DE4307809C1 - Beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere eine mit einem Reflektor ausgestattete Leuchte.

In derzeitigen Reflektorleuchten wird der von der Lampe erzeugte Lichtstrom zum Teil direkt und zum anderen Teil indirekt über den Reflektor abgestrahlt. Hierbei wird die Größe des Projektionslichtflecks auf der beleuchteten Fläche im allgemeinen von der Größe und der Form des Reflektors bestimmt. Bei gleichbleibender Lichtleistung der Lampe nimmt jedoch die Beleuchtungsstärke auf der beleuchteten Fläche mit zunehmendem Reflektoröffnungswinkel, der Oberflächenqualität der Reflektionsfläche, der Reflektorform und dem Reflektormaterial überproportional ab. Außerdem sind häufig Dunkelfelder, Schlieren und Dunkelringe auf dem Projektionslichtfleck vorhanden.

Im Stand der Technik wird eine Verfahren zur Beleuchtung von Flächen in der DE-PS 116 262 offenbart. In dieser Schrift wird ein Lösungsweg mit einer gattungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung vorgeschlagen, bei dem die Strahlen einer Lichtquelle zu einem in einer bestimmten Richtung gehenden Lichtbündel durch optische Elemente, insb. Sammellinsen oder Reflektoren vereinigt werden und dieses Lichtbündel so schnell über eine größere Fläche bewegt wird, daß die gesamte Fläche beleuchtet erscheint. Die verwendete Vorrichtung ist jedoch mechanisch aufwendig und weist bei Dauerbetrieb erhebliche mechanische Schwachstellen auf.

Desweiteren ist aus der Druckschrift DE 90 02 044 U1 ein Profilreflektor-Projektionsapparat bekannt, der eine im Lichtstrahlengang angeordnete Projektionslinse aufweist, welche mit einer bestimmten Drehzahl angetrieben um eine Achse drehbar ist. Diese Druckschrift hat jedoch zur Aufgabe, durch Lichtbrechung oder -spiegelung in dem Profilreflektor- Projektionsapparat erzeugte optische Muster auf die jeweils beschienene Fläche zu projizieren. Eine Vergleichmäßigung der Beleuchtungsstärke auf der beleuchteten Fläche wird in dieser Druckschrift nicht angesprochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Beleuchtungsvorrichtung zu gestalten, die bei gegebener Lampenleistung eine relativ hohe gleichmäßige Beleuchtungsstärke auf der beleuchteten Fläche erbringt.

Dies wird gemäß der Erfindung mit einer gattungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung erreicht, bei der das optische Bauelement eine Keilplatte ist, deren Drehpunkt in der Ausbreitungsachse liegt und die mit einer Drehzahl von mehr als 3600 U/min angetrieben wird, und wobei der Keilplattenwinkel so gewählt ist, daß das Lichtstrahlenbündel durch die Keilplatte so abgelenkt wird, daß durch den kreisenden Lichtfleck eine Fläche bestrahlt wird, deren Durchmesser doppelt so groß wie der Durchmesser des auf der Fläche kreisenden Lichtflecks selbst ist.

Durch die Drehung des als Keilplatte ausgebildeten optischen Bauelements kreist der auf die beleuchtete Fläche projizierte Lichtfleck um die Projektion der optischen Achse des Lichtstrahlenbündels. Durch die hohe Drehzahl der Keilplatte entsteht dabei aufgrund der Trägheit des menschlichen Auges ein flimmerfrei stehendes Beleuchtungsfeld, dessen Durchmesser entsprechend des Ablenkungswinkels größer ist als der Durchmesser des kreisenden Lichtflecks selbst. Dabei ist die Drehzahl der Keilplatte gewählt, daß das menschliche Auge ein flimmerfrei stehendes Bild wahrnimmt. Dazu ist eine Frequenz von mehr als 60 Hz notwendig und die Drehzahl beträgt dementsprechend mehr als 3600 U/min, bevorzugt mehr als 4200 U/min. Bei Verwendung eines Meßgerätes (Luxmeter) mit Meßintervallen von 1/100 Sekunde sind zur Messung eines entsprechenden Meßwertes entsprechend höhere Drehzahlen von mehr als 6000 Upm erforderlich.

Wenn dabei der Ablenkungswinkel gemäß der Erfindung so gewählt ist, daß diese Projektion der optischen Achse des Einfallsstrahlenbündels weiterhin innerhalb der Fläche des kreisenden Lichtflecks liegt, ergibt sich ein kreisförmiges vollflächiges Beleuchtungsfeld; andernfalls entsteht ein ringförmiges Beleuchtungsfeld.

Dabei ist die Beleuchtungsstärke des Beleuchtungsfeldes relativ hoch, da nur geringe Reflektionsverluste an dem lichtbrechenden optischen Bauelement entstehen. Gleichzeitig werden ggf. vorhandene Dunkelflächen in dem projizierten Lichtfleck durch dessen kreisende Bewegung verwischt, so daß die Beleuchtungsstärke über das Beleuchtungsfeld hin kontinuierlich ist. Der Ablenkungswinkel ist so gewählt, daß die Projektion der optischen Achse des Einfallsstrahlenbündels auf der Kreislinie des kreisenden Lichtflecks liegt, so daß sich eine bestrahlte kreisförmige Fläche mit einem annähernd doppelt so großen Durchmesser wie der kreisende Lichtfleck selbst ergibt. Der maximale Ablenkungswinkel beträgt bevorzugt weniger als zehn Grad, mehr bevorzugt weniger als fünf Grad.

Wenn die Drehachse der Keilplatte in der optischen Achse des Einfallslichtbündels liegt, ist die Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit von dem Ablenkungswinkel in der Mitte des Beleuchtungsfeldes im allgemeinen etwas höher als zu dessen Randbereichen hin.

Wenngleich anstelle eines als Keilplatte ausgebildeten optischen Bauelementes eine lichtbrechende Folie oder auch eine optische Linse verwendet werden kann, die schräg zur optischen Achse des Einfallsstrahlenbündels angeordnet ist, wird erfindungsgemäß die Ausbildung des optischen Bauelementes als Keilplatte (optisches Prisma) gewählt. Seblstverständlich ist es auch möglich, die Keilplatte farbig transparent zu gestalten, so daß bestimmte Wellenlängenanteile des transmittierenden Lichtes absorbiert werden.

Da die Keilplatte eine nicht rotationssymmetrische Massenverteilung aufweist, die ein Auswuchten der sich drehenden Teile erforderlich macht, kann dieses durch Anbringen geeigneter Gegengewichte zu der Drehachse erfolgen.

Bei einer mit Tageslicht als Lichtquelle ausgestatteten Beleuchtungsvorrichtung ist es zur Erhöhung der Leuchtstärke sinnvoll, den einfallenden Lichtstrahl durch eine optische Linse zu bündeln und dann auf das optische Bauelement zu führen.

Wenn die Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lampe, insbesondere mit einer Reflektorleuchte, betrieben wird, ist es möglich, daß die Reflektorleuchte und das als Keilplatte ausgebildete optische Bauelement mitsamt seinem Antriebsmotor und dem Antriebsgetriebe, das vorzugsweise als Riementrieb ausgebildet ist, als Bestandteil der Leuchte als eine Baueinheit gestaltet sind. Jedoch kann die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung auch als gesondertes Zusatzgerät gestaltet werden, das vor die Reflektorleuchte montiert werden kann.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnung eine prinzipielle Ausführungsform der Erfindung erläutert. Im Strahlengang des von der Lampe 2 erzeugten und an dem Reflektor 1 reflektierten Lichtstrahlenbündels der Leuchte ist die Keilplatte 3 angeordnet, von der das Lichtstrahlenbündel in einem spitzen Ablenkungswinkel gegenüber der optischen Achse des Einfallsstrahls abgelenkt wird. Hierzu verläuft die dem Reflektor 1 zugewandte Fläche der Keilplatte 3 in einem Winkel zu der optischen Achse der Leuchte, wohingegen die Austrittsseite der Keilplatte 3 senkrecht zu dieser optischen Achse verläuft. Selbstverständlich ist auch eine Umkehrung der geometrischen Anordnung der dem Reflektor 1 zugewandten Fläche der Keilplatte 3 und der Fläche der Austrittsseite der Keilplatte 3 zur optischen Achse dahingehend möglich, daß die dem Reflektor 1 zugewandte Fläche der Keilplatte 3 senkrecht zu der optischen Achse der Leuchte verläuft. Die Keilplatte 3 ist an ihrer Halterung 7 auf Kugellagern 8 drehbar gelagert und kann von einem Elektromotor 4 über eine Antriebsriemenscheibe 5 und einen Antriebsriemen 6 mit hoher Drehzahl um die optische Achse der Leuchte gedreht werden. Hierdurch kreist das abgelenkte Austrittsstrahlenbündel mit hoher Geschwindigkeit, so daß das Beleuchtungsfeld auf der beleuchteten Fläche als flimmerfreie Kreisfläche gleichmäßiger Leuchtdichte erscheint. Wenn hingegen der Elektromotor abgeschaltet wird, ergibt sich wieder ein kleineres Beleuchtungsfeld. Durch geeignete Wahl der Größen der Antriebsriemenscheibe 5 und der Halterung 7 läßt sich das Übersetzungsverhältnis beliebig einstellen und der verwendete Elektromotor den Massenverhältnissen anpassen, solange die sich ergebende Mindestdrehzahl zu einem für den Betrachter stehenden Bild führt.

In einem Versuch wurde ein über einen Aluminiumreflektor gerichtetes Lichtstrahlenbündel (Niedervolt-Halogen-Lampe, 12 V, 20 W) mit einem Keilprisma um etwa 4° abgelenkt, das mit einer Drehzahl von ca. 6000 U/min gedreht wurde. Dadurch wurde der Durchmesser des Lichtflecks auf der beleuchteten Fläche von etwa 70 cm auf etwa 130 cm vergrößert, was einem Flächenverhältnis von etwa 3,45 : 1 entspricht. Mit einem entsprechend größeren Ausstrahlungswinkel des Reflektors würde dies bei herkömmlicher Reflektortechnik einem Absinken der Beleuchtungsstärke von ca. 200 lx auf ca. 60 lx entsprechen. Der Versuch zeigte jedoch eine Beleuchtungsstärke von im Mittel 150 lx und auch an den dunkelsten Stellen noch von 125 lx.

Claims (2)

1. Beleuchtungsvorrichtung, bei der ein Lichtstrahlenbündel längs seiner Ausbreitungsachse auf ein rotierendes, dieses Lichtstrahlenbündel ablenkendes, lichtbrechendes optisches Bauelement trifft,
dadurch gekennzeichnet,
- daß das optische Bauelement eine Keilplatte (3) ist, deren Drehpunkt in der Ausbreitungsachse liegt und die mit einer Drehzahl von mehr als 3600 U/min angetrieben wird, und
- daß der Keilplattenwinkel so gewählt ist, daß das Lichtstrahlenbündel durch die Keilplatte so abgelenkt wird, daß durch den kreisenden Lichtfleck eine Fläche bestrahlt wird, deren Durchmesser doppelt so groß wie der Durchmesser des auf der Fläche kreisenden Lichtflecks selbst ist.

2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilplatte (3) in einer Halterung (7) auf Kugellagern (8) drehbar gelagert ist, die von einem Elektromotor (4) über eine Antriebsriemenscheibe (5) und einen Antriebsriemen (6) angetrieben wird.