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

* asphärische Oberfläche Tab. 2