DE102007006456A1

DE102007006456A1 - Anordnung zum Erzeugen einer Ersatzlichtquelle für Scheinwerfer aus mehreren Lichtquellen.

Info

Publication number: DE102007006456A1
Application number: DE102007006456A
Authority: DE
Inventors: Hans Michael Wörwag
Original assignee: H M WOERWAG GmbH; Hm Worwag GmbH
Current assignee: H M WOERWAG GmbH; Hm Worwag GmbH
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2008-08-07

Abstract

Insbesondere bei Scheinwerfern mit um die optische Achse rotationssymmetrischer Lichtabstrahlung wird nur eine Lichtquelle verwendet, damit optische Bauteile, wie zum Beispiel Spiegel und Linsen, verwendet werden können. Die Verwendung mehrerer Lichtquelle würden verschiedene, sich teilweise überlagernde Lichtkegel erzeugen und das erzeugte Licht würde als störend empfunden; präzise Ausleuchtungen, wie sie beispielsweise im Theater erforderlich sind, wären nicht möglich. Um mehrere Leuchtmittel, wie zum Beispiel LEDs oder kleine Halogenlampen, mit eigenem Spiegel trotzdem verwenden zu können, wird vorgeschlagen, durch die verschiedenen Lichtquellen eine einzige Ersatzlichquelle zu erzeugen, die dann im Scheinwerfer wirksam wird. Dazu werden die einzelnen Lichtquellen auf einem Hohlkörper derart angebracht, daß entweder eine reale oder virtuelle Ersatzlichquelle entsteht. Geeignet sind derartige Scheinwerfer besonders für Theater, in der Veranstaltungstechnik, für die Verwendung bei Film- und Fernsehproduktionen, Architekturbeleuchtung. Anwendungen in anderen Bereichen sind ebenfalls denkbar.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Scheinwerfer mit mindestens 2 Lichtquellen, vorzugsweise eine größere Anzahl von Lichtquellen. Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf Scheinwerfer für die Verwendung bei Film- und Fernsehproduktionen, Architekturbeleuchtung.
Stand der Technik
Für den genannten Anwendungsbereich, insbesondere bei Theater und bei Film- und Fernsehproduktionen werden Scheinwerfer mit einer oder mehrerer Linsen verwendet, um einen Lichtkegel zu erzeugen, wobei sich der Lichtkegel in seinem Öffnungswinkel verstellen läßt. Derartige Scheinwerfer sind beispielsweise Plankonvex- oder Stufenlinsenscheinwerfer. Zusätzlich werden Scheinwerfer verwendet, die eine Abbildungsoptik haben und sich auf der Abbildungsebene Schieber und eine Irisblende befinden können. Mit diesen Einrichtungen können scharfrandige Lichtkegel oder Polygone erzeugt werden um somit zum Beispiel ein Bühnenbild präzise ausleuchten zu können. Derartige Scheinwerfer sind beispielsweise Profilscheinwerfer, Kondensorlinsenscheinwerfer. Die genannten Scheinwerfer haben immer nur eine Lichtquelle um ein sauberes Licht zu ermöglichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, darzulegen, wie mehrere kleine Lichtquellen zu einer größeren und stärkeren Lichtquelle zusammengefaßt werden können. Des weiteren, wie mit der größeren Anzahl an Lichtquellen beliebige Farbmischungen des Lichtes möglich sind.
Offenbarung der Erfindung
Grundsätzliches.
Die Strahlen verschiedener, engstrahlender Lichtquellen werden so ausgerichtet, daß sich ihre Mittellinien in einem Punkt treffen. Je nach Ausführung entsteht eine reale Ersatzlichtquelle oder eine virtuelle.
Werden Lichtquellen mit unterschiedlichen Streuwinkeln verwendet, läßt sich die Lichtverteilung der Ersatzlichtquelle verändern bzw. steuern. Das Selbe läßt sich erreichen, wenn anstatt einer hohlen Kugel eine hohle Ellipse, oder ein anderer hohler Kegelschnitt, als Träger der Lichtquellen verwendet wird und Lichtquellen mit gleichem Streuwinkel verwendet werden, da sich dann unterschiedliche Entfernungen von den Lichtquellen zur Ersatzlichtquelle ergeben. Je nach Anwendung und Zielsetzung der Lichtverteilung können auch beide Methoden gleichzeitig verwendet werden, also variieren der Trägerform und variieren der Lichtquellen. Durch die Verwendung verzerrter, hohler Kegelabschnitte läßt sich die Lichtverteilung der Ersatzlichtquelle ebenfalls beeinflussen.
Werden in ihrer Helligkeit steuerbare Lichtquellen mit verschiedenen Farben eingesetzt, dann vermischen sich diese zwangsläufig zu einer Mischfarbe. Werden in ihrer Helligkeit regelbare Lichtquellen mit den Grundfarben Farben Rot, Grün und Blau, sowie Weiß zur Aufhellung, im geeignet Verhältnis und geeigneter Anordnung eingesetzt, dann läßt sich homogenes Licht in beliebig vielen Farben erzeugen.
Beschreibung der Zeichnungen
In der Zeichnung 1 wird ein Schnitt dargestellt. Die Lichtquellen sind auf einem hohlen Kugelabschnitt innen angebracht und die Lichtstrahlen sind auf den Mittelpunkt des Kugelabschnitts ausgerichtet. In diesem Mittelpunkt entsteht die reale Ersatzlichtquelle mit einer räumlichen Ausdehnung, die vom Streuwinkel der einzelnen Lichtquellen abhängig ist. Diese räumliche Ausdehnung kann ersatzweise mit der Größe eines herkömmlichen Wendel verglichen werden.
In der Zeichnung 2 werden die Lichtquellen außen auf dem Kugelabschnitt angebracht. Im Mittelpunkt des Kugelabschnitts entsteht wieder eine Ersatzlichtquelle, als virtuelle Lichtquelle.
Werden Lichtquellen mit unterschiedlichen Streuwinkeln verwendet, läßt sich die Lichtverteilung der Ersatzlichtquelle verändern bzw. steuern. Das Selbe läßt sich erreichen, wenn anstatt einer hohlen Kugel eine hohle Ellipse, oder ein anderer hohler Kugelschnitt, als Träger der Lichtquellen verwendet wird und Lichtquellen mit gleichem Streuwinkel verwendet werden, da sich dann unterschiedliche Entfernungen von den Lichtquellen zur Ersatzlichtquelle ergeben. Je nach Anwendung und Zielsetzung der Lichtverteilung können auch beide Methoden gleichzeitig verwendet werden, also variieren der Trägerform und variieren der Lichtquellen. Durch die Verwendung verzerrter, hohler Kegelabschnitte läßt sich die Lichtverteilung der Ersatzlichtquelle ebenfalls beeinflussen.
Um die Anzahl der Lichtquellen erhöhen zu können, ohne daß die Baugröße zu groß wird, kann die Ersatzlichtquelle mit einem Spiegel kombiniert werden.
In der Zeichnung 3 ist die Kombination einer Ersatzlichtquelle mit einem Träger einer hohlen Halbkugel und einem innen reflektierenden Ellipsenspiegel dargestellt. Auf der Halbkugel befinden sich nach innen strahlend eine Vielzahl von Lichtquellen, zum Beispiel LEDs, sie alle sind auf den Mittelpunkt der Hohlkugel ausgerichtet. Dieser Mittelpunkt ist Deckungsgleich mit dem ersten Brennpunkt F1 der Ellipse. In M1 bzw. in M entsteht die Ersatzlichtquelle. Die Strahlen der einzelnen Lichtquellen gehen jedoch weiter und werden über die Punkte P1 bis Pn von der Ellipse in seinem zweiten Brennpunkt F2 reflektiert. Bzw. gebündelt. Durch eine Öffnung in der Halbkugel können diese Strahlen weiter nach außen gehen.
Es ergeben sich 2 Grenzbereiche. Die Lichtquelle 1 ist der erste. Das Licht der Lichtquelle 1 streift den Ellipsenspiegel. Ein Teil des Lichts wird an P1 reflektiert und geht über F2 als Strahl s1 nach außen. Er ist der äußerste Lichtstrahl. Die Lichtquelle 2 ist ganz innen an der Durchlaßöffnung der Halbkugel wirksam. Der Lichtstrahl s2 geht ebenfalls über F1 und wird in P2 nach F2 reflektiert und ergibt den engsten Lichtstrahl. Jede Lichtquelle zwischen Lichtquelle 1 und Lichtquelle 2 wird analog reflektiert, wobei die Lichtstrahlen zwischen s1 und s2 liegen. Als Beispiel ist die Lichtquelle n mit seinem Strahl n dargestellt.
Da die einzelnen Lichtquellen eine Streuung haben ergibt sich eine homogene Lichtverteilung.
Bei dieser Anordnung ist der Nutzwinkel der Halbkugel alpha sehr groß gegenüber dem Nutzwinkel des erzeugten Lichtkegels beta. Bei dieser Anordnung kann eine große Anzahl an Lichtquellen eingesetzt werden und es ergibt sich trotzdem eine enge, homogene Lichtbündelung.
Aus der Zeichnung 4 ist die Anwendung als Plankonvexlinsenscheinwerfer ersichtlich. Die Lichtquellen L1 bis Ln erzeugen die Ersatzlichtquelle. Die Sammellinse bündelt und richtet das Licht entsprechend dem Abstand a. Entspricht der Abstand a der Brennweite f, wird das Licht nahezu parallel abgestrahlt. Verringert sich der Abstand a wird das Licht streuend abgestrahlt. Anstatt der Plankonvexlinse können auch sammelnde Linsenbaugruppen oder Stufenlinsen verwendet werden.
Um die Ersatzlichtquelle in ihrer Größe besser wirksam zu machen, kann, wie aus der Zeichnung 5 ersichtlich ist, auch eine Blende eingesetzt werden.
Aus den Zeichnungen 6 und 7 ist die Anwendung einer virtuellen Lichtquelle in einem Plankonvexlinsenscheinwerfer dargestellt. Entspricht der Abstand a der Brennweite der Linse wird das Licht parallel abgestrahlt. Ist der Abstand a kleiner als die Brennweite f der Linse wird das Licht streuend abgestrahlt. Anstatt der Plankonvexlinse können auch sammelnde Linsenbaugruppen oder Stufenlinsen verwendet werden.
In den Zeichnungen 8 und 9 ist ein kompaktes System dargestellt, das nur aus einem hohlen Kugelabschnitt mit den Lichtquellen und aus einer streuenden Linse besteht. Die Linse befindet sich zwischen dem Kugelabschnitt und seines Mittelpunkts. Entspricht der Abstand vom Mittelpunkt des Kugelabschnitts zur Linsenmitte der Brennweite der Linse, Zeichnung 9, wird das Licht parallel abgestrahlt. Je geringer der Abstand wird, desto größer wird der Winkel des Lichtkegels, Zeichnung 8.
Aus der Zeichnung 10 ist der Aufbau eines abbildenden Scheinwerfersystems mit einer Zoom-Optik ersichtlich. Die Ersatzlichtquelle leuchtet die Blende bzw. Abbildungsebene aus. Diese wird wiederum durch die beiden Sammellinsen zum Beispiel in 20 m Entfernung abgebildet. Bei festem Abstand a muß der Abstand s so verändert werden, daß sich eine scharfe Abbildung ergibt. Wird der Abstand a verändert, verändert sich die Gesamtbrennweite der beiden Sammellinsen und die Abbildung wird größer bzw. kleiner. Zum scharf Einstellen muß wieder der Abstand s angepaßt werden.
Aus der Zeichnung 11 ist der analoge Aufbau eines abbildenden Scheinwerfersystems mit einer Zoom-Optik ersichtlich. Als Licht sammelndes System wird hier ein Ellipsenspiegel und ein hohler Kugelabschnitt mit nach innen leuchtenden Lichtquellen, wie zuvor beschrieben, verwendet. Es sind nur einige Lichtstrahlen beispielhaft eingezeichnet.

Claims

Lichtquellenanordnung mit (a) mindestens 2 Lichtquellen dadurch gekennzeichnet, daß (b) sich die Mittellinien der Lichtquellen in einem realen oder virtuellen Punkt schneiden und eine Ersatzlichtquelle erzeugen.
Lichtquellenanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß (a) daß die Lichtquellen verschiedene Farben haben und (b) sich die Helligkeit der einzelnen Farben steuern läßt, oder (c) sich die Helligkeit der Lichtquellen einzeln steuern lassen, oder (d) sich die Helligkeit der Lichtquellen in beliebigen Gruppen steuern lassen.
Lichtquellenanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß (a) als Träger für die Lichtquellen hohle Kegelabschnitte verwendet werden, insbesondere (b) hohle Kugelabschnitte und (c) verzerrte Kegelabschnitte
Lichtquellenanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß (a) in herkömmlichen Scheinwerfern die Lichtquelle durch die Ersatzlichtquelle ersetzt wird.
Lichtquellenanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß (a) die Ersatzlichtquelle mit Spiegel kombiniert werden, insbesondere (b) derart mit einem Ellipsenspiegel kombiniert wird, daß die Ersatzlichtquelle in einem der Brennpunkte des Ellipsoid ist.