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Digital unterschrieben von Werner Schmid

CN: CN = Werner Schmid, C = DE, O = privat

Ursache: Ich bin der Verfasser dieses Dokuments

Speicherort: Markt Schwaben

Datum: 2004.11.24 20:04:03 +01'00'

Damit keine Missverständnisse aufkommen:

Dies ist keine Beamerbauanleitung, lediglich eine Dokumentation meines selbstgebauten Beamers mit vielen Bildern und Details, sowie ein paar technischen Grundlagen, Hinweisen und Gedanken, die mir beim Bauen und auch danach so in den Sinn gekommen sind! Sie soll nur eine Anregung sein für eigene Ideen oder auch eine Hilfe für Neulinge auf diesem Gebiet! Ich habe auch einmal bei Null angefangen und wäre froh gewesen, so eine Doku zu haben. Daher habe ich alle Informationen, die ich im Laufe der Zeit gesammelt habe, aufgeschrieben. Diese Sammlung liegt nun vor dir. Wenn sich neue Erkenntnisse ergeben oder ich noch das Eine oder Andere für sinnvoll halte (Anregungen werden dankend angenommen), werde ich es aufnehmen. Das heißt: Die Doku lebt!

Du findest die jeweils aktuelle Version immer unter dem gleichen Link: www.wschmid.de/beamer. Ich bin auch gerne bereit, die eine oder andere Frage zu beantworten soweit es mir möglich ist. Ich bitte aber zu berücksichtigen, daß ich kein Optiker, Videotechniker und auch sonst kein Fachmann in diesen Dingen bin.

Mach mich also nicht verantwortlich, wenn ich eine falsche Antwort gebe.

Und noch ein Hinweis in urheberrechtlicher Sache: Diese Doku darf frei weitergegeben werden. Aber: Sie darf nicht für kommerzielle Zwecke missbraucht und beispielsweise verkauft werden. Wenn jemandem diese Doku oder Teile davon zum Kauf angeboten wurden, dann bitte ein Mail an mich: w.schmid@wschmid.de!

Ich danke an dieser Stelle allen Mitgliedern der DIY-Community (www.diy-community.de), denn diesem Wissenspool habe ich die guten Ergebnisse meines Beamers zu verdanken!

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Der Wunsch nach einem Beamer kam 2002 nach unserem Urlaub in Ägypten auf, nachdem ich ca. 450 Fotos (viel zu wenig - ich weiß) dort geschossen hatte.

Luxor bei Nacht kommt auf einem 15-Zoll-TFT-Monitor einfach nicht so eindrucksvoll wie auf einer großen Leinwand. Allerdings waren meine drei Mädels zuhause (Frau und zwei Kinder) von dem Gedanken sehr angetan, dass man damit ja auch super Videos im Kinoformat anschauen kann. Entsprechend groß war dann auch der Erfolgsdruck.

Nachdem ich bei ebay eine Bauanleitung für einen LCD-Beamer gekauft hatte und dadurch ermutigt wurde, fing ich an, Pläne für meinen eigenen Beamer zu schmieden.

Diese Anleitung war zwar nicht schlecht, aber so richtig geholfen hat mir erst das Lesen im Forum der DIY-Community. Dort treffen sich seit Mitte 2003

Gleichgesinnte, um Erfahrungen, Anregungen und technische Tipps beim Beamerbau auszutauschen. Hat man spezielle Fragen zu einem Thema, so bekommt man dort in der Regel gute und qualifizierte Antworten. Aber Vorsicht: Man sollte erst mal seine Hausaufgaben machen und sich wirklich erst mal gründlich in die Grundlagen einlesen, bevor man Fragen stellt, die dabei eigentlich beantwortet gewesen wären; sonst wird man sich schnell einen virtuellen Nasenstüber einhandeln. Aber dieses Prinzip sollte ja eigentlich jeder aus der Schule kennen!

Unter den verschiedenen Möglichkeiten (siehe weiter unten) habe mich für eine komplette Selbstbauweise entschieden, da man damit flexibler ist. Es gibt Lösungen mit OHP und aufgelegtem Panel mit Gehäuse um die ganze Konstruktion, aber das schien mir zu klobig. Einige Mitglieder haben Geräte entwickelt, die einem professionellen Beamer - zumindest optisch - in nichts nachstehen. Der eigenen Kreativität sind da eigentlich keine Grenzen gesetzt. Wenn man das nötige technische Knowhow, eine gut eingerichtete Werkstatt und optimalerweise auch ein bisschen Kleingeld hat, kann man sich seinen Beamer gleich passend zur Wohnungseinrichtung bauen.

Aber auch mit relativ einfachen Mitteln lassen sich ganz gute Ergebnisse erzielen. Ich selbst habe mehr Wert auf ein einigermaßen gutes Projektionsbild als auf das optische Äußere des Beamers gelegt, zumal es für mich ja auch erst der Einstieg in diese Materie war. Mit einer einfachen Holzkiste tut man sich leichter, Änderungen vorzunehmen, die sich im Laufe des Bauens zwangsweise ergeben, denn die Optik hält sich mitunter nicht ganz an die Berechnungen; so zumindest meine Erfahrungen. Jetzt, wo ich schon einige Stunden die Qualität meines Beamers unter Beweis stellen konnte (die Vorführung meiner vertonten Powerpoint-Präsentation mit den Bildern aus Ägypten kam übrigens sehr gut an), bin ich dabei, die Technik zu optimieren und mir dann ein schöneres Gehäuse zu bauen.

Allerdings steht für mich auch schon fest, dass ich am Grundprinzip meines einfachen Aufbaues (siehe unten) nichts ändern werde. Da ich keinen Wert darauf lege, ein möglichst kleines Gehäuse zu haben, brauche ich auch keine Spiegel zu verwenden, was der Qualität der Projektion wiederum sicherlich nicht abträglich ist. Wie schon gesagt, für mich ist das Ergebnis wichtiger als die äußere Erscheinung.

Man kann so einen DIY-Beamer natürlich nicht mit einem professionellen Gerät vergleichen, weder in Hinsicht auf die Qualität (außer vielleicht mit den neuerdings angebotenen Billigbeamern unter 1000 € !), noch auf die Ausmaße oder das Gewicht (10kg in meinem Fall). Aber der Anschaffungspreis, die Unterhaltskosten und auch die Reparaturmöglichkeiten wirken sich doch ganz schön im Geldbeutel aus.

Und noch ein Spruch aus dem Forum: Nur was man selbst gebaut hat, gehört einem wirklich!

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Aber jetzt endlich zur Technik!

Um das Prinzip eines Beamers besser zu verstehen hier erst mal ein Bild, das den Strahlenverlauf im Beamer und seinen Komponenten darstellt.

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Die Möglichkeiten

Für den Selbstbau eines Beamers bieten sich grundsätzlich zwei Möglichkeiten an: 1. Die herkömmliche Art mit einem Overheadprojektor (OHP) und einem LCD-Panel, das an den PC oder einen sonstigen Bildgeber angeschlossen wird.

Diese Art ist weit verbreitet, weil sie einfach und ohne große handwerkliche Anforderung zu bewältigen ist. Diese Technik entstand als Folge der Notwendigkeit, bei Präsentationen den Bildschirminhalt eines PC's einem größeren Publikum zugänglich zu machen. Manche werden das vielleicht noch bei Schulungen etc. erlebt haben. Die Teile gibt es fertig zu kaufen und wenn man weiß, wo welches Kabel einzustecken ist und wie die Geräte bedient werden müssen, dann kann man damit sofort loslegen. Wer das Ganze noch etwas verschönern will, baut zumindest um den OHP und das Panel noch ein eigenes Gehäuse, damit alles so zusammenbleibt, wie es soll. Sogar komplett neue Gehäuse nach dem OHP/Panel-Prinzip gibt es.

2. Ein kompletter Eigenbau aus lauter Einzelteilen wie hier dokumentiert. Diese Version erfordert erheblich mehr Kreativität, technisches Knowhow und handwerkliches Geschick. Dafür hat man aber selbst Einfluss auf Qualität und Größe. Verwenden kann man dafür im Prinzip jeden TFT-Monitor bis 15 Zoll; darüber wird man Probleme bekommen, Fresnellinsen in ausreichender Größe zu bekommen oder auch das ganze TFT gleichmäßig auszuleuchten. Beim Kauf sollte man auch auf Kontrast und Reaktionsgeschwindigkeit achten sowie auf die Auflösung und die Anzahl der darstellbaren Farben, denn auch davon hängt letztendlich das Ergebnis an der Leinwand ab.

Sehr wichtig ist auch die Zerlegbarkeit des Monitors. Es sollten nach dem Auseinanderbauen die Kabel vom eigentlichen TFT (das ist die Glasscheibe) zur Steuerung so zu verlegen sein, dass sie nicht mehr den Bildbereich kreuzen. Am einfachsten geht das naturgemäß bei Monitoren, wo nur ein so genanntes FFC-Kabel (Flat Flexible Cable) aus dem TFT kommt, schwierig wird es bei solchen, wo die Kabel auf zwei Seiten aus dem Glasteil kommen, da wird man ohne Kabelverlängerung nicht auskommen - und die ist nicht ganz so einfach. Der Zerlegung des von mir verwendeten Lilliput-Monitors - er gehört zur einfachen Kategorie - habe ich ein eigenes Kapitel gewidmet.

Als Lichtquelle wird manchmal Halogen verwendet, besser ist aber HQI (Metalldampflampen), bei diesen ist aber auf ausreichend UV-Schutz zu achten!

Neuerdings gibt es auch Versuche mit Xenon-Lampen, wie sie in manchen Autos verwendet werden. Dabei tritt allerdings das Problem auf, ein hinreichend leistungsfähiges Netzteil aufzutreiben. Je nach Größe des verwendeten TFTs sind Lampen ab 70W Daylight (HQI) ausreichend. Eine Verbesserung der Ausleuchtung kann ein Kondensor bringen, das ist nichts weiter als eine Linse, die das Licht zum TFT hin bündelt. Die Wirkung kann leicht selbst getestet werden, wenn man eine Linse unter eine Lampe hält und den Abstand variiert; der Bereich, der über die Linse ausgeleuchtet wird, ist erheblich heller als der Bereich daneben. Dazu gleich ein Bild:

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Erheblich erhöhte Helligkeit mit Kondensor

Normale Helligkeit ohne Kondensor

Wirkung eines Kondensors

Laut einer Beschreibung, die ich bei der TU München , Fakultät für Physik gefunden habe, bewirkt der Kondensor auch eine gleichmäßigere Ausleuchtung des Bildes. Dies kann ich aus eigener Erfahrung bestätigen, der so genannte Hotspot tauchte nicht mehr auf, das Bild war auch in den Ecken hell. Dazu muss natürlich der Abstand Lampe/Kondensor zum TFT bzw. zur Fresnel so gewählt werden, dass das komplette TFT ausgeleuchtet wird. Hier ist - wie so oft - probieren angesagt. In einer anderen Quelle habe ich noch folgende Definition gefunden: Ein Kondensor ist ein optisches System aus einer oder mehreren, oft asphärischen Sammellinsen oder Spiegelflächen zwischen Lichtquelle und dem abzubildendem Objekt. Der Kondensor lenkt alles Licht, das das Objekt durchsetzt, in das abbildende Objektiv (Projektor).

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Die Fresnellinse kann im günstigsten Fall kostenlos aus einem alten OHP entnommen werden, sie sollte allerdings nicht trübe oder verbogen sein. Bei der Eigenbauversion bietet es sich an, die Linse zu teilen. Eine komplette Fresnel besteht aus zwei Linsen, die mit der Rillenseite nach innen an den Rändern zusammengeklebt sind. In der Regel sind die Ergebnisse mit geteilter Fresnel - eine vor und eine nach dem TFT - besser als mit einer ungeteilten. Da die Brennweiten der beiden Fresnellinsen unterschiedlich sein kann - in der Regel wird die zur Lampe gerichtete Linse eine kürzere Brennweite haben als jene, die zum Objektiv zeigt - muss man beim Zerlegen oder auch beim Verkleinern auf eine entsprechende Markierung achten, da dann eine eventuelle Originalbeschriftung nicht mehr vorhanden ist. Ist man sich über die einzelnen Seiten doch nicht mehr im Klaren, kann man mit einer einfachen Methode die Brennweite einer Fresnel messen:

Dazu genügt eine Lampe, ein Blatt Papier und ein Lineal. Am einfachsten das Papier mit Tesafilm mittig unter die Linse kleben, dann die Linse unter die Lampe halten und soweit auf- oder abwärts bewegen, bis die Schattenränder der Lampe auf dem Papier parallel sind. Dann den Abstand der Linse zur Lampe (dem Leuchtkörper) messen; dieser Abstand entspricht der Brennweite der Fresnel. Zur Fresnellinse und ihrer Zerlegung später mehr.

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Auf das Objektiv sollte auch einiges Augenmerk gelegt werden, davon hängt einerseits die Größe des Gehäuses ab, anderseits auch die Projektionsgrösse. Zum Berechnen der Abstände kann am Besten das Excelfile "Berechnungstool.xls" verwendet werden (ebenfalls unter www.wschmid.de/beamer zu erhalten).

So, und nun zu meiner Konstruktion:

Wie schon ganz oben bemerkt, dies ist keine Bauanleitung. Da es nahezu unendlich viele Kombinationsmöglichkeiten von Displays (zerlegte Monitore, OHP-Panels), Objektiven, Fresnellinsen, Lampen usw. gibt, ist es unmöglich, eine allgemeingültige Bauanleitung erstellen zu wollen. Bauanleitungen, wie sie bei ebay verkauft werden, zeigen auch nur die verschiedenen Möglichkeiten und Prinzipien auf. Ich habe auch mit so einer Anleitung angefangen, aber es war eben nur ein erster Kontakt mit dieser Materie; richtige Hilfe und Informationen habe ich erst im DIY-Forum (www.diy-community.de) erhalten, dem ich bei dieser Gelegenheit meinen Dank aussprechen will. Eigene Kreativität ist gefragt und das ist ja eigentlich auch der Sinn eines DoItYourself-Beamers.

Daher gibt es auch hier keine Anleitung nach dem Motto "Man schraube Teil A mittels der Schraube B an Teil C fest". Meine Doku besteht aus einer kurzen Beschreibung der verwendeten Teile, einer ebenso kurzen Erläuterung wie und warum ich das so und nicht anders gemacht habe und vielen, vielen Fotos. Streng nach dem Motto "Ein Bild sagt mehr als tausend Worte" habe auf diesen Teil der Doku mehr Wert gelegt als auf eine detaillierte Beschreibung von irgendwelchen Kleinigkeiten und Einzelheiten. Mir liegen solche Anleitungen mehr und daher gebe ich mein Wissen auch auf diese Art weiter.

Gehäuse

Das Gehäuse ist zum Großteil aus Holz. Die Bodenplatte besteht aus 18mm 3-Schicht-Fichte (im Prinzip wie Sperrholz, nur dicker); die Außenwände sind aus Buchensperrholz 5mm (durch und durch Buche, also nicht nur die Deckschichten wie bei normalem Sperrholz; das ist leicht und trotzdem sehr stabil); die Außenwand mit dem Brenner (Lampe) ist aus Alublech (Bei Verwendung von Metall zum Gehäusebau bitte unbedingt auf Erdung achten! Mehr dazu im entsprechenden Kapitel). Die Gesamtmaße betragen Länge = 50 cm, Höhe = 28 cm und die Tiefe = 23 cm ohne Objektiv.

Die Verbindung der einzelnen Teile erfolgte per Schrauben - entweder direkt ins Holz mit Spaxschrauben (nur in die Bodenplatte) oder mit metrischen Schrauben und Muttern über Alu-Profile (Winkelschienen, U-Profile, selbstgebogene Teile). Zur Befestigung des TFTs im Gehäuse habe ich eine 4mm dünne Betoplanplatte genommen; das ist im Prinzip auch Sperrholz mit einer speziell beschichteten, glatten, schwarzen Oberfläche. Das ergab sich so, weil es eben in meiner Werkstatt vorhanden war, wie so manche anderer Sachen. Das Ganze sollte schließlich nicht in einem Konzern vor internationaler Kundschaft präsentiert werden, sondern nur im engsten Familien- und Freundeskreis.

Auf der rückwärtigen Langseite sind zwei Aufhängelaschen angebracht, wie man sie für kleine Schränke etc. verwendet, da ich schon von Anfang an geplant hatte, den Beamer seitlich an eine Mauer zu hängen. In meinem Wohnzimmer ist zur Terrasse hin eine Ecke, die genau gegenüber der Wand ist, die für die Projektion vorgesehen war; also bot es sich an, den Beamer dort aufzuhängen, zumal damit auch Verzerrungen wegen Schrägprojektion ausgeschlossen waren - der Beamer hängt genau auf Höhe der Leinwandmitte.

Mir ist klar, dass ich mit diesem Gehäuse keinen Preis gewinnen kann, aber für die am Anfang notwendigen Basteleien, Änderungen und Anpassungen war diese Form zunächst mal am einfachsten und zweckmäßigsten. Wenn mal die Technik und Optik perfekt steht werde ich sicher auch den äußeren Teil noch ein wenig gefälliger gestalten!

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TFT

Das erste TFT, das ich verwendet habe, war ein 5,6-Zoll-TFT mit einer Auflösung von 960 (RGB) x 234; nicht gerade das Gelbe vom Ei, aber für erste Versuche und um das Prinzip besser zu verstehen, ausreichend. Auch Videos wurden noch ausreichend wiedergegeben (siehe Fotos), bei Präsentationen vom PC wird es allerdings etwas grob. Der Abstand des Zuschauers zur Leinwand sollte auch nicht zu gering sein, da man sonst tatsächlich die einzelnen Pixel zählen kann.

Danach habe ich mich entschlossen, ein höherwertiges Display zu verwenden. Da ich zu diesem Zeitpunkt schon lange in der DIY-Community unterwegs war, einer Site, bei der es um den Selbstbau von Beamern geht (die beste Site überhaupt!) und mich tiefer in die Materie eingearbeitet hatte, habe ich mich dann zum Kauf eines 7-Zoll-Monitors von Lilliput entschieden. Dieses TFT ist relativ einfach zu zerlegen (siehe "Lilliput 7" VGA-Monitor zerlegen"), hat keine störenden Kabel, die nicht oder nur schwer aus dem Blickfeld zu bringen sind und es hat eine gute Auflösung von echten 800 x 600 Pixeln.

Sehr wichtig auch: Das TFT hat nicht nur einen Composite-Eingang, sondern auch einen VGA-Anschluss; somit habe ich die Möglichkeit, vom PC über Videorekorder bis zum DVD-Player alle Geräte anschließen zu können.

Die Rückseite des Monitors samt Steuerung wurde komplett mittels des mitgelieferten Standfusses auf die Bodenplatte geschraubt, dazu musste lediglich ein so genanntes FFC-Kabel gegen ein Längeres ausgetauscht werden. Leider gibt es nicht viele Firmen, die solche Kabel in kleinen Mengen abgeben; ich fand zum Glück eine (www.esskabel.de), wo die Mindestbestellmenge nur bei 5 Stück lag (kein Problem, da sich im DIY-Forum genügend Interessenten fanden).

Das Vorderteil des Originalgehäuses habe ich in die linke Seitenwand meines Beamers integriert, somit habe ich die Möglichkeit, das TFT mit den Originaltasten bedienen zu können sowie mit der mitgelieferten Fernbedienung. In die Öffnung, wo vorher das Display war, habe ich eine Alu-Platte eingebaut, in der Kaltgerätebuchse, Schalter und Anschlußbuchsen ihren Platz fanden - somit sind alle Anschluss- und Bedienungskomponenten konzentriert.

Diese ganze Konstruktion hat auch noch den Nebeneffekt, das kein Teil des Monitors beschädigt wird und ich ihn jederzeit wieder komplett zusammenbauen kann, falls ich irgendwann mal noch was besseres finde.

Belüftung

Die Belüftung des Beamers erfolgt über drei 8x8cm-Lüfter. Der untere Lüfter dient der Kühlung des TFT, daher leitet ein Luftleitblech die angesaugte Luft direkt dort hin (ohne Kühlung wird das TFT durch die Hitzeentwicklung dunkler, d. h. lichtundurchlässiger und kann mit der Zeit auch Schaden nehmen). Zwei weitere Lüfter "entsorgen" die heiße Luft oben über eine Lufthutze, die ich verwende, um Streulicht aus dem Beamer zu vermeiden.

Licht

Das komplette Lichtequipment habe ich bei der Firma Breidenbach bestellt. Es gibt sicher günstigere Lösungen, aber da bekam ich eben alles aus einer Hand und war sicher, dass alles zusammenpasst und auch funktioniert, was man bei einzeln über ebay bezogenen, eventuell auch gebrauchten Teilen nicht unbedingt behaupten kann.

Meine Lösung besteht aus einer 250W-HQI in FC2-Fassung (Stabform), dahinter ein Reflektor (nicht im DIY-Beamer-Sinn, mehr so als Lampengehäuse-Ersatz) aus Alu, zusätzlich ein "richtiger" Reflektor aus einem OHP, und einer Drossel-Starter-Kondensator-Kombination, ein ziemlich schweres Teil, das aber prima funktioniert.

Als Schutz vor UV-Strahlen ist vor dem Brenner eine hitzebeständige UV-Filterglasscheibe montiert. Davor habe ich, um das Licht besser auszunutzen, einen so genannten Kondensor angebracht; das ist nichts anderes als eine - in der Regel plankonvexe - Linse, die das Licht noch etwas bündelt, so dass mehr Licht durch das TFT fällt.

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Der ganze Aufbau ist zugegebenermaßen eine etwas eigenwillige Konstruktion. Alle Komponenten werden von vier Gewindestangen M6 zusammengehalten, UV-Schutzglas und Kondensor ruhen in jeweils zwei Alu-U-Profilen, wobei die für den Kondensor jeweils am unteren Schenkel des U eine Aussparung erhalten haben, in denen die Linse sicher ruht. Durch diese Art der Befestigung ist es mir allerdings auch möglich, jede Komponente individuell zu verstellen.

Optik

Das Objektiv war ein Glücksgriff bei ebay. Es hat eine Brennweite von 285mm, ist ein Zweilinser mit einer Blende zwischen den einzelnen Linsen. Das eigentliche Objektiv ist mit einem Gewinde versehen, mit dem man es in einen Flansch schrauben kann. Da dieses Gewinde nicht mittig am Objektiv angebracht ist und man es daher vorwärts und rückwärts in den Flansch schrauben kann, ergibt sich bei jeweils ganz eingeschraubtem Gewindebereich ein Verstellbereich von ca. 25 mm, der sich gut dafür eignet, den Beamer auf verschiedene Abstände zur Leinwand zu fokussieren (Laut Berechnung von 250 bis 700 cm bei Bilddiagonalen von 138

bis 420 cm). Den Flansch habe ich einfach mit drei Schrauben über eine Öffnung in der Vorderwand an das Gehäuse geschraubt, die mit TFT-Mitte, Mitte der beiden Fresnellinsen und Lampe auf der optischen Achse der Projektion sitzt.

Meine erste Fresnellinse war aus einem alten OHP, was auch nicht zu übersehen war. Etwas trübe und leicht gewölbt hat sie am Anfang doch gute Dienste verrichtet. Später kam dann eine neue Linse zum Einsatz, deren Bearbeitung im Verlauf der Doku noch näher beschrieben wird. Bearbeitet wurde die Linse deswegen, weil sie im Originalzustand zu groß für mein Gehäuse war und weil das so genannte Sandwichverfahren (Linse - TFT - Linse) Vorteile bezüglich Helligkeit und Schärfe hat. Dazu muss man auch wissen, dass eine OHP-Fresnel aus zwei Linsen besteht, die mit der Rillenseite zueinander verklebt sind.

Stromversorgung

Ursprünglich hatte ich zwei kleine 12V-Schaltnetzteile eingebaut, eins für das TFT und eines für die Lüfter, die ich daher auch mit geringerer Spannung und daher weniger Geräusch betreiben konnte. Nachdem mir dann aber eines der Netzteile abgeraucht ist, bin ich auf ein Netzteil für ein externes Laufwerksgehäuse gestoßen mit 12 und 5 Volt und jeweils 3 A, das seither in meinem Beamer seine Dienste erfüllt. Das Netzteil hat sogar einen eigenen kleinen Lüfter und die Leistung sollte doch gut ausreichend sein. Eventuell werde ich mir noch eine Regelung für die Lüfter einbauen, wenn deren Geräusch stört.

Anschlüsse, Bedienung

Für die Anschlüsse der Signale und der Stromversorgung sowie der zugehörigen Schalter habe ich eine Aluplatte passend ausgesägt, die ich dann in den Frontrahmen des TFT eingebaut habe. Das Ganze wurde mit Winkeln an der Bodenplatte angebracht und die Seitenwand des Beamer passend ausgeschnitten.

Diese Aluplatte nimmt die Kaltgerätebuchse, zwei Schalter (ein Hauptschalter und einen für die Lampe, wobei die Lampe nur bei eingeschaltetem Hauptschalter und somit laufenden Lüftern einzuschalten ist) sowie die Cinch- und die VGA-Buchse auf. Durch die Verwendung des kompletten Frontrahmens mit Tasten des TFTs ist eine Einstellung des Gerätes sowohl über die Tasten als auch über die Fernbedienung möglich.

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Elektrik

Die war für mich noch die leichteste Übung, schließlich habe ich die Grundlagen der Elektrotechnik mal gelernt. Der Anschluss an das Stromnetz erfolgt natürlich über eine Kaltgerätebuchse. Um flexibel zu sein habe ich den Anschluss des Netzteils an die Schalter mit einer an einem Winkel befestigten Lüsterklemme gelöst.

Die Niederspannung (12V und auch die 5V) liegt an einer Platine und endet jeweils an Pfostensteckern. Von dort kann sie durch mit den passenden Steckschuhen versehenen und mit Schrumpfschlauch isolierten Kabeln abgenommen werden. Somit kann ich jeden Lüfter und auch das TFT einzeln von der Stromversorgung trennen. Die Cinch- und die VGA-Buchse sind jeweils als Durchführung ausgelegt, d. h. die Originalkabel kann ich innen im Gehäuse aufstecken und das jeweilige externe zum bildgebenden Gerät an der Außenseite. Somit wird keines der Kabel beschädigt und man könnte jederzeit den Monitor wieder in den Lieferzustand zurückversetzen.

Anmerkung zu den Kosten:

Am Ende dieser Doku findet man eine Zusammenstellung meiner verwendeten Komponenten mit Herkunft und Preis. Man beachte dabei, dass es sich bei vielen dieser Teile um Neuware handelt. Für eigentlich Alles kann man aber auch gebrauchte Teile verwenden, was die Gesamtkosten natürlich senkt. Allein der verwendete Monitor hat die Hälfte der Kosten verursacht (zwischenzeitlich ist auch dieser durch Sammelbestellung im Forum billiger). Es gibt einige Beispiele, die mit ca. der Hälfte meiner Kosten ausgekommen sind. Das Problem bei gebrauchten Teilen z. B. von ebay ist nur die fehlende Funktionsgarantie, bei Neuware weiß ich, dass sie - zumindest vor meinem Umbau - funktioniert.

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Und das ist er nun, mein Beamer! Das Gehäusedesign gewinnt sicherlich keinen Preis, dafür war der Aufbau relativ einfach und unkompliziert.

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Quelle: www.science-vision.at, http://lunix.rmz.uni-lueneburg.de/kniep/project/beamer/laser.html, www.loehneysen.de _________________________________________________________________________________________________________________

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Erst mal ein kleiner Ausflug in die Profi-Projektor-Technik:

Daten- und Videoprojektoren

Gerade in letzter Zeit sind von verschiedenen Firmen Projektoren auf den Markt gebracht worden, denen ganz unterschiedliche Funktionsprinzipien zugrunde liegen. Bis vor wenigen Jahren waren Videoprojektoren fast ausschließlich CRT-Projektoren, also Projektoren, bei welchen das Fernsehbild in die drei Grundfarben zerlegt, auf je einer Kathodenstrahlröhre dargestellt und durch drei Objektive auf den Bildschirm projiziert wird. Diese Technik hat jedoch eine Reihe von Nachteilen. Angefangen von den Schwierigkeiten die es bereitet, bei Änderung der Projektionsentfernung die drei Einzelbilder wieder zur Deckung zu bringen, bis zur physikalisch bedingten Verknüpfung der Bildqualität mit der Lichtstärke: Durch die gegenseitige Abstoßung der Elektronen führt eine Erhöhung der Lichtstärke, die hier ja nur über einen stärkeren Elektronenstrahl zu erreichen ist, zu einem größeren Bildpunkt und damit zu geringerer Auflösung, also Bildschärfe. Dieses System ist weder für die Tageslichtprojektion noch für das hochauflösende Fernsehen (HDTV) geeignet.

Moderne Videoprojektoren sind sogenannte "Lichtventilprojektoren" (light-valve projection). Lichtventile bestehen allgemein aus einer steuerbaren Substanz, die dem Lichtstrom aus einer lichtstarken Projektionslampe die Bildinformation entsprechend der angelegten elektronischen Signale aufprägt. Eine Möglichkeit, den Lichtstrom bildgebend zu beeinflussen, bietet das Flüssigkristall-Display (LCD), und von verschiedenen Firmen wurden bereits Projektoren in dieser Technologie sowohl für Spezialanwendungen als auch für den Konsumer-Bereich auf den Markt gebracht. Die meisten dieser Projektoren beruhen auf Diaprojektion, das heißt, das Licht des Kondensors wird durch das LCD geleitet und bildgebend beeinflusst. Das Prinzip entspricht damit dem eines Dia- bzw.

Filmprojektors, bei dem das Dia bzw. der Film durch ein LCD ersetzt ist. Da mit einem LCD nur Grauwerte geschaltet werden können, wird zur Farbprojektion derzeit meist ein System aus 3 LCDs verwendet. Hier wird das weiße Licht des Kondensors zuerst in die drei Grundfarben (Rot, Grün und Blau) zerlegt, nach Durchgang durch die LCDs mittels Farbteilerwürfel wieder zusammengespiegelt, und mit einem gemeinsamen Objektiv projiziert.

Die lichtstärksten dieser Projektoren bringen über 1000 ANSI-Lumen auf die Projektionswand und würden sich damit recht gut für den Einsatz im Klassenzimmer eignen. Einer weiteren Erhöhung des Lichtstromes sind aber doch gewisse Grenzen gesetzt: Die Funktion der LCD beruht auf Drehung der Polarisationsebene -

nicht benötigtes Licht (schwarzes Bild bzw. Bildanteile) wird in Polarisationsfolien absorbiert. Nun ist Licht natürlich auch eine Energieform und führt damit zu einer entsprechenden Erwärmung der Polarisationsfolien, die im allgemeinen auf den LCD aufgeklebt sind. Und LCD funktionieren nur bis etwa 65°C.

LCD-Projektoren bei denen ein Farb-LCD verwendet wird sind älteren Ursprungs und damit billiger, aber größer und lichtschwächer.

Abgesehen von diesen, auf Diaprojektion beruhenden Verfahren gibt es auch Verfahren, die auf Epiprojektion beruhen. Der älteste für Großbildprojektion geeignete Projektor ist der sogenannte Eidophor-Projektor, bei dem eine Ölschicht auf einem sphärischen Reflektor durch ein von einem Elektronenstrahl eingeschriebenes Ladungsmuster deformiert wird. Das Licht erfährt bei der Reflexion keine Abschwächung, sondern wird an jenen Stellen, an denen der Ölfilm deformiert ist, nur etwas in der Richtung geändert (phasenmoduliert). Die Umwandlung dieser Phasenmodulation in eine Intensitätsmodulation (Projektionsbild) wird durch ein schlierenoptisches Dunkelfeldsystem bewerkstelligt. Vereinfacht gesagt: Lichtstrahlen die am Reflektor nicht in ihrer Richtung geändert wurden werden zur Lampe zurück reflektiert, jene, deren Richtung durch die deformierte Ölschicht geändert wurde, gelangen ins Projektionsobjektiv und führen zu einem entsprechenden Bildpunkt auf der Projektionswand.

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Quelle: www.science-vision.at, http://lunix.rmz.uni-lueneburg.de/kniep/project/beamer/laser.html, www.loehneysen.de _________________________________________________________________________________________________________________

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Da die Lichtstärke nur von der verwendeten Lampe abhängig ist, sind große helle Bilder mit hoher Auflösung möglich. Da auch das zur Bildgestaltung nicht benötigte Licht am Reflektor reflektiert und nicht absorbiert wird, führt es zu keiner Erwärmung. Derartige Projektoren wurden in den letzten Jahren z.B.

anlässlich der Wiener Festwochen auf dem Rathausplatz zur Projektion von Opern und Konzerten verwendet.

In letzter Zeit wird intensiv an Verfahren zur Lichtmodulation gearbeitet, die zu einem, dem Eidophor-Projektor ähnlichen Projektionssystem führen. Eines dieser Verfahren stellt eine geradezu ideale Verbindung mechatronischer und optischer Prinzipien dar, und da es kurz vor der Markteinführung steht, möchte ich es hier etwas ausführlicher beschreiben: Herzstück dieses Projektionssystems ist eine Spiegelanordnung, die aus einer großen Zahl von winzigen Einzelspiegeln besteht. Diese Spiegelanordnung wird als DMD (Digital Micromirror Device) bezeichnet. Jeder quadratische Einzelspiegel hat eine Seitenlänge von 16µm (neuerdings 13µm), und ist mit Torsionsfedern gelagert. In Abb. 1 ist eine Anordnung aus zwei derartigen Spiegeln dargestellt. In Ruhelage, d.h. ohne jede Ansteuerung, sind die Spiegelflächen der Einzelspiegel (in Abb. 1 durchsichtig gezeigt) parallel zur Grundfläche angeordnet. Wenn sie durch die Elektronik (CMOS-Matrix) angesteuert werden, können sie in die zwei dargestellten Richtungen gekippt werden: In einer Endstellung sind sie um -10° (neuerdings -12°) gekippt (Off), in der zweiten Endstellung um +10°(+12°) (On). Der Kippwinkel von ±10°(±12°) wird dabei durch Anschläge begrenzt. Die Spiegelkippungen werden durch elektrostatische Anziehung bewirkt, die durch eine entsprechende Spannungsdifferenz zwischen Spiegel bzw.

Auslenkelektrode und dem entsprechenden Speicherbaustein in der CMOS-Matrix hervorgerufen wird.

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Quelle: www.science-vision.at, http://lunix.rmz.uni-lueneburg.de/kniep/project/beamer/laser.html, www.loehneysen.de _________________________________________________________________________________________________________________

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Ausgangspunkt zur Herstellung eines DMD ist die Fertigung eines CMOS Schaltkreises auf einem entsprechenden Substrat. Eine relativ dicke Oxidschicht wird über der letzten Metallschicht des CMOS aufgebracht und dann mit Hilfe einer speziellen chemo-mechanischen Poliermethode (CMP) exakt planpoliert. Dies ist notwendig, damit für die Herstellung aller Einzelspiegel exakt die gleichen Voraussetzungen gegeben sind. Der Aufbau der Mikrospiegelstruktur erfolgt unter Verwendung von sechs Photomasken, mit deren Hilfe mittels dünnfilmtechnischer Methoden nacheinander die Elektroden, Torsionsfedern und Spiegel sowie Abstandshalter aus Aluminium geformt werden. Um die notwendigen Abstände zwischen den einzelnen Aluminiumschichten herzustellen werden Schichten aus organischen Materialien aufgebracht.

Die Struktur der einzelnen Aluminiumschichten wird durch ein Plasma-Ätzverfahren unter Verwendung einer SiO2 -Ätzmaske geformt. Nach Fertigstellung der letzten Schicht (Spiegelflächen) werden die organischen Schichten mittels Plasmaätzverfahren wieder gelöst. Zuletzt wird noch ein dünner Ölfilm aufgebracht, damit die Anschläge der Auslenkelektroden während der Schaltvorgänge nicht durch Adhäsionskräfte an der Unterlage haften bleiben.

Die Abbildung unten zeigt die mit einem SEM (Scanning Electron Microscope) aufgenommene Struktur eines Mikrospiegelhalters, ohne den aufgesetzten Spiegel. Deutlich sind die Torsionsbandfedern und die Anschläge an den Spitzen der Auslenkelektrode zu sehen.

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Optisches Prinzip:

Das DMD kann als "Lichtschalter" (SLM, Spatial Light Modulator) aufgefasst werden mit dessen Hilfe das vom Kondensor gebündelte Licht in das Objektiv

gespiegelt, oder am Objektiv vorbeigelenkt wird (DLP, Digital Light Processing system). In der Abbildung links ist dieses Prinzip für einen Einzelspiegel dargestellt. Da die Änderung der Lichtrichtung bei einer Spiegeldrehung jeweils doppelt so groß ist wie der Drehwinkel des Spiegels, kann der Kondensor um

etwa 20° gegenüber der Projektionsachse verschwenkt sein. Wichtig ist, dass auch das sogenannte "0°-Licht" nicht in das Projektionsobjektiv gelangt, da sonst ein "Pixelfehler" zu einem hellen, störenden Bildpunkt führen würde. In der praktischen Ausführung ist dieser Aufbau natürlich nicht möglich, da ja die ganze DMD-Fläche gleichmäßig ausgeleuchtet werden muss, und das Licht

dann in der Eintrittspupille des Projektionsobjektivs konzentriert werden soll um ein helles Projektionsbild zu erhalten. Es müssen also weitere optische Elemente

– Prismen und/oder Linsen- angeordnet werden.

Unterschiedliche Grauwerte können durch verschieden lange Auslenkzeiten der Mikrospiegel erhalten werden, da das Auge für sich in kurzen Zeitabständen

(1/50 Sekunde) ständig wiederholende Lichtimpulse integrierend wirkt. Da die minimale optische Schaltzeit etwa 2 µs beträgt, bleiben auch bei einer

Bildwiederholfrequenz von 50 Bildern/s genügend Zeitintervalle um 256 oder

sogar 1024 Graustufen darzustellen.

DLP-Objektiv für SXGA-Auflösung

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Wie aber wird das System farbtauglich? Eine Möglichkeit ergibt sich aus den kurzen Schaltzeiten des DMD und der Tatsache, dass das menschliche Auge auch nacheinander dargestellte Farben integriert und uns als Mischfarbe erkennen lässt. Die als RGB-Signal vorliegenden Bildinformationen werden der Elektronik des DMD nacheinander aufgeschaltet und damit nacheinander projiziert. Zwischen Kondensor und DMD befindet sich ein sogenanntes Farbrad, also ein dreigeteiltes Filterrad, das in seinen Farbsegmenten die Farbanteile Rot, Grün und Blau des weißen Lichtes durchlässt. Es ist natürlich eine exakte Synchronisation von Drehzahl und Winkellage des Farbrades mit der Ansteuerung des DMD erforderlich damit dem DMD z.B. genau dann die "Grauwertanteile"

der blauen Bildinformation aufgeschaltet werden, wenn das blaue Segment des Farbrades in den Strahlengang des Kondensors eintritt.

Eine weitere Möglichkeit, einen farbtauglichen Projektor aufzubauen ist durch die Verwendung von drei DMD gegeben. Hier muss das Licht durch ein

Prismensystem zunächst in die Grundfarben zerlegt und nach Reflexion am

jeweiligen DMD wieder zusammengespiegelt werden. Ein möglicher Aufbau

eines derartigen Projektors ist in der Abbildung rechts vereinfacht dargestellt: Das Licht der Metalldampf- oder Xenonlampe wird zunächst meist durch einen

Parabolreflektor parallel gerichtet, und mittels Kondensor auf das DMD gelenkt.

Um den Abstand des Projektionsobjektivs vom DMD gering halten zu können,

erfolgt die Einspiegelung des Lichtes über ein sogenanntes TIR-Prisma. "TIR"

bedeutet "total internal reflection", also Totalreflexion. Die Winkel diese Prismas sind dabei so gestaltet, daß für das vom Kondensor kommende Licht

Totalreflexion gegeben ist, das vom DMD reflektierte Licht jedoch ungehindert passieren kann. Die beiden Einzelprismen des TIR-Prismas sind nicht

miteinander verkittet, sondern haben einen Abstand von etwa 10µm

voneinander. Die Farbteilerprismen müssen so ausgelegt sein, dass der

Abstand von jedem DMD zum Projektionsobjektiv exakt gleich groß ist. Auf die Prismen des Farbteilersystems werden vor dem Verkitten dichroitische Beläge aufgedampft. Diese Beläge reflektieren jeweils einen bestimmten

Spektralbereich (Blau bzw. Rot), und lassen Licht anderer Wellenlänge fast

vollständig durch.

In der Abbildung reflektiert z.B. das erste Farbteilerprisma Blau, und lässt Grün und Rot durch. Das blaue Licht gelangt zum DMD3, wird dort entsprechend der Bildinformation reflektiert und gelangt nach nochmaliger Reflexion an der dichroitischen Schicht des ersten Farbteilerprismas in das Projektionsobjektiv.

Die Auflösung eines derartigen Projektors hängt von der Größe des DMD ab. Da der Mittelpunktsabstand zweier Mikrospiegel 17µm beträgt, kann mit einem DMD der Diagonale 0,7 in. (17,8mm) eine Auflösung von 800x600 Bildpunkten (SVGA) erreicht werden. Für XGA-Auflösung (1024x768 Bildpunkte) ist eine Diagonale von 0,9 in. (22,9mm), für SXGA-Auflösung (1280x1024 Bildpunkte) eine solche von 1,1 in. (27,9mm) erforderlich. Neue DMDs mit 13,68µm Spiegelabstand haben bei SXGA-Auflösung eine Diagonale von 0,9 in. Auch Projektoren mit HDTV-tauglicher Auflösung (1920x1080 Bildpunkte, Seitenverhältnis 16:9) wurden bei internationalen Messen bereits vorgestellt. Die Lichtstärke ist dabei durchaus mit jener der Eingangs erwähnten Eidophor-Projektoren vergleichbar.

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Hier mal eine kurze Aussicht auf die High-End-Klasse der Beamer, wohl eher keine Herausforderung für uns DIY-ler LDT (Laserdisplay-Technologie)

Die Spitze der Projektionstechnik bildet unbestritten die neuartige Lasertechnik. Zwar sind die Geräte dazu abstellraumfüllend, jedoch kann der zur Projektion verwendete Kopf, in etwa so groß wie eine Wasserkiste, bis zu 30 m entfernt aufgestellt werden.

Laserstrahlerzeuger

Projektionskopf

In dem Laserstrahlerzeuger, dem Herzstück dieses Gerätes, ist die Technik zur Bilderzeugung untergebracht.

Dazu gehört zum einen die Technik zur Umsetztung der Eingangssignale in Ansteuersignale für die einzelnen Laser. Von diesen beherbergt ein Projektor drei, von denen jeweils einer für eine der Grundfarben der RGB-Farbmischung zuständig ist. Die Laser erzeugen Teilbilder in ihrer Grundfarbe, die durch dichroitisch (halbdurchsichtige) Spiegel und einen Lichtwellenleiter zu einem bis zu 30 m entfernten Projektorkopf geleitet werden. Dieser schreibt die Teilbilder mit einer Zeilengeschwindigkeit von bis zu 90km/s auf die Projektionsfläche und erzeugt so ein Gesamtbild.

Ob diese Fläche zehn, hundert oder siebenhundert Meter entfernt ist spielt dabei keine Rolle. Die Laserstrahlen erzeugen stehts einen scharfen Pixelpunkt und können somit auch bei verwinkelten Projektionsflächen oder bei Kugeln eingesetzt werden.

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Der Haken an der schönen Laserprojektionstechnologie ist aber, dass sie für die Meisten unerschwinglich teuer ist.

Ein solches Ungetüm, wie auf den Fotos abgebildet, kostet einige Millionen. Sollte man jedoch seinen Geldspeicher plündern, das Geld somit parat haben, muss man sich bei produzierten 20 Stück und langen Wartelisten ein wenig gedulden, bis der Paketdienst vorbeikommt.

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LCoS

LCoS bedeutet Liquid Crystal on Silicon. LCoS-Displays haben die Größe eines halben Daumennagels und zählen damit zu den sogenannten Mircodisplays. Trotz ihrer geringen Größe haben LCoS-Displays mehr als zwei Millionen Pixel und ermöglichen eine Auflösung, die noch über UXGA (1600x1200 Bildpunkte) liegt.

Hinzu kommt ein maximales Kontrastverhältnis von 1000:1. LCoS-Displays bestehen aus drei Teilen. Einer Silikonfolie, auf diese kommt eine dünne Beschichtung mit Flüssigkristallen und einer extrem dünnen Glasscheibe. Das Licht der Lampe wird mittels eines speziellen Spiegels auf das LCoS-Display reflektiert, wo wiederum jeder einzelne Kristall per elektrischer Spannung so ausgerichtet wird, dass das gewünschte Bild projiziert wird. Wie bei der DLP-Technik kommt es auch hier zu keinem Helligkeitsverlust. LCoS-Projektoren haben das Potential noch kleiner als ihre DLP - Pendants zu werden und sind darüber hinaus mit ihrer HDTV-Kompatibilität und UXGA+ Auflösung zukunftsweisend. LCoS-Projektoren sind sowohl für Daten- und Videoprojektionen hervorragend geeignet.

Die Technik: Was LCoS so interessant macht

Man nehme: einen Chip mit verspiegelter Rückseite, eine Schicht Flüssigkristall und darüber ein Glas mit transparenten Elektroden – fertig ist das LCoS-Element.

Das Licht einer Projektionslampe, das darauf gerichtet wird, lässt sich so pixelweise hell oder dunkel schalten, ohne störende Gitterstruktur wie bei normalen LCD-Projektoren, bei denen das Licht durch das Panel hindurch muss, ohne komplizierte mikromechanische Elemente wie bei DLP. Im Prinzip sind alle Prozesse der Herstellung bekannt und beherrschbar, weshalb schon ab Mitte der 90er Jahre ein großer Run auf diese Technologie einsetzte. Firmen wie SpatialLight, Aurora, S-Vision, Three-Five-Systems, Displaytech und etliche mehr in den USA, dazu IBM-Japan und Pioneer, wollten den Traum vom großen, preiswerten Bild in höchster Auflösung wahr machen.

Bis heute ist das mit LCoS ein Traum geblieben, denn in der Praxis erwies sich die Fertigung in Serie als kaum beherrschbar. Denn schon winzigste Veränderungen in den mechanischen Dimensionen beeinflussen das Bild. Praktisch noch kein Hersteller hat es geschafft, die erforderliche Präzision auf Dauer herzustellen. Das gilt auch für JVC, die einzige japanische Firma, die eine LCoS-Variante unter der Bezeichnung D-ILA herstellt. Bei JVC ist die Flüssigkristallschicht relativ dick, weshalb hier Toleranzen nicht so kritisch sind; trotzdem muss ein D-ILA-Projektor vom Benutzer nochmals sorgfältig optimiert werden (dazu gibt es eine Software namens Dilard), doch dann ist das Bild hervorragend.

Andere LCoS-Hersteller arbeiten mit dünneren Schichten, die sich teilweise extrem schnell schalten lassen, bis hin zum reinen An-aus-Verfahren, wo wie bei DLP

die Graustufen durch mehr oder weniger schnelles Aufblitzen dargestellt werden. Mit vielen LCoS-Varianten lassen sich Schaltgeschwindigkeiten von unter fünf Millisekunden realisieren, wodurch eine sequenzielle Farbdarstellung möglich ist – man kommt also mit nur einem Panel aus. Weitere Pluspunkte von LCoS sind der extrem hohe Füllfaktor, also die fast vollständige Nutzung der Spiegelfläche, der noch über DLP liegt (LCD maximal 60 Prozent der Fläche, DLP unter 90

Prozent, LCOS bis 95 Prozent). Das ergibt ein sehr gleichmäßiges, fast pixelfreies Bild. Durch den analogen Charakter der Graustufendarstellung gibt es auch keine Probleme mit der Abstufung dunkler Töne, keine sich bewegenden Doppelkonturen oder andere Artefakte.

Ein Nachteil von LCOS ist die nicht lineare Farbverarbeitung, weil die Kristalle auf die unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedliche Wirkungen haben. Zudem sind die Bauteile aufgrund ihrer analogen Natur sehr empfindlich auf Veränderungen wie Temperatur, Alterung und mechanische Belastung.

Doch nun scheint die Technik so weit zu sein, dass etliche Hersteller sicher sind, die Produktionsprozesse zu beherrschen. Trotzdem gilt bei allen LCOS-Produkten: Man sollte das Exemplar, das man eventuell ersteht, gesehen haben, nicht irgend ein Muster. Man sollte es nicht nur mit hochauflösenden Material mit knackigen Farben gesehen haben, sondern auch mit gleichförmigen Bildern wie Himmel oder Nebel. Nur wenn solche Flächen wirklich sauber und gleichmäßig dargestellt werden, ist das Gerät in Ordnung.

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Das LCoS-Prinzip: Die Flüssigkristall-Schicht (grün) lässt Licht auf die

Spiegelfläche, die Pixel-Elektroden, fallen oder blockt es ab. Je nach

verwendeter LC-Mischung und Optik kann das Licht senkrecht oder schräg

einfallen. Nicht zu sehen sind auf dieser Zeichnung die Abstandshalter (Spacer).

LCoS-Produktion bei Sony: Dank neuem Verfahren höhere Ausbeute bei

niedrigeren Kosten, bessere Qualität und Ausnutzung der Chipfäche.

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Entscheidung

Quelle: ich

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Welcher Beamer ist für mich richtig?

Stufe 1: Volksbeamer oder lieber einen "richtigen" DIY-Beamer?

Diese Frage muß sich wohl jeder selber beantworten. Wer nur ab und zu mal einen Film etwas größer als auf dem Fernseher anschauen will, dem reicht möglicherweise so ein umgebauter Diaprojektor. Wer öfter mal einen auf Kino macht oder wer ein größeres Bild haben will, wird wohl um ein Gerät aus der DIY-Klasse nicht herumkommen.

Ein Volksbeamer besteht in der Regel aus einem alten Dia-Projektor, bei dem die Teile zum Transport der Dias entfernt wurden und statt dessen ein 1,8-Zoll-TFT

an der Stelle angebracht wird, an der normalerweise das zu projizierende Dia platziert ist. Da die Auflösung solcher TFTs nicht sehr hoch ist, darf man an die Qualität solcher Geräte natürlich nicht so hohe Anfforderungen stellen, wie an Beamer mit 7-Zoll-TFTs oder gar 15-Zöller.

Meistens werden diese umgebauten Diaprojektoren auch noch um stärker Lampen erweitert und um leistungsfähigere Gebläse, da TFTs nun mal temperaturempfindlich sind.

Um einmal die Qualität eines Volksbeamers mit einem DIY-Beamer vergleichen zu können, hier zwei Bilder: Das linke stammt von meinem Beamer mit dem 7-Zoll Lilliput, das rechte habe ich aus dem Internet, wie man sieht auch ein Lilliput, aber ein 1,8 Zoll. Nun möge jeder selbst entscheiden!

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www.wschmid.de

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24/11/2004

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Entscheidung

Quelle: ich

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Stufe 2: DIY-Beamer oder gleich einen Kaufbeamer?

Zum Thema "DIY-Beamer oder Kaufbeamer" gab es Anfang Juli 2004 mal eine Diskussion im DIY-Forum, dabei wurden folgende Vergleichsbilder in den Raum gestellt:

Wenn man diese Bilder so ansieht könnte man meinen, ein DIY-Beamer übertrifft einen Kaufbeamer bei weitem. Ich kann nicht beurteilen, wie diese Bilder zustande gekommen sind, aber ich warne davor, sie zu verallgemeinern. Wenn ich einen sehr guten DIY-Beamer und einen schlechten Kaufbeamer nebeinander stelle und beim Kaufbeamer vielleicht auch noch die Lampensparschaltung aktiviere, dann kann ich diese Projektionen nicht kommentarlos gegenüberstellen.

Grundsätzlich würde ich sagen hat ein einigermaßen guter Kaufbeamer das bessere Bild. Wer also Wert auf ein Premiumbild legt und genügend im Geldbeutel hat, soll sich einen kaufen! Wer mit etwas weniger zufrieden ist, nicht gerade einen Goldesel zu Hause und außerdem noch Spaß am Selbermachen hat, der ist mit einem DIY-Beamer bestens bedient!

Ach so, es gibt ja auch noch das Prinzip des "Ich-stülpe-einen-Karton-mit-einer-Fresnel-über-den-Fernseher"-Beamers. Aber ich glaube, darüber brauchen wir uns hier nicht wirklich auseinandersetzen, oder?

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Materialkunde

Quellen: Das Internet

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Kleine Materialkunde

Auch für uns DIY-ler ist es nicht uninteressant, über verschiedene Materialien Bescheid zu wissen.

Polyamid

Auf den Werkstoff Polyamid bin ich gestossen, als ich Materialien für meine optische Bank gesucht habe.

Polyamide zählen neben ABS und PP-Compounds zu der Spitzengruppe der Werkstoffe. Im Maschinenbau und in der Feinwerktechnik ist Polyamid sogar der unangefochtene Spritzenreiter unter den Polymeren. Die Werkstoffgruppe Polyamid 66 (PA 66) weist eine höhere Wärmeformbeständigkeit auf und besitzt ansonsten aber ein ähnlich ausgewogenes Eigenschaftsbild wie Polyamid 6 (PA 6).

Die Werkstoffgruppe Polyamid 6 (PA 6) bietet universelle Werkstoffe für mechanische Funktionsteile im Maschinenbau, Polyamide sind ...

- kältefest

- stoßbelastbar und schlagzäh,

- abriebfest, selbst bei rauhem Gleitpartner,

- und sie besitzen ein hohes Arbeitsvermögen.

Das macht Polyamid 66 (PA 66) für Einsatzfälle geeignet, bei welchen höhere Temperaturen herrschen.

Typische Anwendungen sind Maschinenelemente, z.B. Zahnräder, Gleitlager und Laufrollen.

Dichte ISO 1183 1,14 g/cm3

Streckspannung ISO 527 85/60 MPa

Reißdehnung ISO 527 40/150 %

Durchschlagfestigkeit IEC 60243-1 120/80 kV/mm

Spezifischer Durchgangswiderstand IEC 60093 1013/1010 Ohm · m

Wärmeleitfähigkeit DIN 52 612 0,23 W/K m

Schmelz- bzw. Glasübergangstemperatur ISO 11357 260 °C

max. Temperatur kurzzeitig 200 °C

max. Temperatur dauernd 100 4) °C

min. Anwendungstemperatur -40 °C

Eine gute Adresse, wenn man Informationen über Kunststoffe braucht, ist http://www.kern-gmbh.de ____________________________________________________________

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Materialkunde

Quellen: Das Internet

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Aluminium

Dieses Material ist etwa dreimal so leicht wie Eisen. Es wird deswegen auch vorwiegend dort eingesetzt, wo es auf Gewichtsersparnis ankommt, z.B. im Flugzeug- und Fahrzeugbau. In diesen Bereichen wird Aluminium heute jedoch nach und nach auch durch immer hochwertigere Kunststoffe verdrängt.

Aluminium gilt als Leichtmetall »par excellence«, sein Schmelzpunkt liegt bei 660 Grad, und es hat eine silberglänzende Oberfläche. Aluminium hat die vorteilhafte Eigenschaft, nicht zu rosten. Es ist an der Luft beständig, seine Oberfläche wird jedoch schon nach kurzer Zeit unansehnlich. Vorsicht ist dort geboten, wo Sie Aluminium direkt mit einem edleren Metall in Verbindung bringen. Wenn Sie Aluminiumbleche mit Stahl- oder Kupfernieten verbinden, oxidiert das Aluminium aufgrund der elektrochemischen Spannungsreihe. Ebenso wie Eisen ist auch Aluminium eines der in der Natur am häufigsten vorkommenden Metalle.

Die Gewinnung des Aluminiums bereitete früher große Schwierigkeiten, weil man noch keine geeigneten Verfahren kannte, es aus seinen chemischen Verbindungen zu lösen. Heute hingegen ist es möglich, Aluminium preiswert herzustellen, indem Aluminiumoxid ein bestimmtes Mineral beigesetzt und die Mischung zum Schmelzen gebracht wird. Durch die Schmelze wird elektrischer Strom durchgeschickt, woraufhin sich reines Aluminium in Form von kleinen Kügelchen bildet.

Der Werkstoff Aluminium wird in verschiedenen Handelsformen angeboten: Bleche und Stangen in den verschiedensten Profilen. Profile können mit Hilfe eines bestimmten Verfahrens (Strangpressen) in jeder beliebigen Form hergestellt werden, indem ein glühend zäher Alublock durch eine Matrize gepreßt wird. Die Profile eignen sich unter anderem zum Bau von Fensterrahmen, Türen und Gerüsten. Die Bearbeitung von Aluminium ist wegen seiner Weichheit unproblematisch. Allerdings erfordert es je nach Verarbeitung ein spezielles Werkzeug und Schweißgerät.

MDF

Holzfasern werden mit Leim vermischt und zu Platten gepreßt. Dadurch entsteht ein sehr formstabiler Werkstoff. Bei der MDF-Platte wird wasserfester Leim verwendet. Die Fasern werden hoch verdichtet.

Betoplan

Eine Furniersperrholzplatte aus Hartholzfurnieren nach DIN 68792 mit einer Filmbeschichtung von 220 g/qm, je Seite. Der mehrfache Aufbau und die abriebfeste Oberfläche gewährleisten planebene Betonflächen auch nach vielfachem Einsatz. Rote umlaufende Kantenversiegelung.

Anwendung

BETOPLAN ist für alle glatten Betonoberflächen mit Anforderungen nach DIN 18202/3, Zeile 7, geeignet. Es werden matte, planebene Betonoberflächen bei mittlerer Einsatzhäufigkeit überwiegend auf Baustellen erzielt. Belastbar in Längs- und Querrichtung.

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Materialkunde

Quellen: Das Internet

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Pertinax (Hartpapier, engl. Paxoline)

Dichte: 1,4 kg / dm³

Eigentlich ist "Hartpapier" der richtige Name. Pertinax, Paxolin, Bakelit sind „nur" Markennamen. Dieses Material wurde schon früh in diesem Jahrhundert als einer der ersten Kunststoffe industriell hergestellt und für die verschiedensten Gebrauchsgegenstände verwendet. Bei diesem Werkstoff handelt es sich um einen Schichtverbundwerkstoff aus Papier, welches lagenweise mit einem Klebharz getränkt wird und unter Hitze und Hochdruck verpreßt wird, daher der Name Hartpapier. Neben Papier wird auch Gewebe zum Verpressen verwendet, das Material wird dann als Hartgewebe bezeichnet (engl: Phenolic).

Pertinax hat in den letzten Jahren im Bumerangsport grosse Beliebtheit erlangt. Das Hauptanwendungsgebiet heute ist im Leiterplatienen- und Modellbau.

Pertinax gibt es in verschiedenen Qualitäten und Plattengrößen, was jedoch von Hersteller zu Hersteller verschieden sein kann. Die Farbe ist meist Braun oder seltener Schwarz. Die meisten verwendeten Stärken reichen von 1-4 mm. Ein Vorteil dieses Materials liegt darin, daß es bei Erwärmung nur unwesentlich weicher wird im Gegensatz zu PP. Es ist auch viel steifer und schwerer. Man kann daher grössere Formen bauen (Stärke meist 4mm).

Da Pertinax ein sehr harter Werkstoff ist, sollte man eine Band-oder Stichsäge benutzen. Man kann auch mit einer Laubsäge arbeiten, der Blattverbrauch ist jedoch enorm. Beim Schleifen kann man die üblichen Werkzeuge einsetzen (Raspel, Feile, Bandschleifer, Powerfeile etc.). Der Staub, vor allem beim Schleifen, ist sehr gefährlich. Deshalb sollte man unbedingt eine Atemschutzmaske tragen (mit Gas- und Staubfilter). Empfehlenswert ist zum groben Zurichten eine Feile, bzw. Raspel. Dann fällt das Gröbste erst einmal zu Boden und liegt nicht in der Luft. Sehr zu empfehlen ist auch eine Ziehklinge, da bei der Bearbeitung mit der Klinge kein Staub entsteht.

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Materialkunde

Quellen: Das Internet

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Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GfK)

Dichte: 1,8 kg / dm³

GfK ist ein Material, das bei geringer Stärke eine hohes Eigengewicht aufweist. Bei der Herstellung von Platten werden dünne Matten kreuzweise übereinandergelegt mit Harz getränkt und unter Hochdruck verpreßt. Die Eigenschaften des GfK&acute;s werden durch den verwendeten Kunststoff und die Art der Glasfasern , sowie durch den Anteil der Glasfasern am Gesamtvolumen und ihre Anordnung im Werkstück bestimmt. Die Festigkeit nimmt mit steigendem Fasergehalt und der Ausrichtung der Fasern in eine Richtung zu. Hauptanwendungsgebiet ist bislang noch das Bauwesen und die Leiterplatinenfertigung. Jedoch findet dieser Werkstoff immer häufiger Anwendung im Fahrzeug-, Flugzeug-, und Maschinenbau. Erhältlich ist er unter anderem als Plattenmaterial in den Stärken 1-4 mm. Die Dichte von GFK ist üblicherweise recht hoch (s.o.) im Vergleich zu den anderen Materialien. Die mechanischen Eigenschaften sind hervorragend. Hohe Steifigkeit, Festigkeit und Zähigkeit. GFK ist unzerbrechlich.

Das Material läßt sich wegen der hohen Festigkeit schlecht schneiden. Es gibt jedoch beschichtete Stichsägeblätter mit denen man auch Keramik sägen kann. Dieses besteht aus einem Metallträger, auf dem vorne kleine Körnchen aus einem Hartstoff aufgebracht sind, mit denen man ganz gut arbeiten kann (sehr zu empfehlen). Im Gegensatz dazu läßt es sich aber sehr leicht schleifen. Mann kann ganz normal mit der Feile, Bandschleifer oder Powerfeile arbeiten. Da es sehr zäh ist, läßt es sich bei dickeren Stärken (ab. 3mm ) auch eher schlecht tunen, d.h. es muß öfters nachgebogen werden (ggf. unter Hitzeeinwirkung). Ganz wichtig ist, bei der Bearbeitung in geschlossenen Räumen über eine ausreichende Absaugung zu verfügen. Insbesondere sollte unbedingt eine Atemschutzmaske getragen werden, nicht weil schädliche Dämpfe entstehen, sondern als Schutz gegen den sehr feinen Staub. Die Glasfasern könnten in die Lunge geraten Auch empfiehlt es sich nicht bekleidete Körperstellen wegen evtl. auftretendem Juckreiz abzudecken.

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Materialkunde

Quellen: Das Internet

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Fermacell

Da Fermacell im Forum immer wieder mal angesprochen wird als hitzebeständiger, nicht brennbarer Baustoff, habe ich hier mal ein paar Infos von der Herstellerseite aufgelistet.

FERMACELL besteht aus Gips und Papierfasern, die in einem Recyclingverfahren aus Papier gewonnen werden. Diese beiden natürlichen Rohstoffe werden gemischt und nach Zugabe von Wasser - ohne weitere Bindemittel - unter hohem Druck zu stabilen Platten gepresst, getrocknet, mit einem Wasser abweisenden Mittel imprägniert und auf die benötigten Formate zugeschnitten.

Durch Wasser reagiert der Gips, durchdringt und umhüllt die Fasern. Das bewirkt die hohe Stabilität und Nichtbrennbarkeit von FERMACELL.

Aufgrund der Materialzusammensetzung ist FERMACELL eine Bau-, Feuerschutz- und Feuchtraum-Platte zugleich.

FERMACELL Gipsfaser-Platten enthalten keine gesundheitsgefährdenden Stoffe. Das Fehlen von Leimen schließt jegliche Geruchsbelästigung aus und erhöht die Atmungsaktivität der homogenen Plattenstruktur. FERMACELL Gipsfaser-Platten entsprechen den Anforderungen der Baubiologie.

Durch Produktüberprüfung hat das Österreichische Institut für Baubiologie die FERMACELL Gipsfaser-Platten als baubiologisch empfehlenswert eingestuft.

Gesundheit, Ökologie

FERMACELL erreicht seine bewährte Qualität durch ein überzeugendes

Gesamtkonzept, das bei der Herstellung beginnt. FERMACELL

Gipsfaser-Platten bestehen aus Gips und Papierfasern, die in einem

Recyclingverfahren gewonnen werden. In computergesteuerten

Fertigungsstraßen wird eine homogene Mischung dieser beiden

natürlichen Rohstoffe nach Zugabe von Wasser – ohne weitere

Bindemittel – unter hohem Druck zu stabilen und geruchsneutralen

Platten gepresst, getrocknet und auf die jeweiligen Formate

zugeschnitten: ein innovatives und ökologisch unbedenkliches

Produktionsverfahren mit strengsten Qualitätskontrollen.

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24/11/2004

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Kunststoffe

Quelle: Internet

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Hier mal eine Übersicht über verschiedene Eigenschaften gängiger (und auch weniger bekannter) Materialien Mechanische Eigenschaften

Elektrische Eigenschaften

Thermische Eigenschaften

Kurzbezeich-

Dichte

Zugfestig-

Bruch-

E-Modul Durchgangs- Durchschlags- Feuchtigkeits- Tempe-

Wärmebe-

Material

nung DIN

DIN

keit DIN

dehnung

DIN

widerstand

festigkeit DIN aufnahme bei

ratur-

ständigkeit Physikalische

Rohstoffgruppe

7728

53479

53455

DIN 53455

53457

DIN 53482

53481

Normalklima

bereich

DIN 53461 Eigenschaften Anwendungsgebiete

hart, kratz-,

Textilspulen,

Acryl-

-35

schlagfest,

Beschläge,

Butadien-

ABS

1,07

39

ca. 30

--

1,23*10|16

>20

0

-

80

chemische

Gehäuse,

Styrol-

58

Beständigk.,

Brillengestell,

Copolymer

galvanisierbar Bedienteile

Acrylglas

Sichtschutz,

PMMA

1,18

40-80

5

3000

1015

30

0

-40

Witterungs-

Plexiglas®

Wintergärten,

--

-

UV-beständig

Trennwände

90

glasklar

Hart-

hohe mecha-

gewebe

nische Festig-

HGW

1,4

80

--

7000

DIN

DIN

DIN

110

--

keit, Öl und

Zahnräder

Laugenbe-

ständigkeit

Hart-

gute Dielek-

Isolier-

papier

trische Eigen-

material

Pertinax

1,4

120

--

7000

DIN

DIN

DIN

120

--

schaften, Öl-

Nieder-

und Laugen-

spannung

beständig

Poly-

-20

gute Zerspan- Gleit-

acetal

-

barkeit, gute

elemente,

POM

1,41

70

75

3000

1014

35

0,17

124

90

chem. Be-

Zahn-

ständigkeit

räder

Poly-

80 tr

>50 tr

3000 tr

1014 tr

150 tr

2,5 -

-40

zäh, abriebfest, Zahnräder,

amid

50 lf

>160 lf

1500 lf

1012 lf

80 lf

3

-

gute Schwing- Rollen,

PA 6

1,14

95

100

ungsdämpfung Gleit-

gute Notlauf-

elemente

eigenschaften

transparent,

Poly-

-40

Sicherheits-

zäh

PC

1,2

> 60

> 80

2300

> 1016

35

0,2

138

carbonat,

-

witterungs- u.

verglasung,

Makrolon

135

UV-beständig

Ventile

Polyether-

4,9*

gute chem.

Isolationen

ether-

-1016

Beständigkeit

Ventile

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Kunststoffe

Quelle: Internet

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Mechanische Eigenschaften

Elektrische Eigenschaften

Thermische Eigenschaften

Kurzbezeich-

Dichte

Zugfestig-

Bruch-

E-Modul Durchgangs- Durchschlags- Feuchtigkeits- Tempe-

Wärmebe-

Material

nung DIN

DIN

keit DIN

dehnung

DIN

widerstand

festigkeit DIN aufnahme bei

ratur-

ständigkeit Physikalische

Rohstoffgruppe

7728

53479

53455

DIN 53455

53457

DIN 53482

53481

Normalklima

bereich

DIN 53461 Eigenschaften Anwendungsgebiete

keton

PEEK

1,32

160

50

--

20

0,2

250

182

beständig gg.

Gamma-

strahlen

Polyether-

gute chem.

imid

Beständigkeit

PEI

1,27

105

60

3000

>1015

33

1,25

170

200

--

transparent,

zäh

Polyether-

fest, steif, zäh

Getriebe-

sulfon

gute chem.

teile

Beständigk.,

Spulen-

PES

1,37

85

20-40

2900

>1016

63

0,8

180

215

hohe Wärme-

körper

formbeständig-

keit

Poly-

-100

gute chem.

Zahn-

ethylen

-

Beständigkeit

räder

PE

0,95

24

>200

1000

1018

80

0

48

80

niedrige Dichte Gleit-

platten

Poly-

sehr gute

phenylen-

PPO

1,1

45

50

2400

1015

35

0,08

100

100

chemische

--

oxid

Beständigkeit

gute

Poly-

10

Kanäle, Ventilatoren

Beständigk.

propylen

-

gg.Säuren und Medizin

PP

0,91

33

800

1300

>1016

55-90

0,1

65

Laugen,

100

Pneumatik-zylinder

niedriges

spez. Gewicht

zäh,

Poly-

5*

-40

transparent

sulfon

PSU

1,24

72

>50

2500

-1016

>40

0,25

-

175

gute elektr.

--

150

Eigenschaften

hohe Festigk.

Polytetra-

250-

-200

höchste

Gleit-

Wärme-u.

fluor-

500

-

elemente,

chem.

ethylen

PTFE

2,15

25-15

400

1018

20-80

0

100

50

Beständigk.

Chemie-

niedrigster

dichtungen

Reibungs-

Armaturen

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Kunststoffe

Quelle: Internet

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Mechanische Eigenschaften

Elektrische Eigenschaften

Thermische Eigenschaften

Kurzbezeich-

Dichte

Zugfestig-

Bruch-

E-Modul Durchgangs- Durchschlags- Feuchtigkeits- Tempe-

Wärmebe-

Material

nung DIN

DIN

keit DIN

dehnung

DIN

widerstand

festigkeit DIN aufnahme bei

ratur-

ständigkeit Physikalische

Rohstoffgruppe

7728

53479

53455

DIN 53455

53457

DIN 53482

53481

Normalklima

bereich

DIN 53461 Eigenschaften Anwendungsgebiete

koeffizient

Isolatoren

Poly-

-10

hohe chem.

Behälter,

vinyl-

-

Beständigk.

Verkleidungen,

PVC

1,36

65

20

3000

1016

20

<0,1

--

chlorid

55

gute dielektr.

Gehäuse

Eigenschaften

Poly-

-40

abriebfest

Pumpenteile

vinyliden-

-

Therm. Stabilit. Dichtungen

PVDF

1,78

55

20

2000

1015

22

<0,04

110

fluorid

100

UV-beständig

mediz.Teile

hohe chem.

Beständigk.

Thermo-

4*

-20

zäh, hart

Gleit-

plastischer

1016

-

dimensions-

elemente

Polyester

100

stabil, geringer

PET

1,37

74

>20

3000

>70

0,2

74

Kaltfluß,

gute chem.u.

elektr. Eigens.

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Werkzeug

Quelle: ich

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Werkzeuge, die uns das DIY-Leben erleichtern

Für die Elektrik/Elektronik

< Messgerät: Analog oder digital ist eigentlich egal, wenn nur Spannungen, Ströme und Widerstände gemessen werden sollen. Bitte nicht an der

Entladungslampe messen, für diese (Hoch)Spannungen sind normale

Messgeräte nicht ausgelegt!

ESD-Armband: Zwingend notwendig, um Schäden und Totalverluste an der empfindlichen TFT-Elektronik zu vermeiden!

< Lötnadel: 12 Volt, empfehlenswert für feine Lötarbeiten wie z. B. an Sub-D-Steckern.

Lötkolben: 30 Watt sollten für die Elektroverkabelung ausreichen.

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Werkzeug

Quelle: ich

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Für die Gehäusebearbeitung

Kreissäge: Für das Zuschneiden von Brettern und Platten; auch für Alu und Kunststoffe geeignet, wenn man ein passendes Sägeblatt hat und die Drehzahl regeln kann.

< Stichsäge: Für Kurvenschnitte und Öffnungen; für gerade Schnitte nur bedingt geeignet, eventuell Anschlaglineal verwenden. Auch für das Zuschneiden der

Fresnel verwendbar.

Bandsäge: Wie die Stichsäge für Kurvenschnitte besonders geeignet, nicht jedoch für Öffnungen. Begrenzte Schnittbreite. Hat mein Nachbar :-)

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24/11/2004

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Werkzeug

Quelle: ich

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Deltaschleifer: Für feinere Schleifarbeiten auch bis in Innenecken.

< Bandschleifer: Ist nicht unbedingt notwendig, erleichtert aber manches. In meinem Reportoir befindet sich ein Hand-Bandschleifer sowie ein stationäres Gerät.

Drehbank: Das ist natürlich schon Luxus pur für einen Heimwerker, aber eine feine Sache, um z. B. Halterungen für Linsen (Kondensor) herzustellen. Sowas habe ich leider nicht, würde aber auch das Platzangebot in meiner Werkstatt überfordern.

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24/11/2004

Seite 33 von 152

Werkzeug

Quelle: ich

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< Bohrmaschine: Klar, zum Bohren von Löchern. Optimal ist auch eine Säulenbohrmaschine, aber ein Tischständer für die Handbohrmaschine tut es

auch.

Dremel: Für feine Schleif-, Fräs- und Trennarbeiten, oder wie bei meinem Gerät mit Ständer auch zum Bohren und Fräsen in kleineren Dimensionen.

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Seite 34 von 152

Werkzeug

Quelle: ich

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Oberfräse: Ein äußerst praktisches Werkzeug, wenn auch nicht ganz

ungefährlich (aber das gilt fast für jedes elektrische Werkzeug). Ich habe sie z. B.

für die Herstellung einer Nut zur Aufnahme des Lilliput verwendet. Optimal ist es auch, wenn man sie auch stationär verwenden kann. Ich habe daher einen

verstellbaren Frästisch selber gebaut.

Und weil sie grade mit auf dem Bild ist: Bitte niemals

vergessen beim Umgang mit Fräse, Säge und anderen

Maschinen: Schutzbrille aufsetzen!

Ein paar Schraubendreher in gängigen Grössen hat wohl jeder, aber auch bis zur Größe 00 ist empfehlenswert (Schrauben am Lilliput), ferner diverse Zangen

(Kombizange, Seitenschneider), Messwinkel und Lineal, Feilen etc.. Für feinere Lötarbeiten ist eine sogenannte "Dritte Hand" äußerst nützlich!

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Grundlagen Licht

Quelle: www.filmtechnik-online.de bzw. www.cwaller.de

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Theoretische Grundlagen der Lichttechnik

Physikalisch gesehen, ist Licht eine elektromagnetische Schwingung. Es ist darum verwandt mit Rundfunkwellen, Röntgenstrahlen und sogar mit dem elektrischen Wechselstrom.

Elektromagnetische Schwingungen lassen sich über Ihre Wellenlänge charakterisieren. Das Spektrum reicht von sehr langwelligen Schwingungen (technischer Wechselstrom), bis hin zu den extrem kurzwelligen Röntgenstrahlen.

Die nebenstehende Tabelle gibt einen Überblick über typische Wellenlängen einiger in der Technik benutzter elektrischer Schwingungen.

Als Licht wird lediglich der extrem kleine Bereich zwischen 400 Nanometern (= 1/2500 Millimeter) und 780 Nanometern (=

1/1282 Millimeter) bezeichnet. Nur für diesen Bereich elektromagnetischer Schwingungen ist das menschliche Auge typische Wellenlängen in der

empfindlich, wobei die Farbempfindung von der spezifischen Wellenlänge der Schwingung abhängig ist.

Technik

Nicht für alle Wellenlängen ist das Auge jedoch gleich empfindlich.

Röntgenstrahlung

1 nm

Der Maximalwert liegt beim Menschen bei etwa 555 nm, also im gelb-grünen

sichtbares Licht

400 - 780 nm

Farbbereich (siehe Grafik). Am unempfindlichsten reagiert es auf dunkelrote Mikrowellen

1 mm

und violette Farbtöne.

Rundfunkwellen

300 m

Fernsehübertragun

1 m

Diese ungleichmäßige Farbempfindlichkeit stammt aus der Zeit, als der

Wechselstrom

6000 km

Mensch noch als Jäger und Sammler durch die Wälder schlich. Damals war er darauf angewiesen, Beutetiere auch bei schlechten Lichtverhältnissen im sonst grünen Umfeld wahrnehmen zu können.

Im Bereich der Foto-, Film- und Videotechnik findet diese Eigenschaft des Auges Berücksichtigung bei der Kalibrierung von Belichtungsmesseinrichtungen. Hierbei wird die Spektralempfindlichkeit der Messzelle der Empfindlichkeitskurve des Auges nachempfunden.

Nur in ganz wenigen Fällen wird man es ausschließlich mit Licht einer bestimmten Wellenlänge zu tun haben (beispielsweise bei Laserlicht). In der Regel setzt sich die Lichtfarbe aus elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen zusammen. Bestes Beispiel hierfür ist das Tageslicht. Es enthält ein breites Spektrum sichtbarer (und teilweise auch unsichtbarer) elektromagnetischer Strahlung. In der Gesamtheit führt dies zu einem weißen Lichteindruck.

Weißes Licht kann jedoch sehr unterschiedlich zusammengesetzt sein. Je nach Art der Lichtquelle kann entweder die langwellige oder die kurzwellige Strahlung stärker vorhanden sein. Dadurch bleibt das Licht zwar weiß, jedoch im ersten Fall mit einem warmen (rötlichen) Einschlag; im zweiten Fall erscheint es kälter und damit bläulicher (manchmal auch als "weißer" bezeichnet).

Diese Lichtunterschiede müssen bei photografischen Aufnahmen berücksichtigt werden. Um sie bewerten und gegebenenfalls korrigieren zu können, misst man die Farbtemperatur der Lichtquelle.

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Grundlagen Licht

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Aber auch bereits ein wesentlich eingeschränkteres Lichtspektrum erzeugt für das Auge scheinbar weißes Licht. Die Abbildung rechts zeigt, wie sich aus den additiven Grundfarben Rot, Grün und Blau weißes Licht erzeugen lässt.

Videomonitore arbeiten beispielsweise nach diesem Prinzip. Alle darauf erkennbaren Farben bestehen in Wirklichkeit nur aus den drei additiven Grundfarben in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen.

Scheinwerfer, die Ihr Licht auf diese Weise produzieren gibt es nicht - die Farbwiedergabe wäre zu schlecht - betrachten Sie doch mal Ihre Wohnung nur im Licht Ihres Fernsehers!

Trotzdem gibt es, insbesondere im Bereich der Allgemeinbeleuchtung, Lichtquellen, die bauartbedingt nicht in der Lage sind, ein vollständiges Spektrum abzustrahlen (z.B. Gasentladungslampen). Bei fotografischen Aufnahmen muss dies berücksichtigt werden, andernfalls ist mit Farbabweichungen oder sogar Farbstichen zu rechnen. Die Charakterisierung einer Lichtquelle in Bezug auf ihre Farbwiedergabeeigenschaften erfolgt durch den Farbwiedergabeindex.

Die Farbtemperatur

Weißes Licht gibt es eigentlich gar nicht. Es ist vielmehr das Ergebnis vieler verschiedenfarbiger, sich überlagernder Lichtstrahlen in einem Wellenlängenbereich von 400 bis 700 Nanometern.

Je nach Art der Lichtquelle, kann die spektrale Zusammensetzung, also das Mischungsverhältnis zwischen den einzelnen Farben variieren, ohne dass das Auge einen sichtbaren Farbstich wahrnimmt. Für die Charakterisierung einer Lichtquelle von besonderer Bedeutung ist das Verhältnis zwischen dem roten und dem blauen Lichtanteil. Weißes Licht mit hohem Rotanteil wird als warmfarbig und mit hohem Blauanteil als kaltfarbig bezeichnet. Für die Belange der Filmtechnik ist diese Unterscheidung zu ungenau. Eine Maßzahl muss her, die das Verhältnis genauer definiert: Die Verteilungs- oder Farbtemperatur (1) Als Referenzobjekt dient ein imaginärer schwarzer Körper, der auf Grund seiner Beschaffenheit keine Lichtstrahlen reflektiert. Um es gleich vorweg zu nehmen, einen solchen Körper gibt es nicht, man kann ihn sich jedoch ersatzweise als Hufeisen vorstellen. Bei Raumtemperatur ist er vollkommen schwarz. Erhitzt man ihn, so beginnt er irgendwann, Licht auszusenden. Zunächst glüht er nur leicht, das ausgesandte Licht hat einen hohen Rotanteil. Unser Hufeisen würde im Schmiedefeuer zunächst rot-, später weißglühend. Bei einer Temperatur von etwa 2500° C (= 2773 Kelvin) entspricht die spektrale Lichtverteilung der einer Haushaltsglühbirne.

Mit steigender Temperatur wird der blaue Lichtanteil immer größer. Ab hier hinkt unser Hufeisenmodell. Es würde irgendwann schmelzen, der schwarze Körper jedoch bleibt formstabil. Bei einer Temperatur von 4727° C (= 5000 Kelvin) entspricht die ausgesandte Strahlung etwa dem normalen Tageslicht.

(1) Manche Fachleute verwenden den Begriff Farbtemperatur nur bei diskontinuierlichen Spektren, deren Farbwirkung sich mit der eines Temperaturstrahlers vergleichen lässt (z.B. HMI-Lampen) Für kontinuierliches Spektren wird der Begriff Verteilungstemperatur verwendet. Diese Unterscheidung ist jedoch praxisfern. Wir verwenden hier daher unabhängig von der sonstigen spektralen Zusammensetzung nur den Begriff Farbtemperatur.

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Kontinuierliche und diskontinuierliche Spektren und der Farbwiedergabeindex Bei den meisten Lichtquellen, inklusive der Sonne, handelt es sich um Temperaturstrahler, das heißt, das Licht wird über den Umweg der Wärme erzeugt.

Farbtemperatur und Helligkeit stehen mit der Betriebstemperatur in direktem Zusammenhang. Sie strahlen ein kontinuierliches Farbspektrum ab, das bei unterschiedlicher Farbtemperatur nur seine Rot-Blau-Gewichtung verändert. Der grüne Lichtanteil liegt temperaturenabhängig zwischen 30 und 34 %.

Entladungslampen erzeugen ihr Licht nach dem Prinzip der Gasentladung: Mit Hilfe von elektrischem Strom werden die Elektronen eines Gasgemisches zum Leuchten angeregt. Je nach Zusammensetzung des Gases, geben die Lampen Licht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung ab. Es ist daher möglich, dass eine Lampe zwar für das Auge weißes Licht abstrahlt, jedoch im Farbspektrum wichtige Bereiche fehlen oder auch überdimensional stark vertreten sind.

Man spricht dann von einem diskontinuierlichen Spektrum. Aufnahmen unter solchen Lichtverhältnissen weisen unkorrigiert oft einen nur schwer vorhersehbaren Farbstich auf.

Der Farbwiedergabeindex

Hersteller von Entladungslampen geben in ihren Datenblättern eine Maßzahl für die Farbwiedergabequalität an: den Farbwiedergabeindex. Ein Wert von 100

entspricht einer absolut neutralen Farbwiedergabe, die nur von den kontinuierlichen Spektren der Temperaturstrahler erreicht wird. Hochwertige Entladungslampen für fotografische Zwecke erreichen, je nach Alterungszustand, Werte zwischen 90 und 96. Standard-Leuchtstofflampen, wie sie zum Beispiel zur Werkshallenausleuchtung eingesetzt werden, erreichen oft nur einen Farbwiedergabeindex von 60. Noch wesentlich darunter liegt das gelbe Natriumdampflicht, das wir von angestrahlten Gebäuden oder auch als Straßenbeleuchtung kennen.

Glüh- / Halogenlampen

Normale Haushaltsglühlampen eignen sich für Beleuchtungszwecke nur sehr eingeschränkt. Die niedrige Farbtemperatur von 2600 - 2800 Kelvin erfordert eine starke Korrekturfilterung, die sich je nach Alterungszustand der Lampe verändert und den geringen Wirkungsgrad weiter verschlechtert.

Die mit Stickstoff oder Edelgas befüllten Photolampen der Typen B und S brennen mit Überspannung, wodurch sich die Farbtemperatur auf 3200 bzw. 3400 Kelvin erhöht. Leider verkürzt sich hierdurch auch die Lebensdauer. Lampen des Typs B (z.B. Nitraphot) haben eine mittlere Lebensdauer von etwa 50 -

100 Stunden.. Photolampen des Typs S brennen mitunter sogar nur 5 - 15 Stunden. Die tatsächliche Nutzungsdauer liegt oft noch darunter, da Lichtausbeute und Farbtemperatur mit zunehmendem Alter kontinuierlich abnehmen und den frühzeitigen Austausch der Lampe erfordern.

Halogenlampen für den Hausgebrauch sind auf Grund ihrer hohen Lichtausbeute auch für fotografische Zwecke gut geeignet. Unter Umständen ist eine leichte Korrekturfilterung erforderlich, die die Farbtemperatur von ca. 2850 Kelvin auf normgerechte 3200 Kelvin anhebt. Die Lebensdauer kann bis zu 2000 Stunden betragen.

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Halogenlampen für fotografische Zwecke gibt es in den unterschiedlichsten Bauformen und Leistungsklassen. Das Programm beginnt bei Schwachstromlampen für kleine Reportageleuchten mit Betriebswerten von 12 Volt / 50 W und endet mit großen 10000 Watt-Brennern für Scheinwerfer. Sie alle erreichen ihre Kunstlicht-Farbtemperatur von 3200 bzw. 3400 Kelvin durch den Betrieb mit Überspannung. Sie haben daher nur eine Lebensdauer von 15 - 100 Stunden.

Beim Betrieb in Verbindung mit Lichtstellanlagen, sollten Halogenglühlampen nicht über einen längeren Zeitraum unter den Wert von 30 % gedimmt werden.

Durch die reduzierte Betriebstemperatur wird der Halogenkreislauf unterbrochen, was zu einer Schwärzung des Glaskolbens führen kann.

HMI-Lampen

HMI-Lampen(1) benötigen, wie alle Entladungslampen, ein Vorschaltgerät, welches die Stromaufnahme der Lampe begrenzt und die anliegende Netzspannung auf die Brennspannung der Lampe herabsetzt.

Die Zündspannung wird in der Regel nicht im Vorschaltgerät erzeugt. Der erforderliche Hochspannungstrafo befindet sich meist im Leuchtenkopf. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Zünd- und Brennspannungswerte der wichtigsten HMI-Lampen (Quelle: Osram/Philips): Technische Daten von HMI-Lampen

Zünd-

Betriebs-

Typ

spannung

spannung

Stromstärke Seit einigen Jahren sind Vorschaltgeräte auf dem Markt, die den Strom nicht mit Hilfe 125 W

?

80 V

1,9 A einer Drosselspule, sondern auf elektronischem Wege begrenzen. Dies führt zu 200 W

> 25 kVs

80 V

3,1 A einer erheblichen Gewichtsreduktion und ermöglicht es, die Lampe in gewissen 250 W

?

50 V

5,4 A Grenzen zu dimmen. Hauptvorteil elektronischer Vorschaltgeräte ist jedoch die 400 W

?

67 V

6,9 A Flickerfreiheit des abgestrahlten Lichts, was die Einhaltung bestimmter Kamera-575 W

> 25 kVs

95 V

7,0 A Laufgeschwindigkeiten bzw. Belichtungszeiten überflüssig macht. Man erreicht dies, 1200 W

> 35 kVs

100 V

13,8 A indem man die Lampe statt mit Wechselstrom, mit einer hochfrequenten Rechteck-2500 W

> 45 kVs

115 V

25,6 A spannung betreibt. Die Kontinuität der Lichtabgabe entspricht damit der einer 4000 W

>65 kVs

200 V

24,0 A Glühlampe.

6000 W

>65 kVs

123 V

55 A

12000 W

?

225 V

65 A

12000 W/GS

?

160 V

83 A

18000 W

?

225 V

89 A

(1) HMI: Hydragyrum (lat. Quecksilber), Mittlere Bogenlänge, I für das Halogenid Jod. Eigentlich handelt es sich bei HMI um den Produktnamen des Erfinders Osram. Andere Firmen bieten ähnliche Lampen unter den Bezeichnungen MSI oder RSI an. Der Name HMI wird üblicherweise als Psynonym für Tageslichtscheinwerfer gebraucht (ähnlich "Tempo" für Papiertaschentücher).

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Das Spektrum ist dem Tageslicht nachempfunden und erreicht eine Farbtemperatur von ca. 5500 bis 6000 K. Der Farbwiedergabeindex liegt bei etwa Ra 90 - 95. Durch den hohen, für den Menschen schädlichen UV-Anteil des Lichts bedingt, dürfen HMI-Lampen nur mit einer Schutzglasscheibe betrieben werden.

Bei gleicher Leistungsaufnahme ist die Lichtausbeute einer HMI-Lampe ca. viermal so groß wie die einer konventionellen Halogen-Glühlampe. Ein 2500 W HMI-Brenner erzeugt damit etwa die gleiche Lichtmenge wie eine Halogenlampe mit 10000 W.

Tages- / Sonnenlicht

Im Laufe des Tages schwankt die Farbtemperatur von natürlichem Tageslicht sehr stark. Am frühen Morgen und am Abend sind Farbtemperaturen von 2500 Kelvin möglich (Sonnenauf- /Untergang). Um die Mittagszeit liegt sie bei etwa 5500 Kelvin.

Direktes Sonnenlicht weist im Sommer Farbtemperaturen bis zu 6500 Kelvin auf. Himmelslicht weist noch eine erheblich höhere Schwankungsbreite auf. Von etwa 5500 Kelvin (bedeckter Himmel) bis etwa 30000 Kelvin (blauer Himmel bei Sonne) reicht die Skala.

Xenon-Hochdrucklampen

Ionisiertes Xenon-Gas erzeugt zwischen zwei Elektroden einen Lichtbogen. Im Gegensatz zu den meisten Gasentladungslampen, werden Xenon-Brenner mit Gleichstrom betrieben. Es ist daher, neben einem Zündgerät mit

Drosselspule, auch ein Gleichrichter erforderlich.

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Xenon-Hochdruck-Lampen strahlen ein diskontinuierliches, dem Tageslicht sehr ähnliches Spektrum ab. Die Farbwiedergabe ist etwas schlechter als bei HMI-Licht, . Als Filmbeleuchtung sind sie jedoch grundsätzlich geeignet. Auffällig ist das breite Spektrum in dem für den Menschen unsichtbaren UV- und IR-Bereich.

Klassische Filmscheinwerfer, die mit einer Xenon-Lampen ausgestattet sind, gibt es nicht. Es sind jedoch Eigenkonstruktionen bekannt, bei denen für Spezialanwendungen (Zeitlupenaufnahmen) die durch den Gleichstrom-Betrieb bedingte Flickerfreiheit ausgenutzt wird.

Auf Grund ihres fast punktförmigen Lichtbogens, eignen sich Xenon-Lampen besonders gut für den Einsatz in optischen Systemen. Man findet sie daher bevorzugt als Lichtquelle in Projektionseinrichtungen. Die meisten Kino-Vorführmaschinen und viele Effekt-Projektoren in Discotheken sind mit Xenon-Hochdruck-Lampen ausgestattet.

Der Austausch einer defekten Lampe darf nur mit Schutzbrille und Handschuhen erfolgen, da hierbei - wie bei allen Hochdrucklampen - die Gefahr des Platzens sehr groß ist.

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Das Spektrum des sichtbaren Lichts

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Lichtquellen

Temperaturstrahler

Sonne, Kerze, Glühlampe, Halogenlampe: die wichtigsten Lichtquellen dieser Welt sind Temperaturstrahler. Wie wir es vom Eisen her kennen, das zunächst rot glüht und bei zunehmender Temperatur gelb bis weiß leuchtet, hängt die Lichtfarbe eines heißen Gegenstands von seiner Temperatur ab.

Die menschliche Wahrnehmung kann nicht gut zwischen den verschiedenen Lichtfarben unterscheiden, da sie sich an die jeweilige Situation anpasst. So erscheint uns Sonnenlicht ebenso wie Glühlampenlicht als weißes Licht. Wird eine weiße Wand allerdings teilweise von Sonnenlicht und teilweise von Glühlampenlicht erhellt, so erscheint das Glühlampenlicht wesentlich gelblicher als das Sonnenlicht.

Lichtfarbe eines glühenden Gegenstands ("schwarzer Strahler") bei von links nach rechts steigender Temperatur in °Kelvin

Das Licht eines Temperaturstrahlers wird nicht nur in einer speziellen Wellenlänge abgestrahlt, sondern umfasst im Prinzip stets alle Farben des Regenbogens.

Erst die Mischung der verschiedenen Wellenlängen ergibt dann die Lichtfarbe. Bei niedriger Temperatur enthält das Licht mehr Rotanteile, bei höherer Temperatur mehr Blauanteile. Die jeweiligen Lichtspektren sind im Prinzip typisch für die betreffende Temperatur. Streng genommen gilt dies nur für eine spezielle Lichtquelle, den "schwarzen Strahler", eines alle Lichtwellen gleichermaßen abstrahlenden und absorbierenden schwarzen Körpers (vorzustellen als ein Guckloch eines im Innern heiß glühenden Ofens), näherungsweise jedoch für alle Temperaturstrahler.

Um die Lichtfarbe einer Lichtquelle zu charakterisieren, hat es sich daher als zweckmäßig erwiesen, die Temperatur des schwarzen Strahlers anzugeben, bei der die beiden Lichtspektren am besten übereinstimmen. Diese Farbtemperatur wird in Kelvin (°K) angegeben. So entsprechen 3000°K der Lichtfarbe "warmweiß", 4000°K "neutralweiß"

und 6500°K tageslichtweiß. 6500°K entsprechen der Lichtfarbe bei bedecktem Himmel (der Durchschnittshimmel für Deutschland). Farbfilme sind stets auf eine bestimmte Farbtemperatur eingestellt.K. Wird bei abweichenden Lichtverhältnissen (oder schlechter Farbwiedergabe der Lichtquelle) fotografiert, ergeben sich Farbstiche.

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Sonnenlicht:

Die Temperatur auf der Oberfläche der Sonne beträgt rund 6000°C, in Kelvin ausgedrückt ca. 6273°K. Dies entspricht in etwa der Farbtemperatur des Sonnenlichts an einem schönen Sommertag, wenn die Sonne im Zenit steht. Gegen Abend oder morgens

erscheint das Sonnenlicht rötlicher (Abendrot...), die Farbtemperatur liegt somit niedriger.

Das von einem klarem Himmel ausgehende Licht enthält dagegen weniger Rotanteile.

Seine Farbtemperatur kann 15000 - 30000°K betragen. Das Licht des blauen Himmels enthält im übrigen nicht nur relativ viel blaues sondern auch viel UV-Licht. Bei gleicher Luxzahl ist es somit erheblich schädlicher für Kunstwerke als direktes Sonnenlicht (auch bei jeweils ausgefiltertem UV-Licht).

Die Beleuchtungsstärke des Sonnenlichts liegt in diesen Breiten im Sommer bei maximal 100 000 lux, im Winter etwa 20 000 lux; bei bedecktem Himmel maximal 20 000 lux (Sommer) bzw. 5000 lux (Winter).

Kunstlicht:

Glühlampen

Glühlampen sind typische Temperaturstrahler, in denen ein auf ca.

2600 - 3000°K erhitzter Wolframdraht unter Vakuum oder in einer

inerten Gasatmosphäre zum Glühen gebracht wird, Der Hauptanteil

der abgegebenen Strahlung liegt dabei im infraroten Bereich.

Die Lebensdauer ungedimmter Glühlampen liegt bei 1000 h. Bei höherer Wendeltemperatur verbessert sich die Lichtausbeute, verkürzt sich jedoch ist die Lebens-dauer.

Die Verkürzung der Lebensdauer ist eine Folge der mit der Temperatur steigenden Verdampfungsgeschwindigkeit der Wolframatome, die einerseits zur Kolbenschwärzung und andererseits letztendlich zum Bruch der Glühwendel führt.

Ein hoher Fülldruck eines möglichst schweren Gases (Argon, Krypton, Xenon) vermindert die Verdampfungsgeschwindigkeit des Wolframs und damit die Kolbenschwärzung.

Krypton-Lampen besitzen daher eine ca. 10% höhere Lichtausbeute als normale Glühlampen, deren Lichtausbeute mit 9-19 lm/W insgesamt sehr niedrig liegt.

Die hohen Oberflächentemperaturen führen zu Staubverschmorungen: oberhalb von Deckenspots sind häufig schwarze Verrußungen zu beobachten. Großkolbenlampen besitzen diese Eigenschaft weniger. Mattierte Glaskolben dämpfen die Schattenbildung und Blendung. Kuppenverspiegelte Lampen schützen vor Blendung und sorgen für ein indirektes Licht. Reflektorlampen sind als Spotlampen noch häufig in Museen anzutreffen.

Aus Gründen der Energieersparnis sollten dauerbrennende Glühlampen sukzessive durch andere Lichtquellen ersetzt werden. .

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Halogenlampen

Halogenlampen arbeiten mit etwas höherer Wendeltemperatur als Glühlampen. Die Halogengase im Inneren verhindern, dass sich die aus der Glühwendel verdampfenden Metallgase auf der Kolbeninnenfläche niederschlagen und diesen schwärzen.

Der Halogenkreislauf

Das beim Lampenbetrieb von der Wendel abdampfende Wolfram gelangt durch Diffusion oder Konvektion in Temperaturgebiete (< 1400°K) nahe der Glaskolbenwand, wo sich stabile Halogenverbindungen bilden. Mit der thermischen Strömung gelangen diese Verbindungen wieder in die Nähe der heißen Wendel und zerfallen dort wieder. Ein Teil des Wolframs wird wieder auf die Wendel zurücktransportiert, allerdings nicht an seine Herkunftsstelle.

Die Halogene - früher Iod, heute häufig Brom, verhindern somit nicht das Verdampfen des Wolframs sondern nur die Schwärzung des Glaskolbens. Die Lebensdauer von 2000 - 3000 h endet mit der Wendelunterbrechung an entstehenden "hot spots". Dimmen von Halogenlampen erhöht die Lebensdauer und führt zu einer Verschiebung der Farbtemperatur. Dimmen führt zeitweilig zu einer leichten Schwärzung des Kolbens, die jedoch bei Volllast wieder verschwindet.

Durch die höhere Temperatur der Glühwendel ist das Spektrum der Halogenlampen gegenüber den Glühlampen etwas in den kürzerwelligen Bereich verschoben und im Uhrzeigersinn gekippt. Es enthält einen geringeren Infrarotanteil, einen höheren UV- und Blauanteil. Auch die Wellenlängen der UV-Strahlung verschieben sich in Richtung der gefährlicheren kurzwelligen UV-Strahlung So erklärt es sich, dass Halogenlampen zwar, in µW/lumen gemessen, zwar nur etwa 50% mehr UV-Strahlung aussenden als Glühlampen, die Lichtschäden aufgrund die kurzwelligeren Strahlen jedoch viermal so stark sind wie bei Glühlampen (Michalski 1987).

Die Lichtausbeute (d.h. die hauptsächlich im Gelbgrünbereich pro Watt abgegebene Strahlung) liegt mit 15 - 25 lm/W dadurch ca. 100 % höher als bei Glühlampen. Die Farbwiedergabequalität liegt je nach Art des Reflektors in der Gegend von ca. 94 - 97 (???, DIN 5053)).

Halogenlampen mit IR-Beschichtung verfügen über eine um ca. 30% höhere

Lichtausbeute. Die IR-reflektierende Beschichtung reflektiert die abgegebene IR-Strahlung großenteils auf die Wendel zurück, die dort zum Teil absorbiert wird. Dies bewirkt eine Erhöhung der Wendeltemperatur, wodurch die Zufuhr elektrischer Energie reduziert werden kann. Die Lichtausbeute steigt.

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Es ist zu unterscheiden zwischen Hochvolt (230V)-und Niedervolt (12V)-Lampen und zwischen Hochdruck- und Niederdruck- Halogenlampen. Nur Niederdruck-Lampen dürfen in freibrennendem Betrieb eingesetzt werden.

Neben den kleinen Stiftsockellampen sind vor allem die kleinen Reflektorlampen üblich, die in Lampen ohne Reflektor eingesetzt werden. Bei den heutigen Qualitäten ist meist eine Schutzscheibe aus Borosilikat integriert. Die Schutzscheibe hält UV-B Strahlung zurück, schützt bei explodierenden Lampen und verhindert Staubverschmorungen auf der heißen Kolbenoberfläche.

Reflektorlampen werden in 20-50 Watt, in Abstrahlwinkeln von 8 -60ůnd verschiedenen Sockelweiten angeboten. Die Farbtemperatur liegt bei 29.. - 4000°K

und lässt sich durch Dimmen beeinflussen. Die Lampen um 5 % zu dimmen, erhöht die Lebensdauer bereits erheblich. Starkes Dimmen führt allerdings zunehmend zu einer gelblichen Lichttünche, wie sie uns von vielen lichtreduzierten Ausstellungen vertaut ist. Die richtige Beleuchtungsstärke sollte daher eher durch Verwendung passender Wattzahlen und Abstrahlwinkel erzielt werden als durch exzessives Dimmen.

Bei Kaltlichtreflektorlampen ("Cool-Beam") ist die Reflektor für Infrarotstrahlung durchlässig, sodass zwei Drittel der Wärmestrahlung nach hinten abgegeben und damit nicht auf das Exponat geleitet wird. Die Wärmeentwicklung im Raum bleibt insgesamt unverändert, doch die Leuchten oder Decken werden stark erwärmt. Die Glaskalotte ist mit 19 Lagen verschiedener Metalloxyde beschichtet, die durch Interferenz nur IR-Licht durchlassen. (Bild und Info: www.osram.de) Alu- und Goldreflektoren lenken die IR-Strahlung dagegen nahezu vollständig aufs Exponat.

Titan-Halogenlampen erreichen die doppelte Lebensdauer. Ihr Licht ist etwas kälter (bläulicher) als das anderer Halogenlampen (3100°K).

UV-Stop Halogenlampen filtern einen Großteil der UV-B und -C, sowie etwa die Hälfte der UV-A Strahlung aus. Die Ausbleichwirkung reduziert sich dadurch um bis zu 80% (Katalog Osram). Der Quarzglaskolben ist hierbei mit UV-absorbierendem Substanzen dotiert.

Die hohen Oberflächentemperaturen führen zu Staubverschmorungen.

Der Lichtkreis der Reflektorlampen gleicher Wattzahl und gleichen Abstrahlwinkels kann je nach Hersteller unterschiedlich sein: entweder am Rand verflliessend oder scharf begrenzt. Eine Facettierung der Glaskalotte bewirkt am Rand ein fächerförmiges Schattenmuster (siehe Bartl 1993). Im Zentrum des Lichtkreises befindet sich in der Regel ein wesentlich hellerer Bereich, der sich deutlich vom übrigen, nach außen dunkler werdenden Lichtkreis absetzt.

Entladungslampen

Entladungslampen beruhen wie Leuchtstofflampen auf einer Gasentladung, Bei Leuchtstoff-lampen wird das sichtbare Licht im wesentlichen erst von der Leuchtstoffschicht erzeugt.

Bei Entladungslampen dagegen entsteht das sichtbare Licht sofort bei der Gasentladung. Man unterscheidet Metalldampflampen und Gasentladungslampen. Alle Lampen benötigen eine bestimmte Anlaufzeit von einigen Minuten, bis der richtige Dampfdruck aufgebaut ist und die Lampe ihre volle Leistung entwickelt. Da die Zündspannung über der Betriebsspannung liegt, ist stets ein Zündgerät erforderlich.

Entladungslampen sind mit Stiftsockeln oder Schraubsockeln erhältlich, auch in Form kleiner Reflektorlampen, die z.B. in faseroptischen Systemen eingesetzt werden können. Da die Lichtquelle sehr punktförmig ist, lässt sich das Licht von Entladungslampen sehr gut bündeln.

Die Lampen sind z.T. nur für spezielle Brennstellungen zugelassen, z.B. horizontal oder vertikal, mit bestimmten Toleranzen.

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Die Metalldampflampen enthalten im Unterschied zu Leuchtstofflampen Quecksilberdampf unter hohem Druck sowie kleine Mengen von Halogenverbindungen, um die Farbbalance zu verbessern. Zwischen den beiden dicht beieinander stehenden Elektroden entsteht ein dichter Stromfluss (Bogenentladung) durch das Gas und die Elektronen stoßen heftig auf die Gasatome. Bei den Kollisionen erhalten die Quecksilber- und anderen Atome viel Energie, die sie in Form von Licht und Wärme wieder abgeben.

Entladungslampen gehören zu den energieeffizientesten Lampen, denn sie haben wenig Möglichkeit, Energie in Form von Wärme abzugeben. Bei Leuchtstofflampen sendet das Quecksilber hauptsächlich UV-Strahlen aus, die von den Leuchtstoffen in energieärmeres Licht umgewandelt werden. Der Differenzbetrag an Energie wird in Form von Wärme frei. Beim Start von Entladungslampen, wenn der Quecksilberdruck noch gering ist, wird ebenfalls hauptsächlich UV-Strahlung erzeugt (welche vom Glaskolben absorbiert wird). Je höher Temperatur und Druck in der Lampe ansteigen, desto weißer wird das Licht. Die anfangs gebildete UV-Strahlung trifft dann sehr häufig auf bereits angeregte Quecksilberatome und befördert diese auf noch höhere Energieniveaus.

Die UV-Strahlung kann somit kaum aus dem Gaswolke entkommen, denn sobald ein Atom ein 254 nm-Photon abgibt, wird diese Energie vom Nachbaratom absorbiert (radiation trapping).

Diese höheren Energieniveaus bauen sich dann durch Abgabe sichtbaren Lichts ab. Durch die häufigen Kollisionen zwischen angeregten Quecksilberatomen wird außerdem Licht auch in Wellenlängen frei, die ohne Kollisionen unmöglich wären. Quecksilber allein würde bläulich-weißes Licht erzeugen, die Metall-Halide in der Lampe tragen Rottöne und andere Farbnuancen bei und machen das Licht wärmer und tageslichtähnlicher (vgl. Bloomfield ).

Alle Entladungslampen brauchen zur Strombegrenzung und Zündung spezielle Betriebsgeräte. Metalldampflampen benötigen nach der Zündung eine gewisse Anlaufzeit (typ. 2 -3 Minuten) um auf die volle Lichtleistung zu kommen. So lange brauchen nämlich die Füllsubstanzen, um vollständig zu verdampfen (Osram-Katalog). Entladungslampen starten nur in kaltem Zustand zuverlässig, eine Wiederzündung ist erst nach 2 - 15 Minuten möglich, oder aber es müssen spezielle Zündgeräte verwendet werden.

Spektrum einer Entladungslampe (Radium HRI-...NSc mit sehr guter Lichtausbeute jedoch mäßiger Farbwiedergabe (2b),

Von den Entladungslampen besitzen lediglich einige Halogen-Metalldampflampen eine akzeptable Farbwiedergabe und kommen für Museen (und für unsere DIY-Beamer; Anmerkung von wschmid) in Frage. Hierbei sind dem Quecksilber im Brennraum verschiedene Metallhalogenide seltener Erden beigemischt, welche die Farbwiedergabe positiv beeinflussen (Ris 1992). Nur wenige, wie Radium RCI-TS... NDL oder Osram Powerstar HQI tageslichtweiß, erreichen die Farbwiedergabestufe 1A (Lichtausbeute: 70 - >100 lm/W). Die Lichttemperatur der Metalldampflampen nimmt bei jeder Betriebsstunde und bei jedem Einschalten etwas ab, sodass in der Praxis nicht unbedingt die gesamte Lebensdauer nutzbar ist. Bei neueren Typen mit Keramikbrenner (z.B. Osram Powerstar HCI, Farbwiedergabestufe 1B) sowie bei Natrium-Xenonlampen Farbwiedergabestufe bis 1B) soll die Farbtemperatur weitgehend konstant bleiben (Osram). Alle Entladungslampen emittieren einen erheblichen Anteil UV-Licht und benötigen einen UV-Sperrfilter. Die meisten erfordern zudem eine bruchsichere Abdeckscheibe, für den Fall, dass eine Entladungslampe explodiert.

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Was sind Lumen?

Lumen ist die physikalische Einheit, mit der der sogenannte Nutzlichtstrom angegeben wird. Letztendlich gibt der Wert nur an, wie stark die Lichtquelle im Gerät ist. Über das Ergebnis, also die Helligkeit des projizierten Bildes sagt der Wert an sich nichts aus.

Wie werden Lumen gemessen?

Gar nicht, es gibt kein Gerät, mit dem man den sogenannten Nutzlichtsstrom messen könnte. Der einzige Wert, der messbar ist, ist die Beleuchtungsstärke, die mit einem Belichtungssmesser, wie man ihn vom Fotografen her kennt, gemessen wird. Die Beleuchtungsstärke wird in Lux angegeben. Die Beleuchtungsstärke ist ohnehin der interessantere Wert, da es sich dabei nur um den Lichtanteil handelt, der das tatsächlich projizierte Bild erzeugt.

Der Nutzlichtsstrom (der Lumenwert) wird über einen Umweg ermittelt: Man projiziert ein weißes Bild, stellt dessen Fläche in Quadratmetern fest und misst in der Bildebene die Beleuchtungsstärke. Wie wird nun die Lumenzahl errechnet? Man bedient sich dabei folgender Formel:

Lichtstrom (lm) = Beleuchtungsstärke (lx) * Fläche (m²)

Erst jetzt kennt man die Lumenzahl eines Gerätes.

Normen

Damit der Nutzlichtstrom weltweit nach den gleichen und wiederholbaren Verfahren ermittelt werden können, müssen sich die Hersteller an Vorgaben von Normungsinstituten halten. Obwohl es eine ISO-Norm gibt, hat sich in der Praxis die amerikanische Norm ANSI (American National Standard Institute) durchgesetzt. Deshalb findet man in der Regel als technische Angabe den Begriff „ANSI- Lumen“.

Was fordert die ANSI-Norm?

Bei dem getesteten Gerät muss es sich um ein normales Seriengerät handeln, das projizierte Bild sollte eine Fläche von 1 qm bis 2 qm haben und die Bildmitte muss genau auf der optischen Achse liegen. Mittels verschiedener genormter Testbilder werden Helligkeit, Kontrast sowie die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung ermittelt.

Wieviel Lumen muss ein Gerät wirklich

Das hängt davon ab, in welcher Umgebung der Projektor eingesetzt werden soll. In Hellräumen variiert der Luxwert haben?

zwischen 100 und 400. Der Wert 100 wird erreicht, wenn kein Tageslicht direkt auf die Projektionsfläche fällt, mit 400

Lux hat man es z.B.zu tun, wenn die Projektionsfläche einem Fenster genau gegenüber liegt. Als Faustregel gilt, dass der Projektor die fünffache (Nach Duffy die fünfzigfache) Luxzahl des Umgebungslichtes liefern sollte. In relativ dunklen Räumen (100 Lux) reichen 500 Lux, in hellen Räumen (400 Lux) sollten es dann schon 2000 Lux sein.

Leider hat man es noch mit einer zweiten Variablen zu tun, nämlich mit dem Abstand zwischen Projektor und Projektionsfläche und damit auch zwangsläufig mit der Größe des projizierten Bildes. Die Helligkeit des Bildes nimmt mit Entfernung zwischen Projektor und Bildfläche ab.

Rechenbeispiel:

Wir befinden uns in einem Raum mit relativ viel Umgebungslicht (400 Lux) und uns steht ein Projektor mit 1200

Lumen zur Verfügung. Nun multiplizieren wir das Umgebungslicht mit 5 (oder 50 nach Duffy, siehe oben) und erhalten 2000 Lux. Wenn wir nun den die Lumenzahl des Gerätes mit dem fünffachen des Umgebungslichtes dividieren erhalten wir die optimale Projektionsfläche in Quadratmetern. In unserem Fall also 0,6 qm. Bei dem üblichen Seitenverhältnis von 4:3 erhalten wir ein 90 cm breites Bild.

Bildgröße (m²) = 1200Lumen / 2000Lux = 0,6m²

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Fazit

Die optimale Lumenzahl hängt davon ab, unter welchen Bedingungen der Projektor eingesetzt werden soll. Wenn das Gerät vor einem großem Publikum in sehr hellem Umgebungslicht eingesetzt wird, braucht es eine hohe Lumenzahl.

Steht der Projektor in einem relativ dunklen Raum und ein eher kleines projiziertes Bild reicht aus, können es auch ein paar Lumen weniger sein.

Hier mal eine Lichtrechnung von Duffy für eine 250 W HQI:

20000lm * 35% = 7000lm das holt man mit Reflektor und großem Kondensor raus 7000lm * 61% = 4270lm die 7000lm bezogen sich auf eine runde Fläche, TFT ist aber nur ein Ausschnitt davon 4270lm - 30% = 2989lm Verluste durch Glas und Fresnel

2989lm * 33% = 986lm Verlust am TFT

986lm - 20% = 780lm Verluste durch Objekti

ca. 780lm bei einer 100% Ausleuchtung wären das 780 Ansi-Lumen

bei nur 30% Lichtausbeute an der Lampe, sprich 6000lm kommen nur noch 670lm raus jedoch bei 60% Lichtausbeute an der Lampe, sprich 12000lm kommen ca. 1400lm raus Man sieht, es hängt alles von der Lichtquelle ab und wie man sie nutzt, professionelle Beamer nutzen recht viel, bestimmt 60-80%

Und hier noch ein paar Beleuchtungsstärken nach Duffy:

Sonne, Sommer

70000 lx

Sonne, Winter

5500 lx

Tageslicht, bedeckter Himmel

1000 bis 2000 lx

Vollmond

0,25 lx

Sterne ohne Mond, klare Nacht

10-³ lx

Grenze der Farbwahrnehmung

3 lx

Arbeitsplatzbeleuchtung, hohe Ansprüche

1000 lx

Wohnzimmerbeleuchtung

120 lx

Straßenbeleuchtung

1 bis 16 lx

Leuchtdiode

10-² lm

Glühlampe 220V, 60W

730 lm

Glühlampe 220V, 100W

1380 lm

Leuchtstoffröhre 220V, 40 W

2300 lm

Quecksilberdampflampe 220V, 125W

5400 lm

Quecksilberdampflampe 220V, 2000W

125000 lm

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Projektionsgeometrien

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.

Das Verhältnis von Projektionsentfernung zu Bilddiagonale ist gleich dem von Brennweite zu Chipdiagonale 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.

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. 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.

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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 Off-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 Abhängigkeit von der Projektionsentfernung lässt sich die Lage der Bildmitte 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.

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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 h (cm) sei die Höhe des Bildmittelpunktes

und Panavision. Auf einer DVD abgespeicherte 16:9- Filme liegen, nicht zuletzt um Speicherplatz zu sparen, auch über der optischen Achse

anamorphotisch verzerrt vor. Es gibt verschiedene Verfahren, sie wieder im richtigen Seitenverhältnis zu zeigen.

e (cm) sei die Projektionsentfernung

Optimal ist sicherlich der echte 16:9 Projektor, zumeist wird man sich aber mit einem 4:3-Gerät begnügen müssen.

h = e * tan alpha

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 Beispiel:

und können so mit einer Vielzahl von Projektoren eingesetzt werden.

Für eine Entfernung von 3 m = 300 cm und Dennoch, vollkommen universell sind diese Vorsatzoptiken auch nicht. Beim Einkauf sollte man sowohl die Auflösung einen Winkel von 10° ergibt sich die Höhe

als auch die Chipgröße des eigenen Projektors kennen.

des Bildmittelpunktes zu:

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

h (cm) = 47,4 (cm)

Der Bildmittelpunkt liegt im Beispiel also um

47,4 cm über der Optischen Achse.

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Der Lichtstrom

Mathematisches Formelzeichen:

Maßeinheit: Lumen (lm)

Unter Lichtstrom versteht man die gesamte, in allen Richtungen von der

Lichtquelle in den Raum abgestrahlte Energie. Zur spektralen Bewertung

herangezogen wird die Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen Auges.

Das Beispiel:

Eine Glühlampe wird eingeschaltet. Das gesamte Licht, welches die Lampe

abstrahlt, bezeichnet man als Lichtstrom, gemessen in Lumen.

Die Lichtmenge

Die Lichtausbeute

Mathematisches Formelzeichen:

Maßeinheit: Lumen/Watt (lm/W)

Maßeinheit: Lumensekunden (lms)

Die Lichtausbeute gibt an, wie effizient eine Lampe die aufgenommene

Die Lichtmenge gibt die Höhe des Lichtstroms über einen bestimmten Zeitraum elektrische Energie in Licht umsetzt. Angegeben wird der Lichtstrom, der pro an.

Watt zugeführter Energie erzeugt wird.

Lichtmenge = Lichtstrom x Zeit

Zur Information:

Das Beispiel:

Eine Glühlampe wird für 1 Minute (= 60 Sekunden) eingeschaltet. Während

Halogenlampen haben einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von etwa 25

dieses Zeitraumes erzeugt sie einen Lichtstrom von 1 lm. Die abgestrahlte

lm/W. Bei HMI-Lampen liegt der Wirkungsgrad wesentlich höher, die Werte

Lichtmenge beträgt daher 60 lms.

liegen hier zwischen 80 und 100 lm/W.

Lichtmenge = 1 lm x 60s 0 60 lms

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Die Lichtstärke

Mathematisches Formelzeichen: I

Maßeinheit: Candela (Ca)

Lichtquellen strahlen ihr Licht nur selten in alle Richtungen gleichzeitig ab. Der in einer bestimmten Richtung abgestrahlte Teil des Lichtstroms nennt man Lichtstärke. Um diesen berechnen zu können, muss man zunächst den Raumwinkel des abgestrahlten Lichts kennen.

Dazu stellen wir uns vor, die Lichtquelle wäre absolut punktförmig und würde ihr Licht gleichmäßig und kugelförmig abstrahlen (siehe linke Abbildung). In diesem Fall befindet sich die Lichtquelle exakt im Mittelpunkt dieser Kugel und die beleuchtete Fläche liegt auf der Kugeloberfläche. Der gesuchte Raumwinkel (gemessen in Steradiant, sr) berechnet sich dann wie folgt:

Jetzt lässt sich die Lichtstärke nach folgender Formel berechnen:

Da es keine Glühlampen gibt, die Ihr Licht absolut kugelförmig abstrahlen

(dies wird schon durch die notwendigerweise vorhandene Fassung verhindert), verwendet man bei der Berechnung der Lichtstärke sehr kleine Raumwinkel

und trägt die ermittelten Werte in Abhängigkeit zum Abstrahlwinkel in ein

Polardiagramm (siehe Abbildung) ein.

Diagramme dieser Art findet man oft in den Datenblättern der Lampen-

hersteller. Interessant sind sie in erster Line für den Scheinwerferkonstruk-teur. Mit Hilfe dieser Daten kann er das optische System seiner Leuchte auf den verwendeten Lampentyp anpassen und so den Wirkungsgrad der

Leuchte optimieren.

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Fachbegriffe

Quelle: Internet

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Die Beleuchtungsstärke

Mathematisches Formelzeichen: E

Maßeinheiten: Lux (lx), Footcandle (fc)

Die Beleuchtungsstärke gibt an, wie stark eine Fläche beleuchtet wird.

Das Beispiel:

Der von einem Scheinwerfer erzeugte Lichtstrom von 1 Lumen trifft auf eine Fläche von 1 Quadratmeter. Hierbei beträgt die Beleuchtungsstärke 1 Lux.

Im Bereich der praktischen Beleuchtungstechnik ist es sinnvoller, sich folgende Formel zu merken: Nach dem "Fotometrischen Entfernungsgesetz" lässt sich die Beleuchtungsstärke ermitteln, indem man die Lichtstärke in Candela durch das Quadrat des Abstandes in Metern dividiert. Dies gilt jedoch nur dann, wenn das Licht im rechten Winkel auf die beleuchtete Fläche fällt.

Das Beispiel:

Laut Polardiagramm sendet eine Lampe in einem bestimmten Winkel eine

Lichtstärke von 100 Candela aus. Die zu beleuchtende Fläche befindet sich in einem Abstand von 5 Metern. Die Beleuchtungsstärke beträgt in diesem Fall 4 Lux.

Oft wird die Beleuchtungsstärke auch in der Maßeinheit Footcandles (fc)

angegeben Bei der Umrechnung gilt:

1 fc = 10,76 lx

1 lx = 0,0929 fc

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Fachbegriffe

Quelle: Internet

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Die Leuchtdichte

Mathematisches Formelzeichen: L

Maßeinheiten

bei beleuchteten Flächen: 1 Candela/m² (früher Apostilb, asb)

bei Selbstleuchtern: 1 Candela/cm² (früher Stilb, sb)

Die Leuchtdichte ist das Maß für den Helligkeitseindruck, den ein beleuchtetes (oder selbstleuchtendes) Objekt im menschlichen Auge erzeugt.

Bei Selbstleuchtern (beispielsweise Wendeln von Glühlampen) würde die Maßeinheit 1 Cd/m² sehr große Zahlenwerte erzeugen. Daher verwendet man hier oft die Einheit 1 Cd/cm². Die Formel lautet dann:

Die Umrechnungsfaktoren zu den alten Maßeinheiten sind:

1 Cd/m² = 3,14 asb

1 Cd/cm² = 1 sb

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Vorschaltgeräte

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Quelle:

Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen

Entladungslampen müssen zur Strombegrenzung mit Vorschaltgeräten betrieben werden. Hierfür eignen sich konventionelle, verlustarme sowie elektronische Vorschaltgeräte. Ein qualitativ wichtiger Betriebsparameter ist deren Verlustleistung, die sich zusammen mit der Lampenleistung zur Systemleistung addiert.

Vorschaltgeräte, elektronische (EVG)

Diese werden im Gegensatz zu konventionellen Vorschaltgeräten im Frequenzbereich ³ 30 kHz betrieben. Durch diese Betriebsweise erhält man einen signifikanten Effizienzgewinn, der im wesentlichen auf zwei Mechanismen basiert: Die Verringerung der Elektrodenverluste.

Die Steigerung der Lichtausbeute, die fast ausschließlich bedingt ist durch die bessere Umwandlung elektrischer Leistung in die UV-Linien des Quecksilberatoms bei 185nm und 254 nm.

Durch den Einsatz von modernen EVGs konnte v.a. in der Leuchtstofflampen-Familie der Lichtkomfort, die Wirtschaftlichkeit und die Betriebssicherheit signifikant erhöht werden.

Lichtkomfort Flackerfreie

Zündung

Angenehmes, flimmerfreies Licht ohne Stroboskopeffekte

Geräuschfrei ohne das lästige Brummen von Drosseln

Kein Blinken defekter Lampen

Automatische Wiedereinschaltung nach Lampenwechsel

Wirtschaftlichkeit

Bis zu 30% geringere Leistungsaufnahme gegenüber KVG-Betrieb

Mehr als 50% höhere Lampenlebensdauer gegenüber KVG/VVG durch lampenschonenden Betrieb Niedrige Wartungskosten

Einsatz in Notbeleuchtungsanlagen gem. VDE 0108

Reduzierung der Energiekosten für Klimaanlagen, Reduzierung der Kühllast

Betriebssicherheit

Sicherheitsabschaltung der Stromversorgung bei defekter Lampe

Einhaltung der dezidierten Normen für Sicherheit und EMV

Schutzschaltung ggü. kurzzeitigen Spannungsimpulsen und zeitweilig andauernden Überspannungen Dimmbare elektronische Vorschaltgeräte erlauben das stufenlose und flackerfreie Dimmen von Leuchtstofflampen im Bereich von 3% bis 100% für Kompaktleuchtstofflampen, und 1% bis 100% bei stabförmigen L-Lampen. Die Ansteuerung erfolgt über eine galvanisch getrennte 1-10V- Schnittstelle oder DALI (Digital Addressable Lighting Interface).

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Vorschaltgeräte

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Vorschaltgeräte, konventionelle (KVG):

Quelle:

Es handelt sich hierbei um einen einfachen induktiven Widerstand, der aus einem mit Kupferdraht umwickelten Eisenkern besteht.

Bedingt durch diesen ohmschen Widerstand kommt es zu starken Leistungsverlusten und hohen Wärmeentwicklungen.

Die Systemleistung für eine mit KVG betriebene 26W Kompaktleuchtstofflampe beträgt 32W, d.h. die Verlustleistung beträgt 6W (23%). Dagegen beträgt die Systemleistung im EVG-Betrieb 28W, das bedeutet eine Verlustleistung von nur 7,5%.

Es lassen sich folgende Betriebsweisen bzw. Varianten unterscheiden:

Betrieb mit Glimmstartern

starterloser Betrieb

Vorschaltgeräte mit Temperaturbegrenzung

Die Wirkungsweise beim Betrieb mit Glimmzündern (enthält im Gegensatz zu Glimmlampen als Elektroden Bimetallstreifen) lässt sich wie folgt beschreiben: Die Spannung des Glimmzünders, bei der eine Glimmentladung zwischen den Bimetallkontakten einsetzt, ist niedriger als die Zündspannung der Lampe mit kalten Elektroden. Beim Anlegen der Netzspannung zündet daher der Glimmzünder und nicht die Lampe, der Glimmstrom erwärmt die Elektroden, die Bimetallkontakte schließen, und es fließt der volle Kurzschlussstrom der Drossel durch die Elektroden der Lampe. Nach dem Abkühlen der Bimetallkontakte öffnen sie wieder.

Dabei entlädt sich nunmehr die gespeicherte Drosselenergie. Es entsteht ein Spannungsimpuls, der die Lampe zündet.

Nach der Zündung liegt nur noch die Brennspannung am Glimmzünder, die so niedrig ist, dass sie den Glimmzünder nicht mehr zu zünden vermag.

Zur starterlosen Betriebsweise werden spezielle Lampen benötigt.

Während in europäischen 230V-Netzen die Leuchtstofflampen an einfachen Drosseln betrieben werden können und zum starterlosen Betrieb ein zusätzlicher Heiztrafo bzw. eine aufwendige Resonanz-Doppeldrossel erforderlich ist, muss in amerikanischen 120V-Netzen die Spannung lediglich mittels zweier zusätzlicher Heizwicklungen am Steuertrafo mit geringem Mehraufwand hochtransformiert werden. Deshalb ist hier die starterlose Schaltung weitverbreitet.

Vorschaltgeräte mit Temperaturbegrenzung tragen dazu bei, dass am Ende der Lebensdauer gefährliche Überhitzungen vermieden werden. Dies wird durch in VDE 0712 T10 zugelassene Temperatursicherungen sichergestellt.

Es wird europaweit beabsichtigt, KVG`s in Zukunft nicht mehr zuzulassen.

Vorschaltgeräte, verlustarme (VVG):

Diese weisen im Vergleich zu konventionellen Vorschaltgeräten eine geringere Verlustleistung auf, haben aber z.T. größere Abmessungen, zudem ist ihre Herstellung durch die Verbesserung des Aufbaus und des Einsatzes von besseren Legierungen und größeren Eisenpaketen aufwendiger. Die Systemleistung für eine 26W Kompaktleuchtstofflampe beträgt z.B. ca. 30W.

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Vorschaltgeräte

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Technische Information: Thermischer Schutz für Leuchten mit HS-, HI- und C-HI-Hochdrucklampen Sicherheitsrisiko bei einigen Hochdruck Entladungslampen

Am Lebensdauerende von Hochdruck Entladungslampen mit Außenkolben kann in einzelnen Fällen ein Sicherheitsrisiko auf treten. Das Sicherheitsrisiko wird durch den sogenannten Gleichrichtereffekt der Lampen hervorgerufen und kann unzulässig hohe Erwärmungen von Vorschaltgeräten, Zündgeräten, Fassungen und Leitungen und somit die Zerstörung der Leuchte zur Folge haben.

Vor diesem Hintergrund ist die Leuchten Norm EN 60 598 1 "Leuchten; Teil 1: Allgemeine Anforderungen und Prüfungen" um Prüfungen zu diesem Sicherheitsrisiko ergänzt worden. Danach dürfen ab dem 1.September 2002 nur noch Leuchten in Verkehr gebracht werden, die die neuen Bestimmungen einhalten. Zulassungen von Leuchten nach alter Ausführung der Nor EN 60 598 werden von den Prüfstellen gekündigt.

Nicht bei allen Entladungslampen besteht am Lebensdauerende dieses Sicherheitsrisiko. Die IEC (International Electrotechnical Commission) nennt Natriumdampf-Hochdrucklampen und Halogen-Metalldampflampen, bei denen ein Sicherheitsrisiko auf treten kann (ausgenommen Natriumdampf-Hochdrucklampen mit einer Leistung von 1.000 W und darüber sowie als Ersatz für Quecksilberdampflampen entwickelte Natriumdampf-Hochdrucklampen und Lampen, die in IEC 62035 als nicht Risiko behaftet erwähnt sind). Somit muss für alle Natriumdampf-Hochdrucklampen <1.000 W ein Temperaturschutz in den Leuchten vorgesehen werden (mit Ausnahme der White-Son-Lampen, z.B.SDW, von Philips).

Untenstehende Tabelle informiert über die betroffenen Halogen-Metalldampflampen, basierend auf Angaben der Lampenhersteller: Lampen

Lampenhersteller

leistung

BLV

GE

NARVA

OSRAM

Philips

Radium

SLI

< 150 W

Ja - siehe EN 61 167 "HalogenMetalldampflampen"

250 W

Ja

Ja*

Ja

Ja

Ja**

Ja

Ja***

400 W

Ja

Ja*

Ja

Ja

Ja**

Ja

Ja***

> 1000 W

Nein

* mit Ausnahme von Kolorarc, Sportlight und MultiVaporLampen

** mit Ausnahme von HPIPlusLampen

***mit Ausnahme von HSI4KLampen

Alternative Lösungsmöglichkeiten

Die neue Norm schreibt vor, dass unzulässig hohe Temperaturen verhindert werden. Das ist z.B.durch den - konstruktiv schwierigen - nachträglichen Einbau von Temperaturschaltern in den Leuchten realisierbar. Empfehlenswerter ist jedoch der Einsatz von elektronischen Vorschaltgeräten oder magnetischen Vorschaltgeräten mit integriertem Temperaturschalter.

Bei beiden Lösungen werden Lampen am Ende der Lebensdauer zuverlässig abgeschaltet. Da der Betreiber einer Anlage beim Auswechseln ausgefallener Lampen aber in der Praxis kaum berücksichtigen kann ob eine Lampe am Lebensdauerende ein Risiko trägt oder nicht, empfiehlt Vossloh Schwabe generell, in den Leuchten elektronische oder magnetische Vorschaltgeräten mit Temperaturschalter einzusetzen.

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Vorschaltgeräte

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Innovative Lösung: Messung von Temperatur und Strom

Vossloh Schwabe setzt einen intelligenten Temperaturschalter ein, der neben der Temperatur zusätzlich den Stromfluss in der Vorschaltgerätewicklung bewertet. Diese VS Lösung wurde zum Patent angemeldet und ist besonders geeignet für C-HI-Lampen kleiner Leistung, da gerade hier die Ströme am Lebensdauerende der Lampen sehr unterschiedlich auftreten können und unter Umständen die Erwärmung der Wicklung des Vorschaltgeräts erst verzögert auftritt.

Dieses System schaltet fehlerhafte Lampen schneller ab als andere bisher im Markt bekannte Lösungen und wird für Leistungen bis 150 Watt mit einem montagefreundlichen Steckklemmen Anschluss geliefert.

Neue magnetische Vorschaltgeräte mit Temperaturschalter

Vossloh Schwabe hat ein neues, komplettes Programm mit zwei unterschiedlichen Systemen magnetischer Vorschaltgeräte mit Temperaturschalter entwickelt. Durch den Einsatz dieser VS Vorschaltgeräte ist das sichere Abschalten defekter Lampen am Lebensdauerende garantiert - unzulässig hohe Temperaturen in den Leuchten können nicht mehr auftreten.

Elektronische Vorschaltgeräte für HI-Lampen

Die in heutigen Beleuchtungsanlagen eingesetzten modernen Entladungslampen arbeiten sehr effizient im Betrieb mit elektronischen Vorschaltgeräten. Das kritische Verhalten von Hochdruklampen während der Anlauf- und Heißwiederzündzeit genauso wie die Empfindlichkeit gegen Netzspannungsschwankungen beeinflussen die Lichtfarbe und die Lampenlebensdauer. EVG können diese Probleme beheben und zusätzlich die Wirtschaftlichkeit der Lampe erhöhen. Die Farbtemperatur der Lampen kann durch den Einsatz von EVGs in engeren Toleranzen gehalten werden. Das Licht aus qualitativ hochwertigen Leuchten ist fast flimmerfrei und sehr geräuscharm. Das störende Blinken am Lebensdauerende der Lampe entfällt und durch das geringe Gewicht und die kompakte Bauform des EVGś kann ein innovatives Leuchtendesign verwirklicht werden.

In praktischen Anwendungen wird die Lebensdauer von HI-Lampen durch den Einsatz von HID-Vorschaltgeräten um bis zu 30 % verlängert. Gründe hierfür sind:

- Der Einfluss von Netzspannungsschwankungen wird eliminiert

- Schnellere und kontrollierte Lampenzündung

Durch eine bis zu 25 % reduziertere Systemleistungsaufnahme arbeiten die Leuchten sehr wirtschaftlich. Außerdem bewirkt die geringere Wärmeentwicklung die Reduktion der Kosten für die Klimatisierung der Räume.

Wie bei allen Vorschaltgeräten im Hause Vossloh-Schwabe halten diese Geräte die europäischen Normen für Sicherheit, Arbeitsweise und EMV ein.

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Vorschaltgeräte

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Überlagerungszündgeräte

Das in Deutschland am weitesten verbreitete Startsystem für Entladungslampen ist das elektronische Überlagerungszündgerät, das für beste Lampenbetriebsbedingungen sorgt und sehr effektiv arbeitet, weil es unabhängig vom Vorschaltgerät den Zündimpuls in den Lampenstromkreis transformiert. Ein wesentlicher Pluspunkt: Diese Zündanlagen arbeiten einwandfrei von 220 bis 240 Volt bzw. 380 bis 415 Volt, wobei sie die volle Toleranzbreite der Netze von ± 10 Prozent berücksichtigen. Weil die Netzfrequenz nur eine untergeordnete Rolle spielt, können diese Systeme problemlos bei 50 wie auch bei 60 Hertz zünden. In jeder Halbwelle werden je nach Forderung der Lampenhersteller Impulse bzw. Impulspakete erzeugt, die in ihrer Breite und Höhe definiert sind.

Da Überlagerungszündgeräte vom Lampenstrom durchflossen werden, verursachen sie im Verhältnis zur Systemleistung geringe Verluste, die sich in einer gewissen Eigenerwärmung äußern. Subtrahiert man diese Eigenerwärmung von der angegebenen maximalen Gehäusetemperatur (tc), erhält man die maximal zulässige Umgebungstemperatur. Überlagerungszündgeräte sollten in der Nähe der Lampenfassung angeordnet werden. Die Distanz Zündgerät/Lampe ist von der jeweils zulässigen maximalen Belastungskapazität abhängig, die für jedes Zündgerät in den technischen Daten angegeben ist.

Dabei ist die kapazitive Belastung vom Kabel, von dessen Beschaffenheit und Anordnung abhängig. Sie liegt gewöhnlich bei 70 bis 100 pF je Meter. Die Gehäusetemperatur soll –30 °C nicht unterschreiten bzw. den auf dem Gerät angegebenen Maximalwert nicht übersteigen.

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Vorschaltgeräte

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Pulserzündgeräte

Pulserzündgeräte nutzen die Wicklung eines induktiven Vorschaltgerätes zur Erzeugung der Impulsspannung, die zum Starten von Hochdruckentladungslampen erforderlich ist. Deshalb müssen diese Vorschaltgeräte für die Belastung mit derart hohen Spannungen ausgelegt sein. Der erhöhte Aufwand gilt besonders der Isolation sowie der Dimensionierung der Kriech- und Luftstrecken. Durch die Erzeugung energiereicher Impulse ist das Pulsersystem auch für große Leitungslängen zwischen Zündgerät und Lampe geeignet.

Dem heutigen Stand der Technik entsprechend, basieren gute Geräte auf elektronischen Schaltungen. Abhängig von der Konstruktion und den technischen Forderungen werden Pulserzündgeräte im einfachsten Fall parallel zur Lampe geschaltet. Weitere Anwendungsfälle nutzen Teilwicklungen eines Vorschaltgerätes, das entweder Anzapfungen zur Spannungswahl oder spezielle Anzapfungen zum Pulserbetrieb aufweist.

VS-Zündgeräte (Vorteile)

- vollelektronischer Aufbau

- kompakte Bauweise

- großer Nennspannungsbereich

- geringe Eigenerwärmung

- minimale Verlustleistung

- geringe Geräuschentwicklung

- hohe Lebensdauer

- hohe elektrische Sicherheit durch den Einsatz hochwertiger Bauelemente (z.B. approbierte Kondensatoren)

- hohe Wärmebeständigkeit (max. Gehäusetemperatur tc: 105 °C)

- hohe Brandsicherheit (zertifiziert nach EN 60926 und UL 94-VO)

- umweltverträgliche Vergußmasse (Abfallschlüssel-Nr. 57110)

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Vorschaltgeräte

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Schaltungen für HS-, HI-, HM, LS- und NH(T)-SDX-Lampen

Überlagerungszündung von HS- und HI-Lampen

Pulserzündung von HS- und HI-Lampen

Leistungsreduzierung von HM-Lampen

NHT-SDX-Lampen 100 V/200 V (Spartrafo für Eurospannung)

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Vorschaltgeräte

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Lampensockel (HI- und HS-Lampen)

Die Lampensockel der gebräuchlichsten HI- und HS-Lampen.

Fassungen für Hochdruckentladungslampen

Halogen-Metalldampf- und Natriumdampf-Hochdrucklampen haben sehr unterschiedliche Sockel. Hier sind RX7s, Fc2, G12, PG12, E27, E39 und E40 zu nennen, entsprechend einseitiger oder zweiseitiger Sockelung der Lampen. Für alle Fassungen gelten die typischen Bedingungen für Entladungslampen: Hohe Zündspannung und Temperaturen. Bei der Fassungskonzeption verdienen die hohen Anlaufströme besondere Beachtung. Dies spiegelt sich bei den Isolierstoffen wider, die üblicherweise aus solider Keramik oder wärmebständigem Kunststoff (etwa Polyphenylsulfid) bestehen. Für die Kontakte werden je nach Lampenanforderung (Spannung, Strom, Temperatur etc.) Silber, Nickel oder Kupferlegierungen mit dicken Nickelschichten verwendet. Die Leuchtenvorschrift IEC 598–1 entsprechend EN 60598–1definiert die Sicherheitsanforderungen bezüglich Zündspannungen in Verbindung mit Kriech- und Luftstrecken. Besonders beim Einsatz von Hochdrucklampen mit den Edison-Sockeln E27, E39 und E40 muss darauf geachtet werden, dass die Fassungen für Entladungslampen zugelassen sind.

Diesbezüglich geeignete Fassungen sind mit dem Wert “750 V” gekennzeichnet, damit für Zündspannungen bis max. 5 kV ausgelegt und berücksichtigen die von den Fassungsvorschriften EN 60238 bzw. VDE 0616 Teil 1 geforderten erhöhten Kriech- und Luftstrecken. Entsprechend gelten für die anderen Sockelsysteme die Fassungsvorschriften für Sonderfassungen IEC 838–1 bzw. EN 60838–1. Die hohen Zündspannungsimpulse stellen auch besondere Ansprüche an die Leitungen. In der Praxis haben sich für Entladungslampen silikonisolierte Leitungen mit 4,4 mm Außendurchmesser bewährt. Bei Lampen für sofortige Heißwiederzündung sollten 7 mm dicke Silikonisolierungen mit Glasseideeinlage zum Einsatz kommen. Teflon-Isolierungen eigenen sich nicht, da sie auf Dauer nicht zündspannungsfest sind.

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Optiktheorie

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Optik

Optik ist ein Bereich der Physik, der sich mit der Ausbreitung von Licht und dessen Wechselwirkung mit Materie beschäftigt.

Unter Licht versteht man in der Regel den sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums. Viele Gesetzmäßigkeiten und Methoden der klassischen Ein System verschiedener optischer Bauelemente wird ebenso als Optik bezeichnet. Das Design, die Auslegung und der Fertigung optischer Systeme wird Relevante optische Bauelemente sind u.A. Linsen, Spiegel, Prismen und Beugungsgitter.

Die Gesetze der Optik finden zahlreiche Anwendungen, z.B.

- in Fernrohren

- in Mikroskopen

- in Brillen

- in der Fotografie

- in der Stereoskopie

- in Spektroskopen

Teilbereiche der Optik

Man unterscheidet zwei grundsätzliche Zugänge zur Lichtausbreitung, die sich allerdings in vielen Bereichen überschneiden: Die geometrische Optik und die Wellenoptik.

Die Tatsache, dass Licht zwei in der Anschauung einander widersprechende Eigenschaften besitzt, wird auch als Welle-Teilchen-Dualismus bezeichnet.

Daneben sind die nichtlineare Optik sowie die Quantenoptik von theoretischem und technischem Interesse.

Geometrische Optik

In der geometrischen Optik wird Licht durch idealisierte Strahlen approximiert. Der Weg des Lichtes, etwa durch ein optisches Instrument, wird durch Verfolgen des Strahlenverlaufs konstruiert.

Das Snelliussche Brechungsgesetz beschreibt die Brechung des Lichtes an transparenten Grenzflächen (Linsen, Prismen). An Spiegeln gilt die Regel, dass der Einfallswinkel dem Ausfallswinkel gleich ist.

Mittels dieser Methode lassen sich Abbildungen, bespielsweise durch Linsen, oder Linsensysteme (Mikroskop, Teleskop) bestimmen.

Im Rahmen der geometrischen Optik kann auch die teilweise Reflexion an transparenten Objekten behandelt werden. Ein Beispiel ist, dass die eigene Reflexion unter geeigneten Bedingungen in einer Fensterscheibe sichtbar ist. Der Extremfall tritt ein, wenn unter sehr flachem Einfallswinkel Totalreflexion an einer transparenten Grenzfläche auftritt.

Wellenoptik

Als Wellenoptik wird der Bereich der Optik bezeichnet, der von der Wellennatur des Lichts handelt. Sie erklärt Phänomene, die die gemetrische Optik nicht erklären kann, da bei ihnen die Welleneigenschaft des Lichtes relevant ist. Wichtige Elemente der Wellenoptik sind:

- Interferenz zwischen einander überlagernden Wellenfronten.

- Beugung, die sich zeigt, wenn Licht sich durch kleine Spalten oder an Kanten entlang ausbreitet.

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Optiktheorie

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- Polarisation des Lichts.

Auf die Wellenoptik bauen die Kristalloptik und die Magnetooptik auf.

Oberflächenphänomene

Die Wechselwirkung von Licht mit wirklichen (d. h. nicht idealisierten) Oberflächen ist für die optische Wahrnehmung des Menschen bedeutsam, ist aber bislang nur unvollständig verstanden. Bedeutsam ist die Remission, also die Absorption eines Teil des Lichts sowie die Reflexion, Transmission bzw.

Streuung des restlichen Spektralanteils.

Manche Oberflächen, wie etwa die menschliche Haut, sind in den obersten Hautschichten teilweise transparent, so dass optisch keine reflektierende Fläche sondern eine reflektierende Schicht vorliegt. Eine abstrakte Beschreibung der optischen Vorgänge an derartigen Oberflächen ist kompliziert, und einer der Gründe, dass (etwa mittels Raytracing) konstruierte Bilder künstlich wirken.

Linse

Als Linse bezeichnet man ein optisch wirksames Bauelement mit zwei lichtbrechenden Flächen, von denen mindestens eine Flächen konvex oder konkav gewölbt ist. Ein Bauelemente mit zwei planen und parallelen optisch wirksamen Flächen heißt Planplatte oder planparallele Platte. Eine gedachte Linie, auf welcher die Krümmungsmittelpunkte der Linsenflächen liegen, wird als optische Achse bezeichnet. Ist eine der beiden Linsenflächen plan, so steht die optische Achse lotrecht auf dieser Planfläche.

Die freie, meist kreisförmige, nutzbare Fläche (Öffnung) einer Linse wird Apertur genannt. Mit den Linsenparametern Apertur, Linsenradien, Mittendicke und den Materialkenngrößen Brechzahl und Abbesche Zahl ist die optische Wirkung einer Linse vollständig vorhersagbar. Als Linsenmaterial sind für Licht transparente Stoffe, wie Glas, Kristalle und einige Kunststoffe geeignet. Glaslinsen werden durch Schleifen und anschließendes Polieren, bei geringeren Qualitätsanforderungen auch durch Pressen bei hohen Temperaturen gefertigt. Kunststofflinsen werden durch Spritzgießen hergestellt.

Bei grafischen Darstellungen von Linsen, zum Beispiel auf technischen Zeichnungen, und bei Berechnungen hat man sich zur Vermeidung von Missverständnissen auf bestimmte Konventionen geeinigt. Es gibt eine Lichtrichtung. Das Licht kommt von links (oder von oben). Eine Linsenfläche deren Krümmumgsmittelpunkt rechts, also auf die Lichtrichtung bezogen, hinter der Fläche liegt, hat einen positiven Radius (siehe auch: Vorzeichenregel).

Die ersten Linsen wurden für die Korrektur von Kurz- und Weitsichtigkeit als Brillengläser verwendet. Einige Zeit später wurden die ersten Fernrohre und Mikroskope als optische Apparate aus Linsen aufgebaut. Auch die Kontaktlinse gehört zu den hier beschriebenen Linsen.

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Optiktheorie

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Grundformen der Linsen

Bei den einfachsten Linsen sind die beiden optisch aktiven Flächen sphärisch. Das heißt, sie sind Oberflächenausschnitte einer Kugel. Daher kann man diesen Flächen Krümmungsradien zuordnen.

Jede dieser Flächen kann konvex, eben oder konkav sein:

Konvexe Fläche: Die Fläche ist nach Außen gewölbt, die Konvention

weist einen positiven Krümmungsradius auf der einfallenden und einen

positiven Krümmungsradius auf der ausfallenden Fläche zu.

Ebene Fläche: Eine ebene Fläche wird in durch einen unendlichen

Krümmungsradius beschrieben.

Konkave Fläche: Die Fläche ist nach Innen gewölbt, die Konvention

weist einen negativen Krümmungsradius auf der einfallenden und

einen positiven Krümmungsradius auf der ausfallenden Fläche zu..

Man unterscheidet:

Sammellinsen mit zwei konvexen Flächen oder mit einer konvexen und

einer ebenen Fläche; ein Bündel parallel verlaufender einfallender

Lichtstrahlen wird idealerweise in einem Punkt, dem Fokus oder

Brennpunkt, gesammelt.

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Zerstreuungslinsen mit zwei konkaven Flächen oder mit einer

konkaven und einer ebenen Fläche; ein Bündel von einfallenen

Parallelstrahlen läuft scheinbar von einem Punkt auf der Einfallseite

des Lichtes aus auseinander.

Daneben gibt es Linsen, die eine konkave und eine konvexe Fläche

besitzen; solche Linsen dienen oft zur Korrektur von Abbildungsfehlern

(s. u.) in optischen Systemen mit mehreren Linsen. Sie sind

Sammellinsen, falls die konvexe Fläche den kleineren

Krümmungsradius hat, oder Zerstreuungslinsen, wenn die konkave

Fläche den kleineren Krümmungsradius hat.

Daneben gibt es Zylinderlinsen, die in zwei senkrecht zueinander

stehenden Richtungen verschiedene Krümmungen haben.

Linsenform und Brennweite

Die optischen Eigenschaften einer Linse kann man durch ihre Brennweite, mit f abgekürzt, beschreiben. Die Brennweite ist der Abstand von der Linse, bei der parallel einfallendes Licht gebündelt wird (Sammellinse) oder von der parallel einfallendes Licht zu stammen scheint (Zerstreulinse).

Die Brennweite hängt von den Krümmungsradien, R1 und R2 der beiden Linsenflächen ab. Es ist wobei n der Brechungsindex des Linsenmaterials und d die Dicke der Linse in ihrem Achsmittelpunkt ist. Wenn die betrachteten Linsen relativ dünn sind, kann man obige Gleichung zu

vereinfachen. Der Wert von f ist positiv für Sammellinsen und negativ für Zerstreulinsen. Der Kehrwert der Brennweite wird auch als die Brechkraft ("Stärke") der Linse bezeichnet, und in Dioptrien (Einheit 1/Meter) gemessen. Linsen, die auf einer Seite konkav, auf der anderen Seite konvex sind, und deren Krümmungsradien beider Flächen gleich sind, habe eine Linsenstärke von Null, oder eine unendliche Brennweite.

Eine wichtige Eigenschaft einer Linse ist das Prinzip von der Umkehrung des Lichtweges: Wenn ein von einer Seite einfallender Lichtstrahl entlang seines Weges verfolgt wird, so wird ein entgegengesetzt einfallender Lichtstrahl diesen Weg genau umgekehrt durchlaufen.

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Optiktheorie

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Linsensysteme

Optische Systeme (Mikroskope, Fernrohre) enthalten immer mehrere Linsen. Meistens werden, um Abbildungsfehler (Aberration) zu verhindern, auch theoretisch denkbare Einzellinsen aus mehreren Komponenten zusammengesetzt. Für zwei einander berührenden Linsen, die natürlich an den Berührflächen die gleiche Krümmung besitzen müssen, läßt sich die gesamte Brennweite F aus der Brennweite der einzelnen Linsen f1 und f2 mittels bestimmen. Der Kehrwert der Brennweiten 1/f heißt Brechkraft (siehe oben).

Andere Linsentypen

Ein massereiches astronomisches Objekt wie etwa ein Schwarzes Loch kann eine Gravitationslinse bilden. Vereinzelt werden dadurch ferne Galaxien als Kreisbögen oder in mehrere Punkte verzerrt.

Aufgrund der Wellennatur der Materie kann man auch mit Teilchen Optik betreiben. Eine Anwendung geschieht im Elektronenmikroskop, wo speziell angeordnete elektrische Felder und magnetische Felder Elektronen ablenken.

Eine Fresnellinse dient dem parallelen Ausrichten eines Lichtstrahls, etwa im Tageslichtprojektor oder im Leuchtturm. Auch Scheinwerfer nutzen ihr Prinzip.

Achromat

Unter einem Achromat versteht man in der Optik ein System aus zwei Linsen von gleicher Größe, die aber aus Gläsern mit unterschiedlichem Brechungsindex

bestehen. Das System besteht aus einer Sammellinse aus Kronglas und eine

Zerstreuungslinse aus Flintglas.

In manchen Fällen sind die Linsen an ihrer Kontaktfläche miteinander durschsichtig verbunden (verkittet), in anderen Fällen bleibt zwischen diesen Linsen ein Luftspalt, der als zusätzliche Luftlinse zur Korrektur weiterer Abbildungsfehler genutzt wird.

Dadurch vermindern Achromate die störenden Farbsäume, welche bei einfachen

Linsen auftreten. Dieser Abbildungsfehler, der auch chromatische Aberration genannt wird, kann aber auch bei bester Berechnung des optischen Systems nur in zwei Farben (Wellenlängen) genau beseitigt werden.

Für weitergehende Ansprüche in der Astronomie gibt es auch dreilinsige Objektive, die sogenannten Apochromaten. Ökonomischer ist es jedoch, ab einer Apertur, d.h. einem Durchmesser von etwa 25 cm auf Spiegeloptiken überzugehen.

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Fresnellinse

Eine Fresnellinse ist eine optische Linse, die von Augustin Jean Fresnel erfunden wurde.

Ursprünglich für Leuchttürme entwickelt, ermöglicht das Bauprinzip die Konstruktion großer Linsen mit kurzer Brennweite ohne das Gewicht und Volumen herkömmlicher Linsen.

Die Verringerung des Volumens geschieht bei der Fresnellinse durch eine Aufteilung in ringförmige Bereiche (Fresnel-Zonen). In jedem dieser Bereiche wird die Dicke verringert, sodass die Linse eine Reihe ringförmiger Stufen erhält. Da Licht nur an der Oberfläche der Linse gebrochen wird, ist der Brechungswinkel nicht von der Dicke, sondern nur vom Winkel zwischen den beiden Oberflächen einer Linse abhängig. Deshalb behält die Linse ihre optischen Eigenschaften bei, obwohl die Bildqualität durch die Stufenstruktur beeinträchtigt wird.

Deswegen werden Fresnellinsen dort eingesetzt, wo das Gewicht der Linse ausschlaggebend und die Bildqualität zweitrangig sind. Hochwertige Fresnellinsen werden in Leuchttürmen verwendet, wobei noch weitere optische Elemente eingesetzt werden können, um die Helligkeit des Lichtstrahls zu erhöhen. Die Mattscheiben von Spiegelreflexkameras sind auch immer Fresnellinsen. Billige Fresnellinsen können aus Kunststoff gepresst werden und finden in Tageslichtprojektoren, bei einfachen Handlupen und in Automobil-Heckscheiben Anwendung.

Objektiv

Ein Objektiv ist ein sammelndes optisches System, das ein reelles Bild eines Objektes erzeugt. Sowohl Linsen als auch spiegelnde Flächen können Bestandteile eines Objektivs sein. Genau wie das Objekt, ist das erzeugte Bild dreidimensional. Objekte, die sehr weit entfernt sind, also scheinbar im unendlichen liegen, (z.B. Sterne und andere Objekte am Himmel) werden in einer Ebene, der Bildebene abgebildet.

Verwendung

Ein Projektor benutzt ein Objektiv, um ein stehendes oder bewegtes Bild vergrößert auf eine Wand zu projizieren.

In einem Mikroskop oder einem Teleskop betrachtet man das durch das Objektiv erzeugte Bild sehr kleiner oder weit entfernter Objekte durch ein Okular, ein weiteres Linsensystem. Beim Mikroskop liegt dabei die Bildebene näher beim Objektiv, und das Objektiv hat verglichen mit dem Okular eine kurze Brennweite. Beim Teleskop liegt die Bildebene näher am Okular, und das Objektiv hat die größere Brennweite.

In der Fotografie oder Videotechnik ist das Objektiv Teil eines Fotoapparates beziehungsweise einer Videokamera. Es erzeugt ein reeles Bild in der Bildebene, wo sich der lichtempfindliche Film oder ein elektronischer Sensor befindet. Man unterscheidet anhand der Brennweite zwischen Weitwinkelobjektiven, Normalobjektiven und Teleobjektiven. Lässt sich die Brennweite des Objektivs ändern, spricht man von einem Zoomobjektiv, sonst von einer Festbrennweite. Spezialobjektive sind das Fischauge (Fisheye) und TS-Objektive.

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Geschichte und Entwicklung

Zu dem Fortschritt der Fotografie in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts haben die zahlreichen Vervollkommnungen der Objektive beigetragen. Früher benutzte man einfache achromatische Linsen, welche behufs Erzielung scharfer Bilder stark "abgeblendet" werden mußten. Infolgedessen gaben sie sehr lichtschwache Bilder, die eine lange Expositionszeit nötig machten.

Ein großer Fortschritt war die Erfindung des Porträtobjektivs von Petzval, einer Doppellinse, die bedeutend hellere Bilder lieferte und die Aufnahme von Porträten in kurzer Expositionszeit ermöglichte. Zur Aufnahme von Landschaften, Architekturen etc. ist weniger Lichtstärke, aber ein großer Gesichtswinkel notwendig.

Die gewöhnlichen Landschaftsobjekte umfassen nur einen Winkel von 30° bis 45°, der meist zu klein ist. Man benutzte dazu früher ausschließlich einfache Linsen, später aber die Tripletobjektive, etwa ab den 1860er Jahren dann die von Steinheil eingeführten Aplanate. Zu diesem System gehören auch die Euriskope, das Rapid Rectilinear u.a.

Diese geben bei einem Gesichtsfeld von ca. 60° eine hinreichende Lichtstärke, um in heiterm Sommerwetter selbst Momentaufnahmen zu gestatten. Ist ein noch größeres Gesichtsfeld als 60° nötig, so nimmt man Weitwinkellinsen, wie Buschs Pantoskop, Dallmeyers Wide angle lens, Steinheils Weitwinkelaplanat, Voigtländers Weitwinkeleuriskop, die ein Gesichtsfeld von 75 bis 100° besitzen.

Die Größe des Bildes hängt von der Brennweite der Linse ab. Je größer diese, desto größer ist das Bild. Um die Kamera für Linsen verschiedener Brennweite benutzen zu können, war sie mit einem Auszug (Balgen) versehen, der es gestattete, sie zu verlängern bzw. zu verkürzen; das Balgenprinzip wird auch heute noch in der Großbild- und Makrofotografie genutzt.

Einteilung Objektive

Man unterscheidet Objektive aufgrund deren Brennweite. Objektive werden in Normal-, Tele- und Weitwinkelobjektive eingeteilt Kondensor

Ein Kondensor ist ein optisches System aus einer oder mehreren, oft asphärischen Sammellinsen oder Spiegelflächen zwischen Lichtquelle und dem abzubildendem Objekt. Der Kondensor lenkt alles Licht, das das Objekt durchsetzt, in das abbildende Objektiv (Projektor). Beim Mikroskop hat er außerdem die Aufgabe, die Apertur des Objektivs ganz mit Licht zu füllen, um die größtmögliche Auflösung zu erreichen.

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Brennweite

Brennweite ist in der Optik der Abstand eines Brennpunkts von dem

ihm zugeordneten Hauptpunkt auf der Linse oder dem Hohlspiegel.

Der Kehrwert der Brennweite (bezogen auf Luft) heißt Brechkraft. Sie

wird in der Einheit 1/Meter bzw. Dioptrie (dpt) gemessen.

Beispiel: Eine freistehende Linse der Brennweite 10 cm = 0,1 m

(Meter) hat die Brechkraft von 1/0,1 *1/m = 10 dpt.

Ein optisches System, das Licht in einem Punkt, dem Brennpunkt,

vereinigt, hat eine Brennweite. Bei einer dünnen Linse ist die

Brennweite in etwa die Entfernung des Brennpunktes von der Linse.

Genauer bezeichnet die Brennweite die Entfernung der Hauptebene

der Linse vom Brennpunkt.

Mit einer Sammellinse kann man das Sonnenlicht so konzentrieren,

dass z. B. Papier allein durch das Licht in Flammen aufgeht, daher

rühren eigentlich die Begriffe "Brennweite" und "Brennpunkt".

Fokus

Als Fokus oder Brennpunkt einer optischen Linse oder eines Hohlspiegels wird in der geometrischen Optik der Ort bezeichnet, in dem parallel einfallende Lichtstrahlen durch das optische Element gebündelt werden.

Es gilt auch die Umkehrung. Strahlen, die vom Fokus eines optischen Elements ausgehen, werden von diesem so gebrochen oder reflektiert, das sie im weiteren parallel zu einander verlaufen.

Der Fokus befindet sich auf der optischen Achse in einem definierten Abstand, der Brennweite, von der Hauptebene des optischen Systems.

Je nach Ausführung der Linse bzw. des Spiegels gelingt die Vereinigung der Strahlen mehr oder weniger vollkommen (siehe auch: Abbildungsfehler). Weil sich die Lichtstrahlen nicht perfekt in einem Punkt treffen, ist der Begriff Brennpunkt nicht völlig korrekt.

All das gilt nicht nur für den sichtbaren Spektralbereich. Auch ultraviollete oder Wärmestrahlung kann durch Linsen oder Spiegel in einem Fokus gebündelt werden. Wird mit einem Brennglas (siehe auch: Lupe) Sonnenlicht gesammelt, ist eine sehr hohe Energiedichte erreichbar. Diese reicht aus, um beispielsweise Papier zu entzünden.

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Projektion

Eine Projektion ist die Abbildung eines Urbildes auf eine geometrische Projektionsfläche bzw. auf eine ideelle Vorstellungsebene.

Das Wort kommt vom lat. proiectus, dem Partizip von proicere (hinauswerfen, hinwerfen).

In den einzelnen Fachgebieten bedeutet Projektion:

1. In der Geometrie die Abbildung eines zwei- oder dreidimensionalen Gegenstandes auf eine zweidimensionale Fläche (projektive Geometrie); 2. In der Geodäsie und Kartografie

- allgemein die Abbildung eines Urbildes auf eine Projektionsfläche, und

- speziell das Abbilden der Erdoberfläche auf eine Ebene - siehe Kartenprojektion und Landkarte; 3. In der Optik die Abbildung eines Objekts oder Bildes in eine Bildebene - siehe Projektor, Fotoapparat, Teleskop und Mikroskop,

- speziell das Sichtbarmachen eines Lichtbildes oder Kinofilmes auf einer großen Fläche (Leinwand, Bildschirm) - siehe Diaprojektion und Filmprojektion; 4. In der Astronomie das Abbilden eines hellen Himmelskörpers durch das Okular eines Fernrohrs auf Fotofilm oder (bei der Sonne) auf weißes Papier; 5. In der Germanistik die Ableitung und Darstellung von Wort- und Satz-Bedeutungen im Rahmen der Transformationsgrammatik 6. In der Religionsphilosophie die Ableitung der Existenz Gottes aus menschlichen Wünschen, bzw. die Übertragung anthropomorpher Elemente auf Gott; 7. In der Psychoanalyse (Projektion (Psychologie)) die unbewusste Verlagerung eigener Wünsche, Gefühle oder Vorstellungen auf andere Personen oder Objekte -- im Unterschied zur Übertragung, die personengebunden ist und frühere soziale Verhaltensmuster wiederholt; 8. Die Erarbeitung eines Projektes (meist "Projektieren" genannt).

Projektor

Ein Projektor (lat. proicere "vorwärtswerfen, hinwerfen") ist ein optisches Gerät, das ein vergrößertes Bild eines Gegenstandes auf einer Projektionsfläche erzeugt.

Ein Projektor dient allgemein dem Zweck, kleinformatige visuelle Inhalte so zu vergrößern, dass sie für ein größeres, körperlich anwesendes Publikum gleichzeitig sichtbar und nachvollziehbar werden. Praktische Anwendungsfälle sind z.B.:

- Visualisierung von Daten in Präsentationen

- Demonstration von Computerprogrammen

- Ersatz für die Tafel oder Schriftstücke

- Filmvorführung

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Technik

Es gibt drei verschiedene Projektorarten:

- Durchleuchtungsprojektor (z. B. Diaprojektor oder Tageslichtprojektor) Durchleuchtungsprojektoren durchstrahlen ein Medium, z. B. ein Diapositiv oder eine Schreibfolie. Analoge Filmprojektoren oder Lesegeräte zum Lesen von Mikrofilmen haben dieselbe Funktionsweise.

- Beleuchtungsprojektor (auch Episkop). Hierbei wird auf ein Medium geleuchtet (z. B. ein Buch) und das durch die Reflexion entstehende Bild an die Wand projiziert.

- Videoprojektor. Ein Videoprojektor projiziert die Bildschirmausgabe eines Computers auf die Projektionsfläche. Nach dem gleichen Prinzip funktionieren auch digitale Filmprojektoren.

Alle drei Projektorarten enthalten als wesentliche optische Elemente ein sehr helles Leuchtmittel und Linsen, mit deren Hilfe auf einer in geeigneter Entfernung stehenden Projektionswand ein vergrößertes Abbild des Mediums erzeugt wird. Zum Teil sind die Bilder verzerrt.

Schon Ende des 19. Jahrhunderts wurden Projektoren verwendet, die bemalte Glasplatten an die Wand projizierten. Mit der Verbreitung von Kleinbilddias erfreuten sich Diaprojektoren wachsender Beliebtheit. Erst mit manueller, später mit automatischer Bedienung werden mittels eines Magazins die Dias in den Projektor befördert, von einer starken (Halogen)-Lampe durchstrahlt und an die Wand projiziert.

Zum Zweck der Sonnenbeobachtung wird auch ein Fernrohr als Projektor eingesetzt ( Projektionsverfahren).

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Licht

Licht ist der Teil der elektromagnetischen Strahlung, der von unserem Auge erkannt werden kann. Dies sind die elektromagnetischen Wellen im Bereich von etwa 380 - 780 Nanometer (nm) Wellenlänge. (750 nm: rot, 400 nm violett/blau). Das sichtbare Spektrum ist Teil des elektromagnetischen Spektrums. Die unterschiedliche Empfindlichkeit des menschlichen Auges für verschiedene Wellenlängen (V(?)-Kurve) ist Grundlage der Photometrie.

Das in der Umwelt vorkommende Licht ist eine Mischung unterschiedlicher Wellenlängen. Durch ein Beugungsgitter oder ein Prisma kann man dieses polychromatische Licht in monochromatisches Licht (Licht einer Wellenlänge) zerlegen. Jeder dieser monochromatischen Lichtkomponenten entspricht ein spezifischer menschlicher Farbeindruck, die so genannten Spektralfarben oder Regenbogenfarben. In der Reihenfolge zunehmender Wellenlänge findet man:

Spektralfarben

Farbton Wellenlänge

Violett

400 - 420 nm

Blau

420 - 490 nm

Grün

490 - 575 nm

Gelb

575 - 585 nm

Orange

585 - 650 nm

Rot

650 - 750 nm

Die Übergänge zwischen Farben sind fließend, der Eindruck einzeln benennbarer abzählbarer Farben ist subjektiv und durch Sprache, Tradition sowie Denken bedingt. Die in verschiedenen Sprachen (ursprünglich) vorkommenden Worte für Farben belegen diese Subjektivität.

Die einzelnen Farbbereiche enthalten jeweils verschiedene Farbtöne. So ist der Zwischenbereich zwischen Blau und Grün etwa mit Türkis oder Cyan zu bezeichnen. Andere wahrgenommene Farben (z. B. Braun) ergeben sich bei Licht, in dem mehrere Wellenlängen vorkommen (additive Farbmischung) oder durch subtraktive Farbmischung aus gefiltertem weißem Licht.

Jenseits von violett liegt das für Menschen unsichtbare Ultraviolett, jenseits von rot die auch Infrarot genannte Wärmestrahlung.

Neben der Wellenlänge bzw. Farbe ist Licht noch durch die Kohärenz, Interferenz und die Polarisation charakterisiert.

Eine der Hauptquellen des Lichtes ist die Sonne. Künstliche Lichtquellen sind z. B. Glühlampen, Leuchtstoffröhren, Leuchtdioden und Laser.

Licht hat wie beschrieben Wellencharakter, gleichzeitig aber auch Teilchencharakter (siehe auch Welle-Teilchen-Dualismus). Die Lichtteilchen werden als Photonen bezeichnet.

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Allgemeines

Linsen sind die zentralen Elemente eines Objektivs. Theoretisch kann man schon mit einer einzigen Linse ein Objektiv mit fester Brennweite bauen, für ein Zoomobjektiv genügen zwei Linsen. Trotzdem bestehen übliche Objektive aus ca. 4 bis 18 Linsen. Der Grund liegt darin, daß eine einzelne Linse Linsenfehler aufweist, die physikalisch bedingt sind und sich daher auch durch sehr präzise Fertigung nicht vermeiden lassen. Aus diesem Grund versucht man, den Gesamtfehler eines Objektivs durch geschickte Kombination mehrerer Linsen mit speziellen Eigenschaften zu minimieren. Nachfolgend können Sie erfahren, wie optische Linsen funktionieren, welche Linsenfehler es gibt und welche Auswirkungen sie auf das Bildergebnis haben.

Aufbau und Wirkungsweise einer Linse

Eine optische Linse besteht aus einem transparenten, optisch dichten Material, das bei einer Sammellinse (=Konvexlinse) am Rand dünn und in der Mitte dick ist. Genau gesagt handelt es sich bei Vorder- und Rückseite im Objektivbau je um eine Kugeloberfläche. Als optisch dichtes Material verwendet man üblicherweise spezielle Glassorten mit verschieden starker Brechkraft. Luft bezeichnet man übrigens im Vergleich zu Glas als optisch dünnes Material.

Neben der im Volksmund als Linse bezeichneten symmetrischen Form, die in Bild 1a dargestellt ist und die im Fachjargon als bikonvex bezeichnet wird, gibt es noch weitere Linsenformen. Beispielsweise müssen die Radien der Vorder- und Rückseite nicht identisch sein. Je größer man den Radius mach, desto flacher wird die Fläche. Geht einer der Radien gegen Unendlich, so ist die Fläche absolut plan (Bild 1b). Eine solche Linse nennt man plankonvex. Ist eine der Radien gar negativ, ergeben sich konkavkonvexe Linsen (Bild 1c). Solche Linsen kennen Sie sicherlich als Brillenglas für Lesebrillen.

1a

1b

1c

1d

1e

1f

Bikonvex Plankonvex

Konkavkonvex

Bikonkav Plankonkav

Konvexkonkav

Konvexlinsen sind in der Mitte dicker als am Rand

Konkavlinsen sind am Rand dicker als in der Mitte

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Die Brechkraft einer Linse ist bei gleicher Glassorte umso stärker sprich ihre Brennweite ist umso geringer, je kleiner die Radien sind. Linsen mit 2 Radien kann man sich als zwei aneinandergesetzte plankonvexe Linsen vorstellen, d.h. die Brechkraft der beiden Linsen addiert sich. Konvexkonkave Linsen kann man virtuell in eine konvexe und eine konkave Linse aufteilen und die positive Brechkraft der Konvexlinse und die negative Brechkraft der Konkavlinse (=Zerstreuungslinse, dazu später) addieren.

Aber wie funktioniert eine Linse? Ein Lichtstrahl wird beim schiefen Eintritt in ein optisch dichteres Material abgelenkt. Den Effekt kennen Sie aus dem Alltagsleben: Taucht man einen gerade Stab schräg in Wasser ein, erscheint es so, als ob er unterhalb der Wasserline abgeknickt wäre. Die Ablenkung beim Übergang in ein optisch dichteres Medium geschieht dabei immer zur Senkrechten der Oberfläche hin. Beim Austritt aus dem optisch dichten Material wird der Lichtstrahl genau andersherum abgelenkt, also weg von der auf der Oberfläche stehenden Senkrechten. In Bild 2 sind diese Vorgänge anhand einer planparallelen Glasplatte dargestellt. Der Lichtstrahl ist darin rot, die gedachten Senkrechten zu den Oberflächen sind schwarz dargestellt.

2 Lichtdurchgang durch eine planparallele Glasplatte

Beim schrägen Durchgang durch ein optisch dichteres Material wie z.B. eine Glasplatte ändert sich die Richtung eines Lichtstrahls im Endeffekt also nicht, jedoch tritt ein geringer Parallelversatz auf, der von der Dicke der Platte und dem Einfallswinkel abhängt. Auch diesen Effekt kennen Sie aus dem alltäglichen Leben: Schaut man senkrecht durch eine Glasscheibe, sieht man die Welt absolut genauso wie ohne Scheibe. Kippt man die Glasscheibe, d.h. schaut man schräg hindurch, erscheint es so, als ob sich die Landschaft ein wenig nach oben oder unten bewegen würde.

Beim Lichtdurchgang durch eine Linse hängt es davon ab, an welcher Stelle der Linse der Lichtstrahl in die Linse eintritt. Tritt der Lichtstrahl senkrecht in die Mitte der Linse ein, geht er absolut gerade durch. Je weiter am Rand er auf die Linse trifft, desto stärker wird er abgelenkt, wie in Bild 3 dargestellt.

3 Brechung in einer Linse

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Aber wieso werden Lichtstrahlen überhaupt abgelenkt? Beim Durchgang durch eine Glasplatte wird die Richtung eines Lichtstrahls ja schließlich auch nicht verändert. Die Ablenkung erreicht man durch einen Trick: Man verwendet keine planparallele Glasplatte sondern gekrümmte Oberflächen. Der in Bild 3

gepunktet umrandete Ausschnitt ist in Bild 4 vergrößert dargestellt. Der rot dargestellte Lichtstrahl wird im optisch dichteren Medium in Richtung der Senkrechten zur Oberfläche (schwarz) abgelenkt. Beim Austritt, d.h. Übergang in das optisch dünnere Medium, wird der Strahl von der Senkrechten zur Oberfläche der Austrittsfläche weggelenkt. Der Trick dabei ist, daß die beiden Eintritts- und Austrittsflächen nicht parallel zueinander sind und daher auch nicht die beiden Senkrechten auf diese Oberflächen. Durch die ziemlich schräge Austrittsfläche hat die Senkrechte zur Oberfläche eine ganz andere Richtung als bei der Glasplatte. Dadurch wird der Lichtstrahl im Beispiel noch weiter nach unten abgelenkt. Wenn man seine Richtung vor und nach der Linse betrachtet, wird als Resultat der Lichtstrahl daher aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt.

4 Brechung im Detail

Die Ablenkung ist dabei umso größer, je größer der Winkel zwischen der Eintritts- und Austrittsfläche ist. Genau in der Mitte einer Linse sind die Glasflächen planparallel zueinander, weshalb senkrecht auftreffende Lichtstrahlen nicht aus ihrer Richtung abgelenkt werden (sie treten schon senkrecht zur Oberfläche ins Glas ein und können daher nicht noch weiter zur Senkrechten hin abgelenkt werden). Ein wenig außerhalb der Mitte ist der Winkel zwischen Eintritts- und Austrittsfläche gering, weshalb auch der Ablenkungswinkel gering ist. Je mehr man nach außen kommt, desto größer wird der Winkel an der Eintritts- bzw.

Austrittsfläche und daher auch die Ablenkung. Durch den Verlauf des Winkels der Oberfläche d.h. die Kugeloberfläche erreicht man, daß sich parallel eintreffende Lichtstrahlen in einem einzigen Punkt, dem Brennpunkt treffen.

Neben konvexen gibt es auch konkave Linsen. Sie sind genau umgekehrt geformt wie konvexe Linsen, d.h. am Rand dicker als in der Mitte. Durch die andere Ausgestaltung erreicht man, daß das Licht sich nicht in einem Punkt trifft sondern nach außen gestreut wird. Konkavlinsen können selbst kein Bild erzeugen, so daß man aus ihnen allein kein Objektiv bauen kann. Konkavlinsen verwendet man daher im Objektivbau nur zusammen mit Konvexlinsen. Sie dienen u.a. der Korrektur von Linsenfehlern.

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Chromatische Abberation / Farblängsfehler

Hinter diesem gebräuchlichen Begriff, der auch als Farblängsfehler bezeichnet wird, verbirgt sich ein recht einfacher Sachverhalt. Verschiedenfarbiges Licht wird nicht um den gleichen Betrag abgelenkt. Dadurch wird ein weißer Lichtstrahl im Endeffekt in ein Lichtbündel aufgefächert, wobei langwelliges (=rotes) Licht am wenigsten und kurzwelliges (=blaues bzw. violettes) Licht am stärksten abgelenkt wird. Dadurch entsteht aus dem weißen Lichtstrahl ein bunter Lichtfächer in allen Regenbogenfarben. Den Effekt kennen Sie aus der Praxis in Form eines Prismas. Auch eine Glasscherbe wirkt als Prisma, weshalb diese abhängig von den Bruchkanten oft bunt schimmert, wenn man sie ins Licht hält.

Die chromatische Abberation wirkt sich katastrophal auf die Schärfe des projizierten Bildes aus, denn die verschiedenfarbigen Lichtstrahlen treffen sich in verschiedenen Brennpunkten. Sorgt man durch Wahl eines geeigneten Abstands des Films beispielsweise dafür, daß der grüne Anteil des weißen Lichts scharf auf ihm abgebildet wird, werden sowohl länger- als auch kürzerwellige Anteile unscharf als Farbkleckse abgebildet. Die Folge sind Farbsäume und eine reduzierte Bildschärfe. In Bild 5 ist dies exemplarisch mit 3 Lichtfarben (rot, grün und blau) dargestellt. In der Realität handelt es sich selbstverständlich um einen kontinuierlichen Übergang von rot bis blau/violett, d.h. es ergeben sich keine 3 separaten Brennpunkte wie im Beispiel sondern unendlich viele.

Zum auf 3 Farben vereinfachten Beispiel: Das wegen des weißen Hintergrundes grau dargestellte weiße Lichtbündel wird in 3 Lichtfarben aufgespaltet, die 3

verschiedene Brennpunkte besitzen, die auf der Linie durch den Mittelpunkt der Linse liegen. Positioniert man den Film so, daß das grüne Licht scharf darauf abgebildet wird, ist das blaue Licht schon wieder außer Fokus und das rote Licht noch nicht im Fokus, so daß beide Lichtfarben nicht als Punkt sondern je als kleiner Farbklecks auf dem Film abgebildet werden.

5 Chromatische Abberation / Farblängsfehler

Glücklicherweise ist die chromatische Abberation abhängig vom verwendeten Material, namentlich seiner Brechkraft. Mit einem Trick kann man die Auswirkungen stark reduzieren: Man kombiniert eine Konvexlinse (Sammellinse) mit einer Konkavlinse (Zerstreuungslinse), die aus einem anderen Material hergestellt ist. Durch geschickte Kombination der Linsenradien und der Materialien erreicht man, daß rotes und blaues Licht um den gleichen Betrag abgelenkt werden d.h. sich im gleichen Brennpunkt treffen. Solche Linsenkombinationen bezeichnet man übrigens als Achromate, achromatische Linsen (=

Linsen "ohne Farbgang") oder als chromatisch korrigierte Linsen. Genaugenommen kann man die chromatische Abberation auf diese Weise nur für zwei Lichtfarben auf Null reduzieren, während sie für alle anderen Lichtfarben lediglich reduziert ist. Der verbleibende Restfehler wird als sekundäres Spektrum bezeichnet.

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Sphärische Abberation

Handelsübliche Linsen besitzen kugelförmige Oberflächen, d.h. die Radien der beiden Oberflächen sind konstant. Man spricht auch von sphärischer Oberfläche (Sphäre = Kugel). Man kann sie einigermaßen einfach herstellen, weshalb fast alle der gebräuchlichen Linsen sphärische Linsen sind. Leider entspricht dies nur annähernd den physikalischen Erfordernissen, denn sphärische Linsen lenken Lichtstrahlen am Rand ein wenig zu stark ab. Dadurch werden sie in einem Punkt gebündelt, der ein kleines Stück vor dem Brennpunkt von Lichtstrahlen liegt, die in der Nähe der Mitte auf die Linse treffen, siehe Bild 6. Im Brennpunkt der Mittelpunktsstrahlen bilden die Randstrahlen einen kleinen Lichtklecks statt eines scharfen Punkts, der die Bildschärfe reduziert.

Dieser Effekt tritt bei gleicher Brennweite umso stärker auf, je größer der Durchmesser der Linse ist. Lichtstarke Objektive sind von der sphärischen Abberation daher viel stärker betroffen als lichtschwache. Die Auswirkungen kann man sehr leicht durch Abblenden des Objektivs verringern, da dadurch die Randstrahlen nicht auf dem Bild landen.

6 Sphärische Abberation

Bei sogenannten asphärischen Linsen tritt dieser Linsenfehler nicht auf. Bei ihnen ist der Radius der Oberflächen nicht konstant, sondern nimmt von der Mitte zum Rand hin ab. Das Schleifen asphärischer Linsen ist kompliziert, weshalb sie sehr teuer sind. Asphärische Glaslinsen finden daher nur bei sehr teuren Objektiven Verwendung. In den letzten Jahren hat man Verfahren entwickelt, wie man preiswert asphärische Kunststofflinsen im Gießverfahren herstellen kann, was bei Glaslinsen nicht möglich ist. Für den Einsatz als Frontlinse kommen sie nicht infrage, u.a. weil Kunststoff sehr kratzempfindlich ist und unter dem Einfluß von Luftfeuchtigkeit aufquillt. Man verwendet solche asphärischen Linsen in letzter Zeit zunehmend an bestimmten Stellen im Objektiv, wo sie für eine Verbesserung der Bildqualität sorgen können. Sie sind recht preiswert herzustellen, weil das bei Glaslinsen erforderliche zeitaufwendige und damit teure Schleifen entfällt, so daß man den Einsatz solcher Linsen nicht nur vor dem Hintergrund einer möglicherweise höheren Bildqualität sondern auch einer preiswerteren Herstellung sehen muß.

Astigmatismus

Astigmatisch heißt übersetzt "nicht punktförmig". Und genau das ist auch das Problem: Schräg einfallende, winzige runde Lichtbündel werden auf dem Film nicht als kleine Kreise abgebildet sondern oval bis zu einem kurzen Strich hin. Im Objektivbau kann man den Astigmatismus durch Verwendung von mehrerer Linsen mit unterschiedlichen Linsenformen stark reduzieren.

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Objektive

Ein Objektiv besteht grundsätzlich aus einer mehr oder minder großen Anzahl von Linsen und einer Fassung, d.h. salopp gesagt der Halterung für die Linsen.

Es wird manchen verwundern, daß "für das bißchen Glas" sooo schrecklich viel Geld verlangt wird. Zwar will ich nicht unbedingt eine Lanze für die Hersteller brechen, denn die Preiserhöhungen in den letzten 10 Jahren waren zum Teil schlicht unverschämt, aber doch sollte man auch würdigen, daß es sich um Präzisionsteile handelt: Die Linsen, von denen teilweise 15 oder mehr in einem Objektiv stecken, sind schließlich kein billiges Fensterglas sondern optische Präzisionsteile, die mitunter aus exotischen und damit sehr teuren Gläsern hergestellt sind.

Von der Fassung sieht man kaum mehr als das zylindrische Äußere. Trotzdem verbirgt sich dahinter eine ziemlich komplizierte Feinmechanik. Denn in modernen Zoom-Objektiven müssen sowohl bei der Änderung der Brennweite als auch der Entfernungseinstellung gleich mehrere Linsengruppen mit hoher Genauigkeit gegeneinander in komplizierten Bewegungen verstellt werden. Auf der anderen Seite wird jemand, der die Preise für eine ganz normale Brille kennt, überrascht sein, wieso preisgünstige Objektive so billig sein können, wie sie nun einmal sind. Denn so preistreibende Details wie die bei Brillen angebotene Superentspiegelung sind bei Objektiven schon seit langen Jahren absoluter Standard, und zwar bei qualitativ hochwertigen Objektiven für jede enthaltene Linse.

Brennweite eines Objektivs

Wenn Sie eine Lupe in die Sonne halten, werden Sie bei richtig gewähltem Abstand zu z.B. einem Blatt Papier feststellen, daß sich die Sonnenstrahlen in einem einzigen Punkt treffen und nach einiger Zeit das Papier entzünden. Der Abstand entspricht der sogenannten Brennweite der Lupe ( Brenn weite deshalb, weil man früher so öfter Feuer entzündet hat).

Beim Fotografieren spielt es natürlich keine Rolle, wie

weit man ein Objektiv von Papier weg halten muß, damit

dieses durch die in einem Punkt konzentrierten

Sonnenstrahlen entzündet wird. Aber die Brennweite ist

eine Größe, von der die sehr wichtige Kenngröße

Bildwinkel abhängt.

Der Bildwinkel beschreibt physikalisch gesehen, in

welchem Winkel sich maximal Objekte befinden dürfen,

damit sie gerade noch auf dem Film abgebildet werden.

Salopp gesagt bedeutet ein großer Bildwinkel, daß das

Objektiv verkleinert d.h. "viel auf dem Film bringt" bis hin

zum Extrem einer schon fast surrealistischen Abbildung

eines Fischaugen-

Objektivs. Ein kleiner Bildwinkel besagt hingegen, daß

das Objektiv wie ein Fernrohr die Welt "näher heranbringt". In Bild 6 ist dies ein einer Graphik dargestellt.

6 Bildwinkel

Was Sie sich unbedingt merken sollten, ist folgendes:

Kurze Brennweite = großer Bildwinkel

Lange Brennweite = kleiner Bildwinkel

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24/11/2004

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Linsen und Objektive

Quelle: www.fotolaborinfo.de, Internetquellen, ich

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Objektive mit geringem Bildwinkel ("Fernrohr") bezeichnet man als Teleobjektive und solche mit großem Bildwinkel als Weitwinkelobjektive. Extrem kurz-bzw. langbrennweitige Objektive sind als Superweitwinkel- bzw. Superteleobjektive bekannt. Der Zusatz "Super" betrifft nicht nur die Brennweite sondern leider auch den Preis.

Lichtstärke

Die Lichtstärke eines Objektivs besagt salopp gesagt, wieviel Licht ein Objektiv bei voll geöffneter Blende auf den Film läßt. Sie hängt grob gesagt vom Durchmesser der Frontlinse eines Objektivs ab (bei Superweitwinkelobjektiven muß die Frontlinse aus konstruktiven Gründen größer sein). Um die Werte verschiedenener Objektive miteinander vergleichen zu können, bezieht man diesen Wert auf die Brennweite und erhält beispielsweise einen Wert von 1:2,0.

Bei einer Brennweite von 50 mm entspricht dies einem Durchmesser von 25 mm, bei 200 mm jedoch einem Durchmesser von 100 mm.

Der Wert hinter dem "1:" gibt die größtmögliche Blendenöffnung an, also hier 2,0. Die Lichtmenge ändert sich nicht linear mit dem Durchmesser sondern quadratisch, da der Öffnungsquerschnitt sich quadratisch mit dem Durchmesser verändert. Die Blendenreihe lautet daher: 1,0 - 1,4 - 2,0 - 2,8 - 4,0 - 5,6 - 8,0 - 11,0 - 16,0 - 22,0 - 32,0

Jede Stufe Richtung der größeren Zahl bedeutet eine Halbierung der Lichtmenge, d.h. einer Abnahme der Lichtstärke um einen sogenannte Blendenwert oder Blendeneinheit. Bei einer vorgegebenen Empfindlichkeit des Films bedeutet dies, daß man mit einem Objektiv mit hoher Lichtstärke in dunklerer Umgebung fotografieren kann als mit einem lichtschwachen (Umgekehrt heißt das für und DIY-Beamer-Bauer: Je höher die Lichtstärke des Objektives bei gleicher Lampenkonstruktion, desto heller ist das projizierte Bild; Anmerkung von wschmid). Und es ist wirklich oft dunkler als einem lieb ist. Eine Faustregel besagt, daß auch geübte Fotografen mit ruhiger Hand keine Verschlußzeiten verwenden sollten, die länger sind als 1:Brennweite in Millimetern. Bei beispielsweise 50 mm also 1/50 Sekunde. Ansonsten verwackelt man die Aufnahme.

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24/11/2004

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Linsen und Objektive

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Vergrößerung

Ein Objekt erscheint groß, wenn wir es unter einem großen, und klein, wenn wir es unter einem kleinen Sehwinkel α sehen.

Eine Vergrößerung kann durch näher holen erreicht werden, allerdings

nur bis zu einer gewissen Grenze.

Zur weiteren Vergrößerung wird ein optisches Gerät benötigt, das den

Sehwinkel vergrößert, z.B. eine Lupe.

Wirkungsweise der Lupe

- Objekt liegt innerhalb der einfachen Brennweite

- Erzeugung eines virtuellen, vergrößerten Bildes, das mit

dem Auge betrachtet wird

Definition der Vergrößerung M eines optischen Systems:

Dabei ist αA der Sehwinkel mit „unbewaffnetem“ Auge, genommen für eine Bezugssehweite αs=25 cm und αO der Winkel, unter dem das Objekt durch das optischen System gesehen wird.

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Linsen und Objektive

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System aus zwei dünnen Linsen

• Mehrstufige Abbildung:

- Die Zweite Linse L 2 bildet das Bild der ersten (Zwischenbild) auf das endgültige Bild ab

- das Zwischenbild kann je nach Lage der Brennpunkte und des Objekts auch virtuell sein

• Im allgemeinen handelt es sich bei L 1/2 um Linsensysteme

• L 1 wird Objektiv, L 2 Okular genannt

Gesichtsfeld

• Bei schrägem Lichteinfall fällt das im Objektiv gebündelte Licht nicht vollständig auf das Okular

- In diesem Fall ist das sichtbare Bild eingeschränkt

- Besteht L 2 aus mehreren Linsen, bestimmt die erste das sichtbare Bildfeld (Gesichtsfeld)

- Die Konstruktion des Okulars trägt wesentlich zur Größe des Gesichtsfeldes bei ____________________________________________________________

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24/11/2004

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Zoomobjektiv

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Quelle:

Wirkungsweise eines Zoom-Objektivs

Das Geheimnis eines Variogons, d.h. eines Vario- oder Zoom-Objektivs, besteht darin, daß einige grundlegende optische Gesetze geschickt ausgenutzt sind und durch entsprechende Korrektion der Restaberrationen für eine gute Abbildungsqualität gesorgt ist. Dazu bedarf es u.a. drei wesentlicher Voraussetzungen: geeignete Rechenprogramme, leistungsfähige Rechner und vor allen Dingen das optisch-physikalische Know how.

Die heutigen Zoom-Objektive sind in ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweise sehr komplex. Daher wird nachfolgend zum besseren Verständnis die prinzipielle Funktionsweise eines herkömmlichen Variogon-Objektivs beschrieben. Alle Zoom-Objektive besitzen jedoch die Eigenschaft, bei der Änderung der Brennweite das entstehende Bild exakt auf eine ortsfeste Abbildungsebene abzubilden, sei es die Filmbühne oder die Ebene eines Bildsensors.

Das Konstruktionsprinzip eines Variogons herkömmlicher Bauart ist leicht zu verstehen. Das Wesentliche ist, daß das Bild nicht unmittelbar auf dem Film entsteht, sondern dort erst nach einigen virtuellen Zwischenabbildungen zustande kommt.

Eine erste Linsengruppe entwirft ein Bild des Gegenstandes wie jedes andere Objektiv auch. Nur dieser Teil des optischen Systems wird zum Einstellen der Aufnahmeentfernung verschoben, nicht das ganze Objektiv, wie oft üblich. Die zweite Linsengruppe entwirft von diesem ersten Bild ein zweites, erst eine dritte Linsengruppe entwirft das endgültige Bild.

Abb. 1: Schematische Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus eines Variogons Dadurch, daß man die zweite Gruppe verschiebt, ändert man den Abbildungsmaßstab vom ersten zum zweiten Zwischenbild und damit auch die Größe, mit der der Gegenstand endgültig auf dem Empfänger erscheint (Abb. 1). Das bedeutet aber gleichzeitig, daß sich die Brennweite des Gesamtsystems ändert. Mit der axialen Verschiebung ändert sich allerdings auch die Lage des zweiten und dritten, reellen Bildes. Damit der Benutzer nicht nach jedem Brennweitenwechsel neu fokussieren muß, wird eine weitere Linsengruppe bewegt. Dadurch wird gleichzeitig mit der Brennweitenveränderung die Schärfe nachgestellt.

Die Brennweitenvariation kann man grundsätzlich auf zwei Arten realisieren. Im einen Fall werden die beiden Linsengruppen mechanisch so gesteuert, daß beide ganz bestimmte aber unterschiedliche Bewegungen ausführen ( mechanische Kompensation ), im anderen Fall werden beide Linsengruppen gemeinsam bewegt, dann kann man durch geschickte Wahl der optischen Größen der beiden Glieder erreichen, daß die Lage des Bildes konstant bleibt, allerdings in diesem zweiten Fall theoretisch nicht ganz streng, aber praktisch mit genügender Genauigkeit ( optische Kompensation).

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24/11/2004

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Zoomobjektiv

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Quelle:

Abb. 3: Praktische Ausführung am Beispiel des Variogons 2,8/10-40

Abb. 2: Mechanische Kompensation der Schnittweitenänderung.

mm.

oben: Die Bewegung der 2. Linse ändert die Brennweite, die der ersten Bei der praktischen Ausführung nach Abb. 2 hat ein Teil der hält die Schärfe konstant.

Linsengruppen negative Brechkraft und die Zwischenbilder sind virtuell.

unten: Die zweite Linse besteht aus zwei Teilen, durch deren

Relativbewegung die Schärfe konstant gehalten wird.

Abb. 2 zeigt schematisch das Prinzip der mechanischen Kompensation, das bei allen herkömmlichen Variogon-Objektiven angewandt wird. Dabei sind die Linsengruppen - hier durch eine oder zwei Linsen dargestellt - durch römische Ziffern l, II und III, die Bilder durch arabische Ziffern 1, 2 und 3 gekennzeichnet.

Die eingezeichneten Kurven sollen die Stellung der Linsen und Bildpunkte bei verschiedenen Brennweiten angeben, oben bei der kürzesten, unten bei der längsten.

In der oberen Abb. 2 verändert die Bewegung der Linse II die Brennweite, die der Linse l hält die Lagen der Bilder 2 und 3 konstant. In der unteren Abb. 2 ist die Linsengruppe II aufgespalten (IIa und IIb); hier dient die Abstandsänderung beider Linsen dazu, das Bild festzuhalten.

Als praktische Ausführung des in der unteren Abb. 2 skizzierten Prinzips ist in Abb. 3 der Linsenschnitt des Variogons 1:2,8/10-40 mm gezeigt. Die einzelnen Glieder sind durch römische Ziffern gekennzeichnet.

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24/11/2004

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Zoomobjektiv

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Quelle:

In manchen Fällen spaltet man die dritte Linsengruppe noch derart in zwei Teile auf (lIla und IIIb in Abb. 3), daß zwischen ihnen paralleler Strahlengang besteht. Dann kann man sich das ganze Objektiv an dieser Stelle getrennt denken in einen brennweitenlosen Vorsatz und ein Grundobjektiv. Brennweitenlose Vorsätze wirken gewissermaßen wie ein Galilei'sches Fernrohr, das je nachdem, von welcher Seite man hineinschaut, vergrößert oder verkleinert. Wenn der Vorsatz vergrößert, wird die Brennweite der Kombination verlängert, und umgekehrt. Der Vorsatzteil des Variogons hat nun die Eigenschaft, daß man seine Vergrößerung stetig ändern und damit die Brennweite des Objektivs nach Wunsch einstellen kann.

Nachdem schon während der 30er Jahre in Deutschland derartige Objektive auf den Markt gekommen waren, die großes Aufsehen erregt hatten, haben in der Nachkriegszeit die "Optischen Werke Jos. Schneider & Co." als erste deutsche Firma ein solches Objektiv für 8mm-Schmalfilmkameras geschaffen. Es handelt sich um das Variogon 2,8/10-40 mm, das in Abb. 4 zu sehen ist.

Abb. 4: Variogon 2,8/10-40 mm

Optische und mechanische Kompetenz in Konstruktion und Produktion:

Querschnitt des 30-fach Zoom-Objektivs Variogon 1,8 / 6 - 180 mm für Super-8mm Schmalfilm Aus dem Ganzen hier ziehe ich für mich den Schluß: Es ist garantiert nicht einfach für und DIY-ler, ein Zoomobjektiv selbst zu realisieren!

Wer so etwas braucht oder meint, zu brauchen, wird wohl besser beraten sein, sich um ein fertiges Zoom zu bemühen.

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24/11/2004

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Fresnel

Quelle: ich

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Das Zerlegen einer OHP-Fresnellinse

Meine erste Fresnel war aus einem alten OHP, der mich nichts gekostet hat; und so sah sie auch aus. Etwas trübe und verbogen, aber es ging. Ich konnte an ihr das Zerlegen und Zersägen üben - na ja, das war nicht geplant, aber nützlich. Ich habe im Betrieb dann eben festgestellt, das mir die Fresnel doch noch etwas an Licht und Bildschärfe wegnimmt und daher beschlossen: Da muss eine neue rein!

Ja, und nun liegt sie vor mir, jungfräulich und originalverpackt. Erst mal ein "vorher-" Bild:

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Eine Fresnellinse ist eine "flachgedrückte" normale Linse, d. h. bei ihr wurde alles an Material entfernt, das keinen optischen Zweck hat. Die Skizze rechts veranschaulicht , wie das gemeint ist. Nur der graue Teil bleibt übrig, somit ist die Linse flach und erheblich leichter bei gleicher Brennweite. Diese Prinzip wurde von dem hellen Kopf Augustin Jean Fresnel (* 10.5.1788 in Broglie/Frankreich, + 14.7.1827 in Ville-d'Avray/Frankreich) erkannt und netterweise auch nach ihm benannt.

OHP-Fresnellinsen bestehen aus zwei an den Rändern miteinander verklebten einzelnen Linsen.

Übrigens: Auf dem rechten Bild erkennt man einen Aufkleber "Up". Das hat seinen Grund. Die beiden Fresnellinsen haben nicht die gleiche Brennweite; unten ist die kürzere, oben die längere Brennweite.

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24/11/2004

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Fresnel

Quelle: ich

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Wenn man sich die schmale Seite der Fresnel etwas genauer ansieht, erkennt man deutlich die Stelle, an der die beiden Einzellinsen verbunden sind. Und genau dort setzen wir das Messer an! Die Scheibe muss dabei fest fixiert sein, etwa mit einer Unterlage auf dem Tisch festspannen (Vorsicht! Weiche Unterlage auf beiden Seiten benutzen! Die Fresnel besteht aus Acryl und zerkratzt sehr leicht.). Das Messer nun mit etwas Druck vorsichtig in den Spalt zwängen. Bei hartnäckigen Scheiben kann man auch mit einem kleinen Hämmerchen auf den Messerrücken klopfen. Und noch mal: Vorsicht! Auch wenn ein Messer nicht die sprichwörtliche Rasiermesserschärfe hat, für die Finger reicht es allemal; ich weiß, wovon ich rede! Zwischen dem linken und dem rechten Bild habe ich meinen Daumen verpflastert (Meine Fresnel gehörte zur nachgiebigen Sorte, das Messer ist nur so reingerutscht - zu schnell).

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24/11/2004

Seite 89 von 152

Fresnel

Quelle: ich

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Wenn das Messer mal drin ist (im Spalt der Fresnel, nicht im Finger!), ist

es eigentlich ein Kinderspiel, die beiden Linsen zu trennen. Einfach, wie in den Bildern ersichtlich, vorsichtig mit dem Messer nacheinander um die

Seiten fahren, dabei wieder aufpassen, dass die empfindlichen Scheiben

nicht zerkratzt werden - und die Finger dran bleiben.

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Eine Alternative zu dieser Methode wäre z. B. den Rand der

Fresnel abzusägen oder mit einem Dremel den Klebespalt

aufzuschneiden. Dabei gelten die gleichen

Vorsichtsmassnahmen, wie sie unten beim Zersägen erwähnt

werden.

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Bilder einer vollkommen zerlegten Fresnel kann ich leider nicht zeigen, weil ich meine Linse nicht komplett zerlegt habe. Das hat seine Gründe. Anschließend möchte ich nämlich auch noch zeigen, wie die Fresnel kleiner gesägt wird, und dazu ist es besser, die beiden Hälften sind noch zusammen.

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24/11/2004

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Fresnel

Quelle: ich

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Das Zersägen einer OHP-Fresnellinse

Zunächst mal muss man genau überlegen, wo wieviel abgesägt werden soll. Es ist zu beachten, dass die optische Mitte der Fresnel (dort, wo die Rillen ihr Zentrum haben) auch nach dem Verkleinern auf der optischen Achse des Systems sein muss. Also die gedachte Linie von der Lampe über die Brennpunkte F und F' zur Leinwand muss nicht nur durch die Mitte des TFT's, sondern auch durch die optische Mitte der Fresnellinsen gehen. Und das ist ja nicht unbedingt auch die körperliche. Bei meiner Konstellation ist es z. B. so, dass die Entfernung von der optischen Mitte zum unteren Rand größer ist als zum oberen, die Linse ist also nicht symmetrisch geschnitten. Da muss jeder seine eigene Konstruktion berücksichtigen.

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Links eine Nahaufnahme des optischen Zentrums der Fresnel, mitte und rechts sieht man, wie unterschiedlich Ober- und Unterseite wirken!

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24/11/2004

Seite 91 von 152

Fresnel

Quelle: ich

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Anzeichnen und Abkleben der Schnittlinien

Beim Zersägen einer OHP-Fresnellinse muss selbstverständlich wieder darauf geachtet werden, dass das empfindliche Acryl nicht zerkratzt wird. Eine einfache, aber wirksame Methode ist, unmittelbar neben oder beidseitig der geplanten Schnittlinie einen Streifen Tesaband aufzukleben; zu dem Teil, der verwendet werden soll, eventuell sogar zwei, je nach Breite des Tesabandes und Auflagefläche der Säge. Nicht vergessen: Die Unterseite der Fresnel kann auch zerkratzen, also auch hier auf eine kratzfreie Unterlage achten. Es ist kein Fehler, wenn auch an der Unterseite Tesaband verwendet wird. Apropos Tesaband: Ich meine Tesaband und nicht Tesafilm, also das Gewebeband - und es muss auch nicht unbedingt Tesa sein!

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24/11/2004

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Fresnel

Quelle: ich

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Zum Sägen wird am Besten eine Stichsäge verwendet, die elektronisch regelbar ist. Mit niedriger Geschwindigkeit und kleinstem oder keinem Pendelhub ansetzen und - wie immer - vorsichtig durchsägen. Wer ein größeres Stück absägt, kann ja vorher an dem künftigen Abfallstück üben. Die Sägegeschwindigkeit darf nur sehr niedrig sein, weil sonst das Acryl schmilzt und hinter dem Sägeblatt wieder zusammenklebt. Ein Anschlaglineal ist zu empfehlen, um einen sauberen geraden Schnitt zu bekommen.

Auf dem Bild ist zu sehen, warum ich oben geschrieben habe, dass man eventuell zwei Streifen Tesaband aufkleben soll: Der Sägetisch der Stichsäge ist breiter und würde unter Umständen die Fresnel zerkratzen!

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24/11/2004

Seite 93 von 152

Fresnel

Quelle: ich

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Da nicht jeder eine Stichsäge sein Eigen nennen kann, habe ich hier die Version mit mehr Körpereinsatz dokumentiert: Die Verwendung einer Bügelsäge. Dabei ist darauf zu achten, dass der Bügel groß genug ist, um mindestens die halbe Breite der Linse (normalerweise ca. 30cm) abzudecken, wobei man dann jeweils von beiden Seiten sägen muss.

Das Sägeblatt sehr flach ansetzen (links), weil da am wenigsten die Gefahr des Ausreißens besteht; dabei in Richtung des zu verwendenden Teiles einen Finger als Anschlag zum Schutz vor Abrutschen anlegen. Wer um seine Finger fürchtet, kann auch ein Stückchen Abfallholz nehmen.

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24/11/2004

Seite 94 von 152

Fresnel

Quelle: ich

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Ist die Säge erst mal ein Stück in das Material eingedrungen, bedarf es normalerweise keiner Führung mehr. Immer auf geraden Schnitt achten! In der Mitte wiederum mit dem Finger oder auch dem Stück Holz die Linse festhalten, damit sie von der eventuell klemmenden Säge nicht hochgerissen und beschädigt wird.

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24/11/2004

Seite 95 von 152

Fresnel

Quelle: ich

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Wenn der Bügel der Säge ausgereizt ist, dann die ganze Prozedur von der anderen Seite wiederholen - mit der gleichen Vorsicht! Kurz bevor der Schnitt vollendet ist, sollte man das Stück, das abfällt, festhalten, damit es nicht vorzeitig abbricht und einen Einriss verursacht.

So, der erste Sägeschnitt wäre erledigt! Fehlen nur noch drei.

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24/11/2004

Seite 96 von 152

Fresnel

Quelle: ich

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Bevor die vierte Seite abgesägt wird, ist es sinnvoll, die beiden Hälften der Linse mittels besagtem Tesaband zu fixieren, damit sie beim endgültigen Durchsägen nicht verrutschen und so zerkratzen. Ist dann das Werk vollbracht, mit Schleifpapier und Schleifschwamm die Kanten glätten und entgraten und sich über das Ergebnis - hoffentlich - freuen.

Mühseliger ist sicherlich das Verkleinern per Messer - und gefährlicher. Dazu die Linse auf eine nicht kratzende, schnittfeste Unterlage legen. Nun legt man ein Stahllineal an die markierte Linie an und zwar so, dass der Teil, der verwendet werden soll, unter dem Lineal liegt und der Teil, der wegfällt, daneben. Das hat den Hintergrund, dass man mit dem eventuell abrutschenden Messer keine Rillen in die Fläche, die man braucht, schneiden kann. Den ersten Schnitt noch mit leichterem Druck ausüben, damit erst mal eine Führungslinie eingeschnitten wird, in der das Messer dann eine mehr oder weniger gute Führung hat; die weiteren Schnitte dürfen dann mit größerem Druck ausgeführt werden. Tja, und das dann so lange wiederholen, bis man durch ist. Ein sehr scharfes Messer empfiehlt sich daher von selbst, ein bereitgelegter Verbandskasten auch!

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24/11/2004

Seite 97 von 152

Keystone + Brennweite

Quelle: Duffy und ich

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Keystonekorrektur nach Duffy

Eine einfache Keystonekorrektur läßt sich mit einer beweglichen Fresnel 2 verwirklichen. Die Fresnel 2 muß immer lotrecht stehen! Bei seitlichem Keystoneeffekt die Fresnel natürlich seitlich schwenken. Wichtig: Die Fresnel 2 muß am Drehpunkt so nahe wie möglich am TFT sein!

Nach Duffy, nicht von mir getestet, scheint aber zu funktionieren, da auch die Firma Liesegang so etwas in ihren Unterlagen beschreibt (siehe nächste Seite), allerdings wird dort auch das Objektiv etwas aus der optischen Achse heraus verschoben.

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24/11/2004

Seite 98 von 152

Keystone + Brennweite

Quelle: Duffy und ich

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Keystonekorrektur nach Liesegang

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24/11/2004

Seite 99 von 152

Keystone + Brennweite

Quelle: Duffy und ich

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Brennweitenveränderung nach Duffy

Wenn ein Objektiv mit sehr langer Brennweite verwendet wird und daher erst nach der Brennweite von Fresnel 2 positioniert werden kann, hat man das Problem, daß das Licht (orange)vor dem Objektiv gebündelt wird. Abhilfe schafft hier eine Fresnel-Streulinse, damit wird die Brennweite der Fresnel 2 verlängert.

Nach „Duffy“, nicht von mir getestet!

Ich bin allerdings der Meinung, das diese Streulinse auch die Brennweite des Objektivs beeinflußt, also: Ausprobieren!

Übrigens: Wie bei allen optischen Geräten gilt auch hier: Staub ist ein Feind der Linsen, er kann wie Schleifpapier wirken. Also: Sauberkeit ist Pflicht!

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24/11/2004

Seite 100 von 152

So sieht das Ergebnis meiner Werte mit dem Berechnungstool aus:

entwickelt von Gunawan W.

DIY TFT-BEAMER

übersetzt und erweitert von W. Schmid

Eingaben der vorgegebenen Werte in der

Diesen Abstand so einstellen, das der am

1. TFT-Diagonale eintragen:

7,00

Zoll =

17,78

cm

Reihenfolge der eingekreisten Zahlen, dan

Testschirm erzeugte Lichtfleck etwa die Größe

LENS TO SCREEN

430,6

den Aktualisierungsknopf zur Berechnung

der Linse hat. Bei gesplitteter Fresnel sollte die

LCD TO LENS

30,52

des Abstandes TFT-Objektiv drücken.

Lichtquelle im Brennpunkt der 1. Fresnel sein!

Abstand TFT zur

Formel zur Berechnung der Abstände:

3. Abstand Linse/Objektiv .

FOCUS-LENGTH

28,5

Unter "Extras - Optionen - Berechnung"

Dann gelten die roten Lichtstrahlen.

Linse/Objektiv (b):

1/f = 1/g - 1/b

zur Leinwand (g):

LCD SIZE

17,78

muß "Automatisch" aktiviert sein.

30,52

cm

430,00

cm

Bei Änderungen

Bei Änderungen

4.

30

Rp

Knopf drücken!

399

Rp

Knopf drücken!

TFT

2. Linse/Objektiv

entspricht

Diagonale:

Brennweite (f):

Dioptrien:

Reflektor

17,78

cm

28,50

cm

3,51

Bei Änderungen

Bei Änderungen

18

Rp

29

Rp

Projektionsfläche

Knopf drücken!

Knopf drücken!

Diagonale:

250,50

cm

Linse / Objektiv

Vergrößerung

Plankonvex oder konvexkonvex.

F

14,09

x

Der Linsendurchmesser beeinflusst, wie groß der

Abstand TFT-Fresnel geplant werden kann, ohne

irgendeine Beschneidung.

Leinwand

alle Art von glatter Wand, natürlich möglichst weiß.

Gebogene Leinwand ist besser, aber braucht spezielle

Berechnung und ist schwierig zu bauen.

Lichtquelle

Testschirm

möglichst punktförmig,

Einen Kreis mit dem Durchmesser

>10.000 Lumen,

der Linse auf festes weißes Papier

Farbtemperatur: > 4000K

200,40

cm

malen. Testschirm an die Linsenposition halten. Die

CRI etwa 100.

Position der Fresnel so einstellen, dass der Durchmesser

250,50

150,30

cm

des Lichtflecks den aufgemalten Kreis gut abdeckt.

Fresnellinse

Konzentriert das Licht auf die

Seitenverhältnis : 4:3

gesplittete Fresnel,

Linse.

Rillen jeweils zum TFT

f1

Abstand

f2

222,67

cm

Muß grösser als das TFT sein.

TFT

Objektiv-Brennweitenberechnung bei 2 Linsen

Sollte eine Brennweite mit

Je größer das TFT, desto stärker

Brennweite Linse 1 f1

21,00 cm

4,76190476

250,50

125,25

cm

ungefähr dem Abstand TFT-Linse muss die Lichtquelle und desto

haben.

Brennweite Linse 2 f2

31,00 cm

3,22580645

größer muß die Linse sein.

Abstand der Linsen

cm

7,98771121

Seitenverhältnis : 16:9

Gesamtbrennweite

12,52 cm

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24/11/2004

Seite 101 von 152

Lilliput

Quelle: ich

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Auf den nächsten Seiten zeige ich hier, wie der 7"-Monitor von Lilliput zerlegt wird 1. Schritt: Die vier Schrauben auf der Rückseite lösen (Kreuzschlitz PH1)

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24/11/2004

Seite 102 von 152

Lilliput

Quelle: ich

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2.Schritt: Vorsichtig die Snap-In-Befestigungen lösen (zwei auf jeder Langseite)

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Lilliput

Quelle: ich

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3. Schritt: Rückteil vorsichtig anheben (Blick von rechts auf die kleine Platine und die FFC-Kabel)

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FFC Steuerung - Tastenfeld

13polig

FFC Steuerung – kleine Platine

40polig, entgegengesetzt abisoliert;

war für meine Zwecke zu kurz, daher

durch ein Kabel mit 50cm ersetzt

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Lilliput

Quelle: ich

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4. Schritt: Backlightkabel abstecken

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Stop!! Bevor man irgend eines der FFC-Kabel abzieht: Irgendwie markieren oder dokumentieren, wie sie in ihrer Fassung stecken und auf welcher Seite die blanke Kontaktseite ist. Es gibt Unterschiede bei den Lillis. Beim Austausch der Kabel darauf achten, dass man ein gleichartiges Kabel verwendet (auf der gleichen Seite verstärkt bzw. auf den entgegengesetzten Seiten verstärkt). Davon hängt das Leben des TFT ab!!

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Lilliput

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5. Schritt: Kabel von der Steuerung zum Tastefeld abstecken (Kabelführung beidseitig hochziehen, dann kann das Kabel leicht nach oben abgezogen werden)

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zum Lösen hochziehen!

Achtung! Wenn dieses Kabel nicht 100%ig in seiner Fassung steckt, dann rührt sich überhaupt nichts; nicht einmal die Standby-LED leuchtet! Also aufpassen!

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6. Schritt: Hier war mein Problem. Den kleinen Klemmsteg an der Kabelseite hochklappen. Vorsicht: Die kleinen Noppen, die als Drehachse fungieren, brechen leicht ab! Dann habt ihr das gleiche Problem wie ich!

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Hier ist quasi das Gelenk

Hier hochklappen

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Lilliput

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7. Schritt: Jetzt sind die beiden Hälften schon mal getrennt! Nun noch die drei Schrauben an den Klemmen lösen (müssen nicht ganz raus), Klemmen zur Seite drehen, jetzt kann der Rahmen mit Backlight und TFT herausgehoben werden.

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8. Schritt: Diese 12 Laschen nach außen biegen, so dass sie bündig zum Rahmen sind, dann die drei kleinen Schrauben der kleinen Platine lösen (Kreuzschlitz PH00)

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Hier und auf der diagonal gegenüberliegenden Seite sind auch Schrauben versteckt und die 12. Lasche

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Lilliput

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9. Schritt: Jetzt kann man das Backlight und das TFT aus dem Rahmen heben! Vorsicht – das FFC-Kabel nicht killen!

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Bitte diese kleinen, orangen FFC-Kabel nicht allzusehr verbiegen, die halten nicht viel aus. Es gab schon das Problem, dass diese Kabel abgeknickt sind und ich glaube nicht, dass es gelingt, sowas zu reparieren!

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Lilliput

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Da liegt es nun, das gute Teil!

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Lilliput

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Lilliput

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Diese Verbindungen würde ich nicht verlängern, das gab schon öfters Probleme, soweit ich im Forum gelesen habe.

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Achtung!!!

Bruchgefahr!!

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Lilliput

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Ich habe dieses FFC-Kabel durch ein längeres ausgetauscht, das Gehäuse mit Steuerung und Tastenfeld beieinander gelassen und im Beamergehäuse eingebaut. Den Frontrahmen habe ich mit einer Alu-Platte zum Anschluss- und Bedienfeld umgebaut und außen am Beamer montiert

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Lilliput

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Und das ist der Rest, der nicht mehr benötigt wird: Das Backlight im Rahmen!

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Lilliput

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Ach ja, die Anschlüsse:

Das Netzteil hat einen ganz normalen Stecker mit Innenloch, amerikanischer Netzstecker allerdings.

Der VGA-Anschluss wird in einem kurzen Stück Kabel mit einer Art PSE-Stecker herausgeführt, an dem ein längeres Kabel mit dem passenden Gegenstück und einem normalen SUB-D-15-Stecker angesteckt wird.

Die Video-Eingänge und der Audio-Eingang werden über eine USB-Buchse herausgeführt. Ein passendes Kabel ist dabei.

Und nicht vergessen: Erdungsband anlegen!!

Ach ja, so sieht das FFC-Kabel von der kleinen Platine zur Steuerung aus: 40polig, Raster 0,5mm, entgegengesetzt verstärkt. Das FFC-Kabel von der Steuerung zur Tastenplatine ist 13polig, Raster 1mm, auf der gleichen Seite verstärkt

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Kontaktseite

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verstärkte Seite

verstärkte Seite

Kontaktseite

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Lilliput

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Auch das FFC-Kabel zur Tastenplatine wurde ausgetauscht. Hier handelt es sich um eines, das gleichseitig verstärkt ist. Leider konnte ich kein 13-poliges Kabel auftreiben, daher musste ich es aus einem breiteren selbst anfertigen. Mit einm Stahllineal und einem scharfen Messer kein Problem.

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Lilliput

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Lilliput

Quelle: ich

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Für Selberbastler: Die Pinbelegung des Kabels aus dem Lilliputmonitor

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So, und nun noch ein kleiner, aber wichtiger Nachtrag: Bisher war ich mit anderen Lilli-Usern der Meinung, dass eine Umstellung von 16:9 auf 4:3 nicht möglich ist.

Das ist zwar immer noch richtig, aber eine kleine Alternative gibt es: Man kann über das OSD-Menü die Bildbreite etwas verringern, so dass die Köpfe nicht mehr ganz so breit sind. Man geht über das Menü Monitor auf den Punkt Clock (oder Uhr) und verstellt den Standardwert von "65" auf "0". Bei mir hat das eine Verringerung der Bildbreite von ca. 5 cm bei einer ursprünglichen Breite von 225 cm gebracht. Immerhin etwas!

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Elektrik

Quelle: ich

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Achtung: Spannung!!!

Bevor man loslegt und einen eigenen Beamer baut, sollte man sich darüber klar werden, dass man damit auch mit Spannungen oberhalb der als ungefährlich einzustufenden Spannungen arbeitet. Geregelt wird der Umgang mit Spannungen oberhalb von 65 V in der VDO 0100, dem Standard-Regelwerk für die Elektrotechnik.

Nun muss natürlich nicht jeder dieses Werk durchlesen - was in der aktuellen Schlussfassung mit 40 Ordnern wohl ziemlich einschläfernd wäre - aber ein paar Regeln sollte man schon im eigenen Interesse beachten. Ich werde hier mal ein paar grundsätzliche Sachen auflisten, die ich als wichtig erachte.

Oberstes Gebot ist: Netzstecker aus der Steckdose ziehen, wenn am Gerät gearbeitet werden soll!!!

Fangen wir mal bei der Zuleitung an: Hier empfiehlt sich meiner Ansicht nach eine

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Kaltgerätebuchse, über die mittels eines Kabels mit eben einem Kaltgerätestecker -

Standard bei vielen Geräten - die Versorgungsspannung zugeführt wird. In meinem Beamer habe ich eine solche mit eingebauter Feinsicherung verwendet, damit ist auch schon das Problem der Absicherung gelöst. An ihrer Rückseite findet man drei Anschlüsse, die entweder für AMP-Stecker, zum Schrauben oder zum Löten ausgeführt sind. Ich habe die Version mit Lötanschluss verwendet, das schien mir die bessere Methode zu sein; es kann sich nichts durch Erschütterung lösen und es sollte auch kein Problem mit Übergangswiderständen durch schlechte Crimpung geben - sofern man richtig lötet.

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Zum Löten ist ein Lötkolben mit mindestens 30 W empfehlenswert, denn der Lötvorgang www.wschmid.de

sollte nicht allzu lange dauern, da sonst der Kunststoff der Buchse schmelzen kann. Die verwendeten Drähte sollten einen Mindestquerschnitt von 0,75 mm² haben je nach verwendeter Lampenleistung. Man kann natürlich starre, also Vollkupfer-Drähte verwenden, aber in diesem Fall sind wohl flexible Drähte besser. Die abisolierten und zusammengedrehten Enden vor dem Anlöten am besten verzinnen (Foto rechts), damit halten die feinen Drähte besser zusammen und das Anlöten geht auch schneller.

Die Drahtfarben sind festgelegt: Den gelbgrünen Draht niemals für etwas anderes als den Schutzleiter verwenden! Der blaue Draht wird immer für den Nullleiter verwendet.

Die Phase, also der "gefährliche" Draht, kann verschiedene Farben haben, gängig bei flexiblen Kabeln ist braun; schwarz ist er in der Regel nur bei Festanschlüssen, wie z. B.

bei der Inhausverkabelung. Allerdings darf man sich bei flexiblen Anschlüssen, wie wir sie hier verwenden, nicht darauf verlassen, das die Phase auch wirklich nur an dem braunen Draht anliegt, da man ja den Stecker beliebig herum in die Steckdose stecken kann und demzufolge die Phase mal auf dem einen und mal auf dem anderen Draht des Anschlußkabels liegen kann! Aus diesem Grund habe ich auch zweipolige Ausschalter verwendet, d. h. beide Anschlußdrähte werden abgeschaltet.

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Elektrik

Quelle: ich

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Ach ja, wenn das Kabel abgemantelt wird - also die äußere Hülle abgetrennt wird, die die einzelnen Drähte umschließt - mit dem Messer sehr vorsichtig umgehen, damit nicht aus Versehen die Isolierung des darunterliegenden Drahtes beschädigt wird. An dieser Stelle kann sonst später - wenn der Draht auch noch an dieser Stelle geknickt wird -

eine gefährliche Berührungsstelle entstehen (rechtes Foto).

Um eine gefährliche Begegnung mit Herrn Strom zu vermeiden, auch wenn man das Anschlußkabel entgegen dem obersten Gebot nicht ausgesteckt hat, habe ich die Anschlußfahnen der Kaltgerätebuchse und auch aller anderen Anschlüsse (z. B.

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Netzschalter) und das angelötete Kabel mit einem Schrumpfschlauch isoliert.

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Schrumpfschläuche gibt es in verschiedenen Größen und Farben, man kann also hier seinen persönlichen Geschmack ausleben. Auf dem Foto der Frontplatte von hinten

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kann man das Ergebnis sehen:

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Nun zur Frage der Erdung: In meinem Fall ist - wie man auf dem Bild sieht - die Frontplatte aus Alu, also elektrisch leitend. Somit muss sie geerdet werden. Hat man ein Gehäuse nur aus Holz, so muss dieses natürlich nicht geerdet werden, das würde auch keinen Sinn machen. Allerdings würde ich z. B. metallene Teile wie einen eventuellen Metallreflektor in die Erdung mit einbeziehen. Grundsätzlich kann man sagen, das alle leitfähigen Teile, an die durch irgendeinen Umstand eine blankgescheuerte Leitung kommen kann, geerdet werden sollte. Ich empfehle also nicht nur Teile, die von außen zugänglich sind wie Gehäuseteile, sondern auch Teile im Inneren. Hintergrund ist folgende Überlegung: Sollte durch eine Beschädigung eines Kabels Spannung auf ein Metallteil kommen, so wird sofort die Sicherung auslösen und man weiß, dass etwas faul ist, bevor man es spürt.

Wird fortgesetzt, wenn ich mal wieder viel Zeit habe!

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Schnittbilder

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Schnittbild Seitenansicht

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Schnittbilder

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Schnittbild Draufsicht

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Schnittbilder

Quelle: ich

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Halterung für das TFT

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Schnittbilder

Quelle: ich

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Schaltplan

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Fotos

Quelle: ich

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Der Beamer in Gesamtansicht mit geöffneter Breitseite

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Fotos

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Die Lampenkonstruktion

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Fotos

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So steckt der Brenner in der Fassung

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Fotos

Quelle: ich

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Die Anschluss-Seite des Vorschaltgerätes

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Fotos

Quelle: ich

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Zündgerät

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Links Kondensator, rechts Drossel

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Fotos

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oben links: Der Niederspannungsverteiler

oben rechts: Blick von hinten auf das Anschluss- und Bedienfeld

rechts: Die kleine Platine am TFT wurde auf einer Kunststoffplatte befestigt und mit einem neuen langen FFC-Kabel mit der Steuerung verbunden.

Der kleine weiße Steg an der Platine war übrigens eines meiner Sorgenkinder!

Er hielt nicht mehr richtig in seinen Lagern und konnte daher das FFC-Kabel nicht richtig auf die Kontakte pressen. Aus mysteriösen Gründen habe ich dabei sogar mitunter ein Bild von "Jurassic-Park" am Display gesehen. Sollte das eine Prophezeiung sein?

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Fotos

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Blick von oben in den Raum zwischen Fresnel 2 (links) und Objektiv. Das große grüne Rechteck ist die Steuerung des TFT.

Das schmale FFC-Kabel oben mitte ist mein zweites Sorgenkind. Wenn das Kabel nicht 100%ig in seinem Stecker klemmt, rührt sich an der Elektronik gar nichts!

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Fotos

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Blick über das Anschluss- und Bedienfeld auf die Steuerung, das komplette Rückteil des Monitors ____________________________________________________________

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Fotos

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Das Objektiv und der Flansch

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Projektionsbilder vom alten 5,6"-TFT

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Fotos

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Projektionsbilder vom 7"-Lilliput-TFT

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Links wieder das gleiche Testbild wie oben,

rechts ein Foto aus einer wärmeren Ecke unserer schönen Welt.

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24/11/2004

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Fotos

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Projektionsbilder vom 7"-Lilliput-TFT

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Den Herrn hier kennen wir auch schon von oben.

Aus vierzig Zentimeter Entfernung zur Leinwand sind auch hier die Pixel

deutlich sichtbar.

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24/11/2004

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Fotos

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Bilder nach dem Einbau der neuen Fresnellinse, jetzt ist das Bild noch gleichmässiger ausgeleuchtet und auch schärfer!

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24/11/2004

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Fotos

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Bilder nach dem Einbau der neuen Fresnellinse

Die Kamera stand auf dem Beamer, auf Leinwandgrösse gezoomt.

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24/11/2004

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Fotos

Quelle: ich

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Bilder nach dem Einbau der neuen Fresnellinse

Die Kamera stand auf dem Beamer, auf Leinwandgrösse gezoomt.

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Seite 142 von 152

Fotos

Quelle: ich

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Bilder nach dem Einbau der neuen Fresnellinse

Das gleiche Bild wie oben, aber mit einer Einstellung von 800 x 600 Pixel, ohne Zoom

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Seite 143 von 152

Fotos

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Bilder nach dem Einbau der neuen Fresnellinse

Wenn man nahe genug ran geht, kann man natürlich auch hier die Pixel erkennen.

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Fotos

Quelle: ich

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Auch Fernsehen geht mittels Videorekorder oder ähnlichem; die Bilder werden nur etwas unscharf, weil es beim Fernsehen keine Pausetaste gibt. Hier mit eingeblendet das OSD-Menü. Links fehlt ein Stück des Bildes, weil ich den Beamer noch nicht einjustiert hatte.

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24/11/2004

Seite 145 von 152

Fotos

Quelle: ich

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Wer weiß die Antwort? Wer wird Millionär vom 6. Februar 2004. Die Bildgrösse ist übrigens etwa 220 x 125 cm.

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Seite 146 von 152

Teileliste

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Bild

Bezeichnung

Herkunft

Stück

E-Preis

G-Preis

7" TFT

Gadaffy

1

270,00 €

270,00

€

Berichtigte Daten des Lilliput:

• LCD screen size: 7 "diagonal (15.2 x 9.4 cm)

• Ratio: 16:9 wide TFT LCD screen, high resolution: resolution:

800 x 3 x 480 = 1,152,000 dots

• Support computer display resolution up to 1024 x 768

• Contrast: 200:1

• Multi Video system: PAL/NTSC

• VGA and 2 composite Video inputs plus 1 Audio input

• Credit card size IR remote control

• Full function OSD control (Multi-language)

• Audio output: Speaker built-in & earphone jack

• Video input signal: 1.0Vp-p, composite video

• No radiation (better for eyes protection)

• Compact slim panel: 18.7 x 12.5 x 3.3 cm only, net weight 425 g

• Computer display/S-video/DVD/VCD/Security system/Navigation system

compatible, (Rear view camera connectible)

• Mount type: Dash board / Universal

• Power input: DC 12V, Power consumption: 9W

Keine Umschaltung auf 4:3!

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Teileliste

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Bild

Bezeichnung

Herkunft

Stück

E-Preis

G-Preis

Objektiv

ebay

1

12,00 €

12,00

€

Das Objektiv besteht aus dem eigentlichen Objektiv (Brennweite f=

285mm, F = 8,5, Zweilinser mit Blende) und aus einem Flansch, in den

das Objektiv eingeschraubt werden kann. Da das Gewinde am Objektiv

nicht mittig angebracht ist und es vorwärts und rückwärts eingeschraubt

werden kann, ergibt sich (jeweils mit komplett eingeschraubtem

Gewindebereich) eine gesamte Verstellmöglichkeit von ca. 25mm.

OHP-Fresnellinse

groß

Gadaffy

1

21,50

€

21,50

€

Grösste OHP Fresnel. Erste Wahl für 15" Beamer

310x310mm

Rillenbreite: 0.5mm; dicke: 4mm

f1=214mm; f2=326mm

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Beamer-Doku © Copyright by Werner Schmid

24/11/2004

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Teileliste

Quelle: ich

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Bild

Bezeichnung

Herkunft

Stück

E-Preis

G-Preis

OHP-Fresnellinse

klein

Gadaffy

1

15,00

€

15,00

€

Kleinere Fresnel ideal für LCDs bis 10"

Dicke: 4mm

Abmessungen: 240x180mm

effektive Fresnelgrösse ohne Rand: 230x170mm

Brennweiten: 210/310mm

Rillenbreite: 0.5mm

Besteht aus zwei zusammengeschweissten Hälften

Lüfter 5 Stück

ebay

1

5,50 €

5,50

€

3 verwendet

Lüfterschutzgitter

Westfalia

1

1,15 €

1,15

€

Netzteil

ebay

1

9,00 €

9,00

€

Stromversorgung Schaltnetzteil 12 Volt / 5 Volt von Mapower Typ PD50.

Es liefert 1 mal 5 Volt bei 3A sowie 1 mal 12 Volt bei 3A.

Eingangsspannung 100 bis 240 Volt. Abmessung 170 mal 50 mal 40mm.

1 Kaltgerätebuchse, 2 LEDs und ein 40er Mini Lüfter.

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Bild

Bezeichnung

Herkunft

Stück

E-Preis

G-Preis

Kaltgerätebuchse

Conrad

1

2,79 €

2,79

€

Westfalia

0,99 €

Bezeichnungsschild

Conrad

2

1,14 €

2,28

€

Schalter

Conrad

2

6,71 €

13,42

€

Westfalia

2,02 €

Cinch-Buchse

Conrad

2

0,69 €

1,38

€

Westfalia

0,29 €

Die Buchsen wurden "Rücken an Rücken" verlötet und in das Bedienfeld eingebaut. Damit ist es möglich, das vorhandene Kabel vom TFT ohne

Veränderung hinten aufzustecken und vorne das Kabel zur Bildquelle.

VGA SUB D-15

Steckerleiste

Conrad

1

1,20 €

1,20

€

VGA SUB D-15

Buchsenleiste

Conrad

1

1,20 €

1,20

€

Buchse und Stecker wurden "Rücken an Rücken" verlötet und in das

Bedienfeld eingebaut. Damit ist es möglich, das vorhandene Kabel vom

TFT ohne Veränderung hinten aufzustecken und vorne das Kabel zur

Bildquelle.

FFC-Kabel

esskabel

1

6,50 €

6,50

€

FFC0.50D40-0492L-4-4-08-08SABB

Folienkabel, Raster 0.50 mm, 40pol.

gleichseitig abisoliert, Gesamtlänge L=500 mm

Verbindung Steuerung-kleine Platine

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Bild

Bezeichnung

Herkunft

Stück

E-Preis

G-Preis

HQI-Bausatz 250W

Breidenbach

1

52,00 €

52,00

€

Fassung

Breidenbach

1

14,90 €

14,90

€

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Teileliste

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Bild

Bezeichnung

Herkunft

Stück

E-Preis

G-Preis

Brenner 250W

Daylight

Breidenbach

1

54,90 €

54,90

€

Reflektor

Breidenbach

1

7,90 €

7,90

€

UV-Schutzglas

Breidenbach

1

11,90 €

11,90

€

Schutzglas

Glaser

1

3,00 €

3,00

€

Gehäuseteile

Baumarkt

1

8,22 €

8,22

€

Kleinteile

Baumarkt

1

10,00 €

10,00

€

Summe

525,74

€

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- Beamer-Doku-ungesch�tzt.pdf

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- �bersicht

- Profi-Projektoren

- Die Entscheidung

- Materialkunde

- Werkzeug

- Grundlagen Licht

- Fachbegriffe

- Vorschaltger�te

- Optik-Theorie

- Die Fresnellinse

- Keystone-Korrektur

- Brennweiten�nderung

- Das Berechnungstool

- Das Lilliput

- Die Elektrik

- Schnittbilder

- Fotos

- Teileliste