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Sonnenwender mit Sucher Die Erfindung dient dem Zweck, die Richtung,
in welcher auf einen Spiegel fallende Lichtstrahlen reflektiert werden, schnell
und sicher anzuzeigen, um sie in eine gewollte Richtung lenken zu können.
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Gauß zeigte i8ai bei Konstruktion seines Heliotrop (Sonnenwender)
hierfür einen Weg. Er rüstete einen Hauptspiegel mit einem um 9o° verdrehten kleinen
Hilfsspiegel aus, der dem vom Hauptspiegel reflektierten Licht ein in der Richtung
um 18o° versetztes Strahlenbündel zuordnete, das, nach rückwärts ins Beobachtungsfernrohr
fallend, dort ein als Visiermittel dienendes Sonnenbild erzeugte.
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Carl August Steinheil, ein Schüler von GauB, ersetzte den Hilfsspiegel
durch einen Kollimator, der durch eine kleine öffnung im Silberbelag des Spiegels
Sonnenstrahlen aufnimmt und zu einem reellen Sonnenbildchen auf einem Kreideschirm
vereinigt. Rückwärts durch das Kollimatorobjektiv gehend, fallen Lichtstrahlen,
nach Reflexion an der Spiegelrückfläche ins Auge des Beobachters, das nun im Unendlichen
ein virtuelles Sonnenbild sieht, das als Visiermarke,dient.
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Es blieb hiernach aber noch die Bedienungsschwierigkeit, durch die
öffnung im Spiegel blickend die in weitem Winkel wechselnde Lage des Sonnenbildchens
aufzusuchen, es auf das Ziel auszurichten und dauernd im Auge zu behalten.
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C. A. Steinheil gibt (in H. C. Schumachers astronomischem Jahrbuch
184q., Verlag J. G. Cotta, Stuttgart-Tübingen, S. 13) das Loch im Spiegelbelag mit
»einer Linie Durchmesser« an. Das Auge
mußte nicht nur die Richtung
suchen, in der es durch dieses Fenster zu blicken hatte, um das Sonnenbild zu sehen,
es mußte sich auch quer zur Blickrichtung innerhalb des auf 2,5 mm Durchmesser begrenzten
Strahlenbündels halten.
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Zum Aufsuchen, der Strahlenrichtung empfiehlt Steinheil, die Hand
nach der Richtung hin vor den Spiegel zu halten, in der das Heliotropenlicht gegeben
werden soll. Auch wenn man durch das intensive Orientierungsbild geblendet wird,
soll man zeitweilig mit der Hand die Sonne abschatten.
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Nach der Erfindung soll der Steinheilsche Sonnenwender nicht nur für
langsameArbeitsweise, wie sie bei der geodätischen Aufnahme möglich ist, sondern
besonders für das Anleuchten von Fahrzeugen, insbesondere schnellen Luftfahrzeugen,
dadurch verwendbar gemacht werden, daß Zusätze und Einrichtungen optisch-mechanischer
Art vorgesehen werden, die das Ausrichten auf die Sonne, das Finden des Sonnenbildes,
das Richten auf das Ziel und das dauernde Verfolgen erleichtern. Zu diesem Zweck
erhält der Spiegel einen Sucher, der, wenn der Spiegel rechtwinklig zum Kollimator
steht, parallel zur Kollimatorachse liegt und jeder Winkelbewegung des Spiegels
gleichsinnig, aber mit doppelter Winkelgeschwindigkeit folgt. Das Loch im Spiegel
wird auf ein Mehrfaches des Durchmessers der Augenpupille und über den Durchmesser
der Kollimatorlinse hinaus vergrößert, und der Schirm in der Kollimatorbildebene
wird aus lichtabsorbierender Masse gefertigt. Eine besondere Form der Kollimatorlinse
vermindert die störenden Einflüsse der Sonnenreflexion an den Linsenflächen. In
der Zeichnung ist in Abb. i --das Prinzip des Steinheilschen Heliotrops dargestellt;
Abb.2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch den erfindungsgemäß verbesserten
Sonnenwender; Abb. 2 a zeigt schematisch das zwischen dem Spiegel und dem Sucher
liegende Übersetzungsgetriebe; Abb. 3 zeigt einen Durchschnitt durch die Kollimatorlinse.
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In Abh. i ist die Sonne mit S, die Zielrichtung mit Z, der Spiegel
mit A, die Kollimato.rlinse mit B, der Schirm in der Bildebene der Linse mit C und
das Auge mit D bezeichnet. Von der Sonne kommende Lichtstrahlen a und
b werden von der Spiegelfläche in Richtung a', b' reflektiert. Durch
das Spiegelloch fallende Strahlen gehen durch die Linse B und vereinigen sich bei
C zum Sonnenbild. Von hier gehen sie rückwärts, divergierend bis zur Linse B, dann
mit etwa 30' Streuung bis zu den unversilberten Glasflächen des Spiegels
El, werden hier reflektiert, und zwar, da Sonne S und Sonnenbild C einander um i8o°
gegenüberliegen, erfolgt die Reflexion der Lichtstrahlen an der Spiegelrückfläche
auch genau um i8o° versetzt zu den, von der Vorderfläche des Spiegels reflektierten
Strahlen. Das bei D dargestellte Auge sieht in Richtung S1 im Unendlichen ein Sonnenbild,
-das sich mit,dem Leuchtfeld,des Spiegels genau deckt. In Abb. 2 ist der Spiegel
des Instrumentes mit i bezeichnet, der unversilberte mittlere Kreis des Spiegels
mit 2, das Kollimatorobjektiv mit 3 und der in der Bildebene liegende Schirm mit
4. Um das Kollimatorobjektiv liegt eine ringförmige Schirmfläche 5.
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Der Durchmesser der Linse 3 beträgt nach der Erfindung ein Mehrfaches
des Durchmessers der Pupille des Auges, vorzugsweise io bis 15 mm, der Durchmesser
der Spiegelöffnung :2 ist noch größer als die freie Öffnung des Objektivs 3, vorzugsweise
15 bis 25 mm. An der Traggabel 6 ist ein Sucher, in der Zeichnung als Röhrchen 7
dargestellt, parallelachsig zum Spiegel schwenkbar gelagert. Ein auf der Achse des
Suchers sitzendes Zähnrad 8 ist halb so groß wie ein auf der Achse des Spiegels
sitzendes Rad 9. Beide stehen über ein der Bewegungsgleichrichtung dienendes Übertragungsrad
io im Eingriff, so daß sich der Sucher zwar in gleicher Drehrichtung, aber doppelt
so schnell bewegt wie der Spiegel. Wenn die Spiegelfläche gleichgerichtet zur Kollimatorachse
liegt, oder wenn sie um 9o° verdreht steht, d. h. wenn die Lichtstrahlen der Sonne
am Spiegel unabgelenkt vorbeigehen oder nach ihr zurückgeworfen werden, dann steht
der Sucher parallel zur Kollimatorachse; allen Bewegungen des Spiegels eilt er mit
doppelter Winkelgeschwindigkeit vor.
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Unter der Voraussetzung, daß der Lichteinfall gleichgerichtet zum
Kollimator erfolgt, was daran deutlich kenntlich ist, daß das durch das vergrößerte
Spiegelloch 2 fallende Licht auf dem Ringschirm 5 um das Objektiv 3 einen hellen
Lichtring erzeugt, werden die Lichtstrahlen vom versilberten. Spiegel i immer in.
der Richtung reflektiert, die der Sucher anzeigt. Das Auge blickt gleichgerichtet
zum Sucher 7 durch das Spiegelloch 2 und findet so ohne Zeitverlust das Sonnenbild,
das als genaues Visiermittel dient, und kann zunächst grob mit dem Sucher und dann
genau mit Hilfe der Kollimatorsonne auf das Ziel richten.
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Die Vergrößerung des Durchmessers der Linse 3 von der Steinheilschen
»Linie« (et-%va 21/2 mm) auf ein, Mehrfaches des Pupillendurchmessers des Auges
(bei Sonnenlicht etwa 2 bis 21/2 mm) bietet den Vorteil, daß das Auge nicht auf
wenige Millimeter genau auf der umgelenkten Kollimatorachse bleiben muß, sondern
sich quer zur Visierlinie in. verhältnismäßig weiten Grenzen bewegen kann, was das
dauernde Verfolgen eines bewegten Zieles, z. B. eines Flugzeuges, sehr erleichtert.
Ein Nachteil der Vergrößerung des Linsendurchmessers besteht darin, daß das Sonnenbild
auf dem Kollimatorschirm wesentlich heller wird -und daß das Auge noch schneller
durch Blendung ermüdet als bei dem kleinen Steinheilschen Spiegelloch, aus dessen
Bereich, insbesondere bei langsamen geodätischen Arbeiten, das Auge zeitweilig auch
ganz herausgehen konnte. Um dieser Ermüdung vorzubeugen, wird nach vorliegender
Erfindung der Bildschirm 4 aus einem lichtabsorbierenden, wärmebeständigen und nicht
oxydierenden Stoff, vorzugsweise aus einer mattgeschliffenen, rötlichen Keramikplatte
gefertigt,
die ein blaßrotes Sonnenbild, im Helligkeitswert etwa gleich der am Tageshimmel
stehenden Mondscheibe, erzeugt.
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Gegenüber dem Steinheilschen Heliotrop zeichnet sich das Arbeiten
mit dem Sonnenwender nach der vorliegenden Erfindung also dadurch aus, daß die erste
Einstellung der Einfallsrichtung des Lichtes durch das vergrößerte Spiegelloch und
die dadurch gegebene Lichtringb.ildung auf dem Rande der Objektiv fassung viel leichter
auszuführen ist als bei S t e i n. h e i 1 die Zentrierung des engen Strahlenbündels
auf die Mitte der Linse, was eigentlich nur bei bestaubter Linse möglich ist. Der
Sucher zeigt die richtige Blickrichtung nach dem angestrahlten Ziel unmittelbar
ohne Überlegen und Handvorhalten an, und das vergrößerte Kollimatorobjektiv sichert
dem Auge die. Sichtbarkeit des Visierbildes auch bei Querbewegungen, die bei der
Verfolgung bewegter Ziele unvermeidlich sind. Ein Unterbrechen der Beobachtung und
Zielverfolgung infolge Blendung durch ein zu helles Sonnenbild wird vermieden.
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Auch an den Oberflächen des Kollimato-robjektivs werden Sonnenstrahlen
reflektiert, die im Auge kleine Sonnenbilder erscheinen lassen. Eine Planfläche
an der Linse würde ein Sonnenbild in natürlicher Größe erzeugen, das störend neben
dem Sonnenbild des Kollimators erscheinen würde. Um diese Störbilder kleiner als
das Visierbild und untereinander gleich groß erscheinen zu lassen, wodurch sie am
besten kenntlich gemacht werden, wird der Radius der Vorderfläche kleiner gemacht
als der der Rückfläche, weil die von der Rückfläche reflektierten Strahlen beim
Durchgang durch die Vorderfläche eine zusätzliche Brechung erleiden. Gleiche Bildgröße
ergibt sich, wenn der Radius der Vorderfläche annähernd ein Drittel des der Rückfläche
ist.
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In Abb, 3 ist dargestellt, daß auf die Linse fallende Lichtstrahlen
an der Vorderfläche der Linse und nach dem Durchgang und der Reflexion an der Rückfläche
unter gleichen Winkeln austreten. Ein parallel zur Achse einfallender Lichtstrahl
ist mit a bezeichnet, der an der Vorderfläche r der Linse reflektierte Strahl mit
b und der nach dem Durchgang und der Reflexion an der Rückfläche 2 aus der Vorderfläche
austretende Strahl mit c. Die Winkel 2 und ß sind gleich, die Neigung von
h und c zu a ist einander entgegengesetzt. Das bedeutet, die Reflexbilder sind gleich
groß, und Bewegungen erfolgen in entgegengesetzter Richtung, aber ebenfalls in gleichem
Maß. Die beiden kleinen Oberflächenreflexe werden also mit der Kollimatorsonne zusammenfallen
oder in gleichen Abständen und in einander gleicher Größe danebenliegen. Die Störwirkung
dieser Reflexbilder ist erheblich vermindert.