DE4218349A1

DE4218349A1 - Gekrümmte Sichtscheibe

Info

Publication number: DE4218349A1
Application number: DE4218349A
Authority: DE
Inventors: Edmund Dr Koch
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1992-06-04
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 1993-12-09

Description

Die Erfindung betrifft eine gekrümmte Sichtscheibe in einer Vorrichtung zur Beobachtung von Gegenständen unter Wasser mit mindestens einem optischen Zentrum und einem umlaufenden Sichtscheibenrand. Vorrichtungen zur Beobachtung von Gegenständen unter Wasser können Taucherbrillen, Tauchermasken, Taucherhelme, Unterwasserfahrzeuge, Unterwasserlabors und ähnliches sein. In ihnen werden Sichtscheiben eingesetzt. Auch eine durchsichtige Wand eines mit Flüssigkeit gefüllten Behälters, z. B. eines Aquariums, stellt eine Sichtscheibe dar.

Beim Blick durch eine plane Scheibe aus Luft heraus ins Wasser ist das Bild infolge der Lichtbrechung vergrößert. Die Vergrößerung nimmt mit schräger werdendem Blickwinkel durch die Scheibe zu. Dies führt zu einer kissenförmigen Verzeichnung des Bildes, die sich nachteilig auf das Sehen unter Wasser auswirkt.

Die erwähnte Vergrößerung des Bildes, verbunden mit einer konstruktiv bedingten Beschränkung der Größe einer planen Sichtscheibe führt zu einer erheblichen Einengung des Gesichtsfeldes einer Person, die durch eine plane Sichtscheibe blickt.

Die Einengung des Gesichtsfeldes könnte man durch eine kugelig gewölbte Sichtscheibe vermeiden. Durch die Linsenwirkung einer solchen Sichtscheibe muß aber eine hindurchblickende Person stärker als normal akkomodieren, um scharf zu sehen. Dadurch kann sich der Nahpunkt, an dem die Person gerade noch scharf sehen kann, zu unzulässig großen Entfernungen verlagern.

In der GB-PS 1 431 954 ist eine Taucherbrille beschrieben, deren Augengläser in der horizontalen Richtung in gleicher Weise wie das Gesicht eines Menschen in der Gegend der Augenbrauen gewölbt sind bzw. in einer zweiten Ausführung abgeknickt sind. In vertikaler Richtung sind die Gläser plan mit gerundeten Kanten.

Diese Gläser haben den Nachteil, daß sie in der gewölbten Ausführung neben der Verlagerung des Nahpunktes zu einem starken Astigmatismus führen und in der abgeknickten Ausführung zu einem Bildfeld mit einer Totzone, in der die Umwelt nicht wahrgenommen werden kann, führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sichtscheibe in einer Vorrichtung zur Beobachtung von Gegenständen unter Wasser mit mindestens einem optischen Zentrum und einem umlaufenden Sichtscheibenrand anzugeben, die ein großes Gesichtsfeld ermöglicht, zu keiner unzulässigen Fehlsichtigkeit führt und Bildverzerrungen klein hält. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Krümmung der Sichtscheibe von dem optischen Zentrum ausgehend allseits zu dem Sichtscheibenrand hin stetig zunimmt.

Vorteil der Erfindung ist es, daß bei stetig zunehmender Krümmung ein sehr großes Gesichtsfeld realisiert werden kann, ohne daß es zu störenden Verzeichnungen kommt.

Die Sichtscheibe kann mit einem oder zwei optischen Zentren ausgebildet sein. Unter optischem Zentrum ist ein Punkt der Sichtscheibe zu verstehen, an dem die Krümmung minimal (z. B. Null) ist. Von diesem optischen Zentrum ausgehend nimmt die Krümmung symmetrisch nach allen Seiten hin zu.

Eine Sichtscheibe mit einem optischen Zentrum wird sinnvollerweise so positioniert, daß das optische Zentrum symmetrisch zwischen den Augen einer hindurchblickenden Person liegt. Bei geradeaus gerichtetem Blick ergeben sich dann für beide Augen gleiche optische Verhältnisse.

Bei einer Sichtscheibe mit zwei optischen Zentren wird deren Abstand vorzugsweise gleich dem Augenabstand einer hindurchblickenden Person gewählt und die Sichtscheibe so positioniert, daß je ein optisches Zentrum genau vor einem Auge angeordnet ist. So ergeben sich wieder gleiche optische Verhältnisse für beide Augen.

Die Erfindung wird anhand von Beispielen und der Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Sichtscheibe mit einem optischen Zentrum,

Fig. 2 die Sichtscheibe von Fig. 1 im Schnitt,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Sichtscheibe mit angegebenem Lichtstrahlenverlauf,

Fig. 4 eine Sichtscheibe mit zwei optischen Zentren und

Fig. 5 die Sichtscheibe von Fig. 4 im horizontalen und vertikalen Schnitt.

Fig. 1 zeigt eine Sichtscheibe (1) mit einem optischen Zentrum (2). Der umlaufende Rand (3) der Sichtscheibe (1) ist in diesem Beispiel so gestaltet, daß die Sichtscheibe (1) in eine Tauchermaske eingebaut werden kann. Die Sichtscheibe (1) wird so positioniert, daß das optische Zentrum (2) mittig auf der Verbindungslinie der Augen (4) einer durch die Sichtscheibe (1) blickenden Person liegt. Die Krümmung der Sichtscheibe (1) hat in dem optischen Zentrum (2) ein Minimum, in diesem Beispiel ist sie Null. Zu allen Seiten hin nimmt die Krümmung mit wachsendem Abstand von dem optischen Zentrum (2) zu. Die Oberfläche der Sichtscheibe (1) ist daher rotationssymmetrisch um eine in dem optischen Zentrum (2) auf der Schichtscheibe (1) senkrecht stehende Achse.

Fig. 2a zeigt einen horizontalen und Fig. 2b einen vertikalen Schnitt durch die Sichtscheibe (1) von Fig. 1. Die konvexe Seite (5) der Sichtscheibe (1) ist dem Wasser zugewandt und ihre konkave Seite (6) der hindurchblickenden Person. Die Strecke zwischen der Verbindungslinie (7) der Augen (4) einer hindurchblickenden Person und dem optischen Zentrum (2) wird als Sichtscheibenabstand (8) bezeichnet.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt einer Sichtscheibe (1). Auf ihrer konkaven Seite (6) ist über dem optischen Zentrum (2) ein erstes Lot (9) errichtet. In einer Entfernung, die gleich dem Sichtscheibenabstand (8) ist, befindet sich auf dem ersten Lot (9) ein Punkt "0", den der Ursprung eines Polar-Koordinatensystems darstellt. Von "0" aus hat ein beliebiger Punkt (10) der Sichtscheibe einen Abstand "r".

In dem Punkt (10) ist ein zweites Lot (11) auf der Sichtscheibe (1) errichtet. Ein Lichtstrahl (12), der entlang der Strecke "r" von "0" zu dem Punkt (10) läuft, schließt mit dem ersten Lot (9) einen Winkel Alpha und mit dem zweitem Lot (11) einen Winkel Gamma ein. Beim Durchgang auf die konvexe Seite (5) der Sichtscheibe (1), auf der sich Wasser mit dem Brechungsindex n befindet, wird der Lichtstrahl (12) gebrochen. Er schließt hier mit dem zweiten Lot (11) einen Winkel Delta und mit einer zu dem ersten Lot (9) parallelen Geraden (13) einen Winkel Beta ein.

Aus dem Brechungsgesetz ergibt sich:
sin Delta/sin Gamma = 1/n.

Die Sichtscheibe (1) kann so konstruiert werden, daß für beliebige Winkel Alpha, unter denen eine Person durch die Sichtscheibe (1) blickt, die Längenvergrößerung VL des Bildes konstant ist. Die Bedingung dafür lautet
VL = tan Alpha/tan Beta = const.

Die Form der Sichtscheibe (1) kann durch den Abstand "r" in Abhängigkeit von dem Winkel Alpha beschrieben werden. Der Ausdruck kann in Form folgender Reihenentwicklung angegeben werden:

r(Alpha)=Ro*(1+k1*cos(2Alpha)+K2*cos(4Alpha)+K3*cos (6Alpha)+ . . . ).

Mit der obigen Bedingung VL = const. ergeben sich die Koeffizienten zu:

K 1 = -0,27079
K 2 = 0,02780
K 3 = -0,00410
K 4 = 0,00066
K 5 = -0,00007.

Da die Reihe schnell konvergiert, brauchen höhere Glieder als die ersten 5 nicht berücksichtigt zu werden. Der Wert Ro wird so gewählt, daß sich für r (0) der gewünschte Sichtscheibenabstand (8) ergibt.

Es ist auch eine Form der Sichtscheibe (1) realisierbar, die die Winkelvergrößerung VW konstant hält. Hier muß die Bedingung VW = Alpha/Beta - const. erfüllt sein. Hierfür wird eine andere Reihenentwicklung verwandt:
r(Alpha)=Ro*(1+k1*Alpha²+k2*hAlpha⁴+K3*hAlpha⁶+ . . . ).

Die Koeffizienten ergeben sich zu:

K1 = 0,50000
K2 = 0,15252
K3 = 0,04121
K4 = 0,00267
K5 = 0,00409.

Es sind auch Übergangsformen zwischen einer die Längenvergrößerung und einer die Winkelvergrößerung konstant haltenden Sichtscheibe denkbar. So kann z. B. in horizontaler Richtung die Längenvergrößerung und in vertikaler Richtung die Winkelvergrößerung (oder umgekehrt) konstant gehalten werden. Es kann auch im zentralen Bereich des Gesichtsfeldes die Längenvergrößerung und im peripheren Gesichtsfeld die Winkelvergrößerung (oder umgekehrt) konstant gehalten werden. Weiterhin ist es möglich, weder die Längen noch die Winkelvergrößerung genau konstant zu halten sondern einen Kompromiß zwischen beiden Möglichkeiten zu wählen.

Aufgrund der stärker werdenden Krümmung zum Rand (3) der Sichtscheibe (1) hin weist diese hier eine zunehmende Linsenwirkung auf. Daraus ergibt sich eine Fehlsichtigkeit einer hindurchblickenden Person. Diese Fehlsichtigkeit tritt aber nur im peripheren Gesichtsfeld auf, in dem ohnehin nicht scharf gesehen wird und stört daher nicht. Die Sichtscheibe (1) erlaubt die Konstruktion einer Tauchermaske, eines Helmes oder ähnlichem mit einem Gesichtsfeld von ca. 180° in horizontaler und vertikaler Richtung.

Fig. 4 zeigt eine Sichtscheibe (14) mit zwei optischen Zentren (15, 16), deren Abstand (17) vorzugsweise gleich dem Augenabstand einer hindurchblickenden Person gewählt wird und die genau vor den Augen (4) dieser Person positioniert werden. Mit dieser Sichtscheibe (14) kann das Bild noch besser verzerrungsfrei gehalten werden als mit der Sichtscheibe (1) nach Fig. 1.

Die Sichtscheibe (14) nach Fig. 4 kann man sich entstanden denken, indem die Sichtscheibe (1) nach Fig. 1 entlang der Linie 2b-2b (Fig. 1) aufgeschnitten wird, die Hälften (21, 22 Fig. 4) auseinandergeschoben werden und ein Mittelteil (18) eingefügt wird (zwischen den gestrichelten Linien (19, 20) in Fig. 4). Dieses Mittelteil (18) ist in horizontaler Richtung plan und in vertikaler Richtung über die ganze Breite genau so gekrümmt wie die Hälften (21, 22) an den gestrichelten Linien (19, 20). Das Mittelteil (18) hat somit eine Zylinder-ähnliche Form. Die Krümmung der Sichtscheibe (14) ist auf der Verbindungslinie (17) der beiden optischen Zentren (15, 16) minimal, in diesem Beispiel Null.

Fig. 5a zeigt einen horizontalen und Fig. 5b einen vertikalen Schnitt durch die Sichtscheibe (14). In Fig. 5a sind Maße in mm eingetragen. Der Abstand der beiden optischen Zentren (15, 16) beträgt 65 mm und der Abstand (23) Auge-Sichtscheibe 35 mm. An den beiden mit "0" markierten Stellen sind die Augen (4) einer hindurchblickenden Person positioniert.

Das Mittelteil (18) erzeugt einen Astigmatismus, der aber nur im peripheren Gesichtsfeld ein nennenswertes Ausmaß erreicht und daher nicht störend ist.

Bei geradeaus gerichtetem Blick sehen beide Augen (4) durch je ein optisches Zentrum (15, 16), in dem die Sichtscheibe plan ist. Das Bild ist also völlig frei von Verzerrungen, und es ergibt sich keine Fehlsichtigkeit.

Die Krümmung der Sichtscheibe (14) kann entsprechend einer der beiden oben angegebenen Reihenentwicklungen ausgebildet sein oder eine Übergangsform aus beiden bilden.

Claims

1. Gekrümmte Sichtscheibe in einer Vorrichtung zur Beobachtung von Gegenständen unter Wasser mit mindestens einem optischen Zentrum und einem umlaufenden Sichtscheibenrand, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Sichtscheibe (1, 14) von dem optischen Zentrum (2, 15, 16) ausgehend allseits zu dem Sichtscheibenrand (3) hin stetig zunimmt.

2. Gekrümmte Sichtscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem einzigen optischen Zentrum (2) ausgebildet ist, in dem die Krümmung der Sichtscheibe (1) Null ist.

3. Gekrümmte Sichtscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit zwei optischen Zentren (15, 16) ausgebildet ist und die Krümmung auf der Verbindungslinie (17) der beiden optischen Zentren (15, 16) Null ist.

4. Gekrümmte Sichtscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der beiden optischen Zentren (15, 16) dem Augenabstand eines Menschen entspricht.