DE19537356C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines stereoskopischen Videobildes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein 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 mit den jeweiligen Polarisationszustand des Lichts filternden Brillengläsern wahrnimmt, bei dem zum Generieren jedes Teilbilds mindestens eine Lichtquelle verwendet wird, welche ein intensitätsmäßig steuerbares, im wesentlichen paralleles, polarisiertes Lichtbündel aussendet, dessen Polarisationszustand einem der beiden orthogonalen Polarisationszustände gleich ist oder in ihn verlustarm umgewandelt wird. Weiter bezieht sie sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen eines stereoskopischen Videobildes mittels zweier Licht mit unterschiedlichen, zueinander orthogonalen Polarisationszuständen abstrahlender Teilbilder für das linke und das rechte Auge eines Betrachters, für den das stereoskopische Videobild über eine Brille mit zwei den jeweiligen Polarisationszustand des Lichts filternden Brillengläsern wahrnehmbar ist, wobei die Vorrichtung mindestens eine ein intensitätsmäßig steuerbares, polarisiertes, im wesentlichen paralleles Lichtbündel aussendende Lichtquelle aufweist.

Ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung ist aus der DE 41 25 241 A1 bekannt. In dieser Druckschrift ist die Erzeugung von stereoskopisch erfaßbaren Vektorgraphiken durch Scannen eines Laserstrahls beschrieben. Ausweislich dieser Druckschrift ist jedoch die Darstellung von gerasterten Videobildern mit der dargestellten Technik nicht möglich.

Die Darstellung dreidimensionaler Bilder ist für die zukünftige 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 flächige 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 Spezialbrillen verwendet, welche die beiden Bilder aus einem Gesamtbild ausfiltern und dem linken bzw. dem rechten Auge des Betrachters zuführen.

Eine Abbildung dreidimensionaler Bilder in mehreren Bildebenen nach der ersten Methode wird in der WO 79/00308 A1 und der EP 0 311 843 A2 beschrieben. Bei dieser Art der Bilderzeugung werden Spezialbrillen vermieden. Die dabei dargestellten dreidimensionalen Bilder bedürfen jedoch einer wesentlich größeren Informationsmenge als sie bei der Übertragung nur zweier Bilder, getrennt für das linke und das rechte Auge, erforderlich ist. Deshalb ist nicht 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 Polarisationszuständen 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 A1, 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 Teilbilder 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 zusätzlichen Polarisation führt jedoch zu Energieverlusten, die bei der Erzeugung der Bilder berücksichtigt werden müssen. Die dadurch notwendige Energieerhöhung 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 zusätzlicher erhöhter Aufwand.

Gemäß der DE 31 34 649 A1, der DE 32 26 703 A1, der EP 0 076 015 A1, der EP 0253 121 A2 und der WO 80/1447 A1 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 Intensitätsverlusten 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 benötigt wird, sie also für die Farbdarstellung nicht mehr vollständig zur Verfügung 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. 4811994, 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 Großbilddarstellung nach dem gegenwärtigen 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 öffnen. 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 A1, DE 31 34 646 A1, EP 0 282 955 A1, EP 0336 628 A1, EP 0262 955 A1, WO 83/02706 A1 und WO 84/01680 A1 sind Vorrichtungen zum Erzeugen stereoskopischer Videobilder beschrieben, bei denen den beiden Augen zwei Bilder direkt zugeführt werden. Entweder wird eine Spezialbrille benutzt, die den Augen die zwei stereoskopischen Teilbilder über Prismen oder Spiegel zuführt, oder die Teilbilder werden direkt durch kleine Monitorröhren in der Brille für jedes Auge erzeugt.

Aus der DE 31 40 404 A1 ist eine Projektions- und Aufzeichnungsvorrichtung bekannt, bei der zwei Bilder durch einen einzigen Laserstrahl unter Ausnutzung der beiden Polarisationszustände des Laserstrahls auf unterschiedliche LCD-Matrizen 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 Polarisationsrichtung durch läßt. Obwohl diese Druckschrift die Aufzeichnung bzw. Projektion zweier Bilder lehrt, 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-Matrizen 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 Energieverlust bei kleinem Aufwand zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mehrere Lichtbündel verschiedener Wellenlänge periodisch in die beiden Polarisationszustände geschaltet werden, wobei die Polarisationszustände der mehreren Lichtbündel zur Generierung der beiden Teilbilder unabhängig voneinander verlustarm umgewandelt werden, und daß die zum Erzeugen der Teilbilder verwendeten Lichtbündel über einen Schirm bild- und zeilenmäßig gerastert werden.

Die Erfindung setzt zur Darstellung der 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. Videobilder können dadurch erzeugt werden, daß entgegen dem aus dem gattungsgemäßen Stand der Technik bekannten Verfahren gerastert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt sogar die farbige Videobilddarstellung. Dafür werden die Lichtbündel mehrerer Lichtbündel zur Beleuchtung von Bildpunkten zu einem vereinigt. Man würde erwarten, daß der Aufwand am geringsten ist, wenn die Polarisationsänderung zur Unterscheidung der beiden Teilbilder für das rechte und das linke Auge bei diesem gemeinsamen Lichtbündel bewirkt wird. Unerwarteterweise ist der Aufwand jedoch geringer, wenn für jedes Lichtbündel die Polarisationsänderungen unabhängig voneinander umgewandelt werden, weil dann eine eventuelle Wellenlängenabhängigkeit der Polarisationsänderung unbeachtlich ist.

Zur weiteren Verringerung des Aufwands ist bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß die Lichtbündel zum Erzeugen beider Teilbilder periodisch in den einen oder den anderen der zueinander orthogonalen Polarisationszustände geschaltet werden.

Gemäß einer anderen vorzugsweisen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Schalten zwischen den beiden zueinander orthogonalen Polarisationszuständen 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 Rastereinrichtung zur bild- und zeilenmäßigen Ablenkung des Lichtbündels auf einen Schirm zur Abbildung mindestens eines der beiden Teilbilder, und mehrere Lichtquellen mit verschiedenen Wellenlängen, wobei für Licht jeder Wellenlänge je eine Polarisationsänderungseinrichtung zur periodischen Schaltung der Lichtquelle von dem einem zu dem anderen orthogonalen Polarisationszustand vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Erzeugung eines Videobildes über Bildpunkte, deren Intensität über die Lichtquelle gesteuert wird, wobei die Rastereinrichtung das bild- und zeilenmäßige Rastern des Lichtstrahles auf dem Schirm bewirkt. Dadurch werden die Bildpunkte, wie in der TV- Technik bei einer Fernsehröhre üblich, sequentiell beleuchtet, jedoch erfolgt das Rastern hier über die Ablenkung eines Lichtbündels. Aus dem Stand der Technik sind für derartige Rastereinrichtungen rotierende Polygonspiegel, Schwenkspiegel, aber auch akustooptische Modulatoren bekannt.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung mehrere Lichtquellen mit verschiedenen Wellenlängen auf und es sind mehrere Polarisationseinrichtungen, für nämlich jeweils eine für das Licht jeder Wellenlänge, vorgesehen. Damit sind auch farbige stereoskopische Videobilder in einfacher Weise erzeugbar. Dadurch, daß für jede Wellenlänge eine eigene Polarisationsänderungseinrichtung vorgesehen ist, wird auch der Einsatz extrem wellenlängenabhängiger Polarisationsänderungseinrichtungen möglich.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird bei mehreren Lichtquellen das aus den Polarisationsänderungseinrichtungen austretende Licht mit Hilfe einer Einrichtung zu einem gemeinsamen Lichtbündel zusammengefaßt, das seinerseits durch die Rastereinrichtung auf den Schirm abbildbar ist. Dadurch spart man sich in vorteilhafter Weise einen hohen Aufwand für Synchronisierung und mechanisch aufwendige zusätzliche Rastereinrichtungen. Die Einrichtung zum Zusammenfassen der verschiedenen Lichtbündel zu einem gemeinsamen Lichtbündel kann beispielsweise ein Spiegelsystem sein.

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 Polarisationsänderungseinrichtung könnte prinzipiell an jeder Stelle, die das Strahlenbündel durchläuft, angeordnet sein.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht jedoch darin, daß die Lichtquelle linear polarisiertes Licht aussendet, also an einem Ort angeordnet ist, an dem das Lichtbündel 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 Polarisationsänderungseinrichtung und zur Kompensation einer eventuellen Strahlaufweitung hinter der Polarisationsänderungseinrichtung verzichtet werden kann.

Von Vorteil ist ferner, daß die notwendige Breite der Polarisationsänderungseinrichtung an diesem Ort, an dem das Lichtbündel durch die Rastereinrichtung noch nicht ausgeweitet ist, noch sehr gering ist. Demgemäß ist bei einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, daß die Polarisationsänderungseinrichtung zwischen Lichtquelle und Rastereinrichtung angeordnet ist. Wenn zur Drehung der Polarisationsrichtung beispielsweise der Kerreffekt oder der Pockelseffekt eingesetzt wird, benötigt man zur Polarisationsänderung nur kleine Spannungen zum Erreichen einer geeigneten Feldstärke. Deshalb ist bei einer derartigen Weiterbildung der Erfindung auch der Schaltungsaufwand für das Beaufschlagen mit dem jeweiligen Polarisationszustand gering.

Gemäß einer auf diese Weise vorteilhaft ausgestalteten Erfindung ist die Lichtquelle zum Erzeugen linear polarisierten Lichts ausgelegt und die Polarisationsänderungseinrichtung eine Pockelszelle, bei der die Polarisationsebene des durchlaufenden Lichts bei Anlegen einer elektrischen Spannung gedreht wird. Bei derartigen elektrisch ansteuerbaren Bauelementen, die mit Drehung des linearen Polarisationszustands aufgrund elektrischer Spannungen arbeiten, sind schnelle Polarisationsänderungen möglich. Auch sind Intensitätsverluste aufgrund der alleinigen Drehung des Polarisationszustandes nicht zu befürchten.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die mindestens eine Lichtquelle ein ein polarisiertes Lichtbündel aussendender Laser, insbesondere ein Gaslaser, ein Festkörperlaser oder ein Diodenlaser.

Zur Modenauswahl wird bei handelsüblichen Lasern unter anderem auch eine Polarisierung des ausgehenden Lichts vorgenommen. Die bei Lasern angeregte stimulierte Emission der Atome des Lasermediums führt zur Einkopplung der emittierten Lichtquanten phasengleich zur anregenden Lichtwelle. Ist zum Beispiel für die Modenauswahl eine lineare Polarisation vorgesehen, die durch zwei phasengerecht gekoppelte links- und rechtszirkulierende anregende Wellen darstellbar ist, werden die links- bzw. rechtsdrehenden Quanten im Lasermedium phasengerecht angeregt und so emittiert, daß sich alle Zustände phasengerecht zu linear polarisiertem Licht zusammenfügen. Die gesamte im Lasermedium gespeicherte Energie wird in ein einziges Lichtbündel 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 Polarisationsgrad 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 Versuchsanordnungen 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 intensitätsmäßig gesteuert. Technisch verwendbare Modulatoren steuern die Intensität ebenfalls über Polarisation. Dadurch wird der Polarisationsgrad weiter erhöht. In einem Ausführungsbeispiel wurden hinter den Modulatoren Lichtbündel mit einem Polarisationsgrad 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 zirkular oder linear zueinander polarisiert sind oder andere elliptische Zustände verwendet werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgesehen, daß die Lichtquelle linear polarisiertes Licht aussendet. Wenn sie ein Laser ist, ergibt sich dadurch die vollständige Emission der Photonen aller Zustände 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 Intensitätsverlust 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 Fresnelsche Parallelepiped auch ohne wesentliche Intensitätsverluste linear polarisiertes Licht mittels Phasenverschiebung einer Polarisationskomponente in zirkular polarisiertes bzw. elliptisch polarisiertes Licht transformiert werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielshalber noch näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Prinzipdarstellung für eine Vorrichtung zum Erzeugen stereoskopischer Videobilder mit einer einzigen Lichtquelle;

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 34 eingesetzt, wie er z. B. unter der Typenbezeichnung EOM 3079 von der Firma Dipl. Ing. Eckhardt Döhrer, Ettlinger Straße 5, 7516 Karlsbad, erhältlich ist.

Dieser Polarisator 34 arbeitet mit Hilfe des Pockelseffekts. Bei Anlegen einer Spannung wird die lineare Polarisationsebene des von der Lichtquelle 12 ausgehenden primären Lichtbündels 10 gedreht. Ein Polarisationsfilter, das nur eine lineare Polarisationsebene durchläßt, ist am Ausgang des Polarisators 34 angeordnet. Das hat zur Folge, daß in Abhängigkeit der am Polarisator 34 anliegenden Spannung das diesen Polarisator verlassende Lichtbündel 16 mit unterschiedlicher Intensität beaufschlagt wird und damit modulierbar ist.

Im Strahlengang des Lichtbündels 16 sind weiter ein Drehspiegel 20 und ein Schwenkspiegel 22, mit dem das Lichtbündel 16 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 Schirmfläche des Schirms 24 aufzuweiten und das unter großen Winkeln zur Fresnellinse 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 Polarisationszustände 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 Polarisationszuständen durchlassen.

Aufgrund der polarisierten Lichtquelle 12 und des Polarisators 34 ist das Lichtbündel 16 schon polarisiert. Man könnte also mit zwei solchen Rastereinrichtungen und zwei Lichtquellen 12 zwei Teilbilder mit zwei auf die Brillengläser der Brille 30 angepaßte Polarisationsrichtungen erzeugen, so daß ein Betrachter durch diese Brille 30 ein stereoskopisches Videobild sieht.

Im Ausführungsbeispiel wurde jedoch ein weniger aufwendiger Weg beschritten. 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 in die Rastereinrichtung einfallenden Lichtbündels 16 periodisch umgeschaltet. Dabei erfolgt die Modulation des Lichtbündels in Abhängigkeit der Polarisation des Lichtbündels 16, 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 Polarisationsänderungseinrichtung 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 Polarisationsänderungseinrichtung 34.

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

Das beschriebene Ausführungsbeispiel wird mit einer einzigen, als Laser ausgeführten Lichtquelle 12 betrieben, was keine farbige Darstellung gestattet.

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

Die einfachste Möglichkeit dazu besteht darin, die Lichtquelle 12 durch drei Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge 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 Polarisationsänderungseinrichtung 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 Intensitätssteuerung zugeführt. Jedes modulierte Lichtbündel wird anschließend durch eine Polarisationsänderungseinrichtung 58, 60, 62 geführt. In diesen Polarisationsänderungseinrichtungen wird die Polarisation zur Erzeugung der stereoskopischen Teilbilder in gleicher Weise angesteuert und die Lichtintensität bezüglich des ersten und zweiten Teilbildes synchron gesteuert, wie es schon weiter oben bezüglich der Polarisationsänderungseinrichtung 34 beschrieben wurde.

Nach Durchlaufen der Polarisationsänderungseinrichtungen 58, 60, 62 werden die Lichtbündel durch ein aus Spiegeln 64, 66 und 68 bestehendes Spiegelsystem zu dem gemeinsamen Lichtbündel 16 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 Reflexion- und Durchlaßverhalten polarisationsabhängig ist. Insbesondere eignen sich aber auch sogenannte dielektrische Spiegel, die aufgrund von Interferenzen an dünnen Schichten reflektierter oder durchgelassener Teilstrahlen für bestimmte Wellenlängen total reflektierend oder total durchlässig ausgebildet werden können. Die Dimensionierung dieser Schichten und die Auswahl von Schichtmaterialien sind dem Optikfachmann, insbesondere durch die Anwendung derartiger Schichten bei der Vergütung von Linsen, bekannt.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele 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 (10)

1. 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, bei dem zum Generieren jedes Teilbilds mindestens eine Lichtquelle (12; 40, 42, 44) verwendet wird, welche ein intensitätsmäßig steuerbares, im wesentlichen paralleles, polarisiertes Lichtbündel (10; 46, 48, 50) aussendet, dessen Polarisationszustand einem der beiden orthogonalen Polarisationszustände gleich ist oder in ihn verlustarm umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtbündel verschiedener Wellenlänge periodisch in die beiden Polarisationszustände geschaltet werden, wobei die Polarisationszustände der mehreren Lichtbündel zur Generierung der beiden Teilbilder unabhängig voneinander verlustarm umgewandelt werden, und daß die zum Erzeugen der Teilbilder verwendeten Lichtbündel über einen Schirm (24) bild- und zeilenmäßig gerastert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbündel zum Erzeugen beider Teilbilder (10; 16; 46, 48, 50) periodisch in den einen oder den anderen der zueinander orthogonalen Polarisationszustände geschaltet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalten zwischen den beiden zueinander orthogonalen Polarisationszuständen bezüglich der Lichtausbreitung hinter einer das Lichtbündel (10; 46, 48, 50) aussendenden Lichtquelle (12; 40, 42, 44) und vor dem Rastern durchgeführt wird.

4. Vorrichtung zum Erzeugen eines stereoskopischen Videobildes mittels zweier, Licht mit unterschiedlichen, zueinander orthogonalen Polarisationszuständen abstrahlender Teilbilder für das linke und das rechte Auge eines Betrachters, für den das stereoskopische Videobild über eine Brille (30) mit zwei den jeweiligen Polarisationszustand des Lichts filternden Brillengläsern wahrnehmbar ist, wobei die Vorrichtung mindestens eine ein intensitätsmäßig steuerbares, polarisiertes, im wesentlichen paralleles Lichtbündel (10, 16; 52, 54, 56) aussendende Lichtquelle (12; 40, 42, 44) aufweist, gekennzeichnet durch mindestens eine Rastereinrichtung (20, 22) zur bild- und zeilenmäßigen Ablenkung des Lichtbündels (10, 16; 46, 48, 50) auf einen Schirm zur Abbildung mindestens eines der beiden Teilbilder, und mehrere Lichtquellen (40, 42, 44) mit verschiedenen Wellenlängen, wobei für Licht jeder Wellenlänge je eine Polarisationsänderungseinrichtung (58, 60, 62) zur periodischen Schaltung der Lichtquelle (40, 42, 44) von dem einem zu dem anderen orthogonalen Polarisationszustand vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Zusammenfassen des aus den Polarisationsänderungseinrichtungen (58, 60, 62) austretenden Lichts zu einem gemeinsamen Lichtbündel (16) vorgesehen und dieses wiederum durch die Rastereinrichtung (20, 22) auf den Schirm (24) abbildbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Generierung der beiden Teilbilder dieselben Lichtquellen (12; 40, 42, 46) und dieselbe Rastereinrichtung (20, 22) vorgesehen sind, jedoch eine Polarisationsänderungseinrichtung (34; 58, 60, 62) im Strahlengang des mindestens einen Lichtbündels (16, 46, 48, 50) angeordnet ist, mit der die Polarisation des Lichtbündels (16, 46, 48, 50) in den einen oder den anderen der orthogonalen Polarisationszustände schaltbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsänderungseinrichtung (34; 58, 60, 62) zwischen der mindestens einen Lichtquelle (12; 40, 42, 44) und der Rastereinrichtung (20, 22) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (12; 40, 42, 44) zum Erzeugen linear polarisierten Lichts ausgelegt und die Polarisationsänderungseinrichtung (34; 58, 60, 62) eine Pockelszelle ist, mittels derer die Polarisationsebene des durchlaufenden Lichts bei Anlegen einer elektrischen Spannung drehbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Lichtquelle (12; 40, 42, 46) ein ein polarisiertes Lichtbündel (10; 46, 48; 50) aussendender Laser, insbesondere ein Gaslaser, ein Festkörperlaser oder ein Diodenlaser ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Lichtquelle (12; 40, 42, 46) linear polarisiertes Licht aussendet.