DE4209882A1 - Farbscheinwerfer - Google Patents
FarbscheinwerferInfo
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- DE4209882A1 DE4209882A1 DE4209882A DE4209882A DE4209882A1 DE 4209882 A1 DE4209882 A1 DE 4209882A1 DE 4209882 A DE4209882 A DE 4209882A DE 4209882 A DE4209882 A DE 4209882A DE 4209882 A1 DE4209882 A1 DE 4209882A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F21V5/02—Refractors for light sources of prismatic shape
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
- F21S10/00—Lighting devices or systems producing a varying lighting effect
- F21S10/02—Lighting devices or systems producing a varying lighting effect changing colors
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Description
Die Erfindung betrifft einen Farbscheinwerfer mit einstellbarer Lichtfarbe.
Derartige Scheinwerfer werden z. B. für die Bühnenbeleuchtung verwendet.
Es ist bekannt, daß gängige Scheinwerfer mit Farbwechseleinrichtung ihre
Farben über dichroitische Filter erzeugen (DE 27 24 304 A1, EP 02 42 422 A1,
DE 39 08 148 A1).
Für die Farbmischung werden meist drei dichroitische Filter mit den Farben
violettblau, grün und orangerot verwendet. Dabei ist nicht erforderlich
und technisch sehr aufwendig, daß die Farben in ihrer additiven Mischung
ein tageslichtähnliches Spektrum aufweisen; es ist sogar denkbar, daß z. B.
durch drei Laser mit den Wellenlängen 448 nm (violettblau), 518 nm (grün)
und 617 nm (orangerot) sämtliche Mischfarben erzeugt werden, was natürlich
bedeutet, daß ein sichtbares Gelb nicht aus einer gelben, sondern aus
einer roten und einer grünen Spektrallinie gebildet wird. Wird eine Abhängigkeit
von Wellenlänge und Farbe, wie sie für blau, grün und rot besteht,
auch für gelb und violett gewünscht, ist dies z. B. mit einem auf fünf
dichroitische Filter erweiterten Scheinwerfer mit faseroptischem Mischsystem
(z. B. EP 04 15 164 A1) möglich. Bei entsprechender Wahl der Filter
kann somit, ausgehend von "Tageslicht"-Weiß, jede Farbe erzeugt werden,
jedoch mit großem technischen Aufwand und sehr geringer Effektivität.
Eine andere Möglichkeit zur umfassenden Farberzeugung (einschließlich
"Tageslicht"), liegt in dem Grundphänomen der Lichtbrechung am Prisma.
Das für gewöhnliche Prismen benötigte parallele Lichtbündel läßt sich
jedoch nur von einem geringen Bruchteil der Lampenleistung erzeugen, wodurch
die Verwendung von Dispersionsprismen auf wissenschaftliche Apparate
und Effektbeleuchtung (z. B. DE 32 02 927 A1) beschränkt blieb.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Farbscheinwerfer, der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Art, derart auszugestalten, daß die Erzeugung
sämtlicher Farben des CIE-Farbenraumes, mit und ohne Abhängigkeit von der
Wellenlänge, sowie von Tageslichtweiß, in regelbarer Helligkeit möglich
ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die in Hauptanspruch 1 angegebene Erfindung.
Im Gegensatz zu den gängigen Farbscheinwerfern beruht die Erfindung
darauf, daß farbiges Licht nicht durch Filter, sondern mit Dispersionsprismen
erzeugt wird, wobei anstelle geradliniger Prismen, Prismenringe
verwendet werden.
Mit Bezugnahme auf die Nebenansprüche 2, 3 und 4 ergibt sich ein optisches
System, das die Projektion eines ringförmigen Spektrums ermöglicht. Anders
als beim geradlinigen Prisma, ist die Projektion beim ringförmigen Prisma
ausschließlich in einem bestimmten Abstand vom Prisma möglich, d. h. Ringgröße
und brechender Winkel bestimmen den Projektionsabstand. Das optische
Auflösungsvermögen wird festgelegt durch oben genannte Größen und den maximalen
Winkel, der rechtwinklig zum Haupteinfallswinkel vom Strahl aus gemessen
wird. Die Strahlung die nicht rechtwinklig zum Einfallswinkel abweicht,
ist beim Prisma als paraxial zu bezeichnen.
Ausgehend vom geraden Prisma, wird ein Punkt nicht paraxial eintreffenden
Lichts nicht als gerades, sondern als gebogenes Spektrum abgebildet, d. h.
je größer die Winkel (rechtwinklig zum Einffallswinkel) sind, um so größer
ist die Lichtbrechung. Eine parallel auf das Prisma eintreffende Gerade
nicht paraxialen Lichts wird folglich als eine unendliche Anzahl gebogener
Spektren abgebildet, so daß sich diese überlagern und eine Mischung der Farben
stattfindet.
Dieses Phänomen liegt der Erfindung zugrunde: Werden Prismen so geformt
(ringförmig), daß paraxiale Strahlen ein kreisförmiges Spektrum bilden,
so werden von nicht paraxialen Strahlen zusätzlich bogenförmige Spektren
erzeugt. Zur Veranschaulichung werden ein roter Spektralring aus paraxialen
und die roten Bögen aus nicht paraxialen Strahlen betrachtet. Der
Spektralring soll sich zylindrisch (gleich groß bleibend) ausbreiten. Die
roten Bögen hingegen sind ihrem Wesen nach beim Austritt aus dem Prisma
winzig klein und werden mit wachsendem Abstand immer größer. Prüft man
die Bögen auf ihre Krümmung, wird man feststellen, daß sie bei nicht zu
großer Abweichung der Strahlen aus dem Paraxialgebiet, annähernd mit Kreisbögen
verglichen werden können. Nun liegt es nahe, die kleinen Bögen und
ihren Abstand zum Prisma, so lange wachsen zu lassen, bis sie die gleiche
Krümmung haben, wie der rote Ring. Das bedeutet natürlich, daß der rote
Ring und die unendlich vielen roten "Kreis"bögen in einem bestimmten Abstand
einen roten Ring bilden, der so aussieht, als wäre ausschließlich
paraxiales Licht vorhanden. Hier kann eine Blende angebracht werden, die
aus Ringen besteht, die sich unabhängig voneinander öffnen und schließen
lassen. Ein Blendenring ist z. B. für den roten Farbring. Wird der Farbring
hindurchgelassen, so werden die Kreisbögen ja weiterhin größer, wodurch
ein roter Lichtkegel entsteht. Er hat ein kleines Loch in der Mitte mit
Größe des roten Rines. Zur homogenen Lichtverteilung muß der Verlauf der
paraxialen Strahlen etwas zur Scheinwerferachse geneigt sein, so daß sich
in bestimmter Entfernung vom Scheinwerfer dieser Mangel beseitigt. Die anderen
Farben verlaufen dann entsprechend stärker zur Scheinwerferachse geneigt
und haben gleiches Verhalten wie die beschriebene rote, so daß eine
Farbmischung gewährleistet ist.
In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen angegeben. Einen
faseroptischen Querschnittswandler zu verwenden, ist vorteilhaft, um in
einem Brennfleck gesammelt Licht verlustarm auf den Ringspalt zu übertragen.
Der Wärmereflexionsfilter dient dazu, daß der Querschnittswandler nicht
durch die Lichtstrahlung zerstört wird. Die Lage von Lichtspalt und Kondensorlinse
dient zur bestmöglichen Erzeugung einer eindimensionalen Parallelität.
Dem bevorzugten Scheinwerferaufbau entsprechend, ist die Ausbreitung
der Strahlen senkrecht zur Scheinwerferachse nach außen, wobei, nach vorhergehender
Beschreibung, die Verlängerung paraxialer Strahlen durch den
Mittelpunkt (Scheinwerferachse) läuft und die der anderen nicht. Zwei Prismen
werden verwendet, weil ein Prisma einer gebräuchlichen Glasart nur Strahlenverläufe
ermöglicht, welche sich von der Scheinwerferachse entfernen.
Die Linse zur Projektion der Farbringe hat eine sehr große Brennweite. Deshalb
ist es nicht notwendig, daß sie senkrecht zum Strahlenverlauf steht
(geringe Aberration).
Die in Unteranspruch 6 beschriebene Blende ist in ihrer Funktion deshalb
genauer zu betrachten, weil beim Öffnen die Schnittkanten, welche nicht
befestigt sind, sich senkrecht stellen und gleichzeitig etwas zum Mittelpunkt
wandern. Zwangsläufig werden damit die Abstände der Verbindungspunkte
zueinander kleiner. Wird die Verbindung der zusammengehörigen Klappen z. B.
mit einem dünnen Stahlseil geschaffen, so läßt sich z. B. unter Verwendung
kleiner Rohrstücke bestimmter Länge, die, von der Klappenschnittkante
nach innen laufend, an die Klappen angesetzt sind, ein Ausgleich der Längenänderung
erzielen: Sind die Klappen geschlossen, steht die gesamte Länge
des Stahlseils zur Verfügung, da das Rohr parallel zum Stahlseil liegt;
sind die Klappen jedoch geöffnet, stehen die Rohrstückchen mit dem innenliegenden
Stahlseil zu dem übrigen Stahlseil senkrecht, wodurch auf einfache
Weise eine Kürzung der Verbindungslänge eintritt. Die konzentrischen
Ringblenden können sich deshalb gegenseitig nicht beeinflussen, weil
ja auch in geöffnetem Zustand die Krümmung der inneren Klappen größer ist,
als die der äußeren (konzentrischer Aufbau).
Die in Unteranspruch 7 beschriebenen Merkmale dienen vorwiegend der Verringerung
von Reflexionsverlusten. Bei der Kondensorlinse jedoch zum Zentrieren.
Im folgenden werden die optischen Zuammenhänge zur Berechnung der Strahlneigung
zur Scheinwerferachse und der dazu rechtwinklig liegenden Ablenkung
eines aus diesen beiden Komponenten gebildeten Lichtstrahls in Abhängigkeit
von Eingangsstrahl (gebildet aus paraxialem Einfallswinkel
und Abweichung aus dem Paraxialgebiet) und optischen System beschrieben.
Da der Strahlendurchgang durch Linsen allgemein bekannt ist und auch bei
ringförmigen Linsen nicht wesentlich abweicht, werden nur die Prismen betrachtet.
Verwendete Formelzeichen und ihre Bedeutung:
α₁ Einfallswinkel, 1. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₃ Einfallswinkel, 2. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₅ Einfallswinkel, 3. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₇ Einfallswinkel, 4. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₂ Ausfallswinkel, 1. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₄ Ausfallswinkel, 2. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₆ Ausfallswinkel, 3. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₈ Ausfallswinkel, 4. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₉ Neigung des Lichtstrahls zur Scheinwerferachse
α′ wahre Ein- und Ausfallswinkel bei nicht paraxialem Durchgang
β vom Strahl ausgehend rechtwinklig zu α gemessener Winkel
α₁ Einfallswinkel, 1. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₃ Einfallswinkel, 2. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₅ Einfallswinkel, 3. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₇ Einfallswinkel, 4. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₂ Ausfallswinkel, 1. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₄ Ausfallswinkel, 2. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₆ Ausfallswinkel, 3. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₈ Ausfallswinkel, 4. Fläche bei paraxialem Durchgang
α₉ Neigung des Lichtstrahls zur Scheinwerferachse
α′ wahre Ein- und Ausfallswinkel bei nicht paraxialem Durchgang
β vom Strahl ausgehend rechtwinklig zu α gemessener Winkel
- β₀ Ausfallswinkel vom Lichtspalt
- β₁ Winkel außerhalb des Glases bei Prismeneintritt
- β₂ Winkel innerhalb des Glases bei Prismeneintritt
- β₈ Winkel außerhalb des Glases bei Prismenaustritt
γ1,2
, γ3,4
, γ5,6
, γ7,8
bei senkrechter Projektion auf die Grenzfläche
Luft-Glas eines gedachten paraxialen
und des betrachteten Lichtstrahls gemessener
Winkel zwischen den Strahlprojektionen
ε₁ brechender Winkel des 1. Prismas
ε₂ brechender Winkel des 2. Prismas
k₁, k₂, k₃ durch den ringförmigen Aufbau bedingte Faktoren, welche die Veränderung von β ausgleichen
D₁ Durchmesser eines durch paraxiale Strahlen gebildeten Farbrings
D₂ Durchmesser eines Farbbogens in der graphischen Darstellung
l₁ Strecke zwischen Kreismittelpunkt und bekanntem Ein- oder Ausfallspunkt
l₂ Strecke zwischen Kreismittelpunkt u. Ein- oder Ausfallspunkt d. gesuchten β
a, b Ordinaten zur graphischen Darstellung des Bogenspektrums
m Element von |
ε₁ brechender Winkel des 1. Prismas
ε₂ brechender Winkel des 2. Prismas
k₁, k₂, k₃ durch den ringförmigen Aufbau bedingte Faktoren, welche die Veränderung von β ausgleichen
D₁ Durchmesser eines durch paraxiale Strahlen gebildeten Farbrings
D₂ Durchmesser eines Farbbogens in der graphischen Darstellung
l₁ Strecke zwischen Kreismittelpunkt und bekanntem Ein- oder Ausfallspunkt
l₂ Strecke zwischen Kreismittelpunkt u. Ein- oder Ausfallspunkt d. gesuchten β
a, b Ordinaten zur graphischen Darstellung des Bogenspektrums
m Element von |
N
< 4
nh
nh
Brechungsindex der h-Linie des Spektrums
nx
nx
Brechungsindex einer anderen Wellenlänge
r₁ Radius bei geschlossener Blende
r₂ Radius bei geöffneter Blende
s₁ Verbindungsstrecke (Blende geschlossen)
s₂ Verbindungsstrecke (Blende geöffnet)
Δs Längendifferenz Röhrchenlänge
U Umfang
x
r₁ Radius bei geschlossener Blende
r₂ Radius bei geöffneter Blende
s₁ Verbindungsstrecke (Blende geschlossen)
s₂ Verbindungsstrecke (Blende geöffnet)
Δs Längendifferenz Röhrchenlänge
U Umfang
x
₁, x
₂, y
₁, y
₂ Koordinaten für Kreis bei Blendenberechnung
(1 : geschlossen; 2 : geöffnet)
z₁ Multiplikationsfaktor zur Bestimmung des Maßstabs bei der Bogendarstellung
z₂ Abstand der Blende von der Prismenaustrittsfläche
z₁ Multiplikationsfaktor zur Bestimmung des Maßstabs bei der Bogendarstellung
z₂ Abstand der Blende von der Prismenaustrittsfläche
Einige Veränderungen gegenüber den üblichen optischen Formelzeichen sind
zu beachten:
α und ε sind wegen der Häufigkeit und dem deutlicheren Bezug zu β ausgetauscht, wobei gilt: ε′ η α2,3;6,7. α′ kann deshalb zur Bezeichnung des "wahren" Einfallswinkels verwendet werden.
α und ε sind wegen der Häufigkeit und dem deutlicheren Bezug zu β ausgetauscht, wobei gilt: ε′ η α2,3;6,7. α′ kann deshalb zur Bezeichnung des "wahren" Einfallswinkels verwendet werden.
Als Grundzusammenhänge für nicht paraxialen Strahlenverlauf durch gerade
Prismen gelten:
cos α′₁ = cos α₁ · cos β₁ (1)
tan γ1,2 = tan β₁ : sin α₁ (2)
sin α′₂ = sin α′₁ : n (bei Glaseintritt) (3a)
sin α′₂ = n sin α′₁, (bei Glasaustritt) (3b)
sin β₂ = sin α′₂ · sin γ1,2 (4)
tan α₂ = tan α′₂ · cos γ1,2 (5)
Zur Berechnung des Einfallswinkels auf der nächsten Prismenfläche
innerhalb des Glases gilt wie üblich:
α₃ = ε₁-α₂ (6)
Zwischen Ausfallswinkel des ersten und Einfallswinkel des zweiten
Prismas gilt:
α₅ = 90 + ε₁ + ε₂ : 4 - α₁-α₄ (7)
Für die Neigung des Lichtstrahls zur Scheinwerferachse gilt:
α₉ = α₈-3ε₂ : 4 (8)
Die Gleichungen 7) und 8) sind voneiander abhängig:
Der Faktor von ε₂ in 7) muß addiert mit dem Faktor von ε₂ in 8) die
Zahl 1 bilden.
z. B. 1/4 ε₂ + 3/4 ε₂ = 1ε₂
Diese Beziehung gibt die Lage des zweiten Prismas zu einer senkrecht zur
Scheinwerferachse stehenden Gerade an:
ε₂ · 1/4 = Winkel zwischen der Geraden und der Prismeneintrittsfläche
ε₂ · 3/4 = Winkel zwischen der Geraden und der Prismenaustrittsfläche
ε₂ · 3/4 = Winkel zwischen der Geraden und der Prismenaustrittsfläche
Zur Berechnung der Faktoren k₁, k₂ und k₃ für ringförmige Prismen gilt
nach dem Sinussatz:
k = arcsin (l₁ sin (180-β) : l₂) : βBasis (9)
Hierbei handelt es sich wie gesagt um einen Multiplikationsfaktor von
β₁ oder β₂. Bei geradlinigen Prismen gilt β₁ = β₄ = β₅ = β₈ und
β₂ = β₃ = β₆ = β₇. Die Veränderung bei ringförmigen Prismen wird mit
k₁, k₂ und k₃ geregelt. Allgemein gilt zur Berechnung der Winkel:
Nach 1) bis 10) werden β₈ und α₉ durch folgenden Rechenablauf bestimmt:
α₁ = arcsin (nh sin (ε₁ : 2))
α′₁ + arccos (cos β₁ · cos α₁)
γ1,2 = arctan (tan β₁ : sin α₁)
α′₂ = arcsin (sin α′₁ : nx)
α₂ = arctan (tan α′₂ · cos γ1,2)
β₂ = arcsin (sin α′₂ · sin γ1,2)
α₃ = ε₁-α₂
α′₃ = arccos (cos (k₁ · β₂) · cos α₃)
γ3,4 = arctan (tan (k₁ · β₂) : sin α₃)
α′₄ = arcsin (nx sin α′₃)
α₄ = arctan (tan α′₄ · γ3,4)
α₅ = 90 + ε₁ + ε₂ : 4-α₁-α4
α′₅ = arccos (cos (k₂ · β₁) · cos α₅)
γ5,6 = arctan (tan (k₂ · β₁) : sin α₅)
α′₆ = arcsin (sin α′₅ : nx)
α₆ = arctan (tan α′₆ · cos γ5, 6)
α₇ = ε₂-α₆
α′₇ = arccos (cos (k₃ · β₂) · cos α₇)
γ7,8 = arctan (tan (k₃ · β₂) : sin α₇)
α′₈ = arcsin (nx sin α′₇)
α₈ = arctan (tan α′₈ cos γ7,8)
β₈ = arcsin (sin α′₈ sin γ7,8)
α₉ = α₈-3 · ε₂ : 4
α′₁ + arccos (cos β₁ · cos α₁)
γ1,2 = arctan (tan β₁ : sin α₁)
α′₂ = arcsin (sin α′₁ : nx)
α₂ = arctan (tan α′₂ · cos γ1,2)
β₂ = arcsin (sin α′₂ · sin γ1,2)
α₃ = ε₁-α₂
α′₃ = arccos (cos (k₁ · β₂) · cos α₃)
γ3,4 = arctan (tan (k₁ · β₂) : sin α₃)
α′₄ = arcsin (nx sin α′₃)
α₄ = arctan (tan α′₄ · γ3,4)
α₅ = 90 + ε₁ + ε₂ : 4-α₁-α4
α′₅ = arccos (cos (k₂ · β₁) · cos α₅)
γ5,6 = arctan (tan (k₂ · β₁) : sin α₅)
α′₆ = arcsin (sin α′₅ : nx)
α₆ = arctan (tan α′₆ · cos γ5, 6)
α₇ = ε₂-α₆
α′₇ = arccos (cos (k₃ · β₂) · cos α₇)
γ7,8 = arctan (tan (k₃ · β₂) : sin α₇)
α′₈ = arcsin (nx sin α′₇)
α₈ = arctan (tan α′₈ cos γ7,8)
β₈ = arcsin (sin α′₈ sin γ7,8)
α₉ = α₈-3 · ε₂ : 4
Die Koordination a und b zur graphischen Darstellung der Bogenspektren werden
folgendermaßen bestimmt:
a = z₁ tan α₉
b = z₁ cos-11 α₉ · tan β₈
b = z₁ cos-11 α₉ · tan β₈
Zeichnerisch wird die Größe des Kreises ermittelt, der sich durch die graphisch
dargestellten Punkte legen läßt. Mit z₂ = z₁ berechnet sich, bei
Betrachtung eines parallel zur Scheinwerferachse verlaufenden Farbringes,
der Blendenabstand bzw. der Projektionsabstand vom Prismenaustritt, in
dem sich paraxiale und nicht paraxiale Strahlen überlagern. Bei Farbringen,
die etwas zur Scheinwerferachse geneigt sind, erhält man den Projektionsabstand
nur annähernd; eine genaue Bestimmung dürfte dem Fachmann jedoch
keine Schwierigkeiten bereiten. Außerdem ist die Feinabstimmung experimentell
zu lösen.
Die allgemeinen Berechnungsgrundlagen abschließend, wie die Bestimmung
von Δs angegeben:
aus 1) und 2) folgt:
mit U₁ ≈ s₁m, U₂ ≈ s2m und r₂ = x₁ erhält man, wenn von einer großen Anzahl
(m) Klappen ausgegangen wird:
Δs ≈ 2π (r₁-x₁) : m
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und
wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Farbscheinwerfers
Fig. 2 eine Ansicht eines Querschnitts des Prismensystems aus Fig. 1
Fig. 3 eine graphische Darstellung eines Bogenspektrums
Fig. 4 eine Ansicht einer Blende
Fig. 5 eine Teilansicht einer Blende von der Seite
Fig. 6 Schnittzeichnung einer nach Anspruch 7 veränderten Kondensatorlinse
In Fig. 1 ist schematisch ein Längsschnitt durch einen Farbscheinwerfer dargestellt,
welcher Proportionen aufweist, die dem Ausführungsbeispiel entsprechen.
Es ist nicht einfach, alle Scheinwerferkomponenten aufeinander abzustimmen.
Daher ist die Verwendung eines Computers oder programmierbaren Taschenrechners
ratsam.
Zuerst wird die Glasart bestimmt, welche für die Prismenringe verwendet
werden soll. Wegen der großen Dispersion, des sehr geringen Transmissionsverlustes
und eines niedrigen Preises, sollen die Ringe aus SF 2 (Glasbezeichnung
der Firma Schott) gefertigt werden.
Jetzt sind die Winkel ε₁ und ε₂ und die Lage des zweiten Prismas festzulegen.
Anhand eines auf den zuvor beschriebenen optischen Zusammenhängen beruhenden
Taschenrechnerprogramms werden z. B. folgende geeignete Winkel erhalten:
ε₁ = 65°
ε₂ = 45°
ε₂ = 45°
wobei sich zusammensetzt aus 1/3 ε₂ nach 7) und 2/3 ε₂ nach 8), also aus
15° und 30°. Unter diesen Voraussetzungen wird für eine rote Wellenlänge
eine Neigung zur Scheinwerferachse von α₈ = 1,6° erhalten, so daß unter Berücksichtigung
der Linse (9) eine homogene Farbverteilung in einem Abstand
von etwa 2,5 m zu erwarten ist (bei einem größten Prismenring (8) mit einem
Durchmesser von etwa 250 mm).
Zeichnerisch wird die Größe der Prismen zueinander bestimmt (Fig. 2).
Aus Erfahrungswerten ergibt sich, daß der Lichtspaltdurchmesser bei einem
Gesamtausstrahlungswinkel von 60° etwa 1/3 des mittleren Durchmessers des
kleinen Prismas (7) betragen sollte. Bei einer für Beleuchtungszwecke geeigneten
Spaltbreite (hier ≈ 1 mm), einem größten Prismendurchmesser
von ≈ 250 mm und einer Breite des Kondensorrings (6) zwischen 15 und 20 mm
darf der Brennfleck der Lampe etwa 1,5 bis 2 cm² betragen.
Dieses System eignet sich z. B. für eine Entladungslampe HMI 1200/GS.
Nach Fig. 2 erhält man folgende Werte für k₁, k₂ und k₃ der Lichtstrahlen
S₁, S₂ und S₃:
Rechenbeispiel für k₁, k₂ und k₃ von S₁:
b₁)
l₁ ≈ 27,5
l₂ ≈ 98,5 ⇒ β₁ = arcsin (27,5 sin(180-30) : 98,5) ≈ 8°
β₀ + 30°
l₁ ≈ 27,5
l₂ ≈ 98,5 ⇒ β₁ = arcsin (27,5 sin(180-30) : 98,5) ≈ 8°
β₀ + 30°
k₁)
k₁ = 1, da in der Prismenspitze Fläche 1 und Fläche 2 des Prismas zusammenfallen
k₁ = 1, da in der Prismenspitze Fläche 1 und Fläche 2 des Prismas zusammenfallen
k₂)
l₁ ≈ 98,5
l₂ ≈ 154,5 k₂ = arcsin (98,5 sin (180-8) : 154,5) : 8 = 0,636
β₁ = βBasis = 8°
l₁ ≈ 98,5
l₂ ≈ 154,5 k₂ = arcsin (98,5 sin (180-8) : 154,5) : 8 = 0,636
β₁ = βBasis = 8°
k₃)
k₃ = k₂ = 0,636 (Begründung siehe k₁)
k₃ = k₂ = 0,636 (Begründung siehe k₁)
S₂:
β₁ = 10°
k₁ = 0,763
k₂ = 0,605
k₃ = 0,544
β₁ = 10°
k₁ = 0,763
k₂ = 0,605
k₃ = 0,544
S₃:
β₁ = 12,5
k₁ = 0,589
k₂ = 0,589
k₃ = 0,476
β₁ = 12,5
k₁ = 0,589
k₂ = 0,589
k₃ = 0,476
Jetzt werden die Koordinaten a und b der Strahlverläufe berechnet und zwar
für folgende Farben mit angegebenem Brechungsindex bei SF 2:
Farbe | |
Brechungsindex nx | |
violett | |
1,68233 | |
blau | 1,66835 |
grün | 1,65626 |
gelb | 1,64769 |
rot | 1,63732 |
Der Multiplikationsfaktor ist z₁ = 50
Für β₁ = 0 und β₁ = 10 wird für S₂ zusätzlich eine Abweichung von α₁ ± 2° bei violett und rot berechnet.
Für β₁ = 0 und β₁ = 10 wird für S₂ zusätzlich eine Abweichung von α₁ ± 2° bei violett und rot berechnet.
In Fig. 3 sind die berechneten Werte graphisch dargestellt. Zeichnerisch wird
ein Mittelpunkt M gesucht, der allen Bögen etwa gerecht wird. Außerdem wird
eine Einteilung für die Blendenringe vorgenommen, wobei es sich um eine beispielhafte
Einteilung handelt und natürlich sowohl Anzahl als auch Lage der
Ringe verändert werden kann.
Bei der graphischen Darstellung ist der Radius vom Mittelpunkt M bis zum
roten paraxialen Lichtkreis ≈ 11,5 cm. Berechnet beträgt die Größe dieses
Kreises paraxialer Strahlen jedoch nur ≈ 11 cm. Daraus ergibt sich, daß z₂
- also der Abstand zwischen Prismensystem und Blende - etwas kleiner als
50 cm sein muß. Stimmen nach Fertigstellung des Scheinwerfers die Projektionen
von Bogenspektren und paraxialem Ringspektrum nicht vollständig überein,
läßt sich zweite, durch geringfügiges Verschieben des Lichtspalts zur
Kondensatorlinsenachse, noch etwas verändern.
Fig. 4 stellt eine Blende (10) mit 12 Klappen je Ring und einer Fig. 3 entsprechenden
Einteilung in fünf Ringe dar.
Fig. 5 verdeutlicht, bei geöffneter Blende, die Funktion der Röhrchen (103)
mit der Länge Δs.
Beispiel einer Berechnung von Δs für den innersten Blendenring:
Fig. 6 stellt ergänzend die nach Unteranspruch 7 veränderte Kondensatorlinse
dar. Im Gegensatz zu den beiden anderen bevorzugten Ausführungsformen (Projektionslinse
und Wärmereflexionsfilter) nach Unteranspruch 7, hat hier
die Reflexminderung nur nebensächliche Bedeutung: Bei ringförmigen Linsen
(6) ist ein zentrisches Einsetzen des Lichtspalts (5) gewährleistet, und
nach Abstimmung des Systems kann der Spalt (5) zur Fixierung eingekittet
werden.
Claims (7)
1. Farbscheinwerfer insbesondere für Bühnenbeleuchtung mit:
- - einer tageslichtähnlichen Lampe 1 mit kleinem Leuchtfeld und
- - einer Vorrichtung (z. B. Ellipsoidspiegel 2) zur Erzeugung eines kleinen
Brennflecks
dadurch gekennzeichnet, daß - - ein ringförmiges Spektrum durch optische Bauelemente 6, 7, 8, 9 und einen vorzugsweise senkrecht zur Scheinwerferachse gerichteten Lichtspalt 5 im Bereich einer Durchlaßblende erzeugt wird und
- - sowohl die optischen Bauelemente 6, 7, 8, 9 als auch der Lichtspalt 5 ringförmig sind.
2. Farbscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch paraxiale
Strahlen gebildeten Farbringe sich im Bereich der Blende 10 mit den von
jedem Punkt der Prismenaustrittsfläche ausgehenden, durch nicht paraxiale
Strahlen gebildeten Farbbögen überlagern, wobei als Achse alle Geraden des
Lichtverlaufs zu bezeichnen sind, welche die Scheinwerferachse schneiden.
3. Farbscheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
- - sich die Überlagerung der Projektionen von paraxialen und nicht paraxialen Strahlen außerhalb des Scheinwerfers aufhebt und
- - die Farben sich zu einem homogenen Lichtkegel mischen.
4. Farbscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Blende 10 den Durchlaß der Farben unabhängig voneinander in einzeln
regelbarer Intensität ermöglicht.
5. Farbscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Brennfleck durch einen faseroptischen Querschnittswandler 4 mit Wärmereflexionsfilter 3 den Lichtspalt 5 bildet,
- - der Lichtspalt 5 durch eine Kondensorlinse 6 vorzugsweise in eine senkrecht zur Scheinwerferachse verlaufende Strahlenebene gewandelt wird,
- - die Strahlenebene durch vorzugsweise zwei Prismen 7, 8 in Spektralfarben zerlegt wird und
- - die Spektralfarben durch eine Linse 9 auf der Blende 10 abgebildet werden.
6. Farbscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Durchlaßblende 10 je einer Farbe entsprechende, konzentrische, flächige Ringe aufweist, welche zum Mittelpunkt hin in je gleiche Stücke 101 gleicher Anzahl geteilt sind, die wiederum auf mittig angebrachten Achsen 102 beweglich befestigt sind,
- - die jeweils zusammengehörigen Bogenstücke 101 so miteinander verbunden sind, daß der Lichtdurchgang vorzugsweise mittels einer außerhalb angebrachten elektromechanischen Bedienungseinheit 104 kontinuierlich geregelt werden kann und
- - die Veränderung der benötigten Verbindungslänge sich dabei ausgleicht.
7. Farbscheinwerfer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß
- - der Wärmereflexionsfilter 3 auf den Querschnittswandler 4 gekittet ist,
- - die Kondensorlinse 6 so abgewandelt werden kann, daß sie in direkter Verbindung mit dem Lichtspalt 5 steht, und
- - die Linse 9 an die Prismenaustrittsfläche angeschliffen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4209882A DE4209882A1 (de) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Farbscheinwerfer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4209882A DE4209882A1 (de) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Farbscheinwerfer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4209882A1 true DE4209882A1 (de) | 1993-09-30 |
Family
ID=6455099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4209882A Withdrawn DE4209882A1 (de) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Farbscheinwerfer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4209882A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19809871C2 (de) * | 1998-03-07 | 2000-04-13 | Nils Lehmann | Farbmischaufsatz zur additiven Farbmischung für mindestens drei verschiedene Farbleuchten als Bestandteil einer Beleuchtungseinheit |
DE10011765B4 (de) * | 2000-03-10 | 2004-01-29 | Obermoser, J. Franz | Leuchte mit einer optischen Vorrichtung zur Erzeugung eines kreisbogenförmig ausgebildeten Lichtspektrums |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2133719A1 (de) * | 1971-07-07 | 1973-01-25 | Original Hanau Quarzlampen | Operationsleuchte mit lichtleiter |
DE2724304A1 (de) * | 1977-05-28 | 1978-12-07 | Karl Gerhard | Farbleuchte |
-
1992
- 1992-03-26 DE DE4209882A patent/DE4209882A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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