DE3232092C1 - Tag/Nachtsichtgerät - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Tag/Nachtsichtgerät gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Aus der DE-OS 26 23 399 ist ein derartiges Tag/ Nachtsichtgerät bekannt. Das Wärmebildgerät weist einen Abbildungsmaßstab von 1 :1 auf und ist in Art eines Vorsatzes mit dem Tagsichtgerät verbunden. Tagsichtgerät und Wärmebildgerät haben unterschiedliche Eingangsoptiken, wobei jedoch die optischen Achsen von Wärmebildgerät und Tagsichtgerät parallel sind. Das über eine Anordnung aus Licht emittierenden 5Q Dioden (LED) in sichtbares Licht umgesetzte Bild des Wärmebildgerätes wird über einen frequenzselektiven Spektralteiler in das Tagsichtgerät eingespiegelt. Durch den gewählten Abbildungsmaßstab von 1 :1 des Wärmebildgerätes und den gemeinsamen Strahlteiler wird erreicht, daß die Bilder von Tagsicht- und Nachtsichtgerät deckungsgleich sind, sofern die übrigen, im Wärmebildgerät verwendeten optischen Umlenkelemente in ihrer Lage definiert sind. Es muß allerdings sichergestellt werden, daß die optischen Achsen von Wärmebildgerät und Tagsichtgerät parallel sind. Vorteil einer solchen Anordnung ist, daß die genaue Positionierung des Wärmebildgerätes und auch des gemeinsamen Strahlteilers relativ unkritisch ist. Jedoch muß bei einer derartigen Anordnung sichergestellt sein, daß das im Wärmebildgerät umgesetzte Bild achsharmonisch in das Tagsichtgerät eingespiegelt wird.

Bei dem bekannten Tag/Nachtsichtgerät ist der konstruktive Aufwand immer noch relativ hoch, da beide Geräte separate Eintrittsoptiken haben und der Strahl bis zu dem gemeinsamen Spektralteiler im Wärmebildgerät mehrfach umgelenkt werden muß. Außerdem ist hier keine Möglichkeit vorgesehen, die beiden Geräte auf Achsharmonität zu justieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tag/Nachtsichtgerät konstruktionsmäßig weiter zu verbessern, insbesondere die Anzahl der kritischen optischen Umlenkelemente zu verringern und ferner eine einfache Möglichkeit anzugeben, die Achsen von Tagsichtgerät und Wärmebildgerät zu justieren.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Gemäß diesen Merkmalen wird als einziges Umlenkelement in dem Wärmebildgerät der mit dem Tagsichtgerät gemeinsame frequenzselektive Strahlteiler verwendet. Durch die Anordnung des Wärmebilddetektors und des die aufgenommenen Wärmebildsignale in sichtbare Signale umwandelnden Gerätes, vorzugsweise einer Kathodenstrahlröhre auf entgegengesetzten Seiten des Strahlteilers, ermöglicht diese einfache Konstruktion. Hierdurch ergibt sich auch eine einfache Justierungsmöglichkeit. In der Ebene des Bildschirmes der Kathodenstrahlröhre wird eine auch im sichtbaren Lichtbereich strahlende Punktlichtquelle bzw. ein kleines Wärmebild, z. B. mit Hilfe eines Thyristors festgelegt. Diese Punktlichtquelle wird einerseits über den Strahlteiler in das Tagsichtgerät eingespiegelt und kann hier beobachtet werden. Zum anderen nimmt der jenseits des Strahlteilers liegende Wärmebilddetektor auch die Wärmestrahlung dieses Punktes auf, der dann wiederum auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre abgebildet wird. Auch dieser Bildpunkt kann in dem Tagsichtgerät beobachtet werden. Durch eine Verschiebung des Bildfeldes der Kathodenstrahlröhre, z. B. durch mechanische Verschiebung des Gerätes oder durch elektrische Verschiebung des Bildfeldes der Kathodenstrahlröhre gegenüber dieser Punktlichtquelle können dann die erwähnten beiden Bildpunkte zur Deckung gebracht werden. Zur Achsharmonisierung braucht demnach kein eigenes Zusatzgerät verwendet werden, vielmehr geschieht die Achsharmonisierung intern in dem Tag/Nachtsichtgerät selbst.

Mit dem Sichtgerät gemäß der Erfindung ist ferner auch eine gerätinterne Überprüfung des Abbildungsmaßstabes des Wärmebildgerätes möglich. Nach der beschriebenen Achsharmonisierung wird die gleiche oder eine anderere Punktlichtquelle etwa an den Rand des Bildschirmes auf der Kathodenstrahlröhre gebracht. Wenn der Abbildungsmaßstab korrekt 1 :1 beträgt, müssen dann diese Punktlichtquelle und deren Bild auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre deckungsgleich sein.

Die interne Achsharmonisierung und die Überprüfung des Abbildungsmaßstabes 1:1 ist in jeder Stellung des Sichtgerätes möglich, z. B. nicht an eine ganz bestimmte Drehstellung des Sichtgerätes gebunden, in der der oben erwähnte Kollimator eingeschaltet wird.

Es ist fernerhin möglich, mit dem Wärmebildgerät zusätzlich ein Zielverfolgungsgerät zu koppeln. Da das Wärmebildgerät mit dem Abbildungsmaßstab 1 :1 im herkömmlichen Sinne keine optische Achse aufweist, muß hier künstlich ein Bezugspunkt für das Zielverfolgungsgerät geschaffen werden. Dies kann z. B. durch die oben erwähnte zentrische Punktlichtquelle auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre erfolgen, wobei

dann das Bild dieser Punktlichtquelle auf das Fadenkreuz des Tagsichtgerätes eingestellt wird. Hierdurch ist eine exakte Zuordnung aller Bildpunkte des Wärmebildgerätes in bezug auf das Fadenkreuz gegeben.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert ist. In der Zeichnung stellt dar

F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Tag/Nachtsichtgerät gemäß der Erfindung mit einem Wärmebildgerät;

F i g. 2 eine schematische Darstellung der wesentlichen Einzelteile des Wärmebildgerätes in Verbindung mit einer Kathodenstrahlröhre.

In F i g. 1 ist schematisch ein Tag/Nachtsichtgerät 1 dargestellt, welches ein Periskop 2 mit einem Okular 3 und einem Richtkopf 4 mit einem schwenkbaren Richtspiegel 5 aufweist. An der Frontseite des Richtkopfes ist ein Fenster 6 vorgesehen, durch das Licht einfällt, am Richtspiegel 5 umgelenkt und schließlich durch eine hier nur angedeutete Optik 7 und einen Umlenkspiegel 8 in das Okular 3 geleitet wird. Auch wenn hier als Tagsichtgerät ■ ein Periskop beschrieben worden ist, so kann auch, eine andere herkömmliche Art eines Sichtgerätes verwendet werden. Ebenso kann z. B. in dem Periskop noch ein Goniometer vorhanden sein; aus dem Strahlengang des Periskopes wird dann ein Anteil für das Goniometer ausgespiegelt.

Zwischen Richtkopf. 4 und dem Schacht des Periskopes ist ein Block 9 für ein Wärmebildgerät 10 mit dem Abbildungsmaßstab 1 :1 angeordnet. In dem Block

9 ist in dem Strahlengang für das Periskop ein frequenzselektiver Strahlteiler 11 unter einem Winkel von 45° gegen die Hochachse des Periskopes gelegen. Dieser Strahlteiler läßt das sichtbare Licht für das Periskop hindurch, reflektiert jedoch die Wärmestrahlung für das Wärmebildgerät und lenkt diese auf eine Eingangsoptik 12 des Wärmebilddetektors.

Auf der dem Wärmebilddetektor 10 gegenüberliegenden Seite des Strahlteilers 11 ist eine Kathodenstrahlröhre 13 gelegen, deren Bildschirm dem Strahlteiler zugewandt ist. Zwischen dem Bildschirm und dem Strahlteiler 11 ist eine Optik 14 gelegen. Auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre erscheint das von dem Wärmebilddetektor aufgenommene Wärmebild. Dieses wird über den Strahlteiler 11 in das Periskop eingespiegelt und kann am Okular 3 beobachtet werden.

Ein schematischer Aufbau des Wärmebilddetektors

10 in Verbindung mit der Kathodenstrahlröhre 13 ist in F i g. 2 dargestellt. Das in den Wärmebilddetektor 10 mit dem Abbildungsmaßstab 1 :1 durch die Eingangsoptik 12 einfallende IR-Licht wird auf einen Abtastspiegel 19 und von diesem über eine Sammeloptik 15 auf einen Detektor 16 gelenkt. Die Ausgangssignale des Detektors werden in einem Multiplexer und Verstärker 17 geordnet und verstärkt und anschließend dem Signaleingang der Kathodenstrahlröhre 13 zugeführt. Um eine eindeutige Zuordnung der einzelnen Signale zu der jeweiligen Drehstellung des Abtastspiegels 19 zu erhalten, ist dem Abtastspiegel ein Positionsgeber 20 zugeordnet, der die jeweilige Abtastposition des Abtastspiegels 19 einem Synchronisierungseingang der Kathodenstrahlröhre 13 übermittelt. Aufgrund der beiden Eingangssignale an der Kathodenstrahlröhre wird dann in dieser auf herkömmliche Weise auf deren Bildschirm das Wärmebild entwickelt. Die Kathodenstrahlröhre hat gegenüber anderen Abbildungsgeräten, so z. B. einem LED-Schirm, den Vorteil größerer Helligkeit, so daß Bildverstärker vermieden werden können. Im Prinzip könnte jedoch auch das Wärmebild auf einem derarigen LED-Schirm abgebildet werden.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß durch die Einschaltung des Blockes 9 mit dem Strahlteiler 11 in den Strahlengang des Tagsichtgerätes das sichtbare Bild und das Wärmebild immer deckungsgleich sind. Die Stellung

ίο des Strahlteilers 11, ebenso wie die Stellung des Blockes 9 sind unkritisch. So kann z. B. der Block 9 auf dem Schacht des Periskopes 2 eine Kipplage von etwa ±2 mrad gegenüber der Strahlenachse des Tagsichtgerätes aufweisen, ohne daß es hierbei zu Abbildungsfeh-

lern kommt. Ähnliche Anforderungen gelten auch für den Strahlteiler 11. Diese zulässigen Toleranzen sind wesentlich größer als die zulässigen Toleranzen bei herkömmlichen Geräten bei denen bereits die Achsgenauigkeit bei 0,1 mrad liegen muß.

Zur Achsharmonisierung des beschriebenen Tag/ Nachtsichtgerätes wird in der Ebene des Bildschirmes der Kathodenstrahlröhre 13 eine sichtbare Punktlichtquelle, z. B. ein bunter geheizter Thermistor 18 in die Bildmitte gefahren. Dieser Thermistor 18 sollte einen auf <Ö,1 mrad genau begrenzten Wärmepunkt bilden. Dieser Wärmepunkt kann durch das Okular 3 des Periskopes beobachtet werden, da die sichtbare Strahlung durch den Strahlteiler 11 in den Periskopstrahlengang eingespiegelt wird. Als Referenz für die Bildmitte kann z. B. das hier nicht dargestellte Fadenkreuz des Periskopes dienen. Die Wärmestrahlung des Thermistors 18 geht durch den Strahlteiler 11 hindurch und fällt in den Wärmebilddetektor 10 ein und wird wiederum auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 13 abgebildet. Auch dieser Bildpunkt kann über das Okular 3 beobachtet werden. Durch elektrische Justierung der Kathodenstrahlröhre werden beide Punkte zur Deckung gebracht. Die Achsjustierung ist beendet.

Ein Problem bei der geschilderten Achsharmonisierung ist, daß der Brennpunkt für das Wärmebildgerät und für die sichtbare Strahlung des Periskopes in der Fläche des Bildschirmes der Kathodenstrahlröhre nicht exakt zusammenfallen, da die Lage des Brennpunktes bekannterweise frequenzabhängig ist. Der Brennpunkt für das Wärmebildgerät liegt »hinter« dem strahlenden Thermistor, praktisch innerhalb des Bildschirmes der Kathodenstrahlröhre. Durch geeignete Maßnahme, z. B. eine auf dieses Problem abgestellte aberrationsfreie

so Optik 14, kann diese Schwierigkeit jedoch behoben werden, so daß die geforderte Genauigkeit für die Achsharmonisierung immer erreicht werden kann.

Außerdem kann mit dem Thermistor 18 auch noch der für das Gerät notwendige Abbildungsmaßstab von 1 :1 des Wärmebildgerätes überprüft werden. Der Thermistor wird hierzu z. B. an den Rand des Bildschirmes der Kathodenstrahlröhre 13 in die Position 18' gebracht. Der Wärmepunkt wird wie oben ebenfalls über das Wärmebildgerät 10 auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 13 abgebildet. Bei dem erforderlichen Abbildungsmaßstab von 1 :1 müssen beide über das Okular 3 wahrgenommene Bilder des Thermistors deckungsgleich sein. Sind die beiden Punkte nicht deckungsgleich, so wird durch wiederum elektrische Justierung mit Hilfe von zwei Potentiometern Dekkungsgleichheit hergestellt.

Es wird angestrebt, derartige Nachtsichtgeräte auch mit einer automatischen Zielortung und Zielverfolgung

zu koppeln. Zur Zielortung muß die Achse des Infrarotwärmebildgerätes mit der Visierachse des Tagsichtgerätes auf eine Genauigkeit <0,l mrad harmonisiert sein. Wie oben erwähnt hat ein Wärmebildgerät mit dem Abbildungsmaßstab 1 :1 im üblichen Sinne gar keine optische Achse. Ein derartiges Wärmebildgerät wäre demnach für eine integrierte Zielortung nicht brauchbar. Trotzdem kann jedoch auch hier eine Lösung gefunden werden. Der Wärmebilddetektor 10 wird durch hier nicht dargestellte Mittel mechanisch justierbar ausgebildet. Der erwähnte Wärmepunkt des Thermistors 18 wird dann durch Justierung des Wärmebildgerätes auf die Fadenkreuzmitte des Tagsichtgerätes eingestellt. Dieser Punkt dient sozusagen als Referenz. Jetzt ist es möglich, mit dem Wärmebildgerät ein Zielortungs- und Zielverfolgungsgerät zu koppeln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Tag/Nachtsichtgerät mit einem Tagsichtgerät und einem Wärmebildgerät mit einem Abbildungsmaßstab von 1:1, dessen von einem Wärmebilddetektor erfaßtes und in einer Kathodenstrahlröhre oder ähnlichen Bilderzeugungseinrichtung in sichtbare Frequenzen umgesetztes Wärmebild über einen frequenzselektiven Strahlteiler in den Strahlengang des Tagsichtgerätes mit dessen Bild ίο deckungsgleich eingespiegelt ist, wobei der Strahlteiler das sichtbare Licht des Tagsichtgerätes hindurchläßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmebilddetektor (10) und die Kathodenstrahlröhre (13) auf entgegengesetzten Seiten des frequenzselektiven Strahlteilers (11) angeordnet sind, der den Wärmeanteil des in das Tag/Nachtsichtgerät (1) einfallenden Lichtes auf den Wärmebilddetektor (10) lenkt, daß unmittelbar vor der Bildschirmebene der Kathodenstrahlenröhre (13) eine sichtbare Licht und Wärmestrahlung abgebende Punktlichtquelle (Thermistor 18) angeordnet ist, und daß das Bildfeld der Kathodenstrahlröhre (13) so gegenüber der Punktlichtquelle (18) verschiebbar ist, daß die im Tagsichtgerät (Periskop 2) direkt beobachtete Punktlichtquelle (18) und deren auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre (13) erzeugtes Bild (18') zur Deckung gebracht werden können.

2. Tag/Nachtsichtgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildfeld der Kathodenstrahlröhre (13) durch elektrische Mittel gegenüber der Punktlichtquelle (18) verschiebbar ist.

3. Tag/Nachtsichtgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Wärmebilddetektors (10) mechanisch justierbar ist.