Licht

Moving Lights

Besondere Farbmischsysteme von Vari-Lite

Filtereinheit VL 5
Dicro Tune ist der Name des Farbmischsystems, das den Brechungswinkel und damit den Farbort ändert.

 

Variation des Brechungsindex

Beim Dichro-Tune-System des VL5 (VL5 ist die Bezeichnung der Vermietgeräte, während die käuflichen Versionen mit VL2416 bezeichnet werden) sind dichroitische Filter rotationssymmetrisch wie Turbinenschaufeln in der optischen Achse positioniert. Die Filter können nun um ihre Achse rotiert werden, wie die Anstellung eines Flügels an einer Luftschraube. Damit schiebt sich der Filter in den Strahlengang und verschiebt gleichzeitig den Auftreffwinkel des Lichts innerhalb der optischen Achse. Da Dichroiten die Eigenschaft haben je nach Auftreffwinkel des Lichts unterschiedliche Wellenlängen im Lichtlot zu transferieren, werden hier zwei Parameter gleichzeitig geändert. Zum einen die Sättigung, zum anderen  der Farbton.

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Filter drehen
Durch drehen der Dichro-Trapeze verändert man den Farbort und nicht nur die Sättigung

 

Verblüffend dabei ist, dass bis ca. 55 % beinahe ausschließlich die Sättigung geregelt und zwischen 55 und 90 % der Farbton verändert wird. So kann man bei voller Sättigung bei einer Farbmischung noch erhebliches Finetuning betreiben. Auch ist durch den variablen Farbton ein größerer Farbraum abgedeckt und damit sind Farben zu erreichen, die den VL5 in seiner Farbwiedergabe so einzigartig machen.

vl*5 Farbverlauf
Gegenüberstellung Blaue Linie konventioneller Filter, Magenta Linie des Dichro-Tune-Systems (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Lichtdesigner wollen mehr

Ein Lichtdesigner möchte alle Nuancen des Regenbogens in gesättigter Farbe sehen, aber auch die komplexen Farben, die nur durch Farbmischungen entstehen wie Purpur bzw. die untere Linie des CIE Farbdreiecks, die eben nicht aus den Spektralfarben besteht. Weiterhin möchte ein Designer auch die verschiedensten Pastelltöne einem Moving Light abverlangen und gleichzeitig sollte es auch möglich sein, die Farben der bekannten Farbfolien zu reproduzieren. Natürlich sollte das Farbmischsystem auch einfach zu handhaben sein, am besten, wenn man einfach am Rand vom CIE Farbdreieck entlangfährt und von dort aus linear bis zum Weißpunkt hin, die Farbsättigung aufheben könnte. So wie im ersten Teil schon von BHS (Brightness, Hue und Saturation) gesprochen wurde, ist die Festlegung der Farbe und anschließende Sättigungseinstellung wesentlich einfacher für den Menschen nachzuvollziehen, als eine komplexe Wechselwirkung der multiplikativen Farbmischung dreier Farben. Außerdem ist der Farbraum bei der Mischung dreier konstanter Farbfilter stark eingeschränkt, da nur die Farben gebildet werden können, die innerhalb der Fläche der drei fixen Farben gebildet wird.

 

Bandpass- und Notch-Filter – das VL7 Konzept

Um die hufförmigen Spektralfarben des Farbdreieckes linear nacheinander abzubilden, wäre es wünschenswert eine dichroitische Filterfläche zu haben, die sich entlang der X-Achse kontinuierlich im Spektrum verschiebt. Dieser Filter würde entlang eines sehr engen Lichtstrahls der Scheinwerferoptik verschoben werden und würde somit jede Spektralfarbe darstellen. Dieser Filter stellt in dem begrenzten lichtdurchfluteten Bereich für die gewünschte spektrale Frequenz einen Bandpass dar.

VL7
Zweite große Legende welche nicht den großen Erfolg der VL*5 anknüpfen konnte. Dafür musste die Lampe zu aufwendig gefertigt werden. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

Um die nichtspektralen Farben darzustellen, ist eine Farbmischung einer 430-nm-Farbe und einer 650-nm-Farbe nötig. Zu Deutsch, um Purpur darzustellen benötigt man Blau und Rot. Dafür würde man einen Kerbfilter (Notchfilter) einsetzen. Ein Notchfilter arbeitet reziprok zum Bandpass. Er filtert eine Frequenzbreite aus dem Licht heraus, so dass grob gesagt, nur noch die Randbereiche des Spektrums, sprich Blau und Rot, übrig bleibt. In der Addition erhält man die nichtspektrale Farbe  Purpur.

Es gilt also eine Farbmischeinheit zu bauen, die mit Hilfe zweier Filter (Bandpass- und Notch-Filter), die abwechselnd entlang dem Strahlengang des Scheinwerfers verschoben werden, jede Farbe spektral oder komplex, reproduzieren kann.

 

Bandpass

Auf einer 168 mm x 50 mm Borosilikatglas-Trägerfläche werden einzelne Bandpässe hoher Güte realisiert. Dabei wurde die Bandbreite mit 5 % der mittleren Frequenz gewählt, um eine gute Sättigung sicherzustellen. Zu den Randbereichen ergibt dies ein Verhältnis von 1,5:1 innerhalb 430 nm und 650 nm und bildet somit die Grundlage von einem sehr dunklen Blau bis hin zu einem tiefen, echten Rot. Dazu werden ca. 130 Schichten aufgetragen, wobei jede Schicht ca. 14 Stunden zum Auftragen benötigt.

Filter
Bandpass Dichro-Verlaufs-Filter (Bild: James M. Bornhorst, VLPS Lighting Services, Inc.)
Die Spektralverteilung verschiedener Orte auf dem Filter (Bild: James M. Bornhorst, VLPS Lighting Services, Inc.)

 

 

Notchfilter

Die Herstellung des Notchfilters ist bei weitem nicht so aufwendig wie bei den Bandpassfiltern. Für die Herstellung des Notchfilters sind nur ca. 30 Schichten notwendig. Der Farbverlauf des Notchfilters erstreckt sich vom Cyan bis hin zu Gelb. Jetzt weist der Notchfilter zum Teil die gleichen Farben auf wie der Bandpassfilter. Aber diese Farben wie z. B. Gelb sind durch Mischung entstanden. Da Gelb als Spektralfarbe nur sehr schmalbandig ist, erzielt man mit dem gemischten Gelb des Notchfilters, das aus Grün und Rot besteht, für die meisten Anwendungen eine höhere Performance.

Dichroitischer verlaufs Notchfilter
Dichroitischer Verlaufs-Notchfilter (Bild: James M. Bornhorst, VLPS Lighting Services, Inc.)
Notch-Spekralverteilung
Spektralverlauf des Verlaufsfilters eines dichroitischen Notchfilters (Bild: James M. Bornhorst, VLPS Lighting Services, Inc.)

 

Lineare Sättigung

Wie unschwer am Foto des Bandpassfilters zu erkennen ist, verläuft nicht nur die Farbe entlang der X-Achse, es ist auch ein Helligkeitsverlauf entlang der Y-Achse zu erkennen. Dieser Verlauf wird benötigt, um von einer gefundenen Farbe auf der X-Achse nun jeden gewünschten Pastellfarbton bis hin zum Weißpunkt, darzustellen zu können. Dabei wird nur ein Parameter verändert, nämlich die Bewegung des Filters in der Y-Richtung. So kann der Operator mit einem Encoder die Farbe wählen und mit dem zweiten Channel die Sättigung festlegen.

Die Pastelltöne werden erzeugt indem Weißlicht anteilig ungefiltert passieren kann. Um dies auf dem gleichen Filter zu erreichen, müssen nach unten hin verlaufsförmig die Interferenzschichten wieder entfernt werden. Dazu bedient man sich eines Gas-UV-Lasers, der die Schichten wieder zerstört ohne das Trägerglas anzugreifen. Eine Ätztechnik scheidet aus, da das Trägermaterial wie auch die aufgebrachten Layer aus SiOx bestehen.

Die weggebrannten Flächen müssen klein genug sein, damit die Projektoroptik die Übergänge nicht abzeichnen kann. Da aber der Strahl des verwendeten Lasers zu groß ist, wird eine Maske über den Filter angebracht. Diese Maske ist mit kleinen, 40 µm großen Löchern versehen, deren Anzahl nach unten hin (Y-Richtung) bis zur völligen Durchlässigkeit zunimmt. So entsteht zusätzlich vom Ausgangsmaterial eines Farbverlaufes in der X-Richtung ein Sättigungsverlauf in der Y-Richtung.

Prinzip VL7
Das Prinzip Licht konzentrieren, um damit eine möglichst kleine Fläche durch den Verlaufsfilter zu nutzen, um danach wieder aufgeweitet zu werden. (Bild: Herbert Bernstädt)

 

VL*7 im Farbdreieck
Betrachtung des Zusammenspiels der physikalischen Farben und den imaginären Farben im Farbdreieck (Bild: James M. Bornhorst, VLPS Lighting Services, Inc)

 

Zusammenspiel

Die Überblendungen von einer Farbe zur anderen werden mit diesem System als organisch empfunden. Aber im direkten Vergleich zu Farbfolien waren die Farben zu rein. Sie trafen zunächst nicht den richtigen Ton. Dies ist verständlich, denn betrachtet man sich die Transmissionskurven von herkömmlichen Farbfolien gegenüber dichroitischen Filter, so erkennt man die steilen Flanken der Dichroiten, aber die Folien weisen meist noch Transmissionen auf anderen Spektren auf. Deshalb wurde das ursprüngliche Design aufgegeben und beide, der Bandpass und der Kerbfilter in den Strahlengang gefahren. Wichtig dabei ist, dass die Farben nicht mit 100 % Sättigung gefahren werden. Zur Überraschung aller wurde es somit möglich, fast alle Farbfolien mit diesem System nachzubilden.

Zur Vervollständigung muss hier noch erwähnt werden, dass der Lichtstrahl der die Filter durchflutet möglichst klein sein muss, damit keine benachbarten Frequenzen mit gemischt werden. Deshalb ist die Optik besonders aufgebaut. Nach den Farbfiltern wird das Licht mit einem „Dekonzentrator“ wieder verbreitert und steht so im benötigten Durchmesser der optischen Linseneinheit zur Verfügung.

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