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Die
Erfindung betrifft ein Bilderzeugungssystem für die Sehprüfung
des stereoskopischen Sehens, welches den Augen des Probanden Bilder
mit unterschiedlichen Polarisierungsrichtungen anbietet.
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Bilderzeugungssysteme,
welche einen stereoskopischen Seheindruck vermitteln können,
sind bereits bekannt. Diese arbeiten bevorzugt damit, dass jedem
Auge in Komplementärfarben, bspw. rot-grün, eingefärbte
Halbbilder angeboten werden. Der stereoskopische Seheindruck ist
dabei aber meist nicht sehr ausgeprägt.
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Bilderzeugungssysteme
nach dem Stand der Technik, die durch vorliegende Erfindung bereichert werden
sollen, bestehen aus einer Polarisationsbrille mit unterschiedlichen
Polarisationsachsen mit oder ohne Lambda-Viertel-Folien der beiden
Polarisationsgläser vor den Augen des zu prüfenden
Probanden und einer Bilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung von
selbstleuchtenden stereoskopischen Halbbildern mit bestimmter Polarisationsrichtung,
bzw. bestimmter Dreh- bzw. Rotationsrichtung des zirkulär polarisierten
Lichtes.
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Es
sind Sehproben (z. B.
EP
0 060 986 B1 ) und Sehprüfgeräte bekannt,
bei welchen ein Proband zur Überprüfung der monokularen
und binokularen Sehfunktion durch jeweils ein Polarisationsfilter
vor jedem Auge mit gegeneinander gekreuzten Schwingungsrichtungen
beleuchtete Platten ansieht. Diese Platten haben Bereiche mit unterschiedlicher
Polarisationswirkung, so dass der Prüfling mit seinen beiden
Augen unterschiedliche Bereiche erkennen kann. Diese Sehproben haben
im Wesentlichen den Nachteil, dass die Intensität der Leuchtstärke
von der Umgebungsleuchtstärke abhängig ist und
dass nur eine begrenzte Anzahl solcher stereoskopischen Halbbilder
zur Verfügung gestellt werden können.
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Es
ist weiterhin ein virtuelles stereographisches Bildgebungssystem
(
US-PS 4,870,486 ) bekannt,
bei welchem vor einer bildgebenden Oberfläche eines TV-Monitors
ein Polarisator und eine Flüssigkristallzelle angeordnet sind.
Das von diesem Bildgebungssystem ausgehende Licht wird von einem Betrachter
durch eine Polarisationsbrille betrachtet, wobei die einzelnen Gläser
der Brille eine unterschiedliche Polarisationsachse aufweisen. Mit
diesem Bildgebungssystem, mit dem lediglich virtuelle stereoskopischer
Bilder erzeugt werden, ist wegen des erforderlichen Monitors volumenmäßig
sehr unattraktiv.
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Aus
US-PS 4,877,309 ist eine
farbige Flüssigkristall-Bilderzeugungseinrichtung bekannt,
welche mit zwei Flüssigkristall-Bilderzeugungszellen arbeitet.
Vor diesen beiden Bilderzeugungszellen befinden sich jeweils zwei
Farbpolarisatoren, wobei sich an der Lichteinfallseite der ersten
Bilderzeugungszelle zusätzlich ein neutraler Polarisator
befindet.
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Diese
farbige Flüssigkristall-Bilderzeugungseinrichtung dient
lediglich der Erzeugung farbiger Bilder und ist für ein
Bilderzeugungssystem zur Erzeugung eines stereoskopischen Bildeindrucks
als auch als Sehprüfsystem zur Überprüfung
der binokularen Sehfunktionen ungeeignet.
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Eine
weitere Vorrichtung zur Prüfung der Funktionen des Auges
und des Sehsystems ist in
DE-OS
30 43 511 beschrieben. Dort erfolgt die Bilddarbietung
durch Monitore, und zwar für die Binokularprüfung
mit zwei Monitoren, versehen mit Polarisatoren, oder mit einem Monitor
(Rot-Grün-Stereoopsis). Diese Vorrichtung ist ebenfalls
sehr voluminös und bei der Verwendung nur eines Monitors
nur sehr begrenzt zur Sehprüfung verwendbar. Außerdem vermittelt
die Vorrichtung mit einem Monitor keinen stereoskopischen Seheindruck.
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Vorliegender
Erfindung am nächsten kommend ist ein Bilderzeugungssystem,
das in
EP 0 595 023
B1 (
DE 42 35 753 )
beschrieben ist, welches kompakt ausgeführt ist und gute
Prüfmöglichkeiten des stereoskopischen Sehens
ermöglicht. Beide dort dargestellten Ausführungsvarianten
erfordern jedoch eine sehr spezielle und äußerst
kompliziert herzustellende Vektorgraphenfolie mit einer Vielzahl
einzelner Polarisationselemente, um die beiden dort erzeugten Halbbilder
für die Pola-Trennung vorzubereiten. Darüber hinaus
sind Eingriffe in das dortige Bilderzeugungssystem erforderlich,
was die Gesamtkosten des dort vorgeschlagenen Sehtestgerätes
weiter in die Höhe treibt. Technisch gesehen ist bei dieser
Lösung weiterhin nachteilig, dass die den beiden Augen zugeordneten
Bildanteile jeweils von einem Polarisationsfilter der dort vorgeschlagenen
Vektorgraphenfolie, die in senkrecht liegenden Streifen das vom
Bilderzeugungssystem ausgehende Licht jeweils um +45° und –45° drehen,
unterworfen sind, was die Lichtintensität auf dem Auge
des Probanden reduziert, so man nicht zusätzlich die Leuchtdichte
des dort eingesetzten LCD-Displays über die übliche Stärke
erhöht. Wird dies jedoch gemacht, wirkt sich das negativ
auf dessen Lebensdauer aus. Entgegen der üblicher Weise
eingesetzten Polarisationsbrillen für den Probanden mit
V-förmiger Anordnung der Polarisationen der Gläser
für das linke und rechte Auge, ist bei der dort vorgeschlagenen
Lösung eine zusätzliche nicht kommerzielle Brille
erforderlich, was weiterhin kostenerhöhend wirkt.
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Es
ist die Aufgabe vorliegender Erfindung, ein kompaktes und preiswertes
Bilderzeugungssystem zu schaffen, welches stereoskopisches Sehen bei
einem guten stereoskopischen Seheindruck durch exakte Polarisationstrennung
ermöglicht, ohne die Nachteile der bekannten Systeme nach
dem Stand der Technik aufzuweisen.
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Die
Bilderzeugungseinrichtung nach vorliegender Erfindung besteht im
Wesentlichen aus mindestens einer speziell strukturierten Lambda-Halbe-Folie
und mindestens einem Bildschirm, vorzugsweise einem handelsüblichen
LCD-Farb-Monitor oder einem Plasma-Bildschirm, wobei letzterer mit
einer zusätzlichen vollflächigen Polarisationsfolienabdeckung
zu versehen ist, um auch hier eine Polarisation des abgestrahlten
Lichts von 135°, analog einem LCD-Monitor, zu gewährleisten.
Diesem preislich leichten Nachteil des Plasma-Bildschirms mit zusätzlicher
Polarisationsfolie steht dessen erhöhte Leuchtkraft, im
Vergleich handelsüblichen LCD-Monitoren, gegenüber.
Egal auf welchen Bildschirm zurückgegriffen wird, verlässt
diesen, nach erfindungsgemäßer Maßgabe,
in Richtung Proband linear unter 135° polarisiertes Licht.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Lambda-Halbe-Folie
ist dabei so strukturiert und angeordnet, dass sie dabei nur das
stereoskopische Halbbild eines Auges überdeckt, welches
durch die Lambda-Halbe-Folie in der Polarisationsrichtung um 90° auf
45° gedreht wird. Im Regelfall ist das das Halbbild für
das linke Auge. Für das stereoskopische Halbbild des anderen
Auges ist die Lambda-Halbe-Folie streifenförmig ausgespart,
respektive durch die Polarisation nicht beeinflussende transparente Streifen
gebildet, wodurch dieses Halbbild die Polarisationsrichtung des
Bildschirmes beibehält. Das vom Bildschirm dargestellte
Stereobild wird durch alternative Zeilenstreifen, Spaltenstreifen
oder Schachbrettmuster als Summe zweier Halbbilder dargestellt.
Der eingesetzte Farbbildschirm ist mit üblichen Grafiktreibern
der PC-Technik ansteuerbar. Die Bilder werden aus Speichern abgerufen
oder aus Programmalgorithmen heraus generiert. Da diese Art der
Bilderzeugung an sich hinreichend bekannt ist, bedarf sie an dieser
Stelle keiner weiteren Ausführungen. Ebenso ist das Prinzip
der Stereotrennung auf Basis von Polarisation an sich hinlänglich
bekannt, weshalb weitergehende Erläuterungen hier ebenfalls überflüssig sind.
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Ein
mit einem LCD-Monitor dargestelltes Halbbild ist unter 135° polarisiert
und erfüllt somit von vornherein alle Bedingungen für
die Betrachtung mit üblicherweise dem linken Auge, dass
hierfür mit einem gleichorientierten Polarisationsbrillenglas
versehen ist. Vor dem rechten Auge befindet sich dann ein Polarisationsbrillenglas
unter 45° und damit in Sperrrichtung für das erste
dargebotene Halbbild. Erfindungsgemäß passiert
das Halbbild für das rechte Auge gleichfalls die polarisierende
Abschlussfolie des Monitors, wird danach jedoch mittels der vorgesehenen
Lambda-Halbe-Folie in der Polarisationsrichtung um 90° auf
45° gedreht. Dieses Halbbild ist damit in Durchlassrichtung
für das rechte Auge und in Sperrrichtung für das
linke Auge. Wie vorstehend erwähnt, erfüllt ein
mit einer zusätzlichen 135°-Polarisationsfolie
versehener Plasma-Bildschirm die gleichen von vorliegender Erfindung
geforderten Voraussetzungen, die der LCD-Monitor von Haus aus mitbringt.
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Blickt
der Proband ohne Polarisationsbrille auf den Bildschirm, so kann
die Sehprüfung monokular oder binokular nach heute bekannten
weiteren, außerhalb der Erfindung liegenden Verfahren durchgeführt
werden, d. h. beliebige einschlägige andere Sehtests können
mit dem vorgeschlagenen System weiterhin uneingeschränkt
durchgeführt werden, ohne dass es anderer Gerätegrundtechnik
bedarf. Das heißt, der erfindungsgemäß mit
der strukturierten U2-Folie versehene Monitor kann uneingeschränkt
auch für andere Sehtests eingesetzt werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend beispielhaft anhand von drei Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen schematisch:
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1a ein
erfindungsgemäßes Bilderzeugungssystem unter Einsatz
eines handelsüblichen LCD-Monitors,
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1b ein
erfindungsgemäßes Bilderzeugungssystem unter Einsatz
eines Plasma-Bildschirms und
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1c ein
erfindungsgemäßes Bilderzeugungssystem nach 1b mit
weiter verbesserter Polarisations-Trennung.
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In
der 1a ist eine Bilderzeugungseinheit dargestellt.
Eine Lichtquelle 1 ist als Flächenstrahler ausgeführt
und bestrahlt durch einen Polarisator 2 eine Flüssigkristallmatrix 3.
Im Zusammenwirken mit einem Analysator 4 lässt
sich durch Ansteuerung der Flüssigkristallpixel 8 die
Helligkeit und Farbe der durch sie darzustellenden Bildpunkte verändern.
Diese Gesamtanordnung Lichtquelle 1, Polarisator 2, Flüssigkristallmatrix 3 und
Analysator 4 stellen in diesem Beispiel einen handelsüblichen
LCD-Monitor dar, wie es die in 1a genannte
Baugruppen zusammenfassende geschweifte Klammer verdeutlichen soll.
Das unter 135° polarisierte Bild ist räumlich der
dem Probanden zugewandten Seite des Analysators 9 zuzuordnen.
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Für
das stereoskopische Sehen sind zwei Halbbilder erforderlich, die
jeweils nur vom linken oder rechten Betrachterauge gesehen werden
dürfen. Dazu wird das Gesamtbild organisatorisch in zwei
Zeilengitterstrukturen aufgeteilt. So kann im Beispiel das Halbbild
für das linke Betrachterauge beispielsweise auf alle geraden
Zeilen des Gesamtbildes und das Halbbild für das rechte
Betrachterauge auf allen ungeraden Zeilen des Gesamtbildes dargestellt
werden. Eine Halbbildzeile 10 kann dabei aus einer oder
mehreren Pixelzeilen 11 bestehen. Im Beispiel nach 1a soll
jede Halbbildzeile 13 zwei Pixelzeilen 11, ohne
Beschränkung der Allgemeinheit, umfassen. Das Gesamtbild
als Summe zweier Halbbilder ist auf der Austrittsfläche
des LCD-Monitor 9 einheitlich unter 135° polarisiert.
Die Areale des rechten Halbbildes werden nun erfindungsgemäß durch eine
streifenförmige Lambda-Halbe-Folie 5 abgedeckt.
Die Lambda-Halbe-Folie dreht die Polarisationsrichtung um 90° auf
45°. Somit erhalten die Halbbilder gekreuzte Polarisationsrichtungen
und können mittels der Polarisationsbrille mit ihren Filtern 6 und 7 dem
jeweils gewünschten Betrachterauge zugeordnet werden. Die
nutzbaren Breiten der Halbbildsstreifen 13 und die zugeordnete
Streifenbreite der Lambda-Halbe-Folie 10 müssen
deckungsgleich sein. Zur deutlicheren Übersicht, sind in
den Figuren diejenigen Halbbildstreifen grau dargestellt, die den „Lücken",
sprich der Zwischenräume 10' zwischen den Lambda-Halbe-Foliestreifen 10 zugeordnet
sind, wohingegen die anderen, in der Polarisationsrichtung zu drehenden,
weiß dargestellt sind. Die Lambda-Halbe-Streifen 10 sind
im Rahmen der Erfindung vorteilhaft vermittels Maßverkörperung
auf einer schematisch angedeuteten optisch transparenten Platte
(z. B. Glasplatte) 18 aufgebracht, welche justierbar vor der
jeweiligen Monitorscheibe so befestigt wird, das die geschlossene
Glasfläche dem Probanden zugewandt ist. Ein Verfüllen
der „Lücken" 10' mit gleicher Breite
wie der der Polarisationsstreifen und ein Verguss mit einem Material,
dass die Polarisation der jeweils zweiten Halbbilder nicht beeinflusst,
liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung.
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Wenn
im Rahmen der Erfindung von Streifen und „Lücken"
die Rede ist, stellt dies keine Beschränkung auf genau
solche geometrischen Strukturen dar. Wesentlich ist die optische
Funktion, die den Streifen 10 oder die optische Neutralität,
die den „Lücken" 10' zugeordnet ist.
So kann z. B. die durch „Lücken" und Streifen
gebildete Maske durch eine einheitliche, geschlossene flächige
Folie gebildet sein, der durch äußere, bspw. thermische
Bearbeitung, in den gewünschten Bereichen lediglich die
gewünschten optischen Eigenschaften verliehen werden. Ebenso
liegt es im Rahmen der Erfindung, auf besagte Trägerplatte 18 eine
geschlossene Lambda-Halbe-Folie 5 aufzubringen und in weiteren
Bearbeitungsschritten die Folienbereiche herauszulösen,
die besagte „Lücken" bilden sollen.
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In
der 1b ist eine Bilderzeugungseinheit unter Einsatz
eines Plasma-Bildschirmes dargestellt. Im Unterschied zum LCD-Monitor
verfügt der Plasma-Bildschirm 14 über
unpolarisierte selbstleuchtende Bildpunkte 15, die in Helligkeit
und Farbe gesteuert werden können. Um gleiche Bedingungen
wie bei einem LCD-Monitor zu erhalten, wird dieser Bildschirm 14 vollflächig
mit einem 135°-Polarisator 4 abgedeckt. Das nun
wieder unter 135° polarisierte Bild ist räumlich
der dem Betrachter zugewandten Seite des Polarisators 9 zuzuordnen.
Für das stereoskopische Sehen sind auch hier zwei Halbbilder
erforderlich, die jeweils nur vom linken oder rechten Betrachterauge
gesehen werden dürfen. Dazu wird das Gesamtbild organisatorisch,
analog zu 1a, in zwei Zeilengitterstrukturen
aufgeteilt. So kann das Halbbild für das linke Betrachterauge
beispielsweise auf alle geraden Zeilen des Gesamtbildes und das
Halbbild für das rechte Betrachterauge auf allen ungeraden
Zeilen des Gesamtbildes dargestellt werden. Eine Halbbildzeile 10 kann
dabei wiederum aus einer oder mehreren Pixelzeilen 11 bestehen.
In 1b soll jede Halbbildzeile 13 beispielhaft
wieder zwei Pixelzeilen 11 umfassen.
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Das
Gesamtbild als Summe zweier Halbbilder ist auf der Austrittsfläche
des Monitors 9 einheitlich unter 135° polarisiert.
Die Areale des rechten Halbbildes werden durch eine streifenförmige
Lambda-Halbe-Folie 5 abgedeckt. Die Lambda-Halbe-Folie
dreht die Polarisationsrichtung um 90° auf 45°.
Somit erhalten die Halbbilder gekreuzte Polarisationsrichtungen
und können mittels der Polarisationsbrille mit ihren Filtern 6 und 7 dem
jeweils gewünschten Betrachterauge zugeordnet werden. Die
nutzbare Breite der Halbbildsstreifen 13 und die Breite
der Lambda-Halbe-Folien-Streifen 10 müssen auch
hier deckungsgleich sein, was mit oben beschriebener Maßverkörperung,
bspw. auf einer Glasplatte, geschieht.
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Beispielsweise
gegenüber einer Ausbildung eines Sehtestgerätes
nach
EP 0 595 023 B1 haben die
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen noch den zusätzlichen
Vorteil einer fast verdoppelten Helligkeit der dargestellten Bildanteile,
allein durch den Einsatz der Lambda-Halbe-Folienstreifen und deren
beschriebener Anordnung.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in 1c eine
Bilderzeugungseinheit unter Einsatz eines Plasma-Bildschirms analog 1b dargestellt. Die
Lambda-Halbe-Folienstreifen 10 sind naturgemäß nur
für monochromatisches Licht exakt λ/2 wählbar.
Für weißes Licht orientiert man λ/2 zweckmäßigerweise
an der Schwerpunktwellenlänge. Damit wird jedoch der langwellige
Bereich weniger als 90° und der kurzwellige Bereich mehr
als 90° gedreht. Dieser Tatbestand verringert die Güte
der Halbbild-Trennung bei farbiger Darstellung. Abhilfe kann geschaffen
werden, wenn eine zusätzliche Polarisationsfolie 16 flächig
deckungsgleich zu der strukturierten Lambda-Halbe-Folie 5 verwendet
wird, wobei deren Polarisationsrichtung gekreuzt zur Folie 4 ausgeführt
sein muss, wie durch den Doppelpfeil 17 in 1c angedeutet.
Damit ist die Palorisations-Trennung wieder exakt, jedoch wird das
Halbbild, das durch die Folien 5 und 16 betrachtet
wird, gelbstichig. Dieser Eigenschaft kann entgegen gewirkt werden, indem
die Grundfarben (RGB) für dieses Halbbild geeignet manipuliert
werden. Das hat zur Konsequenz, dass dieses Halbbild leuchtschwächer
als jenes ist, das nicht die Folien 5 und 16 durchtreten
muss. Das kann kompensiert werden, indem die Leuchtstärke des
helleren Halbbildes programmtechnisch abgesenkt wird. Auf eine nähere
Beschreibung der diesbezüglichen Vorgehensweise wird hier
verzichtet, weil dies außerhalb vorliegender Erfindung
erfolgt.
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Bei
Realisierung vorgenannter Maßnahmen sind beide Halbbilder
wieder gleich hell, farbneutral und weisen eine exakte Polarisationstrennung
auf.
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Der
Hauptvorteil vorliegenden Bilderzeugungssystems für die
Sehprüfung des stereoskopischen Sehens liegt vor allem
in der Verwendung handelsüblicher Komponenten, wie LCD-Monitor
oder eines mit einer Polarisationsfolie versehenen Plasma-Bildschirms
und üblicher, beim Optiker oder Augenarzt bereits vorliegender
Polarisationsbrillen, was den Gesamtpreis der Anordnung erheblich,
gegenüber sonstigen Sonderbauformen, reduziert. Die erfindungsgemäß zum
Einsatz gelangenden λ/2-Folienstreifen lassen sich darüber
hinaus auch bedeutend leichter konfektionieren und vermittels Maßverkörperung
auf einem Trägerkörper anbringen, als vergleichbare
Lösungen unter Einsatz äußerst kompliziert
herzustellender Vektorgraphenfolien, wie im Stand der Technik beschrieben.
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Es
liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, sollten
LCD-Monitore mit 45° Ausgangspolarisationsrichtung auf
den Markt gelangen, vorliegende Erfindung identisch weiter zu verwenden, wenn
nur die hier sonst erwähnten zusätzlichen 135°-
oder 45°-Folien und Polarisationsrichtungen der Brillenfilter 6, 7 entsprechend
vertauscht werden.
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Durch
vorliegende Erfindung ist ein kompaktes, robustes und preiswertes
Bilderzeugungssystems für die Sehprüfung des stereoskopischen
Sehens geschaffen worden.
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Alle
in der Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den
nachfolgenden Zeichnungen erkennbaren Merkmale können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
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- 1
- Lichtquelle
- 2
- Polarisator
- 3
- Flüssigkristallmatrix
- 4
- Analysator
- 5
- Lambda-Halbe-Folie
- 6,
7
- Filter
der Polarisationsbrille
- 8
- Flüssigkristallpixel
- 9
- LCD-Monitor
(Polarisator/Analysator)
- 10
- Streifen
der Lambda-Halbe-Folie
- 10'
- streifenförmiger
Zwischenraum (Lücke)
- 11
- Pixelzeilen
- 13
- Halbbildzeile
- 14
- Plasma-Bildschirm
- 15
- unpolarisierte
selbstleuchtende Bildpunkte
- 16
- zusätzliche
Polarisationsfolie
- 17
- Doppelpfeil
- 18
- optisch
transparente Platte (Glasplatte)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0060986
B1 [0004]
- - US 4870486 [0005]
- - US 4877309 [0006]
- - DE 3043511 A [0008]
- - EP 0595023 B1 [0009, 0023]
- - DE 4235753 [0009]