DE2347788A1 - Visiermarke fuer ein optisches visiergeraet - Google Patents

Description

Anmelderin: Stuttgart, den 20.September 1973

Hughes Aircraft Company . P 2772 L/kg

Oentinela Avenue and

Teale Street

Oulver City, Galif., V.St.A.

Visiermarke für ein optisches Visiergerät

Die Erfindung betrifft eine digital verstellbare Visiermarke für ein optisches Visiergerät.

Solche Visiermarken sind als dynamische Visiermarken für viele Anwendungsfälle besonders zweckmäßig. Beispielsweise kann eine solche Visiermarke zur Gewinnung von Steuer- oder Zie!informationen in Verbindung mit Feuerleitsystemen für Waffen, Raketenleitsystemen o.a. benutzt werden. Insbesondere ist ihre Verwendung in Verbindung mit einem Steuersystem mit einem Zielsucher möglich, das

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die dynamische ViBiermarke in Verbindung mit einem Laserentfernungsmeßgerät und einem Feuerleitrechner benutzt, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Die allgemeinen Gesichtspunkte für eine Verwendung aller Arten digitaler Visiermarken werden ausführlicher in einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung derselben Anmelderin beschrieben, die ebenfalls eine digital verstellbare Visiermarke für ein optisches Visiergerät betrifft.

Flüssigkristalle sind in der Wissenschaft seit den 90er Jahren des vorigen Jahrhunderts bekannt. Jedoch stehen erst seit neuerer Zeit Substanzen zur Verfügung, die in einem brauchbaren, die Zimmertemperatur einschließenden Temperaturbereich Flüssigkristalle sind. Die erste Anwendung solcher neuerer Flüssigkristallmaterialien erfolgte auf dem Gebiet der Sichtgeräte zur alphanumerischen oder zur bildlichen Darstellung.

Eine allgemeine Darstellung dieser Materie wurde mit dem Artikel von George H, Heilmeier "Liquid Crystal Display Devices" in der Zeitschrift "Scientific American", April 1970, Seite 100. ff. veröffentlicht. Eine Diskussion der Anwendung dieser Anordnungen wurde in der Zeitschrift "Electronics", Seite 64, 6. Juli 1970, in einem Artikel von Joseph A. Castellano veröffentlicht.

Charakteristisch für den Stand der Technik sind ferner die US-Patente 3 499 112 von G. H. Heilmeier Nr. 3 581 002 von W. J. Dodds
Nr. 3 647 280 von R. I. Klein.

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In der US-PS 3 499 112 ist eine Flüssigkristallzelle mit zwei Glasplatten beschrieben, die einen Satz horizontal angeordneter transparenter Leiter oder Streifenelektroden auf der einen Platte und einen Satz vertikal angeordneter transparenter Leiter oder Streifenelektroden auf der anderen Platte tragen· Jedoch ist der Aktivierungsmechanismus oder -schaltkreis dieser bekannten Zelle so, daß Spannungen angelegt werden, die ausreichen, um lediglich die Schnittpunkte oder Kreuzungspunkte zweier dieser Leiter anzuregen· Diese Spannungen werden in rascher Folge an einen nach einem Programm auswählbaren Satz solcher Schnittpunkte angelegt, so daß wie bei dem Abtasten gemäß dem Raster eines Fernsehbildes ein Bild erzeugt wird, in dem in rascher Folgebin vorbestimmter Satz von Punkten aktiviert wird. Es ist in dieser Patentschrift weder von Übersprechkopplung die Rede noch von Maßnahmen zur Auswahl lediglich zweier Leiter zu dem Zweck, alle ihre Kreuzungspunkte mit einer einzigen Spannung zu aktivieren, um die gekreuzten Haarlinien eines Fadenkreuzes abzubilden·

In der US-PS 3 647 280 ist eine Flüssigkristallzelle beschrieben, bei der ein Kreuzmuster als Darstellungszeichen erzeugt wird, jedoch ist es offensichtlich so groß, daß seine Verwendung als Visiermarke ausgeschlossen ist. Dabei werden zum Erzeugen der Bilder Schichten oder Schichtleiter aus transparenten Elektroden und Dielektrika in einer Weise benutzt, die vollständig von dem dieser Anmeldung zugrundeliegenden

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Verfahren abweicht. Sowohl der Gegenstand der US-PS 3 4-99 112 als auch derjenige der US-PS 3 64-7 280 ist darauf gerichtet» ein Bild für Darstellungszwecke zu erzeugen.

Aus der US-PS 3 581 002 ist eine Flüssigkristallzelle zur Erzeugung eines Rasterbildes bekannt, das vor dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre benutzt wird. Das diesem Patent zugrundeliegende Problem ist dem hier vorliegenden Problem analog, jedoch ist der dort beschrittene Lösungsweg völlig anders und es könnte diese bekannte Flüssigkristallzelle nicht in einer Anordnung benutzt werden, bei der der Abstand zwischen wählbaren Positionen einer Markierung so klein ist wie es bei Visiermarken notwendig ist· Bei dieser bekannten Flüssigkristallzelle sind sowohl vertikale als auch horizontale Leiter auf der einen Platte angeordnet, und es wird die andere Platte, auf die eine Schichtelektrode aufgebracht ist, als gemeinsame Rückleitung benutzt. Eine solche Vorrichtung erfordert an jeder Stelle, an der eine horizontale Linie des Rasters eine vertikale Linie desselben kreuzt, eine durchsichtige Schicht eines isolierenden Dielektrikums. Die Herstellung einer derartigen Isolierung ist schwierig und wird in dem Maße schwieriger, wie der Abstand zwischen den Linien abnimmt. Die Breite der Isolierschicht muß nämlieh, wenn sie ihren Zweck erfüllen soll, größer sein als die der leitenden Schicht. Dadurch wird dem Leiterabatand eine untere Grenze gesetzt. Darüber hinaus werden in dem Linienmuster, wenn eine große Zahl dieser Linien

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benutzt wird, Diskontinuitäten in einem solchen Ausmaß erzeugt, daß eine solche Linie nicht mehr als Visiermarke benutzbar ist. Die Vorrichtung nach der US-PS 3 581 002 ist zwar zur Darstellung einer Meßskala oder zur Koordinatendarstellung auf dem Bildschirm einer

Kathodenstrahlröhre geeignet, wofür sie auch gedanht ist, jedoch nicht zur Anwendung als digital einstellbare Visiermarke mit der durch ein Zielfernrohr oder ein anderes optisches System hindurch ein Ziel anvisiert werden soll. Auch ist in der US-PS 3 581 002 keinerlei Hinweis auf den Querkopplungs- oder Ubersprecheffekt in einer Flüssigkristallzelle enthalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden und eine in kleinsten Abstandsschritten digital einstellbare Visiermarke zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im optischen Weg (Strahlengang) des Visiergerätes eine transparente Flüssigkristallplatte angeordnet ist, in der sich in voneinander entfernten, zueinander parallelen Ebenen zwei Sätze transparenter, paralleler Leiter befinden, von denen die Leiter des einen Satzes zu den Leitern des anderen Satzes senkrecht verlaufen, und daß je ein Leiter eines jeden Satzes mittels einer Schalteinrichtung selektiv mit einer solchen Spannung erregbar ist, daß im Kreuzungsbereich beider erregten Leiter und in anderen Kreuzungsbereichen längs der erregten Leiter Turbulenzen in den flüssigen Kristallen entstehen und dadurch in der Flüssigkristallzelle ein Visiermarkenmuster erzeugt wird.

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Die Platten können beispielsweise rechteckig ausgebildet sein und mit Hilfe einer Mylarfolie oder einem anderen Abatandsstück in ihrer parallelen voneinander entfernten Anordnung gehalten sein. Eine der Platten weist eine Mehrzahl dünner transparenter Leiter auf, die zueinander parallel und horizontal verlaufend angeordnet sind. Auf der anderen Platte ist eine gleichartige Gruppe paralleler transparenter Leiter angeordnet, die sich in vertikaler Richtung erstrecken. Es sind Schaltanordnungen vorgesehen, mit denen zwischen jeweils einen der horizontalen Leiter und einen der vertikalen Leiter eine Spannung angelegt werden kann· Die Plüssigkristallzelle ist in der optischen Achse des Visiergerätes und senkrecht zu ihr angeordnet. Das Visiergerät weist ein Objektiv und ein Okular auf und ist vorzugsweise in einer der Brennebenen des Objektivlinsensystems angeordnet.

Es ist festgestellt worden, daß man durch Erhöhen der an den Leitern anliegenden Spannung zu einem ersten Schwellenwert gelangt, unter dem an keinem Punkt der Platte eine Streuung auftritt. Wenn dieser Schwellenwert überschritten ist, so wird der Flüssigkristallfilm in dem Volumen, das durch den Kreuzungs- oder Überschneidungsbereich der senkrechten Projektionen, der beiden senkrecht zueinander stehenden und einzeln erregten Streifenelektroden definiert ist, durch die Spannung merkbar beeinflußt. Der nunmehr darin fließende Strom ist ausreichend» um Turbulenz in dem in diesem Volumen befindlichen Flüssigkristallfilm zu erzeugen. Wird jedoch die Spannung

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zwischen denselben beiden Elektroden weiter erhöht, so wird in dem Flüssigkriatallfilm in den durch die Kreuzungsbereiche jeder der erregten Elektroden mit allen anderen nicht an Spannung gelegten Elektroden der gegenüberliegenden Platte, definierten Volumina ebenfalls Turbulenz erzeugt und Lichtstreuung in diesen Volumina verursacht. Dies hat zur Folge, daß längs jeder der erregten Elektroden eine Reihe von Turbulenzstellen entsteht, die in der Form einer Visiermarke angeordnet sind, die bei sehr geringem Abstand der Elektroden dem unbewaffneten Auge ein kontinuierliches Linienbild darbietet· Auf diese Weise ist es möglivh, ein Visiermarkenbild in Form eines Fadenkreuzes darzustellen und entweder die eine oder beide Linien derselben in Abhängigkeit von binären elektronischen Schaltbefehlen in bekannten digitalen Schritten beliebig zu verschieben·. Die Ausnutzung des Querkopplungs- oder "Ubersprech"-Effekts zur Erregung ermöglicht die Erzeugung sich schneidender Linien einer Zielmarke in einer einzigen Flüssigkristallzelle mit zwei Platten, ohne daß an den Kreuzungspunkten eine Isolation erforderlich ist.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Er findung, einzeln für sich oder zu mehreren, in beliebiger Kombination verwirklicht sein. Ea zeigen:

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Fig. 1 eine teilweise ausgebrochen gezeichnete perspektivische Darstellung eines Prototyps eines Zielfernrohres mit einer erfindungsgemäßen elektronisch gesteuerten Visiermarke,

Fig. 2 in schematischer Darstellung die elektrischen und optischen Einrichtungen des Visiergerätes nach der Fig. 1, wobei der optische Teil in auseinandergezogener Darstellung wiedergegeben ist, '

Fig. 3 eine in die Einzelheiten gehende perspektivische Ansicht der Flüssigkristallzelle,

Fig· 4a und 4b geschnittene Teilansichten der Zelle

nach Fig. 5» wobei gemäß einer Betriebsart der Zellen ein einziger Punkt an einer Kreuzung zweier Leiter aktiviert' ist,

Fig. 5β· in Draufsicht den Ort des in dem Schnitt

nach Fig. 4b als aktiviert dargestellten Punktes,

Fig« 5"b schematisch in Draufsicht die Anordnung

von Kreuzungspunkten, die durch Querkopplung erregt sind, so daß sie eine Visiermarke mit gekreuzten Linien bilden,

Fig» 6a und 6b in Draufsicht einander gegenüber angeordnete Platten einer Flüssigkristallzelle mit einer speziellen Anordnung von Streifenelektroden, wie sie in dem Prototyp gemäß Fig. 1 benutzt wurde,

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Fig· 7 ein Diagramm, in dem zur Bestimmung der Arbeitskenngrößen der Zelle die Streuung in dem Flüssigkristall als Ordinate gegenüber der Größe der angelegten Spannung als Abszisse aufgetragen ist und

Fig. 8 ein Blockschaltbild der Schalteinrichtung zur Erregung der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Visiermarke·

Die Fig. 1 zeigt in teilweise abgebrochen dargestellter perspektivischer Ansicht ein Muster eines Zielfernrohres mit einer erfindungsgemäßen Visiermarke, deren Aufbau schematisch in der Fig. 2 dargestellt ist· Das optische System des Fernrohres umfaßt eine Okularlinse 10 und eine Objektivlinse oder ein Objektivlinsensystem 11, die beide auf der optischen Achse angeordnet sind, die in der Fig· durch die gestrichelte Linie, die die Sichtlinie dar- · stellt, angezeigt ist. Die Flüssigkristallzelle 12 ist ebenfalls auf der optischen Achse angeordnet und zwar in der einen Brennebene der Objektivlinse 11, die mit einer Brennebene des Okulars zusammenfällt, wenn auf der Beobachterseite ein Okular verwendet wird.

Eine Batterie oder eine andere Spannungsquelle 13 ist mit jedem Schalter einer Gruppe von Schaltern 14a, 14b, 14c und I4d verbunden, von denen jeweils einer oder mehrere manuell, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, oder aber durch eine Steuereinrichtung oder einen Erregerschaltkreis 16 gesteuert betätigbar ist. Das Schließen eines jeden Schalters 14a, 14b, 14c oder 14d verbindet

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die Spannungsquelle mit einem entsprechend angeschlossenen Leiter der horizontal verlaufenden transparenten Leiter 18a, 18b, 18c und 18d, die d^eweü⁹ ftuf der vorderen Glasplatte 12a der Flüsaigkristallzelle 12 angeordnet sind« Ein ähnlicher Satz von Schaltern 15a, 15b, 15c und 15d ist zwischen den anderen Pol der Spannungsquelle 13 und vertikale Leiter auf der hinteren Platte 12b der Visiermarken-Flüssigkristallzelle 12 geschaltet· Das Schließen irgend eines der Schalter 15^a» 15b, 15© oder /I5d verbindet daher die Spannungsquelle 13 mit einem ausgewählten Leiter der transparenten vertikalen Leiter 19a, 19b, 19c oder 19d, die auf der inneren Oberfläche der hinteren Platte 12b der Flüssigkristallzelle 12 angeordnet sind.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist die Flüssigkristallzelle 12 für die Zielmarke in geeigneter Weise vor einer Öffnung in der Rückwand eines etwa quaderförmigen hohlen Gehäuses 20 angeordnet· In diese Öffnung ist eine Linsenfassung 21 eingelassen, die über die Außenseite des Gehäuses 20 hinausragt und die Okularlinse 10 trägt. In ähnlicher Weise ist in einer Öffnung der vorderen Wand des Gehäuses 20 eine Linsenfassung 22 gehalten, die die Objektivlinse 11 trägt, deren Stellung bezüglich der Flüssigkristallzelle 12 und der Okularlinse so ist, daß alle drei optischen Elemente auf einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind. Als Spannungsquelle ist bei der in der Fig. 1 dargestellten Auaführungsform der Erfindung eine Batterie 13 verwendet* Die Schalter sind in einfacher Weise als zwei Sätsle

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von jeweils vier von Hand betätigbarer Taster ausgebildet, die an der Deckplatte des Gehäuses 20 befestigt sind. Die elektrischen Leitungen, die die Batterie 15 mit den Schaltern und den Leitern der Flüssigkristallzelle verbinden, sind in der Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, jedoch selbstverständlich innerhalb des Gehäuses 20 angeordnet und in der achematisch in der Fig. 2 dargestellten Weise geführt.

Die Fig. 3 zeigt in^ perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt, der konstruktive Einzelheiten der zusammengebauten Flüssigkristallzelle 12 zeigt. Man erkennt, daß die Glasplatten 12a und 12b mit Hilfe eines Abstands-Btückes 12c, das üblicherweise aus Mylar oder einem ähnlichen Kunststoff besteht, einander mit Abstand gegenüberliegend und parallel zueinander angeordnet sind. Das Abstandsstück 12c weist eine zentrale Ausnehmung 12d auf, in der das Flüssigkristallmaterial eingeschlossen ist, und innerhalb der die ausgenutzten "projizierten Kreuzungspunkte" der transparenten Leiter liegen. Wenn von zwei Linien oder zwei Leitern die Rede ist, deren jeder ^_{n e}i_neI. _Von zwei im Abstand voneinander befindlichen parallelen Ebenen angeordnet ist, wie die einander gegenüberliegenden Flächen eier Glasplatten 12a und 12b, so soll in dieser Schrift der Ausdruck "projizierte Kreuzung" diejenigen Stellen auf beiden Ebenen bedeuten, an denen sich zwei Linien oder Leiter schneiden würden, wenn beide Leiter tatsächlich in derselben Ebene angeordnet wären} ferner soll unter dem Ausdruck "projiziertes Kreuzungsvolumen"

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diejenige Linie verstanden werden, die die beiden projezierten Kreuzungastellen jeder der Ebenen miteinander verbindet· Soweit diese Kreuzungspunkte ausgedehnt sind, wie in den Fällen, in denen sie von einem Leiter gebildet sind, dann soll hierunter das Volumen der Säule oder des Bereichs verstanden werden, der sich zwischen diesen Kreuzungsstellen befindet.

Aus den Fig. 2, 3j 4a und 4b geht hervor, daß sich die horizontalen Leiter,auf der Platte 12a und die vertikalen Leiter auf der Platte 12b niemals wirklich oder körperlich irgend einen anderen Leiter des parallelen Satzes oder aus dem rechtwinklig dazu verlaufenden Leitersatz der anderen Platte schneiden oder kreuzen. Beispielsweise geht aus den Fig. 2 und 3 hervor, daß die horizontalen Leiter 18a, 18b, t|8c und 18d jeweils über die Schalter 14a, 14b, 14c und 14d mit dem einen Pol der Spannungsquelle 13 verbunden,sind. Entsprechend sind die vertikalen Leiter auf der Platte 12b, die die transparenten Streifenelektroden 19a, 19b, 19c und 19d umfassen, jeweils über Schalter 15^a» 15b, 15c und 15d mit dem anderen Pol der Spannungsquelle 13 verbunden. Die Schalteinrichtung kann, wie in der Fig. 2 dargestellt ist, im einfachsten Fall, wenn nur ein horizontaler und ein vertikaler Leiter gleichzeitig erregt werden, als einpoliger Stufenschalter mit vier Schaltstufen ausgebildet sein; oder es kann die Schaltanordnung wie bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 aufgebaut sein, in der jeder der Schalter als unabhängig betätigbarer Taster dargestellt ist» so daß gleichzeitig mehrere Leiter an die Spannungsquelle 13 angeschlossen werden

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können· Nimmt man jedoch eine Anordnung nach der Fig. 2 als gegeben an, bei der nur ein horizontaler und ein vertikaler Leiter mit der Spannungsquelle verbunden sind, so erkennt man, daß der elektrische Kreis tatsächlich über das in der Zelle 12 enthaltene Plussigkristallmaterial 17 geschlossen ist, insbesondere im Bereich des projizierten Kreuzungsvolumens desselben, das mit den durch die Schalter ausgewählten Leitern verknüpft ist.

Diese allgemein bekannte und einfachste Art, den elektrischen Kreis zu schließen, iat schematisch in den Fig. 4a und 4b dargestellt. Diese zeigen Schnitte durch einen Teil der Flüssigkristallzelle, an denen der Begriff der im obigen definierten "projezierten Kreuzung" deutlich wird. In der Fig. 4a ist ein horizontaler Leiter 18b auf der Platte 12a und ein vertikaler Leiter 19b auf der Platte 12b dargestellt. Das Flüssigkristallmaterial nimmt den Raum zwischen diesen Leitern ein. Da bei dem in der Fig. 4a dargestellten Zustand der Schaltung beide Schalter offen sind, kann kein Strom fließen. Wenn, wie es in der Fig. 4b dargestellt ist, die Schalter 14b und 15b geschlossen werden, so wird in der schraffierten Fläche, die in der Fig_e 4b mit 17a bezeichnet ist, Turbulenz induziert. Diese Turbulenz tritt in dem "projizierten Kreuzungsvolumen" der Zelle, wie es im obigen definiert worden ist, dann ein, wenn eine sogen. Halbspannung an die transparenten Leiter angelegt worden ist. Das jirojizierte Kreuzungsvolumen 17& ist in seiner Position bezüglich des weiteren Leitermatrixbildes anhand der Fig. 5& veranschaulicht, in der

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die projizierte Kreuzung der Leiter 18b und 19b dunkler dargestellt ist» um die Turbulenz anzuzeigen, die in dem projezierten Kreuzungsvolumen 17a induziert worden ist.

In der Pig. 7 ist der Begriff der "Halbspannung" verdeutlicht, die notwendig ist, um diese Turbulenz anzuregen, die zünder Lichtstreuung in dem ansonst transparenten Flüssigkristallmaterial führt· Die Größe dieser Halbspannung hängt von Faktoren ab, die von der Art des jeweils verwendeten,Flüssigkristallmaterials, seiner Schichtdicke und bis zu einem gewiesen Grade auch von der Breite der transparenten Leiter abhängt. Bei einer Ausführungsform der Flüssigkristallvisiermarke wurde als Flüssigkristallmaterial üblicherweise als "M.B.B.A·" bezeichnetes Paramethoxybenzyliden-para-n-butyl.-anilin verwendet, das mit n-Methyl-bisectyldecylamin dotiert war. Es ist bekannt, daß dieses wie angegeben dotierte Material die beschriebenen Eigenschaften aufweist. Es wird angenommen, daß die meisten nematischen Flüssigkristallmaterialien, die eine dynamische Streuung zeigen und üblicherweise spezifische Y/iderstände in der Größen-Ordnung von 10 Ohmcm aufweisen, auch den hier benutzten Querkopplungs- oder Übersprecheffekt zeigen. In der Fig. ist für dieses Material die Streuung in Abhängigkeit von der Spannung aufgetragen. Als X-Koordinate oder Abszisse ist die zwischen den transparenten Leitern einer Schichtprobe mit einer Dicke von 12 /u bei Zimmertemperatur angelegte Spannung aufgetragen; die in dem Flüssigkristallmaterial induzierte Streuung ist als Prozentsatz der maximal möglichen Sättigungsstreuung auf der Y-Achse aufgetragen· Man sieht, daß bei diesem Material ein

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Schwellenwert T existiert, der durch den Punkt 30 der Kurve markiert ist. Bei Spannungen unterhalb dieses Schwellenwertes wird keine Streuung induziert. Wenn die Spannung nach und nach vergrößert wird, bo nimmt die Streuung nichtlinear zu und nähert sich asymptotisch einem Sättigungs- oder Maximalwert· Der Punkt 32 der Kurve repräsentiert 90% des asymptotischen Grenzwertes und die Spannung, die notwendig ist, um diese Streuung zu erzeugen, ist im folgenden als "Vollspannung'¹ V bezeichnet· Diejenige Spannung, die zu dem an dem Punkt 31 der Kurve angezeigten Wert von 50% Streuung führt, wird als "Halbspannung'¹ 1/2 V bezeichnet. Wird zwischen den Leitern 18b und 19b entsprechend der Fig· 4b eine Spannung angelegt, die gleich dieser "Halbspannung" ist, so tritt eine Streuung nur in dem projizierten Kreuzungsvolumen dieser beiden Leiter ein, wie es in den Fig. 4b und 5^a dargestellt ist.

Sobald die angelegte Spannung die Halbspannung 31 überschreitet, beginnt auch an den in der Fig. 5b dunkler dargestellten projizierten Kreüzungspunkten induzierte Turbulenz und Streuung aufzutreten. Diese tritt auf, ohne daß die Schaltverbindungen irgendwie geändert werden und ohne daß direkte Leitungspfade zu der anderen Seite eines jeden dieser Punkte vorhanden sind. Es wird daher angenommen, daß Leckströme bei diesem Effekt eine Rolle spielen. Es ist zu beachten, daß die dunkleren Punkte in der Fig. 5 alle projizierten Kreuzungsvolumina des erregten horizontalen Leiters 18b umfassen, die dieser nicht nur mit dem erregten vertikalen Leiter 19b sondern auch mit allen anderen dargestellten

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vertikalen Leitern 19a, 19c und 19d gemeinsam aufweist. In ähnlicher Weise zeigen alle projezierten Kreuzungsvolumina zwischen dem erregten vertikalen Leiter 19b und sowohl dem erregten horizontalen Leiter 18b als auch den nicht erregten Leitern 18a, 18c und 18d Turbulenz und Streuung. Der Prozentsatz der Turbulenz nimmt mit dem Anwachsen der Spannung zu und ist in der Nähe des Haupt-Kreuzungspunktes der Leiter 18b und 19b, der dem wirklichen Schnittpunkt eines Fadenkreuzes entspricht, etwas größer.

Eine Zelle mit parallelen Glasplatten mit 25 /U breiten transparenten Streifenelektroden mit einem senkrechten Abstand von 25 /u, die einen Film des oben als Beispiel erwähnten nematischen Flüssigkristallmaterials mit einer Dicke von etwa 6 /U einschlossen, zeigte bei Beobachtung in einem Projektionsstrahlengang bereits bei einer angelegten Spannung von nur 10 V eine Fadenkreuzstruktur. Dieses Fadenkreuz bestand exakt aus einer Linie in jeder Richtung, wenn in jeder Richtung nur eine Linie erregt wurde.

Als Spannungsquelle kann eine Batterie verwendet werden, die eine Gleichspannung abgibt·, in der Praxis wird jedoch vorzugsweise eine Wechselspannung verwendet, um die Lebensdauer des Flüssigkristalls zu vergrößern. Bei dem erwähnten. Ausführungsbeispiel der Flüssigkristallzelle wurde diese Spannung an einen Film des oben beschriebenen nematischen Flüssigkristallmaterials angelegt, der zwischen den einander gegenüberstehenden Leitern eine Schichtdicke von 6 yu aufwies. Das heißt, daß die Länge des projizierten Uberschneidungsvolumens 6 /U betrug. Die transparenten Leiter waren 25 /U breit und in einem Abstand von 25 /U

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voneinander angeordnet und bestanden aus Indiumoxidschichten der Art, wie sie bei mit transparenten Schichtleitern versehenen Glasplatten verwendet und von der Pittsburg Plate Glass Corp. unter dem Warenzeichen "HESATRON" vertrieben werden. Die transparenten Leiter können auch aus Zinnoxid oder einer anderen geeigneten transparenten leitenden Schicht bestehen. Sowohl eine an diese Leiter angelegte Gleichspannung als auch eine Wechselspannung führt zur Ausbildung von Strömen in dem Flüssigkristallmaterial. Eine mögliche Erklärung des Querkopplungs- oder Ubersprecheffektes, wie er in der Fig. 5*> dargestellt ist, besteht darin, jede Platte als Erde oder gemeinsame Rückleitung für den gesamten erregten Leiter der gegenüberliegenden Platte anzusehen· Ein anderer Erklärungsversuch dieses Effektes geht davon aus, daß die Grenzschicht zwischen jeder Platte und dem Flüssigkristallfilm einen Leckstrompfad darstellt. Auf der Platte 12a weist das elektrische Potential an dem erregten transparenten Leiter einen Maximalwert auf und nimmt nach und nach ab, wenn man sich quer zu diesem von irgendeinem Punkt des erregten Leiters aus entfernt, d.h. sich in vertikaler Richtung bewegt. Entsprechend stellt ein erregter Leiter 19b, der auf der Platte 12b in einer vertikalen Richtung angeordnet ist, eine Äquipotentialfläche dar, von der aus sich Leckstrompfade längs der Grenzfläche zwischen dem Flüssigkristallfilm und der Oberfläche der Platte 12b erstrecken.. Das Potential nimmt daher gleichförmig ab, wenn man von dem erregten Leiter aus sich in horizontaler Richtung entfernt. Der Verlauf des Gesamtpotentials zwischen Leitern auf den Platten ist daher als Folge dieses kombinierten Effekts so, daß nur längs der

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auf gleichem Potential liegenden Leiter einer jeden der beiden Platten eine ausreichende Spannungsdifferenz zur Erzeugung der Turbulenz und damit der Streuung, wie es in Fig. 5b dargestellt ist, vorhanden ist', wenn die Spannung auf einen Wert über die Halbspannung erhöht wird.

Wie im obigen erwähnt, wurde bei einer speziellen untersuchten Flüssigkristallzelle dotiertes MBBA als Flüssigkristallmaterial verwendet· Viele andere nematische Flüssigkristallmaterialien sind jedoch für eine derartige Anwendung ebenfalls geeignet. Sämtliche der in dem US-Patent 3 4-99 112 beschriebenen Stoffe, die eine dynamische Streuung zeigen, sind beispielsweise in dieser Weise verwendbar· Viele dieser Materialien sind in einem Temperaturbereich von 80 bis 90⁰O, der sich beispielsweise von 10 bis 90 0 erstrecken kann, verwendbar. Das verwendete MBBA-Material eignet sich für den Temperaturbereich von 15 "bis 45°0. Wenn ein größerer Arbeitstemperaturbereich erforderlich ist, beispielsweise bei Geschützstellungen in der Arktis, so kann ein Heizgleichstrom entweder direkt über die erregten Leiter selbst oder über getrennte transparente Leiter an den Außenflächen der Glasplatten zugeführt werden. Selbstverständlich können bei Bedarf ebenso alle anderen geeigneten Heizeinrichtungen verwendet werden.

Es versteht sich, daß in den Fig. 2, 3» 5a und Jb lediglich aus Gründen der einfacheren Darstellung nur vier horizontale und vier vertikale Leiter dargestellt sind.

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Bei der in der Fig. 1 dargestellten tatsächlich verwirklichten Flüssigkristallzelle waren 64 horizontale und 64 vertikale Linien vorgesehen, die, wie oben erwähnt, einen Abstand von 25 /U voneinander aufwiesen und 25 /U breit waren. Eine die tatsächliche Ausführungsform der Platte 12a besser wiedergebende Ansicht ist in der Fig. 6a dargestellt und eine ähnliche Ansicht der Platte 12b in der Fig. 6b. Danach ist im mittleren Teil der Platte 12a ein Satz 33 von 64 einander eng benachbarten Leitern angeordnet, die durch parallele Linien dargestellt sind. Ähnlich weist der mittlere Teil der Platte 12b einen Satz 34 von vertikalen Leitern auf, die nur einen geringen Abstand voneinander aufweisen. Zu experimentellen Zwecken sind ferner zwei breitere Streifenleiter 35 und 36 im Abstand von dem zentralen Satz 33 auf der Platte 12a vorgesehen und ein ähnliches Paar breiterer Streifenleiter 37 und 38 im Abstand von der mittleren Leitergruppe 34 auf der Glasplatte 12b. ■ Es wurde festgestellt, daß sich sämtliche projezierten Kreuzungsvolumina, die durch die Überlagerung dieser beiden Leiteranordnungen entstehen, genau so verhalten, wie es im obigen in Verbindung mit den Fig. 5^a und 5b beschrieben worden ist. Wenn die Leiterbreite und der Abstand zwischen den Leitern abnimmt, d.h. die Zahl der Leiter pro Zentimeter anwächst, so führt dies wegen der Querkopplungswirkung dazu, daß die Streuung an einer Reihe von produzierten Kreuzungspunkten auftritt, deren Abstand voneinander so gering ist, daß eine solche Reihe von einer durchgehenden Visiermarkenlinie nicht mehr unterschieden werden kann.

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Natürlich sind auch andere Ausbildungen der Flüsaigkristallzellen und der optischen Einrichtung möglich, die zur Verwendung als Visiermarken geeignet sind. Wie bei optischen Übertragungssystemen können zwei oder mehr Brennebenen vorgesehen sein und es kann in Jeder Brennebene eine andere Flüssigkristallzelle angeordnet sein, Statt äessen kann auch eine Projiziereinrichtung und eine beleuchtete Flüssigkristallzelle in der V/eise verwendet werden, wie üblicherweise Visiermarken projiziert werden. Bei Bedarf kann eine in dem optischen Weg angeordnete Visiermarke beleuchtet werden, um auch bei !lacht verwendbar zu sein. Auch können bei Bedarf mit Hilfe der bei Flüs3igkristallen einfachen Darstellungatachnologie andere Zeichen als Fadenkreuze in der Visiermarkenzelle erzeugt werden. Ständig vorhandene Linien, beispielsweise eine die Sichtachse definierende feste Zielmarke, die in der Fig. 2 schematisch durch ein Fadenkreuz 50 auf der äußeren Oberfläche der Platte 12b an einem Punkt angedeutet ist, an dem die zentrale Sichtlinie durch die Platte hindurchtritt, können als Bezugsnullpunkt auf der gleichen Visierinarkeneinrichtung vorgesehen sein. Es können auch andere Symbole auf dieser vorgesehen sein. Auch stellt ein- Okular nur eine von vielen möglichen Beobachtungseinrichtungen dar und kann zu Fernsteuerungszwecken, beispielsweise zur Steuerung von Raketengeschossen, durch eine Fernsehkamera oder einen anderen Fotodetektor ersetzt werden. Eine ^fernsehkamera mit Sender, die in der Spitze eines Raketengeschosses angeordnet und zur Längsachse der Rakete oder zum Geschwindigkeitsvektor ausgerichtet ist, ermöglicht, wenn sie mit einer solchen

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Visiermarke und einem Objektiv ausgestattet int, die Fernsteuerung de3 Flugweges des Raketengeschosses direkt bis zum Auftreffen auf bewegliche Ziele, wenn die Visiermarke mit einem ständig feststehenden Fadenkreuz, das die Längsachse oder die Richtung de3 Geschwindigkeitsvektors des Raketengeschosses definiert, und mit einer im obigen beschriebenen beweglichen Visiermarke zur Zielauswahl und Zielverfolgung ausgestattet ist· Der digital gesteuerte und damit digital gemessene Versatz der beweglichen Visiermarke gegenüber dem feststehenden Fadenkreuz erzeugt direkt ein Fehlersignal zur Regelung der Richtung des Raketengeschosses. Wenn das Fehlersignal kleiner wird, so löst ein entfernter Beobachter, der das übertragene Fernsehbild einschließlich der beiden Fadenkreuze beobachtet, binäre Steuersignale aus, um die bewegliche Visiermarke auf dem ausgewählten Ziel zu halten. Wenn beide Visiermarken auf dem gewählten Ziel liegen, so hat das Geschoß die richtige Richtung.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristallvisiermarke hat also den Vorteil, daß sie direkt in dem optischen Weg des optischen Visiergeräts angeordnet werden kann, da sie in ihrem nicht erregten Zustand durchsichtig und farblos ist. Sie erfüllt die Funktion einer beweglichen Visiermarke ohne bewegliche Teile und ohne die schweren und massiven Einrichtungen, die mit bekannten Ausführungsformen beweglicher Visiermarken verbunden sind. Die erfindungsgemäße Visiermarke ist ferner wesentlich zuverlässiger als andere Ausführungsformen beweglicher

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ViBiermarkeη. Auch können bei derselben Flüesigkriatallzelle alphanumerische Zeichen oder Prüfzeichen oder ähnliches vorgesehen sein. Der Kontrast zwischen den Linien und dem Hintergrund ist auch bei hellem Sonnenlicht ausgezeichnet, wogegen der Kontrast einer beleuchteten projezierten Visiermarke bei hellen Lichtverhältnissen schlechter wird. Dieser Vorteil rührt daher, daß die Streuung einen Transmissionsverlust eines festen Prozentsatzes des eintretenden Lichtes erzeugt oder zur Reflexion eines festen Prozentsatzes des auftreffenden Lichtes führt, der jeweils unabhängig von dem Beleuchtungsgrad ist. Die Reflexionseigenschaften ermöglichen es, die Visiermarke bei Nacht zu beleuchten und so eine helle Visiermarke auf einem dunklen Hintergrund zu erzeugen. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Visiermarke ist beträchtlich kostengünstiger als diejenige anderer Formen beweglicher Visiermarken. Sie ist von vornherein als digitale Einrichtung konstruiert, was ihren Anschluß an digitale Entfernungsmeßgeräte und digitale Feuerleitrechner erleichtert. Sie weist digitale Genauigkeit auf und kann direkt durch elektrische Signale gesteuert werden, die von einer digitalen Schaltung zugeführt werden, ohne daß Servomotoren, Digital-Analog-Umsetzer u.a. notwendig sind. Die erforderliche Steuerleistung ist sehr klein und liegt in der Größe von Milliwatt oder darunter.

Untersuchungen mit der im obigen beschriebenen, zur experimentellen Erprobung vorgesehenen Ausführungsform der Erfindung haben ergeben, daß die digitale Visiermarkenzelle mit einem nematischen Flüssigkristall in

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der beschriebenen V/eise einzelne Fadenkreuzlinien erzeugt, und daß die so erzeugten Fadenkreuze verschoben werden können, wenn die Schalter umgeschaltet werden. Hierzu sind zwar Präzisionsschalteinrichtungen notwendig, aber es sind bekannte Schalter für diesen Zweck verwendbare Die erzeugten Fadenkreuzlinien sind schwarz und scharf, wenn sie in dem Zielfernrohr betrachtet werden. Sie sind wesentlich besser ala theoretische Betrachtungen aufgrund der bislang beobachteten Streuung bei Flüssigkristallen erwarten ließen. Die "Linien" erscheinen zunächst als durchgehende, ausgezogene Linien. Ihr tatsächlicher Aufbau aus einzelnen Quadraten wird nur bei genauer Prüfung erkennbar» Die Linien zeigen in einem weiten Bereich der umgebenden Lichtverhältnisse einen hervorragenden Kontrast, sowohl innerhalb als auch außerhalb von Gebäuden, bei Nebel und hellem Sonnenlicht und ebenso abends gegen den Nachthimmel über einer Stadt. Bei Tageslichtverhältnissen erscheint die Visiermarke hell auf dunklen Teilen des Hintergrundes, Die Linien der Visiermarke werden mit ansteigender Spannung dunkler. Wie onen erwähnt_s traüsn sie bei der im obigen beschriebenen Seile erstmals auf, wenn die Halbepannung von etwa 10 V überschritten wurde und es nahm ihre Dunkelheit von 30 bis 50 V zu.

Y/enn zwei nebeneinander in derselben Richtung verlaufende Linien erregt werden, so teilt sich der Strom und/oder das elektrische Feld so auf, daß die beiden Linien "heller" erscheinen, d.h. einen geringeren Kontrast auf\reisen und weniger dunkel sind als eine einzige Linie in Richtung senkrecht dazu. Die Linien weisen, unabhängig davon, ob

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sie andere senkrecht zu ihnen verlaufende Linien derselben Breite oder die Flächen der festen Leiter kreuzen, scharfe Konturen auf· Außerhalb des Fernrohrsysteins erscheinen die Linien völlig weiß. Jedoch erscheinen die Linien bei Verwendung des kurzen Rohres 22, das den Einfall des Lichts auf einen nach vorn gerichteten Einfallskegel auf die Zielmarke beschränkt, dunkel. Die schwarzen Linien weisen an jeder Seite helle Ränder auf. Wie bereits erwähnt, kann die Visiermarke in einer Weise betrieben werden, so daß zum Wechseln der jeweils angesteuerten Linie durch Speisung mit von einer digitalen Schaltanordnung gelieferten Signalen keine Servomotoren oder andere klobige mechanische Einrichtungen benötigt.

Als Beispiel für eine geeignete Steuerschaltung ist in der Fig. 8 eine typische Schalteinrichtung für die horizontalen Leiter 18a, 18b usw. der Platte 12a dargestellt. Eine entsprechende, nicht dargestellte Steuerschaltung ist mit den vertikalen Leitern auf der Platte 12b verbunden und identisch mit der dargestellten ausgebildet, abgesehen davon, daß die Phase ihrer Taktausgangssignale um 180° gedreht ist, so daß ein Wechselstromsignal für das durch die beiden ausgewählten Leiter definierze projizierte Kreuzungsvolumen erzeugt wird. Die Fig. 8 zeigt, daß eine Dekodiereinrichtung 40 einen der N horizontalen transparenten Leiter 18a, 18b ... 18N der Platte 12a auswählt, der erregt werden soll. Die Eingangssignale für die Dekodiereinrichtung 40 umfassen η binäre digitale Eingangs signale, wobei 2¹¹ « N ist, die von einem Feuerleitrechner oder einer anderen geeigneten Steuerschaltung

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abgeleitet werden können. Zur Steuerung Jedes einzelnen der Leiter der Glasplatte ist für diesen eine Steuerstufe vorgesehen, die ein erstes und ein zweites UND-Glied 41 und 42 für jeweils einen Leiter 18a umfaßt. Die Ausgänge der UND-Glieder 4-1 und 42 sind jeweils mit Torschaltungen oder Schaltkreisen 43 und 44 verbunden, die in Serie geschaltet der Spannungsversorgung 13 parallel liegen. Das Ausgangssignal, das an den Leiter 18a angelegt werden soll, wird von der Verbindungastelle zwischen den Schaltkreisen 43 und 44 über eine Leitung zugeführt. Die Ausgangssignale der UND-Glieder 41 und dienen als Stellsignale, die den einen oder anderen der Schaltkreise.43 oder 44 in den leitenden Zustand versetzen. Jedes der UND-Glieder 41 und 42 empfängt als eines seiner Eingangssignale ein Signal, das von einem Taktgeber 46 abgeleitet ist, der beispielsweise als Multivibrator ausgebildet sein kann, der mit einer Frequenz schwingt, die der erwünschten Frequenz des Wechselstromsignals entspricht, das an die Zelle angelegt wird. Das Ausgangssignal des Taktgebers 46 wird über einen mit "Takt" bezeichneten Leiter dem UND-Glied 41 und über einen mit "Takt" bezeichneten Leiter dem UND-Glied 42 zugeführt. Die beiden Signale sind zueinander invers, also um 180° phasenverschoben, was den Wechselstrombetrieb ermöglicht. Das andere Eingangssignal für jedes der UND-Glieder ist das "Wähl"-Eingangssignal und wird von einem der Ausgänge der Dekodiereinrichtung 40 zugeführt. Genauer gesagt wird das "Wähl"-Eingangssignal nur einer der N in. Kaskade geschalteten Stufen zugeführt, von denen nur zwei in dem Teilschaltbild der Fig. 8

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dargestellt sind. Das "Wähl"-Eingangssignal liegt ständig an dem einen Eingang der beiden UND-Glieder der ausgewählten Stufe solange an wie die durch diese Stufe dargestellte oder gesteuerte Einstellung der Visiermarke erwünscht ist. Die Takteingangssignale werden ständig mit wechselnder Polarität den anderen Eingängen eines ijeden UND-Gliedpaares zugeführt. Das UND-Glied 41 liefert daher ein Ausgangssignal nur dann, wenn das "Wähl"-Signal anliegt und wenn gleichzeitig das Taktsignal in geeigneter Polarität vorliegt. Bei der entgegengesetzten Polarität oder Phase des Tnktsignales liefert das UND-Glied 42 ein Ausgangssignal. Auf diese Weise gibt die als Gleichstrombatterie dargestellte Spannungsversorgung 13 eine Spannung mit wechselndem Potential an den, Leiter ab, der durch das "Wähl"-Signal der Dekodiereinrichtung 40 ausgewählt worden ist. Eine Schaltanordnung, die exakt gleich derjenigen der in der l^?ig. 8 dargestellten ist, wird · dazu benutzt, um die vertikalen Leiter auf der Platte i2b anzusteuern und ist parallel zu dem Steuerschaltkreis für die horizontalen Leiter mit derselben Spannungsquelle 13 verbunden. Beide Schaltkreise werden von demselben Taktgeber gesteuert, wobei lediglich eine Phasenumkehr stattfindet, so daß die resultierende Steuerspannung an der Flüssigkristallzelle eine Rechteckspannung mit wechselndem Potential und festgehaltener Frequnz ist. Auf diese Weise kann in dem Feld der Visiermarkenzelle mit digitaler Präzision ein Fadenkreuz erzeugt und in einer elektronisch ausgewählten Position aufrechterhalten werden.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   ,'1./Digital verstellbare Visiermarke für ein optisches Visiergerät, dadurch gekennzeichnet, daß im optischen Weg des Visiergerätes eine transparente Flüssigkristallzelle (12) angeordnet ist, in der sich in voneinander entfernten, zueinander parallelen Ebenen zwei Sätze transparenter, paralleler Leiter (18 bzw. 19) befinden, von denen die Leiter des einen Satzes zu den Leitern des anderen Satzes senkrecht verlaufen, und daß je ein Leiter eines jeden Satzes mittels einer Schalteinrichtung (14 bzw. 15) selektiv mit einer solchen Spannung erregbar ist, daß im Kreuzungsbereich der beiden erregten Leiter und in anderen Kreuzungsbereichen längs der erregten Leiter Turbulenzen in den flüssigen Kristallen entstehen und dadurch in der Flüssigkristallzelle ein Visiermarkenmuster erzeugt wird.
2. 2. Visiermarke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter eines jeden Satzes kreuzungsfreier Leiter eine Breite und einen lichten Abstand von jeweils weniger als 0,1 mui haben.

   3· Visiermarke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige der direkten Sichtlinie eine feststehende Visiermarke (50) vorgesehen ist.

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   4·. Visiermarke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung eine an einem Kreuzungsbereich zur Erzeugung der Turbulenz in der Flüssigkristallzelle notwendige Halbspannung übersteigt und an mehreren Kreuzungsbereichen Turbulenz erzeugt.

   5* Visiermarke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuersignal binäre Digitalsighale verwendet sind..

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