DE2060897C3 - Nachtsichtgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Nachtsichtgerät, bei dem hintereinander ein seitenvertauschendes, die optische Achse umlenkendes optisches Bauteil, ein Objektiv und ein elektronischer Bildhelligkeitsverstärker angeordnet sind.

Derartige Geräte enthalten Helligkeitsverstärkerröhren, sogenannte Mikrokanalröhren, die eine ebene Photokathode, eine die Helligkeit verstärkende Mikrokanalspule und einen ebenen Leuchtschirm enthalten. Wenn auf die Photokathode einer derartigen, an entsprechende Betriebsspannungen angeschlossenen Röhre ein Bild abgebildet wird, erhält man auf deren Leuchtschirm ein mit dem Bild auf der Photokathode deckungsgleiches Bild. Die Leuchtdichte oder Helligkeit dieses Bildes ist gleich dem Produkt der einfallenden Leuchtdichte oder Helligkeit und der Helligkeitsverstärkung der Röhre.

In Verbindung mit einer Optik gestattet eine derartige Röhre die Herstellung eines Nachtsichtgerätes, insbesondere in Form von Nachtsichtgläsern für Erkundungs- oder Führungszwecke oder zum Schießen mit leichten Waffen.

Die zugehörige Optik umfaßt notwendigerweise ein Objektiv, ein Okular und einen Bildumkehrsatz irgendeiner geeigneten Art, beispielsweise aus Linsen, Prismen oder Glasfasern, Das Okular und der Bildumkehrsatz sind schwierig herzustellen, insbesondere wenn ein großes Gesichtsfeld angestrebt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nachtsichtgerät der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das sich durch einfachen Aufbau, insbesondere des Okulares und des Bildumkehrsatzes auszeichnet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst

Das erfindungsgemäße Nachtsichtgerät besitzt folgende Vorteile: Die Abmessungen der Optik sind gering. Das leichte und einfache Okular läßt ein großes Gesichtsfeld erzielen und gestattet die gleichzeitige Beobachtung dieses Gesichtsfeldes über den Bildhelligkeitsverstärker sowie auf direktem Wege ohne V, rstärkung. Der Bildumkehrsatz wird teils durch das Okular und teils durch ein vor dem Objektiv liegendes optisches Organ gebildet Der periskopartige Aufbau der Optik, deren Schwerpunkt sehr nahe dem Auge des Beobachters liegt, ermöglicht vielseitige Anwendungen und erleichtert die Herstellung verschiedener Anordnungen, insbesondere die Ausführung als Nachtsichtglas. Die Lage des Auges hinter dem Okular ist unkritisch.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Nachtsichtgerätes zeichnet sich dadurch aus, daß es als binokulares Nachtsichtglas mit parallelen optischen Achsen ausgebildet ist dessen identisch aufgebaute Hälften um mit der optischen Achse des direkt gesehenen Bildes zusammenfallende Achsen schwenkbar sind.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform läßt sich eine nochmalige Vergrößerung des an sich bereits großen Gesichtsfeldes dadurch erreichen, daß die äußeren optischen Achsen der beiden Hälften divergieren.

In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Nachtsichtgerät anhand beispielsweise gewählter Ausführungsformen schem-dtisch veranschaulicht Es zeigt

Fig. 1 einen vereinfachten Schnitt durch das Nachtsichtgerät,

F i g. 2 eine Seitenansicht zur Veranschaulichung des Aufbaues einer Hälfte des als Nachtsichtglas ausgeführten Nachtsichtgerätes,

F i g. 3 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer Kopfhalterung für das Nachtsichtglas,

F i g. 4 verschiedene mögliche Stellungen der Hälften des Nachtsichtglases,

F i g. 5 und 6 eine weitere Ausführungsform des Nachtsichtglases.

Fig. 1 zeigt den Schnitt durch das erfindungsgemäße Nachtsichtgerät Das rechtwinklige Dachprisma 1 (an dessen Stelle auch ein reflektierender gerader Dieder verwendet werden kann) knickt die strichpunktiert dargestellte optische Achse und führt eine Bildumkehr im Sinne einer Seitenvertauschung durch. Ein Objektiv 2 mit großer öffnung und und großem Gesichtsfeld bildet das Bild auf der Photokathode einer Helligkeitsverstärkerröhre 3 ab. Diese liefert auf ihrem Leuchtschirm ein helligkeitsverstärktes Bild ohne Seitenvertauschung und mit einer Vergrößerung von eins. Eine dünne Glasplatte 4, die auf einer Fläche mit einem halbdurchlässigen Niederschlag versehen ist, so daß der Reflexionsfaktor gleich dem Durchlässigkeitsfaktor gleich 0,5 ist, ist geneigt gegen die (innere) optische Achse des Systems angeordnet Ein sphärischer Hohlspiegel 5 ist derart angebracht, daß sein Brennpunkt F nahe dem Leuchtschirm der Helligkeitsverstärkerröhre liegt Das Okular besteht aus einer zerstreuenden Meniskuslinse 6 geringer Brechkraft Die Krümmungsmittelpunkte der Flächen der Meniskuslinse liegen in unmittelbarer Nähe des Krümmungsmittelpunktes des Hohlspiegels 5- Eine Sammellinse 7 mit geringer ilrechkraft bildet mit der Meniskuslinse 6 ein Galileisches Fernrohr. Die Pupille 8 des Auges des Beobachters befindet sich in der Nähe des Krümmungs-

mittelpunktes des Hohlspiegels 5.

Das Okular wirkt folgendermaßen: Zunächst wird der Fall der direkten Beobachtung des Gesichtsfeldes ohne Helligkeitsverstärkung betrachtet. Die Pupille 8 bzw. das Auge bückt durch die Linsen 6 und 7, die ein Galileisches Fernrohr mit einer Vergrößerung von eins bilden. Infolge der im Strahlengang liegenden dünnen Glasplatte 4 ist der DurchläEsigkeitsfaktor der Anordnung zur direkten Beobachtung etwa gleich 0,5. Festzuhalten ist, Jaß bei direkter Beobachtung und im Falle der Sättigung der Helligkeitsverstärkerröhre durch eine im Gesichtsfeld liegende grelle Lichtquelle die Möglichkeit besteht, die Stromversorgung der Verstärkerröhre automatisch abzutrennen.

Im Falle der Beobachtung mit Helügkeitsverstärkung sieht das Auge über die Meniskuslinse 6 und nach Reflexion an der halbdurchlässigen Platte 4 und dem Hohlspiegel 5 durch die Platte 4 hindurch das auf dem Leuchtschirm der Röhre 3 gebildete Bild. Der Leuchtschirm der Röhre liegt etwas oberhalb des Brennpunktes F des Hohlspiegels 5. Di°se Anordnung wirkt sich in einer Vergrößerung des Gesichtfeldes des Okulares aus. Der Hohlspiegel 5 erzeugt ein reelles Bild des Leuchtschirmes 4 und die Meniskuslinse 6 bildet dieses im Unendlichen ab. Die Meniskuslinse 6 dient — wie erwähnt — gleichzeitig als Okular des zusammen mit der Sammellinse 7 gebildeten Fernrohres.

Da die Pupille des Auges des Beobachters in der Nähe des gemeinsamen Krümmungsmittelpunktes des Hohlspiegels 5 und der Flächen der Meniskuslinse 6 liegt, ist der Astigmatismus des Systems praktisch gleich Null.

Da der Durchmesser der Pupille des Auges klein in bezug auf die Brennweite des Hohlspiegels 5 ist, ist die sphärische Aberration sehr gering.

Die chromatische Aberration ist vernachlässigbar: Sie wird lediglich durch die Meniskuslinse 6 verursacht, die jedoch aus einem Material geringer Brechkraft besteht. Die Verzeichnung ist sehr gering.

Lediglich die Gesichtsfeldwölbung des Okulares ist nicht korrigiert; sie ist jedoch wesentlich geringer als diejenige eines Okulars der üblichen Bauart Es ist außerdem möglich, die Gesichtsfeldwölbung durch Aufkitten einer plankonvexen Linse auf den Leuchtschirm der Röhre 3 teilweise zu korrigieren.

Das hier verwendete Okular gestattet in sehr einfacher Weise ein Bild hoher Güte in einem Gesichtsfeld von 40° zu erhalten. Alle optischen Teile sind von geringer Dicke. Im Verhältnis zum Gewicht von Okularen bekannter Bauart ist das Gewicht des vorgeschlagenen Okulars sehr gering, wobei überdies erstere bei gleichen Eigenschaften aus einer großen Zahl von Gläsern aufgebaut sein müssen. Das hier verwendete Okular führt außerdem eine Bildumkehr im Sinne einer Oben-Unten-Vertauschung durch. Sein Durchlässigkeitsfaktor beträgt T = t ■ r = 0.25; wobei t der Durchlässigkeitsfaktor der Platte 4, also gleich 0,5 und r der Reflexionsfaktor der Platte 4, also ebenfalls gleich 0,5 ist. Dieser an sich geringe Durchlässigkeitsfaktor wird jedoch durch die von der Helligke'tsverstärkerröhre 3 gelieferte große Helügkeitsverstärkung kompensiert.

Als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Nachtsichtgerätes soll nachfolgend der mechanische Aufbau eines Nachtsichtglases beschrieben werden, das beispielsweise die Führung eines Fahrzeugs ohne zusätzliche Beleuchtung, d.h. lediglich im Licht des Nachthimmels, ermöglicht Ein derartiges Nachtsichtxlas ist am Kopf des Benutzers befestigt und soll daher leicht und platzsparend sein, das Tragen eines Heimes ermöglichen und ein großes Gesichtsfeld haben.

Eine andpre Anwendung findet das Nachtsichtglas

beim Schießen mit leichten Waffen, wobei das Ziel über das helligkeitsverstärkende System gesehen wird, während die phosphoreszierende Visierlinie direkt gesehen wird.

Jede Hälfte oder jeder Körper des Nachtsichtglases nach Fig.2 hat die Form eines Hohlzylinders 10 aus

ίο gegossenem Kunststoff, in dem die Helligkeitsverstärkerröhre 3 mit ihrer Stromversorgung, die halbdurchlässige Platte 4, der Hohlspiegel 5 und die Linsen 6 und 7 eingekittet sind.

Das Objektiv 2 ist in die Helligkeitsverstärkerröhre 3 zur Schärfeeinstellung eingeschraubt Das Prisma 1 ist in einem Kopf 11 aus gegossenem Kunststoff angeordnet und wird anschließend auf den Körper des Nachtsichtglases aufgeklebt Eine Klebevorrichtung gestattet die exakte Ausrichtung des Prisma und die Justierung des Paralleüsnu¹.;: der äußeren optischen Achsen der Anordnung für die direkte und für die^l. ligkeitsverstärte Beobachtung. Die über die beiden Bcoradiumgswcge gesehenen Bilder eines im Undendüchen befindlichen Gegenstandes sollen deckungsgleich zusammenfallen.

Die Zusammensetzung der beiden Körper bzw. der beiden Hälften des Nachtsichtglases geschieht folgendermaßen: Die Linsen 6 und 7 sind in zwei Vorsprüngen des Körpers des Nachtsichtglases angeordnet, die zwei Drehzapfen 9 bilden und zur Befestigung des Körpers im Stirntriger und zur Drehung desselben in letzterem dienen.

F i g. 3 zeigt eine vereinfachte perspektivische Ansicht der Kopfhalterung und des Stirnträgers des Nachtsichtglases. Eine dünne gewölbte, mit Gummi überzogene Platte 12 aus einer leichten Legierung stützt sich auf die Stirn des Benutzers ab. Sie ist am Kopf über elastische, eine Kappe bildende Gurtbänder 13 gehalten. Zwei im durchschnittlichen Augenabstand angeordnete Löcher 14 dienen als Lager für die b-iden okularseitigen Drehzapfen 9 der Körper bzw. Hälften des Nachtsichtglases. Die die Sammellinse enthaltenden Drel.zapfen ruhen in den Löchern 15 einer über einen Steg 17 mit dem Stirnträger 12 verbundenen elastischen Platte 16. Jeder Körper ist somit zwischen dem Stirnträger 12 und die Platte 16 eingespannt und in den Löchern 14 und 15 drehbar.

Verzahnungen gestatten die Feststellung der Körper in den in den F i g. 4a, 4b und 4c dargestellten Stellungen. Diese Stellungen hängen von der Art des Fahrzeuges oder der Art des Helmes ab. Festzuhalten ist dabei, daß der Parallelismus der äußeren optischen Achsen beider Körper unabhängig von der eingenommenen Stellung aufrechterhalten bleibt, da die Drehachse mit der optis^.eri Achse des Systems zur direkten Beobachtung zusammenfällt.

Eine Weiterbildui g des Nachtsichtglases ist in F i g. 5 veranschaulicht. Sie beruht darauf, die durch die Mittelpunkte der Löcher 14 und 15 verlaufenden und im Vorstehenden ab parallel beschriebenen optischen Achsen divergent zu machen. Diese Anordnung ist möglichi weil die Vergrößerung des Nachtsichiglases gleich eins ist und die Verzeichnung gering bleibt Die divergierende Anordnung der Optischen Achsen gestattet eine Vergrößerung des tatsächlichen Gesichtsfeldes des Nachtsichtgiases dadurch, daß die Gesichtsfelder der Hälften nicht mehr zusammenfallen, sondern gegeneinander verschoben sind, wie dies Fig.fi verdeutlicht Die Gesichtsfelder überlappen sich ledig-

lieh im mittleren Bereich und werden daher dort mit beiden Augen gleichzeitig gesehen. Es ist auf diese Weise möglich, einen tatsächlichen horizontalen Öffnungswinkel von mehr als 60° mit identischen Nachtsichtglashälften zu erzielen, deren Einzelöffnungswinke! nicht mehr als 40° beträgt. Die Beobachtung des gesamten Gesichtsfeldes erfolgt durch Drehung des Auges.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Nachtsichtgerät, bei dem hintereinander ein seitenvertauschendes, die optische Achse umlenkendes optisches Bauteil, ein Objektiv und ein elektronischer Bildhelligkeitsverstärker angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein sphärischer Hohlspiegel (5) so angeordnet ist, daß sein Brennpunkt (F) in der Nähe des Leuchtschirmes des Bildhelligkeitsverstärkers (3) liegt und daß eine halbdurchlässige, gegen die optische Achse geneigte Platte (4) zwischen dem Hohlspiegel (5) und dem Bildhelligkeitsverstärker (3) eingefügt ist, die den von dem Hohlspiegel (5) reflektierten Strahl teilweise in zum einfallenden Strahl paralleler Richtung auf ein aus einer Meniskuslinse (6) bestehendes Okular zur Abbildung des helligkeitsverstärkten Bildes reflektiert, das mit einer auf der anderen Seite der halbdurchlässigen Platte (4) liegenden Sammellinse ein Galileisches Fernrohr bildet so daß das von diesem entworfene, direkt gesehene Bild und das heUigkeitsverstärkte Bild deckungsgleich zusammenfallen.

2. Nachtsichtgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als binokulares Nachtsichtglas mit parallelen optischen Achsen ausgebildet ist, dessen identisch aufgebaute Hälften um mit der optischen Achse des direkt gesehenen Bildes zusammenfallende Achsen schwenkbar sind.

3. Nachtsichtgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren optischen Achsen der beiden Haltten divergieren.