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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft das Gebiet der dreidimensionalen (3D) Darstellung von Bildern, z. B. in der Kino-Projektion. Insbesondere betrifft die Erfindung das Gebiet der 3D-Kinoprojektion mittels Wellenlängen-Multiplexings.
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Stand der Technik
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Ein bekanntes System zum Wellenlängen-Multiplexing für die 3D-Kinoprojektion ist in der
EP 1 101 362 B1 beschrieben.
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Nachteilig bei den bekannten Systemen zum Wellenlängen-Multiplexing ist, dass die verwendeten Brillen und Filter so teuer in der Herstellung sind, dass sie mehrfach verwendet werden müssen.
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Außerdem weisen die verwendeten Filter eine starke Winkelabhängigkeit auf. Die spektrale Lage der Transmissionsbänder der Filter hängt stark vom Einfallswinkel des Lichts ab. Im Kino führt das dazu, dass gekrümmte Brillengläser eingesetzt werden müssen und die Einfallswinkel im Projektor auf den Filter zwangsweise klein gehalten werden müssen. Dennoch kann ein Übersprechen zwischen den einzelnen Kanälen der eigentlich getrennten Bilder für das rechte und linke Auge nicht völlig ausgeschlossen werden.
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Aufgabe
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Wellenlängen-Multiplexing für die 3D-Kinoprojektion zu verbessern.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Die Erfindungen umfassen auch alle sinnvollen und insbesondere alle erwähnten Kombinationen von unabhängigen und/oder abhängigen Ansprüchen.
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Es wird ein Projektionssystem zum Erzeugen und Betrachten von dreidimensionalen farbigen Bildern vorgeschlagen, mit:
- a) zwei Projektionsvorrichtungen zum Projizieren je eines Perspektiv-Teilbildes, wobei jede Projektionsvorrichtung folgendes aufweist:
a1) eine Lichterzeugungseinheit mit drei Leuchtdioden-Typen, je eine für die Farben Rot, Grün und Blau,
a2) wobei sich die einzelnen Farben zwischen den beiden Lichterzeugungseinheiten spektral unterscheiden und spektral allenfalls geringfügig überlappen;
a3) einer bildgebenden Einrichtung zur Erzeugung von zwei stereoskopischen Perspektiv-Teilbildern für das rechte bzw. linke Auge eines Betrachters; und
a4) ein Projektionsobjektiv;
- b) einer Projektionswand; und mit
- c) einer Brille mit einem Filterpaar aus Absorptionsfiltern, je ein Filter für das rechte bzw. linke Auge,
c1) wobei durch die beiden Filter des Filterpaars jeweils unterschiedlich vorgegebene Bereiche des sichtbaren Spektrums derart absorbiert werden, dass mehrere begrenzte spektrale Intervalle im Bereich der Farbwahrnehmung Rot, Grün und Blau transmittiert werden,
c2) wobei die Lage der transmittierenden Intervalle für die beiden Perspektiv-Teilbilder unterschiedlich ist, und
c3) wobei einer der beiden Filter Farbintervalle entsprechend den von einer der beiden Lichterzeugungseinheiten erzeugten Farben transmittiert und der andere der beiden Filter Farbintervalle entsprechend den von der anderen Lichterzeugungseinheit erzeugten Farben transmittiert.
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Als Lichterzeugungseinheit werden Leuchtdioden (LED) verwendet. Dabei kann die Lichterzeugungseinheit entweder aus drei LED (Rot, Grün, Blau) bestehen, oder aber eine Matrix bilden, entsprechend der gewünschten Anzahl von Pixeln (z. B. entsprechend der Auflösung in Full HD-Qualität, also 1920×1080 Pixel).
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Die Komponenten a1) bis a4) müssen nicht zwingend in der angegebenen Reihenfolge hintereinander angeordnet sein. In den verschiedenen, weiter unten beschriebenen Varianten werden die genannten Komponenten in unterschiedlichen Reihenfolgen angeordnet.
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Die bildgebende Einrichtung ist hierbei vorzugsweise eine Einrichtung zur elektronischen Datenverarbeitung (EDV), z. B. ein DMD (Digital Mirror Device), die eine digitale Bilderzeugung realisiert und mit den erzeugten Bilddaten der zwei Perspektiv-Teilbilder die jeweilige Lichterzeugungseinheit der zwei Projektionsvorrichtungen ansteuert. Die bildgebende Einrichtung kann aber auch ein konventioneller Film sein, der die beiden Teilbilder für das Linke bzw. rechte Auge produziert.
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Die Projektionsvorrichtung kann auch so ausgeführt sein, dass nur eine Lichterzeugungseinheit für beide bildgebende Einrichtungen vorhanden ist. In diesem Falle weist diese Lichterzeugungseinheit 6 LED auf (2 × Rot, 2 × Grün, 2 × Blau), die abwechselnd leuchten. Die Anzahl der pro Zeiteinheit produzierten Perspektiv-Teilbilder eines 3D-Films muss dabei ein Doppeltes der bei einem 2D-Film erforderlichen Anzahl pro Zeiteinheit betragen.
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Als Projektionswand kann für das vorgeschlagene Projektionssystem eine einfache weiße Leinwand verwendet werden, es muss keine Silber-Leinwand sein, wie z. B. bei 3D-Kinoprojektionsverfahren, die auf Polarisations-Effekten beruhen.
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Das beschriebene 3D-Projektionssystem ermöglicht es u. a., mittels der Verwendung der Absorptionsfilter die Winkelabhängigkeit der bekannten Filter für das Wellenlängen-Multiplexing, welche auf Interferenz mittels dichroitischer Schichten basieren, zu eliminieren. Damit entfällt auch das Übersprechen zwischen den Kanälen für die beiden Augen.
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Durch den Einsatz von Absorptionsfiltern werden somit die eingangs geschilderten Nachteile des Standes der Technik vermieden. Absorptionsfilter und damit Brillen lassen sich zu geringen Kosten in hoher Stückzahl produzieren und können daher als Einweg-Artikel verwendet werden. Dies spart nicht nur Kosten, sondern verbessert auch die hygienischen Verhältnisse und die Organisation von dreidimensionalen Kino-Vorführungen.
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Vorteilhaft ist es, wenn die ausgeblendeten sonstigen Spektralbereiche für das jeweilige Perspektiv-Teilbild durch Absorptionsbande erzeugt werden. Dies ermöglicht eine sehr kostengünstige Herstellung der Brille, die dann auch als Wegwerf-Artikel verwendet werden kann, was wiederum u. a. Hygiene-Vorteile bietet.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Erzeugen und Betrachten von dreidimensionalen farbigen Bildern mittels zweier Projektionsvorrichtungen, mit folgenden Schritten:
- a) in jeder Projektionsvorrichtung (108, 110) erzeugt eine Lichterzeugungseinheit (102, 103) mit drei Leuchtdioden-Typen, je einem für die Farben Rot, Grün und Blau, Licht (116, 117) für eine bildgebende Einrichtung (102, 103),
a1) wobei sich die einzelnen Farben zwischen den beiden Lichterzeugungseinheiten spektral unterscheiden und spektral allenfalls geringfügig überlappen;
- b) jede von den Lichterzeugungseinheiten beleuchtete bildgebende Einrichtung erzeugt ein stereoskopisches Perspektiv-Teilbild für das rechte bzw. linke Auge eines Betrachters;
- c) die von den bildgebenden Einrichtungen erzeugten stereoskopischen Perspektiv-Teilbilder werden zum Projizieren des jeweiligen Perspektiv-Teilbildes jeweils zu einem Projektionsobjektiv übertragen;
- d) durch die beiden Projektionsobjektive werden die von den bildgebenden Einrichtungen erzeugten stereoskopischen Perspektiv-Teilbilder auf eine Projektionswand projiziert;
- e) die auf die Projektionswand projizierten Perspektiv-Teilbilder werden mit einer Brille mit einem Filterpaar aus Absorptionsfiltern, je ein Filter für das rechte bzw. linke Auge, betrachtet,
e1) wobei durch die beiden Filter des Filterpaars jeweils unterschiedlich vorgegebene Bereiche des sichtbaren Spektrums derart ausgeblendet werden, dass mehrere begrenzte spektrale Intervalle im Bereich der Farbwahrnehmung Rot, Grün und Blau transmittiert werden,
e2) wobei die Lage der transmittierenden Intervalle für die beiden Perspektiv-Teilbilder unterschiedlich gewählt wird, und
e3) wobei einer der beiden Filter Farbintervalle entsprechend den von einer der beiden Lichterzeugungseinheiten erzeugten Farben für das Bild für ein Auge transmittiert und der andere Filter Farbintervalle entsprechend den von der anderen Lichterzeugungseinheit erzeugten Farben für das Bild für das andere Auge transmittiert.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich allein oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des 3D-Projektionssystems;
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2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des 3D-Projektionssystems;
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3 ein beispielhaftes, schematisches Transmissionsspektrum für die zwei Filter eines Filterpaares.
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1 zeigt ein 3D-Projektionssystem 100 mit zwei Projektionsvorrichtungen 108, 112. Jede der zwei Projektionsvorrichtungen 108, 112 weist folgende Elemente auf:
- – eine Lichterzeugungseinheit 112, 114;
- – eine bildgebende Einrichtung 102, 103, und
- – ein Projektionsobjektiv 118, 119.
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Die Lichterzeugungseinheiten 112, 114 verfügen jeweils über mindestens drei Leuchtdioden (LED; Light Emitting Diode), die rotes, grünes bzw. blaues Licht (R, G, B) abgeben. Die LED der Lichterzeugungseinheiten 112, 114 sind derart ausgeführt, dass jede der insgesamt 2 × 3 LED jeweils Licht in definierten schmalbandigen Wellenlängenbereichen erzeugen kann (jeweils rot, grün, blau).
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Die von den LED-Lichterzeugungseinheiten 112, 114 abgegebene Lichtstrahlung 116, 117 realisiert die Beleuchtung der entsprechenden bildgebenden Einrichtungen 102, 103 der Projektionsvorrichtungen 108, 110. Die bildgebenden Einrichtungen 102, 103 der zwei Projektionsvorrichtungen 108, 110 erzeugen jeweils eines der für die 3D-Darstellung eines Bildes erforderlichen zwei zu projizierenden stereoskopischen Perspektiv-Teilbilder, nämlich das Teilbild für das linke Auge 104 eines Betrachters und das Teilbild für das rechte Auge 106 des Betrachters. Die Bilderzeugung in den bildgebenden Einrichtungen 102, 103 kann auf der Basis von konventionellem Filmmaterial oder digital, beispielsweise mittels DMD (Digital Mirror Device) oder LCD realisiert werden. Ein DMD würde wie üblich in Reflexion betrieben, ein LCD in Transmission.
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Jedes der beiden Perspektiv-Teilbilder beinhaltet die gleiche aufgenommene Szene, jedoch jeweils aufgenommen aus einer anderen Perspektive.
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Jedes in einer der Projektionsvorrichtungen 108, 110 erzeugte stereoskopische Perspektiv-Teilbild gelangt zu einem Projektionsobjektiv 118, 119. Mittels des Projektionsobjektivs 118, 119 wird das jeweilige Perspektiv-Teilbild auf eine Projektionswand 120 projiziert.
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Die auf die Projektionswand 120 projizierten zwei stereoskopischen Perspektiv-Teilbilder für das linke bzw. rechte Auge 104, 106 eines Betrachters werden vom Betrachter durch eine spezielle Brille 122 betrachtet.
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Die Brille 122 ist derart ausgestaltet, dass als Augengläser ein Filterpaar aus Absorptionsfiltern 124, 126 verwendet werden, je ein Filter pro Auge.
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Durch die beiden Filter 124, 126 des Filterpaars der Brille 122 werden jeweils unterschiedlich vorgegebene Bereiche des sichtbaren Spektrums derart ausgeblendet, dass mehrere begrenzte spektrale Intervalle im Bereich der Farbwahrnehmung Blau, Grün und Rot transmittiert werden, wobei die Lage der transmittierenden Intervalle für die beiden Perspektiv-Teilbilder unterschiedlich ist und die ausgeblendeten Bereiche durch Absorptionsbänder erzeugt werden.
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Mit Filter ist dabei ein Filter gemeint, der aus einem Material besteht, welches bestimmte transmissive und absorptive spektrale Eigenschaften hat. Der Filter kann auf Glas-Basis ausgeführt sein, er kann aber auch aus einer Kunststoff-Folie bestehen.
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Die Transmissionsspektren des Filters 124 für das linke Auge bzw. des Filters 126 für das rechte Auge sind dabei voneinander unterschiedlich. Das Transmissionsspektrum des Filters 124 für das linke Auge 104 entspricht dabei dem Spektrum des von der Lichterzeugungseinheit 112 des Projektors 108 für die Projektion des Bildes für das linke Auge 104 emittierten Lichtes. Dem angepasst, entspricht das Transmissionsspektrum des Filters 126 für das rechte Auge 106 dem Spektrum des von der Lichterzeugungseinheit 114 des Projektors 110 für die Projektion des Bildes für das rechte Auge 106 emittierten Lichtes. Diese Relationen hinsichtlich der Lage der Transmissionsbänder können sinngemäß auch umgekehrt sein.
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Beim gleichzeitigen Betrachten der beiden Perspektiv-Teilbilder auf der Projektionswand mittels der Brille 122 entsteht in der Wahrnehmung des Betrachters der beiden stereoskopischen Perspektiv-Teilbilder ein dreidimensionales Bild.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel des 3D-Projektionssystems 100 ist in 2 dargestellt. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel gelangen die von der bildgebenden Einrichtung 102a, 103a erzeugten Perspektiv-Teilbilder für das linke bzw. rechte Auge 104, 106 des Betrachters zu den zwei Projektionsvorrichtungen 108, 110. Die beiden bildgebenden Einrichtungen 102a, 103a sind in diesem Ausführungsbeispiel lediglich rechnergestützte Einrichtungen zum Steuern der Lichterzeugungseinheiten 112a, 114a. Sie enthalten die Bild- bzw. Filmdaten in digitaler Form.
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Jede der beiden Projektionsvorrichtungen 108, 110 ist mit einer Lichterzeugungseinheit 112a, 114a ausgestattet. Die Lichterzeugungseinheiten 112a, 114a verfügen jeweils über ein Leuchtdioden(LED)-Array mit z. B. 1920 × 1080 roten, blauen und grünen LED, in diesem Beispiel also 3 × 1920 × 1080 LED, also 6.220.800 LED (LED; Light Emitting Diode). Die LED geben rotes, grünes und blaues Licht (R, G, B) 116, 117 ab.
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Die LED der Lichterzeugungseinheiten 112a, 114a sind derart ausgeführt, dass jede LED jeweils Licht 116, 117 in definierten schmalbandigen Wellenlängenbereichen erzeugen kann (jeweils rot, grün bzw. blau).
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Die von den LED-Lichterzeugungseinheiten 112a, 114a abgegebene Lichtstrahlung 116, 117 für die beiden stereoskopischen Perspektiv-Teilbilder gelangt zu den Projektionsobjektiven 118, 119 des jeweiligen Projektors 108, 110 und werden mittels der Projektionsobjektive 118, 119 auf eine Projektionswand 120 projiziert. Die weitere Verarbeitung der auf die Projektionswand projizierten beiden Perspektiv-Teilbilder für die 3D-Wahrnehmung durch einen Betrachter erfolgt sinngemäß wie zu 1 beschrieben.
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Beispielhaft zeigt 3 schematisch ein Transmissionsspektrum für die zwei Filter eines Filterpaars 124, 126. Dabei möge die durchgezogene Linie für den Filter 124 des linken Auges 104 stehen, die gestrichelte Linie für das Transmissionsspektrum des Filters 126 des rechten Auges 106.
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Denkbare LED für das linke Perspektiv-Teilbild wären z. B.:
- – blaue LED1 (Königsblau):
- – Wellenlängen-Bereich: 440–460 nm
- – LED Typ: LUXEON LXML-PR01-0500
- – grüne LED1 (Cyan):
- – Wellenlängen-Bereich: 490–520 nm
- – LED Typ: LUXEON LXML-PE01-0080
- – rote LED1 (Amber):
- – Wellenlängen-Bereich: 584–597 nm
- – LED Typ: LUXEON LXML-PL01-0040
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Denkbare LED für das rechte Perspektiv-Teilbild wären z. B.:
- – blaue LED2 (Blau):
- – Wellenlängen-Bereich: 460–490 nm
- – LED Typ: LUXEON LXML-PB01-0040
- – grüne LED2 (Grün)
- – Wellenlängen-Bereich: 520–550 nm
- – LED Typ: LUXEON LXML-PM01-0100
- – rote LED2 (Rot)
- – Wellenlängen-Bereich: 620–645 nm
- – LED Typ: LUXEON LXM2-PD01-0050.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- 3D-Projektionssystem
- 102
- bildgebende Einrichtung (links)
- 102a
- bildgebende Einrichtung (links)
- 103
- bildgebende Einrichtung (rechts)
- 103a
- bildgebende Einrichtung (rechts)
- 104
- linkes Auge eines Betrachters
- 106
- rechtes Auge eines Betrachters
- 108
- Projektionsvorrichtung (links)
- 110
- Projektionsvorrichtung (rechts)
- 112
- Lichterzeugungseinheit mit 3 LED (links)
- 112a
- LED-Array (links)
- 114
- Lichterzeugungseinheit mit 3 LED (rechts)
- 114a
- LED-Array (rechts)
- 116
- Lichtstrahlung von den LED
- 117
- Lichtstrahlung von den LED
- 118
- Projektionsobjektiv (links)
- 119
- Projektionsobjektiv (rechts)
- 120
- Projektionswand
- 122
- Brille
- 124
- Absorptionsfilter für das linke Auge
- 126
- Absorptionsfilter für das rechte Auge
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zitierte Literatur
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zitierte Patentliteratur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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