WO1997014074A1

WO1997014074A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines stereoskopischen videobildes

Info

Publication number: WO1997014074A1
Application number: PCT/EP1996/003732
Authority: WO
Inventors: Christhard Deter
Original assignee: Ldt Gmbh & Co. Laser-Display-Technologie Kg
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 1997-04-17
Also published as: EP0796453A1; JPH10510637A; DE19537356C1; US5903304A; TW317687B

Abstract

Bei einem Verfahren zum Erzeugen eines stereoskopischen Videobildes mittels Licht mit unterschiedlichen, zueinander orthogonalen Polarisationszuständen abstrahlender Teilbilder für das linke und das rechte Auge eines Betrachters, der das stereoskopische Videobild über eine Brille (30) mit den jeweiligen Polarisationszustand des Lichts filternden Brillengläsern wahrnimmt, wird zum Generieren jedes Teilbilds mindestens eine Lichtquelle (12; 40, 42, 44) eingesetzt, welche ein intensitätsmaßig steuerbares, im wesentlichen paralleles, polarisiertes Lichtbündel (10; 46, 48, 50) aussendet, dessen Polarisationszustand gleich einem der beiden orthogonalen Polarisationszustände oder in ihn verlustarm umwandelbar ist und das zum Erzeugen mindestens eines Teilbildes über einen Schirm (24) gerastert wird. Eine entsprechende Vorrichtung umfaßt mindestens eine ein intensitätsmäßig steuerbares, polarisiertes, im wesentlichen paralleles Lichtbündel (10, 16; 52, 54, 56) aussendende Lichtquelle (12; 40, 42, 44), und mindestens eine Rastereinrichtung (20, 22) zur bild- und zeilenmäßigen Ablenkung des Lichtbündels (10, 16; 52, 54, 56) auf einen Schirm zur Abbildung mindestens eines der beiden Teilbilder.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines stereoskopischen Videobildes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines stereoskopischen Videobildes mittels Licht mit unterscniedlichen zueinander orthogonalen Polaπsationszustanden abstrahlender Teilbilder für das linke und das rechte Auge eines Betrachters der das stereoskopische Videobnd über eine Brille mit den jeweiligen Polansationszustand des Lichts filternden Brillenglasern wahrnimmt Weiter bezieht sie sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen eines stereoskopischen Videobildes mittels Licht mit unterschiedlichen, zueinander orthogonalen Polansationsz jstanden abstrahlender Teilbilder für das linke und das rechte Auge eines Betrachters, für den das stereoskopische Videobild über eine Brille mit zwei den jeweiligen Polansationszustand des Lichts filternden Brillengläsern wahrnehmbar ist

Die Darstellung dreidimensionaler Bilder ist für die zukunftige Entwicklung der Videotechnik erwünscht Dabei steht nicht nur der größere Unterhaltungswert beim Fernsehen im Vordergrund, sondern dreidimensionale Bilder können auch eine Konstruktionshilfe beim Computer Aided Design sein, da das konstruierte Element direkt betrachtet werden kann und zweidimensionale Ansichten mit Hilfslinien für verdeckte Kanten vermieden werden

Im bekannten Stand der Technik sind zur Darstellung dreidimensionaler Videobilder im wesentlichen zwei Methoden zu unterscheiden Bei der ersten werden die dreidimensionalen Bilder als flachige Schnittbilder in mehreren hintereinanderliegenden Ebenen abgebildet. Bei der zweiten macht man sich zunutze, daß ein Betrachter ein dreidimensionales Bild nur dadurch erfaßt, daß er einen Gegenstand über seine beiden Augen aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet. Unter Verwendung dieser zweiten -^•?-

{sogenannten "stereoskopischen" ) Methode, werden dem linken oder dem rechten Auge zwei aus verschiedenen Blickwinkeln erfaßte Bilder zugeführt, so daß das Gehirn des Betrachters, wie beim normalen Sehen, die auf den Bildern gezeigten Objekte wie gewohnt dreidimensional wahrnimmt. Beim stereoskopischen Verfahren werden üblicherweise Spezialbπllen verwendet, welche die beiden Bilder aus einem Gesamtbild ausfiltern und dem linken bzw dem rechten Auge des Betrachters zufuhren.

Eine Abbildung dreidimensionaler Bilder in mehreren Bildebenen nach der ersten Methode wird in der WO 79/00308 A I und der EP 0 31 1 843 A2 beschrieben Bei dieser Art der Bilderzeugung werden Spezialbπlleπ vermieden. Die dabei dargestellten dreidimensionalen Bilder bedürfen jedoch einer wesentlich größeren Informationsmeπge als sie bei der Übertragung nur zweier Bilder, getrennt für das linke und das rechte Auge, erforderlich ist. Deshalb ist nιchτ zu erwarten, daß diese Vorrichtungen in der Video- bzw Fernsehtechnik in näherer Zukunft allgemein Verwendung finden werden

Die zweite Methode, die Erzeugung stereoskopischer Bilder, wird auch bei dem Verfahren und der Vorrichtung, wie sie eingangs erwähnt wurden, eingesetzt Zwei Teilbilder werden mit unterschiedlichen, zueinander orthogonalen Polaπsationszuständen erzeugt und überlagert. Eine Brille filtert dann für jeden Betrachter das für das linke bzw. das rechte Auge zugeordnete Teilbild über Polarisationsfilter aus.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind aus der DE 39 10 420 A 1 , der EP 0 328 357 A2, der DE 36 07 629 C2, der DE 32 01 837 A1 und der DE 32 14 327 A1 bekannt. Zur Darstellung zweier für jeweils ein Auge des Betrachters bestimmter Bilder werden dabei, wie in der Fernsehtechnik üblich, Bildröhren verwendet. Durch Polarisationsfilter vor einer Bildröhre wird die Polarisation des vom Licht ausgehenden Bildes je nach dargestelltem Teilbild entweder wechselweise geändert oder die auf zwei Bildröhren erzeugten T eilbilder nach Filtern des Bildes mit unterschiedlicher Polarisation übereinander projiziert. Die Betrachter tragen Brillen mit zwei unterschiedliche Polarisationszustände ausfilternden Polarisationsfiltern, die jeweils das eine oder das andere Teilbild für jeweils eines der beiden Augen durchlassen. Sind die beiden Teilbilder beispielsweise mit unterschiedlichen Kameras in einem definierten Abstand aufgenommen, ergibt sich für den Betrachter ein plastisches Bild.

Die Verwendung von Polarisationsfiltern in den Brillen und das Beaufschlagen der überlagerten Teilbilder mit der zusatzlichen Polarisation führt jedoch zu Energieverlusten, die bei der Erzeugung der Bilder berücksichtigt werden müssen. Die dadurch notwendige Energieerhohung kann gerade bei sehr großen Bildschirmflächen zu einer störenden Erwärmung führen, die eine Kühlung erforderlich macht. Es ergibt sich so neben dem unerwünscht hohen Energieverbrauch auch ein zusatzlicher erhöhter Aufwand

Gemäß der DE 31 34 649A1 , der DE 32 26 703 A1 , der EP 0 076 01 5 A I , der EP 0253 121 A2 und der WO 80/1447 AI werden die beiden Bilder für das linke und das rechte Auge mit unterschiedlichen Farben dargestellt. Eine Brille sorgt für die Selektion des für das linke und das rechte Auge erzeugten Bildes mittels Farbfiltern Auch durch das Ausfiltern von Farben sind große Energieverluste unvermeidbar

Zusätzlich zu den großen Intensitatsverlusten aufgrund der Farbfilter ist es bei dieser Technik auch als nachteilig anzusehen, daß stereoskopische Farbbilder hoher Qualität nicht möglich sind, da die Farbinformation schon für die Zuweisung der Bilder zu den beiden Augen benotigt wird, sie also für die Farbdarstellung nicht mehr vollständig zur Verfugung steht.

Bei einer anderen Vorrichtung (DE 37 29 521 A1 ) muß kein polarisiertes Licht eingesetzt werden, da die Teilbilder für das linke und das rechte Auge periodisch wechselnd erzeugt werden, wobei mit Hilfe einer Brille die Information für das linke und das rechte Auge synchron mit der Darstellung des entsprechenden Teilbildes ausgeblendet wird. Diese Technik wäre gegenüber dem oben angegebenen Stand der Technik für geringere Energieverluste geeignet. In der Praxis hat sich diese Annahme aber als unrichtig herausgestellt. Aufgrund der Schnelligkeit des Auges des Betrachters müssen die Schaltfrequenzen für das Öffnen und Schließen der in den Brillen enthaltenen Blenden sehr groß sein. Damit außerdem eventuelle, durch den Blendenmechanismus bei mechanischer Ausführung zu erwartende störende Geräusche vermieden werden, bieten sich für die Praxis als Blenden nur LCD Matrizen an. Diese lassen jedoch auch wieder nur einen geringen Teil des Lichtes durch, verursachen also ebenfalls große Energieverluste.

Im "SPIEGEL" Nr. 48/1994, Seite 213, ist diese Technik der mit Blenden versehenen Brillen bezüglich einer Filmprojektion für das Sony-Theater am New Yorker Lincoln Square beschrieben. Obwohl bei dieser Kinoprojektion verlustarme 15 000 Watt Xenonlampen, wie sie für die Beleuchtung nächtlicher Raumfahrtstarts von der NASA entwickelt wurden, eingesetzt werden, müssen zur Projektion große Einzelbilder verwendet werden, damit die Wärmebelastung des Films in akzeptablen Bereichen bleibt. Im Artikel ist erwähnt, daß Filmrollen nur mit Gabelstaplern gewechselt werden können. Dieses Beispiel macht den großen Energiebedarf vor allem bei stereoskopischer Großbilddarstelluπg nach dem gegenwartigen Stand der Technik und die dadurch bedingte unpraktikable Handhabung besonders deutlich.

Weiter besteht bei dieser Technik ein Nachteil darin, daß den blendengesteuerten Brillen ein Signal zugeführt werden muß, um die Blende vor dem jeweiligen Auge zu offnen Sieht man von einer unhandlichen Verkabelung der Brillen ab, bleibt nur eine Fernsteuerung der Brillen, beispielsweise mit infrarotem Licht, die aber den Aufwand pro Brille stark erhöht.

In den Druckschriften DE 34 21 652 A 1 , DE 31 34 646 A 1 , EP 0 282 955 A 1 , EP 0336 628 A 1 , EP 0262 955 A 1 , WO 83/ 02706 A 1 und WO 84/01680 A 1 sind Vorrichtungen zum Erzeugen stereoskopischer Videobilder beschrieben, bei denen den beiden Augen zwei Bilder direkt zugeführt werden Entweder wird eine Spezialbπlle benutzt, die den Augen die zwei stereoskopiscnen Teilbilder über Prismen oder Spiegel zufuhrt, oder die Teilbilder werden direkt durch kleine Monitorrohren in der Brille für jedes Auge erzeugt.

Aus der DE 31 40 404 A1 ist eine Projektioπs- und Aufzeichnungsvorrichtung bekannt, bei der zwei Bilder durch einen einzigen Laserstrahl unter Ausnutzung der beiden Polarisationszustände des Laserstrahls auf unterschiedliche LCD-Matrixen geschrieben und durch Licht von anderen Lichtquellen übereinander projiziert werden können. Im Wege des Laserstrahles befindet sich eine ansteuerbare Polarisationseinrichtung, die je nach zu schreibendem Bild Licht der einen oder der anderen Polarisationsnchtung durchläßt. Obwohl diese Druckschrift die Aufzeichnung bzw. Projektion zweier Bilder lehn, wird der Fachmann diese Lehre nicht zur Erzeugung von stereoskopischen Videobildern heranziehen, da für die Darstellung nur eines Bildes mindestens zwei Lichtquellen verwendet werden müssen, und da auch jeweils ein großer Teil der Energie der beiden verwendeten Lichtquellen entweder am Polarisator oder an den LCD-Matritzen in Wärme umgewandelt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung stereoskopischer Videobilder anzugeben und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, das bzw., die es gestatten, stereoskopische Videobilder mit besonders geringem Eπergieverlust bei kleinem Aufwand zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zum Generieren jedes Teilbilds mindestens eine Lichtquelle verwendet wird, welche ein intensitatsmaßig steuerbares, im weseπthcnen paralleles, polarisiertes Lichtbundel aussendet, dessen Polansationszustand gleich einem der beiden orthogonalen Polaπsationszustanden ist oder in ihn verlustarm umwaπdelbar ist und das zur Erzeugung mindestens eines Teilbildes über einen Schirm gerastert wird.

Die Erfindung setzt also für die beiden Teilbilder unterschiedlich polarisiertes Licht ein, macht sich dabei aber den Einsatz schon polarisierter Lichtquellen zunutze, so daß der Energieverlust verschwindend gering ist.

Bei der Erfindung verzichtet man auf die Darstellung des Bildes durch TV- Bildröhren, wodurch wegen der direkten Verwendung von Licht zur Bilddarstellung statt der Umwandlung von Elektronenstrahlen in Licht an einem Schirm auch die bei einer solchen Umwandlung entstehenden Energieverluste vermieden werden können

Das erfindungsgemaße Verfahren kann z.B. durchgeführt werden, indem man zwei Teilbilder für jedes Auge getrennt über polarisierte Lichtquellen auf einem Schirm erzeugt. Zur Verringerung des dann notigen Aufwands sieht eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß für beide Teilbilder dieselbe mindestens eine Lichtquelle verwendet wird, jedoch das Lichtbündel periodisch in den einen oder den anderen der zueinander orthogonalen Polarisationszustände geschaltet wird, so daß man dann nur eine Lichtquelle für beide Teilbilder benotigt.

Gemäß einer anderen vorzugsweisen Weiterbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens erfolgt das Schalten zwischen den beiden zueinander orthogonalen Polarisatiσnszuständen bezüglich der Lichtausbreitung nach der Lichtquelle und vor dem Rastern. Damit kann man das Rastern des Lichtbündels beispielsweise über eine einzige Rastereinrichtung für beide Teilbilder durchführen. Dieses Merkmal ermöglicht also in vorteilhafter Weise die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit besonders kleinem Aufwand, wobei auch die Energieverluste wegen der zum Rastern verwendeten einzigen Rastereinrichtung geringer ausfallen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht aus von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art und ist gekennzeichnet durch mindestens eine ein intensitätsmäßig steuerbares, polarisiertes, im wesentlichen paralleles Lichtbündel aussendende Lichtquelle und mindestens eine Rastereinrichtung zur bild- und zeilenmäßigen Ablenkung des Lichtbündels auf einen Schirm zur Abbildung mindestens eines der beiden Teilbilder. Die erfindungsgemaße Vorrichtung dient zur Erzeugung eines Videobildes über Bildpuπkte, deren Intensität über die Lichtquelle gesteuert wird, wobei die Rastereinrichtung das bild- und zeilenmaßige Rastern des Lichtstrahles auf dem Schirm bewirkt. Dadurch werden die Bildpunkte, wie in der TV- Technik bei einer Fernsehrohre üblich, sequentiell beleuchtet, jedoch erfolgt das Rastern hier über die Ablenkung eines Lichtbundeis Aus dem Stand der Technik sind für derartige Rastereinrichtungen rotierende Polygonspiegel, Schwenkspiegel, aber auch akustooptische Modulatoren bekannt

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemaßen Vorrichtung ist die mindestens eine Lichtquelle ein ein polarisiertes Lichtbundel aussendender Laser, insbesondere ein Gaslaser, ein Festkörperlaser oαer ein Diodenlaser

Zur Modenauswahl wird bei handelsüblichen Lasern unter anderem auch eine Polaπsierung des ausgehenden Lichts vorgenommen. Die bei Lasern angeregte stimulierte Emission der Atome des Lasermediums fuhrt zur Einkopplung der emittierten Lichtquanten phasengleich zur anregenden Lichtwelle. Ist zum Beispiei für die Modenauswahl eine lineare Polarisation vorgesehen, die durch zwei phasengerecht gekoppelte links- und rechtszirkuherende anregende Wellen darstellbar ist, werden die links- bzw. rechtsdrehenden Quanten im Lasermedium phasengerecht angeregt und so emittiert, daß sich alle Zustande phasengerecht zu linear polarisiertem Licht zusammenfugen. Die gesamte im Lasermedium gespeicherte Energie wird in ein einziges Lichtbundel definierter Energie zusammengeführt, so daß Energieverluste durch Quanten mit unerwünschter Polarisation vernachlässigbar sind. Die gesamte bei der Laserfrequenz zur Verfügung stehende Energie im Lasermedium wird also in einem Lichtbündel mit einem sehr hohen Polansationsgrad vereinigt.

Weiter bietet der Laser gegenüber anderen Lichtquellen den Vorteil einer sehr guten Parallelität des erzeugten Lichtbündels. Das ermöglicht eine scharfe Abbildung der

Bildpunkte des Videobildes, ohne daß eine zusätzliche parallelisierende Optik und Intensität verringernde Blenden vorgesehen werden müssen. Dadurch ist nicht nur der Aufbau vereinfacht, sondern es werden auch Energieverluste an Blenden vermieden.

In Versuchsanordungen haben sich Gaslaser als geeignet erwiesen, die bei einfachem Aufbau schon Polarisationsgrade in der Größenordnung von 100: 1 liefern. Derartige Gaslaser werden zur Erzeugung von Videobildern im Dauerstrich betrieben und durch zusätzliche Modulatoren intensitatsmaßig gesteuert. Technisch verwendbare Modulatoren steuern die Intensität ebenfalls über Polarisation. Dadurch wird der Polansationsgrad weiter erhöht. In einem Ausführungsbeispiel wurden hinter den Modulatoren Lichtbundel mit einem Polansationsgrad von 10⁴ 1 erreicht. Diese hohe Polarisation ist für die stereoskopische Darstellung von Videobildern bei weitem ausreichend.

Wie schon erwähnt, kommt es darauf an, daß den beiden Teilbilder zueinander orthogonale Polarisationszustände zugeordnet werden. Es ist dabei unwesentlich, ob beide Polarisationszustände zirkulär oder linear zueinander polarisiert sind oder andere elliptische Zustande verwendet werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemaßen Vorrichtung wird vorgesehen, daß die Lichtquelle linear polarisiertes Licht aussendet. Wenn sie ein Laser ist, ergibt sich dadurch die vollstanαige Emission der Photonen aller Zustande des Lasermediums im linearen Polarisationszustand schon eine hervorragende Energieausnutzung. Die lineare Polarisation bietet energetisch aber noch andere Vorteile. Da beispielsweise beim Farbfernsehen die Intensitäten dreier Lichtquellen gemischt werden, bedarf es zum Zusammenführen der farbigen Lichtbündel einer Optik, die beispielsweise Spiegel enthält. Reflexionen können aber gemäß dem Brewsterschen Gesetz abhängig von der Polarisation des Lichts sein, so daß im allgemeinen Fall bei elliptischer Polarisation mit einem Intensitatsverlust gerechnet werden muß. Die lineare Polarisation zeichnet sich nun dadurch aus, daß die Spiegel bei ihr so angeordnet werden können, daß Verluste durch unvollständige Reflexion nur unwesentlich auftreten.

Das eingangsseitig linear polarisierte Lichtbündel macht allerdings nicht notwendigerweise eine lineare Polarisationswirkung für die Brillengläser erforderlich, da durch bekannte optische Bauelemente wie das Fresneische Parallelepiped auch ohne wesentliche Intensitätsveriuste linear polarisiertes Licht mittels Phasenverschiebung einer Polarisationskomponente in zirkulär polarisiertes bzw. elliptisch polarisiertes Licht transformiert werden kann.

In einer anderen, ebenfalls bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden zur Generierung der beiden Teilbilder dieselben Lichtquellen und dieselben Rastereinrichtung verwendet. Dabei ist eine Polarisationsänderungseinrichtung im Strahlengang des Lichtbündels vorgesehen, mit der die Polarisation des Lichtbündel in den einen oder den anderen der orthogonalen Polarisationszustände schaltbar ist. Hierdurch wird eine weitere Verringerung des Aufwandes erzielt, da die Anzahl der Lichtquellen und der Rastereinrichtungen gegenüber einer Vorrichtung, welche die beiden Teilbilder durch verschiedene Lichtquellen und Rastereinrichtungen erzeugt, halbiert ist

Die Polaπsationsanderungseinπchtung konnte prinzipiell an jeder Stelle die das Strahlenbundel durchlauft, angeordnet sein

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht jedoch darin daß die Polaπsationsanderungseinπchtung zwischen Lichtquelle und Rastereiππchtung somit vor der Rastereinrichtung und nicht hinter dieser, also an einem Ort angeordnet ist, an dem das Lichtbundel noch eine sehr geringe Ausdehnung hat Gegenüber einer möglichen Anordnung hinter der Rastereinrichtung ergibt sich der Vorteil, daß dann auf eine weitere Optik zum Fokussieren in die Polaπsationsaπαerungseinπchtung und zur Kompensation einer eventuellen Strahlauf Weitung hinter der Polaπsationsanderungseinπchtung verzichtet werden kann

Von Vorteil ist ferner daß die notwendige Breite der Polaπsationsanderungseinπchtung an diesem Ort, an dem das Lichtbundel durch die Rastereinrichtung noch nicht ausgeweitet ist, noch sehr gering ist Wenn zur Drehung der Polaπsationsπchtung beispielsweise der Kerreffekt oder der Pockelseffekt eingesetzt wird, benotigt man zur Polansationsanderung nur kleine Spannungen zum Erreichen einer geeigneten Feldstarke Deshalb ist bei dieser Weiterbildung auch der Schaltungsaufwand für das Beaufschlagen mit dem jeweiligen Polansationszustand gering

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Lichtquelle zum Erzeugen linear polarisierten Lichts ausgelegt und die Polaπsationsanderungseinnchtung eine Pockelszelle, bei der die Poiaπsationsebene des durchlaufenden Lichts bei Anlegen einer elektrischen Spannung gedreht wird. Bei derartigen elektrisch ansteuerbaren Bauelementen, die mit Drehung des linearen Polansatioπszustands aufgrund elektrischer Spannungen arbeiten, sind schnelle Polansationsanderungen möglich Auch sind Intensitätsveriuste aufgrund der alleinigen Drehung des Polansationszustandes nicht zu befurchten

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemaßen Vorrichtung weist diese mehrere Lichtquellen mit verschiedenen Wellenlangen auf und es sind mehrere Polansationseinnchtungen, für namlich jeweils eine für das Licht jeder Wellenlange, vorgesehen. Damit sind auch farbige stereoskopische Videobilder in einfacher Weise erzeugbar Dadurch, daß für jede Wellenlange eine eigene Polaπsatioπsanderungseinπchtung vorgesehen ist, wird auch der Einsatz extrem wellenlangenabhangiger Polaπsationsanderungseinπchtungen möglich

In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird bei mehreren Lichtquellen das aus den Polaπsationsanderungseinπchtungen austretende Licht mit Hilfe einer Einrichtung zu einem gemeinsamen Lichtbundel zusammengefaßt, das seinerseits durch die Rastereinrichtung auf den Schirm abgebildet wird Dadurch spart man sich in vorteilhafter Weise einen hohen Aufwand 'ur Syπchronisierung und mechanisch aufwendige zusätzliche Rastereinrichtungen. D^re Einrichtung zum Zusammenfassen der verschiedenen Lichtbundel zu einem gemeinsamen Lichtbundel kann beispielsweise ein Spiegelsystem sein.

Die Erfindung wird " achfolgend anhand der Zeichnung beispielshalber noch naher beschrieben Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemaße Vorrichtung zum Erzeugen stereoskopischer Videobildern und

Fig. 2 eine Anordnung von Lichtquellen und Polarisatoren für ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zum Erzeugen eines stereoskopischen Videobildes wird zum Abbilden ein primäres Lichtbündel 10 mit Hilfe einer Lichtquelle 12 erzeugt, bei der es sich um einen Gaslaser handelt, der im Dauerstrich betrieben wird. Dieser Gaslaser sendet linear polarisiertes Licht aus.

Um das Lichtbündel 10 mit der Helligkeitsinformation von Bildpunkten zur Darstellung eines Videobildes zu modulieren, wird ein Polarisator 14 eingesetzt, wie er z.B. unter der Typenbezeichnung EOM 3079 von der Firma Dipl. Ing. Eckhardt Döhrer, Ettlinger Straße 5, 751 6 Karlsbad, erhältlich ist.

Dieser Polansator 14 arbeitet mit Hilfe des Pockelseffekts. Bei Anlegen einer Spannung wird die lineare Polansatioπsebene des von der Lichtquelle 1 2 ausgehenden primären Lichtbündels 10 gedreht. Ein Polarisationsfilter, das nur eine lineare Polarisationsebene durchläßt, ist am Ausgang des Polisators 14 angeordnet. Das hat zur Folge, daß in Abhängigkeit der am Polarisator 14 anliegenden Spannung das diesen Polarisator verlassende Lichtbundel 1 6 mit unterschiedlicher Intensität beaufschlagt wird und dami modulierbar ist

Im Strahlengaπg des Lichtbundels 1 6 sind weiter em Drehspiegel 20 und ein Schwenkspiegel 22, mit dem das Lichtbundel 1 6 in horizontaler und vertikaler Richtung auf einen Schirm 24 abgelenkt wird, angeordnet Dadurch entsteht in bekannter Weise ein Videobild auf dem Schirm 24 das von einem in Richtung der eingezeichneten Pfeile befindlichen Betrachter erfaßbar ist

Ferner sind eine Fresnellinse 26 und eine Optik 28 vorgesehen die dazu dienen den über die Spiegel 20 und 22 gerasterten Strahl für eine größere Schirmflache des Schirms 24 aufzuweiten und das unter großen Winkeln zur Fresnellιnsι> 26 auftreffende Licht wieder in Richtung des Betrachters abzulenken damit für diesen der Schirm 24 gleichmäßig ausgeleuchtet ist

Wie einleitend schon erwähnt wurde kann ein Stereobild erzeugt werden wenn für das linke und das rechte Auge des Betrachters unterschiedliche stereoskopisch aufgenommene Teilbilder mit Licht zweier zueinander orthogonaler Polaπstionszustande dargestellt werden Die Trennung der beiden Teilbilder für das linke und rechte Auge erfolgt mit Hilfe einer Brille 30, bei der das linke und das rechte Augenglas nur jeweils einem der beiden orthogonalen Polansationszustanden durchlassen

Aufgrund der polarisierten Lichtquelle 1 2 und des Polansators 1 4 ist das Lichtbundel 1 6 schon polarisiert Man konnte also mit zwei solchen Rastereinrichtungen und zwei Lichtquellen 1 2 zwei Teilbilder mit zwei auf die Brillenglaser der Brille 30 angepaßte Polarisationsnchtungen erzeugen so daß ein Betrachter durch diese Brille 30 ein stereoskopisches Videobild sieht

Im Ausführungsbeispiel wurde jedoch ein weniger aufwendiger Weg beschπtten Für beide Teilbilder wurde die gleiche Lichtquelle 12 mit Modulator 14 und der aus Drehspiegel 20 und Schwenkspiegel 22 bestehenden Rastereinrichtung eingesetzt und die Polarisation des >n die Rastereinrichtung einfallenden Lichtbundels 16 periodisch umgeschaltet Dabei erfolgt die Modulation des Lichtbundels in Abhängigkeit der Polarisation des Lichtbundels 1 6, je nachdem, ob das Teilbild für das linke oder das rechte Auge auf dem Schirm 24 erzeugt werden soll Zur Änderung der Polarisation ist eine Polaπsationsanderungseinπchtung 34 vorgesehen Diese besteht aus einer gleichen Pockelszelle, wie sie auch für den Modulator 14 eingesetzt ist, jedoch ohne das Polarisationsfilter am Ausgang des Modulators bei der Polansationsanderungseinπchtung 34.

Aufgrund des Pockeleffekts dreht die Polansationsanderungseinrichtung 34 die Polarisation des einfallenden linear polarisierten Lichtstrahls nur Zur schnellen Änderung der Polarisation bezüglich des ersten und zweiten Teilbildes wird die Polaπsationsanderungseinπchtung 34 von einer Steuereinrichtung 36 mit Rechteckschwingungen beaufschlagt, so daß wahrend der Hälfte einer Periode der Rechteckschwingung die Polarisation für das erste Teilbild und wahrend der anderen Hälfte die Polarisation für das zweite Teilbild durchgelassen wird. Das Lichtbundel 16 wird hierzu synchron zu der Rechteckschwmguπg bezüglich des ersten und zweiten Teilbilds moduliert.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel wird mit einer einzigen, als Laser ausgeführten Lichtquelle 1 2 betneb.n, was keine farbige Darstellung gestattet.

Bei Verwendung von drei Lasern mit verschiedenen Wellenlangen für drei Farben können jedoch auch stereoskopische Farbbilder erzeugt werden.

Die einfachste Möglichkeit dazu besteht darin, die Lichtquelle 12 durch drei Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlange zu ersetzen, wobei die Lichtstrahlen beispielsweise mit Spiegeln, wie aus dem Stand der Technik bekannt, zu einem gemeinsamen parallelen Lichtbündel zusammengefaßt werden. Dabei können sich aber je nach Art des Polarisatioπsänderung. einrichtung 34 Schwierigkeiten ergeben, .wenn die erzeugte Polarisationsänderung wellenlängenabhängig ist.

Eine bezüglich des Aufwands besonders günstige Strahlführung für drei Lichtquellen 40, 42, 44, für die wiederum Laser eingesetzt werden, wird im folgenden anhand der Fig. 2 erläutert. Die erzeugten Lichtbündel 46, 48, 50, werden wieder Modulatoren 52, 54, 56 zur Intensitätssteueruog zugeführt. Jedes modulierte Lichtbundel wird anschließend durch eine Polarisationsanderungseinrichtung 58, 60, 6i geführt. In diesen Polarisationsänderungsemrichtungen wird die Polarisation zur Erzeugung der stereoskopischen Teilbilder in gleicher Weise angesteuert und die Lichtintensitat bezüglich des ersten und zweiten Teilbildes synchron gesteuert, wie es schon weiter oben bezüglich der Polansationsanderungseiπrichtung 34 beschrieben wurde. Nach Durchlaufen der Polaπsationsanderungseinπchtungen 58, 60, 62 werden die Lichtbundel durch ein aus Spiegeln 64, 66 und 68 bestehendes Spiegelsystem zu dem gemeinsamen Lichtbundel 1 6 zusammengefaßt, das, wie anhand von Fig 1 dargestellt, auf dem Schirm 24 als Videobild rasternd abgebildet wird

Für die Spiegel 64, 66 und 68 können dichroitische Spiegel eingesetzt werden, wobei aber bei deren Auslegung zu beachten ist, daß bei diesen im allgemeinen das Reflexions- und Durchlaßverhalter polaπsationsabhangig ist Insbesondere eignen sich aber auch sogenannte dielektrische Spiegel, die aufgrund von Interferenzen an dünnen Schichten reflektierter oder durchgelassener Teilstrahlen für bestimmte Wellenlangen total reflektierend oder total durchlassig ausgebildet werden können Die Dimensionierung dieser Schichten und die Auswahl von Schichtmatenahen sind dem Optikfachmann, insbesondere durch die Anwendung derartiger Schichten bei der Vergütung von Linsen, bekannt

Die beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele zeigen ein einfaches Videosystem für stereoskopische Videobilder, das insbesondere auch für stereoskopische Großprojektion geeignet ist, wenn der Abstand des Schirms 24 zur Rastereinrichtung genügend groß gewählt und/oder die Optik 28 entsprechend ausgelegt wird.

Claims

Aπspruche

1 Verfahren zum Erzeugen eines stereoskopischen Videobildes mittels Licht mit unterschiedlichen zueinander orthogonalen Polaπsationszustanden abstrahlender Teilbilder für das linke und das rechte Auge eines Betrachters der das stereoskopische Videobild über eine Brille (30) mit den jeweiligen Polansationszustand des Lichts filternden Brillenglasern wahrnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Generieren jedes Teilbilds mindestens eine Lichtquelle ( 1 2, 40, 42, 44) verwendet wird, welche ein intensitatsmaßig steuerbares, im wesentlichen paralleles, polarisiertes Lichtbundel (10, 46, 48, 50) aussendet dessen Polansationszustand einem der beiden orthogonalen Polarisationszustände gleich oder in ihn verlustarm umwandeibar ist, und das zum Erzeugen mindestens eines Teilbildes über einen Schirm (24) gerastert wird

2 Verfahren naen Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß für beide Teilbilder die gleiche mindestens t ne Lichtquelle (12, 40, 42, 44) verwendet wird, jedoch das Lichtbundel ( 10, 16, 46, 48, 50) periodisch in den einen oder den anderen der zueinander orthogonalen Polarisationszustände geschaltet wird

3 Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daC> das Schalten zwischen den beiden zueinander orthogonalen Polansationszustanden bezüglich der Lichtausbreitung hinter der Lichtquelle ( 12, 40, 42, 449 und vor dem Rastern durchgeführt wird

4 Vorrichtung zum Erzeugen eines stereoskopischen Videobildes mittels zweier,

Licht mit unterschiedlichen zueinander orthogonalen Polaπsationszustanden abstrahlender Teilbilder für das linke und das rechte Auge eines Betrachters, für den das stereoskopische Videobild über eine Brille (30) mit zwei den jeweiligen Polansationszustand des Lichts filternden Brillenglasern wahrnehmbar ist, gekennzeichnet durch

mindestens eine ein intensitatsmaßig steuerbares polarisiertes im wesentlichen paralleles Lichtbundel 11 0, 1 6 52 54, 56) aussendende Lichtquelle ( 12, 40, 42, 44) und

mindestens eine Rastereinrichtung ( 20,22) zur bild - und zeilenmaßigen Ablenkung des Lichtbundels ( 1 0, 1 6, 52 , 54, 56) auf einen Schirm zur Abbildung mindestens eines der beiden Teilbilder

5 Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine

Lichtquelle ( 1 2, 40, 42, 46) ein ein polarisiertes Lichtbundel ( 1 0, 46, 48; 50) aussendender Laser, insbesondere ein Gaslaser, ein Festkörperlaser oder ein Diodenlaser

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ( 1 2, 40, 42, 46) linear polarisiertes Licht aussendet

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Generierung der beiden Teilbilder dieselben Lichtquellen ( 1 2; 40, 42, 46) und dieselbe Rastereinrichtung (20, 22) vorgesehen sind, jedoch eine Polansationsanderungseinπchtung (34; 58, 60, 62) im Strahleπgang des Lichtbundels ( 1 6, 46, 48, 50) angeordnet ist, mit der die Polarisation des Lichtbundels ( 1 6, 46, 48, 50) in den einen oder den anderen der orthogonalen Polansatior szustande schaltbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polaπsationsanderungseinnchtung (34; 58, 60, 62) zwischen Lichtquelle (1 2, 40, 42, 44) und Rastereinrichtung (20,22) angeordnet ist. 9 Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die

Lichtquelle ( 12, 40, 42, 44) zum Erzeugen linear polarisierten Lichts ausgelegt und die Polaπsationsanderungjeinπchtung (34; 58, 60 62) eine Pockelszelle ist, mittels derer die Polarisationsebene des durchlaufenden Lichts bei Anlegen einer elektrischen Spannung drehbar ist

1 0 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, gekennzeichnet durch mehrere Lichtquellen (40, 42, 44) mit verschiedenen Wellenlangen, wobei für Licht jeder Wellenlange je eine Polaπsationsanderungseinπchtung (58, 60, 62) vorgesehen ist

1 1 Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Zusammenfassen des aus den Polaπsationsanderungseinπchtungen (58, 60, 62) austretenden Lichts zu einem gemeinsamen Lichtbundel (16) vorgesehen und dieses wiederum durch die Rastereinrichtung (20, 22) auf den Schirm (24) abbildbar ist