Panelabgleich und Konvergenz bei Drei-Panel-Projektoren

Ein Projektor mit drei Bildwandlern zeigt in Wahrheit drei Bilder gleichzeitig — ein rotes, ein grünes und ein blaues. Auf der Leinwand müssen sie punktgenau übereinanderliegen. Tun sie das nicht, siehst Du an Kanten farbige Ränder, und das ganze Bild wirkt weicher, als es der Fokus hergibt. Die Deckung der drei Teilbilder heißt in der Fachsprache Konvergenz, ihre Einstellung Panelabgleich. Beides ist an vielen Geräten veränderbar, und genau das macht den Unterschied zwischen einem Einstellfall und einem Mangel.

Was drei Panels zusammenbringen müssen

Am Anfang steht eine Aufteilung. Das weiße Licht der Quelle wird über farbselektive Spiegel in drei Anteile zerlegt — wie das funktioniert, erklärt die dichroitische Farbteilung. Jeder Anteil geht danach auf sein eigenes Panel, das für seine Farbe das Teilbild erzeugt. Am Ende führt ein Prisma die drei Wege wieder zusammen, und erst das Objektiv wirft das zusammengesetzte Bild auf die Leinwand.

Die Anforderung, die daraus folgt, ist unbequem: Drei getrennte optische Wege müssen am Ende auf denselben Punkt zeigen — und zwar genauer als einen Bildpunkt, sonst wird die Abweichung sichtbar. Bei einem 4K-Bildwandler in Fingernagelgröße ist ein Bildpunkt wenige tausendstel Millimeter breit — in dieser Größenordnung liegt also die Grenze, ab der eine Abweichung auf der Leinwand auffällt. Diese Anforderung stellt sich einer Bauart mit nur einem Bildwandler von vornherein nicht; dafür hat die ihre eigene Eigenheit, den Regenbogeneffekt.

Woran man eine Fehldeckung sieht

Am deutlichsten wird sie an harten Hell-Dunkel-Kanten: weiße Schrift auf schwarzem Grund, Fensterrahmen gegen Himmel, Untertitel. Dort erscheint auf einer Seite der Kante ein farbiger Saum, auf der gegenüberliegenden Seite die Gegenfarbe. Feine Strukturen verlieren zuerst — je kleiner ein Detail, desto größer der Anteil, den ein Versatz um einen halben Bildpunkt daran ausmacht.

Zwei Beobachtungen helfen bei der Zuordnung. Erstens ist eine Fehldeckung ortsgebunden und meistens zum Bildrand hin am stärksten, weil sich Winkelabweichungen über den Lichtweg aufsummieren. Zweitens steht sie still: Sie ist immer da, unabhängig davon, ob sich im Bild etwas bewegt oder Dein Blick springt. Das unterscheidet sie zuverlässig vom Regenbogeneffekt, der genau umgekehrt nur bei Bewegung aufblitzt.

Der zweite, unauffälligere Befund ist der praktisch wichtigere: Ein Bild mit leichter Fehldeckung wirkt einfach unscharf. Wer daraufhin am Fokus dreht, verbessert nichts und macht es oft schlechter. Ein Blick auf ein Testbild mit feinen weißen Linien klärt in zehn Sekunden, welche der beiden Ursachen vorliegt.

Was die Deckung verschiebt

Fertigung. Die Ausrichtung wird im Werk eingestellt und verklebt. Wie genau, ist eine Auslegungs- und Kostenfrage; veröffentlicht wird sie selten.

Transport und Erschütterung. Ein Gerät, das quer durch Europa gefahren ist, kann anders stehen als am Bandende. Geprüft wird deshalb bei der Inbetriebnahme und nicht erst, wenn die Gewährleistung ausläuft.

Wärme, und zwar im laufenden Betrieb. Das ist die Ursache, die am häufigsten unterschätzt wird. Die Bauteile sitzen im Lichtweg einer sehr hellen Quelle und werden warm; Klebstoff, Halterungen und Prismenaufbau dehnen sich dabei aus. Eine Patentschrift zur Kühlung solcher optischen Blöcke beschreibt den Vorgang im Hintergrundteil genau: Die Ausdehnung verschiebt die Fläche des Bauteils in allen drei Raumrichtungen aus ihrer Sollage — und weil sich die Aufbauten für Rot, Grün und Blau unterschiedlich stark verschieben, geraten die Teilbilder gegeneinander aus dem Tritt. Ein Gerät, das kalt sauber steht, kann deshalb nach einer halben Stunde Betrieb anders aussehen. Wer prüft, prüft warmgelaufen.

Was sich einstellen lässt

Zwei Wege gibt es, und sie greifen an verschiedenen Stellen an.

Mechanisch, am Bauteil selbst. Die Panels und ihre Halterungen werden gegeneinander ausgerichtet. Das ist der einzige Weg, der die Ursache beseitigt, und er gehört in Werk oder Service — nicht ins Wohnzimmer.

Elektronisch, im Bild. Das Gerät verschiebt die Teilbilder für Rot und Blau gegenüber dem grünen Teilbild, bevor sie überhaupt auf den Panels erscheinen. Grün bleibt dabei unverändert und dient als Bezugsgröße — es liefert den größten Anteil der Helligkeit, an der das Auge Schärfe festmacht. In einer öffentlich einsehbaren Bedienungsanleitung eines Herstellers sieht das so aus: Die Verschiebung lässt sich über die ganze Fläche einstellen oder in einem Raster von elf mal elf Zonen, die grobe Stufe in ganzen Bildpunkten, die feine in Sechzehnteln davon. Dass die feine Stufe überhaupt existiert, ist die eigentliche Aussage — sichtbare Fehldeckungen liegen häufig unterhalb eines Bildpunkts.

Diese Korrektur hat einen Preis, und der wird selten dazugesagt: Sie verschiebt Bildinhalt. Um Rot um einen Drittel Bildpunkt zu versetzen, muss das Gerät rechnen, was an dieser Zwischenposition zu sehen wäre. Das Ergebnis ist ein leicht weicheres rotes Teilbild. Bei kleinen Korrekturen fällt das gegen den beseitigten Farbsaum nicht ins Gewicht; bei großen wird aus der Reparatur ein zweiter Schaden. Elektronische Konvergenzkorrektur ist deshalb der Feinabgleich einer im Kern richtig stehenden Mechanik.

Betrifft es meine Bauart?

Die Frage hat eine klare Antwort, weil sie nur von der Zahl der Bildwandler abhängt.

Ein Einchip-Gerät erzeugt alle Farben am selben Bauteil; die Farben können dort örtlich gar nicht auseinanderfallen. Dafür fallen sie zeitlich auseinander — was daraus folgt, steht bei den Verfahren gegen den Regenbogeneffekt. Die Wahl zwischen den Bauarten ist auch eine Wahl zwischen diesen beiden Arten von Grenze; einordnen lässt sich das bei den Bildwandlern im Heimkino.

Grenzen und Sonderfälle

Im Bild sehen mehrere Fehler ähnlich aus, und nur einer davon lässt sich über die Konvergenz beheben. Die Unterscheidung lohnt, bevor jemand stundenlang Zonen verschiebt.

Chromatische Aberration des Objektivs. Auch sie erzeugt Farbsäume, entsteht aber in der Optik hinter dem Prisma. Sie nimmt typischerweise zum Bildrand hin radial zu und lässt sich durch Verschieben der Teilbilder nicht sauber wegrechnen, weil sie den Bildpunkt selbst aufweitet.

Unschärfe durch Fokus oder Bildfeldwölbung. Wenn nur ein Teil des Bildes unscharf ist, während die Farben dort sauber übereinanderliegen, hilft keine Konvergenzkorrektur.

Der Fliegengittereffekt. Das sichtbare Raster zwischen den Bildpunkten hängt am Füllfaktor und nicht an der Deckung. Es verschwindet auch bei perfekter Konvergenz nicht.

Nachzieheffekte bei Bewegung stammen aus den Schaltzeiten des Bildwandlers und zeigen sich als Verschmieren.

Der Regenbogeneffekt blitzt nur bei Bewegung auf und kann bei Dreipanel-Geräten bauartbedingt nicht auftreten.

In der Planung

Der typische Fall kommt als Beschwerde über die Schärfe: Das neue Gerät wirke weicher als erwartet, besonders bei Untertiteln. Von Konvergenz ist dabei nie die Rede.

Die Konzeptfrage davor lautet, welche Art von Unschärfe überhaupt vorliegt — eine Deckungsfrage, eine Fokusfrage oder eine Frage des Sitzabstands zur Bildgröße. Erst danach kommt das Verfahren: ein Testbild mit feinen weißen Linien, das Gerät warmgelaufen, Prüfung in der Bildmitte und in den Ecken getrennt. Und erst zuletzt greift jemand ins Gerät — zuerst über die grobe Einstellung für die ganze Fläche, danach zonenweise dort, wo es nach dem groben Abgleich noch nötig ist.

Für die Übergabe eines Projekts folgt daraus ein einfacher Punkt auf der Liste: Die Deckung wird bei der Abnahme angesehen, im warmen Zustand, und das Ergebnis wird festgehalten. Wer erst nach zwei Jahren hinschaut, kann Fertigung, Transport und Betriebswärme nicht mehr auseinanderhalten.

Verknüpfte Inhalte

Wie das Licht überhaupt in drei Farbauszüge zerlegt wird, erklärt die dichroitische Farbteilung. Die drei betroffenen Bauarten führen 3LCD, SXRD und D-ILA aus; die Bauweise mit nur einem Bildwandler steht bei DLP und DMD. Wo diese Seite im Feld der Bauarten steht, ordnen die Bildwandler im Heimkino ein.

Das Gegenstück auf der anderen Seite der Farbfrage sind der Regenbogeneffekt und die Verfahren dagegen. Das sichtbare Punktraster, das gern mit einer Fehldeckung verwechselt wird, beschreibt der Füllfaktor; die reflektive Panel-Bauweise erklärt LCoS.

Quellen

Der Wärmemechanismus stammt aus dem Hintergrundteil einer Patentschrift zur Kühlung optischer Blöcke in Projektoren, die am Objekt gelesen wurde; sie beschreibt, wie die unterschiedliche Ausdehnung der Aufbauten für Rot, Grün und Blau den Registrierungsversatz erzeugt, nennt dafür aber keine Zahlenwerte. Der Aufbau mit farbteilendem und wieder zusammenführendem Prisma ist über einen Konferenzbeitrag aus der Kinoprojektor-Entwicklung belegt. Dass elektronische Konvergenzkorrektur in Geräten vorkommt, wie sie bedient wird und in welcher Feinheit sie arbeitet, ist an einer öffentlich einsehbaren Bedienungsanleitung eines Herstellers geprüft; deren Werte gelten für die dort beschriebene Baureihe.

Nicht belegt und deshalb auf dieser Seite nicht behauptet: zulässige Abweichungen, Toleranzangaben der Hersteller und das Verhalten über die Betriebsjahre.