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Leistungskurs baut auch ein 3D-Kino, nur besser

Na Nu? Warum ist denn das Bild so verschwommen? 3DKino-2021-1

 

Diese Frage hätte man sich Stellen können, wenn man am 30. November 2021 den Raum des Physikleistungskurses PH2 des 13. Jahrgangs besucht und auf eine mit Alufolie ausgekleidete Leinwand geblickt hätte. Aber keine Angst. Diesmal liegt es nicht daran, dass auf dem Weihnachtsmarkt das ein oder andere Glas Glühwein zu viel geflossen ist. Alles was fehlt, ist die richtige Brille und schon hat man den Durchblick.

Schon im vergangenen Januar hat der Grundkurs Physik erfolgreich ein eigenes 3D-Kino entworfen, wozu ebenfalls ein Artikel auf unserer Homepage zu finden ist. Das konnte der Leistungskurs natürlich nicht auf sich sitzen lassen und zog daher in der vergangenen Woche nach. Thematisch lässt sich der Bau eines solchen Kinos in das Thema „Polarisation von Lichtwellen“ einordnen, zu welchem ihr im folgenden Informationstext noch mehr erfahren könnt.

Wie baut man denn nun so ein 3D-Kino?

Zunächst muss man verstehen, warum wir Menschen überhaupt in der Lage sind, dreidimensional zu sehen, also warum wir eine so genannte Tiefenwahrnehmung besitzen. Dies lässt sich mit Hilfe unseres Augenabstands erklären. Betrachten wir einen Gegenstand, so fallen von ihm ausgehend reflektierte Lichtwellen in unsere Augen, aus denen das Gehirn zunächst zwei verschiedene Einzelbilder erstellen kann. Aufgrund unseres Augenabstandes sind diese Einzelbilder leicht versetzt, wir sehen also mit dem linken Auge ein anderes Bild als mit dem rechten Auge. Das Gehirn ist nun in der Lage die beiden Einzelbilder zu einem scharfen Bild übereinanderzulegen, wobei der so genannte Tiefeneffekt entsteht.

Will man also Bilder mit Tiefeneffekt erzeugen, so benötigt man zunächst zwei übereinanderliegende, leicht versetzte Einzelbilder des gleichen Motivs. Der Versatz sollte dabei so gewählt sein, dass er in etwa dem Augenabstand eines Menschen entspricht, damit das Gehirn leichter auf diese Täuschung hereinfällt. Mit Hilfe zweier Projektoren und einer geeigneten reflektierenden Oberfläche wie Alufolie kann man diese zwei Einzelbilder nun übereinanderlegen und erhält ein überlagertes Gesamtbild... was jedoch ziemlich verschwommen ist. Ist ja auch kein Wunder, da nun beide unserer Augen auch beide Bilder sehen können. Jedoch müsste für die Tiefenwahrnehmung jedes Auge nur ein Bild wahrnehmen, aber wie bekommt man das hin?

azu gibt es verschiedene Möglichkeiten. Als erstes Stichwort wäre das Rot-Cyan-Verfahren zu nennen, bei dem eines der Bilder in Rot, dass andere in Cyan eingefärbt wird. Eine entsprechende Rot-Cyan-Brille fungiert als Farbfilter, wodurch jedes Auge nur eines der beiden Bilder wahrnimmt, welche das Gehirn zu einem scharfen Einzelbild zusammensetzt, wodurch eine Tiefenwahrnehmung entsteht. Weil dieses Verfahren jedoch keine Farbrichtigkeit von Bildern gewährleistet und es sich hierbei auch nicht um Polarisation handelt, war es uns als Leistungskurs natürlich zu anspruchslos, weshalb wir zu härteren Mitteln griffen:

Polarisationsfiltern.3DKino-2021-2

Licht breitet sich in Form einer Welle aus, die in alle Richtungen des Raumes hin und her schwingt. Mit Hilfe von Polarisationsfiltern ist es jedoch möglich, nur eine bestimmte Schwingungsrichtung herauszufiltern, sodass das Licht nur noch in eine Richtung hin und her schwingt. Bringt man einen solchen Filter vor einem der Projektoren an, trifft nun polarisiertes Licht auf die Leinwand und wird von dort aus in unser Auge reflektiert. Damit auch wirklich nur dieses polarisierte Licht auf unsere Netzhaut trifft, bringt man vor dem Auge einen weiteren Polarisationsfilter in Form einer Brille an. Um nun zu gewährleisten, dass beide Augen unterschiedliche Bilder wahrnehmen, verwendet man zwei verschiedene Polarisationsfilter für beide Augen, deren Polarisationsrichtungen senkrecht zueinanderstehen. Auch die beiden Polarisationsfilter vor den Projektoren müssen daher selbstverständlich senkrecht zueinander ausgerichtet sein. So kann gewährleistet werden, dass jedes Auge nur eines der Einzelbilder wahrnimmt, welche das Gehirn zu einem scharfen Gesamtbild zusammensetzen kann und ein Tiefeneffekt entsteht.

Alles könnte nun perfekt sein, wäre da nicht dieses kleine Manko, dass sobald man den Kopf leicht neigt, der Effekt schwächer wird und man wieder zwei überlagerte, verschwommene Einzelbilder zu Gesicht bekommt. Doch wir wären ja kein Leistungskurs, hätten wir nicht dafür auch die passende Lösung parat. Zusätzlich zu den bisher verwendeten linearen Polarisationsfiltern kommen nun die zirkularen Polarisationsfilter, mit denen das Licht nun nicht mehr nur gerade, sondern auch kreisförmig polarisiert wird. Dadurch können wir den Kopf nun beliebig drehen und wenden und sehen immer den gewünschten Tiefeneffekt. Alles was jetzt noch fehlt ist eine Schüssel Popcorn und für die Weihnachtsstimmung der ein oder andere Glühwein, dann braucht man auch bald keine Brille mehr, um das Bild in voller Schärfe sehen zu können.

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