DE2131743A1 - Device for generating a swiveling beacon - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Erzeugung eines schwenkbaren Leuchtfeuers Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines schwenkbaren Leuchtfeuers, insbesondere für Navigationszwecke, mit einer Lichtquelle, einem Kollimator zum Bündeln des Lichts und einer Schwenkeinrichtung zur Strahlablenkung mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit. Apparatus for generating a swiveling beacon The invention relates to a device for generating a pivotable beacon, in particular for navigation purposes, with a light source, a collimator to focus the light and a pivoting device for deflecting the beam at a predetermined angular velocity.

Bekannte Verrichtungen dieser Art, wie sie in Leuchttürmen und Feuerschiffen eingesetzt werden, erfordern leistungsstarke und schwere Lichter, Reflektoren und Schwenkeinrichtungen und sind daher aufwendig, schwer zu installieren und teuer. Das verwendete sicht wird selbst bei der besten Fokusierung und Konzentrierung durch Rauch, Dunst, Regen oder Nebel rasch geschwächt.Well-known activities of this kind, such as those in lighthouses and lightships require powerful and heavy lights, reflectors and Swivel devices and are therefore complex, difficult to install and expensive. The view used will show through even with the best focus and concentration Smoke, haze, rain or fog quickly weakened.

Das Licht eines Lasers dagegen ist monochromatisch und kohärent und besitzt die folgenden bekannten Eigenschaften: a) es kann ohne Schwierigkeiten zu einem extrem dünnen Strahl gebündelt werde; b) demgemäß kann die Lichtstärke selbst bei Verwendung von Lichtquellen geringer Leistung sehr stark in diesem Strahl konzentriert werden; c) die atmosphärische Dämpfung und Schwächung ist geringer als bei inkohärentem Licht; d) wegen seiner monochromatischen Eigenschaft läßt es sich ohne Schwierigkeiten erkennen und gegenüber Hintergrundlicht gut ausmachen.The light from a laser, on the other hand, is monochromatic and coherent and possesses the following known properties: a) it can be used without difficulty bundled in an extremely thin beam; b) accordingly, the light intensity itself when using light sources of low power, it is very strongly concentrated in this beam will; c) the atmospheric attenuation and weakening is less than with incoherent Light; d) because of its monochromatic nature, it can be used without difficulty and make them out well against background light.

Laserlicht schiene daher im Hinblick auf Reichweite, Transportfähigkeit, Installationskosten, Betriebskosten und deutliche Erkennung für Navigationszwecke besonders geeignet zu sein. Um Jedoch zur Erzielung dieser Vorteile eine ausreichende Beistungskonzentration in einem Laserstrahl zu erhalten, muß der Strahl extrem schmal sein. Die Dauer, während der ein solcher rotierender Strahl in größerer EntSernung sichtbar ist, ist daher sehr kurz, es sei denn, die Drehgeschwindigkeit ist unverhältnismäßig langsam.Laser light therefore appeared in terms of range, transportability, Installation costs, running costs and clear identification for navigation purposes to be particularly suitable. However, in order to achieve these advantages sufficient To obtain power concentration in a laser beam, the beam must be extremely narrow be. The duration during which such a rotating jet is at a greater distance is visible is therefore very short unless the rotational speed is disproportionate slow.

Dies scheint einen gewöhnlichen rotierenden Laserstrahl als Lichtquelle zur visuellen Wahrnehmung unbrauchbar zu machen.This appears to be an ordinary rotating laser beam as the light source to make it unusable for visual perception.

Dementsprechend sind Laser tatsächlich für diesen Zweck weder verwendet noch vorgeschlagen worden.Accordingly, lasers are not actually used for this purpose either has yet been proposed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines schwenkbaren Leuchtfeuers unter Verwendung eines Laserstrahls zu schaffen. Dies wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The invention is based on the object of a device for generating of a swiveling beacon using a laser beam. This is achieved by the features specified in claim 1. Advantageous configurations of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei kohärentem Licht oberhalb einer bestimmten Lichtstärke die visuell wahrnehmbare Lichtstärke kurzer Lichtblitze unabhängig von der Dauer der Lichtblitze ist. Der an einem Beobachter vorbeirotierende Lichtstrahl eines Lasers erzeugt daher den Eindruck eines hellen Lichtblitzes, vorausgesetzt, daß das Auge das Licht länger als eine bestimmte minimale Zeitdauer wahrnimmt. Diese minimale Zeitdauer beträgt einige hundert Mikrosekunden.The invention is based on the knowledge that with coherent light above a certain light intensity the visually perceptible light intensity is shorter Flashes of light regardless of the Duration of the flashes of light is. The on The light beam of a laser rotating past an observer therefore creates the impression of a bright flash of light, provided that the eye can see the light longer than one perceives certain minimum length of time. This minimum length of time is several hundred microseconds.

Die minimale Lichtstärke, mit der dieser Effekt erzielt werden kann, beträgt etwa 4 x 10-9 Watt/cm² oder 6000 "Microeux" und wird selbst bei Entfernungen bis zum Horizont ohne Schwierigkeiten durch Bündelung des Laseratrahlserzielt.The minimum light intensity with which this effect can be achieved is about 4 x 10-9 watts / cm² or 6000 "Microeux" and is even at distances to the horizon without difficulty by focusing the laser beam.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist billig und einfach in der Herstellung und Wartung, erfordert nur geringe Leistung, ergibt insbesondere bei ungünstigen atmosphärischen Bedingungen eine größere Reichweite und läßt sich gut erkennen.The device according to the invention is cheap and easy to manufacture and maintenance, which requires little power, results particularly in the case of unfavorable atmospheric conditions have a greater range and can be easily recognized.

Anhand der einzigen Figur, die einen vertikalen Schnitt durch einen Leuchtturmkopf darstellt, wird ein bevorzugtes AusfUhrungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.See the only figure showing a vertical section through a Lighthouse head represents, is a preferred AusfUhrungsbeispiel the invention explained in more detail.

Ein Helium/Neon-Laser 10 von 50 Milliwatt ist auf einer fest angeordneten Basis 11 gelagert und emittiert Licht in vertikaler Richtung durch eine Öffnung 12. Der Lichtstrahl 13 wandert durch einen Kollimator, der von einem Rotor 14 getragen wird.A 50 milliwatt helium / neon laser 10 is fixed on top of it Base 11 is supported and emits light in the vertical direction through an opening 12. The light beam 13 travels through a collimator carried by a rotor 14 will.

Der Kollimator weist eine strahldivergierende Linse 15, eine Sammellinse 16 und eine zwischengeschaltete zylindrische Fächerlinse 17 auf.The collimator has a beam-diverging lens 15, a collecting lens 16 and an intermediate cylindrical fan lens 17.

Am oberen Teil des Rotors 14 ist ein Rahmen 18 befestigt, der einen ebenen Ablenkspiegel 19 trägt. Der Ablenkspiegel 19 ist unter dem Winkel angestellt, der erforderlich ist, um den Lichtstrahl in dergewiinschten Richtung auszusenden (üblicherweise - jedoch nicht unbedingt - unter 450 bei horizontaler Strahlung).At the upper part of the rotor 14, a frame 18 is attached, the one flat deflection mirror 19 carries. The deflection mirror 19 is set at the angle which is required to emit the light beam in the desired direction (usually - but not necessarily - below 450 for horizontal radiation).

Die Fächerlinse 17 erzeugt einen Strahl 13 von elliptischem Querschnitt. Die Fächerlinse 17 ist zur Änderung der Abplattung in Führungen 20 vertikal verstellbar. Die Sammellinse 16 bündelt den divergierenden Strahl 13 zu einem nahezu parallelen Strahl 22, der durch Reflektion am Ablenkspiegel 19 der "ausgesendete" Strahl 23 wird. Die Sammellinse 19 ist in Führungen 21 vertikal verstellbar.The fan lens 17 generates a beam 13 of elliptical cross-section. The fan lens 17 is vertically adjustable in guides 20 to change the flattening. The converging lens 16 bundles the diverging beam 13 into an almost parallel one Beam 22, which is the "emitted" beam 23 by reflection on the deflecting mirror 19 will. The converging lens 19 is vertically adjustable in guides 21.

Der ausgesendete Strahl 23 hat einen elliptischen Querschnitt, wobei die größere Achse der Ellipse in allen Stellungen des Rotors 14 vertikal verläuft. Die Abplattung des Strahls und seine Divergenz (und somit seine azimuthale Breite) können durch Verstellen der Fächerlinse 17 und der Sammellinse 19 eingestellt werden.The emitted beam 23 has an elliptical cross section, wherein the major axis of the ellipse runs vertically in all positions of the rotor 14. The flattening of the beam and its divergence (and thus its azimuthal width) can be adjusted by adjusting the fan lens 17 and the converging lens 19.

Der Rotor 14 wird in geeigneter Weise, beispielsweise mittels eines elektrischen Motors (nicht gezeigt), angetrieben. Wenn der Strahl 23 nur in einem begrenzten Bogen benötigt wird, kann der ungewünschte Bogen mittels einer Blende (nicht gezeigt) abgedeckt werden. Der Rotor 14 kann Je nach der gewünschen Zeitdauer zwischen zwei Lichtblitzen rascher durch den ungewünschten Bereich gedreht werden.The rotor 14 is in a suitable manner, for example by means of a electric motor (not shown). If the beam 23 is only in one If a limited arc is required, the unwanted arc can be removed by means of a cover (not shown) to be covered. The rotor 14 can depending on the desired length of time rotated faster through the undesired area between two flashes of light.

Typische Parameter für die Betriebsweise der beschriebenen Vorrichtung sind: Laserleistung: 0,050 Watt bei 6328 Angström Umlaufdauer: 10 Sekunden Horizontale Divergenz: des Strahls: 0,000143 (im Bogenmaß) Vertikale Divergenz des Strahls: 0,0075 (im Bogenmaß) Elliptizität des Strahls (näherungsweise): 1/52 Strahlbreite bei 20 km: 3 Meter Strahlhöhe bei 20 km: 156 Meter Näherungsweise Strahlstärke bei 20 km: 12 x 10 9 Watt/cm2 Lichtblitzdauer: 226 Mikrosekunden Äquivalente Strahlstärke: 12 200 000 Candela Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind ohne weiteres ersichtlich. Der Laser 10 ist sehr klein, leicht und kann bei geringen Kosten ausgewechselt werden. Die erforderliche Leistung ist vernachlässigbar. Der Kollimator und der Ablenkspiegel 19 sind ebenfalls einfach und leicht und bilden gemeinsam mit dem Rotor 14 eine einzige Einheit.Typical parameters for the operation of the device described are: Laser power: 0.050 watts at 6328 Angstroms orbit time: 10 seconds horizontal Divergence: of the beam: 0.000143 (in radians) Vertical divergence of the beam: 0.0075 (in radians) Ellipticity of the beam (approximate): 1/52 beam width at 20 km: 3 meters beam height at 20 km: 156 meters approximate beam intensity at 20 km: 12 x 10 9 watt / cm2 Flash duration: 226 microseconds Equivalent radiation intensity: 12 200 000 candela The advantages of the device according to the invention are straightforward evident. The laser 10 is very small, light and can be replaced at low cost will. the required performance is negligible. The collimator and the deflecting mirror 19 are also simple and light and form together with the rotor 14 a single unit.

Selbst bei einer Standardausführung können die Strahlbreite und Strahlform durch Verstellen der Linsen 16,17 verändert werden. Der Motor zum Rotieren der Vorrichtung benötigt nur eine geringe Leistung.Even with a standard version, the beam width and beam shape can be changed by adjusting the lenses 16, 17. The motor for rotating the device only requires a small amount of power.

Die beschriebene Vorrichtung benötigt daher weder schweres Bauwerk noch große Leistungsversorgung.The device described therefore does not require any heavy structure still great power supply.

Claims (6)

Patentansprüche 1.) Vorrichtung zur Erzeugung eines schwenkbaren Leuchtfeuers, insbesondere für Navigationszwecke, mit einer Lichtquelle, einem Kollimator zum Bündeln des Lichts und einer Schwenkeinrichtung zur Strahlablenkung mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser (10) ist, und daß die Winkelgeschwindigkeit und die Breite des Laserstrahls derart gewählt sind, daß die Dauer eines einen entfernten Beobachter erreichenden Lichtblitzes größer als 100 Mikrosekunden ist und die Strahlstärke in maximaler Entfernung mindestens 4 x 10 9 Watt/cm2 beträgt. Claims 1.) Device for generating a pivotable Beacon, in particular for navigation purposes, with a light source, a collimator for bundling the light and a swivel device for beam deflection with a predetermined Angular velocity, characterized in that the light source is a laser (10) is, and that the angular velocity and the width of the laser beam are selected such are that the duration of a flash of light reaching a distant observer is greater than 100 microseconds and the radiation intensity at the maximum distance is at least 4 x 10 9 watts / cm2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (1@) stationär angeordnet ist, und daß der Kollimator (15,16,17) und die Schwenkeinrichtung (18,19) gemeinsam auf einem Rotor (14) gelagert sind.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the laser (1 @) is arranged stationary, and that the collimator (15,16,17) and the pivoting device (18,19) are mounted together on a rotor (14). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (15,16,17) eine strahldivergierende Linse (15) und eine Sammellinse (16) aufweist, die koaxial in dem Rotor (14) gelagert sind, und daß die Sammellinse (16) axial verstellbar in dem Rotor (14) angeordnet ist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the collimator (15,16,17) has a beam-diverging lens (15) and a converging lens (16), which are mounted coaxially in the rotor (14), and that the converging lens (16) is axial is arranged adjustably in the rotor (14). 4. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator eine Fächerlinse (17) aufweist, die in dem Rotor (14) koaxial zwischen der strahldivergierenden Linse (15) und der Sammellinse (16) angeordnet und axial verstellbar ist.4. Apparatus according to claim 5, characterized in that the collimator has a fan lens (17) in the rotor (14) coaxially between the beam diverging Lens (15) and the converging lens (16) is arranged and axially adjustable. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkeinrichtung (18,19) einen ebenen Ablenkspiegel (19) aufweist, der schräg zur Achse des Rotors angeordnet ist.5. Apparatus according to claim 2, 3 or 4, characterized in that that the pivoting device (18,19) has a planar deflecting mirror (19) which is arranged obliquely to the axis of the rotor. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Strahl nur in einem begrenzten aktiven Bogenbereich verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der inaktive Bogenbereich durch eine Blende abgedeckt und die Winkelgeschwindigkeit des Laserstrahls in dem inaktiven Bogenbereich größe als in dem aktiven Bogenbereich ist.6. Device according to one of the preceding claims, wherein the Beam is only used in a limited active arc area, characterized in that that the inactive arc area is covered by a screen and the angular velocity of the laser beam in the inactive arc area than in the active arc area is. L e e r s e i t eL e r s e i t e