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Laser Projektoren


Man merkt das die Röhrenprojektoren in die Jahre kommen. Die Technik hat einfach ihren Höhepunkt erreich, dieser ist zwar nicht schlecht aber in ferner Zukunft soll uns eine neue High End Technik Präsentiert werden.
Da die Firma Schneider nach Ihrem Insolvenzverfahren den Teil Laserprojektion verkauft hat, ist es  um den Laserprojektormarkt nur sehr still geworden.


Zurzeit gibt es nur wenige Modelle die dabei gesagt auch ihre Millionen gekostet haben, und auch wenn man gerade mal so zufällig eine Millionen in der Tasche hatte wurde es trotzdem schwer  an solch eine Maschine heranzukommen. Es wurden nämlich nicht besonders viele gebaut. Das hieß vorbestellen und abwarten. Auch wenn diese Mankos  einem jetzt den Spaß am weiterlesen rauben, muss ich sagen das man etwas verpasst. Diese Projektoren bieten nämlich ungeahnte Möglichkeiten. Das Bild lässt sich fast egal auf welche Fläche wunderbar projizieren. Kugeln, Wasserfälle um nur einige Beispiele zu nennen. Ein Laser-Projektor bietet immer ein scharfes Bild, auch wenn auf einer Kugel projiziert wird. Der Projektor kann auch Kilometerweit von der Leinwand entfernt stehen.
Fürs Heimkino besteht der Vorteil, das der Laserstrahlerzeuger und der Projizierer selbst meilenweit entfernt sein können. Der Laserstrahl kann unten im Keller zusammengesetzt werden und oben im Wohnzimmer kann das Bild, dank eines Optischenleiters (Lichtwellenleiter) projiziert werden.

Der Laserstrahl trifft auf den Akustooptischen Modulator der dafür sorgt das der Laser seine Farbe bekommt und die richtige Helligkeit erhält. Das hört sich jetzt so einfach an ist in Wirklichkeit aber sehr kompliziert. Um ein Farbiges Bild zu erhalten muss es von den Akustooptischen Modulator natürlich drei geben rot, grün und blau die mit dichroitischen Spiegeln zu einem Laserstrahl zusammengesetzt werden. Nachdem die drei Farben zusammengesetzt wurden, werden sie über einen Lichtwellenleiter vom großen Bauteil im Keller (oberes Bild )zum kleineren Bauteil im Wohnzimmer (unteres Bild) geschickt. Dort trifft der Laserstrahl auf den Polygonscanner (Spiegel) der den Laser horizontal verteilt. Durch zwei Optiken geht der Laser auf den Galvanometerscanner der den Laser vertikal verteilt.
Aber wie entsteht jetzt ein ganzes Bild mit nur einem Laser?
 Durch den Polygonscanner und den Galvanometer macht der eine Laser (wie der Elektrodenstahl in einem Fernseher) jedes Pixel einzeln, indem er von links nach rechts arbeitet und dann in die nächste Zeile geht. Das geschieht so schnell das dass langsame Menschliche Auge gar nicht mitbekommt das es sich nur um einen Laserstrahl handelt.


Lasertechnologien im sichtbaren Wellenlängenbereich (Überblick)

Für die Bilddarstellung mit Lasern besteht für die Laserforschung/-entwicklung die besondere Forderung gleichzeitig drei Wellenlängen im sichtbaren Bereich bei entsprechend hoher Laserleistung bereitzustellen.
Die Entwicklung der Laser-Display-Technologie hat diese Laserentwicklung maßgeblich stimuliert. Die folgende Graphik gibt eine Übersicht über die Laserentwicklungen in den letzten drei Jahrzehnten.


Lasertechnologien - Zeitachse


Professionelle Anwendungen



Die Pumpquelle wird durch einen Diodenlaser gebildet. Diese Pumpquelle pumpt einen Festkörperlaser. Ein nachfolgender optisch-parametrischer Oszillator (OPO) erzeugt zwei Laserstrahlen. Alle diese Komponenten arbeiten im nichtsichtbaren infraroten Wellenlängenbereich. Durch eine anschließende Frequenzkonversion in Kristallen (nichtlineare Optik) erfolgt dann der Übergang in den sichtbaren Wellenlängenbereich für rot, grün, blau.


Laser für professionelle Anwendungen - Prinzip


Mikrolaser

Die Pumpquelle besteht wiederum aus Laserdioden, die einen Festkörperlaser pumpen. Die Frequenzkonversion in den sichtbaren Wellenlängenbereich erfolgt unmittelbar durch entsprechende Frequenzverdopplerkristalle.


Mikrolaser für semiprofessionelle Anwendungen - Prinzip


Diodenlaser

Im roten Wellenlängenbereich sind direkt-emittierende Laserdioden als Labormuster verfügbar.
Im grünen und blauen Wellenlängenbereich wird eine infrarot-emittierende Laserdiode direkt in den sichtbaren Wellenlängenbereich konvertiert.


Diodenlaser für Consumer-Anwendungen - Prinzip


Faserlaser

Faserlaser arbeiten nach dem Upconversion-Prinzip.
Infrarote Laserdioden werden in die Lichteintrittsfläche einer speziell dotierten Lichtleitfaser fokussiert. Die Faser wirkt dann als Laser. Je nach Konfiguration der Laserdiode und der Lichtleitfaser wird rotes, grünes oder blaues Licht emittiert.
Alle drei Farben sind nachgewiesen.


Farblaser für Consumer-Anwendungen - Prinzip


Spektrale Eigenschaften (allgemein)

Der Bereich des sichtbaren Lichtes im elektromagnetischen Spektrum überstreicht den Bereich von 400 nm bis 700 nm. Bei der Zerlegung des Sonnenlichtes durch Prismen oder z.B. Regentropfen entsteht ein Regenbogen, der dieses Spektrum ebenso beinhaltet.


Teil des elektromagnetischen Spektrums

Bei der Verwendung von Laserlicht zur Bilddarstellung kommt das bereits erläuterte Prinzip der additiven Farbmischung zum Tragen. Durch Mischung von Anteilen der drei Farben rot, grün und blau ist auf additivem Weg jede andere sichtbare Farbe erzielbar. Gleichzeitig entsteht unter dem Einfluß eine Helligkeits-(Leuchtdichte-)-Information ein dreidimensionaler Farbraum.
Auf dem äußeren Kurvenzug liegt das Spektrum des sichtbaren Lichtes, alle Farben der menschlichen Erfahrungswelt liegen innerhalb dieses Kurvenzuges. Die zur Darstellung eines TV-Bildes bzw. unter Verwendung von Laserlicht benötigten Grundfarben bilden jeweils ein Dreieck, alle Farben (Farbvalenzen) innerhalb des Dreiecks können durch Wahl des Mischungsverhältnisses erzeugt werden, ebenso unbunt (weiß bis schwarz).


Farbdreieck - dreidimensionaler Farbraum

Spektrale Eigenschaften des Laserlichtes
(Primärvalenzen)


Die Grundfarben bei der Verwendung von Laserlicht liegen grundsätzlich auf dem äußeren Kurvenzug, dadurch sind sehr brillante Farben (maximal gesättigte Farben) darstellbar. Es wird ein größerer Farbraum (Farb-Gamut) als im TV-Bereich überstrichen. Somit ist die Anwendung für elektronisches Kino gegeben.
Laserlicht besitzt die physikalisch bedingt besten Farbeigenschaften aller Lichtquellen die zur Verfügung stehen.


Farbdreieck - Filmfarben

Geometrische Besonderheiten bezüglich der Lichtausbreitung bei der Anwendung des Lasers.
Die in der heutigen Projektionstechnik angewendeten Projektionslampen (Temperaturstrahler) emittieren das Licht in den gesamten Raum. Nur ein geringer Teil dieses Lichtes kann zur Bildprojektion genutzt werden (Aperturverluste). Laserquellen unterscheiden sich grundsätzlich in der räumlichen Lichtausbreitung von den Projektionslampen. Alles Licht wird in quasiparallelem Lichtbündel ausgesendet (emittiert). Aperturverluste treten nicht auf.
Bei allen klassischen Projektionssystemen ist die Schärfentiefe begrenzt. Das Bild muß auf die Projektionswand scharf eingestellt (fokussiert) werden. Projektionen auf nicht ebene Flächen, z.B. Zylinder- oder Kugelflächen, sind nicht oder nur mit erheblichem Bildschärfeverlust möglich.
Bei der Laserprojektion ist die Schärfentiefe durch den quasiparallelen (kollinearen) Laserstrahl praktisch unbegrenzt. Eine Scharfstellung entfällt. Die Projektion auf nicht ebene Flächen ist sehr gut möglich.


Vergleich Aperturverluste


Schärfentiefe Lasersystem

Der direkte Anschluß einer Videoquelle an ein Lasersystem ergibt einen verfälschten Farbeindruck, da die Laserwellenlängen nicht mit den Grundfarben (Primärvalenzen) der Bildschirmphosphore übereinstimmen.
Durch eine elektronische Rücktransformation wird das Farbdreieck der Laserquellen auf das Farbdreieck der TV-Bildröhre zurückgeführt. Damit wird die Rückwärtskompatibilität zu beliebigen Videoquellen erzielt.
Demgegenüber wird bei elektronischem Kino ein weitaus größeres Dreieck benutzt.

OPTISCHE SYSTEME

Transformationsoptik für Displayanwendungen

Die durch die Scannereinheit (Zeilen- und Bildscanner) erzeugten Ablenkwinkel der Laserstrahlen sind in ihrer Größe begrenzt. Umgeschlossene Displays mit geringer Bautiefe zu realisieren, ist eine wesentliche Vergrößerung dieser Ablenkwinkel erforderlich. Die Transformationsoptik vergrößert die eingangsseitigen Scannerablenkwinkel um den Faktor 4. Dabei ist der räumliche Ablenkpunkt für die Laserstrahlen die Austrittspupille der Transformationsoptik.


Transformationsoptik


Zoomoptik

Für die Laserauflichtprojektion zur Großbildprojektion, auch über sehr große Projektionsentfernungen, wird eine 1:6 Zoomoptik eingesetzt. Damit ist es möglich, die Bildgröße um den Faktor 6 zu variieren bzw. sich bei gegebener Bildgröße an einen größeren Bereich der Projektionsentfernung anzupassen.


Zoomoptik (kleiner Winkel)


Zoomoptik (großer Winkel)


ZEILEN- UND BILDABLENKUNG

Scannereinheit (Prinzip für professionelle Anwendungen)

Für die Zeilenablenkung wird ein rotatorischer Polygonscanner eingesetzt. Die Drehfrequenz beträgt 2,0 kHz. Die Zeilenablenkfrequenz liegt bei 48 kHz. Dieser Scanner arbeitet wartungsfrei, geräuschlos und mit geringer Leistungsaufnahme. Dem Polygonscanner folgt ein Galvanometerscanner für die Vertikalablenkung.
Durch ein spezielles Know-How wird eine exakte Synchronisation mit den unterschiedlichen Videoquellen erreicht.


Professionelle Scannereinheit


Mikroscanner

Für spätere Consumeranwendungen werden sehr kleine und kostengünstige Mikroscanner benötigt. Diese Scanner sind im wesentlichen aus einkristallinem Silizium für die eigentliche Spiegelfläche, sowie einem praktisch leistungslos arbeitenden elektrostatischen Antrieb aufgebaut.
Die Fertigung großer, kostengünstiger Stückzahlen wird durch die Technologien der Mikrosystemtechnik erreicht.


Mikroscanner-Prinzip


ÜBERTRAGUNG OPTISCHER VIDEOSIGNALE ÜBER LICHTWELLENLEITER

Die in der Laser-/Modulationseinheit erzeugte optische Bildinformation in einem kollinearen Laserstrahl wird über einen Lichtwellenleiter zur Scannereinheit übertragen.

Mit speziell für diese Anwendung ausgelegten Ein- und Auskoppeloptiken wurde eine entsprechend hohe Bildqualität erreicht.

Charakteristische Eigenschaften des Lichtwellenleiters:

multimodige Lichtausbreitung
Strahlprodukt < 1 mm mrad
sehr hohe übertragbare Leistungsdichten im cw- bzw. Impulsbetrieb,
Größenordnung 5 MW/cm2


Übertragung optischer Videosignale über Lichtwellenleiter


LASERMODULATION

Elektrooptisches Prinzip

Bei der elektrooptischen Modulation wird durch Anlegen eines elektrischen Feldes an Kristalle die Polarisation des Lichtes beeinflußt.
Da Laserlicht polarisiertes Licht ist, erfolgt durch Drehung der Polarisationsebene im Kristall eine Intensitätsmodulation in unterschiedliche Polarisationsebenen.
Durch den Analysator wird der Nutzstrahl selektiert. und erreicht ein Kontrastverhältnis größer 1 : 1000.


Elektromagnetische Modulation - Prinzip


Akustooptisches Prinzip

Hochfrequente Schallwellen werden in den Akustooptischen Modulator (AOM) senkrecht zum Laserstrahl geschickt. Die Schallwellen erzeugen ein Beugungsgitter durch Dichte-schwankungen im optischen Material des AOM.
An diesem Beugungsgitter wird der Nutzstrahl in die 1. Beugungsordnung abgelenkt. Die Beugungseffektivität für die 1. Ordnung liegt bei ca. 80 %.
Der Kontrast ist durchschnittlich größer 1 : 500. Die elektrische Leistungsaufnahme ist sehr gering.


Akustooptische Modulation - Prinzip


Direkte Lasermodulation

Über die Laseranregung kann der Laserstrahl direkt moduliert werden. Diodenlaser können über den Pumpstrom bis zu sehr hohen Frequenzen (>30 MHz) direkt moduliert werden. Damit können die Videosignale direkt durch den Laserdiodenstrom übertragen werden. Diese Modulationsart ist die effektivste Form, da Licht nur erzeugt wird, wenn das Videosignal anliegt.


Direkte Lasermodulation - Prinzip

Grundprinzip Laser-Display-Technologie



Der SCHNEIDER Laser Projektor zeigt Bilder von Videogeräten, Computern und verarbeitet Daten von Film und Fernsehen sowie aus dem Internet.

Die standardisierten Videosignale ( z. B. PAL, HDTV, VGA, XGA) werden von einem Eingangsmodul digitalisiert und in einen Bildspeicher abgelegt. Es folgt eine Farbtransformation, die das Laserbild an die farbmetrischen Standards der heutigen Farbübertragungssysteme anpasst. Die so aufbereiteten Bildsignale enthalten die Information über Farbe und Helligkeit jedes einzelnen Bildpunktes. Dies gewährleistet die natürliche und wirklichkeitsgetreue Bilddarstellung.

Das für die Darstellung eines Bildes erforderliche Licht wird von einem Festkörperlaser erzeugt. Jeweils ein rotes, ein grünes und ein blaues Lichtbündel wird entsprechend dem anliegenden Videosignal in seiner Helligkeit gesteuert. Dies drei modulierten Lichtbündel werden dann in ein einziges Lichtbündel zusammengeführt.

Dieses nun farbige Lichtbündel wird z. B. mittels einer Lichtleitfaser zum schwenkbaren Projektionskopf übertragen. Ablenkspiegel im Projektionskopf schreiben die Bildpunkte zeilenweise auf eine Projektionsfläche. Eine Optik für die Bilddarstellung ist in vielen Fällen nicht notwendig.

Das mit dem SCHNEIDER Laser Projektor projizierte Videobild umfasst ein größeres Farbspektrum als das des Fernsehens, ist unabhängig vom Projektionsabstand scharf und stellt Helligkeitsunterschiede sehr fein dar.


Visueller Bildaufbau

Im Bereich der Natur bzw. der Umgebung des Menschen werden alle sichtbaren Körper von Sonnen- bzw. Kunstlicht beleuchtet. Ein spektraler Anteil des Lichtes wird vom entsprechenden Körper geschluckt (absorbiert). Dem zurückgestreuten (remittierten) Licht ist die Farbe (Farbvalenz) des Körpers aufgeprägt. Man spricht von subtraktiver Farbmischung. Im Bereich der technischen Projektionstechnik (z.B. TV) stehen die drei Grundfarben (Primärvalenzen) rot, grün, blau als Lichtquellen zur Verfügung. Durch Mischung dieser drei Lichtquellen können Mischfarben erzeugt werden. Man spricht von additiver Farbmischung. Der menschliche Gesichtssinn hat kein Kriterium dafür, ob ein Farbeindruck (Farbvalenz) durch subtraktive oder additive Farbmischung gebildet wird. Bei Identität der empfundenen Farbe (Farbvalenz) kann sich dennoch das ins menschliche Auge gelangende Licht (Farbreizfunktion) deutlich unterscheiden (3. Graßmannsches Gesetz). Dadurch ist es möglich, eine naturgetreue Farbwiedergabe auch mit technischen Mitteln zu realisieren.

Geometrisch/zeitlicher Bildaufbau

Der geometrisch/zeitliche Bildaufbau entspricht prinzipiell dem Verfahren, das bei der TV-Bildröhre angewendet wird. Hierbei wird ein Elektronenstrahl zeilenweise über das Feld der TV-Bildröhre abgelenkt.
Analog dazu wird bei der Laser-Display-Technologie der kollineare Laserstrahl zeilenweise von links nach rechts, sowie von oben nach unten abgelenkt. Die Zeilenablenkfrequenz, sowie die Bildwechselfrequenz entsprechen den üblichen Videonormen.



An das Eingangsmodul können beliebige Videoquellen (alle bekannten Standards) angeschlossen werden, gleichzeitig realisiert dieses die A/D-Wandlung der Eingangsdaten. Die Videodaten werden in digitaler Form im Bildspeicher zwischengespeichert. Die Farbtransformation realisiert die notwendige Farbanpassung. Die Laser - Modulationseinheit überträgt die Videoinformation in optischer Form auf einen kollinearen Laserstrahl. Durch die Ablenkeinheit wird der modulierte Laserstrahl zeilenweise auf der Bildebene (Projektionsfläche) geführt. Die Zeilenablenkung (horizontal) erfolgt z.Z. durch einen Polygondrehspiegel, die Bildablenkung (vertikal) geschieht mittels eines Galvanometerkippspiegels.


Systemübersicht Projektion


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).
    Eben mal zu einem Freund den Heimkinoabend verschieben ist da ganz schön aufwendig.


Vorteile von Laser-Projektoren
  • Sehr hell
  • Sehr natürliche Farben (laut Hersteller)
  • Optimaler Kontrast von über 1000:1 (laut Hersteller)
  • Kann fast überall draufprojizieren.
  • Kein lauter Lüfter mehr mit im Raum.
PDF Prospekt Prospekt von Schneider(2,54 MB)