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Beamer

Strahler – Ein Beamer ist ein spezieller Projektor, der Daten aus einem visuellen Ausgabegerät für ein Publikum in vergrößerter Form an eine Projektionsfläche wirft.

Beschreibung

Die Bezeichnung Beamer ist ein Scheinanglizismus, abgeleitet von "to beam" für "strahlen". Auf niederländisch sagt man auch "beamer", aber im englischsprachigen Raum wird dieses Wort nicht in diesem Zusammenhang verwendet. Die Geräte heißen dort PC projector, LC projector, video projector, multimedia (digital) projector, home theater projector oder einfach projector. Im Englischen ist Beamer ein Begriff in der Sportart Cricket, er bezeichnet einen regelwidrigen schnellen Wurf, der den Schlagmann zu hoch erreicht. Beamer, beemer oder bimmer bezeichnen in der amerikanischen Umgangssprache dagegen Autos und Motorräder der Marke BMW. In der Fernseh- und Kinoserie Star Trek wird die Teleportation von Menschen und Gegenständen beamen genannt. In der Bühnentechnik und Effektbeleuchtung steht die Bezeichnung für spezielle Scheinwerfer mit beispielsweise mehrfarbigen Strahlenbündeln.

Unterscheidungsmerkmale:
Beamer unterscheiden sich, je nach Anspruch und Anwendungsgebiet, durch eine Vielzahl von Kriterien.

Anzeigeverfahren:
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 80er Jahre üblich. 1985 bezeichnete Dieter Thomas Heck die Projektionswand noch als "Eidophorwand".

Röhrenprojektoren:
Die ersten stark verbreiteten Beamer 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 Farb-Beamer 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 Beamer sehr variabel in der Auflösung. Somit können solche Beamer 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. 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 wenigstens 10000 Stunden haben.
- Extrem hoher Kontrast (1:10000 bis 30000) 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 Farb-Beamer die drei Projektionssysteme getrennt arbeiten, erfordern diese eine sehr aufwändige Einrichtungsprozedur, was den mobilen Einsatz sehr erschwert.
- Die Beamer sind durch die Röhren sehr schwer.
- abgesehen von älteren gebrauchten Modellen teuer bis sehr teuer

LCD-Beamer:
Flüssigkristall(LCD)-Beamer 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.

Vorteile:
- Relativ preiswert
- Gute Lesbarkeit bei Texten und Grafiken durch die scharfe Abgrenzung der Bildpunkte
- Klein und leicht
- Einfache Einrichtung

Nachteile:
- die scharf abgezeichnete Pixelstruktur (Fliegengitter) kann sich störend auswirken
- feste Auflösung des Eingangssignals erforderlich (ansonsten mitunter qualitäts-mindernde 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.
- Geräuschentwicklung durch Lüfter

DLP-Beamer:
Als Bildwandler eines DLPTM-Beamer (Digital Light Processing) kommt ein Digital Micromirror Device (DMDTM) 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 Beamer für den professionellen Bereich (z. B. Kino) kommen drei separate Bildwandler-Schaltkreise (DMD) zum Einsatz.
LED-Beamer schalten die Farben elektronisch um.

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-Beamer
- Weniger stark ausgeprägte Pixelstruktur als bei LCD-Beamer

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-Beamer 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-Beamer
Bei diesen Beamer kommen LEDs (Light Emitting Diode) als Lichtquelle zum Einsatz; bildgebend ist wie bei den DLP-Beamer ein DLP-Element. Das schafft viele Vorteile, die die herkömmlichen Beamer 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 haben einen sehr geringen Stromverbrauch (ca. 10 W) und erzeugen kaum Wärme. Herkömmliche Projektorlampen werden hingegen sehr heiß.
- LEDs halten mehr als 20.000 Stunden (werden während dieser Zeit aber stetig dunkler), während herkömmliche Projektorlampen rund 4.000 Stunden halten.
- LED-Beamer müssen weniger gekühlt werden und sind deshalb nur noch so groß wie eine kleine Zigarrenkiste und erzeugen kaum oder gar keine Lüftergeräusche.
- Der geringe Stromverbrauch ermöglicht den Betrieb mit einem Akku.
- Da die Farben durch sequenzielles Aufleuchten der RGB-LEDs gebildet werden, fällt auch das normalerweise bei DLP-Beamer 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)

LCoS-Beamer:
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-Beamer zu durchleuchten, befindet sich direkt hinter den Kristallen ein Spiegel, so dass die Projektionsoptik letztlich eher der eines DLP-Beamers 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

Laser-Beamer:
Die bis heute nicht marktreif entwickelte Technik setzt auf die Bildprojektion durch drei farbige Laser, die das Bild wie bei einer Fernsehröhre zeilenweise auf die Projektionsfläche schreiben. Die Ablenkung erfolgt dabei durch rotierende Spiegelräder. Alternativ gibt es auch Ansätze, bei denen der Laserstrahl aufgefächert und mit einem herkömmlichen Bilderzeuger (z. B. LCoS) kombiniert wird. Die Geschichte des Laser-TV ist in Deutschland insbesondere von der ehemaligen Schneider AG bestimmt worden, die das vom Institut für angewandte Optik in Gera entwickelte Verfahren zur Serienreife bringen wollte, aber im Jahre 2002 mit der Insolvenz des Unternehmens ihr vorläufiges Ende fand. Inzwischen (10.2005) gibt es Versuche von der Firma Zeiss, die Laserprojektion in Planetarien zu verwenden. Hierbei wird eine ganze Halbkugel ausgeleuchtet (360×180 Grad).

Vorteile:
- enorme Lichtstärke
- nahezu beliebig große und geformte Projektionsflächen
- keine Fokussierung nötig
- großer Gamut durch monochromatisches Licht
- riesige Distanzen können leicht überbrückt werden
- kein Einbrennen
- Geräte können um ein Vielfaches kleiner und leichter (und damit auch unempfindlicher) sein als die bisherigen Systeme
- Durch den Einsatz von Festkörperlasern sehr niedriger Stromverbrauch

Nachteile:
- Speckle-Effekt des Lasers
- bis heute nicht serienreif

Anwendungsgebiet:
Für den Cineasten eignen sich Beamer, die ein Bildformat von 16:9 darstellen und einen möglichst hohen Kontrastumfang besitzen. Viele DLP Beamer haben ein sehr großes Kontrastverhältnis von bis zu 4000:1. Für das Heimkino optimierte LCD-Beamer erreichen Spitzenwerte von 10000:1. Schwarze Stellen im Film sind dann auch tiefschwarz und nicht dunkelgrau (wie gut dies gelingt, gibt der Schwarzwert an) und die Farben wirken deutlich natürlicher.

Wenn Präsentationen oder Computerspiele im Vordergrund stehen, sollte man das 4:3 Format bevorzugen, wobei man bei gängigen Modellen zwischen einer XGA-Auflösung (1024×768 Bildpunkte) und der niedrigeren SVGA-Auflösung (800×600) wählen kann. Erstere Auflösung eignet sich beispielsweise auch für die verlustarme Wiedergabe einer anamorphen PAL-DVD (720×576), da hier das entzerrte und skalierte Bild (1024×768) in der Zeilen- und Spaltenanzahl im Vergleich zum Quellbild mit gleichem Faktor geteilt werden kann, wodurch die Skalierung vereinfacht wird.

Auflösung:
Für die Videodarstellung sollte hierzulande beachtet werden, dass das Gerät mindestens die PAL-Auflösung mit 576 Bildzeilen darstellen kann. Leider werden gerade im unteren Preissegment Beamer angeboten, die für die geringere NTSC-Auflösung ausgelegt sind. Das gilt insbesondere für vermeintliche Heimkino-Beamer mit gerade einmal 640×480 Bildpunkten. Da die Projektionsfläche in der Regel größer als ein normaler Fernseher ist, fällt die geringe Auflösung in diesem Fall doppelt ins Gewicht.

4:3-Geräte:
Beamer mit Bildwandlern im 4:3-Format sollten mindestens über eine Auflösung von 800×600 verfügen, wenn mit ihnen hauptsächlich 4:3-Bildinhalte angezeigt werden sollen. Für die Breitbilddarstellung im 16:9-Format sollte der Beamer eine Auflösung von 1024×768 (XGA) besitzen, um das Bild im richtigen Verhältnis ohne Auflösungsverlust darstellen zu können.

16:9-Geräte:
Speziell für den Heimkinobereich eignen sich Beamer mit 720p-Auflösung (1280×720) oder der noch seltenen vollen HDTV-Auflösung (1920×1080 Pixel).
Beamer mit einer Auflösung von 640×480 Bildpunkten eignen sich wegen des möglicherweise groben Bildeindrucks nur bedingt.
Für die DVD-Wiedergabe sind ansonsten auch Beamer mit 1024×768 Pixel gut geeignet.

Leuchtstärke:
Ein wesentliches Kriterium für die Nutzbarbarkeit von Beamer bei größeren Projektionsabständen, was gleichbedeutend mit der großen Projektionsflächen ist, ist die Helligkeit, die durch den Einsatz von Metalldampflampen (= Entladungslampen) erreicht wird. Handelsübliche Beamer verfügen über Leuchtstärken zwischen 1.000 und 3.000 ANSI-Lumen, große Modelle für Konferenzräume durchaus auch 4000 bis 18000 ANSI-Lumen.

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.

z. B. Abstand 6 m, Bildbreite 3 m = 2:1; bei Zoomobjektiven wird z. B. 1.8?2.3:1 angegeben

Die Bildbreite berechnet sich zu , die Bildhöhe h lässt sich aus dem Seitenverhältnis bestimmen, d. h. bzw. .

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. Hierbei ist aber noch der zulässige Projektionsabstand zu beachten.

Anschlussmöglichkeiten:
Die beste Verbindung zwischen DVD-Player bzw. anderen Videogeräten und Beamer im Analogbereich ist das YPbPr-Komponenten-Videokabel mit jeweils 3 Cinchsteckern (standardmäßig Rot, Grün und Blau gefärbt) auf jeder Seite. Qualitativ vergleichbar, bei Beamer jedoch selten möglich, ist eine RGB-Video-Verbindung, die bei einigen Modellen der Marke Panasonic über einen SCART-Anschluss realisiert werden kann. Die zweitbeste Verbindung ist das S-Video-Kabel (meist mittels Hosiden-Stecker) und die schlechteste das Composite-Kabel, meist mit einem Kabel mit einem (standardmäßig gelben) Cinchstecker auf jeder Seite. Analoge Satellitenempfänger und VHS-Geräte können nur ein Composite-Signal ausgeben.

Im Digitalbereich ist HDMI im Moment die technisch bestmögliche Anbindungsmöglichkeit, allerdings kann die Wiedergabe von Bildsignalen darüber in einigen Fällen unmöglich sein, wenn der Beamer den Kopierschutzstandard HDCP nicht unterstützt. Die HDMI-Schnittstelle ist mit DVI kompatibel, womit ebenfalls viele neuere Beamer ausgerüstet sind; es existieren Adapterkabel.

Bei der Verwendung des Beamer in Kombination mit einem PC wird das Signal von der Grafikkarte über die grundsätzlich immer vorhandene VGA- oder die DVI-Schnittstelle zum Beamer übertragen. Es besteht die Möglichkeit, die Bilddaten durch den Beamer zu einem Monitor zu schleifen, so dass sowohl am Monitor als auch über den Beamer das gleiche Bild ausgegeben wird. Viele Modelle verfügen zusätzlich auch über Eingänge für analoge Bildquellen wie z. B. Videorekorder.

Über einen sogenannten Triggerausgang kann eine motorisierte Projektionswand ein- und ausgefahren werden.

Praktische Anwendungen:
- Die Visualisierung von beliebigen Sachverhalten für ein größeres Publikum anhand von auf einem Computer gespeicherten Daten. Großer Beliebtheit erfreuen sich Präsentationen, die mit Präsentationsprogrammen wie Microsoft PowerPoint, Keynote, OpenOffice.org Impress oder KPresenter erstellt werden.
- Vorführung von Softwareprodukten mit einer größeren Anzahl von Interessenten (z. B. Seminare oder Messen).
- Als Unterrichtshilfsmittel: Hier ersetzt oder ergänzt der Beamer die Tafel, herkömmliche Overhead-Projektoren sowie schriftliche Unterlagen.
- Ein Referat oder Vortrag lässt sich mittels eines Beamer abwechslungsreicher gestalten. Dabei lassen sich neben den Präsentations-Daten aus dem Computer auch mit Scannern oder Kameras digitalisierte Bilder oder Filmsequenzen aus einem Videorekorder oder DVD-Player einspielen.
- Private Verwendung: Der optische Eindruck von Spielfilmen, Sportereignissen oder Computerspielen begeistert und erzeugt, insbesondere in Verbindung mit einem 5.1 Lautsprechersystem, Kinoatmosphäre in den eigenen vier Wänden (Heimkino).

Optimale Geräteeinstellungen:
Grundsätzlich sollte die Auflösung der Signalquelle (zum Beispiel von einem Computer, einem DVD-Spieler oder von einem Empfangsgerät) insbesondere bei digitaler Datenübertragung (zum Beispiel DVI oder HDMI) möglichst mit der physikalischen Auflösung des digitalen Wiedergabegerätes übereinstimmen. Dies kann leicht mit einem schwarz-weißen Schachbrettmuster entsprechender Pixelzahl überprüft werden, das mit dem Gerät wiedergegeben wird. Stimmt die Anzahl der angezeigten Bildpunkte in horizontaler und vertikaler Richtung mit dem Darstellungsraster überein, dann sind auf der Projektionsfläche keine Moiré-Muster zu erkennen. Bei analoger Datenübertragung kann mit Hilfe dieses Musters das Gerät leicht synchronisiert werden. Die Testmuster können von einer Festplatte, einer Compact Disc beziehungsweise DVD oder einem anderen Datenspeicher eingespielt werden.

Der Schwarzwert sollte möglichst dunkel und der Weißwert möglichst hell sein, damit ein hoher Kontrast erreicht wird. Grafische Präsentationen oder Darstellungen von Textdokumenten können häufig auf einen gleichmäßigen Kontrastverlauf verzichten, erfordern in der Regel aber eine große Helligkeit, insbesondere bei der Projektion bei gedämpftem Tageslicht. Zur Darstellung von Fotografien und Filmen sollten die Geräte so eingestellt werden, dass möglichst viele Grau- und Farbwerte unterschieden werden können. Die beste Wiedergabe wird in abgedunkelten Räumen erreicht, da die diffuse Reflexion des Umgebungslichts in dunklen Bildstellen gute Schwarzwerte verhindert, und somit Kontrast verloren geht. Mithilfe von Testtafeln können die Einstellungen von Helligkeit, Kontrastumfang, Farbsättigung und Kontrastverlauf angepasst werden (siehe auch Gammakorrektur). Weiterhin können z. B. anhand von Kreisen Verzeichnungen und Verzerrungen erkannt werden - manche Beamer bieten eine Korrekturmöglichkeit gegen Verzerrungen bei schräger Projektion.

Selbstbauprojekte:
Wesentlich günstiger bei Anschaffung und Lampenkosten im Vergleich zu den o. g. im Handel erhältlichen Modellen ist dagegen ein selbst zusammengebauter Beamer, auch bekannt als "Volks-Beamer" oder "Do-It-Yourself-Beamer". Diese können etwa auf einem Overhead-Projektor in Kombination mit einem LCD-Monitor basieren. Es ist jedoch zum Teil umstritten, ob damit eine vergleichbare Bildqualität erreicht werden kann. Im Internet finden sich hierzu zahlreiche Bauanleitungen, Erfahrungsberichte und Diskussionsforen. Großer Nachteil dieser Geräte ist der meist im Vergleich zu einem "normalen" Beamer sehr viel höhere Stromverbrauch und es gibt große Abstriche bei den Punkten Kontrast und gleichmäßige Helligkeit.