Blendenzahl (f#)

Die Blendenzahl eines Projektionsobjektivs ist seine Brennweite geteilt durch den Durchmesser der Eintrittspupille — also durch die Öffnung, durch die das Licht von vorn gesehen in das Objektiv eintritt. Im Datenblatt steht sie als einzelner Wert wie F 2,5 oder als Spanne wie 1,8 bis 2,5 und beschreibt die Bauart der Optik; eine Einstellung am Gerät ist sie nicht.

Ausführliche Erklärung

Woher die Zahl kommt

Definiert ist sie in der Fotografie. ISO 517, herausgegeben von der Normungsgruppe ISO/TC 42 in ihrer zweiten Ausgabe von 1996, beschreibt die Blendenzahl als Kehrwert der relativen Öffnung — und die relative Öffnung als Durchmesser der Eintrittspupille geteilt durch die Brennweite. Die Eintrittspupille ist dabei das Bild der Aperturblende, von der Objektseite aus betrachtet, und damit eine optische Größe; die physische Lamellenöffnung im Innern des Objektivs sieht meist anders aus.

Zwei Einschränkungen gehören dazu. Die Norm gilt ausdrücklich für Objektive an Standbildkameras, für Projektionsoptik gilt sie nicht — die Projektorhersteller übernehmen die Größe und die Schreibweise, nicht den Geltungsbereich. Zugleich sagt die Norm im ersten Abschnitt selbst, worum es bei diesen Größen geht: um die Beleuchtungsstärke in der Bildmitte. Blende und Licht hängen also zusammen, und schon die Fotonorm sagt das.

Geschrieben wird die Zahl als 1:2,8, als f/2,8 oder in der Kurzform f#; in Projektordatenblättern erscheint sie als Feld „F value" oder „F-Number". Die geläufigen ganzen Stufen folgen einer geometrischen Reihe mit dem Faktor Wurzel 2 — eine ganze Stufe halbiert oder verdoppelt die Öffnungsfläche.

Eine Bauartangabe ohne Verstellring

An Projektionsobjektiven ist die Blendenzahl fest. Es gibt keinen Blendenring, den der Betreiber verstellt, und in den Datenblättern steht der Wert neben Brennweite und Zoomfaktor als Konstruktionsangabe. Wer die Zahl liest, liest also eine Eigenschaft des Bauteils und keinen Betriebszustand.

Was der Zoomweg mit der Zahl macht

Ein Zoomobjektiv verändert seine Brennweite. Bleibt der wirksame Öffnungsdurchmesser dabei gleich, wächst die Blendenzahl im selben Verhältnis wie die Brennweite — das folgt unmittelbar aus der Definition. Genau deshalb steht die Angabe bei Zoomobjektiven als Spanne parallel zur Brennweitenspanne, etwa 1,8 bis 2,5.

Wie groß der Zuwachs ausfällt, unterscheidet sich stark. In den gelesenen Objektivübersichten reicht er von null — ganze Objektivreihen für den Großraum führen über den gesamten Brennweitenbereich denselben Wert — bis zu knapp einer ganzen Blendenstufe über den Zoomweg, und eine ganze Stufe halbiert die Öffnungsfläche. Zeigt ein Objektiv im Datenblatt zwei weit auseinanderliegende Zahlen, verhält es sich an seinen beiden Enden optisch unterschiedlich — wer es einplant, legt es deshalb in der Mitte seines Verstellwegs aus und an keinem seiner Enden.

Häufiges Missverständnis

Aus der Fotografie ist die Rechnung geläufig: eine ganze Blendenstufe mehr halbiert die Bildhelligkeit. Wer sie auf den Projektor überträgt, erwartet eine feste Umrechnung von der Blendenzahl auf die Lumen, die auf der Leinwand ankommen. Die veröffentlichten Objektivtabellen widerlegen das schon in sich: Am selben Gehäuse liegen zwei Objektive, deren Blendenspanne mit demselben Wert beginnt, rund 800 Lumen auseinander, und zwei Objektive mit unterschiedlichen Blendenzahlen erreichen denselben Lichtstrom.

Warum ist das so? Ein Projektor ist kein Aufnahmegerät. Das Licht kommt aus einer eigenen Quelle, deren Étendue feststeht — der Lichtleitwert, also das Produkt aus leuchtender Fläche und Öffnungswinkel des Strahls, eine Größe, die keine nachgeschaltete Optik wieder verkleinert. Die Projektionsoptik kann davon nur annehmen, was in ihren Akzeptanzkegel passt, und dessen Halbwinkel ergibt sich aus der Blendenzahl: Texas Instruments gibt ihn in seinem Auslegungsleitfaden für DLP-Optik als Arkussinus von 1 geteilt durch das Doppelte der Blendenzahl an. Daraus folgt die Aussage, auf die es ankommt: Die Blendenzahl setzt die Obergrenze dafür, wie viel Licht das Objektiv annehmen kann. Ob diese Grenze überhaupt der begrenzende Faktor ist, entscheidet die Lichtquelle. Ist der Kegel des Leuchtwerks enger als das, was die Optik aufnehmen könnte, bringt eine kleinere Blendenzahl nichts mehr.

Das erklärt einen sonst rätselhaften Befund in den Katalogen. Eine komplette Objektivreihe für Drei-Chip-DLP-Geräte führt über zwei Generationen und über den ganzen Brennweitenbereich durchgehend denselben Wert F 2,5 — dort ist die Blendenzahl eine Systemkonstante des Leuchtwerks und kein Merkmal, in dem sich die Objektive unterscheiden. In den Ein-Chip- und LCD-Baureihen desselben Hauses streut sie dagegen zwischen 1,8 und 2,5.

Falsch wäre allerdings auch der umgekehrte Schluss, das Objektiv habe mit dem Licht wenig zu tun. Christie führt zu denselben Kinoprojektoren drei Objektivfamilien, die sich im Verhältnis von Kontrast zu Lichtausbeute unterscheiden; der Hersteller gibt an, die kontraststärkeren Familien brauchten rund 10 beziehungsweise rund 30 Prozent mehr Helligkeit für dieselbe Leuchtdichte auf der Leinwand und verbesserten dafür den Kontrast deutlich. Die Optik im Lichtweg ist damit eine Entscheidung mit Preis und Gegenwert, und die Blendenzahl ist einer der Werte, an denen sich diese Entscheidung ablesen lässt.

Nicht zu verwechseln mit

• Der gesteuerten Iris im Lichtweg. Sie sitzt im Gerät, verändert sich während der Wiedergabe und regelt die Lichtmenge nach dem Bildinhalt, um den Schwarzwert zu verbessern — etwa Dual Iris. Die Aperturblende eines Projektionsobjektivs steht dagegen fest; keines der gelesenen Objektivdatenblätter führt einen verstellbaren Wert.
• Der Maskierung der Bildfläche und der flächenbündigen Montageblende. Beides sind Flächen — ein Rahmen, der das Bild begrenzt, oder eine Abdeckung, die ein Gerät bündig in die Wand einpasst. Optisch wirksam ist daran nichts; die Verwechslung entsteht allein am deutschen Wort „Blende". Die Bildseite davon steht bei der Maskierung der Bildfläche.
• Der Helligkeitsangabe des Projektors. Die Lumenangabe ist ein Messwert unter genormten Bedingungen für die Kombination aus Gehäuse, Leuchtwerk und Objektiv. Wie sie zustande kommt und was sie vergleichbar macht, steht bei den Helligkeitsangaben.

In der Planung

Ein Heimkino, in dem die Bildbreite feststeht und der Projektor hinten in einer Nische sitzen soll. Bevor überhaupt ein Objektiv in Frage kommt, muss die Leuchtdichte feststehen: Wie hell soll die Bildfläche werden, bei welchem Leinwandtyp und wie viel Restlicht bleibt im Raum? Daraus ergibt sich, wie viel Lichtstrom das Gerät liefern muss.

Erst danach kommt der Weg dorthin. Der vorhandene Abstand grenzt über das Projektionsverhältnis die Objektive ein, und innerhalb dieser Auswahl sagt die Blendenzahl etwas über die Auslegung der Optik: Ein Objektiv mit weit auseinanderliegender Spanne verhält sich an seinen Enden unterschiedlich, weshalb die Auslegung besser in der Mitte des Zoombereichs liegt als an seinem Rand. Am Ende steht das Gerät, und zwar mit der Lichtstromangabe für genau die Kombination aus Gehäuse und Objektiv, die verbaut wird. Die Blendenzahl erklärt diese Angabe und ersetzt sie nicht — rechnen lässt sich die eine aus der anderen nicht.

Verknüpfte Inhalte

Welchen Abstand ein Objektiv für eine bestimmte Bildbreite verlangt, steht beim Projektionsverhältnis; den Verstellweg dazwischen erklärt Zoom und Overscan. Was an den beiden Enden dieses Verstellwegs mit dem Licht passiert, steht bei Weitwinkel- und Tele-Ende. Wie die Lumenangabe eines Projektors gemessen wird, klärt die Seite zu den Helligkeitsangaben.

Quellen

Definition, Schreibweise und die Reihe der ganzen Blendenstufen folgen ISO 517:1996; der Geltungsbereich dieser Norm ist die Fotografie. Die Zahlenmuster über den Zoomweg stammen aus Objektivübersichten und Datenblättern von Panasonic und Epson, der Zusammenhang zwischen Blendenzahl und Akzeptanzwinkel des Beleuchtungskegels aus einem Auslegungsleitfaden von Texas Instruments für DLP-Optik. Die Angaben zu den drei Objektivfamilien sind Aussagen von Christie und im Text als solche ausgewiesen.