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Winkelprisma. Zusatz zum Patent 33652o. Die Erfindung betrifft eine
weitere Ausführungsform des optischen Prismas nach, Patent 336520 In diesem Patent
wird ein Prisma beschrieben, das vier optisch wirksame Begrenzungsflächen hat; die
zu einer gemeinsamen Ebene senkrecht stehen. Die Winkelbeziehungen dieses Prismas
des Hauptpatentes sind folgende: a+ß--Y+@ A+ö=u (z) Y=@ (3)
Auf
diese Weise entsteht die Grundform eines einfachen optischen Prismas, die auch in
der vorliegenden Zusatzanmeldung zum Abstecken rechter Winkel verwertet werden soll.
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Das Prisma des Hauptpatentes kann; wie dort dargetan wird, in sehr
mannigfaltiger Weise zum Abstecken rechter Winkel verwandt werden. Im Gegensatz
hierzu wird das Prisma der vorliegenden Erfindung lediglich für eine Verwendungsart,
und zwar für die nach Abb. g des Hauptpatentes, besonders durchgebildet.
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In dieser Abb. g witd ein Strahlengang veranschaulicht, der zwei Reflexionen
an den Flächen C und D des Prismas erfährt, die eine Gesamtablenkung des ein- und
austretenden Strahles von go ° ergeben. Diese Ablenkungseigenschaft des Prismas
im Hauptpatent wird auch für das vorliegende Prisma zum Abstecken rechter Winkel
verwertet, ferner auch die Eigenaxt der im Hauptpatent beschrriebenenErfindung,
derzufolge zwei unter verschiedenen Richtungen in das System eintretende Strahlenbündel
eine gemeinsame Austrittsrichtung erhalten. Man braucht nur das Prisma so vor das
Auge zu halten, daß seine Blickrichtung in derjenigen Pfeilrichtung der Abb. g verläuft,
welche im Hauptpatent parallel zur Fläche D gerichtet ist. Bei dieser Verwendung
kann der Messende gleichzeitig ein Ziel in der Blickrichtung mit einem zweiten vergleichen,
das unter go ° zum ersten liegt. Die Bildstrahlen des ersten, geradeausliegenden
Zieles gelangen durch die parallelen Prismenflächen C und A in das Auge
-des Beobachters. Sie erfahren dabei keine Richtungsänderung, lediglich zwei
Brechungen bei C und A. Für das zweite Bild ist B die Eintrittsfläche,
die mit der Fläche A einen Winkel von go ° einschließt. Innerhalb des Prismas erfahren
die bei B eintretenden Strahlen zwei Reflexionen an den Flächen C und D, die einen
Winkel von 135' miteinander bilden. Damit entsteht die Gesamtablenkung des zweiten
Strahlenbündels von go °, die konstant ist. (Dieser Strahlengang kann hier auch
an der Abb. 2 verfolgt werden.) Hierin liegt die Verwertung des Prismas des Hauptpatentes
für die vorliegende Anmeldung. Ein besonderer Vorteil gegenüber dem Hauptpatent
ergibt sich hier dadurch, daß die beiden zu vergleichenden Zielbilder beim vorliegenden
Prisma ohne die Verwendung versilberter Reflexionsflächen zustande kommen, da die
wirksamen Flächen C und D einen Winkel miteinander bilden, der die Totalreflexion
sicher gewährleistet.
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Prismen zum Abstecken rechter Winkel sind vielfach verwandt und beschrieben
worden. Mit den bekannten Absteckgeräten läßt sich jedoch nur immer ein Ziel durch
jeden optischen Körper (Spiegel, Prisma o. dgl.) beobachten. Um das geradeausliegende
Vergleichsziel zu sehen, muß derBeobachter über den betreffenden optischen Körper
hinwegsehen, wobei die Oberkante des Prismas oder Spiegels als störender Schatten
zwischen beiden Zielbildern erscheint. Dieser Nachteil ist bei dem vorliegenden
Abstecl-prisma nicht vorhanden, da die beiden zu vergleichenden Zielbilder in einem
optischen Prisma entstehen und ohne störende Trennungslinie ineinander übergehen.
Auch erfordern die angeführten Absteckgeräte im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand
für eine brauchbare Bildwirkung die Versilberung mindestens einer Reflexionsfläche,
ein Nachteil, der sich bei längerem Gebrauch solcher Abesteckgeräte insofern bemerkbar
macht, als die Versilberungen infolge äußerer Einflüsse (Feuchtigkeit) getrübt werden.
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Da das Prisma der Erfindung eine Abart des im Vermessungswesen unter
dem Namen Wollaston-Prisma bekannten Prismas ist, wird dieses in Abb. i zum Vergleich
herangezogen. Das Prisma der Erfindung wird in Abb. 2 dargestellt. Abb. 3 stellt
das Prisma der Abb. 2 als Absteckgerät für rechte Winkel mit Gehäuse dar. In Abb.
q. wird eins der gebräuchlichen Winkelspiegelprismen vergleichsweise veranschaulicht.
Die Abb. 5 zeigt ein Absteckgerät nach vorliegender Erfindung in Vorderansicht und
Abb. 6 in Draufsicht, bei dem in einem besonderen Gehäuse zwei Prismen der Erfindung
vereinigt sind, damit man mit diesem Gerät auch eine senkrecht zur Blickrichtung
des Messenden verlaufende Gerade abstecken kann.
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Wegen der ungünstigen Form ist das Wollaston-Prisma der Abb. = nicht
gut herzustellen und daher zum Abstecken rechter Winkel wenig gebräuchlich. Außerdem
wird von der eigentlichen Grundform des Wollaston-Prismas, zu der der in Abb. i
schraffiert gezeichnete Teil gehört, nur ein Teil für die Bildwirkung ausgenutzt,
der schraffierte Teil wird weggeschnitten. Aus der Abb. 2 ist zu ersehen, daß der
optisch unwirksame Teil kleiner ist als der in Abb. i. Man kann aber das Prisma
der vorliegenden Erfindung optisch noch weit besser ausnutzen als in Abb. 2, wenn
man seine Größenve_ hältnisse und seine Anordnung zur Blickrichtung so durchbildet,
daß das größte Gesichtsfeld entsteht.
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Das Gesichtsfeld eines im freien Sehen verwandten Prismas ist im Winkelmaß
ebenso groß wie der Sehwinkel, unter dem seine freie Eintrittsöffnung vom Auge des
Beobachters aus erscheint. Bei dem Prisma der Erfindung kann , man also das Gesichtsfeld
durch das Offnungsve_rhältnis
ausdrücken, wobei mit a der Durchmesser des eintretenden Strahlenbündels bezeichnet
wird, das zwei Reflexionen an den Flächen C und D im Prisma erfährt, während s die
Länge des Strahlenweges im Prisma Eines
jeden einzelnen Strahls-
des parallelen Bündels vom Durchmesser a ist. In Abb. 2 ist s gleich der Länge der
Diagonale, die vom Scheitel des Winkels 6 zu dem des Winkels ,ß gezogen ist.
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Die nachfolgenden Betrachtungen gehen darauf aus, diejenige günstigste
Form und Anordnung des Prismas in der Abb. 2 zu entwickeln, die in Abb. 3, 5 und
6 verwandt ist. Es handelt sich hier um Formen, bei denen das Gesichtsfeld der betreffenden
Prismen am größten ist, also das Öffnungsverhältnis
so groß als möglich wird.
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Durch trigonometrische Durchrechnung der Strahlenwege im Prisma bei
verschiedenen Neigungen (Winkel i) der eintretenden Strahlen gegenüber der Fläche
B findet man zunächst verschiedene Längenverhältnisse zwischen den Seiten B und
C bzw. B und A. Der Wert a
wird bei dieser Rechnung als Konstante
eingesetzt. Man erkennt dabzi ferner, daß die Länge s des Strahlenweges im Prisma
verschiedene Werte bekommt und findet schließlich, daß s seinen kleinsten Wert erhält,
wenn der Winkel i, den die eintretenden .Strahlen mit der Senkrechten zur Fläche
B bilden, etwa 30'
beträgt. Das Seitenverhältnis von B und A wird dabei ungefähr
i zu 3 oder C = 213.
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Die Prismen der Abb. 3 und 6 sind bereits nach einer solchen Durchrechnung
aufgebaut. Bei ihnen ist der Strahlenweg s ein Minimum, demzufolge wird das Öffnungsverhältnis
S ein Maximum, d. h. das Gesichtsfeld eines nach den Seitenverhältnissen (B : A
= i : 3) der Abb. 3 aufgebauten Prismas wird am größten, wenn wie hier die Blickrichtung
des Messenden mit der Senkrechten zur Fläche B einen Winkel von etwa 3o' bildet.
Entsprechend sind auch die Prismen der Abb. 6 aufgebaut und in dem Gehäuse gelagert.
Man erkennt ferner aus der Abb. 3, daß das Prisma der Anmeldung optisch sehr gut
ausgenutzt wird, indem die nicht benutzten schraffierten Teile (s. Abb. 3) wesentlich
kleiner sind als die der Abb. 2 oder gar die der Abb. i.
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In der Abb. 3 veranschaulicht die Linie x-x, die Blickrichtung des
Messenden und stellt gleichzeitig die Strahleneintrittsrichtung des geradeausliegenden
Zieles dar. Auch das zweite in das Prisma eintretende Strahlenbündel wird durch
einen Pfeil gekennzeichnet, der von rechts herkommt und 9o ° zur Richtung x-x, liegt.
Der *Vorteil des beschriebenen Aufbaues wird besonders deutlich, wenn man das Prisma
der Abb.3 mit dem Winkelspiegelprisma der Abb. 4. vergleicht. Die Größenverhältnisse
sind in der Zeichnung so gewählt, daB beide Prismen das gleiche Gesichtsfeld haben.
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Die Abb. 5 und 6 stellen in einem besonderen Gehäuse zwei Prismen
der beschriebenen Art und Anordnung dar, die zu einem symmetrischen Prismenkreuz
vereinigt sind. Die beiden Prismen sind mit P und I'1 bezeichnet und liegen übereinander.
Das Gehäuse g ist so ausgebildet, daß seine Durchblicksöffnungen von den Prismen
Ein- und -austrittsflächen verschlossen werden. Zur Befestigung der Prismen dienen
die obere und untere Deckplatte und P1 sowie die beiden Leisten l und h.
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Um ein solches Prismenkreuz auch zum Zielen in der Blickrichtung zu
verwenden, können in der objektseitigen Wand des Gehäuses eine oder zwei Öffnungen
vorhanden sein, die in der Abb. 5 mit o und o1 bezeichnet sind. Sie werden zweckmäßig
durch eine Platte t verschließbar eingerichtet, die sich dabei um die Achse e (Abb.
6) drehen -kann. Hierdurch wird erreicht, das man auf der mit dem Prismenkreuz abzusteckenden
Geraden, ohne wie bisher über das Gerät hinwegzuzielen, eine Senkrechte errichten
kann, indem man durch die parallelen Flächen der P-cismen und die Öffnungen o und
oi unmittelbar hindurchsieht. In entsprechender Weise kann auch die Ausführung des
Gehäuses für ein einzelnes Prisma durchgebildet werden, wie es z. B. in Abb. 3 veranschaulicht
ist.