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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein fernoptisches Gerät mit einem Display, insbesondere in Form eines Zielfernrohrs, eines Fernglases, eines Spektivs, eines Monokulars oder eines Nachtsichtgeräts mit einem Display zum Anzeigen benutzerrelevanter Daten.
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Hintergrund und Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Fernoptische Geräte, insbesondere für den zivilen Markt, wie zum Beispiel Zielfernrohre, Ferngläser, Spektive, Monokulare, Nachtsichtgeräte etc., werden komplexer, und Elektronik hält zunehmend Einzug in diese Geräteklasse. Ein Problem bei zunehmender Komplexität der enthaltenen elektronischen Komponenten ist die Darstellung der Informationen für den Benutzer. Solche Informationen können z.B. ohne Beschränkung der Allgemeinheit enthalten: Ballistikinformationen, Luftdruck, Himmelsrichtung (Kompass), Zeit, Temperatur, Neigungswinkel etc. Derzeit werden derartige Informationen häufig in den Strahlengang eingespiegelt. Dies ist jedoch kompliziert und kostenaufwändig. Ferner kann hierdurch die Performanz der Elektronik verschlechtert werden, insbesondere kann die Batterielebensdauer bei leistungsstarken Emittern signifikant verringert werden. Darüber hinaus kann die Performance der Optik, z.B. durch Transmissionsverlust an Teilerschichten negativ beeinflusst werden. Die Verwendung eines typischen LED-Displays könnte aufgrund des emittierten Lichts des Displays die Tarnung des Benutzers beeinträchtigen, bis hin dazu, dass z.B. zu jagende Tiere aufgeschreckt und verjagt werden können. Dieses Problem ist bei der Jagd deshalb besonders relevant, da die Jagd oftmals in der Dämmerung stattfindet. Ferner könnten solche Displays nur mit hohem Aufwand überhaupt technisch und ästhetisch ansprechend in fernoptische Geräte integriert werden. OLED-Displays sind ebenfalls nachteilig in Bezug auf ihren relativ hohen Strombedarf und die erzeugte Blendwirkung.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein fernoptisches Gerät bereit zu stellen, welches insbesondere auch in der Dämmerung in adäquater Weise benutzerrelevante Informationen darzustellen vermag, und zwar einerseits ohne den Benutzer abzulenken und andererseits ohne die Tarnung des Benutzers übermäßig zu beeinträchtigen.
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Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein fernoptisches Gerät mit einem Display bereit zu stellen, welches auch bei schwierigen Lichtverhältnissen verwendet werden kann und trotzdem energiesparend ist und welches ästhetisch ansprechend in vorhandene Designs eingefügt werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Erfindungsgemäß wird ein fernoptisches Gerät mit optischen Elementen und einem Gehäuse, in welchem die optischen Elemente beherbergt sind, bereitgestellt. Das fernoptische Gerät ist z.B. ein Zielfernrohr, ein Fernglas, ein Spektiv, ein Monokular oder ein Nachtsichtgerät und weist ein steuerbares Display zum Anzeigen von Daten für den Benutzer auf. Das Display besitzt hierfür elektronisch ansteuerbare Displayelemente z.B. in Form von Bildpunkten (Pixeln). Das steuerbare Display ist als externes Display ausgebildet, welches werkseitig an der Außenseite des Gehäuses befestigt ist, d.h. das Display zeigt die benutzerrelevanten Daten nicht innerhalb des fernoptischen Gerätes, z.B. durch Einspiegelung in den Strahlengang des fernoptischen Gerätes, sondern außen am Gehäuse an. Erfindungsgemäß ist das externe Display als ein nicht-(selbst)leuchtendes passives Display ausgebildet. Im angelsächsischen Sprachkreis wird ein solches Display auch als reflektives Display bezeichnet.
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Der Einsatz eines externen Displays birgt den Vorteil, dass die benutzerrelevanten Daten nicht kompliziert in den Strahlengang eingespiegelt zu werden brauchen. Dadurch kann eine diesbezügliche Verschlechterung der Performance der Optik vermieden werden. Ferner wird der Benutzer im Sehfeld der Optik nicht durch ein Übermaß von Informationen abgelenkt. Im Übrigen ist es für den Benutzer unter Umständen bequemer, bestimmte Informationen an der Außenseite des Gehäuses abzulesen, anstatt in die Optik blicken zu müssen. Somit können vom Benutzer unter Umständen manche komplexe Informationen schneller und einfacher erfasst werden.
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Durch den Einsatz eines nicht-leuchtenden passiven Displays kann in vorteilhafter Weise der Energieverbrauch in akzeptablen Grenzen gehalten werden. Ferner wird von dem externen nicht-leuchtenden passiven Display, d.h. an der Außenseite des fernoptischen Geräts, kein zusätzliches Licht emittiert, was die Tarnung des Benutzers auch in der Dämmerung und bei Dunkelheit aufrechterhält. Dadurch kann vermieden werden, dass z.B. zu jagende Tiere durch solches Licht aufgeschreckt und verjagt werden.
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Das externe Display ist insbesondere als ein Display mit bistabilen Displayelementen, z.B. in Form von Bildpunkten (Pixeln) ausgebildet, welche die benutzerrelevanten Daten durch erhaltungsspannungslose Zustandserhaltung ohne Energiebedarf dauerhaft anzeigen. Diese Displaytechnologien haben den Vorteil, dass der Energiebedarf sehr gering ist, da sie keine oder fast keine Energie benötigen, solange das Display die Anzeige nicht ändert.
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Besonders geeignet als externes Display ist ein sogenanntes elektronisches Papier-Display, wobei elektronisches Papier häufig auch als „E-Papier“, „electronic paper“ oder „e-paper“ bezeichnet wird. Diese Displays sind teilweise bereits technisch ausgereift, weisen die vorstehend beschriebenen Vorteile auf und sind kommerziell relativ preiswert erhältlich.
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Elektronische Papier-Displays arbeiten insbesondere gemäß einer der folgenden Technologien:
- – Die Displayelemente umfassen zumindest zweifarbige statisch geladene Kügelchen, welche durch Anlegen eines elektrischen Feldes drehbar sind.
- – Das externe Display ist ein elektrophoretisches Display (sog. electrophoretic display device – EPD). Ein solches Display ist z.B. in der US 2007/014681 A1 beschreiben, welche hiermit insbesondere im Hinblick auf den Aufbau des Displays durch Referenz inkorporiert wird. Die Displayelemente eines elektrophoretischen Displays umfassen typischerweise elektrophoretisch arbeitende Mikrokapseln. Diese Technologie wird zum Beispiel von der E Ink Corporation unter der Bezeichnung „E Ink“ vertrieben und wird in elektronischen Büchern (sog. E-Reader) verwendet.
- – Das externe Display ist als ein bistabiles Flüssigkristall-Display (LCD) ausgebildet.
- – Das externe Display arbeitet nach dem Prinzip der Elektrobenetzung.
- – Das externe Display arbeitet nach dem Prinzip der mikromechanisch gesteuerten Interferenz-Modulation.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das externe Display biegsam ist und sich an eine gekrümmte Außenseite der Gehäusewand des fernoptischen Geräts mit den hierfür typischen Krümmungsradien anschmiegt. Hierzu ist das externe Display vorzugsweise in Form einer Displayfolie ausgebildet.
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Der kleinstzulässige Biegeradius, insbesondere kleinstzulässige uniaxiale Biegeradius, des biegsamen externen Displays kann kleiner oder gleich 20 mm, vorzugsweise kleiner oder gleich 12,5 mm sein. Der kleinstzulässige Biegeradius des biegsamen externen Displays kann z.B. im Bereich zwischen 5 mm und 15 mm liegen.
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Solche Displays können in vorteilhafter Weise technisch besonders gut und ästhetisch ansprechend werkseitig an der Außenseite des Gehäuses des fernoptisches Gerätes integriert werden. Das Gehäuse des fernoptischen Gerät weist vorzugsweise ein Metallgehäuse mit einer äußeren Armierung, z.B. einer Gummierung, auf. In bevorzugter Weise kann das externe Display in die Armierung des Gehäuses des fernoptischen Gerätes integriert werden, z.B. in einen Ausschnitt in der Armierung eingebettet werden. Dies hat den Vorteil, dass das Design des unter der Armierung liegenden Metallgehäuses nicht wesentlich geändert zu werden braucht. Das externe Display schmiegt sich demnach an die gekrümmte Außenseite des Metallgehäuses an.
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Ein biegsames elektrophoretisches Display (z.B. E Ink-Technologie) erzeugt in vorteilhafter Weise ein kontrastreiches Bild, welches für die Anwendung an dem fernoptischen Gerät mit den besonderen Anforderungen in Bezug auf die schwierigen Lichtverhältnisse bei dessen typischem Einsatz geeignet ist. Es hat sich gezeigt, dass sich bei solchen Displays auch im hierfür eher untypischen Einsatz in starker Dämmerung die für fernoptische Geräte relevanten Informationen vom Benutzer noch hinreichend gut erfassen lassen. Durch den dünnen, flexiblen Aufbau kann ein solches Display zusätzlich gut in vorhandene Gehäusedesigns von fernoptischen Geräten eingebunden werden, so dass unnötige Umkonstruktionen oder größere Anpassungen der Gehäuseform vermieden werden können.
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Elektrophoretische Displays zeichnen sich dadurch aus, dass die abgebildeten Informationen auch ohne Spannungsquelle über mehrere Wochen erhalten bleiben. Energiebedarf entsteht nur bei Änderung der dargestellten Informationen. Insbesondere elektrophoretische Displays können mit einer Dicke von kleiner oder gleich 1 mm hergestellt und flexibel aufgebaut werden.
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Um zusätzlich zur unbeleuchteten Ablesbarkeit in der Dämmerung auch eine Ablesbarkeit bei völliger Dunkelheit zu ermöglichen, kann eine von dem nicht-leuchtenden oder nicht-selbstleuchtenden Display separate optionale Lichtquelle, z.B. eine LED vorgesehen sein. Die Lichtquelle, insbesondere LED, ist vorzugsweise dimmbar, um die Blendwirkung und eine Beeinträchtigung der Tarnung zu minimieren.
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Vorzugsweise umfasst das fernoptische Gerät ein Okular und das Gehäuse umfasst einen Okular-Gehäuseabschnitt (eine Okular-Gehäusehülse), in welchem die optischen Elemente des Okulars beherbergt sind. Das externe Display ist dann bevorzugt an der Außenseite des Okular-Gehäuseabschnitts des Gehäuses angebracht und schmiegt sich insbesondere an die gekrümmte Oberfläche des Okular-Gehäuseabschnitts an.
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Vorzugsweise enthalten die auf dem externen Display angezeigten benutzerrelevanten Daten eines oder mehrere der folgenden Daten:
- – ballistische Parameter, insbesondere Entfernung zum Ziel, Munition, Temperatur, Vorhalt, Luftfeuchte und/oder Luftdruck,
- – Himmelsrichtung,
- – Zeit,
- – Neigungswinkel,
- – Positionsdaten eines Satelliten-Positionsbestimmungssystems, z.B. des Globalen Positionsbestimmungssystems (GPS),
- – Menüstrukturen, z.B. Sprachauswahl, Auswahl von Einheiten (z.B. Umschaltung Meter – Yard), Personalisierung der Anzeige etc.,
- – Wetterdaten, insbesondere Wetterwarnungen,
- – Hinweise, z.B. Batterielebensdauer, Fehlermeldungen, Warnungen durch interne und externe Peripherie,
- – geographische Daten.
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Die meisten dieser benutzerrelevanten Daten benötigt der Benutzer nicht dauernd im Sichtfeld der Optik, unter anderem, da die Änderungsintervalle einiger dieser benutzerrelevanten Daten relativ lang sind, so dass die Anzeige dieser benutzerrelevanten Daten an der Außenseite des Gehäuses des fernoptischen Geräts nicht nur hinreichend, sondern sogar vorteilhaft ist, da unnötige Ablenkungen im Sichtfeld der Optik reduziert werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das fernoptische Gerät eine interne elektronische Steuereinheit, welche in dem Gehäuse angeordnet ist und die anzuzeigenden benutzerrelevanten Daten bereit stellt und das passive externe Display steuert. Das externe Display ist mit der internen elektronischen Steuereinheit über eine Steuerverbindung gekoppelt, und die interne elektronische Steuereinheit bringt die benutzerrelevanten Daten über die Steuerverbindung auf dem externen Display zur Anzeige.
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Der Displaytreiber des externen Displays, insbesondere des elektronischen Papier-Displays kann entweder am externen Display oder in der internen Steuereinheit in dem Gehäuse des fernoptischen Geräts angeordnet sein, je nachdem wo sich der Displaytreiber gerätespezifisch besser integrieren lässt. Es ist jedoch bevorzugt, dass der Displaytreiber von der internen Steuereinheit umfasst ist, da dann in vorteilhafter Weise keine zusätzliche Elektronik für das externe Display direkt an dem externen Display, also außerhalb des Gehäuses des fernoptischen Geräts, benötigt wird.
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Eine räumliche Trennung, bezogen auf das Gehäuse des fernoptischen Geräts, zwischen passivem externen Display und interner elektronischer Steuereinheit ist auch deshalb vorteilhaft, da zumindest einige der anzuzeigenden benutzerrelevanten Daten bei bisherigen fernoptischen Geräten ohnehin schon intern vorhanden sind und über eine interne erste Datenverbindung der internen Steuereinheit zugeleitet werden können. Dies betrifft insbesondere Daten über den Zustand des fernoptischen Geräts, insbesondere die Daten die intern von dem fernoptischen Gerät erzeugt werden, z.B. interner Laserentfernungsmesser, Luftdruck, Luftfeuchte, Temperatur, eingestellte Parameter für Display, Elektronik oder Ballistik. Hierdurch können ggf. Kosten gespart und die Wartung erleichtert werden.
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Es kann auch ein externer Sensor umfasst sein, welcher über eine zweite Datenverbindung mit dem fernoptischen Gerät verbunden ist. Der externe Sensor erzeugt benutzerrelevante Daten, insbesondere Umweltdaten, wie z.B. Temperatur, Luftfeuchte und/oder Luftdruck etc., und überträgt diese von dem externen Sensor erzeugten benutzerrelevanten Daten über die zweite Datenverbindung an die interne elektronische Steuereinheit. Die interne elektronische Steuereinheit wiederum bringt die von dem externen Sensor erzeugten benutzerrelevanten Daten über die Steuerverbindung auf dem externen Display zur Anzeige.
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Hierdurch können insbesondere Umweltdaten, deren Erfassung einen externen Sensor erfordern, weil ein entsprechender Sensor üblicherweise nicht in dem fernoptischen Gerät vorhanden ist, ebenfalls erfasst und angezeigt werden. Insbesondere für solche Umweltdaten, wie z.B. Luftfeuchte und/oder Luftdruck etc. ist das externe Anzeigen sinnvoll, da sie nicht permanent im Sichtfeld des Benutzers zu stehen brauchen und somit eine unnötige Ablenkung insbesondere beim Zielen vermieden wird.
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Die Steuerverbindung zwischen der internen elektronischen Steuereinheit und dem externen Display erfolgt bevorzugt galvanisch, z.B. über Kontaktfedern, flexible Leiter oder Kabelleiter. Hierfür brauchen werksseitig lediglich kleine Öffnungen in dem Gehäuse des fernoptischen Geräts erzeugt werden, was in etablierte Produktionsprozesse gut eingefügt werden kann.
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Die zweite Datenverbindung zwischen dem externen Sensor und der internen elektronischen Steuereinheit ist hingegen vorzugsweise eine Funkverbindung, so dass keine störenden Kabel zwischen dem fernoptischen Gerät und dem externen Sensor notwendig sind. So kann der externe Sensor z.B. auf einem Hochstand auf einem Tisch, auf dem Boden o.ä. liegen und Umweltdaten an die interne elektronische Steuereinheit funken, ohne, dass der Benutzer in seiner Bewegungsfreiheit beeinträchtigt wird.
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Moderne fernoptische Geräte, insbesondere für den zivilen Markt, besitzen häufig ohnehin bereits elektronische Komponenten und eine interne Energieversorgungseinrichtung. Z.B. weisen manche fernoptischen Geräte ein von außen zugängliches Batteriefach zum Austauschen der Batterien auf, um z.B. beleuchtete Absehen, integrierte Laserzielsysteme, Laserentfernungsmesser etc. mit Energie zu versorgen. Vorzugsweise besitzt das externe Display keine weitere eigene Energieversorgungseinrichtung, sondern wird von dieser hierfür ohnehin vorhandenen internen Energieversorgungseinrichtung mitversorgt.
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Auch dieses kann gut in vorhandene fernoptische Geräte und deren Produktionsprozesse integriert werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Es zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt durch ein binokulares Fernglas,
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2 eine dreidimensionale Ansicht eines binokularen Fernglases gemäß der vorliegenden Erfindung,
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3 einen schematisch dargestellten Ausschnitt aus der Gehäusewand eines erfindungsgemäßen fernoptischen Geräts mit einem externen Display,
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4 einen schematischen Querschnitt durch ein Zielfernrohr,
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5 eine Seitenansicht eines Zielfernrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt schematisch den Aufbau eines binokularen Fernglases 2. Dieses umfasst ein Gehäuse 4 mit zwei parallel zueinander angeordneten Gehäusehälften oder Tuben 4a, 4b, die jeweils ein optisches System enthalten, so dass ein linkes und rechtes Fernrohr 6a, 6b gebildet werden und einer die beiden Gehäusehälften 4a, 4b verbindenden Brücke 8.
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Das jeweilige optische System 10a, 10b besteht aus mindestens einem Objektiv 12a, 12b, einem Prismensystem 14a, 14b und einem Okular 16a, 16b. Durch das Objektiv und durch das Okular wird jeweils eine optische Achse festgelegt.
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Das Objektiv 12a, 12b kann aus mehreren einzelnen Linsen oder Kittgliedern bestehen.
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Zur Fokussierung eines durch das binokulare Fernglas 2 betrachteten Objekts 18 wird jeweils zumindest ein optisches Element des linken und rechten Fernrohres 6a, 6b axial verschoben. Hierzu wird z.B. das Okular 16a, 16b, das komplette Objektiv 12a, 12b oder eine Linse oder Linsengruppe, die optionaler Bestandteil des Objektivs 12a, 12b sein kann, axial verschoben. Letztere Linse oder Linsengruppe wird typischerweise als Fokussierlinse 13a, 13b bezeichnet. Die jeweilige Fokussierlinse 13a, 13b kann zwischen den zugehörigen feststehenden Frontgliedern 11a, 11b des Objektivs 12a, 12b und dem zugehörigen Prismensystem 14a, 14b angeordnet sein. Zum Fokussieren ist bei einer bestimmten Bauart ein Drehknopf 22 auf einer Mittelachse A angeordnet, mit dem eine synchrone axiale Verschiebung der linken und rechten Fokussierlinse 13a, 13b angetrieben wird. Diese Anordnung wird auch als Mitteltrieb 23 bezeichnet.
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Das Objektiv 12a, 12b kann ein reales, relativ zum betrachteten Objekt 18 auf dem Kopf stehendes Bild in einer dem Objektiv 12a, 12b zugeordneten Bildebene F1 erzeugen. Zum Zwecke der Bildaufrichtung kann das Prismensystem 14a, 14b z.B. nach Abbe-König, Schmidt-Pechan, Uppendahl, Porro oder einer anderen Prismensystem-Variante aufgebaut sein. Durch das Prismensystem 14a, 14b wird das auf dem Kopf stehende Bild wieder aufgerichtet und in einer neuen Bildebene, der okularseitigen Zwischenbildebene F2 abgebildet.
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In der Zwischenbildebene kann sich eine das Sehfeld scharf begrenzende Feldblende 15a, 15b befinden.
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Das Okular 16a, 16b kann dazu benutzt werden, das Bild der Zwischenbildebene in eine beliebige Entfernung, z.B. ins Unendliche oder in einem Meter scheinbare Entfernung, abzubilden.
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Eine Strahlrichtung wird typischerweise durch die Reihenfolge Objekt 18 – Objektiv 12a, 12b – Prismensystem 14a, 14b – Okular 16a, 16b – Auge 24a, 24b definiert und ist durch den Pfeil 19 symbolisiert.
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Die optische Achse 26a, 26b des Objektivs kann aufgrund des Prismensystems 14a, 14b einen lateralen Strahlversatz zur optischen Achse 28a, 28b des Okulars 16a, 16b aufweisen.
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Um den lateralen Okularabstand an die individuelle Distanz der Augenpupillen 25a, 25b des Benutzers, die sogenannte Augenweite, anzupassen, kann die Brücke 8 des binokularen Fernglases 2 als eine sogenannte Knickbrücke 8 ausgebildet sein. Bei einem binokularen Fernglas 2 mit Knickbrücke 8 sind die beiden Gehäusehälften 4a, 4b und damit das gesamte in der linken bzw. rechten Gehäusehälfte angeordnete optische System 10a, 10b, einschließlich aller optischen Elemente 12a, 14a, 16a, 12b, 14b, 16b des linken und rechten Fernrohres 6a, 6b über ein oder mehrere Gelenke 30 der Knickbrücke 8 schwenkbar zueinander. Somit wird mittels der Schwenkbewegung der beiden Gehäusehälften 4a, 4b durch den Benutzer der Okularabstand an die individuelle Augenweite angepasst.
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Die Aperturblende kann entweder durch eine Fassung eines optischen Elements gebildet werden oder durch eine separate Blende definiert sein. Sie kann durch das in Strahlrichtung nachfolgende restliche optische System in eine Ebene abgebildet werden, die in Strahlrichtung hinter dem Okular 16a, 16b liegt und typischerweise 5 bis 25 mm Abstand zu diesem hat. Diese Ebene wird typischerweise als Ebene der Austrittspupille bezeichnet.
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Eine unterschiedliche Fehlsichtigkeit der beiden Augen 24a, 24b des Benutzers kann mittels eines Dioptrienausgleichs berücksichtigt werden. Dazu können z.B. die relativen axialen Positionen der Fokussierlinsen 13a, 13b der beiden Fernrohre 6a, 6b relativ zueinander vom Benutzer verstellbar sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die axialen Positionen der beiden Okulare 16a, 16b relativ zueinander verändern zu können, z.B. durch Verstellung nur eines der beiden Okulare 16a, 16b.
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Zum Schutz des Benutzers vor seitlichem einfallenden Licht können an der Okularen 16a, 16b ausziehbare, ausdrehbare oder umklappbare Augenmuscheln 17a, 17b vorgesehen sein.
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Ein binokulares Fernglas 2 kann darüber hinaus weitere optische Komponenten enthalten, die z.B. einer Bildstabilisierung, einer Strahleinkopplung oder Strahlauskopplung oder fotografischen Zwecken dienen.
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Meistens seitlich am binokularen Fernglas 2 können sich Haltevorrichtungen befinden, an denen z.B. ein Gurt zum Tragen befestigt werden kann (nicht dargestellt).
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Bezug nehmend auf 2 ist an der Außenseite des Gehäuses 4, in diesem Beispiel an der Außenseite der aus der Benutzersicht gesehen linken Gehäusehälfte 4a, ein externes Display 60 befestigt. Das externe Display 60 ist ein biegsames elektronisches Papier-Display, z.B. ein elektrophoretisches Display und schmiegt sich an die gekrümmte Außenseite 36 der Gehäusewand 58 an. Das externe Display 60 zeigt benutzerrelevante Daten 62 an, welche in den 2 und 5 lediglich symbolisch dargestellt sind. In dem dargestellten Beispiel ist das externe Display 60 im Bereich der Brücke 8 angeordnet. Das biegsame externe Display 60 kann allerdings z.B. auch im Bereich des Okulars 16a, 16b angeordnet sein, wo der Krümmungsradius des Gehäuses 4 ggf. kleiner ist.
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Bezug nehmend auf 3 weist das Gehäuse 34 ein inneres Metallgehäuse 64 und eine äußere Armierung 66, z.B. aus Gummi auf. Die Armierung 66 besitzt einen Ausschnitt 68 für das externe Display 60. Das externe Display 60 ist in dem Ausschnitt 68 in die Armierung 66 eingebettet und ist biegsam, so dass es sich der Krümmung der Außenseite des Metallgehäuses 64 anschmiegt. Produktionstechnisch ist dies gut zu realisieren, da das Metallgehäuse 64 im Wesentlichen nicht verändert zu werden braucht. Trotzdem ist das externe Display 60 durch die Einbettung in der Armierung 66 gut geschützt, was beim Außeneinsatz vorteilhaft und ästhetisch ansprechend ist.
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Das fernoptische Gerät, z.B. das Fernglas 2 oder ein Zielfernrohr 32 (vgl. 2 und 5), weist gemäß diesem Beispiel ein oder mehrere interne Messsysteme 70, wie z.B. eine Einrichtung zur Laserentfernungsmessung auf. Diese internen Messsysteme 70 werden von einer internen Energieversorgungseinrichtung 72, z.B. einer Batterie, über interne Energieversorgungsleitungen 74 mit elektrischer Energie versorgt.
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Das externe Display 60 wird vorzugsweise von derselben internen Energieversorgungseinrichtung 72 mit elektrischer Energie versorgt, die ohnehin schon für die internen Messsysteme 70 oder andere interne elektrische Komponenten in dem fernoptischen Gerät 2, 32 vorhanden ist. Ferner ist im Inneren 5, 35 des Gehäuses 4, 34 eine interne elektronische Steuereinheit 76 für das externe Display 60 angeordnet. Die interne elektronische Steuereinheit 76 wird über interne Leitungen 78 von der internen Energieversorgungseinrichtung 72 mit Energie versorgt. Die interne elektronische Steuereinheit 76 steuert das als elektronisches Papier-Display (z.B. „E Ink“) ausgebildete externe Display 60 über eine leitungsgebundene Steuerverbindung 80, z.B. über Kontaktfedern, flexible Leiter oder Kabelleiter, welche sich durch eine Bohrung 82 durch das Metallgehäuse 64 hindurch erstrecken. Eine separate Energieversorgungseinrichtung in dem externen Display 60 kann so vermieden werden, wodurch die Bauhöhe des externen Displays 60 auf ein Minimum reduziert werden kann. Da die interne elektronische Steuereinheit 76, welche das externe Display 60 steuert, ebenfalls im Inneren 5, 35 des Gehäuses 4, 34 angeordnet ist, kann das externe Display 60 besonders flach ausgeführt sein. Das externe Display 60 weist hierfür eine Steuerschnittstelle 84 auf und wird über die Steuerverbindung 80 von der internen elektronischen Steuereinheit 76 gesteuert.
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Die interne elektronische Steuereinheit 76 empfängt über eine erste Datenverbindung 86 benutzerrelevante Daten 62 von dem oder den internen Messsystemen 70, z.B. die Entfernung zum Ziel von einem internen Lasermesssystem. Die erste Datenverbindung 86 wird, vorzugsweise leitungsgebunden über interne Leiter oder Leitungen 87, hergestellt über eine erste Datenschnittstelle 88 der internen elektronischen Steuereinheit 76. Ferner umfasst die interne elektronische Steuereinheit 76 eine zweite Datenschnittstelle 90, vorzugsweise in Form einer Funkschnittstelle, über welche eine zweite Datenverbindung 92 zu einem oder mehreren externen Sensoren 94 hergestellt wird. Die interne elektronische Steuereinheit 76 empfängt über die zweite Datenverbindung 92 in Form einer Funkverbindung von dem oder den externen Sensoren 94 ebenfalls benutzerrelevante Daten, z.B. Umweltdaten wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit etc.
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Bezug nehmend auf 4 umfasst ein Zielfernrohr 32 ein Gehäuse 34, typischerweise in Form eines Rohres, das stückweise verschiedene Durchmesser aufweist und ein optisches System 40 enthält.
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In einem vorderen, meistens verdickten Gehäusebereich 34a kann sich ein Objektiv 42 befinden. In einem mittleren Gehäusebereich 34b, der oft Mittelrohr genannt wird, können sich verstellbare optische Elemente befinden. Zusätzlich befinden sich dort äußere Verstelltürme 38, die jeweils ein Drehelement 39 aufweisen, mit dem sich optische Eigenschaften des optischen Systems 40 verändern lassen. In einem hinteren, meist verdickten Gehäusebereich 34c kann sich ein Okular 46 befinden.
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Das optische System 40 besteht aus mindestens einem Objektiv 42, einem Linsenumkehrsystem 44, einem Absehen 48 und dem Okular 46. Durch das optische System 40 wird eine optische Achse 56 festgelegt.
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Das Objektiv 42 kann aus mehreren einzelnen Linsen oder Kittgliedern bestehen.
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Zum Zwecke der Fokussierung eines durch das Zielfernrohr 32 betrachteten Objekts 18 oder zur Anpassung an die Fehlsichtigkeit des Benutzers kann das Okular 46 axial verschoben werden. Bei bestimmten – hier nicht dargestellten – Ausführungsformen kann eine Linsengruppe, die Bestandteil des Objektivs 42 ist, axial verschoben werden. Diese Linsengruppe ist dann in der Regel – wie bei dem binokularen Fernglas 2 in 1 zwischen einem feststehenden Frontglied und dem Linsenumkehrsystem 44 angeordnet und wird auch als Fokussierlinse bezeichnet.
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Das Objektiv 42 kann ein reales, relativ zum betrachteten Objekt 18 auf dem Kopf stehendes Bild in einer zum Objekt 18 konjugierten ersten Bildebene F1 erzeugen. Die axiale Lage dieser ersten Bildebene F1 ist abhängig von der Objektentfernung. Durch die Verwendung der Fokussierlinse kann die axiale Lage der ersten Bildebene F1 beeinflusst werden.
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Zum Zwecke der Bildaufrichtung kann das Linsenumkehrsystem 44 eine feststehende Linsengruppe enthalten, oder es kann mindestens zwei axial verschiebbare Zoomglieder 44a, 44b enthalten. Durch das Linsenumkehrsystem 44 wird das auf dem Kopf stehende Bild wieder aufgerichtet und in einer weiteren Bildebene, der zweiten Bildebene F2, mit einem bestimmten Abbildungsmaßstab abgebildet. Zwischen der ersten und der zweiten Bildebene F1, F2 können sich weitere Linsengruppen wie Feldlinse 52 oder Barlowlinse befinden. Alle genannten optischen Elemente können Fassungen haben.
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Nahe der zu einem unendlich fernen Objekt 18 konjugierten ersten Bildebene F1 kann sich eine Feldblende sowie ein Absehen 48 befinden.
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Wenn das Linsenumkehrsystem 44 mindestens zwei axial verschiebbare Zoomglieder 44a, 44b enthält, erfüllen diese neben der Aufgabe, das Bild in der ersten Bildebene F1 umgekehrt in die zweite Bildebene F2 abzubilden, eine weitere Funktion, nämlich die Gesamtvergrößerung des vom Benutzer wahrgenommenen Bildes in einem mechanisch begrenzten Bereich stufenlos wählbar zu machen. Das Linsenumkehrsystem 44 variiert dabei stufenlos seinen Abbildungsmaßstab zwischen der ersten Bildebene F1 und der der dazu konjugierten zweiten Bildebene F2.
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Nahe der zweiten Bildebene F2 kann sich wiederum eine Feldblende sowie ein Absehen 48 befinden.
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Durch das oder die Absehen 48 – üblich sind z.B. Glasabsehen oder Folienätzabsehen – wird eine Ziellinie definiert. Dazu weist das Absehen 48 mindestens einen Zielpunkt auf, den der Benutzer in Übereinstimmung mit dem Objekt 18 bringt. Zur Kompensation von Geschossabfall, Seitenwinden und Ähnlichem kann der Benutzer mittels der Verstelltürme 38 die Ziellinie verändern. Um bei höher vergrößernden Zielfernrohren 32 unabhängig von der Objektentfernung ein parallaxefreies Bild zu erhalten (d.h., dass sich bei seitlicher Bewegung des Auges 24 der Zielpunkt nicht gegenüber dem Objekt 18 verschiebt), das ebenso scharf ist wie das Absehen 48, kann der Benutzer die Fokussierlinse verwenden.
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Eine Zoomstellung steht umgangssprachlich für eine beliebige Vergrößerungseinstellung innerhalb des mechanisch möglichen Vergrößerungs-Verstellbereichs des Zielfernrohrs 32.
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Ein Zoomfaktor ist das Verhältnis aus zwei Vergrößerungen, wobei die größere im Zähler steht. Ein maximaler Zoomfaktor ist das Verhältnis aus der mechanisch maximal möglichen und der mechanisch minimal möglichen Vergrößerung des Zielfernrohrs 32, wobei die größere im Zähler steht.
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Das Okular 46 kann dazu benutzt werden, das Bild der zweiten Bildebene F2 in eine beliebige Entfernung, z.B. ins Unendliche oder in einem Meter scheinbare Entfernung, abzubilden, oder auf das Absehen 48 scharfzustellen.
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Eine Strahlrichtung kann durch die Reihenfolge Objekt 18 – Objektiv 42 – Linsenumkehrsystem 44 – Okular 46 – Auge 24 definiert werden. Dies ist durch den Pfeil 19 symbolisiert.
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Die Fassungen der optischen Elemente oder die Sehfeldblende nahe der zweiten Bildebene F2 sind je nach Vergrößerungseinstellung begrenzend für das subjektiv wahrgenommene Sehfeld.
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Tunneleffekt wird der Effekt genannt, der zu beobachten ist, wenn man von der mechanisch maximal möglichen Vergrößerung zur mechanisch minimal möglichen Vergrößerung zoomt und dabei die Sehfeldbegrenzung von der Sehfeldblende nahe der zweiten Bildebene F2 zu einer Fassung eines anderen optischen Elements vor der zweiten Bildebene F2 wechselt, wodurch das Sehfeld abnimmt.
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Die Aperturblende kann entweder durch eine Fassung eines optischen Elements gebildet oder durch eine separate Blende definiert und je nach Vergrößerungsstellung eine andere Fassung sein. Sie kann durch das in Strahlrichtung nachfolgende restliche optische System 40 in eine Ebene abgebildet werden, die in Strahlrichtung hinter dem Okular 46 liegt und typischerweise 70 bis 100 mm Abstand zu diesem hat. Diese Ebene kann Ebene der Austrittspupille genannt werden.
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Derjenige Bereich hinter dem Okular 46, in dem sich das Auge 25 des Benutzers aufhalten muss, um das gesamte Sehfeld zu überblicken, wird Augenabstandsbereich (engl. Eyebox) genannt.
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Eine Fehlsichtigkeit des Benutzerauges 24 kann mittels eines Dioptrienausgleichs berücksichtigt werden. Dazu kann die axiale Position des Okulars 46 verändert werden.
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Das Zielfernrohr 32 kann darüber hinaus weitere optische Komponenten enthalten, die z.B. einer Absehenbeleuchtung, einer Strahlein- oder -auskopplung z.B. für eine Entfernungsmessung oder fotografischen Zwecken dienen. Ebenso können elektronische Komponenten, wie interne Messsysteme 70 oder Bedienelemente vorhanden sein.
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Bezug nehmend auf 5 ist das externe Display 60 in Form des biegsamen elektronischen Papier-Displays in dem gezeigten Beispiel des Zielfernrohrs 32 im Bereich des Mittelrohres 34b angebracht. Das zylindrische Mittelrohr 34b wird typischerweise zur Ring-Befestigung des Zielfernrohres 32 an der Waffe verwendet. Daher ist der Durchmesser und damit der Krümmungsradius des Mittelrohres 34b mehr oder weniger genormt. Der Durchmesser des Mittelrohres 34b beträgt häufig 25,4 mm (1 inch) oder 30 mm. Im Allgemeinen liegt der Krümmungsradius der Außenseite 36 des Gehäuses 34 im Bereich des Mittelrohres 34b vorzugsweise zwischen 10 und 20 mm.
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Das beispielhaft gezeigte Zielfernrohr 32 weist ebenfalls eine interne Energieversorgungseinrichtung 72 auf, welche z.B. die Beleuchtung des Absehens 48 mit Energie versorgt. Auch hier kann dieselbe ohnehin vorhandene interne Energieversorgungseinrichtung 72 für die interne elektronische Steuereinheit 76 und das externe Display 60 verwendet werden. Im Übrigen kann auf die 3 und die zugehörige Beschreibung verwiesen werden.
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Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Binokulares Fernglas
- 4
- Gehäuse
- 4a, 4b
- Gehäusehälften
- 5
- Inneres des Gehäuses
- 6a, 6b
- linkes und rechtes Fernrohr
- 8
- Brücke
- 10a, 10b
- optisches System
- 11a, 11b
- feststehendes Frontglied
- 12a, 12b
- Objektiv
- 13a, 13b
- Fokussierlinse
- 14a, 14b
- Prismensystem
- 15a, 15b
- Feldblende
- 16a, 16b
- Okular
- 17a, 17b
- Augenmuscheln
- 18
- Objekt
- 19
- Strahlrichtung
- 22
- Drehknopf
- 23
- Mitteltrieb
- 24, 24a, 24b
- Auge des Benutzers
- 25a, 25b
- Augenpupille
- 26a, 26b
- optische Achse des Objektivs
- 28a, 28b
- optische Achse des Okulars
- A
- Mittelachse
- 30
- Gelenk
- 32
- Zielfernrohr
- 34
- Gehäuse
- 34a
- vorderer verdickter Bereich
- 34b
- mittlerer Bereich, Mittelrohr
- 34c
- hinterer verdickter Bereich
- 35
- Inneres des Gehäuses
- 36
- Außenseite des Gehäuses
- 38
- Verstellturm
- 39
- Drehelement des Verstellturms
- 40
- optisches System
- 42
- Objektiv
- 44
- Linsenumkehrsystem
- 44a, 44b
- Zoomglieder
- 46
- Okular
- 48
- Absehen
- 52
- Feldlinse
- 56
- optische Achse
- 58
- Gehäusewand
- 60
- externes Display
- 62
- benutzerrelevante Daten
- 64
- Metallgehäuse
- 66
- Armierung
- 68
- Ausschnitt in der Armierung
- 70
- internes Messsystem
- 72
- interne Energieversorgungseinrichtung
- 74
- Energieversorgungsleitungen
- 76
- interne elektronische Steuereinheit
- 78
- interne Leitungen
- 80
- Steuerverbindung
- 82
- Bohrung
- 84
- Steuerschnittstelle
- 86
- erste Datenverbindung
- 87
- interne Leiter oder Leitungen
- 88
- erste Datenschnittstelle
- 90
- zweite Datenschnittstelle
- 92
- zweite Datenverbindung
- 94
- externer Sensor
- F1
- erste Bildebene
- F2
- zweite Bildebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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