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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem Leuchtmittel
und mit einer das Leuchtmittel steuernden Steuereinrichtung. Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zum Betreiben eines Leuchtmittels sowie die Verwendung
eines Leuchtmittels für
die Fotografie.
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In
der Studiofotografie werden Motive mit Hilfe von Leuchtmitteln ausgeleuchtet,
um anschließend
abgelichtet zu werden. Bei der Ablichtung der Motive wird ein Blitzlicht
mit Hilfe von Entladungsröhren
erzeugt. Bekannt ist, dass zum Ausleuchten der Motive andere Leuchtmittel
verwendet werden, als zum Blitzbeleuchten der Motive. Die Leuchtmittel,
die herkömmlicherweise
für die
Blitzbeleuchtung eingesetzt werden, sind Entladungsröhren. Solche
Entladungsröhren
sind beispielsweise Xenon-Gasentladungsröhren. Aufgrund der physikalischen
Eigenschaften dieser Gasentladungsröhren, sind diese nicht für den Dauerbetrieb
geeignet. Im Dauerbetrieb geben die Gasentladungsröhren nur
wenig Licht ab und die Entladungselektroden in den Röhren werden zerstört. Die
herkömmlicherweise
für die
Blitzbeleuchtung eingesetzten Entladungsröhren sind daher ausschließlich für den Blitzbetrieb
geeignet und können
nicht als Leuchtmittel zum Ausleuchten der Motive verwendet werden.
Daher werden zum Ausleuchten der Motive andere Leuchtmittel verwendet.
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Nachteilig
bei der Verwendung von unterschiedlichen Leuchtmitteln zum Ausleuchten
und zum Blitzbeleuchten ist es, dass die Motive von unterschiedlichen
Punkten aus beleuchtet werden. Es kommt vor, dass aufgrund des räumlichen
Abstandes zwischen der Leuchte zum Ausleuchten und dem Blitz andere
Lichteffekte im tatsächlichen
Foto auftreten, als dies beim Ausleuchten vorhersagbar war. Außerdem ist
der Aufwand zum Aufbau einer Ausleuchtung und einer Blitzbeleuchtung
höher,
als dies der Fall wäre,
wenn lediglich eine Blitzleuchte aufgebaut werden müsste.
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Aufgrund
dieser, durch den Stand der Technik bedingten Nachteile, ergibt
sich für
die Erfindung die Aufgabe, eine Beleuchtungsvorrichtung zur Verfügung zu
stellen, mit deren Hilfe ein Ausleuchten und ein Blitzbeleuchten
eines Motivs vereinfacht wird. Eine weitere Aufgabe besteht darin,
die Ausleuchtung eines Motivs möglichst
identisch mit der Blitzbeleuchtung zu gestalten.
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Dieser
zuvor aufgezeigte und aus dem Stand der Technik hergeleitete Aufgabe
wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei
der die Steuereinrichtung das Leuchtmittel zum Ausleuchten eines
Motivs in Dauerbetrieb betreibt und bei der die Steuereinrichtung
das Leuchtmittel zum Blitzbeleuchten des Motivs im Blitzbetrieb betreibt.
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Es
hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines einzigen Leuchtmittels,
sowohl zum Ausleuchten des Motivs als auch zum Blitzbeleuchten des
Motivs, vorteilhaft ist. Der Licht- und Schattenwurf des Motivs während des
Ausleuchtens entspricht dem des Blitzbeleuchtens, da die Lichtquelle
beim Ausleuchten und beim Blitzbeleuchten dieselbe ist. Es wird
verhindert, dass aufgrund unterschiedlicher Einstrahlwinkel unterschiedliche Lichteffekte
beim Ausleuchten und beim Blitzbeleuchten entstehen. Der Aufwand
zum Aufbau einer Beleuchtungsvorrichtung wird verringert, da lediglich
ein Leuchtmittel ausgerichtet werden muss. Dieses eine Leuchtmittel
wird dann im Dauerbetrieb zum Ausleuchten verwendet und nachdem
eine gewünschte
Ausleuchtung erzielt wurde, wird das selbe Leuchtmittel zum Blitzbeleuchten
des Motivs im Blitzbetrieb angesteuert.
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Für die Gestaltung
des Leuchtmittels kann gemäß eines
Vorteilhaften Ausführungsbeispiels
zumindest eine Leuchteinrichtung verwendet werden. Bevorzugt ist,
wenn mehrere Leuchteinrichtungen, wie beispielsweise Leuchtdioden,
im Leuchtmittel eingesetzt werden. Die Leuchteinrichtungen können dabei
in Reihe als auch parallel geschaltet sein. Es sind Leuchten mit
2 bis 20, oder mehr Leuchteinrichtungen bevorzugt.
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Im
Dauerbetrieb wird das Leuchtmittel vorzugsweise mit einer Dauerbetriebsspannung
beaufschlagt. Die Dauerbetriebsspannung an den Anschlüssen des
Leuchtmittels kann mehr als 50V betragen, bevorzugt 63V. Je nach
Anzahl der Leuchteinrichtungen kann sich dieser Wert erhöhen. Je Leuchteinheit
kann eine Spannung von 3 bis 6V, und mehr, erreicht werden. Diese
Dauerbetriebsspannung wird für
zumindest eine Sekunde aufrechterhalten. Bevorzugt ist, dass die
Dauerbetriebsspannung über
mehrere Sekunden, vorzugsweise mehrere Minuten andauert. Hierdurch
ist es möglich,
die Ausleuchtung des Motivs individuell und exakt einzustellen.
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Im
Dauerbetrieb sind geringere Lichtstärken, als im Blitzbetrieb erforderlich.
Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass die Dauerbetriebsspannung
zumindest 3V beträgt.
Bevorzugt ist eine Dauerbetriebsspannung von 3 bis 5V, besonders
bevorzugt 3,6V und 5,4V. Während
des Dauerbetriebs fließt
im Leuchtmittel ein Strom von zumindest 300 mA, bevorzugt 350 mA.
Die Steuereinrichtung ist derart gebildet, dass die Dauerbetriebsspannung
und der Dauerbetriebsstrom einstellbar sind. Durch die Einstellung
der Dauerbetriebsparameter kann die Lichtstärke des Leuchtmittels im Dauerbetrieb
eingestellt werden.
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Nachdem
die gewünschte
Ausleuchtung erfolgt ist, wird das Motiv abfotografiert. Hierbei
wird zum Zeitpunkt der Belichtung des Filmmaterials ein Blitzlicht
benötigt.
Dieses Blitzlicht wird erfindungsgemäß durch das gleiche Leuchtmittel
zur Verfügung gestellt,
welches zuvor im Dauerbetrieb zum Ausleuchten des Motivs verwendet
wurde. Gemäß eines vorteilhaften
Ausführungsbeispiels
wird beansprucht, dass das Leuchtmittel im Blitzbetrieb mit einem Spannungsimpuls
beaufschlagt ist. Durch diesen Spannungsimpuls wird eine erheblich
höhere
Lichtstärke
erzeugt, als beim Dauerbetrieb. Es wird bevorzugt, dass der Spannungsimpuls
weniger als eine ½ sec.
andauert. Besonders bevorzugt ist, wenn der Spannungsimpuls in seiner
Dauer der Belichtungszeit des Filmmaterials angepasst ist. Vorteilhafterweise
beträgt
der Spannungsimpuls zumindest 5V, besonders bevorzugt 6,3V. Der
Strom im Leuchtmittel beträgt
im Blitzbetrieb zumindest 1 A, besonders bevorzugt 1,4 A. Die Steuereinrichtung
ist derart gebildet, dass sich sowohl der Spannungsimpuls als auch der
Strom im Leuchtmittel im Blitzbetrieb einstellen lässt. Hierdurch
kann individuell auf die gewünschte Belichtung
des Motivs eingegangen werden.
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Besonders
bevorzugt, weil insbesondere kleinbauend und konzentriert, als auch
mit einer hohen Lebensdauer und geringer Leistungsaufnahme ausgestattet,
sind Leuchtdioden als Leuchteinrichtung. Hierbei werden bevorzugt
Leuchtdioden auf Gallium-Nitrid Basis verwendet. Diese GaNi Dioden auf
Saphirsubstrat oder Silicatsubstrat eignen sich aufgrund der hohen
Lebensdauer und guten Lichtstärke
im besonderen Maße.
Auch ist es möglich, dass
organische Leuchtdioden (OLED) zum Einsatz kommen.
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Bevorzugt
ist eine Leistungsaufnahme von zumindest 3 Watt. Insbesondere ist
die Leistungsaufnahme im Dauerbetrieb zumindest 3 Watt und im Blitzbetrieb
in etwa 5 Watt.
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Bevorzugt
sind Leuchtdioden, die eine Lichtstärke von zumindest 120 Lumen,
vorzugsweise zwischen 100 bis 150 Lumen aufweisen. Je nach Anwendung
können
auch Leuchtdioden mit einer Lichtstärke von mehr als 200 Lumen
zum Einsatz kommen.
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Die
Farbtemperatur der Leuchtdioden ist bevorzugt zwischen 5000K und
6000K.
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Besonders
bevorzugt ist eine Leuchtdiode, welches weißes Licht aussendet. Hierbei
kann beispielsweise eine blaue Leuchtdiode mit Lumineszenzkonverter
eingesetzt werden.
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Um
zu gewährleisten,
dass mit ein und demselben Leuchtmittel sowohl Dauerbetrieb als
auch Blitzbetrieb möglich
ist, wird vorgeschlagen, dass die Steuereinrichtung zwischen Dauerbetrieb
und Blitzbetrieb umschaltbar ist. Hierzu kann in der Steuereinrichtung
eine entsprechende Mikroprozessorschaltung vorgesehen sein, mit
deren Hilfe die Einstellbereiche für Dauerbetrieb und Blitzbetrieb
variierbar sind und zwischen Dauerbetrieb und Blitzbetrieb umschaltbar
ist. Auch kann die Steuereinrichtung eine Sensorik aufweisen, mit
deren Hilfe das Auslösen
einer Kamera detektiert wird, so dass der Blitzbetrieb mit dem Auslösen der
Kamera synchronisierbar ist. Auch kann eine Sensorik in der Steuereinrichtung vorgesehen
sein, die das Auslösen
eines weiteren Blitzes detektiert und dann unmittelbar den Spannungsimpuls
zum Blitzbetrieb auslöst.
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Um
die Lebensdauer der Leuchtmittel zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass
mit Hilfe der Steuereinrichtung zwischen Dauerbetrieb und Blitzbetrieb ein
Ausschaltintervall einstellbar ist. Dieses Ausschaltintervall kann
von Bruchteilen einer Sekunde bis wenige Sekunden dauern und gewährleistet, dass
sich das Leuchtmittel nach dem Dauerbetrieb ausreichend abkühlt, um
für den
Blitzbetrieb einsetzbar zu sein.
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Die
Steuereinrichtung ist bevorzugt derart eingerichtet, dass mit ihrer
Hilfe die Dauer des Spannungsimpulses für den Blitzbetrieb einstellbar
ist. Hierbei kann die Dauer des Spannungsimpulses der Dauer der
Belichtung des Filmmaterials angepasst werden. Auch kann die Steuereinrichtung
derart eingerichtet sein, dass sich die Leistungsaufnahme des Leuchtmittels
einstellen lässt.
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Gemäß eines
weiteren Gegenstandes der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben
eines Leuchtmittels beansprucht, bei dem das Leuchtmittel zum Ausleuchten
eines Motivs im Dauerbetrieb betrieben wird und bei dem dasselbe
Leuchtmittel zum Blitzbeleuchten des Motivs in einem Blitzbetrieb
betrieben wird.
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Gemäß eines
weiteren Gegenstandes der Erfindung wird die Verwendung eines Leuchtmittels für die Fotografie
beansprucht, wobei das Leuchtmittel sowohl für die Ausleuchtung des Motivs
im Dauerbetrieb, als auch für
die Blitzbeleuchtung des Motivs im Blitzbetrieb verwendet wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele Zeichnung näher beschrieben.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1A eine
schematische Seitenansicht einer Leuchte;
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1B eine
Vorderansicht der Leuchte;
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2A eine
schematische Seitenansicht einer weiteren Leuchte;
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2B eine
Vorderansicht dieser Leuchte;
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3A eine
schematische Ansicht einer Leuchte;
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3B eine
Vorderansicht der Leuchte;
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4 eine
schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung;
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5 einen
zeitlichen Verlauf der Spannung und der Helligkeit an der Leuchte.
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1A zeigt
eine Leuchte 2 einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.
Die Leuchte 2 ist aus einem Schirm 4, einem Leuchtmittel 6 und
Anschlüssen 8 für eine nicht
dargestellte Steuereinrichtung gebildet. Das Leuchtmittel 6 ist
dazu ausgebildet, sowohl im Dauerbetrieb als auch im Blitzbetrieb
betrieben zu werden.
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Wie
aus 1B zu erkennen ist, ist das Leuchtmittel 6 aus
einer Vielzahl von Leuchtdioden 10 gebildet. Die Leuchtdioden 10 sind
auf dem Leuchtmittel 6 in äquidistanten Abständen angeordnet.
Beliebige andere Anordnungen von Leuchtdioden 10 auf dem
Leuchtmittel 6 sind denkbar. Je mehr Leuchtdioden 10 auf
dem Leuchtmittel 6 angeordnet sind, desto höher die
Leuchtstärke
der Leuchte 2. Die Leuchtdioden 10 sind parallel
mit den Anschlüssen 8 verbunden.
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Erfindungsgemäß ist eine
Vielzahl von verschiedenen Leuchten möglich. Beispielsweise ist auch
ein Leuchtstab, wie er in 2A dargestellt
ist, möglich.
Hierbei ist längs
eines Schirms 4 das Leuchtmittel 6 angeordnet.
In der in 2B dargestellten Vorderansicht
ist zu erkennen, dass das Leuchtmittel 6 aus einer Vielzahl
von in Reihen angeordneten Leuchtdioden 10 gebildet ist.
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Die
Leuchten sind derart geformt, um für die jeweilige Anwendung eine
optimale Ausleuchtung eines Motivs zu erreichen. Durch die Anordnung
der Leuchtmittel in den Leuchten und die Form der Schirme 4 ergeben
sich verschiedenste Abstrahlmuster, wodurch sich auf den zu beleuchtenden
Motiven unterschiedliche Reflektionsmuster ergeben. In einigen Anwendungen
sind auch gebündelte
Lichtstrahlen notwendig, weshalb auch Spots zum Einsatz kommen.
Ein solcher Spot ist schematisch in 3A dargestellt.
Neben den üblichen
Komponenten ist eine Linse 12 in der Leuchte 2 angeordnet.
Diese Bündellinse 12 ermöglicht es,
den Lichtstrahl des Leuchtmittels 6 zu bündeln und
auf ein Motiv zu richten. 3B zeigt
die Vorderansicht, wie sie bereits in 1B beschrieben
wurde.
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4 zeigt
eine Beleuchtungsvorrichtung, wie sie erfindungsgemäß eingesetzt
wird. Die Leuchte 2 ist über die Anschlüsse 8 mit
einer Steuereinrichtung 12 verbunden. Die Steuereinrichtung 12 weist Einstellmittel 14,
eine Schaltplatine 16 und einen Mikroprozessor 18 auf.
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Zum
Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung wird die Steuereinrichtung 12 über die
Einstellmittel 14 eingestellt und die Leuchte wird betrieben. Über die
Einstellmittel 14 lassen sich die Schaltzeiten im Dauerbetrieb
als auch im Blitzbetrieb einstellen. Ferner können die Spannung und der Strom
an den Anschlüssen 8 sowohl
für den
Dauerbetrieb als auch für den
Blitzbetrieb einstellt werden. Die Einstellungen, die über die
Einstellmittel 14 vorgenommen werden, werden in der Schaltplatine 16 durch
den Mikroprozessor 18 umgesetzt. Zum Beispiel ist es möglich, im Dauerbetrieb
an den Anschlüssen
A, A' eine Spannung
zwischen 50 und 60V, oder mehr anzulegen. Je nach Anzahl der Leuchtdioden 10 kann
sich dieser Wert erhöhen
oder verringern. Es sollte gewährleistet werden,
dass an jeder Leuchtdiode 10 eine Spannung von ca. 3,6
bis 5,4V anliegt. Hierdurch fließt in der Leitung 8 bei
einer Spannung zwischen 4 und 6V ein Strom zwischen 300 und 400
mA. Sowohl die Spannung als auch der Strom sind einstellbar über die
Einstellmittel und werden gesteuert über den Mirkoprozessor 18.
Die Leistungsaufnahme der Leuchte 2 im Dauerbetrieb ist
vorzugsweise 2 bis 4 Watt, bevorzugt 2,1 Watt.
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Nachdem
ein Motiv ausgeleuchtet wurde, wird die Steuereinrichtung 12 in
den Blitzbetrieb umgestellt. Hierbei wird zunächst ein kurzes Ausschaltintervall
eingehalten, bei dem die Leuchte 2 ausgeschaltet bleibt.
Danach werden Stromimpulse über die
Leitung 8 an das Leuchtmittel der Leuchte 2 angelegt.
Die Dauer und Höhe
der Impulse ist über
die Einstellmittel 14 einstellbar und wird über den
Mikroprozessor 18 überwacht.
Im Blitzbetrieb liegt an den Anschlüssen A, A' vorzugsweise eine Spannung zwischen
5 und 70V, bevorzug zwischen 5,5–60V an und in den Leitungen
fließt
ein Strom von ca. 0,1 bis 5 A, bevorzug 1 bis 1,5 A. Die Leistungsaufnahme
jeder Leuchtdiode 10 ist im Blitzbetrieb zwischen 4 und
6 Watt.
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Zur
Ansteuerung der Leuchtdioden 10 ist die Schaltplatine 16 in
der Steuereinrichtung 12 in ein Netzteil, eine Digitale
Steuerung mit Mikrocomputer 18 und ein Schaltnetzteil unterteilt.
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Das
Netzteil ist dazu ausgelegt, eine Spannung von +5v und –5v gegenüber Massepotential
bereit zu stellen. Neben diesen Betriebsspannungen wird eine weitere
Spannungsquelle mit eine Spannung von 5v zur Verfügung gestellt. Über die
weitere Spannungsquelle kann im Falle eines Netzausfalls oder bei
Abschaltung die Ansteuerung des Schaltnetzteils zu stoppen. Hierzu
bricht diese Spannung im Falle eines Netzausfalls oder bei Abschaltung schnell
zusammen, d.h. die Zeitkonstante RC ist klei0. Dieser Spannungsabfall
wird im Schaltnetzteil detektiert und führt zur schnellen und zuverlässigen Abschaltung,
bevor der Mirkoprozessor in einen undefinierten Zustand übergeht.
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Die
Spannung des Netzteils wird unstabilisiert für die Versorgung eines Lüfters verwendet.
Außerdem
wir über
einen Ringkerntrafo, einen Gleichrichter und einen Glättungskondensator
die Spannung geglättet
und dient zur Versorgung des Schaltnetzteils.
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Die
digitale Steuerung verfügt über einen D/A
Wandler zur Erzeugung einer Sollspannung im Schaltnetzteil sowie
einen A/D Wandler für
eine Erkennung der Leuchtmittel Der A/D Wandler erfasst einen Innenwiderstand
des Leuchtmittels zur Erkennung des Typs und der Art des Leuchtmittels.
Dieser Widerstand kann Teil eines Spannungsteilers im Leuchtmittel
oder der Leuchtdiode sein. Diese Information wird vom D/A Wandler
in eine digitale Information umgesetzt.
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Das
Schaltnetzteil steuert die Leuchtmittel an. Herzu wird das Schaltnetzteil
sekundär
getaktet. Es wird nach dem Step Down Prinzip betrieben. Das Schaltnetzteil
wird im Pulsweitenmodulationsverfahren (PWM) mit einer Taktrate
von 22kHz betrieben. Das PWN Schaltnetzteil ermöglicht bei einer geringen Verlustleistung
kleine Ausgangspannungen (kleiner 6V) bei großen Eingangsspannungen (mehr
als 70V) zu erzeugen. Durch eine variable Pulsweitenmodulation kann
die Ausgangsspannung in weiten Bereichen durch Variation der Pulsweiten
verstellt werden. Für
den Betrieb des Leuchtmittels stellt das Schaltnetzteil an seinen
Ausgängen
eine Spannung von 5,5 bis ca. 63V zur Verfügung.
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Im
Blitzbetrieb wird eine hohe Spannung an den Ausgängen für eine sehr kurze Zeit angelegt.
Zur Erzeugung dieser Blitzspannung werden parallel geschaltete Kondensatoren
aufgeladen und im Bedarfsfall über
einen FET Schalter mit den Ausgängen und
somit den Leuchtdioden 10 verbunden.
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Für den Fall,
dass nicht die maximale Blitzspannung, sondern eine geringere Spannung
im Blitzbetrieb benötigt
wird, können
die Kondensatoren über
einen weiteren FET Schalter teilweise entladen werden.
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Eine
Temperaturüberwachung überwacht
die Temperatur des Leuchtmittels und verhindert eine Ansteuerung
bei Übertemperatur.
Hierzu wird ein Heißleiter
(NTC) im Lampenkopf verwendet. Dieser NTC wird bei steigender Temperatur
niederohmiger. Dieser Abfall des Widerstands kann in der Temperaturüberwachung
erfasst werden. Wird eine Schaltschwelle der Temperaturüberwachung
erreicht, stoppt diese durch ein LOW-Signal am Ausgang die Ansteuerung
von Treiber Transistoren des Schaltnetzteils.
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Die
Ansteuerung der Funktionsgruppen innerhalb der Prozessorplatine
erfolgt über
die Digitale Steuerung 18, welche über einen 12C Bus mit den Komponenten
verbunden ist.
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5 zeigt
den zeitlichen Verlauf der Spannung in einer Leuchtdiode 10,
sowie den zeitlichen Verlauf der Helligkeit an der Leuchtdiode 10.
Zu einem Zeitpunkt T0 wird der Dauerbetrieb eingeschaltet und die
Spannung an der Leuchtdiode 10 beträgt ca. 3–38V, bevorzug 5,5V. Dieser
Dauerbetrieb führt dazu,
dass an der Leuchte ein Dauerlicht eingestellt wird, dessen Helligkeit
bei ca. 100 Lumen liegt. Zum Zeitpunkt T1 wird der Dauerbetrieb
beendet und die Leuchte wird ausgestellt. Die Zeit zwischen T0 und T1
kann zwischen einigen Sekunden bis zu einigen Minuten betragen.
In einem Ausschaltintervall zwischen der Zeit T1 und einer Zeit
T2 ist die Leuchte ausgeschaltet, was verhindert, dass die Leuchtdioden
zerstört
werden. Zum Zeitpunkt T2 und zum Zeitpunkt Ta3 werden kurze Spannungsimpulse
mit Spannungswerten von ca. 6–9V
an jeder der Leuchtdiode erzeugt. Durch diese Spannungsimpulse wird an
der Leuchte ein kurzer Blitzlicht mit einer Helligkeit von bis zu
200 Lumen erzeugt. Die Dauer der Spannungsimpulse, und somit auch
die Dauer der Lichtimpulse ist einstellbar, wie zu erkennen an den
Spannungsimpulsen zum Zeitpunkt T4 und zum Zeitpunkt T5. Diese kürzeren Spannungsimpulse
verursachen ebenfalls einen kürzeren
Lichtblitz. Neben der Dauer der Spannungsimpulse kann auch deren
Höhe eingestellt
werden, was jedoch nicht dargestellt ist.
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Die
Verwendung von einem einzigen Leuchtmittel sowohl im Dauerbetrieb
als auch im Blitzbetrieb hat den Vorteil, dass bereits beim Ausleuchten
die Reflektionen und Lichteffekte auf dem Motiv erkannt werden,
welche sich beim Blitzbeleuchten einstellen. Ferner ist der Aufwand
zum Aufbau einer Beleuchtung eines Motivs wesentlich geringer, da
nur noch eine Leuchte ausgerichtet werden muss.