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Verfahren und Vorrichtung zur optischen Distanzmessung Unter den zahlreichen
bekanntgewordenen Verfahren und Vorrichtungen zur optischen Distanzmessung mit Basis
am Ziel mittels optischer Einrichtungen, wie vor allem Fernrohr, haben bei genaueren
Messungen, insbesondere für geodätische Instrumente, vornehmlich diejenigen Methoden
praktische Bedeutung erlangt, die sich eines konstanten Zielachsen- oder sogenannten
parallaktischen Winkels bedienen und die von diesem in der gesuchten Entfernung
überspannte Strecke einer Meßlatte zur Entfernungsermittlung benutzen, während das
Verfahren, eine Basis konstanter Länge am Ziel zu verwenden und die Entfernung aus
der Größe des parallaktischen Winkels zu bestimmen, auf Schwierigkeiten stieß, die
in den hohen Anforderungen an die Genauigkeit dieser Winkelmessung begründet liegen.
Der parallaktische Winkel wurde fast ausschließlich unter Zuhilfenahme mechanischer
Konstruktionselemente, wie z. B. Tangentenschraube oder Okularmikrometer, gemessen.
Diese unterliegen sowohl herstellungsbedingten Fehlern, als auch nachträglich durch
Abnutzung entstehenden Ungenauigkeiten.
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Es sind wohl Verfahren bekannt, den pärallaktischen Winkel ohne unmittelbare
Verwendung eines mechanischen Elements zu verändern, jedoch lediglich zum Zweck
der Reduktion der an einer Meßlatte ermittelten Entfernung.
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Die Erfindung will nun ausschließlich aus einem veränderbaren parallaktischen
Winkel bei konstanter Basis am Ziel die Entfernung ermitteln, ohne mechanische Konstruktionselemente
bzw. mechanische Vorgänge zur Erzielung des Meßergebnisses unmittelbar einzuschalten.
Dies gelingt dadurch, daß der parallaktischeWinkel durch Kurven, welche im Gesichtsfeld
des Fernrohrs bewegt werden
können, bestimmt wird und dadurch, daß
die messende Skala, unverrückbar zu diesen, neben den genannten Kurven erscheint;
in einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich diese Skala, sogar auf demselben
durchsichtigen Träger wie die Kurven. Die in der Erfindung vorgesehene Drehung der
die Kurven tragende Platte ist also ein mechanisches Hilfsmittel, welches genau
so gut durch ein anderes ersetzt werden könnte, und geht nicht selbst in das Messungsergebnis
ein.
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Die Abhängigkeit der Entfernung D von dem parallaktischen Winkel E
bei einer Basis b von konstanter Länge ist unter der Annahme, daß die Mittelvisierlinie
auf der Basis senkrecht steht, durch die einfache und im Meßbereich stetige Funktion
unkompliziert werden. Bei entsprechender Anordgegeben, so daß Kurven und Skala nung
können sogar entweder die Kurven oder die Skala linear gestaltet werden. Aus geometrischen
Grundsätzen folgt, daß zur Festlegung der Basis mindestens zwei Punkte erforderlich
sind-und daß demzufolge mindestens -zwei den parallaktischen Winkel bestimmende
Kurven vorhanden sein müssen. Der Erfindung folgende wird also ein von der Entfernung
funktionsabhängiger Zielachsenwinkel mit Hilfe eines mit Skalierung verbundenen,
aus mindestens zwei Linien bestehenden Kurvenbündels, welches im Gesichtsfeld des
Fernrohrs bewegt werden kann, gemessen.
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Eine Meßmethode beruht darauf, im Gesichtsfeld des Fernrohrs zwei
Kurven mit zwei basisbestimmenden. Zielmarken zum Schnitt zu bringen. Kurven und
Länge der Basis müssen so gestaltet sein, daß dies im vorgesehenen Meßbereich möglich
ist.. Dabei ist es denkbar, daß das Basisgerät mehr als zwei Zielmarken aufweist,
nämlich für Hilfszwecke oder zur Festlegung verschiedener konstanter Basislängen
gleichzeitig. In jedem Fall müssen einem Erfindungsgedanken entsprechend Linien
eines Kurvenbündels mit mindestens zwei basisbestimmenden Zielmarken im Fernrohrgesichtsfeld
zum Schnitt gebracht werden können.
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Nach erfolgter Einstellung wird eine Skala abgelesen. Erfindungsgemäß
ist dazu nicht ein von den Kurven und den Zielmarken unabhängiger Index notwendig.
Auch dies geschieht durch einen im Fernrohrgesichtsfeld entstehenden Schnitt, nämlich
der Skala mit einer Marke am Ziel. Ein zusätzlicher Index hierfür im Fernrohr würde
nicht scharf abzubilden sein oder großen Aufwand an weiteren Bauteilen erforderlich
machen und außerdem eine neue Fehlerquelle mit sich bringen. Eine mit den Zielmarken
der Basis verbundene, wenn nicht sogar mit einer derselben identische Zielmarke
hingegen behält stets dieselbe Lage zu den Basispunkten bei und wird -zugleich mit
diesen scharf im Fernrohrgesichtsfeld sichtbar. Sie ist somit als Index für die
Ablesung der Skala besonders vorteilhaft geeignet. Eine zum Kurvenbündel gehörige
Skalierung kann also mit einer mit den basisbestimmenden Zielmarken verbundenen
Zielmarke derart im Fernrohrgesichtsfeld zum Schnitt gebracht werden, daß dieser
Schnittpunkt den. abzulesenden Skalenwert festlegt.
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Der Ausübung des Verfahrens dient in einer besonders bevorzugten Ausführungsform
erfindungsgemäß eine durchsichtige Platte, die sich in einer Zwischenbildebene des
Fernrohrs befindet, also im Gesichtsfeld scharf erscheint. Auf diese Platte wird
ein für das oben beschriebene Verfahren notwendiges Kurvenbündel aufgebracht. In
den stark schematisierten Abb. i und i a ist ein Ausführungsbeispiel in Schnitten
veranschaulicht. Dort bedeuten i den Fernrohrkörper" 2 und 3 das abbildende optische
System, bestehend aus Objektiv und Fokusierlinse, 4 das Okular zur Beobachtung des
Zwischenbildes und 5 die Zwischenbildebene und zugleich die kurventragende Fläche
der durchsichtigen Platte, welche z. B. aus Glas angefertigt sein kann.
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Um die Kurven mit zwei festen Zielmarken zur Deckung bringen zu können,
müssen sie durch das Gesichtsfeld des Fernrohrs bewegt werden, was erfindungsgemäß
durch eine drehbare Anordnung möglich ist. In den Abb. i bzw. i a bedeuten 6 die
Drehachse, 7 den der Drehung dienenden Handgriff, welcher seine Bewegung über die
Zahnräder 8 und 9 auf die Achse 6 überträgt. Das Schutzgehäuse der drehbaren Platte
ist mit io bezeichnet. Die durchsichtige Platte kann also mittels Drehung im Gesichtsfeld
des Fernrohrs bewegt werden.
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Nach einem weiteren Erfindungsgedanken weist die durchsichtige Platte
eine zum Drehpunkt zentrierte Kreislinie und eine gleichlaufende Kreisskala auf.
Diese Anordnung ist in einem Ausführungsbeispiel in Abb.2 schematisch dargestellt.
Dort bedeutet i i die Skala, welche zentrisch um den Drehpunkt der Platte liegt
und als Mittellinie einen Kreis hat. Diese Kreislinie soll gleichzeitig in einer
Richtung die allgemeine Visier achse des Fernrohrs festlegen und das Einstellen
auf die Basismitte ermöglichen, muß also durch einen bestimmten Punkt des Fernrohrgesichtsfeldes
gehen.
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Im Ausführungsbeispiel sind erfindungsgemäß die den parallaktischen
Winkel bestimmenden Kurven, als Paar ausgebildet und so auf die durchsichtige Platte
5 aufgebracht, daß eine beliebige Radiuslinie Kurvenschnittpunkte markiert, die
-von der genannten kreisförmigen Linie gleiche Abstände besitzen; die Kurven liegen
also radial gesehen abstandssymmetrisch zur Kreislinie. Es handelt sich im Grunde
genommen um ein aufgewickeltes symmetrisches Kurvenpaar mit gerader Achse, was durch
Abb. 2 a veranschaulicht ist. Der Vorteil der Aufwicklung liegt in der daraus resultierenden
einfachen Handhabung und der geringen Größe der durchsichtigen Platte.
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Die Kreisskala wird erfindungsgemäß direkt auf Distanzen in Längenmeßeinheiten,
wie z. B. Meter, geeicht, was auf Grund des beschriebenen Verfahrens bei einer bestimmten
konstanten Basislänge ohne weiteres möglich ist. Dies ist in den Abb. 2 und 2 a
durch Zahlen angedeutet.
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Weiter sieht die Erfindung vor, daß die Drehachse der durchsichtigen
Platteihrerseits bei gleichbleibendem
Abstand um die Fernrohrachse
gedreht. Es ist selbstverständlich, daß die beiden Drehachsen zueinander parallel
bleiben. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß das Verfahren bei jeder Neigung
der Basis angewendet werden kann, sofern sie nur senkrecht auf der Fernrohrvisierachse
steht. Insbesondere ist es möglich, sowohl mit horizontalem als auch mit vertikalem
Basisgerät zu arbeiten. Die Drehung erfolgt (schematisch in Abb. i dargestellt)
z. B. auf einem Ring 12 um den Fernrohrkörper i.
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Notwendig zur Entfernungsmessung ist eine auf die Kurven abgestimmte
Basis. Erfindungsgemäß wird diese durch ein Basisgerät verwirklicht, daß mindestens
zwei in bestimmtem Abstand zueinander befindliche Zielmarken aufweisen muß. Eine
Ausführungsform mit zwei Zielmarken zeigt schematisch die Abb. 3.
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Die Zielmarken können, wie in dem in Abb. 3 skizzierten Ausführungsbeispiel,
die Gestalt runder Scheiben haben. Um bei allen Entfernungen des Meßbereichs höchstmögliche
Exaktheit der Anzielung, d. h. der Herstellung des Schnitts mit den Kurven im Fernrohrgesichtsfeld
zu erreichen, sollen die Zielmarken, einer weiterenErfindungsidee nach, aus in ihrer
Ausdehnung veränderbaren Feldern bestehen, was in Abb. 3 b in einem Ausführungsbeispiel
grob schematisch dargestellt ist. Dort sind Lochblenden 13 vorgesehen, die auf einer
Drehscheibe 14 liegen und wechselweise vor eine Öffnung geschaltet werden können.
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Als weiteres Hilfsmittel zur genauen Einstellung der Kurven auf die
Zielmarken, d. h. zum Auffinden der Zielmarken-Mitten, sind die Felder der Zielmarken
mit zu ihrem Mittelpunkt zentrierten Ringen versehen, in dem in Abb. 3 skizzierten
Beispiel strichförmigen dunklen Kreislinien.
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Für das Meßergebnis wesentlich ist der Abstand der Zielmarken voneinander.
Um diesen genau einzustellen und wo nötig zu den oben beschriebenen Kurven der durchsichtigen
Platte bzw. der Kreisskala zu justieren, können erfindungsgemäß zwei zusammengehörige
Zielmarken mittels Justierschrauben gegeneinander bewegt werden. In dem in Abb.
3 a schematisch dargestellten Konstruktionsbeispiel geschieht dies durch Verrückung
einer Blendenscheibe mittels justierschraube 15.
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Um für die Skala im Gesichtsfeld des Fernrohrs einen hellen Hintergrund
zu schaffen, befindet sich, wie ein besonderer Gedanke der Erfindung vorsieht, ein
größeres, im Fernrohrgesichtsfeld hell erscheinendes Feld zwischen zwei zusammengehörigen
Zielmarken. Es ist in Abb. 3 vereinfacht dargestellt und mit 16 bezeichnet.
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In diesem Feld kann gemäß der Erfindung eine weitere Zielmarke liegen,
Mittelmarke genannt, die den Basismittelpunkt festlegt, d. h. die Verbindungslinie
der Zielmarken halbiert, und gleichzeitig den Indexstrich für die Ablesung der Skala
im Fernrohrgesichtsfeld abgibt. Sie ist in der Abb. 3 mit 17 bezeichnet.
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Da das Basisgerät senkrecht zur Mittelvisierlinie des Fernrohrs stehen
soll, muß es entsprechend ausgerichtet werden. Hierzu ist erfindungsgemäß das Basisgerät
mit einem Visiergerät ausgerüstet, dessen Sichtachse senkrecht zur Verbindungslinie
der Zielmarken steht. Das Visiergerät kann die Gestalt eines kleinen Fernrohrs oder
eines einfachen Diopters haben. Im Ausführungsbeispiel in Abb. q. besteht es aus
einem Fernrohr mit zwei Umlenkprismen, von denen das eine drehbar ist, so daß der
Bedienende wahlweise von verschiedenen Richtungen hineinblicken kann. Schließlich
ist es notwendig, das Basisgerät sicher am Zielpunkt aufzustellen. Dies geschieht
normalerweise durch Befestigung auf einem Stativ, im Bergbau an einem Pfriemen.
Erfindungsgemäß besitzt hierzu das Basisgerät eine Vorrichtung, welche ebenfalls
in Abb. q. in einem Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist. Diese Vorrichtung
hat einen Hohlkonus und ist nach allen Seiten schwenkbar, so daß es dem Bedienenden
ohne weiteres möglich ist, die gewünschte Richtung des Basisgeräts einzustellen
und zu fixieren. In Abb. q. bedeuten 18 den Körper des Basisgeräts, ig das Objektiv
des Visiergeräts, 2o das eine, 21 das andere um die Achse 22 drehbare Umlenkprisma,
23 das Okular, 24 die Haltevorrichtung mit der Klemmschraube 25 und dem Hohlkonus
26.
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Selbstverständlich können zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens
der Distanzmessung auch ähnliche Konstruktionen und andere Vorrichtungen Verwendung
finden. So z. B. wäre es denkbar, die drehbare durchsichtige Platte durch eine in
ihrer Längsrichtung verschiebbare und dementsprechend die Kreisskala durch eine
Längsskala zu ersetzen. Auch ist es möglich, das Kurvenbündel und die zugehörige
Skalierung oder eines von beiden nicht auf eine in einer Zwischenbildebene des Fernrohrs
befindliche durchsichtige Platte aufzubringen, sondern durch ein optisches System
in das Gesichtsfeld des Fernrohrs hineinzuspiegeln und hierbei eine von der Fernrohrneigung
abhängige Maßstabsänderung zu erwirken, derart, daß die abgelesene Entfernung einen
auf die Horizontalprojektion reduzierten Wert darstellt, bzw. den Höhenunterschied
zwischen Instrument und Basisgerät erkennen läßt.
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Das Verfahren ist für die verschiedensten Arten von geodätischen Instrumenten,
aber auch für andere Zwecke, bei denen ein Fernrohr in Frage kommt, in gleicher
Weise anwendbar.