Typologie

Stufenlinsen-Scheinwerfer (Fresnel-Linsen)

Stufenlinsen sind gewichtsreduzierte Plan-Konvex-Sammellinsen und eignen sich wegen der kurzen Linsenbrennweite besonders gut zur gerichteten, flächigen Ausleuchtung. Das Leuchtmittel liegt im Brennpunkt eines kreisförmigen Reflektors, wobei der Abstand der Leuchtmittel-Reflektor-Anordnung zur Linse über eine Schiene verändert werden kann. Die Spot-Position (hartes Licht) befindet sich im Brennpunkt der Stufenlinse und erzeugt einen schmalen Lichtstrahl. Bei der Flood-Position (weiches Licht) wird ein breiter Lichtstrahl durch ein Verschieben der Leuchtmittel-Reflektor-Anordnung in unmittelbarer Nähe der Linse erreicht. Der Abstrahlwinkel einer Stufenlinse ist üblicherweise über einen Bereich von 8°-60° einstellbar, wobei sich der Lichtkegel langsam nach außen abschwächt, so dass ein weicher Übergang entsteht. Als Strahlwinkel (beam angle) wird der Abstrahlwinkel bezeichnet, bei dem die Lichtintensität auf 50% abgefallen ist. Der Feldwinkel (field angle) gibt den Abstrahlwinkel an. bei dem die Lichtintensität nur noch 10% beträgt. Da der Bereich außerhalb des Feldwinkels für eine Anwendung von wenig Nutzen ist, wird der Feldwinkel als maximaler Abstrahlwinkel angegeben. Der Strahlwinkel wird häufig in Polardiagrammen (Lichtverteilungskurven) dargestellt und ist bei einer flächigen Ausleuchtung mit mehreren Scheinwerfern wichtig. Die einzelnen Lichtkegel dürfen sich nur bis zum Strahlwinkel überlappen. damit die Helligkeit auf der gesamten ausgeleuchteten Fläche nicht größer als 100% wird. Die Spitzen der Linsenringe einer Stufenlinse bewirken eine zusätzliche Lichtbrechung, was zu unerwünschten Streulichteffekten führen kann. Die Beleuchtung von Objekten oder Personen mit Stufenlinsen-Scheinwerfern führt zu einer starken Schattenbildung mit großem Kontrastumfang. Beim Einsatz von Stufenlinsen-Scheinwerfern in TV-Systemen muss der Kontrastumfang durch Aufhell-Scheinwerfer gemildert werden. um eine minimale Zeichnung für die Kamera zu erzeugen.

Plan-Konvex-Scheinwerfer (PC-Scheinwerfer)

Plan-Konvex-Scheinwerfer verwenden als Sammellinse eine Plan-Konvex-Linse, ansonsten ähneln sie den Stufen linsen-Scheinwerfern in Aufbau und Eigenschaften. Im Gegensatz zu Stufenlinsen-Scheinwerfern ist die Randzeichnung an den Lichtkegelrändern wesentlich deutlicher, so dass eine gleichmäßige flächige Ausleuchtung mit mehreren Scheinwerfern schwer zu erreichen ist. Da Plan-Konvex-Scheinwerfer kein störendes Streulicht produzieren, werden sie häufig bei größeren Distanzen und wegen der deutlicheren Randzeichnung für die Beleuchtung von Details eingesetzt. Ein Nachteil der Spot-Position des Leuchtmittels ist die Projektion der Glühwendel auf die beleuchtete Oberfläche. Ein weiteres Problem ist der Intensitätsverlust des Lichtstrahls in der Mitte der Linse, wodurch in der Mitte des Lichtkegels ein dunkler Fleck entsteht. Wie bei allen Linsensystemen tritt bei Plan-Konvex-Scheinwerfern eine deutliche chromatische Abberation (Farbabweichung) auf. Dies äußert sich durch einen rötlichen oder bläulichen Lichtkegelrand. Diese Probleme können durch eine Diffusion der flachen Linsenseite etwas gemildert werden.

Profil-Scheinwerfer

Profil-Scheinwerfer (in den USA auch als Ellipsoidal Spotlight bezeichnet) erzeugen einen hart abgegrenzten Lichtstrahl, der für vielfältige mit Projektions- und Beleuchtungszwecke eingesetzt werden kann. Das Leuchtmittel befindet sich im Brennpunkt eines Reflektors, der das Licht sammelt und durch eine Blendenöffnung (zweiter Brennpunkt) in ein Objektiv leitet, das aus mehreren Plan-Konvex-Sammellinsen besteht. Grundsätzlich wird bei Profil-Scheinwerfern zwischen Ellipsen- und Kondensoroptik-Scheinwerfern unterschieden. Bei Ellipsen-Scheinwerfern befindet sich das Leuchtmittel im Brennpunkt eines elliptischen Spiegels, der das emittierte Licht durch den zweiten Brennpunkt auf das Linsensystem lenkt. Ellipsenspiegel haben einen hohen Wirkungsgrad. so dass ein großer Anteil der Lichtausbeute des Leuchtmittels für Projektions und Beleuchtungszwecke eingesetzt werden kann. Profil-Scheinwerfer mit Kondensoroptiken bestehen hingegen aus einem Reflektor in Kugelform, der das nach hinten emittierte Licht eines Leuchtmittels in Richtung der Optik reflektiert. Zwischen Leuchtmittel und Blendenöffnung müssen jedoch eine oder mehrere Sammellinsen angeordnet werden, um das Licht in der Blendenebene auf einen Brennpunkt zu bündeln. Diese Linsen werden auch als Kondensorlinsen bezeichnet und sorgen für eine sehr gleichmäßige Lichtverteilung im Bereich der Blendenöffnung. Die Schärfe des austretenden Lichtstrahls kann durch ein Verschieben der Linsen des optischen Systems variiert und angepasst werden, so dass eine weiche oder eine harte Lichtkante erzeugt werden kann. Die Brennweite und der Austrittswinkel eines Objektivs sind jedoch durch die verwendeten Linsen festgelegt. Bei vielen Geräten sind die Optiken in sog. Tuben untergebracht, die durch Lösen einer einfachen Schraubverbindung ausgetauscht werden können. Wechselbare Tuben sind in der Regel mit einem Austrittswinkel von 5° bis 50° erhältlich. Bei Profil-Scheinwerfern mit Zoom-Optiken besteht dagegen das optische System aus zwei individuell einstellbaren Linsen. über die der Austrittwinkel des Lichtstrahls in einem festgelegten Bereich (z. B. 26° - 48°) variabel ist. Eine Linse verändert dabei die Größe des Lichtkegels (Brennweite).. die andere zeichnet den Rand des Lichtstrahls scharf oder weich. Im Bereich der Blendenöffnung sind üblicherweise 4 bis 6 Blendenschieber integriert, mit denen das Strahlenbündel in der vertikalen und horizontalen Ebene exakt begrenzt werden kann. Über eine in die Blendenöffnung eingeschobene Irisblende kann der Lichtstrahldurchmesser variiert werden. Ebenfalls kann in der Blendenöffnung ein sog. Gobo (Lichtschablone) eingesetzt werden. Mit einem Gobo lassen sich beliebige Motive im Strahlengang darstellen. Als Reflektoren werden neuerdings vielfach dichroitisch beschichtete Glasspiegel (Kaltlichtspiegel) angewendet, die nur die für das Auge wahrnehmbaren Wellenlängen des sichtbaren Lichts reflektieren und den von der Lichtquelle emittierten Infrarotanteil (Wärmestrahlung) nach hinten ableiten. Bei Profil-Scheinwerfern kann es, je nach Güte des eingesetzten Linsensystems, an den Lichtstrahlgrenzen zu einer chromatischen Abberation kommen. Diese Abberation entsteht durch unterschiedliches Brechungsverhalten der verschiedenen Wellenlängen des Lichtstrahls im Linsensystem der Optik. So ist der Lichtstrahlrand eines Profil-Scheinwerfers meistens bläulich gefärbt. Dieser Effekt kann durch eine Verringerung des Lichtstrahldurchmessers, zum Beispiel mit einer Irisblende, vermindert werden. Um Unschärfen im Lichtstrahl auszugleichen, lässt sich ein sog. Donut (Loch blende) vor den Scheinwerfer stecken. Die für Unschärfen verantwortlichen Anteile des Lichtstrahls werden so zum Teil entfernt. Diese Maßnahmen zur qualitativen Verbesserung des Lichtstrahls gehen jedoch immer auf Kosten der Helligkeit. Bei der Beleuchtung von Objekten oder Personen mit Profil-Scheinwerfern wird ein harter Kernschatten mit großem Kontrastumfang erzeugt. Beim Einsatz von Profil-Scheinwerfern in TV-Systemen muss dieser Kontrastumfang durch Aufhell-Scheinwerfer gemildert werden, um eine minimale Zeichnung zu erzeugen.

Verfolger-Scheinwerfer

Verfolger-Scheinwerfer haben die gleichen Funktionsprinzipien wie Profil-Scheinwerfer. Der Unterschied zwischen bei den Typen liegt in der Anwendung. Verfolger-Scheinwerfer müssen in der Regel über weite Entfernungen ein Objekt ausleuchten. Aus diesem Grund ist der der Abstrahlwinkel der Optik sehr eng bei einer großen Betriebsleistung. Das optische System von Verfolger-Scheinwerfern ist in der Regel von hoher Güte, um einen sauberen Lichtstrahl über große Distanzen zu erzeugen. Anstelle der Blendenschieber werden zwei horizontale Schieber, jeweils von oben und von unten, in der Blendenöffnung angeordnet. Mit einem Hebel können beide Schieber gleichzeitig bewegt werden, so dass eine parallele Begrenzung des Lichtstrahls oben und unten entsteht. Dieser Effekt wird auch als "Chinese" bezeichnet. Die Schieber können zum Zweck einer kompletten Abdunkelung die Blendenöffnung auch komplett verschließen ("Dowser"). Über eine Irisblende in der Blendenöffnung ist der Lichtstrahldurchmesser variabel. Um den Lichtstrahl übergangslos zu dimmen, befindet sich eine Dimmeriris in einem unfokussierten Bereich des Lichtstrahls. Mit der Dimmeriris kann die Helligkeit des austretenden Lichtstrahls unabhängig von der Farbtemperatur oder der Form des Lichtstrahls verändert werden.

Parabolspiegel-Scheinwerfer

Parabolspiegel-Scheinwerfer bestehen aus einem asphärischen (unrunden), symmetrischen Parabolspiegel, in dessen Brennpunkt sich das Leuchtmittel befindet. Durch die Reflektion des Parabolspiegels wird ein intensiver, eng gebündelter Lichtstrahl mit einer hohen Intensität erzeugt. Eine Fokussierung des Lichtstrahls ist dabei nur in engen Grenzen möglich. Durch ein Bewegen des Leuchtmittels im Reflektor kann eine leichte Fokussierung des Lichtstrahls erreicht werden. Da punktförmige Lichtquellen nicht realisiert werden können, wird der emittierte Lichtstrahl wegen der geringen Leuchtmittelgröße leicht aufgeweitet, üblicherweise auf einen Winkel von 4° bis 8°. Diese Art von Scheinwerfer wird häufig für die Beleuchtung von Flächen aus größeren Entfernungen verwendet. Parabolspiegel-Scheinwerfer können je nach Ausführung sowohl mit Glühlampen als auch mit Gasentladungslampen betrieben werden. Eine besondere Ausführung der Parabolspiegel-Scheinwerfer sind die so genannten Sealed-Beam-Leuchtmittel. bei denen ein parabolischer Reflektor, ein Leuchtmittel und eine Vorsatzlinse zu einem Leuchtmittel-System kombiniert werden. Diese Ausführung wird auch als PAR-Scheinwerfer (PArabolic Reflector) bezeichnet, Über die Lichtbrechungseigenschaften der Vorsatzlinse lassen sich verschiedene Abstrahlcharakteristiken (Abstrahlwinkel) des Lichtstrahls erzeugen. So sind PAR-Scheinwerfer mit einem Abstrahlwinkel von 9° bis 70° erhältlich.

Name:

Abstrahlwinkel

 

Glas

CP-60

eng

9x12°

klar

CP-61

mittel

10x14°

mattiert

CP-62

breit

11x24°

geriffelt

Symmetrische Flächen-Scheinwerfer

Symmetrische Flächen-Scheinwerfer werden häufig auch als Flutlichtquellen bezeichnet und sind mit einem wannenförmigen, parabolisch geformten Reflektor versehen, der einen breiten Lichtausfallwinkel erzeugt. Symmetrische Flächen-Scheinwerfer verteilen das Licht gleichmäßig über eine größere Fläche. Als Leuchtmittel werden in der Regel längliche, zweiseitig gesockelte Halogen- oder Gasentladungslampen eingesetzt. Flächen-Scheinwerfer haben eine hohe Effizienz bei geringer Baugröße und geringen Produktionskosten. Das mit Flächen-Scheinwerfern erzeugte Licht ist sehr ungerichtet und deswegen schwer zu kontrollieren. So ist es nicht möglich, den Lichtstrahl eines Flächen-Scheinwerfers mit Torblenden abzuschatten. Der von diesem Scheinwerfertyp erzeugte Schatten kann ebenfalls zu nachteiligen Effekten führen. Wegen der länglichen Bauform des Leuchtmittels ist der Schatten der vertikalen Ebene im Gegensatz zum Schatten der horizontalen Ebene sehr hart, Zusätzlich erscheint der Sekundärschatten des vom Reflektor reflektierten Lichts weicher als der Primärschatten des vom Leuchtmittel ausgestrahlten Direktlichts.

Asymmetrische Flächen-Scheinwerfer

Asymmetrische Flächen-Scheinwerfer sind mit einem wannenförmigen, asymmetrisch geformten Reflektor versehen, der einen breiten Lichtausfallwinkel erzeugt. Im Gegensatz zu symmetrischen Flächen-Scheinwerfern verteilen asymmetrische Flächen-Scheinwerfer das Licht in einer Abstrahlrichtung stärker als in der anderen Abstrahlrichtung. Diese Art der Lichtrichtung wird hauptsächlich bei dergleichmäßigen Beleuchtung von Horizontflächen verwendet. Der Lichtabfall über die gesamte Fläche wird durch den asymmetrisch geformten Reflektor wesentlich verringert. Der Abstrahlwinkel von asymmetrischen Flächen-Scheinwerfern beträgt üblicherweise 90°. Die Auswahl der eingesetzten Kunstlicht-Leuchtmittel muss sehr sorgfältig erfolgen. Die Halterungen der Glühwendel im Glaskolben des Leuchtmittels können auf der zu beleuchtenden Fläche Schatten werfen. Leuchtmittel mit gefrosteten Glaskolben verhindern diesen Schattenwurf.

Weichstrahler

Weichstrahler erzeugen ein sehr schattenarmes Licht. Die Übergänge zwischen Licht und Schatten sind weich und haben keine Zeichnung. Alle Direktlichtanteile eines Leuchtmittels werden über einen großformatigen Reflektor auf das zu beleuchtende Objekt reflektiert, so dass nur sehr ungerichtetes Indirektlicht das Objekt erreicht. Die Reflexionsfläche ist entweder weiß lackiert oder besteht aus einer strukturierten Aluminiumoberfläche, die jedoch etwas härteres (schattenreicheres) Licht erzeugt. Über Streufilter oder Streumaterialien kann eine noch weichere Lichtverteilung erreicht werden. Die Strahlungsintensität von Weichstrahlern ist relativ gering, so dass Objekte nur in geringem Abstand optimal ausgeleuchtet werden können. Weichstrahler werden häufig zur Aufhellung von Kern- und Halbschatten im TV- oder Fotostudio eingesetzt, um den Kontrastumfang einer Szene zu verringern. Je größer dabei der eingesetzte Reflektor, desto ungerichteter und damit schattenfreier ist das damit reflektierte Licht. Ein großer Nachteil von Weichstrahlern ist das ungewollte Aufhellen von Hintergründen oder Horizonten. Dieser Effekt kann teilweise durch den Einsatz von speziellen Reflektoren (auch als Egg Crate Louvre bezeichnet) vermindert werden, der den Lichtausfall auf 120° horizontal und 90° vertikal reduziert.

Leuchtstoff-Lampen

Leuchtstoff-Lampen werden wegen ihres großen Abstrahlwinkels von 360°, einer hohen Lebensdauer und Lichtausbeute von bis zu 100 Im/W bei einer geringen Energieaufnahme und Wärmestrahlung verwendet. Das von Leuchtstoff-Lampen erzeugte Licht ist ungerichtet und eignet sich somit zur annähernd schattenfreien Ausleuchtung von Objekten. Wegen der geringen Wärmestrahlung können Leuchtstoff-Lampen direkt in Kulissenteile eingebaut oder zur besseren Ausleuchtung in der Nähe von Objekten platziert werden. Ebenso haben Farbfilter in Kombination mit Leuchtstoff-Lampen bei den geringen Temperaturen eine annähernd unbegrenzte Lebensdauer. Leuchtstoff-Lampen werden überwiegend als Flächenleuchten oder Hintergrundleuchten (LHGL = Leuchtstoff-Hintergrundleuchten) eingesetzt. Wegen des ungerichteten Abstrahlwinkels ist ein sehr gleichmäßiges Ausleuchten von Flächen bei geringer Schattenbildung möglich. wobei der Abstand zum zu beleuchtenden Objekt nicht zu groß sein darf. Leuchtstoff-Lampen sind in verschiedenen Weißtönen von Kunstlicht bis Tageslicht sowie in verschiedenen anderen Farbtönen erhältlich. Über eine Mischung der Helligkeiten dreier Leuchtstoff-Lampen der Farben Rot, Grün und Blau sowie Weiß zum Entsättigen können über eine additive Farbmischung beliebig viele Farben hergestellt werden (Funktionsprinzip der LHGL-Wannen). Das den Leuchtstoff-Lampen zugrunde liegende Funktionsprinzip macht einen Einsatz von Vorschaltgeräten notwendig. Nur mit elektronischen Vorschaltgeräten ist die problemlose Dimmung einer Leuchtstoff-Lampe möglich.

Moving Lights (Multifunktions-Scheinwerler)

Moving Lights. auch als Multifunktions-Scheinwerfer bezeichnet, vereinen die ferngesteuerte Bewegung eines Lichtstrahls in horizontaler (PAN) und vertikaler (TIL T) Ebene mit einer Vielzahl von weiteren Funktionen wie die Färbung des Lichtstrahls. Grundsätzlich basieren Moving Lights auf dem Prinzip der Stufenlinsen-Scheinwerfer (Wash-Moving-Lights) oder der Profil- Scheinwerfer (Spot-Moving-Light). Wash-Moving-Lights können neben der Bewegung des Lichtstrahls in der Regel nur noch dessen Farbe und Form ändern. Spot-Moving-Lights haben neben der Bewegung verschiedene Möglichkeiten, den Lichtstrahl zu verändern. So können zum Beispiel zur Projektion Gobos in den Lichtstrahl geschoben oder die Form des Lichtstrahls über Prismen verändert werden. Eine grundsätzliche Unterscheidung muss zwischen kopfbewegten und spiegelbewegten Scheinwerfern getroffen werden. Bei kopfbewegten Scheinwerfern ist das gesamte optische System des Scheinwerfers in einem Leuchtenkörper untergebracht, der mit Motoren bei einer  Positionsänderung des Lichtstrahls in die entsprechende Richtung ausgerichtet wird. Über einen Bügel ist der Leuchtkörper mit der Lampenbasis verbunden, in der die notwendige Elektronik untergebracht ist und über die der Scheinwerfer montiert wird. Der mechanische Aufwand für die Bewegung der Leuchtenkörpermasse ist bei kopfbewegten Moving Lights jedoch recht groß, so dass ein großer Aufwand für eine schnelle Bewegung des Leuchtenkörpers getrieben werden muss. Bei den spiegelbewegten Moving Lights (den sog. Scannern) wird nur die geringe Masse eines Spiegels bewegt, so dass sehr schnelle Bewegungen möglich werden. Das optische System und die gesamte Elektronik sind in einem Lampenkörper untergebracht. Die aus der Linse austretenden Lichtstrahlen werden über den Spiegel in gewünschte Richtungen gelenkt, wobei der Bewegungsspielraum des Lichtstrahls gegenüber einem kopfbewegten Scheinwerfer deutlich geringer ausfallt. Übliche Bewegungsradien für spiegelbewegte Moving Lights sind 180° x 90°, wohingegen kopfbewegte Moving Lights Bewegungsradien von bis zu 540° x 270° erreichen. Spiegelbewegte Moving Lights sind nur als Profil-Scheinwerfer erhältlich. Moving Lights jeglicher Bauform und Art werden zur Erzeugung von Effektlicht oder für Projektionen verwendet. Neben den Moving Lights gibt es ebenfalls motorisierte Scheinwerfer, wobei diese jedoch aus klassischen Stufenlinsen- oder Profil-Scheinwerfern bestehen, die über einen Motorbügel bewegt werden können.