DE20006292U1

DE20006292U1 - Optische Anordnung

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Publication number: DE20006292U1
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Publication date: 2001-08-16
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Also published as: AU6586401A; EP1272796A1; WO2001077580A1

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung zur Erzeugung bewegter Lichtfiguren mit mindestens einer Lichtquelle und mindestens einem im Strahlengang angeordneten Brech-, Refle-5 xions- und/oder Absorptionskörper, der zu einer fortlaufenden Bewegung relativ zum Strahlengang eingerichtet ist.

Aus offenkundiger Vorbenutzung ist die Verwendung sogenannter "Disco-Kugeln" bekannt. Dabei handelt es sich um einen kugel-

10 förmigen Körper, dessen Oberfläche mit Spiegelstückchen besetzt ist und der an der Decke eines Tanzraumes drehbar aufgehängt und zu einer fortlaufenden kontinuierlichen Rotationsbewegung eingerichtet ist. Die Kugel wird von einer oder mehreren Lichtquellen bestrahlt; ein jeweils von einem Spie-

15 gelstückchen reflektiertes Lichtbündel wird in den verdunkelten Raum zurückgeworfen und erzeugt an den Wänden, dem Boden oder der Decke einen hellen Lichtfleck. Diese Lichtflecken

Dresdner Bank AG Harn6urgWTJ30 44S OOtBLZ 200 806&Oacgr;0) "Vostoank^amieig 14?S<f7-3(J&(BLZ 200 100 20)

bewegen sich auf regelmäßigen Bahnen, nämlich Projektionen von Kreisbahnen auf die Wandflächen.

Die von Disco-Kugeln erzeugten Lichtmuster haben ihrem Zweck entsprechend eine aufreizende Wirkung. Folgende Faktoren tragen zu dieser Wirkung bei. Die erzeugten Lichtfiguren sind gebündelt, d.h. kleine helle Bereiche sind in große, im wesentlichen dunkle Bereiche eingebettet. Die Trennung der hellen von den dunklen Bereichen ist relativ scharf, so daß harte Kontrastunterschiede entstehen. Die Lichtflecken bewegen sich auf regelmäßigen, definierten Bahnen. Die Bewegung verläuft unstetig, da ein Lichtfleck abrupt verschwindet, wenn das entsprechende Spiegelstückchen aus dem Lichtfeld einer Bestrahlungsquelle herauswandert. Das von einer Disco-Kugel erzeugte Lichtmuster ist daher ungeeignet, um eine Entspannung des Betrachters zu bewirken.

Es ist eine optische Anordnung mit einem zylinderförmigen optischen Wandler bekannt (DE-A 196 02 616). Der optische Wandler besteht aus einem Bündel optischer Fasern, deren Enden unregelmäßig und gegeneinander verdreht angeordnet sind. Der optische Wandler ist zur Drehung um die Zylinderachse eingerichtet und koaxial zur optischen Achse angeordnet. Das erzeugte Lichtbild ist in sich konstant und wird räumlich gedreht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die erzeugten Lichtfiguren eine emotionale, insbesondere entspannende Wirkung beim Betrachter hervorrufen.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Demnach weist der Brech-, Reflexions- und/oder Absorptionskörper im Strahlengang befindliche

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Bereiche mit unregelmäßig variierenden optischen Eigenschaften auf und ist so angeordnet, daß ständig wechselnde Bereiche mit unregelmäßig variierenden optischen Eigenschaften vom Strahlengang erfaßt sind.
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Zunächst seien einige der verwendeten Begriffe erläutert.

Der Begriff "Lichtfiguren" ist möglichst allgemein zu verstehen. Er bezeichnet die Abbildung eines von der optischen An-Ordnung erzeugten Lichtstromes auf einer beliebig geformten Abbildungsfläche. Umfaßt sind beliebige Winkelverteilungen der Lichtintensität.

Lichtquelle ist jede Vorrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Spektralbereich unabhängig vom Farbspektrum, Winkelcharakteristik, Kohärenz, Polarisation oder anderen Lichteigenschaften. Umfaßt sind alle gängigen kommerziellen Lichtquellen, beispielsweise Laser, Leuchtdioden, Glühlampen, Gasentladungslampen usw.

Ein optischer Brechkörper ist ein mindestens teilweise lichtdurchlässiger Körper, dessen Brechzahl von derjenigen des umgebenden Mediums, in der Regel Luft, abweicht und somit zu einer Brechung von durch die Oberfläche des Körpers ein- und/oder austretenden Lichtstrahlen geeignet ist. Reflexionskörper ist jeder Körper, der mindestens zur Teilreflexion auf die Oberfläche einfallender Lichtstrahlen geeignet ist. Ein Absorptionskörper ist zur Abschwächung mindestens eines Teils der durch ihn hindurchtretenden Lichtstrahlen geeignet. Bei dem optischen Körper der Erfindung kann ein beliebiges Verhältnis von Brech-, Reflexions- und/oder Absorptionsvermögen vorliegen, das ggf. auch räumlich variieren kann.

Der Strahlengang ist die Summe der von der Lichtquelle ausgesandten, die optische Anordnung von der Lichtquelle bis zur Abbildungsfläche durchlaufenden Lichtstrahlen.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Bereiche mit räumlich unregelmäßig variierenden optischen Eigenschaften führen zu einer unregelmäßigen Richtungsänderung und/oder Abschwächung einzelner Teilstrahlen im Strahlengang. Insgesamt wird dadurch die Winkelverteilung der auslaufenden Lichtintensität in unregelmäßiger Weise verändert, was zu unregelmäßigen Lichtgebilden in einer beliebigen Abbildungsfläche führt. Bei einer unregelmäßigen Brechung/Reflexion des Lichts beruht der Effekt im wesentlichen auf einer unregelmäßigen Ablenkung der auslaufenden gegenüber der einlaufenden Lichtstrahlen. Daneben kommt es meist zu einer Aufweitung oder Auffächerung der auslaufenden Lichtstrahlen im Gegensatz zum einlaufenden Lichtbündel in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zum Strahlengang. Die Lichtfiguren weisen Bereiche unterschiedlichster Helligkeitsstufen auf, die unregelmäßig geformt sind. Die Übergänge zwischen Bereichen unterschiedlicher Lichtintensität sind häufig unscharf und/oder fließend, jedoch treten auch konturierte Übergänge auf. Da erfindungsgemäß im Betrieb ständig wechselnde Bereiche mit unregelmäßig variierenden optischen Eigenschaften vom Strahlengang erfaßt sind, verändern sich die Lichtfiguren ständig in unregelmäßiger Weise. Die Veränderung der Lichtfiguren erfolgt fließend und zweckmäßigerweise unter Vermeidung von Unstetigkeiten. Die von einzelnen Teilgebilden unter ständiger Formänderung durchlaufenen Bahnen weisen keine Regelmäßigkeit auf. Der Eindruck ist insgesamt der von sich bewegenden Lichtschleiern und/oder -schlieren. Aufgrund der sich fließend ändernden Formen rufen die Lichtfiguren einen ästhetisch angenehmen Eindruck hervor und wirken entspannend. Auch eine anregende

Wirkung ist möglich, so daß allgemein von der Erzeugung einer "emotionalen Wirkung" gesprochen werden kann.

Dem Begriff "unregelmäßig" kommt im Rahmen der Erfindung eine besondere Bedeutung zu. Er bedeutet einerseits, daß keine Regelmäßigkeit im mathematischen Sinne vorliegt. Die Erfindung unterscheidet sich darin von bekannten Anordnungen zur Erzeugung streng geometrischer Lichtfiguren, beispielsweise sogenannter Lissajous-Figuren. Darüber hinaus sollen die Unregelmäßigkeiten zufälliger Natur sein, so daß die Lichtgebilde vorzugsweise keine klar erkennbare Gestalt aufweisen. Derartige erkennbare Muster würden der Entspannung des Betrachters entgegenwirken, da sie zu einer anstrengenden Mustererkennungstätigkeit anregen würden. Hierin unterscheidet sich die Erfindung wesentlich beispielsweise von der Filmprojektion.

Bei dieser sind im optischen Medium (dem Film) Bilder mit einem erkennbaren Informationsgehalt gespeichert, während dies auf den erfindungsgemäßen optischen Körper nicht zutrifft. Bei der Filmprojektion ist das Ziel, den gespeicherten Informationsgehalt möglichst unverfälscht auf eine Projektionsfläche abzubilden, wozu in der Regel weitere fokussierende optische Instrumente (Objektiv) benötigt werden. Auch hierin unterscheidet sich die erfindungsgemäße optische Anordnung, deren Sinn nicht darin besteht, ein Bild des optischen Körpers oder von Teilen davon auf einer Projektionsfläche zu erzeugen. Auf die Verwendung eines Objektivs kann die Erfindung daher verzichten.

Eine fortlaufende Bewegung dauert über einen längeren Zeitraum im wesentlichen ohne Unterbrechung. Die Länge des Zeitraums ist von der Zeitdauer bestimmt, die ein Betrachter bis zum Erreichen eines Entspannungszustandes benötigt und beträgt in der Regel mindestens einige Minuten, vorzugsweise mindestens 5 Minuten, weiter vorzugsweise mindestens 10 Minu-

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ten. Die Anordnung ist also zweckmäßigerweise zu einer fortlaufenden selbsttätigen Bewegung über einen solchen Zeitraum eingerichtet.

Bei einem Brech- bzw. Absorptionskörper handelt es sich bei dem Bereich mit variierenden optischen Eigenschaften um solche mit räumlich unregelmäßig variierendem Brechungsindex bzw. Absorptionskoeffizienten, bei einem Reflexionskörper um Bereiche mit unregelmäßig variierendem Reflexionskoeffizienten. Im allgemeinen kann eine Mischung aus allen drei Effekten vorliegen. Es kann sich einerseits um Bereiche im wesentlichen im Inneren des Körpers handeln. Dazu können beispielsweise in einem transparenten Grundkörper brechende, reflektierende und/oder absorbierende Partikel ggf. unterschiedlieher Größe und/oder unregelmäßiger Formung eingelagert sein. Hinsichtlich der Herstellbarkeit ist die Verwendung eines optischen Körpers mit unregelmäßig strukturierter Oberfläche zu bevorzugen. Eine derartige Strukturierung kann beispielsweise durch Feilen erzielt werden. Im allgemeinen ist die Oberfläehe geriffelt oder aufgerauht, beispielsweise mit unregelmäßigen Einkerbungen, Riefen und/oder anderen Unebenheiten versehen. Die Herstellung kann auch mit Hilfe von Guß-, Spritz- und anderen Formungsverfahen erfolgen. Ein Brechkörper kann beispielsweise aus Plexiglas, Bergkristall, Glas oder Gel be-5 stehen. Ein Reflexionskörper kann beispielsweise aus Aluminium oder einem anderen Metall bestehen. Die Verwendung beliebiger anderer Materialien ist eingeschlossen.

Im Hinblick auf die totale Lichtausbeute ist ein Brech- und/oder Reflexionskörper gegenüber einem Absorptionskörper bevorzugt, mit dem notwendigerweise eine Schwächung der Lichtausbeute einhergeht. Gegenüber einem Reflexionskörper wiederum weist die Verwendung eines Brechkörpers folgende Vorzüge auf. Die Lichtstrahlen werden sowohl beim Eintreten

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in den Brechkörper als auch beim Austreten daraus unabhängig voneinander gebrochen. Die zweimalige Brechung mit Hilfe eines Körpers führt zu einer Erhöhung der gewünschten Zufälligkeit der optischen Wirkung des Körpers. Weiterhin liegt bei der Verwendung eines Brechkörpers häufig insgesamt ein Strahlengang vor, der im wesentlichen in eine Richtung verläuft, was eine kompakte Anordnung der optischen Elemente ermöglicht. Eine kompakte, d.h. nahe beieinanderliegende Anordnung führt ebenfalls zu einer Erhöhung des erfaßten Raumwinkels, was ebenfalls zur Steigerung der Lichtausbeute beitragen kann. Die Erfindung wird im folgenden im wesentlichen anhand eines Brechkörpers mit unregelmäßig strukturierter Oberfläche erläutert. Die Erläuterungen sind bei Verwendung eines Reflexions- oder Absorptionskörpers oder bei optisch unregelmäßigen Bereichen im Körperinnern sinngemäß auf die dann vorliegenden Verhältnisse zu übertragen.

Die räumliche Variation der optischen Eigenschaften kann einen ausgedehnten Skalenbereich umfassen. Eine Variation auf einer Skala, die größer ist als die Wellenlänge, ist erforderlich, um die erfindungsgemäße Wirkung zu erzielen. Die optischen Eigenschaften variieren demnach auf einer Skala von mehr als 1 &mgr;&idiagr;&eegr;, vorzugsweise von mehr als 10 &mgr;&idiagr;&eegr;. Falls die Lichtquelle ein gerichtetes Lichtbündel erzeugt, variieren die optischen Eigenschaften des Körpers vorzugsweise auf einer Skala, die kleiner ist als der Durchmesser des Lichtbündels. Beispielsweise liegt bei der Verwendung von Lasern der Durchmesser des Lichtbündels gewöhnlich im Bereich von 1 mm. Im allgemeinen variieren die optischen Eigenschaften vorzugsweise auf einer Skala von weniger als 100 mm, vorzugsweise 10mm, weiter vorzugsweise weniger als 5 mm und weiter vorzugsweise weniger als 2 mm.

Es ist vorteilhaft, wenn die optischen Eigenschaften nicht lediglich auf einer festgelegten Skala, beispielsweise von 1 mm, variieren, sondern über einen ausgedehnten Skalenbereich, der mindestens eine Größenordnung, vorzugsweise mehrere Größenordnungen umfaßt. Zur Gegenüberstellung sei ein Körper beschrieben, dessen Oberfläche strukturiert wird, indem keilförmige Zähne mit der Spitze voran etwa 1 mm tief in die Körperoberfläche eingetrieben werden. Diese Strukturierung ist auf einer Skala von 1 mm gegeben, jedoch ist die Oberfläehe glatt auf einer Skala von 0.1 mm und darunter. Im Gegensatz dazu erstreckt sich die erfindungsgemäße Strukturierung vorzugsweise auf einen Skalenbereich von 1 um bis 1 mm, d.h. über drei Größenordnungen. Es spricht für das Vorliegen einer erfindungsgemäßen Oberflächenstrukturierung, wenn eine solche auf einer Skala von 0.1 mm vorliegt. Dies bedeutet nicht, daß nicht gleichzeitig eine Strukturierung auf einer Skala von beispielsweise 1 mm vorliegen könnte. Das genannte Merkmal bedeutet lediglich, daß bei einer Messung beispielsweise der Strukturierungstiefe entlang der Oberfläche in Schritten von 0.1 mm lokal ein unregelmäßiger Verlauf der Meßkurve beobachtet wird. Lokal bedeutet dabei einen Bereich, der sich über einige Meßpunkte erstreckt.

Es ist unschädlich, wenn die Oberfläche im Anschluß an die Strukturierung eine Feinbearbeitung erfährt, so daß die Rauhtiefe geringer als beispielsweise 1 &mgr;&pgr;&igr; oder 10 &mgr;&idiagr;&eegr; ist. Dadurch werden die Strukturen auf einer größeren Skala nicht beeinträchtigt. Eine abschließende Feinbearbeitung ist sogar vorteilhaft, da auf diese Weise Störstellen an der Oberfläche beseitigt werden, welche zu Diskontinuitäten in der Bewegung der Lichtgebilde führen können.

Anspruch 1 fordert lediglich, daß der optische Körper Bereiche mit unregelmäßig variierenden optischen Eigenschaften aufweist. Im allgemeinen ist der Erfolg der Erfindung umso größer, je größer der Anteil des die Anordnung durchlaufenden Lichtes ist, das auch die Bereiche mit unregelmäßig variierenden optischen Eigenschaften durchläuft. Vorteilhafterweise trifft dies auf mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 75%, vorzugsweise im wesentlichen das gesamte die Anordnung durchlaufende Licht zu.

In einer besonders einfachen Anordnung ist der Körper zu einer kontinuierlichen Rotation um eine körpereigene Achse eingerichtet, wobei das einfallende Licht die unregelmäßig strukturierte Oberfläche überstreicht. Es handelt sich dabei um eine in sich geschlossene Endlosbewegung. Häufig wird eine rotationssymmetrische Ausführung zu bevorzugen sein, damit es nicht zu unkontrollierten Strahlablenkungen infolge einer Abweichung von der Rotationssymmetrie und damit zu Lichtausbeuteverlusten kommt. Besonders einfach ist eine zylinderförmige Walze, doch ist die Erfindung nicht auf eine solche Form beschränkt. Unabhängig von der spezifischen Form des Körpers wird eine Rotationsachse in vielen Fällen relativ zum Strahlengang festgelegt sein, ohne daß dies notwendigerweise der Fall wäre. Die Rotationsachse ist vorzugsweise etwa senkrecht zum Strahlengang orientiert; auch dies ist keine notwendige Bedingung.

Die fortlaufende Bewegung des Körpers kann Momente des Stillstands umfassen, beispielsweise beim Erreichen eines Umkehrpunkts bei einer Hin- und Herbewegung. Diese Umkehrpunkte können auch stetig durchlaufen werden, beispielsweise bei einer harmonischen Bewegung. Unstetigkeiten in der Bewegung, beispielsweise abrupte Richtungswechsel, sind vorzugsweise zu vermeiden, um den Eindruck fließender Übergänge zu erhalten.

Aus diesem Grund ist ein für die Aufrechterhaltung der Körperbewegung vorgesehener Antrieb zum im wesentlichen ruckelfreien Betrieb geeignet. In der Regel kann mit Hilfe eines solchen Antriebs, beispielsweise einem Elektromotor, eine selbsttätige Bewegung des Körpers bewirkt werden. Ein Antrieb mit Hilfe eines Elektromotors kann eine elektronische Drehzahlregelung aufweisen, dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Damit kann beispielsweise die Geschwindigkeit etwa konstant gehalten werden. Es kann vorteilhaft sein, die Geschwindigkeit in unregelmäßiger Weise fließend zu verändern, um auf diese Weise die Zufälligkeit der Bewegung noch zu vergrößern. Die Drehgeschwindigkeit des rotierenden Körpers ist vorzugsweise gering, so daß die Wiederholungsrate der Muster nicht zu groß wird. Die Rotationsgeschwindigkeit des Körpers liegt demnach vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise noch darunter.

Die Bewegung des Körpers erfolgt relativ zum Strahlengang. Es ist daher nicht unbedingt notwendig, daß der Körper eine Eigenbewegung vollzieht; es kann auch möglich sein, daß die Position des Körpers festliegt und statt dessen sich der Verlauf des Strahlengangs fortlaufend ändert, so daß die Strahlung die Bereiche des Körpers mit unregelmäßig variierenden optischen Eigenschaften überstreicht. Dies kann beispielsweise durch Veränderung des Strahlengangs mit Hilfe eines Spiegels geschehen. Die Veränderung der Spiegelorientierung führt dazu, daß ständig wechselnde Bereiche des Körpers mit unregelmäßig variierenden optischen Eigenschaften überstrichen werden. Die Spiegelbewegung kann beispielsweise die Schwenkung der Spiegelfläche um eine etwa parallel dazu verlaufende Schwenkachse erzeugt werden. Es kann sich auch um eine Drehung des Spiegels um eine Achse handeln, die eine senkrecht zur Spiegelfläche weisende Richtungskomponente besitzt; der Spiegel vollführt dann eine Taumelbewegung. Andere Arten der

fortlaufenden Spiegelbewegung sind denkbar. Bei der geschilderten Verwendung eines Spiegels und eines unregelmäßig strukturierten Körpers handelt es sich im Grunde nur um die räumliche Trennung der beiden wesentlichen Funktionen, nämlieh der Bewegung und der unregelmäßigen optischen Brechung/Reflexion/Absorption. Dabei kann auf eine Bewegung des unregelmäßig strukturierten optischen Körpers gegebenenfalls verzichtet werden. Es ist jedoch vorteilhaft, auch in diesem Fall eine unabhängige oder gekoppelte Bewegung desselben vorzusehen. Dadurch wird wiederum die Zufälligkeit der erzeugten Lichtfiguren erhöht und andererseits die Wiederholungsrate in der Abfolge der Lichtfiguren reduziert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist neben dem geschilderten optischen Körper ein zweiter im Strahlengang angeordneter Brech-, Reflexions- und/oder Absorptionskörper vorgesehen, der ebenfalls Bereiche mit unregelmäßig variierenden optischen Eigenschaften aufweist. Dieser kann dem ersten optischen Körper im Strahlengang vor- oder nachgeordnet sein. Durch die nochmalige Brechung/Reflexion/Absorption des Lichtes im zweiten optischen Körper wird die Zufälligkeit in der Form und Bewegung der Lichtfiguren weiter erhöht und wiederum die Wiederholüngsrate in der Abfolge der Lichtfiguren reduziert. Zu diesem Zweck ist auch der zweite optische Körper vorzugsweise zu einer Bewegung relativ zum Strahlengang eingerichtet.

Vorteilhafterweise ist die Variation der optischen Eigenschaften eines der beiden Körper insgesamt gröber als beim anderen Körper, um eine Mischung unterschiedlicher Effekte herbeizuführen. Es kann vorteilhaft sein, den gröber strukturierten Körper im Strahlengang dem feiner strukturierten Körper vorzuordnen. Falls beispielsweise der vorgeordnete Körper mit Hilfe von vergleichsweise tiefen Riefen strukturiert ist,

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sorgt dies vorwiegend für eine Ablenkung des Lichtbündels, wobei große Winkelbereiche erfaßt sind, also der Schaffung einer oder mehrerer sich ändernder Vorzugsrichtungen. Der nachgeordnete unregelmäßig strukturierte Körper kann dann hauptsächlich die Funktion der flächigen Aufweitung der Lichtströme mit der Bildung unregelmäßiger Lichtfiguren haben. Umfaßt ist jedoch auch die umgekehrte Anordnung von feiner und gröber strukturiertem Körper.

Vorzugsweise sind beide Körper zu einer kontinuierlichen Rotation um eine jeweils körpereigene Achse eingerichtet. Zweckmäßigerweise sind dann beide Drehachsen etwa parallel zueinander angeordnet, so daß sie beispielsweise mit Hilfe eines Koppelriemens durch einen gemeinsamen Antrieb betrieben werden können. In diesem Fall steht das Übersetzungsverhältnis vorzugsweise nicht in einem Verhältnis kleiner ganzer Zahlen, wodurch eine hohe Wiederholungsrate der Lichtfiguren vermieden wird.

Um Farbeffekte zu erzeugen, können mehrere Lichtquellen mit unterschiedlichen Farbspektren vorgesehen sein. Diese können teilweise oder insgesamt einem erfindungsgemäßen optischen Körper oder mehreren im Strahlengang in Serie angeordneten optischen Körpern zugeordnet sein. Wenn unterschiedlichen Lichtquellen unterschiedliche, parallel im Strahlengang angeordnete erfindungsgemäße optische Körper zugeordnet sind, überlagern sich unterschiedliche verschiedenfarbige Lichtgebilde, die sich auf unterschiedliche Weise bewegen. Im allgemeinen ist jede beliebige Anordnung von erfindungsgemäßen optischen Körpern in Serie und/oder parallel im Strahlengang umfaßt. Ferner können mehrere optische Körper mit Hilfe eines Antriebs betrieben werden, es können jedoch auch mehrere unabhängige Antriebe vorgesehen sein.

Farbeffekte können gegebenenfalls auch durch Verwendung einer weißen Lichtquelle unter Ausnutzung von Beugungseffekten erzielt werden. Ferner ist es möglich, beispielsweise einen
Brechkörper zu färben, wobei insbesondere Bereiche unterschiedlicher
Färbung vorgesehen sein können. Umfaßt ist auch die Schwarzfärbung von Bereichen des Brechkörpers bzw. seiner Oberfläche, so daß eine weitgehende Lichtabsorption erzielt
wird. Durch die Kombination von Absorptionseffekten mit der
optischen Brechung können Farbeffekte auf einfache Weise erzielt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1. Draufsicht auf eine erfindungsgemäße optische Anordnung mit einem Brechkörper;
Fig. 2. Seitenansicht der Fig. 1;

Fig. 3. Draufsicht auf eine erfindungsgemäße optische Anordnung mit zwei Brechkörpern; und

Fig. 4. Draufsicht auf eine erfindungsgemäße optische Anordnung mit einem Brechkörper und einem vorgelagerten
Spiegelkörper.
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In einem Gehäuse 1 ist ein Laser 2 (ersatzweise eine Leuchtdiode) zur Erzeugung eines Lichtbündels 3 untergebracht. Die Stromversorgung kann über eine externe Zuleitung oder bspw.
eine im Gehäuse untergebrachte Batterie erfolgen. Das Lichtbündel 3 trifft vollständig auf die Oberfläche eines Walzenkörpers 4 aus Plexiglas mit einem Durchmesser von etwa 10 mm und einer Länge von etwa 40 mm. Die Mantelfläche des zylindrischen
Walzenkörpers 4 ist in einem Bereich 5 beispielsweise mit Hilfe einer Feile unregelmäßig strukturiert und an-

schließend feinpoliert. Die Unregelmäßigkeit der Strukturen beziehen sich auf einen Skalenbereich von 1 &mgr;&pgr;&igr; bis 1 mm. Insbesondere liegt die mittlere Tiefe der Einkerbungen im Bereich von 1 mm. Die Strukturierung ist unregelmäßig, d.h. ohne erkennbares Muster und im wesentlichen zufällig über die Mantelfläche des Walzenkörpers 4 verteilt.

Die das Lichtbündel 3 bildende Lichtstrahlen werden beim Eintritt in den Walzenkörper 4 in unregelmäßiger Weise gebrochen, womit je nach Orientierung des entsprechenden Oberflächenstücks eine Ablenkung bzw. Winkeländerung des betreffenden Lichtstrahls erfolgt. Dadurch wird einerseits eine Zufälligkeit in der Winkelverteilung des den Walzenkörper durchlaufenden Lichtstromes bewirkt, andererseits auch insgesamt eine Aufweitung der totalen Intensität, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet. Die Aufweitung erfolgt in einer Ebene parallel zur bestrahlten Oberflächenbereichs 6 des Walzenkörpers 4. Die Lichtstrahlen durchlaufen den transparenten Walzenkörper 4 und treten etwa gegenüberliegend unter erneu-0 ter Brechung an der unregelmäßig strukturierten Oberfläche aus diesem aus. Dabei erfolgt wiederum eine unregelmäßige Ablenkung und damit Änderung der Winkelcharakteristik sowie eine weitere Aufweitung des Lichtstroms insgesamt. Ein wesentlicher Teil des Lichtstroms tritt durch eine Blende 7 im Gehäuse 1 aus und trifft auf einen beabstandet angeordneten Schirm 8. Die Projektion des aus dem Gehäuse 1 austretenden Lichtstromes auf den Schirm 8 führt zur Erzeugung unregelmäßig geformter, vorwiegend fließend ineinander übergehender Lichtfiguren darauf. Die Formung des Schirms 8 kann beliebig sein und insbesondere von einer in den Figuren gezeigten ebenen Fläche abweichen.

Die gestrichelten Linien in den Fig. 1 bis 4 sind Einhüllende des Strahlengangs. Es handelt sich dabei nicht um scharfe Grenzen, sondern um solche Grenzen, innerhalb derer ein bestimmter Anteil des totalen Lichtstromes, beispielsweise 80%, liegt. Ein Teil des Lichtstroms wird beispielsweise von der Walze 4 reflektiert und innerhalb des Gehäuses 1 absorbiert. Ferner trifft ein gewisser Teil des Lichtstromes außerhalb des gestrichelten Bereich auf den Schirm 8 auf, nämlich vergleichsweise schräg austretende Lichtstrahlen. Die Verteilung der Lichtintensität im gestrichelten Bereich ist unregelmäßig, wobei es zu Bereichen gehäufter Lichtintensität und zu dunkleren Bereichen kommt. In den Fig. 1 bis 4 wurde auf die Angabe einzelner Lichtstrahlen im Strahlengang 9 verzichtet, um den Eindruck zu vermeiden, daß die Lichtfiguren von klar begrenzten Lichtpunkten gebildet werden. Vielmehr sind die Lichtfiguren im wesentlichen flächiger, schleierartiger Natur, wobei durchaus auch konturierte Gebilde auftreten können.

0 Der Walzenkörper 4 ist etwa rotationssymmetrisch und wird mit Hilfe eines nicht gezeigten Antriebs um die strichpunktierte Rotationsachse A mit einer Geschwindigkeit rotiert, die in der Größenordnung von einer Umdrehung pro Minute liegt. Die Drehachse A ist etwa senkrecht zur Richtung des einlaufenden Lichtbündels 3 orientiert. Infolge der fortlaufenden stetigen Rotation des Walzenkörpers 4 überstreicht das einlaufende Lichtbündel 3 die unregelmäßig strukturierte Oberfläche 5 des Walzenkörpers 4. Aufgrund dessen ändern sich die auf dem Schirm 8 erzeugten Lichtgebilde unter beständiger Formänderung. Die Bewegungen sind fließend. Die strukturierte Oberfläche des Walzenkörpers 4 ist feinpoliert, um ein Springen von Lichtstrahlen infolge von Störstellen zu vermeiden. Der die Rotation des Walzenkörpers 4 erzeugende Antrieb ist rukkelfrei ausgebildet.

In der in Fig. 1 und 2 gezeigten einfachen Ausführungsform mit einem unregelmäßig strukturierten optischen Körper wiederholen sich die Lichtfiguren nach einer Umdrehung des WaI-zenkörpers 4. Diese hohe Wiederholungsrate ist bei einer der vorteilhaften Ausführungsformen aus den Fig. 3 u. 4 verringert. In Fig. 3 ist zu diesem Zweck ein zweiter Plexiglas-Walzenkörper 4' im Strahlengang hinter dem ersten Walzenkörper 4 angeordnet. Sein im Strahlengang befindlicher Teil der Oberfläche 5' ist ebenfalls unregelmäßig strukturiert, wodurch eine nochmalige unregelmäßige Brechung der Lichtstrahlen sowohl beim Eintreten in den Walzenkörper 4' als auch beim Austreten daraus hervorgerufen wird. Auf diese Weise erhöht sich die Zufälligkeit der auf dem Schirm 8 abgebildeten Lichtfiguren nochmals. Die Strukturierung des ersten Walzenkörpers 4 ist grober (mittlere Tiefe der Strukturen 1 mm) im Vergleich zu derjenigen des zweiten Walzenkörpers 4' (mittlere Tiefe 0.5 mm). Dem ersten Walzenkörper 4 kommt tendentiell eher eine Positionierungsfunktion zu, d. h. dem ein-0 tretenden Lichtbündel· 3 im Mittel eine oder mehrere sich ändernde Vorzugsrichtungen innerhalb des Strahlengangs 9 zu geben, während der zweiten Walze 4¹ tendentiell eher die Funktion zufällt, eine flächige, zufällig verteilte Aufweitung des Lichtstroms zu bewirken. Allerdings sind diese Funktionen nicht scharf trennbar. In Fig. 3 könnten auch die Walzen 4 und 4' vertauscht sein.

Die Drehachsen A und A' der beiden Walzenkörper 4 und 4' sind etwa parallel zueinander angeordnet. Sie sind über einen nicht gezeigten Koppelriemen miteinander verbunden und werden über einen gemeinsamen Antrieb in Rotationsbewegung versetzt. Die Rotationsgeschwindigkeit steht in einem Verhältnis, das keinem Verhältnis kleiner ganzer Zahlen entspricht. Dies führt dazu, daß sich die Lichtfiguren nicht bereits nach we-

nigen Umdrehungen eines Walzenkörpers wiederholen. Die Wiederholungsrate kann um ein Vielfaches geringer sein als in der einfachen Anordnung nach den Fig. 1 und 2. Der zweite Walzenkörper 4' befindet sich dicht am ersten Walzenkörper 4, um den größten Teil des aus diesem austretenden Lichtstromes zu erfassen und somit die totale Lichtausbeute zu verbessern.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist ein drehbarer Spiegel 10 im Strahlengang zwischen der Lichtquelle 2 und dem Walzenkörper 4 angeordnet. Die Spiegeloberfläche des Spiegels 10 schließt mit der Drehachse A¹' einen von 90° abweichenden Winkel ein, so daß der Spiegel 10 bei Drehung um A¹' eine Taumelbewegung vollführt. Die beiden Extremalpositionen dieser Taumelbewegung sind in Fig. 4 mit Hilfe einer durchgezogenen und einer gestrichelten Linie dargestellt. Nach der Reflexion durch den Spiegel 10 fällt der auslaufende Lichtstrahl auf den Walzenkörper 4 und wird dort in der beschriebenen Weise gebrochen. Aufgrund der Taumelbewegung des Spiegels 10 überstreicht der auf den Walzenkörper 4 auftreffende Lichtbündel dessen Oberfläche in der Art einer Hin- und Herbewegung entlang der Achse A des Walzenkörpers 4. Während bereits hierdurch eine Bewegung der aufgrund der Brechung an der Walzenoberfläche erzeugten Lichtfiguren hervorgerufen wird, ist zur Erhöhung der Zufälligkeit der Bewegung vorzugsweise der Walzenkörper 4 ebenfalls um die Achse A drehbar ausgeführt.

Claims

1. Optische Anordnung zur Erzeugung bewegter Lichtfiguren mit mindestens einer Lichtquelle (2) und mindestens einem im Strahlengang angeordneten Brech-, Reflexions- und/oder Absorptionskörper (4), der zu einer fortlaufenden Bewegung relativ zum Strahlengang eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) im Strahlengang befindliche Bereiche (5) mit unregelmäßig variierenden optischen Eigenschaften aufweist und so angeordnet ist, daß im Betrieb ständig wechselnde Bereiche (5) mit unregelmäßig variierenden optischen Eigenschaften vom Strahlengang erfaßt sind.

2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bestrahlte Oberfläche (5) des Körpers unregelmäßig strukturiert ist.

3. Optische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Eigenschaften auf einer Skala von mehr als 1 µm und vorzugsweise von mehr als 10 µm und/oder weniger als 100 mm, vorzugsweise weniger als 10 mm, weiter vorzugsweise 5 mm, weiter vorzugsweise 2 mm unregelmäßig variieren.

4. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Eigenschaften in einem Skalenbereich, der mindestens eine Größenordnung umfaßt, unregelmäßig variieren.

5. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) zu einer kontinuierlichen Rotation um eine körpereigene Achse (A) eingerichtet ist.

6. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) im bestrahlten Bereich (5) etwa rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

7. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (4) mindestens im bestrahlten Bereich (5) etwa zylinderförmig ausgebildet ist.

8. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein für die Aufrechterhaltung der Körperbewegung vorgesehener Antrieb zum im wesentlichen ruckelfreien Betrieb geeignet ist.

9. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen Lichtquelle (2) und dem Körper (4) ein Spiegelelement (10) vorgesehen ist, das zu einer fortlaufenden Änderung der Orientierung der Spiegelfläche eingerichtet ist.

10. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter im Strahlengang angeordneter Brech-, Reflexions- und/oder Absorptionskörper (4') mit Bereichen (5') unregelmäßig variierender optischer Eigenschaften vorgesehen ist, der vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist.

11. Optische Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation der optischen Eigenschaften eines der beiden Körper (4, 4') mindestens teilweise insgesamt gröber ist als die Variation der optischen Eigenschaften des anderen Körpers (4, 4').

12. Optische Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, wobei beide Körper (4, 4') zu einer kontinuierlichen Rotation um eine jeweils körpereigene Achse (A, A') eingerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drehachsen (A, A') etwa parallel zueinander angeordnet sind.

13. Optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtquellen (2) mit unterschiedlichen Farbspektren vorgesehen sind.