DE111004C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE

⁴Jl

Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet ein Entfernungsmesser, mit welchem ohne Vergrößerung der Abmessungen des Instrumentes das Mafs von Entfernungen mit weit gröfserer Annäherung als mit den bisher für den gleichen Zweck benutzten Apparaten festgestellt werden kann.

Alle diese Apparate beruhen auf der im Folgenden beschriebenen Grundlage (s. Fig. ia der Zeichnung).

Angenommen, es seien A A¹ die Eintrittsstellen zweier leuchtenden Strahlen an den Enden eines Instrumentes von der Länge ■ A A¹ — i. Diese leuchtenden Strahlen werden von je einem Objectiv aufgenommen und derart zurückgeworfen, dafs sie durch ein gemeinsames Ocular O gesammelt werden. Ein mit einem derartigen Instrument visirter Punkt M liefert somit zwei Bilder m und m¹.

Das Instrument ist derart construirt, dafs der Winkel A MA¹ = m Km¹ ist.

Die Entfernung der beiden Bilder m und m¹ mifst also die Parallaxe μ des Punktes M in Bezug auf A A¹. Man erhält

AA¹ I MA = =

tg μ tg μ

als Ausdruck der Entfernung des Punktes M. Da Z, welches die Länge des Instrumentes darstellt, eine constante Gröfse ist, so ergiebt sich daraus, dafs die betrachtete Entfernung einzige Function von μ und infolge dessen von der Entfernung m m¹ der beiden Bilder des betrachteten Punktes M ist. Das Mafs dieses Abstandes erhält man, indem man durch ein beliebiges Verfahren das Zusammenfallen der beiden Bilder bewirkt; aus diesem Mafse ergiebt sich die gesuchte Entfernung.

Die Genauigkeit der Messung hängt also vollkommen von der beim Messen der Parallaxe m m¹ angewendeten Genauigkeit ab.

Die bisher bekannten Instrumente gestatten nun wohl das Zusammenfallen der beiden Bilder eines Punktes, dessen Entfernung gemessen werden soll, zu bewirken, aber praktisch sind diese Instrumente beim Messen gröfserer Entfernungen nicht genau genug und die Annäherung der gemessenen an die wirkliche Entfernung ist nicht genügend. Dies rührt lediglich daher, dafs das genaue Messen der Parallaxe ein genaues Zusammenfallen bezw. Decken der beiden Bilder erfordert, eine Bedingung, welche die gegenwärtig bekannten Entfernungsmesser ihrer geringen optischen Kraft wegen nicht erfüllen können.

In Wirklichkeit bildet für gröfsere Entfernungen die klare und genaue Trennung der beiden benachbarten Punkte, welche durch ein Fernrohr geliefert werden, die optische Kraft dieses Fernrohres. Hieraus ergiebt sich bei Entfernung messenden Fernrohren, dafs das Messen der Parallaxe immer der Möglichkeit eines Irrthums unterliegt, da das scheinbare Zusammenfallen der beiden Bilder mit dem wirklichen Zusammenfallen verwechselt werden kann.

Wenn man also Entfernungen mit nach dem eben beschriebenen Principe gebauten Instru-

menten messen will, so ist es nöthig, starke Vergröfserungen anzuwenden, um die optische Kraft zu vermehren. Dies ist das einzige Mittel, durch welches man ein genaues und nicht scheinbares Zusammenfallen der beiden Bilder des Punktes, dessen Entfernung man sucht, erreichen kann.

Von diesem Gesichtspunkte aus ist das vorliegende Instrument zu betrachten.

Unter Zuhülfenahme Porro 'scher Reflexionsprismen konnten bei ihm Objective mit sehr grofser Brennweite benutzt werden, welche die Länge des Instrumentes bedeutend übertrifft. Dadurch wird eine bedeutende optische Kraft des Instrumentes gewonnen.

Die Erfindung ist im Wesentlichen gekennzeichnet durch die besondere Anordnung eines Fernrohres mit zwei Objectiven grofser Brennweite, deren durch ein Porro'sches Prismensystem zurückgeworfene und gebrochene Lichtstrahlenbündel durch ein einziges astronomisches Ocular gesammelt werden.

Dieses Instrument kann auch, wenn man das eine Objectiv mit einem Deckel versieht, als gewöhnliches, stark vergröfserndes Fernrohr benutzt werden. Man kann ferner, infolge der Construction des Instrumentes, von einem verdeckten Punkte aus beobachten.

Die Construction dieses Fernrohres nähert sich derjenigen eines Stereoskopfernglases mit grofsem, mittelst Porro'scher Reflexionsprismen erreichtem Objectivabstand; die beiden von den Objectiven ausgehenden Strahlenbündel werden aber, anstatt durch besondere Oculare, durch ein gemeinsames astronomisches Ocular gesammelt. Das eine dieser Strahlenbündel geht vor seinem Eintritt in das Ocular durch ein Linsenprisma mit Mikrometerstellung hindurch, mittelst welcher man das Zusammenfallen der beiden Bilder des Punktes, dessen Entfernung man sucht, erhalten kann. Das Prisma ist aus zwei Linsen zusammengesetzt; die eine planconcave Linse ist fest, die andere planconvexe ist in einem Rahmen beweglich und kann mittelst einer Mikrometerschraube verstellt werden. Die beiden Linsen haben gleiche Brennweite. Das Mikrometer mifst mit sehr grofser Genauigkeit die Parallaxe der beiden Bilder des betrachteteten Punktes. Ein an dem Fernrohre angebrachter doppelter Mafsstab ermöglicht, unmittelbar die Entfernung als Function der gefundenen Parallaxe abzulesen.

Die Erfindung betrifft hiernach ein Instrument, welches als stark vergröfserndes Fernrohr zum Beobachten dient und aufserdem das Messen von Entfernungen ermöglicht, und zwar infolge der Vergröfserungskraft mit grofser Genauigkeit.

Auf der Zeichnung stellen die Fig. i, 2 und 3 in Seitenansicht, Grundrifs und schaubildlich die Gesammtanordnung des Instrumentes dar. Fig. 2 zeigt die Anordnung der Objective vor den Reflexionsprismen r, sowie die Anordnung des Oculars s.

Die Fig. 4 bis 10 zeigen das doppelte linsenförmige Prisma mit der Mikrometereinrichtung, und zwar ist Fig. 4 ein senkrechter Längsschnitt nach der Linie E-F der Fig. 5. Fig. 5 ist ein senkrechter Querschnitt nach der Linie G-H der Fig. 4. Fig. 6 ist ein horizontaler Längsschnitt nach der Linie I-J der Fig. 4. Die Fig. 7 und 8 stellen schaubildlieh den Rahmen der beweglichen Linse und die Fassung der festen Linse des brechenden Prismas dar. Fig. 9 zeigt die Mutter der Mikrometerschraube schaubildlich, Fig, ι ο stellt im senkrechten Schnitt eine Abart der Mikrometeranordnung und Fig. 11 eine Abwickelung der an dem Entfernungsmesser angebrachten Mafsstäbe dar, welche die Entfernung angeben.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besteht der vorliegende Entfernungsmesser aus nur einem Ocular s und zwei Objectiven r, deren Abstand und infolge dessen deren Brennweite mehr oder weniger grofs gewählt werden kann, je nachdem das Instrument zur Ermittelung grofser oder kleiner Entfernungen bestimmt ist. Die von den Objectiven ausgehenden Licht-¹ strahlen werden mittelst Prismen nach dem System Porro abgelenkt. Infolge dieser Anordnung erhält der Beobachter durch ein gemeinsames Ocular s zwei Bilder eines betrachteten Punktes. Dieses Ocular, welches ein astronomisches Ocular ist, besitzt ein Fadennetz, um das Zusammenfallen der beiden Bilder auf der optischen Achse des Instrumentes beobachten zu können.

Der Weg des einen der Lichtstrahlenbündel (auf der Zeichnung des rechten) ist durch ein brechendes Prisma unterbrochen. Diese Vorrichtung besteht, wie die Fig. 4 bis 9 veranschaulichen, aus einem Rahmen a, welcher innen zwei Nuthen besitzt, in denen der bewegliche Rahmen c gleitet, und aufserdem zwei andere Nuthen, in welche der feste Rahmen t eingeschoben wird.

Der bewegliche Rahmen c und der feste Rahmen t tragen die bewegliche Linse af und die feste Linse j, welche beide zusammen das brechende Prisma bilden. Diese beiden Linsen dj, deren eine planconvex und deren andere planconcav ist, haben gleiche Brennweite; die beiden Krümmungen sind derart hergestellt, dafs die Hauptachsen der beiden Linsen zusammenfallen, sobald der Apparat im Nullpunkte steht. Der feste Rahmen t wird durch eine auf einer Führungsstange w sitzende Feder ν gegen das Ende einer Regulirschraube u gedrückt, welche in einer der Schmalseiten des Rahmens angeordnet ist.

/Φι

Durch Verstellung dieser Schraube kann man die Stellung der festen Linse j verändern und dadurch das Instrument einstellen. Die Verstellung des beweglichen Rahmens c wird durch, eine Mikrometerschraube e bewirkt, welche zwei Gänge entgegengesetzter Richtung besitzt, jeder von ¹J₂ mm beispielsweise. Diese Mikrometerschraube ist einestheils in dem Rahmen c, welcher eine Mutter bildet, und andererseits in dem gleichfalls eine Mutter bildenden Rahmentheile χ gelagert. Bei dieser Anordnung wird bei einer Umdrehung der Mikrometerschraube der Rahmen c um ι mm verschoben. Der Rahmen c wird bei seiner Verschiebung durch zwei Stangen h geführt und steht unter der Wirkung zweier Gegenfedern i, welche den etwaigen todten Gang der Schraube unschädlich machen. Die Mutter χ trägt aufsen einen cylindrischen Kopf y, auf welchem sich eine mit der Schraube e verbundene Trommel verstellt; diese Trommel ist am Umfange beispielsweise in ioo Theile getheilt, wie bei einem Palmer.'sehen Zirkel, und der Cylinder besitzt eine Theilung in V₂ mm, um jede Umdrehung der Mikrometerschraube berechnen zu können. Wenn der Nullpunkt der Trommeltheilung auf dem Nullpunkte der auf dem cylindrischen Kopfey eingravirten Theilung steht, so fallen die Hauptachsen der beiden Linsen d und j zusammen.

Die Mikrometerschraube e kann auch in der aus Fig. ίο ersichtlichen Weise an dem Rahmen c befestigt werden und besitzt alsdann eine Ganghöhe von ι mm. In diesem Falle mufs das freie Ende der Schraube auf eine der Rahmenverschiebung entsprechende Länge glatt, d. h. ohne Gewinde sein, und auf seiner oberen Fläche den Mafsstab tragen, welcher zum Messen der Umdrehungen der Schraube im'Verhältnisse, wie dieselbe aus der Mutter f heraustritt, dient. Die Mutter f besitzt in diesem Falle einen zugeschärften Rand, durch welchen das bequeme . Ablesen der auf dem Ende der Schraube e angebrachten Theilung erleichtert wird. Die Mutter f, welche die Schraube e bewegt, besitzt eine Trommel g, deren Umfang in ioo gleiche Theile getheilt ist, entsprechend der oben beschriebenen Anordnung.

Mit der beschriebenen Anordnung eines brechenden Doppellinsenprismas erfolgt die Messung der Parallaxe der beiden Bilder desselben Punktes in folgender, durch die Fig. ib und ic der Zeichnung näher erläuterten Weise.

Angenommen, es seien d und j zwei Linsen von gleicher Brennweite. Die eine Linse d sei planconvex, die andere j planconcav, so werden die Linsen, wenn deren Krümmungen sich entsprechen und die Achsen zusammenfallen , wie ein Glas mit parallelen Flächen wirken. Wenn die Linse d ihre Stellung ver-

ändert, so wird der mit der Hauptachse AF der Linse d parallele Hauptstrahl ο I durch ihren Brennpunkt F gehen.

Das der Richtung IM folgende Auge wird das Bild eines links gelegenen Punktes sehen; der Ablenkungswinkel FIM=IFA, also der Winkel IFA hat als Mafs den Bogen IA. Wegen der grofsen Länge der Linsenbrennweite und der verhältnifsmäfsig geringen Verschiebung der Linsen ist der Bogen IA fast genau gleich seinem Sinus IA¹, d. h. gleich der Verstellung der beweglichen Linse d.

Angenommen, die Verstellung sei S und F die Brennweite, so hat man

Infolge dessen wird, wenn δ die Verstellung der beweglichen Linse d darstellt, welche nothwendig ist, um das Zusammenfallen der beiden Bilder desselben Punktes herbeizuführen, die Entfernung dieses Punktes, wie oben angegeben, durch die Gleichung gegeben:

χ =

man hat alsdann

χ = ■

tgf*'

IF

Durch Einführung der Logarithmen erhält man log χ = log (I F) — log S = Constante — log &.

Es genügt also, auf dem Instrumente zwei logarithmische Mafsstäbe anzubringen, einen Mafsstab der Entfernungen, dessen Theilstriche den verschiedenen Werthen des log χ entsprechen, und dessen Theilung den Werth für die Entfernung giebt, einen zweiten Mafsstab, dessen Theilstriche den verschiedenen Werthen von (Constante — log S) entsprechen und dessen Theilung den Werth der Verschiebung der beweglichen Linse des brechenden Prismas giebt. Bei dieser Annahme hat der Beobachter, um die Entfernung eines Punktes zu finden, nur durch die Mikrometerschraube das Zusammenfallen der beiden Bilder des betrachteten Punktes herbeizuführen, und die gesuchte Entfernung wird dann durch den Theilstrich des Entfernungsmafsstabes angegeben, vor welchem sich der Theilstrich befindet, der den Werth bezw. das Mafs der Verstellung der beweglichen Linse des brechenden Prismas angiebt. Der Beobachter liest dann auf dem Instrument unmittelbar die Entfernung des beobachteten Punktes ab.

Die Vergröfserungskraft des Instrumentes und die beim Messen der Parallaxe erzielte Genauigkeit, welche sich durch die Anwendung des mit Mikrometerverstellung versehenen brechenden Prismas ergiebt, gestatten, wie ersichtlich,

Entfernungen mit bedeutend gröfserer Genauigkeit als bisher zu messen.

¹ Fig. 11 stellt die beiden Mafsstä'be dar, welche auf einem Entfernungsmesser vorliegender Construction angebracht werden, dessen Objectivachsen ι m Abstand besitzen und bei welchem die Brennweite der Linsen des brechenden Prismas gleich 5 m ist.

Angenommen z. B., man habe, um das Zusammenfallen der beiden Bilder eines Punktes, dessen Entfernung man sucht, zu erzielen, die Mikrometerschraube bis zum Theilstriche 80 verschieben müssen, so ersieht man auf dem Mafsstabe der Entfernungen sofort, dafs der Punkt 6250 m entfernt ist. Die Prüfung der beiden Mafsstabe läfst in diesem besonderen Falle die Empfindlichkeit des vorliegenden Entfernungsmessers für das Messen von Entfernungen erkennen, gleichgültig, ob die betrachteten Punkte fest oder beweglich sind. Ein von 1000 bis ι ο 000 m getheilter Mafsstab genügt in allen Fällen, welches auch die zu messenden Ent-

I₃* u

0 ¹J !

fernungen sein mögen. Wenn z. B. der aus der Parallaxe, gefundene Werth 640 ist, so findet man durch Division durch ι ο für 64 die Entfernung 7800, welche infolge dessen zehnmal zu grofs ist; die gesuchte Entfernung ist demnach 780 m.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Doppelbildentfernungsmesser, dadurch gekennzeichnet, dafs die von zwei Objectiven mit grofser, die Länge des Instrumentes über-, schreitender Brennweite ausgehenden Strahlenbündel durch hinter den Objectiven angeordnete Reflexionsprismen (z. B. Porro'sche Prismen) mehrfach gebrochen zurückgelenkt und in ein für beide gemeinsames astronomisches Ocular geworfen werden, zum Zwecke, mit einem verhältnifsmä'fsig kleinen Instrumente deutliche Bilder zu erhalten und das Zusammenfallen der beiden Bilder des betrachteten Punktes genau feststellen zu können.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

   EEDLlN. GEDRUCKT IN DER RElCHSDIiUCKEREL