Objektiv erfolgt wie nachstehend beschrieben:

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Am Hände des Sehfeldes 11', das zur besseren Kenntlichmachung zusätzlich in Fig. 1a in Draufsicht wiedergegeben ist, befindet sich ein fotoelektrischer Empfänger 17-Licht aus der Helligkeit im Sehfeld 11» beaufschlagt den fotoelektrischen Empfänger 17» an dessen Ausgängen elektrische Signale anstehen, die dieser Helligkeit proportional sind. Die Signale werden einer Wandlerstufe 21 zugeleitet und zu Steuersignalen gewandelt, mit welchen vorzugsweise zunächst ein Stellmotor 22 die Aperturblende β so einregelt, daß die Apertur des Objektivs 16 zu etwa 2/3 ausgeleuchtet ist. Danach wird mittels der in der Wandlerstufe 21 erzeugten Steuersignale über einen weiteren Stellmotor 23 die Öffnung der Leuchtfeldblende 12 so einreguliert, daß das Leuchtfeld im Objekt mit dem Sehfeld übereinstimmt. Vorzugsweise ist der fotoelektrische Empfänger 17 auf einem in Richtung des Doppelpfeiles schwenkbaren Hebel 18 gelagert und bei Okularwechsel oder fotometrischer Meßblendenanpassung über einen Trieb 19» 2o verschwenkbar.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungeform unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten dadurch, daß in der Mitte des Sehfeldes 11' ein weiterer fotoelektrischer Empfänger 2k (Fig. 2a) angeordnet ist, dessen der Helligkeit im Sehfeld proportionalen Ausgangssignale nach erfolgter Umwandlung in der Wandlerstufe 21 zu Steuersignalen über den Stellmotor 22 ausschließlich der Steuerung der Aperturblende 8 dienen. Die Ausgangssignale des Empfängers 17 dagegen regeln ausschließlich die Öffnung der Leuchtfeldblende 12.

Soll eine derartige Anordnung auch in der Mikrofotometrie zur Regelung auf maximale Helligkeit in kleinem Feld verwendet werden, empfiehlt sich eine Anordnung nach Fig. 3. Hier wird die Größe der Aperturblende 8 durch die Aus-

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gangssignale eines fotoelektrischen Empfängers 25 (Fig. 3b) geregelt, welcher die Signale nicht aus der Helligkeit in der Mitte des Sehfeldes 11 · erzeugt (Fig. 3a), sondern aus der Pupille 3" einer der Aperturblendenebene 3 konjugierten Ebene. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, daß zur Erfassung der Helligkeit die fotoempfindliche Fläche des Empfängers 25 größer als die Pupille 3" ist.

Eine weitere Verbesserung der oben beschriebenen Anordnungen ist in Fig. 4 dargestellt. Hierin tritt zusätzlich zur Anpassung von Apertur— 8 und Leuchtfeldblende 12 eine aus Linsen 27, 28 und 29 bestehende und in Richtung des Doppelpfeiles verschiebbare Beleuchtungspankratik, die über einen weiteren Stellmotor 26 durch die von den fotoelektriechen Empfängern 17_f 24 (Fig. 4a) erzeugten, in der Wandlerstufe 21 aufbereiteten Steuersignale eingeregelt wird.

Der Funktionsablauf einer solchen Anordnung ist folgender: Mit der Einwechslung des Objektivs 16 öffnet sich automatisch die Aperturblende 8. Aus dem gegebenen Sehfeld 11 ' erzeugt der fotoelektrische Empfänger 17 (Fig. 4a) der Helligkeit proportionale Signale, die über Wandlerstufe 21 und Stellmotor 23 die Leuchtfeldblende 12 einstellen.

Die aus beiden Empfängern hervorgehenden Signale bewirken nach Wandlung zu Steuersignalen in der Wandlerstufe 21 über den Stellmotor 26 das Verstellen der Pankratik 27, 28, 29 für ein helles und gleichmäßig ausgeleuchtetes Sehfeld 11', aus dessen Mittenhelligkeit nunmehr der fotoelektrische Empfänger 24 Signale zum Regeln der Aperturblende 8 ableitet. Um die abgeblendete Lichtquelle voll zu nutzen, wird abschließend die Pankratikverstellung auf helles Sehfeld 11' nocheinmal nachgeregelt.

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Claims

Ansprüche

1· Verfahren zur automatischen Verwirklichung des Köhler¹ sehen Beleuchtungsprxnzipes bei Mikroskopen mit variabler Vergrößerung und einem Beleuchtungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer in mindestens der Leuchtfeld- (Sehfeld-) Blendenebene oder in mindestens einer konjugierten Ebene vorzunehmenden Messung der vorhandenen Bildhelligkeit fotoelektrische Signale abgeleitet werden und daß mittels dieser Signale - nach deren in bekannter Veise erfolgten Umwandlung in Steuersignale - die Beleuchtung an das Gesichtsfeld der gewählten Vergrößerung angepaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der aus der Helligkeit in Leuchtfeld- (Sehfeld-) ßlenuenebene oder konjugierten Ebenen abgeleitete, fotoelektrische Signale - nach deren in bekannter Veise erfolgten Umwandlung in Steuersignale - die Beleuchtungsstrahlenbegrenzung sowohl in der Apertur - als auch in der Leuchtfeld- (Sehfeld-) Blendanebene verändert wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1 in Anwendung bei Mikroskopen mit variabler Vergrößerung und einem Beleuchtungssystem kontinuierlich variabler Brennweite, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der gewonnenen Signale - nach deren in bekannter Weise erfolgten Umwandlung in Steuersignale mindestens die Brennweite des Beleuchtungssystems kontinuierlich verändert wird.

k. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der gewonnenen Signale - nach deren in bekannter Weise erfolgten Umwandlung in Steuersignale -

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mindestens die Beleuchtungsstrahlenbegrenzung sowohl in der Apertur- als auch in der Leuchtfeld- (Sehfeld-) Blendenebene verändert wird.

5- Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Signale aus der Bildhelligkeit in Leuchtfeld- (Sehfeld-) und Aperturblendenebene oder konjungierten Ebenen abgeleitet werden.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in der Leuchtfeld- (Sehfeld-) Blendenebene (11) oder in mindestens einer konjugierten Ebene (11⁽) mindestens ein fotoelektrisches Empfängersystem (17) angeordnet ist, dessen Ausgangssignale der darin vorhandenen Bildhelligkeit proportional sind und die eine dem fotoelektrischen Empfängersystem (17) nachgeschaltete Wandlerstufe (21) in an sich bekannter Weise in Steuersignale wandelt, welche über an sich bekannte Stellvorrichtungen (22, 23, 26) die Beleuchtung an das Gesichtsfeld der gewählten Vergrösserung anpassen.

7· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß je eine veränderbare Blende (8, 12) sowohl in der Leuchtfeld-(Sehfeld-) Blendenebene (11) als auch in der Aperturblendenebene (3) oder in konjugierten Ebenen angeordnet ist, die mittels der gewonnenen Signale gesteuert wird.

ti. Anordnung nach den Ansprüchen 1, 3 und k bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in der Leuchtfeld- (Sehfeld-) Blendenebene (ii) oder mindesten? in einer konjugierten Ebene (i1') mindestens ein fotoelektrisches Empfängersystem (17) angeordnet ist, dessen Ausgangssignale der darin vorhandenen Bildhelligkeit proportional sind und die eine dem

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fotoelektrischen Empfängersystem (17) nachgeschaltete Wandlerstufe (21) in an sich bekannter Weise in Steuersignale wandelt, welche über an sich bekannte Stellvorrichtungen (22, 23, 26) mindestens die im Beleuchtungssystem optischen Glieder (27, 28, 29) zur Änderung der Brennweite verstellen.

9· Anordnung nach den Ansprüchen 1, 3 und k bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in der Leuchtfeld- (Sehfeld-) Blendenebene (ii) oder mindestens in einer konjugierten Ebene (1I¹) mindestens ein fotoelektrisches Empfängersystem (17) angeordnet ist, dessen Ausgangssignale der vorhandenen Bildhelligkeit proportional sind und die eine dem fotoelektrischen Empfängersystem (17) nachgeschaltete Wandlerstufe (21) in an sich bekannter Weise in Steuersignale wandelt, welche über an sich bekannte Stellvorrichtungen (22, 23, 2.6) mindestens je eine sowohl in der Leuchtfeld- (Sehfeld-) Blendenebene (11) als auch in der Aperturblendenebene (3) oder in diesen konjugierten Ebenen (II¹, 3¹) angeordnete Blende (8, 12) verstellen.

10. Anordnung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das die steuernden Signale erzeugende fotoelektriache Empfängersystem (17) am Rande der Sehfeldebene (11) oder einer konjugierten Ebene (11*) angeordnet ist.

11. Anordnung nach den Ansprüchen 6, 7 und 9» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei fotoelektrische Empfängersysteme (17» Zk) vorgesehen sind, von denen das eine (17) am Rande und das andere (2k) in der Mitte der Leuchtfeld-(Sehfeld-) Blendenebene (ii) oder einer konjugierten Ebene (11') angeordnet ist und deren Ausgangssignale der Anordnung der Empfänger sy et eine entsprechend entweder eine in

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der Leuchtfeld- (Sehfeld-) (ii) oder in der Aperturblendensbene (3) oder konjugierten Ebenen (11'{ 3') befindliche, veränderbare Blende (8, 12) steuern.

Anordnung nach den Ansprüchen 6, 7 und 9» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei fotoelektrische Empfängersysteme (17, 25) vorgesehen sind, von denen das die Leuchtfeldblende (12) steuernde (i7) am Rande der Sehfeldebene (11·) und das die Aperturblende (8) steuernde (25) in der Aperturblendenebene (3) oder einer konjugierten Ebene (3¹J 3") angeordnet ist.

13· Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Fläche d*as in der der Aperturblende (3) konjugierten Objektivpupille (3*5 3") angeordneten fotoelektrischen Empfängersystems (25) größer als die Fläche der Objektivpupille ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß das am Hände der Sehfeldebene (11) oder einer konjugierten Ebene (11*) angeordnete fotoelektrische Empfängersystem (17) zwecks Umschaltung auf unterschiedliche Sehfelder bewegbar gelagert ist.

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