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Die Erfindung betrifft einen Projektionsscheinwerfer.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Projektionsscheinwerfer bekannt, bei denen eine szenische Beleuchtung dadurch erreicht wird, dass ein Scheinwerferkopf durch Verschwenken um typischerweise zwei Schwenkachsen richtungsveränderlich ausgerichtet werden kann. Dazu wird eine Blende in den Strahlengang vor eine Projektionsoptik eingebracht, so dass ein Muster projiziert werden kann. Eine auf der der Projektionsoptik abgewandten Seite der Blende angeordnete Optik beleuchtet die Blendenfläche mittels einer Lichtquelle. Diese Lichtquelle ist typischerweise in Form einer Glühlampe ausgeführt, bei der durch Verwendung eingefärbter Glasscheiben als Farbfilter eine farbige Projektion erreicht werden kann.
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Aus der
DE 20 2011 000 482 U1 ist weiterhin ein Projektionsscheinwerfer mit einem um eine Schwenkachse schwenkbaren Scheinwerferkopf und einer Lichtquelle bekannt, der eine Lichtquelle, eine Bündeloptik, eine Projektionsoptik und eine zwischen der Bündeloptik und der Projektionsoptik eingefügte, innerhalb einer Blendenfläche, flächig strukturierte Blende aufweist. Die Lichtquelle enthält Teillichtquellen mit Leuchtdioden unterschiedlicher Emissionsfarbe, welche aus unterschiedlichen Strahlrichtungen Lichtbeiträge auf die Bündeloptik einstrahlen, wobei die Bündeloptik wenigstens eine Spiegelanordnung mit einer farbselektiv für den Lichtbeitrag einer ersten Teillichtquelle spiegelnd wirkenden Spiegelfläche aufweist, welche vom Lichtbeitrag einer an deren Teillichtquelle durchstrahlbar ist und wobei die Strahlrichtungen der Teillichtquellen und die wenigstens eine Spiegelfläche so aufeinander abgestimmt sind, dass die Lichtbeiträge der Teillichtquellen sich nach der Spiegelfläche im Bereich der Blendenfläche zu einem einheitlichen Gesamtstrahl ergänzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Projektionsscheinwerfer weiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Schutzanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Gemäß der Erfindung wird ein Projektionsscheinwerfer mit einem vorzugsweise um wenigstens eine Schwenkachse schwenkbaren Scheinwerferkopf mit einer Lichtquelle, einer optischen Anordnung, die Licht mit einer von einem Einfallswinkel abhängigen charakteristischen Wellenlänge reflektiert oder transmittiert, und einer Projektionsoptik geschaffen, wobei die Lichtquelle Teillichtquellen mit unterschiedlichen Emissionsfarben, die jeweils wenigstens eine Leuchtdiode aufweisen, umfasst, die aus unterschiedlichen Strahlrichtungen Lichtbeiträge auf die optische Anordnung einstrahlen, so dass sich die Lichtbeiträge der Teillichtquellen nach der optischen Anordnung im Bereich einer zwischen der optischen Anordnung und der Projektionsoptik angeordneten Blendenfläche zu einem einheitlichen Gesamtstrahl ergänzen, wobei zwischen wenigstens einer Teillichtquelle und der optischen Anordnung ein Farbfilter angebracht ist, das Licht in einem Wellenlängenbereich passieren lässt, der so auf das Übertragungsverhalten der optischen Anordnung und die unterschiedlichen Strahlrichtungen der Teillichtquelle abgestimmt ist, dass ein Farbverlauf des einheitlichen Gesamtstrahls reduziert ist.
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Die Verwendung von Leuchtdioden ermöglicht gegenüber Glühlampen einen Betrieb mit geringerer Verlustleistung, so dass eine hohe Lichtausbeute erzielt werden kann. Die gewünschte Farbe kann durch individuelle Steuerung der einzelnen Leuchtdioden erreicht werden, wobei eine Leuchtdiode zusätzlich mit einem Farbfilter versehen ist, der elektromagnetische Wellen in einem kleinen Frequenzband passieren lässt. Zwar weisen Leuchtdioden an sich eine relativ scharfe Verteilung der spektralen Lichtintensitäten auf, wobei typischerweise eine Halbwertsbreite von etwa 30 nm erreicht wird.
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Die einzelnen Teillichtquellen weisen einen gewissen Öffnungswinkel der Lichtabstrahlung auf, der üblicherweise im Bereich von einigen Grad beispielsweise ca. 5° von einer Normalen liegt. Folglich treffen die Lichtbeiträge einer Teillichtquelle auf die optische Anordnung unter unterschiedlichen Strahlrichtungen auf. Die optische Anordnung reflektiert oder transmittiert Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge, die jedoch vom Auftreffwinkel des einfallenden Lichts abhängt. Demgemäß weist ein Lichtgemisch, das unter einem größeren Winkel auftrifft, nach der optischen Anordnung eine andere Farbe auf, als ein Lichtgemisch das unter einem kleineren Winkel auftrifft, da jeweils unterschiedliche Teilbereiche des abgestrahlten Spektrums reflektiert oder transmittiert werden. Im Ergebnis erhält man einen Farbverlauf der Lichtbeiträge der Teillichtquellen nach der optischen Anordnung, der sich im Bereich der Blendenfläche im einheitlichen Gesamtstrahl fortsetzt, so dass der Gesamtstrahl ebenfalls einen Farbverlauf aufweist. Dies führt zu unerwünschten Farbeffekten, die sich beim Zusammensetzten der Lichtbeiträge der Teillichtquellen zum einheitlichen Gesamtstrahl störend auswirken können.
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Gemäß der Erfindung wird mittels des Filters ein Teil des Lichtspektrums ausgeblendet, so dass kein Farbverlauf für Licht dieser Teillichtquelle über die Blendenfläche mehr entsteht. Dazu wird die Filterfunktion des Farbfilters auf die charakteristische Wellenlänge der optischen Anordnung, den spektralen Intensitätsverläufen der übrigen Teillichtquellen und die unterschiedlichen Strahlrichtungen der Teillichtquelle abgestimmt. Das Farbfilter lässt Licht in einem Wellenlängenbereich passieren, der wenigstens teilweise außerhalb eines Spektralbereichs einer anderen Teillichtquelle liegt. Demgemäß werden Lichtanteile von Leuchtdioden, die aus spektralmäßig benachbarten Teillichtquellen stammen, herausgefiltert, so dass im Wesentlichen nur noch eine Teillichtquelle in diesem Wellenlängenbereich zur Gesamtabstrahlung des Scheinwerfers beiträgt. Beispielsweise kann die mit dem Farbfilter versehene Teillichtquelle in einer bevorzugten Ausführungsform Licht im blauen Spektralbereich abstrahlen. Das ihr zugeordnete Farbfilter lässt in dieser Ausführungsform Licht in einem Wellenlängenbereich passieren, der unterhalb von 465 nm liegt. Ein grünes Licht abstrahlende Leuchtdiode, die der blau abstrahlenden Leuchtdiode spektralmäßig benachbart ist, kann beispielsweise einen spektralen Intensitätsverlauf aufweisen, in dem Licht bis zu einer Wellenlänge von 470 nm abgestrahlt werden kann. Durch das Farbfilter trägt oberhalb von einer Wellenlänge von 465 nm lediglich die grünes Licht abstrahlende Leuchtdiode zur Gesamtabstrahlung des Scheinwerfers bei, so dass insbesondere kein durch oben beschriebene winkelabhängige Reflexion beziehungsweise Transmission der optischen Anordnung bedingter Farbverlauf einer der Teillichtquellen mehr auftritt.
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Die Teillichtquellen können auch eine Mehrfachanordnung von Leuchtdioden aufweisen. In dieser Ausführung kann das Farbfilter durch einzelne oder durch einen flächig ausgebildeten Filter erreicht werden. Ebenso ist es vorgesehen, dass die Leuchtdiode mit einer Bündeloptik versehen ist, die das von einem Leuchtkörper der Leuchtdiode abgestrahlte Licht zu einer kegelförmigen Abstrahlcharakteristik bündelt. Die Bündeloptik kann direkt mit dem Leuchtkörper der Leuchtdiode verbunden sein. Des Weiteren können zwischen den Leuchtdioden und der optischen Anordnung Sammellinsen angeordnet sein, die eine weitere Bündelung des abgestrahlten Lichts bewirken. Das Farbfilter kann an verschiedenen Positionen im Strahlengang angebracht sein. So ist es vorgesehen, das Farbfilter zwischen der Sammellinse und der optischen Anordnung, zwischen der Bündeloptik und der Sammellinse oder zwischen der Bündeloptik und der Leuchtdiode anzuordnen.
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Die Teillichtquellen strahlen bevorzugt Licht im blauen, roten und grünen Spektralbereich ab, so dass durch Farbmischung eine gewünschte Farbe erreicht werden kann. In einer weiteren Ausführungsform ist jede Teillichtquelle mit einem Farbfilter versehen. Die optische Anordnung ist bevorzugt ein dichroitisches mehrteiliges Prisma oder ein mehrteiliges unterschiedlich beschichtetes transparentes Substrat, vorzugsweise aus Glas, in X-förmiger Anordnung.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass auch die weiteren Teillichtquellen, also insbesondere das rote oder das grün abstrahlende Lichtmodul mit einem eigenen entsprechend gewählten Farbfilter ausgestattet werden.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Projektionsscheinwerfer gemäß der Erfindung, und
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2 eine schematische Darstellung einer Intensitätsverteilung einer Leuchtdiode.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleichwirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch den optischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Projektionsscheinwerfers. Eine Lichtquelle weist drei Teillichtquellen in Form von drei Leuchtdioden LR, LG, LB, die in Form kegelförmig divergierender Lichtstrahlen KR, KG, KB Licht in den Emissionsfarben rot (LR) bzw. grün (LG) bzw. blau (LB) emittieren. Die divergierenden Lichtstrahlen KR, KG, KB weisen typischerweise einen Öffnungswinkel von ca. 50° auf.
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Die von den mehreren Teillichtquellen LR, LG, LB emittierten verschiedenfarbigen Lichtbeiträge werden jeweils durch Sammellinsen SL geführt, die den Teillichtquellen LR, LG, LB zugeordnet sind. Demgemäß werden die divergente Strahlen KR, KG, KB in annähernd parallele Strahlverläufe PR, PG, PB umgeformt und anschließend auf eine optische Anordnung geführt. Nach der Sammellinse SL weisen die Strahlverläufe PR, PG, PB einen Öffnungswinkel auf, der in beiden Richtungen von einer Normalen etwa 5° betragen kann. Aufgrund der flächenhaften Ausdehnung einer Leuchtdiode ist dieser Öffnungswinkel nicht beliebig verkleinerbar. Zusätzlich zu der Sammellinse SL kann auch für jede der drei Leuchtdioden LR, LG, LB eine Bündeloptik (nicht in 1 gezeigt) vorgesehen sein, die jeweils über einem Leuchtkörper drei Leuchtdioden LR, LG, LB angeordnet ist.
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Die optische Anordnung ist als dichroitische mehrteilige Prismenanordnung PA aufgebaut und umfasst zwei durch Prismenflächen gebildete Spiegelebenen RR und RB, welche dichroitische Spiegelflächen mit farbselektivem Reflexionsbzw. Transmissionsverhalten enthalten. Die optische Anordnung kann aber auch als mehrteiliges unterschiedlich beschichtetes transparentes Substrat, vorzugsweise aus Glas, in X-förmiger Anordnung gebildet werden.
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An der Spiegelebene RR der Prismenanordnung PA wird von der Leuchtdiode LR emittiertes rotes Licht reflektiert und in Richtung einer Blende BL umgelenkt. Die Spiegelflächen der Spiegelebene RR sind für grünes Licht der Leuchtdiode LG und blaues Licht der Leuchtdiode LB durchlässig. An den Spiegelflächen der Spiegelebene RB wird von der Leuchtdiode LB emittiertes blaues Licht reflektiert und in Richtung der Blende BL umgelenkt. Die Spiegelflächen der Spiegelebene RB der Prismenanordnung PA sind für rotes Licht der Leuchtdiode LR und grünes Licht der Leuchtdiode LG durchlässig. Durch das unterschiedliche dichroitische Reflexionsverhalten der Spiegelflächen in den Spiegelebenen RR und RB werden die von den Leuchtdioden LR und LB emittierten Lichtbeiträge in dieselbe Richtung umgelenkt wie der von der Leuchtdiode LG emittierte die Prismenanordnung PA im wesentlichen ohne Reflexion durchlaufende Lichtbeitrag, so dass ein Gesamtstrahl GS am Ausgang der Prismenanordnung PA die Lichtbeiträge aller Teillichtquellen LR, LG, LB mit zumindest annähernd gleicher Ausleuchtung einer Blendenfläche BF enthält.
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Die von den mehreren Teillichtquellen LR, LG, LB emittierten verschiedenfarbigen Lichtbeiträge werden somit zu einem Gesamtstrahl GS zusammengefasst und auf die Blendenfläche BF einer Blende BL geführt. Die Blendenfläche BF ist typischerweise durch eine transparente Glasscheibe mit flächig strukturierter, intransparenter Beschichtung gegeben, so dass Teile des auf die Blendenfläche BF gerichteten Gesamtstrahls ausgeblendet werden und ein die Information der Flächenstruktur der Blendenfläche enthaltender Strahl PS, typischerweise mit geringer Strahlkonvergenz, in Richtung einer Projektionsoptik PO geleitet wird. Die Projektionsoptik PO erzeugt von dem Projektionsscheinwerfer beabstandet ein Abbild der Blendenfläche BF.
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Der Farbeindruck des durch die Projektionsoptik PO projizierten Abbilds der Blendenfläche kann durch veränderliche Steuerung der Lichtbeiträge der einzelnen Teillichtquellen LR, LG, LB beliebig variiert werden, ebenso die Helligkeit der Projektion. Zwischen der Sammellinse SL und der Prismenanordnung PA ist ein Farbfilter FF angebracht, wie in 1 gezeigt ist. Das Farbfilter FF kann aber auch zwischen der oben beschriebenen Bündeloptik und der Sammellinse SL beziehungsweise der Leichtdiode LB angeordnet werden. In 1 ist das Farbfilter FF für die blauen Leuchtdiode LB vorgesehen. Die Prismenanordnung PA weist ein Übertragungsverhalten auf, das in Abhängigkeit der Wellenlänge und des Einfallwinkels sowohl transmittierend als auch reflektierend ausgeführt sein kann.
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Das Farbfilter FF verringert den Wellenlängenbereich des Anteils des Lichts der blauen Leuchtdiode LB, das auf die Prismenanordnung PA trifft. Da Licht, das unter einem größeren Winkel auftrifft, nach der Prismenanordnung PA eine andere Farbe aufweist, als Licht das unter einem kleineren Winkel auftrifft, würde man ohne das Farbfilter FF einen Farbverlauf erhalten. Mittels des Filters FF wird ein Teil des Lichtspektrums ausgeblendet, so dass kein Farbverlauf für Licht dieser Teillichtquelle LB über die Blendenfläche BF mehr entsteht.
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Das Übertragungsverhalten des Farbfilters FF ist beispielhaft in 2 gezeigt. In 2 ist ein spektraler Intensitätsverlauf jeweils für die drei Leuchtdioden LR, LG, LB gezeigt. Das Farbfilter für die blaue Leuchtdiode LB lässt mit einer vorgegebenen Transmission die im schraffierten Bereich angedeuteten Wellenlängen passieren. Das Farbfilter FF lässt in dieser Ausführungsform Licht in einem Wellenlängenbereich passieren, der unterhalb von ungefähr 465 nm liegt. Die grünes Licht abstrahlende Leuchtdiode LG, die der blau abstrahlenden Leuchtdiode LB spektralmäßig benachbart ist, kann beispielsweise einen spektralen Intensitätsverlauf aufweisen, in dem Licht bis zu einer Wellenlänge von 470 nm abgestrahlt werden kann. Durch das Farbfilter FF trägt oberhalb einer Wellenlänge von 465 nm lediglich die grün-abstrahlende Leuchtdiode LG zur Gesamtabstrahlung des Scheinwerfers bei, so dass insbesondere kein Farbverlauf der Teillichtquelle LB mehr auftritt. Die in 2 gezeigte Charakteristiken des Farbfilter FF sind lediglich beispielhaft zu verstehen. So sind dem kundigen Fachmann Realisierungen von Farbfiltern geläufig, die in Abhängigkeit der Wellenlänge einen sanften Übergang des Übertragungsverhaltens aufweisen.
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Das Farbfilter FF wird in der in 1 gezeigten Ausführungsform der Leuchtdiode LB zugeordnet. Es ist aber auch möglich, die die rot-abstrahlende Leuchtdiode LR und/oder die grün-abstrahlende Leuchtdiode LG, mit einem Farbfilter auszustatten.
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Entsprechend könnte für die grün-abstrahlende Leuchtdiode LG ein Farbfilter vorgesehen sein, das den Bereich der roten Leuchtdiode LR und/oder der blauen Leuchtdiode LB wenigstens teilweise ausblendet. Ebenso kann für die rot-abstrahlende Leuchtdiode LR ein Farbfilter vorgesehen sein, das den Bereich der grünen Leuchtdiode LG wenigstens teilweise ausblendet.
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Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202011000482 U1 [0003]
