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Winkelmeßinstrument Die Erfindung bezweckt eine Vereinfachung und
Vervollkommnung von Winkelmeßinstrumenten, insbesondere des Sextanten. Die beiden
bei solchen Instrumenten bisher üblichen Spiegel, von denen der eine drehbar, der
andere fest ist, sind durch ein einziges totalreflektierendes Prisma, das mit der
Alhidade oder dem Teilkreis fest verbunden ist, ersetzt.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die beiden Spiegel von Sextanten
durch zwei total reflektierende Prismen zu ersetzen, hauptsächlich zu dem Zwecke,
dem Gerät die Möglichkeit einer größeren Winkelmessung (bis zu i8o°) zu verleihen,
wobei die Nachteile des größeren Gewichtes, des größeren Umfanges und des höheren
Preises des Gerätes in Kauf genommen wurden. Es ist auch vorgeschlagen worden, nur
den einen Spiegel bei Sextanten durch ein Prisma zu ersetzen und den zweiten Spiegel
beizubehalten.
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Die Erfindung stützt sich auf folgende Erwägungen a) Da es sich gezeigt
hat, daß die Längenmessungen durch die Mondentfernungen ungenau sind (die bedeutendsten
astronomischen Jahrbücher haben aufgehört, die entsprechenden Daten zu veröffentlichen),
besteht für den Seemann keine Notwendigkeit mehr, Winkel über go° hinaus zu messen.
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Da bei den Landmessungen das Reflektionsinstrument durch den Theodolit
ersetzt wurde, hat das Bestreben einer Vervollkommnung des -Sextanten über eine
Winkelmessung von go° hinaus - in Anbetracht der Zunahme des Gewichtes, Umfanges
und Preises des Instrumentes - keinen Zweck mehr. Dagegen wird gemäß der Erfindung
ein Gerät durch Vereinfachung und Verminderung von Gewicht, Umfang und Preis vervollkommnet.
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b) Die Verwendung von zwei reflektierenden Elementen an einem Winkelmesser
hat einzig und allein den Zweck, die beiden Bilder entweder beide aufgerichtet oder
beide verkehrt erscheinen zu lassen. Diese Forderung --wäre unentbehrlich, wenn
man einen ästhetischen Zweck verfolgte; wenn es sich dagegen nur um Winkelmessungen
handelt, so bieten zwei entgegengesetzt gerichtete Bilder mannigfache und wertvolle
Vorteile, wie unten gezeigt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an einer zeichnerisch dargestellten
beispielsweisen Ausführungsform erläutert.
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Fig. i zeigt das Instrument und seine Wirkungsweise in schematischer
Darstellung. Fig. z zeigt das Bild des Beschauers bei Bestimmung der Instrumentenkonstanten,
d. h. die beiden Bilder der Sonnenscheibe. Fig. 3 zeigt das Bild des Beschauers
bei der Sextantenablesung (Sonnenscheibe und Horizont).
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Wie Fig. i zeigt, befindet sich vor dem Objektiv L eines Fernrohres
ein Prisma A-B-C-D von gleichschenkligem Schnitt und abgeschnittener rechtwinkliger
Kante, welches sich zusammen mit der Schiene einer
Alhidade R bewegt.
Das Prisma ist derartig drehbar angebracht, daß bei jeder Stellung desselben nur
die eine Hälfte des Objektivs L abgedeckt wird. Dies wird z. B. dadurch erreicht,
daß die Kante D des Prismas mit der auf der optischen Achse des Fernrohrs .gelegenen
Drehachse der Schiene R zusammenfällt. Auf diese Weise bekommt die eine Hälfte des
Objektivs L die Lichtstrahlen direkt, als ob das Prisma überhaupt nicht vorhanden
wäre, während die andere Hälfte die zuvor durch das Prisma gegangenen Strahlen erhält.
, Wie die Fig. z zeigt, .gelangt der von einem Gegenstand Q herkommende Strahl q,
q: direkt in das Fernrohr und gibt, bei Verwendung eines astronomischen Fernrohres,
für den Beschauer ein umgekehrtes Bild vom Gegenstand Q. Dagegen wird das von dem
Gegenstand P ausgehende Strahlenbündel p, p1, p2, p$, p4 bei Durchquerung des Prismas
zweimal an den Kathetenflächen gebrochen und einmal an der Hypotenusenfläche total
reflektiert, bevor es in das Fernrohr gelangt. Infolge der Reflexion in p2 sieht
man durch das astronomische Fernrohr vom Gegenstand P ein Bild, welches zwar seitenverkehrt,
jedoch in der Höhe aufgerichtet ist. Man wird, mit anderen Worten, den Gegenstand
P wie in einem Spiegel beobachten können.
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Der Beobachter sieht im Fernrohr zwei Bilder: den Gegenstand Q verkehrt,
den Gegenstand P aufgerichtet. Das Bild von Q bewegt sich nur mit der Bewegung des
Fernrohres, das Bild von P bewegt sich mit der Drehung von Prisma und Schiene.
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Es ist ohne weiteres klar, daß diese schematisch dargestellte Einrichtung
sich - zum Messen des Winkels zwischen zwei Gegenständen Q und P eignet, indem man
die Ebene des Teilkreises in die durch Q und P gehende Ebene bringt, Q anvisiert
und die das Prisma tragende Schiene so lange dreht, bis die von P auf .das Prisma
fallenden Strahlen von diesem in das Fernrohr geworfen werden, und P im Fernrohr
erscheint. Durch mikrometrische Verschiebung der Schiene bewirkt man die Einstellung
des verkehrten Bildes von Q mit dem aufgerichteten Bild von P und liest auf dem
Teilkreis .den von der Schiene durchlaufenden Winkel ab.
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Die beschriebene Vorrichtung kann auch zum Messen von kleinsten bis
zu leicht negativen Winkeln dienen. Diese wertvolle Eigenschaft ist auch für die
Bestimmung der Instrumentenkonstanten wichtig, und es ist klar, daß dies nicht mit
Spiegeln erreicht werden kann.
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Es bedarf keiner Erwähnung, daß der Konstrukteur einen Spielraum von
einigen Zentimetern zwischen Objektiv und Prisma, zwecks Einfügung von schwarzen
oder farbigen Gläsern, lassen wird.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung bietet gegenüber den gewöhnlichen
Sextanten folgende wichtige Vorteile: Die Verwendung eines einzigen Prisma ermöglicht
eine viel gedrungenere, kleinere und leichtere Bauform des Instrumentes, z. B. den
Ersatz des Kreisbogens durch einen kleinen Kreis, wobei sich das Prisma zusammen
mit dem Teilkreis dreht, während die gegenüberliegenden Ablesemikroskope mit dem
Rahmen fest verbunden bleiben.
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Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird die langwierigste und
unstetigste aller bei den üblichen Sextanten notwendigen Justierungen, nämlich die
des genauen Parallelismus zwischen den beiden (festem und drehbarem) Spiegeln, ausgeschaltet;
bei Verwendung eines einziges Prismas genügt es, daß. die Prismenkante senkrecht
zur Bogenebene bleibt.
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Die übliche Methode zur Bestimmung der Instrumentenkonstante besteht
in der Sonnenkollimation. Da es äußerst schwierig und mühsam ist, die beiden Bilder
der Sonnenscheibe genau zur Deckung zu bringen, zieht man vor, den oberen bzw. unteren
R_ and des einen Bildes mit dem unteren bzw. oberen Rand des ianderen Bildes zu
kollimieren. Es kann dann die Instrumentenkonstante nur durch Mitberechnung des
Sonnenhalbmessers berechnet werden.
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Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht die Bestimmung der Instrumentenkonstante
ohne Mitberechnung des Sonnenhalbmessers, weil das eine Bild aufgerichtet, das andere
verkehrt gesehen wird, so .daß die Berührung der beiden Bilder (Kollimation) immer
zwischen gleichnamigen Rändern erfolgt, wie Fig. a verdeutlicht, wobei a den oberen
Rand, b den unteren Rand des Prismenbildes P, a' und b' den oberdn bzw. unteren
Rand des Gegenstandes Q zeigt.
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Jede Sextantenbeobachtung wird vor der Berechnung (Auswertung) in
ein Buch (Tagebuch, Loggbuch) eingetragen, und zwar bei Sonnen- oder Mondbeobachtungen
mit der Angabe, ob der obere oder ob der untere Rand der Sonne bzw. des Mondes (P
in Fig. 3) mit dem Horizont (e - e') in der Fig. 3 kollimiert wurde. Manchmal wird
die Beobachtung so aufgezeichnet, wie sie im Fernrohr erscheint (d. h. umgekehrt
zum wirklichen Phänomen), meist aber so, wie sie dem wirklichen Phänomen entspricht.
Daraus ergibt sich die Notwendigkeit von ausführlichen Beschreibungen in den Büchern,
da sonst eine stete Möglichkeit von Mißverständnissen und die Unmöglichkeit einer
Nachkontrolle
von dritter Seite gegeben wäre.
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Diese Quelle von Irrtümern ist bei dem beschriebenen Instrument gemäß
der Erfindung ausgeschlossen. Da das eine Bild der Sorme bzw. des Mondes immer aufgerichtet
erscheint, ist der scheinbar zusammengepaßte Rand tatsächlich auch der im Naturphänomen
kollimierende Rand.
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Während die üblichen Sextanten verkehrte, d. h. schwer erkennbare
Bilder liefern, gibt das Gerät der Erfindung ein aufgerichtetes, d. h. gut erkennbares
Bild. Welchen Vorteil dies bedeutet, erkennt man daraus, daß einige Konstrukteure
von Sextanten nicht gezögert haben, zur Erreichung dieses Zieles anstatt des astronomischen
Fernrohres ein galiläisches Fernrohr trotz seiner bekannten Nachteile zu verwenden.