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3D Bildschirme

Ein 3D-tauglicher Bildschirm muss in der Lage sein, zwei unterschiedliche Bildabläufe zugleich zu zeigen. Dabei muss unbedingt sichergestellt werden, dass das linke Auge des Betrachters immer nur das für dieses Auge vorgesehene Bild zu sehen bekommt, das rechte Auge nur das andere. Ein perfektes Einhalten dieser Kanaltrennung ist Voraussetzung für das Erzielen eines störungsfreien Räumlichkeitseindrucks - und eine nicht unbeträchtliche technische Herausforderung. Hier sehen Sie drei verschiedene Methoden und deren Eigenheiten. Präzise Antworten auf verschiedene Detailfragen finden Sie auf unserer Seite Fragen/Antworten.

Shutter

Nach diesem System arbeitende Bildschirme sind die einzigen, die im konventionellen 2D-Betrieb ohne irgendeine Einschränkung in der Bildqualität arbeiten. Bildschirme, die dieses auch "Frame-Sequential" genannte Verfahren beherrschen, sind in Europa seit Frühjahr 2010 im Handel.  



Der Grund dafür liegt im Wesentlichen darin, dass diese Bildschirme genau gleich wie konventionelle 2D-Bildschirme arbeiten - nur doppelt so schnell. In der Zeit, in der bisher die 24 Einzelbilder einer Sekunde Kinofilm gezeigt wurden, sind es nun 48, immer abwechselnd für das linke und das rechte Auge. So wird die Informationsdichte gegenüber einem 2D Programm verdoppelt - das kann kein anderes 3D-Verfahren.   

Die notwendige Kanaltrennung für den Zuschauer wird erreicht indem dieser eine mit LCD-Scheiben bestückte Brille trägt. Diese "Shutter" öffnen und schliessen sich abwechselnd und im Rhythmus des Bildwechsels und geben immer nur das Auge frei, für das in diesem Moment ein Bild erscheint. Im menschlichen Sehapparat verschmelzen diese beiden Bilder zu einem gemeinsamen, räumlichen Bildeindruck. Die Synchronisation der Brille mit dem Bildwechsel wird über einen vom Bildschirm ausgesendeten Infrarotstrahl oder über eine Funkstrecke gewährleistet. Die Stromversorgung des Empfängers wie auch der LCDs kommt von einer kleinen, in der Brille eingebauten Batterie.

Dieses auch als "frame-sequential" bezeichnete Verfahren bringt keinerlei Einschränkung in der Bildauflösung mit sich, es hat kaum Einfluss auf die Farbtreue und es bewirkt keinerlei Einschränkung des nutzbaren Betrachtungswinkels. Man könnte es theoretisch mit jedem Bildschirm realisieren, der einen genügend raschen Bildwechsel zulässt. Warum man es dennoch ausschliesslich mit speziell dafür optimierten Bildschirmen realisiert, verdeutlichen die folgenden Grafiken. 


Flachbildschirme lassen ein Bild (grün) immer noch einen Moment lang "ausklingen", auch wenn schon das nächste (blau) gezeigt wird. Das ist normal und stört im 2D Betrieb nicht. Doch bei 3D ist eine jederzeit perfekte Kanaltrennung oberstes Gebot und jedes Überlappen (rot) würde den 3D Eindruck durch unerwünschte "Geisterbilder" massiv beeinträchtigen. 
   

Für 3D optimierte Plasma-Bildschirme vermeiden dieses "Ghosting", indem sie die Lichtenergie zu Beginn erhöhen und sie dafür etwas schneller abklingen lassen, damit mit Sicherheit kein Übersprechen eintreten kann. Ihre äusserst kurze Reaktionszeit von typischerweise 0,001 ms macht sie dafür besonders gut geeignet. 

Bei LCD-Bildschirmen wählt man für 3D neueste Modelle mit besonders kurzen Reaktionszeiten. Diese enthalten darüber hinaus spezielle Schaltungen, die dafür sorgen sollen, dass das Bild für Links mit Sicherheit vollkommen abgeklungen ist wenn das für Rechts erscheint. Zu den hier möglichen Massnahmen zählen etwas das Einfügen eines Schwarzbildes oder auch eine getaktete LED-Hinterleuchtung. Mit welcher Schaltungsrafinesse und mit welchem Perfektionsgrad dies erreicht wird, ist von Hersteller zu Hersteller verschieden.  




Auch die Öffnungs- und Schliess-Charakteristik der LCDs in den "Shutter"-Brillen wird auf die Eigenheiten des Bildschirmes abgestimmt. Diese sind von Hersteller zu Hersteller leicht unterschiedlich, sodass es sich unbedingt empfiehlt, nur die Brillen des jeweiligen Bildschirmherstellers zu verwenden. So ist ein optimaler Bildeindruck sichergestellt. Um eine gewisse Vereinheitlichung zu erreichen, aber sich jedoch Panasonic, Samsung, Sony und Xpand 3D darauf geeinigt, einen gemeinsamen Übertragungsstandard zwischen bildschirm und Brille einzuführen, damit die Brillen zumindest zwischen Geräten dieser Hersteller austauschbar werden. An der Consumer Electronics Show 2012 in Las Vegas wurden die ersten Brillen nach diesem firmenübergreifenden Standard vorgestellt. Die sollen mit sämtlichen Bildschirmen des Jahrganges 2012 funktionieren. Die "Full HD 3D Glasses"-Initiative lizenziert sowohl Brillen, die mit Funktechnik arbeiten, als auch Modelle, die per Infarot gesteuert werden. Dementsprechend gibt es zwei Varianten des Logos: "Full HD 3D RF" und "Full HD 3D IR".

 



Shutterbrillen sind so gestaltet, dass sie auch von Kindern und auch über Korrekturbrillen getragen werden können. Sie enthalten die Elektronik zum Öffnen und Schliessen der LCDs sowie einen Infrarot-Empfänger, der die vom Bildschirm ausgesandten Synchronisationsinformationen aufnimmt. Je nach Fabrikat wird die Synchronisation auch per Funk hergestellt, was dem betrachter einen grösseren Bewegungsspielraum einräumt. Die Stromversorgung wird von einer integrierten Mini-Batterie übernommen. Je nach Hersteller und Modell kommen hier häufig wiederaufladbare Batterien zum Einsatz.

 

Polarisation

Solche Bildschirme zeigen die Bilder für links und rechts ineinander verschachtelt ("interlaced"). Die ungeradzahligen Zeilen enthalten das Bild für das linke Auge, die geradzahligen das für rechts. 




Die notwendige Kanaltrennung wird durch eine spezielle Filterfolie erreicht, die den gesamten Bildschirm bedeckt. Sie bewirkt, dass das austretende Licht polarisiert wird, Die Lichtwellen der geradzahligen Zeilen werden gegenüber den ungeradzahligen entgegengesetzt polarisiert, eine mit entsprechend eingestellten Polarisationsfiltern bestückte Brille sorgt dafür, dass die beiden Auigen des Betrachters jeweils nur das für sie vorgesehene Bild zu sehen bekommen. Es liegt auf der Hand, dass an die Präzision dieser Filterfolie sowie an die Genauigkeit ihrer Positionierung hohe Anforderungen gestellt werden. Wichtige Basis-Technollogien für deren Herstellung kommen aus der Schweiz. Dass bei diesem Verfahren die Vertikalauflösung des Bildes nur die Hälfte eines 2D Bildes beträgt, fällt in der Praxis kaum ins Gewicht und wird von den vielen Vorteilen in der Regel meist aufgewogen.  



Es muss beachtet werden, dass im 3D Betrieb der nutzbare Betrachtungswinkel in der Vertikalen eingeengt ist. Der 3D-Eindruck geht auch verloren, wenn der Betrachter den Kopf stark zur Seite neigt. Positiv fällt bei diesem Verfahren jedoch ins Gewicht, dass die Polarisationsbrillen sehr preisgünstig und leicht sind, dass sie keine Elektronik und keine Batterien enthalten. Es gibt sogar federleichte Vorhänger für Korrekturbrillen. Weil die beiden Bilder für links und rechts zugleich gezeigt werden, tritt kein Flimmern auf, ausserdem nehmen die Polarisationsbrillen nur und dass die Brillen nur sehr wenig Bildhelligkeit weg. Schliesslich muss auch darauf hingewiesen werden, dass  das Polarisationsverfahren auch mit sehr einfachen und entsprechend preisgünstigen Bildschirmen funktioniert.

Ohne Brille

Auf "autostereoskopischen" Bildschirmen kann man 3D Bilder ohne Brille sehen. Vor dem Bildschirm befindet sich ein System von Mikrolinsen mit dem die Teilbilder für das linke und das rechte Auge so abgelenkt werden, dass sie in einem bestimmten Abstand und genau in der Mitte vor dem Bildschirm von einem einzigen Betrachter separat wahrgenommen werden können. Sobald der Betrachter sich auch nur um wenige Zentimeter von diesem "Sweet Spot" entfernt, geht der 3D Bildeindruck verloren. 



Wegen der deutlich eingeschränkten Bewegungsfreiheit des Betrachters kommen autostereoskopische Bildschirme hauptsächlich zum Einsatz wo erwartet werden kann, dass sich der Betrachter vor dem Bildschirm kaum bewegt. Dazu zählen wissenschaftliche Anwendungen, etwa in der Operationsmedizin, aber auch 3D Videospiele, Laptop-Computer, Smartphones, Tablets und dergleichen. 


 

Mit Hilfe eines weiter entwickelten Linsensystems kann man auch mehrere "Sehzonen" zugleich bedienen. Allerdings müssen auch diese zusätzlichen Betrachter ihre Position recht genau einhalten. Doch immerhin können auf diese Weise mehrere Menschen zugleich die 3D Bilder sehen. Alternativ stehen einem einzelnen Betrachter mehrere Positionen vor dem Bildschirm zur Wahl. Geräte nach diesem Prinzip kommen unter Umständen auch fürs Wohnzimmen in Betracht. Dort sind 9 Sehzonen üblich. Zu beachten ist, dass sich die Gesamtaufklösung des Bildschirmes auf die einzelnen Sehzonen verteilt. Damit nun für jede der 9 Sehzonen ausreichend Bildschärfe übrig bleibt, zieht man Bildschirme mit vierfacher "Full-HD"-Auflösung (3840x2160 Bildpunkte) heran. Das bringt einen angenehmen Nebeneffekt mit sich: Dank seiner 8 Megapixel Auflösung kann man auf einem solchen Gerät die Bilder von digitalen Fotokameras mit einem nie gesehenen, umwerfenden Detailreichtum betrachten.

Wie die Entwicklung weitergehen könnte,skizziert Bill Foster in einem Artikel vom November 2012 (englisch): http://www.dvd-intelligence.com/display-article.php?article=1826

3D Brille

Für mobilen Einsatz, zum Beispiel mit iPod oder iPhone, gibt es 3D Brillen. Deren eingebaute LCDs simulieren einen etwa 2 Meter entfernten Bildschirm mit einer Diagonale von 115 Zentimetern. Allerdings beträgt die Auflösung der bisher erhältlichen Geräte nur 640 x 480 Bildpunkte.





Bedeutend bessere Bildqualität bietet dieses "Kopfkino". Dank zweier OLED-Bildschirme kommt es auf die HD-Auflösung von 1280x720 Bildpunkten und es erreicht hervorragende Werte bezüglich Helligkeit sowie Schnelligkeit der Bildwechsel.