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aus Kinotechnik Heft 14 - Juli 1936 (Nach A. A. Cook in „Jl. Soc. Mot. Pict. Eng.", XXVI, Nr. 5, Mai 1936.)
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Von den Teilen der Projektionseinrichtung, die jede Ausführungsform besitzen muß, nämlich Lichtquelle, Sammelsystem zum Abbilden der Lichtquelle in oder nahe dem Filmfenster und Projektionsobjektiv, ist einzig das Filmfenster immer das gleiche; durch dieses muß die zur Bildwiedergabe auf dem Schirm erfaßte Strahlung der Lichtquelle hindurchgeleitet werden, und hier ist deshalb die geeignete Stelle, um die Gesamtlichtleistung des Projektors zu ermitteln. Ein dafür brauchbares Verfahren wurde vor einigen Jahren von Hardy *1) wie folgt beschrieben:

*1) Hardy, A.C: The Optics of Motion Picture Projectors. - Jl. S. M. P. EM XIV (März 1930), Nr. 3, S. 309.

Abb. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Lichtquelle, das Sammelsystem (hier ein Kondensor, an dessen Stelle ebenso gut ein Spiegel gedacht werden kann), das Filmfenster und das Projektionsobjektiv. Es sei zunächst angenommen, daß dieses System in jeder Beziehung vollkommen sei, daß also die Lichtquelle das Licht gleichmäßig ausstrahlt, ihr Bild im Filmfenster groß genug ist, um dieses vollkommen auszufüllen, daß die Abbildung fehlerfrei ist und das Sammel- wie auch Projektionssystem das Licht in dem vollen Winkel 2 & nach allen Filmpunkten hindurchzulassen vermögen.

Unter diesen Voraussetzungen wird die Lichtstärke E je Flächeneinheit im Filmfenster durch eine Gleichung bestimmt, worin die Leuchtdichte der Lichtquelle und die Hälfte des Winkels vorkommt, unter dem im Filmfenster Licht vom Kondensor empfangen wird. Bei Vernachlässigung der Verluste durch Reflexion und Absorption ist diese Gleichung für den Mittelpunkt des Filmfensters mathematisch exakt.

In diesem idealen System ist die Lichtstärke in allen Punkten des Filmfensters praktisch die gleiche, und der Gesamtlichtstrom, der durch das Fenster fließt, ist gleich E, also Lichtstärke je Flächeneinheit, multipliziert mit der freien Fläche des genormten Filmfensters:

J = 319,35 x pi x B x sin2 omega (2) (griechische Buchstabe)

Da die Öffnung des Fensters in dieser Gleichung in mm2 angenommen ist, kann die Leuchtdichte B der Lichtquelle in Kerzen/mm2 und der numerische Wert des Lichtstroms in Lumen festgestellt werden.

Dieses Idealsystem soll nun benutzt werden, um das Filmfenster auf einem entfernt stehenden Schirm abzubilden, wobei der Projektor senkrecht zum Schirm und passend zentriert sein soll.

Werden Reflexions- und Absorptionsverluste wiederum vernachlässigt, so wird die Schirmhelligkeit im allgemeinen nicht gleichmäßig, vielmehr in der Mitte größer als an den Rändern sein, und zwar wird sich ein nach den Rändern zu fortschreitender Lichtabfall bemerkbar machen.

Diese Erscheinung hat zwei Gründe: die Entfernung der Schirmränder vom Projektionsobjektiv ist größer als die der Schirmmitte, und die Zentralstrahlen fallen senkrecht auf den Schirm, die Randstrahlen dagegen schräg.

Bei einem idealen Projektionssystem ist dieser Helligkeitsabfall an den Rändern nicht groß; er beträgt beispielsweise bei einem Projektionsobjektiv von 76mm Brennweite 5 1/2% in den äußersten Schirmecken. Hierauf wird später bei Betrachtung der unter praktischen Bedingungen eintretenden Verluste noch zurückgekommen werden.
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Mit dieser Einschränkung wird der Ideal-Projektor eine Lichtmenge auf den Bildschirm werfen, die sich nach Gleichung (2) berechnen läßt. Wichtig ist die Erkenntnis, daß kein Projektor mit dem normenmäßigen Bildfenster mehr Licht, als die Gleichung für J ergibt, liefern kann, wenn er mit einer Lichtquelle der Leuchtdichte B und einem optischen System, dessen relative Oeffnung dem Winkel B entspricht, ausgestattet ist. Die Gleichung setzt eine Grenze, die bestenfalls vielleicht erreicht, niemals aber überschritten werden kann.
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Naturgemäß ist der Winkel omega, die Apertur, ein Maß für die Lichtstärke der Optik, doch pflegt man diejenige der Projektionsobjektive durch die relative Öffnung auszudrücken. In Tafel I sind den relativen Öffnungen von 2,0 bis 3,4 die entsprechenden Winkel omega auf Grund von Literaturangaben 2) gegenübergestellt, außerdem in der dritten Kolonne die Werte pi sin2 omega; diese sind die wichtigsten, denn sie geben die Lichtstärke des optischen Systems an und zeigen, wie diese sich mit der relativen Öffnung ändert.

Alle bisherigen Ausführungen bezogen sich auf ein ideales Projektionssystem; um eine Unterlage für die Lichtleistung irgendeines Projektionssystems zu gewinnen, müssen nunmehr die in der Praxis unvermeidlichen Verluste bestimmt werden.
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Die stärkste Lichtquelle, die für die Projektion zur Verfügung steht, ist die Bogenlampe. Die wahren Leuchtdichten handelsüblicher Bogenlampen umfassen den Bereich von 165 Kerzen/mm2 für die gewöhnlichen Bogenlampen, bis zu 750 für die modernen Hochintensitätslampen.

Es ist zu beachten, daß man die Bogenlampen mit höherer Stromaufnahme brennen kann, als vom Hersteller angegeben, wodurch die Helligkeit zunimmt, ferner, daß die Werte für die Leuchtdichte einen Durchschnittswert für den Krater darstellen; die Randzonen desselben sind nicht so hell wie das Zentrum, worin ein Anlaß für die Helligkeitsabnahme des Schirmbildes nach den Rändern zu gegeben ist.

Zu den oben angegebenen Voraussetzungen der idealen Projektion gehörte, daß die Lichtquelle von jedem Betrachtungspunkt aus, der für das System in Frage kommt, gleich hell erscheint. Der in den praktisch verwendeten Projektoren benutzte Krater wird dieser Anforderung innerhalb des vom Sammelelement erfaßten Winkels annähernd gerecht 3), ausgenommen, wenn Negativkohle oder Kohlenhalter Licht abdecken, das sonst durch das Filmfenster hindurchgehen würde.

Bei zweckmäßig gebauten Kondensorlampen ist das nicht der Fall, dagegen werden durch den Kondensor Verluste durch Reflexion und Absorption verursacht, die je nach der Zahl der Einzelteile, ihrer Dicke und der verwendeten Glassorte verschieden sind. Die heute in Gebrauch befindlichen Kondensoren sind meist Doppelkondensoren, bei denen die Verluste zwischen 17 und 25% liegen. 20% kann als guter Durchschnitt angesehen werden; die Durchlässigkeit des Kondensors beträgt dann 80%.

Bei Spiegellampen sind die Absorptions- und Reflexionsverluste geringer, doch wird hier die Lichtleistung durch andere Faktoren beeinträchtigt. Die negative Kohle deckt einen Teil der reflektierenden Oberfläche ab, und der Spiegel muß durchbohrt werden, um den Kohlennachschub zu ermöglichen.

Auch die positive Kohle selbst stört bis zu einem gewissen Grade. Die Gesamtheit der Verluste ist bei der Spiegelbogenlampe etwa dieselbe wie beim Kondensorsystem, so daß 80% als Durchlässigkeit des Sammelsystems im allgemeinen angesehen werden kann.

Auf dem Wege zum Filmfenster erleidet das Licht einen Verlust von 50% durch den Umlaufverschluß; der Verlust im Fenster selbst wird ausschließlich durch die Schwärzung der Kopie verursacht und soll hier unerörtert bleiben.

Die nächste Verlustquelle ist das Projektionsobjektiv; jede der verschiedenen handelsüblichen Typen verursacht Lichtverluste durch Absorption und Reflexion, die, je nach der Zahl der freien Glas/Luft-Flächen zwischen 20 und 37% liegen.

Zumeist benutzt man Objektive vom Petzval-Typ, deren Durchlässigkeit durchschnittlich 75% beträgt. Bei den Objektiven tritt aber ein weiterer Verlust dadurch ein, daß infolge ihrer Länge die Frontlinse nicht ganz mit Licht ausgefüllt werden kann, was einen weiteren Grund für den Lichtabfall im Projektionsbild nach den Rändern zu darstellt; die Wirkung nimmt mit wachsender Brennweite zu.

Abb. 2 zeigt die errechneten Werte für Projektionsobjektive von 3-6" (=7,6-15,2mm) Brennweite bei der relativen Oeffnung 1:2,5. Der für jede Brennweite angegebene Wert ist ein Durchschnitt der berechneten Durchlässigkeit für 13 verschiedene über die ganze Bildfläche verteilte Punkte. Der Faktor ist 56% für ein Objektiv von 3" ud 86% für ein solches von 6" Brennweite. 80 Prozent wird vom Verfasser als guter Durchschnitt angegeben.

Abb. 3 zeigt die Vereinigung aller dieser Ergebnisse in kurvenmäßiger Darstellung. Die Zahl der erreichbaren Schirmlumen wurde nach Gleichung (2) berechnet und alsdann für die unvermeidlichen Verluste korrigiert.

Das Ergebnis ist 0,80X0,50X0,75X0,80 oder eine Leistung von 24% für das ganze optische System. In Abb. 3 stellt die untere Kurve die Grenze des Gesamtlichtstroms dar, der von Lampen mit gewöhnlichem Kohlenbogen erreicht werden kann, die obere denjenigen für Hochleistungslampen; die mittlere Kurve bezieht sich auf die 7mm-Hochleistungslampe mit nichtrotierender Kohle.

Der Umfang reicht von 2.350 bis 10.600 Lumen bei optischen Systemen der Lichtstärke 1:2,0, von 1.650 bis 7.500 Lumen für die Lichtstärke 1:2,4. Die größte relative Öffnung, die gegenwärtig in Betracht kommt, ist 1:2,0, und zwar aus Gründen, die später ersichtlich werden.

Obige Werte geben die Lumen an, die ein gut konstruierter Projektor auf die Projektionsfläche entsenden sollte, doch ist, wie der Verfasser bemerkt, nicht damit zu rechnen, daß selbst der beste unter den heutigen Projektoren diese Werte erreicht.

Bei Besprechung der Lichtquellen wurde darauf hingewiesen, daß die Randzone des Kraters von Hochleistungskohlen nicht so hell ist wie das Zentrum; hierdurch entsteht ein Lichtverlust an den Schirmrändern, und das Projektionsobjektiv hat dieselbe Wirkung, selbst wenn es vollkommen lichterfüllt ist; letztere Bedingung ist indessen für die Ecken des Schirms bei den heute im Gebrauch befindlichen Kondensor- und Spiegellampen nicht erfüllt, wie allgemein bekannt ist und früher bereits besprochen wurde 5).

Durch Steigerung der Lichtstärke des Projektionsobjektivs über 1 :2,0 hinaus ist hieran gegenwärtig nicht viel zu ändern. Man kann nicht einfach, um zu einem optischen System der Lichtstärke 2,0 zu gelangen, ein altes Objektiv von 1:2,4 durch ein solches von 1:2,0 ersetzen, vielmehr muß auch das Sammelsystem groß genug sein, um den größeren Winkel des neuen Objektivs auszufüllen 6).

Das praktische Ergebnis dieser drei Mängel der Randhelligkeit des Schirmes ist folgendes: Wird das System für maximale Lichtleistung justiert, so sind die Bildecken zu dunkel; zur Verbesserung wird die Lichtquelle verschoben und ihr Bild gegen das Filmfenster bewegt, bis der Lichtausgleich zwischen Rand und Mitte befriedigt; bei dieser Justierung liefert das Projektionssystem aber nicht mehr seine maximale Lichtleistung.

Wie der Verfasser ausführt, ist die maximale Leistung handelsüblicher Projektionssysteme bei Hochleistungslampen in der Gegend von 5.000 Lumen anzunehmen, und zwar besteht kein nennenswerter Unterschied zwischen Kondensor- und Spiegellampen. Die Lichtleistung von Projektoren mit gewöhnlichen Bogenlampen wird mit etwa 1.250 Lumen, derjenigen mit 7mm nicht rotierenden Kohlen mit 4.500 Lumen angegeben.

Danach kann der mit handelsüblichen Projektoren erreichbare Lichtstrom maximal mit 5.000 Lumen angenommen werden. Die genaue Zahl spielt, wie der Verfasser ausführt, keine nennenswerte Rolle, nachdem Berichte vorliegen, wonach Projektoren in ein und demselben Theater Unterschiede von 100 Prozent gegeneinander aufweisen 7). Die Lichtleistung dürfte im ganzen genommen zwischen 700 und 4.500 Lumen schwanken.

Auf seinem weiteren Wege zum Bildschirm ist dieser Lichtstrom weiteren Beeinträchtigungen nicht mehr ausgesetzt. Der Bericht des „Projection Screens Committee" vom Jahre 1931 *8) enthält nähere Angaben. Die scheinbare Schirmhelligkeit schwankt bei einer gegebenen Lichtmenge mit der Art und dem Reflexionsvermögen des Schirmmaterials, dem Projektionswinkel, dem Beobachtungspunkt und dem Betrag an Streulicht, der das Auge des Zuschauers von anderen Objekten, die sich innerhalb seines Blickwinkels befinden, erreicht. Die beiden letzteren Faktoren sind aus den vorliegenden Betrachtungen ausgeschaltet.

*5) Kellner, H.: Absorption und Reflexion Losses in Motion Picture Objectives. - Trans. Soc. Mot. Pict. Eng., IV (1920), Nr. 11, S. 74.
*6) Ray ton, W. B.: The Effect of Aperture Lenses on Illumination. - Jl. Soc. Mot. Pict. Eng., XXIII (Dezember 1934), Nr. 6, S. 309; ref. Kinotechnik 1935, S. 25.
*7) Wilcox, H. M., und Conrow, L. W,: Some Technical Aspects of Theater Operation. - Jl. Soc. Mot. Pict. Eng., XXIII (Dezember 1934), Nr. 6, S. 340.
*8) Report of the Projection Screens Committee, Jl, Soc. Mot. Pict. Eng., XVII (September 1931), Nr. 3, S. 437.
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Es werden zwei Arten von Bildschirmen behandelt. Diffus streuende Projektionsflächen finden in Theaterräumen von großer Breite Verwendung; sie besitzen im allgemeinen einen Reflektionsfaktor von 80%, bei einem Projektionswinkel von 15°.

In langen, schmalen Räumen kann ein Schirm mit richtender Eigenschaft benutzt werden, der die scheinbare Helligkeit über einen Winkel von etwa 20° steigert; der Reflexionsfaktor solcher Schirme ist, ausgedrückt durch die scheinbare Helligkeit, nach dem Bericht des Komitees aus dem Jahre 1931 *8) etwa 160% (Anmerkung ?????). Dieser Wert gilt auch für einen Projektionswinkel von 15°, der als Durchschnitt in der Praxis angenommen werden kann.

Auf diese Weise ist ein Verlust von 5 bis 8% in Anrechnung zu bringen, der durch die Perforation des Bildwand-Materials zur Erhöhung der Schalldurchläsigkeit bedingt ist; dementsprechend wurden zur Berechnung der in Abb. 4 wiedergegebenen Kurven die Werte 75% und 150% eingesetzt.

Die Horizontalachse des Koordinatensystems wurde nach Schirmbreiten in Fuß (1 Fuß = 0,305m), die Vertikalachse nach scheinbaren Helligkeiten in Fußlambert *9) geteilt. Die Teilung auf der linken Seite bezieht sich auf einen streuenden, die auf der rechten Seite auf einen richtenden Schirm. Die Kurven zeigen die durchschnittliche scheinbare Helligkeit für Projektionsleistungen von 5.000, 3.000 und 1.000 Lumen und gelten für einen Projektionswinkel von 20°. Bei Zunahme des Winkels auf 30° nimmt die Helligkeit bei streuenden Schirmen etwa um 7%, bei richtenden um 50% ab; daraus geht ohne weiteres hervor, daß letztere wenig Wert haben, wenn der Projektionswinkel 20° überschreitet.

Leuchtdichte der Lichtquelle und wirksame Apertur sind die grundlegenden Faktoren, durch die für jedes optische Projektionssystem die Lichtleistung bestimmt wird. Änderungen des Stroms sowie des Kohlenabstandes sind von weitgehendem Einfluß auf die Kraterhelligkeit (Leuchtdichte).

Geringe Unterschiede in der Stellung des Kraters zum Sammelsystem können die wirksame Apertur rapid verkleinern. Diese veränderlichen Größen verdienen sorgfältige Überprüfung, um einwandfreie Resultate von dem optischen System zu erhalten. Es ist oft möglich, eine erhebliche Lichtsteigerung der Bildmitte auf Kosten der Randhelligkeit herbeizuführen. Der Verfasser betont abschließend, daß jede Norm, die aufgestellt wird, eine Definition enthalten muß, was unter gleichmäßiger Helligkeit zu verstehen ist, sowie eine Angabe der Punkte, in denen sie gemessen werden soll.

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*9) Eine Definition des in USA. eingeführten Maßes „Fußlambert" für die Leuchtdichte findet der Leser in der Fußnote in Heft 11, Seite 182, des lfd. Jahrganges dieser Zeitschrift,
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