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Vorrichtung zum parallaxenfreien Ablesen an Teilungen, vorzugsweise
beim Ablesen von Zeigerinstrumenten Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen,
mit deren Hilfe durch Parallaxe bedingte Ablesefehler z. B. bei Anzeigeinstrumenten
vermieden werden.
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Parallaxe kann als die scheinbare Verschiebung eines Gegenstandes
mit Bezug auf die Veränderung des Beobachtungsstandpunktes definiert werden. Es
ist beispielsweise eine bekannte Tatsache, daß, wenn der Zeiger eines Anzeigeinstrumentes
von einem Punkt aus gesehen wird, der nicht in einer durch die Längsmittellinie
des Zeigers gehenden, also senkrecht zur Skala des Instrumentes verlaufenden Ebene
liegt, die Ablesung des Meßwertes infolge des Parallaxeneffektes einen Fehler ergibt.
Je größer die Abweichung von dem genannten Beobachtungspunkt, desto größer der Ablesefehler
des Meßwertes, d. h. desto größer der Parallaxeneffekt.
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Um dem Beobachter den Parallaxenfehler zur Kenntnis zu bringen, werden
Instrumente oft mit Parallaxenanzeigern versehen. Ein Parallaxenanzeiger verbreiteter
Art besteht in einem Spiegel, dessen Fläche sich über die Länge der Skala des zugehörigen
Instrumentes erstreckt. Der Spiegel befindet sich in einer solchen Lage, daß der
Zeiger des Instrumentes zwischen dem Auge des Beobachters und dem Spiegel liegt.
Wenn nun der Zeiger von einem Blickpunkt aus gesehen wird, der in einer durch die
Längsmittellinie des Zeigers gehenden und senkrecht zur Skala des Instrumentes verlaufenden
Ebene liegt, dann befindet sich der Zeiger zwischen dem Auge des Beobachters und
dem Spiegelbild des Zeigers, und der Parallaxenfehler ist praktisch gleich Null.
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Wenn der Beobachtungspunkt jedoch nicht in der erwähnten Ebene liegt,
sieht der Beobachter ebenfalls das Spiegelbild des Zeigers, und er wird hierdurch
darauf hingewiesen, daß er seinen Blickwinkel ändern muß, um den Parallaxenfehler
zu korrigieren.
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Es kann bewiesen werden, daß bei einem bestimmten Blickwinkel die
scheinbare Verschiebung des Zeigers aus seiner tatsächlichen Lage, wie sie durch
sein Spiegelbild angezeigt wird, der Entfernung zwischen Spiegel und Zeiger proportional
ist.
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Die bekannte Spiegelskala hat jedoch einige Mängel. Es kommt z. B.
vor, daß sich im Spiegel das Zeigerbild nur wenig gegen den im Spiegel ebenfalls
abgebildeten Hintergrund abhebt, wenn dieser Hintergrund den gleichen Farbton wie
der Zeiger hat. Ein anderer Nachteil liegt in dem Umstand, daß bei der Spiegelskala
der Zeiger sein Spiegelbild vollkommen überdecken muß, wenn ohne Parallaxenfehler
abgelesen werden soll. Es ist jedoch nicht leicht festzustellen, ob sich Spiegelbild
und Zeiger
vollkommen decken. Unvollkommene Deckung ist nur aus einer kleinen und
schwer wahrnehmbaren Verbreiterung der Zeigerspitze zu erkennen.
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Es sind auch noch Einrichtungen zum parallaxenfreien Ablesen von
Teilungen bekannt, die auf der Maßnahme basieren, zwei in verschiedenen Abständen
zwischen der Skalenfiäche und dem Beobachter angebrachte Markierungen beim Ablesen
zur Deckung zu bringen. Es handelt sich bei diesen Vorrichtungen beispielsweise
um eine zweite Skala, die auf einer durchsichtigen Scheibe oberhalb der unteren
Skala angebracht ist. Es sind auch zwei Skalen, die in verschiedener Tiefe angeordnet
sind, vohgeschlagen worden. Eine dritte bekannte Vorrichtung dieser Art besteht
aus einem über einer Skala angeordneten durchsichtigen Schieber, auf dessen Vorder-
und Rückseite Markierungen eingraviert sind, die beim Einstellen des Schiebers auf
einen bestimmten Skalenstrich der Skala zur Deckung gebracht werden müssen. Diese
bekannten Vorrichtungen benötigen eine zusätzliche Skalenteilung oder Gravierung
auf einer Scheibe, die sehr genau mit der
zweiten verwendeten Teilung
übereinstimmen muß.
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Aus wirtschaftlichen Gründen wird im Meßgerätebau demgegenüber allgemein
angestrebt, möglichst einfache, durch Klischeedruck erzeugbare Skalen zu verwenden.
Das Herstellen zusätzlicher Skalenteilungen soll nach Möglichkeit vermieden werden.
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Auch ist bekannt, daß, wenn Licht von einem Körper in einen anderen
übertritt, infolge der Tatsache, daß das Licht sich in verschiedenen Körpern mit
verschiedener Geschwindigkeit fortbewegt, Brechung auftritt. Wenn z. B. ein Lichtstrahl
von Luft in Glas einfällt, wird er zum Einfallslot hin gebrochen. Tritt der Lichtstrahl
vom Glas in Luft ein, dann wird er vom Einfallslot weg gebrochen. Diese Tatsache
kann so ausgenutzt werden, daß hierdurch eine andere Art von Parallaxenanzeiger
für Instrumentenzeiger geschaffen werden kann.
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Die Erfindung bezieht sich demnach auf eine Vorrichtung zum parallaxenfreien
Ablesen an Teilungen, vorzugsweise beim Ablesen von Zeigerinstrumenten, unter Einhaltung
einer solchen Blickrichtung des Beobachters, daß der Zeiger und ein durch optische
Mittel erzeugtes Abbild in Deckung sind. Nach der Erfindung ist die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, daß ein durchsichtiger planparalleler optischer Körper parallel
zur Ableseebene zwischen Beobachter und Ableseebene angeordnet ist und daß eine
Kante des Körpers über den Markierungen in der Ableseebene oder über dem sichtbaren
Teil des Zeigers verläuft.
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Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung weisen der Zeiger bzw. die
Skalenmarkierungen beim nicht parallaxenfreien Ablesen in ihrer Längsausdehnung
einen scheinbaren Knick auf. Dieser Knick ist im Gegensatz zu der bei der Spiegelskala
zu beobachtenden Verbreiterung des Zeigers leicht wahrzunehmen.
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Der Körper hat vorzugsweise zwei parallele Flächen, die durch eine
zu ihnen senkrecht verlaufende Endfläche miteinander verbunden sind. Die Endfläche
erstreckt sich über die Länge der Instrumentenskala, und eine Projektion der Kante
der Endfläche überschneidet sich mit dem Zeiger des Instrumentes. Wenn der Zeiger
von einem Punkt aus gesehen wird, welcher in der durch die Längsmittellinie gehenden
und senkrecht zur Skala des Instrumentes verlaufenden Ebene liegt, dann sieht der
Beobachter den Zeiger als einen ununterbrochenen Teil, und der Parallaxenfehler
ist praktisch gleich Null. Wenn der Zeiger von irgendeinem anderen Punkt aus gesehen
wird, dann tritt eine scheinbare Unterbrechung des Zeigers dort auf, wo die erwähnte
Kantenprojektion der Endfläche den Zeiger kreuzt. Somit wirken die parallelen Flächen
des Licht weiterleitenden Körpers und ihre überschneidende Endfläche zusammen, um
einen Parallaxenanzeiger für den Zeiger des Instrumentes zu bilden.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erwindung ist der durchsichtige
Körper zwischen dem Zeiger des Instrumentes und der Skala angeordnet. und eine Kantenprojektion
einer Endfläche des Körpers überschneidet sich mit den Markierungen der Skala. Eine
scheinbare Unterbrechung, ähnlich der oben bezüglich des Zeigers beschriebenen,
tritt in jeder Markierung auf, die von einem Punkt gesehen wird, der nicht in der
Ebene liegt, welche durch die Längsmittellinie der Markierung geht und lotrecht
zur Skala des instrumentes verläuft.
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Instrumente sind gewöhnlich mit einem durchsichtigen Glasfenster
versehen, welches die Öffnung, durch die Zeiger und die Skala des Instrumentes beobachtet
werden, abschließt. Eine derartige Abdeckplatte schützt den Mechanismus eines Instrumentes
gegen Staub, Beschädigung durch äußere Ursachen usw.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind ein durchsichtiger
Parallaxenanzeiger von der oben beschriebenen Art und das schützende Sichtfenster
eines Instrumentes zu einer integralen Einheit vereinigt.
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Somit löst die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen verbesserten
Parallaxenanzeiger für ein Anzeigegerät zu schaffen. Weiter wird mit der Erfindung
beabsichtigt, einen Licht weiterleitenden Parallaxenanzeiger für einen Instrumentenzeiger
zu schaffen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in einem aus einem Licht weiterleitenden
Körper hergestellten Parallaxenanzeiger mit zwei im wesentlichen parallelen Flächen
und einer im wesentlichen zu den parallelen Flächen senkrecht verlaufenden Endfläche.
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Noch eine der Erfindung gestellte Aufgabe bildet die Herstellung
eines Parallaxenanzeigers gemäß dem Vorerwähnten, wobei der Parallaxenanzeiger mit
dem schützenden Sichtfenster des Instrumentes ein festes Ganzes bildet.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen stellt dar
Fig. 1 eine Draufsicht eines die Erfindung anwendenden Instrumentes, Fig. 2 einen
vergrößerten Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, wobei Teile entfernt
und fortgelassen wurden, Fig. 3 eine schräge Teilansicht des in Fig. 1 dargestellten
Instrumentes und veranschaulicht den Parallaxenfehler, Fig. 4, 5, 6 und 7 Querschnitte
weiterer Anwendungsbeispiele der Erfindung, wobei bestimmte Teile fortgelassen und
andere Teile nicht dargestellt sind, und Fig. 8 eine schräge Teilansicht der in
Fig. 7 dargestellten Anwendung und veranschaulicht den Parallaxenfehler.
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Fig. 1 stellt ein elektrisches Meßinstrument, in diesem Falle einen
Spannungsmesser, dar, das aus einem Gehäuse 1, zwei elektrischen Eingangsanschlüssen
3, Anzeigemitteln in der Form einer Skala 5 und eines Zeigers 7 sowie einer Öffnung9,
durch welche die Skala 5 und der Zeiger 7 sichtbar sind, besteht. Der Zeiger 7 dreht
sich um eine (nicht dargestellte) Drehachse und bewegt sich entlang der Skala 5,
um den gemessenen Spannungswert anzuzeigen. Der Zeiger 7 besteht aus einem Zeigerkörper
11 und einem schneidenförmigen Teil 13. Die Öffnung 9 ist durch ein durchsichtiges
Fenster 15 aus beliebigem durchsichtigem Material, z. B. Glas, verschlossen. Auch
ist das Instrument mit einem Licht weiterleitenden Parallaxenanzeiger 17 versehen,
dessen Kante 19 sich über die Länge der Skala 5 erstreckt.
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Die Skala 5 ist mit Markierungen einschließlich Teilstrichen 21 und
Skalenziffern 22 versehen, die in ein Skalenblatt 23 eingezeichnet sind, wobei der
Zeiger 7 mittels der Markierungen den Wert der in
einem bestimmten
Zeitpunkt gemessenen Spannung anzeigt.
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In Fig. 2 ist das Verhältnis verschiedener innerer Teile des Instrumentes
zueinander dargestellt. Es ist zu erkennen, daß der schneidenförmige Endteil 13
des Zeigers 7 in einem Raum 25 zwischen dem Licht weiterleitenden Parallaxenanzeiger
17 und dem Skalenblatt 23 liegt. Der Parallaxenanzeiger 17 kann aus beliebigem Licht
weiterleitendem Material bestehen, dessen Brechungsindex nicht gleich Eins ist,
z. B. aus klarem Glas oder klarem Methacrylsäuremethylester-Kunststoff. (Es ist
zu beachten, daß der Brechungsindex des Lichts im Vakuum gleich Eins ist, doch kann
für praktische Zwecke angenommen werden, daß der Brechungsindex des Lichtes auch
in der Luft gleich Eins ist.) Der Parallaxenanzeiger 17 hat zwei parallele Flächen
27, die durch eine Endfläche 29, in der die Kante 19 liegt, miteinander verbunden
sind. Die Endfläche 29 verläuft lotrecht zu den parallelen Flächen 27. Es ist zu
erkennen, daß eine seitliche Projektion der Endfläche 29 nach rechts, wie in Fig.
2 sichtbar ist, den schneidenförmigen Endteil 13 des Zeigers 7 überschneidet.
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In Fig. 1 ist der schneidenförmige Endteil 13 des Zeigers 7 so eingezeichnet,
als ob er von einem Punkt aus gesehen würde, der in einer lotrecht zur Skala 5 verlaufenden
und den Zeiger 7 in seiner Längsmittellinie durchschneidenden Ebene liegt. Es ist
offenkundig, daß, wenn der Zeiger von einem solchen Punkt aus gesehen wird, kein
Parallaxenfehler vorhanden ist, und der Beobachter ist daher in der Lage, den von
dem Zeiger angegebenen wirklichen Spannungswert abzulesen.
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In der Teilansicht der Fig. 3 ist der schneidenförmige Endteil 13
des Zeigers 7 mit einer scheinbären Unterbrechung dargestellt. Diese Unterbrechung
tritt an der Kante 19 des Parallaxenanzeigers 17 auf und wird dadurch hervorgerufen,
daß der Zeiger von einem Punkt aus gesehen wird, der links von dem Punkt liegt,
von welchem aus er in Fig. 1 gesehen wird. Wenn der Zeiger von einem Punkt aus gesehen
würde, der rechts von dem Punkt liegt, von welchem aus er gemäß Fig. 1 gesehen wird,
dann befände sich die scheinbare Verschiebung des Zeigerteiles 13 a links anstatt
rechts von der wirklichen Stellung des Zeigers. Infolge dieser scheinbaren Verschiebung
ist es offensichtlich, daß der Beobachter, um die wirkliche Stellung des Zeigers
in bezug auf die Skalenmarkierungen festzustellen, seine Lage, von der aus er den
Zeiger sieht, ändern muß.
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Wenn er daher den Zeiger so sieht, daß die scheinbare Unterbrechung
verschwunden ist, wie in Fig. 1 dargestellt, dann liest er den von dem Instrument
gemessenen richtigen Spannungswert ab.
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Es kann nachgewiesen werden, daß die durch den Parallaxenanzeiger
17 hervorgerufene scheinbare Verschiebung des Zeigers von der Dicke des Körpers
des Parallaxenanzeigers und dem Brechungsindex dieses Körpers und nicht, wie im
Falle eines Spiegel-Parallaxenanzeigers, von der Entfernung zwischen dem Zeiger
und dem Spiegel abhängt. Es kann auch nachgewiesen werden, daß das Maß der Unterbrechung
des schneidenförmigen Endteils 13 des Zeigers 7 dem Sinus des Winkels, der einerseits
von der Ebene, in welcher sich der Punkt befindet, von dem aus der Zeiger gesehen
wird, und die den Zeiger entlang seiner Längsmittellinie durchschneidet, und andererseits
von der Ebene, die lotrecht zur Skala 5
verläuft und den Zeiger entlang seiner Längsmittellinie
durchschneidet, gebildet wird.
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Bei der Anwendung der Erfindung gemäß Fig. 4 handelt es sich um einen
Parallaxenanzeiger 17a, der dem in Fig. 2 dargestellten Parallaxenanzeiger 17 ähnlich
ist. In Fig. 4 jedoch liegt der Parallaxenanzeiger 17 a über dem Körper 11 des Zeigers
7 und nur über einem Teil seines schneidenförmigen Endteiles 13. Die sich aus der
Anordnung gemäß Fig. 4 ergebende Parallaxenanzeige ist jedoch derjenigen, die in
Fig. 3 für die Anordnung gemäß Fig. 2 dargestellt ist, ähnlich.
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In Fig. 5 ist eine Anwendung der Erfindung veranschaulicht, bei der
ein Licht weitergebender Parallaxenanzeiger für den Zeiger 7 fester Bestandteil
des Fensters der Sichtöffnung 9 für Zeiger und Skala ist.
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Diese Einheit 31 hat eine Außenfläche 33 und zwei Flächen 35, die
mit der Fläche 33 parallel verlaufen.
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Die Flächen 35 sind durch eine Fläche 37 miteinander verbunden, die
lotrecht zu ihnen verläuft. Die Flächen 35 und 37 wirken zusammen als Parallaxenanzeiger
für den Zeiger 7, wobei die Parallaxenanzeige der oben für die Anwendung gemäß Fig.
2 beschriebenen ähnlich ist.
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In Fig. 6 ist die in Fig. 5 gezeigte Anordnung des Parallaxenanzeigers
in »umgekehrter« Form dargestellt und führt zu Ergebnissen, die den im Zusammenhang
mit Fig. 4 beschriebenen ähnlich sind.
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In den Fig. 7 und 8 ist ein Licht weitergebender Parallaxenanzeiger
39 zwischen dem Zeiger 7 und dem Skalenblatt 23 angeordnet. Der Anzeiger 39 hat
zwei parallele Flächen 41, die durch eine Endfläche 43 die sich über die Länge der
Skala 5 erstreckt, miteinander verbunden sind. Die Endfläche 43 verläuft lotrecht
zu den parallelen Flächen 41, und eine seitliche Projektion der Endfläche nach rechts,
wie in Fig. 7 dargestellt ist, überschneidet die Skalenstriche 21.
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Dieser Parallaxenanzeiger wirkt sich auf die Skalenstriche anstatt
auf den Zeiger 7 aus, wie deutlich in Fig. 8 gezeigt ist, in welcher der Parallaxeneffekt
mit dem Blickpunkt links von der Skala 5 angezeigt ist.
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Es ist offenkundig, daß eine »umgekehrte« Anordnung ähnlich derjenigen,
die im Zusammenhang mit den vorhergehenden Anwendungen der Erfindung beschrieben
sind, ebenso wirksam wäre. (In Fig. 8 ist zu sehen, daß die Unterbrechungen der
Skalenstriche von links nach rechts zunehmen, da der Blickwinkel größer wird, wenn
das Auge des Beobachters vom gleichen Blickpunkt aus die Skala entlang wandert.)
Für verhältnismäßig kleine Blickwinkel kann nachgewiesen werden, daß, damit die
scheinbare Verschiebung des Zeigerendes als Ergebnis einer Anwendung der vorliegenden
Erfindung die gleiche ist wie die scheinbare Verschiebung als Ergebnis der Anwendung
eines Spiegel-Parallaxenanzeigers, die Gleichung n t=2d n-l n - 1 anwendbar ist,
worin t die Dicke des Licht weiterleitenden Körpers des Parallaxenanzeigers, d die
Entfernung zwischen dem Zeiger und einem Spiegel-Parallaxenanzeiger und n der Brechungsindex
des Licht weiterleitenden Körpers des Parallaxenanzeigers ist. Mit anderen Worten
gesagt: Um den gleichen Grad der scheinbaren Zeigerverschiebung zu erhalten, die
eintritt, wenn das Auge des Beobachters sich aus der normalen Lage fort bewegt,
muß die
Dicke des Brechungskörpers gleich der doppelten Entfernung
des Zeigers vom Spiegel mal dem Verhältnis n - 1 sein.
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Für die meisten Kunststoffe einschließlich Methacrylsäuremethylester
gilt n 1,5. Somit ist t = 2d 1,5 = tod.
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1,5 - 1 Es gibt Glas mit einem Brechungsindex von etwa 2 (Flint bzw.
Kristallglas), und t wäre dann gleich 4 d.
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Aus vorstehendem ergibt sich, daß 19,05 mm eines Kunststoffes oder
12,70 mm Kristallglas z. B. etwa dem Parallaxenanzeigeeffekt eines Spiegels gleich
käme, der 3,18 mm von dem Zeiger entfernt ist, obgleich eine brauchbare Parallaxenanzeige
durch die Verwendung Licht weiterleitender Körper geringerer Dicke erzielt werden
kann. Ein Spiegel-Parallaxenanzeiger reflektiert in seiner Umgebung auftretende
Lichtstrahlen, wodurch sein Gebrauch Schwierigkeiten mit sich bringen kann, und
geringe Mängel in der Spiegeloberfläche können ferner dazu führen, die Ablesung
bei starkem, konzentriertem Licht ungenau zu machen. Hinzu kommt als Ergebnis der
Breitendimension des Zeigers (W in Fig. 2), daß der Zeiger selbst dazu neigt, sein
Spiegelbild undeutlich zu machen, wenn der Beobachter dicht in der Nähe der richtigen
Lage ist, und die genaue Stellung des Zeigers kann in Wirklichkeit nur annähernd
festgestellt werden. Diese Nachteile hat der hierin beschriebene Brechungs-Parallaxenanzeiger
nicht. So kann die Dicke des Brechungskörpers geringer sein, als in der obigen Formel
angegeben ist, um eine Genauigkeit zu erzielen, welche derjenigen, die man bei der
Verwendung eines Spiegel-Parallaxenanzeigers erreicht, gleich ist.
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Es ist zu beachten, daß die Erfindung auf Instrumente angewendet
werden kann, deren Zeiger nicht die Form einer Messerschneide hat. Zum
Beispiel kann
die Erfindung auf ein Instrument mit einem Flachzeiger angewandt werden. Ferner
ist zu beachten, daß die Skaleneinteilung des Instrumentes nicht unbedingt auf einem
Skalenblatt, wie es hier dargestellt ist, eingezeichnet sein muß. Die Einteilung
kann z. B. auch auf einer der parallelen Flächen des Licht weiterleitenden Parallaxenanzeigers
angebracht werden.