DE2131277B2 - Als ziel- und/oder beobachtungsscheinwerfer ausgebildeter, wahlweise mit einem ir-filter ausruestbarer hochleitungsscheinwerfer - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen als Ziel- und/oder Beobachtungsscheinwerfer ausgebildeten, wahlweise mit einem IR-Filter ausrüstbaren Hochleistungsscheinwerfer mit einer Hochdruckgasentladungslampe als punktförmiger Lichtquelle, die derart von einem elliptischen und einem Hohlkugelspiegel umschlossen ist daß sie im Mittelpunkt des Hohlkugelspiegels und zugleich im spiegelnahen Brennpunkt des elliptischen Spiegels angeordnet ist wobei der spiegelferne Brennpunkt des so elliptischen Spiegels, der zugleich den Brennpunkt der ausgangsseitigen Optik bildet, von einer Blende umgeben ist.

Bei solchen Scheinwerfern, die insbesondere im militärischen Bereich, beispielsweise auf Panzern und der- SS gleichen zur Zielerfassung 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 χ Spiegelfläche auf einen möglichst hohen Wert zu bringen. Während die Spiegelfläche durch die Abmessungen des Scheinwerfers weitgehend festgelegt ist — wegen der äußerst beengten Raumverhältnisse sind die äußeren Abmessungen der Scheinwerfer nur in engen Grenzen varüerbar —, läßt sich eine Leistungserhöhung des Scheinwerfers im alleemeinen nur noch durch eine Erhöhung der Leuchtdichte erzielen. Die Leuchtdichte ist jedoch abhängig von der Art der verwendeten Lichtquelle und hängt beispielsvteise bei dent vielfach verwendeten Glühlampen im wesentlichen von der Leuchtfläche der Glühlampe, & k von den Abmessungen der Glühwendel, und von der Fadentemperatur ab. 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 Fadeatemperatur der Glühwendel durch die Schmelztemperatur des Fadens begrenzt die auch bei hochbelasteten Halogenlampen bei etwa 3400 Kelvin ihre Grenze erreicht

En Scheinwerfer, der als Lichtquelle eine einfache Glühlampe aufweist ist z. B. in der BE-PS 6 50498 beschrieben. Die Glühlampe ist in dem Brennpunkt eines kugelförmigen Kondensorspiegels auf der Rückseite eines Parabolspiegels angeordnet der eine durch seinen Scheitelpunkt gehende Durchbrechung aufweist. Durch die Durchbrechung wird das von der Glühlampe abgestrahlte Licht auf einen Gegenspiegel geworfen, der das reflektierte Licht auf den Parabolspiegel wirft. Dieser Scheinwerfer ist als Zielscheinwerfer völlig ungeeignet da die Lichtquelle nicht punktförmig ausgebildet ist und somit eine große Streustrahlung aufweist

Um die Lichtstärke eines Scheinwerfers weiter zu erhöhen, ist man daher dazu übergegangen, Gashochdrucklampen, beispielsweise Xenonlampen, zu verwenden, deren Leistung etwa das 30fache einer üblichen Wolfram-Glühlampe erreicht und bei denen zudem eine höhere Ausnutzung, d. h. eine bessere Umsetzung von Elektrizitäts- in Lichtenergie erzielt wird. So ist z.B. aus der DT-AS 12 79 575 ein Scheinwerfer mit einer Gasentladungslampe als Lichtquelle und einem Parabolspiegel als Hauptspiegel bekannt der in seinem Scheitel mit einer Durchbrechung versehen und in dessen Achse ein System von zwei sich gegenüberliegenden parabolförmigen Hilfsspiegeln angeordnet ist. Der rückwärtige Hilfsspiegel und die etwa in dessen Brennpunkt angeordnete Gasentladungslampe sind gegenüber der Durchbrechung des Hauptspiegels zurückgesetzt Die Hilfsspiegel bilden zusammen mit der Lichtquelle ein optisches Teilsystem, dns zu einem in den Strahlengang des optischen Gesamtsystems vorjustieraen einsetzbaren Einschub zusammengefaßt ist. Zur Beeinflussung des Strahlenzustandes des Scheinwerfers sind im parallelen Strahlengang zwischen Einschub und Hauptspiegel von außen bedienbare Mittel vorgesehen. Bei diesem Scheinwerfer ist es nachteilig, daß das Ausrichten der drei verwendeten Parabolspiegel zueinander sehr aufwendig und schwierig ist. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß keine Zwischenabbildung vorgesehen ist. in der somit keine die Streustrahlung aus blendende Blende vorgesehen werden kann. Dies führt dazu, daß die Reichweite des Scheinwerfers verhältnismäßig gering ist.

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 Fernsehanilagen oder bei IR-Scheinwerfern IR-Strahlungswandler verwendet werden, die durch vom Scheinwerfer abgegebene Streustrahlen verursacht wurden. Die Streustrahlen bewirkten 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 Licht-

strahlen. Durch die Streustrahlen wird also der Beobachtungsbildschirni aufgehellt und unterdrückt so die eigentlichen Informationen.

Zur Herabsetzung dieser unerwünschten und schädlichen Streustrahhing ist es schon bekannt, bei solchen Scheinwerfern, die als Lichtquelle eine Glühlampe bzw. einen Lichtbogen, wie z. B. aus der DT-PS 3 08 5*1bekannt, verwenden, unmittelbar vor der Glühlampe ein sogenanntes Abschattungsfenster vorzusehen, das einen wesentlichen Teil des störenden Streulichtes aus- _3Ö blendet 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.

Es ist weiterhin aus der DT-OS 14 72 233 eine optische Anordnung zur Erzeugung parallelen Lichtes bekannt bei der eine punktförmige Lichtquelle so von einem elliptischen Spiegel und einem Kugelspiegel umschlossen ist daß die Lichtquelle im Mittelpunkt des Kugelspiegels und zugleich im spiegelnahen Brennpunkt des elliptischen Spiegels angeordnet ist Der spiegelferne Brennpunkt des elliptischen Spiegels ist als Glende ausgebildet und zugleich Brennpunkt einer hinter der Blende angeordneten bikonvexen Linse. Der Kugelspiegel ist räumlich von dem elliptischen Spiegel getrennt. Die Anordnung läßt sich nicht als Ziel- und Beobachtungsscheinwerfer im militärischen Bereich verwenden, ist nur zur Beleuchtung nahegelegener Gegenstände geeignet da der Durchmesser des Ausgangsstrahlenbündels infolge der Abmessungen der Ausgangslinse verhältnismäßig klein ist.

Um das Ausgangsstrahlenbündel zu vergrößern, müßte der Durchmesser der Linse vergrößert werden. was zu einer weiteren Vergrößerung des Scheinwerfers führen würde. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch die Linse zusätzliche Verluste auftreten, die im militärischen Anwendungsbereich besonders unerwünscht sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den aus der DT-OS 14 72 233 bekannten Scheinwerfer weiter zu verbessern und einen als Ziel- und/oder Beobachtungsscheinwerfer ausgebildeten Hochlei^tungsscheinwerfer zu schaffen, der wahlweise mit einem Infrarot-Filter ausgerüstet werden kann und dessen Beobachtungsqualität und -reichweite gegenüber den bekannten Scheinwerfern durch eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung des Zielfeldes und durch Vermeidung von schädlichem Streulicht verbessert ist ohne daß die äußeren Abmessungen der bekannten Scheinwerfer überschritten werden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß der elliptische Spiegel und der Hohlkugelspiegel zu e.ner Baueinheit als Kondensorspiegel zusammengefaßt sind, daß die Hochdruckgasentladungslampe mit ihren Elektroden in der optischen Achse angeordnet ist und daß als ausgangsseitige Optik ein in der optischen Achse angeordneter, an seinem Scheitel mit einer kreisförmigen öffnung versehener Parabolspiegel vorgesehen ist, der sein Licht von einem Gegenspiegel empfängt, der in Ausstrahlungsrichtung vor der Blende und öffnungsgleich mit dem Ellipsoidspiegel senkrecht zur optischen Achse und symmetrisch zu ihr angeordnet ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Gegenspiegel als ebene Fläche auseebildet und elastisch verwölbbar ist.

Ene weitere Ausgestaltung der Erfindung geht dahin, daß der Gegenspiegel aas mehreren geteilten Flächen zusammengesetzt ist, die gegeneinander verschwenkbar angeordnet sind.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt in der einfachen und wirkungsvollen Anbringung einer zusätzlichen Blende in der Zwischenabbildungsebene, ohne daß die übrigen optischen Bauteile beeinträchtigt werden. Hierdurch ist sichergestellt, daß neben der Verbesserung der Beobachtungsreichweite infolge der Unterdrückung der Streustrahlen sich außerdem im Zielgebiet ein scharf umgrenztes Leuchtfeld ergibt dessen Form allein durch die Blendenöffnung der Blende bestimmt ist Weiterhin ist es vorteilhaft, daß keine zusätzliche Ausgangslinse vorgesehen werden muß, so daß hierdurch entstehende Verluste vermieden werden und der Durchmesser des Ausgangsstrahlenbündels nur durch den Parabolspiegel bestimmt ist Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist in der äußerst kompakten Baugröße des Scheinwerfers infolge der Zusammenfassung des elliptischen Spiegels und Hohlkugelspiegels zu einer Baueinheit als Kondensorspiegel sowie der Verwendung des Gegenspiegels zu sehen. Weiterhin ist von Vorteil daß durch die Zusammenfassung der Spiegel eine sehr gute Ausnutzung der Lichtleistting der Gashochdrucklampe ermöglicht wird und die etwa durch den Lampenkörper bedingten Abschattungsverluste auf ein geringes Maß herabgesetzt werden. Durch den verwölbbaren bzw. verschwenkbaren Gegenstand wird gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung eine einfache und verlustarme Veränderung der Form des Scheinwerferleuchtfeldes erreicht, insbesondere eine Aufweitung. Diese Möglichkeit wird besonders im militärischen Bereich als Forderung aufgestellt wonach der Zielscheinwerfer in einfacher Weise auch als Beobachtungsscheinwerfer verwendet werden soll.

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 Aufweitung des vom Scheinwerfer abgegebenen Lichtstrahles bewirken. Nachteilig an diesem Prinzip war jedoch, daß die Streuscheiben Verluste bezüglich der Lichtstärke des Scheinwerfers brachten und daß weiterhin die Fertigung der Streuscheiben wegen der hohen geforderten Oberflächengenauigkeit ziemlich aufwendig war.

Es ist zwar gemäß einer Bauart der Firma »Electro Optical System Corporation« auch schon bekannt bei einem Scheinwerfer, dessen Gashochdrucklampe im Brennpunkt des Parabolspiegels angeordnet ist, eine Aufweitung des Lichtstrahles durch Verwölbung des Parabolspiegels zu erzielen. Dabei mußte jedoch gleichzeitig die Lage der Gashochdrucklampe verändert werden, da infolge der Verwölbung des Parabolspiegels sich dessen Brennpunkt veränderte. Zur Erzielung einer Aufweitung des Lichtstrahles waren damit zwei Maßnahmen, nämlich die Verwölbung des Parabolspiegels und eine Verschiebung der Gashochdrucklampe erforderlich. Demgegenüber bietet die von der Erfindung vorgeschlagene Verwölbung des Gegenspiegels zur Erzielung einer Aufweitung des Lichtstrahles eine Lösung, die bezüglich der Lichtstärke des Scheinwerfers arm an Verlusten ist und nur mit geringem Aufwand durchführbar ist

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und im folgenden beschrieben. Die Zeichnung zeigt einen Scheinwerfer in schemati-

scher 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 Kugelspiegel 2b besteht. 3 stellt einen Gegenspiegel und 4 den Parabolspiegel dar. Der Kondensorspiegel 2 ist zusammengebaut mit einer Lampenmuffe 10 und einer Lampenführungsscheibe 11, die die nicht näher bezeichnete Patrone der Gashochdrucklampe 1 auf der Rückseite hält, während die Gashochdrucklampe 1 auf ihrer Lichtaustrittsseite von einer Lampenführung 13 gehalten wird, die ihrerseits über Haltebolzen 19 an einer am Scheinwerfergehäuse 15 befestigten Tragscheibe 9 befestigt ist. An dieser Tragscheibe 9 ist weiterhin eine Nabe 8 für den Parabolspiegel 4 befestigt, die zugleich den Träger für eine Blendenscheibe 7 bildet Die Stromzufuhr zu der Gashochdrucklampe 1 erfolgt über Polschuhe 12 und 14 an dem rückwärtigen bzw. vorderen Ende der Patrone der Gashochdrucklampe 1.

Das Scheinwerfergehäuse 15 weist an seiner rückwärtigen Stirnseite einen Deckel 16 und an seiner vorderen Stirnseite einen Einsatz 17 sowie einen Frontring 20 auf. An dem Einsatz 17 ist ein Haltering 18 zur Aufnahme des Gegenspiegels 3 befestigt, sowie Möglichkeiten zur Aufnahme einer Abschlußscheibe 6 und einer Filterscheibe 5 vorgesehen.

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

Wie sich anhand des in der Zeichnung mit strichpunktierten Linien dargestellten Strahlenganges ergibt, wird der Lichtstrom der horizontalliegend angeordneten Gashochdrucklampe 1 durch den Kondensorspiegel 2 in einem zweiten Brennpunkt ohne große Verluste vereinigt Dieser Kondensorspiegel 2 besteht scheitelseitig aus einem halben Kugelspiegel 26 ohne Scheitelteil, der in einen Ellipsoidspiegel 2a übergeht und dessen scheitelseitiger erster Brennpunkt sowohl mit dem Mittelpunkt des Kugelspiegels als auch mit dem Schwerpunkt des Gasentladungsbogens zusammenfällt Der zweite Brennpunkt, an dessen Ort die mit einer Blendenöffnung versehene Blendenscheibe 7 angeordnet ist ist zugleich der Brennpunkt des Parabolspiegels 4, der den vom Gegenspiegel 3 reflektierten Strahlenkegel in ein paralleles, zur Ausstrahlung gelangendes Lichtbündel umwandelt Die Anordnung der Blendenscheibe 7 im gemeinsamen Brennpunkt von Kondensorspiegel 2 und Parabolspiegel 4 bewirkt nun, daß dem Parabolspiegel 4 die in dem Brennpunkt zwischenabgebildete Lichtquelle als scharf umgrenzter 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. Darüber hinaus bewirkt die Blendenscheibe 7 jedoch auch eine weitgehende Unterdrückung von Streustrahlen, indem die Blendenöffnung lediglich die vom eigentlichen Leuchtkörper der Gashochdrucklampe 1 herrührenden Strahlungsanteile auf den Parabolspiegel treten läßt während sie die von den elektroden der Gashochdrucklam pe 1 stammenden Streustrahlen am Durchtritt hindert Dadurch wird eine weitgehend gleichmäßige Ausleuch tung des Zielfeldes unter Vermeidung von schädlichen Streulicht erzielt, wobei die Intensitätsverteilung in Leuchtfeld durch die Verteilung der Lichtstärke am Or der Blendenscheibe 7 bestimmt ist. Durch ein auf einfa ehe, hier nicht näher erläuterte Weise zu verwirklichen des Kippen der Gashochdrucklampe 1 kann nun er reicht werden, daß die maximale Lichtstärke am unte

ίο ren Rand der Blendenscheibe 7 auftritt, so daß das Ma ximum der Beleuchtungsstärke im Leuchtfeld im gerin gen Abstand über dem Boden liegt. Gerade auf den militärischen Anwendungsgebiet ist eine derartig« Lichtverteilung von großem Vorteil, da sich besonders in diesem Bereich die zu beobachtenden Gegner auf halten.

Durch den im Strahlengang eingeschalteten Gegen spiegel 3 läßt sich nun auf äußerst einfache Weise eine Aufweitung des Strahlenbündes verwirklichen. Dazi

ίο wird der Gegenspiegel 3 mit Hilfe einer in der Zeich nung nur andeutungsweise dargestellten, einfacher Spannvorrichtung 23 federnd durchgewölbt, wodurch eine stetige Strahlspreizung in gewünschtem Maß ein gestellt werden kann. Je nachdem in welcher Ebene dei Gegenspiegel 3 verwölbt wird, ergibt sich eine Aufweitung des Strahlenbündels in horizontaler oder vertikaler Richtung. Eine gleichzeitige Aufweitung nach beiden Richtungen kann dabei auch dadurch verwirklich! werden, daß die Lage des Gegenspiegels 3 bezüglich

des Brennpunktes verändert wird. Anstelle einer Verwölbung des gesamten Gegenspiegels 3 läßt sich eine Aufweitung des Lichtstrahles auch dadurch erreichen daß der Gegenspiegel 3 aus mehreren geteilten Flächen zusammengesetzt ist die mit Hilfe eines Antriebes stetig gegeneinander verschwenkbar sind. Als besonderer Vorteil der beiden genannten Ausführungsformen ist die einfache und mit geringem Aufwand erreichbare Aufweitung des Strahles zu nennen, die zudem stetig und mit guter Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Wena 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 Blendensicheibe 7 aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen sollte, beispielsweise Kupfer, wäre hier

eventueH eine Kühlung des IR-Rlters 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 Er- fordern» der Kühlung könnten die Fdterscheiben auch im Bereich der Abschlußscheibe des Scheinwerfers angeordnet werden, wobei ihre Betätigung in einem verhältnismäßig kühlen Raum, nämlich dem die Blenden scheibe 7 und den Gegenspiegel 3 enthaltenden Gehäuseraum, erfolgen könnte. Der den Kondensorspiegel 2 umfassende Gehäuseraum ist im Bereich der Lampe 1 dagegen zwar ziemlich heiß, bietet jedoch einen bei früheren Scheinwerferkonzeptionen nicht vorhandenen Vorteil der Unterbringung einer Reihe von elektri-

*5 sehen Geräten und Instrumenten, wie Zündgerät und Kühlgebläse. Bei den bekannten Ausführangsformen 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.

Insgesamt ergibt also der erfindungsgemäße Scheinwerfer eine Reihe von erheblichen Vorteilen, von denen als besonders schwerwiegend die Erzielung eines scharf umgrenzten Leiuchtfeldes mit nur geringem schädlichen Streulichtanteil zu nennen ist. Neben die-

sem auf die Beobachtungs-Reichweite und die Beobachtungs-Qualität sich auswirkenden Vorteil läßt siel· mit dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer auf höchsi einfache Weise eine stetig einstellbare Aufweitung de; Strahlenbündels erzielen und mit ebenfalls geringer Mitteln eine Umschaltung des Scheinwerfers vor Weißlicht- auf Infrarotbetrieb ermöglichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

« Patentansprüche:

1. Als Ziel- und/oder Beobachtungsscheinwerfer ausgebildeter, wahlweise mit einem Infrarot-Filter .ausrüstbarer Hoehleistungsschejnwerfer mit einer Hochdruckgasentladungslampe als punktförmiger Lichtquelle, die derart von einem elliptischen und einem Hohlkugelspiegel umschlossen ist. daß sie im Mittelpunkt des Hohlkugelspiegels und zugleich im spiegelnahen Brennpunkt des elliptischen Spiegels angeordnet ist, wobei der spiegelferne Brennpunkt des elliptischen Spiegels, der zugleich den Brennpunkt der siisgangsseitigen Optik bildet, vgh einer Blende umgeben ist, dadurch gekennzeich- is net, daß der elliptische Spiegel (2a) und der Hohlkugelspiegel (2b) zu einer Baueinheit als Kondensorspiegel (2) zusammengefaßt sind, daß die Hochdruckgasentladungslampe (1) mit ihren Elektroden in der optischen Achse angeordnet ist und daß als ausgangsseitige Optik ein in der optischen Achse angeordneter, an seinem Scheitel mit einer kreisförmigen Öffnung versehener Parabolspiegel vorgesehen ist der sein Licht von einem Gegenspiegel (3) empfängt der in Ausstrahlungsrichtung vor der Blende (7) und öffnungsgleich mit dem Ellipsoidspiegel (2) senkrecht zur optischen Achse und symmetrisch zu ihr angeordnet ist

2. Hochleistungsscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Gegenspiegel (3) als ebene Fläche ausgebildet und elastisch verwölbbar ist

3. Hochleistungsscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Gegenspiegel (3) aus mehreren geteilten Flächen zusammengesetzt ist die gegeneinander verschwenkbar angeordnet sind.