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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 λ/2-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.
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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.
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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 Polorisations-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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Bezugszeichenliste
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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 [0008]
- EP 0595023 B1 [0009, 0025]
- DE 4235753 [0009]
