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Gebiet der Erfindung
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In den letzten Jahren wurden große Fortschritte zur Verbreiterung des Sehwinkels bei LCDs erzielt. Allerdings gibt es oft Situationen, in denen dieser sehr große Sehbereich eines Bildschirms von Nachteil sein kann. Zunehmend werden auch Informationen auf mobilen Geräten wie Notebooks und Tablet-PCs verfügbar, wie Bankdaten oder andere, persönliche Angaben, und sensible Daten. Dem entsprechend benötigen Nutzer einen kleinen Betrachtungswinkel, wenn sie die Bildinformationen vertraulich behandeln und ein Ausspähen durch Personen oder technische Geräte in der Umgebung verhindern wollen.
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Stand der Technik
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Die Schrift
US 5,956,107 A offenbart eine umschaltbare Lichtquelle, mit der ein Bildschirm in mehreren Modi betrieben werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass sämtliche Lichtauskopplung auf Streuung beruht und damit nur geringe Effizienz sowie nicht-optimale Lichtrichtungseffekte erzielt werden. Insbesondere die Erzielung eines fokussierten Lichtkegels wird nicht näher offenbart.
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In der
CN 107734118 A ist ein Bildschirm beschrieben, der mittels zwei Hintergrundbeleuchtungen den Betrachtungswinkel eines Bildschirms kontrollierbar gestaltet. Die obere der beiden Hintergrundbeleuchtungen soll hierzu fokussiertes Licht aussenden. Als Ausgestaltung dazu wird insbesondere ein Gitter mit opaken und transparenten Abschnitten genannt. Selbiges führt jedoch mutmaßlich dazu, dass auch das Licht der zweiten Hintergrundbeleuchtung, welches die erste in Richtung eines LCD-Panels durchdringen muss, ebenfalls fokussiert wird und mithin der eigentlich für einen breiten Betrachtungswinkel vorgesehene öffentliche Betrachtungsmodus eine deutliche Winkelschmälerung erleidet.
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Die
US 2007/030240 A1 beschreibt ein optisches Element zur Kontrolle der Lichtausbreitungsrichtung von aus einer Hintergrundbeleuchtung herrührenden Lichtes. Dieses optische Element verlangt beispielsweise Flüssigkristalle in Form von PDLCs, was zum einen teuer, zum anderen aber insbesondere für Endkundenanwendungen sicherheitskritisch ist, da PDLC-Flüssigkristalle in der Regel Spannungen höher als 60V für Ihre Schaltung benötigen.
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In der
CN 1987606 A wird wiederum ein Bildschirm beschrieben, der mittels zwei Hintergrundbeleuchtungen den Betrachtungswinkel eines Bildschirms kontrollierbar gestaltet. Dabei kommt insbesondere ein „first light plate“ zum Einsatz, welches keilförmig sein muss, um die beabsichtigte fokussierte Lichtauskopplung zu ermöglichen. Genaue Details zur Erzielung der fokussierte Lichtauskopplung mit entsprechenden Winkelbedingungen werden nicht offenbart.
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Ferner beschreibt die
US 2018/0267344 A1 einen Aufbau mit zwei flachen Beleuchtungsmodulen. Hierbei wird das Licht des in Betrachtungsrichtung hinten liegenden Beleuchtungsmodules durch eine separate Struktur fokussiert. Nach der Fokussierung muss das Licht noch das vordere Beleuchtungsmodul passieren, welches über Streuelemente verfügt. Somit ist eine starke Lichtfokussierung für einen Sichtschutz nicht optimal umsetzbar.
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Schließlich offenbart die
US 2007/0008456 A1 die Aufteilung eines Lichtabstrahlwinkels in mindestens 3 Bereiche, wobei in der Regel zwei Bereiche davon mit Licht beaufschlagt werden. Hieraus ergibt sich, dass ein Sichtschutz, bei dem ein so beleuchtetes Display verwendet wird, nicht allein aus einer Richtung betrachtbar sein kann.
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Die
WO 2015/121398 A1 der Anmelderin beschreibt einen Bildschirm der eingangs beschriebenen Art. Dort sind für die Umschaltung der Betriebsarten essentiell Streupartikel im Volumen des entsprechenden Lichtleiters vorhanden. Die dort gewählten Streupartikel aus einem Polymerisat weisen jedoch in der Regel den Nachteil auf, dass Licht aus beiden Großflächen ausgekoppelt wird, wodurch etwa die Hälfte des Nutzlichtes in die falsche Richtung, nämlich zur Hintergrundbeleuchtung hin, abgestrahlt und dort aufgrund des Aufbaus nicht in hinreichendem Umfang recycelt werden kann. Überdies können die im Volumen des Lichtleiters verteilten Streupartikel aus Polymerisat unter Umständen, insbesondere bei höherer Konzentration, zu Streueffekten führen, die den Sichtschutzeffekt in der geschützten Betriebsart vermindern.
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Die
US2020/012129 A1 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung und einen Bildschirm, welche zwei Lichter für die Umschaltung zwischen einem schmalen und einem breiten Betrachtungsmodus beschreiben. Dabei wird zum einen einer der Lichtleiter mit Fasern ausgebildet. Zum anderen wird die streuende Auskoppelstruktur eines Lichtleiters in Projektionsrichtung auf bestimmte Streifen beschränkt. Dies ist für eine homogene Bildausleuchtung nachteilig und verursacht in der Regel auch ungewollte Moire-Effekte im Aufbau, etwa im Zusammenspiel mit den Pixelspalten bzw. - zeilen eines darüber liegenden LCD-Panels.
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Den vorgenannten Verfahren und Anordnungen ist in der Regel der Nachteil gemein, dass sie selbst im sichtgeschützten Modus nicht verhindern können, dass ein unautorisierter Betrachter einen dargestellten Bildinhalt unerlaubterweise sehen kann, etwa wenn er über die Schulter des autorisierten Betrachters schaut.
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Beschreibung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Bildschirm zu beschreiben, mit welchem eine sichere Darstellung von Informationen innerhalb eines eingeschränkten Betrachtungswinkels realisiert werden kann, wobei der Sichtschutzeffekt derart ausgeprägt sein soll, dass selbst ein Blick über die Schulter des autorisierten Betrachters den Bildinhalt nicht oder zumindest nicht leicht wahrnehmbar preisgibt. Als nicht leicht wahrnehmbar soll hierbei gelten, dass ein unautorisierter Betrachter den Bildinhalt mit höchstens zehn Prozent derjenigen Peakhelligkeit, die der autorisierte Betrachter sieht, sehen kann. Somit soll auch das Abfotografieren von Bildinhalten erschwert -bestenfalls sogar verhindert- werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Bildschirm, umfassend
- - eine Bildwiedergabeeinrichtung, welche mindestens ein darzustellendes Bild wahlweise in mindestens zwei voneinander verschiedene Richtungen R1, R2, ... abbilden kann, und welche Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, wobei die mindestens zwei Richtungen R1, R2, ... innerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs liegen, und wobei außerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs höchstens fünf Prozent der maximalen Peakhelligkeit, welche in eine der mindestens zwei Richtungen abgestrahlt wird, wahrnehmbar ist,
- - mit der Bildwiedergabeeinrichtung elektronisch gekoppelte Mittel zum Tracking der Augenposition eines ausgewählten Betrachters vor dem Bildschirm und zum entsprechenden Anpassen (d.h. Nachführen) der Richtung oder Richtungen R1, R2, ... , in welche Licht abgestrahlt wird, wodurch das darzustellende Bild auch bei Bewegung des Betrachters innerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs bis auf eine wählbare Toleranz (die Toleranz kann beispielsweise +/- 1°, 2°, 3°, 4° oder mehr in einer wählbaren Messebene, die den eingeschränkten Winkelbereich schneidet, betragen) mit seiner Peakhelligkeit in Richtung eines oder beider Augen des ausgewählten Betrachters abgestrahlt wird, (und vorzugsweise in andere Richtungen R(X),..., die nicht auf die Augen des ausgewählten Betrachters gerichtet sind, und die sich innerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs befinden, mit höchstens zehn Prozent der Peakhelligkeit abgestrahlt wird),
- - so dass aufgrund des besagten eingeschränkten Winkelbereichs kein weiterer Betrachter, der sich außerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs aufhält, das darzustellende Bild mit mehr als 5 Prozent der für den ausgewählten Betrachter maximal wahrnehmbaren Peakhelligkeit sieht,
- - und so dass ein innerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs befindlicher weiterer Betrachter (sofern vorhanden) aufgrund der Ausrichtung des darzustellenden Bildes mit seiner Peakhelligkeit auf ein Auge oder beide Augen des besagten ausgewählten Betrachters ebenfalls das darzustellende Bild nur mit einer Helligkeit von höchstens zehn Prozent (welcher vorteilhaft weniger als 8%, bevorzugt kleiner als 5%, besonders bevorzugt kleiner als 2% beträgt) der für den ausgewählten Betrachter maximal wahrnehmbaren Peakhelligkeit sieht.
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Eine Richtung R1, R2, ... entspricht dabei einer Richtung, welche in den dreidimensionalen Raum vor der Bildwiedergabeeinrichtung gerichtet ist, wobei eine leichte Divergenz möglich ist, d.h. es kann sich bei einer Richtung R1, R2, ... etc. beispielsweise um einen schmalen Raumwinkel handeln, dessen Schnittfläche mit einer Ebene, welche durch beide Augen und die Mundspitze eines Betrachters verläuft, wenige oder einige Quadratzentimeter bis wenige Quadratdezimeter beträgt. Andere Ausgestaltungen sind möglich.
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Unter dem besagten eingeschränkten Winkelbereich ist allgemein ein Winkelbereich vor dem Bildschirm zu verstehen, der kleiner als der Halbraum ist. Vorteilhaft handelt es sich um einen eingeschränkten Winkelbereich, der im Abstand von 0,3m bis etwa 1,2m einem ausgewählten Betrachter in Richtung parallel zur Verbindungslinie seiner Augen etwa zwei bis drei Kopfbreiten Bewegungsfreiheit erlaubt. (Unter vielen Anwendungsfällen entspricht dies der horizontalen Richtung.)
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Dies wird erreicht, indem der eingeschränkte Winkelbereich in Richtung parallel zur Verbindungslinie der Augen des ausgewählten Betrachters etwa +/-30° oder besser +/-20° Grad, ggf. auch weniger, um eine wählbare Vorzugsrichtung (beispielsweise der Mittelsenkrechten auf den Bildschirm 1) beträgt. Vorteilhaft ist der eingeschränkte Winkelbereich auch in Richtung senkrecht zur Verbindungslinie der Augen des ausgewählten Betrachters (in der Regel als der vertikalen Richtung) eingeschränkt, beispielsweise auf +/-20°, bevorzugt auf +/-10°, ggf. auch weniger, um eine wählbare Vorzugsrichtung (beispielsweise der Mittelsenkrechten auf die Bildwiedergabeeinrichtung). Dies ist hilfreich, damit nicht oberhalb des Kopfes des ausgewählten Betrachters das dargestellte Bild abfotografiert werden kann.
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In Richtungen, die nicht auf eines oder beide Augen des ausgewählten Betrachters gerichtet sind, und die innerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs liegen, kann optional ein schwarzes oder graues Bild sichtbar sein.
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Bevorzugt gilt, der dass der ausgewählte Betrachter vor dem Bildschirm diejenige Person mit dem kürzesten Augenabstand zum Bildschirm ist, was durch die besagten Mittel zum Tracking der Augen festgestellt werden kann. Sollten zwei Betrachter gleich weit entfernt sein, kann so lange ein schwarzer Bildinhalt angezeigt, bis eine Person näher am Bildschirm befindlich ist. Diese Person wird dann zum ausgewählten Betrachter gewählt.
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Das darzustellende Bild kann Standbilder und/oder Bewegtbilder (Video) und/oder Text beinhalten. Ferner kann das darzustellende Bild zweidimensional oder dreidimensional (mit oder ohne 3D-Brille) wiedergegeben werden. Für eine dreidimensionale Darstellung ohne Brille kann hier vorteilhaft genutzt werden, dass die Bildwiedergabeeinrichtung optional zwei verschiedene Bilder (beispielsweise zwei perspektivisch leicht versetzte Aufnahmen der gleichen Szenerie) in zwei verschiedene Richtungen R1, R2, ... abbildet, so dass beide Betrachteraugen des ausgewählten Betrachters jeweils zwei verschiedenen Bilder sehen, wodurch ein räumlicher Eindruck zustande kommt.
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Bei der Bildwiedergabeeinrichtung handelt es sich beispielsweise um ein LCD-Panel, ein OLED-Panel oder eine beliebige andere Art von Displaypanel. Diese umfasst selbstredend auch eine elektronische Ansteuerung, um das darzustellende Bild auf der Bildwiedergabeeinrichtung wiederzugeben, wobei diese Ansteuerung elektronisch mit den Mitteln zum Tracking gekoppelt ist.
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Weiterhin kann der Bildschirm einen winkelbeschränkenden Lichtfilter enthalten, wodurch sie, bis auf eine wählbare Toleranz (von z.B. 5% bis 10% der gesamten Lichtmenge), Licht lediglich in den eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt.
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Als winkelbeschränkender Lichtfilter kommen beispielsweise Lamellenfilter in Frage, wie etwa aus der Produktreihe „VCF“ von der Firma ShinEtsu, oder auch optische Elemente bzw. Lichtfilter, wie in der
DE102020008055 A1 oder der
DE102020006110 B3 beschrieben.
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Überdies ist es denkbar, dass die Wirkung des winkelbeschränkenden Lichtfilters ein- und ausschaltbar ist. Beispiele hierfür sind in der vorgenannten
DE102020006110 B3 , in der
DE102020006442 B3 oder in der
WO2021032735 A1 offenbart. Es können jedoch auch andere technische Umsetzungen zur Anwendung kommen.
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Wenn die Bildwiedergabeeinrichtung transmissiver Art ist, also insbesondere aus einem LCD-Panel besteht, dann kann sie vorteilhaft ferner eine Hintergrundbeleuchtung enthalten, deren Licht zu mindestens 80%, bevorzugt zu mindestens 90% oder sogar zu 95%, in den besagten eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt wird.
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Dies lässt sich beispielsweise umsetzen, indem ein winkelbeschränkender Lichtfilter in oder auf der Hintergrundbeleuchtung angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch eine solche Hintergrundbeleuchtung per optischem Design so ausgelegt sein, dass ihr Licht zu den genannten Prozentsätzen in den besagten eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt wird. Derartige fokussierte Hintergrundbeleuchtungen sind im Stand der Technik bekannt.
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Darüber hinaus kann es für besondere Anwendungsfälle sinnvoll sein, wenn die Hintergrundbeleuchtung zwischen mindestens zwei Betriebsarten umschalten kann, wobei in der einen Betriebsart das Licht der Hintergrundbeleuchtung zu mindestens 80%, bevorzugt zu mindestens 90%, in den besagten eingeschränkten Winkelbereich abgestrahlt wird, und wobei in der anderen Betriebsart das Licht der Hintergrundbeleuchtung zu mehr als 20% außerhalb des besagten eingeschränkten Winkelbereichs abgestrahlt wird. Die andere Betriebsart würde es dann erlauben, die Bildinhalte (also das jeweils darzustellende Bild) wahlweise mit anderen Personen, die nicht dem ausgewählten Betrachter entsprechen, visuell zu teilen.
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Beispielhafte Ausgestaltungen für derartige Hintergrundbeleuchtungen sind der
US 9,881,531 B2 , der
US 10,768,355 B2 ,
US 10,712,488 B2 und der
US 10,838,133 B2 der Anmelderin zu entnehmen.
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Vorteilhaft enthält der Bildschirm weiterhin ein optisches Element zur Lichtrichtung, welches beispielsweise ein Linsenraster, einen Barriereschirm, ein Hologramm, ein Beugungsgitter und/oder einen Lentikularschirm, ist, vermittels dessen das darzustellende Bild wahlweise in mindestens zwei Richtungen R1, R2, ..., bevorzugt in als zwei mehr Richtungen, abgebildet werden kann.
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Etwa im Falle von Lentikularschirmen oder Barriereschirmen wird in der Ansteuerelektronik der Bildwiedergabeeinrichtung eine Vorschrift zur Ansteuerung der Bildelemente verwendet, die darauf aufbaut, dass bestimmte Bildelemente aufgrund des genannten optischen Elements nur aus bestimmten Richtungen sichtbar sind. Dies ist dem Fachmann hinlänglich bekannt und wird z.B. beschrieben in den Dokumenten
EP 0791847 A1 und
US 5,936,607 A.
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Alternativ ist es möglich, dass es sich bei der Bildwiedergabeeinrichtung um einen LightField-Bildschirm handelt. In diesem Fall wird die Umsetzung eines eingeschränkten Winkelbereichs bzw. die Darstellung eines Bildes in mindestens zwei (verschiedene) Richtungen realisiert, indem nur Lichtrichtungen mit Licht beaufschlagt werden, welche innerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs liegen.
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Alternativ ist es hier jedoch ebenfalls möglich, durch einen (wie einen vorstehend genannten) winkelbeschränkenden Lichtfilter die Lichtausbreitungsrichtungen fest einzuschränken. Wichtig bleibt aber auch hier die Ausgestaltung mit den Mitteln zum Tracking und den weiteren erfindungstypischen Merkmalen, um den gewünschten Effekt zu erzielen, nämlich dass ein Betrachter, der nicht der ausgewählte Betrachter ist, aus allen Richtungen eine möglichst schlechte Sicht auf die Bildwiedergabeeinrichtung hat, d.h. nur sehr wenig Helligkeit im Vergleich zur Peakhelligkeit wahrnehmen kann.
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Es ist ferner hilfreich, wenn die Bildwiedergabeeinrichtung über einen Umgebungslichtsensor verfügt, welcher die Intensität des Umgebungslichtes detektiert. Für den Fall von Tageslicht in der Umgebung des Bildschirms kann die Bildwiedereingabeeinrichtung mit hoher Peakhelligkeit betrieben werden, also beispielsweise mit 150 cd/m2, 300 cd/m2 oder mehr.
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Für den Fall einer gedimmten Umgebung, etwa im Zimmer bei Nacht mit geringer Umgebungshelligkeit, sollte die Bildwiedergabeeinrichtung auch in ihrer Peakhelligkeit reduziert werden. Je nach Umgebungslichtverhältnissen kann dann die Peakhelligkeit jeweils 100 cd/m2, 50 cd/m2 oder sogar nur 10 cd/m2 betragen. Diese Werte sind nur beispielhaft; andere Werte sind selbstverständlich möglich.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung detektieren die Mittel zum Tracking der Augenposition des ausgewählten Betrachters mittels Bilderkennungsalgorithmen weiterhin, wenn eine Kamera und/oder eine Kameralinse innerhalb des besagten eingeschränkten Winkelbereichs angeordnet ist. Diese würde als Versuch gewertet, den dargestellten Bildinhalt abzufotografieren. In diesem Falle würde die Bildwiedergabeeinrichtung so gesteuert, dass diese einen vordefinierten (unkritischen) Bildinhalt, vorzugsweise in jede der mindestens zwei Richtungen R1, R2, ... einen schwarzen Bildinhalt oder einen Hinweistext, anzeigt.
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Weiterhin ist es günstig, wenn jeweils zwei nächstbenachbarte der Richtungen R1, R2, ..., gemessen in einer Ebene durch die Mittelsenkrechte der Bildwiedergabeeinrichtung, höchstens um 8 Grad zueinander gedreht sind. Somit kann etwa sichergestellt werden, dass ein ausgewählter Betrachter in 50cm Abstand vor der Bildwiedergabeeinrichtung mit einem Auge eine erste der beiden besagten nächstbenachbarten Richtungen R(x), R(x+1) und mit dem anderen Auge die zweite der beiden besagten nächstbenachbarten Richtungen R(x), R(x+1) sehen kann, während eine übernächste Richtung R(x-1) oder R(x+2) bereits am Kopf des ausgewählten Betrachters vorbeigeht und vorzugsweise mit einem schwarzen Bild bespielt wird.
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Bevorzugt erfassen die Mittel zum Tracking der Augenposition eines ausgewählten Betrachters vor dem Bildschirm die Positionen beider Augen des ausgewählten Betrachters in drei Dimensionen. Somit ist eine besonders feine Abstimmung der Richtungen R1, R2, ... auf die Augen des ausgewählten Betrachters möglich.
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Die Erfindung umfasst auch die Verwendung eines Bildschirms nach einem der vorgenannten Ansprüche in einem Videokonferenzsystem, vorzugsweise in einem Ende-zu-Ende-verschlüsselten Videokonferenzsystem, oder zur sicheren visuellen Datenwiedergabe und/oder Dateneingabe.
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Grundsätzlich bleibt die Leistungsfähigkeit der Erfindung erhalten, wenn die vorbeschriebenen Parameter in bestimmten Grenzen variiert werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale zeigen, näher erläutert. Es zeigt
- 1 eine Prinzipskizze eines Bildschirms, der Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich abstrahlt, sowie
- 2 eine Prinzipskizze zu einem beispielhaften Aufbau eines solchen Bildschirms.
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Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und geben lediglich Prinzipdarstellungen wieder.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist eine Prinzipskizze eines Bildschirms, der Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich W abstrahlt, dargestellt.
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Dieser beispielhafte Bildschirm, umfasst
- - eine Bildwiedergabeeinrichtung 1, welche mindestens ein darzustellendes Bild wahlweise in mindestens zwei voneinander verschiedene Richtungen R1, R2, ... abbilden kann, und welche Licht in einen eingeschränkten Winkelbereich W abstrahlt, wobei die mindestens zwei Richtungen R1, R2, ... innerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs W liegen, und wobei außerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs W höchstens fünf Prozent der maximalen Peakhelligkeit, welche in eine der mindestens zwei Richtungen R1, R2, ... abgestrahlt wird, wahrnehmbar ist,
- - mit der Bildwiedergabeeinrichtung 1 elektronisch gekoppelte Mittel (welche zeichnerisch nicht dargestellt sind) zum Tracking der Augenposition eines ausgewählten Betrachters 3 vor dem Bildschirm und zum entsprechenden Anpassen (d.h. Nachführen) der Richtung oder Richtungen R1, R2, ... , in welche Licht abgestrahlt wird, wodurch das darzustellende Bild auch bei Bewegung des Betrachters 3 innerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs W bis auf eine wählbare Toleranz (die Toleranz kann beispielsweise +/- 1°, 2°, 3°, 4° oder mehr in einer wählbaren Messebene, die den eingeschränkten Winkelbereich schneidet, betragen) mit seiner Peakhelligkeit in Richtung eines oder beider Augen des ausgewählten Betrachters 3 abgestrahlt wird, (und vorzugsweise in andere Richtungen R(X),..., die nicht auf die Augen des ausgewählten Betrachters 3 gerichtet sind, und die sich innerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs W befinden, mit höchstens zehn Prozent der Peakhelligkeit abgestrahlt wird),
- - so dass aufgrund des besagten eingeschränkten Winkelbereichs W kein weiterer Betrachter 6, 7 der sich außerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs W aufhält, das darzustellende Bild mit mehr als 5 Prozent der für den ausgewählten Betrachter 3 maximal wahrnehmbaren Peakhelligkeit sieht,
- - und so dass ein innerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs W befindlicher weiterer Betrachter 4, 5 (sofern vorhanden) aufgrund der Ausrichtung des darzustellenden Bildes mit seiner Peakhelligkeit auf ein Auge oder beide Augen des besagten ausgewählten Betrachters 3 ebenfalls das darzustellende Bild nur mit einer Helligkeit von höchstens zehn Prozent (welcher vorteilhaft weniger als 8%, bevorzugt kleiner als 5%, besonders bevorzugt kleiner als 2% beträgt) der für den ausgewählten Betrachter 3 maximal wahrnehmbaren Peakhelligkeit sieht.
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Eine Richtung R1, R2, ... entspricht dabei einer Richtung, welche in den dreidimensionalen Raum vor der Bildwiedergabeeinrichtung 1 gerichtet ist, wobei eine leichte Divergenz möglich ist, d.h. es kann sich bei einer Richtung R1, R2, ... etc. beispielsweise um einen schmalen Raumwinkel handeln, dessen Schnittfläche mit einer Ebene, welche durch beide Augen und die Mundspitze des ausgewählten Betrachters 3 verläuft, wenige oder einige Quadratzentimeter bis wenige Quadratdezimeter beträgt. Andere Ausgestaltungen sind möglich.
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Das entsprechende Anpassen (d.h. Nachführen) der Richtung oder Richtungen R1, R2, ... , in welche Licht abgestrahlt wird, entsprechend der getrackten Augenposition des ausgewählte Betrachters 3 kann insbesondere derart stattfinden, dass bei Bewegung des ausgewählten Betrachters 3 die mit Licht beaufschlagten Richtungen geändert werden. In 1 zeigt beispielsweise jede der Richtungen R1 und R2 auf je ein Auge des ausgewählten Betrachters 3. Würde sich der Betrachter 3 jedoch (in Blickrichtung auf die Zeichnung 1) nach links bewegen, was zeichnerisch nicht dargestellt ist, so könnten an einer bestimmen Stelle die Richtungen R1 und R3 auf die Augen des ausgewählten Betrachters 3 gerichtet sein. Umgekehrt wären bei Bewegung nach rechts an einer bestimmten Position potenziell die Richtungen R2 und R4 passend, um die Augen des ausgewählten Betrachters 3 mit Licht zu beaufschlagen, und ihm somit den dargestellten Bildinhalt wahrnehmbar darzubieten. In der Realität können einige (z.B. 5, 7, 8, 9) bis etliche (z.B. 20, 25 oder mehr) Richtungen R1, R2, ... nutzbar sein, je nach Ausgestaltung der Erfindung.
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Dass ein innerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs W befindlicher weiterer Betrachter 4 und/oder 5 (sofern vorhanden; in 1 sind diese beispielhaft eingezeichnet) aufgrund der Ausrichtung des darzustellenden Bildes mit seiner Peakhelligkeit auf ein Auge oder beide Augen des besagten ausgewählten Betrachters 3 ebenfalls das darzustellende Bild nur mit einer Helligkeit von höchstens zehn Prozent (welcher vorteilhaft weniger als 8%, bevorzugt kleiner als 5%, besonders bevorzugt kleiner als 2% beträgt) der für den ausgewählten Betrachter 3 maximal wahrnehmbaren Peakhelligkeit sieht, ist dadurch begründet, dass auch innerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs W aufgrund des Trackings der Augenposition eines ausgewählten Betrachters 3 vor dem Bildschirm und dem entsprechenden Anpassen (d.h. Nachführen) der Richtung oder Richtungen R1, R2, ... , in welche Licht abgestrahlt wird, nur wenig Licht (wie beschrieben höchstens zehn Prozent der Peakhelligkeit) in andere Richtungen als die Richtungen R1 und R2 abgestrahlt wird. Daher sind auch in 1 die Richtungen R3 und R4 gestrichelt dargestellt, weil in diese Richtungen nur Licht mit höchstens zehn Prozent, bevorzugt weniger Prozent, der Peakhelligkeit abgestrahlt werden.
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Damit geht einher dass in Richtungen R(X), R(X+1),... , die nicht auf eines oder beide Augen des ausgewählten Betrachters 3 gerichtet sind, und die dennoch innerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs W liegen, optional ein schwarzes oder graues Bild sichtbar sein kann.
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Es ist optional jedoch auch möglich, in solche Richtungen ein weißes Bild oder ein helles Bild mit zufälligen Bildinhalten abzustrahlen, welches nur zu höchstens zehn Prozent Information des für den ausgewählten Betrachter 3 dargestellten Bildinhaltes enthält. Diese höchstens zehn Prozent (bevorzugt weniger) sind nicht absichtlich vorhanden, sondern technisch bedingt, weil oftmals die Kanaltrennung zwischen Richtungen R1, R2, ... optisch nicht perfekt funktioniert. Jedenfalls würde ein solches weißes oder „zufälliges“ helles Bild ein Abfotografieren oder Ausspähen der dargestellten Bildinformation aufgrund der Überstrahlung noch erschweren.
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Unter dem besagten eingeschränkten Winkelbereich W ist allgemein ein Winkelbereich vor dem Bildschirm zu verstehen, der kleiner als der Halbraum ist. Vorteilhaft handelt es sich um einen eingeschränkten Winkelbereich W, der im Abstand von 0,3m bis etwa 1,2m einem ausgewählten Betrachter 3 in Richtung parallel zur Verbindungslinie seiner Augen etwa zwei bis drei Kopfbreiten Bewegungsfreiheit erlaubt. (Unter vielen Anwendungsfällen entspricht dies der horizontalen Richtung.)
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Dies wird beispielsweise erreicht, indem der eingeschränkte Winkelbereich W in Richtung parallel zur Verbindungslinie der Augen des ausgewählten Betrachters etwa +/-30° oder besser +/-20° Grad, ggf. auch weniger, um eine wählbare Vorzugsrichtung (beispielsweise der Mittelsenkrechten auf den Bildschirm 1) beträgt.
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Vorteilhaft ist der eingeschränkte Winkelbereich W auch in Richtung senkrecht zur Verbindungslinie der Augen des ausgewählten Betrachters (in der Regel als der vertikalen Richtung) eingeschränkt, beispielsweise auf +/-20°, bevorzugt auf +/-10°, ggf. auch weniger, um eine wählbare Vorzugsrichtung (beispielsweise der Mittelsenkrechten auf den Bildschirm 1). Dies ist hilfreich, damit nicht oberhalb des Kopfes des ausgewählten Betrachters 3 das dargestellte Bild abfotografiert werden kann.
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Bevorzugt gilt, der dass der ausgewählte Betrachter 3 vor dem Bildschirm diejenige Person mit dem kürzesten Augenabstand zum Bildschirm ist, was durch die besagten Mittel zum Tracking der Augen festgestellt werden kann. Sollten zwei Betrachter gleich weit entfernt sein, kann so lange ein schwarzer Bildinhalt angezeigt, bis eine Person näher am Bildschirm befindlich ist. Diese Person wird dann als ausgewählter Betrachter 3 behandelt.
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Das darzustellende Bild kann Standbilder und/oder Bewegtbilder (Video) und/oder Text beinhalten.
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Bei der Bildwiedergabeeinrichtung 1 handelt es sich beispielsweise um ein LCD-Panel, ein OLED-Panel oder eine beliebige andere Art von Displaypanel. Diese umfasst selbstredend auch eine elektronische Ansteuerung, um das darzustellende Bild auf der Bildwiedergabeeinrichtung 1 wiederzugeben, wobei diese Ansteuerung elektronisch mit den Mitteln zum Tracking gekoppelt ist.
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Die 2 zeigt eine Prinzipskizze zu einem beispielhaften Aufbau eines beispielhaften, in Rede stehenden Bildschirms.
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Zu sehen ist unter anderem eine Bildwiedergabeeinrichtung 1, beispielsweise ein LCD- oder OLED-Panel. Der Bildschirm enthält hier noch einen winkelbeschränkenden Lichtfilter 8, wodurch vom Bildschirm, bis auf eine wählbare Toleranz (von z.B. 5% bis 10% der gesamten Lichtmenge), Licht lediglich in den eingeschränkten Winkelbereich W abstrahlt. Zu erkennen ist, dass etwa vorhandene Richtungen R5 bis R9 der Lichtabstrahlung nicht alle im eingeschränkten Winkelbereich W liegen, vielmehr gelangt Licht der Richtungen R8 und R9 nicht (oder nahezu nicht) außerhalb des eingeschränkten Winkelbereichs W, weil der winkelbeschränkende Lichtfilter 8 wirksam ist. (Unzulänglichkeiten des winkelbeschränkenden Lichtfilters 8 werden in der Realität immer höchstes wenige Prozent Licht durchlassen, was aber für die Funktion des Bildschirms nicht von Belang ist, weil dieser Effekt durch die Verwendung der Mittel zum Tracking überkompensiert wird.)
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Als winkelbeschränkender Lichtfilter 8 kommen beispielsweise Lamellenfilter in Frage, wie etwa aus der Produktreihe „VCF“ von der Firma ShinEtsu, oder auch optische Elemente bzw. Lichtfilter, wie in der
DE102020008055 A1 oder der
DE102020006110 B3 beschrieben.
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Weiterhin enthält der beispielhafte Bildschirm gemäß 2 ein optisches Element 2 zur Lichtrichtung. In diesem Beispiel handelt es sich um ein Linsenraster als optisches Element 2, vermittels dessen das darzustellende Bild wahlweise in mindestens zwei Richtungen R1, R2, ..., (bzw. gemäß der Darstellung R5 bis R9, was die Allgemeinheit nicht beschränkt) abgebildet werden kann.
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In der Ansteuerelektronik der Bildwiedergabeeinrichtung 1 wird eine Vorschrift zur Ansteuerung der Bildelemente verwendet, die darauf aufbaut, dass bestimmte Bildelemente der Bildwiedergabeeinrichtung 1 aufgrund des genannten optisches Elements 2 nur aus bestimmten Richtungen sichtbar sind. Dies ist dem Fachmann hinlänglich bekannt und wird z.B. beschrieben in den Dokumenten
EP 0791847 A1 und
US 5,936,607 A.
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Weiterhin ist es günstig, wenn jeweils zwei nächstbenachbarte der Richtungen R1, R2, ..., gemessen in einer Ebene durch die Mittelsenkrechte der Bildwiedergabeeinrichtung 1, höchstens um 8 Grad zueinander gedreht sind. Somit kann etwa sichergestellt werden, dass ein ausgewählter Betrachter 3 in 50cm Abstand vor der Bildwiedergabeeinrichtung 1 mit einem Auge eine erste der beiden besagten nächstbenachbarten Richtungen R(x), R(x+1) und mit dem anderen Auge die zweite der beiden besagten nächstbenachbarten Richtungen R(x), R(x+1) sehen kann, während eine übernächste Richtung R(x-1) oder R(x+2) bereits am Kopf des ausgewählten Betrachters 3 vorbeigeht und vorzugsweise mit einem schwarzen Bild bespielt wird.
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Bevorzugt erfassen die Mittel zum Tracking der Augenposition eines ausgewählten Betrachters 3 vor dem Bildschirm die Positionen beider Augen des ausgewählten Betrachters 3 in drei Dimensionen. Somit ist eine besonders feine Abstimmung der Richtungen R1, R2, ... auf die Augen des ausgewählten Betrachters 3 möglich.
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Die Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind vielseitig.
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Insbesondere ist es unter im Stand der Technik üblichen optischen Parametern nicht möglich, bei richtungsselektiven Displays, welche auf Basis von Lentikular- oder Barriereschirmen arbeiten, eine Wiederholung von Betrachtungszonen zu vermeiden. Typischerweise wiederholt sich die erste Ansicht bei seitlicher Bewegung eines Betrachterauges vor einem solchen Display, wenn die gesamte Anzahl von Ansichten optisch durchlaufen wurde. Somit ist der gewünschte Sicherheitseffekt, dass wirklich nur ein ausgewählter Betrachter die dargebotenen Bildinhalte wahrnehmen kann, nicht erreichbar. Vielmehr sind im Stand der Technik die Bildinhalte selbst bei Verwendung eines Trackingmechanismus fotografierbar, weil kein allgemeiner eingeschränkter Winkelbereich vorliegt. Die vorliegende Erfindung erzeugt demgegenüber eine suffiziente Abhilfe dieses Problems.
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Auch ein im Stand der Technik bekannter Lightfield-Bildschirm beaufschlagt typischerweise den Halbraum oder zumindest einen großen Winkelbereich mit Licht. Erst die Integration mit den erfindungstypischen Merkmalen erlaubt es, diesen mit dem gewünschten Sicherheitseffekt zu betreiben.
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Der vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Bildschirm löst die gestellte Aufgabe: Es wurde ein Bildschirm beschrieben, mit welchem eine sichere Darstellung von Informationen innerhalb eines eingeschränkten Betrachtungswinkels realisiert werden kann, wobei der Sichtschutzeffekt derart ausgeprägt ist, dass selbst ein Blick über die Schulter des autorisierten Betrachters den Bildinhalt nicht oder zumindest nicht leicht wahrnehmbar preisgibt. Ein Abfotografieren des Bildinhalts ist nicht möglich oder wird zumindest sehr stark erschwert.
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Die vorangehend beschriebene Erfindung kann vorteilhaft überall da angewendet werden, wo vertrauliche Daten angezeigt und / oder eingegeben werden, wie etwa bei Videokonferenzsystemen, der PIN-Eingabe oder zur Datenanzeige an Geldautomaten oder Zahlungsterminals sowie zur Passworteingabe oder beim Lesen von Emails auf mobilen Geräten. Die Erfindung kann auch im PKW angewendet werden, um eine Fahrerablenkung zu vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5956107 A [0002]
- CN 107734118 A [0003]
- US 2007030240 A1 [0004]
- CN 1987606 A [0005]
- US 20180267344 A1 [0006]
- US 20070008456 A1 [0007]
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