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Optische Beobachtungsgeräte
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Die Erfindung betrifft optische Beobachtungsgeräte insbesondere Winkelspiegel,
Periskope, Entfernungsmesser, Zieloptiken oder dgl.
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Im militärischen Bereich finden derartige optische Beobachtungsgeräte
in großem Umfang Verwendung. Die von diesen Geräten zu erfüllenden Aufgaben sind
jedoch nur ein Teil derjenigen Aufgaben, die in Verbindung mit den optischen Beobachtungsgeräten
zu lösen sind. Es finden nämlich zunehmend elektrooptische Einrichtungen Anwendung,
um freund- und/oder feindbezogene Aufgaben zu lösen, wobei schwache oder aber auch
unsichtbare Strahlung zu empfangen und auszuwerten und gegebenenfalls auch als Gegenmaßnahme
abzugeben ist. Für diese
diese speziellen Aufgaben, wobei es sich
um optische Signale zur Nachrichtenübertragung, zur Steuerung von Geschossen und
Waffen, zur Erkennung von Maßnahmen des Gegners, z.B. in Form einer Laser-Zielbeleuchtung
oder Laser-Entfernungamessung oder um Schußsimulation handeln kann, finden jeweils
separate oder teilweise integrierte Geräteeinheiten Verwendung. Im Interesse einer
Kosten und Volumen sparenden Unterbringung derartiger Geräte ist es wSinschenswert,
eine Integration zumindest teilweise vorzusehen, soweit diese den optischen bzw.
elektrooptischen Teil betrifft.
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Dabei ist es auch wünschenswert Schutzmaßnahmen vorzusehen, wn den
Beobachter oder die Bedienungsperson derartiger Geräte und gegebenenfalls auch die
Geräte selbst vor Beleuchtungsintensitäten zu schützen, die für das menschliche
Auge sowie für elektrooptische Einrichtungen schädlich oder das menschliche Auge
zu blenden geeignet sind.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die für den erwähnten
Einsatz vorgesehenen optischen Geräte derart umzugestalten und integriert aufzubauen,
daß einerseits schwache oder außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs empfangene
Lichtsignale ausgewertet und Gegenmaßnahmen ausgelöst werden können und andererseits
beim Auftreffen von Strahlung sehr hoher Intensität Schutzmaßnahmen ausgelöst werden,
um eine Schädigung oder Blendung der Augen eines Beobachters oder einer Bedienungsperson
und gegebenenfalls auch der elektrooptischen Einrichtungen auszuschließen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Strahlengang
des optischen Beobachtungsgerätes elektrooptische Signaldetektor- und Anzeigeeinrichtungen
in Kombination mit einem optoelektronischen Verschluß eingefügt sind.
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Bei
Bei einer derartigen Ausgestaltung der Erfindung
werden in vorteilhafter Weise mit dem Empfang von Strahlung verbundene Einzelmaßnahmen
und Schutzmaßnahmen für das menschliche Auge in einem optischen Beobachtungsgerät
integriert, wodurch nicht nur eine Einsparung an Kosten und Volumen sowie an Arbeiten
für Einzelinstallationen erzielbar sind, sondern auch Schutzmaßnahmen gegen Blendung
oder Schädigung der Augen nur einmal und nicht mehrmals an für die Ausführung verschiedener
Funktionen notwendigen Beobachtungsgeräten erforderlich werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorge.
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sehen, daß der optoelektronische Verschluß entweder vor der Eintrittsoptik
und vor den elektrooptischen Signaldetektoreinrichtungen bzw. im Strahlengang zwischen
der Eintrittsoptik und der Austrittsoptik oder hinter der Austrittsoptik vor den
Augen des Beobachters angeordnet ist. Damit ist es möglich, den optoelektronischen
Verschluß an einer für den Strahlengang bzw. die konstruktive Anordnung unter Umgehung
elektrooptischer Detektoren günstigen Stelle im Beobachtungsgerät anzubringen.
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Als optoelektronischer Verschluß findet vorzugsweise ein keramisches
und durchscheinendes Material in Verbindung mit Polarisationsfiltern Verwendung,
bei dem durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine Doppelbrechung auftritt.
Hierfiir besonders geeignet ist ein polykristallines Blei-Zirkonat-Titanat mit einem
Lanthanzsatz als keramisches und durchscheinendes Material.
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55 Die Anordnung des optoelektronischen Verschl ves im Strahlengang
zwischen der Eintrittsoptik und der Austrittsoptik ist von besonderem Vorteil, wenn
nach einer weiteren Ausführunnform der Erfindung im Strahlengang des Beobachtungsgerte
ein
ein massives Übertragungsmedium unter Ausbildung eines Hohlraumes
angeordnet ist, wobei der optoelektronische Verschluß im Bereich dieses Hohlraums
montiert ist.
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Im Rahmen der Integration sieht die Erfindung ferner vor, daß die
Photodioden der elektrooptischen Signaldetektoreinrichtungen hinter der Eintrittsoptik
und die elektrooptischen Anzeigeeinrichtungen im Bereich der Austrittsoptik angeordnet
sind, wobei die Anzeigeeinrichtungen vorzugsweise im Blickfeld des das Beobachtungsgerät
benutzenden Beobachters liegen. Die für die Verarbeitung der empfangenen Signale
notwendigen Geräte können sowohl innerhalb als auch außerhalb des optischen Beobachtungsgerätes
angeordnet sein. Vorteilhafqist jedoch, daß die Anzeigeeinrichtungen ebenfalls im
optischen Gerät angeordnet sind, um die Wahrnehmung der durch die Anzeige gegebenen
Signale für den Beobachter zu erleichtern.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Photodioden der elektrooptischen Signaldetektoreinrichtungen im Bereich zwischen
der Eintrittsoptik und der Austrittsoptik im Beobachtungsgerät angeordnet sind,
und daß die Dioden die optischen Signale aus dem freien Lichtweg über eine separate
Strahlenführung empfangen. Für diese separate Strahlenführung können vorzugsweise
lichtleiter Verwendung finden.
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Die für die Verarbeitung der von den elektrooptischen Signaldetektoren
empfangenen Signale vorgesehenen mikroelektronischen Baustufen sind gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung längs der inneren Wandfläche des Beobachtungsgerätes
in nicht für den Strahlengang benötigten Bereichen angeordnet. Durch diese Maßnahme
wird eine sehr weitgehende optimale Integrierung von Geräten mit unterschiedlichen
Aufgaben erzielt.
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Die
Die Verarbeitungsstufen können auch Lasersendestufen
zur Abgabe von Antwortsignalen umfassen, die über separate Strahlenführungen z.B.
über Lichtleiter die Antwortsignale über die Eintrittsoptik aussenden.
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Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen
und der Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch einen Winkelspiegel für
ein Panzerfahrzeug, bei dem die Erfindung Verwendung findet; Fig. 2 einen Winkelspiegel
für ein Panzerfahrzeug bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3
einen Winkelspiegel für ein Panzerfahrzeug bei einer dritten Ausführungsform der
Erfindung; Fig. 4 das Anzeigefeld bei einem Winkelspiegel nach der Ausführungsform
gemäß Fig. 1; Fig. 5 die in einem Winkelspiegel gemäß Fig. 3 längs einer inneren
Wandfläche angeordneten mikroelektronischen Verarbeitungsstufen.
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Obwohl die Erfindung in unterschiedlichsten optischen Beobachtungsgeräten,wie
z.B. bei Periskopen, Entfernungsmessern, Zieloptiken oder dgl., Verwendung finden
kann, werden im Interesse einer vereinfachten Darstellung verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung an Winkelspiegeln für Panzerfahrzeuge beschrieben. Die integrierenden
Maßnahmen der Erfindung können beliebige Anwendung bei allen Arten
Arten
von optischen Geräten finden, mit denen Lichtsignale aus dem freien Raum aufgenommen
bzw. in den freien Raum abgegeben werden sollen. In Verbindung mit der Beschreibung
eines Winkelspiegels für Panzerfahrzeuge wird die Integration von Geräten der Schußsimulation
(DFS),Geräte für die Identifizierung Freund/Feind (1FF), Gerste für die Laserkommunikation
(COM), Geräte zum Anzeigen von Atomblitzen (ABL), Geräte zur Warnung vor Laser-Entfernungsmessung
und Geräte zur Warnung beim Auftreffen von Strahlung durch Schießscheinwerfer bzw.
Laser-Zielbeleuchtung in dem ffir die Geländebeobachtung diendenden Winkelspiegel
beschrieben.
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Gemäß Fig. 1 besteht ein Winkelspiegel 10 aus einem Gehäuse 11, das
in eine Panzerplatte 12 von unten eingeführt und mit Hilfe einer Andrückfeder 13
einen Druckrand 14 unter Zwischenfügung einer Dichtung 15 an die Panzerplatte andrückt.
Im Bereich der optischen Eintrittsöffnung ist ein Schutzglas 18 angeordnet, hinter
dem sich ein optoelektronischer Verschluß 19 befindet. Im Innern des Gehäuses 11
ist ein transparenter Kunststoff 20 z.B. aus einem Acrylharz angebracht, der am
oberen und unteren Ende je mit einem 90° Spiegel 21 bzw. 22 versehen ist. Aufgrund
der beiden 900 Spiegel ergibt sich ein um eine längere Strecke versetzter Lichtweg,
der eine indirekte Beobachtung aus dem Innern des Panzerfahrzeuges heraus ermöglicht.
Der Lichtweg ist mit Hilfe einer ausgezogenen Linie 23 gekennzeichnet. Für den Empfang
optischer Signale ist hinter dem 900 Spiegel 21 ein Prisma 25 angeordnet, z.B. in
Form eines Dachkantprismas, wobei die Spiegelfläche des 900 Spiegels 21 im Bereich
des Prismas teildurchlässig gestaltet ist. Hinter dem Prisma 25 befinden sich bei
der vorgesehenen
vorgesehenen Ausgestaltung mehrere Photodetektoren
27 mit den dazugehörigen mikroelektronischen Verarbeitungsstufen, z.B. in Form von
Verstärkerstufen 28 und Diskriminatorstufen 29. Für den Anschluß der microelektronischen
Verarbeitungsstufen an eine Stromversorgung sowie an externe Datenverarbeitungseinrichtungen
ist ein Verbindungsstecker 30 vorgesehen, wobei in dem hinter dem 900 Spiegel 22
befindlichen freien Raum weiteren Stufen 31 für die Signalaufbereitung angeordnet
sein können. Auf der Unterseite des austrittsseitigen Schutzglases 32 ist ein Anzeigefeld
33 angeordnet, das im Detail in Fig. 4 in Vorderansicht gezeigt ist.
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Der Winkelspiegel erlaubt einen normalen Durchblick in den Grenzen
des sich ergebenden freien Gesichtsfeldes für den Beobachter, wobei er gleichzeitig
das Anzeigefeld 33 im Auge hat. Optische Signale, welche in Form eines Richtungspfeiles
34 angedeutet sind und über das Prisma zu den Photodetektoren übertragen werden,
werden in den Verarbeitungsstufen aasgewertet und bringen Anzeigefelder in der Anzeige
33 zum Aufleuchten entsprechend der in dem optischen Signal enthaltenen Information.
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Das in Fig. 4 dargestellte Anzeigefeld ist in die Signalgruppe "Freund"
und die Signalgruppe "Feind" unterteilt.
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Entsprechend der für die Ausführungsform vorgesehenan Geräteintegration
leuchten in den der Signalgruppe "Freund" zugeordneten Anzeigefeldern Lampen auf,
wobei z.B. das An-Anzeigefeld B einen Beschuß durch einen Manöverteilnehmer und
das Anzeigefeld T einen Treffer kennzeichnet, wenn unter Verwendung der Schußsimulation
eine Ubung stattfindet.
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Leuchtet
Leuchtet in einem der Laser-Kommunikation
COM zugeordneten Anzeigefelder eine Lampe auf, so wird dadurch für den Beobachter
erkenntlich, daß eine Nachrichtenverbindung zu dem Fahrzeug aufgenommen werden soll
bzw. aufgenommen wurde. Der Identifizierung Freund/Feind sind weitere Anzeigefelder
IFF zugeordnet, wobei eines der Felder der Identifizierung eines Freundes und das
andere der Identifizierung eines Feindes zugeordnet sein kann.
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Mit Hilfe weiterer Photodetektoren 27 oder auch nur weiterer Diskriminatorstufen,
kann auch eine Laser-Entfernungsmessung oder eine Beleuchtung mit Hilfe eines Laserstrahls
bzw.
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eines Zielscheinwerfers festgestellt und in den zugeordneten Anzeigebereichen
EM bzw. LW zur Anzeige gebracht werden. Auch das Auftreten von Atomblitzen.kann
im Anzeigefeld in dem dafür vorgesehenen Bereich ABL zur Anzeige gebracht werden.
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Beim Bestrahlen des Fahrzeugs durch Laser zur Entfernungsmessung und/oder
Zielbeleuchtung bzw. beim Auftreten von Atomblitzen ist das Auge des Beobachters
gefährdet, so daß es notwendig wird den optoelektronischen Verschluß automatisch
zu betätigen, damit ein wirksamer Schutz gewährleistet ist.
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Dabei muß die Reaktionsgeschwindigkeit des optoelektronischen VerschluRes
wesentlich kürzer als die Reaktionsgeschwindigkeit des menschlichen Auges beim Schließen
des Augenlides sein, um eine Schädigung zu vermeiden. In der Darstellung gemäß Fig.
1 ist der optoelektronische Verschluß 19 hinter dem Schutzglas 18 an der Eintrittsöffnung
des Winkelspiegels angeordnet.
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Die Wirkungsweise eines derartigen optoelektronischen Verschlutes
unter Verwendung einer Scheibe, z.B. aus einem polykristallinen Blei-Zirkonat-Titanat
mit Lanthanzusatz zwischen
zwischen gekreuzten Polarisationsscheiben
ist an sich bekannt. Durch eine an dem Polykristall liegende Spannung entsteht eine
bestimmte Anordnung von atomaren Bipolen in dem Polykristall, die eine Doppelbrechung
erzeugt. Die Doppelbrechung bewirkt eine Drehung des polarisierten 0 Lichtes um
90 , so daß es durch die gekreuzten Polarisatoren hindurchtreten kann. Wenn beim
Auftreffen einer intensiven Strahlung, z. B. eines Laserblitzes, über Photodetektoren
und entsprechende Auswertungsschaltungen die Spannung vom Polykristall abgeschaltet
wird, so kann aufgrund der gekreuzt zueinanderliegenden Polarisationsscheiben das
Licht nur noch sehr stark gemindert hindurchtreten, wobei eine sehr hohe Lichtundurchlässigkeit
in kürzester Zeit erreicht wird. Die Blendung durch Schießscheinwerfer oder Laser-Zielbeleuchtung,
Laser-Entfernungsmessung bzw. durch Atomblitze wird dadurch vermieden.
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In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung für einen
Winkelspiegel dargestellt. In der Darstellung sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Im wesentlichen unterscheidet sich die Ausführungsform gemäß Fig.
2 gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 1 durch die Anordnung des optoelektronischen
VerschluNes 119 im Strahlengang zwischen der Eintrittsoptik und der Austrittsoptik.
Zu diesem Zweck ist der transparente Kunststoff für die Lichtführung in zwei Blöcke
120 und 121 derart unterteilt, daß im Mittelbereich ein Hohlraum 122 entsteht.
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Im Bereich dieses Hohlraumes ist der optoelektronische Verschluß 119
horizontal liegend angeordnet. Die Unterteilung des transparenten Kunststoffes in
zwei Blöcke zur Schaffung des Hohlraumes 122 bietet den Vorteil, daß der Hohlraum
122 die Ausbreitung einer auf die Eintrittsoptik wirksamen Druckwelle unterbricht,
und damit eine Verletzung in der Gesichtspartie
partie des Beobachters
bei starken Druckwellen bzw.
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leichteren Druckwellen eine Beschädigung des oQtoelektronischen Verschles
verhinder.
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Der signalgebende Lichtstrahl 34, der stellvertretend für das optische
Signal für die verschiedenen im Winkelspiegel integrierten elektrooptischen Signaldetektoren
ist, wird mit EIilfe eines Zerstreuungsprismas"125 nuf optische Sensorflächen 126
der Vernrbeitungsstufen 127 umgelenkt. Diese Verarbeitungsstufen 127 sind vertikal
längs der inneren Wandfläche des Winkelspiegelgehiuses 11 nebeneinanderliegend angeordnet.
Diese in mikroelektronischer Ko:npnktbuweise aufgebauten Verarbeitungastufen können
aus einer Vielzahl von Einzelstufen bestehen, die den verschiedenen Funktionen der
in dem Winkelspiegel integrierten elektrooptischen Signaldetektor- und Anzeigeeinrichtungen
zugeordnet sind.
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Das Anzeigefeld 133 ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung oberhalb
des Schutzglases 32 a der Aristrittsoptik angeordnet und knnn einet der Fig. 4 entsprechenden
Aufbau haben.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt,
in der mit dem Aufbau gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind.
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Bei dieser Ausführungsform ist der optoelektronische Verschluß 219
im Bereich der Austrittsoptik vor dem Schutzglos 32 angeordnet, wobei im übrigen
der Aufbau des Winkelspiegels dem Aufbau gemäß Fig. 2 entspricht. Der signalgebende
Lichtstrahl 34 wird ebenfalls in Abweichung der Ausfiihrungsform gemäß Fig. 2 über
einen Lichtleiter 230 zu den optischen Sensorflächen 126 der mikroelektronischen
Ver--arbeitungsstufen 127 geleitet. Derartige Lichtleiter sind an
an
sich bekannt und können aus Glasfaserbündeln bestehen, die mit einer Eintrittsoptik
versehen sind.
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Aus Fig. 5 geht eine Anordnung der mikroelektronischen Verarbeitungsstufen
127 hervor, wie sie über die innere Wandfläche des Gehäuses eines Winkelspiegels
in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und Fig. 3 verteilt angeordnet sein können.
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Entsprechend der gewünschten Integration mehrerer Aufgaben und der
Erfassung eines breitbandigen Spektrums von einfallenden Lichtsignalen sind eine
Vielzahl von optischen Sensorflächen 126 und Lichtleiter 130 dargestellt. Die zweite
Stufe gemäß der Darstellung in Fig. 5 hat zwei optische Sensorflächen 126, welche
mit einem Filter 131 abgedeckt sind, um z.B. gegen überhöhte Strahlungsleistung
empfindliche Sensoren zu schützen, oder aber das Signal-Rauschverhältnis zu verbessern.
Es kann jedoch auch neben den Verarbeitungsstufen im Innern des Winkelspiegels eine
Lasersendestufe 132 vorgesehen sein, welche Antwortsignale über Lichtleiter 130
zur Abstrahlung bringt, die z.B. von Injektionslasern 13+ geliefert werden.
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Mit Lichtleitern der erwähnten Art können Signalverbindungen für ein
Gesichtsfeld von 300 x 150 freistrahlend über eine größere Strecke sichergestellt
werden, so daß trotz einer sehr kompakten integrierten Baustufe in dem erforderlichen
Entfernungsbereich ein Informationsaustausch in gewünschtem Umfang möglich ist.
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Vorausstehend wurden anhand eines Winkelspiegels in verschiedenen
Ausführungsformen konstruktive Maßnahmen gemäß der Erfindung beschrieben, die eine
aufgabengemäße Integration von Signaldetektoren- und Anzeigeeinrichtungen für unterschiedliche
Funktionen in einem Winkelspiegel in Kombination mit einem optoelektronischen Verschluß
als Schutzmaßnahme zur Vermeidung von Augenschäden möglich machen. Dieselben Maßnahmen
Maßnahmen
können auch für andere optische Beobachtungsgeräte wie z.B. Periskope und Zieloptiken
Verwendung finden, wenn im Bereich des Handwerklichen liegende Maßnahmen ergriffen
werden, um dem konstruktiven Aufbau derartiger Geräte entsprechende Abänderungen
vorzusehen.
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Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, kann der optoelektronische
Verschluß abnehmbar oder aufsteckbar bzw.
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wegklappbar ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, daß seine Benutzung
nur für den Ernstfall oder für Ubungszwecke vorgesehen werden kann, wenn zur Blendung
führende Lichtquellen verwendet werden. Damit wird für den normalen Übungsbetrieb
die durch den optoelektronischen Verschluß unvermeidliche geringere Helligkeit des
Gesichtsfeldes vermieden.
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Es ist auch vorgesehen, daß die Verarbeitungsstufen mit Einrichtungen
zum Auslösen von Gegenmaßnahmen beim Ermitteln von gegnerischen Aktionen verbunden
sind, um z.B.
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bei einer Laserbeleuchtung oder einer Erfassung durch eine Laser-Entfernungsmessung
optisches Jitter auszulösen und den Gegner zu täuschen.
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Patentansprüche: