Leitfaden NCC NV_revMF01 - Nolden Cars & Concepts GmbH
Lei$aden Nachtsich-echnik Stand: April 2015 Erstellt von der NOLDEN Cars & Concepts GmbH Dipl. Ing. Oliver Nolden in KooperaIon mit IEA MIL-‐ OPTICS GmbH und KTK KommunikaIonstechnik GmbH. NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH Robert-‐Perthel-‐Straße 27 50739 Köln 1 Inhaltsverzeichnis •Die Partner 1.Historie •BaEle Vision – Die ZukunZ der Nachtsicht •NachtsichEechnik •Funk@onsweise von NachtsichEechniken •Genera@onsbezeichung •Zusatzinforma@onen Nachtsichtgeräte •Wärmebildtechnologie •Bauarten von Nachtsichtgeräten •Infrarot-‐Scheinwerfer •NCC® 70mm Infrarot Bi-‐LED Scheinwerfer •Infrarot-‐Rückleuchten •Nachtsicht in der Bundeswehr •Rechtliche Bes@mmungen Die Partner Die NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH steht seit über 20 Jahren für erstklassige Qualität und Innova@on im Marktsegment Fahrzeugzubehör. Dazu zählt die Entwicklung und der Vertrieb von Scheinwerfern und Leuchten. Durch die enge Zusammenarbeit mit qualifizierten Partnern, sind wir jederzeit in der Lage, schnell, flexibel und professionell auf Kundenanforderungen zu reagieren. Seit 2004 wird unser KerngeschäZ -‐ Entwicklung und Vertrieb von technologisch hochwer@gen Beleuchtungsprodukten -‐ kon@nuierlich ausgebaut. Die Marke NCC ist gleichermassen anerkannt bei Serienherstellern, Importeuren, Militär/Polizei, Tuning-‐ und Zubehörlieferanten. Die IEA MIL-‐OpIcs GmbH mit Sitz in Nagold ist Hersteller von hochwer@gen Nachtsichtgeräten. Diese sind u.a. unter dem Markennamen NIGHT-‐TRONIC eingeführt und bei professionellen Anwendern wie Militär, Spezialeinheiten und Polizei im täglichen Einsatz. Ferner ist IEA exklusiver Repräsentant von L3-‐Insight/USA. Insight fer@gt unter anderem die AN/PVS7B Nachtsichtbrillen und ist Marklührer bei tak@schen Waffenlampen und Ziellasern sowie ungekühlten Wärmebildgeräten wie z. B. CNVD und CQBS, welche auch u. a. bei der Bundeswehr, US-‐Army etc. eingeführt sind. Die KTK KommunikaIonstechnik GmbH mit Sitz in Reinhardshagen hat sich auf Op@k und Videotechnik für zivile und militärische Landsysteme spezialisiert. Vorgabe ist hierbei, op@sche und optronische Systeme für ein uneingeschränktes Sichleld selbst bei völliger Dunkelheit an zu bieten. Die von KTK entwickelten und produzierten op@schen Lösungen kommen bereits in zahlreichen Landsystemen zum Einsatz und zeichnen sich durch ihre hohe Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Wartungsfreundlichkeit aus. Sie sind unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen und auch unter extremen Klimabedingungen uneingeschränkt funk@onsfähig. Dabei unterschreiten die elektronischen Module deutlich die ohnehin bereits strengen Standards der maximal zulässigen EMV-‐Abstrahlung. Durch die Koopera@on und den Erfahrungsaustausch dieser drei etablierten Unternehmen, können wir unseren Kunden eine kompetente Auolärung, Beratung sowie abges@mmte und erprobte KompleElösungen zu marktgerechten Preisen anbieten. Vertrauliche Informa@onen. Weiterleitung an DriEe nur mit ausdrücklicher Genehmigung von NOLDEN CARS & CONCEPTS gestaEet. 2 NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH, Robert-‐Perthel-‐Straße 27, 50739 Köln 2 Historie Den Bedarf, sich vor einer unangenehmen Überraschung zu schützen oder einen Vorgang in der Dunkelheit zuerst zu bemerken, war schon um 300 v. Chr. vorhanden. Die Römer setzten bei Gefahr schnaEernde Gänse ein, um nachts nicht von einem Angriff der Gallier überrascht zu werden. Jedoch beginnt die eigentliche Geschichte der optoelektronischen Nachtsichtgeräte (engl. "night vision devices" oder kurz NVD) erst mit der Entwicklung der ersten Bildwandlerröhre in den 30er Jahren. Ba-le Vision – Die ZukunU der Nachtsicht Nachtsichtop@ken sind entscheidend, um das heu@ge Gefechtsfeld zu dominieren. Die ZukunZ der Sicht des Gefechtsfeldes ist eine Kombina@on aus Restlichtverstärker, Wärmebildgerät und der Verknüpfung mit digitalen Informa@onen. Und obwohl niemand bestreitet, dass die Nachtsichlähigkeit hilZ, das Gefechtsfeld zu dominieren und dem oZ schlechter ausgestaEeten Feind erhebliche Vorteile zu nehmen, ist die AusstaEung vieler StreitkräZe mit solchen MiEeln eher dürZig – eine Ausnahme bilden nur SpezialkräZe. Der Internetblog „One Soldier One Goggle“ hat sich der Aufgabe verschrieben, dies zu ändern und nennt folgende Zahlen: Im DurchschniE haben nur 2% der Soldaten weltweit Zugriff auf die Nachtsichlähigkeit. Selbst in den europäischen StreitkräZen ist es nur einer von zehn und in den US StreitkräZen jeder driEe. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass die meisten Soldaten (z.B. durch Unfälle) nachts umkommen. Auch deshalb wird im Blog die Nachtsichlähigkeit als eine existenzielle Sicherheits-‐/SchutzausstaEung betrachtet. Vertrauliche Informa@onen. Weiterleitung an DriEe nur mit ausdrücklicher Genehmigung von NOLDEN CARS & CONCEPTS gestaEet. 3 NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH, Robert-‐Perthel-‐Straße 27, 50739 Köln 3 Nachtsich-echnik Zweck dieses Dokumentes ist die Erläuterung von NachtsichEechniken und die Darstellung der technischen Lösungen zur Verbesserung der Nachtsicht bis hin zur Beschreibung des Nutzens des Infrarot-‐Scheinwerfers der Firma NOLDEN. Die hier aufgeführten Herleitungen und technischen Lösungen erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Die Fähigkeit, bei Nacht mehr zu sehen, wird schon seit jeher gefordert, sei es zur Erleichterung eigener Bewegungen oder zur Auolärung oder zur Verbesserung des Lagebilds. Technische Lösungen sollten Soldaten in ihrer AuZragsdurchführung unterstützen und dabei im Zusammenwirken mit anderen Sensoren/Effektoren die Möglichkeiten der Überwachung sowie Auolärung verbessern. Der Verringerung der eigenen Erkenn-‐ und Auolärbarkeit kommt dabei eine hohe Bedeutung zu. Zur späteren Erklärung der Funk@onsweise von NachtsichEechniken wird im Folgenden auf physikalische Grundlagen eingegangen. Licht ist Strahlung auf Basis elektromagne@scher Wellen. Für den Menschen ohne HilfsmiEel sichtbares Spektrum (allg. Licht) umfasst Wellenlängen von ca. 380 nm bis 780 nm (siehe Abb. 1). Abb.1: Elektromagne2sches Spektrum Quelle: „Electromagne2c spectrum“ v. Horst Frank/Phrood/Anony. Verschiedene Wellenlängen haben individuelle Farbkodierungen und werden vom Menschen als unter-‐ schiedliche Farben wahrgenommen. Die kürzesten Wellen, die wir sehen können, haben eine ultravioleEe Farbe (ca. 400 nm), die längsten Wellen haben eine rote Farbe (ca. 700 nm). Für das Auge nicht sichtbare UltravioleEstrahlung hat Wellenlängen von 10 nm bis 380 nm, Infrarotstrahlung von 780 nm bis 1 mm. Bei Infrarotstrahlung wird nach folgender Einteilung unterschieden (gemäß DIN 5031): •nahes Infrarot (englisch: near infrared, NIR), 780 nm bis 1400 nm, •miEleres Infrarot (englisch: mid wavelength, MWIR) mit Wellenlängen von 3000 nm bis 50000 nm •fernes Infrarot (englisch: far infrared, FIR), 50000 nm bis 1 mm. Vertrauliche Informa@onen. Weiterleitung an DriEe nur mit ausdrücklicher Genehmigung von NOLDEN CARS & CONCEPTS gestaEet. 4 3 NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH, Robert-‐Perthel-‐Straße 27, 50739 Köln FunkIonsweise von Nachtsich-echniken Im Bereich der NachtsichEechnik wird im Wesentlichen zwischen Restlichtverstärkertechnik und Wärme-‐ bildtechnik unterschieden. Bei Restlichtverstärkern werden kurz gefasst Photonen, kleinste LichEeilchen, in Elektronen umgewandelt und für das menschliche Auge sichtbar gemacht. Bei absoluter Dunkelheit (z.B. in Gebäuden) benö@gen Restlichtverstärker künstliche Lichtquellen. Es gibt viele Quellen für sogenanntes Restlicht. •Natürliche Restlichtquellen sind z.B. Mond, Sterne, etc. und •Künstliche Restlichtquellen sind z.B. Siedlungsgebiete, Scheinwerfer etc. Abb. 2: Lux-‐Werte-‐Tabelle Zur Erfassung von Geräten, die dies ermöglichen, werden die Bezeichnungen Restlichtverstärker, Bildverstärker bzw. Bildwandler verwendet. Eine Umwandlung von Photonen ist durch die Verwendung von Photokathoden möglich. Photokathoden bestehen aus einer dünnen halbtransparenten Metall-‐ oder Halbleiterschicht. Freigetretene Elektronen werden beschleunigt und auf einem Fluoreszenzschirm fokussiert. Der Schirm wird dadurch zum Leuchten angeregt und es entsteht ein sichtbares Bild (Abb.2). Abb. 3: AuJau Restlichtverstärker Unterschiedliche Auyauten der Photokathoden ermöglichen die Sichtbarmachung unterschiedlicher Wellen-‐ längen. Eine infrarotempfindliche Photokathode wandelt infrarotes, nicht sichtbares Licht in sichtbares Licht. Eine übliche Typisierung und Unterscheidung von Bildverstärkern erfolgt nach Einteilung der unter-‐ schiedlichen Genera@onen. FOM „Figure of Merit“ Da die reine Genera@onsbezeichnung der Bildröhre keine sichere Aussagen zur Güte der Bildröhre ermöglicht und es innerhalb der Produk@on erhebliche Schwankungen gibt, wurde als wich@gste Messgrösse FOM etabliert. FOM ist das einheitenlose rechnerische Produkt aus der Auflösung (Linienpaare pro mm) und dem Rauschverhalten „S/N“ (signal-‐to-‐noise ra@o) der Bildröhre. FOM = Auflösung [lp/mm] × Rauschverhalten S/N [dB] Vertrauliche Informa@onen. Weiterleitung an DriEe nur mit ausdrücklicher Genehmigung von NOLDEN CARS & CONCEPTS gestaEet. 5 NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH, Robert-‐Perthel-‐Straße 27, 50739 Köln 5 GeneraIonsbezeichungen GeneraIon 0 Entwicklung um 1940, einfacher Nahfokus-‐Bildverstärker, der Infrarotstrahlung in sichtbare umwandelt und nicht ohne zusätzliche Lichtquelle auskommt, z.B. Fero 51 im Bereich der Bundeswehr. GeneraIon 1 im Bereich von 750 nm bis 800 nm Entwicklung MiEe der 1950er Jahre, 1000-‐fache Lichtverstärkung, bei ausreichend Restlicht ist keine Zusatz-‐ beleuchtung notwendig. GeneraIon 2 im Bereich von 780 nm bis 850 nm Einführung um 1960, gute Auflösung mit verbessertem Schutz gegen plötzlichen Lichteinfall. Durch Entwicklung der MikrokanalplaEe (MCP) wurde es erstmals möglich, Restlicht tatsächlich zu verstärken (15.000 bis 20.000-‐fach). Eine MikrokanalplaEe ist ein flächenhaZer, bildauflösender Sekundärelektronen-‐ vervielfacher. Sie dient zur Verstärkung geringer Ströme freier Elektronen oder anderer ionisierender Par@kel, die mit einer gewissen Energie auf die Eingangsseite der PlaEe aufschlagen und dort Sekundärelektronen auslösen. GeneraIon 2+ im Bereich von 780 nm bis 880 nm Entwicklung in den 1970er Jahren, helleres Bild mit verbesserter Auflösung, verbesserte Empfindlichkeit der Photokathode (Lichtverstärkung 30.000 bis 55.000) und erhöhte Lebensdauer (10.000 bis max. 15.000 Std). Die ersten Röhren dieser Genera@on wurden innerhalb der Bundeswehr beim Nachstsichgerät LUCIE verwendet, welches an das KSK geliefert wurde. Diese Röhren haEen im Vergleich zu heu@ger Zeit rela@v schwache Werte mit min. 57 lp/mm und einem S/N von ca. 19,5 und trugen den Namen HyperGen. Vor einigen Jahren wurden Photonis XD4 Röhren mit entsprechend höheren Mindestwerten nachgerüstet. Europäischer Standard war bis vor ein paar Jahren die Photonis XR5, welche nach DatenblaE in der Regel mindestens 64 lp/mm haEe und ein S/N von 23 dB, was einem FOM-‐Wert von min. 1472 entspricht. Intens Seit kurzer Zeit bietet Photonis die neue Intense Röhre an, die neben höheren S/N Werten auch einen höheren Gain (Verstärkung) hat. Diese Intense Röhren haben mindestens 64 lp/mm und ein S/N von 28, was eine FOM von min. 1792 ergibt. Gegenüber den vorherigen Photonis 2+ Röhren, die mit den Kategorisierungen bzw. Namen SuperGen, HyperGen, XD4 und XR5 angeboten worden sind, sind bei der Intense wohl auch andere Materialen oder andere Verfahren bei der Herstellung genutzt worden. Die Intense hat nach Herstellerangaben auch einen weiter gefächerten IR Bereich, ähnlich einer US-‐Gen 3, der bis auf über 1000 nm gehen soll. Wie hoch die „Ausbeute“ in diesem Wellenlängenbereich ist, kann von uns momentan nicht genau dargestellt werden. Eine gute Intens-‐Röhre ist auf einem ähnlichen Leistungsniveau wie eine Genera@on 3 Röhre. GeneraIon 3 (bis ca. 920 nm) Die Entwicklung der driEen Genera@on begann Ender der 1970er Jahre in den USA. Der technisch größte Unterschied ist die Gallium Arsenid Photokathode die aus der gleichen Menge Photonen eine größere Menge Elektronen erzeugen kann gegenüber einer Gen 2+ mit einer Mul@-‐Alkalien Photokathode. Die Kathoden-‐ empfindlichkeit ist dank der Nutzung eines höheren Wellenlängenbereichs bei der Gen 3 um das ca. Zwei-‐ bis Dreifache höher als bei der Gen 2+. Die US-‐amerikanischen Röhren der driEen Genera@on haben heute FOM-‐ Werte von rund 2500 und mehr, was ca. 70 lp/mm und einem S/N von ca. 35 dB entspricht. Vertrauliche Informa@onen. Weiterleitung an DriEe nur mit ausdrücklicher Genehmigung von NOLDEN CARS & CONCEPTS gestaEet. 6 NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH, Robert-‐Perthel-‐Straße 27, 50739 Köln 6 GeneraIon 4 Die 4. Genera@on war der Versuch von L3 Insight, eine ungefilmte Röhre als neue Genera@on einzuführen. Dieses wurde aber durch die US Army Night Vision Laboratories nicht anerkannt, da es sich nicht um eine neue Technologie, sondern um das Weglassen bes@mmter Teile (Ionenbarriere) handelte. Ungefilmte Röhren haben ein klareres und ruhigeres Bild. Diese Röhren werden seit vielen Jahren bei US Spezialeinheiten genutzt und waren zu Anfangszeit sehr teuer und von kurzer Lebensdauer. Die Ionenbarriere verhindert, dass Ionen, die von der MikrokanalplaEe zurück Richtung Photokathode beschleunigt werden, diese nicht beschädigen. Heute sind ungefilmte Röhren auf dem üblichen Preisniveau und haben die gleiche Lebensdauer wie gefilmte Gen 3 Röhren. ZusatzinformaIonen Nachtsichtgeräte Farbdarstellung von Nachtsich-echnik Hierbei handelt es sich im Grunde eher um eine Geschmackssache, als um wirklich einsatzrelevante Unterschiede. •P22 ist ein grüner Phosphor, er ist der meist verwendetet Standard bei Nachtsichtgeräten. Es stellt ein breiteres sichtbares Spektrum und ein glaEeres Bild zur Verfügung und bietet das kontrastreichste Bild. •P43 ist ein gelb-‐grüner Phosphor, dieser hat eine schnellere Zerfallszeit, bietet das hellste Bild (findet vor allem in den USA Verwendung). •P45 ist ein schwarz-‐weißer Phosphor, er besitzt ähnliche ZerfallseigenschaZen wie der P43 Phosphor, aber bietet dem Benutzer eine bessere Unterscheidung von Personen und Gegenständen. Das Ergebnis verursacht eine geringere Augenerschöpfung und liefert eine schnellere und bessere Iden@fizierung, insbesondere bei sandigem oder felsigem Terrain. Zudem bietet es das ruhigste Bild. Abb. 4: Farbdarstellung Auto-‐GaIng L3 (früher LiEon) hat als erster Hersteller in den frühen 90er Jahren mit Auto-‐Ga@ng begonnen und zur Serienreife gebracht sowie Patente angemeldet. Bis jetzt gab es durch die ITAR Regelung nur Auto-‐Ga@ng Röhren von Photonis. Seit etwas über einen Jahr haben die US Geräte durch zunehmend lockernde ITAR-‐ Regelungen auch in Europa nachgezogen. Bei Auto-‐Ga@ng ist die Reak@onszeit das ausschlaggebende Kriterium: Es regelt die Helligkeit sehr schnell herunter, was bei plötzlich und sehr schnell einfallendem Licht (z.B. urbaner Kampf, Explosionen, Fahrt mit IR-‐Scheinwerfern etc.) sehr wich@g ist. Zum einen, um die Röhre nicht zu beschädigen und zum anderen strahlt die Rückseite (Okular) dann auch weniger Helligkeit ab. Durch eine schnelle Reak@onszeit der Autoga@ng-‐Funk@on wird gewährleistet, dass kein zu helles Licht am Okular austriE und den Soldaten verrät. Zudem wird dadurch eine Verblendung der Augen verhindert. Vertrauliche Informa@onen. Weiterleitung an DriEe nur mit ausdrücklicher Genehmigung von NOLDEN CARS & CONCEPTS gestaEet. 7 NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH, Robert-‐Perthel-‐Straße 27, 50739 Köln 7 Unterschiede bei den Herstellern US-‐amerikanische Röhren sind deutlich stärker als europäische Röhren. Die US-‐Röhren mit vergleichbarer Leistung sind zudem güns@ger. Verantwortlich dafür sind die größeren Mengen, die dort produziert werden. (Merkmalen der driEen Genera@on siehe S. 6). Es gibt heutzutage zwar auch Röhren driEer Genera@on, die nicht aus den USA oder Europa stammen (z.B. aus Russland). Diese zeichnen sich aber oZ durch mangelhaZe Qualität aus, eignen sich daher nur für zivile Anwendungen und lassen sich nur im Niedrigpreissegment verkaufen. Dagegen gibt es innerhalb der US-‐amerikanischen und europäischer Röhrengenera@onen keine großen technischen und qualita@ven Unterschiede. Das Ziel ist, möglichst reine Mil-‐Spec Röhren herzustellen. Allerdings gibt es bei allen Herstellern Ausschussröhren, die hierfür zu schwach sind oder Bildfehler haben. ITAR Exportbeschränkungen Durch die ITAR-‐Regelung werden nur leistungsbegrenzte Röhren aus den USA expor@ert. Nicht-‐Nato-‐Staaten bekommen Nato-‐Staaten +9 ABC (Australia, Britain, Canada) bis 1600 FOM bis 1800 FOM bis 2000 FOM SpezialkräZe die in Verbindung mit der US SOCOM stehen bekommen zusätzlich +400 FOM Daher sind in Deutschland US Röhren mit 1800 FOM bzw. 2200 FOM erhältlich. Wärmebildtechnologie Eine weitere technische Lösung bieten Wärmebildgeräte (WBG). WBG, oZ auch als FLIR (Forward Looking Infra Red) bezeichnet, nehmen den Spektralbereich von 3.000 nm bis 15.000 nm (miEleres Infrarot, vrgl. S.4) wahr. Für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung eines Objektes wird damit sichtbar. Wärmestrahlung ist immer vorhanden, sobald ein Objekt eine Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (ca. -‐273°C) besitzt. Ein WBG stellt dabei schon minimalste Temperaturdifferenzen eines Objektes zu seinem Hintergrund dar. Unterschiedliche Oberflächen mit gleicher Temperatur werden allerdings entsprechend kontrastarm oder kaum dargestellt. Je höher die Temperatur eines Objekts ist, desto mehr Infrarotstrahlung wird abgegeben. Fusion von Wärmebildgeräten und Restlichtverstärkern Die Fusionstechnologie im Bereich der Nachtsicht ist eine Kombina@on der Restlichtverstärkertechnik und Wärmebildtechnik. Das erzeugte Bild eines solchen Gerätes besteht aus Überlagerungen von Bild-‐ informa@onen beider Techniken. Es vereint die Stärken und Vorteile beider Techniken. Allerdings ist diese Technik noch nicht ausgereiZ und hat einen hohen Energiebedarf. + = Abb.5: Fusionstechnologie Vertrauliche Informa@onen. Weiterleitung an DriEe nur mit ausdrücklicher Genehmigung von NOLDEN CARS & CONCEPTS gestaEet. 8 NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH, Robert-‐Perthel-‐Straße 27, 50739 Köln 8 Bauarten von Nachtsichtgeräten Bei Röhrengeräten können folgende Bauarten unterschieden werden: Monokular Biokular Binokular 4-‐fach Brille mit 97° Sehfeld Abb. 6: Bauarten von Nachtsichtgeräten Nur mit binokularen Geräten hat man ein dreidimensionales Bild und somit sind nur diese Geräte op@mal zum Führen von Fahrzeugen geeignet. Infrarot-‐Scheinwerfer Warum IR-‐Scheinwerfer? Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Nachtsicht in Ergänzung zu Restlichtverstärkern stellen Infrarot-‐ Scheinwerfer dar. Aufgrund Detek@erbarkeit fallen Weißlichtstrahler für militärische Anwendungen in den meisten Szenarien aus. Moderne Nachtsichtgeräte haben eine sehr hohe Verstärkerleistung und bringen auch bei sehr wenig Restlicht noch ein brauchbares Bild. Bei Neumond, in Waldgebieten oder auch Wüsten kann es jedoch extrem dunkel werden und das Bild wird dann sehr unruhig und grob und strengt den Beobachter an, der somit schneller ermüdet. Ferner ist es schwer, bei höherer Geschwindigkeit Details und Hindernisse (z.B. Bodenwellen und Gräben) frühzei@g und sicher zu erkennen. In Verbindung mit Infrarot-‐Scheinwerfern wird das Bild kontraststärker, bekommt Tiefe durch SchaEenbildung und man kann wesentlich weiter sehen. Details können wesentlich besser erkannt werden und Reflexionen von Glasflächen oder Augen verraten Gegner im Vorfeld. Nachteile von IR-‐Scheinwerfern Die Ausleuchung mit IR-‐Scheinwerfern kann auch von Gegner gesehen werden, die Nachtsichtgeräte nutzen. Teilweise ist das Infrarotlicht sogar mit Smartphones, Tablets oder Digitalkameras erkennbar. Das Glimmen der Lichtquelle ist im Nahbereich mit dem blossen Auge erkennbar und verrät seinen Standort. Vertrauliche Informa@onen. Weiterleitung an DriEe nur mit ausdrücklicher Genehmigung von NOLDEN CARS & CONCEPTS gestaEet. 9 NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH, Robert-‐Perthel-‐Straße 27, 50739 Köln 9 Wellenlänge von IR-‐Scheinwerfern Die gängige Wellenlänge 850 nm ist mit allen Genera@onen von Nachtsichtgeräten verwendbar und bringt in Verbindung mit modernen Nachtsichtgeräten eine sehr gute und weitreichende Ausleuchtung. 940 nm bringt noch eine gute Ausleuchtung in Verbindung mit modernen Nachtsichtgeräten (ab Genera@on 2+ aufwärts). Deutlich über 940 nm können nur noch Nachtsicht-‐Kameras mit dieser Wellenlänge sinnvoll arbeiten, wobei neue Röhrengenera@onen angekündigt sind, welche mit bis zu 1000 nm arbeiten sollen. Scheinwerfer mit 1550 nm sind nur noch mit sehr teuren Spezialkameras erkennbar und somit hervorragend für Spezialanwendungen, wie verdeckte Opera@onen, geeignet. Ausleuchtung Einige Anbieter arbeiten ohne Linsen oder Reflektoren und sind somit abhängig von der Abstrahlcharak-‐ theris@k der LED. Eine LED ohne Zusatz-‐Op@k strahlt fast immer gleichmässig ab und erzeugt damit eine kreisförmige Ausleuchtung. Sinnvoller ist jedoch eine breite und nach oben begrenzte Ausleuchtung (Hell-‐ Dunkel-‐Grenze, Prinzip eines Nebelscheinwerfers). Dies verhindert die Ausleuchtung von hohen Objekten (z.B. Bäume), was zu einer einfacheren Auolärbarkeit durch den Gegner führen würde. Ferner wird Licht verschwendet, wenn Bereiche ausgeleuchtet werden, welche für den Fahrzeugführer nicht wich@g sind und man verhindert die Blendung von voraus fahrenden Fahrzeugen. Sinnvoll erscheinen zwei unterschiedliche Ausleuchtungen (Abblendlicht / Fernlicht), wie es auch an jedem Fahrzeug mit Weisslicht gebräuchlich ist und was jeder Anwender daher kennt. Entsprechende Ausleuchtungen benö@gen jedoch einen Reflektor oder op@sche Linsen und sind damit technisch aufwendiger. Abblendlicht 940 nm Fernlicht 850 nm Abb. 7: LichXunk2onen Anzahl der Scheinwerfer und Anbauhöhe Bei einem modernen IR-‐Scheinwerfer in Verbindung mit einem modernen Nachtsichtgerät reicht bereits ein Scheinwerfer für eine gute Ausleuchtung. Militärische Nutzer bevorzugen jedoch eine Redundanz der Systeme und somit werden i.d.R. zwei Scheinwerfer pro Fahrzeug eingesetzt. Zum Schutz vor Verschmutzung und um auch durch hohes Gras und Schnee fahren zu können, sollte der Scheinwerfer nicht zu @ef mon@ert sein. 60 -‐ 80 cm haben sich als guter Kompromiss erwiesen. LED vs Laser als Lichtquelle Laser sind geeignet für eine Beleuchtung von weit enlernten Zielen mit einer punktuellen Ausleuchtung. Einen Laser für eine breit streuende Ausleuchtung (wie für Fahrscheinwerfer benö@gt) zu nutzen, macht keinen Sinn und hier sind LED‘s deutlich besser geeignet. Ferner bilden Laser jegliche Verschmutzung auf der Frontscheibe ab, wie ein Diaprojektor. Diese Abbildungen sind extrem störend im Fahrbetrieb und Verschmutzungen lassen sich nicht verhindern. Ferner müssen Laser augensicher sein und die Leistung ist dadurch beschränkt. Laser als Lichtquelle machen somit für Fahrzeugscheinwerfer wenig Sinn. Vertrauliche Informa@onen. Weiterleitung an DriEe nur mit ausdrücklicher Genehmigung von NOLDEN CARS & CONCEPTS gestaEet. 10 NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH, Robert-‐Perthel-‐Straße 27, 50739 Köln 10 Erkennbarkeit der Lichtquelle mit dem Auge Lichtquellen mit 850 nm sind für den Gegner rela@v gut erkennbar, da diese als ein deutlich rot glimmender Punkt wahrgenommen werden. Lichtquellen mit 940 nm sind für das menschliche Augen hingegen wesentlich schlechter erkennbar. Für das menschliche Auge ist laut LED-‐Hersteller Osram eine LED mit 940 nm um Faktor 130 schlechter erkennbar als eine LED mit 850 nm! Weitere Massnahmen zur Reduzierung der Erkennbarkeit sind Filter und das Verhindern des LichtaustriEs in nicht gewollte Bereiche durch entsprechende op@sche Konstruk@on. Durch entsprechende Konstruk@on kann eine scharfe Hell-‐Dunkel-‐Grenze auch die Erkennbarkeit der Lichtquelle mit dem Auge deutlich reduzieren. Befindet man sich oberhalb der Hell-‐Dunkel-‐Grenze und damit nicht innerhalb der Ausleuchtung, ist die Lichtquelle nicht erkennbar. Warum ist eine Lichtquelle mit 940nm noch mit dem Auge erkennbar? Auf Seite 3 wurde der IR-‐Bereich ab 780 nm definiert, somit sollte man oberhalb von 780 nm nichts mehr mit dem Auge erkennen können und bereits 850 nm sollten „unsichtbar“ sein. Jede Lichtquelle erzeugt ein Spektrum an Licht und somit auch Licht mit anderen Wellenlängen. So erzeugt eine LED mit einer nominalen Wellenlänge von 940 nm ein Spektrum von ca. 800 nm bis an die 1000 nm (siehe Abb. 8). Abb. 8 Spektrum LED 940 nm / Quelle Osram Die Erkennbarkeit der Lichtquelle ist zudem abhängig von ihrer Intensität. Habe ich eine sehr starke und konzentrierte Lichtquelle, ist diese einfacher zu erkennen. Es gibt eine Studie, nachdem ein IR-‐Laser bis über 1000 nm für das menschliche Auge erkennbar ist, obwohl Laser ein extrem schmales Spektrum haben! DetekIerbarkeit der Lichtquelle und Ausleuchtung mit Zusatzgeräten Jedes Nachtsichtgerät und fast jede(s) Smartphone, Tablet und Digitalkamera können eine Lichtquelle mit 850 nm sehr gut und einfach erkennen und auch die damit erzeugte Ausleuchtung. Somit ist der Anwender von IR-‐Scheinwerfern mit 850 nm sehr leicht auolärbar, sofern der Gegner über op@sche HilfsmiEel verfügt. Eine Ausleuchtung mit 940 nm ist für Genera@on 1 Geräte prak@sch überhaupt nicht erkennbar und auch mit op@schen HilfsmiEeln ist eine Auolärung deutlich schwerer. Für moderne, militärische Anwendungen sollten somit ausschliesslich 940nm zum Einsatz kommen. Filter Filter vor der Lichtquelle können die Erkennbarkeit der Lichtquelle durch das menschliche Auge weiter reduzieren, jedoch zu Lasten der Ausleuchtung. Nur hochwer@ge und damit teure Filter bringen eine brauchbare Reduzierung des Glimmens. Dies wird jedoch extrem teuer. Je schwächer die Lichtquelle und je höher die Wellenlänge, desto besser lässt sich die Erkennbarkeit mit einem Filter reduzieren. Mit entsprechenden Filtern ist es jedoch möglich, das Glimmen nahezu zu eliminieren. Durch entsprechende Konstruk@on des Strahlengangs durch op@sche Linsen kann eine verringerte Erkennbarkeit jedoch auch ohne Filter erreicht werden. Vertrauliche Informa@onen. Weiterleitung an DriEe nur mit ausdrücklicher Genehmigung von NOLDEN CARS & CONCEPTS gestaEet. 11 NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH, Robert-‐Perthel-‐Straße 27, 50739 Köln 11 Der NCC® 70mm Infrarot Bi-‐LED Scheinwerfer Unter Berücksich@gung der zuvor beschriebenen Erkenntnisse wurde in Zusammenarbeit mit militärischen und polizeilichen Anwendern ein neuer IR-‐Scheinwerfer entwickelt. Das Ergebnis ist ein extrem kompakter, leichter, robuster und leistungsfähiger Scheinwerfer. Der Scheinwerfer bietet zwei Lichlunk@onen (Abblendlicht / Fernlicht) in einem Gehäuse. Die Lichtquelle für Abblendlicht ist mit dem Augen nicht erkennbar, wenn man sich nicht innerhalb der Ausleuchtung befindet. Wahlweise kann das Fernlicht mit 850 nm oder 940 nm geliefert werden. Das Abblendlicht ist standardmässig mit 940 nm. Der Ausleuchtwinkel beträgt 60° für Abblend-‐ und 70° für Fernlicht. Abb.9: Abmessungen Abb. 10: Ausleuchtung Infrarot-‐Rückleuchten Für Fahrzeuge, welche auch im Konvoi fahren, sollten IR-‐Rückleuchten Standard sein. Die IR-‐Rückleuchte sollte dauerhaZ leuchten und beim Bremsen schnell blinken. Nachfolgende Fahrzeuge dürfen nicht geblendet werden, somit bedarf es einer sehr geringen Leistung. Die IR-‐Rückleuchte sollte gesondert zum IR-‐ Fahrscheinwerfer ein-‐ und ausschaltbar sein und sollte nur bei Fahrten im Konvoi genutzt werden, zur Reduzierung der Detek@erbarkeit des Fahrzeugs. Als op@mal haben sich zwei IR-‐Rückleuchten erwiesen, wenn diese links und rechts aussen am Fahrzeug mon@ert sind. Nachts ist es schwer, Abstände zu schätzen, durch zwei IR-‐Rückleuchten kann über deren op@schen Abstand die Enlernung zum voraus fahrenden Fahrzeug wesentlich besser eingeschätzt werden. Auf keinen Fall darf das reguläre Leitkreuz verwendet werden, da es blendet und das Fahrzeug einfach detek@erbar macht. Abb. 11: Infrarot-‐Rückleuchte Vertrauliche Informa@onen. Weiterleitung an DriEe nur mit ausdrücklicher Genehmigung von NOLDEN CARS & CONCEPTS gestaEet. 12 NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH, Robert-‐Perthel-‐Straße 27, 50739 Köln 12 Nachtsicht in der Bundeswehr Auch die Bundeswehr nutzt schon lange Nachtsichtgeräte, folgte aber erst spät dem Trend zu binokularen Brillen. Heute sind modernste Geräte in der Nutzung, vor allem bei den Spezial-‐ und spezialisierten KräZen. Die LUCIE von Thales ist bei den abgesessenen KräZen als Standardbrille für den solda@schen Einsatz Infanterie eingeführt, hinzu kommen die LUCIE IID (im Infanterist der ZukunZ), LUCIE IIDIR (im Infanterist der ZukunZ in Verbindung mit einem Modul Wärmebildgerät) sowie MONIE (monokulare Nachtsichtbrille in geringeren Stückzahlen). Als Fahrerbrille für militärische KraZfahrer wird die BONIE-‐M verwendet. Hinzu kommen die L3 PVS-‐14 oder der L3 GPNGV-‐18 (Ground Panoramic Night Vision Goggle – mit 4 x 18 mm Röhren und 97° Sehfeld). Die ersten leichten ungekühlten Wärmebildgeräte, die die Bundeswehr beschafft hat, waren das L3 CQBS für Spezialeinheiten sowie das L3 CNVD-‐T3 für das G28 -‐rojekt. Aber auch diese Geräte waren nach wenigen Jahren bereits überholt, wie z. B. durch das neue L3 Cratos mit einer Auflösung von 640 x 480 17 μm bei 60 Hz und einem Gewicht von nur 450 g –> doppelte Leistung für einen kleineren Preis. Außerdem wurden vor längerer Zeit einmal 60 Stück einer Nachtsichtbrille von THEON Systems aus Griechenland für die Bundeswehr beschafft. THEON ist weltweit gut am Markt platziert, was wohl vor allem am Preis der Geräte liegt. Es besteht die Planung, weitere 1.000 Nachtsichtgeräte, vor allem für Spezial-‐ und spezialisierte KräZe sowie Feldjäger zu beschaffen. Aktuell steht eine Ausschreibung für ein neues Fahrer-‐BiV an. Außerdem versucht die Bundeswehr Nachtsichtgeräte vom Typ L3 AN/PSQ-‐36 Fusion Goggle System (FGS) zu erhalten. Die Brille bietet eine Kombina@on aus Restlichtverstärker und Wärmebildgerät, bei der beide Bilder fusioniert werden. Rechtliche BesImmungen Das Bewegen von Fahrzeugen ist laut BundeswehrvorschriZ nur mit binokularen Nachtsichtgeräten erlaubt. Darunter fallen die Nachtsichtgeräte: •Bonie-‐M •GPNVG-‐18 diese Geräte befinden sich jedoch nicht in ausreichender Anzahl in der Truppe. Die aufgeführten Nachtsichtgeräte sind alle mindestens mit Röhren der Genera@on 2+ (oder gleichwer@gen Röhren aus Europa) ausgestaEet. Für diese Röhren ist ein Scheinwerfer mit 940 nm vollkommend ausreichend, sowohl für Abblendlicht, wie auch Fernlicht. 940 nm bieten dem Anwender eine vollkommen ausreichende Ausleuchtung in Verbindung mit einem deutlich besseren Schutz gegen die Auolärbarkeit durch den Gegner mit Nachtsichtgeräten, Handys, Tablets und mit dem Auge. Denn der Schutz des Anwenders sollte im Vordergrund stehen. Vertrauliche Informa@onen. Weiterleitung an DriEe nur mit ausdrücklicher Genehmigung von NOLDEN CARS & CONCEPTS gestaEet. 13 NOLDEN CARS & CONCEPTS GmbH, Robert-‐Perthel-‐Straße 27, 50739 Köln 13 Nolden Cars & Concepts GmbH Robert-‐Perthel Str. 27 D-‐50739 Köln Tel. +49 221 917 444 0 Fax. +49 221 917 444 33 Mail. [email protected] Netz. www.noldengmbh.de © 2015 NCC -‐ Leiladen NachtsichEechnik -‐ Stand04-‐2015 -‐ ON 14
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