(19)
(11) EP 1 241 399 A2

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
18.09.2002  Patentblatt  2002/38

(21) Anmeldenummer: 02003626.5

(22) Anmeldetag:  16.02.2002
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)7F21S 8/00, F21V 14/02, F21V 5/02
// F21W131:406
(84) Benannte Vertragsstaaten:
AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
AL LT LV MK RO SI

(30) Priorität: 16.03.2001 DE 10113385

(71) Anmelder:
  • Schott Glas
    55122 Mainz (DE)
  • CARL-ZEISS-STIFTUNG trading as Schott Glas
    55122 Mainz (DE)

    GB 

(72) Erfinder:
  • Kittelmann, Rüdiger
    37574 Einbeck (DE)
  • Wagener, Harry
    31061 Alfeld (DE)

   


(54) Optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer


(57) In der vorliegenden Erfindung wird ein optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer beschrieben mit einem ellipsoiden Reflektor (1), einer Lampe (2) und mindestens einer Stufenlinse (3), wobei der Abstand (a) zwischen Stufenlinse (3) und Reflektor (1) zu dem Abstand (b) zwischen Lampe (2) und Reflektor (1) nach Maßgabe des einzustellenden Öffnungswinkels des aus dem Scheinwerfer austretenden Lichtbündels (4) in einer definierten Abhängigkeit steht. Der Abstand (b) wird dadurch eingestellt, dass die Lampe (2) zum Scheitelpunkt des Reflektors (1) hin oder vom Scheitelpunkt des Reflektors (1) weg bewegt wird. Bei dem optischen System besteht der Reflektor (1) aus einem metallischen oder transparenten Material. Mindestens eine der beiden Oberflächen des Reflektors (1) ist mit einem System dünner Schichten versehen. Das optische System wird in Scheinwerfern für Film, Bühne, Studio und Fotografie verwendet.




Beschreibung


[0001] Die Erfindung betrifft ein optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer mit einem ellipsoiden Reflektor, einer Lampe und mindestens einer Stufenlinse.

[0002] Die lichttechnisch relevanten Teile bei gewöhnlichen optischen Systemen für Stufenlinsenscheinwerfer sind Lampe, Stufenlinse (Fresnellinse) und sphärischer Hilfsreflektor. Dabei befindet sich die Lampenwendel im Wesentlichen unveränderlich im Kugelmittelpunkt des sphärischen Hilfsreflektors. Dadurch wird ein Teil des von der Lampe abgestrahlten Lichts in diese zurückreflektiert und die Lichtabstrahlung in den vorderen Halbraum unterstützt. Dieses nach vorn gerichtete Licht wird durch die Stufenlinse gebündelt. Der Grad der Lichtbündelung ist von dem Abstand zwischen der Stufenlinse und der Lampe abhängig. Befindet sich die Lampenwendel im Brennpunkt der Stufenlinse, so ergibt sich die engste Lichtbündelung. Dadurch wird ein quasiparalleler Strahlengang, auch Spot genannt, erhalten. Durch Verkürzung des Abstandes zwischen der Stufenlinse und der Lampe wird der Öffnungswinkel des austretenden Lichtbündels stetig vergrößert. Dadurch wird ein divergierender Strahlengang, auch Flood genannt, erhalten.

[0003] Nachteilig an solchen Scheinwerfern ist die schlechte Lichtausbeute insbesondere in der Spot-Stellung, da hier nur ein verhältnismäßig kleiner Raumwinkelbereich der Lampe durch die Stufenlinse erfasst wird. Außerdem wirkt sich nachteilig aus, dass das von dem sphärischen Reflektor reflektierte Licht zu einem großen Teil die Lampenwendel selbst trifft, dort absorbiert wird und die Lampenwendel zusätzlich aufheizt.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer mit einem verbesserten Lichtwirkungsgrad insbesondere in Spot-, aber auch in Floodstellung bei Erhaltung der Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke im Lichtfeld bereitzustellen.

[0005] Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer mit einem ellipsoiden Reflektor, einer Lampe und mindestens einer Stufenlinse, wobei der Abstand zwischen Stufenlinse und Reflektor zu dem Abstand zwischen Lampe und Reflektor nach Maßgabe des einzustellenden Öffnungswinkels des aus dem Scheinwerfer austretenden Lichtbündels in einer definierten Abhängigkeit steht.

[0006] Mit dem erfindungsgemäßen optischen System wird ein deutlich verbesserter Lichtwirkungsgrad insbesondere in Spot-, aber auch in Floodstellung erreicht. Gleichzeitig wird die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke im Lichtfeld erhalten.

[0007] Erfindungsgemäß ist ein ellipsoider Reflektor mit großer Apertur vorgesehen. Die Spot-Stellung wird dadurch eingestellt, dass sich die Lampenwendel im reflektorseitigen Brennpunkt des Ellipsoids befindet. Das von dem Reflektor reflektierte Licht wird nahezu vollständig im reflektorfernen Brennpunkt des Ellipsoids vereinigt. Die sich im reflektorseitigen Brennpunkt befindliche Lampenwendel wird reell im reflektorfernen Brennpunkt des Ellipsoids abgebildet. Das reflektierte Licht trifft im Wesentlichen nicht die Lampenwendel. Der Brennpunkt der Stufenlinse fällt mit dem Brennpunkt des Ellipsoids zusammen. Bei zweckmäßiger Wahl des Aperturwinkels von Reflektor und Stufenlinse wird das von dem Reflektor reflektierte Licht nahezu vollständig von der Stufenlinse erfasst und als enges Spot-Lichtbündel nach vorne abgestrahlt. Die Lichtausbeute ist damit erheblich größer als bei einem herkömmlichen Stufenlinsenscheinwerfer.

[0008] Der Öffnungswinkel des aus der Stufenlinse austretenden Lichtbündels kann nahezu beliebig vergrößert werden, indem die Lampenposition in Bezug zum Reflektor einerseits und der Abstand der Stufenlinse zum Reflektor andererseits in geeigneter Weise verändert wird. Damit die guten Eigenschaften herkömmlicher Stufenlinsenscheinwerfer in Bezug auf die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke erhalten bleiben, müssen diese Abstandsveränderungen durch eine zweckmäßig gewählte Zwangskoppelung erfolgen.

[0009] Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der Ellipsoidreflektor aus einem metallischen oder transparenten Material besteht. Bevorzugt werden Glas und polymere Materialien verwendet. Zur Herstellung einer reflektierenden Oberfläche wird eine der beiden Oberflächen des Reflektors mit einem System dünner Schichten versehen. Dadurch werden vorteilhafterweise sichtbare Strahlungsanteile reflektiert und die unsichtbaren Anteile, insbesondere die Wärmestrahlung, durchgelassen.

[0010] Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer, wobei die lichtreflektierende Oberfläche des Reflektors lichtstreuend strukturiert ist und keine, eine oder zwei Oberflächen der Stufenlinse lichtstreuend strukturiert sind. Durch die Aufbringung der Struktur wird die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke im Lichtfeld verbessert. Durch die Aufbringung der Struktur wird die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke im Lichtfeld verbessert.

[0011] Eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer, wobei mindestens eine der Oberflächen der Stufenlinse lichtstreuend strukturiert ist und die lichtreflektierende Oberfläche des Reflektors nicht lichtstreuend strukturiert ist. Durch die Aufbringung der Struktur wird die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke im Lichtfeld verbessert.

[0012] Erfindungsgemäß ist die Verwendung des optischen Systems in Scheinwerfern für Film, Bühne, Studio und Fotografie vorgesehen.

[0013] Die Erfindung wird anhand einer beispielhaften Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung besteht aus Fig. 1 und Fig. 2.

[0014] Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße optische System für Stufenlinsenscheinwerfer in Spot-Stellung. Das optische System enthält einen ellipsoiden Reflektor (1), eine Lampe (2) und eine Stufenlinse (3). Das aus dem Scheinwerfer austretende Lichtbündel (4) ist schematisch angedeutet. Die Abstände (a) zwischen Stufenlinse (3) und Reflektor (1) und (b) zwischen Lampe (2) und Reflektor (1) sind dargestellt. Die Spot-Stellung wird dadurch eingestellt, dass sich die Lampenwendel (2) im reflektorseitigen Brennpunkt (F1) des Ellipsoids (1) befindet. Das von dem Reflektor (1) reflektierte Licht wird nahezu vollständig im reflektorfernen Brennpunkt (F2) des Ellipsoids (1) vereinigt. Der Brennpunkt der Stufenlinse (F3) fällt mit dem Brennpunkt des Ellipsoids (F2) zusammen. Die sich im reflektorseitigen Brennpunkt (F1) befindliche Lampenwendel (2) wird reell im reflektorfernen Brennpunkt (F2) des Ellipsoids (1) abgebildet.
Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße optische System für Stufenlinsenscheinwerfer in Flood-Stellung. Der Aufbau entspricht dem in Fig. 1 erläuterten Aufbau eines optischen Systems. Der Öffnungswinkel des aus der Stufenlinse (3) austretenden Lichtbündels (4) kann nahezu beliebig vergrößert werden, in dem der Abstand (b) zwischen der Lampe (2) und dem Reflektor (1) und der Abstand (a) zwischen der Stufenlinse (3) und dem Reflektor (1) verändert werden. Damit die Gleichmäßigkeit der Beleuchtungsstärke erhalten bleibt, erfolgen die Abstandsveränderungen durch eine zweckmäßig gewählte Zwangskoppelung (in Fig. 1 und Fig. 2 nicht dargestellt). Die Lampe (2) liegt außerhalb des reflektorseitigen Brennpunktes (F1). Der Brennpunkt der Stufenlinse (F3) fällt mit dem reflektorfernen Brennpunkt des Ellipsoids (F2) nicht zusammen.


Ansprüche

1. Optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer mit einem ellipsoiden Reflektor (1), einer Lampe (2) und mindestens einer Stufenlinse (3), wobei der Abstand (a) zwischen Stufenlinse (3) und Reflektor (1) zu dem Abstand (b) zwischen Lampe (2) und Reflektor (1) nach Maßgabe des einzustellenden Öffnungswinkels des aus dem Scheinwerfer austretenden Lichtbündels (4) in einer definierten Abhängigkeit steht.
 
2. Optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer nach Anspruch 1, wobei der Abstand (b) dadurch eingestellt wird, dass die Lampe (2) zum Scheitelpunkt des Reflektors (1) hin oder vom Scheitelpunkt des Reflektors (1) weg bewegt wird.
 
3. Optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Reflektor (1) aus einem metallischen oder transparenten Material besteht.
 
4. Optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens eine der beiden Oberflächen des Reflektors (1) mit einem System dünner Schichten versehen ist.
 
5. Optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die lichtreflektierende Oberfläche des Reflektors (1) lichtstreuend strukturiert ist und keine, eine oder zwei Oberflächen der Stufenlinse (3) lichtstreuend strukturiert sind.
 
6. Optisches System für Stufenlinsenscheinwerfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eine der Oberflächen der Stufenlinse (3) lichtstreuend strukturiert ist und die lichtreflektierende Oberfläche des Reflektors (1) nicht lichtstreuend strukturiert ist.
 
7. Verwendung des optischen Systems nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 in Scheinwerfern für Film, Bühne, Studio und Fotografie.
 




Zeichnung