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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung liegt im
Bereich der Abbildungsvorrichtungen. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung Vorrichtungen zum Empfang unsichtbaren Infrarotlichts
aus einer Szene und zur Bereitstellung einer Abbildung im sichtbarer Lichtbereich,
die die Szene wiedergibt.
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Betreffende
Technologie
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Nachtsichtgeräte sind schon seit vielen Jahren
verfügbar.
Eine Kategorie dieser herkömmlichen Nachtsichtgeräte benutzt
eine Bildverstärker-Technologie.
Diese Technologie wird ausgeführt,
indem eine Vorrichtung benutzt wird, die allgemein als Bildverstärkerröhre bekannt
ist. Die Bildverstärkerröhre ist
im Wesentlichen eine frequenzverschiebende und verstärkende Vorrichtung,
die Umgebungslicht empfängt,
welches Licht sichtbares Licht aufweisen kann, das zu schwach ist,
um eine natürliche
Sicht bereitzustellen (d. h. sog. "Sternlicht"-Sichtgeräte), oder nicht
sichtbares Licht im nahen Infrarotbereich, in einem ersten Frequenzband
und in Antwort darauf zur Bereitstellung eines stark verstärkten sichtbaren
Bildes in einem phosphoreszierenden monochromen Gelb-Grün-Licht.
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Ein solches bildverstärkendes
Nachtsichtgerät
wandelt verfügbares
Umgebungslicht mit niedriger Intensität in eine sichtbare Abbildung
um, die ein menschlicher Benutzer des Geräts zur Überwachung oder zur Ausrichtung
einer Waffe, beispielsweise unter Lichtbedingungen nutzen kann,
die zu schwach sind, um eine Szene mit natürlichem Blick zu sehen. Diese
Bildverstärkungs-Nachtsichtgeräte erfordern ein
gewisses Restlicht, wie Mond- oder Sternlicht, um arbeiten zu können. Dieses
Licht ist im Allgemeinen reich an Infrarotstrahlung, die für das menschliche Auge
unsichtbar ist. Die aktuelle Generation von Nachtsichtgeräten benutzt
ein photoelektrisch reagierendes "Fenster", das als Photokathode
bezeichnet wird, das auf schwaches oder unsichtbares Umgebungslicht
anspricht, das auf dieses "Fenster" aus einer nicht sichtbaren Szene
fokussiert wird, um ein Muster von Photoelektronen zu liefern, die
als Raumladung fließen,
die sich unter dem Einfluss eines angelegten elektrostatischen Feldes
bewegt, und die die betrachtete Szene replizieren. Dieses Muster
von Photoelektronen wird einer Mikrokanalplatte geliefert, die das
Elektronenmuster auf einen sehr viel höheren Pegel verstärkt. Um
diese Verstärkung
an der Mikrokanalplatte zu erzielen, wird das Muster von Photoelektronen
in eine Vielzahl von kleinen Kanälen (oder
Mikrokanälen)
eingeführt,
die sich auf den gegenüberliegenden
Flächen
der Platte öffnen.
Durch eine sekundäre
Emission von Elektronen aus den inneren Flächen dieser Kanäle wird
ein Elektronenregen in einem Muster erzeugt, das dem Bild mit geringem
Pegel entspricht. Der Elektronenregen, mit einer Intensität, die weit über derjenigen
liegt, die von der Photokathode erzeugt wird, wird dann auf einen phosphoreszierenden
Schirm gerichtet, wiederum durch ein Anlegen eines elektrostatischen
Feldes. Das Phosphor des Schirms liefert ein Bild bzw. eine Abbildung
im sichtbaren Lichtbereich, das das Bild mit geringem Pegel repliziert.
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Bildverstärkerröhren haben sich von den sog.
"Generation I"-Röhren über die
aktuellen "Generation III"-Röhren
entwickelt, die eine größere Verstärkung des
verfügbaren
Lichts und eine größere Empfindlichkeit
für Infrarotlicht
etwas tiefer im Infrarotbereich des Spektrums liefern. Allerdings
sind diese Bildverstärkervorrichtungen
bezüglich
der Tiefe in den Infrarotbereich des Spektrums, in dem sie arbeiten
können,
begrenzt.
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Eine andere Kategorie eines herkömmlichen Nachtsichtgeräts wird
durch die Cryogen-gekühlten Wärmebildvorrichtungen
mit Trennebenenanordnung repräsentiert.
Diese Vorrichtungen benutzen einen photoelektrisch ansprechenden
Detektor, der auf eine Temperatur im Tiefsttemperaturbereich gekühlt wird,
um unerwünschtes
thermisches Rauschen zu reduzieren. Der Detektor weist eine Vielzahl
von Detektorelementen oder "Pixel" auf, deren jedes ein elektrisches
Signal liefert, das die Menge des Infrarotlichts angibt, die auf
das Detektorelement fällt.
Einige solcher Vorrichtungen benutzen eine starre Brennebenenanordnung;
während
andere eine lineare Brennebenenanordnung von Detektorelementen haben
und die Benutzung eines Scanners erfordern, um der Reihe nach Bereiche
der betrachteten Szene über
den Detektor zu bewegen. Da der Detektor auf Tiefsttemperaturen
gekühlt
ist, kann er in jedem Fall eine elektrische Empfindlichkeit auf
nicht sichtbares Infrarotlicht sehr viel tiefer im Infrarotbereich
des Spektrums liefern als dies mit den Bildverstärkungsvorrichtungen möglich ist.
Das elektrische Signal, das von einem solchen Detektor geliefert
wird, muss verarbeitet und in ein sichtbares Bild umgewandelt werden.
Für diesen
Zweck haben viele solcher Vorrichtungen dieser Kategorie Kathodenstrahlröhren, Flüssigkristalldisplays
und andere solcher Anzeigetechnologien eingesetzt, um ein sichtbares
Bild dem Benutzer der Vorrichtung bereitzustellen.
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Ein wesentlicher Nachteil dieser
Kategorie von Nachtsichtgerät
ist das Erfordernis einer cryogenen Kühlung des Detektors. Frühere Vorrichtungen dieser
Kategorie benutzten ein Dewar-Gefäß, in das eine Versorgung einer
cryogenen Flüssigkeit
(wie beispielsweise flüssiger
Stickstoff) von dem Benutzer der Vorrichtung bereitgestellt werden
musste. Die Nützlichkeit
solcher Vorrichtungen wurde stark eingeschränkt durch das Erfordernis für einen
gelegentlichen Austausch des cryogenen Kühlmittels. Spätere Vorrichtungen
dieses Typs haben eine cryogene Kühlung benutzt, die durch Kühler mit
umgekehrtem Sterling-Zyklus erbracht wurde. Allerdings erfordern solche
Kühler
eine beträchtliche
Menge an Energie, kommen nicht ohne eigene Wartungs- und Zuverlässigkeitsprobleme
aus und sind allgemein laut.
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Allgemein können einige der Nachtsichtgeräte des Bildverstärkertyps
mit hinzugefügten
Teleskopen oder anderen Typen von Zusatzlinsen (d. h. Weitwinkellinsen
etc.) benutzt werden. Diese Teleskoplinsen haben den Effekt, dass
sie weit entfernte Szenen anscheinend näher an den Benutzer der Vorrichtung
bringen. Allerdings passt sich die Abbildungsvorrichtung nicht an
die Teleskoplinse an, die aufgesetzt ist. Das heißt, falls
das Nachtsichtgerät mit
einem Zielkreuz ausgerüstet
ist, passt sich dieses Kreuz nicht an das vergrößerte Bild der Szene an, die durch
die Teleskoplinse betrachtet wird. Darüber hinaus kann die Winkelgröße des Zielkreuzes
oder anderer Zielmarkierungen größer sein
als gewünscht, wenn
die Abbildung von einer Teleskoplinse vergrößert wird. Falls in gleicher
Weise mit Entfernungsmesslinien im Blickfeld ausgerüstet, ändert sich
der erscheinende Abstand zwischen diesen Linien nicht, wenn ein
Teleskop mit der Abbildungsvorrichtung benutzt wird. Somit sind
die Entfernungsmesslinien mit einer Teleskoplinse, die an dem Sichtgerät angebracht
ist, nicht benutzbar. Alternativ können zwei Sätze von Entfernungsmesslinien
vorgesehen sein, von denen eine zur Benutzung ohne und eine zur
Benutzung mit der aufgesetzten Teleskoplinse verwendet wird. Dieser
Extrasatz an Messlinien ist jedoch immer im Blickfeld der Vorrichtung
vorhanden und kann sich als störender
oder behindernder Teil der betrachteten Szene herausstellen.
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Eine herkömmliche Infrarotwärmebildvorrichtung
(bekannt unter ihrer militärischen
Bezeichnung AAWS-M) ist zur Benutzung der Vorrichtung mit einer
Vielzahl von Teleskop und anderen Weitwinkellinsen zugelassen. Allerdings
muss der Benutzer der Vorrichtung Steuerungseingangsbefehle manuell
liefern, um es der Vorrichtung zu ermöglichen, die Anzeigeparameter
zu ändern,
um eine Anpassung an die installierten Linsen vorzunehmen. Dieses
Hilfsmittel ist unerwünscht
auf Grund der Zeit und Komplexität,
die den Benutzer einer solchen Vorrichtung erwartet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Vor dem Hintergrund der Unzulänglichkeiten der
herkömmlichen
Technologie ist ein Hauptziel dieser Erfindung, eine oder mehrere
dieser Unzulänglichkeiten
zu überwinden.
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Ein anderes Ziel dieser Erfindung
ist es, eine Infrarotwärmebildvorrichtung
vorzusehen, die selektiv einsetzbare Teleskop- oder Weitwinkellinsen
beispielsweise aufweist und die automatisch erkennt, welche der
Vielzahl der Linsen installiert ist, um die Anzeigeparameter der
Vorrichtung entsprechend zu ändern.
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Demgemäß liefert die vorliegende Erfindung eine
Wärmebildvorrichtung,
wie sie in den angehängten
Ansprüchen
zitiert ist.
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Diese und zusätzliche Ziele und Vorteile
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Studium der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung von zumindest einem bevorzugten beispielhaften Ausführungsbeispiel
der Erfindung in Verbindung mit den angehängten gezeichneten Figuren,
in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen Merkmale kennzeichnen,
oder Merkmale, die hinsichtlich ihres Aufbaus oder Funktion analog
zu den anderen sind.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGSFIGUREN
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1 liefert
eine schematische Darstellung der funktional miteinander zusammenwirkenden
physischen Komponenten einer Wärmebildvorrichtung, die
die vorliegende Erfindung verkörpert;
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Wärmebildvorrichtung;
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3a und 3b liefern jeweils eine Außenansicht
und eine Explosionsansicht einer Wärmebildvorrichtung, die die
Erfindung verkörpert,
die mit einer der Zusatzteleskoplinsen gezeigt ist, die an der Vorrichtung
angebracht werden können;
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4a und 4b zeigen zusammen andere
Zusatzlinsen, die bei der vorliegenden Wärmebildvorrichtung eingesetzt
werden können;
und
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5 liefert
eine Tabelle der Teleskopvergrößerung und
der Blickfeldeinstellung verschiedener Zusatzlinsen, die bei der
vorliegenden Wärmebildvorrichtung
einsetzbar sind zusammen mit anwendbaren Magnetpositionscodeeinträgen, die
es der Vorrichtung ermöglichen,
jede Linse sowie die Blickfeldeinstellung jeder speziellen Linse,
falls anwendbar, automatisch zu identifizieren.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Ein Überblick
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Betrachtet man 1, ist eine Wärmebildvorrichtung 10 schematisch
mit ihren funktional zusammenwirkenden physischen Komponenten dargestellt,
die ohne die Darstellung eines tragenden Gehäuses aufgehängt sind (wobei das Gehäuse natürlich bei
einer physischen Ausführungsform
der Vorrichtung vorhanden ist), so dass diese Komponenten und ein
Strahlverfolgungsdiagramm der Lichtstrahlen in der Vorrichtung ebenfalls
dargestellt werden kann. Betrachtet man 1 im Detail, umfasst die Wärmebildvorrichtung
eine Objektiv-Optikgruppe, die allgemein mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet
ist. Diese Objektiv-Optikgruppe umfasst mehrere Linsen (mit Bezugszeichen 12',
12'', 12''',
etc. gekennzeichnet), welche Linsen transparent für das Licht
im interessierenden Spektralband (aber nicht notwendigerweise transparent
für sichtbares
Licht) sind. Die Objektiv-Optikgruppe 12 ist auf eine zu
betrachtende Szene gerichtet, so dass das Infrarotlicht von dieser Szene
(gekennzeichnet mit dem Pfeil 14) von dieser Optikgruppe
empfangen und fokussiert werden kann. Es versteht sich, dass die
Objektiv-Optikgruppe 12, die
in 1 zu sehen ist, nur
repräsentativ
ist und dass diese Optikgruppe entfernt und ersetzt werden kann
durch Objektivgruppen unterschiedlicher Konfigurationen, wie dies
später
beschrieben werden wird. Die Objektiv-Optikgruppe 12 konzentriert
und bündelt das
empfangene Licht durch ein Fenster 16, welches Fenster
ein fester Teil eines Basissensorbereichs 18 der Vorrichtung 10 ist.
In Verbindung mit dem Gehäuse
(das nachfolgend beschrieben wird) dieses Basissensorbereichs 18 begrenzt
dieses Fenster 16 eine abgekapselte Kammer 20,
in der nahezu die gesamten übrigen
Komponenten der Vorrichtung 10, wie in 1 dargestellt, aufgenommen sind.
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Innerhalb der Gehäusekammer 20 ist ein Scanner
aufgenommen, der allgemein mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichnet
ist. Dieser Scanner 22 umfasst einen Scannerrahmen 24,
der allgemein eine Dreieck- oder Dreibeinkonfiguration in Draufsicht
aufweist. Der Scannerrahmen 24 umfasst einen allgemeinen
rechteckförmigen
oberen Wandabschnitt 26 und drei angehängte Beinbereiche 28,
von denen nur zwei in 1 sichtbar
sind. Von dem Wandabschnitt 26 getragen ist ein Scannermotor,
der allgemein mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist.
Dieser Scannermotor 30 weist eine allgemein vertikal sich
erstreckende Rotationsantriebswelle (in den gezeichneten Figuren
nicht sichtbar), die einen scheibenähnlichen kreisförmigen multi-facettierten Abtast-
bzw. Schwenkspiegel 32 antreibbar trägt. Der Schwenkspiegel 32 weist
viele nach außen
gerichtete und in Umfangsrichtung angeordnete benachbarte Facetten
oder Flächen 32a, 32b,
etc. auf, von denen nur wenige Facetten in einer der gezeichneten
Figuren zu sehen sind. Dieser Schwenkspiegel 32 dreht sich
in einer allgemein horizontalen Ebene, um Licht 14, das über das
Fenster 16 und die Objektiv-Optikgruppe 12 empfangen
wurde, zu einer Abbildungs-Optikgruppe zu reflektieren, die allgemein
mit dem Bezugszeichen 34 gekennzeichnet ist. Es ist festzuhalten,
dass auf Grund der Rotation des Schwenkspiegels 32 die
Facetten 32a, 32b, etc. kontinuierlich ihre Winkelposition
in der horizontalen Ebene mit Bezug auf die über die Objektiv-Optikgruppe 12 betrachtete
Szene ändern.
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Betrachtet man die Abbildungs-Optikgruppe 34 detaillierter,
ist zu sehen, dass Licht (Pfeil 14), das von einer Facette
des Schwenkspiegels 32 reflektiert wird, eine Linse 36 durchläuft und
zu einem Paar vertikal beabstandeter gewinkelter Spiegel 38 und 40 läuft. Der
Spiegel 40 reflektiert dieses Licht über ein zusätzliches Linsenpaar 42 und 44 in
Richtung eines Fensters 46, das von einem Dewar-Gefäß 48 getragen
wird. Das Dewar-Gefäß 48 umfasst
ein thermisch isoliertes Gehäuse,
das allgemein mit der gestrichelten Linie und dem Bezugszeichen 48' gekennzeichnet
ist. Dieses Dewar-Gefäß 48 hat
einen linearen Brennebenen-Infrarotdetektor 50 mit einer
linear angeordneten Vielzahl von kleinen Infrarotdetektorelementen,
die in 1 zusammen mit
der vertikalen Linie 50' auf dem Detektor 50 gekennzeichnet sind.
Jedes der Detektorelemente 50' des Detektors 50 liefert
ein entsprechendes einer gleichen Anzahl elektrischer Signale, von
denen jedes die Lichtstärke des
Infrarotlichts angibt, das auf das entsprechende Detektorelement fällt. Diese
elektrischen Signale werden über
eine elektrische Schnittstelle (die noch weiter beschrieben wird)
und in 1 mit der gestrichelten
Linie 52 gekennzeichnet ist, außerhalb des Dewar-Gefäßes 48 bereitgestellt.
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Um den Detektor 50 auf eine
ausreichend niedrige Temperatur zu kühlen und dass die thermisch
angeregte Elektronen (im Gegensatz zu Elektronen, die durch Photonen
des auf den Detektor 50 fallenden Infrarotlichts erregt
sind) nicht einen unerwünscht
hohen elektrischen Rauschpegel verursachen, der das gewünschte photoelektrische
Bildsignal überdecken
würde,
umfasst das Dewar-Gefäß 48 einen
mehrstufigen (d. h. thermoelektrischen) Kühler 54 mit umgekehrten
Peltier-Effekt. Der thermoelektrische Kühler 54 besitzt eine
Abkühlungsfläche, an
der der Detektor 50 zur Kühlung angebracht ist, und eine Wärmefläche in Wärmeübertragungskontakt
mit einer Wärmesenke,
die schematisch mit dem Bezugszeichen 56 gekennzeichnet
ist. In der physischen Ausführungsform
der Abbildungsvorrichtung 10 ist die Wärmesenke 56 durch
einen metallischen Bereich des Gehäuses der Vorrichtung 10 ausgebildet, wie
noch zu sehen ist. Es versteht sich, dass auf Grund der ständigen Änderung
der Winkelposition jeder Facette 32a, 32b, etc.
des Schwenkspiegels 32 bei der Drehung dieses Spiegels
in einer horizontalen Ebene die Szene, die von jeder einzelnen Facette
reflektiert wird, horizontal über
die lineare Anordnung der Detektorelemente 50' streicht
(d. h. rechtwinklig zu der vertikalen linearen Anordnung dieser
Detektorelemente). Die Detektorelemente 50' liefern in
Antwort darauf elektrische Signale (über Schnittstelle 52),
die die Lichtstärke
des Infrarotlichts anzeigen, das auf entsprechende der Vielzahl
von Detektorelementen 50' aus einem bestimmten Teil der
Szene während
einem Abtasten eines Szenenbereichs über den Detektor 50 fällt.
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Um ein sichtbares Bild, das von dem
Benutzer der Abbildungsvorrichtung 10 gesehen werden soll,
zu liefern, wird ein Projektionsanordnungsmodul 58 mit
Licht emittierenden Dioden (LED) von einem Lochflanschbereich 60 des
Scannerrahmens 26 getragen. Dieses LED-Projektionsanordnungsmodul 58 weist
eine lineare LED-Anordnung 62 auf, die eine Vielzahl von
individuellen LEDs (in 1 nicht
sichtbar, aber mit dem Pfeil 62' gekennzeichnet), deren jede
sichtbares Licht individuell emittiert, wenn sie mit Energie versorgt
wird. Die LEDs 62' der Anordnung 62 sind linear
entlang einer vertikalen Linie ähnlich
zu der linearen Anordnung der Detektorelemente 50' des
Detektors 50 gruppiert. Die LEDs 62' liefern jeweilige
Bereiche eines sichtbaren Bildes, was sich zeigen wird. Licht von
den LEDs 62' wird gebündelt und
von einer Projektionslinsengruppe, die allgemein mit dem Bezugszeichen 64 gekennzeichnet
ist, auf eine Facette des Spiegels 32 projiziert, wie durch
die mit Pfeil versehenen Bezugszeichen 14' dargestellt. Die
Bezugszeichen 14 und 14' werden absichtlich mit Bezug
auf das nicht sichtbare Infrarotlicht verwendet, das die Bildinformation
von einer Szene trägt,
und das sichtbare Licht, das die Szene, die von einem Benutzer der
Vorrichtung 10 betrachtet wird, repliziert.
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Von dem Spiegel 32 (d. h.
von einer bestimmten Facette 32' des Spiegels) wird das
sichtbare Licht von den LEDs 62' zu einer Okular-Linsengruppe
reflektiert, die allgemein mit dem Bezugszeichen 66 gekennzeichnet
ist. Die Okular-Linsengruppe 66 umfasst mehrere individuelle
Linsen, die mit den jeweiligen Bezugszeichen 66', 66'',
etc. gekennzeichnet sind. Zusammen mit diesen Linsen 66', 66'', etc.
ist eine Statusanzeigeeinheit 68 in der Okular-Linsengruppe 66 angeordnet.
Diese Statusanzeigeeinheit 68 definiert eine Öffnung,
durch die das sichtbare Bild empfangen wird, und umfasst verschiedene
individuelle LEDs, die für
den Benutzer der Vorrichtung 10 peripher sichtbar sind,
wenn sie leuchten. Diese individuellen LEDs sind mit den Bezugszeichen 68', 68'',
etc. gekennzeichnet. Schließlich
umfasst die Abbildungsvorrichtung 10 ein Paar von Okularverschlüssen 70.
Diese Verschlüsse 70 sind
geschlossen vorgespannt, um Lichtausstrahlungen von der Vorrichtung 10 zu
verhindern, wenn das Gesicht eines Benutzers nicht gegen ein bewegliches
Okular-Teil (weiter
unten beschrieben) gedrückt wird.
Wenn der Benutzer gegen das bewegliche Okular-Teil drückt, öffnen sich
die Verschlüsse 70,
um dem Benutzer eine Sicht auf das sichtbare Lichtbild zu ermöglichen,
das von dem LED-Projektionsanzeigemodul und dem drehenden Spiegel 32 geliefert wird.
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Betrachtet man nun die 2, ist ein schematisches
Funktionsblockdiagramm der Wärmebildvorrichtung 10 dargestellt.
Diese Wärmebildvorrichtung 10 ist
in funktionale modulare Bereiche aufgeteilt, wie durch die gestrichelt
gezeichneten Kästen angedeutet,
die die verschiedenen Komponenten der Vorrichtung umgeben, wobei
einige der Module mehrere Untermodule oder Komponenten aufweisen. Das
Modul 72 kümmert
sich sowohl um das unsichtbare als auch das sichtbare Licht und
weist die Objektiv-Optikgruppe 12 auf, die das unsichtbare
Infrarotlicht 14 von einer zu betrachtenden Szene empfängt, den
Scanner 22 und die Abbildungsoptikgruppe 34, die
dieses unsichtbare Licht zu dem Detektor 50 leitet. Dieses
Lichtmanagementmodul 72 empfängt auch sichtbares Licht von
der LED-Anordnung 62 und umfasst die Projektionslinsengruppe 64,
die dieses Licht zu dem Scanner 22 projiziert, und die Okularlinsengruppe 66,
die das Bild einem Benutzer der Vorrichtung liefert.
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Ein Detektionsmodul 74 ist
innerhalb des Dewar-Gefäßes 48 aufgenommen
und empfängt
das fokussierte nicht sichtbare Infrarotlicht 14 von der
zu betrachtenden Szene. Dieses Modul 74 weist den Detektor 50 auf,
zusammen mit einer Ausleseschaltung 76, die mehrere Kanäle des elektrischen
Bildsignals 78 (ein Kanal für jedes Detektorelement der
linearen Detektoranordnung 50, wenn man sich die vorherige
Beschreibung ins Gedächtnis
ruft) einer Multiplexerschaltung (MUX) 80 liefert. Die
MUX 80 liefert das elektrische Schnittstellenausgangssignal 52 in
Form eines seriellen analogen Bildsignals. Das Detektormodul 74 umfasst
ebenfalls eine Ansteuerungsschaltung 82, die Steuerbefehle
zu der Ausleseschaltung 76 liefert. Ein elektrisch löschbarer
programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM) 84 ist in dem
Detektionsmodul 74 enthalten, um lokal Daten beim Betrieb
der Ausleseschaltung 76 zu speichern und bereitzustellen,
Kompensationsfaktoren lokal für eine
Anzahl von Verstärkungssteuerungsund
Ungleichförmigkeitskompensation
in Verbindung mit dem Infrarotdetektor 50 bereitzustellen.
Wie aus 2 ersichtlich,
haben die verschiedenen Schaltungen des Moduls 74 elektrische
Schnittstellen mit anderen Modulen der Vorrichtung 10.
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Die seriellen analogen Bildsignale 52,
die von dem Modul 74 geliefert werden, werden von einem
analogen Signalprozessor (ASP) 86 empfangen, der in einem
Verarbeitungs- und Steuerungs(P&C)Modul 88 vorgesehen
ist. Ein verarbeitetes serielles analoges Bildsignal 90 wird
von dem ASP 86 einem Analog-Digital-Wandler (ADC) 92 geliefert.
Ein sich daraus ergebendes verar beitetes digitales Bildsignal 94 wird
einem Synchronisierungsgenerator 96 zugeführt. Dieser
Synchronisierungsgenerator 96 besitzt eine Schnittstelle
zu der Multiplexerschaltung 80, um die Synchronisierung
des Betriebs dieser Schaltung zu steuern. Ein Vollbildspeicher 98 besitzt
eine Schnittstelle zu dem Synchronisierungsgenerator, so dass Bildinformation,
die für
die zu betrachtende Szene global ist, gespeichert und für den Benutzer
für eine
Verstärkungseinstellung,
Kontrast und andere Kompensationsfaktoren zur Benutzung bei der
Verarbeitung der Bildsignale, die von dem Detektionsmodul 74 erhalten
werden, abrufbar ist. Der Synchronisierungsgenerator 96 liefert
ebenfalls ein systemweites Synchronisierungssteuerungssignal, das
mit dem Bezugszeichen 100 gekennzeichnet ist. Dieses Synchronisierungssteuerungssignal
wird verwendet, um verschiedene andere Merkmale der Abbildungsvorrichtung 10 zu
betreiben, einschließlich der
Steuerung der Rotationsgeschwindigkeit und der Position der Spiegel 32,
um so eine Zeitkorrelation des Betriebs des Detektors 50,
des Spiegels 32 und der LED-Anordnung 62 zu erhalten.
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Ein serielles digitales Bildsignal 102,
das kompensiert und zeitkorreliert ist, wird von dem Synchronisierungsgenerator 96 einem
Anzeigemodul 104 geliefert. Dieses Anzeigemodul 104 umfasst
das LED-Projektionsanordnungsmodul 58 zusammen mit einer
Ansteuerungsschaltung 106 zum Empfang des Signals 102 und
zur Ansteuerung der individuellen LEDs 62' abhängig von
diesem Signal. Ein elektrisch löschbarer
programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM) 108 besitzt
eine Schnittstelle zu der Ansteuerungsschaltung 106, um
Werte zu empfangen und zur späteren
Benutzung zu speichern, die beim Betrieb der Vorrichtung 10 verwendet
werden. Beispielsweise kann das EEPROM 108 verwendet werden,
um Entfernungsmesslinienabstandsinformationen zu speichern, die
es der Vorrichtung 10 erlauben würden, zur Abschätzung von
Entfernungen zu Personen oder Fahrzeugen bekannter Größe benutzt
zu werden. Um einen Benutzer der Abbildungsvorrichtung 10 mit
zusätzlichen
nützlichen
Bildinformationen zu versorgen, wie beispielsweise beabstandete
Vergleichsgrößen-Linien für Menschen
und verschiedene Typen von Fahrzeugen, so dass Entfernungen geschätzt werden
können,
oder mit einem Fadenkreuz verschiedener Arten und Größen entsprechend
der Entfernung zu einem zu betrachtenden Objekt und der Verwendung,
die zu einem bestimmten Zeitpunkt mit der Vorrichtung 10 vorgenommen
wird, umfasst das Anzeigemodul 102 auch andere elektrisch
löschbare
programmierbare Nur-Lese-Speicher (EEPROM) 110 zum Speichern
solcher Bildinformationen. Diese Bildinformation, wenn sie von dem
Benutzer der Vorrichtung 10 ausgewählt wird, wird einer Symbolgeneratorschaltung 112 geliefert,
die ihrerseits ein Symbolsignal 114 der LED-Anordnung 62 liefert.
Die Anordnung 62 umfasst getrennte Licht emittierende Dioden
(LEDs) zum Empfang des Signals 114.
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Um diese Beschreibung der Abbildungsvorrichtung 10,
wie sie in 2 dargestellt
ist, zu vervollständigen,
sollte erwähnt
werden, dass die Vorrichtung 10 ein Eingangs-Ausgangs(I/O)Modul
aufweist. Dieses I/O-Modul 116 ermöglicht einem Benutzer der Vorrichtung 10 Befehle über einen
Satz von von außen
zugänglichen
Steuerungen 118 einzugeben, wie beispielsweise einem Satz
von Kontaktdruckknopfschaltern, die von der Außenseite des Gehäuses der Vorrichtung 10 bedient
werden können.
Die Steuerungen 118 haben eine Schnittstelle zu einem Mikroprozessor 118,
der Teil eines verteilten Steuerungssystems ist, das ebenfalls einen
anderen Mikroprozessor 122 in dem P&C-Modul 88 aufweist. Die
Mikroprozessoren 120 und 122 Modul 88 aufweist.
Die Mikroprozessoren 120 und 122 haben eine Schnittstelle
zu den EEPROMs 84, 108 und 110 zusammen mit
den Schaltungen, die von den Daten und Befehlen, die in diesen EEPROMs
gespeichert sind, bedient werden. Der Mikroprozessor 120 besitzt
einen extern zugänglichen
Datenschnittstellenanschluss 120', so dass alle Daten und
Programme, die in den Mikroprozessoren 120, 122 und
den EEPROMs, die mit diesen Mikroprozessoren verbunden sind, und den
zu bedienenden Schaltungen gespeichert sind, eingegeben werden können und
durch Zugriff auf den Anschluss 120' verändert werden
können. Schließlich ist
zu sehen, dass das P&C-Modul 88 ein Energieeingang
zu dem System für
eine Energiequelle liefert, wie beispielsweise ein Batteriepack 124.
Ein DC/DC (Gleichspannungs/Gleichspannungs-)Energiewandler 126 liefert
Energie an verschiedene Module und Komponenten der Vorrichtung 10 mit
passenden Spannungs- und Strompegeln. Eine der Schaltungen, die
von dem Wandler 126 mit Energie versorgt wird, ist eine
Steuerung 128 für
den thermoelektrischen Kühler 54.
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Wendet man sich nun den 3a und 3b zu, ist eine physische Ausführungsform
der Abbildungsvorrichtung 10 in einer Außenansicht
bzw. einer Explosionsdarstellung dargestellt. Die Abbildungsvorrichtung 10 weist
ein zweiteiliges gekammertes Gehäuse 130 auf.
Das Gehäuse
umfasst zwei Teile 130a und 130b, die abdichtend
(über ein
zwischenliegendes Abdichtungselement 132) zusammenwirken, um
die Kammer 20 innerhalb dieses Gehäuses abzugrenzen. Das Teil 130a des
Gehäuses 130 wird
aus einem nicht magnetischen Gussmaterial (beispielsweise Aluminium)
hergestellt, ist etwa L-förmig
in einem transversalen Querschnitt und liefert einen unteren Wandabschnitt 134,
einen Seitenwandabschnitt 136 und ein gelochtes Paar von
gegenüber liegenden Vorder-(138)
und Rück-(140)-Wandbereichen.
Dieses Gehäuseteil 130a stellt
eine Wärmesenke
für den thermoelektrischen
Kühler 54 und
eine Basis (d. h. tatsächlich
eine optische Bank) zur Verfügung,
mit der die optischen und anderen Komponenten der Vorrichtung 10 verbunden
sind, wie nachfolgend zu sehen ist.
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Der vordere Wandabschnitt 138 des
Gehäuseteils 130a definiert
einen Eintrittsbereich 142, der nach vorne eine etwa konische
Vertiefung (in den gezeichneten Figuren nicht sichtbar, aber in 3a mit dem mit Pfeil versehenen
Bezugszeichen 142' gekennzeichnet) ausbildet, und der an
seinem hinteren Ende das Fenster 16 in der Öffnung 144 dieser
Wand trägt.
Die Objektiv-Optikgruppe 12 wird an dieser Vorderwand 133 durch
ein Linsengehäuse 146 getragen,
das an seinem hinteren Ende einen konischen Abschnitt 148 ausbildet,
um in der vorderen Vertiefung des Gehäuseteils 130a aufgenommen
zu werden. Der konische Abschnitt 148 bildet zentrisch
eine Öffnung 148 aus,
innerhalb der der größte rückwärtige Teil
der Linsenelemente 12', 12'', etc. aufgenommen
ist, und bildet eine optische Öffnung
(auch mit 148' gekennzeichnet) aus, an der Infrarotwärmestrahlung,
die von den Objektivlinsen 12' empfangen wurde, zu der
Vorrichtung 10 geliefert wird. Das Gehäuse 146 steht lösbar in
Eingriff mit dem Gehäuseteil 130,
um die Objektiv-Optikgruppe 12 in ihrer richtigen Position
zu verbinden, und ist ebenfalls entfernbar, so dass Optiken unterschiedlicher
Leistung in dem Sensorabschnitt 18 eingesetzt werden können. An
der Öffnung 150 des
Rückwandbereichs 140 wird die
Okularlinsengruppe 66 abgedichtet in einem Gehäusebereich 152 getragen.
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Innerhalb der Kammer 20 des
Gehäuses 130 ist
der Scanner 24 an der unteren Wand 134 über ein Trio
von Schrauben 154 befestigt, die jeweils ein jeweiliges
vertikales Loch durchdringen, das zentrisch an entsprechenden der
drei Beinen 28 des Scannerrahmens 24 ausgebildet
sind. Diese Schrauben sind in jeweilige Löcher eingeschraubt, die von
der unteren Wand 134 gebildet werden. Eingefangen zwischen
den unteren Enden der Beine des Scannerrahmens 24 und der
unteren Wand 134 des Gehäuses 130. ist eine
elektronische Anordnung 156. Diese elektronische Anordnung 156 weist
eine Platine und viele diskrete und integrierte Schaltungsvorrichtungen
auf, einschließlich
eines Mikrocontrollers 122, die notwendig sind, um die
mit Bezug auf die 1 und 2 erläuterten
Funktionen auszuführen.
Ebenfalls an dem unteren Gehäuseteil 130a angebracht
zusätzlich
zu den bereits genannten Komponenten und Modulen, die in 3b mit den zuvor eingeführten Bezugszeichen
gekennzeichnet sind, ist eine elektronische Kabelanordnung 158.
Dieses Kabel trägt
einen von außen
zugänglichen
Datenschnittstellenanschluss 120', dessen Verbinder sich
abdichtend durch ein Loch erstreckt, das in dem Gehäuseabschnitt 130b vorgesehen
ist, wie dies in der gezeichneten Figur zu sehen ist.
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Ein elektronisches Steuerungsmodul 160 mit seiner
eigenen Kabelanordnung ist ebenfalls in dem Gehäuse 130 befestigt
und liefert die Steuerungseingangs-Momentkontaktschalter 118 und
den Mikrocontroller 120, der mit Bezug auf die 2 identifiziert wurde. Schließlich ist
in dem Gehäuse 130 und dem
umgebenden Eintrittsbereich 152 der Vorderwand 138 ein
magnetischer Reed-Schalter und eine Kabelanordnung 162 aufgenommen.
Diese Kabelanordnung mit ihren verschiedenen magnetisch ansprechenden
Reed-Schaltern ist empfindlich gegenüber einem oder mehreren Magneten,
die in entsprechenden Bereichen von verschiedenen der Objektiv-Optikgruppen
getragen werden, die mit dem Basissensor 18 verwendet werden
können.
Diese Magnete sind an bestimmten Stellen (d. h. in einem Positionscode)
auf jedem Objektivlinsensatz platziert, um einem Benutzer sowohl
die unterschiedlichen Verstärkungswerte
einer entfernten Szene und die unterschiedlichen Symbole bereitzustellen,
die für
den bestimmten Gebrauch passen, für die der Objektivlinsensatz
an den Sensor 18 angepasst ist. Wenn der Basissensor auf
die Installation einer bestimmten Linsengruppe reagiert, wird der
Benutzer mit dem Symbol und anderen internen Einstellungen für den Betrieb
des Sensors 18 automatisch versorgt. Die Reed-Schalter
sind in der Lage, die bestimmten Stellen der Magnete auf den Linsengruppen
durch den nicht magnetischen Vorderwandbereich 138 des
Gehäuses 130 zu
erfassen und damit die bestimmte Linsengruppe zu identifizieren.
Somit ist keine physische Eingabe durch eine Bedienperson erforderlich, um
eine bestimmte Linsengruppe für
den Sensor 18 zu identifizieren, und die Kammer 20 bleibt
abgedichtet.
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Betrachtet man sich nun den Gehäusebereich 130b,
ist zu erkennen, dass dieser Gehäusebereich
eine Batteriekammer-Vertiefung 164 am
hinteren Bereich des Gehäuses 130 ausbildet.
Diese Vertiefung öffnet
sich sowohl nach oben als auch nach hinten an dem Gehäuseteil 130b.
Die Batterie 124 wird in der Vertiefung 164 aufgenommen
und wird in dieser Vertiefung über
ein schwenkbares Türelement 166 mit
einem dazwischenliegenden Abdichtungselement 168 dicht
abgedeckt. Die Tür 166 ist
etwa Lförmig
in der Seitenansicht und benachbart seiner hinteren Kante mit dem
Gehäuseteil 130b schwenkbar
verbunden. Eine Verriegelungsvorrichtung 170 wird von der
Tür 166 benachbart
zu dessen vorderem Ende getragen und ist lösbar mit einer Vertiefung in diesem
Gehäuseteil
lösbar
aufgenommen, um die Tür 166 in
ihrer geschlossenen Position, wie in 3a zu
sehen, zu halten.
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Identifikation
der Zusatzlinsen
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Betrachtet man immer noch die 3b, ergibt sich, dass, falls
die Wärmebildvorrichtung 10 ohne
die Objektiv-Optikgruppe 12 verwendet wird, dann die Abbildungsoptikgruppe 34,
die innen im Gehäuse 130 ist,
ein Bild auf den Detektor 50 fokussieren wird. In dieser
Konfiguration hat die Wärmebildvorrichtung 10 das
breitestmögliche
Sichtfeld (FOV) und eine Einheitsleistung. Das heißt, dass
das dem Benutzer der Vorrichtung 10 gebotene Bild die gleiche
Größe hat,
als würde
er durch ein Einheitsleistungsteleskop schauen, mit der Ausnahme,
dass das gebotene Bild eine Kopie im sichtbaren Licht des nicht
sichtbaren infraroten Wärmebilds
von der betrachteten Szene ist. Falls der Benutzer sich entscheidet,
eine Teleskop-Objektivlinsengruppe 12 bei der Vorrichtung 10 zu
verwenden, wird das Gehäuse 146 für diese
Teleskoplinsengruppe mit ihrem konischen hinteren Abschnitt 148 in
die angepasste Kavität
an der Vorderseite des Gehäuses 130 eingesteckt,
wie dies zuvor erläutert
wurde. 3 zeigt, dass der konische
Rückabschnitt 148 des
Gehäuses 146 ein
flaches Merkmal 172 trägt,
das auf dem konischen Abschnitt ausgebildet ist, so dass das Gehäuse in der
Vorrichtung 110 nur in einer relativen Rotationsposition
vollständig
sitzen kann. Ein innen mit Gewinde versehener Haltering 174,
der drehend von dem Gehäuse 146 getragen
wird, wirkt über
ein Gewinde mit einem mit Gewinde versehenen ringförmigen Vorsprung
(in den gezeichneten Figuren nicht sichtbar) auf der Vorderseite
des Gehäuses 130 zusammen,
um die Teleskoplinse lösbar
zu halten.
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Die Teleskopzusatzlinse, die in 3 zu sehen ist, ist eine von drei alternativen
Teleskoplinsen, die bei der Vorrichtung 10 verwendet werden
kann. Die anderen zwei alternativen Teleskoplinsen sind als eine
Gruppe in 4 zu sehen. Betrachtet man 3, ist zu sehen, dass diese Zusatzlinse
an dem Gehäuse 146 einen
Magnet besitzt, der auf dem Gehäuseabschnitt 148 an
einer Stelle getragen wird, die mit dem nummerierten Pfeil 176 gekennzeichnet
ist. Dieser Magnet ist eindeutig relativ zu dem Merkmal 172 positioniert.
Der Magnet 176 dieser Linse ist ausgerichtet zu und betätigt nur
einen der magnetischen Reed-Schalter 178, die auf der Reed-Schalter-Anordnung 162 getragen
werden. Der eine der Reed-Schalter 178, der von dem Magnet 176 betätigt wird,
identifiziert eindeutig die installierte Teleskoplinse. Jede der
anderen beiden Linsen, die in 4 zu sehen
sind, haben in ähnlicher
Weise einen Magnet (176', 176''), die unterschiedlich
relativ zu dem flachen Merkmal 172 dieser Linse positioniert
sind, um nur einen der vier Reed-Schalter der Reed-Schalter-Anordnung 176 zu
betätigen.
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Wendet man sich nun den 4 zu, ist insbesondere zu erkennen, dass
jede der anderen beiden Zusatzteleskoplinsen ebenfalls einen ähnlichen Magnet
(176' und 176'') besitzt, der eindeutig auf dem
jeweiligen Abschnitt 148 der Linse platziert ist. Die zwei
dieser drei Linsen, die in 4 zu sehen sind,
umfassen auch ein Merkmal mit zwei Positionen und variabler Leistung
(und variablem Blickfeld). Es versteht sich, dass eine größere Verstärkung (größere Leistung)
beim Benutzer der Vor richtung 10 dazu führt, dass er dann mit einem
engeren Blickfeld versorgt wird. Umgekehrt, falls der Benutzer ein
breiteres Blickfeld wünscht,
wird eine Einstellung der Linse mit geringerer Leistung verwendet.
Dieses Merkmal der variablen Leistung wird von dem Benutzer manuell
durch Drehen eines Leistungsauswahlrings 180 zwischen einer
der zwei möglichen
Drehpositionen dieses Rings manuell betätigt. In einer der beiden Positionen
des Rings 180 wird ein zusätzlicher innerer Magnet (nicht
direkt auf den gezeichneten Figuren zu sehen, aber durch Bezug auf
dessen Magnetfeldgebiet gekennzeichnet, wie nachfolgend erläutert) von dem
konischen Bereich 148 beabstandet und liefert kein signifikantes
Magnetfeld nach außen.
In der anderen Position des Leistungsauswahlrings 180 bewegt
sich das zusätzliche
innere Magnet axial in eine Position benachbart zu einer inneren
Fläche
des Abschnitts 148. In dieser Position stellt das Magnet
ein zusätzliches
Gebiet des Magnetfeldgebiets auf dem Abschnitt 148 des
Linsengehäuses 146 dar,
wobei Magnet, Magnetposition und Magnetfeldgebiet auf der äußeren Fläche 148 alle
in 4 mit dem gestrichelten Liniengebiet
und einem mit Pfeil versehenen Bezugszeichen 182 gekennzeichnet
sind. Das Magnetfeldgebiet 182 ist mit dem vierten Magnet
zwischen Reed-Schalter 78 der
Vorrichtung 10 ausgerichtet. Somit kann die Vorrichtung 10 nicht
nur erkennen, welche (falls eine) der Linsen 12 von einem Benutzer
der Vorrichtung installiert ist, sondern kann auch identifizieren,
welche Leistungseinstellung von dem Benutzer für diese Linsen mit variablem
Leistungsniveau freigegeben ist.
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Tabelle 5 liefert eine Darstellung
der Positionen der Magnete 176, 176', 176'' auf
den verschiedenen Linsen 12 und das Vorhandensein oder
Nichtvorhandensein eines Magnetfelds im Gebiet 182 des
konischen Bereichs 148 der Linsen und den Wert der Teleskopleistung,
die von diesen Linsen dem Benutzer der Vorrichtung 10 zur
Verfügung
gestellt wird, abhängig
von der Position des Rings 180. Die erste Reihe dieser
Tabelle betrifft die Vorrichtung 10 alleine ohne installierte
Zusatzlinse. Es ist aus dieser Tabelle ersichtlich, dass die drei
Linsen einen magnetischen Einzelpositioncode benutzen, um die installierte
Linse anzugeben. Somit ist ersichtlich, dass zusätzliche Linsen zur Nutzung
mit der Vorrichtung 10 vorgesehen werden können, ohne
die Notwendigkeit von inneren Strukturänderungen der Vorrichtung.
Das Zufügen
von Linsen, die eine Zweipositionsmagnetisierung verwenden, würde drei
zusätzliche
Linsen erlauben, die eindeutig identifiziert werden können. Eine
zusätzliche
Linse (für
insgesamt sieben Zusatzlinsen) kann identifiziert werden, indem
ein Magnetfeld an allen drei der magnetischen Reed-Schalterpositionen
verwendet wird, die für
die Linsenidentifikation verwendet werden. Die Vorrichtung 10 kann falls
notwendig programmiert werden, um die installierten Zusatzlinsen
zu erkennen und um Symbole dem Benutzer der Vorrichtung zu liefern,
falls zu der installierten Linse passend. Die Tabelle der 5 zeigt auch, ob ein Magnetfeld im Gebiet 182 vorhanden
ist oder nicht vorhanden ist abhängig
von dem Leistungswert (und dem Blickfeld), das von dem Benutzer
der Vorrichtung 10 ausgewählt wurde. Aus einer Prüfung der 5 ergibt sich, dass Linsen
#1 und #2 in 4 dargestellt sind, während die
in 3 gezeigte Linse die Linse #3 ist
und keine variable Leistung oder einen Leistungsauswahlring 180 besitzt.
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Während
die vorliegende Erfindung dargestellt, beschrieben und mit Bezug
auf eine bestimmte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung definiert wurde,
bedeutet eine solche Bezugnahme keine Beschränkung der Erfindung, und keine
solche Beschränkung
kann daraus abgeleitet werden. Die Erfindung kann beträchtlichen
Modifikationen, Änderungen
und Äquivalenten
in Form und Funktion unterzogen werden, wie dies für einen
Durchschnittsfachmann ersichtlich ist. Die dargestellte und beschriebene
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist rein beispielhaft und erschöpft den Umfang der Erfindung
nicht. Folglich ist die Erfindung nur durch die angehängten Ansprüche beschränkt.