Günter Herberholz WS 02/03 Projektionstechnologie im Vergleich Aktuelle Technologien zur Daten und Videoprojektion

Günter Herberholz WS 02/03

Projektionstechnologie

im Vergleich

Aktuelle Technologien zur Daten und Videoprojektion


Auswahlkriterien für den Projektoreinsatz

•Auflösung

•Kontrast

•Helligkeit

•Gewicht

•Handling

•Farbwiedergabe

•Grundsätzliche prinzipbedingte Bildqualität


HelligkeitDie Helligkeit eines Projektors wird in Ansi-Lumen angegeben. Der Wert wird durch Messung von 9 Punkten ermittelt,die in der Mitte von 9 Rechtecken liegen in die die Leinwand aufgeteilt ist. Der Wert wird mit einem LUX-Meter ermittelt und auf die Fläche umgelegt. Der Wert lässt keinen Rückschluss auf die Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung zu.


Kontrast

Das Kontrastverhältnis wird beschrieben durch den Zusammenhang zwischen der maximalen Helligkeit eines Bildpunktes und der minimalen. Das Verhältnis entspricht dem Kontrastverhältnis des Projektors. In diesem Zusammenhang ist auch noch wichtig welchen Schwarzwert der Projektor erreicht, welche minimale Helligkeit wiedergeben wird. Wenn der Schwarzwert zu hoch ist erscheint alles Grau.


LCD Projektoren

Liquid Crystal Display Projektoren


Aufbau des LCD Panels


Funktionsweise eines 1Panel LCD Projektors

• Das Licht der Lampe wird durch ein LCD Panel geschickt dem ein Farbfilter vorgeschaltet ist. Durch Mikrolinsen kann nicht nur die Lichtausbeute erhöht werden, sondern werden auch die Steuerleitungen auf dem Panel versteckt.


Funktionsweise eines 1Panel Projektors

Polarisation des Lichtes, da nur polarisiertes Licht das Panel durchdringen kann.


Funktionsweise eines 3 Panel LCD Projektors

Bei einem 3 Panel LCD Projektor wird das Licht in seine 3 Grundfarben durch dichroitische Filter zerlegt und dann jeweils durch ein Panel pro Farbe geleitet. Durch Spiegel wird dann das Bild vor dem projizieren wieder zusammen gesetzt. Es gibt 2 verschiedene Bauformen.


3 Panel LCD Projektor

Funktionsshema mit Spiegeln und Kreuzspiegeloptik


Kreuzspiegeloptikkomplette Projektionseinheit Mit Lampe, Linsen, Panels und Kreuzspiegeloptik


Innenansicht eines 3Panelprojektors


3 Panel LCD Projektor

Aufbau mit dichroitischen Filtern und Spiegeln


Nachteile von LCD Projektoren

• Hot Spot (in der Mitte heller als am Rand) bei alten Projektoren.

• Pixel Ausfall, bei älteren Projektoren.

• Ein verpixeltes Bild, vor allem bei den etwas älteren Modellen.

• Die Kontrastdarstellung ist begrenzt


Vorteile von LCD Projektoren

•Heller als Röhrenprojektoren.

•Eine sehr schnelle Inbetriebnahme ( keine Konvergenzeinstellung).

•Sehr leicht für Präsentationen.

•Einsatz von Vorsatz-Objektiven ist möglich

•Sehr großer Zoombereich.


3Chip LCD Projektor von Canon


Technische Daten

Maximal 3700 ANSI Lumen Helligkeit

3 1,3“ TFT´s

200W UHP Lampe

XGA Auflösung

Kontrastumfang 800:1


DLP Projektoren

Dynamic Light Processing


DLP Technik allgemein

Das Bild bei einem DLP Projektor wird über einen Spiegelchip ein sogenanntes DMD (Digital Multimirror Device) erzeugt. Abhängig von der Anzahl der DMD´s müssen für die Erzeugung eines Farbbildes ein Farbrad oder 3 dichroitische Filter eingesetzt werden. Die Helligkeit eines Punktes wird über die Dauer der Projektion bestimmt. Soll kein Licht projiziert werden, richtet der Spiegelchip sich auf eine schwarze Fläche aus.


1 Chip DLP Projektor und zugehöriges Farbrad


2 Chip DLP Projektor mit zugehörigem Farbrad


3 Chip DLP Projektor mit Prisma zur Farbteilung


DLP Chip mit XGA Auflösung

Spiegel eines DMD Chips unter dem Mikroskop


Spezielles Farbrad zur Verbesserung der Farbdarstellung und der Lichtausbeute


Farbrad eines 1 Chip DLP Projektors mit Weißzone

Farbzusammensetzung in Projektionssystemen aus den 3 Grundfarben.


Vorteile von DLP Projektoren

• klein und leicht• helles und flimmerfreies Bild• relativ geringer Stromverbrauch• natürliche Farben• gute Schwarzdarstellung• gutes Kontrastverhältnis• fast unsichtbare Pixelstruktur• variable Brennweite


Nachteile von DLP Projektoren

•meist lauter Lüfter und Farbrad

•Regenbogeneffekt durch Farbrad

•Zur Zeit noch nicht mit sehr hohen Auflösungen verfügbar


3 Chip DLP Projektor von Christie


Technische Daten

Maximal 6 KW Xenon Lampe

Kontrastverhältnis maximal 1700:1

QXGA Auflösung

Gewicht 177Kg

Die Helligkeit entspricht einem Kinoprojektor


Röhren Projektoren

(CRT Projektoren)


Funktionsweise eines Röhrenprojektors

• Das Bild eines Röhrenprojektors wird durch drei einfarbige Kathodenstrahlröhren ohne Lochmaske aufgebaut. Damit eine genügend hohe Lichtleistung erreicht werden kann müssen die Röhren gekühlt werden. (Flüssigkeitskühlung) Da jede Röhre eine eigene Optik hat ist eine Konvergenzeinstellung nötig.


Funktionschema eines Röhrenprojektors


Die Bildröhre eines CRT Projektors im Detail


Wirklich gut ist das Bild nur mit einem Linedoubler wie hier rechts zu sehen

Röhrenprojektor von Elektrohome mit Kreuzspiegeloptik, daher ist keine Konvergenzeinstellung notwendig


Nachteile der Röhrenbeamer:

•Sehr groß und schwer.

•Nicht so einfach wie ein LCD oder DLP Beamer einzustellen.

•Nicht die hellsten Bilder und auch nicht das Beste weiß.

•Für Computer-Projektion nicht sehr gut geeignet.


Vorteile der Röhrenbeamer:

•Meistens sehr leise, da die Röhren sehr oft mit Flüssigkeit gekühlt werden. Bei manchen hört man sogar nur die Elektronik.

•Dadurch das sie keine Lochmaske und keine Pixel haben, sind sehr große Auflösungen möglich.

•Sehr guter Schwarzwert, denn an den Stellen wo es dunkel sein soll, ist die Röhre einfach aus.

•Sehr natürliche Farben.


Röhrenprojektoren in der Praxis

• Röhrenprojektoren haben heute praktisch keine Bedeutung mehr und werden nur noch in Spezialanwendungen eingesetzt. Sie bieten im Gegensatz zu anderen Systemen einfach zu wenig Licht und machen nur in Festinstallationen Sinn. Viele Hersteller wie Barco oder Electrohome haben sich aus diesem Markt verabschiedet.


Lichtventil Projektoren

(Image Light Amplifier Projektoren)


Funktionsschema des Lichtventilprojektors


Funktionsweise eines Lichtventil Projektors

• Der Lichtventil Projektor basiert auf einem LCD Display, das passiv durch eine Kathodenstrahlröhre gesteuert wird. Das einfallende Licht wird am LCD Display gespiegelt, abhängig von dem Bild das die Röhre auf die Rückseite projiziert. Das Display ohne Struktur dient der Verstärkung des Lichtstromes.


Vorteile des Lichtventilprojektors

•Sehr hohe Lichtleistung

•Keine Pixelstruktur

Nachteile des Lichtventilprojektors

•Sehr aufwendige Technik

•Nur für Festinstallation

•Der Projektor muss in seiner Konvergenz justiert werden


ILA Projektoren in der Praxis

• ILA-Projektoren haben heute keine praktische Bedeutung mehr, da sie sehr groß und schwierig zu bedienen sind. Des weiteren gibt es heute schon Nachfolge Technologien, die bei gleicher Leistung diese Nachteile nicht aufweisen. Die Produktion wurde eingestellt.


D-ILA Projektoren

Direct Driven Image Light Amplifier


Funktionsweise eines D-ILA Projektors

• Der D-ILA Projektor basiert auf dem ILA Projektor, jedoch wird hier das LCD Display direkt angesteuert. Auch hier erfolgt eine Reflexion des Lichtes auf dem Display. Es ist nun durch Farbfilter möglich auch 1Chip Projektoren zu bauen.


Aufbau des D-ILA Chips


Aufbau eines 1Chip D-ILA Projektors

Farbdotierung des Chips, um mit einem Chip alle 3 Farben zu projizieren.


Aufbau eines 3Chip D-ILA Projektors


D-ILA Panel von JVC


Nachteile von D-ILA Projektoren

•Nicht sehr Transportabel bei einem Gewicht von 9 bis über 15 kg. •Verbrauchen sehr viel Strom, da in den meisten Fällen eine Xenon Lampe zum Einsatz kommt, über 500 W. •Die nicht gerade günstige Lampe hat nur eine Lebensdauer von 1000 Stunden. •Der Preis ist einfach noch viel zu hoch.


Vorteile von D-ILA Projektoren

•Heller als Röhrenprojektoren.

•Für die Datenprojektion bestens geeignet.

•Eine sehr schnelle Inbetriebnahme

•Kein verpixeltes Bild

•Sehr hohe Auflösungen sind möglich.


3 Chip D-ILA Projektor


Technische Daten7000 ANSI Lumen Helligkeit

2000W Xenon Lampe

QXGA Auflösung

Kontrastverhältnis 1000:1


LCOS Projektor

Liquid Cristal on Silicon


Funktionsprinzip eines 3Chip LCOS Projektors


Vorteile von LCoS Projektoren:

•Hohe Helligkeit •1 Chip werden sehr günstig du produzieren sein. •Kleine 1 Chips VGA (SVGA) Projektoren können sogar mit Batteriestrom betrieben werden. •Sehr kleine und leichte Projektoren sind möglich


Nachteile von LCoS Projektoren:

•Der Kontrastwert von den meisten Chips ist mit 200:1 nicht gerade hoch.

•Firma Philips glaubt nicht daran das 1 Chip Projektoren den Markt zufrieden stellen werden.

•Eine maximale Auflösung von SXGA, wie es die meisten Hersteller anbieten, ist zwar nicht schlecht aber immer noch nicht genug für HDTV.


3 Chip LCOS Projektor


Technische Daten

• 3000 ANSI Lumen• Kontrastverhältnis 250:1• 200W UHP Lampe• Wechselobjektive• 7,6 Kg Gewicht


Laser Projektor


Funktionsweise eines Laserprojektor

• In einem Laserprojektor werden 3 farbige Laserstrahlen erzeugt, ihren Stahlen mittels eines akustooptischen Modulators die Bildinformation aufkodiert und in der Projektionseinheit alle drei vereinigten Strahlen Abgelenkt um Zeilenweise ein Bild zu projizieren.


Funktionsshema eines Laseerprojektors


Laser- und Projektionseinheit eines Laserprojektors


Nachteile von Laser

Projektoren

• Sehr hohe Produktionskosten • Der Laserstrahlerzeuger sollte nach etwa

10.000 Stunden erneuert werden. • Sehr hoher Stromverbrauch • Nicht für eine Mobile Präsentation geeignet

(zu schwer).• Zur Zeit nur Prototypen verfügbar


Vorteile von Laser-Projektoren

• Sehr hell • Sehr natürliche Farben • Optimaler Kontrast von über 1000:1 • Kann fast überall draufprojizieren. • Kein lauter Lüfter mehr mit im Raum.


GLV Projektoren

Ein technologischer Ausblick


GLV Grating Light Valve: Neue Alternative von Silicon Light Machines zur DMD Technik. Gehört zur Gruppe der MEMS (Micromechanical Structures). Dünne Bänder 5µ breit und 20µ lang reflektieren das Licht wie der Spiegel bei DMD. Durch elektrostatische Ansteuerung werden die Bänder runtergedrückt. Der Vorteil dieser Technik ist selektive Lichtreflektion eines bestimmten Lichtspektrums bestimmt durch die Bänderbreite des GLV-Chips, die Farberzeugung z.B. durch das Farbrad würde wegfallen.


Bild eines GLV


Leinenwände für Video und Datenprojektion


Auswahlkritrien für Leinenwände

• Gainfaktor• Blickwinkelabhängigkeit• Umgebungslicht• Rück oder Aufprojektion• Farbwiedergabe


Gainfaktor

• Der Gainfaktor gibt die Güte der Leinwand im Verhältnis zu einer rein weißen diffus reflektierenden Fläche an. Ist der Gainfaktor größer als 1 ist die Leinwand besser,bzw. wirft sie mehr Licht zurück.


Gainfaktor und Blickwinkelabhängigkeit

• Wenn man bereit ist einen eingeschränkten Blickwinkel hinzunehmen, lässt sich der Gainfaktor einer Leinenwand beträchtlich erhöhen. Mit einer parabolischen Projektionsfläche sind Gainfaktoren bis ca. 15 erreichbar. Das zurückgestrahlte Licht einer solchen Leinenwand wird parabolisch gebündelt.


Umgebungslicht

• Bestimmte Leinenwände sind aufgrund ihrer Beschichtung nicht so anfällig für Umgebungslicht wie andere. Meist wird dies durch eine schlechtere Farbwiedergabe erkauft.


Rück oder Aufprojektion

• Für eine Rückprojektion spricht der nicht sichtbare Projektor und der bessere Blickwinkel.

• Für eine Aufprojektion spricht die größere Brillanz (Kontrast) und der niedrigere Lichtbedarf.


Schalldurchlässigkeit

• Für heutige Kinoprojektion ist die Schalldurchlässigkeit Vorraussetzung, da nur so das Gefühl beim Zuschauer realisiert werden kann, das der Ton aus der Leinenwand kommt (Surroundsound). Hierzu wird die Leinenwand mit vielen kleinen Löchern versehen.


Aktuelle Technolgie bei Leinenwänden

• Meist werden heute Projektionsfolien verwendet die sich in beliebiger Größe durch verschweißen herstellen lassen. Abhängig vom Einsatz gibt es diese für Auf und Rückprojektion, mit und ohne Löcher. Verschiedene Folientypen gewährleisten eine Optimale Projektion.


Projektionsfolien im Vergleich

• Ein kurzer Vergleich von zwei Standardprojektionsfolien, wie sie heute für viel Anwendungen gebräuchlich sind.


Opera 1100 Revue


Horizontale Leuchtdichteverteilung bei

Frontprojektion


Horizontale Leuchtdichteverteilung bei Rückprojektion


Opera 1400 Milchig-Matt



Frontprojektion



Rückprojektion


Quellen

• www.ecinema.de• www.jvc.com• www.gi-info.com

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