10. – 13. Schuljahr

Christopher Kurth

„3D-Kino mit polarisiertem Licht

Mit diesem Aufbau kann die prinzipielle Funktionsweise eines 3D-Kinos nachvollzogen werden. Dazu wird das Licht von zwei durchleuchteten Dias unterschiedlich polarisiert und die mittels Sammellinsen erzeugten Bilder werden auf einem Metallschirm überlagert. Werden die Bilder durch eine „3D-Brille beobachtet, kann durch jedes der Brillengläser genau eines der Bilder gesehen werden. In Abhängigkeit vom Vorwissen und von der Zielsetzung kann linear oder zirkular polarisiertes Licht verwendet werden.
Material
  • 2 × Netzgerät
  • 2 × optische Bank
  • 2 × Experimentierleuchte (12 V)
  • 2 × Diahalter
  • 2 × Dia
  • 2 × Sammellinse (f = 50 mm)
  • 2 × Polarisationsfilter
  • 2 × λ/4-Platte
  • Metallschirm auf Stativfuß
  • Polarisationsbrillen („3D-Brillen)
Aufbau und Durchführung
Die Materialien werden in folgender Reihenfolge auf jeweils einer optischen Bank befestigt (s. Abb. 1 ): Experimentierleuchte Dia Sammellinse Polarisationsfilter λ/4-Platte. Die Experimentierleuchten werden mit jeweils einem Netzgerät verbunden. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Helligkeit der Bilder durch Variation der Spannung getrennt anzupassen.
Hinter den beiden optischen Bänken dient ein Metallschirm als Projektionsfläche für die durch die Sammellinsen erzeugten Bilder der Dias. Die Sammellinsen sind so zu positionieren, dass beide Bilder scharf auf dem Schirm abgebildet werden.
Die Polarisationsfilter werden je nach verwendeter 3D-Brille senkrecht oder parallel zueinander ausgerichtet (z.B. RealD-Brille 0°/0°). Aus nicht zur Brille passenden Ausrichtungen können Farbverschiebungen resultieren. Zur einfachen Ausrichtung der λ/4-Platten wird die Polarisationsbrille aufgezogen, ein Auge verschlossen und so lange an einem der λ/4-Platten gedreht, bis eines der Bilder nicht oder nur noch kaum zu sehen ist. Die andere λ/4-Platte wird nun so lange gedreht, bis das andere Bild mit maximaler Helligkeit zu sehen ist. Durch jedes Auge sollte jetzt nur noch eines der Bilder auf dem Schirm zu sehen sein (s. Abb. 3 ).
Soll lediglich linear polarisiertes Licht verwendet werden, werden die λ/4-Platten nicht eingebaut und die Polarisationsfilter werden senkrecht zueinander ausgerichtet. Bei der Wahl der Polarisationsbrillen ist zu überprüfen, ob diese auf linear oder zirkular polarisiertes Licht ausgelegt sind. Dies kann mit einem Polarisationsfilter, der über einem der Brillengläser gedreht wird, getestet werden. Wird das Glas fast vollständig undurchsichtig, handelt es sich um eine Brille für linear polarisiertes Licht. Wird das Glas nur geringfügig abgedunkelt, handelt es sich um eine Brille für zirkular polarisiertes Licht.
Beobachtungen und Auswertung
Wird der Metallschirm ohne 3D-Brille betrachtet, ist die Überlagerung beider Bilder zu sehen (s. Abb. 2 ). Wird der Metallschirm mit der 3D-Brille betrachtet, ist auf jedem Auge genau eines der Bilder zu sehen (s. Abb. 3). Das Licht, das von den Dias ausgesendet wird, wird nach dem Passieren der Linsen mittels der Polarisationsfilter linear polarisiert (einmal vertikal und einmal horizontal). Beim Durchlaufen der λ/4-Platten wird das Licht zirkular polarisiert (einmal im Uhrzeigersinn und einmal entgegengesetzt). Bei der Streuung am Metallschirm bleiben diese Polarisationen erhalten. Die Gläser der 3D-Brille bestehen im Prinzip aus λ/4-Folien und Polarisationsfiltern. Durchläuft das zirkular polarisierte Licht die λ/4-Folie, wird es wieder linear polarisiert (einmal vertikal und einmal horizontal). Durch die Polarisationsfilter wird in jedem der Gläser genau eines der Bilder herausgefiltert.
Hinweise
Zur Veranschaulichung der Funktionsweise bietet sich der Einsatz von zwei verschiedenen Bildern an. Um den 3D-Effekt zu beobachten, können stereoskopische Bilder verwendet werden. Diese sind im Internet teilweise frei verfügbar. Im Internet finden sich Anbieter, die aus diesen digitalen Vorlagen für unter 3 € Dias erstellen
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