[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.
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.