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Technisches Gebiet
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Die Erfindung ermöglicht Leuchten bzw. Scheinwerfer deren Lichtkegel sich sehr eng einstellen läßt und deren Lichtkegel sich stufenlos aufweiten läßt, so daß diese Scheinwerfer universell eingesetzt werden können. Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf Leuchten für die Verwendung bei Bühnen, Film- und Fernsehproduktionen, Architekturbeleuchtung und zur Verwendung als Suchscheinwerfer in verschiedensten Bereichen.
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Stand der Technik
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Für enge Lichtkegel ohne abbildende Optik werden entweder Parabolspiegelscheinwerfer oder Linsenscheinwerfer verwendet.
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Beim Parabolspiegel ist der Öffnungswinkel des Lichtkegels kaum veränderbar. Die Lichtquelle und der Parabolspiegel sind deshalb oft fest, nicht verstellbar, im Gehäuse eingebaut.
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Bei Linsenscheinwerfern wird der Abstand zwischen Lichtquelle mit Spiegel und der fest eingebauten Linse verändert, um somit den Öffnungswinkel des Lichtkegels zu verändern. Gelegentlich wird zwischen Lichtquelle und Linse noch ein Kondensor mit festem Abstand zu Lichtquelle eingebaut. In diesem Fall wird der Spiegel, die Lichtquelle und der Kondensor gegenüber der Frontlinse verschoben, damit der Öffnungswinkel verändert wird. Allerdings lassen sich dann nicht mehr extrem große Öffnungswinkel erzielen. Im engen Bereich des Öffnungswinkels ist jedoch der Wirkungsgrad besser. In allen Fällen müssen entweder die Lichtquelle mit Spiegel und gegebenenfalls mit Kondensor verschiebbar sein, um den Öffnungswinkel zu verändern oder die Frontlinse. Als Frontlinse werden üblicherweise Plankonvex- oder Stufenlinsen verwendet. Es können jedoch auch andere Linsen oder Linsenbaugruppen verwendet werden. Zusammen muß deren Brennweite positiv sein.
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Bekannt sind Scheinwerferoptiken mit Brennweitenverkürzung und Brennweitenverlängerung. Siehe (siehe Patentanmeldung
DE 10 2013 021 682 A1 , Offenlegungsschrift vom 2015.06.25 „Universaloptik für Scheinwerfer ohne abbildende Optik”). Hier wird jedoch die Frontlinse bzw. Linsenbaugruppe verschoben. Zusätzlich wurden die Offenlegungsschriften
DE 10 2009 024 141.8 „Anordnung zum Verkleinern einer Ersatzlichtquelle” und
DE 10 2007 006 456 A1 „Anordnung zum Erzeugen einer Ersatzlichtquelle für Scheinwerfer aus mehreren Lichtquellen” in Betracht gezogen.
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Die Erfindung zeigt eine Bauweise auf, die es ermöglicht sowohl die Lichtquelle als auch die Frontlinse fest im Gehäuse einzubauen und sich trotzdem der Öffnungswinkel des Scheinwerfers verändern läßt. Damit ist es leichter und sicherer Kühlkörper, elektrische Leitungen, Zündgeräte usw. in das Gehäuse einzubauen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der optische Aufbau läßt sich derart auslegen, daß die Lichtquelle und die Frontlinse, die auch eine Baugruppe von Linsen sein kann, fest und unverstellbar, in das Scheinwerfergehäuse eingebaut werden können und somit ein einfacher Aufbau des Scheinwerfers mit geschlossenem Gehäuse möglich wird. Um den Öffnungswinkel des Lichtkegels zu verändern, wird eine Linse bzw. Linsenbaugruppe zwischen Lichtquelle und Frontlinse derart verschoben, daß sich die Brennweite des optischen Aufbaus verändern läßt. Dabei ist der Abstand von der Lichtquelle bis zur Frontlinse konstant und entsprechend der kürzesten Brennweite auszulegen. Um den Öffnungswinkel des Lichtkegels zu vergrößern wird die verschiebbare Linse derart verschoben, daß sich die Brennweite vergrößert und somit auch der Öffnungswinkel. In umgekehrter Weise wird der Öffnungswinkel verkleinert, je kürzer die Brennweite wird. Die Lichtquelle kann zur Erhöhung der Lichtausbeute mit einer Kondensorlinse, einem Reflektor oder beidem, versehen sein. Diese Bauteile können ebenfalls verschiebbar angebracht sein. Durch eine geeignete Auswahl der Linsen läßt sich der Scheinwerfer verschiedenen Anforderungen anpassen, als Ersatz herkömmlicher Linsenscheinwerfer und auch als Ersatz für Parabolspiegelscheinwerfer. Dadurch, daß der Abstand von der Lichtquelle bis zur Frontlinse konstant ist, können die Frontlinse und die Lichtquelle im Gerät fest eingebaut werden. Bei der Anwendung von LEDs ist dies von besonderem Vorteil, da dadurch das oder die LEDs samt Kühlkörper fest im Gehäuse befestigt werden können und der Kühlkörper sogar außerhalb dem Gehäuse angebracht werden kann. Auch bei der Anwendung anderer Leuchtmittel, wie zum Beispiel von Halogen- oder Entladungslampen wird der Scheinwerfer einfacher; besonders bei Entladungslampen ist dies der Fall. Der Schutz gegen Überschläge der Hochspannung des erforderlichen Zündgerätes ist einfacher durchzuführen, wenn die Lichtquelle fest nicht verschiebbar eingebaut ist.
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Beschreibung der Zeichnungen
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In allen Zeichnungen sind die Bezeichnungen die selben. Spiegel ist mit 1 bezeichnet; 2 ist eine Lichtquelle, zum Beispiel das Wendel einer Glühlampe, eine Entladungsstrecke oder die leuchtende Fläche einer LED; 3 ist eine Kondensorlinse, 4 ist eine auf der optischen Achse verschiebbare Baugruppe aus einer oder aus mehreren Linsen; 5 ist eine Baugruppe aus einer oder mehreren Linsen und bildet die Frontlinse; 6 ist as Gehäuse eines Scheinwerfers; 7 ist der Kühlkörper eines LEDs; 8 Platz für Einbauten wie zum Beispiel Vorschalt-, Zündgerät, Stromversorgung für LED. W ist der Öffnungswinkel des Lichtkegels und v ist die maximal verschiebbare Strecke. 9 ist ein Lichtbündel einer einzelnen LED mit gerichtetem Licht durch einen Spiegel oder eine Linse. 10 ist eine Linse mit positiver Brennweite. 11 ist ein Modul mit 15 einzelnen LEDs. 12 ist die erzeugte Ersatzlichtquelle beziehungsweise die virtuelle Lichtquelle, die an Stelle einer realen Lichtquelle verwendet wird und 13 ist eine einzelne LED mit gerichtetem Licht mit gerichtetem Licht durch einen Spiegel oder eine Linse. W1 ist der Winkel des Lichtkegels, das vom LED Modul erzeugt wird und w2 ist der Öffnungswinkel der Ersatzlichtquelle.
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In der Zeichnung 1 ist ein konventioneller Plankonvexlinsenscheinwerfer dargestellt. Die Lichtquelle 2 ist eine Halogenlampe, sie ist mit einem Kugelspiegel 1 versehen. In dem Zeichnungsteil A steht die Lichtquelle im Brennpunkt der Plankonvexlinse (positive Brennweite) und es ergibt sich der engste Öffnungswinkel w des Lichtkegels. Der Abstand zur Linse 5 ist die Strecke a. Wird, wie in dem Zeichnungsteil B, die Lichtquelle mit Spiegel um die Strecke v verschoben wird der größte Öffnungswinkel w des Lichtkegels erreicht. Der Abstand a wird entsprechend geringer und ist kleiner als die Brennweite der Linse.
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In der Zeichnung 2 ist ein Plankonvexlinsenscheinwerfer mit Kondensor 3 (positive Brennweite) dargestellt. Die Lichtquelle 2 ist eine Halogenlampe, sie ist mit einem Kugelspiegel 1 und einer Kondensorlinse 3 (positive Brennweite) versehen. In dem Zeichnungsteil A steht die Lichtquelle im Brennpunkt der Plankonvexlinse (positive Brennweite) und es ergibt sich der engste Öffnungswinkel w des Lichtkegels. Der Abstand von der Lichtquelle zur Plankovexlinse ist die Strecke a. Wird, wie in dem Zeichnungsteil B, die Lichtquelle mit Spiegel und Kondensorlinse um die Strecke v verschoben wird der größte Öffnungswinkel w des Lichtkegels erreicht. Der Abstand a wird entsprechend geringer und ist kleiner als die Brennweite der Linse.
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In den Fällen Zeichnung 1 und 2 wird die Baulänge des Scheinwerfers durch die Brennweite bei engstem Öffnungswinkel w des Lichtkegels bestimmt.
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In Zeichnung 3 ist die Lichtquelle 2 die leuchtende Fläche einer LED. Vor ihr ist eine Kondensorlinse 3 (positive Brennweite) angebracht. Zwischen der Frontlinse 5 mit positiver Brennweite und der Kondensorlinse 3 befindet sich eine verschiebbare Linse 4 mit positiver Brennweite. In diesem Fall sind die Linsen Stufenlinsen aus Kunststoff. Im Zeichnungsteil A ist die kürzest mögliche Brennweite der Scheinwerferoptik dargestellt. Zugleich ist dies der engste Öffnungswinkel w des Lichtkegels. Wird nun die verschiebbare Linse 4 um die Strecke v verschoben, wird der größt mögliche Öffnungswinkel des Lichtkegels erreicht, die Brennweite der Scheinwerferoptik wird größer. Der Abstand a bleibt konstant. Die Lichtquelle 2 und die Frontlinse 5 können im Scheinwerfergehäuse fest eingebaut werden.
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In Zeichnung 4 ist die Lichtquelle 2 die leuchtende Fläche einer LED. Vor ihr ist eine Kondensorlinse 3 (positive Brennweite) angebracht. Zwischen der Frontlinse 5 mit positiver Brennweite und der Kondensorlinse 3 befindet sich eine verschiebbare Linse 4 mit negativer Brennweite. In diesem Fall sind die Linsen Stufenlinsen aus Kunststoff. Im Zeichnungsteil A ist die kürzest mögliche Brennweite der Scheinwerferoptik dargestellt. Zugleich ist dies der engste Öffnungswinkel w des Lichtkegels. Wird nun die verschiebbare Linse 4 um die Strecke v verschoben, wird der größt mögliche Öffnungswinkel des Lichtkegels erreicht, die Brennweite der Scheinwerferoptik wird größer. Der Abstand a bleibt konstant. Die Lichtquelle 2 und die Frontlinse 5 können im Scheinwerfergehäuse fest eingebaut werden. Durch die Verwendung einer beweglichen Linse mit negativer Brennweite und einer Frontlinse mit positiver Brennweite, wird der Spielraum für den Öffnungswinkel w des Lichtkegels vergrößert.
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In Zeichnung 5 ist die Lichtquelle 2 die leuchtende Fläche einer LED. Vor ihr ist eine Kondensorlinse 3 (positive Brennweite) angebracht. Zwischen der Frontlinse 5 mit negativer Brennweite und der Kondensorlinse 3 befindet sich eine verschiebbare Linsengruppe aus zwei Linsen 4 mit positiver Brennweite. In diesem Fall sind die Linsen Stufenlinsen aus Kunststoff. Im Zeichnungsteil A ist die kürzest mögliche Brennweite der Scheinwerferoptik dargestellt. Zugleich ist dies der engste Öffnungswinkel w des Lichtkegels. Wird nun die verschiebbare Linsegruppe 4 um die Strecke v verschoben, wird der größt mögliche Öffnungswinkel des Lichtkegels erreicht, die Brennweite der Scheinwerferoptik wird größer. Der Abstand a bleibt konstant. Die Lichtquelle 2 und die Frontlinse 5 können im Scheinwerfergehäuse fest eingebaut werden. Durch die Verwendung einer beweglichen Linse mit positiver Brennweite und einer Frontlinse mit negativer Brennweite, wird der Spielraum für den Öffnungswinkel w des Lichtkegels vergrößert.
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In Zeichnung 6 ist ein vollständiger Scheinwerfer dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Frontlinse und die Lichtquelle, in diesem Fall eine LED in das Gehäuse fest eingebaut werden können, da der Abstand a immer konstant ist, und es möglich ist, den Kühlkörper des LED außerhalb dem Gehäuse ebenfalls fest anzubringen. Dabei bleibt im Gehäuse noch Platz für zusätzlich Bauteile übrig.
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In Zeichnung 7 ist beispielhaft ein System dargestellt, bei dem die Frontlinsengruppe 5 aus 2 Linsen besteht und die bewegliche Linsengruppe 4 aus 4 Linsen. Durch diesen Aufbau sind besonders enge Öffnungswinkel möglich, zum Beispiel als Ersatz eines Parabolspiegelscheinwerfers.
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In Zeichnung 8 ist beispielhaft ein System dargestellt, bei dem die bewegliche Linsengruppe 4 aus 2 Linsen. Durch diesen Aufbau sind ebenfalls enge Öffnungswinkel möglich, zum Beispiel als Ersatz eines Parabolspiegelscheinwerfers.
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In Zeichnung 9 wird beispielhaft dargestellt, was eine Ersatzlichtquelle beziehungsweise eine virtuelle Lichtquelle ist. Eine Ersatzlichtquelle oder virtuelle Lichtquelle kann mit verschiedenen Methoden erzeugt werden. Zum Beispiel mit einer realen Lichtquelle und einem Ellipsenspiegel, einer realen Lichtquelle und einem Parabolspiegel und einer Linse mit positiver Brennweite, auch mit mehreren Lichtquellen, die auf einer Hohlkugel innen angebracht sind. Aus Teil A der Zeichnung 9 ist die Anordnung der einzelnen LEDs ersichtlich. Mit der Linse 10, im Teil B der Zeichnung 9, werden die Lichtstrahlen der einzelnen LEDs auf einen Punkt 12 ausgerichtet. Dort konzentriert sich die Lichtstrahlen und ergeben eine Ersatzlichtquelle beziehungsweise eine virtuelle Lichtquelle, die ihrerseits einen Lichtkegel mit dem Öffnungswinkel w2 hat. Mit einer Ersatzlichtquelle kann die reale Lichtquelle 2 in den vorangegangenen Zeichnungen ersetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013021682 A1 [0005]
- DE 102009024141 [0005]
- DE 102007006456 A1 [0005]
