Projektion (Optik)

Begriff und Bedeutung

Als Projektion, Bildprojektion oder Bildwurf bezeichnet man die vergrößerte, verkleinerte oder anders modifizierte Übertragung eines Bildes auf eine Projektionsfläche. Typischerweise wird ein Bild mit einem Projektor auf eine Bildwand übertragen. Je nach Art des Ursprungsbildes unterscheidet man unter anderem Episkope, Dia-, Schatten-, Film-, Video- und Laserprojektoren.

Auch Kameras arbeiten mit einer Projektion: Ihr Objektiv erzeugt in der Regel ein verkleinertes Bild des Gegenstands auf einem Medium, entweder auf einem Film oder auf einem Bildsensor. Die optische Projektion ist daher nicht nur für die Bilddarstellung auf Wänden wichtig, sondern auch für die Fotografie und Filmaufnahme.

Optische Grundlagen

Das projizierte Bild entsteht durch eine optische Abbildung. Bei der einfachen Schattenprojektion wird ein Gegenstand oder ein Originalbild der Größe G durch eine möglichst punktförmige Lichtquelle auf eine Projektionsfläche abgebildet. Die Bildgröße B hängt vom Abstand g des Gegenstands zur Lichtquelle und vom Abstand b des Bildes zur Lichtquelle ab:

B = (b · G) / g

Je größer der Abstand des Bildes von der Lichtquelle im Verhältnis zum Abstand des Gegenstands ist, desto größer wird die Projektion.

Befindet sich zwischen Bildquelle und Projektionsfläche ein Objektiv, entsteht die Abbildung durch ein reelles Bild. Ein reelles Bild ist ein optisch erzeugtes Bild, das auf einer Fläche aufgefangen werden kann. Nach dem Strahlensatz gilt für die Bildgröße:

B / G = (b − f) / f

beziehungsweise

B = G · (b − f) / f.

Dabei ist f die Brennweite des Objektivs, also der für die optische Abbildung wichtige Abstand zwischen Objektiv und Brennpunkt. G bezeichnet die Größe des Gegenstands oder Originalbildes, B die Größe des projizierten Bildes und b den Abstand des Bildes von der Lichtquelle beziehungsweise im Objektivfall den in der Formel verwendeten Bildabstand.

Neben Abbildungsfehlern des Objektivs kann eine Projektion verzerrt werden. Das geschieht insbesondere, wenn die optische Achse nicht senkrecht auf der Projektionsfläche steht oder wenn die Projektionsfläche nicht eben ist.

Die Laserprojektion ist im engeren optischen Sinn keine Projektion. Das Bild wird dabei nicht durch ein Objektiv optisch abgebildet, sondern durch einen modulierten Laserstrahl geschrieben.

Typische Beispiele und Anwendungen

Bei einer Wandprojektion, etwa im Kino oder bei Vorträgen und Lehrveranstaltungen, wird ein Bild auf eine größere Fläche übertragen. Ein Gobo-Projektor arbeitet nach dem Prinzip der Schattenprojektion. Auch ein Tageslichtprojektor und verschiedene Lichtinstallationen nutzen Projektoren.

Weitere Beispiele sind:

• Bei der Schattenprojektion wird der Umriss eines Gegenstands durch eine annähernd punktförmige Lichtquelle erzeugt, zum Beispiel durch die Sonne, den Mond oder eine Straßenlaterne.
• Die Lochkamera oder Camera obscura erzeugt ohne Linse eine verkleinernde Abbildung durch Projektion. Sie gehört zu den ältesten Formen optischer Projektion.
• In der Fotografie werden vom Negativ Kopien oder Vergrößerungen hergestellt.
• Foto- und Filmkameras projizieren den Gegenstand auf einen chemischen Film oder einen Bildsensor.
• Lesegeräte für Mikrofiches projizieren archivierte Dokumente vergrößert auf einen Tisch oder Bildschirm.

Historisch geht die optische Projektion bei der Lochkamera auf ein Verfahren ohne Linse zurück. Eine noch ältere Prinzipumkehr von Licht zu Schatten ist die Darstellung der Sonne als Schattenpunkt mit einem Nodus oder als Schattenstrich mit einem Schatten werfenden Stab bei Sonnenuhren.