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Die
Erfindung betrifft eine Lichtmodulationsvorrichtung für einen
ein Lampenhaus eine Objektebene und ein Objektiv aufweisenden Scheinwerfer.
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Derartige
Scheinwerfer finden überwiegend in
der Bühnenbeleuchtung
Verwendung, werden als Profil- oder Verfolgerscheinwerfer bezeichnet
und sind beispielsweise aus der
DE 93 01 883 U1 bekannt. Diese Scheinwerfer
werden häufig
mit Lichtmodulationsvorrichtungen ausgerüstet, um Farbe oder Intensität des Lichtes
zu verändern.
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Bekannt
sind einerseits Lichtmodulationsvorrichtungen, die, in Lichtrichtung
gesehen, hinter dem Objektiv angebracht sind ("Lighting Technology" von Brian Fitt & Joe Thomley, Seite 289/Erschienen
im August 1995/mit ISBN 0 240 51440 8) und andererseits solche,
die in das Objektiv im Bereich des Lichtquellenbildes eingesetzt
werden (
DE 44 13 943
A1 ). Desweiteren gibt es sogenannte Multifunktionsscheinwerfer,
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.
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Multifunktionsscheinwerfer
werden überwiegend
bei Rockmusikveranstaltungen und in Diskotheken eingesetzt. Im Theater-
und Studiobereich finden diese aufgrund vergleichsweise geringer Lichtausbeute,
begrenzter Anwendungsmöglichkeiten
und starker Geräuschentwicklung
(u.a. hoher Kühlaufwand
wegen Eingehäusekonstruktion)
wenig Verwendung. Die bei Theaterscheinwerfern bisher eingesetzten
Lichtmoduiationsvorrichtungen 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 Reflektionen zwischen Objektivlinsen und
Lichtmodulationsvorrichtung zu minimieren. Auch tritt verstärkt Streulicht
außerhalb
des eigentlich beleuchteten 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.
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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
objektivunabhängiger
Gleichmäßigkeit
der Licht-/Farbverteilung
ermöglicht,
und andererseits kein zusätzliches
Streulicht außerhalb
des Abbildungsbereichs produziert.
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Gelöst wird
die Aufgabe durch die im Anspruch 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 Verfolgerscheinwerfer 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.
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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 erfordert.
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Der
Anspruch 2 gibt 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 Farbmischsysteme mit dichroitischen
Filtern sowie Katzenaugen und Verdunklungsirisblenden geeignet.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den Ansprüchen
3 bis 8 angegeben und betreffen die Anordnung und Abstimmung der
fokussierenden optischen Elemente. Wesentliches Merkmal von Anspruch
3 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 Beleuchtungsstrahlenganges 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 Veränderung stattfindet.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch
9 angegeben. Durch Verwendung eines Homogenisierungselements wird eine
besonders gleichmäßige Farb-
und Helligkeitsverteilung erreicht. Als Homogenisierungselement sind
z.B. Streuscheiben oder Linsenrasterplatten möglich, da ja der Beleuchtungsstrahlengang
durch die Blenden der Objektebene begrenzt wird und somit keine
unerwünschte
Streuung im Abbildungsbereich auftritt.
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Anspruch
10 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
Anpassungen am Gehäuse
oder den optischen Elementen aufweist. Beispielsweise kann die Lichtmodulationsvorrichtung
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.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
prinzipielle Schnittzeichnung eines Scheinwerfers mit einer zwischen
Lampenhaus und Objektebene angeordneten Lichtmodulationsvorrichtung,
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2 eine
schematische Schnittzeichnung eines herkömmlichen Scheinwerfers, der
als Stand der Technik anzusehen ist,
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3 eine
prinzipielle Schnittzeichnung entsprechend 1, wobei
die Lichtmodulationsvorrichtung nur ein fokussierendes optisches
Element aufweist und
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4 eine
prinzipielle Schnittzeichnung entsprechend 1; wobei
ein Homogenisierungselement dargestellt ist und das Lampenhaus zur
Verkürzung
der Modullänge
ein verändertes
optisches Element aufweist.
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In 1 ist
ein Scheinwerfer mit Lichtmodulationsvorrichtung zur grundlegenden
Erläuterung der
Erfindung dargestellt. Profil- und Verfolgerscheinwerfer sind im
Wesentlichen 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 übertragen
und andererseits um die Objektebene 2 gegenüber dem
Lampenhaus 1 um die optische Achse 6 drehen zu
können.
Die Drehung ermöglicht
vielseitigere Einstellmöglichkeiten
der Blendenschieber, die innerhalb der Objektebene 2 angeordnet
sind. Auf die Darstellung der Blendenschieber wurde verzichtet, da
für die
Erindung 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 Lichtrichtung 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 Belechtungsgerät bewirkt.
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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 weiterer 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 Objektebene 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 Lichquelle 10 in die gewünschte Richtung
lenkt. Für
eine erfindungsgemäße Lichtmodulationsvorrichtung
sind jedoch auch andere Sammeloptiken wie z.B. Ellipsoidspiegeloptiken
geeignet.
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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 Objektebene 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.
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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.
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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 gleichmäßiger 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 Beleuchtungsstrahlengangs 5 einerseits annähernd die
Lichteintrittsebene A in der Objektebene 2 abbilden und
andererseits die Lage des Lichtquellenbildes 30 deran 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 vom Scheinwerfer entstehen.
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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 entsprechend der Lichtleistung
der Lichtquelle
10 temperaturbeständig sind. Bevorzugt lassen
sich subtraktive Farbmischsysteme mit senkrecht zum Strahlengang
einbringbaren dichroitischen Filtern wie RGB-Systeme oder Mischsysteme
nach
DE 44 13 943 A1 sowie Katzenaugen-
und Irisverdunklungsblenden verwenden.
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Eine
Ansteuerungselektronik 46 für das Farbmisch- und/oder Verdunklungssystem 45 ist
innerhalb des Moduls 4 angeordnet, wodurch dieses zu einer
kompakten unabhängigen
Einheit wird.
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In 2 ist
ein 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 3 ist ein Beleuchtungsgerät mit Lichtmodulationsvorrichtung
dargestellt. Im Vergleich zu 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 Beleuchtungsstrahlengang 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.
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In 4 ist
ein Beleuchtungsgerät
mit Modul 4 dargestellt, wobei im Vergleich zu 1 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 verküzter 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.
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Die
Zeichnungen 3 und 4 weisen nur
auf Veränderungen
des Beleuchtungsstrahlengangs 5 gegenüber 1 hin, weshalb
auf die Darstellung der Farbmisch-/Verdunklungselemente 45 und
der Ansteuerungselektronik 46 verzichtet wurde.
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Die
Verwendung von zwei Plankonvexlinsen 43, 44, deren
gewölbte
Flächen
zueinander zeigen, hat gegenüber
dem Einsatz einer Bikonvexlinse 42 die Vorteile, daß die Lichtstrahlung
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.