3D-Polarisationssystem

Grundprinzip und Eigenschaften

Ein 3D-Polarisationssystem stellt stereoskopische 3D-Bilder dar. Dazu werden die beiden Bilder eines Stereobildpaares in entgegengesetzt polarisiertem Licht ausgestrahlt. Vor den Projektionsobjektiven sowie in der 3D-Brille sitzen passend versetzte Polarisationsfilter. Jeder Brillenfilter lässt nur die zugehörige Ansicht durch, sodass jedes Auge sein eigenes Bild erhält.

Damit die Polarisation bis zum Betrachter erhalten bleibt, ist bei Projektion eine metallisch beschichtete Leinwand nötig. Eine gewöhnliche weiße Leinwand würde das Licht zerstreuen; dadurch ginge die Kanaltrennung verloren. Die Technik liefert eine hohe Farbtreue. Nachteile sind Lichtverlust durch die Filter und die zusätzlich erforderliche metallische Leinwand.

Das Grundprinzip wird außer bei Projektionen auch bei LCDs, etwa Bildschirmen und 3D-Fernsehern, eingesetzt. In den 1950er-Jahren wurden die meisten 3D-Kinofilme in Schwarz-Weiß und Farbe mit diesem Verfahren projiziert.

Projektion und passende Brillen

Im Kino wird meist Aufprojektion verwendet: Projektor und Betrachter befinden sich auf derselben Seite der Leinwand. Die silber- oder aluminiumbeschichtete Leinwand reflektiert das polarisierte Licht. Bei Rückprojektion liegt die Leinwand zwischen Projektor und Betrachter und muss das polarisierte Licht durchlassen.

Die beiden Ansichten können durch zwei Projektoren oder Objektive zur Leinwand gelangen. Mit nur einem Projektor werden linkes und rechtes Bild abwechselnd durch einen Filter mit wechselnder Polarisation projiziert; bei RealD heißt dieser Filter Z-screen. Bei 4K-Projektoren können beide Teilbilder in 2K übereinander in einem Bild liegen und durch einen Strahlenteiler wieder getrennt werden, etwa bei Sony-4K-3D-Projektionen. Die meisten aktuellen 3D-Kinoprojektionen nutzen Polarisationstechnik.

Die Filter der Brille müssen zum Projektor passen. Verschiedene Hersteller können Filter unterschiedlich verwenden; bei unpassenden Filtern werden die Kanäle vertauscht. Es gibt lineare und zirkulare Verfahren. Sie sind nicht miteinander kompatibel. Auch innerhalb eines Verfahrens muss die Ausrichtung der Filter übereinstimmen.

Lineare Polarisation

Bei linearer Polarisation schwingt das Licht in einer durch den Filter festgelegten Ebene. Die Filter für linke und rechte Ansicht müssen um 90° gegeneinander gedreht sein, damit die Ansichten getrennt werden. Der absolute Winkel ist unwichtig, solange die Projektionsfilter und Brillenfilter dieselbe Polarisationsrichtung haben.

Als De-facto-Standard für lineare Projektion gilt die V-Stellung: Links beträgt die Stellung −45° (), rechts +45° (/). Weitere mögliche Anordnungen sind die A-Stellung sowie 0°/90° oder 90°/0°.

Der Nachteil ist die Kopfneigung: Neigt man den Kopf nach rechts oder links, verändert sich der notwendige Winkel von 90° zwischen den Filtern. Die Kanaltrennung ist dann nicht mehr vollständig; die Bilder überlagern sich als Übersprechen oder Ghosting. Lineare Polarisation wird bei iZ3D-Monitoren und in IMAX-Kinos verwendet.

Zirkulare Polarisation

Bei zirkularer Polarisation besitzen zwei senkrecht zueinander stehende linear polarisierte Anteile gleiche Amplitude und eine Phasendifferenz. Der räumliche und zeitliche Verlauf lässt sich als Schraube mit Links- oder Rechtsgewinde vorstellen. Sie entsteht gewöhnlich in zwei Schritten: Unpolarisiertes Licht wird zunächst linear polarisiert und dann durch einen Lambda/4- beziehungsweise λ/4-Verzögerungsfilter in Drehung versetzt. Dieser Filter muss genau 45° zur linearen Polarisation stehen. Seine Anordnung bestimmt die Links- oder Rechtsdrehung.

Eine passende zirkulare Brille trennt die Ansichten: Ein rechtsdrehender Filter blockiert linksdrehendes Licht und umgekehrt. Auch der lineare Anteil der Zirkularfilter muss bei Projektions- und Brillenfolien übereinstimmen. Andernfalls können bei starken Kontrasten Farbverschiebungen auftreten: Schwarz erscheint dunkelblau bis lila, Weiß gelblich. Für die Bildtrennung ist es möglich, dass die Linearanteile links und rechts gleich ausgerichtet sind. Üblich sind bei RealD 0°/0°; die originale Polaroid-Zirkularbrille hat 90°/0°.

Zirkular polarisierte 3D-Monitore polarisieren abwechselnde Zeilen unterschiedlich: Gerade Zeilen sind linksdrehend, ungerade rechtsdrehend. Für S3D werden linke und rechte Bildinformationen verschachtelt (Interleaving); dadurch halbiert sich die vertikale Bildauflösung. Der wesentliche Vorteil gegenüber linearer Polarisation ist, dass eine Kopfneigung kein Ghosting verursacht. Die meisten Kinos mit Polarisationsverfahren verwenden heute zirkulare Polarisation und RealD-Einwegbrillen aus Kunststoff.

Die Doppelfilter funktionieren nur in der richtigen Richtung: Beim Projektorlicht muss zuerst der lineare Polfilter durchdrungen werden. In der Brille muss zuerst der λ/4-Filter liegen, während der lineare Anteil zu den Augen zeigt. Bei umgekehrtem Einbau funktioniert die Filterung nicht.