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Lampenhaus vom Profilscheinwerfer

Grundsätzlich ist die Aufgabe des Lampenhauses so viel Licht durch die Abbildungsebene scheinen zu lassen wie irgendwie möglich. Jedoch das einfache „Bescheinen der Abbildungsebene ist nur die halbe Miete, denn gleichzeitig soll das Licht sehr gleichmäßig verteilt über die gesamte Fläche durch die Abbildungsebene scheinen und dann noch möglichst vollständig von der anschließenden Optik, dem Linsentubus verwendet bzw. genutzt werden können. Ein guter Wirkungsgrad entsteht erst dadurch, das möglichst alles vom Lampenhaus gesammelte Licht auch von den Linsentubus verwertet werden kann, jedoch mehr dazu in der nächsten Folge dem Abbildungssytem. Hier soll es ausreichen, das man ein Lichtsammelndes System benötigt und dafür sind die zwei grundsätzliche Arten, den Ellipsenspiegel und die Kondensoroptik, verfügbar.

Die Ellipse kann man sich schnell selbst konstruieren, indem man zwei Punkte setzt, diese Punkte kann man dann mit einer Reiszwecke abstecken. Verknotet man dann einen längeren Faden als Ring und spannt diesen Faden zwischen einen Bleistift und den zwei Reiszwecken, bildet sich ein Dreieck. Der äußere Punkt des Dreieckes ist gleichzeitig ein Punkt auf der Ellipse. Bewegt man dann den Bleistift bei beibehaltung der Spannung am Faden, wird eine Ellipse gezeichnet. Die Ellipse hat zwei besondere Eigenschaften. Einmal werden alle Lichtstrahlen die aus einem Brennpunkt (Einer der Konstruktionspunkte der eben gezeichneten Ellipse) heraustreten von der reflektierenden Spiegelwand einer Ellipsenform immer so reflektiert das er durch den zweiten Brennpunkt (zweiten Konstruktionspunkt) hingelenkt wird. Die zweite Besonderheit dabei ist, und dass kann man anhand dem Konstruktionsbeispiel mit den Faden bzw. der Fadenlänge gut nachvollziehen, ist das die Laufzeiten aller reflektierten Strahlen, egal ob nah am Brennpunkt oder weiter entfernt, genauso gleich lang sind, um den zweiten Brennpunkt zu erreichen. Für unsere Scheinwerfer ist das zwar nicht ganz so erheblich, aber für die „langsameren“ Schallwellen wohl schon. Somit ist es möglich mit einer Ellipse Licht zu sammeln, es durch eine Abbildungsebene zu senden und es für die Abbildungsoptik zu nutzen.


Durch das Verhältnis der Breite zur Länge der Ellipse kann man die Aufweitung der Lichtstrahlen beeinflussen. Mann benötigt aber nur einen Teil der Ellipse um das Licht vom Leuchtmittel die Richtige Richtung zu geben. Einmal ist man bestrebt die Ellipse so weit wie möglich aufzubauen um möglichst jeden Lichtstrahl zu nutzen, was jedoch durch Platz und zum Teil auch an der preiswerten Verarbeitung des Material scheitert. Auch kann man sich vorstellen, dass in eine sehr großzügig geformte Ellipse die Hitze gut staut, insbesondere wenn man abwärts leuchtet. Deshalb sind in der Realität die Ellipsen meist als ca. Viertelsegment ausgeführt. Das dann einiges Licht nicht mehr vom Spiegel zum zweiten Brennpunkt gelenkt wird, ist aus dem folgenden Bild ersichtlich. Weiter kann man erkennen, das man sehr hohe Lichtkonzentrationen vor oder hinter den zweiten Brennpunkt erhält, so das dies ideale Orte sind, um eine Abbildungsebene dort zu platzieren. Denn je höher die Lichtdichte, um so besser wird das zu projizierende Objekt mit Licht durchflutet, was einer hellen Abbildung sehr entgegenkommt. Jedoch nutzt es auch nicht, die Abbildungsebene aus verständlichen Grund in den Brennpunkt zu legen. Die Abbildungsebene wird auch so platziert, dass man unter Berücksichtigung des Abstrahlverhalten des Leuchtmittels und deren endlichen Lichtquellenabmessungen (bei Halogenbrennern die Filamentabmessung) die Größe der gewünschten Bildvorlage die man projizieren will, anordnet. So sind Standardgrößen wie z.B. das A-Size Gobo mit seinen 75mm Bild-Durchmesser dementsprechend für eine gleichmäßige Lichtdurchflutung vom zweiten Brennpunkt so weit weg platziert, da die größtmögliche Lichtdichte das ganze Bild erfasst. Wir können aber auch anhand des Bildes erkennen, das von den zwei möglichen Abbildungsebenen die anschließende Abbildungsoptik die Lichtstrahlen in unterschiedlichem ausgeweiteten Zustand auftrifft. Die Abbildungsebene b hat den Vorteil, das der Strahl bereits gut aufgeweitet ist und sich so auf die folgende Optik gut verteilt, während bei Nutzung der Abbildungsebene a sich der Brennpunkt noch in der anschließenden Optik selbst befinden kann. Zwar werden in der Abbildungsebene a mehr des direkten Lichtstrahlen eingefangen, jedoch ist deren Winkel zu den reflektierten Lichtstrahlen stärker abweichend als bei der Ebene b.   


Um nun diese verlorenen Lichtstrahlen dennoch nutzen zu können gibt es Hersteller, die das Prinzip wie wir es bereits vom Linsenscheinwerfer her kennen, mit einem Kugelspiegel zurückwerfen. Der Kugelspiegel wirft bekannter Maßen alle Lichtstrahlen die aus seiner Mitte stammen genau zur Mitte wieder zurück. Das ist bei der Ellipse Ideal, denn wenn dann der Lichtstrahl durch das Leuchtmittel hindurch auf die Ellipse trifft, ist dieser Lichtstrahl wieder nutzbringend.





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Betrachten wir nun den Ellipsenspiegel mit reellem Leuchtmittel haben wir bereits weitere Unterscheidungs-Prinzipien kennen gelernt. So steht z.B. eine Einseitig gesockelte Entladungslampe senkrecht im Spiegel, muss nach unten hin ein Ausbruch für den Sockel vorhanden sein. Damit erhält man oft ein Lichtbild, welches ein wenig unhomogen ist, da die Abschattungen des Spiegelausschnittes für den Sockel deutlich bemerkbar machen. Auch bei zweiseitig gesockelten Entladungslampen die auf beiden Seiten des Spiegels Ausbrüche benötigen, ist dies auch gerade im sehr abgedimmten Zustand deutlich zu erkennen. Auch bei Halogenleuchtmittel haben wir die gleiche Problematik. Ist das Leuchtmittel an der äußersten Tagente axial eingeführt, dann ist das Lichtbild rotationsymetrisch gesehen am idealsten. Auch hier gilt natürlich je kleiner die Lichtquelle, um so besser die optischen Eigenschaften, denn je größer das Filament sich flächig ausbreitet, um so größere Winkelunterschiede haben die verschiedene Lichtstrahlen, je nachdem ob sie vom oberen Ende des Filaments stammen oder vom unteren Ende. Über besondere Kombinationen wie TonnenFilament und Fassettenschliff oder Spiegelmaterialien wie dichroitische beschichtete Gläser hatten wir bereits in der ersten Ausgabe dieser Grundlagenserie „Licht am Filament“ bereits lesen können. Festzuhalten bleibt, dass der Ellipsenspiegel einen sehr hohen Wirkungsgrad zu bieten hat, jedoch aufgrund seines Strahlenganges für die anschließende Abbildungsoptik nicht so optimal ist.    

A) Ausbrüche links und rechts für zweiseitig gesockeltes Leuchtmittel


B) Ausbruch unterhalb für einseitig gesockeltes Leuchtmittel stehend


C) Ausbruch Tangential für einseitig gesockeltes Leuchtmittel axial

Prinzip des modernen Ellipsenspiegelscheinwerf er, der Sockel ist auch im geneigten Zustand des Scheinwerfers nicht dem Hitzestau durch die Trichterwirkung des Ellipsenspiegels ausgesetzt. Zusätzlich wird durch die Dichroitische Eigenschaft des Umlenkspiegels die Wärmestrahlung aus dem Lichtstrahl minimiert für höhere Farbfolienstandzeiten.

Praktisch Ellipsensiegelausbruch nach Prinzip B eines aktuellen Profilscheinwerfers

Geöffnetes Lampenhaus des Ellipsenspiegelprofilscheinwerfers zeigt den Blick auf die Mechanik zur Leuchtmitteljustage.

Um das Leuchtmittel, wessen Filament fertigungstechnisch ein wenig metrisch verschoben sein kann, ist die Justage im Spiegel enorm wichtig. Am stärksten ist der Einfluss der Justage wenn man in den Spiegel hineien und hinausfährt. Dabei ist gerne einmal ein sehr Hotspot lastige Position eingenommen, um eine hohe Lichtstärke auf der Bühne zu erzielen. Jedoch sind bei Goboprojektionen die Randgebiete von der Helligkeit am absaufen.

Typische Leuchtmittelaufnahme für Axiale Ellipsenspiegeloptik, deren Öffnung rechts zu erkennen ist.

Ellipsenspiegellagerung eines Qualitätsproduktes

Qualitätsprodukt mit Zweiknopfjustage des Leuchtmittels

Qualitätsprodukt mit Sicherung des Leuchtmittels mittels Anpressbügel

Wenn man einen Profilscheinwerfer mit Axial eingeführten Leuchtmittel betitelt, verwendet man meist Firmen- bzw. Typenbezeichnungen wie Leco, Altmänner oder Source Four. Dieser axiale Ellipsenspiegeltyp wird in großen Mengen in den Theatern der Neuen Welt eingesetzt. Dort herrscht eine andere Herangehensweise vom Leuchten. Meist ist dort eine gesättigte Bestückung vorhanden, so das jeder Fleck auf der Bühne mit bereits einem eingerichteten Profiler eingerichtet ist, so das zum Leuchten nur noch die Kanäle hereingefahren werden müssen und kaum noch Einstellarbeiten am Scheinwerfer stattfinden. Deshalb wird dort ein preisgünstiger Profilscheinwerfer benötigt um die gesättigte Bestückung sich auch leisten zu können. Dagegen wird weniger Wert auf gute Projektionseigenschaften gelegt. Im Gegenzug arbeiten europäische Theater lieber mit wenigem aber dafür sehr hochpräzisem Profilscheinwerfer. Diese werden dann speziell für die Aufgabe eingerichtet und auch mal versetzt, um von noch besserer Position das optimale Licht geben zu können. Und so kommen wir dann zur Kondensoroptik. Nebenbei bemerkt, durch diese Sättigung von Profilern benötigt man viele Dimmerkreise und benötigt auch viele Pultkanäle. Aus diesem Grund wurden zu den Zeiten als noch Speicherplatz sehr teuer war, nur die Veränderungen bei den amerikanischen Pulten abgespeichert, dem so genannten Tracking, während man hier mit der begrenzten Anzahl an Kreisen das gesamte Abbild pro Stimmung speicherte, das man dann zu Unterscheidung heute in den modernen Pulten dann Cue only nennt. Zurück zu den axiale Ellipsenspiegelprofilscheinwerfern, insbesondere deren Typen findet man meist nur bis 1 KW bzw. maximal 1,2KW, unter anderen auch weil beim abstrahlen nach unten, sich die Wärme zu sehr im Reflektor staut. Natürlich gibt es auch 2KW bzw. 2,5KW Ellipsenspiegelscheinwerfer, jedoch ist dann die Leuchtmitteleinführung meist von unten stehend, um dem Temperaturproblem aus dem Weg zu gehen.  

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