DE2325135C3 - Optisches Sichtgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Sichtgerät nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Der Fahrer eines Panzerwagens muß durch dessen Panzerung geschützt sein und dennoch die vorausliegende Straße erkennen können. Dies kann man dadurch erreichen, daß dem Fahrer ein zuverlässiges Bild der vorausliegenden Straße innerhalb des Panzerwagens geboten wird. Dieses Bild muß dabei für den Fahrer leicht sichtbar sein, da er häufig hin- und hergeschleudert wird, wenn der Panzerwagen sich über unebenes Gelände bewegt. Wenn die vorausliegende Straße sich im Tageslicht befindet oder sonst gut beleuchtet ist, ist ein Prismenperiskop geeignet, wenn es so breit ist, daß der Fahrer binokular das Bild aus einem Abstand von z. B. 10 cm betrachten kann, ohne es aus den Augen zu verlieren, wenn sich sein Kopf um mehrere cm gegen die beste Betrachtungsposition verschiebt. Okulare, die möglicherweise die Augen des Fahrers verletzen können, sind hier nicht vorhanden. Andererseits ist ein soches Periskop bei Nacht unbrauchbar. Es ist jedoch

ίο wünschenswert, daß das Sehrohr eires Panzerwagens dem Fahrer auch dann ein Bild der vorausliegenden Straße bietet, wenn diese schlecht beleuchtet ist, beispielsweise nur durch Sternenlicht. Eine derartige Sehrohranordnung sollte ebenso bequem wie ein

is Prismenperiskop sein.

Die Notwendigkeit der Erzeugung eines klar sichtbaren Bildes eines schlecht beleuchteten Objekts ergibt sich auch bei der Beobachtung von nicht leuchtenden Bojen oder anderen dunklen Objekten auf See zur Nachtzeit. Es ist verhältnismäßig einfach, einen Bildverstärker bei einem monokularen Sehrohr einzubauen. Wünschenswert ist jedoch eine Anordnung, die binokulare Betrachtung des verstärkten Bildes ermöglicht, da monokulare Betrachtung eines Bildes anstrengend, eine binokulare Betrachtung dagegen weniger ermüdend ist. Man hat ferner festgestellt, daß die Sehsrhärfe bei binokularer Betrachtung eines Bildes größer ist als bei monokularer Betrachtung. Binokulare Betrachtung kann naturgemäß dadurch erreicht werden, daß zwei monokulare Betrachtungsvorrichtungen kombiniert werden; der Raumbedarf einer solchen kombinierten Anordnung und die mit dem hohen Aufwand verbundenen Kosten sind jedoch unerwünscht.
Ein Sichtgerät der eingangs genannten Art ist aus US-PS 26 31 244 bekannt. Das bekannte Sichtgerät dient zur Betrachtung eines durch Röntgenstrahlen auf einem Fluoreszenzschirm erzeugten Lichtbildes mit einem das Schirmbild aufrichtenden Dachprisma unter Verwendung einer Vergrößerungsoptik. Es ist nicht für

binokulare Betrachtungen bestimmt und erlaubt eine klare Sicht nur bei bezüglich des Gerätes feststehendem Auge.

Aus der US-PS 34 32 219 ist ein optisches Gerät bekannt, mit dem beispielsweise der Schirm einer Kathodenstrahlröhre betrachtet werden kann, und das im wesentlichen aus einem Strahlenteilerspiegel, einem Konkavspiegel und einem Mikroskopobjektiv oder ähnlichem Linsensystem besteht. Als binokulares Sichtgerät für Fahrzeuge ist dieses Gerät nicht geeignet, Schwierigkeiten ergeben sich z. B. daraus, daß die optischen Komponenten des Gerätes jeweils durch Luft getrennt sind, also durch ein Medium mit kleinem Brechungsindex, und das Gerät daher nur eine kleine numerische Apertur hat.

Aufgabe der Erfindung ist, ein möglichst einfaches und kompaktes Sichtgerät anzugeben, das eine indirekte binokulare Betrachtung von gegebenenfalls relativ dunklen äußeren Bildern auch bei erheblichen Relativbewegungen zwischen dem Kopf des Betrachters und dem Gerät erlaubt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Sichtgerät.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß als selbstleuchtendes Originalbild der Leuchtschirm eines Bildverstärkers binokular betrachtet werden kann, dei in dem Gehäuse des Sehrohrs in einem Panzerwagen

angeordnet sein kann, wobei ein oberes Prisma und ein Objektiv dazu dienen, das Bild der vorausliegenden Straße auf die Photokathode des Bildverstärkers abzubilden. Es kann eine einzige Ausgangsfläche vorgesehen sein, durch die das r-.u beobachtende Bild vom unteren Ende des Sehrohrgehäuses betrachtet wird.

Andererseits kann der Bildverstärker auch an dem Okularende des nach Art eines Fernrohrs ausgebildeten Sehrohrs angeordnet sein und ein Objektiv aufweisen, das von einem entfernten Gegenstand ein Bild auf der Photokathode des Bildverstärkers erzeugt. Die optische Vorrichtung besitzt dann zwei Ausgangsflächen, je eine für jedes Auge, durch die eine binokulare Beobachtung des Bildes ermöglicht wird. Bei einer derartigen Anordnung ist die reflektierende Fläche konkav, und diese Fläche und auch die weiteren reflektierenden Flächen bilden beide Teile ein und derselben sphärischen Fläche. Im Betrieb wird das Licht des selbstleuchtenden Bildes auf dem Leuchtschirm des Bildverstärkers durch die andere reflektierende Fläche reflektiert, die eine ebene Reflexionsfläche gegenüber dem Leuchtschirm des Bildverstärkers ist, und auf die eine bzw. weiteren reflektierenden Flächen gerichtet, die unter Kollimatorwirkung nunmehr das Licht in die betreffenden Beobachtungsfenster richten, die die beiden Ausgangsflächen der optischen Vorrichtung bilden. Da die konkaven Reflexionsflächen Teil einer gemeinsamen sphärischen Fläche bilden, wird ein gemeinsames Bild im Unendlichen binokular betrachtet durch die beiden Betrachtungsfenster des Beobachters, der seine Augen vor diese Betrachtungsfenster bringt.

Die optische Vorrichtung kann Linsen, Prismen und geeignete Körper, bestehend aus dem gleichen oder einem unterschiedlichen durchsichtigen Material, aufweisen, und die Begrenzungsflächen oder Zwischenflächen dieser Bauelemente können eben oder gewölbt sein, um optische Aberrationen zu korrigieren, die sich sonst einstellen könnten. Wenn beispielsweise zwei Bauteile aus durchsichtigem Material von unterschiedlichem Brechungsindex mit einer gemeinsamen Fläche zusammenstoßen, kann diese Zwischenfläche gewölbt sein, um optische Aberration, die sich durch andere optische Bauelemente der Vorrichtung ergibt, zu korrigieren.

Falls gewünscht, kann ein oder mehrere optische Filter und/oder eine oder mehrere Blenden in der optischen Vorrichtung vorgesehen sein.

Anstelle einer Vorrichtung, die ein ursprünglich leuchtendes Bild auf einer Fläche erzeugt, so daß sich ein selbstleuchtendes Bild ergibt, wie es bei einem Bildverstärker mit einem Leuchtschirm der Fall ist, kann beispielsweise auch eine Vorrichtung Anwendung finden, die ein Infrarotbild in ein Bild sichtbaren Lichtes umwandelt, wobei diese Mittel ein Bild auf einer optisch diffusen Fläche, beispielsweise einer Mattscheibe, erzeugen können.

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind unter Bezugnahme auf die Figuren in der nachfolgenden Beschreibung erörtert. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der wesentlichen Bestandteile einer ersten Ausführungsform einer elektro-optischen Bildwandlervorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. IA eine Vorderansicht der Ansicht gemäß Fig. 1,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der wesentlichen Bestandteile einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig.3A, 3B und 3C eine schematische Draufsichi bzw. Seitenansicht bzw. Vorderansicht der wesentlicher Bauteile einer dritten erfindungsgemäßen elektro-optisehen Bildwandlervorrichtung,

Fig.4A, 4B eine schematische Seitenansicht bzw Draufsicht der Bestandteile einer vierten Ausführungsform der Erfindung, und

Fig.5A, 5B eine schemaiische Seitenansicht bzw

ίο Draufsicht einer fünften Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 1 zeigt ein elektro-optisches Periskop, bestehend aus einem ersten Fünfkantprisma 11 mit einer ersten versilberten Fläche 12, die das durch die Eintrittsfläche 13 eintretende Licht auf eine zweite reflektierende Fläche 14 richtet, durch die das Lichi durch die Austrittsfläche 15, die an die Eintrittsfläche 13 angrenzt, gerichtet wird. Die optische Achse 16 eines Objektivs 17 verläuft senkrecht zu der Austrittsfläche 15 und das Objektiv 17 erzeugt ein reelles Bild auf der nicht weiter dargestellten Photokathode eines elektro-optischen Bildverstärkers 18.

Der Bildverstärker 18 hat einen Leuchtschirm 19, der entsprechend der Erregung durch die Kathodenstrahlen Licht aussendet. Zur Erzeugung eines im Unendlichen liegenden zu betrachtenden Bildes ist eine optische Vorrichtung 20 vorgesehen, die aus einem Glaskörper 21 besteht, dessen eine ebene Fläche mit dem Leuchtschirm 19 verkittet ist; der Glaskörper 21 hat eine Begrenzungsfläche, die eine sphärische Oberfläche aufweist und versilbert ist, so daß sie einen sphärischen konkaven Spiegel 22, nach dem Inneren des Körpers 21 gerichtet, bildet. Der Körper 21 hat ferner eine ebene Spiegelfläche 23, die ebenfalls versilbert ist.

Eine Korrekturplatte 24 von im wesentlichen rechteckiger Form ist an eine andere ebene Fläche des Körpers 21 angekittet, im wesentlichen der Spiegelfläche 23 gegenüberliegend. Die Platte 24 bewirkt eine Korrektion der sphärischen Aberration.

Der Lichtweg der Hauptstrahlen, ausgehend von einer Stelle in der Mitte des Leuchtschirmes 19, ist durch die Linien 25, 26 und 27 bezeichnet. Man sieht, daß die Spiegelfläche 23 den Weg der optischen Strahlen innerhalb der Vorrichtung 20 ablenkt.

Die Korrekturplatte 24 hat ihre größte Länge in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene der Fig. I, wie man aus Fig. IA erkennt. Diese größte Dimension reicht aus, um dem Beobachter eine Beobachtung durch die Korrekturplatte 24 mit beiden Augen gleichzeitig zu gestatten, wobei die in bezug auf die Vorrichtung 20 äußere Fläche der Platte 24 die Austrittsfläche bildet.

Der Schirm 19 liegt in der Hauptbrennebene des Spiegeln 22, so daß unter Kollimatorwirkung das Auge des Beobachters das Licht von der Korrekturplatte 24 zugeführt erhält und dadurch den Eindruck eines unendlich fernen Bildes hat.

Der optische Lichtweg vom Schirm 19 zu der Austrittsfläche der Korrekturplatte 24 erfolgt vollständig durch durchsichtige feste Medien, nämlich durch das Glas der Körpers 21 und die Platte 24 und den optischen Kitt zwischen dem Körper 21 und dem Leuchtschirm 19. Die Platte 24 bewirkt eine hinreichende Korrektur des von jedem Auge des Beobachters aufgenommenen Lichtes in bezug auf sphärische Aberration. Die Brechung an der Glas-Luft-Fläche an der Außenseite der Platte 24 vergrößert den durch den Hohlspiegel 22 erzeugten Bildwinkel des Schirmes 19.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der in Fie. I

dargestellten Ausführungsform, bei der der Körper 21 dureh einen Körper 31 ersetzt ist, der eine halbdurchlässige, halbreflektierende Spiegelfläche 32 aufweist, die das Licht, das auf sie von einem asphärischen Spiegel 33, bestehend aus einer asphärischen versilberten Fläche des Körpers 31, reflektiert wird, auf die Austrittsfläche 35 richtet. Der Leuchtschirm 19 liegt in der Hauptbrennebene des Spiegels 33. Die Austrittsfläche 35 ist eben, und die Wölbung des Spiegels 33 ist derart, daß eine sphärische Aberration vermieden wird.

Da die Spiegelfläche 32 sehr viel Licht von dem Spiegel 33 ablenkt, hat der Körper 31 eine weitere asphärische Spiegelfläche 34 von der gleichen Form wie die Fläche des Spiegels 33, die so angeordnet ist, daß das Bild des Leuchtschirms 19, das durch die Spiegelfläche 32 gebildet wird, in der Hauptbrennebene der Spiegelfläche 34 liegt. Die Spiegelfläche 34 reflektiert von dem Bild ausgehendes Licht durch die Austrittsfläche 35 in das Auge des Beobachters.

Eine weitere Ausführungsform, die nicht dargestellt ist, sieht die Anwendung eines einfachen Dreikantprismas an Stelle des Fünfkantprismas U der Fig. 1 vor. Um die gesamte Bildumkehrung vor der Betrachtung durch den Beobachter zu erreichen, ist an Stelle des Körpers 21 ein Glaskörper mit zwei Spiegelebenen vorgesehen. Dieser Körper hat einen sphärischen Spiegel, der im Zusammenwirken mit dem Leuchtschirm 19 und den beiden ebenen Spiegelflächen die optische Abbildungsvorrichtung bildet.

Gemäß einer weiteren, ebenfalls nicht gezeigten Ausführungsform kann das Fünfkantprisma 11 der F i g. 1 durch ein Dachprisma ersetzt werden, und es kann eine plattenförmig ausgebildete elektro-optische Vorrichtung angewendet werden, die aus einer Photokathode, einer Kanalplatte und einem Kathodenstrahl-Leuchtschirm an Stelle des Bildverstärkers 18 der Fig. 1 und IA besteht. Da bei einer derartigen Vorrichtung eine Umkehr des Bildes zwischen der Kathode und dem Leuchtschirm nicht stattfindet, kann der Körper 21 der Fig. 1 an den Leuchtschirm angekittet werden. Das Dachprisma liefert eine Biidumkehr, die die Umkehr durch das Objektiv 17 kompensiert

Die Fig.3A, 3B und 3C zeigen eine geradsichtige Bildverstärkeranordnung, bestehend aus einem Objektiv 40, das einen entfernten Gegenstand auf die Photokathode des elektro-optischen Bildverstärkers 41 abbildet, wobei die Photokathode von der Hauptachse

42 des Objektivs 40 senkrecht durchsetzt wird. Ein zusammengesetztes Optiksystem 43 besteht aus einem Fünfkantprisma 44 mit einer ersten reflektierenden Silberfläche 45, die das von dem Leuchtschirm 46 aufgenommene Licht auf eine zweite versilberte Spiegelfläche 47 richtet, so daß dieses Licht auf einen konkaven sphärischen Spiegel 48 fällt, der durch eine weitere versilberte gewölbte Räche des Optiksystems

43 gebildet wird Die Flächen 45 und 47 und der Spiegel 48 sind in bezug aufeinander und in bezug auf den Leuchtschirm 46 so angeordnet, daß das virtuelle Bild des Schirmes 46 in der Fläche 47 in der Hauptbrennebene des Spiegels 48 liegt. Der Spiegel 48 reflektiert das Licht dieses virtuellen Bildes auf die versilberte Spiegelfläche 49 des Optiksystems 43, die das Licht durch zwei Korrektorplatten 50 den Augen des Beobachters zuführt

Wie man den F i g. 3A und 3C entnehmen kann, ist die Ausdehnung des optischen Systems 43 und die Ausdehnung der reflektierenden Flächen 49, 45 und 4; und der Korrektorplatten 50 derart, daß das in Unendlichen durch die Flächen 45, 47 und 49 und der Spiegel 48 abgebildete Bild durch die Korrektorplatter 50 binokular beobachtet werden kann.

Die Fig.4A und 4B zeigen eine geradsichtige Bildverstärkeranordnung mit einem Objektiv 60, das da; Bild entfernter Objekte auf der Photokathode dei elektro-optischen Bildverstärkers 61 abbildet, wobei die

ίο Kathode senkrecht durch die optische Achse 62 de; Objektivs 60 durchsetzt wird. Ein Lichtkabelbündel 64 bestehend aus optischen Fasern, nimmt das Licht de; Schirms 63 des Bildverstärker·: auf und führt das Lichi auf die Fläche 65 des Glaskörpers 66, wobei diese Fläche 65 in der Hauptbrennebene des sphärischen Spiegels 63 liegt, der durch eine versilberte Fläche eines sphärischer Teils des Körpers 66 gebildet wird. Das von dem Spiege 67 aufgenommene Licht scheint daher von einem Bild zt kommen, das in der Hauptbrennebene des Spiegels 67 liegt.

Der Spiegel 67 reflektiert das Licht dieses Bildes aul zwei versilberte Flächen 68 des Körpers 66, die se angeordnet sind, daß sie Licht durch die korrigierender Platten 69 für die Betrachtung durch die beiden Auger des Beobachters reflektieren.

Eine weitere geradsichtige Bildverstärkeranordnung ist in den F i g. 5A und 5B gezeigt, wobei dei Leuchtschirm 63 des Bildverstärkers 61 mittels opti sehen Kittes an die ebene Fläche 70 eines Glaskörper!

71 gekittet ist, der gegenüber der Fläche 70 ein« versilberte Fläche 72 und ferner zwei versilberte Flächen 73 und 74 aufweist. Die Flächen 73 und 74 sine Teile einer gemeinsamen sphärischen Fläche und se angeordnet, daß sie das auf sie von der Spiegelfläche 72 auftreffende Licht durch die beiden Korrektorplatten 75 richten; auf diese Weise bildet die Fläche 72 eir virtuelles Bild des Leuchtschirmes 63 des Bildverstärkers 61 in der Hauptbrennebene der beiden Flächen 73 wobei die genannten Brennebener zusammenfallen.

Obwohl in der vorausgehenden Beschreibung die reflektierenden Flächen als versilberte Flächen eine: Blockes aus festem durchsichtigem Material beschrieben sind und aus einem Stück bestehen und mit dei Oberfläche, die das ursprüngliche leuchtende Bild liefert verkittet sind, können auch andere Ausführungsformer Anwendung finden, bei denen in den optischer Lichtwegen durch die Systeme schmale Luftspalte vorhanden sind. Die Formen, Lagen und Größer derartiger Luftspalte unterliegen gewissen Beschrän kungen, die für einen Fachmann offensichtlich sind.

Handelt es sich um eine Ausführungsform, bei der eir fester Körper aus durchsichtigem Material eine Oberfläche hat, die sich nahe dem Leuchtschirm, aul dem das Bild erzeugt wird, befindet, wie dies bei der zuvor erörterten Ausführungsformen der Fall ist unc handelt es sich dabei um eine Vorrichtung, bei der die Anordnung, zu der der Leuchtschirm gehört abnehm bar sein soll, so wird man die Glasplatte, an der dei Leuchtschirm angeordnet ist nicht mit optischem Kiti

an den aus transparentem Material bestehenden Tei ankitten, sondern vielmehr mit einem Film aus einen" durchsichtigen zähen Lack versehen, gegen den die Oberfläche des aus durchsichtigem Material bestehen den festen Körpers gedrückt wird, so daß sich eir

luftfreier optischer Obergang zwischen der Leucht schicht und dem aus festem durchsichtigem Materia bestehenden Körper ergibt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Optisches Sichtgerät mit einer elektro-optischen Einrichtung, die ein Originalleuchtbild auf einer Fläche erzeugt, mit der ein Körper aus transparentem Material optisch gekoppelt ist, welcher mehrere spiegelnde Flächen aufweist, die aus dem vom Originalleuchtbild kommenden Licht ein Endbild bilden, das durch eine optische Ausgangsfläche des transparenten Körpers betrachtet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der spiegelnden Flächen (22) konkav gekrümmt ist, daß mindestens eine andere spiegelnde Fläche (23) eine zur Betrachtung des Endbildes von außerhalb des transparenten Körpers (21) mit beiden Augen ausreichende ausdehnung hat, und daß sich im Lichtweg wenigstens eine optische Grenzfläche (Platte 24) befindet, die eine sphärische und/oder andere die Bildschärfe beeinträchtigende Aberration korrigiert.

2. Sichtgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Fläche (22) sphärisch ist.

3. Sichtgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (19) der elektro-optischen Einrichtung (18) eben ist.

4. Sichtgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Licht vom Originalleuchtbild direkt auf die konkave erste Fläche (22) des transparenten Körpers (21) fällt, und daß seine zweite Fläche (23) das Licht von der konkaven Fläche (22) direkt zu der Ausgangsfläche oder zu mehreren Ausgangsflächen lenkt und außerhalb der Bahn des vom Leuchtbild zur konkaven Fläche (22) gelangenden Lichtes liegt.

5. Sichtgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierende optische Grenzfläche die Außenfläche einer Korrekturplatte (24) an der optischen Ausgangsfläche des transparenten Körpers (21) ist.

6. Sichtgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gesonderte Ausgangsflächen vorgesehen sind, daß die zweite spiegelnde Fläche (72) des transparenten Körpers (71) der Fläche der elektro-optischen Einrichtung (61) zugewandt ist und sich im wesentlichen zwischen den beiden optischen Ausgangsflächen befindet, und daß an jeder Seite der Fläche der elektro-optischen Einrichtung (61) je eine von zwei konkaven konzentrischen sphärischen Spiegelflächen (73, 74) vorgesehen ist, die verschiedene Teile der gleichen Kugel bilden.