DE3513672A1

DE3513672A1 - Panorama-beobachtungssystem

Info

Publication number: DE3513672A1
Application number: DE19853513672
Authority: DE
Inventors: Cody Boone Palatine Ill. Kreischer
Original assignee: Recon Optical Inc
Current assignee: Recon Optical Inc
Priority date: 1984-04-17
Filing date: 1985-04-16
Publication date: 1985-12-19
Also published as: DE3513672C2; KR920010948B1; JPS60225818A; US4561733A; GB2157844B; KR850007837A; GB8506238D0; IL74679A; GB2157844A

Description

HOEGER, STELLRECHT & PARTNER 3513672

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 e D 700O STUTTGART 1

■■■ J —

A 46 544 b Anmelder: Recon Optical, Inc. k - 176 550 West Northwest Highway

15. April 1985 Barrington/ IL 60010

U.S.A.

Panorama-Beobachtungssystem

Die Erfindung betrifft ein Beobachtungssystem mit mehreren, jeweils eine Einlaßöffnung und eine zugeordnete Auslaßöffnung umfassenden Periskopeinheiten und mit einer Rahmenanordnung zum Positionieren der Elemente der Periskopeinheiten in einer vorgegebenen gegenseitigen Lage.

Periskope, die mit Reflexionsflächen, optischen Blöcken zur Strahlumlenkung und anderen Einrichtungen arbeiten, werden für verschiedene Anwendungszwecke benutzt, beispielsweise bei gepanzerten Militärfahrzeugen. Das Periskop ermöglicht dabei den Insassen eines Panzers oder dergleichen eine eingeschränkte Beobachtung der Umgebung, ohne daß der Beobachter das schützende Fahrzeug verlassen müsste. Im allgemeinen besteht ein Periskop im wesentlichen aus einem länglichen Gehäuse mit ebenen Reflexionsflächen auf der Einlaßseite und auf der Auslaßseite. Die Reflexionsflächen dienen dazu, ein Bild der Umgebung durch doppelte Reflexion in das Innere eines Fahrzeugs oder dergleichen zu über-

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tragen, wo sich ein Beobachter befindet. Die Reflexionsflächen sind dabei häufig parallel zueinander angeordnet, so daß die vom Beobachtungsfeld ausgehende Strahlung lediglich in der Höhe und nicht winkelmäßig versetzt wird.

Das spontan sichtbare Beobachtungsfeld, welches durch bekannte Periskopsysteme sichtbar ist, wird in erster Linie durch die Breite der Einlaßöffnungen und der Auslaßöffnungen bestimmt sowie durch den optischen Abstand zwischen diesen Öffnungen und dem Ort, an dem sich das Auge des Beobachters befindet. Das spontan sichtbare Beobachtungsfeld ist als dasjenige Beobachtungsfeld definiert, welches von einem einzigen feststehenden Beobachtungspunkt sichtbar ist, d.h. ohne daß der Beobachter seinen Kopf bewegt. Das extreme Beobachtungsfeld eines Periskops ist dagegen durch die beiden Grenzstrahlen definiert, die sich dann ergeben, wenn der Beobachter seinen Kopf bis in die Position bewegt, in der der Bildausschnitt durch die eine oder andere Kante der Einlaßöffnung beschränkt wird. Das extreme Beobachtungsfeld gilt üblicherweise als "Leistungsmaßstab" für ein konventionelles Periskop, sollte jedoch nicht mit dem spontanen Beobachtungsfeld verwechselt werden. Das angegebene extreme Beobachtungsfeld ist nämlich häufig unrealistisch, da keine Gewähr dafür besteht, daß der Beobachter seinen Kopf tatsächlich in die genannten Extrempositionen bewegen kann, beispielsweise,weil an der Auslaßöffnung des Periskops nur wenig Platz zur Verfügung steht.

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Da die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung bei einem Periskop einen gewissen Abstand voneinander haben, sieht der Beobachter beim Blick durch das Periskop einen "Tunnel". Wenn das spontane Beobachtungsfeld einer einzelnen Periskopeinheit durch die Abmessungen der Einlaßöffnung, eine oder beide Seitenwände des Tunnels begrenzt wird, dann wird der Tunnel■für den Beobachter sichtbar. Dies ist bei konventionellen Periskopen üblicherweise der Fall, da deren Einlaßöffnung und deren Auslaßöffnung im wesentlichen dieselbe Größe besitzen. Wenn die Einlaßöffnung größer ist als die Auslaßöffnung, dann gibt es Beobachtungspunkte, an denen das spontane Beobachtungsfeld lediglich durch die Auslaßöffnung begrenzt ist, so daß die Seitenwände des Tunnels in diesem Fall nicht sichtbar sind. Der Beobachter nimmt also anstelle eines Tunnels lediglich ein Fenster wahr. Es ist offensichtlich, daß man bei einem konventionellen Periskopring die Auslaßöffnungen verkürzen kann (um diesen Fenstereffekt zu erreichen); hierdurch ergibt sich jedoch kein Vorteil für den Beobachter, da er einfach die eine Einschränkung des Gesichtsfeldes (durch die Seitenwände) gegen die andere Einschränkung (durch die Abmessungen der Auslaßöffnung) eintauscht.

Eine Weitwinkel-Beobachtung unter Verwendung konventioneller Periskopeinheiten wurde typischerweise mit Systemen versucht, bei denen mehrere Periskope längs

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eines Kreisbogens nebeneinander angeordnet waren. Mit einer derartigen Anordnung konventioneller -Periskope kann jedoch ein kontinuierliches 360°-Beobachtungsfeld niemals realisiert werden, da sich zwischen den Sichtfeldern der einzelnen Periskope zwangsläufig tote Winkel ergeben. Dies liegt daran, daß bei jedem der Periskope eine oder beide Seitenwände in das Blickfeld gelangen und als Sperren bzw. Blenden für die Beobachtung des betreffenden Bereichs der Umgebung wirken.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Beobachtungssystem - für eine indirekte Beobachtung - der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß Einschränkungen des horizontalen Gesichtsfeldes bzw. Beobachtungsfeldes verhindert bzw. auf jeden Fall verringert werden, und zwar für ein Beobachtungsfeld von bis zu 360°.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs angegebenen Beobachtungssystem gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einlaßöffnungen derart ausgebildet und angeordnet sind, daß die Summe der von den Einlaßöffnungen in horizontaler Richtung überdeckten Winkel größer ist als der Winkel, über den sich das Gesamtsystem erstreckt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Beobachtungssystems gemäß der Erfindung ist eingangsseitig eine Anzahl von einlaßseitigen Reflexionsflächen vorgesehen,

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denen eine Anzahl von auslaßseitigen Reflexionsflächen zugeordnet ist, die bezüglich der einlaßseitigen Reflexionsflächen ausgerichtet und im Abstand von diesen angeordnet sind. Dabei ist jede der beiden Reflexionsflächen geeignet, eine optische Wellenfront zu reflektieren. Jeder der einlaßseitigen Reflexionsflächen ist dabei eine Einlaßöffnung zugeordnet, durch die das Licht hindurchtritt und die das Blickfeld definiert, aus dem das ankommende Licht durch die Reflexionsfläche reflektiert bzw. umgelenkt wird. In entsprechender Weise ist jeder der Auslaßöffnungen eine letzte, auslaßseitige Reflexionsfläche zugeordnet, durch die die von dem betreffenden Bildausschnitt stammende umgelenkte Strahlung zum Auge des Beobachters umgelenkt wird. Dabei können die Einlaßöffnungen und die Auslaßöffnungen insgesamt oder teilweise durch eine Gehäusekonstruktion oder eine andere Halterung definiert sein oder durch die Abmessungen der Reflexionsflächen selbst, wie dies bei frei stehenden Reflexionsflächen der Fall ist, wobei keine externen Konstruktionselemente das mit Hilfe der Reflexionsflächen erfasste Beobachtungsfeld einschränken.

Die einlaßseitigen Reflexionsflächen und die auslaßseitigen Reflexionsflächen sind so angeordnet, daß sie jeweils ein Paar bilden, mit dessen Hilfe der Strahlengang von dem beobachteten Bereich zu einer auslaßseitigen Reflexionsfläche und zu einem Beobachter umgelenkt

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wird. Jedes Paar von einlaßseitigen Reflexionsflächen und auslaßseitigen Reflexionsflächen ist dabei so angeordnet, daß es die Strahlung aus einem bestimmten Winkelbereich umlenkt, wobei die so gebildeten Beobachtungsfelder einander ergänzen und für einen Beobachter optimale Beobachtungsbedingungen schaffen. Insbesondere sind die Breite und Zahl der Einlaßöffnungen und der zugeordneten einlaßseitigen Reflektoren erfindungsgemäß so gewählt, daß die Summe der Beobachtungswinkel, über die sich sämtliche einlaßseitigen Reflektoren bei Projektion derselben in eine horizontale Ebene erstrecken, ausgehend von einem fest vorgegebenen Bezugspunkt den Winkel überschreitet, den das gesamte System überdeckt, und zwar bei .'Projektion in eine horizontale Ebene und ausgehend von demselben Bezugspunkt. Unmittelbar aneinandergrenzende Einlaßöffnungen und einlaßseitige Reflexionsflächen sind dabei so angeordnet, daß sie das Blickfeld des benachbarten Systems nicht beeinträchtigen. Insbesondere sind unmittelbar aneinandergrenzende Einlaßöffnungen und einlaßseitige Reflexionsflächen erfindungsgemäß in unterschiedlichen radialen Abständen von einem Beobachtungspunkt und in senkrechter Richtung in unterschiedlicher Höhe angeordnet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß benachbarte Einlaßöffnungen und einlaßseitige Reflexionsflächen in unterschiedlichen radialen Abständen (vom Bezugspunkt), aber in derselben horizontalen Ebene angeordnet sind, wobei in diesem Fall diejenigen Reflexionsflächen, die einen

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größeren radialen Abstand vom Bezugspunkt haben, strahlteilende bzw. halb-durchlässige Reflexionsflächen sind, die einen Teil der Lichtenergie hindurchtreten lassen, so daß dieser eine benachbarte Reflexionsfläche erreichen kann, welche in geringerem radialen Abstand vom Bezugspunkt angeordnet ist.

Die erste bzw. die einlaßseitige Reflexionsfläche und die letzte bzw. die auslaßseitige Reflexionsfläche werden durch eine geeignete Stützkonstruktion derart in einem Abstand voneinander gehalten, daß das ankommende Licht vom einlaßseitigen Reflektor zum auslaßseitigen Reflektor und von dort zum Auge eines Beobachters gelangen kann. Die Stütz- bzw. Gehäusekonstruktionen sind in den weiter hinten noch näher zu beschreibenden Zeichnungen der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellt und können längliche, rohrförmige, quadratische oder rechteckige Gehäusestrukturen umfassen, welche aus Holz, Kunststoff oder Metall bestehen, wie dies zum Stande der Technik gehört. Dabei sollten die Innenfläche der Gehäusestrukturen eine solche Oberfläche haben, daß sich eine minimale Lichtreflexion ergibt, um eine Beeinträchtigung der Reflexions- und Brechungsfunktionen der einander paarweise zugeordneten Einlaß- und Auslaßelemente zu vermeiden. Statt getrennter Gehäuse für jedes Paar von einlaßseitigen und auslaßseitigen Reflektoren bzw. für jede Periskopeinheit können die Reflektoren auch an einer gemeinsamen Stütz-

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konstruktion des Beobachtungssystems gehaltert und positioniert werden. Beispielsweise können die einlaßseitigen Reflektoren auf der Außenseite eines Panzers, insbesondere eines Panzerturms, montiert sein, während die auslaßseitigen Reflektoren im Inneren des Fahrzeugs angeordnet sind. Dabei versteht es sich, daß unterschiedliche Befestigungsmittel für die Reflektoren verwendet werden können. Wenn das Beobachtungsfeld der einlaßseitigen und der auslaßseitigen Reflektoren nicht durch eine besondere Gehäusekonstruktion oder andere Halterungseinrichtungen beschränkt wird, dann bilden die Reflektoren selbst die Einlaß- und Auslaßöffnungen, deren Größe nunmehr nur von den Abmessungen der Reflektoren abhängt.

Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Beobachtungssystems besteht darin, daß es einen im wesentlichen kontinuierlichen und unbeeinträchtigten Blick auf ein horizontales Beobachtungsfeld frei gibt, welches sich über einen beliebigen Winkel erstrecken kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines konventionellen Periskops;

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Fig. 2 ein schematisches "Tunnel"-Diagramm eines konventionellen Periskops, bei dem die Einlaßöffnung nicht wesentlich größer ist als die Auslaßöffnung;

Fig. 3 ein schematisches "Tunnel"-Diagramm eines konventionellen Periskops, bei dem die Einlaßöffnung wesentlich größer ist als die Auslaßöffnung;

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf ein 360°-Beobachtungssystem aus konventionellen Periskopen;

Fig. 5 ein im wesentlichen "entfaltetes"

Tunnel-Diagramm des Periskopsystems gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische Draufsicht bzw. und Seitenansicht einer bevorzugten Aus-Fig. 7 führungsform eines 360°-Beobachtungssystems gemäß der Erfindung;

Fig. 8 eine schematische Darstellung zur

Verdeutlichung der Lage der Beobachtungswinkel bei dem System gemäß Fig. 6 und 7;

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Fig. 9 schematische Darstellungen zur Ver- und deutlichung des Strahlenganges bei
Fig. 10 zwei verschiedenen Ausführungsformen

eines Beobachtungssystems gemäß der

Erfindung;

Fig. 11 ein schematisch.es "Tunnel"-Diagramm eines Beobachtungssystems gemäß der Erfindung und

Fig. 12 eine schematische Darstellung des
Strahlengangs eines Beobachtungssystems mit zusätzlichen Reflexionsflächen zwischen der einlaßseitigen und der auslaßseitigen Reflexionsfläche.

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Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines konventionellen Periskops mit einer einlaßseitigen Reflexionsfläche 12, einer auslaßseitigen Reflexionsfläche 14, einer Einlaßöffnung 12a und einer Auslaßöffnung 14a in einem Periskopgehäuse 13, wobei der Strahlengang durch das Periskop durch Pfeile angedeutet ist. Wie Fig. 2 zeigt, sind die Innenwände 15 und 17 des Periskopgehäuses 13 dann sichtbar, wenn das Beobachtungsfeld durch eine Eintritts- bzw. Einlaßöffnung 12a begrenzt wird, die nicht weiter ist als die Austrittsbzw. Auslaßöffnung 14a. Folglich nimmt ein Beobachter, welcher das Periskop verwendet, die Aussicht so wahr, als ob er durch einen Tunnel schauen würde. Wenn die Einlaßöffnung deutlich weiter als die Auslaßöffnung ist, ergibt sich andererseits ein Beobachtungsbereich, in dem das Beobachtungsfeld in horizontaler Richtung nur durch die Auslaßöffnung begrenzt wird, so daß der Benutzer die Aussicht so wahrnimmt als ob er durch ein Fenster schauen würde, da die im Blickfeld liegenden Gehäuseteile, falls sie überhaupt sichtbar sind, nur eine geringe Tiefe haben. In Fig. 3 ist die Einlaßöffnung 12a ausreichend breiter als die Auslaßöffnung 14a, so daß die Ränder der Auslaßöffnung in den üblichen Beobachtungspositionen des Auges das Beobachtungsfeld begrenzen. Wenn der Beobachter sein Auge ausreichend weit nach vorn (in Richtung auf die Auslaßöffnung 14a) oder weit genug nach der einen oder anderen Seite bewegt, dann werden auch bei dem Periskop gemäß Fig. 3 die Innenwände 15,17 des Periskopgehäuses 13 gegebenenfalls sichtbar.

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Eine Beobachtung über einen weiten Winkel wurde unter Verwendung konventioneller Periskopeinheiten bisher typischerweise dadurch angestrebt, daß die Periskope längs eines Kreisbogens nebeneinander angeordnet wurden.(Der Kreisbogen wird zu einem Kreis, wenn ein Beobachtungswinkel von 360° angestrebt wird.) Dabei wird eine optimale Leistungsfähigkeit hinsichtlich der horizontalen Ausdehnung der Aussicht offensichtlich dann erreicht, wenn die Periskope so dicht wie möglich beieinander angeordnet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß unglücklicherweise .alle derartigen Anordnungen, selbst wenn sie für eine optimale Leistung ausgelegt waren, beträchtliche tote Winkel hinsichtlich des jeweils verfügbaren Beobachtungsfeldes aufweisen.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht eines für ein Beobachtungsfeld von 360° gedachten Perioskopsystems aus konventionellen Periskopeinheiten. Man sieht, daß die Summe

der Winkel (Θ.. + θ_ + θ_... + θ ) ,die von sämtlichen 12 3 η

Einlaßöffnungen 12 überdeckt werden, kleiner ist als 360° und daß die Summe der Blickwinkel selbst dann kleiner als 360° ist, wenn die Einlaßöffnungen unmittelbar aneinandergrenzen. Das in einem bestimmten Augenblick sichtbare horizontale Beobachtungsfeld, welches durch jede Einlaßöffnung eines der Periskope des Systems gemäß Fig. 5 sichtbar ist, ist kleiner als der Blickwinkel, der bei der Anordnung gemäß Fig. 4 durch dieselbe Einlaßöffnung sichtbar ist, da sich bei dem System gemäß Fig, 5 ein "Beobachtungstunnel" ergibt, bei dem die

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Einlaßöffnungen 12 weiter vom Bezugspunkt entfernt sind. Selbst für den Fall, daß die Einlaßöffnungen unmittelbar aneinanderstoßen, bleiben dabei zwischen den Periskopen tote Winkel, in denen der zu beobachtende Bereich nicht sichtbar ist. Dabei ist zu beachten, daß derartige tote Winkel für alle Positionen des Auges des Beobachters vorhanden sind, obwohl sich Größe und Lage der toten Winkel jeweils in Abhängigkeit von der Betrachtungsposition ändern.

Erfindungsgemäß werden die vorstehend angesprochenen Nachteile und Probleme vermieden. Gemäß der Erfindung wird ein Beobachtungssystem geschaffen, welches über jeden gewünschten Winkel einschließlich eines Winkels von 360° eine Beobachtung gestattet, die nicht durch tote Winkel beeinträchtigt wird. Das erfindungsgemäße Beobachtungssystem umfasst eine Anzahl von ersten einlaßseitigen Reflexionsflachen und zugehörigen Einlaßöffnungen sowie eine Anzahl von auslaßseitigen Reflexionsflächen und zugehörigen Auslaßöffnungen. Die Einlaßöffnungen und die ersten Reflexionsflächen sind dabei in spezialler Weise so angeordnet, daß das Auftreten von toten Winkeln über einen vorgegebenen horizontalen Beobachtungswinkel verringert oder vollständig vermieden wird. Dabei werden alle Reflexionsflachen und Öffnungen durch geeignete Halterungs- bzw. Gehäuseeinrichtungen in einer vorgegebenen Lage gehalten. Zusammenwirkende Paare von Reflexionsflächen können

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zusammen mit ihren zugeordneten Öffnungen als Reflexionseinheiten angesehen werden. Die Auslaßöffnungen des erfindungsgemäßen Systems sind vorzugsweise im wesentlichen in einer gemeinsamen horizontalen Ebene derart angeordnet, daß der Benutzer seinen Kopf nicht heben oder senken muß, um nacheinander durch benachbarte Auslaßöffnungen zu schauen. Die Einlaßöffnungen haben eine solche Breite und Anzahl, daß die Summe aller Azimuth-Winkel bzw. aller horizontalen Winkel, die von den einzelnen Einlaßöffnungen, gemessen von einem einzigen Beobachtungspunkt, überdeckt werden, den Azimuth-Winkel überschreitet, welcher sich zwischen der linken Kante der am weitestens links befindlichen Einlaßöffnung und der rechten Kante der am weitesten-rechts befindlichen Einlaßöffnung des Systems befindet, und zwar gemessen vom selben Beobachtungspunkt. Die Summe aller Winkel, welche von sämtlichen Einlaßöffnungen überdeckt wird, überschreitet also bei Projektionen in einer horizontalen Ebene den Winkel, über das sich das System insgesamt erstreckt. Im Grenzfall überschreitet also die Summe der von den einzelnen Öffnungen überdeckten Winkel den Winkel von 360°. Für ein erfindungsgemäßes System mit η Einlaßöffnungen und einlaßseitigen Reflexionsflächen kann dieser Zusammenhang mathematisch wie folgt ausgedrückt werden:

wobei η = Anzahl der Einlaßöffnungen,

©i = Winkel, über den sich die i-te Einlaßöffnung erstreckt,

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τ" = Winkel, über den sich das System insgesamt erstreckt.

Die betreffenden Winkel sind in Fig. 8 grafisch dargestellt.

Die vorstehend angegebenen Winkel, über die sich die Einlaßöffnungen erstrecken, sind von den Öffnungswinkeln der Beobachtungsfelder zu unterscheiden, die in jedem Augenblick betrachtet werden können. Die genannten Erstreckungswinkel werden nämlich an dem physikarischen System bei Projektion in eine horizontale Ebene ohne "Entfalten" der optischen Wege des Systems abgeleitet. Wenn das System entfaltet wird, um die scheinbaren Tunnel bzw. Beobachtungsfelder darzustellen, die vom Betrachter gesehen werden, dann wird die Einlaßöffnung in radialer Richtung von dem Beobachtungspunkt wegbewegt, wie dies z.B. beim Übergang von Fig. 4 auf Fig. 5 geschieht, wo die in Fig. 5 eingezeichneten Winkel für die in einem Augenblick sichtbaren Beobachtungsfelder gelten. Da der Benutzer den Eindruck hat, daß die Einlaßöffnung einen größeren radialen Abstand von seinem Auge hat als dies tatsächlich der Fall ist, sind die tatsächlichen Beobachtungsfelder, die durch die Öffnung hindurchgesehen werden können, zwangsläufig kleiner als der Winkel, über den sich die Öffnung physikalisch erstreckt. Daher ist os ::um Eliminieren der Beschränkungen des horizontalen Gesichtsfeldes, welches über eine Anzahl von Periskop-

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einheiten erhalten wird, erforderlich, daß die oben angegebene Gleichung erfüllt ist.

Die bei dem erfindungsgemäßen System verwendeten Reflektoren bzw. Reflexionsflächen können durch auf der Vorderseite verspiegelte Spiegel, durch auf der Rückseite verspiegelte Spiegel, durch Prismen oder durch irgendwelche andere optische Elemente gebildet werden, die eine ebene Reflexion der optischen Wellenfronten (des ankommenden Lichts) gestatten. Die Reflexionsflächen können aus Silber, Aluminium, Gold oder einem anderen bekannten reflektierenden Material bestehen.

Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Feld von einlaßseitigen Reflexionsflächen bzw. Spiegeln, denen auslaßseitige Reflexionsflächen bzw. Spiegel jeweils zugeordnet sind, ist in Fig. 6 und 7 gezeigt. Bei dem in diesen Figuren gezeigten System wird das Beobachtungsfeld, welches aufgrund der Reflexionen an den einlaßseitigen und auslaßsei ti gen Reflexionsflächen betrachtet werden kann, durch nichts anderes eingeschränkt als durch die Abmessungen der Reflexionsflächen selbst. Folglich bilden die cinlaßseitigen und auslaßseitigen Reflexionsflächen selbst einlaßseitige bzw. auslaßseitige Beobachtungsöffnungen. Wie die Zeichnungsfiguren zeigen, sind jeweils mehrere einlaßseitige Spiegel zu zwei Ringen 20,22 geordnet, wobei das Beobachtungsfeld eines Spiegels des Ringes 20

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sich jeweils mit dem Beobachtungsfeld zweier benachbarter Spiegel des zu dem Ring 20 konzentrischen inneren Ringes 22 überlappt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich im inneren Ring 22 acht einlaßseitige Spiegel 22A bis 22H, und der äußere Ring 20 besteht ebenfalls aus acht einlaßseitigen Spiegeln 2OA bis 20H, wobei die Spiegel 2OA und 2OB so angeordnet sind, daß sie einen Teil des Beobachtungsfeldes überlappen, welches über den Spiegel 22A des inneren Ringes 22 sichtbar ist. In entsprechender Weise überlappen sich die Sichtfelder der äußeren Spiegel 2OB und 2OC mit dem Sichtfeld des inneren Spiegels 22B. Dieselbe winkelmäßige Beziehung wiederholt sich für die weiteren Spiegel des äußeren und des inneren Ringes. Während in Fig. 6 jeweils acht Spiegel im inneren und im äußeren Ring 20 bzw. 22 dargestellt sind, versteht es sich, daß je nach den Gegebenheiten auch mit einer größeren oder kleineren Zahl von einlaßseitigen Spiegeln gearbeitet werden kann. Im einzelnen ergibt sich bei schmaleren eingangsseitigen Spiegeln jeweils ein schmaleres Blickfeld, so daß zur Erzielung einer vollständigen 360°-Beobachtung eine größere Anzahl von einlaßseitigen Spiegeln erforderlich ist und umgekehrt. In entsprechender Weise benötigt man dann, wenn nur ein begrenzter Winkel von beispielsweise 180° ohne tote Winkel beobachtet werden soll, nur eine geringere Anzahl von einlaßseitigen Spiegeln auf zwei konzentrischen Kreisbögen. Bei einem Beobachtungswinkel von 180° lässt sich die Anzahl der Spiegel also auf die IKilfte verringern.

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Das erfindungsgemäße System gemäß Fig. 6 und 7 umfasst ferner einen Ring 24 von auslaßseitigen Spiegeln, die mit den einlaßseitigen Spiegeln der Ringe 20 und 22 jeweils ein Spiegelpaar bilden. Für jeden der einlaßseitigen Spiegel 2OA bis 2OH in Fig. 6 ist also ein parallel dazu ausgerichteter auslaßseitiger Spiegel des Ringes 24 vorgesehen. Wenn die einander paarweise zugeordneten einlaßseitigen und auslaßseitigen Spiegel parallel ausgerichtet sind, ergibt sich keine winkelmäßige Abweichung in der Sichtlinie, weshalb diese parallele Ausrichtung bevorzugt wird. Wenn es erwünscht ist, kann jedoch eine gewisse Abweichung von der Parallelausrichtung vorhanden sein. Beispielsweise kann die Ausrichtung der auslaßseitigen Spiegel von der Parallelausrichtung bezüglich der einlaßseitigen Spiegel um einen kleinen Betrag abweichen, um eine Abweichung der Sichtlinie zu erreichen, wenn dies erwünscht ist. Eine solche Abweichung kann erwünscht sein, wenn das Auge des Beobachters aus dem einen oder anderen Grund nicht in die Ebene der auslaßseitigen Spiegel gebracht werden kann. Wenn sich beispielsweise das Auge eines Beobachters unterhalb der Ebene der auslaßseitigen Spiegel befindet, kann es wünschenswert sein, an den auslaßseitigen Spiegeln eine Strahlablenkung nach unten herbeizuführen, wobei die auslaßseitigen Spiegel dann winkelmäßig entsprechend ausgerichtet werden, um das gewünschte Ziel zu erreichen. Der Nachteil einer derartigen Ausrichtung der Reflexionsflächen zur Erzielung einer winkelmäßigen Abweichung der

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Sichtlinie besteht darin, daß der Blick durch benachbarte Beobachtungseinheiten jeweils etwas "gedreht" ist, so daß anstelle eines kontinuierlichen Beobachtungsfeldes letztlich ein Beobachtungsfeld aus einzelnen, aneinanderstoßenden Einzelfeldern erhalten wird. Dabei ist es jedoch immer noch ein wesentlicher Vorteil gegenüber konventionellen Systemen zur indirekten Beobachtung, daß Einschränkungen des Gesichtsfeldes verringert werden.

Im allgemeinen wird es bei einem erfindungsgemäßen System bevorzugt, die öffnungen und Reflexionsflächen so anzuordnen, daß sich ein großes, horizontales Gesichtsfeld ergibt, welches vollständig frei von toten Winkeln ist,und dieses Ziel kann in den meisten Fällen im wesentlichen erreicht werden. Es können jedoch räumliche oder konstruktive Einschränkungen vorliegen, die sich aufgrund der Einsatzbedingungen des Beobachtungssystems ergeben und die die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Beobachtungssystems derart einschränken können, daß sich zwischen den einzelnen Beobachtungseinheiten nicht sichtbare Bereiche ergeben. Auch in diesen Fällen kann erfindungsgemäß das Ausmaß der Beschränkungen des horizontalen Beobachtungsfeldes im Vergleich zu konventionellen Systemen noch beträchtlich verringert werden.

Fig. 11 zeigt, wie mit dem erfindungsgemäßen Beobachtungssystem ein kontinuierliches Beobachtungsfeld ohne tote Winkel erreicht wird. Im einzelnen machen die "Tunneldiagramme" gemäß Fig. 11 deutlich, daß die Auslaßöffnungen

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14a, die jeweils durch einen auslaßseitigen Reflektor gebildet werden, ohne einen dazwischen liegenden Steg unmittelbar aneinandergrenzen und daß die Einlaßöffnungen 12a, die jeweils durch einen einlaßseitigen Reflektor gebildet werden, wesentlich breiter sind als die ihnen zugeordneten Auslaßöffnungen. Ein kontinuierliches Beobachtungsfeld wird dadurch geschaffen, daß die scheinbaren Tunnel,die benachbarten Auslaßöffnungen zugeordnet sind, einander überlappen, wobei sich ein Tunnelüberlappungswinkel ergibt, in dem für den Betrachter keine Tunnel-Seitenwand sichtbar ist. Dieser Bereich ist schraffiert. Solange sich die scheinbaren Tunnel benachbarter Einheiten überlappen, ergibt sich aber ein kontinuierliches Beobachtungsfeld.

Damit die Summe der Winkel, über die sich die einzelnen Einlaßöffnungen erstrecken, den Winkel überschreiten kann, über den sich das System als Ganzes erstreckt, ist es z.B. erforderlich, daß die einlaßseitigen Reflektoren, welche benachbarten Einlaßöffnungen zugeordnet sind, unterschiedliche radiale Abstände von dem Beobachter haben und in unterschiedlichen horizontalen Ebenen liegen. Beispielsweise sind in Fig. 7 die Spiegel des oberen Ringes 22 in der Draufsicht innerhalb der Spiegel des unteren Ringes 20 und in einer höheren horizontalen Ebene angeordnet. Hierdurch wird es möglich, daß die Spiegel des oberen Ringes 22 das Licht aus dem beobachteten Bereich ohne Störung durch den unteren Ring 20 zu den Auslaß-

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Öffnungen reflektieren. Die Spiegel des auslaßseitigen Ringes 24, die mit den Bezugszeichen 20CI, 22DI, 20BI usw. bezeichnet sind, sind dabei jeweils einem der Spiegel des oberen Ringes 22 bzw. des unteren Ringes 20 zugeordnet.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 9 gezeigt ist, befinden sich die Einlaßöffnungen 12au eines ersten Satzes von Periskopeinheiten räumlich über und hinter den Einlaßöffnungen 12al eines zweiten Satzes. Bei dieser Ausgestaltung liegen die einlaßseitigen Reflexionsflächen 12 in Prismen aus einem transparenten Material, wie dies an sich bekannt ist. In allen Fällen ist der Winkel, unter dem die auslaßseitige Reflexionsfläche angeordnet wird, komplementär zu dem Winkel der zugeordneten einlaßseitigen Reflexionsfläche des betreffenden Spiegelpaares, um den in Fig. 9 gezeigten Strahlengang zu erhalten.

Bei dem Beobachtungssystem gemäß der Erfindung wird der optische Raum von benachbarten Reflexionseinheiten teilweise gemeinsam genutzt. Diese gemeinsame Nutzung des optischen Raumes stellt im wesentlichen ein "Verschachteln" der Einheiten mit dem Ziel dar, ein kontinuierliches Beobachtungsfeld zu erhalten.

Bei Systemen aus mehreren konventionellen Periskopeinheiten ergibt sich zwischen den einzelnen Periskop-

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einheiten jeweils ein ziemlich großer toter Winkel, so daß eine Paralaxe zwischen benachbarten Einheiten nicht ins Gewicht fällt. Bei Beobachtungssystemen gemäß der Erfindung grenzen jedoch die Auslaßöffnungen und die Sichtfelder im wesentlichen unmittelbar aneinander, so daß das Phänomen der optischen Paralaxe mit berücksichtigt werden muß. Wegen der gefalteten bzw. abgeknickten Strahlengänge, der relativen Positionen der Einlaßöffnungen und der unterschiedlichen Tunnellängen ergibt sich im allgemeinen eine longitudinale, eine horizontale und eine vertikale Paralaxe zwischen benachbarten Reflexionseinheiten. Die longitudinale Paralaxe ist für einen menschlichen Beobachter für Gegenstände, die etwas weiter als etwa 1 m entfernt sind, nicht wahrnehmbar und stellt somit kein Problem dar. Die horizontale Paralaxe ist für einen zweiäugigen Beobachter normalerweise zu vernachlässigen, da eine automatische Adaption der Augen erfolgt, sobald ein Übergang zwischen zwei Austrittsöffnungen vorhanden ist, wodurch die horizontale Paralaxe kompensiert wird. Bei einem nicht-visuellen System mit einer großen Eintrittsöffnung kann es erforderlich sein, die Anordnung so zu positionieren, daß die Pupille nicht gespalten wird. Die vertikale Paralaxe bringt die größten Probleme mit sich, da sie durch die Augen nicht kompensiert werden kann. Daher kann der Beobachter beim Betrachten von in der Nähe befindlichen Objekten den Wunsch haben, seinen Kopf in eine solche Lage zu bringen, daß er mit beiden Augen durch dieselbe Periskopeinheit

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schauen kann. Dies sollte kein Problem sein, da die erforderliche Bewegung des Kopfes klein ist (etwa die halbe Strecke des Augenabstandes) und vom Beobachter ganz instinktiv ausgeführt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die vertikale Paralaxe dadurch vermieden, daß man die einlaßseitigen Spiegel in den Ringen 20 und 22 in derselben horizontalen Ebene, aber in Umfangsrichtung versetzt, derart anbringt, daß sie sich überlappen, wie dies oben diskutiert wurde. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Spiegel des äußeren Ringes 20 strahlteilende bzw. halbdurchlässige Spiegel sein, welche es gestatten, daß die ankommende Strahlung die Spiegel des Ringes 22 (Fig. 6) erreicht. Spiegel bzw. generell optische Elemente, welche eine Strahlteilung gestatten, sind aus dem Stand der Technik wohl bekannt.

Wenn es erwünscht ist, kann ein Satz der Reflexionseinheiten durch einen Satz von optischen Blöcken (vision blocks) ersetzt werden. Derartige Blöcke sind aus dem Stand der Technik wohl bekannt und stellen im wesentlichen dicke Fenster bzw. Tunnel dar, die mit einem brechenden Material gefüllt sind und eine Einlaßöffnung sowie eine Auslaßöffnung, jedoch keine Reflexionsflächen besitzen.

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Zusätzlich zu den einlaßseitigen und auslaßseitigen Reflexionsflächen kann das Beobachtungssystem gemäß Fig. 12 zwischen diesen Reflexionsflächen weitere Reflexionsflächen zur Umlenkung des Strahlengangs enthalten. In Fig. 12 bezeichnet das Bezugszeichen 25 eine derartige Zwischen-Reflexionsflache, die den Strahlengang in der eingezeichneten Weise beeinflusst.

Das erfindungsgemäße Beobachtungssystem kann nicht nur als visuelles System eingesetzt werden, bei dem das zu beobachtende Gebiet direkt mit den Augen eines Beobachters beobachtet wird, obwohl es für diesen Einsatzzweck wegen der Möglichkeit einer dreidimensionalen Beobachtung besonders geeignet ist und die Beobachtung eines breiten horizontalen Beobachtungsfeldes ermöglicht. Das erfindungsgemäße Beobachtungssystem kann aber auch in Verbindung mit beliebigen Detektoren zur Bilderfassung eingesetzt werden. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Beobachtungssystem an den Betrieb in jedem Bereich des elektromagnetischen Spektrums angepasst werden, indem man geeignete Detektoren einsetzt und indem man Materialien mit solchen Brechungsindices und Reflexionseigenschaften verwendet, die für den ausgewählten Bereich des Spektrums von Interesse sind. Beispielsweise können als Materialien zur Erfassung von Strahlung im Infrarotbereich Zinkselenid, Zinksulfid, Germanium und dergleichen eingesetzt werden. Andere Materialien, die für diesen und andere Bereiche des Spektrums geeignet sind, sind dem Fachmann bekannt.

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Die Erfindung bringt wesentliche Vorteile mit sich. So kann das erfindungsgemäße Beobachtungssystem ein ungestörtes Panoramabild liefern, in dem zwischen den einzelnen Bildausschnitten keine toten Winkel bzw. keine ausgeblendeten Bereiche liegen. Das erfindungsgemäße System verringert ferner die Belastung für den Beobachter, die sich bei den bekannten Systemen aufgrund der Tatsache ergibt, daß gewisse Bereiche des zu beobachtenden Geländes nicht einzusehen sind. Erfindungsgemäß werden nämlich die toten Winkel völlig vermieden oder zumindest auf ein Minimum reduziert. Das neue System gemäß der Erfindung verringert außerdem die erforderlichen Kopfbewegungen des Beobachters, da im jeweiligen Blickfeld keine "Hindernisse" vorhanden sind.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß dem Fachmann, ausgehend von den Ausführungsbeispielen, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste.

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Claims

Patentansprüche

1. Beobachtungssystem mit mehreren, jeweils eine Einlaßöffnung und eine zugeordnete· Auslaßöffnung umfassenden Periskopeinheiten und mit einer Rahmenanordnung zum Positionieren der Elemente der Periskopeinheiten in einer vorgegebenen gegenseitigen Lage,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (12a) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß die Summe der von den Einlaßöffnungen (12a) in horizontaler Richtung überdeckten Winkel (G₁ bis θ ) größer ist als der Winkel (Qf ), über den sich das Gesamtsystem erstreckt.

2. Beobachtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (12a) und die AuslaßSffnungen (14a) durch Reflexionsflächen (2OA bis 2OH, 22A bis 22H, 20AI bis 20HI, 22AI bis 22HI) definiert sind.

3. Beobachtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Reflexionsflächen (2OA bis „, 2OH, 22A bis 22H, 20AI bis 20HI, 22AI bis 22HI) durch jeweils eines der folgenden Elemente gebildet ist:

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einen an der Vorderseite verspiegelten Spiegel, einen an der Rückseite verspiegelten Spiegel, ein Prisma.

4. Beobachtungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an einer Einlaßöffnung (12a) befindlichen Reflexionsflächen (2OA bis 2OH, 22A bis 22H) in horizontaler Richtung jeweils breiter sind als die an den Auslaßöffnungen (14a) befindlichen Reflexionsflächen (20AI bis 20HI, 22AI bis 22ΉΙ).

5. Beobachtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daff die Einlaßöffnungen (12a) in unterschiedlichen horizontalen Ebenen und/ oder in unterschiedlichen radialen Abständen von einem zentralen Bezugspunkt des Beobachtungssystems angeordnet sind.

6. Beobachtungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (12a) auf zwei zueinander konzentrischen Bögen in zwei verschiedenen horizontalen Ebenen angeordnet sind (Fig. 7).

7. Beobachtungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (12a) auf zwei zueinander konzentrischen Kreisbögen in derselben horizontalen Ebene angeordnet sind und daß die

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auf dem äußeren Kreisbogen liegenden Einlaßöffnungen (12a) durch halb-durchlässige Reflexionsflächen definiert sind.

8. Beobachtungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der konzentrischen Kreisbögen einen sich über 360° erstreckenden Kreisring(20,22)bildet.

9. Beobachtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (14a) sämtlich in derselben horizontalen Ebene angeordnet sind.

10. Beobachtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder Einlaßöffnung (12a) und der zugeordneten Auslaßöffnung (14a) jeweils mindestens eine weitere Reflexionsfläche zur Strahlumlenkung vorgesehen ist.

11. Beobachtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einlaßseitigen Reflexionsflächen (2OA bis 2OH, 22A bis 22H) und die auslaßseitigen Reflexionsflächen (20AI bis 20HI, 22AI bis 22HI) derart ausgebildet sind, daß sie ein gutes Reflexionsvermögen für Infrarot-Strahlung haben.

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12. Beobachtungssysteiu nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einlaßseitigen Reflexionsflächen (2OA bis 2OH, 22A bis 22H) und die auslaßseitigen Reflexionsflächen (20AI bis 20HI, 22AI bis 22HI) derart ausgebildet sind, daß sie ein gutes Reflexionsvermögen für Ultraviolett-Strahlung haben.

13. Beobachtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Periskopeinheiten zwischen ihrer Einlaßöffnung (12a) und ihrer Auslaßöffnung (14a) durch einen eine Strahlumlenkung bewirkenden optischen Block ohne Reflexionsflächen gebildet ist.

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