DE2458622A1 - Optische zielvorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWALT- DIPPING. H. STROHSCHÄNK

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11.12.1974-SFLa(H) 19O-1369P

Optische Zielvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Zielvorrichtung mit einer Lichtquelle und einem Linsensystem, das ein als Zielpunkt für ein Beobachterauge dienendes Bild der Lichtquelle erzeugt und eine reflektierende Oberfläche zum Umlenken von von der Lichtquelle ausgehender Strahlung in die Richtung des Beobachterauges aufweist.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Zielvorrichtung eignet sich insbesondere zu einem Einsatz als Zielvorrichtung für Feuerwaffen. Es ist hierbei bekannt, wie eine Linse, die als semitransparenter Konkavspiegel dient, und eine im Brennpunkt dieses Spiegels befindliche Lichtquelle angeordnet werden müssen, damit die Hauptachse der Linse auf halbem Wege zwischen der ' Ziellinie für einen Beobachter und einer Linie liegt, welche · die zu der Zielvorrichtung gehörige Lichtquelle einerseits und den Mittelpunkt der Linse andererseits miteinander verbindet.

Bei bekannten Zielvorrichtungen dieser Art wird als Lichtquelle im allgemeinen eine Glühlampe oder eine Leuchtdiode verwendet. Nun kann es jedoch Schwierigkeiten bereiten, das Bild einer solchen Lichtquelle gegen bestimmte Hintergrundbeleuchtung en zu erkennen, und dies gilt insbesondere dann, wenn rotes Licht emittierende Dioden verwendet werden und die mit der Zielvorrichtung ausgestattete Waffe auf einen roten Hintergrund

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gerichtet 'werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zielvorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sie stets und unabhängig vom jeweiligen Hintergrund ein genaues Zielen gestattet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung zum periodischen Ändern der Helligkeit des Bildes der Lichtquelle mit einer innerhalb des Wahrnehmbarkeitsbereichs für das menschliche Auge liegenden Frequenz.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Zielvorrichtung wird der jeweils anzuvisierende Zielpunkt in seiner"Unterscheidbarkeit gegenüber seiner Umgebung dadurch verbessert, daß er in pulsierender oder lichtblitzartiger Weise erzeugt wird.

Eine weitere Verbesserung einer solchen optischen Zielvorrichtung läßt sich dadurch erhalten, daß die Änderung der Helligkeit mit einer oberen und/oder einer unteren Grenze gekoppelt wird, und dadurch, daß sie in Abhängigkeit zu den LichtVerhältnissen in der Umgebung variabel gemacht wird.

Im übrigen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung in Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet .

Der oben erwähnte Zielpunkt besteht aus einem Bilde der Lichtquelle auf einer reflektierenden Oberfläche im Linsensystem der optischen Zielvorrichtung. Zur Steigerung der Wahrnehmbarkeit für dieses Bild der Lichtquelle und/oder zum Einstellen seiner Helligkeit auf die Lichtverhältnisse in der Umgebung sind nachstehende Ausführungsformen möglich.

A) Das Bild der Lichtquelle wird in der Weise gestaltet, daß es als Blitzen oder Pulsieren mit einer festen Frequenz

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wahrnehmbar wird. Dies läßt sich am einfachsten dadurch erreichen, daß die Lichtquelle so betrieben wird, daß sie pulsierendes oder Blitzlicht abstrahlt. Unter Blichtlichtbetrieb ist dabei grundsätzlich zu verstehen, daß die Lichtquelle zwischen ihrem eingeschalteten und ihrem ausgeschalteten Zustand alterniert. Daneben ist es auch möglich, daß die Lichtquelle zwischen zwei Einschaltungszuständen von unterschiedlicher Helligkeit alterniert. Die Verschiebung zwischen diesen beiden Zuständen erfolgt rasch. Bei einer pulsierenden Lichtquelle variiert die Helligkeit langsam zwischen einer oberen und einer unteren Grenze. Die untere Grenze kann so gewählt werden, daß sie dem menschlichen Auge als eine völlige Abschaltung der Lichtquelle erscheint. In diesem Zusammenhang kann weiter angemerkt werden, daß sich dadurch auch eine erhebliche Energieersparnis für den Betrieb der Lichtquelle erzielen läßt, was von besonderem Vorteil für einen etwaigen Batteriebetrieb für die Lichtquelle ist.

B) Die pulsierende oder Blichtlichterzeugung gemäß der obigen Alternative A ist in ihrer Frequenz in Abhängigkeit von der Umgebungsbeleuchtung variabel. Dabei sollte diese Frequenz bei schwächerer Umgebungshelligkeit niedriger liegen.

C) Das Pulsieren oder Blitzen erfolgt mit einer festen Frequenz, aber der Einschaltungszustand für die Lichtquelle oder die obere Grenze für die Helligkeit und die untere Grenze für die Helligkeit der Lichtquelle, soweit diese untere Grenze nicht als ein völliges Abschalten der Lichtquelle erscheint, variieren in Abhängigkeit von den Lichtverhältnissen der Umgebung in der Weise, daß diese Grenzen für eine schwächere Umgebungshelligkeit niedriger liegen.

D) Der Blitzlicht- oder Pulsbetrieb erfolgt mit einer Frequenz, die in Abhängigkeit von den Lichtverhältnissen in der Umgebung variiert, wobei außerdem die Änderung der Helligkeit ebenfalls entsprechend der Alternativausführung C variiert.

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Der Blitzlicht- oder Impulsbetrieb für die Lichtquelle sollte bei Tageslicht mit einer Frequenz erfolgen, die so hoch liegt, wie dies möglich ist, ohne daß das menschliche Auge den Eindruck von Dauerlicht erhält. Diese obere Frequenzgrenze variiert etwas für verschiedene Personen und auch in Abhängigkeit von der jeweiligen Ermüdung des Beobachters, sie liegt jedoch im allgemeinen irgendwo zwischen 10 und 20 Hz. Zur Erzielung einer guten Wahrnehmbarkeit der Lichtblitze von der Lichtquelle auch bei schwächerer Umgebungshelligkeit sollte die Frequenz für die Lichtblitze unter solchen Bedingungen etwas vermindert werden.

Beim Schießen auf bewegte Ziele ist es beispielsweise möglich, bei vollem Tageslicht mit einer Blitzlichtfrequenz von etwa 10 Hz zu arbeiten, diese Frequenz kann jedoch bei schlechten Lichtverhältnissen bis auf 5 bis 6 Hz vermindert werden. Wie weit eine solche Verminderung der Blitzlichtfrequenz möglich ist, hängt naturgemäß von der Geschwindigkeit ab, mit der sich das zu bekämpfende Ziel bewegt. Dabei versteht es sich von selbst, daß die niedrigst mögliche Blitzlichtfrequenz bei um so höheren Werten gewählt werden muß, je rascher sich das zu bekämpfende Ziel bewegt, um ein vollkommenes Zielen zu ermöglichen.

Beim Schießen auf feststehende Ziele, beispielsweise beim Schießen in einem Schießstand, kann die Blitzlichtfrequenz relativ niedrig liegen. Ein Unterschreiten eines Wertes von 1 Hz ist jedoch als sinnlos zu betrachten. Unter schlechten Lxchtverhältnissen sollte, die Blitzlichtfrequenz beim Schießen auf einem Schießstand zwischen 2 und 4 Hz gewählt werden.

Der Grund für eine generelle Verminderung der Blitzlichtfrequenz unter schlechten Lxchtverhältnissen liegt darin, daß die Wahrnehmbarkeit des Zieles und des Zielpunktes unter schlechten Lxchtverhältnissen nicht optimal wird, wenn dem Zielpunkt eine zu hohe Frequenz zugeordnet wird.

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In der Kombination eines Blitzlicht- oder Impulsbetriebs für die Lichtquelle mit einer variablen oberen Grenze für die Helligkeit der Lichtquelle liegt insofern ein Vorteil, als sich dadurch die Gefahr einer Blendung ausschalten läßt. Die Lichtquelle sollte nämlich bei vollem Tageslicht eine relativ'hohe Helligkeit aufweisen, damit der Zielpunkt für das Beobachterauge deutlich wahrnehmbar wird. In den Fällen, in denen die untere Grenze für die Helligkeit der Lichtblitze von der Lichtquelle nicht als völlige Abschaltung der Lichtquelle wahrgenommen werden, kann auch diese untere Grenze abgesenkt werden, so daß der Unterschied zwischen der oberen und der unteren Grenze für die von der Lichtquelle abgestrahlte Helligkeit für das Auge eines Beobachters deutlich sichtbar bleibt.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für den mechanischen Aufbau einer optischen Zielvorrichtung,

Fig. 2 ein erstes Beispiel für eine elektronische Schaltung zur Erzielung eines Blitzlichtbetriebs für den Zielpunkt in einer Zielvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Alternativausführung für einen Ausschnitt aus der Schaltung von Fig. 2, mit deren Hilfe sich eine Änderung der Blitzlichtfrequenz erzielen läßt,

Fig. U ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine solche elektronische Schaltung, die eine Variation sowohl der Blitzlichtfrequenz als auch der Helligkeit der Lichtquelle gestattet, und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für den elektrischen Aufbau einer optischen Zielvorrichtung.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit der Bezugszahl 1 bezeichnete optische Zielvorrichtung weist bei diesem Ausführungsbeispiel einen Tubus 2 auf, der unmittelbar auf einer Waffe oder einem Gerät 3 montiert ist, das mit Hilfe der Zielvorrichtung 1 auf ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Ziel ausgerichtet werden soll. Das Linsensystem der in Fig. 1 dargestellten Zielvor-

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richtung 1 besteht aus zwei zusammengesetzten Linsen, nämlich einer ersten Linse 4 und einer zweiten Linse 5, die nahe nebeneinander angeordnet sind und eine kombinierte Linsenoberfläche 6 zwischen sich einschließen. Die Linsen k und 5 können auch miteinander verklebt sein.

Die Linsenoberfläche 6 reflektiert Licht, das von einer Licht- , quelle 7 abgestrahlt wird. Eine solche Lichtreflexion kann auch dadurch erreicht werden , daß die erste und die zweite Linse 4 bzw. 5 in ihrem Brechungsindex unterschiedlich gehalten werden oder, was günstiger istj^aß die kombinierte Linsenoberfläche 6 mit einem reflektierenden Oberzug versehen wird.

Das Linsensystem aus den Linsen 4 und 5 besitzt eine optische Achse 8, auf der auch die Lichtquelle 7 liegt. Die optische Achse 8 des Linsensystems verläuft in der Hauptsache parallel zum Lauf der mit der Zielvorrichtung 1 ausgestatteten Waffe bzw. zur Arbeitsrichtung des mit Hilfe dieser Zielvorrichtung 1 auszurichtenden Geräts 3. Von der Lichtquelle 7 ausgehende Lichtstrahlen werden an der Linsenoberfläche 6 in Richtung· auf ein Beobachterauge 10 in der Weise "reflektiert, daß das von der reflektierenden Linsenoberfläche 6 ausgehende Licht parallel zur optischen Achse des Beobachterauges 10 verläuft, so daß dieses Beobachterauge

10 die Lichtquelle 7 als unendlich weit entfernt wahrnimmt.

Das Linsensystem aus den Linsen H und 5 mit der reflektierenden Linsenoberfläche 6 ist so aufgebaut, daß auch in einer Richtung

11 von dem nicht dargestellten Ziel her einfallende Lichtstrahlen zum Beobachterauge 10 gelangen können, das Linsensystem ist also insoweit transparent.

Die in Fig. 2 dargestellte elektronische Schaltung ist ein Beispiel dafür, wie sich die Lichtquelle 7 von Fig. 1 in der Weise betreiben läßt, daß sie Lichtblitze abgibt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist angenommen, daß die Lichtquelle 7 aus einer Leuchtdiode Ll besteht. Diese Leuchtdiode Ll ist in Fig. in Serie mit einem Widerstand Rl und der Emitter-Kollektor-

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Strecke eines Transistors Tl an eine Spannungsquelle V angeschlossen.

Der Transistor Tl läßt die Leuchtdiode Ll Lichtblitze abgeben, indem er den die Leuchtdiode Ll enthaltenden Stromkreis alternierend schließt und öffnet.

Der Lichtblitzbetrieb erfolgt in Abhängigkeit von der Steuerspannung an der Basis des Transistors Tl. Diese Basis ist mit einem astabilen Flip-Flop verbunden, der aus zwei Transistoren T5 und T6 besteht, die über je einen Widerstand R5 bzw. R6 an die Spannungsquelle V angeschaltet sind. Die Basis des Transistors T6, der an seinem Emitter mit der Basis des Transistors Tl in dem die Leuchtdiode Ll enthaltenden Stromkreis verbunden ist, ist über einen Kondensator C2 an den Kollektor des anderen zum Flip-Flop gehörenden Transistors T5 und über Widerstände R2 und RU an die Spannungsquelle V angeschaltet. Die Basis des Transistors T5 steht über einen Kondensator C3 mit dem Kollektor des weiteren Transistors T6 und über den Widerstand R2 und einen weiteren Widerstand R3 mit der Spannungsquelle V in Verbindung. '

Die Blichtlichtfrequenz für die Leuchtdiode Ll wird im Prinzip bestimmt durch den Widerstand R3 in Kombination mit dem Kondensator C.3. Der in Serie mit der Leuchtdiode Ll liegende Widerstand Rl bestimmt den maximalen Strom durch die Leuchtdiode Ll.

Bereits oben ist erwähnt worden, daß es von Vorteil sein kann, die Blitzlichtfrequenz für die Lichtquelle, also im vorliegenden Falle die Leuchtdiode Ll, in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit zu variieren. Dies kann dadurch erreicht werden, daß anstelle des Widerstandes R2 zwischen den Schaltungspunkten 12 und 13 in Fig. 2 die in Fig. 3 dargestellte Parallelschaltung aus einem Widerstand R7 und einem Fototransistor Pl eingefügt wird. In diesem Falle variiert nämlich das Kippen des astabilen

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Flip-Flop aus den Transistoren T5 und T6 in Abhängigkeit von dem auf den Fototransistor Pl auftreffenden Licht. Der dem Fototransistor Pl parallel geschaltete Widerstand R7 sorgt dabei für einen bestimmten Basisstrom für die Transistoren T5 und T6 des Flip-Flops auch bei sehr schwacher Beleuchtung des Fototransistors Pl. Dies dient dazu, zu verhindern, daß der Flip-Flop vollkommen ausfällt oder in seiner Betriebsfrequenz unter einen bestimmten Minimalwert absinkt, wenn die Umgebungshelligkeit sehr gering ist.

In Fig. 4 ist als weiteres Ausführungsbeispiel eine Schaltung dargestellt, die einerseits die Blitzlichtfrequenz für die Lichtquelle, auch in diesem Falle eine Leuchtdiode, und andererseits die Helligkeit dieser Lichtquelle in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit variieren läßt.

Die Schaltung von Fig. 4 stellt im Prinzip eine Kombination der Schaltungen von Fig. 2 und Fig. 3 dar. Der Fototransistor Pl steuert in Fig. 4 über einen als Emitterfolger geschalteten Transistor TU auch den Strom durch die Leuchtdiode Ll. Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung läßt sich natürlich auch so abändern, daß der Fototransistor Pl keinen Einfluß auf den astabilen Flip-Flop mit den Transistoren T5 und T6 ausübt, sondern nur über den Transistor TU auf die Leuchtdiode Ll einwirkt und deren Helligkeit in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit variieren läßt. Einein Fig. 4 weiter vorgesehene Diode Dl hat den Zweck, die Stromversorgung für den Transistor T4 über den Widerstand R7 bei schwacher Beleuchtung des Fototransistors Tl zu blockieren.

Ebenso ist es möglich, die in der Zeichnung für die Erzielung eines Blitzlichtbetriebs und einer Variation der Helligkeit der Leuchtdiode Ll dargestellten Schaltungen in vielfältiger Weise zu variieren. Beispielsweise lassen sich verschiedene Arten von auf dem Markt erhältlichen integrierten Schaltungen für diesen Zweck verwenden.

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Als ein Beispiel für eine solche integrierte Schaltung kann der Schaltkreis SN 7413 der Firma Texas Instruments genannt werden, der zwei Schmitt-Trigger-Schaltungen enthält und sich mit Vorteil als Blitzgerät für den Betrieb einer Leuchtdiode Ll verwenden läßt. Dabei wird die Leuchtdiode in Serie mit einem Begrenzungswiderstand an den Ausgang des Schaltkreises angeschlossen, während dieser über einen Widerstand rückgekoppelt wird. Außerdem ist eine externe Verbindung über einen Kondensator vorzusehen. Die Blitzlichtfrequenz wird dann durch diesen Kondensator und den Rückkopplungswiderstand bestimmt.

In Fig. 5 ist dargestellt, wie sich ein Blitzlichtbetrieb für die Leuchtdiode Ll mit Hilfe einer C-Mos-Logik erzielen läßt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Leuchtdiode Ll eine feste Blitzlichtfrequenz auf, und nur ihre Helligkeit in eingeschaltetem Zustand variiert in Abhängigkeit von der Umgebungsbeleuchturig.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist als solche C-Mos-Logik der Schaltkreis CD UOIl AE der Firma RCA gewählt worden. Dieser Schaltkreis ist in Fig. 5 als Ganzes mit der Bezugszahl 14 bezeichnet, und extern sind an diesen Schaltkreis Widerstände R8 und R9 sowie ein Kondensator C4 angeschaltet. Diese Widerstände R8 und R9 können beispielsweise einen Wert von 100 k -Ω. aufweisen, während für den Kondensator C4 eine Kapazität von beispielsweise 2,2,uF in Betracht kommt.Eine solche Schaltung ergibt eine Blitzlichtfrequenz f, die sich berechnet

zu f = — · 1,23, wobei in diesem Falle R = 100 k XI und C = 2,2,uF

einzusetzen sind. Mit diesen Werten berechnet sich eine Blitzlichtfrequenz f = 6Hz. Die gesamte Schaltung in Fig. 5 läßt sich mit Hilfe eines Schalters 15 schalten. Hervorgehoben sei, daß in dem Schaltkreis 14 einige der Eingänge zu den NAND-Schaltungen über die externen Verbindungen parallel geschaltet sind. Um eine stärkere Treiberspannung für die von der Logik gespeisten externen Bauelemente zu erhalten, sind für die Speisung dieser Bauelemente zwei Ausgänge der NAND-Schaltungen zusammengeschaltet.

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Zu diesen externen Bauelementen gehören ein fotoempfindliches Bauelement 16, das bei dem dargestellten Beispiel ein etwa aus Kadmiumsulfid bestehender Fotowiderstand ist, ein als Emitterfolger geschalteter Transistor T4 und eine Leuchtdiode Ll. Diese Leuchtdiode Ll liegt außerdem in Serie zu einem Begrenzungswiderstand RIO. Das fotoempfindliche Bauelement 16, also der Fotowiderstand, steuert auf diese Weise die Spannung für die Leuchtdiode Ll, wodurch sich eine Variation der Helligkeit der Leuchtdiode Ll in Abhängigkeit von der Umgebungsbeleuchtung erhalten läßt.

Eingangs ist erwähnt worden, daß die Blitzlichtfrequenz für die Lichtquelle niedriger gehalten werden kann, wenn eine mit der Zielvorrichtung ausgerüstete Waffe bzw. ein entsprechendes Gerät auf ein stationäres Ziel gerichtet wird, als wenn ein bewegliches Ziel anvisiert werden soll. Dieser Wechsel in der Blitzlichtfrequenz kann von Hand mit Hilfe eines Schalters gesteuert werden, der verschiedene Widerstände und Kondensatoren in den oben beschriebenen Ausführungsbexspielen in einer Weise miteinander verbindet, die sich für den Fachmann ohne weiteres ergibt.

Weiterhin können, wie sich leicht realisieren läßt, Schalter vorgesehen werden, mit deren Hilfe anstelle einer Änderung der Blitzlichtfrequenz und/oder der Helligkeit für die Lichtquelle in Abhängigkeit von der Umgebungsbeleuchtung zuvor gewählte konstante Werte für die Blitzlichtfrequenz und/oder die Helligkeit der Lichtquelle eingestellt werden können.

Bei wieder einer anderen Ausführungsform wird mit einem Verhältnis zwischen der Einschalt- und der Ausschaltperiode für den Blitzlichtbetrieb der Lichtquelle gearbeitet, das in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit variiert. Dies führt zu einem Effekt, der vom menschlichen Auge in ähnlicher Weise wahrgenommen wird wie der Effekt, der sich durch eine Änderung der Helligkeit der Lichtquelle durch eine Änderung des die Lichtquelle durchfließenden elektrischen Stromes erhalten läßt. Auch ist es möglich, eine

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Variation des oben erwähnten Verhältnisses und gleichzeitig eine Variation des durch die Lichtquelle hindurchgeschickten elektrischen Stromes zu verwenden.

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Claims (5)

1. Optische Zielvorrichtung mit einer Lichtquelle und einem Linsensystem, das ein als Zielpunkt für ein Beobachterauge dienendes Bild der Lichtquelle erzeugt und eine reflektierende Oberfläche zum Umlenken von von der Lichtquelle ausgehender Strahlung in die Richtung des Beobachterauges aufweist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum periodischen Ändern der Helligkeit des Bildes der Lichtquelle (7) mit einer innerhalb des Wahrnehmbarkeitsbereichs für das menschliche Auge liegenden Frequenz.

2. Optische Zielvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz für die periodische Änderung der Helligkeit des Bildes der Lichtquelle (7) gerade so hoch liegt, daß sie der oberen Grenze des Wahrnehmbarkeitsbereichs für das menschliche Auge entspricht.

3. Optische Zielvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz für die periodische Änderung der Helligkeit des Bildes der Lichtquelle (7) in Abhängigkeit von den Lichtverhältnissen in der Umgebung in der Weise variabel ist, daß sie bei schwächerer Umgebungshelligkeit niedriger liegt.

4. Optische Zielvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß zum Variieren der Frequenz für die Änderung der Bildhelligkeit eine elektronische Schaltung mit einem auf die Umgebungshelligkeit ansprechenden und seinerseits die- Lichtquelle (7) beeinflussenden fotoelektrischen Bauelement vorgesehen ist.

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5. Optische Zielvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß die obere und/oder die untere Grenze für die periodische Änderung der Bildhelligkeit für die Lichtquelle (7) in der Weise in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit variabel ist oder sind, daß sie bei schwächerer Umgebungshelligkeit niedriger liegt bzw. liegen.

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