Wie berechnet man die Optik für einen Projektor?

Wie berechne ich die Optik für eine Art Dia-Projektor mit folgendem Aufbau:
Im hinteren Teil eines kleinen Gehäuses platziere ich die Lichtquelle, in diesem Fall eine Leistungsstarke LED ohne Reflektor.
Davor kommt eine Art Dia (schwarz bedruckte Folie die an den Stellen wo das Licht durchgelassen werden soll nicht bedruckt ist)
Am Lichtauslass soll dann die Projektionslinse sein und damit ist meine Frage verbunden, wie berechne ich die Brennweite der Linse?

Dieses Bauvorhaben soll auf sehr kleinem Raum stattfinden da es sich um einen Modellbau Projektor handelt, oder besser gesagt um 2 Arten von Modellbau Projektoren.

Hier die Bautechnischen Daten für den 1. Projektor:

Die maximale Entfernung zwischen Linse und LED beträgt 85mm
der Durchmesser des Dias beträgt 5mm und das Die kann beliebig zwischen der Linse und der LED positioniert werden.
Das Dia soll in einem Abstand von ca. 1m mit einem Durchmesser von ca. 20cm scharf abgebildet werden.

Der 2. Projektor:

Hier soll kein Dia projiziert werden sondern der Leuchtpunkt der LED je nach Abstand zur Linse entweder als möglichst kleiner Lichtpunkt oder als Lichtkegel mit einem Durchmesser von ca. 40cm in einem Abstand von 1m zum Projektor wieder gegeben werden.
Der maximale Abstand zwischen Linse und LED soll bei diesem Projektor 70mm betragen

Über Antworten oder entsprechende Formeln zur Berechnung der Brennweite und den genauen Abständen von Linse,Dia und LED würde ich mich sehr freuen :smile:

Hallo

Wie berechne ich die Optik für eine Art Dia-Projektor mit
folgendem Aufbau:
Im hinteren Teil eines kleinen Gehäuses platziere ich die
Lichtquelle, in diesem Fall eine Leistungsstarke LED ohne
Reflektor.
Davor kommt eine Art Dia (schwarz bedruckte Folie die an den
Stellen wo das Licht durchgelassen werden soll nicht bedruckt
ist)
Am Lichtauslass soll dann die Projektionslinse sein und damit
ist meine Frage verbunden, wie berechne ich die Brennweite der
Linse?

Ein einfacher Diaprojektor funktioniert im Prinzip wie folgt:
Eine möglichst punktförmige Lichtquelle hinterleuchtet
das Dia, Davor platziert man die Objektivlinse, die
Das Dia auf die Projektionsfläche abbildet.
Um die Effizienz zu steigern, nutzt man statt der einfachen
Punktlichtquelle zusätzlich eine Kondensoroptik, welche
so eingestellt ist, dass möglichst viel Licht ins Objektiv
fällt. Bei einer LED setzt man am besten eine Kondensorlinse
vor die LED, welche die LED in das Objektiv abbildet.
siehe: http://topsurfen.org/opt20.JPG von hier:
http://topsurfen.org/opti.htm
Oder hier http://www.leifiphysik.de/web_ph09/umwelt_technik/12…
http://www.leifiphysik.de/web_ph09/umwelt_technik/12…
Da stehen auch Erklärungen.

Dieses Bauvorhaben soll auf sehr kleinem Raum stattfinden da
es sich um einen Modellbau Projektor handelt, oder besser
gesagt um 2 Arten von Modellbau Projektoren.
Hier die Bautechnischen Daten für den 1. Projektor:

Die maximale Entfernung zwischen Linse und LED beträgt 85mm
der Durchmesser des Dias beträgt 5mm und das Die kann beliebig
zwischen der Linse und der LED positioniert werden.
Das Dia soll in einem Abstand von ca. 1m mit einem Durchmesser
von ca. 20cm scharf abgebildet werden.

200mm/5mm = 40 -> bei Abstand 1m müßte das Ojektiv dann
ca. 1000/40 mm = 25mm Brennweite haben.
Den Rest bleibt für die Kondensoroptik.
Das bleibt deutlich kürzer als 85mm.
Wenn du die Länge ausnutzt, wird die Abbildung schärfer,
weil die Abmessung der LED ja nicht Null ist (also
keine perfekte Punktlichtquelle).
Beim Objektiv steht die Frage nach der Abbildungsqualität.
Will man scharf abbilden, wird ein Achromat nötig.
Mit einer Asphäre sieht es auch besser aus, als nur mit
einer einfachen Linse.

Der 2. Projektor:
Hier soll kein Dia projiziert werden sondern der Leuchtpunkt
der LED je nach Abstand zur Linse entweder als möglichst
kleiner Lichtpunkt oder als Lichtkegel mit einem Durchmesser
von ca. 40cm in einem Abstand von 1m zum Projektor wieder
gegeben werden.
Der maximale Abstand zwischen Linse und LED soll bei diesem
Projektor 70mm betragen

Ich habe mal ein Taschenlampenprojekt gemacht mit
High-Power-LED.
Da habe ich eine Asphäre mit ca. 40mm Brennweite und
40mm Brennweite verschiebbar vor die LED gesetzt.
Je nachdem wie man diese Linse verschiebt, kann man den
LED-Chip abbilden oder einen rel. homogenen Lichtfleck
erzeugen.
http://uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/LED_LAMPEN/TA…
http://uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/LED_LAMPEN/TA…
http://uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/LED_LAMPEN/TA…

Hier ist der Fockus rel. dicht an der Abbildung des Chip.
http://uwiatwerweisswas.dyndns.org/Uwi/LED_LAMPEN/TA…

Wenn der Chip rel scharf abgebildet wird, dann ist der
Lichtfleck auf 1m ca. 50x50mm groß.
Gruß Uwi

Hallo Uwi,

Beim Objektiv steht die Frage nach der Abbildungsqualität.
Will man scharf abbilden, wird ein Achromat nötig.

Der Achromat bringt nur etwas bei einer weissen LED.

Bei einer Farbigen bringt er nichts.

MfG Peter(TOO)

Hallo,

Der Achromat bringt nur etwas bei einer weissen LED.
Bei einer Farbigen bringt er nichts.

Ja, das ist sp´0.
Da er was von Power-LED geschrieben hat, bin ich schon
fast automatisch von weißer LED ausgegangen.
Man ist eben in gewissen Dingen geprägt :wink:
Gruß Uwi

Hallo Uwi,

Der Achromat bringt nur etwas bei einer weissen LED.
Bei einer Farbigen bringt er nichts.

Ja, das ist sp´0.
Da er was von Power-LED geschrieben hat, bin ich schon
fast automatisch von weißer LED ausgegangen.
Man ist eben in gewissen Dingen geprägt :wink:

Der Einwand war nur fürs Archiv gedacht.

MfG Peter(TOO)
P.S. Ich kenne die Problematik. :frowning:
Ich hatte schon eine tagelange Diskussion einen Achromaten aus einem Messsystem heraus zu bekommen. War aber der umgekehrte Fall: Ein Messfleck wird auf eine Fotozelle abgebildet, wobei der Messfleck kleiner als die Zelle ist. Für die Messung machen Farbsäume keinen unterschied.

Hallo,

Fall: Ein Messfleck wird auf eine Fotozelle abgebildet, wobei
der Messfleck kleiner als die Zelle ist. Für die Messung
machen Farbsäume keinen unterschied.

Bei Unterleuchten ist das wohl so, aber da gibt es immer
noch das Argument:
„Das haben wir doch schon immer so gemacht“ :wink:
Da braucht man dann nicht mehr weiter nachzudenken, nicht wahr.

Gruß Uwi

Hallo Uwi,

Bei Unterleuchten ist das wohl so, aber da gibt es immer
noch das Argument:
„Das haben wir doch schon immer so gemacht“ :wink:
Da braucht man dann nicht mehr weiter nachzudenken, nicht
wahr.

Oooch, den Kunden hats dann gefreut. Komischerweise sind Achromaten einiges teurer als einfache Linsen :wink:

MfG Peter(TOO)

Danke für die schnellen Antworten, ihr habt mir schon ein ganzes Stück weiter geholfen. Eine möglichst scharfe Abbildung wäre natürlich ideal.
gibt es noch eine Brennweite für die entsprechende Kondensorlinse zu beachten?
Als Lichtquelle soll eine 3x1W RGB LED dienen, hier wird wahrscheinlich noch das Problem auftreten dass die Abbildung beim mischen von Farben leicht verschoben wird da ja innerhalb der LED die einzelnen Chips mit minimalen Abständen nebeneinander angeordnet sind. Hier werde ich noch etwas experimentieren müssen und habe an eine Art Frostfilter vor der LED gedacht. Dieser wird wahrscheinlich etwas Licht schlucken und die Abbildung wohl auch etwas unschärfer erscheinen lassen.

viele Grüße
Stefan

Hallo,

Eine möglichst scharfe Abbildung wäre natürlich ideal.

Da gibt es einige Aspekte. Bei Linsen mit einfachen
Radien hat man vor allem bei kurzen Brennweiten gewisse
Unschärfen
http://de.wikipedia.org/wiki/Abbildungsfehler#Sph.C3…
Deshalb eben die Asphären, deren Oberfläche an diese Fehler
angepasst wird.
Bei farbigen Licht kommt chromatische Aberration hinzu.
http://de.wikipedia.org/wiki/Chromatische_Aberration

gibt es noch eine Brennweite für die entsprechende
Kondensorlinse zu beachten?

Du wolltest ja insg. max. 85mm Länge.
Den Bereich für die Brennweite des Objektivs habe ich
genannt. Etwa im Brennpunkt wird das abzubildende Objekt
(Dia) plaziert.

Für die Kondensoroptik hat man nun gewisse Freiheiten.
Die Lichtquelle wird am besten ins Objektiv abgebildet.
Das kann man z.B. mit einem Verhältnis von 1:1 … 1:10
machen. Da kommen dann auch die Durchmesser und Kosten
für Linsen sowie konstruktive Randbedingungen ins Spiel
aber auch auch die Abbildungsqualität und die nutzbare
Helligkeit, die du da raus holen möchtest.
Bei einer langen Brennweite geht viel LED-Licht an der
Kondensorlinse vorbei oder diese muß riesig groß werden.
Umgekehrt ist die Ausbeute an Licht besser, aber die
parallele Strahlführung leidet und damit die Qualität
der Abbildung.

Alles in allem doch ein recht komplexes Thema, das man nicht
mal eben mit einem 0815-Kochrezept optimal lösen kann.

Deshalb wirst du darüber doch auch selber nachdenken
und einige Grundlagen lernen müssen. Selber aufbauen und
ausprobieren bringt auch was.
Wir wissen auch gar nicht, welche Möglichkeiten der
Beschaffung du hast.

Als Lichtquelle soll eine 3x1W RGB LED dienen, hier wird
wahrscheinlich noch das Problem auftreten dass die Abbildung
beim mischen von Farben leicht verschoben wird da ja innerhalb
der LED die einzelnen Chips mit minimalen Abständen
nebeneinander angeordnet sind.

Ja, das wird dir akut auf die Füße fallen.
3 LED-Chips nebeneinander sind eben keine Punktlichtquelle,
sondern eben eher 3 Quellen nebeneinander.
Das Problem ist vor allem deshalb so heikel, weil da nicht
der absolute Abstand der Lichtquellen von Bedeutung ist,
sondern der Abstand im Verhältnis zur Ausdehnung der Lichtquellen.Die Chips liegen eben nebeneinander und die
Kondensoroptik bildet dann eben die 3 Chips nebeneinander ab.
Es entstehen 3 Farbflecke, die sich teilweise überlagern.
Da kannst du dann für eine homogene Abbildung nur eine
kleine Teilfläche von nutzen.Es geht viel Licht verloren.
Das wird wohl aber nicht so gewollt sein, oder?

Hier werde ich noch etwas
experimentieren müssen und habe an eine Art Frostfilter vor
der LED gedacht. Dieser wird wahrscheinlich etwas Licht
schlucken und die Abbildung wohl auch etwas unschärfer
erscheinen lassen.

Nein, der Filter vor der Lichtquelle wird ganz erheblich
Licht verschwenden, wenn er den wirksam sein soll.
Die Abmessung der Lichtquelle wird dadurch eher nur größer
und die Abbildung damit kaum besser.

Dadurch wird aber die Homogenität der Beleuchtung des Dia
verbessert (auch die Farbverteilung) und damit die
Helligkeitsverteilung in der Projektion auch besser.
Aber so was geht immer nur auf Kosten der Helligkeit an sich.

Warum willst du den keine weiße LED nehmen? Die haben eh
eine höhere Effizienz.
Gruß Uwi

Eine RGB LED damit das schwarz weiße Dia (Teilweise lichtdurchlässig und teilweise lichtundurchlässig) Farbig dargestellt werden kann. Ihr habt mir aber schon sehr geholfen, ich werde erstmal etwas weiter austesten was geht und was nicht.
Danke für eure Hilfe :smile: