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Lexikon der Optik: Scheinwerfer

Scheinwerfer, spezielle Leuchten, die den ausgestrahlten Lichtstrom der Lichtquelle unter Verwendung optischer Mittel bündeln und damit in einem begrenzten Raumwinkel bedeutend höhere Lichtstärken erzielen, als es durch die Lichtquelle allein möglich wäre.

Zu den optischen Mitteln zählen Linsen, Spiegel oder andere brechende und reflektierende Elemente, die, einzeln oder kombiniert angewandt, das scheinwerferoptische System bilden.

Durch den Einsatz von Blenden, Abschlußscheiben, Farbfiltern und Streuern (Streuglas, Streuscheiben) läßt sich die Güte der S. beeinflussen und eine Anpassung an den Einsatzzweck erreichen. Entsprechend dem Anwendungszweck unterscheidet man zwischen Signalscheinwerfern und Beleuchtungsscheinwerfern.

Signalscheinwerfer sind S., die der optischen Signalgebung dienen. Die von ihnen abgegebenen Lichtzeichen können sich in Form, Farbe, Dauer bzw. Blinkdauer unterscheiden (z.B. Leucht- oder Drehfeuer).

Beleuchtungsscheinwerfer dienen der Beleuchtung von Objekten (z.B. Film-, Fernseh-, Bühnen-, Such-, Autoscheinwerfer). Je nachdem, ob Linsen oder Spiegel zur Lichtbündelung verwendet werden, unterscheidet man zwischen Linsen- und Spiegelscheinwerfern.

Zur lichttechnischen Bewertung von S. werden folgende Größen herangezogen: Lichtstärke, Leuchtdichte, Beleuchtungsstärke in einem gegebenen Abstand sowie ihre Verteilungen bezüglich der Ausstrahlungsrichtung. Die Bestimmung der Lichtstärke I eines S. erfolgt über die Messung der Beleuchtungsstärke E und erfordert einen Mindestabstand rmin (Abstand zwischen der Meßfläche und der letzten optisch wirksamen Fläche), der erheblich größer sein kann als die photometrische Grenzentfernung. Für Abstände, die kleiner sind als rmin lassen sich nur Beleuchtungsstärken angeben. Bei flächenhaft erscheinenden Signalscheinwerfern kann es sinnvoll sein, die Leuchtdichte als Bewertungsgröße zu verwenden.

Streuwinkel, Streubreite und Streubereich sind Parameter zur Kennzeichnung der mit einem S. erzeugten Lichtbündelung, die abhängig ist von der Art, Abmessung und Ausführung der Scheinwerferoptik, der Form und Ausdehnung der verwendeten Lichtquelle und ihrer Lage zur Optik (Abb.). Diese Parameter können anhand der Lichtstärke-, Leuchtdichte- oder Beleuchtungsstärkeverteilung ermittelt werden.

In der Praxis werden häufig Halbstreuwinkel oder Zehntelstreuwinkel angegeben. Sie sind dadurch definiert, daß die Lichtstärke an den Grenzen des Winkels auf die Hälfte bzw. ein Zehntel der Lichtstärke in der Hauptausstrahlungsrichtung (Bezugslichtstärke) abgefallen ist. Des weiteren ist der Begriff des Nutzstreuwinkels gebräuchlich. Den ihn begrenzenden Ausstrahlungsrichtungen entspricht hierbei eine für einen bestimmten Anwendungszweck erforderliche Lichtstärke.

Aus der Beleuchtungsstärkeverteilung werden die Streubreite und der Streubereich bestimmt, die zur Kennzeichnung der Bündelung dienen. Die Streubreite ist der Abschnitt auf einer Geraden in der Meßebene, innerhalb dessen eine bestimmte Beleuchtungsstärke nicht unterschritten wird. Entsprechend definiert man einen flächenhaften Streubereich in der Meßebene. Ähnlich wie beim Streuwinkel definiert man Halb- oder Zehntelstreubreiten bzw. Halb- oder Zehntelstreubereiche.

Den Anteil des Gesamtlichtstromes φG des S., der in den räumlichen Nutzstreuwinkel ausgestrahlt wird, bezeichnet man als den Nutzlichtstrom φN des S., den außerhalb dieses Winkels ausgestrahlten Anteil als den Nebenlichtstrom φn.

Für Suchscheinwerfer, die zum Suchen bzw. Anstrahlen entfernter Objekte wie Schiffe und Flugzeuge verwendet werden, spielt die Reichweite eine große Rolle. Sie ist definiert als diejenige Entfernung, bis zu der ein neben dem S. stehender Beobachter den angestrahlten Gegenstand -im allgemeinen bei Nacht – gerade noch sehen kann. Die Reichweite ist abhängig von der Lichtstärke, dem Streuwinkel und vom Abstand des Beobachters vom S.; von Einfluß ist neben der Winkelgröße des Objektes die Lufttrübung.

Für Signalscheinwerfer ist die Tragweite eine wichtige Größe. Sie bezeichnet die Entfernung, bis zu der der S. noch zu sehen ist. Sie hängt ab von der Lichtstärke, von der Lufttrübung und vom Adaptationszustand des Auges. Deshalb ist sie unter sonst gleichen Bedingungen bei Nacht wesentlich größer als bei Tage.

Ein wesentlicher Bestandteil eines S. ist die Scheinwerferoptik. Es werden dafür Parabol- oder sphärische Spiegel verwendet. Höchste Ansprüche stellen die Spiegel für Suchscheinwerfer, die einen Durchmesser bis zu einem Meter haben können. Linsen werden häufig bei Signalscheinwerfern eingesetzt. An den Anwendungszweck angepaßt werden oft spezielle Linsenoptiken entwickelt, etwa in Form von Fresnel-Linsen. Sie finden für Leuchtfeuer in der Seefahrt und in der Luftfahrt, aber auch in anderen Verkehrszweigen Verwendung. Häufig werden auch Gürtellinsen eingesetzt, wenn eine Lichtbündelung in allen horizontalen Richtungen erforderlich ist wie im Falle von Positionslichtern.

Funktionsbestimmend sind die verwendeten Lichtquellen, auch Scheinwerferlampen genannt. Die Wendelform bestimmt wesentlich die Streuung.



Scheinwerfer: Einfluß der Lichtquellenausdehnung eines Scheinwerfers auf die Größe der Streuwinkel.

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