WO2011141379A1 - System zur stereoskopischen kino-projektion - Google Patents

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WO2011141379A1
WO2011141379A1 PCT/EP2011/057319 EP2011057319W WO2011141379A1 WO 2011141379 A1 WO2011141379 A1 WO 2011141379A1 EP 2011057319 W EP2011057319 W EP 2011057319W WO 2011141379 A1 WO2011141379 A1 WO 2011141379A1
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projection
eye
image
lens
projector
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PCT/EP2011/057319
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Inventor
Hildegard Ebbesmeier
Lingli Wang
Udo Schauss
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Jos. Schneider Optische Werke Gmbh
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images
    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
    • G02B30/22—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the stereoscopic type
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03B35/18—Stereoscopic photography by simultaneous viewing
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/332—Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD]
    • H04N13/337—Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD] using polarisation multiplexing
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/363—Image reproducers using image projection screens

Definitions

  • the invention relates to an optical system for the projection of stereoscopic images, in particular in SD cinema projection.
  • pairwise images also referred to as stereoscopic half-images or partial images
  • stereoscopic half-images or partial images are generated separately for each eye and offered for viewing for spatial-accurate imaging.
  • the methods and techniques used to create and reproduce three-dimensional images are based on the principle of natural vision with two eyes. Due to the distance between the two eyes, one sees with the left eye an object from a slightly different viewing direction than with the right eye. This - in perspective differing ⁇ chen - views are merged in the visual center of the human brain into a single plastic perception. In stereoscopy this by means of two pictures (images) is mimicked whose Perspectivity of the eye distance speaks ⁇ ent.
  • the two fields are projected one above the other on a projection screen, but these stereoscopic ⁇ partial images must be presented to the eyes separately, so for the left eye only the left image, and for the right eye only the right image is visible.
  • the aid-free stereo playback which allows the viewing of stereoscopic content without special glasses, displays or other aids.
  • the methods used here require a conscious separation of the image perception by the human eye and must therefore be trained by the viewer;
  • Passive systems include polarization technology
  • the polarization technique exploits the polarization properties of the light for channel separation. It is distinguished between linear and circular polarization. Both variants .5 are used for the stereo projection, whereby the linear
  • Playback takes place i. d. R. with two projectors, in which in the case of linear polarization by 90 ° offset polarization filter, also called polarizing filter, placed in front of the lenses! 0.
  • polarizing filter also called polarizing filter
  • the linear technique which has a lower Störschanteil at least in exact alignment, with respect to the circular technique, very often USAGE ⁇ det in the rule.
  • the achievable quality of the 3D rendering strongly depends on the filters used and the projection screen.
  • a metallised surface is used as the projection surface.
  • the polarizers absorb a portion of the light, so compared to a two-dimensional presentation brighter projectors are needed.
  • the polarization- ⁇ onstechnik is therefore currently still primarily the standard method for high-quality projections for a large Clar ⁇ kum because u. a, even the glasses are inexpensive to procure.
  • the object of the invention is to provide an optical system for Pro ⁇ jection of stereoscopic images having a high image quality and a largely error- ⁇ free viewing of the 3D images irrespective of the difference angle between the polarizer and the vision aid (analyzer; passive spectacles) of an observer allows , solution
  • a system for stereoscopic cinema projection which has the following elements:
  • At least one projector for projecting two images, an image for a first eye and an image for a two ⁇ tes eye of a viewer;
  • a visual aid for both eyes of an observer wherein a first spectacle lens contains a radial polarization filter and a second spectacle lens a tangential polarization ⁇ onsfilter.
  • the projectors can be two identical projectors with identical lenses and light sources.
  • the generation of the stereoscopic partial images by the projectors can It can be realized using the analog method with conventional film material or digitally.
  • each sub-image is only for the ers ⁇ te and left eyes, or the second or right eye (or vice ⁇ versa) visualized ,
  • both partial images are projected exactly one above the other onto a projection screen.
  • a linear polarizer for polarizing the light emanating from the projector is arranged between the image-forming unit and the projection objective in the beam path for each partial image.
  • the polarization direction of the two linear polarizers can be offset by 90 degrees to each other. But it can also be used only a polarizer for both fields.
  • the linear polarizer can also be arranged between projection objective and projection screen.
  • a further polarization of the light coming from the projectors takes place at the output of the respective projection objective.
  • a radial polarizer of the light of the partial image for the left eye and a tangential polarizer of the light of the partial image for the right eye of the observer or vice versa is arranged.
  • Light is a transverse electromagnetic wave whose field vector oscillates perpendicular to the propagation direction.
  • Light whose field vector E oscillates in one direction is called linearly polarized light.
  • the polarization direction is the direction in which the field vector E oscillates.
  • ⁇ perpendicular to the reflecting surface Einfallsebe ⁇ ne.
  • Light whose plane of polarization is perpendicular to the Einfallsebe ⁇ ne is s-polarized and light whose polarization parallel to the plane of incidence, p-polarized light.
  • Tangential polarization occurs when the light in the pupil of an optical system is linearly polarized and the polarization direction thereby changes across the pupil, so that the polarization direction is perpendicular to the radius vector in each location of the pupil.
  • the radius defined by the center point of the pupil or ⁇ goes from the optical axis.
  • radial polarization occurs when the direction of polarization in each location of the pupil is radial to the optical axis (parallel to the radius vector).
  • Tangential polarization is understood to mean a polarization distribution in which the oscillation planes of the electric field strength vectors of the individual linearly polarized light beams are oriented approximately perpendicular to the radius directed onto the optical axis.
  • radial polarization there is a polarization distribution in such a way that the oscillation planes of the electric field strength vectors of the individual linearly polarized light beams are oriented approximately radially to the optical axis.
  • Characteristic is therefore in the radial and in the tan gentialen polarization, that the electric field - as always - oscillates perpendicular to the propagation direction, but, in contrast to the linear polarization, not only in one direction.
  • the polarizing filters in front of each lens of the individual projectors are arranged so that the left eye only the left and right eyes of the Be ⁇ trachters provides a associated with the System Vision aid (spectacles) with identical polarizing Brillenglä ⁇ fibers, only the right part image formed on the Pro ⁇ jetechnischswand was projected, ie the visual aid is a pas ⁇ sive glasses of a viewer whose first and second Bril ⁇ lenglas each having a different polarization corresponding to the polarization direction of the polarizers at the output of the respective projector.
  • CGH Computer Generated Hologram
  • a computer-generated hologram is an individually calculated hologram, which is written into a functional layer after the calculation.
  • a CGH example be realized with high accuracy in Art ⁇ fabric substrates.
  • a CGH can be stored as a phase hologram by changing the local optical properties of, for example, a polymer carrier. The different local optical properties of each
  • Points can reflect properties, for example, through Surface topography, or varying optical path lengths in the material of the functional layer (refractive indices) of the material.
  • the desired local optical properties of the individual points are calculated by a computer.
  • Such computer-generated holograms consist of one or more layers of dot matrices or point distributions.
  • the point distribution can be designed as an amplitude hologram or phase hologram.
  • the system may include a projector containing a DMD for projecting digitally stored image content.
  • DLP Digital Light Processing
  • DMD Digital Mirror Device
  • a color wheel is switched to the color filters of the primary colors (typically red, green and blue, but partly also wei ⁇ tere) rotate.
  • the primary colors typically red, green and blue, but partly also wei ⁇ tere
  • a white sector can be added to the color wheel also.
  • the electric ⁇ nik changes the partial image reflected from the DMD. Due to the rotational speed of the color wheel and the inertia of menschli ⁇ chen eye, the partial images are added to a colored image impression.
  • the light is divided by the Lichtquel le (lamp) with dichroic mirrors in three primary colors red, green and blue and individually ver ⁇ divides three DMD chips.
  • the respective partial reflection of the individual DMD's is in a so-called dichroic prism, which contains two crossed dichroic mirror, added back to the complete color image (Strahlverillian). From there, the beam path leads to the projection lens.
  • a further advantageous embodiment of the invention may be designed in such a way that the system in the beam path between the DMD and the projection lens, a "Field Flattener" - lens (also referred to as “Bildfeldebner lens”) ⁇ has.
  • the projection lenses that are set for the analog film from ⁇ are optimized on a curved image plane out the temperature-induced adjusts material in the used celluloid film.
  • One option for adapting a sol ⁇ chen system to the conditions for digital projection is, for example, the use of the aforementioned Field- flattener lens.
  • the Field Flattener lens is used in the Digital projection to compensate for the properties of the optimized analog projection projection lens with respect to the curvature properties of a conventional analog celluloid film whest ⁇ out , ie to improve the image sharpness and reduce edge distortions to achieve an acceptable imaging quality on the screen.
  • the Field Flattener lens is placed in close proximity to the DMD.
  • the lens is usually designed as a single lens. It has a flat and a concave surface with the flat surface facing the DMD / beam combiner.
  • the system is designed so that in the digital projection in the beam path between the DMD and the projection lens, an optical relay system is arranged.
  • the optical relay system is arranged such that in the beam path in front of the projection lens, a real image of the output from a DMD image is generated, which is then projected onto the projection screen with a Gii ⁇ onsêtiv, which may have a short focal length.
  • This variant is another way of adapting a optimized for analo ⁇ ge projection projection lens to the conditions of digital projection, because with digital projection, a higher cutting width is generally required to have genü ⁇ quietly place for a beam.
  • Projection lenses that are opti ⁇ mized for analog projection have a shorter focal distance. They can not be used without further adjustment for digital projection is ⁇ is therefore, as are used in digital projection relatively long prisms as beam combiner.
  • the implementation of the invention with an optical relay system can be carried out, for example, so that an integrated in Pro ⁇ jector relay system as such.
  • the linear polarizer for polarizing the light emanating from the projector is a wire grid polarizer (WGP).
  • WGP wire grid polarizer
  • the wire grid polarizer consists of an array of parallel wires. It is only permeable to electromagnetic waves whose polarization is perpendicular to the wires and has a high heat resistance due to its metallic construction.
  • linear wireframe polarizer is arranged between the projector and the projection objective.
  • the projector ejekto- 5 e of the projector is designed such that it has a stereoscopic ⁇ pair lying on either side of an axial parting plane imaging systems, the optical structure of the ⁇ imaging systems is identical, for each of the two eyes the observer, a partial image beam path is realized, and .0 wherein the axial separation plane preferably causes a horizontal Tei ⁇ ment of the projection lens.
  • This construction of the projection lens makes it possible that only one projector is required, which realizes the projection of the two partial images for the right and left eyes of the observer by means of this egg ⁇ nen, preferably horizontally split lens ("Split-. Lens”) can.
  • Such rei ⁇ ve are z. As described in DE 34 36 853 C2 or US 4,235,503.
  • the invention also includes a method for stereoscopic cinema projection with the following steps: a) at least one projector projects two images, an image for a first eye and an image for a second eye of an observer;
  • each of the two images is projected with one projection lens in front of each of the at least one projectors;
  • a radial polarizing filter polarizes the light projecting the image for the first eye of the observer; e) a tangential polarization filter polarizes the Lieh, which projects the image for the second eye of the observer ⁇ ;
  • a first spectacle lens of the visual aid contains a radial Po ⁇ larisationsfilter and a second spectacle lens a tangential polarization filter
  • area information always includes all - not mentioned - intermediate values and all imaginable subintervals.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the system for SD cinema projection
  • Fig. 2 is a schematic representation of a radial ⁇ tion of polarization filters
  • Fig. 3 is a schematic representation of a tangential Pola ⁇ risationsfilters
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a schematic illustration of the lens arrangement of a projection objective with a focal length of 45 mm;
  • FIG. 5 is a graphical representation of the relative intensity of the projection lens according to FIG. 5;
  • FIG. 6 is a graphical representation of the distortion of the projection lens of FIG. 5; FIG.
  • FIG. 7 shows a graphic representation of the transmission of the projection objective according to FIG. 5; FIG. and
  • Tab. 1 is a list of the radii, the thicknesses or air spacings, the refractive indices and the Abbe numbers of the projection objective shown in FIG. 4;
  • Tab. 2 is a list of the aspheric coefficients of the representation object represented in FIG. 4;
  • the schematic representation in FIG. 1 shows a system 100 for stereoscopic (3D) cinema projection with:
  • the projection lens 110 split-lens
  • the two stereoscopic partial images 112, 114 are generated by a projector 102 with a light source 103 and the imaging unit 104.
  • the beam path of each of the two fields passes through a linear polarizer 106 and 108, respectively.
  • Both polarizers have z. B. on a mutually offset by 90 degrees polarization direction.
  • linearly polarized partial images 112, 114 are projected onto a projection screen 120 by means of the projection lens 110 designed as a "split-lens". Behind the projec ⁇ onsêtiv 110 in the direction of the projection wall 120, the two partial images pass through a tangential polarizer 116 and a radial polarizer 118, and from there to the screen 120. From this as “silver-canvas” executed polarization-maintaining projection screen 120 the light of the differently polarized partial images is reflected to the viewer's glasses 122.
  • each of the eyes 128, 129 of the observer only has the polarization of the corresponding spectacle lens.
  • lenglases 124, 126 identical partial image sees. The two partial images are in the perception of
  • Fig. 2 shows schematically the polarizing effect of a tangential polarization filter 116. Shown is the Polari ⁇ sationsvektor distribution over a beam cross-section. In the tangential polarization, the planes of vibration of the electric field vectors 202 of the single linearly polarized light beams are oriented perpendicularly to the optical axis court ⁇ ended radius.
  • the vibration planes of the electric field intensity vectors 302 of the single linearly polarized light beams are approximately oriented radially to the optical axis.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 4 is the lens arrangement of a projection objective with a focal length of 45 mm and a f-number of 1.8.
  • the projection screen or the enlarged image on the left and the object or the digital image medium on the right are located.
  • the projection objective consists of the following elements, in the order of the projection screen to the DMD or image medium, ie from left to right: a) a first negative meniscus lens 510, the concave surface 508 facing away from the projection screen;
  • lens 520 a second positive meniscus lens 520 whose concave surface 518 faces the projection screen, wherein lens 520 has an aspheric surface 522;
  • a third positive biconvex lens 530 the flatter convex surface 532 facing away from the projection screen
  • a fourth negative biconcave lens 540 whose shallower concave surface 538 faces the projection screen
  • a fifth negative biconcave lens 550 whose flatter concave surface 548 faces the projection screen
  • a sixth positive biconvex lens 560 whose flatter convex surface 558 faces the projection screen
  • a seventh positive biconvex lens 570 the flatter surface 572 facing away from the projection screen.
  • the projection objective described above can be implemented as a single lens for each projector, or as combinatorial ⁇ ned lens (type "Split Lens"), wherein only one projector and a lens for the generation and projection of the two stereoscopic partial images are required when using a combined lens , In the combined lens, the optical structure within the lens in the beam paths for the two fields is identical.
  • Table 2 lists the aspheric coefficients of the lens surface 522 of the projection objective according to FIG. 4.
  • K indicates the so-called cone constant.
  • the values A4, A6, A8 and A10 represent the so-called aspheric coefficients which are the coefficients of a polynomial winding of the function describing the surface 522 of the asphere.
  • Fig. 6 shows the relative illumination of the Enlarge ⁇ th frame is compared with the center for the projection objective shown in FIG. 4.
  • the x-axis represents the relative deviation from the center of the image to be enlarged at an f-number of 1.8 at.
  • Fig. 6 shows the distortion for the projection lens in accordance with the embodiment of FIG. 4 in percent (%) of the deviation ⁇ deviation from the ideal image size.
  • the positive values charac ⁇ r represent the pincushion distortion, while negative values relate to the barrel distortion.
  • the x-axis indicates the relative deviation from the center of the image to be magnified at a f-number of 1.8.
  • Fig. 7 shows graphically the course of the transmittance in percent (%) for the projection lens in accordance with the execution ⁇ example of FIG. 4 as a function of wavelength.
  • FIG. 8 shows the resolution (modulation) of the projection objective of FIG. 4.
  • the x-axis indicates the relative deviation from the center of the image to be magnified at a f-number of 1.8.
  • the resolution was calculated for human eye sensitivity.
  • the following weighting of the wavelengths was used: 546 nm at 28.3%, 644 nm at 4.5%, 610 nm at 17.8%, 570 nm at 29.4%, 510 nm at 16.0% and 480 nm with 4.0%.
  • Three examples were calculated: The upper two curves belong to the example with a spatial frequency of 20 line pairs per mm (LP / mm), the middle two curves to 40 LP / mm and the lower two curves to 80 LP / mm.
  • the solid line shows the resolution of radial line pairs and the dashed line the resolution of tangent line pairs.
  • the x-axis represents the relati ⁇ ve deviation from the center of the image.
  • the modulation transfer function is shown at a f-number k of 1.8.
  • Imaging unit for first and second field respectively Linear wire grid polarizer (Wire Grid Polarizer;
  • Projection lens type "split lens"

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Abstract

Es wird ein System zur stereoskopischen Kino-Projektion mit mindestens einem Projektor zum Projizieren zweier Bilder, eines Bildes für ein erstes Auge und eines Bildes für ein zweites Auge eines Betrachters, vorgeschlagen. Die Strahlengänge des vom Projektor ausgehenden Lichts verlaufen jeweils durch einen linearen Polarisator zu einem entsprechend zugeordneten Projektionsobjektiv. Nach dem Passieren des Projektionsobjektivs verlaufen die Strahlengänge der zwei für die Augen eines Betrachters unterschiedlichen Bilder durch einen radialen bzw. einen tangentialen Polarisationsfilter und werden mit unterschiedlichem Polarisationszustand gleichzeitig exakt übereinander auf eine metallische Projektionswand projiziert. Mittels einer Sehhilfe für beide Augen eines Betrachters, deren Gläser unterschiedlich für jedes Auge mit einem radialen bzw. einem tangentialen Polarisationsfilter ausgestaltet sind, wird jedes Teilbild nur für das erste bzw. linke Auge oder das zweite bzw. rechte Auge (oder umgekehrt) sichtbar gemacht und somit für den Betrachter der 3D-Eindruck erzeugt.

Description

System zur stereoskopischen Kino-Projektion
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches System zur Projektion von stereoskopischen Bildern, insbesondere in der SD-Kinoprojektion.
Stand der Technik
Bei der stereoskopischen Projektion werden zur raumtreuen Abbildung paarweise Bilder, auch als stereoskopische Halb- oder Teilbilder bezeichnet, getrennt für jedes Auge erzeugt und zur Betrachtung angeboten. Die dabei angewendeten Methoden und Techniken zur Erzeugung und Wiedergabe dreidimensionaler Bilder beruhen auf dem Prinzip des natürlichen Sehens mit zwei Augen. Durch den Abstand beider Augen zueinander sieht man mit dem linken Auge ein Objekt aus einer etwas anderen Blickrichtung als mit dem rechten Auge. Diese - perspektivisch unterschiedli¬ chen - Ansichten werden im Sehzentrum des menschlichen Gehirns zu einer einzigen plastischen Wahrnehmung verschmolzen. In der Stereoskopie wird dieser mittels zweier Abbildungen (Bilder) nachgeahmt, deren Perspektivität der des Augenabstandes ent¬ spricht. Um beim Betrachter den Stereo-Effekt (3D-Effekt) zu erzeugen, werden die beiden Halbbilder übereinander auf eine Projektionswand projiziert, jedoch müssen diese stereoskopi¬ schen Teilbilder den Augen getrennt dargeboten werden, damit für das linke Auge nur das linke Bild, und für das rechte Auge nur das rechte Bild sichtbar wird.
Auf diesen Bildern wird jeder Raumpunkt durch korrespondie¬ rende Bildpunkte auf jedem Halbbild abgebildet, die aufgrund der Parallaxe gering seitenverschoben zueinander sind
(= stereoskopische Deviation) und durch welche im Gegensatz zu einem zweidimensionalen Bild die Tiefenlage jedes Raumpunktes aus dem Bild mathematisch reproduzierbar ermittelt werden kann und der Betrachter die räumliche Lage jedes abgebildeten Raumpunktes aufgrund einer - dem Natürlichen nahekommenden - Darbietung empfinden kann.
Alle anderen Eigenschaften eines zweidimensionalen Bildes, wie perspektivische Verzerrung in Abhängigkeit von der Objek¬ tivbrennweite, die Farbe und insbesondere aber auch die be¬ schränkende Standortbindung des Betrachters bleiben erhalten.
In der 3D-Kinoproj ektion werden gegenwärtig mehrere Methoden zur Wiedergabe von stereoskopischen Bildern (Filmen) angewendet, die man beispielsweise nach der Art der eingesetzten
Hilfsmittel in vier Kategorien einteilen kann:
die hilfsmittelfreie Stereowiedergabe, die das Betrachten von stereoskopischen Inhalten ohne spezielle Brillen, Displays oder andere Hilfsmittel erlaubt. Die hierbei angewendeten Verfahren erfordern jedoch eine bewusste Trennung der Bildwahrnehmung durch das menschliche Auge und muss deshalb durch den Betrachter trainiert werden;
die passiven Systeme, bei denen die Wiedergabe auf einem kon¬ ventionellen, zweidimensionalen Medium erfolgt und mit Brillen ohne elektronische Ansteuerung betrachtet wird. Der räum¬ liche Eindruck beim Betrachter stellt sich Dank der Brillen sofort ein. Zu den passiven Systemen zählt u. a. auch die Polarisationstechnik;
aktive Systeme, die ebenfalls ein zweidimensionales Wiederga¬ bemedium verwenden, allerdings verfügen sie über eine aktive, 5 elektronische Ansteuerung der Brille. In diese Kategorie fal¬ len beispielsweise alle Varianten von Shutterbrillen- Systemen;
Head Mounted Displays, autostereoskopische Displays und ande¬ re Konstruktionen, die speziell für die 3D-Wiedergabe opti- .0 miert oder entwickelt wurden, werden zur Gruppe der SD-
Displays zusammengefasst .
Die Polarisationstechnik nutzt die Polarisationseigenschaf¬ ten des Lichtes zur Kanaltrennung aus. Es wird zwischen linearer und zirkularer Polarisation unterschieden. Beide Varianten .5 werden für die Stereoprojektion verwendet, wobei die lineare
Polarisation bei weitem am häufigsten eingesetzt wird.
Die Wiedergabe erfolgt i. d. R. mit zwei Projektoren, bei denen im Falle der linearen Polarisation um 90° versetzte Polarisationsfilter, auch Polfilter genannt, vor den Objektiven !0 platziert werden. In vielen Fällen wird eine sogenannte V-
Anordnung bevorzugt, d.h. es wird eine Polarisationsrichtung von 45° für die rechte und 135° für die linke Darstellung ver¬ wendet. Die beiden Bilder werden auf einer polarisationserhal- tenden Leinwand (Projektionswand) synchron übereinander proji- !5 ziert und durch eine Brille mit Polfiltern in derselben Anord¬ nung betrachtet.
Eine optimale Unterdrückung von Störbildern wird nur erreicht, wenn die Filter vor den Projektoren (Polarisatoren) und in den Brillen (Analysatoren) im exakt gleichen Winkel ausge- 50 richtet sind. In diesem Zusammenhang weist die lineare Polfil¬ tertechnik jedoch eine wesentliche Schwäche auf. Neigt der Bet¬ rachter den Kopf, so entsteht ein Differenzwinkel zwischen Po¬ larisator und Analysator und der Störbildanteil nimmt stark zu. Dieses Problem wird bei Verwendung von zirkulären Polfiltern umgangen. Nachteilig ist dabei allerdings, dass die gewählten zirkulären Polfilter nur für eine bestimmte Wellenlänge, die meist in der Mitte des sichtbaren Spektrums gewählt wird, ein optimales Verhalten zeigen. An den Rändern des sichtbaren
Spektrums tritt hierbei jedoch eine schlechtere Kanaltrennung auf .
Daher wird die lineare Technik, die zumindest bei exakter Ausrichtung, gegenüber der zirkulären Technik einen geringeren Störbildanteil aufweist, in der Regel noch sehr häufig verwen¬ det. Die erreichbare Qualität der 3D-Wiedergabe hängt stark von den verwendeten Filtern und der Projektionswand ab. Meist wird als Projektionsfläche eine metallisierte Oberfläche verwendet. Die Polarisatoren absorbieren allerdings einen Anteil des Lichtes, sodass im Vergleich zu einer zweidimensionalen Präsentation lichtstärkere Projektoren benötigt werden. Die Polarisati¬ onstechnik ist deshalb momentan noch vorrangig das Standardverfahren für hochqualitative Projektionen für ein großes Publi¬ kum, da u. a, auch die Brillen preiswert zu beschaffen sind.
Aufgabe
Aufgabe der Erfindung ist es, ein optisches System zur Pro¬ jektion von stereoskopischen Bildern anzugeben, welches eine hohe Abbildungsleistung aufweist und eine weitestgehend fehler¬ freie Betrachtung der 3D-Bilder unabhängig vom Differenzwinkel zwischen Polarisator und Sehhilfe (Analysator; passive Brille) eines Betrachters ermöglicht. Lösung
Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Die Erfindung umfasst auch alle sinnvollen und insbesondere alle erwähnten Kombinationen von unabhängigen und/oder abhängigen Ansprüchen.
Es wird ein System zur stereoskopischen Kino-Projektion vorgeschlagen, welches folgende Elemente aufweist:
a) mindestens einen Projektor zum Projizieren zweier Bilder, eines Bildes für ein erstes Auge und eines Bildes für ein zwei¬ tes Auge eines Betrachters;
b) einen linearen Polarisator zum Polarisieren des vom Projektor ausgehenden Lichts;
c) je ein Projektionsobjektiv vor jedem der mindestens einen Proj ektoren;
d) einen radialen Polarisationsfilter für Licht, welches das Bild für das erste Auge des Betrachters projiziert;
e) einen tangentialen Polarisationsfilter für Licht, welches das Bild für das zweite Auge des Betrachters projiziert;
f) eine metallische Projektionswand, auf die die Bilder pro¬ jiziert werden; und
g) eine Sehhilfe für beide Augen eines Betrachters, wobei ein erstes Brillenglas einen radialen Polarisationsfilter enthält und ein zweites Brillenglas einen tangentialen Polarisati¬ onsfilter .
Als Projektoren können zwei gleiche Projektoren mit identischen Objektiven und Lichtquellen eingesetzt werden. Die Erzeugung der stereoskopischen Teilbilder durch die Projektoren kann dabei nach dem analogen Verfahren mit konventionellem Filmmaterial oder digital realisiert werden.
Die von den Projektoren gelieferten zwei Teilbilder sind jeweils nur für die Wahrnehmung durch eines der Augen des Betrachters vorgesehen, d. h. jedes Teilbild wird nur für das ers¬ te bzw. linke Auge oder das zweite bzw. rechte Auge (oder umge¬ kehrt) sichtbar gemacht. Dazu werden beide Teilbilder exakt übereinander auf eine Projektionswand projiziert.
Vorteilhafterweise wird zwischen der bilderzeugenden Einheit und dem Projektionsobjektiv im Strahlengang für jedes Teilbild ein linearer Polarisator zum Polarisieren des vom Projektor ausgehenden Lichtes angeordnet. Die Polarisationsrichtung der beiden linearen Polarisatoren können dabei um 90 Grad zueinander versetzt sein. Es kann aber auch lediglich ein Polarisator für beide Teilbilder verwendet werden. Außerdem kann der lineare Polarisator auch zwischen Projektionsobjektiv und Projektionswand angeordnet sein.
Zusätzlich erfolgt eine weitere Polarisierung des von den Projektoren kommenden Lichtes am Ausgang des jeweiligen Projektionsobjektivs. Dazu wird ein Radial-Polarisator des Lichtes des Teilbildes für das linke Auge und ein Tangential- Polarisator des Lichtes des Teilbildes für das rechte Auge des Betrachters bzw. umgekehrt angeordnet.
Licht ist eine transversale elektromagnetische Welle, deren Feldvektor senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingt. Licht dessen Feldvektor E nur in einer Richtung schwingt, heißt linear polarisiertes Licht. Die Polarisationsrichtung ist dabei die Richtung, in die der Feldvektor E schwingt. Bei der Reflexion definieren der einfallende und der reflektierte Strahl die so¬ genannte, senkrecht zur Reflexionsfläche stehende Einfallsebe¬ ne. Licht, dessen Polarisationsebene senkrecht zur Einfallsebe¬ ne liegt, heißt s-polarisiertes und Licht, dessen Polarisati- onsebene parallel zur Einfallsebene liegt, p-polarisiertes Licht .
Tangentiale Polarisation liegt vor, wenn das Licht in der Pupille eines optischen Systems linear polarisiert ist und sich die Polarisationsrichtung dabei über die Pupille ändert, so dass die Polarisationsrichtung in jedem Ort der Pupille senkrecht zum Radiusvektor steht. Der Radius ist durch den Mittel¬ punkt der Pupille definiert bzw. geht von der optischen Achse aus. Radiale Polarisation liegt hingegen vor, wenn die Polarisationsrichtung in jedem Ort der Pupille radial zur optischen Achse (parallel zum Radiusvektor) steht.
D. h. unter "tangentialer Polarisation" wird eine Polarisationsverteilung verstanden, bei der die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd senkrecht zum auf die optische Achse gerichteten Radius orientiert sind. Hingegen liegt bei der "radialen Polarisation" eine Polarisationsverteilung derart vor, dass die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd radial zur optischen Achse orientiert sind.
Charakteristisch ist daher bei der radialen und bei der tan gentialen Polarisation, dass das elektrische Feld zwar - wie stets - senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingt, aber, im Gegensatz zur linearen Polarisation, nicht nur in eine Richtung .
Um die Polarisationseigenschaften des von der Projektionswand zur Sehhilfe und somit zu den Augen des Betrachters re¬ flektierten Lichtes der beiden Teilbilder zu erhalten, ist es erforderlich, eine metallische Projektionswand zu verwenden. Vorteilhaft ist es, dafür eine sogenannte Silber-Leinwand (Sil- ver screen) ohne Oberflächenversiegelung (Kunststoffbeschich- tung) zu verwenden. Eine solche polarisationserhaltende Lein¬ wand wird zwar Silber-Leinwand genannt, jedoch ist sie in der Regel nicht mit Silber, sondern mit Aluminiumpartikeln beschichtet .
Die Polarisationsfilter vor jedem Objektiv der Einzelprojektoren werden so eingerichtet, dass über eine zum System gehörige Sehhilfe (Brille) mit identisch polarisierenden Brillenglä¬ sern das linke Auge nur das linke und das rechte Auge des Be¬ trachters nur das rechte Teilbild sieht, welches auf die Pro¬ jektionswand projiziert wurde, d. h. die Sehhilfe ist eine pas¬ sive Brille eines Betrachters, deren erstes und zweites Bril¬ lenglas eine jeweils unterschiedliche Polarisation aufweist, die der Polarisationsrichtung der Polarisatoren am Ausgang des jeweiligen Projektors entsprechen.
Die Ausführung des Tangential- bzw. Radial-Polarisators kann vorteilhafter Weise auf der Basis von CGHs (CGH = Computer generiertes Hologramm) erfolgen. Es können damit fast alle belie¬ bigen Strahlformen und Strahlrichtungen generiert werden. Computer generierte Hologramme (CGH) sind wichtige Elemente der modernen Optik zur Generierung anwendungsspezifischer optischer Felder und Funktionen. Mit Hilfe von Mikro- und Nanostrukturen werden mit diesen Elementen vorgegebene Wellenfronten erzeugt, die mit Methoden der klassischen Optik nicht realisierbar sind. Anwendung finden CGHs u. a. in der interferometrischen Prüfung hochgenauer asphärischer Linsen oder für die Aufteilung eines Beleuchtungsstrahls in eine Vielzahl gleichheller Spots.
Bei einem computergenerierten Hologramm handelt es sich um ein individuell berechnetes Hologramm, das nach der Berechnung in eine Funktionsschicht eingeschrieben wird.
CGHs werden beispielsweise mit hoher Genauigkeit in Kunst¬ stoff-Substraten realisiert. Ein CGH kann durch die Änderung der lokalen optischen Eigenschaften beispielsweise eines Polymerträgers als Phasenhologramm gespeichert werden. Die unterschiedlichen lokalen optischen Eigenschaften der einzelnen
Punkte können Reflexionseigenschaften, beispielsweise durch Oberflächentopographie, oder variierende optische Weglängen im Material der Funktionsschicht (Brechungsindizes) , des Materials sein. Die gewünschten lokalen optischen Eigenschaften der einzelnen Punkte werden von einem Computer berechnet.
Derartige computergenerierte Hologramme bestehen aus einer oder mehreren Schichten von Punktematrizen beziehungsweise Punkteverteilungen. Die Punkteverteilung kann dabei als Amplitudenhologramm oder Phasenhologramm ausgebildet sein.
Eine vorteilhafte Ausführung wird bei der Erfindung durch die Verwendung von zwei sogenannten polarisierenden CGH ' S
(PCGH) erreicht.
In der Veröffentlichung "Polarization configurations with Singular point formed by Computer generated holograms " [E.G. Churin, J. Hoßfeld and T. Tschudi; Optics Communications, Volu¬ me 99, Issues 1-2, 15 May 1993, Pages 13-17] - deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in diese Beschreibung integriert wird - wird hierzu beispielsweise die Umwandlung eines linear pola¬ risierten Laserstrahls mittels zweier verkitteter PCGHs und ei¬ ner Lambda/4-Platte in einen punktsymmetrischen Strahl mit linearer Abhängigkeit der Polarisationsrichtung von der Winkelposition des Strahls beschrieben. Auf diese Weise können sowohl ein tangential polarisierter Strahl als auch ein radial polarisierter Strahl erzeugt werden. Es muss nur jeweils ein geeignet präpariertes PCGH eingesetzt werden, wie es in der zitierten Veröffentlichung beschrieben ist.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann das System einen Projektor aufweisen, der ein DMD zur Projektion von digital gespeicherten Bildinhalten enthält.
Die Projektion der digital gespeicherten Bildinhalte erfolgt mittels der DLP-Technik (DLP = Digital Light Processing) , die auf der Basis von DMDs (DMD = Digital Mirror Device) . Dabei kann die Ein-Chip-Technologie oder die 3-Chip- Chip- Technologie zur Anwendung kommen, d. h. je nach Technologie mit oder ohne Strahlvereiniger.
Bei einem 1-Chip-Proj ektor wird in den Lichtweg vor dem DMD Chip ein Farbrad geschaltet, auf dem Farbfilter der Grundfarben (in der Regel Rot, Grün und Blau, teilweise aber auch noch wei¬ tere) rotieren. Um bessere Helligkeitswerte im Weißen zu errei¬ chen, kann dem Farbrad auch noch ein weißer Sektor hinzugefügt werden. Mit der Position des Farbfilters wechselt die Elektro¬ nik das Teilbild, das vom DMD reflektiert wird. Aufgrund der Drehgeschwindigkeit des Farbrads und der Trägheit des menschli¬ chen Auges werden die Teilbilder zu einem farbigen Bildeindruck addiert .
In einem 3-Chip-Proj ektor wird das Licht nach der Lichtquel le (Lampe) mit dichroitischen Spiegeln in die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zerlegt und einzeln auf drei DMD-Chips ver¬ teilt. Die jeweilige Teilreflexion der einzelnen DMD ' s wird in einem sogenannten dichroitischen Prisma, welches zwei gekreuzte dichroitische Spiegel enthält, wieder zum kompletten Farbbild addiert (Strahlvereiniger) . Von dort verläuft der Strahlengang zum Projektionsobjektiv.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung kann der art gestaltet sein, dass das System im Strahlengang zwischen dem DMD und dem Projektionsobjektiv eine "Field-Flattener"- Linse (wird auch als "Bildfeldebner-Linse" bezeichnet) auf¬ weist. Die Projektionsobjektive, die für den analogen Film aus¬ gelegt sind, sind auf eine gekrümmte Bildebene hin optimiert, die sich temperaturbedingt bei dem verwendeten Zelluloid-Film- Material einstellt. Eine Möglichkeit zur Anpassung eines sol¬ chen Systems an die Bedingungen für eine digitale Projektion ist beispielsweise der Einsatz der vorgenannten Field- Flattener-Linse . Die Field-Flattener-Linse dient dazu, bei der digitalen Projektion die Eigenschaften des für die analoge Projektion optimierten Objektivs hinsichtlich der Wölbungseigenschaften eines herkömmlichen analogen Zelluloid-Filmes weitest¬ gehend zu kompensieren, d. h. die Bildschärfe zu verbessern und Randverzerrungen zu reduzieren, um eine annehmbare Abbildungsqualität auf der Projektionswand zu erreichen. Die Field- Flattener-Linse wird in unmittelbarer Nähe des DMD angeordnet. Die Linse ist i. d. R. als Einzellinse ausgeführt. Sie hat eine plane und eine konkave Oberfläche, wobei die plane Oberfläche dem DMD / Strahlvereiniger zugewandt ist.
Auf diese Weise können für die digitale Projektion herkömmliche Objektive für die analoge Projektion eingesetzt werden.
In einer anderen vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist das System so gestaltet, dass bei der digitalen Projektion im Strahlengang zwischen dem DMD und dem Projektionsobjektiv ein optisches Relais-System angeordnet ist. Das optische Relais- System ist dabei derart angeordnet, dass im Strahlengang vor dem Projektionsobjektiv ein reelles Bild des von einem DMD abgegebenen Bildes erzeugt wird, welches dann mit einem Projekti¬ onsobjektiv, das eine kurze Schnittweite aufweisen kann, auf die Projektionswand projiziert wird. Diese Ausführungsvariante ist eine weitere Möglichkeit der Anpassung eines für die analo¬ ge Projektion optimierten Projektionsobjektivs an die Bedingungen der digitalen Projektion, denn bei der digitalen Projektion wird in der Regel eine höhere Schnittweite benötigt, um genü¬ gend Platz für einen Strahlvereiniger zu haben.
Projektionsobjektive, die für die analoge Projektion opti¬ miert sind, haben eine kürzere Schnittweite. Sie können daher nicht ohne weitere Anpassung für die digitale Projektion einge¬ setzt werden, da bei der digitalen Projektion relativ lange Prismen als Strahlvereiniger zum Einsatz kommen. Die Realisierung der Erfindung mit einem optischen Relaissystem kann dabei beispielsweise so erfolgen, dass ein im Pro¬ jektor integriertes Relaissystem, wie es z. B. in der US
6,676,260 „Protection apparatus using spatial light modulator with relay lens and dichroic combiner" (Fig. 6 und Fig. 7; Sp . 13, Zeile 10 bis Sp . 14, Zeile 47) beschrieben ist, zum Einsatz kommt (die Offenbarung der zitierten Passagen wird hiermit durch Bezugnahme in diese Beschreibung integriert) . Das ermög¬ licht es, auch Objektive mit kurzer Schnittweite einzusetzen, die schon für die analoge Projektion Verwendung finden. Da diese Objektive für ein gekrümmtes Bildfeld ausgelegt sind, be¬ dingt durch die temperaturbedingte Filmwölbung bei analoger Projektion, ist es notwendig die für diese Objektive systemty¬ pische Bildfeldwölbung wiederum durch eine "Bildfeldebner- Linse", die nahe dem durch das Relaissystem erzeugten Zwischenbild angeordnet ist, zu korrigieren. Denn das durch das zitierte Relaissystem erzeugte reelle Zwischenbild ist eben.
Vorteilhaft ist es, wenn der lineare Polarisator zum Polari sieren des vom Projektor ausgehenden Lichts ein Drahtgitter- Polarisator (Wire Grid Polarizer; WGP) ist.
Der Drahtgitter-Polarisator besteht aus einer Anordnung paralleler Drähte. Er ist nur für elektromagnetische Wellen durchlässig, deren Polarisation senkrecht zu den Drähten steht und besitzt auf Grund seiner metallischen Konstruktion eine hohe Hitzebeständigkeit.
Auch ist es von Vorteil, wenn der lineare Drahtgitter- Polarisator zwischen Projektor und Projektionsobjektiv angeordnet ist.
Da im Bereich zwischen bildgebender Einheit und Projektions objektiv bei Kino-Projektoren eine hohe Wärmeentwicklung zu verzeichnen ist, ist es besonders zweckmäßig, zur Realisierung einer hohen Hitzebeständigkeit die linearen Polarisatoren zweckmäßigerweise als Drahtgitter-Polarisatoren auszuführen.
In einer vorteilhaften Ausführung ist das Proj ektionsobj ek- 5 tiv des Projektors derart gestaltet, dass es ein stereoskopi¬ sches Paar von beiderseits einer axialen Trennebene liegenden Abbildungssystemen aufweist, wobei der optische Aufbau der bei¬ den Abbildungssysteme identisch ist, für jedes der zwei Augen des Betrachters ein Teilbildstrahlengang realisiert wird, und .0 wobei die axiale Trennebene vorzugsweise eine horizontale Tei¬ lung des Projektionsobjektivs bewirkt.
Dieser Aufbau des Projektionsobjektivs ermöglicht es, dass nur genau ein Projektor benötigt wird, der mittels dieses ei¬ nen, vorzugsweise horizontal geteilten, Objektivs ("Split- .5 Lens") die Projektion der beiden Teilbilder für das rechte und linke Auge des Betrachters realisieren kann. Derartige Objekti¬ ve sind z. B. beschrieben in der DE 34 36 853 C2 oder der US 4,235,503.
Bei dem beschriebenen System für die 3D-Kinoproj ektion kön- !0 nen neben analogen Projektionsobjektiven auch speziell für die digitale Projektion berechnete / optimierte Projektionsobjekti¬ ve verwendet werden, z. B. ein digitales Objektiv mit den in der DE 10 2006 006 981 AI "Projektionsobjektiv für die digitale Kinoprojektion" beschriebenen optischen Eigenschaften (Abs. !5 [0082] bis Abs. [0094]; Fig. 2 bis Fig. 6; Tab.l). Mit derarti¬ gen Objektiv-Designs kann auch eine „Split-Lens" ausgestaltet werden. Die Offenbarung der hier zitierten Stellen wird hiermit durch Bezugnahme in diese Beschreibung integriert.
50 Zur Erfindung gehört weiterhin auch ein Verfahren zur stereoskopischen Kino-Projektion mit folgenden Schritten: a) mindestens ein Projektor projiziert zwei Bilder, ein Bild für ein erstes Auge und ein Bild für ein zweites Auge eines Betrachters ;
b) ein linearer Polarisator polarisiert das vom Projektor ausgehende Licht,
c) jedes der zwei Bilder wird mit je einem Projektionsobjektiv vor jedem der mindestens einen Projektoren projiziert;
d) ein radialer Polarisationsfilter polarisiert das Licht, welches das Bild für das erste Auge des Betrachters projiziert; e) ein tangentialer Polarisationsfilter polarisiert das Lieh, welches das Bild für das zweite Auge des Betrachters proji¬ ziert ;
f) die Bilder werden auf eine metallische Projektionswand projiziert; und
g) mittels einer Sehhilfe gelangen die Bilder auf beide Au¬ gen eines Betrachters,
wobei ein erstes Brillenglas der Sehhilfe einen radialen Po¬ larisationsfilter enthält und ein zweites Brillenglas einen tangentialen Polarisationsfilter, und
wobei auf dem jeweiligen ersten oder zweiten Auge des Betrachters jeweils nur das Bild mit der zum Brillenglas identi¬ schen Polarisation sichtbar wird.
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle - nicht genannten - Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.
Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren be- zeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt :
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Systems zur SD-Kino- Projektion;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines radialen Polarisa¬ tionsfilters ;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines tangentialen Pola¬ risationsfilters;
Fig. 4 als Ausführungsbeispiel eine schematische Darstellung der Linsenanordnung eines Projektionsobjektivs mit 45 mm Brennweite;
Fig. 5 eine graphische Darstellung der relativen Beleuchtungs stärke des Projektionsobjektivs gemäß Fig. 5;
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Verzeichnung des Projektionsobjektivs gemäß Fig. 5;
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Transmission des Projektionsobjektivs gemäß Fig. 5; und
Fig. 8 eine graphische Darstellung der Modulation des Projektionsobjektivs gemäß Fig. 5 als Funktion der relativen Bildgröße bei k= 1,8.
Die technischen Daten des in Fig. 4 dargestellten Projektionsobjektivs sind in den Tabellen 1 und 2 aufgelistet. Im Einzelnen zeigt:
Tab. 1 eine Liste der Radien, der Dicken bzw. Luftabstände, der Brechzahlen und der Abbe-Zahlen des in Fig. 4 dargestellten Projektionsobjektivs;
Tab. 2 eine Liste der Asphärenkoeffizienten des in Fig. 4 dar gestellten Proj ektionsobj ektivs; Die schematische Darstellung in Fig. 1 zeigt ein System 100 zur stereoskopischen (3D-) Kino-Projektion mit:
- einem Projektor 102;
- einer Lichtquelle 103;
- einer bildgebenden Einheit 104 für die beiden stereoskopischen Teilbilder 112 und 114;
- zwei linearen Polarisatoren 106, 108;
- dem Projektionsobjektiv 110 (Split-Lens);
- einem Tangential-Polarisator 116;
- einem Radial-Polarisator 118;
- einer Projektionswand 120; und
- einer Brille 122 für den Betrachter mit tangential bzw. radial polarisierenden Brillengläsern 124 bzw. 126.
Die beiden stereoskopischen Teilbilder 112, 114 werden durch einen Projektor 102 mit einer Lichtquelle 103 und der bildgebenden Einheit 104 erzeugt. Der Strahlengang jedes der beiden Teilbilder passiert einen Linear-Polarisator 106 bzw. 108. Beide Polarisatoren weisen z. B. eine um 90 Grad zueinander versetzte Polarisationsrichtung auf.
Diese linear polarisierten Teilbilder 112, 114 werden mittels des als "Split-Lens" ausgeführten Projektionsobjektivs 110 auf eine Projektionswand 120 projiziert. Hinter dem Projekti¬ onsobjektiv 110 in Richtung der Projektionswand 120 passieren die beiden Teilbilder einen Tangential-Polarisator 116 bzw. einen Radial-Polarisator 118, und gelangen von dort zur Projektionswand 120. Von dieser als "Silber-Leinwand" ausgeführten po- larisationserhaltenden Projektionswand 120 wird das Licht der unterschiedlich polarisierten Teilbilder zur Brille 122 des Betrachters reflektiert. Durch die Ausstattung der Brille 122 mit den unterschiedlich polarisierenden Brillengläsern 124 bzw. 126 wird bewirkt, dass jedes der Augen 128, 129 des Betrachters jeweils nur das mit der Polarisation des entsprechenden Bril- lenglases 124, 126 identischen Teilbildes sieht. Die beiden Teilbilder werden in der Wahrnehmung des
Betrachters zu dem gewünschten stereoskopischen Gesamtbild zusammengesetzt, wobei mittels der angewendeten Technologie hin¬ sichtlich der Polarisierung der Teilbilder vorteilhafterweise eine von Neigungsbewegungen des Betrachters weitestgehend unab¬ hängige Bildqualität und eine optimale Kanaltrennung realisiert wird .
Fig. 2 zeigt schematisch die polarisierende Wirkung eines tangentialen Polarisationsfilters 116. Gezeigt ist die Polari¬ sationsvektor-Verteilung über einen Strahlquerschnitt. Bei der tangentialen Polarisation sind die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren 202 der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen senkrecht zum auf die optische Achse gerich¬ teten Radius orientiert.
Die polarisierende Wirkung eines radialen Polarisationsfil¬ ters 118 zeigt schematisch Fig. 3. Bei der radialen Polarisati¬ on ist die Polarisationsverteilung derart, dass die Schwingungsebenen der elektrischen Feldstärkevektoren 302 der einzelnen linear polarisierten Lichtstrahlen annähernd radial zur optischen Achse orientiert sind.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um die Linsenanordnung eines Projektionsobjektivs mit einer Brennweite von 45 mm und einer Blendenzahl von 1,8. In der Darstellung gemäß Fig. 5 befindet sich die Projektionswand bzw. das vergrößerte Bild links und das Objekt beziehungsweise das digitale Bildmedium rechts. Im Ausführungsbeispiel besteht das Projektionsobjektiv aus folgenden Elementen, in der Reihenfolge von der Projektionswand zum DMD bzw. Bildmedium, also von links nach rechts: a) einer ersten negativen Meniskuslinse 510, deren konkave Oberfläche 508 der Projektionswand abgewandt ist;
b) einer zweiten positiven Meniskus-Linse 520, deren konkave Oberfläche 518 der Projektionswand zugewandt ist, wobei Linse 520 eine asphärische Oberfläche 522 aufweist;
c) einer Blende 524;
d) einer dritten positiven bikonvexen Linse 530, deren flachere konvexe Oberfläche 532 der Projektionswand abgewandt ist; e) einer vierten negativen bikonkaven Linse 540, deren flachere konkave Oberfläche 538 der Projektionswand zugewandt ist; f) einer fünften negativen bikonkaven Linse 550, deren flachere konkave Oberfläche 548 der Projektionswand zugewandt ist; g) einer sechsten positiven bikonvexen Linse 560, deren flachere konvexe Oberfläche 558 der Projektionswand zugewandt ist; h) einer siebenten positiven bikonvexen Linse 570, deren flachere Oberfläche 572 der Projektionswand abgewandt ist.
Das beschriebene Projektionsobjektiv kann als Einzelobjektiv für jeweils einen Projektor ausgeführt sein, oder als kombi¬ niertes Objektiv (Typ "Split Lens") , wobei bei der Verwendung eines kombinierten Objektivs nur ein Projektor und ein Objektiv zur Erzeugung und Projektion der zwei stereoskopischen Teilbilder erforderlich sind. Beim kombinierten Objektiv ist der optische Aufbau innerhalb des Objektivs in den Strahlengängen für die beiden Teilbilder identisch.
Die genauen Angaben zu den einzelnen Oberflächen der optischen Elemente des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4 finden sich in Tab . 1.
In Tab. 2 sind die Asphärenkoeffizienten der Linsenoberfläche 522 des Projektionsobjektivs gemäß Fig. 4 aufgelistet. K gibt hierbei die sogenannte Konuskonstante an. Die Werte A4, A6, A8 und A10 stellen die sogenannten Asphärenkoeffizienten dar, die die Koeffizienten einer Polynomentwicklung der Funktion zur Beschreibung der Oberfläche 522 der Asphäre sind.
In den Figuren 5 bis 8 sind einige charakteristische Kenn¬ größen der Projektionsobjektive gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 graphisch dargestellt.
Fig. 6 zeigt die relative Beleuchtungsstärke des vergrößer¬ ten Bildes verglichen mit dem Zentrum für das Projektionsobjektiv gemäß Fig. 4. Die x-Achse gibt die relative Abweichung vom Zentrum des zu vergrößernden Bildes bei einer Blendenzahl von 1,8 an .
Fig. 6 zeigt die Verzeichnung für das Projektionsobjektiv gemäß Ausführungsbeispiel der Fig. 4 in Prozent (%) der Abwei¬ chung von der idealen Bildgröße. Die positiven Werte charakte¬ risieren die kissenförmige Verzeichnung, während die negativen Werte die tonnenförmige Verzeichnung betreffen. Die x-Achse gibt die relative Abweichung vom Zentrum des zu vergrößernden Bildes bei einer Blendenzahl von 1,8 an.
Fig. 7 zeigt graphisch den Verlauf des Transmissionsgrads in Prozent (%) für das Projektionsobjektiv gemäß dem Ausführungs¬ beispiel der Fig. 4 in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
In Fig. 8 ist die Auflösung (Modulation) des Projektionsobjektivs der Fig. 4 dargestellt. Die x-Achse gibt die relative Abweichung vom Zentrum des zu vergrößernden Bildes bei einer Blendenzahl von 1,8 an. Die Auflösung wurde für die menschliche Augenempfindlichkeit berechnet. Es wurde folgende Gewichtung der Wellenlängen verwendet: 546 nm mit 28,3%, 644 nm mit 4,5%, 610 nm mit 17,8%, 570 nm mit 29,4%, 510 nm mit 16,0% und 480 nm mit 4,0%. Gerechnet wurden drei Beispiele: Die oberen beiden Kurven gehören zu dem Beispiel mit einer Ortsfrequenz von 20 Linienpaaren pro mm (LP / mm) , die mittleren beiden Kurven zu 40 LP / mm und die unteren beiden Kurven zu 80 LP / mm. Die durchgezo- gene Linie zeigt jeweils die Auflösung von radial verlaufenden Linienpaaren und die gestrichelte Linie die Auflösung von tangential verlaufenden Linienpaaren. Die x-Achse gibt die relati¬ ve Abweichung vom Zentrum des Bildes an. Auf der y-Achse ist die Modulationsübertragungsfunktion bei einer Blendenzahl k von 1,8 dargestellt.
Bezugs zeichen System zur stereoskopischen Projektion
Projektor für die Projektion
Lichtquelle für die Projektion
bildgebende Einheit für erstes bzw. zweites Teilbild Linearer Drahtgitter-Polarisator (Wire Grid Polarizer;
WGP) für erstes Teilbild
Linearer Drahtgitter-Polarisator (Wire Grid Polarizer;
WGP) für zweites Teilbild
Projektionsobjektiv (Typ "Split Lens")
reelles erstes Teilbild am Eingang des Projektionsobjektivs
reelles zweites Teilbild am Eingang des Proj ektionsobke- tivs
Polarisator (tangentiale Polarisation)
Polarisator (radiale Polarisation)
Projektionswand (Silver Screen)
Sehhilfe (Brille) des Betrachters mit tangential und ra¬ dial polarisierten Gläsern
Brillenglas mit tangentialer Polarisierung
Brillenglas mit radialer Polarisierung
erstes Auge des Betrachters
zweites Auge des Betrachters
Polarisationsrichtung des Lichtes beim Tangential-
Polarisator
Polarisationsrichtung des Lichtes beim Radial-
Polarisator
Linsenanordnung eines Projektionsobjektivs
1. Oberfläche der Linse 510
negative Meniskuslinse
2. Oberfläche der Linse 510 1. Oberfläche der Linse 520
positive Meniskuslinse
2. Oberfläche (asphärisch) der Linse 520
Blende
1. Oberfläche der Linse 530
bikonvexe Linse
2. Oberfläche der Linse 530
1. Oberfläche der Linse 540
bikonkave Linse
2. Oberfläche der Linse 540
1. Oberfläche der Linse 550
bikonkave Linse
2. Oberfläche der Linse 550
1. Oberfläche der Linse 560
bikonvexe Linse
2. Oberfläche der Linse 560
1. Oberfläche der Linse 570
bikonvexe Linse
2. Oberfläche der Linse 570
zitierte Literatur
Patentliteratur
DE 34 36 853 C2 "Stereo-Projektionsobjektiv mit Wärmeschutzfilter" .
US 4,235,503 "Film projection lens System for 3D-movies".
US 6,676,260 "Projection apparatus using spatial light modula- tor with relay lens and dichroic combiner".
DE 10 2006 006 981 AI "Projektionsobjektiv für die digitale Kinoprojektion".
Nicht-Patent Literatur
E. G. Churin, J. Hoßfeld and T. Tschudi: "Polarization configu- rations with singular point formed by Computer generated ho- lograms"; Optics Communications, Volume 99, Issues 1-2, 15 May 1993, Pages 13-17.
Tab. 1
Brennweite = 45 mm, Blendenzahl = 1,7
Figure imgf000026_0001
* asphärische Oberfläche Tab. 2
Figure imgf000027_0001

Claims

Patentansprüche
1. System (100) zur stereoskopischen Kino-Projektion mit: a) mindestens einem Projektor (102) zum Projizieren zweier Bilder, eines Bildes für ein erstes Auge (128) und eines Bildes für ein zweites Auge (129) eines Betrachters;
b) einem linearen Polarisator (106; 108) zum Polarisieren des vom Projektor (102) ausgehenden Lichts;
c) je einem Projektionsobjektiv (110) vor jedem der mindestens einen Projektoren (102);
d) einem radialen Polarisationsfilter (118) für Licht, welches das Bild für das erste Auge (128) des Betrachters proji¬ ziert ;
e) einem tangentialen Polarisationsfilter (116) für Licht, welches das Bild für das zweite Auge (129) des Betrachters pro- j iziert ;
f) einer metallischen Projektionswand (120), auf die die Bilder projiziert werden; und
g) einer Sehhilfe (122) für beide Augen (128, 129) eines Betrachters, wobei ein Brillenglas (126) für das erste Auge (128) einen radialen Polarisationsfilter enthält und ein Brillenglas (124) für das zweite Auge (129) einen tangentialen Po¬ larisationsfilter enthält.
2. System (100) zur stereoskopischen Kino-Projektion nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Projektor (102) mindestens ein DMD (104) zur Projektion von digital gespeicherten Bildinhalten enthält .
3. System (100) zur stereoskopischen Kino-Projektion nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass das System (100) im Strahlengang zwischen dem mindestens einen DMD (104) und dem mindestens einen Projektionsobjektiv (102) eine Bildfeldebner-Linse aufweist.
4. System (100) zur stereoskopischen Kino-Projektion nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das System (100) im Strahlengang zwischen dem mindestens einen DMD (104) und dem mindestens einen Projektionsobjektiv (110) ein optisches Relais-System (402; 406; 410) aufweist.
5. System (100) zur stereoskopischen Kino-Projektion nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der lineare Polarisator (106) ein Drahtgitter- Polarisator ist.
6. System (100) zur stereoskopischen Kino-Projektion nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass der lineare Drahtgitter-Polarisator (106; 108) zwischen dem mindestens einen Projektor (102) und dem mindestens einen Projektionsobjektiv (110) angeordnet ist.
7. System (100) zur stereoskopischen Kino-Projektion nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das System (100) genau einen Projektor (102) und genau ein Projektionsobjektiv (110) aufweist, wobei das Projektionsobjektiv (110) ein Paar von beiderseits einer axialen Trennebene liegenden Abbildungssystemen aufweist, wobei der optische Aufbau der beiden Abbildungssysteme iden¬ tisch ist.
8. Verfahren zur stereoskopischen Kino-Projektion mit folgenden Schritten:
a) mindestens ein Projektor (102) projiziert zwei Bilder, ein Bild für ein erstes Auge (128) und ein Bild für ein zweites Auge (129) eines Betrachters;
b) ein linearer Polarisator (106; 108) polarisiert das vom Projektor (102) ausgehende Licht;
c) jedes der zwei Bilder wird mit einem Projektionsobjektiv (110) vor jedem der mindestens einen Projektoren (102) projiziert ;
d) ein radialer Polarisationsfilter (118) polarisiert das Licht, welches das Bild für das erste Auge (128) des Betrach¬ ters projiziert;
e) ein tangentialer Polarisationsfilter (116) polarisiert das Licht, welches das Bild für das zweite Auge (129) des
Betrachters projiziert;
f) die Bilder werden auf eine metallische Projektionswand (120) projiziert; und
g) mittels einer Sehhilfe (122) gelangen die Bilder auf die beiden Augen (128, 129) eines Betrachters, h) wobei ein Bril¬ lenglas (126) für das erste Auge (128) der Sehhilfe (122) einen radialen Polarisationsfilter enthält und ein Brillenglas (124) für das zweite Auge (129) einen tangentialen Polarisationsfil¬ ter .
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