DE3688228T2 - Infrarotprojektor. - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft Scheinwerfer-Baugruppen und bezieht sich insbesondere auf solche, die Infrarot abstrahlen.
- In der älteren europäischen Patentanmeldung 86 105 781.8 sind ein Infrarotscheinwerfer und eine Baugruppe, die denselben benutzt, beschrieben, wobei der Scheinwerfer eine Lichtquelle (beispielsweise eine Wolfram-Halogen-Lampe) aufweist, die im wesentlichen zwischen zwei einander gegenüberliegenden, dichroischen heißen und kalten Spiegeln angeordnet ist. Mit einem heißen Spiegel ist ein Bauteil gemeint, das infrarote ("heiße") Strahlung reflektiert, während sichtbare ("kalte") Strahlung wiederum durchgelassen wird; ein kalter Spiegel reflektiert sichtbare Strahlung und läßt infrarote Strahlung durch. Ein derartiger Scheinwerfer läßt sich gemäß vorliegender Erfindung verwenden.
- Eine Scheinwerferausleuchtung mit Infrarotstrahlung besitzt eine signifikante Anwendung in Sicherheitssystemen, bei denen es oftmals gewünscht wird, Räume bzw. Bereiche mit infraroter Strahlung zu beleuchten, die für das unbewehrte menschliche Auge unsichtbar ist. Ein Ausleuchten mit Scheinwerfern dieser Art ist besonders vorteilhaft in der Verwendung zusammen mit einem Fernseh-Überwachungssystem mit geschlossenem Stromkreis. Ebenso ist jedoch die Verwendbarkeit gegeben in Verbindung mit unmittelbaren, passiven Sichtgeräten. Konventionelle Infrarotprojektoren von der Linsen- oder Reflektorart benutzen typischerweise Filter, die sichtbares Licht absorbieren, Infrarotlicht hindurchlassen und in einem kurzen Abstand vor der Linse des Projektors angeordnet sind, um sichtbares Licht auszufiltern und Infrarotstrahlung hindurchzulassen. Da von solchen Filtern eine beachtliche Wärme absorbiert wird, waren diese bekannten Scheinwerfer bzw. Projektoren verhältnismäßig groß im Hinblick auf die jeweiligen Leistungen in Watt, um die Leistungsdichte an den Filtern zu minimieren. Manchmal war Zwangskühlung erforderlich. Mit nur wenigen Ausnahmen begrenzten die Kosten die Filter auf die Form von flachen Platten, was wiederum die Schwierigkeit der Herstellung der gewünschten breiten Scheinwerferkegel vergrößerte, und zwar wegen der verstärkten Absorption von solchen Strahlen, die nicht senkrecht auf den Filter auftreffen. Demzufolge wurde nicht nur die sichtbare Strahlung durch solche Filter absorbiert, sondern ebenso gewisse Infrarotbänder innerhalb des Infrarotspektrums.
- Wie oben erwähnt, benutzt die Scheinwerferbaugruppe bzw. der Projektor, wie er in der früheren europäischen Anmeldung beschrieben ist, einen Scheinwerfer, der wiederum als Teil von sich heiße und kalte dichroische Spiegel verwendet. Da solch ein Scheinwerfer, bzw. praktisch jede Infrarot-erzeugende Quelle in dieser Hinsicht, bei hohen Temperaturen arbeitet und somit verhältnismäßig große Wärmemengen erzeugt, muß die Hitze auch wirksam verteilt werden, wenn der gesamte Aufbau zufriedenstellend arbeiten soll.
- Demzufolge ist ein Bedarf an einer Infrarot- Scheinwerferbaugruppe gegeben, die in der Lage ist, eine ausgerichtete Halterung des Scheinwerfers darin zu gewährleisten, und zwar derart, daß eine wirksame Wärmeabfuhr von sowohl der Lampe und jedweder zusätzlicher Komponente (beispielsweise Filter), falls verwendet, stattfinden kann, wodurch dann ein zufriedenstellender Betrieb der gesamten Anordnung gewährleistet wird. Ein derartiger Projektor würde ganz klar einen signifikanten Fortschritt in der Technik darstellen.
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Infrarotprojektor zu schaffen, der sowohl ein wirksames Ausrichten des Infrarotscheinwerfers in demselben zu gewährleisten, als auch eine wirksame Abfuhr der Hitze, und der ferner zu vernünftigen Kosten in Serienproduktion herstellbar ist.
- In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Infrarotprojektor definiert, welcher umfaßt:
- Ein wärmeleitendes Gehäuse mit einer vorderen Öffnung, das in sich eine Kammer definiert; ein am Gehäuse befestigtes Linsenelement, das eine Abdeckung für die vordere Öffnung bildet; ein Infrarot-Scheinwerfer, der innerhalb der Kammer des wärmeleitenden Gehäuses positioniert ist, um bei Aktivierung desselben infrarote Strahlung zu erzeugen; mit innerhalb der Kammer des wärmeleitenden Gehäuses angeordneten Halteelementen, die ein wärmeleitendes Element umfassen, um den Scheinwerfer darin sicher in Abstand von den inneren Wänden des Gehäuses und in ausgerichteter Weise gegenüber dem Linsenelement zu halten, derart, daß die Infrarotstrahlung des Scheinwerfers im wesentlichen zum Linsenelement hin gerichtet wird, wobei das wärmeleitende Element ein offenes Ende aufweist, das der vorderen Öffnung des Gehäuses benachbart angeordnet ist und einen Hohlraum definiert, und wobei der Scheinwerfer innerhalb des Hohlraums derart angeordnet ist, daß von ihm ausgehende infrarote Strahlung durch das offene Ende hindurchpassiert; mit einem aus Glas hergestellten Filterelement mit im wesentlichen planarer Gestalt zur Absorption sichtbarer Strahlung aus dem Infrarot-Scheinwerfer, wobei das Filterelement innerhalb des offenen Endes angeordnet ist und einen Abschluß für dasselbe bildet; mit einem innerhalb des Hohlraums des wärmeleitenden Elements angeordneten Reflektorelement, das die innere Oberfläche des wärmeleitenden Elements zwischen dem Scheinwerfer und dem offenen Ende abdeckt, um infrarote Strahlung des Scheinwerfers auf das Filterelement zu reflektieren.
- Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
- Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, eines Infrarotprojektors in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- Fig. 2 eine teilweise perspektivische Ansicht in vergrößertem Maßstab eines der Halteelemente gemäß der Erfindung in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform derselben; und
- Fig. 3 eine reduzierte perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Reflektors zur Verwendung gemäß vorliegender Erfindung, wobei Teile desselben für Darstellungszwecke im Vergleich mit Fig. 1 leicht vergrößert sind.
- Mit besonderem Hinweis auf Fig. 1 wird eine Scheinwerfer- Baugruppe 10 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Diese Baugruppe 10 ist dafür ausgelegt, einen bestimmten Bereich mit Infrarot auszuleuchten (beispielsweise für Überwachungszwecke).
- Die Baugruppe 10 umfaßt ein wärmeleitendes Gehäuse 11, ein Linsenelement 12, das am Gehäuse befestigt ist und eine Abdeckung für eine vordere Öffnung 13 des Gehäuses 11 bildet, und einen Scheinwerfer 14, der innerhalb des Gehäuses 11 angeordnet und von diesem (und der Linse 12) umgeben ist.
- Die Seiten- und Rückwände des Gehäuses 11 dienen zur Definition einer Kammer 15 darin, wobei der Scheinwerfer 14 innerhalb des Gehäuses derart ausgerichtet bzw. orientiert ist, daß er im wesentlichen zentral innerhalb desselben und in Abstand von den inneren Oberflächen der Gehäusewände angeordnet ist.
- Der bevorzugte Scheinwerfer zur Verwendung gemäß vorliegender Erfindung ist der in der vorgenannten früheren Anmeldung beschriebene Scheinwerfer, wobei die Offenbarung jener Anmeldung hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Wir dort beschrieben, umfaßt der Scheinwerfer 14 eine intern angeordnete (nicht gezeigte) Lichtquelle, die, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, eine kompakte, zweiendige Wolfram-Halogen- Lampe ist. Diese Lampe besitzt eine Hülle aus Quarzglasrohr, in der ein Doppelwendel-Wolfram-Glühfaden zentral zwischen zwei einander gegenüberliegenden Anschlußenden angeordnet ist. Ein Paar leitender Zuführungsdrähte erstreckt sich von den jeweiligen Enden der Lampe durch das rückseitige Ende des Scheinwerfers 14. Diese (nicht gezeigten) Zuführungen sind wiederum jeweils mit einem entsprechenden elektrischen Kontakt 17 (von denen lediglich einer gezeigt ist) verbunden. Mit diesen Kontakten ist eine elektrische Verdrahtung 19 verbunden, die von dem Gehäuse 11 nach draußen zu einem am Boden des Gehäuses angeordneten Schaltkasten 21 führt. Somit ist es verständlich, daß zumindest zwei Drähte 19 verwendet werden, einer für jeden Kontakt. An dieser Stelle werden Verbindungen zwischen der Verdrahtung 19 und äußeren Anschlüssen hergestellt, die mit einer geeigneten Leistungsquelle (beispielsweise 120 VAC) verbunden sind, die für den Betrieb des Flutlichts 14 ausreichen.
- Wie angegeben, ist die bevorzugte Strahlungsquelle in dem Scheinwerfer 14 eine Wolfram-Halogen-Lampe. In solchen Lampen ist ein ein Halogen wie Brom, Jod, Chlor oder Fluor enthaltendes Gas innerhalb der Quarzhülle der Lampe eingeschlossen, um einen regenerativen Halogenzyklus zu erzeugen, der es Wolframpartikeln ermöglicht, von der heißen Glühwendel zu verdampfen und sich mit dem Halogen zu verbinden, um wiederum eine Halogenverbindung zu bilden, die es dem Wolfram ermöglicht, wieder zurück auf dem Glühfaden abgelagert zu werden. Die Hitze des Glühfadens befreit den Halogendampf, welcher zirkuliert, um den regenerativen Zyklus fortzusetzen. Dies erlaubt es der Quarzhülle, sauber und frei von Wolframpartikeln zu bleiben, was zu der von Wolfram-Halogen- Lampen gewährleisteten, erheblich größeren Lebensdauer führt. Wolfram-Halogen-Lampen sind Stand der Technik, wobei verschiedene Typen derzeit vom Inhaber der vorliegenden Erfindung hergestellt und verkauft werden. Es wird bevorzugt, daß der Glühfaden der Lampe bei der höchsten praktikablen Temperatur arbeitet. In dieser Hinsicht ist festzustellen, daß die spektrale Leistungsverteilung des Glühfadens gleich derjenigen eines grauen Körpers ist. Wird die Temperatur erhöht, dann verschiebt sich die Strahlungsspitze vom Bereich des mittleren Infrarots zur Region von näherungsweise 800 bis 100 Nanometer. Verständlicherweise wird die maximale Temperatur durch die Lebensdauer der Lampe begrenzt, da dieselben inverse Funktionen darstellen. Natürlich wird eine lange Lebensdauer gewünscht. In einem Beispiel arbeitete der Glühfaden bei einer Temperatur von etwa 2950ºK, und die Lampe besaß eine entsprechende Lebensdauer von etwa 4000 Stunden. Die spektrale Energieverteilung der intern eingeschlossenen Lampe ist gleich derjenigen einer Standard-Glühlampe, bei welcher sich lediglich ein kleiner Prozentsatz (beispielsweise 10 bis 12%) der Gesamtenergie im sichtbaren Spektrum befindet. Annähernd 70% der Energie befinden sich im ,Infrarotspektrum und etwa 0,2% im Ultraviolettspektrum. Der diese Lampe enthaltende Scheinwerfer 14 besaß eine Leistung von etwa 500 Watt.
- Die vom Scheinwerfer 14 ausgesandte infrarote Strahlung wird auf die Linse 12 und durch diese hindurch gerichtet, wobei diese Linse, wie oben erwähnt, auch als Abdeckung dient. Dabei wird sichtbare Strahlung zurück auf die rückwärtige Wand des Gehäuses 11 geworfen, wo sie von einem Absorptionsmaterial absorbiert wird, beispielsweise von schwarzer Farbe (nicht gezeigt), die auf die innere Oberfläche der Rückwand aufgetragen ist. Das Gehäuse 11 ist aus Metall (beispielsweise Gußaluminium) und besteht demnach aus einem gut wärmeleitenden Material. Um die Wärmeabfuhr aus der Kammer 15 zu verstärken, besitzt das Gehäuse 11 vorzugsweise eine Mehrzahl in Abstand voneinander angeordneter Rippen 25, die auf dem Hauptkörper des Gehäuses verteilt angeordnet sind. Dieser Körper ist wiederum von zylinderischer Gestalt. Um die Erläuterungen zu vereinfachen, werden die Wände dieses Körpers als Seitenwände definiert, während die Wand 23, wie oben erwähnt, als Rückwand dient. Wie gezeigt, läßt sich die Rückwand 23, die ebenfalls von zylindrischer Gestalt ist, von dem Hauptkörperteil abnehmen, um einen Ersatz des Scheinwerfers 14 von der Rückseite des Projektors 10 her zu gewährleisten, ebenso wie jedwede Reparaturen, Einstellungen oder anderweitige Wartung, falls erforderlich. Die Wand (oder die rückwärtige Abdeckung) 23 ist gegenüber dem zylindrischen Hauptkörperteil des Gehäuses 11 durch Verwendung einer geeigneten Dichtung 27 abgedichtet, die um den gesamten Umfang des Hauptkörperteils an dieser Stelle herum angeordnet ist. Die Dichtung 27 besteht vorzugsweise aus wärmeresistentem Silikongummi.
- Der Scheinwerfer 14, wie er in der amerikanischen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 727,961 definiert ist, kombiniert die Verwendung eines dichroischen heißen Spiegels und eines dichroischen kalten Spiegels, von denen jeder im wesentlichen auf einander gegenüberliegenden Seiten der inneren Wolfram- Halogen-Lampe des Scheinwerfers angeordnet ist. Wohlverstanden, die Funktion der beiden Spiegel besteht darin, Infrarotstrahlung nach vorn und die nicht gewünschte sichtbare Strahlung nach hinten zu richten. Diese Elemente wirken somit als Interferenzfilter, wobei der beschriebene dichroische heiße Spiegel im Sinne einer Reflexion infraroter Strahlung und des Hindurchlassens sichtbarer Strahlung funktioniert, während der dichraische kalte Spiegel sichtbares Licht reflektiert und infrarotes Licht überträgt. Mit dem Begriff "übertragen", wie er hier verwendet wird, ist gemeint, daß das Hindurchtreten bzw. Hindurchpassieren gestattet wird. Unter besonderer Berücksichtigung von Fig. 1 weist der Scheinwerfer 14 solch einen dichroischen heißen Spiegel 31 mit solch einem dichroischen kalten Spiegel 33 auf, der an demselben befestigt ist oder einen Teil (d. h. eine Erweiterung) desselben bildet. Der Spiegel (Reflektor) 31, der an der Rückseite der intern enthaltenen Lampe angeordnet ist, ist vorzugsweise von paraboloider Gestalt, während der Frontspiegel 33, ebenfalls curvilinear, im Sinne einer Gewährleistung eines Abschlusses für den Scheinwerfer wirkt. Der Spiegel 31 besteht vorzugsweise aus einem Glassubstrat, das an seiner Innenseite einen mehrschichtigen, dichroischen Überzug aufweist.
- Die vorbeschriebene Wolfram-Halogen-Lampe ist innerhalb des Scheinwerfers 14 derart angeordnet, daß ihre Wolframwendel am Fokus des paraboloiden rückwärtigen Spiegels 31 zentriert ist. Somit werden von diesem Spiegel in Vorwärtsrichtung reflektierte Lichtstrahlen im wesentlichen kollimiert und bestehen im wesentlichen aus Strahlung im Infrarotspektrum, die nach außen in Richtung auf die in Abstand angeordnete Linse 12 gerichtet wird. Im Gegensatz dazu passieren die Lichtstrahlen im sichtbaren Spektrum durch den Spiegel 31 und treffen auf der lichtabsorbierenden Schicht der Wand 29 auf. Von der Wolfram- Halogen-Lampe in Richtung der Linse 12 ausgesandte Lichtstrahlung, ob durch Reflexion vom Spiegel 31 oder direkt von dieser Lampe, muß demzufolge direkt auf den kalten Spiegel 33 auftreffen. Dieser Spiegel, der ebenfalls aus einem Hartglassubstrat besteht, wie Pyrex, und der intern mit einer mehrschichtigen dichroischen Beschichtung versehen ist, ist an dem Spiegel 31 befestigt (oder bildet einen Teil desselben). Vorzugsweise ist der Spiegel 33 ein gesondertes Element, das an dem Spiegel 31 durch Schmelzsiegelung oder durch Verwendung eines geeigneten Abdichtklebers befestigt ist.
- Aus Vorstehendem wird verständlich, daß die Spiegel 31 und 33 zusammengesetzt sind, um einen abgedichteten Lampenhohlraum zu bilden. Um die vorerwähnten, inneren metallischen Zuleitungen der Wolfram-Halogen-Lampe vor möglicher Kontamination zu schützen, wird dieser Hohlraum während des Zusammenbaus von Sauerstoff evakuiert, und es wird Stickstoff oder ein anderes inertes Gas bei etwa einer drittel Atmosphäre eingeführt.
- Die Scheinwerferbaugruppe 10 besitzt auch einen in ihr angeordneten Filter 35. Der Filter 35, der im wesentlichen eben und zwischen dem Scheinwerfer 14 und der Linse 12 angeordnet ist, absorbiert jedwede verschiedenartige sichtbare Strahlung, die entkommen könnte und nicht vom Gehäuse 11 absorbiert wird, während er den Durchtritt von Infrarotenergie gestattet. Die prinzipielle Funktion des Absorptionsfilters 35 besteht darin, visuelle Sicherheit zu gewährleisten. Da es möglich ist, Strahlung oberhalb 780 Nanometer bei genügend großen Leistungen visuell festzustellen, besitzt der Absorptionsfilter 35 vorzugsweise eine 50%-cut-on-Wellenlänge bei 830 Nanometer mit näherungsweise einer 2%-igen Durchlässigkeit bei 800 Nanometer. Für diejenigen Fälle, bei denen komplette visuelle Sicherheit unnötig ist, läßt sich ein Filter mit etwa einem 50%-igen cut-on bei näherungsweise 800 Nanometern verwenden, mit einem Anwachsen von etwa 35% bei Nahe-Infrarot-Intensität. Der Gleichgewichts-Temperaturanstieg des Filters 35 beträgt näherungsweise 275ºC über Umgebungstemperatur. Gemäß einer Ausführungsform war der Filter 35 ein temperaturkolorierter Glasfilter von 3 mm Dicke und besaß als solcher eine umkehrbare Verschiebung des Absorptionsrandes in Richtung auflängere Wellenlängen bei einem entsprechenden Temperaturanstieg. Dies war im Bereich von etwa 0,2 Nanometer pro ºC.
- Um zusätzlich die Verhinderung des Austritts von sichtbarer Strahlung zu gewährleisten, ist das Innere des Gehäuses dunkel gestaltet (schwarz gestrichen), und zwar vollständig bis zu dem Ort des Schnitts mit der Linse 12. Dies hat sich hinsichtlich des Absorbierens von im wesentlichen sämtlicher Streustrahlung und unerwünschter Beleuchtung als erfolgreich erwiesen. Vorzugsweise besitzt die Innenfläche des Gehäuses auch eine unebene Oberfläche, und zwar durch Verwendung einer Vielzahl von Rippen oder anderweitigen (nicht gezeigten) Wellungen, um das Einfangen der Strahlung zusätzlich zu verstärken. Somit wird ein erheblicher Teil der von der inneren Lampe des Flutlichts ausgesandten Leistung von dem Gehäuse absorbiert. Die äußere Oberfläche des Gehäuses wurde ebenfalls zwecks Hitzeabfuhr wesentlich vergrößert, und zwar durch die vorher beschriebenen, an ihm vorgesehenen Rippen 25.
- Die Linse 12 besitzt vorzugsweise eine innere lentikulare Oberfläche (nicht gezeigt), um den gewünschten Grad an Kegelbreite der Baugruppe zu gewährleisten. Eine Silikongummidichtung 37 wird zur Abdichtung der Linse gegenüber dem Gehäuse 11 benutzt.
- Verständlicherweise hängt der erfolgreiche Betrieb bzw. die Funktion der vorliegenden Erfindung von der befriedigenden Abfuhr der verhältnismäßig großen Wärmemengen ab, die von dem Scheinwerfer 14 während seines Betriebs erzeugt werden. Ferner ist es essentiell, daß der Scheinwerfer innerhalb der Baugruppe 10 fest positioniert ist, derart, daß er wirksam in einer ausgerichteten Stellung relativ zu den übrigen Bauteilen der Baugruppe festgehalten wird. Dementsprechend besitzt die Baugruppe 10 ein Halteelement 41 in Form eines zylindrischen, wärmeleitenden Elements 43, das innerhalb der Kammer 15 des äußeren Gehäuses 11 positioniert ist. Das gezeigte Halteelement 41 befestigt sicher den Scheinwerfer 14 in der Kammer, so daß er in Abstand von den inneren Oberflächen der vorgenannten Seitenwände des Gehäuses 11 gehalten ist. Zusätzlich wird der Scheinwerfer 14 durch das Halteelement 41 ausgerichtet, so daß die vorbeschriebene infrarote Strahlung auf den Filter 35 und das jenseits desselben angeordnete Linsenelement 12 gerichtet ist. Verständlicherweise würde eine mangelhafte Ausrichtung des Scheinwerfers das resultierende Strahlmuster beeinträchtigen, das durch die Erfindung erzeugt wird, und somit die Effizienz des Scheinwerfers reduzieren.
- Das zylindrische wärmeleitende Element 43, vorzugsweise aus Aluminium, ist an einem Rücken bzw. einer rückwärtigen Oberfläche des Gehäuses 11 (beispielsweise unter Benutzung von Schrauben 45) befestigt und steht innerhalb der Kammer 15 in der angegebenen Weise vor. Das wärmeleitende Element 43 definiert in sich einen Hohlraum 47, wobei der Scheinwerfer 14 innerhalb dieses Hohlraums angeordnet ist. Das Gehäuse 43 schließt ferner ein offenes Ende 49 ein, in welchem das Filterelement 35 positioniert ist. Wie gezeigt, wird die vom Scheinwerfer 14 ausgesandte infrarote Strahlung in Richtung auf das offene Ende 49 gerichtet, um den Filter 35 zu passieren. Dementsprechend bildet der Filter 35 einen Abschluß für das offene Ende des Gehäuses 43. Im Hinblick auf diese eingeengten Verhältnisse ist es zwingend erforderlich, daß die innerhalb des Hohlraums 47 erzeugte Wärme aus dem Gehäuse 43 nach draußen zur benachbarten, größeren Kammer 15 des äußeren, gegossenen Aluminiumgehäuses 11 der Erfindung heraustreten kann. Um dies zu gewährleisten, besitzt die Erfindung zusätzlich Ventilationselemente in der Form einer Mehrzahl von Öffnungen 53, die rund um das zylindrische, wärmeleitende Element 43 in vorbestimmter, voneinander in Abstand angeordneter Orientierung vorgesehen sind. Insgesamt vier Öffnungen 53, jedwede in gleichem Abstand rund um das zylindrische Element 43 angeordnet, wurde bei einer Ausführungsform der Erfindung benutzt. Diese Öffnungen erlaubten einen Luftdurchtritt zwischen dem Hohlraum 47 und der Kammer 15, um eine ausreichende Wärmeabfuhr zu den äußeren Teilen des Erfindungsgegenstandes hin zu ermöglichen.
- Von signifikanter Bedeutung bei der Verwendung des vorgenannten Filterelements 35 ist das Erfordernis, den Temperaturgradienten zwischen den einander gegenüber angeordneten inneren und äußeren ebenen Oberflächen des Filters unter einem etablierten Niveau zu halten. Sollte dieses Niveau überschritten werden, kann ein Reißen des Glasfilters infolge thermischen Schocks auftreten. Bei Benutzung des vorbeschriebenen Glasfilters wurde ein Temperaturgradient von etwa 35ºC als akzeptabel angesehen. Die hier beschriebene Ventilationsanordnung hielt in zufriedenstellender Weise diesen Temperaturgradienten während des Betriebs unter diesem Niveau.
- Um eine hohe Effizienz des Erfindungsgegenstandes sicherzustellen, besitzt das Halteelement 41 ein Reflektorelement 61 in Form eines im wesentlichen zylindrischen, dünnen, metallischen (Aluminium) Elements 63, das innerhalb des Hohlraums 47 zwischen dem Scheinwerfer 14 und dem offenen Ende 49 (und dem Filter 35) angeordnet ist. Dieser zylindrische Reflektor, der in verringerten Größe auch in Fig. 3 dargestellt ist, besitzt einen äußeren Durchmesser, der im wesentlichen dem entsprechenden Innendurchmesser des wärmeleitenden Elements 43 gleich ist, derart, daß sich der Reflektor mit enger Passung darin anordnen läßt. Wie in Fig. 3 gezeigt, besitzt der Reflektor 61 zusätzlich einen kontinuierlichen Flanschteil 65, der, wie in Fig. 1 gezeigt, dazu dient, das Filterelement 35 positiv zu erfassen und somit bei der Halterung desselben innerhalb des offenen Endes 49 zu assistieren. Der Flanschteil 65 ist für Darstellungszwecke im Vergleich mit der in Fig. 1 dargestellten, bevorzugten Form geringfügig übertrieben. Genauer gesagt, der Flanschteil 65 ist ein wenig vergrößert dargestellt, um die überlappenden, geschlitzten Segmente 80 desselben (s. u.) besser zu illustrieren (und ihre Erläuterung zu vereinfachen). Wie gezeigt, besitzt das wärmeleitende Element 43 einen entsprechenden, kontinuierlichen äußeren Flansch 71 für den Angriff an (und die Halterung) der gegenüberliegenden äußeren Seite des Filters 35. Um den vorerwähnten Luftdurchtritt von dem Hohlraum 47 zur äußeren Kammer 15 zu erlauben, besitzt der zylindrische Reflektor 71 eine Mehrzahl von Durchlässen 73, die in ihrer Anzahl den vorbeschriebenen Öffnungen 53 gleich sind und sich mit diesen ausrichten, sobald der Reflektor 61 innerhalb des Elements 43 passend positioniert ist. Die Durchlässe 73 sind in Fig. 3 dargestellt. Wie ebenfalls gezeigt, besitzt jede Öffnung 73 einen nach innen vorspringenden Steg 74, der unerwünschte sichtbare Strahlung des Scheinwerfers daran hindert, durch die Öffnung zu treten. Somit öffnet jeder Steg in Richtung auf den Filter 49.
- Ein besonders einmaliges Merkmal des Infrarotstrahlungsreflektors 61 besteht darin, daß es innerhalb des zylindrischen wärmeleitenden Elements 43 in im wesentlichen einfacher Weise positioniert werden kann. Wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt das Element 43 zusätzlich einen kontinuierlich um sein Inneres herumlaufenden Flansch 75, der so ausgelegt ist, daß er ein vorstehendes Randsegment oder dergleichen des Scheinwerfers 14 positiv erfaßt. Um den Reflektor 61 innerhalb des Elements 43 zu positionieren, ist es somit erforderlich, diese Komponente über diesen Flansch, oder alternativ, über den äußeren Flansch 71 zu schieben. Um dies zu bewerkstelligen, ist der kontinuierliche Flanschteil 65 des Reflektors 61 mit einer Mehrzahl von überlappenden Segmenten 80 versehen, die wiederum durch eine Reihe von in Abstand voneinander angeordneten Endschlitzen 81 definiert sind, die es dem Reflektor ermöglichen, leicht komprimiert zu werden, derart, daß seine gesamte äußere Gestalt geringfügig kleiner ist als der entsprechende innere Durchmesser entweder des Flansches 71 oder des Flansches 75. Einmal positioniert, kann der Reflektor zu seiner ursprünglichen, im wesentlichen zylindrischen äußeren Gestalt expandieren, wie in Fig. 1 gezeigt ist, um daraufhin die definierte eng anliegende Positionierung innerhalb des Elementes 43 einzunehmen. Diese Kompressibilität erleichtert außerdem auch die Ausrichtung der Öffnungen 53 und zugehörigen Öffnungen bzw. Durchlässen 73.
- Um die Beibehaltung der fixierten Ausrichtung des Scheinwerfers 14 innerhalb des Elements 43 zu unterstützen, besitzt die Baugruppe 10 außerdem Eingriffselemente 85 (siehe auch Fig. 2). Die Eingriffselemente 85 umfassen eine Mehrzahl von individuellen Klammerelementen 87, die in Abstand voneinander rund um die innere Oberfläche des Elementes 43 angeordnet sind. Bei einer Ausführungsform werden drei dieser Elemente 87 verwendet und in vorbestimmten Abständen um das Element 43 orientiert. Im einzelnen wurden diese drei Eingriffselemente in Winkelabständen von jeweils 130º, 130º und 100º positioniert. Wie speziell Fig. 2 zeigt, ist jedes Klammerelement 87 einstellbar am wärmeleitenden Element 43 befestigt, derart, daß es in der Lage ist, sich nach innen und nach außen (Richtung "A") relativ zum Scheinwerfer 14 zu bewegen. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist an der rückwärtigen, äußeren Oberfläche des Scheinwerfers relativ zu jeder Klammer ein vorstehender Ansatz 91 positioniert. Dementsprechend weist jede Klammer ein entsprechendes, geflanschtes U-förmiges Segment 93 zur Ausrichtung mit und zur Anlage an dem Ansatz und der äußeren Oberfläche auf. Verständlicherweise wird eine Gesamtheit von drei Ansätzen 91 verwendet, um eine entsprechende Zahl von einstellbaren Klammern 87 aufzunehmen. Die Einstellung jeder der Klammern wird durch Verwendung einer Rändelschraube 95 vorgenommen, die innerhalb einer Gewindeöffnung in der Wand des Elements 43 angeordnet ist. Der Scheinwerfer 14 wird innerhalb des Halteelements 43 durch einfaches Einsetzen desselben in des Halteelements rückwärtige Öffnung (diejenige nahe der Rückwand 23 des Gehäuses 11) positioniert, bis der vorerwähnte Randteil am Flansch 75 anliegt. Anschließend werden die einstellbaren Klammern nach innen geschoben, bis Eingriff mit der rückwärtigen Oberfläche des Scheinwerfers um die entsprechenden Ansätze 91 erfolgt ist. Jede Rändelschraube wird sodann angezogen, und der Scheinwerfer ist damit sicher positioniert.
- Um eine positive Ausrichtung des Scheinwerfers in vorbestimmter Weise sicherzustellen, so daß die darin enthaltene Lampe in etablierter Weise orientiert ist, werden die Ansätze 91 in versetzter, winkliger Anordnung zueinander positioniert. Dementsprechend braucht die Bedienung der Baugruppe nur die Ansätze gegenüber den entsprechenden, einstellbaren Klammern 87 auszurichten.
- Somit wurde ein Infrarotprojektor gezeigt und beschrieben, bei welchem im wesentlichen sämtliche sichtbare, von der Baugruppe erzeugte Strahlung durch die Verwendung eines heißen und eines kalten dichroischen Spiegels und geeignete Absorptionselemente im Inneren absorbiert wird, derart, daß im wesentlichen nur infrarote Strahlung ausgesandt wird. Die Erfindung ist in der Lage, eine konventionelle Lichtquelle (d. h., eine Wolfram- Halogen-Lampe) zu verwenden. Durch strategische Anordnung der verschiedenen inneren Komponenten, wie sie oben definiert sind, verhindert der Erfindungsgegenstand im wesentlichen übermäßige Kegelverbreiterung vor dem Filter, so daß dadurch der Betrieb verbessert wird. Die Baugruppe ist somit auch in der Lage, einen internen Filter (der sichtbares Licht absorbiert) zu verwenden, der nicht extremen Mengen an sichtbarer Strahlung unterworfen ist. Von besonderer Signifikanz ist die Tatsache, daß der hierin definierte Erfindungsgegenstand einen hervorragenden Wärmeabfluß weg von dem enthaltenen (eingeschlossenen) Scheinwerfer gewährleistet, während der Scheinwerfer gleichzeitig sowohl in einer fixierten als auch in einer ausgerichteten Orientierung innerhalb der Baugruppe gehalten bleibt. Der Erfindungsgegenstand ist somit in der Lage, Stößen und verhältnismäßig hohen Umgebungstemperaturen (wie auch einem Wechsel derselben) zu widerstehen, ohne daß der Betrieb in negativer Weise beeinflußt würde.
- Während gezeigt und beschrieben wurde, was derzeit als die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung angesehen wird, so wird es doch für die Fachleute offensichtlich sein, daß verschiedene Veränderungen und Modifikationen, zusätzlich zu den bereits beschriebenen, durchgeführt werden können, ohne aus dem Schutzbereich der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind, herauszugehen. Beispielsweise ist es möglich, einen nicht-ebenen (beispielsweise curvilinearen), sichtbares Licht absorbierenden Filter anstelle des planaren Filters 35 zu verwenden. Um den Wärmestau am Filter 35 noch weiter zu reduzieren, ist es auch möglich, den Abstand zwischen dieser Komponente und dem curvilinearen kalten Spiegel 33 zu vergrößern.
Claims (10)
1. Infrarotscheinwerfer-Baugruppe (10) mit:
einem wärmeleitenden Gehäuse (11), das eine vordere Öffnung (13)
aufweist und in sich eine Kammer (15) einschließt;
einem am Gehäuse (11) befestigten Linsenelement (12), das eine
Abdeckung für die vordere Öffnung (13) bildet;
einem innerhalb der Kammer (15) des wärmeleitenden Gehäuses (11)
positionierten Infrarotscheinwerfer (14), der im Betrieb
Infrarotstrahlung erzeugt;
einem innerhalb der Kammer (15) des wärmeleitenden Gehäuses (11)
angeordneten Halteelement (41), das ein wärmeleitendes Element
(43) umfaßt, um den Scheinwerfer (14) darin im Abstand von den
inneren Wänden des Gehäuses (11) sicher festzuhalten, und zwar
in ausgerichteter Weise relativ zum Linsenelement (12), derart,
daß Infrarotstrahlung aus dem Scheinwerfer (14) im wesentlichen
auf das Linsenelement (12) gerichtet wird, wobei das
wärmeleitende Element (43) ein offenes Ende (49) aufweist,
das an die vordere Öffnung (12) des Gehäuses (11) angrenzt und
darin einen Hohlraum (47) definiert, und wobei der Scheinwerfer
(14) in diesem Hohlraum (47) derart angeordnet ist, daß seine
Infrarotstrahlung durch das offene Ende (49) hindurchtritt;
einem aus Glas hergestellten Filterelement (35) von im
wesentlichen ebener Gestalt für die Absorption sichtbarer
Strahlung vom Infrarotstrahler (14), welches Filterelement (35)
innerhalb des offenen Endes (49) angeordnet ist und einen
Verschluß für dasselbe bildet;
einem Reflektorelement (61), das innerhalb des Hohlraums (47)
des wärmeleitenden Elements (43) angeordnet ist und die innere
Oberfläche des wärmeleitenden Elements (43) zwischen dem
Scheinwerfer (14) und dem offenen Ende (49) abdeckt, um
Infrarotstrahlung von dem Scheinwerfer (14) in Richtung auf das
Filterelement (35) zu reflektieren.
2. Baugruppe nach Anspruch 1, die ferner aufweist eine Mehrzahl
von innerhalb des Reflektorelements (61) in Abstand voneinander
angeordneten Öffnungen (73), sowie Ventilationselemente (51)
innerhalb des wärmeleitenden Elements (43), dem Filterelement
(35) benachbart, um Luftdurchtritt zwischen dem Hohlraum (47)
innerhalb des wärmeleitenden Elements (43) und der Kammer (15)
zu gestatten, die außerhalb des wärmeleitenden Elements (43)
angeordnet ist, um den Temperaturgradienten zwischen einander
gegenüber liegenden Oberflächen des Filterelements (35) während
des Betriebs der Baugruppe (10) auf einer vorbestimmten
Temperatur zu halten.
3. Baugruppe nach Anspruch 2, bei welcher die
Ventilationselemente (15) aus einer Mehrzahl von Öffnungen
(53) bestehen, die innerhalb des wärmeleitenden Elements (43) in
vorbestimmter Weise voneinander in Abstand angeordnet sind.
4. Baugruppe nach Anspruch 5, bei welcher das Reflektorelement
(61) einen Flanschteil (65) zur Anlage am Filterelement (35)
aufweist, um bei der Halterung des Filterelements (35) innerhalb
des offenen Endes (49) des wärmeleitenden Elements (43)
behilflich zu sein.
5. Baugruppe nach Anspruch 3, bei welcher die Öffnungen (73)
jeweils mit einer der Öffnungen (53) der Ventilationselemente
(51) ausgerichtet sind, um den Durchtritt von Luft durch sie
hindurch zu gestatten.
6. Baugruppe nach Anspruch 4, bei welcher das wärmeleitende
Element (43) und das Reflektorelement (61) jeweils von im
wesentlichen gleicher Gestalt sind, wobei das Reflektorelement
(61) innerhalb des wärmeleitenden Elements (43) in eng
anliegender Weise angeordnet ist, und wobei das Reflektorelement
(61) kompessibel ist, um seine Positionierung innerhalb des
wärmeleitenden Elements (43) zu erleichtern.
7. Baugruppe nach Anspruch 6, bei welcher der Flanschteil (65)
des Reflektorelements (61) eine Mehrzahl von überlappenden
Segmenten (80) umfaßt, um die Kompession des Reflektorelements
(61) während des Positionierens innerhalb des wärmeleitenden
Elements (43) zu erleichtern.
8. Baugruppe nach Anspruch 1, die ferner Befestigungselemente
(85) für den positiven Angriff an einer äußeren Fläche des
Scheinwerfers (14) aufweist, um den Scheinwerfer innerhalb des
Hohlraums (47) des wärmeleitenden Elements (43) sicher
festzuhalten.
9. Baugruppe nach Anspruch 8, bei welcher die
Befestigungselemente (85) eine Mehrzahl von in Abstand
angeordneten Klammerelementen (87) umfassen, die an dem
wärmeleitenden Element (43) einstellbar befestigt sind, wobei
jedes der Klammerelemente (87) dafür eingerichtet ist, die
Außenfläche des Scheinwerfers (14) an einer vorbestimmten Stelle
desselben zu erfassen.
10. Baugruppe nach Anspruch 9, bei welcher jede der
vorbestimmten Stellen an der Außenfläche des Scheinwerfers (14)
zumindest einen abstehenden Ansatz (91) aufweist, wobei jedes
der Klammerelemente (87) mit jeweils einem zugehörigen Ansatz
(91) fluchtet und an diesem angreift.
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