Verfahren und Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts

Abstract

 Eine Beleuchtungsvorrichtung zum Anstrahlen von z.B. Gebäuden weist eine Punktlichtquelle (1) und zur besseren Ausnützung des Lichtes derselben mindestens zwei Projektionseinheiten (2a,b) mit jeweils, im Strahlengang aufeinanderfolgend, einer Sammeloptik mit z.B. einer Kondensorlinse (3) und einer Fresnellinse (4) sowie mit einem Durchlichtbild (5), einer Abbildungsoptik (6) und einem Umlenkspiegel (7) auf, welche jeweils einen von der Punktlichtquelle (1) in einen bestimmten Raumwinkelbereich gestrahlten Lichtanteil auffangen. Jedes der Durchlichtbilder (5) wird auf einen Oberflächenbereich eines Gebäudes abgebildet, wobei die Oberflächenbereiche kongruent, aneinander anschliessend oder auch voneinander entfernt sein können. Im ersten Fall können die Durchlichtbilder (5) auch gleich sein, wobei hohe Beleuchtungsstärke bei mässiger thermischer Belastung derselben erzielt wird.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anstrahlen von Objekten wie Gebäuden, z.B. von historischen Gebäuden zur Sichtbarmachung derselben während der Abendstunden oder auch von modernen Gebäuden und anderen Objekten wie Brücken, Mauern usw. zu Dekorations- oder Werbezwecken. Ausserdem betrifft sie eine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignete Beleuchtungsvorrichtung.

Stand der Technik

[0002] Es ist ein gattungsgemässes Verfahren bekannt, bei dem mittels einer gattungsgemässen Beleuchtungsvorrichtung ein Gebäude angestrahlt wird, indem Licht von einer Punktlichtquelle direkt sowie über einen Reflektor durch eine Sammeloptik auf ein Durchlichtbild geleitet und weiter durch eine Abbildungsoptik auf z.B. eine Fassade des Gebäudes gestrahlt wird. Dabei wird das Durchlichtbild, bei dem es sich um eine vom Standort der Beleuchtungsvorrichtung aus aufgenommene Fotografie des Gebäudes handeln kann, deckungsgleich auf die Fassade abgebildet, sodass nur diese beleuchtet wird und kein Direktlicht auf die Umgebung fällt.

[0003] Bei diesem Verfahren wird nur der Lichtanteil genutzt, der auf die Eintrittsfläche der Sammeloptik und den Reflektor fällt, was in einer Ausnützung des von der Punktlichtquelle abgestrahlten Lichts - bestenfalls ca. 25% - resultiert. Ausserdem kann der Umstand, dass über den Reflektor einfallendes Licht die Sammeloptik unter ungünstigen Winkeln erreicht, die Schärfe der Abbildung beeinträchtigen.

[0004] Eine weitere, mit der schlechten Ausnützung des von der Punktlichtquelle abgestrahlten Lichtes zusammenhängende Schwierigkeit liegt darin, dass viel Licht in der Beleuchtungsvorrichtung absorbiert werden muss, wodurch diese sich stark erwärmt. Dies macht eine aufwendige Kühlung nötig. Das übrige, für die Beleuchtung eingesetzte Licht wird vollständig durch das einzige Durchlichtbild geleitet, welches einen Teil davon absorbiert und dadurch ebenfalls thermisch stark belastet wird. Dies setzt der erzielbaren Beleuchtungsstärke Schranken.

[0005] Es sind auch Beleuchtungsvorrichtungen für Räume, z.B. Diskotheken, bekannt, z.B. ,Cyclope' der Firma GRIVEN, bei denen Licht aus einer Punktlichtquelle über mehrere im Kreis um dieselbe angeordnete Spiegel, denen z.T. Filter vorgeordnet sind, nach unten umgelenkt werden. Dabei wird jedoch lediglich eine ungezielte Beleuchtung angestrebt, verbunden mit optischen Effekten. Es gibt kein Bild, das auf eine Fläche abgebildet würde.

Darstellung der Erfindung

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemässes Verfahren anzugeben, bei dem das Licht der Punktlichtquelle besser ausgenützt wird. Ausserdem soll eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Beleuchtungsvorrichtung angegeben werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst.

[0007] Die durch die Erfindung erzielten Vorteile liegen vor allem darin, dass die Anstrahlung eines Objekts mit einer gewünschten Beleuchtungsstärke weniger Energie erfordert. Dadurch entsteht auch weniger Abwärme und die Komponenten der Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere die verhältnismässig empfindlichen Durchlichtbilder werden thermisch weniger belastet. Damit sind auch höhere Beleuchtungsstärken möglich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0008] Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert.
Es zeigen

Fig. 1

schematisch eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Beleuchtungsvorrichtung gemäss einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2

einen axialen Schnitt durch einen Teil einer geringfügig abgewandelten Ausführung der erfindungsgemässen Beleuchtungsvorrichtung gemäss der ersten Ausführungsform,

Fig. 3

einen axialen Schnitt durch einen Teil einer weiteren geringfügig abgewandelten Ausführung der erfindungsgemässen Beleuchtungsvorrichtung gemäss der ersten Ausführungsform,

Fig. 4

schematisch eine Beleuchtungseinrichtung mit der Beleuchtungsvorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 5

schematisch eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Beleuchtungsvorrichtung gemäss einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 6

einen axialen Schnitt längs VI-VI in Fig. 5 und

Fig. 7

schematisch eine Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Beleuchtungsvorrichtung gemäss einer dritten Ausführungsform.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0009] Die Beleuchtungsvorrichtung gemäss Fig. 1 weist eine Punktlichtquelle 1 auf, d.h. eine Lichtquelle, welche in einem kleinen Volumen sehr intensives Licht erzeugt wie z.B. eine Lichtbogenlampe. Oberhalb der Punktlichquelle 1 ist eine erste Projektionseinheit 2a angeordnet, umfassend eine Sammeloptik, zu welcher eine der Punktlichtquelle 1 mit geringem Abstand im Strahlengang folgende Kondensorlinse 3 und eine von derselben etwas beabstandete als Sammellinse wirkende Fresnellinse 4 gehören sowie ein der letzteren unmittelbar nachgeordnetes Durchlichtbild 5 und eine Abbildungsoptik 6, welche mit Abstand auf dasselbe folgt sowie eine als Umlenkspiegel 7 ausgebildete Umlenkvorrichtung. Die Abbildungsoptik 6 kann derjenigen eines Diaprojektors entsprechen.

[0010] Unterhalb der Punktlichtquelle 1, also der ersten Projektionseinheit 2a diametral gegenüberliegend ist eine weitere derartige Projektionseinheit 2b angebracht, die mit einer eine Kondensorlinse 3 und eine Fresnellinse 4 umfassenden Sammeloptik sowie mit einem Durchlichtbild 5, einer Abbildungsoptik 6 und einem Umlenkspiegel 7, welche im Strahlengang aufeinanderfolgen, genau gleich aufgebaut ist.

[0011] Die Umlenkspiegel 7 sind so aufgehängt, dass sie um ihre Mittelpunkte innerhalb bestimmter Grenzen frei drehbar und in jeder Winkellage fixierbar sind.

[0012] Auf die Eintrittsfläche jeder der Kondensorlinsen 3 der Sammeloptiken fällt jeweils ein von der Punktlichtquelle 1 in einen bestimmten Raumwinkelbereich gestrahlter Lichtanteil, welcher dann durch die Sammeloptik auf das jeweilige Durchlichtbild 5 gebündelt und durch dasselbe und die Abbildungsoptik 6 sowie den Umlenkspiegel 7 in einen bestimmten Aussenraumsektor abgestrahlt wird. Die Eintrittsflächen sind dabei so angeordnet, dass die ungleichmässige, weil um einen Aequator konzentrierte und gegen die Pole hin abfallende Intensitätsverteilung des von der Punktlichtquelle 1 erzeugten Lichtes ausgenützt wird und sie einen grösseren Lichtanteil auffangen als dem Anteil des von ihnen abgedeckten Raumwinkelbereichs am gesamten Raumwinkel entspricht. Die Abstrahlung erfolgt in der Regel auf ein entferntes Objekt, z.B. ein Gebäude oder ein anderes Bauwerk wie eine Brücke, eine Mauer o.ä., und zwar derart, dass jedes der Durchlichtbilder 5 auf einen bestimmten, genau umrissenen Oberflächenbereich des Objekts scharf abgebildet wird.

[0013] Die beiden Durchlichtbilder 5 können gleich sein. Die Umlenkspiegel 7 werden in diesem Fall so eingestellt, dass die Aussenraumsektoren stark überlappen, ja im wesentlichen kongruent sind und die Oberflächenbereiche des über die beiden Umlenkspiegel 7 angestrahlten Objekts vollständig deckungsgleich sind. In diesem Fall wirkt die erfindungsgemässe Beleuchtungsvorrichtung im wesentlichen gleich als enthielte sie lediglich ein Durchlichtbild, aber die Lichtausbeute ist bei gleicher Leistung der Punktlichtquelle wesentlich höher, und zwar ohne erhöhte thermische Belastung der Durchlichtbilder.

[0014] Es ist jedoch auch möglich, verschiedene Durchlichtbilder 5 zu verwenden, wobei die über sie angestrahlten Oberflächenbereiche trotzdem kongruent sein oder auch nur mehr oder weniger stark überlappen können. Sie können jedoch auch aneinander anschliessen oder sogar voneinander beabstandet sein. Schliesslich ist es auch möglich, zwei verschiedene, voneinander entfernte Objekte anzustrahlen. Die Durchlichtbilder 5 können von fotografischen Aufnahmen des jeweils über sie angestrahlten Oberflächenbereichs, die vom Standort der Beleuchtungsvorrichtung aus gemacht wurden, abgeleitet sein, doch gibt es auch andere Möglichkeiten. In jedem Fall gelangt etwa 37-40% des gesamten von der Punktlichtquelle 1 abgestrahlten Lichts in die beiden Sammeloptiken und wird genutzt.

[0015] In Fig. 2 sind die Punktlichtquelle 1 und die Sammeloptiken der Projektionseinheiten 2a,b vergrössert dargestellt. Letztere weisen hier ausserdem zur Verbesserung der Lichtausbeute jeweils zusätzlich einen paraboloidförmigen Sammelspiegel 8 auf, der die Kondensorlinse 3 umgibt.

[0016] Eine weitere Abwandlung ist aus Fig. 3 ersichtlich. Hier ist zusätzlich eine Lichtablenkung, die als flacher, etwa paraboloidförmiger, nach unten offener Ablenkschirm 9 ausgebildet ist, der die Punktlichtquelle 1 umgibt, vorgesehen. Der Ablenkschirm 9 kann an der Unterseite verspiegelt sein oder eine diffus reflektierende Oberfläche aufweisen. Ueber ihn wird weiteres von der Punktlichtquelle 1 stammendes Licht zur Beleuchtung der Umgebung nach unten abgestrahlt.

[0017] Fig. 4 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung, bei welcher auf einem Mast 10 eine Beleuchtungsvorrichtung 11, welche entsprechend Fig. 3 ausgebildet ist, befestigt ist und die zugleich der Anstrahlung eines entfernten Objekts und der Beleuchtung der Umgebung des Mastes 10 dient.

[0018] Bei einer Beleuchtungsvorrichtung gemäss einer zweiten Ausführungsform (Fig. 5, 6) ist die Punktlichtquelle 1 von vier Projektionseinheiten 2a,b,c,d umgeben, die wiederum jeweils eine Sammeloptik mit Kondensorlinse 3 und Fresnellinse 4 sowie ein Durchlichtbild 5, eine Abbildungsoptik 6 und eine Umlenkung umfassen. Die Umlenkung umfasst neben einem der Abbildungsoptik 6 nachgeordneten Umlenkspiegel 7 einen derselben vorgeordneten weiteren Umlenkspiegel 12. Die Sammeloptiken sind in einer waagrechten Ebene symmetrisch um die Punktlichtquelle 1 angeordnet, die Umlenkspiegel 7 vorzugsweise in einer etwas höheren parallelen Ebene, doch können sie auch in verschiedenen Höhen liegen. Der jeweilige Umlenkspiegel 12 lenkt den Lichtanteil, der das Durchlichtbild 5 durchdrungen hat, im rechten Winkel nach oben und durch die Abbildungsoptik 6 auf den Umlenkspiegel 7, durch den er gegen den entsprechenden Oberflächenbereich des angestrahlten Objekts gelenkt wird, wie dies im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform erläutert wurde.

[0019] Bei der Beleuchtungsvorrichtung gemäss der zweiten Ausführungsform ist die Ausnützung des Lichtes der Punktlichtquelle 1 noch besser und die Einsatzmöglichkeiten vielfältiger. Die Kondensorlinsen 3 der Sammeloptiken umgeben die Punktlichtquelle 1 in einem Viereck, wobei die Ränder benachbarter Eintrittsflächen aneinanderstossen, sodass sie eine grosse Raumwinkelzone weitgehend abdecken und insgesamt ca. 74-80% des gesamten von der Punktlichtquelle 1 erzeugten Lichtes aufgefangen und genutzt wird. Auch hier können die Aussenraumsektoren, in die abgestrahlt wird, überlappen oder voneinander beabstandet sein oder auch paarweise überlappen etc..

[0020] Bei einer Beleuchtungsvorrichtung gemäss einer dritten Ausführungsform, welche in Fig. 7 dargestellt ist, ist die Punktlichtquelle 1 ähnlich wie bei der Beleuchtungsvorrichtung gemäss der zweiten Ausführungsform von vier Projektionseinheiten 2a,b,c,d umgeben, die aber jeweils wie bei der Beleuchtungsvorrichtung gemäss der ersten Ausführungsform ausgebildet sind. Hier strahlen zwei Projektionseinheiten 2a,c ein erstes Objekt an und die zwei übrigen Projektionseinheiten 2b,d ein zweites. Die Ablenkung des Lichts in eine andere Ebene, wie sie bei der Beleuchtungsvorrichtung gemäss der zweiten Ausführungsform durch die Umlenkspiegel 12 bewerkstelligt wird, erübrigt sich hier, da die Aussenraumsektoren, in die das Licht abgestrahlt wird, auch so nicht mit der Beleuchtungsvorrichtung kollidieren.

[0021] Es gibt viele Möglichkeiten, die beschriebenen Ausführungsformen abzuändern, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen würde. So können bei der Beleuchtungsvorrichtung gemäss der zweiten oder dritten Ausführungsform mehr als vier Projektionseinheiten der beschriebenen Art in einer Ebene um die Punktlichtquelle angeordnet sein, z.B. sechs oder acht. Ausserdem können zusätzlich oben und unten weitere Projektionseinheiten angebracht sein, etwa wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Ganz allgemein kann die Punktlichtquelle in beliebiger Weise von Projektionseinheiten umgeben sein. Die Abbildungsoptiken können vor, nach oder zwischen Umlenkspiegeln im Strahlengang angeordnet sein. Es kann auch bei einer ersten Projektionseinheit auf Umlenkspiegel verzichtet und die Beleuchtungsvorichtung als Ganzes ausgerichtet werden.

[0022] In jedem Strahlengang können zusätzlich Filter oder weitere Bilder angeordnet sein. Statt der Durchlichtbilder können auch Licht reflektierende Auflichtbilder zum Einsatz kommen. Die Bilder können veränderlich sein, z.B. von einem Flüssigkristall-Bildschirm erzeugt werden oder sie können filmartig rasch gewechselt werden. Schliesslich können zwei oder mehr Projektionseinheiten nur die Sammeloptik und das Bild jeweils für sich und die Abbildungsoptik und auch die Umlenkung oder einen Teil davon gemeinsam haben, sodass alle entsprechenden Strahlengänge durch dieselben geführt sind, insbesondere dann, wenn die entsprechenden Aussenraumsektoren aneinander anschliessen.

Bezugszeichenliste

[0023] 

1

Punktlichtquelle

2a,b,c,d

Projektionseinheiten

3

Kondensorlinse

4

Fresnellinse

5

Durchlichtbild

6

Abbildungsoptik

7

Umlenkspiegel

8

Sammelspiegel

9

Ablenkschirm

10

Mast

11

Beleuchtungsvorrichtung

12

Umlenkspiegel

Ansprüche

1. Verfahren zum Anstrahlen mindestens eines Objekts, bei welchem ein erstes Bild durch einen von einer Punktlichtquelle (1) in einen ersten Raumwinkelbereich abgestrahlten ersten Lichtanteil auf einen Oberflächenbereich eines ersten Objekts abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Bild durch einen von der Punktlichtquelle (1) in einen weiteren Raumwinkelbereich abgestrahlten weiteren Lichtanteil ebenfalls auf einen Oberflächenbereich eines Objekts abgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Bild auf einen weiteren Oberflächenbereich des ersten Objekts abgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bilder auf überlappende Oberflächenbereiche des ersten Objekts abgebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbereiche kongruent sind.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bilder auf aneinander angrenzende Oberflächenbereiche des ersten Objekts abgebildet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lichtanteil umgelenkt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild vom jeweiligen Lichtanteil durchstrahlt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass weiteres Licht von der Punktlichtquelle (1) zu Beleuchtungszwecken in die Umgebung abgestrahlt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Objekte angestrahlt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das erste Objekt ein Bauwerk ist.

11. Beleuchtungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer Punktlichtquelle (1), einem derselben nachgeordneten ersten Bild und einer demselben nachgeordneten ersten Abbildungsoptik (6), durch welche ein von der Punktlichtquelle (1) in einen ersten Raumwinkelbereich gestrahlter erster Lichtanteil über das Bild in einen ersten Aussenraumsektor abstrahlbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein weiteres Bild umfasst, dem ebenfalls eine Abbildungsoptik (6) nachgeordnet ist und durch welche ein von der Punktlichtquelle (1) in einen weiteren Raumwinkelbereich gestrahlter weiterer Lichtanteil über das weitere Bild in einen Aussenraumsektor abstrahlbar ist.

12. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Bild eine Sammeloptik vorgeordnet ist.

13. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sammeloptiken die Punktlichtquelle (1) derart umgeben, dass ihre Eintrittsflächen an Grenzlinien wenigstens nahezu aneinander anschliessen.

14. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Umlenkvorrichtung umfasst, über welche ein weiterer Lichtanteil in einen weiteren Aussenraumsektor abstrahlbar ist.

15. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung so einstellbar ist, dass mindestens ein weiterer Aussenraumsektor mit dem ersten Aussenraumsektor überlappt, vorzugsweise im wesentlichen mit ihm kongruent ist oder aber im wesentlichen an ihn anschliesst.

16. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung mindestens einen drehbar aufgehängten Umlenkspiegel (7) umfasst.

17. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Bild eine eigene Abbildungsoptik (6) nachgeordnet ist.

18. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mehreren Bildern eine einzige Abbildungsoptik nachgeordnet ist.

19. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild jeweils ein Durchlichtbild (5) ist.

20. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Ablenkschirm (9) zur Abstrahlung weiteren Lichts in die Umgebung umfasst.

Zeichnung