DE3919643A1 - Scheinwerfer, der in seiner helligkeit stufenlos regelbar ist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer, der in seiner Helligkeit stufenlos regelbar ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen regelbaren Scheinwerfer für Theater- oder Fernsehzwecke.

Solche Scheinwerfer werden üblicherweise mit Entladungs­ lampen betrieben. Entladungslampen lassen sich nur in Grenzen elektrisch in ihrer Helligkeit regeln, beispielsweise mit einer Phasenanschnittsteuerung oder mit einem Stelltransformator. Damit kann aber die Helligkeit der Entladungslampe nur bis zu einem vorgegebenen Niveau, beispielsweise bis zur Hälfte ihrer maximalen Helligkeit heruntergefahren werden. In den meisten Fällen ist es aber erforderlich, die Helligkeit eines Scheinwerfers von null bis zu der maximalen Helligkeit stufenlos zu regeln.

Zu diesem Zweck wird zur Erzielung einer geringen Helligkeit des Scheinwerfers zunächst die Helligkeit der Entladungslampe so weit, wie dies technisch möglich ist, elektrisch heruntergefahren. Eine weitere Verdunkelung wird durch mechanische Mittel wie Jalousien oder Graukeile erreicht. Die bekannten mechanischen Einrichtungen dieser Art sind recht aufwendig in der Herstellung und im Betrieb sehr empfindlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und robuste Einrichtung zur Verstellung der Helligkeit von Scheinwerfern zu schaffen, welche eine stufenlose Verdunkelung bis praktisch auf null gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch

• a) lichtbündelerzeugende Mittel zur Erzeugung eines von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtbündels ,
• b) bündelbegrenzende Mittel im Strahlengang des Licht­ bündels und
• c) Mittel zur Relativverstellung von Bauteilen längs der optischen Achse des Scheinwerfers zwecks Veränderung des ausgenutzten Querschnitts des Lichtbündels in der Ebene der bündelbegrenzenden Mittel.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung enthält der Scheinwerfer einen Reflektor mit einer optischen Achse und einem Brennpunkt als lichtbündelerzeugende Mittel, eine Lichtquelle, die mittels einer durch einen Stellmotor angetriebenen Spindel längs der optischen Achse relativ zu dem Brennpunkt verstellbar ist, wobei der Reflektor ein von der Lichtquelle ausgehendes Lichtbündel erzeugt, und eine Blende, die im Strahlengang des Lichtbündels so angeordnet ist, daß sich ihre Ausleuchtung durch das Lichtbündel bei einer Verstellung der Lichtquelle ändert.

Durch die Verstellung der Lichtquelle längs der optischen Achse ändert sich die Fokussierung des Lichtbündels. In der Ebene der Blende entsteht ein größerer Lichtfleck, und durch die konstante Blendenöffnung tritt dementsprechend ein geringerer Anteil des Lichtes hindurch. Die axiale Verstellung der Lichtquelle läßt sich leichter bewerk­ stelligen als beispielsweise die Verstellung einer Jalousieblende, die auch noch lichttechnische Probleme mit sich bringt (siehe z.B. DE-C3-15 97 930).

Auch gewährleistet eine axiale Verstellung der Lichtquelle längs der optischen Achse eine Ausleuchtung, die bezogen auf die optische Achse stets symmetrisch und weitgehend gleichmäßig ist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Schein­ werfers mit einem elliptischen Reflektor und einer Stufenlinse.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung und veranschau­ licht die Wirkung einer Verstellung der Licht­ quelle relativ zu dem Reflektor.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Schein­ werfers mit einem parabolischen Reflektor und einer Ringblende.

Fig. 4 zeigt schematisch eine andere Art der Helligkeits­ veränderung eines Scheinwerfer durch axiale Verstellung von Bauteilen.

In Fig. 1 ist mit 10 ein elliptischer Reflektor bezeichnet.

Der Reflektor 10 bildet einen Teil eines Rotations­ ellipsoids. Ein solches Rotationsellipsoid hat zwei Brennpunkte 12 und 14. Die optische Achse 16 des Scheinwerfers geht durch diese beiden Brennpunkte 12 und 14. Jeder Lichtstrahl, der von einem der Brennpunkte, z.B. 12 ausgeht und auf den Reflektor fällt, wird an dem Reflektor 10 durch den anderen Brennpunkt, z.B. 14, reflektiert. In Fig. 1 ist eine Lichtquelle 18 in Form einer Entladungslampe in dem Brennpunkt 12 angeordnet. Das von der Lichtquelle 18 ausgehende, von dem Reflektor 10 erfaßte Lichtbündel wird daher in dem anderen Brennpunkt 14 gesammelt. Das ist mit einem Strahl 20 dieses Licht­ bündels angedeutet.

In der Ebene des zweiten Brennpunktes 14, senkrecht zur optischen Achse 16, ist eine Blende 22 mit einer symmetrisch zur optischen Achse 16 liegenden Blenden­ öffnung 24 vorgesehen. Die Blendenöffnung 24 bildet eine "Lichtquelle" für eine nachgeschaltete Scheinwerferoptik 26, die hier als Stufenlinse dargestellt ist.

Die Entladungslampe 18 sitzt auf einer geradgeführten Mutter 28, welche durch einen Durchbruch im Scheitelpunkt des Reflektors 10 hindurchragt. Die Mutter 28 ist auf einer Gewindespindel 30 geführt. Seitliche Ansätze 32 der Mutter 28 sind in Nuten 34 geführt. Die Gewindespindel 30 wird von einem Stellmotor 36 angetrieben.

Die Helligkeit der Entladungslampe 18 ist durch elektrische Stellmittel 38 bis hinab zu einem bestimmten Prozentsatz der maximalen Helligkeit veränderbar. Der Stellmotor ist steuerbar über eine Motorsteuerung 40. Ein Regler 42 erhält einen Sollwert für die Helligkeit von einem Sollwertgeber 44. Ein Istwert für die Helligkeit des Scheinwerfers wird von einem Sensor 46 geliefert und ist ebenfalls auf den Regler 42 aufgeschaltet. Bis zu einer bestimmten Grenze wird die Helligkeit der Entladungslampe 18 elektrisch über die Stellmittel 38 verändert. Eine weitere Verdunkelung wird erreicht, indem durch den Stellmotor über die Gewindespindel 30 die Ent­ ladungslampe 18 aus dem Brennpunkt 12 herausbewegt wird. Die Umschaltung der Stellmittel ist in Fig. 1 durch einen Schalter 46 dargestellt.

Fig. 2 veranschaulicht die Wirkung einer Verstellung der Entladungslampe 18 relativ zu dem ersten Brennpunkt 12 in Fig. 1. Es ist erkennbar, daß das von der Lichtquelle, der Entladungslampe 18, ausgehende Lichtbündel durch den Reflektor 10 nicht mehr in dem zweiten Brennpunkt 14 des Ellipsoids gesammelt wird. Vielmehr tritt in der Ebene der Blende 22 ein Lichtfleck auf, der größer ist als die Blendenöffnung 24. Es wird also ein Teil der Lichtenergie des Lichtbündels abgeblendet. Der Lichtfleck wird umso größer, je weiter die Entladungslampe 18 nach links in Fig. 2 bewegt wird. Es erfolgt somit eine zunehmende Verdunkelung des von dem Scheinwerfer ausgesandten Lichtbündels.

Wenn ein Minimum an Helligkeit des Scheinwerfers erreicht ist, führt eine weitere Stellbewegung der Gewindespindel 30 über ein mechanisches Getriebe zur Einschwenkung einer Abdeckblende vor die Entladungslampe, also zur voll­ ständigen Abdunkelung des Lichtbündels. Das ist in Fig. 1 nicht im einzelnen dargestellt.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist der Reflektor 50 parabolisch. Die reflektierende Oberfläche des Reflektors bildet ein Rotationsparaboloid mit einem Brennpunkt 52. Alle Strahlen die von dem Brennpunkt 52 ausgehen, werden von dem Reflektor parallel zu der optischen Achse 54 reflektiert. Wenn dagegen, wie in Fig. 3 dargestellt ist, die Lichtquelle 56 gegenüber dem Brennpunkt 52 verschoben ist, dann werden die Strahlen divergent reflektiert.

Vor dem Reflektor sitzt eine Ringblende 58. Die Ringblende 58 besteht aus einer Mehrzahl von zueinander und zur optischen Achse 54 koaxialen, zylindrischen Blendenringen 60. Wenn die Lichtquelle 56 im Brennpunkt sitzt, dann werden die Strahlen des auf den Reflektor 50 fallenden Lichtbündels, wie gesagt, parallel zur optischen Achse 54 reflektiert. Das ist im unteren Teil von Fig. 3 gestrichelt für einen Strahl 62 dargestellt. Die Strahlen des Lichtbündels treten daher zwischen den Blendenringen 60 hindurch. Wenn dagegen die Lichtquelle 56 stark gegen den Brennpunkt 52 verschoben ist, wie in Fig. 3 dargestellt, dann trifft ein großer Teil der Strahlen auf die Blendenringe 60. Die Blendenringe 60 sind geschwärzt, so daß die Strahlen absorbiert werden. Bei einer Verschiebung der Lichtquelle 56 aus dem Brennpunkt 52 wird daher ein zunehmend größerer Anteil des Lichtbündels von der Ringblende 58 zurückgehalten.

In Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit der Verdunkelung des Scheinwerfers dargestellt. Der Aufbau ist in Fig. 4 ähnlich wie in Fig. 1 und 2, und entsprechende Teile sind in Fig. 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort.

In Fig. 4 ist die Anordnung so, daß eine Stufenlinse 26 gerade von dem durch den Reflektor 10 erfaßten Lichtbündel ausgeleuchtet wird, wenn die Entladungslampe im ersten Brennpunkt 12 des Ellipsoids sitzt. Wenn dann der Abstand der Stufenlinse 26 von der Blende 22 vergrößert wird, dann erfaßt die Stufenlinse 26 einen zunehmend kleineren Teil des vom Reflektor 10 erfaßten und reflektierten Licht­ bündels. Die Helligkeit des von der Stufenlinse 26 gesammelten Lichtbündels wird geringer. Das an der Stufenlinse vorbeigehende Licht wird an der Innenwandung des (nicht dargestellten) Gehäuses absorbiert.

Statt der Stufenlinse 26 in Fig. 1 kann auch eine übliche und hier nicht im einzelnen dargestellte Abbildungsoptik vorgesehen sein, welche die Blendenöffnung 24 als Lichtfleck auf eine Szene auf einer Bühne abbildet. Am Ort der Blendenöffnung kann auch ein Diapositiv angeordnet sein.

Claims (15)

1. Scheinwerfer, der in seiner Helligkeit stufenlos regelbar ist, gekennzeichnet durch

• a) lichtbündelerzeugende Mittel (10, 50) zur Erzeugung eines von einer Lichtquelle (18; 56) ausgehenden Lichtbündels,
• b) bündelbegrenzende Mittel (22; 58) im Strahlengang des Lichtbündels und
• c) Mittel zur Relativverstellung von Bauteilen längs der optischen Achse (16; 54) des Scheinwerfers zwecks Veränderung des ausgenutzten Querschnitts des Lichtbündels in der Ebene der bündelbegrenzen­ den Mittel.

2. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Veränderung des ausgenutzten Querschnitts des Lichtbündels von Mitteln (28..36) zur Veränderung der gegenseitigen Lage von Lichtquelle (18) und lichtbündelerzeugenden Mitteln (10) gebildet sind.

3. Scheinwerfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtbündelerzeugenden Mittel einen Reflektor (10; 50) enthalten und die bündelbegrenzenden Mittel eine Blende (22; 58).

4. Scheinwerfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (10) elliptisch ist, die Blende (22) in der Ebene eines Brennpunktes (14) der Ellipse des Reflektors (10) angeordnet und die Lichtquelle (18) relativ zu dem anderen Brennpunkt (12) der Ellipse verstellbar ist.

5. Scheinwerfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Blende eine Scheinwerferoptik (26) nachge­ schaltet ist, für welche die Blendenöffnung (24) als Lichtquelle dient.

6. Scheinwerfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheinwerferoptik von einer Stufenlinse (26) gebildet ist und die Stufenlinse (26) relativ zu der Blende (24) verstellbar ist.

7. Scheinwerfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheinwerferoptik eine Abbildungsoptik ist, durch welche die Blendenöffnung als Lichtfleck auf die auszuleuchtende Szene abbildbar ist.

8. Scheinwerfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (50) parabolisch ist, die bündel­ begrenzenden Mittel von einer Ringblende (58) gebildet sind, die aus einer Mehrzahl zueinander und zur optischen Achse (54) des Reflektors (50) koaxialer, zylindrischer Blendenringe (60) besteht, und die Lichtquelle (56) relativ zum Brennpunkt (52) der Parabel des Reflektors (50) verstellbar ist.

9. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (18) eine Entladungslampe ist.

10. Scheinwerfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeit der Lichtquelle (18) in deren zulässigem Helligkeitsbereich elektrisch regelbar ist.

11. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß von der Stellbewegung eine Abdeckblende steuerbar ist, durch welche die Lichtquelle bei Erreichen einer geringen Helligkeit des Scheinwerfers vollständig abdeckbar ist.

12. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch

• a) einen Reflektor (10) mit einer optischen Achse (16) und einem Brennpunkt (12) als lichtbündel­ erzeugende Mittel,
• b) eine Lichtquelle (18), die mittels einer durch einen Stellmotor (36) angetriebenen Spindel (30) längs der optischen Achse (16) relativ zu dem Brennpunkt (12) verstellbar ist, wobei der Reflektor (10) ein von der Lichtquelle (18) ausgehendes Lichtbündel erzeugt, und
• c) eine Blende (22), die im Strahlengang des Licht­ bündels so angeordnet ist, daß sich ihre Ausleuchtung durch das Lichtbündel bei einer Verstellung der Lichtquelle (18) ändert.

13. Scheinwerfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Spindel eine Kulisse verstellbar ist, durch welche bei Erreichen einer vorgegebenen Stellung schwacher Ausleuchtung eine Abdeckblende vor die Lichtquelle (18) bewegbar ist.

14. Scheinwerfer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) ein Sensor (46) für die Helligkeit des Schein­ werfers vorgesehen ist,
• b) der Stellmotor (36) von einem Regler (42) ansteuerbar ist, und
• c) der Regler (42) von dem Signal des Sensors (46) und dem Signal eines Sollwertgebers (44) beaufschlagt ist.

15. Scheinwerfer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Regler (42) auf Mittel zur Regelung der Lampenhelligkeit geschaltet ist, derart, daß ausgehend von einem Maximalwert der Lampen­ helligkeit bei Verringerung des Sollwertes zunächst die Lampenhelligkeit bis auf einen technisch möglichen Mindestwert reduziert wird, und
• b) der Regler (42) bei weiterer Verminderung des Sollwertes den Stellmotor (36) zur Verstellung der Lichtquelle (18) im Sinne einer verminderten Ausleuchtung der Blendenöffnung (24) ansteuert.