DE102018121526A1 - Projection system for projecting an image - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Projektionssystem mit einem oder mehreren Digitalprojektoren (2), die jeweils ein Basisbild erzeugen und so auf eine Projektionsfläche (10) projizieren, dass das bzw. die Basisbilder einen vorbestimmte Projektionsbereich auf der Projektionsfläche ausfüllt bzw. ausfüllen, und einem ersten Zusatzprojektor (3), der ein erstes Zusatzbild erzeugt und so auf die Projektionsfläche (10) projiziert, dass es im Projektionsbereich liegt, bereitgestellt, wobei der vom ersten Zusatzprojektor (3) bereitgestellte maximale Lichtstrom größer ist als der von jedem Digitalprojektor (2) bereitgestellte maximale Lichtstrom, um dadurch mindestens einen hellen Bildinhalt im Projektionsbereich darzustellen.A projection system with one or more digital projectors (2), each of which generates a base image and projects onto a projection surface (10) such that the base image (s) fills or fills a predetermined projection area on the projection surface, and a first additional projector ( 3), which generates a first additional image and projects it onto the projection surface (10) such that it lies in the projection area, the maximum luminous flux provided by the first additional projector (3) being greater than the maximum luminous flux provided by each digital projector (2) to thereby display at least one bright image content in the projection area.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Projektionssystem zum Projizieren eines Bildes.The present invention relates to a projection system for projecting an image.
Solche Projektionssysteme werden z. B. als Simulatoren (z. B. Fahrsimulatoren für Autos) eingesetzt, wobei dabei beispielsweise Blendsituationen nachgebildet werden sollen, wie sie beispielsweise durch die Scheinwerfer entgegenkommender Autos verursacht werden.
Nach
To
Mit
- LB
- Hintergrundleuchtdichte
- Li
- Leuchtdichte der i-ten Lichtquelle
- ωi
- Raumwinkel der i-ten Lichtquelle
- pi
- Guth-Positionsindex der i-ten Lichtquelle
- L B
- Background luminance
- L i
- Luminance of the i-th light source
- ω i
- Solid angle of the i-th light source
- p i
- Guth position index of the i-th light source
Die Leuchtdichte gibt an, welcher Lichtstrom pro Fläche und Raumwinkel abgegeben wird; die Leuchtdichte wird typischerweise in Candela pro Quadratmeter (cd/m2) angegeben.The luminance indicates which luminous flux is emitted per surface and solid angle; the luminance is typically given in candelas per square meter (cd / m 2 ).
Der Guth-Positionsindex p beschreibt die Empfindlichkeit einer Blendung in Abhängigkeit des Winkels der Blendquelle zur Sichtrichtung des Betrachters. Er wurde empirisch ermittelt und in folgende analytische Formel gefasst (siehe auch Ashdown, lan. (2005). Sensitivity Analysis of Glare Rating Metrics. LEUKOS The Journal of the Illuminating Engineering Society of North America. 2. 115-122. 10.1582/LEUKOS.2005.02.02.003):
Mit tan(α) = L/V und
Die Kriterien für Blendung sind dann wie folgt angegeben (siehe Ashdown, lan. (2005). Sensitivity Analysis of Glare Rating Metrics. LEUKOS The Journal of the Illuminating Engineering Society of North America. 2. 115-122. 10.1582/LEUKOS.2005.02.02.003 oder auch https://docs.agi32.com/AGi32/Content/adding_calculation_points/Calculations_UGR_Concepts.htm).
Tabelle 1 (Kriterien für Blendung in Abhängigkeit des „Unified Glare Ratings“ (UGR)):
Für eine Blendquelle, die sich in 50 m Abstand 2 m seitlich und 0.5 m in der Höhe gegenüber der Blickrichtung versetzt befindet, ergeben sich
Ein Scheinwerfer von 15 cm Durchmesser erscheint dem Betrachter in 50 m Abstand unter einem Raumwinkel von
Auf einer Landstraße herrscht nachts eine Umgebungsleuchtdichte von etwa LB = 0.03cd/m2. On a country road, there is an ambient luminance of around L B = 0.03cd / m 2 at night.
Erzeugt der Scheinwerfer eine Leuchtdichte von L = 3200cd/m2, so ergibt sich nach Gleichung (1) UGR ≈ 22. Nach Tabelle 1 wird die Blendung durch einen solchen Scheinwerfers „unacceptable“, also von der Komfortwahrnehmung her nicht mehr akzeptiert.If the headlamp produces a luminance of L = 3200cd / m 2 , then equation (1) gives UGR ≈ 22. According to Table 1, glare from such a headlamp is "unacceptable", ie no longer accepted from the comfort perception.
Die gleiche Blendquelle in einem Abstand von 20 m erzeugt ein UGR ≈ 28 („uncomfortable“; hier ist p ≈ 1.08). Weist sie eine Leuchtdichte von L = 1330cd/m2 auf, so wird sie nicht mehr akzeptiert (UGR ≈ 22).The same glare source at a distance of 20 m produces a UGR ≈ 28 ("uncomfortable"; here is p ≈ 1.08). If it has a luminance of L = 1330 cd / m 2 , it is no longer accepted (UGR ≈ 22).
Die Formeln sind ursprünglich für Innenraumbeleuchtungen abgeleitet, wurden hier jedoch auf Straßen-Szenen übertragen.The formulas were originally derived for interior lighting, but have been applied to street scenes here.
Typischerweise werden Szenen in einem Simulator mit Hilfe einer Anordnung aus mehreren Digitalprojektoren (je nach Anforderung beispielsweise zwischen zwei und 20) dargestellt. Eine Nachbildung der tatsächlichen Helligkeiten ist jedoch nur mit erheblichem Aufwand möglich, da sich in der digitalen Projektion Leuchtdichten von 1330cd/m2, wie sie im obigen Beispiel als Blendquelle genannt wurden, nur mit extrem hohen Aufwand realisieren lassen. Vielmehr liegt die maximale Leuchtdichte in einem Simulator mit Digitalprojektoren in einer Größenordnung von 50cd/m2. Dies ist somit die maximale Leuchtdichte, die eine Blendquelle erzeugen kann.Scenes are typically displayed in a simulator with the aid of an arrangement of several digital projectors (depending on the requirement, for example between two and 20). However, it is only possible to reproduce the actual brightness levels with considerable effort, since in digital projection luminance levels of 1330 cd / m 2 , as mentioned in the above example as glare source, can only be achieved with extremely high effort. Rather, the maximum luminance in a simulator with digital projectors is of the order of 50 cd / m 2 . This is the maximum luminance that a glare source can produce.
Das obige Beispiel zeigt, dass die digitale Projektionstechnik einen hohen Kontrast bzw. vielmehr einen hohen Dynamikbereich aufweisen muss (im Beispiel der Lichtquelle von 1330cd/m2 liegt dieser bei mehr als 100 000:1 gegenüber dem Hintergrund von 0.03cd/m2). Im Stand der Technik werden daher Projektoren mit hohem Dynamik-Bereich verwendet - sogenannte HDR-Projektoren. Eine Abschätzung nach Gleichung (1) zeigt jedoch, dass für Blendquellen in 20 m Abstand mit L = 50cd/m2 eine Hintergrundleuchtdichte von LB = 4.24· 10-5cd/m2 benötigt wird, um eine Blendung von UGR ≈ 22 zu erzeugen; der erforderliche Kontrast liegt hier bei jenseits von einer Million zu 1.The example above shows that the digital projection technology must have a high contrast or rather a high dynamic range (in the example of the light source of 1330 cd / m 2 this is more than 100 000: 1 against the background of 0.03 cd / m 2 ). In the prior art, therefore, projectors with a high dynamic range are used - so-called HDR projectors. However, an estimate according to equation (1) shows that for glare sources at a distance of 20 m with L = 50cd / m 2 a background luminance of L B = 4.24 · 10 -5 cd / m 2 is required in order to achieve a glare of UGR ≈ 22 produce; the required contrast here is beyond one million to one.
Legt man einen Projektor zugrunde, der Bildinformationen in 8bit (Grauwerte 0, 1, ... 255) mit einem y = 2.2 (der Gamma Wert beschreibt die nichtlineare Abbildung der digitalen Eingangsdaten zu daraus erzeugten Helligkeitswerten) darstellt nach
Bei diesen Betrachtungen wurde angenommen, dass das Projektionssystem Gleichung (3) perfekt folgt und somit einen unendlich hohen Kontrast aufweist. In der Realität weisen nur die besten Systeme (die beispielsweise über eine Doppelmodulation umgesetzt sind) Kontraste von mehr als einer Million zu 1 auf und sind somit in der Lage, bis hinunter zu Graustufe 0.5 unterscheidbare Helligkeiten zu erzeugen. Standard-Projektoren mit einem Kontrast von 2000:1 hingegen können nach Gleichung (3) schon keine Helligkeitsunterschiede unterhalb von Graustufe 8 unterscheidbar darstellen.In these considerations it was assumed that the projection system follows equation (3) perfectly and thus has an infinitely high contrast. In reality, only the best systems (which are implemented, for example, via double modulation) have contrasts of more than one million to one and are therefore able to produce brightness levels that can be distinguished down to gray level 0.5. Standard projectors with a contrast of 2000: 1, on the other hand, according to equation (3), cannot already distinguish brightness differences below
Die ausgeführten Betrachtungen zeigen, dass eine einfache HDR-Projektion nicht geeignet ist, um Blendsituationen in einem Simulator nachzubilden.The observations made show that a simple HDR projection is not suitable for simulating glare situations in a simulator.
Um über eine digitale Projektion dennoch lokal hohe Leuchtdichten erzeugen zu können, die zu einer Blendung führen können, ist es möglich, zusätzliche Projektoren zu verwenden. Diese projizieren nur dort Bildinhalte, wo Blendquellen zu erwarten sind - also typischerweise in Fahrtrichtung eines Auto-Simulators:
- Durch Verwendung eines zusätzlichen Projektors, der die gleiche Leuchtdichte erzeugt, wie der eigentliche Bild-Projektor (im Beispiel 50cd/m2) kann die maximale Leuchtdichte
L , die für eine Blendung zu Verfügung steht, verdoppelt werden. In diesem Beispiel (bei Abstand 20m) ergibt sich nach den Gleichung (1) und (3), dass der Bildinhalt des Hintergrundes einen mittleren Grauwert von gB ≈ 0.8 aufweisen muss, um Blendsituationen mit UGR ≈ 22 darzustellen. Wie oben bereits diskutiert wurde, ist ein solcher Grauwert über eine 8bit-Projektion nicht darstellbar; bei einer 10bit-Projektion verbleibt keine Modulationstiefe für eine Darstellung von Strukturen im Hintergrund. Die Lösung ist also nicht praktikabel um reale Blendsituationen darzustellen.
- By using an additional projector that produces the same luminance as the actual image projector (in the example 50cd / m 2 ), the maximum luminance can be achieved
L available for glare can be doubled. In this example (at a distance of 20m) it follows from equations (1) and (3) that the image content of the background must have a mean gray value of g B ≈ 0.8 in order to represent glare situations with UGR ≈ 22. As already discussed above, such a gray value cannot be represented by an 8-bit projection; with a 10-bit projection there is no modulation depth for displaying structures in the background. So the solution is not practical to represent real glare situations.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Projektionssystem zum Projizieren eines Bildes bereitzustellen, mit dem die eingangs genannten Schwierigkeiten möglichst vollständig überwunden werden können.Proceeding from this, it is the object of the present invention to provide a projection system for projecting an image, with which the difficulties mentioned at the outset can be overcome as completely as possible.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 sowie im Anspruch 10 definiert. The invention is defined in
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous refinements are specified in the dependent claims.
Mit dem erfindungsgemäßen Projektionssystem können als helle Bildinhalte z. B. variabel (Farben, Geometrien) realistische Blendsituationen mit ausgedehnter Blendung oder einer Vielzahl von Blendquellen (z. B. bei nasser Straße) nachgebildet werden.With the projection system according to the invention, z. B. variable (colors, geometries) realistic glare situations with extensive glare or a variety of glare sources (z. B. wet road).
Das erfindungsgemäße Projektionssystem kann mehrere Digitalprojektoren aufweisen, deren Basisbilder, die nachfolgend auch als Teilbilder bezeichnet werden, bevorzugt teilweise überlappen, um ein größeres projiziertes Gesamtbild erzeugen bzw. einen größeren Projektionsbereich ausfüllen zu können. Ferner kann das erfindungsgemäße Projektionssystem mehrere Zusatzprojektoren aufweisen, die einen maximalen Lichtstrom bereitstellen, der größer ist als der maximale Lichtstrom des mindestens einen Digitalprojektors, und die jeweils ein weiteres Zusatzbild erzeugen und so projizieren, dass es bzw. sie im vorbestimmten Projektionsbereich liegen. Bevorzugt überlappen alle Zusatzbilder der Zusatzprojektoren zusammen mindestens 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % oder 90 % der Fläche des vorbestimmten Projektionsbereiches. Die Überlappung kann insbesondere so gewählt sein, dass nur dort eine Überlappung vorliegt, wo helle Bildinhalte dargestellt werden sollen.The projection system according to the invention can have a plurality of digital projectors, the base images, which are also referred to below as partial images, preferably partially overlap in order to be able to generate a larger overall projected image or to be able to fill a larger projection area. Furthermore, the projection system according to the invention can have a plurality of additional projectors which provide a maximum luminous flux which is greater than the maximum luminous flux of the at least one digital projector and which each generate a further additional image and project it so that it is in the predetermined projection range. All additional images of the additional projectors preferably overlap at least 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% or 90% of the area of the predetermined projection area. The overlap can in particular be chosen such that there is only an overlap where bright image content is to be displayed.
Es ist ferner möglich, dass sich mindestens zwei Zusatzbilder teilweise oder vollständig überlappen.It is also possible for at least two additional images to overlap partially or completely.
Durch den im Vergleich zu jedem der Digitalprojektoren höheren maximalen Lichtstrom des ersten Zusatzprojektors kann die Anzahl von benötigten zusätzlichen Projektoren minimiert werden, um z. B. Blendsituationen darzustellen, ohne dabei andere Lichtquellen zu verwenden. Dabei beschreibt der Lichtstrom eines Projektors die Strahlung, die der Projektor in Form von sichtbarem Licht abgibt; der Lichtstrom wird typischerweise in „Lumen“ angegeben.Due to the higher maximum luminous flux of the first additional projector compared to each of the digital projectors, the number of additional projectors required can be minimized in order, for. B. to represent glare situations without using other light sources. The luminous flux of a projector describes the radiation that the projector emits in the form of visible light; the luminous flux is typically given in "lumens".
Die Erhöhung des Lichtstroms kann z. B. über eine Einschränkung des darstellbaren Farbraums erfolgen. Im Spezialfall kann der erste Zusatzprojektor nur eine einzige Farbe darstellen. Idealerweise ist diese Farbe ähnlich zu den Farben, die eine Blendung erzeugen sollen; im Fall von Autoscheinwerfern also Weiß-Töne.The increase in luminous flux can e.g. B. done via a limitation of the displayable color space. In a special case, the first additional projector can only display a single color. Ideally, this color is similar to the colors that are supposed to create glare; So in the case of car headlights, white tones.
Bei Digitalprojektoren, die die Farben sequenziell darstellen, wird ein Großteil des Lichts der Lichtquelle des Digitalprojektors nicht genutzt. Dies ist erforderlich, um den benötigten Farbraum darstellen zu können. Dazu werden aus dem Weißspektrum der Lichtquelle z. B. mittels eines Farbrades Spektralbereiche „ausgeschnitten“, die zu den gewünschten Farborten für Rot, Grün und Blau führen, so dass zeitsequenziell rote, grüne und blaue Farbteilbilder erzeugt werden können. Die Farbteilbilder werden so schnell hintereinander erzeugt und projiziert, dass ein Betrachter die Farbteilbilder zeitlich nicht mehr auflösen kann und somit nur die Überlagerung als mehrfarbiges Teilbild wahrnehmen kann. With digital projectors that display the colors sequentially, a large part of the light from the light source of the digital projector is not used. This is necessary in order to be able to display the required color space. For this purpose, z. B. "Cut out" spectral ranges using a color wheel, which lead to the desired color locations for red, green and blue, so that time-sequential red, green and blue color partial images can be generated. The color partial images are generated and projected so quickly in succession that an observer can no longer resolve the color partial images in time and thus can only perceive the overlay as a multi-colored partial image.
Wenn man einen solchen Digitalprojektor als ersten Zusatzprojektor einsetzen will, kann der bereitgestellte maximale Lichtstrom oder die bereitgestellte maximale Lichtleistung dadurch erhöht werden, dass das komplette Licht der Lichtquelle moduliert wird, ohne es zuerst über Farbfilter spektral aufzuspalten. Im Fall der farbsequenziellen Bildgebung kann dies z. B. durch Weglassen des Farbrades erfolgen.If you want to use such a digital projector as the first additional projector, the maximum luminous flux or maximum light output provided can be increased by modulating the complete light of the light source without first splitting it spectrally via color filters. In the case of color sequential imaging, this can e.g. B. done by omitting the color wheel.
Bei einem Digitalprojektor mit drei Bildgebern (je einem für Rot, Grün und Blau) kann daraus ein Zusatzprojektor abgeleitet werden, indem man sich auf eine reine Weiß-Projektion beschränkt. Dazu wird lediglich ein Bildgeber benötigt, der das gesamte Licht der Lichtquelle moduliert (ohne eine spektrale Aufspaltung in die drei Farbkanäle). In diesem Fall wird der maximale Lichtstrom des Zusatzprojektors erhöht (aufgrund der geringen Anzahl von optischen Elementen, die jeweils lediglich 99 % des Lichtes transmittieren). Ferner wird der Zusatzprojektor einfacher und preisgünstiger, da auf zwei Bildgeber und Komponenten zur Farbaufspaltung verzichtet werden kann.In the case of a digital projector with three imagers (one each for red, green and blue), an additional projector can be derived from this by restricting oneself to a pure white projection. All that is required is an image generator that modulates all of the light from the light source (without spectral splitting into the three color channels). In this case, the maximum luminous flux of the additional projector is increased (due to the small number of optical elements, each of which only transmits 99% of the light). Furthermore, the additional projector becomes simpler and less expensive since two image generators and components for color splitting can be dispensed with.
Es ist vorteilhaft, zur Darstellung der Blendquelle sowohl den mindestens einen Digitalprojektor als auch den ersten Zusatzprojektor zu verwenden, da durch Summe der resultierenden Leuchtdichten eine noch hellere Blendung erzeugt werden kann. Die Steuereinheit des Projektionssystems, die die Bildinformationen an die einzelnen Projektoren aufteilt, kann also die Bildinformationen der Blendquelle auf den bzw. die zugehörigen Digitalprojektoren und Zusatzprojektoren verteilen.It is advantageous to use both the at least one digital projector and the first additional projector to display the glare source, since an even brighter glare can be generated by the sum of the resulting luminances. The control unit of the projection system, which distributes the image information to the individual projectors, can thus distribute the image information of the glare source to the associated digital projector and additional projectors.
Möglicherweise entspricht die Farbe des Zusatzprojektors nicht der Farbe, die die blendende Lichtquelle haben soll. Hier ist es vorteilhaft, dass die Steuereinheit die Bildinformationen auf den mindestens einen Digitalprojektor und den ersten Zusatzprojektor derart aufteilt, dass in der Überlagerung beider Bilder der gewünschte Farbort der Blendquelle entsteht. Dadurch kann ein Helligkeitsgewinn in Abhängigkeit der darzustellenden Farbe erzielt werden, wodurch die Möglichkeit resultiert, Blendungen in der UGR-Skala durchzuführen. Die erzielbaren UGR-Werte sind dabei deutlich höher als bei Verwendung eines weiteren Digitalprojektors (mit vollem Farbraum) als Projektor zum Erzeugen eines Blendeffektes nach dem Stand der Technik.The color of the additional projector may not match the color that the dazzling light source should have. It is advantageous here that the control unit distributes the image information to the at least one digital projector and the first additional projector in such a way that the desired color location of the glare source is created in the superimposition of the two images. This makes it possible to gain brightness depending on the color to be displayed, which results in the possibility of performing glare on the UGR scale. The achievable UGR values are significantly higher than when using another digital projector (with full color space) as a projector for generating a glare effect according to the prior art.
Um die Blendung weiter zu erhöhen, ist es vorteilhaft, das Bildfeld (und somit die Größe des ersten Zusatzbildes auf der Projektionsfläche) des ersten Zusatzprojektors (und ggf. weiterer Zusatzprojektoren) zu verkleinern bzw. so zu wählen, dass es kleiner ist als ein Bildfeld eines der Digitalprojektoren oder dass es kleiner ist als jedes Bildfeld aller Digitalprojektoren.In order to further increase glare, it is advantageous to reduce the image field (and thus the size of the first additional image on the projection surface) of the first additional projector (and possibly further additional projectors) or to select it so that it is smaller than an image field one of the digital projectors or that it is smaller than any image field of all digital projectors.
Ferner ist es möglich, als Zusatzprojektor den darstellbaren Farbraum lediglich zu verkleinern bzw. kleiner zu wählen als den von mindestens einem der Digitalprojektoren. Für eine farbsequenzielle Bildgebung werden hier die Transmissionsbereiche der Farbfilter (z. B. im Farbrad) spektral verbreitert. In diesem Fall steigt der erzielbare maximale Lichtstrom eines solchen Zusatzprojektors zwar nicht so hoch wie im Fall eines reinen Weiß-Projektors wie oben beschrieben (), dafür lassen sich die Farben, die eine Blendung hervorrufen sollen, flexibler einstellen.Furthermore, it is possible, as an additional projector, to only reduce the selectable color space or to select it to be smaller than that of at least one of the digital projectors. For color sequential imaging, the transmission areas of the color filters (e.g. in the color wheel) are broadened spectrally. In this case, the achievable maximum luminous flux of such an additional projector does not increase as high as in the case of a pure white projector as described above (), but the colors that should cause glare can be adjusted more flexibly.
Die Verkleinerung des Farbraumes kann auch dadurch erfolgen, dass lediglich zwei Farben (z. B. Blau und Gelb) anstelle von drei Primärfarben (Rot, Grün, Blau) für den ersten Zusatzprojektor verwendet werden. Dies kann bei einem Digitalprojektor mit Farbrad durch ein Farbrad mit den entsprechenden Farbsegmenten realisiert werden.The color space can also be reduced by using only two colors (e.g. blue and yellow) instead of three primary colors (red, green, blue) for the first additional projector. In the case of a digital projector with a color wheel, this can be achieved using a color wheel with the corresponding color segments.
Bei Verwendung von LEDs oder Lasern als Lichtquellen (oder anderen Lichtquellen, die nicht weiß sondern farbig sind) können mehrere Farben gleichzeitig eingeschaltet sein. Beispielsweise lässt sich der maximale Lichtstrom im Grünen erhöhen, wenn gleichzeitig eine rote und blaue Lichtquelle ebenfalls (ggf. mit geringerer Leistung) eingeschaltet werden; dies führt ebenfalls zu einer Verringerung des Farbraumes.When using LEDs or lasers as light sources (or other light sources that are not white but colored), several colors can be switched on at the same time. For example, the maximum luminous flux in the green can be increased if a red and blue light source is also switched on at the same time (possibly with less power); this also leads to a reduction in the color space.
Der erste Zusatzprojektor kann in der Regel weniger Farben darstellen als der mindestens eine Digitalprojektor, ist dafür aber deutlich heller, so dass mit weniger Projektoren in einem Projektionssystem eine Blendung im vorbestimmten Projektionsbereich erzielt werden kann, da die Bildfelder der Zusatzprojektoren nicht so stark verkleinert werden müssen. Dadurch wird das gesamte Projektionssystem billiger und weniger komplex.The first additional projector can generally display fewer colors than the at least one digital projector, but is much brighter, so that with fewer projectors in a projection system, glare can be achieved in the predetermined projection area, since the image fields of the additional projectors do not have to be reduced so much. This makes the entire projection system cheaper and less complex.
Bevorzugt ist der darstellbare Farbraum mittels des (ersten) Zusatzprojektors kleiner als der darstellbare Farbraum mittels des mindestens einen Digitalprojektors. Unter kleiner wird hier insbesondere verstanden, dass die Fläche im Farbraum um 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 % oder 90 % kleiner ist.The color space which can be represented by means of the (first) additional projector is preferably smaller than the color space which can be represented by means of the at least one digital projector. Smaller is understood here in particular to mean that the area in the color space is smaller by 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% or 90%.
Jeder Digitalprojektor kann einen flächigen Modulator mit einer Mehrzahl von unabhängig voneinander ansteuerbaren Pixeln aufweisen. In gleicher Weise kann der erste Zusatzprojektor und jeder weitere Zusatzprojektor einen flächigen Modulator mit einer Mehrzahl von unabhängig voneinander ansteuerbaren Pixeln aufweisen. Ferner ist es möglich, dass jeder der Projektoren zwei hintereinander geschaltete flächige Modulatoren mit einer Mehrzahl von unabhängig voneinander ansteuerbaren Pixeln aufweist, wobei die beiden Modulatoren aufeinander abgebildet werden, um dadurch ein besseres Kontrastverhältnis bereitzustellen. Jeder flächige Modulator kann reflektiv oder transmissiv ausgebildet sein. Insbesondere kann jeder flächige Modulator als LCD-Modul oder als Kippspiegelmatrix ausgebildet sein. Ein flächiger Modulator kann somit auch als zweidimensionaler Bildgeber bezeichnet werden. Die Pixel können beispielsweise in Reihen und Spalten angeordnet sein.Each digital projector can have a flat modulator with a plurality of independently controllable pixels. In the same way, the first additional projector and each additional additional projector can have a planar modulator with a plurality of pixels that can be controlled independently of one another. Furthermore, it is possible for each of the projectors to have two planar modulators connected in series with a plurality of pixels which can be controlled independently of one another, the two modulators being mapped onto one another in order to thereby provide a better contrast ratio. Each flat modulator can be reflective or transmissive. In particular, each flat modulator can be designed as an LCD module or as a tilting mirror matrix. A planar modulator can therefore also be referred to as a two-dimensional imager. The pixels can be arranged in rows and columns, for example.
Ferner kann jeder Digitalprojektor eine eigene Lichtquelle aufweisen. In gleicher Weise kann der erste Zusatzprojektor (und jeder weitere Zusatzprojektor) eine eigene Lichtquelle aufweisen. Bei der Lichtquelle kann es sich um eine Lichtquelle, die weißes Licht abgibt. Es ist auch möglich, dass die Lichtquelle als Laser, LED, ... ausgebildet ist.Furthermore, each digital projector can have its own light source. In the same way, the first additional projector (and each additional additional projector) can have its own light source. The light source can be a light source that emits white light. It is also possible for the light source to be designed as a laser, LED, ...
Das erfindungsgemäße Projektionssystem kann eine Steuereinheit zur Steuerung der Projektoren aufweisen.The projection system according to the invention can have a control unit for controlling the projectors.
Bei dem erfindungsgemäßen Projektionssystem kann die Farbe eines hellen Bildinhaltes durch die Kombination der Darstellung in mindestens einem der Basisbilder und im Zusatzbild erfolgen. Die beiden Projektoren stellen also nicht die gleiche Farbe dar, so dass erst in der Überlagerung die korrekte Farbe erzeugt wird.In the projection system according to the invention, the color of a bright image content can be achieved by combining the representation in at least one of the basic images and in the additional image. The two projectors therefore do not represent the same color, so that the correct color is only generated in the overlay.
Die Steuereinheit des Projektionssystems kann somit die Bildinformation für den hellen Bildinhalt derart an den mindestens einen Digitalprojektor und den (ersten) Zusatzprojektor aufteilen, dass sich erst durch die Überlagerung des projizierten Basisbildes und des projizierten (ersten) Zusatzbildes die vorgegebene Helligkeit und Farbe der Bildinformation ergibt.The control unit of the projection system can thus divide the image information for the bright image content into the at least one digital projector and the (first) additional projector in such a way that the predetermined brightness and color of the image information only result from the superimposition of the projected basic image and the projected (first) additional image .
Die hellen Bildinhalte müssen nicht weiß sein, sondern können eine beliebige Farbe besitzen.The bright picture content does not have to be white, but can be of any color.
So kann der (erste) Zusatzprojektor beispielsweise ein Farbrad mit Brilliant-Color aufweisen, wobei die Farbsegmente für die Primärfarben verkürzt sind, so dass weniger Bit-Stufen für eine Modulation zur Verfügung stehen. Dafür wird ein Weiß-Segment (und/oder Gelb-Segment) deutlich vergrößert, wodurch mehr Licht zur Verfügung steht. Alternativ können beispielsweise weniger Primärfarben im Farbrad verwendet werden, um so ein größeres Weiß-Segment vorsehen zu können, was wiederum zu mehr Licht führt.For example, the (first) additional projector can have a color wheel with brilliant color, the color segments for the primary colors being shortened, so that fewer bit levels are available for modulation. To do this, a white segment (and / or yellow segment) is significantly enlarged, which means that more light is available. Alternatively, fewer primary colors can be used in the color wheel, for example, in order to be able to provide a larger white segment, which in turn leads to more light.
Der (erste) Zusatzprojektor kann auch einfarbig sein. Damit wird die maximale Lichtausbeute der Lichtquelle des (ersten) Zusatzprojektors ermöglicht.The (first) additional projector can also be a single color. This enables the maximum light output of the light source of the (first) additional projector.
Die Bildgrößen (Größen des (ersten) Zusatzbildes) des (ersten) Zusatzprojektors können kleiner sein als die Bildgrößen des bzw. der Basisbilder, da so die resultierende maximale Leuchtdichte des (ersten) Zusatzprojektors noch höher wird. Da bei dem Anwendungsfall der hellen Bildinhalte als Blendung solche Blendungen lediglich nahe der Blickrichtung des Benutzers eine Rolle spielen (aufgrund des Guth-Positionsindexes nach Gleichung 2), ist die Anzahl der zusätzlich benötigten Zusatzprojektoren nicht allzu hoch.The image sizes (sizes of the (first) additional image) of the (first) additional projector can be smaller than the image sizes of the basic image (s), since the resulting maximum luminance of the (first) additional projector will be even higher. Since in the application of the bright image content as glare, such glare only plays a role close to the direction of view of the user (due to the Guth position index according to equation 2), the number of additional projectors additionally required is not too high.
Es ist vorteilhaft, wenn der erste Zusatzprojektor bzw. die Zusatzprojektoren in ihrer Helligkeit gedimmt werden können. Dies kann beispielsweise über eine Iris-Blende erfolgen, die das Licht der Beleuchtung (bzw. Lichtquelle), das auf den Bildgeber gelenkt wird, reduzieren kann. Zusätzlich oder alternativ kann dies über eine Steuerung der Lichtquelle des entsprechenden Zusatzprojektors realisiert werden. Dazu kann beispielsweise der Strom, die Spannung und/oder die Pulsweite zur Ansteuerung der Lichtquelle genutzt werden. Ferner kann zusätzlich oder alternativ ein Dimmen über einen Shutter im Strahlengang erfolgen. Der Shutter kann das Licht z. B. ganz oder teilweise blockieren. Jeder der Zusatzprojektoren, dessen Helligkeit gedimmt werden kann, weist somit eine Dimmeinrichtung auf, mittels der die Helligkeit des entsprechenden Zusatzprojektors gedimmt werden kann. Wegen des endlichen Kontrastes des (ersten) Zusatzprojektors führt dies in dunklen Szenen, in denen keine Blendung erfolgen soll, in vorteilhafter Weise dazu, dass das Bild durch den Schwarz-Level des (ersten) Zusatzprojektors nicht aufgehellt wird.It is advantageous if the brightness of the first additional projector or the additional projectors can be dimmed. This can be done, for example, via an iris diaphragm, which can reduce the light from the illumination (or light source) that is directed onto the image generator. Additionally or alternatively, this can be realized by controlling the light source of the corresponding additional projector. For this purpose, for example, the current, the voltage and / or the pulse width can be used to control the light source. In addition or as an alternative, dimming can also take place via a shutter in the beam path. The shutter can light the z. B. block all or part. Each of the additional projectors, the brightness of which can be dimmed, thus has a dimming device by means of which the brightness of the corresponding additional projector can be dimmed. Because of the finite contrast of the (first) additional projector, this advantageously leads to the fact that the image is not brightened by the black level of the (first) additional projector in dark scenes in which glare should not occur.
Zur Vermeidung von Schädigungen der Augen der Personen in einem Simulator, in dem das erfindungsgemäße Projektionssystem eingesetzt wird, kann überwacht werden, dass die Blendung (beispielsweise bewertet in UGR) eine vorgegebene Schwelle nicht überschreitet. Dazu wird beispielsweise der dargestellte Bildinhalt in einer bestimmten Bildregion über eine gewisse Zeit „gemittelt“, um die aktuelle Adaptation der Augen (auf eine mittlere Hintergrundleuchtdichte
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the specified combinations but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Von den Figuren zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Projektionssystems1 ; -
2 eine Draufsicht aufdas Farbrad 8 desDigitalprojektors 2 von 1 ; -
3 eine Draufsicht auf dieProjektionsfläche 10 zur Erläuterung der Überlagerung des ersten TeilbildesB1 mit dem ersten ZusatzbildZ1 im vorbestimmten Projektionsbereich P des erfindungsgemäßen Projektionssystems1 gemäß 1 ; -
4 eine Darstellung gemäß3 eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Projektionssystems1 ; -
5 eine Darstellung gemäß3 eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Projektionssystems1 ; -
6 das normierteSpektrum der Lichtquelle 5 desDigitalprojektors 2 von 1 ; -
7 die Transmissionskurven der FarbsegmenteR ,G undB des Farbrades8 von 2 ; -
8 die gemeinsame Transmissionskurve der Beleuchtungs-und Projektionsoptik 6 ,7 sowie die Reflektivität desModulators 4 desDigitalprojektors 2 von 1 ; -
9 die Normfarbtafel des Bild-Projektors 2 von 1 ; -
10 den Helligkeitsgewinnfaktor für den Blend-Projektor 3 von 1 ; -
11 eine Ausschnittsvergrößerung des Helligkeitsgewinnfaktors gemäß10 ; -
12 die erzielbare Blendung (in UGR) bei Verwendung des Blend-Projektors 3 von 1 in Abhängigkeit der Farborte; -
13 die erzielbare Blendung (in UGR) bei Verwendung eines weiteren bekannten Bild-Projektors; -
14 die erzielbare Blendung (in UGR) mit einem Blend-Projektor 3 gemäß 1 und einem 1,6fach kleineren Bildfeld; -
15 die erzielbare Blendung (in UGR) bei Verwendung eines weiteren bekannten Bildprojektorsmit einem 1,6fach kleineren Bildfeld; -
16 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Projektionssystems1 ; -
17 Filterkurvenfür das Farbrad 16 des Blend-Projektors 3 gemäß 16 ; -
18 die Normfarbtafel des Blend-Projektors 3 gemäß 16 ; und -
19 eine weitere Ausführungsform des Bild-Projektors 2 des erfindungsgemäßen Projektionssystems.
-
1 is a schematic view of a first embodiment of the projection system according to theinvention 1 ; -
2 a top view of the color wheel8th of thedigital projector 2 of1 ; -
3 a top view of theprojection surface 10 to explain the overlay of the first sub-pictureB1 with the first additional pictureZ1 in the predetermined projection area P of the projection system according to theinvention 1 according to1 ; -
4 a representation according to3 a further embodiment of the projection system according to theinvention 1 ; -
5 a representation according to3 a further embodiment of the projection system according to theinvention 1 ; -
6 the normalized spectrum of thelight source 5 of thedigital projector 2 of1 ; -
7 the transmission curves of the color segmentsR .G andB of the color wheel8th of2 ; -
8th the common transmission curve of the lighting andprojection optics 6 .7 as well as the reflectivity of themodulator 4 of thedigital projector 2 of1 ; -
9 the standard color chart of theimage projector 2 of1 ; -
10 the brightness gain factor for theblend projector 3 of1 ; -
11 an enlarged detail of the brightness gain factor according to10 ; -
12 the achievable glare (in UGR) when using theblend projector 3 of1 depending on the color locations; -
13 the achievable glare (in UGR) when using another known image projector; -
14 the achievable glare (in UGR) with aglare projector 3 according to1 and a 1.6x smaller image field; -
15 the achievable glare (in UGR) when using another known image projector with a 1.6x smaller image field; -
16 a further embodiment of the projection system according to theinvention 1 ; -
17 Filter curves for thecolor wheel 16 of theblend projector 3 according to16 ; -
18th the standard color chart of theblend projector 3 according to16 ; and -
19 another embodiment of theimage projector 2 of the projection system according to the invention.
Bei dem in
Der erste Digitalprojektor
Das normierte Spektrum der Lichtquelle
Die Aufteilung der Rot-, Grün- bzw. Blau-Segment/Farbsegmente beträgt 41%, 29% bzw. 30%, so dass sich ein Farbraum und ein Weißpunkt WP ergibt, wie in
In der nachfolgenden Tabelle 2 sind die in
Der erste Zusatzprojektor
Der erste Zusatzprojektor
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Bildgrößen bzw. Bildfelder des ersten Teilbildes
Wie in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen noch beschrieben werden wird, kann die Größe des ersten Zusatzbildes
Wenn man, wie nachfolgend in den Ausführungsbeispielen beschrieben wird, neben dem ersten Digitalprojektor
Bei dem erfindungsgemäßen Projektionssystem
Der erste Zusatzprojektor
Der erste Zusatzprojektor
Betrachtet man eine Blend-Situation wie eingangs beschrieben (Blendquelle von 15 cm Durchmesser in 20 m Entfernung, 2 m seitlich und 0.5 m in der Höhe versetzt), so ergibt sich analog zu den Berechnung, die beim Stand der Technik ausgeführt wurden, dass eine mittlere Grauwert von gB ≈ 1,8 für die Hintergrundleuchtdichte benötigt wird (gegenüber 0,8 nach dem Stand der Technik). Für ein 10bit-Projektionssystem ergeben sich somit 7 Modulationsstufen (0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 1.25, 1.5 und 1.75) gegenüber 3 (0.25, 0.5 und 0.75) beim Stand der Technik.If one considers a glare situation as described at the beginning (glare source with a diameter of 15 cm at a distance of 20 m, 2 m to the side and 0.5 m in height), then analogously to the calculations carried out in the prior art, this results in a average gray value of g B ≈ 1.8 is required for the background luminance (compared to 0.8 according to the prior art). For a 10-bit projection system, there are 7 modulation levels (0.25, 0.5, 0.75, 1.0, 1.25, 1.5 and 1.75) compared to 3 (0.25, 0.5 and 0.75) in the prior art.
Fordert man 10 Modulationsstufen (mittlerer Grauwert von mindestens 2,5), so muss das Bildfeld beim ersten Zusatzprojektor
Im vorausgehenden Ausführungsbeispiel wurden die Betrachtungen auf Basis der erzielbaren Leuchtdichten durchgeführt. Dabei wurden die Farben, die für eine Blendung verwendet werden, nicht berücksichtigt.In the previous exemplary embodiment, the considerations were carried out on the basis of the luminances which can be achieved. The colors used for glare were not taken into account.
In diesem Ausführungsbeispiel wird nun gezeigt, dass mit Hilfe eines Blend-Projektors
- Die vom erfindungsgemäßen Projektionssystem
1 dargestellte Farbe und Helligkeit einer Blend-Region ergibt sich aus der Summe der Farbkoordinaten (X, Y, Z)Bild-Projektor, die vom Bild-Projektor 2 erzeugt werden, und des Blend-Projektors3 (X,Y,Z)Blend-Projektor. Im einfachsten Fall werden beide Projektoren2 ,3 bei maximaler Helligkeit betrieben: Für den Bild-Projektor 2 ist dies die Projektion von Weiß mit (X,Y,Z)Weiß = (0.9379,1,1.0628) (vgl. Tabelle 2), beim Blend-Projektor 3 wird dies über (X,Y,Z)Blend-Projektor = (3.2702, 3.6637, 3.8114) erzielt. Daraus ergeben sich Blend-Farbkoordinaten mitProjektors 2 und dem des Blend-Projektors 3 .
- The projection system according to the invention
1 The displayed color and brightness of a blend region results from the sum of the color coordinates (X, Y, Z) of the image projector , that of the image projector2 generated, and the blend projector3 (X, Y, Z) blend projector . In the simplest case, both projectors2 .3 operated at maximum brightness: For the image projector2 this is the projection of white with (X, Y, Z) white = (0.9379,1,1.0628) (see Table 2), for the blend projector3 this is achieved via (X, Y, Z) blend projector = (3.2702, 3.6637, 3.8114). This results in blend color coordinates2 and that of the blend projector3 ,
Möchte man eine Blendung einer andere Farbe (mit einem anderen Farbort (x,y)) erzeugen, so kann dies über eine Anpassung der Farbe im Bild-Projektor
Hierbei sind r,g,b,w ∈ [0,1] und beschreiben, wieviel Licht des Rot-, Grün- und Blau-Kanals des Bild-Projektors
Aus dieser Gleichung kann zu einem vorgegebenen Farbort (x,y) die Werte
In
Überträgt man den Helligkeitsgewinn auf ein erfindungsgemäßes Projektionssystem
Reduziert man die Bildgröße des Blend-Projektors
Eine Erhöhung des erzielbaren Lichtstromes für einen Blend-Projektor
In
Eine solche Ausbildung mit zwei hintereinander geschalteten Modulatoren
Im Übrigen wird auf die
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- DE 102008029789 A1 [0079]DE 102008029789 A1 [0079]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- DIN EN 12464-1 [0002]DIN EN 12464-1 [0002]
- DIN EN ISO 11664-1 [0055]DIN EN ISO 11664-1 [0055]
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DE102018121526.6A DE102018121526A1 (en) | 2018-09-04 | 2018-09-04 | Projection system for projecting an image |
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