CH510884A - Optisches Beobachtungsgerät - Google Patents

Description

  
 



  Optisches Beobachtungsgerät
Die Erfindung betrifft ein optisches Beobachtungsgerät insbesondere für Fahrzeuge, bei denen Steuervorgänge in Abhängigkeit von der jeweiligen Umfeldsicht unter erschwerten Bedingungen, z. B. durch relativ kleine Öffnungen oder indirekte Strahlenführung, durchzuführen sind. Dies ist vor allem bei gepanzerten Fahrzeugen, U-Booten und Flugzeugen der Fall. Einfache Sehschlitze reichen im allgemeinen aus Gründen der Sicherheit nicht aus und bedeuten auch aperturmässig eine starke Beschränkung des Gesichtsfeldes. Als Beobachtungsmittel hat man daher im allgemeinen Fernrohre benutzt und versucht, durch eine stabilisierte Lagerung desselben die Schwingungen des Fahrzeuges auszugleichen. Es ist jedoch in der Praxis kaum durchführbar, dass das Auge des Beobachters konphas mit der Bewegung des Fahrzeuges schwingt.

  Es entstehen bei dem Versuch, konphas sich zu bewegen, erhebliche Zeitverzögerungen und dadurch Lageabweichungen infolge der notwendigen Gegensteuerung, die durch die Grösse der Austrittspupille des Fernrohres zu kompensieren sind. Dies ist bekanntlich nur in gewissen Grenzen möglich, so dass also der Beobachter immer nur relativ kurzzeitig das vom Fernrohr entworfene Bild voll aufnehmen kann. Als weitere Unannehmlichkeit kommt hinzu, dass das Auge des Beobachters ständig an den Augenmuscheln des Fernrohres anliegen muss. Eine Projektion der Fernrohrbilder scheidet wegen der geringen Bildhelligkeit aus.



   Das gleiche gilt für Nachtfahrzeuge, bei denen ein elektronischer Infrarot-Bildwandler über eine Lupe das Infrarot-Bild erzeugt, da auch hier die Helligkeit zu gering ist.



   Man hat zur Vermeidung dieses Nachteiles bereits vorgeschlagen, die Fernrohroptik durch eine Fernseheinrichtung zu ersetzen. Diese Einrichtung ist jedoch sehr teuer und anfällig und daher nur bedingt anwendbar.



   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beobachtungsgerät zu schaffen, durch das die oben aufgezeigte Mängel beseitigt werden. Dieses Gerät weist ein   Beobachtungsobj ektiv    und eine schlierenoptische Projektionsanordnung auf, bei der die von einer separaten Lichtquelle kommenden und auf einen Projektionsschirm geworfenen Strahlen durch eine im Strahlengang angeordnete deformierbare Schicht eines elektrostatischen Bildwandlers gesteuert werden, dessen fotoelektrische Schicht in der Abbildungsebene des Beobachtungsobjektivs liegt. Das Prinzip der Lichtverstärkung in einem derartigen elektrostatischen Bildwandler ist an sich bekannt. Ferner ist die schlierenoptische Projektionsanordnung ebenfalls für sich bekannt.

  Es kann hier eine fotoempfindliche Schicht verwendet werden, der in einem gewissen Abstand eine auf einer Glasplatte aufgetragene plastische Schicht gegenüber steht. Auf der fotoempfindlichen Schicht liegt vorzugsweise eine durchsichtige elektrisch-leitende Elektrode, der eine zweite zwischen der deformierbaren Schicht und deren Träger zugeordnet ist. Beide Elektroden können durch eine Gleichstromquelle miteinander verbunden sein. Während bei unbelichteter Schicht die Feldstärke über die ganze Fläche der fotoleitenden Schicht konstant bleibt, wird im Falle einer Belichtung an den betreffenden Stellen die Feldstärke geändert und dadurch die plastische Schicht verformt. Bringt man nun diese Schicht in die Objektebene eines Schlierensystems mit separater Lichtquelle, so kann nun das Primärbild verstärkt wiedergegeben werden.

  An sich wichtige Details der Ausführung, wie die notwendige Rasterung beispielsweise durch aufgedampfte lichtundurchlässige Metallgitter, seien hier der Einfachheit halber nicht beschrieben. Sie sind bekannt. Durch die Kombination eines derartigen Bildwandlers mit einem Fernrohr- bzw.



  Beobachtungsobjektiv unter Benutzung einer schlierenoptischen Projektionsanordnung als Bildverstärker und die Verwendung der Einrichtung als Beobachtungsgerät für Fahrzeuge der oben genannten Art zur Ermittlung der Fahrtrichtung, zum Zieleinfangen, als Richtmittel  und ggf. auch als Hilfsmittel für die Entfernungsbestimmung können in fahr- und messtechnischer Hinsicht erhebliche Vorteile erzielt werden. Seblstverständlich kann das erfindungsgemässe Gerät nicht nur für Fahrzeuge aller Art verwendet werden. Die Anwendung ist stets dort gegeben, wo für die Projektion zu lichtschwache Bilder entstehen, wie beispielsweise Fernsehbilder, Radarbilder und dergleichen, die einzeln oder gruppenweise durch mehrere Geräte, vorzugsweise topographisch geordnet, projiziert werden und so mehreren Personen deutlich sichtbar gemacht werden sollen.

  Diese Einrichtung ist relativ billig, da sie ohne Elektronik und ohne Vakuum erzeugende Mittel arbeitet. Das Projektionsbild ist sehr hell, da der Lichtverstärkungsgrad in erster Linie nur von der Lichtquelle der schlierenoptischen Vorrichtung abhängig ist.



   Dem Beobachtungsobjektiv kann ein um 3600 dreh barer Spiegel vorgeschaltet werden um so eine Beobach tung nach allen Richtungen zu ermöglichen. Statt dessen kann auch das Objektiv selbst drehbar gelagert sein. Um die Bilddrehung auszugleichen, kann ein   tJbersetzungs-    getriebe vorgesehen sein, das sie Drehbewegungen der Rundblickoptik im Verhältnis 2:1 auf ein im Strahlengang der Projektionsoptik angeordnetes Wendeprisma überträgt.



   Ferner kann das Fernrohrobjektiv als pankratisches System ausgebildet sein, um durch Vergrösserungsände rung eine bessere Zielermittlung zu erhalten. Es ist zweckmässig, die Brennweitenänderung vom Fahrenden durch an sich bekannte mechanisch und/oder elektrische Mittel zu betätigen.



   Wird Wert auf eine Panoramasicht gelegt, so ist dies durch Einbau einer entsprechenden Optik möglich.



   Es kann sowohl eine auf den sichtbaren Teil des
Spektrums abgestimmte als auch eine auf den I.R. Bereich abgestimmte fotoelektrische Schicht vorgesehen sein, die wahlweise ggf. zusammen mit der entsprechend angepassten deformierbaren Schicht des elektrostati schen Bildwandlers mittels einer Wechselvorrichtung mechanisch von Hand oder elektrisch betätigt einschalt bar sind, wobei auch dieses Umstellen durch an sich bekannte mechanische und/oder elektrische Mittel di rekt vom Steuernden erfolgen kann.



   Die für den Spektralbereich von beispielsweise 0,8    bis 2 2,lz vorgesehene Schicht besteht vorzugsweise aus   
PbS,   SbaS3    u.ä. Die Helligkeitssteuerung des Projektionsbildes kann automatisch durch ein Fotoelement erfolgen, das von dem Bildschirm beeinflusst wird und auf einen Spannungsregler wirkt, der beim Absinken der
Helligkeit die Spannung der Elektroden des als Schlie renkopf dienenden Bildwandlers erhöht. Eine derartige
Lichtsteuerung kann ferner so abgestimmt werden, dass nach Überschreiten eines bestimmten Helligkeitsminimums automatisch der Infrarot-Schlierenkopf ausgefahren und gleichzeitig der I.R.-Scheinwerfer gezündet wird.



   Zur Verbesserung der Bildqualität kann ferner an stelle eines in bekannter Weise auf dem Träger der fotoelektrischen Schicht aufgedampften Rasters in einer
Zwischenabbildungsebene des Fahrobjektivs ein beweg liches Gitter angebracht und dieses um eine Gitterperio de   schwingbar    gelagert werden. Durch diese Massnahme kann die Rasterung verfeinert, d. h. die Anzahl der
Bildpunkte erhöht werden. Die Frequenz der Schwin gung soll entweder gleich oder kleiner sein als die
Zeitkonstante der deformierbaren Schicht. Es kann zweckmässig sein, in der Zwischenbildebene des Objektivs Strichplatten u. ä. anzuordnen, um eine Möglichkeit der Entfernungsmessung auch im projizierten Bild zu haben.



   Zum Zwecke der Farbprojektion können zwei synchron laufende Scheiben vorgesehen sein mit mindestens zwei Farbfiltern unterschiedlichen Spektralbereichs, von denen die eine Scheibe dem Beobachtungsobjektiv und die andere dem Projektionsobjektiv zugeordnet ist. Die Filter gelangen nacheinander und in beiden Scheiben mit gleicher Farbfolge mit einer Frequenz innerhalb des Bereichs der Flimmerfreiheit und der Zeitkonstante der Schicht in den Strahlengang. Die dem Fahrobjektiv zugeteilte Scheibe rotiert zweckmässigerweise in einer Zwischenabbildungsebene des Systems. Die den Projektionsstrahlengang beeinflussenden Filter sind zweckmässigerweise entsprechend dem Spektrum der separaten Lichtquelle korrigiert. Beide Scheiben können entweder auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein oder durch elektrische bzw. mechanische Mittel getrieblich miteinander verbunden werden.



   Das I.R.-Bild kann in ein farbiges Projektionsbild übersetzt sein. Zu diesem Zweck können beispielsweise statt der drei vorgesehenen Blau-Grün-Rot-Filter drei Infrarot-Filter in verschiedenen Wellenlängenabstufungen, z. B. 0,8, 1,2 und 1,8   ,al    verwendet werden. Den drei Infrarot-Filtern im Strahlengang des Fahrobjektivs ent sprechen dann ein Blau-Grün- und Rot-Filter im Projektionsstrahlengang. Das Infrarot-Bild kann also in seiner Frequenz in den sichtbaren Bereich transportiert werden, wodurch eine bessere Beobachtung des Umfeldes ermöglicht wird.



   Da die zur deformierbaren Schicht geführten Strahlen schräg auf diese auftreffen, entstehen bei der Abbildung des Sekundärbildes auf dem Projektionsschirm unerwünschte Verzerrungen. Um diese auszuschalten können im Projektionsstrahlengang Mittel zur Entzerrung vorgesehen sein, wie beispielsweise Zylinderoptiken und ähnliches.



   Alle oben genannten Schalt- und Wechselvorgänge können vorteilhafterweise durch elektromotorische Antriebsmittel von einem in der Nähe des Beobachters untergebrachten Schaltpult ausgelöst werden.

 

   Weitere Einzelheiten von Ausführungsbeispielen der Erfindung sind aus der nun folgenden Beschreibung ersichtlich.



   Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Übersicht des optischen Teiles des Beobachtungsgeräts;
Fig. 2 eine Wechselvorrichtung für zwei Schlierenköpfe;
Fig. 3 eine für Farbprojektion ergänzte Beobachtungsanordnung, ebenfalls schematisch;
Fig. 3a und 3b Ausführungsbeispiele für die Filterscheiben;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Transponierung des I.R.-Bildes.



   Durch das Beobachtungsobjektiv 1 wird ein fernliegender Gegenstand auf die fotoleitende Schicht 2 des Bildwandlers 3 abgebildet. Die fotoleitende Schicht 2 wird von einer Glasplatte 4 getragen, auf der sich eine durchsichtige, elektrischleitende Schicht (Elektrode) 5 befindet. Der Schicht 2 steht über einen Zwischenraum  6, der mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung steht, eine plastische, lichtdurchlässige Kunststoffschicht 7 gegenüber, die von einer Glasplatte 8 getragen wird, auf der sich analog zur Glasplatte 4 ebenfalls eine elektrischleitende Schicht die Elektrode 9, befindet. An den Elektroden 5 und 9 ist eine Gleichstromquelle 10 angelegt, deren Spannung über den vom Fotoelement 11 gesteuerten Regler 12 beeinflusst werden kann.



   Der Bildwandler 3 ist zugleich als Schlierenkopf eines schlierenoptischen Projektionssystems ausgebildet.



  Die von der separaten Lichtquelle 13 kommenden Strahlen werden über die Linsen 14 und 15 und die Umlenkspiegel 16, 17 auf die Kunststoffschicht 7 geworfen. Die von dort reflektierten Strahlen gelangen über die Linse 18, die Umlenkspiegel 19 und 20 und das Objektiv 21 auf die Projektionswand 22.



   Zwischen der Linse 14 und dem Umlenkspiegel 16 befindet sich ein Gitter 23 und zwischen dem Umlenkspiegel 20 und dem Objektiv 21 das Gitter 24. Das Gitter 23 wird von den Optiken 15 und 18 derart auf das Gitter 24 abgebildet, dass bei konstanter Feldstärke über die gesamte Kunststoffschicht die Stege des Gitters 23 auf die Lücken des Gitters 24 fallen. Bei konstanter Feldstärke wird also kein Licht auf die Projektionswand 22 geworfen. Wenn aber über das Beobachtungsobjektiv 1 das Bild eines Gegenstandes auf der Fotoschicht 2 erzeugt wird, so ändert sich die Feldstärke lokal und verbiegt in entsprechender Weise die Kunststoffschicht.



  Dadurch wird die Reflexionsfläche örtlich geändert, und die Strahlen treten entsprechend dem Primärbild durch das Gitter 24. Die Helligkeit des Projektionsbildes wird durch Veränderung der Spannung der Gleichstromquelle 10 über das auf den Schirm gerichtete Fotoelement 11 gesteuert.



   Vor dem Beobachtungsobjektiv 1 ausserhalb der gestrichelt angedeuteten Panzerung 25 ist ein um   360"    schwenkbarer Spiegel 26 angebracht. Ausserdem ist im Projektionsstrahlengang ein drehbares Wendeprisma 27 vorgesehen, dessen Bewegung über nicht dargestellte Getriebeglieder im Verhältnis 2 : 1 den Bewegungen des Spiegels 26 nachgeführt wird.



   In Fig. 2 sind zwei verschiedene Schlierenköpfe 27 und 28 auf einem Schieber 29 montiert, der auf einer Schiene 30 mittels des motorisch verstellbaren Zahntriebs 31 hin- und herbewegbar ist. Die fotoelektrische Schicht des Schlierenkopfes 27 ist auf den sichtbaren Teil des Spektrums, und die fotoelektrische Schicht des Schlierenkopfes 28 auf den I.R.-Bereich des Spektrums abgestimmt. Beide Köpfe sind wahlweise einschaltbar, wodurch eine Tag- und Nachtbeobachtung ermöglicht wird.



   In Fig. 3 ist eine Anordnung zur Farbprojektion dargestellt. Mit 32 ist eine motorisch antreibbare Scheibe bezeichnet, auf der, wie beispielsweise aus Fig. 3a und 3b ersichtlich ist, drei unterschiedliche Farbfilter 33, 34, 35 entsprechend den Farben Blau-Grün-Rot eingesetzt sind. Die Filter werden nacheinander mit einer innerhalb des Bereichs der Zeitkonstante der deformierbaren Schicht 7 und dem Bereich der Flimmerfreiheit liegenden Frequenz in den Strahlengang des Beobachtungsobjektivs 1 eingebracht.



   Eine gleichartig aufgebaute und synchron mit der zuvor genannten Scheibe laufende zweite Scheibe 36 ragt in den Projektionsstrahlengang. Die Synchronisiermittel sind in der Zeichnung der Einfachheit halber lediglich durch eine strichpunktierte Linie 37 dargestellt.

 

  Die Filter dieser Scheibe sind der spektralen Verteilung der Lichtquelle 13 angepasst. Mit dieser Einrichtung wird erreicht, dass nacheinander entsprechend dem jeweiligen Primärbild Blau-Grün- und Rot-Bilder erzeugt werden, die durch die schnelle Folge als Buntbild auf dem Projektionsschirm erscheinen.



   Eine derartige Anordnung kann in abgewandelter Form auch dazu verwendet werden, ein I.R.-Bild in ein farbiges Bild zu transponieren. Zu diesem Zweck werden anstelle der Blau-Grün-Rot-Filter im Strahlengang des Beobachtungsobjektivs 1 drei unterschiedlich abgestufte I.R.-Filter, z. B. im Bereich um 0,8, 1,2 und 1,8    u    eingesetzt. Bei der in Fig. 4 dargestellten Frequenzumwandlung entsprechen den Blau-Grün-Rotfilter-Bereichen   38, 39, 40    die I.R.-Bereiche   41, 42, 43.    

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Optisches Beobachtungsgerät, insbesondere für Fahrzeuge, gekennzeichnet durch ein B eobachtungs objektiv und eine schlierenoptische Projektionsanordnung, bei der die von einer separaten Lichtquelle kommenden und auf einen Projektionsschirm geworfenen Strahlen durch eine im Strahlengang angeordnete deformierbare Schicht eines elektrostatischen Bildwandlers gesteuert werden, dessen fotoelektrische Schicht in der Abbildungsebene des Beobachtungsobjektivs liegt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Beobachtungsgerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dem Beobachtungsobjektiv ein um 360" drehbarer Spiegel als Rundblickeinrichtung vorgeschaltet ist, dessen Bewegung durch ein Obersetzungs- getriebe im Verhältnis 2: 1 auf ein im Projektionsstrahlengang angeordnetes Wendeprisma übertragen wird.

   2. Beobachtungsgerät nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachtungsobjektiv als pankratisches System mit veränderlicher Abbildungsgrösse ausgebildet ist.

   3. Beobachtungsgerät nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrobjektiv und das Projektionsobjektiv mit Korrektionsgliedern zur Erzielung eines Breitbandbildes versehen sind.

   4. Beobachtungsgerät nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die fotoelektrische Schicht des elektrostatischen Bildwandlers auf den sichtbaren Teil des Spektrums anspricht.

   5. Beobachtungsgerät nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die fotoelektrische Schicht des elektrostatischen Bildwandlers auf den Infrarot-Teil des Spektrums anspricht.

   6. Beobachtungsgerät nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass ausser der auf den sichtbaren Teil des Spektrums ansprechende fotoelektrische Schicht auch eine auf den Infrarot B Bereich des Spektrums ansprechende fotoelektrische Schicht vorgesehen ist, die wahlweise, gegebenenfalls zusammen mit der deformierbaren Schicht des elektrostatischen Bildwandlers mittels einer Wechselvorrichtung einschaltbar sind.

   7. Beobachtungsgerät nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Helligkeitssteuerung des Projektionsbildes ein Spannungsregler vorgesehen ist, der die am elektrostatischen Bildwandler liegende Spannung in Abhängigkeit von ein vom Projektionsbild beeinflussten Fotoelement regelt.

   8. Beobachtungsgerät nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswechseln der foto elektrischen Schichten bzw. der aus der jeweils einer fotoelektrischen Schicht und der deformierbaren Schicht bestehenden Schlierenköpfe vom sichtbaren zum Infrarot-Spektrum selbsttätig in Abhängigkeit von einer die Helligkeit und den Kontrast messenden Vorrichtung auslösbar ist.

   9. B eobachtungseinrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zugleich mit der Einschaltung des Infrarot-Schlierenkopfes ein Infrarot Scheinwerfer gezündet wird.

   10. Beobachtungseinrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Beobachtungsobjektiv ein Zwischenabbildungssystem zugeordnet ist und dass zur Rasterung des auf die fotoelektrische Schicht geworfenen Bildes in der Zwischenabbildungsebene ein um eine Gitterperiode schwingendes Gitter vorgesehen ist, wobei die Frequenz der Schwingung gleich oder kleiner ist als die Zeitkonstante der deformierbaren Schicht.

   11. Beobachtungseinrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1-10, gekennzeichnet durch Filteranordnungen im Strahlengang des Beobachtungsobjektivs und der Schlierenoptik zur Projektion farbiger Bilder.

   12. Beobachtungseinrichtung nach Unteranspruch 11, gekennzeichnet durch eine motorisch antreibbare Scheibe mit mindestens zwei Farbfiltern unterschiedlichen spektralbereichs, die abwechselnd mit einer Frequenz innerhalb des Bereichs der Flimmerfreiheit in den Strahlengang des Beobachtungsobjektivs einschaltbar sind, sowie eine entsprechend ausgebildete zweite Scheibe, die synchron mit gleichem Farbwechsel zu der erstgenannten läuft und im Strahlengang der Projektionsoptik angeordnet ist.

   13. Beobachtungseinrichtung nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbfilter im Projektionsstrahlengang entsprechend des Spektrums der separaten Lichtquelle korrigiert sind.

   14. Beobachtungseinrichtung nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beide Scheiben auf einer gemeinsamen Antriebswelle angeordnet sind.

   15. Beobachtungseinrichtung nach Unteransprüchen 12-14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung der für das sichtbare Spektrum empfindlichen fotoelektrischen Schicht beide Scheiben ein Blau-Grün- und Rot-Filter enthalten.

   16. Beobachtungseinrichtung nach Unteransprüchen 12-14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung der für den Infrarot-Bereich abgestimmten fotoelektrischen Schicht dem Blau-Grün-Rot-Filter in dem Projektionsstrahlengang drei unterschiedliche Filter im Infrarot-Spektralbereich, vorzugsweise in den Stufen 0,8, 1,2 und 1,8 ,tt zugeordnet sind.

   17. Beobachtungseinrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausschaltung der durch den schrägen Lichteinfall der Strahlen auf die deformierbare Schicht entstehenden Verzerrungen im Projektionsstrahlengang Korrekturmittel angeordnet sind.

   18. Beobachtungseinrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1-17, dadurch gekennzeichnet, dass die Austausch- und Wechselelemente elektromotorisch, vorzugsweise von einem Schaltpult aus, betätigbar sind.