DE3033209A1

DE3033209A1 - Bildprojektionssystem

Info

Publication number: DE3033209A1
Application number: DE19803033209
Authority: DE
Inventors: Karl Fritz 1000 Berlin Reich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-08-30
Filing date: 1980-08-30
Publication date: 1982-04-01

Description

Bildprojektionssystem
Bildprojektionssystem Die Erfindung betrifft ein Bildprojektionssystem, das sich für technische und wissenschaftliche und kommerzielle Zwecke besonders gut eignet, das jedoch auch in der Unterhaltungstechnik Verwendung finden kann.
Bisher be) :anntgeword ene Bildpro j ektionssssteme bestehen durchweg aus einem Bildprojektor und einer diesem zugeordneten Bildwand, auf der das projizierte Bild, im allgemeinen in Vergrößerung, erscheint.
Der Informationsinahlt je Bild eines derartigen herkömmlichen Projektionssystems ist durch das Bildformat des Projektors und den Bildinhalt des abgebildeten Bildes begrenzt. Auch ist eine Vergrößerung eines derart projizierten Bildes nur in begrenztem Maße möglich, weil andernfalls, bei zu starker Vergrößerung, entweder die Punkt- oder Zeilenstruktur des Bildes erkennbar und das Bild damit unscharf werden würde, handelt es sich um fotografisch aufgenommene Bilder, die projiziert werden,so ist beispielsweise der Ausschnitt einer dargestellten Landschaft oder eines größeren Gebäudes durch den Öffnungswinkel der Kameraoptik begrenzt.
Ein anderes bekanntgewordenes Verfahren, Großbilder zu erzeugen, geht von einem Großbildschirm aus. Auf diesem Großbildschimr sind Leuchtdioden oder Glühlampen angeordnet. Die Bildqualität wird bestimmt durch die Größe der einzelnen Bildpunkte. Da hier dreidimensionale Bildelemente - nämlich Glühlampen oder Fotodioden - verwendet werden, beträgt die Fläche eines Bildpunktes mindestens 2mm2, me:t.st jedoch ist sie größer. Die Bildqualität kann deshalb nur diesem groben Raster entsprechen. Von der Grobe des Bildpunkbes hangt die erzielbare Helligkeit ab. Die Helligkeit derartiger Bildwände ist deshalb begrenzt. Die Darstellung garbiger Bildwand bereitet bei Verwendung von Fotodioden der Farbe blau sehr große Schwierigkeiten. Die Größe derartiger Bildwand ist an sich beliebig; jedoch liegen die Grenzen in dem sehr hohen elektrischen Shergieverbrauch. Eine derartige Bildwand kann als großflächer Ofen angesehen werden.
Das Ansteuern der einzelnen Bildpunkte oder Bildtripel bereitet keine Schwierigkeiten. Diese kann sogar durch mechanische, meist umlaufende Schalter erfolgen (Reklamewände). Für hohe Ansprüche an die Qualität der Bildübertragung sind diese Bildwände ungeeignet.
Großbildflächen lassen sich ferner mit Farbbildröhren erzeugen. Die Farbbildröhre ist technisch ausgereift.
Es ist möglich, Bildröhre mit 800 und mehr Zeilen herzustellen. Die Bildqualität ist durch diesen feinen Baster deshalb sehr gut. Großbildflächen dieses Systems haben aber alle technischen Grenzen bereits erreicht. Röhren mit einer Fläche von 1000 x 1000 mm stellen Ausnahmen dar. Praktisch lassen sie sich wahrscheinlich nicht verwenden, die Gefahr des Implodierens ist zu groß.
Ferner ist die Fernsehoptik mit Schmidt-Spiegel bekannt.
Bei diesem Verfahren wird eine lichtstarke Fernsehoptik auf eine aus der astronomischen Anwendung bekannten Schmidt-Optik geleitet. Der Lichtstrahl fällt dann auf eine Großbildfläche. Um die lichtstärke der Fernsehoptiken zu vergrößern, werden die Farben rot, grün, blau getrennt.
Das Anbringen von drei Fernsehoptiken ist dabei sehr schwierig und Gegenstand zahlreicher Verbesserungsversuche.
Aber auch hier kann der Bildraster nicht feiner sein als der Raster der Fernsehoptik. Nit der Vergrößerung muß deshalb die Bildqualität abnehmen. Schwierig bei diesem Verfahren ist auch die Projektionsdistanz. Deshalb sind die angebotenen Geräte nur mit einer Großbildfläche von maximal ca. 1500 x 1500 mm ausgestattet.
Ein-weiteres mit großem Aufwand entwickeltes Projektionsverfahren ist unter dem Namen "Eidophor" bekanntgeworden.
Es erlaubt eine beliebige Vergrößerung und liefert ein lichtstarkes Bild, wahlweise non-line" und "off-line", aber es ist an einen Raster von 800 Zeilen gebunden. Damit ist es genauso schlecht wie jedes vergrößerte Fernsehraster, da der Raster einer Fernsehröhre verwendet wird, die ihr licht auf einen sich drehenden,in der Oberfläche veranderbaren Spiegel wirft. Eine Zusatzlichtquelle liefert einen starken lichtstrahl. Dieser Aufbau läßt sich mit einer gittergesteuerten Elektronenröhre vergleichen. Das Gitter ist in diesem Falle die Fernsehröhre. lichttechnisch wird das Pro ektionsprinzip eines Kinoprojektors verwendet. Das ganze Verfahren ist sehr aufwendig, teuer und sehr kompliziert. So muß der Elektronenstrahl der Fernsehrore im Hochvakuum geleitet werden. Aber das Gesetz der Optik gilt auch hier. Es können nur so viele Lichtpunkte übertragen werden, wie vorhanden sind (800 Zeilen), deshalb ist der Bildiahalt klein und damit die Anwendung für sehr viele Fälle nicht möglich.
Er Sonderfalle gibt es eine Bildwand, die von einem laserstrahl beschrieben wird, Bier ist auch der Bildinhalt sehr klein. Die Bildwand liefert aber kein bewegliches Bild. Das Bild ist "on-line" und der spezifische Punkt kann in der Rasterung sehr fein sein.
Der Erfindung liegt die aufgabe zugrunde ein Bildprojektionssystem zu schaffen, das es gestattet, beliebig große Bilder mit einem beliebig großen "Öffnungswinkel" der Aufnahmeoptik, der bis zu 3600 reichen soll, darzustellen, wobei kein Bildschärfenverlust eintreten soll, sondern im Gegenteil sogar noch eine Verbesserung der Bildschärfe erzielt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Bildprojektionssystem gelöst, innerhalb dessen mehrere Projektoren angeordnet sind, die ihr Einzelbild derart aufeinander ausgerichtet auf eine Großbildwand werfen, daß auf dieser Großbildwand sijintliche Binzelbilder zu einem lückenlosen Gesamtbild vereinigt erscheinen.
Damit läßt sich also ein beliebig großes Bild in jeder gewünschten Bildschärfe projizieren, da die erzielte Bildgröße lediglich noch von den technisch möglichen Abmessungen der Großbildwand und der an sich beliebig großen Anzahl voneinander zugeordneten Bildprojektoren abhängt. Dabei ist es möglich, bewegliche oder stehende Bilder darzustellen, die im "on-line" oder "off-linen -Betrieb auf die Projektionswand übertragen werden können.
Diese Bildwand kann eben oder gewölbt sein und im übrigen jede beliebige Form heben.
Die Projektionswande können in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch mit Stoffen belegt sein oder aus derartigen Stoffen bestehen, die durch nicht oder Elektronenstrahlen zum Eigenleuchten gebracht werden.
Der grundsätzliche Aufbau eines erfindungsgemäßen lyg jektionssystems ist folgender: Eine Fernsebröhre beliebiger Größe ist mit einer Optik vor dem Bildschirm ausgestattet. Vor der Optik ist ein transparenter Bildschirm aufgebaut. Das aus der Fernsehrohre austretende licht wird als Strahl durch die Optik gebündelt. Der Bildschirm (Projektionsscheibe) fängt das Bild auf. Durch den Aufbau von einer Anzahl von n-Bildröhren mit einer entsprechenden Anzahl von vorgestellten Optiken und einer durchgehenden Großbildwand erhält man eine Anlage, die es möglich macht, bewegte und stehende Bilder mit einem sehr feinen Raster "offline" und/oder "on-lne" lichtstark darzustellen. Dabei kann die einzelne Bildröhre mit der zugehörigen Elektronik in einem Chassis als "Display" aufgebaut sein.
Dieses "Display" wird zweckmäßig auf einem in drei KS-ordinaten verstellbaren Tisch montiert. Bei waagerechter x-Achse 1md senkrechter y-Achse bewirkt die Verstellung in z-Ridhtung eine Veranderung des Abbildungsmaßstabes.
Bei der Darstellung von räumlichen Bildern oder von mehr als einem Bild pro Bildabschnitt - also Bilder, die in der Tiefe gestaffelt sind - werden pro Display je nach Anzahl der Projektionsebenen (Projektionsscheiben) n-Röhren pro Platz (Display) aufgebaut.
Die Röhren können alle in gleicher Ebene aufgebaut werden oder sie können um die Strecke Zn verschoben werden. Durch das Verschieben um zn kann auch die Projektionsscheibe P ebenfalls um Zn verschoben sein.
n Dadurch kann für alle Röhren die gleiche Optik verwendet werden.
Es ist aber auch die räumliche Anordnung aller Röhren in ein und derselben Ebene möglich, wobei die Optiken der Röhren auf jeweils verschiedene Brennpunkte eingestellt werden müssen und entsprechend viele Projektionswände vorhanden sind.
Mit diesen Anordnungen, die auch gemischt anzuwenden sind, können also Variationen durch Abstand und Variation der Optik in den Brenupunkten bei einer n-Zahl van Bildröhren in n-Ebenen mit n-Projektionsscheiben Bilder gleichzeitig abgebildet werden.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugsnahme auf die in der Zeichnung dargestellten Ausfubrungsbeispiele naher erläutert. Es zeigen: Abb.1 die schematische Darstellung eines Einzelprojektors auf verstellbarem Tisch (Einzeldisplay), Abb.2 die ebenfalls schematische Vorderansicht einer verstellbaren Bildröhre, Abb.3 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Bildprojektionssystemes, Abb.4 die schematische auseinandergezogene Darstellung der Geile eines Einzelprojektors und Abb.5 die schematische perspektivische Darstellung einer Großbildwand mit davor angeordneter Projektionswand.
Gem. Abb. 3 besteht das erfindungsgemäße Projektionssystem aus der Großbildwand G , dem Steuergerät S, dem Computer C sowie einen die Computerfunktionen abruf enden Band gerät oder einer entsprechenden Platte.
Das Steuergerät, das seinerseits von einem Computer beauf schlagt wird, dient dazu, die Tische oder sonstigen Auflagen, die die einzelnen Projektoren oder Roren trage in die geinschte Position zu bringen. Diese gewünschten Positionen können, je nach Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Großbildwand, über einen Computer, der das Steuergerät beaufschlagt, eingeleitet werden. Daneben ist selbstverständlich noch ein getrennter Eingang E für dieses Steuergerät vorgesehen. Das Bandgerät B bzw. das Plattengerät ? kann für bestimmte wissenschaftliche Zweck vorteilhaft sein, um von dem Computer bestimmte Funktionen abzuleiten.
Der Aufbau der zum Simultanprojekteur zusammengefaßten Einzeldisplays ist in Abb.1 wiedergegeben. Danach ist die Röhre 1 auf dem Tisch T in drei Koordinatenrichtungen x, y und z verschiebbar gelagert.
Wie aus Abb.2 hervorgeht, verläuft die y-Achse waagerecht und die x-Achse senkrecht nach oben, während die z-Achse senkrecht nach hinten weist.
Gem. Abb.4 steht auf dem verstellbaren Tisch die Bildröhre R mit davorgesetzter Blende B und der Optik 0, während unabhangig davon in vorgegebener Entfernung die transparente Bildwand P bzw. mehrere Bildwände P1, P2...Pn angeordnet sind.
Die Blende B kann feststehend oder verstellbar sein.
Innerhalb der Blende B, Abb.6, können zur Justierung ein oder mehrere schaltbare oder nicht schaltbare Blenden B (Verschlüsse) angeordnet sein. Die Optik O kann aus einer oder mehreren Linsen bestehen. Sie wird nicht benötigt, wenn die Lichtstärke des erzeugten Bildes für die Projektion ausreicht.
Die Projektionsschirme P1-n sind aus transparentem Material und wirken wie die Mattglasscheibre eines Auflichtprojektors. Jeder der Projektionsschirme P1 n kann von beliebiger Größe sein und das in der geschilderten Weise erzeugte bild zwahlreicher Displays aufnehmen.
Die Bildquelle se]bst ist beliebig. Neben den üblichen Bildspeichern wie Videobändern und -platten, Filmen, kommt auch die Direktübertragung von Bildern über eine Fernsehkamera in Etage.
Desgleichen können synthetische Bilder, wie sie ein Computer liefert, ubertragen werden. Sämtliche Bildquellen können darüberhinaus beliebig kombiniert werden Sämtliche Einzeldisplays werden dem Computer als Gesamt bild mitgeteilt. Der Computer hat jedes Einzeldisplay benummert, ähnlich wie der Speicherplatz in einem Festspeicher. Das ankommende Bild wird jetzt nach dem jewelligen Platz aufgeteilt. Durch entsprechende Bedienung kann jedes Bild verschoben werden. Es lassen sich die Bilder vergrößern, verkleinern oder von dem einzelnen Platz verschieben, ganz wie es die Praxis erfordert.
Das Aufnehmen von bildlichen Objekten für diese Großbildwand kann mit üblichen Filmkameras oder Fernsehkameras erfolgen. Bei der Wiedergabe der Bilder sind keine Crenzen gesetzt. Die Bilder können bei flächiger Darstellung (x,y) von n-Rimeras gleichzeitig aufgenommen werden, wobei alle Kameras iul Punkt Null stehen können, aber auch im Punkt qa , q2 , Dieses Verfahren läßt sich auch auf den Raum anwenden.
Die Kameras sind dann auf einer Kugelfläche aufgebracht.
Durch diese Anfnahmetechnik kann die Bildwand 100 m lange sein. Die Bildwand kann auch als zylinder ausgebildet sein, auf dem innen oder außen oder auf beiden Seiten ein Bild wiedergegeben wird. Die Großbildwand kann aber auch cuie Kugel- oder jede andere Form haben.
Das Aufnehmen von bildlichen Objekten für diese Großbildwand kann mit nornalen Film- oder Fernsehkameras erfolgen. Da hier bei der Wiedergabe keine Grenzen gesetzt sind, können bei einer flächigen Darstellung auf 360° n Kamers (je nach Öffnungswinkel) gleichzeitig aufnehmen, so daß dann ein Bild von 360° auf der Großbildend dargestellt wird. Dieser Effekt läßt sich erweitern auf nochmals 3600 Kugelgrad. Dies bedeutet, daß je nach Öffnungswinkel auf einer kugel n Kameras aufgebracht sind. Die Bildfläche ist dann die ebene Abwiciilung einer Kugel und es lassen sich Raumeffekte darstellen. Ist der Öffnungswinkel der Kameras klein, dann ist die Bildqualität gut, weil sich ein feiner Raster einstellt.
Das nahtlose Aneinanderfügen der projizierten Bilder durch entsprechende Verschiebung und Schwenkung der Projektoren innerhalb des Verbandes der kooperierenden Projektoren (s.Abb.5), die mit besonderen Masken gem. Abb.5 ausgerüstet sein können, die ihrerseits Konizidenzpunkte V1 - Vn gem.
Abb.6 für die genaue Anlagerung benachbarter Bilder enthalten, erfolgt zweckmäßig über eine op-tisch gesteuerte Computer-Stellanlage, die ihre Signale über in den Strahlengang der Blenden der Rbinzidenzpunkte V1 - Vn eingebaute Fotozellen erhalt.
Im folgenden werden einige Anwendungsbeispiele des erfindungsgemäßen Projektionssystemes erläutert, die die große technische Bedeutung der Erfindung zeigen Das Sichtbarmachen von Vorgängen und Ablaufen von zum Teil sehr schnellen Prozessen wird in allen Bereichen von Technik und Wirtschaft verlangt. Bildschirme, die schnelle bewegte Darstellungen "on-line" und "off-line" abbilden bis zu eine Größe von 1 qm sind bekannt. Für sehr viele-Anwendungen ist diese Bildschirmgröße jedoch zu klein.
So ist es beim Betrieb von Kernkraftwerken ein großer Fortschritt, wenn der gesamte Betriebsablauf graphisch und dynamisch quasi zeitlos dargestellt wird. Das jetzt in den Schaltzentralen vorhandene statische Schaltbild reicht nicht aus. Die Schaltwarte (Bedienungsmannschaft) muß in jedem Zeitpunkt den genauen Zustand der Gesamtanlage und jedes Betriebsteiles wissen. Mit Kleinbildschirmen (600 mm über der Diagonale) ist dies nicht möglich, da bei diesen Geräten Immer nur Ausschnitte abgebildet werden. Es ist deshalb dringend notwendig, daß die vom Computer verarbeiteten Messwerte auf einem Großbildschirm sichtbar gemacht werden wird daß jede Änderung im Gesantbild sofort den tatsächlichen Gegebenheiten abgeändert dargestellt wird.
Diese Großbilder sollen farbig dargestellt werden, um die Übersichtlichkeit zu verbessern.
Bei Störfällen muß außerdem sofort auf der Großbildwand ein Ersatzschaltbild, das im Gesamten und im Teil variiertwerden kann, abgebildet werden. So ist es möglich, daß alle Störfaktoren sofort erkannt werden und durch Variation und Darstellung die Gegenmaßnahmen simuliert und danach eingeleitet werden können.
Es stellt sich hierbei folgende Aufgabe: Dic d;ynrnische farbige Großbildwand soll mindestens 20 m Länge und 3m Höhe haben, so daß sich eine Gesamtbildfläche von 60 m? ergibt. Die Fläche soll rechteckig oder gylindrisch oder kugelförmig sein, und das Bild mindestens 1500 Zeilen/in haben. Das Bild soll aus mindestens je Sek.24 wechselnden Bildern entst-ehen, und es sollen Standbilder mit unbeschränkter Leuchzeit abgebildet werden können.
Die Bilder sollen möglichst in zwei oder mehr Ebenen dargestellt werden. Die Bilder sollen "on-line" und "off-line"verarbeitbar sein. Auf der Großbildfläche soll jeder Maßstab "on-line" und "off-line" veränderlich abbildbar sein. Auf der Großbildfläche sollen mehrere Maßstäbe gleichzeitig darstellbar sein. Auf der Großbildwand sollen Bilder von mehreren Programmen gleichzeitig dargestellt werden können. Bilder von mehreren Kameras gleicht zeitig aufgenommen, sollen "on-line" und "off-line" dargestellt werden können.
Alle diese Teilaufgaben der optischen Erfassung der Betriebszustände eines Kernkraftwerkes werden durch das erfindungsgemäße Projektionssystem gelöst.
L e e r s e i t e

Claims

Anspruche : 1. Bildprojektionssystem, g e k e n n z e i c h n e t durch mehrere Projektoren (R), die ihr Einzelbild derart aufeinander ausgerichtet auf eine Großbildwand(P) oder mehrere Großbildwände (P1-Pn) werfen, daß auf der Großbildwand (p) bzw. (P1-Pn) sämtliche Einzelbilder zu einem lückenlosen Gesamtbild vereinigt erscheinen.
2. Bildprojektionssystem nach A3ispruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Großbildwand (P) bzw.

(P1-Pn) aus einer oder mehreren transparenten, hintereinander angeordneten Projektionswänden besteht.
3. Bildprojektionssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Großbildwand (P) bzw. (P1-Pn) eben oder gewölbt ist oder jede eine g-eometrische oder nicht geometrische Form hat.
4. Bildprojektionssystem nach einem der Anspruche 1 - 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Einzelprojektor ein Lichtprojektor, eine Fernsehröhre (R) oder eine Fernsehröhre mit Schmidt-Optik oder anderen Projektionssystemen dient.
5. Bildprojektionssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß in dem Lichtstrahl zwischen Projektor (R) und Großbildwand (P) bzw. (P1-Pn) eine feste oder bewegliche Blende (B) angeordnet ist.
6. Bildprojektionssystem nach Anspruch 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n n e t , daß die Blende (B) eine oder mehrere Blenden , die auch verschließbar sein können, zum Justieren des Einzelbildes eingesetzt sind und evtl. Fotozollen, die den Lichtstrom registrieren und dadurch iie Befehle auslösen für die Verstellautomatik des Tisches (T).
7. Bildprojektionssystem nach Anspruch 5, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Blende (B) ein oder mehrere nicht verschließbare Blenden zum tTustieren des Einzelbildes eingesetzt sind.
8. Bildprojektionssystem nach einem der Ansprüche 1 - 7 dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß vor oder nach der Blende (B) oder zwischen mehreren Blenden (B) ein lichttubus ohne oder mit einer oder mehreren Optiken (O) angeordnet ist.
9. Bildprojektionssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Bilder in mehreren Ebenen dargestellt sind.
10. Bildprojektionssystem nach einem der Anspruche 1 - 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Bilder auf der Großbild (P) bzw. (P1-Pn) in verschiedenen Farben darstellbar sind.
11. Bildprojektionssystem nach einem oder mehreren der Anspruche 1 - 10, dadurch g e k e n n z e 1 c h n e t daß die Übertragung der Bilder auf die Großbildwand (P1-Pn) mittels einer oder mehrerer Fernsehkameras mit einem oder mehreren Eingangen erfolgen kana und daß die Anzahl der Kameras größer sein kann als der aus der Summe der Öffnungswinkel der Bernsehkameras resultierende Gesamtwinkel des projizierten Bildes.
12. Bildprojektionssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß pro Display eine oder mehrere Röhren (R) verwendet werden und diese Röhren entweder einzeln oder gemeinsam auf dem Tisch (T) oder jede Röhre (Ra) für sich auf einem Tisch (usa) aufgebaut ist und der Abstand jeder Röhre (Ra) zur nächsten Röhre (Rb) gleich zb ist und wobei dieser Abstand auch zwischen den Projektionsscheiben (Pa) und CPb) besteht.
13. Bildprojektionssystem nach Anspruch 1 - 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß pro Display mehr als eine Rohre (R) verwendet werden und diese Röhren entweder gemeinsam auf dem Tisch (g) oder jede Röhre (Ra) für sich auf einem Tisch (Ta) aufgebaut ist-, wobei der Abstand z zwischen den Röhren Null ist und jede Optik (o) einen anderen Brennpunkt hat.
14. Bildprojektionssystem nach Anspruch 1 - 11, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß pro Display mehr als eine Rohre (R) verwendet werden und diese Rohren entweder gemeinsam auf dem Tisch (T) oder jede Röhre (Ra) für sich auf einem Tisch (Ta) aufgebaut ist und der Abstand der Röhren (R) zwischen Null und z variabel ist und die Optiken (O) gleich oder verschieden sind.
15. Bildprojektionssystem nach einem oder mehreren der Anspräche 1 - 14, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Großbildwand(P) bzw.

(P1-Pn) mit Stoffen belegt ist oder aus derartigen Stoffen besteht, die durch Licht- oder Elektronenstrahlen zum Eigenleuchten angeregt werden.