DE3633780A1 - Hochleistungsscheinwerfer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochleistungs­ scheinwerfer mit einer Abgabe von weißem Licht dienen­ den Lichtquelle, vorzugsweise in Form einer Hochdruck­ quecksilberlampe, einem das Licht der Lichtquelle bün­ delnden Reflektor sowie einer Filteranordnung, mit welcher der gebündelte Lichtstrahl der Lichtquelle auf­ grund selektiver Transmissionseigenschaften farbmäßig beeinflußbar ist.

Im Schaugewerbe, wie Theater, Oper, Zirkus oder beim Fern­ sehen, sowie für fotografische Aufnahmen werden vielfach Hochleistungsscheinwerfer benötigt, bei welchen der abgegebene gebündelte Lichtstrahl in einer gewünschten Farbe gefärbt ist. Die Einfärbung des abgegebenen Licht­ strahls wird dabei bei bekannten Hochleistungsschein­ werfern durch den Einsatz von vorzugsweise aus Farb­ gläsern bestehenden Absorptionsfiltern erreicht, welche in den Strahlengang des gebündelten Lichtstrahls einsetzbar sind. Das Einsetzen der Absorptionsfilter in den Strahlengang des Hochleistungsscheinwerfers erfolgt dabei entweder durch seitliches Einschieben entlang an dem jeweiligen Projektor vorgesehenen Führungen oder mit Hilfe einer drehbaren Scheibe, in deren peripheren Be­ reich eine Mehrzahl unterschiedlicher Absorptionsfilter derart angeordnet sind, daß bei der Rotation der betref­ fenden Filterscheibe Farbgläser mit unterschiedlichen Transmissionseigenschaften in den Strahlengang des Hochleistungsscheinwerfers bzw. Projektors einbringbar sind, so daß wunschgemäß eine Farbveränderung des ab­ gegebenen gebündelten Lichtstrahls während des Betriebs des Hochleistungsscheinwerfers möglich ist.

Die bekannten Hochleistungsscheinwerfer mit in den Strah­ lengang einbringbaren Absorptionsfiltern haben jedoch den Nachteil, daß innerhalb der Absorptionsfilter nicht nur im Sperrbereich, sondern auch im Durchlaß­ bereich eine nicht vernachlässigbare Menge des gebün­ delten Lichtstrahls absorbiert wird, so daß der von dem Hochleistungsscheinwerfer abgegebene farbige Licht­ strahl entsprechend abgeschwächt wird, was durch eine entsprechende Erhöhung der Leistung der Lichtquelle des Hochleistungsscheinwerfers kompensiert werden muß. Die innerhalb des Absorptionsfilters sich ergebende Lichtabsorption bewirkt fernerhin eine starke Erhitzung des betreffenden Absorptionsfilters, was dazu führt, daß an den Farbgläsern des Absorptionsfilters Staub­ teilchen festbacken, so daß derartige Farbgläser häufig gereinigt werden müssen. Schließlich erweist es sich noch als nachteilig, daß die Transmissions­ kurven der als Absorptionsfilter verwendeten Farb­ gläser zwischen Sperrbereich und Durchlaßbereich nur allmählich ansteigende Übergangsbereiche aufweisen, so daß mit derartigen Farbgläsern keine genaue Festlegung des von dem Hochleistungsscheinwerfer abgegebenen eingefärbten Lichtstrahls möglich ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Hoch­ leistungsscheinwerfer der eingangs genannten Art dahin­ gehend weiterzubilden, daß bei genauer Festlegbarkeit des Wellenlängenbereiches des von dem Hochleistungs­ scheinwerfer abgegebenen eingefärbten Lichtstrahls eine wesentliche Verbesserung der Lichtausbeute zu­ standekommt, so daß demzufolge einerseits der Strom­ verbrauch des Hochleistungsscheinwerfers reduzierbar ist, andererseits in verringertem Maße thermische Probleme auftreten, so daß der Hochleistungsscheinwer­ fer in vielen Fällen auch ohne künstliche Zwangsküh­ lung über lange Zeiträume hinweg betrieben werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Filteranordnung aus mehreren Farbteilern in Form von mehrschichtigen Interferenzfiltern aufgebaut ist, mit wel­ chen der von der Lichtquelle abgegebene gebündelte Licht­ strahl in mehrere Farbkomponenten zerlegt und anschlie­ ßend wieder zusammensetzbar ist, und daß im Bereich der zerlegten Lichtstrahlen, d.h. zwischen den ein- und ausgangsseitig angeordneten Inferferenzfiltern, eine bewegliche Maske vorgesehen ist, mit welcher wenig­ stens ein Teil der farblich zerlegten Lichtstrahlen ausblendbar ist.

Im Gegensatz zu als Absorptionsfilter verwendeten Farb­ gläsern, welche im Durchlaßbereich nur etwa 70% des einfallenden Lichtes durchlassen, besitzen Inter­ ferenzfilter im Durchlaßbereich Transmissionswerte von mehr als 90% sowie äußerst steil ansteigende Flanken ihrer Transmissionskurven, was bei Verwendung derartiger Interferenzfilter in Verbindung mit Hoch­ leistungsscheinwerfern dazu führt, daß mit demselben eingefärbte gebündelte Lichtstrahlen erzeugt werden können, welche eine hohe Farbreinheit besitzen. Da im Gegensatz zu Farbgläsern bei Verwendung von Inter­ ferenzfiltern innerhalb derselben praktisch überhaupt keine Lichtabsorption stattfindet, treten ferner beim erfindungsgemäßen Hochleistungsscheinwerfer im wesent­ lichen keine Erwärmungsprobleme im Bereich der vorge­ sehenen Filteranordnung auf, so daß auf das Vorsehen besonderer Kühlgebläse in der Regel verzichtet werden kann. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung sich er­ gebende Lichtausbeute kann schließlich noch im Vergleich zum Stande der Technik wesentlich verbessert werden, und zwar aus folgenden Gründen:

• 1. Da Interferenzfilter im Durchlaßbereich erheb­ lich höhere Transmissionswerte aufweisen als Absorptions­ filter in Form von Farbgläsern, ergibt sich zwangsweise eine erhebliche Intensitätssteigerung des von dem er­ findungsgemäßen Hochleistungsscheinwerfer abgegebenen eingefärbten Lichtstrahls.
• 2. Da bei Interferenzfiltern das zugeführte Licht im Sperrbereich im wesentlichen reflektiert wird, wird bei dem erfindungsgemäßen Hochleistungsscheinwerfer der nicht zur Ausstrahlung gelangende Teil des erzeugten Strahlenbündels zurück zu der Lichtquelle geleitet, so daß der ansonsten absorbierte Teil des erzeugten Licht­ bündels mit zur Aufwärmung der Lichtquelle herangezogen wird, was sich positiv auf die Energiebilanz der Licht­ quelle auswirkt. Die betreffende Lichtquelle kann so mit erheblich reduzierter Energiezufuhr, d.h. mit verringertem Speisestrom betrieben werden.
• 3. Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine ungewünschten Erwärmungsprobleme an der vorgesehenen Filteranordnung auftreten, werden schließlich noch Staub­ teilchen nicht an den Filteroberflächen festgebacken, so daß dadurch bedingte Lichtverluste ebenfalls zum Weg­ fallen gelangen.

Das Zerlegen von weißem Licht in mehrere Farbkomponenten und das anschließende Zusammensetzen der einzelnen, unter Umständen individuell gedämpften Komponenten in einen Mischfarben-Lichtstrahl ist zwar an sich bekannt, bislang ist jedoch noch kein Hochleistungsscheinwerfer bekanntge­ worden, bei dem von diesem Prinzip Gebrauch gemacht wird. Die US-PS 38 18 216 zeigt einen Scheinwerfer für den Ein­ satz bei der Herstellung von photografischen Abzügen. Die­ ser Scheinwerfer enthält mehrere Ablenkspiegel, dikroiti­ schen Spiegel (Interferenzfilter) und individuelle Dämpfungs­ filter in Form von rotierenden Scheiben, die abhängig von der jeweiligen Winkellage unterschiedlich stark getönt sind. Der bekannte Aufbau ist jedoch aufwendig und eignet sich nicht für Hochleistungsscheinwerfer.

Um eine möglichst gute Energiebilanz des Hochleistungs­ scheinwerfers zu erreichen, erweist es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung als zweckmäßig, wenn die be­ wegliche Maske auf der der Lichtquelle zugekehrten Seite verspiegelt ist, demzufolge eine Rückreflexion von Tei­ len des farblich zerlegten gebündelten Lichtstrahls in Richtung der Lichtquelle erfolgt.

Ein relativ einfacher geometrischer Aufbau des erfin­ dungsgemäßen Hochleistungsscheinwerfers ist dadurch er­ reichbar, daß die Filteranordnung eingangsseitig aus drei in Richtung des gebündelten Lichtstrahls hintereinander angeordneten, jeweils unter 45° stehenden optischen Ab­ lenkelementen besteht, von welchen die ersten beiden Ablenkelemente in Form von Interferenzfarbteilern aus­ gebildet sind, während das dritte Ablenkelement ein Vollspiegel ist, und daß die Filteranordnung ausgangs­ seitig aus drei entsprechend ausgerichteten optischen Ablenkelementen aufgebaut ist, von welchen das erste Ablenkelement ein Vollspiegel ist, während die beiden folgenden optischen Ablenkelemente als Farbzusammen­ setzer wirkende Interferenzfarbteiler ausgebildet sind.

Ein sehr einfacher Aufbau der vorgesehenen Maskenan­ ordnung ergibt sich dadurch, daß die bewegliche Maske in Form einer quer zu den zerlegten Lichtstrahlen verschiebbare Blende ausgebildet ist.

Eine weitere Möglichkeit für die Ausgestaltung der Masken­ anordnung ergibt sich fernerhin dadurch, daß die beweg­ liche Maske aus drei schwenkbaren Maskenelementen besteht, welche unabhängig voneinander in die Wege der drei den Grundfarben zugeordneten zerlegten Lichtstrahlen schwenkbar sind.

Im Hinblick auf eine möglichst genaue Einstellbarkeit des von dem erfindungsgemäßen Hochleistungsscheinwerfer abgegebenen eingefärbten Lichtstrahls erweist es sich fernerhin als zweckmäßig, wenn die Ansteuerung der be­ weglichen Maske mit Hilfe eines Betätigungsgliedes vorzugsweise in Form eines elektrischen Servomechanis­ mus erfolgt.

In einer speziellen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Maske für jede Farbkomponente eine separate und ge­ trennt einstellbare Lamellen-Jalousie aufweist. Um das Licht einer gegebenen Farbkomponente zu dämpfen, wird die Winkelstellung der Lamellen der zugehörigen Jalousie entsprechend eingestellt.

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

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Hochleistungsscheinwer­ fers,

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform.

Gemäß der Fig. 1 weist der erfindungsgemäße Hochleistungs­ scheinwerfer ein quaderförmiges Gehäuse 1 auf, welches nach vorne hin mit einer lichtdurchlässigen Glasplatte 2 ver­ sehen ist. Innerhalb dieses Gehäuses 1 befindet sich eine Hochleistungslichtquelle 3 in Form einer Hochdruck­ quecksilberdampflampe, in deren Bereich ein halbkugel­ förmiger Hilfsreflektor 4 angeordnet ist, welcher dazu dient, daß das Licht der Hochleistungslichtquelle 3 nur nach rückwärts hin in Richtung eines Parabolreflektors 5 abgestrahlt wird, mit dessen Hilfe ein gebündelter Licht­ strahl durch die Glasplatte 2 hindurch nach außen proji­ ziert wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem Parabolreflektor 5 und der der Abgabe des gebündelten Lichtstrahls dienenden Glasplatte 2 eine Filteranordnung 6 vorgesehen, welche eingangsseitig aus drei hintereinander angeordneten, jeweils unter einem Winkel von 45° ange­ ordneten optischen Ablenkelementen 7 bis 9 besteht, wo­ bei es sich bei den ersten beiden optischen Ablenkele­ menten 7 und 8 um Farbteiler in Form von mehrschichtigen Interferenzfiltern handelt, während das dritte optische Ablenkelement 9 ein Vollspiegel ist. Mit Hilfe dieser drei optischen Ablenkelemente 7 bis 9 wird der von dem Parabolreflektor 5 in Form von weißem Licht abgegebene gebündelte Lichtstrahl in seine primären Farbkomponenten Blau, Grün und Rot zerlegt, welche drei weiteren ausgangs­ seitig angeordneten, ebenfalls unter einem Winkel von 45° geneigten optischen Ablenkelementen 10 bis 12 zugeführt werden. In bezug auf den ausgangsseitig sich ergebenden Strahlengang sind diese drei optischen Ablenkelemente 10 bis 12 ebenfalls hintereinander angeordnet, wobei es sich bei dem ersten optischen Ablenkelement 10 um einen Vollspiegel handelt, während die beiden folgenden opti­ schen Ablenkelemente 11 und 12 als Farbzusammensetzer wirkende Interferenzfarbteiler ausgebildet sind. Der von dem Parabolreflektor 5 abgegebene gebündelte weiße Lichtstrahl wird somit mit Hilfe der optischen Ablenk­ elemente 7 bis 12 zuerst in seine drei Primärfarben zer­ legt und anschließend erneut wieder zusammengefaßt, wo­ bei entsprechend der Anordnung der optischen Ablenk­ elemente 7 bis 12 eine seitliche Versetzung des von dem Hochleistungsscheinwerfer abgegebenen gebündelten Licht­ strahls in bezug auf den von dem Parabolreflektor 5 abgegebenen gebündelten Lichtstrahl zustandekommt.

Im Bereich zwischen den optischen Abdeckelementen 7 bis 9 und 10 bis 12 ist eine verschiebbare Maske 13 vorgesehen, welche mit Hilfe eines Gestänges 14 von einem vorzugs­ weise in Form eines elektrischen Servomechanismus ausge­ bildeten Betätigungsglied 15 quer zur Richtung der farb­ lich aufgeteilten Strahlenbündel verschiebbar ist. Mit Hilfe dieses Betätigungsgliedes 15 kann somit die vorzugs­ weise verspiegelt ausgebildete Maske 13 derart verscho­ ben werden, daß wahlweise einer oder zwei der durch die optischen Ablenkelemente 7 bis 9 farblich aufgeteilten Lichtstrahlen abgedeckt werden, so daß auf diese Weise eine gewünschte farbliche Beeinflussung des von dem Hochleistungsscheinwerfer abgegebenen gebündelten Licht­ strahls zustandekommt.

Anstelle einer verschiebbaren Maske 13 können im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls drei verschwenk­ bare Maskenelemente verwendet werden, wodurch ebenfalls eine selektive Abdeckung des in seine drei Primärfarben zerlegten gebündelten Lichtstrahles zustandekommt.

Im Hinblick auf die Tatsache, daß Interferenzfilter in ihrer Herstellung sehr aufwendig und demzufolge teuer sind, erweist es sich als zweckmäßig, wenn für die Her­ stellung der Filteranordnungen der erfindungsgemäßen Hochleistungsscheinwerfer Ausschußelemente eingesetzt werden, so wie sie beim Herstellungsprozeß derartiger Interferenzfilter sehr häufig auftreten. Aufgrund von Untersuchungen konnte nämlich festgestellt werden, daß als Ausschußware deklarierte Interferenzfilter durchaus in Verbindung mit Filteranordnungen geeignet erscheinen, so wie sie bei dem erfindungsgemäßen Hochleistungsschein­ werfer zur Verwendung gelangen.

Die oben angesprochenen drei verschwenkbaren Masken­ elemente sind bei der in Fig. 2 dargestellten Ausfüh­ rungsform der Erfindung als separate Lamellen-Jalousien 113 a, 113 b, 113 c ausgebildet. Von dem Betätigungsglied 15 gehen drei verschiedene Gestänge 114 a, 114 b und 114 c zu den einzelnen Lamellen-Jalousien. Durch entsprechende Verstellung der Lamellen-Neigung in den einzelnen Ja­ lousien lassen sich die Farbkomponenten Rot, Grün und Blau ganz oder teilweise ausblenden. Wenn die Lamellen parallel zu den Lichtstrahlen orientiert sind, erfolgt praktisch keine Dämpfung der betreffenden Farbkomponen­ te.

Claims (8)

1. Hochleistungsscheinwerfer mit einer der Abgabe von weißem Licht dienenden Lichtquelle, vorzugsweise in Form einer Hochdruckquecksilberlampe, einem das Licht der Lichtquelle bündelnden Reflektor sowie einer Filteranordnung, mit welcher der gebündelte Lichtstrahl der Lichtquelle aufgrund selektiver Transmissionsei­ genschaften farbmäßig beeinflußbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranord­ nung (6) aus mehreren Farbteilern (8, 9, 11, 12) in Form von mehrschichtigen Interferenzfiltern aufge­ baut ist, mit welchen der von der Lichtquelle (3) abgegebene gebündelte Lichtstrahl in mehrere Farbkomponenten zerlegt und anschließend wieder zusam­ mensetzbar ist, und daß im Bereich der zerlegten Lichtstrahlen, d.h. zwischen den ein- und ausgangs­ seitig angeordneten Interferenzfiltern (8, 9, 11, 12) eine verstellbare Maske (13) vorgesehen ist, mit wel­ cher mindestens ein Teil der farblich zerlegten Lichtstrahlen ausblendbar ist.

2. Hochleistungsscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Maske (13) auf der der Lichtquelle (3) zugekehrten Seite verspiegelt ist, demzufolge eine Rückreflexion von Teilen des farblich zerlegten gebündelten Licht­ strahls in Richtung der Lichtquelle (3) erfolgt.

3. Hochleistungsscheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter­ anordnung (6) eingangsseitig aus drei in Richtung des gebündelten Lichtstrahls hintereinander angeord­ neten, jeweils unter 45° stehenden optischen Ablenk­ elementen (7-9) besteht, von welchen die ersten beiden Ablenkelemente (7, 8) in Form von Interferenz­ farbteilern ausgebildet sind, während das dritte Ab­ lenkelement (9) ein Vollspiegel ist, und daß die Filteranordnung (6) ausgangsseitig aus drei ent­ sprechend ausgerichteten optischen Ablenkelementen (10-12) aufgebaut ist, von welchen das erste Ab­ lenkelement (10) ein Vollspiegel ist, während die beiden folgenden optischen Ablenkelemente (11, 12) als Farbzusammensetzer wirkende Interferenzfarb­ teiler ausgebildet sind.

4. Hochleistungsscheinwerfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Maske (3) in Form einer quer zu den zerlegten Licht­ strahlen verschiebbare Blende ausgebildet ist.

5. Hochleistungsscheinwerfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Maske aus drei schwenkbaren Maskenelementen besteht, welche unabhängig voneinander in die Wege der drei den Grundfarben zugeordneten zerlegten Lichtstrah­ len schwenkbar sind.

6. Hochleistungsscheinwerfer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ steuerung der beweglichen Maske (13) mit Hilfe ei­ nes Betätigungsgliedes (15) vorzugsweise in Form ei­ nes elektrischen Servomechanismus erfolgt.

7. Hochleistungsscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Lichtquelle (3) abgegebene Lichtstrahl in seine drei Primärfarben zerlegt und anschließend wieder zusammengesetzt wird.

8. Hochleistungsscheinwerfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Maske für jede Farbkompo­ nente eine separate und getrennt ansteuerbare La­ mellen-Jalousie (113 a, 113 b, 113 c) aufweist.