DE102017000032A1

DE102017000032A1 - Devices and methods for front projection on a curved projection surface

Info

Publication number: DE102017000032A1
Application number: DE102017000032.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Roessner Max R
Current assignee: Roessner Max R
Priority date: 2017-01-03
Filing date: 2017-01-03
Publication date: 2018-07-05

Abstract

Bei einer gewölbten Projektionsfläche zur Frontprojektion soll die Projektionsqualität (in Bezug auf Leuchtdichte und In-Bild-Kontrast) in einem Vorzugsbereich der Projektionsfläche verbessert werden, wobei eine schlechtere Projektionsqualität (in Bezug auf Leuchtdichte und In-Bild-Kontrast) in einem benachteiligten Bereich der Projektionsfläche in Kauf genommen werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass zwei Projektionsflächenbereiche auf der Projektionsfläche existieren, die sich durch unterschiedliche mittlere Reflektivitäten auszeichnen, und dass sich der erste Projektionsflächenbereich zumindest teilweise innerhalb des Projektionsvorzugsbereichs befindet, und dass sich der zweite Projektionsflächenbereich außerhalb des Projektionsvorzugsbereichs befindet, und dass der erste Projektionsflächenbereich eine größere mittlere Reflektivität aufweist als der zweite Projektionsflächenbereich.

In a domed front projection screen, the projection quality (in terms of luminance and in-picture contrast) in a preferable area of the screen is to be improved, with a poorer projection quality (in terms of luminance and in-picture contrast) in a less favored area of the screen Projection surface can be accepted. This is accomplished by having two projection surface areas on the projection surface that are characterized by different mean reflectivities, and that the first projection area is at least partially within the projection preference area, and that the second projection area is outside the projection preference area, and that the first projection area has a greater average reflectivity than the second projection surface area.

Description

Die Erfindung richtet sich auf Vorrichtungen und Verfahren zur Frontprojektion auf eine gewölbte Projektionsfläche.The invention is directed to devices and methods for front projection on a curved projection surface.

Vorrichtungen und Verfahren zur Frontprojektion auf eine gewölbte Projektionsfläche kommen unter anderem in Planetarien (z.B. Planetarium Stuttgart, Planetarium Hamburg), immersiven Kinos (z.B. „IMAX^® Dome“ und „Omnimax^®“), Panoramaprojektionen (z.B. ehemaliges „Swissorama“ im Verkehrshaus Luzern), Flugsimulatoren, Schiffsbrücken-Simulatoren und anderen Simulatoren, virtuellen Entwicklungsumgebungen (z.B. CAVE) sowie in Ausstellungen und Vergnügungsparks (z.B. Futuroscope nahe Poitiers, Frankreich) zur Anwendung, wobei aus Sicht eines Betrachters die Projektionsfläche konkav gewölbt ist. Ein Betrachter kann dabei eine Person und/oder eine Gruppe von Personen und/oder ein optoelektronischer Sensor (z.B. eine Kamera) und/oder mehrere optoelektronische Sensoren sein. Es kann auch mehrere Betrachter geben. Die Betrachter halten sich im Betrachterraum auf.Devices and methods for front projection onto a curved projection surface can be found in planetariums (eg Planetarium Stuttgart, Planetarium Hamburg), immersive cinemas (eg "IMAX ^® Dome" and "Omnimax ^® "), panoramic projections (eg former "Swissorama" in the Verkehrshaus Luzern) Flight simulators, ship bridge simulators and other simulators, virtual development environments (eg CAVE) as well as in exhibitions and amusement parks (eg Futuroscope near Poitiers, France) are used, wherein from the viewpoint of an observer, the projection surface is concavely arched. An observer can be a person and / or a group of people and / or an optoelectronic sensor (eg a camera) and / or a plurality of optoelectronic sensors. There may also be several viewers. The viewers stay in the viewer's room.

Insbesondere sind als Projektionsfläche dabei Flächen denkbar, die im Wesentlichen als Kugel oder Kugelschicht oder Rotationsellipsoid oder Zylinder oder Kegel oder Kegelstumpf oder Torus oder Polyeder oder als Segment eines der vorgenannten geometrischen Körper ausgebildet sind (insbesondere als Kugelsegment oder Halbkugel oder Kuppel, etwa in Planetarien). Es sind aber im Folgenden auch beliebige Freiformflächen als Projektionsfläche denkbar, die aus Sicht des Betrachters der Projektion zumindest stellenweise konkav gewölbt sind. (Siehe auch US 6733136 B2 )In particular, surfaces are conceivable as a projection surface, which are essentially formed as a sphere or spherical layer or ellipsoid of revolution or cylinder or cone or truncated cone or torus or polyhedron or as a segment of one of the abovementioned geometric bodies (in particular as a spherical segment or hemisphere or dome, for example in planetariums) , However, in the following, any free-form surfaces are also conceivable as the projection surface, which are arched concavely at least in places from the perspective of the viewer of the projection. (See also US Pat. No. 6,733,136 B2 )

Diese Projektionsfläche wird mit einem oder mehreren Projektoren mit Bildinhalten bespielt. Im Falle der im Wesentlichen als Kuppel oder als Kugelsegment ausgebildeten Projektionsfläche ist dies unter den Begriffen „Fulldome“ und „Allsky“ und „Planetarium“ und „Kuppelprojektion“ bekannt (wobei der Rand der Projektionsfläche dabei entweder parallel zum Erdboden verlaufen oder gegenüber diesem geneigt sein kann). Im Falle von als Polyeder ausgebildeten Projektionsflächen ist dies unter dem Begriff „CAVE“ bekannt. Im Falle der beliebig ausgebildeten Projektionsflächen ist dies unter dem Begriff „Projection Mapping“ bekannt. (Zur Definition des Begriffs „CAVE“: C. Cruz-Neira, D. J. Sandin et al., „Surround-screen projection-based virtual reality: the design and implementation of the CAVE“, Proceedings of the 20th annual conference on computer graphics and interactive techniques, 1993 )This projection surface is recorded with one or more projectors with image content. In the case of the projection surface designed essentially as a dome or as a spherical segment, this is known under the terms "fulldome" and "allsky" and "planetarium" and "dome projection" (wherein the edge of the projection surface in this case either run parallel to the ground or be inclined relative thereto can). In the case of projection surfaces designed as polyhedra, this is known by the term "CAVE". In the case of arbitrarily formed projection surfaces, this is known by the term "projection mapping". (To define the term "CAVE": C. Cruz-Neira, DJ Sandin et al., "Surround-screen projection-based virtual reality: the design and implementation of the CAVE", Proceedings of the 20th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, 1993 )

Die beschriebenen Projektionsflächen können zum Beispiel aus oberflächenbeschichteten Metallblechen oder Kunststoffen oder Faserverbundwerkstoffen gefertigt sein. Sie können auch aus textilen Materialien gefertigt sein und beispielsweise durch Luftdruckdifferenzen aufrecht beziehungsweise in Form gehalten werden. Sie können auch aus Gips oder Beton gefertigt sein. Die Projektionsfläche ist je nach Ausgestaltung als im Wesentlichen lambertscher oder nicht-lambertscher Reflektor ausgebildet. (Siehe auch DE 4041916 A1 )The described projection surfaces can be made, for example, from surface-coated metal sheets or plastics or fiber composites. They can also be made of textile materials and be kept upright or in shape, for example, by air pressure differences. They can also be made of plaster or concrete. Depending on the configuration, the projection surface is designed as a substantially Lambertian or non-Lambertian reflector. (See also DE 4041916 A1 )

Eine Projektionsfläche kann aus mehreren Projektionsflächenbereichen zusammengesetzt sein. Ein Projektionsflächenbereich ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass seine Reflektivität dem Betrachter homogen erscheint. Tatsächlich kann der Projektionsflächenbereich jedoch Inhomogenitäten aufweisen, wie Löcher, Bohrungen, Bemalungen, Flecken, Verschmutzungen, Befestigungselemente und/oder Bedruckungen, die jedoch dem Betrachter auf Grund des begrenzten Auflösungsvermögens (räumlich und/oder bezüglich der Leuchtdichte) des Betrachters verborgen bleiben. Ein Projektionsflächenbereich ist damit durch einen Ort auf der Projektionsfläche, eine Ausdehnung auf der Projektionsfläche und eine mittlere Reflektivität gekennzeichnet.A projection surface can be composed of several projection surface areas. A projection surface area is characterized in that its reflectivity appears homogeneous to the viewer. In fact, however, the screen area may have inhomogeneities such as holes, holes, paint, stains, soils, fasteners, and / or imprints, which, however, remain hidden from the viewer due to the viewer's limited resolution (spatial and / or luminance). A projection surface area is thus characterized by a location on the projection surface, an extension on the projection surface and an average reflectivity.

Ein Projektionsflächenbereich kann eine regelmäßige (geordnete) oder unregelmäßige (zufällige), flächige Lochanordnung (sogenannte Perforation) aufweisen. Die mittlere Reflektivität des Projektionsflächenbereichs ergibt sich aus dem Grauwert seiner Oberflächenbeschaffenheit sowie gegebenenfalls den Lochgrößen, der Lochanordnung und den Lochabständen einer Perforation. Dabei kommen sowohl Löcher mit Kreisquerschnitt in Frage als auch Löcher mit Querschnitten in Vieleck- oder Freiformgestalt. Auch die Beschaffenheit einer etwaigen Hinterfütterung eines perforierten Projektionsflächenbereichs kann einen Einfluss auf seine mittlere Reflektivität haben, wenn Licht durch ein Perforationsloch hindurchtritt, an der Hinterfütterung reflektiert oder gestreut wird und durch dasselbe oder ein anderes Perforationsloch wieder in Richtung des Betrachterraums tritt.A projection surface area can have a regular (ordered) or irregular (random), flat perforation arrangement (so-called perforation). The average reflectivity of the projection surface area results from the gray value of its surface condition and optionally the hole sizes, the hole arrangement and the hole spacing of a perforation. In this case, both holes with circular cross-section in question as well as holes with cross-sections in polygonal or freeform shape. Also, the nature of any backing of a perforated projection surface area may have an effect on its average reflectivity as light passes through a perforation hole, is reflected or scattered on the backing, and reenters the viewer's space through the same or another perforation hole.

In der beschriebenen Anwendung ist es zur Realisierung einer guten Bildqualität im Allgemeinen wünschenswert, eine Projektion mit hoher Leuchtdichte und hohem In-Bild-Kontrast zu erreichen. Der Begriff „In-Bild-Kontrast“ beschreibt dabei die relative Leuchtdichte in gleichzeitig projizierten hellen und dunklen Bildbereichen, auch bekannt unter dem Begriff „ANSI-Kontrast“.In the described application, to achieve good image quality, it is generally desirable to achieve high luminance, high in-image contrast projection. The term "in-image contrast" describes the relative luminance in simultaneously projected bright and dark image areas, also known by the term "ANSI contrast".

In den genannten Anwendungen gibt es häufig einen Projektionsvorzugsbereich. Dies kann beispielsweise ein Bereich auf der Projektionsfläche sein, in dessen Richtung in Folge der Anordnung der Betrachtersitzplätze eine Mehrzahl der Betrachter blickt. Es kann dann ein Ziel sein, in diesem Projektionsvorzugsbereich eine besonders gute Projektionsqualität (das heißt hohe Leuchtdichte und hoher In-Bild-Kontrast) herzustellen, während auf die Projektionsqualität in anderen Bereichen der Projektionsfläche geringerer Wert gelegt wird (zum Beispiel weil sie sich meistens oder immer im peripheren Sichtfeld oder außerhalb des Sichtfelds einer Mehrheit der Betrachter befinden). Ein Projektionsvorzugsbereich ist damit durch einen Ort auf der Projektionsfläche und eine Ausdehnung auf der Projektionsfläche gekennzeichnet.In the applications mentioned, there is often a projection preference range. This may, for example, be an area on the projection surface in the direction of which a majority of the observers are looking as a result of the arrangement of the observer seating. It can then be a goal, in this projection preferred area a particularly good Projection quality (ie, high luminance and high in-image contrast), while lesser emphasis is placed on projection quality in other areas of the screen (e.g., because they are mostly or always in the peripheral field of view or out of the field of view of a majority of the viewers ). A projection preferred range is thus characterized by a location on the projection surface and an extension on the projection surface.

Stand der TechnikState of the art

Es ist ein bekannter Effekt, dass es durch die Projektion auf die zumindest stellenweise konkav ausgebildete Projektionsfläche zur Streulichtbildung kommt, wodurch Bildinhalte auf der Projektionsfläche durch das Streulicht aufgehellt werden und der In-Bild-Kontrast somit abnimmt. Dieser Effekt ist technisch vergleichbar mit dem Prinzip der Ulbricht-Kugel in der optischen Messtechnik. Jedoch ist im Falle der Ulbricht-Kugel die Streulichtbildung ein beabsichtiger Effekt, wohingegen im Falle der Projektionsfläche dieser Streulichteffekt (auch genannt Kreuzreflexion, im englischen Sprachraum auch „wash out“) ein in der Regel unerwünschter Effekt ist. (L. Meier, „Der Himmel auf Erden. Die Welt der Planetarien“, Barth, 1992, ISBN 3-335-00279-2, Seite 120)It is a known effect that it comes to the scattered light formation by the projection on the at least locally concave projection surface, whereby image content on the projection surface are brightened by the scattered light and the in-image contrast thus decreases. This effect is technically comparable to the principle of the integrating sphere in optical metrology. However, in the case of the Ulbricht sphere, the scattered light is an intentional effect, whereas in the case of the projection surface, this scattered light effect (also called "cross-reflection") is a generally unwanted effect. (L. Meier, "Heaven on Earth: The World of Planetariums", Barth, 1992, ISBN 3-335-00279-2, page 120)

Zur Begrenzung dieses Streulichteffekts wird nach dem Stand der Technik vorgeschlagen, die Reflektivität der Projektionsfläche auf der gesamten Projektionsfläche zu verringern. Dies ist nachteilig, weil zum Erreichen einer bestimmten Leuchtdichte der Projektion im Gegenzug der Lichtstrom der Projektoren erhöht werden muss oder zusätzliche Projektoren installiert werden müssen. (L. Meier, „Der Himmel auf Erden. Die Welt der Planetarien“, Barth, 1992, ISBN 3-335-00279-2, Seite 120)To limit this scattered light effect, it is proposed in the prior art to reduce the reflectivity of the projection surface over the entire projection surface. This is disadvantageous because in order to achieve a certain luminance of the projection in return, the luminous flux of the projectors must be increased or additional projectors must be installed. (L. Meier, "Heaven on Earth: The World of Planetariums", Barth, 1992, ISBN 3-335-00279-2, page 120)

Es wird ferner nach dem Stand der Technik zur Begrenzung des Streulichteffekts vorgeschlagen, die Projektoren mit Bildsignalen mit erhöhtem Kontrast und/oder erhöhter Farbsättigung zu speisen, sodass sich nach dem Stattfinden des Streulichteffekts der gewünschte Bildeindruck einstellt. Diese Vorgehensweise vermag den Streulichteffekt jedoch nicht vollständig zu kompensieren. Insbesondere kann eine Aufhellung von Bildinhalten, die als vollständig schwarz dargestellt werden sollen, nicht kompensiert werden. Somit ist diese Vorgehensweise ebenfalls nachteilig. (O. Bimber, A. Grundhöfer et al., „Compensating indirect scattering for immersive and semi-immersive projection displays“, Virtual Reality Conference, 2006)It is also proposed according to the prior art to limit the scattered light effect to feed the projectors with image signals with increased contrast and / or increased color saturation, so that adjusts to the occurrence of the scattered light effect of the desired image impression. However, this procedure can not completely compensate for the scattered light effect. In particular, a brightening of image contents that should be displayed as completely black can not be compensated. Thus, this approach is also disadvantageous. (O. Bimber, A. Grundhöfer et al., "Compensating indirect scattering for immersive and semi-immersive projection displays", Virtual Reality Conference, 2006)

Im Falle der Planetariums-, Fulldome- oder Allsky-Projektion wird ferner nach dem Stand der Technik zur Begrenzung des Streulichteffekts vorgeschlagen, den Raumwinkel, den die Projektionsfläche (die hier zumeist als Halbkugel, Kuppel oder Kugelsegment ausgeführt ist) umfasst, zu reduzieren. Dies ist nachteilig, weil der immersive Bildeindruck kompromittiert wird und weil eine vollständige Nachbildung himmelsmechanischer und horizontastronomischer Effekte zum Zwecke der Simulation und Ausbildung nicht mehr möglich sein kann. Auch bei anders geformten Projektionsflächen und in anderen Anwendungen als Planetariums-, Fulldome- oder Allsky-Projektionen ist die Reduzierung des Raumwinkels, den die Projektionsfläche umfasst, nachteilig, weil der immersive Bildeindruck kompromittiert wird. ( C. Ganter, „Projectors and Dome Effective Contrast“, Proceedings of the 21st International Planetarium Society Conference, 2012, ab Seite 6 )In the case of the planetarium, fulldome or allsky projection, it is further proposed according to the state of the art for limiting the scattered light effect to reduce the solid angle which the projection surface (which is here in most cases embodied as a hemisphere, dome or spherical segment) comprises. This is disadvantageous because the immersive image impression is compromised and because a complete simulation of heavenly and horizon astronomical effects for the purpose of simulation and training can no longer be possible. Even with differently shaped projection surfaces and in applications other than planetarium, fulldome or Allsky projections, the reduction of the solid angle which the projection surface comprises is disadvantageous because the immersive image impression is compromised. ( C. Ganter, "Projectors and Dome Effective Contrast," Proceedings of the 21st International Planetarium Society Conference, 2012, from page 6 )

Es wird ferner nach dem Stand der Technik zur Begrenzung des Streulichteffekts vorgeschlagen, vorzugsweise dunkle Bildinhalte zu projizieren oder die Bildinhalte auf kleine Anteile (kleine Bereiche) der Projektionsfläche zu beschränken, sodass die Bildung des Streulichts und damit der Streulichteffekt insgesamt verringert wird. In der Literatur wird dies als niedriger „fill factor“ bezeichnet. Dies ist nachteilig, weil diese Vorgehensweise die mögliche Mannigfaltigkeit der zu projizierenden Bildinhalte erheblich einschränkt. (C. Ganter, „Projectors and Dome Effective Contrast“, Proceedings of the 21st International Planetarium Society Conference, 2012, ab Seite 6)It is also proposed according to the prior art for limiting the scattered light effect, preferably to project dark image content or to restrict the image content to small portions (small areas) of the projection surface, so that the formation of the scattered light and thus the scattered light effect is reduced overall. This is referred to in the literature as a low fill factor. This is disadvantageous because this procedure considerably restricts the possible diversity of the image contents to be projected. (C. Ganter, "Projectors and Dome Effective Contrast," Proceedings of the 21st International Planetarium Society Conference, 2012, from page 6)

Es wird ferner nach dem Stand der Technik zur Begrenzung des Streulichteffekts vorgeschlagen, die Projektionsfläche nicht als im Wesentlichen lambertscher Lichtstreuer auszubilden, sondern so, dass die Lichtreflexion zumindest zum Teil gerichtet in Richtung eines Betrachters der Projektion erfolgt (auch bezeichnet als spekulare Reflexion oder Gewinn, im englischen Sprachraum auch als „gain“). Dies ist nachteilig, weil sich für Betrachter an verschiedenen Stellen des Betrachterraums unterschiedliche Leuchtdichten- und somit Bildeindrücke einstellen. Dies ist ferner nachteilig, weil bei Anwendung mehrerer Projektoren die räumliche Überblendung der nebeneinanderliegenden Projektionsfelder sich in der Regel nicht mehr als von jedem Ort des Zuschauerraums im Wesentlichen unsichtbarer Übergang gestalten lässt. ( US 2011/0157694 A1 und DE 10 2011 008471 A1 und L. Skolnick, J. W. Callahan, „Luminance Calculation on a Spherical Projection Surface with Varying Screen Gain Characteristics“, IMAGE VII Conference, 1994)It is also proposed according to the prior art for limiting the scattered light effect not to form the projection surface as a substantially Lambertian light scatterers, but so that the light reflection is at least partially directed in the direction of a viewer of the projection (also referred to as specular reflection or profit, in the English-speaking world also as "gain"). This is disadvantageous because different luminance and thus image impressions occur for the viewer at different points in the viewer's space. This is also disadvantageous because, when using multiple projectors, the spatial blending of the adjacent projection fields can usually no longer be designed as a transition that is essentially invisible from any location in the auditorium. ( US 2011/0157694 A1 and DE 10 2011 008471 A1 and L. Skolnick, JW Callahan, "Luminance Calculation on a Spherical Projection Surface with Varying Screen Gain Characteristics", IMAGE VII Conference, 1994).

Es wird ferner nach dem Stand der Technik zur Begrenzung des Streulichteffekts vorgeschlagen, die Reflektivität der Projektionsfläche über der Zeit entsprechend des projizierten Bildinhalts zu ändern. Dafür wird vorgeschlagen, eine Vielzahl von Ultraviolett-Leuchtdioden hinter der Projektionsfläche anzubringen, die eine Verfärbung der entsprechend lichtempfindlich ausgeführten Projektionsfläche bewirken können. Durch entspreche Ansteuerung der Ultraviolett-Leuchtdioden können Projektionsflächenbereiche in ihrer Reflektivität über der Zeit verändert und somit dem projizierten Bildinhalt mit dem Ziel einer verringerten Streulichtbildung angepasst werden. Dies ist nachteilig, weil eine große Fläche lichtempfindlich präpariert werden muss, eine große Anzahl von Ultraviolett-Leuchtdioden nötig ist und ferner die Ansteuerung der großen Anzahl von Ultraviolett-Leuchtdioden entsprechend des projizierten Bildinhalts aufwändig ist. Diese Vorgehensweise unterscheidet sich von der Vorrichtung nach Patentanspruch 1 schon dadurch, dass die Reflektivität zeitlich veränderlich ist. ( S. Takeda, D. Iwai et al., „Inter-reflection compensation of immersive projection display by spatio-temporal screen reflectance modulation“, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 2016 )It is also proposed according to the prior art to limit the scattered light effect to change the reflectivity of the projection surface over time in accordance with the projected image content. For this purpose, it is proposed to apply a plurality of ultraviolet light emitting diodes behind the projection surface, which discolor the correspondingly photosensitive Can effect projection. By corresponding control of the ultraviolet light emitting diodes, projection surface areas can be changed in their reflectivity over time and thus adapted to the projected image content with the aim of reduced stray light formation. This is disadvantageous because a large area has to be prepared photosensitive, a large number of ultraviolet light emitting diodes are required, and further, the driving of the large number of ultraviolet light emitting diodes is complicated according to the projected image content. This procedure differs from the device according to claim 1 already in that the reflectivity is temporally variable. ( S. Takeda, D. Iwai et al., "Inter-reflection compensation of immersive projection display by spatio-temporal-screen reflectance modulation", IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 2016 )

Es wird ferner nach dem Stand der Technik vorgeschlagen, einen Projektor mit Fischaugen-Weitwinkelobjektiv nicht in das Zentrum einer kuppelförmig ausgebildeten Projektionsfläche zu platzieren, sondern mehr in die Nähe eines Projektionsvorzugsbereichs an der kuppelförmigen Projektionsfläche, um so die Leuchtdichte und die Bildpunktdichte innerhalb des Projektionsvorzugsbereichs zu erhöhen. Diese Vorgehensweise unterscheidet sich von der Vorrichtung nach Patentanspruch 1 schon dadurch, dass nicht die Reflektivität der Projektionsfläche zur Verbesserung der Bildqualität in dem Projektionsvorzugsbereich herangezogen wird, sondern die Wahl des Projektor-Aufstellorts. Diese Vorgehensweise ist außerdem nachteilig, da sie auf Projektoren mit Fischaugen-Weitwinkelobjektiv beschränkt ist. ( WO 2004/010681 A2 )It is further proposed in the prior art not to place a fisheye wide-angle lens projector in the center of a dome-shaped projection surface, but more near a projection preferential area on the dome-shaped projection surface so as to increase the luminance and the pixel density within the projection preferential range increase. This procedure differs from the device according to claim 1 already in that not the reflectivity of the projection surface is used to improve the image quality in the projection preferred range, but the choice of the projector installation site. This approach is also disadvantageous because it is limited to wide-angle fisheye projectors. ( WO 2004/010681 A2 )

Aufgabetask

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gewölbte Projektionsfläche zur Frontprojektion zu schaffen, die die Projektionsqualität (in Bezug auf Leuchtdichte und In-Bild-Kontrast) in einem Vorzugsbereich der Projektionsfläche verbessert, wobei eine schlechtere Projektionsqualität (in Bezug auf Leuchtdichte und In-Bild-Kontrast) in einem benachteiligten Bereich der Projektionsfläche in Kauf genommen werden kann.The invention is based on the object of providing a convex front projection projection surface which improves the projection quality (in terms of luminance and in-image contrast) in a preferred area of the projection surface, with a poorer projection quality (in terms of luminance and intrinsic brightness). Image contrast) in a less-favored area of the projection surface can be accepted.

Lösungsolution

Bei einer Projektionsfläche der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Vorzugsbereich auf der Projektionsfläche festgelegt wird (sogenannter Projektionsvorzugsbereich) und die mittlere Reflektivität der Projektionsfläche über dem Ort in Stufen oder stufenlos (in der Art eines Verlaufs oder Gradients) derart verändert wird, dass sich innerhalb des Projektionsvorzugsbereichs eine erhöhte mittlere Reflektivität ergibt und sich außerhalb des Projektionsvorzugsbereichs eine verminderte mittlere Reflektivität ergibt. Dies konstituiert mindestens zwei Projektionsflächenbereiche, die sich durch unterschiedliche mittlere Reflektivitäten auszeichnen. Der erste Projektionsflächenbereich liegt zumindest teilweise innerhalb des Projektionsvorzugsbereichs, der zweite Projektionsflächenbereich liegt außerhalb des Projektionsvorzugsbereichs, und der erste Projektionsflächenbereich weist stets eine größere mittlere Reflektivität als der zweite Projektionsflächenbereich auf.In a projection surface of the type described above, the object is achieved in that a preferred range is set on the projection surface (so-called projection preferred) and the mean reflectivity of the projection over the place in stages or continuously (in the manner of a gradient or gradient) changed so is that within the projection preferred range results in an increased average reflectivity and results in a reduced average reflectivity outside the projection preferred range. This constitutes at least two projection surface areas, which are characterized by different mean reflectivities. The first projection area lies at least partially within the projection preferred area, the second projection area lies outside the projection preferred area, and the first projection area always has a greater average reflectivity than the second projection area.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Auf diese Weise wird erreicht, dass sich innerhalb des Projektionsvorzugsbereichs durch die vergleichsweise hohe mittlere Reflektivität eine Projektion mit hoher Leuchtdichte ergibt. Gleichzeitig wird durch die verminderte mittlere Reflektivität außerhalb des Projektionsvorzugsbereichs die dortige Bildung von Streulicht, das in den Projektionsvorzugsbereich einstreuen und dort zu vermindertem In-Bild-Kontrast führen kann, begrenzt.In this way it is achieved that results in the projection preferred range by the comparatively high average reflectivity, a projection with high luminance. At the same time, due to the reduced average reflectivity outside the projection preferred range, the formation of scattered light there, which scatters into the projection preferred range and can lead there to reduced in-image contrast, is limited.

Eine solche Projektionsfläche ermöglicht damit innerhalb des Projektionsvorzugsbereichs hohe Leuchtdichte und hohen In-Bild-Kontrast, somit hohe Projektionsqualität.Such a projection surface thus allows high luminance and high in-image contrast within the projection preferred range, thus high projection quality.

Weiterbildungen und Ausbildungen der ErfindungFurther developments and embodiments of the invention

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Änderung der Reflektivität der Projektionsfläche über dem Ort dadurch erreicht, dass der Grauwert der Projektionsflächen-Oberfläche entsprechend geändert wird. Dieser Grauwert kann durch entsprechende Wahl eines Anstrichs, einer Beschichtung, eines Eloxats oder einer Materialzusammensetzung ausgelegt werden, entweder in der Vorproduktion der Projektionsflächensegmente oder während der Montage am Aufstellort der Projektionsfläche.In one embodiment of the invention, the change in the reflectivity of the projection surface over the location is achieved by correspondingly changing the gray value of the projection surface area. This gray value can be designed by appropriate choice of a paint, a coating, an anodized or a material composition, either in the pre-production of the projection surface segments or during assembly at the installation of the projection surface.

Die Änderung der Reflektivität der Projektionsfläche über dem Ort kann ferner dadurch erreicht werden, dass die mittlere Fläche von Perforations-Löchern in der Projektionsfläche oder deren mittlerer Abstand zueinander örtlich geändert wird. In der Produktion kann eine solche Perforations-Loch-Anordnung beispielsweise in die Oberfläche durch rechnergesteuerte spanhebende Verfahren oder Laser-Werkzeuge eingebracht werden, entweder in der Vorproduktion der Projektionsflächensegmente oder während der Montage am Aufstellort der Projektionsfläche.The change in the reflectivity of the projection surface over the location can also be achieved by locally changing the average area of perforation holes in the projection area or their mean distance from one another. In production, such a perforation hole arrangement can be introduced, for example, into the surface by computer-controlled machining methods or laser tools, either in the pre-production of the projection surface segments or during assembly at the installation site of the projection surface.

Die Änderung der Reflektivität der Projektionsfläche über dem Ort kann ferner dadurch erreicht werden, dass ein Muster aus hellen oder dunklen Bereichen auf die Projektionsfläche aufgebracht wird. In der Produktion kann ein solches Muster beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens oder eines Laserdruckverfahrens oder eines Laser-Farbabtragverfahrens oder eines Laser-Anlaufbeschriftungsverfahrens auf die Projektionsfläche aufgebracht werden, entweder in der Vorproduktion der Projektionsflächensegmente oder während der Montage am Aufstellort der Projektionsfläche. Die Dimensionen der Musterung sind dabei vorzugsweise deutlich kleiner als die Größe der Abbildung eines Projektor-Bildpunkts auf der Projektionsfläche.The change in the reflectivity of the projection surface above the location can also be achieved by applying a pattern of light or dark areas to the projection surface. In the production can be such a pattern For example, be applied by means of a screen printing process or a laser printing process or a laser Farbabtragverfahrens or a laser starting Beschriftungsverfahrens on the projection surface, either in the pre-production of the projection surface segments or during assembly at the installation of the screen. The dimensions of the pattern are preferably significantly smaller than the size of the image of a projector pixel on the projection surface.

In den genannten Varianten der betrachteten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich der erste Projektionsflächenbereich vom zweiten Projektionsflächenbereich also durch einen anderen Grauwert der Oberflächenbeschaffenheit und/oder durch eine andere mittlere Fläche der Perforations-Löcher und/oder durch einen anderen mittleren Abstand der Perforations-Löcher und/oder durch eine andere aufgebrachte Musterung aus hellen und/oder dunklen Bereichen.In the variants of the embodiment of the invention considered, the first projection surface area differs from the second projection area by another gray value of the surface texture and / or by another mean area of the perforation holes and / or by another average spacing of the perforation holes and / or or by another applied pattern of light and / or dark areas.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Projektionsfläche im Wesentlichen kuppelförmig oder halbkugelförmig oder kugelsegmentförmig oder zylinderförmig oder zylindersegmentförmig oder polyederförmig ausgebildet. So wird ein Betrachter von der Projektion umgeben, sodass sich ein immersiver Bildeindruck ergibt.In one embodiment of the invention, the projection surface is substantially dome-shaped or hemispherical or spherical segment-shaped or cylindrical or cylindrical segment-shaped or polyhedron-shaped. Thus, a viewer is surrounded by the projection, resulting in an immersive image impression.

In einer Ausführungsform der Erfindung kommt die Projektionsfläche in einem Planetarium oder einem Simulator oder einem Kino zum Einsatz.In one embodiment of the invention, the projection surface is used in a planetarium or a simulator or a cinema.

In einer Ausführungsform der Erfindung befinden sich Sitzgelegenheiten für die Betrachter im Betrachterraum, wie beispielsweise Stühle, Sessel, Hocker, Polster oder Sitzstufen, wobei die Sitzgelegenheiten derart gegenüber der Projektionsfläche angeordnet und/oder ausgerichtet sind, dass eine Mehrzahl der Betrachter in Richtung des ersten Projektionsflächenbereichs blicken. So wird für die Verbesserung der Projektionsqualität für eine Mehrzahl der Betrachter erreicht.In one embodiment of the invention, seating for the observers in the viewer's room, such as chairs, armchairs, stools, cushions or seating steps, with the seating arranged and / or aligned with the projection surface such that a plurality of viewers are in the direction of the first projection surface area look. Thus, for the improvement of the projection quality for a majority of viewers is achieved.

In einer Ausführungsform der Erfindung existieren neben einem ersten Projektionsflächenbereich und einem zweiten Projektionsflächenbereich, die sich in ihren mittleren Reflektivitäten voneinander unterscheiden, noch weitere Projektionsflächenbereiche, wobei deren mittlere Reflektivitäten zwischen der mittleren Reflektivität des ersten Projektionsflächenbereichs und der mittleren Reflektivität des zweiten Projektionsflächenbereichs liegen. Auf diese Weise kann der Unterschied in der mittleren Reflektivität zwischen benachbarten Projektionsflächenbereichen vermindert werden, was das Ausmaß der Inhomogenitäten in der mittleren Reflektivität auf der Projektionsfläche vermindert.In one embodiment of the invention, in addition to a first projection surface region and a second projection surface region, which differ in their mean reflectivities, there are further projection surface regions, their mean reflectivities lying between the mean reflectivity of the first projection surface region and the mean reflectivity of the second projection surface region. In this way, the difference in the average reflectivity between adjacent projection surface areas can be reduced, which reduces the extent of inhomogeneities in the mean reflectivity on the projection surface.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden die mittleren Reflektivitäten der Projektionsflächenbereiche so gestaltet, dass sich ein kontinuierlicher, gradientenartiger Verlauf der mittleren Reflektivitäten auf der Projektionsfläche ergibt. Ein unstetiger Übergang der mittleren Reflektivitäten zwischen benachbarten Projektionsflächenbereichen wird damit vermieden.In one embodiment of the invention, the mean reflectivities of the projection surface areas are designed such that a continuous, gradient-like course of the mean reflectivities results on the projection surface. A discontinuous transition of the mean reflectivities between adjacent projection surface areas is thus avoided.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Unterschiede der mittleren Reflektivitäten benachbarter Projektionsflächenbereiche derart gering ausgelegt, dass sie für den Betrachter nicht erkennbar werden, etwa auf Grund des begrenzten Auflösungsvermögens des Betrachters bezüglich der resultierenden Leuchtdichte. Die Projektionsfläche erscheint dadurch dem Betrachter homogen.In one embodiment of the invention, the differences in the mean reflectivities of adjacent projection surface areas are made so small that they are not recognizable to the viewer, for example due to the limited resolution of the viewer with respect to the resulting luminance. The projection surface thus appears homogeneous to the viewer.

In einer Ausführungsform der Erfindung kommt eine der beschriebenen Vorrichtungen zur Anwendung, sodass sich die Vorteile realisieren.In one embodiment of the invention, one of the devices described is used so that the advantages are realized.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Projektionsfläche mit Bildinhalten bespielt, die in der Weise gestaltet sind, dass Unstetigkeiten in der mittleren Reflektivität benachbarter Projektionsflächenbereiche nicht erkennbar werden. Das kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass Stellen mit Unstetigkeiten in der mittleren Reflektivität nicht mit Bildinhalten bespielt werden. Es kann ferner beispielsweise dadurch erfolgen, dass die von den Projektoren projizierte Leuchtdichte gegenläufig ist zum Verlauf der mittleren Reflektivität auf der Projektionsfläche.In one embodiment of the invention, the projection surface is recorded with image contents that are designed in such a way that discontinuities in the mean reflectivity of adjacent projection surface areas are not recognizable. This can be done, for example, that places with discontinuities in the average reflectivity are not recorded with image content. It can also be done, for example, that the luminance projected by the projectors is opposite to the course of the average reflectivity on the projection surface.

Figurenlistelist of figures

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in der beispielhaft ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:

Zeichnung 1: Ansicht einer als Kuppel ausgebildeten Projektionsfläche, die einen Projektionsvorzugsbereich aufweist.
Zeichnung 2: Detailansicht eines Ausschnitts aus einer Projektionsfläche mit sich über dem Ort ändernder Perforations-Lochgröße.
Zeichnung 3: Detailansicht eines Ausschnitts aus einer Projektionsfläche mit sich über dem Ort ändernder Punkt-Musterung.

Further details, features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the subclaims and from the following description of the accompanying drawings, in which a preferred embodiment of the invention is shown by way of example. In the drawing show:

Drawing 1: View of a dome-shaped projection surface having a projection preferred range.
Drawing 2: Detail view of a section of a projection surface with perforation hole size changing over the location.
Drawing 3: Detail view of a section of a projection surface with a point pattern changing over the location.

Beschreibung der einzelnen FigurenDescription of the individual figures

Zeichnung 1 zeigt eine kuppelförmig ausgebildete gewölbte Projektionsfläche 5, die durch die Innenseite einer Halbkugelkonstruktion 1 gebildet wird und durch den Kuppelrand 2 abgegrenzt ist. Eine Mehrzahl der Betrachter der Projektion (nicht dargestellt) blicke in Richtung des Projektionsvorzugsbereichs 4. Im Projektionsvorzugsbereich 4 wird somit erfindungsgemäß eine hohe Reflektivität der Projektionsfläche vorgesehen. Die gestrichelt eingezeichneten Linien 3 symbolisieren Linien gleicher Reflektivität; ausgehend vom Projektionsvorzugsbereich 4 nimmt die Reflektivität ab.drawing 1 shows a dome-shaped curved projection screen 5 passing through the inside of a hemisphere construction 1 is formed and through the dome edge 2 is delimited. A majority of the viewers of the projection (not shown) in the direction of the projection preferred range 4 , In the projection preferred range 4 Thus, according to the invention, a high reflectivity of the projection surface is provided. The dashed lines 3 symbolize lines of equal reflectivity; starting from the projection preferred range 4 decreases the reflectivity.

Zeichnung 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer Projektionsfläche 6, die mit einer Perforation versehen ist, die aus einer Vielzahl von Löchern 7 besteht. Durch eine Änderung des Lochdurchmessers über dem Ort der Projektionsfläche 6 ergibt sich eine entsprechende Änderung der Reflektivität der Projektionsfläche 6. In diesem Beispiel nimmt die Reflektivität von links nach rechts zu.drawing 2 shows a section of a projection screen 6 which is provided with a perforation consisting of a variety of holes 7 consists. By changing the hole diameter above the location of the screen 6 there is a corresponding change in the reflectivity of the projection surface 6 , In this example, the reflectivity increases from left to right.

Zeichnung 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Projektionsfläche 6, die mit einer Muster-Bedruckung versehen ist, die aus einer Vielzahl von schwarzen Kreisen 8 besteht. Durch eine Änderung des Kreisdurchmessers über dem Ort der Projektionsfläche 6 ergibt sich eine entsprechende Änderung der Reflektivität der Projektionsfläche 6. In diesem Beispiel nimmt die Reflektivität von links nach rechts zu.drawing 3 shows a section of a projection screen 6 which is patterned with a variety of black circles 8th consists. By changing the circle diameter over the location of the projection surface 6 there is a corresponding change in the reflectivity of the projection surface 6 , In this example, the reflectivity increases from left to right.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 6733136 B2 [0003]
DE 4041916 A1 [0005]
US 2011/0157694 A1 [0015]
DE 102011008471 A1 [0015]
WO 2004/010681 A2 [0017]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"CAVE": C. Cruz-Neira, DJ Sandin et al., "Surround-screen projection-based virtual reality: the design and implementation of the CAVE", Proceedings of the 20th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, 1993 [ 0004]
C. Ganter, "Projectors and Dome Effective Contrast", Proceedings of the 21st International Planetarium Society Conference, 2012, from page 6 [0013]
S. Takeda, D. Iwai et al., "Inter-reflection compensation of immersive projection display by spatio-temporal-screen reflectance modulation", IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 2016. [0016]

Claims

Device for front projection on a curved projection surface, comprising one or more observers, a projection surface, which from the point of view of the observer is at least locally concave, at least one projector that projects image content onto the screen, where the projection surface has a projection preferred range, the projection surface has a first projection area, the projection surface has a second projection area, the first projection area is at least partially within the projection preferred range, the second projection area is outside the projection preferred range, the first projection surface area always has a greater average reflectivity than the second projection area area.

Device after Claim 1 characterized in that the first projection surface area differs from the second projection area area by a different gray level of the surface texture and / or the first projection area area differs from the second projection area area by a different average area of perforation holes and / or the first projection area area differs from the one second projection surface area differs by a different average distance from perforation holes and / or the first projection area area differs from the second projection area area by another applied pattern of light and / or dark areas.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the projection surface is dome-shaped or hemispherical or spherical segment-shaped or cylindrical or cylindrical segment-shaped or polyhedron-shaped.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the projection surface is a projection surface in a planetarium or a simulator or a cinema.

Device after Claim 4 characterized in that seats exist for the viewers arranged and / or oriented such that a plurality of the viewers are looking towards the first projection surface area.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that there exist further projection surface regions whose mean reflectivities are smaller than those of the first projection surface region but larger than those of the second projection surface region.

Device after Claim 6 Characterized in that projection portions that do not fall in the first projection area or the second projection region, are designed in their central reflectivities such that about the location on the projection surface a gradientenartiger sequence of the average reflectivity by the average reflectivity of the first projection area to the average Reflectivity of the second projection surface area results.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that differences between the mean reflectivities of adjacent projection surface areas are so small that the viewer can not distinguish the adjacent projection surface areas due to its limited luminance resolution.

Method for front projection on a curved projection surface, characterized in that a device according to one of the preceding claims is used.

Method according to Claim 9 , characterized in that image contents are projected onto the projection surface, which are designed in such a way that the transitions from one projection surface region to a neighboring projection surface region deviate from average reflectivity are not recognizable.