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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildwiedergabe- und
-aufnahmeeinrichtung, welche die nachfolgenden Elemente aufweist:
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- einen Schirm, der zwischen einem durchsichtigen Zustand und einem
streuenden Zustand umgeschaltet werden kann und eine Vorder- und eine Rückseite
hat;
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- eine Projektionseinheit, vorgesehen auf der Rückseite des Schirms zum
Projizieren eines Bildes auf den Schirm, wobei dieses Bild von der Vorderseite her
sichtbar ist;
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- eine Aufnahmeeinheit, vorgesehen auf der Rückseite des Schirms und der
Rückseite in einem vorbestimmten Winkel zugewandt zum durch den Schirm
hindurch Aufnehmen eines Bildes eines Gegenstandes, der sich vor dem
Schirm befindet.
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Eine solche Einrichtung ist beispielsweise aus EP-A 0 454 244 bekannt
und ist in Fig. 2a schematisch dargestellt. In dem Videophonmonitor nach Fig. 2a ist
auf der Rückseite eines Schirms 9 eines Videophonmonitors 1 eine Projektionseinheit
8, bestehend aus einer Lampe 2, einem Reflektor 3, einer Sammellinse 4, einem
Verschluß 5, einer Flüssigkristallanordnung (LCD) 6, die eine Wiedergabeanordnung
vom Übertragungstyp ist, und einer Projektionslinse 7, auf einer optischen Achse 10
vorgesehen. Auf der Rückseite des Schirms 9 ist ebenfalls eine Aufnahmeeinheit 11
vorgesehen, die beispielsweise aus einer CCD-Kamera besteht. Die Aufnahmeeinheit
11 liegt nicht auf der optischen Achse 10, sondern in der Nähe der Projektionslinse 7,
so daß das Gesichtsfeld der Projektionslinse 7 und das der Aufnahmeeinheit 11 nahezu
gleich sind.
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Licht, ausgestrahlt von der Lampe 2, wird von dem Reflektor 3
reflektiert und durch die Sammellinse 4 in einen parallelen Lichtstrahl umgewandelt. Wenn
ein Bild wiedergegeben werden soll, befindet sich der Verschluß 5 in dem
durchsichti
gen Zustand, so daß der Lichtstrahl hindurchgeht und auf den LCD-Schirm trifft. Der
Lichtstrahl wird danach mit der Information des Bildes an der LCD-Anordnung
moduliert und der modulierte Strahl geht durch die Projektionslinse 7 zum
Projektionsschirm 9. Die Linse projiziert ein Bild der LCD-Wiedergabe auf den Schirm.
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Wie in EP-A 0 454 244 beschrieben, ist der Projektionsschirm zwischen
zwei Zuständen umschaltbar. Fig. 2b zeigt eine Ausführungsform eines derartigen
Schirms. Der Schirm kann eine Platte aus einem transparenten Material enthalten,
worin kleine Teilchen 13, beispielsweise Kugeln eingebettet sind. Diese Kugeln bestehen
aus einem Material, dessen Brechzahl zwischen einem ersten Wert, der anders ist als
der des Plattenmaterials, und einem zweiten Wert, der dem, des Plattenmaterials
entspricht, umgeschaltet werden kann. Wenn die Brechzahl der Teilchen 13 anders ist
als die des Plattenmaterials, wirken diese Teilchen als Streuteilchen und der
Projektionsschirm gelangt dann in dem Streuzustand. Dies ist in Fig. 2b durch die
schraffierten Kugeln dargestellt. Wenn die Brechzahl der Teilchen 13 der des Plattenmaterials
entspricht, dargestellt in Fig. 2b durch die nicht-schraffierten Kugeln, befindet sich der
Schirm in einem völlig durchsichtigen Zustand.
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Der Verschluß 5 und die Projektionsschirme werden synchron
gesteuert. Wenn ein Bild für den Gebraucher 12 wiedergegeben werden soll, wird der
Verschluß in den transparenten Zustand geschaltet und der Schirm in den
Streuzustand. Wenn ein Bild des Gebrauchers 12 aufgenommen werden soll, wird der
verschluß geschlossen und der Schirm wird in den transparenten Zustand geschaltet.
Die Teilchen 13 können aus einem Flüssigkristallmaterial bestehen. Es ist ebenfalls
möglich, daß der Schirm 9 ein EC-Material oder ein elektroleitendes Polymer auf
weist.
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Fig. 3 zeigt, was der Gebraucher, in Richtung des Videophonmonitors
schauend, während des Aufnahmezustandes sieht, d. h. wenn der Verschluß 5
geschlossen ist. Da in diesem Zustand der Projektor 8 kein Licht ausstrahlt, ist die Leuchtdichte
des Schirms gering und der Gebraucher 12 kann durch den Schirm hindurch sehen und
kann die Struktur auf der Rückseite des Schirms sehen. Der Gebraucher kann dann
eine Linsenoberfläche 11a der Aufnahmeeinheit 11 und eine Linsenoberfläche 7a der
Projektionslinse 7 sehen.
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Während des Gebrauchs des Videophonmonitors wird der
Projektionsschirm zwischen dem Streuzustand und dem transparenten Zustand periodisch
umgeschaltet. Da während des Aufnahmezustandes der Gebraucher die
Projektionslinsenoberfläche 7a sehen kann, kann er ein verzögertes projiziertes Bild sehen und er kann
dieses mit dem projizierten Bild des nachfolgenden Zustandes, d. h. eines
Projektionszustandes, mischen.
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Weiterhin wird, wenn der Schirm 9 in den Streuzustand gebracht wird,
ein auf die Frontoberfläche des Schirms 9 treffendes Umgebungslicht durch die
telchen 13 in Richtung des Gebrauchers 12 zerstreut reflektiert. So daß der Kontrast des
projizierten Bildes abnimmt.
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Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine
Bildwiedergabe- und -aufnahmeeinrichtung zu schaffen, welche die obengenannten Nachteile
nicht aufweist, die ein projiziertes Bild schafft mit einem hohen Kontrast und wobei
der Gebraucher in dem Aufnahmezustand der Einrichtung nur die Vorderseite der
Aufnahmeeinheit sehen kann.
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Dazu ist die erfindungsgemäße Einrichtung gekennzeichnet durch eine
Gliederung länglicher prismatischer Elemente, deren Längsrichtung senkrecht auf der
Ebene steht, in der die optischen Achsen der Projektionseinheit und der
Aufnahmeeinheit liegen, und die vor der Schirmoberfläche vorgesehen sind, wobei jedes Element
eine Fazette mit einem scharfen Winkel mit der Vorderfläche aufweist, wobei die
Gliederung Licht von dem Gegenstand in Richtung der Aufnahmeeinheit ablenkt.
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Während des Aufnahmezustandes läßt die Gliederung prismatischer
Elemente Licht von der Projektionseinheit unabgelenkt zu einem Raum außerhalb des
Gesichtfeldes des Gebrauchers durch.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Videophonmonitors,
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Fig. 2a und 2b eine schematische Darstellung eines herkömmlichen
Videophonmonitors,
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Fig. 3 eine Darstellung des Gesichtfeldes des Gebrauchers während des
Aufnahmezustandes in dem herkömmlichen Videophonmonitor,
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Fig. 4a und 4b einen Teil der Gliederung prismatischer Elemente in
vergrößertem Maßstab,
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Fig. 5 eine Darstellung der Strahlenwege in dem Videophonmonitor
nach der Erfindung während des Aufnahmezustandes,
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Fig. 6 eine Darstellung des Gesichtsfeldes des Gebrauchers während des
Aufnahmezustandes bei dem erfindungsgemäßen Videophonmonitor, und
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Fig. 7 die Strahlenwege bei diesem Videophonmonitor während des
Projektionszustandes.
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Bei dem Videophonmonitor 14, dargestellt in Fig. 1, liegen eine
Projektionseinheit 8, bestehend aus einer Lampe 2, einem Reflektor 3, einer Sammellinse
4, einem Verschluß 5, einer Wiedergabeeinheit 6, beispielsweise einer
Flüssigkristalleinheit (LCD) vom Übertragungstyp, und einer Projektionslinse 7, und ein Schirm 9
auf einer optischen Achse, ähnlich wie bei dem Videophonmonitor 1, erläutert anhand
der Fig. 2. Auf der Rückseite des Schirms ist eine Aufnehmeeinheit 11 derart
vorgesehen, daß deren optische Achse einen Winkel θ&sub1; mit der Rückfläche des Schirms 9
einschließt. Das Gesichtsfeld der Aufnahmeeinheit 11 und das gesichtsfeld der
Projektionslinse 7 entsprechen einander nahezu, und zwar durch die prismatische
Gliederung 15 auf der Frontoberfläche des Schirms 9. Die Gliederung 15 hat eine derartige
Konstruktion, daß von einem Gebraucher in einem Winkel θ&sub2; auf den Schirm 9
treffendes Licht, d. h. auf die Fazetten der Prismen der Gliederung 15 treffendes Licht
nahezu winkelrecht in Richtung der Aufnahmeeinheit 11 abgelenkt wird. Fig. 4a zeigt in
vergrößertem Maßstab einen Teil der Gleiderung von Prismen 15 im Schnitt und Fig.
4b zeigt diesen Teil der Gleiderung in Draufsicht.
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Die Gliederung 15 enthält eine Anzahl länglicher prismatischer
Elemente, die je einen dreieckigen Querschnitt und eine geneigte Fazette 15a, eine Basis 15b
und einen Rand haben, der beispielsweise senkrecht auf der Frontfläche des Schirms 9
steht. Der Elevationswinkel θ&sub3; zwischen der Fazette 15a und der Basis 15b ist
beispielsweise 20º bis 50º und das Teilungsmaß P der Gliederung beträgt beispielsweise
0,3 mm bis 3 mm.
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Fig. 5 zeigt die Strahlenwege in der erfindungsgemäßen Einrichtung,
wenn der Schirm 9 sich in dem durchsichtigen Zustand befindet, d. h. wenn ein Bild
des Gebrauchers 12 von der Aufnahmeeinheit 11 aufgenommen werden soll.
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Wie in Fig. 5 dargestellt, wird von dem Gebraucher 12 herrührendes
Licht durch die prismatische Gliederung 15 abgelenkt und als Licht 16b in Richtung
der Aufnahmeeinheit 11 gesendet. Die Richtung des Lichtes 16b schließt mit der
Rückfläche des Schirms einen Winkel θ&sub1; ein. Andererseits wird von der
Projektionslinse 7 herrührendes, ein projiziertes Bild darstellendes Licht, durch den Schirm hindurch
in Richtung eines Raumes außerhalb des Gesichtsfeldes des Gebrauchers geschickt.
Dieses Licht trifft nicht in einem Winkel θ&sub1; auf den Projektionsschirm und deswegen
wird es nicht in Richtung des Gebrauchers abgelenkt.
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Fig. 6 zeigt, was der zu der erfindungsgemäßen Einrichtung schauende
Gebraucher 12 während des Bildaufnahmezustandes sieht. In dem Bereich des
Projektionsschirms 9 sieht dieser Gebraucher nur die Frontfläche 11a der Aufnahmeeinheit,
deren optische Achse mit der Rückfläche des Projektionsschirms einen Winkel θ&sub1;
einschließt. Die imaginäre Frontfläche 7a der projektionslinse 7 liegt außerhalb des
Projektionsschirmbereichs und kann vom Gebraucher nicht gesehen werden.
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Fig. 7 zeigt den Strahlengang in der erfindungsgemäßen Einrichtung,
wenn der Schirm 9 sich in dem Streuzustand befindet, d. h., wenn ein Bild der LCD-
Anordnung auf den Schirm 9 projiziert wird. Der Lichtstrahl 17a von der
Projektionslinse 7 tritt in den Schirm 9 ein und wird darin zerstreut übertragen, und zwar durch
die Teilchen 13, deren Brechzahl anders ist als die des Schirmmaterials. Von dem
zerstreuten Licht wird der Teil 17b, der sich in einer Richtung in einem Winkel θ&sub1; zu der
Schirmfläche fortpflanzt, durch die prismatische Gliederung 15 als Licht 17c in
Richtung des Gebrauchers abgelenkt, der ein projiziertes Bild sehen kann.
Andererseits wird Umgebungslicht 18a, das auf die Gliederung prismatischer Elemente 15
trifft, durch diese Gliederung als Licht 18b in einen Raum außerhalb des
Gesichtsfel
des des Gebrauchers 12 reflektiert. Solches Umgebungslicht kann den Kontrast des
projizierten Bildes nicht beeinträchtigen.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben beschriebene
Ausführungsform. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann statt eines Videophons auch
ein Haustelephon oder dgl. sein, zur Überprüfung eines Besuchers. Weiterhin kann der
Projektionsschirm statt eines Flüssigkristalls beispielsweise ein EC-Material, ein
elektroleitendes Polymer oder dgl. aufweisen.
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In der erfindungsgemäßen Bildwiedergabe/aufnahmeeinrichtung wird
auf die Frontfläche des Schirms 9 treffendes Umgebungslicht durch die prismatische
Gliederung reflektiert und tritt nicht in den Schirm hinein und kann nicht durch die
Schirmteilchen 13 in Richtung des Gebrauchers streuend reflektiert werden.
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Weiterhin kann der Gebraucher dadurch, daß die Aufnahmeeinheit in
einem wesentlichen Abstand von der Projektionslinse vorgesehen ist, die
Aufnahmeeinheit und die Projektionslinse nicht gleichzeitig sehen. Die prismatische Gliederung
schafft eine optische Verbindung zwischen der Projektionslinse und dem Gebraucher
während des Bildprojektionszustandes und eine optische Verbindung zwischen der
Aufnahmeeinheit und dem Gebraucher während des Aufnahmezustandes.