VORSATZ FÜR VIDEOPROIEKTOREN ZUR 3-D -PROTEKTION VON STEREOBILDERN ATTACHMENT FOR VIDEO PROIEECTORS FOR THE 3-D PROTECTION OF STEREO IMAGES
Die Erfindung betrifft einen Vorsatz für Videoprojektoren zur 3-D-Projektion von Stereobildern ge äss den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 4, 8, 12.The invention relates to an attachment for video projectors for 3-D projection of stereo images according to the preambles of claims 1, 4, 8, 12.
Stereobilder, insbesondere bewegte Stereobilder, sind nach dem bekannten Stand der Technik über aufwendige Hardware, wie z.B. Workstations mit 3-D-Graphikoptionen und frequenzgesteuerten LC-Brillen, am Bildschirm bzw. durch, die Nutzung von teuren Mehrstrahlgeräten für Projektionsflächen zugänglich (US 45 04 856 sowie IWASAKI et al . 3-Dimensional Personal Computer-system, in: IEEE Transactions on Con- sumer, Electronics,Vol .34, No . 3 August 1988, S. 536-542).Stereo images, in particular moving stereo images, are, according to the known state of the art, expensive hardware, such as Workstations with 3-D graphics options and frequency-controlled LC glasses, accessible on screen or through the use of expensive multi-beam devices for projection surfaces (US 45 04 856 and IWASAKI et al. 3-dimensional personal computer system, in: IEEE Transactions on Consumer, Electronics, Vol. 34, No. 3 August 1988, pp. 536-542).
Alternative Lösungen durch Verwendung eines optischen Vorsatzes für Einstrahl-Videoprojektoren wurden als Prismen- konstruktion in JP 09281616 oder als Spiegelkonstruktion in DE 196 08 362 vorgestellt.Alternative solutions by using an optical attachment for single-beam video projectors were presented as a prism construction in JP 09281616 or as a mirror construction in DE 196 08 362.
In der DE 195 25 871 CI werden des weiteren Vorrichtungen zur Aufnahme und Wiedergabe elektronischer Raumbilder mit- tels einer Videokamera bzw. eines Videoprojektors beschrieben. Der Videoprojektoraufsatz für die Wiedergabe der Raumbilder besteht aus einer aufwendigen Spiegel-Prismen-Konstruktion mit zwei Polarisationsfiltern.DE 195 25 871 CI also describes devices for recording and reproducing electronic spatial images by means of a video camera or a video projector. The video projector attachment for the reproduction of the spatial images consists of an elaborate mirror prism construction with two polarization filters.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Vorsatz zu entwickeln, mit dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit dem Stereobilder auf einer Projektionsflache, auf welcher die Polarisationsebenen weitgehend beibehalten werden, erzeugt werden, die mit ei- ner einfachen Polarisationsbrille betrachtet werden können.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1, 4, 8 und 12 gelöst. Der Vorsatz nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei drehbar ange-ordnete Spiegel sowie ein Filter mit einer Retardationsfolie zur Drehung der Polarisationsrichtung des Lichts um 90° vor-gesehen sind und das Retardationsfilter und die zwei Spiegel derart zueinander justiert sind, dass nur der Lichtstrahl eines der beiden Stereo-Halbbilder durch das Retardations-filter in seiner Polarisations- richtung gedreht wird und beide Stereo-Halbbilder auf der Projektionsflache aufeinander projiziert werden.The object of the invention is to develop a generic attachment with which the disadvantages of the prior art are avoided and with which stereo images are generated on a projection surface on which the polarization planes are largely maintained, which are viewed with simple polarization glasses can. According to the invention, this object is achieved by the features of claims 1, 4, 8 and 12. The attachment according to claim 1 is characterized in that at least two rotatably arranged mirrors and a filter with a retardation film for rotating the direction of polarization of the light by 90 ° are provided and the retardation filter and the two mirrors are adjusted relative to one another such that only the light beam of one of the two stereo fields is rotated in its polarization direction by the retardation filter and both stereo fields are projected onto one another on the projection surface.
Der Vorsatz nach Anspruch 4 ist für einen unpolarisiertes Licht und/oder linear polarisiertes Licht aussendenden Ein- strahl-Videoprojektor vorgesehen, in dessen Strahl je ein linkes und ein rechtes Stereo-Halbbild räumlich nebeneinander angeordnet sind zur 3-D-Projektion von Stereobildern auf einer Projektionsflache, bei der die Polarisationsebenen weitgehend beibehalten werden, zur Betrachtung mit Polarisationsbrillen, wobei der Vorsatz aus in- destens einem beweglichen Spiegel für das eine Stereo-Halbbild und aus einem Strahlteiler wie Nicols-Prisma für das andere Stereo-Halbbild gebildet ist.The attachment according to claim 4 is provided for an unpolarized light and / or linearly polarized light-emitting single-beam video projector, in the beam of which a left and a right stereo field are spatially arranged next to one another for 3-D projection of stereo images onto a Projection area, in which the polarization planes are largely retained, for viewing with polarization glasses, the attachment being formed from at least one movable mirror for one stereo field and from a beam splitter such as Nicols prism for the other stereo field.
Der Vorsatz nach Anspruch 8 ist für einen lichtausstrahlenden Einstrahl-Videoprojektor, in dessen Strahl je ein lin- kes und ein rechtes Stereo-Halbbild räumlich nebeneinander angeordnet sind, zur 3-D-Projektion auf einer Projektions- fläche zur Betrachtung mit Polarisationsbrillen vorgesehen, wobei der Vorsatz aus je einer Einheit zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht für das linke und das rechte Halb- bild, einer Einheit zum Übereinanderblenden der beiden Halbbilder, aus einer optischen Komponente zum Drehen der Polarisationsebene um 90°, aus einer Einheit zum Mischen der beiden senkrecht zueinander polarisierten Halbbilder gebildet ist.
Bei dieser Ausführungsform kann wellenlängenabhängig ver- schie-den polarisiertes Licht genutzt werden (linear, teilweise, elliptisch zirkulär, unpolarisiert) . Es wird mit der Ausführungsform ein exakt übereinanderliegendes Bild er- zielt bei reduziertem Justieraufwand.The attachment according to claim 8 is provided for a light-emitting single-beam video projector, in the beam of which a left and a right stereo field are arranged spatially next to one another, for 3-D projection on a projection surface for viewing with polarizing glasses, whereby the prefix of one unit for generating linearly polarized light for the left and the right field, one unit for superimposing the two fields, one optical component for rotating the polarization plane by 90 °, and one unit for mixing the two vertically fields polarized to one another is formed. In this embodiment, different polarized light can be used depending on the wavelength (linear, partial, elliptical circular, unpolarized). With the embodiment, an exactly superimposed image is achieved with reduced adjustment effort.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Variante des Vorsatzes ist der Vorsatz aus je einem Strahlteiler für jedes Stereo-Halbbild, aus je einem Spiegel für jedes Stereo- Halbbild, aus je einem Retardationsfilter (λ/2-Platte) für jede Hälfte eines jeden Stereo-Halbbildes, aus je einem optischen Element pro Stereo-Halbbild, welches zwei parallele Strahlen-gänge zu einem Strahlenausgang übereinander legt, aus weiteren Spiegeln sowie aus einem weiteren Strahl- teuer, welche zusammen die beiden Stereo-Halbbilder mit ihren komplementär zueinander liegenden Polarisationsebenen zu einem stereo-codierten Ausgangsbild mischen, besteht, wobei die optischen Elemente derart zueinander angeordnet sind, dass die Polari-sationsebenen jedes Stereo-Halbbildes separiert werden, einer der beiden separierten Bestandteile gedreht wird, eine Mischung der Bestandteile zu einem parallelen Strahlengang so erfolgt, dass für jedes Stereo- Halbbild ein Bild mit um 90° gedrehter Polarisationsebene entsteht, welche über den weiteren Strahlteiler gemischt werden.In a preferred embodiment of this variant of the attachment, the attachment consists of one beam splitter for each stereo field, one mirror for each stereo field, and one retardation filter (λ / 2 plate) for each half of each stereo field , each from an optical element per stereo field, which superimposes two parallel beam paths to one beam output, from further mirrors and from another beam expensive, which together form the two stereo fields with their complementary polarization planes to form a stereo -mix the coded output image, the optical elements being arranged in such a way that the polarization planes of each stereo field are separated, one of the two separated components is rotated, the components are mixed into a parallel beam path so that for each Stereo field an image with polarization plane rotated by 90 ° e It depends on which are mixed via the further beam splitter.
In einer weiteren Ausführungsform nach Anspruch 12 wird eine trapezförmige Verzerrung dadurch vermieden, dass an der Vertikalen zwischen den zwei Stereo-Halbbilder das eine Halbbild gespiegelt und projiziert wird, um eine verzer- rungsfreie Aufeinanderprojektion zu gewährleisten, und wobei das jeweils andere Halbbild als Spiegelbild generiert ist, wobei die Spiegelungsprojektion des gespiegelt generierten Halbbildes mit Hilfe eines gleichschenkeligen 90°- Prismas erfolgt und wobei die Trennung beider Halbbilder durch unterschiedliche Polarisation erreicht wird.
Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.In a further embodiment according to claim 12, a trapezoidal distortion is avoided in that one field is mirrored and projected on the vertical between the two stereo fields in order to ensure distortion-free projection onto one another, and the other field is generated as a mirror image is, the mirror projection of the mirror-generated field is carried out with the help of an isosceles 90 ° prism and the separation of the two fields is achieved by different polarization. Appropriate embodiments are specified in the subclaims.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson- dere darin, dass die bisherigen Konstruktionen wesentlich verein-facht und die Qualität der 3-D-Bildwiedergabe wesentlich verbessert wird. Dies wird vor allem dadurch erreicht, dass ein feststehender Spiegel sowie zwei Polarisationsfilter entfallen und ein Retardationsfilter genutzt wird. Dadurch wird die Lichtabsorption des einen Stereo- Halbbildes deutlich und die des anderen sogar auf Null reduziert, so dass brillan-tere 3-D-Bilder projiziert werden. Dies hat auch den positiven Effekt, dass Präsentationsräume nicht mehr so stark wie bisher abgedunkelt werden müssen. Außerdem ist der Justieraufwand beim Vorsatz nach der Erfindung geringer. Der Vorsatz kann prinzipiell auf jeden LCD-Einstrahl-Videoprojektor aufgesetzt werden. Die mit einer Graphiksoftware bzw. einer Stereokamera räumlich nebeneinander erzeugten Stereo-Halbbilder sind alternativ von einer Videokassette bzw. On-line per PC oder Graphikworkstation über den Videoprojektor darstellbar.The advantages achieved with the invention are, in particular, that the previous constructions are considerably simplified and the quality of the 3-D image reproduction is significantly improved. This is mainly achieved by eliminating a fixed mirror and two polarization filters and using a retardation filter. This makes the light absorption of one stereo field clear and that of the other even to zero, so that more brilliant 3-D images are projected. This also has the positive effect that presentation rooms no longer have to be darkened as much as before. In addition, the adjustment effort in the attachment according to the invention is less. In principle, the attachment can be placed on any LCD single-beam video projector. The stereo fields generated spatially next to one another with graphics software or a stereo camera can alternatively be displayed from a video cassette or on-line by PC or graphics workstation via the video projector.
Die Vorsätze nach der Erfindung eröffnen insbesondere für die Vortragstätigkeit in Lehre, Forschung, Schulunterricht, einen einfachen Zugang zur Projektion von bewegten Stereo- Bildern. Derartige Präsentationen sind vor allem für die Vermittlung des räumlichen Sehens bewegter Bilder in der Chemie, Biochemie, Medizin und Architektur von besonderem Interesse.The resolutions according to the invention provide easy access to the projection of moving stereo images, in particular for lecturing in teaching, research, school lessons. Such presentations are of particular interest for the mediation of spatial vision of moving images in chemistry, biochemistry, medicine and architecture.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen von Vorsätzen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1: die schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Vorsatzes,The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments of attachments. In the accompanying drawing: 1: the schematic representation of a first embodiment of the attachment,
Fig. 2: die schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Vorsatzes, Fig. 3: die schematische Darstellung einer drittenFig. 2: the schematic representation of a second embodiment of the attachment, Fig. 3: the schematic representation of a third
Ausführungsform des Vorsatzes,Embodiment of the header,
Fig. 4: die schematische Darstellung einerVariante der dritten Ausführungsform nach Fig. 3,Fig. 4: the schematic representation of a variant of the third embodiment according to Fig. 3,
Fig. 5: die schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des Vorsatzes,5: the schematic representation of a fourth embodiment of the attachment,
Fig. 6: die schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Mischeinheit,6: the schematic representation of an embodiment of a mixing unit,
Fig.7: die schematische Darstellung einer Aufeinanderprojektion zweier Teilbilder nahezu ohne Trapezverzerrung undFig. 7: the schematic representation of a projection onto one another of two partial images with almost no keystone distortion and
Fig. 8: die schematische Darstellung einerAnordnung zur Spiegelung und Projektion entsprechend Fig. 7.Fig. 8: the schematic representation of an arrangement for mirroring and projection according to Fig. 7.
Entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 besteht in einer ersten Ausführungsform der Erfindung der optische Vorsatz für einen linear polarisiertes Licht ausstrahlenden Videoprojektor 1 aus zwei drehbar angeordneten Spiegeln S und einem ent-sprechend positionierten Filter mit einer Retar- dationsfolie 3, die so zueinander justiert sind, dass die Polarisationsrich-tung des Lichtstrahles nur von einem Stereo-Halbbild um 90 ° gedreht wird. Die beiden räumlich nebeneinander erzeugten Stereo-Halbbilder der stereoskopischen Darstellung werden auf einer Projektionsflache PF aufeinander projiziert. Am Vorsatz ist eine Blende 4 derart angeordnet, dass dadurch durch Streulicht vom Vorsatz auf die Ränder der Projektionsflache hervorgerufene störende Reflexionen verhindert werden.
Mit Hilfe einfacher Polarisationsbrillen und unter Verwendung einer polarisiertes Licht reflektierenden Projektions- fläche PF können 3-D-Bilder betrachtet werden.According to the illustration in FIG. 1, in a first embodiment of the invention, the optical attachment for a linearly polarized light-emitting video projector 1 consists of two rotatably arranged mirrors S and a correspondingly positioned filter with a retardation film 3, which thus adjusts to one another are that the direction of polarization of the light beam is only rotated by 90 ° from a stereo field. The two stereo fields of the stereoscopic representation generated side by side are projected onto one another on a projection surface PF. A diaphragm 4 is arranged on the attachment in such a way that disturbing reflections caused by scattered light from the attachment on the edges of the projection surface are prevented. 3-D images can be viewed with the aid of simple polarization glasses and using a polarized light-reflecting projection surface PF.
Als eine die Polarisationsebenen erhaltende reflektierende Projektionsflache PF können anstelle von teurer Leinwand auch billige, lichtstreuende Kunststofffolien eingesetzt werden.Cheap, light-scattering plastic films can also be used as a reflecting projection surface PF which maintains the polarization planes, instead of expensive screens.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Vorsatzes nach Anspruch 1 sieht vor, dass entsprechend der Darstellung in der Fig. 2 der im Bereich der Linsenmitte angesetzte Spiegel S2 halbdurchlässig ausgebildet ist und der weitere Spiegel Sl ein Oberflächenspiegel ist. Die Spiegel Sl, S2 sind um einige Grad senkrecht zur Projektionsebene drehbar, um das linke Stereo-Halbbild LB über das rechte Stereo- Halbbild RB auf der Projektionsflache PF zu legen.An advantageous embodiment of the attachment according to claim 1 provides that, as shown in FIG. 2, the mirror S2 applied in the region of the lens center is semitransparent and the further mirror S1 is a surface mirror. The mirrors S1, S2 can be rotated a few degrees perpendicular to the projection plane in order to place the left stereo field LB over the right stereo field RB on the projection surface PF.
Wird auf die Projektionsflache PF1 projiziert, dann 'können das rechte Halbbild RB und das linke Halbbild LB separat justiert werden.Is projected onto the projection surface PF1, then 'the right half and the left image RB LB field can be adjusted separately.
Wenn auf die Projektionsflache PF2 projiziert wird, dann kann nur das linke Halbbild LB justiert werden. Dabei wird nur das linke Halbbild LB bewegt, das rechte Halbbild RB wird direkt durch den halbdurchlässigen Spiegel S2 durch- projiziert. Für das rechte Halbbild RB funktioniert der halbdurchlässige Spiegel S2 als durchlässiges Medium und für das rechte Halb-bild RB als Reflektor, beide Halbbilder RB,LB werden je einmal reflektiert, so dass ein spiegelverkehrtes Bild resultiert, welches durch Software oder Hardware relativiert werden kann.
Der Strahlenverlauf ist für das linke Halbbild LB mit durchgehenden Linien und für das rechte Halbbild mit ge- strichelten Linien verdeutlicht.When projecting onto the projection surface PF2, only the left field LB can be adjusted. Only the left field LB is moved, the right field RB is projected directly through the semi-transparent mirror S2. For the right field RB, the semi-transparent mirror S2 functions as a transparent medium and for the right field RB as a reflector, both fields RB, LB are each reflected once, so that a mirror-inverted image results, which can be relativized by software or hardware. The beam path is illustrated for the left field LB with solid lines and for the right field with dashed lines.
Bei dieser Ausführungsform nach Fig. 2 wird das rechte Halbbild RB direkt projiziert und das linke Halbbild zweimal reflektiert, so dass die projizierten Bilder auf der Projektionsflache PF nicht spiegelverkehrt, sondern in realer Darstellung erscheinen.In this embodiment according to FIG. 2, the right field RB is projected directly and the left field is reflected twice, so that the projected images on the projection surface PF do not appear mirror-inverted, but appear in real representation.
Voraussetzung zur Anwendung dieser Variante der Ausführungs-form des Vorsatzes ist es, dass das Licht des linken und des rechten Halbbildes LB und RB senkrecht zueinander polarisiert sind. Hier gibt es zwei Möglichkeiten, je nachdem ob der Projektor linear polarisiertes Licht aussendet oder nicht. Im ersten Fall muss die Polarisationsebene das Lichtes um 90° gedreht werden. Das kann beispielsweise mit einer Verzöge-rungsfolie oder Retarder R (fett, gestrichelt) erreicht werden, der die Position, wie in Fig. 1 angegeben, haben müsste. Diese Retarder R sind fast transparent, so dass nahezu keine Lichtverluste durch zusätzliche Polarisation entstehen würden.A prerequisite for using this variant of the embodiment of the attachment is that the light of the left and right fields LB and RB are polarized perpendicular to one another. There are two options here, depending on whether the projector emits linearly polarized light or not. In the first case, the polarization plane of the light has to be rotated by 90 °. This can be achieved, for example, with a retardation film or retarder R (bold, dashed), which should have the position as indicated in FIG. 1. These retarders R are almost transparent, so that almost no light loss would result from additional polarization.
Als optische Bauelemente zum Drehen der Polarisationsebene um 90° können auch verschiedene andere bekannte Elemente wie λ/2-Platten eingesetzt sein.Various other known elements such as λ / 2 plates can also be used as optical components for rotating the polarization plane by 90 °.
Im zweiten Fall müssten Polarisatoren Pl und P2 (fett, gepunktet) zwischen Projektionslinse und Vorsatz derart eingefügt werden, dass das linke und das rechte Halbbild LB und RB 90° zueinander polarisiert sind.
Der Retarder R kann auch an der Position Pl oder P2 angeordnet sein. Wenn der Spiegel S2 um eine Halbbildbreite nach rechts verschoben, dann ist anstelle des halbdurchlässigen Spiegels S2 ein total reflektierender Spiegel einzusetzen. Der Weg für beide Teilbilder ist gleich lang. Es wird bis auf unvermeidbare optische Verluste an den Grenz- flächen/Reflek-toren die volle Helligkeit ausgenutzt. Es tritt keine Farbdispersion durch halbdurchlässige Spiegel auf, die Teilbilder können unabhängig justiert werden.In the second case, polarizers P1 and P2 (bold, dotted) would have to be inserted between the projection lens and the attachment in such a way that the left and right fields LB and RB are polarized at 90 ° to one another. The retarder R can also be arranged at the position P1 or P2. If the mirror S2 is shifted to the right by one field width, then a totally reflecting mirror should be used instead of the semi-transparent mirror S2. The path for both drawing files is the same length. Except for unavoidable optical losses at the interfaces / reflectors, the full brightness is used. There is no color dispersion through semi-transparent mirrors, the partial images can be adjusted independently.
Diese Ausführungsform nach Fig. 2 erlaubt eine kompaktere Bau-form des Vorsatzes gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1.This embodiment according to FIG. 2 allows a more compact design of the attachment compared to the embodiment according to FIG. 1.
Eine weitere Ausführungsform des Vorsatzes nach der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist unpolarisiertes Licht oder Licht mit einer definierten Lage der Schwingungsebene für den Einsatz Voraussetzung. Der Aufbau besteht aus einem um einige Grad senkrecht zur Projektionsebene drehbaren Oberflächenspiegel S und einem auf gleiche Art beweglichen Beamsplitter B. Die Strahlenverläufe für das linke Halbbild LB (durchgängige, dünne Linie) und das rechte Halbbild RB (dünne, gestrichelte Linie) sind analog zur Ausführungsform nach Fig. 2. Zusätzlich werden hier in Fig. 3 die Polarisationsebenen für die Strahlen der beiden Halbbilder nach Austritt aus dem Beamsplitter B durch schräge bzw. gerade Querstriche verdeutlicht.Another embodiment of the attachment according to the invention is shown in Fig. 3. In this embodiment, unpolarized light or light with a defined position of the vibration plane is a prerequisite for use. The setup consists of a surface mirror S that can be rotated a few degrees perpendicular to the projection plane and a beam splitter B that can be moved in the same way. The beam paths for the left field LB (continuous, thin line) and the right field RB (thin, dashed line) are analogous to Embodiment according to FIG. 2. In addition, the polarization planes for the rays of the two fields after exiting beam splitter B are illustrated in FIG.
Diese Variante setzt voraus, dass der Projektor entweder unpolarisiertes Licht aussendet, oder linear polarisiertes Licht derart, dass alle Farben des sichtbaren Spektrums in ein und der selben Polarisationsebene liegen und dass diese Ebene einen definierten Winkel zum Beamsplitter hat.
Bei linear polarisiertes Licht aussendenden Projektoren wird zwischen dem Linsenausgang für das linke Halbbild Lb und dem Spiegel S oder Linsenausgang für das rechte Halb¬ bild RB und dem Beamsplitter B oder Spiegel S und 5 Beamsplitter ein Retarder R angeordnet.This variant assumes that the projector either emits unpolarized light or linearly polarized light in such a way that all colors of the visible spectrum lie in one and the same polarization plane and that this plane has a defined angle to the beam splitter. When linearly polarized light emitting projectors is disposed a retarder R between the lens output for the left half image Lb and the mirror S or lens output for the right half-image ¬ RB and the B beam splitter or mirror S and 5 Beam splitter.
Wird auf die Projektionsflache PF1 projiziert, fungiert der Beamsplitter B für das linke Halbbild LB als durchlässiges, polarisierendes Medium und für das rechte Halbbild RB alsWhen projecting onto the projection surface PF1, the beam splitter B acts as a transparent, polarizing medium for the left field LB and as a for the right field RB
10. reflektierendes, polarisierendes Medium. Dabei stehen die Polarisationsebenen beider Halbbilder RB, LB senkrecht aufeinander. Analog zur Ausführungsform entsprechend Fig. 2 werden hier beide Halbbilder je einmal reflektiert, so dass ein spiegelverkehrtes 3D Bild entsteht. 10th reflective, polarizing medium. The planes of polarization of both fields RB, LB are perpendicular to one another. Analogously to the embodiment according to FIG. 2, both fields are reflected here once, so that a mirror-inverted 3D image is produced.
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Wenn auf die Projektionsflache PF2 projiziert wird, dann fungiert der Beamsplitter B für das linke Halbbild LB als reflektierendes, polarisierendes Medium und für das rechte Halbbild RB als durchlässiges, polarisierendes Medium. Auch 0 hier stehen die Polarisationsebenen der beiden Bilder senkrecht aufeinander, allerdings in umgekehrter Weise. In diesem Fall wird das linke Halbbild LB zweimal reflektiert, so dass kein spiegelverkehrtes Bild entsteht. 5 Sendet ein Projektor zwar linear polarisiertes Licht aus, jedoch ist die Polarisationsebene nicht im richtigen Winkel gebildet, dann kann durch den Einsatz einer flächigen, nicht strukturierten LC-Zelle die Polarisationsebene durch Einstel-len der Amplitude der an die LC-Zelle angelegten 0 Wechsel-spannung die Polarisationsebene so gedreht werden, dass sie in der benötigten Ebene liegt. Alternativ kann auch eine als Retarder wirkende λ/2-Platte in einem entsprechend angepassten Winkel der Kristallachse zur Polarisationsebene verwendet werden. 5
Der Aufbau des Vorsatzes in der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht aus den gleichen Komponenten wie die Ausführungs- form nach Fig. 3, allerdings anders positioniert.When projecting onto the projection surface PF2, the beam splitter B acts as a reflecting, polarizing medium for the left field LB and as a transmissive, polarizing medium for the right field RB. Here, too, the polarization planes of the two images are perpendicular to each other, but in the opposite way. In this case, the left field LB is reflected twice, so that no mirror image is created. 5 If a projector emits linearly polarized light, but the polarization plane is not formed at the correct angle, then by using a flat, unstructured LC cell, the polarization plane can be adjusted by adjusting the amplitude of the 0 changes applied to the LC cell -voltage the polarization plane is rotated so that it lies in the required plane. Alternatively, a λ / 2 plate acting as a retarder can also be used at a correspondingly adapted angle of the crystal axis to the polarization plane. 5 The structure of the attachment in the embodiment according to FIG. 4 consists of the same components as the embodiment according to FIG. 3, but positioned differently.
Auch hier sind die Strahlenverläufe für das rechte HalbbildHere, too, are the ray profiles for the right field
RB (gestrichelt, dünn) und für das linke Halbbild LBRB (dashed, thin) and for the left field LB
(durch-gängig, dünn) und deren Polarisationsrichtungen nach(continuous, thin) and their polarization directions
Austritt aus dem Beamsplitter B analog zur Ausführungsform nach Fig. 3 verdeutlicht. Im mittleren Bereich, wo sich beide Halbbilder auf der Projektionsflache PF im Bereich 2 überlagern, entsteht das räumliche Bild. Beide Halbbilder werden je einmal reflektiert, so dass ein spiegelverkehrtes 3D Bild entsteht. Die Anforderungen an das Licht, das der Projektor aussendet, sind dieselben wie in der Ausführungs- form nach Fig. 3.Exit from the beam splitter B clarifies analogous to the embodiment of FIG. 3. In the central area, where both fields overlap on the projection surface PF in area 2, the spatial image is created. Both fields are reflected once, so that a mirror-inverted 3D image is created. The requirements for the light that the projector emits are the same as in the embodiment according to FIG. 3.
Eine Variante dieser in der Fig. 4 gezeigten Ausführungsform könnte darin bestehen, dass der Spiegel S nach unten parallel verschoben angeordnet ist, das heißt, unter der linken unteren Ecke des Beamsplitters B, und dass ein Re- tarder R angeordnet wird, wenn der Projektor 1 linear polarisiertes Licht aussendet und die Polebene im richtigen Winkel zum Beamsplitter B steht.A variant of this embodiment shown in FIG. 4 could consist in that the mirror S is arranged parallel downward shifted, that is, under the lower left corner of the beam splitter B, and that a retarder R is arranged when the projector 1 emits linearly polarized light and the pole plane is at the correct angle to beam splitter B.
Grundsätzlich gilt für alle hier aufgeführten Varianten, dass die Projektionsflache oder Projektionswand ein reflektierendes oder ein durchlässiges Medium sein kann, so dass sie für Auf- bzw. Rückprojektionen genutzt werden können. Voraussetzung hierfür ist, dass diese Medien für das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichtes nicht depolarisierend wirken oder bei einzelnen Frequenzen die Polarisationsebene verändern.In principle, it applies to all the variants listed here that the projection surface or projection wall can be a reflective or a transmissive medium, so that they can be used for front and rear projections. The prerequisite for this is that these media do not have a depolarizing effect for the entire spectrum of visible light or that they change the polarization level at individual frequencies.
Weiterhin können alle hier aufgeführten Varianten auch an Mehrstrahlpro ektionssystemen angewendet werden, um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen.
In der Ausführungsform nach Fig. 5 besteht der Vorsatz aus je einer Einheit 11, 21, 31, 41; 12, 22, 32, 42 zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht für das linke und rechte Teilbild sowie einer Einheit 21, 22 zum Übereinanderblenden der zwei Teilbilder. Dabei sind zur Vermeidung von Abbildungsfehlern die Weglängen für beide Teilbilder von gleicher Länge. Vor dem Mischen ist die Polarisationsebene des einen Teilbildes so zur Polarisationsebene des zweiten Teilbildes gedreht, dass nach dem Mischen das eine Teilbild eine zum anderen Teilbild um 90° gedrehte Polarisationsebene besitzt.Furthermore, all of the variants listed here can also be applied to multi-beam projection systems to generate a three-dimensional image. In the embodiment according to FIG. 5, the attachment consists of one unit 11, 21, 31, 41; 12, 22, 32, 42 for generating linearly polarized light for the left and right fields and a unit 21, 22 for superimposing the two fields. To avoid imaging errors, the path lengths for both fields are of the same length. Before mixing, the polarization plane of the one partial image is rotated to the polarization plane of the second partial image such that after mixing the one partial image has a polarization plane rotated by 90 ° to the other partial image.
Die Einheit 11, 21, 31, 41; 12, 22, 32, 42 zum Erzeugen des linear polarisierten Lichtes arbeitet so, dass unabhängig von Polarisationszustand des einfallenden Lichtes linear polari-siertes Licht einer definierten Lage der Polarisationsebene am Ausgang austritt. Dabei treten alle Polarisationskomponenten des Lichtes im ausfallenden Licht im gleichen Verhältnis wie beim einfallenden Licht auf (d.h., wenn 30% des Lichtes horizontal polarisiert sind bzw. 70% vertikal, dann trägt die horizontal polarisierte Komponente zu 30% und die vertikal polarisierte Komponente 70 % zur Intensität des ausgehenden Lichtes bei) . Damit können auch wellenlängenabhängig verschieden polarisiertes Licht aus- sendende Projektoren verwendet werden (z.B. typische Poly- Si-TFT-Projektoren) .The unit 11, 21, 31, 41; 12, 22, 32, 42 for generating the linearly polarized light works in such a way that, regardless of the polarization state of the incident light, linearly polarized light of a defined position of the polarization plane emerges at the output. All polarization components of the light in the incident light occur in the same ratio as in the incident light (ie, if 30% of the light is horizontally polarized or 70% vertical, then the horizontally polarized component bears 30% and the vertically polarized component 70%. to the intensity of the outgoing light). This means that projectors that emit differently polarized light depending on the wavelength can also be used (e.g. typical poly-Si TFT projectors).
Eine Einheit zum Mischen 13, 33, 34, 35 der verschieden polarisierten Teilbilder ist so angeordnet, dass die beiden senkrecht zueinander polarisierten Teilbilder exakt über- ein-andergeblendet werden (bei gleichen Parallaxewinkeln) , so dass keine weiteren Justierarbeiten nötig sind. Der Vorsatz muss lediglich parallel zum Mittelstrahl und horizontal parallel zur unteren bzw. oberen Bildkante des vom Projektor ausgesandten Lichtes und etwa mittig zur Linse aus- gerichtet sein.
Die Einheit zum Erzeugen des polarisierten Lichtes besteht aus einem Strahlteiler 11 bis 13, der das einfallende Licht in seine zwei Komponenten zerlegt. Im weiteren Strahlengang der beiden Teilstrahlen sind Spiegel und/oder Prismen 21, 22 so angeordnet, dass diese wieder übereinandergeblendet werden, wobei die Weglängen beider Teilstrahlen gleich lang sind. Im Strahlengang eines Teilstrahles ist eine optische Komponente, zum Beispiel eine λ/2-Platte 41, 42, zum Drehen der Polari-sationsebene um 90° angeordnet, so dass nach dem Überein-anderblenden der beiden Teilstrahlen linear polarisiertes Licht zur Verfügung steht, wobei Anteile verhältnismäßig erhalten bleiben. Ist die Komponente zur Drehung der Polarisationsebene bei der ansonsten symmetrisch aufgebauten Einheit für das zweite Teilbild im anderen Teil- strahl angeordnet, so ist die Polarisationsebene des ausfallenden Lichtes um 90° zu der des ersten Teilbildes gedreht .A unit for mixing 13, 33, 34, 35 of the differently polarized partial images is arranged in such a way that the two partial images polarized perpendicular to one another are superimposed on one another (with the same parallax angles), so that no further adjustment work is necessary. The attachment only has to be aligned parallel to the center beam and horizontally parallel to the lower or upper image edge of the light emitted by the projector and approximately in the center of the lens. The unit for generating the polarized light consists of a beam splitter 11 to 13, which divides the incident light into its two components. In the further beam path of the two partial beams, mirrors and / or prisms 21, 22 are arranged such that they are blended again one above the other, the path lengths of both partial beams being of equal length. An optical component, for example a λ / 2 plate 41, 42, is arranged in the beam path of a partial beam for rotating the polarization plane by 90 °, so that after the two partial beams have been superimposed, linearly polarized light is available, whereby Shares are retained proportionately. If the component for rotating the polarization plane in the otherwise symmetrically constructed unit for the second partial image is arranged in the other partial beam, the polarizing plane of the outgoing light is rotated by 90 ° to that of the first partial image.
Im weiteren Strahlengang der Teilbilder sind Spiegel 31 bis 35 so angeordnet, dass sie im Winkel von 90° in einen Strahl-teiler einfallen, der so angeordnet ist, dass die beiden Teil-bilder exakt übereinander geblendet werden, was deswegen möglich ist, weil a) die Weglänge der Strahlengänge beider Teilbilder gleich ist und b) die Polarisationsebene der Teilbilder um 90° zueinander gedreht ist. In einer Ausführungsvariante (nicht dargestellt) kann die Einheit zum Drehen der Polarisationsebenen auch entfallen.In the further beam path of the partial images, mirrors 31 to 35 are arranged in such a way that they fall into a beam splitter at an angle of 90 °, which is arranged in such a way that the two partial images are blended exactly one above the other, which is possible because a ) the path length of the beam paths of the two partial images is the same and b) the polarization plane of the partial images is rotated by 90 ° to one another. In one embodiment variant (not shown), the unit for rotating the polarization planes can also be omitted.
Die Mischeinheit kann entsprechend der Darstellung in der Fig. 6 beispielsweise aus einem halbdurchlässigen Spiegel 211, einem Spiegel 212 und einer absorbierenden Fläche 213 gebildet sein. Vorteilhaft gegenüber dem bekannten Stand der Technik ist der Umstand, dass hier nicht Voraussetzung ist, dass wie in anderen Mischverfahren, beide Teilstrahlen zu gleichen Teilen in den gemeinsamen Ausgangsstrahl eingehen.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen des Vorsatzes bzw. den dabei angewendeten Projektionsmethoden werden ent-weder beide Halbbilder spiegelverkehrt oder keines der Halbbilder spiegelverkehrt projiziert. Aufgrund der Unsy - metrie (außer Ausführungsform nach Fig. 8) bzw. dem Über- einanderlegen der nebeneinander angeordneten Halbbilder entsteht eine ungleichmäßige, entgegengesetzte Trapez-ver- zerrung.As shown in FIG. 6, the mixing unit can be formed, for example, from a semi-transparent mirror 211, a mirror 212 and an absorbent surface 213. An advantage over the known prior art is the fact that here it is not a prerequisite that, as in other mixing methods, both partial beams enter the common output beam in equal parts. In the previously described embodiments of the attachment or the projection methods used, either both fields are mirror-inverted or neither of the fields is mirror-inverted. Due to the asymmetry (except for the embodiment according to FIG. 8) or the superimposition of the fields arranged next to one another, an uneven, opposite trapezoidal distortion occurs.
Diese Trapezverzerrung kann vermieden werden, indem ein Halbbild an der Trennlinie (vertikale Spiegelebene VS) zum anderen Halbbild gespiegelt und projiziert wird (Fig. 7). Die Fig. 7a zeigt die unmanipulierte Projektion beider Halbbilder, die Fig. 7b) zeigt die Aufeinanderprojektion beider Halbbilder nahezu ohne Trapezverzerrung an der vertikalen Spiegelebene VS .This trapezoidal distortion can be avoided by mirroring and projecting a field at the dividing line (vertical mirror plane VS) to the other field (FIG. 7). FIG. 7a shows the unmanipulated projection of both fields, and FIG. 7b) shows the projection of both fields onto one another with almost no keystone distortion on the vertical mirror plane VS.
Die Spiegelung und Projektion wird zum Beispiel durch ein gleichschenkliges 90°-Prisma 5 erreicht, welches, wie in Fig. 8 verdeutlicht, in den Strahlengang eines Halbbildes eingefügt wird.The reflection and projection is achieved, for example, by an isosceles 90 ° prism 5 which, as illustrated in FIG. 8, is inserted into the beam path of a field.
Das gleichschenkelige 90°-Prisma 5 bewirkt, dass das Licht (Strahlengang SG) bei Eintritt in das Prisma 5 zur Hypote- nuse H hin gebrochen und an dieser total reflektiert wird. Dabei wird der Projektionswinkel des reflektierten Halbbildes invertiert, so dass er nahezu mit dem Projektionswinkel des anderen, nicht reflektierten Halbbildes identisch ist, was einer Übereinanderprojektion entspricht. Die Trennung beider Halbbilder wird durch unterschiedliche Polarisation erreicht, wie es in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, zum Beispiel mittels eines Polarisators P und eines λ/2-Retarders R entsprechend Fig. 8.
Bei dieser Art der Stereoprojektion muss ein Halbbild vertikal gespiegelt erzeugt worden sein, was mit gängiger Animations-software unproblematisch ist, oder durch partielle Pixelvertauschung erreicht werden kann.
The isosceles 90 ° prism 5 has the effect that the light (beam path SG) is refracted towards the hypotenuse H upon entry into the prism 5 and is totally reflected there. The projection angle of the reflected field is inverted so that it is almost identical to the projection angle of the other, non-reflected field, which corresponds to a projection on top of one another. The separation of the two fields is achieved by different polarization, as was described in the previous exemplary embodiments, for example by means of a polarizer P and a λ / 2 retarder R according to FIG. 8. With this type of stereo projection, a field must have been generated with a vertical mirror image, which is not a problem with common animation software, or can be achieved by partially interchanging pixels.
BezugsZeichenaufstellungREFERENCE NUMBERS
1 Projektor1 projector
2 Bereich2 area
3 Retardationsfilter3 retardation filters
4 Blende4 aperture
5 Prisma 1 Strahlteiler 2 Strahlteiler 3 Strahlteiler 1 Spiegel/Prismen 2 Spiegel/Prismen 1-35 Spiegel 1,42 λ/2-Platte5 prism 1 beam splitter 2 beam splitter 3 beam splitter 1 mirror / prisms 2 mirrors / prisms 1-35 mirrors 1.42 λ / 2 plate
211 Halbdurchlässiger Spiegel211 Semi-transparent mirror
212 Spiegel212 mirrors
213 Absorbierende Fläche213 Absorbent surface
PF Proj ektionsflachePF projection area
LB linkes HalbbildLB left field
RB rechtes HalbbildRB right field
S SpiegelS mirror
B Strahlteiler (BeamsplitterB Beam splitter (beam splitter
R λ/2-RetarderR λ / 2 retarders
VS Vertikale SpiegelebeneVS Vertical mirror plane
SG StrahlengangSG beam path
H Hypotenuse
H hypotenuse