DE102013020598A1

DE102013020598A1 - Vergrößernde optische Vorrichtung

Info

Publication number: DE102013020598A1
Application number: DE102013020598.0A
Authority: DE
Inventors: Matthias Hofmann; Annette Walter
Original assignee: Steiner Optik GmbH
Current assignee: Steiner Optik GmbH
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-07-02
Anticipated expiration: 2033-12-14
Also published as: TWI660197B; WO2015085984A1; DE102013020598B4; TW201534969A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine vergrößernde optische Vorrichtung, insbesondere binokulares Fernglas 1 mit zwei bezüglich ihres Abstandes zueinander verstellbaren optischen Tuben 2, 3 zur Aufnahme optischer Elemente 4, 5, 7, mit in wenigstens einer Objektivlinse 4, einer Okularlinse (5) und dazwischen angeordneten weiteren optischen Elementen wie Prismen 6 und/oder Linsenzwischengruppen 7 sowie einer elektronischen Anzeigevorrichtung 8, deren dargestellte Information in wenigstens einem der oder die optischen Tuben 2, 3 durchsetzenden optischen Kanäle einblendbar ist und zusammen mit dem durch die optischen Elemente 4, 5, 7 erzeugten Realbild betrachtbar ist, wobei die elektronische Anzeigevorrichtung 8 das Bild einer an sie angeschlossenen optischen Erfassungseinrichtung 10 darstellt, wobei die Erfassungseinrichtung 10 derart ausgerichtet und ausgebildet ist, dass sie ein Bild in einem vom sichtbaren Licht unterschiedlichen Wellenlängenbereich erfasst, das im Wesentlichen der Szene des Realbildes entspricht und im Wesentlichen bild- und/oder szenenidentisch in das durch die optischen Elemente 4, 5, 7 erfasste Realbild einblendbar und in Überlagerung zusammen mit diesem Realbild betrachtbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine vergrößernde optische Vorrichtung, insbesondere ein binokulares Fernglas mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Als Stand der Technik sind vergrößernde optische Vorrichtungen in Form von Ferngläsern bekannt, die normalerweise zwei optische Tuben haben, die bezüglich ihres Augenabstandes zueinander verstellbar sind. In den optischen Tuben sind optische Elemente wie Objektivlinsen, Okularlinsen und dazwischen angeordnete weitere optische Elemente, wie Prismen und/oder Linsenzwischengruppen untergebracht.
Darüber hinaus ist es bekannt, elektronische Anzeigevorrichtungen in Ferngläsern vorzusehen, mit denen zusätzliche Informationen in wengistens einen der die optischen Tuben durchsetzenden optischen Kanäle eingeblendet werden kann und die zusammen mit dem durch die optischen Elemente erzeugten Realbild betrachtet werden kann. Übliche Zusatzinformationen, die auf elektronischem Wege erzeugt und eingespiegelt werden, sind beispielsweise Kompassinformationen, Entfernungsinformationen, oder z. B. balistische Informationen betreffend eine Geschossflugbahn, wenn das Fernglas für jagdliche oder militärische Zwecke eingesetzt werden soll.
Neben dieser Technologie sind sogenannte Nachtsicht- oder Wärmebildgeräte bekannt, die in der Regel nur einen optischen Kanal aufweisen, mit welchem bei Dämmerung oder Dunkelheit die elektronisch erzeugte Abbildung eines Objektes betrachtet werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vergrößernde optische Vorrichtung in Form eines Fernglases derart auszubilden, dass sie sowohl bei Tagelicht als auch bei Dämmerung und Dunkelheit einsetzbar ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die in das Fernglas integrierte optische Anzeigevorrichtung das Bild einer an sie angeschlossenen optischen Erfassungseinrichtung darstellt, wobei die Erfassungseinrichtung derart ausgerichtet und ausgebildet ist, dass sie ein Bild in einem vom sichtbaren Licht unterschiedlichen Wellenlängenbereich erfasst, das im Wesentlichen der Szene des Realbildes entspricht und im Wesentlichen bild- und/oder szenenidentisch in das durch die optischen Elemente erfasste Bild einblendbar und in Überlagung zusammen mit diesem Realbild betrachtet werden kann.
Dem Benutzer eines derartigen Gerätes steht damit die Möglichkeit offen, ein Fernglas, insbesondere ein binokulares Fernglas ganz normal bei Tag einzusetzen und bei nachlassenden Lichtverhältnissen in der Dämmerung mehr oder weniger stufenlos das Bild eines Nachtsichtgerätes oder Wärmebildgerätes deckungs- und szenengleich einzublenden. Damit wird ein mehr oder weniger gleitender Übergang von Tageslicht in die Nachtsichttechnik ermöglicht, sodass der Benutzer einer derartigen optischen Vorrichtung einen kritischen Beobachtungsvorgang nicht unterbrechen muss und z. B. von einem normalen Fernglas auf ein gesondertes Nachtsichtgerät wechseln muss. Er hat die Möglichkeit, mit ein und demselben Gerät beim Übergang von hellem Sonnenlicht bis zur völligen Dunkelheit kontinuierlich weiter zu beobachten. Außerdem besteht nicht das Erforderniss ein zweites ggf. schweres Gerät mitzuführen, was insbesondere bei jagdlichem oder militärischem Einsatz bedeutungsvoll ist.
Das optische Realbild, erzeugt durch die Linsen und weiteren optischen Elemente des „normalen” Fernglases und das elektronisch erfasste Bild eines unterschiedlichen Wellenlängenbereiches werden im Wesentlichen szenenidentisch überlagert und können gemeinsam betrachtet werden. Wenn von „im Wesentlichen bild- oder szenenidentisch” gesprochen wird, soll dies bedeuten, dass die Bilder überlagert sind, wobei allenfalls in Teilbereichen der Bilder Unterschiede auftreten können, wenn z. B. das Sehfeld der elektronischen optischen Erfassungseinrichtung etwas unterschiedlich vom Sehfeld des normalen Fernglases ist. Dabei wird auch in Betracht gezogen, nicht die gesamte Szene des Realbildes mit einem elektrischen Bild zu überlagern, sondern nur einen gegebenenfalls auswahlbaren Teilbereich.
Die optische Anzeigevorrichtung ist vorzugsweise ein Mikrodisplay, insbesondere ein Oled, dessen Bild in die Zwischenbildebene des Strahlengangs der optischen Elemente eingespiegelt wird.
Als Erfassungseinheit kann beispielsweise eine IR-sensitive Kamera oder eine Wärmebildkamera dienen.
Für die Überlagerung ist bedeutungsvoll, dass das elektronische Bild an das optische Realbild angepasst werden kann. Dies kann durch Verlagerung des Bildes in X- oder Y-Richtung geschehen oder durch eine Größenanpassung des elektronischen Bildes derart, dass die einzelnen sichtbaren Elemente im Wesentlichen übereinander liegen.
Die Überlagerung des Realbildes mit dem elektronisch erzeugten und betrachtbaren Bild erfolgt vorteilhafter Weise in einer elektronischen Verarbeitungseinrichtung wie beispielsweise einen Mikrocomputer, der dann ausgangsseitig die optische Anzeigevorrichtung ansteuert. Die Überlagerung kann manuell durch den Betrachter oder auch automatisch geschehen, dadurch dass z. B. das optische Realbild intern abgetastet wird und durch eine elektronische Vergleichseinrichtung die Überlagerung nachgeführt wird.
Je nach Bedarf kann das elektronisch erzeugte Bild hinsichtlich seiner Helligkeit und hinsichtlich seines Kontrastes verstellt werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Helligkeit und Kontrastverstellung an externe Lichtverhältnisse anzupassen, d. h. bei hellem Realbild wird in der Regel das elektronisch eingespiegelte Bild ebenfalls heller und ggf. kontrastreicher darzustellen sein. Bei schwindenden Lichtverhältnissen kann dann z. B. die Helligkeit des elektronisch eingespiegelten Bildes automatisch zurückgefahren werden.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, das elektronische Bild auch elektronisch zu filtern, sodass unterschiedliche Wellenlängenbereiche sichtbar gemacht werden können. Vorteilhaft ist auch, wenn bestimmte, ggf. auswählbare Wellenlängenbereiche zu deren Hervorhebung farbig kodiert werden. Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, die Vorrichtung mit einer Beleuchtungsvorrichtung zu versehen, die unterschiedliche, von der elektronischen Einrichtung erfassbare Wellenlängenbereiche abstrahlt.
Dies kann durch eine separate Optik oder auch durch eine koaxiale Einspiegelung der Beleuchtung durch das Fernglasobjektiv vollzogen werden, wobei dann das Licht der Beleuchtung durch das Fernglasobjektiv austritt.
Ist die vergrößernde Vorrichtung darüber hinaus mit einem Zoom versehen, dann ist es zweckdienlich, eine optische Verstelleinrichtung des Zoombereiches mit einer Verstellung der Anzeigegröße der elektronischen Einrichtung zu koppeln, sodass auch bei Änderung des Zoombereiches die Deckungsgleichheit des Realbildes und des elektronischen Bildes beibehalten wird. Dies kann elektronisch erfolgen, und/oder auch durch Verschiebung von Linseneinrichtungen vorgenommen werden, die zwischen der optischen Anzeigevorrichtung und der das elektronische Bild in den Strahlengang einspiegelnden optischen Anzeigevorrichtungen angeordnet sind. Eine Kombination von optischen und elektronischen Zoomverstellung ist ggf. von Vorteil.
In Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, in einem binokularen Fernglas elektronische Bilder unterschiedlicher Wellenlängenbereiche mit Realbildern zu überlagern. Denkbar wäre es beispielsweise, im linken Tubus ein elektronisches Bild eines ersten Wellenlängenbereiches einzuspiegeln und im rechten Tubus ein Bild in einem anderen Wellenlängenbereich. Der Benutzer hätte dann die Möglichkeit, entweder die linke Zusatzelektronik oder die rechte Zusatzelektronik ein- oder auszuschalten und unterschiedliche Darstellungen zu bekommen. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, die Information unterschiedlicher Erfassungseinheiten für unterschiedliche Wellenlängen auf beide Anzeigevorrichtungen in beide optische Strahlengängen einzuspiegeln und z. B. eine Umschaltvorrichtung vorzusehen, um die eingespielten elektronischen Bilder in beiden optischen Strahlengängen simultan von einem ersten Wellenlängenbereich auf einen zweiten Wellenlängenbereich umzuschalten.
Im Rahmen der Erfindung kann der Strahlengang der Erfassungseinheit auf unterschiedliche Weise ausgelegt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, den Strahlengang der Erfassungseinheit separat zu führen, z. B. durch ein gesondertes Objektiv, eine zweite Möglichkeit besteht darin, für den Strahlengang der Erfassungseinheit auch die Optik des Fernglases zu nutzen, wobei dann Voraussetzung ist, dass die Vergütung der Eingangsoptik des Fernglases auch auf den entsprechenden Wellenlängenbereich ausgelegt wird. Dann kann der Strahlengang der Erfassungseinheit über einen Strahlteiler auf den Sensor gebracht werden.
Grundsätzlich ist es möglich, eine Seite eines binokularen Fernglases dazu heranzuziehen, aus dem Strahlengang, der das Objektiv durchsetzt, auf einen Sensor der Erfassungseinheit Licht auszukoppeln und in der anderen Seite, d. h. in dem anderem Tubus des binokularen Fernglases das elektronisch erzeugte Bild der Anzeigevorrichtung, beispielsweise eines Mikro-Oleds einzuspiegeln, sodass es in diesem Tubus zusammen mit dem Realbild betrachtet werden kann.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnungsfigur näher erläutert. Diese zeigt:

– eine schematische Darstellung der wesentlichen Komponenten einer vergrößernden optischen Vorrichtung;

Zunächst wird auf Zeichnungsfigur 1 Bezug genommen. Die schematische Darstellung einer vergrößernden optischen Vorrichtung zeigt die wesentlichen Komponenten eines binokularen Fernglases 1 mit zwei bezüglich ihres Abstandes zueinander verstellbaren optischen Tuben 2, 3 zur Aufnahme optischer Elemente, wobei in jedem Tubus wenigstens eine Objektivlinse 4, eine Okularlinse 5 und dazwischen angeordnete weitere optische Elemente wie Prismen 6 oder Linsenzwischengruppen 7 angeordnet sind.
Am Tubus 2 ist darüber hinaus eine elektronische Anzeigevorrichtung 8 vorgesehen, deren dargestellte Information in den optischen Kanal 9 des Tubus 2 eingeblendet werden kann und zusammen mit dem durch die optischen Elemente 4, 5 und 7 erzeugten Realbild betrachtet werden kann.
Die elektronische Anzeigevorrichtung 8 stellt das Bild einer an sie angeschlossenen Erfassungseinrichtung 10 dar, wobei die Erfassungseinrichtung 10 derart ausgerichtet und ausgebildet ist, dass hier ein Bild in einem vom sichtbaren Licht unterschiedlichen Wellenlängenbereich, z. B. im Infrarotbereich erfasst, das im Wesentlichen der Szene des Realbildes entspricht und im Wesentlichen bild- und/oder szenenidentisch in das durch die optischen Elemente 4, 5 und 7 erfasste Realbild einblendbar und in Überlagerung zusammen mit diesem Realbild betrachtbar ist. Die elektronische Anzeigevorrichtung 8 ist ein Mikrodisplay, insbesondere ein Oled, dessen Bild in die Zwischenbildebene des Strahlengangs der optischen Elemente 4, 5 und 7 eingespiegelt wird.
Die optisch-elektronische Erfassungseinheit 10 ist entweder eine IR-sensitive Kamera oder z. B. eine Wärmebildkamera 16. Es ist aber auch möglich, eine Kamera 17 vorzusehen, die zusätzlich ein Bild im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes erzeugt, wobei dieses Kamerabild insbesondere zur Aufzeichnung von Szenen dient, die in einem Speicher abgespeichert und daraus wiedergegeben werden können. Grundsätzlich ist es natürlich möglich, das Bild der „Tageslichtkamera” mit Bildern aus der Wärmebildkamera oder der infratrotsensitiven Kamera zu überlagern und gleichzeitig wieder zu geben, bzw. abzuspeichern.
Das Bild der elektronischen Anzeigevorrichtung wird vorteilhafterweise über ein Strahlteiler- oder Prismensystem 6 in den Strahlengang der optischen Elemente eingespiegelt. Die optische Erfassungseinrichtung 10 ist an eine elektronische Verarbeitungseinrichtung in Form eines Mikrokomputers 10 angeschlossen, durch welche das elektronisch erzeugte und betrachtbare Bild mit dem durch die optischen Elemente erfassten und betrachtbaren Realbild in Deckung gebracht werden kann. Dazu sind Einstellvorrichtungen vorgesehen, beispielsweise eine Einstellvorrichtung 21 zur Vergrößerung oder Verkleinerung des elektronischen Bildes auf dem Oled, eine weitere Einstellvorrichtung 22 für den Versatz des Bildes in X- oder Y-Richtung, eine weitere Einstellvorrichtung 23 für Helligkeit und Kontrast sowie eine Umschaltvorrichtung, mit welcher das elektronische Bild durch Kontrastumkehr von einer Weiß-Schwarz-Darstellung in eine Schwarz-Weiß-Darstellung und umgekehrt umschaltbar ist.
Weiterhin ist eine elektronische Filtereinrichtung 25 vorgesehen, mit welcher das Bild für verschiedene Wellenlängenbereiche filterbar ist.
Das Fernglas umfasst darüber hinaus eine Beleuchtungsvorrichtung 30, z. B. eine in einem bestimmten Wellenlängenbereich arbeitenden Laserdiode oder eine LED, die unterschiedliche, von der elektronischen Erfassungseinrichtung 10 erfassbare Wellenlängenbereiche abstrahlt.
Das Fernglas 1 kann als zoombare Vorrichtung ausgebildet sein und eine manuelle Verstellung des Zoombereiches kann mit einer Verstellung der Anzeigegröße der elektronischen Anzeigevorrichtung gekoppelt sein, darüber hinaus liegt es im Griffbereich des Durchschnittsfachmannes, zwischen der elektronischen Anzeigevorrichtung und dem das elektronische Bild in den Strahlengang einspiegelnden optischen Element, beispielsweise dem Prisma 6 eine verstellbare Linseneinrichtung 31 vorzusehen, wobei der Verstellweg manuell veränderbar ist und ggf. mit einer manuellen Zoomverstellung gekoppelt werden kann.
Grundsätzlich ist es möglich, eine elektronische Anzeigevorrichtung auch an beiden Tuben 2, 3 des Fernglases vorzusehen und entsprechend in den jeweiligen Strahlengang einzuspiegeln, wobei alle am Tubus 2 beschriebenen Funktionen dann auch für beide Tuben realisierbar sind.
Bezugszeichenliste

1: Fernglas
2: Tube
3: Tube
4: Objektivlinse
5: Okularlins
6: Prisma
7: Linsenzwischengruppe
8: Anzeigevorrichtung
9: Kanal
10: Erfassungseinrichtung
16: Wärmebildkamera
21: Einstellvorrichtung
22: Einstellvorrichtung
23: Einstellvorrichtung
24: Filtereinrichtung
30: Beleuchtungsvorrichtung
31: Linseneinrichtung

Claims

Vergrößernde optische Vorrichtung, insbesondere binokulares Fernglas (1) mit zwei bezüglich ihres Abstandes zueinander verstellbaren optischen Tuben (2, 3) zur Aufnahme optischer Elemente (4, 5, 7), mit in wenigstens einer Objektivlinse (4), einer Okularlinse (5) und dazwischen angeordneten weiteren optischen Elementen wie Prismen (6) und/oder Linsenzwischengruppen (7) sowie einer elektronischen Anzeigevorrichtung (8), deren dargestellte Information in wenigstens einem der oder die optischen Tuben (2, 3) durchsetzenden optischen Kanäle einblendbar ist und zusammen mit dem durch die optischen Elemente (4, 5, 7) erzeugten Realbild betrachtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Anzeigevorrichtung (8) das Bild einer an sie angeschlossenen optischen Erfassungseinrichtung (10) darstellt, wobei die Erfassungseinrichtung (10) derart ausgerichtet und ausgebildet ist, dass sie ein Bild in einem vom sichtbaren Licht unterschiedlichen Wellenlängenbereich erfasst, das im Wesentlichen der Szene des Realbildes entspricht und im Wesentlichen bild- und/oder szenenidentisch in das durch die optischen Elemente (4, 5, 7) erfasste Realbild einblendbar und in Überlagerung zusammen mit diesem Realbild betrachtbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Anzeigevorrichtung (8) ein Mikrodisplay, insbesondere ein Oled ist, dessen Bild in die Zwischenbildebene des Strahlenganges der optischen Elemente (4, 5, 7) eingespiegelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (10) eine IR-sensitive Kamera oder eine Wärmebildkamera ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild der elektronischen Anzeigevorrichtung (8) über einen Strahlteiler oder ein Prismensystem in den Strahlengang der optischen Elemente eingespiegelt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Erfassungseinrichtung (10) an eine elektronische Verarbeitungseinrichtung angeschlossen ist, durch welche das elektronisch erzeugte und betrachtbare Bild bzw. Bildbestandteile mit dem durch die optischen Elemente erfassten und betrachtbaren Realbild in Deckung bring bar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die elektronisch Einrichtung eine Einstellvorrichtung zur Vergrößerung oder Verkleinerung des elektronischen Bildes angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Verarbeitungsvorrichtung eine Versatzverstelleinrichtung zur Verlagerung des elektronisch erzeugten Bildes in X- und Y-Richtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronisch erzeugte Bild hinsichtlich seiner Helligkeit und hinsichtlich des Kontrastes verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bild durch Kontrastumkehr von einer Weiß-Schwarz in eine Schwarz-Weiß-Darstellung umschaltbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bild hinsichtlich unterschiedlicher Wellenlängenbereiche durch eine elektronische Filterung veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Beleuchtungsvorrichtung (30) umfasst, die unterschiedliche, von der elektronischen Erfassungseinrichtung (10) erfassbare Wellenlängenbereiche abstrahlt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vergrößernde Vorrichtung als zoombare Vorrichtung ausgebildet ist und eine Verstellung des Zoombereiches mit einer Verstellung der Anzeigegröße der elektronischen Einrichtung gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der optischen Anzeigevorrichtung (8) und dem das elektronische Bild in den Strahlengang einspiegelnden optischen Anzeigevorrichtung eine verstellbare Linseneinrichtung (31) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Linseneinrichtung an eine Zoomverstellung der optischen Vorrichtung koppelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwei optische Tuben aufweist und beide Tuben mit optischen Anzeigevorrichtungen (10) zur Einspiegelung eines elektronischen Bildes versehen sind, wobei entweder in dem ersten Tubus ein elektronisch erzeugtes Bild eines ersten Wellenlängenbereiches und in dem anderen Tubus das elektronisch erzeugte Bild eines zweiten Wellenlängenbereiches einspiegelbar ist, wobei die elektronischen Bilder in den jeweiligen Tuben einzeln zuschaltbar sind oder in beide Tuben gleichzeitig das elektronische Bild eines ersten oder nach einem Umschaltvorgang eines weiteren Wellenlängenbereiches einspiegelbar ist.