News vom 01.10.2003

Die Nutzung von Zellophan zur Realisierung dreidimensional wirkender Darstellungen an Kiosksystemen

Professor Keigo Iizuka von dem Department of Electrical & Computer Engineering der Universität von Toronto hat im Rahmen seiner Forschungen herausgefunden, dass sich zweidimensionale LCD-Displays mittels einer konventionellen, einfachen und preiswerten Zellophan-Folie in 3D-Displays umwandeln lassen.

Auch wenn es gelungen ist, zweidimensionale LCD-Displays auf relativ einfache Art und Weise mittels einer Zellophan-Folie in 3D-Displays zu transformieren, so stellt sich die Darstellung des technischen Hintergrundes insbesondere für den technisch nicht sonderlich Interessierten Leser komplizierter dar. Aus diesem Grunde soll im folgenden Abschnitt das notwendige Basiswissen auch für den technischen Laien dargelegt werden, bevor im darauf folgenden Abschnitt die Fokussierung auch technischen Details erfolgt.

Einführung

Iizuka zeigt mit seinen Forschungsergebnissen eine neue, preiswerte, stereoskopische Technik zur Erzeugung von dreidimensionalen Darstellungen bzw. Bildern mittels Zellophan und LCD-Bildschirm auf. Stereoskopie erfordert eine unabhängige Manipulierung der jeweils vom linken und rechten Auge des Betrachters wahrgenommenen Bilder. Diese Technik basiert primär auf zwei Tatsachen: Die erste Tatsache liegt darin begründet, dass es sich bei dem Licht des LCD-Bildschirms um polarisiertes Licht handelt und die Übertragung dieses Lichtes sich einfach mit einer Polarisationsschicht manipulieren lässt. Die zweite Tatsache besteht darin, dass sich die Richtung des polarisierten Lichtes durch Zellophan-Folie ändern lässt. Die Richtung der Polarisierung der einen Hälfte des Bildschirmes wurde durch auf diese Bildschirmhälfte aufgeklebtes Zellophan gedreht. Die zwei Bilder, die mit orthogonaler Polarisation auf den zwei Hälften des Schirmes angezeigt werde, ließen sich sich trennen, indem eine Spezialbrille mit orthogonaler Polarisation aufgesetzt wurde.

Ein unbestreitbarer Vorteil dieser Technik besteht den Forschungsergebnissen zufolge in der Einfachheit seiner Anwendung. So lässt sich ein klassisches zweidimensionales LCD-Display bereits mit minimalem Wissen von Optik in ein 3D-Display umwandeln. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Technik liegt darin begründet, dass sich die Notwendigkeit des Beobachters beseitigen lässt, spezielle Brillengläser zu tragen, indem dem LCD-Displays quasi eine Brille aufgesetzt wird. Dieses ist bei typischen Einsatzszenarien am Computer oder an einem Kiosksystem möglich, weil in diesen Einsatzszenarien üblicherweise nur ein Nutzer das System bedient und die relative Position der Augen des Betrachters und des LCD-Bildschirmes eine gewisse Konstanz respektive Fixierung aufweisen. Auch ist Iizuka der Nachweis gelungen, dass preiswertes Zellophan eine bessere Eignung zur Drehung der Polarisation weißen Lichtes aufweist, als teure kommerzielle Folien.

Technisches Basiswissen

Eine der wichtigsten Funktionen und Eigenschaften einer Folie besteht in der Fähigkeit, die Richtung der Polarisation des übertragenen Lichtes zu drehen. Das Forschungsteam um Iizuka fand heraus, dass die Fähigkeit von Zellophan die Richtung polarisierten weißen Lichtes zu drehen bei einer spezifischen Wellenlänge besser war, als diejenige kommerziell erhältlicher Folien. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Zellophan sehr preiswert zu erwerben ist. Bevor die Rolle einer Folie zur Erzeugung von 3D-Bildern beschrieben wird, sollen nachfolgend einige grundlegende stereoskopische Prinzipien erläutert werden.

Polarisiertes Licht wird nicht nur genutzt, weil unsere Augen gegenüber der Polarisation heller Lichtwellen unempfindlich sind, sondern auch, weil der Weg des polarisierten Lichtes selektiv über einen Polarisationsfilter blockiert oder freigegeben werden kann. Wenn die Übertragungsachse des Polarisators parallel zur Polarisationsrichtung des beteiligten Lichtes ist, passiert das Licht den Polarisator mit minimaler Verminderung. Andererseits, wenn sie zueinander senkrecht sind, wird das Licht durch den Polarisator absorbiert und nicht übertragen.

Jetzt können wir Nutzen aus der Tatsache ziehen, dass das vom LCD-Bildschirm ausgehende Licht linear polarisiert wird. Das Licht vom LCD-Bildschirm wird deswegen linear polarisiert, weil die Oberfläche des Bildschirmes durch eine Polarisationsschicht als eines der notwendigen Teile eines LCD-Displays geschützt wird.

Die Erzeugung von 3D-Bildern

Die auf eine Hälfte eines LCD-Displays aufgeklebte Zellophan-Folie erzeugt zwischen der x- und y-Komponente des elektrischen Feldes eine Phasenverschiebung von 180 Grad und dreht somit die Polarisationsebene des ausgesendeten Lichtes um 90 Grad. Somit übernimmt die Zellophan-Folie die Funktion der sonst notwendigen Lambda/2-Beschichtung des Displays.

Indem der Betrachter eine Polarisationsbrille trägt, deren Gläser jeweils eine um 90 Grad verschiedene Polarisation aufweisen, sieht das linke Auge lediglich das Licht der linken Hälfte des LCD-Displays, wohingegen das rechte Auge lediglich das Licht der rechten Hälfte des Bildschirmes wahrnimmt. Im Gehirn werden schließlich beide Bildhälften zusammengesetzt, wodurch der Eindruck eines dreidimensionalen Bildes entsteht.

Schlussfolgerungen und Perspektiven für den Einsatz in Kiosksystemen

Die Nutzung von Zellophan-Folien zur Konvertierung von zweideimensionalen Ansichten hin zu dreidimensionalen Bildern könnte zukünftig dazu beitragen, in gewissen Nischen die Nutzung dreidimensional wirkender Ausgabemedien voranzutreiben. Als solche Einsatzbereiche, in denen Kiosksysteme zum Einsatz gelangen, lassen sich insbesondere die Bereiche Spiele und Medizin sowie die Wissenschaft im Allgemeinen nennen.

Die Realisierung des Breiteneinsatzes von dreidimensionalen Ausgabemedien wird sich durch diese Innovation jedoch nicht umsetzen lassen, da der Durchschnittsnutzer weder über eine Polarisationsbrille verfügt, noch eine Polarisationsbrille extra bei sich trägt, um eine Kiosk-Applikation zu bedienen.

Dr. Lars Fischer