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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsvorrichtung, mit der
insbesondere auf große
Projektionsflächen
Bilder projiziert werden können.
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Ein
Beispiel einer solchen Projektionsvorrichtung ist eine sogenannte
Videowand, von der mehrere Realisierungsformen bekannt sind. Im
einfachsten Fall sind mehrere Video-Monitore über- und nebeneinander montiert.
Ein Nachteil bei dieser Lösung
besteht darin, daß die
einzelnen Monitore und somit die gesamte Videowand sehr schwer sind
und daß immer
eine deutlich sichtbare Lücke
zwischen den Monitoren vorhanden ist, so daß ein aus den Bildern der einzelnen
Video-Monitore zusammengesetztes Bild Lücken aufweist. Des weiteren
sind die glänzenden
Oberflächen
solcher Monitore sehr empfindlich gegen Reflexe.
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Eine
weitere bekannte Realisierungsform besteht im Einsatz von sogenannten
Video-Cubes. Diese Cubes sind quaderförmige Rückprojektionsmonitore, wobei
eine Quaderfläche
als Rückprojektionsscheibe
ausgebildet ist. Im Quader selbst befindet sich eine digitale Projektionseinheit,
die aus dem Quaderinneren ein Bild auf die Rückseite der Projektionsscheibe
projiziert. Diese Cubes sind randschärfer (die Lücken zwischen den einzelnen
Teilbildern sind geringer als bei der oben beschriebenen Monitorwand).
Dennoch ist die Übergangszone
zwischen zwei Cubes immer noch deutlich wahrnehmbar und stört den Bildeindruck.
Darüber
hinaus fällt
bei solchen Video-Cubes häufig
auf, daß der
Weißpunkt von
einem Cube zum Nachbarcube verschoben ist. Dies äußert sich in Farbsprüngen an
den Rändern der
Einzelbilder. Der Grund für
die unterschiedlichen Weißpunkte
liegt vor allem darin begründet,
daß die verwendeten
Lampen (z.B. Metall-Halid-Lampen) eine über den Bogen veränderliche
Farbtemperatur aufweisen und nicht sichergestellt werden kann, daß jeder
Cube exakt dieselben Einkoppelbedingungen für die Beleuchtungsstrahlung
aufweist.
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Ausgehend
hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Projektionsvorrichtung
mit Projektionsfläche
bereitzustellen, auf der ein aus mehreren Teilbildern zusammengesetztes
Gesamtbild mit möglichst guter
Qualität
projiziert werden kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Projektionsvorrichtung mit einer Projektionsfläche und
mindestens zwei von der Projektionsfläche beabstandeten Projektionsmodulen,
die jeweils in einem eine Kopplungseinrichtung aufweisenden Gehäuse eine Bilderzeugungseinheit
und eine Projektionseinheit enthalten, wobei jedes Projektionsmodul
zur Projektion eines Bildes auf der Projektionsfläche innerhalb eines
Projektionsbereiches des entsprechenden Projektionsmoduls dient
und wobei die Kopplungseinrichtungen derart ausgebildet sind, daß die Projektionsbereiche
von zwei mittels der Kopplungseinrichtungen miteinander verbundenen
Projektionsmodulen aneinanderstoßen oder sich teilweise überlappen.
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Durch
die separate Projektionsfläche,
die für alle
Projektionsmodule gemeinsam vorgesehen ist, und den Kopplungseinrichtungen
wird erreicht, daß das
aus den einzelnen Teilbildern der Projektionsvorrichtung zusammengesetzte
Gesamtbild keine sichtbaren Übergangszonen
mehr aufweist. Dies ist insbesondere dadurch möglich, daß im Gegensatz zu den bisher
bekannten Videowänden
eine Trennung zwischen der Projektionsfläche und den Projektionsmodulen
durchgeführt
wird (es gibt eine Projektionsfläche
für alle
Projektionsmodule). Bevorzugt ist die Projektionsfläche eine
durchgehende Projektionsfläche,
die entweder aus mehreren Teilflächen
zusammengesetzt werden kann oder als eine einzelne Fläche ausgebildet
ist.
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Durch
die Kopplungseinrichtungen der Projektionsmodule wird beim Verbinden
der Projektionsmodule sichergestellt, daß die verbundenen Projektionsmodule
in einer überlappenden
oder aneinanderstoßenden
Art ihre Teilbilder auf die Projektionsfläche projizieren. Dies erleichtert
den Aufbau der Projektionsfläche
sehr stark, da nur die Projektionsmodule gemäß den Kopplungseinrichtungen
zusammengesetzt werden müssen.
Insbesondere sind die Kopplungseinrichtungen so ausgebildet, daß die einzelnen Projektionsmodule
stapelbar sind und nebeneinander angeordnet werden können.
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Dazu
ist es besonders bevorzugt, daß die Kopplungseinrichtungen
derart ausgebildet sind, daß zwei
mittels der Kopplungseinrichtungen verbundenen Projektionsmodule
in definierter räumlicher
Beziehung zueinander angeordnet sind (es gibt einen definierten
Verbindungszustand). Damit wird sichergestellt, daß die gewünschte Projektion
der Teilbilder relativ zueinander auf der Projektionsfläche erreicht wird.
Mittels der Kopplungseinrichtungen kann eine lösbare Verbindung bzw. Kopplung
von mindestens zwei Projektionsmodulen erzielt werden, wobei insbesondere
eine lösbare
Rastverbindung realisierbar ist.
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Insbesondere
kann die Kopplungseinrichtung so ausgebildet sein, daß die Projektionsmodule in
zwei voneinander unabhängigen
Raumrichtungen miteinander verbindbar sind. Es kann somit eine Matrix
aus n nebeneinander angeordneten und m übereinander gestapelten Projektionsmodulen
gebildet werden (n und m stehen jeweils für eine ganze Zahl). Damit ist
die Projektionsanordnung sehr flexibel in der Hinsicht, daß sie sehr
leicht an eine gewünschte Größe des Gesamtbild
angepaßt
werden kann. Es müssen
nur die entsprechende Anzahl der Projektionsmodule in der gewünschten
Art und Weise (nebeneinander und übereinander) miteinander verbunden
werden.
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Besonders
bevorzugt ist es bei der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung,
wenn nur eine einzige Lichtquelle für alle Projektionsmodule vorgesehen
ist. Dadurch besitzt die gesamte Projektionsvorrichtung nur eine
zentrale Lichtquelle, wodurch die Projektionsvorrichtung kostengünstiger wird,
da eine zentrale Lichtquelle billiger ist als viele verteilte Lichtquellen.
Des weiteren bestehen keine Farbabweichungen zwischen den projizierten
Teilbildern der einzelnen Projektionsmodule, da sie alle mit dem
Licht der einzigen Lichtquelle gespeist werden. Insbesondere kann
die Lichtquelle eine Xenon-Bogen-Lampe aufweisen. Eine solche Xenon-Bogen-Lampe weist
den Vorteil auf, daß sich
ihr Spektrum über
die Lebensdauer hinweg nicht bzw. kaum verändert und daß ihr Spektrum
an jeder Stelle des Brennbogens identisch ist. Es kann natürlich jede
andere Art von Lichtquelle, die die gewünschten Eigenschaften liefert,
bei der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
als einzige Lichtquelle eingesetzt werden.
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Insbesondere
kann jedes Projektionsmodul einen Lichtleiter aufweisen, über den
das Licht der Lichtquelle zum Projektionsmodul übertragen wird. Dadurch wird
eine mechanische Entkopplung von Lichtquelle und dem Projektionsmodul
erreicht, so daß die
Lichtquelle an einer günstigen
Stelle plaziert werden kann, da das Licht über die Lichtleiter, die in der
Regel biegsam sind, von der Lichtquelle zu den Projektionsmodulen
geführt
wird. Als Lichtleiter kann insbesondere ein Faserbündel oder
ein Flüssigkeitslichtleiter
verwendet werden.
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Insbesondere
kann zwischen der Lichtquelle und den Lichtleitern ein Farbrad angeordnet
sein, daß zumindest
einen ersten und einen zweiten Sektor umfaßt, wobei der erste Sektor
Licht einer ersten Farbe transmittiert und Licht nicht transmittierter
Farben reflektiert und der zweite Sektor Licht einer zweiten Farbe
transmittiert und Licht nicht transmittierter Farben reflektiert.
Das reflektierte Licht wird in die Lichtquelle zurückgespiegelt
und ist, wenn die Lichtquelle eine Lampe mit z.B. einem Brenner
und einem Reflektor umfaßt,
nicht verloren, da das zurückgespiegelte
Licht am Reflektor erneut reflektiert wird und wieder auf das Farbrad
trifft. Wenn sich das Farbrad weitergedreht hat, kann das zuvor
zurückreflektierte
Licht nun transmittiert werden. Dies führt zu einer deutlichen Steigerung
der Effizienz der Beleuchtung.
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Das
Farbrad kann so ausgebildet sein, daß zu jedem Zeitpunkt mehr als
nur ein einziger Farbsektor das Lichtleiterbündel abgedeckt ist (z.B. wenn die
Gesamtfläche
der Endflächen
der dem Farbrad zugewandten Enden den Lichtleiter eine derartige
laterale Ausdehnung aufweist, daß mehr als nur ein Farbsektor
abgedeckt ist). Somit kann erreicht werden, daß Licht, welches an einem ersten
Sektor des Farbrades (welches einen ersten Teil des Lichtleiterbündels abdeckt)
reflektiert wird und in die Lichtquelle zurückgespiegelt wird, nun beim
zweiten Auftreffen auf das Farbrad einen zweiten Sektor trifft.
Das Licht wird dann durch diesen zweiten Sektor transmittiert und
in einen zweiten Teil des Lichtleiterbündels eingekoppelt. Der erste
und der zweite Teil des Lichtleiterbündels sind dabei verschiedenen
Projektionseinheiten zugeordnet. Entsprechend projiziert zu einem bestimmten
Zeitpunkt eine erste Projektionseinheit ein Farbteilbild mit einem
ersten spektralen Ausschnitt und die zweite Projektionseinheit ein
Farbteilbild mit einem zweiten spektralen Ausschnitt.
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Besonders
effizient ist die Anordnung, wenn das Lichtleiterbündel und
das Farbrad so gestaltet sind, daß zu jedem Zeitpunkt drei gleich
große
Teile des Farbrades mit jeweils unterschiedlichen spektralen Bereichen
das Lichtleiterbündel überdecken. Wenn
man Reflexionsverluste vernachlässigt,
kann so zu jedem Zeitpunkt das volle Spektrum der Lampe genutzt
werden.
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Das
Farbrad kann als dielektrisch beschichtetes Interferenzfilter ausgestaltet
werden. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn es drei Sektoren umfaßt, wobei
die drei Sektoren rotes, grünes
und blaues Licht transmittieren. Damit liefert die Lichtquelle zeitsequentielles
rotes, grünes
und blaues Licht, das dann zur Bildprojektion verwendet werden kann.
Die Projektionsmodule bzw. deren Bilderzeugungseinheit kann in diesem
Fall einen einzigen Lichtmodulator enthalten (wie z.B. ein LCD-Modul,
ein LCoS-Modul oder eine Kippspiegelmatrix), der entsprechend dem zeitsequentiell
zur Verfügung
gestellten unterschiedlich farbigen Licht angesteuert wird, so daß rote,
grüne und
blaue Teilbilder nacheinander erzeugt und projiziert werden können. Der
Wechsel zwischen den einzelnen Farben wird so schnell durchgeführt, daß für einen
Betrachter nur die Überlagerung
der Farbteilbilder als gesamtes mehrfarbiges Bild wahrnehmbar ist.
Die Ansteuerung der Projektionsmodule und die Synchronisation zwischen
dem Farbrad und den Projektionsmodulen erfolgt mittels einer oder
mehrerer Ansteuereinheiten, der bzw. denen die Bilddaten der zu
projizierenden Bilder zur Verfügung
gestellt werden.
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Die
Lichtquelle kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung
in einem Lichtquellengehäuse
angeordnet sein, das Steckplätze
enthält, mit
denen die Lichtleiter lösbar
verbindbar sind, wobei nicht benutzte Steckplätze mit einem Spiegel abgeschlossen
sind, der das Licht zur Lichtquelle zurückreflektiert. Damit wird eine
sehr flexible Projektionsvorrichtung zur Verfügung gestellt, bei der, wenn ein
oder mehrere Steckplätze
nicht benutzt werden, das Licht nicht verloren geht, sondern aufgrund
des Spiegels zur Lampe zurückreflektiert
wird. Das zurückreflektierte
Licht durchquert wiederum den Brenner und wird am Reflektor erneut
reflektiert und kann diesmal auf einen Steckplatz treffen, in dem
ein Lichtleiter eingesteckt ist.
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Zwischen
der Lichtquelle und den Projektionsmodulen kann zumindest ein Lichthomogenisierer
angeordnet sein, der zur Homogenisierung zumindest einer Eigenschaft
des Lichts der Lichtquelle dient. So kann beispielsweise ein aus
der digitalen Projektion bekannter Lichtmischstab vorgesehen werden,
der über
eine Lichteintrittsfläche
eingekoppeltes Licht bis zu einer Lichtaustrittsfläche führt und dabei
Lichtstrahlen, die nicht direkt von der Lichteintrittsfläche zur
Lichtaustrittsfläche
verlaufen, an den den Lichtführungsbereich
begrenzenden Seitenflächen
reflektiert. Diese Reflexion kann eine spekulare Reflexion oder
auch eine Totalreflexion sein.
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Die
Funktion des Homogenisierers kann aber auch durch den Lichtleiter
des Projektionsmoduls realisiert werden. Dies ist insbesondere bei
einem Flüssigkeitslichtleiter
oder Hohllichtleiter der Fall.
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Die
Bilderzeugungseinheit kann insbesondere einen flächigen Lichtmodulator umfassen,
der zeitsequentiell mit Licht verschiedener Farben beaufschlagbar
ist und entsprechend angesteuert werden kann, so daß zeitsequentiell
verschiedenfarbige Bilder erzeugt und projiziert werden können.
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Die
Bilderzeugungseinheit kann insbesondere in einer zwischen der Bilderzeugungseinheit
und der Projektionseinheit liegenden Ebene ein Zwischenbild erzeugen,
das mit der Projektionseinheit auf die Projektionsfläche projiziert
werden kann. Aufgrund des Einsatzes dieses Zwischenabbildungsprinzips
wird die Verwendung von häufig
erforderlichen kurzbrennweitigen Projektionsobjektiven vereinfacht.
Es ist sogar möglich,
Objektive mit kürzerer Brennweite
als bisher üblich
zu verwenden und dadurch die bisher übliche Faltung des Strahlengangs über großflächige Spiegel
vermeiden zu können,
wodurch die Projektionsmodule deutlich kompakter ausgebildet werden
können.
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Insbesondere
ist die erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung
als Rückprojektionsvorrichtung ausgebildet.
Damit wird eine sehr kompakte und leicht transportable Rückprojektionsvorrichtung
zur Verfügung
gestellt. Natürlich
kann die Projektionsvorrichtung auch als Front-Projektionsvorrichtung ausgestaltet
sein.
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Die
Hauptprojektionsrichtungen der einzelnen Projektionsmodule sind
bevorzugt parallel zueinander.
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Die
Erfindung wird nachfolgend beispielshalber anhand der einzigen Figur
näher erläutert.
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Die
Figur zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung,
bei der neben der Projektionsfläche 1 vier von
der Projektionsfläche 1 beabstandete
Projektionsmodule 2, 3, 4 und 5 (Abstand
D) vorgesehen sind, die in einer 2 × 2 -Matrix angeordnet sind. Von den Projektionsmodulen 2 bis 5 sind
in der schematischen Darstellung ihr Gehäuse 52, 53, 54 und 55 gezeigt,
in dem jeweils eine Bilderzeugungseinheit (nicht gezeigt) und eine
Projektionseinheit (nicht gezeigt) angeordnet sind.
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Jedes
Gehäuse 52, 53, 54, 55 weist
eine erste Ausnehmung 6 in der linken Gehäuseseite
auf, wie für
die Projektionsmodule 2 und 5 eingezeichnet ist, sowie
einen Stift 7, der von der rechten Gehäuseseite vorsteht, wie für die Projektionsmodule 3 und 4 eingezeichnet
ist. Der Stift 7 ist so ausgebildet, daß er, wenn zwei nebeneinanderfiegende
Projektionsmodule miteinander verbunden werden sollen, in die Ausnehmung 6 hineinsteht.
Der Stift 7 und die Ausnehmung 1 können so
ausgebildet sein, daß eine
lösbare
und selbstzentrierende Rastverbindung realisiert ist.
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Des
weiteren weist jedes Projektionsmodul an seiner Gehäuseoberseite
einen zweiten Stift 8 auf, wie für die Projektionsmodule 2 und 3 eingezeichnet ist,
und an der Gehäuseunterseite
an der entsprechenden Stelle eine Ausnehmung (in der Figur nicht dargestellt).
Wenn zwei Projektionsmodule aufeinandergestellt werden, steht der
zweite Stift 8 in die Ausnehmung an der Gehäuseunterseite
hinein. Bevorzugt sind der zweite Stift 8 und die entsprechende Ausnehmung
an der Gehäuseunterseite
wiederum so ausgebildet, daß eine
lösbare
und selbstzentrierende Rastverbindung realisiert werden kann. Durch die
Ausbildung der Kopplungseinrichtungen mittels Ausnehmungen 6 und
Stiften 7, 8 wird in einfachster Art und Weise
sichergestellt, daß die
miteinander verbundenen Projektionsmodule 2 bis 5 in
einer definierten räumlichen
Beziehung zueinander stehen.
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Des
weiteren umfaßt
die Projektionsvorrichtung noch eine Lichtquelle 9, die
eine Lampe 10 mit einem Brenner 11, einem Spiegel 12 sowie
einen Kaltlichtreflektor 13 mit zwei Brennpunkten umfaßt. Der
Brenner 11 ist im ersten Brennpunkt des Kaltlichtreflektors 13 angeordnet,
so daß das
vom Brenner 11 abgestrahlte Licht im zweiten Brennpunkt
gebündelt
wird, der in der schematischen Darstellung an der Stelle 14 liegt.
Zwischen den beiden Brennpunkten ist noch ein drehbares Farbrad 15 angeordnet,
das als dielektrischer Interferenzfilter mit drei Sektoren ausgebildet
ist, wobei die drei Sektoren jeweils rotes, grünes und blaues Licht transmittieren und
Licht anderer Wellenlänge
reflektieren. Wenn das Farbrad um die Achse 16 gedreht
wird, gelangt zum zweiten Brennpunkt 14 somit zeitlich
nacheinander rotes, grünes
und blaues Licht.
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Im
zweiten Brennpunkt 14 liegen die Enden von acht Lichtleitfasern,
von denen in der Darstellung nur vier Lichtleitfasern 17, 18, 19 und 20 eingezeichnet
sind. Die entgegengesetzten Enden dieser Lichtleitfasern 17 bis 20 sind
als Steckverbindungen ausgebildet. In den Steckverbindungen der
Lichtleitfasern 17, 18 und 19 sind die
entsprechenden Enden von Lichtleitern 21, 22 und 24 der
Projektionsmodule 2, 4 und 5 eingesteckt.
Der Lichtleiter 23 des Projektionsmoduls 3 ist
mit einer Steckverbindung einer nicht gezeigten Lichtleitfaser der
Lichtquelle 9 verbunden. Die Steckverbindung des Lichtleiters 20 ist mit
einem Spiegel 25 abgeschlossen, der das Licht zurück in die
Lichtleitfase reflektiert, so daß es wiederum auf den Kaltlichtreflektor 13 trifft
und dann in eine Lichtleitfaser eingekoppelt werden kann, die mit einem
Lichtleiter eines Projektionsmoduls verbunden ist. Damit wird die
Effizienz der Beleuchtung gesteigert.
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Jedes
Projektionsmodul kann die Projektionsfläche 1 auf einem entsprechenden
Projektionsbereich 72, 73, 74, 75 beleuchten,
wobei die einzelnen Projektionsbereiche sich überlappen. Zur Verdeutlichung
der einzelnen Projektionsbereiche sind die Projektionsbereiche 72 und 74 des
ersten und dritten Projektionsmoduls 2, 4 mit
einer gestrichelten Linie eingezeichnet und sind die Projektionsbereiche 73 und 75 des
zweiten und vierten Projektionsmoduls 3 und 5 mit
einer strichpunktierten Linie dargestellt. Zum Zusammensetzen der
einzelnen Bilder können bekannte
Verfahren verwendet werden, so daß in dem Überlappungsbereich die Bilder
so projiziert werden, daß ein
Gesamtbild ohne sichtbare Zwischenräume oder Übergänge erzeugt wird. Ein solches
Verfahren ist z. B. das sogenannte Edge-Blending-Verfahren.
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Die
Projektionsmodule sind nun so ausgebildet, daß bei der Verbindung mittels
der Stifte 7 und 8 und der Ausnehmungen 6 die
einzelnen Projektionsbereiche 72 bis 74 teilweise überlappen,
so daß das gewünschte Bild
projiziert werden kann. Die mechanische Verbindung der einzelnen
Projektionsmodule ist lösbar
und kann als legoartige Verbindung umschrieben werden.
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Natürlich müssen die
Projektionsmodule keine abgeschlossenen Gehäuse aufweisen. Das Gehäuse kann
auch durch ein Leichtbaugestell realisiert werden, wie dies bei
Aufbauten für
Messen häufig verwendet
ist. Wesentlich ist nur, daß es
eine Moduleinheit bzw. Gehäuseeinheit
gibt, die mit gleichen Modulen bzw. Gehäuseeinheiten nebeneinander
und übereinander
verbindbar ist.