Laserprojektion

Ein Videoprojektor (Bildwerfer, Digitalprojektor), umgangssprachlich üblicherweise Beamer [ˈbiːmɐ] (Scheinanglizismus von Strahler), ist ein spezieller Projektor, der Bilder aus einem visuellen Ausgabegerät (Computer, DVD-Player, Videorekorder, usw.) für ein Publikum in vergrößerter Form an eine Projektionsfläche wirft. Die Bandbreite der Geräte reicht von stationären Hochleistungsprojektoren bis zu sehr kleinen Präsentationsprojektoren für den mobilen Einsatz.

Videoprojektor für Werbezwecke in einer S-Bahn-Station.

Anzeigeverfahren

Videoprojektoren lassen sich grundsätzlich hinsichtlich des verwendeten Projektionsverfahren unterscheiden.

Eidophor-System

Das Eidophor-System war das erste System, das lichtstarke Bilder in hoher Auflösung liefern konnte. Im professionellen Bereich war es bis in die späten 1980er Jahre üblich. 1985 bezeichnete Dieter Thomas Heck die Projektionswand noch als „Eidophorwand“.

Röhrenprojektoren

Die ersten stark verbreiteten Videoprojektoren verwendeten spezielle Kathodenstrahlröhren zur Darstellung des Bildes. Diese Röhren wurden auf eine sehr hohe Helligkeit getrimmt, um genügend Licht für die Projektion zu liefern. Für Farbprojektoren werden drei Röhren – eine für jede Grundfarbe – verwendet, die in der Regel getrennte Objektive hatten. Zur Erhöhung der Helligkeit werden aber auch manchmal sechs Röhren verwendet. Diese Technik wurde hauptsächlich in Rückprojektionsfernsehgeräten verwendet.

Vorteile

• Wegen der Bildröhren sind die Projektoren sehr variabel in der Auflösung. Somit können solche Projektoren in der Regel alles zwischen NTSC und sehr hochauflösenden Videos darstellen. Häufig sogar Standards, die während der Entwicklung des Gerätes noch unbekannt waren.
• Dieses Verfahren kennt keine Pixel (Bildpunkte). Somit werden die Bilder etwas unschärfer, aber natürlicher dargestellt.
• Es existiert fast keine Verzögerungszeit. Dadurch ist Video mit Zeilensprungverfahren (interlacing) kein Problem.
• Es ist keine Lampe erforderlich, da die Röhren selbst Licht erzeugen und typische Lebensdauern von mindestens 10.000 Stunden haben.
• Extrem hoher Kontrast (1:10.000 bis 30.000) und hervorragender Schwarzwert

Nachteile

• Die Röhren sind sehr empfindlich gegenüber Einbrennen. Werden Stellen der Leuchtschicht zu stark oder zu lange angeregt, so werden diese Stellen langsam permanent dunkel.
• Da bei Farbprojektoren die drei Projektionssysteme getrennt arbeiten, erfordern diese eine sehr aufwändige Einrichtungsprozedur, was den mobilen Einsatz sehr erschwert.
• Die Projektoren sind durch die Röhren sehr schwer.
• abgesehen von älteren gebrauchten Modellen teuer bis sehr teuer.

LCD-Projektoren

Flüssigkristallprojektoren (LCD) funktionieren im Prinzip wie Diaprojektoren, anstelle eines Dias haben sie jedoch kleine, transparente Flüssigkristallelemente. Besonders hochwertige Geräte verwenden drei LCD-Elemente – für jede Grundfarbe eines –, deren Projektion über ein speziell angeordnetes Projektionssystem mit dichroitischen Spiegeln zu einem Bild zusammengefügt wird. Dadurch kann in jedem Bildpunkt jede Farbe erzeugt werden. Bei preiswerteren Geräten mit nur einem Flüssigkristallelement werden die drei Grundfarben nebeneinander dargestellt, was zu einem gröberen Bildeindruck führt.^[1]

Vorteile

• Relativ preiswert
• Gute Lesbarkeit bei Texten und Grafiken durch die scharfe Abgrenzung der Bildpunkte
• Klein und leicht

Nachteile

• die scharf abgezeichnete Pixelstruktur („Fliegengitter“) kann störend wahrgenommen werden
• feste Auflösung des Eingangssignals erforderlich (ansonsten mitunter qualitätsmindernde Skalierung nötig)
• Nachziehen des Bildes (durch die Trägheit der LCDs, die allerdings durch die geringe Größe der Panels trotzdem noch wesentlich geringer ist als z. B. bei Notebook-LCDs)
• LCD-Memory-Effekt (Einbrennen) Werden Stellen zu lange mit zu hellen Bildern angeregt (z. B. Eislaufbahn), so werden diese Stellen langsam permanent dunkel. So können sich z. B. Senderlogos von Fernsehsendern permanent einbrennen.
• Ausbleichen der Farbstoffe des LCDs. Nach einigen 1000 Stunden Betriebsdauer sind die Farbstoffe des LCDs im Allgemeinen in Folge der hohen Lichtintensität ausgeblichen.
• Geräuschentwicklung durch Lüfter

DLP-Projektoren

Als Bildwandler eines DLP-Projektors (Digital Light Processing) kommt ein Digital Micromirror Device (DMD) zum Einsatz, ein Integrierter Schaltkreis, auf dem sich für jeden einzelnen Bildpunkt ein winziger, durch einen elektrischen Impuls kippbarer Spiegel befindet. Die Bilderzeugung erfolgt durch das gezielte Ansteuern der Kippspiegel, so dass das Licht in Richtung der Projektionsoptik geleitet oder abgelenkt wird. Da diese Art der Bilderzeugung nur die zwei Zustände an und aus kennt, müssen Helligkeitsabstufungen durch entsprechend schnelles Pulsieren erreicht werden. Die DLP-Spiegel schalten bis zu 5000 Mal pro Sekunde.

Die meisten Geräte verwenden zur Erzeugung eines Farbbildes ein schnell rotierendes Farbrad, wobei mit einem DMD nacheinander alle drei Grundfarben projiziert werden. Bei Projektoren für den professionellen Bereich (z. B. Kino) kommen drei separate Bildwandler-Schaltkreise (DMD) zum Einsatz. LED-Beamer schalten die Farben elektronisch um. ^[2]

Der alleinige Lizenzinhaber der DMD-Produktion ist die Firma Texas Instruments (Ti)

Vorteile

• Sehr hohe Geschwindigkeit, dadurch kein Nachleuchten/Nachziehen des Bildes
• Kein Einbrennen des Bildes (z. B. bei Computerspielen)
• Höherer Kontrast (durch das tiefere Schwarz) als beim LCD-Projektor
• Weniger stark ausgeprägte Pixelstruktur als bei LCD-Projektoren

Nachteile

• Auflösung des Eingangssignals sollte für eine gute Bilddarstellung der Ausgabe-Auflösung entsprechen
• Regenbogeneffekte bei einigen Geräten mit Farbrad, wenn das Farbrad keine hohe Umdrehungsgeschwindigkeit hat (herstellerabhängig)
• Bei der Darstellung bestimmter, einzelner Grau-/Farbwerte kann es zu einem sichtbaren Flimmern kommen.
• Farbtreue ist mitunter nicht gegeben. Insbesondere haben DLP-Projektoren ein Problem, sattes Grün darzustellen und auch alle Rot- und Orange-Farbtöne. Dies betrifft hauptsächlich die Consumer-Geräte (Ein-Chip-DLP), da bei diesen die Farbrad-Technik zum Einsatz kommt.
• Geräuschentwicklung durch Lüfter und Farbrad

LED-Projektor

Bei diesen Projektoren kommen LEDs (Light Emitting Diode) als Lichtquelle zum Einsatz; bildgebend ist wie bei den DLP-Projektoren ein DLP-Element. Das schafft viele Vorteile, die die herkömmlichen Projektoren nicht bieten können. Die ersten Modelle sind bereits auf dem Markt z. B. Samsung SP-P300ME Pocket Imager, Toshiba FF1 oder Mitsubishi PT10 Pocket Projector sowie als kleinster und leichtester der Voigtländer DLP200.

Vorteile

• LEDs besitzen im Gegensatz zu herkömmlichen Projektorlampen eine höhere Energieeffizienz und werden somit weniger heiß.
• LEDs halten mehr als 20.000 Stunden (werden während dieser Zeit aber stetig dunkler), während herkömmliche Projektorlampen rund 4.000 Stunden halten.
• LED-Projektoren müssen weniger gekühlt werden und sind deshalb nur noch so groß wie eine kleine Zigarrenkiste und erzeugen kaum oder gar keine Lüftergeräusche.
• Der geringere Energiebedarf ermöglicht den Betrieb mit einem Akku.
• Da die Farben durch sequenzielles Aufleuchten der RGB-LEDs gebildet werden, fällt auch das normalerweise bei DLP-Projektoren notwendige Farbrad weg.

Nachteile

• Zu geringe Lichtleistung, um mit herkömmlichen Geräten konkurrieren zu können; jedoch hell genug, um ein im Dunkeln gut erkennbares Bild mit einer Diagonale von etwa einem Meter zu erzeugen
• Permanenter Lichtstromrückgang der LEDs lässt das Bild stetig dunkler werden, ein LED-Wechsel ist teils nicht ohne weiteres möglich.
• Die Geräte erreichen zur Zeit nur geringe Auflösungen (800×600 Bildpunkten). Allerdings haben Vivitek und Delta electronics im August 2008 LED-Projektoren mit DLP-Spiegelfläche von Texas Instruments mit 1920×1080 Bildpunkten angekündigt. Das Vivitek-Modell soll voraussichtlich im zweiten Quartal 2009 auf den Markt kommen.
• Wie bei allen DLP-Projektoren haben Modelle mit einem DLP das Problem, dass sich die drei Grundfarben die Spiegelschwingungen der Mikrospiegel „Teilen“ müssen. Da die Helligkeit bei DLP über das Verhältnis der Ein- zu Aus-Stellungen der einzelnen Spiegel geregelt wird, bedeutet dies, dass für jede Grundfarbe nur noch ein Drittel der Helligkeitsstufen eines 3-DLP-Projektors zur Verfügung stehen. Wenn der Regenbogeneffekte durch häufigeres Schalten der LEDs vermieden werden soll, verschärft sich dieses Problem noch.

LCoS-Projektor

Noch recht neu auf dem Markt ist die LCoS-Technik (Liquid Crystal on Silicon), bei der ebenfalls Flüssigkristallpanele zum Einsatz kommen. Doch statt sie wie bei einem LCD-Projektor zu durchleuchten, befindet sich direkt hinter den Kristallen ein Spiegel, so dass die Projektionsoptik letztlich eher der eines DLP-Projektors gleicht. Der Hauptvorteil der LCoS-Chips besteht darin, dass sich die Signalleitungen zum Ansteuern der einzelnen Bildpunkte hinter der Spiegelfläche verbergen, so dass die Abstände zwischen den Bildelementen gegenüber einem herkömmlichen LCD-Panel geringer ausfallen, wodurch der bekannte „Fliegengittereffekt“ deutlich reduziert ist.

Vorteile

• kompakte Bauweise
• scharfe Bilder

Nachteile

• feste Auflösung des Eingangssignals erforderlich
• leichtes Nachziehen des Bildes
• LCD-Memory-Effekt
• nachlassende Bildqualität mit zunehmender Betriebsdauer (Verringerung von Farbsättigung, Kontrast und Homogenität)

Laser-Projektor

Die bislang nur für den professionellen Markt entwickelten Techniken setzen auf einen Bildaufbau mit Hilfe eines modulierten und schnell abgelenkten Laserstrahls. Zwei verschiedene Techniken sind bekannt: die Laser-Display-Technologie (siehe unten) und die GLV-Technik Grating Light Valve. Streng genommen handelt es sich nicht um eine Projektion - Objektive dienen allein der Strahlaufweitung, nicht der Abbildung. Bei der in Gera und Jena entwickelten Laser-Display-Technologie (LDT) wird das Bild zeilenweise auf die Projektionsfläche geschrieben. Die Ablenkung erfolgt durch einen speziellen Scanner mit einem Facettenspiegel (Zeilenaufbau) und einem Kippspiegel (Zeilenvorschub). Der Laserstrahl wird zuvor moduliert, womit Helligkeit und Farbe jedes Bildpunktes definiert sind. Im Gegensatz zur GLV-Technologie wird der Speckle-Effekt des Lasers mit der LDT nahezu vollständig unterdrückt. Dazu wird der Laserstrahl im Picosekundenbereich gepulst. Gefährdungen durch den Laserstrahl werden durch die Kombination verschiedener Sicherheitstechniken ausgeschlossen.

Projektionssysteme der Laser-Display-Technologie sind im Einsatz für Flugsimulatoren und in Planetarien der Firma Zeiss. Hierbei wird eine gesamte Halbkugel mit vier Projektoren ausgeleuchtet (360° horizontal × 90° vertikal).

Vorteile

• nahezu beliebig geformte Projektionsflächen
• keine Fokussierung nötig
• sehr hoher Kontrast
• großer Gamut durch die Mischung reiner Grundfarben (RGB) -- monochromatisches Licht

Nachteile

• begrenzte Lichtstärke
• die Laserprojektoren sind klassifiziert als Laserklasse 3R (GLV) oder 4 (LDT)
• potentielle Gefahr für das Auge durch direkt in das Auge gelenkte Strahlen

Alternativ gibt es auch Ansätze, bei denen der Laserstrahl aufgefächert und mit einem herkömmlichen Bilderzeuger (z. B. LCoS) kombiniert wird.

SXRD-Projektor

SXRD bietet einige Vorteile gegenüber der LCD bzw. DLP Technologie. Entwickelt und eingesetzt wird diese Technologie derzeit nur von Sony. Ursprünglich wurde diese Technik nur für größere Bildschirme konzipiert und wurde bisher nur in Kinos und bei Projektoren der Spitzenklasse eingesetzt.

Diese Displays arbeiten mit einem RGB-System aus drei Panels. Die große Anzahl aktiver Pixel in den SXRD Displays führt dazu, dass das HD-Signal nicht umgewandelt werden muss, wodurch ein reines und klares Bild entsteht.

SXRD verfügt über einen hohen Kontrast (10.000:1) und eine sehr schnelle Reaktionszeit, was zu weniger Verwacklungen und besserer Bildschärfe führt. Die Technologie sticht vor allem durch eine bessere Farbtreue heraus.

Anwendungsgebiet

Je nach Einsatzzweck sind manche der oben genannten Projektionstechniken geeigneter als andere.

Für die Projektion von Filmen ist es sinnvoll, Projektoren mit Bildformat 16:9 einzusetzen, da dabei schwarze Balken am oberen und unteren Bildrand reduziert werden können. Auch ist ein hoher Kontrastumfang relevant: Ist er genügend groß, so sind schwarze Stellen im Film tiefschwarz und nicht dunkelgrau (wie gut dies gelingt, gibt der Schwarzwert an) und die Farben wirken deutlich natürlicher. Viele DLP-Projektoren haben ein sehr großes Kontrastverhältnis von bis zu 4000:1. Für das Heimkino optimierte LCD-Projektoren erreichen Spitzenwerte von 10000:1.

Präsentationen verwenden dagegen üblicherweise das 4:3-Format, wie es historisch bei TV und Computern üblich ist.

Leuchtstärke

Gasentladungslampe eines Videoprojektors

Ein wesentliches Kriterium für die Nutzbarkeit von Videoprojektoren bei größerem Projektionsabstand oder großer Projektionsfläche ist die Helligkeit. Handelsübliche Videoprojektoren verfügen über Leuchtstärken zwischen 1000 und 3000 ANSI-Lumen, große Modelle für Konferenzräume durchaus auch 4000 bis 18000 ANSI-Lumen. Da die verwendeten Leuchtmittel üblicherweise einen wesentlichen Teil der zugeführten (elektrischen) Energie in Wärme umwandeln, steigt mit größerer Helligkeit zugleich der Bedarf an Wärmeabfuhr, üblicherweise durch Lüfter. Heimkinomodelle verfügen zum Teil über einen so genannten Eco-Modus, bei dem durch reduzierte Helligkeit die Lüfter langsamer drehen und dadurch weniger Lärm verursachen.

Projektionsverhältnis

Das Projektionsverhältnis p gibt das Verhältnis von Projektionsabstand a zur Bildbreite b an, und ist vom eingesetzten Objektiv abhängig. Da die Geräte üblicherweise mit einem Zoomobjektiv ausgestattet sind, wird für das Projektionsverhältnis ein Bereich angegeben.

Beispiel: Abstand 6 m, Bildbreite 3 m = 2:1; bei Zoomobjektiven wird z. B. 1,8:1 bis 2,3:1 angegeben

Die Bildbreite berechnet sich zu $b = \frac{a}{p}$, die Bildhöhe h lässt sich aus dem Seitenverhältnis bestimmen, d. h. $h = \frac{3}{4}b$ bzw. $h = \frac{9}{16}b$.

Mit dem Projektionsverhältnis lässt sich zu einem gegebenen Projektionsabstand also die mögliche Bildgröße (bzw. der Größenbereich) oder zu einer gewünschten Bildgröße der nötige Projektionsabstand berechnen.

Anschlussmöglichkeiten

Triggerausgang, HDMI-, PC- (VGA-), S-Video-, Composite- und Komponenten-Eingang

S-Video-, Composite-, Komponenten- und SCART-Eingang

Videoprojektoren verarbeiten analoge und digitale Bildsignale (z. B. DVD-Player, PC, Videorecorder, DV-Camcorder, TV-Tuner usw.). Man findet analoge Anschlüsse wie YPbPr-Komponenten-Video-Eingänge (drei Cinchstecker), SCART, S-Video, Composite Video oder VGA vor. Da Videoprojektoren intern digital arbeiten, werden analoge Eingangssignale zunächst digitalisiert; dies kann zu Qualitätseinbußen führen.

Digitale Eingänge (HDMI, DVI) am Videoprojektor sind oft in der Lage, verschlüsselte Signale zu verarbeiten (HDCP). Gelegentlich kann dies zu Konflikten mit unverschlüsselten digitalen Eingangssignalen führen (DV-Camcorder).

Es existieren weitere Sonderanschlüsse, die beispielsweise erlauben, eine Leinwand zu entrollen/aufzurollen (sog. Trigger).

Kosten

Die Preise variieren zwischen den Geräten und Händlern zum Teil deutlich. Langfristig sind außerdem die Kosten für eine Ersatzlampe zu bedenken, sie liegen zwischen 79 und 650 EUR. Die Lebensdauer einer Lampe liegt zwischen 600 und 4000 Betriebsstunden, kann aber z. B. schon durch kleinere Erschütterungen erheblich verkürzt werden.

Anzeigeverfahren	Bildformat	Auflösung in Bildpunkten	Preis in Euro
LCD	4:3	640 × 480	ab ca. 150
LCD	4:3	800 × 600	ab ca. 250
LCD	4:3	1024 × 768	ab ca. 350
LCD	16:9	964 × 544	ab ca. 600
LCD	16:9	1280 × 720	ab ca. 500
LCD	16:9	1920 × 1080	ab ca. 1000
DLP	16:9	854 × 480	ab ca. 300
DLP	4:3	800 × 600	ab ca. 350
DLP	4:3	1024 × 768	ab ca. 450

Selbstbauprojekte

2004 veröffentlichte die Computerhardware-Internetseite Tom's Hardware Guide eine Bauanleitung^[3], wie man aus einem (gebrauchten) Flachbildschirm und einem Tageslichtprojektor einen XGA-Beamer im Eigenbau erstellen kann. Die Anleitung ging davon aus, dass die notwendige Hardware bei eBay erstanden wird, was zu benannten Materialkosten von 250 Euro führte.

Bedarf an Alternativen zu üblichen Videoprojektoren bestand zum Teil aufgrund der damaligen hohen Neupreise für Videoprojektoren mit Auflösungen über 800×600 Bildpunkten, aber auch der teuren Ersatzlichtquellen. Tageslichtprojektoren werden zum Teil mit handelsüblichen Glühlampen betrieben, was im Preisvergleich sehr für den Eigenbau-Projektor sprach.

Als Gegenargumente wird typischerweise angeführt, dass die Bildqualität der Selbstbaulösung nicht vergleichbar mit professionellen Geräten ist (Ausleuchtung, Kontrast). Weiterhin verbrauchen Tageslichtprojektoren verhältnismäßig viel Strom.

Bezeichnung Beamer

Die im Deutschen übliche Bezeichnung Beamer ist ein Scheinanglizismus: Der Begriff geht scheinbar auf ein englisches Wort zurück (beam = Strahl / to beam = strahlen). Im Englischen bedeutet Beamer aber etwas völlig anderes: Es kann eine umgangssprachliche Bezeichnung für ein BMW-Fahrzeug sein oder ein Begriff in der Sportart Cricket (ein regelwidriger schneller Wurf, der den Schlagmann zu hoch erreicht).

Mögliche englische Bezeichnungen für einen Videoprojektor sind projector, PC projector, LC projector, video projector, multimedia (digital) projector oder home theater projector.

Weitere Vorkommen ähnlicher Bezeichnungen:

• Auch im Niederländischen spricht man bei Videoprojektoren von „Beamern“.
• Auf Star Trek zurückgehend wird die fiktive technisch realisierte Teleportation von Personen und Gegenständen oftmals „Beamen“ genannt.
• In der Bühnentechnik und Effektbeleuchtung steht die Bezeichnung für spezielle Scheinwerfer mit beispielsweise mehrfarbigen Strahlenbündeln.

Siehe auch

• Digitales Kino

Einzelnachweise

1. ↑ Beamer Test - Projektoren Test - Datenbeamer Test. Mediastar GmbH. Abgerufen am 7. Jan. 2009.
2. ↑ http://www.mediastar.de/beamer_test.html
3. ↑ XGA-Beamer im Eigenbau

Weblinks

• Projektoren-Datenbank
• Technologie UHP-Leuchtmittel