DE19722191A1 - Lichtmodulationsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtmodulationsvorrichtung für ein ein Lampenhaus eine Objektebene und ein Objektiv aufweisendes Beleuchtungsgerät. Derartige Beleuchtungs­ geräte finden überwiegend in der Bühnenbeleuchtung Verwendung und werden als Profil- oder Verfolgerscheinwerfer bezeichnet. Diese Scheinwerfer werden häufig mit Lichtmodu­ lationsvorrichtungen ausgerüstet, um Farbe oder Intensität des Lichtes zu verändern.

Bekannt sind einerseits Lichtmodulationsvorrichtungen, die, in Lichtrichtung gesehen, hinter dem Objektiv angebracht sind ("Lighting Technology" von Brian Fitt & Joe Thornley, Seite 289) und andererseits solche, die in das Objektiv im Bereich des Lichtquellenbildes eingesetzt werden (DE 44 13 943 A1). Desweiteren gibt es sogenannte Multifunktions­ scheinwerfer, die einen eigenen Scheinwerfertyp darstellen. In ihnen sind die optischen Komponenten von der Lichtquelle über verschiedene Lichtmodulationsvorrichtungen bis hin zur letzten Objektivlinse in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.

Multifunktionsscheinwerfer werden überwiegend bei Rockmusikveranstaltungen und in Diskotheken eingesetzt. Im Theater- und Studiobereich finden diese aufgrund vergleichs­ weise geringer Lichtausbeute, begrenzter Anwendungsmöglichkeiten und starker Geräusch­ entwicklung (u. a. hoher Kühlaufwand wegen Eingehäusekonstruktion) wenig Verwendung. Die bei Theaterscheinwerfern bisher eingesetzten Lichtmodulationsvorrichtungen haben den gemeinsamen Nachteil, daß sie im Abbildungsstrahlengang angeordnet sind. Dies führt im Allgemeinen zu unerwünschten Effekten in der optischen Abbildung des Scheinwerfers. Farbmischsysteme, die zwischen den Objektivlinsen im Bereich des Lichtquellenbildes angeordnet sind, erreichen stufenlose Farbwechsel und eine gleichmäßige Farbverteilung, jedoch tritt bei Scheinwerfern mit Zoomobjektiv die Schwierigkeit auf, daß die Position des Lichtquellenbildes abhängig von der Zoomeinstellung ist und nicht bei jeder Einstellung und jedem Profilscheinwerfertyp zwischen den Objektivlinsen liegt. Unabhängig von der variablen Position der Lichtmodulationsvorrichtung ist ein großer Konstruktions- und Kostenaufwand notwendig um einerseits mit dem vorhandenen Freiraum im Objektiv auszukommen und andererseits Reflexionen zwischen Objektivlinsen und Lichtmodulations­ vorrichtung zu minimieren. Auch tritt verstärkt Streulicht außerhalb des eigentlich beleuch­ teten Bereichs auf, das nur durch sehr hochwertige optische Komponenten reduziert werden kann. Bei einer Lichtmodulationsvorrichtung, die in Lichtrichtung hinter dem Objektiv angebracht ist, sind in der Regel stufenlose Übergänge nicht möglich, da Kanten von Farbmisch- bzw. Verdunklungselementen im Abbildungsbereich sichtbar sind, so daß man beispielsweise bei einem Farbscroller den Übergang von einer Farbfolie zur nächsten deutlich wahrnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige, bei nahezu jedem Profil- und Verfolgerscheinwerfer nachrüstbare Lichtmodulationsvorrichtung herzustellen, die einerseits stufenlose Farbmischungen und/oder Helligkeitsveränderungen mit objektivun­ abhängiger Gleichmaßigkeit der Licht-/Farbverteilung ermöglicht, und andererseits kein zusätzliches Streulicht außerhalb des Abbildungsbereichs produziert.

Gelöst wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale. Die Anordnung des Moduls zwischen Lampenhaus und Objektebene ist aus zwei Gründen vorteilhaft: Zum einen werden Streu- und Reflexionserscheinungen vermieden, da die Lichtmodulationsvorrichtung sich nicht innerhalb des Abbildungsstrahlenganges befindet sondern in Lichtrichtung gesehen vor diesem, zum anderen sind Profil- und Verfolger­ scheinwerfer derart aufgebaut, daß das Lampenhaus, welches optische Elemente zur Ausleuchtung der Objektebene enthält, und das Objektiv, welches optische Elemente zur Abbildung der Objektebene beinhaltet, zwei eigenständige Scheinwerferkomponenten sind, die über eigene Gehäuse verfügen und leicht voneinander getrennt werden können, um die erfindungsgemäße Lichtmodulationsvorrichtung zu montieren. Die Objektebene ist in der Regel eine ebenso selbständige, leicht vom Lampenhaus trennbare Einheit, so daß die Licht­ modulationsvorrichtung ohne Mühe an die richtige Position montiert werden kann. Die Objektebene eines Profil-/Verfolgerscheinwerfers ist üblicherweise aus mehreren Feldblenden mit unterschiedlichen Funktionen aufgebaut. So gibt es meistens eine feste Feldblende, eine Irisblende um den Durchmesser des ausgeleuchteten Feldes zu variieren, einen Einschub für Metall- und Glasbobos ("Dias") um diese zu projizieren und außerdem vier Blendenschieber mit geraden Kanten zur Feldbegrenzung.

Das Lichtquellenbild innerhalb des Moduls liegt vor der Objektivoptik und hat daher unabhängig von dem verwendeten Objektiv und der Objektiveinstellung eine definierte Position. Die Verwendung mindestens einer Linse zur gleichmäßigen Ausleuchtung der Objektivebene ermöglicht den Einbau des Moduls, ohne daß die Verlängerung des Beleuchtungsstrahlengangs eine Veränderung des Objektives oder des Lampenhauses er­ fordert.

Die Ansprüche 2 und 3 geben die Art der Lichtmodulation an, wobei die Anordnung von Abdunklungs- bzw. Farbmischelementen im Bereich des Lichtquellenbildes innerhalb des Moduls wesentliches Merkmal ist. Da die Modullänge anhand der verwendeten optischen Elemente bestimmt werden kann, eignet sich das Modul für die Aufnahme nahezu jedes beliebigen Farbmisch- und/oder Verdunklungssystems, das im nichtabbildenden Bereich eines Beleuchtungsgerätes anzuordnen ist. Besonders sind jedoch subtraktive Farbmisch­ systeme mit dichroitischen Filtern sowie Katzenaugen und Verdunklungsirisblenden geeig­ net.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 4 bis 10 angegeben und betreffen die Anordnung und Abstimmung der fokussierenden optischen Elemente. Wesentliches Merkmal von Anspruch 4 ist, daß das aus dem Modul austretende Licht einen mit dem in das Modul eintretenden Licht vergleichbaren Beleuchtungsstrahlengang aufweist. Dabei ist mit "vergleichbar" im wesentlichen ein gleicher Öffnungswinkel des Beleuchtungsstrahlen­ ganges gemeint, um weiterhin eine optimale Nutzung der Objektivlinsendurchmesser zu gewährleisten (Vermeidung von Lichtverlust oder unvollständiger Nutzung der Linsen). Eine Verschiebung des Objektiv-Lichtquellenbildes ist denkbar, ohne daß dadurch unerwünschte Effekte auftreten. Somit ist der Lichtverlauf in Objektiv und Lampenhaus mit und ohne Modul prinzipiell gleich. Es wird also Platz zur Lichtmodulierung geschaffen ohne daß aus Sicht der ursprünglichen Scheinwerferoptik eine Verränderung stattfindet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 11 angegeben. Durch Verwendung eines Homogenisierungselements wird eine besonders gleichmäßige Farb- und Helligkeitsverteilungen erreicht. Als Homogenisierungselement sind z. B. Streuscheiben oder Linsenrasterplatten möglich, da ja der Beleuchtungsstrahlengang durch die Blenden der Objektebene begrenzt wird uns somit keine unerwünschte Streuung im Abbildungsbereich auftritt.

Anspruch 12 betrifft die Integration einer erfindungsgemäßen Lichtmodulationsvorrichtung in Profil- und Verfolgerscheinwerfern. So ist denkbar, daß das Beleuchtungsgerät für den Einsatz der Lichtmodulationsvorrichtung bereits vorgesehen ist und entsprechende Anpassun­ gen am Gehäuse oder den optischen Elementen aufweist. Beispielsweise kann die Lichtmo­ dulationsvorrichtung mit der Objektebene eine mechanische Einheit bilden oder es kann die Optik eines Beleuchtungsgerätes derart verändert sein, daß sich dieses nur in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lichtmodulationsvorrichtung einsetzen läßt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen prinzipielle Schnittzeichnung eines Beleuchtungsgerätes mit einer zwischen Lampenhaus und Objektebene angeordneten Lichtmodulationsvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Schnittzeichnung eines herkömmlichen Beleuchtungsgerätes,

Fig. 3 eine prinzipielle Schnittzeichnung entsprechend Fig. 1, wobei die Lichtmodulations­ vorrichtung nur ein fokussierendes optisches Element aufweist und

Fig. 4 eine prinzipielle Schnittzeichnung entsprechend Fig. 1, wobei ein Homogeniserungs­ element dargestellt ist und das Lampenhaus zur Verkürzung der Modullänge ein verändertes optisches Element aufweist.

In Fig. 1 ist ein Beleuchtungsgerät mit Lichtmodulationsvorrichtung zur grundlegenden Erläuterung der Erfindung dargestellt. Profil- und Verfolgerscheinwerfer sind im wesent­ lichen aus einem Lampenhaus 1 einer Objektebene 2 und einem Objektiv 3 aufgebaut. Dabei ist es denkbar, daß Objektebene 2 und Objektiv 3 fest miteinander verbunden sind; von einer unlösbaren Verbindung zwischen Lampenhaus 1 und Objektebene 2 wird jedoch bei fast allen derartigen Scheinwerfern abgesehen, um einerseits die im Lampenhaus 1 von der Lichtquelle 10 erzeugte Hitze nur wenig auf Objektebene 2 und das Objektiv 3 zu über­ tragen und andererseits um die Objektebene 2 gegenüber dem Lampenhaus 1 um die optische Achse 6 drehen zu können. Die Drehung ermöglicht vielseitigere Einstellmöglich­ keiten der Blendenschieber, die innerhalb der Objektebene 2 angeordnet sind. Auf die Darstellung der Blendenschieber wurde verzichtet, da für die Erfindung die Tatsache ausreichend ist, daß die Objektebene 2 eine Blendenebene mit beliebigen Blenden ist, die durch das Objektiv 3 z. B. auf einer Bühne abgebildet werden. Zwischen Lampenhaus 1 und Objektebene 2 ist eine Lichtmodulationsvorrichtung als Modul 4 eingefügt, wobei der Licht­ richtung entsprechend die Lichteintrittsfläche A mit dem Lampenhaus 1 verbunden ist und die Lichtaustrittsfläche B mit der Objektebene 2 oder dem Objektiv 3. Um die Objektebene 2 weiterhin gegenüber dem Lampenhaus 1 verdrehen zu können, ist es sowohl möglich, eine entsprechende Drehmechanik zwischen Objektebene 1 und Modul 4 vorzusehen, als auch den Drehbereich zwischen Lampenhaus 1 und Modul 4 anzuordnen. Erstere Möglichkeit ist jedoch zu bevorzugen, da die Aufhängung des Beleuchtungsgerätes sinnvollerweise am Modul 4 und nicht wie üblich am Lampenhaus 1 erfolgt, da ja das Einfügen des Moduls 4 eine Schwerpunktveränderung am Beleuchtungsgerät bewirkt.

Im weiteren wird der Lichtverlauf in Beleuchtungsgerät und Modul 4 beschrieben:
Im Lampenhaus 1 sendet eine Lichtquelle 10 Licht aus, wobei ein Teil des Lichts von einer Kondensorlinse 12 direkt gebündelt wir, während ein weiter Teil von einem Kugelspiegel 11 umgelenkt wird und anschließend auf die Kondensorlinse trifft. Eine weitere Sammellinse (Hilfslinse) 13 lenkt das Licht in den gewünschten Beleuchtungsstrahlengang 5. Dabei sind die optischen Elemente 10, 11, 12 und 13 derart gewählt und zueinander angeordnet, daß die Lichteintrittsebene A gleichmäßig ausgeleuchtet ist, da sich ja üblicherweise dort die Objekt­ ebene 2 und nicht ein Modul 4 befinden würde. Die Objektebene 2 wird durch das Objektiv 3 abgebildet und benötigt deshalb eine gleichmäßige Ausleuchtung. Die beschriebene Optik zur Ausleuchtung einer Objektebene 2 wird Kondensoroptik genannt und dient als Beispiel für eine Sammeloptik, die möglichst viel Licht einer Lichtquelle 10 in die gewünschte Richtung lenkt. Für eine erfindungsgemäße Lichtmodulationsvorrichtung sind jedoch auch andere Sammeloptiken wie z. B. Ellipsoidspiegeloptiken geeignet.

Das in das Modul 4 eintretende Licht wird mit einer fokussierenden Linse 41 derart beeinflußt, daß innerhalb des Moduls 4 die Lichtquelle 10 abgebildet wird. Zwischen Lichtquellenbild 40 und der Lichtaustrittsfläche B des Moduls 4 sind zwei weitere fokussierende Linsen 43 und 44 angeordnet, die eine gleichmäßige Ausleuchtung der Objekt­ ebene 2 bewirken und den Öffnungswinkel des Beleuchtungsstrahlengangs 5 dem Objektiv 3 anpassen. Lichteintrittsebene A und Lichtaustrittsebene B des Moduls 4 weisen etwa den gleichen Lichtverlauf auf. Zur Anpassung des Moduls 4 an ein Beleuchtungsgerät kann es sinnvoll sein, mindestens eine der Linsen 43, 44 in Richtung der optischen Achse 6 verschiebbar zu gestalten.

Nach der Objektebene 2 tritt das Licht in das Objektiv 3 ein. Dort wird mittels der fokussierenden Linsen 31 und 32 die Objektebene im beleuchteten Bereich abgebildet. Oft werden Zoom-Objektive verwendet, die eine Veränderung des Abbildungsmaßstabs dadurch ermöglichen, daß die beiden Linsen 31, 32 in Richtung der optischen Achse 6 verschiebbar sind. Zwischen den Linsen 31, 32 ist ein weiteres Lichtquellenbild 30, welches, da es sich innerhalb des Objektivs 3 befindet, nicht mehr abgebildet werden kann.

Die Abstimmung der Länge L des Moduls und der fokussierenden optischen Elemente 41, 43 und 44 auf ein Beleuchtungsgerät liegt im Aufgabenbereich des Fachmanns. Im folgenden seien jedoch einige Merkmale genannt, auf die bei der Abstimmung geachtet werden sollte:
Beleuchtungsgeräte mit Abbildungsoptik weisen üblicherweise einen sogenannten verflochtenen Strahlengang auf, d. h. Lichtquellenbilder (z. B. 30, 40) und Ebenen gleich­ mäßiger Ausleuchtung (z. B. A, 2) wechseln sich derart ab, daß das Lichtquellenbild keinen störenden Einfluß auf die Objektebene 2 oder den Abbildungsbereich nehmen kann. Daher sollten die Linsen 43, 44, zusätzlich zur Korrektur des Öffnungswinkels des Beleuchtungs­ strahlengangs 5 einerseits annähernd die Lichteintrittsebene A in der Objektebene 2 abbilden und andererseits die Lage des Lichtquellenbildes 30 derart kontrollieren, daß es entweder zwischen den Linsen 31, 32 oder in unmittelbarer Nähe des Beleuchtungsgerätes liegt. Keinenfalls darf das Lichtquellenbild zu nah an der Objektebene 2 liegen oder erst in großer Entfernung vorn Scheinwerfer entstehen.

Unter diesen Voraussetzungen eignet sich der Bereich des Lichtquellenbildes 40 innerhalb des Moduls 4 zur abbildungsfreien Einbringung von Farbmisch-/Verdunklungselementen 45. Die Farbmisch-/Verdunklungselemente 45 sind nur andeutungsweise als Bereich dargestellt, da beliebige Farbmisch- und Verdunklungssysteme verwendet werden können, die im abbildungsfreien Bereich anzuordnen sind. Dabei ist natürlich zu beachten, daß sich alle Farbmisch-/Verdunklungselemente 45 nah beim Lichtquellenbild 40 befinden und ent­ sprechend der Lichtleistung der Lichtquelle 10 temperaturbeständig sind. Bevorzugt lassen sich subtraktive Farbmischsysteme mit senkrecht zum Strahlengang einbringbaren dichroi­ tischen Filtern wie RGB-Systeme oder Mischsysteme nach DE 44 13 943 A1 sowie Katzenaugen- und Irisverdunklungsblenden verwenden.

Eine Ansteuerungselektronik 46 für das Farbmisch- und/oder Verdunklungssystem 45 ist innerhalb des Moduls 4 angeordnet, wodurch dieses zu einer kompakten unabhängigen Einheit wird.

In Fig. 2 ist ein Fig. 1 entsprechendes Beleuchtungsgerät ohne Lichtmodulationsvorrichtung dargestellt. Eine in einem Lampenhaus 1 angeordnete Lichtquelle 10 leuchtet mittels optischer Elemente 11, 12 und 13 eine Objektebene 2 gleichmäßig aus, welche von einem Objektiv 3 mit zwei Linsen 31, 32 abgebildet wird.

In Fig. 3 ist ein Beleuchtungsgerät mit Lichtmodulationsvorrichtung dargestellt. Im Vergleich zu Fig. 1 weist das Modul 4 nicht drei Linsen 41, 43, und 44 sondern nur eine Linse 42 auf. Es handelt sich dabei um die einfachste Bauform einer erfindungsgemäßen Lichtmodulationsvorrichtung. Die Modullänge L ist so gewählt, daß die Lichtquelle 10 innerhalb des Moduls abgebildet wird und die fokussierende Linse 42 paßt den Beleuch­ tungsstrahlengang 5 dem Objektiv 3 an und sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung der Objektebene 2. Die optischen Elemente von Lampenhaus 1 und Objektiv 3 entsprechen den vorhergehenden Zeichnungen.

In Fig. 4 ist ein Beleuchtungsgerät mit Modul 4 dagestellt, wobei im Vergleich zu Fig. I die Linse 41 des Moduls 4 dadurch ersetzt ist, daß zur Verkürzung der Modullänge L anstelle der Hilfslinse 13 im Lampenhaus 1 eine stärker fokussierende Linse 14 eingesetzt ist. Somit ist das Beleuchtungsgerät für den Einsatz eines Moduls 4 modifiziert und nicht ohne Modul 4 verwendbar. Vorteil ist die Einsparung einer Linse (41) bei verkürzter Länge L des Moduls 4. Desweiteren ist schematisch ein Homogenisierungselement 47 gezeichnet. Es wird vorzugsweise dort im Modul 4 angeordnet, wo es seiner Beschaffenheit entsprechend am wenigsten Lichtverluste verursacht und zu einer guten Homogenisierung führt.

Die Zeichnungen Fig. 3 und Fig. 4 weisen nur auf Veränderungen des Beleuchtungs­ strahlengangs 5 gegenüber Fig. 1 hin, weshalb auf die Darstellung der Farbmisch-/Verdunk­ lungselemente 45 und der Ansteuerungselektronik 46 verzichtet wurde.

Die Verwendung von zwei Plankonvexlinsen 43, 44, deren gewölbte Flächen zueinander zeigen, hat gegenüber dem Einsatz einer Bikonvexlinse 42 die Vorteile, daß die Licht­ strahlung in relativ kleinem Winkel auf die Glasoberflächen trifft und daß durch Variation des Abstands der beiden Linsen 43, 44 zueinander eine bessere Abstimmung des Moduls 4 auf das Beleuchtungsgerät möglich ist.

Claims (12)

1. Lichtmodulationsvorrichtung für ein ein Lampenhaus eine Objektebene und ein Objektiv aufweisendes Beleuchtungsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmodulationsvor­ richtung als zwischen Lampenhaus (1) und Objektebene (2) montierbares Modul (4) ausgestaltet ist und mindestens ein fokussierendes optisches Element (41, 42, 43, 44) aufweist, wobei das fokussierende optische Element (41, 42, 43, 44) und die Länge (L) des Moduls (4) derart auf das Beleuchtungsgerät abgestimmt oder abstimmbar sind, daß die Lichtquelle (10) innerhalb des Moduls (4) abgebildet wird, und die Ausleuchtung im Bereich der Objektebene (2) homogen ist.

2. Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul (4) im Bereich des Lichtquellenbildes (40) Verdunklungselemente (45) aufweist.

3, Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul (4) im Bereich des Lichtquellenbildes (40) Farbmischelemente (45) aufweist.

4. Lichtmodulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein fokussierendes optisches Element (42, 43, 44) zwischen Lichtquellenbild (40) und Objektebene (2) angeordnet und derart gewählt ist, daß der Beleuchtungsstrahlen­ gang (5) im Bereich der Lichtaustrittsebene (B) des Moduls (4) dem im Bereich der Licht­ eintrittsebene (A) entspricht.

5. Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei fokussierende optische Elemente (43, 44) verwendet werden, welche Plankonvexlinsen sind, die mit den gewölbten Flächen zueinander zeigen.

6. Lichtmodulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein fokussierendes optisches Element (41, 14) zur Verkürzung der Abbil­ dungsentfernung des Lichtquellenbildes (40) zwischen Lichtquelle (10) und Lichtquellenbild (40) angeordnet ist.

7. Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das fokussierende optische Element (41) innerhalb des Moduls (4) angeordnet ist.

8. Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das fokussierende optische Element innerhalb des Lampenhauses (1) angeordnet ist.

9. Lichtmodulationsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eines der optischen Elemente (13) im Lampenhaus (1) durch ein stärker fokussierendes optisches Element (14) ersetzt ist.

10. Lichtmodulationsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung des Moduls (4) auf ein Beleuchtungsgerät mindestens ein fokussierendes optisches Element (z. B. 43, 44) in Richtung der optischen Achse (6) verschiebbar ist.

11. Lichtmodulationsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Moduls (4) ein Homogenisierungselement (47) aufweist, das sich im Beleuchtungsstrahlengang (5) befindet oder in diesen bringbar ist.

12. Lichtmodulationsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul (4) ein integrierter Bestandteil eines Beleuchtungsgerätes ist.