Reflektoren

In Scheinwerfern werden in der Regel sog. Hohlspiegel eingesetzt. Mittels Hohlspiegeln soll das vom Leuchtmittel in alle Richtungen emittierte Licht zu möglichst großen Teilen in den Strahlengang zurückgelenkt werden, um es für die eigentliche Beleuchtungsaufgabe nutzbar zu machen. Mit einem Reflexionsgrad von nahezu 100 % stellt poliertes Silber einen sehr guten Reflektor dar. In der Praxis der Scheinwerfertechnik wird allerdings zumeist Glas verwendet, auf welches eine dünne Schicht Silber sowie eine Schicht Lack aufgebracht wird. Preisgünstigere Reflektoren bestehen häufig aus Aluminium. Auch Aluminiumreflektoren erreichen noch einen passablen Reflexionsgrad von etwa 80 – 85 % und sind sowohl als glänzend polierte wie auch matt angeraute Varianten (zur diffusen Reflexion) üblich. Darüber hinaus sind in Scheinwerfern mitunter dichroitisch beschichtete Spiegel verbaut, welche Wellenlängen des sichtbaren Spektrums reflektieren und gleichzeitig Wellenlängen des infraroten Bereichs transmittieren, um diese abzuleiten (Kaltlichtspiegel).

Ebene Spielgel finden sich deutlich seltener in der Scheinewerfertechnik. Als Beispiel für den Einsatz eines ebenen Spiegels bei einem Bühnenscheinewrfer kann ein sog. Spiegel-Scanner gelten. Am Beispiel des ebenen Spiegels lässt sich das Reflexionsgesetz einfach nachvollziehen:

Fällt ein Lichtstrahl auf einen Spiegel, entspricht der Winkel des reflektierten Lichtstrahls dem Winkel des einfallenden Lichtstrahls.

Es gilt:

Einfallswinkel (α) = Ausfallswinkel (α´).

Der Weg, den der Lichtstrahl dabei nimmt, ist umkehrbar.

Das Reflexionsgesetz behält seine Gültigkeit ebenso für gekrümmte Spiegeloberflächen. Zu unterscheiden sind hierbei die konvexe und die konkave Form. Während konvexe Oberflächen das einfallende Licht streuen, bündeln konkave Flächen das Licht. Konvexspiegel werden auch als Wölbspiegel bezeichnet und finden sich (Sonder- und Spezialbauten ausgenommen) kaum in der Veranstaltungstechnik. Konkavspiegel entsprechen den obenstehend bereits erwähnten Hohlspiegeln. Je nach Einsatzzweck kommen in den Scheinwerfern sphärische[1] oder asphärische Reflektoren zum Einsatz.

Besteht die Aufgabe primär darin, möglichst viel des emittierten und reflektierten Lichts in das Linsensystem des Scheinwerfers zu lenken, werden meist Kugelspiegel verwendet. Der Spiegel stellt also einen Ausschnitt aus einer Kugeloberfläche dar. Neben dem Einsatz in klassischen Stufen- und Plankonvexlinsenscheinwerfern findet sich der Kugelspiegel als Hilfssystem aber auch in Profilscheinwerfern mit Kondensoroptik. Gemäß dem Reflexionsgesetz laufen die reflektierten Lichtstrahlen, die auf den Ausschnitt der Kugelfläche treffen, in einem sog. Brennpunkt zusammen. Der Brennpunkt F liegt auf der optischen Achse (Der Brennpunkt wird auch als „Fokus“ bezeichnet). Der Abstand zwischen Brennpunkt und Oberfläche heißt Brennweite f.

Für die von einem Kugelspiegel reflektierten Lichtstrahlen ist daher die Position des Leuchtmittels wesentlich. Bei einer Anordnung der Lichtquelle mit halbem Radius auf der optischen Achse, gelingt eine annähernd achsparallele Reflektion der Lichtstrahlen. Bedingt durch die sphärische Form des Spiegels, gilt dies aber nur für die wirklich achsnahen Lichtstrahlen. (Würde das Leuchtmittel im Zentrum der Kugel sitzen, wäre ein Reflexion zurück zum Mittelpunkt, d. h. der Brennpunkt auf dem Leuchtmittel, die unerwünschte Folge dieser Anordnung.)

Befindet sich ein Leuchtmittel indes im Brennpunkt eines Parabolspiegels, gewährleistet dessen asphärische Bauform eine tatsächlich achsparallele Reflexion der Lichtstrahlen. Auch beim Parabolspiegel ist die Position des Leuchtmittels ausschlaggebend. Ist die Lichtquelle zu weit vom Spiegel entfernt, entsteht ein ungewollter Brennpunkt. Sitzt die Lichtquelle zu nahe am Parabolspiegel, werden die Lichtstrahlen zu stark gestreut. Da ein gewisser Bereich der Parabolform näherungsweise einem Kreisausschnitt entspricht, werden mitunter die einfacher herzustellenden und letztlich preiswerteren Kugelspiegel verwendet.

Eine besondere und in der Scheinwerfertechnik intensiv genutzte Variante ist ein elliptisch geformter Reflektor. Der Ausschnitt einer Ellipse als Spiegeloberfläche hat die spezielle Eigenschaft, dass sich stets zwei nutzbare Brennpunkte ergeben. Wird eine Lichtquelle im Brennpunkt  angeordnet, verlaufen deren reflektierte Lichtstrahlen immer auch durch den Brennpunkt . Diese Tatsache lässt sich für Abbildungszwecke nutzen. Für den Profilscheinwerfer mit Ellipsenspiegel ist die Bauform des Reflektors sogar namensgebend („Ellipsoidal Spotlight“). Für das Leuchtmittel im Brennpunkt fungiert der Ellipsenspiegel als hervorragendes lichtsammelndes System. Dies führt im weiteren Verlauf zu einem hohen Wirkungsgrad bei Scheinwerfern mit Ellipsenspiegel, daraus entsteht allerdings auch eine hohe Wärmebelastung im Innenbereich. Verschiedene Scheinwerferhersteller haben daher unterschiedliche Varianten zur Wärmeableitung entwickelt.

Für Anwendungen, bei denen möglichst viel Licht flächig verteilt werden soll, eignen sich Rinnenspiegel. Rinnenspiegel – in symmetrischer oder asymmetrischer Ausführung – kommen in Kombination mit stabförmigen Leuchtmitteln zum Einsatz. Die symmetrische Bauform ist zumeist als Parabol-Rinnenspiegel ausgeführt und findet sich auch als Reflektor in Alltagsleuchten, z. B. Leuchtstofflampen, wieder. Die Besonderheit der asymmetrischen Variante liegt darin, dass deren Lichtverteilung nicht gleichmäßig ist. Vielmehr wird ein Großteil des Lichts in nur eine räumliche Ebene reflektiert. In der Bühnen-, Studio- und Architekturbeleuchtung ist diese Eigenschaft häufig von Bedeutung. (So verwenden sog. Horizont- oder Cyclorama-Leuchten einen asymmetrischen Rinnenspiegel.


[1] sphärisch: auf die Fläche einer Kugel bezogen

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