DE10113385C1 - Stufenlinsenscheinwerfer - Google Patents
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- F21W2131/40—Lighting for industrial, commercial, recreational or military use
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Abstract
In der vorliegenden Erfindung wird ein optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer beschrieben mit einem ellipsoiden Reflektor (1), einer Lampe (2) und mindestens einer Stufenlinse (3), wobei der Abstand (a) zwischen Stufenlinse (3) und Reflektor (1) zu dem Abstand (b) zwischen Lampe (2) und Reflektor (1) nach Maßgabe des einzustellenden Öffnungswinkels des aus dem Scheinwerfer austretenden Lichtbündels (4) in einer definierten Abhängigkeit steht. Der Abstand (b) wird dadurch eingestellt, dass die Lampe (2) zum Scheitelpunkt des Reflektors (1) hin oder vom Scheitelpunkt des Reflektors (1) weg bewegt wird. Bei dem optischen System besteht der Reflektor (1) aus einem metallischen oder transparenten Material. Mindestens eine der beiden Oberflächen des Reflektors (1) ist mit einem System dünner Schichten versehen. Das optische System wird in Scheinwerfern für Film, Bühne, Studio und Fotografie verwendet.
Description
Die Erfindung betrifft einen Stufenlinsenscheinwerfer, mit einstellbaren Öff
nungswinkel des austretenden Lichtbündels und mit einem ellipsoiden Re
flektor, einer Lampe und mindestens einer Stufenlinse.
Die lichttechnisch relevanten Teile bei gewöhnlichen Stufenlinsenscheinwer
fer sind Lampe, Stufenlinse (Fresnellinse) und sphärischer Hilfsreflektor. Da
bei befindet sich die Lampenwendel im Wesentlichen unveränderlich im Ku
gelmittelpunkt des sphärischen Reflektors. Dadurch wird ein Teil des von der
Lampe abgestrahlten Lichts in diese zurückreflektiert und die Lichtabstrahlung
in den vorderen Halbraum unterstützt. Dieses nach vorn gerichtete Licht wird
durch die Stufenlinse gebündelt. Der Grad der Lichtbündelung ist von dem
Abstand zwischen der Stufenlinse und der Lampe abhängig. Befindet sich die
Lampenwendel im Brennpunkt der Stufenlinse, so ergibt sich die engste
Lichtbündelung. Dadurch wird ein quasiparalleler Strahlengang, auch Spot
genannt, erhalten. Durch Verkürzung des Abstandes zwischen der Stufenlinse
und der Lampe wird der Öffnungswinkel des austretenden Lichtbündels stetig
vergrößert. Dadurch wird ein divergierender Strahlengang, auch Flood ge
nannt, erhalten.
Nachteilig an solchen Scheinwerfern ist die schlechte Lichtausbeute insbe
sondere in der Spot-Stellung, da hier nur ein verhältnismäßig kleiner Raum
winkelbereich der Lampe durch die Stufenlinse erfasst wird. Außerdem wirkt
sich nachteilig aus, dass das von dem sphärischen Reflektor reflektierte Licht
zu einem großen Teil die Lampenwendel selbst trifft, dort absorbiert wird und
die Lampenwendel zusätzlich aufheizt.
Aus DE 39 19 643 A1 ist ein Scheinwerfer mit einem Reflektor, einer Blende
und einer Stufenlinse bekannt. Mit dem Scheinwerfer wird durch eine Verstel
lung der Lichtquelle die Ausleuchtung der Blendungsöffnung verändert. Da
durch wird eine Helligkeitsänderung des Lichtes bewirkt. Eine Abstandsregu
lierung zwischen Scheitelpunkt und Reflektor und zwischen der Blende und
dem Reflektor dient der Helligkeitsregulierung.
Aus DE 34 13 310 A1 ist ein Scheinwerfer mit einer Lampe und einem Reflek
tor oder einer Lampe und einer Sammellinse bekannt. Der Scheinwerfer weist
weiter eine Streuscheibe oder einen Spiegel auf, die beide im Winkel von 45°
positioniert sind. Durch den Spiegels wird das Licht abgelenkt und durch die
Streuscheibe wird das Licht gestreut. Durch Verschieben der Streuscheibe
werden unterschiedliche Abstrahlwinkel des Lichtbündels erzeugt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stufenlinsenscheinwerfer mit einem ver
besserten Lichtwirkungsgrad insbesondere in Spot-, aber auch in Floodstel
lung bei Erhaltung der Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke im Lichtfeld
bereitzustellen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Stufenlinsenscheinwerfer, mit
einstellbaren Öffnungswinkel des austretenden Lichtbündels, mit einem el
lipsoiden Reflektor, einer Lampe und mindestens einer Stufenlinse, wobei der
Abstand zwischen Stufenlinse und Reflektor zu dem Abstand zwischen Lampe
und Reflektor nach Maßgabe des einzustellenden Öffnungswinkels des aus
dem Scheinwerfer austretenden Lichtbündels in einer definierten geometri
schen Abhängigkeit steht.
Mit dem erfindungsgemäßen Stufenlinsenscheinwerfer wird ein deutlich ver
besserter Lichtwirkungsgrad insbesondere in Spot-, aber auch in Floodstel
lung erreicht. Gleichzeitig wird die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke
im Lichtfeld erhalten.
Erfindungsgemäß ist ein ellipsoider Reflektor mit großer Apertur vorgesehen.
Die Spot-Stellung wird dadurch eingestellt, dass sich die Lampenwendel im
reflektorseitigen Brennpunkt des Ellipsoids befindet. Das von dem Reflektor
reflektierte Licht wird nahezu vollständig im reflektorfernen Brennpunkt des
Ellipsoids vereinigt. Die sich im reflektorseitigen Brennpunkt befindliche Lam
penwendel wird reell im reflektorfernen Brennpunkt des Ellipsoids abgebildet.
Das reflektierte Licht trifft im Wesentlichen nicht die Lampenwendel. Der
Brennpunkt der Stufenlinse fällt mit dem Brennpunkt des Ellipsoids zusam
men. Bei zweckmäßiger Wahl des Aperturwinklels von Reflektor und Stufen
linse wird das von dem Reflektor reflektierte Licht nahezu vollständig von der
Stufenlinse erfasst und als enges Spot-Lichtbündel nach vorne abgestrahlt.
Die Lichtausbeute ist damit erheblich größer als bei einem herkömmlichen
Stufenlinsenscheinwerfer.
Der Öffnungswinkel des aus der Stufenlinse austretenden Lichtbündels kann
nahezu beliebig vergrößert werden, indem die Lampenposition in Bezug zum
Reflektor einerseits und der Abstand der Stufenlinse zum Reflektor anderer
seits in geeigneter Weise verändert wird. Damit die guten Eigenschaften her
kömmlicher Stufenlinsenscheinwerfer in Bezug auf die Gleichmäßigkeit der
Beleuchtungsstärke erhalten bleiben, müssen diese Abstandsveränderungen
durch eine zweckmäßig gewählte Zwangskoppelung erfolgen.
Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der Ellipsoidreflektor
aus einem metallischen oder transparenten Material besteht. Bevorzugt wer
den Glas und polymere Materialien verwendet. Zur Herstellung einer reflektie
renden Oberfläche wird eine der beiden Oberflächen des Reflektors mit ei
nem System optisch dünner Schichten versehen. Dadurch werden vorteilhafterweise
sichtbare Strahlungsanteile reflektiert und die unsichtbaren Anteile,
insbesondere die Wärmestrahlung, durchgelassen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein Stufenlinsenschein
werfer, wobei die lichtreflektierende Oberfläche des Reflektors lichtstreuend
strukturiert ist und keine, eine oder zwei Oberflächen der Stufenlinse licht
streuend strukturiert sind. Durch die Aufbringung der Struktur wird die
Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke im Lichtfeld verbessert. Durch die
Aufbringung der Struktur wird die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke im
Lichtfeld verbessert.
Eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein Stufenlin
senscheinwerfer, wobei mindestens eine der Oberflächen der Stufenlinse
lichtstreuend strukturiert ist und die lichtreflektierende Oberfläche des Re
flektors nicht lichtstreuend strukturiert ist. Durch die Aufbringung der Struktur
wird die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke im Lichtfeld verbessert.
Erfindungsgemäß ist die Verwendung des Scheinwerfers für Film, Bühne, Stu
dio und Fotografie vorgesehen.
Die Erfindung wird anhand einer beispielhaften Zeichnung näher erläutert. Die
Zeichnung besteht aus Fig. 1 und Fig. 2.
Fig. 1 zeigt den erfindungsgemäßen optischen Stufenlinsenscheinwerfer in
Spot-Stellung. Der Stufenlinsenscheinwerfer enthält einen ellipsoiden Reflek
tor (1), eine Lampe (2) und eine Stufenlinse (3). Das aus dem Scheinwerfer
austretende Lichtbündel (4) ist schematisch angedeutet. Die Abstände (a)
zwischen Stufenlinse (3) und Reflektor (1) und (b) zwischen Lampe (2) und
Reflektor (1) sind dargestellt. Die Spot-Stellung wird dadurch eingestellt, dass
sich die Lampenwendel (2) im reflektorseitigen Brennpunkt (F1) des Ellipsoids
(1) befindet. Das von dem Reflektor (1) reflektierte Licht wird nahezu vollstän
dig im reflektorfernen Brennpunkt (F2) des Ellipsoids (1) vereinigt. Der Brenn
punkt der Stufenlinse (F3) fällt mit dem Brennpunkt des Ellipsoids (F2) zu
sammen. Die sich im reflektorseitigen Brennpunkt (F1) befindliche Lampen
wendel (2) wird reell im reflektorfernen Brennpunkt (F2) des Ellipsoids (1) ab
gebildet.
Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Stufenlinsenscheinwerfer in Flood-
Stellung. Der Aufbau entspricht dem in Fig. 1 erläuterten Aufbau eines Stu
fenlinsenscheinwerfers. Der Öffnungswinkel des aus der Stufenlinse (3) aus
tretenden Lichtbündels (4) kann nahezu beliebig vergrößert werden, in dem
der Abstand (b) zwischen der Lampe (2) und dem Reflektor (1) und der Ab
stand (a) zwischen der Stufenlinse (3) und dem Reflektor (1) verändert wer
den. Damit die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke erhalten bleibt, erfol
gen die Abstandsveränderungen durch eine zweckmäßig gewählte Zwangskoppelung
(in Fig. 1 und Fig. 2 nicht dargestellt). Die Lampe (2) liegt außer
halb des reflektorseitigen Brennpunktes (F1). Der Brennpunkt der Stufenlinse
(F3) fällt mit dem reflektorfernen Brennpunkt des Ellipsoids (F2) nicht zusam
men.
Claims (7)
1. Stufenlinsenscheinwerfer, mit einstellbaren Öffnungswinkel des austre
tenden Lichtbündels, mit einem ellipsoiden Reflektor (1), einer Lampe (2)
und mindestens einer Stufenlinse (3), wobei der Abstand (a) zwischen
Stufenlinse (3) und Reflektor (1) zu dem Abstand (b) zwischen Lampe (2)
und Reflektor (1) nach Maßgabe des einzustellenden Öffnungswinkels
des aus dem Scheinwerfer austretenden Lichtbündels (4) in einer defi
nierten geometrischen Abhängigkeit steht.
2. Stufenlinsenscheinwerfer nach Anspruch 1, wobei der Abstand (b) da
durch einstellbar ist, dass die Lampe (2) bezüglich des Scheitelpunktes
des Reflektors (1) verschiebbar angeordnet ist.
3. Stufenlinsenscheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Reflektor
(1) aus einem metallischen oder transparenten Material besteht.
4. Stufenlinsenscheinwerfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei mindestens eine der beiden Oberflächen des Reflektors (1) mit ei
nem System optisch dünner Schichten versehen ist.
5. Stufenlinsenscheinwerfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die lichtreflektierende Oberfläche des Reflektors (1) lichtstreuend
strukturiert ist und keine, eine oder zwei Oberflächen der Stufenlinse (3)
lichtstreuend strukturiert sind.
6. Stufenlinsenscheinwerfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei mindestens eine der Oberflächen der Stufenlinse (3) lichtstreuend
strukturiert ist und die lichtreflektierende Oberfläche des Reflektors (1)
nicht lichtstreuend strukturiert ist.
7. Verwendung des Stufenlinsenscheinwerfers nach einem der
Ansprüche 1 bis 6 für Film, Bühne, Studio und Fotografie.
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