DE29623269U1 - Device for taking three-dimensional images - Google Patents
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Description
MARA-OIgDEMARA-OIgDE
21. November 199721 November 1997
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BESCHREIBTMG Vorrichtung zur Aufnahme von dreidimensionalen BildernDESCRIPTION Device for taking three-dimensional images
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Die stereoskopische Darstellung von Bildern erfordert, daß Bilder aus verschiedenen Blickwinkeln und im horizontalen Abstand von meistens 7 cm wie bei den menschlichen Augen aufgenommen werden. Bei der Wiedergabe müssen die Bilder vom linken und rechten Auge jeweils getrennt wahrnehmbar sein, damit sich im Gehirn aus diesen beiden geringfügig unterschiedlichen Bildern der dreidimensionale Eindruck bilden kann wie beim natürlichen sehen.The stereoscopic representation of images requires that images are recorded from different angles and at a horizontal distance of usually 7 cm, as with the human eye. When reproduced, the images must be perceived separately by the left and right eye, so that the brain can form the three-dimensional impression from these two slightly different images, as with natural vision.
FR-A-8320292 offenbart eine Vorrichtung zur Aufnahme stereoskopischer Bildpaare mit zwei Kameras, die im Augenabstand nebeneinander angeordnet sind. Der Nachteil dabei ist, daß die erforderliche ständige Übereinstimmung von Bildgröße und Schärfe praktisch nur näherungsweise und nur mit Aufwand und zusätzlicher Aufmerksamkeit möglich ist. Damit werden Kameraführung und Bildregie bei bewegten Bildern und z. B. beim Zoom zur schwierigen Aufgabe, wodurch die Kosten und Umstände für stereoskopische Filmaufnahmen beträchtlich steigen.FR-A-8320292 discloses a device for recording stereoscopic image pairs with two cameras arranged next to each other at eye distance. The disadvantage is that the required constant matching of image size and sharpness is practically only possible approximately and only with effort and additional attention. This makes camera control and image direction for moving images and, for example, when zooming a difficult task, which significantly increases the costs and hassle of stereoscopic film recordings.
OS-DE 1522286 offenbart ein sequentielles Verfahren, wobei zwei von gegeneinander versetzten Aufnahmeobjektiven kommende Strahlenbündel an einem Treffpunkt senkrecht zueinander zusammengeführt werden und dort eine rotierende Blende, die aus einem durchsichtigen und einem reflektierenden Teil einer Glasscheibe besteht, unter 45 Grad so angeordnet ist, daß die beiden Strahlenbündel abwechselnd nacheinander freigegeben werden. Nachteilig dabei sind die mechanisch bewegten Teile, die Notwendigkeit der Synchronisation nach Drehzahl und nach Phase sowie die Baugröße von Motor und rotierender Scheibe.OS-DE 1522286 discloses a sequential method in which two beams of rays coming from offset recording lenses are brought together perpendicularly to one another at a meeting point and a rotating aperture, which consists of a transparent and a reflective part of a glass disk, is arranged at 45 degrees so that the two beams of rays are released alternately one after the other. The disadvantages here are the mechanically moving parts, the need for synchronization according to speed and phase, and the size of the motor and rotating disk.
MARA-OIgDEMARA-OIgDE
21. November 199721 November 1997
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Eine andere Vorrichtung nach dem sequentiellen Verfahren ist in OS-DE 3214021 beschrieben, worin elektro-optische Ventile in einer Kamera mit Doppelobjektiv paarweise angeordnet sind und abwechselnd durchsichtig und undurchsichtig gesteuert werden. Die Vereinigung der Strahlenbündel vom rechten und linken Kameraobjektiv erfolgt mit zwei Spiegelprismen. Der Nachteil dabei ist, daß zwei nebeneinander angeordnete Spiegelprismen die Deckungsgleichheit von linkem und rechtem Bild - mit Ausnahme natürlich der gewünschten Unterschiede wegen der unterschiedlichen Perspektive beider Bilder - nur in einer einzigen Einstellung gewährleisten. Außerdem ist die Verwendung eines Doppelobjektives aus den gleichen Gründen wie bei der zeitlich parallel arbeitenden Anordnung von zwei Kameras für die Kameraführung erschwerend.Another device using the sequential method is described in OS-DE 3214021, in which electro-optical valves are arranged in pairs in a camera with a double lens and are alternately controlled as transparent and opaque. The beams of rays from the right and left camera lenses are combined using two mirror prisms. The disadvantage of this is that two mirror prisms arranged next to each other only ensure the congruence of the left and right images - with the exception of course of the desired differences due to the different perspective of both images - in a single setting. In addition, the use of a double lens makes camera control more difficult for the same reasons as with the arrangement of two cameras working in parallel.
Die Anordnung nach US 4,943,852 verwendet einen halbdurchlässigen Spiegel und zwei elektro-optische Ventile nebst Spiegeln, um von zwei im Augenabstand auseinanderliegenden Blickwinkeln stereoskopische Bilderpaare zeitsequentiell zu erzeu-The arrangement according to US 4,943,852 uses a semi-transparent mirror and two electro-optical valves and mirrors to generate stereoscopic image pairs in a time-sequential manner from two viewing angles spaced apart from each other at eye distance.
Die Anordnung nach WO 84-00825 verwendet ebenfalls halbdurchlässige Spiegel und elektro-optische Ventile in den Strahlengängen für das linke und rechte Auge zur zeitsequentiellen Erzeugung von stereoskopischen Bilderpaaren.The arrangement according to WO 84-00825 also uses semi-transparent mirrors and electro-optical valves in the beam paths for the left and right eyes for the time-sequential generation of stereoscopic image pairs.
Ein Nachteil aller bekannten zeitsequentiellen Verfahren besteht darin, daß das Umschalten zwischen den Lichtwegen für linkes und rechtes Auge dort erfolgt, wo die zu den beiden unterschiedlichen Blickrichtungen gehörenden Lichtwege noch getrennt sind. An diesen Stellen hat der zu schaltende Lichtkegel einen um so größeren Querschnitt, je weiter diese Stellen von dem Objektiv der Kamera entfernt sind und je größer der gegenstandsseitige Aufnahmewinkel des Objektivs ist.A disadvantage of all known time-sequential methods is that switching between the light paths for the left and right eye takes place where the light paths belonging to the two different viewing directions are still separate. At these points, the light cone to be switched has a larger cross-section the further these points are from the camera lens and the larger the object-side recording angle of the lens is.
MARA-OIgDE t* »*>4 « &Idigr; I I m : MARA-OIgDE t * »*> 4 « &Idigr; II m :
21. November 1997 .&iacgr;&idiagr;. .,.* * '· ' "&iacgr; &iacgr;November 21, 1997 .&iacgr;&idiagr;. .,.* * '· ' "&iacgr;&iacgr;
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Große Querschnitte der optoelektronischen Schaltelemente behindern kurze Schaltzeiten, weisen Helligkeitsunterschiede über den Querschnitt sowohl im gesperrten als auch im lichtdurchlässigen Zustand auf und sind insbesondere für den Einsatz von f erroelektrischen Flüssigkristallen wegen der bei größeren Querschnitten nicht einhaltbaren engen Toleranzen der ferroelektrischen Schichtdicke ungeeignet.Large cross-sections of the optoelectronic switching elements hinder short switching times, show brightness differences across the cross-section in both the blocked and the translucent state and are particularly unsuitable for the use of ferroelectric liquid crystals due to the tight tolerances of the ferroelectric layer thickness that cannot be maintained with larger cross-sections.
In WO 84-00825 werden auch Lösungen beschrieben, bei denen Flüssigkristall-Spiegel, die im Kreuzungspunkt der von den beiden Blickrichtungen herangeführten Lichtkegel angeordnet sind, so angesteuert werden, daß immer nur einer der beiden Strahlengänge - entweder der dem linken oder der dem rechten Auge entsprechende - die nachfolgende Optik passiert. Nachteilig ist hierbei, daß der optoelektronische Spiegel durch die Winkelhalbierende Schrägstellung innerhalb des Strahlenganges zusätzliche Ausdehnung in einer seiner Dimensionen aufweist, zusätzlich zum senkrechten Durchmesser des Lichtkegels am Ort des Flüssigkristall-Spiegels.WO 84-00825 also describes solutions in which liquid crystal mirrors, which are arranged at the intersection point of the light cones directed from the two viewing directions, are controlled in such a way that only one of the two beam paths - either the one corresponding to the left or the one corresponding to the right eye - passes through the subsequent optics. The disadvantage here is that the optoelectronic mirror has additional expansion in one of its dimensions due to the angle bisector inclination within the beam path, in addition to the vertical diameter of the light cone at the location of the liquid crystal mirror.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe, ausgehend von dem genannten Stand der Technik, zugrunde, eine Einrichtung zur zeitsequentiellen Umstellung zwischen den beiden Blickrichtungen so zu gestalten, insbesondere zu verkleinern, daß ihre Anordnung unmittelbar vor, innerhalb oder hinter dem Objektiv möglich ist.The present invention is based on the object, based on the above-mentioned prior art, of designing a device for time-sequential switching between the two viewing directions in such a way, in particular to make it smaller, that it can be arranged directly in front of, inside or behind the lens.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist Gegenstand des abhängigen Anspruchs.The device according to the invention is given by the features of independent claim 1. An advantageous embodiment is the subject of the dependent claim.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme von dreidimensionalen Bildern zeichnet sich demgemäß dadurch aus, daß in dem vereinigten Strahlengang ein nematisches oder ferroelektrisches Flüssigkristallelement angeordnet ist, das bei Anlegen eines Steuersignals beide Polarisationsebenen gleichsin-The device according to the invention for recording three-dimensional images is accordingly characterized in that a nematic or ferroelectric liquid crystal element is arranged in the combined beam path, which, when a control signal is applied, polarizes both planes of polarization in the same direction.
MARA-OIgDE **··", . ; · , ·##· &bgr;·*MARA-OIgDE **··", . ; · , · ## · &bgr; ·*
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nig um 90 Grad dreht und bei Wegfall des Steuersignals diese Drehung wieder rückgängig macht und daß zwischen dem Flüssigkristall element und der reellen Bildebene ein Polarisationsfilter so angeordnet ist, daß bei angelegtem Steuersignal Licht des einen Polarisationszustandes und bei fehlendem Steuersignal Licht des anderen Polarisationszustandes maximal gedämpft wird, wodurch nach Maßgabe der Steuersignale jeweils eines der beiden Bilder, das jeweils einer der beiden Blickrichtungen entspricht, abgebildet und das andere gesperrt wird und umgekehrt.rotates by 90 degrees and reverses this rotation when the control signal is removed, and that a polarization filter is arranged between the liquid crystal element and the real image plane in such a way that when the control signal is applied, light of one polarization state and when the control signal is missing, light of the other polarization state is maximally attenuated, whereby according to the control signals one of the two images, which corresponds to one of the two viewing directions, is displayed and the other is blocked and vice versa.
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen.Further embodiments and advantages of the invention result from the features further listed in the claims and from the exemplary embodiments given below. The features of the claims can be combined with one another in any way, provided they are not obviously mutually exclusive.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen derselben werden im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert . Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Strahlungsverlauf einer Vorrichtung zur Aufnahme von dreidimensionalen Bildern, wobei im vereinigten Strahlengang Flüssigkeitskristallelemente und ein Polarisationsfilter angeordnet sind.The invention and advantageous embodiments and further developments of the same are described and explained in more detail below using the examples shown in the drawing. The features shown in the description and the drawing can be used individually or in combination in accordance with the invention. The single figure shows a schematic radiation path of a device for recording three-dimensional images, with liquid crystal elements and a polarization filter being arranged in the combined beam path.
In Fig. 1 sind die Strahlen eines ersten Lichtkegels mit dem Bezugszeichen 1, Mittelstrahl dieses Kegels mit dem Bezugszeichen Ml versehen. Der Strahlengang eines zweiten Kegels ist mit den Bezugszeichen 2, dessen Mittelstrahl mit dem Bezugszeichen M2 versehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind den Strahlen des ersten Lichtkegels ausgefüllte Pfeilspitzen zugeordnet, den Strahlen des zweiten Kegels nichtIn Fig. 1, the rays of a first light cone are provided with the reference symbol 1, the central ray of this cone with the reference symbol M1. The beam path of a second cone is provided with the reference symbol 2, its central ray with the reference symbol M2. For reasons of clarity, the rays of the first light cone are assigned filled arrowheads, the rays of the second cone are not.
MARA-OIgDE #·* ***· . 21. November 1997 *MARA-OIgDE # ·* ***· . 21 November 1997 *
ausgefüllte Pfeilspitzen. Im Bereich der mit Doppelpfeil gekennzeichneten Strahlengänge liegt eine deckungsgleiche Vereinigung vor. Die Strahlen des zweiten Lichtkegels 2 werden an einem Spiegel 20 reflektiert und wie weiter unten beschrieben nachfolgend zu deckungsgleichen Strahlengängen mit den Strahlen 1 des ersten Kegels vereinigt.filled arrowheads. In the area of the beam paths marked with a double arrow, there is a congruent union. The rays of the second light cone 2 are reflected by a mirror 20 and, as described below, subsequently combined with the rays 1 of the first cone to form congruent beam paths.
Die dem linken und rechten Auge entsprechenden Lichtkegel 1 und 2 seien in bekannter Weise senkrecht zueinander polarisiert und verlaufen nach Passieren eines winkelhalbierend angeordneten Strahlteilers 3 deckungsgleich hin zu einem Objektiv 4.The light cones 1 and 2 corresponding to the left and right eyes are polarized perpendicular to each other in a known manner and, after passing through a beam splitter 3 arranged to bisect the angle, run congruently towards an objective 4.
Nach dem Durchlaufen des Objektivs 4 erzeugen die Lichtkegel je ein Bild 5 aus dem Blickwinkel jedes Auges. Die beiden Bilder sind fast deckungsgleich und weisen nur noch untereinander die Unterschiede auf, die gewollt von den unterschiedlichen Blickwinkeln herrühren. Die wichtigste Unterscheidung zwischen den beiden Bildern ist ihre Polarisationsrichtung, die jeweils senkrecht auf der Polarisationsrichtung des anderen Bildes steht.After passing through the lens 4, the light cones produce an image 5 from the viewing angle of each eye. The two images are almost identical and only show differences between each other that are intentionally caused by the different viewing angles. The most important difference between the two images is their polarization direction, which is perpendicular to the polarization direction of the other image.
Erfindungsgemäß wird in den vereinigten Strahlengang ein nematisches oder ferroelektrisches Flüssigkristallelement 6 eingefügt, das bei Anlegen eines geeigneten Steuersignals beide Polarisationsrichtungen gleichsinnig um jeweils 90 Grad dreht. Die Beaufschlagung mit dem Steuersignal erfolgt durch eine in der Figur schematisch dargestellte Steuereinheit 30. Die Frequenz des Steuersignals liegt bevorzugt im Bereich zwischen 50 und 100 Hz, wobei Anstiegs- und Abstiegszeiten von weniger als einer Millisekunde eingehalten werden.According to the invention, a nematic or ferroelectric liquid crystal element 6 is inserted into the combined beam path, which rotates both polarization directions in the same direction by 90 degrees each when a suitable control signal is applied. The control signal is applied by a control unit 30 shown schematically in the figure. The frequency of the control signal is preferably in the range between 50 and 100 Hz, with rise and fall times of less than one millisecond being maintained.
Die Polarisation kann in bekannter Weise durch die Polarisationsfilter 9 und 10 erfolgen oder mittels des Strahlteilers 3, falls dieser polarisierend wirkt.The polarization can be carried out in a known manner by means of the polarization filters 9 and 10 or by means of the beam splitter 3 if this has a polarizing effect.
MARA-OIgDE .* "*. . : J 21. November 1997 »' * .!. .&Ggr;.MARA-OIgDE .* "*. . : J 21 November 1997 »' * .!. .&Ggr;.
Zwischen dem Flüssigkristallelement 6 und dem reellen Bild 5 ist ein Polarisationsfilter 7 so angeordnet, daß eine der beiden senkrecht aufeinanderstehenden Polarisationsrichtungen maximalen Durchgang und die andere maximale Dämpfung aufweist. Durch das Anlegen des genannten Steuersignals wird bewirkt, daß sich beide Polarisationsrichtungen nach dem Passieren des Flüssigkristallelementes gleichsinnig um jeweils 9 0 Grad drehen und damit dasjenige Bild, das vorher maximal gedämpft wurde, nunmehr sichtbar abgebildet wird, während das vorher sichtbare Bild nunmehr maximal gedämpft wird.A polarization filter 7 is arranged between the liquid crystal element 6 and the real image 5 in such a way that one of the two perpendicular polarization directions has maximum passage and the other has maximum attenuation. Applying the control signal mentioned causes both polarization directions to rotate in the same direction by 90 degrees each after passing through the liquid crystal element, so that the image that was previously attenuated to the maximum is now visibly displayed, while the previously visible image is now attenuated to the maximum.
Beim Wegfall des Steuersignals werden beide Polarisationsrichtungen gleichsinnig, aber entgegen dem ursprünglichen Drehsinn um 90 Grad gedreht, wodurch der Ausgangszustand wieder erreicht wird.When the control signal is removed, both polarization directions are rotated by 90 degrees in the same direction but opposite to the original direction of rotation, whereby the initial state is reached again.
Das drehende Flüssigkristallelement 6 und das Polarisationsfilter 7 können an beliebiger Stelle des vereinigten Strahlenganges angeordnet werden, insbesondere auch innerhalb des Objektivs 4 in dessen Blendenebene 8, lediglich die Aufeinanderfolge von Flüssigkristallelement und Polarisationsfilter ist einzuhalten.The rotating liquid crystal element 6 and the polarization filter 7 can be arranged at any point of the combined beam path, in particular also within the lens 4 in its aperture plane 8, only the sequence of liquid crystal element and polarization filter must be observed.
Claims (1)
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