探照灯的制作方法

专利名称：探照灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种探照灯，特别是用于至少部分地照亮舞台，其中，所述探照灯包括 用于接收光源的壳体和菲涅尔-级透镜，当所述光源被接收在所述壳体中时，从所述光源 射出的光可穿过所述菲涅尔-级透镜离开所述壳体。
背景技术：
目前，这种探照灯例如用于照亮舞台。足够强的光源(其例如可以是气体放电类 灯)或卤素灯设置在一个为其设置的壳体中。也可以考虑使用LED。所述壳体至少除了通 过透镜遮盖的开口之外都是不透光的并且必要时在内部配备有反射器。目的是，将从光源 发出的光尽可能多地转向到待照明区域上。为此使用透镜，所述透镜使得从光源发出的光 集束。在此长时间以来公知的是，在此使用菲涅尔式级透镜。这种类型的透镜在大型并且 特别是厚的透镜的情况下是特别有利的，所述透镜最终具有与其尺寸相比小的焦距。小的 焦距对于在探照灯中使用是有意义的，由此可将探照灯的结构尺寸保持尽可能小。光源必 须设置在所使用的透镜的焦点附近，从而使得短的焦距导致短结构的探照灯。
但是这导致透镜厚度的提高。为了在此节省重量和材料，代替常规透镜地使用菲 涅尔-级透镜。在这种透镜的情况下，将玻璃体划分为一些环形区域，在所述区域中，厚度 个别地降低，从而使得菲涅尔-级透镜具有多个环形的级。但是该透镜保持其焦距并且从 而保持其主要的光学特性。然而由于级结构，成像质量与由全材料构成的透镜相比通常变 差。
菲涅尔-级透镜原则上可在两侧或者仅仅在一侧具有级。在目前通常的应用中， 优选采用单侧分级的菲涅尔-级透镜，因为其可以容易制造并且也具有光学优点。在此，特 别是该透镜的背离光源的侧设有级，而内侧、也就是面向设置在壳体内部的光源的侧平滑 地构成。如果在透镜的面向光源的侧上设置级，则这导致透镜效率的降低。
利用这种探照灯应实现特定形状如圆形的光斑，该光斑具有均匀的亮度分布。为 此，所述透镜的面向光源的侧通常被拉毛，这通常也称为点刻。这例如在透镜的压制过程中 就实现或者通过首先被平滑地压制的表面的事后喷砂进行。
在不具有这种点刻部的情况下，光源的灯具例如卤素灯的灯丝可在成像平面中清 晰地成像，如果所述灯丝以一个距离位于透镜前面，所述距离稍大于透镜的焦距的话。这会 导致，代替期望的用于照亮舞台区域的圆形光斑地在观察平面中得到灯具的发光部轮廓的 或多或少清晰的成像。
为了避免这一点，使在探照灯中使用的菲涅尔-级透镜在平滑侧上这样地拉毛 (或粗糙化)，使得不再能实现精确的聚焦并且从而不再能实现清晰的成像。在所谓的异型 探照灯的情况下，在探照灯中首先产生中间图像，所述中间图像在那里借助于通常圆形的 中间光圈、特别是可调节的可变光圈在其旁侧伸展尺寸上进行限制并且然后作为具有极清 晰边缘的圆形光斑在舞台区域中在成像平面中投影。
但是点刻部的缺点是，为此需要附加的、事后喷砂过程形式的工作步骤或者相关的冲模部分在压制透镜时具有相应点刻的表面轮廓。在此，表面粗糙度也不能太强地构成， 因为其仅仅允许轻微地偏转光束。否则，拉毛表面上的光发散在其作用方面这样强，使得透 镜总体上失去其效率。该效率损耗特别强，因为点刻部位于透镜的首先透亮的侧上，也就是 向着光源的侧上。在通过了所述被拉毛的表面之后，所述光这样强地发散，使得其一少部分 不再能在菲涅尔-级透镜的另一侧排出并且到达所述级。取而代之的是，所述光陷入到陡 峭的侧壁中或者处于级表面与侧壁面之间的强烈倒圆的过渡区域中。所述光不受控制地在 最不同的方向上离开并且不再对于舞台上的期望光区域做出贡献。点刻部越强，则该效应 就越强。发明内容
因此本发明的任务在于，建议一种探照灯，其中，利用简单的器件就使得待照明区 域上的光斑具有尽可能均匀的亮度，并且此外提高光效率。
本发明通过一种所述类型的探照灯解决所提出的任务，所述探照灯的特征是，菲 涅尔-级透镜在至少一个侧上具有至少一个螺旋形构成的级。
也就是说，代替使用通常的具有多个同心设置的级的菲涅尔-级透镜地，根据本 发明，使用这样一种菲涅尔-级透镜，其具有至少一个螺旋形构成的级。通过这种方式可出 人意料地至少部分地降低所需的、平坦的未分级侧上的点刻部(或斑点)。在特别的实施方 式中甚至可完全放弃所述点刻部。由此可简单地制造透镜，由此除了时间耗费之外还降低 了透镜的制造成本并且从而降低了探照灯的制造成本。此外，取消或至少降低了由透镜的 向着光源的侧上的点刻部引起的效率影响，从而使得更多从光源发出的光偏转到待照亮区 域例如舞台上。
由现有技术长时间一来已经公开了螺旋形的菲涅尔-级透镜。例如在 US2,315, 721中建议了这种螺旋形的级透镜。其与电影行业中通常的所谓的幕后放映过程 结合使用。在此，将景色场景的图像从后面投射到半透明的强烈散光的屏幕上。将在其前 面活动的演员与背景图像一起拍摄，从而给人留系如下印象，即，演员在所述场景自身中活 动。为此不仅使用具有同心环的级透镜而且使用螺旋形的结构。但是需指出的是，具有多 个同心级的菲涅尔-级透镜具有更好的特性并且仅仅一个狭窄地缠绕的螺旋形非常地靠 近由多个同心环构成的期望布置。
此外，在所谓的太阳能集中器中使用螺旋形的菲涅尔-级透镜，就像它们例如在 光电应用中使用的那样。但是，与在这里在探照灯中使用不同的是，在太阳能集中器中使用 尽可能高的收集能力，因为菲涅尔-级透镜是在光电装置中使用以便将尽可能多的太阳光 聚焦到尽可能小的面上。因此在该使用中光的亮度在轨道面上的尽可能均匀的分布是不期 望的并且也是有妨碍的。
出人意料地，具有螺旋形构成的级的菲涅尔-级透镜的光学特性也有利地在本发 明的探照灯中使用。通过使用所述至少一个螺旋形构成的级，使得光斑上的光强度均匀化 且最小光强度与最大光强度之间的对比度降低。
有利的是，所述透镜在至少一个侧上具有多个、特别是三个螺旋形构成的级。它们 可具有一个共同的交点。在一个优选的构型中，该交点处于透镜的至少一个侧的中间。在 这种情况下有利的是，所述多个螺旋形构成的级以相同的角间距彼此离开。如果透镜具有例如三个螺旋形构成的级，则它们中的每两个之间在共同的交点处具有120°的角度。当 然，也可考虑具有更多或更少螺旋形构成的级的其他构型。相应两个相邻级之间的角度也 不必一样大。
在按照本发明的探照灯的另一构型中，在所述透镜的所述至少一个侧的中部区域 中不设置级。在这个后面称为中央透镜的区域中，透镜不仅在向着光源的侧上而且在背离 光源的侧上都平滑地构成。多个螺旋形构成的级可从所述中间区域出发，其径向最内部的 点在所述中部区域的圆周上等间距地分布。在此也可导致被照亮光斑中的光强度尽可能均 匀地分布。
已被证实特别有利的是，所述至少一个螺旋形构成的级延伸很多圈。在此，各个圈 之间的径向距离是恒定的。对此替代地也可以的是，所述至少一个螺旋形构成的级也在一 个螺旋线中延伸，所述螺旋线径向朝外变宽或变窄。这取决于所述光斑或探照灯的期望的 特性。
优选所述透镜包括一外轮廓，该外轮廓具有一形状，该形状跟随所述至少一个螺 旋形构成的级的盘圈。这种形状例如可以是椭圆形或多边缘，但是当然也可以是圆形。例 如可考虑的是，在探照灯中使用椭圆形构成的透镜，其具有超过至少一个螺旋形构成的级， 其中，螺旋线同样椭圆形地构成。在这种情况下例如可以的是，所述螺旋形构成的级的两个 彼此跟随的圈之间的距离在椭圆的短半轴的方向上构造得比沿着所述椭圆的长半轴小。
为了进一步改善通过探照灯引起的光斑的均匀化，有利的是，在菲涅尔-级透镜 的不具有级并且特别是不具有螺旋形构成的级的侧上具有打毛部或点刻部。


下面借助于附图详细阐述本发明的实施例。附图中
图1是具有现有技术的探照灯的模拟亮度分布；
图2是图1中的亮度分布的横截面图3是用于本发明的第一实施例的探照灯的透镜；
图4是图2中的用于本发明的一个实施例的探照灯的视图5是用于本发明的第二实施例的探照灯的透镜的示意性俯视图6是图2和4中的用于具有图5中的透镜的探照灯的视图7是用于本发明的另一实施例的探照灯的透镜的示意性俯视图8是图2、4和6中的用于具有图7中的透镜的探照灯的视图9是用于本发明的另一实施例的探照灯的透镜的示意性俯视图10是本发明的另一实施例的探照灯的示意性剖视图。
具体实施方式
在下面模拟用于所述类型的探照灯的不同透镜形状。在此，对于不同的透镜形状给出亮度分布或亮度分布的剖面图。
为了计算各个透镜的总成像特性考虑特定类型的具有1000瓦功率的卤素灯作为灯具，其例如常常用在用于舞台领域的探照灯中。这种卤素灯具有八个紧密地并排设置的 灯丝，所述灯丝具有O. 8mm的直径和18mm的长度并且彼此间具有2mm的距离。通过这种方式得到约15mmX 18mm伸展尺寸的发光面。但是该面的亮度不均匀，而是在光学成像的情况 下能明显识别出各个灯丝。
在下面的实例中，所述扁平的灯具距离相应观察的菲涅尔-级透镜以一个距离设 置，该距离稍大于所述菲涅尔-级透镜的焦距。被观察的透镜具有商业上常见的175mm直 径。焦距为85mm。在模拟中总是距离所述透镜的主平面以一个85. 73mm的距离观察所述被 观察的灯具。也就是说该灯具比其焦点距离所述透镜远O. 73mm。所述卤素灯在此(如否则 在级透镜探照灯中通常的那样)定位在所述级透镜的几乎光滑的侧上。
通过这种措施，在菲涅尔-级透镜的分级的侧上以IOm的距离得到一个光学成像。 为了评价该光学成像，在计算中在给出的IOm距离中假设2400mmX 2400mm的检波器参量， 以便能够完全观察所述灯具的得出的成像。假定的光通量为25000流明。
如已经说明的那样，在所有后面的模拟中，所述透镜的向着光源的侧无粗糙度或 点刻部地构成。
图1示出按照现有技术的探照灯的模拟亮度分布。这种探照灯包括壳体以及菲涅 尔-级透镜，所述菲涅尔-级透镜具有多个同心的级环。在此，假定所述透镜的面向光源的 侧是光滑的并且特别是不具有点刻部。
图1示出，利用传统的具有多个同心布置的级的菲涅尔-级透镜可非常好地看到 很亮地发光的螺旋灯丝的结构。在此以照明度([lx])表示检波器面的每个部位上的亮度， 其中，图1中的成像越暗，则照度就越亮。可以看出，检波器面中部的对比度特别高，因为这 里几乎黑色和几乎白色区域清晰地隔开地并排存在。
这种结果并不令人惊讶，因为在该情况下计算出理论上完美的成像，其是通过具 有多个同心的级环的理想化的级透镜引起的。
从图1的视图中看出，菲涅尔-级透镜的光滑的未分级的侧的粗糙化是多么重要。 如果没有这些粗糙部或点刻部则这种透镜不适于照明舞台活动。
在图1中示出一个竖直地虚线示出的线。图2中示出沿着该线剖割图1中的亮度 轮廓的剖面图。在中间区域中可看到非常高的对比度。
所述对比度在本例中由照明度的最大值和检波器面的照明度的最小值计算出。其 通过下式得出
对比度=(最大值-最小值)/ (最大值+最小值)
因为如图2中可以看出的那样，最小值降低到零，因此在图1和2中所示的实施例 中，对比度为I。
图3示出用于按照本发明的第一实施方式的探照灯的菲涅尔-级透镜2的俯视 图。其具有螺旋形构成的级4，所述级在透镜面的中点中开始并且以多个盘圈向外延伸。在 此，螺旋形构成的线(其表示所述级4)表示所述螺旋形构成的级4的可从上面看见的棱边 区域。所述棱边区域如在几个盘圈之后可看见的那样变宽。其原因在于，在所示的俯视图中 也可以明显看到处于各个级区域之间的侧壁区域。所述螺旋形构成的级4向外绕得越远， 则所述级相对于这里所示的俯视图的观察者就越倾斜。从第六盘圈中的分隔点6开始，在 图3中不仅示出所述螺旋形构成的级4的起光学作用的部分8，而且也示出不起光学作用的 部分10。可以看出，所述螺旋形构成的级4的不起光学作用的部分10径向朝外变厚。但是 这不意味着透镜的外部区域光学作用较小，而是必须考虑在有意地应用所示的菲涅尔-级透镜2时灯具处于所述菲涅尔-级透镜2的几乎光滑的未分级的侧上，也就是处于图3中 背离观察者的侧上。来自焦斑附近的位置的光不从该侧碰到所述侧壁上，因为级形状和所 述螺旋形构成的级4的与其强制相关的侧壁形状恰好被这样计算，使得所述侧壁在理想状 况下对于所述光是不可见的。
图4示出具有探照灯的照明面的模拟照明的剖视图，所述探照灯包含按照图3的 菲涅尔-级透镜2，与图2相比可明显看出，该曲线变化均匀得多，因为不仅非常高的峰值而 且显著的扰动都在照明度中不再出现。在这种情况下，按照上述公式算出的对比度为O. 42 并且因此比传统级透镜的一半还要小。
为了利用具有按照图3的菲涅尔-级透镜2的探照灯实现照明面上的完全均匀的 光分布，必须将所述透镜的设置用于在面向光源的侧上散射的点刻部比具有多个同心设置 的级的传统菲涅尔-级透镜2弱得多。因此，平坦侧上的点刻部比传统级透镜弱得多，由此 自然也可以降低由所述点刻部导致的损失并且从而提高透镜的效率。由此，实现了一种探 照灯，其包含按照图3的菲涅尔-级透镜2、更高的光效率并且从而具有比传统菲涅尔-级 透镜2的探照灯高的亮度。此外，不需要附加的和费事的工作步骤以在菲涅尔-级透镜2 的背面上(其向着光源)产生费事的点刻部。
图5示出用于按照本发明的另一实施例的探照灯的菲涅尔-级透镜2的俯视图。 在图5中示出的菲涅尔-级透镜2具有两个螺旋形构成的级4，这些级在透镜面的中央相遇 并且从那里起以多个盘圈向外延伸。在此，在外部区域中，不起光学作用的部分10与起光 学作用的部分8相比也总是更宽，这归因于已经提及的原因。
在图6中又示出一个模拟照明图案的剖视图，其中，模拟具有按照图5的菲涅 尔-级透镜2的探照灯。与图3相比可看出，各个峰的波动高度稍稍降低。对比度按照所 述的公式为O. 38。与图4中的O. 42的对比度相比，这仅仅得到很微小的区别。图6中整个 曲线变化和图4中示出的曲线也相对类似，即使在检波器面的两个边缘区域中，在例如约 +/-900_处，照明度比具有按照图3的菲涅尔-级透镜2的探照灯高得多。
图7示出用于按照本发明的第三实施例的探照灯的菲涅尔-级透镜2的俯视图。 其与图3和5中的视图的区别在于，在图7中示出的菲涅尔-级透镜2具有三个螺旋形构 成的级4，这些级在透镜面的中点中相遇。
图8示出由此得出的照明度的剖视图。各个峰的波动高度与图4和6中的示出相 比显著降低。对比度的计算得到O. 25的值，该值因此比上述两个对比度值低得多。因此， 为了使得具有按照图7的菲涅尔-级透镜2的探照灯的照明面的照明效果完全均匀化，如 果可行的话，在菲涅尔-级透镜2的面向光源的侧上仅需要一个非常微小的点刻部。由此 实现的是，仅仅非常少量的光束落到所述三个螺旋形构成的级4的光学地不起作用的侧壁 区域上，从而也显著降低损失的光份额。因此，这种如图7中所示的三重螺旋透镜具有比图 3和5中的单或双螺旋透镜高的效率。但是这会稍稍导致轮廓清晰度的成本，因为照明度的 分布在每个附加的螺旋线的情况下稍稍扩宽。
但是，通过在传统菲涅尔-级透镜2中同心延伸的级同样实现效率的降低和被照 明区域通过面向光源的侧上的所需的点刻部和拉毛部显著扩宽。
因而可发现，具有至少一个螺旋形构成的级4的菲涅尔-级透镜2具有的优点是， 其总体上在期望的舞台区域中可带来比具有传统的由多个单个的级构成的菲涅尔-级透镜2的探照灯多的亮度。但是该优点不局限于所述的具体实施例。例如也可考虑的是，所述 至少一个螺旋形构成的级4并非在透镜的中部开始。在多个螺旋形构成的级4的情况下， 这些级也不必在一个共同的点中开始。例如也可以的是，在菲涅尔-级透镜2的中部设置 一个小的中央透镜12，就像在传统的级透镜的情况下通常的那样。从所述中央透镜12 (在 其中不具有级)出发，所述至少一个螺旋形构成的级4在所述中央透镜的边缘处开始。
图9示出按照该实施方式的菲涅尔-级透镜2的俯视图。其在中部区域中具有中 央透镜12，所述螺旋形构成的级4从所述中央透镜开始。所述中央透镜12本身不具有级。 只要中央透镜12的面积比菲涅尔-级透镜2的总面积小，则其对于光学成像特性几乎无影 响。
当然，所述在中间具有中央透镜12的菲涅尔-级透镜2也可以具有比仅仅一个螺 旋形构成的级4多的级。其也不必非得连续地向外螺旋。而是也可以的是，所述螺旋形构 成的级4的一个或多个级在其路径上朝外分开，从而使得由一个螺旋形构成的级4在特定 的部位处在一定的过渡区域的过程中变成至少两个螺旋形构成的级4。
在所示的实施方式中可明显看出，所述环绕的、至少一个螺旋形构成的级4与菲 涅尔-级透镜2的中点的距离在每次环绕的情况下均匀地朝外增加。但是也可以并且必要 时也有利的是，两个彼此并排的、螺旋形构成的级4之间的距离朝外在每次螺旋的情况下 稍稍降低，从而使得所述至少一个螺旋形构成的级4的级宽度从内朝外在径向方向上连续 降低。当应使用特别大的菲涅尔-级透镜2 (其相对于其直径具有相对小的焦距)时这是 有利的。在该情况下，级表面的倾角向外强烈增加，由此使得处于两个相邻级表面之间的侧 壁区域在从一个盘圈向下一个盘圈的间距相等的情况下必须变深。
此外，透镜的几何结构也不必像在附图中示出的那样为圆形。菲涅尔-级透镜2 的外轮廓也可以椭圆形或多边形地延伸。还可考虑的是，使用的灯具不同于这里所模拟的 灯具。
图10示出按照本发明的一个实施例的探照灯14的示意图。该探照灯包括壳体16， 在所述壳体的一侧上(在图10中的左边)设置菲涅尔-级透镜2。在所述壳体16的内部具 有光源18，所述光源设置在基座20上，所述光源通过所述基座与所述壳体16连接。所述光 源在一个示意性示出的光锥22中发光，所述光锥碰在具有螺旋形构成的级4的菲涅尔-级透镜2上。
附图标记表
2菲涅尔-级透镜
4螺旋形构成的级
6分隔点
8起光学作用的部分
10不起光学作用的部分
12中央透镜
14探照灯
16壳体
18光源
20基座
22 光锥
权利要求
1.一种探照灯(14)，特别是用于至少部分地照亮舞台，其中，所述探照灯(14)包括 用于接收光源(18)的壳体(16)，和 菲涅尔-级透镜(2)， 当所述光源(18)被接收在所述壳体(16)中时，从所述光源(18)射出的光能够穿过所述菲涅尔-级透镜离开所述壳体(16)， 其特征在于，所述菲涅尔-级透镜(2)在至少一个侧上具有至少一个螺旋形构成的级(4)。
2.根据权利要求1的探照灯(14)，其特征在于，所述菲涅尔-级透镜(2)在至少一个侧上具有多个、特别是三个螺旋形构成的级(4)。
3.根据权利要求2的探照灯(14)，其特征在于，所述多个螺旋形构成的级(4)具有一个公共的交点。
4.根据权利要求1或2的探照灯(14)，其特征在于，在所述菲涅尔-级透镜(2)的至少一个侧的中间区域中不设置级(4 )。
5.根据权利要求4的探照灯(14)，其特征在于，多个螺旋形构成的级(4)从所述中间区域出发，所述级的径向最内部的点在所述中间区域的圆周上等距地分布。
6.根据以上权利要求中任一项的探照灯(14)，其特征在于，所述至少一个螺旋形构成的级(4)在多个盘圈上延伸。
7.根据权利要求6的探照灯(14)，其特征在于，各个盘圈之间的径向距离是恒定的。
8.根据以上权利要求中任一项的探照灯(14)，其特征在于，所述菲涅尔-级透镜(2)的外轮廓具有一形状，该形状跟随所述至少一个螺旋形构成的级(4)的盘圈。
9.根据权利要求8的探照灯(14)，其特征在于，所述菲涅尔-级透镜(2)的外轮廓为椭圆形或多边形。
10.根据以上权利要求中任一项的探照灯(14)，其特征在于，所述菲涅尔-级透镜(2)在与所述至少一个侧对置的侧上具有打毛部或点刻部。
全文摘要
本发明涉及一种探照灯(14)，特别是用于至少部分地照亮舞台，其中，所述探照灯(14)包括用于接收光源(18)的壳体(16)和透镜，当所述光源(18)被接收在所述壳体(16)中时，从所述光源(18)射出的光能够穿过所述透镜离开所述壳体(16)并且所述透镜是菲涅尔-级透镜(2)，其特征在于，所述菲涅尔-级透镜(2)在至少一个侧上具有至少一个螺旋形构成的级(4)。
文档编号F21V5/04GK103032760SQ201210375750
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月29日 优先权日2011年9月30日
发明者T·黑斯林, M·C.·许布纳 申请人:奥尔照明有限责任公司