DE2138118A1 - Durchprojektionssystem - Google Patents

Description

THE NATIONAL CASH REGISTER COMPANY

Dayton, Ohio (V.St.A.)

Pat ent anmeldung

Unser Az.: 1316/Germany

DURCHPROJEKTIONSSYSTEM

Die Erfindung betrifft eine als Durchprojektionssystem bekannte Anzeigevorrichtung.

Durchprojektionssysteme bestehen im allgemeinen aus einem Projektor, wobei der Schirm zwischen dem Projektor und dem Betrachter angeordnet ist. Der Projektor besteht normalerweise aus einer Lichtquelle, einem Objektiv und einem zwischen diesen angeordneten Bilde

Das Bild, beispielsweise ein Gegenstand oder ein Film, wird auf den Schirm projiziert. In den meisten Fällen besteht der Schirm bei einem Durchprojektionssystem aus Mattglas. Einneuerer Projektionsschirm für diese Zwecke besteht aus einer Vielzahl sehr kleiner in einen Kunststoff eingebetteter Linsen.

Die wichtigsten optischen Eigenschaften eines Schirmes für die Durchprojektion sind die Streuung, die Ausbeute und das Auflösungsvermögen. Die Streuung ist ein Maß für die Lichtausbreitungseigenschaften eines Durchprojektionsschirmes. Sie wird in Form eines Diagramms dargestellt, das die Intensität eines Lichtstrahls für verschiedene Streuwinkel wiedergibt. Die Schirmausbeute ist das Verhältnis der Intensität des senkrecht zum Schirm übertragenen Lichtes zu der Intensität des von einem idealen Lichtstreukörper, wie beispielsweise einem Magnesiumcarbonatblock, gestreuten Lichtes. Das Schirmauflösungsvermögen ist die Fähigkeit der Schirmoberfläche feine Bilddetails

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wiederzugeben. Das Auflösungsvermögen wird normalerweise in Linien pro Millimeter angegeben.

Die Qualität eines Durchprojektionssystems wird durchmehrere Parameter bestimmt, die in bezug auf die Reaktion des Benutzers beschrieben werden. Einige dieser Parameter hängen von den Eigenschaften des Schirmes selbst ab, und zwar entweder in Verbindung oder unabhängig von den übrigen Teilen des Systems. Eine Helligkeitsabnahme von der Schirmmitte nach außen ergibt sich aus c'em Zusammenwirken einer Ungenauigkeit des Projektionssy-items und einer zu geringen Streuwirkung des Schirms. Ein Schirmdurchbruch äußert sich durch einen hellen Fleck auf dem Schirm infolge nicht gestreuten Lichtes. Ein weiterer weniger leicht beschreibbarer Effekt, der jedoch wesentlich zur Ermüdung des Auges beiträgt, ist das Flimmern. Darunter versteht man das Auftreten einer Vielzahl sehr kleiner Lichtpunkte in einem hellen Bereich des Bildes, die zu tanzen oder zu schwingen scheinen. Dies ist insbesondere für solche Benutzer unangenehm, die den Schirm für einen längeren Zeitraum betrachten müssen, wie dies beispielsweise bei mikroverfilmten Teilekatalogen der Fall ist, so daß ein Katalogbenutzer unter Umständen acht Stunden lang den Schirm betrachten muß. Auch bei Geräten für den programmierten Unterricht werden Durchprojektionsschxrme verwendet, die von einem Schüler oder Studenten mehrere Stunden lang betrachtet werden müssen. Bei einem im Handel erhältlichen Durchprojektionsschirm wird das Flimmern durch die Verwendung zweier Schirme, die einige hundertstel Millimeter voneinander entfernt angeordnet sind, vermieden. Einer dieser Schirme wird durch einen Antriebsmechanismus in konstanter Bewegung zu dem anderen Schirm gehalten. Dieses relativ komplizierte System vermindert zwar das Flimmern erheblich, trägt jedoch zu einer wesentlichen Verteuerung des Systems bei.

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Es wurde nun gefunden, daß organische nematische mesomorphe Verbindungen, die im folgenden als flüssige Kristalle bezeichnet werden,in Durchprojektionsschirmen in vorteilhafter Weise verwendet werden können. Mit solchen Schirmen kann das Flimmern bei Durchprojektionssystemen praktisch beseitigt und Helligkeitsunterschiede gegenüber serienmäßigen Schirmen herabgesetzt werden.

Die Erfindung betrifft somit ein Durchprojektionssystem zum Projizieren eines fokussierten Bildes eines Objekts auf einen Schirm und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm aus zwei transparenten, parallelen, in einem Abstand von weniger als 500 ,um zueinander angeordneten Platten besteht, deren einander zugewandten Flächen mit einer transparenten elektrisch leitenden Schicht versehen sind, wobei der Raum zwischen den beiden Platten mit einem organischen nematischen mesomorphen Stoff gefüllt ist, der in Abhängigkeit von durch eine Spannungsquelle erzeugten elektrischen Feld einer bestimmten Mindestfeldstärke das übertragene Licht streut. Liegt zwischen den Platten kein elektrisches Feld, dann besitzen die durch den Schirm übertragenen Lichtstrahlen die gleiche Richtung wie die auffallenden Lichtstrahlen. Überschreitet ein an die Platten angelegtes elektrisches Feld den vorbestimmten Schwellenwert, dann tritt eine plötzliche Änderung der optischen Eigenschaften zwischen den beiden Platten ein. Diese Änderung der optischen Eigenschaften äußert sich durch eine Streuung des übertragenen Lichtes in alle Richtungen. Für den Betrachter wird nun das auf den Schirm fokussierte Bild sichtbar. Die Verteilung des durch die kristalline Flüssigkeit gestreuten Lichtes kann durch Einstellen der Spannung oberhalb des Schwellenwertes beeinflußt werden.

Die für die Erfindung verwendbaren flüssigen Kristalle sind in der US-Patentschrift 3.322.485 in Spalte 1, Zeile bis Spalte 4, Zeile 65 beschrieben. Andere für den er-

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findungsgemäßen Schirm verwendbare flüssige Kristalle sind beispielsweise Methoxy-benzyliden-p-n-butylanilin, Athoxy-benzyliden-p-n-buty!anilin, Bis(4'n-octyloxybenzol) -2-chlor-l,4-phenylendiamin oder Butyl-p-(p-äthoxyphenoxycarbonyl) -phenyl-carbonat. Auch Mischungen dieser Verbindungen können verwendet werden, beispielsweise eine Mischung von 75Gew.% Ä'thoxy-benzyliden-p-n-butylanilin und 25Gew.% Bis(4'n-octyloxybenzol) -2-chlor-l,4-phenylendiamin. Da die Dichte der Streuungszentren von dem Ionenfluß durch die kristalline Flüssigkeit abhängt, können die Streueigenschaften häufig durch Zusetzen eines leicht ionisierbaren Stoffes verbessert werden. Beispielsweise kann der kristallinen Flüssigkeit - z.B. Methoxy-benzyliden-p-n-butylanilin, das sich zwischen 10 und 47 °C im flüssig-kristallinen Zustand befindet bis zu l,0Gew.% Octansäure (octoic acid) zugesetzt werden, · wodurch die Lichtstreuungseigenschaften der kristallinen Flüssigkeit merklich verbessert werden.

Für die Herstellung der Platten können verschiedene transparente feste Stoffe verwendet werden. Beispiele hierfür sind Glas, Quai^z^glas, durchsichtiger Corund, Kunststoffe und Harze. Die Innenflächen der Platten sind mit einer dünnen Schicht aus Indiumoxid oder Zinnoxid versehen. Der Schirm wird auf einer Temperatur gehalten, bei der sich die Verbindung in ihrer nematischen Mesophase, d.h. in ihrem flüssig-kristallinen Zustand befindet. In Abhängigkeit von der verwendeten flüssig-kristallinen Verbindung kann diese Temperatur Raumtemperatur oder auch eine höher liegende Temperatur sein. Falls erforderlich, kann eine Erwärmung durch beliebige bekannte Verfahren erfolgen. In dem folgenden Beispiel wird jedoch eine spezielle Wärmequelle näher beschrieben.

Bisher mußte ein Betrachter das Anzeigegerät

relativ
innerhalb eines/kleinen Winkels bezogen auf die

Normale zum Durchprojektionsschirm betrachten. 2.8.1971

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Aufgrund der besseren Helligkeitsverteilung bei dem erfindungsgemäßen Schirm kann ein Betrachter ein dargestelltes Bild innerhalb eines relativ großen Winkels mit einem hohen Grad an Schärfe anschauen.

Es hat sich gezeigt, daß der Schirm eine relativ geringe Spannung benötigt und einen sehr geringen Leistungsverbrauch aufweist. Die Spannung kann zwischen 10 und 300 Volt, vorzugsweise zwischen 10 und 100 Volt betragen. Das erfindungsgemäße Durchprojektionssystem kann entweder mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom betrieben werden. Vorzugsweise wird mit Wechselstrom gearbeitet, da dieser praktisch überall zur Verfügung steht, d.h. eine besondere Stromversorgungsschaltung oder ein Netzgerät sind für den Betrieb des erfindungsgemäßen Durchprojektionssystems nicht erforderlich, sondern es kann an jede Steckdose angeschlossen werden. Außerdem wird die Lebensdauer der Stoffe durch Verwendung von Wechselstrom erhöht.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Durchprojektionssystem anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung werden als Platten 1 und 2 transparente Glasplatten von 10x10 cm verwendet. Die Platten 1 und 2 sind somiteinander ausgerichtet, daß ihre einander zugewandten Flächen 3 und 4 parallel liegen und einen Abstand von etwa 50 /um besitzen. Die Flächen 3 und 4 sind mit einer dünnen ZinnoxidsehicHb versehen. Der Abstand zwischen den Platten 1 und 2 kann durch Abstandsstreifen, durch Klammern oder durch einen rahmeuartigen Halter erzielt werden. Der Raum zwischen den beiden Platten ist mit einer Mischung von Butyl-p-Cp-äthoxyphenoxycarbonyD-phettyl-carbonat und Butyl-p-äthylphenyl-terephthalat mit einem Verhältnis von 50:5O gefüllt. Der Schirm wird an den Kanten abgedichtet, um die kristalline Flüssigkeit in dem Raum 5 zu halten» Elektrische Anschlußleiter 6 und 7 sind- mit der Platte 1 und ein elektrischer Anschlußleiter 8 ist mit der, Platte 2 verbunden. Dies kann mittels bekannter Ver-

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fahren, wie beispielsweise durch Silberfarbe erfolgen. Die elektrischen Leiter 6 und 7 verlaufen jeweils über die ganze Länge der Platte 1, um eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Platte zu erreichen. Durch Anlegen einer Wechselspannung von 20 Volt an die Leiter 6 und kann die flüssige Kristallmischung auf 40 ⁰C erwärmt werden. Die Leiter 6 und 8 sind mit einer nichtgezeigten Spannungsquelle verbunden, die eine Spannung zwischen 10 und 300 Volt <;u liefern vermag. Durch Einstellen der Spannung, beispielsweise durch 10, 50 oder 100 Volt-Stufen kann das Verhältnis des übertragenen Lichtes zum gestreuten Licht in der vom Betrachter gewünschten Weise eingestellt werden. Die von der Lichtquelle 9 kommenden Lichtstrahlen durchstrahlen das Bild 10, um dann von der Linse bzw. dem Objektiv 11 fokussiert zu werden. Das projizierte Bild wird auf die kristalline Flüssigkeit in dem Zwischenraum 5 fokussiert.

Bei einer Betrachtung des Schirms wird auch das durch die kristalline Flüssigkeit erhaltene hohe Auflösungsvermögen deutlich. Das Auflösungsvermögen beträgt 20 Linien pro Millimeter, so daß durch den erfindungsgemäßen Durchprojektionsschirm feinste Bilddetails sichtbar gemacht werden können. Eine Betrachtung des Schirms macht außerdem die gleichmäßige Helligkeit und die guten Lichtverteilungs- bzw. Lichtstreueigenschaften deutlich. Die Betrachtung des Schirms innerhalb großer Winkelbereiche veranschaulicht die sehr geringen Helligkeitsunterschxede.

Der erfindungsgemäße Durchprojektionsschirm vermeidet nicht nur das unerwünschte Flimmern, sondern ermöglicht auch die Einstellbarkeit des erhaltenen Streulichts. Das Verhältnis des übertragenen Lichts zum Streulicht kann durch Einstellung der Spannung an den leitenden Shichten verändert werden. Das veränderbare Verhältnis des übertragenen Lichts zu dem gestreuten Licht dient zur Einstellung der Helligkeit in verschiedenen Winkeln.

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Claims (7)

1. Patentansprüche:

   Ii Durchprojektionssystem zum Projizieren eines fokussierten "bildes eines Objekts auf einen Schirm J dadurch gekennzeichnet , daß der Schirm aus zwei transparenten, parallelen, in einem Abstand von weniger als 500 ,um zueinander angeordneten Platten besteht, deren einander zugewandten Flächen mit einer transparenten elektrisch leitenden Schicht"versehen sind, wobei der Raum zwischen den beiden Platten mit einem organischen nematischen mesomorphen Stoff gefüllt ist, der in Abhängigkeit von durch eine Spannungsquelle erzeugten elektrischen Feld einer bestimmten Mindestfeldstärke das übertragene Licht streut.
2. 2. Durchprojektionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die elektrisch leitenden Schichten angelegte Spannung zwischen 10 und 300 Volt beträgt.
3. 3. Durchpi'ojektionssystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Schichten aus Indiumoxid oder Zinnoxid bestehen.
4. 4. Durchprojektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nematische Stoff Methoxy-benzyliden-p-n-butylamin, Äthoxy-benzyliden-p-nbutylamin, Bis(4' n-octyloxybcnzoD-2-chlor-l ,4-phenylendiamin oder Butyl-p- (p-äthoxyphenoxycarbonyD-phenylcarbonat oder eine Mischung dieser Stolle ist.
5. 5. Durchprojektionssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nematische Stoff eine Mischung von Butyl-p-(p-äthoxyphenoxy-carbonyl)-phenylcarbonat und Butyl-p-äthoxyphenyl-terephthalat im Verhältnis 50:50 ist.
6. 6. Durchprojektionssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem nematischen Stoff bis zu l,0Gew.% eines ionenerzeugenden Stoffes zugesetzt wird. 109887/1297

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7. 7. Durchprojektionssystem nach Anspruch G₃ dadurch gekennzeichnet , daß der ionenerzeugende Stoff Oct.ansäure (octoic acid) ist.

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