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Verfahren und Gerät zur Ermittlung des Entfernungsunterschiedes zweier
Zielpunkte Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Ermittlung des
Unterschiedes der Entfernungen zweier Zielpunkte gegenüber einem Standorte. Dieses
Verfahren besteht darin, daß einem Beobachter mit Hilfe eines an seinem Standorte
aufgestellten Doppelfernrohres räumliche Bilder der beiden Zielpunkte gleichzeitig
im Gesichtsfelde dargeboten werden und der Beobachter den Ent-, fernungsuntercchied
der Zielpunkte dadurch ermittelt, daß er den Entfernungsunterschied der beiden Bilder
zum Verschwinden bringt. Mit anderen Worten besteht also das Verfahren in einer
stereoskopischen ,Entfernungsmessung, bei welcher das räumliche Bild des einen Zielpunktes
gewissermaßen als Meßmarke, deren Entfernung vom Standorte natürlich bekannt sein
muß, für das Bild des anderen Zielpunktes dient.
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Zur Ausübung des neuen Verfahrens kann man sich eines stereoskopischen
Entfernungsmessers bedienen, der mit optischen Systemen zur Aufnahme von vier Systemen
von Abbildungsstrahlenbüscheln. ausgestattet ist, von denen die zu je zwei Büschelsystemen
gehörenden optischen Systeme keinen wesentlichen Basisunterschied am Entfernungsmesser
aufweisen und die Büschelsysteme der Bildebene desselben Okulars zuführen Da man
dabei in bekannter Weise sowohl 1Llischbilder; also solche Bilder der beiden Zielpunkte
und ihrer Umgebung erzeugen kann, die sich auf dem gesamten Gesichtsfelde des Entfernungsmessers
überlagern, oder eine waagerechte oder senkrechte Teilung des Gesichtsfeldes einführen
kann, wobei jeder Gesichtsfeldhälfte das eine der beiden Bilder zugeordnet ist,
da man ferner einem der Bilder eine Seiten- oder Höhenvertauschung oder eine vollständige
Bildumkehrung erteilen kann, ergibt sich eine große Zahl verschiedener Ausführungsformen
der optischen Systeme. Weitere Ausführungsformen sind darauf zurückzuführen, daß
die Vereinigung der je einem Okulare zugehörenden Systeme von Abbildungsstrahlenbüscheln
entweder vor oder hinter den Objektiven der Fernrohrsysteme des Entfernungsmessers
erfolgt, so daß dieser entweder mit zwei oder mit vier Objektiven auszustatten ist,
abgesehen von den ebenso möglichen Ausführungsformen bei denen die beiden Fernrohrsysteme.
ungleich aufgebaut sind oder die Strahlenvereinigung etwa zwischen den Einzelgliedern
mehrgliedriger Objektivsysteme stattfindet. Schließlich kann eine weitere Abwandlung
der Ausführung der optischen Systeme auch durch die möglicherweise erwünschte Benutzung
des pseudoskopischen Bildes des einen Zielpunktes an Stelle des üblichen orthoskopischen
Bildes bedingt sein.
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Zur Ausführung der Messung von Entfernungsunterschieden ist ein nach
vorstehenden Gesichtspunkten aufgebauter Entfernungsmesser geeignet, wenn er mit
beweglichen optischen Mitteln zur scheinbaren Umwandlung des parallaktischen Winkels
an dem einen Zielpunkte in den am anderen Zielpunkte versehen ist. Es müssen also
wenigstens
die einem der Okulare zugehörenden Systeme von Abbildungsstrahlenbüscheln
in der Richtung voneinander unabhängig, d. h. die relative Richtung dieser beiden
Systeme willkürlich veränderlich sein. Dabei dient die Größe der zur Ausführung
der Umwandlung. nötigen Bewegung der optischen Mittel als Maß für den Entfernungsunterschied
der beiden Zielpunkte.
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Während die stereoskopischen Entfernungsmesser im allgemeinen so eingerichtet
sind, daß dem Beobachter im Gesichtsfelde außer dem räumlichen Bilde eines Zielpunktes
und seiner Umgebung gleichzeitig ein oder mehrere räumliche Markenbilder dargeboten
werden, deren scheinbare Entfernung bekannt ist, ist die Anwesenheit solcher Marken
bei dem neuen Geräte zur Messung von Entfernungsunterschieden nicht erforderlich,
sobald die Entfernung wenigstens des einen Zielpunktes vom Standorte bekannt ist.
Um das Gerät vielseitiger verwendbar zu machen und zu vermeiden, daß eine Zielpunktentfernung
erst durch ein zweites Gerät bestimmt werden muß, wird man jedoch in der Regel den
neuen Entfernungsmesser auch mit Marken ausstatten, so daß man außer dem Entfernungsunterschiede
der Zielpunkte auch wenigstens die eine Entfernung vom Standorte unmittelbar messen
kann. Auch empfiehlt es sich, das Gerät durch eine weitere Meßvorrichtung zur Bestimmung
desjenigen Winkels zu vervollkommnen, der dem auf den Standort bezogenen Richtungsunterschiede
beider Zielpunkte entspricht.
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In der Abb. i der Zeichnung ist der Meßvorgang in einer Grundrißskizze
schematisch dargestellt. Die beiden Zielpunkte sind mit A und B, ihre parallaktischen
Winkel- mit a und ß, die Basis des Entfernungsmessers mit b bezeichnet. Unter der
Voraussetzung, daß die Systemachsen der von den Zie)punkten A und
B ausgehenden Abbildungsstrahlenbüschel nur wenig von einer Senkrechten zur
Basis b abweichen, gelten für die mit D und E bezeichneten Entfernungen der beiden
Zielpunkte vom Standorte des Entfernungsmessers bei kleinen parallaktischen, Winkeln
a und ß angenähert die Beziehungen:
Sind ferner 8 und s die Richtungsunterschiede derAchsen je zweierSysteme vonAbbildungsstrahlenbüscheln,
die von den beiden Zielpunkten A und B zu derselben Seite der Basis b gelangen,
dann gilt außerdem die Beziehung: «-ß=E-a (4)
Durch Drehen der Achsen der
von dem einen Zielpunkte, beispielsweise B, herrührenden Systeme von Abbildungsstrahlenbüscheln,
bis der parallaktische Winkel ß zu a wird, wird der Zielpunkt B scheinbar nach einem
Punkte C, d. h. in die Entfernung D vom Standorte des Entfernungsmessers verschoben.
Die dabei auftretenden Drehwinkel der Systemachsen sind mit il und e bezeichnet,
und es gilt die Gleichung: rl-=«-ß=E-a (5)
Aus den Gleichungen (3) und (5)
ergibt sich:
oder angenähert, wenn der Entfernungsunterschied beider Zielpunkte A und
Bim Verhältnis zur Entfernung vom Standorte nicht groß ist, der gesuchte
Entfernungsunterschied E - Daus der als bekannt vorausgesetzten Entfernung
D zu:
In den Abb.2 bis 12 sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
Die als erstes Ausführungsbeispiel gezeigte Ausführungsform ist in Abb. 2 im Aufriß
und in Abb. 3 im Grundriß wiedergegeben. Abb.4 zeigt einen Aufriß der optischen
Teile, Abb.5 einen Grundriß des zweiten Beispiels, bei dem auch mechanische Teile
angedeutet sind. Abb.6 stellt einen Einzelteil dieses Beispiels im Seitenriß dar.
In Abb. y ist ein Aufriß und in Abb. 8 ein Grundriß des dritten Beispiels angegeben,
während Abb. 9 einen Aufriß und Abb. io einen Grundriß des vierten Beispiels wiedergibt.
Abb. i i zeigt einen Einzelteil dieses Beispiels im Seitenriß, und Abb. 12 stellt
das dem Benutzer des Gerätes beim Einblick in die Okulare sich darbietende Bild
dar.
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Das erste Beispiel (Abb.2 und 3) enthält einen vollständigen stereoskopischen
Entfernungsmesser. Dieser besteht aus zwei Objektivprismen 1,- 2 mit fünfeckigem
Querschnitte, zwei Objektiven 3, 4, zwei Okularprismen 5, 6 mit dreieckigem Querschnitte,
zwei in den Objektivbildebenen befindlichen Markenplatten y, 8, die beide Meßmarken
9, io tragen, und zwei zweilinsigen Okularen i i, 12. Die am linken Okulare i i
befindliche Markenplatte 7 ist fest, die am rechten Okulare 12 parallel zur Entfernungsmesserbasis
verschieblich und mit einem Zeiger 13 verbunden, zu dem eine Entfernungsteilung
14
gehört. Vor die Objektive 3, 4 sind Prismen 15, 16 mit trapezförmigem
Querschnitte in den Strahlengang geschaltet, die mit Dreiecksprismen 17, 18 verkittet
und deren Kittflächen 19, 2o halbdurchlässig versilbert sind. Durch die Prismenkörper
15, 17 und 16, 18 wird der Abbildungsstrahlengang des Entfernungsmessers nicht beeinflußt,
dagegen werden den Objektiven 3, 4 zwei weitere Systeme von Abbildungsstrahlenbüscheln
zugeführt, zu deren Aufnahme Zwei Objektivprismen 21, 22 mit fünfeckigem Querschnitte
dienen, Zwischen diesen Prismen 21,z2 und den Prismen 15, 16 befinden sich Kompensatoren
23, 24, die aus je einem Paare gegenläufig drehbarer Prismen bestehen.
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Das erste Beispiel beruht auf dem bekannten Grundgedanken der Mischbildentfernungsmesser.
Jedes der Okulargesichtsfelder zeigt im Gebrauche zwei.sich überlagernde Bilder
des beobachteten Geländes, also der beiden Zielpunkte und ihrer Umgebung. Die beiden
Bilder, die den in die Prismen 2r, 22 eintretenden Strahlenbüscheln entsprechen,
werden durch gleichsinniges Drehen der beiden Kompensatoren 23 und 24 in den Gesichtsfeldern
verschoben, daß jeweils das Bild eines der. Zielpunkte B so neben dem Bilde des
anderen Zielpunktes A, welches zu den in die Prismen 1, 2 eintretenden Strahlenhüscheln
gehört, zu liegen kommt; daß beide in bezug auf ihre Entfernung stereoskopisch verglichen
werden können. Durch gegensinniges Drehen der Kompensatoren 23. und 24 oder,
was damit gleichbedeutend ist, urch Drehen nur des einen der beiden Kompensatoren
23 oder 24 wird der Entfernungsunterschied der beiden Bilder zum Verschwinden gebracht,
wobei die Größe dieser Drehung ein Maß für den gesuchten Entfernungsunterschied
E - D ist. Sind die von beiden Kompensatoren-23, 24 insgesamt erzeugten Ablenkungen
der Achsen der eintretenden Systeme von Abbildungsstrahlenbüscheln q und e, dann
gleicht der Entfernungsunterschied E - D nach obiget-Gleichung (7) der Größe
(71 - e). Für den Fall, daß die Entfernung D des Zielpunktes A nicht bekannt ist,
wird sie mit Hilfe der Meßmarken 9 und 1o ermittelt, und zwar wird diese Entfernung
auf der entsprechend geeichten Teilung 14 vom Zeiger 13 angezeigt, wenn man die
Markenplatte 8 so weit aus der Lage verschiebt, bei welcher das durch stereoskopische
Vereinigung der Markenbilder und ro entstandene Bild in unendlicher Entfernung zu
liegen scheint, bis es in gleicher Entfernung mit dem ZielpunkteA zu liegen scheint.
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Selbstverständlich kann man die Messung der Entfernung D auch unter
Benutzung einer Reihe, fester stereoskopischer Marken oder durch Verschiebung der
Bilder des Zielpunktes A in die scheinbare Entfernung einer festen stereoskopischen
Marke mit Hilfe eines längs der Entfernungsmesserbasis b im Abbildungsstrahlengange
verschieblichen Keiles oder eines weiteren Drehkeilpaares in bekannter Weise ausführen,
wenn man die entsprechende Einrichtung am Geräte anbringt.
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Beim zweiten Beispiele (Abb. 4 bis 6) sind die Okulargesichtsfelder
durch einen waagerechten Trennungsstrich geteilt. Das oben erscheinende Bild ist
seiner Höhe nach umgekehrt. Das Gerät hat zwei übereinanderliegende Paare von Objektivprismen
25, 26 und 27, 28, die fünfeckigen Querschnitt haben. Diesen Prismen sind zwei Paare
gleicher Objektive 29, 30 und 31, 32 und ein Paar zweilinsiger Okulare 33,
34 für Einblick von oben her vorgeschaltet. Der Vereinigung der in die Prismen 25
und 27 bzw. 26 und 28 eintretenden Systeme von Abbildungsstrahlenbüscheln und der
gleichzeitigen Ablenkung in die Richtung der Okularachsen dienen Prismenkörper,
von denen der zum rechten Okulare gehörige im Seitenriß (Abb.6) wiedergegeben ist.
Diese Prismenkörper bestehen aus je einem unteren Dreieckprisma 35 bzw. 36, einem
oberen Dreieckprisma 37 bzw. 38 mit spiegelnder Dachfläche 39 bzw. 4o, einem Prisma
41 bzw. 42 mit trapezförmigem Querschnitte und einem Dreieck-prisma 43 bzw. 44.
Die Kittfläche 45 bzw. 46 zwischen den Prismen 43 und 41 bzw. 44 und 42 ist zur
Hälfte spiegelnd versilbert.
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In die unteren Fernrohrsysteme des Gerätes sind beiderseits je eine
feste zerstreuende Linse47, 47' und eine senkrecht zur Entfernungsn iesserbasis
verschiebliche sammelnde Linse 48, 49 eingebaut. Die Linsen haben entgegengesetzt
gleiche Brennweite. Zur Verschiebung der Linsen 48, 49 dienen zwei mit ihnen verbundene
Zahnstangen 5o, 5r, auf welche Zahnräder 52, 53 einwirken, die mit Kegelrädern 54,
55 gekuppelt sind. Diese Kegelräder 54 und 55 sind durch ein drittes Kegelrad 56
so verbunden, daß sie ein Planetengetriebe bilden. Die Achse des Planetenrades 56
ist in einem um seine Achse mit Hilfe eines Zahnrades 57 drehbaren, mit Verzahnung
versehenen Ringe 58 gelagert und trägt einen Triebknopf 59. Auch das Zahnrad 57
ist mit Hilfe eines Triebknopfes 6o von Hand antreibbar. Die verschieblichen Linsen
48, 49, von denen oben und unten je ein überflüssiger Sektor abgeschnitten ist,
sind ein bekanntes Mittel zur Erzeugung veränderlicher seitlicher Strahlenablenkung
und ergeben in ihrer Mittellage, bei der ihre optische Achse mit der der Linsen
47, 47' zusammenfällt, keine Wirkung auf den Verlauf des Abbildungsstrahlenganges.
Das Gerät wird
vervollständigt durch einen Kompensator 61, der den
beiden Objektivprismen 26 und 28 vorgeschaltet ist.
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Beim Gebrauche des Gerätes dienen die beiden Linsen 49 und 49 dem
gleichen Zwecke wie die Kompensatoren 23 und 24. des ersten Beispiels. Gleichsinnige
Verschiebungen dieser Linsen 48, 49 erhält man, wenn man mit Hilfe des Triebknopfes
6o den Ring 58 mit der Achse des Planetenrades 56 dreht. Diese Verschiebungen bewirken
ungleichsinnige Ablenkungen der Achsen der abbildenden Strahlenbüschelsysteme und
damit Änderungen der scheinbaren Entfernung des Bildes in der unteren Gesichtsfeldhälfte.
Ungleichsinnige Verschiebungen der Linsen 48, 49 dagegen ergeben sich durch Drehen
des Planetenrades 56 mit Hilfe des Triebknopfes 59, wodurch gleichsinnige Veränderungen
der Ablenkungen der Achse der abbildenden Strahlenbüschelsysteme und somit seitliche
Verschiebungen des Bildes der unteren Gesichtsfeldhälfte erzeugt werden. Die Drehungen
des Triebknopfes 59 sind demnach ein Maß für die Seitenverschiebung
des Bildes (vgl. Abb.1), die Drehungen des Triebknopfes 6o dagegen für den Unterschied
der EntfernungE - D. Die Wirkung der durch die Triebknöpfe 59 und 6o bewirkten Bewegungen
würde sich umkehren, wenn die beiden Zahnräder 52 und 53 von verschiedenen Seiten
her in die Zahnstangen 5o und 51 eingriffen, beispielsweise das eine von ihnen von
unten her, oder wenn statt einer sammelnden Linse eitre zerstreuende Linse verschiebbar
gemacht würde.
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Der Kompensator61, der auf die beiden Systeme von Abbildungsstrahlenbüscheln
der rechten Hälfte des Gerätes einwirkt, wird in bekannter Weise zur Bestimmung
der Entfernungen E und D oder wenigstens einer derselben benutzt, wobei im Gesichtsfelde
bekanntlich ,feste Meßmarken vorzusehen sind, die in der .Zeichnung nicht angegeben
sind. Diese Entfernungsmeßeinrichtung entspricht dann der im ersten Beispiele durch
die Markenplatten 7, 8 und die Ablesev orrichtung 13, 14. angedeuteten Vorrichtung.
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Das als zweites Beispiel angegebene Gerät läßt sich ferner weiter
vervollkommnen, und zwar .auf Grund der Beziehung log (ii -) - log (E - D)
log
b - 2 log D (8)
die man durch Logarithmieren der Gleichung (7)
erhält. Richtet man nun eine Teilung am Triebknopf 6o in bekannter Weise so ein,
daß sie die Logarithmen der Winkeldifferenz angibt und ordnet dieser Teilung einen
veränderlichen Zeiger zu, der. aus den im doppelten Maßstabe aufgetragenen Logarithmen
der Entfernungswerte besteht, dann kann man, da log b unveränderlich ist, sofort
den gesuchten Entfernungsunterschied E - D der Zielpunkte A und
B ablesen. Soll dieses Ablesen ohne jede von Hand vorzunehmende Einstellung
der Teilungen gegeneinander vor sich gehen, dann kann man die Teilungen bekanntlich
durch logarithmische Kurvenräder mit den entsprechenden Meßorganen des Gerätes kuppeln.
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Das dritte Beispiel (Abb. 7 und 8) zeigt ein aus zwei Entfernungsmessern
bestehendes Gerät, bei dem das Okulargesichtsfeld durch eine lotrechte Trennungslinie
geteilt erscheint und eins der räumlichen Bilder der Seite nach umgekehrt ist. Das
Gerät hat demgemäß zwei Paare 62,63 und 64,65 von Objektivprismen, erstere
mit dreieckigem, letztere mit fünfeckigem Querschnitt, zwei Objektivpaare 66, 67
und 68, 69 und zwei zweilinsige Okulare 70, 71, die für Einblick vor. oben her eingerichtet
sind. Diese Okulare sind hinter Prismenkörper geschaltet, die aus je einem Prisma
72, 73 mit trapezförmigem Querschnitt; je einem Dreieckprisma 7q., 75 mit einer
Kittfläche 76, 77, deren rechte bzw. linke Hälfte spiegelnden Silberbelag
hat, und je einem Dreieckprisma 78, 79 bestehen. Das Gerät kann mit den beim ersten
und zweiten Beispiele beschriebenen Meßvorrichtungen ausgestattet und dann in entsprechender
Weise benutzt werden. Ersetzt man jedoch die Prismen 62, 63 durch solche mit fünfeckigem
Querschnitte, dann sind beide räumlichen Bilder seitenrichtig.
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Beim vierten Beispiele (Abb. 9 bis 12) sind den zwei Objektivprismen
8o, 81 mit fünfeckigem Querschnitte zwei Paare von Objektiven 82, 83 und 84,85 zugeordnet.
Zur Betrachtung der von den Objektiven erzeugten Bilder der Zielpunkte dienen zwei
zweilinsige Okulare 86, 87, die wiederum für Einblick von oben her eingerichtet
sind. Vor den Okularen 86, 87 befinden sich Prismenkörper, die aus je einem Prisma
88, 89 mit fünfeckigem Querschnitte und einer Dachfläche 9o, 91, je einem Dreieckprisina
92, 93, einem zweiten Dreieckprisma 9.4, 95 und einem Prisma 96, 97 mit trapezförmigem
Querschnitte bestehen. Die Kittflächen 98, 99 zwischen den Trapezprismen 96, 97
und den Dreieckprismen 9q., 95 sind zur Hälfte versilbert, so daß das Okulargesichtsfeld
(vgl. Abb. 12) durch eine waagerechte Linie geteilt erscheint. Bei dem dem rechten
Okulare 87 zugeordneten Prismenkörper ist das TrapQzprisma 97 aus zwei Teilen zusammengesetzt,
wodurch sich eine in der Okularbildebene gelegene Kittfläche roo ergibt, die eine
Winkelteilung 1o1 trägt. Vor dem Objektiv
83 ist ein aus
einem Drehkeilpaare tot bestehender Kompensator in den Abhilclungsstrahlengang geschaltet.
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Das Drehkeilpaar 102 dient zur Beseitigung und Messung des scheinbaren
Entfernungsunterschiedes der räumlichen Bilder der beiden Zielpunkte A und
B, die im Beispiele als ein Schiff und die Wassergarbe eines einschlagenden
Geschosses angenommen sind. Das Ziel A erscheint seiner Höhe nach umgekehrt, das
Ziel B aufrecht im Gesichtsfelde. Das von den Objektiven 84, 85 entworfene Bild
ist seitenverkehrt, das von den Objektiven 82, 83 entworfene seitenrichtig. Durch
Zuführung der vom rechten Objektivprisma 8i kommenden Abbildungsstrahlen zum Prisma
88 und der vom linken Objektivprisma 8o kommenden Strahlen zum Prisma 89, also durch
Kreuzen der Abbildungsstrahlenbündel im Gerät, wird vermieden, daß pseudoskopische
Bilder entstehen. Die Winkelteilung ioi dient zur bequemen Ermittlung des Unterschiedes
der Seitenrichtung der beiden Zielpunkte A und B. Durch die angegebene
Wahl der verschiedenen Prismensysteme erreicht man -nämlich, daß lediglich durch
Schwenken des Gerätes um eine die Entfernungsmesserbasis senkrecht schneidende Lotlinie
die Bilder Gier beiden Zielpunkte A und B seitlich gegeneinander verschoben
werden. Visiert man mit dem Geräte in der Mittelebene zwischen den Zielpunkten
A und B, dann erscheinen die Bilder von A und B bei
gleicher Entfernung genau, bei ungleicher Entfernung angenähert übereinander und
um den halben Winkelbetrag ihres Richtungsunterschiedes aus der Mitte des Gesichtsfeldes
im gleichen Sinne verschoben. Mit Hilfe der entsprechend geeichten Winkelteilung
toi läßt sich demnach ohne weiteres der Unterschied der Seitenrichtung beider Zielpunkte
bestimmen, wenn der Nullpunkt der Teilung in die Mitte des Gesichtsfeldes, also
in die optische Okularachse fällt.