DE1941430A1

DE1941430A1 - Optisches System fuer Markierungslichter mit niedrigem Profil

Info

Publication number: DE1941430A1
Application number: DE19691941430
Authority: DE
Inventors: Schwartz Alfred J
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1968-08-14
Filing date: 1969-08-14
Publication date: 1970-02-19
Also published as: US3610912A; GB1256946A; JPS4821800B1

Description

PATENTANWÄLTE 1941 U 30

DR. CLAUS REINLÄNDER V 1 P 226 D ÖIPL-ING. KLAUS BERNHARDT
D-8 MÖNCHEN 60 BÄCKlRSTRASSE 3

VARIAN ASSOCIATES

PaIo Alto /Californien, USA

Optisches System für Markierungslichter mit niedrigem Profil

Priorität: 14. August 1968 - U.S.A. - Nr. 752 629

Zusammenfassung

Es wird ein optisches System zur Verwendung in einem Markierungslicht mit niedrigem Profil beschrieben. Das System besteht aus einer negativen Meniskuslinse mit einem längs der Linsenachse liegenden Brennpunkt, und einem rechtwinklig pyramidenförmigen Spiegel, der koaxial längs der Linsenachse zwischen der Linse und dem Linsenbrennpunkt angeordnet ist.

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft Markierungslichter mit niedrigem Profil, d.h. Lichter, die in allen Richtungen ein Licht-

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band oder mehrere getrennte, etwa in der gleichen Ebene liegende Lichtstrahlen projiziert.

Markierungslichter mit niedrigem Profil sind hauptsächlich bisher als landebahnmarkierungslichter für Plughäfen verwendet worden. Diese Lichter bestanden grundsätzlich aus einem rohrförmigen Gehäuse oder einer Grube, die gerade unter der Landebahnoberfläche angeordnet war und eine Glühlampe enthielt. In der Nähe der Landebahnoberfläche sind Einrichtungen angeordnet, mit denen der Lichtstrahl von der Glühlampe, der durch die Grube nach oben kommt, in eine oder mehrere Richtungen etwa rechtwinkelig zu der rohr-P förmigen Grube abgelenkt wird. Eine Schutzabdeckung ist in der Landebahnfläche oder geringfügig darüber montiert.

Bei den bekannten Lichtern wird das Licht gewöhnlich in zwei einander entgegengerichteten Strahlen projiziert, die unter einem geringen Winkel zur Landebahn geneigt sind. Auf diese Weise ist das Markierungslicht sowohl für Plugzeuge auf der Lande- und Startbahn als auch für Plugzeuge im Landeanflug sichtbar, unabhängig von der Richtung, in der die Lande- und Startbahn betrieben wird. In deit speziellen Palle, in dem das Markierungslicht dazu verwendet wird, auf einem Plugzeugträgerlandedeck zu markieren, genügt ein Strahl in einer Richtung. In anderen Anwendungsfällen projiziert das Licht einen Satz radialer Strahlen, und in weiteren Fällen wird das Licht in allen Richtungen verteilt.

Bei einem bekannten Markierungslicht mit niedrigem Profil ist eine Glühlampe in einer rohrförmigen Grube angeordnet, die in den Grund eingelassen ist, und ist kombiniert mit einem Reflektor-mit einer paraboloidischen Umdrehungsflache, der unmittelbar über Grund angeordnet ist. Von diesem Re-.

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flektor wird das Licht in allen Eichtungen nach oben und außen über ein ringförmiges Fenster reflektiert, das senkrecht zur Terrainoberfläche angeordnet ist. Über dem Fenster iet eine scheibenförmige Schutzabdeckung montiert (USAPatent 2 191 379). Bei einem weiteren bekannten Markierungslicht mit niedrigem Profil ist eine sogenannte "sealed beam"-Glühlampe in einer rohrförmigen Grube angeordnet und projiziert einen Lichtstrahl nach oben durch eine Kondensorlinse auf ein kleines, rechtwinkliges, dreieckiges optisches Prisma, das an der Oberfläche des umgebenden Terrains angeordnet ist, von dem in diesem Falle angenommen wird, daß es das Landedeck eines Flugzeugträgers ist. Das dreieckige Prisma reflektiert Licht von der "sealed beam"-Lampe in einen Strahl in einer Richtung, der einen Winkel von nur wenigen Grad Neigung zur Horizontalen hat (US-Patentschrift 3 007 034).

Es ist ferner bekannt, zwei Rücken an Rücken angeordnete Prismen zu verwenden, die in der Nähe einer Schutzabdeckung über einer Grübe im Terrain zu verwenden ist, in der eine "sealed beam"-Glühlampe angeordnet ist. Dieses Gerät liefert einen Lichtstrahl in zwei Richtungen, der um nur 4° über die Horizontale geneigt ist, während das Gerät fast vollständig in. umgebenden Terrain verschwindet. (US-Patentschrift 3 066 217). Es ist ein ähnliches Gerät bekannt, bei dem ein ringförmiges Pyramiden-Priama in Verbindung mit einem pyramidenförmigen Reflektor verwendet wird, um einen Satz radialer Strahlen zu projizieren ( US-Patentschrift 3 233 08Θ-).

Keines der bekannten Markierungslichter mit niedrigem Profil kann einen Lichtstrahl liefern, der tatsächlich parallel iur . Horizontalen gerichtet ist. Das gilt auch wenn die Struktur des bekannten Lichtes geringfügig über die Terrain-

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fläche vorgestanden hat. Aus diesem Grunde sind die bekannten Markierungslichter nicht für Verwendung ale Positions-Markierungslichter in Hochgeschwindigkeitefahrzeugen wie Raumfahrzeugen und Überschallflugzeugen geeignet, bei denen eine Montage an der Nase oder am Schwanz nicht angängig ist. Das liegt daran, daß ein Vorstehen der Lichtstruktur über die allgemein ebene, das Licht umgebende Rumpfoberfläche ungünstige aerodynamische Bedingungen erzeugen würde, wie Luftwiderstand und Erwärmung. Bei Geschwindigkeiten unter der Schallgeschwindigkeit kann jede vorstehende Rumpfoberfläche Sie-Ansatz zeigen. Bei Rumpfmontage würde auch die Projektion eine» Strahle mit auch nur einer leichten Neigung gegen die Horizontale unbefriedigend sein, weil wenigstens ein Segment des umgebenden Luftraums, bei der Höhe, in der das Flugzeug arbeitet, sich nicht direkt im projizierten Strahl befinden würde«

Zusammenfassung der Erfindung

Durch die Erfindung soll deshalb ein Markierungslicht mit niedrigem Profil mit einem verbesserten optischen System·verfügbar gemacht werden.

Insbesondere soll durch die Erfindung ein Positionslicht mit niedrigem Profil verfügbar gemacht werden, daß fast vollständig in der Haut von Hochgeschwindigkeitefahrzeugen verschwindend montiert werden kann, beispielsweise Raumfahrzeugen oder Überschallflugzeugen, und da· In alle Richtungen ein lichtband parallel zur Pahrzeughaut projizieren kann und nur geringfügig den !luftstrom an der Oberfläche stört.

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Weiter boII durch die Erfindung ein Markierungslicht verfügbar gemacht werden, das von einem nach oben weisenden fenster einen Lichtstrahl liefern kann, der sowohl eine leicht negative als auch eine leicht positive Erhebung aufweist.

Ferner soll durch die Erfindung ein allgemein verfügbares Markierungslicht mit niedrigem Profil verfügbar gemacht werden, das sowohl in lande- und Starbahnen von Plughäfen, in Flugzeugen und Baumfahrzeugen, und auf Noteinsatz-Fahrzeugen, beispielsweise Polizeiwagen, verwendet werden kann*

Ferner soll durch die Erfindung ein optisches System für ein Markierungslicht mit niedrigem Profil verfügbar gemacht werden, das einfach und billig aufgebaut ist und zuverlässig Stößen und Vibrationen widerstehen kann.

Erfindungsgemäß wird deshalb ein optisches System verfügbar gemacht, das in einem Markierungslicht mit niedrigem Profil verwendet werden kann. Das System besteht aus einer negativen Meniskuslinse mit einem Brennpunkt längs der linsenachse und einem rechtwinklig pyramidenförmigen Spiegel, der koaxial längs der Linaenachse zwischen der Linse und dem Linsenbrennpunkt angeordnet ist, wobei der Scheitel des Pyramidenspiegels von der L*nee wegweist. Das optische System kann einen Lichtstrahl, der längs der Linsenachse auf den Pyramidenspiegel projiziert wird, in einen.Lichtstrahl umwandeln, der aus einem im wesentlichen ebenen Lichtband besteht, das im wesentlichen senkrecht zur Linsenachse orientiert ist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung noch näher erläutert

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werden; es zeigen:

Pig. 1 einen Längeschnitt durch ein MarkierüngBlicht mit niedrigem Profil mit einem optischen System nach der Erfindung! und

Fig. 2 eine Aufsicht auf das MarkierüngBlicht nach Fig.1.

In der Zeichnung ist ein allgemein rohrförmiges Markierungslicht mit niedrigem Profil dargestellt, das knapp über eine im wesentlichen ebene» es umgebende, optisch dichte Oberfläche 8 montiert ist. Das Licht besteht aus einer Kurzbogenlampe 10 hoher Intensität, die in ein schüsseiförmiges, metallisches Grubenelement 12 montiert ist. Die Lampe hat zwei stabförmige Elektroden 14 und 15, die einen kurzen Abstand haben und zwischen sich einen Bogenspalt bilden. Beide Elektroden sind längs der Achse 16 der rohrförmigen Grube montiert, die selbst senkrecht zur sie umgebenden Fläche 8 steht. Die Elektrode 15 steht axial von der Lampe 10 durch ein isoliertes Lampenmontage-Element 18 vor, zum Äußeren der Lampengrube, wo sie mit der Stromzufuhr verbunden werden kann. Die Elektrode 14 ist elektrisch mit dem Lampenflansch 19 verbunden, an den wiederum ein Zuleitungsdraht 20 führt. Dieser Zuleitungsdraht reicht durch einen keramischen Isolator 22 im Grubenelement 12 und kann ebenfalls an eine elektrische Leitung angeschlossen werden.

Der Kolben der Lampe 10 besteht ferner aus einem paraboloid en Kovar-Element 24, dessen Innenfläche als eingebauter. Reflektor dient, der mit einer Goldschicht bedeckt sein kann, um Infrarotstrahlung und Wärme aus dem

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Licht herauszureflektieren· Schließlich besteht der Kolben aus einem rohrförmigen keramischen Element 26 und einem scheibenförmigen optischen Fenster 28..

An der Oberseite der Grube 12 ist ein unterer Grubenmontagering 30 befestigt, in den koaxial ein oberer Montagering 32 ^% eingelassen ist· Sin Siliziumguami-Dichtungsring 31 sitzt zwischen den beiden Montageringen· Ein rohrförmig» Gruben- -^>f ' eltaent 34» vorzugsweise aus Aluminium oder Nickel ist ko- " \ axial am oberen Grubenmontagering 32 befestigt. ''. \

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Sine transparente, negative, optische Meniskuslinse 36 ist ko- ■" · axial in das Grubenelement 34 eingepaßt und ter Druck mit der ^;: oberen konvexen Oberfläche 35 gedichtet. Die konkave Oberflä- ^f ehe 37 der prudkdichtung liegt am Träger unter der Fläche 8 an. Ein rechtwinkliger, kreisförmiger Kegelspiegel 38 ist koaxial auf die konkave Fläche der Linse 36 geklebt, wobei das Scheitelende des Spiegels zum Fenster 28 der Bogenlampe 10 gerichtet ist· Wie in der Zeichnung dargestellt ist, ist der Spiegel vor« zugöweise kegelstumpfförmig zur Erleichterung der Montage. Der Durchmesser der abgeschnittenen Fläche des Spiegels 38 hat etwa den gleichen Durchmesser wie die Elektrode 14.

Wenn die Lampe 10 gezündet wird, wird ein schmaler Lichtstrahl mit dem Durchmesser d zum Spiegel 38 hin projeziert. Ein Teil dieses Strahle wird von der abgeschnittenen Spiegelfläche in die Lampe zurück reflektiert. Dieser reflek- / tierte Teil ist jedoch sehr klein, weil die abgeschnittene Spiegelfläche im Schatten der Elektrode 14 liegt. Der Rest des Strahls, der durch einige Strahlen angedeutet ist, trifft auf die konische Oberfläche des Spiegels 38 auf und wird in einem divergierenden Lichtstrahl mit ringförmigem Querschnitt reflektiert, der seinerseits die konkave Oberfläche der Linse 36 trifft. Ton dieser konkaven Oberfläche wird das

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Licht nach oben durch die optische linse zu deren konvexen Fläche gebrochen, wo es in das Medium über der Oberfläche eintritt, flach dem Eintritt in dieses Medium wird das Licht nach unten in eine Ebene parallel zur Oberfläche 8 gebrochen, so daß ein dünnes Lichtband S gebildet wird.

Die dargestellte Ausführungsform projiziert ein im wesentlichen ebenes Lichtband. Andere Lichtverteilungen können jedoch dadurch gebildet werden, daö statt des rechtwinklig konischen Spiegels 28 andere pyramidenförmige Spiegel verwendet werden. Beispielsweise kann ein Pyramidenspiegel mit mehreren ebenen, dreieckigen Flächen dazu verwendet ' werden, ein segmentiertes Lichtband su projizieren, Dureh die Drehung einer Kurve statt einer geraden"Linie,erzeugte Spiegelflächen können ebenfalls verwendet werden. Wenn die Form und die Neigung der Spiegelfläche verändert wird, können ein dünner oder ein dicker Strahl, im Querschnitt, er-' zeugt werden, und es kann ein Strahl erzeugt werden, der eine positive oder sogar eine leicht negative Erhebung (elevation) mit Bezug auf die Oberfläche 8 hat. Weiter kann die maximale Breite des Pyramidenspiegels kleiner als die des Strahls gemacht werden, der von der Lampe koarnt, so daß zwei getrennte und unterschiedliche Lichtstrahlen gebildet werden, der eine mit einem niedrigen und der andere mit einem hohen Profil· Die Lampe selbst kann entweder einen kontinuierlichen oder einen modulierten Lichtstrahl abgeben.

Die transparente, negative Meniskuslinse kann aus einem Glas hergestellt werden, mit dem Licht im sichtbaren Teil des Spektrums projiziert wird. Wenn sichtbares Licht hoher Intensität oder Infrarotstrahlung projiziert werden soll, wird die Linse vorzugsweise aus Quarz hergestellt.

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unter "licht¹¹ sollen hier sichtbare Strahlen, Strahlen im nahen Infrarot und solche im nahen Ultraviolett verstanden werden.

Die Verwendung einer apärischen Linse macht das optische System relativ billig, weil sphärische Linsen leicht zu schleifen und zu polieren sind, Gewünachtenfalls kann eine reflexmindernde Schicht auf die konkave Oberfläche der Linse aufgebracht werden. Zwischen Lampe und Spiegel kann auch ein filter montiert werden.

Die Verwendung einer Kurzbogenlampe von hoher Intensität ermöglicht es, ein Markierungslicht mit niedrigem Profil und relativ geringem Raumbedarf herzustellen. So sind heute beispielsweise Hochintensitäts-Bogenlampen verfügbar, die eine ausreichende Beleuchtung zur Verwendung als Markierungslichter für Start- und Landebahnen liefern, wenn ein optisches System nach der Erfindung mit einem Linsendurchmesser von nur 75 mm ( 3^M) verwendet wird. Das ■ ist wesentlich kleiner als die Breite moderner Luftfahrzeugreifen· Dementsprechend braucht das optische System nur einen Bruchteil des Gewichtes eines Luftfahrzeuges abzustützen, das darüber rollen kann. Weiterhin sind Glas- und Quarz sehr gut druokbelastbar. Die Verwendung einer negativen Meniskuslinse mit oben liegender Konvexfläche gewährleistet, daß solche Gewichte in Druckkräfte umgewandelt werden. Daß die Linse sphärisch ist, führt dazu, daß einwirkende mechanische Kräfte gleichmäßig verteilt werden. Zur Verstärkung kann ein Gitter über die konvexe Fläche gebracht werden. .

···/ Ansprüche: 009808/1296

Claims

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- ίο - .

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Patentansprüche

1. Optisches System zur Verwendung in einem Markierungslicht mit niedrigem Profil, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pyramidenspiegel koaxial auf der optischen Achse einer negativen Meniskuslinse zwischen der L^nse und ihrem Brennpunkt, der auf der optischen Achse liegt, angeordnet ist, wobei der W Scheitel des Pyramidenspiegele von der Linde weg gerichtet ist.

2· System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, . daß der Pyramidenspiegel an der konkaven Oberfläche der negativen Meniskuslinse befestigt ist.

5. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pyramidenspiegel konisch ist.

4· Optisches System nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der konische Spiegel rechtwinkligkreisförmig ist.

5. Optisches System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Spiegel längs einer Ebene senkrecht zur Spiegelachse abgeschnitten (kegeistumpfförmig) ist,

6. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine Lampe, die dazu geeignet ist, einen Lichtstrahl längs einer vorgegebe-

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beiien Achse zu projizieren, dem Scheitelende des Pyramidenspiegels gegenüber angeordnet ist, so daß der von der Lampe projizierte Lichtstrahl vom Pyramidenspiegel und weiter durch die negative Meniskuslinse verteilt wird, und dabei in einen Lichtstrahl umgewandelt wird, der ein im wesentlichen ebenes Liohtband bildet, das im wesentlichen senkrecht zur Achse orientiert ist.

7· Optisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine Kurzbogenlampe mit zwei stabförmigen, voneinander entfernten Elektroden ist, die längs der optischen Achse angeordnet sind.

8. Optisches System nach den Ansprüchen 5 und 7, bei dem eine eben, kreisförmige Spiegelfläche auf dem Spiegel gebildet ist, die der Lampe gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Elektrode und der ebenen, kreisförmigen Spiegelfläche im wesentlichen gleich sind.

9· Optische« System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine "sealed beam^M-Lampe ist und daß der Pyramidenspiegel und die negative Meniskuslinse so angeordnet sind, daß sie radialsymmetrisch mit Bezug auf die vorgegebene Achse der Lampe liegen.

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