DE4310678A1 - Teilnehmergerät für Bildfernsprechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Teilnehmergerät für Bildfernsprechen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Teilnehmergerät ist aus der EP 0 309 341 A1 bekannt. Das Gerät hat zwei durch ein Gelenk verbundene Gehäuse, deren eines die Auflage auf einem Tisch bildet und die Schaltung sowie Bedienelemente enthält, während in dem anderen, hochschwenkbaren ein Monitor und eine Kamera untergebracht sind. Zusammengeklappt bilden beide Gehäuse ein kompaktes, quaderförmiges Gerät. Wird das obere Gehäuse um das an der Hinterkante liegende Gelenk aufgeschwenkt, so blickt ein Benutzer auf den nahe der Oberkante einseitig angeordneten Monitor. Unmittelbar daneben ist die Kamera aus Gründen der Raumersparnis um 90° gedreht eingebaut, so daß die vom Benutzer kommenden Lichtstrahlen durch einen vor das Objektiv gesetzten Spiegel umgelenkt werden müssen. Durch Ändern der Neigung des oberen Gehäuses kann das Gerät auf Personen unterschiedlicher Größe ausgerichtet werden.

Außerdem sind Bildtelefone bekannt, bei denen die Parallaxe zwischen Kamera und Bildwiedergabevorrichtung Null ist, weil deren Strahlengänge mit Hilfe von Spiegeln in Bezug auf einen Benutzer vereinigt sind, z. B. aus der DE 36 00 914 A1. Da jedoch der die Strahlen vereinigende Spiegel ein halbdurchlässiger ist, müssen optische Fehler und Lichtverluste hingenommen werden, die naturgemäß an diesem Spiegel sowohl bei Reflexion als auch für die Transmission eintreten. Außerdem werden bei Verwendung großer Bildschirme, z. B. mit einer Bilddiagonalen von 14 Zoll oder mehr, die Abmessungen der teildurchlässigen Spiegel, die ungefähr denen der Bildschirme entsprechen, groß und der Spiegel überproportional teuer. Dadurch werden auch die Gehäuse entsprechend groß und unhandlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein handliches, kompaktes Teilnehmergerät für Bildfernsprechen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem einerseits Lichtverluste durch halbdurchlässige Spiegel vermieden werden, andererseits der Blickkontakt zwischen Gesprächspartnern nicht durch eine störend große Parallaxe beeinträchtigt wird. Gelöst wird diese Aufgabe jeweils in Abhängigkeit von der Größe des verwendeten Bildschirmes und der Brennweite des Kameraobjektivs durch die in einem der Ansprüche angegebenen Merkmale.

Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen beschrieben, deren optisch-geometrische Beziehungen in der Figur der zugehörigen Zeichnung dargestellt sind.

Das Teilnehmergerät ist in der Figur mit 1 bezeichnet. Da die Gestaltung des Gehäuses für die Beschreibung der geometrischen Beziehungen unerheblich ist, ist es nicht eingezeichnet. Videokamera 2 und Bildwiedergabevorrichtung 3 sind schematisch dargestellt.

Die Blickkontaktlinie 4 (Auge-Auge) zwischen einem Benutzer B und einem Gesprächspartner P auf dem Bildschirm der Bildwiedergabevorrichtung 3 ist um einen Winkel γ gegen die Blicklinie 5 zum Objektiv der Videokamera 2 geneigt. Mit der Horizontalen H schließt die Blickkontaktlinie 4 den Winkel p ein. Andererseits ist der Winkel, den die optische Achse 6 der Videokamera 2 mit der Horizontalen H einschließt, mit a bezeichnet. Die Linie F versinnbildlicht die Fokusebene der Videokamera 2, ihre Länge entspricht der Höhe des Bildausschnitts. Die Distanz vom Benutzer B zur Bildebene der Videokamera 2 ist durch den Buchstaben a angegeben.

Die bevorzugte, ergonomisch bequeme Blickrichtung ist um β = 10° zur Horizontalen H geneigt. Sie ist die direkte Linie 4 zwischen den Augen des Benutzers B und den Augen des abgebildeten Gesprächspartners P, und sie repräsentiert damit den angestrebten "Blickkontakt", der ermündungsfrei auch über längere Zeit zu halten ist. Allein durch die Tatsache, daß das Bild der Bildwiedergabevorrichtung 3 meistens eine "Verkleinerung des Partners" darstellt, kommt bereits eine solche abgesenkte Blickrichtung zustande. Bildtelefongeräte mit besonders kleiner Bildwiedergabevorrichtung sollten daher aus ergonomischer Sicht auf einem Stativ oder auf einer Konsole installiert sein, wobei sich die Videokamera dann etwa in der Höhe des Kinns befindet.

Bei bekannten parallaxefreien Bildtelefonen erreicht der Winkel γ zwischen den Linien 4 und 5, der gelegentlich auch mit "Fehlwinkel" bezeichnet wird, den angestrebten Wert von 0°, weil der Blickwinkel mit der Blickkontaktlinie 4 durch die Verwendung eines halbdurchlässigen Spiegels bei exakter Anpassung identisch sein kann. Testergebnisse haben jedoch gezeigt, daß selbst bei einem Fehlwinkel von 8° immerhin noch 85% der Versuchspersonen sich angeschaut fühlten.

Als bestgeeigneter Bildausschnitt ist ein Portrait-Ausschnitt "mit weitreichender Möglichkeit zur Persönlichkeitsdarstellung" ermittelt worden. Bei diesem Bildausschnitt erfaßt die Videokamera 2 mit einer Einstellung den gesamten Oberkörperbereich, so daß außer Mimik auch Gestik, also Hand- und Armbewegungen aller Art, als gewünschte nonverbale Informationen zum Gesprächspartner P übermittelt werden. Dieser Bildausschnitt entspricht bei einer Distanz a = 115 cm einem diagonalen Bildwinkel von etwa 35°; also annähernd einem Objektiv mit einer Brennweite f = 12 mm für derzeit übliche 1/2-Zoll-CCD-Kameras. Die Augenpartie einer einzelnen Person befindet sich dabei etwa in 3/4 der Bildhöhe.

Das Teilnehmergerät ist ein Tischgerät und läßt sich bis zum Rand einer Schreibtischplatte schieben, so daß vor dem Gerät genügend freie Arbeitsfläche verfügbar ist. Dadurch fällt es leicht, für das geplante Gespräch einen geeigneten Platz vor dem Gerät zu finden, damit der Gesprächspartner P ein vorteilhaftes Bild erhält, denn die Videokamera 2 erfaßt die Szene im Bereich von ca. 70 cm × 95 cm. Bei diesem großen Aktionsspielraum kann sich ein Benutzer B nicht nur situationsgerecht bequem einrichten, sondern er kann während des Gesprächs auch einiges durch Gestik verdeutlichen. Selbst bei moderatem Bürolicht, die Kamera stellt sich dazu z. B. auf Blende 2,8 ein, würde noch eine Schärfentiefe von mehr als 45 cm zur Verfügung stehen.

Der angenehm große Bildbereich wird nicht durch einen starken Weitwinkel-Effekt des Objektivs erreicht, sondern vorteilhaft durch ein relativ weit entferntes "Normalobjektiv". Die Videokamera 2 ist etwa in Höhe des Mundes des Benutzers ß z. B. leicht um einen Winkel α von 1° unter die Horizontale H geneigt auf das Zentrum des "Portraits" gerichtet und vermeidet dadurch die gefürchtete Froschperspektive. An der Videokamera kann ein gemäßigtes Zoom-Objektiv eingesetzt werden, damit der Benutzer B gelegentlich von einem weiträumig präsentierten auf ein gezielt begrenztes Bild übergehen kann. Mit der vorhandenen Geometrie kann er problemlos auf kleinere Bildwinkel (also Tele-Effekte) einstellen, weil sich Varianten mit kleineren Bildwinkeln (also Portrait-Objektive) leicht realisieren lassen, denn die Geometriegrenzen liegen dann günstiger.

Die Kamera-Position im Teilnehmergerät 1 ist so gewählt, daß die Linie 5 von den Augen zum Objektiv praktisch mit der Linie 4 des "Blickkontakts" zu den Augen des Gesprächspartners P zusammenfällt. Die exakte Abweichung beider Linien beträgt höchstens γ = 5,5° Winkeldifferenz, so daß der "Fehlblick" in den meisten Fällen vom Partner nicht bemerkt wird.

Wird ein 14-Zoll-Monitor als Bildwiedergabevorrichtung 3 verwendet, so sollte er bei gewöhnlichem Video-Standard beim Bildtelefon etwa 110 cm Abstand zum Benutzer auch deswegen haben, damit die Zeilendarstellung nicht störend sichtbar wird.

Das Teilnehmergerät gibt dann ein genügend großes Bild wieder, so daß Mimik und Gestik des Gesprächspartners gut zu sehen sind. So entsteht die Illusion, daß der Partner verkleinert aus einem 22 cm × 28 cm großen Fenster in 110 cm Entfernung schaut. Dies entspricht etwa einem Drittel des Winkels, unter dem sich die Partner sehen, wenn sie einander gegenüber stehen.

Wird für eine andere Ausführung eine Videokamera 2 mit einem Objektiv kürzerer Brennweite, z. B. f = 6 mm verwendet, so muß die Entfernung a auf 85 cm verringert werden, was aus räumlichen Gründen notwendig oder von Vorteil sein kann. Die Neigungswinkel für die Linien 4 und 5 können wie zuvor beibehalten werden, also β = 10° und γ = 5,5°, d. h. die angestrebte Neigung für die Blickkontaktlinie 4 zum Gesprächspartner P auf dem Bildschirm der Bildwiedergabevorrichtung 3 von 10° bleibt erhalten. Da das genannte Objektiv der Videokamera 2 einen wesentlich größeren Bildkreiswinkel hat, nimmt der Bildausschnitt eine Höhe von 70 cm an. Die optische Achse 6 kann etwas mehr geneigt werden als bei der zuvor beschriebenen Ausführung, d. h. der Winkel kann bis etwa 5° unter der Horizontalen H anwachsen, um das "Portrait" richtig ins Bild zu rücken.

Um das Teilnehmergerät 1 zu verkleinern, kann z. B. für die Bildwiedergabevorrichtung 3 ein 5,7-Zoll-Monitor verwendet werden. Bei Einsatz der gleichen Videokamera 2 wie bei der zuvor beschriebenen Ausführung (f = 6 mm) und gleicher Distanz a von 85 cm gelten auch die gleichen Werte für den Bildausschnitt. Wird auch die Neigung von β = 10° für die Blickkontaktlinie 4 beibehalten, so kann die Parallaxe γ auf 3° verringert werden, da die Videokamera 2 infolge des kleineren Monitors tiefer gesetzt werden kann.

Dieses Teilnehmergerät 1 kann bis auf eine Entfernung von a = 55 cm an den Benutzer B herangerückt werden. Der Bildausschnitt hat dann immer noch eine Höhe von 45 cm, die Neigung der Videokamera 2 muß allerdings auf 3° über der Horizontalen H angehoben werden, um den Benutzer B gut ins Bild zu setzen. Doch sind Bildverzeichnungen bei so geringen Entfernungen nicht zu vermeiden. Außerdem steigt der Neigungswinkel β der Blickkontaktlinie 4 gegen die Horizontale H auf 18° an, der der Blicklinie 5 zum Objektiv der Videokamera 2 auf 13°. Daraus resultiert eine Parallaxe γ = 5°, ein Fehlwinkel, der von den Gesprächspartnern nicht als Abweichung vom Blickkontakt empfunden wird. Durch die Möglichkeit, die Neigung der optischen Achse 6 der Videokamera 2 individuell einstellen zu können, bleibt es dem Benutzer B überlassen, den Abstand a und damit auch die Entfernung des Bildes seinen Bedürfnissen entsprechend zu wählen.

Um das Teilnehmergerät 1 besonders preisgünstig, aber trotzdem für guten Blickkontakt herzurichten, wird für die Bildwiedergabevorrichtung 3 ein 10-Zoll-Bildschirm und eine kostengünstige 1/3-Zoll-Videokamera 2 mit einem Normalobjektiv mit einer Brennweite f = 8,5 mm verwendet. Der Abstand a vom Benutzer B zur Videokamera kann zwischen 70 und 100 cm liegen. Der Neigungswinkel β zwischen der Blickkontaktlinie 4 und der Horizontalen H beträgt dann etwa 18° bis 10°, der der Blicklinie 5 zum Objektiv der Videokamera 2 zwischen 13° und 7° für die Parallaxe γ ergeben sich Werte zwischen 5° und 3°, die weit unter dem geforderten Wert von 8° liegen. Die Neigung der optischen Achse 6 der Videokamera 2 sollte um α = + 8° über bzw. unter der Horizontalen H einstellbar sein.

Die Augenhöhe des Benutzers B ist in allen Fällen mit 45 cm über einer Tischfläche angenommen, auf der das Gerät steht, was dem Durchschnitt entspricht.

Wird ein Bildtelefon ausschließlich für einen kleinen Bildausschnitt entsprechend einem Paßbild-Portrait konzipiert, ist also die Kamera mit einem "Normalobjektiv" bzw. einem "kurzen Tele" ausgerüstet, erlauben die kleineren Bildwinkel auch ein weiteres Zusammenrücken der Komponenten. Dadurch können die Abmessungen jeweils noch kleiner werden.

Bei Aufbau von Kamera und Monitor sind, relativiert nach jeweiligem Schwerpunkt, folgende Vorteile nutzbar: Bei stärkerem Licht kann die Schärfentiefe der Kamera durch die Wahl kleinerer Blenden erhöht, bzw. das Licht der Arbeitsplatzbeleuchtung für den Benutzer angenehm reduziert werden. Der Einfluß von Fremdlicht ist wesentlich weniger störend, das Monitorbild hat die bestmögliche Brillanz, ggf. noch verstärkt mit einem üblichen Kontrastfilter. Ist die Kamera mit einer elektronisch integrierten "CCD-Blende" (charged coupled device) ausgestattet, kann trotzdem mit einer zusätzlichen, manuell bedienten Irisblende die Schärfentiefe wunschgemäß voreingestellt werden. Nur bei extrem wenig Licht muß diese Blende manuell oder ferngesteuert bzw. automatisch weiter geöffnet werden.

Claims (4)

1. Teilnehmergerät für Bildfernsprechen mit einer nach hinten geneigten Bildwiedergabevorrichtung und einer benachbarten Videokamera, deren Strahlengänge auf einen Benutzer ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die 1/2-Zoll-Videokamera (2) unmittelbar über dem Bildschirm (3) angeordnet ist und ein Portraitobjektiv mit einer Brennweite f = 12 mm und die Bildwiedergabevorrichtung (3) einen 14-Zoll-Bildschirm hat, daß bei einer Distanz (a) vom Benutzer (B) zur Videokamera (2) von 115 cm der Winkel (β) zwischen der Horizontalen (H) und der Blickkontaktlinie (4) eines Benutzers (B) zu einem Gesprächspartner auf dem Bildschirm etwa 10°, der Winkel (γ) zwischen dieser Blickkontaktlinie (4) und der Blicklinie (5) zur Videokamera (2) etwa 5,5° beträgt, und deren optische Achse (6) um einen Neigungswinkel (α) von ± 5° über bzw. unter der Horizontalen (H) einstellbar ist.

2. Teilnehmergerät für Bildfernsprechen mit einer nach hinten geneigten Bildwiedergabevorrichtung und einer benachbarten Videokamera, deren Strahlengänge auf einen Benutzer ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die 1/2-Zoll-Videokamera (2) unmittelbar über dem Bildschirm (3) angeordnet ist und ein Weitwinkelobjektiv mit einer Brennweite f = 6 mm und die Bildwiedergabevorrichtung (3) einen 14-Zoll-Bildschirm hat, daß bei einer Distanz (a) vom Benutzer (B) zur Videokamera (2) von 85 cm der Winkel (β) zwischen der Horizontalen (H) und der Blickkontaktlinie (4) eines Benutzers (B) zu einem Gesprächspartner (P) auf dem Bildschirm etwa 10°, der Winkel (γ) zwischen dieser Blickkontaktlinie (4) und der Blicklinie (5) zur Videokamera (2) etwa 5,5° beträgt, und deren optische Achse (6) um einen Neigungswinkel (a) von 0° bis 10° unter der Horizontalen (H) einstellbar ist.

3. Teilnehmergerät für Bildfernsprechen mit einer nach hinten geneigten Bildwiedergabevorrichtung und einer benachbarten Videokamera, deren Strahlengänge auf einen Benutzer ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die 1/2-Zoll-Videokamera (2) unmittelbar über dem Bildschirm (3) angeordnet ist und ein Weitwinkelobjektiv mit einer Brennweite f = 6 mm und die Bildwiedergabevorrichtung (3) einen 5,7-Zoll-Bildschirm hat, daß bei einer Distanz (a) vom Benutzer (B) zur Videokamera (2) von 55 bis 85 cm der Winkel (β) zwischen der Horizontalen (H) und der Blickkontaktlinie (4) eines Benutzers (B) zu einem Gesprächspartner (P) auf dem Bildschirm 18° bis 10°, der Winkel (y) zwischen dieser Blickkontaktlinie (4) und der Blicklinie (5) zur Videokamera (2) 5° bis 3° beträgt, und deren optische Achse (6) um einen Neigungswinkel (α) von ± 5° über bzw. unter der Horizontalen (H) einstellbar ist.

4. Teilnehmergerät für Bildfernsprechen mit einer nach hinten geneigten Bildwiedergabevorrichtung und einer benachbarten Videokamera, deren Strahlengänge auf einen Benutzer ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die 1/3-Zoll-Videokamera (2) unmittelbar über dem Bildschirm (3) angeordnet ist und ein Normalobjektiv mit einer Brennweite f = 8,5 mm und die Bildwiedergabevorrichtung (3) einen 10-Zoll-Bildschirm hat, daß bei einer Distanz (a) vom Benutzer (B) zur Videokamera (2) von 70 bis 100 cm der Winkel (β) zwischen der Horizontalen (H) und der Blickkontaktlinie (4) eines Benutzers (B) zu einem Gesprächspartner (P) auf dem Bildschirm 18° bis 10°, der Winkel (γ) zwischen dieser Blickkontaktlinie (4) und der Blicklinie (5) zur Videokamera (2) 5° bis 3° beträgt, und deren optische Achse (6) um einen Neigungswinkel (α) von ± 8° über bzw. unter der Horizontalen (H) einstellbar ist.