Phys 426 42 OSTWALD'S KLASSIKER WIDENERLIBRARY LKTEN WISSENSCHAFTEN. Nr. 168. HX DCSX 7 ABHANDLUNGEN ZUR GESCHICHTE DES STEREOSKOPS VON WHEATSTONE, BREWSTER, RIDDELL, HELMHOLTZ, WENHAM, D'ALMEIDA UND HARMER. WILHELM ENGELMANN IN LEIPZIG . Abhandlungen zur Geschichte des Stereoskops von Wheatstone, Brewster, Riddell, Helmholtz, Wenham , d'Almeida und Harmer Herausgegeben von M. von Rohr Mit 4 Tafeln und 10Figuren im Text 1 Leipzig Verlag von Wilhelm Engelmann 1908 Beiträge zur Physiologie der Gesichtswahrnehmung. Erster Teil. Über einige bemerkenswerte und bisher nicht be obachtete Erscheinungen beim beidäugigen Sehen?). Von CHARLES WHEATSTONE*) F. R. S., Professor der experimentellen Naturwissenschaften zu King'sCollege in London. (Erhalten und verlesen am 21. Juni 1838). § 1. Wird ein Objekt aus einer so großen Entfernung betrachtet, daß die optischen Achsen der beiden daraufgerichteten Augen im wesentlichen parallel sind, so sind seine perspektivischen Projektionen, wie sie jedem Auge einzeln erscheinen, ähnlich?), und die Erscheinung ist für beide Augen genau dieselbe, als wenn das Objekt nur mit einem Auge betrachtet worden wäre. In einem solchen Falle gibt es keinen Unterschied zwischen der Erscheinung eines körperlichen Objekts und seiner per spektivischen Projektion auf einer ebenen Fläche; und daher können bildliche Darstellungen entfernter Objekte, sobald alle der Täuschung hinderlichen oder sie störenden Umstände sorg fältig ausgeschlossen werden, eine so vollkommene Ähnlichkeit mit den dargestellten Objekten darbieten, daß sie mit ihnen verwechselt werden können; das Diorama**) ist ein Beispiel *) Phil. Trans. 1838, 371-394, mit2Tafeln. **)Diorama auch Kosmoramaist ein Gemälde auf einem ganz oder teilweise transparenten Grunde, der bei auf- und bei durch fallendemLicht sehrmannigfacheWirkungen zuerreichen gestattet. Im ersten Drittel des 19. Jahrhunderts sehr verbreitet. V. R. 1* 4 Charles Wheatstone. Aber diese Ähnlichkeit bleibt nicht bestehen, sobald dafür. das Objekt den Augen so nahe gebracht wird, daß die opti schen Achsen für die Betrachtung konvergieren müssen; unter diesen Umständen wird von jedem Auge eine verschiedene perspektivische Projektion gesehen, und diese Perspektiven sind um so unähnlicher, je größer die Konvergenz der optischen Achsen wird. Diese Sachlage kann leicht geprüft werden, indem man irgend ein dreidimensionales Gebilde, beispielsweise ein Würfelskelett, in mäßiger Entfernung vor den Augen auf stellt und es bei vollkommen ruhiger Kopfhaltung nachein ander mit jedem der beiden Augen betrachtet, während das andere geschlossen ist. Fig. 13 stellt die beiden perspektivi schen Projektionen eines Würfels dar; b ist die von dem rechten3) Auge gesehene, und a die, die sich dem linken Auge darbietet; der Körper ist dabei in einer Entfernung von etwa 18 cm unmittelbar vor dem Beschauer angenommen. Die Erscheinungen, die durch diesen einfachen Versuch verdeutlicht werden, lassen sich leicht aus den anerkannten Gesetzen der Perspektive ableiten; denn dasselbe körperliche Objekt wird, wenn es von dem einen und dem andern Auge betrachtet wird, von zwei Gesichtspunkten aus gesehen, die in einer der Verbindungsgeraden beider Augen gleichen Ent fernung voneinander liegen. Doch scheinensie der Aufmerk samkeit aller Forscher und Künstler entgangen zu sein, die die Gegenstände der Gesichtswahrnehmung und der Perspektive behandelt haben. Ich kann diese Außerachtlassung einer Erscheinung, die auf die wichtigen und merkwürdigen Folge rungen führt, wie sie den Gegenstand der vorliegenden Mit teilung bilden sollen, nur diesem Umstande zuschreiben: daß die Ergebnisse einem Grundsatze widersprachen, der ganz allgemein von den optischen Schriftstellern angenommen worden war, nämlich daß Objekte (372) nur einzeln gesehen werden könnten, wenn ihre Bilder auf entsprechende Punkte der beiden Netzhäute fielen, eine Annahme, die im folgenden besprochen werden wird; wenn sich die richtige Überlegung je ihnen darbot, so wurde sie sogleich wieder aufgegeben in der Über zeugung, daß, wenn die Bilder unter gewissen Umständen den beiden Augen unähnlich erschienen, ihre Unterschiede so klein sein müßten, daß sie nicht berücksichtigt zu werden brauchten. Es wird nun einleuchten, warum der Künstler auf keine Weise eine treue Darstellung eines nahen körperlichen Objekts geben oder mit andern Worten ein Gemälde herstellen kann, Beiträge zur Physiologie der Gesichtswahrnehmung. 5 das für den Beschauer vom Objekt selbst ununterscheidbar sein soll. Wenn das Gemälde und das Objekt mit beiden Augen betrachtet werden, so projizieren sich im Falle des Gemäldes zwei ähnliche Bilder auf die Netzhäute, im Falle des körperlichen Objekts sind die Bilder unähnlich: mithin besteht in den beiden Fällen ein wesentlicher Unterschied zwischen denEindrücken aufdieSinnesorgane undinfolgedessen zwischen den Wahrnehmungen des Beschauers; das Gemälde kann daher nicht für das körperliche Objekt genommen werden. Nach der Durchsicht der Werke verschiedener Autoren, bei denen man Bemerkungen über diesen Sachverhalt erwarten konnte, habe ich nur eine solche finden können, und diese steht im Trattato della Pittura von Leonardo da Vinci*). Dieser große Künstler und geistreiche Forscher bemerkt, »daß ein Gemälde, obwohl in Hinsicht auf seine Umrisse, Lichter, Schatten und Farben mit der größten Kunst angelegt und bis zur höchsten Vollendung ausgeführt, niemals ein gleiches Re lief zeigen könne wie die Gegenstände in der Natur, es sei denn, diese würden aus einemAbstande und einäugig betrachtet. Denn, »sagt er«, wenn ein Objekt C (Fig. 1) einäugig von A aus betrachtet wird, so sind alle Gegenstände in dem Raum dahinter, gleichsam wie in den von einer Kerze bei A ge worfenen Schatten ECF eingeschlossen, für das Auge bei A unsichtbar; aber wenn das andere Auge bei B geöffnet wird, so sind ihm diese Objekte zum Teil sichtbar; nur die sind beiden Augen verborgen, die sich gleichsam in dem doppelten Schatten CD befinden, der von zwei Lichtquellen bei A und B geworfen werden würde, und der mit D abschließt, da der Winkelraum EDG über D hinaus stets beiden Augen sichtbar ist. Und der verdeckte Raum CD ist um so kürzer, je kleiner das Objekt C ist, und je näher es den Augen liegt. So wird bei der Betrachtung mit beiden Augen das Objekt C gleichsam durchsichtig, entsprechend der gewöhnlichenDefinition eines durchsichtigen Gegenstandes, nämlich eines solchen, der nichts hinter ihm liegendes verdeckt. Das kann aber nicht eintreten, wenn ein Objekt von einer die Pupille übertreffenden Breite einäugig betrachtet wird. Mithin ist die Richtigkeit dieser Bemerkung einleuchtend, da ein gemalter Körper den ganzen *) Siehe auch A Treatise ofPainting p. 178 London 1721; und Dr.Smith's Complete System of Optics, vol. II. rem. 244, wo die Stelle angeführtworden ist. 6 Charles Wheatstone. Raum hinter seinem scheinbaren Orte verdeckt, so daß er die Augen an der Wahrnehmung jedes Teils seines imaginären Hintergrundes hindert.« Hätte Leonardo da Vinci an Stelle einerKugel einenweniger einfachen Körper, beispielsweise einen Würfel, für seine bild liche Darstellung gewählt, so würde er nicht nur bemerkt haben, daß das Objekt für jedes Auge einen verschieden ge stalteten Teil des entfernteren Sehraumes verdecke, sondern es würde sich ihm vielleicht auch die Tatsache aufgedrängt haben, daß das Objekt selbst jedem Auge einen verschiedenen Anblick darböte. Er ging nicht so vor, und meines Wissens hat kein Schriftsteller nach ihm die Versäumnis nachgeholt; daher muß dieEntstehung zweierperspektivischer, [373] offenbar unähnlicher Netzhautbilder bei der Betrachtung eines einzelnen Objekts mit konvergenten Sehachsen als eine neue Tatsache in der Theorie der Gesichtswahrnehmung angesehen werden. $ 2. Wenn es sich so begründen ließ, daß man ein dreidimen sionales Objekt mittels seiner beiden einander unähnlichen Bilder wahrnimmt, die auf den beiden Netzhäuten entworfen werden, so stellt sich folgende Frage ein: was wird gesehen, wenn man gleichzeitig jedem Auge an Stelle des Objekts selbst seine Projektion auf eine Ebene so darbietet, wie sie eben dem Auge erscheint? Um diese Untersuchung durchzuführen, muß man für Mittel sorgen, um die beiden Bilder, die not wendigerweise verschiedene Orte einnehmen müssen, auf ähn liche Teile der beiden Netzhäute fallen zu lassen. Unter den gewöhnlichen Umständen der Gesichtswahrnehmung wird das Objekt an dem Schnittpunkt der Sehachsen gesehen; aber es leuchtet auch ein, daß man zwei vollkommen ähnliche Objekte auf ähnliche Teile der beiden Netzhäute fallen lassen kann, wenn sie je in die Richtung einer Sehachse gebracht werden, und zwar in gleiche Abstände vor oder hinter dem gemein samen Schnittpunkt. Fig. 2 stellt die gewöhnliche Lage eines Objekts am Schnitt punkt der Sehachsen dar. In Fig. 3 sind die ähnlichen Objekte in die Richtung der Sehachsen vor ihren Schnittpunkt gebracht und in Fig. 4 hinter ihn. In allen diesen drei Fällen nimmt man nur ein einzelnes Objekt wahr und bezieht es auf den Ort, wo sich die Sehachsen treffen. Man bemerke, Beiträge zur Physiologie der Gesichtswahrnehmung. 7 daß das Objekt rechter Hand vom rechten und das linker Hand vom linken Auge gesehen wird, wenn die Augen auf einen Punkt hinter den Objekten gerichtet sind wie in Fig. 3, während, wenn sie sich auf einen solchen vor den Objekten richten, das rechte Objekt von dem linken Auge gesehen wird und umgekehrt. Da diese beiden Arten der Betrachtung ge zwungen und unnatürlich sind, so verlangen Augen, die an solche Versuche nicht gewöhnt sind, einige Hilfe durch künst liche Mittel. Wenn die Augen auf einen Punkt hinter den Objekten konvergieren sollen, so kann das erreicht werden durch ein Paar Röhren (Fig.5), die unter verschiedenenWinkeln gegeneinander geneigt werden können, um so mit den ver schiedenen Konvergenzen der Sehachsen übereinzustimmen. Sollen die Augen auf eine nähere Entfernung als die der Objekte konvergieren, so kann passend ein Kasten (Fig. 6) verwendet werden, die Objekte aa' werden auseinander ge rückt auf eine Unterlage gebracht, die nötigenfalls den Augen genähert werden kann, und die auf siegerichteten Sehachsen werden sich bei c schneiden, da die Öffnung bb'den Seh strahlen vom rechten Objekt in das linke Auge und denen vom linken Objekt in das rechte zu fallen gestattet; das Zu sammenfallen der Bilder kann dadurch erleichtert werden, daß man die Augen auf eine in den Schnittpunkt c der Sehachsen gebrachte Nadelspitze richtet. Bei diesen beiden Instrumenten (Fig. 5 und 6) werden die seitlichen Bilder dem Blick ent zogen, und es treten geringere Schwierigkeiten bei der Ver einigung der Bilder auf, als wenn man die Augen ohne weitere Vorkehrung verwendet. Wenn man nun, statt zwei ganz ähnliche Objekte auf eine der beiden soeben beschriebenen Weisen zu betrachten, die beiden perspektivischen Darstellungen desselben Körpers eben so anordnet, so wird man doch ein einzelnes Objektwahrnehmen, aber der Beobachter wird an Stelle einer ebenen Darstellung, als die jede Zeichnung erscheint, wenn sie für sich [374] mit dem auf sie gerichteten Auge betrachtet wird, ein dreidimen sionales Gebilde wahrnehmen, das genaue Gegenstück des Ob jekts, nach dem die Zeichnungen angefertigt worden waren. Um diesen Sachverhalt klar zu machen, will ich einen oder zwei der einfachsten Fälle anführen. Wenn zwei vertikale Linien, die einander nahe, aber in verschiedener Entfernung vom Beobachter liegen, zuerst mit dem einen und dann mitdem andern Auge angeschaut werden, 8 Charles Wheatstone. so wird ihr Abstand, auf dieselbe Ebene bezogen, verschieden groß erscheinen; ist die Linie linker Hand den Augen näher, so wird der Abstand dem linken Auge kleiner erscheinen als dem rechten: Fig. 7 wird das verdeutlichen: aa' sind die Spuren der beiden ursprünglichen Linien, und bb' ist die Ebene, auf die ihre Projektionen bezogen werden. Wenn nun diese beiden Linien in den entsprechenden Abständen, unter denen sie jedem Auge erscheinen, auf zwei Pappstücke ge zeichnet werden, und wenn diese Stücke dann in einer der oben vorgeschriebenen Vorkehrungen betrachtet werden, so wird der Beschauer nicht mehr zwei Linien auf einer Ebene sehen, wie sie jedes Pappstück für sich zeigt, sondern die beiden Linien werden ihm genau so erscheinen wie die ur sprünglichen senkrechten Linien selbst, nämlich eine näher Ferner, wenn ein gerader Draht vor den als die andere. Augen in einer solchen Lage gehalten wird, daß eines seiner Enden dem Beobachter näher ist als das andere, so wird jedes Auge, da es das Objekt auf eine zur gemeinsamen Achse senkrechte Ebene bezieht, eine verschieden geneigte Linie erblicken; und wenn man Linien von den gleichen scheinbaren Neigungen auf zwei Pappstücke zieht und sie, wie oben vor geschrieben, den Augen darbietet, so wird die wahre Lage der ursprünglichen Linie richtig wahrgenommen werden. In gleicher Art können die verwickeltsten dreidimensionalen Gebilde genau wiedergegeben werden, wenn man ihre beiden perspektivischen Projektionen den beiden Netzhäuten darbietet. Ich werde indessen diese vollkommeneren Versuche so lange aufsparen, bis ich ein Instrument beschreibe, das jedermann in die Lage setzt, alle fraglichen Erscheinungen mit größter Bequemlichkeit und Sicherheit zu beobachten. Bei den oben beschriebenen Instrumenten sind die Seh achsen auf einen Punkt vor oder hinter der Ebenegerichtet, in der die vorzuführenden Objekte liegen. Die Akkommoda tion des Auges, die uns ein deutliches Sehen in verschiedenen Entfernungen gestattet, und die gewohnheitsmäßig mit jedem verschiedenen Konvergenzgrade der Sehachsen verbunden ist, läßt sich der neuen und ungewohnten Bedingung nicht sofort anpassen; und für Personen, die an derartige Versuche nicht gewöhnt sind, werden sich die Bilder entweder nicht mühelos vereinigen, oder sie werden undeutlich und verschwommen erscheinen. Abgesehen davon, läßt sich nach keiner derbeiden Methoden ein Objekt betrachten, wenn die Zeichnungen breiter Beiträge zur Physiologie der Gesichtswahrnehmung. 9 sind, als der Abstand der beiden Punkte der Sehachsen, mit denen ihre Mitten zusammenfallen. Diese Unbequemlichkeiten fallen bei dem Instrument fort, das ich jetzt beschreiben will: die beiden Zeichnungen (oder besser jhre Spiegelbilder) werden darin an den wahren Schnitt punkt der Sehachsen gebracht, die Akkommodation des Auges behält ihre gewohnte Einstellung, das Auftreten seitlicher Bilder ist ganz vermieden, und ein großes Gesichtsfeld für jedes Auge erreicht. Die häufigen Beziehungen auf dieses Instrument, zu denen ich Gelegenheit haben werde, werden es passend erscheinen lassen, ihm einen besonderen Namen zu geben, undich schlage daher vor, es einStereoskop4) zu nennen, um seine Eigenschaft zu bezeichnen, körperliche Gebilde vor zuführen. 375 § 3. Das Stereoskop wird durch die Fig. 8 und 9 dargestellt; die erste ist eine Vorderansicht und die andere ein Grundriß des Instruments. AA' sind zwei ebene Spiegel, etwa 10 cm im Quadrat, in Rahmen gefaßt und so justiert, daß ihre Rück seiten miteinander einen Winkel von 90° bilden; diese Spiegel werden mit ihrer gemeinsamen Kante an einer Säule B be festigt oder, was sich schwieriger zeichnen ließe, an der Mitte eines senkrechten Brettes, das so abgeschnitten wird, daß man beide Augen vor die beiden Spiegel bringen kann. CC' sind zwei Laufbretter, an denen die Tafeln DD' angebracht sind, die somit in verschiedene Entfernungen von den Spiegeln gebracht werden können. In den meisten der nachher zu be schreibenden Versuche müssen beide Tafeln je in dem gleichen Abstande von dem gegenüberliegenden Spiegel stehen. Um diese doppelte Einstellung zu erleichtern, verwende ich eine hölzerne Schraube rl mit Rechts- und Linksgewinde; die beiden Enden dieser zusammengesetzten Schraube laufen durch die Muttern ee', die an den Unterseiten der Tafeln D D 'befestigt sind, so daß die Tafeln bei einer Drehung der Schrauben spindel in einem Sinne sich nähern, im andern sich von einander entfernen, aber beide stets je die gleiche Entfernung von der Mittellinie f einhalten. EE' sind Bretter, auf denen die Bilder so befestigt werden, daß ihre entsprechenden Hori zontallinien in gleicher Höhe stehen; diese Bretter lassen sich in Nuten hin- und herschieben, die an den Tafeln DD' an gebracht sind. Nach der Beschreibung des Apparats bleibt 10 Charles Wheatstone. noch seine Benutzung zu erklären. Der Beobachter muß seine Augen möglichst nahe an die Spiegel bringen, das rechte Auge vor den rechten und das linke vor den linken Spiegel, und die Laufbretter EE' heran- oder hinwegschieben, bis die beiden Spiegelbilder am Schnittpunkt der Sehachsen zusammenfallen und ein Bild von der gleichen scheinbaren Größe bilden, die für jedes der Einzelbilder gilt. Die Bilder werden allerdings bei einer ganzen Reihe verschiedener Stellungen der Laufbretter zusammenfallen, aber es gibt nur eine einzige Stellung, in der das beidäugig gesehene Bild sofort einfach, von seiner richtigen Größe und ohne Anstrengung für die Augen gesehen wird, weil nur in dieser Stellung die gewöhnlichen Beziehungen zwischen der Größe der Netzhautbilder, der Neigung der Seh achsen und der Akkommodation des Auges auf verschiedene Entfernungen beibehalten werden. Wie sich die scheinbare Größe der beidäugig gesehenen Bilder ändert, wenn diese gewohnten Beziehungen gestört werden, das soll zugleich mit einer Reihe bemerkenswerter, davon abhängiger Erscheinungen in einem andern Vortrage dieser Reihe besprochen werden. Bei allen, in dieser Abhandlung im einzelnen beschriebenen Experimenten werde ich annehmen, daß diese Beziehungen ungestört bleiben, und daß die Sehachsen sich etwa 15 bis 20 cm vor den Augen schneiden. Wenn die Zeichnungen alle so angefertigt sind, daß sie die gleiche Neigung der Sehachsen erfordern, so kann der Apparat dadurch vereinfacht werden, daß man die Schraube rl wegläßt und die Tafeln D D' in den richtigen Abständen fest anbringt. Man kann auch auf die Laufbretter verzichten und die Zeichnungen selber in den Nuten laufen lassen. (376) § 4. Einige wenige Paare von Umrißzeichnungen, bestimmt, im Stereoskop unter den beschriebenen Umständen dreidimensionale Gebilde wahrnehmen zu lassen, sind in den Figuren 10 bis 20 wiedergegeben. Sie sind in halber Größe der wirklichen Darstellungen entworfen. Da die Zeichnungen einer Spiegel verkehrung unterliegen, so will ich annehmen, diese Figuren seien bereits die Spiegelbilder, auf die die Augen in dem Apparat gerichtet sind; die mit b bezeichneten würden vom rechten, die mit a vom linken Auge wahrgenommen. Die Zeichnungen sind, wie bereits erklärt, zwei verschiedene Pro