DE1900475A1 - Anordnung zur Stabilisierung der Visierlinie eines Feldstechers - Google Patents

Description

• Anordnung zur Stabilisierung der Visierlinie eines Feldstechers Wird ein Ziel mit einem Feldstecher von einem fahrenden Fahrzeug aus anvisiert, so kann die Beobachtung, insbesondere wenn das Fahrzeug auf schlechten Straßen oder im Gelände fährt, durch die auf das Fernglas einwirkenden Störmomente stark beeinträchtigt werden. Bei großen Entfernungen genügen bereits kleine Verdrehungen des Fernglases, um das Ziel aus der Blickfeldmitte oder gar aus dem Gesichtsfeld zu verlieren. Zwei verschiedene Arten von Störungen treten auf. Aufgrund von Relativbewegungen zwischen den an die Augen des Beobachters gepreßten Okularen und den das Fernglas haltenden händen entstehen Nickstörungen. Das Fernglas führt dabei eine Drehbewegung um eine annähernd durch die Okulare gehende Achse, die sogenannte Nickachse aus. Im Gegensatz hierzu verursachen translatorische Störungen horizontale oder vertikale Bewegungen des Fernglases, die gleichsinnig auf Objektiv und Okular einwirken. Sie führen zu einer Parallelverschiebung der Visierlinie. Eine Bewertung der verschiedenen Störeinflüsse zeigt, daß die Drehbewegungen um die Nickachse am meisten stören. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb den Einfluß solcher Störungen zu beseitigen oder zumindest zu vei>-ringern.
• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Stabilisierung der Visiorlinie eines von einem Beobachter gehaltenen, auf ein Ziel gerichteten Feldstechers und besteht darin, daß entweder der gesamte Feldstecher oder ein die Richtung der Visierlinie in einer Et.,t,ne senkrecht zur Verbindungslinie der beiden Okulare bestinunendes Bauteil im Feldstecher um eine zur Verbindungslinie der beiden Okulare parallele Achse (ickachse) drehbar aufgehaalgt und mit der Aufhängung Uber eine federnde, vorzugsweise aperiodisch gedämpfte Nachführung gekuppelt ist. Treten Nickstörschwingungen höherer Frequenz auf, so versucht der Feldstecher bzw. das drehbar aufgehängte Bauteil im Feldstecher; beispielsweise ein Spiegel oder ein Prisma, infolge seines Trägheitsmoments seine Lage im Raum beizubehalten. Damit wird auch die räumliche Lage der Visierlinie im Raum aufrechterhalten. Langsame Störschwingungen hingegen erlauben der federnden Nachführung zwischen Aufhängung und dem drehbaren Teil3 dieses mitzuführen, so daß die Visierlinie solchen langsamen Schwankungen folgt. Dies stört aber nicht, weil der Beobachter diese Störungen selbst ausgleicht. Er bildet für niederfrequente Störungen zusammen mit dem Fernglas einen geschlossenen Regelkreis und vereinigt dabei in sich sowohl Führung als auch Regelung. Hat er ein Ziel entdeckt, so versucht er dieses in die Blickfeldmitte seines Fernglases zu bekommen (Führung) und dort zu halten (Regelung) Er kommandiert der Visierlinie eine gewisse Winkellage und prüft am Okular) ob dieser Wert eingehalten wird. Bei schnellen Nickstörungen versagt dieser Regelkreis; besonders die höherfrequenten Störschwingungen oberhalb einiger hertz werden als störend empfunden. Diese werden durch die erfindungsgemäße Anordnung in einfacher Weise ausgeregelt. Die Aufhängung des Fernglases bzw. des drehbar gelagerten Teils hat in diesem Regelkreis Tiefpaß-Verhalten.
• Dies bedeutet, daß Nickstörungen oberhalb einer bestimmten Frequenz durch die Stabilisierung gedämpft, unterhalb dieser Frequenz jedoch durchgelassen und vom Beobachter selbst ausgeregelt werden.
• Um den Feldstecher bzw. seinen drehbar aufgehangten Teil in der Ruhelage zu halten, ist ein Gegengewicht vorgesehen.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausfrungsbeispiele erlautet. Hierbei zeigt Figur 1 schematisch einen Feldstecher in perspektivischer Ansicht, Figur 2 einen Schnitt durch den einen Strahlenkanal, um das drehbar aufgehängte Nickprisma sichtbar werden zu lassen, Figur 3 ein das Übertragungsverhalten dieses Systems wiedergebendes Funktionsschaltbild und Figur 4 eine Ausführungsform, bei der der gesamte Feldstecher in einem mit zwei Haltegriffen versehenen Gestell um die Nickachse drehbar aufgehängt ist.
• Figur 1 zeigt das Fernglas mit seinen beiden Objektiven lund 2 sowie seinen beiden Okularen 3 und 4. In Figur 2 ist das Fernglas im Bereich des Strahlenganges zwischen dem linken Objektiv 1 und Okular 3 aufgebrochen, und man erkennt im Inneren das Nickprisma 5, welches um eine parallel zur Verbindungslinie der beiden Okulare verlaufende Achse 6, die sogenannte Nickachse, drehbar aufgehängt ist. Das Nickprisma 5 ist mit einem Gegengewicht 7 versehen welches das Prisma bei ruhiger Lage des gesamten Feldstechers in einer bestimlliten Stellung hält. Dem liick-orisma 5 gegenüber liegt ein weiteres Prisma oder ein Spiegel 8, der den Strahlengang zum Okular 3 vervollständigt. Anstelle eines Nickprismas kann auch ein Spiegel drehbar aufgehängt sein. Das Nickprisma 5 ist über eine die Achse 6 umschlingende Torsionsfeder 9 mit dem Feldstechergehäuse gekuppelt. Entweder ist es gegenüber der Achse 6 oder mit der Achse gegenüber dem Gehäuse drehbar. In der Ruhelage ist die Torsionsfeder 9 entspannt. Ferner greift am beweglichen Teil eine Dämpfungsvorrichtung 10 an, welche ein über schw-ingen des Prismas bei seiner Nachführung in die normale Lage verhindert. Diese Dämpfung ist derart bemessen, daß die Dämpfungskraft der Winkelgeschwindigkeit des drehbar aufgehängten Teils proportional ist. Der mögliche Drehwinkel des drehbar aufgehängten Teils bzw. des Feldstechers ist vorzugsweise durch Anschläge begrenzt.
• Das Verhalten dieses Regelkreises soll im folgenden in Verbindung mit Figur 3 beschrieben werden. Führungsgröße ist der Winkel #1, mit dem der Beobachter den Feldstecher auf das Ziel richtet.
• Die Visierlinie ist dabei durch den Winkel e0 definiert. Aufgabe der Trägheitsstabilisierung ist es, die Visierlinie #0 auf dem Sollwert 61 zu halten. Es sei angenommen, daß der Führungswinkel #1 um einen bestimmten Betrag verändert erde. Dadurch wird die Torsionsfeder 9 gespannt. Sie erzeugt ein Drehmoment, welches der Winkeldifferenz 0 o und der Federkonstanten K der Feder 9 proportional ist. Dieses Drehmoment Mi erzeugt nach dem Gesetz M (t) = J . #0(t) eine Winkelbeschleunigung #0(t) der Drehmasse J des Vertikalprismas 5. Mit abnehmender Winkelgeschwindigkeit nähert sich der Winkel #0 dem Sollwert #1, so daß die der Winkeldifferenz proportionale Federspannung langsam nachläßt und die Visierlinie #0 schließlich die kommandierte Nickwinkellage #1 einnimmt. Um ein Pendeln des über die Feder 9 nachgeführten Nickprismas 5 um die Sollage 61 zu vermeiden, wird die die Drehmasse J beschleunigende Federkraft um eine der Winkelgeschwindigkeit #0 proportionale Dämpfungskraft f.#0 vermindert, was bei richtiger Wahl des Dämpfungsfaktors f ein aperiodisches Einschwenken der Visierlinie EO in den Führungswert 01 zur Folge hat.
• Durch Ifoeffizientenvergleich der Übertragungsfunktion mit der Normalform der Übertragungsfunktion eines Verzögerungsgliedes zweiter Ordnung erkennt man, daß das beschriebene Regelsystem sich wie ein derartiges Verzögerungsglied mit einer Eckfrequenz und einem Dämpfungsfaktor verhält. Oberhalb der Eckfrequenz tritt die Dämpfung mit 40dB/ DEKADE ein, während unterhalb der Eckfrectuenz keine Dämpfung auftritt. Hier muß der Beobachter selbst etwa auftretende Störwinkel #s durch einen gleichgroßen, negativen Führungswert kompensieren, damit das Ziel in der Blickfeldmitte bleibt.
• Im Funktionsbild der Figur 3 gelangt das Visierlinienkommando 81 über das Feldstechergehäuse und die Lagerung der Achse 6 zunächst auf die Feder 9, welche eine kraft erzeugt, die die Drehmasse 5 zu beschleunigen versucht. Der Verstellbewegung der Drehmasse wirkt die der Winkelgeschwindigkeit proportionale Dämpfungskraft entgegen. Das Integralverhalten des Regelkreises ist durch den Block 12 gekennzeichnet und zeigt, daß das Integral über die Winkelgeschwindigkeit #0 dem Winkel entspricht. Am Ausgang steht der Istwert #0 der Visierlinie, welcher vom Beobachter festgestellt und mit dem Sollwert #1 verglichen wird.
• Tritt am Eingang der Schaltung außer dem Istwert-Signal ein Störwinkel #stör auf, z.B. während der Beobachter auf einem Erschütterungen unterworfenen Fahrzeug steht, so werden diese Störungen, sofern sie oberhalb der genannten Eckfrequenz liegen, durch das Verhalten dieses Regelkreises als Verzögerungsglied und durch die integrierende Wirkung der Drehmasse kompensiert und wirken nicht auf die Ausgangsgröße, d.h. den Istwert der Visierlinie ein. Legt man beispielsweise einen Dämpfungsfaktor von r = 0.7 1 zugrunde, so erscheinen die am Eingang wirksamen Nickstörungen oberhalb der Eckfrequenz W um 12dB pro Oktave gedämpft am Ausgang 00.
• Für bestimmte Anwendungsfälle kann eine Blockierung vorgesehen sein, welche das Prisma samt Gegengewicht in der Normallage bezogen auf den Feldstecher hält und damit dem Feldstecher das Verhalten eines normalen Fernglases gibt.
• Während die anhand von Figur 2 beschriebene Ausführungsforrn eine neue Gestaltung eines Feldstechers zeigt, wird im folgenden anhand von Figur II nachgewiesen, daß die Erfindung auch in Verbindung mit herkömmlichen Ferngläsern einsetzbar ist, weiche kein um die Nickachse drehbares Nickprisma oder einen ITiclcspiegel aufweisen. hierzu ist der gesamte Feldstecher 21 samt Gegengewicht 27 in einem Gestell 22 um die Nickachse 26 drehbar aufgehängt. Um dem Feldstecher während der Beobachtung eines Ziels die erforderliche Bewegungsfreiheit Wil die Nickachse zu geben, ist an dem Gestell 22 ein Paar von Scheinokularen 25 befestigt, hinter denen die Okulare 23 des Feldstechers beweglich sind. Der Raum zwischen den Scheinokularen des Gestells und den Okularen des Feldstechers ist lichtdicht abgeschirmt. Erforderlichenfalls läßt sich durch optische Übertragungsmittel sicherstellen, daß auch bei Relativbewegungen zwischen den Scheinokularen und den Okularen das in den Okularen erscheinentie Bild zentrisch auf die Scheinokulare übertragen wird. Normalerweise sincl jedoch sol alle Übertragungsmittel nicht notwendig.
• Der Beobachter hält das Gestell 22 an zwei speziellen Haltegriffen 31. Das als Drehmasse wirkende Fernglas ist wie zuvor über Torsionsfedern 29 mit dem Gestell 22 verbunden. Eine Dämpfungsvorrichtung 30 verhindert in der zuvor beschriebenen Weise das Pendeln um die Sollwertlage. Die Dämpfungsvorrichtung ist zweckmäßig ein mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllter, geradliniger oder gekrümmten Hohlraum, in dem ein Kolben beweglich geführt ist. Man kann jedoch auch eine pneumatische Da"mpfungsvorricijtung oder eine Kombination vorsehen. illit den Haltegriffen 31 wird der Nickführungswinkel #1 kommandiert und die Visierlinie nimmt wie beim zuvor beschriebenen Beispiel die Nickwinkellage #0 ein. Durch die Gegengewichte 27, welche dem Fernglas bezogen auf die Nickachse des Gestells 22 das Gleichgewicht halten, wirken translatorische, vertikale Beschleunigungen direkt auf die Nickachse ein und erzeugen kein Drehmoment. Solche Störungen beeinflussen demnach die Winkellage der Visierlinie nicht. Auch bei dem in Figur 3 wiedergegebenen Ausfühi'ungsbeispiel kann eine Blockiervorrichtung zum Feststellen der Feldstechers im Gestell 22 in der Normallage vorgesehen sein. Einfacher ist es jedoch, wenn für die Beobachtung mit steil nach oben oder nach unten gerichtetem Feldstecker der Beobachter anstatt des Gestells den Feldstecher selbst anfaßt und in der üblichen Weise handhabt.

Claims (8)

Patent ansprüche

1. Anordnung zum Stabilisieren der Visierlinie eines von einem Beobachter gehaltenen, auf ein Ziel gerichteten Feldstechers, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß entweder der gesamte Feldstecher (Figur 4) oder ein die Richtung der Visierlinie in der Ebene senkrecht zur Verbindungslinie der beiden Okulare bestimmendes Bauteil im Feldstecher (Figur 2) um eine zur Verbindungslinie der beiden Okulare parallele Achse (Nickachse) drehbar aufgehängt und Init der Aufhängung über eine federnde, vorzugsweise aperiodisch gedämpfte Nachführung gekuppelt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß an dem drehbar aufgehängten Teil (5,21) ein Gegengewicht (7,27) angebracht ist.

3. . Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das die Richtung der Visierlinie bestimmende, drehbar aufgehängte Bauteil (5) im Feldstecher je ein Prisma oder ein Spiegel ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Feldstecher (21) in einem mit zwei Haltegriffe (31) versehenen Gestell (22) aufgehängt ist, welches ein Paar von Scheinokularen (25) trägt, hinter denen die Okulare (23) des Feldstechers beweglich sind.

5. Anordnung nach-einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die federnde Nachffthrung (9,29) durch wenigstens eine die Drehachse umschlingonde Torsiognsfeder gebildet wird.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Feststellvorrichtung zum Blockieren des drehbar aufgehängten Teils in der Normallage entsprechend einer horizontalen Visierlinie vorgesehen ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Drehwinkel des drehbaren Teils durch Anschläge begrenzt ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, g e k e n nz e i c h n e t durch eine solche Benlessung der Dämpfung, daß die Dämpfungskraft der Winkelgeschwilldigkeit der Drehbewegung des aufgehängten Teils proportional ist.

L e e r s e i t e