DE6921267U - Scheinwerfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Beleuchtungssystem, das unter anderem für Studio- und Bühnenbeleuchtung geeignet ist. Insbesondere bringt die Erfindung Beleuchtungssysteme, bei denen die Ausstrahlung von Wärme wesentlich reduziert wird.

Es wurden bereits verschiedene Systeme zur Beleuchtung der "Aufbauten" oder "Sets" für Fernseh- oder Filmstudios vorgeschlagen. Die zurzeit gebräuchlichsten Systeme bestehen im Prinzip aus einer Glühbirne, die hinter einer Linse, beispielsweise einer Fresnellinse angeordnet ist. Diese Quelle kann längs der optischen Achse der Linse zum Brennpunkt hin oder von diesem weg bewegt werden, wodurch die Divergenz des projizierten Lichtstrahlers variiert wird. Gewöhnlich ist hinter der Quelle ein Kugelspiegel aus Glas oder Aluminium angeordnet, dessen Krümmungsmittelpunkt mit der Quelle zusammenfällt. Das Beleuchtungssystem besteht also der Reihe nach aus einem Kugelspiegel, einer Glühbirne und einer Fresnellinse. Bei dieser Anordnung wird ein Teil des durch die Quelle erzeugten und auf den Spiegel geworfenen Lichtes durch die Quelle in Richtung zur Linse reflektiert. Die tatsächliche Helligkeit der Quelle und der Lichtstrom im Lichtstrahlenbündel wird so erhöht. Der Spiegel kann derart angeordnet sein, dass er mit der Quelle längs der Achse bewegt werden kann, und sich somit in fester räumlicher Beziehung zu derselben befindet.

Der Hauptnachteil eines derartigen Systems liegt darin, dass im Lichtstrom von der Quelle und in dem Sekundärstrom von dem Spiegel eine hohe infrarote Komponente enthalten ist. Sowohl das infrarote als auch das sichtbare Licht werden durch die Linse in Richtung zum Studioset fokussiert. Bei Quellen mit hoher Leistung etwa den gebräuchlichen 2 kW-, 3 kW- und 10 kW-Glühlampen kann die ausgestrahlte Hitzemenge für die Schauspieler auf der Bühne fast unerträglich sein.

Es wurde bereits vorgeschlagen, eine Art Hitzeabschirmung oder -filter an einen geeigneten Ort in den Strahl anzuordnen, um diese Energie zu reduzieren, und zwar entweder durch Reflektion oder Absorption der Infrarotstrahlung und Durchlassen des sichtbaren Lichts. Hitzefilter können die Form einer Wärme reflektierenden Beschichtung auf Glas- oder Quarzträgern besitzen und können direkt auf die Oberfläche der Fresnellinse aufgebracht werden. Das Filter kann andererseits auch die Form eines Wärme absorbierenden Blattes oder einer Tafel haben. Während eine derartige Anordnung mehr oder weniger wirksam ist, besitzt sie verschiedene Nachteile, insbesondere die folgenden:

1. Die optischen Bauteile kompensieren die Hitze in Richtung des projizierten Lichtstrahles, wodurch der erforderliche Grad der Filterung des Infrarotlichtes sich erhöht. Die mit der Entwicklung eines brauchbaren Filters verbundenen Probleme wachsen in der gleichen Weise mit.

2. Wärmeprobleme entstehen in den Filtern selbst, und zwar unabhängig von der Art des verwendeten Filters. Mit der Zeit können hohe Temperaturen ein sonst zufrieden stellendes "dichroitisches" Filter zerstören.

3. Es ergibt sich immer eine Verringerung des durchgelassenen sichtbaren Lichtes selbst eine einfache Glasscheibe vermindert den Lichtstrom um
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durch Reflektion.

4. Derartige Filter sind notwendigerweise groß und teuer und deshalb sind auch die Kosten für derartige Filter verwendende Beleuchtungssysteme hoch.

5. Ein Infrarotfilter, das für diesen Zweck brauchbar ist, muss über ein ziemlich breites Wellenlängenband wirksam sein. Es ist bekannt, dass die von einer Glühlampe ausgestrahlte Energie sichtbares Licht (400 bis 750 mm) und das eng benachbarte infrarote Licht (750 bis 3000 mm) umfasst. Strahlung längerer Wellenlängen (bis zu 10 000 mm) wird ausgestrahlt, beispielsweise durch den Lampenkolben, der praktisch die gesamte direkte Energie der Quelle über 3000 mm absorbiert. Der UV-Anteil ist vernachlässigbar und die zurückgestrahlte Energie kann ebenfalls vernachlässigt werden, da die optischen Bauteile ihre Fortpflanzungsrichtung nicht verändern kann. Ferner liegt die Mitte des Bundes maximaler Energie bei Glühlampen bei einer Wellenlänge um 1100 mm, die von Glas- oder Quarzgefäßen leicht durchgelassen wird. Wenn der größte Teil der Energie zwischen dem sichtbarem Licht und 3000 mm zurückgeworfen werden soll, dann ist ein Filter erforderlich, das kostspielig in der Herstellung ist.

6. Die von dem entweder auf der Linsenoberfläche aufgebrachten oder auf einem eigenen Bauteil vor der Linse angeordneten Filter reflektierte Strahlung wird in die Leuchte oder Lampe gerichtet, was einen unerwünschten Temperaturanstieg über die Normaltemperatur zur Folge haben kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Beleuchtungssystem vorgesehen, das eine Projektionslinse, eine Primärlichtquelle und einen Konkavspiegel mit einer reflektierenden Beschichtung besitzt, wobei der Spiegel, die Primärlichtquelle und die Linse auf einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind, und der Spiegel ein virtuelles Bild der genannten Quelle formt, das eine sekundäre Lichtquelle bildet, deren Licht durch die genannte Linse projiziert wird; die auf der Oberfläche des Spiegels aufgebrachte reflektierende Beschichtung ist so beschaffen, dass nur ein geringer Anteil von Infrarotlicht reflektiert wird.

Vorzugsweise wird bei dem Beleuchtungssystem ein konkaver Hyperboloidspiegel zur Erzeugung des virtuellen Bildes verwendet. Die auf den Spiegel aufgebrachte Beschichtung besteht aus dichroitischem Material, das sichtbares Licht reflektiert. Die durch die Primärlichtquelle erzeugte Infrarotlichtenergie wird durch die Beschichtung praktisch nicht beeinflusst und durch den Spiegel und seiner reflektierende Beschichtung durchgelassen. Licht von der Sekundärquelle, das durch die Linse projiziert wird, besitzt deshalb keinen oder nur einen sehr geringen Wärme- oder Infrarotgehalt. Das Beleuchtungssystem ist derart angeordnet, dass der Bund des durch den Spiegel erzeugten Bildes um den Brennpunkt der Linse verändert werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben:

Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten optischen Systems, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung, Fig. 3 eine Schnittansicht eines Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung.

Eine Glühlampe mit einem in einem Kolben 7 angeordneten Glühfaden 1 ist auf der optischen Achse XY des bekannten Systems (Fig. 1) angeordnet. Eine Fresnellinse ist in der

"Punkt"-Projektions-Stellung (in der nahezu parallele Strahlen projiziert werden) angeordnet, so dass der Glühfaden 1 im Brennpunkt der Linse zu liegen kommt. Ein Spiegel 2 mit Kugelkrümmung befindet in Bezug zu der Linse hinter dem Faden, so dass sein Krümmungsmittelpunkt mit dem Glühfaden zusammenfällt. Der Spiegel und der Glühfaden sind fest zueinander angeordnet und die Anordnung kann längs der Achse in Richtung zur Linse bewegt werden, so dass ein Strahl größerer Divergenz erzielt werden kann. Ein Filter 4 in Form einer
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-Reflektionsbeschichtung kann direkt auf der Stirnseite der Linse 3 angebracht sein. Andererseits kann auch ein eigenes Bauteil aus Glas oder glasartigem Material 4 im Lichtpfad angeordnet werden. Dieses Bauteil 4 kann aus Hitze absorbierendem Material bestehen oder mit einer Wärme reflektierenden Beschichtung versehen sein, und zwar vorzugsweise auf der Seite, die der Linse zugewandt ist. Das ganze System ist in einem Gehäuse 5 untergebracht, das nur in Umrissen gezeigt ist und dessen eine Funktion darin besteht, zu verhindern, dass von den verschiedenen Bauteilen reflektiertes Streulicht das Gehäuse verlässt.

Bei dem erfindungsgemäßen System besteht die wesentlichste Abänderung der Bauteile in optischer Hinsicht in einer Änderung der Funktion und der Form des Spiegels 2. Wie Fig. 2 zeigt, besitzt ein Spiegel 12 eine hyperbolische Form mit Brennpunkten, von denen der eine annähernd mit dem Glühfaden 11 zusammenfällt und der andere an einem Punkt hinter dem Spiegel bei 10 auf der optischen Achse XY des Systems liegt. Die Funktion des Spiegels besteht darin, eine virtuelle Quelle bei 10 zu erzeugen, die ein virtuelles Bild des Glühfadens 11 ist; diese virtuelle Quelle 10 liegt normalerweise im Brennpunkt einer Fresnellinse 13. Somit besitzt die Linse 13 der Fig. 2 eine etwas größere Brennweite als ihr Gegenstück in Fig. 1. Die tatsächliche Quelle 11 und der Spiegel 12 sind wie in Fig. 1 in fester räumlicher Beziehung miteinander gekuppelt und können relativ zur Linse 13 zur Veränderung der Divergenz der projizierten Strahles bewegt werden. Der Spiegel 12 in Fig. 2 ist aus durchlässigem hitzebeständigem Material vorzugsweise Glas und trägt eine dichroitische Beschichtung auf seiner optischen Oberfläche, die zur Quelle 11 hin gewandt ist. Die dichroitische Beschichtung ist so ausgebildet, dass sie Energie im Infrarotbereich beginnend bei annähernd 800 mm aufwärts durchlässt. Eine merkliche Durchlässigkeit ergibt sich erst im Bund zwischen 800 mm und 3000 mm, und zwar infolge der Absorptionsfähigkeit des Spiegelsubstrates, wenn dieses aus Glas ist. Derartige Beschichtungen können im Vergleich zu Hitze reflektierenden dichroitischen Beschichtungen leicht hergestellt werden und die Reflektionsfähigkeit für sichtbares Licht und die Durchlässigkeit für Infrarot sind sehr hoch. Werte von 96% bzw. 60% sind üblich.

Durch die Verwendung des hyperboloiden Spiegels 12 in Fig. 2 ergibt sich eine virtuelle Quelle 10, deren Infrarotenergie wesentlich reduziert ist, und der durch die Linse 13 gebildete Strahl enthält somit auch wenig infrarotes Licht. Die reelle Quelle 11 ist in diesem Falle beträchtlich von dem Brennpunkt der Linse 13 entfernt und, da diese Linse eine geringe Vergrößerung besitzt, kann sie die direkte Energie von der Quelle 11 nicht in Richtung des Lichtstrahles konzentrieren. Bei Anwendungen, bei denen die größtmögliche Reduzierung der Hitze erforderlich ist, kann trotzdem noch ein Hitze reflektierendes Filter 4 eingefügt werden, das normalerweise jedoch nicht notwendig ist.

Es wurde schon vorgeschlagen, den kugelflächenförmigen Spiegel 2 in Fig. 1 mit einem dichroitischen hitzedurchlässigen Filter zu beschichten. Es ist jedoch bekannt, dass der Sphärkugelspiegel, der die von der Linse 3 weggerichtete Strahlung zurück durch den Glühfaden in Richtung der Linse 3 reflektiert, nur bis annähernd 30% zum Vorwärtslichtstrom beiträgt; deshalb verringert auch eine beachtliche Reduzierung der Wärmeenergie in der durch den Spiegel 2 gesammelten Strahlung nicht die Infrarotenergie im Vorwärtsstrahl in beachtlicher Weise.

Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, in der eine praktische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems gezeigt ist. Der Spiegel 12 besitzt eine durchgehend hyperbolische Form und seine Oberfläche kann leicht mit Punkten versehen oder facettiert sein, falls Flutlicht gewünscht wird. Der Spiegel 12 wird von einer Halterung 20 getragen, die auch als Halterung für die Quelle dient und in Richtung zur Fresnellinse 13 hin und von dieser weg bewegt werden kann. Die Halterung 20 besitzt eine Gewindebohrung, die mit einer Schraubspindel 21 zusammenwirkt. Die Schraubspindel 21 ist drehbar zwischen an der Innenfläche des Gehäuses 15 vorgesehenen Vorsprüngen geführt. Ein Knopf 23, der außerhalb des Gehäuses 15 zugänglich ist, dient zur Drehung der Schraubspindel 21, wodurch die Position der Halterung 20 relativ zur Linse 13 eingestellt werden kann. Das Gehäuse 15 besitzt Rippenpaare 24, 25, die in das Innere des Gehäuses gerichtet sind und zur Halterung der Linse 13 und gegebenenfalls eines Hitze reflektierenden Filters 4 am Gehäuse dienen. Öffnungen 26 im Gehäuse 15 dienen der Ventilation, so dass Luft zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gehäuses zur Kühlung zirkulieren kann. Ein Zapfen 27 ist an dem Gehäuse 15 derart angebracht, dass die Lampenanordnung auf einem nicht gezeigten Ständer oder einer Klammer befestigt werden kann.

Es ist möglich, dass das Beleuchtungssystem gemäß der Erfindung übliche Lichtquellen einsetzt, wie sie für Studiobeleuchtungszwecke verwendet werden. Es ist jedoch erkennbar, dass der große Kolben 7 der in Fig. 1 gezeigten Quelle äußerst unpraktisch für die Verwendung in dem System gemäß Fig. 2 und 3 ist, es sei denn, dass sehr große optische Bauteile Verwendung finden. Äußerst wirtschaftlich wird die Anordnung, wenn kompakte Quellen angewendet werden. Tungsten-Halogenlampen mit ihrem typisch kleinen Kolben 17 und kompakte Entladungsröhren sind besonders geeignet für die Verwendung in dem vorgeschlagenen System.

Claims (6)

1. Scheinwerfer mit einem konkaven Spiegel, der ein dichroitisches Filter besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der konkave Spiegel (12) ein virtuelles Bild (10) der Quelle (11) bildet und das virtuelle Bild (10) nahe des Brennpunktes der Projektionslinse (13) vorgesehen ist.

2. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konkave Spiegel (12) eine durchgehend hyperboloide Reflexionsfläche besitzt.

3. Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Halterung (20), die sowohl die Primärlichtquelle (11) als auch den konkaven Spiegel (12) trägt, wobei die Primärlichtquelle (11) in fester Beziehung zum konkaven Spiegel (12) und zwischen dem konkaven Spiegel (12) und der Projektionslinse (13) angeordnet ist und wobei die Halterung (20), die Quelle (13), der Konkavspiegel (12) und die Projektionslinse vorzugsweise in einem Gehäuse (15) untergebracht sind.

4. Scheinwerfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (20) in Richtung auf die Projektionslinse (13) und von dieser weg bewegbar ist und durch Vorrichtungen (21, 22, 23) zur Einstellung der Position der Halterung, wobei die Vorrichtungen (21, 22, 23) außerhalb des Gehäuses (15) betätigbar sind.

5. Scheinwerfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen eine Schraubspindel (21) umfassen, die in dem Gehäuse (15) gelagert ist, wobei die Schraubspindel (21) mit einer entsprechenden Gewindebohrung in der Halterung (20) in Eingriff steht.

6. Scheinwerfer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein eigenes dichroitisches Filter, das Infrarotenergie aus derjenigen Richtung hinwegreflektiert, in die der Lichtstrahl projiziert wird, wobei das dichroitische Filter vorzugsweise auf einer lichtdurchlässigen Platte (4) aufgebracht und im projizierten Lichtstrahl angeordnet oder auf der Projektionslinse (13) aufgebracht ist.