3M entwickelt Folie Dreidimensionale Bilder ohne Brille

Folgt man den Wünschen der Marketingmanager, so wird die 3-D-Technologie - im Kino bekannt geworden mit Klassik-Grusel wie dem „Weißen Hai III“ bis zum modernen Märchen „Avatar“, künftig ihren Erfolgsweg in die privaten Haushalte fortsetzen. Auch das Fernsehen in 3-D könnte bald Wirklichkeit werden.

Die Sache freilich hat einen Haken: Ohne Brille auf der Nase funktioniert 3-D in der Regel nicht. Geht es nach den Vorstellungen des amerikanischen Unternehmens 3M mit Sitz in Minneapolis, dann gehört die störende Brille auch bei kleineren Displays von einigen Zoll Durchmesser bald der Vergangenheit an.

Die plastische Wirkung entsteht im Kino nicht anders als in der Natur. Dort betrachten unsere Augen die Welt aus leicht verschobener Perspektive. Das Gehirn verarbeitet von beiden Augen getrennt eingefangene optische Information zu nur einem Bild mit optischer Tiefe. Auch im Kino werden zwei etwas unterschiedliche Bilder entweder gleichzeitig oder sequentiell die Leinwand projiziert. Der Betrachter bekommt die passende Brille auf die Nase, welche die von der Leinwand zurückgeworfene Information wieder trennt und auf beide Augen verteilt. Die Gläser der Brille sind dazu mit Polarisationsfiltern oder mit LCD-Blenden bestückt. Während die Brillen gleichsam passiv wirken, versuchen es die 3M-Ingenieure mit aktiver Lichtlenkung.

„Alte Hasen“ bei der Entwicklung und Herstellung mikrostrukturierter Folien

Der Wissenschaftler in Minneapolis - gleichsam „alte Hasen“ bei der Entwicklung und Herstellung mikrostrukturierter Folien zur Lichtlenkung - haben dazu ein neuartiges optisches Element erdacht, das in Handhelds vom Mobiltelefon bis zum kleinen Netbook dreidimensionale Darstellungen ermöglicht und das autostereoskopisch, also ohne zusätzliche Hilfsmittel wie eine spezielle 3-D-Brille. Dabei nahm man sich bei 3M die aus der Mode gekommenen 3-D-Postkarten zum Vorbild, jene Postkartenmotive, die - aus dem richtige Blickwinkel wahrgenommen - eine dritte Dimension erahnen lassen. Die neuartige Folie von 3M ist freilich ungleich perfekter.

Die optische Folie ist gerade einmal 160 Mikrometer (0,16 Millimeter) dick und aufwendig strukturiert. An ihrer Oberseite sind winzige Linsen aufgeprägt und auf der Unterseite kleine Prismen, die das Licht abhängig von der Beleuchtungsrichtung aufspalten und damit einen räumlichen Effekt bewirken. Die optische Struktur muss dazu auf die Eigenschaften des jeweiligen Displays wie Größe, Betrachtungs- oder Pixelabstand zugeschnitten werden. Bei den Erstlingswerken betragen Linsen- und Prismenabstand etwa 30 Mikrometer, wobei Linsen- und Prismenabstand um einige Nanometer (millionstel Millimeter) differieren. Zum Vergleich: Das Kopfhaar eines Menschen ist durchschnittlich 80 Mikrometer dick. Die Folie wird nicht einfach aufgeklebt, sondern in die Backlight-Konstruktion der Displays integriert.

Abwechselnd auf beide Augen lenken

Die dreidimensionale Wirkung lässt sich leider nicht mit jedem beliebigen Monitor realisieren. Der muss mit einer speziellen Beleuchtung bestückt sein, bei der die LEDs links und rechts am Rand sitzen und sich unabhängig ansteuern lassen. Um eine dreidimensionale Wirkung zu erreichen, wird die Bildinformation abwechselnd auf beide Augen gelenkt, indem man die beiden LED-Gruppen abwechselnd ein- und ausschaltet. Eine Lichtleiterfolie lenkt das Licht unter das Prismenfeld und koppelt es dorthin aus. Die optische Struktur bewirkt, dass LED-Licht von links nur auf das linke das Licht von rechts auf das rechte Auge trifft. Die optische und zeitliche Trennung liefert den Augen Bilder aus zwei Perspektiven.

Voraussetzung für ein sauberes dreidimensionales Bild ist die saubere Trennung der Links-rechts-Bildinformation. Das scheint gut zu funktionieren. Das sogenannte Übersprechen zwischen den beiden optischen Kanälen soll deutlich unter zehn Prozent liegen, voraussetzt, der Betrachter hat den richtigen Abstand und den passenden Blickwinkel.

Dazu muss er möglichst senkrecht mit einem typischen Abstand von 30 bis 40 Zentimeter aufs Display blicken. Liegt er daneben, sieht er nur mehr zweidimensional. Das bedeutet auch, dass es optimalen 3-D-Genuss nur für einen Betrachter gibt, für den mobilen Einsatz aber eine wohl tolerable Einschränkung. Da es sich um eine Technik für kleinere Displays im Handy, auf dem Handheld, oder im Auto handelt, sind keine aufwendig hergestellten 3-D-Filme à la Imax nötig. Aber natürlich muss durch Softwarealgorithmen die Information individuell fürs linke/rechte Auge aufbereitet werden. Geschieht das nicht, funktioniert die Konstruktion ganz normal in 2-D weiter.

Eine flüssige Darstellung ist garantiert

Die Links-rechts-Bildinformationen werden vom Display mit einer Frequenz von 120 Hertz abgestrahlt, beide Teilbilder kommen dann jeweils auf 60 Hertz, so dass eine flüssige Darstellung garantiert ist - und das bei voller Auflösung, wie 3M stolz erklärt. Die Bildinformation in der Flüssigkristallschicht muss mit der LED-Frequenz synchronisiert sein. Die Produktion in größerem Stil ist offenbar schon angelaufen. Ein erstes Produkt soll bald auch in deutschen Fachmärkten zu haben sein. Über den Auftraggeber schweigt 3M. Ziel des Unternehmens ist der mobile Massenmarkt mit kleineren und mittelgroßen Displays, den man wegen der - bei steigenden Stückzahlen - überschaubaren Zusatzkosten rasch aufzurollen hofft.

Anerkennung kommt auch von unabhängiger Seite. So lobt Ulrich Leiner vom Berliner Heinrich-Hertz-Institut der Fraunhofer Gesellschaft das brillante Stereobild der Prototypen. In Berlin arbeitet man derweil zusammen mit Industriepartnern wie dem Unternehmen Tridelity in Sankt Georgen im Schwarzwald an der Entwicklung großformatiger 3-D-Monitore, die 3-D-Genuss ohne Brille liefern. Die technischen Konzepte ähneln denen von 3M. Mit optischen Hilfsmitteln im Display werden Pixelflächen so verteilt, dass bei bestimmten Betrachtungswinkeln und Abständen ein dreidimensionales Bild entsteht. „Methode Lattenzaun“ nennt Ulrich Leiner das Prinzip, bei dem die beiden Augen unabhängig gleichsam durch zwei Lücken schauen.

Was Betrachtungsabstände und -winkel angeht, haben die bis zu 15 000 Euro teuren Displays demnach vergleichbare Einschränkungen. Allerdings können mehrere Menschen in den sogenannten View-Zonen gleichzeitig in den Genuss einer dreidimensionalen Darstellung kommen. Um den Preis allerdings einer entsprechend verringerten Auflösung, schließlich müssen dazu die Pixel auf mehrere Betrachter verteilt werden. In Berlin arbeitet man deshalb an einer Technik, welche einmal die Bildinhalte den Augen nachführen soll. Gewiss hat man mit derlei Geräten nicht den Massenmarkt im Blick, sondern sieht in Entwicklungs- und Konstruktionsabteilungen oder der medizinischen Forschung auf absehbare Zeit die wichtigsten potentiellen Abnehmer.