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Stereofilmsystem,vorwiegend für den Schmalfilmbereich
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Dem natürlichen Sehvorganlr entsprechende dreidimensional wirkende
Filmwiedergabe salzt voraus, dass rechtes und linkes Auge des Betrachters jeweils
entsprechend den Augenabstand von etwa 6,5 cm, etwas voheinander abweichende Bilder
aufnehmen.
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In der Photographie haben in den letzten Jahrzehnten neuartige Lösungen
zur Erzielung stereoskopischer Wirkung bei ruhenden Bildern Bedeutung erlangt. Aber
sowohl die Verfahren, die mit Linsengitterrastern (tentikularrastern) arbeiten,
als auch solche mit Anwendung der Holographie eignen sich nicht für Laufbildvorführung>abgesehen
von dem teilweise extrem grossen Aufwand.
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Echt stereoskopisches Sehen wird zwar mit einem seit langen bekanntem
Filmsystem erzielt, bei dem Aufnahmen mit 2 synchron laufenden Kameras auf 2 verschiedenen
Filmstreifen mit 2 eDe.lfalls synchron laufenden Projektoren ;torgeführt werden.
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Die Trennung der Bilder für jedes Auge erfolgt dabei durch Polarisationsfilter
mit aufeinander senkrecht stehenden Polarisationsrichtungen vor jedem Projektor
und bei jeder dcr Brillen,die von den Betrachtern getragen werden müssen.
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Dieses System konnte sich in der kommerziellen Anwendung in öffentlichen
Kinotheatern nicht durchsetzen. Im Amateurbereich verhindert die Notwendigkeit einer
speziellen Aufnahmekameraund kostenaufwendige Spezialproj ektoren die den hohen
1LichE;tärkeverlust von ca 75 % durch Filter und Streuung am Bildschirm ausgleichen,
eine breitere Anwendung.
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Die Verhältnisse sind nicht wesentlich besser, wenn die Filmbildfläche
in der Mitte senkrecht geteilt wird. Durch die Verkleinerung desEinzelbildes auf
weniger als die Hälfte bei ungünstigem Hochformat, leidet die Schärfe der tviiedergabe,
ebenso treten störende überblendungen auf.
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Die vorliegende Erfindung setzt sich zur Aufgabe,insbesoders im Amateursektor>3-dimensionale
Pilmaufnahme und -lffiedergabe zu ermöglichen mit Geräten die zugleich auch für
Monokular-Verwendung geeignet sind'wobei es möglich ist eine Mono-Grundausrüstung
durch einen Stereozusatz und entsprechende Brillen später zu ergänzen. Zur Betrachtung
des Films sind zwar spezielle Brillen notwendig, ihre Anwendung erscheint jedoch
für einen begrenzten Zuschauerkreis wie er bei Amateurvorführungen im allgemeinen
gegeben ist, durchaus vertretber.
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Entsprechend dem Grundgedanken der Erfindung erfolgt die Filmaufnahme
mit doppelter Filmdurchlaufgeschwindigkeit gegenüber der bei Monoaufnahme üblichen,
wobei jedes 1.,3.,.. Bild beispielsweise für das linke Auge, das 2.,4.,. Bild für
das rechte bestimmt ist. Die Kamera ist so eingerichtet, dass im Takt der Bildfrequen
abwechselnd aus 2 auf die Szene ausgerichteten optischen Arsen in Augenabstand~aufgenonmen
wird.
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Zur wechselweisen Lichtumlenkung werden ein teillichtdurchlässig verspiegeltes
Prisma verwendet, der gleichen Art wie sie in handelsüblichen Aufnahmekameras zur
Lichtauslenkung für das Okular eingebaut sind, sowie 2 Flüssigkristallzellen mit
hoher Lichtdurchlässigkeit bei entsprechender Ansteuerung und genügend schneller
Umsteuerbarkeit zwischen Hell- und Dunkelzustand. Die Steuerung der Flüssigkristallzellen
erfolgt durch periodisches Anlegen einer kleinen Gleichspannung aus einer Hilfsbatterie
-abhängig von der Stellung der Filmantriebrwelle über Kontakte an dieser.
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Eine derartige Anordnung; von Prisma, verstellbarem Umlenkspiegel
für das aus der optischen Achse in Augenabstand zur Kameraachse einfallende Licht,
sowie 2 Flüssigkristallzellen kann in einem Vorsatz zusammengefasst sein, der auf
eine normale Kamera für monokulare Aufnahmen aufgesetzt werden kann, wenn diese
einen Schnellgang mit wenigstens 36 Bildern/s und eine justierbare Kontaktanordnung
auf der Antriebswelle besitzt.
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Bei einer überwies1;cnd zu Btcreoaufnahmen verwendei;en Kamera mit
Zoomobjektiv mit grösserem Durchnesser kann eine kompaktere Gesamtanordnung erreicht
werden, wenn im Raum zwischen dem Variotell und dem Grundobjektiv in der Hauptachse
der Kamera das teildurchlässige Prisma eingebaut ist, dem je eine Flüssigkristsllzelle
in jedem der 2 Strahlengänge zugeordnet ist. In d.er 2. Achse, in Augenabstand zur
ersten, ist nur der Varioteil eines 2. Objektivs erforderlich hinter dem das Ausspiegelungsprisma
für Okular und Licht messung angeordnet sein kann.
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Die Wiedergabe des entwickelten Films erfolgt mit nur einem Projektor,
der sich von handelsüblichen Ausführungen nur dadurch unterscheidet, dass er auch
für die doppelte Bild frequenz d.h. 36 und/oder 48 Bilder ausgeführt ist.
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Die für das stereoskopische Sehen erforderlichen Brillen werden durch
vonder Projektorwelle aus betätigte Schalter so gesteurt, dass das linke Auge nur
die dafür bestimmte Bildfolge, beispielsweise das 1.3.5.usw. Bild sehnen kann, während
in den zugehörigen Zeiten dem rechten Auge durch die Brille die Sicht teilweise
genommen ist. Entsprechend sieht das rechte Auge nur die Bildfolge 2,4,6 usw. Der
optisch aktive Teil der Brillen.besteht erfindungsgemäss für jede Brillenseite aus
je einer Flüssigkristallzelle, die über Steuerleitungen mit dem Projektorsteuersystem
verbunden ist.
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Wegen des nur einige Mikroamp. betragenden Stromdurchgangs durch die
Zellen genügen dafür äusserst dünne Litzenleiter.
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Bei einer Projektorbildfrequenz von 36 oder 48 Bildern/s ist die Frequenz
für jedes Auge die Hälfte, d.h. 18 oder 24 B/s.
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Dies entspricht den üblichen Werten und ist für einen kontinuierlichen
Eindruck von der vorgeführten Handlung ausreichend, nicht dagegen hinsichtlich der
Forderung nach Flimmerfreiheit.
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Um diese zu erfüllen ist ein Wechsel zwischen Hell und Dunkel von
4o bis 50 pro sekunde notwendig, der bei der üblichen Monofilmvorführung durch eine
Umlaufblende erreicht wird,
welche die Standzeit jedes Bildes in
3 oder wenigstens 2(bei 24 B/s) Teilstandzeiten zerhackt mit kurzen Dunlrelpausen
dazwischen. Dies ist auch bei der Stereoprojektion gemäss der vorliegenden Erfindung
notwendig. Da während einer Bildstandzeit von ca 1/18 bzw 1/24 s, zusätzlich der
Zeit für die Filmfortbewegung, beispielsweise für das rechte Auge das entsprechende
Bild mit 2 bis 3 Unterbrechungen projiziert wird, steht zur Erzielung von Flimmerfreiheit
auch für das linke Auge nur dieses für es falsche Bild zur Verfügung.Erfindungsgemäss
wird trotzdem der Stereoeindruck erzielt, wenn während dieser Zeit das jeweils zur
anderen Seite gehörende Bild mit geringerer Lichtstärke und milchglasartig ; getrübt
vorgeführt wird.
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Dies ist möglich durch Verwendung von Flüssigkristallzellen deren
Relaxationszeit bis zum Eintritt der Lichtundurchlässigkeit genügend lang ist oder
durch kurzzeitigc Spannungsimpulse auf die Zeile derart, dass zu Beginn jeder der
2 oder 3 Teilzeiten für das jeweilige Bild die Transparenz der Zelle einen erforderlichen
reduzierten Wert annimmt. Durch die Eigenschaft der Flüssigkristallzellen bei nicht
völliger Transparenz das Licht stärker zu streuen, erscheint in erwünschter Weise
das Bild getrübt und verwaschen. Dadurch wird der visuelle Eindruck völlig vom helleren
Bild für das jeweils richtige Auge beherrscht und zugleich die Flimmergrenze überschritten,
sodass ein stereoskopischer, kontinuierlicher i3ildeindruck entsteht.
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Die Steuerung der Zellen kann statt durch heitungen auch ur" von der
Fernsehgerätesteuerung her bekannte Verfahren, wie Ultraschall oder Infrarotübertragung
erfolgen.
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Da die Lichtdurchlässigkeit der hier zur Anwendung kommenden Flüssigkristallzellen
im transparenten Zustand nahezu loo % bcträgt, liegt die erzielte Bildhelligkeit
bei der Projektion etwas über 50 % der bei Monoprojektion auftretenden. Dies reicht
aus um die für letztere üblichen Projektoren und lJrojel.-tionslampen - bei Super
8-Film 100 oder 150 Watt lLalogenlmlmc:lbeibehalten zu können.
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An Hand der beigefügten Figuren sollen Beispiele für die Erfindung
näher erläutcrt werden.
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Fig.1 stellt ein Stereovorsatzteil dar, das auf eine übliche Aufnahmekamera
für monokulare Aufnahmen aufgesteckt werden kann. Das für das linke Auge bestimmte
Licht, das in Richtung der Achse von Objektiv 1 in die Kamera einfällt, tritt nacheinanderdurch
Fenster 6, die Flüssigkristallzelle 4 und das Strahlenteilerprisma 3, bevor es in
das Objektiv 1 eintritt.
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Das für das rechte Auge bestimmte Licht tritt durch das in Augenabstand
- ca 6,5 cm - von Fenster 6 befindliche Fenster 8 ein, wird in Spiegel 7, der für
die Ausrichtung der rechten optischen Achse auf die aufzunehmende Szene die Verstellmöglichkeit
9 besitzt, umgelenkt zur Flüssigkristallzelle 5 und tritt über Prisma 3 ebenfalls
in das Kameraobjektiv 1 ein.
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Beide FK-ZeilE'fl sind über Verbindungsleitung 10, die auch @u@@.
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feste Steckkontakte ersetzt sein kann, mit den Steuerkontaktf .
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in der Kamera verbunden. Sie sind so gesteuert, dass für die Belichtung
des 1. 3. 5. ..Bildes die FK-Zelle 4 transparent und FK-Zelle 5 lichtundurchlässig
ist. Zur Belichtung der Bilder 2. 4. 6. ist FK-Zelle 5 offen und 4 geschlossen.
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Die FK-Zellen werden nach Anlegen einer Gleichspannung von 5 bis 6
Volt.je nach ihrer Charakteristik, innerhalb von 10 bis 15 Millisekunden transparent.
Nach Abschalten der Spannung tritt innerhalb der etwas längeren Relaxationszeit
starkc Lichtstreuung und schliesslich Lichtundurchlässigkeit ein.
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Das Zuschalten der Spannung, die der Batterie der Kamera odz einer
Hilfsbattcrie entnommen werden kann, sowie das Abschalten erfolgt in an sich bekannter
Weise durch Kontakte auf eine mit konstanter Drehzahl umlaufenden Welle, die zweckmässig
mit der Filmantriebswelle über ein Getriebe gekuppelt ist und mit halber Drehzahl
umläuft. Die Schaltzeitpunkte sind dabei mit Zeitvorgabe entsprechend der Kommutierungszeit
der Zellen von 1o bis 25 ms festgelegt und durch Verdrehen der Kontakte verschiebbar.
Die Steuerung der Zellen kann auch statt über mechanische Kontakte elektronisch
erfolgen z.B.über Transisteren die durch magnetfeldabhängige Elemente von Magneten
auf .i
Steuerwelle geschaltet werden.
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Figur 2 zeigt das Beispiel einer Anordnung bei der die Stereozusatzelernente
in die Kamera integriert sind.
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In der Kamera mit der Hauptachse 11 und dem Varioobjektiv mit Varloteil
13 und Grundobjektiv 14 ist in Augenabstand in einem schwenkbaren Arm 16 mit der
optischen Achse 12 dcr Varioteil eines 2. Objektivs angeordnet. Das in Achse 12
einfallende Licht wird im Spiegel 17 zur Flüssigkristallzelle 20 umgelenkt und danach
im Strahlenteilerprisma 15 zum Grundobjektiv 14 und zur Filmbildebene 21. Das Licht
das durch Objektivteil 13 tritt, wird durch die FK-Zelle 19 im Wechsel mit FK-Zelle
20 gesperrt oder durchgelassen. Die Steuerung der Zellen erfolgt in Abhängigkeit
von der Filmbilifrequenz wie bei Figur 1 beschrieben. Die Achse 12 des 2.
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Teilobjektivs ist um den Winkel cC verdrehbar zur Einstellung auf
die SntSernung der aufzunehmenden Szene. Dabei ist zweck mässig die Verdrehung der
optischen Achse 12 mit der Entfernungseinstellung der Objektive gekuppelt, ebenso
mit der Verdrehung des Siegels 17 um OC/2 . Das Linsensystem 18 dient der Zusammenfassung
des Lichts aus Achse 12 wegen der grosseren b?iitfernung bis zum Grundobjektiv 14.
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In Figur 3 ist eine Brille für Betrachter dargestellt, bei der in
den lichtundurchlässigen, als Blendschutz dienenden flächen 25 die Flüssigkristallzellen
23 und 24 eingesetzt sind. Die Steuerleitungen der Zellen sind in einem Stecker
27 zusammngefasst der an einer Verteilersteckdose angeschlossen werden kann, die
ihrerseits mit dem Projektor verbunden ist. Die Schaltung innerhalb der Brille ist
für den Fall gezeichnet, dass zur Beschleunigung der Relaxation die Spannung auch
mit u7ngekehrter Polung kurzzeitig angeschlossen werden soll.
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Figur 4 zeigt den zeitlichen Verlauf der Steuerung der FK-Zellen der
Brillen unter der Annahme einer Sildfrequenz von 48/s und einer Zeit für den Ubergang
vom lichtundurchlässigen in den transparenten Zustand von ca 12 ms und
einer
Relaxationszeit von ca 20 ms. Bei Annahme einer 3-Flügelblende im Projektor mit
je 400 Dunkel- und 80° Hellsektor treten während der Standzeit eines Filmbildes
mit Transportzeit entsprechend einer Blendenumdrehung 3 Teilbilder auf, die mit
L1,L2,L3 bezeichnet sind und von denen beispielsweise angenommen sei, dass sie für
das linke Auge bestrimmt sind, d.h. diebFE-Zelle in der linken Brillenseite ist
voll transparent.
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Während der Zeit Tp erfolgt der Bildtransport, anschliessend folgen
die 3 Teilbildzeiten X1,R2,R3 in denen das für das rechte Auge bestimmte Bild projiziert
wird. Die Aufnahme dieses bildes durch das linke Auge würde den Stereoeindruck stören
weshalb die linke FK-Zelle so gesteuert wird, dass ;zwar ein ausreichender LichUdurchtritt
erfolgt um den Flimmereffekt zu vermeiden aber zugleich infolge der starken Lichtstreuung
in der FK-Zelle die Konturen des Bildes soweit aufgelöst sind, dass sie den starken
Bildeindruck im rechten Auge, dessen zugehörige-FE-Zelle in dieser Zeit voll transparent
ist, nicht beeinträchtigt.
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Unter der Annahme einer zeitlichen Charakteristik 28 der FK-Zellen
für die Kommutierung bis zum vollständigen Transparentwerden nach Anschluss der
Spannung und 29 für den Relaxationsvorgang,ist.bei Ausschaltung der Spannung für
die linke FK-Zelle im Zeitpunkt 30 bei Beginn des ersten Bildes R1 die Transparenz
dieser FK-Zelle stark abgesunken bei milchglasartiger Trübung. Im Punkt 31 wird
die batterie-Spannung wieder zugeschaltet und die Transparenz,entsprechend dem Verlauf
der Charakteristik 28,etwas angehoben. Im Punkt 32 erfolgt wieder Spannungs abs
chaltung und Rückgang der Transparenz bei Beginn von Teilbild R2 auf etwa den Wert
wie zu Beginn von R1. Bei Beginn von R3 erfolgt erneut Zuschalten qer Spannung.
Sie bleibt danach angeschlossen,damit zu Beginn des folgenden L-Bildes die linke
FK-Zelle wieder volle Transparenz besitzt. Entsprechendes gilt für die Steuerung
der rechten FK-Zelle mit zeitlicher Verschiebung um 0.
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Figur 5 zeigt ein Beispiel für die Steuerung der FK-Zellen in einer
Brille. Auf der Welle 36, die über ein Zahnradpaar mit Übersetzung 2:1 mit der Flügelblendenwelle
des ProåektorS gekuppelt ist, sind Nockenräder 37 für die linke FK-Zelle 42 und
38 für die FK-Zelle 43 nebeneinander angeordnet.
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Nockenrad 37 betätigt den Schalter 39, der entsprechend der Nockenfolge
in den Zeitpunkten 30 bis 35 - die mit den Zahin Fig. 4 übereinstimmen - die Batterie
41 zu- und abschaltet;.
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Um eine halbe Umdrehung , entsprechend T0 versetzt, betätigt Nockenrad
38 den Schalter 4o.
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Die Anordnung kann so getroffen sein, dass sowohl die Nockenräder
auf der Trägerwelle, als auch die einzelnen Nocken verdrehbar bzw.verschiebbar sind,
damit eine Anpassung an die jeweilige Charakteristik der FK-Zellen erfolgen kann,
ebenso um eine Verstellung des Transparenz grades durch Verschiebun£; der Zeitpunkte
31 bis 35 in Fig. 4 zu erreichen,mit dem Zweck den optimalen Stereoeindruck zu erzielen.
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Für die Flüssigkristallzellen kommen im vorliegenden Fall vorzugsweise
Ausführungen in Betracht bei denen Phenylcyclohexane oder Biphenylcyclohexane mit
einigen Zusatzstoffen in einer 4 bis zum dicken Schicht zwischen 2 Glasplatten angeordnet
sind, wobei letztere auf den Innenseiten eine elektrisa leitende durchsichtige Schicht
tragen. Mit Anlegen einer kleinen Spannung richten sich im entstehenden elektrischen
Feld die stabförmigen l;1oleküle senkrecht zu den Platten aus, sodass Transparenz
auftritt. Bei Abschalten der Spannung verdrillen sie sich und streuen das Licht.
Durch Zusatz bestimmter dichroider Farbstoffe kann der Zustand der starken Lichtstreuung
bis zur Lichtundurchlässigkeit verändert werden.
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Die Verwendung von Polarisationsfiltern entfällt bei diesen Flüssigkristallzellen.
Literatur darüber:G.W.Gray, Dyestuffs and Liquid Crystals in Chimia 34 (1980) Nr.2
(Febr.)
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