Technik-Background

Laser-Beamer im Detail erklärt

Laserlicht hat die Discos und den Himmel erobert, jetzt ist das Heimkino dran. Die Technik dahinter wird dabei immer raffinierter, kostet aber immer noch ein Vermögen.

Laser-Beamer

© Hersteller/Archiv

Laser-Beamer: Wir verraten, wie die Technik funktioniert.

PC Magazin erklärt Laser-Beamer: Bei Science-Fiction-Filmen gehören Laser zur Grundausstattung jeglichen Waffenarsenals. Und ebenso spektakulär wirken sie im echten Leben, wenn die dünnen Strahlen Bilder auf Wolken zeichnen oder bei Rockkonzerten eindrucksvolle Lightshows kreieren. Der feine Unterschied zwischen Fiktion und Realität: Was im einen Fall trotz beeindruckender Wirkung in handliche Kalibergröße passen soll, benötigt im tatsächlichen Einsatz große, wasser- oder luftgekühlte Armaturen.

Auch im Heimkino trifft man immer öfter auf Lasertechnik. Längst etabliert sind Laser in Blu-ray- und DVD-Playern. Und mit dem Panasonic PT-AT5000 (Test) stellte die Schwesterzeitschrift video den ersten im Heimkino einsetzbaren Beamer vor. Wann aber ist Lasertechnik zu aufwendig, und wann hat sie Kugelschreibergröße? Und wie sieht unsere Laserbild-Zukunft aus?

Laser am Himmel: 1000 ANSI-Lumen für mehrere 100 000 Euro

Logo TELEFUNKEN

© Hersteller/Archiv

1966 Patent für Telefunken: D ie Firma Telefunken in Ulm erhält das Patent 1193166 mit dem Titel "Optischer Sender für mindestens zwei Farbkomponenten", das die Grundidee zum Laser-TV beschreibt. Helmut K.V. Lotsch wird als Erfinder genannt.

Denn Laser haben eine heiß begehrte Eigenschaft: Sie sind extrem farbrein und liefern daher äußerst klare und tiefe Farben. Videobilder könnten auf diese Weise in einem völlig neuen Glanz erscheinen.

Für diesen Glanz ist vor allem ein hohes Maß an Helligkeit nötig. Beamer-Helligkeit wird hierbei in ANSI-Lumen gemessen und professionelle Projektoren schaffen aus dem Stand 5.000 ANSI-Lumen und mehr. Sie liegen dabei aber auch preislich im Bereich von mehreren 100.000 Euro. Damit ist bereits eine der großen Herausforderungen der Technologie beschrieben: Nicht die Erzeugung eines Lasers ist heute schwierig, sondern ihn für Videobilder hinreichend lichtstark zu züchten.

Und das, obwohl die Blitze aus Lasershow-Kanonen gleißend hell wirken und Bilder sogar auf ferne Wolken malen können. Doch diese Sparte von Projektoren funktioniert anders. Bilder und Schrift zeichnet ein einzelner, die Farbe wechselnder Laserstrahl hier nur als Kontur. Gelenkt wird er über einen Spiegel, der sich, vom Computer gesteuert, schnell bewegen lässt. Von "High End" spricht man in diesem Fall, wenn die Konturen rund 30 Mal pro Sekunde mit 375 000 Bildpunkten gezeichnet werden.

Fürs Heimkino ist der Aufwand bei einem Laser-Beamer gigantisch

Logo Schneider Technologies AG

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1993 Durchbruch: Die Schneider AG präsentiert den ersten eigenen Prototypen eines Laser-Beamers für Videobilder.

Ein heimkinotauglicher Laserbeamer muss aber nicht nur Konturen zeichnen, sondern jedes Mal komplett ausgefüllte Bilder, die wie im Videobereich üblich zeilenweise aufgebaut werden. Bei 576 Zeilen ergeben sich daraus fast 600 000 Bildpunkte - und das 50 Mal pro Sekunde. Man bewegt sich hier also in ganz anderen Dimensionen. Und da das vorhandene Licht auf viel mehr Bildpunkte verteilt werden muss, reduziert sich die Helligkeit pro Bildpunkt dramatisch.

Selbst bei heutigem Technikstand halten Fachleute den Aufwand für ein solches Konzept für viel zu hoch. Dabei gab es schon vor einigen Jahrzehnten erste technische Umsetzungen von Laser-Beamern. Die Projektoren, die etwa Schneider Technologies in den 90ern präsentierte, arbeiteten mit damaligem technischen Stand zwar mit imposanten Laserkanonen und waren für relativ weit entfernte, große Projektionsflächen ausgelegt. Man benötigte dabei aber hochqualitative Laser mit starker Bündelung für bestens fokussierte Bildpunkte.

Erst ein Kristall bringt den Laser zum Leuchten

Laser-TV

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2008 Der erste TV: Der erste kommerzielle Laser-TV wird auf der Heimelektronikmesse CES in Las Vegas von Mitsubishi vorgestellt. Seit 2009 ist er im US -Handel mit einer 190-cm-Diagonale (75 Zoll). Nach Europa kommt er nicht.

Aber es gibt auch einige Voraussetzungen, die für den Laser-Beamer zuhause vorteilhaft sind. Denn für kleine Distanzen, wie sie die Strahlen innerhalb eines Heimkino-Rückprojektors zurücklegen, fallen die Anforderungen an die Bündelung weniger kritisch aus.

Zudem muss man den Lasern viel weniger Helligkeit abverlangen. Für solche Bedingungen lassen sich dank des heutigen Know-hows inzwischen deutlich kleinere Laser bauen. So gelangte man von den großen, aufwändigen Gas-Ionen-Lasern mit wasser- oder luftgekühlten Glaskolben zur kompakten Festkörper-DPSS -Technik (Diode Pumped Solid State, auf Deutsch: Dioden-gepumpter Festkörper-Laser).

Der Laser generiert sich dabei aus dem Teamwork von nicht sichtbarem Infrarotlicht als Energiequelle und einem Kristall. Das Infrarotlicht wird in den Kristall hineingelenkt ("gepumpt"), der durch die zugeführte Energie zu leuchten beginnt. Zwischen zwei Spiegeln eingeklemmt, wechselt das Licht im Kristall hin und her, wobei es sich stetig verstärkt. Zudem zwingt man ihm eine bestimmte Leuchtrichtung auf, wodurch es sich immer weiter bündelt. Hat es die beabsichtigte hohe Intensität erreicht, tritt es durch einen der beiden Spiegel als richtungsstabiler, stark gebündelter Laserstrahl aus.

Erster Hybrid von Casio

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2010 Erster Hybrid: Für sich allein sind Laser- und LED -Technik noch nicht ausgereift. Im Verbund erzielen sie jedoch Helligkeit und Langlebigkeit. Hersteller Casio wagt den Erstaufschlag.

Daher rührt der Name "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", was in etwa "Lichtverstärkung durch anregende Strahlung" bedeutet. Nach wie vor experimentieren und tricksen die Forscher dabei: Die Zusammensetzung der eigens gezüchteten Kristalle, das Zusammenspiel von Infrarotlicht und Kristall sowie das Verändern von Licht-Wellenlängen sind dabei die derzeitigen Spielfelder. Doch selbst bei dieser Technik ist die Lichtausbeute im Verhältnis zu den Kosten noch zu gering für einen breiten Einsatz bei Heimkino-Beamern - zumindest zum jetzigen Zeitpunkt.

Elektrischer Strom wird durch einen Dioden-Laser gepumpt

Anders ist das bei den "Dioden-Lasern" als klar günstigere Variante. Hier wird statt des Infrarotlichts als Energiequelle ein einfacher, elektrischer Strom "gepumpt", der durch den Kristall hindurchfließt. Das entstehende Laserlicht lässt sich zwar viel weniger zu bündeln und heller als beim DPSS-Ansatz, doch die Möglichkeiten reichen für Laserpointer, Blu-ray-Player und sogar Beamer.

Mitsubishi lässt Schneiders Traum wahr werden

schematische Darstellung der Funktionsweise eines Laser-Beamers

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Ein blauer Laser beschießt ein sich zur Abkühlung drehendes, grünes Phosphorrad, das hell leuchtet. Die Farben Rot und Blau stammen von LED s. Alle drei Lichtquellen schalten im festen Rhythmus hintereinander an und aus für die Farbmischung.

Dank Laserdioden kamen in den 90er-Jahren rot strahlende Laserpointer auf. Den schwieriger herzustellenden blauen Laser, der uns die Blu-ray-Technik bescherte, lernten wir in den frühen 2000ern kennen. Grün ist nach wie vor ein Problem in der günstigen Kompaktklasse und muss durch Energie schluckende Manipulation der Lichtwellenlänge erzeugt werden. Und was wurde aus Schneiders Traum vom Laserfernseher?

Der japanische Hersteller Mitsubishi hat ihn in abgewandelter Form beim Rückprojektions-TV LaserVue verwirklicht. Die Grafik auf der vorangehenden Seite zeigt das Prinzip. Anders als bei Schneider zeichnen die Laser die Bilder allerdings nicht Zeile für Zeile auf die Projektionsfläche.

Stattdessen ist die bekannte DLP-Technik von Texas Instruments dazwischen geschaltet, die die einzelnen Bildpunkte generiert. Trotz einmaliger Technik ist der LaserVue-TV in Europa nicht erhältlich, weil Mitsubishi für den dicken, rund 4.000 US-Dollar kostenden Rückprojektor hierzulande keine Marktchancen mehr sieht.

Ein weiterer Vertreter für reine Laserlicht-Konzepte ist ein High-End-Beamer des US-amerikanischen Herstellers RED. Mit 4K-Bildpunktzahl und 3D-Fertigkeit soll er - wie seit Längerem angekündigt - noch in diesem Jahr auf den Markt kommen. Sein Preis soll unter 10.000 US-Dollar liegen.

Variante Hybrid-Beamer

Funktionsweise eines Hybrid-Beamers

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Casio verwendet den blauen Laser auch zur Erzeugung der Farbe Blau. Damit lässt sich die nötige Projektorgröße deutlich verkleinern. In diesem System ist ein Teil der sich drehenden Phosphorscheibe durchsichtig. Ein Spiegel dahinter reflektiert den Strahl.

Auf dem Laser-Beamer-Markt sind gegenwärtig auch Mischformen zu finden, bei denen die überragende Farbqualität des Lasers nicht zum Tragen kommt. Wie beim Hybrid-Auto kommen zwei unterschiedliche Antriebstechniken gleichzeitig zum Einsatz: Laserlicht und LED. Begehrt sind die Techniken gleichermaßen, weil sie die Grundfarben Rot, Grün und Blau ähnlich rein darstellen.

Zudem besitzen beide Lichtquellen eine deutlich längere Lebenszeit als herkömmliche UHP-Lampen. Doch für normale Beamer reicht die Helligkeit der Dioden-Laser und der LEDs nicht aus. Man könnte sie zwar hochtunen, doch dann müsste man sie lautstark kühlen.

Die Lösung: Phosphor sorgt für grünes Laserlicht

Casio hatte als erster Hersteller eine Lösung parat. Hier kommen eigentlich sogar drei Leuchttechniken zum Einsatz. Der Laser regt dabei eine Phosphorschicht zum Leuchten an, die sehr helles, grünes Licht erzeugt. Hybrid-Technik bügelt also den Helligkeitsmangel aus und macht die Beamer langlebiger, opfert jedoch die ursprünglich hohe Farbqualität. Die Laserdioden in Blu-ray- und DVD-Playern müssen sich nicht mit Helligkeitsproblemen herumschlagen.

Laser-Technik

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Laser-Technik

Ihre Leistung ist bereits heute ausreichend. Obgleich die Lichtbündelung von Laserdioden nicht optimal ausfällt, reicht sie für die Discs aus. Dank des geringen Durchmessers des Strahls lassen sich Daten auf engstem Raum exakt ablesen. Diese Fertigkeit wurde von der Entwicklung von der DVD zur Blu-ray weiter perfektioniert. Der blaue Laser hat eine geringere Lichtwellenlänge als der rote bei der DVD-Technik.

Aus physikalischen Gründen kann man dieses kurzwelligere Licht noch stärker bündeln, was eine höhere Datendichte auf der Disc ermöglicht. So passen hoch auflösende Filme auf eine Scheibe. Hier sind Verbesserungen der Lasertechnik also vorerst nicht vonnöten. Und auch handliche Laserwaffen dagegen bleiben sicher noch lange Fantasie - zum Glück.

Von rot bis blau: Der Laser im Heimkino

Sony BDP-S1

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Der Sony BDP-S1 war einer der ersten Blu-ray-Player. Er kam Ende 2006 auf den US-Markt.

Alles eine Frage der Wellenlänge: Je kurzwelliger, also blauer der Laser ist, desto besser können feine Datenstrukturen ausgelesen werden - die Audio-CD war noch "rot".

Als 1982 der erste Player fur Compact Disc (CD) auf den Markt kam, begann der eigentliche Siegeszug des Lasers im Heimkino. Es folgten DVD-, dann Blu-ray-Player. Je starker die Bundelung der Laserdiode und je kurzer die Wellenlange, desto mehr Infos passen auf eine Disc. Blu-ray markiert den derzeitigen Heimkino-Datenhöhepunkt. Zum Vergleich: Gegenuber einem Laser fur CD misst der Lichtspot eines Blu-ray-Strahls im Durchmesser gerade mal rund ein Viertel. Gerechnet wird hierbei in Mikrometer, also einem tausendstel Millimeter. Auf 0,6 Mikrometer kommt ein Blu-ray-Laser.

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