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Das
Gebiet der Erfindung ist dasjenige der Zielvisiere mit Lichtverstärker für eine Feuerwaffe.
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Die
Druckschrift USH1891H H liefert eine Basis für den Anspruch 1.
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Es
ist wichtig, dass ein Infanterist sehr gute Fähigkeiten der Fortbewegung
in allen seinen Einsatzkonfigurationen beibehält, und insbesondere, wenn
er sich in einem Stadtgebiet bewegt. Wenn er mit seiner Waffe anpeilt,
kann er zu einem potentiellen Ziel werden. Um diesen Nachteil zu
beseitigen, wird auf dem Lauf der Waffe eine Videokamera angeordnet,
die zum Beispiel CCD-Sensoren (Charge Coupled Device) aufweisen
kann. Diese Kamera ist entweder mit einem auf dem Helm des Infanteristen positionierten
Helmsichtgerät
oder mit einem Bildgenerator gekoppelt, der zum Beispiel auf seinem Handgelenk
positioniert ist. Diese Vorrichtung ermöglicht es dem Infanteristen,
eine versetzte Anpeilung des Ziels vorzunehmen und folglich zu schießen und
gleichzeitig geschützt
zu bleiben. Die am häufigsten
verwendete Zielkonfiguration bleibt aber diejenige, bei der der
Infanterist eine direkte Anpeilung des Ziels mit dem bloßen Auge
vornimmt. Die Kamera muss also klein genug sein und versetzt zur
Peilrichtung liegen, um diese klassische Zielkonfiguration nicht
zu stören.
Diese Konfiguration ist in 4 veranschaulicht,
die eine Perspektivansicht des Waffe-Kamera-Systems zeigt. Die Peilrichtung 100 der Kamera 1 ist
bezüglich
der Peilrichtung 200 des Infanteristen versetzt, um ihm
eine korrekte Anpeilung zu gewährleisten,
ohne von der Kamera behindert zu werden.
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Um
die Nachteinsätze
zu gewährleisten,
wird üblicherweise
auf der Waffe ein Nachtsichtvisier angeordnet. Dieses Visier weist
im Allgemeinen mindestens ein Objektiv, eine Vorrichtung mit Lichtverstärker und
ein Okular auf. Das Objektiv formt ein Bild der äußeren Landschaft auf dem Eingangsfenster der
Lichtverstärkervorrichtung.
Diese weist drei Hauptteile auf: eine erste lichtempfindliche Fläche, die
das optische Bild in ein elektronisches Bild umwandelt, eine Vorrichtung
mit Elektronenverstärkung, die
das elektronische Bild verstärkt,
eine zweite Fläche,
die das elektronische Bild wieder in ein verstärkte Lichtbild umwandelt. So
wird das Bild der äußeren Landschaft
verstärkt
und dann vom Okular ins Unendliche kollimiert, um schließlich vom
Infanteristen beobachtet zu werden. In diesem Fall geht natürlich das
von der Kamera gelieferte Bild verloren, da die Lichtpegel zu schwach
sind, um mit den heutigen Sensoren ein korrektes Bild zu ermöglichen.
So verliert man die von der Kamera bei den Tageinsätzen gewährleistete
Sicherheit. Es muss daran erinnert werden, dass der Infanterist
nachts von Kämpfern geortet
werden kann, die entweder über
Ferngläser mit
Lichtverstärker
oder über
Wärmekameras
verfügen.
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Das
erfindungsgemäße Nachtsichtvisier
ermöglicht
es dem Infanteristen, tagsüber
und nachts die gleiche Zielsicherheit zu behalten, wobei das Prinzip
darin besteht, gleichzeitig dem Infanteristen und der Kamera das
gleiche verstärkte
Bild zu liefern, das so entweder direkt oder durch ein Helmsichtgerät hindurch
oder über
ein Anzeigeelement betrachtet werden kann. Für die Nachteinsätze kann
dieses Visier leicht auf die Waffe angepasst werden, ohne Veränderungen
der bereits eingesetzten Kamera. So wird für den Infanteristen in der
Kampfsituation vermieden, dass er komplexe mechanische Manipulationen
ausführen
muss.
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Genauer
hat die Erfindung ein Zielvisier für eine Feuerwaffe zum Gegenstand,
umfassend ein Objektiv und einen Bildverstärker, die in einer mechanischen
Einheit angeordnet sind, umfassend eine Schnittstelle zur Befestigung
an der Waffe, wobei das Objektiv das Bild der äußeren Landschaft auf dem Eingangsfenster
des Bildverstärkers
bildet, wobei die Waffe eine Sichtkamera umfasst, die auf der Waffe befestigt
ist und deren optische Achse parallel zur Achse ihres Laufs ist,
wobei das Visier mindestens ebenfalls umfasst:
- • einen ersten
optischen Weg, der von dem verstärkten
Bild, das aus dem Bildverstärker
kommt, ein erstes kollimiertes Bild wiedergibt,
- • einen
zweiten optischen Weg, der von dem verstärkten Bild, das aus dem Bildverstärker kommt, ein
zweites ebenfalls kollimiertes Bild wiedergibt, dessen optische
Achse zur optischen Achse des ersten optischen Weges parallel ist,
die
derart angeordnet sind, dass, da das Visier auf der Waffe mit seiner
Befestigungsschnittstelle montiert ist, das erste Bild zu dem Objektiv
der Kamera und das zweite Bild zum Auge des die Waffe tragenden
Infanteristen gesendet wird.
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Vorteilhafterweise
umfasst der erste optische Weg mindestens eine Bildaufnahmeoptik
für das
verstärkte
Bild, das aus dem Bildverstärker
kommt, ein halb reflektierendes Blättchen, eine erste Relais-Optik
und ein erstes Okular, wobei das aus dem ersten Okular kommende
endgültige
Bild im Wesentlichen kollimiert ist, und die Ausgangspupille des
ersten optischen Weges im Wesentlichen mit der Eingangspupille des
Objektivs der Kamera zusammenfällt,
wenn das Visier auf der Waffe montiert ist. Und der zweite optische
Weg umfasst mindestens die Bildaufnahmeoptik des verstärkten Bildes,
das aus dem Bildverstärker
kommt, das halb reflektierende Blättchen, eine zweite Relais-Optik
und ein zweites Okular, wobei das endgültige aus dem zweiten Okular
kommende Bild im Wesentlichen kollimiert ist, und die Ausgangspupille
des zweiten optischen Weges ausreichend vom Körper des Visiers, von der Kamera
und von der Waffe entfernt ist, so dass der Infanterist sein Auge
in der Pupille ohne wesentliche Beeinträchtigung anordnen kann.
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Vorteilhafterweise
besitzt das Visier auch einen dritten optischen Weg, umfassend ein
Mikrodisplay, das mindestens aus einem Anzeigeelement und einem
zweiten Bildaufnahmeobjektiv, das ein Zwischenbild von dem Bild
des Anzeigeelements bildet, besteht, wobei das Zwischenbild durch
Reflexion und Übertragung
durch das halb reflektierende Blättchen einerseits
auf den ersten optischen Weg und andererseits auf den zweiten optischen
Weg in Überlagerung über das
verstärkte
Bild, das vom Bildverstärker kommt,
gesendet wird.
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Die
Erfindung wird besser verstanden und weitere Vorteile gehen aus
der nachfolgenden, nicht einschränkend
zu verstehenden Beschreibung unter Bezug auf die beiliegenden Figuren
hervor. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht des Nachtsicht-Zielvisiers gemäß der Erfindung;
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2 das
Zielvisier der 1 auf die Waffe montiert;
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3 eine
Schnittansicht einer möglichen Ausführung des
erfindungsgemäßen Visiers;
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die 4 und 5 zwei
Perspektivansichten einer Waffe mit dem und ohne das erfindungsgemäße Zielvisier;
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6 eine
schematische Ansicht einer Variante des Zielvisiers mit einem dritten
optischen Weg, der ein Mikrodisplay besitzt;
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7 eine
Schnittansicht einer möglichen Ausführung der
in 6 schematisch dargestellten Variante des Visiers.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht des Nachtsicht-Zielvisiers 2 gemäß der Erfindung.
Der Verlauf der von einem auf der optischen Achse des Visiers im
Unendlichen angeordneten Objektpunkt kommenden Lichtstrahlen ist
in gestrichelten Linien angezeigt, wodurch die verschiedenen Fokussierungen
und Kollimierungen der Lichtstrahlen durch die verschiedenen Optiken
des Zielvisiers verfolgt werden können.
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Dieses
weist ein Objektiv 22 auf, das ein Bild der äußeren Landschaft
auf dem Eingangsfenster 231 einer Bildverstärkervorrichtung 23 formt.
Diese liefert ein umgekehrtes verstärktes Bild an ihrem Ausgangsfenster 232.
Zwei optische Wege, die hinter dem Verstärker 23 angeordnet
sind, liefern je ein kollimiertes Bild. Diese zwei optischen Wege
haben einen gemeinsamen Teil, der aus einer Bildaufnahmeoptik 24 und
einem halb reflektierenden Blättchen 25 besteht.
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Die
Aufnahmeoptik 24 liefert ein erstes Bild des vom Verstärker 23 kommenden
verstärkten Bilds.
In 1 reflektiert das halb reflektierende Blättchen 25 einen
Teil des Bilds zu einem ersten optischen Weg und überträgt den anderen
Teil zum zweiten optischen Weg. Das halb reflektierende Blättchen ist
ein Blättchen
mit ebenen und parallelen Seiten. Seine Verarbeitung wird in Abhängigkeit
von dem optischen Weg angepasst, den man privilegieren möchte. Natürlich könnten die
optischen Wege umgekehrt werden.
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Der
spezifische Teil 17 des ersten optischen Wegs weist hauptsächlich eine
erste Relais-Optik 171, einen ebenen Spiegel 173 und
ein Okular 172 auf. Die erste Relais-Optik fokussiert das von der Optik 24 kommende
Bild auf den Brennpunkt des Okulars 172, das ein endgültiges Bild
im Unendlichen liefert. Der ebene Spiegel 173 ermöglicht es,
die optischen Strahlen so umzubiegen, dass die optische Achse 100 des
Okulars parallel zur Zielachse 200 des zweiten optischen
Wegs ist.
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Üblicherweise
ist die optische Vergrößerung des
ersten optischen Wegs gleich dem Verhältnis der Brennweiten des Objektivs 22 und
des Okulars 172, geteilt durch den Abbildungsmaßstab der
Einheit aus Aufnahmeoptik 24 und Relais-Optik 171.
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Der
spezifische Teil 26 des zweiten optischen Wegs enthält hauptsächlich eine
zweite Relais-Optik 261 und ein Okular 262. Die
zweite Relais-Optik fokussiert das von der Optik 24 kommende Bild
im Brennpunkt des Okulars 262, das ein endgültiges Bild
im Unendlichen liefert. Die Pupille des zweiten optischen Wegs ist
so angeordnet, dass ihr Bild durch die verschiedenen optischen Elemente 24, 261 und 262 hindurch
ausreichend weit von der Optik 262 entfernt ist, damit
das Auge 4 des Infanteristen sich ohne große Beeinträchtigung
in dieser Pupille positionieren kann. Das Okular kann mit einer
Dioptrieneinstellung versehen sein, um den Zielkomfort des Infanteristen
zu optimieren.
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Üblicherweise
ist die optische Vergrößerung des
zweiten optischen Wegs gleich dem Verhältnis der Brennweiten des Objektivs 22 und
des Okulars 262, geteilt durch den Abbildungsmaßstab der
Einheit aus Aufnahmeoptik 24 und Relais-Optik 261.
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Die
verschiedenen Seiten der Linsen sind antireflexbehandelt, um die
Lichtübertragung
zu optimieren und die Störbilder
aufgrund der vielen Reflektionen zu verringern.
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Es
ist anzumerken, dass die optische Konfiguration des zweiten optischen
Wegs es erlaubt, ein vom Infanteristen in gleicher Richtung wie
das direkte Bild der äußeren Landschaft
wahrgenommenes Bild zu erhalten, wenn man einen einfachen Lichtverstärker verwendet,
d.h. ohne Bildumkehrvorrichtung, was nicht der Fall ist, wenn man
zum Beispiel ein Nachtsichtfernglas verwendet, bei dem notwendigerweise der
Verstärker
eine Bildumkehrvorrichtung aufweisen muss. Die Konfiguration vereinfacht
die Herstellung des Visiers und verringert seine Kosten.
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Die
Gesamtheit der verschiedenen optischen Elemente ist in einer mechanischen
Einheit 21 angeordnet, die ihren Halt und ihren Schutz
gewährleistet,
wobei das Visier 2 in einer militärischen Umgebung unter extremen
Temperatur- und Umgebungsbedingungen (Feuchtigkeit, Regen, ...)
verwendet werden muss. Diese mechanische Einheit besitzt eine in
der schematischen Darstellung nicht gezeigte Befestigungsschnittstelle.
Diese Befestigungsschnittstelle ermöglicht es, das Zielvisier auf
einer Waffe 31 zu befestigen, und weist keine dem erfindungsgemäßen Visier
eigene Besonderheiten auf.
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2 zeigt
das Schema des Zielvisiers auf eine Waffe 31 montiert.
Auf die Waffe 31 ist eine Kamera 1 montiert, die
ein Objektiv 11 und einen Sensor 12 aufweist,
der insbesondere ein CCD-Sensor sein kann. Wenn das Visier auf die
Waffe montiert ist, befindet sich der erste optische Weg vor dem
Objektiv der Kamera, wobei die optische Achse 100 des ersten
optischen Wegs mit der optischen Achse des Objektivs zusammenfällt. Die
Ausgangspupille des ersten optischen Wegs fällt im Wesentlichen mit der
Eingangspupille des Objektivs 11 der Kamera 1 zusammen,
so dass die optische Übertragung
des Bilds optimal ist, ohne Abblendung des optischen Felds.
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3 zeigt
eine Schnittansicht einer möglichen
Ausführung
des erfindungsgemäßen Visiers. Die
mechanische Einheit 21 weist einen Hauptkörper 212 auf,
der den Lichtverstärker 23,
die Bildaufnahmeoptik 24 und das halb reflektierende Blättchen 25 trägt. Auf
diesen Hauptkörper
sind montiert:
- • ein zweiter Körper 211,
der das Objektiv 22 trägt. In 3 weist
dieses Objektiv 4 Gruppen von Linsen für eine Gesamtanzahl von 7 Linsen
auf.
- • Ein
dritter Körper 213,
der die zweite Relais-Optik 261 und
das Okular 262 trägt.
Dieser dritte Körper
kann eine Translationseinstellung aufweisen, die die Dioptrieneinstellung
des Okulars 262 erlaubt. In 3 weist
die zweite Relais-Optik 3 konvergierende Linsen auf, und
das Okular weist 3 optische Gruppen für eine Gesamtzahl von 4 Linsen
auf.
- • Ein
vierter Körper 214,
der den optischen Block 171, 172 und 173 des
ersten Wegs trägt.
Die erste Relais-Optik weist 3 Linsen auf, und das Okular 172 weist
4 Linsen auf.
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Diese
modulare Gestaltung ermöglicht
es, eines der Elemente verändern
zu können,
zum Beispiel das Objektiv 22 auszutauschen, oder die Befestigungsschnittstelle
in Abhängigkeit
von der gewählten
Waffe zu verändern,
ohne dass die ganze opto-mechanische Gestaltung des Zielvisier umgestellt werden
müsste.
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In
diesem Beispiel ist das vor dem Sensor der Kamera angeordnete Objektiv 11 ein
Objektiv mit 6 Linsen.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht der Waffe, die ihre Anzeigekamera 1 ohne
das Nachtsicht-Zielvisier trägt.
Die Zielachse 100 dieser Kamera ist parallel zur Zielachse
der Waffe. Die Kamera ist klein und zur Zielachse versetzt, um das
direkte Zielen des Infanteristen nicht zu stören. Diese Konfiguration ermöglicht die
Verwendung der Waffe am Tag. 5 ist eine
perspektivische Ansicht der Waffe der 4, die jetzt
das Visier 2 trägt
(in fetten Strichen in der Figur). Das Visier ist so angeordnet,
dass der erste optische Weg vor dem Objektiv der Kamera positioniert
ist. Die Ausgangspupille des zweiten optischen Wegs ist weit genug
vom Körper
des Visiers, der Kamera und der Waffe entfernt, damit der Infanterist sein
Auge ohne große
Beeinträchtigung
in der Pupille positionieren kann.
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6 zeigt
eine Variante des erfindungsgemäßen Zielvisiers.
Gegenstand dieser Variante ist es, auf den freien Weg des halb reflektierenden
Blättchen 25 ein
von einem Anzeigeelement 282 kommendes Bild hinzuzufügen. So
fügt man über dem halb
reflektierenden Blättchen 25 eine
Einheit 28 hinzu, die aus einem Anzeigeelement 282 und
einer zweiten Bildaufnahmeoptik 281 besteht, die ein Zwischenbild
des Anzeigeelements 282 formt. Dieses Zwischenbild überlagert
nach Reflektion auf dem halb reflektierenden Blättchen 25 das vom
Bildverstärker 23 kommende
verstärkte
Bild. Folglich sieht der Infanterist im Okular 262 die
vom Anzeigeelement kommenden Angaben in Überlagerung des verstärkten Bilds
der äußeren Umgebung.
Diese Informationen kommen ebenfalls durch Übertragung durch das halb reflektierende
Blättchen
hindurch zur Kamera. Die Sende-Spektralbänder des Anzeigeelements und
der Verstärkerröhre können unterschiedlich
sein. In diesem Fall können
die Reflektions- und Übertragungskoeffizienten
des halb reflektierenden Blättchens
sich entsprechend dem Spektralband unterscheiden, um den ersten
optischen Weg oder den zweiten optischen Weg für jedes der beiden Bilder unterschiedlich
zu privilegieren. Die vom Anzeigeelement gelieferten Angaben können insbesondere
Fadenkreuze sein. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Anzeigeelement 282 ein
Flüssigkristallanzeiger
oder eine Anzeigevorrichtung mit Mikrospiegeln sein.
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7 stellt
eine Schnittansicht einer möglichen
Ausführung
der Variante des Visiers 2 dar, die in 6 beschrieben
ist. Die Gestaltung dieses Visiers ist ähnlich der in 3 dargestellten.
Der Hauptkörper 212 wurde
einfach in seinem unter dem halb reflektierenden Blättchen befindlichen
Bereich verändert,
um das mechanische Bauteil 215 aufzunehmen, das das Objektiv 281 trägt. Das
Anzeigeelement 282 ist in dieser Figur nicht dargestellt.
Wenn die Größen des
Ausgangsfensters des Verstärkers 23 und
des Anzeigeelements 282 ähnlich oder gleich sind, werden
die erste Bildaufnahmeoptik 24 und die zweite Bildaufnahmeoptik 281 gleich
gewählt,
um die Gestaltung des Visiers zu vereinfachen, wie in 7 dargestellt,
wo diese zwei Optiken die gleiche optische Kombination mit 3 Linsen
haben.