Optische Technologie: Die dritte Dimension zum Mitnehmen

Im Kino hat sich die 3-D-Technologie mit Polarisationsbrillen durchgesetzt. Wer auf die Brille verzichten will, kann auch heute schon unter vielen großflächigen 3-D-Fernsehern wählen. Allein hohe Preise und mangelnde Filmangebote schrecken viele Kunden ab. Dynamischer entwickelt sich „3D“ dagegen im Markt der Spielekonsolen. Mit einer neuen Technik für kleine Displays wollen Entwickler aus Kalifornien das dreidimensionale Sehen in diesem Segment weiter verbessern. Wie sie im Fachblatt „Nature“ berichten, seien mit ihrem Verfahren bewegte Sequenzen selbst aus verschiedenen Blickwinkeln und -abständen ohne Störungen sichtbar.

„Unsere brillenlose 3-D-Technologie mit kleinen Pixeln und weitem Sichtbereich ist gerade für mobile Anwendungen interessant“, sagt David Fattal vom Forschungszentrum von Hewlett-Packard in Palo Alto. Denn bei bereits verfügbaren Displays schwankt die Qualität der räumlichen Bilder stark, wenn der Betrachter den Kopf dreht oder den Blickabstand verändert. Um das Problem zu lösen, konstruierten die Forscher ein Display mit geschickt angeordneten Lichtleitern für die Hintergrundbeleuchtung und einem elektronisch regelbaren Areal aus winzigen und schnell schaltbaren Beugungsgittern auf der Basis von Flüssigkristallen. Mit beiden Modulen erreichten sie eine Bildauflösung von 50 Pixeln pro Zentimeter bei bis zu 30 Bildern pro Sekunde. Betrachter können sowohl den Abstand als auch den Winkel zwischen Display und Augen beliebig verändern, ohne dass es Einbußen bei der 3-D-Bildqualität gibt.

© Albert Jeans

Das Grundprinzip dreidimensionaler Darstellungen ist stets dasselbe. In das rechte und linke Auge müssen zwei unterschiedliche, voneinander versetzte Varianten eines Bildes treffen. Optimiert auf den waagerechten Augenabstand von gut sechs Zentimetern verarbeitet das Gehirn diese beiden Perspektiven zu einem dreidimensionalen Gesamtbild. Das Ziel von Displayforscher Fattal war nun, unabhängig von Abstand und Blickwinkel immer ein zueinanderpassendes Bildpaar für den fehlerfreien 3–D-Eindruck zu erzeugen. Das gelang mit einer durchsichtigen Schicht, auf der die Forscher gut eine halbe Million Flüssigkristall-Pixel anordneten. Diese Beugungspixel lenken eine Vielzahl von Bildvarianten zum Betrachter, in dessen Augen so immer ein exakt zueinanderpassendes Bildpaar fällt.

Der erste Prototyp ermöglichte es einem Betrachter, sich innerhalb eines Winkels von 90 Grad und bis zu einem Meter vom Display entfernt frei zu bewegen. Die Forscher wollen die Technik weiter verbessern, um den Blickwinkel für fehlerfreie 3-D-Bilder zu erweitern. Theoretisch sei sogar der komplette Halbraum von 180 Grad möglich, sagt Fattal. Auch die Auflösung des Displays will er mit einer besseren Steuerung der Beugungspixel erhöhen. Damit könnten diese Displays sehr nahe an die Qualität von Hologrammen heranreichen, die ebenfalls von allein Seiten betrachtet dreidimensional erscheinen. Bisher ist dieses Verfahren aber vorrangig auf Standbilder beschränkt und kaum für Videos geeignet.

Bis die neuartigen 3-D-Displays in erste Smartphones oder Spielekonsolen eingebaut werden könnten, müssen die Entwickler aber noch einige Hürden überwinden. Nicht zuletzt muss noch eine entsprechende Fertigung konzipiert werden, um die Bildschirme für die dritte Dimension in großen Stückzahlen und zu günstigen Preise herstellen zu können.