DE4244448A1 - Verfahren und Anordnung zur optischen Darstellung von Informationen - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur optischen Darstellung von InformationenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine
Anordnung zur optischen Darstellung von Informationen gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die großflächige Darstellung von Informationen erfolgt in
bekannter Weise durch die normale Projektion mittels eines
Overhead-Projektors. Die Intensität der direkten Beleuchtung
muß wegen des erforderlichen Vergrößerungsverhältnisses sehr
groß sein. Es entstehen Probleme bei der Langzeitstabilität
und der Lebensdauer.
Der Stand der Entwicklung von Flüssigkristall-Anzeigen erlaubt
es, großflächige Anzeigepaneele auch durch die matrixförmige
Aneinanderreihung von kleinen Flüssigkristall-Anzeigen
aufzubauen. In diesem Falle begrenzen die Abstände zwischen
den einzelnen Anzeigen die Auflösung des Displays. Die optisch
nicht nutzbaren Flächen ergeben sich aus der Breite des
Hermetisierungsrahmens der Einzelelemente und der Breite der
elektrischen Kontaktierung.
In der gattungsfremden DE 30 40 551 A1 wird vorgeschlagen,
durch Hilfsmontagen diese Flächen teilweise zu verkleinern.
Dazu werden die Tragplatten der einzelnen Flüssigkristall-
Anzeigeeinheiten nur auf den Seiten, an denen sich keine
Nachbar-Anzeigeeinheiten anschließen, durch eine Harzdichtung
verbunden. Die Anzeigeelektroden benachbarter Anzeigeeinheiten
können dicht aneinandergerückt werden.
In der ebenfalls gattungsfremden DE 40 04 739 A1 wird ein
optisches System zur stereoskopischen Darstellung von Informa
tionen mit einem optischen Element mit Linsenfunktion, einer
Lichtquelle und mit einem zumindestens teilweise transparenten
flächenförmigen Informationsträger beschrieben, bei welchem
auf der dem Betrachter gegenüberliegenden Seite des optischen
Elementes zwei Lichtquellen angeordnet sind und bei dem sich
der Informationsträger im Bereich der Aperturblende des
optischen Elementes befindet. Bei diesem System entsteht das
Bild im Auge des Betrachters, es wird keine Projektionsfläche
zur Abbildung benötigt. Die Vermeidung von optisch nicht
nutzbaren Zonen wird nicht angestrebt.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und eine Anordnung zur optischen Darstellung von
Informationen zu entwickeln, welches kostengünstig ist und das
für den Betrachter auch bei der großflächigen Darstellung von
Informationen ein helles, kontrastreiches, homogenes Bild
gewährleistet.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden
Merkmalen der Ansprüche 1 und 3.
Durch die Ausnutzung des Vergrößerungseffektes einer Schatten
projektion im divergenten Strahlengang einer Lichtquelle wird
erreicht, daß die reellen Bildteile, die pro Projektionsmodul
auf einer Projektionsfläche entstehen, derart aneinandergefügt
werden, daß ein lückenloses Gesamtbild auf der Projektions
fläche entsteht. Der Abstand zwischen einem Lichtventil,
beispielsweise einer Flüssigkristallzelle, und der Projektions
fläche, der Projektionsabstand, wird in Abhängigkeit vom
vorhandenen, optisch nicht nutzbaren umlaufenden Rand der
Flüssigkristallzelle, vom Öffnungswinkel der Lichtquelle,
beispielsweise eines Lichtwellenleiters, und von der
gewünschten Vergrößerung so gewählt, daß die um ca. 10%
vergrößerten Schattenbilder aus den Flüssigkristallzellen so
aneinandergefügt werden, daß die nicht angesteuerten Rand
flächen der Flüssigkristallzellen ausgeblendet und die
angesteuerten Flächen der Flüssigkristallzellen auf der Pro
jektionsfläche lückenlos aneinandergereiht werden. Da die
benötigte Vergrößerung in der Regel kleiner als 10% ist, kann
auf weitere optische Hilfsmittel verzichtet werden. Eine
geringfügige Unschärfe der Abbildung ist für die Betrachtung
aus Entfernungen, wie sie für Großprojektionen üblich sind,
bedeutungslos. Es wird ein kompaktes und kostengünstiges
Projektionssystem für die großflächige Informationsdarstellung
auf der Basis von Flüssigkristallzellen erzielt, mit dem auf
einer streuenden Projektionsfläche ein homogenes reelles Bild
erzeugt werden kann, bei dem die Modulbegrenzungen nicht
sichtbar sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eine in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispieles einer Anordnung zur
optischen Darstellung von Informationen näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 die schematische perspektivische Ansicht eines
Projektionsmoduls,
Fig. 2 die schematische Seitenansicht zweier benach
barter Projektionsmodule und
Fig. 3 die schematische Seitenansicht einer Anordnung
mit mehreren Projektionsmodulen.
Die Fig. 1 zeigt zur Verdeutlichung des Prinzips der Bild
aufweitung mittels Projektionstechnik die perspektivische
Ansicht eines Projektionsmodules 1. Das Projektionsmodul 1
besteht aus einer Lichtquelle 2 mit definierter Abstrahl
charakteristik 2α zur Hinterleuchtung der darzustellenden In
formation. Im vorliegenden Beispiel besteht die Lichtquelle 2
aus einem Lichtleiterbündel 11 mit einer Abstrahlcharak
teristik 2α von ca. 60°. Als Abstrahlcharakteristik 2α wird
der effektive Öffnungswinkel eines Lichtleiters bezeichnet.
Der effektive Öffnungswinkel eines Lichtleiters ergibt sich
aus der Halbwertsbreite der gemessenen winkelabhängigen
Strahlungsverteilung am Lichtleiterausgang, wenn der Lichtlei
tereingang mit einem Lambert′schen Strahler beleuchtet wird.
Die Lichtquelle 2 durchstrahlt eine Flüssigkristallzelle 3,
welche einen umlaufenden Kontaktierungsrand 12 aufweist. Die
Flüssigkristallzelle 3 wirkt als Lichtventil und enthält die
darzustellende Information. Die streuende Projektionsfläche 4
bildet die Betrachtungsebene, auf ihr wird die Information in
vergrößertem Maßstab abgebildet. Der Projektionsabstand d
zwischen der Projektionsfläche 4 und der Flüssigkeitszelle 3
hängt von dem gewünschten Vergrößerungsfaktor ab.
In der Fig. 2 werden anhand von zwei benachbarten Projektions
modulen 1 die Zusammenhänge aufgezeigt, die beachtet werden
müssen, um mittels mehrerer Projektionsmodule 1 ein lücken
loses Gesamtbild einer darzustellenden Information zu bekommen.
Die Lichtquellen 2 durchstrahlen jeweils mit einem Öffnungs
winkel von ca. 60° jeweils eine Flüssigkristallzelle 3, die
jeweils eine Höhe H2 aufweisen und welche Teile der darzu
stellenden Information enthalten. Wenn eine ca. 10%ige
Vergrößerung des Bildteiles 6 auf der Projektionsfläche 4
erzielt werden soll und wenn beide Bildteile 6 jeder Flüssig
kristallzelle 3 lückenlos aneinandergefügt sein sollen, dann
muß der Abstand d zwischen den Flüssigkristallzellen 3 und der
Projektionsfläche 4 mit der jeweiligen Höhe H1 nach folgender
Beziehung gewählt werden:
wobei H1 = 1,1 × H2, 2α = 60° gewählt sind. In der Praxis
hat sich ein Projektionsabstand d von ca. 5 mm bewährt.
Das Verfahren nutzt den Vergrößerungseffekt einer Schatten
projektion im divergenten Strahlengang einer Lichtquelle aus.
Die für jedes Einzelmodul 1 eingesetzte Lichtquelle 2 muß
diese Bedingung erfüllen, d. h. es können neben den angeführten
Ausgängen von Lichtleitern auch Halogenpunktstrahler mit
definierter Abstrahlcharakteristik verwendet werden. Die
zwischen der Lichtquelle 2 und dem Betrachter 15 angeordnete
Projektionsfläche 4 muß eine streuende Fläche, z. B. eine
Mattscheibe sein. Die Streucharakteristik kann durch die
Verwendung von dünnen, weiß eingefärbten Gläsern oder durch
Folien (Opaleffekt) wesentlich verbessert werden. Man kann
diesen Effekt auch durch die Kombination einer Streufläche mit
einer Fresnel′schen Stufenlinse erreichen. Um die
Strahlengänge benachbarter Module 1 zu entkoppeln ist es
günstig, jeweils eine Blende 5 in der Ebene des
Ansteuerelementes, hier der Flüssigkristallzellen 3,
anzuordnen. In der Fig. 3 wird die Blende 5 durch die innere
Schräge des Gehäuses 8 gebildet. Da die benötigte Vergrößerung
in der Regel unter 10% liegt, kann auf weitere optische
Hilfsmittel verzichtet werden. Eine geringfügige Unschärfe der
Abbildung ist für die Betrachtung aus Entfernungen, wie sie
für Großprojektionen üblich sind, bedeutungslos.
In der Fig. 3 ist eine Anordnung mit vier Projektionsmodulen 1
dargestellt, wie sie für eine großflächige Darstellung von
Informationen benötigt wird. Jedes Projektionsmodul 1 wird aus
einer zentralen Lichtquelleneinheit 9 über flexible Licht
leiter 13, welche in polierten Endstücken 14 münden und die
Lichtquelle 2 bilden, mit Licht gespeist. Das Licht tritt aus
diesen Endstücken 14 in einem definierten Winkel 2α aus und
durchstrahlt die jeweiligen Lichtventile, hier Flüssig
kristallzellen 3 so, daß auf der Projektionsfläche 4, welche
im definierten Abstand d von den Lichtventilen angeordnet ist,
aus den Teilprojektionen der Bildteile 6 für den Betrachter 15
ein homogenes Gesamtbild 7 entsteht. Die einzelnen Projek
tionsmodule 1 sind in einem Gehäuse 8 zusammengefaßt. Die An
steuerung der Lichtventile, hier der Flüssigkristallzellen 3,
erfolgt über eine Steuerelektronik 10.
Bezugszeichenliste
1 Projektionsmodul
2 Lichtquelle
3 Lichtventil (Flüssigkristallzelle)
4 Projektionsfläche
5 Blende
6 Bildteil
7 Gesamtbild
8 Gehäuse
9 Lichtquelleneinheit
10 Steuerelektronik
11 Lichtleiterbündel
12 Kontaktierungsrand
13 Lichtleiter
14 Endstück
15 Betrachter
d Projektionsabstand
2α Abstrahlcharakteristik/Öffnungswinkel
H1 Höhe des vergrößerten Bildteiles
H2 Höhe des zu vergrößernden Bildteiles
2 Lichtquelle
3 Lichtventil (Flüssigkristallzelle)
4 Projektionsfläche
5 Blende
6 Bildteil
7 Gesamtbild
8 Gehäuse
9 Lichtquelleneinheit
10 Steuerelektronik
11 Lichtleiterbündel
12 Kontaktierungsrand
13 Lichtleiter
14 Endstück
15 Betrachter
d Projektionsabstand
2α Abstrahlcharakteristik/Öffnungswinkel
H1 Höhe des vergrößerten Bildteiles
H2 Höhe des zu vergrößernden Bildteiles
Claims (12)
1. Verfahren zur optischen Darstellung von Informationen mit
mehreren Projektionsmodulen auf einer transparenten
Projektionsfläche in Durchlichtprojektion, mit
Lichtquellen, Flüssigkristallzellen, Lichtleitern,
dadurch gekennzeichnet,
daß von jedem der Projektionsmodule (1) eine Schatten
projektion eines Bildteiles (6) auf der Projektionsfläche
(4) erzeugt wird, und daß die Schattenprojektionen der
Bildteile (6) auf der Projektionsfläche (4) lückenlos zu
einem reellen Gesamtbild (7) aneinander gefügt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
jeweiligen Bildteile (6) über ihre jeweilige Schattenpro
jektion auf der Projektionsfläche (4) bis zu 10% ver
größert werden.
3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes Projektionsmodul (1) aus
einer Lichtquelle (2) mit divergentem Strahlengang, welche
ein steuerbares Lichtventil (3) durchstrahlt und der
dahinter angeordneten Projektionsfläche (4) besteht, wobei
der Abstand (d) zwischen dem Lichtventil (3) und der
Projektionsfläche (4) so gewählt ist, daß die auf der
Projektionsfläche (4) projizierten Bildteile (6)
benachbarter Module (1) lückenlos aneinander grenzen.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtquelle (2) der Ausgang eines Lichtwellenleiters ist.
5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichtquelle (2) ein Halogenpunktstrahler ist.
6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
steuerbare Lichtventil (3) eine Flüssigkristallzelle ist.
7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Projektionsfläche (4) eine Streufläche ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Streufläche aus einer Folie gebildet ist.
9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Streufläche aus Opalglas besteht.
10. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Projektionsfläche (4) aus einer Sandwichkombination von
Streuflächen und Fresnellinsen besteht.
11. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der Lichtquelle (2) und dem Lichtventil (3) in
der Ebene des Lichtventils (3) eine Blende (5) angeordnet
ist.
12. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Projektionsmodule (1) in Zeilen und Spalten angeordnet
sind.
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