Wie setzt sich technisch der Lichtverlust im Porjektor zusammen?

[Martin]

Liebe Kinofreunde!

 

Ich hätte da mal eine Frage. Und zwar geht es sich um folgendes:

 

Wie setzt sich der Lichtverlust eines Filmrpojektors vom Kolben bis zur Bildwand zusammen?

 

Es gibt in der Bauer Filmpost eine Grafik zum Selecton - Schmalfilmprojektor mit Kinoröhrenlampe und im Enz eine Grafik zum einem Projektor mit Bogenlampe (ENZ S 179).

 

Beide Grafiken weisen durchaus unakzeptable starke technische Fehler auf.

 

Hier die Erläuterung der Grafiken:

 

Verlust im Spiegel (Enz knapp 20%) (Bauer (inkl Kondensorsystem) knapp 70% - Enz scheint mir zu wenig, Bauer zu viel

 

Verlust Umlaufblende (Enz 50%) (Bauer 40%) - Enz scheint hier mathematisch zu stimmen

 

Verlust Optik (Enz 35%) (Bauer 40%) - Enz ist hier völlig an der Realität vorbei, da der Verlust hier 75% betragen muß (Optik hat Lichtstärke 1:2), Bei Bauer kommt es beim Schmalfilm wohl hin (Optik höherer Lichtstärke).

 

Habt ihr nun freundlicherweise eine neuere und korrektere Darstellung über die Lichtverluste im Projektor? Zu beachten wäre heutzutage noch der Unterschied zwischen Kalt - und Warmlichtspiegel.

 

Der Hintergrund ist folgender: Für unser Forschungsprojekt an der Uni muß ich wissen, wieviel Lichtstrom bei einer 4 kW - Horizontallampe wohl am Austritt des Lampenhauses herauskommt. Weiterhin ist wichtig, wieviel am Bildfenster verloren gehen würde. Eine Umlaufbelnde wird es in dem Projekt nicht mehr geben. Der Spiegel ist einerseits ein Warmlicht - Blechspiegel von Prevost und andererseits ein Warmlicht - Glaskeramikspiegel von Weule.

 

Ich möchte mich schonmal im Voraus für Eure zahlreiche Hilfe bedanken.

 

Beste Grüße

Euer Martin

[Film-Mechaniker]

Du kannst für die bekannten Theaterprojektorkonstruktionen mit Schaltrolle in Verbindung mit Malteser Kreuz und Trommelhinterblende annehmen, daß kaum 10 Prozent des Lichts aus dem Objektiv herauskommt, was die Lampe abgibt. Beispiel: 50'000 lm (Lumen) Lampenlichtstrom, 5000 lm Richtung Bildwand

 

Die Verluste sind:

60 % im Lampenhaus (nicht vom Spiegel erfaßtes Licht),

davon 50 % an der Blende,

davon 50 % am Bildfenster (Rechteckausschnitt der Sonne), davon

etwa 15 % in der Optik.

 

Manche Projektoren verheizen nur 46 % an der Blende, tiefe Ellipsoidspiegel für Xenonkolben erfassen über 50 % des Lampenlichts, manche Optiken lassen mehr Licht durch.

 

Die IMAX-Wellenschleifen-Projektoren für 70-mm-Film haben ein Helldunkelverhältnis von 68 zu 32.

 

Du schneidest ein trübes Thema an.

[mibere]

Hochwertige Optiken lassen bis zu 95% des Lichtstroms passieren.

Bei minderwertigeren Objektiven (meist ältere Optiken aus den 1950er und 1960er Jahren) hab ich schon einen "Lichtverlust" von deutlich über 50% gemessen (vom Auflösungsverlust und massiven Farbabweichungen mal ganz zu schweigen).

Die Gründe dafür waren miserabel vergütete Linsensystem, die viel Streulicht erzeugten und viel Licht zurück in den Projektor reflektierten, sowie die relativ große Arbeitsblende der Objektive.

Aktuelle Messungen von "hochpreisigen" Anamorphoten von Schneider (früher Isco) weisen einen Luminanzverlust von bis zu 10% auf, weil Blau um 7-10% reduziert wird, während Rot und Grün weitgehend unverändert das Objektiv passieren können.

[Martin]

Hmm, das ist interessant und mir nicht klar:

 

Eine Optik hat die Lichtstärke von 1:2, das sind so wie ich das sehe zwei Blendenstufen; einmal von 1 auf 1:1,4 und dann von 1:1,4 auf 1:2,0. Pro Blendenstufe soll sich die Lichtmenge halbieren. Daher sollte sie sich in einem Objektiv mit der Lichtstärke von 1:2,0 also Vierteln.

 

Wie kann es dann sein, daß ihr beide meint (das ist jetzt nciht böse gemeint), der Lichtverlust betrüge nur 15, bzw 5%?

 

Beste Grüße

Martin

[mibere]

Hochwertige Optiken lassen 95% des Lichtstroms passieren.

Weniger hochwertige Optiken lassen nur 50% des Lichtstroms passieren.

 

Darüber hinaus hat das im Objektiv entstehende Streulicht (z.B. aufgrund von nicht hochvergüteten Linsen) einen direkten Einfluss auf die Helligkeit. Einerseits werden schwarze Bildinhalte aufgehellt, wodurch der Im-Bild- und ANSI-Kontrast reduziert wird, andererseits wird durch das Streulicht auch die Maximalhelligkeit ein wenig erhöht.

Deutlich zeigen das Objektive, die am Brennpunkt eine verstellbare Streulichtblende implantiert haben. Direkt am Brennpunkt im Objektiv kann das projizierte Bild die Blende komplett passieren, während auftretendes Streulicht weitgehend (je nach Blendenöffnung) nicht mehr hindurch kommt.

Allein dadurch ist ein Lichtverlust von bis zu 30% möglich - allerdings erhöht sich der native Kontrastumfang bei einigen D-ILA-Projektoren um satte 50%.

Das Objektiv muss also als komplettes System betrachtet werden, deren Komponenten sich gegenseitig beeinflussen.

[mibere]

Eine Optik hat die Lichtstärke von 1:2, das sind so wie ich das sehe zwei Blendenstufen; einmal von 1 auf 1:1,4 und dann von 1:1,4 auf 1:2,0. Pro Blendenstufe soll sich die Lichtmenge halbieren. Daher sollte sie sich in einem Objektiv mit der Lichtstärke von 1:2,0 also Vierteln.

Dem ist nicht ganz so, auch wenn das immer wieder so verbreitet wird.

Lies dir den verlinkten Beitrag mal durch, dort wird das sehr gut erklärt.

Auch die Grafik ist ausgesprochen verständlich.

Lichtwerte von Objektiven

[Film-Mechaniker]

Martin, die Angabe 1:2 bedeutet nicht einfach, daß der Lichtstrom auf ein Viertel reduziert wird. Es ist das Verhältnis zwischen wirksamer Apertur und Brennweite, also zum Beispiel 50 mm Durchlaßpupille (eine vereinfachende Annahme) bei 100 mm Brennweite. Ein 100-mm-Objektiv 1:1,4 hätte die Öffnung von 70,7 mm, ein ansehnlicher Brocken.

 

Projektionsobjektive wirken anders und sind anders konstruiert als Aufnahmeobjektive. Zur Aufnahme gibt man dem System eine Irisblende mit, die sich im Bereich der Objektivhauptebene (optisches Zentrum) befindet. Bei der Wiedergabe überlagern sich direkte und abgeleitete Lichtstrahlen, was viele nicht wissen. Direktes Licht fällt durch dünne (helle) Stellen des Filmbildes, weswegen Einzelheiten gerne überstrahlt sind. Zarte Wolkenzeichnung, die auf dem Positiv drauf ist, verschwindet im grellen Projektionslicht. Abgeleitetes Licht ist das vom Film stammende Streulicht. Der Film leuchtet nicht von selbst, wir müssen ihn eben erst erhellen.

 

Man versteht, daß mit zunehmender Dichte oder Schwärzung des Filmbildes das direkte Licht dem abgeleiteten weicht, weshalb am meisten Einzelheiten in den mittleren Tönen zu sehen sind. In den Schatten wäre grundsätzlich am wenigsten direktes Licht und am meisten Zeichnung zu erwarten, jedoch fehlen die entsprechenden Details wegen Streulichts an der Bildwand. Es ist in den wenigsten Lichtspieltheatern wirklich ganz finster im Saal. Selbst ohne alle Notbeleuchtung und Reflexionen von Wänden, Decke und Boden hellt das von der Projektionsfläche zurückfallende Licht noch das Bild auf. Der Effekt ist stärker bei gewölbter Fläche, bei matter Oberfläche und mit abnehmender Wellenlänge. Violett und Blau werden stärker gestreut als Rot.

 

An einer Linsenoberfläche, einem Übergang von Luft zu Glas oder umgekehrt, entsteht in Abhängigkeit von Brechungsindex und Streuwert des Glases ein Verlust von etwa 5 Prozent. Mit zwei einzelnen Linsen haben wir vier Übergänge und folglich 20 Prozent Streuverlust. Mit Vergütung können die Objektivhersteller den Verlust je Übergang auf weniger als ein Prozent drücken. So bieten moderne Systeme mit sieben einzeln freistehenden Linsen theoretisch z. B. 14 Mal 0,8 Prozent = 11,2 Prozent Verlust. Das ist eine gute Leistung. Nur, man darf das Objektiv nicht überfordern, denn das Lichtbüschel, wie es von der Beleuchtungsoptik (Hohlspiegel, ev. Bildfeldlinse/n u. a. m.) erzeugt wird, muß möglichst schlank durch die Linsen fallen.

 

So weit ein Mal, das ist nun schon ein Haufen Stoff zum drüber Brüten. Wer Lust hat, paffe bei laufendem Projektor mal eine Zigarre und blase Rauch ins Licht. Das ist sehr instruktiv!

[carstenk]

Andere Sichtweise: Die Datenblätter der Xenon-Lampen enthalten eine Angabe für den typischen Maximallichtstrom der Lampe. Der beträgt z.B. für eine XBO2000 mit 2kW 80.000 Lumen. Das wäre schön, wenn davon auch nur ein nennenswerter Anteil auf der Leinwand ankäme. Dann hätten wir z.B. auf unserer 9,40m*4m Scope Leinwand nämlich nette blindmachende 700cd/qm statt der geforderten 50cd/qm.

 

Faktisch sind es typisch eben bestenfalls ein Zehntel. Und wenn man dann noch übliche Alterung bei Lampe, Spiegel, Dejustage, etc, annimmt, dann kann man froh sein, wenn aus den 80.000 Lumen der Lampe dann noch das geforderte Minimum auf der Leinwand ankommt. Zwischen 5 und 15 Prozent Lichtwirkungsgrad würde ich mal quer durch alle verbauten 35mm Projektoren hin als realistisch annehmen. Der weitaus größte Teil bleibt im Lampenhaus und am Bildfenster hängen.

 

Und wohlgemerkt, wie reden hier nur vom Verlust an sichtbarem Licht, nicht an 'Energie' insgesamt.

Der energetische Wirkungsgrad ist noch viel bescheidener.

 

 

- Carsten

[stefan2]

Filmprojektoren 35 mm mit Xenonlichtquelle erreichen Nutzlichtströme, die etwa bis 14000 (vlt., bei korrekter Justage, moderner Optik 15k) Lumen gehen. Bei HJ Kohle bis etwa 10 - 11000 Lumen.

Mit der von Carsten genannten 2kW Lampe erreicht das Gerät max. 4-5 k Lumen. Dann kommt die Apertur des Bildfensters ins Spiel, welches die Lichtmenge begrenzt. Also ca "2-3 lm/ W".

 

Auf dieser Tatsache beruhen auch die Konstruktionen moderner D-Kino Projektoren, die etwa 20000 Lumen als Maximum geben, weil die Entwickler die 35 mm Grenze kannten, und mit 30% Sicherheitszuschlag sich auf der sicheren Seite wähnten, sie erreichen dann, trotz komplexerer Optiksysteme (Spiegel, Linsen, Prismen, Filter) etwa 3 - 5 Lumen pro Watt.

 

Mit Optik ist es tatsächlich so, daß der Lichtverlust sich nicht aus der Blende ablesen läßt. Filmtechniker wies schon auf das Verhältnis wirksame Apertur zu Brennweite hin.

Nimm jetzt ein Objektivkonstrukt aus sehr dünnen Einzellinsen, und wenigen, die gut oberflächenbeschichtet sind. Dann kann dort, korrekt angepaßt viel Licht durchkommen. Eine Konstruktion identischen wirksamen Durchmessers aus sehr dicken Glasklötzen absorbiert wesentlich mehr Energie, was wohl klar ist.

Wenn jetzt im Aufnahmeobjektiv der Kamera eine Irisblende sitzt, die verstellbar ist, dann stimmt der Ansatz mit Halber Menge, weil die Glasverluste gleich bleiben, aber nur unter dieser Bedingung.

 

 

 

 

Stefan