DE4413943A1 - Farbwechsler für Beleuchtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Farbwechsler mit stufenlos einstellbarer Lichtfarbe durch Einbringung dichroitischer Farbfilter in den Strahlengang eines Beleuch­ tungsgerätes. Derartige Farbwechsler werden vorzugsweise in Beleuchtungs­ scheinwerfern mit Abbildungsoptik (Verfolgerscheinwerfer usw.) verwendet.

Es ist bekannt, daß diese Farbwechsler (z. B. DE 39 08 148 A1) als auch Farbwechsler ähnlicher Systeme (z. B. EP 0 242 422 A1 u. EP 0 415 164 A1) oder solcher für Farbmonitore alle auf dem Grundprinzip der Drei-Farben-Mi­ schung basieren. Dieses Grundprinzip wird auch, wegen der verwendeten Far­ ben Rot, Grün und Blau, RGB-Farbmischung genannt und ermöglicht die Erzeu­ gung jedes Farbtons (Bunttons) jedoch nicht jeder Farbreinheit (Farbsättigung). Um sowohl stufenlos einstellbare Lichtfarbe als auch große Farbsättigung zu er­ reichen wird in aufwendigen Beleuchtungsscheinwerfern zusätzlich zum RGB- System ein nicht stufenlos arbeitendes Farbrad mit besonders gesättigten Farben eingesetzt.

RGB-Farbwechsler lassen sich nur an solchen Stellen in Beleuchtungsgeräten einsetzen, welche nicht auf dem beleuchteten Gegenstand abgebildet werden, da die dichroitischen Farbfilter bei der Farbmischung meist nur teilweise im Strahlengang liegen. Der Einbaubereich liegt üblicherweise innerhalb des Scheinwerfers zwischen den Objektivlinsen, wo das Leuchtfeld der Schein­ werferlampe abgebildet wird. Dadurch ist ein nachträglicher Einbau in vorhan­ dene Beleuchtungsgeräte mit großem Aufwand verbunden.

Außerdem benötigen RGB-Farbwechsler üblicherweise ein eigenes Steuerpult oder drei Kanäle auf einem gängigen, z. B. in Theatern verwendeten Lichtstell­ pult zur Steuerung der einzelnen Farbfilter, was im täglichen Gebrauch sehr umständlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Farbwechsler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art derart auszugestalten, daß er zusätzlich zu den Möglichkeiten eines RGB-Farbwechslers auch Farbübergänge im Bereich sehr gesättigter Farben erzeugt, und so ausgeführt ist, daß er nachträglich in viele vorhandene Scheinwerfertypen eingebaut werden kann und eine einfache Farb­ steuerung über gängige Lichtstellpulte möglich ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. Wesentliches Merkmal in Anspruch 1 ist die Verwendung von mehr als drei dichroitischen Farbfiltern, deren Transmissionsbereiche so gewählt sind, daß einerseits, wie bei einem RGB-System, Farbübergänge zwischen Buntton und Farbsättigung stufenlos erzeugt werden können, ohne beim Herausziehen eines Farbfilters den freiwerdenden Bereich im Strahlengang gleichzeitig mit einem neuen Filter abdecken zu müssen, und andererseits nach den Gesetzen der Farbmetrik sehr hohe Farbsättigungen mit relativ großem Lichtdurchlaß möglich sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben. In Anspruch 2 ist ein prinzipieller Aufbau eines Vier-Filter-Misch­ systems angegeben, welches sich durch bedeutend verbesserte Sättigung im Blau-Magenta-Rot-Bereich auszeichnet. Die positiven Eigenschaften eines Drei Filter-Mischsystems bleiben dabei erhalten. In Anspruch 3 ist ein prinzipieller Aufbau eines Sechs-Filter-Mischsystems angegeben, welches nahezu den gesamten erzeugbaren Farbraum abdeckt. Im Vergleich zum Drei-Filter-Misch­ system treten geringfügige Helligkeitsverluste bei den Farbübergängen Cyan- Grün und Grün-Gelb auf, die jedoch aufgrund der anderen Vorzüge vernach­ lässigbar sind.

Eine bevorzugte Bauform des Farbwechslers ist in Anspruch 4 angegeben.

Das wesentliche Merkmal der Bauform ist die Ausgestaltung des Farbwechslers in Form einer Einschubkassette, wobei die dichroitischen Filter durch eine Öff­ nung in das Scheinwerfergehäuse eingeschoben werden und die Filtersteuerung außerhalb des Scheinwerfers am Gehäuse befestigt wird. Viele Beleuch­ tungsscheinwerfer sind so aufgebaut, daß das Scheinwerfergehäuse an der zur Befestigung des Farbwechslers geeigneten Stelle aus einem einfachen, in Stranggußprofilen gelagerten Blech besteht, welches leicht ausgetauscht werden kann; andere Scheinwerfer, die nicht vollständig dimmbare Tageslichtlampen verwenden, haben im Bereich der Leuchtfeldabbildung im Objektiv eine Öffnung für Verdunklungsblenden, welche zum Einsatz des Farbwechslers nur etwas erweitert werden muß. Die Filter können in die Filtersteuerung zurückgezogen bzw. in den Strahlengang geschoben oder z. B. auch seitlich aus dem Strahlengang gekippt werden. Durch obige Ausführung benötigt der Farbwechs­ ler innerhalb eines Scheinwerfergehäuses sehr wenig Platz und kann nach­ träglich auch in viele Scheinwerfer mit Zoom-Objektiv eingebaut werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 5 angegeben. Durch Integration eines Mikroprozessors in dem Steuerungselement des Farbwechslers wird dieser unabhängig von besonderen Steuerungs­ systemen und kann über jedes konventionelle Analog- oder DMX-Lichtstellpult mit zwei Kanälen, die Farbton und Farbsättigung regeln, gesteuert werden.

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

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung der Transmissionsbereiche der dichroiti­ schen Filter eines Vier-Filter-Mischsystems,

Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung der Transmissionsbereiche der dichroiti­ schen Filter eines Sechs-Filter-Mischsystems,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Bühnenscheinwerfers mit einem als Einschubkassette ausgestalteten Farbwechsler und

Fig. 4 einen prinzipiellen Vergleich der Farbmöglichkeiten von Drei-, Vier- und Sechs-Filter-Mischsystemen anhand der Normfarbtafel nach DIN 5033.

In Fig. 1 sind die prinzipiellen Transmissionsbereiche der dichroitischen Filter 1, 2, 3 und 4 dargestellt. Desweiteren sind die Diagramme von Überlagerungen zweier Filter und die von Einzelfiltern dargestellt, welche die ungemischten Farben größter Farbsättigung des Vier-Filter-Mischsystems bilden und gleichzeitig durch die im folgenden erläuterten Übergänge einen stufen- und endlosen Farbdurchgang durch alle Farbtöne (Bunttöne) ermöglichen:
Die Filterkombination Rot und Cyan 2 + 3 ergibt ein Dunkelblau. Wird der Filter Violett 1 hinzugefügt, so tritt, wie aus den Diagrammen ersichtlich, keine Farb­ änderung auf. Dieser Zwischenschritt ist jedoch notwendig, um durch Entfernen von Rot 2 einen Übergang zu Blau 1 + 3 zu erhalten. Wird nun Violett 1 entfernt, findet ein Übergang zu Cyan 3 statt. Durch Hinzufügen von Gelb 4 entsteht Grün 3 + 4 und weiterhin durch Entfernen von Cyan 3 Gelb 4. Beim Hinzufügen von Rot 2 ergibt sich ein Übergang zu Rot 2 + 4 und durch Hinzufügung von Violett 1 Dunkelrot 1 + 4 +(2). Wird jetzt Gelb 4 entfernt so ergibt sich Magenta 1 + 2 und wird nun Cyan 3 hinzugefügt, so entsteht wieder Dunkelblau (1) + 2 + 3; jetzt ist nur noch notwendig, Violett 1 zu entfernen (keine Farbänderung), um wieder am Ausgangspunkt anzukommen.

Für die weitere Betrachtung werden zur Vereinfachung der Ausführungen folgende Abkürzungen bzw. Symbole verwendet: Hinzufügen ist +, Entfernen ist -, Filter werden durch ihre Zuordnungszahlen dargestellt, fettgedruckte Ausdrücke weisen auf abgebildete Diagramme und in Klammern () gesetzte Ausdrücke weisen auf Filterbewegungen hin, die keine Farbänderung bewirken. Ein dem Drei-Filter-Mischsystem vergleichbarer Farbübergang, welcher eine ge­ ringere Farbsättigung, dafür aber höhere Lichtausbeute hat, wird folgender­ maßen erhalten: 1 + 3, -1, 3, +4, 3 + 4, -3, 4, +2, 2 + 4, -4, 2, +1, 1 + 2, -2, 1, +3, 1 + 3. Übergänge zwischen diesen beiden Farbsättigungen und Weiß sind dadurch zu erreichen, daß die Filter nicht vollständig in den Strahlengang eines Beleuchtungsgerätes eingeführt werden.

Fig. 2 zeigt, entsprechend Fig. 1, die Farbtonübergänge eines Sechs-Filter Mischsystems. Ein Übergang mit sehr gesättigten Farben wird erhalten durch:
5 + 9, (+6), -5, 6 + 9, -6, 9, +8, 8 + 9, +7, (-8), 7 + 9, -9, 7, +10, 7 + 10, (+8), -7, 8 + 10, -8, 10, +6, 6 + 10, (+5), -6, 5 + 10, -10, 5, +9, 5 + 9.

Ein weniger gesättigter Farbübergang wird erhalten durch: 6 + 9, -6, 9, +8, 8 + 9, -9, 8, +10, 8 + 10, -8, 10, +6, 6 + 10, -10, 6, +9, 6 + 9.

Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß es sich bei den Diagrammen um prinzipielle Transmissionsbereiche handelt, da dichroitische Filter zwar sehr steil­ flankig, nicht jedoch mit rechteckigen Transmissions"kurven" gefertigt werden können.

In Fig. 3 sind ein Bühnenscheinwerfer mit Kondensoroptik 12 und zwei Objektivlinsen 13, 14 und ein Farbwechsler als Einschubkassette 11 mit einem Steuerungselement 17 und dichroitischen Farbfiltern 1, 2, 3, 4 oder 5, 6, 7, 8, 9, 10 dargestellt. Durch einen geschwungenen Pfeil und durch grob gestrichelte Umrandungslinien wird gezeigt, wie der Farbwechsler eingebaut wird. Ein Doppelpfeil gibt die Bewegungsrichtung der dichroitischen Farbfilter (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) an. Die Einschubkassette 11 ist so eingesetzt, daß sie im Bereich der Leuchtfeldabbildung 15 einer Lampe 16 liegt und daß sich das Steuerungselement 17 außerhalb des Scheinwerfers befindet und am Schein­ werfergehäuse 18 befestigt ist. Um die Wärmebelastung des Steuerungs­ elements 17 herabzusetzen, ist es gegebenenfalls günstiger, die Einschubkas­ sette 11 von der Unterseite des Beleuchtungsscheinwerfers einzusetzen. Die Steuerungsmechanik des Farbwechslers ist nicht Anliegen der Erfindung, weshalb auf ihre Darstellung verzichtet wurde. Weitere Ausführungen zu Anspruch 5 scheinen nicht erforderlich, da einem Fachmann anhand der voraus­ gegangenen Ausführung und farbmetrischer Grundkenntnisse die technische Umsetzung eines Steuerungselements 17 mit integriertem Mikroprozessor möglich ist. Der Strahlengang des Lichts im Bühnenscheinwerfer ist schematisch durch fein gestrichelte Linien gekennzeichnet.

In Fig. 4 sind anhand der Normfarbtafel nach DIN 5033 die Farbbereiche dargestellt, die von den verschiedenen Mischsystemen erzeugt werden können.

Die gebogene Linie mit Verbindungsgerade ist der Spektralfarbenzug und umschließt den Raum aller Farben. Der Spektralfarbenzug wird aus den gesättigsten Farben gebildet. ist der Unbuntpunkt (Weiß). Innerhalb dieser Farbtafel sind die Farbmöglichkeiten des Sechs-Filter-Systems (fein gestrichelt), des Vier-Filter-Systems (grob gestrichelt) und des konventionellen Drei-Filter- Systems durch Umrandungslinien dargestellt.

Claims (5)

1. Farbwechsler für Beleuchtung umfassend ein subtraktives Farbmischsystem mit dichroiti­ schen Farbfiltern und ein Steuerungselement zur Einbringung der dichroitischen Filter in den Strahlengang des Beleuchtungsgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbmischsystem aus mehr als drei dichroitischen Filtern (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) aufgebaut ist, die derart aufein­ ander abgestimmt sind, daß sie, wie bei einem gängigen Drei-Filter-Mischsystem, richtungsun­ abhängig und unabhängig voneinander in den Strahlengang eines Beleuchtungsgerätes ge­ bracht werden können, um jeden Farbwechsel stufenlos zu steuern, und daß die Transmis­ sionsbereiche der Filter derart gewählt sind, daß, der Filteranzahl entsprechend, eine sehr hohe Farbsättigung mit guter Lichtausbeute erreicht werden kann.

2. Farbwechsler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbmischsystem aus vier dichroitischen Filtern (1, 2, 3, 4) mit folgende Farben und prinzipiellen Transmissionsbereichen aufgebaut ist:
Violett, ≈ 380 nm bis 490 nm und 650 nm bis 780 nm (1),
Rot, ≈ 380 nm bis 450 nm und 570 nm bis 780 nm (2),
Cyan, ≈ 380 nm bis 560 nm (3) und
Gelb, ≈ 500 nm bis 780 nm (4).

3. Farbwechsler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbmischsystem aus sechs dichroitischen Filtern (5, 6, 7, 8, 9, 10) mit folgenden Farben und prinzipiellen Transmis­ sionsbereichen aufgebaut ist:
Magenta, ≈ 380 nm bis 450 nm und 650 nm bis 780 nm (5),
Pink, ≈ 380 nm bis 490 nm und 580 nm bis 780 nm (6),
Grün, ≈ 500 nm bis 540 nm (7),
Hellgrün, ≈ 480 nm bis 590 nm (8),
Cyan, ≈ 380 nm bis 520 nm (9) und
Gelb, ≈ 520 nm bis 780 nm (10).

4. Farbwechsler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbwechsler in Form einer Einschubkasette (11) ausgestaltet ist, die in Bühnenscheinwerfer mit abbildender Optik zwischen die Objektivlinsen (13, 14) im Bereich der Leuchtfeldabbildung (15) einer Lampe (16) nachträglich ohne Aufwand eingesetzt werden kann, wobei sich das Steuerungs­ element (17) außerhalb des Scheinwerfergehäuses (18) befindet.

5. Farbwechsler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungselement (17) einen Mikroprozessor beinhaltet, der zwei Analog- oder DMX-Signale, die Farbsättigung und Buntton definieren, in Steuerungssignale umsetzt.