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"Als Ziel- und/oder Beobachtungsscheinwerfer ausgebildeter Hochleistungsscheinwerfertl
Die Erfindung betrifft einen als -Ziel- und/oder Beobachtungsscheinwerfer ausgebildeten
Hochleistungsscheinwerfer mit einer Gashochdrucklampe als Lichtquelle und einem
parabolischen Haupt spiegel.
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Bei solchen Scheinwerfern, die insbesondere in militärischem Bereich,
beispielsweise auf Panzern und dergleichen zur Ziel erfassung und zur Beobachtung
des Geländes eingesetzt werden, kommt es darauf an, eine möglichst große Beobachtungsreichweite
zu erzielen. Um nun die Leistung eines Scheinwerfers, d.h. seine Lichtstärke, möglichst
hochzuhalten, ist es erforderlich, das Produkt aus Leuchtdichte x Spiegelfläche
auf einen möglichst hohen Wert zu bringen. Während die Spie gelfläche durch die
Abmessungen des Scheinwerfers weitgehend
festgelegt ist - wegen
der äußerst beengten Raumverhältnisse sind die äußeren Abmessungen der Scheinwerfer
nur in engen Grenzen variierbar -, läßt sich eine Leistungserhöhung des Scheinwerfers
im allgemeinen nur noch durch eine Erhöhung der Leuchtdichte erzielen. Die Leuchtdichte
ist jedoch abhängig von der Art der verwendeten Lichtquelle. und hängt beispielsweise
bei den vielfach verwendeten Glühlampen im wesentlichen von der Leuchtfläche der
Glühlampe, d.h. von den Abmessungen der Glühwendel, und von der Fadentemperatur
ab.
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Während bei größeren Abmessungen der Glühwendel zwar ein größeres
Leuchtfeld, nicht jedoch eine größere Leuchtstärke, bezogen auf die beobachtete
Szene, erreicht wird, ist andererseits die Fadentemperatur der Glühwendel durch
die Schmelztemperatur des Fadens begrenzt, die auch bei hochbelasteten Halogenlampen
bei ca. 3.400° Kelvin ihre Grenze erreicht.
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Um die Lichtstärke eines Scheinwerfers weiter zu erhöhen, ist man
daher dazu übergegangen, Gashochdrucklampen, beispielsweise Xenonlampen, zu verwenden,
deren Leistung etwa das 30-fache einer üblichen Wolfram-Glühlampe erreicht und bei
denen zudem eine höhere Ausnutzung, d.h. eine bessere Umsetzung von Elektrizitäts-
in Lichtenergie erzielt wird.
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Nun hat sich gezeigt, daß sich bei der Beobachtung einer von einem
Scheinwerfer angestrahlten Szene insbesondere dann Schwierigkeiten und Unzuträglichkeiten
ergaben, wenn optische Hilfsmittel, wie Fernsehanlagen oder bei IR-Scheinwerfern
IR-Strahlungswandler verwendet werden, die durch vom Scheinwerfer abgegebene Streustrahlen
verursacht wurden. Die Streustrahlen bewirken nämlich unter anderem eine Aufhellung
des bei der Beobachtung nicht interessierenden Vorfeldes und dadurch eine Überstrahlung
der auf dem Bildschirm des optischen Hilfsgerätes beobachteten Szene bzw. der aus
der Szene zurückgeworfenen Lichtstrahlen. Durch die Streustrahlen wird also der
Beobachtungsbildschirm aufgehellt und unterdrückt so die eigentlichen Informationen.
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Zur Herabsetzung dieser unerwünschten und schädlichen Streustrahlung
ist es schon bekannt, bei solchen Scheinwerfern, die als Lichtquelle eine Glühlampe
verwenden, unmittelbar vor der Glühlampe ein sogenanntes Abschattungsfenster vorzusehen,
das einen wesentlichen Teil des störenden Streulichtes ausblendet. Diese Maßnahme
kann jedoch bei den leistungsstärkeren Xenonlampen-Scheinwerfern nicht angewendet
werden, da die Abmessungen des Lampenkolbens eine solche unmittelbar vor dem Kolben
anzubringende Blende wegen der zu hohen Wärmebelastung nicht zulassen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist daher darin zu sehen,
die Nachteile der bekannten Scheinwerferanlagen zu vermeiden und insbesondere die
Beobachtungsqualität und -reichweite durch eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung
des Zielfeldes und durch Vermeidung von schädlichem Streulicht zu verbessern.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung bei einem mit
einer Gashochdrucklampe als Lichtquelle und einem parabolischen Hauptspiegel ausgerüsteten
Hochleistungsscheinwerfer darin, daß ein den Licht strom der Lampe in einen mit
dem Haupt spiegel gemeinsamen Brennpunkt vereinigender Kondensorspiegel vorgesehen
ist, und daß in dem gemeinsamen Brennpunkt eine die Streustrahlung abschirmende,
mit einer Blendenöffnung versehene Blendenscheibe vorgesehen ist.
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Dieses optische System, bei dem nicht wie bisher die Lampe direkt
in den Hauptspiegel einstrahlt, sondern bei der eine Zwischenabbildung der Lichtquelle
in dem gemeinsamen Brennpunkt des ellipsoidförmigen Kondensorspiegels und des Hauptspiegels
vorgesehen ist, ermöglicht nun die einfache und wirkungsvolle Anbringung einer die
Streustrahlen unterdrükkenden Blende in eben diesem gemeinsamen Brennpunkt. Neben
der
Verbesserung der Beobachtungsqualität infolge der Unterdrückung der Streustrahlen
ergibt sich außerdem im Zielgebiet ein scharf umgrenztes Leuchtfeld, dessen Form
allein durch die Form der Blendenöffnung bestimmt ist.
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Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung besteht der Kondensorspiegel
zur einen Hälfte aus einem Ellipsoidspiegel und zur anderen Hälfte aus einem den
Licht strom in den Ellipsoidspiegel reflektierenden Kugelspiegel. Diese Anordnung
ermöglicht eine sehr gute Ausnutzung der Lichtleistung der Lampe und setzt die etwa
durch den Lampenkörper bedingten Abschattungsverluste auf ein geringes Maß herab.
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Um die Baugröße des Scheinwerfers zu Verringern, ist es zweckmäßig,
wenn der Blende ein den Strahlenkegel auf den Hauptspiegel umlenkender Gegenspiegel
nachgeschaltet ist.
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Erfindungsgemäß kann der Gegenspiegel als ebene Planfläche ausgebildet
sein und elastisch verwölbbar sein. Nach einer anderen Ausbildung der Erfindung
ist der Gegenspiegel aus mehreren geteilten Flächen zusammengesetzt, die gegeneinander
verschwenkbar angeordnet sind.
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Diese Maßnahmen ermöglichen ein einfaches und verlustarmes Aufstreuen
des Scheinwerferleuchtfeldes. Diese Möglichkeit wird besonders im militärischen
Bereich als Forderung aufgestellt, wonach der Zielscheinwerfer in einfacher Weise
auch als Beobachtungsscheinwerfer verwendet werden soll.
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Bisher wurde diese Forderung dadurch verwirklicht, daß beispielsweise
Streuscheiben in den Strahlengang des Scheinwerfers eingeschaltet wurden, die infolge
von Brechungserscheinungen an den gewellten Oberflächen der Scheiben eine Aufstreuung
des vom Scheinwerfer abgegebenen Licht strahl es bewirken. Nachteilig an diesem
Prinzip war jedoch, daß die Streuscbeiben infolge ihrer Transmission Verluste bezüglich
der
Licht stärke des Scheinwerfers brachten und daß weiterhin die Fertigung der Streuscheiben
wegen der hohen geforderten Oberflächengenauigkeit ziemlich aufwendig war.
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Es ist zwar auch schon bekannt, bei einem Scheinwerfer, dessen Lichtquelle
im Brennpunkt des Hauptspiegels angeordnet ist, eine Aufstreuung des Lichtstrahles
durch Verwölbung des Hauptspiegels zu erzielen. Dabei mußte jedoch gleichzeitig
die Lage der Lichtquelle verändert werden, da infolge der Verwölbung des parabolischen
Hauptspiegels sich dessen Brennpunkt veränderte. Zur Erzielung einer Aufstreuung
des Lichtstrahles waren damit zwei Maßnahmen, nämlich die Verwölbung des Hauptspiegels
und eine Verschiebung der Lichtquelle erforderlich. Demgegenüber bietet die von
der Erfindung vorgeschlagene Verwölbung des Gegenspiegels zur Erzielung einer Aufstreuung
des Lichtstrahles eine Lösung, die bezüglich der Lichtstärke des Scheinwerfers arm
an Verlusten ist und nur mit geringem Aufwand durchführbar ist.
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Durch den weiteren Vorschlag der Erfindung, die Lampenpatrone verkippbar
anzuordnen, läßt sich der Ort der maximalen Lichtstärke an den unteren Rand der
Blende verschieben.
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Dadurch wird eine sehr günstige Verteilung der Lichtstärke des Scheinwerferbündels
erreicht, bei der das Maximum der Lichtstärke in geringem Abstand über dem Boden
liegt, das bei der Beobachtung nicht interessierende, lediglich störende Vorfeld
jedoch weiterhin dunkel bleibt.
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Wenn der beschriebene Scheinwerfer als Infrarot (IR)- Scheinwerfer
eingesetzt werden soll, müssen in bekannter Weise IR-Filterscheiben in den Strahlengang
des Scheinwerfers eingeschaltet werden. Dazu bieten sich bei dem erfindungsgemäßen
Scheinwerfer zwei vorteilhafte Lösungen an:
Zum einen kann die IR-Filterscheibe
zwischen der Blendenscheibe und dem Gegenspiegel in den Strahlengang eingeschaltet
werden, wobei zwar das Filter einer hohen Wärmebelastung ausgesetzt ist, der gegebenenfalls
durch eine entsprechende Kühlung der Filterschéibe Rechnung getragen wird, andererseits
können die Abmessungen einer solchen zwischen der Blendenscheibe und dem Gegenspiegel
angeordneten Filterscheibe verhältnismäßig klein gehalten werden und auch die für
ihre Betätigung erforderlichen Antriebselemente erfordern dann nur geringen Aufwand.
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Ein anderer Vorschlag sieht vor, die Filterscheibe im Bereich der
Abschlußscheibe des Scheinwerfers anzuordnen, wobei sich als Vorteil des erfindungsgemäßen
Scheinwerferaufbaus gegenüber den bisher bekannten Bauformen ergibt, daß die Filterscheibe
in einem verhältnismäßig kühlen Raum betätigt werden kann.
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Weitere vorteilhafte und wesentliche Merkmale der Erfindung sind in
der Zeichnung, die ein mögliches Ausführungsbei spiel der Erfindung darstellt und
in der darauf bezogenen Beschreibung enthalten.
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Die Zeichnung zeigt einen Scheinwerfer in schematischer Darstellung,
bei dem mit 1 eine Gashochdrucklampe, beispielsweise eine Xenonlampe, und mit 2
ein Kondensorspiegel bezeichnet ist, der zur einen Hälfte aus einem Ellipsoidspiegel
2a und zur anderen Hälfte aus einem Kugel spiegel 2b besteht. 3 stellt einen Gegenspiegel
und 4 den Hauptspiegel dar. Der Kondensorspiegel 2 ist zusammen mit einer Lampenmuffe
10 und einer Lampenführungsscheibe 11, die die Lampenpatrone 1 auf einer Seite hält,
während die andere Seite der Lampe 1 von einer Lampenführung 13 gehalten wird, über
Haltebolzen 19 an einer am Scheinwerfergehäuse 15 befestigten
Tragscheibe
9 gehalten. An dieser Tragscheibe 9 ist weiterhin eine Nabe 8 für den Hauptspiegel
4 befestigt, die auch das Tragelement für eine Blendenscheibe 7 darstellt. Die Stromzufuhr
zu der Lampe 1 erfolgt über Polschuhe 12 und 14 an dem einen bzw. anderen Ende der
Lampenpatrone 1.
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Das Scheinwerfergehäuse 15 weist an seiner einen Stirnseite einen
Deckel 16 und an seiner anderen Stirnseite einen Einsatz 17 sowie einen Frontring
20 auf. An dem Einsatz 17 ist ein Haltering zur Aufnahme des Gegenspiegels 3 befestigt,
sowie Möglichkeiten zur Aufnahme einer Abschlußscheibe 6 und einer Filterscheibe
5 vorgesehen.
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Eine andere Möglichkeit, die Filterscheibe in den Strahlengang des
Scheinwerfers einzuschalten, ist in gebrochenen Linien dargestellt, wobei 21 ein
an der Blendenscheibe 7 befestigter Aufnahmetubus für eine Filterscheibe 22 andeutet.
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Wie sich anhand des in der Zeichnung mit strichpunktierten Linien
dargestellten Strahlenganges ergibt, wird der Lichtstrom der horizontalliegend angeordneten
Xenonlampe 1 durch den Kondensorspiegel 2 in einem konzentrischen Brennpunkt vereinigt.
Dabei wird -durch die Ausbildung des Kondensorspiegels 2, der zur einen Hälfte aus
einem Ellipsoidspiegel 2a und zur anderen Hälfte aus einem den auf seine Fläche
fallenden Lichtstrom in den Ellipsoidspiegel wert enden Kugelspiegel 2b besteht
erreicht, daß die Lichtleistung der Xenonlampe 1 ohne große Verluste (etwa durch
Abschattung infolge der Lampenpatrone 1) in dem Brennpunkt konzentriert wird. Dieser
Brennpunkt, an dessen Ort die mit einer Blendenöffnung versehene Blendenscheibe
7 angeordnet ist, ist gleichzeitig der Brennpunkt des parabolischen Hauptspiegels
4, der den vom Gegenspiegel 3 reflektierten Strahlenkegel in ein paralleles, zur
Ausstrahlung gelangendes Lichtbündel
umwandelt. Die Anordnung der
Blende im gemeinsamen Brennpunkt von Kondensorspiegel 2 und Hauptspiegel 4 bewirkt
nun daß dem Haupt spiegel 4 die in dem Brennpunkt zwischenabgebildete Lichtquelle
als scharf umgrenzt er Lichtfleck erscheint, so daß auch das abgestrahlte Strahlenbündel
in der beobachteten Szene ein scharf umgrenztes Leuchtfeld ergibt. Dabei richtet
sich die Form des Leuchtfeldes nach der Form der Blendenöffnung der Blendenscheibe
7. Es erscheint neben anderen möglichen Ausführungsformen zweckmäßig, hierfür insbesondere
eine rechteckförmige Blendenöffnung zu wählen, so daß auch in der Szene ein rechteckförmiges
Feld von dem Scheinwerfer ausgeleuchtet wird. Darüberhinaus bewirkt die Blendenscheibe
jedoch auch eine weitgehende Unterdrückung von Streustrahlen, indem die Blendenöffnung
lediglich die vom eigentlichen Leuchtkörper der Xenonlampe 1 herrührenden Strahlungsanteile
auf den Hauptspiegel treten läßt, während sie die von den Elektroden der Lampe stammenden
Streustrahlen am Durchtritt hindert. Dadurch wird eine weitgehend gleichmäßige Ausleuchtung
des Zielfeldes unter Vermeidung von schädlichem Streulicht erzielt, wobei die Intensitätsverteilung
im Leuchtfeld durch die Verteilung der Licht stärke am Ort der Blende bestimmt ist.
Durch ein auf einfache, hier nicht näher erläuterte Weise zu verwirklichendes Kippen
der Lampenpatrone 1 kann nun erreicht werden, daß die maXimale Lichtstärke am unteren
Rand der Blende auftritt, so daß das Maximum der Beleuchtungsstärke im Leuchtfeld
im geringen Abstand über dem Boden liegt. Gerade auf dem militärischen Anwendungsgebiet
ist eine derartige Lichtverteilung von großem Vorteil, da sich besonders in diesem
Bereich die zu beobachtenden Gegner aufhalten.
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Durch den im Strahlengang eingeschalteten Gegenspiegel 3 läßt sich
nun auf äußerst einfache Weise eine Aufstreuung des Strahlenbündels verwirklichen.
Dazu wird der Gegenspiegel 3 mit Hilfe e4mer in der Zeichnung nur andeutungsweise
dargestellten, einfachen Spannvorrichtung 23 federnd durchge
wölbt,
wodurch eine Strahlspreizung kontinuierlich in gewünschtem Maß eingestellt werden
kann. Je nachdem in welcher Ebene der Spiegel verwölbt wird, ergibt sich eine Aufstreuung
des Strahlenbündels in horizontaler oder vertikaler Richtung. Eine gleichzeitige
Aufstreuung nach beiden Richtungen kann dabei auch dadurch verwirklicht werden,
daß die Lage des Gegenspiegels bezüglich des Brennpunktes verändert wird. Anstelle
einer Verwölbung des gesamten Spiegels läßt sich eine Aufstreuung des Lichtstrahles
auch dadurch erreichen, daß der Gegenspiegel aus mehreren geteilten Flächen zusammengesetzt
ist, die mit Hilfe eines Antriebes kontinuierlich gegeneinander verschwenkbar sind.
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Als besonderer Vorteil der beiden genannten Ausführungsformen ist
die einfache und mit geringem Aufwand erreichbare Streuung des Strahles zu nennen,
die zudem kontinuierlich und mit guter Genauigkeit durchgeführt werden kann.
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Wenn, was von militärischen Scheinwerfern häufig gefordert wird, eine
Umschaltbarkeit des Scheinwerfers auf Aussendung von IR-Strahlen vorgesehen werden
soll, bietet sich dafür die Anordnung eines dazu erforderlichen IR-Filters im Strahlengang
zwischen der Blendenscheibe 7 und dem Gegenspiegel 3 an. Da in diesem Bereich die
Leistungsdichte und damit auch die Wärmebelastung ziemlich hoch sind, weshalb auch
die Blendenscheibe 7 aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen sollte, beispielsweise
Kupfer, wäre hier eventuell eine Kühlung des IR-Filters erforderlich. Von großem
Vorteil wäre aber, daß das Filter nur geringe Abmessungen aufzuweisen brauchte und
somit auch zu seiner Betätigung (Ein-bzw. Ausschalten) nur ein leistungsarmer Antrieb
erforderlich wäre. Ohne das Erfordernis der Kühlung könnten die Filterscheiben auch
im Bereich der Abschlußscheibe des Scheinwerfers angeordnet werden, wobei ihre Betätigung
in einem verhältnismäßig kühlen Raum, nämlich dem auf der
Zeichnung
rechts von der Tragscheibe 9 liegenden Gehäuseraum, erfolgen könnte. Der links von
der Tragscheibe 9 liegende Gehäuseraum im Bereich der Lampe i ist dagegen zwar ziemlich
he-iß, bietet jedoch einen bei früheren Scheinwerferkonzeptionen nicht vorhandenen
Vorteil der Unterbringung einer Reihe von elektrischen Geräten und Instrumenten,
wie Zündgerät und Kühlgebläse. Bei den bekannten Ausführungsformen von Scheinwerfern
war dieser Raum im allgemeinen von parallelen Strahlenbündeln durchsetzt, so daß
dort die für den Betrieb der Lampe erforderlichen Zusatzgeräte nicht angeordnet
werden konnten.
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Insgesamt ergibt sich also durch das erfindungsgemäße Scheinwerferkonzept
eine Reihe von erheblichen Vorteilen, von denen als besonders schwerwiegend die
Erzielung eines scharf umgrenzten Leuchtfeldes mit nur geringem schädlichen Streulichtanteil
zu nennen ist. Neben diesem auf die Beobachtungs-Reichweite und die Beobachtungs-Qualität
sich auswirkenden Vorteil läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer auf höchst
einfache Weise eine kontinuierlich einstellbare Aufstreuung des Strahlenbündels
erzielen und mit ebenfalls geringen Mitteln eine Umschaltung des Scheinwerfers von
Weißlicht- auf Infrarotbetrieb ermöglichent 10 Seiten Beschreibung 8 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnung