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Die
Erfindung betrifft Verfahren zur stereoskopischen Wiedergabe von
Bildern, Videoclips, Filmen etc. bzw. ein Stereoprojektionssystem
zur Durchführung
eines solchen Verfahrens.
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Es
existieren verschiedene Techniken zur dreidimensionalen Wiedergabe.
Schon lange bekannt ist die Anaglyphentechnik: Durch einfache Rot/Grün Überlagerung
der beiden Links/Rechts-Teilbilder und Betrachtung des Summenbildes
durch Filterbrillen, die für
das jeweilige Auge nur den entsprechenden Farbanteil durchlassen,
entsteht für
den Betrachter ein stereoskopischer Eindruck. Nachteilig ist dabei
die systembedingte Farbausfilterung, so dass mit dieser Technik
keine realistischen Farbbilder wiedergegeben werden können.
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Ein
anderes Verfahren, welches im Fernsehen gelegentlich zum Einsatz
kommt, ist das Pulfrich-Verfahren. Auch hier werden zur Betrachtung Brillen
verwendet, wobei jedoch der Strahlengang für ein Auge stärker abgedunkelt
wird als für
das andere. Hierzu werden häufig
ebenfalls Farbbrillen verwendet (aus Kostengründen), obwohl es nur auf die
unterschiedliche Abdunklung ankommt. Durch die unterschiedliche
Helligkeit gelangt die Sehinformation leicht verzögert zu
den verarbeitenden Bereichen des Gehirns. Bewegt sich eine dargestellte
Szene im rechten Winkel zum Betrachter, so kommt es durch die zeitliche
Verzögerung
der Wahrnehmung für
ein Auge zur Parallaxe und die Szene wird räumlich wahrgenommen. Der Vorteil
dieser Technik besteht in der Einfachheit der Wiedergabetechnik.
Nachteilig ist, dass sich die Szene ständig in Bewegung befinden muss,
was oft nach einiger Zeit als unangenehm empfunden wird. Zudem muss
sich die Szene immer in die gleiche Richtung bewegen, da sich sonst
die Tiefeninformation umkehren würde,
auch muss die Bewegungsgeschwindigkeit konstant gehalten werden,
da sonst die Tiefeninformation nicht richtig wiedergegeben wird.
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Im
Computerbereich wird häufig
eine anderes Verfahren verwendet: Die rechts/links Anteile werden
dabei durch so genannte Shutterbrillen separiert, die durch elektrisch
schaltbare Polarisationsfilter das Licht, z. B. von einem Monitor
oder Projektor, abwechselnd nur für das rechte oder linke Auge
des Betrachters durchlassen. Die Shutterbrille ist dabei mit dem
Wiedergabegerät
(z. B. Monitor) synchronisiert, so dass von der dort dargestellten
Wechselfolge von Links/Rechts-Teilbildern entsprechend nur die jeweiligen
Teilbilder das linke bzw. rechte Auge erreichen. Diese Technik bietet
zwar eine farbgetreue Wiedergabe, hat dafür aber den Nachteil, dass die Helligkeit
stark reduziert wird, da (abwechselnd) die Bildwiedergabe nur von
einem Auge des Betrachters wahrgenommen wird (also nur die Hälfte der
Gesamthelligkeit des Monitors) und zusätzlich die Polarisationsfilter
bereits für
sich (auch in der Durchlassphase) Licht absorbieren. Zudem erfordert
die ständige
Links/Rechts-Ausblendung eine sehr hohe Bildwiederholfrequenz (mind.
120–160Hz)
damit ein störender
Flacker-Effekt unterdrückt
wird.
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Ein
anderes Prinzip basiert auf der Interferenzfiltertechnik. Ein Verfahren
zur Erzeugung einer optisch dreidimensional wahrnehmbaren Bildwiedergabe
nach der Interferenzfiltertechnik bzw. ein entsprechendes Stereoprojek tionssystem
ist aus der
DE 199
24 167 B4 bekannt. Dabei werden zur Projektion zwei Interferenzfilter
mit leicht unterschiedlicher spektraler Filterwirkung eingesetzt.
Jedes Filter weist drei schmale Durchlassbereiche (transmittierende
Intervalle) für
die Grundfarben Blau, Grün
und Rot auf. Die Breite der Durchlassbereiche ist dabei im Bereich von
20 nm gewählt.
Die Durchlassbereiche der beiden Filter sind dabei gegeneinander
verschoben so angeordnet, dass sie keinen Überlapp zeigen und damit orthogonal
zueinander ausgebildet sind. Mit Hilfe der beiden zueinander orthogonalen
Interferenzfilter, die jeweils drei Durchlassbereiche für die drei
Primärvalenzen
im Bereich der blauen, grünen
und roten Farbwahrnehmung zeigen, lassen sich zwei voneinander getrennte
Perspektivteilbilder, eins für
das linke Auge und eins für
das rechte Auge realisieren, mit deren Hilfe ein dreidimensional
wahrnehmbares Bild auf einen Schirm projiziert werden kann. Dieses
Bild wird von einem Betrachter selektiv durch die getrennten Augen
wahrgenommen, indem er eine Brille aufweist, deren linkes Brillenglas
eine Filtercharakteristik entsprechend dem einen Interferenzfilter
und das rechte Brillenglas eine Filtercharakteristik entsprechend
dem anderen Interferenzfilter zeigt. Dadurch lassen sich die beiden
Perspektivteilbilder auf dem Schirm sicher augenspezifisch voneinander
trennen und die Stereowirkung bzw. die dreidimensionale Wirkung
der Bilder beim Betrachter erzeugen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
für Stereoprojektionssysteme
zu entwickeln bzw. ein Stereoprojektionssystem anzugeben, das eine
gute Farbwiedergabe und eine verlässliche Perspektivteilbildtrennung
zeigt und darüber
hinaus einen einfachen Aufbau zeigt.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch das Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und ein Stereoprojektionssystem
mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Farbfilter für die beiden
Perspektivteilbilder so ausgebildet sind, dass die Anzahl der transmittierenden
Intervalle gegenüber
dem bekannten Stand der Technik zahlenmäßig reduziert sind. Die Erfindung
zeigt eine Anzahl an transmittierenden Intervallen für die beiden
Perspektivteilbilder, welche kleiner als 6 insbesondere 5 oder 4
ist. Von diesen 5 oder weniger transmittierenden Intervallen, die
wechselseitig keinen Überlapp
haben, zeigt wenigstens ein transmittierendes Intervall eine Anordnung
im Bereich zweier Farbwahrnehmungen aus Blau (B), Grün (G) oder
Rot (R). Die anderen transmittierenden Intervalle sind so im Frequenzspektrum
angeordnet, dass sie im Bereich einer einzigen Farbwahrnehmung,
also Blau oder Grün
oder Rot angeordnet sind. Diese transmittierenden Intervalle für eine Farbwahrnehmung
zeigen vorzugsweise eine Bandbreite im Bereich von etwa 30 nm oder
merklich darunter, wodurch eine sichere Abgrenzung und Anordnung
innerhalb eines Bereiches einer Farbwahrnehmung möglich ist
und ein sicheres Abgrenzen bzw. Trennen von den anderen transmittierenden
Intervallen gegeben ist. Hierzu werden die transmittierenden Intervalle
so angeordnet, dass sie einen ausreichenden Abstand zueinander haben.
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Durch
diese besondere Anordnung und Ausbildung der transmittierenden Bereiche
gelingt es, die Anzahl der Kanten, d. h. die Zahl der Flanken der transmittierenden
Intervalle zu reduzieren und damit den Aufwand für die Herstellung der Filter,
welche typischerweise Interferenzfilter darstellen, erheblich zu reduzieren,
ohne dass eine be achtliche Beeinträchtigung der Farbwiedergabemöglichkeit
in Kauf zu nehmen ist.
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Als
zusätzlichen
Effekt kann man bei entsprechender Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Filter
für das
erfindungsgemäße Verfahren
bzw. das erfindungsgemäße Stereoprojektionssystem
die Ausbildung des Stereoprojektors vereinfachen, da durch diese
Ausbildung eine Reduzierung der sehr hohen Bildwechselraten für einen
beispielsweise als Dreichip-DLP-Projektor realisierten Projektor
mit Wechselfilter zur Trennung der beiden Perspektivteilbilder ermöglicht ist.
Dies ist mit einer merklichen Reduzierung der Belastung der bildgebenden
Einheiten und damit mit einer Verbesserung der Lebensdauer des Projektors
verbunden.
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Durch
die Ausbildung von wenigstens einem transmittierenden Intervalls,
dahingehend, dass es im Bereich zweier Farbwahrnehmungen durchlässig ist,
gelingt es, die für
die Projektion und Bildwiedergabe zur Verfügung stehende Bildhelligkeit
zu erhöhen und
dadurch die Möglichkeit
zu schaffen, durch geeignete elektronische Farbkorrekturschaltungen
eine sehr verlässliche
und natürliche
Farbzusammensetzung der wiedergegebenen Perspektivteilbilder und damit
des dreidimensional wahrnehmbaren Stereobildes zu schaffen.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Anzahl der transmittierenden
Intervalle für die
beiden Perspektivteilbilder gleich 5 zu wählen, was dazu führt, dass
das eine Perspektivteilbild durch zwei transmittierende Intervalle
gebildet wird, wohingegen das andere Perspektivteilbild durch drei transmittierende
Intervalle gebildet wird, von denen jeweils eines im Bereich der
blauen, der grünen
und der roten Farbwahrnehmung angeordnet ist und vorzugsweise eine
Bandbreite von typischer weise weniger als 30 nm insbesondere im
Bereich von 20 bis 25 nm zeigt.
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Weiterhin
hat es sich bewährt,
das äußere blaue
transmittierende Intervall bzw. das äußere rote transmittierende
Intervall als nach oben bzw. nach unten offenes Intervall, also
typischerweise über
den durch den Menschen sichtbaren Bereich hinaus oder als breites
mit einer wenig steil abfallenden Flanke ausgebildetes, transmittierendes
Intervall zu realisieren und dadurch wiederum für eine verstärkte Helligkeit
zu sorgen. Mit dieser zusätzlichen
Helligkeit ist die Möglichkeit
geschaffen, durch elektronische Maßnahmen ein verbessertes Farbempfinden
zu erreichen.
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Der
Filter mit den beiden transmittierenden Bereichen, von denen einer
zwei Farbwahrnehmungsbereiche umfasst, nämlich typischerweise Rot und
Grün bzw.
Blau und Grün,
zeigt eine reduzierte Anzahl an transmittierenden Intervallen, die
dementsprechend eine deutlich reduzierte Anzahl an Kanten, d. h.
Flanken für
die Durchlassbereiche der transmittierenden Intervalle, d. h. nämlich 4
Stück anstatt
6 Stück
beim Stand der Technik, zeigt. Diese Reduktion sorgt für eine deutliche
Vereinfachung der Filtercharakteristik und ermöglicht die kostengünstige und
einfachere Ausbildung der Filter, ohne dass dies, was überraschend
ist, sich wesentlich auf die Qualität der Farbwiedergabe auswirkt.
Die Steilheit der Flanken der transmittierenden Intervalle stellt
ein qualitätsbestimmendes
Maß der
Filter insbesondere der Interferenzfilter dar, das wiederum massiven
Einfluss auf die Kosten der Filter hat.
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Durch
diese erfindungsgemäße Ausbildung der
Filter insbesondere der Interferenzfilter mit weniger Flanken einerseits
durch die erfindungsgemäße Reduktion
der Anzahl der transmittierenden Intervalle und zum anderen durch
die Möglichkeit,
offene transmittierende Intervalle im Randbereich der äußeren Farbwahrnehmungsbereiche
insbesondere mit flach abfallenden Flanken im äußeren Bereich dieser transmittierenden
Intervalle vorzusehen, gelingt es zusätzlich den Aufwand für die Filter
insbesondere für
den Interferenzfilter für
diese Verfahren zur Erzeugung einer optisch wahrnehmbaren, dreidimensionalen
Bildwiedergabe bzw. für
ein Stereoprojektionssystem deutlich zu verringern.
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Als
besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Filter, die insbesondere
als Fabri-Perrot-Interferenzfilter realisiert sind, so auszubilden,
dass sie insgesamt 4 transmittierende Intervalle für die beiden Perspektivteilbilder
zeigen. Dabei zeigt jeder Filter für ein Perspektivteilbild ein
transmittierendes Intervall, das im Bereich von zwei Farbwahrnehmungen
angeordnet ist. Diese transmittierenden Intervalle umfassen dabei
entweder die zwei Farbwahrnehmungen Blau und Grün oder die zwei Farbwahrnehmungen Grün und Rot.
Diese transmittierenden Intervalle zeigen dabei eine mittlere Bandbreite
von über
30 nm. Die anderen beiden transmittierenden Intervalle, von denen
je eines den beiden Perspektivteilbildern und damit je einem Filter
zugeordnet ist, sind einer einzigen Farbwahrnehmung nämlich Blau
oder Rot zugeordnet. Dabei sind die transmittierenden Intervalle
so gewählt,
dass jeder Filter bzw. jedes Perspektivteilbild zu jedem Farbwahrnehmungsbereich
Rot, Blau, Grün
Farbinformationen erhalt.
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Dabei
können
auch hier die äußeren transmittierenden
Intervalle als offene transmittierende Intervalle ausgebildet sein.
Hierdurch lässt
sich die Anzahl der Kanten respektive die Anzahl der Flanken einerseits
durch die Reduktion der Anzahl der Intervalle und andererseits zusätzlich durch
das Vorsehen der offenen Randintervalle weiter reduzieren und dadurch
die Möglichkeit
schaffen, einfachere, kostengünstigere
Filter, welche insbesondere als Fabri-Perrot-Filter realisiert sind,
zur Schaffung eines erfindungsgemäßen Stereoprojektionssystem
verwenden.
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Durch
das Vorsehen dieser gegenüber
dem Stand der Technik verbreiterten Bandbreite, welche zumindest
teilweise über
30 nm Bandbreite aufweisen und dabei zumindest teilweise zwei Farbwahrnehmungsbereiche
abdecken, gelingt es, sehr helle Stereoprojektionsbilder und damit
dreidimensional wahrnehmbare Bilder zu projizieren, ohne dass die Qualität der Farbwiedergabe
beachtlich beeinträchtigt
wird. Im Übrigen
ist durch diese Ausbildung der transmittierenden Intervalle die
Möglichkeit
geschaffen worden, durch elektronische Farbkorrekturschaltungen
ein besonders natürliches
Farbempfinden zu erzeugen.
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Nach
einer besonders bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Projektionssystems
ist die Stereobrille, von der abhängig von der Anzahl der Personen,
die zeitgleich das Stereoprojektionssystem nutzen wollen, unterschiedlich
viele vorgesehen sind, mit Brillengläsern vorgesehen, die Interferenzfilter
zeigen. Die optischen Eigenschaften der Brillengläser sind
dabei so gewählt,
dass sie bevorzugt identisch zu den optischen Eigenschaften der
korrespondierenden Interferenzfiltereinheiten im Stereoprojektor
sind. Hierdurch ist eine optimale Nutzung der projizierten Bildinformation
und Helligkeit der Bilder erreicht, so dass der oder die Nutzer
des erfindungsgemäßen Stereoprojektionssystems
sehr angenehme und helle sowie farbechte stereoperspektivische Bilder
wahrnehmen können.
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Auch
hat es sich bewährt,
die Interferenzfilter der Brillengläser nicht identisch zu denjenigen
der Interferenzfiltereinheiten sondern vielmehr entsprechend zueinander
auszubilden. Hierdurch können zielgerichtet
Unterschiede in der Fertigungsqualität oder in der Auslegung genutzt
werden bzw. dazu verwendet werden, dass bestimmte vorteilhafte Projektions-
oder Darstellungssituationen erreicht werden können. Beispielhaft gelingt
es durch eine Kombination der Filter im Stereoprojektor und in der
oder den Brillen, die sich durch eine Permutation einzelner begrenzter
transmittierender Intervalle entweder im blauen oder grünen oder
roten Farbwahrnehmungsbereich in den korrespondierenden Filtern
voneinander unterscheiden, die Bildwechselrate des Stereoprojektors
abzusenken, ohne dass ein unangenehmes Flackern der Stereobilder
wahrnehmbar ist.
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Dabei
hat sich das nachfolgend beschriebene Stereoprojektionssystem als
besonders bevorzugt herausgestellt. Dieses zeigt Interferenzfilter
der Interferenzfiltereinheiten des Stereoprojektors mit einer Permutation,
begrenzter, transmittierender Intervalle der Interferenzfilter im
blauen oder grünen
oder roten Farbwahrnehmungsbereich und wenigstens eine Stereobrille,
die Interferenzfilter zeigt, welche gemäß dem Stand der Technik mit
6 nicht permutierten, transmittierenden Intervallen ausgestattet
sind. Im Rahmen der angesprochenen Permutation ist ein Austausch
zweier transmittierender Intervalle zwischen entsprechenden Interferenzfiltern
(rechte Seite gegenüber
linker Seite bzw. rechtes Perspektivteilbild gegenüber linkem
Perspektivteilbild) innerhalb einer Farbe, das heißt innerhalb
einer Farbwahrnehmung, erfolgt, wobei zusätzlich wenigstens eine Verschmelzung
zweier benachbarter, transmittierender Intervalle zu einem gemeinsamen
transmittierenden Intervall erfolgt ist, das sich über zwei
Farbwahrnehmungsbereiche erstreckt. Damit ist die Summe der transmittierenden
spektralen Intervalle in dem Interferenzfilter des Stereoprojektors
beispielsweise von 6 auf 5 reduziert.
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Erfindungsgemäß wird nun
entsprechend der Permutation der transmittierenden Intervalle ein Austausch
der zugeordneten darzustellenden Farbbilddaten vorgenommen.
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Wird
beispielsweise eine Permutationen der roten transmittierenden Intervalle
R1 und R2, also deren Austausch mit der anschließenden Zusammenführung des
benachbarten Intervalls G2 mit R1 realisiert, so wird nun die Bildinformation,
das heißt die
Farbbilddaten, für
die Projektion mittels R2 nun nicht mehr mittels der ersten Interferenzfiltereinheit sondern
mittels der zweiten Interferenzfiltereinheit vorgenommen. Dies führt zu einer
zeitlichen Verschiebung der Darstellung dieser „permutierten" Farbbilddaten, da
die mit Hilfe der jeweiligen Interferenzfiltereinheiten geschaffenen
Perspektivteilbilder ohne Permutation jeweils komplett und immer
nur einzeln in alternierender Reihenfolge dargestellt werden, wohingegen
aufgrund der Permutation dies aufgehoben ist. Aufgrund der Permutation
wird die zeitliche Trennung der Wiedergabe der beiden Perspektivteilbilder
(links und rechts) erfindungsgemäß aufgehoben.
Hierdurch gelingt es, die Lücken
zwischen der Darstellung des linken Perspektivteilbildes, die dadurch
entstehen, dass in der Lücke
das andere, rechte Perspektivteilbild dargestellt wird, mit Bildern beziehungsweise
Bildinformationen in der permutierten Farbe aufzufüllen.
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Dadurch
gelingt es erfindungsgemäß, ein unangenehmes
Flackern der projizierten Stereobilder zu verhindern oder zu reduzieren.
Durch diese verbesserte Ausbildung des Stereoprojektionssystems
ist es möglich,
die unerwünscht
hohe Bildwiederholrate des Stereoprojektors, die die Komponenten
des Stereoprojektors erheblich belastet, zu erniedrigen und dadurch
die Lebenszeit der Komponenten des Projektors zu erhöhen.
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Alternativ
oder kumulativ ist es erfindungsgemäß auch möglich, die Anzahl der dargestellten
Bildpunkte und damit die Auflösung
zu erhöhen,
ohne dass dies zu einem unangenehmen Flackern der Stereobilddarstellung
führt.
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In
entsprechender erfindungsgemäßer Weise
hat es sich bewährt,
die Permutation nicht in den Interferenzfiltereinheiten des Stereorektors
vorzunehmen, sondern in den Interferenzfiltern der Brillengläser der
Stereobrille. Dies führt
zu den entsprechenden Vorteilen, wie sie auch bei der zuvor genannten
Ausbildung der Erfindung erreicht werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden näher
beschrieben, wobei Bezug genommen wird auf die Zeichnungen und die
darin angegebenen Bezugszeichen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beispielhaft in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsformen beschränkt.
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Dabei
zeigen:
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1a Eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stereoprojektionssystems,
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1b eine
schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Stereoprojektionssystems,
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2 Spektrale
Transmissionsbereiche der orthogonalen Filter bei üblicher
Interferenzfiltertechnik gemäß dem Stand
der Technik
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3 Eine
beispielhafte spektrale Verteilung der transmittierenden Intervalle
zweier erfindungsgemäßer Interferenzfilter
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4 Eine
weitere beispielhafte spektrale Verteilung der transmittierenden
Intervalle zweier erfindungsgemäßer Interferenzfilter
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5 Eine
weitere beispielhafte spektrale Verteilung der transmittierenden
Intervalle zweier erfindungsgemäßer Interferenzfilter
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6a spektrale
Verteilung der transmittierenden Intervalle gemäß dem Stand der Technik für die Stereobrille
und den Stereoprojektor
b zeitliche Abfolge der projizierten
und wahrzunehmenden Farbbilddaten
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7 spektrale
Verteilung der transmittierenden Intervalle gemäß eines beispielhaften erfindungsgemäßen Stereoprojektionssystems
für eine Stereobrille
und einen Stereoprojektor
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8 zeitliche
Abfolge der projizierten und wahrzunehmenden Farbbilddaten eines
beispielhaften erfindungsgemäßen Stereoprojektionssystems
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9 eine
weitere spektrale Verteilung der transmittierenden Intervalle gemäß eines
beispielhaften erfindungsgemäßen Stereoprojektionssystems für eine Stereobrille
und einen Stereoprojektor
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1a zeigt
die Schlüsselkomponente
des erfindungsgemäßen Stereoprojektionssystems
zur Erzeugung einer optisch wahrnehmbaren dreidimensionalen Bildwiedergabe,
nämlich
den Stereoprojektor 10. Dieser Stereoprojektor 10 projiziert
die ihm zugeführten
Bilddaten auf einen Schirm 20, indem die Stereobilddaten
im Stereoprojektor 10 in Perspektivteilbilder umgewandelt
und auf den Schirm 20 projiziert werden. Die beiden voneinander
getrennten Perspektivteilbilder, die zusammen das Stereobild darstellen und
ein dreidimensional wahrnehmbares Bild darstellen. Dieses wird von
den Betrachtern, welche mit einer Stereobrille 30 ausgestattet
sind, wahrgenommen. Dabei werden mit Hilfe der Stereobrille 30 und
den darin befindlichen Brillengläsern
die beiden Perspektivteilbilder voneinander getrennt und differenziert
voneinander dem linken bzw. dem rechten Auge des Betrachters zugeführt. Der
Betrachter nimmt damit die beiden stereoskopisch differenzierten
Perspektivteilbilder wahr und hat auf diese Weise die Wahrnehmung
einer dreidimensionalen Struktur.
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Der
Stereoprojektor 10 zeigt in einem Gehäuse alle wichtigen Komponenten
zur Projektion der Perspektivteilbilder sowie eine integrierte Farbkorrekturschaltung 15.
Für jedes
Perspektivteilbild ist eine Lichtquelle 11 in Form einer
Kurzbogenlampe realisiert, deren ausgesendetes Licht einer bildgebenden
Einheit 12, welche als LCD-Chip realisiert ist, zugeführt wird.
Die bildgebende Einheit 12 wird mit den Stereobilddaten
respektive mit den ihr zugeordneten Perspektivteilbilddaten so angesteuert,
dass das gewünschte
Perspektivteilbild aus dem ihr zugeführten breitbandigen Licht der
Lichtquelle 11 erzeugt und der Projektionsoptik 14 und
anschließend
dem Schirm 20 zugeführt
wird.
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Der
Stereoprojektor 10 weist darüber hinaus für jedes
Perspektivteilbild eine zusätzliche
Interferenzfiltereinheit 13a oder 13b auf. Die
Anordnung der Interferenzfiltereinheit 13a zwischen der
Lichtquelle 11 und der bildgebenden Einheit 12 schafft
eine sehr robuste und kompakte Einheit, während die alternative Anordnung
der Interferenzfiltereinheit 13b vor der Projektionsoptik 14 eine
sehr flexible und weniger robuste und kompakte Anordnung darstellt.
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Die
in dem Stereoprojektor 10 integrierte Farbkorrekturschaltung 15 ist
mit der Bilddatenquelle, die nicht dar gestellt ist, für die Stereobilddaten verbunden
und korrigiert die ihr zugeführten
Stereobilddaten insbesondere hinsichtlich der Farbe und hinsichtlich
der Helligkeit dahingehend, dass die durch die Wahl der transmittierenden
Intervalle (Durchlassbereiche) der Interferenzfiltereinheiten 13a, 13b erzeugten
Farbverschiebungen verringert bzw. weitgehend aufgehoben werden.
Darüber
hinaus wird durch die Farbkorrekturschaltung sichergestellt, dass
auch die Helligkeitsunterschiede und die sonstigen Farbverzerrungen
durch die unterschiedlichen Transmissionseigenschaften aufgrund
der unterschiedlichen transmittierenden Intervalle der verschiedenen
Interferenzfiltereinheiten 13a bzw. 13b für die verschiedenen
Perspektivteilbilder weitgehend oder vollständig korrigiert werden. Dabei
werden auch Störungen
aufgrund der verwendeten Projektionsoptiken 14 bzw. der
Lichtquellen 11 zusätzlich korrigiert.
Dadurch gelingt es, ein sehr ausgeglichenes, farbneutrales Stereobild
zu projizieren, das beim Betrachter ein sehr angenehmes Betrachten
ermöglicht
und damit ein dreidimensionales Wahrnehmen verlässlich und auf angenehme Weise
ermöglicht.
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Die
Interferenzfiltereinheiten 13a, 13b stellen Fabri-Perrot-Interferenzfilter
dar, die jeweils eine Filtercharakteristik zeigen, die orthogonal
zueinander ausgebildet sind. Dabei ist in 2 eine bekannte Filtercharakteristik
der beiden Interferenzfiltereinheiten einmal für das linke Auge und damit
für das
eine Perspektivteilbild und einmal für das rechte Auge und damit
für das
andere Perspektivteilbild dargestellt, die orthogonal zueinander
ausgebildet sind und somit keinerlei wechselseitigen Überlapp
zeigen. Es zeigen die dargestellten transmittierenden Intervalle B1,
B2, G1, G2, R1 und R2 keinen Überlapp
und sind so voneinander beabstandet, dass die beiden Perspektivteilbilder
sicher voneinander getrennt wiedergegeben werden können. Die
einzelnen transmittierenden Intervalle B1, B2, G1, G2, R1 und R2
sind dabei als sehr schmalbandige transmittierende Intervalle mit
einer Bandbreite von etwa 20 nm Halbwertsbreite realisiert, von
denen die beiden Intervalle B1 und B2 im blauen Farbwahrnehmungsbereich,
die beiden Intervalle G1 und G2 im grünen Farbwahrnehmungsbereich
und die beiden Intervalle R1 und R2 im roten Farbwahrnehmungsbereich
des menschlichen Auges angeordnet sind. Das Intervall R2 stellt ein äußeres und
offenes transmittierendes Intervall dar, das eine steile Kante bzw.
Flanke aufweist und eine deutlich weniger steile, hier nicht dargestellte Kante,
Flanke aufweist.
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Die
eine Interferenzfiltereinheit mit den transmittierenden Intervallen
B1, G1 und R1 zeigt 6 ausgeprägte,
steile Kanten wohingegen der andere Interferenzfiltereinheit mit
den transmittierenden Intervallen B2, G2 und R2 5 steile, ausgeprägte Kanten respektive
Flanken zeigt. Diese steilen Flanken sind sehr schwierig herzustellen
und sind für
die erheblichen Kosten dieser Interferenzfiltereinheit verantwortlich.
Durch die Anordnung der jeweils drei transmittierenden, schmalbandigen
Intervalle ist die Möglichkeit
gegeben, ein recht farbkräftiges
und angenehmes Stereobild zu projizieren.
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In 1b ist
ein weiterer erfindungsgemäßer Stereoprojektor 10 zu
unterschiedlichen Projektionszeitpunkten T1 oder T2 dargestellt.
Der Stereoprojektor 10 zeigt in einem Gehäuse alle
wichtigen Komponenten zur Projektion der Perspektivteilbilder sowie
eine integrierte Farbkorrekturschaltung 15. Die einzige
Lichtquelle 11 ist in Form einer Kurzbogenlampe realisiert,
deren ausgesendetes Licht einer einzigen bildgebenden Einheit 12,
welche als DMS-Chip realisiert ist, zugeführt wird. Die bildgebende Einheit 12 wird
mit den Stereobilddaten respektive mit den sequentiell ihr zugeordneten
Perspektivteilbilddaten so angesteuert, dass das gewünschte Perspektivteilbild
aus dem ihr zugeführten breitbandigen
Licht der Licht quelle 11 erzeugt und der einen Projektionsoptik 14 und
anschließend
dem zugeordneten Schirm 20 zugeführt wird.
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Der
Stereoprojektor 10 weist darüber hinaus für jedes
Perspektivteilbild einen Wechselfilter als Interferenzfiltereinheit 13c mit
zwei unterschiedlichen zueinander orthogonalen Interferenzfiltern
auf, die abwechselnd je nach Darstellung des einen oder des anderen
Perspektivteilbildes in den Strahlengang eingeschoben werden. Die
Anordnung der Interferenzfiltereinheit 13c als Wechselfilter
zwischen der Lichtquelle 11 und der bildgebenden Einheit 12 schafft
eine sehr robuste und kompakte sowie kostengünstige Einheit.
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In 3 ist
eine erfindungsgemäße Filtercharakteristik
der beiden Interferenzfiltereinheiten 13a, 13b dargestellt,
bei der insgesamt weniger als 6 transmittierende Intervalle, nämlich nur
5 transmittierende Intervalle L21, L22, L23, R21 und R22 realisiert sind.
Dabei sind die transmittierenden Intervalle L21, L22 und R21 als
schmalbandige, transmittierende Intervalle im blauen Wahrnehmungsbereich
(L21 und R21) sowie im grünen
Wahrnehmungsbereich (L22) realisiert. Diese zeigen eine Bandbreite
von etwa 25 nm. L21 zeigt eine mittlere Halbwertsbreite im Bereich
von 425 bis 450 nm, R21 eine Bandbreite von 460 bis 485 nm als Halbwertsbreite
und im grünen Wahrnehmungsbereich
zeigt das transmittierende Intervall L22 eine Halbwertsbreite von
500 bis 525 nm.
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Allein
das transmittierende Intervall R22 ist nicht in einem einzigen Farbwahrnehmungsbereich des
Auges angesiedelt. Es enthält
vielmehr Teile des grünen
und roten Wahrnehmungsbereiches und erstreckt sich über einen
Wellenlängenbereich
von 535 bis 626 nm. Davon getrennt und beabstandet erstreckt sich
das transmittierende Intervall L23 von einer Wellenlänge von
635 bis über
690 nm hinaus und stellt ein offenes Intervall dar.
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Die
beiden transmittierenden Intervalle R21 und R22 sind dabei dem einen
perspektivischen Teilbild für
das rechte Auge zugeordnet, während
die drei anderen transmittierenden Intervalle L21, L22 und L23 dem
anderen Perspektivteilbild und damit dem linken Auge zugeordnet
sind.
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Diese
Filtercharakteristik zeigt eine reduzierte Anzahl an transmittierenden
Intervallen und darüber
hinaus eine reduzierte Anzahl an steilen Kanten respektive Flanken.
Dabei ist die Anzahl der transmittierenden Intervalle ist auf insgesamt
5 reduziert, wohingegen die Anzahl der steilen Kanten auf insgesamt
9 reduziert ist. Damit ist einerseits der Aufwand für die Realisierung
dieser Filtercharakteristik merklich reduziert, ohne dass dies einen
deutlichen Einfluss auf die Farbwiedergabequalität zeigt. Im Gegenteil ist durch
die erhöhte
Helligkeit durch die breite Ausbildung des transmittierenden Intervalls
R22 die Möglichkeit
gegeben, erhöhte
Helligkeit zu erreichen, die den Einsatz einer Farbkorrekturschaltung
im besonderen Maße
ermöglicht
und dadurch eine zusätzliche
Verbesserung der Farbcharakterstiken ermöglicht.
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Ausgehend
von der Farbcharakteristik gemäß dem Stand
der Technik mit den 6 transmittierenden Intervallen ist die erfindungsgemäße Farbcharakteristik
durch eine Art Kanalpermutation, nämlich durch eine Art Austausch
des Intervalls R1 von dem einen Perspektivteilbild in das andere
Perspektivteilbild und das Verbinden von R1 mit dem Intervall G2 gegeben,
wohingegen im Gegenzug das transmittierende Intervall R2 dem anderen
Perspektivteilbild zugeordnet wird.
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In
entsprechender Weise ist aus der Filtercharakteristik der 2 die
Filtercharakteristik der 4 entstanden, wobei hier das
Intervall B1 dem anderen Perspektivteilbild zugeordnet wurde und
im Gegenzug das Intervall B2 mit dem Intervall G1 für das Teilbild
1 verbunden wurde. Hierdurch gelingt es, eine Filtercharakteristik
zu schaffen, die in entsprechender Weise zu der Filtercharakteristik
gemäß 3 gebildet
wurde und die entsprechenden, vergleichbaren Vorteile zeigt. Im
Unterschied zu der vorgenannten Filtercharakteristik erstreckt sich
hier das transmittierende Intervall L11 über die beiden Farbwahrnehmungsbereiche
Blau und Grün.
Wohingegen die anderen Intervalle immer nur in einem Farbwahrnehmungsbereich
liegen. Dabei zeigt das Intervall L11 eine Bandbreite von 460 bis
525 nm und das Intervall R11 eine Bandbreite von 420 bis 450 nm, während R12
eine Bandbreite von 535 bis 565 nm und das Intervall L12 eine Bandbreite
von 595 bis 626 nm zeigt. Das Intervall R13 ist als offenes Intervall
mit einer größeren Bandbreite
versehen, die sich oberhalb von 635 bis über 690 nm hinaus erstreckt. Auch
diese Filtercharakteristik ist geprägt durch eine Reduzierung der
Intervalle und darüber
hinaus durch eine merkliche Reduzierung der steilen Flanken, was den
Aufwand zur Realisierung dieser Filtercharakteristik erheblich reduziert.
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Darüber hinaus
zeigt die 5 eine weitere erfindungsgemäße Filtercharakteristik,
nämlich
eine mit nur 4 transmittierenden Intervallen, von denen zwei sich über zwei
Farbwahrnehmungsbereiche erstrecken und die zwei anderen sich ausschließlich über einen
einzigen Wahrnehmungsbereich erstrecken bzw. in diesem angeordnet
sind. Das Intervall L31 für
das linke Auge und das Intervall R32 für das rechte Auge sind nur
jeweils einem Farbwahrnehmungsbereich, nämlich dem blauen Farbwahrnehmungsbereich
bzw. dem roten Farbwahrnehmungsbereich zugeordnet. Das Intervall
L31 erstreckt sich von unterhalb 420 bis etwa 450 nm und R32 im
roten Farbwahrnehmungsbereich von 635 bis oberhalb von 690 nm. R32
stellt ein so genanntes offenes Intervall mit einer flachen Kanten
respektive einer flachen oberen Kante bzw. Flanke im Bereich von
oberhalb 690 nm dar. Die beiden andern Intervalle, die sich über zwei Farbwahrnehmungsbereiche
erstrecken, zeigen eine vergrößerte Bandbreite.
Diese Bandbreite ist deutlich größer als
30 nm. Das Intervall L32 deckt sowohl den grünen als auch den roten Farbwahrnehmungsbereich
ab und erstreckt sich in seiner Bandbreite von etwa 535 bis 626
nm, wohingegen R31 sich über
den blauen und grünen
Farbwahrnehmungsbereich erstreckt und den Bereich von 460 bis 525
nm umfasst. Durch diese Ausbildung der Filtercharakteristik der
beiden Interferenzfilter ist eine orthogonale Filtercharakteristik
gegeben, die sich durch eine deutlich reduzierte Intervallzahl,
nämlich
4, auszeichnet und darüber
hinaus eine erheblich reduzierte Anzahl an steilen Flanken, nämlich insgesamt
7 auszeichnet, die zu einer sehr einfachen und sehr gut herzustellenden
Filtercharakteristik führt. Diese
Filtercharakteristik ist dennoch in der Lage, eine sehr angenehme
Farbwiedergabe des Stereoprojektionssystems zu ermöglichen.
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In 6a sind
die transmittierenden Intervalle eines Stereoprojektors und einer
zugeordneten Stereobrille gemäß dem Stand
der Technik dargestellt. Dabei zeigt die Stereobrille 6 schmale,
begrenzte transmittierende Intervalle B1*, G1*, R1* und B2*, G2*,
R2*. Die Interferenzfiltereinheiten des Stereoprojektors zeigen
ebenso 6 zu den vorgenannten Intervallen identische transmittierende
Intervalle B1, G1, R1 und B2, G2, R2. Dabei sind die x1 Intervalle (x
= B, G, R) jeweils dem linken Perspektivteilbild respektive den „linken" Komponenten des
Stereoprojektors zugeordnet, während
die x2 Intervalle den „rechten" Komponenten zugeordnet
sind. Es wird deutlich, dass die x1 Intervalle zu den x2 Intervallen orthogonal
ausgebildet sind.
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In 6b ist
die zeitliche Reihenfolge der dargestellten, beziehungsweise wahrnehmbaren
Bildinhalte der einzelnen Perspektivteilbilder dargestellt. Diese
wird beispielsweise mittels eines Stereoprojektionssystems gemäß 1b erzeugt.
Die mit Hilfe des Stereoprojektionssystems mit den Interferenzfiltern
gemäß 6a projizierten
und wahrnehmbaren Teilbilder werden alternierend wiedergegeben.
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Zuerst
wird das linke Perspektivteilbild mit den Bildinformationen B1,
G1, R1, die mit Hilfe der entsprechenden Intervalle projiziert werden,
wiedergegeben. In diesem Zeitraum wird kein Bild beziehungsweise
keine Bildinformation und damit keine Farbbilddaten von dem rechten
Perspektivteilbild projiziert. Damit ist auch kein rechtes Perspektivteilbild
wahrnehmbar. Anschließend
wird das rechte Perspektivteilbild mit den Farbbilddaten B2, G2,
R2, die mit Hilfe der ihnen entsprechenden Intervalle projiziert
werden, dargestellt, wohingegen in diesem Zeitraum das linke Perspektivteilbild
nicht dargestellt wird. Dementsprechend kann allein das rechte Perspektivteilbild
durch das rechte Brillenglas der Stereobrille wahrgenommen werden,
wohingegen keine Informationen des linken Perspektivteilbildes wahrgenommen
werden kann.
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Anschließend erfolgt
wieder die Darstellung des anderen Perspektivteilbildes und dementsprechend
die Unterbrechung der Darstellung des Perspektivteilbildes.
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Durch
diese alternierende Darstellung der Perspektivteilbilder sind erhebliche
zeitliche Lücken für die Wahrnehmung
des jeweiligen Bildes für
das jeweilige Auge gegeben, die, sobald die zeitlichen Lücken zu
lang sind, zu einem unangenehmen Flackern führen. Um dies zu verhindern
ist die Bildwechselrate des Stereoprojektors hoch gewählt. Diese hohe
Bildwechselrate führt
zu einer erheblichen Belastung der Komponenten des Stereoprojektors.
Diese Belastung führt
zu einer reduzierten Lebenszeit und führt zu einer erheblich erhöhten Anfälligkeit
des Stereoprojektors. Das gilt zusätzlich auch für eine Filterwechselmechanik
gemäß 1b.
Um diese Nachteile zu ü berwinden,
sind sehr aufwändige
und kostenintensive Vorkehrungen zu treffen.
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In 7 ist
entsprechend der 5 eine spektrale Verteilung
der Interferenzfilterspektren für die
Interferenzfilter der Interferenzfiltereinheiten des Stereoprojektors
beziehungsweise der Interferenzfilter der Brillengläser der
Stereobrille dargestellt.
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Die
Charakteristik der Interferenzfilter der Brillengläser der
Stereoprojektionsbrille zeigt 6 schmale Intervalle entsprechend
dem Stand der Technik, wogegen die Intervalle der Interferenzfilter des
Stereoprojektors nur vier transmittierende Intervalle zeigen. Dabei
zeigt der Interferenzfilter des Stereoprojektors für das linke
Perspektivteilbild ein schmales Intervall B1*, wogegen das andere
Intervall aufgrund einer Permutation von G1* mit G2* durch ein Verbinden
der Intervalle G2* mit dem Intervall R1* ein relativ breites Intervall
darstellt In entsprechender Weise ist für den Interferenzfilter des
Stereoprojektors für
das rechte Perspektivteilbild ein verbundenes Intervall G1* mit
B2* entstanden, das durch das einzelne, schmale Intervall R2* ergänzt wird.
Die verbundenen Intervalle erstrecken sich in zwei Farbwahrnehmungsbereiche.
In entsprechender Weise zur 8 ist bei
dieser erfindungsgemäßen Anordnung
auch eine Permutation der Farbbilddaten vorgenommen, so dass entsprechend
die nachfolgend genannten Vorteile erreicht werden können.
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In 8 ist
die zeitliche Reihenfolge der wiedergegebenen und aufnehmbaren Stereobildinformationen
respektive Farbbilddaten für
das linke Auge beziehungsweise das rechte Auge eines erfindungsgemäßen Stereoprojektssystems dargestellt,
wobei ein Stereoprojektor gemäß 1b verwendet
wird.
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Der
Darstellung in 8 liegt eine Spektralverteilung
der transmittierenden Intervalle entsprechend der 7 für die Interferenzfiltereinheiten
in einem Stereoprojektor zu Grunde.
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Aus
einer Permutation der Intervalle G1 mit G2 ist das zwischen G1 und
B2 gebildete, zwei Farbwahrnehmungsbereiche umfassende, breite Intervall R31
entstanden. Das permutierte Intervall G2 ist mit dem Intervall R1
zu dem Intervall L32 zusammengefasst und umfasst ebenso zwei Farbwahrnehmungsbereiche.
Durch diese Permutation mit zwei anschließenden Zusammenfassungen ist eine Anordnung geschaffen,
die vier transmittierende Intervalle für die beiden Interferenzfiltereinheiten
des Stereoprojektors zeigt.
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Werden
nun zusätzlich
die Farbbilddaten, die dem Intervall G2 zugeordnet sind mit auf
das Intervall G1 permutiert und damit mit Hilfe der anderen Interferenzfiltereinheit
dargestellt, so führt
dies zu einer abwechselnden Darstellung und damit Wahrnehmungsmöglichkeit
der Farbbilddaten auf dem linken Auge, beziehungsweise auf dem rechten
Auge, bei der Farbbilddaten für
den grünen
Farbwahrnehmungsbereich mit den Farbbilddaten der anderen Farbwahrnehmungsbereiche
rot und blau abwechselt. Dies erfolgt aufgrund der zusätzlichen
Permutation der Farbbilddaten so, dass das linke Auge nur Informationen
für das
linke Auge wahrnehmen kann, und in entsprechender Weise gilt dies
auch für
das rechte Auge. Dabei ist zu beachten, dass keine Permutation der
Intervalle für
die Stereobrille erfolgt ist, wodurch deren optische Eigenschaften
den optischen Eigenschaften der nicht permutierten Interferenzfilter
der Interferenzfiltereinheiten im Stereoprojektor entsprechen. Durch
die beschriebene Vor gehensweise gelingt es, die Lücken in
der Wiedergabe für
das jeweilige Auge aus dem Stand der Technik zu schließen und
dadurch das unerwünschte
Flackern deutlich einzuschränken.
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Auf
die Farbbilddaten R1, B1 folgen mit kurzem Abstand die Farbbilddaten
G2 und hierauf mit entsprechendem kurzem zeitlichem Abstand wiederum
die Farbbilddaten R1, B1, G1 usw.. Dies gilt für das linke Auge und in entsprechender
Weise ergibt sich dies auch für
das rechte Auge. Durch diese Elimination der langen zeitlichen Abstände ohne
ausgeprägten
negativen Lichtreiz durch eine ausgeprägte Dunkelphase ist ein wesentlicher
Qualitätsgewinn
erreicht. Hierbei wirkt sich besonders vorteilhaft aus, dass der
negative Aspekt der physiologischen Verzögerung der Wahrnehmbarkeit
von Bildern bei dieser erfindungsgemäßen Lösung besonders wenig störend ist,
da die Unterbrechung der Helligkeit erfindungsgemäß von sehr
kurzer zeitlichen Länge
ist und somit nicht oder nur eingeschränkt aktiviert wird. Damit kann
physiologisch bedingt die wiedergegebene Helligkeit weitgehend erfasst
werden, was beim Stand der Technik nicht möglich ist und sich in einer reduzierten
erfassten Helligkeit widerspiegelt. Damit wird erfindungsgemäß ein subjektiv
heller wahrgenommenes Stereobild erreicht.
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Durch
diese Ausbildung des Stereoprojektionssystems gelingt es zudem,
ohne Erhöhung
der Flackerneigung die Bildwechselrate zu erniedrigen beziehungsweise
bei Bedarf die Auflösung
der darzustellenden Stereobilder zu erhöhen. Je nach Anwendung kann
dies alternativ oder auch kombinativ vorgenommen werden. Hierbei
ist der Zusammenhang zwischen der Bildwechselrate und der Auflösung dahingehend
zu berücksichtigen,
dass das Produkt aus ihnen die konstante maximale Bandbreite der übertragenen
Bilddaten darstellt. Dementsprechend kann beispielsweise durch Verringern
der Bildwechselrate die Auflösung
erhöht
werden.
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Durch
das beschriebene Stereoprojektionssystem ist ein sehr komfortables
und angenehmes Wahrnehmen von Stereobildern erreicht, wobei sich das
Stereoprojektionssystem zudem durch lange Lebenszeit und komfortable
und kostengünstige
Realisierung auszeichnet.
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In 9 ist
eine andere erfindungsgemäße Lösung für ein Stereoprojektionssystem
dargestellt. In 9 ist entsprechend der 6a die
spektrale Verteilung der Interferenzfilterspektren für die Interferenzfilter
der Interferenzfiltereinheiten des Stereoprojektors beziehungsweise
der Interferenzfilter der Brillengläser der Stereobrille dargestellt.
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Die
Charakteristik der Intervalle des Stereoprojektors zeigt 6 schmale
Intervalle entsprechend dem Stand der Technik, wogegen die Interferenzfilter der
Brillengläser
der Stereoprojektionsbrille nur vier transmittierende Intervalle
zeigen. Dabei zeigt das linke Brillenglas ein schmales Intervall
B1*, wogegen das andere Intervall aufgrund einer Permutation von G1*
mit G2* durch ein Verbinden der Intervalle G2* mit dem Intervall
R1* entstanden ist.
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In
entsprechender Weise ist für
das rechte Brillenglas ein verbundenes Intervall G1* mit B2* entstanden,
das durch das einzelne, schmale Intervall R2* ergänzt wird.
Die verbundenen Intervalle erstrecken sich in zwei Farbwahrnehmungsbereiche.
In entsprechender Weise zu der 8 ist bei
dieser erfindungsgemäßen Anordnung
auch eine Permutation der Farbbilddaten vorgenommen, so dass entsprechend
die vorgenannten Vorteile erreicht werden können.
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Darüber hinaus
wirkt sich der Produktions- und Kostenvorteil hier in besonderem
Maße aus,
da hier einem Stereoprojektor mit zwei Interferenzfiltereinheiten
eine größere mögliche Anzahl
an Stereobrillen mit reduzierter Intervallzahl zugeordnet sein kann,
was einerseits zu erheblichen Kostenvorteilen, andererseits aber
auch zu merklichen Qualitätsvorteilen
führt.
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Darüber hinaus
gelingt es durch die dargestellten Filtercharakteristiken die hohen
Bildwechselraten beim Stand der Technik beispielsweise für Dreichip-DLP-Projektoren mit Wechselfiltern
zu reduzieren und dadurch die maximale Anzahl an ansteuerbaren Bildpunkten
zu erhöhen
bzw. die Anfälligkeit dieser
Stereoprojektoren zu verringern und dadurch die Lebensdauer und
Beständigkeit
dieser erfindungsgemäßen Stereoprojektionssysteme
deutlich zu erhöhen.