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aus KINOTECHNIK 1939 - Heft 1 / Januar - Zeitschrift für die Technik im Film

Von Dr. R. Möller Vortrag anläßlich der 2. Jahrestagung der DKG, Berlin 1938

• (Anmerkung : Dr. Möller war Chef der Fernseh AG in Berlin und später nach dem Krieg auch wieder einer der Chefs in Darmstadt. Er war ein ganz seltener ausgewiesener Röhrenspezialist.)

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Filmtechnik und Fernsehtechnik haben naturgemäß eine große Zahl von gemeinsamen Berührungspunkten, da es sich bei beiden um die Erzeugung eines bewegten Bildes handelt.

Das gilt insbesondere auch für die Wiedergabeseite beim Film und beim Fernsehempfang. Ebenso sind in bezug auf den Projektionsschirm gleiche Entwicklungsinteressen vorhanden.

Insofern dürfte die Leser dieser Zeitschrift der vorliegende Artikel interessieren, da er sich mit der Erzeugung von projizierten Fernsehbildern befaßt und es sich um ein heute sehr aktuelles Thema handelt *1).

*1) In England beabsichtige man, 40 Kinotheater mit Fernseh- Projektions- apparaturen auszurüsten.

Es werden eingangs kurz die Probleme skizziert, die bei der Projektion von Fernsehbildern auftreten, und es wird dann übergeleitet auf das Gebiet der idealen Bildwand, die auch für die reine Kinotechnik großes Interesse haben dürfte.

Beim Fernsehen liegen die Verhältnisse insofern grundsätzlich anders, da nur eine Übertragungsleitung zwischen Sender und Empfänger zur Verfügung steht, das Bild also auf der Empfangsseite Punkt für Punkt aufgebaut werden muß.

Dies geschieht in zeitlicher Aufeinanderfolge, und zwar nach der heute vorliegenden Norm in zeilenweiser Aneinanderreihung von 441 Zeilen, was einer sog. Bildpunktzahl von 200.000 entspricht. Jedes Einzelbild wiederholt sich 25 mal in der Sekunde, so daß für die Übertragung eines einzelnen Bildpunktes die Zeit von 1/5µs zur Verfügung steht.
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Im Rahmen dieses Aufsatzes ist es unmöglich, die Vielzahl der Bildzusammensetzorgane zu beschreiben, die prinzipiell möglich sind, und es soll auch von der Beschreibung der mechanischen Bilderzeuger, die heute z. B. noch von der Scophony-Gesellschaft entwickelt werden, abgesehen werden.

Es sollen an Hand der Braunschen Röhre, die im Augenblick wohl am aussichtsreichsten erscheint, die grundlegenden Verhältnisse klargestellt werden. Bild 1 und 2 zeigen die äußere Form und eine schematische Darstellung einer solchen Projektionsröhre.

Der konische Kolben ist vorn durch eine Planglasplatte abgeschlossen, welche auf der inneren Fläche den Fluoreszenzschirm trägt. Die von der Glühkathode emittierten Elektronen werden durch die Anodenspannung von mehreren Kilowatt (Anmerkung : Herr Doktor Möller, was ist denn das für ein Ausrutscher ??) beschleunigt und durch eine Elektronenlinse, hier als Magnetspule dargestellt, zu einem intensiven Brennfleck in der Ebene des Fluoreszenzschirmes vereinigt.

Fließt durch eine der gezeichneten Ablenkspulenpaare ein sägezahnförmiger Strom von ungefähr 10.000 Hz (Anmerkung : Herr Doktor Möller, was ist denn das für ein Ausrutscher Nummer 2 ??), so schreibt dieser Brennfleck auf dem Fluoreszenzschirm eine Zeile, und das senkrecht angeordnete Spulenpaar, welches von einem Sägezahnstrom von 50 Hz durchflossen wird, reiht jetzt diese Zeilen zum vollständigen Bild aneinander.

Unter der Voraussetzung, daß diese Ablenkspannungen vom Sender her synchronisiert werden, braucht man nur noch im Rhythmus der empfangenen Bildimpulse durch ein Steuerelement (Wehneltzylinder) die Stärke des Elektronenstromes zu verändern und erhält eine entsprechend mehr oder weniger starke Anregung des Fluoreszenzschirmes und damit das fertige Fernsehbild, welches dann durch ein Objektiv auf die Bildwand projiziert wird.
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• Anmerkung : Hier wurden die Begriffe Spannung und Leistung und Frequenz kreuz und quer durcheinander gewirbelt. Sehr schade.

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Obwohl die Anregung jedes Rasterelementes nur 1/5µs beträgt, verschmelzen doch alle Rasterelemente für das Auge zu einem einheitlichen Helligkeitseindruck, da sie sich im Abstände von 1/25s wiederholen. Das Talbotsche Gesetz (Bild 3) sagt nun aus, daß der Helligkeitseindruck des Impulses im Verhältnis der Dauer des Impulses zum Abstand zweier Impulse herabgesetzt wird.

Dieses Verhältnis ist aber die Bildpunktzahl (200.000), und man müßte, um dieselbe Helligkeit bei gleicher Bildgröße wie beim Kinobild zu erhalten, eine Leuchtdichte von 5 Milliarden Stilb im Brennfleck vereinigen.

Diese Zahl wird dadurch etwas herabgesetzt, daß die Lichtausstrahlung des Fluoreszenzschirmmaterials nicht momentan erfolgt, sondern langsam abklingt. Eine solche Nachleuchtkurve zeigt Bild 4 für einen Schirm, der als Hauptbestandteil Zinksulfid enthält, und im Mittel 50 Bildpunkte nachleuchtet, daß also die aufzubringende Leuchtdichte dadurch auf 100 Millionen Stilb heruntergeht.
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Das Helligkeitsproblem ist demnach eine der schwierigsten Aufgaben bei der Projektion von Fernsehbildern. Daneben aber stellt die Forderung nach genügend scharfen Brennflecken, d. h. Erzeugung eines genügend sauberen Bildpunktes in der Ebene des Fluoreszenzschirmes, den Fernsehtechniker vor erhebliche Aufgaben, und es ist vorläufig nur gelungen, durch Anwendung sehr großer Elektronengeschwindigkeiten, d. h. hoher Anodenspannung bis zu 80kV, beiden Forderungen einigermaßen gerecht zu werden.

In Deutschland sind vor allen Dingen die Firmen Fernseh-AG und Telefunken an dieser Entwicklung beteiligt.
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Bild 1. Projektionsröhre
Bild 2. Schematischer Aufbau einer Braunschen Rohr«
Bild 3. Talbotsche» Gesetz
Bild 4. Nachleuchtkurve eines Fluoreszenzmaterials
Bild 5. Braunsche Röhre für Großbildprojektion
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Die folgenden Mitteilungen sollen an einem Beispiel ganz kurz den Stand der Technik darstellen, wie er bei der Fernseh AG vorliegt, und zwar zeigt Bild 5 eine Projektionsröhre und Bild 6 die Apparatur.

Neben der Frage der Ablenkbarkeit derartig schneller Elektronenstrahlen *2) lag das Problem in der Herstellung der Projektionsröhre bzw. des Fluoreszenzschirmes *3), der trotz der großen aufprallenden Elektronenenergie bei guter Lichtausbeute eine genügend große Lebensdauer besitzen muß.

Die Größe des Brennfleckes war etwa 0,1mm2, so daß sich bei einem Strom von 3mA eine Leistungsdichte von 200 kW/cm2 ergab. Die auf den Schirm gelangende Energie von 240 W wurde mit einer Ausbeute von ungefähr 2 HK/W in Licht umgesetzt, d. h. eine Lichtstärke von 480 HK erzielt. Unter Verwendung eines Objektives mit einem Öffnungsverhältnis von 1:2 konnte eine Bildgröße von 1m2 mit ca. 80 Lux, d. h. mit Kinobildhelligkeit, erzeugt werden.
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Bild 6. Großbildprojektionsempfänger 1938 für Bilder 3,60x3,00 m
Bild 7. Empfangsbild

2*) Die Entwicklung der Kippgeräte wurde von den Herren Mulert, Günther und Bähring durchgeführt.
3*) Die Entwicklung der Projektionsröhren wurde von den Herren Schwartz und Strübig unter Mitarbeit von Paehr durchgeführt.
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Da derartige Bildgrößen nicht ausreichen, hat man versucht, andere Bildschirme (z. B. dünne Metallfolien oder Metalldrahtgewebe) zu verwenden. Auch die Idee des Lichtrelaisschirmes (später Eidophor genannt) ist in diesem Zusammenhange öfter aufgetaucht. Da die praktische Verwirklichung dieser Gedanken jedoch in einer ferneren Zukunft liegen dürfte, wird man auch schon wegen der verhältnismäßig guten Lichtausbeute an dem normalen Fluoreszenzschirm festhalten.

Falls es gelingen sollte, durch zähe Arbeit auf diesem Wege noch erheblich weiterzukommen, dürfte dieses Gebiet auch vielleicht eines Tages für die Filmtechnik von besonderem Interesse werden, da man dann nicht mehr die zeitliche Aufeinanderfolge der Bilder mit Hilfe eines Filmstreifens vorzunehmen braucht, sondern zur Bildaufzeichnung immer ein und dieselbe Fläche benutzt, die bedeutend größer sein kann als das Filmbild, so daß auch hier eine Möglichkeit besteht, die notwendige Leuchtdichte herabzusetzen.

Man soll zwar wenigstens vorläufig zwischen Fernsehen und Film keine Vergleiche ziehen, aber Bild 7 veranschaulicht an einem ruhenden Bild doch sehr gut, was heute bezüglich Schärfe schon erzielt werden kann. Wenn an diesem Bild die Möglichkeiten des 441 Zeilen-Bildes noch nicht verwirklicht worden sind, weiß man doch andererseits, daß es theoretisch schärfer sein müßte als ein 16 mm-Bild, denn selbst bei normalen Filmen ist die Kantenschärfe nicht viel größer als bei einem solchen idealen Fernsehbild.
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Wenn vorher festgestellt wurde, daß es heute möglich ist, ein Bild von 1m2 zu realisieren, so muß man eben auf andere Möglichkeiten sinnen, größere Bildflächen mit Kinobildhelligkeit auszuleuchten. Es taucht sofort das Problem der Bildwand auf.

Denn wenn die heute selbst noch in Uraufführungstheatern verwendeten Bildwände nur einen Wirkungsgrad von 25% haben und die übrigen 75% vollkommen nutzlos an die Decke des Theaters, an die Seitenwände oder auf den Fußboden vor den ersten Sitzreihen verschwenden, so müßte man durch Konstruktion einer Bildwand mit 100%iger Ausbeute allein schon den Helligkeitsfaktor 4 herausholen können.

Bild 8 zeigt die Rückstrahlcharakteristik und das Rousseau-Diagramm eines solchen Bildschirmes, der
praktisch nach dem Cosinusgesetz strahlt. Bei der zusätzlichen Annahme, daß ein Raumwinkel von im Mittel 30° ausgenutzt wird, erkennt man, daß tatsächlich 75% verloren gehen, während der ideale Schirm den gesamten Lichtstrom in diesen 30° konzentriert und damit die 4fache Helligkeit bzw. Apostilbzahl ergibt.

Bild 8. Normale und ideale Projektionswand, Rückstrahlcharakteristik, Rousseau-Diagramm
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Man hat nun alle möglichen Wege beschritten, um in dieser Richtung weiterzukommen und z. B. den sog. Perlschirm oder den Aluminiumschirm konstruiert. Sie zeigen jedoch ebenso wie im Falle der Mattscheibe (Bild 9), die in den letzten Jahren immer schon beim Fernsehen vorzugsweise benutzt wurde, daß die Rückstrahlcharakteristik außerordentlich scharf ist, sich also nur für ganz schmale, langgestreckte Theater eignen würde.

Es ergibt sich zwar ein sehr kleiner Lichtverlust, jedoch ein praktisch indiskutabler Randabfall und eine riesige Lichtspitze, was zur Folge hat, daß das Projektionsobjektiv als solches durchscheint.

Bild 9. Mattscheibe in Durchprojektion, Rückstrahlcharakteristik und Rousseau-Diagramm
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Die Probleme der idealen Bildwand sind bekannt und an vielen Stellen finden sich in der Patentliteratur Lösungsmöglichkeiten, die man alle unter dem Sammelnamen „Linsenrasterschirm" zusammenfassen kann und die ihren ersten praktischen Niederschlag in dem Schirm des Farbfilmlaboratoriums von Siemens gefunden haben dürften, da beim Farbfilm ähnliche Lichtschwierigkeiten wie beim Fernsehen vorliegen.

Die Fernseh AG hat sich im letzten Jahre (1938) sehr intensiv mit diesen Fragen des Linsenrasterschirmes befaßt, und es ist ihr tatsächlich gelungen, einen solchen Schirm mit praktisch 100%iger Ausbeute bei einer Größe von 3 x 3,6m aufzubauen, der auf der letzten Funkausstellung gezeigt wurde und der gegenüber einer normalen Kinoleinwand die 15fache Helligkeit brachte.

D. h., wenn man sich an die eingangs erwähnten Zahlen erinnert, konnte bei dieser Bildgröße von 11m2 eine Helligkeit von ca. 100 Apostilb, d. h. Kinohelligkeit, erreicht werden.
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Da bis jetzt noch keine zusammenfassende Arbeit über den Linsenrasterschirm erschienen ist und diese Fragen auch für den Kinofachmann von großem Interesse sein dürften, soll ganz kurz auf die Theorie und die sich daraus ergebenden Schlußfolgerungen, die landläufig sicher nicht bekannt sein dürften, eingegangen werden.

Jedes Einzelelement des Schirmes hat die Aufgabe, das vom Projektionsobjektiv einfallende, praktisch also parallele Licht in denjenigen Raum zurück zu reflektieren bzw. zu brechen, in dem sich Zuschauer befinden.

Ein solches Element ist z. B. ein Spiegel oder eine Linse mit konvexer oder konkaver Oberfläche. Der notwendige seitliche Streuwinkel ist gegeben durch die Breite des Theaters, d. h. durch die noch erträglichen Bildverzerrungen, die Höhenstreuung durch die Anzahl der Sitzreihen, also der Länge des Theaters.

Da nun im allgemeinen die Höhenstreuung geringer als die Breitenstreuung ist, kann ein solches Schirmelement (Bild 10) eine sphärische Fläche haben, aus der ein rechteckiger Ausschnitt benutzt wird, dessen Seitenverhältnis gleich dem Verhältnis der Streuwinkel ist.

Im vorliegenden Fall ist das Element als Linse gezeichnet, und die Konvergenz der Strahlenbüschel in senkrechter und horizontaler Richtung ergibt dann den rechteckig auszuleuchtenden Raumwinkel. Es sei noch besonders darauf hingewiesen, daß jedes Element - der Schirm hat
davon ca. 10 Millionen - ein Bild des Projektionsobjektives erzeugt, durch welches der ganze Lichtstrom hindurchgequetscht wird.

Bild 11 zeigt in perspektivischer Darstellung ein aus mehreren solchen Elementen bestehendes Linsenraster. In Bild 12 ist das Element bei quadratischer Form als thorische Linse oder Spiegel ausgebildet, besitzt also in zwei verschiedenen Ebenen verschiedene Brennweiten.

Bild 10. Sphärisches Rasterelement
Bild 11. Sphärisches Linsenraster
Bild 12. Thorisches Rasterelement
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Schließlich wird aus der großen Zahl der möglichen Kombinationen noch die gekreuzter Zylinderlinsen (Bild 13) genannt, wobei man beispielsweise die Rückseite mit einem spiegelnden Metallbelag versehen kann, so daß sich automatisch bei Verwendung gleicher Krümmungsradien auf Vorder- und Rückseite ein Seitenverhältnis in der Streuung von 1:2 ergibt, da die Rückfläche als Spiegel wirkt, während die Vorderfläche eine doppelte Brechung hervorruft.

In der Zone, in der sich die von sämtlichen 10 Millionen Einzelelementen des Schirmes ausgehenden, von Licht erfüllten Raumwinkel überdecken, sieht man dann das ganze Schirmbild mit konstanter Helligkeit, und man wird in diesem Raum die Zuschauer unterbringen.

Das bedingt aber, daß sich die Hauptachsen sämtlicher Elemente in einem Punkt kreuzen. Der Schirm hat also (Bild 14) die Eigenschaft eines Hohlspiegels, der, falls er eine rein sphärische Oberfläche hätte, ein Bild des Projektionsobjektives auf der Achse, die durch die Mitte des Zuschauerraumes geht, erzeugt und jedes Einzelelement streut jetzt in Höhe und Breite um diesen Punkt, so daß der schraffierte Raum den gemeinsamen Raumwinkel angibt, in welchem die Bestuhlung unterzubringen wäre.

Legt man durch diesen Raumwinkel eine schräge Ebene (s. Seitenansicht), auf der die Bestuhlung aufgebaut wird, so ist der ganze Raumwinkel gleichmäßig mit den Augen der Zuschauer ausgefüllt und man hat tatsächlich eine 100%ige Ausnutzung des vom Projektor gelieferten Lichtstromes.

Bild 13. Raster aus gekreuzten Zylinderlinsen
Bild 14. Günstige Ausnutzung des Lichtstromes durch richtige Anlage des Zuschauerraumes
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Würde man in diesem idealen Theater eine normale Projektionsleinwand aufstellen, dann würde die Helligkeit auf den achten Teil zurückgehen. Und welchen Einfluß die Anordnung der Bestuhlung auf den Lichtgewinn ausmacht, ersieht man daraus, daß in einem normalen Theater, z. B. im "Ufapalast am Zoo", der Lichtgewinn nur 4fach ist, wobei doch interessant wäre, einmal tatsächlich festzustellen, wie weit sich diese Helligkeitssteigerung auf den Bildeindruck auswirkt, bzw. ob es sich lohnt, ein 4fach größeres Bild zu projizieren oder aber, wie groß die Stromersparniskosten sind.
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Im folgenden einige ganz kurze Bemerkungen über den Aufbau eines solchen Schirmes *4) und über die dabei auftretenden Schwierigkeiten, die ein Grund dafür sind, warum man sich bisher nicht an die Herstellung eines solchen Schirmes herangetraut hat.

*4) Unter Mitarbeit von den Herren Kosche und Thörn

Der Schirm besteht aus einzelnen Linsenrasterplatten von ca. 100cm2 Größe, die möglichst ohne Stoßfugen auf einer sphärischen Fläche angebracht sind.

Wie sich herausstellte, muß man tatsächlich die Einzellinsen von etwa 5mm2 Größe mit annähernd optischer Genauigkeit herstellen, andernfalls z. B., selbst wenn die Randzonen der Linse nur auf 1/10 oder 2/10mm einen um 5% abweichenden Krümmungsradius haben, treten Spitzen in der Rückstrahlcharakteristik auf, die im Bild helle oder dunkle Streifen verursachen.

Derartige Störungen sind besonders unangenehm an den Stoßkanten zweier Linsenrasterplatten, da das Auge schon Helligkeitsunterschiede von wenigen Prozent wahrnimmt und durch das Erkennen der Stoßfugen der Eindruck erweckt wird, als ob der Schirm aus helleren oder dunkleren Karrees zusammengesetzt wäre.

Es ist übrigens, um einmal auf die wirtschaftliche Seite einzugehen, auch bei diesen ersten Modellen gelungen, einen solchen Aufbau zu finden, dessen Gewicht in durchaus vernünftigen Grenzen liegt, und die Herstellungsmethoden dürften in absehbarer Zeit immerhin so weit durchgebildet sein, daß man derartige Schirme zu einem diskutablen Preis wird herstellen können.
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Im folgenden einige interessante Überlegungen und Folgerungen:

Es gibt in jedem Kinotheater eigentlich nur einen einzigen idealen Betrachtungsort, der irgendwo frei im Raum schwebt.

Man muß ja zwei Forderungen stellen:

1. daß man das Bild unter dem richtigen Winkel sieht (z. B. gegeben durch die Brennweite des Objektivs, das bei der Aufnahme verwendet wurde), und zwar kann man als guten Wert angeben, daß man sich das Bild aus einer Entfernung, die dreimal so groß wie die Bildhöhe ist, ansehen soll. Das ist im normalen Kinotheater erfüllt für die ersten Sitzreihen, während man vom Rang hingegen einen Winkel von nur 1 : 7 hat,

2. soll bei Betrachtung des Bildes die Perspektive nicht verzerrt sein; das Auge soll sich möglichst auf der Mittelachse des Bildes befinden. In dieser Beziehung sind die Rangplätze am besten und die ersten Sitzreihen unmöglich. Beide Forderungen werden durch das ideale Theater (Bild 15) erfüllt. Dort sind die Sitzreihen nahe an die Hauptachse herangerückt; außerdem ist das Verhältnis von Betrachtungswinkeln aus der ersten Reihe zur letzten Reihe nur 1:2,5 und 1:3,5 gegenüber 1:2 und 1:7 jetzt. Das bedingt allerdings, daß der Bildschirm genau so hoch ist wie die ganze Tiefe des Zuschauerraumes, d. h. 30m oder mehr.

Bild 15. Das ideale Kinotheater
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Zu Bild 16 sind einige Vergleiche in bezug auf Bildverzerrung und Bildgröße dargestellt, und zwar in der ersten Reihe für den Fall eines normalen Theaters.

Das Bild ist stark verzerrt auf der ersten Sitzreihe links und vom Rang hinten außerordentlich verkleinert. Das ideale Theater (zweite Reihe) vermeidet praktisch diese Fehler.

Aber selbst, wenn man einen Kompromiß schließt und in solchen Kinotheatern, in denen ein Bühnenraum vorhanden ist, den Linsenrasterschirm an die Hinterwand dieses Raumes stellt und dadurch den Abstand von den ersten Sitzreihen wesentlich vergrößert, ergeben sich die in der unteren Reihe dargestellten Verhältnisse, immerhin eine erhebliche Güteverbesserung.
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Bild 16. Bildverzerrung und scheinbare Bildgröße
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Zum Schluß noch einige allgemeine Betrachtungen. Man könnte vielleicht glauben, daß es unmöglich sei, Bildschirme von 30m Höhe, also rund 1.000m2 genügend hell auszuleuchten. Diese Annahme ist falsch.

Bei vorgegebenem mittleren Betrachtungswinkel ist entsprechend der größeren Projektionswand auch die Entfernung größer und vom Schirm aus gesehen die Bündelung in Richtung des Zuschauerraumes schärfer.

Letzten Endes ist der Helligkeitseindruck im Auge nur abhängig von der Leuchtdichte (asb), die in Richtung des Beschauers vom Schirm reflektiert wird. Billigt man jedem Beschauer einen gewissen Raumwinkel (vom Schirm aus gesehen) zu, der durch die Platzbreite und durch die langsam ansteigenden Sitzreihen gegeben ist, so kommt man zu der fundamentalen Bedingung, daß man jedem Zuschauer einen gewissen Lichtstrom zur Verfügung stellen muß, der nur durch den Betrachtungswinkel und die vorgegebene Apostilbzah gegeben ist, aber unabhängig von der Bildgröße ist.

Bild 17. Lichtstrom in Abhängigkeit von der Anzahl der Zuschauerplätze
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Diese Verhältnisse sind in Bild 17 schematisch dargestellt. Es bedeuten dort 0 den Lichtstrom, den der Projektor liefert (und der auch voll in den Zuschauerraum zurückreflektiert wird), F die Fläche des Bildschirmes, e die scheinbare Leuchtdichte (mit 80 asb angenommen), und co2 den Raumwinkel, unter dem das Bild erscheint (angenommen zu 1:9).

Vom Schirm aus gesehen, erscheint der Zuschauerraum unter dem Raumwinkel cov. Ein einzelner Sitzplatz soll, wieder vom Schirm aus gesehen, die Breite b und die Höhe h haben.

Unter diesen Bedingungen ist der pro Zuschauer zur Verfügung zu stellende Lichtstrom max. 0,5 Lumen, d. h. man müßte mit modernen Projektoren, die einen Lichtstrom von 15.000 Lumen liefern, 30.000 Zuschauer versorgen können.
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