publikacje


Seminarium Dedo Weigerta w Łódzkiej Szkole Filmowej.


   
    13 maja 2005r. odbył się w Łodzi, dla studentów Filmówki, pokaz najnowszych konstrukcji oświetleniowych firmy DEDO WEIGERT FILM. Wizyta w Szkole była fragmentem Roadshow Polish Television - trasy marketingowej Firmy w Polsce.
   Niezależnie od tego, było to kolejne spotkanie, na którym obok możliwości praktycznego przekonania się o rozszerzonych zakresach parametrów nowych konstrukcji opraw oświetleniowych, studenci mieli możliwość wysłuchania bardzo interesującej prelekcji na ten temat, prowadzonej przez D.Weigerta w bardzo przystępny sposób, pomimo że dotyczyła ona dość skomplikowanych problemów technicznych.
   Z zaprezentowanych nowości, najbardziej spektakularną okazała się konstrukcja reflektora soczewkowego z dodatkową soczewką ruchomą, o ruchu poosiowym ale niezależnym i niewspółbieżnym z tradycyjnie ruchomym poosiowo zespołem lustro-żarówka, względem soczewki przedniej zamocowanej na trwale w obudowie.
   Rewelacyjność tej nowatorskiej konstrukcji optycznej, wprowadzonej przez firmę w lampach serii "400", doceniona została przez Academy of Motion Picture Arts & Sciences przyznaniem w 2003 roku, Scientific and Engenierig Award, dla Dedo Weigert'a za pomysł, dr Depu Jin'a za obliczenia optyki i Frantza Petters'a za konstrukcję mechaniczną. Nadmienić wypada, że swojego pierwszego "technicznego" oskara Dedo Weigert otrzymał w 1990 roku.
   Przełomowy charakter konstrukcji nowego typu reflektora najłatwiej wykazać poprzez porównanie z tradycyjnym, jednosoczewkowym typem obudowy. Zasada działania wszystkich reflektorów z soczewką Fresnela polega na wykorzystaniu w praktyce dwu podstawowych praw optyki.
   Dla zespołu lustro-żarówka - jest to prawo sankcjonujące zjawisko odbijania światła (rys. 1) od powierzchni P, przebiegające według prostej zależności, iż kąt odbicia α' promienia światła f ' jest równy kątowi padania α promienia f, przy czym kąty te określane są pomiędzy promieniami a tzw. normalną N, prostą prostopadłą do powierzchni P w punkcie padania/odbicia.



    Jeżeli powierzchnia odbijająca nie jest płaska, tu ograniczmy rozważania do przykładu reflektora ze zwierciadłem sferycznym, a jest częścią kuli (dla uproszczenia sprowadźmy problem do okręgu), wówczas sytuacja nic się nie zmieni, ponieważ normalna N, pokrywa się z geometrycznym promieniem r okręgu o środku o, oraz z promieniem światła f padającym na zwierciadło, jak również z promieniem światła f ' odbitym od zwierciadła (rys. 2). Dzieje się tak, ponieważ promień jest zawsze prostopadły do okręgu, tj. do prostej p stycznej do okręgu w punkcie zbiegu promień-okrąg.



   Wróćmy do sytuacji, jaka ma miejsce w trójwymiarowej konstrukcji reflektora, gdzie powyżej opisane zjawiska przebiegają w przestrzeni. Oznacza to, że promienie padające na sferyczne zwierciadło wklęsłe, emitowane przez żarówkę umieszczoną w punkcie środka jego krzywizny (środek kuli), po odbiciu, wracają po tych samych liniach i przecinając się, tworzą obraz świecącego żarnika w punkcie jego świecenia, podwajając jego jasność w kierunku do soczewki Frenela. Łatwo wyobrazić sobie sytuację (znaną w praktyce nieosłoniętej żarówki wiszącej na kablu u sufitu, świecącej we wszystkich kierunkach w przestrzeni pokoju), że gdyby lustra w reflektorze nie było, to w kierunku soczewki jasność byłaby dwukrotnie mniejsza. Konstrukcja zespołu lustro sferyczne-żarówka, oprócz wykorzystania "całej jasności" żarówki i skierowania jej tylko w kierunku soczewki Frenela, zapewnia jeszcze rozbieżność wiązki światła wychodzącej z punktu żarnika.
   W zakresie współdziałania zespołu lustro-żarówka z soczewką Fresnela, obowiązuje następne, również jedno z elementarnych, prawo optyki. Wyjaśnia ono zjawisko, jakie następuje, kiedy na drodze rozbieżnej wiązki światła znajdzie się soczewka skupiająca (taką jest soczewka Fresnela). Wówczas w zależności od położenia ogniska tej soczewki w relacji do punktu, z którego owa rozbieżna wiązka wychodzi, zmienia się stopień skupiania wiązki, co należy rozumieć jako różną kondensację (jakby "zagęszczanie") strumienia światła, po przejściu przez soczewkę, już w kącie rozsyłu określonym jej parametrami. Niezależnie od nich, w każdym danym przypadku, maksymalną kondensację wiązki po przejściu przez soczewkę uzyskuje się umieszczając źródło światła w jej ognisku. W takim przypadku, jak mówi teoria, wiązka jest równoległa do nieskończoności. Ponieważ układy optyczne są symetryczne, to łatwo zrozumieć znany z praktyki przypadek ekstremalny takiego kondensowania - sytuację, kiedy papieros możemy zapalić umieszczając go w ognisku soczewki skupiającej światło słoneczne. Energia promieniowania jest koncentrowana tylko w punkcie ogniska, poza którym papieros już się nie zapali.
   Analogicznie dzieje się w reflektorze z soczewką Fresnela. Ciągle ta sama luminancja żarówki tj. zespołu lustro-żarówka, jest stałym źródłem promieni rozbieżnych rozchodzących się w półprzestrzeni od strony soczewki, które przechodząc przez nią kształtowane są w wiązkę o różnym kącie rozsyłu, zależnym od odległości zespołu lustro/żarówka, od soczewki (rys. 3 i 4).

 

   Dokładność ustawienia, geometrycznego środka lustra na osi optycznej soczewki Fresnela, jak również precyzja przesuwu mechanicznego zespołu lustro-żarówka wzdłuż osi optycznej soczewki, są gwarancją symetrii bryły fotometrycznej, która w trakcie przesuwania zespołu względem soczewki, przyjmuje kształt stożka o zmieniającym się kącie wierzchołkowym. Symetrii tak, ale nie równomierności rozkładu natężenia oświetlenia w obszarze strumienia światła, czyli mierzonego w dowolnej, danej odległości od reflektora, na płaszczyźnie o kształcie okręgu, będącego podstawą danego stożka (prostopadłej do osi optycznej soczewki/wysokości stożka.
   W praktyce bowiem, sytuacja nie jest tak idealna jak opisana powyżej. Żarnik żarówki nie jest punktem, i ustawia się go nieco obok punktu środka krzywizny, dlatego aby "nie zasłaniał" od strony soczewki, swego odbicia tworzonego przez sferyczne lustro, wówczas powstaje ono obok, czyli tworzy się niewielkich rozmiarów płaszczyzna. Soczewka Fresnela, jest, w sensie parametrów optycznych, konstrukcją kompromisową. Porównanie ze zwykłą soczewką sferyczną ilustrują rys. 5, 6, 7. O takim rozwiązaniu zdecydowały względy praktyczne, ciężar reflektora, własności termiczne szkła (żarówka, jako źródło ciepła bardzo blisko stosunkowo dużej bryły szkła), dodatkowo, jej powierzchnia od strony zespołu lustro-żarówka, jest zrastrowana, aby zapobiec projekcji obrazu żarnika na oświetlany obiekt.

  

   Poza tym, całokształt konstrukcji mechanicznej, m.in. ze względu na koszty i ciężar całkowity reflektora nie stanowi przykładu mechanizmu precyzyjnego. Wszystko to powoduje w praktyce brak powtarzalności i dokładności rozkładu światła na obiekcie zdjęciowym. Objawia się to m.in. zmianą położenia centrum wiązki światła w trakcie zmiany stopnia koncentracji, oraz, co stanowi ważniejszy defekt, nierównomiernością rozkładu natężenia oświetlenia (rys. 8) na prostopadłej do osi optycznej płaszczyźnie (podstawie owego stożka), znany jako "hot center" - jaśniejsza plama pośrodku, ciemniejąca w kierunku obrzeży.



   W nowoczesnych konstrukcjach oferowanych współcześnie, mankamenty te, zredukowane są do minimum, ale nie wyeliminowane, zwłaszcza ten drugi. Pozostają także niedoskonałości wynikające z konstrukcji reflektora, do których głównie należą: brak ostrości granicy przejścia pomiędzy wiązką światła i przestrzenią "pozastożkową" (rys. 9), tzw. sianie na boki" - utrudniające m.in. oświetlanie kontrowe,


oraz stosunkowa mały zakres zmian natężenia oświetlenia (jako skutek krótkiego zakresu zmian położenia zespołu lustro-żarówka względem soczewki Fresnela).
   Tu wracamy do konstrukcji Dedo Weigert'a, praktycznie wolnej od wszystkich powyższych niedoskonałości.
   Porównajmy współczynnik koncentracji wiązki świetlnej (rys. 10 i 11):

 

   Porównajmy równomierność rozkładu natężenia oświetlenia (rys. 12 i 13):

 

   Dedo Weigert w swojej konstrukcji zrezygnował z soczewek Fresnela, ale nie oznacza to zarazem powrotu do soczewek sferycznych. Zastosowano soczewki "z pełną masą szkła", ale ich powierzchnie nie są częściami kuli, lecz wynikają ze złożenia wielu powierzchni, opisywanych różnymi równaniami matematycznymi - są to, już od dawna znane z zastosowań w obiektywach zdjęciowych, soczewki asferyczne (rys. 14).



   Skomplikowany kształt powierzchni zapewnia nieomal całkowitą redukcję wad optycznych pojedynczej soczewki sferycznej. Duża masa szkła takich "pełnych soczewek", nie stanowi, przy obecnie dostępnych technologiach szkła, problemu, poza tym - jak dotąd - Firma oferuje tylko jednostki małych mocy (do 400W), tak więc problemy termiczne rozgrzewanego szkła, jak również całkowity ciężar reflektora, nie stanowią problemu.
   Istota ich nowatorskiej konstrukcji polega jednak na czymś innym, jest to wprowadzanie dodatkowej, o mniejszej średnicy, asferycznej, również "z pełną masą szkła" soczewki pomiędzy zespół lustro-żarówka, a soczewkę główną. Soczewka ta jest ruchoma wzdłuż wspólnej osi optycznej, lecz ruch jej, choć odbywa się poprzez pokręcanie tego samego pokrętła stopnia koncentracji, co dla zespołu lustro-żarówka, nie jest liniowo z nim współbieżny. Nie jest również liniowy, względem obrotu pokrętła stopnia koncentracji. Na skutek działania specjalnego mechanizmu sprzężonego z pokrętłem stopnia koncentracji, ruch dodatkowej soczewki odbywa się następująco: (przy koncentrowaniu reflektora) w punkcie najszerszego rozsyłu wiązki - prawie dotyka głównej soczewki, wypełniając praktycznie całe miejsce pomiędzy zespołem lustro-żarówka (tj. żarówką), a główną soczewką, później pozostaje nieruchomo, mimo że zespół lustro-żarówka oddala się, poczym, gdzieś po około jednej trzeciej dystansu, zaczyna przesuwać się wraz z zespołem lustro-żarówka, ale wolniej, by zatrzymać się, gdzieś po około dwu trzecich dystansu, zanim zespół lustro-żarówka dotrze do swej najdalszej pozycji, powodując maksymalną koncentrację wiązki.
   Precyzja wykonania i dobór zastosowanych materiałów, a zwłaszcza sam koncept i rozwiązanie konstrukcyjne tego mechanizmu, jak również zależności matematyczne, opisujące nie tylko soczewki, ale także trajektorie ich ruchu, rzeczywiście zasługują na nagrodę Akademii.