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Die vorliegende Erfindung gehört zum technischen Bereich der
teilbaren und rekonfigurierbaren Episkophauptzielfernrohre,
die der Beobachtung dienen und die Schußfunktion übernehmen,
in Verbindung mit einem Waffensystem mit oder ohne
Abschußrohr.
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Die Beobachtungsfunktion muß im allgemeinen folgende Aufgaben
erfüllen:
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- die Detektion mit Hilfe eines Episkops bzw. eines
Fernrohrs mit schwacher Vergrößerung,
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- Erkennung und Identifikation,
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- die Sicht bei Nacht durch Einsatz von
lichtverstärkenden Röhren, Wärmekameras,
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- die Entfernungsmessung des Objektivs bei Tag und
Nacht (Kampfpanzer oder Erkundungsfahrzeug der Artillerie).
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In diesem Fall wird der Emission und Rezeption eines
Laserstrahls ein Fadenkreuz beigefügt, das Tag und Nacht
sichtbar ist.
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Die Schußfunktion muß ebenfalls bei Tag und Nacht für die
Erzeugung einer Visierachse sorgen, die im Verhältnis zur
Rohrachse bzw. zur Schußachse genau referenziert sein muß, um
Schußkorrekturen am Standort zu ermöglichen, indem sie nur
die Entfernung berücksichtigt (graviertes Fadenkreuz mit
Visier + stadimetrische Skala oder graviertes Fadenkreuz mit
Visier + Telemetrie), oder Schußkorrekturen vor Ort und nach
Peilwinkel, die eine größere Anzahl von Parametern
integrieren: Entfernung, Zielgeschwindigkeit, Temperatur,
Höhe, Munitionsart, Wind, usw. Diese Abweichungen werden
anschließend über einen Rechner quantifiziert. Die
Visierverschiebung kann entweder durch Verschieben einer
optischen Ablenkvorrichtung oder durch Verschieben eines
Fadenkreuzes erfolgen (mechanische oder elektronisch
steuerbare Bewegung)
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Im Rahmen der Benutzerschulung ist es möglich, eine
Ausbildungsfunktion zu definieren; dazu wird eine mit einem
Kontrollbildschirm verbundene Videokamera installiert, die
das vom Schüler beobachtete Bild widergibt. Darauf muß man
die einzelnen, übereinanderliegenden Fadenkreuze auf der
Landschaft (Ziel) erkennen können.
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Die Aufzählung dieser verschiedenen, klassischen Funktionen,
die die Zielfernrohre erfüllen, ermöglicht es, aufzuzeigen,
wie verschieden die eingesetzten Mittel sind, was
zurückzuführen ist auf:
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- den Einsatz bei Tag/bei Nacht,
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- die gewünschte operationelle Funktion,
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* Modus Alarmbereitschaft (Beobachtung),
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* Modus Schußfunktion,
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* Modus Ausbildung.
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Im diesen unterschiedlichen Aufgaben gerecht zu werden, hat
man entweder Mehrzwecksysteme eingesetzt, die platzaufwendig,
sehr komplex und daher teuer waren, oder kleinere, billigere
Zielfernrohre, die dem Anwenderbedarf nur teilweise
entsprachen und kaum erweiterungsfähig waren, oder aber
sogenannte variable Zielfernrohre mit mehreren
Konfigurationen, die dem Kundenbedarf so weit wie möglich
entsprachen.
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Dabei handelt es sich entweder um bei der Anwendung feste
Konfigurationen, deren Struktur beim Kauf festgelegt wird,
oder um Konfigurationen, denen bei Bedarf neue Module
angefügt werden können.
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Das Patent EP-A-268 778 beschreibt ein teilbares
Episkopzielfernrohr, das aus Untereinheiten besteht, die bei
Ausfall ersetzt werden können. Diese Teilbarkeit ist jedoch
mechanischer, nicht funktioneller Natur.
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Die sogenannten teilbaren Zielfernrohre weisen oft keine
große Anwendungsbreite auf, was folgende Nachteile hat:
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Ein- und Ausbau der Teile ist langwierig und ohne Werkzeug
manchmal unmöglich,
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- und, vor allem, Abstimmungsverlust zwischen Visierachse und
Waffe bzw. Visierachse und Laserstrahlemission und
Rezeption. Diese Ungenauigkeit erfordert ein
Abstimmungsverfahren, mit Einsatz eines Visiereinschnitts und
eines Mündungsfernrohrs, was für den täglichen Gebrauch, z.B.
den Austausch einer Episkopbahn gegen ein Modul zur
Lichtverstärkung völlig ungeeignet ist.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein teilbares und
rekonfigurierbares Episkophauptzielfernrohr anzubieten,
dessen Schußgenauigkeit über zwei optische Bahnen gesichert
wird, unter Beibehaltung der gleichen Zielmarke und
unabhängig von den im Einsatz befindlichen Modulen.
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Zweck der Erfindung ist also ein Episkophauptzielfernrohr,
das Tag und Nacht für die Beobachtung und zum Schießen
eingesetzt werden kann, und zwar auf einem mit einem Geschütz
ausgerüsteten Fahrzeug, das vor allem aus einem Kopfteil mit
einem Kopfspiegel besteht, wobei dieses Modul am
Fahrzeugrahmen befestigt wird und dadurch gekennzeichnet ist,
daß es ein Trennmodul zwischen Tag- und Nachtbahn enthält,
das mit dem Kopfmodul verbunden ist und Mittel zur Erzeugung
eines Fadenkreuzes in den Tag- und Nachtbahnen einerseits,
sowie einen Satz austauschbarer, funktioneller Module mit den
optischen Zubehörteilen enthält, bestehend vor allem aus
einem mit dem Trennmodul verbundenen Modul für die Tagsicht,
einem mit dem Trennmodul verbundenen Modul für die
Nachtsicht, einem in der Nähe des Tagmoduls angebrachten
Telemetrie-Modul, dessen Emissionsstrahl über die Tagbahn des
Trennmodells auf den Spiegel gerichtet wird, sowie einem
elektronischen Schaltkasten, der mit einem Schußsteuergerät
gekoppelt ist.
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Die Mittel zur Erzeugung des Fadenkreuzes können ein
Kollimator für die Projektion des Fadenkreuzes und ein
Rhomboeder zur Eingabe dieses Fadenkreuzes in die Tag- und
Nachtmodule sein.
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Der Kollimator kann eine Diode enthalten, die bei der
Übertragung das am Standort und nach Peilwinkel auf die
Schußachse abgestimmte Fadenkreuz beleuchtet.
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Das Rhomboeder kann zwei bearbeitete Seiten besitzen, die vor
dem Tag- bzw. Nachtmodul angebracht werden, wobei die erste
Seite einen Teil der von der Diode ausgehenden Strahlung auf
das Nachtmodul reflektiert, den anderen Teil jedoch auf die
Rückseite überträgt, die die aufgefangene Strahlung auf das
Tagmodul lenkt.
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Zwischen Kopf- und Trennmodul kann ein Verbindungssteg
angebracht werden, der aus einem Aufsatzmodul besteht.
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Das Tagmodul kann optische Mittel besitzen, die gemeinsam mit
dem Kopfspiegel dazu dienen, das Außenbild der Landschaft für
den Beobachter zu übertragen.
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Das Nachtmodul kann optische Mittel besitzen, die vor allem
aus einem Objektiv, einer Röhre für die Lichtverstärkung
sowie einem Okular bestehen, um das Außenbild der Landschaft
nachts bis zum Beobachter zu übertragen.
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Das Laser-Telemetriemodul kann am Tagmodul befestigt werden,
wobei das Fadenkreuz für die Laser-Telemetrie in das Tagmodul
integriert und auf die Laserstrahlemission und -Rezeption
abgestimmt ist.
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Am Tagmodul, vor dem Laserfadenkreuz, kann ein dichroitischer
Würfel befestigt werden, um den ankommenden Laserstrahl zum
Telemetriemodul zu reflektieren und die sichtbare Strahlung
auf das Okular des Tagmoduls zu übertragen.
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Das Fadenkreuz des Laser-Entfernungsmessers kann mit Hilfe
des Rhomboeders und einer Würfelecke, deren Basis sich in der
Nähe der Vorderseite des Rhomboeders in einem Winkel von 45º
befindet, in das Nachtmodul eingegeben werden.
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Die Vorderseite des Rhomboeders kann bearbeitet sein, um eine
fast vollständige Übertragung sowie eine teilweise Reflexion
der Strahlung zu bewirken, die von den Dioden ausgeht, die
die Fadenkreuze für Telemetrie und Abschuß beleuchten.
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Kopf und Trennmodul können starr auf dem Fahrzeugturm
montiert werden, wobei die Visierachse am Standort und nach
Peilwinkel auf die Rohrachse abgestimmt wird, während die
Tag- und Lasermodule einerseits und das Nachtmodul
andererseits über ein Befestigungssystem mit
Verschlußschnalle mit dem Trennmodul verbunden sind.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß nur
ein einziges Fadenkreuz gebildet wird, das unabhängig von
Ein- und Ausbau der Module, die die beiden Visierbahnen
bilden, erhalten bleibt.
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Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, daß eine sehr
genaue Telemetrie möglich ist, die auf eine perfekte
Abstimmung von Laseremission und -Rezeption und
Laservisierachse, die in beiden Bahnen verfügbar ist,
zurückzuführen ist.
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Der einfache Ein- und Ausbau der Module bildet einen weiteren
Vorteil.
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Die übrigen Vorteile werden beim Lesen der nachstehenden
Beschreibung deutlich, die sich jeweils auf eine Zeichnung
bezieht, wobei:
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- Bild 1 eine in Einzelteile aufgelöste,
perspektivische Darstellung ist, die die einzelnen, das
Zielfernrohr bildenden Module zeigt,
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- Bild 2 einen senkrecht zum ersten ausgeführten
Schnitt darstellt, der die Struktur des Tagmoduls zeigt,
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- Bild 3 ein Schnitt des Zielfernrohrs ist, der die
Struktur des Trennmoduls zeigt,
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Bild 4 ebenfalls ein Schnitt des Zielfernrohrs ist, der die
Struktur des Nachtmoduls zeigt,
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- Bild 5 die Befestigung des erfindungsgemäßen
Zielfernrohrs auf dem Turm eines Kampffahrzeuges zeigt.
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Bild 1 zeigt eine explodierte Ansicht des Zielfernrohrs mit
optimaler Konfiguration, bestehend aus einem Kopfmodul 1,
einem Aufsatzmodul 2, einem Trennmodul 3, einem Modul 4 für
Tagsicht, einem Modul 5 für Nachtsicht, einem Laser-
Telemetriemodul 6, einem Episkop mit hellem Kollimator 7,
einem elektronischen Schaltkasten 8 sowie einem Steuergerät
9. Selbstverständlich kann die Konfiguration dem Bedarf des
Anwenders angepaßt werden, bis hin zu einer minimalen
Konfiguration, die nur aus den Modulen 1 bis 4 besteht. Das
Kopfmodul 1 besitzt einen Kopfspiegel 10, der vom Standort
aus gesteuert wird, um die Landschaft zu beobachten, und mit
dem Telemetrie und Zielschießen erfolgen. Der Rahmen des
Moduls 1 wird mit der Befestigungsfläche 41 auf dem Turm des
Panzerfahrzeugs befestigt, die Positionierung erfolgt im
Verhältnis zur Rohrachse. Dieser mechanische Vorgang ist
jedem Fachmann ein Begriff und ist aus Bild 5 ersichtlich.
Das Aufsatzmodul 2 wird unter dem Modul 1 befestigt und dient
zur Anpassung des erfindungsgemäßen Zielfernrohrs an die
unterschiedlichen Turmarchitekturen. Das unter dem Modul 1
befestigte Trennmodul 3 hat 2 Funktionen. Zunächst erzeugt es
eine Visierachse, die in die von den Modulen 4 und 5 jeweils
abgegrenzten Tag- und Nachtbahnen projiziert wird. Außerdem
bildet das Trennmodul eine Aufnahmestruktur für die unteren
Module 4 bis 9, die mit Hilfe von Verschlußschnallen an ihm
befestigt werden.
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Bei den unteren Modulen handelt es sich um brennpunktlose
Systeme (die vor dem Objektiv befindliche Landschaft ist
beobachtbar, nachdem sie am anderen Ende des Moduls
vergrößert wurde oder nicht). Der Vorteil dieser Eigenschaft
liegt in der großen Positionierungstoleranz im Verhältnis zum
Trennmodul
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Auf Bild 2 wird deutlich, daß der Spiegel 10 das Außenbild
der Landschaft mit Hilfe eines Prismas 18 zum Tagmodul
leitet, wobei dieses Prisma es auf das Okular 15 lenkt. Um
die Entfernung zu einem Ziel zu messen, verwendet man den
Laser 6, dessen Fadenkreuz 12 zur Entfernungsmessung in das
Tagmodul 4 integriert ist. Dieses Fadenkreuz wird seitlich
von einer Diode 13 beleuchtet. Der erzeugte Strahl 14a ist
für den Benutzer im Okular 33 sichtbar. Er wird über ein
Rhomboeder 24 und eine Würfelecke 16, die in Bild 3
detailliert beschrieben werden, nach seiner Reflexion im
Prisma 18 zum Nachtmodul übertragen.
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Bild 2 zeigt auch den Verlauf des vom Ziel reflektierten
Laser-Rezeptionsstrahls 14b nach seiner Reflexion im Spiegel
10. Dieser Strahl 14b durchquert das Objektiv 15 des
Tagmoduls 4 und wird vom Prisma 18 auf einen dichroitischen
Würfel 17 übertragen. Dieser für Sichtbares transparente
Würfel reflektiert seinerseits den Strahl 14b, der nach
seiner Reflexion im Pentaeder 19 vom Telemeter 6 empfangen
wird. Zwischen dem Würfel 17 und dem Pentaeder 19 werden eine
Sehfeldblende 28 sowie ein Objektiv 11 angebracht, dessen
Aufgabe es ist, für die Abstimmung der Strahlen 14a und 14b
zu sorgen, und so die Qualität der Telemetrie zu sichern.
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Die Laser-Emissionsbahn, die auf dieser Zeichnung nicht
dargestellt ist, wird auf klassische Weise parallel zur
Rezeptionsbahn erzeugt, und auf Bild 1 sieht man einen Teil
des Emissionsobjektivs 34, das den Laserstrahl erzeugt, der
direkt zum Kopfmodul 10 geht.
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Auf den Bildern 2 und 3 wurde ein Schnitt dargestellt, der
den Zusammenbau der Module 1 bis 5 zeigt, und auf dem man
teilweise die Struktur der Mittel zur Erzeugung eines
Fadenkreuzes 21 sehen kann, das eine optische Visierachse
determiniert. Sie bestehen aus einem Kollimator, der von
einer Diode 20 gebildet wird, die eine Bildebene 21
beleuchtet. Diese Bildebene kann entweder ein graviertes
Fadenkreuz sein, mit Angabe der Schußhöhen im Verhältnis zur
Entfernung (vereinfachte Konfiguration), oder auch ein LCD-
Anzeiger, der ein Fadenkreuz erzeugt, das über ein
Steuergerät am Standort und nach Peilwinkel ausgerichtet
werden kann, entsprechend den unterschiedlichen
Schußparametern: Entfernung, Munitionsart, Höhe, Wind,
Temperatur, usw. (moderne Konfiguration). Außerdem gibt es
ein Objektiv 22, das die Abstimmung des Fadenkreuzes 21 auf
das Landschaftsbild ermöglicht. Anschließend wird das Bündel
über die reflektierende Seite eines Prismas 25 auf ein
Rhomboeder 24 reflektiert. Das Rhomboeder 24 bildet ein
Projektionssystem, das es ermöglicht, das Bild des
Fadenkreuzes 21 und das vom Spiegel 10 kommende Bild der
Landschaft in den beiden Modulen 4 und 5 übereinander
anzuordnen. Der Vorteil dieser Struktur liegt darin, daß
zwischen beiden parallele Achsen erzeugt werden. Dieses
Rhomboeder besteht aus zwei parallalelen Seiten 26 und 27,
die im sichtbaren Bereich durchsichtig sind. Die Seite 26
reflektiert einen Teil des von der Diode 20 ausgehenden
Lichtstrahls auf das Nachtmodul 5, den Rest auf das Plättchen
27. Die Seite 27 dagegen reflektiert den empfangenen Strahl
23 vollständig zum Tagmodul 4.
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Auf Bild 3 wurde der Verlauf des Strahls 14a dargestellt, mit
dem Fadenkreuz für die Laser-Telemetrie 12, das nachstehend
genauer beschrieben wird. Dieser vom Tagmodul 4 kommende
Strahl wird von der Seite 2 vollständig auf die Seite 26
reflektiert. Zur Übertragung dieses Strahls in das Nachtmodul
5 verwendet rnan eine Würfelecke 16, dessen durchsichtige
Basis in einem Winkel von 45º zur Vorderseite 26 angebracht
wird. Der Strahl 14a wird von der Seite 26 teilweise zur
Würfelecke 16 reflektiert, und nachdem er in dieser doppelt
reflektiert wurde, gelangt er nach Übertragung durch die
Seite 26 in das Nachtmodul.
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Auf Bild 4 ist die Struktur des Nachtmoduls im Schnitt
dargestellt. Es besteht aus einem Objektiv 29, einem Spiegel
30 zum Reflektieren, einer Röhre 31 zur Lichtverstärkung und
einem Okular 32.
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Bild 5 zeigt das mit seiner Befestigungsfläche 41 auf dem
Turm 36 befestigte Zielfernrohr 35, das auf Bild 1
dargestellt ist. Sichtbar ist nur das Kopfmodul 1, die
übrigen Module werden, wie oben angegeben, im Innern des
Turms 36 an diesem Kopfmodul befestigt. Dieser Turm trägt ein
Geschütz 37, das eine Schußachse 38 abgrenzt.
Selbstverständlich ist das um die Achse 39 der Zapfen 40
montierte Geschütz beweglich. Die optischen Achsen der
Visiereinrichtung und der Laser-Telemetrie des Zielfernrohres
sind selbstverständlich auf übliche Weise auf die Schußachse
38 des Geschützes abgestimmt.
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Die Schußfunktion ergibt sich aus der Abstimmung der
Visierachse auf die Geschützachse (in Nominalstellung müssen
Sie in einem Punkt der Landschaft zusammenlaufen). Dann
erfolgt eine Winkelverschiebung am Standort und nach
Peilwinkel, die die Munitionsballistik sowie die
verschiedenen Außenparameter berücksichtigt. Bei der
vorliegenden Erfindung erfolgt die Materialisierung der
Visierachse 23 mit Hilfe des Fadenkreuzes 21, durch
Übereinanderlegen dieser Fadenkreuzabbildung und der
Abbildung des Ziels mit Hilfe einer Projektionsoptik
(unendlich), die mit dem Trennmodul 3 fest verbunden ist. Im
hier beschriebenen Fall erfolgt die Schußkorrektur entweder
durch Übereinanderlegen des Ziels und der verschiedenen
horizontalen Linien des Mikrometers, die den einzelnen
Visierhöhen entsprechen, oder durch Richten des Geschützes
mit Hilfe des vom Rechner gesteuerten Fadenkreuzes.
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Durch die Lage des Projektionsrhomboeders 24, das über den
Objektiven der unteren Module 4 bis 9 angebracht ist, jedoch
einen Teil des Moduls 3 bildet, erhält man eine Kohärenz bei
der Abstimmung der vom Modul 3 des Zielfernrohrs erzeugten
Visierachse, die fest und endgültig mit dem Turm verbunden
und auf die Geschützachse abgestimmt ist.
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Dieser Aufbau ermöglicht den Verzicht auf die Genauigkeit bei
Ein- und Ausbau sowie bei der Positionierung der Module 1 bis
9. Daraus ergibt sich eine vollständige Rekonfigurierbarkeit
ohne den Abstimmungszwang bei jedem Wechsel der unteren
Module.
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Die Abstimmung der Blickrichtung auf die der Waffe erfolgt
mit klassischen Mitteln:
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- über den Kopfspiegel 10, Verschiebung der Zieldarstellung
am Standort im Verhältnis zum Fadenkreuz 21.
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- durch eine Drehung um eine fast vertikale Achse der Einheit
Modul 1 bis 3 im Verhältnis zum Turm, was ein Abtasten der
Blickrichtung nach Peilwinkel sichert, bis zur
Übereinstimmung mit dem von der Waffe anvisierten Punkt.
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Ein anderer Aspekt der Schußfunktion liegt in der Abstimmung
einer Visierachse auf die Laseremissions- und
Rezeptionsbahnen.
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Die Laserfunktion wird auf Wunsch des Kunden geliefert und
fällt in die Kategorie Sonderzubehör des Tagmoduls 4. Wie im
Zusammenhang mit den Bildern 2 und 3 erläutert wurde, ist das
Laser-Fadenkreuz in die Bildebene des Tagmoduls integriert,
um eine gewisse Abstimmungskohärenz zu erzielen. Die
Abstimmung der Laser-Blickrichtung auf seine Emission und
Rezeption erfolgt in diesem Fall im Werk und wird von den
späteren Umrüstungen nicht beeinflußt.
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Diese beim Tagmodul mögliche Abstimmung ließe sich für die
zweite optische Bahn nur schwer durchführen, daher erfolgt
sie, wie im Zusammenhang mit Bild 3 erläutert, über eine
Würfelecke 16.
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Die Schwierigkeit liegt in der Realisierung einer
Visierachse, die im Nachtmodul sichtbar ist und parallel zur
Laseremission und -Rezeption erfolgt, da diese beiden
Elemente jeweils verschiedenen Modulen zugeordnet sind, deren
relative Positionierung nicht sehr genau ist (Umrüstung)
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Bei der vorliegenden Erfindung wird die vom Objetiv 15 und
seiner mit einem Mikrometer 12 ausgestatteten Bildebene
definierte Laser-Blickrichtung im Modul 4 verwendet, wie im
Zusammenhang mit Bild 2 erläutert wurde. Dieses gravierte
Mikrometer 12 wird mit einer Randbeleuchtung geliefert, um
beim Richten auf eine dunkle Oberfläche den Kontrast zu
verbessern.
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Der allgemeine Aufbau ermöglicht es, die geringe Lichtmenge
aufzufangen, die in den entsprechend optimierten Gravuren
aufgefangen wird. Dies ermöglicht die Projektion bei Nacht,
durch den Zusatz der Würfelecke 16.
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Diese Projektion des Laser-Fadenkreuzes 12, die eine sehr
geringe Leuchtkraft aufweist, ist bei Verwendung eines Moduls
mit Lichtverstärkung, das eine sehr hohe Empfindlichkeit
besitzt, vollständig auswertbar.
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Die Montage eines Videokamera-Moduls erlaubt dagegen keine
Verwendung des projizierten Bildes. Da die Videokameras mit
einem automatischen Schwundausgleich ausgestattet sind, der
die allgemeine Leuchtdichte des Ziels mißt, ist eine Aufnahme
des Fadenkreuzbildes, dessen Leuchtdichte häufig weit unter
der der beobachteten Landschaft liegt, nicht möglich.
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Dieser Nachteil wird durch die erfindungsgemäße Methode der
Mittelpunktsuche behoben. Es handelt sich um folgendes
Verfahren:
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- Verdunkelung des Fensters des Spiegels 10 mit Hilfe
einer passenden Abdeckung, um einen maximalen Kontrast zu
erhalten (Projektion des Fadenkreuzes auf schwarzen
Untergrund).
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- Abstimmung eines Video-Fadenkreuzes auf das
projizierte.
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Es gibt zwei Arten dieses Video-Fadenkreuzes:
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* entweder ein mechanisch am Standort und nach
Peilwinkel einstellbares Fadenkreuz, das in die Videobahn
projiziert wird (vor der Kamera)
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* oder ein Fadenkreuz, das über den beigefügten
Bildschirm elektronisch gesteuert werden kann.
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Diese Art der Montage zwingt den Benutzer nach jedem Ausbau
der Videoeinheit zu einer neuen Mittelpunktsuche, was bei
einem Schulungsmodus akzeptabel ist.
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Das erfindungsgemäße Zielfernrohr hat folgende operationelle
Phasen:
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1) Richten der Waffe mit Hilfe des Fadenkreuzes 12 und
gleichzeitiger Telemetrie,
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2) manuelle Korrektion der Schußparameter oder
Intervention eines Steuergerätes 8, das diese Korrektionen
automatisch ausführt,
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3) Richten der Waffe mit Hilfe des Fadenkreuzes 21,
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4) Schießen.