DE108188C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Bei dem von mir erfundenen, in der Patentschrift 95007 beschriebenen Entfernungsmesser (s.. Fig. ι der Zeichnung) sind den Objectiven eines Doppelfernrohres, verschieden weit davon sntferrit, zwei Reflexionsprismen derart vorgelagert, dafs man zur Beobachtung eines Zieles das Instrument zur Erde richten und von oben in dasselbe hineinsehen mufs. Die Entfernungsbestimmung gründet sich darauf, dafs die von den beiden Prismen aufgenommenen Bilder des Zieles an vertical verschiedenen Stellen auftreten und so dem Beobachter verschieden hoch erscheinen, da sich seine Augenachsen parallel auf vertical identische Punkte der Ocularfelder richten.

Letzteres trifft jedoch nur bedingungsweise zu, d. h. nur dann, wenn die Prismen so angeordnet sind, dafs die Bilder genügend grofsen seitlichen Abstand. von einander erhalten, da sonst bei dem geringen Höhenunterschiede der Bilder beide leicht in einander übergehen, indem die Augenachsen alsdann in verticaler Richtung so convergiren, dafs sie auf identische Bildpunkte gerichtet sind, wodurch in der Anschauung ein einheitliches Bild entsteht.

Versuche, die mit einem solchen Instrumente von zwanzigfacher Vergröfserung und einem Prismenabstande von 400 mm angestellt wurden, bestätigten diese meine Annahme in dem Umfange, dafs beide Augen für Entfernungen von co bis 100 m und weniger convergirten, so dafs die Fähigkeit beider Augen, in verticaler Richtung zu convergiren, derjenigen der natürlichen horizontalen Convergenz gleich zu kommen scheint.

Ein solches Instrument, bei welchem die Augen gewissermafsen in verticaler Richtung künstlich aus einander gerückt sind, könnte man als Doppelfernrohr mit verticaler Plastik bezeichnen. Diese bisher unbekannten Doppelfernrohre, die sich in ihrer sonstigen Wirkung von den nach Helmholtz'schen Princip construirten Doppelfernrohren mit horizontal vergröfsertem Objectivabstande in nichts unterscheiden , eignen sich wegen ihrer einfacheren Construction und wegen der ruhigen Haltung und Beobachtung, die sie durch Aufsetzen auf den Boden gewähren, besonders wenn an der Rückseite des Instrumentes noch eine Stütze angebracht ist, sehr zur Construction von Entfernungsmessern.

Die Entfernungsbestimmung vermittelst dieser neuen Doppelfernrohre geschieht nun nach einem auf folgenden Erwägungen beruhenden Mefsverfahren, bei welchem die von Zeifs zur Ausführung des stereoskopischen Mefsverfahrens gemäfs Patent 82571 vorgeschlagene mikrometrische Verstellbarkeit von Marken in den Ocularfeldern benutzt wird.

Wenn beide Augen sich stets auf identische Bildpunkte des durch das Doppelfernrohr beobachteten Objectes richten, andererseits aber identische Bildpunkte bald mehr, bald weniger grofse parallaktische Unterschiede zeigen, d. h. an mehr oder weniger verschiedenen Stellen der Ocularfelder auftreten, so werden identische

Punkte der Ocularfelder selbst bald mehr, bald weniger gegen einander verschoben erscheinen, indem sie auf verschiedenen Netzhautstellen zur . Abbildung gelangen. · Wollte man also solche identische Stellen der Ocularfelder durch eingesetzte Marken kenntlich machen, so würden sie ' um so mehr gegen einander verschoben erscheinen, je gröfser die parallaktischen ...Unterschiede in der Lage beider Bilder wäreri, je mehr also beide Augen .convergiren müfsten.

Dieses bildet den Kern der Erfindung.

Theoretisch betrachtet, läfst sich diese Verschiebung identischer Punkte der Ocularfelder, deren Gröfse, abgesehen von dem gegenseitigen Abstande, der beiden Prismen, von der Entfernung des beobachteten Zieles abhängt, erkennen und messen, wenn die beiden Ocularfelder je eine durchgehende, horizontale Strichoder Fadenmarke erhalten (Fig. 2). Denn nehmen wir an, beide Marken stimmten in ihrer Lage innerhalb der Ocularfelder mit den Bildern eines unendlich fernen Objectes überein, so werden ,sie dem Beobachter nicht als Doppelmarke g\ sondern als einfache Marke erscheinen, da beide auf identischen Netzhautstellen zur Abbildung gelangen, ebenso wie die beiden Bilder des Zieles nicht als Doppelbilder, sondern als einfaches Bild wahrgenommen werden. Werden aber Objecte geringerer Entfernung beobachtet und demgemä'fs die parallaktischen Unterschiede der Bilder innerhalb der Ocularfelder entsprechend gröfser, so müssen beide Augen, um ein einheitliches Bild zu erblicken, stärker convergiren, was hinwiederum zur Folge hat , dafs die beiden Marken nicht mehr auf identischen Netzhautstellen zur Abbildung gelangen und dem Beobachter als Doppelmarke g¹ erscheinen, und zwar wird der Abstand beider von einander zu der Entfernung des beobachteten Zieles in einem bestimmten Verhältnisse stehen. Dieser Abstand läfst sich aber leicht in der Weise ermitteln, dafs man die eine Marke mikrometrisch verschiebbar einrichtet und so lange in verticaler Richtung bewegt, bis anstatt einer Doppelmarke eine einfache Marke erblickt wird. Sind nun die Abstände gleich von vornherein als Entfernungswerthe auf der Trommel der die Marke verschiebenden Mikrometerschraube angebracht, so kann die Entfernung ohne Weiteres abgelesen werden.

Solche durchgehende, dem Durchmesser der Blende entsprechende Marken, wie sie lediglich zur Erläuterung des Verfahrens angenommen wurden, bestätigen in Wirklichkeit die Theorie durchaus nicht, beweisen vielmehr, dafs eine seitliche Verschiebung der Marken überhaupt nicht eintritt, da sie trotz ihrer parallaktischen Unterschiede von den beiden Bildern des Objectes, also trotzdem beide beim Beobachten des Zieles nicht auf identischen Netzhautstellen abgebildet werden,, nicht als zwei getrennte Marken erscheinen, sondern zu einer einzigen verschmelzen.

Dieser Vorgang ist ganz' ähnlich demjenigen, der sich beim bjnocularen Sehen mit unbewaffnetem Auge abspielt. Fixirt man ein Object bestimmter Entfernung, so müssen, streng genommen, alle Objecte von gröfserer oder geringerer Entfernung doppelt gesehen werden, weil diese in beiden Augen auf nicht gleichwertigen Stellen der Netzhäute zur Abbildung gelangen. Diese Incongruenz kommt nicht als Doppelsehen zur Anschauung, sondern erzeugt beim geübten Auge den Eindruck der Tiefendimension. In ganz ähnlicher Weise werden solche durchgehende Marken, die nicht auf identischen Netzhautstellen liegen, nicht als zwei getrennte Marken wahrgenommen, indem beide zu einer einzigen verschmelzen, mit anderen Worten, indem die parallaktischen Unterschiede nicht als solche, sondern als Tiefe, zur Anschauung kommen.

Um die dem neuen Verfahren zu Grunde liegende Theorie praktisch verwendbar zu machen, empfiehlt sich die Benutzung der nachstehend beschriebenen Markenanordnungen. Es ist aber -festzuhalten, dafs es für die Erfindung unwesentlich ist, welche Markenfprm zur Benutzung gelangt, denn das Wesen des Mefsverfahrens liegt eben darin begründet, dafs die Entfernung aus dem Grade der Verschiebung hergeleitet wird, welche die in zwei Ocularfeldern befindlichen Marken infolge der Verschiedenheit in der Convergenz beider Augen für die verschiedenen Entfernungen gegen einander erleiden.

Eine der einfachsten Markenanordnüngen ist die in Fig. 3 veranschaulichte, bei welcher beide Ocularfelder nur zur Hälfte mit je einer Marke versehen sind, und zwar befindet sich bei dem einen Oculare die Marke in der linken, bei dem anderen in der rechten Hälfte. Beim binocularen Sehen nach einem Ziele werden beide Marken sich dem Beobachter als eine gerade Linie g zeigen, wenn die parallaktischen Unterschiede von Marken und Bildern hinsichtlich ihrer verticalen Lage übereinstimmen , während im anderen Falle beide Marken sich als eine gebrochene Linie g^l darbieten. Ist nun eine der Marken mikrometrisch verschiebbar eingerichtet, so läfst sich die Stärke der Verschiebung beider zu einander und damit die Entfernung des .beobachteten Objectes ermitteln, indem man die Mikrometerschraube, auf deren Trommel die den einzelnen Graden der Verschiebung zukommenden Entfernungswerthe verzeichnet sind, so lange dreht, bis beide Marken in einer Geraden liegen,

was der Fall sein wird, wenn die Unterschiede in der verticalen Lage von Marken und Bildern übereinstimmen.

Zur Berechnung der parallaktischen Unterschiede für die einzelnen Entfernungen E kann man die Formel benutzen

wobei Δ die Basis, d. h. den Abstand beider Prismen von einander, und f die Brennweite darstellen.

In Fig. 4 wird eine zweite Markenanordnung veranschaulicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dafs das eine Ocularfeld zwei sich kreuzende Marken (am besten Fäden) erhält, während in dem anderen Rohre eine horizontal laufende Marke angebracht wird.. Sind hierbei im gegebenen Falle die Unterschiede in der verticalen Lage der Bilder innerhalb der Ocularfelder gleich den Unterschieden, die zwischen der horizontalen Marke und dem Kreuzungspunkte der beiden anderen Marken bestehen, mit anderen Worten, steht der Kreuzungspunkt genau auf demselben Bildpunkte, der in dem anderen Rohre durch die horizontale Marke geschnitten wird, so erblickt der Beobachter beim binocularen Sehen nach dem Ziele ein Markenbild g, bei welchem die Horizontalmarke genau durch den Schnittpunkt der beiden anderen Marken geht, während im anderen Falle die letzteren oberhalb oder unterhalb ihres Kreuzungspunktes geschnitten werden. Man hat also nur nöthig, die Mikrometerschraube so lange zu drehen, bis alle drei Marken, einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen, worauf die Entfernung von der Scala des Mikrometers abgelesen wird:

Bemerkt sei noch, dafs die beiden gekreuzten Marken auch durch eine einzige verticale Marke ersetzt, werden könnten, die, in der Mitte mit einem Merkzeichen versehen (Fig. 6), in ganz ähnlicher Weise die Entfernungsbestimmung gestatten würde. Die Horizontalmarke des anderen Rohres wäre in diesem Falle so lange zu verschieben, bis sie genau durch das Merkzeichen der Verticalmarke ginge.

Aus dem bisher Erläuterten läfst sich nun folgern, dafs bei dem Instrumente auch eine Entfernungsbestimmung durch monoculareBeobachtung möglich ist. Zu diesem Zwecke stellt man, wenn beispielsweise die sich kreuzenden Fäden benutzt sind, einen geeigneten Zielpunkt des Objectes, das bestimmt werden "soll, vermittelst des Kreuzungspunktes unter monocularer Beobachtung scharf ein, sieht hierauf durch das-andere, mit Horizontalmarke versehene Rohr und "verschiebt dieselbe durch Drehen der Mikrometerschraube so lange, bis sie genau durch jenen Zielpunkt geht, der in dem anderen Rohre durch den Schnittpunkt beider Marken eingestellt war. Voraussetzung für dieses Verfahren ist eine durchaus ruhige Haltung des Instrumentes während der beiden zeitlich getrennten Beobachtungen. Das Verfahren könnte unter Umständen zur Controle der binocularen Messungen, sowie zur Justirung des Instrumentes Verwendung finden.

Eine weitere Markenanordnung, dje,,. im Grunde genau die gleiche, von den erläuterten etwas abweicht, ist die in Fig. 5 gegebene. Beide Ocularfelder erhalten in ihrer Mitte je eine vertical laufende, mit Einschnitt versehene Marke, die beim binocularen Sehen aber nur als einfache Marke wahrgenommen werden. Diese beiden -zu einer einzigen Marke verschmolzenen Einzelmarken werden sich nun beim binocularen Sehen durch das Instrument, je nach der Entfernung des beobachteten Objectes, bald mehr, bald weniger in verticaler Richtung in einander verschieben, was dadurch bemerkbar wird, dafs eine Verschiebung der Einschnitte gegen einander eintritt. Herrscht bei dieser Markenanordnung zwischen den beiden Einschnitten und den beiden Bildern bezüglich ihrer verticalen Lage innerhalb der Ocularfelder Uebereinstimmung, so werden die Einschnitte einander gegenüberliegen, während im anderen Falle der eine höher als der andere zu liegen kommt. Die Messung wird hier ausgeführt, indem man die eine Marke so lange verschiebt, bis beide Einschnitte einander genau gegenüberstehen. Diese Marken werden am besten aus schmalen, dünnen Metallplättchen hergestellt. Es können aber auch z. B. schwach gefärbte Gläser dazu benutzt werden, die also einen der Stärke der Marken entsprechenden Theil des Zieles nicht, verdecken, sondern in gefärbtem Lichte erscheinen lassen. In diesem Falle findet in gewissem Sinne eine Farbenverschiebung statt, indem die hellen Ausschnitte sich in dem gefärbten Theile des Zieles bei wechselnder Beobachtung von nahen und fernen Zielen auf- und äbbewegen, gerade wie dies der Fall ist bei dem völlig verdunkelten Theile des Objectes bei Anwendung lichtundurchlässiger Marken.

Die Verwendung solcher Marken mit Einschnitten bewährt sich in der Praxis insofern, als man eine äufserst deutliche Marke erhält, jedoch erscheint es möglich, was indessen noch genauerer Untersuchung bedarf, dafs die Genauigkeit in der Wahrnehmung der Verschiebungen geringer ist als beispielsweise bei sich kreuzenden Marken, bei denen das Auge im Wahrnehmen kleinster Winkel seine höchste Leistungsfähigkeit entfalten kann , besonders wenn die beiden Fäden sich unter einem spitzen Winkel schneiden.

Anstatt die Messung durch Verschieben der Fadenmarke auszuführen, könnten auch andere Arten mikrometrischer Messung Verwendung finden, wie beispielsweise die Verschiebung des Geländebildes gegen die Marken, indem das eine oder andere Prisma oder eins der Objective verschoben würde. Weiterhin würde auch die Verwendung eines Mikrometers zur Verschiebung der Marke entbehrlich werden, wenn man z. B. anstatt einer einzigen, mit Merkzeichen versehenen Marke eine Anzahl solcher einsetzen würde, und zwar derart, dafs ihre Merkzeichen (Fig. 7) die gleichen parallaktischen Unterschiede mit Bezug auf die in dem anderen Rohre befindliche Horizontalmarke besäfsen wie die Bilder jener Objecte, deren Entfernung durch die betreffenden Marken wiedergegeben werden soll. Würde man also auf diese oder ähnliche Art für alle in Betracht kommenden Entfernungen, vielleicht von 100 m zu 100 m steigend, besondere Marken einsetzen, so wäre nur erforderlich, das Ziel binocular durch das Instrument zu beobachten und festzustellen, bei welcher von den Marken das Merkzeichen durch die Horizontalmarke geschnitten würde.

In den Fig. 1, 8 und 10 sind drei verschiedene Doppelfernrohre mit verticaler Plastik veranschaulicht.

Fig. ι stellt das Doppelfernrohr in seiner einfachsten, bereits erläuterten Ausführung dar. Nachzutragen bleibt noch, dafs, da man beim Hineinsehen von oben in ein Prisma ein auf dem Kopfe stehendes Bild mit richtig stehenden Seiten erblickt, zur Construction des Instrumentes am besten Fernrohre vom Typus des astronomischen, also ohne bildumkehrende Zwischenlinsen, Verwendung finden. Man wird alsdann ein richtig stehendes Bild erhalten, bei welchem rechts und links vertauscht sind. Das Gleiche wird der Fall sein, wenn anstatt der einmaligen eine dreimalige Reflexion zur Anwendung kommt. Es ergiebt sich dies aus Fig. 9, bei welcher ein von oben, mit Front nach dem Objecte in die Prismen schauender Beobachter ein Bild des Gegenstandes erblicken wird, bei welchem unten und oben vertauscht sind.

Die Verwendung einer dreimaligen Reflexion findet sich in Fig. 8 vor. Dieselbe gewährt lediglich den Vortheil, dafs der Prismenabstand annähernd gleich der Länge des ganzen Instrumentes wird, während bei dem Doppelfernrohr der Fig. 1 die Länge der Fernrohre an und für sich als Basis nicht mitbenutzt werden kann. Von den beiden bildaufnehmenden Prismen α und b befindet sich das eine in unmittelbarer Nähe seines Objectives, das andere nahe dem Oculare. Das von dem Prisma b aufgenommene Bild wird nach dem Prisma b¹ refiectirt und gelangt von hier unter zweimaliger Reflexion in das Fernrohr.

Ein drittes, in Fig. 10 gegebenes Doppelfernrohr mit verticaler Plastik ist dadurch gekennzeichnet, dafs das eine Rohr kein Prisma erhält, während bei dem anderen die beiden Prismen bb^l im rechten Winkel zur optischen Achse des Fernrohres vor den Objectiven angebracht sind. Das Instrument erfordert bei dieser Ausführung terrestrische Oculare, da die beiden Prismen an■· und für sich ein aufrechtstehendes Bild liefern. Soll das Doppelfernrohr in dieser Gestalt zum Hineinsehen von oben eingerichtet werden, so läfst sich dies leicht erreichen, indem man vor beiden Ocularen je ein Reflexionsprisma anbringt, welche die austretenden Strahlen nach oben reflectiren. In diesem Falle können wieder astronomische Oculare benutzt werden.

Da diese Doppelfernrohre, wie eingangs erwähnt, von den Helm ho ltz'sehen TeIestereoskopen, wie sie, etwas modificirt, von der Firma Zeifs in Jena zu ihren stereoskopischen Entfernungsmessern benutzt werden, in ihrer sonstigen Wirkung sich nicht wesentlich unterscheiden, so liegt die Annahme nahe, dafs beim Einsetzen von geeigneten, d. h. möglichst starken, durchgehenden Horizontalmarken ebenfalls eine plastische, in die Tiefe führende Entfernungsmarke erzeugt würde, die mit den natürlichen Objecten verglichen werden könnte. In diesem Falle läge also eine bisher unbekannte, beim binocularen Sehen mit blofsem Auge überhaupt nicht vorhandene Entfernungsunterscheidung vor, die man vielleicht als Unterscheidung nach der verticalen Tiefendimension bezeichnen könnte.

Inwieweit beim menschlichen Auge eine solche Entfernungsunterscheidung bei Benutzung der betreffenden Fernrohre vorhanden, ist nicht eingehender untersucht worden, weil die Entfernungsunterscheidung nach der natürlichen horizontalen Tiefendimension bei den stereoskopischen Entfernungsmessern sich als eine sehr unzuverlässige erwiesen hatte, so dafs bei den neuen Doppelfernrohren die gleichen ungünstigen Resultate zu erwarten standen.

Die vorliegende Erfindung enthält ein ganz neues Mefsverfahren, das sich an keine der bisherigen Methoden anlehnt.

Seine praktische Bedeutung beruht darin, dafs

1. eine, absolut ruhige Haltung des Instrumentes nicht gefordert wird;

2. ein Arbeiten mit Doppelbildern des Zieles nicht stattfindet;

3. das schwierige und zeitraubende Pointiren eines geeigneten Zielpunktes des zu bestimmenden Objectes, wie es sich bei der Mehrzahl der Entfernungsmesser vorfindet, nicht

erforderlich ist. Man hat nur nöthig, vermittelst des Doppelfernrohres binocular nach dem Ziele hinzusehen und die Mikrometerschraube so lange zu drehen, bis das gleichzeitig gesehene Markenbild in der betreffenden Form zur Anschauung kommt. Das Instrument wird also auch eine Entfernungsbestimmung von sich bewegenden Zielen, wie Schiffen, Wolken u. s. w., gestatten.

Aufser bei dem Zeifs'sehen Verfahren finden sich ciiese vereinten Vorzüge so viel mir bekannt, bei keiner der bisher benutzten Mefsmethoden.

Die von mir construirten Doppelfernrohre mit verticaler Plastik zeichnen sich durch grofse Einfachheit aus, haben aber gegenüber dem Helmholtz'schen Telestereoskope den Nachtheil, dafs das eine bildaufnehmende Prisma sich zu nahe am Boden befindet, so dafs bisweilen in der Nähe befindliche Gegenstände die Aussicht nach dem Ziele verhindern. Bei dem Doppelfernrohr der Fig. io ist dieser Uebelstand indessen insofern nicht vorhanden, als man durch Herumdrehen des Instrumentes das Prismenrohr nach oben richten kann.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Entfernungsmesser, bestehend aus einem Doppelfernrohr mit Marken im Gesichtsfelde der beiden Fernrohre und einer Prismenanordnung, die bewirkt, dafs die zwei von dem Doppelfernrohre erzeugten Bilder in verschieden hoher Verticallage der Ocularfelder erscheinen, dadurch gekennzeichnet, dafs die Entfernung aus dem Grade der Verschiebung hergeleitet wird, welche die in den beiden Ocularfeldern des Doppelfernrohres befindlichen Marken beim binocularen Sehen nach einem Ziele infolge der zur Verschmelzung der beiden Zielbilder nöthigen Ablenkung der Augenachsen oder mit anderen Worten infolge der Verschiedenheit der verticalen Augenachsenconvergenz für die einzelnen Entfernungen in senkrechtem Sinne gegen einander erleiden.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.