DE212014000140U1

DE212014000140U1 - Multi-Bildschirm-Projektoranordnung

Info

Publication number: DE212014000140U1
Application number: DE212014000140.4U
Authority: DE
Original assignee: Barco NV
Current assignee: Barco NV
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2024-09-12
Also published as: GB2518821A; GB2518915A; GB201403022D0; GB201316140D0; US20160373706A1; EP3044632A2; CA2921106A1; CN105378560A; CN105378560B; US10063820B2; WO2015036501A2; KR20160055107A; WO2015036501A3

Abstract

Projektionsanordnung mit mindestens einem ersten Bildschirm (14) und einem zweiten Bildschirm (10), wobei der erste Bildschirm (14) und der zweite Bildschirm (10) flach sind, wobei der erste Bildschirm (14) unter einem Winkel zum zweiten Schirm (10) angeordnet ist, und wobei der erste Bildschirm (14) dazu geeignet ist, auf ihn projiziertes Licht überwiegend oder ausschließlich in einen oder mehrere Winkelbereiche zu reflektieren, die den zweiten Bildschirm (10) nicht schneiden.

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft Projektionsanordnungen mit mehreren Bildschirmen, die dazu geeignet sind, ein projiziertes Bild darzustellen, und optional einen oder mehrere Projektoren, die geeignet angeordnet sind, um ein Bild auf diese Bildschirme zu projizieren, sowie ein Verfahren zum Konstruieren und Betreiben derartiger Anordnungen, Controller und Software für derartige Anordnungen.
Hintergrund der Erfindung
In der US 5964064 "Theater with multiple sreen three dimensional film projection system" ist ein Theater mit einem Zuschauerraum, einer Bühne und mindestens drei Projektionsbildschirmen beschrieben. Ein rechter und ein linker Projektionsbildschirm sind unter einem Winkel zu einem mittleren Projektionsbildschirm angeordnet. Mehrere Filmprojektoren projizieren gleichzeitig einen dreidimensionalen Film auf die drei Projektionsbildschirme. Dreidimensionale Filmelemente bewegen sich scheinbar nahtlos von einem Projektionsbildschirm zum nächsten. In einer Live-Action-Show interagieren Schauspieler, Bühnenbilder und Action-Show-Ausrüstungsgegenstände scheinbar mit dem dreidimensionalen Film. Die gefilmte Kulisse mischt sich mit den Bühnenbildern, wodurch der Eindruck von Dimension und Tiefe für die Zuschauer entsteht. Die Zuschauer können nicht einfach zwischen realen Elementen und gefilmten Elemente unterscheiden, wodurch das Theatererlebnis intensiviert wird.
In den vorgeschlagenen Anordnungen wird das beispielsweise durch den linken Bildschirm reflektierte Licht nicht nur die Zuschauer, sondern auch den mittleren Bildschirm und den rechten Bildschirm erreichen. Das gleiche gilt entsprechend für das durch den mittleren Bildschirm und den rechten Bildschirm reflektierte Licht. Dies verursacht in der Regel visuelle Artefakte, die das Erlebnis für den Betrachter negativ beeinflussen werden.
Ein ähnliches Problem tritt für auf einen kuppelförmigen Bildschirm projizierte Bilder auf, wo Bilder durch zwei oder mehr Projektoren projiziert werden können.
In der US 6909543 "Foveated Display System" wird eine verbesserte Theatergeometrie beschrieben, die dazu geeignet ist, eine verbesserte Bildauflösung und einen verbesserten Bildkontrast gegenüber früheren Systemen bereitzustellen. Dies wird durch eine spezifische Projektionsgeometrie und Bildneuverteilungstechnik erreicht. Das projizierte Bild wird mit einer stufenlos variablen Bildauflösung und Helligkeit auf der Oberfläche eines vorzugsweise kuppelförmigen Bildschirms bereitgestellt, der das Bild empfangen soll, wobei die Auflösung und die Helligkeit des Bildes innerhalb des mittigen Gesichtsfeldes der Zuschauer, die in eine Richtung ausgerichtet im Theater sitzen, konzentriert werden und auf eine hohe Auflösung und Helligkeit zu den Außenrändern des Sichtfeldes der Zuschauer hin verzichtet wird. Das Ergebnis sind eine effizientere Ausnutzung der verfügbaren Projektorauflösung und -helligkeit, eine Erhöhung der Anzahl verfügbarer qualitativ hochwertiger Sitze im Theater und ein erhöhter Bildkontrast aufgrund von Reduktionen des Lichts, das von Bildelementen auf den Seiten und zur Rückseite des Bildschirms gestreut wird.
Angewandt auf ein Theater, wie es in der US 5964064 beschrieben ist, würden der Kontrast und die Auflösung auf dem mittleren Bildschirm am höchsten sein und auf den seitlichen Bildschirmen abnehmen. Die Aufmerksamkeit der Zuschauer, die sich von einem Bildschirm zu einem anderen richtet, wenn dreidimensionale Filmelemente sich scheinbar nahtlos von einem Projektionsbildschirm zum nächsten bewegen, d.h. das zentrale Blickfeld der Zuschauer, kann schnell von einem Bildschirm zum anderen wandern. Ohne Anpassung wird das in der US 6909543 vorgeschlagene Verfahren zu Situationen führen, in denen die Zuschauer eine Änderung der Helligkeit wahrnehmen, die nicht mit dem Inhalt der projizierten Bilder in Beziehung steht, sondern mit dem Bildschirm, auf den sie projiziert werden.
In der US 8149508 "System for providing an enhanced immersive display environment" ist eine immersive Kuppel mit mehreren neuartigen Merkmalen beschrieben, die dafür konfiguriert sind, die Leistungsfähigkeit der immersiven Kuppel gegenüber anderen immersiven Kuppelumgebungen zu verbessern. Projektoren sind in einem Mehrebenenturm unsichtbar unter einer Betrachtungsplattform montiert, die so positioniert ist, dass eine optimale Rundumsicht erhalten wird. Die Projektionsfläche besteht aus offenzelligem Schaumstoff, der einen Durchgang von durch eine hinter der Fläche angeordnete Schallquelle erzeugtem Schall in die Kuppel ermöglicht, während unerwünschte Nebengeräusche innerhalb der Kuppel entweichen können. Eine optisch-reflektierende Beschichtung in Verbindung mit der offenzelligen Struktur stellt eine texturierte Oberfläche bereit, die als Mikroprallplatte wirkt und Querreflexion der projizierten Bilder unterdrückt. Die Oberfläche der Bildschirme ist mit mehreren Hohlräumen strukturiert, die vertikale Wände definieren, die sich von der Projektionsfläche in den Bildschirm erstrecken, wobei die mehreren Hohlräume enden bevor sie sich durch den Bildschirm erstrecken, und wobei die mehreren Hohlräume Mikroprallplatten bilden, und wobei Licht bei nahezu senkrechtem Einfall reflektiert wird, und wobei Licht unter schrägem Einfallswinkel durch die Hohlräume aufgefangen und absorbiert wird, um sichtbare Querreflexionen zu unterdrücken. Weil die Projektion senkrecht zu einem Bildschirm erfolgen muss, kann die vorgeschlagene Lösung nicht auf Theateranordnungen übertragen werden, bei denen ein oder mehrere Projektoren nicht so angeordnet werden können, dass sie ohne Verlust der Leuchtkraft und ohne Erzeugung visueller Artefakte senkrecht zu einem Bildschirm projizieren.
Wie dies in Verbindung mit den anderen beschriebenen Lösungen der Fall war, wird die in der US 8149508 beschriebene Lösung nicht zweckmäßig sein, wenn die Zuschauer über eine große Fläche und von einer mittigen Position oder einem "optimalen Punkt" weg verteilt sind.
Ähnliche Probleme treten bei der in der US 7548369 "Projection-receiving surface comprising a single sheet formed into a plurality of catenoid-like mirrorettes" vorgeschlagenen Lösung auf, wo der optimale Punkt entlang einer Senkrechten zu jedem Bildschirmelement angeordnet ist. Das Sichtfeld kann zwar angepasst werden, ist allerdings immer auf der Senkrechten zu den Bildelementen zentriert. Daher werden die Probleme nicht gelöst: eine Vergrößerung des Sichtfeldes ist durch Vermindern der Begrenzungsrate (Cut-off Rate) der Bildschirme möglich, dann aber nimmt der Kontrast des auf einen Bildschirm projizierten Bildelements durch auf andere Bildelemente reflektiertes Licht ab. Außerdem muss die optische Achse des Projektors mit der Senkrechten zum Bildschirm ausgerichtet sein, was Einschränkungen bezüglich der Position mit sich bringt, die die Projektoren relativ zu dem Bildschirm, auf den sie projizieren, annehmen können.
Bei dem in der US 7221506 mit dem Titel "Method and system for projecting audio and video in an outdoor theater" dargestellten System werden Bilder auf zwei benachbarte Bildschirme projiziert, wobei ein Bildschirm bezüglich des zweiten Bildschirms beweglich ist. Ein Projektionssystem, das allgemein vor den beiden Bildschirmen angeordnet ist, ist in der Lage, Bilder auf jedem Bildschirm unabhängig darzustellen, wenn die beiden Bildschirme in einer "offenen" Position konfiguriert sind, oder auf beiden Bildschirmen zusammen, wenn die beiden Bildschirme in einer "geschlossenen" Position konfiguriert sind. In einer ersten "offenen" Konfiguration sind die auf einem Bildschirm dargestellten Bilder für Betrachter der Bilder auf einem benachbarten Bildschirm nicht sichtbar, und in einer zweiten "geschlossenen" Konfiguration werden Bilder auf beiden Bildschirmen gleichzeitig dargestellt (unter Bildung einer einzelnen, ebenen Betrachtungsfläche), so dass sie für alle Zuschauer sichtbar sind. Darüber hinaus ist zwischen dem Betrachtungsbereich eines Bildschirms und dem Betrachtungsbereich des anderen Bildschirms ein Absatz konfiguriert, um eine Audio- und Sichtbarriere zwischen den beiden Bildschirmen zu erzeugen.
In der in der JP 2008-175960 beschriebenen Anordnung sind Spiegel zwischen den Projektionsgeräten und den Bildschirmen installiert, so dass im Hinblick auf die Projektion eines Videos, mit der vom Sitz eines Betrachters aus gesehen ein Anwesenheitsgefühl erhalten wird, ohne dass ein Gefühl der Unstimmigkeit entsteht, die Abstände von den Projektionsgeräten zu den Bildschirmen die gleichen sein können wie die Abstände vom Sitz des Betrachters zu den Bildschirmen.
Kurzbeschreibung der Erfindung.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Projektionsanordnung bereitgestellt, mit mindestens einem ersten Bildschirm und einem zweiten Bildschirm, wobei der erste Bildschirm unter einem Winkel zum zweiten Bildschirm angeordnet ist, und wobei der erste Bildschirm dazu geeignet ist, darauf projiziertes Licht überwiegend oder ausschließlich in einen oder mehrere Winkelbereiche zu reflektieren, die den zweiten Bildschirm nicht schneiden.
Der hierin verwendete Begriff "Projektionsanordnung" bezeichnet mehrere Bildschirme, die dazu geeignet sind, ein projiziertes Bild darzustellen, und optional einen oder mehrere Projektoren, die geeignet angeordnet sind, um ein projiziertes Bild auf diese Bildschirme zu projizieren. Die "Projektionsanordnung" kann auch als "Projektionseinstellung" oder "Theateranordnung" bezeichnet werden.
Der hierin verwendete Ausdruck "überwiegend" bezeichnet, dass ein großer Teil des reflektierten Lichts in Winkelbereichen angeordnet ist, die den zweiten Bildschirm nicht schneiden. Diese große Teil beträgt vorzugsweise mindestens 80% der reflektierten Lichtenergie, bevorzugter mindestens 90% der reflektierten Lichtenergie, noch bevorzugter mindestens 95% der reflektierten Lichtenergie und besonders bevorzugt mindestens 99% der reflektierten Lichtenergie.
Der hierin verwendete Ausdruck "unter einem Winkel" bezeichnet, dass der erste Bildschirm und der zweite Bildschirm nicht koplanar oder parallel zueinander angeordnet sind. Insbesondere wird der Ausdruck verwendet, um anzuzeigen, dass der zwischen dem ersten Bildschirm und dem zweiten Bildschirm gebildete Innenwinkel auf der Seite, wo ein Betrachter sich befinden soll, kleiner ist als 180°. Bei dieser Geometrie würde Licht, das auf den ersten Bildschirm projiziert und durch den ersten Bildschirm ungerichtet reflektiert wird, den zweiten Bildschirm erreichen, wo es zu einem visuellen Artefakt führen würde. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Phänomen zu vermeiden. Der durch den ersten Bildschirm und den zweiten Bildschirm gebildete Innenwinkel kann beispielsweise zwischen 90º (z.B. einer Ecke eines rechteckigen Betrachtungsbereichs folgend) und 135° betragen (beispielsweise wird eine erste Hälfte eines Übergangs an einer Ecke eines rechteckigen Betrachtungsbereichs gebildet, wobei ein unter dem gleichen Winkel angeordneter anderer Bildschirm erforderlich ist, um die Ecke zu vervollständigen).
Die beschriebene richtungsselektive Lichtreflexion durch den ersten Bildschirm tritt auf, wenn Licht von der der gewünschten Theateranordnung entsprechenden Projektionsrichtung auf den ersten Bildschirm projiziert wird. Optional tritt die beschriebene richtungsselektive Lichtreflexion durch den ersten Bildschirm unabhängig vom Einfallswinkel des auf den ersten Bildschirm auftreffenden Lichtes auf.
Es ist ein Vorteil der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung, dass einfallendes Licht, das auf den ersten Bildschirm auftrifft, nicht auf den zweiten Bildschirm reflektiert wird, so dass eine Überlagerung zwischen dem Bild auf dem ersten Bildschirm und dem Bild auf dem zweiten Bildschirm vermieden werden kann. Vorzugsweise ist die überlagerungsfreie Beziehung zwischen den Bildschirmen wechselseitig, so dass der zweite Bildschirm die gleiche Eigenschaft in Richtung des ersten Bildschirm zeigt.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ist der erste Bildschirm ein Lentikular-Bildschirm.
Lentikular-Bildschirme können auf eine wirtschaftliche Weise hergestellt werden und stellen vorteilhaft die gewünschte Begrenzung des Reflexionswinkelbereichs bereit.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ist die Dicke des ersten Bildschirms in mindestens einer Richtung quer über den Bildschirm nicht konstant.
Durch Modulieren der Dicke des Bildschirms wird der Bildschirm Teilflächen mit unterschiedlichen Orientierungen aufweisen. Diese Teilflächen werden einfallendes Licht entsprechend ihren jeweiligen Orientierungen reflektieren. Teilflächen, die eine derartige Orientierung haben, dass einfallendes Licht in Richtung der Zuschauer reflektiert wird, können mit bessere Reflexionseigenschaften versehen sein (z.B. mit einer weißen Beschichtung) als Teilflächen, die eine derartige Orientierung haben, dass einfallendes Licht in Richtung zum zweiten Bildschirm reflektiert wird (die Beispiels eine schwarze Beschichtung aufweisen können). Die Amplitude der Dickenänderungen kann je nach Anwendung zwischen einigen Zehntel Millimetern bis zu einigen Zentimetern variieren.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung variiert die Dicke des ersten Bildschirms sägezahnförmig in mindestens einer Richtung quer über den Bildschirm.
Es ist ein Vorteil dieser Ausführungsform, dass es geometrisch einfach ist, die vorstehend diskutierten Teilflächen bereitzustellen, weil die Sägezahnform natürlicherweise zwei Sätze von Abschnitten mit jeweils unterschiedlichen Ausrichtungen aufweist.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung sind eine erste Vielzahl von Abschnitten des Sägezahnmusters um einen Winkel zwischen 5° und 30° vom zweiten Bildschirm weg gedreht.
Wie nachstehend ausführlicher erläutert wird, haben die Erfinder überraschenderweise festgestellt, dass ein Drehwinkel von bis zu 30° die Reflexion in Richtung zum zweiten Bildschirm erheblich reduziert, ohne dass die durch die Zuschauer wahrgenommene Helligkeit des Bildes wesentlich beeinflusst wird.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung sind eine zweite Vielzahl von Abschnitten des Sägezahnmusters in Richtung zum zweiten Bildschirm gedreht, wobei die zweite Vielzahl von Abschnitten eine Oberfläche mit reduziertem Reflexionsvermögen aufweisen.
Die "hinteren Abschnitte" des Sägezahnmusters können schwarz lackiert sein oder anderweitig mit einem niedrigen Reflexionsvermögen versehen sein.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung variiert die Dicke des ersten Bildschirms periodisch.
In einer Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Projektionsanordnung ferner einen dritten Bildschirm auf, der unter einem Winkel zum zweiten Bildschirm angeordnet ist. In einer besonderen Ausführungsform ist der zweite Bildschirm zwischen dem ersten und dem dritten Bildschirm angeordnet.
In einer Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Projektionsanordnung ferner einen ersten Projektor, der dafür eingerichtet ist, erste Bilder auf den ersten Bildschirm zu projizieren, und einen zweiten Projektor auf, der dafür eingerichtet ist, zweite Bilder auf den zweiten Bildschirm zu projizieren
In einer spezifischen Ausführungsform weist die Projektionsanordnung ferner eine Steuereinrichtung auf, die dafür konfiguriert ist, den ersten Projektors derart zu steuern, dass die Helligkeit des auf den ersten Bildschirm projizierten Bildes eine Funktion der Helligkeit des auf den zweiten Bildschirm projizierten Bildes ist.
In einer spezifischen Ausführungsform weist die Projektionsanordnung ferner eine Steuereinrichtung auf, die dafür konfiguriert ist, den ersten Projektor derart zu steuern, dass die Helligkeit mindestens eines Teil des auf den ersten Bildschirm projizierten Bildes eine Funktion der Helligkeit mindestens eines Teils des auf den zweiten Bildschirm projizierten Bildes ist.
In einer spezifischen Ausführungsform weist die Projektionsanordnung ferner eine Steuereinrichtung auf, die dafür konfiguriert ist, den ersten Projektor derart zu steuern, dass die Helligkeit mindestens eines Bildpunktes des auf den ersten Bildschirm projizierten Bildes eine Funktion der Helligkeit mindestens eines Bildpunktes des auf dem zweiten Bildschirm projizierten Bildes ist.
In einer spezifischen Ausführungsform weist die Projektionsanordnung ferner eine Steuereinrichtung auf, die dafür konfiguriert ist, den ersten Projektor derart zu steuern, dass die Helligkeit mindestens eines Bildpunktes des auf den ersten Bildschirm projizierten Bildes eine Funktion der Helligkeit einer Gruppe von Bildpunkten des auf den zweiten Bildschirm projizierten Bildes ist, wobei die Anzahl der Bildpunkte der Gruppe von Bildpunkten kleiner ist als die Anzahl der auf den zweiten Bildschirm projizierten Bildpunkte.
Es ist ein Vorteil dieser Ausführungsform, dass die erforderliche Rechenleistung geringer ist.
In einer spezifischen Ausführungsform weist die Projektionsanordnung ferner eine Steuereinrichtung auf, die dafür konfiguriert ist, den ersten Projektor derart zu steuern, dass die Helligkeit mindestens einer Gruppe von Bildpunkten des auf den ersten Bildschirm projizierten Bildes eine Funktion der Helligkeit einer Gruppe von Bildpunkten des auf den zweiten Bildschirm projizierten Bildes ist, wobei die Anzahl der Bildpunkte der Gruppe von Bildpunkten auf dem ersten Bildschirm kleiner ist als die Anzahl der Bildpunkte der Gruppe der auf den zweiten Bildschirm projizierten Bildpunkte.
Durch diese Ausführungsform werden die erforderliche Menge von Rechenverarbeitungen und die Komplexität der Funktion, die ausgewertet werden muss, um die Helligkeit von Bildern auf dem zweiten Bildschirm zu berücksichtigen, weiter vermindert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Projizieren von Bildern durch eine Projektionsanordnung bereitgestellt, wobei das Verfahren das Projizieren eines ersten Bildes durch den ersten Projektor auf den ersten Bildschirm und das Projizieren eines zweiten Bildes durch den zweiten Projektor auf den zweiten Bildschirm aufweist. Die Projektionsanordnung kann eine Anordnung gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung sein, wie vorstehend beschrieben wurde, wobei der erste Bildschirm durch den ersten Projektor auf ihn projiziertes Licht überwiegend oder ausschließlich in einen oder mehrere Winkelbereiche reflektiert, die den zweiten Bildschirm nicht schneiden. Das Verfahren kann ferner das Einstellen eines ersten Bildschirms unter einem Winkel zum zweiten Bildschirm aufweisen, so dass der erste Bildschirm durch den ersten Projektor auf ihn projiziertes Licht überwiegend oder ausschließlich in einen oder mehrere Winkelbereiche reflektiert, die den zweiten Bildschirm nicht schneiden.
In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner das Einstellen der Helligkeit des ersten Bildes als Funktion der Helligkeit des zweiten Bildes auf.
In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner das Einstellen der Helligkeit mindestens eines Teils des ersten Bildes als Funktion der Helligkeit zumindest eines Teils des zweiten Bildes auf.
In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner das Einstellen der Helligkeit mindestens eines Bildpunktes des ersten Bildes als Funktion der Helligkeit mindestens eines Bildpunktes des zweiten Bildes auf.
In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner das Einstellen der Helligkeit mindestens eines Bildpunktes des ersten Bildes als Funktion der Helligkeit einer Gruppe von Bildpunkten des zweiten Bildes auf, wobei die Anzahl der Bildpunkte der Gruppe von Bildpunkten kleiner ist als die Anzahl der Bildpunkte im zweiten Bild.
In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner das Einstellen der Helligkeit mindestens einer Gruppe von Bildpunkten des ersten Bildes als Funktion der Helligkeit einer Gruppe von Bildpunkten des zweiten Bildes auf, wobei die Anzahl der Bildpunkte der Gruppe von Bildpunkten des ersten Bildes kleiner ist als die Anzahl von Bildpunkten im ersten Bild.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuergerät bereitgestellt, das zur Verwendung als die Steuereinrichtung von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung und/oder zum Implementieren der Einstellung in Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt mit einer Codeeinrichtung bereitgestellt, das dafür konfiguriert ist, einen Prozessor zu veranlassen, die Funktion der Steuereinrichtung von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung auszuführen und/oder die Einstellung in Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu implementieren.
Die technischen Wirkungen und Vorteile der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, der Steuereinrichtung und des Computerprogrammprodukts entsprechen jenen der entsprechenden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung.
Kurze Beschreibung der Figuren
Diese und andere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben; es zeigen:
1 eine Projektionsanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2a schematisch die Ursachen von Geisterbildern in einer Multi-Bildschirm-Projektionsanordnung;
2b eine beispielhafte Szene, die bezüglich der Erzeugung von Artefakten in einer Multi-Bildschirm-Projektionsanordnung empfindlich sein könnte;
3 schematisch Projektions- und Betrachtungswinkel in einer Multi-Bildschirm-Theateranordnung;
4 schematisch ein Beispiel einer vereinfachten Lentikularstruktur, die durch Dickenänderungen eines Bildschirms erhalten wird;
5 schematisch eine beispielhafte Bildschirmoberfläche mit einer Lentikularstruktur;
6 schematisch eine beispielhafte Bildschirmoberfläche mit einer Lentikularstruktur, wobei Gruppen benachbarter Lentikularelemente die gleiche Steigung haben;
7 schematisch eine beispielhafte Bildschirmoberfläche mit Lentikularelementen mit daran befestigten Prallplatten;
8 schematisch eine beispielhafte Bildschirmoberfläche mit Lentikularelementen, wobei Gruppen von Lentikularelementen das Licht in drei verschiedene Winkelbereiche reflektieren;
9 ein Verfahren zum Strukturieren von Lack, wobei eine Düse einen Lack durch ein zwischen der Düse und dem zu lackierenden Bildschirm angeordnetes Gitter sprüht;
10A eine Draufsicht der beispielhaften Lentikularstruktur;
10B einen Querschnitt der Lentikularstruktur entlang der Achse A-B in 10A;
11A eine Draufsicht einer beispielhaften Lentikularstruktur mit sich veränderndem Querschnitt;
11B einen Querschnitt der Lentikularstruktur entlang der Achse A-B in 11A; und
12 ein Diagramm einer simulierten Lichtreflexion als Funktion des Winkels eines Sägezahnmusters auf einer Bildschirmoberfläche (obere Kurve: "Richtung zum Zuschauerraum", untere Kurve: "Richtung zum Hauptbildschirm").
Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektoranordnung. Ein Theater 5 weist Bildschirme, die einem Zuschauerbereich 8 mit Sitzen 9 zugewandt sind, einen mittleren Projektionsbildschirm 10, einen rechten Projektionsbildschirm 12 und einen linken Projektionsbildschirm 14 auf. Der rechte und der linke Projektionsbildschirm 12, 14 sind unter einem Winkel zum mittleren Projektionsbildschirm 10 angeordnet. In einem typischen Aufbau betragen die Winkel zwischen jedem der seitlichen Bildschirme 12, 14 und dem mittleren Projektionsbildschirm 10 etwa 90°, so dass der Projektionsbereich den Konturen einer Seite eines im Wesentlichen rechteckigen Theaters folgen kann. Einige der Sitze können auf drei Seiten von den Bildschirmen umgeben sein. Die Projektionsbildschirme können flach oder konkav sein. Vorzugsweise sind die Bildschirme flach.
Die Bildschirme können miteinander verbunden sein oder nicht (d.h., mit einem Spalt zwischen den Bildschirmen von wenigen Millimetern bis zu mehreren Metern oder mehr versehen sein). Der Zwischenraum zwischen den Bildschirmen kann mit einem oder mehreren Gegenständen (z.B. Säulen oder Pfeiler 18 und 19) gefüllt oder leer sein.
Im hinteren Teil des Theaters 5 befinden sich drei Projektionsräume 20. In jedem Projektionsraum 20 sind mehrere Filmprojektoren 16A, 16B, 16C angeordnet. Wie in 1 dargestellt ist, projizieren die Filmprojektoren 16A einen Teil des Films auf den mittleren Projektionsbildschirm 10. Die Filmprojektoren 16B projizieren einen anderen Teil des Films auf den linken Projektionsbildschirm 14. Die Filmprojektoren 16C projizieren einen dritten Teil des Films auf den rechten Projektionsbildschirm 12. Die projizierten Bilder des mittleren Projektors 16A können an den projizierten Bildern der seitlichen Projektoren 16B und 16C anstoßen oder diese sogar überlappen.
Auf diese Weise wird der Film dem Publikum als Panorama dargestellt. Die Filmelemente können sich nahtlos von einem Bildschirm zum nächsten bewegen, was den Film realistischer macht.
Bei herkömmlichen Bildschirmen mit Diffusionseigenschaften, die ungefähr denjenigen von Lambert-Projektionsbildschirmen gleichen, wird ein Teil des durch den seitlichen Projektor 16B auf den linken Projektionsbildschirm 14 projizierten Lichts den mittleren Projektionsbildschirm 10 (vergl. 2A) und den rechten Projektionsbildschirm 12 erreichen. Ähnlicherweise wird ein Teil des durch den seitlichen Projektor 16C auf den rechten Projektionsbildschirm 12 projizierten Lichts den mittleren Projektionsbildschirm 10 und den linken Projektionsbildschirm 14 erreichen. Dies wird visuelle Artefakte erzeugen, d.h. der durch den entsprechenden Projektor auf einen der Bildschirme projizierte visuelle Inhalt wird modifiziert erscheinen; die Farben und die Lichtintensität, die das Publikum auf einem der Bildschirme sieht, werden nicht den erwarteten Werten entsprechen; die Bilder können unscharf und/oder verwaschen erscheinen.
Die Lichtmenge, die von einem der Bildschirme ("primärer Bildschirm") zu einem anderen der Bildschirme ("sekundärer Bildschirm") reflektiert wird, kann abgeschätzt werden, wenn bestimmte Annahmen bezüglich der Bildschirme gemacht werden. Im folgenden Beispiel werden die Bildschirmoberflächen als Lambertflächen betrachtet und beträgt der Winkel zwischen dem Hauptbildschirm und jedem seitlichen Bildschirm 90°.
Das auf den primären Bildschirm einfallende Licht, das als Lichtleistung F des Projektors, geteilt durch die Bildoberfläche S betrachtet werden kann, wird derart reflektiert, dass die Luminanz von allen Blickrichtungen aus betrachtet gleich ist. Im Fall einer Reflexion des Lambertschen Typs mit einer Verstärkung von 1 kann die Luminanz L als eine Funktion von F bestimmt werden: L = F/(πS) wobei L in cd/m², F in Lumen und S in m² dargestellt wird.
Für ein bestimmtes (kleines) weißes Objekt mit einer Größe dS, das auf den primären Bildschirm projiziert wird, ist die Lichtleistung F_m in einem Bereich dA auf dem sekundären Bildschirm, die durch den Einfall von reflektiertem Licht auf diesem sekundären Bildschirm verursacht wird, gegeben durch:
wobei das Licht vom primären Bildschirm unter einem Winkel θ bezüglich der Normalen zum primären Bildschirm zum sekundären Bildschirm reflektiert wird und am sekundären Bildschirm unter einem Winkel φ bezüglich der Normalen zum sekundären Bildschirm eintrifft.
In einer Anordnung mit senkrechten Bildschirmen kann, wenn a der Abstand von der Projektionsfläche zur Ecke und b der Abstand auf dem sekundären Bildschirm von der Ecke ist, an der die Bildschirme aufeinander treffen, hergeleitet werden, dass die Beleuchtung auf dem Hauptbildschirm proportional ist zu:
Das bedeutet, dass die Beleuchtung durch den primären Bildschirm auf dem sekundären Bildschirm in einem Bereich am höchsten sein wird, der nicht so weit vom Eckenbereich entfernt ist. Wenn der sekundäre Bildschirm auch ein Lambertscher Bildschirm ist, wird die Reflexion zum Zuschauerraum hin ebenfalls in diesem Bereich in der Nähe der Ecke am größten sein.
Obwohl die Reflexion des auf den primären Bildschirm projizierten Bildes in Richtung zum sekundären Bildschirm kein spiegelndes Bild auf dem sekundären Bildschirm erzeugen wird, ist anhand des vorstehenden Sachverhalts klar, dass die Hauptwirkung der Reflexion in einem graduell begrenzten Bereich des sekundären Bildschirms auftreten wird.
Die am meisten störenden Artefakte treten auf, wenn eine große Differenz in der Helligkeit der Bilder vorhanden ist, die auf mindestens zwei der Bildschirme projiziert werden. Wenn beispielsweise das auf den mittleren Bildschirm projizierte Bild im Wesentlichen dunkel ist (z.B. eine Nachthimmel, vergl. 2B) und das auf einen seitlichen Bildschirm projizierte Bild einen oder mehrere helle Bereiche 21 enthält (beispielsweise einen Vollmond, vergl. 2B), werden die Reflexionen 22 dieser hellen Bereiche auf dem mittleren Bildschirm als "Geisterbild" oder "grelles Bild" erscheinen.
Durch die Verwendung eines seitlichen Bildschirms 14, der Licht in einen oder mehrere bevorzugte Winkelbereiche reflektiert, die den mittleren Bildschirm 10 oder den rechten Bildschirm 12 nicht schneiden, werden die vorstehend diskutierten visuellen Artefakte unterdrückt oder zumindest stark reduziert.
Unter Verwendung der seitlichen Bildschirme 12 und 14, die durch die Projektoren 16C und 16B auf sie projiziertes Licht im Wesentlichen in einen oder mehrere Winkelbereiche reflektieren, die den mittleren Bildschirm 10 und den gegenüberliegenden seitlichen Bildschirm (14 bzw. 12) nicht schneiden, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, dass Betrachter im Zuschauerraum die seitlichen Bildschirmen unabhängig von ihrer Position im Sitzbereich 8 im Wesentlichen auf die gleiche Weise wahrnehmen, wird die Gesamteffizienz der Projektionsanordnung durch Ausrichten des durch die seitlichen Bildschirme reflektierten Lichts bevorzugt in Richtung des Zuschauerraums erhöht und werden visuelle Artefakte reduziert oder unterdrückt, die durch Lichtübertragung von einem Bildschirm zum anderen verursacht werden.
Durch die Erfindung wird das Problem einer Projektionsanordnung mit mindestens einem ersten Bildschirm und einem zweiten Bildschirm, wobei der erste Bildschirm unter einem Winkel zum zweiten Bildschirm angeordnet ist, gelöst durch die Verwendung eines ersten Bildschirms, der Licht in eine oder mehrere Winkelbereiche reflektiert, die den zweiten Bildschirm nicht schneiden.
Der erste Bildschirm kann ein Lentikular-Bildschirm sein, wobei die Geometrie der Lentikularelemente derart ist, dass Licht, das auf den ersten Bildschirm projiziert wird, kaum auf den zweiten Bildschirm reflektiert werden kann.
Allgemeiner gesagt hat ein geeigneter erster Bildschirm eine Dicke, die in mindestens einer Richtung quer über den Bildschirm nicht konstant ist. Die Dickenvariationen sind mindestens gleich groß wie die Wellenlänge des auf den Bildschirm projizierten Lichts. Die Dicke des Bildschirms kann von einer Bezugsfläche, z.B. von der Rückseite des Projektionsbildschirms, gemessen werden. Die Bezugsfläche kann als eine allgemeine Fläche des Bildschirms betrachtet werden, d.h., als die Oberfläche, die erhalten wird, wenn die Oberflächenstruktur, wie beispielsweise die Lentikularstruktur, geglättet worden ist.
Insbesondere verleihen die Dickenvariationen der Oberfläche des ersten Bildschirms ein gezacktes Aussehen, d.h. ein Querschnitt des Bildschirms in einer Ebene senkrecht zur allgemeinen Fläche des Bildschirms würde, z.B. in 4 betrachtet, wie eine gezackte Dreieckswellenform aussehen.
Insbesondere wiederholen sich die Dickenvariationen des ersten Bildschirms in regelmäßigen räumlichen Intervallen in mindestens einer Richtung auf dem Bildschirm. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann die Periodizität der Dickenvariationen auf einem senkrechten Querschnitt des Bildschirms bestimmt werden. Das erhaltene Muster kann das Aussehen eines Sägezahns haben.
Die Erfindung betrifft nicht nur Projektionsanordnungen, bei denen ein einzelner Projektor Bilder auf den ersten und den zweiten Bildschirm projiziert, sondern auch Projektionsanordnungen, bei denen ein erster Projektor Bilder auf den ersten Bildschirm und ein zweiter Projektor Bilder auf den zweiten Bildschirm projiziert.
Allgemein ist die Erfindung auf Projektionsanordnungen anwendbar, bei denen M Projektoren Bilder auf N Bildschirme projizieren (wobei M und N natürliche Zahlen sind).
Insbesondere können drei Bildschirme vorgesehen sein, auf die Bilder durch einen, zwei oder drei Projektoren projiziert werden.
Nachstehend wird eine exemplarische Ausführungsform unter Bezug auf die 1 und 2A näher beschrieben. Ein erster Projektor ist, wie in normalen Theatern, vor dem mittleren Bildschirm angeordnet, z.B. im hinteren Teil des Theaters, hinter und über den Zuschauern. Ein zweiter Projektor ist wie in 1 oder alternativ vor dem rechten Bildschirm und unter (oder über) dem linken Bildschirm angeordnet. Ein dritter Projektor ist wie in 1 oder alternativ vor dem linken Bildschirm und unter (oder über) dem rechten Bildschirm angeordnet. Der rechte und der linke Bildschirm sind gerichtete Bildschirme. Unter gerichteten Bildschirmen sollen Bildschirme verstanden werden, die Licht in bevorzugte Lichtkegel oder Winkelbereiche reflektieren, wie vorstehend beschrieben wurde. Diese Winkelbereiche können sich wesentlich von dem Winkelbereich unterscheiden, die bei üblichen isotropen Projektionsbildschirmen erwartet werden.
Die gerichteten Bildschirme können Lentikular-Bildschirme sein, wie beispielsweise in der US 1279262 "Projection screen" und in der US 4338165 "Method of making a high-gain projection screen" beschrieben ist. Die Lentikularstruktur ist derart konfiguriert, dass das Licht in einen bevorzugten Winkelbereich reflektiert wird, der den gegenüberliegenden Bildschirm (d.h. den rechten oder linken Bildschirm) und den mittleren Bildschirm ausschließt. Dies wird durch Ausbilden der Lentikularelemente mit einer abnormal kleinen vertikalen oder horizontalen Krümmung innerhalb des bevorzugten Winkelbereichs erreicht. Durch die verminderte Krümmung wird die lineare Abmessung des jedem Winkelinkrement des Lichtstrahls entsprechenden Lentikularelementabschnitts automatisch erhöht. Dadurch wird ein erhöhter Anteil des verfügbaren Lichts im bevorzugten Lichtstrahlsektor konzentriert. Die Lentikularelementkrümmung nimmt dann, typischerweise über den Rest der Lentikularelementfläche, mit einer ausreichenden Rate zu, um den reflektierten Strahl über den gesamten Betrachtungsbereich zu verteilen. Das Gesamtergebnis ist in 3 nur für den linken Bildschirm dargestellt. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist der mittlere Bildschirm ein Lentikular-Bildschirm mit einem bevorzugten Winkelbereich, der mindestens ein Teil des linken und des rechten Bildschirms ausschließt.
In einigen Fällen kann es erwünscht sein, die Form und die Herstellung der Lentikularelemente zu vereinfachen. Allgemein werden die vereinfachten Lentikularelemente erhalten, indem die Dicke des Projektionsbildschirms variiert wird. Wie in 2B dargestellt ist, kann ein geeigneter erster Bildschirm eine Dicke haben, die in mindestens eine Richtung quer über den Bildschirm nicht konstant ist. Der vergrößerte Abschnitt in 2B zeigt einen senkrechten Querschnitt des linken Bildschirms 14. Die Querschnittebene ist in diesem Fall eine horizontale Ebene, und die Bildschirme sind im Wesentlichen vertikal zueinander ausgerichtet. Die Dickenvariationen gleichen mindestens der Wellenlänge des auf den Bildschirm projizierten Lichts. Die Dicke des Bildschirms kann von einer Bezugsfläche gemessen werden, z.B. von der Rückseite des Projektionsbildschirms. Die Bezugsfläche kann als eine allgemeine Fläche des Bildschirms oder mit anderen Worten als die Oberfläche betrachtet werden, die erhalten wird, wenn die Oberflächenstruktur, wie beispielsweise die Lentikularelemente, geglättet worden ist.
4 zeigt ein erstes Beispiel vereinfachter Lentikularelemente. 4 zeigt einen Querschnitt eines Teils des Bildschirms 40. Bildschirme sind normalerweise vertikal zueinander angeordnet, und der Querschnitt erstreckt sich in einer Ebene senkrecht zu einer lokalen Vertikalen. Die Lentikularelemente erscheinen als Zacken auf dem Bildschirm. Die Zacken befinden sich auf der Seite des Bildschirms, auf die ein Projektor Licht projiziert. Die Lentikularelemente 41, 42, 43, 44 und 45 sind flach und erstrecken sich unter einem Winkel zur Ebene 46 des Bildschirms 40. Die Größe eines Lentikularelements und/oder ihr Winkel zur Ebene des Bildschirms kann von Lentikularelement zu Lentikularelement variieren. Beispielsweise ist in 4 der Winkel zwischen dem Lentikularelement 41 und der Ebene des Bildschirms α₁.
Ausführungsformen der Erfindung basieren auf der Erkenntnis der Erfinder, dass durch eine geeignete Wahl des Winkels des Sägezahnmusters eine sehr wirksame Reduzierung der unerwünschten Reflexionen erhalten werden, während eine sehr gute Helligkeit des gewünschten Bildes aufrechterhalten wird. Wenn ein Sägezahnmuster auf dem primär Bildschirm mit weißen (reflektierenden) Segmenten, die zum Zuschauer hin gerichtet sind, und schwarzen Segmente, die zum sekundären Bildschirm hin gerichtet sind, verwendet wird, tritt bei hinreichend kleinen Drehwinkeln α₁ (d.h. des Winkels des reflektierenden Abschnitts des Sägezahns bezüglich der Hauptfläche des Bildschirms) von den Zuschauern betrachtet nur eine geringe Auswirkung auf die Leuchtdichte dieses Bildschirms auf. Die Leuchtdichte beginnt erst dann abzunehmen, wenn der Sägezahnwinkel so groß wird, dass die einzelnen Vorsprünge einige der weißen beleuchteten Bereiche auf dem Bildschirm behindern.
Dies kann unter Verwendung der in der vorstehenden mathematischen Ableitung dargelegten Voraussetzungen erläutert werden. Für die Reflexion zum sekundären Bildschirm wird die Formel geändert in:
Für jegliches vom sekundären Bildschirm ausgehende und auf den primären Bildschirm auftreffende Licht ist es offensichtlich, dass die Reflexion durch die Sägezähne vermindert wird, da bereits ein großer Teil des Lichts aus dieser Richtung auf den schwarzen Abschnitt der Sägezähne auftreffen wird.
Eine Simulation der Gesamtlichtmenge des in Richtung der Zuschauer gerichteten Lichts und des in Richtung zum sekundären Bildschirm gerichteten Lichts für eine Beleuchtung eines vollständigen primären Bildschirms in dieser Anordnung als eine Funktion des Sägezahnwinkels ist in 12 dargestellt. Das Diagramm zeigt, dass die Reflexionen in Richtung zum sekundären Bildschirm mit zunehmendem Winkel des Sägezahnmusters steil abnimmt, während das zu den Zuschauern reflektierte Licht über den gesamten Winkelbereich von 0° bis 30° im Wesentlichen konstant bleibt. Basierend auf dieser Analyse haben die Erfinder das überraschende Ergebnis erhalten, dass ein Sägezahnmuster mit einem Winkel α₁ von bis zu 30° besonders bevorzugt ist.
Insbesondere nimmt in einer weiteren Ausführungsform auf einem seitlichen Bildschirm der Winkel zwischen einem Lentikularelement und der Ebene des Bildschirms, auf dem das Lentikularelement ausgebildet ist, mit zunehmendem Abstand zwischen dem Lentikularelement und dem mittleren Bildschirm ab. Dies ist in 5 dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Abmessungen der Lentikularelemente in 5 übertrieben dargestellt sein können. Das Lentikularelement 55 ist näher am mittleren Bildschirm angeordnet als das Lentikularelement 54 usw. Der Winkel, den das Lentikularelement 55 mit der Ebene 56 des Bildschirms 50 bildet, ist größer als der Winkel, den das Lentikularelement 54 mit der Ebene 56 des Bildschirms 50 bildet. Wenn eine Seite eines Lentikularelements wahrscheinlich Licht in Richtung zu einem anderen Bildschirm der Projektionsanordnung reflektiert, kann diese Seite mit einer Antireflexionsbeschichtung 56 beschichtet werden, beispielsweise mit einem schwarzen Lack.
In einer anderen, in 6 dargestellten Ausführungsform wird der Winkel, den Lentikularelemente auf dem Bildschirm 60 mit der Ebene 66 des Bildschirms 60 bilden, für eine Gruppe benachbarter Lentikularelemente (z.B. Lentikularelemente 65, 64 und 63) gleich sein, und der Winkel wird für die folgende Gruppe von Lentikularelementen (z.B. 62 und 61) auf dem Bildschirm 60 auf einen gemeinsamen Wert abnehmen.
In einer anderen Ausführungsform werden Prallplatten 76, die an mindestens einigen der Lentikularelemente befestigt sind, die Auswirkungen von Streulicht reduzieren, das durch den Bildschirm 70 reflektiert oder empfangen wird. 7 zeigt ein Beispiel für die Anordnung der Prallplatten 76. Die Prallplatte 76 kann auf beiden Seiten aus einem lichtabsorbierenden Material hergestellt oder mit einem lichtabsorbierenden Lack beschichtet sein. In diesem Fall wird die Prallplatte 76 den Vorteil der Antireflexionsbeschichtung 56 zeigen.
In einer anderen Ausführungsform realisieren die Lentikularelemente eine periodische Struktur auf dem Bildschirm. Diese periodische Struktur soll das projizierte Bild in zwei oder mehr bevorzugte Winkelbereiche reflektieren. Die Lentikularelemente sind in Gruppen von K Lentikularelementen geteilt, wobei K die Anzahl bevorzugter Winkelbereiche bezeichnet, in die das auf den Bildschirm projizierte Licht reflektiert werden soll. Die Gruppen wiederholen sich auf dem Bildschirm mit einer Periodizität von K Lentikularelementen.
8 zeigt einen Querschnitt eines Bildschirms, wobei K = 3 ist. Lentikularelemente 81, 82 und 83 bilden eine erste Gruppe von Lentikularelementen, die Licht in drei verschiedene bevorzugte Winkelbereiche reflektieren. Lentikularelemente 84, 85 und 86 bilden eine zweite Gruppe von Lentikularelementen, die das Licht in die gleichen drei bevorzugten Winkelbereiche reflektieren. Die Lentikularelemente 81 und 84 gleichen den Lentikularelementen 82 und 85 bzw. 83 bzw. 86. Die Gruppe von Lentikularelementen wiederholt sich von einem Ende des Bildschirms 80 zum anderen. Ein Bildschirm, dessen Oberflächen mit der allgemeinen Fläche 86 des Bildschirms 80 übereinstimmen würde, würde das Licht anders reflektieren als der Bildschirm 80. Die Periode P der Lentikularelemente wird vorteilhaft in der gleichen Größenordnung gehalten wie die Größe eines Bildpunkts auf dem Bildschirm. Die Periode P der Lentikularelemente ist vorteilhaft kleiner oder gleich der Größe eines Bildpunkts auf dem Bildschirm. Insbesondere sind die Periode P und die Größe SP eines Bildpunkts auf dem Bildschirm vorteilhaft derart, dass R × P ≈ SP ist, wobei R eine natürliche Zahl ist.
Die in diesen Ausführungsformen vorgeschlagenen Lentikularelemente können im Bildschirm 50 eingraviert sein. Dies ist insbesondere der Fall für einen Bildschirm 50, der aus einer oder mehrere Platten aus gehärtetem Polymer hergestellt ist, z.B. aus einem Acrylharz. Die Techniken zum Gravieren sind denjenigen ähnlich, die zum Gravieren von Fresnellinsen angewendet werden.
Die Lentikularelemente können auch durch Aufbringen einer dünnen Harzschicht auf einem Bildschirm 50 ausgebildet werden, gefolgt von einem Formungsschritt, in dem eine Negativform auf das aufgebrachte Harz gepresst wird.
Beispiele für Techniken zum Realisieren von Feinstrukturen durch Formen sind beispielsweise in der US 2010/0226022 "Fresnel lens, the apparatus and the method of manufacturing thereof" beschrieben.
Das Strukturieren des auf dem Bildschirm verteilten Lacks ist eine weitere Technik zum Realisieren von Lentikularelementen mit verschiedenen Formen und Konfigurationen. Die Technik kann auf einen breiten Bereich bestehender Wände angewendet werden, so dass sie für die Nachrüstung bestehender Projektionsanordnungen, wie beispielsweise in Theatern, und für eine Umrüstung in Multi-Bildschirm-Projektionsanordnungen vorteilhaft sind. Der Lack kann durch Tintenstrahldruck strukturiert werden.
In einem ersten Verfahren ist die Düse des Druckers kleiner als das in der strukturierten Lackschicht erforderliche kleinste Merkmal. Je länger die Düse Lack auf die gleiche Stelle sprüht, desto dicker wird die Lackschicht. Durch Modulieren der Geschwindigkeit, mit der die Düse über einen Bildschirm bewegt wird, ist es möglich, verschiedene Profile für die Lentikularelemente zu realisieren. In einer ersten Näherung gilt: je langsamer die Düse über einen ersten Bereich auf dem Bildschirm bewegt wird, desto dicker wird die Lackschicht auf diesem Bereich sein. Umgekehrt gilt: je schneller die Düse über einen zweiten Bereich auf dem Bildschirm bewegt wird, desto dünner wird die Lackschicht auf diesem zweiten Bereich sein.
In einem zweiten Verfahren zum Strukturieren von Lack wird die Düse 90 Lack 91 durch ein zwischen der Düse und dem Bildschirm 93 angeordnetes Gitter 92 sprühen, so dass eine in 9 dargestellte Struktur erhalten wird.
Die so erhaltene strukturierte Lackschicht wird am besten mit einem lichtabsorbierenden Material wie schwarzem Lack realisiert. Dies wird dazu beitragen, das vorstehend erwähnte Blendungsproblem zu vermindern. Die Bereiche der Lentikularelemente, die das Licht in eine oder mehrere bevorzugte Richtungen reflektieren müssen, sind mit einer lichtreflektierenden Beschichtung beschichtet. Die reflektierende Beschichtung kann beispielsweise ein heller Lack und insbesondere ein weißer Lack sein.
Die reflektierende Beschichtung kann durch eines der beiden vorstehend beschriebenen Verfahren aufgebracht werden.
Um visuelle Artefakte auf dem Bildschirm, wie beispielsweise sichtbare Streifen, zu vermeiden, sollte die Merkmalgröße (z.B. der Abstand zwischen zwei Lentikularelementen in 4) kleiner als die Größe der auf den Bildschirm projizierten Bildpunkte sein.
Die vorstehend dargestellte Grundstruktur wird am besten unter Verwendung von lichtabsorbierendem Material, wie beispielsweise dunklem Lack, ausgebildet.
Eine Alternative zu den bisher diskutierten Lentikularelementen sind beispielsweise holographische Strukturen.
Die Komplexität der Lentikularelemente kann erhöht werden. Beispielsweise können Lentikularelemente mit einem hexagonalen Querschnitt verwendet werden.
10A zeigt eine Draufsicht der Lentikularelemente, und 10B zeigt einen Querschnitt der Lentikularelemente entlang der Achse A-B in 10A. Die Innenwände eines Lentikularelements können mit verschiedenen Beschichtungen beschichtet sein, abhängig von der Orientierung der Wand. Beispielsweise sind die Wände, die dafür vorgesehen sind, Licht in Richtung zu den Zuschauern zu reflektieren, mit einer reflektierenden Beschichtung 106 beschichtet, während die Wände, die am anfälligsten dafür sind, Licht von einem anderen Bildschirm zu empfangen, mit einem lichtabsorbierenden Material 107 beschichtet sind.
Ein Teil der Fläche der Unterseite der Lentikularelemente kann mit der reflektierenden Beschichtung 106 beschichtet sein.
Die Beschichtungen können eine Funktion der Position der Lentikularelemente auf einem Bildschirm, und insbesondere eine Funktion des Abstands eines Lentikularelements zu einem anderen Bildschirm, insbesondere des mittleren Bildschirms, sein. Dies ist in 10B bezüglich des Lentikularelements 105 dargestellt, das beispielsweise näher am mittleren Bildschirm angeordnet ist als das Lentikularelement 101.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die lichtabsorbierende Beschichtung auf den Innenwänden der Lentikularelemente aufgebracht, die von einem im Zuschauerraum ausgewählten Punkt nicht sichtbar sind (beispielsweise vom Punkt P in 1). Die lichtreflektierende Beschichtung ist auf den Innenwänden der Lentikularelemente aufgebracht, die vom Punkt P im Zuschauerraum sichtbar sind.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die lichtabsorbierende oder Antireflexionsbeschichtung auf den Innenwänden der Lentikularelemente aufgebracht, die von einem Projektor nicht sichtbar sind, beispielsweise wird die Antireflexionsbeschichtung auf die Innenwände der Lentikularelemente auf dem linken Projektionsbildschirm 14 aufgebracht, die vom Projektor 16B (beispielsweise von der Mitte der Projektionslinse des Projektors 16B) nicht sichtbar sind. Die reflektierende Beschichtung wird auf die Innenwände der Lentikularelemente auf dem linken Projektionsbildschirm 14 aufgebracht, die vom Projektor 16B sichtbar sind. Die reflektierenden und die Antireflexionsbeschichtungen werden dann entsprechend auf die Innenwände der Lentikularelemente auf dem rechten Projektionsbildschirm 12 aufgebracht.
Eine Beschichtung kann durch Spritzlackieren unter einem Winkel mit oder ohne Verwendung eines Gitters selektiv auf die Innenwände der Lentikularelemente aufgesprüht werden.
Die Lentikularelemente in 10 haben einen konstanten sechseckigen Querschnitt, d.h., die Innenwände erstrecken sich senkrecht zu der gleichen Fläche. z.B. zur allgemeinen Fläche des Bildschirms. Um eine zu starke Einschränkung des bevorzugten Winkelbereichs, innerhalb den der Bildschirm das Licht des Projektors reflektieren wird, zu vermeiden, können die Innenwände in einem größeren Maße diffussiv konfiguriert werden. Beispielsweise wird die Oberfläche der Innenwände durch ein geeignetes praktisches Verfahren aufgerauht (z.B. durch Einstellen der Viskosität des Lacks, der durch Sprühlackieren unter einem Winkel auf die Innenwände der Lentikularelemente aufgebracht wird).
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform haben die Lentikularelemente einen variierenden Querschnitt. Der Querschnitt an der Basis der Lentikularelemente hat eine kleinere Fläche als der Querschnitt an der Oberseite der Lentikularelemente. Ein Beispiel derartiger Lentikularelemente ist in den 11A und 11B dargestellt.
Die vorstehend diskutierten Techniken werden die durch Reflexion heller Bereiche auf einem ersten Bildschirm auf einen zweiten Bildschirm und insbesondere auf dunkle Bereiche eines zweiten Bildschirm verursachten Blendungen unterdrücken oder zumindest reduzieren.
Wenn die Blendung durch die vorstehend vorgeschlagenen Techniken nicht ausreichend reduziert wird, kann sie durch Modulieren der Helligkeit der auf einen ersten Bildschirm projizierten Bilder in Abhängigkeit von der Helligkeit der auf einen zweiten Bildschirm projizierten Bilder reduziert werden.
Die Helligkeit eines Bildpunkts auf dem ersten Bildschirm ist die Summe aus zwei Hauptkomponenten. Die erste Komponente ist durch das Licht bestimmt, das durch den auf den ersten Bildschirm gerichteten Projektor auf den ersten Bildschirm projiziert wird. Die zweite Komponente ist durch das Licht bestimmt, das auf dem zweiten Bildschirm reflektiert wird und auf den ersten Bildschirm an der Position des betrachteten Bildpunkts auftrifft.
Es wird hiermit eine Technik zum Reduzieren der Blendung von einem zweiten Bildschirm auf einem ersten Bildschirm vorgeschlagen.
Für einen beliebigen vorgegebenen Bildpunkt P auf dem ersten Bildschirm, der eine Zielhelligkeit TB anzeigen muss, wird der Beitrag CG der Blendung zum Bildpunkt P von allen Bildpunkten des zweiten Bildschirms bewertet.
Die auf den ersten Bildschirm projizierten Bildpunkte werden mit einer korrigierten Helligkeit CB = TB – CG projiziert. Die erhaltene Helligkeit der Bildpunkte auf dem ersten Bildschirm wird dann gleich CB + CG = TB – CG + CG = TB betragen, und die Blendung wird reduziert. Aus der Formel wird unmittelbar deutlich, dass diese Technik nur für Bildpunkte anwendbar ist, deren Zielhelligkeit TB ausreichend hoch ist, um eine Subtraktion des Korrekturwertes CG zu ermöglichen. Daher wird dieses Verfahren nicht wirksam sein, wenn die Blendung von einem Bild eliminiert werden soll, das überwiegend dunkel ist.
Die notwendigen Berechnungen können durch eine Steuereinrichtung ausgeführt werden, die als eine dedizierte Hardwarevorrichtung, eine konfigurierbare Hardware-Logik, wie beispielsweise eine FPGA, oder ein geeignet programmierter Mikrocontroller oder Mikroprozessor implementiert sein kann. Diese Steuereinrichtung kann ein Controller sein, der in einem Projektor integriert ist, und dafür konfiguriert sein, die Helligkeit des Projektors basierend auf den Ergebnissen dieser Berechnungen zu steuern. Die Steuereinrichtung kann auch als ein separates Steuermodul bereitgestellt werden. Ein computerlesbares Speichermedium, das ein Programm speichert, das, wenn es ausgeführt wird, einen Prozessor veranlasst, die Funktionen der Steuereinrichtung auszuführen, und das Programm oder die Software selbst, sind ebenfalls Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Um die notwendigen Berechnungen auszuführen, muss die Steuereinrichtung Zugriff auf die jeweiligen CG-Werte haben. Die Steuereinrichtung kann eine Kopie des Bildsignals des zweiten Projektors über einen Datenkommunikationsschnittstelle empfangen und ein vorprogrammiertes Modell der Blendungsverteilung auf dieses Bildsignal anwenden, um die relevanten CG-Werte für die verschiedenen Bildpunkte zu bestimmen.
Um die Komplexität der Berechnungen zu reduzieren, ist ein groberer Ansatz möglich. Der zweite Beitrag CG wird nicht für jeden Bildpunkt auf dem ersten Bildschirm berechnet, sondern beispielsweise für eine Gruppe von Bildpunkten (beispielsweise ein Quadrat von 100 Bildpunkten × 100 Bildpunkten). Die Komplexität kann reduziert werden, indem der Beitrag CG basierend auf einer mittleren Helligkeit von Gruppen von Bildpunkten des auf dem zweiten Bildschirm berechnet und der Beitrag zur Blendung von all diesen Gruppen zu den Gruppen von Bildpunkten auf dem ersten Bildschirm bewertet wird. Die Gruppe von Bildpunkten haben weniger Bildpunkte als die auf die jeweiligen Bildschirmen projizierten vollständigen Bilder.
Selbst mit den vorstehenden Vereinfachungen kann die Anzahl von Berechnungen, die erforderlich sind, um die Blendungsunterdrückungstechnik anzuwenden, eine Echtzeitimplementierung auf einer bestimmten Hardwareplattform unmöglich machen. In einer Variante der Technik werden die notwendigen Berechnungen vorab ausgeführt, und wird Korrekturinformation als Metadaten in dem Videostrom codiert, der den Projektoren zugeführt wird. Diese Korrekturinformation kann mit dem gesamten Videoprogramm in Beziehung stehen, oder sie kann auf eine beliebige Anzahl bestimmter heller Bilder begrenzt sein, von denen erwartetet wird oder bekannt ist, dass sie störende visuelle Artefakte verursachen, wenn sie nicht korrigiert werden.
Obwohl die Erfindung auf verschiedene Weise modifizierbar ist und alternative Formen realisierbar sind, sind in den Zeichnungen spezifische Beispiele dargestellt und in der Beschreibung ausführlich erläutert. Es sollte jedoch klar sein, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten dargestellten Formen oder Verfahren beschränkt ist. Vielmehr soll die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5964064 [0002, 0006]
US 6909543 [0005, 0006]
US 8149508 [0007, 0008]
US 7548369 [0009]
US 7221506 [0010]
JP 2008-175960 [0011]
US 1279262 [0086]
US 4338165 [0086]
US 2010/0226022 [0100]

Claims

Projektionsanordnung mit mindestens einem ersten Bildschirm (14) und einem zweiten Bildschirm (10), wobei der erste Bildschirm (14) und der zweite Bildschirm (10) flach sind, wobei der erste Bildschirm (14) unter einem Winkel zum zweiten Schirm (10) angeordnet ist, und wobei der erste Bildschirm (14) dazu geeignet ist, auf ihn projiziertes Licht überwiegend oder ausschließlich in einen oder mehrere Winkelbereiche zu reflektieren, die den zweiten Bildschirm (10) nicht schneiden.
Projektionsanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Bildschirm (14) ein Lentikular-Bildschirm ist.
Projektionsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke des ersten Bildschirms (14) in mindestens einer Richtung quer über den Bildschirm nicht konstant ist.
Projektionsanordnung nach Anspruch 3, wobei die Dicke des ersten Bildschirms (14) in mindestens einer Richtung quer über den Bildschirm sägezahnförmig variiert.
Projektionsanordnung nach Anspruch 4, wobei eine zweite Vielzahl von Abschnitten des Sägezahnmusters zum zweiten Bildschirm (10) hin gedreht sind, wobei die zweite Vielzahl von Abschnitten eine Oberfläche mit reduziertem Reflexionsvermögen aufweisen.
Projektionsanordnung nach Anspruch 3, wobei die Dicke des ersten Bildschirms (14) sich periodisch ändert.
Projektionsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit einem dritten Bildschirm (12), der unter einem Winkel zum zweiten Bildschirm (10) angeordnet ist.
Projektionsanordnung nach Anspruch 7, wobei der zweite Bildschirm (10) zwischen dem ersten (14) und dem dritten (12) Bildschirm angeordnet ist.