DE62357C - Entfernungsmesser - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 42: Instrumente.

Der Entfernungsmesser besteht (s. Fig. 1, 2, 3 und 4):

a) aus einem astronomischen Fernrohr mit Fadenkreuz, bei welchem das Objectiv nach dem Princip der in der Astronomie gebräuchlichen Heliometer angeordnet ist (Schaub'sches Mikrometer-Fernrohr, Handbuch der, nautischen Instrumente, Hydrographisches Amt der Admiralität, Berlin 1882, Mittler und Sohn). Das Objectiv mit Mikrometerschraube ist drehbar um die Fernrohrachse; es wird unzerlegt gelassen, wenn das Ocular des von Dr. Wellmann construirten Doppelmikrometers vorgesetzt wird (s. Zeitschrift für Instrumentenkünde, April 1890);

b) aus dem Plattensystem, bestehend aus rechtwinklig prismatischen, über einander liegenden, genau planparallelen Platten aus optisch. homogenem, durchsichtigem Glase von hohem Brechungsexponenten und derartigen Abmessungen, dafs möglichst die Verschiebung der durch das Plattensystem erzeugten Doppel-' bilder der Längenausdehnung beider Platten, in Richtung der Fernrohre, gerechnet, entspricht. Diese Platten, vor dem Objectiv des Fernrohres angeordnet, sind in kreisförmige, geschwärzte Metallfassungen gebettet. Die Ränder der Metallfassung greifen über einander. Der Stand für die untere Platte trägt eine Kreistheilung auf zehn oder, wo erforderlich, weniger Secunden, mittelst Nonius ablesbar, der der oberen eine Nonientheilung. Die Metallränder sind für das Beobachtungsfeld des Fernrohres ausgeschnitten. Dieses Plattensystem kann ersetzt werden durch zwei über einander liegende Glaskästen mit vollkommen planparallelen Wänden, welche . mit stark lichtbrechender Flüssigkeit gefüllt werden. Die untere Platte, welche mit ihrer Längsachse einen Winkel zur Fernrohrachse in horizontaler Ebene bildet, welcher kleiner als der Grenzwinkel der angewendeten Glassorte in Beziehung zur Luft sein mufs, steht fest, währenddie obere um eine Verticalachse drehbar ist. Diese Vertical-• achse und die Fernrohrachse schneiden sich. Wenn es nöthig sein sollte, können auch beide Platten in der eben beschriebenen Weise gegen einander drehbar hergestellt werden;

c) aus dem Steg als Träger für Fernrohr a und Plattensystem b, Fig. 1 und 2. Der Steg verbindet beides, Fernrohr und Platten, derartig, dafs eine durch die Fernrohrachse gelegte Horizontalebene mit der horizontal gestellten Berührungsebene der über einander liegenden Platten zusammenfällt. Das Fernrohr ist fest mit dem einen Ende des Steges verbunden, während die Platten mit ihrer Bettung lösbar und feststellbar mit dem anderen . Ende in Verbindung gebracht sind. Ungefähr in der Mitte des Steges, zwischen dem Fernrohr α und dem Plattensystem b, ist eine Vorrichtung zur Anbringung eines Stativs d vorgesehen, um das Instrument auf jedem Terrain stabil aufstellen und mittelst einer centralen Schraube mit Auf- und Abwärtsbewegung in die gewünschte ' Höhe bringen zu können. Instrument und Stativ sind so verbunden, dafs

die Instrumentenachse (Fernrohrachse) horizontal und vertical um den Kopf des Stativs gedreht werden kann.

Gang der Untersuchung.

Nachdem das Fernrohr auf den zu messenden Gegenstand in gewünschter Höhe vom Erdboden eingestellt und in erforderlicher Neigung zum Horizont durch Anziehung der Schraube festgestellt ist, wird an der Gradtheilung der Mikrometerschraube die Ausgangsstellung abgelesen, in welcher das Object einfach gesehen wird. Alsdann werden die Glasplatten auf den Steg aufgeschoben und durch die an der unteren Fläche der unteren Metallscheibe befindliche Schraube befestigt. Verschiebt man nun durch Drehung der Platten das zu messende Object um seine Breiten- oder Längsausdehnung, je nach der Stellung des Objectes, wie des drehbaren Fernrohrobjectivs (in der Patentzeichnung ist es versäumt worden, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben und es wird daher hier auf das Helmholtz'sche Ophthalmometer verwiesen, bei welchem diese ausgeführt ist), so erhält man die Breiten- oder Längenausdehnung des Objects aus der am Gradbogen abzulesenden Winkelstellung der Platten zur Achse des Fernrohres. Sobald nun die Mikrometerschraube des Fernrohres gedreht wird, so verdoppelt sich das um seine Längen- oder Breitenausdehnung verschobene Doppelbild der Platten und wandert mit der Drehung der Mikrometerschraube. Verschieben wir auf solche Weise den einen Endpunkt des sich bewegenden Linsenbildes in der Richtung des entgegengesetzten Endpunktes des festen Linsenbildes, wobei das Object in seinen einfachen oder verdoppelten Dimensionen durchwandert werden kann, so ist der Winkel, unter welchem das zu messende oder das in seinen Dimensionen verdoppelte Object erscheint , gemessen und aus der Zahl der Schraubendrehungen an dem Gradbogen der Mikrometerschraube zu berechnen. Die gesuchte Entfernung des Objects wäre damit durch das Product der .Objectgröfse mit der Cotangente dieses Winkels bestimmt.

Der jeder Schraubendrehung entsprechende Winkelwerth ist nach vorausgegangenen Messungen oder Berechnungen am Sonnendurchmesser für jedos einzelne Instrument zuvor zu ¹ bestimmen und eine entsprechende Tabelle anzufertigen (s. Schaub'sches Mikrometer-Fernrohr 1. c, Handbuch der nautischen Instrumente); desgleichen ist es möglich und geboten, die jedem Winkelwerth ■ der Plattendrehung entsprechende Objectgröfse empirisch zuvor an einem vor das Instrument postirten Mafsstab sich zu bestimmen und zu einer Tabelle zusammenzustellen.

Bekanntlich wird ein Object,, wenn es nicht senkrecht zur Platte steht, durch eine planparallele Platte aus Glas derartig gebrochen, dafs es eine Verschiebung erleidet. Diese Verschiebung ist nun unabhängig von der Entfernung und beträgt E = h sin

ft—β

wobei

COS β J '

= Verschiebung, la = Dicke der Platte, a der Einfallswinkel, β der Brechungswinkel ist. Da der austretende Strahl bei gleich dichtem Medium auf beiden Seiten. der Platte dem einfallenden parallel ist, so entspricht jedem Winkel, welchen ein Object mit einer oder zwei Platten macht, auch für alle Entfernungen die gleiche Verschiebungsgröfse, welche aufser von dem Einfallswinkel von der Dicke der Platten und dem Brechungsexponenten des Glases abhängig ist. Da so grofse Glasmassen, wie vorliegend zur Verwendung gelangen, schwerlich ganz homogen sein. dürften, so empfiehlt es sich nicht nur aus Gründen der Bequemlichkeit, sondern auch der Genauigkeit, für die den verschiedenen Winkelwerthen der Plattendrehung entsprechenden Objectgröfsen sich zuvor empirisch eine Tabelle anzufertigen.

Mit veränderten optischen Mitteln läfst sich das gleiche Endziel, die Gröfse des einzumessenden Objects unabhängig von der Entfernung zu bestimmen, in folgender Weise erreichen :

Der Entfernungsmesser besteht alsdann (Fig. 5 und 6) aus dem von mir beschriebenen astronomischen Fernrohr mit zerlegtem Objectiv (s. Schaub'sches Heliometer) oder unzerlegtem Objectiv, bei welchem letzteren das Dr. WeIlmann'sche Doppelmikrometer mit stark doppelbrechendem Prisma vorgesetzt wird.

Dieses Fernrohr nimmt auf dem. aus der Physik (s. Müller, Lehrbuch der Physik, Seite 514) bekannten Sextanten, die Stelle des dort angebrachten Fernrohres ein (Fig. 5 und 6). Planspiegel b, welcher doppelt so hoch ist als Planspiegel a; ist mit der Alhidade, die am äüfseren Ende einen Nonius trägt, verbunden, so dafs jede Drehung abzulesen ist. Parallel mit diesem Spiegel b dreht sich Spiegel a, welcher in halber' Höhe einen horizontalen-Spalt trägt. Diese stets parallele Drehung beider Spiegel wird durch eine straff angespannte Galle'sche Kette ermöglicht, welche über entsprechend gearbeiteten Scheiben unter den Spiegeln hinweggeführt ist. Die verticale Drehachse der Spiegel und die Achse der. bezüglichen Scheiben fallen zusammen. '.Das Fernrohr steht fest. Die Spiegel sind lang gestreckt, der horizontale Spalt im Spiegel α liegt mit dem optischen Centrum der zerlegten Objectivlinse des. Fernrohres in ein und derselben Horizontalebene. Der Planspiegel b wendet seine spiegelnde Fläche dem Planspiegel α zu.

Fernrohr, beide Plänspiegel, sowie Sextant werden von einem gemeinschaftlichen^ Arm getragen, welcher mit seinem verticalen Drehzapfen d in einem dreibeinigeri Stativ aufruht.

Die Verbindung des Armes mit Drehzapfen und Stativ ist eine derartige,^; dafs der Arm horizontal und vertical gedreht werden kann. .Das Stativ gesfattet Messungen in jeder beliebigen Höhe vom Erdboden.

Zur Vereinfachung, dieses Instrumentes, wie zur Erzielung stärkerer Winkelneigungen der Spiegel dürfte es sich empfehlen, die Spiegel auf eine drehbare Nebenachse . (wie bei dem aus der Physik her bekannten Reflexionskreise in Anwendung gebracht) zu setzen und nur gleichzeitig constructiv Sorge dafür zu tragen, dafs der seitliche Abstand zwischen feststehendem Heliometer-Fernrohr und drehbarer Spiegelachse, entsprechend der wachsenden Winkelneigung der Spiegel,, beliebig vergröfsert werden, kann (s. Fig. 9 und 10). Statt durch eben beschriebene Anordnung kann auch auf folgende Weise das gleiche Ziel erreicht werden:

Wählt man (Fig. 7 und 8) einen Vollkreis, auf welchem Spiegel a, astronomisches Fernrohr und Alhidade mit Nonius drehbar sind, so stellt man hinter dem unbeweglichen Spiegel b einen dritten Spiegel c, welcher b vollkommen parallel stehen mufs. Bei dieser Anordnung, bei welcher der Parallelismus zwischen den Spiegeln b und c vollkommen gewahrt bleiben mufs, ist es erforderlich, dafs die Höhe des mittleren Spiegels b nur ein Bruchtheil der Höhe der beiden, anderen Spiegel beträgt. Ein gemeinschaftlicher Arm trägt hier den Spiegel c und einen Vollkreis, auf welchem Spiegel b, Spiegel α und Fernrohr angebracht sind.

Die Verbindung zwischen Arm, Drehzapfen und Stativ ist dieselbe^ wie vorstehend bereits beschrieben. . . :

Gang der Messung.

Stehen zwei Planspiegel von verschiedener Gröfse parallel hinter einander, so werden die von einem Object entworfenen Bilder sich nur dann scheinbar zu einem Bilde vereinigen, wenn die Richtung der einfallenden Strahlen mit der Normalen des Spiegels zusammenfällt. Die Vereinigung ist nur eine : scheinbare, da das vom entfernteren Spiegel entworfene Bild um eine entsprechende Entfernung weiter liegt und daher auch unter kleinerem Gesichtswinkel verkleinert erscheinen mufs. Ist jedoch das zu messende Object genügend fern, wie bei vorliegender Aufgabe, so bildet der aus den Spiegelabständen sich ergebende Gröfsenunterschied eine für den praktischen Gang der Messung durchaus zu vernachlässigende Gröfse. . ■ _;

Entsendet ein Object hingegen unter einem Winkel zur Normalen seine Strahlen auf die spiegelnde Fläche, dann tritt eine Verschiebung des Bildes ein, deren Gröfse unabhängig von der Entfernung E = 2 d sin α ist. Der gleiche Ausdruck gilt für die Verschiebung zwischen Object und Bild, wenn der einfallende Strahl von dem hintersten Spiegel auf die ihm zugewendete Spiegelfläche des vorderen Spiegels trifft und von ihr zurückgeworfen wird. Trifft

α α¹.== Spiegelfläche in der Ebene des Papiers, vertical endend.

b b¹ = Spiegelfläche von der Ebene' des Papiers, vertical aufsteigend.

der Strahl nochmals die hintere Spiegelfläche, urn von ihr zur vorderen und von dieser erst in das Auge des Beobachters reflectirt zu werden, so wird die Verschiebungsgröfse zwischen beiden is = 4d sin α. Bei drei parallelen Spiegelflächen ist die Verschiebung des an vier Flächen reflectirten Strahles in Beziehung zum einfallenden gleichfalls E = 4 d sin α (wobei d = Entfernung des vordersten vom hintersten Spiegel bedeutet). Wird hingegen das eineSpiegelbild nur.zweimal, das andere viermal reflectirt, so ist die Verschiebungsgröfse zwischen beiden E = 2 d sin α (wobei d gleichfalls den Abstand des vordersten vom hintersten Spiegel bedeutet).

Als Ausgangsstellung wird diejenige benutzt, bei welcher sich das unmittelbar gesehene Object mit den Spiegelbildern deckt: bezw. in deren Verlängerung erscheint. ; Dabei ist der Winkel, welchen die einfallenden Strahlen des Objects mit der Normalen machen, gleich Null und die Stellung der Schiene wird am Gradbogen abgelesen. Alsdann wird die Schiene so lange gedreht, bis das zweifach oder vier-fach reflectirte Bild um die Gröfse des Objects oder ein Vielfaches der Objectgröfse zum Ob-

ject verschoben erscheint. Wird der Winkel, um welchen sich die beiden ihre spiegelnden Flächen einander zukehrenden, parallelen Planspiegel dabei gedreht haben, vermerkt, so sind, da der Abstand der Spiegel von einander als' feste unveränderliche Gröfse bekannt ist, alle Elemente gegeben, um nach Formel E = 2 d sin α oder 4^ sin α die Objectgröfse zu berechnen. Dreht man nun die Mikrometerschraube des Heliometer-Fernrohres, so erzeugt man zwei Bilder, sowohl vom Object, als seinem Spiegelbild. Stellt man ferner durch fortgesetzte Drehungen das sich bewegende Bild des einen Doppelbildes unter das unbewegliche des anderen, so ist damit nach bekanntem Gesetz der Winkel, unter welchem das Object erscheint, gemessen und zu berechnen", und aus dem Product der Objectgröfse mit der Cotangente ihres Winkels ist die Entfernung des Objects zu bestimmen.

Weniger vortheilhaft gestaltet sich die Messung, wenn man die Verschiebung der reflectirten Strahlen zu einander mifst. Abgesehen von der Gröfse des Drehungswinkels der parallel bleibenden Spiegel wird die Genauigkeit des Verfahrens um so' mehr wachsen, je gröfser der Abstand der Spiegel von einander gewählt wird, während bezüglich der vortheilhaftesten Stellung der Fernrohrachse zur Sehne des Sextantenkreises auf das aus der Physik bereits Bekannte hingewiesen wird.

Ebenso wie mittelst planparalleler Glasplatten und Planspiegel lä'fst sich ferner durch parallel gestellte Glasprismen die Objectgröfse unabhängig von der Entfernung bestimmen.

Aendert man das (Fig. 9 und 10) angegebene Instrument derartig ab (s. Fig. 11 und 1 2), dafs man den S.tab mit den planparallelen Spiegeln in Richtung der Fernrohrachse vor das Objectiv des Schaub'schen Heliometers oder eines Fernrohres mit Dr. Weümann's Doppelmikrometerocular stellt, und fügt man einen zweiten Stab d mit planparallelen Spiegeln, drehbar um denselben Mittelpunkt d^l und um den gleichen Winkel, aber in entgegengesetzter Richtung in der Höhe, so dafs die oberen Kanten der kleineren Spiegel b in Y₂ Objectivhöhe enden, hinzu, so ist man im Vergleich zu der früheren Anordnung durch Drehung - der Stäbe d im Stande, eine doppelt so gröfse Verschiebung des Objects hervorzubringen. Der Abstand der beiden Bilder beträgt demnach 4 d sin a, d. h. es bestimmt sich die einzumessende Gröfse, welcher der zugehörige Winkel, mittelst Heliometer-Fernrohres oder.nach Dr. Wellmann bestimmt, entspricht, nach der Formel 4 d tg α (d == Absland der Spiegel, a. = Drehungswinkel der Spiegel). Die Uebertragung der Bewegung ungleicher Winkel in entgegengesetzter Richtung findet für die überkreuzten Stäbe am Drehungsmittelpunkt d¹ mittelst passend angebrachter Wechselrä'der f statt. Die Spiegelbewegung wird am unterliegenden Gradbogen mittelst Nonien ο durch Mikroskope s abgelesen. Die hinteren gröfseren Spiegel α zeigen an ihren einander zugekehrten Kanten Ausschnitte, um die Bestimmung der. Ausgangsstellung für die Messung zu ermöglichen. Das Lager c¹ für das Fernrohr e ist mit e verschiebbar auf f. Das Stativ entspricht in seiner Construction dem Mefstischstativ des Generalstabsmodelles. Das System, welches um die Verticalachse d' drehbar ist, besteht aus den Stäben d mit den Spiegeln α und b nebst Limbus c und trägt nach unten einen vierkantigen Zapfen in, welcher in eine entsprechende Ausfräsung von f^x der Tragstange f eingeführt werden kann, k ist ein Stativ mit Horizontal- und Verticalbewegung. Der Gang der Messung ist dem zuvor beschriebenen gleich. Nur kann dort wie hier nach Bestimmung der Objectgröfse = Verschiebungsgröfse der zugehörige Winkel mittelst Heliometer - Fernrohres oder nach Dr. Wellmann am Object selbst, statt am zuvor verdoppelten Object, in bekannter Weise bestimmt werden.

Ersetzt man nun (Fig. 13, 14 und 15) die Spiegel durch je zwei Paar Prismen P, deren Basen r und r^l in der Ausgangsstellung einander zugekehrt sind und deren Flächen einander parallel sind und bei Drehung der Stäbe b parallel bleiben, so ist man im Stande, sehr erhebliche Verschiebungen des zu messenden Objects hervorzubringen, entsprechend der Winkeldrehung, wie vor allem abhängig von dem wachsenden Abstand der Prismen von einander. Die Prismen sind verschiebbar auf den Stäben d angebracht und können auch auf den Querstäben rechtwinklig zu dem Stabe d verschoben werden. Der Gang der Messung ist der gleiche wie bei der Spiegelanordnung. Für die Berechnung der Verschiebungsgröfse dient folgende Formel (Dr. Schwahn):

(d + a¹ — φ

cos s¹ J ' * \ cos a¹
's = Abstand des auffallenden Objects von der Spitze des Prismas, φ = brechender Winkel des Prismas, a = Eintrittswinkel, α¹ = Austrittswinkel, s und s¹ = die zugehörigen Brechungswinkel im Prisma). Dieselbe vereinfacht sich

zu ρ cos I —: -ξ- I , wenn das Object senk-

\ cos a} J

recht zur vorderen Prismenfläche auffällt. Wie für die Spiegel, so auch für die Prismen ist für jedes Instrument durch Ablesungen an einer Mefslatte empirisch eine den verschiedenen Einfallswinkeln entsprechende Tabelle der zugehörigen Verschiebungsgröfsen anzufertigen.

Claims (1)

1. Patenτ-An spruch:

   Entfernungsmesser, bei welchem die Gröfse des Objects unmittelbar aus der Verschiebung um die Objectgröfse oder um ein Vielfaches dieser Gröfse, unabhängig von der Entfernung, durch Drehung planparalleler, durchsichtiger Platten (gewöhnlicher Glasplatten oder mit Flüssigkeit gefüllter Hohlplatten oder paralleler Planspiegel oder' Prismen mit zu verändernder Entfernung wie Seitenabständen von einander) gemessen und gleichzeitig der Winkel, unter welchem das Object erscheint, entweder durch Drehung der Mikrometerschraube eines in zwei Hälften getheilten Objectivs eines astronomischen Fernrohres oder durch ein Wellmann'sches Doppelmikrometer, bestimmt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.