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Die
Erfindung betrifft ein Periskop für ein gepanzertes Fahrzeug
mit einem rein optischen Kanal zur Übertragung eines Bildes. Der
Periskopkopf ist um 360° drehbar
gelagert.
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Aus
der WO 97/42 538 ist ein Panorama-Periskop bekannt. Der Periskopkopf
ist frei um 360° drehbar. Das
Periskop verfügt über einen
rein optischen Kanal, wobei der Benutzer über ein Okular das mittels
des Periskops bereitgestellte Bild betrachten kann.
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Aus
der
US 4,556,284 ist
es bekannt, über
einen Lichtleiter Laserlicht eines Laserentfernungsmesser in den
optischen Strahlengang eines Periskopes einzukoppeln.
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Aus
der
US 4,322,726 ist
ein Simulationssystem für
einen Panzerkommandanten bekannt. Durch dieses Simulationssystem,
wird dem Probanden die Situation in einem Panzer simuliert, wobei
das Szenenbild mittels eines Projektors erzeugt wird. In der Realität hat der
Panzerkommandeur die Möglichkeit,
die Szene zum einen über
ein Periskop und zum anderen über
ein Binokular mit einer besseren Auflösung als das Periskop zu beobachten.
Um diese Situation auch für
die Simulation bereitzustellen, wäre ein zweiter Projektor, für die Einstellung
einer erhöhten
Auflösung
für die
Betrachtung durch das Binokular erforderlich. Um diesen Aufwand
einzusparen, ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen,
das Bild mit der verbesserten Auflösung digital zu erzeugen und
dem Binokular über
ein Bildleiter zuzuführen.
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Aus
der
US 4,398,811 ist
ein Endoskop bekannt, das zur Übertragung
eines Bildes, einen Bildleiter aufweist. Endoskope haben aufgrund
ihres Einsatzgebietes ein kleines Bildfeld mit einer schlechten
Auflösung.
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Aus
der
US 3,501,218 und
US 4,968,124 ,
DE 1 922 924 ,
DE 32 00 294 A1 und der
DE 32 00 928 A1 sind
Vorrichtungen, die an Fahrzeugen vorgesehen sind, bekannt. Bei diesen
Fahrzeugen wird ein Bild in einen Bildleiter eingekoppelt und im
Bereich der Fahrerkabine dem Fahrer dargestellt. Bei dem aus der
JP 59-195 446 bekannten System ist die Aufnahmeeinheit eines solchen
Systems derart angeordnet, dass der tote Winkel vermieden wird.
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Problematisch
ist bei dem Einsatz eines Periskopes in einem gepanzertem Fahrzeug,
dass die Bauteile ein hohes Gewicht aufweisen, wobei die beim Einsatz
auftretenden Vibrationen und Erschütterungen zu einer ungewünschten
Deformation einzelner Bauteile, insbesondere der Bauteile, durch
die optische Elemente des optischen Kanal gelagert sind, auftreten
können.
Durch eine Dejustierung dieser optischen Elemente und durch den Übertrag
von Vibrationen auf den optischen Kanal resultiert eine Verschlechterung
der Auflösung des
Systems. Insbesondere dann, wenn mittels eines Okulararmes bzw.
mittels der Optik des Periskops eine lange Distanz überwunden
werden muss. Insbesondere in Panzern kann es aufgrund des begrenzten
Platzes erforderlich sein, den Einblick entfernt von dem Periskop
anzuordnen. Damit ist aufgrund der langen zu überwindenden Distanz ist eine
Lagerung des Okulararmes erforderlich. Zur Lagerung wird der Okulararm
mit dem Panzer, insbesondere der Wanne verbunden. Über diese
Verbindung resultiert, dass störende
Vibrationen auf die Optik des Okulararmes einwirken, woraus gravierende
Einbußen
bei der Bildqualität
des übertragenden Bildes
auftreten können.
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Das
Vorsehen eines rein optischen Kanals hat den Vorteil, dass bei Ausfall
der Elektronik und/oder der Energieversorgung eine Beobachtung der
Umgebung über
den rein optischen Kanal noch möglich
ist. Ist ein Handantrieb zum Drehen des Periskopes vorgesehen, so
ist auch noch eine Betrachtung der Umgebung in alle Richtungen möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Periskop mit einem rein
optischen Kanal für
ein gepanzertes Fahrzeug bereitzustellen, bei dem übertragene
Vibrationen einen verminderten Einfluss auf die Bildqualität des mittels
des optischen Kanal bereitgestellten Bildes haben.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch
die Maßnahme,
in dem optischen Kanal einen Bildleiter einzusetzen, der optische
Fasern aufweist, haben Vibrationen einen verminderten Einfluss auf
die Bildqualität,
da die Vibrationen auf die mittels der einzelnen Fasern übertragenen Bildpunkte
keinen Einfluss haben.
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Für die Bereitstellung
einer guten Bildqualität
mittels eines Bildleiter hat es sich als vorteilhaft herausgestellt,
einen Bildleiter einzusetzen, der mindestens 1 Million Fasern aufweist.
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Mittels
eines Bildleiters der Abmessung von mindestens 15 mm × 15 mm,
vorzugsweise 25 mm × 25 mm,
aufweist ist das mittels dieses Bildleiters übertragbare Bild von annehmbarer
Größe.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den Bildleiter in einem
Gehäuse
zu lagern, damit dieser vor Zerstörung geschützt ist.
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Für eine gute
Bildqualität
hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, Fasern einzusetzen,
deren maximaler Durchmesser vorzugsweise kleiner oder gleich 10 μm ist.
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Für den universellen
Einsatz des Periskopes ist es vorteilhaft, eine Drehverbindung in
dem Bildleiter vorzusehen, so dass Abschnitte des Bildleiters gegeneinander
verdreht werden können.
Eine gute Übertragung
des Bildes von dem objektseitigen Abschnitt des Bildleiters in den
bildseitigen Abschnitt des Bildleiters kann durch Immersionsöl erreicht
werden, sodass das von dem objektseitigen Bildleiter austretende
Bild vollständig
in den bildseitigen Abschnitt des Bildleiters eingekoppelt wird.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, bei dem Einsatz des Periskops
in einem gepanzertem Fahrzeug, das Periskop auf der Drehachse eines
Turmes anzuordnen. Bei einer derartigen Anordnung des Periskopkopfes
ist das Vorsehen einer zusätzlichen
Drehverbindung im Bildleiter nicht erforderlich. Bei einem derartigen
System ist es dann jedoch nicht mehr möglich, die Waffe auf der Drehachse
des Turmes anzuordnen. Die Waffe kann somit nur noch beabstandet
zu der Drehachse des Turmes angeordnet werden. Bei einem Schuss
mit der Waffe wird ein Drehmoment in Folge des Rückstoßes aufgrund der Impulserhaltung
auf den Turm ausgeübt,
was nachteilig ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsvariante
ist vorgesehen, den Periskopkopf neben der Drehachse des Turmes
anzuordnen, wobei das mittels des Periskopkopfes eingefangene Bildes über einen
Bildleiter, der eine Drehverbindung aufweist, in das gepanzerte
Fahrzeug übertragen
wird. Über
die zusätzliche
Drehverbindung wird eine Drehentkopplung, vorzugsweise im Bereich
der Drehachse des Turmes, durchgeführt, so dass bei einer Drehung
des Periskopkopfes der objektseitige Bildleiter mitdreht, diese
Drehung jedoch nicht auf den bildseitigen Abschnitt des Bildleiters übertragen
wird.
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Weitere
vorteilhafte Maßnahmen
sind in weiteren Unteransprüchen
beschrieben. Im folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung
näher beschrieben.
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1: Schematische Darstellung
eines gepanzertem Fahrzeuges mit Periskopanordnung außeraxial der
Drehachse des Turmes;
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2: 3D-Darstellung eines
Turmes mit Periskop, das auf der Drehachse des Turmes angeordnet
ist;
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3: Schnitt durch den Turm
gemäß 2;
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4: Schematische Darstellung
des optischen Kanals; Anhand von 1 und 2 wird zunächst der
prinzipielle Aufbau eines gepanzerten Fahrzeuges mit einem Periskop
beschrieben. In 1 ist
schematisch ein gepanzertes Fahrzeug mit einer Wanne 3 und
einem Turm 5 dargestellt. Der Turm 5 weist eine
Drehachse 9 auf, auf der eine Waffe 7 angeordnet
ist. Ein Periskopkopf 17 ist auf dem Turm 5 angeordnet.
Der Periskopkopf 17 ist drehbar um 360° gelagert. Die Drehachse 13 des
Periskopkopfes 17 verläuft
parallel zur Drehachse 9 des Turmes 5. In dem
Periskopkopf ist eine Optik, wie aus 4 detailliert
zu ersehen ist, angeordnet. Durch diese Optik wird ein Zwischenbild 47 erzeugt
. Dieses Zwischenbild 47 wird in einen Bildleiter 35 eingekoppelt.
Dieser Bildleiter 35 weist einen objektseitigen Abschnitt 37 und
einen bildseitigen Abschnitt 39 auf. Diese beiden Abschnitte
sind über
eine Drehverbindung 41 miteinander verbunden. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist als Drehverbindung eine Kammer 43 vorgesehen, die mit
Immersionsöl 45 gefüllt ist.
Durch dieses Immersionsöl
wird erreicht, dass die von dem objektseitigen Abschnitt des Bildleiters 35 austretende
Strahlung in den bildseitigen Abschnitt 39 des Bildleiters 35 eingekoppelt
wird. Anstelle eines Verbindungselementes mit Immersionsöl könnte auch
ein Objektiv vorgesehen sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Drehverbindung auf der Drehachse 9 des Turmes angeordnet.
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Anhand
von 2 wird der prinzipielle
Aufbau eines Turmes eines gepanzerten Fahrzeuges näher beschrieben.
Das Periskop 17 ist bei diesem Ausführungsbeispiel auf der Drehachse 9 des
Turmes angeordnet. Das Periskop 11 umfasst einen Periskopkopf 17 mit
einem Periskopgehäuse 12 und
einem Fenster 19. Die durch das Fenster 19 einfallende
Strahlung wird mittels der nachfolgenden Optik des optischen Kanals
65 dem Betrachter dargestellt. Der Periskopkopf ist um 360° gegenüber dem
Turm 5 mittels eines Lagers 14 drehbar gelagert.
Zur Verbindung des Periskopkopfes 17 mit der Wanne 3 ist
ein Stützrohr 15 vorgesehen.
Dieses Stützrohr
wird von einem Schleifring 16, der auf der Wanne 3 angeordnet
ist, koaxial umgeben. Bei einigen Anwendungen kann es erforderlich
sein, wie auch im dargestellten Ausführungsbeispiel, dass mittels
des Okulararmes. vom Periskopende bis zum Einblick eine größere Distanz,
wie beispielsweise 1–2
m, zu überwinden ist.
Durch den Einblick kann ein im Fahrzeug befindlicher Beobachter
die Umgebung über
das Periskop betrachten.
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Derartige
Distanzen könnten
auch durch Vorsehen von einer Hintereinanderreihung mehrerer Linsen, wobei
jeweils ein Zwischenbild durch nachfolgende Linsen oder Linseneinheiten
wieder abgebildet wird, überwunden
werden. Diese Linsen müssten
gelagert werden. Die Schwierigkeit dabei ist, zu verhindern, dass
Vibrationen auf die Übertragungsstrecke
einwirken können.
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Weiterhin
muss sicher gestellt werden, dass eine Deformation der Lagerung
der optischen Elemente verhindert ist. Aufgrund des Gewichtes des
Turmes muss mit einer Deformation des Stützrohres von ca. 1 mm gerechnet
werden. Um weiterhin eine gute Übertragung
des mittels des Periskopes eingefangenen Bildes zum Beobachter in
der Wanne gewährleisten
zu können,
ist ein Bildleiter für
die Bildübertragung
vom Periskopausgang bis zur optischen Einheit 53 ein Bildleiter 35 vorgesehen.
Durch einen Einsatz von einem Bildleiter bei einer Übertragung
eines Bildes über
eine Distanz von über
1 m kann eine Verbesserung der resultierenden Bildqualität erreicht
werden. Vibrationen, die auf den Bildleiter übertragen werden, haben keinen
merklichen Einfluss auf die Bildqualität.
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Von
der Firma Schott werden Bildleiter mit Durchmessern von 2 × 2 mm bis
zu 25 × 25
mm angeboten. Die Einzelfaser sind jeweils 10 μm im Durchmesser, wobei der
Kern einen Durchmesser von 8 μm
aufweist. Der Bildleiter hat Abmessungen von 25 × 25 mm und umfasst 6,25 Millionen
Fasern und damit 6,25 Millionen Bildpunkte.
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Derartige
Bildleiter haben eine Temperaturbeständigkeit bis zu 120 ° Celsius.
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Die
numerische Apertur beträgt
bei diesen Bildleitern 0,6 was einer F-Zahl von F = 1/(2 NA) = 0,83 entspricht.
Bei diesen Bildleitern ist eine Auflösung von 50 Lp/mm angegeben,
was einer Einzelfasergröße von 10 μm, wenn 2
Fasern als Linienpaar genommen werden, entspricht.
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Im
folgenden wird 4 beschrieben.
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Die
aus der Umgebung auf das Fenster 19 treffende Strahlung
wird an dem Spiegel 21 reflektiert. Dieser Spiegel ist
flexibel gelagert, so dass Kippbewegungen in vertikaler und/oder
in seitlicher Richtung ausgeglichen werden. Dadurch kann bei einer
Kippbewegung des Periskopkopfes 17 ein unveränderter
Bildausschnitt mittels des Periskopes 17 beobachtet werden.
Die vom Spiegel 21 reflektierte Strahlung wird an einem Strahlteiler 23 teilweise
reflektiert. An diesem Strahlteiler wird Infrarotstrahlung reflektiert,
wobei die übrige Strahlung
von diesem Strahlteiler transmittiert wird. Die Infrarotstrahlung
wird einem Wärmbildgerät zugeführt.
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Auf
diesen Strahlteiler 23 folgt eine Linse 25, durch
die die Strahlung auf einen Teilerwürfel 27 fokussiert
wird. In diesem Teilerwürfel 27 ist
eine teildurchlässige
Schicht vorgesehen, durch die die Strahlung eines Laserentfernungsmessers 69 reflektiert
wird. Die aus diesem Strahlteiler austretende Strahlung passiert
die Linse 29 und gelangt zu einem Prisma 31.
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Dieses
Prisma 31 ist für
die Kompensation einer Bilddrehung vorgesehen. Insbesondere hat
sich die Verwendung eines Schmidt-Pechan Prismas als günstig erwiesen,
da das Schmidt-Pechan
Prisma eine geringe Längenausdehnung
aufweist. Auf dieses Prisma 31 folgt eine Linse 33,
durch die die Strahlung auf den Strahleneingang des Bildleiters 35 fokussiert
wird. Der Strahlenleitereingang des Bildleiters 35 ist
in einer Zwischenbildebene 47 angeordnet. Der Strahlleiter
umfasst einzelne Fasern 36. Die in den Bildleiter 35 eingekoppelte
Strahlung tritt an einer zweiten Zwischenbildebene 49 aus
und gelangt mittels einer optischen Einheit zu einem optischen Einblick 59.
In der optischen Einheit 53 ist ein Strahlteiler 57 vorgesehen,
durch den ein Teil der Strahlung einem CCD 61 zugeführt werden
kann. Das Bild des Monitors 63 wird durch den Strahlenteiler 57 dem
Bild in der zweiten Zwischenbildebene 49 am Ausgang des Bildleiters 36 überlagert.
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Das
dargestellte Ausführungsbeispiel
hat die folgenden Spezifikationen:
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Die
Grenzauflösung
des Auges beträgt
1' unter günstigen
Bedingungen (guter Kontrast, Pupillendurchmesser 3 mm entsprechend
einer Helligkeit irgendwo zwischen 300 und 3000 cd/m2).
Die erreichbare Grenzauflösung
wird bei kleinerer Augenpupille durch die Beugung und bei größerer Augenpupille
durch die stark zunehmende sphärische
Aberration verschlechtert.
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- 1
- gepanzertes
Fahrzeug
- 3
- Wanne
- 5
- Turm
- 6
- Turmgehäuse
- 7
- Waffe
- 9
- Turmdrehachse
- 10
- Lager
- 11
- Periskop
- 12
- Periskopgehäuse
- 13
- Periskopdrehachse
- 14
- Lager
- 15
- Stützrohr
- 16
- Schleifring
- 17
- Periskopkopf
- 18
- Lager
- 19
- Fenster
- 21
- Umlenkspiegel
- 23
- teilreflektierende
Schicht
- 25
- Linse
- 27
- Strahlteiler
- 29
- Linse
- 31
- Schmidt-Pechan
Prisma
- 33
- Linse
- 35
- Bildleiter
- 36
- optische
Fasern
- 37
- objektseitige
Abschnitt
- 39
- bildseitiger
Abschnitt
- 41
- Drehverbindung
- 43
- Kammer
- 45
- Immersionsöl
- 47
- erste
Zwischenbildebene
- 49
- zweite
Zwischenbildebene
- 51
- Okulararm
- 53
- optische
Einheit
- 55
- Okular
- 57
- Strahlteiler
- 59
- optische
Einblick
- 61
- CCD
- 63
- Monitor
- 65
- optischer
Kanal
- 67
- Wärmebildgerät
- 69
- Laserentfernungsmesser
