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DLP, LCD und LCoS: Hintergrundwissen Beamertechnik
Kontrast, Lichtstärke und Auflösung: So funktionieren Videoprojektoren

von Jan Johannsen Uhr veröffentlicht

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Die Verlockung, den Fernseher durch einen Videoprojektor zu ersetzen, wird immer größer. Bei sinkenden Preisen leisten die Geräte immer mehr. Was Sie beim Beamerkauf beachten und welche Begriffe sie kennen müssen, erfahren Sie hier.

Ist ein LCD-Beamer besser als ein Projektor mit DLP-Technik? Was sind die Vorteile der LCoS-Projektoren? Sind in allen Beamern immer noch teure Glühlampen drin, die eine halbe Stunde abkühlen müssen? Wenn Sie diesen Artikel gelesen haben, können Sie diese und andere Fragen zur Beamertechnik leicht beantworten und wissen gleichzeitig, auf welche Eigenschaften Sie beim Kauf eines Beamers achten müssen.

Grundbegriffe

  • Helligkeit
  • Kontrast
  • Auflösung / Format
  • Lautstärke
  • Projektionsabstand

Projektionsverfahren

  • Eidophor-System
  • Röhrenprojektoren
  • DLP
  • LCD
  • LCoS
  • LED
  • Laser
  • Anschlüsse
  • Welcher Beamer ist der richtige für mich?

Egal ob Beamer im Hosentaschenformat oder Kino-Projektor für 80.000 Euro - alle Videoprojektoren bringen Bilder auf die (Lein-)Wand. Dazu brauchen sie eine Bildquelle, eine Bildverarbeitung, zum Beispiel einen Chip, eine Lichtquelle und ein Objektiv. Sieben verschiedene Anzeigeverfahren sind bekannt und unterteilen die Projektoren.

Im Folgenden stellen wir Ihnen diese sieben Projektionstechniken vor und erläutern Vor- und Nachteile. Im Anschluss erfahren Sie alles über die Fortschritte bei den eingesetzten Leuchtmitteln. Aber zuerst widmen wir uns den verschiedenen Anwendungsbereichen und den jeweils dafür wichtigen Eigenschaften der Projektoren.

Zukunftsmusik: Mit dieser Montage versucht Texas Instruments seinen neuen 3D-Projektor greifbar zu machen. (Quelle: TI, Klick vergrößert.)

Für Beamer gibt es drei große Anwendungsbereiche, von denen jeder spezielle Eigenschaften des Projektors fordert. Geräte für den lauschigen Filmabend zu Hause müssen andere Aufgaben meistern als Beamer, die zur Präsentation von Vorträgen in Beruf oder Universität genutzt werden. Öffentliche Film- oder Fernsehvorführungen fordern ähnliche Qualitäten wie ein Kinosaal.

Die vier wichtigsten technischen Merkmale von Projektoren sind die Helligkeit, der Kontrast, die Auflösung und die Lautstärke des Lüfters.

Helligkeit

Die Helligkeit eines Beamers, auch Lichtstärke genannt, wird in Lumen, früher Ansi-Lumen, gemessen. Je dunkler die Umgebung ist, in der ein Projektor eingesetzt wird, desto geringer kann auch seine Lichtstärke ausfallen. Um im abgedunkelten Wohnzimmer einen Film an die Wand zu werfen, braucht es weniger Leistung als in einem Vortragsraum.

Handelsübliche Projektoren für den Heimgebrauch verfügen über Leuchtstärken zwischen 1.000 und 3.000 Lumen. Größere Modelle für Konferenzräume oder U-Bahnhöfe können auch Werte von 4.000 bis 18.000 Lumen und mehr aufweisen.

Kontrast

Beispielbilder für Kontrast

Das Kontrastverhältnis ist ein Messwert, um den maximalen Helligkeitsunterschied zwischen Schwarz und Weiß auszudrücken. Er beschreibt die qualitative Leistungsfähigkeit eines Bildschirms oder Projektors, ein kontrastreiches - und somit farb- und wirklichkeitsgetreues Bild zu erzeugen.

Je größer das Kontrastverhältnis ist, desto heller und "lebendiger" wirkt das Bild. Ist der Quotient kleiner, wirken Farben matter, da die Farbsättigung durch die Beimischung von Weißanteilen nur geringe Werte erreichen kann. Das Bild wirkt wie ausgebleicht und das Schwarz im Bild wird oft als dunkelgrau wahrgenommen.

Als besonders wichtig hat sich ein gutes Kontrastverhältnis bei Heimkinoanwendungen erwiesen, bei denen es auf die wirklichkeitsgetreue Wiedergabe sowohl tiefschwarzer als auch reinweißer Flächen ankommt. Die Wahrnehmung des Kontrastes hängt aber auch sehr von der Umgebungshelligkeit ab. Bei helleren Umgebungen wirkt der Schwarzwert des Bildes dunkler und erhöht so den wahrgenommenen Kontrast.

Beamer für den Heimgebrauch haben aktuell Kontrastverhältnisse von 500:1 bis zu 2.500:1. Modernste Full-HD-Geräte verfügen gegen einen entsprechend höheren Preis sogar über Werte von 60.000:1

Auflösung / Format

Zur IFA 2008 haben die ersten Hersteller Beamer mit einer Full-HD-Auflösung (1.920 x 1.080 Pixel) vorgestellt, die für den Hausgebrauch gedacht sind. Bei günstigeren, älteren Modellen ist eine XGA-Auflösung mit 1.024 x 768 Pixel noch üblich und je nach Anwendung auch ausreichend.

Neben der Pixelanzahl ist das Format wichtig, in dem ein Beamer sein Bild projiziert. Die meisten Modelle auf dem Markt arbeiten noch mit einem Bildverhältnis von 4:3. Viele Filme, Serien und inzwischen auch Sportübertragungen werden aber im 16:9-Format produziert. Wer hier keine Abstriche in Form von schwarzen Balken über und unter dem Bild machen will, sollte zu neueren Modellen greifen.

Zum Vergleich: Heutige Standard-Beamer schaffen nur selten HD-Format (720p). Erste Modelle schaffen schon Full-HD (1080p), für Projektionen im Kino müssen es schon 4.096 x 2.160 Pixel sein.

Diese arbeiten inzwischen fast nur noch mit Seitenlängen im Verhältnis 16:9. Bei einigen Modellen besteht zudem die Möglichkeit, zwischen verschiedenen Seitenverhältnissen zu wählen.

Lautstärke

Das Innere eines Beamers heizt sich durch die verbaute Hardware, vor allem durch die Glühlampe auf. Um eine Überhitzung zu verhindern besitzen die Projektoren einen Lüfter. Wie bei Computern ist er auch hier das lauteste Teil des Geräts. Im Kinosaal mit separatem Vorführraum ist der Geräuschpegel während des Betriebs nicht so relevant wie beim Beamer für das Wohnzimmer.

Der gemütliche Kinoabend ist weit weniger gemütlich, wenn der Lüfter die Schauspieler übertönt. Für den Heimgebrauch vorgesehene Beamer verfügen teilweise über einen "Eco-Modus". In diesem ist das projizierte Bild zwar weniger hell, aber im Gegenzug muss der Lüfter weniger Leistung bringen und bläst nicht mehr ganz so laut.

So laut wie der Lüfter eines PCs können auch die Lüfter mancher Beamer werden.

Im letzten Beamer-Test von netzwelt waren die Geräte im Abstand von 20 Zentimetern zwischen 43 und 54 Dezibel laut - das heißt ein normales Gespräch hätte man beim lautesten Gerät gerade noch führen können.

Projektionsabstand

Jeder Beamer besitzt einen Projektionsabstand. Dieser Wert gibt an, in welcher Entfernung das Gerät von der Leinwand stehen sollte, um ein möglichst gutes Bild zu erhalten. Steht ein Projektor zu nah an der Projektionsfläche, ist das Bild zu klein, steht er zu weit weg, wird es zu groß.

Projektionsverfahren

Eidophor-System

Das Eidophor-System war das erste Verfahren zur großflächigen Projektion von Fernsehbildern. 1985 bezeichnete Dieter Thomas Heck die Projektionswand noch als "Eidophorwand". Bereits 1939 hat der Schweizer Ingenieur Fritz Fischer das Verfahren erfunden. In der professionellen Fernsehproduktion wurde es noch bis in die späten Achtzigerjahre des vergangenen Jahrhunderts angewandt. Für Heimanwendungen kam das System hingegen nicht zum Einsatz.

Röhrenprojektoren

Die ersten Projektoren, die auch für den Otto-Normalverbraucher erschwinglich waren, arbeiteten mit Kathodenstrahlröhren. Um genügend Licht für die Projektion zu liefern, wurden die Röhren auf eine sehr hohe Helligkeit getrimmt.

Für Farbprojektionen wurden drei Röhren, eine für jede Grundfarbe, verbaut. In der Regel besaßen sie auch getrennte Objektive. Diese Technik wurde nicht nur in Beamern, sondern vor allem in Fernsehgeräten mit Rückprojektion verwendet.

DLP

In Beamern mit DLP-Technik (Digital Light Processing) kommen kleinste Spiegel zum Einsatz. In den Geräten befinden sich sogenannte Mikrospiegelarrays (Digital Micromirror Device, DMD). Dabei handelt es sich um Chips, auf denen für jeden darzustellenden Pixel ein kleiner Spiegel sitzt, der durch einen elektrischen Impuls gekippt werden kann. Entwickelt hat die Technologie das Unternehmen Texas Instruments, das sie auch an zahlreiche weitere Firmen lizenziert.

Schematischer Aufbau eines DLP-Beamers mit einem Chip. (Quelle: DLP, Klick vergrößert.)

Die Bilderzeugung erfolgt durch das gezielte Ansteuern der Kippspiegel, sodass 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 5.000 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 kommen drei separate DMDs zum Einsatz.

Die Vorteile von DLP-Beamern sind eine hohe Geschwindigkeit, die ein Nachleuchten oder Nachziehen des Bildes verhindern. Das Bild kann auf dem Spiegel nicht einbrennen, wie es zum Beispiel bei Röhrenprojektoren der Fall war. Im Gegensatz zu LCD-Projektoren weisen DLP-Projektoren einen höheren Kontrast durch ein tieferes Schwarz und eine weniger stark ausgeprägte Pixelstruktur auf.

Schematischer Aufbau eines DLP-Beamers mit drei Chips in den Grundfarben. (Quelle: DLP, Klick vergrößert.)

Einer der größten Nachteile bei DLP-Beamern ist die Geräuschentwicklung durch Lüfter und Farbrad. Das Farbrad ist auch für weitere negative Effekte verantwortlich, die teilweise bei DLP-Projektoren auftreten können. Die Farbtreue ist nicht immer gegeben, vor allem bei der Darstellung von sattem Grün, Rot- und Orange-Farbtönen gibt es Probleme. Bei niedrigen Umdrehungsgeschwindigkeiten des Farbrades können Regenbogeneffekte auftreten. Bei der Darstellung bestimmter, einzelner Grau-/Farbwerte kann ein sichtbares Flimmern auftreten. Außerdem sollte für eine gute Bilddarstellung die Auflösung des Eingangssignals der gewünschten Ausgabe-Auflösung entsprechen.

LCD

Im Prinzip funktionieren Flüssigkristallprojektoren (LCD) wie Diaprojektoren. Anstelle eines Dias, das gewechselt wird, befinden sich in ihnen kleine, transparente Flüssigkristallelemente. Diese stellen das zu projizierende Bild dar. In hochwertigen Geräten kommt für jede der drei Grundfarben ein LCD-Element zum Einsatz. Preiswerte Geräte müssen sich mit einem Flüssigkristallelement, das alle Grundfarben darstellt, begnügen und liefern dadurch einen gröberen Bildeindruck.

LCD-Projektoren sind vergleichsweise günstig und eignen sich wegen ihrer kleinen Größe und des geringen Gewichts vor allem für einen mobilen Einsatz. Durch die scharfe Abgrenzung der einzelnen Pixel sorgen sie bei Texten und Grafiken für eine gute Lesbarkeit.

Allerdings empfinden Betrachter diese scharf abgezeichnete Pixelstruktur, auch "Fliegengitter" genannt, teilweise als störend. Weitere Nachteile der LCD-Beamer sind ein Nachziehen des Bildes durch die Trägheit der flüssigen Kristalle und ein im Vergleich zu anderen Techniken lauter Lüfter. Nach einigen 1000 Stunden Betriebsdauer bleichen in der Regel die Farbstoffe des LCDs als Folge der hohen Lichtintensität aus.

Mikroskopische Aufnahme von Flüssigkristallen

Außerdem kann der LCD-Memory-Effekt auftreten. Dabei handelt es sich um ein Einbrennen des Bildes oder von Bildsegmenten. Werden Pixel zu lange mit hellen Bildern angeregt, so werden diese Stellen langsam permanent dunkel. Die Logos von Fernsehsendern brennen sich zum Beispiel ein, da sie dauerhaft im Bild sind. Zum täglichen Fernsehen eignen sich LCD-Projektoren daher auf keinen Fall.

LCoS

Geräte mit der LCoS-Technik (Liquid Crystal on Silicon) sind noch relativ neu auf dem Markt. Ein LCoS-Display besteht aus drei Teilen: einer Siliziumfolie, einer dünnen Beschichtung mit Flüssigkristallen auf dieser und einer dünnen Glasscheibe. Im Gegensatz zu LCD-Panelen lassen sie das Licht nicht durch, sondern reflektieren es.

Das Licht einer Lampe wird mittels eines speziellen Spiegels auf das LCoS-Display reflektiert. Auf diesem wird jeder einzelne Kristall per elektrischer Spannung so ausgerichtet, dass das Licht in der gewünschten Helligkeit reflektiert wird. Wie auch bei der DLP-Technik kommt es auch hier zu keinem Helligkeitsverlust.

LCoS-Displays vereinigen die Vorteile von LCD- und DLP-Displays. Ihr Hauptvorteil besteht darin, dass sich die Signalleitungen zum Ansteuern der einzelnen Bildpunkte hinter der Spiegelfläche verbergen, sodass die Abstände zwischen den Bildelementen gegenüber einem herkömmlichen LCD-Panel geringer ausfallen, wodurch der "Fliegengittereffekt" deutlich reduziert wird.

Bei den Beamern von JVC heißt LCoS D-ILA. Dieses Modell DLA-HD 100 bietet zu einem Preis von 8.000 Dollar eine Full-HD-Auflösung.

Die LCoS-Technik erlaubt eine kompakte Bauweise und liefert trotzdem scharfe Bilder. Jedoch ist eine feste Auflösung des Eingangssignals erforderlich und das Bild zieht leicht nach. Mit zunehmender Betriebsdauer lässt die Bildqualität nach. Farbsättigung, Kontrast und Homogenität verringern sich. Außerdem kann bei den Geräten der LCD-Memory-Effekt auftreten.

LCoS-Projektoren haben das Potenzial, noch kleiner als ihre DLP-Pendants zu werden und sind darüber hinaus mit ihrer HDTV-Kompatibilität und UXGA+-Auflösung zukunftsweisend. LCoS-Projektoren sind sowohl für Daten- und Videoprojektionen gut geeignet.

LED

Bei LED-Beamern handelt es sich um Projektoren mit einem DLP-Element. Allerdings nutzen sie keine Glühlampe als Lichtquelle, sondern Leuchtdioden (Light Emitting Diode, LED). Der Einsatz von LED statt Glühlampen bietet viele Vorteile und die Hersteller erweitern ständig ihre Produktpalette um neue Geräte. Erste Modelle mit einer Full-HD-Auflösung konnten die Besucher der diesjährigen IFA bewundern.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Projektionslampen besitzen Leuchtdioden eine bessere Energiebilanz und entwickeln somit weniger Hitze. Eine Folge davon ist, dass der Lüfter leiser ist, weil er weniger arbeiten muss. Außerdem können die Geräte wegen des geringen Energieverbrauchs auch mit Akkus betrieben werden. Anders als bei den DLP-Projektoren mit Glühlampe ist kein Farbrad mehr notwendig, da die Farben durch das sequenzielle Aufleuchten der RGB-LED gebildet werden.

Die bisher verwendeten Glühlampen haben nur eine Lebensdauer von bestenfalls 4.000 Stunden und müssen dann teuer ersetzt werden. LEDs halten mehr als 20.000 Stunden durch, werden in dieser Zeit aber stetig dunkler. Haben die LEDs das Ende ihrer Leuchtkraft erreicht, können sie bisher nicht so leicht gewechselt werden wie eine Projektorlampe.

Die Verwendung von Leuchtdioden ermöglicht auch den Bau kleiner Beamer wie diesem Taschenprojektor von Optoma, der nur so groß wie ein Handy ist.

Bisher können LED-Beamer in Sachen Helligkeit noch nicht mit herkömmlichen Geräten konkurrieren. Sie sind jedoch hell genug, um im Dunkeln ein gut erkennbares Bild mit einer Diagonale von über einem Meter zu erzeugen. Für den abendlichen Filmgenuss unterwegs sind die leisen LED-Modelle damit bestens geeignet.

Laser

Projektoren mit Laser-Technik sind bisher nur für den professionellen Markt entwickelt worden. Sie setzen auf einen Bildaufbau mit Hilfe eines modulierten und schnell abgelenkten Laserstrahls. Bei den zwei bekannten Technologien, Laser-Display-Technologie (LDT) und Grating Light Valve (GLV), handelt es sich streng genommen gar nicht um eine Projektion.

Die in Gera und Jena entwickelte Laser-Display-Technologie schreibt das Bild zeilenweise auf die Projektionsfläche. Die Ablenkung erfolgt durch einen speziellen Scanner mit einem Facettenspiegel für den Zeilenaufbau und einem Kippspiegel für den Zeilenvorschub. Der Laserstrahl wird zuvor moduliert, womit Helligkeit und Farbe jedes Bildpunktes definiert sind. Projektionssysteme der Laser-Display-Technologie sind im Einsatz für Flugsimulatoren und in Planetarien der Firma Zeiss.

Grating Light Valve ist ein Markenname für ein Micro-Electro-Mechanical System, das als Konkurrenz zu den DLP-DMDs von Texas Instruments vorgesehen ist. Das Funktionsprinzip basiert auf der Lichtbeugung an einem optischen Gitter. Dazu werden winzige Metallstreifen elektrostatisch auf und ab bewegt. So kann jedes Pixel zwischen Gitterfunktion und reflektivem Spiegel hin- und hergeschaltet werden.

Grobe Skizze eines Projektors mit Grating Light Valve

Laser-Projektoren besitzen einen sehr hohen Kontrast und benötigen keine Fokussierung. Ihre Projektionsflächen können nahezu beliebig geformt sein. Allerdings verfügen sie nur über eine begrenzte Lichtstärke und direkt in das Auge gelenkte Laserstrahlen stellen eine potentielle Gefahr dar.

Aber die Forscher sind hier noch nicht am Ende ihres Entwicklungsdrangs. Es gibt Ansätze, den Laserstrahl mit herkömmlichen Bilderzeugern zu kombinieren.

Anschlüsse

Bei den Anschlussmöglichkeiten müssen Sie im Auge behalten, an welche Geräte Sie den Projektor anschließen wollen. Beamer verarbeiten analoge und digitale Bildsignale, unter anderem aus DVD-Playern, Computern, Videorecordern, DV-Camcordern und TV-Tunern.

Welchen Anschluss hätten Sie den gern? Aktuelle Beamer-Modelle sind gut ausgestattet.

Analoge Anschlüsse, über die Videoprojektoren je nach Ausstattung verfügen, sind Eingänge für SCART, S-Video, Composite Video, VGA oder YPbPr-Komponenten-Video. Bei Letzterem handelt es sich um drei Cinchstecker, die meist in Rot, Weiß und Gelb gekennzeichnet sind.

Beamer arbeiten intern digital und müssen analoge Eingangssignale zunächst digitalisieren, was zu Qualitätseinbußen führen kann. Von daher sind, sofern die Bildquellen über sie verfügen, digitale Anschlüsse, wie HDMI oder DVI, vorzuziehen.

Welcher Beamer ist der richtige für mich?

Um den idealen Beamer zu finden, müssen Sie zuerst wissen, für welchen Zweck Sie ihn hauptsächlich nutzen wollen. Anschließend können Sie anhand von Kriterien wie Helligkeit, Kontrast, Lautstärke, Format, Projektionsverfahren und nicht zuletzt dem Preis das optimale Modell für ihre Zwecke auswählen.

Kommentare zu diesem Artikel

Die Verlockung, den Fernseher durch einen Videoprojektor zu ersetzen, wird immer größer. Bei sinkenden Preisen leisten die Geräte immer mehr. Was Sie beim Beamerkauf beachten und welche Begriffe sie kennen müssen, erfahren Sie hier.

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  • Wolfram Babinecz schrieb Uhr
    AW: News - DLP, LCD und LCoS: Hintergrundwissen Beamertechnik

    Hallo, über die sie interessanten Informationen habe ich mich gefreut. Da wird die Blackbox doch ein wenig verständlicher für einen Laien wie mich. Aber ich habe auch noch eine Frage: Wie groß sind eigentlich die bildgebenden Einheiten (die Flüssigkristallflächen usw.)im Beamer? Beim früheren Diaprojektor war es klar: 24 x 36 mm² - aber im Beamer? Auch so groß? Oder klitzeklein? Das wüßte ich gerne. Herzlichen Dank und Grüße Wolfram Babinecz

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http://www.netzwelt.de/news/78574-dlp-lcd-lcos-hintergrundwissen-beamertechnik.html
2008-09-21 10:40:00
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