DE4114023A1 - Bildschirm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bildschirm mit durch Elektronenstrahlern erzeugten Leuchtstreifen die durch insbesondere eine Schlitzmaske hindurch auf eine Frontscheibe treffen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Bildschirm so aufzubauen und anzusteuern, daß eine stereoskope Betrachtung ohne zusätzliche Hilfmittel ermöglicht wird.

Bildschirme der eingangs genannten Art sind bekannt; sie erlauben jedoch nur durch zusätzliche Hilfsmittel wie Brillen eine stereoskope Betrachtung der auf dem Bildschirm dargestellten Bilder. Die Verwendung von Brillen ist umständlich und erfordert vom Betrachter auch eine gewisse Gewöhnungsphase.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Frontscheibe Mittel zur Sichtbarmachung einzelner Bildpunkte für das jeweilige Auge des Betrachters aufweist. Den Elektronenstrahlern, die auf einem Farbbildschirm rote, grüne und blaue Leuchtstreifen übereinander erzeugen, werden wechselweise die Bilder eines Gegenstandes zugeführt, der bei Betrachtung durch zwei Kameras, von jeder Kamera unter einem anderen Winkel erfaßt wird. Das heißt, dem Bildschirm insgesamt wird wechselweise die Farbinformation dieses darzustellenden Gegenstandes, aufgenommen durch zwei Kameras, zugeführt. Dabei können zwei unterschiedliche Perspektiven eines Gegenstandes, wie beispielsweise in der Computertomographie, auch berechnet werden, so daß sie den stereoskopen Blickwinkeln für die betrachtenden Augen vor dem Bildschirm entsprechen.

Das stereoskope Sehen ist für den Betrachter dann möglich, wenn die in dem jeweiligen rechten und linken Kanal erzeugten Bildpunkte jeweils nur von einem Auge sichtbar sind. Das heißt, daß jedem Auge Bildinformationen einer Kamera, bzw. einer Perspektive, zugänglich gemacht werden, die den Gegenstand unter einem jeweils anderen Betrachtungswinkel erfaßt, als die andere Kamera.

Die Position des Betrachters kann dabei von einer Sensoreinheit (beispielsweise Ultraschall- oder Infrarotsensor) erfaßt und einem Rechner, der die rechte und linke Perspektive ermittelt, mitgeteilt werden, so daß dieser die für eine veränderte Position des Betrachters veränderten Perspektiven ohne merkbare Rechnerverzögerung ausgibt.

Dadurch entsteht für den Betrachter der Eindruck, daß der dargestellte Gegenstand tatsächlich im Gerät vorhanden ist und von unterschiedlichen Betrachtungsrichtungen nach Wunsch angesehen werden kann. Es wird also die Qualität wie bei einer Farbholographie erreicht.

Wurden beispielsweise die dreidimensionalen Konturen eines Gegenstandes (z. B. Tumorgewebe) durch einen Computer ermittelt, so wird mittels eines Echtzeitvideocomputers, der der durch die Sensoreinheit erkannten Betrachterposition entsprechende rechte und linke Bildperspektive unmerklich verzögert ausgegeben, so daß sich für die beiden Augen des Betrachters der Gegenstand vor dem Bildschirm darstellt, als ob sich der Gegenstand im Bildschirm in drei Dimensionen befinden würde.

Dabei kann sich die virtuelle Position des Gegenstandes sowie vor als auch hinter der eigentlichen Bildschirmoberfläche befinden.

Dies ist eine vor allem für die Medizintechnik interessante, wichtige und bislang unbekannte vollstereoskope Darstellung, durch die die Prognosesicherheit erhöht und die Form- und Ortsbestimmung visuell wesentlich verbessert wird.

Nach einer Ausführungsform sind die Mittel zur Sichtbarmachung einzelner Bildpunkte auf der Frontscheibe angeordnete vertikale Balken. Durch diese Balken wird für ein Auge genau der Bildpunkt abgedeckt, der in diesem Moment für das andere Auge sichtbar ist. Hierbei entspricht zum einen der Abstand der Balken zueinander in etwa dem Abstand der Bildpunkte, zum anderen ist die Breite des Balkens so gewählt, daß sie in etwa dem Durchmesser eines Bildpunktes entspricht.

Eine zweite Ausführungsform zeichnet sich durch in Längsrichtung prismenförmig ausgebildete oder gewölbte Linsen aus, die auf dem Bildschirm angeordnet sind. Auch hierbei entspricht die halbe Breite bei prismenförmig ausgebildeten und die gesamte Breite bei gewölbten Linsen in etwa dem Durchmesser eines Bildpunktes.

Durch diese Linsen wird der Sehstrahl derart abgelenkt, daß für das jeweilige Auge nur ein bestimmter Bildpunkt sichtbar ist, wie es vom Prinzip her bereits zu dem Bildschirm beschrieben worden ist, der senkrechte Balken aufweist.

Nach einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung weist die Maske horizontal verlaufende Schlitze auf. Bei Verwendung einer Maske ohne horizontal verlaufende Schlitze, sondern mit vertikal verlaufenden Schlitzen oder mit Löchern, ist eine stereoskope Betrachtungsweise nur möglich, wenn sich der Betrachter in einem ganz bestimmten Winkel und Abstand zum Bildschirm befindet. Ändert sich der Blickwinkel, so werden rechte und linke Bilder vermischt.

Mit den Mitteln der senkrechten Linsen bzw. Schattenbalken und waagerechten Schlitzmasken allein ist jedoch die gestellte Aufgabe noch nicht befriedigend lösbar, da Elektronenstrahlkonvergenztoleranzen und Temperaturabhängigkeiten die erforderliche Ansteuergenauigkeit der Bildpunkte in der horizontalen Position nicht gewährleisten.

Deshalb kommen in der Ausgestaltung noch zwei Merkmale hinzu:
1. die adaptive Erfassung der Position des Betrachters (Entfernung und Winkel vor dem Bildschirm) und Auswertung für die richtige Ansteuerung der horizontalen Bildpunktlagen und
2. die Messung und Regelung der Auftreffpunkte der Elektronenstrahlen und deren Zuordnung zu den Bildpunkten am Rande des Bildschirmes.

Die Meßpunkte können durch kleine Elektroden ausgebildet sein. Andernfalls würden bereits geringfügige Spannungs- und Temperaturschwankungen den Stereoeffekt durch Vermischen der rechten und linken Bilder für den Betrachter zunichte machen.

Durch die neuartige Maske kann in Verbindung mit der Sensoreinheit, mit dessen Hilfe die Stellung des Betrachters zum Bildschirm ermittelbar ist und mit einer Steuereinheit, die die Helligkeit der über den Bildschirm horizontal verlaufenden Bildpunkte in Abhängigkeit von der Stellung des Betrachters steuert, eine automatische Adaption an die jeweilige Stellung des Betrachters in Bezug auf den Bildschirm erfolgen. Bei einer bestimmten vorher festgelegten Betrachterposition erfolgt die Umschaltung auf Stereobetrieb, ohne daß die vertikale Feinposition eingestellt werden müßte. In diesem Fall reicht auch als Maske eine orthogonale Lochmaske aus.

Fig. 1 zeigt einen Fernsehapparat mit Sensoreinheit;

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Leuchtschirms;

Fig. 3 zeigt den Strahlengang eines Augenpaares bei Betrachtung eines mit prismenförmigen Linsen versehenen Bildschirmes;

Fig. 4 zeigt das Prinzip der Abdeckung jeweils eines Bildpunktes für ein Auge;

Fig. 5 zeigt die Anordnung von Schattenbalken auf einer Bildschirmscheibe;

Fig. 6 zeigt den Strahlengang eines Augenpaares bei Betrachtung eines mit gewölbten Linsen versehenen Bildschirmes.

Der prinzipielle Aufbau eines Leuchtbildschirmes ergibt sich aus Fig. 2; jeweils sind mit 1, 2 und 3 die zur Erstellung eines Farbbildes erforderlichen Elektronenstrahler für die drei Grundfarben rot, grün und blau bezeichnet. Diese vorzugsweise übereinander angeordneten Elektronenstrahler 1, 2 und 3 erzeugen durch ihre jeweiligen Strahlen 1a, 2a, 3a, die durch die Schlitze 4a der Schlitzmaske 4 hindurchgeführt werden, auf der Frontscheibe des Bildschirms 5 Punkte unterschiedlicher Helligkeit bzw. Intensität, wodurch sich für den Betrachter aufgrund der unterschiedlichen Helligkeit der einzelnen Bildpunkte ein Bild ergibt.

Ist der Bildschirm mit in senkrechter Richtung sich über den Bildschirm erstreckenden prismenförmigen Streifenlinsen 8a ausgerüstet (Fig. 3), so ergibt sich für das menschliche Augenpaar, in Fig. 3 mit 6, 7 bezeichnet, daß sich der Sehstrahl bei Durchqueren der Linsenschicht 8 derart aufteilt, daß jedem Auge jeweils ein Bildpunkt 9, 10 zugeordnet wird, den dieses Auge auch aufgrund der Brechung der Sehstrahlen an der Linsenoberfläche auf dem Bildschirm 5 erkennt. Die Brechung erfolgt hierbei auf der halben Linsenbreite, wobei die gesamte Linsenbreite mit 8b bezeichnet ist. Das gleiche Prinzip ist Fig. 6 entnehmbar; im Unterschied zu der in Fig. 3 dargestellten prismenförmigen Linsenschicht sind hier die Linsen der Linsenschicht gewölbt ausgebildet. Für die Brechung ist hierbei die volle Breite 8b einer gewölbten Linse erforderlich. Das heißt, daß die Linsenbreite bei beiden Ausführungsformen unterschiedlich ist.

Das gleiche Prinzip ergibt sich, wenn der Bildschirm mit sogenannten Schattenbalken 11 versehen ist (Fig. 4, Fig. 5). Diese Schattenbalken 11 haben keine andere Aufgabe, als jeweils einen Bildpunkt 9, 10 für jeweils ein Auge 6, 7 abzudecken, wie dies in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Der jeweilige Bildpunkt 9, 10 repräsentiert hierbei die Bildinformation eines von zwei Kameras mit leicht unterschiedlichem Blickwinkel aufgenommenen Gegenstandes.

Es ist unmittelbar einsichtig, daß das Prinzip des stereoskopen Sehens sowohl mit auf der Frontschale angeordneter sich über den Bildschirm vertikal erstreckender Linsen als auch mit Schattenbalken nur dann möglich ist, wenn der Betrachter sich in einer bestimmten Stellung zum Bildschirm befindet.

Hieraus folgt, daß die durch die Elektronenstrahler auf der Frontschale generierten Bildpunkte in Abhängigkeit von dem Blickwinkel des Betrachters auf dem Bildschirm sichtbar erscheinen müssen.

Auf der Vorderseite des Fernsehapparates oder Bildschirmes befindet sich daher eine Sensoreinheit 14 (Fig. 1), bestehend beispielsweise aus zwei Ultraschallsensoren, durch die der Blickwinkel des Betrachters auf dem Bildschirm erfaßt wird. In Abhängigkeit des Blickwinkels des Betrachters auf dem Bildschirm folgt mittels einer Steuereinheit die Steuerung der Elektronenstrahler bezüglich der Intensität der auf dem Bildschirm auftreffenden Strahlen und mithin die Intensität und Lage der einzelnen Bildpunkte.

Claims (13)

1. Bildschirm mit durch Elektronenstrahlern erzeugten Leuchtstreifen, die durch insbesondere eine Schlitzmaske hindurch auf eine Frontscheibe treffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontscheibe (5) Mittel zur Sichtbarmachung einzelner Bildpunkte (9, 10) für das jeweilige Auge (6, 7) des Betrachters aufweist.

2. Bildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel auf der Frontscheibe (5) angeordnete vertikale Balken (11) sind.

3. Bildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel auf dem Bildschirm (5) angeordnete vertikale Linsen (8a) sind.

4. Bildschirm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Balken (11) zueinander dem Abstand zweier Bildpunkte (9, 10) entspricht.

5. Bildschirm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Balken (11) dem Durchmesser eines Bildpunktes (9, 10) entspricht.

6. Bildschirm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (8a) in Längsrichtung prismenförmig ausgebildet sind.

7. Bildschirm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sich vertikal über den Bildschirm erstreckenden Linsen (8a) gewölbt ausgebildet sind.

8. Bildschirm nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite bzw. halbe Breite der Linsen (8a) in etwa dem Durchmesser eines Bildpunktes entspricht.

9. Bildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (4) horizontal verlaufende Schlitze (4a) aufweist.

10. Bildschirm nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Echtzeitvideocomputer, der der durch eine Sensoreinheit (14) erkannten Betrachterposition entsprechenden rechte und linke Bildperspektive unmerklich verzögert ausgibt.

11. Bildschirm nach Anspruch 1 und Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (14), mit dessen Hilfe die Stellung des Betrachters zum Bildschirm ermittelt wird, mit einer Steuereinheit verbunden ist, die die Helligkeit der über den Bildschirm horizontal verlaufenden Bildpunkte in Abhängigkeit von der Stellung des Betrachters steuert.

12. Bildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Meßelektroden am Rande auf der Innenseite des Leuchtschirmes angebracht sind, durch die ein integrierter elektronischer Regler die horizontale Feinposition des Elektronenstrahls fortwährend justiert.

13. Bildschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm nur bei einer vor dem Bildschirm erkannten Betrachterposition auf Stereobetrieb umschaltet, ohne die vertikale Feinposition einstellen zu müssen.