Auslegung von Projektions-Displays für industrielle Anwendungen:
Optische Parameter abschätzen
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Helligkeitsanforderungen
Die Helligkeit eines Displays wird auf zwei verschiedene Weisen quantifiziert, entweder in der Einheit Lumen oder in der Einheit Nits. Lumen (Steradiantcandela) ist die SI-Einheit für den Lichtstrom (Lichtenergie pro Zeiteinheit) und bezieht sich auf die Gesamtmenge an Licht, die von einem Display ausgestrahlt wird. Nit (Candela/m²) ist ein Maß für die Leuchtdichte (Lichtenergie pro Raumwinkel pro projizierter Fläche der Lichtquelle) und hängt mit der wahrgenommenen Helligkeit zusammen.
Auch wenn die Anwender nicht von Nits, also der Leuchtdichte sprechen, ist die Leuchtdichte das, was sie wahrnehmen (Tabelle 1): also die von einer Displayfläche abgestrahlte oder reflektierte Helligkeit. Da aber die Hersteller von Projektionseinheiten normalerweise keinen Einfluss auf die Displayfläche haben, geben sie häufig nur den Lichtstrom der Optikeinheit an.
| Umgebung | Leuchtdichte (cd/m2) |
|---|---|
| Absolute Wahrnehmungsschwelle des menschlichen Sehsystems |
1 · 10–6 |
| Nachthimmel | 1 · 10–3 |
| Typische fotografische Szene bei Vollmond | 1,4 · 10–3 |
| Typische fotografische Szene bei Sonnenauf- oder -untergang | 25 |
| Leuchtdichte einer Standard-SMPTE-Kinoleinwand | 55 |
| Maximale Leuchtdichte eines typischen LCD-Monitors bei direkter Betrachtung | 250 |
| Leuchtdichte eines typischen Fernsehgeräts | 450 bis 1000 |
| Typische fotografische Szene bei bedecktem Himmel | 2000 |
| Typische fotografische Szene bei vollem Tageslicht | 5000 |
Tabelle 1. Für eine grobe Abschätzung der benötigten Leuchtdichte eines Displays kann sich ein Entwickler an bekannten Standardwerten orientieren.
Sind die Anforderungen an die Leuchtdichte festgelegt, lassen sich der nötige Reflexionsgrad der Projektionsfläche (Screen Gain) und die optische Effizienz des Systems über die Beziehungen in Tabelle 2 ermitteln.
| Von | Nach | Beziehung |
|---|---|---|
| Bildschirm-Leuchtdichte | Projizierter Lichtstrom | Projizierter Lichtstrom = (Bildschirm-Leuchtdichte / Screen Gain) · Projektionsfläche · π |
| Projizierter Lichtstrom | Lichtstrom der Lichtquelle | Projizierter Lichtstrom = Quell-Lichtstrom · Optische Effizienz |
Tabelle 2. Ausgehend von der benötigten Helligkeit des Displays wird der benötigte Lichtstrom des Projektors errechnet.
Der Screen Gain ist ein Merkmal der Projektionsfläche. Eine Projektionsfläche mit einem Screen Gain von 1 hat zwei besondere Merkmale. Erstens weist sie eine Lambertsche Verteilung auf, d.h. die Helligkeit erscheint unabhängig vom Blickwinkel gleich. Zweitens erfolgt keine Absorption. Der Screen Gain lässt sich erhöhen, d.h. die Projektionsfläche erscheint für einen Betrachter in der Projektionsachse heller, indem man die Absorption der Projektionsfläche verringert und/oder indem Maßnahmen getroffen werden, um mehr Licht zur Blickachse zu lenken.
Die optische Effizienz des Systems ist ein Maß für die Übertragungs-Effizienz zwischen dem Ausgang der Lichtquelle und dem Ausgang des letzten optischen Elements. Bei einer 2D-MEMS-Einheit oder einem LCoS/LCD-Panel ist das letzte optische Element wahrscheinlich Bestandteil des Projektionsobjektivs. Bei einem Scanner-Spiegel dagegen dürfte der Spiegel selbst das letzte optische Element sein.
- Optische Parameter abschätzen
- Anforderungen an die Auflösung
- Farbanforderungen
- Helligkeitsanforderungen
- Technikauswahl mit Blick auf Helligkeitsanforderungen
- Kontrastanforderungen
- Technikauswahl mit Blick auf Kontrastanforderungen
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