DE589045C

DE589045C - Messgeraet

Info

Publication number: DE589045C
Application number: DEH129087D
Authority: DE
Original assignee: HANS HECKMANN DIPL ING
Current assignee: HANS HECKMANN DIPL ING
Priority date: 1931-10-23
Filing date: 1931-10-23
Publication date: 1934-05-07

Description

Die Erfindung betrifft optische Meßgeräte, bei denen zwei verschiedene Abschnitte einer Teilung (Halbbilder) sich berührend erscheinen, beispielsweise Doppelbilderentfernungsmesser mit Meßlatte, Teilkreisdop.pelablesungen und sonstige Mikrometer, bei denen als _v Ablesemarke für die Feinablesung das Bild einer Teilung dient.

Gemäß der Erfindung haben die beiden sich berührenden Bilder der Teilung verschiedene Vergrößerungen, welche voneinander in einem bestimmten Verhältnis verschieden sind. Die Stelle des Gesichtsfeldes, auf welche die Ablesungen bezogen werden, ist in an sich bekannter Weise durch eine Marke bezeichnet. Zum Erzeugen des parallaktischen Winkels wird das eine Bild gegen das andere in bekannter Weise durch optische Mittel verschoben. Der Betrag der Verschiebung ist

aber nicht wie bei den' bekannten Geräten dieser Art für beliebige Stellen der Bildebene gleich, sondern infolge der verschiedenen Vergrößerungen der beiden Bilder von der Lage der Ablesemarke abhängig und demgemäß durch Verschiebung dieser Marke veränderlich. Das Gerät kann also durch Einstellen der Ablesemarke in einfacher Weise auf eine bestimmte Multiplikationskonstante genau eingestellt und es können gegebenenfalls auch geringe Fehler der optischen Bildverschiebung hierdurch ausgeglichen werden.

Die Erfindung ist in erster Linie für die Anwendung bei Entfernungsmessern mit Meßlatte am Ziel bestimmt. Bei Geräten dieser Art kann die Ablesemarke mit einem das Messungsergebnis beeinflussenden Vorgang, beispielsweise mit der Neigung des Fernrohrs, derart gekoppelt sein, daß die Ablesungen selbsttätige Reduktionen erhalten. Einrichtungen dieser Art sind bei Entfernungsmessern mit mehreren Meßfäden zur Änderung des Abstandes dieser Fäden z. B. proportional dem Kosinus des Neigungswinkels oder entsprechend der Einstellung des Objektivs bereits bekannt. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung zweier Teilbilder von verschiedener Vergrößerung genügt jedoch eine einzige Ablesemarke, da durch deren Verschiebung in der Teilungs richtung gleichzeitig auch die gegenseitige Verschiebung der Teilbilder beim Anzielen eines bestimmten Punktes des einen Teilungsbildes verändert wird.

Ferner wird beim Gegenstand der Erfindung die Brennweitenänderung, die auf die beim Scharfstellen entstehenden Restfokusierfehler zurückzuführen ist, ausgeglichen. Dies erfolgt gemäß der Erfindung praktisch hinreichend durch eine im inneren Strahlengang objektivseitig angeordnete Feldlinse.

Weiter kann gemäß der Erfindung im Strahlengang des Ablesegeräts eine die Trennungslinie der beiden verschieden vergrößerten Teilbilder enthaltende, beiderseits spiegelnde Ebene angeordnet sein, die zur Aufhellung des Gesichtsfeldes insbesondere längs der Trennungslinie dient.

Die Zeichnung zeigt die Ablesung und ein

Meßgerät gemäß der Erfindung in zwei Ausführungsformen, und zwar:

Abb. ι das Gesichtsfeld eines erfindungsgemäßen Entfernungsmessers beim Anzielen des Nullpunktes der Meßlatte,

Abb. 2 das gleiche Gesichtsfeld bei Ausführung der Feinablesung,

Abb. 3 eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes in senkrechtem Längsschnitt,

Abb. 4 und 5 eine zweite Ausführungsform in senkrechtem bzw. waagerechtem Längsschnitt,

Abb. 6, 7 und 8 den optischen Körper 4 der Abb. 4 und 5 in Draufsicht, senkrechtem und waagerechtem Längsschnitt.

In der Ausführungform gemäß Abb. 3 besteht das Gerät aus einem Fernrohr mit zwei übereinander angordneten Objektivsystemen von verschiedener Vergrößerung. Die Strahlen des oberen Objektivs O₁ gelangen unmittelbar in die Bildebene und entwerfen dort ein Bild der einen Hälfte der Teilung (B₁ in Abb. ι und 2). Die durch das untere Objektiv O₂ einfallenden Strahlen werden dagegen durch ein Scheideprisma P doppelt gespiegelt, bevor sie in die Bildebene gelangen. Auf diese Weise entstehen in der Bildebene in an sich bekannter Weise zwei übereinanderliegende, sich unmittelbar berührende Teilungsbilder, deren unteres durch eine bekannte Vorrichtung, beispielsweise durch ein Drehkeilpaar /C₁, K₂, gegen das obere seitlich verschiebbar ist. Die Querverschiebung kann konstant sein; sie kann aber auch in an sich bekannter Weise durch mechanische bzw. optische Mittel entsprechend dem Kosinus des Neigungswinkels selbsttätig verändert werden zur Reduktion der Ablesung auf die horizontale Entfernung. Die Verschiedenheit der Vergrößerungen der beiden Teilbilder B₁ und B₂ kann durch entsprechende Ausbildung der beiden Objektivsysteme oder durch Einschalten besonderer Linsen erzielt werden. Von den bekannten Doppelbildentfernungs-. messern mit zwei Objektivsystemen unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand grundlegend dadurch, daß die beiden Objektive verschiedene Vergrößerung aufweisen. Die Ausführungsform gemäß Abb. 4 und 5 stellt eine besonders einfache Gestaltung des Geräts dar. Dort ist in einem Ablesefernrohr üblicher Art mit einem Objektiv 1, einer Einstellinse 2 und einem Okular 3 ein einziger optischer Körper 4 eingeschaltet, der sowohl die Verschiebung des einen Teilbildes jB_s als auch die Änderung der Vergrößerung des anderen Teilbildes B₁ bewirkt. Der Körper 4 ist in Abb. 6, 7 und 8 in vergrößertem Maßstab gezeigt. Er besteht aus einer plankonvexen Linse 6, die auf einer Seite schräg abgeschliffen ist. Auf die hierdurch entstandene schräge Fläche ist ein doppelt reflektierendes Prisma mit den spiegelnden Flächen 7 und 7' aufgekittet. Dieses Prisma endet in einer ebenen seitlichen Grenzfläche 8, die zu der optischen Achse der Linse 6 parallel ist, auf den Flächen 7 und 7' senkrecht steht und beiderseits spiegelnd ausgebildet ist. Das Prisma erstreckt sich nur über eine Hälfte der schrägen Fläche bzw. der Linse 6. Die andere Hälfte der Linse wirkt infolge ihrer konvexen Krümmung als Sammellinse und verursacht eine zusätzliche Brechung der sie durchsetzenden Strahlen, derart, daß das von diesen Strahlen erzeugte Bild B₁ im Gesichtsfeld kleiner erscheint als das andere Bild B₂.

Ein das Prisma durchsetzender Strahl χ wird an den beiden Flächen 7 und 7' total reflektiert und dadurch um einen bestimmten Betrag parallel verschoben, während der in die andere Hälfte der Linse 6 eintretende Strahl x' ohne Ablenkung bleibt. Der Körper 4 erzeugt also in der Bildebene zwei Teilbilder, deren eines, S₂, aus den durch das Prisma abgelenkten Strahlen bestehendes ohne Änderung der Vergrößerung seitlich verschoben ist, während das andere Teilbild B₁ ohne seitliche Verschiebung bleibt, aber durch die Linse 6 eine Verkleinerung erfährt. Die beiden Teilbilder berühren sich in einer feinen Linie. Das Größenverhältnis der Bilder -B₁ und B₂ wird bei Dezimalteilung vorteilhaft gleich 10 : 11 gewählt.

Die spiegelnde Ebene 8 dient, wie die doppelseitig spiegelnde Ebene nach Patent 588 103, zum Aufhellen des Bildes, insbesondere beiderseits der Berührungslinie der Teilbilder, indem sie durch Spiegelung die von der einen Objektivhälfte kommenden Strahlen durch entsprechende gespiegelte Strahlen von der andern Objektivhälfte ersetzt. Durch Anwendung dieser Einrichtung nach Patent 588 103 beim vorliegenden Erfindungsgegenstand entstehen also auch hier in jeder Bildhälfte zwei sich überdeckende Halbbilder des Gegenstandes, die vermöge der symmetrischen Ausbildung des gesamten Systems zu je einem Bild von der vollen Objektivöffnung entsprechender Helligkeit zusammenfallen.

Die Ausbildung der Mittel zur Vergrößerungsänderung und seitlichen Verschiebung der Teilbilder kann verschieden sein. Beispielsweise kann die seitliche Bildverschiebung anstatt durch Doppelspiegelung auch durch Brechung an ebenen Flächen bewirkt werden; auch ist es möglich, die Vergrößerungsänderung und die seitliche Verschiebung an der gleichen Bildhälfte vorzunehmen. iao

Zum Ausgleich der Brennweitenänderung, die auf Restfokusierfehler bei der Scharfstel-

lung zurückzuführen ist, ist im Strahlengang eine Feldlinse 5 angeordnet, durch welche der genannte Fehler praktisch ausreichend behoben wird. Die Wirkung dieser Anordnung ist eine doppelte: Einmal werden die Austrittspupillen der beiden Halbbilder konzentrisch ineinandergelegt. Weiter wird eine mit der unvermeidlichen Restparallaxe (die Bilder erscheinen nicht genau in der Fadenebene) verbundene Brennweitenänderung aus-' geglichen. Das geschieht dadurch, daß sich die Bildpunkte beider Bildhälften durch die Wirkung der Linse bei der Scharfstellung parallel zueinander verschieben, und zwar zweckmäßig auch parallel zur optischen Achse, also senkrecht zur Bildebene. Durch diese parallele Verschiebung der Bildpunkte wird verhütet, daß sich die relative Lage der beiden im Gesichtsfeld erscheinenden Teilbilder beim Scharfstellen ändert, wodurch die Genauigkeit der Feinablesung beeinträchtigt würde. . .

Da beim Ablesen einer Teilung nur die Verschiebung der Bildpunkte in der Richtung der Trennungslinie der Teilbilder schädlich ist, eine dazu senkrechte Verschiebung aber für die Ablesung nicht in Betracht kommt, kann die Feldlinse anstatt als sphärische Linse auch als Zylinderlinse mit senkrecht zur Trennungslinie stehender Zylinderachse ausgebildet sein. Auch ein Dachprisma mit zur Trennungslinie senkrechter Kante kann annähernd dieselbe Wirkung hervorbringen.

Eine solche Feldlinse kommt auch für andere optische Geräte in Frage, bei denen eine Scharfeinstellung des vom Objektiv entworfenen Bildes erfolgt.

Bei beiden gezeigten Ausführungsformen ist in der Bildebene ein senkrechter Faden F als Ablesemarke angebracht. Die Ablesung gestaltet sich wie folgt:

Zunächst wird mittels des Fadens F der Nullpunkt des unteren (stärker vergrößerten) Teilungsbildes B₂ angezielt (Abb. 1). Die Feinablesung der ersten Dezimalstelle könnte nun ohne weiteres nach dem Prinzip des Nonius erfolgen, indem der erste mit einem Teilstrich des oberen Bildes zusammenfallende Strich des unteren Bildes festgestellt wird. Bei einer Einstellung gemäß Abb. 1 würde sich so in erster Annäherung die Ablesung 62,7 ergeben. Das Gerät gestattet aber auch die Ablesung einer weiteren Stelle. Zu diesem Zweck wird das Fernrohr so geschwenkt, daß der Zielfaden F in Richtung der wachsenden Bezifferung fortschreitet. Dann laufen die Teilbilder im Gesichtsfeld mit verschiedenen im Verhältnis ihrer Vergrößerungen stehenden Geschwindigkeiten nach links. Es gibt eine Stelle der Bildebene, an der die rascher wandernde Nullmarke des unteren Bildes den nächstniedrigeren Teilstrich des oberen Bildes eingeholt hat und ihm genau gegenübersteht.

Bezeichnet man die Verschiebungsgeschwindigkeiten der beiden Teilbilder mit V₀ und V₁₁, den Abstand des angezielten Punktes von dem nächstniedrigeren Teilstrich mit a, so gilt für den Abstand A der genannten Stelle von F die Beziehung: ^

V₀ Vu

IO

II

und demgemäß: 10 A= \t A — im oder ^=πα. Wird dieser AbstandA an dem unteren stärker vergrößerten Teilungsbild abgelesen, so erhält man einen Zahlenwert, der dem zehnfachen Betrag von a in Einheiten des oberen kleineren Bildes entspricht. Dieser Wert kann mit dem Faden F abgelesen werden und wird bei Zehntelschätzung der letzten Stelle in zwei Dezimalen erhalten (62, 67 in Abb. 2).

Durch Verschieben der Marke F werden die Konstanten des Geräts geändert. Auf diese Weise kann eine Justierung auf runde Konstantenwerte erhalten werden. Auch können durch Koppelung der Marke mit einem mit der Messung verbundenen Bewegungsvorgang die bei der Ablesung erhaltenen Werte in an sich bekannter Weise selbsttätig mit entsprechenden Größen, z. B. mit dem Kosinus des Neigungswinkels, multipliziert werden.

Die Vorrichtungen gemäß der Erfindung sind äußerst einfach und ergeben eine leichte und übersichtliche Feinablesung. Da jede Verstellung der Fernrohrteile gegeneinander wegfällt, sind auch die aus mechanischer Ver-Schiebung mittels Feinmeßschrauben erwachsenden Fehler durch Schlottern oder toten Gang· ausgeschaltet.

Claims

Patentansprüche:

1. Meßgerät, bei dem zwei verschiedene Abschnitte einer Teilung in einem gemeinsamen Bildfeld sich berührend erscheinen, Doppelbildentfernungsmesser mit Meßlatte, Teilkreisdoppelablesung o. dgl., no dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerungen der beiden Bildhälften (B₁ und B₂) voneinander in einem bestimmten Verhältnis verschieden sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bilder in an sich bekannter Weise seitlich gegeneinander verschoben erscheinen.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablesemarke (F) zum Justieren des Geräts im Gesichtsfeld verschiebbar ist.

4· Gerät nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzige Ablesemarke (F) mit einem im Zusammenhang mit der Messung wesentlichen Bewegungsvorgang, beispielsweise der Neigung des Fernrohrs, derart gekoppelt ist, daß die Ablesungen, wie es bei anderen selbstreduzierenden Tachymetern bekannt ist, selbsttätig entsprechende Reduktionen erhalten.

5. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine im Bildraum des Objektivs (1) angebrachte Feldlinse (5), die zum Ausgleich der aus der unvermeidlichen Restparallaxe entstehenden Brennweitenänderung dient.

6.' Gerät nach Anspruch 1 bis 5> &^e~ kennzeichnet durch die Anordnung einer zur optischen Achse parallelen, die Trennungslinie der beiden Teilbilder (B₁ und Bo) enthaltenden, beiderseits spiegelnden Ebene (8).

7. Gerät zum Erzeugen von Teilbildern nach Anspruch 1 bis 6 mit zwei parallelen Objektivsystemen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Objektivsysteme (O₁, O₂) in einem bestimmten Verhältnis voneinander verschiedene Vergrößerungen aufweisen.

8. Gerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Bildebene ein optischer Körper (4 und Abb. 6 bis 8) angebracht ist, der durch Brechung an gekrümmten Flächen die Vergrößerungsänderung und durch Spiegelung oder Brechung an ebenen Flächen die seitliche Verschiebung der Teilbilder herbeiführt.

9. Meßgerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine plankonvexe Linse (6), auf deren in der einen Hälfte schräg abgeschnittener Seitenfläche ein Prisma (7) aufgekittet ist, dessen waagerechte ■-Oberfläche (8) zweckmäßig gemäß Anspruch 6 spiegelnd wirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen