DE19924167B4 - Vorrichtung zur Wiedergabe von Farbbildern - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Projektion eines Farbbilds auf einen Schirm (S) umfassend eine Projektionslampe (PL) zur Emission eines Strahlenspektrums und einen Strahlteiler (ST2) zur Aufteilung des Strahlenspektrums in ein erstes Teillichtbündel (B1, G1, R1) und in ein zweites zum ersten Teillichtbündel (B1, G1, R1) komplementären Teillichtbündel und zwei Farbbildmodulatoren (FM1, FM2) zur Wiedergabe von Bildern im jeweiligen Teillichtbündel, wobei nach den Farbbildmodulatoren (FM1, FM2) ein Strahlvereiniger (SV) zur Vereinigung des ersten Teillichtbündels (B1, G1, R1) mit dem zweiten Teillichtbündel zu einem Farbbild sowie ein Objektiv (Ob) zur Ausgabe des Farbbilds vorgesehen sind.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Farbbildwiedergabe.
• In bestehenden Verfahren zur Bildaufzeichnung in vollfarbiger Form wird die Farbinformation durch eine getrennte Aufnahme jener Spektralbereiche erfasst, die den Grundfarben Rot, Grün und Blau entsprechen. Bei der nachfolgenden Bildwiedergabe werden die Grundfarben-Teilbilder wieder zu einem Vollfarbenbild zusammengefügt.
• Dieses Grundprinzip visuelle Inhalte in Farbe zu reproduzieren, findet sowohl bei den fotochemischen Verfahren wie auch bei den elektronischen Verfahren mit lichtelektrischen Wandlern Anwendung.
• Die Lage und Breite der genannten Spektralbereiche ist weitgehend vorgegeben durch die spektrale Empfindlichkeit der Farbrezeptoren im menschlichen Auge. Typische Werte sowohl seitens der Bildaufzeichnung wie seitens der Bildwiedergabe liegen bei Wellenlängen von

  Spektralbereich Blau	430–480 nm
  Spektralbereich Grün	500–550 nm
  Spektralbereich Rot	600–650 nm

• Jedem dieser Spektralbereiche kann über seine Farbkoordinate in der Normfarbtafel nach DIN 6164 (Mütze et al., ABC der Optik, Verlag Dausien, Hanau, 1972) ein Punkt zugeordnet werden. Die Gesamtheit aller der auf diese Weise definierten Grundfarben – die Primärvalenzen – bildet ein Dreieck in der Normfarbtafel, wie in 1 gezeigt (durchgezogene Linie). Durch eine additive Farbmischung der Grundfarben kann jede Farbe innerhalb dieses Dreiecks dargestellt werden. Farben außerhalb des Dreiecks lassen sich nicht darstellen. Insbesondere sind spektralreine Farben mit ihrer charakteristisch hohen Farbsättigung – sie liegen auf der berandenden Kurve, dem Spektralfarbenzug – nicht darstellbar.
• Eine Möglichkeit der Vergrößerung des darstellbaren Farbraums besteht in der Wahl von Primärvalenzen bei der Bildwiedergabe mit engeren Spektralbereichen. Im Extremfall sind die Primärvalenzen schließlich spektralrein und liegen auf dem Spektralfarbenzug, wie in 1 gezeigt (gestri chelte Linie). Allerdings ist der Preis für die so erzielte Vergrößerung des Farbraums, beispielsweise in Projektionssystemen, die breitbandig emittierende Temperaturstrahler als Projektionslampen verwenden, ein erheblicher Verlust an Bildhelligkeit. Er fällt umso größer aus, je schmalbandiger die Grundfarben sind, weil aus dem gesamten Emissionsspektrum nur entsprechend schmale Emissionsbereiche genutzt werden.
• Verwendet man hingegen spektralreine Lichtquellen, wie beispielsweise Laser, so tritt dieser Nachteil nicht auf. Jedoch werden solche Systeme sehr aufwendig. Außerdem führt eine ledigliche Vergrößerung des Farbraums nicht zugleich zu einer gesteigerten Farbwiedergabetreue. Vielmehr muss dem vergrößerten Farbraum wiedergabeseitig auch auf Aufnahmeseite Rechnung getragen werden. Andernfalls kann es zu Farbverfälschungen kommen, die über geeignete Farbtransformationen zu korrigieren sind. Letztere führen aber schließlich wieder zu einer Reduzierung der Größe des Farbraums.
• Aus der internationalen Patentanmeldung WO 98/49837 A1 ist eine Vorrichtung zur Projektion eines Farbbildes bekannt mit einer Mehrzahl von einzelnen Lichtquellen und mit einer Mehrzahl von Objektiven, mittels derer zwei Bilder auf einen gemeinsamen Schirm projiziert werden. Die einzelnen Lichtquellen sind als Laserlichtquellen mit einem sehr schmalen Emissionsspektrum ausgebildet.
• Aus dem US-Patent US 5,537,476 A1 ist eine Vorrichtung zur Verhinderung einer ungewollten Kenntnisnahme eines durch einen ersten Projektor projizierten Bildes bekannt. Dabei wird durch einen zweiten Projektor ein weiteres Bild projiziert und dem ersten Bild dahingehend überlagert, dass wesentliche Teile der Bildinformationen durch Überlagerung absorbiert werden. Ein berechtigter Benutzer wird mit einem Filter ausgestattet, der nur das gewünschte erste projizierte Bild, welches unter Verwendung einzelner Teillichtbündeln entstanden ist, zur Wahrnehmung bringt, wohin gegen das zweite Bild durch den Filter herausgefiltert und somit nicht zur Wahrnehmung gebracht wird.
• Weiterhin ist aus dem US-Patent US 3,846,810 A1 eine Kamera zur stereoskopischen Aufnahme von Bildern mittels einer aufwendigen zusätzlichen optischen Anordnung zur zusätzlichen Anbringung vor dem Objektiv der einen Kamera bekannt.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bildwiedergabevorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, einen vergrößerten Farbraum bzw. eine stereoskopische Wiedergabe zu ermöglichen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gestattet eine vollfarbige stereoskopische Bildwiedergabe bzw. eine Wiedergabe mit gesteigerter Farbwiedergabe. Dabei wird insbesondere auf Aufnahmeseite dem wiedergabeseitig vergrößerten Farbraum Rechnung getragen, bei dem außerdem keine erhebliche Einbuße an Bildhelligkeit stattfindet, bei dem das emittierte Licht der Projektionslampe in effizienter Weise genutzt wird und bei dem schließlich auf aufwendige spektralreine Lichtquellen verzichtet werden kann.
• Es zeigt sich, dass eine Abwandlung der Vorrichtung zur Wiedergabe dreidimensionaler Bilder genutzt werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass mit wenigen Handgriffen von einem Modus "Bildwiedergabe mit gesteigerter Farbwiedergabetreue" zu einem Modus "Dreidimensionale Bildwiedergabe" und umgekehrt gewechselt werden kann.
• Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen anhand zweier Ausführungsbeispielen beschrieben.
• 2 zeigt ein Bildaufzeichnungssystem bestehend aus einer Kamera K1 und einer Kamera K2 mit einem vorgesetzten Strahlteiler ST1 der als eine Baugruppe aus den Spiegeln S1, S2, S3 und einem dichroitischen Spiegel D1 mit einem Transmissions- und Reflexionsverhalten, wie 3 zeigt, besteht. Das von einem Aufnahmeobjekt auf D1 fallende Licht wird spektral zerlegt in zwei Teillichtbündel. Das über die Spiegel S2 und S3 in die Kamera 1 gelangende Teillichtbündel besteht spektral aus drei Anteilen B1, G1, R1, die beispielsweise die Wellenlängenbereiche

  B1	435–455 nm
  G1	510–530 nm
  R1	600–620 nm

  abdecken.
• Das über den Spiegel S1 in die Kamera 2 gelangende Teillichtbündel setzt sich aus dem zu Lichtbündel 1 komplementären Spektrum zusammen.
• 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Bildwiedergabesystem bestehend aus einer Projektionslampe PL mit einem Temperaturstrahler, der ein breitbandiges Spektrum emittiert, einem Strahlteiler ST2 mit prinzipiell gleichem Aufbau wie ST1, zwei Farbbildmodulatoren FM1 und FM2, die beispielsweise auf Basis der Lichtventiltechnik arbeiten, einem Strahlvereiniger SV mit prinzipiell gleichem Aufbau wie ST1, einem Projektionsobjektiv Ob und einem Bildschirm S. Der in nere Aufbau von Farbbildmodulatoren ist dem Stand der Technik zu entnehmen (G. Derra et al., "UHP-Lampen: Lichtquellen extrem hoher Leuchtdichte für das Projektionsfernsehen", Phys. Blätter, 54 (1998, Nr. 9). Der Strahlvereiniger SV führt die Teillichtbündel nach ihrer Modulation in FM1 und FM2 wieder zusammen. Dabei enthält FM1 die Bildinformation aus Kamera 1 und FM2 die Bildinformation aus Kamera 2.
• Der im Strahlvereiniger SV enthaltene dichroitische Spiegel D2 weist ein Transmissions- und Reflexionsverhalten, wie in 5 gezeigt, auf. Durch dieses Transmissions- und Reflexionsverhalten wird erreicht, dass das aus dem Strahlvereiniger austretende Lichtbündel spektral aus sechs Bereichen besteht. Neben den Spektralbereichen B1, G1, R1 finden sich in seinem Spektrum die Anteile B2, G2, R2, die beispielsweise die Wellenlängenbereiche

  B2	460–480 nm
  G2	535–555 nm
  R2	625–645 nm

  abdecken.
• Die geschilderte Bildaufzeichnungs- und Bildwiedergabevorrichtung benutzt sechs Primärvalenzen, die den Spektralbereichen B1, B2, G1, G2, R1, R2 entsprechen. Dadurch ist ein vergrößerter Farbraum darstellbar, wie in 6 gezeigt. Durch eine spektrale Aufteilung bereits bei der Bildaufzeichnung wird erreicht, dass ein vergrößerter Farbraum mit dem beschriebenen Verfahren nicht nur darstellbar, sondern auch weitgehend reproduzierbar ist. Zur Verdeutlichung dieses Sachverhalts sei angenommen, es falle spektralreines Licht mit λ = 450 nm in das Bildaufzeichnungssystem wie in 2 gezeigt. Aufgrund der Strahlteilung in ST1 wird nur der blaue Spektralbereich der Kamera 1 angesprochen. Entsprechend öffnet nur das Lichtventil für den Spektralbe reich Blau im Farbmodulator FM1 des Bildwiedergabesystems gemäß 4. Nach der Strahlvereinigung in SV findet sich im Spektrum nur die Primärvalenz B1 und erzeugt auf dem Bildschirm einen nahezu gesättigten Farbeindruck der Farbe Blau. Bei den bestehenden Verfahren mit einer Primärvalenz Blau im Wellenlängenbereich
  430–480 nm
  wäre die reproduzierte Farbsättigung und damit die Farbwiedergabetreue deutlich geringer.
• In einer als Bildaufzeichnungsvorrichtung abgewandelten Form wird auf den Strahlteilervorsatz ST1 als Baugruppe verzichtet. Kamera 1 und Kamera 2 zeichnen dann ein stereoskopisches Bildpaar auf. Bei der Bildwiedergabe nach 4 ist die Bildinformation des von Kamera 1 aufgenommenen linken Halbbildes in den Primärvalenzen B1, G1, R1 enthalten. Die Bildinformation des rechten Halbbildes ist in den Primärvalenzen B2, G2, R2 enthalten. Mit Hilfe einer zusätzlichen Brille B auf Betrachterseite, die Interferenzfilter IF1 und IF2 mit einem Transmissionsverhalten, wie in den 7a (IF1) und b (IF2) gezeigt, enthält, wird erreicht, daß das linke Auge des Betrachters nur das linke Halbbild und das rechte Auge nur das rechte Halbbild empfängt. Dadurch entsteht beim Betrachter der Eindruck eines Raumbildes.
• Zwischen der Betriebsart der Bildaufzeichnung mit gesteigerter Farbwiedergabetreue – wie im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben – und der Betriebsart der Raumbildaufzeichnung – wie im Ausführungsbeispiel 2 beschrieben – kann in einfacher Weise durch Abnehmen oder Anbringen des Strahlteilers als einer geschlossenen Baugruppe hin- und hergewechselt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht im Herauskippen der Spiegel S1 und S2 aus dem Strahlengang.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Projektion eines Farbbilds auf einen Schirm (S) umfassend eine Projektionslampe (PL) zur Emission eines Strahlenspektrums und einen Strahlteiler (ST2) zur Aufteilung des Strahlenspektrums in ein erstes Teillichtbündel (B1, G1, R1) und in ein zweites zum ersten Teillichtbündel (B1, G1, R1) komplementären Teillichtbündel und zwei Farbbildmodulatoren (FM1, FM2) zur Wiedergabe von Bildern im jeweiligen Teillichtbündel, wobei nach den Farbbildmodulatoren (FM1, FM2) ein Strahlvereiniger (SV) zur Vereinigung des ersten Teillichtbündels (B1, G1, R1) mit dem zweiten Teillichtbündel zu einem Farbbild sowie ein Objektiv (Ob) zur Ausgabe des Farbbilds vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Strahlteiler (ST2) einen ersten dichroitischen Spiegel (D1) mit Dreifachbandpaß-Charakteristik (B1, G1, R1) umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Strahlvereiniger (SV) einen zweiten dichroitischen Spiegel (D2) mit anderer Dreifachband-Charakteristik (B2, G2, R2) umfaßt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das das erste Teillichtbündel drei erste schmale Frequenzbereiche (B1, G1, R1) und das zweite Teillichtbündel drei zweite schmale zu den ersten Frequenzbereichen komplementäre Frequenzbereiche zeigt, wobei die schmalen Frequenzbereiche innerhalb der Wellenlängenbereiche der Blau-, Grün- und Rotrezeptoren liegen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Strahlteiler (ST2) mindestens einen Spiegel umfaßt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Strahlvereiniger (SV) mindestens einen weiteren Spiegel umfaßt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Brille (B) mit für das linke Auge und das rechte Auge unterschiedlichem Transmissionsverhalten aufweisenden Interferenzfiltern (IF1, IF2) vorgesehen ist, die für das linke Auge ein Halbbild mit dem ersten Durchlaßbereich (B1, G1, R1) und für das rechte Auge ein weiteres Halbbild mit dem zweiten Durchlaßbereich zum stereoskopischen Sehen erzeugt.