DE69626292T2

DE69626292T2 - System für tag- und nachtsicht

Info

Publication number: DE69626292T2
Application number: DE69626292T
Authority: DE
Inventors: Richard Anderson; E. Gibson; G. Jones; David Shafer
Original assignee: Litton Systems Inc
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2016-08-22
Also published as: AU6954496A; DE69626292D1; US6204961B1; IL123689A; CA2231108A1; EP0852021A1; WO1997011399A1; AU705994B2; JPH11513500A; IL123689A0; EP0852021B1; EP0852021A4; TW303428B; JP4108749B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein integriertes System für Tag- und Nachtsicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. So ein gattungsgemäßes System für Tag- und Nachtsicht ist aus der US 3,464,757 bekannt. Die vorliegende Erfindung ist auf das Bedürfnis ausgerichtet, Größe und Gewicht eines Hand-Laserentfernungsmessgeräts, das von Bodentruppen des Militärs sowohl unter Tag- als auch Nachtbedingungen genutzt wird, zu minimieren. Integrierte optische Bauelemente sind erforderlich, um folgende Funktionen bereitzustellen: Zielteleskop für Tagessicht, Zielteleskop für Nachtsicht, Ziel-Bezugspunkt (z. B. Fadenkreuz) für den Einsatz bei Tag und bei Nacht, Laserstrahl-Divergenzverringerung, sowie Sammeln des vom Zielobjekt reflektierten Signals und Fokussieren auf einen Laser- Entfernungsmessempfänger.
Teleskopsicht bei Tag wird für gewöhnlich durch optische Bauelemente für Direktbeobachtung, wie sie in herkömmlichen Teleskopen und Ferngläsern verwendet werden, erreicht. Diese optischen Bauelemente funktionieren im Spektrum des für das menschliche Auge sichtbaren Lichts der Wellenlängen von 0,4 bis 0,7 um. In ihrer einfachsten Form umfassen diese eine Objektivlinse, die das Szenenbild auf die Brennebene eines Okulars fokussiert. Das Verhältnis zwischen Brennweite des Objektivs und Brennweite des Okulars bestimmt die Vergrößerung. Um dem Benutzer ein nicht-umgekehrtes Bild zu präsentieren, wird zwischen Objektivlinse und Brennebene ein Bildaufrichtungsprisma eingefügt.
Teleskopsicht bei Nacht wird mit einen Bildwandler erzielt, der ein Bildverstärker oder ein Wärmebildmodul sein kann. Optische Objektiv-Bauelemente sammeln das Szenenlicht und fokussieren es auf den Bildwandler. Die Eingangsöffnung dieser optischen Bauelemente muss so groß wie möglich sein (kleine Blendenzahl), um die Bildintensität beim Bildwandler zu maximieren. Der Bildverstärker ist eine Einzelkomponente, in der ein schwaches (von Mond oder Sternen beschienenes), auf die Eingangs-Fotokatode fokussiertes Szenenbild Elektronen hervorruft, die verstärkt und auf eine Phosphorbeschichtung an der Ausgangsfläche gerichtet werden, wo sie eine verstärkte Darstellung für das Sehen mit einem Okular produzieren. Dies funktioniert im Wellenlängenbereich von 0,7-1,1 um. Das einfachste Wärmebildmodul umfasst eine ungekühlte, starre (nicht abtastende) Detektoranordnung, deren Ausgabe einem Flachbilddisplay zugeleitet wird, das durch ein Okular betrachtet wird. Dies findet im Wellenlängenbereich von 8 bis 14 um statt. Andere Ausführungen eines Wärmebildmoduls können im Wellenlängenbereich von 3 bis 5 um funktionieren, können thermoelektrische oder stirlinggekühlte Detektoren verwenden, und/oder eine Katodenstrahlröhre (cathode ray tube, CRT) als Display nutzen.
Um ein Laser-Entfernungsmessgerät zu richten, ist ein Ziel-Bezugspunkt wie z. B. ein Fadenkreuz nötig, das die Tages- und Nachtsichtoptik auf den Laserstrahl justiert. Das Fadenkreuz kann verschiedene Formen annehmen. Bei einer Tageszieleinrichtung kann eine passive Fadenkreuzplatte verwendet werden, die sich in den gemeinsamen Brennebenen von Objektiv und Okular befindet. Eine Zieleinrichtung mit Bildverstärkung kann das Fadenkreuz mit einer Anordnung lichtemittierender Dioden (LED) erzeugen und es in das Okular projizieren, wobei ein Strahlteiler verwendet wird, um die Darstellung des Bildverstärkers und das Fadenkreuz zu vereinigen. Eine Wärmebild-Zieleinrichtung kann das Fadenkreuz auf dem Flachbild- oder CRT-Display produzieren. Die beiden letztgenannten Formen des Fadenkreuzes gestatten auch die Anzeige von alphanumerischen Daten und/oder Indikatoren ohne zusätzliche Elemente.
Die Ausgangsstrahl-Divergenz eines Lasersenders (Resonators) ist normalerweise nicht eng genug, um einen kleinen Punkt auf einem entfernten Zielobjekt, wie z. B. einem Fahrzeug, zu produzieren, so dass ein Teleskop mit afokaler Kollimation des Strahlenbündels nötig ist. Dieses umfasst eine Eingangslinse mit negativer Brechkraft und eine Ausgangslinse mit positiver Brechkraft. Der resultierende Ausgangsstrahldurchmesser ist vergrößert, und die Strahldivergenz reduziert. Um zu verhindern, dass die Augen einer versehentlich dem Strahl ausgesetzten Person geschädigt werden, liegt die Laserwellenlänge für gewöhnlich im Bereich von 1,5 um, für den das Auge wenig durchlässig ist.
Der Laserempfänger muss mit einer Optik ausgestattet sein, um die Energie der vom Zielobjekt reflektierten Signale zu sammeln und auf den Detektor des Empfängers zu fokussieren. Eine maximale Eingangsöffnung ermöglicht eine maximale Entfernung. Der Empfänger beinhaltet ein optisches Filter, um die Erfassung von Sonnenlicht zu minimieren und damit die Empfindlichkeit des Empfängers zu maximieren.
Die oben genannten Funktionen können mit separaten Öffnungen und entsprechenden optischen Anordnungen erzielt werden. Das Streben nach einer einzigen Öffnung und die Verwendung von optischen Elementen für mehr als eine Funktion minimiert jedoch die Größe der Optik. Dies ist das Ziel der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung ist nicht nur auf ein Hand- Laserentfernungsmessgerät anwendbar, sondern auf jeden beliebigen Entfernungsmesser und jedes beliebige System für Tag- und Nachtsicht.
In der US 4,422,758 ist eine Vorrichtung zum Justieren von Laserziel- oder Lasermessvorrichtungen offenbart, wobei Strahlung von einem phosphoreszierenden hitzebeständigen Zielobjekt kollimiert und von einer Justieroptik zur Präzisionsausrichtung der Laserzielvorrichtung projiziert wird. Die Vorrichtung nach US 4,422,758 umfasst ein Justiermodul, eine Kollimatoreinheit und eine Ausrichtungs-Fixiereinheit.
In der US 4,626,905 ist eine Panoramasichtvorrichtung offenbart, die ein Rohr, einen sich in dem Rohr befindenden Beobachtungsspiegel, dessen Höhe und Azimut veränderbar sind, ein bispektrales transparentes Schließfenster, mindestens drei verschiedene in dem Rohr nebeneinander angeordnete Mess- und Beobachtungseinrichtungen, und eine Einrichtung, die die Ausgangs- und Eingangsstrahlung für die Mess- und Beobachtungseinrichtungen parallel durch das Schließfenster richtet, umfasst. Mindestens eine der Beobachtungseinrichtungen funktioniert auf eine opto-elektronische Weise. Die Vorrichtung nach US 4,626,905 umfasst weiter eine Einrichtung, durch die sichergestellt wird, dass unabhängig von der Azimutalposition des Schließfensters aufrechtstehende und seitenrichtige Darstellungen des beobachteten Objekts auf einem Empfängerteil der Beobachtungseinrichtung projiziert werden.
In der US 5,025,149 ist ein integrierter multi-spektraler Zielmarkierungsgenerator für die Verwendung mit elektro-optischen Systemen mit Sensoren für sichtbares und infrarotes Licht sowie einer Laser-Zielvorrichtung offenbart. Gemäß der US 5,025,149 wird ein Loch mit einer Mehrband-Quelle beleuchtet, um ein einziges sichtbares und infrarotes Ziel herzustellen, das von Sensoren für sichtbares und infrarotes Licht erfasst wird. Ein Paar Strahlteiler und ein zugehöriger Winkelspiegel definieren die Parallelität der sichtbaren und der infraroten Strahlung, die von der Mehrbandquelle entlang einer optischen Achse übertragen werden. Ein Reflexionsteleskop wird verwendet, um die sichtbare Strahlung auf den Sensor für sichtbares Licht und die infrarote Strahlung, in Verbindung mit einem Periskop, auf den Sensor für infrarotes Licht zu projizieren.
In der GB 2 162 963 A ist ein Infrarotoptiksystem offenbart, das eine Strahlteilerplatte hat, die bezüglich der optischen Achse des Systems geneigt ist. In dem System gemäß der GB 2 162 963 A ist weiter eine Kompensationsplatte offenbart, die bezüglich der optischen Achse des Systems anders geneigt ist als die Strahlteilerplatte, und zwar auf eine solche Weise, dass eine auf die geneigte Strahlteilerplatte zurückzuführende Aberration zumindest teilweise kompensiert wird. Der Artikel "Tilted-Component Telescopes. Part I: Theory" von R. A. Buchroeder in APPLIED OPTICS 1970, 2169 befasst sich mit der Theorie von Teleskopen mit geneigten Komponenten.
Die US 5,084,780 befasst sich mit dem Fernzielen bei Tag- und Nachtsicht und stellt ein Sichtgerät dar, das für den Gebrauch mit einer Waffe modifiziert werden kann und eine einzige Objektivlinse mit zwei parallelen Lichtwegen - einem für Tagessicht und einem für Nachtsicht - umfasst. Trennspiegel übertragen Licht vom Objektiv entlang des Nachtlichtwegs und reflektieren Licht von der Objektivlinse zum Tageslichtweg. Der Nachtlichtweg schließt eine Bildverstärkeranordnung ein. Ein sich am Ende des Nachtlichtwegs befindender Spiegel reflektiert das Licht von der Bildverstärkeranordnung auf einen sich auf dem Tageslichtweg befindenden Strahlteiler. Der Strahlteiler überträgt das Licht vom Tageslichtweg und reflektiert das Licht vom Nachtsichtweg entlang des gleichen Weges zu einer Okularanordnung für das Betrachten. Eine zweite Ausführungsform gleicht der hier beschriebenen, mit dem Unterschied, dass sie zwei Objektivlinsenanordnungen für das Sammeln von Licht beinhaltet, eine für den Nachtlichtweg, und eine für den Tageslichtweg. Da diese Ausführungsform zwei separate Objektivlinsenanordnungen hat, hat sie keine Trennspiegel. Eine dritte Ausführungsform beinhaltet ein projiziertes Fadenkreuz für das Zielen bei Direktbeobachtung bei Tagessicht, das eine der Objektivlinsenanordnungen ersetzt. Dieses Patent aus dem Stand der Technik kombiniert die Tages- und Nachtsichtoptik beim Fernzielen durch Aufteilen der optischen Systeme in zwei separate Wege zwischen der Objektivlinse und der Okularanordnung. Im Gegensatz dazu nutzt die vorliegende Erfindung eine koaxial angebrachte Linse mit einer Nachtlicht-Spiegelobjektivlinse im selben optischen Weg für Tages- und Nachtlicht.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines integrierten Systems für Tag- und Nachtsicht, das nicht nur das Zielen, sondern auch das gleichzeitige Messen der Entfernung gestattet, wobei das System auf platzsparende Weise mit minimierter Größe aufgebaut sein kann, und wobei das System eine gute Leistung nicht nur am Tage, sondern auch bei Nacht gewährleistet.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein integriertes System für Tag- und Nachtsicht nach Anspruch 1 erreicht.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen integrierten Systems für Tag- und Nachtsicht sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 13.
Das erfindungsgemäße integrierte System für Tag- und Nachtsicht hat eine Tagessicht- Brechungsoptik mit einer Objektivlinse, einem Bildaufrichtungsprisma und einem Okular, sowie eine Nachtsichtoptik mit einem Spiegelobjektiv, einem Bildwandermodul und dem selben Okular wie die Tagessichtoptik. Das Objektiv beinhaltet Primär- und Sekundärspiegel (z. B. nach der Cassegrain-Bauweise), die mit der Tagessichtoptik koaxial sind. Dieses Objektiv hat eine Öffnung, die größer ist als die der Tagessichtoptik, und die Tagessicht- Objektivlinse blockiert den zentralen Abschnitt der Nachtsichtöffnung. Eine in die Tagessichtoptik eingefügte Linse hat eine Oberfläche, die so beschichtet ist, dass sie sichtbare Wellenlängen überträgt und infrarote Wellenlängen reflektiert, und die als Sekundärspiegel für das Nachtsichtobjektiv fungiert. Das Bildwandermodul kann ein Bildverstärker oder ein Wärmebildmodul sein. Die Eingangsfläche des Bildwandlers ist in der Brennebene des Nachtsichtobjektivs platziert, und die Ausgangsfläche ist am selben Ort platziert wie die Brennebene der Tagessichtoptik. Dies gestattet, das selbe Okular für sowohl Tages- als auch Nachtsicht zu nutzen. Das Bildwandermodul kann von der Sicht für das Zielen bei Tage zu der Sicht für das Zielen bei Nacht gedreht oder verschoben werden.
Ist die Linsenoberfläche, die als Sekundärspiegel bei Nachtsicht fungiert, so beschichtet, dass sie im Wesentlichen alle Wellenlängen reflektiert, die länger sind als das Spektrum des sichtbaren Lichts, so werden durch den Tagessichtkanal kommende Vellenlängen, die ein Verwaschen (Kontrastverlust) des Nachtbildes bewirken würden, von ihr blockiert. Auf ähnliche Weise gäbe es kein Verwaschen bei Tagessicht aufgrund von durch den Nachtkanal kommenden nichtfokussierten sichtbaren Wellenlängen. Für eine maximale Nachtsicht- Empfindlichkeit ist es jedoch wünschenswert, einen Spektralüberkreuzungsbereich des Bildverstärkers und der Spektren des sichtbaren Lichts zu schaffen, der im roten Bereich der letztgenannten liegt. In diesem Falle kann die Auswahl eines oder mehrerer Materialien und Beschichtungen im Tagessichtkanal die zusätzliche Wellenlängenblockierung bewirken, um ein Verwaschen des Nachtbildes zu verhindern, und eine Beschichtung auf dem Display- Strahlteilerwürfel kann das restliche sichtbare Rot blockieren, das vom Nachtkanal kommt und das Tagesbild stört.
Ein Zielbezugspunkt- und Datendisplay beinhaltet eine aktive Quelle, wie z. B. eine LED- Anordnung, und einen Strahlteiler. Das Fadenkreuz ist in der vom Strahlteiler reflektierten Brennebene des Okulars platziert. Bei der Sicht durch das Okular überlagern sich somit das Szenenbild bei Tages- oder Nachtsicht, das Fadenkreuz und die Datenanzeige. Nachtsichtjustierung wird dadurch erreicht, dass das Fadenkreuz so positioniert wird, dass es auf der Abbildung des Laserstrahlpunkts an einem Zielobjekt zentriert ist (wie durch direkte Ansicht mittels des Bildwandermoduls oder durch Benutzung von nivellierenden Fokussieroptiken, die einen in der Visiervorrichtung sichtbaren permanenten Lichtpunkt produzieren, bestimmt). Tagessichtjustierung wird durch Verwendung von Risley-Prismen in der Tagessichtoptik erreicht, die eine Zentrierung der Abbildung des Laserpunkts im Fadenkreuz gestatten. Die Position des Bildwandlermoduls in der Brennebene ist für die Justierung nicht kritisch, da das Ausgangsbild immer das gleiche Verhältnis zum Eingangsbild hat.
Ein Laserstrahl-Kollimationsteleskop hat die gleiche Objektivlinse wie die Tagessichtoptik, einen Strahlteiler und eine Eingangs-Negativlinse. Der Strahlteiler ist so beschichtet, dass sichtbare Wellenlängen übertragen und die Laser-Wellenlänge reflektiert werden. Zusätzliche Optiken, die für das Ausrichten des Ausgangsstrahls des Lasersenders an der Teleskopachse nützlich sind, sind Risley-Prismen für die Winkelausrichtung und ein Steuerblock für die Translationsausrichtung.
Die Laserempfängeroptik hat das gleiche reflektierende Objektiv wie die Nachtsichtoptik, einen Strahlteiler und eine Linse, um die gewünschte Brennweite einzustellen und zu ermöglichen, dass der Empfänger außerhalb des optischen Bereichs positioniert ist. Der Strahlteiler ist so beschichtet, dass sichtbare und infrarote Wellenlängen übertragen und die Laserwellnlänge reflektiert werden.
Das optische Korrektionselement für Nachtsicht hat zwei geneigte Linsen mit zentralen Öffnungen, um Interferenzen mit dem Tagessicht- und Laserteleskop zu vermeiden. Diese Linsen gestatten die Nutzung einer einfachen sphärischen Fläche auf dem Primärspiegel, und durch Kippen dieser Linsen wird der Astigmatismus korrigiert, der im Nachtsichtbild durch den Strahlteiler des Laserempfängers erzeugt wird. Der Astigmatismus ist bei Tagessicht aufgrund der relativ hohen zulässigen Blendenzahl kein Problem, er wird jedoch bei den für die Nachtsichtleistung erwünschten geringen Blendenzahlen problematisch.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, von denen zeigen:
Fig. 1 die optische schematische Darstellung eines Sichtsystems und Laser- Entfernungsmessers gemäss der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 die optische schematische Darstellung aus Fig. 1 mit dem Lichtweg für Tageslicht;
Fig. 3 die optische schematische Darstellung aus Fig. 1 mit dem Lichtweg für Nachtlicht;
Fig. 4 die optische schematische Darstellung aus Fig. 1 mit dem Fadenkreuz-/Display-Weg;
Fig. 5 die optische schematische Darstellung aus Fig. 1 mit dem Lichtweg für den Sender des Laser-Entfernungsmessers;
Fig. 6 die optische schematische Darstellung aus Fig. 1 mit dem Lichtweg für den Empfänger des Laser-Entfernungsmessers;
Fig. 7 eine Ansicht des Schwenkverriegelungsmechanismus für den Bildverstärker; und
Fig. 8 die optische schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Zielsystems mit einem Wärmebildmechanismus.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 zeigt ein integriertes System 10 für Tag- und Nachtsicht, das die Grundausführung eines Entfernungsmessgeräts darstellt, das eine koaxiale Tages- und Nachtsichtkonfiguration und ein Fenster 11 für das Abdichten der Optik innerhalb eines Gehäuses einschließt. Ein Paar Nachtsicht-Korrekturlinsen 12 und 13 haben eine durch ihr Zentrum hindurchgehende Öffnung 14 für die Tagessicht-Objektivlinse 15. Die Tagessicht-Objektivlinse 15 dient auch als Positiv-Objektivlinse für das Lasersenderteleskop, für das die Linse 16 die Negativ- Eingangslinse ist. Eine Okularlinsenanordnung 17 ist am äußeren Ende des Lichtwegs für Tageslicht angebracht, wobei der Lichtweg eine Tageslicht-Negativlinse 18 zum Einstellen der Brennweite beinhaltet, auf die ein Paar Risley-Prismen 20, ein Schmidt/Pechan- Bildaufrichtungsprisma 21 und eine Linse 22, deren Primäraufgabe darin besteht, eine Oberfläche bereitzustellen, die als Nachtsicht-Sekundärspiegel fungiert, folgen. Der Nachtsicht- Primärspiegel 23 hat eine durch ihn hindurchgehende Öffnung 24. Im Lichtweg ist hinter dem Nachtsicht-Primärspiegel ein Bildverstärker 25 gezeigt, der so gestaltet ist, dass er aus dem Lichtweg hinter der Öffnung 24 und dem Nachtsicht-Primärspiegel 23 herausgeschwenkt werden kann. Dies bedeutet, dass der Bildverstärker 25 in den Weg entlang der zentralen Achse 26 des Zielsystems gebracht oder aus diesem Weg entfernt werden kann, was vom Benutzer duch eine manuell bediente oder eine elektrisch angetriebene Vorrichtung vorgenommen wird. Die Fadenkreuzdarstellung 27 wird durch eine LED erzeugt, und eine Linse 28 liefert die erforderliche Korrektur. Der Strahlteiler 30 richtet die Fadenkreuzdarstellung in die Okularlinse 17. Der Bildverstärker 25 umfasst eine Fotokatodenfläche 31 und einen Phosphorschirm 32, der das verstärkte Bild erzeugt.
Der Laser-Entfernungsmessabschnitt des Systems beinhaltet den Lasersender 33, der einen Laserstrahl durch die Laserstrahl-Ausrichtoptik 34 und die Laserteleskop-Negativlinse 16 gegen einen Spiegel 35 und auf einen Strahlteiler 36 leitet, welcher den Strahl durch die Teleskop-Tageslicht-Objektivlinse 15 für den Laser und auf ein Zielobjekt richtet, das durch das Zielsystem anvisiert wird. Das reflektierte Licht des Laserstrahls kehrt dann durch die Nachtlichtoptik zurück, wobei ein Teil davon durch den Empfänger-Strahlteiler 37 so abgelenkt wird, dass er durch eine die Brenn weite einstellende Empfängerlinse 38 geht und auf eine Fläche eines Detektors im Empfänger 40 trifft, der den Rückkehrstrahl erfasst, um die Entfernung eines Objekts, das mit dem Entfernungsmesser anvisiert wurde, zu ermitteln.
Das integrierte System für Tag- und Nachtsicht und Laserentfernungsmessung nach Fig. 1 bildet eine koaxiale Tag- und Nachtsichtkonfiguration, bei der für Tagessicht eine Brechungsoptik für einen Lichtweg genutzt wird, der, wie in Fig. 2 dargestellt, der Zentralachse 26 von der Objektivlinse 15 zur Okularlinse 17 folgt. Der Lichtweg 41 führt durch das Fenster 11 und durch die Tageslicht-Objektivlinse 15, wo er durch die Öffnung 14 der Linse 13 gebrochen wird und durch den Strahlteiler 36, durch die Tageslicht-Negativlinse und die Tageslicht-Risleyprismen 20 sowie durch das Schmidt/Pechan-Prisma 21 hindurchgeht, woraufhin der Lichtweg durch den Nachtsicht-Sekundärspiegel 22 und durch die zentrale Öffnung 24 im Nachtsicht-Primärspiegel 23 hindurchführt.
In der in Fig. 2 gezeigten Darstellung ist der Bildverstärker 25 aus Fig. 1 aus dem Lichtweg für Tageslicht entlang der Achse 26 entfernt worden, so dass der Lichtweg 41 für Tageslicht direkt durch den Strahlteiler 30 und durch die Okularlinse 17 führt. Auf diese Weise wird während der Tageslichtstunden sichtbares Licht genutzt, um ein Zielobjekt für den Entfernungsmesser anzuvisieren. Ein Benutzer kann Zielen und den Entfernungsmesser ausrichten, um die Entfernung zu einem Objekt festzustellen, wobei die Ausgabe des Lasers 33 durch die Laserausgangsoptik 34 und die Negativlinse 16 vom Spiegel 35 gegen den Strahlteiler 36 gerichtet und durch die Tageslicht-Objektivlinse 15, die auch die Laserausgangslinse ist, gerichtet wird. Der Laserstrahl wird auf das Zielobjekt gerichtet, und das Rücksignal wird vom Empfänger-Strahlteiler 37 reflektiert und gegen den Empfänger 40 gerichtet.
In Fig. 3 ist die optische schematische Darstellung aus den Fig. 1 und 2 gezeigt, hier mit dem Lichtweg 42 für Nachtsicht. Die Wellenlängen des Nachtlichts, die von Interesse sind, sind die des infraroten Bereichs, die von einem Bildverstärker 32 oder einer alternativen Wärmebildvorrichtung genutzt werden können. Der Bildverstärker ist empfindlich für Wellenlängen, die im fernen Rot- bis nahen Infrarotbereich des Spektrums liegen. Das Nachtlicht oder die Infrarotenergie, die über den Nachtliehtweg 42 geleitet werden, geht durch das Fenster 11, das sowohl für sichtbares als auch infrarotes Licht transparent ist, und durch die Nachtsichtobjektiv-Korrekturlinsen 12 und 13, die um die Tageslicht-Objektivlinse 15 zentriert sind, und von denen die Infrarotenergie gegen den Nachtsicht-Primärspiegel 23 gerichtet wird. Der Primärspiegel 23 reflektiert das Infrarotlicht auf die Linse 22, die als Nachtsicht- Sekundärspiegel fungiert. Die Linse 22 ist so beschichtet, dass sie Wellenlängen des sichtbaren Bereichs überträgt und Wellenlängen des Infrarotbereichs reflektiert. Nutzt die Nachtsichtoptik einen Bildverstärker, dann reflektiert die Beschichtung fernes Rot bis nahes Infrarot. Nutzt die Nachtsichtoptik eine Wärmebildvorrichtung, dann reflektiert die Beschichtung entweder mittleres Infrarot im 3-5 um - Band oder langes Infrarot im 8-14 um - Band. Das Nachtlicht wird vom Nachtsicht-Sekundärspiegel 22 durch die Öffnung 24 im Nachtsicht- Primärspiegel 23 und auf die Empfängerfläche 31 des Bildverstärkers oder der Wärmebildvorrichtung 25 reflektiert, wo das Bild in Form von sichtbarem Licht auf dem Bildschirm 32 dargestellt wird. Die Darstellung auf dem Bildschirm 32 wird vom Benutzer durch die Okularlinse 17 gesehen. Selbstverständlich sendet das Entfernungsmessteil des Systems einen Laserstrahl aus und empfängt einen reflektierten Strahl, so dass es gemäß der Laser- Wellenlänge bei Tag oder Nacht funktioniert. Das Zielsystem kann im Interesse des Benutzers den Entfernungsmesser auf ein Zielobjekt richten.
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte koaxiale Bauweise nutzt die zwei verschiedenen Brennebenen für Tag- und Nachtsicht und schwenkt den Bildverstärker 25 auf die gemeinsame optische Achse 26, wenn die Nachtsichtoptik genutzt wird. Dadurch ist es möglich, das selbe Okular für sowohl Tag- als auch Nachtsicht zu nutzen. Die Nachtsichtoptik erfordert eine Bauweise mit höherer Empfindlichkeit als die der Tagessichtoptik, so dass die Nachtsicht- Brennebene sich an der Eingangsebene des Verstärkers befinden kann. Die Ausgangsebene 32 des Verstärkers in der Tagessicht-Brennebene kann koplanar mit der Tagessicht-Bildebene sein, wie es für den Gebrauch einer gewöhnlichen Okularlinse 17 erforderlich ist. Die Nachtsicht-Justiereinrichtung ist gegen eine Position des Verstärkers, in der sich die Achsen überschneiden, unempfindlich, das Schwenken des Bildverstärkers in den Lichtweg hinein und aus diesem hinaus muss also nicht mit einem hohen Toleranzgrad erfolgen. Es sollte auch beachtet werden, dass der Bildverstärker 25 auch ein Wärmenachtsichtmodul sein kann, das an die Stelle des Bildverstärkers tritt. Eine Ausführungsform hiervon hat eine ungekühlte Detektoranordnung in der Brennebene und einen kleinen Flachbildschirm, wie z. B. ein LCD-Display, und die für das Wärmenachtsichtmodul erforderliche Elektronik kann integriert sein oder eine separate Einheit bilden.
In Fig. 4 ist die optische schematische Darstellung aus Fig. 1 mit dem LED-Fadenkreuz und dem Display-Strahlengang dargestellt. Das Fadenkreuz-/Display-Licht 43, das von der Fadenkreuz-/Display-LED-Anordnung 27 erzeugt wird, geht durch die Linse 28, die die nötige optische Korrektur vornimmt, und wird vom Strahlteiler 30 in die Okularlinse 17 reflektiert. Dadurch kann der Zielpunkt und das Display entweder mit dem Tageslicht- oder dem Nachtlicht- Zielsystem gesehen werden. Das LED-Fadenkreuz wird natürlich genutzt, um den Entfernungsmesser am anvisierten Ziel auszurichten.
In Fig. 5 ist der Strahlengang 44 des Lasersenders in der optischen schematischen Darstellung aus Fig. 1 dargestellt. Wie hier zu sehen geht der Laserstrahl durch die Laserausgabeoptik 34, die den Strahl mittels des von den Linsen 15 und 16 gebildeten Ausgangsteleskops ausrichtet. Der Strahl wird vom Spiegel 35 auf den Strahlteiler 36 abgelenkt, und von diesem durch die Öffnung 14 der Linse 13 und dann durch das Tagessicht-Objektiv und die positive Ausgangslinse 15 für den Laser.
Das vom Zielobjekt reflektierte Infrarotlicht 45 ist in Fig. 6 dargestellt. Der Lichtweg 45 geht durch das Fenster 11 und durch die Nachtsichtobjektiv-Korrekturlinsen 12 und 13. Diese Strahlen werden vom Primär-Nachtsichtspiegel 23 auf den Nachtsicht-Sekundärspiegel 22 reflektiert, welcher die Infrarotenergie auf den Empfängerstrahlteiler 37 reflektiert, der wiederum die Strahlen durch die Empfängerlinse 38 und in den Empfänger 40 reflektiert.
Fig. 7 ist eine Ansicht des Schwenkverriegelungsmechanismus für den Bildverstärker 25 mit der Bildfläche 32. Der Bildverstärker ist in eine Klemmvorrichtung 50 montiert, die eine Klemmschraube 51 hat und auf einem Stift 52 dreht. Ein Handhebel 53 ist mit einem Arm gekoppelt, mit dem der Bildverstärker 25 aus der gezeigten Position in die gestrichelte Position außerhalb der optischen Achse verschoben wird, wenn das Sichtsystem bei Tageslicht genutzt wird. Weiter ist ein Federverriegelungsmechanismus 54 am Rahmen 55 angebracht, der die Klemmvorrichtung 50 und den Bildverstärker 25 in ihrer Funktionsposition für das Sehen bei Nacht hält, oder in ihrer Position für das Sehen bei Tag, in der diese aus der zentralen Achse geschwenkt sind.
In Fig. 8 ist eine alternative Ausführungsform eines integrierten Tages- und Nachtlicht- Laserentfernungsmessers 10 dargestellt, die ein Fenster 11 und ein Paar Nachtsicht- Korrekturlinsen 12 und 13 mit einer durch sie hindurchgehenden Öffnung 14 für die Tagessicht-Objektivlinse 15 hat. Auf der zentralen Achse 26 des Zielsystems befinden sich auch der Strahlteiler 36 und die Tageslicht-Negativlinse 18 sowie die Tageslicht-Risley-Prismen 20 und das Bildaufrichtungsprisma 21, die entlang der Achse angebracht sind. Der Nachtsicht- Primärspiegel 23 hat die Öffnung 24 und reflektiert das Nachtlicht auf die Linse 22, wie auch in der vorher beschriebenen Ausführungsform. Das Nachtlicht wird durch die Öffnung 24 und auf den Strahlteiler 56 geleitet, der den Bildverstärker ersetzt und das Nachtlicht gegen eine Wärmebildeinrichtung 57 richtet, die ein Bildsignal generiert, das über die Leitung 58 in das Display 60 gelangt. Das Display 60 erzeugt das Nachtbild auf einen Strahlteiler 61, der das Bild in die Okularanordnung 17 richtet. Der Strahlteiler 61 leitet auch das empfangene Laserlicht in den Laserempfänger 40. Der Lichtweg für das Tageslicht leitet das Licht durch den Strahlteiler 56 und durch das Tagessicht-Fadenkreuz 62 und durch den Strahlteiler 61 auf die Okularanordnung 17. Der Lasersender 33 richtet einen Laserstrahl auf die Strahlausrichtungsoptik 34 und dann durch die Linse 16 und auf den Spiegel 35, der den Strahl gegen den Strahlteiler 36 richtet und entlang der zentralen Achse 26 durch die Objektivoptik hinausleitet. Wie hier zu sehen ist in dieser Ausführungsform der Bildverstärker durch eine Wärmebildeinrichtung ersetzt, und der Schwenkmechanismus ist entfernt, während der Strahlteiler 61 genutzt wird, um die Nachtlichtabbildung in die Okularanordnung zu leiten und gleichzeitig die empfangene Laserenergie in den Laserempfänger 40 zu leiten. Der Lichtweg für das Tageslicht folgt der zentralen Sichtachse 26, wie in der vorherigen Ausführungsform.
Es sollte inzwischen klar geworden sein, dass die Tageslicht-Objektivlinse 15 als Objektiv für das Lasersender-Strahlausrichtungsteleskop eine Doppelaufgabe erfüllt, und dass das Nachtsichtobjektiv als Laserempfänger-Objektiv eine Doppelaufgabe erfüllt. Mit Ausnahme von Fig. 8 neigt der Strahlteiler für den Empfänger dazu, in der hochempfindlichen Nachtsichtoptik übermäßigen Astigmatismus zu produzieren. Die Brechungselemente in den Linsen 12 und 13 der Nachtsichtöffnung ermöglichen nicht nur eine einfache sphärische Fläche auf dem Primärspiegel, sondern sind auch geneigt, um den Astigmatismus auszuschalten, wie in Fig. 3 dargestellt. Durch das Neigen einer Linse wird der Strahlteiler-Astigmatismus kompensiert, es wird jedoch eine axiale Koma in das System hineingebracht. Durch das Neigen der anderen Linse wird die Koma korrigiert und eine beugungsbegrenzte axiale Leistung bewirkt. Als optimale Brennebene hat sich bisher ein Wert von ca. einem Grad zur axialen Eingangsrichtung erwiesen.
Es wird ein integriertes Tag- und Nachtsicht- und Laser-Entfernungsmesssystem mit einer sehr kompakten Bauweise bereitgestellt, das dem Benutzer die Möglichkeit gibt, bei Nacht oder bei schwachem Licht ein Ziel schnell anzuvisieren, oder dasselbe Sichtsystem auf einfache Weise als Tagessichtsystem zu nutzen, indem er den Bildverstärker in den gemeinsamen Lichtweg hinein- oder aus diesem heraus verschiebt. Es sollte jedoch auch klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht als auf die erläuterten Variationen begrenzt zu betrachten ist; diese sind nicht als die Erfindung begrenzend, sondern als diese veranschaulichend zu verstehen.

Claims

1. Integriertes System (10) für Tag- und Nachtsicht mit

- einer Tageslicht-Objektivlinse (15),

- einer Nachtsicht-Korrekturlinse (12, 13), die koaxial an der Tageslicht-Objektivlinse (15) angebracht ist,

- einer Okularlinsenanordnung (17),

- einem Bildwandler (25; 57) für den Einsatz bei Nachtlicht, der daran für den Empfang von Infrarotlicht angebracht ist, und der so positioniert ist, dass die Okularlinsenanordnung (17) auf den Bildwandler (25; 57) fokussiert,

- einem Nachtsicht-Primärspiegel (23), der so positioniert ist, dass er Nachtlicht von der Nachtsicht-Korrekturlinse (12, 13) reflektiert, und

- einem Nachtsicht-Sekundärspiegel (22) der so positioniert ist, dass er Licht vom Nachtsicht-Primärspiegel (23) empfängt und das Nachtlicht auf den Bildwandler (25; 57) fokussiert,

dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte System ein Entfernungsmeßsystem hat, das umfasst

- einen Laser (33),

- einen Laserstrahlteiler (36) zum Empfangen eines Laserstrahls vom Laser (33) und zum Leiten des Strahls durch die Tageslicht-Objektivlinse (15),

- einen Empfänger (40) für den Entfernungsmesser, und

- einen Empfänger-Strahlteiler (37, 61), der in einem Lichtweg zwischen dem Nachtsicht-Sekundärspiegel (22) und dem Nachtsicht-Primärspiegel (23) oder zwischen dem Nachtsicht-Primärspiegel (23) und der Okularlinsenanordnung (17) positioniert ist, wobei der Empfänger-Strahlteiler (37, 61) empfangenes Licht zum Empfänger (40) für den Entfernungsmesser leitet.

2. Integriertes System (10) für Tag- und Nachtsicht nach Anspruch 1, wobei die Nachtsicht-Korrekturlinse (12, 13) so geneigt ist, dass sie Astigmatismus kompensiert.

3. Integriertes System (10) für Tag- und Nachtsicht nach Anspruch 2, wobei die Nachtsicht-Korrekturlinse (12, 13) ein Paar geneigter Einzellinsen umfasst.

4. Integriertes System (10) für Tag- und Nachtsicht nach Anspruch 1, wobei der Nachtsicht-Sekundärspiegel (22) so gestaltet ist, dass er sichtbares Licht durchlässt und Infrarotlicht reflektiert.

5. Integriertes System (10) für Tag- und Nachtsicht nach Anspruch 4, wobei der Bildwandler (25; 57) ein Bildverstärker ist.

6. Integriertes System (10) für Tag- und Nachtsicht nach Anspruch 1, das ein Fadenkreuz-Display (27; 62) umfasst.

7. Integriertes System (10) für Tag- und Nachtsicht nach Anspruch 6, mit einem weiteren Strahlteiler (30; 56), der so positioniert ist, dass er das Bild des Fadenkreuz-Displays (27; 62) auf die Okularlinsenanordnung (17) richtet.

8. Integriertes System (10) für Tag- und Nachtsicht nach Anspruch 1, wobei der Empfänger-Strahlteiler (61) im Lichtweg zwischen dem Nachtsicht-Primärspiegel (23) und der Okularlinsenanordnung (17) angeordnet ist, und das ein Display (60) umfasst.

9. Integriertes System (10) für Tag- und Nachtsicht nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger-Strahlteiler (61) so positioniert ist, dass er das Bild des Displays (60) auf die Okularlinsenanordnung (17) richtet.

10. Integriertes System (10) für Tag- und Nachtsicht nach Anspruch 1, mit einem optischen Element (18, 20) für sichtbares Licht, das zwischen der Tageslicht-Objektivlinse (15) und der Okularlinsenanordnung (17) angeordnet ist, um Tageslicht auf die Okularlinsenanordnung (17) zu fokussieren.

11. Integriertes System (10) für Tag- und Nachtsicht nach Anspruch 10, mit einem Prisma (21) zum Aufrichten des Tageslicht-Bildes.

12. Integriertes System (10) für Tag- und Nachtsicht nach Anspruch 7, wobei der Empfänger-Strahlteiler (37) im Lichtweg zwischen dem Nachtsicht-Sekundärspiegel (22) und dem Nachtsicht-Primärspiegel (23) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Strahlteiler (30) zwischen dem Bildwandler (25) und der Okularlinsenanordnung (17) angeordnet ist.

13. Integriertes System (10) für Tag- und Nachtsicht nach Anspruch 1, wobei die Tageslicht-Objektivlinse (15) Licht durch eine Öffnung (14) in der Nachtsicht-Korrekturlinse (12, 13) leitet, und die Nachtsicht-Korrekturlinse (12, 13) empfangenes Infrarotlicht um die Tageslicht-Objektivlinse (15) herumleitet.