AT509929B1 - Projektionsvorrichtung, sowie ein verfahren für den betrieb dieser projektionsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb dieser Vorrichtung. Die Projektionsvorrichtung umfasst einen Projektor, eine Projektionsfläche und eine Datenverarbeitungsanlage, wobei Informationen über das an der Projektionsfläche befindliche Bild an die Datenverarbeitungsanlage gleitet werden und wobei die Datenverarbeitungsanlage den Projektor steuert. Die Projektionsfläche (1) ist als flächiger Lichtwellenleiter ausgebildet, in welchem photolumineszente Partikel integriert sind und an welchem mehrere photoelektrische Sensoren (2) angebracht sind, welche im Stande sind, Licht aus der Wellenleitermode auszukoppeln und dadurch ein elektrisches Signal zu generieren, dessen Stärke von der der Intensität des am Photodetektor ausgekoppelten Lichtes abhängig ist.

Description

österreichisches Patentamt AT 509 929 B1 2014-01-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung, welche einen Projektor, eine Projektionsfläche und eine Datenverarbeitungsanlage umfasst, sowie ein Verfahren für den Betrieb dieser Projektionsvorrichtung.

[0002] Das durch einen Projektor ausgesandte Bild wird nur dann unverzerrt an einer ebenen Projektionsfläche, wie beispielsweise einer Leinwand, dargestellt, wenn die Ebene der Projektionsfläche in der richtigen Winkellage bezüglich dem Projektor angeordnet ist, nämlich parallel zur (imaginären) Abbildungsebene. Wenn diese passende Relativlage nicht gegeben ist, kommt es zum sogenannten Trapezbildfehler, bei dem ein Rechteck als Trapez abgebildet wird, wenn Abbildungsebene und Ebene der Projektionsfläche ausschließlich um eine zu einer Seite eines Rechtecks parallel Gerade gegeneinander verdreht sind. Bei den einfacheren der derzeit handelsüblichen Projektoren kann man diesen Fehler dann einfach korrigieren, wenn Abbildungsebene und Ebene der Projektionsfläche ausschließlich um eine horizontale Achse gegeneinander verdreht sind. Mit Hilfe von Tasten für die sogenannte „Keystone-Korrektor" oder „Trapezkorrektur" wird der obere Bildbereich relativ zum unteren Bildbereich in seiner horizontalen Ausdehnung gestaucht oder gedehnt. Die passenden Tasten werden durch eine Bedienungsperson, welche die Qualität des projizierten Bildes beurteilt, so lange gedrückt, bis das Bild nach Meinung dieser Person passt.

[0003] Im Projektor erfolgt das Stauchen bzw. Dehnen des Bildes zumeist durch mechanisches Verstellen der Lage einer optischen Einrichtung wie typischenweise eines Spiegels, wodurch die Abbildungsebene zur Ebene der Projektionsfläche parallel ausgerichtet wird. Bei als digitale Information vorliegenden Bildern kann auch die digitale „Original"-Bildvorlage in eine verzerrte Projektionsbildvorlage umgerechnet werden, die dann genau durch die verzerrende Projektion an der Projektionsfläche wieder ein richtiges Bild hervorruft.

[0004] Neben der beschriebenen manuellen Trapezbildfehlerkorrektur gibt es natürlich auch automatisch ablaufende Korrekturen.

[0005] In den Schriften US 2005213081 A1, WO 2005006073 A2, EP 1654515 B1, EP 1395050 B1 und US 2005190343 A1 ist dazu ein Prinzip beschrieben, wonach ein Projektor mit optischen Entfernungsmesseinrichtungen und einer Recheneinheit versehen ist. Es wird automatisch die Entfernung, von mindestens drei voneinander entfernten Punkten einer als eben angenommenen Projektionsfläche gemessen, daraus Lage und Entfernung der Projektionsfläche relativ zum Projektor errechnet und in weiterer Folge die Optik oder das zu projizierende Bild dementsprechend angepasst. Zumeist wird für die Bestimmung der Punkte an der Projektionsfläche ein Testbild an die Projektionsfläche projiziert.

[0006] Die WO 2006024254 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung mit Hilfe derer ein an eine Oberfläche projiziertes Bild für zumindest einen Beobachter farblich und geometrisch zumindest weitgehend richtig erscheint, auch wenn die besagte Oberfläche, weder eben noch einfärbig ist. Durch den Projektor wird an die Oberfläche eine gegenüber dem Originalbild passend verzerrte und lokal farblich veränderte Projektionsbildvorlage an die Oberfläche gestrahlt, sodass vom Standpunkt des Beobachters aus mit Blickrichtung auf die Oberfläche wieder das richtige Bild sichtbar wird. Die Regeln für die Umrechnung eines als digitale Information vorliegenden Originalbildes in eine verzerrte und farblich abgeänderte Projektionsbildvorlage werden gefunden, indem vom Projektor bekannte Testbilder an die Oberfläche gestrahlt werden, die an der Oberfläche entstandenen Bilder durch eine möglichst genau am Ort des Beobachters angebrachte Kamera aufgenommen werden, aus den bei Auswertung des Bildes feststellbaren örtlichen Verschiebungen von Bildpunkten gegenüber der gewünschten Lage und aus den an einzelnen Stellen der Projektionsfläche auftretenden farblichen Abweichungen gegenüber der richtigen Farbe eine Regel für jedes Bildpixel errechnet wird, wie dieses gegenüber der Anordnung am Originalbild zur Bildung der Projektionsbildvorlage örtlich zu verschieben ist und wie seine Farbe gegenüber der Farbe am Originalbild zu verändern ist. Eine steuernde Datenverarbeitungsanlage kann damit genau erkennen und auch beeinflussen an wel- 1 /14 österreichisches Patentamt AT509 929B1 2014-01-15 chen Punkt der Projektionsoberfläche ein Projektor welchen Bildpunkt sendet. Damit ist das System auch gut für die Projektion mehrere Projektoren auf eine gemeinsame große Projektionsfläche anwendbar. Das System ist jedoch aufwändig an Hard-und Software. Interaktivität dahingehend, dass durch Benutzer mittels Lichtzeigern auf die Projektionsfläche geleuchtet wird und in Abhängigkeit davon ein Programm in einer zentralen Datenverarbeitungsanlage gesteuert wird, ist damit kaum zu unterstützen.

[0007] Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, die Abstimmung zwischen Projektor und Projektionsfläche hard- und softwaremäßig zu vereinfachen und interaktive Anwendungen besser zu unterstützen.

[0008] Zum Lösen der Aufgabe wird von einer Projektionsvorrichtung ausgegangen, welche zumindest einen Projektor, eine Projektionsfläche und eine Datenverarbeitungsanlage umfasst, wobei Informationen über das an der Projektionsfläche befindliche Bild an die Datenverarbeitungsanlage geleitet werden und wobei die Datenverarbeitungsanlage den Projektor steuert.

[0009] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Projektionsfläche als flächigen Lichtwellenleiter auszubilden, in welchem photolumineszente Partikel integriert sind und an welchem mehrere photoelektrische Sensoren - des weiteren kurz als „Fotodetektor" bezeichnet -angebracht sind, welche im Stande sind, Licht aus der Wellenleitermode auszukoppeln und dadurch ein elektrisches Signal zu generieren, dessen Stärke von der Intensität des am Photodetektor ausgekoppelten Lichtes abhängig ist. Das Signal wird an die Datenverarbeitungsanlage übertragen. Durch diese ist erkennbar, wie stark das Signal ist und von welchem Photodetektor es stammt. Zwecks Kalibrierung zwischen Projektor und Projektionsfläche werden durch den Projektor ein oder mehrere, geometrisch einfache und klare Bilder an die Projektionsfläche gestrahlt, welche an den einzelnen Fotodetektoren elektrische Signale hervorrufen aus denen die Datenverarbeitungsanlage wiederum auf die Position einzelner Punkte des projizierten Bildes auf der Projektionsfläche rückrechnet.

[0010] Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen näher erläutert: [0011] Fig. 1: zeigt eine Prinzipskizze über die wesentlichen Elemente der erfindungsgemä ßen Projektionsvorrichtung.

[0012] Fig. 2: zeigt wesentliche Elemente der Projektionsfläche in nicht-maßstäblicher

Schnittansicht. Lichtstrahlen sind durch punktierte Linien symbolisiert dargestellt.

[0013] Fig. 3: ist ein Frontalanblick auf einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Projekti onsfläche.

[0014] Fig. 4: ist eine Teilschnittansicht auf einen Ausschnitt einer besonders vorteilhaft aus gebildeten Projektionsfläche.

[0015] Fig. 5: ist eine Teilschnittansicht auf einen Ausschnitt einer weiteren, vorteilhaft ausge bildeten Projektionsfläche.

[0016] Gemäß Fig. 1 sind die wesentlichen Grundelemente einer erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung ein Projektor 5, eine Projektionsfläche 1 und eine Datenverarbeitungsanlage 4.

[0017] Der Projektor 5 strahlt zwecks Darstellung eines Bildes Licht auf die Projektionsfläche 1. Im dargestellten Beispiel ist das Bild ein geschlossenes Polygon aus strichpunktierten Linien. An der Projektionsfläche werden an Photodetektoren (in Fig. 2 bis Fig. 5 dargestellt) in Abhängigkeit von dem auf der Projektionsfläche auftreffenden Licht, elektrische Signale generiert und an die Datenverarbeitungsanlage 4 geleitet. Die Datenverarbeitungsanlage 4 steuert ihrerseits den Projektor 5 und versorgt ihn auch mit Bilddaten.

[0018] Die Kalibrierung zwischen Projektor 5 und Projektionsfläche 1 kann beispielsweise entsprechend folgenden Abläufen vor sich gehen: [0019] - Der Projektor 5 leuchtet die ganze durch ihn erreichbare Fläche auf der Projektions fläche 1 gleichförmig aus, beispielsweise weiß. Die an der Projektionsfläche ange- 2/14 österreichisches Patentamt AT509 929 B1 2014-01-15 brachten Photodetektoren detektieren dementsprechend Licht. Am Rand des beleuchteten Bereichs der Projektionsfläche wird Licht durch Lumineszenzwellenleitung auch zu Photodetektoren außerhalb des beleuchteten Felds geleitet. An unterschiedlichen gemessenen Lichtstärken zwischen benachbarten Photodetektoren und aus dem Verhältnis dieser Lichtstärken ist für die Datenverarbeitungsanlage durch Datenauswertung erkennbar, zwischen welchen benachbarten Photodetektoren der Rand des beleuchteten Bereiches verläuft und wie nah er an den einzelnen Photodioden liegt. Durch die Datenverarbeitung kann daraufhin der Projektor so angesteuert werden, dass bei eben angeordneter Projektionsfläche eine Trapezkorrektur erfolgt, dass also das vom Projektor abgestrahlte Bild mit rechteckigem Rand ein Bild mit rechteckigem Rand mit gleichem Seitenverhältnis an der Projektionsfläche hervorruft.

[0020] Wie schon zum Stand der Technik erörtert, kann dieses Anpassen des Projektors durch passendes Verschieben von optischen Bauteilen, wie typischerweise einem Spiegel bewirkt werden, oder indem dem Projektor ein passend verzerrtes Bild als Projektionsvorlage übermittelt wird. „Passend verzerrt" heißt in dem Fall komplementär dazu verzerrt, wie Bilder bei der Projektion vom Projektor auf die Projektionsfläche verzerrt werden.

[0021] - Durch den Projektor 5, wird ein einfaches Muster, beispielsweise wenige weiße

Streifen, an die Projektionsfläche 1 projiziert. Aus der gemessenen Lage von einzelnen Punkten dieser Streifen an der Projektionsfläche, beispielsweise von Endpunkten oder Kreuzungspunkten, wird die geometrische Beziehung zwischen Ursprungsbild und Bild an der Projektionsfläche errechenbar, sodass die erforderlichen geometrischen Verzerrungen zwischen einem Ursprungsbild und einer durch den Projektor zu strahlenden Projektionsvorlage errechnet werden können, damit ein Ursprungsbild an der Projektionsfläche, welche nicht zwangsweise eben ausgebildet sein muss, möglichst passend, beispielsweise flächenrichtig und/oder winkelrichtig dargestellt wird.

[0022] An Hand der an den einzelnen Photodetektoren hervorgerufenen elektrischen Signalstärke und der bekannten ausgesandten Lichtintensität kann auch der Übersetzungsfaktor der einzelnen Photodetektoren zwischen vom Projektor ausgesandter Lichtintensität und elektrischer Signalstärke errechnet werden.

[0023] - Mit sehr einfachem mathematischem Aufwand und einfachen Algorithmen aber mit etwas Zeitaufwand für Projektion und Messung kann eine Tabelle erstellt werden, wie die einzelnen Pixel eines darzustellenden Ursprungsbildes zu einer durch den Projektor abzustrahlenden, demgegenüber verzerrten Projektionsvorlage zu verschieben sind, indem zeitlich hintereinander nur einzelne Lichtpunkte durch den Projektor abgestrahlt werden und deren Position auf der Projektionsfläche gemessen wird.

[0024] Da die Projektionsfläche auch in gekrümmter Form vorliegen kann, etwa als Halbzylinder für Panoramaprojektionen, kann auch so eine Korrektur des projizierten Bildes vorgenommen werden, indem das projizierte Bild so verzerrt wird, dass es sich gleichmäßig über die Fläche verteilt.

[0025] Ebenso können die Bilder mehrerer Projektoren, welche sich in den Randbereichen überlappen, so aneinander angepasst werden, dass ein großes, nahtloses Bild entsteht. Dies erfolgt durch eine Kalibrierung der Einzelbilder wie oben beschrieben mit nachfolgender Anpassung der Helligkeit der überlappenden Bildränder, so dass sich ein fließender Übergang der projizierten Bilder ergibt.

[0026] Über die Signalstärke der Photodetektoren kann auch auf die absolute Lichtstärke der einzelnen projizierten Bilder geschlossen werden, so dass die Helligkeit der Projektoren so angepasst werden kann, dass ein zusammengefügtes Bild eine einheitliche Helligkeit aufweisen 3/14 österreichisches Patentamt AT509 929B1 2014-01-15 kann.

[0027] Nach der Kalibrierung zwischen Projektor und Projektionsfläche ist die Vorrichtung bestens für interaktive Bedienung mit Hilfe von Lichtzeigern, typischerweise Laserpointern geeignet. Da die Datenverarbeitungsanlage Informationen darüber bekommt, welcher Flächenbereich der Projektionsfläche welchem Bildbereich des Ursprungsbildes zugeordnet ist und da durch den Projektor am betreffenden Flächenbereich der Projektionsfläche auch tatsächlich recht verlässlich und genau der dazupassende Bildteil dargestellt wird, ist auch die Position des durch einen Leuchtzeiger auf der Projektionsfläche hervorgerufenen, und durch die Photodetektoren der Projektionsfläche feststellbaren Lichtflecks immer mit dem dargestellten Bild wie ein Cursor auf einem Computerbildschirm in passender Übereinstimmung, sodass also die Datenverarbeitungsanlage 4 dadurch gut gesteuert werden kann.

[0028] Da Projektionsflächen üblicherweise von einem Publikum aus mehreren bis vielen Menschen betrachtet werden, liegt eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung darin, mehrere Leuchtzeiger zuzulassen und die einzelnen Personen des Publikums dementsprechend mit jeweils einem Zeigegerät auszustatten.

[0029] Man kann dann beispielsweise Abstimmungen zwischen den Personen des Publikums durchführen. Dazu leuchten die einzelnen Personen mit den Leuchtzeigern beispielsweise auf ein linkes oder ein rechtes auf der Projektionsfläche dargestelltes Auswahlfeld. Die an einem Auswahlfeld gemessene Lichtintensität ist zur der Anzahl der darauf zeigenden Lichtzeiger proportional. Abhängig davon, an welchem Auswahlfeld die meisten Lichtzeiger gemessen werden und damit Abhängig von der Mehrzahl der Stimmen, kann beispielsweise eine Präsentation zu unterschiedlichen Inhalte weiterführen.

[0030] Bei Änderungen der Helligkeit in dem Raum, in welchem sich die Projektionsfläche befindet, ändern sich die Signalstärken aller Photodetektoren der Projektionsfläche ohne dass dies zu einer Änderung des projizierten Bildinhaltes synchron ist. Änderungen der Helligkeit in dem Raum, beispielsweise wenn Licht ein- oder ausgeschaltet wird oder wenn Jalousien geöffnet oder geschlossen werden, sind daher durch die Datenverarbeitungsanlage durch die Auswertung der Signale von den Photodetektoren der Projektionsfläche gut erkennbar. Vorteilhafter Weise wird in Anpassung an diese Erkenntnisse durch die Datenverarbeitungsanlage die Helligkeit des Projektors oder des Raumlichts passend nachgeregelt. (D.h. bei verdunkeltem Raum wird die Lichtintensität des Projektors geringer eingestellt und bei höherer Helligkeit im Raum wird die Lichtintensität des Projektors höher eingestellt, beziehungsweise die Beleuchtung des Raums wird entsprechend den Erfordernissen einer gewissen Projektionsqualität nachgeregelt) [0031] Aus Handhabungs- und Kostengründen ist es vorteilhaft, die Projektionsfläche 1 als flexible Folie auszubilden. Dazu ist der in seinem Aufbau in Fig. 2 skizzierte, flächige Lichtwellenleiter, der den wesentlichen Teil der Projektionsfläche 1 bildet, vorteilhafterweise aus einem transparenten Polymer mit einer Schichtdicke von 20 bis 500 pm gebildet.

[0032] Mit dem Begriff „transparentes Polymer" sind im Sinne dieses Dokumentes auch „transparente Polymermischungen" gemeint und umfasst.

[0033] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind Fotodetektoren 2 an der Projektionsfläche in jeweils einer Mulde des Lichtwellenleiters angeordnet, welche durch ein Umformverfahren wie Tiefziehen oder Prägen in der ansonsten ebenen Folie gebildet ist. Dadurch ist die Projektionsfläche besonders dünn, robust und flexibel.

[0034] Für die richtige Funktion der Projektionsfläche 1 ist wichtig, dass die Fotodetektoren 2 nicht bzw. nicht nur an ihrem Flächenrand angebracht sind, sondern vor allem auch an Flächenbereichen, die von allen Rändern entfernt liegen.

[0035] Der in seinem Aufbau in Fig. 2 skizzierte, flächige Lichtwellenleiter der den wesentlichsten Teil der Projektionsfläche 1 darstellt, besteht beispielsweise aus zwei ca. 0.1 mm dicken Deckschichten 1.1 aus PET, zwischen welchen eine ca. 0.001 mm dicke Schicht 1.2 aus einer homogenen Mischung des Kunststoffs Polyvinylalkohol und des Farbstoffs Rhodamin 6G laminiert ist. Die Schicht 1.2 ist photolumineszent. Sie ist so stark, dass ihre Absorption für normal 4/14 österreichisches Patentamt AT509 929 B1 2014-01-15 darauf auftreffendes Licht mit 532 nm Wellenlänge über 80% beträgt. (Die dafür erforderliche Schichtstärke ist am besten durch Versuch zu ermitteln).

[0036] Wenn ein Lichtstrahl 3.1 mit passendem Spektrum auf die Schicht 1.2 trifft, so löst er Photolumineszenz an den Farbstoffpartikeln der Schicht 1.2 aus. Dabei entsteht diffus gestreutes, langwelligeres Licht. Entsprechend dem bekannten zu Grunde liegenden Funktionsprinzip der Lichtwellenleitung breitetet es sich in den transparenten Schichten 1.1 aus und bleibt im Wesentlichen auch in diesen Schichten, das es an den Grenzflächen zur Umgebung (Luft) auf Grund des unterschiedlichen Brechungsindex in das Material der Schichten 1.1 zurückreflektiert wird.

[0037] Beispielsweise in einem quadratischen Raster mit 5 cm Periodenlänge sind Photodetektoren 2, welche eine Querschnittsfläche von etwa 2x2 mm2 einnehmen an der frei liegenden Seite einer der beiden PET-Schichten 1.2 so angebracht, dass sie Licht aus der PET-Schicht auskoppeln und an ihren pn-Übergang einkoppeln. Die Signale aller Photodioden 2 werden über elektrische Leitungen 5 und einen Frequenzfilter 6 einer Datenverarbeitungsanlage 7 zugeführt in welcher sie gemessen und verarbeitet werden.

[0038] Die Intensität des im Lichtwellenleiter 1 am auftreffenden Lichtfleck 3.2 durch Photolumineszenz generierten Lichtes 3.3 nimmt mit steigender Entfernung vom Lichtfleck 3.2 ab. Aus geometrischen Gründen nimmt die Intensität proportional zum Kehrwert der Entfernung ab. Zu einer weiteren, exponentiellen Abnahme der Intensität kommt es deswegen weil die Lichtleitung im Wellenleiter mit Verlusten behaftet ist.

[0039] Die Intensität des Lichtes 3.3 im Wellenleiter in Abhängigkeit vom Abstand r zum einem Auftreffpunkt eines Lichtflecks 3.2, also zu dem Punkt an welchem die Lumineszenz stattfindet, lässt sich somit mit folgender Formel beschreiben: [0040] I = l0*exp(-k.r)/r [0041] Dabei ist k ein Materialparameter und die Ausgangsintensität l0 von der Energie des eingebrachten Lichtstrahls 3.1 abhängig.

[0042] Damit ist auch die Stärke des an den einzelnen Photodetektoren auf Grund von detek-tiertem Licht erzeugten elektrischen Signals vom Abstand der einzelnen Photodetektoren zum Auftreffpunkt eines Lichtflecks 3.2 abhängig.

[0043] Wenn an einen flächigen Lichtwellenleiter mehrere Photodetektoren angeschlossen sind, so werden an diesen unterschiedliche Intensität des Lichts in der Wellenleitermode gemessen, wobei die Messergebnisse davon abhängen, wie weit der messende Photodetektor vom Auftreffpunkt des die Lumineszenz erzeugenden Lichtflecks entfernt liegt. Aus dem Verhältnis der gemessenen Signalstärken an den einzelnen Photodetektoren kann mit datentechnisch automatisierbaren, mathematischen Methoden auf die genauere Auftreffposition des die Lumineszenz auslösenden Lichtstrahls auf der Projektionsfläche rückgeschlossen werden.

[0044] Zur Veranschaulichung eines dazu tauglichen, im Folgenden grob skizzierten Algorithmus dient Fig. 3: [0045] Unter Annahme einer für alle betrachteten Photodetektoren gleichen Ausgangsintensität l0 kann in Abhängigkeit von den an den einzelnen Photodetektoren gemessenen Ergebnissen zu den einzelnen Photodetektoren errechnet werden, auf welcher Kreislinie rund um den betreffenden Photodetektor der Auftreffpunkt des zu lokalisierenden Lichtflecks liegen müsste. Von drei Photodetektoren sind die dementsprechenden Kreise beispielhaft in Fig. 2 in strichlierten Linien eingezeichnet. Die Kreise weisen insgesamt sechs Schnittpunkte A,B,C,a,b,c auf.

[0046] Nun wird für die Berechnung die für alle drei Photodetektoren gültige Ausgangsintensität l0 so lange vergrößert oder verkleinert, bis die drei inneren Schnittpunkte a, b, c gemäß Fig. 2 auf einen einzigen Schnittpunkt zusammen fallen. Das Zentrum des auftreffenden Lichtflecks liegt genau an diesem so gefundenen „Dreifachschnittpunkt".

[0047] Wenn die Entfernungen zwischen den einzelnen Photodetektoren nicht größer als weni- 5/14 österreichisches Patentamt AT509 929B1 2014-01-15 ge cm sind, ist die durch Verlust verursachte exponentielle Abminderung der Intensität des im Wellenleiter geleiteten Lichtes gegenüber der geometriebedingten Abminderung der Intensität unbedeutend. Die oben genannte Formel kann dann durch die Formel [0048] I = l0/r [0049] ausreichend gut angenähert werden. Damit kann die Berechnung vereinfacht und der beschriebene Algorithmus rascher durchlaufen werden.

[0050] Bei der Arbeitsgeschwindigkeit der heute problemlos und kostengünstig massenhaft erhältlichen Datenverarbeitungsanlagen ist aber auch die exaktere Berechnung gemäß der ersteren Formel in derart schneller Zeit möglich, dass man bezüglich der Raschheit der Feststellung des Ortes eines auftreffenden Lichtflecks, das Empfinden einer Echtzeitmessung hat.

[0051] Je nach Fläche und benötigter Auflösung können auf der Projektionsfläche beliebig viele Photodetektoren, bevorzugt in einem regelmäßigen Muster, montiert werden.

[0052] Je dichter die Photodetektoren montiert sind, desto größer ist die Mindestsignalstärke und dementsprechend die Auflösung des Bauteils bei gleicher Ausleseelektronik. In Experimenten mit einem optimierten Wellenleiter auf Basis einer mit Farbstoffen dotierten Plastikplatte konnte eine Genauigkeit auf besser als +/- 1 mm bei einem Abstand der Photodetektoren von 12cm in einem quadratischen Muster erlangt werden.

[0053] Für die Montage der Photodetektoren am Lichtwellenleiter sollte ein Klebstoff verwendet werden, der in ausgehärtetem Zustand einen guten optischen Kontakt zwischen Wellenleiter und Photodetektor herstellt. Der „gute optische Kontakt" ist dann hergestellt, wenn der ausgehärtete Klebstoff für das Licht in der Wellenleitermode transparent ist und wenn sein Brechungsindex zwischen dem Brechungsindex des Wellenleiters 1 (also der Schicht 1.1) und dem Brechungsindex im angrenzenden Teil des Photodetektors beträgt. (Je kleiner der Unterschied der Brechungsindizes von angrenzenden Materialien ist, desto besser wird Licht durch die Grenzschicht zwischen den beiden Materialien hindurch geleitet.) [0054] In Fig. 4 ist ein typischer Aufbau eines Photodetektors 2 und eine vorteilhafte Anordnung an einem Lichtwellenleiter 1 dargestellt.

[0055] Der Photodetektor 2 besteht aus einem photoelektrischen Element 2.1, typischerweise einem Stück Silizium-Wafer, welches elektrisch gesehen eine Photodiode oder einen Phototransistor darstellt. Eine Seite dieses Elementes 2.1 ist mit einer Seite eines typischerweise keramischen Basisplättchens 2.2 verbunden und mit dort angeordneten elektrischen Leitern elektrisch kontaktiert. Der elektrische Kontakt wird über ebenfalls mit dem Basisplättchen 2.2 verbundene, wegführende elektrische Leitungen 2.4 weiter geführt. Diese Leitungen können typischerweise durch Drähte oder eine Schicht auf einer flexiblen Platine gebildet sein.

[0056] Die lichtempfindliche Seite des photoelektrischen Elements 2.1 ist durch ein transparentes „Fenster" 2.3 eingefasst. Dieses Fenster, es besteht typischerweise aus einem transparenten Kunststoff ist mit dem Lichtwellenleiter 1 durch Kleben verbunden.

[0057] In der in Fig. 4 dargestellten, vorteilhaften Ausführungsform ist in den Lichtwellenleiter 1 am Ort der Verklebung mit dem Photodetektor eine Vertiefung 1.3 geprägt, deren Innenkontur gleich der Außenkontur des Fensters 2.3 ist. Das Fenster 2.3 ist in diese Vertiefung 1.3 eingelegt und mit dieser verklebt.

[0058] Durch diese geometrische Ausführung der Verbindungsfläche zwischen dem Photodetektor 2 und dem Wellenleiter 1 werden gegenüber einer Anordnung eines Photodetektors an einem ebenen, unverformten Bereich des Wellenleiters markante Vorteile erzielt. Die Verbindung ist mechanisch wesentlich robuster, die Baugruppe ist besser handhabbar, da der Photodetektor weniger vorsteht und die optische Verbindung zwischen Wellenleiter und Photodetektor ist besser.

[0059] Typischenweise sind die Querschnittsabmessungen eines Fensters 2.3 eines Photodetektors 2 in der Ebene des Wellenleiters etwa 2 mal 2 mm2 und die normal dazu liegende Höhe 6/14 österreichisches Patentamt AT509 929B1 2014-01-15 beträgt dabei etwa 0,5 mm. Es hat sich gezeigt, dass die dazupassende Vertiefung 1.3 im Wellenleiter 1 problemlos durch Prägen herstellbar ist, wenn der Wellenleiter aus einem Polymer mit einer Schichtdicke von 20 bis 500 pm gebildet ist.

[0060] Gemäß Fig. 5 kann man einen Photodetektor 2 an einem Wellenleiter 1 auch befestigen, indem man am Wellenleiter eine Öffnung ausstanzt, welche genau die Querschnittkontur des Fensters 2.3 des Photodetektors 2 aufweist, das Fenster durch diese Öffnung hindurch steckt und die Schnittfläche der Öffnung im Wellenleiter mit dem Fenster 2.3 verklebt. Die Anordnung ist besonders flach.

[0061] Es sei erwähnt, dass es auch möglich ist, einen Photodetektor durch ein Druck- oder Aufdampfungsverfahren direkt auf der Oberfläche des Wellenleiters herzustellen.

[0062] Eine Verklebung zwischen Photodetektoren 2 und der Lumineszenzfolie ist nicht zwingend notwendig, wenn die Lumineszenzfolien an den Photodioden naheliegenden Stellen aufgeraut oder an der den Photodioden gegenüberliegenden Stellen mit weißer Farbe bestrichen sind. Dort wird das Licht aus der Wellenleitermode ausgekoppelt und aus der Folie auf den Photodetektor gestreut.

[0063] In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Projektionsfläche betrachterseitig durch eine Farbfilterfolie belegt, welche das durch Lumineszenzwellenleitung in der Projektionsfläche geleitete Lumineszenzlicht nicht durchlässt, wohl aber Licht der Leuchtzeiger und Licht, welches durch den Projektor 5 zwecks Kalibrierung an die Projektionsfläche gestrahlt wird. Dadurch wird das Signal/Hintergrundverhältnis an den Photodetektoren der Projektionsfläche verbessert und für die Beobachter bietet die Projektionsfläche einen besseren, homogeneren Farbeindruck. Bei einer Ausführung ohne derartige Filterfolie sieht man ansonsten in Form von störenden bunten Punkten Lumineszenzeffekte auf der Projektionsfläche durch.

[0064] Zur idealen Darstellung der Projektion wird vor die bisherig genannten Folien eine weitere Folie gespannt, welche einen Großteil des einfallenden Lichts jedweder Farbe gleichmäßig zurückstreut und somit bei Projektion eines Bildes dem Betrachter einen klaren Färb- und Formeindruck ermöglicht. Diese Folie soll genug Licht durchlassen, damit eine Interpretation von Leuchtsignalen im Sinne der obigen Punkte möglich ist. 7/14

Claims (13)

1. österreichisches Patentamt AT509 929 B1 2014-01-15 Patentansprüche 1. Projektionsvorrichtung, welche einen Projektor, eine Projektionsfläche und eine Datenverarbeitungsanlage umfasst, wobei Informationen über die an der Projektionsfläche befindliche Lichtverteilung an die Datenverarbeitungsanlage geleitet werden und wobei die Datenverarbeitungsanlage den Projektor steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsfläche (1) als flächiger Lichtwellenleiter ausgebildet ist, in welchem photolumineszente Partikel integriert sind und an welchem mehrere photoelektrische Sensoren (2) angebracht sind, welche im Stande sind, Licht aus der Wellenleitermode auszukoppeln und dadurch ein elektrisches Signal zu generieren, dessen Stärke von der der Intensität des am Photodetektor ausgekoppelten Lichtes abhängig ist.
2. 2. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsfläche (1) als flexible Folie aus einem transparenten Polymer mit einer Schichtdicke von 20 bis 500 pm gebildet ist.
3. 3. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Fotodetektoren (2) an Flächenbereichen, die von allen Rändern entfernt liegen, angeordnet sind.
4. 4. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Photodetektoren (2) in jeweils einer Mulde des Projektionsfläche angeordnet sind, welche durch ein Umformverfahren wie Tiefziehen oder Prägen in der ansonsten ebenen Folie gebildet ist.
5. 5. Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsfläche (1) betrachterseitig durch eine Farbfilterfolie belegt ist, welche das in der Projektionsfläche geleitete Lumineszenzlicht nicht durchlässt.
6. 6. Verfahren zum Betrieb einer Projektionsvorrichtung, welche einen Projektor, eine Projektionsfläche und eine Datenverarbeitungsanlage umfasst, wobei Informationen über das an der Projektionsfläche befindliche Bild an die Datenverarbeitungsanlage geleitet werden und wobei die Datenverarbeitungsanlage den Projektor steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über das an der Projektionsfläche (1) befindliche Bild an die Datenverarbeitungsanlage (4) übertragen werden, indem auf die Projektionsfläche (1) auftreffendes Licht in der Projektionsfläche (1) Lumineszenzlicht hervorruft, welches sich in der Projektionsfläche (1) durch Lichtwellenleitung ausbreitet und dabei in seiner Intensität abschwächt und an Photodetektoren (2), welche an der Projektionsfläche (1) angeordnet sind, ein in seiner Stärke von der Lichtintensität abhängiges elektrisches Signal hervorruft, welches an die Datenverarbeitungsanlage (4) geleitet wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei eben angeordneter Projektionsfläche (1) eine Trapezkorrektur zwischen Projektor (5) und Projektionsfläche (1) erfolgt, indem durch den Projektor (5) die ganze durch ihn erreichbare Fläche auf der Projektionsfläche 1 gleichförmig ausgeleuchtet wird, dass aus unterschiedlichen gemessenen Lichtstärken zwischen benachbarten Photodetektoren (2) durch die Datenverarbeitungsanlage (4) auf die Lage des Randes der beleuchteten Fläche auf der Projektionsfläche (1) rückgerechnet wird und dass durch die Datenverarbeitung daraufhin der Projektor korrigierend angesteuert wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung zwischen Projektor (5) und Projektionsfläche (1) durch den Projektor (5) ein Muster an die Projektionsfläche (1) gestrahlt wird, dass die Lage einzelner Punkte des Musters an der Projektionsfläche durch Messung erfasst wird, dass daraus durch die Datenverarbeitungsanlage (4) die geometrische Beziehung zwischen Ursprungsbild und Bild an der Projektionsfläche errechnet wird und dass weiters durch die Datenverarbeitungsanlage eine Vorschrift errechnet wird, entsprechend welcher ein Ursprungsbild zu einer durch den Projektor (5) zu strahlenden Projektionsvorlage verzerrt werden muss um an der Projektionsfläche ein unverzerrtes Bild hervorzurufen. 8/14 österreichisches Patentamt AT509 929 B1 2014-01-15
9. 9. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Projektor (5) ein Muster an die Projektionsfläche (1) gestrahlt wird, dass die Lage einzelner Punkte des Musters an der Projektionsfläche durch Messung erfasst wird und dass für einen Photodetektor (2) an Hand der an ihm hervorgerufenen elektrischen Signalstärke und der bekannten auslösenden, durch den Projektor ausgesandten Lichtintensität der Übersetzungsfaktor dieses Photodetektors zwischen vom Projektor ausgesandter Lichtintensität und elektrischer Signalstärke errechnet wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich hintereinander nur einzelne Lichtpunkte durch den Projektor auf die Projektionsfläche gestrahlt werden, dass die Position der Lichtpunkte auf der Projektionsfläche gemessen wird und daraus eine Tabelle erstellt wird, wie die einzelnen Pixel eines darzustellenden Ursprungsbildes zu einer durch den Projektor abzustrahlenden, demgegenüber verzerrten Projektionsvorlage zu verschieben sind um an der Projektionsfläche ein unverzerrtes Bild hervorzurufen.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Projektoren die Projektionsfläche beleuchten und die Information der Verzerrung jedes Projektors nach den Verfahren eines der Ansprüche 6 bis 10 ermittelt werden und anschließend die Bilder der Projektoren in Helligkeit und Position so aufeinander abgestimmt werden, dass der Gesamteindruck eines einzigen, größeren Bildes entsteht.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Datenverarbeitungsanlage (1) durch die Auswertung der Signale von den Photodetektoren (2) der Projektionsfläche (1) die gesamte Leuchtstärke mehrerer Leuchtzeiger ermittelt wird, um zu erkennen, wieviele Leuchtzeiger auf einen gewissen Flächenbereich der Projektionsfläche zeigen.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Datenverarbeitungsanlage (1) durch die Auswertung der Signale von den Photodetektoren (2) der Projektionsfläche (1) solche Helligkeitsschwankungen in dem Raum, in welchem sich die Projektionsfläche (1) befindet, die von den durch den Projektor (5) gestrahlten Bildern unabhängig sind, detektiert werden und dass die Intensität des vom Projektor abgestrahlten Lichtes der so gemessen Helligkeit nachgeführt wird. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 9/14