DE2025903A1 - Sichtgerät oder Kamera mit einer Richteinrichtung - Google Patents

Description

Anmelderin8 Stuttgart, den 11· Mai 1970

Hughes Aircraft Comp. P 2134 S/kg

Centinela Avenue and

Teale Street ' '

Culver City, Oalif., V.St.A.

Sichtgerät oder Kamera mit einer Richteinrichtung

Sie Erfindung bezieht sich auf ein Sichtgerät oder eine Kamera mit einer Richteinrichtung·

Bei der Verwendung solcher Sichtgeräte oder Kameras in Fahrzeugen war es bisher stets erforderlich, zur Montage dieser Sichtgeräte oder Kameras von Drehtürmen Gebrauch zu machen. Solche Drehtürme müssen notwendig eine Schwenkung im Azimut und in der Elevation gestatten, wenn vollständige Sichtmöglichkeiten gewährleistet sein sollen, und es müssen die Türme eine freie Bewegung des Sichtgerätes oder der Kamera ermöglichen. Da solche Sichtgeräte

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oder Kameras, wie gewöhnlich einen Bildverstärker umfassen und am vorderen Ende eine Optik und am hinteren Ende ein Vidikon aufweisen, eine erhebliche Länge haben, müssen solche Drehtürme eine erhebliche Größe aufweisen. Wenn bei dem Sichtgerät oder der Kamera kein Vidikon verwendet wird, sondern ein optisches Faserbündel, dann ist wegen der verhältnismäßig geringen Elastizität des Faserbündels eine beachtliche Länge des Faserbündels erforderlich, damit es mit einem ausreichend .großen Krümmungsradius aus dem hinteren Ende des Sichtgerätes oder der Kamera heraustreten kann. Demgemäß müssen Drehtürme, die solche Anordnungen enthalten, noch umfangreicher sein. Drehtürme sind wegen der schädlichen Wirkungen des Winddruckes auf eine genaue optische Ausrichtung, schädliche Feuchtigkeit und andere störende Einflüsse auf das Sichtgerät oder die Kamera und deren Ausrichtung sowie der Schwingungen erforderlich, die entstehen_$ w©nn das Gerät voll den Elementen ausgesetzt ist· Diese Notwendigkeit ist insbesondere dann vorhanden, wenn das Gerät auf einen Hubschrauber oder ein anderes flugfähiges Fahrzeug montiert werden soll, bei dem die Einflüsse der Luftgeschwin digkeit auf das System bedeutend sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sichtgerät oder eine Kamera mit einer Richteinrichtung zu schaffen, die ohne die Anwendung komplizierter und sperriger Drehtürme auskommt9

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in einem Gehäuse, das ein© Achse aufweist, ein Bilderzeuger so angeordnet ist^ daß seine optieche Achs® mit Achse das Gehäuses zusammenfällt, daß in der'Achse 'des

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Gehäuses ein um diese Achse drehbarer erster Heflektor angeordnet ist, der mit der Achse des Gehäuses einen Winkel bildet und infolgedessen einen in einem Winkel zu der Achse verlaufenden Bildweg definiert, und daß in diesem Bildweg ein um diesen Bildweg drehbarer zweiter Reflektor angeordnet ist, der mit dem Bildweg einen Winkel bildet und infolgedessen eine Blickrichtung definiert, die in einem Winkel zu dem Bildweg verläuft und ohne Veränderung der Lage der optischen Achse des Bilderzeugers durch Drehen der beiden Reflektoren veränderbar ist· Demgemäß macht es die Erfindung möglich, ohne die Verwendung eines Drehturmes durch Verschwenken der Reflektoren -die Blickrichtung des Sichtgerätes oder der Kamera zu verändern und dadurch ein Blickfeld erheblicher Größe zu überstreichen, ohne daß dabei die optische Achse des Bilderzeugers selbst in ihrer Lage verändert werden müsste.

Das Verschwenken der Reflektoren, bei denen es sich beispielsweise um Spiegel oder um Prismen handeln kann, kann eine Veränderung der Orientierung des für den Betrachter sichtbaren Bildes zur Folge haben, wodurch die Beobachtung des Bildes erschwert wird· Um solche Änderungen in der Ausrichtung des Bildes auszugleichen, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, daß der Bilderzeuger um seine optische Achse zusammen mit den der Bildübertragung dienenden angeschlossenen Geräten in der Weise gedreht wird, daß die endgültige Bilddarstellung eine gleichbleibende Orientierung hat, unabhängig davon, ob das Bild bei einem Sichtgerät einer direkten Betrachtung zugänglich ist oder bei einer Kamera auf ein Darstellungsgerät übertragen wird·

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Weitere Einzelheiten und Auegestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert wird. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden«, Es zeigen

Fig. 1 eine isometrische Teildarstellung eines Hubschraubers, auf dem ein Sichtgerät und eine Kamera nach der Erfindung montiert sind,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie 2-2 durch das Sichtgerät des Hubschraubers nach Fig· 1,

Fig· 3 einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie 3-3 durch die Kamera des Hubschraubers nach Fig. 1 und

Fig- 4 eine schematische Barstellung der Antriebsvorrichtung für die in dem Sichtgerät und der Kamera nach den Fig. 2 und 3 vorhandenen Bilderzeuger·

An der Stirnwand des in Fig«, 1 dargestellten Hubschraubers 10 sind ein Sichtgerät 12 und eine Kamera 14 nach der Erfindung gemeinsam befestigt· Zur Verbesserung der Sicht der Hubschrauberbesatzung bei Nacht sind die Geräte mit Bildverstärkern ausgerüstet· Außerdem sind auf dem Hubschrauber 10 Suchscheinwerfer 16 und 18 angebracht, die sich derart richten lassen, daß zumindest das Blickfeld des Sichtgerätes 12 ausgeleuchtet ist» Bei diesem Aus-

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führungsbeispiel wird das Sichtgerät 12 vom Richtschützen geschwenkt und es zeigt in die gleiche Richtung wie die beweglich befestigten Feuerwaffen 20. Die Suchscheinwerfer sind auf den Waffen befestigt, so daß sie genauso gerichtet sind wie die Feuerwaffen 20 und das Sichtgerät 12. Natürlich könnten die Suchscheinwerfer auch unabhängig von den Waffen gerichtet werden, indem sie auf einfache Weise so angeschlossen werden, daß sie in die gleiche Richtung gelenkt werden wie das Sichtgerät·

Das in Fig. 2 mehr im einzelnen dargestellte Sichtgerät 12 ist dadurch charakterisiert, daß es über ein optisches Faserbündel 22 mit einem Okular 24 verbunden ist. Demgegenüber enthält die Kamera 14 ein Vidikon, das ein dem Bild entsprechendes elektronisches Signal liefert· Dieses Signal wird zumindest auf einer Bildröhre 26 wiedergegeben, die vor dem Hubschrauberpiloten montiert ist, und es wird vorzugsweise auch auf geeigneten Bildröhren vor dem schießenden Copiloten und/oder dem Beobachter dargestellt, wenn ein Bedarf dafür besteht.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, besitzen das Sichtgerät 12 und die Kamera 14 Jeweils ein Gehäuse 28 bzw. 30, die an Befestigungspunkten auf der Vorderseite des Hubschraubers fest montiert sind. Wie Fig. 1 zeigt, sind die feststehenden Gehäuse durch einen Mantel 32 miteinander verbunden, der die beiden Geräte zu einem einheitlichen Gebilde vereinigt» Die Geräte besitzen genügend Bewegungsfreiheit, um ein großes Sichtfeld zu gewähren und die Sicht in jeder beliebigen Richtung zu ermöglichen«. Die in den Fig. 2 und 3' dargestellten Geräte sind ähnlich aufgebaut und es wird der Einfachheit halber nur daß Sichtgerät 12 nach fig· 2 näher beschrieben!·

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Das Gehäuse 28 besitzt eine Achse 34, um die ein Bild- \ verstärker 36 drehbar angeordnet ist. Der Bildverstärker

36 iat so konstruiert, daß das Größenverhältnis des Aus- >

gangsbildes zu dem Eingangsbild geändert werden kann, ι

d.h., daß der Bildverstärker 36 eine Zoom-Charakteristik ^:

hat. An den Ausgang des Bildverstärkers 36 können noch j

zusätzlich Bildverstärker mit festem Verhältnis von Aus- j

gangsbild zu Eingangsbild angeschlossen werden» In der \

Zeichnung ist einer dieser zusätzlichen Bildverstärker 38 |

dargestellt. Mit dem Ausgang des zusätzlichen Bildver- j

stärkers 38 ist ein optisches Faserbündel 22 verbunden -— |

und es ist die gesamte Anordnung_s einschließlich dieses j

Endes des optischen Faserbündels, in Lagern 40 und 42 in !

bezug auf das Gehäuse 28 drehbar angeordnet, so daß es ■

sich um die Achse 34 drehen kann. Ein Zahnkranz 44 dreht I

•die 6^ösam*e Anordnung* Eine mit dem Zahnkranz verbundene ;

Antriebsvorrichtung sowie der Grund für die Drehung des J

Bildverstärkers und der mit ihm verbundenen (Peile der ;

Anordnung werden später mehr im einzelnen behandelte '

In der Achse 34 ist unter einem Winkel von 45° als Reflek- j tor ein Spiegel 46 angeordnet und in einem Spiegelgehäuse . ί

48 befestigt. Das Spiegelgehäuse 48 ist in Lagern .^O ange- i

ordnet und um die Achse 34 drehbar. Zum Antrieb ist mit !

dem Spiegelgehäuse 48 ein Zahnkranz 52 verbunden. Es ist · aus der Zeichnung ersichtlich, daß der Spiegel 46 sowohl
in der optischen Achse des Bildverstärkers als auch in
der Drehachse liegt» Folglich liegt das in den Bildverstärker prodizierte BiId₉ das nur von der Drehbewegung
des Spiegelgehäuses abhängt_t in der zu.der-Rotationsachse

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Objekt zum Erzeugen des Bildes auf dem Bildverstärker bilden. Die Linsenanordnung 54 ist auf dem Spiegelgehäuse 48 befestigt und bestimmt eine auf den Spiegel 46 gerichtete optische Achse· Wie bereits erwähnt, ist der Spiegel 46 in einem Winkel von 45° zur optischen Achse 34 angeordnet und es verläuft deshalb die optische Achse 56 der Linsenanordnung 54 im rechten Winkel zu der Achse 34.

Ein Kreiselgehäuse 58 ist mit Hilfe eines Lagers 60 auf ™ dem Spiegelgehäuse 48 drehbar befestigt. Das Lager 60 erlaubt die Drehung des Kreiselgehäuses 58 um die optische Achse 56· Ferner ist auf dem Kreiselgehäuse 58 ein Zahnkranz 62 befestigt, so daß das Gehäuse um die Achse 56 gedreht werden kann· Ein als zweiter Reflektor dienender weiterer Spiegel 64 ist unter einem Winkel von 45° auf der Achse 56 angeordnet und definiert eine optische Achse 66, die sich auf jeden gewünschten Blickpunkt ausrichten läßt. Die vordere öffnung 68 des Kreiselgehäuses 58 ist zum Schutz der Inneneinrichtung vor äußeren Einflüssen mit einer Glasplatte verschlossen·

Es sind Kreisel 70 und 72 vorgesehen und so angeordnet, daß sie sich mit dem Spiegel 64 bewegen und deshalb auf jede Bewegung des Spiegels 64 ansprechen· Eine Drehung eines Spiegels um einen bestimmten Winkel um die von ihm reflektierte optische Achse hat eine identische Änderung des Sichtfeldes zur Folge· Deshalb bleiben Inertial-Bezugssysteme, die auf der Tragkonstruktion des Spiegels senk- ' recht zu der einfallenden optischen Achse befestigt sind, während aller Spiegeldrehungen ausgerichtet· Die Gehäuse dienen zur Kardanaufhängung der Inertialbezugssysteme, ale Funktionselemente beim Richten und als abdichtende

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Außenhülle zum Schutz der Inneneinrichtungen» Bieae Konstruktion ermöglicht es, die optische Achse 66 auf ^eden beliebigen Blickpunkt zu richten, der nicht vom Hubschrauber 10 versperrt oder für den die erforderliche Drehbewegung vom Hubschrauber nicht behindert wird.

In Fig· 4 ist die Anordnung rar Steuerung der Ausrichtung der optischen Achse 66 schematisch dargestellte Ein Steuerhebel 74 ist i& einer Kichtung zur Änderung der Elevation bewegbar· Bei einer Elevationsänderung wird über die Leitung 76 ein Signal an einen Summierer ?8 weitergeleitete. Dae Ausgangssignal des Summierers 78 gelangt über einen Verstärker 80 zum Motor 82, der den Zahnkranz 52 antreibt«, Die Bewegung,des Zahnkranzes 52 feranlaßt den Kreisel 70 zur Erzeugung eines Ausgangssignal es", ζ·Β₀ mit Hilfe eines geeignet befestigten Funktioaafeehmelders, dae ύόά der Elevationsbewegung herrührt und auf der Signalleitimg 84 vorliegt® Es handelt sich um ein negatives Büekkopplungssignal, das über die Leitung 84 dem Summierer 7® züge- ■ führt wird, so daß der Betrag- der Elevationsänderung des Zahnkranzes 52 von. dem mittels dee Steuerhebel® ?4 ©in» gegebenen Signal abhängte

Auf ähnliche Weise wird eine Änderung des Azimuts über den Steuerhebel 74 als Signal in die Leitung 86 eingegeben« Die Leitung 86 ist mit einem Summierer 88 verbunden· Daji Ausgangssignal des Summierers 88 wird über einen Verstärker 90 an einen Motor 92 weiterg,ele±t®t_$ der wiederum mit dem Zahnkranz 62 in Antriebsvep"biö,d\2ng steht und dadurch 'die optische Achse 66 im Azimut vereolmenkt«.Per Kreisel spricht auf diese Bewegung an und führt der Signalleitung

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ein Ausgangssignal zu, das als negatives Rückkopplungssignal in den Summierer 88 eingegeben wird, so daß sich der Zahnkranz 62 und die damit verbundene Anordnung entsprechend dem über den Steuerhebel 74 eingegebenen Azimutdrehbefehl um einen bestimmten Winkel im Azimut dreht·

Pig. 3 zeigt eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung der Kamera 14. Diese Kamera besitzt einen Bildverstärker 96 mit Zoom-Charakteristik, mit dem direkt ein Vidikon 98 verbunden ist. Das Vidikon 98 liefert ein elektronisches Ausgangssignal, das zumindest auf der Bildröhre 26 sichtbar wiedergegeben wird. Sowohl,der Bildverstärker 96 als auch das Vidikon 98 sind innerhalb des Gehäuses JO auf Lagern 100 um eine Achse 102 drehbar angeordnet, dme vorzugsweise parallel zu der Achse 54 des Sichtgerätes 12 verläuft, aber nicht notwendigerweise die gleiche Ausrichtung hat· Außerdem sind die beiden Achsen 94 und 102 in bezug auf den Hubschrauber festgelegt. Ein Spiegelgehäuse 104 ist um die Achse 102 und ein Kreiselgehäuse 108 um eine Achse 106 drehbar angeordnet, so daß es möglich ist, die optische Achse 110, die die Eintrittsöffnung im Kreiselgehäuse 108 durchdringt, innerhalb der mechanischen Grenzen des Systems in jede gewünschte Sichtung zu lenken· Jedes der Gehäuse enthält gleiche Einrichtungen wie die Gehäuse in dem zuvor beschriebenen Sichtgerät 12 mit der Ausnahme, daß das optische Faserbündel 22 des Sichtgerätes 12 durch das Vidikon 93 der Kamera 14 ersetzt ist· Die Steuerung der JRichtung der Achse 110 erfolgt analog zu derjenigen der Achse 66, die anhand Fig· erläutert wurde«

Ea erweist sich al8 vorteilhaft, für ®in@ Drehung in Elevation ale trete Drehung gegenüber dem

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Gehäuse zu sorgen· Denn aufgrund der Grenzen, die sich aua der Montage der Geräte an dem Fahrzeug ergeben, erhält man einen größeren Blickwinkel, wenn man der ersten Drehrichtung die Elevation zuordnet. Ein weiterer Grund dafür, daß zuerst die Drehung in der Elevation vorgenommen wird, besteht darin, daß auch bei den Scheinwerfern und den Waffen die Drehung in der Elevation die erste Drehung gegenüber der Halterung ist. Daher ist es dann möglich, die beiden Systeme durch einfache Positionsgeber zu koppeln, ohne daß eine Koordinatentransformation erforderlich wäre. Wenn die erste Drehung um die horizontale Achse erfolgt, also die Elevation die erste Drehrichtung ist, dann ist diese Drehung derjenigen entgegengesetzt, die von einem Menschen bei der Betrachtung eines Blickfeldes vorgenommen wird. Ein Mensch macht vorzugsweise zuerst eine Azimutbewegung und erst dann eine Elevationsbewegung und es ist diese Art der Betrachtung eine Szene, die bewirkt, daß die Szene aufrecht bleibt» Wenn dagegen zuerst die Elevationseinstellung und erst dann die Einstellung im Azimut erfolgt, dann wird die Szen© gedreht. Der Betrag dieser Drehung hängt sowohl von dem Elevations» als auch von dem Azimutwinkel ab. Aus diesem Grunde sind die Bildverstärker 36 und 96 in dem Gehäuse 28 bzw, JQ drehbar angeordnet, so daß den Bildverstärkern Korrekturdrehungen erteilt und den Beobachtern aufrechtstehende Bilder geliefert werden können» Um diese Korrektur zu erreichen, ist ein© Drehung sowohl in der Kamera 14- als auch im Sichtgerät 12 erforderlich.

Wie in Fig« 4- dargestellt, wird ein Signal, das der Abvon einer mittleren Nullstellung im A&imut ent«= übss¹ ®in© Seitimg 112 in einen Bwamidsw 114

über eine Leitung 116 in ein signalverarbeitendes Gerät 118.eingegeben. Auf gleiche Weise führen die Leitungen 120 und 122 ein der Abweichung in der Elevation entsprechendes Signal dem Summierer 114 bzw. dem signalverarbeitenden Gerät 118 zu.

Das signalverarbeitende Gerät 118 liefert auf seiner Ausgangsleitung 124 an den Summierer 114 ein Signal, das für den negativen Wert des Winkels charakteristisch ist, dessen Sinus gleich dem Produkt aus dem Sinus des Azimutwinkels und dem Sinus des EIevationswinkeIs ist. Das Ausgangssignal des Summierers 114 ist demnach die Summe aus dem Azimut- und dem Elevationswinkel minus dem Winkel, dessen Sinus gleich dem Produkt aus dem Sinus des Azimutwinkels und dem Sinus des Elevationswinkels ist. Dieses Signal wird in einen Verstärker eingegeben und anschließend an einen Motor 128 weitergeleitet, der den Zahnkranz 44 antreibt. Ein Signalgeber 130 leitet dem Summierer 114 ein negatives Rückkopplungssignal zu und schließt so die Rückkopplungsschleife· Auf diese Weise wird der Bildverstärker und damit das Bild um einen solchen Winkel gedreht, daß das vom Beobachter wahrgenommene Bild aufrecht ist und bleibt.

Die vorstehende Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung dient nur zur Erläuterung und nicht zur Abgrenzung und es versteht sich, daß die behandelte Ausführungsform in mancher Hinsicht abgeändert werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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¹ ν

Claims (11)

1. Patentansprüche

   Sichtgerät oder Kamera mit einer Richteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (28), das eine Achse (34·) aufweist, ein Bilderzeuger (36) so angeordnet ist, daß seine optische Achse mit der Achse (34-) des Gehäuses (28) zusammenfällt, daß in der Achse (34-) des Gehäuses (28) ein um diese Achse drehbarer erster Reflektor (46) angeordnet ist, der mit der Achse (34·) des Gehäuses (28) einen Winkel bildet und infolgedessen einen in einem Winkel zu der Achse verlaufenden Bildweg definiert, und daß in diesem Bildweg ein um diesen Bildweg drehbarer zweiter Reflektor (64·) angeordnet ist, der mit dem Bildweg einen Winkel bildet und infolgedessen eine Blickrichtung (66) definiert, die in einem Winkel zu dem Bildweg verläuft und ohne Veränderung der Lage der optischen Achse des Bilderzeugers (36) durch Drehen der beiden Reflektoren (46 und 64) veränderbar ist.
2. 2. Sichtgerät oder Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit lern ersten Reflektor (46) eine erste Antriebsvorrichtung und mit dem zweiten Reflektor (64) eine zweite Antriebsvorrichtung und zur Steuerung der Blickrichtung mit den Antriebevorrichtungen eine Steuervorrichtung verbunden ist·
3. 3· Sichtgerät oder Kamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebsvorrichtungen je einen Zahnkranz (52 bzw. 62) umfassen, von denen der erste mit dem ersten Reflektor (46) und der zweite

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   mit dem zweiten Reflektor (64) verbunden ist, und daß mit den Zahnkränzen (52 und 62) Je ein Motor (82 bzw. 92) in Antriebsverbindung steht.
4. 4. Sichtgerät oder Kamera nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß mit den beiden Reflektoren (46 und 64) je ein Fühler verbunden ist, der auf eine Bewegung des zugeordneten Reflektors (46 bzw. 64) in bezug auf den Rahmen (28) anspricht und ein die Lage des Reflektors (46 bzw· 64) anzeigendes Signal in die Steuervorrichtung eingibt.
5. 5* Sichtgerät oder Kamera nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Fühler zumindest einen auf dem zweiten Reflektor (64) befestigten Kreisel (70, 72) umfassen.
6. 6. Sichtgerät oder Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Reflektoren (46 und 64) eine Linsenanordnung (54) vorhanden ist, die die einfallenden Lichtstrahlen auf den. Bilderzeuger (36) fokussiert.
7. 7· Sichtgerät oder Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bilder- ' zeuger (36) ein Bildverstärker ist, der in dem Gehäuse (28) um dessen Achse (34) drehbar gelagert ist.
8. 8« Sichtgerät oder Kamera nach Anspruch 7» dadurch ge- . kennzeichnet, daß der Bildverstärker (36) mit einer Antriebsvorrichtung (128) verbunden ist, die den Bildverstärker (36) in Abhängigkeit von der Stellung der beiden Reflektoren (46 und 64) in bezug auf das Gehäuse (28) um dessen Achse (34) verdreht·

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9. 9· Sichtgerät oder Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Achse (102) des Bildverstärkers (96) ein Vidikon (98) angeordnet ist, das vom Bildverstärker (96) optische Signale erhält und zusammen mit dem Bildverstärker (96) drehbar ist.
10. 10. Sichtgerät oder Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Bildverstärker (38) ein Ende eines optischen Faserbündels (22) verbunden ist, welches Ende zusammen mit dem Bildverstärker (38) drehbar ist.
11. 11. Sichtgerät oder Kamera nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet_s daß die Antriebavorrichtung (128) den Bildverstärker (36) um einen Winkel dreht, der gleich der Summe der Drehwinkel der beiden Reflektoren (46 und 64) ist.

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