DE4413111C2 - Leuchte für eine gleichmäßige Beleuchtungsstärkeverteilung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchte für eine gleichmäßige Beleuchtungstärkeverteilung mit mindestens einer Linse, einem Reflektor und mindestens einer zwischen dem Reflektor und der Linse angeordneten Lichtquelle.

Eine solche Leuchte ist aus dem im Juli 1987 veröffentlichten Prospekt "dedolight" der Dedo Weigert Film GmbH bekannt.

Wenn ein flächiges Objekt von einer Leuchte beleuchtet wird, die sich nicht mittig in der Achse befindet, die in einem Winkel von 90° zum Objekt verläuft, so ist der Abstand der Lichtquelle zum einen Ende des Objekts größer als zum anderen Ende des Objekts.

Da die Lichtintensität herkömmlicher Lichtquellen mit zuneh­ mender Entfernung im Quadrat abnimmt, resultiert daraus eine ungleichmäßige Ausleuchtung des flächigen Objekts.

In Fig. 7 ist beispielsweise die Beleuchtung eines Gemäldes 16 gezeigt, das an einer Wand 14 in einem Museum aufgehängt ist. Zur Beleuchtung des Gemäldes 16 wird eine an der Decke 12 befestigte Leuchte 10 verwendet. Die Leuchte 10 ist so im Winkel zu dem Gemälde 16 angeordnet, dass sich Betrachter des Gemäldes 16 außerhalb des Lichtkegels 18 der Leuchte 10 befin­ den, damit sie keinen Schatten auf das Gemälde 16 werfen. Den Betrachtern soll nicht nur ein freier Blick auf das Gemälde 16 geboten werden, sondern es sollen auch störende Reflektionen von der Oberfläche des Gemäldes 16 für den Betrachter unsicht­ bar sein.

Bei einer solchen Anordnung einer Leuchte 10 kann beispiels­ weise der Abstand der Leuchte 10 zur Unterkante des Gemäldes 16 doppelt so groß sein wie der Abstand zur Oberkante. In diesem Fall erhält die Unterkante nur 25% der Lichtintensität im Vergleich zur Oberkante, d. h., dass die Lichtintensität am oberen Bildrand viermal so hoch ist wie am unteren Bildrand.

Bei der oben erwähnten Leuchte "dedolight" handelt es sich um ein besonderes optisches System, das eine gleichmäßige Licht­ verteilungskurve erzeugt, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist. Mit dieser Leuchte ist eine gezielte Ausleuchtung eines Gemäldes möglich. Durch geeignete Vorsätze, wie Klappen der Tore, kann die Ausleuchtung so abgeschottet werden, dass die Umgebung des Gemäldes kein Streulicht erhält. Mit einer solchen Leuchte läßt sich zwar eine gleichmäßige Lichtintensität in waagerech­ ter Richtung erreichen, wenn das Gemälde 16 und die Leuchte 10 wie in Fig. 7 gezeigt angeordnet sind. In senkrechter Richtung nimmt die Lichtintensität aber wegen des unterschiedlichen Abstandes der Leuchte zur Ober- bzw. Unterkante des Gemäldes stark ab.

Für eine gleichmäßige Lichtintensität in senkrechter Richtung wäre im Idealfall eine Leuchte geeignet, die eine Lichtvertei­ lungskurve mit einer Parabelform aufweist, die an ihrem Höhe­ punkt steil gegen Null abfällt. Dieser Höhepunkt entspricht der Lichtintensität der auf die untere Bildkante gerichteten Lichtstrahlen. Eine solche Lichtverteilungskurve ist in Fig. 10 gezeigt.

Eine annähernd richtige Ausleuchtung ließe sich auch mit einer Leuchte erreichen, die eine glockenförmige Lichtverteilungs­ kurve aufweist, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, wenn die Leuchte derart auf das Gemälde ausgerichtet wird, dass der Punkt der höchsten Lichtintensität auf der Unterkante des Gemäldes liegt. Die restliche Lichtabstrahlung, die sich unterhalb des Gemäldes auswirkt, wäre in diesem Fall abzu­ schotten. Die sich ergebende Lichtverteilungskurve ist in Fig. 11 gezeigt. Dies bedeutet, dass die benötigte Energie besten­ falls zur Hälfte genutzt werden kann und dennoch eine ideale Ausleuchtung nicht erreicht wird, weil die glockenförmige Lichtverteilungskurve nicht die erforderliche Parabelform aufweist.

Eine gattungsgemäße Leuchte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist ferner aus DE 86 22 788 U1 bekannt. Bei dieser Leuchte wird explizit keine gleichmäßige Beleuchtungsstärkeverteilung angestrebt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Leuchte zu schaffen, die eine optimale Ausleuchtung eines Objekts auch dann ermöglicht, wenn sich die Leuchte nicht mittig in der Achse befindet, die im Winkel von 90° zum Objekt verläuft.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem gattungsgemäßen Stand der Technik erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Lichtquelle 1 und der Reflektor 3 bezüglich der optischen Achse 6 der Linse 2 versetzt angeordnet und die Hauptachse 4, 5 der Lichtquelle 1 und des Reflektors 3 zur optischen Achse 6 der Linse 2 geneigt sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Leuchte ist es möglich, alle Bereiche eines Objektes mit gleicher Lichtinten­ sität auszuleuchten, wenn die Leuchte bezüglich des auszu­ leuchtenden Objekts geneigt ist. Der Versatz und die Neigung der Lichtquelle und des Reflektors bezüglich der optischen Achse der Linse ist abhängig von der Neigung der optischen Achse der Linse zum Objekt. Die Lichtverteilungskurve der erfindungsgemäßen Leuchte erlaubt die volle Nutzung der Lichtenergie, da außerhalb des zu beleuchtenden Objekts praktisch kein Licht auftritt. Wichtig ist dabei, dass das abgestrahlte Licht die Form eines asymmetrischen Lichtkegels besitzt, außerhalb dessen kein Streulicht erzeugt wird.

Die Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Leuchte ist nicht auf einen senkrechten Versatz beschränkt. Der Versatz kann nach Bedarf ebenso in waagerecht oder schräg nach oben oder unten gerichtet sein. In anderen Worten kann die Asymmetrie um die optische Achse der Hauptlinse kreisförmig wandernd angeordnet werden. Dies ermöglicht die azentrische Anbringung der Leuchte bezüglich der waagerechten und der senkrechten Achse des auszuleuchtenden Objekts.

Die erfindungsgemäße Leuchte ist besonders zur Ausleuchtung von Gemälden in Museen geeignet. Sie kann jedoch auch für alle anderen Arten der Ausleuchtung eingesetzt werden, bei denen eine gleichmäßige Lichtverteilung auf einem Objekt erforder­ lich ist und bei denen die Leuchte nicht in der senkrecht zum Objekt stehenden Mittelachse angebracht werden kann.

Es gibt z. B. Tricktische, bei denen eine Kamera senkrecht über einem Objekt nach unten blickend angebracht ist. In diesem Fall mussten bisher in der Regel zwei Leuchten angebracht werden, um eine gleichmäßige Ausleuchtung zu erzielen.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Leuchte ist nur eine einzige Leuchte erforderlich, die außerhalb der Achse ange­ bracht ist, die senkrecht zur Bildmitte steht. Grundsätzlich kann auf diese Weise jedes flache Objekt aus einem entspre­ chenden Winkel gleichmäßig ausgeleuchtet werden. Es kann auch eine Statue durch die erfindungsgemäße Leuchte beleuchtet werden, wenn die Leuchte schräg nach oben angebracht ist. Der Kopf der Statue erhält dann die gleiche Lichtintensität wie die Füße der Statue.

Bei einer zentrischen Anbringung der Leuchte bezüglich der senkrechten und waagerechten Achse des Objekts ist es zweck­ mäßig, dass die Hauptachsen der Lichtquelle und des Reflektors sowie die optische Achse der Linse in einer Ebene liegen (Anspruch 2).

Wenn die erfindungsgemäße Leuchte Einrichtungen aufweist, die es ermöglichen, den Versatz der Lichtquelle und des Reflektors bezüglich der optischen Achse der Linse und die Neigung der Hauptachsen der Lichtquelle und des Reflektors zur optischen Achse der Linse einzustellen, kann die erfindungsgemäße Leuchte schnell und einfach zur Beleuchtung eines bestimmten Objektes angepasst werden (Anspruch 3). Die Leuchte wird in einem bestimmten Winkel zum Gemälde angeordnet. Anschließend werden der Versatz und die Neigung so eingestellt, dass alle Bereiche des beleuchteten Objekts mit gleicher Lichtintensität beleuchtet werden.

Vorzugsweise ist eine Fläche der Linse geschliffen und geätzt oder mit einer genarbten Struktur ausgebildet (Anspruch 4). Sowohl die kristalline Struktur einer rauh geschliffenen und anschließend geätzten Linse als auch die Narbung einer Linsen­ fläche wirkt wie eine Vielzahl von Mikrolinsen, die die Strah­ len innerhalb des Lichtkegels umverteilen ohne störendes Streulicht zu erzeugen oder die Transmission zu mindern.

Eine besonders gute Anpassung an die Idealkurve ist möglich, wenn eine Zusatzlinse zwischen der Lichtquelle und der Linse bezüglich der optischen Achse der Linse versetzt angeordnet wird, wobei die Hauptachse der Zusatzlinse zur optischen Achse der Linse geneigt ist (Anspruch 5). Die Zusatzlinse kann eine plankonvexe oder miniskusförmige Kondensorlinse sein. Eine Fläche der Zusatzlinse kann ebenfalls geschliffen und geätzt oder mit einer genarbten Struktur ausgebildet sein (Anspruch 6).

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer ersten Ausführungsform einer asymmetrischen Leuchte;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Leuchte von Fig. 1;

Fig. 3 in einem Diagramm, das die Lichtverteilungskurve bei der Beleuchtung eines Gemäldes zeigt, die Auswirkung des Versatzes und der Neigung einer Lichtquelle bezüg­ lich der optischen Achse einer Linse auf die Lichtin­ tensität;

Fig. 4 in einem Fig. 3 ähnlichen Diagramm die Auswirkung des Versatzes und der Neigung eines Reflektors bezüg­ lich der optischen Achse der Linse auf die Lichtinten­ sität;

Fig. 5 ein Diagramm, das die Lichtverteilungskurve der Leuchte von Fig. 1 zeigt;

Fig. 6 mögliche Lichtquellen für die Leuchte von Fig. 1;

Fig. 7 schematisch die Ausleuchtung eines Gemäldes in einem Museum;

Fig. 8 ein Diagramm einer glockenförmigen Lichtverteilungs­ kurve einer bekannten Leuchte;

Fig. 9 ein Diagramm der Lichtintensitätsverteilung der be­ kannten Leuchte "dedolight";

Fig. 10 ein Diagramm einer idealen Lichtverteilungskurve zur Beleuchtung eines flächigen Objekts;

Fig. 11 ein Diagramm der Lichtverteilungskurve einer abge­ schotteten bekannten Leuchte mit glockenförmiger Lichtverteilungskurve.

Die in Fig. 1 dargestellte Leuchte weist eine Linse 2 auf, die als plankonvexe Kondensorlinse ausgebildet ist. Es ist außer­ dem ein als Hohlspiegel ausgebildeter Reflektor 3 im Abstand zur Linse 2 vorgesehen, dessen konkave Spiegelfläche der Plan­ fläche der Linse 2 zugewandt ist. Der Reflektor 3 ist so versetzt zur optischen Achse 6 der Linse angeordnet, dass sich der Brennpunkt F und der Scheitel S des Reflektors im Abstand zur optischen Achse 6 befinden. Außerdem ist der Reflektor 3 so bezüglich der Linse 2 geneigt, dass die Hauptachse 5 des Reflektors 3 im Winkel zur optischen Achse 6 der Linse 2 verläuft.

Zwischen dem Reflektor 3 und der Linse 2 ist eine Lichtquelle 1 angeordnet. In Fig. 6 sind mehrere Möglichkeiten einer Lichtquelle 1 dargestellt. Die Lichtquelle ist eine Licht­ quelle mit kleinem Durchmesser, z. B. eine Lampe mit einer kleinen Wendel. Falls eine Nierdervolt-Halogenlampe verwendet wird, ist eine Flachkernwendel 20 zweckmäßig. Bei Projektions­ lampen ist es vorteilhaft, eine gefaltete Wendel 21 zu verwen­ den. Außerdem sind Entladungslampen mit kleinen kreisförmigen Lichtquellen 22 oder ellipsoidartigen Lichtquellen 23 geeig­ net.

Die Lichtquelle 1 ist in der gleichen Richtung versetzt zur optischen Achse 6 der Linse 2 angeordnet, wie der Reflektor 3. Falls eine Wendel vewendet wird, befindet sich die Mitte der Wendel im Abstand zur optischen Achse 6 der Linse 2. Darüber hinaus ist die senkrecht zur Mitte der Wendel verlaufende Hauptachse 4 bezüglich der optischen Achse 6 der Linse 2 in einem ähnlichen oder gleichen Winkel geneigt, wie die Haupt­ achse 5 des Reflektors 3.

An der Leuchte sind mehrere Einstelleinrichtungen (nicht gezeigt) vorgesehen, durch die der Versatz und die Neigung der Lichtquelle 1 und des Reflektors 3 bezüglich der optischen Achse 6 der Linse 2 nach Bedarf eingestellt werden können, um eine gleichmäßige Lichtintensitätsverteilung in allen Berei­ chen eines beleuchteten Objekts zu erreichen. Es kann sowohl der Abstand der Lichtquelle 1 und des Reflektors 3 als auch deren Position um die optische Achse 6 und der Winkel zur optischen Achse eingestellt werden.

Bei der gezeigten Ausführungsform liegen die optische Achse 6 und die Hauptachsen 4, 5 in einer Ebene. Eine solche Ausgestaltung ist für den Fall geeignet, dass sich die Leuchte zentrisch oberhalb eines zu beleuchtenden Objekts befindet.

Bei einer azentrischen Beleuchtung kann es jedoch erforderlich sein, dass die Hauptachsen 4, 5 die optische Achse 6 nicht schneiden, sondern in einer parallelen Ebene oder windschief zur optischen Achse 6 verlaufen.

Die in Fig. 2 gezeigte Leuchte unterscheidet sich von der Leuchte in Fig. 1 dadurch, dass zwischen der Lichtquelle 1 und der Linse 2 eine meniskusförmige Zusatzlinse 7 so angeordnet ist, dass ihre konvexe Oberfläche der Planfläche der Linse 2 zugewandt ist. Der Schnittpunkt der Hauptaches 8 der Zusatz­ linse 7 mit der Zusatzlinse 7 befindet sich ebenfalls versetzt zur optischen Achse 6 der Linse 2. Außerdem ist die optische Achse 8 der Zusatzlinse 7 bezüglich der optischen Achse 6 ähnlich geneigt, wie die Hauptachsen 4, 5. Der Versatz und die Neigung der Zusatzlinse 7 bezüglich der optischen Achse 6 der Linse 2 ist ebenfalls durch nicht gezeigte Einstelleinrich­ tungen einstellbar. Durch die Anordnung der Zusatzlinse 7 wird eine noch gleichmäßigere Lichtintensitätsverteilung erreicht.

Fig. 3 zeigt die Lichtverteilungskurve der Lichtabstrahlung durch Lichtquelle 1 und Linse 2, die sich durch den Versatz und die Neigung der Lichtquelle 1 zur optischen Achse 6 der Linse 2 ergibt.

Fig. 4 zeigt die Lichtverteilungskurve der ergänzenden Aus­ leuchtung, die durch die Lichtquelle 1, den Reflektor 3 und die Linse 2 erreicht wird.

Die Addition der in Fig. 3 und in Fig. 4 gezeigten Lichtver­ teilungskurven ergibt die in Fig. 5 gezeigte Lichtverteilungs­ kurve.

Wie zu erkennen ist, entspricht die in Fig. 5 gezeigte Licht­ verteilungskurve im wesentlichen der idealen Lichtverteilungskurve, die in Fig. 10 gezeigt ist. Durch entsprechende Wahl des Versatzes und der Neigung der Lichtquelle 1, des Reflek­ tors 3 und gegebenenfalls der Zusatzlinse 7 läßt sich also eine annähernd ideale Lichtverteilungskurve erreichen, so dass es mit der erfindungsgemäßen Leuchte möglich ist, alle Berei­ che eines Objekts mit gleicher Lichtintensität zu beleuchten.

Claims (6)

1. Leuchte für eine gleichmäßige Beleuchtungsstärkevertei­ lung mit mindestens einer Linse (2), einem Reflektor (3) und mindestens einer zwischen dem Reflektor (3) und der Linse (2) angeordneten Lichtquelle (1), dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Lichtquelle (1) und der Reflektor (3) bezüglich der optischen Achse (6) der Linse (2) versetzt angeordnet und die Hauptachsen (4, 5) der Lichtquelle (1) und des Reflektors (3) zur optischen Achse (6) der Linse (2) geneigt sind.

2. Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptachsen (4, 5) der Lichtquelle (1) und des Reflektors (3) sowie die optische Achse (6) der Linse (2) in einer Ebene liegen.

3. Leuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz der Lichtquelle (1) und des Reflektors (3) bezüglich der optischen Achse (6) der Linse (2) und die Neigung der Hauptachsen (4, 5) der Lichtquelle (1) und des Reflektors (3) zur optischen Achse (6) der Linse (2) einstellbar ist.

4. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fläche der Linse (2) geschlif­ fen und geätzt oder mit einer genarbten Struktur ausge­ bildet ist.

5. Leuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusatzlinse (7) zwischen Licht­ quelle (1) und Linse (2) bezüglich der optischen Achse (6) der Linse (2) versetzt angeordnet ist, wobei die Hauptachse (8) der Zusatzlinse (7) zur optischen. Achse (6) der Linse (2) geneigt ist.

6. Leuchte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fläche der Zusatzlinse (2) geschliffen und geätzt oder mit einer genarbten Struktur ausgebildet ist.