DE3806940A1 - Optische vorrichtungen, insbesondere nachtsichtbrille - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zum Beobachten von Sze­ nen. Die Erfindung ist insbesondere zur Verwendung in Nachtsichtbrillen ge­ eignet, die eine Einrichtung zum Verstärken des Bildes und des weiteren eine Einrichtung zum Einfügen zusätzlicher Information in die beobachtete Szene aufweisen. Die Erfindung wird deswegen mit Bezug auf diese Anwendung be­ schrieben.

Nachtsichtbrillen mit einer Bildverstärkereinrichtung zum Ermöglichen des Beobachtens von Szenen bei Mondschein oder Sternenlicht sind bekannt. Ebenfalls sind Nachtsichtbrillen bekannt, die mit einer Einrichtung zum Ein­ fügen zusätzlicher Informationen in die beobachtete Szene versehen sind, wie etwa eine elektronisch erzeugte Information, die gleichzeitig mit der beobachteten Szene ohne Abnehmen der Nachtsichtbrille wahrgenommen werden kann. Ein Beispiel einer Vorrichtung des letzten Types ist in der US-PS 40 00 419 beschrieben. Das Patent beschreibt eine Anordnung, bei der die Einrichtung zum Einfügen zusätzlicher Information in der Nähe des Okulars des einen der Monokularsätze angeordnet ist.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Vorrichtung zu schaffen, die insbesondere für Nachtsichtbrillen verwendet werden kann, und Vorteile gegenüber den bekannten Vorrichtungen, insbesondere der in dem oben erwähnten Patent beschriebenen Nachtsichtbrille in mehrfacher Hin­ sicht aufweist, wie im folgenden beschrieben wird.

Gemäß der Erfindung wird eine optische Vorrichtung geschaffen, einen Monokularsatz mit einer Objektivlinse, die für das Beobachten einer Szene vom Auge des Beobachters entfernt anzuordnen ist, und eine Einrichtung zum Einfügen einer zusätzlichen Information in die beobachtete Szene mit einem Prismensatz aufweist, der benachbart zu der Objektivlinse des Monokularsatzes und mit dieser ausgerichtet auf der dem Okular abgewandten Seite angeordnet ist, wobei der Prismensatz ein Paar transparenter Prismen, die einander gegen­ überliegende schräge Flächen aufweisen und einen Reflektor enthält, der sandwichartig zwischen den zusammengefügten schrägen Flächen angebracht ist und dessen Oberflächenbereich wenigstens um eine Größenordnung kleiner als der Oberflächenbereich der Objektivlinse ist.

Vorzugsweise ist der Reflektor sandwichartig zentral zwischen den zusam­ mengefügten Flächen angeordnet und die Fläche des Reflektors beträgt 0,5%-5%, idealerweise ungefähr 1,5%, der Fläche der Objektivlinse.

In der weiter unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung enthält die Einrichtung zum Einfügen zusätzlicher Information in die beobachtete Szene eine informationserzeugende Einrichtung, die seitlich der optischen Vorrichtung angeordnet ist, und enthält die optische Einrichtung einen Kollimator und einen zwischen der informationserzeugenden Ein­ richtung und dem Prismensatz ausgerichteten schräg angestellten Reflektor zum Reflektieren der zusätzlichen Information von der infor­ mationserzeugenden Einrichtung auf den Prismensatz.

In der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform enthält der Monokular­ satz des weiteren eine Bildverstärkerröhre, die zwischen der Objektivlinse und dem Okular angeordnet ist. Es gibt zwei Monokularsätze, von denen wenigstens einer die Einrichtung zum Einfügen einer zusätzlichen Information in die beobachtete Szene durch die Objektivlinse des betreffenden Monokularsatzes hindurch enthält.

Es ist somit ersichtlich, daß die optische Vorrichtung und insbesondere die Nachtsichtbrille der Erfindung, wie sie oben kurz geschildert wurde, die zu­ sätzliche Information über die Objektivlinse des Monokularsatzes und nicht über das Okular des Monokularsatzes in die beobachtete Szene einbringt, wie dies gemäß der US-PS 40 00 419 der Fall ist. Eine solche Anordnung weist eine Reihe wichtiger Vorteile auf:

Ein wichtiger Vorteil ist der, daß die neuartige Anordnung ein wesentlich weiteres Gesichtsfeld aufweist als die Vorrichtung aus dem oben zitierten Pa­ tent. Demgemäß kann in der neuartigen Anordnung das gesamte Gesichtsfeld der Brille, ein Kegel von ungefähr 40° genutzt werden, während das maximale Gesichtsfeld der Anordnung aus dem oben zitierten Patent einen Kegel von ungefähr 15° ausmacht.

Zusätzlich geht in der neuartigen Anordnung ein weit geringerer Prozentsatz Außenlicht verloren, ungefähr 1,5% bei der beschriebenen bevorzugten Aus­ führungsform, was wesentlich weniger als der Außenlichtverlust in der An­ ordnung aus dem oben zitierten Patent, insbesondere in deren dem Okular des Monokularsatzes 48 benachbarten Prisma 54 ist. Die neuartige Anordnung ermöglicht demgemäß eine bessere Beobachtung der Szene und vermindert darüber hinaus den Unterschied der Lichtmenge, die die beiden Augen des Beobachters durch die beiden Monokularsätze erhalten.

Ein weiterer Vorteil ist der, daß die neuartige Anordnung getragen werden kann, während der Beobachter eine Brille trägt, und keine Verminderung des "Augenabstandes", nämlich des Abstands zwischen der Rückseite des Okulars und der Vorderseite des Auges bedingt, so daß das gesamte Gesichtsfeld des optischen Systems ohne Vignettierung oder wesentliches Abschneiden der äußeren Bildteile beobachtet werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der sich anschließen­ den Beschreibung hervor. Die Erfindung wird darin anhand von Beispielen mit Bezug auf die Zeichnung erklärt, in der:

Fig. 1 eine schematische Darstellung ist, die eine gemäß der Erfindung konstruierte Nachtsichtbrille zeigt;

Fig. 2 eine Vorderansicht des Prismensatzes in der Nachtsichtbrille aus Fig. 1 zum Einfügen einer zusätzlichen Information in die beobachtete Szene zeigt;

Fig. 3 eines der Prismen des Prismensatzes aus Fig. 2 zeigt, wobei Fig. 3 eine Seitenansicht des Prismas aus Fig. 3 ist; und

Fig. 4 das andere Prisma des Prismensatzes aus Fig. 2 zeigt, wobei Fig. 4a eine Seitenansicht des Prismas aus Fig. 4 ist.

Die in der Fig. 1 dargestellte Nachtsichtbrille enthält zwei Monokularsätze 2, 3, die gemeinsam in einem Gehäuse 4 untergebracht sind. Jeder Monokular­ satz enthält eine Objektivlinse 22, 32, die zum Beobachten der Szene dem Auge des Beobachters abzuwenden ist, und ein Okular 24, 34, das dem Auge des Beobachters zuzuwenden ist. Jeder Monokularsatz enthält des weiteren eine Bildverstärkerröhre 26, 36, die zum Verstärken des von der jeweiligen Objektivlinse 22, 32 erhaltenen Lichtes zwischen der Objektivlinse und dem zugeordneten Okular angeordnet ist und das Beobachten von Szenen bei Mondlicht oder Sternenlicht ermöglicht.

Nachtsichtbrillen des in der Fig. 1 dargestellten Typs sind, soweit vorstehend beschrieben, bekannt, und deswegen sind Einzelheiten ihrer Konstruktion und Wirkungsweise nicht ausgeführt.

Werden solche Nachtsichtbrillen von einem Piloten oder Copiloten getragen, so sind sie gewöhnlich an einem Helm befestigt, den diese Person trägt. Demgemäß ist es wünschenswert, in die von dem Benutzer beobachtete Szene eine Instrumentenanzeigeinformation oder andere Information einzufügen, so daß der Benutzer diese Information gleichzeitig mit der durch die Nachtsichtbrille beobachteten Szene wahrnehmen kann.

In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird diese zusätzliche Information in einer Kathodenstrahlröhre 40 erzeugt, die seitlich neben dem Monokularsatz 2 angeordnet ist, welche Information in die beobachtete Szene durch den Mono­ kularsatz mit Hilfe eines Prismensatzes 50 eingefügt wird, der nahe der Ob­ jektivlinse 22 und auf diese ausgerichtet angeordnet ist. Ein zweiter Prismen­ satz 60 ist zwischen der Kathodenstrahlröhre 40 und dem Prismensatz 50 vor­ gesehen und so auf dieselben ausgerichtet, daß er die in der Kathodenstrahl­ röhre erzeugte Information auf das Eintrittsfenster 52 des Prismensatzes 50 reflektiert.

Der Prismensatz 50, der in Fig. 2 genauer dargestellt ist, besteht aus zwei transparenten Prismen, nämlich dem in den Fig. 3 und 3a dargestellten Prisma 54 und dem in den Fig. 4 und 4a dargestellten Prisma 56. Jedes Prisma ist mit einer um 45° geneigten Fläche 54 a, 56 a versehen, welche Flächen einander zugewendet sind und mit Hilfe eines geeigneten transparenten Klebstoffes zusammengefügt sind. Sind die beiden Prismen 54, 56 auf diese Art zusammengefügt, so bilden sie einen Prismensatz 50 von im wesentlichen zylindrischer Gestalt, der einen Außendurchmesser hat, der im wesentlichen dem Durchmesser der Objektivlinse 22 entspricht. Jedoch ist die dem Prismensatz 60 zugewendete Fläche des Prismas 54 abgeflacht, um ein Eintrittsfenster 52 zum Aufnehmen der Information aus der Kathodenstrahlröhre 40 über den Prismensatz 60 zu bilden. Die Außenflächen beider Prismen 54, 56 sind mit einer deckenden Farbe beschichtet, wie die Bezugszeichen 54 b und 56 b zeigen, wobei die das Eintrittsfenster 52 in das Prisma 54 bildende abgeflachte Fläche eine Ausnahme bildet und unbe­ schichtet belassen ist.

Zentral auf der geneigten Fläche 54 a des Prismas 52 ist ein Reflektor 56 derart vorgesehen, daß dieser nach dem Zusammenfügen der beiden Prismen an deren schrägen Flächen 54 a, 56 a zwischen diesen Flächen im Zentrum des Prismensatzes sandwichartig angeordnet ist und entlang der optischen Achse der Objektivlinse 22 des Okulars 24 des Monokularsatzes 2 ausgerichtet ist. Der Reflektor 27 ist von kreisrunder Gestalt und hat einen sehr kleinen Durchmesser, so daß seine Oberfläche um wenigstens eine Größenordnung kleiner als die Oberfläche des Prismensatzes 50 und der Objektivlinse 22 ist. Vorzugsweise beträgt die Oberfläche des Reflektors 57 0,5% bis 5% der Oberfläche des Prismas 50 und der Objektivlinse 22. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform beträgt die Oberfläche des Reflektors 56 ungefähr 1,5% der Oberfläche des Prismensatzes 50.

Der Prismensatz 60 dient zum Kollimieren des Lichtes von der Austrittsfläche der Kathodenstrahlröhre 40, und dazu, es auf den Reflektor 57 des Prismensatzes 50 zu richten. Der Prismensatz 60 enthält zwei trans­ parente rechtwinklige Dreiecksprismen 61, 62, die an ihren schrägen Flächen zusammengefügt sind. Das Prisma 61 ist mit einem gekrümmten Spiegel 63 versehen, der das von der Kathodenstrahlröhre 40 empfangene und durch das Prisma 62 hindurchgetretene Licht kollimiert und das kollimierte Licht auf eine Reflektorschicht 64, die sandwichartig zwischen den schrägen Flä­ chen angeordnet ist, reflektiert. Diese Reflekorschicht reflektiert das Licht über das Eintrittsfenster 52 des Prismensatzes 50 auf den Reflektor 56 des Prismensatzes 50.

Es ist daher ersichtlich, daß dann, wenn die in Fig. 1 dargestellte Nachtsicht­ brille von einem Piloten oder Copiloten getragen wird, eine zusätzliche In­ formation, wie etwa eine Information von der Instrumentenanzeige, elektro­ nisch in der Kathodenstrahlröhre 40 erzeugt werden kann und über den Pris­ mensatz 60 und den Prismensatz 50 so projiziert werden kann, daß sie vom Träger der Nachtsichtbrille über den Monokularsatz 2 der Brille zusammen mit der beobachteten Szene wahrgenommen werden kann. Die beschriebene Anordnung gestattet dem Träger der Nachtsichtbrille ein Gesichtsfeld mit einem Kegel von ungefähr 40° zu beobachten. Dies ist ein weit größeres Gesichtsfeld als jenes der Vorrichtung aus der US-PS 40 00 419, bei welcher der Kegel einen Winkel von ungefähr 15° hat. Überdies kann die dargestellte Nachtsichtbrille von einer Person benutzt werden, die eine Sehbrille trägt, und es gibt keine Einschränkung der "Augenfreiheit". Des weiteren geht nur ein kleiner Prozentsatz des Außenlichtes verloren, der im Fall der oben geschilderten bevorzugten Ausführungsform 1,5% ausmacht, wodurch nicht nur die Sichtbarkeit der Szene verbessert wird, sondern auch der Unterschied zwischen den durch die beiden Monokularsätze 2, 3 hindurchtretenden Lichtmengen verringert wird.

Obwohl die Erfindung bezüglich einer bevorzugten Ausführungsform be­ schrieben wurde, sind viele andere Variationen, Modifikationen und Anwendun­ gen der Erfindung möglich.

Claims (10)

1. Optische Vorrichtung mit einem Monokularsatz mit einer Objektivlinse, die dem Auge des Beobachters zum Beobachten einer Szene abzuwenden ist, und einem Okular, das dem Auge des Beobachters zuzuwenden ist, und einer Einrichtung zum Einfügen einer zusätzlichen Information in die beobachtete Szene, dadurch gekennzeichnet, daß die Information einfügende Einrichtung einen Prismensatz (50), enthält der in der Nähe der Objektivlinse (22) des Monokularsatzes und auf diese ausgerichtet auf der dem Okular (24) abgewandten Seite des Monokular­ satzes (2) angeordnet ist, wobei der Prismensatz (50) ein Paar transparenter Pris­ men (54, 56), die einander zugewandte Schrägflächen (54 a, 56 a) aufweisen und an den Schrägflächen zusammengefügt sind, und einen Reflektor (57) enthält, der sandwichartig zwischen den zusammengefügten Schrägflächen angeordnet ist und eine Oberfläche hat, die um wenigstens eine Größenordnung kleiner als die Oberfläche der Objektivlinse (22) ist.

2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichenet, daß der Reflek­ tor sandwichartig zentral zwischen den zusammengefügten Schrägflächen (54 a, 56 a) angeordnet ist und die Oberfläche des Reflektors 0,5% bis 5% der Oberfläche der Objektivlinse (22) ausmacht.

3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Reflektors (57) ungefähr 1,5% der Oberfläche der Objek­ tivlinse (22) ausmacht.

4. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Information einfügende Einrichtung eine Information er­ zeugende Einrichtung (40), die seitlich neben der optischen Vorrichtung angeordnet ist, und eine optische Einrichtung (60) mit einem Kollimator und einem schräggestellten Reflektor enthält, die zwischen der Informa­ tion erzeugenden Einrichtung (40) und dem Prismensatz (50) zum Reflek­ tieren der zusätzlichen Information von der Information erzeugenden Ein­ richtung auf den Prismensatz (50) ausgerichtet ist.

5. Optische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Information erzeugende Einrichtung (40) eine Kathodenstrahlröhre enthält.

6. Optische Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prismensatz (50) eine lichtundurchlässige Außenbeschichtung (54 b, 56 b) mit Ausnahme an einer unbeschichteten ebenen Fläche (52) auf weist, die als Eintrittsfenster dient und dem schräggestellten Reflektor (57) gegenübersteht und auf diesen ausgerichtet ist.

7. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optische Einrichtung (60) einen zweiten Prismensatz enthält, der ein erstes Prisma (61) mit einem kollimierenden Reflektor (63) an einem Ende und einer Schrägfläche an dem gegenüberliegenden Ende, ein zweites Prisma (62) mit einer Schrägfläche, die mit der Schräg­ fläche des ersten Prismas (61) zusammmengefügt ist, und eine Reflektor­ schicht (64) aufweist, die im wesentlichen die gleiche Oberfläche wie die Schrägflächen hat und sandwichartig zwischen diesen Schrägflächen angeordnet ist.

8. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Monokularsatz (2) des weiteren eine Bildverstärkerröhre (26) enthält, die zwischen der Objektivlinse (22) und dem Okular (24) an­ geordnet ist.

9. Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Monokularsätze (2, 3) vorgesehen sind, von denen we­ nigstens einer (2) eine Einrichtung zum Einbringen einer zusätzliche Infor­ mation in die beobachtete Szene durch seine Objektivlinse (22) enthält.

10. Nachtsichtbrille, gekennzeichnet durch die Ausbildung als optische Vor­ richtung mit einer eine Information einfügenden Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.