CH680016A5 - Visual target detection method for weapon sight - using inserted auxiliary target image appearing at given distance from observer - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung liegt im Gebiet der Optik und betrifft ein Verfahren zum visuellen Erfassen eines Zieles in einem Visier und eine Zielvorrichtung gemäss Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7. 



  Alle klassischen Visiere haben für das Zielen notwendige Ablesefunktionen im Nahbereich. Mit Nahbereich ist im wesentlichen der Leseabstand gemeint, mit dem in etwa eine Zeitung oder ein Buch gelesen werden. Damit muss das menschliche Auge in der Lage sein, zeitlich rasch nacheinander im Nah- (Datenablesung) und Fernbereich (Zielsuche) zu arbeiten. Dies hat einen gravierenden Nachteil, nämlich den, dass bei einer Flugzielsuche im Fernbereich das Auge keine Fokussierhilfe hat. Der leere Himmel gibt dem Auge keine Möglichkeit, sich auf eine Distanz einzustellen. Um dem abzuhelfen, werden Schützen speziell auf das "Sehen am leeren Himmel" geschult.

  Doch auch für das in dieser Hinsicht speziell geschulte Auge oder genauer Hirn (Sehfähigkeit) ist es nicht einfach, die richtige Fokussierung stets in Bereitschaft zu halten, auf Grund derer ein weitentferntes Flugziel rasch erkannt werden kann. 



  Insbesondere ist es problematisch, wenn das Auge in rascher Folge Daten im Lesebereich ablesen muss und gleich darauf wieder in die  Spähbereitschaft übergehen sollte. Stellt sich die Sehbereitschaft dann falsch ein, worüber der Mensch keine Kontrolle hat, so bleibt ein anfliegendes Ziel lange unbemerkt. Die Konsequenzen daraus kann man sich denken und darum sollte dieser Fehlzustand am Menschen unbedingt vermieden werden. 



  Es ist darum das Ziel der Erfindung, ein Verfahren anzugeben und ein Visier zu schaffen, durch welche die optische Erkennungsfähigkeit von Auge und Hirn von dieser sie physiologisch überfordernden Aufgabe befreit werden. 



  Das Ziel wird erreicht durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens gemäss Patentanspruch 1 und der Zielvorrichtung gemäss Patentanspruch 7. 



  Die Lösung besteht im wesentlichen darin, die wichtigsten Daten und optischen Hilfsmittel, die zum genauen Zielen nötig sind, also die Einweis- und die Vorhaltdaten bzw. optische Marken dafür, in das Visier derart einzublenden, dass sie als gemeinsames Visierbild erscheinen, welches entweder auf unendlich abgebildet wird oder optisch auf bestimmte Zieltiefen eingestellt werden kann, in deren Bereich das vom Suchradar erfasste Ziel auftauchen soll. Auf diese Weise kann sich das Auge bzw. die Sehfähigkeit (das ist das Zusammenspiel von Auge und Hirn), ohne einen Willensakt des Menschen stets auf die Unendlich-Fokussierung oder auf eine bestimmte Raumtiefe konditionieren oder einstellen und muss während des ganzen Spähvorganges nicht mehr auf Lesedistanz eingestellt werden. Damit erhöht sich die Erkennungswahrscheinlichkeit eines sich optisch aus dem Unendlichen nähernden Flugzieles. 



  Für eine Visiereinblendung gemäss diesem Verfahren müssen in einem Visier Mittel geschaffen werden, die ebenfaIls Gegenstand der Erfindung sind. Diese Mittel bestehen im wesentlichen aus einem Bildgenerator für das zieldatenbezogene Visierbild, einer Abbildungsoptik zur Projektion des Visierbildes und einem Strahlteiler, auf den das  Visierbild durch die Abbildungsoptik abgebildet wird. Um begriffliche Verwechslungen zu vermeiden, wird das Visierbild in der Folge Zielhilfsbild genannt. 



  Mit Hilfe der nachfolgend aufgeführten Zeichnungen werden nun Ausführungsbeispiele und Verfahren eingehend diskutiert. 
 
   Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Visiereinrichtung mit Mitteln zur Ausführung der Erfindung. 
   Fig. 2A zeigt eine Zielhilfsdarstellung mit Ausrichtung des Visiers abseits der Zielachse. 
   Fig. 2B zeigt eine andere Zielhilfsdarstellung mit Ausrichtung des Visiers auf der Zielachse. 
   Fig. 3 zeigt den Strahlengang der Zielhilfsdarstellung und Mittel zur Generierung und distanzrichtiger Projektion der Zielhilfsdarstellung. 
   Fig. 4 zeigt eine an sich bekannte Massnahme zur Faltung des Strahlengangs, um bei grossen Brennweiten des Objektivs grosse Baulängen im Visier zu vermeiden. 
 



  In der Regel werden zum Zielen nötige Daten wie auch Zielhilfsmittel an der Visiereinrichtung dort angezeigt, wo man dafür gerade Platz findet. Elektronische Einblendungen in das Visierbild sind erst  jüngeren Datums. Aber auch da ist man noch nicht davon weggekommen, optische Marken, eingeblendete Daten und andere visualisierte lnformationen eher in einer aggregierten als in einer kombinierten Weise einander zuzuordnen, wodurch natürlich kein optimaler gemeinsamer Effekt entsteht. Es wird dem zielenden Menschen immer noch zugemutet, eine Mehrzahl von "Objekten", die auf verschiedene Distanzen zwischen Nah und Fern angeordnet sind, buchstäblich im Auge zu behalten. 



  Wird nun ein Abbildungsvorgang, der die Fokussierung des Auges und die Sehbereitschaft steuert, so generiert und abgebildet, dass das Bild auf eine gewisse Distanz eingestellt wird oder mit anderen Worten in einer bestimmten Distanz erscheint, so kann die Zielbereitschaft des Menschen ohne sein Zutun ständig aufrechterhalten werden. Damit wird die Aufgabe gelöst, das Auge auf ein kommendes Ziel vorzubereiten oder zu konditionieren, so dass es vom Menschen früh genug wahrgenommen werden kann. 



  Die Einstellung des Abbildungsvorganges kann beispielsweise dadurch geschehen, dass entweder die Abbildungsoptik zwischen einem Bildgenerator mit den Zielinformationen und dem Strahlteiler (halbdurchlässigen Zielspiegel) relativ zum Bildgenerator bewegt wird oder die Bildebene des Bildgenerators selber, auf dem das einzublendende Bild (also die Zielinformation) selbstleuchtend generiert ist, bei unbewegter Abbildungsoptik bewegt wird. 



  Fig. 1 zeigt in einer Übersichtsdarstellung ein beispielsweises Visier, in welchem die erfinderischen Massnahmen vorrichtungsmässig untergebracht sind. Die Beobachtungsrichtung ist von links (mit stilisiertem Auge) nach rechts zum Ziel hin gerichtet. Das Visier ist abgedeckt mit einem Regenschutz 1, an welchem noch eine Stirnstüt ze 4 befestigt sein kann. In diesem oberen Raum ist ein Strahlteiler 3 angeordnet, durch den von der Zielseite Licht einfallen kann, gegebenenfalls durch einen Blendschutz 2 abgeschirmt, und auf den von der Geräteseite das Licht der visualisierten Zielinformation einfällt. Auf diese Weise sieht der Schütze bspw. das Ziel mit der projizierten Zielhilfsbild, die ihm helfen soll, das Ziel zu finden und es auch anzuvisieren.

   Diese Abbildung enthält Information zum Einweisen und Information für den Vorhalt sowie entsprechende Begrenzung für die Zielregion (Szenario mit Vorhaltmarke). 



  Im unteren Teil des Visiers sind, dem Strahlengang nach geordnet, ein Objektiv 5, ein Umlenkprisma 6 und ein Bildgenerator 7 angeordnet. Mit dem Bildgenerator 7 wird die zum Zielen nötige Visualisierung mit ausreichender Leuchtkraft generiert, die auf den Strahlteiler 3 projiziert werden soll. Zur Generierung des Zielhilfsbildes dient bspw. eine elektronische Schaltung oder ein Rechner, mit deren oder dessen Hilfe die Zieldaten zu Zielhilfsbildern aufbereitet werden. Das Ganze ist mittels eines Gehäuses 8 abgedeckt, und auf einer kleinen Bedienerleiste 9 sind Bedienelemente angeordnet, mit welchen man in der Lage ist, die Apparatur betriebsbereit zu machen. 



  Für die richtige Abbildung des Zielhilfsbildes im Raum wird die Optik 5 und/oder Bildgenerator 7 relativ zueinander verschoben. Falls eine feste Einstellung vorgezogen wird, so stellt man vorteilhafterweise die Projektion auf Unendlich ein, so dass der Sehmechanismus auf Unendlich konditioniert ist. Natürlich kann man auch andere Raumtiefen fest einstellen, die vorher über das Auge und einem entsprechend entfernten Ziel ermittelt wurde. Die Projektion mittels Verstellung am Objektiv oder am Bildgenerator kann bspw. einem Stellmotor überlassen werden, der vom Feuerleitrechner die Distanzinformationen erhält. So können experimentell durch Zuordnung von  Hilfsbild mit Objekten in bekanntem Abstand Distanzregionen ermittelt werden, die dann automatisch über den Stellmotor eingestellt werden, entsprechend dem sich nähernden Ziel, das die Distanzregionen durchfliegt.

  Auf diese Weise ist der Sehmechanismus jeweils optimal konditioniert. Mit dem Wahrnehmen des Zielhilfsbildes ist auch gleichzeitig das Ziel wahrnehmbar. 



  Die Fig. 2A und 2B zeigen nun die Zielhilfedarstellung, in der Folge das Hilfsbild genannt, wie sie einerseits im Bildgenerator zu sehen ist und wie sie andererseits auch in den Strahlteiler eingeblendet ist. Wie schon erwähnt, ist die Herstellung der Zielhilfeabbildung nicht das Thema, sondern die richtige Projektion gemeinsamer Zieldaten in den Zielraum derart, dass der erwartete Effekt auf das menschliche Sehvermögen eintritt und jede parasitäre Fokussierung, wie bspw. ein Ablesenmüssen im normalen Lesebereich oder einem etwas weiteren Nahbereich zu vermeiden. 



  Fig. 2A zeigt ein Beispiel für das Hilfsbild. Es umfasst im wesentlichen Einweis- und Vorhaltmarken, hier beispielsweise in Form eines Rahmens 20 für das Szenario und einer Ziel- oder Vorhaltmarke 25 für den Zielbereich. Die Vorhaltmarke ist ungefähr so gross wie das Ziel (Grössenordnung 10 Promille bzw. mRadian). Zwischen den Eckpunkten des Rahmens 20 sind Punkte Ao für Azimut und Eo für Elevation eingeblendet, die je nach Position des Visiers auf dem Rahmen für das Szenario an einer anderen Stelle aufblenden. Diese wandernden Marken sind Einweismarken. In diesem Beispiel ist die Einweisung so erfolgt, dass das Ziel im Visierkreuz Po erfasst ist. Der Schütze wird durch die Einweismarken in Azimut und Elevation eingewiesen, ohne dass er seine momentane Sehdistanz aus der "Zieldistanz" wegführen muss, um beispielsweise in Lesedistanz Zielhilfen abzulesen. 



  Wie ein Einweisevorgang aussehen kann, zeigt Fig. 2B. in welcher die Einweismarken A1 und E1 auf einen Zielpunkt P1 zeigen, der abseits der Zielachse liegt. Die Position der Einweismarken wird vom Feuerleitgerät bestimmt, welches das Ziel schon detektiert hat, bevor es der Schütze sehen kann. Der Schütze bewegt nun sein Visier nach rechts auf den Punkt A1 (Azimut) zu, bis dieser Punkt in der Mitte des horizontalen Szenariorahmens 20 zu liegen kommt und senkt das Visier soweit, bis der Punkt F1 (Elevation) ebenfalls in die Mitte des vertikalen Szenariorahmens 20 zu liegen kommt. Damit hat er das Ziel in der Visierlinie und der Einweisvorgang ist abgeschlossen und der Schütze versucht nun das Ziel, das er jetzt sehen kann, auf der Vorhaltmarke zu halten. Der Rechner rechnet nun den Vorhalt aus und verschiebt dementsprechend die Vorhaltmarke 25 für den Zielbereich.

  Der Schütze reagiert automatisch mit einem Nachschwenken, da er das Ziel ständig auf der Vorhaltmarke zu halten versucht. Er muss sich also auch nicht um den Vorhalt kümmern. Man kann im gleichen Hilfsbild dann auch darstellen, ob das Ziel im Wirkbereich oder noch ausserhalb ist, das heisst, ob der Vorhalt schon gerechnet ist oder nicht, in dem man die Vorhaltmarke blinken lässt, solange die Vorhaltrechnung noch nicht durchgeführt ist, und das Blinken aufhören lässt, wenn das Ziel im Wirkbereich ist. Dies geschieht alles in der, salopp gesagt, gleichen Ziel/Hilfsbild-Bildebene. 



  Das ganze Geschehen läuft nun mit einem bspw. auf "Unendlich" eingestellten Sehvermögen (Auge und Hirn) ab. Der Schütze musste während des Einweisens und Zielens mit Vorhalt kein einziges Mal seine Sehdistanz umstellen. 



  Dieses Hilfsbild, wie es in den Fig. 2A und 2B als Beispiel abgebildet ist, wird auf einer Bildbühne mit Hilfe eines Rechners gene riert, der die Azimut-, Elevations-, Vorhalt- und Zieldistanzdaten entsprechend in eine visualierte Darstellung umsetzt. Es ist darauf zu achten, dass das Hilfsbild, das ja selbstleuchtend sein muss, eine ausreichende Leuchtkraft aufweist, um am sonnenhellen Himmel noch klar und deutlich gesehen zu werden. 



  Fig. 3 zeigt nun den Strahlengang für das Hilfsbild. Vom Bildgenerator 7 wird über ein Umlenkprisma 6 das Hilfsbild von einer Optik 5 aufgenommen, mit der das Hilfsbild so auf den Strahlteiler 2 projiziert wird, dass das stilisierte Auge, links in der Figur, das Hilfsbild auf "Unendlich" projiziert sieht (mit einem Unendlichsymbol rechts in der Figur dargestellt). Nun kann das Hilfsbild durch Bewegen der Optik 5 so projiziert werden, dass das Hilfsbild ungefähr in Zieldistanz erscheint. Denselben Effekt erzielt man durch ein adäquates Bewegen oder Verschieben des Bildgenerators 7. Beide Einstellmöglichkeiten sind mit Doppelpfeilen dargestellt. Das Auge, das sich nun auf das Hilfsbild einstellt, verliert sich so nicht mehr im leeren Raum (im blauen Himmel), sondern findet jeweils ein Betrachtungsobjekt, das eine ungefähr richtige Einstellung des Sehvermögens im Raum ermöglicht.

   Verändert sich das Hilfsbild, in dem es eine grössere oder kleinere Distanz anzeigt, so folgt das Auge unbemerkt und der Schütze wird das Ziel nicht aus den Augen verlieren. 



  Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die Verlängerung der Brennweite eines Objektivs bei gleicher Baulänge durch Falten des Strahlenganges mittels Rückspiegelung. Mit solchen, an sich bekannten Massnahmen, können die für das Hilfsbild nötigen Brennweiten auch in kleineren Visieren Anwendung finden. Vom Bildgenerator 7 fällt das Licht auf einen Umlenkspiegel 40 (bspw. auch Prisma) auf eine Sammellinse 41 und durch einen halbdurchlässigen Spiegel 43 auf einen Hohlspiegel 42, welcher das Licht wieder auf den halbdurchlässigen Spiegel derart reflektiert, dass es auf einen weiteren Spiegel 44 geworfen wird  und von dort wieder auf den halbdurchlässigen Spiegel 43. Auf diese Weise wird ein Lichtstrahl mehrfach gefaltet, wodurch bei gleich grosser Baulänge des Objektivs eine grössere Brennweite erzielt wird.

   Selbstverständlich gibt es noch mehrere Arten, den Lichtstrahl zu falten, nur ist damit ein entsprechender LichtverIust verbunden, da an jeder reflektierenden Fläche ein Teil des Lichtes verschluckt wird. Dies ist, werden solche Massnahmen angewendet, bei der Helligkeit des zu generierenden Hilfsbildes in Betracht zu ziehen. 

Claims (10)

1. Verfahren zum visuellen Erfassen eines Zieles in einem Visier und gleichzeitigem Zielen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zielhilfsbild, das visualisierte Zieldaten aufweist, generiert wird und dieses HilfsbiId mittels optischer Mittel in das Visier eingeblendet wird derart, dass das Hilfsbild für das Auge in einer vorbestimmten Entfernung erscheint.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielhilfsbild optische Marken für das Einweisen und optische Marken für den Vorhalt aufweist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielhilfsbild sämtliche zum Zielen notwendigen Informationen wie Einweis-, Vorhalt- und Distanzdaten enthält.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch optische Einstellung das Zielhilfsbild auf Unendlich projiziert wird.

5.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielhilfsbild auf eine dem Ziel entsprechende Distanz projiziert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektion des Zielhilfsbildes der Zieldistanz nachgeführt wird.

7. Zielvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit Mitteln (3) zur Einblendung von optischen Marken (20, 25, A1, E1) in ein Visier, gekennzeichnet durch einen Bildgenerator (7), der ein Zielhilfsbild erstellt, welches zum Zielen nötige Daten aufweist, und eine Abbildungsoptik (5, 6), mit der das Zielhilfsbild auf die Einblendmittel (3) projiziert werden kann.

8. Zielvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur distanzbezogenen Einblendung des Zielhilfsbildes eines der optischen Mittel (5, 7) einstellbar ist.

9.

Zielvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung entweder an der Optik (5, 6) oder am Bildgenerator (7) oder an beiden zugleich vornehmbar ist.

10. Zielvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung rechnergesteuerte Einstellmittel vorgesehen sind.