DE102006052570B4

DE102006052570B4 - Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE102006052570B4
Application number: DE102006052570.1A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Rapp Stefan Prof Dr De
Priority date: 2005-11-06
Filing date: 2006-11-05
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2026-11-06
Also published as: DE102006052570A1; DE202005017431U1

Abstract

Anzeigevorrichtung mit einem in der Projektionsrichtung veränderlichen digitalen Projektor(1), der während der Veränderung der Projektionsrichtung den zu projizierenden Bildinhalt der aktuellen Projektionsrichtung ständig neu berechnet, derart, dass ein ortsfestes Bild oder ein ortsfester Bildausschnitt in einem sich bewegenden Lichtkegel sichtbar ist,mit einem Computer, der den Projektor dergestalt bewegt, dass nebeneinanderliegende Ausschnitte des anzuzeigenden Informationsinhalts während der Bewegung des Projektors (1) nacheinander überlappend und verzerrungsfrei projiziert werden,wobei eine Anpassung an unterschiedliche Projektoren (1) durch Parametrisierung mit den Größen Throw Ratio, Offset und Aspect Ratio oder daraus ableitbaren Größen erfolgt.

Description

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. 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.
In der Veranstaltungstechnik sind bereits in ihrer Abstrahlrichtung veränderliche Lichtquellen, Diaprojektoren (auch mit drehbaren Bildglasplättchen, sogenannten Gobos) und digitale Datenprojektoren bekannt.
Die Patentschrift US 6 431 711 B1 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 B1 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.
In der US 2006 / 0 103 811 A1 ist eine Vorrichtung beschrieben, die bei einem in der Hand gehaltenen Projektor oder einem Projektor der Schwingungen ausgesetzt ist, leichte unwillkürliche Bewegungen ausgleicht. Das Ziel hier ist es, auf der Projektionsfläche ein stabiles Bild zu behalten während der Projektor sich leicht bewegen kann. Dies wird erreicht, indem Sensoren die Bewegung des Projektors messen und dann auf das Bildgebende Element oder die Linsen der Projektionsoptik eingewirkt wird, um die Bewegung auszugleichen.
In der DE 11 2004 002 016 T5 sowie der WO 2005 / 041 017 A2 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 B1 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 DE 11 2004 002 016 T5 und der WO 2005 / 041 017 A2 für einen mobilen Projektor beschriebenen Interaktionstechniken können mit der hier beschriebenen Vorrichtung auch mit einem stationären, aber beweglichen Projektor genutzt werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
Vorzugsweise erfolgt die Änderung der Projektionsrichtung durch einen vor der Projektionsoptik angebrachten steuerbaren Spiegel.
Die Änderung der Projektionsrichtung kann alternativ auch durch Bewegen des Projektors als Ganzes erfolgen.
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.
Vorteilig ist auch, wenn die Projektionsrichtung durch Schrittmotoren über eine Zahnriemenuntersetzung von mindestens 2:1, maximal 200:1 und bevorzugt 20:1 verändert wird.
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.
Es ist von Vorteil, wenn eine Ablenkung durch einen Spiegel erfolgt, der durch eine Paneinheit und eine Tilteinheit bewegt wird.
Es kann bevorzugt eine Versorgung einer Tilteinheit oder eines Projektors durch eine als Hohlwelle ausgebildete Achse erfolgen.
Vorteilig ist, wenn der Spiegel ein Vorderflächenspiegel ist.
In einer bevorzugten Realisierung kann eine Untersetzung sowohl einstufig als auch zweistufig montiert werden.
Es ist vorteilhaft, eine Drehachse parallel zur optischen Achse zu wählen.
In einer bevorzugten Realisierung erfolgt eine Anpassung an unterschiedliche Projektoren durch Parametrisierung mit auch von Laien bestimmbaren Größen.
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.
In einer bevorzugten Realisierung werden Parameter einer Projektionsoptik bei der Erzeugung eines Bildes berücksichtigt durch entsprechende Parametrisierung von einer Perspektivenfestlegung einer 3D-Grafikbibliothek.
Ebenfalls in einer bevorzugten Realisierung werden Parameter einer Projektionsoptik bei der Erzeugung eines Bildes berücksichtigt durch entsprechende Parametrisierung von einer Viewportfestlegung einer 3D-Grafikbibliothek.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführung der Erfindung anhand der 1-3 näher beschrieben. Dabei zeigt

1: eine Gesamtansicht von Projektor und Spiegeleinheit, montiert auf ein Trägerprofil,
2: eine Aufsicht auf das Getriebe der Paneinheit,
3: eine Ansicht des Getriebes der Paneinheit.

Die Zahlen in den Figuren bezeichnen dabei:

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

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Der Spiegel 3 ist bevorzugt ein sogenannter Vorderflächenspiegel, von dem weniger Bildstörungen verursacht werden als durch einfache Glas- oder Edelstahlspiegel.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 B1 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
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.
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.

Claims

Anzeigevorrichtung mit einem in der Projektionsrichtung veränderlichen digitalen Projektor(1), der während der Veränderung der Projektionsrichtung den zu projizierenden Bildinhalt der aktuellen Projektionsrichtung ständig neu berechnet, derart, dass ein ortsfestes Bild oder ein ortsfester Bildausschnitt in einem sich bewegenden Lichtkegel sichtbar ist, mit einem Computer, der den Projektor dergestalt bewegt, dass nebeneinanderliegende Ausschnitte des anzuzeigenden Informationsinhalts während der Bewegung des Projektors (1) nacheinander überlappend und verzerrungsfrei projiziert werden, wobei eine Anpassung an unterschiedliche Projektoren (1) durch Parametrisierung mit den Größen Throw Ratio, Offset und Aspect Ratio oder daraus ableitbaren Größen erfolgt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf mehr als eine Projektionsfläche unterschiedlicher Ausrichtung projiziert wird.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Projektionsrichtung durch einen vor der Projektionsoptik (2) angebrachten, steuerbaren Spiegel (3) erfolgt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Projektionsrichtung durch Bewegen des Projektors (1) als Ganzes erfolgt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ablenkung durch einen Spiegel (3) erfolgt, der durch eine Paneinheit (5) und eine Tilteinheit (4) bewegt wird.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung des Projektors als Ganzes durch eine Paneinheit (5) und eine Tilteinheit (4) erfolgt
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versorgung einer Tilteinheit (4) oder eines Projektors (1) durch eine als Hohlwelle ausgebildete Achse (500) erfolgt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spiegel ein Vorderflächenspiegel ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsrichtung durch Schrittmotoren (56) über eine Zahnriemenuntersetzung von mindestens 2:1 und maximal 200:1 verändert wird und eine Untersetzung sowohl einstufig als auch zweistufig montiert werden kann.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse (500) parallel zur optischen Achse (200) gewählt wird.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berücksichtigung von Parametern einer Projektionsoptik (2) bei der Erzeugung eines Bildes durch entsprechnde Parametrisierung von einer Perspektivenfestlegung einer 3D-Grafikbibliothek erfolgt.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berücksichtigung von Parametern einer Projektionsoptik (2) bei der Erzeugung eines Bildes durch entsprechende Parametrisierung von einer Viewportfestlegung einer 3D-Grafikbibliothek erfolgt.