CN209417509U - 用于投影仪的照明光学装置和投影仪 - Google Patents

Abstract

公开一种供用于将图形符号投影到投影面上的投影仪用的照明光学装置和一种具有所述照明光学装置的投影仪。照明光学装置(1)包括会聚透镜和成形光的结构(7)，所述成形光的结构在投影方向上设置在会聚透镜(5)的下游并且邻接于会聚透镜(5)并且所述成形光的结构的耦合输出面具有对应于图形符号的横截面形状，其中会聚透镜(5)和成形光的结构(7)由硅树脂构成并且具有内部全反射。照明光学装置和投影仪具有小的结构尺寸，能够成本适宜地制造并且能够实现有效地使用由光源发射的光和均匀地照亮照明平面。

Description

用于投影仪的照明光学装置和投影仪

技术领域

本实用新型基于一种供用于将图形符号投影到投影面上的投影仪用的照明光学装置和一种具有所述照明光学装置的投影仪。

背景技术

能够用于将图形符号投影到投影平面上的投影仪通常称作为静态投影仪或图标投影仪。借助这种投影仪例如能够将紧急出口信号、公司或机构的图标和/或装饰元素投影到任意的面上，即例如墙上。

在机动车中，将静态投影仪主要用于投影公司图标，并且例如构建在门中或外后视镜中，使得能够将图标投影到交通工具旁边的地面上。

静态投影仪通常由至少一个光源、照明光学装置、要投影的图形符号或图标和成像光学装置构成。照明光学装置具有如下任务：借助于由光源发射的光照亮图标。在下游连接的成像光学装置将被照明的图标在投影平面上成像。

对照明光学装置提出如下要求：高的效率，即尽可能完全地利用由光源放射的光通量，均匀地照亮图形符号或图标，色彩逼真的成像，和尤其在汽车领域中成本适宜的制造和小的结构尺寸。

在已知的静态投影仪中，通常将单个透镜或具有多个透镜的物镜用作为照明光学装置，以便将光源的、例如LED的发光面成像到要投影的物体的平面、即照明平面上，进而实现所述平面的均匀的照亮。要投影的物体能够是呈图形符号或图标的形式的掩模。物镜的各个透镜主要由不同的材料制造，以便降低彩色的成像误差，这意味着高的生产耗费和材料成本。此外，各个透镜必须以足够的机械精度彼此定位和保持。

基于透镜的照明光学装置原理上构成为，使得整个照明平面尽可能恒定和均匀地被照亮。因为要投影的图形符号自然仅占据照明平面的一部分，所以照明平面的位于图形符号之外的区域是遮暗的。如果要投影的图形符号还构成为，使得在内部存在未被照亮的区域，那么照明平面中的相应的区域同样是遮暗的。在遮暗的区域中，吸收射入的光，进而效率、即由光源放射的光通量的尽可能完全的利用降低。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种供用于将图形符号投影到投影面上的投影仪用的照明光学装置和一种相应的投影仪，所述照明光学装置或所述投影仪具有小的结构尺寸，能够成本适宜地制造并且能够实现有效地利用由光源发射的光和均匀地照亮照明平面。

所述目的通过根据本实用新型的照明光学装置和根据本实用新型的投影仪来实现。

尤其有利的设计方案在于下面的描述中。

根据本实用新型，提供一种供用于将图形符号投影到投影面上的投影仪用的照明光学装置，所述照明光学装置具有会聚透镜和成形光的结构，所述成形光的结构沿投影方向设置在会聚透镜的下游并且邻接于会聚透镜并且所述成形光的结构的耦合输出面具有对应于图形符号的横截面形状，其中会聚透镜和成形光的结构由硅树脂构成并且具有内部全反射。

根据本实用新型的照明光学装置的会聚透镜是具有内部全反射的透镜，即所谓的TIR透镜，进而具有高的会聚效率(TIR＝“Total Internal Reflection，全内反射”)。TIR透镜具有折射的耦合输入面和折射的耦合输出面。TIR透镜的外表面以大致抛物面形的形式构成，并且构成为TIR表面。中央的光路和侧向的光路能够进入到TIR透镜中，其中辐射在侧向的光路中在TIR表面处反射。优选地，会聚透镜能够构成为具有内部全反射的准直仪(TIR准直仪)。

在投影方向上在会聚透镜的下游设置有成形光的结构。投影方向限定为如下方向，在投影时，光束从光源开始沿所述方向穿过照明光学装置传播直至照明平面。所述投影方向也能够称作为射束传播方向。

根据本实用新型的照明光学装置的成形光的结构具有耦合输入面和耦合输出面，其中耦合输出面的横截面形状对应于要投影的图形符号的形状。如果要投影的图形符号例如是三角形，那么成形光的结构的耦合输出面具有与要投影的三角形相同的比例和相同的定向的三角形横截面。

此外，成形光的结构具有内部全反射。因此，在有利的设计方案中将几乎全部射入到成形光的结构中的光引导到照明平面的要投影的区域上并且用于投影。相反于已知的投影仪，不将照明平面的任何区域遮暗，使得实现最佳的效率。

成形光的结构的耦合输入面优选具有与会聚透镜的耦合输出面相同的形状。

根据本实用新型的照明光学装置的会聚透镜和成形光的结构由硅树脂、即由基于硅树脂的塑料构成。在此为也称作为光学硅树脂的光学透明的材料。光学硅树脂在可见光谱中以及在UV光谱中几乎与高品质玻璃一样透明并且还显著地比玻璃和大多数其他光学塑料更轻。光学硅树脂远比玻璃更加柔性，由此降低断裂危险，使得在光学装置会经受大量振动和碰撞的交通工具中应用时是尤其有意义的。尽管所述光学硅树脂足够柔性以不折断，然而所述光学硅树脂还足够刚性，使得由其制造的光学装置保持其光学特性。此外，所述光学硅树脂具有直至150℃的足够的耐热性，使得其也能够在高的功率密度的情况下使用。因为硅树脂通常以注塑来加工，所以还在设计时提供高的灵活性。作为硅树脂材料例如能够使用Wacker Chemie股份公司的Lumisil LR 7600/70型号的硅树脂或硅树脂橡胶，还使用甲硅烷基化的硅树脂(additionsvernetze Silikone)，如Momentive PerformanceMaterials有限公司的RTV 615型号和Dow Corning公司的Sylgard 184型号，还有由聚二甲基硅氧烷构成的硅树脂，还有液体硅橡胶(Liquid Silicone Rubber，LSR)材料。

要投影的图形符号原则上能够任意地成形。在最简单的情况下，其形成清晰限界的面，所述面是圆形的、卵形的、三角形的或多角形的或是自由形状的。简单的图形符号的示例性的设计方案在图1中示出。根据所使用的光源的类型，具有白色的或彩色的光的投影是可行的。通过在光路中设置有适合的吸收薄膜的方式，由此也能够获得彩色的投影。优选地，将这种吸收薄膜设置在照明平面中。

因为在根据本实用新型的照明光学装置中，成形光的结构的耦合输出面的横截面形状对应于要投影的图形符号的形状，因此在根据本实用新型的照明光学装置的一个优选的实施方式中，成形光的结构的耦合输出面的横截面形状是圆形的、卵形的、三角形的或多角形的或是自由形状的。因此，将全部射入到成形光的结构中的光引导到照明平面上并且用于投影。

根据另一优选的实施方式，会聚透镜和成形光的结构由一个件成形。这就是说，会聚透镜和成形光的结构一件式地/一体式地由相同的硅树脂成形，使得根据本实用新型的照明光学装置由如下组件构成，所述组件具有在朝向光源的侧上的耦合输入面和在朝向照明平面的侧上的耦合输出面。这具有的优点是：在会聚透镜和成形光的结构之间的边界面处不出现光损失，并且照明光学装置能够简单地制造并且定位在投影仪中。

为了根据本实用新型的照明光学装置能够更好地定位和保持在投影仪中，所述照明光学装置优选具有与其连接的固定装置。固定装置能够是机械固持件，所述固持件构成为，使得照明光学装置能够适当地安装在投影仪中。优选地，固定装置构成为，使得照明光学装置的校准是可能的。

根据另一优选的实施方式，固定装置同样由硅树脂构成，并且会聚透镜、成形光的结构和固定装置由一个件成形。这就是说，会聚透镜、成形光的结构和固定装置一件式地/一体式地由相同的硅树脂成形。这具有的优点是：照明光学装置能够简单地制造并且定位在投影仪中。

图形符号的在图1中示出的简单的变型形式的特征在于：其清晰限界的面被均匀地照亮。在更复杂的图形符号的情况下，能够在投影的面之内存在留空的、即遮暗的区域。在图2中示出这种图形符号的简单的实施方案。

用于投影这种图形符号的照明光学装置附加地具有设置在成形光的结构中的锥形元件，所述锥形元件具有基本面和尖部，其中锥形元件的基本面的形状对应于遮暗的区域的形状，锥形元件设置在成形光的结构中，使得尖部相反于投影方向定向并且基本面沿投影方向定向，并且锥形元件构成为，使得其对于沿投影方向输入的光是全反射的。

在要投影的图形符号具有遮暗的区域的情况下，所述区域原则上能够任意地成形并且能够是圆形的、卵形的、三角形的或多角形的或是自由形状的。

因为在根据本实用新型的照明光学装置中，成形光的结构的耦合输出面的横截面形状对应于要投影的图形符号的形状，其中包括遮暗的区域，所以因此在根据本实用新型的照明光学装置的一个优选的实施方式中，锥形元件的基本面是圆形的、卵形的、三角形的或多角形的或是自由形状的。

因为此外锥形元件设计成，使得其对于由光源发射的进而沿投影方向射入的光是全反射的，所以将全部进入到成形光的结构中的光引导到照明平面的要投影的区域上，并且用于投影，使得实现最佳的效率。

通过对应于锥形元件的体积在制造照明光学装置时保持留空的方式，能够在根据本实用新型的照明光学装置中成形锥形元件。这就是说，根据本实用新型连续地由硅树脂形成的照明光学装置在该情况下具有呈锥形元件的形式的空腔。

如果要投影的图形符号具有多个彼此分离的或重叠的遮暗的区域，那么能够使成形光的结构匹配于此。在这种情况下，根据本实用新型的照明光学装置的成形光的结构具有两个或更多个锥形元件，所述锥形元件如上面描述的那样在成形光的结构中设置和定向，其中锥形元件的基本面对应于要投影的图形符号的遮暗的区域。此外，线性散布(linear ausgetragen)的锥形元件能够沿着线、例如圆的线而具有遮暗的圆与在所述遮暗的区域之内和之外的受到照明的面。

根据本实用新型也提供一种用于将图形符号投影到投影面上的投影仪，所述投影仪具有：光源，所述光源具有发光面；如上文描述的根据本实用新型的照明光学装置，所述照明光学装置借助会聚透镜的耦合输入面邻接于光源的发光面；和呈图形符号的形式的要投影的物体，所述物体在投影方向上设置在照明光学装置的下游，使得由光源发射的光射到其上并且图形符号投影到投影面上。

按照根据本实用新型的投影仪的一个优选的实施方式，光源是选自如下的一个或多个发光机构：发光二极管(LED)，有机LED(OLED)，激光二极管和根据激光远程激发荧光粉(Laser Activated Remote Phosphor，LARP)原理工作的发光机构。

LED能够以至少一个单独封装的LED的形式或以至少一个LED芯片的形式存在，所述LED芯片具有一个或多个LED。能够将多个LED芯片安装在共同的基底(“Submount，基板”)上，并且形成LED，或者个别地或共同地例如固定在电路板(例如FR4，金属芯电路板等)上(“CoB”＝Chip on Board，板上芯片)。代替或除了无机LED、例如基于AlInGaN或InGaN或AlInGaP的无机LED之外，通常也能够使用有机LED(OLED，例如聚合物OLED)。LED芯片能够是直接发射的或者具有安置在上游的发光材料。

在根据本实用新型的投影仪中，集成根据本实用新型的照明光学装置，使得会聚透镜的耦合输入面邻接于光源的发光面，进而由光源发射的光被聚束并且输送给成形光的结构。

在投影方向上在照明光学装置下游、即在成形光的结构的耦合输出面下游，在照明平面中设置有要投影的物体，所述物体对应于要投影的图形符号的形状。要投影的物体能够是呈图形符号或图标的形状的掩模。

要投影的图形符号例如能够是公司或机构的图标，在交通工具中也为型号名称或任意装饰性元素。所述图形符号也能够包含字母和/或数字。

此外，根据本实用新型的投影仪优选具有成像光学装置，所述成像光学装置在照明平面中在投影方向上设置在要投影的物体下游，并且借助所述成像光学装置能够将图像符号成像到投影面上。

根据本实用新型的投影仪例如能够使用在交通工具中，以便将图形符号或图标投影到行车道或邻接的面上。交通工具能够是航空交通工具或水上交通工具或陆上交通工具。陆上交通工具能够是机动车或轨道车辆或自行车。尤其优选地，交通工具是载重车或载客车或摩托车。交通工具还能够构成为非自动的或半自动的或自动的交通工具。

附图说明

在下文中，应根据实施例详细阐述本实用新型。附图示出：

图1示出用于借助于根据本实用新型的照明光学装置或根据本实用新型的投影仪投影的简单的图形符号或图标的实例。

图2示出用于借助于根据本实用新型的照明光学装置或根据本实用新型的投影仪投影的图形标记或图标的实例，所述图形标记或图标具有留空的、即遮暗的区域。

图3示出根据本实用新型的投影仪的第一实施方式的示意图，所述投影仪具有光源、照明光学装置和照明平面。

图4示出如下图表，所述图表示出图3中的投影仪的照明平面中的相对照明强度。

图5示出根据本实用新型的投影仪的第二实施方式的示意图，所述投影仪具有光源、照明光学装置和照明平面。

图6示出如下图表，所述图表示出图5中的投影仪的照明平面中的相对照明强度。

具体实施方式

在图3中示意地示出根据本实用新型的投影仪1的第一实施方式，所述投影仪具有光源2、照明光学装置3和照明平面4。照明光学装置一件式地构成，所述照明光学装置具有会聚透镜5、成形光的结构7和固定装置6，并且由硅树脂构成。

将发光面为1mm²的LED用作为光源。

照明光学装置3借助其耦合输入面邻接于光源2的发光面，使得由光源发射的光进入到照明光学装置3的会聚透镜5中。

在第一实施方式中，成形光的结构7连续地以圆形的横截面构成，使得照明光学装置3的耦合输出面也具有圆形的横截面。照明光学装置3的会聚透镜5(TIR透镜)和成形光的结构7在内部全反射地构成，使得进入到照明光学装置中的光以高的效率会聚并且引导至耦合输出面。

照明光学装置4的各个元件的长度、即在投影方向上的尺寸对于TIR透镜5为4mm，对于固定装置6为2mm并且对于成形光的结构7为4mm，使得照明光学装置3的总长度大约为10mm。照明光学装置3的光学效率为直至80％。

在投影方向(射束传播方向)9上在照明光学装置的下游设置有照明平面4。由于成形光的结构7的耦合输出面的圆形的横截面，在照明平面4上成像直径大约为7mm的如在图4中示出的照明图案。具体地，图4示出照明平面4中的相对照明强度，其中以阴影示出被照明的区域。在图4中可见：在照明平面上产生的被圆形照明的面均匀地被照亮并且相对清晰地限界。

在照明平面中设置有要投影的物体，即例如掩模。借助第一实施方式的照明光学装置3，能够投影具有圆形的基本形状且直径为直至7mm的图形符号或图标。

在图5中示意地示出根据本实用新型的投影仪1的第二实施方式，所述投影仪具有光源2、照明光学装置3和照明平面4。

第二实施方式的照明光学装置的尺寸、材料和特性与第一实施方式相同，例外是：锥形元件8设置在成形光的结构7中，使得锥形元件8的尖部相反于投影方向、即朝向光源定向，并且基本面沿投影方向定向。锥形元件8具有圆形的基本面并且关于成形光的结构7的横截面居中地设置。锥形元件或其斜度设计成，使得射入的光束经受全反射。

由于该布置，在照明平面上产生的圆形的照明图案之内在中央遮暗圆形的区域。通过锥形元件在其朝向光源的表面上全反射地构成，从遮暗的区域中定向的光束不被吸收，而是偏转到照明平面的其他区域中，使得借助第二实施方式的照明光学装置3也实现直至80％的光学效率。

借助第二实施方式的照明光学装置，在照明平面4上成像外直径大约为7mm并且具有中央的遮暗的区域的如在图6中示出的照明图案，所述遮暗的区域呈直径为大约3mm的圆形形状。具体地，图6示出照明平面4中的相对照明强度，其中被照明的区域以单阴影示出，并且遮暗的区域以交叉阴影示出。在图6中，如在图4中那样，轴线的尺度以毫米为单位。

借助第二实施方式的照明光学装置3，能够投影具有圆形的基本形状且具有直至7mm的直径的图形符号或图标，所述图形符号或图标还在中央具有未照亮的区域，所述区域对应于如在图6中示出的遮暗的区域。

附图标记列表

1 投影仪

2 光源

3 照明光学装置

4 照明平面

5 会聚透镜

6 固定装置

7 光成形的结构

8 锥形元件

9 投影方向

Claims (10)

1.一种用于投影仪的照明光学装置(3)，所述投影仪用于将图形符号投影到投影面上，所述照明光学装置具有会聚透镜(5)和成形光的结构(7)，所述成形光的结构在投影方向上设置在所述会聚透镜(5)的下游，并且邻接于所述会聚透镜(5)，并且所述成形光的结构的耦合输出面具有对应于所述图形符号的横截面形状，其中所述会聚透镜(5)和所述成形光的结构(7)由硅树脂构成并且具有内部全反射。

2.根据权利要求1所述的照明光学装置(3)，

其中所述成形光的结构的所述耦合输出面的横截面形状是圆形的、卵形的、三角形的或多角形的或是自由形状的。

3.根据权利要求1或2所述的照明光学装置(3)，

其中所述会聚透镜(5)和所述成形光的结构(7)一件成形。

4.根据权利要求1或2所述的照明光学装置(3)，

所述照明光学装置具有与其连接的固定装置(6)。

5.根据权利要求4所述的照明光学装置(3)，

其中所述固定装置(6)由硅树脂构成，并且所述会聚透镜(5)、所述成形光的结构(7)和所述固定装置(6)一件成形。

6.根据权利要求1或2所述的照明光学装置(3)，

其中要投影的所述图形符号具有遮暗的区域，并且其中所述照明光学装置(3)附加地具有设置在所述成形光的结构(7)中的锥形元件(8)，所述锥形元件具有基本面和尖部，所述锥形元件(8)的所述基本面的形状对应于所述遮暗的区域的形状，所述锥形元件(8)设置在所述成形光的结构中，使得所述尖部相反于所述投影方向定向，并且所述基本面沿投影方向定向，并且所述锥形元件(8)构成为，使得所述锥形元件对于沿投影方向射入的光是全反射的。

7.根据权利要求6所述的照明光学装置(3)，

其中所述锥形元件(8)的所述基本面是圆形的、卵形的、三角形的或多角形的或是自由形状的。

8.一种用于将图形符号投影到投影面上的投影仪(1)，所述投影仪具有：光源(2)，所述光源具有发光面；根据权利要求1至7中任一项所述的照明光学装置(3)，所述照明光学装置借助会聚透镜(5)的耦合输入面邻接于所述光源(2)的发光面；和呈图形符号的形式的要投影的物体，所述物体在投影方向上设置在所述照明光学装置(3)的下游，使得由所述光源(2)发射的光射到其上，并且所述图形符号投影到所述投影面上。

9.根据权利要求8所述的投影仪，

其中所述光源(2)是选自如下的一个或多个发光机构：发光二极管，有机LED，激光二极管和根据激光远程激活荧光粉原理工作的发光机构。

10.根据权利要求8或9所述的投影仪，

其中在投影方向上在要投影的所述物体下游设置有成像光学装置，借助所述成像光学装置能够将所述图形符号成像到所述投影面上。