Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur & haustellung eines Bildes für einen relativ zur Vorrichtung urld parallel:zu deren Bildebene bewegten Betrachter, welche Vorrichtung mindestens einen durchsichtigen Träger für ein Einzelbild und mindestens eine Lichtquelle aufweist.
Es sind bereits viele Versuche gemacht worden, bei einem Betrachter, der sich relativ zu einer Vorrichtung bewegt. welche eine Folge von Einzelbildern eines bewegten Bildes trägt, den optischen Eindruck eines bewegten Bildes hervorzurufen.
Dabei wurde bei einigen Systemen die Relativbewegung zur Steuerung eines Schaltsystems oder dergleichen verwendet.
Typische Beispiele dieser bekannten Systeme sind in den USA Patentschriften 3 463 581,2 833 176,3 329 475,3 480 352.
2 438 878,2 401 271,2 299 731,3 261 120 und 2 618 067 beschrieben worden. Einige dieser bekannten Systeme verwenden Abtastvorrichtungen, wie Konvergenzlinsen.
anamorphe Linsen oder andere Speziallinsen, die zwischen den bewegten Bildern und dem Betrachter angebracht sind.
Derartige Linsen erhöhen die Installationskosten und erfordern eine beträchtliche Wartung. Darüberhinaus enthält keines der Systeme, welche mit Speziallinsen arbeiten, Beleuchtungseinrichtungen, so dass diese Systeme an nur schwach beleuchteten Plätzen nicht verwendbar sind.
Andere Patente offenbaren optische Systeme mit einer Serie von Bildern, die direkt mittels individuell getriggerter Lichtquellen, Lichtschalter, mechanischer Blenden und dergleichen beleuchtet werden. Dieses System wird an einer Wand befestigt, und zwar seitlich von einem bewegten Fahrzeug, welches durch seine Bewegung kurze Lichtblitze auslöst, während es die Bilder nacheinander passiert. Bei einem solchen System ist ein Verwischen der Bilder aus vielen Gründen nicht zu vermeiden, wobei einer dieser Gründe darin liegt, dass keine wirtschaftlich herstellbare Lichtquelle existiert, welche einen Lichtblitz mit der erforderlichen. kurzen Dauer und hohen Intensität liefert, wobei noch hinzukommt, dass auch die zeitlich genaue Steuerung kritisch ist. Auf jeden Fall würde die Herstellung des bekannten oder ähnlicher Systeme sehr teuer sein.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, welche die Nachteile der bekannten Systeme vermeidet und insbesondere relativ giinstig herstellbar und leicht zu warten ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Schaustellung eines Bildes für einen relativ zur Vorrichtung und parallel zu deren Bildebene bewegten Betrachter, welche Vorrichtung mindestens einen durchsichtigen Träger für ein Einzelbild und mindestens eine Lichtquelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle länglich ist und zumindest im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Relativbewegung und bezüglich des Betrachters hinter dem durchsichtigen Träger angeordnet ist.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Betrachtung eines Bildes werden nun anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische, schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung,
Fig. 3 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 2, Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung weiterer Einzelheiten der Vorrichtung gemäss Fig. 2 und 3,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Erläuterung der gegenseitigen Abhängigkeit von Bildbreite, Betrachtungsabstand und Lichtquellenabstand,
Fig. 6 bis 8 jeweils eine schematische Draufsicht auf weitere Ausführungsformen der Vorrichtung bzw.
auf Teile solcher Ausführungsformen,
Fig. 9 eine schematische Draufsicht auf die Ausführungsform der Vorrichtung gemäss Fig. 8 zur Verdeutlichung eines empirischen Verfahrens zur Bestimmung der Krümmung der reflektierenden Fläche,
Fig. 10 eine perspektivische Darstellung eines Teils einer abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung gemäss Fig.
8,
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch eine Ausführungsform der Vorrichtung und durch einen U Bahntunnel sowie einen U-Bahnwagen zur Erläuterung der Anwendung der Vorrichtung und
Fig. 12 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäss Fig. 11.
Anhand der Zeichnung, und zwar insbesondere anhand der Fig. 1, welche eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur Schaustellung von Bildern zeigt, sollen nunmehr die optischen und dynamischen Grundlagen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Bei der Vorrichtung 1 sind durchsichtige Träger 2, beispielsweise aus fotographischem Filmmaterial, nebeneinander im wesentlichen in einer Ebene und im Abstand von einer Transportvorrichtung für einen Betrachter angeordnet, welcher durch ein Auge 4 angedeutet ist. Eine längliche, senkrecht angeordnete Lichtquelle 6 ist auf der dem Betrachter abgewandten Seite der Träger 2 angeordnet und wird von dem Betrachter durch die Träger 2 hindurch gesehen.
Die Lichtquelle 6 ist entweder sehr schmal oder mit einer Blende ausgestattet, so dass sie eine schmale Lichtlinie projiziert, welche für den Betrachter4 als ein horizontal begrenztes Segment 7 des zwischen Betrachter und Lichtquelle liegenden, durchsichtigen Trägers 2 erscheint. Der Betrachter 4 und der Träger 2 sind in relativer Bewegung zueinander, und das Gesiehtsfeld des Betrachters in Richtung der Lichtquelle 6 ist ungefähr durch die gestrichelten Linien 8 und 10 begrenzt.
Die auf den Trägern 2 angebrachten Einzelbilder können alle gleich sein, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. oder sie können progressiv und graduell verändert sein. Ferner können auf den Trägern Gruppen identischer Bilder vorgesehen sein, um eine Folge unbewegter Bilder zu erzeugen.
Wenn sich der Betrachter 4 an einem Träger 2a der Vorrichtung vorbeibewegt, wie dies durch die Pfeile 5 angedeutet ist, scheint das Licht aus der Quelle 6a den Träger zu überstreichen, wobei dem Betrachter aufeinanderfolgende, senkrechte Segmente 7 des Bildes dargeboten werden. Für einen Betrachter, der sich von rechts nach links bewegt, wie dies durch die Pfeile 5 angedeutet ist, kehrt sich das wahrgenommene Bild um, so dass der zuerst gesehene Teil (die rechte Seite) für den Betrachter auf der linken Seite zu liegen scheint. Wenn durch die rechte Seite des folgenden Trägers 2b die Lichtquelle 6b gesehen wird, wird gleichzeitig die vorangehende Lichtquelle 6a durch den letzten bzw. linken Teil des vorangehenden Trägers 2a gesehen, wobei der erste oder rechte Teil durch entsprechende Segmente des Bildes auf dem folgenden Träger ersetzt wird.
Somit scheint, wenn sich jedes der Einzelbilder geringfügig von dem vorangehenden unterscheidet, das zusammengesetzte, geistige Bild aus den wahrgenommenen, vertikalen Segmenten in Bewegung zu sein.
wodurch die Vorrichtung wirksam arbeitet, dürfen die Träger 2 nur eine minimale Diffusion oder Brechung des Lichtes hervorrufen. Allgemein kann gesagt werden, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung umso wirksamer arbeitet, je höher die Lichtdurchlässigkeit der Träger 2 ist.
Bei einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, wie sie Fig. 1 zeigt, ist der bevorzugte Abstand zwischen der Lichtquelle 6 und dem Träger 2 gleich dem erwarteten Betrachtungsabstand (EVD), welcher in Fig. 5 eingezeichnet ist. In diesem Fall ist die vom Betrachter wahrgenommene Bildbreite gleich der tatsächlichen Breite der Träger, und das Bild wird wahrgenommen, solange sich der
Betrachter auf einer zu den Trägern parallelen Linie längs einer Strecke bewegt, die doppelt so gross ist, wie die Breite der Träger 2. Wenn der tatsächliche Betrachtungsabstand kürzer ist als der Abstand zu der Lichtquelle 6, ist das wahrgenommene Bild schmaler als die Breite des Trägers: wenn der Betrach tungsabstand länger ist, ist das wahrgenommene Bild breiter als der Träger.
Die Beziehung zwischen dem Betrachtungsabstand und der Breite des wahrgenommenen Bildes ist linear, d.h. bei einem Betrachtungsabstand von der Hälfte des erwarteten Betrachtungsabstandes (EVD) ist die Breite des wahrgenommenen Bildes gleich der Hälfte der Breite des Triigers. Des weiteren ist die relative Bewegung des Betrachters gegenüber dem Träger 2 und der Lichtquelle 6 dem Verhältnis der Abstände von dem Betrachter zu dem Träger 2 einerseits und von der Lichtquelle 6 zu dem Träger 2 andererseits proportional. Der Betrachter würde somit bei einem Abstandsverhältnis von 1:1 und bei aneinandergrenzenden Trägern 2 in jedem Augenblick die segmentweise Rekonstruktion zweier Träger sehen.
Andererseits wird der Betrachter, wenn die Träger 2 einen Abstand von einer Trägerbreite voneinander haben und wenn das Abstandsverhältnis 1:1 ist, zu einem gegebenen Zeitpunkt nur eine semgnetförmige Bildfolge sehen.
Für einen erwarteten Betrachtungsabstand von etwa einem Meter, wie er sich in einem U-Bahntunnel oder in einer ähnlichen Umgebung ergeben kann, lässt sich die Lichtquelle 6 hinter dem Träger praktisch nicht in einem Abstand anbringen.
der gleich dem erwarteten Betrachtungsabstand ist. Bei einer erfindungsgemässen Vorrichtung kann nunmehr die linienförmige Lichtquelle vorteilhafterweise an der Seite des Trägers und nahe der Trägerebene angebracht werden, und es können reflektierende Oberflächen vorgesehen sein, die bezüglich des Trägers und der Lichtquelle so ausgerichtet sind, dass das virtuelle Bild der Lichtquelle hinter dem Träger in der in Fig. 1 beschriebenen Stellung erscheint. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 ist beispielsweise eine einzige, ebene, reflektierende Oberfläche vorgesehen.
Um die Ausrichtung der reflektierenden Oberfläche 20 festzulegen, wird zuerst die tatsächliche Stellung A der linearen Lichtquelle und die gewünschte Stellung B ihres virtuellen Bildes bestimmt. Es wird dann ein Dreieck gebildet, indem von den Kanten C und D des Trägers Linien zur Stellung B des virtuellen Bildes gezogen werden, und es wird eine Mittelachse von B nach I gezogen. Diese Strahlen sollten ein gleichschenkliges Dreieck BCD bilden, wobei das virtuelle Bild hinter dem Träger zentriert ist. Wenn die Lichtquelle nicht zentriert ist oder wenn der Winkel CBD zu gross ist, gewinnt man den optischen Eindruck einer deutlichen Beschleunigung des das Bild überstreichenden Segments 7 bei der normalen Position 1, während sich bei zunehmendem Winkel die Überstreichungsge- schwindigkeiten schrittweise verringern.
Darüberhinaus führen ein grosser Winkel oder eine versetzte Lichtquelle zu einer Bildverzerrung, durch die das Bild für die grösseren Winkel wirksam gestreckt wird, da das gesamte Bild der gesamte optische Eindruck dieser Segmente ist, wobei eine Integration über einen kurzen Zeitabschnitt erfolgt. Dies kann, wo es erforderlich ist, durch Einführen einer Verzerrung in das Bild auf dem durchsichtigen Träger 2 kompensiert werden.
Das Dreieck BCD wird tatsächlich um eine Linie EF mit einer reflektierenden Oberfläche gefaltet , so dass der Scheitel B des Dreiecks mit der tatsächlichen Stellung A der Lichtquelle 6 zusammenfällt. Somit sieht ein Betrachter, der sich an dem Träger vorbeibewegt, eine Lichtlinie, welche sich mit ihm über den Träger bewegt und aufeinanderfolgende Abschnitte des Trägers 2 in der gleichen Weise, wie dies bereits beschrieben wurde, erleuchtet.
Die Verwendung einer einzigen reflektierenden Oberfläche gestattet es, die Lichtquelle nahe der Kante des Trägers anzuordnen, womit eine Verringerung der Einbautiefe von bis zu 50% verbunden ist. Eine weitere Reduzierung der Einhautiefe wird erreicht. indem man mehrere reflektierende Ober- flächen verwendet. um das Dreieck, welches durch die Kanten des Trägers und die Lage des virtuellen Bildes der Lichtquelle festgelegt ist, zu falten. Wenn dieses Schema verwendet wird, um ein bewegtes Bild auf der Wand eines U-Bahntunnels darzustellen. kann beispielsweise eine minimale Einbautiefe erreicht werden.
Eine für eine solche Umgebung geeignete Ausführungsform einer erfindungsgemiissen Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt, in der das dreieckige Segment zweifach durch reflektierende Oberflächen 30 und 32 gefaltet ist. Zur Bestimmung der Anordnung der reflektierenden Oberflächen wird zunächst die Hinterkante der ersten, reflektierenden Oberfläche an den Schnittpunkt G der Linie DB mit einer Linie 33 gelegt, welche die maximale Tiefe der Vorrichtung festlegt.
Des weiteren bestehen folgende Kriterien für das Falten des Dreiecks BCD:
2. Die Lichtquelle und die Hinterkante der zweiten, reflektierenden Oberfläche sollten seitlich annähernd im gleichen Abstand von den Kanten des Trägers liegen und
3. die Vorderkante des linearen Lichts aus der Lichtquelle 6 sollte dicht hinter und vorzugsweise parallel zu dem Träger verlaufen, wobei der Scheitel des Dreiecks mit A' zusammenfällt, nämlich mit der tatslichlichen Stellung der Lichtquelle 6.
Die Lichtquelle 6 liegt weiter von der Kante des Trägers weg als bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6. um eine optimale Raumausnutzung zu erzielen. Vorzugsweise ist an der Kante des den Träger 2 halternden Rahmens eine Blende 34 vorgesehen, so dass kein Licht von der Quelle 6 in dem projizierten Bild falsche Überstreichungen oder Geisterbilder erzeugen kann. Blenden sollten in der Vorrichtung überall dort vorgesehen werden, wo eine Möglichkeit besteht, dass Streulicht auf den Träger 2 fällt.
Bei einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. wo für einen vorbeifahrenden Betrachter eine Bildfolge projiziert wird, kann eine einzige Leuchtstoffröhre 40 für zwei benachbarte Träger 2 vorgesehen sein, wobei die Röhre mit Blenden versehen ist, um zwei entgegengesetzt gerichtete Lichtquellen 42 und 44 zu schaffen. Wegen der seitlichen relativen Versetzung der ticht- quelle und der zweiten, reflektierenden Oberfläche tritt ein dunkler Zwischenraum zwischen zwei aneinander angrenzenden Trägern 2a und 2b auf. Dies ist jedoch, wie bereits erklärt wurde, unschädlich, da für einen Betrachter ein optisches Über- lappen benachbarter Bilder vorliegt, wenn die Bilder benachbart sind.
Wenn eine grössere Einbautiefe zur Verfügung steht und wenn ein engerer seitlicher Abstand erwünscht ist, kann eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit drei reflektierenden Oberflächen 50, 52 und 54 verwendet werden, wie dies Fig. 7 zeigt.
Bei dieser Ausführungsform liegt die Lichtquelle wesentlich dichter an dem Träger. so dass das Licht für einen Betrachter weniger gut wahrnehmbar ist, wodurch die Notwendigkeit der Verwendung einer Blende entfällt. Dennoch kann eine Blende verwendet werden, was zu einigen günstigen Ergebnissen führt.
Während die erfindungsgemässe Vorrichtung im Lichte der Umgebung sehr wenig Abschirmung erfordert, ist es wesentlich, dass der Betrachter keinerlei Streulichtquellen durch den durchsichtigen Träger sieht. Die gesamte Vorrichtung wird daher vorzugsweise in einem Kasten montiert, wie dies die Figuren 11 und 12 zeigen, oder in einem ähnlichen Gehäuse.
Selbst dort, wo viel Platz vorhanden ist, so dass die erfindungsgemässe Vorrichtung so wie in Fig. 1 aufgebaut sein kann, erfolgt vorzugsweise eine Abschirmung der Vorrichtung, um das Einfallen von Sonnenlicht, von Scheinwerferlicht oder von Streulicht aus anderen Quellen zu vermeiden. In einigen Anwendungsfällen können die Reflektoren und ein Lichtventil mit einem linearen Schlitz in der Weise verwendet werden, dass der Schlitz mit einem streuenden Material gefüllt wird, um eine Lichtquelle zu bilden, und das Sonnenlicht kann beispielsweise als Energiequelle benutzt werden, so dass eine elektrische Energiequelle. wie sie in Fig. 1 angenommen ist, entfallen kann.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm senkrecht zur Richtung der Rela tivbewegung. Aus dieser Figur wird deutlich, dass die relativen Höhen der Elemente der erfindungsgemiissen Vorrichtung bei horizontaler Bewegung eine Funktion der Höhe des Trägers 2 und des erwarteten Betrachtungsahstands EVD sind. So sollte eine Lichtquelle, die in einem Abstand hinter dem Träger angebracht ist, der gleich dem erwarteten Betrachtungsabstand ist, sich von der Blickachse nach oben und unten doppelt so weit erstrecken wie der Träger.
In einer typischen Vorrichtung gemäss der Erfindung mit zwei reflektierenden Oberflächen hat der erste Reflektor 60 einen Abstand von einem Siebtel des Abstandes des Triigers von der Lichtquelle von dem Trigger und sollte somit, wenn man die Höhe des Trägers als 100% annimmt, eine Höhe von 115 ^/. haben. Der zweite Reflektor 62. dessen Abstand von dem Träger zwei Drittel des Abstandes zwischen Träger und Lichtquelle beträgt, sollte eine Höhe besitzen, die gleich 167 cd der Höhe des Trägers ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass sowohl der erste als auch der zweite Reflektor symmetrisch zur Sichtachse angeordnet sind.
Die vorstehend durchgeführten Überlegungen gestatten nun natürlich noch keine Veränderungen in der Sichthöhe, wie dies durch die Pfeile 61 und 63 (Fig. 5) angedeutet ist. Um einen gewissen Bereich von Sichthöhen zu erfassen, müssen daher sämtliche Elemente eine zusätzliche Vergrösserung in der Höhe erfahren.
Bei allen Ausführungsformen werden vorzugsweise auf ihrer Oberfläche versilberte Spiegel als reflektierende Oberflächen verwendet, um eine Zerstreuung des reflektierten Lichts und ein Geisterhild von einer vorderen Glas-Oberfläche zu verhindern. Ferner wird vorzugsweise die als Lichtquelle verwendete Lampe mit Gleichstrom oder einem Strom mit höherer als Netzfrequenz betrieben, da die beschriebene Vorrichtung bei niedrigen Wechselstromfrequenzen, beispielsweise bei Frequenzen von 60 Hz, bereits ein Schwanken der Lichtintensität erkennen lässt, was bei relativ hohen Geschwindigkeiten irritierend sein kann und die optischen Effekte sogar beeinträchtigen kann.
Die ebenen, reflektierenden Oberflächen können, wie dies Fig. 8 zeigt, durch einen konkaven Reflektor 70 ersetzt werden, insbesondere wenn sowohl in der Einbautiefe als auch in der Einbaubreite Beschränkungen bestehen. Mit Hilfe eines gekrümmten Reflektors kann das virtuelle Bild der Lichtquelle in jede gewünschte Stellung gebracht werden, während gleichzeitig die Strahlen von der Lichtquelle stark verkürzt werden. Es versteht sich, dass ein konvexer Reflektor zu einem entgegengesetzten Ergebnis führen würde. Obgleich die Krümmung und die Winkelstellung des Reflektors mathematisch abgeleitet werden können, kann die Krümmung des Reflektors ohne weiteres durch das empirische Verfahren gemäss Fig. 9 abgeleitet werden.
Zu diesem Zweck wird zunächst die Lage des Trägers und der Lichtquelle festgelegt, ferner wird der erwartete Betrachtungsabstand bestimmt, und es wird die Lage der virtuellen Lichtquelle hinter dem Träger bestimmt, und zwar vorzugsweise in einem Abstand, der im wesentlichen gleich dem erwarteten Betrachtungsabstand ist.
Von dem Träger 2 zu der virtuellen Lichtquelle L werden Strahlen ML bis QL gezogen. Um auf den Strahlen ML bis QL die Punkte zu bestimmen, an denen der gekrümmte Reflektor liegt, wird von der Lichtquelle 6 parallel zu dem Träger eine erste Linie RS zu dem am weitesten entfernten Strahl QL gezogen. Der Winkel RSL innerhalb der Lage sowohl der virtuellen als auch der reellen Lichtquelle wird halbiert, und die Winkelhalbierende ST wird verlängert, bis sie den nächsten Strahl PL am Punkt T schneidet. Die beiden Schnittpunkte S und T liegen auf dem gekrümmten Reflektor 70. Von der Lichtquelle 6 wird nun eine Linie RT zu dem vorher bestimmten Schnittpunkt T gezogen, und der Winkel RTL zwischen der Linie RT und dem Strahl PL wird halbiert. Die Winkelhalbierende TU wird bis zum nächsten Strahl OL verlängert. und der Schnittpunkt U liegt ebenfalls auf dem gekrümmten Reflektor 70.
Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis Punkte auf jedem der Strahlen ML bis QL festgelegt sind, womit die Krümmung des Reflektors 70 festliegt. Die Genauigkeit der Bestimmung der Krümmung ist eine Funktion der Zahl der ausgewählten Strahlen zwischen dem Träger 2 und der virtuellen Lichtquelle L. Anschliessend wird eine glatte Kurve gezeichnet, welche die ermittelten Punkte verbindet, wodurch im Endeffekt eine Kombination einer konvexen Linse und eines schräg gestellten Spiegels erhalten wird, wodurch sowohl der Abstand der virtuellen Lichtquelle L vom Träger als auch deren Verschiebung in die Stellung R herbeigeführt wird.
Am Punkt M ist vorzugsweise eine Blende 65 angeordnet, um ein direktes Auftreffen von Licht aus der Quelle 6 auf den Träger 2 zu verhindern.
Wie Fig. 10 zeigt, kann eine einzige Lichtquelle als längliche Lichtquelle für benachbarte, optische Vorrichtungen mit gekrümmten Reflektoren dienen. Die Krümmung der linken Reflektorhälfte 68 wird dabei in der gleichen Weise wie die der rechten Hälfte 70 bestimmt. Ein Betrachter, der sich von rechts nach links an der Vorrichtung 72 vorbeibewegt, welche die Träger 2e und 2f umfasst, nimmt aufeinanderfolgende Segmente des ersten Bildes 2f von rechts nach links und dann das zweite Bild 2e wahr. Somit arbeitet die Vorrichtung mit gekrümmten Spiegeln im wesentlichen in der gleichen Weise wie die Vorrichtung gemäss Fig. 1. Zwischen der Lichtquelle und der Kante der Träger sind gleichfalls Blenden (nicht dargestellt) vorgesehen.
Eine spezielle Anwendung einer erfindungsgemässen Vorrichtung ist in den Figuren 11 und 12 schematisch dargestellt. In diesen Figuren ist eine virtuelle Lichtquelle 6V hinter der senkrechten Wand 71 eines U-Bahntunnels gezeigt, wobei auf dieser Wand eine erfindungsgemässe Vorrichtung 72 befestigt ist. Ein U-Bahnzug 74 bewegt sich auf Schienen 76, die vom Boden 78 des U-Bahntunnels getragen werden, so dass bezüglich der Vorrichtung 72 eine feste Plattform für den Betrachter vorhanden ist. Der Betrachter kann sich an verschiedenen Punkten in dem U-Bahnzug 74 befinden und die Vorrichtung 72 durch ein Zugfenster 80 betrachten. Die Stellung eines sitzenden Betrachters ist schematisch durch ein Auge 82 angedeutet und die Stellung eines stehenden Passagiers durch ein Auge 84.
Wie anhand der durch gestrichelte Linien angedeuteten Blickwinkel 86 und 88 für den sitzenden bzw. den stehenden Passagier deutlich wird, sind für alle Passagiere in dem U Bahnzug optimale Betrachtungsbedingungen gegeben, vorausgesetzt, dass die reflektierenden Flächen und die Lichtquelle, die als virtuelle Lichtquelle 6V dargestellt ist, die richtigen Abmessungen haben, so dass sie die gesamte Höhe zwischen den Grenzen der Blickwinkel füllen. Für die Lage der virtuellen Lichtquelle 6V wird vorzugsweise ein Abstand von dem Bild auf dem durchsichtigen Träger 90 gewählt, der ungefähr gleich dem maximal möglichen Abstand eines Betrachters von dem Bild ist, also etwa gleich dem Abstand des Betrachters 84 von dem Bild.
Wenn diese Kriterien beachtet werden, sollten die Proportionen für alle Betrachtungsabstände unterhalb dieses maximalen Abstandes zufriedenstellend sein, wobei sich für den sitzenden Betrachter 82 eine verbesserte Wiedergabe ergibt.
Fig. 12 zeigt die Anordnung gemäss Fig. 11 in Draufsicht und soll verdeutlichen, wie der sitzende Betrachter 82 eine kontinuierliche Rekonstruktion des Bildes sieht, wenn er sich von der in ausgezogenen Linien dargestellten Stellung 82a in die in gestrichelten Linien dargestellte Stellung 82b bewegt. Ein
Passagier, der einen grösseren Abstand von dem durchsichtigen Träger 90 hat, wie beispielsweise der stehende Passagier X4, sieht in der Tat zu Anfang ein linienförmiges Segment des
Bildes auf dem Träger 90a, wenn er sich in der Stellung X4a befindet, und wird zur gleichen Zeit ein zentrales, linienförmiges Segment des vorangehenden Bildes 90b sehen, wenn er sich in Richtung des Pfeiles 92 bewegt.
Wenn dieser Betrachter den
Punkt 84b erreicht. d.h. wenn der Zug die in gestrichelten
Linien dargestellte Stellung 74b erreicht. wird er das letzte, linienförmige Segment am linken Rand des Bildes 90b sehen, welches das rechte, linienförmige Segment des tatsächlichen optischen Eindrucks des Betrachters ist. Kurz danach wird er das erste linienförmige Segment des Bildes 90 zu sehen beginnen. Wie bereits erklärt, nimmt der Betrachter die
Aufteilung der Bilder in Segmente nicht wahr und sieht nur ein einziges, vollständiges Bild, was auf die Geschwindigkeit der
Relativbewegung und auf die Bildspeicherung durch die menschliche Netzhaut und das Nervensystem zurückzuführen ist.
Wenn die Einzelbilder nun zu einer Bildfolge eines belebten
Bildes, wie eines Zeichentrickfilms oder dergleichen. gehören, empfängt der Betrachter einen optischen Eindruck einer belebten Darstellung, welcher sehr weitgehend einem Film entspricht.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist in einem weiten Bereich relativer Geschwindigkeiten von Träger und Betrachter einsetzbar, vorausgesetzt, dass die Geschwindigkeit hoch genug ist, um unter Berücksichtigung der Bildspeicherung durch das Auge zu einem kontinuierlichen, optischen Eindruck zu führen.
Für die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Systems ist es in einem weiten Bereich auch ohne nachteiligen Einfluss, wenn bei der Relativbewegung Beschleunigungen oder Verlangsamungen auftreten. Der einzige bedeutsame Effekt, der hinsichtlich des optischen Eindrucks dabei auftritt, ergibt sich bei der Darstellung bewegter Bilder, wo die Bewegung enfweder verlangsamt oder beschleunigt wird. Der optische Eindruck bleibt im wesentlichen auch dann der gleiche, wenn sich der Betrachter oder der Träger mit der Lichtquelle auf einem gekrümmten Pfad bewegen, sich aufeinander zubewegen oder sich voneinander wegbewegen. Wenn derartige Veränderungen jedoch einen wesentlichen Umfang annehmen, kann es wünschenswert sein, sie beim Entwurf der Vorrichtung zu berücksichtigen.
Für eine optimale optische Auflösung sollte die Lichtquelle so schmal wie möglich sein und vorzugsweise keine wahrnehmbare Breite besitzen. Andererseits ist die zur Verfügung stehende Lichtmenge im allgemeinen direkt proportional zur Breite der Lichtquelle, und diese beiden Parameter müssen somit bei einer praktischen Ausführung gegeneinander abgewogen werden, um einen günstigen Kompromiss zwischen der Bildauflösung einerseits und der Lichtintensität andererseits zu finden. Die Lichtquelle kann mit einer Blende versehen sein oder in einer anderen Weise so eingerichtet sein, dass ihre Breite, wenn dies erwünscht ist, einstellbar ist.
Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemässen Anordnungen sollen lediglich Ausführungsbeispiele sein und beschränken die Erfindung in keiner Weise, da viele Abänderungen möglich sind. Insbesondere wurden hervorragende Ergebnisse erzielt, wenn die durchsichtigen Träger, die Optik und die Lichtquelle so angeordnet wurden, dass sie bezüglich einem feststehenden Betrachter bewegt werden konnten.
Die beschriebene Vorrichtung besitzt den Vorteil, dass sie von den Beleuchtungsverhältnissen in ihrer Umgebung unabhängig ist und sich weiter in besonders günstiger Weise den räumlichen Gegebenheiten ihrer Umgebung anpassen lässt.
Dieser Vorteil wirkt sich optimal bei einer Installation der Vorrichtung in einem U-Bahn-Tunnel aus, wo zwischen der die Vorrichtung tragenden Wand und der Aussenwand des Zuges nur ein begrenzter Raum zur Verfügung steht.
Zu beachten ist. dass die Vorrichtung so konstruiert sein muss, dass sie leicht zu warten ist und dass die Bilder und andere Elemente einfach ausgetauscht werden können.
Darüberhinaus muss die Vorrichtung so beschaffen sein, dass das bewegte Bild für den Betrachter klar dargestellt wird und dass es nicht durch die Geschwindigkeit des Zuges verwischt wird.
The invention relates to a device for positioning an image for a viewer who is moved relative to the device urld parallel to its image plane, which device has at least one transparent carrier for a single image and at least one light source.
Many attempts have been made with a viewer moving relative to a device. which carries a sequence of individual images of a moving image to produce the optical impression of a moving image.
In some systems, the relative movement was used to control a switching system or the like.
Typical examples of these known systems are in U.S. Patents 3,463,581.2,833 176.3 329 475.3 480 352.
2,438,878.2 401 271.2 299 731.3 261 120 and 2,618,067. Some of these known systems use scanning devices such as convergence lenses.
anamorphic lenses or other special lenses that are placed between the moving images and the viewer.
Such lenses add installation costs and require considerable maintenance. In addition, none of the systems that work with special lenses contain lighting devices, so that these systems cannot be used in poorly lit areas.
Other patents disclose optical systems with a series of images that are directly illuminated by individually triggered light sources, light switches, mechanical shutters, and the like. This system is attached to a wall, to the side of a moving vehicle, which triggers short flashes of light through its movement while it passes the images one after the other. In such a system, blurring of the images cannot be avoided for many reasons, one of these reasons being the fact that there is no economically producible light source which provides a flash of light with the required. short duration and high intensity, with the fact that the precise timing is also critical. In any event, the known or similar systems would be very expensive to manufacture.
Proceeding from this prior art, the present invention was now based on the object of proposing a device of the type described at the beginning which avoids the disadvantages of the known systems and in particular is relatively inexpensive to manufacture and easy to maintain.
This object is achieved by a device for displaying an image for a viewer who is moved relative to the device and parallel to its image plane, which device has at least one transparent carrier for a single image and at least one light source, characterized in that the light source is elongated and at least in is arranged substantially perpendicular to the direction of movement of the relative movement and with respect to the viewer behind the transparent carrier.
Exemplary embodiments of the device according to the invention for viewing an image will now be described with reference to the drawing. Show in it:
1 shows a perspective, schematic representation of a first embodiment of the device,
2 shows a plan view of a schematic representation of a second embodiment of the device,
3 shows an enlarged section from FIG. 2, FIG. 4 shows a schematic representation to explain further details of the device according to FIGS. 2 and 3,
5 shows a schematic representation of a top view of an embodiment of the device for explaining the mutual dependence of image width, viewing distance and light source distance,
6 to 8 each show a schematic plan view of further embodiments of the device or
to parts of such embodiments,
9 shows a schematic plan view of the embodiment of the device according to FIG. 8 to illustrate an empirical method for determining the curvature of the reflecting surface,
FIG. 10 shows a perspective illustration of part of a modified embodiment of the device according to FIG.
8th,
11 shows a schematic representation of a section through an embodiment of the device and through a U-Bahn tunnel and a U-Bahn car to explain the use of the device and FIG
FIG. 12 shows a plan view of the arrangement according to FIG. 11.
The optical and dynamic principles of the present invention will now be explained with the aid of the drawing, specifically with reference to FIG. 1, which shows a schematic representation of a device 1 for displaying images. In the device 1, transparent supports 2, for example made of photographic film material, are arranged next to one another essentially in one plane and at a distance from a transport device for a viewer, which is indicated by an eye 4. An elongated, vertically arranged light source 6 is arranged on the side of the carrier 2 facing away from the viewer and is seen through the carrier 2 by the viewer.
The light source 6 is either very narrow or equipped with a screen so that it projects a narrow line of light which appears to the viewer 4 as a horizontally delimited segment 7 of the transparent support 2 lying between the viewer and the light source. The viewer 4 and the carrier 2 are in relative movement to one another, and the field of view of the viewer in the direction of the light source 6 is approximately limited by the dashed lines 8 and 10.
The individual images attached to the carriers 2 can all be the same, as is shown in FIG. 1. or they can be progressively and gradually changed. Furthermore, groups of identical images can be provided on the carriers in order to generate a sequence of still images.
When the viewer 4 moves past a carrier 2a of the device, as indicated by the arrows 5, the light from the source 6a appears to sweep over the carrier, the viewer being presented with successive, vertical segments 7 of the image. For a viewer who moves from right to left, as indicated by arrows 5, the perceived image is reversed so that the part seen first (the right side) appears to be on the left side for the viewer. When the light source 6b is seen through the right side of the following carrier 2b, the preceding light source 6a is simultaneously seen through the last or left part of the preceding carrier 2a, the first or right part being replaced by corresponding segments of the image on the following carrier becomes.
Thus, if each of the individual images differs slightly from the previous one, the composite, mental image of the perceived vertical segments appears to be in motion.
whereby the device works effectively, the carriers 2 must cause only minimal diffusion or refraction of the light. In general, it can be said that the device according to the invention works all the more effectively, the higher the light permeability of the carrier 2.
In one embodiment of a device according to the invention, as shown in FIG. 1, the preferred distance between the light source 6 and the carrier 2 is equal to the expected viewing distance (EVD), which is shown in FIG. In this case, the image width perceived by the viewer is equal to the actual width of the carrier, and the image is perceived as long as the
Viewer moves on a line parallel to the carriers along a distance which is twice as large as the width of the carrier 2. If the actual viewing distance is shorter than the distance to the light source 6, the perceived image is narrower than the width of the carrier : if the viewing distance is longer, the perceived image is wider than the support.
The relationship between the viewing distance and the width of the perceived image is linear, i.e. at a viewing distance of half the expected viewing distance (EVD), the width of the perceived image is equal to half the width of the triangle. Furthermore, the relative movement of the viewer with respect to the carrier 2 and the light source 6 is proportional to the ratio of the distances from the viewer to the carrier 2 on the one hand and from the light source 6 to the carrier 2 on the other hand. With a spacing ratio of 1: 1 and with adjacent carriers 2, the viewer would therefore see the segment-wise reconstruction of two carriers at any moment.
On the other hand, if the carriers 2 are at a distance of one carrier width from one another and if the distance ratio is 1: 1, the viewer will only see one semgnet-shaped image sequence at a given point in time.
For an expected viewing distance of about one meter, as can result in a subway tunnel or in a similar environment, the light source 6 can practically not be attached at a distance behind the carrier.
which is equal to the expected viewing distance. In a device according to the invention, the line-shaped light source can now advantageously be attached to the side of the carrier and close to the carrier plane, and reflective surfaces can be provided which are aligned with respect to the carrier and the light source so that the virtual image of the light source behind the carrier appears in the position described in FIG. In the embodiment according to FIG. 6, for example, a single, flat, reflective surface is provided.
In order to determine the orientation of the reflective surface 20, the actual position A of the linear light source and the desired position B of its virtual image are first determined. A triangle is then formed by drawing lines from edges C and D of the support to position B of the virtual image, and a central axis is drawn from B to I. These rays should form an isosceles triangle BCD with the virtual image centered behind the beam. If the light source is not centered or if the angle CBD is too large, one gains the optical impression of a clear acceleration of the segment 7 scanning the image in the normal position 1, while the scanning speeds decrease gradually with increasing angle.
In addition, a large angle or an offset light source lead to image distortion, which effectively stretches the image for the larger angles, since the entire image is the entire optical impression of these segments, with integration taking place over a short period of time. This can be compensated for by introducing a distortion into the image on the transparent support 2, where necessary.
The triangle BCD is actually folded around a line EF with a reflective surface so that the vertex B of the triangle coincides with the actual position A of the light source 6. Thus, a viewer moving past the carrier sees a line of light which moves with him over the carrier and illuminates successive sections of the carrier 2 in the same way as has already been described.
The use of a single reflective surface allows the light source to be positioned close to the edge of the support, which is associated with a reduction in installation depth of up to 50%. A further reduction in the skin depth is achieved. by using multiple reflective surfaces. to fold the triangle which is defined by the edges of the support and the position of the virtual image of the light source. When this scheme is used to represent a moving picture on the wall of a subway tunnel. For example, a minimum installation depth can be achieved.
An embodiment of a device according to the invention suitable for such an environment is shown in FIG. 3, in which the triangular segment is folded in two by reflective surfaces 30 and 32. To determine the arrangement of the reflective surfaces, the rear edge of the first reflective surface is first placed at the intersection point G of the line DB with a line 33, which defines the maximum depth of the device.
There are also the following criteria for folding the triangle BCD:
2. The light source and the rear edge of the second, reflective surface should be laterally approximately the same distance from the edges of the carrier and
3. The leading edge of the linear light from the light source 6 should run closely behind and preferably parallel to the carrier, the vertex of the triangle coinciding with A ', namely with the actual position of the light source 6.
The light source 6 is further away from the edge of the carrier than in the embodiment according to FIG. 6 in order to achieve an optimal use of space. A screen 34 is preferably provided at the edge of the frame holding the carrier 2, so that no light from the source 6 can generate false strokes or ghost images in the projected image. Shutters should be provided in the device wherever there is a possibility that scattered light will fall on the carrier 2.
In one embodiment of a device according to the invention, as shown in FIG. where a sequence of images is projected for a passing observer, a single fluorescent tube 40 can be provided for two adjacent carriers 2, the tube being provided with diaphragms to create two oppositely directed light sources 42 and 44. Because of the lateral relative displacement of the light source and the second, reflective surface, a dark interspace occurs between two mutually adjoining supports 2a and 2b. However, as has already been explained, this is harmless, since for a viewer there is an optical overlap between adjacent images when the images are adjacent.
If a greater installation depth is available and if a narrower lateral distance is desired, a device according to the invention with three reflecting surfaces 50, 52 and 54 can be used, as shown in FIG.
In this embodiment, the light source is much closer to the carrier. so that the light is less clearly perceptible to a viewer, which eliminates the need to use a diaphragm. Still, an aperture can be used, which gives some favorable results.
While the device according to the invention requires very little shielding in the light of the surroundings, it is essential that the viewer does not see any sources of scattered light through the transparent carrier. The entire device is therefore preferably mounted in a box, as shown in FIGS. 11 and 12, or in a similar housing.
Even where there is a lot of space, so that the device according to the invention can be constructed as in FIG. 1, the device is preferably shielded in order to avoid the incidence of sunlight, headlights or scattered light from other sources. In some applications, the reflectors and a light valve with a linear slit can be used in such a way that the slit is filled with a diffusing material to form a light source, and the sunlight can be used, for example, as an energy source, so that an electrical energy source . as it is assumed in Fig. 1, can be omitted.
Fig. 4 shows a diagram perpendicular to the direction of relative movement. It is clear from this figure that the relative heights of the elements of the device according to the invention in the case of horizontal movement are a function of the height of the carrier 2 and the expected viewing distance EVD. For example, a light source that is mounted a distance behind the carrier that is equal to the expected viewing distance should extend up and down from the line of sight twice as far as the carrier.
In a typical device according to the invention with two reflecting surfaces, the first reflector 60 is at a distance of one seventh the distance of the trigger from the light source from the trigger and should therefore, assuming the height of the support as 100%, a height of 115 ^ /. to have. The second reflector 62, whose distance from the carrier is two thirds of the distance between carrier and light source, should have a height which is equal to 167 cd of the height of the carrier. It is assumed that both the first and the second reflector are arranged symmetrically to the viewing axis.
The considerations carried out above do of course not yet permit any changes in the viewing height, as is indicated by the arrows 61 and 63 (FIG. 5). In order to cover a certain range of viewing heights, all elements must therefore experience an additional increase in height.
In all of the embodiments, silver-plated mirrors are preferably used as reflective surfaces on their surface in order to prevent the reflected light from being scattered and a ghostly image from a front glass surface. Furthermore, the lamp used as the light source is preferably operated with direct current or a current with a higher frequency than the mains frequency, since the described device already shows fluctuations in light intensity at low alternating current frequencies, for example at frequencies of 60 Hz, which can be irritating at relatively high speeds and can even impair the optical effects.
The flat, reflective surfaces can, as FIG. 8 shows, be replaced by a concave reflector 70, in particular if there are restrictions both in the installation depth and in the installation width. With the help of a curved reflector, the virtual image of the light source can be brought into any desired position, while at the same time the rays from the light source are greatly shortened. It will be understood that a convex reflector would give the opposite result. Although the curvature and the angular position of the reflector can be derived mathematically, the curvature of the reflector can easily be derived by the empirical method according to FIG.
For this purpose, the position of the carrier and the light source is first determined, the expected viewing distance is also determined, and the position of the virtual light source behind the carrier is determined, preferably at a distance which is essentially equal to the expected viewing distance.
From the carrier 2 to the virtual light source L, beams ML to QL are drawn. In order to determine the points on the beams ML to QL at which the curved reflector is located, a first line RS is drawn from the light source 6 parallel to the carrier to the most distant beam QL. The angle RSL within the location of both the virtual and real light sources is halved and the bisector ST is lengthened until it intersects the next ray PL at point T. The two intersection points S and T lie on the curved reflector 70. A line RT is now drawn from the light source 6 to the previously determined intersection point T, and the angle RTL between the line RT and the beam PL is halved. The bisector TU is extended to the next beam OL. and the point of intersection U also lies on the curved reflector 70.
This process continues until points are established on each of the beams ML through QL, thus defining the curvature of the reflector 70. The accuracy of the determination of the curvature is a function of the number of the selected rays between the carrier 2 and the virtual light source L. A smooth curve is then drawn which connects the determined points, which ultimately results in a combination of a convex lens and an inclined mirror is obtained, whereby both the distance of the virtual light source L from the carrier and its displacement into the position R is brought about.
A diaphragm 65 is preferably arranged at point M in order to prevent light from the source 6 from directly striking the carrier 2.
As shown in FIG. 10, a single light source can serve as an elongated light source for adjacent optical devices with curved reflectors. The curvature of the left reflector half 68 is determined in the same way as that of the right half 70. A viewer who moves past the device 72, which comprises the carriers 2e and 2f, from right to left, perceives successive segments of the first image 2f from right to left and then the second image 2e. Thus, the device with curved mirrors works essentially in the same way as the device according to FIG. 1. Shutters (not shown) are likewise provided between the light source and the edge of the carrier.
A special application of a device according to the invention is shown schematically in FIGS. 11 and 12. In these figures, a virtual light source 6V is shown behind the vertical wall 71 of a subway tunnel, a device 72 according to the invention being attached to this wall. A subway train 74 moves on rails 76 which are carried by the floor 78 of the subway tunnel so that a fixed platform is provided for the viewer with respect to the device 72. The viewer can be at various points in the subway train 74 and view the device 72 through a train window 80. The position of a seated observer is indicated schematically by an eye 82 and the position of a standing passenger is indicated by an eye 84.
As is clear from the viewing angles 86 and 88 for the seated and the standing passenger, indicated by dashed lines, optimal viewing conditions are given for all passengers in the subway train, provided that the reflecting surfaces and the light source, which is represented as a virtual light source 6V is to have the correct dimensions so that they fill the entire height between the limits of the viewing angles. For the position of the virtual light source 6V, a distance from the image on the transparent carrier 90 is preferably selected which is approximately equal to the maximum possible distance of a viewer from the image, ie approximately equal to the distance of the viewer 84 from the image.
If these criteria are observed, the proportions should be satisfactory for all viewing distances below this maximum distance, resulting in improved reproduction for the seated viewer 82.
FIG. 12 shows the arrangement according to FIG. 11 in a plan view and is intended to illustrate how the seated viewer 82 sees a continuous reconstruction of the image when he moves from the position 82a shown in solid lines to the position 82b shown in dashed lines. One
Passenger who is at a greater distance from the transparent support 90, such as, for example, the standing passenger X4, in fact initially sees a line-shaped segment of the
Image on the carrier 90a when it is in position X4a and will at the same time see a central, line-shaped segment of the previous image 90b when it moves in the direction of arrow 92.
When that viewer sees the
Point 84b reached. i.e. when the train is the in dashed
Lines shown position 74b reached. he will see the last, linear segment on the left edge of the image 90b, which is the right, linear segment of the actual visual impression of the viewer. Shortly thereafter, he will begin to see the first linear segment of the image 90. As already explained, the viewer takes the
Dividing the pictures into segments is not true and sees only a single, complete picture, which indicates the speed of the
Relative movement and due to image storage by the human retina and the nervous system.
If the individual images now become an image sequence of an animated
Image such as a cartoon or the like. belong, the viewer receives a visual impression of an animated representation, which largely corresponds to a film.
The device according to the invention can be used in a wide range of relative speeds of wearer and viewer, provided that the speed is high enough to result in a continuous, optical impression taking into account the image storage by the eye.
For the mode of operation of the system according to the invention, it is also without a disadvantageous influence over a wide range if accelerations or decelerations occur during the relative movement. The only significant effect that occurs with regard to the optical impression occurs in the display of moving images, where the movement is either slowed down or accelerated. The visual impression remains essentially the same even if the viewer or the carrier move with the light source on a curved path, move towards one another or move away from one another. However, when such changes become significant, it may be desirable to incorporate them into the design of the device.
For optimal optical resolution, the light source should be as narrow as possible and preferably not have a perceptible width. On the other hand, the amount of light available is generally directly proportional to the width of the light source, and these two parameters must therefore be weighed against each other in a practical implementation in order to find a favorable compromise between the image resolution on the one hand and the light intensity on the other. The light source can be provided with a screen or be arranged in some other way so that its width can be adjusted if this is desired.
The arrangements according to the invention described above are only intended to be exemplary embodiments and in no way restrict the invention, since many modifications are possible. In particular, excellent results were achieved when the transparent supports, the optics and the light source were arranged in such a way that they could be moved with respect to a stationary viewer.
The device described has the advantage that it is independent of the lighting conditions in its surroundings and can furthermore be adapted in a particularly favorable manner to the spatial conditions of its surroundings.
This advantage has an optimal effect when the device is installed in a subway tunnel, where only a limited space is available between the wall carrying the device and the outer wall of the train.
Please note. that the device must be designed in such a way that it is easy to maintain and that the pictures and other elements can easily be replaced.
In addition, the device must be designed in such a way that the moving image is clearly displayed to the viewer and that it is not blurred by the speed of the train.