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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige von umfangreichen
Informationen. Die Vorrichtung besteht aus einem digitalen Datenprojektor mit
veränderbarer
Projektionsrichtung und einem Computersystem. Das Computersystem
dient zur verzerrungsfreien Erzeugung des Projektorbilds und zur
Steuerung der Projektionsrichtung des Projektors. Die anzuzeigenden
Informationsinhalte sind so ausgedehnt, dass sie nicht in ihrer
Gänze projiziert werden
können.
Sie können
auf unterschiedlich ausgerichtete Flächen in einem Raum verteilt
sein.
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Der
Computer berechnet. das projizierte Bild und bewegt den Projektor
dergestalt, dass nebeneinanderliegende Ausschnitte des anzuzeigenden
Informationsinhalts während
der Bewegung des Projektors nacheinander überlappend und verzerrungsfrei projiziert
werden. Einem Beobachter vermittelt sich dadurch der Eindruck, dass
der Lichtkegel des Projektors über
die örtlich
statisch bleibenden Informationsinhalte dahinstreicht und dabei
die jeweils beleuchteten Bereiche sichtbar macht. Die Vorrichtung kann
optional ein Bedienteil enthalten, mit dem ein Benutzer den Projektor
interaktiv auf bestimmte Bereiche der darzustellenden Informationen
lenken kann.
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In
der Veranstaltungstechnik sind bereits in ihrer Abstrahlrichtung
veränderliche
Lichtquellen, Diaprojektoren (auch mit drehbaren Bildglasplättchen, sogenannten
Gobos) und digitale Datenprojektoren bekannt.
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Die
Patentschrift
US 6,431,711 beschreibt Systeme
aus Projektoren und Computern, die mit Hilfe eines beweglichen Spiegels,
der vor der Projektionsoptik angebracht ist, Bildinformationen auf
unterschiedlich ausgerichtete Flächen
eines Raumes projizieren können,
zum Beispiel auf Arbeitstische und freie Wandflächen. Dabei werden die Bildinformationen
von einem steuernden Computer entsprechend der elementaren geometrischen
Gegebenheiten, also den Abbildungsparametern der Projektionsoptik, der
Stellung des Spiegels und der Orientierung der Projektionsfläche, so
aufbereitet, dass die Bildinformationen auf der Projektionsfläche unverzerrt
und richtig ausgerichtet erscheinen. Die in
US 6,431,711 beschriebene Erfindung
umfaßt
auch eine Eingabemethode zur Bedienung des Systems, bei der eine steuerbare
Kamera im jeweiligen Projektionsbereich unter Verwendung von Bilderkennungsverfahren
Eingabegesten von Benutzern erfaßt, so dass Interaktion mit
den projizierten Inhalten ähnlich
der Bedienung eines Touchscreens möglich ist.
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In
der WO 2005/041017 ist ein in der Hand gehaltener Projektor beschrieben,
der entsprechend der gemessenen Orientierung des Projektors im Verhältnis zur
Orientierung einer Projektionsfläche
Teile einer virtuellen Arbeitsebene zur Anzeige bringt. Durch die
Veränderung
der Projektionsrichtung sowie Ein- und Auszoomen ist es einem Benutzer
möglich,
nach und nach die gesamte virtuelle Arbeitsfläche in beliebiger Auflösung zu
betrachten. Im Gegensatz zur
US
6,431,711 erfolgt die Interaktion hier also nicht über ein
Zeigen auf der Projektionsfläche
mit dem Finger, sondern über
eine Steuerung der Richtung des projizierten Lichtstrahls selbst
sowie dem gleichzeitigen Betätigen
von an dem Projektor angebrachten Bedienelementen. Die in der WO 2005/041017
für einen
mobilen Projektor beschriebenen Interaktionstechniken können mit
der hier beschriebenen Vorrichtung auch mit einem stationären, aber
beweglichen Projektor genutzt werden.
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Die
Vorrichtung beinhaltet einen beweglichen digitalen Projektor. Dabei
ist es unerheblich, wie die Beweglichkeit des Projektors technisch
realisiert wird, insbesondere, ob der Projektor als Ganzes oder ein
vor der Projektionsoptik angebrachter Spiegel von Motoren bewegt
wird. Im folgenden wird die Realisierung durch einen beweglichen
Spiegel beschrieben; die Erfindung umfaßt auch den Fall, dass die
Steuerung der Projektionsrichtung durch das Bewegen des Projektors
als Ganzes bewerkstelligt wird.
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Die
Steuerbarkeit der Projektion wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass zur
Bewegung des Spiegels für
jede Drehachse jeweils eine spielfreie Seilzuguntersetzung oder
alternativ eine spielfreie Zahnriemenuntersetzung Verwendung findet. Ein
Vorteil dieser Realisierung ist, dass bereits mit preiswerten Schrittmotoren
mit einer 1,8° Schrittweite bei
einer Untersetzung von 20:1 eine reproduzierbare Positionierung
mit einer Genauigkeit von 0.09° erreicht
werden kann, was einer Abweichung von wenigen Pixeln im projizierten
Bild entspricht. Für
eine noch genauere Positionierung kann ein noch größeres Untersetzungsverhältnis gewählt werden.
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Während der
Bewegungen des Projektors berechnet der zur Vorrichtung gehörige Computer den
zu projizierenden Bildinhalt anhand der elementaren geometrischen
Eigenschaften (also den Abbildungsparametern der Optik, sowie der
aktuellen Orientierung von Spiegel und Projektionsfläche) ständig neu,
derart, dass ein ruhig stehendes Bild in einem sich bewegenden Lichtkegel
sichtbar ist.
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Die
Vorrichtung dient zur Anzeige von umfangreichen, komplexen oder
sehr ausgedehnten Informationen, die nicht in ihrer Gänze in der
gewünschten
Auflösung
dargestellt werden können oder
sollen. Die Vorrichtung kann zum Beispiel für Werbung und Reklame, auf
Messen, in Ausstellungen, Museen und Präsentationen, zu künstlerischen, didaktischen
oder unterhaltenden Zwecken eingesetzt werden. Ein weiterer Anwendungsbereich
ist die Sichtung von großen
Datensätzen,
Lageplänen, Karten
etc.
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Die
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sie Anwendern einen intuitiven
Zugriff auf umfangreiche, ausgedehnte oder ortsabhängige Informationen
ermöglicht.
Sie ist so einfach zu bedienen, dass auch ungeübte Gelegenheitsanwender damit umgehen
können.
Die Vorrichtung vereinfacht die Erstellung von entsprechenden Präsentationen,
besonders im Vergleich zu bekannter Veranstaltungstechnik mit beweglicher
Projektion.
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Eine
einfache Präsentation
für Werbung
und Reklame, etwa auf Messen, läßt sich
erstellen, indem mit der Vorrichtung beispielsweise Schriftzüge oder Firmenlogos
auf einer virtuellen Ebene platziert werden und eine Bewegungsfolge
des Lichtkegels festgelegt wird. Beim Abspielen und Vorführen der
Präsentation
folgt dann der Lichtkegel dem festgelegten Bewegungsablauf und zeigt
dabei den Schriftzug sukzessive an, so dass Betrachter die Werbebotschaft
nach und nach lesen können.
Der sich bewegende Lichtkegel weckt die Aufmerksamkeit von Betrachtern,
lenkt sie auf die Reklamebotschaft und leitet auf einfache Weise
die Blicke der Betrachter.
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Für eine Verwendung
in Ausstellungen, Museen oder ähnlichem
kann der Computer mit geeigneten Steuereinrichtungen versehen werden,
beispielsweise mit Tasten, einer Maus, einem Kreuzknüppel, einem
Orientierungssensor, Winkelmessern oder einem Trackball, über den
Besucher den Lichtstrahl in von ihnen gewünschte Richtungen lenken können. Wenn
ein Besucher ein Ausstellungsstück mit
dem Lichtkegel des Projektors anleuchtet, erzeugt die Vorrichtung
die für
diese Projektionsrichtung in der virtuellen Ebene hinterlegten Informationsinhalte,
die das Ausstellungsstück
näher beschreiben
oder ergänzen.
Diese Inhalte können
aus textuellen Informationen, Animationen oder multimedialen Präsentationen
bestehen, die neben das Ausstellungsstück projiziert werden, oder
aus Markierungen oder Pfeilen, die auf das Ausstellungsstück projiziert
werden, um interessante Details hervorzuheben. Auch lassen sich
Bildinformationen projizieren, die ein nicht vollständig vorhandenes
Ausstellungsstück
komplettieren, sobald der Lichtkegel über das Ausstellungsstück wandert.
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Dies
wird erreicht durch eine stationäre
Anzeigevorrichtung mit einem in der Projektionsrichtung veränderlichen
digitalen Projektor, wobei während der
Veränderung
der Projektionsrichtung der zu projizierende Bildinhalt anhand der
elementaren geometrischen Eigenschaften (also den Abbildungsparametern
der Optik, der aktuellen Projektionsrichtung und der Orientierung
der Projektionsfläche)
ständig
neu berechnet wird, derart, dass ein ortsfestes Bild oder ein ortsfester
Bildausschnitt in einem sich bewegenden Lichtkegel sichtbar ist
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Vorzugsweise
erfolgt die Änderung
der Projektionsrichtung durch einen vor der Projektionsoptik angebrachten
steuerbaren Spiegel.
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Die Änderung
der Projektionsrichtung kann alternativ auch durch Bewegen des Projektors
als Ganzes erfolgen.
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Es
ist von Vorteil, wenn die Projektionsrichtung durch Schrittmotoren über eine
Seilzuguntersetzung von mindestens 2:1, maximal 200:1 und bevorzugt
20:1 verändert
wird.
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Vorteilig
ist auch, wenn die Projektionsrichtung durch Schrittmotoren über eine
Zahnriemenuntersetzung von mindestens 2:1, maximal 200:1 und bevorzugt
20:1 verändert
wird.
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In
einer bevorzugten Realisierung wird die Änderung der Projektionsrichtung
interaktiv durch die Bedienung von Tasten, eines Kreuzknüppels, einer Maus,
eines Trackballs, eines Orientierungs- oder Winkelmessers oder einem ähnlichen
geeigneten Bedienteil erfolgen.
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Es
ist von Vorteil, wenn eine Ablenkung durch einen Spiegel erfolgt,
der durch eine Paneinheit und eine Tilteinheit bewegt wird.
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Es
kann bevorzugt eine Versorgung einer Tilteinheit oder eines Projektors
durch eine als Hohlwelle ausgebildete Achse erfolgen.
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Vorteilig
ist, wenn der Spiegel ein Vorderflächenspiegel ist.
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In
einer bevorzugten Realisierung kann eine Untersetzung sowohl einstufig
als auch zweistufig montiert werden.
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Es
ist vorteilhaft, eine Drehachse parallel zur optischen Achse zu
wählen.
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In
einer bevorzugten Realisierung erfolgt eine Anpassung an unterschiedliche
Projektoren durch Parametrisierung mit auch von Laien bestimmbaren
Größen.
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Es
ist von Vorteil, wenn ein Parameter die Größe Offset ist. Es ist darüber hinaus
von Vorteil, wenn ein Parameter die Größe Throw Ratio ist. Auch ist
vorteilhaft, wenn ein Parameter die Größe Aspect Ratio ist.
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In
einer bevorzugten Realisierung werden Parameter einer Projektionsoptik
bei der Erzeugung eines Bildes berücksichtigt durch entsprechende
Parametrisierung von einer Perspektivenfestlegung einer 3D-Grafikbibliothek.
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Ebenfalls
in einer bevorzugten Realisierung werden Parameter einer Projektionsoptik
bei der Erzeugung eines Bildes berücksichtigt durch entsprechende
Parametrisierung von einer Viewportfestlegung einer 3D-Grafikbibliothek.
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Im
folgenden wird eine bevorzugte Ausführung der Erfindung anhand
der 1–3 näher beschrieben.
Dabei zeigt
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1:
eine Gesamtansicht von Projektor und Spiegeleinheit, montiert auf
ein Trägerprofil,
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2:
eine Aufsicht auf das Getriebe der Paneinheit,
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3:
eine Ansicht des Getriebes der Paneinheit.
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Die
Zahlen in den Figuren bezeichnen dabei:
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- 1
- Projektor
- 2
- Projektionsoptik
- 200
- Optische
Achse der Projektionsoptik
- 3
- Spiegel
- 4
- Tilteinheit
- 41
- Zahnscheibe
der Tiltachse
- 400
- Tiltachse
- 5
- Paneinheit
- 51
- Zahnscheibe
der Panachse
- 52
- kleine
Zahnscheibe des Zwischentriebs
- 53
- große Zahnscheibe
des Zwischentriebs
- 54
- Zwischentrieb
- 55
- Zahnscheibe
des Motors
- 56
- Motor
- 57
- Lager
des Zwischentriebs
- 58
- Lager
der Panachse
- 59
- Chasis
- 500
- Panachse
- 6
- Trägerprofil
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Die
Ablenkung des Lichtstrahls des Projektors 1 erfolgt in
der bevorzugten Ausführung
durch einen Spiegel 3, der um zwei Achsen drehbar ist.
Die Drehachsen 400 und 500 sind analog gewählt zu den Bewegungsmöglichkeiten
sogenannter Pan/Tilt-Kameras, die häufig in der Videoüberwachungstechnik, zum
Beispiel an der Zimmerdecke montiert, Verwendung finden, und sind
auch entsprechend bezeichnet. Die Panbewegung entspricht dem Drehen
des menschlichen Kopfes nach links oder rechts, die Tiltbewegung
enspricht dem Nicken des Kopfes nach oben oder unten, die sowohl
beim Blick nach vorne als auch beim Blick zur Seite der Drehbewegung überlagert
erfolgen kann. (Der menschliche Kopf kann außerdem noch seitlich geneigt
werden, was hier jedoch keine Entsprechung findet.) Entsprechend
wird bei der Spiegeleinheit mit der Panbewegung der austretende
Lichtstrahl nach links oder rechts gedreht, und mit der Tiltbewegung
wird dieser nach oben oder unten gedreht.
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Aus
Gründen,
die weiter unten beschrieben werden, ist der Projektor 1 so
angebracht, daß er
seine Lichtstrahlen zunächst
nach oben abstrahlt. Der Spiegel 3, der die Lichtstrahlen
in verschiedene Richtungen ablenkt, ist vor der Projektionsoptik 2 angebracht.
Wir betrachten zunächst
die erste Drehmöglichkeit
des Spiegels, die Tiltbewegung. In der sogenannten Tiltbewegung
läßt sich
der Spiegel vor der Projektionsoptik 2 um 90° drehen.
Die Tiltdrehachse 400 steht dabei senkrecht zur optischen
Achse 200 der Projektionsoptik 2.
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In
der Mittelstellung bei 45° wird
das von unten kommende Licht des Projektors 1 zur Seite
gelenkt. In der Stellung 0° steht
der Spiegel parallel zur Projektionsrichtung, also so, daß das Licht
des Projektors nicht oder nur wenig reflektiert wird. Das Licht wird
also weiterhin nach oben abgestrahlt. In der Stellung 90° steht der
Spiegel 3 senkrecht zur Projektionsrichtung. Es wird dann
das Licht aus dem Projektor auf den Projektor 1 zurückgeworfen,
also nach unten gelenkt.
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Für die erfindungsgemäße Verwendung
wird der Spiegel 3 nicht die volle Bewegungsmöglichkeit zwischen
0° und 90° ausnutzen.
Bei der Annäherung an
0° wird
man den Spiegel 3 nur so weit verstellen, wie das gesamte
austretende Lichtstrahlenbündel noch
am Spiegel 3 reflektiert wird. Wie nahe bei 0° dies ist,
hängt davon
ab, wie stark aufgefächert
die Lichtstrahlen den Projektor 1 verlassen, von der Größe der Projektionsoptik 2 beziehungsweise
des Objektivdurchmessers, von der Größe des Spiegels 3, und
vom Abstand des Spiegels 3 von der Projektionsoptik 2.
Auch bei der Annäherung
an 90° wird
man typischerweise den Spiegel 3 nicht ganz senkrecht zur Projektionsrichtung
stellen, da dann der Projektor 1 selbst beleuchtet wird
und somit einen Schatten auf die Projektionsfläche wirft.
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Die
zweite Drehrichtung des Spiegels ist die sogenannte Panbewegung.
Diese verläuft
um eine Achse 500, die parallel zur optischen Achse 200 des Projektors
steht. Ist die Tiltbewegung auf 45° eingestellt, wird das Licht
des Projektors 1 wie oben beschrieben zur Seite abgelenkt,
die Lichtstrahlen treten also etwa waagerecht aus. Die Panbewegung
bestimmt dann, ob das Licht nach vorne, nach links, nach rechts
oder nach hinten abgestrahlt wird. Die Panbewegung erfolgt zwischen
+180° und –180°, typischerweise
jedoch nur zwischen +135° und –135°. In der
Stellung 0° tritt
das Licht nach vorne aus, bei +90° nach
links, bei –90° nach rechts,
bei der Annäherung
an +180° oder –180° schließlich nach
hinten.
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Die
Spiegeleinheit ist also so aufgebaut, daß der Spiegel 3 von
einer Tilteinheit 4 um eine Achse, die sogenannte Tiltachse 400 gedreht
wird. Eine Paneinheit 5 dreht die gesamte Tilteinheit 4 samt
dem Spiegel 3 um eine senkrecht zur Tiltachse 400 liegende
Achse 500, die sogenannte Panachse. Die Spiegeleinheit
ist in 1 zusammen mit dem Projektor 1 und beide
montiert auf ein Trägerprofil 6 dargestellt.
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Für den Fall,
daß nicht
ein Spiegel 3 vor der Projektionsoptik 2, sondern
ein Projektor als Ganzes bewegt wird, läßt sich dieser wie der Spiegel 3 durch eine ähnlich konstruierte
Paneinheit 5 und eine ähnlich
konstruierte Tilteinheit 4 bewegen.
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Der
Spiegel 3 ist bevorzugt ein sogenannter Vorderflächenspiegel,
von dem weniger Bildstörungen
verursacht werden als durch einfache Glas- oder Edelstahlspiegel.
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In
der Paneinheit 5 kann erforderlichenfalls Elektronik zur
Motorsteuerung für
beide Einheiten, also die Paneinheit 5 und die Tilteinheit 4,
untergebracht werden. Der Anschluß der Stromversorgung und der
Anschluß von
Leitungen für
die Kommunikation mit dem Computersystem können hier einfach eingebaut
werden, da die Paneinheit 5 selbst sich nicht bewegt, im
Gegensatz zur Tilteinheit 4. Die Leitungen zur Stromversorgung
und Steuerung des Tiltmotors können
am besten durch die Welle der Panachse 500 geführt werden,
dazu ist die Welle der Panachse zweckmäßigerweise als Hohlwelle ausgeführt. Auf
diese Weise können
direkt die Motoranschlußlitzen
des Tiltmotors durch die Hohlwelle geführt werden, und diese können bei
der Bewegung nicht eingeklemmt werden oder die Bewegung des Spiegels 3 oder
der Tilteinheit 4 behindern. Für den Fall der Bewegung des
Projektors 1 als Ganzes läßt sich auch der Projektor 1 durch
die Hohlwelle versorgen.
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Es
ist zweckmäßig, die
Steuerung des Spiegels 3 sowohl für die Panbewegung als auch
für die Tiltbewegung
durch einen Zahnriemenantrieb mit Untersetzung von etwa 20:1 zu
lösen,
da dadurch einfache Schrittmotoren mit 1,8° Auflösung oder auch Motoren mit
gebräuchlichen
Encoderauflösungen
verwendet werden können
und dennoch feine Einstellungen des Spiegels 3 (bei den
vorgenannten Zahlenwerten also mit 0.09° Auflösung) erreicht werden können. Die
Schrittmotoren werden gleich nach dem Einschalten in eine definierte
Ausgangsposition gebracht.
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In
Abhängigkeit
von der Anwendung der Vorrichtung wird man eine besonders ruhige
Bewegung des Lichtkegels oder ein besonders schnelles Erreichen
unterschiedlicher Richtungen mit dem Lichtkegel als wichtiger betrachten.
Entsprechend muß der Spiegel 3 fein
abgestimmt bewegt, also mit hoher Auflösung und dadurch langsamer,
bewegt werden können
oder schnell und dafür
auch nur mit niedrigerer Auflösung.
Durch eine besondere Ausgestaltung der Paneinheit 5 bzw.
Tilteinheit 4 kann eine umrüstbare Spiegeleinheit erreicht
werden, die für
beide Anwendungsfälle
genutzt werden kann. Dazu werden im folgenden notwendige Konstruktionsdetails
beschrieben. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird im folgenden
lediglich die Paneinheit 5 beschrieben, für die Tilteinheit 4 gilt
das Analoge.
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Die
Untersetzung des Zahnriemenantriebs und die Konstruktion von Chassis 59,
Lagern 57, 58 und Getriebe werden so gewählt, dass
das Getriebe einstufig oder zweistufig montiert werden kann. Im Normalfall
wird die Untersetzung zweistufig betrieben, und wenn besonders schnelle
Bewegungen notwendig sind, kann auf einen einstufigen Antrieb umgerüstet werden.
Der Einfachheit halber wird im Folgenden davon ausgegangen, daß die Untersetzungen
in beiden Untersetzungsschritten gleich groß bei 6:1 sind, und die Zahnriementypen
und Zahnriemenlängen
und die Zahnzahlen der Zahnriemenscheiben ebenfalls bei beiden Stufen
gleich sind, also beispielsweise 72 Zähne zu 12 Zähne. Damit ergibt sich für die zweistufige
Untersetzung eine Gesamtuntersetzung von 36:1. Selbstverständlich können die Konstruktionen
auch an unterschiedlich große
Untersetzungen oder unterschiedliche Zahnriemenlängen in den beiden Stufen angepasst
werden.
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Die
Umrüstbarkeit
wird durch zwei Maßnahmen
erreicht: Zum einen wird die Motorachse im gleichen Abstand d von
der Panachse platziert, wie die Achse des Zwischentriebs sowohl
von der Panachse als auch von der Motorachse entfernt ist. In der
Aufsicht in 2 bilden dadurch Motorachse,
Zwischentriebachse und Panachse die Ecken eines gleichseitigen Dreiecks
mit Seitenlänge
d. Zum anderen werden sowohl Panachse als auch die Achse des Zwischentriebs
von Lagern 57, 58 gehalten, die identisch sind
und wahlweise oberhalb oder unterhalb des Chasis 59 montiert
werden können.
Dadurch kann die Zahnscheibe der Panachse 51 in die gleiche
Ebene wie die Zahnscheibe der Motorachse 55 gebracht werden.
In 3 sind die Elemente des Getriebes der Paneinheit
zur Verdeutlichung perspektivisch dargestellt. In 3 sind
zur besseren Darstellung die Abdeckung der Paneinheit und die normalerweise
an der Panscheibe 51 befestigte Tilteinheit 4 sowie
weitere Teile weggelassen, die sich sonst in der Paneinheit befinden.
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Durch
die Anordnung im gleichseitigen Dreieck ist es möglich, die Motorscheibe 55 einstufig
direkt mit der Panscheibe 51 zu verbinden, oder zweistufig über den
Zwischentrieb 54. Gleichzeitig wird ein kompakter Aufbau
der zweistufigen Untersetzung erreicht. Der Motor 56 ist
dabei stets oberhalb des Chassis 59, unterhalb befindet
sich das komplette Getriebe, also die Zahnscheiben 51, 52, 53, 55 und Zahnriemen.
Die Verwendung von Gleichteilen für die beiden Lager 57, 58 ist überdies
bei der Herstellung aus Kostengründen
vorteilig.
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In
der zweistufigen Anordnung befindet sich die Zahnscheibe des Motors 55 nahe
dem Chassis 59. Das Lager des Zwischentriebs 57 wird
oben, also motorseitig montiert, die große Scheibe des Zwischentriebs 53 ist
dadurch ebenfalls nahe des Chassis 59. Die kleine Zahnscheibe
des Zwischentriebs 52 ist weiter unten und damit weiter
weg vom Chassis 59. Die Zahnscheibe der Panachse 51 wird
durch Montage des Lagers 58 unterhalb des Chasis 59, also
getriebeseitig, ebenfalls weiter weg vom Chassis 59 gebracht.
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Wenn
auf einen einstufigen Antrieb umgerüstet wird, wird der Zwischentrieb 54 samt
Lager 57 entfernt. Das Lager der Panachse 58 wird
nun nach oben, also motorseitig montiert. Dadurch wird die Zahnscheibe
der Panachse 51 nahe des Chassis 59 gebracht,
und damit auf gleiche Höhe
wie die Zahnscheibe des Motors 55.
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Es
ist vorteilig, Projektor 1 und Spiegeleinheit in der beschriebenen
Weise anzuordnen, also die Paneinheit 5 dem Projektor 1 gegenüberzustellen,
so daß optische
Achse 200 des Projektors und Panachse 500 parallel
zueinander sind. Zum einen sind dadurch die Berechnungen in der
Software zur Ansteuerung des Spiegels und der Auswahl des richtigen Bildausschnitts
der virtuellen Ebene vereinfacht. Zum anderen ist es dadurch möglich, den
Spiegel 3 nahe der Drehachse 400 direkt an einer Zahnscheibe 41 der
Tilteinheit 4 zu befestigen, welche Zahnscheibe 41 aufgrund
der notwendigen Untersetzung groß sein muß, ohne daß der auf die Spiegelvorderseite hinausragende
Teil der Zahnscheibe 41 einen Schatten wirft und dadurch
die möglichen
Projektionsrichtungen unnötig
einschränkt.
Bei einer Anordnung, bei der der Projektor 1 von der Seite
auf die Spiegeleinheit leuchtet, also Panachse 500 und
optische Achse 200 senkrecht zueinander stehen, würde der überstehende
Teil der Zahnscheibe 41 hingegen bei vielen Stellungen
des Spiegels in den Lichtkegel gelangen und Schatten werfen.
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Die
gesamte Einheit aus Projektor 1 und Spiegeleinheit läßt sich,
auf einem Trägerprofil 6 montiert,
leicht an einer Wand befestigen. Es ist dabei vorteilig, wenn der
Projektor 1 und die Spiegeleinheit wie sonstige Beleuchtung
eher hoch, also nahe der Decke angebracht wird, damit die Projektion
nicht von Personen im Raum beschattet wird. Selbstverständlich läßt sich
die Einheit auch an der Decke befestigen, also so, daß die optische
Achse 200 des Projektors 1 parallel zur Decke
verläuft.
Die projizierten Inhalte können
in der Software entsprechend an die veränderte Ausrichtung von Spiegeleinheit
und Projektor 1 angepasst werden.
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Für Präsentationszwecke
hergestellte Datenprojektoren strahlen üblicherweise in vertikaler Richtung
nicht symmetrisch zur optischen Achse ab, sondern typischerweise
nach oben verschoben, falls der Projektor auf einen Tisch gestellt
wird, beziehungsweise nach unten verschoben, wenn er umgekehrt an
der Decke befestigt wird, damit das Bild von den Betrachtern vollständig gesehen
werden kann, ohne daß der
Projektor umständlich
auf Höhe
der Bildmitte gebracht werden muß. Wie stark diese Verschiebung
ist, ist von Projektormodell zu Projektormodell verschieden. Ebenso
unterscheiden sich Projektoren darin, wie groß das projizierte Bild bei
vorgegebenem Abstand zur Projektionsfläche ist. Manche Projektoren
sind für
kurze Projektionsabstände
in kleineren Besprechungszimmern ausgelegt, und weisen dann bei
kurzen Abständen
bereits große
Bildgrößen auf,
andere sind für
größere Räume oder
Hallen ausgelegt, und erzeugen große Bilder erst mit großem Abstand.
Bei manchen Projektoren ist die Bildgröße auch durch ein Zoomobjektiv
veränderlich. Da
die vorliegende Erfindung mit unterschiedlichen, handelsüblichen
Projektoren zusammenarbeiten soll, soll die Verwendung unterschiedlicher
Projektormodelle mit einer parametrisierbaren Software ermöglicht werden.
Zur Berechnung des Teils der virtuellen Ebene, der zur Projektion
gebracht werden soll, ist es neben der Stellung von Spiegel 3 und
Projektionsfläche
notwendig, die oben beschriebenen optischen Haupteigenschaften des
Projektors 1 zu kennen.
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Die
verzerrungsfreie Projektion in unterschiedliche Richtungen wurde
von anderen in der Vergangenheit durch Einsatz eines zusätzlichen
Kamerasystems gelöst,
das die optischen Eigenschaften des Projektors vermisst. Dazu werden
typischerweise zur Kalibrierung des Systems per Software Testmuster
generiert und projiziert, die vom Kamerasystem aufgenommen und wiederum
per Software analysiert werden. Diese Kalibrierungsphasen sind beispielsweise
bei der Einrichtung des Systems, das in
US 6,431,711 beschrieben ist, und
das mittlerweile auf verschiedenen wissenschaftlichen Konferenzen vorgestellt
wurde, notwendig. Eine Kalibrierung benötigt dabei für jede Projektionsrichtung
oder Stellung der Projektionsfläche
mehrere Sekunden. In der vorliegenden Erfindung, bei der mit jeder
Bildausgabe, also beispielsweise 60 mal pro Sekunde, die Darstellung
für eine
neue Spiegelstellung und einen neuen Bildausschnitt der virtuellen
Ebene berechnet werden muß,
ist ein Ansatz, der einen Kalibrierungsschritt für jedes Bild erfordert, nicht
möglich.
In der vorliegenden Erfindung müssen
deshalb die optischen Eigenschaften des Projektors
1 und
die geometrischen Verhältnisse
der Projektionsfläche
oder Projektionsflächen
dem System bekannt gemacht werden. Erfindungsgemäß ist dazu kein zusätzliches Kamerasystem
erforderlich. Gleichzeitig sind die dazu notwendigen optischen Eigenschaften
auch von Laien messbar oder zumindest hinreichend genau abschätzbar. Die
erfindungsgemäße Lösung der Integration
unterschiedlicher Projektormodelle besteht darin, daß zwei Größen für die Projektoren
bestimmt werden, Offset und Throw Ratio, und als Parameter an die
Software, die die Bildinhalte berechnet, übergeben werden. Darüberhinaus
muß der Software
der sogenannte Aspect Ratio bekannt sein. Die Größen sind wie folgt definiert:
Offset
= (Erhöhung
der Bildmitte über
die optische Achse)/(halbe Bildhöhe)
Throw
Ratio = Projektionsabstand/Bildbreite
Aspect Ratio = Bildbreite/Bildhöhe
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Die
Größen können auch
von Laien einfach vermessen werden, indem der Projektor 1,
ohne die Spiegeleinheit, eben auf den Boden in festgelegtem Abstand
vor eine Wand gestellt wird, die er nicht schief, sondern senkrecht
beleuchtet. Darüberhinaus finden
sich die Werte gelegentlich in der technischen Dokumentation von
Projektoren, da sie häufig
bei der Dimensionierung der Projektionsoptik Verwendung finden.
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Die
Berechnung des richtigen Bildausschnitts der virtuellen Ebene erfolgt
in Abhängigkeit von
der Stellung des Spiegels 3 gemäß der mathematischgeometrischen
Gegebenheiten unter Zuhilfenahme einer durch Grafikhardware beschleunigten 3D-Grafikbibliothek.
Bei der vorliegenden Referenzimplementierung ist dies OpenGL. Aus
Throw Ratio, Offset und Aspect Ratio werden die richtigen Werte für die Perspektive
berechnet, also mit welcher Blickweite (Field of View) die virtuelle
Szenerie betrachtet wird. Bei OpenGL/GLU wird die Perspektivenfestlegung
durch die Funktion gluPerspective bewirkt. Durch Verschiebung des
Viewports wird der Offset der Projektionsoptik entsprechend dem
vermessenen Parameter Offset ausgeglichen, bei OpenGL erfolgt die
Viewportfestlegung mit der Funktion glViewport.