DE110214C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

s V-J

PATENTSCHRIFT

KLASSE 42^Instrumente.

REINH. REEH in WETZLAR.

Ablesen beim Anzielen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 11. April 1899 ab.

Der Umstand, dafs die heutzutage an den Repetitionstheodoliten der Markscheider allein gebräuchlichen Ablesevorrichtungen, die Nonien, mit den Mängeln behaftet sind, dafs der Beobachter, um Horizontal- und Höhenkreis ablesen zu können, entweder seinen Standpunkt ändern oder die bewirkte Einstellung der Fernrohrachse auf das Object durch Drehen des Hauptkreises mit festgeklemmter Alhidade in die für die Ablesung geeignete Stellung aufheben mufs, was beides die Schnelligkeit und Sicherheit der Messung beeinträchtigt; dafs sich die Nonien während des Einstellens der Fernrohrsehachse auf die Zielpunkte dem Auge des Beobachters entziehen, wodurch die irrthümliche Benutzung einer falschen Feinstellschraube erst nach beendigter Messung hervortritt; dafs wegen Parallaxe Unsicherheit in der Feststellung der Coincidenz besteht; dafs aufserdem beim Messen in nassen oder wasserdampfreichen Grubenräumen die Lupen und Glasverdeckungen der Nonien beschlagen oder durch Spritz- und Tropfwasser vorübergehend unbrauchbar werden, hat den Anlafs gegeben, eine Vorrichtung zu entwerfen, welche diese Mängel beseitigt und den Beobachter in den Stand setzt, gleichzeitig mit dem Anzielen der Objecte die Theilkreise abzulesen.

Die Vorrichtung besteht aus einem Mikroskop mit Abschätzungsscala, deren Bild unter Vermittlung zweier gleichschenklig rechtwinkliger Glasprismen und zweier Sammellinsen durch die durchbohrte Kippachse des Fernrohres und die Ocularröhre in die Ebene des Fadenkreuzes gebracht wird, worin es bei jeder Ocularstellung deutlich erscheint.

Eine kleine Convexlinse A von der kleinen Brennweite f_x wird in der Entfernung

vom Theilkreise in das diesem zugekehrte Ende der Mikroskopröhre eingebaut und innerhalb der letzteren in der Entfernung von der Linse A

"l Jl

eine auf ein planparalleles Glasplättchen fein eingeritzte Scala von der Länge

2.

ra

Λ ₌

^ai —/i

ra

angebracht.

Hierin bezeichnen r den Radius des Theilkreises, in analytischem Mafse das Intervall

zweier benachbarten Kreistheile, welches in der Scala untertheilt wird.

Auf diese Weise wird der Objectivtheil eines Mikroskopes geschaffen, welcher das vergröfserte, reelle, umgekehrte Bild der Kreistheilung in der Ebene der Scala entwickelt. Damit diese Scala mit dem Bilde der Kreistheilung in der Ebene des Fadenkreuzes der Absehvorrichtung (Fern-

rohr und dergl.) gleichzeitig mit dem Ziele beobachtet werden kann, ist

I. ein gleichschenklig rechtwinkliges Prismenpaar P₁ und P₂ in der Drehachse des Fernrohres mit der Wirkung angeordnet, dafs das Prisma P₁, welches an dem der Kreistheilung abgewendeten Ende der Mikroskopröhre festsitzt, die Lichtstrahlen in die durchbohrte Kippachse lenkt, während das Prisma P₂, welches mit der Absehvorrichtung verbunden ist, die ihm durch die hohle Kippachse zugesendeten Lichtstrahlen nach dem Ocular hin reflectirt;

II. ist ein Linsensystem B C mit veränderlichem Abstande im Strahlengang so eingebaut, dafs die Linse B, weil in einem Abstande von der Scala gleich ihrer Brennweite /₂, die Strahlen der einfallenden Lichtbüschel parallel auswirft, während die Linse C, welche, um ihre Brennweite f₃ von der Ebene des Fadenkreuzes entfernt, in der Ocularröhre befestigt und mit dieser verschiebbar ist, diese parallelen Strahlen in ihrer Brennebene (Fadenkreuz) wieder vereinigt. Für die Linse B ist also die Gegenstandsweite a₂ = 'f₂ und, die Indices in Gl. ι berücksichtigt, die Bildweite b.₂ — oo.

Für die Linse C ist die Gegenstandsweite a_s = oo und die Bildweite b₃ =f₃-

Dies ist, um die Bildlage von dem veränderlichen Ocularstand unabhängig zu machen und gegen die Linse C zu fixiren, nothwendig, denn differentirt man Gleichung ι ohne Beachtung der Indices nach b und a, so kommt

Ab =

(*-f)f-*f

Aa-

-ff

Aa.

Ab = -

■ Δα.

Dies liefert, da b im Verhältnifs zu α sehr klein, schon für ein geringes endliches α für Δ b zu vernachlässigende kleine Werthe; denn setzt man hierin b = io cm, a = ίο m, Δ α = 2 cm, so wird

Ab= —

ι ο ooo

■ · 20 = ■

o,oo2 mm.

Gröfseren Einflufs auf die Bildlage übt eine fehlerhafte Stellung der Linse B und C aus, nämlich

Ab—+.

f\

Α*ν±

wenn Δ b₂, Ab₃ die Fehlerhaftigkeit der Linsen B und C in Bezug auf ihre Entfernung von Scala und Fadenkreuz bedeuten. Es ist also Sorgfalt darauf zu verwenden, dais die vorgeschriebenen Entfernungen möglichst genau innegehalten werden, und darauf zu achten, dafs die unvermeidlichen Fehler in ihrer Wirkung sich gegenseitig aufheben. (Vorzeichen in Gl. 4.)

Falls ohne Zwischenstellung des Prismas P₁ zwischen Scala und Linse B für die letztere ein gleichartiges Mittel, Luft, in Betracht kommt, gilt das Mafs a² =/₂ unmittelbar. Im anderen

Falle verändert sich a.₂ um Δ a₂ =

worin m die Länge einer Prismenkathete, η der Brechungsindex zwischen Luft und Glas bedeutet.

Für die durch die Linse B parallel dem optischen Hauptstrahl der Lichtbüschel ausgesendeten Strahlen bewirkt der Uebertritt in ein optisch dichteres Mittel eine Ablenkung in gleichem Mafs und Sinne, die bestimmt ist in dem Gesetz über die Brechung der Lichtstrahlen

sin β
sin γ

worin β, γ Einfallswinkel und Brechungswinkel bedeuten und n, der Brechungscoefficient, eine für die in Betracht kommenden Medien charakteristische Constante ist.

Da sich die Sinus (Sehnen, Tangenten) kleiner Winkel wie diese selbst verhalten, so liegt der Unterschied zwischen sin β = η sin γ und β = η ■ γ noch aufserhalb des sinnlich Wahrnehmbaren, und es wird demgemäfs das Bild der Scala im Gesichtsfelde mit derselben Reinheit der Perspective erscheinen, als wenn es ohne Vermittelung von Prismen im Mikroskop direct beobachtet worden wäre.

Ob die Linse B dem Prisma P₁ vor- oder nachzusetzen ist, bestimmen im einzelnen Falle Bauart, und Zweck des Instruments. Zu bemerken ist nur, dafs bei Verwendung des orthoskopischen Oculars (dies dürfte wohl wegen seiner vorzüglichen Eigenschaften jetzt allge-

s ö

mein eingeführt sein) das Verhältnifs —— = —-r

Ji J stattfindet, worin s,f₂ die im Vorhergehenden festgesetzte Bedeutung haben und ö,f bezw. Oeffhung der Fadenblende, Brennweite des Fernrohrobjectivs bezeichnen. Mit anderen Worten, Fernrohr und Ablesevorrichtung müssen gleiche Gröfse des Gesichtswinkels haben. Es ist dies durch die eigenthümliche Bauart des orthqskopischen Oculars bedingt. Die an dem dem Fernrohrobjectiv zugekehrten Ende der Ocularröhre einzusetzende Linse C ist nach einem Oeffnungsdurchmesser halbirt und bei Senkrechtstellung der Halbirendeir so weit seitlich der Fernrohrachse festgemacht, dafs das

Bild des angezielten Gegenstandes ungehindert entstehen. kann. Da die durch den optischen Mittelpunkt gehende optische Achse der Linse die Stellung des im Ocular sichtbaren Bildes der Scala S bedingt, so ist die excentrische Stellung der Linse C auch abhängig von der wünschenswerthen Excentricität der Gesichtsfelder von Fernrohr und .Ablesevorrichtung. Dieselbe dürfte höchstens oder wenig mehr als die halbe Bildgröfse der Scala

/3 =

betragen, d. i., da /₃ < ■§■/, etwas mehr als \ö, es sei denn, dafs man im Anstreben der gröfsten Deutlichkeit der Bilder die in Fig. 2 angegebene Form der Gesichtsfelder vorzieht.

Dafs die Bildgröfse <r in Gleichung 6 von dem Abstande der Linsen B und C, also von der Länge der parallelen Lichtstrahlen unabhängig ist, ist leicht einzusehen; denn von den

unendlich vielen Strahlen der Richtung -^

mufs es einen geben, der durch den optischen Mittelpunkt der Linse C geht, also nach dem Verlassen der Linse seine Richtung nicht ändert. Sein Durchtrittspunkt in der Brennebene ist der Bildpunkt: in ihm vereinigen sich alle

Strahlen gleicher Richtung!—^) · Sein Ab-

\ / 2 /
stand von der optischen Achse der Linse C

ist=-—-/₃, d.i. die Form der Gl. 6, in /2

welche sie übergeht, wenn h = wird.

Die Scala erscheint mit dem Bilde der Kreistheilung auf derselben Seite des Fadenkreuzes, und zwar bei Horizontalwinkelmessern für die rechts vom Beobachter befindliche Seite mit aufrechter, für die linke Seite mit verkehrter (auf den Kopf gestellter) Bezifferung (Fig. 1 und 2). Hierbei ist die Bezifferung als auf der Innenseite des Theilungsringes befindlich angenommen worden.

Die linke Seite der Fig. 2 kann gleichzeitig zur Veranschaulichung des Bildes des Höhenkreises dienen, weil der für die Höhenmessung gewählte Knopf des Signals in den Schnittpunkt der Kreuzfäden gebracht worden ist. Die auf den Kopf gestellte Zahl 4 bringt hier indessen nur einen Neigungswinkel mit negativem Vorzeichen , einen Tiefenwinkel, zum Ausdruck, wie er sich im Gesichtsfelde zeigen würde, wenn man vom NuHstrich der Theilung ab die Bezifferung so anbringt, wie die Winkel wachsen. Hierdurch würde in einfachster Weise die Unsicherheit beseitigt, welche bei kleinen Neigungswinkeln die Nonienablesung bestehen läfst. Sollte durch die Einrichtung der Linse C die Deutlichkeit des Bildes des angezielten Gegenstandes, die Helligkeit des Fernrohres, wesentlich leiden, so wird der Mechaniker unter Vergröfserung des Durchmessers der Ocularröhre und unter Beibehaltung des richtigen Abstandes der optischen Achsen von Fernrohr und Linse eine Vergröfserung des zwischen den Linsensegmenten belassenen Spaltes dadurch herbeiführen, dafs er aus der vollen Linse C ein von zwei gleich langen Sehnen begrenztes Mittelstück herausnimmt und die beiden rechts und links fallenden Segmente einbaut. Ueberhaupt wird man durch Versuche zu ermitteln haben, welches einer vollen Halblinse am nächsten kommende Linsensegment die besten Ergebnisse in Bezug auf Deutlichkeit der im Gesichtsfelde des Fernrohres (Fadenkreuz) erscheinenden Bilder liefert.

Die vorstehend charakterisirte Ocular-Ablesevorrichtung läfst eine Verwendung überall zu, wo optische Absehen mit eingetheilten Kreisen und Scalen verbunden sind.

Hauptsächlich aber wird sich mit Vortheil das Fernrohr eines Theodolits oder Tachymeters mit der Vorrichtung ausrüsten lassen, um bei ersterem, vorwiegend Horizontalwinkelmesser , zur Uebertragung zweier diametral gegenüberstehender (um i8o° verschiedener) Kreisbilder in die Fadenebene zu dienen.

Vornehmlich aber für Tachymetertheodolite ist die Vorrichtung von Vortheil, indem dadurch, dafs man sich hier in jeder Fernrohrlage mit je einer Ablesung am Horizontal- und Höhenkreis begnügt, die eine Seite der Vorrichtung zur Uebertragung des Bildes des Horizontalkreises, die andere zur Sichtbarmachung des Verticalkreises benutzt werden kann.

Hierdurch wird der Beobachter in den Stand gesetzt, gleichzeitig sozusagen mit einem Blicke die Latte und die beiden Kreise abzulesen. Die Theilung am Höhenkreis würde dann zweckmäfsig auf der Innenfläche des Ringkörpers anzubringen und die Mikroskopröhre speichenförmig anzuordnen sein.

Die Fig. 3 der beiliegenden Zeichnung stellt den letzteren Fall, nämlich die Verwendung der Ablesevorrichtung zur Sichtbarmachung beider Kreise (des Horizontal- und Höhenkreises) eines kleinen Grubentheodolits von 10 cm Limbusdurchmesser schematisch dar. Für ein Instrument, welches lediglich oder vorwiegend zum Messen von Horizontalwinkeln dient, würde dagegen die Vorrichtung beiderseitig zur Sichtbarmachung des Horizontalkreises benutzt werden.

Claims (1)

1. Patent-An spruch:

   Winkelmesser (Theodolit, Tachymeter und dergl.) mit optischer Vorrichtung zum gleichzeitigen Ablesen beim Anzielen, bestehend aus den in der Drehachse der Absehvorrichtung angeordneten Spiegeln (Prismen) P₁ und P₂, von denen der eine am oberen Ende der über der Theilung aufgerichteten Mikroskopröhre festsitzt, der andere mit der Absehvorrichtung verbunden ist, und den Linsen B und C zur Uebertragung des Bildes einer mittelbar oder unmittelbar mit der Absehvorrichtung (Fernrohr oder dergl.) verbundenen Theilung in die Ebene des Fadenkreuzes der Absehvorrichtung derartig, dafs dieses Bild innerhalb einer Abschätzungsscala gleichzeitig deutlich mit dem Ziele erscheint.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.