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Selbstreduzierender Entfernungsmesser Als Tachymeter sind Entfernungsmesser
mit am Ziel aufgestellter Meßlatte bekannt, bei denen mit Hilfe eines Fernrohres
der Abstand zweier Bilder der Lattenteilung gemessen wird, von denen das eine direkt
durch das Fernrohrobjektiv abgebildet und das andere durch ein optisches Mittel
derart abgelenkt wird, daß die beiden Strahlenbündel den meist unveränderlichen
parallaktischen Winkel einschließen. Auf diese Weise kann man nur die in Richtung
der Ziellinie verlaufende schräge Entfernung messen. Will man ihre Projektion auf
die Waagerechte erhalten, so ist das Meßergebnis noch mit einem vom Neigungswinkel
abhängigen Faktor zu multiplizieren.
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Wenn beispielsweise die Zielachse zur Längsüchtung der Meßlatte senkrecht
steht (was bei waagerechter Latte immer zutrifft), so ist hierzu bekanntlich die
gemessene Länge mit dem Kosinus des Neigungswinkels zu multiplizieren.
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Um diesen Meßvorgang zu vereinfachen, ist bereits vorgeschlagen worden,
Tachymeter mit einer Einrichtung zu versehen, in welcher der parallaktische Winkel
als Funktion der Neigung der Zielachse derart verändert wird, daß die zu messende
Verschiebung der beiden Lattenbilder unmittelbar die waagerechte Entfernung ergibt.
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So würde es im oben- angeführten Beispiel einer waagerecht aufgestellten
Latte genügen, den parallaktischen Winkel proportional dem Kosinus des Neigungswinkels
der Zielachse zu verändern.
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Bei bekannten Geräten dieser Art sind zwei keilförmige Prismen vorgesehen,
deren winkelhalbierende Ebene senkrecht zur Zielachse steht und die sich in zueinander
entgegengesetztem Sinne drehen, so daß ihre Hauptschnitte mit der senkrechten (oder
waagerechten) Symmetrieebene des Tachymeterfernrohres einen Winkel einschließen,
der gleich dem Neigungswinkel der Zielachse ist. Hierdurch wird der parallaktische
Winkel verändert, und zwar proportional dem Kosinus oder dem Sinus des genannten
Neigungswinkels, je nachdem man die waagerechte Entfernung oder die Höhe des angezielten
Gegenstandes haben will.
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Tachymeter mit waagerechter Latte sind, wenn wenig freier Raum am
Ziel ist, insbesondere im Wald und in den Städten, manchmal schwierig aufzustellen,
so daß es dann vorzuziehen ist, eine senkrechte Latte zu verwenden.
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In diesem Fall ist jedoch die selbsttätige Reduktion bedeutend schwieriger.
Die Zielachse verläuft bei schräger Zielung nicht mehr senkrecht zur Basis, d. h.
zur Länge der Latte. Dadurch ist die zu lösende Aufgabe eine andere, denn in diesem
Fall hängt der durch die beiden
Schenkel des parallaktischen Winkels
begrenzte Lattenabschnitt gleichzeitig von der Lattenentfernung und von der Schiefstellung"der
Latte gegenüber der Zielachse ab.
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In Fig. z ist 0 der Scheitel eines Fernrohres mit demparallaktischenWinkela.
Bezeichnet& die waagerechte Entfernung vom Scheitel 0 bis zur senkrechten Meßlatte
M und ist m der Lattenabschnitt zwischen den Zielstrahlen, die den parallaktischen
Winkel einschließen, so besteht, wenn die optische Achse des Fernrohrs mit der Waagerechten
den Winkel b bildet, angenähert die Beziehung:
Hierbei ist a so klein, daß der Bogen durch die Tangente ersetzt werden kann.
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Beim gewöhnlichen Tachymeter muß man also. die Größe
mit dem Kosinusquadrat des Neigungswinkels multiplizieren, um die waagerechte Entfernung
zu erhalten.
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Will man hingegen unmittelbar die waagerechte Entfernung ohne Reduktionsrechnung
erhalten, so genügt es, dem parallaktischen Winkel den Wert a1 = a # cos2
b zu geben, wobei a der parallaktische Winkel beiwaagerechterFernrohrachse
ist. Damit erhält man den Lattenabschnitt m' = m # cos2 b und folglich:
Beziffert man die Latte so, daß man für jeden Teilungsabstand seinen a-fachen Wert
abliest, so ergibt die Ablesung des Lattenabschnittes unmittelbar die waagerechte
Entfernung.
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Um einen nach dem oben angegebenen Gesetz in Abhängigkeit von der
Fernrohmeigung veränderlichen parallaktischen Winkel zu erzeugen, hat man vorgeschlagen,
das Tachymeter mit einem Ablenksystem auszurüsten, welches aus folgenden Teilen
besteht: x. -aus einem ersten, feststehenden Ablenkglied, -welches aus einem Prisma
besteht, dessen Hauptschnitt senkrecht liegt, und welches am Fernrohr unbeweglich
befestigt ist. Die durch dieses Prisma erzeugte Ablenkung 'ist
also die Hälfte des parallaktischen Winkels, welcher dem waagerechten Anzielen entspricht;
2. aus einem zweiten, veränderlichen Ablenkglied, welches aus einem Prisma besteht,
das dem ersten völlig gleich ist, aber um die Achse desFernrohresverdrehtwerdenkann,
und dessen Hauptschnitt bei waagerecht liegendem Fernrohr lotrecht ist, und schließlich
aus einer Vorrichtung, die das Prisma um die Achse des Fernrohrs um einen Winkel
2 b dreht, also um einen Winkel, welcher dem doppelten Neigungswinkel des Fernrohres
entspricht. Unter diesen Bedingungen ändert sich der parallaktische Winkel nach
dem Gesetz: a cos2 b, so daß die Vorrichtung unmittelbar die waagerechte Entfernung
der Meßlatte anzugeben vermag.
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Diese Vorrichtung ist jedoch mit einem Nachteil verbunden, nämlich
dem, daß die abgelenkten Strahlen infolge der Drehung des Prismas eine seitliche
Ablenkung
derart erfahren, daß die beiden Bilder der Meßlatte seitlieh nicht zusammenfallen,
wodurch die Messung erschwert wird. Um diesen Fehler auszugleichen, ist man gezwungen,
besondere Vorrichtungen vorzusehen, mit deren'Hi1fe das abgelenkte Bild der Meßlatte
an die senkrechte Achse des Okularfeldes herangeführt werden kann. Dies kann beispielsweise
unter Zuhilfenahme von Planparallelplatten geschehen, wodurch jedoch der Messende
für eine Messung zwei Maßnahmen vornehmen muß.
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Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beseitigen. Dies wird im
wesentlichen dadurch erreicht, daß das zweite Ablenkungsglied aus zwei Keilprismen
mit nur halb so großem und im gleichen Sinne wirkenden Ablenkungswinkel wie das
feste Keilprisma besteht. Die Hauptschnitte stehen bei waagerechter Zielung senkrecht,
bei geneigter Zielung werden sie jedoch durch eine besondere Vorrichtung in zueinander
entgegengesetztem Drehsinn bezüglich der durch die Achse gehenden senkrechten Ebene
gedreht, und zwar j e um den doppelten Winkel der Fernrohrneigung.
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Die Erfindung umfaßt auch Mittel zum Ausgleichen derjenigen Fehler,
die daher stammen, daß die Halbierungslinie des veränderlichen parallaktischen Winkels
mit der optischen Achse des Fernrohres nicht zusammenfällt, wenn das Fernrohr geneigt.
wird.
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Die Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsformen des Gegenstandes der
Erfindung, und zwar sind Fig. z und 2 schematische Darstellungen zur Veranschaulichung
der Erfindungsgrundlagen, Fig. 3 die bekannte Wirkungsweise der Planparallelplatte,
Fig. q. ein Ausführungsbeispiel im senkrechten Schnitt, Fig.5 eine Vorderansicht
der Objektivseite bei waagerecht gestelltem Fernrohr, Fig. 6 einen senkrechten Schnitt
durch das Gerät der Fig. q, Fig. 7 im waagerechten Schnitt die schematische Darstellung
einer anderen Ausführungsform, bei der. die Winkelhalbierende des parallaktischen
Winkels stets mit der Zielachse zusammenfällt, Fig.8 eine dritte Ausführungsform
entsprechend der Fig. 7,
Fig. g, zo und zz, in waagerechten und
senkrechten Schnitten dargestellt, eine vierte symmetrische Ausführungsform des
Gegenstandes der Erfindung.
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Der Grundgedanke ist folgender (vgl. Fig. 2) Es sei a der parallaktische
Winkel, wenn der Winkel b, den die Fernrohrachse mit der Waagerechten bildet,' gleich
Null ist. Durch spiegelnde oder brechende Flächen, die vor dem Objektiv angeordnet
und starr damit verbunden sind, soll ein parallaktischer Winkel
erzeugt werden. Beispielsweise werde dieser Winkel durch einPrisma P3 erzeugt, das
einen Teil der Strahlen ablenkt, die auf das Objektiv eines Fernrohres fallen, dessen
Achse X-X' sei. Nun nehme man an, daß das durch das Prisma P3 laufende Strahlenbündel
zwei weitere einander identische Prismen P1 und P2 durchdringen, deren Hauptschnitte
senkrecht stehen und die bei waagerechter Stellung des Fernrohrs im gleichen Sinne
wirken wie P3, und daß die durch die drei Prismen P1, P2, P3 bewirkte Totalablenkung
doppelt so groß sei wie die von P3 allein, also gleich a (der durch P3 erzeugte
Winkel ist dann doppelt so groß wie diejenigen, die von den Prismen P, und P2 verursacht
werden). Weiter soll bei einer Kippung des Fernrohres aus seiner waagerechten Stellung
um den Winkel b der Hauptschnitt des Prismas P3 lotrecht zur Fernrohrachse bleiben,
die Hauptschnitte der Prismen P1 und P2 sollen dagegen mit der durch die Fernrohrachse
verlaufenden senkrechten Ebene den Winkel 2 b einschließen. Hierbei drehen sich
die Prismen P1, P2 im entgegengesetzten Sinn zueinander. Dann wirken die beiden
Prismen P1 und P2 zusammen wie ein einziges Prisma mit veränderlichem Winkel, dessen
Hauptschnitt stets lotrecht bleibt. Wenn sich die beiden Prismen P1 und P2 gegeneinander
drehen, so heben sich die seitlichen Ablenkungen der beiden Prismen gegenseitig
auf, die lotrechten Ablenkungen addieren sich dann aber. Es ist bekannt, daß bei
kleinen Prismenwinkeln wie im vorliegenden Fall der Brechungswinkel eines derartig
veränderlichen Prismas gleich ist dem maximalen Brechungswinkel, multipliziert mit
dem Kosinus des halben Winkels zwischen den Hauptschnitten der beiden Teilprismen.
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Bei einer Fernrohrneigung b erhält man bei dieser Anordnung den parallaktischen
Winkel cal aus folgender Gleichung:
Der parallaktische Winkel ist also gerade so groß, daß die Ablesung an der senkrecht
aufgestellten Latte unmittelbar die waagerechte Entfernung ergibt.
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In Abweichung vom vorgenannten Beispiel könnte man den Winkel
auch auf andere Weise erzielen: Das Prisma P3 könnte in irgendeiner anderen Lage
zu den Prismen P1, P, stehen (z. B. zwischen ihnen), oder es könnte durch zwei oder
mehrere Prismen ersetzt werden, deren Totalablenkung
ergibt. Die Ablenkung
durch das Prisma P3 könnte auch durch spiegelnde Flächen erzielt werden. Statt die
Strahlen abzulenken, die schon durch die Drehprismen P1 und P2 hindurchgehen, könnte
man auch, ganz oder teilweise, die ungebrochenen Strahlen im geeigneten Sinn um
ablenken, so daß bei waagerechter Zielung der parallaktische Winkel immer gleich
a wird.
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Um die Verschiebung der beiden Lattenbilder gegeneinander genau messen
zu können, ist die genaue Bestimmung von Bruchteilen eines Lattenabstandes notwendig.
Zu diesem Zweck wird das Gerät mit einem an sich bekannten Mikrometer mit planparalleler
Glasplatte versehen, dessen Wirkungsweise folgende ist: Wenn eine planparallele
Glasplatte um eine waagerechte Achse gekippt wird, so werden die durch die Glasplatte
durchtretenden Strahlen senkrecht und parallel zu sich selbst verschoben nach der
Formel (Fig. 3)
Hierin bezeichnet e die Dicke der Glasplatte, n den Brechungsindex des Glases
und i den Winkel zwischen einfallendem Strahl und Einfallslot. Wählt man
e und den Maximalwert von i so, daß bei einer Kippung von + i nach - i die Parallelverschiebung
d gleich groß wird wie der Teilungsabstand der Meßlatte (unter der Annahme, daß
die Meßlatte senkrecht zur Zielrichtung stehe), und kippt man die Planparallelplatte
durch mechanische Übertragung mittels eines entsprechend dem Lattenabstand geteilten
Knopfes, bis ein Lattenstrich mit der Mitte des Fadenkreuzes oder einem Index an
der Latte zusammenfällt, so kann man an diesem -Knopf die erfolgte Verschiebung
in Bruchteilen des Teilungsabstandes ablesen. Solche Einrichtungen sind bekannt,
aber sie sind nur verwendbar, wenn die LängsrichtungderLatte senkrecht zur Zielrichtung
verläuft. Im anderen Fall, wie beispielsweise bei lotrechter Latte und geneigter
Zielung, werden sie unbrauchbar. Denn unter einem Neigungswinkel b betrachtet, erscheinen
die Lattenabstände verkürzt, entsprechend ihrer Projektion auf eine zur Zielrichtung
senkrecht
stehende Ebene, d. h. der scheinbare Teilungsabstand ist gleich dem wahren Teilungsabstand,
multipliziert mit cos b. Man muß deshalb, um das Mikrometer bei senkrechter Latte
und geneigter Zielung benutzen zu können, seinenVertikalbereich proportional dem
Kosinus des Neigungswinkels des Fernrohres verkleinern. Das erreicht man beispielsweise
dadurch, daß man die Kippachse der Planparallelplatte in einer Ebene senkrecht zur
Fernrohrachse um den Winkel b dreht, so daß also die Kippachse mit der durch die
Fernrohrachse und die Fernrohrkippachse verlaufenden Ebene stets den Winkel b bildet.
Kippt man die Planplatte von einer Endlage in die andere, so wird das Lattenbild
stets um die wirkliche Größe ihres Intervalls verschoben; aber diese Verschiebung
erfolgt in einer schiefen Richtung, die mit dem senkrechten Faden des Fernrohrs
den Winkel b bildet. Die Projektion der Verschiebung auf diesen senkrechten Faden
- entspricht dann stets dem Teilungsabstand des Lattenbildes, unbekümmert um die
Neigung des Fernrohres. Ist das Fernrohr geneigt, so entsteht beim Betätigen des
Mikrometers= eine kleine Seitenverschiebung des Lattenbildes, die aber die Messung
nicht stört.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 bis 6 ist Y-Y' die Kippachse
eines Fernrohres mit dem Objektiv C, vor dem die Prismeneinrichtung angebracht ist.
D ist die Fokussierlinse, T die Strichplatte (Fadenkreuz) und E das
Okular. Zur. Vereinfachung der Zeichnung wurde nicht das ganze Gerät dargestellt,
sondern nur diejenigen Teile, die sich auf die Erfindung beziehen. Die Achszapfen
B1, B2 des Fernrohres ruhen-in den Lagern V (Fig. 4) des Tachymeters. Höhenkreis,
Höhenklemme und .Höhenfein.-schraube sind in der Zeichnung weggelassen.
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Die Prismen P1, P2, P3 des Erfindungsbeispiels sind in an sich bekannter
Weise zentrisch zur Fernrohrachse angebracht. Ihre ringförmigen, mit vier kreuzförmig
angeordneten Speichen 7l, 72, 73, ri (Fig. 5) versehenen Fassungen lassen die ungebrochen
auf das Objektiv fallenden Strahlen vorbeigehen. Die einander gegenüberliegenden
Ränder der Prismenfassungen von P1 und P2 tragen Kegelzahnkränze (Fig. 4 bis 6),
die mit einem Kegelzahnrad F in 'Eingriff stehen, das mit einem Stirnzahnrad F'
(Fig. 6) auf derselben Welle sitzt. Dieses RadF' greift ein in ein Stirnzahnrad
F", das zentrisch zur Fernrohrkippachse angeordnet und fest mit dem Lagerblock V
verbunden ist., Die Durchmesser der Zahnräder sind so bemessen, daß beim
Kippen des Fernrohres um den Winkel b jedes der beiden Prismen Pl, P2 um den Winkel
2 b gedreht wird, aber beide in entgegengesetztem Drehsinn. L ist eine planparallele
Glasplatte, die auf ihrer Kippachse G-G' gelagert ist. H stellt die geteilte Trommel
dar, die über ein Zahnrad j, eine Zahnstange W, einen Bolzen K und eine Gabel
N die Planplatte L kippt. Zahnräder Q und R (Fig. 4), die durch die
auf derselben AchseS' angeordneten Zahnräder U und S verbunden sind, besorgen die
Drehung der Kippachse G-G' um den Winkel b, wenn das Fernrohr ebenfalls um
den Winkel b geneigt wird.
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Die mechanische Übertragung der Fernrohrbewegung auf die Drehung der
Prismen und der Planparallelplatte kann auf irgendwelche an sich bekannte Weise
erfolgen. Insbesondere könnte die Bewegung der zueinander drehbaren Prismen P1,
P2 durch die Drehung der Planparallelplatte L bewirkt werden, die ihrerseits direkt
durch Zahnräder erfolgen könnte, die mit einem Träger des Fernrohrlagers V verbunden
wären. Man könnte auch konzentrisch zur Fassung des Mikrometers einen Ring anbringen
und diesen entsprechend der Ablesung des Höhenkreises des Tachymeters einstellen.
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Oder man könnte sich auch ein Rad mit waagerechter und zur Fernrohrachse
rechtwinklig verlaufender Achse vorstellen, das die Drehung der Prismen P" P2 und
des Mikrometers bewirkt und dessen Orientierung zum Horizont durch eine fest angebrachte
Libelle oder durch ein Pendel erreicht würde.
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Statt die gebrochenen Strahlen durch den mittleren Teil des Objektivs
durchtreten zu lassen, könnte man diese Prismen und ihre Fassungen auch exzentrisch
anbringen, um die Strahlen für das direkte Bild mehr der Achse des Objektivs zu
nähern. Man könnte auch für die gebrochenen und die ungebrochenen Strahlen je eine
Hälfte des Objektivs derart benutzen, daß die beiden Hälften an einem Durchmesser
aneinandergrenzen.
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Die Art der Teilung der zu verwendenden Meßlatte ist nicht Gegenstand
der Erfindung. Man könnte beispielsweise, wenn der parallaktische Winkel bei waagerechter
Zielung gleich 1/10o ist, eine Zentimeterlatte verwenden und die Ablesungen nacheinander
vornehmen, indem man zuerst nur die direkten und dann nur die gebrochenen Strahlen
ins Fernrohr eintreten ließe. Man würde dann die Meter der Entfernung an der Latte
und die Zentimeter am Mikrometer ablesen und schließlich die Additionskonstante
des Gerätes berücksichtigen (Abstand zwischen Scheitel des parallaktischen Winkels
und Kippachse des Fernrohres). Besser ist es, eine Latte zu verwenden, an Welcher
bei gleichzeitiger Abbildung beider Fernrohrbilder der Ablesestrich des einen Bildes
neben einen Teilstrich des anderen Bildes zu liegen kommt. Durch Drehen des Mikrometers
bringt man dann den Ablesestrich mit dem Teilstrich in Koinzidenz und liest unmittelbar
an der Teilung die Meter und am Mikrometer die Zentimeter ab. Durch geeignetes Versetzen
des Ablesestriches gegenüber der Teilung kann man die Additionskonstante
des
Geräts berücksichtigen, so daß die Ablesung davon befreit ist.
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Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ist noch mit einem Fehler
behaftet, der sich mit der Neigung des Fernrohres verändert und der davon herrührt,
daß die Winkelhalbierende des parallaktischen Winkels a nicht ständig mit der Zielachse
zusammenfällt. Durch Ausbildung des Erfindungsgegenstandes entsprechend Fig. 7 bis
ii läßt sich dies beseitigen.
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In Fig.7, die einen waagerechten Schnitt durch die wichtigsten Teile
der Vorrichtung darstellt, geht jeder der beiden Schenkel i und 2 des parallaktischen
Winkels durch ein Prismensystem der beschriebenen Art, von denen jedes aus einem
festen Prisma P'3, P"3 und aus zwei drehbaren Prismen P'1, P'2 und P"1, P"2 besteht
und jedes als Maximalwinkel die Ablenkung
erzeugt, so daß jeder der beiden Zielstrahlen mit der optischen Achse des Fernrohres
den Winkel
einschließt und die beiden Strahlen zusammen den Winkel a COS2
b ergeben. Auf diese Weise fällt die Winkelhalbierende des parallaktischen
Winkels stets mit der optischen Achse des Fernrohres zusammen. Nach dem Durchgang
der Strahlen durch die Ablenkungsprismen werden sie durch zwei an sich bekannte
Prismen 3 und 4. in das Fernrohr reflektiert.
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In Fig. 8 sind die beiden zuletzt genannten Prismen zusammengekittet.
Die Kittfläche 5 hat 5o°/oige Versilberung, was den Vorteil ergibt, daß für jedes
der beiden Lattenbilder die volle Objektivöffnung benutzt wird.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. g geht der eine Strahl durch ein
aus drei Prismen der vorbeschriebenen Art bestehendes Ablenkungssystem
D, das den Winkel a # COS2 b erzeugt. Zwischen den Prismen 3, q. und
dem Objektiv gehen die beiden Strahlen durch .ein zweites Ablenkungssystem
D' von derselben Art wie D,
das aber nur eine halb so große Ablenkung
bewirkt, also
und zwar in entgegengesetztem Sinn zu D. Auf diese Weise wird jedes der beiden Strahlenbündel
um den Winkel
abgelenkt, und zwar bezüglich der optischen Achse in entgegengesetztem Sinn, so
daß diese stets parallel zur Winkelhalbierenden ist. Der Abstand zwischen der optischen
Achse und der Winkelhalbierenden ändert so wenig, daß diese Veränderung vernachlässigt
werden kann.
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Auf das Beispiel der Fig. q. bis 6 angewandt, in denen die abgelenkten
Strahlen den mittleren Teil, die direkten Strahlen den ringförmigen äußeren Teil
des Fernrohres überdecken, gibt die Anordnung der Fig. g eine bemerkenswert einfache
Konstruktion. So ist in Fig. io, die einen senkrechten Schnitt durch die optischen
Glieder der Einrichtung darstellt, das den parallaktischen Winkel a cos 2
b ergebende Ablenkungssystem D
durch kleine Prismen gebildet, die nur den
mittleren Teil des Fernrohres bedecken, während das den entgegengesetzt gerichteten
Winkel
erzeugende System D' aus größeren Prismen besteht, die die ganze Obj ektivöffnung
überdecken. Damit für die Drehung der Prismen nur ein einziger Antrieb nötig wird,
kann man von der eingangs erwähnten Eigenschaft Gebrauch machen, daß die Reihenfolge,
in der die verschiedenen Prismenkeile angeordnet sind, keinen Einfluß auf den parallaktischen
Winkel hat. Man kann somit, wie Fig. ii zeigt, die entsprechenden Prismen der beiden
Systeme in entgegengesetzter Stellung zusammenkitten.