EP0603465A1 - Verfahren und Anordnung zur optischen Darstellung von Informationen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and an arrangement for the optical representation of information according to the preamble of claim 1.
- the large-scale display of information takes place in a known manner by normal projection using an overhead projector.
- the intensity of the direct lighting must be very high because of the required magnification ratio. There are problems with long-term stability and durability.
- the state of development of liquid crystal displays allows It is also possible to build up large-area display panels through the matrix-like arrangement of small liquid crystal displays. In this case, the distances between the individual displays limit the resolution of the display.
- the optically unusable areas result from the width of the hermetic frame of the individual elements and the width of the electrical contact.
- the support plates of the individual liquid crystal display units are connected by a resin seal only on the sides to which no neighboring display units are connected.
- the display electrodes of adjacent display units can be moved close together.
- DE-40 04 739 A1 also of a non-generic type, describes an optical system for the stereoscopic display of information with an optical element with a lens function, a light source and with an at least partially transparent sheet-like information carrier, in which two are on the side of the optical element opposite the viewer Light sources are arranged and in which the information carrier is located in the area of the aperture diaphragm of the optical element.
- the invention is therefore based on the object of developing a method and an arrangement for the optical display of information which is inexpensive and which also provides the viewer with a bright, high-contrast, homogeneous image when displaying information over a large area guaranteed.
- a light valve for example a liquid crystal cell
- the projection distance is selected as a function of the existing, optically unusable peripheral edge of the liquid crystal cell, the opening angle of the light source, for example an optical waveguide, and the desired magnification such that the by approx.
- the projection module 1 shows the perspective view of a projection module 1 to illustrate the principle of image expansion by means of projection technology.
- the projection module 1 consists of a light source 2 with a defined emission characteristic 2 ⁇ for backlighting the information to be displayed.
- the light source 2 consists of an optical fiber bundle 11 with a radiation characteristic 2 ⁇ of approximately 60 °.
- the effective opening angle of a light guide is referred to as the radiation characteristic 2 ⁇ .
- the effective opening angle of a light guide results from the full width at half maximum of the measured angle-dependent radiation distribution at the light guide output if the light guide input is illuminated with a Lambertian lamp.
- the light source 2 shines through a liquid crystal cell 3 which has a peripheral contact edge 12.
- the liquid crystal cell 3 acts as a light valve and contains the information to be displayed.
- the scattering projection surface 4 forms the viewing plane, on which the information in shown on an enlarged scale.
- the projection distance d between the projection surface 4 and the liquid cell 3 depends on the desired magnification factor.
- FIG. 2 the relationships that must be observed in order to obtain a complete picture of the information to be displayed by means of two projection modules 1 are shown on the basis of two adjacent projection modules 1.
- the method uses the magnification effect of a shadow projection in the divergent beam path of a light source.
- the light source 2 used for each individual module 1 must meet this condition, ie, in addition to the outputs of light guides mentioned, halogen spotlights with defined radiation characteristics can also be used.
- the projection surface 4 arranged between the light source 2 and the viewer 15 must be a scattering surface, for example a Be a focusing screen.
- the scatter characteristics can be significantly improved by using thin, white-colored glasses or by foils (opal effect). This effect can also be achieved by combining a diffusing surface with a Fresnel lens.
- an aperture 5 in each case in the plane of the control element, here the liquid crystal cells 3.
- the aperture 5 is formed by the inner slope of the housing 8. Since the required magnification is usually below 10%, there is no need for other optical aids. A slight blurring of the image is irrelevant for viewing from a distance as is usual for large projections.
- Each projection module 1 is supplied with light from a central light source unit 9 via flexible light guides 13, which open into polished end pieces 14 and form the light source 2.
- the light emerges from these end pieces 14 at a defined angle 2 ⁇ and shines through the respective light valves, here liquid crystal cells 3, so that on the projection surface 4, which is arranged at a defined distance d from the light valves, from the partial projections of the image parts 6 for the viewer 15 a homogeneous overall picture 7 is created.
- the individual projection modules 1 are combined in a housing 8.
- the control of the light valves, here the liquid crystal cells 3, takes place via control electronics 10.
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Abstract
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 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 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 Schattenprojektion 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 Projektionsfläche entsteht. Der Abstand zwischen einem Lichtventil, beispielsweise einer Flüssigkristallzelle, und der Pojektionsfläche, 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 Randflächen der Flüssigkristallzellen ausgeblendet und die angesteuerten Flächen der Flüssigkristallzellen auf der Projektionsfläche 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 eines 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 benachbarter Projektionsmodule und
- Fig. 3
- die schematische Seitenansicht einer Anordnung mit mehreren Projektionsmodulen.
- Die Fig. 1 zeigt zur Verdeutlichung des Prinzips der Bildaufweitung mittels Projektionstechnik die perspektivische Ansicht eines Projektionsmodules 1. Das Projektionsmodul 1 besteht aus einer Lichtquelle 2 mit definierter Abstrahlcharakteristik 2α zur Hinterleuchtung der darzustellenden Information. Im vorliegenden Beispiel besteht die Lichtquelle 2 aus einem Lichtleiterbündel 11 mit einer Abstrahlcharakteristik 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 Lichtleitereingang 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 Projektionsmodulen 1 die Zusammenhänge aufgezeigt, die beachtet werden müssen, um mittels mehrerer Projektionsmodule 1 ein lückenloses Gesamtbild einer darzustellenen Information zu bekommen. Die Lichtquellen 2 durchstrahlen jeweils mit einem Öffnungswinkel von ca. 60° jeweils eine Flüssigkristallzelle 3, die jeweils eine Höhe H2 aufweisen und welche Teile der darzustellenden Information enthalten. Wenn eine ca. 10%ige Vergrößerung des Bidlteiles 6 auf der Projektionsfläche 4 erzielt werden soll und wenn beide Bildteile 6 jeder Flüssigkristallzelle 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 x H2, 2α = 60° gewählt sind. In der Praxis hat sich ein Projektionsabstand d von ca. 5 mm bewährt. - Das Verfahren nutzt den Vergrößerungseffekt einer Schattenprojektion 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 Lichtleiter 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 Flüssigkristallzellen 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 Projektionsmodule 1 sind in einem Gehäuse 8 zusammengefaßt. Die Ansteuerung der Lichtventile, hier der Flüssigkristallzellen 3, erfolgt über eine Steuerelektronik 10.
-
- 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
Claims (12)
- Verfahren zur optischen Darstellung von Informationen mit mehreren Projektionsmodulen auf einer transparenten Projektionsfläche in Durchlichtprojektion,
dadurch gekennzeichnet,
daß von jedem der Projektionsmodule (1) eine Schattenprojektion eines Bildteiles (6) auf der Projektionsfläche (4) erzeugt wird, und daß die Schattenprojektionen der Bildteile (6) auf der Projektionsfläche (4) lückenlos zu einem reelen Gesamtbild (7) aneinander gefügt werden. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Bildteile (6) über ihre jeweilige Schattenprojektion auf der Projektionsfläche (4) bis zu 10% vergrößert werden.
- 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.
- Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) der Ausgang eines Lichtwellenleiters ist.
- Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) ein Halogenpunktstrahler ist.
- Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Lichtventil (3) eine Flüssigkristallzelle ist.
- Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche (4) eine Streufläche ist.
- Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streufläche aus einer Folie gebildet ist.
- Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streufläche aus Opalglas besteht.
- Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche (4) aus einer Sandwichkombination von Streuflächen und Fresnellinsen besteht.
- 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.
- Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsmodule (1) in Zeilen und Spalten angeordnet sind.
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