DE2150570A1

DE2150570A1 - Anordnung bei Visierfadenkreuzen fuer Flugzeuge

Info

Publication number: DE2150570A1
Application number: DE19712150570
Authority: DE
Inventors: Schultz William D; Bushman Bliss M
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1970-10-23
Filing date: 1971-10-11
Publication date: 1972-04-27
Also published as: IL37853A; IL37853A0; FR2113434A5; DE2150570C3; DE2150570B2; US3671100A; SE361953B

Description

-G. idJeisse 5602 LANGENBERG CRhelnl). den

„ . Bökenbuech 41

Dipl.-Phys. ^Jürgen UJeisse Telefon (02127) 1319

_{t KI} Telex 8516895

Patentanwälte

Patentanmeldung

The Perkin-Elmer Corporation, Norwalk, Connecticut USA

Anordnung bei Visierfadenkreuzen für Flugzeuge

Die Erfindung betrifft eine Anordnung bei Visierfadenkreuzen für Flugzeuge mit einer Linse, welche ein Bild des Fadenkreuzes erzeugt, und einer Kamera, durch welche ein dem Blick durch das Fadenkreuz entsprechendes Bild photographierbar ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zielkameras, die an militärischen Kampfflugzeugen vorgesehen sind, um Ziele zu photographieren, auf welche die Kanonen oder Raketen des Flugzeugs durch den Piloten gerichtet sind. Speziell bezieht sich die Erfindung auf ein System zur Überlagerung des Visier-Fadenkreuzbildes (HUD), wie es von dem Piloten gesehen wird, auf das von der Kamera erfaßte Bild, so daß die Kamera ein Blick des Piloten auf ein Ziel aufzeichnet, scfvle es durch das Fadenkreuz "beobachtet wird.

Bei der Art von Kampfflugzeugen, in welcher das System der vorliegenden Erfindung besonders anwendbar ist, sind die verschiedenen Waffen wie Kanonen, Bomben, Lenkgeschosse oder Bake ten in fester Lage relativ zur Achse des Flugzeugs gehaltert, und der Pilot richtet sie zum Treffen eines gewählten Ziels, in-

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dem das Flugzeug gerichtet wird. Zum Richten des Flugzeugs bewegt ein Feuerleit- und Richtsystem ein Visierfadenkreuz (gekreuzte Haare und/oder konzentrische Ringe) um einen bestimmten Betrag in einer solchen Richtung relativ zu der Achse des Flugzeugs, daß Vorhaltwinkel und G-Ladefaktoren kompensiert werden, so daß wenn der Pilot ein Ziel visuell fluchtend mit dem Zentrum des Fadenkreuzes sieht, das Flugzeug richtig ausgerichtet ist, so daß die betreffende Waffe das Ziel trifft. In diesem System ist das Fadenkreuz gewöhnlich ein Reflexvisier, bei welchem ein Bild des Fadenkreuzes im unendlichen indirekt in die Augen des Piloten projiziert wird. Das Fadenkreuzbild wird vom Visierobjektiv auf ein Überlagerungsglas projiziert, welches in der Sichtlinie des Piloten angeordnet ist, so daß der Pilot in der gleichen Ebene im optisch Unendlichen ein Ziel vor dem Flugzeug und das diesem Ziel überlagerte Bild des Fadenkreuzes sieht.

Die Zielkamera ist so ausgerichtet, daß sie dasjenige photographiert, auf das die Waffen gerichtet sind. Es ist aber wünschenswert, daß die Photographien auch das Fadenkreuz zeigen, um den Blick des Piloten auf das Ziel relativ zu dem Fadenkreuz aufzuzeichnen. Ein System, um dies zu erreichen, besteht in einer Periskopanordnung, welche die tatsächlich von dem Piloten durch das Überlagerungsglas gesehene Szene mittels eines Periskops, welches mit seinem Einlaßende über die Schulter des Piloten in der Nähe seines Kopfes sieht, auf die Kamera leitet (US-Patentschrift 3 057 258). Dies blockiert jedoch die Aussicht des Piloten nach einer Seite und stört. Diese bekannte Anordnung erfordert auch eine ziemlich aufwendige Anordnung von optischen Gliedern, die einen unverhältnismäßig großen Teil des ohnehin begrenzten Raumes im Cockpit des Flugzeugs einnehmen,

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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Szene, so wie sie von dem Piloten gesehen wird^ mit dem überlagerten Fadenkreuzbild unter Verwendung von Fiberoptiken auf die Kamera zu leiten. Wie bei dem vorerwähnten Periskopsystem macht es dieses System jedoch erforderlich, das Einlaßende des Faseroptik-Übertragungssystems in der Hähe des Kopfes des Piloten anzuordnen, um zu sehen, was der Pilot tatsächlich sieht. Es ergeben sich somit die gleichen Raum- und Störungsnachteile wie bei dem Periskopsystem. Außerdem müssen bei einem solchen System, um die erforderliche hohe Auflösung zu erhalten und ein geeignetes Bild des Zieles und des Fadenkreuzes zu erzeugen.die Faseroptiken aus einem Faserbündel bestehen, welches eine ziemlich große Anzahl von feinen optischen Fasern von kleinem Durchmesser enthält, deren Anordnung in dem Cockpit ziemlich teuer und aufwendig sein könnte. ^f

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile der vorbekannten Anordnungen zu vermeiden und eine Anordnung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß mit einfachen Mitteln und ohne Behinderung des Piloten ein Bild des Gesichtsfelds des Piloten mit dem Ziel und einem überlagerten Fadenkreuzbild zu erzeugen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Überlagerung des Fadenkreuzbildes über das von der Kamera aufgenommene Bild ein Bündel von optischen Fasern vorgesehen ist und das Fadenkreuzbild auf ein Ende des optischen Faserbündels projiziert wird und daß Mittel zum Parallelrichten des am anderen Ende des Bündels austretenden Lichts und zum Projizieren des davon übertragenen Fadenkreuzbildes in den optischen Strahlengang der Kamera vorgesehen sind.

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Bei dem erfindungsgemäßen System ist die Kamera fluchtend mit den Waffen so gehaltert, daß sie das Gesichtsfeld vor dem Flugzeug photographiert. Das Bild des Fadenkreuzes wird durch eine reflektierende Fläche von der Objektivlinse des. Visiers abgenommen, von welcher das Fadenkreuzbild in parallelem Licht ausgeht. Das parallele Lichtbündel wird auf eine Objektivlinse reflektiert, welche ihrerseits das Bild auf einem Ende eines optischen Faserbündels fokussiert. Am änderen Ende des optischen Faserbündels wird das Fadenkreuzbild wieder parallelgerichtet und auf ein Überlagerungsglas projiziert, welches im optischen Strahlengang der Kamera liegt, so daß das Fadenkreuzbild dem Gesichtsfeld der Kamera überlagert wird. Das Fadenkreuzbild wird so einem Zielbild überlagert, welches von der Kamera photographiert wird.

Da es bei dem erfindungsgemäßen System nur erforderlich ist, das Fadenkreuzbild durch Faseroptik zu übertragen und die Übertragung nur mit einer Auflösung zu erfolgen braucht, die ein erkennbares Bild des Fadenkreuzes liefert, kann das Bündel von Faseroptik kleiner gehalten werden und relativ weniger einzelne optische Fasern von größerem Durchmesser enthalten, als es erforderlich wäre, um ein vollständiges Bild einschließlich des Bildes des Ziels und des Bildes des Fadenkreuzes zu übertragen.

Bei dem erfindungsgemäßen System braucht weder die Kamera noch das optische Faserbündel in dem Cockpit angeordnet zu sein, und es braucht kein Teil des Systems in der Hahe oder in gleicher Höhe wie der Kopf des Piloten zu liegen, wo er die Aussicht des Piloten in einer Richtung behindern und diesen ablenken würde. Außer daß das Eintrittsende des Faseroptikbündels in

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einer solchen Lage sein muß, daß es das Fadenkreuzbild von der Visierobjektivlinse erfaßt, und daß die Kamera in die gleiche Richtung gerichtet werden muß wie die Kanonen oder Raketen, können die Kamera und das Faseroptikbündel in beliebiger Weise in dem Hasenteil des Flugzeugs angeordnet werden.

Ein System nach der vorliegenden Erfindung ist verwendet worden, um Luft- und/oder Bodenziele auf einem Film zu photographieren mit einer Mindestauflösung von 50 Linien pro Millimeter, und Ziele, die mehr als eine Meile von dem Flugzeug entfernt waren, waren in den davon gemachten Photographien bequem identifizierbar.

Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert;

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels dieses Systems und

Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt längs der Linie 3 von Fig. 2.

In der schematischen Darstellung von Fig. 1 wird das System zur Überlagerung des Bildes eines Visierfadenkreuzes und eines von einer Zielkamera aufgenommenen Bildes in Verbindung mit einer Visierobjektivlinse 10 verwendet, welche ein Bild eines Visierfadenkreuzes von einem üblichen (nicht dar-

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gestellten) Flugzeugvisier in die Sichtlinie des Flugzeugpiloten projiziert mittels eines Überlagerungsglases 12. Eine Zielkamera 13 ist in dem Flugzeug fluchtend mit der Flugzeug- oder Sichtachse gehaltert und photograhpiert ein Gesichtsfeld, das dem Gesichtsfeld vor dem Flugzeug entspricht. Das ist die Aussicht, die der Pilot durch das Visierfadenkreuz sieht. Nach der Erfindung enthält das System eine reflektierende Fläche 14, die an einem Randteil der Visierobjektivlinse 10 angeordnet ist und das Fadenkreuzbild, das als paralleles Licht aus der letzteren Linse austritt, in eine Linse oder ein Linsensystem 15 reflektiert, welches das Fadenkreuzbild auf das Ende 16a eines Bündels von optischen Fasern 16 fokussiert.

An dem anderen Ende 16b des Faseroptikbündels 16 wird das daraus austretende Fadenkreuzbild durch eine Linse 17 im Unendlichen abgebildet, welche das Bild auf ein Überlagerungsglas 18 im optischen Strahlengang der Kamera 13 projiziert, so daß das Fadenkreuzbild dem von der Kamera aufgenommenen Zielbild durch deren eigene Objektivlinse überlagert wird.

Die Figuren 2 und 3 stellen eine spezielle Ausführungsform des Systems nach der Erfindung dar, wie es in ein militärisches Kampfflugzeug, beispielsweise ein USA-Kampfflugzeug F 4,eingebaut ist. Die Sichtlinie 11 des Piloten ist als eine Linie von dem Auge 11a des Piloten im Cockpit vorwärts durch das Überlagerungsglas 12, auf welches das Visierfadenkreuzbild durch die Visierobjektivlinse 10 projiziert wird, und durch die Windschutzscheibe 19 des Flugzeugs hindurch dargestellt. Unterhalb der Windschutzscheibe 19 und der Sichtlinie

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11 des Piloten liegt ein mit 20 "bezeichneter, im wesentlichen horizontaler Blendschutz. In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die scheinbare Lage der Kameralinse 21 "bis über den Blendschutz 20 mittels eines Periskops 22· Das Periskop 22 besteht vorzugsweise aus einer massiven Glasübertragungsoptik, welche eine geneigte reflektierende Fläche 23 an ihrem oberen Eintrittsende und eine dazu parallele geneigte reflektierende Fläche 24 an ihrem unteren Ende aufweist. Das Gesichtsfeld der Kamera 1$ wird somit durch das Licht bestimmt, welches in das obere Ende des Periskops 22 eintritt und nach unten von der reflektierenden Fläche 23 zu der reflektierenden Fläche 24 reflektiert wird, von welcher das Licht in die Kamera 13 durch die Kameralinse 21 tritt. Das Gesichtsfeld der Kamera 13» welches durch die Linse 21 und den Durchmesser des optischen Strahlengangs durch das Periskop 22 bestimmt ist, ist vorteilhafterweise 8° in vertikaler Richtung und 11° in horizontaler Richtung.

Bei dem in Figur 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Fadenkreuzbild, welches aus der Oberseite der Visierobjektivlinse 10 als paralleles Licht austritt, abgelenkt und auf das Eintrittsende 16a des optischen Faserbündels 16 durch eine Ghrisman-Linsen-Anordnung 25 fokussiert. Diese besteht aus einem Prisma 26 mit einer reflektierenden Fläche 26a, welche so ausgerichtet ist, daß sie das Fadenkreuzbild durch ein Cooke-Linsentriplet 27 reflektiert. Dieses besteht aus einer negativen Linse, die in gleichen Abständen zwischen einem Paar von positiven Linsen angeordnet ist, und fokussiert das Bild auf dem Eintrittsende 16a des Faseroptikbündels über ein Prisma 28 mit einer reflektierenden Oberfläche 28a.

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Wie am deutlichsten in Figur 3 dargestellt ist, ist das andere Austrittsende 16b des Faseroptikbündels 16 so angeordnet, daß es durch die Seite eines Gehäuses 29» in welcher die Kameralinse 21 und das Periskop 22 gehaltert sind, mündet. Das Gehäuse definiert den Strahlengang zu der Kamera Der untere Teil des Periskops 22 enthält eine Überlagerungsgleschicht 30 quer zu dem Strahlengang durch das Periskop und unter einem Winkel von 90° zu der unteren reflektierenden Fläche 24 des Periskops. Innerhalb des Gehäuses 29 wird das Fadenkreuzbild, welches von dem Ende 16b des Faseroptikbündels ausgeht, auf einen Reflektor 31 geleitet, welcher das Bild durch ein Cooke-Linsentriplet 32 reflektiert. Diese bildet das Bild im Unendlichen ab und projiziert es auf die Überlagerungsglasschicht 30, welche somit das Fadenkreuzbild dem von der Kamera 13 über das Periskop 22 aufgenommenen Bild überlagert.

Da, wie oben erwähnt, das Bild eines Ziels von der Kamera direkt oder über ein einfaches Periskop aufgenommen wird, so daß nur das Fadenkreuzbild durch ein optisches Faserbündel übertragen wird, braucht die Auflösung des optischen Faserbündels und die Größe der einzelnen Fasern nur ausreichend zu sein, um ein erkennbares Bild des Fadenkreuzes zu übertragen. Infolgedessen kann das Bündel von optischen Fasern ziemlich klein sein und aus Fasern größeren Durchmessers bestehen, als sie erforderlich wären, um ein Bild von höherer Auflösung zu übertragen. Es kann somit ein relativ billiges und stabiles Faseroptiksystem für das erfindungsgemäße System verwendet werden. Ein weiterer Vorteil des Systems besteht darin, daß alle Bauteile einfach und stabil sind und leicht starr gehaltert werden können, so daß die Teile des Systems nicht durch Schwingungen gelockert und verlagert werden können. Es ergeben sich somit klare, scharfe Photographien, in denen das Visierfadenkreuz dem Bild des Ziels überlagertist.

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Claims

Patentansprüche

Anordnung bei Visierfadenkreuzen für Flugzeuge mit einer Linse, welche ein Bild des Fadenkreuzes erzeugt, und einer Kamera, durch welche ein dem Blick durch das Fadenkreuz entspre- . chendes Bild photographierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überlagerung des Fadenkreuzbildes über das von der Kamera aufgenommene Bild ein Bündel von optischen Fasern (16) vorgesehen ist und das Fadenkreuzbild auf ein Ende (16a) des optischen Faserbündels (16) projiziert wird und daß Mittel (32) zum Parallelrichten des am anderen Ende (16b) des Bündels (16) austretenden Lichtes und zum Projizieren des davon übertragenen Fadenkreuzbildes in den optischen Strahlengang der Kamera (13) vorgesehen sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß reflektierende Mittel (26) vorgesehen sind, welche ein Bild des Fadenkreuzes von der dieses abbildenden Linse (10) erfassen und dieses Bild auf ein erstes Objektiv (27) lenken, welches das Bild auf ein Ende (16a) des optischen Faserbündels (16) fokussiert.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (10), welche das Bild des Fadenkreuzes projiziert, eine Kollimatorlinse ist.
4·. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß an dem anderen Ende (16b) des optischen Faserbündels (16) ein zweites Objektiv (32) vorgesehen ist, welches das Licht von diesem anderen Ende (16b) parallelrichtet, und das davon übertragene Fadenkreuzbild projiziert, und daß im Strahlengang der

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Kamera (13) ein Strahlenteiler (30) vorgesehen ist, welcher das von dem zweiten Objektiv (32) projizierte Fadenkreuzbild erfaßt und das Fadenkreuzbild dem von der Kamera (13) erfaßten Bild überlagert.
5· Anordnung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Objektive (27, 32) im wesentlichen mit den gleichen Mnsengliedern aufgebaut sind, wobei durch das erste Objektiv (27) eine Fokussierung von parallelgerichtetem Licht auf einem Ende (16a) des optischen Faserbundeis (16) und durch das »weite Objektiv (32) eine Parallelrichtung von fokussiertem Licht, welches an dem anderen Ende (16b) des Faserbündels (16) austritt, erfolgt·
6. Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenglieder (27, 32) Cooke-Triplets bilden.

7· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlengang der Kamera (13) über ein Periskop (22) aus massivem Glas verläuft, welches wenigstens ein Paar reflektierender Flächen (23, 24) aufweist, die unter einem solchen Winkel angeordnet sind, daß das in einen Bereich des Glases eintretende Licht gefaltet und durch das Glas in die Kamera (13) geleitet wird, daß das Glas einen Strahlenteiler (30) in dem dadurch verlaufenden Strahlengang aufweist, der das von dem anderen Ende (16b) des optischen Faserbündels (16) ausgehende Licht erfaßt, und daß ein Objektiv (32) zwischen dem besagten anderem Ende (16b) des Faserbündels (16) und dem Strahlenteiler (30) angeordnet ist, durch welches ein von dem Faserbündel (16) übertragenes Bild des Fadenkreuzes projiziert und dieses Bild damit dem von der Kamera (13) aufgenommenen Bild überlagert wird.

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