DE2725819C2 - Vorrichtung zum Einweisen oder Nachführen richtbarer Geräte - Google Patents

Description

gekennzeichnet durch

to

einen vom Benutzer steuerbaren Koordinatensignalgeber (12, 26,32), durch welche Koordinatensignale erzeugbar sind,

eine zweidimensionale Lichtsenderanordnung (34), die von den Koordinatensignalen beaufschlagt und zur Erzeugung einer leuchtenden Zielmarke (42) an einer den Koordinatensignalen zugeordneten Stelle eingerichtet ist, und eine Abbildungsoptik (20), durch welche die Zielmarke (42) über den teildurchlässigen Spiegel (16) virtuell im Unendlichen abgebildet und in das Gesichtsfeld des Benutzers eingespiegelt wird, wobei die Koordinatensignale dem richtbaren Gerät zum Einweisen oder Nachführen desselben zugeführt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Koordinatensignalgeber eine vom Benutzer be'egbare Lichtzeigereinheit (12) zur Erzeugung eines Lichtbündels (14,18,24) und eine von dem Lichtbiindel (24) beaufscnlagte zweidimensionale Empfängeranordnung (26) enthält, welche zur Erzeugung der Koordinatensigwale nach Maßgabe des Auftreffpunktes (30) des Lichtbündels (24) eingerichte} ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtbündel (14) der Lichtzeigereinheit (12) durch den besagten teildurchlässigen Spiegel (16) umlenkbar ist und daß ein zweiter teildurchlässiger Spiegel (22) vorgesehen ist, der das so umgelenkte Lichtbündel (18) auf die zweidimensionale Empfängeranordnung (26) lenkt und durch den hindurch die Zielmarke (42) zur Einspiegelung in das Gesichtsfeld des Benutzers abgebildet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste teildurchlässige Spiegel (16) etwa unter einem Winkel von 45° zur Sichtlinie des Benutzers in dessen Gesichtsfeld angeordnet und in dem so gegenüber der Sichtlinie des Benutzers umgelenkten Strahlengang die Abbildungsoptik (20) in Form eines Objektives sowie die Lichtsenderanordnung (34) vorgesehen ist und daß zwischen dem Objektiv (20) und der Lichtsenderanordnung (34) der zweite teildurchlässige Spiegel (22) sitzt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite teildurchlässige Spiegel (22) etwa unter 45° zur Achse des umgelenkten Strahlenganges und des Objektives (20) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite teildurchlässige Spiegel (56) senkrecht zu der Achse des umgelenkten Strahlenganges und des Objektivs (20) angeordnet und die zweidimensionale Empfängeranordnung (26) auf der dem Objektiv (20) abgewandten Seite des ersten teil- b5 durchlässigen Spiegels (16) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtzeigereinheit

(12) am Kopf des Benutzers, z. B. an einem Helm (10), anbringbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtzeigereinheit (12) eine kollimierte und modulierte Laserdiode aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des als Lichtzeiger wirkenden Lichtbündels außerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereiches liegt

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidimensionale Lichtsenderanordnung (34) gleichzeitig eine Visierlinie (38) darstellt, weiche über den teiidurchlässigen Spiegel (16) in an sich bekannter Weise virtuell am Unendlichen abgebildet und in das Gesichtsfeld des Beobachters eingespiegelt wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidimensionale Lichtsenderanordnung (34) von einer Kathodenstrahlröhre gebildet wird, deren Lichtpunkt als Zielmarke (12) nach Maßgabe der Koordinatensignale auslenkbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis von Lichtpunklauslenkung zu anliegenden Koordinatensignalen zwecks Veränderung des Maßstabs der Koordinaten veränderbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidimensionale Empfängeranordnung (26) von einem Raster strahlungsempfindlicher Empfänger (28) gebildet ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einweisen oder Nachführen richtbarer Geräte mittels einer in das Gesichtsfeld des Benutzers durc?? einen teildurchlässigen Spiegel eingespiegeiten Ziclmarkc, die von dem Benutzer mit einem Ziel zur Deckung gebracht wird, woraus Koordinatensignale herleitbar sind, welche die Lage des Ziels im Gesichtsfeld wiedergeben.

Bei der Zieleinweisung handelt es sich darum, die Koordinaten eines Ziels in einem Gesichtsfeld bezogen auf ein bestimmtes Koordinatensystem zu ermitteln und auf ein ausrichtbares Gerät zu übertragen, welches dann auf das durch diese Koordinaten vorgegebene Ziel ausgerichtet wird oder das Ziel verfolgt. Ein Beispiel für eine Zieleinweisuing ist die Einweisung eines Lenkgcschosscs eines Flugzeugs auf ein Luftziel, welches von dem Lenkg^schoß nach dem Starten des Lenkgeschosses verfolgt werden soll. Das Lenkgeschoß kann ein Zielsuchkopf aufweisen. Es ist jedoch erforderlich, dem Lcnkgesehoß »mitzuteilen«, welches Ziel das Lenkgeschoß verfolgen soll. Dieses Ziel wird durch seine Koordinaten in dem Gesichtsfeld festgelegt, und die Koordinaten werden in das ausrichtbare Gerät eingegeben.

Es sind sogenannte »Reflexvisiere« bekannt. Diese Reflexvisiere enthalten einen in das Gesichtsfeld des Benutzers, also beispielsweise des Piloten eines Plugzeugs, hineinragenden teildurchlässigen Spiegel, der etwa unter 45" zur Sichtlinie des Benutzers angeordnet ist. Eine Marke, z. B. ein Fadenkreuz, welche eine Visierlinie definiert, wird über ein Objektiv im Unendlichen abgebildet und über den leildurchlässigcn Spiegel in das Gesichtsfeld des Benutzers eingespiegelt. Der Benutzer sieht daher die Marke in .seinem Gesichtsfeld als virtuelles Bild im Unendlichen. Diese Visierlinie mit dein Fa-

denkreuz definiert ein geeignetes Koordinatensystem. Es ergibt sich das Problem, die Koordinaten eines bestimmten Ziels in diesem Koordinatensystem vorzugeben.

Bei einem Flugzeug, insbesondere einem modernen Kampfflugzeug, benötigt der Pilot im allgemeinen seine volle Aufmerksamkeit und beide Hände und Füße für die Steuerung des Flugzeugs. Der Pilot kann nicht manuell eine Zieleinweisung vornehmen. Bei einer bekannten Vorrichtung zur Zieleinweisung ist daher am Helm des Püoten ein teildurchlässiger Spiegel vorgesehen, der sich über ein Auge des Piloten erstreckt und in dessen Gesichtsfeld eine Zielmarke in Gestalt eines kleinen Kreises einspiegelt Diese Zielmarke erscheint dem Piloten als virtuelles Bild in? Unendlichen und definiert eine Sichtlinie. Der Pilot verfolgt nun mit dieser Sichtlinie ein Ziel, beispielsweise ein feindliches Flugzeug, so daß die Zielmarke im Gesichtsfeld des Piloten ständig auf diesem Ziel erscheint. Durch ein »Helmabtastgerät« werden die Kopfbewegungen des Piloten abgetastet. Ein Rechner ermittelt aus diesen Kopfbewe-vungen die Koordinaten des so verfolgten Ziels im Gesichtsfeld. Diese Koordinaten dienen dann der Zieleinweisung.

Diese Anordnung ist außerordentlich aufwendig und mit Ungenauigkeiten behaftet.

Durch die US-PS 38 04 496 ist eine Einrichtung bekannt, durch welche die Richtung der optischen Achse eines Auges bestimmt werden kann. Wenn Licht auf das Auge fällt, dann treten durch Reflexion an Grenzflächen innerhalb des Auges virtuelle Bilder der Lichtquelle auf, die als Purkinje-Bilder bezeichnet werden. Diese Purkinje-Bilder werden bei der Anordnung nach der US-PS 38 04 496 durch photoelektrische Detektoren erfaßt und steuern ein Nachlaufsystem. Die so erhaltene Richtung der Augenbewegung kann zum Ausrichten einer Waffe auf ein mit dem Auge fixiertes Ziel dienen.

Auch diese Anordnung ist kompliziert. Sie erfordert eine Auslcuchlung des Auges des Benutzers und damit eine Blcndu.ig, was bei einem Piloten sicherlich nicht zulässig ist. Zur Steuerung wird ein sehr schwacher Effekt ausgenutzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs definierten Art zu schaffen, welche mit einfacheren Mitteln und zuverlässiger eine Bestimmung der Koordinaten eines Ziäls im Gesichtsfeld gestattet.

Erfindungsgemäß wird dieses Aufgabe gelöst durch einen vom Benutzer steuerbaren Koordinatensignalgeber, durch welchen Kootdinatensignale erzeugbar sind, eine zweidimensionale Lichtsenderanordnung, die von den Koorunatensignalen beaufschlagt und zur Erzeugung einer leuchtenden Zielmarke an einer den Koordinatcnsignalcn zugeordneten Stelle eingerichtet ist. und eine Abbildungsoptik, durch welche die Zielmarke über den teildurchlässigen Spiegel virtuell im Unendlichen abgebildet und in das Gesichtsfeld des Benutzers eingespiegelt wird, wobei die Koordinatensignale dem richtbaren Gerät zum Einweisen oder Nachführen desselben zugeführt werden

Der Benutzer erzeugt dann in geeigneter Weise Koordinalcnsignale. Die zweidimensionale Lichtsenderanordnung erzeugt eine leuchtende Zielmarke, die über einen lcildurchlässige Spiegel virtuell im Unendlichen abgebildet und in. das Gesichtsfeld des Benutzers eingespiegelt wird. Der Ort dieser Zielmarke ändert sich mit den vorgegebenen Koordinatensignalen. Der Benutzer kann das Bild der Zielmarke mit einem Ziel zur Dekkung bringen. Die so erhaltenen Koordinatensignale dienen dann der Einweisung oder dem Nachführen des richtbareri Geräts.

Vorteiihafterweise enthält der Koordinatensignalgeber eine vom Benutzer bewegbare Lichtzeigereinheit zur Erzeugung eines Lichtbündels und eine von dem Lichtbündei beaufschlagte zweidimensionale Empfängeranordnung, welche zur Erzeugung der Koordinatensignale nach Maßgabe des Auftreffpunktes des Lichtbündels eingerichtet ist.

ίο Der Benutzer kann somit auf einfache und anschauliche Weise und trägheitslös die Zielkoordinaten vorgeben. Damit der Benutzer die Hände für andere Aufgaben frei hat, kann die Lichtzeigereinheit am Kopf des Benutzers, z. B. an einem Helm, anbringbar sein.

is Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Strahlengang bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

F! g. 2 zeigt den Strahlengang ber -*iner abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Fig.3 ist eine schematisch perspektivische Darstellung und zeigt das Cockpit eines Flugzeugs mil einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig.4 veranschaulicht das Gesichtsfeld des Piloten bei der Anordnung nach F i g. 3.

Der Benutzer, im vorliegenden Falle ein Pilot im Cockpit eines Kampfflugzeuges hat an seinem Helm 10 eine Lichtzeigereinheit 12 befestigt, die eine kollimierte und modulierte Laserdiode aufweist und ein paralleles Lichtbündel 14 erzeugt. Im Gesichtsfeld des Piloten ist ein im wesentlichen unter 45° zur Sichtlinie des Piloten angeordneter teildurchlässiger Spiegel 16 vorgesehen. Der Spiegel 16 lenkt das Lichtbündel 14 mit seinem hier interessierenden Teil 18 nach unten um. Er gestattet außerdem die Einspiegelung von Marken in das Gesichtsfeld, wie noch beschrieben wird. In dem nach unten umgelenkten Strahlengang ist eine Abbildungsoptik in Form eines Objektivs 20 angeordnet. Es ist ferner un ^r 45° zur optischen Achse des umgelenkten Strahlenganges und des Objektivs 12 ein zweiter teildurchlässiger Spiegel 22 angeordnet. Der zweite teüdurchlässige Spiegel 22 lenkt das Lichtbündel 18 zu einem hier interessierenden Teil als Bündel 24 um, so daß es auf eine zweidimensionale Empfängeranordnung 26 trifft. Die zweidimensionale Empfängeranordnung 26 ist von einem Raster strahlungsempfindiicher Empfänger 28 gebildet. Sie liefert Koordinatensignale nach Maßgabe des Auftreffpunktes des Lichtbündels 24. Diese Signale werden von einer Verarbeitungsschaltung 32 einmal einer zweidimensionalen Lichtsenderanordnung 34 in Gestalt einer Kathodenstrahlröhre zugeführt. Zum anderen werden sie den (nicht dargestellten) richtbaren Gerät zum Einweisen o^r Nachführen desselben zugeführt, beispielsweise einem vom Flugzeug abzuschießenden Lenkgeschoß mit Zielsuchkopf.

Die Lichtsenderanordnung liefert einmal eine Leuchtmarke in Gestalt eines Fadenkreuzes 36. Diese Leuchtmarke 36 wird durch das Objektiv 20 im Unendlichen abgebildet und über den teildurchlässigen Spiegel 16 als im Unendlichen liegendes virtuelles Bild in das Gesichtsfeld des Piloten eingespiegelt, wobei der Schnittpunkt des Fadenkreuzes eine Visierlinie 38 definiert.
Das Bild 40 des Fadenkreuzes definiert ein Koordinatensystem im Gesichtsfeld des Piloten.

Die zweidimensionale Lichtsenderanordnung 34 liefert weiterhin einen Lichtpunkt oder Kreis 42, der als Zielmarke nach Maßgabe der Koordinatensignale von

der Verarbeitungsschaltung 32 auslenkbar ist. Dieser Lichtpunkt 42 wird durch das Objektiv 20 über den teildurchlässigen Spiegel 16 virtuell im Unendlichen abgebildet und, wie bei 44 in Fig.4 dargestellt ist, in das Gesichtsfeld des Benutzers eingespiegelt. Durch Bewegung des Kopfes mit dem Helm 10 und der daran befestigten Lichtzeigereinheit 12 kann der Pilot den Auftreffpunkt 30 des Lichtbündels 24 auf der zweidimensionalen Empfängeranordnung 26 und damit die Lage der Zielmarke 42 auf der zweidimensionalen Lichtsenderan-Ordnung 34 und ihres Bildes 44 im Gesichtsfeld so variieren, daß sich das Bild 44 der Zielmarke 42 mit einem vorzugebenden Ziel 46, z. B. einem Flugzeug deckt. Damit wird das von dem Lenkgeschoß anzusteuernde Ziel 46 definiert und von anderen möglichen Zielen 48 im Gesichtsfeld unterschieden. Zu diesem Zweck werden die Koordinaten dieses Zieles 46 in dem Koordinatensystem 40 Von ucf VcräruCiiürigSSCiiSiiüng 32 uuSgCgCbCn, wie bei 50 in F i g. 3 dargestellt ist.

Der optische Strahlengang ist in Fig. I noch einmal im einzelnen dargestellt. Der Kreuzungspunkt 52 des Fadenkreuzes 36 wird durch den teildurchlässigen Spiegel 22 hindurch von dem Objektiv 20 im Unendlichen abgebildet. Der teildurchlässige Spiegel 16 erzeugt ein virtuelles Bilci des Fadenkreuzes im Unendlichen, wobei durch den Kreuzungspunkt des Fadenkreuzes die Visierlinie 38 definiert wird. Von der Lichtzeigereinheit 12 geht ein Lichtbündel 14,18,24 auf die zweidimensionale Empfängeranordnmg 26 und trifft dort im Punkt 30 auf. Es werden Koordinatensignale geliefert entsprechend der Lage des Auftreffpunktes 30 zu dem der Visierlinie entsprechenden Punkt 54. Diese Signale werden auf die zweidimensionale Lichtsenderanordnung 34 gegeben und erzeugen dort die Zielmarke 42. Die Zielmarke 42 wird ebenso wie das Fadenkreuz 36 durch das Objektiv

den

sichtbaren Wellenlängenbcreiches.

Das Verhältnis von Lichtpunktauslenkung der Kathodenstrahlröhre 34 zu anliegenden Koordinatensignalcn kann zwecks Veränderung des Maßstabs der Koorriin;) ten veränderbar sein.

20

25

30

35

Sⁿ'^po(>! "* yirtii*»n im

Unendlichen abgebildet, wie durch die Sichtlinie 46 angedeutet ist.

Eine abgewandelte Anordnung zeigt F i g. 2. Entsprechende Teile sind in F i g. 2 mit den gleichen Bezugszeieher, versehen wie in F i g. 1 und 3.

Die zweidimensionale Lichtsenderanordnung 34 in Gestalt einer Kathodenstrahlröhre ist hier mit ihrem Bildschirm in senkrechter Lage.d. h. in einer zur Visierlinie 38 senkrechten Ebene angeordnet, wobei der Strahlengang durch einen Umlenkspiegel 54 um 90° umgelenkt ist. Das Fadenkreuz mit dem Kreu/ungspunkt 52 wird wie bei der Ausführung nach F i g. 1 durch das Objektiv 20 im Unendlichen abgebildet und durch den Spiegel 16 in das Gesichtsfeld des Benutzers eingespiegelt, so daß das Fadenkreuz als virtuelles Bild im Unendlichen erscheint. Ein zweiter teildurchlässiger Spiegel 56 ist hier senkrecht zur optischen Achse des Objektivs 20 zwischen diesem und dem Umlenkspiegel 54 angeordnet. Durch diesen teildurchlässigen Spiegel wird ein (in F i g. 2 nicht dargestelltes) Lichtbündel von der Lichtzeigereinheit 12, welches über den teildurchlässigen Spiegel 16 nach unten in F i g. 2 umgeienkt worden ist, nach oben zurückgeworfen und fällt durch den teildurchlässigen Spiegel hindurch auf die in Fig.2 oberhalb des Objektivs 20 und des teildurchlässigen Spiegels 16 angeordnete zweidimensionale Empfängeranordnung 26.

Im Übrigen wirken die Teile in gleicher Weise wie es im Zusammenhang rr.it F i g. 1 und 3 beschrieben ist. Der in Fig. 2 dargestellte Strahlengang ist kompakter und für viele Zwecke günstiger.

Vorteilhafterweise liegt die Wellenlänge des als Lichtzeiger wirkenden Lichtbündels außerhalb des Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einweisen oder Nachführen richtbarer Geräte mittels einer in das Gesichtsfeld des Benutzers durch einen teildurchlässigen Spiegel eingespiegelter. Zielmarke, die von dem Benutzer mit einem Ziel zur Deckung gebracht wird, woraus Koofdinatensignale herleitbar^ind, welche die Lage des Ziels im Gesichtsfeld wiedergeben,