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AV-views.de Extra Projektionsgeometrien bestimmen

Extra 2003/1

Projektionsgeometrien bestimmen


Der Faktor „Objektiv“ und alles, was damit etwa in Bezug auf die Projektionsgeometrien zusammenhängt, wird beim Kauf eines Projektors nur selten sorgsam beachtet. Das führt dann hinterher dazu, dass man nicht die gewünschte Bildgröße erzielt oder den optimalen Aufstellungsort des Projektors nicht nutzen kann. Würden hier Vorsatzlinsen helfen oder lässt sich das Objektiv auch bei Projektoren wechseln, die dafür ursprünglich nicht vorgesehen sind?

Die überwiegende Mehrheit der Projektoren wird mit einem fest eingebauten Objektiv geliefert. Damit liegen auch alle optischen Rahmenbedingungen fest und können nur mit einigem Aufwand modifiziert werden. In der Praxis erlebt man nicht selten, dass ein Verkäufer auf die Frage des Kunden, welche Bildgröße man denn mit diesem oder jenem Projektor erzielen kann, korrekt aus dem Datenblatt zitiert: „Bis zu sechs Meter achtundsiebzig“. Das klingt sehr präzise und der Kunde gibt sich damit zufrieden, ohne zu wissen, dass er für eine solche Bildgröße eine Projektionsentfernung von 12 m benötigt und den Raum fast vollkommen abdunkeln muss, damit er noch etwas erkennen kann. Meist erst nach dem Kauf erhält er dann aus Tabellen oder kleinen Skizzen im Handbuch Hinweise darauf, welche Projektionsgröße bei welcher Entfernung erreicht wird und in welcher Höhe man die Bildunterkante bei waagerechter Projektion erwarten kann. Insbesondere, wenn der Projektor für einen bestimmten Haupteinsatzzweck gedacht ist, bei dem Aufstellungsort (Raumgröße) und Bildgröße fest liegen, sollte man bereits im Vorfeld die Eckdaten des benötigten Objektivs ermittelt haben.


Brennweite und Projektionsentfernung

Anhand der Brennweite der Projektionsoptik lässt sich sehr einfach die erzielbare Bildgröße bei gegebener Entfernung oder die benötigte Entfernung bei vorgegebener Bildgröße berechnen. Dazu muss allerdings noch ein weiterer Wert bekannt sein: die Größe des bildgebenden Elementes, also des LCD- oder DLP-Chips. Da nun das Verhältnis von der Größe des Bildgebers zur Brennweite des Objektivs gleich dem Verhältnis der Bildgröße zur Projektionsentfernung ist, sollte die Berechung kein großes Problem machen. Zwei kleine Haken hat das Ganze allerdings. Zum einen wird die Chipgröße üblicherweise in Zoll angegeben. Sie muss also mit 2,54 multipliziert werden, damit auch die Entfernung und die Projektionsgröße in Zentimetern gemessen werden können.
Das Verhältnis von Projektions-
entfernung zu Bilddiagonale ist
gleich dem von Brennweite zu Chipdiagonale.

Störender ist die Tatsache, dass die Angabe der Chipgröße sich immer auf deren Diagonale bezieht. Als Ergebnis einer Berechnung erhalten wir daher auch die Diagonale der Projektionsgröße – ein für die Praxis eher uninteressanter Wert. Hier ist die Umrechnung auch nicht kompliziert. Für das Seitenverhältnis 4:3 ergibt sich, dass die Bildbreite vier Fünftel der Diagonale beträgt, was einem Faktor von 0,8 entspricht. Der Faktor für das 16:9-Format ist 0,87.Mit diesem Grundwissen ist nun die Berechnung der Projektionsgeometrie kein Problem mehr. Mit den vorher genannten Umrechnungen für Bildbreite und metrische Einheiten errechnet sich beispielsweise die Projektionsentfernung bei einem Seitenverhältnis von 4:3: Übrigens lassen sich in der Praxis nicht alle Projektionsentfernungen nutzen, da die Objektive in ihrer Fokussierbarkeit begrenzt sind. Datenblätter geben über die minimale und maximale Entfernung Aufschluss.

Lichtstärke

Eine weitere Kennziffer für Objektive ist deren Lichtstärke. Sie wird mit dem Großbuchstaben „F“ abgekürzt und liegt im Bereich zwischen 1,5 und 3,0. Je kleiner diese Zahl ist, um so mehr Licht lässt das Objektiv durch. Die Lichtstärke eines Objektivs ist maßgeblich von der Größe der Frontlinse abhängig. Große Linsen schlagen sich aber auch deutlich im Preis nieder. So kann es also durchaus sein, dass ein Projektor – vom Werk her mit einer preisgünstigen Optik ausgestattet – nach einem Objektivwechsel eine deutlich höhere Lichtleistung liefert. Aber auch der umgekehrte Fall wird eintreffen. Insbesondere Objektive mit langen Brennweiten (Teleobjektive) schlucken viel Licht, wenn sie nicht mit teuren Linsen ausgestattet sind. Die Lichtleistung, ausgedrückt in Lumen, wird mit solchen Objektiven merklich reduziert. Aufgrund dieser Zusammenhänge ist es auch einsichtig, dass bei Projektoren mit Wechselobjektiven die Angabe der Lichtleistung nur für ein bestimmtes Objektiv korrekt ist. In den technischen Datenblättern muss daher angegeben werden, mit welchem Objektiv die Lumenzahl ermittelt wurde. Für die Praxis ist die Lichtstärke des Objektivs solange irrelevant, wie kein Objektivwechsel vorgesehen ist. Ein lichtschwächeres Objektiv drückt sich nämlich automatisch in einer geringeren Lumenzahl des Projektors aus und die ist es natürlich, die am Ende zählt.

Off-Axis

Idealerweise müsste sich das Projektionsobjektiv genau auf der Höhe der Bildmitte befinden, wie es bei den meisten Diaprojektoren der Fall ist. Bei einer solche On-Axis-Geometrie wird das Projektionsobjektiv in seinem zentralen Bereich optimal genutzt, was zu einem gleichmäßig ausgeleuchteten und scharfen Bild führt. Die Aufstellung des Projektors in Höhe der Bildmitte ist allerdings für die Praxis in den meisten Fällen eher ungünstig. Gewünscht wird nämlich entweder, den Projektor auf den Arbeitstisch zu stellen oder ihn bei einer Festinstallation unter die Decke zu hängen.

Bei einem On-Axis projizierenden Projektor wäre es dann nötig, ihn schräg auf die Bildwand projizieren zu lassen, was zu einer unschönen trapezförmigen Verzerrung des Bildes führt oder ein Kippen der Bildwand erfordert. Alle heutigen Daten- /Videoprojektoren haben daher einen fest eingestellten Off-Axis-Winkel oder sogar ein verschiebbares Projektionsobjektiv, was als Lens-Shift bezeichnet wird. Angegeben wird hier zumeist der Winkel, um den die Bildmitte aus der optischen Achse verschoben wird. Ist die Projektionsentfernung bekannt, so lässt sich mit trigonometrischen Kenntnissen die Höhe des Bildmittelpunktes über der optischen Achse berechnen. Bei Zoomobjektiven werden zwei Winkel angegeben, nämlich für die kürzeste und die längste Brennweite.
Off-Axis: Die Bildmitte ist um den Winkel alpha verschoben. In Ab-
hängigkeit von der Projektions-
entfernung lässt sich die Lage der Projektionsentfernung errechnen.

Die Berechnung ist nur insofern etwas komplizierter, als man einen Rechner mit Tangens-Funktion benötigt. Etwas einfacher ist die Berechnung vielleicht, wenn in den Datenblättern eines Projektors das Verhältnis des oberhalb zu dem des unterhalb der optischen Achse projizierten Bildanteils angegeben ist. So bedeutet 4:1, dass vier Bildanteile oberhalb und einer unterhalb der optischen Achse projiziert werden. Liegt das gesamte Bild oberhalb, so ist natürlich die Angabe eines Oberhalb- / Unterhalb-Verhältnisses nicht mehr aussagekräftig.

Anamorphe Optiken

Das Standard- Fernsehgerät wie auch der Computermonitor haben ein Seitenverhältnis von 4:3. Auch auf dem 35- mm-Film, wie er im herkömmlichen Kino gezeigt wird, liegt das Bild im 4:3- Format vor. Um es im 16:9 Verhältnis präsentieren zu können,

wird im Kino bereits seit Jahrzehnten eine anamorphotische (oder anamorphe) Optik eingesetzt, die aus sphärischen und zylindrischen Linsen aufgebaut ist und das Bild auf die richtige Breite bringt.
Natürlich wurden die Bilder bei der Aufnahme entsprechend gestaucht. Die Verfahren sind bekannt als Cinemascope und Panavision. Auf einer DVD abgespeicherte 16:9- Filme liegen, nicht zuletzt um Speicherplatz zu sparen, auch anamorphotisch verzerrt vor. Es gibt verschiedene Verfahren, sie wieder im richtigen Seitenverhältnis zu zeigen. Optimal ist sicherlich der echte 16:9 Projektor, zumeist wird man sich aber mit einem 4:3-Gerät begnügen müssen. Dann ist eine Vorsatzoptik zur Entzerrung der beste Weg. Verschiedene Hersteller – meist auch die, welche Optiken für Kinoprojektoren produzieren – bieten 16:9-Video-Attachments an. Solche Linsensysteme haben ein eigenes Stativ und können so mit einer Vielzahl von Projektoren eingesetzt werden.

h (cm) sei die Höhe des Bildmittelpunktes über der optischen Achse

e (cm) sei die Projektionsentfernung

h = e * tan alpha

Beispiel

Für eine Entfernung von 3 m = 300 cm undeinen Winkel von 10° ergibt sich die Höhe des Bildmittelpunktes zu:

h (cm) = 300 (cm) * 0,158

h (cm) = 47,4 (cm)


Der Bildmittelpunkt liegt im Beispielalso um 47,4 cm über der Optischen Achse.


Dennoch, vollkommen universell sind diese Vorsatzoptiken auch nicht. Beim Einkauf sollte man sowohl die Auflösung als auch die Chipgröße des eigenen Projektors kennen.

Objektivwechsel

Hochwertige Projektoren für die Festinstallation oder das Vermietgeschäft bieten oft die Möglichkeit, durch den Wechsel der Projektionsoptik Bildgröße und Projektionsentfernung den Erfordernissen anzupassen. Die Mehrzahl der Projektoren ist aber mit festen Objektiven ausgestattet. Ein nachträgliches Ändern der Brennweite ohne Eingriff in das Gerät ist nur mit Vorsatzlinsen möglich – aber keineswegs zu empfehlen: Die Qualitätseinbußen sind erheblich. Aber auch für viele eigentlich nicht dafür vorgesehene Projektoren gibt es Austauschobjektive. Hersteller von Objektiven haben lange Vergleichslisten, für welche Projektoren welche Brennweiten zur Verfügung stehen. Die Sache hat leider einen Haken: Zum Umbau muss der Projektor geöffnet und manchmal sogar zum Teil zerlegt werden. Dass ein solcher Eingriff nicht ohne Auswirkungen auf die Garantie bleibt, ist einzusehen. Hier sollte mit dem Fachhändler oder Hersteller über Lösungen gesprochen werden.


Diesen Artikel finden Sie in der AV-views 2002/6 auf der Seite 38

Max Printzen


Übersicht
 
Mehr Klarheit durch
Farblichtleistung?
 
Technische Daten und was
dahinter steckt
 
Lumen: ANSI oder was?
 
Kontrast und Farbe
 
Die Projektorenklassen
 
Digitale Trapezentzerrung
 
Kenndaten Visualizer
 
Pinbelegungen der im
AV-Bereich üblichen
Stecker
 
Projektionsgeometrien
bestimmen
 
Weitblick und Durchblick
 

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