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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Zur Erzeugung von Doppelbildern für die Winkelmessung mittelst des Fernrohres hat man bisher eine Theilung der in das Objectiv eintretenden Strahlenkegel in zwei Theile angewendet, entweder wie beim Heliometer, dem Helmholtz'sehen Ophtalmometer, dem Sextanten etc. nach einem Durchmesser des Objeetivs in zwei halbkreisförmige Hälften oder wie beim Mos er'sehen Doppelbildmikrometer nach einer inneren und einer concentrischen äufseren Zone des Objective.To generate double images for angle measurement by means of the telescope one has hitherto a division of the rays entering the objective into two parts has been used, either as with the heliometer, the Helmholtz ophthalmometer, the sextant etc. according to a diameter of the lens into two semicircular halves or as in Moser’s double-image micrometer, an inner and a concentric one outer zone of the objective.

Beide Anordnungen haben den Nachtheil, dafs die zwei im Gesichtsfeld des Fernrohres sich überdeckenden Bilder durch wesentlich verschiedene, ganz aus einander liegende Theile des Fernrohrobjectivs erzeugt und auch durch verschiedene Theile der Hornhaut und der Krystalllinse dem Auge des Beobachters zur Wahrnehmung gebracht werden. Hierdurch wird die Identität der dioptris.chen Bedingungen der Abbildung aufgehoben und es treten infolge dessen öfters Differenzen in der Lage und Gröfse der beiden Bilder auf, welche die richtige Auffassung ihrer Coincidenz erheblich stören können. Aufserdem aber bewirkt bei der in Rede stehenden Art der Theilung der abbildenden Lichtbüschel jede seitliche Verschiebung des beobachtenden Auges gegen die Achse des Fernrohres eine partielle Abblendung der Strahlen des einen Bildes; die zuvor angegebene Fehlerquelle wird dadurch in gesteigertem Mafse wirksam, dazu noch die Helligkeit der beiden Bilder ungleich und so die Beobachtung erschwert.Both arrangements have the disadvantage that the two are in the field of view of the telescope overlapping images by essentially different, completely separated parts of the Telescope lenses produced, and also by various parts of the cornea and the crystalline lens can be brought to the eye of the observer. This establishes the identity of the dioptric conditions of the Figure is canceled and as a result there are often differences in the position and The size of the two pictures, which the correct conception of their coincidence considerably can disturb. In addition, in the type of division in question, the imaging light tufts any lateral displacement of the observing eye against the Axis of the telescope a partial dimming of the rays of one image; the previously specified As a result, the source of error becomes more effective, and the brightness of the two images is unequal and so on makes observation difficult.

Die nachstehend beschriebene Einrichtung hilft den erwähnten Mängeln dadurch ab, dafsThe device described below remedies the deficiencies mentioned by the fact that

(2. Auflage, ausgegeben bei ihr vermöge eines bei Zeichenvorrichtungen gebräuchlichen, als camera lucida bekannten Spiegels)^rstems dicht neben einander liegende Flächentheile der Objectivöffnung, welche gleichmäfsig über die letztere vertheilt sind, für die Erzeugung der beiden Bilder wirksam gemacht werden. (2nd edition, issued by her with the help of a mirror known as camera lucida, commonly used in drawing ^{devices) r} stems closely adjacent parts of the lens opening, which are evenly distributed over the latter, are made effective for the production of the two images.

Zu diesem Zwecke sind, wie Fig. 1 schematisch darstellt, vor dem Objectiv eines Fernrohres zwei ebene Spiegel A B angebracht, von welchen der eine B in seiner ganzen Fläche die Lichtstrahlen gleichmäfsig reflectirt, während die Fläche des anderen A sich aus vielen abwechselnd undurchsichtigen reflectirenden und vollkommen durchsichtigen Flächentheilen zusammensetzt, wie solches an einem gewöhnlichen belegten Glasspiegel durch theil· weises Abtragen oder Abschaben der reflectirenden Belegung herbeigeführt werden kann. Die durchsichtigen Stellen können dabei beliebige Formen (Streifen, Kreise etc.) und beliebige Anordnung (reihenweise oder unregelmäfsig) erhalten; nur mufs ihre Gesammtfläche innerhalb des der wirksamen Objectivöffnung entsprechenden Umfanges annähernd gleich sein der Gesammtfläche' der reflectirenden und die Schwerpunkte beider Gruppen von Elementen müssen annähernd zusammenfallen, und zwar auch noch bei excentrischer Stellung des Auges vor dem Ocular. Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen einfache Muster für derartige Gliederung der Spiegelfläche in reflectirende und durchsichtige Elemente.For this purpose, as Fig. 1 shows schematically, two flat mirrors AB are attached in front of the objective of a telescope, of which one B reflects the light rays evenly over its entire surface, while the surface of the other A is made up of many alternately opaque reflecting and reflecting mirrors composed of completely transparent parts of the surface, as can be brought about on an ordinary covered glass mirror by partially removing or scraping off the reflecting covering. The transparent areas can have any shape (stripes, circles, etc.) and any arrangement (in rows or irregular); only their total surface, within the circumference corresponding to the effective objective aperture, must be approximately equal to the total surface of the reflecting elements, and the centers of gravity of both groups of elements must approximately coincide, even if the eye is positioned eccentrically in front of the ocular. 2, 3 and 4 show simple patterns for such a division of the mirror surface into reflecting and transparent elements.

Indem nun von jedem Object Lichtstrahlen einestheils ohne Ablenkung durch die durchsichtigen Flächentheile des Spiegels A in dasBy now light rays from every object in part without being deflected through the transparent parts of the surface of the mirror A into the

am jo. Dezember igoi.)on yoy December igoi.)

Objectiv gelangen, zum anderen Theil aber auch mittelst Reflexion an B und nachfolgender Reflexion an den undurchsichtigen Stellen von A, entwirft das Objectiv in seiner Brennebene zwei Bilder, die je nach dem Neigungswinkel der beiden Spiegel mehr oder weniger gegen einander verschoben sind. Diese Bilder sind an ihren coincidirenden Punkten durch fast identisch verlaufende Strahlen erzeugt, weil jedem Strahl, der zu dem einen Bild mitwirkt, immer ein Strahl zugehört, der von einem nächst benachbarten Punkt der ObjectivöfFnung ausgehend zu dem gleichliegenden Punkt des anderen Bildes mitwirkt. Die Strahlenkegel, durch welche coincidirende Punkte der beiden Bilder erzeugt werden, durchdringen also einander, und zwar um so vollständiger, je kleiner die alternirend durchsichtigen und undurchsichtigen Elemente der Fläche A gewählt werden, oder je gröfser die Anzahl dieser Elemente genommen wird.Objectively, but also by means of reflection at B and subsequent reflection at the opaque points of A, the objective creates two images in its focal plane which, depending on the angle of inclination of the two mirrors, are more or less displaced from one another. These images are generated at their coinciding points by rays running almost identically, because each ray that contributes to one image always has a ray associated with it, which works from a point closest to the lens opening to the same point of the other image. The cones of rays, by which coinciding points of the two images are produced, penetrate one another, and the more completely the smaller the alternately transparent and opaque elements of surface A are chosen, or the greater the number of these elements is taken.

Je vollständiger die wechselseitige Durchdringung der beiden Strahlenbüschel wird, desto mehr wird zugleich das Helligkeitsverhältnifs der beiden Bilder unabhängig von der centralen oder nicht centralen Haltung des Auges. Denn schon bei einer mäfsig grofsen Anzahl von abwechselnd reflectirenden und lichtdurchlässigen Flächentheilen in der der Objectivöffnung entsprechenden Fläche des Spiegels A trifft die theilweise Abblendung der aus dem Ocular austretenden Strahlenbüschel durch den Pupillenrand bei excentrischer Stellung des Auges beide Bilder immer annähernd gleichmäfsig. The more completely the mutual penetration of the two bundles of rays, the more at the same time the brightness ratio of the two images becomes independent of the central or non-central position of the eye. For even with a moderately large number of alternately reflecting and translucent surface parts in the surface of mirror A corresponding to the objective opening, the partial glare of the bundles of rays emerging from the ocular by the edge of the pupil, when the eye is in an eccentric position, always hits both images almost equally.

Der Verkleinerung der alternirenden Elemente in der Spiegelfläche A ist eine gewisse Grenze durch die Beugungsaberration gesetzt, welche infolge des zerklüfteten Querschnittes der Strahlenbündel — und zwar in beiden Bildern immer ganz übereinstimmend — auftritt. Soll dieselbe praktisch unmerklich bleiben, so müssen die einzetnen Flächenelemente so grofs belassen werden, dafs in dem reellen Bild des Spiegels A, welches, nach Verhältnifs der Vergröfserung des Fernrohres verkleinert, in die Pupille des beobachtenden Auges projicirt wird, die kleinsten Abmessungen der Elemente noch 0,2 bis 0,3 mm betragen. Indessen kann auch bei viel feinerer Gliederung der Fläche A der alsdann sichtbare Diffractionseffect für die Beobachtung unschädlich gemacht werden, wenn diese Gliederung streifenförmig nach Fig. 2 und 3 ausgeführt und die Längsrichtung der Streifen parallel zu demjenigen Durchmesser des Sehfeldes gestellt wird, in welchem die Verschiebung der Bilder gegen einander zum Zweck der Winkelmessung erfolgt. Bei dieser Anordnung können die Beugungsaberrationen keinen störenden Einflufs auf die Beobachtung der Coincidenz üben, weil eine Lichtausbreitung nur senkrecht zur Messungsrichtung eintritt. The reduction in size of the alternating elements in the mirror surface A is set a certain limit by the diffraction aberration, which occurs as a result of the jagged cross-section of the bundles of rays - and always exactly the same in both images. If it is to remain practically imperceptible, the individual surface elements must be left so large that the smallest dimensions of the elements are still projected into the pupil of the observing eye in the real image of the mirror A, which is reduced in proportion to the magnification of the telescope 0.2 to 0.3 mm. However, even with a much finer division of area A, the diffraction effect which is then visible can be rendered harmless to observation if this division is made in strips according to FIGS the images are made against each other for the purpose of angle measurement. With this arrangement, the diffraction aberrations cannot have a disruptive influence on the observation of the coincidence, because light propagation only occurs perpendicular to the direction of measurement.

Endlich aber kann man auch den Effect einer Gliederung der Spiegelfläche in unendlich kleine Elemente erzielen und dabei doch alle Beugungswirkung vollständig eliminiren, wenn man, statt die Flächenelemente abwechselnd spiegelnd und durchsichtig zu machen, jedes Element der Fläche A theilweise lichtdurchlässig und theilweise reflectirend macht. Dieses kann erreicht werden durch einen Spiegelbelag aus einer sehr dünnen Schicht von Gold oder von einer anderen Substanz, die starke Oberflächenreflexion zeigt und dabei doch in dünner Schicht für die helleren Farben des Spectrums durchlässig ist.Finally, however, one can also achieve the effect of dividing the mirror surface into infinitely small elements and at the same time completely eliminating all diffraction effects if, instead of making the surface elements alternately reflective and transparent, one makes each element of surface A partly translucent and partly reflecting. This can be achieved by a mirror coating made of a very thin layer of gold or another substance that shows strong surface reflection and yet is permeable in a thin layer for the lighter colors of the spectrum.

Die in Vorstehendem ihrem Wesen nach beschriebene Einrichtung kann verwirklicht werden mittelst gewöhnlicher planparalleler Glasspiegel mit je einer belegten Fläche. Vortheilhafter wird es indessen fast immer sein, beide Spiegel, oder doch wenigstens den Spiegel A, durch Prismen zu ersetzen, wie Fig. 5 darstellt. An Stelle von B tritt alsdann ein einfaches Reflectionsprisma b von gleichschenkligem Querschnitt, auf der Basisfläche entweder unbelegt für Totalreflexion oder metallisch belegt. Der Spiegel A dagegen ist zu ersetzen durch ein gleichschenkliges Prisma a, dessen Basisfläche die zuvor beschriebene intermittirende oder gleichmäfsig durchsichtige Belegung trägt und auf welches ein zweites gleichartiges, aber unbelegtes Prisma a° aufgekittet ist, so dafs das Ganze für die direct in das Fernrohr gelangenden Strahlen die Wirkung einer planparallelen Platte gewinnt.The device described in the foregoing by its nature can be realized by means of ordinary plane-parallel glass mirrors, each with an occupied area. However, it will almost always be more advantageous to replace both mirrors, or at least mirror A, with prisms, as FIG. 5 shows. Instead of B , there is then a simple reflection prism b of isosceles cross-section, on the base surface either unoccupied for total reflection or coated with metal. The mirror A, on the other hand, is to be replaced by an isosceles prism a, the base surface of which bears the intermittent or uniformly transparent coating described above and to which a second, similar, but unoccupied prism a ° is cemented, so that the whole thing can be accessed directly into the telescope Rays the effect of a plane-parallel plate wins.

Wenn die in Betracht stehende Spiegel- oder Prismencombination lediglich zur Erzeugung von Doppelbildern in constanter Lage gegen einander, nicht auch zugleich als Hülfsmittel der Winkelmessung selbst dienen soll, ist es vortheilhaft, die beiden in Fig. 5 abgetrennt dargestellten Prismen zu einem einzigen Glasstück α b zu vereinigen, wie Fig. 6 zeigt. Man erhält alsdann die Doppelbilder, unabhängig von der Stellung dieses Glaskörpers zum Fernrohr, gegen einander verschoben um einen bestimmten constanten Winkel, dessen Gröfse vom Neigungswinkel der reflectirenden Flächend, und B abhängt. Sofern eine veränderliche und mefsbare Verschiebung des einen Bildes gegen das andere gebraucht wird, mufs solche bei dieser Anordnung durch einen besonderen vor der Prismencombination in den Weg der Strahlen eingeschalteten Deflexionsapparat (einen drehbaren Keil oder dergl.) bewirkt werden. Selbstverständlich aber kann die beschriebene Spiegel- oder Prismencombination auch für die stetige Veränderung der Richtung des einen Bildes gegen das andere und für die Messung der Richtungsunterschiede direct nach demIf the combination of mirrors or prisms in question is only intended to serve to generate double images in constant positions relative to one another, not also as an aid to angle measurement itself, it is advantageous to combine the two prisms shown separately in FIG. 5 into a single piece of glass α b to unite, as Fig. 6 shows. The double images are then obtained, independent of the position of this glass body in relation to the telescope, displaced from one another by a certain constant angle, the size of which depends on the angle of inclination of the reflecting surface and B. If a variable and measurable shift of one image against the other is required, this must be effected with this arrangement by a special deflection device (a rotatable wedge or the like) that is switched into the path of the rays in front of the prism combination. Of course, however, the combination of mirrors or prisms described can also be used for the constant change in the direction of one image in relation to the other and for the measurement of the differences in direction directly after the

Princip des Sextanten und des Prismenkreises benutzt werden, indem man den einen von den beiden Spiegeln (Prismen) in mefsbarer Weise drehbar macht um eine Achse, die senkrecht steht zur Achse des Beobachtungsfernrohres und parallel der spiegelnden Fläche des anderen Spiegels (Prismas). So weit es sich um Messung kleiner Winkel, also in engerem Sinne um mikrometrische Winkelmessung handelt, wird die erforderliche Drehung zweckmäfsig an dem Spiegel (Prisma) A ausgeführt, während B fest stehen bleibt.The principle of the sextant and the prism circle can be used by making one of the two mirrors (prisms) rotatable in a measurable manner around an axis that is perpendicular to the axis of the observation telescope and parallel to the reflecting surface of the other mirror (prism). As far as it is a matter of measuring small angles, i.e. in a narrower sense micrometric angle measurement, the required rotation is expediently carried out on the mirror (prism) A , while B remains stationary.

Claims

Patent Claims:

Device for generating double images for angle measurement by means of a telescope, characterized by the use of a connection known as camera lucida of two parallel or mutually inclined flat mirrors, one of which (B) is arranged laterally in front of the objective and the light rays in its entirety The surface refiects, while the other mirror (A) arranged directly in front of the objective reflects the light received from the first mirror only in a uniform attenuation into the objective, but also the light hitting it in the direction of sight of the telescope in the same attenuation without deflection into the Objective lets enter, in that its reflective surface is either interspersed with transparent surface parts (Fig. 2, 3 and 4), z. B. as a result of a grid-like occupancy, or in their entire extent the light rays are only partly reflected, but partly transmitted, e.g. B. due to occupancy with a very thin layer of gold or another suitable metal.
An embodiment of the device characterized in claim 1, in which the lattice-like or transparent covering (mirror A) is arranged between two prisms (a and a °) which are shaped and cemented to one another so that their action on those passing through in the direction of vision Radiation is only that of a plane-parallel glass plate.

1 sheet of drawings.