DE102013106201A1

DE102013106201A1 - Filteranordnung für ein Wellenlängenmultiplex-Stereosystem und Stereobrille, Stereoprojektor oder Stereodisplay eines Wellenlängenmultiplex-Stereosystems

Info

Publication number: DE102013106201A1
Application number: DE102013106201.6A
Authority: DE
Inventors: Helmut Jorke; Arnold Simon; Dr. Rohwer Klaus; Markus Fritz
Original assignee: Infitec GmbH
Current assignee: Infitec GmbH
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2014-12-18
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: DE102013106201B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung 30 für ein Wellenlängenmultiplex-Stereosystem 10. Diese ist mit wenigstens einem ersten schichtförmigen Filter 31, der wenigstens einen schmalbandigen Transmissions- oder Blockbereich aufweist und einen Interferenzfilter 31 darstellt, versehen. Weiterhin ist erfindungsgemäß wenigstens ein zweiter schichtförmiger Filter 32 vorgesehen, der flächig mit dem ersten schichtförmigen Filter 31 verbunden ist und der einen Farbstofffilter 32 darstellt. Der zweite schichtförmige Filter 32 weist dabei wenigstens einen Transmissions- bzw. Block- oder Absorptionsbereich auf, welcher in seiner Lage dem des wenigstens einen schmalbandigen Transmissions- oder Blockbereichs des ersten schichtförmigen Filters 31 entspricht. Vorzugsweise entsprechen sich alle Transmissions- bzw. Block- oder Absorptionsbereiche. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Stereobrille 20, einen Stereoprojektor 12 oder ein Stereodisplay, die jeweils mit wenigstens zwei erfindungsgemäßen Filteranordnungen 30 versehen sind, wobei die schmalbandigen Transmissions- bzw. Block- oder Absorptionsbereiche dieser Filteranordnungen 30 keinen wechselseitigen Überlapp aufweisen. Durch diese Erfindung ist eine effiziente und günstige Realisierung eines Wellenlängenmultipex-Stereosystems 10 möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung für ein Wellenlängenmultiplex-Stereosystem bzw. eine Stereobrille, einen Stereoprojektor oder ein Stereodisplay für ein Wellenlängenmultiplex-Stereosystem.
Es existieren verschiedene Techniken zur dreidimensionalen Wiedergabe von Bildern und Videodaten sowie CAD-Daten. Aus der DE 198 08 264 C2 ist ein Stereosystem nach der Wellenlängenmultiplex-Technologie bekannt. Dabei werden von einem Objekt zwei Stereohalbbilder, auch Perspektivteilbilder, erzeugt, die das Objekt unter unterschiedlichen Bildwinkeln darstellen. Der Bildwinkelunterschied entspricht dabei bevorzugt der Augenparalaxe des menschlichen Betrachters.
Zur Erzeugung eines räumlichen Eindrucks des Objektes wirken ein Stereoprojektor und eine Stereobrille derart zusammen, dass ein Betrachter, der die projizierten Stereobilder durch die Brillengläser der Betrachtungsvorrichtung hindurch betrachtet, das dem rechten Auge zugeordnete Stereohalbbild nur mit dem rechten Auge und das dem linken Auge zugeordnete Stereohalbbild nur mit dem linken Auge sieht.
Bei dem hier beschriebenen Wellenlängenmultiplex-Stereosystem werden die beiden Stereohalbbilder mit zueinander orthogonalen Emissions- oder Emissions- oder Projektionsspektren auf einem Projektionsschirm, beispielsweise eine Kinoleinwand projiziert. Unter orthogonalen Emissions- oder Emissionsoder Projektionsspektren werden im Rahmen der vorliegenden Beschreibung allgemein Emissions- oder Emissions- oder Projektionsspektren verstanden, deren Spektralbänder einander im sichtbaren Bereich im Wesentlichen nicht überlappen.
Beim Wellenlängenmultiplexing werden mehrere voneinander beabstandete Spektralbänder zur Projektion verwendet, die sich bezüglich der Lage an der spektralen Empfindlichkeit der drei Farbrezeptoren des menschlichen Auges orientieren. Dabei unterscheiden sich die Bänder des Emissions- oder Emissionsoder Projektionsspektrums für das rechte Stereohalbbild von den Bändern des Emissions- oder Emissions- oder Projektionsspektrums für das linke Stereohalbbild derart, dass die oben erläuterte Bedingung der Orthogonalität der Emissions- oder Projektionsspektren erfüllt ist. Die erzeugten Stereohalbbilder werden auf dem Projektionsschirm deckend aufeinander projiziert. Dabei ist es möglich, die unterschiedlichen Emissions- oder Projektionsspektren durch den Einsatz von jeweils drei sehr schmalbandigen Lichtquellen insbesondere mittels Lasern zu realisieren, deren Emissions- oder Projektionsspektren im roten, grünen bzw. blauen Spektralbereich liegen und paarweise zueinander versetzt sind. Alternativ ist beschrieben, die Emissions- oder Projektionsspektren mittels schmalbandiger Interferenzfilter aus einer breitbandigen Weißlichtquelle zu generieren.
Die Stereobrille zeigt dabei Brillengläser, die als Interferenzfilter entsprechend den Projektorinterferenzfiltern ausgebildet sind. Diese Interferenzfilter zur Erzeugung des linken Stereohalbbildes im Projektor und zur Selektion im linken Brillenglas sind identisch ausgebildet, so dass mit Hilfe des linken Brillenglases das durch den entsprechenden Interferenzfilter im Projektor erzeugte linke Stereohalbbild durchgelassen wird, während das rechte Stereohalbbild mittels eines orthogonalen Interferenzfilters für das rechte Stereohalbbild gesperrt wird. In entsprechender Weise erfolgt dies umgekehrt mit dem rechten Brillenglas der Stereobrille, das den gleichen Interferenzfilter mit der gleichen Spektralstruktur wie der Interferenzfilter im Projektor für das rechte Stereohalbbild aufweist. Durch diese Ausbildung der Stereobrille, die auf den Stereoprojektor mit seinen Emissionsoder Projektionsspektren abgestimmt ist, ist wird eine verlässliche Kanaltrennung geschaffen.
Die Interferenzfilter, wie sie in der DE 198 08 264 C2 verwendet werden, stellen optische Filter dar, die auf einem aus Klarglas gebildeten Träger mehrere Reflexionsschichten aus Metalloxiden und dünne dielektrische farblose Schichten aufgebracht haben. Dabei zeigen die aufgebrachten Schichten wechselweise unterschiedliche Brechungsindices. An jeder Grenzfläche zwischen zwei Materialien wird die auftreffende elektromagnetische Strahlung in einen Teil aufgespalten, der reflektiert wird und in einen anderen Teil, der durchgelassen wird. An den vielen Grenzschichten entstehen sehr viele Teilstrahlen, die sich wechselseitig überlagern und auslöschen also interferieren können, so dass bei geeigneter Materialwahl und Dickenwahl der Schichten die Filtereigenschaften spezifisch gewählt werden können. Gerade wenn sehr kantensteile Filtercharakteristiken und starke Blockungen gewünscht sind, werden viele spezifische Interferenzschichten benötigt, die die Interferenzfilter sehr aufwändig machen. Da Interferenzfilter sehr flankensteile Durchlassbereiche und gute Blockungen zu ermöglichen, sind sie für die Wellenlängenmultiplex-Stereotechnologie besonders geeignet.
Aus der WO 2012/11 99 44 A1 ist ein anderer Typ von Interferenzfiltern bekannt, der in einer Stereobrille verwendet wird. Dieser Filter zeigt wenigstens eine photosensitive Polymerfolie, die wenigstens zwei vereinzelte Filterbereiche aufweist, die mittels holographischer Belichtung mit kohärentem Licht von beiden Seiten strukturiert werden und die aufgrund der Strukturierung für bestimmte, jeweils vorgegebene Wellenlängenintervalle des elektromagnetischen Spektrums nahezu oder praktisch vollständig undurchlässig sind. Dabei ist es sehr aufwendig, den Filter so auszubilden, dass eine Blockung erreicht wird, die eine Resttransmission von weniger als 3% ermöglicht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine andere Filteranordnung zu schaffen, die für ein Wellenlängenmultiplex-Stereosystem besonders geeignet ist bzw. eine neue Stereobrille, Stereoprojektor oder Stereodisplay für ein Wellenlängenmultiplex-System zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Filteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Stereobrille, Stereoprojektor oder Stereodisplay mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Zunächst sieht die Erfindung eine Abkehr von dem Dogma vor, hinreichend schmalbandige oder flankensteile Filteranordnungen für Wellenlängenmultiplex-Stereosysteme könnten nur durch Interferenzfilter erzeugt werden. Im Gegensatz dazu wird vorgeschlagen, eine Filteranordnung zu realisieren, die aus einer Kombination von einem oder mehreren Interferenzfiltern mit einem oder mehreren Farbstofffiltern, das sind Absorptionsfilter, die Absorptionsfarbstoffe als absorbierendes Substanzen enthalten, zeigen. Dabei sind die verwendeten Filter und damit die Transmissions- bzw. Block- oder Absorptionsbereiche der kombinierten Interferenzfilter und Farbstofffilter so aufeinander abgestimmt, dass die Block- oder Absorptionsbereiche bzw. Transmissionsbereiche einander entsprechen und dadurch in ihrer Wirkung sich verstärken.
Durch die flächige Verbindung der beiden schichtförmigen Arten von Filtern wird erreicht, dass die Transmissionswerte der Filter miteinander multipliziert werden, da die Filter in Durchstrahlrichtung hintereinander angeordnet sind. Liegt der Transmissionswert bei einer vorgegebenen Wellenlänge für die Interferenzfilterstruktur beispielsweise bei 20% und in entsprechender Weise der Transmissionswert der Farbstofffilterstruktur ebenso beispielsweise bei 20%, so ergibt sich für die gesamte Filteranordnung ein Transmissionswert von etwa 4% für diesen einen vorgegebenen Wellenlängenwert. Dies führt dazu, dass erfindungsgemäß die jeweils einzelnen Filter nicht so aufwendig und hochwertig geschaffen werden müssen und damit auch weniger kostenintensiv sind, um dennoch eine ausreichende Absorption und damit Filtercharakteristik der gesamten erfindungsgemäßen Filteranordnung zu erreichen.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass sich trotz eines nicht sehr hohen Transmissionswertes außerhalb des Sperrbereiches bzw. Block- oder Absorptionsbereiches der Farbfilter, der regelmäßig im Bereich von 70 bis 80% liegt, die erfindungsgemäße Kombination der Filter für die erfindungsgemäße Filteranordnung als sehr geeignet für eine gute Kanaltrennung erweist. Im Übrigen gelingt es unter Verwendung der erfindungsgemäßen Filteranordnung mit geeigneten Transmissions- bzw. Block- oder Absorptionsbereichen, eine sehr gute Farbdarstellung der 3D-Objekte zu erreichen.
Neben der Möglichkeit nur einen einzigen schmalbandigen Transmissions- bzw. Block- oder Absorptionsbereich vorzusehen, besteht auch die Möglichkeit mehrere gemeinsam vorzusehen, die voneinander getrennt ausgebildet sind. Dabei hat es sich besonders bewährt, wenigstens drei solcher schmalbandiger Absorptions- oder Transmissionsbereiche vorzusehen, von denen wenigstens einer jeweils in einem der Empfindlichkeitsbereiche der Farbrezeptoren des Auges, also im roten, im blauen bzw. im grünen Farbbereich liegt.
Durch diese Ausbildung gelingt es, mehrere schmalbandige Absorptions- oder Transmissionsbereiche für die erfindungsgemäße Filteranordnung vorzusehen, die bei gemeinsamer Nutzung im Rahmen eines Wellenlängenmultiplex-Stereosystems eine Farbtreue, insbesondere das gesamte Farbspektrum mit einer natürlichen Wiedergabe der weißen Farbe für ein Stereohalbbild ermöglicht. Dabei ist durch diese Ausbildung der erfindungsgemäßen Farbfilteranordnung das Realisieren einer entsprechenden, erfindungsgemäßen Filteranordnung ermöglicht, die ein relevantes Übersprechverhalten von dem linken Stereohalbbild auf das rechte Stereohalbbild und umgekehrt vollständig oder weitgehend ausschließt. Dies bedeutet, dass die gewählten Filtercharakteristiken mit ihren Transmissions- bzw. Blockoder Absorptionsbereichen orthogonal zueinander gewählt und ausgebildet sind. In der Praxis wird es selten möglich sein, die Filtereigenschaften der zueinander orthogonalen Filteranordnungen so zu gestalten, dass in den Blockierungsbereichen tatsächlich die Transmission null erreicht wird. Daher muss der Begriff nicht überlappend und damit orthogonal und daher funktionsorientiert im Hinblick auf das zu erreichende Ziel der getrennten kanalselektiven Wahrnehmung der Stereohalbbilder ausgelegt werden.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die flächig verbundenen, schichtförmigen Filter miteinander flächig zu verkleben bzw. zu laminieren, wobei der Kleber bzw. der Laminierstoff in seinen optischen Eigenschaften vorzugsweise klar und damit für das sichtbare Spektrum transparent gewählt ist.
Als bevorzugte Alternative hierzu hat es sich bewährt, einen der beiden Filter auf den anderen Filter durch Direktbeschichtung insbesondere im Rahmen des Produktionsprozesses des aufzubringenden Filters, aufzubringen. Hierdurch ist es möglich, auf eine zusätzliche Schicht durch den Kleber bzw. durch den Laminierstoff zu verzichten und dadurch die optischen Eigenschaften der Filteranordnung zu verbessern, denn jede zusätzliche Schicht beeinflusst die optischen Eigenschaften der Filteranordnung und dies regelmäßig in negativer Richtung.
Darüber hinaus wird es möglich, dass das flächige Verbinden der wenigstens beiden Filter genauso präzise erfolgt wie die Herstellung der Interferenzschichten des Interferenzfilters bzw. der Farbstofffilterschichten des Farbstofffilters. Hierbei spielt besonders die laterale Positionierung der Filterschichten eine besondere Rolle, die im Rahmen der verwendeten Technologien der jeweiligen Fertigungsprozesse sehr präzise erreicht werden kann. Das Aufbringen durch Direktbeschichtung kann dabei im Falle von Polymerschichten durch Rakeln, Gießen oder Spritzen und insbesondere bei den Interferenzfilterschichten mit Metalloxid durch Bedampfen, insbesondere mit Vakuumbedampfung oder Kathodenzerstäubung, erfolgen.
Neben der erfindungsgemäßen Möglichkeit, die Filter der Filteranordnung plan auszubilden, hat es sich besonders bewährt, diese gekrümmt auszubilden, wobei die gekrümmten Filter in ihrer Krümmung sich so wechselseitig entsprechen, dass diese flächig miteinander verbunden werden können, ohne dass ungewollte störende, insbesondere partielle Zwischenräume zwischen den Filtern entstehen, die die optischen Eigenschaften, insbesondere die Transmissionseigenschaften negativ beeinflussen. Durch die Ausbildung als gekrümmte, insbesondere als gleichmäßig konkav-konvex gekrümmte Filteranordnung gelingt es, gerade bei der Verwendung der Filteranordnung als Brillenglas einer Stereobilder sicherzustellen, dass die Variation der optischen Schichtdicke der Filteranordnung aufgrund unterschiedlicher Blickrichtungen gegenüber einer planen Anordnung in Hinblick auf die Transmission bzw. Blockung der Stereobrille verbessert wird, sobald von der konkaven Seite durch die Filteranordnung hindurch gesehen wird.
Bevorzugt wird dabei eine gekrümmte Form gewählt, die in etwa einem Kugelschalenabschnitt entspricht, wobei die Kugelschale einen Kugelradius zwischen 4 und 10 cm zeigt. Durch diese Wahl ist die Variation der optischen Schichtdicke und damit der optischen Eigenschaften der Filteranordnung aufgrund eines nicht zentralen Durchschauens durch die Filteranordnung erheblich eingeschränkt und damit die optischen Eigenschaften und die vorteilhafte Wirkung bei der Verwendung in einem Wellenlängenmultiplex-Stereosystem besonders gewährleistet. Dies gilt umso mehr, da keine aufwändigen Variationen der optischen Eigenschaften, insbesondere Absorptions- oder Transmissionseigenschaften je nach gewählter Stelle der erfindungsgemäßen Filteranordnung vorgesehen werden müssen, um störende Effekte bei nicht zentraler Durchsicht zu verhindern. Es ist erfindungsgemäß möglich, die optischen Eigenschaften positionsgenau zu variieren, um diese Effekte zu reduzieren, jedoch gelingt es durch die geeignete Wahl von gekrümmten Filtern den Bedarf von positionsspezifischen Variationen gering zu halten oder ganz darauf zu verzichten. Dies führt zu kostengünstigen Filteranordnungen.
Es hat sich besonders bewährt, den Farbstofffilter, also einen zweiten schichtförmigen Filter so auszubilden, dass er einen absorbierenden Cyanin-Farbstoff enthält, der in supramolekularer Konfiguration eines J-Aggregates vorliegt. J-Aggregate, die teilweise auch als Scheibe-Aggregate bezeichnet werden, sind dem Fachmann als solche wie auch ihre Herstellung grundsätzlich bekannt.
Eine wichtige Eigenschaft der J-Aggregate ist die spektrale Aufstellung ihrer Absorptionsspektren im Vergleich zum herkömmlichen molekularen Farbstoff, der gerade nicht in supramolekularer Konfiguration eines J-Aggregats vorliegt. Diese Verwendung von Cyanin-Farbstoffen in J-Aggregatkonfiguration ist besonders geeignet, flankensteile, scharfe Transmissionsbzw. Block- oder Absorptionsbereiche im Filterspektrum der Filter der Filteranordnung zu schaffen.
Es ist zwar bekannt, dass hochkonzentrierte J-Aggregate von Cyanin-Farbstoffen deutlich lichtempfindlicher sind und somit ihre Absorptionseigenschaften einbüßen. Überraschend hat es sich aber gezeigt, dass dieser Effekt durch die erfindungsgemäße Kombination mit einem Interferenzfilter deutlich weniger stark auftritt, da der Bedarf an hochkonzentrierten J-Aggregaten von Cyanin-Farbstoffen erheblich eingeschränkt ist, was aufgrund der Kombination mit dem auf die spektralen Eigenschaften des Farbstofffilters angepassten Interferenzfilter ermöglicht ist. Weiterhin kann durch die Kombination von zwei Filtern die Lichtbelastung, der Farbstoff in dem Farbstofffilter ausgesetzt ist, nochmals reduziert werden, so dass sich daraus eine Verbesserung der Lebensdauer der Farbstoffe und damit der Filteranordnung mit wenigstens einem zweiten Filter ergibt. Zusätzlich stellt die Kombination der Interferenzfilterschicht des ersten Filters mit der Farbstoffschicht des zweiten Filters eine Diffusionsbarriere für Sauerstoff und Wasser dar, so dass dadurch der Farbstoff zusätzlich gegen schädliche Umwelteinflüsse besser geschützt ist. Aus den einzelnen genannten Punkten und insbesondere deren Kombination ergibt sich ein wirtschaftlich relevanter und Erfolg versprechender Einsatz dieser an sich besonders vorteilhaften Farbstoffe auf ausreichende Zeit.
Bevorzugt werden dabei unterschiedliche Cyanin-Farbstoffe in supramolekularer J-Aggregatkonfiguration verwendet, um die verschiedenen Block- oder Absorptionsbereiche des Farbstofffilters als zweiten Filter zu realisieren.
Technisch können diese Block- oder Absorptionsbereiche der Farbstofffilter durch schichtweise Auftragung beispielsweise der folgenden Farbstoffe, von denen insbesondere die drei ersten in supramolekularer Konfiguration als J-Aggregate vorliegen, erzeugt werden:
3-Ethyl-2-[3-(3-ethyl-3H-benzothiazol-2-ylidene)-propenyl]benzothiazolium iodide,
2-[5-[l,l-Dimethyl-3-(4-Sulfobutyl)-l,3-dihydrobenzo[e]indol-2-ylideneJ-penta-l,3-dienyl]-l,l-dimethy1-3-(4-sulfobutyl)-lH-benzo[e]indolium hydroxide,
5,6-Dichloro-2-[[5,6-dichloro-l-ethyl-3-(4-sulfobutyl)-benzimidazol-2-ylidene]-propenyl]-1-ethyl-3-(4-sulfobutyl)-benzimidazolium hydroxide gemischt mit 3-Ethyl-2-[3-(3-ethyl-3H-benzothiazol-2-ylidene)-propenyl]-benzothiazolium iodide,
5,5-Dichlor-3,3'-Disulfobuthyl-BenzthiazoltrimethincyaninTriethylamonium,
5, 5-Dichlor-3,3'-Disulfobuthyl-3-Ethyl-Benzthiazoltrimethincyanin-Triethylamonium,
3,3'-Disulfobuthyl-3-Ethyl-Naphtthiazoltrimethincyanin-Triethylamonium.
Alternativ oder in Ergänzung hat es sich bewährt, andere geeignete Farbstoffe für Farbstofffilter als absorbierende Substanzen Farbstoffe aus der Gruppe der Rhodamine und Squaraine auszuwählen. Diese erweisen sich ebenso wie die Cyanin-Farbstoffe als gut integrierbar in eine Polymerschicht und weisen relativ steile Block- oder Absorptionsbereichsflanken auf, die alternativ oder ergänzend zu den vorgenannten Cyanin-Farbstoffen, insbesondere den Cyanin-Farbstoffen in J-Aggregatkonfiguration für die Verwendung in der erfindungsgemäßen Filteranordnung für ein Wellenlängenmultiplex-Stereosystem geeignet sind.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den zweiten Filter als Farbstofffilter mit mehreren Polymerschichten zu realisieren, die bevorzugt jeweils einen spezifischen Farbstoff zur Realisierung eines Block- oder Absorptionsbereiches enthalten. Die Struktur aus mehreren derartigen Polymerschichten wird im Rahmen des Herstellungsprozesses schrittweise, insbesondere durch Rakeln, Aufspritzen oder Gießen aufgebracht, um anschließend diese Schicht, insbesondere unter Wärmezufuhr trocknen zu lassen. Anschließend werden bei Bedarf weitere Polymerschichten in vergleichbarer Weise aufgebracht. Damit wird deutlich, dass die Fertigung dieser zweiten Filter, die einen Farbstofffilter darstellen, technisch überschaubar ist und dadurch auch kostengünstig und verlässlich realisiert werden kann.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den ersten schichtförmigen Filter als Interferenzfilter mit einem im sichtbaren Spektralbereich transparenten Träger auszubilden, der weitere Filter trägt. Dabei wird der transparente Träger vorzugsweise aus Glas oder aus einem Polymer, insbesondere Polycarbonat geschaffen. Durch die Verwendung dieses Trägers des Interferenzfilters gelingt es, eine mechanisch stabile und robuste erfindungsgemäße Filteranordnung zu schaffen. Gerade durch die Verwendung eines Trägers aus einem transparenten Polymer, insbesondere Polycarbonat, gelingt es nicht nur einen steifen Träger zu realisieren, sondern diesen Träger mit einer Flexibilität auszustatten, die entsprechend der Anwendung in dem Wellenlängenmultiplex-Stereosystem geeignet gewählt wird. Soll z.B. eine sehr flexible Stereobrille realisiert werden, die beim Herunterfallen flexibel und nachgiebig auf den Aufprall reagiert und dadurch nicht beschädigt wird, so wird der Träger aus Polymer, insbesondere Polycarbonat, entsprechend dünn bzw. elastisch und damit weniger steif gewählt. Dadurch gelingt es, die erfindungsgemäße Filteranordnung sehr flexibel an die äußeren mechanischen Bedingungen anzupassen, ohne dass dies wesentlichen Einfluss auf deren optische Eigenschaft hat.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, auf der einen Seite des Trägers flächig den wenigstens einen zweiten Filter, der als Farbstofffilter realisiert ist, anzuordnen und auf der anderen gegenüberliegenden Seite mehrere Interferenzfilterschichten, die regelmäßig eine Abfolge von dünnen Metalloxidschichten und transparenten, klaren Zwischenschichten darstellen, anzuordnen.
Durch diese vorteilhafte Ausbildung ist es möglich, die unterschiedlichen Fertigungsverfahren zur Herstellung der Farbstofffilter, die wenigstens einen zweiten Filter bilden, von denen zur Herstellung der Interferenzfilterschichten so zu trennen, dass diese keinen wesentlichen störenden Einfluss auf den jeweils anderen Filter haben. Dies wird insbesondere durch die räumliche Trennung durch den zentral angeordneten Träger, der eine Trennfläche zwischen den optisch aktiven Filterschichten bildet, erreicht. Hierdurch wird eine hochqualitative erfindungsgemäße Filteranordnung geschaffen, die sich durch besonders verlässliche optische Eigenschaften auszeichnet, denn störende Effekte durch wechselseitiges Verschmutzen oder Schädigen der jeweils anderen Filterstruktur durch Prozessschritte bei der Herstellung des einen Filters könne durch diese Anordnung vermieden werden.
Darüber hinaus hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenigstens einen der Interferenzfilter der erfindungsgemäßen Filteranordnung als einen Interferenzfilter mit wenigstens einer durch Belichtung strukturierten, photosensitiven Polymerfolie auszubilden, die für einen vorgegebenen Wellenlängenbereich des sichtbaren Spektrums wenigstens nahezu undurchlässig ist. Ein solcher Interferenzfilter ist aus der WO 2012/1199 44 A1 zu entnehmen, wobei dieser Internationalen Patentanmeldung eine Vielzahl von geeigneten Interferenzfiltern für die erfindungsgemäße Filteranordnung zu entnehmen ist.
Diese Art der Interferenzfilter erweist sich als sehr vorteilhaft, da es nun möglich ist, die schichtförmigen Filter jeweils mit entsprechenden Polymeren, die folienartig ausgebildet sind, zu realisieren und dadurch in ähnlichen Fertigungsprozessen, die teilweise identisch sind, aufzubringen und dadurch eine Filteranordnung zu schaffen, die in ihrer Herstellungsqualität sehr verlässlich, überschaubar und in den verwendeten Materialien begrenzt und dadurch sicher ist. Die Erzeugung der strukturierten Bereiche in der photosensitiven Polymerfolie des Interferenzfilters erfolgt dabei durch eine holographische Belichtung mit kohärentem Licht, das vorzugsweise von beiden Seiten der photosensitiven Polymerfolie erfolgt. Ist diese photosensitive strukturierbare Polymerschicht bereits in einem Schichtsystem integriert, das von einer Seite nicht mehr verlässlich mit dem kohärenten Licht bestrahlt werden kann, so erfolgt diese strukturierende holographische Belichtung nur noch von einer Seite.
Durch die holographische Belichtung gelingt es, dreidimensional strukturierte Bereiche zu erzeugen, die ein spezifisches Reflexionsverhalten und damit eine vorgegebene Transmissionseigenschaft, insbesondere hinsichtlich der nicht zu transmittierenden Wellenlänge schaffen. Hierdurch lassen sich vorgegebene Wellenlängenbereiche gut blocken (Blockbereiche).
Vorzugsweise erfolgt die holographische Belichtung von beiden Seiten der photosensitiven, zu strukturierenden Schicht zu einem gegebenen Zeitpunkt und durch ein geeignetes kohärentes Licht. Die Belichtung erfolgt dabei ohne wesentliche Beeinträchtigung des verwendeten kohärenten Lichtes durch die bereits aufgebrachten anderen Schichten der Filter, insbesondere der anderen Polymerschichten. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass ein geeigneter Frequenzbereich des kohärenten Lichtes gewählt wird und/oder dass das Aufbringen von schädlichen Schichten erst nach der Strukturierung der photosensitiven Schicht durch Belichtung erfolgt.
Schädliche Schichten können insbesondere dadurch gegeben sein, dass sie optisch starken Einfluss auf das durchstrahlende, kohärente Licht haben, das zur Strukturierung, insbesondere zur exakten optischen Strukturierung, erforderlich ist oder dadurch, dass das zur Strukturierung verwendete kohärente Licht selbst Einfluss auf die Eigenschaften der anderen Schicht hat und dadurch zu einer unerwünschten Veränderung der optischen Eigenschaften führt. Im Rahmen des Fertigungsprozesses wird dies berücksichtigt, so dass die besonders vorteilhaften entsprechenden Herstellungsschritte bei der Verwendung von Polymeren einerseits bei der Erzeugung des oder der Farbstofffilter, wie auch des oder der Interferenzfilter im besonderen Maße zu tragen kommen.
Dabei hat es sich besonders bewährt, die Polymerfolien flächig miteinander zu verbinden, wobei dies insbesondere durch Verklebung oder Laminierung mit einem optischen transparenten, klaren, d.h. für sichtbares Licht durchlässigen Kleber oder einen Laminierstoff erfolgt.
Alternativ und bevorzugt hat es sich auch bewährt, die Polymerfolien, sei es die Polymerfolien mit dem absorbierenden Farbstoff oder die zu strukturierenden, photosensitiven Polymerfolien durch Direktbeschichtung aufzubringen. Dabei kann dies durch Rakeln, Gießen oder Spritzen erfolgen, was für die verschiedenen Polymere weitgehend einheitlich erfolgen kann und dadurch sehr verlässlich ist.
Durch das Vorsehen von Direktbeschichtungen gelingt es, die Verwendung von zusätzlichen Schichten durch flächiges Verkleben oder Laminierung durch den Kleber oder den Laminierstoff zu vermeiden, wodurch deren störende Einflüsse, insbesondere hinsichtlich der optischen Wirkung, die jedem zusätzlichen Stoff in einem optischen System innewohnt, vermieden werden können.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, bei einer erfindungsgemäßen Filteranordnung mit einem Interferenzfilter unter Verwendung von Polymerfolie und Farbstofffilter ebenso unter Verwendung von Polymerfolie eine dieser Polymerfolien als Träger auszubilden, der einen wesentlichen Beitrag zur mechanischen Stabilität und Formgebung der Filteranordnung gibt. Auf dem Polymerfolienträger sind weitere Schichten der beiden Filter flächig aufgebracht und mit diesen verbunden. Dies erfolgt insbesondere durch Verklebung oder Laminierung, wobei dies mittels transparentem, klarem Klebstoff oder Laminierstoff erfolgt oder indem diese weiteren Schichten durch Direktbeschichtung aufgebracht werden. Durch diese bevorzugte Ausbildung der Filteranordnung gelingt es, einen einfachen und mechanisch stabilen und robusten Aufbau der Filteranordnung zu erreichen und dabei die Anzahl der notwendigen Schichten zu reduzieren, was sich positiv auf die optischen Eigenschaften auswirkt. Ein Vorsehen eines zusätzlichen Trägers ist durch diese bevorzugte Filteranordnung nicht erforderlich.
Als besonders bevorzugt hat es sich herausgestellt, den ersten schichtförmigen Filter im Bereich der schmalbandigen Absorptionsbänder mit einem Transmissionswert im Bereich von etwa 10% bis 25% auszubilden und/oder den zweiten schichtförmigen Filter im Bereich der schmalbandigen Absorptionsbänder ebenso mit einem Transmissionswert im Bereich von etwa 10% bis 25% vorzusehen. Durch diese Ausbildung, insbesondere bei der Kombination der Filter mit einem Transmissionswert von etwa 10% bis 25%, entsteht ein Gesamttransmissionswert im Bereich des aufeinander abgestimmten schmalbandigen Absorptionsbandes von etwa 1% bis 6%, was zu einer ausreichenden und befriedigenden Sperrung bzw. Blockung des betreffenden Frequenzbandes führt.
Eine solche Filteranordnung ermöglicht durch die integrierte Kombination der wenigstens zwei unterschiedlichen ersten und zweiten Filter mit aufeinander abgestimmten Transmissionsbzw. Block- oder Absorptionsbereichen trotz einfacher und wenig stark ausgeprägter Transmissions- bzw. Block- oder Absorptionsstärken in der Kombination eine sehr gute und ausreichende Transmissions- bzw. Block- oder Absorptionswirkung, die für die Wellenlängenmultiplex-Stereosysteme erforderlich und ausreichend ist. Dies sorgt für ein sehr angenehmes Stereoempfinden, das zusätzlich insbesondere bei dem Vorsehen von mehreren schmalbandigen Bändern zusätzlich eine ausgeprägt gute Farbwahrnehmung ermöglicht.
Als besonders effiziente erfindungsgemäße Filteranordnung mit ausgesprochen guter Kanaltrennung hat es sich bewährt, wenn die schmalbandigen Bänder der Filteranordnung bezüglich ihrer Lage jeweils im Bereich von 466 nm, 525 nm, 589 nm und 638 nm oder 429 nm, 480 nm, 546 nm und 616 nm liegen und dabei jeweils eine mittlere Bandbreite im Bereich von 15 bis 25 nm aufweisen. Durch diese beiden Ausbildungen der Filteranordnung sind zwei besonders vorteilhafte Filteranordnungen gegeben, die wechselseitig keinen Überlapp in ihren schmalbandigen Absorptionsbändern zeigen und dadurch geeignet sind, als Paar zur Selektion eines linken Stereohalbbildes und eines rechten Stereohalbbildes in einer Stereobrille zusammenzuwirken.
Als alternative besonders effiziente erfindungsgemäße Filteranordnung mit ausgesprochen guter Kanaltrennung für Laserdisplaysysteme hat es sich bewährt, wenn die schmalbandigen Bänder der Filteranordnung bezüglich ihrer Lage jeweils im Bereich von 450 nm, 525 nm und 630 nm für das eine Auge und 465 nm, 545 nm und 650 nm für das andere Auge liegen und dabei jeweils eine mittlere Bandbreite im Bereich von 10 bis 25 nm aufweisen.
In entsprechender Weise könnten auch umgekehrt diese Filtercharakteristiken für ein Transmissionsband Verwendung in einem Projektor finden, der sowohl das linke Stereohalbbild wie auch das rechte Stereohalbbild auf einer Leinwand bzw. einem Projektionsschirm erzeugt. Diese Filteranordnungen ermöglichen eine sehr verlässliche Kanaltrennung und ein sehr ausgewogenes Farbempfinden bei der Betrachtung von Stereobildern, Filmen oder 3D-Daten, insbesondere von CAD-Daten. Dies sorgt dafür, dass die Belastung bei den Nutzern des Wellenlängenmultiplex-Stereosystems, das die vorbeschriebenen Filteranordnungen verwendet, gering ist und dadurch keine unerwünschten Effekte, wie Kopfschmerzen oder Ähnliches entstehen.
Durch die Verwendung von wenigstens zwei erfindungsgemäßen Filteranordnungen in einer Stereobrille bzw. in einem Stereoprojektor oder einem Stereodisplay, wobei die schmalbandigen Transmissions- bzw. Block- oder Absorptionsbereiche der jeweiligen Filteranordnung in sich bzw. paarweise mit der anderen Filteranordnung keinen wechselseitigen Überlapp aufweisen, gelingt es, eine sehr gute und günstige Komponente für ein Wellenlängenmultiplex-Stereosystem oder ein entsprechendes gesamtes System zu schaffen.
Werden derartige Filteranordnungen nicht nur in der Stereobrille, sondern parallel auch im Stereoprojektor oder in dem Stereodisplay zur Erzeugung eines Stereobildes mit zwei Stereohalbbildern verwendet, so werden die entsprechenden Filteranordnungen für das linke Stereohalbbild so gewählt, dass die Emissionsbereiche bzw. die Transmissions- bzw. Block- oder Absorptionsbereiche bei der Stereobilderzeugung und damit beim Stereoprojektor oder beim Stereodisplay hinsichtlich der Lage und der Bandbreite der Filteranordnungen der Stereobrille jeweils für das linke Stereohalbbild entsprechen. Entsprechendes gilt für das rechte Stereohalbbild. Konkret heißt dies, dass bei der Stereobilderzeugung, beispielsweise durch einen Stereoprojektor oder durch ein Stereodisplay schmalbandige Emissions- oder Projektionsspektren für den linken Kanal erzeugt werden, die mit den Block- oder Absorptionsbereichen der Filteranordnung für das rechte Stereohalbbild in der Stereobrille so zusammenwirken, dass das linke Bild durch das Brillenglas für das rechte Stereohalbbild gesperrt wird und die schmalbandigen Emissions- oder Projektionsspektren des rechten Stereohalbbildes des Stereoprojektors bzw. Stereodisplays mit den schmalbandigen Block- oder Absorptionsbereichen der Filteranordnung der Stereobrille für das linke Stereohalbbild so zusammenwirken und diesem entsprechen, dass das rechte Stereohalbbild durch das Brillenglas für das linke Stereohalbbild geblockt wird.
Außerhalb der Block- oder Absorptionsbereiche der Filteranordnungen der Stereobrille wird das restliche sichtbare Licht ungehindert oder weitgehend ungehindert durchgelassen, so dass das linke Stereohalbbild mit seinen spezifischen linken Emissions- oder Projektionsspektren durch die Filteranordnung für das linke Stereohalbbild hindurchtreten kann und dadurch das linke Stereohalbbild für das linke Auge, dem diese Filteranordnung zugeordnet ist, wahrnehmbar wird. Entsprechend umgekehrt wird durch die andere Filteranordnung das rechte Stereohalbbild für das rechte Auge sichtbar.
Die schmalbandigen Emissionsspektren für das linke Stereohalbbild bzw. für das rechte Stereohalbbild können dabei entweder durch einzelne schmalbandige Laser- oder Phosphorlichtquellen ohne wechselseitigen Überlapp erzeugt werden oder es ist auch möglich, diese aus einer breitbandigen, weißen Lichtquelle durch Vorsehen von Filteranordnungen einmal für das linke Stereohalbbild und einmal für das rechte Stereohalbbild unter Verwendung von schmalbandigen Transmissionsbereichen zu realisieren, wobei dies bevorzugt durch Filteranordnungen mit mehreren verteilten Transmissionsbereichen für ein Stereohalbbild erfolgt.
Dabei sind die mehreren Transmissionsbereiche der einen Filteranordnung für das eine Stereohalbbild orthogonal, d.h. ohne Überlapp zu den anderen Transmissionsbereichen der anderen Filteranordnung. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen orthogonalen Filteranordnungen des Stereosystems mit zueinander orthogonalen Transmissionsbereichen gelingt es, auf günstige und effiziente Weise Stereohalbbilder unter Verwendung von schmalbandigen Emissions- oder Projektionsspektren zu erzeugen und diese dann selektiv durch eine Stereobrille mit daran angepassten schmalbandigen Block- oder Absorptionsbereichen und erfindungsgemäßen Filteranordnungen zu realisieren, die gemeinsam eine sehr angenehme und verlässliche Stereowahrnehmung ermöglichen.
Zur Vermeidung von störenden Reflexionen auf den Filteranordnungen, insbesondere in einer Stereobrille, aber auch in einem Stereoprojektor oder einem Stereodisplay hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, den ersten und den zweiten Filter einer Filteranordnung im Strahlengang eines Stereohalbbilds so anzuordnen, dass der wenigstens eine zweite Filter in Strahlengangrichtung abwärts zum ersten Filter angeordnet ist. Dadurch gelingt es ein Störlicht, das beispielsweise seitlich in die Brille hineintritt und auf der Innenseite der Filteranordnung reflektiert werden würde, abzuschwächen und dadurch die störenden Reflexe zu reduzieren.
Hierdurch gelingt es, das gewünschte Stereohalbbild in verbesserter Weise wahrnehmen zu können. Dies verbessert die Qualität der Stereobildwahrnehmung wesentlich. Dies wird dadurch erreicht, dass der auf der Innenseite der Brillengläser angeordnete schmalbandige Farbstofffilter, der bezogen auf die Strahlengangrichtung des Stereobildes hinter dem Interferenzfilter angeordnet ist, und dabei das Störlicht von der Seite so selektiv absorbiert, dass es sowohl beim Hindurchtreten in Richtung Interferenzfilter selektiv absorbiert und dadurch abgeschwächt wird und anschließend nach der Reflexion am Interferenzfilter, der in seinem Block- oder Absorptionsbereich dem Farbfilter entspricht, ein zweites Mal selektiv absorbiert und damit noch einmal abgeschwächt wird. Durch diese selektiven Abschwächungen wird der Einfluss von reflektiertem Störlicht deutlich reduziert. Dadurch gelingt es, dass das gewünschte Licht vom zu betrachtenden Stereohalbbild weitgehend ungehindert durch die erfindungsgemäße Filteranordnung hindurchtritt und dadurch ein gefiltertes Nutzlicht wird, das nur im begrenzten Umfang durch das abgeschwächte Störlicht negativ beeinflusst wird. Durch diese besondere Ausbildung der Stereobrille des Stereoprojektors oder eines Stereodisplays ist es möglich, die Akzeptanz beim Nutzer merklich zu erhöhen. Diese Anordnung erlaubt es weiterhin die Brille derart zu gestalten, dass seitliches Streulicht toleriert werden kann und somit eine Vielfalt von Brillengestaltungen möglich ist ohne negative Beeinträchtigung der Bildqualität.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einzelner Beispiele in den Figuren beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Stereoprojektionssystems,
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Filteranordnung am Beispiel eines Stereobrillenglases mit Strahlengang,
3 zeigt schematisch Transmissionsspektren von einzelnen Farbstoffen und ihre Überlagerung zu einem gemeinsamen Transmissionsspektrum eines Farbstofffilters für ein Stereohalbbild (oben) und für das andere Stereohalbbild (unten),
4 Transmissionsspektren von zwei orthogonalen Farbstofffiltern (oben), der entsprechenden Interferenzfilter (Mitte) sowie der aus beiden resultierenden erfindungsgemäßen Filteranordnungen (unten)
und
5 ein Spektrum des reflektierten Störlichts für die beiden erfindungsgemäßen Filteranordnungen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Stereoprojektionssystems 10 nach der Wellenlängenmultiplex-Stereotechnologie. Das System weist einen Stereoprojektor 12 auf, der in 1 als zwei getrennte Einzelprojektoren dargestellt ist. Alternativ können auch Einzelprojektoren verwendet werden, die abwechselnd zeitlich alternierend das eine Stereohalbbild und anschließend das andere Stereohalbbild aussenden. All diesen Projektoren ist gemeinsam, dass zwei Stereohalbbilder 14, 16, die ein Objekt unter unterschiedlichen Blickwinkeln darstellen, deckend übereinander auf einem Projektionsschirm 18 projiziert werden. Bei dem Stereoprojektor 12 kann es sich sowohl um analoge Durchlichtprojektoren als auch um digitale Projektoren handeln, die beispielsweise die Stereohalbbilder 14, 16 durch Überlagerung farblich unterschiedlicher Laser erzeugen. Die konkrete Erzeugung der Stereohalbbilder 14, 16 ist für das Ergebnis, nämlich die deckende Überlagerung eines Objektes unter zwei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln auf dem Projektionsschirm 18, weitgehend unerheblich.
Das auf dem Schirm 18 projizierte Überlagerungsbild wird von einem Betrachter durch eine Stereobrille 20 betrachtet, deren Brillengläser 22, 24 erfindungsgemäße Filteranordnungen darstellen. Die Filtereigenschaften der Brillengläser 22, 24 müssen so auf die Projektionseigenschaften der Bilder 14, 16 abgestimmt sein, dass dasjenige Bild 14, welches das Objekt unter einem Betrachtungswinkel darstellt, welcher der Betrachtung mit dem linken Auge eines Betrachters entspricht, nur von dem linken Brillenglas 22 der Stereobrille 20 passieren gelassen wird. Von dem rechten Brillenglas 24 muss es hingegen geblockt werden. Entsprechendes gilt für das rechte Bild 16, welches lediglich das rechte Brillenglas 24 passieren darf und vom linken Brillenglas 22 der Stereobrille 20 abgeblockt werden muss.
Diese Separation erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch spektrale Trennung mittels der erfindungsgemäßen Filteranordnung. Dabei werden die Stereohalbbilder 14, 16 mit unterschiedlichen, nicht überlappenden Emissions- oder Projektionsspektren auf den Schirm 18 projiziert und die Brillengläser 22, 24 sind als erfindungsgemäße Filteranordnungen so ausgebildet, dass deren Transmissions- bzw. Block- oder Absorptionsspektren gemäß den vorgenannten erläuterten Anforderungen auf die Emissions- oder Projektionsspektren der Stereohalbbilder 14, 16 abgestimmt sind.
In 2 ist die Funktionsweise und der Aufbau einer erfindungsgemäßen Filteranordnung am Beispiel eines Brillenglases 22 dargestellt. Das Brillenglas 22 besteht aus zwei flächig miteinander verbundenen schichtförmigen Filtern 31, 32. Der erste schichtförmige Filter 31 stellt einen Interferenzfilter 31 dar, der mehrere schmalbandige Blockbereiche aufweist. Der zweite Filter 32 stellt einen Farbstofffilter 32 dar, der entsprechend dem ersten Filter 31 schichtförmig ausgebildet ist und in seiner gekrümmten Struktur dem ersten Filter 31 so entspricht, dass diese beiden flächig fest miteinander verbunden sind und das Brillenglas 22 bilden. Dabei sind die beiden Filter 31 und 32 so miteinander verklebt, dass diese keine Lufteinschlüsse im Klebebereich aufweisen.
Beide Filter 31, 32 zeigen einander entsprechende schmalbandige Block- oder Absorptionsbereiche, die in unterschiedlichen Farbwahrnehmungsbereichen der Rezeptoren des Auges 26 des Betrachters angeordnet sind. Die schmalbandigen Blockoder Absorptionsbereiche zeigen typisch eine mittlere Breite von 20 nm und erweisen sich somit als schmalbandige Blockoder Absorptionsbereiche. Das Licht vom zu betrachtenden Bild 40 trifft auf das Brillenglas 22 und hier zuerst auf den ersten Filter 31, der den Interferenzfilter darstellt und nach Durchtritt durch diesen ersten Filter 31 auf den zweiten Filter 32, der als Farbstofffilter 32 ausgebildet ist. Durch die doppelte Filterung der beiden Filter 31, 32 entsteht ein gefiltertes Nutzlicht 41, das in dem beschriebenen Beispiel der 1 das linke Stereohalbbild ungehindert durchlässt und aufgrund der Lage der Block- oder Absorptionsbereiche das rechte Stereohalbbild 16 abblockt, so dass das Auge 26 des Betrachters nur das linke Stereohalbbild 14 aufnehmen kann und nicht das andere Stereohalbbild 16.
Tritt von hinten, insbesondere von seitlich, Störlicht 42 in die Brille 20 ein, so wird dieses Störlicht 42 zum einen vom Farbstofffilter 32 reflektiert aber auch zusätzlich von dem Interferenzfilter 31. Dabei wird das Störlicht 42 einmal vom Farbstofffilter 32 selektiv abgeschwächt, indem das reflektierte Licht durch die Absorptionseigenschaften des Farbstofffilters 32 geschwächt wird und zusätzlich das am Interferenzfilter 31 reflektiert Licht noch einmal beim Hindurchtreten durch den Farbstofffilter 32 selektiv abgeschwächt wird. Dadurch entsteht das reflektierte und abgeschwächte Störungslicht 43, das aufgrund der Abschwächung durch die Absorption nicht mehr so störend für das Auge 26 des Betrachters ist. Durch diese erfindungsgemäße kombinierte Ausbildung der Filteranordnung 30 des Brillenglases 22 aus Farbstofffilter 32 und Interferenzfilter 31 mit einander entsprechenden, insbesondere identischen Block- oder Absorptionsbereichen, gelingt es, eine sehr gute Wahrnehmung des Stereohalbbildes auch bei Störlicht 42 zu erreichen.
Die erfindungsgemäße Filteranordnung 30 für ein Wellenlängenmultiplex-Stereosystem zeigt einen schichtförmigen Filter 31, der als konventioneller Interferenzfilter 31 mit einer Trägerschicht aus Glas ausgebildet ist, auf dem auf der einen Seite eine Vielzahl, insbesondere durch Kathodenzerstäubung erzeugte oxidische Schichten aufgebracht sind, die diesem Interferenzfilter 31 seine spezifischen Absorptionseigenschaften geben.
Durch die Wahl der Dicke und der Materialien der Interferenzschichten werden die Lage und die Breite, respektive die Flankensteilheit der Block- oder Absorptionsbereiche definiert. Bevorzugt werden dabei zur Erreichung einer guten Farbwiedergabe des Stereosystems 10 und damit der erfindungsgemäßen Filteranordnungen 30 Interferenzfilter 31 mit mehreren Blockbereichen. In entsprechender Weise werden Farbstofffilter 32 gewählt, die durch Verwendung mehrerer verschiedener Farbstoffe, die geeignet so gewählt sind, entsprechende – in der Lage und in der Breite – schmalbandige Block- oder Absorptionsbereiche, korrespondierend zu den Blockbereichen des Interferenzfilters, erzeugen.
Durch das flächige Verbinden der beiden Filter 31 und 32 muss das Licht 40 des zu betrachtenden Stereohalbbildes 14 durch beide Filter 31 und 32 hindurchtreten, so dass sich deren Absorptionswirkung kombiniert. Dies führt zu einer Multiplikation der Absorptionswerte. Dementsprechend genügt es, um eine sehr gute Gesamtblockung im Bereich von 1% Transmissionswert zu erreichen, dass der Transmissionswert im Block- oder Absorptionsbereich des Farbstofffilters 10% beträgt und der Transmissionswert des Interferenzfilters 31 im entsprechenden Block- oder Absorptionsbereich ebenso 10% beträgt. Damit gelingt es unter Verwendung von wenig selektiven Filtern 31, 32 eine Filteranordnung zu schaffen, die eine ausgesprochen gute Blockwirkung zeigen und dadurch eine ausgesprochen gute Eignung für ein Wellenlängenmultiplex-Stereosystem zeigen.
Wie in 5 dargestellt, wird seitlich von hinten einfallendes Störlicht 42 auf die Brille 20 durch den doppelten optischen Weg, den das Störlicht 42 durch den Farbstofffilter 32 durchläuft, effektiv vermindert. Die Ausführung der Interferenzfilter 31 als schmalbandig reflektierende erste Filter 31 reduziert zusätzlich die Intensität der Rückreflexe des Störlichts 42, das nun das abgeschwächte Störlicht 43 bildet, da nur ein schmalbandiger Bereich des Störlichts 42 zum Auge des Betrachters 26 zurückreflektiert wird.
Weiterhin stellt die Kombination der beiden Filter 31 und 32 ein geeignetes Mittel dar, um den Blickwinkel für Anwendungen mit extrem weitem Blickwinkel, beispielsweise bei seitlich 60 Grad oder mehr, deutlich zu verbessern. Da die optische Schichtdicke der Farbstoffschicht des Farbstofffilters 32 bei schrägem Einfall erhöht wird, wird dieser positive Effekt noch weiter verstärkt. Mögliche Effekte durch die Verschiebung der Transmissionsspektren von Interferenzfiltern bei schrägem Lichteinfall des Störlichtes 42 können damit zusätzlich kompensiert werden.
In 3 sind Transmissionsspektren von Farbstofffiltern dargestellt, die in entsprechende erfindungsgemäße Filteranordnungen integriert werden können. Im oberen Bild der 2 ist oder sind die Transmissionsspektren der einzelnen Farbstoffe für das linke Auge (Farbfilter A), respektive das linke Stereohalbbild dargestellt, während das untere Bild die Transmissionsspektren der Farbstoffe für das rechte Auge (Farbfilter B), respektive das rechte Stereohalbbild zeigt. Sollen, wie in dem Beispiel der 3 je zwei Filteranordnungen mit je vier Block- oder Absorptionsbereichen geschaffen werden, so werden zur Schaffung der notwendigen zwei Farbstofffilter wenigstens acht Farbstoffe benötigt, die gemeinsam acht verschiedene Hauptabsorptionsbanden aufweisen.
Die betreffenden Absorptionsspektren der einzelnen Farbstoffe sind in 3 dargestellt. Dabei sind in dem oberen Bild Transmissionsspektren der vier Farbstoffe mit Hauptabsorptionsbanden im blauen (blau 2), im grünen (grün 1), im gelben (gelb 1) und im roten Farbbereich (rot 2) dargestellt sowie das aus der Summierung aller vier Transmissionsspektren gebildete Gesamt- oder Total-Transmissionsspektrum eines gesamten Farbstofffilters 32.
Es zeigt sich, dass die minimalen Transmissionswerte in den Hauptabsorptionsbanden des totalen, also des Gesamttransmissionsspektrums des gesamten Farbstofffilters 32 im Bereich von 10% liegen.
In entsprechender Weise sind in dem unteren Bild die Transmissionsspektren von vier anderen Farbstoffen, die eine Hauptabsorption im Bereich von blau 1, blau 3, grün 2 und rot 1 aufweisen, dargestellt. Zusätzlich ist auch in dem unteren Bild die Gesamttransmission bzw. Totaltransmission und damit die integrierte, aufsummierte Transmission des anderen Farbstofffilters 32 dargestellt. Auch hier liegt der minimale Transmissionswert der Hauptabsorptionsbanden im Bereich von 10%. Es ist dabei festzustellen, dass die Hauptabsorptionsbande von blau 1 keine schmalbandige Absorptionsbande darstellt, sondern vielmehr die Charakteristik eines Kantenfilters aufweist.
Entsprechend der Absorptionsmaxima der Farbstofffilter 32 werden die Transmissionsminima (Blockbereiche) des Interferenzfilters 31 gewählt, der mit dem jeweiligen Farbstofffilter 32 fest und flächig zu einer erfindungsgemäßen Filteranordnung 30 verbunden wird.
In 4 sind die Transmissionsspektren der Farbstofffilter 32 oben sowie der entsprechenden Interferenzfilter 31 in der Mitte und die Transmissionsspektren der Filteranordnungen 30 aus den miteinander verbundenen Farbstoff- 32 und Interferenzfiltern 31 unten dargestellt. In der oberen Darstellung der 4 sind die Gesamttransmissionsspektren der Farbstofffilter 32 entsprechend der 3 dargestellt.
Im mittleren Bild sind die Transmissionsspektren mit den Blockbereichen der Interferenzfilter, die hier als Interferenzfilter A und B bezeichnet werden, dargestellt. Der Interferenzfilter A zeigt vier Hauptblockbereiche, die den Haupt-Block- oder Absorptionsbereichen des Farbstofffilters A entsprechen, d.h., dass ihre Lagen einander entsprechen und die minimalen Transmissionswerte im selben Wellenlängenbereich liegen. Hingegen ist die mittlere Breite der Blockbereiche des Interferenzfilters A breiter als die des Farbstofffilters A. In entsprechender Weise zeigt der Interferenzfilter B ebenso vier Blockbereiche, die in ihrer Lage den Block- oder Absorptionsbereichen den Hauptblock- oder Hauptabsorptionsbereichen des Farbstofffilters B entsprechen. Auch diese Blockbereiche zeigen einen minimalen Transmissionswert von etwa 10%.
Werden der Farbstofffilter A und der Interferenzfilter A bzw. der Farbstofffilter B und der Interferenzfilter B miteinander zu der Filteranordnung A bzw. der Filteranordnung B flächig miteinander verbunden, so entstehen Filteranordnungen A und B, die ein ausgesprochen starkes Blockverhalten bzw. Absorptionsverhalten zeigen. Die Transmissionswerte der Farbstofffilter multiplizieren sich mit den entsprechenden Transmissionswerten der entsprechenden Interferenzfilter und führen zu den in dem unteren Bild der 4 dargestellten Transmissionsspektren.
Deutlich wird, dass die Hauptblock- oder Hauptabsorptionsbereiche der Filteranordnung A die gleiche Lage, wie die Farbstofffilter A bzw. die Interferenzfilter A zeigen, jedoch einen drastisch reduzierten minimalen Transmissionswert zeigen, nämlich im Bereich von 0% bzw. im Bereich von 1%. Diese Hauptblock- oder Hauptabsorptionsbereiche zeigen die Wirkung eines Notchfilters, der einen schmalen Wellenlängenbereich sehr stark blockt, während die anderen Wellenlängen weitgehend ungehindert den Filter passieren können. Entsprechendes gilt für die Filteranordnung B, die ein Transmissionsspektrum zeigt, welches ebenso vier ausgeprägte Block- oder Absorptionsbereiche enthält, die einen Transmissionswert im Bereich von ebenso 0% bzw. 1% zeigen. Auch hier liegen die Minima der Transmissionswerte im selben Wellenlängenbereich der Blockoder Absorptionsbereiche der Farbstofffilter B bzw. Interferenzfilter B.
Auch wenn die maximalen Transmissionswerte durch die Integration der Interferenzfilter und der Farbstofffilter abgesenkt wurden und nun im Bereich von 60% bis 70% liegen, so hat es sich herausgestellt, dass diese Filteranordnungen besonders geeignet sind, in einer Stereobrille 20 Verwendung zu finden, die mit einem Stereoprojektor zusammenwirkt, der für das linke Stereohalbbild 14 schmalbandige Emissions- oder Emissionsoder Projektionsspektren bei 466 nm (blau), bei 525 nm (grün), bei 589 nm (gelb) und bei 638 nm (rot), während für das rechte Stereohalbbild schmalbandige Emissions- oder Emissions- oder Projektionsspektren bei 429 nm (blau 1), bei 480 nm (blau 3), bei 546 nm (grün) und bei 616 nm (rot) vorgesehen sind. Alternativ ist es auch möglich die vorgenannten schmalbandigen Emissions- oder Emissions- oder Projektionsspektren durch eine oder mehrere breitbandige weiße Lichtquellen mit zugeordneten erfindungsgemäßen Filteranordnungen mit schmalen Transmissionsbereichen an den entsprechenden, oben genannten Stellen des sichtbaren Spektrums zu erzeugen.
Mit Hilfe der Filteranordnung A lässt sich das linke Stereohalbbild verlässlich unterdrücken und das rechte Stereohalbbild wahrnehmen, da dieses durch die Filteranordnung A weitgehend ungehindert hindurchtritt. Umgekehrt wird mithilfe der Filteranordnung B das linke Stereohalbbild unterdrückt und das rechte Stereohalbbild wird ungehindert oder weitgehend ungehindert hindurch gelassen, so dass durch die Verwendung der Filteranordnung A als Brillenglas 22 und der Filteranordnung B als Brillenglas 24 die Möglichkeit geschaffen ist, sehr verlässlich und in ihrer Farbwirkung ausgeglichen und angenehm die durch den Stereoprojektor erzeugten Stereohalbbilder 14, 16 sicher und getrennt voneinander selektiv wahrzunehmen.
Dies wird zudem dadurch unterstützt, dass durch die in 2 beschriebene Anordnung Störlicht 40 zusätzlich abgeschwächt bzw. partiell unterdrückt wird und dadurch die Stereowahrnehmung verbessert wird. In 5 ist das Spektrum des Störlichts dargestellt, das nach der Reflexion an den Filteranordnungen A bzw. B auf das Auge trifft. Dabei zeigt sich eine enorme Abschwächung des Störlichts, da von dem Störlicht nur diejenigen Anteile des Wellenlängenspektrums reflektiert werden, die von den Interferenzfiltern nicht transmittiert werden, d.h. nicht von hinten nach vorne transmittiert werden. Diese Anteile werden nun aber durch die in Strahlungsrichtung des Stereohalbbildes abwärts gelegenen Farbstofffilter stark abgeschwächt, da diese Anteile die Farbstofffilter zweimal passieren müssen und dadurch eine integrierte und damit doppelte Abschwächung erfolgt. Dabei werden die Abschwächungsfaktoren der Farbstofffilter, also die Transmissionswerte doppelt angewendet, d.h. quadriert. Die in 5 dargestellten höchsten Spitzen treten in den Übergangsbereichen zwischen den Transmissions- und Blockbereichen auf. So betragen aber nur noch einen Bruchteil des ursprünglichen Wertes des Störlichtes, so dass das Störlicht über das ganze sichtbare Spektrum erheblich abgeschwächt ist und dadurch nur noch in geringem Umfang das Stereobild negativ beeinflussen kann.
Bezugszeichenliste

10: Stereoprojektionssystem; Wellenlängenmultiplex-Stereosystem
12: Stereoprojektor
14: Stereohalbbild
16: Stereohalbbild
18: Projektionsschirm
20: Stereobrille
22: Brillenglas
24: Brillenglas
26: Betrachter; Auge des Betrachters
30: Filteranordnung
31: erster Filter; Interferenzfilter
32: zweiter Filter; Farbstofffilter
40: Licht vom zu betrachtenden Bild
41: gefiltertes Nutzlicht
42: Störlicht
43: abgeschwächtes Störlicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19808264 C2 [0002, 0007]
WO 2012/119944 A1 [0008, 0031]

Claims

Filteranordnung (30) für ein Wellenlängenmultiplex-Stereosystem (10) mit einem schichtförmigen Filter (31), der wenigstens einen schmalbandigen Transmissions- oder Blockbereich aufweist und einen Interferenzfilter darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter schichtförmiger Filter (32) vorgesehen ist, der flächig mit dem ersten schichtförmigen Filter (31) verbunden ist, der einen Farbstofffilter darstellt und der wenigstens einen Transmissions- oder Absorptionsbereich aufweist, welcher in seiner Lage dem des wenigstens einen schmalbandigen Transmissions- oder Blockbereichs des ersten schichtförmigen Filters entspricht.
Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flächig verbundenen schichtförmigen Filter (31, 32) wenigstens drei schmalbandige Transmissions- bzw. Block- oder Absorptionsbereiche aufweisen, die sich in ihrer Lage entsprechen.
Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flächig verbundenen schichtförmigen Filter (31, 32) verklebt insbesondere laminiert oder ein Filter (31, 32) auf den andern Filter (32, 31) durch Direktbeschichtung aufgebracht sind.
Filteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flächig verbundenen schichtförmigen Filter (31, 32) gekrümmt ausgebildet sind.
Filteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite schichtförmige Filter (32) einen absorbierenden Cyanin-Farbstoff, der in supramolekularer Konfiguration eines J-Aggregates vorliegt, aufweist.
Filteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite schichtförmige Filter (32) einen absorbierenden Rhodamin-Farbstoff oder Squarain-Farbstoff aufweist.
Filteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste schichtförmige Filter (31) einen Interferenzfilter mit einem im sichtbaren Spektralbereich transparenten Träger aus Glas oder aus einem Polymer insbesondere Polycarbonat aufweist, der die weiteren Filter (31, 32) trägt.
Filteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einen Seite des Trägers flächig der wenigstens eine zweite Filter (32) und auf der anderen gegenüberliegenden Seite mehrere Interferenzfilterschichten angeordnet sind.
Filteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste schichtförmige Filter (31) einen Interferenzfilter mit wenigstens einer durch Belichtung strukturierten photosensitiven Polymerfolie darstellt ist, die für einen vorgegebenen Wellenlängenbereich des sichtbaren Spektrums wenigstens nahezu undurchlässig ist.
Filteranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Filter (32) Polymerfolien aufweist, von denen wenigstens eine Polymerfolie absorbierende Farbstoffe aufweist, und die Polymerfolien flächig miteinander verbunden insbesondere miteinander verklebt, laminiert oder durch Direktbeschichtung aufgebracht sind.
Filteranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Polymerfolien einen Träger für den ersten und den wenigstens einen zweiten Filter (31, 32) darstellt und diese mit den anderen Schichten der beiden Filter (31, 32) flächig verbunden insbesondere verklebt oder laminiert oder durch Direktbeschichtung aufgebracht ist.
Filteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste schichtförmige Filter (31) im Bereich der schmalbandigen Bänder einen Transmissionswert im Bereich von etwa 10% bis 25% haben und/oder der zweite schichtförmige Filter (32) im Bereich der schmalbandigen Bänder ebenso einen Transmissionswert im Bereich von etwa 10% bis 25% haben.
Filteranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteranordnung im Bereich der schmalbandigen Bänder einen Gesamttransmissionswert im Bereich von unter 5% insbesondere unter 1% haben.
Filteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schmalbandigen Bänder der Mehrfachbänder einer Filteranordnung (30) im Bereich von 466 nm, 525 nm, 589 nm und 638 nm oder im Bereich von 429 nm, 480 nm, 546 nm und 616 nm angeordnet sind und insbesondere eine mittlere Bandbreite von etwa 15 nm bis 25 nm aufweisen.
Stereobrille (20), Stereoprojektor (12) oder Stereodisplay mit wenigstens zwei Filteranordnungen (30) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die schmalbandigen Transmissions- bzw. Block- oder Absorptionsbereiche keinen wechselseitigen Überlapp aufweisen.
Stereobrille (20), Stereoprojektor (12) oder Stereodisplay nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filter und der zweite Filter einer Filteranordnung (30) im Strahlengang eines Stereohalbbildes (14, 16) so angeordnet ist, dass der wenigstens eine zweite Filter (32) in Strahlengangrichtigung abwärts zum ersten Filter (31) angeordnet ist.