DE4244448C2 - Verfahren und Anordnung zur optischen Darstellung von Informationen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur optischen Darstellung von Informationen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Anordnung, bei der die Aufweitung der Bildteile direkt durch eine Lichtleitermatrix erfolgt, die im direkten Kontakt sowohl zu den Flüssigkristallzellen als auch zur Streuplatte steht und stehen muß ist aus der EP 0 179 913 A1 bekannt. Die Lichtquellen sind diffus und beeinflussen sich nicht, da keine geometrische Projektion (Schattenprojektion) ausgenutzt wird, sondern der direkte Kontakt zwischen den Flüssigkristallzellen und den Lichtleitern entscheidend ist. Eine Projektion würde zu einer Überlappung der Bildteile führen. Nachteilig ist insbesondere, daß der Übergang von einer quadratischen Flüssigkristallzelle auf einen runden Lichtleiter einen flächenmäßig unzureichenden Überdeckungsgrad erbringt.

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 die 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 Informationen 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 der eingangs genannten Art 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 und 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.

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.