<Desc/Clms Page number 1>
"Beeldweergaveinrichtincr en werkwijze voor het weergeven van een beeld".
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het weergeven van een beeld op een scherm waarbij het beeld tussen het scherm en het projectievlak, dat achter het scherm is opgesteld, door ten minste een eerste en een tweede spiegel wordt afgebogen welke de hoofdas van de lichtweg afgelegd door het beeld in een eerste respectievelijk tweede en derde segment tussen het projectievlak en de eerste spiegel respektievelijk de eerste en de tweede spiegel en de tweede spiegel en het scherm verdelen, en waarbij de eerste respectievelijk tweede spiegel nagenoeg loodrecht op de bissectrice tussen eerste en tweede respectievelijk tweede en derde segment wordt opgesteld.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een beeldweergaveinrichting bevattende een scherm en een projector voorzien van een projectievlak dat achter het scherm is opgesteld alsook een eerste en een tweede spiegel die in de lichtweg tussen projectievlak en scherm zijn opgesteld ten einde het beeld vanuit het projectievlak naar het scherm over te dragen en waarbij het spiegelvlak van de eerste en de tweede spiegel naar elkaar toe gericht zijn.
Een dergelijke beeldweergaveinrichting waarbij een dergelijke werkwijze wordt toegepast wordt bijvoorbeeld door de aanvraagster in de handel gebracht. Bij een dergelijke inrichting zijn de projector en het kijkerspubliek gescheiden door het scherm omdat de projector achter het scherm opgesteld staat. Om de dimensies van de inrichting beperkt te houden en desondanks toch met een relatief groot scherm van bijvoorbeeld 100 cm in diagonaal te kunnen werken, wordt de lichtweg via de eerste en de
<Desc/Clms Page number 2>
tweede spiegel gereflecteerd. Gebruikelijk wordt het door de projector gegenereerde beeld naar het publiek toe gebundeld. Zodoende wordt in horizontale richting het licht vrij veel opengespreid, terwijl het in vertikale richting sterk gebundeld wordt. Dit heeft tot gevolg dat de intensiteitsdistributie sterk rond een as loodrecht op het scherm gebundeld is.
De toeschouwer die langs die loodrechte as naar het scherm kijkt zal dan ook een beeld met de meest lichtintensiteit waarnemen.
Een nadeel van de bekende werkwijze en inrichting is dat de toeschouwers die niet langs die loodrechte as naar het scherm kijken een beeld met aanzienlijk minder lichtintensiteit waarnemen. Dit probleem wordt soms verholpen door de beeldweergaveinrichting in haar geheel te kantelen zodat de intensiteitsbundel correct naar het publiek gericht is. Deze laatste oplossing is toepasbaar wanneer er slechts met een inrichting gewerkt wordt, maar biedt helemaal geen oplossing wanneer met een matrix opstelling van meerdere inrichtingen gewerkt wordt. Het is om praktische redenen uitgesloten om bij een matrix opstelling de verschillende inrichtingen ten opzichte van elkaar te kantelen.
De uitvinding heeft tot doel een werkwijze en een beeldweergaveinrichting te realiseren waarbij, zonder dat de inrichting wordt gekanteld, de intensiteitsverdeling van het weergegeven beeld naar het publiek toe kan worden afgebogen.
Een werkwijze volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk dat de intensiteitsverdeling van het weergegeven beeld over een inclinatiehoek, bepaald ten opzichte van een loodrechte as op het scherm, afgebogen is, en waarbij voor de inclinatiehoek waarover de intensiteitsverdeling moet worden afgebogen een bijbehorende lichtwegafstand van de hoofdas wordt bepaald alsook een bijbehorende beeldschermafstand wordt bepaald, welke beeldschermafstand de afstand tussen een vertikale langsrand van het scherm en
<Desc/Clms Page number 3>
het punt waarop de hoofdas voor die inclinatiehoek invalt voorstelt, en waarbij ten minste een der eerste of tweede spiegel en ten minste een der elementen projectievlak,
beeldscherm en andere spiegel zodanig middels rotatie en/of translatie worden ingesteld dat genoemde bijbehorende lichtwegafstand wordt afgelegd.
Een beeldweergaveinrichting volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk dat ten minste een eerste der elementen eerste en tweede spiegel, projectievlak en scherm roteerbaar en verschuifbaar gemonteerd zijn en ten minste een tweede der zelfde elementen roteerbaar opgesteld ziin, een en ander zodanig om de intensiteitsverdeling van het weergegeven beeld ten opzichte van een loodrechte as op het scherm te laten afbuigen.
Naar gelang de plaats waar de beeldweergaveinrichting wordt opgesteld en afhankelijk van de plaats waar de toeschouwers ten opzichte van het scherm kunnen plaats nemen, zal er telkens een inclinatiehoek voor de intensiteitsverdeling worden bepaald. Bij elke inclinatiehoek hoort een bijbehorende lichtwegafstand en beeldschermafstand. Door nu ten minste een der spiegels te roteren en/of te verschuiven, en door de andere spiegel, het projectievlak of het scherm te roteren is het mogelijk de verschillende elementen zodanig in te stellen dat enerzijds de bijbehorende lichtwegafstand daadwerkelijk door het licht tussen projectievlak en scherm wordt afgelegd en dat de hoofdas daadwerkelijk op de beeldschermafstand terecht komt. Hierdoor wordt dan de intensiteitsverdeling langs de gekozen inclinatiehoek afgebogen zonder dat de inrichting zelf gekanteld wordt.
Doordat de inrichting niet hoeft te worden gekanteld is een dergelijke werkwijze of inrichting bijzonder gunstig voor een matrix opstelling. Verder geschiedt de gehele instelling zonder dat de dimensies van de inrichting gewijzigd worden.
Een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van een beeldweergaveinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat
<Desc/Clms Page number 4>
het projectievlak en het scherm vast opgesteld zijn en dat de eerste spiegel roteerbaar gemonteerd is ten opzichte van een eerste as loodrecht doorheen het invalspunt van de hoofdas van de lichtweg vertrekkende uit het projectievlak en de tweede spiegel verschuifbaar gemonteerd is in een richting nagenoeg loodrecht op een onderrand ervan en roteerbaar ten opzichte van een tweede as die zich doorheen het vlak van de tweede spiegel evenwijdig aan de onderrand uitstrekt. Door beeldscherm en projectievlak vast op te stellen wordt het instellen vereenvoudigd zonder al te veel afbreuk te maken aan de instelmogelijkheden.
Het is gunstig dat eerst de tweede en vervolgens de eerste spiegel wordt ingesteld. Hierdoor is een systematische en dus eenvoudigere instelling mogelijk.
Een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van een beeldweergaveinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat het scherm vast is opgesteld en waarbij het projectievlak roteerbaar gemonteerd is ten opzichte van een derde as die zich loodrecht op de hoofdas van de lichtweg vertrekkende uit het projectievlak uitstrekt. Een dergelijke rotatie is met eenvoudige middelen te realiseren.
Het is gunstig dat dat bij genoemd instellen het snijpunt tussen tweede en derde segment langs een nagenoeg ellipsvormig segment wordt verplaatst en waarbij het snijpunt van het tweede respectievelijk derde segment met de eerste spiegel respectievelijk het scherm vast worden gehouden. Door een dergelijke ellipsvormige baan te volgen kan het instellen van de tweede spiegel op een eenvoudige wijze worden gerealiseerd.
De uitvinding zal nu nader worden beschreven aan de hand van de in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeelden. In de tekening laat :
Figuur 1 een opstelling van twee inrichtingen volgens de stand van de techniek zien ;
<Desc/Clms Page number 5>
Figuur 2 een uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding zien waarbij eerste en tweede spiegel beweegbaar zijn ;
Figuur 3 respectievelijk 4 een uitvoeringsvoorbeeld zien waarbij de eerste respectievelijk de tweede spiegel vast staat ;
Figuur 5 het bepalen van de beeldscherm afstand illustreert ;
Figuur 6 het bepalen van de lichtweg afstand illustreert ;
Figuur 7 zien hoe via de ellipsmethode de elementen van de inrichting instelbaar zijn ;
Figuur 8,9 en 10 het bepalen van de positie van de eerste en tweede spiegel illustreert.
Figuur 11 respectievelijk 12 een verder uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding zien waarbij gebruik gemaakt wordt van een LCD projector en een gedecentreerd fresnelscherm respectievelijk een prismatische lens zien.
In de tekening is aan eenzelfde of aan een analoog element eenzelfde referentiecijfer toegekend.
Figuur 1 laat een opstelling zien van twee op elkaar gestapelde beeldweergaveinrichtingen volgens de stand van de techniek. Bij elke projector 1, 2 behoort een projectievlak 3,4 en een scherm 9,10. Het scherm is telkens tussen de projector l, 2 en de toeschouwer 13,14 opgesteld. Het licht afkomstig van het projectievlak 3,4 valt in op een eerste spiegel 5,6 en wordt vandaar naar een tweede spiegel 7,8 gereflecteerd. Bij voorkeur heeft de eerste spiegel een kleinere oppervlakte dan de tweede spiegel. De eerste en tweede spiegel zijn met hun reflecterende vlak naar elkaar toe gericht. De tweede spiegel reflecteert dan op zijn beurt het licht naar het bijbehorende scherm af. De intensiteitsdistributie van het scherm 9 respectievelijk 10 wordt door he veld 11 respectievelijk 12 weergegeven.
Projector, eerste en tweede spiegel alsook
<Desc/Clms Page number 6>
het scherm zijn telkens zo opgesteld dat het licht in horizontale richting vrij veel opengespreid wordt terwijl het in vertikale zin sterk gebundeld wordt. Hierdoor ontstaat juist een intensiteitsdistributie zoals door 11 en 12 weergegeven.
Het gevolg van een dergelijke intensiteitsdistributie is dat een toeschouwer 13 respectievelijk 14 die nagenoeg loodrecht naar het scherm 9 respectievelijk 10 kijkt vrij goed het beeld op dat scherm zal waarnemen. Daarentegen zal diezelfde toeschouwer 13 respectievelijk 14 het beeld op scherm 10 respectievelijk 9 met een aanzienlijk geringere intensiteit waarnemen omdat hij niet loodrecht naar dat scherm kijkt zoals in figuur 1 weergegeven.
Het is dus noodzakelijk op bij de opstelling van een of meer beeldweergaveinrichtingen, waarbij het scherm tussen projector en publiek opgesteld staat, rekening te houden dat het publiek, nagenoeg onafhankelijk van de plaats welke hij inneemt, steeds een voldoende lichtintensiteit waarneemt ten einde het weergegeven beeld duidelijk te kunnen waarnemen. Bij de bekende oplossing wordt de gehele inrichting soms gekanteld ten einde ook de intensiteitsdistributie af te buigen. Een dergelijke oplossing is echter niet van praktische aard bij een matrixopstelling omdat hierdoor een zeer omslachtige opstelling ontstaat.
Figuur 2 laat een uitvoeringsvoorbeeld zien van een beeldweergaveinrichting volgens de uitvinding. ook deze inrichting bevat een projektor 20 voorzien van een projectievlak 21. De eerste 22 en tweede 23 spiegel zijn nu echter verplaatsbaar gemonteerd, terwijl het scherm 24 vast staat. Door verplaatsing van de eerste en tweede spiegel is het nu mogelijk om het licht afkomstig van het projectievlak 21 onder een inclinatiehoek ten opzichte van een loodrechte as op het scherm af te buigen. Hierdoor zal de intensiteitsdistributie niet meer loodrecht op het scherm staan, maar afgebogen zijn over de inclinatiehoek .
<Desc/Clms Page number 7>
In figuur 2 is de stralengang weergegeven van het licht dat het projectievlak 21 verlaat ten einde het beeld op het scherm 24 weer te geven. Beschouw nu de hoofdas die in het middelpunt Q van de eerste spiegel 22 invalt.
Tussen projectievlak 21 en eerste spiegel 22 wordt door het licht een eerste segment 25-1 van de lichtweg afgelegd. De eerste spiegel, die een spiegel is waarvan de reflecterende laag aan de oppervlakte ligt ten einde parallax verschijnselen te vermijden, buigt het licht zodanig af dat het via een tweede segment 25-2 de tweede spiegel 23 bereikt. De tweede spiegel, die eveneens zijn reflecterende laag aan de oppervlakte heeft, reflecteerd het licht en het bereikt zo via een derde segment 25-3 het scherm. Door nu eerste en tweede spiegel te verplaatsen zullen het tweede en derde segment van de lichtweg gewijzigd worden waardoor segmenten zoals 25'-2 en 25'-3 ontstaan.
In het uitvoeringsvoorbeeld weergegeven in figuur 2 zijn het projectievlak 21 en het scherm 24 vast opgesteld.
De eerste spiegel 22 is roteerbaar, ten opzichte van een eerste as loodrecht doorheen het punt Q, gemonteerd. De tweede spiegel 23 is verschuifbaar gemonteerd zodat bij rotatie van de eerste spiegel 22 alsnog het gehele beeld op de tweede spiegel wordt afgebeeld. De tweede spiegel 23 is verder roteerbaar gemonteerd ten opzichte van een tweede as die zich doorheen het vlak van de tweede spiegel evenwijdig aan de onderrand ervan uitstrekt.
Het verplaatsbaar opstellen van eerste en tweede spiegel zoals weergegeven in figuur 2 is slechts een mogelijke uitvoeringsvorm om de intensiteitsdistributie over een inclinatiehoek af te buigen. Figuur 3 laat een alternatieve uitvoeringsvorm van een beeldweergaveinrichting volgens de uitvinding zien waarbij de eerste spiegel 22 vast gemonteerd is, terwijl he projectievlak 21 en de tweede spiegel verplaatsbaar gemonteerd zijn. Het projectievlak 21 is verschuifbaar in verticale richting gemon-
<Desc/Clms Page number 8>
teerd terwijl de tweede spiegel opnieuw verschuifbaar en roteerbaar gemonteerd is. In het uitvoeringsvoorbeeld weergegeven in figuur 4 is het projectievlak 21 of de projector niet alleen in vertikale maar ook in horizontale richting verplaatsbaar gemonteerd.
Ook de eerste spiegel is in verticale en horizontale richting verplaatsbaar gemonteerd, terwijl het scherm 24 en de tweede spiegel 23 vast opgesteld zijn.
Naast de uitvoeringsvoorbeelden weergegeven in figuur 2,3 en 4 van een beeldweergaveinrichting volgens de uitvinding zijn er nog verdere varianten mogelijk waarbij bijvoorbeeld het scherm 24 en/of de projector roteerbaar gemonteerd zijn. Het scherm is bijvoorbeeld roteerbaar ten opzichte van een onder-of bovenrand zoals weergegeven door de pijl 26 in figuur 4. De projector of het projectievlak is bijvoorbeeld roteerbaar gemonteerd ten opzichte van een derde as die zieh loodrecht door het punt P uitstrekt.
Algemeen zal het bij een beeldweergaveinrichting volgens de uitvinding noodzakelijk zijn dat ten minste de eerste of de tweede spiegel roteerbaar en/of verschuifbaar gemonteerd zijn alsook ten minste een der componenten andere spiegel, projectievlak en beeldscherm roteerbaar en/of verschuifbaar gemonteerd zijn om de intensiteitsdistributie over een inclinatiehoek af te buigen. Bij verschuiving van de projector moet er echter wel zorg voor worden gedragen dat deze beperkt blijkt zodat de eerste spiegel of de projector zelf niet in de lichtweg komen te staan.
De inclinatiehoek waarover de intensiteitsdistributie dient te worden afgebogen ten opzichte van de openingshoek (aperture angle) van het scherm zal afhankelijk zijn van de plaats waar de inrichting wordt opgesteld en van de plaats welke de toeschouwers ten opzichte van het scherm kunnen innemen. Zo zal bijvoorbeeld bij een matrix opstelling van beeldweergaveinrichtingen volgens de uitvinding voor elke inrichting, afhankelijk van haar positie in de
<Desc/Clms Page number 9>
matrix, een inclinatiehoek worden bepaald. Bij het bepalen van de inclinatiehoek wordt er rekening mee gehouden dat de toeschouwer binnen de openingshoek, die specifiek aan het gebruikte scherm is, komt te zitten.
Eenmaal de inclinatiehoek bepaald kunnen de verschillende componenten van de inrichting worden ingesteld ten einde de intensiteitsdistributie over de gewenste hoek af te buigen. Bij elke inclinatiehoek behoort een lichtwegafstand van de hoofdas alsook een bijbehorende beeldschermafstand. Onder lichtwegafstand (TCL : Total Conjugated Length) wordt verstaan de afstand afgelegd door het licht langs de hoofdas tussen projectievlak 21 en scherm, of met andere woorden de som van de segmenten 25-1,25-2 en 25-3. Onder beeldschermafstand (BSC : Bottom Screen Centre distance) wordt verstaan de afstand tussen een horizontale lansrand R van het scherm en het punt T of T' waarop de hoofdas voor de gekozen inclinatiehoek op het scherm invalt. Tabel 1 geeft een voorbeeld van TCL en BSC voor verschillende inclinatiehoeken .
TABEL 1 0 4 6 8 10 12 graden TCL 1435 1459 1473 1484 1496 1507 mm BSC 385 393 401 401 405 409 mm
Het bepalen van de waarde BSC wordt toegelicht aan de hand van figuur 5. Driehoek SFG illustreert de configuratie met =0 , terwijl driehoek S'F'G de configuratie met O illustreert. Bij =O is FT=TG en correspondeert BSC met de helft van de hoogte van het scherm. Bij #O is echter F'T''T'G. Beschouw de driehoek S'T'G. In deze driehoek is hoek u bekend als zijnde de invalshoek van het licht op het scherm. De hoek gevormd door de zijden S'T' en T'G is gelijk aan + 900 zodanig dat de hoek
EMI9.1
w = 1800 ( + 900) of w = 900 (u + )
<Desc/Clms Page number 10>
- u -Verder stelt de zijde S'T'het derde segment voor en is de lengte hiervan uit TCL te bepalen.
In driehoek S'T'G geldt nu sin w/8'T'= sin u/T'G (2) Hieruit volgt dat in combinatie met (1) T'G = BSC = S'T'sinu/cos (u + ) (3)
Doordat de intensiteitsdistributie over een inclinatiehoek is afgebogen zal het beeld niet meer rechthoekig
EMI10.1
( =O) maar trapeziumvormig op het projectievlak afgebeeld worden (inverse afbeelding vanuit het scherm). Door TCL te wijzigen, dat wil zeggen te vergroten, is het mogelijk het beeld weer op het projectievlak af te beelden. Bij elke inclinatiehoek behoort zodoende een deel van de oppervlakte van het projectievlak dat op het scherm wordt afgebeeld.
Dat gedeelte van de oppervlakte van het projectievlak en het beeldoppervlak verhouden zieh volgens een waarde M (Magnification) die specifiek is voor elke inclinatiehoek en verder afhankelijk is van de specificaties van de gebruikte lens.
Figuur 6 laat de relatie zien tussen de waarde M en de waarde TCL. Daar er bij elke hoek een M waarde behoort is het mogelijk om middels de weergegeven relatie TCL te bepalen.
Wanneer nu TCL en BSC voor de gewenste inclinatiehoek bepaald zijn, worden de instelbare componenten van de beeldweergaveinrichting zodanig ingesteld dat TCL daadwerkelijk door het licht wordt afgelegd. Figuur 7 illustreert een werkwijze voor het weergeven van een beeld waarbij de intensiteitsverdeling over een hoek =O (volle lijnen) en over een hoek O (stippellijnen) afgebogen is. Bij deze opstelling zijn de eerste 22 en tweede 23 spiegel alsook het projectievlak 21 verplaatsbaar. Het scherm is vast opgesteld. Bij deze werkwijze wordt de som van het tweede 25-2 en derde 25-3 segment constant gehouden.
De variatie in de afstand TCL wordt dus geheel opgevangen door de
EMI10.2
- . . -,--t*-------. -4-f - < - ---- - *-
<Desc/Clms Page number 11>
laatste geschiedt door het projectievlak in horizontale richting ten opzichte van de eerste spiegel 22 te verschuiven.
De positie van de tweede spiegel 23 wordt nu middels een ellips 26 bepaald. De ellips heeft als brandpunten het draaipunt Q van de eerste spiegel 22 en het centrum T van het scherm 24. Het tweede 25-2,25'-2 en derde 25-3, 25'-3 segment vormen de koorden van de ellips, aangezien hun totale lengte constant blijft. Het punt S gelegen op de ellips, is het punt waarop tweede en derde segment elkaar snijden voor =O. Om nu de positie van de tweede spiegel te bepalen wordt S langs de ellipsbaan bewogen totdat met het derde segment de gewenste inclinatiehoek wordt gevormd. De positie van de tweede spiegel wordt dan gevormd middels een raaklijn aan de ellips in punt S'.
De positie van de eerste spiegel 22 wordt gevormd door deze te roteren totdat hij loodrecht staat op de bissectrice b van de hoek gevormd tussen 8'Q (tweede segment) en PQ (eerste segment).
Aan de hand van de figuren 8,9 en 10 zal nu worden toegelicht hoe bij vaste positie van het projectievlak 21 en scherm 24 de eerste en tweede spiegel worden ingesteld.
Bij deze opstelling is het eerste segment 25-1 vast aangezien het projectievlak vast gemonteerd is en de spiegel ten opzichte van een as loodrecht door Q roteert. De lengte TCL-PQ = QS + ST is dus constant. Nu is driehoek TQA een rechthoekige driehoek zodat (QT) 2 = (QA) 2 + (BSC + RA) 2 (4) en tga = QA/ (BSC + RA) (5)
EMI11.1
Verder geldt dat 1800 Ì + a + 900 of 6 = (6)
De tweede spiegel 23 maakt nu een hoek-y met het derde segment ST. De hoek X is de hoek tussen tweede en derde
<Desc/Clms Page number 12>
segment en b is de bissectrice tussen diezelfde segmenten.
Er geldt dus
EMI12.1
Y = 900 (7) In driehoek SQT geldt nu (SQ) (8) en verder sinx = (QT) sinÌ/SQ (9) Uit vergelijking (9) kan nu de hoek X bepaald worden aangezien 6 (vergelijking (4) (5) en (6) ) bekend is alsook SQ (vergelijking (8) ) en QT (vergelijking (4) ) bekend zijn. Uit de waarde van X volgt dan middels vergelijking (7) de waarde y, zijnde de hoek waarover de tweede spiegel wordt geroteerd.
Om nu het punt S, zijnde het rotatiepunt van de tweede spiegel 23 te bepalen wordt als volgt te werk gegaan (zie figuur 9). Driehoek SVQ is rechthoekig zodat Sx = (SQ) sin (S-a) (10) De hoek a is bekend uit vergelijking (5), SQ uit vergelijking (8) en S = 180 - X - 6 waarbij X uit vergelijking (9) bekend is en Ì uit vergelijking (6).
Verder geldt : Sy = RA + BSC + WT (11) en in driehoek SWT is sin = WT/ST (12) Combinatie van (11) en (12) geeft Sy = RA + BSC + (ST) sin (13) (RA + BSC) is bekend uit vergelijking (4) en ST is te bepalen uit vergelijking (8). Uit (10) en (13) is dus Sx en Sy bekend die de positie van het punt S vastleggen.
De hoek T (figuur 10) geeft de hoek aan waarover de eerste spiegel wordt verdraaid. Er geldt dat ten opzichte van het vlak van de eerste spiegel : T = 900 - p/2 (14) Verder is
EMI12.2
p = 900 + a Combinatie van (14) en (15) aeeft
<Desc/Clms Page number 13>
T = 450 - a/2 + e/2 waarbij a uit vergelijking 5 bekend is.
Als projector wordt een CRT (Cathode Ray Tube) projector of een LCD (Liquid Cristal Display) projector gebruikt. Bij gebruik van een LCD of een CRT projector kan het afbuigen over een inclinatiehoek verkregen worden door het middelpunt van het fresnelscherm 27 naar beneden te verschuiven zoals weergegeven in figuur 11 a + b.
Volgens een andere uitvoeringsvorm, weergegeven in figuur 12 a + b, wordt een gecentreerd fresnelscherm 28-2 gebruikt maar wordt voor het scherm, beschouwd in de richting van de lichtweg, een prismatische lens 28-1 geplaatst. Een dergelijke prismatische lens heeft een zaagtandachtig profiel. Ook bij gebruik van dergelijke fresnelschermen wordt gebruik gemaakt van een eerste en tweede spiegel zoals hiervoor beschreven. Verder is het mogelijk om keystone-correctie toe te passen door rotatie en translatie van de spiegels.
<Desc / Clms Page number 1>
"Image display device and method for displaying an image".
The invention relates to a method for displaying an image on a screen, wherein the image between the screen and the projection surface, which is arranged behind the screen, is deflected by at least a first and a second mirror which defines the main axis of the light path deposited by the image in a first and second and third segments between the projection plane and the first mirror and dividing the first and second mirror and the second mirror and the screen, respectively, and wherein the first and second mirror are substantially perpendicular to the bisector between the first and second and second and third segments respectively are drawn up.
The invention also relates to an image display device comprising a screen and a projector provided with a projection surface which is arranged behind the screen, as well as a first and a second mirror which are arranged in the light path between the projection surface and the screen in order to project the image from the projection surface to the screen and with the mirror surfaces of the first and second mirrors facing each other.
Such an image display device in which such a method is applied is for instance marketed by the applicant. In such an arrangement, the projector and viewers are separated by the screen because the projector is positioned behind the screen. In order to keep the dimensions of the device limited and still be able to work with a relatively large screen of, for example, 100 cm in diagonal, the light path is via the first and the
<Desc / Clms Page number 2>
second mirror reflected. Usually, the image generated by the projector is bundled to the audience. In this way, the light is spread quite widely in the horizontal direction, while it is strongly bundled in the vertical direction. As a result, the intensity distribution is strongly bundled around an axis perpendicular to the screen.
The spectator who looks at the screen along that perpendicular axis will therefore perceive an image with the most light intensity.
A drawback of the known method and device is that the spectators who do not look at the screen along that perpendicular axis perceive an image with considerably less light intensity. This problem is sometimes remedied by tilting the image display device in its entirety so that the intensity beam is correctly directed to the audience. The latter solution is applicable when working with only one device, but offers no solution at all when working with a matrix arrangement of several devices. It is impossible for practical reasons to tilt the different devices relative to each other in a matrix arrangement.
The object of the invention is to realize a method and an image display device in which, without the device being tilted, the intensity distribution of the displayed image can be deflected towards the audience.
To this end, a method according to the invention is characterized in that the intensity distribution of the displayed image is bent over an inclination angle, determined with respect to a perpendicular axis on the screen, and wherein for the inclination angle over which the intensity distribution is to be bent, an associated light path distance from the main axis is determined as well as a corresponding screen distance, which screen distance is the distance between a vertical longitudinal edge of the screen and
<Desc / Clms Page number 3>
represents the point at which the major axis for that inclination angle is incident, and at least one of the first or second mirror and at least one of the elements projecting plane,
screen and other mirror are adjusted by rotation and / or translation in such a way that the associated light path distance is covered.
To that end, an image display device according to the invention is characterized in that at least a first of the elements first and second mirror, projection surface and screen are mounted rotatably and slidably and at least one second of the same elements are arranged rotatably, all this in such a way that the intensity distribution of the the displayed image with respect to a perpendicular axis on the screen.
Depending on the location where the image display device is set up and depending on where the spectators can take a seat relative to the screen, an angle of inclination for the intensity distribution will be determined in each case. Each inclination angle has a corresponding light path distance and screen distance. By rotating and / or sliding at least one of the mirrors, and by rotating the other mirror, the projection surface or the screen, it is possible to adjust the different elements in such a way that, on the one hand, the corresponding light path distance is actually reflected by the light between the projection surface and screen and that the main axis actually lands on the screen distance. The intensity distribution is then deflected along the selected inclination angle without the device itself being tilted.
Because the device does not have to be tilted, such a method or device is particularly favorable for a matrix arrangement. Furthermore, the entire setting takes place without the dimensions of the device being changed.
A first preferred embodiment of an image display device according to the invention is characterized in that
<Desc / Clms Page number 4>
the projection plane and screen are fixed and the first mirror is rotatably mounted with respect to a first axis perpendicularly through the point of incidence of the major axis of the light path departing from the projection plane and the second mirror is slidably mounted in a direction substantially perpendicular to a bottom edge thereof and rotatable relative to a second axis extending through the plane of the second mirror parallel to the bottom edge. By setting the screen and projection surface, the setting is simplified without detracting too much from the setting options.
It is favorable that the second mirror and then the first mirror is adjusted. This allows a systematic and therefore simpler setting.
A second preferred embodiment of an image display device according to the invention is characterized in that the screen is fixed and wherein the projection surface is rotatably mounted with respect to a third axis extending perpendicular to the main axis of the light path starting from the projection surface. Such a rotation can be realized with simple means.
It is advantageous that with said adjustment the intersection between second and third segment is displaced along a substantially elliptical segment and the intersection of the second and third segment with the first mirror and the screen, respectively, is held. By following such an elliptical path, the adjustment of the second mirror can be realized in a simple manner.
The invention will now be described in more detail with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing. In the drawing:
Figure 1 shows an arrangement of two prior art devices;
<Desc / Clms Page number 5>
Figure 2 shows an exemplary embodiment of a device according to the invention in which the first and second mirrors are movable;
Figures 3 and 4 respectively show an embodiment in which the first and the second mirror, respectively, are fixed;
Figure 5 illustrates the determination of the screen distance;
Figure 6 illustrates determining the light path distance;
Figure 7 shows how the elements of the device are adjustable via the ellipse method;
Figures 8,9 and 10 illustrate determining the position of the first and second mirrors.
Figures 11 and 12 respectively show a further exemplary embodiment of a device according to the invention, in which use is made of an LCD projector and a decentralized fresnel screen or a prismatic lens, respectively.
In the drawing, the same reference numeral is assigned to the same or an analogous element.
Figure 1 shows an arrangement of two prior art stacked image display devices. Each projector 1, 2 has a projection surface 3,4 and a screen 9,10. The screen is always arranged between the projector 1, 2 and the spectator 13, 14. The light from the projection surface 3,4 is incident on a first mirror 5,6 and is reflected from there to a second mirror 7,8. Preferably, the first mirror has a smaller surface area than the second mirror. The first and second mirrors are directed towards each other with their reflecting surface. The second mirror then in turn reflects the light off to the associated screen. The intensity distribution of the screen 9 and 10 is represented by the fields 11 and 12, respectively.
Projector, first and second mirror as well
<Desc / Clms Page number 6>
the screen is always positioned in such a way that the light is spread quite a lot in the horizontal direction while it is strongly bundled in the vertical sense. This creates an intensity distribution as shown by 11 and 12.
The consequence of such an intensity distribution is that a spectator 13 and 14, who look almost perpendicularly to the screen 9 and 10, will perceive the image on that screen quite well. On the other hand, the same spectator 13 and 14 will perceive the image on screen 10 and 9 with a considerably less intensity, because they do not look perpendicularly at that screen as shown in figure 1.
It is therefore necessary, when arranging one or more image display devices in which the screen is positioned between the projector and the audience, to take into account that the audience, practically regardless of the position it occupies, always observes a sufficient light intensity in order to achieve the displayed image. to be able to observe clearly. In the known solution, the entire device is sometimes tilted in order to also deflect the intensity distribution. However, such a solution is not of a practical nature with a matrix arrangement, because it results in a very cumbersome arrangement.
Figure 2 shows an embodiment of an image display device according to the invention. this device also comprises a projector 20 provided with a projection surface 21. However, the first 22 and second 23 mirrors are now movably mounted, while the screen 24 is fixed. By displacing the first and second mirrors, it is now possible to deflect the light from the projection surface 21 at an inclination angle with respect to a perpendicular axis on the screen. As a result, the intensity distribution will no longer be perpendicular to the screen, but will be deflected over the inclination angle.
<Desc / Clms Page number 7>
Fig. 2 shows the beam path of the light leaving the projection surface 21 in order to display the image on the screen 24. Now consider the major axis incident at the center Q of the first mirror 22.
Between the projection surface 21 and the first mirror 22, a first segment 25-1 of the light path is covered by the light. The first mirror, which is a mirror whose reflective layer is on the surface in order to avoid parallax phenomena, deflects the light to reach the second mirror 23 via a second segment 25-2. The second mirror, which also has its reflective layer on the surface, reflects the light and thus reaches the screen via a third segment 25-3. By now moving the first and second mirrors, the second and third segments of the light path will be changed, creating segments such as 25'-2 and 25'-3.
In the exemplary embodiment shown in Figure 2, the projection surface 21 and the screen 24 are fixed.
The first mirror 22 is rotatably mounted relative to a first axis perpendicularly through the point Q. The second mirror 23 is slidably mounted so that when the first mirror 22 is rotated, the entire image is still displayed on the second mirror. The second mirror 23 is further rotatably mounted relative to a second axis extending through the plane of the second mirror parallel to its lower edge.
The movable arrangement of the first and second mirrors as shown in Figure 2 is only one possible embodiment for deflecting the intensity distribution over an inclination angle. Figure 3 shows an alternative embodiment of an image display device according to the invention in which the first mirror 22 is fixedly mounted, while the projection surface 21 and the second mirror are movably mounted. The projection surface 21 is movably mounted in a vertical direction.
<Desc / Clms Page number 8>
while the second mirror is again slidably and rotatably mounted. In the exemplary embodiment shown in Figure 4, the projection surface 21 or the projector is mounted movable not only in the vertical but also in the horizontal direction.
The first mirror is also movably mounted in vertical and horizontal direction, while the screen 24 and the second mirror 23 are fixedly arranged.
In addition to the exemplary embodiments shown in Figures 2, 3 and 4 of an image display device according to the invention, further variants are possible in which, for example, the screen 24 and / or the projector are rotatably mounted. For example, the screen is rotatable relative to a bottom or top edge as shown by the arrow 26 in Figure 4. For example, the projector or projection surface is rotatably mounted relative to a third axis extending perpendicularly through the point P.
In general, it will be necessary with an image display device according to the invention that at least the first or the second mirror are rotatably and / or displaceably mounted, and at least one of the components other mirror, projection surface and screen must be rotatably and / or displaceably mounted in order to spread the intensity to bend an angle of inclination. When moving the projector, however, care should be taken to ensure that it appears to be limited so that the first mirror or the projector itself are not placed in the light path.
The inclination angle over which the intensity distribution is to be deflected from the aperture angle of the screen will depend on where the device is positioned and on what viewers can occupy with respect to the screen. For example, in a matrix arrangement of image display devices according to the invention for each device, depending on its position in the
<Desc / Clms Page number 9>
matrix, an angle of inclination can be determined. When determining the inclination angle, it is taken into account that the spectator will be seated within the opening angle, which is specific to the screen used.
Once the inclination angle is determined, the different components of the device can be adjusted to deflect the intensity distribution over the desired angle. Each inclination angle includes a light path distance from the main axis as well as a corresponding screen distance. Light path distance (TCL: Total Conjugated Length) means the distance traveled by the light along the major axis between projection plane 21 and screen, or in other words the sum of segments 25-1,25-2 and 25-3. Screen distance (BSC: Bottom Screen Center distance) means the distance between a horizontal lance edge R of the screen and the point T or T 'at which the main axis for the chosen angle of inclination falls on the screen. Table 1 gives an example of TCL and BSC for different inclination angles.
TABLE 1 0 4 6 8 10 12 degrees TCL 1435 1459 1473 1484 1496 1507 mm BSC 385 393 401 401 405 409 mm
Determining the value BSC is explained with reference to Figure 5. Triangle SFG illustrates the configuration with = 0, while triangle S'F'G illustrates the configuration with O. At = O, FT = TG and BSC corresponds to half the height of the screen. At #O, however, F'T''T'G. Consider the triangle S'T'G. In this triangle, angle u is known as the angle of incidence of the light on the screen. The angle formed by the sides S'T 'and T'G is + 900 such that the angle
EMI9.1
w = 1800 (+ 900) or w = 900 (u +)
<Desc / Clms Page number 10>
- u -Furthermore, the side S'T' represents the third segment and the length thereof can be determined from TCL.
In triangle S'T'G now sin w / 8'T '= sin u / T'G (2) It follows that in combination with (1) T'G = BSC = S'T'sinu / cos (u +) (3)
Because the intensity distribution is bent over an inclination angle, the image will no longer be rectangular
EMI10.1
(= O) but trapezoidal on the projection surface (inverse image from the screen). By changing TCL, i.e. enlarging it, it is possible to display the image on the projection surface again. Each angle of inclination therefore includes part of the area of the projection surface that is displayed on the screen.
That portion of the area of the projection plane and the image area are proportional to a value M (Magnification) that is specific to each inclination angle and further depends on the specifications of the lens used.
Figure 6 shows the relationship between the value M and the value TCL. Since there is an M value at each angle, it is possible to determine TCL by means of the relationship shown.
When TCL and BSC are now determined for the desired inclination angle, the adjustable components of the image display device are adjusted so that TCL is actually covered by the light. Figure 7 illustrates a method of displaying an image in which the intensity distribution is bent over an angle = O (solid lines) and over an angle O (dotted lines). In this arrangement, the first 22 and second 23 mirrors as well as the projection surface 21 are movable. The screen is fixed. In this method, the sum of the second 25-2 and third 25-3 segments is kept constant.
The variation in the distance TCL is therefore entirely absorbed by the
EMI10.2
-. . -, - t * -------. -4-f - <- ---- - * -
<Desc / Clms Page number 11>
the latter is effected by sliding the projection plane horizontally with respect to the first mirror 22.
The position of the second mirror 23 is now determined by means of an ellipse 26. The ellipse has as focal points the pivot Q of the first mirror 22 and the center T of the screen 24. The second 25-2.25'-2 and third 25-3.25'-3 segment form the cords of the ellipse, since their total length remains constant. The point S located on the ellipse is the point at which the second and third segments intersect for = O. Now to determine the position of the second mirror, S is moved along the elliptical path until the desired inclination angle is formed with the third segment. The position of the second mirror is then formed by a tangent to the ellipse at point S '.
The position of the first mirror 22 is formed by rotating it until it is perpendicular to the bisector b of the angle formed between 8'Q (second segment) and PQ (first segment).
It will now be explained with reference to Figures 8, 9 and 10 how the first and second mirror are adjusted when the projection surface 21 and screen 24 are fixed.
In this arrangement, the first segment 25-1 is fixed since the projection surface is fixed and the mirror rotates perpendicularly through Q relative to an axis. The length TCL-PQ = QS + ST is therefore constant. Now triangle TQA is a right triangle so that (QT) 2 = (QA) 2 + (BSC + RA) 2 (4) and tga = QA / (BSC + RA) (5)
EMI11.1
Furthermore, 1800 Ì + a + 900 or 6 = (6)
The second mirror 23 now makes an angle γ with the third segment ST. The angle X is the angle between the second and third
<Desc / Clms Page number 12>
segment and b is the bisector between those same segments.
So it applies
EMI12.1
Y = 900 (7) In triangle SQT now holds (SQ) (8) and further sinx = (QT) sinÌ / SQ (9) From equation (9), the angle X can now be determined as 6 (equation (4) ( 5) and (6)) are known as well as SQ (equation (8)) and QT (equation (4)) are known. From the value of X then follows by equation (7) the value y, being the angle over which the second mirror is rotated.
Now to determine the point S, being the rotation point of the second mirror 23, proceed as follows (see figure 9). Triangle SVQ is rectangular so that Sx = (SQ) sin (Sa) (10) The angle a is known from equation (5), SQ from equation (8) and S = 180 - X - 6 where X from equation (9) is known is and Ì from equation (6).
Furthermore holds: Sy = RA + BSC + WT (11) and in triangle SWT is sin = WT / ST (12) Combination of (11) and (12) gives Sy = RA + BSC + (ST) sin (13) ( RA + BSC) is known from equation (4) and ST can be determined from equation (8). Thus, from (10) and (13), Sx and Sy are known, which determine the position of the point S.
The angle T (figure 10) indicates the angle over which the first mirror is turned. It holds that relative to the plane of the first mirror: T = 900 - p / 2 (14) is further
EMI12.2
p = 900 + a Combination of (14) and (15)
<Desc / Clms Page number 13>
T = 450 - a / 2 + e / 2 where a is known from equation 5.
A CRT (Cathode Ray Tube) projector or an LCD (Liquid Cristal Display) projector is used as the projector. When using an LCD or a CRT projector, deflection at an inclination angle can be achieved by sliding the center of the fresnel screen 27 down as shown in Figure 11 a + b.
According to another embodiment, shown in Fig. 12 a + b, a centered fresnel screen 28-2 is used, but a prismatic lens 28-1 is placed in front of the screen viewed in the direction of the light path. Such a prismatic lens has a sawtooth-like profile. When using such fresnel screens, use is also made of a first and second mirror as described above. Furthermore, it is possible to apply keystone correction by rotation and translation of the mirrors.