DE3700525A1 - Projektionseinrichtung fuer parallax-panoramagramme - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Projektionseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Dabei wird ausgegangen vom vorveröffentlichten Stand der Technik, wie dieser zu entnehmen ist aus: "Fernseh- und Kino-Technik" 39. Jahrgang in Nr. 8/1985, Seiten 383 bis 387 und Nr. 9/1985, Seiten 431 bis 435 sowie dem "Tagungsband Teil 1" der 12. Jahrestagung der FKTG (Fernseh- und Kinotechnische Gesellschaft e. V.) in Mainz vom 2. bis 6. Juni 1986, Seiten 0174 bis 0187.

Der wesentliche Inhalt der oben genannten Vorveröffentlichungen ist bereits in der deutschen Patentanmeldung P 35 29 819.7, eingereicht am 16.08.1985, enthalten. Damit stehen diese Dokumente zueinander in enger Beziehung, und die Projektionseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 stellt bereits eine besonders bevorzugte Ausführungsform der in der älteren Anmeldung offenbarten Erfindung dar. Diese soll mit der vorliegenden Erfindung verbessert sowie weiter ausgebildet werden bezüglich der Bildqualität in den äußeren Panoramafeldern sowie in den seitlichen Randzonen des Projektionsschirmes.

Während z. B. in der älteren Anmeldung für dieses Problem als Lösung angegeben ist, den Konvergenzpunkt der Projektoren in geringen Abstand vor die Mitte des Projektionsschirmes zu legen, das heißt die Bildqualität in den äußeren Panoramafeldern auf Kosten der Bildqualität in den mittleren Panoramafeldern zu erhöhen, geht die vorliegende Erfindung als Zusatz zur älteren gemäß DE-PS 35 29 819.7 einen völlig anderen, grundsätzlich ansetzenden Weg. Es wird nämlich die Selektivität des Projektionsschirmes durch konstruktive Maßnahmen und eine dazugehörige besondere Projektionsanordnung erhöht. Die technische Lehre der vorliegenden Erfindung beruht auf den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Wie an sich bekannt ist und weiter unten noch näher erläutert wird, werden nach optischen Gesetzmäßigkeiten achsnahe Strahlen mit geringer Zerstreuungsbreite abgebildet. Die Abbildungsqualität bei Linsenrasterschirmen ist also abhängig vom Verhältnis Pitch zu Dicke bzw. vom Aperturwinkel. Zwar wird der Beobachtungsbereich der einzelnen Stereobildpaare mit wachsendem Aperturwinkel größer, doch ist die Anzahl der Stereobildpaare begrenzt durch die endliche Zerstreuungsbreite. Je größer diese wird, umso unschärfer ist die Abbildung der gerasterten Bildstreifen. Damit verliert bislang das Gesamtbild an Schärfe und wegen der Streuung der beim Austreten der Strahlen aus dem Linsenraster an räumlicher Tiefe.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen führen hingegen dazu, daß sich alle Strahlen eines projizierenden Stereoteilbildes innerhalb der einzelnen Panoramafelder möglichst nahe einem idealen Schnittpunkt schneiden und ein Minimum an Übersprechen von Bild zu Bild für die Betrachter zu finden ist. Ein Zerfall des räumlichen Bildeindrucks wird durch die Korrektur der Linsenstrahlen aus den Randzonen verhindert.

Obwohl eine derartige Korrektur auch über eine Änderung der Brechzahl oder über eine Verkleinerung der Pitch des Rasters zum Schirmrand hin erreichbar ist, kommen derartige Maßnahmen aus fertigungstechnischen Gründen kaum in Betracht. Die Änderung der Dicke des Projektionsschirmes ist demgegenüber wesentlich leichter realisierbar, exakt zu berechnen und ist somit, auch im Hinblick auf konstant bleibende Pitch und Brechzahl, die vorteilhafte Lösung dieses Problems.

In diesem Zusammenhang stehen auch die weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen, auf die sich, zumeist in Verbindung miteinander, die in den Ansprüchen 2 bis 6 angegebenen Merkmale beziehen. Hinzu kommen weiterhin solche Ausführungsformen, die bereits als besonders vorteilhaft in den Ansprüchen 2, 3, 4, 5, 9 und 10 der älteren Anmeldung P 35 29 819.7 in der Fassung der dort ursprünglich eingereichten Unterlagen angegeben sind. Zumindest insoweit und insbesondere auch bezüglich der dort enthaltenden Erläuterungen allgemeiner und grundsätzlicher Natur wird hier auf die Unterlagen der älteren Anmeldung Bezug genommen.

In der Zeichnung sind schematisch mehrere Einzelheiten der Erfindung und ihrer Ausführungsform dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: eine Prinzipskizze einer Projektionseinrichtung für Parallax-Panoramagramme mit Projektion durch Haupt- und Nebenlinsen;

Fig. 2: eine bildliche Darstellung der geometrischen Verhältnisse bei einer Projektionseinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3: eine bildliche Darstellung der Streuzonen in Nebenpanoramagrammen;

Fig. 4: eine bildliche Darstellung des Einflusses der Plattendicke auf den Strahlenverlauf in Nebenlinsen

Fig. und Fig. 5: eine bildliche Darstellung des korrigierten Strahlenverlaufs durch Dickenänderung des Linsenrasterschirmes gemäß der Erfindung.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, lassen sich mit Hilfe mehrerer Projektoren, hier P 1 bis P 6, und einer Serie von sequentiellen Stereoeinzelbildern im rückseitig diffus beschichteten Linsenraster-Projektionsschirm PS Parallax- Stereopanoramagramme sichtbar machen. Betrachter halten sich in Panoramafeldern PF auf und zwar in einer senkrechtverlaufenden Ebene, die durch die Schnittpunkte aller aus dem Schirm PS austretenden Lichtstrahlen gebildet wird. Das von einem Projektor P 1, . . ., P 6 in den Linsenrasterschirm PS projizierte Stereoteilbild sollte von der gesamten Fläche des Schirms PS mit möglichst hoher Genauigkeit wieder zum Ausgangsort - einer gedachten Linie, die senkrecht verlaufend die Projektionsoptik schneidet - zurückgeworfen werden. Je präziser sich der Schnittpunkt aller Strahlen eines Bildes realisieren läßt, umso geringer wird das Übersprechen sein und umsomehr Zwischenbilder - Stereobildpaare, die in geringerem als dem Augenabstand zu beobachten sind - können projiziert und wahrgenommen werden.

Bei bisher vorhandenen großflächigen Schirmen PS, die aus kurzer Entfernung - dem Betrachterabstand, der etwa der Schirmbilddiagonalen entspricht - betrachtet werden, ist zu beobachten, daß die seitlichen Randzonen des Schirms unbefriedigende Selektivität der Stereoteilbilder haben. Das wird umso dramatischer, je weiter man sich von der Achse Projektoren/Schirmmitte in die äußeren Panoramafelder bewegt.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf strahlengeometrischen Abbildungsgesetzen und ermöglicht eine hervorragende Korrektur der Selektivität in allen nutzbaren Panoramafeldern. Für die Serienfertigung z. B. mittels Walzverfahren waren auch die betreffenden Herstellungsprozesse zu bedenken und optimale Lösungen zu suchen.

Die Methode, Projektoren konventioneller Abmessungen zu verwenden, indem aus den Nebenzonen (Sidelobes) durch sogenannte Nachbarlinsen projiziert wird, ist auch hier weiterhin anwendbar und ohne Einfluß auf das Korrekturverfahren.

Die Fig. 2 zeigt die geometrischen Verhältnisse für die Projektoranordnung und die Schirmkrümmung, wie diese gemäß der Erfindung vorzunehmen sind. Dies gilt für beliebige Schirmbreiten und Projektionsräume.

Zunächst einmal ist der Schirm PS mit der Breite Bs als Kreisbogen horizontal so zu krümmen, daß der Abstand der Mitte der Projektorobjektive zur Schirmmitte dem Radius R _s entspricht.

Die Objektive der Projektoren P 1, . . ., P 6 sind - ganz gleich, ob sie Seite an Seite angeordnet sind und somit alle durch jeweils die gleiche Linse ihre Bildstreifen nebeneinandersetzen, oder ob sie durch Nebenlinsen einstrahlen - ebenfalls auf einem Kreisbogen anzuordnen, dessen Radius Rp durch die Schirmbreite Bs und den Radius der Schirmkrümmung R _s definiert und durch die Formel

gegeben ist. Dabei bedeuten:

Rp = Radius der kreisförmigen Anordnung der Projektoren [mm] R _s = Radius der Schirmkrümmung [mm] Bs = Schirmbreite [mm]

Auf diesem Kreisbogen ist die Minimalbreite aller Strahleneinschnürungen der Haupt- und Nebenbilder der Panoramagramme zu finden und folglich, wenn ein Betrachter sich ebenfalls innerhalb des Kreisbogens aufhält, auch das Minimum an Übersprechen von Bild zu Bild. Dies gilt übrigens noch unabhängig davon, ob die Schirmdicke konstant oder korrigiert ist.

Da die Schnittstellen aller Strahlen eines Stereoteilbildes in den äußeren Panoramazonen immer aufgeweiteter und folglich die Randzonen der Stereohalbbilder im Schirm seitlich verschoben erscheinen (Zerfall des räumlichen Bildeindrucks durch extremes Übersprechen), müssen nunmehr noch die Linsenstrahlen aus den Randzonen so korrigiert werden, daß sie sich mit den inneren Linsenstrahlen im gleichen Ort auf dem Projektionskreisbogen schneiden.

Hierzu dient folgende, wesentliche Maßnahme am Projektionsschirm. Eine Zunahme der Schirmplattendicke T zu den vertikalen Schirmseiten hin ist exakt zu berechnen und fertigungstechnisch realisierbar, z. B. dadurch, daß auf einer Walze eine über die Breite konstante Linsenstruktur aufgebracht wird, während eine gegenläufige Walze eine der Schirmdickenänderung entsprechende ballige Oberfläche aufweist.

Für die Berechnung der Schirmdickenkorrektur Tn=f( δ) ist zu beachten, ob die Anzahl der Panoramafelder PF _i gerad- oder ungeradzahlig ist. Es ergeben sich dafür zunächst zwei Formeln, in denen bedeuten:

Bs = Schirmbreite [mm] Ep = Entfernung Projektor/Schirmmitte [mm] Z _ges = Anzahl der Projektoren A _p = funktioneller Abstand Projektor/Projektor [mm] n = Brechungsindex der Linsenplatten p = Pitch (Linsenbreite) [mm] T = Plattendicke [mm]

Die Ausgangsplattendicke T _x ist in der Schirmmitte zu finden.

Die Breite B eines Panoramagramms in einem Panoramafeld PF _i entspricht näherungsweise der Breite der Projektorreihe und dem Zwischenraum P _z zwischen den Panoramagrammen.

B ≈ Z _ges · A _p + P _z

Daraus ergibt sich:

Weiterhin sind Strahlenschnittpunkte X _i , Y _i zu definieren. Dazu werden repräsentative Schnittpunkte der Schirmstrahlen eines bestimmten Projektors aus den Haupt- und Nebenlinsen untersucht, um in bezug auf die Schirmdicke die entsprechende Korrektur vornehmen zu können.

Für gerade Anzahl i von Panoramafeldern PF _i gilt:

Für ungerade Anzahl i von Panoramafeldern PF _i gilt:

Schließlich sind noch Winkel δ _i,n der Nebenlinsenstrahlen festzulegen. Hierzu werden repräsentative Stellen n des Schirms gewählt, die im Abstand D _n zur Schirmachse zu finden sind. Für diese Schirmstellen werden die sich ideal schneidenden Strahlen der Nebenlinsen bestimmt, die unter den Winkeln w _i,n zum Strahl der Hauptlinse stehen. Für diese gilt:

Damit folgt schließlich für die Schirmdicke Tn der repräsentativen Schirmstellen, daß sich für jeden Strahl der einzelnen Nebenlinsen pro Schirmstelle geringfügig abweichende Schirmdicken Tn ergeben, nämlich:

Dabei ist auf die Zuordnung von M _i zu δ _i,n zu achten.

Für die Fertigung wird eine mittlere Schirmdicke T _{mitt n} der repräsentativen Schirmstellen gewählt, z. B. gemäß:

Diese Berechnungsgrundlagen für die Schirmdickenkorrektur Tn lassen sich anhand der Fig. 3, 4 und 5 veranschaulichen.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, schneiden sich Strahlen, die aus den "Hauptlinsen" an den Stellen n=1 bis 5 aus dem Projektionsschirm PS treten, alle an der Stelle i=0 in der Streuzone Zs0 in einem Punkt. Handelt es sich bei den Stellen n=1 bis 5 um "erste Nebenlinsen", gelangen die betreffenden Strahlen bei i=1 in der Streuzone Zs 1 noch verhältnismäßig eng, bei n=1 bis 5 als "zweite Nebenlinsen" bei i=2 in der Streuzone Zs 2 jedoch schon beachtlich weit voneinander entfernt in das Blickfeld eines Betrachters. Diese Verhältnisse gelten für einen nicht-korrigierten Projektionsschirm PS und sind auch anhand von Fig. 4 zu erkennen. Dort ist ein Ausschnitt des Projektionsschirmes PS stark vergrößert dargestellt. Die durch Nebenlinsen projizierten Strahlen lassen sich durch Änderung der Dicke T drehen. Zu erkennen ist, daß bei geringerer Dicke T-Δ T die Winkel δ größer werden, bei größerer Dicke T + Δ T werden die Winkel w kleiner.

Demgemäß ergibt sich, wie Fig. 5 zeigt, bei geringer Dicke des Projektionsschirmes PS im mittleren Bereich und bei größerer Dicke in den Randbereichen eine Annäherung der Winkel δ bis auf vernachlässigbare, nicht bzw. kaum noch wahrnehmbare Unterschiede. An den Stellen i=0, 1, 2 schneiden sich alle von Stellen n=1 bis 5 kommenden Strahlen nahezu präzis. Die Breite B eines Panoramafeldes PF _i entspricht dem Abstand zwischen den Stellen i=0 und 1 bzw. 1 und 2. Dies gilt sowohl für Strahlen, die von den in Panoramafeldern angeordneten Projektoren ausgehen, als auch für die dorthin vom Projektionsschirm PS zu Betrachtern zurückgeworfenen Strahlen.

Zum Vergleich von nicht-korrigierten und korrigierten Schirmen PS sind nachfolgend in den Tabellen einige Zahlenwerte angegeben. Dabei gelten für beide Schirmarten: Bs=2200 mm; Ep=3000 mm; Rp=1612 mm. Der nicht-korrigierte Schirm PS hat eine Dicke T=const.=2,70 mm; der korrigierte Schirm eine Dicke Tn, jeweils ausgehend von der Mitte:

Tabelle 1

Die Streuzonenbreiten Zs eines nicht-korrigierten und eines korrigierten Schirmes PS sind stark unterschiedlich:

Tabelle 2

Abgesehen von der Verringerung der Streuzonenbreiten durch die Schirmdickenkorrektur auf durchschnittlich etwa 10% gegenüber Schirmen mit konstanter Dicke T ist auch deren absoluter Wert von wesentlicher Bedeutung im Vergleich zum Augenabstand. Dieser - 65 mm - wird beim unkorrigierten Schirm im Panoramafeld ±2 schon überschritten, im Panoramafeld ±3 schon fast 2fach, beim korrigierten Schirm hingegen selbst im Panoramafeld ±3 noch nicht zu einem Drittel erreicht.

Claims (6)

1. Projektionseinrichtung für Parallax-Panoramagramme mit einem unidirektional richtungsselektiven Projektionsschirm (PS) und mehreren Projektoren (P₁, . . ., P _n ), wobei sich die erzeugenden Panoramagramme in mehreren Panoramafeldern (PF _i ), in denen sich die Beobachter (K) befinden können, wiederholen, und bei der die Projektoren (P₁, . . ., P _n ) über mehrere Panoramafelder (PF _i ) verteilt angeordnet sind, und der Projektionsschirm (PS) in der Horizontalen kreisförmig gekrümmt, auf seiner konkaven Vorderseite mit einem Raster aus Zylinderlinsen (L) im Rastermaß (p) und auf seiner konvexen Rückseite mit einer Reflexionsschicht (R), die eine Keule als Charakteristik für teilweise gerichtete Reflexion aufweist, ausgerüstet ist, nach Patent (Anmeldung P 35 29 819.7),
gekennzeichnet durch

• - einen Krümmungsradius (Rs) des Projektionsschirmes (PS), der gleich dem horizontalen Abstand zwischen der vertikalen Symmetrieachse des Projektionsschirmes (PS) und dem Mittelpunkt der Fläche ist, in der die Objektive der Projektoren (P₁, . . ., P _n ) liegen,
• - eine Anordnung der Objektive der Projektoren (P₁, . . ., P _n ) auf einer Zylindermantelfläche mit einem Krümmungsradius (Rp) entsprechend der Formel: wobei bedeuten: R _s = Radius der Schirmkrümmung [mm]Bs= Breite des Schirmes [mm]
  und
• - eine zu den vertikalen Seitenrändern des Projektionsschirmes (PS) hin zunehmende Dicke (Tn) entsprechend der Formel: wobei bedeuten:Mi= Faktor; für geradzahlige Anzahl von Panoramafeldern: Mi = 2 · i für ungeradzahlige Anzahl von Panoramafeldern: Mi=2 · i-1p= Rastermaß oder Pitch der Linsen [mm]n= Brechzahl des Materials des Projektionsschirmesδ _i,n = Winkel der Nebenlinsenstrahlen.

2. Projektionseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Projektionsschirm (PS), der aus zwei zu seiner vertikalen Symmetrieachse spiegelbildlich hergestellten Teilen zusammengesetzt ist.

3. Projektionseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Projektionsschirm (PS), der aus zwei unterschiedlichen Plattenarten zusammengesetzt ist, nämlich einer ersten Plattenart, die das Linsenraster (L, p) aufweist, und einer zweiten Plattenart, die die Reflexionsschicht (R) trägt.

4. Projektionseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch konstante Dicke der ersten Plattenart

5. Projektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch Klebeverbindung der einzelnen Teile bzw. Plattenarten des Projektionsschirmes (PS).

6. Projektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch elliptisch gekrümmte Zylinderlinsen (L) auf dem Projektionsschirm (PS).