DE69915174T2

DE69915174T2 - Modul zur Kontrolle der Divergenz und der Form des Strahles für projizierts Licht

Info

Publication number: DE69915174T2
Application number: DE69915174T
Authority: DE
Inventors: Brian Edward Richardson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: JP2000030506A; EP0965789B1; JP4272751B2; DE69915174D1; US6048081A; EP0965789A3; EP0965789A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Unterhaltung und Raumbeleuchtung und ist insbesondere eine Vorrichtung, um die Divergenz und/oder Form eines Lichtstrahls zu verändern, der aus einer Lichtquelle strahlt. Eine derartige Vorrichtung ist in der US-A-2 673 923 beschrieben, die die oberbegrifflichen Merkmale des Anspruches 1 offenbart.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Theater-, Fernseh-, Tournee-Produktionen und Raumbeleuchtungsquellen beziehen oft Beleuchtungsvorrichtungen ein, die einen Lichtstrahl mit unterschiedlichen Divergenzen ausstrahlen. Die Lichtstrahldivergenz wird verwendet, um einen gewünschten bestimmten künstlerischen Zweck zu erhalten. Die künstlerischen Anforderungen können erfordern, dass die Strahldivergenz statisch bleiben oder sich im Laufe der Zeit verändern soll. Kosten, Veränderungsgeschwindigkeit, weicher Übergang, kompakte Größe, Gewicht und Effizienz bei der Übertragung von Licht sind alles Faktoren beim praktischen Gebrauch eines Strahldivergenzmoduls. Ferner ist das Verändern der Form des projizierten Strahls von rund zu oval ein gewünschtes Attribut eines Strahldivergenzmoduls. Die Veränderung der Form ist erforderlich, um einen runden Lichtfleck zu erzeugen, wenn das Licht auf eine Oberfläche projiziert wird, die nicht lotrecht zum Strahl ist.
In der Vergangenheit wurde die Divergenz einer Lichtquelle durch manuelles Ersetzen des Lichtquellentyps verändert, um ein bestimmtes künstlerisches Ergebnis zu erhalten. Die Verwendung einer bestimmten Lampe für jede gewünschte Divergenzart macht es nicht praktikabel, die Divergenz der Lichtquelle während einer Vorführung zu verändern. Daher werden mehr Gesamtbeleuchtungskörper benötigt, um die gewünschten künstlerischen Ergebnisse zu erlangen.
Um die Ausrichtung eines oval geformten Strahles zu ändern, müsste man die radiale Ausrichtung der Lichtquelle manuell verändern.
Dementsprechend haben Erfinder verschiedene Methoden geschaffen, um die Divergenz eines Lichtstrahls aus der Ferne zu verändern. Das US-Patent 4,855,884 des vorliegenden Erfinders Richardson, erteilt am 8. August 1989, offenbart einen verbesserten Reflektor, der die Strahldivergenz verändert. Diese Erfindung ist darin eingeschränkt, dass sie keine Veränderung der Gestaltung des Strahles zulässt und hinsichtlich der hergestellten Größenvielfalt eingeschränkt ist.
Das US-Patent 4,973,306, erteilt am 20. November 1990 an Bornhorst, offenbart eine Reihe von Streuungstafeln, die von den Seiten eines Lichtstrahls her eingesetzt werden. Dies schafft verschiedenartige Strahldivergenzen, kann aber keinen Strahlenbereich mit einem weichen Beleuchtungsfeld erzeugen. Ferner umfasst dieses System einen komplexen Mechanismus, der kostspielig und unzuverlässig ist. Außerdem stellt es kein Verfahren bereit, um die Form des Strahles zu verändern.
Das US-Patent 5,073,847, ebenfalls von Bornhorst, offenbart einen anderen Streuungsmechanismus. Eine Reihe von drehbaren Streuungstafeln ist in einer radialen Anordnung angeordnet. Das Drehen der Tafeln in den Strahlengang streut den Lichtstrahl. Dieser Mechanismus erweist sich auch als teuer und stellt kein Verfahren bereit, um den Strahl zu formen. Auch ist die Palette von Strahlabmessungen unzureichend, um einen weichen Übergang von enger zu voller Streuung bereitzustellen.
Das US-Patent 5,665,305, erteilt am 9. September 1997 an Belliveau et al., offenbart ein Verfahren zum Einfügen einer oder zweier linsenförmiger Tafeln, um die Strahldivergenz und/oder Strahlform zu verändern. Diese Tafeln sind so ausgerichtet, dass sie orthogonal zueinander sind, wenn sie in Funktion sind. Dieses Verfahren ermöglicht keine fortlaufenden Änderungen der Strahlgröße oder -form.
Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lichtstrahl-Divergenz- und -Formmodul bereitzustellen, das kompakt ist und das in der Herstellung und Wartung günstig ist. Das Modul besteht aus einer einfachen Konstruktion und ist daher sehr zuverlässig.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Modul bereitzustellen, das einen breiten Strahldivergenzbereich bereitstellt und das schnell und weich von einer Divergenz zur anderen wechselt.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die Licht wirkungsvoll durchlässt.
WESEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Beleuchtungsmodul, das einen Lichtstrahl streut, um die Größe und Form des projizierten Strahles zu modifizieren. Die Vorrichtung enthält eine Lichtquelle und einen Reflektor, um das Licht entlang einem Strahlengang zu richten. Ein primäres Linsenelement vermindert den Querschnitt einer erstellten Lichtzone, wenn das Licht in eine Streugruppenfläche im Strahlengang eintritt. Streuelemente in der Streugruppe werden in veränderlichen Kombinationen und Graden betätigt, um die vom Anwender gewünschte Form und Größe des Lichtstrahles zu erzeugen. Die Wirkungsweise des Linsensegments ermöglicht, dass die Streuelemente körperlich im Strahlengang angeordnet sind, aber so lange keine Wirkung auf das Licht haben, bis die Streuelemente gedreht werden, so dass Streuelementsegmente mit Linsensegmenten übereinstimmen und das Streuelement das vom Beleuchtungsmodul projizierte Licht verändert.
Ein Vorzug der vorliegenden Erfindung ist, dass sie eine einzige, kompakte Einheit zur Verfügung stellt, die es dem Anwender erlaubt, verschiedenartige Größen und Formen von Lichtstrahlen zu projizieren. Dies eliminiert den Bedarf an vielerlei Ausrüstungsteilen.
Ein weiterer Vorzug der vorliegenden Erfindung ist, dass sie einfach und preiswert herzustellen ist und daher zuverlässig und leicht zu warten ist.
Noch ein weiterer Vorzug der vorliegenden Erfindung ist, dass die Linsensegmente die Installierung der Streuelemente im Strahlengang erlauben, da die Streuelemente in einer nicht betätigten Stellung keine Wirkung haben.
Diese und andere Aufgaben und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann offensichtlich werden angesichts der Beschreibung der besten derzeit bekannten Art, die Erfindung auszuführen, wie hier beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht des Divergenz- und Formmoduls der vorliegenden Erfindung einschließlich einer begleitenden Lichtquelle.
2 zeigt eine Draufsicht und das Verhältnis der verschiedenen Schlüsselkomponenten des Moduls der vorliegenden Erfindung.
3A veranschaulicht das primäre optische Element entlang der Strahlenverlaufachse.
3B ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen primären optischen Elements.
3C ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren alternativen primären optischen Elements.
4A zeigt ein Segment der optischen Strahlenspur des Systems mit zwei brechenden optischen Elementen.
4B zeigt ein Segment der optischen Strahlenspur eines alternativen Systems mit zwei reflektierenden optischen Elementen.
4C zeigt ein Segment der optischen Strahlenspur eines weiteren alternativen Systems mit einem reflektierenden optischen Element.
4D zeigt ein Segment der optischen Strahlenspur eines Systems mit einem brechenden optischen Element.
5 ist eine Detailansicht der horizontalen radialen Streuelementanordnung entlang der optischen Achse gesehen.
6 ist eine Detailansicht der vertikalen radialen Streuelementanordnung entlang der optischen Achse gesehen.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines radialen Streuelements.
8A ist eine Querschnittansicht einer Vorderkante eines radialen Streuelementsegments mit Strahlenspur.
8B ist eine Querschnittansicht einer Hinterkante eines radialen Streuelementsegments mit Strahlenspur.
9A zeigt ein Segment der optischen Strahlenspur des Doppel-Brechungselementsystems mit einem teilweise im Strahlengang betätigten Streusegment.
9B zeigt ein Segment der optischen Strahlenspur des Doppel-Reflexionselementsystems mit einem teilweise im Strahlengang betätigten Streusegment.
9C zeigt ein Segment der optischen Strahlenspur des Einzel-Reflexionselementsystems mit einem teilweise im Strahlengang betätigten Streusegment.
9D zeigt ein Segment der optischen Strahlenspur des Einzel-Brechungselementsystems mit einem teilweise im Strahlengang betätigten Streusegment.
10 stellt eine gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierte Vorrichtung dar.
11 stellt eine weitere gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierte Vorrichtung dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Modul zur Kontrolle der Divergenz und Form eines Lichtstrahls, das in Verbindung mit einer Lichtquelle benutzt wird, wie in 1 und 2 dargestellt. Es wird zuerst auf 1 Bezug genommen, worin eine Lichtquelle 10 bei der Beschreibung der Betriebsweise des Systems gezeigt ist. Die Quelle kann von jeder Art oder Größe sein und wäre Personen, die sich im Fach auskennen, bekannt. Die Lichtquelle 10 befindet sich innerhalb eines Reflektors 12. Der Reflektor 12 kann, wie im Falle der Lichtquelle 10, von jeder üblichen Art oder Größe sein. In den Zeichnungen ist ein Parabolreflektor abgebildet. Jede Lichtquelle, die allgemein paralleles Licht erzeugt, wie eine Lichtquelle mit einer Kondensorlinse, kann ebenso in dem Modul benutzt werden. Diese Lichtquellen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.
Ankommende Lichtstrahlen 14 (siehe 2) strahlen vom Reflektor 12 auf im wesentlichen parallelen Wegen entlang einem Strahlengang, der ein primäres optisches Element 16, ein Streuelement 18 und ein sekundäres optisches Element 20 einschließt. Die Lichtstrahlen verlassen das sekundäre optische Element 20 als abgehende Lichtstrahlen 22.
Ein Linsensegment 161 des primären optischen Elements 16 ist in 3A detailliert dargestellt, wie in dessen Position entlang der Längsachse des Strahlenganges gezeigt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das primäre optische Element 16 aus vierundzwanzig identischen Linsensegmenten 161. Die Linsensegmente 161 sind keilförmig und radial benachbart um einen Mittelpunkt 162 des primären optischen Elements 16 herum angeordnet. Eine Brennlinie 163 jedes Linsensegments 161 hat ihren Ursprung im Mittelpunkt 162 des optischen Elements 16 und strahlt entlang einem Längszentrum der Linse 161 nach außen. Das primäre optische Element 16 ist vorzugsweise ein einstückiges Element, das aus einem massiven Materialstück geformt ist, typischerweise durch ein Formgebungsverfahren. 3B und 3C zeigen alternative Konstruktionen für die primären optischen Elemente.
4A stellt eine Strahlenspur dar, die eine Seitenansicht eines Paares typischer Linsensegmente 161 zeigt. Gezeigt sind die ankommenden Lichtstrahlen 14, die von links eintreten und auf der Linse 161 auftreffen. Gebrochene Lichtstrahlen 24 verlassen die Linse 161 und konvergieren im Brennpunkt 26. Alle Brennpunkte 26 befinden sich auf den entsprechenden Brennpunktlinien 163 der Linsensegmente 161. Die Lichtstrahlen werden dann zu divergierenden Lichtstrahlen 28, wenn sie den Brennpunkt 26 verlassen und auf einem Linsensegment 201 des sekundären optischen Elements 20 auftreffen. Das sekundäre optische Element 20 ist genau gleich wie das primäre optische Element 16 dargestellt und wird mit dem primären optischen Element 16 um die Brennpunkte 26 herum gespiegelt.
Das sekundäre optische Element 20 kann sich tatsächlich vom primären optischen Element 16 unterscheiden. Dieser Unterschied würde von der besonderen Anwendung des Lichtmoduls abhängen. Sollte ein Anwender kein allgemein paralleles Licht benötigen, könnte er das sekundäre optische Element insgesamt weglassen, was einen diffuseren Lichtstrahl ergäbe.
Diese Situation ist in 4D dargestellt.
Die abgehenden Lichtstrahlen 22 strahlen wiederum mit im wesentlichen parallel zur Strahlenverlaufachse verlaufenden Bahnen vom sekundären Linsensegment 201 aus. Die hier gezeigten Arten optischer Elemente sind von der einfachen, nicht-symmetrischen, bikonvexen Art, jedoch können viele andere Arten verwendet werden, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Eine in der Optik sachkundige Person könnte eine endlose Anzahl optischer Elemente erfinden, um das gewünschte Ergebnis einer Verringerung des Querschnitts und/oder der Rückleitung der Lichtstrahlen zu erzielen.
Ein erstes alternatives Ausführungsbeispiel des optischen Elements der vorliegenden Erftindung ist in 3B und 4B dargestellt. 3B zeigt eine perspektivische Ansicht von zwei der reflektierenden Segmente 161', die vom Mittelpunkt 162' des primären optischen Elements 16' ausstrahlen. Die Breite der offenen Segmente 163' ist gleich wie oder kleiner als die Winkelweite der reflektierenden Segmente 161'. Die offenen Segmente 163' sind, verglichen mit den reflektierenden Segmenten 161', mit der gleichen Breite dargestellt. Die reflektierenden Segmente 161' sind um den Mittelpunkt 162' des Elements 16' gleich beabstandet, wobei die Freiflächen 163' die reflektierenden Segmente 161' trennen.
4B ist eine Strahlenspur, die eine Seitenansicht der Wirkungsweise des ersten alternativen Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zeigt. Ankommende Lichtstrahlen 14 passieren ungehindert die offenen Segmente 163' des primären reflektierenden optischen Elements 16' (zwei reflektierende Segmente 161' sind dargestellt). Die Lichtstrahlen passieren auch ungehindert entsprechende Öffnungen in einem sekundären reflektierenden optischen Element 20'. Das sekundäre reflektierende optische Element 20' entspricht dem primären Element 16' mit der Ausnahme, dass das sekundäre Element 20' in entgegengesetzter Richtung entlang der Achse des Strahlenganges ausgerichtet ist. Wie beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das sekundäre Element 20' eine andere Konfiguration als das primäre Element 16' aufweisen, abhängig von den Anforderungen der spezifischen Anwendung.
Ankommende Lichtstrahlen 14 reflektieren von einer spiegelnden Oberfläche 161' des primären reflektierenden optischen Elements 16' weg. Die oberen ankommenden Lichtstrahlen 14 reflektieren über eine Freifläche zwischen einer Unterseite eines oberen reflektierenden Segments 161' des primären reflektierenden Elements 16' und einer Oberseite eines unteren reflektierenden Segments 201' des sekundären reflektierenden Elements 20'. Die unteren ankommenden Lichtstrahlen 14 reflektieren von einer Oberseite einer unteren primären reflektierenden Oberfläche 161' weg über die Freifläche und reflektieren von einer Unterseite einer oberen sekundären reflektierenden Oberfläche 201' weg. Die sekundären spiegelnden Oberflächen 201' sind parallel zu den primären spiegelnden Oberflächen 161'; daher breiten sich die abgehenden Lichtstrahlen 22 auf Wegen aus, die parallel zu jenen der eintretenden Lichtstrahlen 14 sind. Es sei darauf hingewiesen, dass einige der Lichtstrahlen die Freifläche unbeeinflusst von den optischen Elementen passieren. Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass die Lichtstrahlen vor und nach den optischen Elementen in paralleler Richtung, jedoch in ihrer örtlichen Festlegung neu angeordnet sind; das heißt, obere ankommende Strahlen sind am Ende untere abgehende Strahlen und umgekehrt.
Ein zweites alternatives Ausführungsbeispiel ist in 3C und 4C dargestellt. 3C zeigt ein optisches Element 16'', das dem ersten alternativen Ausführungsbeispiel, dem optischen Element 16', ähnlich ist. Jedoch hat das optische Element 16'' einzelne reflektierende Segmente 161'', die höher sind als jene des optischen Elements 16'. Wie im ersten alternativen Ausführungsbeispiel sind die reflektierenden Segmente 161'' durch Freiflächen 163'' getrennt und radial um den Mittelpunkt 162'' des optischen Elements 16'' angeordnet.
4C stellt eine Strahlenspur dar, die eine Seitenansicht der Wirkungsweise von zwei reflektierenden Segmenten 161'' des primären optischen Elements 16'' zeigt. Ankommende Lichtstrahlen 14 passieren ungehindert die Freifläche zwischen einer Unterseite eines oberen reflektierenden Segments und einer Oberseite eines unteren reflektierenden Segments 161''. Obere ankommende Lichtstrahlen 14 reflektieren von einer Unterseite der oberen reflektierenden Oberfläche 161'' des reflektierenden Elements 16'' weg. Untere ankommende Lichtstrahlen 14 reflektieren von einer Oberseite der unteren reflektierenden Oberfläche 161'' weg. Der enge Divergenzwinkel, der durch die höheren reflektierenden Segmente 161'' bereitgestellt wird, kann bei gewissen Beleuchtungsanwendungen erwünscht sein.
Beide dargestellten alternativen Ausführungsbeispiele verwenden reflektierende Elemente im Gegensatz zu den brechenden Elementen des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels. In jedem Ausführungsbeispiel, in dem reflektierende Elemente verwendet werden, kann der Divergenzgrad des Lichts durch Verändern des Winkels der spiegelnden Oberflächen verändert werden, um am besten für die spezielle Anwendung zu passen. Modifikationen oder Unvollkommenheiten an diesen reflektierenden Elementen haben daher eine bedeutsamere Wirkung auf den Strahlengang als ähnliche Veränderungen an den brechenden Elementen. Da der Reflexionswinkel gleich dem Einfallswinkel ist, führt eine Veränderung des Winkels des reflektierenden Segments um 1° zu einer Veränderung des Strahlengangs um 2°.
Jedes der Ausführungsbeispiele des primären optischen Elements 16, 16', 16'' der vorliegenden Erfindung enthält Linsen- oder Reflexionssegmente 161, 161', 161'', die die Querschnittsfläche einer erstellten Lichtzone zumindest zur Hälfte verringern. Die Struktur der primären optischen Elemente, die Verwendung einer Vielzahl von Segmenten innerhalb der Linse, ermöglicht die Installation optischer Filter oder anderer optischer Elemente im Strahlengang, ohne dabei eine Wirkung auf das Licht zu haben, bis das Filter oder andere Elemente betätigt werden. Sobald sie betätigt sind, verändern die Filter die Eigenschaften das projizierten Lichts.
Alle optischen Komponenten der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen als radiale Anordnungen abgebildet, könnten hinsichtlich der Streuelemente jedoch genauso leicht als Linear- oder Matrix-Anordnungen konstruiert sein. Falls es Linear- oder Matrix-Anordnungen sind, geschieht die Betätigung der Streuelemente durch lineare Bewegung, im Gegensatz zur Rotationsbewegung, die von den radialen Anordnungen verwendet wird. Die Betätigung der radialen Streuelemente ist nachstehend im Abschnitt ''Wirkungsweise der Erfindung'' beschrieben.
Wiederum bezogen auf 4A ist die Streugruppe 18 um den Strahlengang zentriert. Die Streuelemente sind lotrecht zur Längsachse des Strahlenganges ausgerichtet. In der nicht betätigten Position befinden sich die Streuelemente nicht in der Bahn der gebrochenen Lichtstrahlen, wenn sie aus dem primären optischen Element 16 austreten und von den Linsensegmenten 161 auf Brennpunkte reduziert werden.
5 zeigt eine Vorderansicht eines horizontalen Streuelements 180, das in der Streugruppe 18 verwendet wird. Die Konstruktion ist typisch für jede der vielfältigen Arten von Streuelementen, die verwendet werden können. Ein typisches Segment 1801 eines horizontalen Streuelements 180 ist keilförmig und radial um den Mittelpunkt 1802 des Streuelements 180 angeordnet. Die vielfachen keilförmigen Streuelementsegmente 1801 sind an einem Rahmen 1804 befestigt. Die Streusegmente 1801 sind durch nicht-streuende Flächen 1803 getrennt. Die nicht-streuenden Flächen 1803 können sowohl Flächen aus klarem Material oder offene Bereiche frei von irgendeinem Material sein, wie dargestellt. Die Anzahl der verwendeten Streuelementsegmente 1801 entspricht der Hälfte der Anzahl der Linsensegmente oder reflektierenden Segmente, die in den optischen Elementen verwendet werden.
Die Mittelpunkte der verwendeten Streuelemente sowie aller eingesetzten optischen Elemente sind koaxial. Die Linie, die solche Mittelpunkte enthält, definiert die Mittellinie des Strahlenganges in der Vorrichtung. Die Rahmen der Streuelemente rotieren zwangsläufig um die Mittellinie des Strahlenganges. Eine beliebige Anzahl von Methoden kann ausgewählt werden, um die Streuelemente zu dieser Art von Bewegung zu zwingen. Die Rotationsbewegung jedes beliebigen der Streuelemente um die optische Achse führt dazu, dass die Streuelemente in den Strahlengang eingebracht werden und daher das Licht unterbrechen.
Ein vertikales radiales Streuelement 190 ist in 6 dargestellt. Seine Konstruktion ist identisch mit der des horizontalen radialen Streuelements 180, mit der Ausnahme, dass das vertikale Streuelement 190 so ausgerichtet ist, dass seine Streuelementsegmente 1901 im oberen und unteren Quadranten des vertikalen Streuelements 190 angeordnet sind, im Gegensatz zu den horizontalen Streuelementsegmenten 1801, die im linken und rechten Quadranten des horizontalen Streuelements 180 angeordnet sind.
Sämtliche Streuelementsegmente 1801, 1901 haben eine Vorderkante (wie in 8A dargestellt) und eine Hinterkante (wie in 8B dargestellt). Die Vorderkanten der Segmente werden festgelegt, indem eine Drehung der Streuelemente 18, 19 im Uhrzeigersinn angenommen wird. Aus der perspektivischen Ansicht der 7 ist zu erkennen, dass die Oberflächenunregelmäßigkeiten 181 an den Vorderkanten der Segmente weniger ausgeprägt sind als jene an den Hinterkanten.
Eine Querschnittansicht einer Vorderkante ist in 8A dargestellt. Die ankommenden Lichtstrahlen 48 sind auf der Oberfläche des Streusegments auftreffend dargestellt. Sie sind allgemein lotrecht zur Oberfläche des Streusegments. Die Oberflächenunregelmäßigkeiten 181 des Streusegments brechen das Licht von seiner ursprünglichen Richtung weg. Die Oberflächenunregelmäßigkeiten 181 können zusammenhängend, nicht zusammenhängend, linear, nicht linear, willkürlich oder von einer beliebigen, das Licht streuenden Art sein. Die Verwendung dieser Arten von Unregelmäßigkeiten zur Streuung des Lichts ist dem Fachmann wohl hinlänglich bekannt.
Gebrochenes Licht 49 verlässt das Streusegment in einem Winkel a. Die Oberflächenunregelmäßigkeiten 181 sind in allgemein radialer Richtung um die optische Achse ausgerichtet. Dies führt dazu, dass die Brechung und damit die Streuung nur in radialer Richtung erfolgt. Da die Oberflächenunregelmäßigkeiten an den Vorderkanten schwach sind, erfolgt eine geringere radiale Brechung des Lichts, im Gegensatz zu der bedeutsameren radialen Brechung, die von den größeren Unregelmäßigkeiten an den Hinterkanten verursacht wird. Daher ist die radiale Diffusion des Lichts an der Hinterkante des Segments größer als an der Vorderkante.
Das Ausmaß der Oberflächenunregelmäßigkeiten 181 verändert sich radial von der Vorderkante zur Hinterkante des Streusegments. Die Änderungsrate kann fortlaufend oder nicht fortlaufend sein und kann sich auf jeden Fall ändern. Die Wechselfunktion der Größenordnung der Oberflächenunregelmäßigkeiten würde von dem einzelnen Anwendungsgebiet der Erfindung abhängen.
Ein Querschnitt einer Hinterkante mit ihren größeren Unregelmäßigkeiten 181 ist in 8B dargestellt. Die allgemein lotrecht ankommenden Lichtstrahlen 48 sind auf der Oberfläche des Streusegments auftreffend dargestellt. Infolge des größeren Umfangs der Unregelmäßigkeiten 181 an der Hinterkante verlässt gebrochenes Licht 49 das Streusegment in einem Winkel b. Der Hinterkanten-Austrittswinkel b ist infolge der größeren Unregelmäßigkeiten an der Hinterkante des Streusegments größer als der Vorderkanten-Austrittswinkel a.
Die Streuelemente können durch ein beliebiges von vielen dem Fachmann bekannten Mitteln hergestellt werden, um äquivalente Ergebnisse der Vorrichtung zu erzielen. Bei einigen Anwendungen kann das Streuelement eine konstante Streuung über seine gesamte Oberfläche haben.
ARBEITSWEISE DER ERFINDUNG
Es wird nun auf 4A–D Bezug genommen. Wenn die Streuelemente 180, 190 in der nicht betätigten Stellung sind, sind die Mittellinien der Streuelementsegmente 1801, 1901 zwischen den Brennlinien oder den Freiflächen des primären optischen Elements 16, 16', 16'' ausgerichtet. Wenn die Streuelemente 180, 190 betätigt werden sollen, werden sie gedreht, so dass die Streuelementsegmente 1801, 1901 beginnen, die gebrochenen oder reflektierten Lichtstrahlen von den Linsensegmenten des primären optischen Elements 16, 16', 16'' zu schneiden.
In 9A–D wurde das Streuelement 180, 190 gedreht, so dass ein Streuelementsegment 1801, 1901 beginnt, an die Lichtzone zu stoßen. In allen Ausführungsbeispielen ist die Streugruppe 18 im Strahlengang in einem Bereich 30 angeordnet, in dem die Linsen- oder Reflexionssegmente 161, 161', 161'' den Querschnitt der Lichtzonen verringert haben. Auf diese Weise bewirkt die Drehung eines der Streuelemente 180, 190, dass das Streuelement das Licht beeinflusst. Falls mehr Wirkung von dem Streuelement gewünscht wird, wird das Streuelement weitergedreht, so dass sich die Streuelementsegmente 1801, 1901 vollkommen im Strahlengang befinden. Alle Streuelemente 180, 190 in der Streuelementanordnung 18 werden auf diese Weise betätigt. Wiederum sind es die Linsen- oder Reflexionssegmente der primären optischen Elemente, die das Licht in vielfältige Zonen mit verringertem Querschnitt brechen, die diese einzigartige Betätigung der Streuelemente 180, 190 ermöglichen. Die Streuelemente 180, 190 sind für das Licht unsichtbar, bis die Streuelemente 180, 190 in dem Strahlengang gedreht werden. Der Streuungsgrad des Lichts ist deshalb auf den Bewegungsgrad des Streuelements bezogen.
Die Bewegung der Streuelemente 180 in den und aus dem verringerten Bereich kann manuell erfolgen, oder sie kann von einem Motor oder Solenoid unter Verwendung einer Fernsteuerung oder per Computer betrieben werden. Eine im Fach Motor- oder Solenoidsteuerung bewanderte Person könnte zahlreiche Wege zum Steuern der Betätigung der Streuelemente 180, 190 enden.
Die Drehung des horizontalen radialen Streuelements 180 in den Strahlengang bewirkt, dass das Licht mit seiner längeren Achse in Horizontalrichtung zu einem ovalen Strahl gestreut wird. Wenn das vertikale radiale Streuelement 190 in den Strahlengang gedreht wird, wird das Licht mit seiner längeren Achse in Vertikalrichtung zu einem ovalen Strahl gestreut. Die Drehung beider Streuelemente 180, 190 in den Strahlengang bewirkt eine Vergrößerung des Durchmessers des Lichtstrahls. Falls Linear- oder Matrix-Anordnungen verwendet werden, wäre die Bewegung der Streuelemente 180, 190 in den Strahlengang wieder eine lineare Bewegung im Gegensatz zur rotierenden.
Die Bewegung der gesamten Streugruppe 18 oder sowohl des vertikalen Streuelements 180 als auch des horizontalen Streuelements 190 ermöglicht gleichzeitig das Formen des Strahls mit anderen Winkeln als horizontal und vertikal. Ein Drehen der gesamten Streugruppe 18 oder sowohl des vertikalen Streuelements 180 als auch des horizontalen Streuelements 190 gleichzeitig um 45° würde dazu führen, dass der Lichtstrahl bei 45° und 135° geformt würde, im Gegensatz zu 0° und 90°.
Die obige Offenbarung ist nicht einschränkend gedacht. Fachleute werden sogleich beobachten, dass zahlreiche Modifizierungen und Änderungen der Vorrichtung unter Wahrung der Lehren der Erfindung vorgenommen werden können. Dementsprechend sollte die obige Offenbarung lediglich im Rahmen der Grenzen der beigefügten Ansprüche ausgelegt werden.

Claims

Vorrichtung zum Projizieren verschiedener Größen und Formen eines Lichtstrahls, umfassend: – eine Lichtquelle (10), die allgemein paralleles Licht entlang einem Strahlengang erzeugt, – ein primäres optisches Element (16), das eine Anordnung optischer Segmente (161) umfasst, um in dem Strahlengang eine Fläche zu schaffen, wo das Licht von der Lichtquelle (10) in eine Vielzahl von Lichtzonen geteilt wird, wobei jede Lichtzone nach Passieren des optischen Segmentes (161) flächenmäßig verringert wird, und – eine Streueinrichtung (18) mit wenigstens einem Streuelement (180, 190), wobei jedes Streuelement (180, 190) eine Anordnung von Streuelementsegmenten (1801, 1901) umfasst und die Streueinrichtung (18) in dem Strahlengang hinter der primären optischen Einrichtung (16) angeordnet ist, wobei die Streueinrichtung (18) durch Bewegen der Streueinrichtung (18) aus einer nichtbetätigten Stellung, in der die Streuelemente (180, 190) nicht an die Lichtzonen stoßen, in eine betätigte Stellung, in der die Streuelemente (180, 190) an die Lichtzonen stoßen, betätigt wird, und eine Wirkung der Streuelemente (180, 190) durch Steuern eines Ausmaßes des Anstoßes der Streuelemente (180, 190) an die Lichtzonen gradmäßig gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung optischer Segmente (161) des primären optischen Elementes (16) eine radiale Anordnung ist.
Lichtprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung von Streuelementsegmenten (1801, 1901) der Streueinrichtung (18) eine radiale Anordnung ist.
Lichtprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei – die Anzahl der Streuelementsegmente (1801) in einem ersten Streuelement (180) gleich einer halben Anzahl der optischen Segmente (161) ist und die Streuelementsegmente in dem ersten Streuelement (180) in einem linken und einem rechten Quadranten des ersten Streuelementes (180) gleich verteilt sind, und – die Anzahl der Streuelementsegmente (1901) in einem zweiten Streuelement (190) gleich einer halben Anzahl der optischen Segmente (161) ist und die Streuelementsegmente in dem zweiten Streuelement (190) in einem oberen und einem unteren Quadranten des zweiten Streuelementes (190) gleich verteilt sind.
Lichtprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei in dem Strahlengang nach der Streueinrichtung (18) ein sekundäres optisches Element (20) installiert ist, um das Licht zurückzurichten, so dass von der Vorrichtung projiziertes Licht eine im wesentlichen gleiche Projektionsrichtung aufweist wie eine Projektionsrichtung des an dem primären optischen Element (16) gerichteten Lichtes.
Lichtprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das primäre optische Element (16) Linsensegmente umfasst.
Lichtprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das primäre optische Element (16) reflektierende Segmente umfasst.
Lichtprojektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Streuelementsegmente (1801, 1901) Oberflächenunregelmäßigkeiten (181) umfassen, um Licht (48) zu brechen, und die Oberflächenunregelmäßigkeiten (181) in allgemein radialer Richtung ausgerichtet sind, so dass Brechung und damit Streuung in radialer Richtung erfolgen.
Lichtprojektionsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei Oberflächenunregelmäßigkeiten (181) an Vorderkanten (7, 8A) der Streuelementsegmente (1801, 1901) dünner sind als die Oberflächenunregelmäßigkeiten (181) an Hinterkanten (7, 8B) der Streuelementsegmente (1801, 1901), so dass die Brechung des Lichtes (48) an den Vorderkanten geringer ist als die Brechung des Lichtes (48) an den Hinterkanten.