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Dokumentenidentifikation DE69502991T2 05.11.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0678276
Titel Zielvorrichtung mit Blicknachfolge
Anmelder Aérospatiale Société Nationale Industrielle, Paris, FR
Erfinder Merle, Jean-Pierre, F-91400 Orsay, FR;
Lassale, Martine, F-78960 Voisins le Bretonneux, FR;
Bernoux, Frank, F-94240 L'Hay-les-Roses, FR;
Adda, Maurice, F-92160 Antony, FR
Vertreter P. Meissner und Kollegen, 14199 Berlin
DE-Aktenzeichen 69502991
Vertragsstaaten BE, CH, DE, ES, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 03.04.1995
EP-Aktenzeichen 954007332
EP-Offenlegungsdatum 25.10.1995
EP date of grant 17.06.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.11.1998
IPC-Hauptklasse A61B 3/113
IPC-Nebenklasse G02B 27/14   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die einerseits mit der Okularseite eines Visierfernrohrs und andererseits mit Rechenmitteln zu einem System verbunden werden kann, durch das jederzeit der Abschnitt eines Gesichtsfeldes bestimmt werden kann, der vom Auge eines Beobachters durch das Visierfernrohr erfaßt wird.

Beispielsweise aus dem Patent EP-A-0 157 973 ist bereits ein System bekannt, durch das der Abschnitt eines Gesichtsfeldes bestimmt werden kann, der vom Auge eines Beobachters erfaßt wird, und das umfaßt:

- eine Lichtquelle, die an die Hornhaut des Auges ein Lichtbündel zur Bildung eines Hornhautreflexes abgibt;

- erste Aufnahmemittel zur Beobachtung des Hornhautreflexes, die erste elektrische Signale erzeugen, die für die Ausrichtung der optischen Achse des Auges repräsentativ sind;

- zweite Aufnahmemittel zur Beobachtung des Gesichtsfeldes, die zweite elektrische Signale erzeugen, die für das Gesichtsfeld repräsentativ sind; und

- Rechenmittel, an die die ersten und zweiten elektrischen Signale gelangen und die im Gesichtsfeld den Abschnitt bestimmen, der vom Auge erfaßt wird.

Die Funktionsweise einer solchen Vorrichtung beruht vor allem auf den Erkenntnissen aus der Veröffentlichung von MACKWORTH und Koll.: "Eye Fixations Recorded on Changing Visual Scenes by the Television Eye Marker" in Journal of the Optical Society of America, Juli 1958, die zeigt, daß zwischen der Richtungsänderung der optischen Achse des Auges und der Verschiebung des Hornhautreflexes eine Wechselbeziehung besteht.

Durch die Beobachtung des Hornhautreflexes kennen die ersten Aufnahmemittel folglich zu jedem Zeitpunkt dessen Lage und damit die Richtung der optischen Achse des Auges. Die Rechenmittel können also den vom Auge zu jedem Zeitpunkt beobachteten Abschnitt des Gesichtsfeldes bestimmen, da sie die Gesichtsfeldinformationen der zweiten Aufnahmemittel erhalten.

Die ersten und zweiten Aufnahmemittel können aus einer Kamera, z.B. einer CCD-Kamera, bestehen, während es sich bei der Lichtquelle vorzugsweise um unsichtbares Licht (Infrarotlicht) handelt, um eine Behinderung des Beobachters zu vermeiden. Sie besteht im allgemeinen aus einer LED-Diode.

Nach einer bekannten Ausführungsvariante kann der Hornhautreflex zur Bestimmung der Richtung der optischen Achse des Auges durch den vom Lichtbündel erzeugten und von der Pupille abgeblendeten Netzhautreflex ergänzt werden.

Bei den meisten bekannten Vorrichtungen der oben beschriebenen Art trägt der Beobachter einen Helm oder eine Brille, an denen sich zumindest einige der Bestandteile (Lichtquelle, Kameras usw.) der Vorrichtung befinden. Dies ist für den Beobachter hinderlich und wenig bequem.

Außerdem kann bei diesen bekannten Vorrichtungen mit Helm oder Brille das Auge des Beobachters das Gesichtsfeld nur direkt beobachten, ohne daß ein optisches System, wie ein Visierfernrohr, zwischengeschaltet ist, durch das das periphere Sehen begrenzt wird. Das Auge wird vom unsichtbaren Licht also ungehindert beleuchtet.

Muß jedoch zur Beobachtung des Gesichtsfeldes durch das Auge des Beobachters ein optisches System vorgesehen werden, ergeben sich Schwierigkeiten.

So muß sich das Auge dicht am Okular des optischen Systems in der Ebene der Pupille des optischen Systems befinden. Aus Platzmangel ist es demzufolge nicht möglich, das unsichtbare Lichtbündel zwischen dem Okular des optischen Systems und dem Auge einzuführen. Wenn das Auge zudem durch das optische System mit unsichtbarem Licht beleuchtet werden soll, würde das unsichtbare Lichtbündel im Durchmesser durch die Pupille des optischen Systems begrenzt werden. Da die Fläche der Pupille eines optischen Systems gegenüber der Fläche der zu beleuchtenden Hornhaut klein ist, würde es somit unmöglich sein, die gesamte Hornhaut zu beleuchten und alle Richtungen der optischen Achse des Auges zu messen.

Um diese letzten Nachteile zu beseitigen, sieht Dokument FR-A-2 685 099 (91 15509) in seiner Figur 4 eine Vorrichtung vor, die innerhalb des optischen Systems in der Nähe des Objektbrennpunkts seines Austrittsokulars angeordnet ist, wobei diese Vorrichtung umfaßt:

- einen Strahlenteiler, der in der optischen Achse des Visierfernrohrs angeordnet ist;

- eine Lichtquelle, die über den Strahlenteiler zur Bildung eines Reflexes einen Lichtstrahl an das Auge gibt;

- erste Aufnahmemittel, die den Reflex über den Strahlenteiler beobachten und erste elektrische Signale erzeugen, die für die Richtung der optischen Achse des Auges repräsentativ sind, wobei die ersten Signale an Rechenmittel gegeben werden müssen; und

- zweite Aufnahmemittel, die das Gesichtsfeld mit Hilfe des Strahlenteilers beobachten und zweite elektrische Signale erzeugen, die für das Gesichtsfeld repräsentativ sind, wobei die zweiten Signale ebenfalls an die Rechenmittel gegeben werden müssen.

Eine derartige Vorrichtung löst zwar die obengenannten Nachteile, macht jedoch die Anordnung der Vorrichtung innerhalb des Visierfernrohrs erforderlich, so daß sich Schwierigkeiten bei Anbringung, Justierung und Einstellung ergeben.

Es ist zu bemerken, daß das oben erwähnte Dokument FR-A-2 685 099 in bezug auf Figur 3 vorsieht, außerhalb des Visierfernrohrs eine andere Vorrichtung als in bezug auf Figur 4 beschrieben anzubringen. Damit wird jedoch ein afokales optisches System vorgesehen, das aus einer Vielzahl von Linsen besteht. Ein derartiges optisches System ist komplex und Ursache störender Reflexe, die zwischen den Linsen reflektiert werden und die ordnungsgemäße Funktionsweise der Vorrichtung stören können.

Gegenstand dieser Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.

Dazu ist die Vorrichtung der oben beschriebenen Art, die auf der Bildseite des Okulars des Visierfernrohrs (d.h. außerhalb desselben) angeordnet ist, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie eine dicke optische Platte hat, deren planparallele Flächen rechtwinklig zur optischen Achse des Fernrohrs verlaufen.

Mit Hilfe der dicken optischen Platte kann so eine einfache Vorrichtung verwirklicht werden, die nicht eingestellt zu werden braucht und frei ist von störenden Reflexen. Gleichzeitig vergrößert sich der Abstand zwischen der Austrittspupille des Visierfernrohrs und dessen Okular. Hinter dem Okular des Visierfernrohrs entsteht also ausreichend Platz zur Unterbringung der Vorrichtung zwischen Auge und Okular. Die dicke optische Platte kann zwischen dem Strahlenteiler und dem Auge oder zwischen dem Okular des Visierfernrohrs und dem Strahlenteiler angeordnet werden.

Es ist festzustellen, daß die Anbringung einer dicken optischen Platte auf der Bildseite des Okulars eines optischen Systems aus dem Dokument DE-C-900021 bekannt ist. Diesem Dokument zufolge befindet sich die Platte jedoch nicht dauerhaft in der optischen Achse des Systems, sondern wird bei einem photographischen System während eines Teils der Belichtungszeit zwischengeschaltet. Dieses Dokument schlägt also keine Änderung und Vereinfachung der Ausführungsart von Figur 3 des Dokuments FR-A-2 685 099 und die Ersetzung des aus vier konvergenten Linsen bestehenden afokalen optischen Systems durch eine dicke Platte vor.

Um in der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen ausreichenden Abstand der Austrittspupille ohne eine zu große Dicke der Planparallelplatte zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn deren Brechungsindex hoch ist und zum Beispiel in der Nähe von 2 liegt.

In einer günstigen Ausführungsart hat die dicke optische Platte zumindest die annähernde Form eines Würfels.

Der Strahlenteiler kann aus einer dünnen Planparallelplatte mit behandelten Oberflächen bestehen, die auf der einen Seite für die Strahlen des Gesichtsfeldes teildurchlässig und teilreflektierend und auf der anderen Seite für das Strahlenbündel der Lichtquelle mindestens teilreflektierend ist.

Um hinter dem Okular des Visierfernrohrs noch mehr Platz zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn der Strahlenteiler in den Würfel nach einer diagonalen Ebene desselben eingebaut wird.

Die Vorrichtung bildet vorzugsweise eine Konstruktionseinheit, die abnehmbar auf das Visierfernrohr aufgesetzt wird.

Es ist zu bemerken, daß eine derartige Ausführungsart besonders vorteilhaft ist, da das Visierfernrohr unverändert mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden kann. Somit wird eine Vorrichtung verwirklicht, die mit einem üblichen Visierfernrohr gekoppelt und zum Blickfolgezielen genutzt werden kann.

Es ist jedoch selbstverständlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung in das Visierfernrohr hinter dem Okular eingebaut werden könnte. Auch in diesem Fall braucht das Visierfernrohr innen nicht verändert zu werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsart hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Fassung, durch die der Würfel mit dem Strahlenteiler und die ersten und zweiten Aufnahmemittel miteinander verbunden werden, sowie Mittel zur Befestigung der Fassung am Visierfernrohr.

Die Figuren der beigefügten Zeichnung erleichtern das Verständnis dafür, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. In diesen Figuren werden ähnliche Teile mit gleichen Bezugsnummern bezeichnet.

Figur 1 zeigt schematisch eine Ausführungsart der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Figur 2 zeigt schematisch die Abbildung eines durch die Vorrichtung der Erfindung erfaßten Gesichtsfeldes.

Figur 3 veranschaulicht den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung von Figur 1.

Figur 4 veranschaulicht den Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung von Figur 1.

Figur 5 veranschaulicht im Teilschnitt eine praktische Ausführungsart des zweiten Beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Daß erfindungsgemäße System 1, das schematisch in Figur 1 dargestellt ist, hat ein Visierfernrohr 2, zum Beispiel ein astronomisches Fernrohr, und eine optisch-elektrische Vorrichtung 3, die auf der Seite des Okulars des Fernrohrs durch ein Befestigungselement 4 miteinander verbunden sind, so daß ihre optischen Achsen exakt in einer gemeinsamen optischen Achse liegen, die eine Visierlinie V-V bildet.

Ein Auge 5 eines Beobachters befindet sich an der Visierlinie V-V hinter Vorrichtung 3, so daß es das Gesichtsfeld 6 des Visierfernrohrs 2 beobachten kann. Wie in Figur 2 dargestellt, sieht das Auge 5 also durch das Fernrohr 2 und die Vorrichtung 3 die Abbildung 6' von Gesichtsfeld 6 sowie die Abbildungen der verschiedenen Bestandteile oder Abschnitte 7i dieses Gesichtsfeldes.

Außerdem hat das System 1 von Figur 1 einen Rechner 8, an den elektrische Signale von Ausgang 9 und 10 der Vorrichtung 3 gelangen, die von diesem verarbeitet und als Signale an seinem Ausgang 11 abgegeben werden.

In der schematischen Figur 3 ist das Fernrohr 2 nur teilweise dargestellt.

Das Fernrohr 2 hat ein Okular 12. Hinter diesem Okular befindet sich das Auge 5, an das durch das Fernrohr (vom nicht dargestellten Objektiv des Fernrohrs 2) das optische Bündel gelangt und das die Abbildung 6' (Figur 2) des Gesichtsfeldes 6 sieht.

Zwischen dem Auge 5 und dem Okular 12 ist eine Schrägplatte 14 angeordnet, die auf der einen Seite für das durch das Fernrohr gelangende optische Bündel teildurchlässig und teilreflektierend und auf der anderen Seite für das Infrarotlicht mindestens teilreflektierend ist.

Außerdem umfaßt die Vorrichtung von Figur 3:

- eine Infrarotlichtquelle 15 (LED-Diode), die ein Infrarotbündel abgibt, das durch einen halbdurchlässigen geneigten Spiegel 16 auf die Schrägplatte 14 gerichtet wird;

- eine CCD-Infrarotkamera 17 gegenüber der Schrägplatte 14, wobei der Ausgang der Kamera 17 den Ausgang 9 von Fernrohr 2 darstellt;

- eine CCD-Kamera gegenüber der Schrägplatte 14, wobei der Ausgang der Kamera 18 den Ausgang 10 von Fernrohr 2 darstellt; und

- einen optischen Würfel 19 mit einem hohen Brechungsindex (in der Nähe von 2), der mit zwei seiner einander gegenüberliegenden Seiten, die senkrecht zur Visierlinie verlaufen, in der Visierlinie V-V angeordnet ist. Der optische Würfel 19 kann zwischen dem Auge 5 und der Schrägplatte 14 (wie in Figur 3 dargestellt), aber auch zwischen der Schrägplatte 14 und dem Okular 12 angeordnet werden.

Damit gelangt das optische Bündel durch das Visierfernrohr 2 über das Okular 12, die Schrägplatte 14 und den Würfel 19 an das Auge 5. Außerdem gelangt ein Teil des optischen Bündels durch Reflexion an der Schrägplatte 14 an die Kamera 18. Die elektrischen Signale am Ausgang 10 stellen also die Abbildung 6' des Gesichtsfeldes 6 dar.

Das von der Quelle 15 abgegebene Infrarotbündel gelangt nach Reflexion am halbdurchlässigen Spiegel 16 und an der Schrägplatte 14 über den Würfel 19 an das Auge 5. Dieses Infrarotbündel erzeugt also nach der Beleuchtung der Hornhaut, der Netzhaut und/oder der Pupille von Auge 5 und, nachdem es von diesen reflektiert wurde, einen Hornhaut-, Netzhaut- und/oder Pupillenreflex, der über ein reflektiertes Infrarotbündel entgegengesetzt zum Beleuchtungs-Infrarotbündel hinter dem Würfel 19 an der Schrägplatte 14 reflektiert wird und über den halbdurchlässigen Spiegel 16 an die Kamera 17 gelangt. Die elektrischen Signale am Ausgang 9 stellen also den Hornhaut- und/oder Netzhautreflex dar.

Folglich kann der Rechner 8, an dessen Eingänge die elektrischen Signale der Ausgänge 9 und 10 der Kameras 17 und 18 gelangen, an seinem Ausgang 11 nach einer bekannten Verarbeitung der elektrischen Eingangssignale elektrische Ausgangssignale abgeben, die für das vom Auge 5 gesehene Element 7i repräsentativ sind.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß sich entsprechend der Erfindung, indem jedem der beiden Augen 5 eines Beobachters ein optisches System 2,3 zugeordnet wird, leicht eine binokulare Vorrichtung verwirklichen läßt. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Rechner 8 die Signale der beiden optischen Systeme 2,3 verarbeitet.

Auch das Ausführungsbeispiel von Figur 4 enthält die verschiedenen Teile 14 bis 19 von Figur 3. In diesem Fall ist die Schrägplatte 14 jedoch in den optischen Würfel 19 entsprechend einer diagonalen Ebene desselben eingebaut.

Wie Figur 5 zeigt, werden bei einer praktischen Ausführungsart des Beispiels von Figur 4 vorgesehen:

- ein Gehäuse 20 mit der Kamera 17, der Infrarotquelle 15 und dem halbdurchlässigen Spiegel 16;

- ein Gehäuse 21 mit der Kamera 18;

- eine Fassung 22, durch die der Würfel 19 (mit der Platte 14) und die Gehäuse 20 und 21 zur Vorrichtung 3 verbunden werden; und

- eine Befestigungsvorrichtung 4, durch die die Vorrichtung 3 auf dem Visierfernrohr 2 mit der Bildseite (oder außerhalb) des Okulars 12 verbunden werden kann.

Selbstverständlich kann die Befestigungsvorrichtung 4 abnehmbar oder fest sein.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung (3), die einerseits mit einem Visierfernrohr (2) auf der Bildseite des Okulars (12) desselben und andererseits mit Rechenmitteln (8) verbunden wird und ein System bildet, durch das zu jedem Zeitpunkt der Abschnitt (7i) eines vom Auge (5) eines Beobachters durch das Visierfernrohr gesehenen Gesichtsfeldes (6) bestimmt werden kann, wobei die Vorrichtung umfaßt:

- ein Strahlenteilungselement (14) in der optischen Achse (V-V) des Visierfernrohrs (2);

- eine Lichtquelle (15), die an das Auge (5) über das Strahlenteilungselement (14) ein Lichtbündel zur Reflexbildung gibt;

- erste Aufnahmemittel (17), die den Reflex über das Strahlenteilungselement (14) beobachten und erste elektrische Signale erzeugen, die für die Richtung der optischen Achse des Auges (5) repräsentativ sind, wobei die ersten Signale an die Rechenmittel (8) gegeben werden müssen; und

- zweite Aufnahmemittel (18), die das Gesichtsfeld (6) über das Strahlenteilungselement (14) beobachten und zweite elektrische Signale erzeugen, die für das Gesichtsfeld repräsentativ sind, wobei die zweiten Signale ebenfalls an die Rechenmittel (8) zu geben sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (3) eine dicke optische Platte (19) hat, deren planparallele Flächen senkrecht zur optischen Achse (V-V) des Fernrohrs (2) verlaufen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex der dicken optischen Platte (19) in der Nähe von 2 liegt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dicke optische Platte (19) zumindest annähernd die Form eines Würfels hat.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlungsteilungselement (14) eine dünne Platte mit behandelten Oberflächen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenteilungselement (14) auf der einen Seite für die Lichtstrahlen des Gesichtsfeldes teildurchlässig und teilreflektierend und auf der anderen Seite für das Lichtbündel der Lichtquelle zumindest teilreflektierend ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenteilungselement (14) in den Würfel (19) in einer diagonalen Ebene desselben eingebaut ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Baueinheit bildet, die abnehmbar auf das Visierfernrohr (2) aufgesetzt werden kann.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie dauerhaft mit dem Visierfernrohr (2) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Fassung (22), durch die der Würfel (19) mit dem Strahlenteilungselement (14) und die ersten und zweiten Aufnahmemittel miteinander verbunden werden, sowie Mittel (4) zur Befestigung der Fassung am Visierfernrohr (2) hat.







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