DE4016587C2

DE4016587C2 -

Info

Publication number: DE4016587C2
Application number: DE19904016587
Authority: DE
Inventors: Ernst Rothe; Manfred 8000 Muenchen De Schuck
Original assignee: Optische Werke G Rodenstock
Current assignee: Optische Werke G Rodenstock
Priority date: 1989-05-23
Filing date: 1990-05-23
Publication date: 1992-04-23
Also published as: DE4016587A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein umschaltbares Tag/ Nacht-Sichtgerät mit einem Objektiv, das das Bild eines Objektes in eine Zwischenbildebene abbildet, in der die Kathode einer Bildverstärkerröhre angeordnet ist, und mit einem Okular zur Betrachtung des auf einem Bildschirm der Bildverstärkerröhre erzeugten Bildes, bei dem zum Umschal ten auf Tagsicht die Bildverstärkerröhre aus dem Strahlen gang des Objektivs entfernbar und ein optisches Aus gleichssystem einbringbar ist, das das von dem Objektiv erzeugte Bild des aufzunehmenden Objekts um den Abstand Kathode/Bildschirm verschiebt.

Tag/Nacht-Sichtgeräte werden in einer Vielzahl von Anwen dungsfällen und unter anderem auch als Zielfernrohre bzw. Richtgeräte verwendet. Beim Einsatz eines umschaltbaren Tag/Nacht-Sichtgerätes zum Zielen bzw. Richten ist es unbedingt erforderlich, daß die "Zielachse", d.h. die optische Achse des Geräts, durch den Umschaltvorgang nicht verschoben wird, da ansonsten ein genaues Zielen nicht mehr möglich wäre.

Zur Lösung des Problems, die optische Achse des Richtge räts durch den Umschaltvorgang von Tagsicht auf Nachtsicht und umgekehrt unbeeinflußt zu lassen, sind die unter schiedlichsten Vorschläge gemacht worden.

Beispielsweise aus der DE-AS 11 06 516 oder der DE-PS 26 23 399 sind umschaltbare Tag/Nacht-Sichtgeräte bekannt, bei denen die Tagoptik und die Nachtoptik axial getrennte, zueinander parallel verlaufende Strahlengänge aufweisen.

Bei derartigen Geräten ergeben sich Probleme, wenn das umschaltbare Tag/Nacht-Sichtgerät in einem gepanzerten Fahrzeug angebracht werden soll, da dann zwei voneinander getrennte Panzerungsdurchbrüche bzw. ein vergleichsweise großer Panzerungsdurchbruch erforderlich sind.

Darüber hinaus ergeben sich bei axial getrennten Strahlen gängen Probleme aufgrund von sogenannten Parallaxen-Feh lern, wenn auf Objekte in vergleichsweise kurzer Entferung gezielt werden soll.

Ferner sind Tag/Nacht-Sichtgeräte aus der DE-OS 27 04 185, der DE-OS 14 97 504 oder der DE-PS 22 32 516 bekannt.

Bei dem aus der DE-OS 14 97 504 bekannten Tag/Nacht-Sicht gerät erfolgt das Umschalten zwischen Tagsicht und Nacht sicht dadurch, daß über Spiegel in einen Parallel-Strah lengang eine Bildverstärkerröhre sowie dieser Bildverstär kerröhre zugeordnete Optikelemente "eingeschaltet werden".

Auch bei dem aus der DE-OS 27 04 185 bekannten Tag/Nacht- Sichtgerät erfolgt das Umschalten zwischen Tagsicht und Nachtsicht mittels Spiegeln, mit denen zwischen Parallel- Strahlengängen umgeschaltet wird.

Ein ähnliches Prinzip ist auch bei dem aus der DE-PS 22 32 516 bekannten Gerät verwirklicht, bei dem ebenfalls ein Teil des Strahlengangs ausgespiegelt wird.

Bei den letztgenannten Tag/Nacht-Sichtgeräten sind zwar die Probleme durch die Verlagerung der optischen Achse minimiert, da aber jeweils durch Spiegel zwischen dem "Tag-Strahlengang" und einem "vollständigen Nacht-Strah lengang" umgeschaltet wird, bauen diese bekannten Sichtge räte vergleichsweise groß.

Aus der FR-OS 23 68 729 ist ein umschaltbares Tag/Nacht- Sichtgerät mit einem Objektiv, das das Bild eines Objektes in eine Zwischenbildebene abbildet, in der die Kathode einer Bildverstärkerröhre angeordnet ist, und mit einem Okular zur Betrachtung des auf einem Bildschirm der Bild verstärkerröhre erzeugten Bildes bekannt. Zum Umschalten auf Tagsicht wird die Bildverstärkerröhre aus dem Strah lengang des Objektivs entfernt und anstelle der Bildver stärkerröhre eine Linse eingebracht, die das von dem Objek tiv erzeugte Bild des aufzunehmenden Objekts um den Ab stand Kathode/Bildschirm verschiebt. Dieses Tag/Nacht- Sichtgerät hat zwar den Vorteil, daß es vergleichsweise kompakt ist, in der genannten Druckschrift wird jedoch folgendes Problem nicht beachtet:

Die Bildverstärkerröhre hat eine andere Spektralcharakte ristik als der zur "Tagsicht" benutzte optische Aufbau, so daß beim Umschalten zwischen Tagsicht und Nachtsicht unan genehme Farbfehler auftreten, die die Orientierung und damit beispielsweise einen Ziel-Verfolgungsvorgang er schweren.

Ein ähnliches Nachtsichtgerät wie in der FR-OS 23 68 729 ist in der DE-OS 14 72 168 beschrieben.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein umschaltbares Tag/Nacht-Sichtgerät anzugeben, das ver gleichsweise klein baut, und bei dem durch das Umschalten zwischen Tagsicht und Nachtsicht ein eventueller Ziel- bzw. Richtvorgang weder durch Farbfehler noch durch eine Verlagerung der optischen Achse beeinträchtigt wird.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen angegeben.

Überraschenderweise kann diese Aufgabe dadurch gelöst werden, daß von einem umschaltbaren Tag/Nacht-Sichtgerät mit einem Objektiv, das das Bild eines Objektes in eine Zwischenbildebene abbildet, in der die Kathode einer Bild verstärkerröhre angeordnet ist, und mit einem Okular zur Betrachtung des auf einem Bildschirm der Bildverstärker röhre erzeugten Bildes, bei dem zum Umschalten auf Tags icht die Bildverstärkerröhre aus dem Strahlengang des Objektivs entfernbar und ein optisches Ausgleichssystem einbringbar ist, das das von dem Objektiv erzeugte Bild des aufzunehmenden Objekts um den Abstand Kathode/Bild schirm verschiebt, ausgegangen wird.

Ein derartiges Tag/Nacht-Sichtgerät wird erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, daß das optische Ausgleichssystem zusätzlich zu einem Vorderglied, das im wesentlichen das Bild des Objektives verschiebt, ein Hinterglied aufweist, das im wesentlichen das System chromatisch korrigiert, daß der Luftabstand zwischen der letzten Fläche des Vorder gliedes und der ersten Fläche des Hintergliedes größer ist als der Durchmesser der Bildverstärkerröhre, und daß die Bildverstärkerröhre und und das optische Ausgleichssystem auf einem drehbaren Element angebracht sind, dessen Dreh achse zwischen dem Vorderglied und dem Hinterglied des Ausgleichssystems verläuft und die optische Achse des Sichtgerätes unter einem Winkel von 90° schneidet.

Da der Strahlengang des Objektivs durch das Umschalten von Nachtsicht auf Tagsicht und umgekehrt nicht verändert wird, können keine Verlagerungen und/oder Verkippungen der optischen Achse auftreten, die einen Zielvorgang beein trächtigen würden. Da die Bildverstärkerröhre aus dem Strahlengang des Objektivs entfernbar ist, und anstelle der Bildverstärkerröhre ein optisches Ausgleichssystem einbringbar ist, kann bei dem erfindungsgemäßen Tag/Nacht- Sichtgerät auf Spiegel sowie zusätzliche, der Bildverstär kerröhre vorgeschaltete und/oder nachgeschaltete optische Elemente verzichtet werden. Das erfindungsgemäße Tag/ Nacht-Sichtgerät beansprucht damit wesentlich weniger Volumen als Geräte anderer Gattung. Durch das Einbringen eines Ausgleichssystems, das aus einem Vorder- und einem Hinterglied besteht, ist nicht nur ein Verlagern der Bil debene des Objektivs, sondern auch eine chromatische Kor rektur möglich, so daß das Bild weiter "scharf" mit dem Okular betrachtet werden kann. Dabei ist es von wesentli cher Bedeutung, daß sich bei dem erfindungsgemäß ausgebil deten Ausgleichssystem die Elemente des Hintergliedes in Strahlrichtung hinter der Bildebene des Objektivs befin den.

Darüberhinaus ermöglicht diese Ausbildung einen besonders platzsparenden Aufbau des erfindungsgemäßen Tag/Nacht- Sichtgeräts, da zum Umschalten zwischen Tag- und Nacht sicht lediglich ein die Bildverstärkerröhre und das opti sche Ausgleichssystem haltendes Trägerelement um 90° ge schwenkt werden muß. Darüberhinaus wird durch die Ausbil dung das erfindungsgemäße Tag/Nacht-Sichtgerät vergleichs weise tolerant gegen Fertigungsfehler.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet:

Durch die Einhaltung der im Anspruch 2 angegebenen Be ziehung für die Glasdicken der beiden optischen Glieder, aus denen das Ausgleichssystem besteht, ist es möglich, ein einfaches optisches Ausgleichssystem zu schaffen, das anstelle der Bildverstärkerröhre in den Strahlengang des Sichtgerätes eingebracht werden kann, und das zu keinen Größenänderungen des Bildes beim Umschalten zwischen Tag- und Nachtsicht führt.

Das erfindungsgemäß vorgesehene optische Ausgleichssystem kann dabei sehr einfach aufgebaut sein:

So ist es gemäß Anspruch 3 möglich, daß das Vorderglied lediglich aus zwei Elementen besteht, deren Außenflächen gemäß Anspruch 4 nahezu plan sein können, d.h. einen sehr großen Krümmungsradius haben können.

Die Innenflächen dieser beiden Elemente sind gemäß An spruch 4 bevorzugt derart gekrümmt, daß sie die Pupille des Objektivs in die Pupille des Okulars abbilden, und daß die Bildebene des Objektivs innerhalb des Vordergliedes liegt. Damit ergibt sich durch das erfindungsgemäß anstel le der Bildverstärkerröhre einbringbare optische Aus gleichssystem keine Vignettierung etc. des Strahlengangs.

Im Anspruch 5 ist eine Ausbildung des Hinterglieds gekenn zeichnet, durch Bildfehler und insbesondere chromatische Fehler bei einfachem Aufbau weitestgehend minimiert werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be schrieben, in der zeigen:

Fig. 1 einen Linsenschnitt durch ein erfindungsgemäßes Tag/Nacht-Sichtgerät, und

Fig. 2 den Strahlverlauf bei eingeschwenktem Ausgleichs system.

In der Figur sind mit 1 bis 20 die einzelnen Flächen des Objektivs sowie des in den Strahlengang des Objektivs einbringbaren Ausgleichssystems bezeichnet. BL bezeichnet eine Blende des Objektivs, BR eine nur schematisch darge stellte Bildverstärkerröhre und DR die Drehachse eines drehbaren Halteelements HE, auf dem das optische Aus gleichssystem und die Bildverstärkerröhre BR angebracht sind. Ferner sind zu dem Okular-Strahlengang gehörende Linsen mit OK bezeichnet.

Die Flächen 1 bis 12 bilden das Objektiv des Tag/Nacht- Sichtgeräts, während die Flächen 13 bis 20 das in den Strahlengang SR des Objektivs einbringbare optische Aus gleichssystem bilden.

In der nachfolgenden Tabelle sind exemplarisch Daten für ein Objektiv und ein Ausgleichssystem angegeben, wobei die Brechzahl und die Abbe′sche Zahl auf die d-Linie bezogen sind. Die Daten sind bei den Radien und Brechzahlen auf 2 Stellen hinter dem Komma und bei Dicke und Abbe′schen Zahlen auf 1 Stelle hinter dem Komma gerundet, jedoch mit höherer Genauigkeit gerechnet.

Ausdrücklich soll darauf hingewiesen werden, daß die Daten nur der Erläuterung dienen und die Erfindung in keiner Weise beschränken.

Die Glasdicken der einzelnen Elemente des optischen Aus gleichssystems erfüllen die Beziehung

0,7 * a * n/(n-1) + d_P d_V + d_H 1,3 * a * n/(n-1) + d_P

wobei
a der mechanische Abstand zwischen der Kathode der Bildverstärkerröhre und deren Bildschirm ist,
d_P die Dicke der Glasplatten vor der Kathode und hinter dem Bildschirm ist,
d_V die Dicke des Vordergliedes,
d_H die Dicke des Hintergliedes, und
n die mittlere Brechzahl der Elemente der beiden Glieder sind.

Dabei ist d_V = d₁₃ + d₁₅ und d_H = d₁₇ + d₁₉.

Tabelle

In den Figuren ist die "Tagsicht-Stellung" des erfindungs gemäßen Tag/Nacht-Sichtgeräts dargestellt. Zum Umschalten auf Nachtsicht wird das Halteelement HE, auf dem das opti sche Ausgleichssystem und die Bildverstärkerröhre BR ange bracht sind, um 90° um die Drehachse DR gedreht. Hierdurch kommt die Bildverstärkerröhre BR in den Strahlengang SR des Objektivs. Das Vorderglied, das von den Flächen 13 bis 16 gebildet wird und das Hinterglied, das von den Flächen 17 bis 20 gebildet wird, des optischen Ausgleichssystems kommen dabei auf die beiden Seiten des Strahlengangs SR des Objektivs zu liegen.

Hierdurch ist ein einfaches Umschalten zwischen Tagsicht und Nachtsicht bei geringem Platzbedarf sichergestellt.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Außenflä chen 13 und 16 des Vorderglieds plan. Die Innenflächen 14 und 15 sind derart gekrümmt, daß sie die Pupille des Ob jektivs in die Pupille des Okulars OK abbilden. Das auf der Seite des Okulars OK befindliche Hinterglied besteht aus einer konkav-konvexen Linse 17, 18 mit positiver Brechkraft und einer konkav-konvexen Linse 19, 20 mit negativer Brechkraft. Die abbe′sche Zahl des Materials der Linse mit positiver Brechkraft ist kleiner als die des Materials der Linse mit negativer Brechkraft.

Hierdurch ist zum einen sichergestellt, daß das Bild des Objektivs durch das optische Ausgleichssystem nicht vig nettiert wird. Zum anderen werden die Fehler und insbeson dere chromatische Fehler, die sich aufgrund der unter schiedlichen Spektralcharakteristik der Bildverstärkerröhre und des anstelle der Röhre eingesetzten Systems ergeben, minimiert.

Ferner liegt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Bildebene ZB des Objektivs (1...12) innerhalb des Elements 15, 16 des Vorderglieds. Hierdurch ist eine weitestgehende Unempfindlichkeit gegen Staub, Schmutz etc. bei guter optischer Abbildungsleistung sichergestellt.

Vorstehend ist die Erfindung ohne Beschränkung des allge meinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbei spiels beschrieben worden, innerhalb dessen selbstver ständlich die verschiedensten Modifikationen möglich sind.

Claims

1. Umschaltbares Tag/Nacht-Sichtgerät mit einem Objektiv, das das Bild eines Objektes in eine Zwischenbildebene abbildet, in der die Kathode einer Bildverstärkerröhre angeordnet ist, und mit einem Okular zur Betrachtung des auf einem Bildschirm der Bildverstärkerröhre erzeugten Bildes, bei dem zum Umschalten auf Tagsicht die Bildver stärkerröhre aus dem Strahlengang des Objektivs entfernbar und ein optisches Ausgleichssystem einbringbar ist, das das von dem Objektiv erzeugte Bild des aufzunehmenden Objekts um den Abstand Kathode/Bildschirm verschiebt, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Ausgleichssystem zusätzlich zu einem Vorderglied, das im wesentlichen das Bild des Objektives verschiebt, ein Hinterglied aufweist, das im wesentlichen das System chromatisch korrigiert, daß der Luftabstand zwischen der letzten Fläche des Vor dergliedes und der ersten Fläche des Hintergliedes größer ist als der Durchmesser der Bildverstärkerröhre, und daß die Bildverstärkerröhre und und das optische Aus gleichssystem auf einem drehbaren Element angebracht sind, dessen Drehachse zwischen dem Vorderglied und dem Hinter glied des Ausgleichssystems verläuft und die optische Achse des Sichtgerätes unter einem Winkel von 90° schnei det.

2. Tag/Nacht-Sichtgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Seite des Objek tivs befindliche Vorderglied aus wenigstens einem Element besteht, und daß die Glasdicken beider Glieder folgende Beziehung erfüllen: 0,7 * a * n/(n-1) + d_P d_V + d_H 1,3 * a * n/(n-1) + d_Pwobei
a der mechanische Abstand zwischen der Kathode der Bildverstärkerröhre und deren Bildschirm ist,
d_P die Dicke der Glasplatten vor der Kathode und hinter dem Bildschirm ist,
d_V die Dicke des Vordergliedes,
d_H die Dicke des Hintergliedes, und
n die mittlere Brechzahl der Elemente der beiden Glieder sind.

3. Tag/Nacht-Sichtgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorderglied aus zwei Ele menten besteht.

4. Tag/Nacht-Sichtgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen der beiden Elemente des Vordergliedes nahezu plan sind, daß die Innenflächen derart gekrümmt sind, daß sie die Pupille des Objektivs in die Pupille des Okulars abbilden, und daß die Bildebene des Objektivs innerhalb des Vorder gliedes liegt.

5. Tag/Nacht-Sichtgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Seite des Okulars befindliche Hinterglied aus einer konkav-konvexen Linse mit positiver Brechkraft und einer konkav-konvexen Linse mit negativer Brechkraft besteht, und daß die Abbe′sche Zahl des Materials der Linse mit positiver Brechkraft kleiner als die des Materials der Linse mit negativer Brechkraft ist.

6. Tag/Nacht-Sichtgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildebene (ZB) des Objek tivs innerhalb eines Glaselements des Vorderglieds liegt.