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Auslegung von Projektions-Displays für industrielle Anwendungen:

Optische Parameter abschätzen

27. August 2015, 10:43 Uhr | Von Paul Rancuret

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Fortsetzung des Artikels von Teil 4

Technikauswahl mit Blick auf Helligkeitsanforderungen

Der Screen Gain ist unabhängig von der Projektionstechnik. Anders ist es mit der Effizienz der optischen Komponenten. Sie steht in einem engen Zusammenhang mit der Projektionstechnik, denn sie hängt vom Aufbau der jeweiligen Optikeinheit ab, deren Architektur für jede Technik anders ist.

Hinsichtlich der optischen Effizienz lassen sich auf der Komponenten-Ebene vier Verlustfaktoren ausmachen: Reflexionsverluste, Absorptionsverluste, Diffraktionsverluste und geometrische Verluste. Unter den Reflexionsverlusten versteht man das Licht, das an jeder optischen Grenzfläche verlorengeht. Diese Verluste lassen sich mit reflexionshemmenden Beschichtungen weitgehend beseitigen.

Absorptionsverluste sind die Anteile des Lichts, das im Material eines jeden optischen Elements verlorengeht. Sie haben bei den Werkstoffen, die in Projektoren normalerweise verwendet werden, ein minimales Ausmaß.

Diffraktionsverluste entstehen durch die Wellennatur des Lichts. Lichtstrahlen werden an Kanten und kleinen Objekten gebeugt, wobei klein für Maße in der Größenordnung der Wellenlänge steht. Diese Verluste sind von einer Technik zur anderen unterschiedlich.

Geometrische Verluste entstehen durch optische Komponenten entlang des Strahlengangs, deren Étendue (Ausdehnung eines Strahlenbündels in der geometrischen Optik) nicht optimal zur Étendue der Lichtquelle passt. In Projektorsystemen tritt dieser Effekt am häufigsten in Form von Étendue-Unterschieden zwischen Lichtquelle und Display-Panel auf. Ist die Étendue der Lichtquelle größer als die des Display-Panel, ist letzteres nicht in der Lage, das gesamte von der Lichtquelle erzeugte Licht zu erfassen.

Entwickler sollten die Verwendung einer Displaytechnik anstreben, die eine prinzipbedingt hohe optische Effizienz besitzt und die außerdem zu einer optischen Systemarchitektur führt, die möglichst wenige Elemente aufweist und von ihrer Étendue her optimal auf die Lichtquelle abgestimmt ist.

Die 2D-MEMS-Technik bietet diesbezüglich die größte Flexibilität, da sie eine gute optische Effizienz besitzt und sich in ihrer Étendue auf jede beliebige Lichtquelle abstimmen lässt. Bei der LCD/LCoS-Technik wird die höchste optische Systemeffizienz mit polarisierten Lichtquellen (Lasern) erreicht. Nimmt man eine verringerte optische Systemeffizienz in Kauf, können auch LEDs und Lampen verwendet werden. Scanner-Spiegel erfordern stark kollimierte Lichtquellen, daher kommen für sie nur Laser in Frage.