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Vermesstiligsger-ät. Die Erfindung bezieht sich auf ein Vermessungsgerät.
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Man hat bereits Vermessungsgeräte mit optischen Vorrichtungen versehen,
die in einem Okular zwei zueinander verkehrte Teilbilder desselben Zielgegenstandes
erscheinen lassen. Bei diesen bekan J nten Geräten (z.B. Entfernungsmessern)
sind die Teilbilder zueinander immer in einer Richtung, d.h * - entweder
nur nach der Höhe oder nur seitlich zueinander verkehrt. . Die optische Einrichtung
des Vermessungsgerätes gemäß der Erfindung ist aus spiegelnden und brechenden Flächen
(Spiegeln oder Prismen) derart zusamniengestellt, daß die Teilbilder gleichzeitig
zueinander.höhen- und seitenverkehrt erscheinen. Diese Einrichtung ist erfindungsgemäß
sowohl an der Ablesevorrichtung der Winkelmeßvorrichtung als auch an -der
Ziel- oder Beobachtungsvorrichtung angeordnet. Die Ablesevorrichtung
für
Kreisteilungen kann sowohl für Vermessungsgeräte, Theodolite o. dgl., als auch für
Kreisteilmaschinen eingerichtet werden.
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An der Winkelmeßvorrichtung dient die neue optische Einrichtung zunächst
zur Steigerung der Genauigkeit der Winkelmessung. Außerdem soll das Meßergebnis
von einigen Fehlern befreit werden, mit denen die bekannten Geräte dieser Art (Theodolite
u. dgl.) bisher behaftet waren. Hierher gehört der sogenannte Exzentrizitätsfehler,
dessen Ursache in dem Nichtübereinstimmen der Drehachse der Ziel- oder Beobachtungsvorrichtung
mit dem Mittelpunkt des Teilkreises liegt.
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Die bekannten Vermessungsgeräte verwerten zur Steigerung ihrer Meßgenauigkeit
die Vergrößerung der Meßwirkung, d. i. das Bogenmaß des zu messenden Winkels,
weil hierdurch der Grenzwert des kleinsten mit dem Gerät wahrnehmbaren Winkelunterschiedes
kleiner wird. Als gebräuchliche Maßnahrnen zur Vergrößerung der Meßwirkung wird
einerseits die scheinbare Vergrößerung des Bogenmaßes mit Hilfe von optischen Vergrößerungsmitteln,
Lupen, Mikroskopen u. dgl., die über der Ablesestelle des Teilkreises angeordnet
sind, anderseits die wirkliche Vergrößerung der Teilkreisradien verwandt, oder es
werden die Unterteile an Trommeln abgelesen.
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Der Exzentrizitätsfehler wird bei bekannten Verinessungsgeräten dadurch
bestimmt, daß man den zu messenden Winkel auf zwei genau gegenüberliegenden Seiten
eines Tellkreises abliest und aus dem Unterschied beider Werte den Exzentrizitätsfehler
ermittelt und rechnerisch aus dem Ergebnis entfernt. Bei einigen bekannten Vermessungsgeräten
wird das umständliche Ablesen auf zwei gegenüberliegenden Seiten eines Teilkreises
dadurch vereinfacht, daß man dem Messenden auf optischem Wege die beiden Ablesestellen
unter einem einzigen Okular darbietet, so daß er von einer Stelle aus den Winkel
auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Teilkreises ablesen kann. Dieses bekannte
Verfahren erleichtert zwar die Benutzung der Vertnessungsgeräte, ändert aber an
der Ermittelung des Exzentrizitätsfehlers nichts.
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Auch beim vorliegenden Vermessungsgerät erscheinen dem Benutzer zur
Messung eines Winkels die Bilder zweier gegenüberliegender Seiten eines Teilkreises
unter einem Okular, beide Bilder verlaufen aber nicht wie bisher bekannt in gleicher
Richtung, sondern entgegengesetzt zueinander im Sinne des Teilungsverlaufes, da
wie anfangs erwähnt die Teilbilder zueinander gleichzeitig höhen- und seitenverkehrt
erscheinen. Die gegenüberliegende Teilkreisstelle bildet für die andere eine entgegengesetzt
wandernde Meßmarke. Der Messende braucht hierbei nicht mehr wie bisher auf zwei
gegenüberliegenden Seiten den Winkel abzulesen, es ist ferner auch nicht mehr erforderlich,
daß die beiden im Bildfeld eines Okulars entworfenen Teilkreisstellen
ge-
nau i8o' auseinanderliegen, denn der Aufbau des vorliegenden Vermessungsgerätes
befreit den Messenden von einer besonderen Ermittelung des Exzentrizitätsfehlers;
dieser fällt ohne weiteres durch den Meßvorgang aus dem Ergebnis heraus. Hierbei
ergibt sich auch, daß die, Genauigkeit der Messung gegenüber bekannten Geräten doppelt
so groß ist, denn bei diesem Winkelmeßverfahren wird die Meßwirkung optisch verdoppelt,
weil die Meßinarke des zu messenden Winkels auf der gegenüberliegenden Teilkreisseite
liegt und entgegengesetzt wandert. Die Meßwirkung entsteht hier aus dem Unterschied
zweier im absoluten Betrage gleicher, vektoriell aber verschiedener Winkelwerte.
Sie ist mithin ebenso groß als der Unterschied zweier gleicher Größen mit verschiedenen
Vorzeichen, also doppelt so groß als bei den bekannten Meßverfahren.
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An der Zielvorrichtung ist die optische Einrichtung nach den gleichen
Gesichtspunkten aufgebaut wie die Ableseeinrichtung des Teilkreises. An Stelle der
bekannten Zielvorrichtungen wird erfindungsgernäß ein optisches Doppelsystem verwandt,
das die von einem Ziel ausgehenden Strahlenbündel in zwei solche zerlegt, die in
einer gemeinsamen Ebene zwei Bilder des Zieles entwerfen, von denen das eine gegenüber
dem andern in allen Richtungen umgekehrt, also höhen- und seitenverkehrt ist. Mit
einer solchen Zielvorrichtunkönnen die beiden - Zielbilder selbst gegeneinander
als Einstellmarken verwandt werden, und die gebräuchliche Sehfeldmarke zur Bestimmung
einer Richtung kann fortfallen. Damit wird ferner erreicht, daß man mit einem solchen
Doppelsystem lediglich mit Hilfe ebener spiegelnder Flächen die Bestimmung einer
Richtung in einer einzigen Ebene durchführen kann. Die Genauigkeit dieses Meßvorganges
wird dabei aus den für die Teilkreisablesung und auch hier geltenden Gründen verdoppelt.
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Die Zeichnung zeigt den Gegenstand der Erfindung an Ausführungsbeispielen,
und zwar: Abb. i einen Teilkreis, andem die Ablesung erfolgt, Abb.:2 bis
5 Beispiele des im Okular erscheinenden Bildes der beiden gegenüberliegenden
Teilkreisabschnitte, Abb. 6 und 7 zwei Beispiele der optischen Einrichtung
zum gleichzeitigen Ablesen gegenüberliegender Teilkreisabschnitte,
Abb.
8 eine Prismenzusammenstellung für die Zielvorrichtung, Abb. 9 das
Bild der im Okular erscheinenden, zueinander höhen- und seitenverkehrten Teilbilder
des Zieles, Abb. io eine weitere Ausbildung der Zielvorrichtung im senkrechten Längsschnitt.
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Die verschiedenen Seiten eines Teilkreises sind in Abb. i mit
S und S, bezeichnet. Auf dem Teilkreis ist eine fortlaufende, gleichmäßige
Teilung angeordnet. Für die Aufgabe wird vorausgesetzt, daß Teilungsfehler nicht
vorhanden sind.
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Der Winkelbewegung einer Zielvorrichtung, Fernglas o. dgl.' um den
Betrag cp (Abb. i) entspricht die Bewegung eines Durchmessers vonx-x, nach y-y,.
Die zu beiden Seiten der Achse 0 des Teilkreises gerichteten Radien 0-x und
0-x, beschreiben beim Übergang in die Stellung 0-y und 0-y,. den Winkel
+ (p und - cp. In dem Gesichtsfeld einer Ablesevorrichtung (z. B.
Ablesemikroskop) werden die beiden in ihrer Richtung verschiedenen Winkelbewegungen
der gekennzeichneten Radiusvektoren unmittelbar gegenübergestellt. Die Verschiedenheit
der Richtungen, die zwei gegenüberliegende Seiten S und S,
eines Teilkreises
haben, muß durch den Ab-
bildungsvorgang in das gemeinsame Gesichtsfeld unverändert
erhalten bleiben. Dann entsteht das Bildfeld, wie es in den Abb. 2, bis dargestellt
ist. Diese Abb. 2 bis 5 veranschaulichen gegenüberliegende Teilungsstücke
S
und S, die im Bildfeld höhen- und seitenverkehrt zueinander verlaufen,
also entgegengesetzt gerichtet sind. Zweckmäßig werden die Bilder durch eine scharfe
Trennungslinie voneinander getrennt.
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Weil beim vorliegenden Vermessungsgerät die Messung des Winkels nur
auf einer Seite des Teilkreises erfolgt, die gegenüberliegende Seite aber lediglich
als entgegengesetzt wandernde Meßmarke dient, so kann man das Gesichtsfeld des Ablesemikroskops
so einrichten, daß von der vorderen Teilung S, die als Meßmarke dient, nur
die Teilstriche zu sehen sind, ihre Bezifferung aber im Bildfeld abgedeckt ist.
Dreht man das Ablesemikroskop, dessen Okular bei x, zu denken ist, etwa in der Pfeilrichtung
der Abb. i, dann bietet sich dem Messenden im Gesichtsf eld der Eindruck, der in
den einzelnen Bewegungsphasen durch die Abb. 2 bis 5 veranschaulicht ist:
Das obere Teilungsbild bewegt sich nach rechts, das untere nach links, wie die Pfeilrichtungen
bei den Buchstaben S und S, der Abb. 2 andeuten. Beide Teilungsbilder
wandern dabei mit gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung. Ebenso
verhalten sich auch die zu messenden Winkelwege.
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Die optische Achse der Ableseeinrichtung verläuft in der Mitte des
Bildfeldes und ist die Symmetrielinie für die Bewegungen beider Teilbilder zueinander,
die sich bei einer Drehung der Ableseeinrichtung gegenüber dem Teilkreis (oder umgekehrt)
dem Messenden im Bildfeld darbieten. Bei jeder Winkelbewegung der Ableseeinrichtung
um den Winkel #, cp werden die beiden Teilungsbilder S
und S, jeweilig
einen Abstand voneinander haben, der dein Winkel ?- /"\ cp entspricht. Hierin
liegt die verdoppelte Meßwirkung, die dem absoluten Unterschied von + 2#,
(p und - A, cp entspricht. Aus diesem Verfahren ergibt sich die Verdoppelung
der Meßgenauigkeit.
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Der Vergleich der beiden im Gesichtsfeld aneinander vorübergleitenden
TeilungsbilderS und S, ergibt, daß diese stets eine einzige Stelle zeigen,
die sich von allen andern auszeichnet: Es ist die Stelle sich berührender Orte beider
Teilbilder, an der die Winkel ihrem absoluten Betrage nach gleich sind, (da wo der
Winkelunterschied genau i 8o' beträgt). Diese Stelle liegt stets, falls kein Exzentrizitätsfehler
vorhanden und das optische System im gebräuchlichen Sinne »richtig« ist, genau in
der Mitte des Bildfeldes. In Wirklichkeit hat man natürlich sowohl mit dem einen
wie mit dem andern dieser Fehler zu rechnen. Durch den Meßvorgang des Gerätes werden
beide Fehler ausgeglichen. Sie wirken auf die gegenseitige Lage der beiden Teilbilder
S und S,
gleichartig und ändern die gegenseitige Lage in der
Größe ihres Winkelbetrages. Um diesen Winkel wird die Symmetrielinie beider Teilbilder
- die Mitte des Gesichtsfeldes - verschoben. Der Messende wird von
dieser Verschiebung erst dann eine Störung empfinden, wenn die Summe beider Fehler,
des Exzentrizitätsfehlers -± des optischen Systems, größer wird, als ein kleinstes
Intervall der Teilung des Teilkreises. Die sich hieraus ergebende Genauigkeitsanforderung
für den Aufbau der Ableseeinrichtung läßt sich praktisch unter allen Umständen erfüllen.
Die Ablesung geschieht auf folgende Weise: Man sucht im Bildf eld in der Teilung
S, den der Bildf eldmitte am nächsten liegenden bezifferten Teilstrich auf.
Zweckmäßig nimmt man den nächst kleineren (nächst größeren) Winkelwert und vergleicht
diesen Teilstrich mit dem zu ihm symmetrisch gelegenen Teilstrich der oberen TeilungS.
Der gegenseitige Abstand dieser beiden Teilstriche wird geschätzt oder gemessen
und zu dem abgelesenen Teilstrich S, hinzugezählt (abgezogen). Als Symmetrielinie
gilt die Bildfeldmitte.
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Durch Verwendung eines Mikrometers kann man dieses Verfahren verbessern,
indem man z. B. an geeigneter Stelle eine Einteilung m (Abb. 6 und
7) anordnet, die eine Unterteilung der Teilkreiseinteilung ergibt.
Für
die Einteilung dieses Mikrometers gilt folgendes: Soll "In der Hauptteilung abgelesen
werden, dann muß das Mikrometer zwei Teile der Hauptteilung in n-Teile teilen, also
ein Zwischenraum des Mikrometers gleich 1/n der Hauptteilung. Die in den Abb. 2
bis 5 veranschaulichten Teilkreisbilder ergeben folgende Winkelwerte: Abb.
2 go, Abb. 3 92,
Abb. 4 95,
Abb. 5 98 (oder i oo - 2)
Man kann auch das Mikrometer m um die Größe des kleinsten Zwischenraumes der Hauptteilung
verschiebbar einrichten, damit diese von einem Strich aus gleichmäßig eingeteilt
werden kann.
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Für den optischen Aufbau der Ableseeinrichtung mit vorstehend beschriebener
Bildwirkung gilt folgendes: Es ist im allgemeinen zweckmäßig, für die Abbildung
ein Mikroskopsystem zu benutzen, das für jede Seite S
und S, ein besonderes
Objektiv i' und 2 (Abb. 6) verwendet. jedes dieser Objektive bildet dann
die betreffende Teilkreisseite in allen Richtungen umgekehrt ab. An dieser Bildwirkung
wird nun zweckmäßig durch die übrigen optischen Teile des Mikroskops (Prismen u.
dgl.) bis zur Bildfeldebene nichts geändert. Hier werden die beiden Bilder vereinigt
und durch eine scharfe Trennungslinie voneinander getrennt. Man kann diese in allen
Richtungen umgekehrten Teilkreisbilder durch ein bildumkehrendes Okular betrachten,
und sie zeigen dann in einem gemeinsamen Gesichtsfeld die beiden Teilkreisstellen
S und S, so, wie sie sich bei freier Betrachtung dem Auge darbieten,
d. h. die beiden Bilder sind gegeneinander in allen Richtungen umgekehrt.
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In dieser Weise sind die beiden Atisführungsbeispiele nach Abb.
6 und 7 aufgebaut. Teil T stellt den Träger der Zielvorrichtung dar,
die über dem Teilkreis S um die Achse 0
drehbar angeordnet wird, was
auch umgekehrt erfolgen kann. Das Ablesetnikroskop ist mit dem Träger T verbunden
und nimmt an dessen Drehungen teil. In der Abb. 6 sind i und 3
zwei
einfach spiegelnde Prismen (man kann auch dafür Spiegel verwenden), zwischen denen
das Objektiv 2 gelagert ist. Mit diesen optischen Teilen wird die vordere Seite
des Teilkreises in die Bildfeldebene gebracht, welche dort liegt, wo der durch (las
Objektiv i' vermittelte zweite Strahlengang für die Ab-
bildung der Seite
S des Teilkreises den Strahlengang des Objektivs 2 zum zweiten -Male
kreuzt. Durch das Prisma:2', das mit dein Prisma 3 verkittet ist, wird dieser
optische Vorgang vollendet. Die Kittfläche beider Prismen ist zur Hälfte versilbert.
Die Grenzlinie dieser Versilberung bildet die Trennungslinie für beide Teilbilder,
sie liegt in der Bildfeldebene des Ablesemikroskops. Zur Betrachtung dient das bildumkehrende
Okular, welches aus den Linsen 4, 5, 6 und 7 besteht, zwischen denen
das Mikrometer m angeordnet ist, dessen Anordnung auch an anderen geeigneten Stellen
erfolgen kann.
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In dem Ausführungsbeispiel der Ableseeinrichtung nach Abb.
7 ist ein Teilkreis S angeordnet, der aus durchsichtigem Werkstoff
(z. B. Glas) hergestellt ist. An der unteren Seite dieses Teilkreises
S befindet sich seine Teilung. Ihr gegenüber ist ein Doppelmikroskop symmetrisch
angeordnet, das aus den beiden Objektivprismenn und ii' und den beiden Okularprismen
13 und 13' besteht. Zwischen diesen befinden sich die Objektive 12, und 12'. Die
Okularprismen 13 und 13 t
sind auf einer Glasplatte 14 verkittet und stoßen
in einer scharfen Kante zusammen, sie bildet die Trennungslinie beider Teilbilder
und liegt in der Bildfeldebene. Das entstehende Bild beider Teilkreisstellen wird
wieder durch ein bildurnkehrendes Okular betrachtet, das aus den Linsen
15, 17, 9 und io und den Prismen 16 und 8 besteht. Dazwischen
befindet sich wieder in der zweiten Bildf el debene des Okulars das Mikrometer m.
Die Mattscheiben 18 und 18' dienen zur Beleuchtung der gegenüberliegenden Teilkreisstellen.
Die ganze Einrichtung ist mit dem Träger T verbunden, an dessen Bewegungen sie teilnimmt.
Der Teilkreis S ist in dein Unterteil U befestigt.
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Andere Ausführungsbeispiele ergeben sich, wenn man eine Seite der
Teilung unmittelbar in das Gesichtsfeld eines astronoinischen oder terrestrischen
Okulars legt und die andere Seite durch ein bildaufrichtendes oder umkehrendes Objektiv
in die gemeinsame Bildebene abbildet. Solche Ausführungsbeispiele können noch einfachere
sein, als die der Abb. 6
und 7, wenn sie z. B. lediglich aus Linsen
bestehen, und die Teilung als Stirnteilung auf einem durchsichtigen Teilkreis angeordnet
wird.
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Eine besondere Berichtigung für eine Teilkreisablesung dieses Vermessungsgerätes
ist nicht erforderlich. Die beiden Teilbilder werden zweckmäßig so von vornherein
angeordnet, daß sich die Bildorte i8o' auseinanderliegender Stellen des Teilkreises,
möglichst in der optischen Achse des Ablesernikroikops bei seiner Drehung gegenüber
dem Teilkreis berühren. Es ist gut, wenn die Teilbilder in gleicher Größe im Gesichtsfeld
abgebildet werden. Ein Vergrößerungsunterschied kann z. B. bei den Ausführungsbeispielen
nach .,#,bb. 6 und 7 durch eine Verschiebung der
Mikroskope
in Richtung der optischen Achse der Objektive 2,' (Abb. 6) bzw. 12, 12' (Abb.7)
ausgeglichen werden.
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Für die Zielvorrichtung besteht die optische Einrichtung beispielsweise
aus einem Doppelprisina, das z. B. aus den Prismen A und B (Abb.
8) zusammengesetzt ist. Zwei von einem Ziel ausgehende Strahlenbündel, die
in Abb. 8 durch die Vorzeichen + und - unterschieden sind,
ergeben, durch das Doppelprisma betrachtet, zwei Zielbilder nach Abb.
9
Das mit + bezeichnete Strahlenbündel tritt durcfi die Eintrittsfläche
22, des Prismas A
und durch dieses und das Prisma B hindurch und gelangt über
die Austrittsfläche 27 ohne Richtungsänderung in das Auge. Das mit
-
bezeichnete Strahlenbündel tritt durch die Eintrittsfläche 22 in das Prisma
B, wird an der Spiegelfläche 23 zur Dachfläche 24 gespiegelt und gelangt
zur Trennungsfläche 25 beider Prismen. Diese ist zum Teil mit der Versilberung
26 versehen, die das - -Strahlenbündel in seine ursprüngliche Richtung
spiegelt, in der es über die Fläche:27 gemeinsam mit dem +-Strahlenbündel in das
Auge gelangt. Das --Strahlenbündel hat durch diesen Spie:-gelungsvorgang eine völlige
Umkehrung erfahren, entsprechend ist auch das erzeugte Bild dieses Strahlenbündels.
Es ist gegenüber dem des andern +-Strahlenbündels in allen Richtungen umgekehrt.
Der Messende hat nun die Aufgabe, das Doppelprisma nach Abb. 8 so lange zu
bewegen, bis die Bildorte gleicher Zielteile des aufrechten und umgekehrten Bildes
sich berühren. Damit ist die Zielrichtung nach diesen Bildorten eindeutig bestimmt.
Genau wie bei der Teilkreisablesung ergibt auch hier jede Drehung des Doppelprismas
um den Winkel,/\ cp die Auseinanderstellung der Zielbilder um den Winkel 2
/\ . Daraus entsteht wieder die Verdoppelung #ler Einstellungsgenauigkeit
gegenüber den bekannten Verfahren.
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In Abb. io wird ein Fernrohrdoppelsystem zur Bestimmung einer Richtung
veralischaulicht, das zwei Objektive Obj., und Obj.. und ein gemeinsames Okular
Ok. hat. Zwischen diesen Teilen befindet sich ein der Abb. 8 ähnliches Doppelprisma,
das aus den PrismenP, und P, besteht, diemiteinander verkittet sind. Das obere Prisma
P, vermittelt die Abbildung der von dem Objektiv Obj., herkommenden Strahlen durch
zwei Spiegelungen an den Flächen 21 und ig. Die Fläche ig hat wieder zur Hälfte
eine Versilberung, deren Grenzlinie verschiedene Gestalt haben kann und in der gemeinsamen
Bildfeldebene der beiden Objektive Obj., und Obj., liegt. Das in das
Objek-
tiv Obj, eintretende +-Strahlenbündel erfährt durch das Prisma P" eine
doppelte Spiegelung an der Dachfläche 2o. Beide Strahlenbündel treten alsdann in
der für beide Objek-
tive gemeinsamen Okularrichtung aus. Die Bildwirkung
eines solchen Fernrohrsystems ist die gleiche, wie die der Abb. g. Die Zielvorrichtung
nach Abb. io ist die Verbindung eines astronomischen und terrestrischen Fernrohrs.
Zur Bestimmung einer Richtung werden wieder unmittelbar dei beiden Zielbilder benutzt.
Der Berührungsort gleicher Zielteile des aufrechten und umgekehrten Bildes kennzeichnet
die Richtung im gemeinsamen Gesichtsfeld.
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Die zwei Ausführungsbeispiele der Abb. 8
und io lassen sich
mit unseren gebräuchlichen optischen Mitteln beliebig erweitern.