DE2555859A1 - Optische projektionseinrichtung - Google Patents

Description

• Optische Projektionseinrichtung Die Erfindung betrifft eine optische Projektionseinrichtung, die in der Lage ist, ein Bild zu erzeugen, das unabhängig von Veränderungen eines oder mehrerer elektrischer Eingangssignale sowohl nach Gestalt als auch nach Farbe verändert werden kann. Erfindungsgemäß wird eine optische Projektionseinrichtung zur Erzeugung eines variablen optischen Bildes geschaffen, in der eine zwischen zwei transparenten Platten ein Flüssigkristallmaterial enthaltende Zelle vorhanden ist, die in den Strahlengang des zu projizierenden Lichtes eingesetzt wird und mit einer Steuereinrichtung die Orientierung der Moleküle des Flffssigkristalls in der Zelle abhängig von veränderlichen elektrischen Signalen verändert werden kann, wodurch das durch die Zelle hindurchtretende Licht modifiziert wird.
• Der Ausdruck Blüssigkristall" wird im Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung für eine nematische oder cholesterische Flüssigkeit verwendet, eine Flüssigkeit also, deren Moleküle langgestreckte Form haben Für Anzeigevorrichtungen werden Flüssigkristalle im allgemeinen entweder mit hoher positiver oder hoher negativer elektrischer Anisotropie gemacht, d.ho die dielektrische Konstante parallel zur langen Molekülachse ist größer bzwo kleiner als die dielektrische Konstante senkrecht auf der langen Achse. Es ist bekannt, daß nematische oder cholesterische Flüssigkeiten, wenn sie zwischen transparente Platten in dünner Schicht eingefügt sind, insbesondere Platten mit einer besonderen Oberflächenbehandlung, veranlaßt werden können, eine Orientierung anzunehmen, in der die überwiegende Zahl der Moleküle parallel zueinander ausgerichtet ist oder eine bestimmte andere Ausrichtung hat0 Eine mechanische Störung oder das Anlegen eines elektrischen Feldes an die die Zelle bildenden Platten kann dann zu einer Verwirrung der ausgerichteten Moleküle führen. Wenn dann die mechanische Störung oder das elektrische Feld an den Platten nicht mehr einwirken, kann sich der ursprüngliche Zustand der molekularen Ausrichtung wieder herstellen. Der rad an molekularer Reorientierung, der nach mechanischer Verwirrung oder nach dem Anlegen eines elektrischen Feldes eintritt, hängt von den Kräften ab, die mechanisch einwirken konnten, oder von der Stärke (und bei Schwankungen auch der Frequenz) des angelegten Feldes ab.
• Veränderungen der molekularen Ausrichtung eines Flüssigkristallmaterials führen zu einer entsprechenden Änderung der optischen Anisotropie der Zelle. So sind, wenn ein Lichtstrahl durch eine Flüssigkristallzelle hindurchtritt, im allgemeinen zwei Brechungswege vorhanden.
• Wenn das einfallende Licht in einer Ebene polarisiert ist, dann ändert sich die optische Verzögerung jedes der gebrochenen Strahlen in Abhängigkeit davon, ob die Moleküle ausgerichtet sind oder nicht, und in Abhängigkeit von der Richtung der Ausrichtung der Moleküle bezüglich der Polarisationsebene des einfallenden Lichtes.
• Der resultierende Strahl (der eine Kombination der zwei im Flüssigkristallmaterial selbst gebrochenen Strahlen istj hat bei seiner Prüfung in einer polarisierenden Vorrichtung eine durch die unterschiedliche Phasendifferenz zwischen den beiden gebrochenen Strahlen und dem Einfallswinkel zwischen der Polarisationsebene des einfallenden Lichtes und der polarisierenden Vorrichtung unterschiedliche Färbung.
• Bei Einrichtungen der Erfindung können die Hilfsmittel zur Modifizierung der Orientierung der Moleküle im Flüssigkristall wenigstens ein Paar transparenter, elektrisch leitfähiger Elektroden auf den gegenüberliegenden Flächen der Zelle aufweisen sowie Einrichtungen zur Zuführung unterschiedlicher elektrischer Signale zu den Elektroden, oder es kann ein entsprechender Wandler vorgesehen sein, der der Zelle abhängig von den Veränderungen des veränderbaren elektrischen Signals mechanische Schüttelkräfte zuführt0 Die transparenten Platten, die die Wände der Zelle darstellen, können zueinander parallel verlaufen, so daß dann die Veränderungen im hindurchtretenden Licht bei der Beobachtung unter einem bestimmten Winkel über die gesamte Fläche der Zelle im wesentlichen gleich sind oder wenigstens über die gesamte Fläche der Elektroden, falls diese nicht die gesamte Fläche der Zelle bedecken, Fu'r die Schaffung einer noch variableren Anzeigevorrichtung für durch eine derartige Flüssigkristallzelle hindurchtretendes Licht sind die die Wände der Zelle bildenden Platten vorzugsweise so geformt, daß sich eine Änderung der Dicke der Flüssigkristallschicht zwischen ihnen ergibt. Dies hat die Wirkung, daß das durch die Zelle hindurchtretende Licht in mehreren Farben austritt. Dieses farbige Licht kann dann auf einen Schirm oder eine sonstige Anzeigevorrichtung prozitiert werden. Der Spielraum derartiger Formgebung der Zellenwände zur Erzielung verschiedener Formen und Farben des projizierten Lichtstrahls ist praktisch unbegrenzt. Für zusätzliche Variationsmöglichkeiten können mehrere Elektrodenpaare über die gesamte Fläche der Zelle verteilt angeordnet sein. Diese Elektroden können dann mit den veränderbaren elektrischen Signalen oder mit von ihnen abgeleiteten Signalen gespeist werden. So können z.B. die verschiedenen Signale, die verschiedenen Elektrodenpaaren zugeführt werden, eine logarithmische Beziehung zum veränderbaren elektrischen Ausgangssignal haben und in ihrer Frequenz und/oder Amplitude noch verändert werden, um den Bereich der Frequenzen und den dynamischen Effekt und die Schwankungen in der Amplitude für unterschiedliche Elektrodenpaare zu verändern. Die Maximalamplitude von an Elektrodenpaare angelegten Signalen kann, ob diese Signale nun vom ursprünglichen variierenden elektrischen Signal abgeleitet sind oder ob das ursprüngliche variierende elektrische Signal selbst verwendet wird, so gewählt sein, daß sie bei bestimmten Spitzenwerten den Schwellwert überschreitet, bei dem im Flüssigkristall dynamische Streuung auftritt; dieser Schwellwert ist der Wert, oberhalb dessen molekulare Turbulenz einsetzt.
• Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das variierende elektrische Signal ein Musiksignal. Dieses Signal kann von einem elektronischen oder elektrischen Musikinstrument abgeleitet werden oder auch von einem Verstärker, der an ein Mikrofon angeschlossen ist, das akustische Schwingungen von einem oder mehreren Musikinstrumenten aufnimmt Die Schwankungen in Form und Farbe der optischen Wiedergabeeinrichtung sind somit exakt synchronisiert mit den on- und Lautstärkeschwankungen der MusikO Es können auch Ausführungsformen der Erfindung gebildet werden, bei denen mehrere Lichtstrahlen entweder von einer gemeinsamen Lichtquelle oder auch von verschiedenen Lichtquellen vorhanden sind, wobei wenigstens eine Flüssigkristallzelle in den Gang jedes Lichtstrahls hineingesetzt wird0 Der Flüssigkristall kann mit verschiedenen Signalen gespeist werden, und alle Lichtstrahlen oder ein Teil davon, die durch die Flüssigkristallzelle hindurchgeleitet sind, können in der Anzeigevorrichtung kombiniert werden. Gleicherweise kann die Polarisation der einzelnen, auf die verschiedenen Flüssigkristallzellen fallenden Lichtstrahlen in verschiedenen Ebenen liegen oder von unterschiedlicher Form sein, und es können Analysatoren im Strahlengang der durch die Flüssigkristallzellen hindurchgetretenen Lichtstrahlen vorhanden sein.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun im einzelnen beschrieben, was anhand der schematischen Darstellung der einzigen Figur der Zeichnung geschieht. Die Zeichnung zeigt eine Lichtquelle 11, hinter der sich ein Reflektor 12 befindet, der den überwiegenden Teil des von der Lichtquelle 71 abgegebenen Lichtes auf eine Kondensorlinse 13 richtet, der sich eine Kollimatorlinse 14 im Strahlengang anschließt. Von der Kollimatorlinse 14 gelangt das Licht zu einem Polarisator 15, und das polarisierte Licht fällt dann auf eine Flüssigkristallzelle 16.
• Die Zelle 16 bei diesem Ausführungsbeispiel besteht aus zwei ebenen Platten 16a und 16b. Die Platten 16a und 16b sind durch ein nematisches Material voneinander getrennt, das geeignete oberflächenaktive Substanzen (Surfactanta) enthält, während die Innenflächen der Platten mit einem transparenten Leiter beschichtet sind, der die Elektroden 17a bzw. 17b darstellt, an die die Zuleitungen 22a und 22b angeschlossen sind. Die elektrischen Leitungen 22 erhalten elektrische Signale vom Ausgang eines Hörfrequenzverstärkers 19, der wiederum mit elektrischen Signalen einer mit 18 bezeichneten Vorrichtung versorgt wird, die ein elektrisches Musiksignal hervorbringt. Dies kann z.B. ein Plattenabspielgerät sein, ein Tonbandgerät oder ein eleRrisches Musikinstrument wie etwa eine elektrische Gitarre oder eine elektronische Orgel oder auch ein akustisches Musikinstrument, wobei die akustischen Schwingungen dann von einem Mikrofon aufgenommen werden.
• Das Ausgangssignal des Verstärkers 19 wird einem Lautsprecher 20 zugeleitet. Das Licht, das durch die Blüssigkristallzelle 16 hindurchtritt, fällt auf einen Analysator 21, dessen Polarisationsebene bezüglich der Polarisationsebene des Polarisators 15 einstellbar ist. Diese Einstellung kann automatisch von einem Zeitsteuermotor durchgeführt werden oder intermittierend, regelmäßig oder unregelmäßig sein, wie emwEnscht. Es ist auchmöglich, die Einstellung von Hand vornehmen zu lassen.
• Das Licht vom Analysator 21 fällt dann auf eine Projeionslinse 22, von wo aus es auf einen Bildschirm 23 proåiziert wird, damit ein optisches Bild entsteht, das in jForm und Farbe abhängig von den verschiedenen elektrischen Signalen vom Verstärker 19 Schwankungen unterliegt0 Wenn der Bereich der Frequenz und der Amplitude des Signals vom Verstärker 19 nicht geeignet ist, direkt auf die Elektroden 17 der Flüssigkristallzelle 16 gegeben zu werden, dann kann zwischen den Verstärker 19 und die Flüssigkristallzelle 16 zur Anpassung des Frequenzbereichs und/ oder des Amplitudenbereichs des Speisungssignals eine entsprechende Anpaßschaltung eingefügt werden. Das der Flüssigkristallzelle zugeleitete Signal kann beispielsweise zum ursprünglichen elektrischen Signal, das vom Ausgang des Verstärkers 19 kommt, in einer logarithmischen Beziehung stehen.

Claims (8)

1. Patentansprüche

   Optische ProJektionseinrichtung zur Erzeugung eines variierenden optischen Bildes, in der eine Zelle, die zwischen zwei transparenten Platten ein Flüssigkristallmaterial enthält, in den Strahlengang des zu projizierenden Lichtstrahls eingesetzt ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß eine Steuereinrichtung (17, 18, 19) vorgesehen ist, welche die Orientierung der PlUssigkristallmoleküle in der Zelle (16) in Abhängigkeit von einem veränderlichen elektrischen Signal ändert, um das durch die Zelle hindurchtretende Licht abhängig von den Veränderungen des elektrischen Signals zu modifizieren.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Steuereinrichtung zum Ändern der Molekülorientierung des Flüssigkristalls wenigstens ein Paar transparenter, elektrisch leitfähiger Elektroden (17a, 17b) auf den beiden gegenüberliegenden Flächen der Zelle (16) sowie eine Anordnung (18, 19) aufweist, die an die beiden Elektroden (17a, 17b) das veränderliche elektrische Signal oder von diesem abgeleitete Signale anlegt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t , daß die transparenten Platten (16a, 16b), die die Wände der Zelle (16) bilden, mit einer linearen Oberflächenstruktur versehen sind und das Flüssigkristallmaterial eine hohe positive oder hohe negative elektrische Anisotropie hat.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß über die Fläche der Zelle (16) mehrere Paare von Elektroden verteilt angebracht sind, denen verschiedene elektrische Signale zugeleitet werden.
5. 50 Einrichtung nach Anspruch 2 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Signal oder die Signale, die von den variierenden elektrischen Signalen abgeleitet sind, mit diesen in logarithmischer Beziehung stehen,
6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 2, 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Signal oder die Signale, die von dem variierenden elektrischen Signal abgeleitet sind, in bezug auf dieses im Amplituden- oder Frequenzbereich so angepaßt sind, daß sie zum Anlegen an die Flüssigkristallzelle geeignet sind.
7. 7. Einrichtung nach einem der vornergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in den Strahlengang jedes Lichtstrahls wenigstens eine Polarisiereinrichtung (15) eingesetzt ist0
8. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das variierende elektrische Signal durch Musik moduliert ist.

   9. Einrichtung nach Anspruch 2 únd einem der Ansprüche 3 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Maximalamplitude des variierenden elektrischen Signals, das den Elektroden zugeführt wird, oder des davon abgeleiteten Signals größer als der Schwellwert für die dynamische Streuung im Flüssigkristall ist, von welchem ab molekulare Turbulenz auftritt.

   100 Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mittel zum Modifizieren der Molekularorientierung des Flüssigkristalls einen Wandler zur Erzeugung mechanischer Schwingungen der Zelle abhängig von Variationen im elektrischen Signal aufweisen.