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Die Erfindung betrifft einen Mikroprojektor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Mikroprojektors.
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Mikroprojektoren finden hauptsächlich im Bereich der Consumer-Elektronik Anwendung, beispielsweise in Mobiltelefonen oder Notebooks. Sie dienen zur Projektion von Bildern oder zur Darstellung von Filmen, falls kein stationärer Projektor verfügbar ist und trotzdem eine Präsentation oder ein Vortrag für mehrere Personen, beispielsweise mittels Folien oder Diagrammen durchgeführt werden soll.
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Mikroprojektoren umfassen im Allgemeinen eine Lichtquelle, eine Bildoptik, diverse elektronische Bauelemente und Trägerkomponenten. Diese sind üblicherweise gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet, entweder innerhalb des Gehäuses des Notebooks oder Mobiltelefon oder auch in einem separaten Gehäuse.
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Aus der
US 6,480,634 B1 ist ein Mikroprojektor bekannt geworden, der eine Laserquelle umfasst, deren Laserlicht mittels einer optischen Faser an eine Bildoptik übertragen wird. Mittels eines Lichtmodulators, welcher durch elektronische Mittel gesteuert wird, wird wiederum die Bildoptik gesteuert, um ein Bild zu projezieren. Dabei ist es erforderlich, die Bildoptik, beispielsweise in Form von Mikrolinsen, etc. und die Lichtquellen in ihrer Lage zueinander zu justieren und zu fixieren. Bei einem mobilen Einsatz wirken jedoch häufig Schockbelastungen von außen auf den Mikroprojektor.
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Offenbarung der Erfindung
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In Anspruch 1 ist ein Mikroprojektor definiert, umfassend eine Lichtquelle, zumindest ein optisches Abbildungsmittel zur Erzeugung eines Bildes mittels der Lichtquelle, zumindest ein elektrisches Mittel zur Ansteuerung der Lichtquelle, sowie ein Dämpferelement zur Dämpfung von mechanischen Belastungen des Mikroprojektors.
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In Anspruch 8 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Mikroprojektors, insbesondere gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, definiert, umfassend die Schritte Anordnen einer Lichtquelle auf einem Träger, Anordnen eines optischen Abbildungsmittels auf dem Träger, Anordnen eines elektrischen Mittels auf dem Träger, sowie Anordnen eines Dämpferelementes zur Dämpfung von mechanischen Belastungen des Mikroprojektors.
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In Anspruch 11 ist eine Verwendung eines Mikroprojektors gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem mobilen Gerät, insbesondere einem Mobiltelefon oder einem Notebook zur Erzeugung eines Bildes definiert.
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Unter Mikroprojektoren sind in der Beschreibung und insbesondere in den Ansprüchen, vorzugsweise Picoprojektoren zu verstehen.
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Vorteile der Erfindung
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Der mit der Erfindung erzielte Vorteil ist, dass damit die Flexibilität des Mikroprojektors erheblich erweitert wird, da der Einsatzbereich eines solchen Projektors beispielsweise auch im Outdoorbereich oder auch in Transportmitteln mit erheblicher Erschütterung, beispielsweise in Zügen, etc. eingesetzt werden kann. Des Weiteren ist ein derartiger Mikroprojektor auch weniger empfindlich, gegenüber Fehlbedienungen, beispielsweise einem Fallenlassen des Mobiltelefons bzw. des Notebooks, in dem der Mikroprojektor eingesetzt wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Dämpferelement als mechanischer Tiefpassfilter ausgbildet. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass damit starke kurzfristig auftretende Erschütterungen gedämpft bzw. kompensiert werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Lichtquelle und die optischen Abbildungsmittel an dem Dämpferelement angeordnet. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass damit sowohl die Lichterzeugungs- als auch -abbildungsmittel, beispielsweise Lichtquelle und optische Abbildungsmittel am Dämpferelement angeordnet und damit entkoppelt von mechanischen Störeinflüssen sind, die auf den Mikroprojektor von außen einwirken.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfassen die optischen Abbildungsmittel einen Lichtleiter. Auf diese Weise ist es möglich, zuverlässig das Licht der Lichtquelle den optischen Abbildungsmitteln zuzuführen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Dämpferelement Federelemente und/oder weichelastische Werkstoffe auf. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass damit das Dämpferelement einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Dämpferelement als insbesondere plastische und/oder elastische Anschlagstruktur ausgebildet. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass damit zumindest teilweise die starke Beschleunigung beim Aufprall des Mobiltelefons oder des Notebooks mit Hilfe des Dämpferelementes aufgenommen werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfassen die elektrischen Mittel einen mechanisch flexiblen Anschluss. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass damit auch die elektrischen Anschlüsse weitestgehend robust gegenüber mechanischen Belastungen sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Dämpferelement mittels 2K-Spritzgießen hergestellt, insbesondere zusammen mit dem Träger. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass damit auf einfache und kostengünstige Weise das Dämpferelement insbesondere zusammen mit dem Träger hergestellt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Dämpferelement in ein Gehäuse des Mikroprojektors eingelegt. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass damit auf aufwendige Befestigungen oder Festlegungen des Dämpferelements im Gehäuse verzichtet werden kann.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Dabei zeigt:
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1 einen Mikroprojektor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung;
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2 einen Mikroprojektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung;
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3 einen Mikroprojektor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung;
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4 einen Mikroprojektor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung;
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5 einen Mikroprojektor gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung; sowie
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6 Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Mikroprojektors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente soweit nicht anders beschrieben.
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1 zeigt einen Mikroprojektor P gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Form. In 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen Mikrospiegel, der auf einem Dämpferelement 9, 52, welches in einem elektrischen Träger 4 eingebettet ist, angeordnet ist. Des Weiteren sind auf dem elektrischen Träger 4 elektrische Bauelemente 3, beispielsweise Treiber, passive Bauelemente, Videodecoder, etc. angeordnet. An dem elektrischen Träger 4 ist weiter ein elektrischer Anschluss 5 angeordnet zur Bereitstellung von elektrischer Energie für den Mikroprojektor. Auf dem Träger 4 ist weiter eine Lichtquelle 2 in Form eines Lasers 2 angeordnet sowie optische Bauteile in Form von Linsen und Spiegeln 8. Der Laser 2 emittiert einen Lichtstrahl 6 im Wesentlichen parallel zur Erstreckung des elektrischen Trägers 4. Der Lichtstrahl 6 durchquert die optischen Bauteile 8, trifft auf den Mikrospiegel 1, der den Strahl 6 zur Projektion eines Bildes ablenkt in einen Ausgangsstrahl 7, der ein Bild, beispielsweise an eine Wand projeziert. Das Dämpferelement 9, 52 umfasst dabei Federelemente 52, die einen Teil des elektrischen Trägers 4 von dem Rest des elektrischen Trägers 4 zur Dämpfung entkoppeln. Durch den Tiefpassfiltereffekt des Dämpferelementes 9, 52 werden Schockvibrationen, die im Gehäuse des Mikroprojektors P, beispielsweise bei einem Aufprall eines mit dem Mikroprojektor P versehenen eines Mobiltelefons auf einen Boden entstehen, gedämpft bzw. absorbiert und/oder mit tieferen Frequenzen bzw. kleineren Amplituden auf den Mikrospiegel 1, der auf dem Dämpferelement 9, 52 angeordnet ist, übertragen.
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2 zeigt einen Mikroprojektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung. In 2 ist im Wesentlichen ein analoger Aufbau des Mikroprojektors P gemäß der 1 gezeigt. Im Unterschied zur 1 ist zwischen Laser 2 und Mikrospiegel 1 eine Lichtleiterstruktur 10, zum Beispiel eine flexible Glasfaser angeordnet. Hier ist vorteilhaft, dass keine Freistrahloptik erforderlich ist, die von einer stabilen Lagebeziehung zwischen der Lichtquelle 2 und dem Mikrospiegel 1 abhängig ist. Dadurch wird eine Lageentkopplung zwischen dem Mikrospiegel 1 und der Lichtquelle in Form eines Lasers 2 ermöglicht.
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3 zeigt einen Mikroprojektor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung. In 3 ist im Wesentlichen ein Mikroprojektor P gemäß 2 gezeigt. Im Unterschied zu 2 sind der Laser 2 sowie der Mikrospiegel 1 auf einem gemeinsamen elektrischen Träger 49 angeordnet, welcher über Dämpferelemente 52 vom elektrischen Träger 4 bzw. vom Gehäuse entkoppelt ist. Auf dem gemeinsamen elektrischen Träger 49 sind also die optisch zueinander zu justierenden Komponenten angeordnet, insbesondere auch die optischen Komponenten 8 (in 3 nicht gezeigt). Für die Herstellung empfiehlt es sich, alle Komponenten, welche eine optische Justierung zueinander erfordern, gemeinsam auf dem Träger 49 anzuordnen, da eine Herstellung damit in einer Sequenz erfolgen kann. Wird, wie in der 3 gezeigt, ein flexibler Lichtleiter 10 zur optischen Verbindung von Laser 2 und Mikrospiegel 1 verwendet, steigt die Flexibilität bei der Anordnung der Laserquelle 2 und des Mikrospiegels 1 auf dem gemeinsamen Träger 49.
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4 zeigt einen Mikroprojektor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung. In 4 ist eine schematische Aufsicht auf einen Mikroprojektor P in Form eines Moduls mit Gehäuse 50 gezeigt. Das Gehäuse 50 ist im Wesentlichen quadratisch aufgebaut. In der Mitte des Gehäuses 50 ist der gemeinsame elektrische Träger 49 angeordnet, auf dem sich wiederum der Mikrospiegel 1 sowie der Laser 2 befinden. Der Laser 2 ist wiederum über einen optischen Lichtleiter 10 mit dem Mikrospiegel 1 verbunden. Der gemeinsame elektrische Träger 49 ist dabei mittels vier Dämpferelementen 52, welche jeweils im Wesentlichen parallel zu einer Seite des quadratischen Gehäuses 50 angeordnet sind, mit dem Gehäuse 50 zur Dämpfung verbunden. Weiterhin sind elektrisch flexible Verbindungselemente 11 angeordnet, um den Laser 2 mit den elektrischen Bauelementen 3 bzw. elektrischen Verbindungselementen 4 zu verbinden. Die elektrischen Verbindungselemente 4 weisen weiterhin einen Steckeranschluss 5 zum Anschluss einer externern Stromquelle, etc. auf.
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Durch das Feder-Masse-System des gemeinsamen elektrischen Trägers 49 und den Dämpferelementen 52 in Form von Federn wird ein mechanischer Tiefpassfilter erzeugt, der Schock-Vibrationen auf das Gehäuse 50 dämpft und diese gefiltert an den gemeinsamen elektrischen Träger 49 und den darauf befindlichen Mikrospiegel 1 und Laser 2 weitergibt. Der Laser 2 sowie der Mikrospiegel 1 sind dabei bevorzugt mit weichelastischen Materialien auf dem gemeinsamen elektrischen Träger 49 angeordnet. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der optische Lichtleiter 10 direkt auf dem Mikrospiegel 1 angeordnet wird und in starrer mechanischer Verbindung mit dem Mikrospiegel 1 angeordnet wird, so dass sich eine flexible Verbindung zwischen gemeinsamem elektrischen Träger 49 und Mikrospiegel 1 nicht nachteilig auf die Justierung des optischen Lichtleiters 10 auswirkt.
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5 zeigt einen Mikroprojektor gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung. In 5 wird im Unterschied zur 4 der gemeinsame elektrische Träger 49 über lediglich zwei Federn 52 anstelle von vier Federn 52 gemäß 4 mit dem Gehäuse 50 angeordnet. Bei einer Vibration des Gehäuses 50 werden deshalb nicht alle Vibrationsamplituden an den gemeinsamen elektrische Träger 49 übertragen. Der gemeinsame elektrische Träger 49 weist an jeweils seinen Ecken jeweils zwei vorstehende Überlastanschläge 60 auf. Dabei ist es möglich, auch nur einen Überlastanschlag 60 oder mehr als zwei vorstehende Überlastanschläge 60, beispielsweise drei Überlastanschläge 60 vorzusehen. Die beiden Federn 52 sind dabei mit zwei benachbarten Seiten des Gehäuses 50 verbunden und an dem gemeinsamen elektrischen Träger 49 an einer gemeinsamen Ecke jedoch auf verschiedenen Seiten des gemeinsamen elektrischen Trägers 49 angeordnet. Der gemeinsame elektrische Träger 49 sowie die Federn 52 sind dabei so ausgebildet, dass nur Frequenzen übertragen werden, welche im Wesentlichen unterhalb der Resonanzfrequenzen der optischen und/oder elektrischen Komponenten, welche auf dem gemeinsamen elektischen Träger 49 angeordnet werden, liegen. Die Überlastanschläge 60 dienen dazu, eine Kollision des gemeinsamen elektrischen Trägers 49 mit dem Gehäuse 50 zu dämpfen. Hierfür können ebenfalls weichelastische Werkstoffe, wie zum Beispiel Silikon, verwendet werden. Diese Überlastanschläge 60 können dabei sowohl an dem gemeinsamen elektrischen Träger 49 und/oder entsprechend dem Gehäuse 50 angeordnet sein.
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6 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Mikroprojektors, insbesondere gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt S1: Anordnen einer Lichtquelle auf einem Träger, einen zweiten Schritt S2: Anordnen eines optischen Abbildungsmittels auf dem Träger, einen dritten Schritt S3: Anordnen eines elektrischen Mittels auf dem Träger, sowie einen vierten Schritt S4: Anordnen eines Dämpferelementes zur Dämpfung von mechanischen Belastungen des Mikroprojektors.
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. So ist beispielsweise möglich, das mechanische Verhalten des gemeinsamen elektrischen Trägers 49 und/oder der Federn 52 durch die Geometrie der Federn, die Masse des schwingenden Systems und die verwendeten Materialien einzustellen. Bevorzugt werden hierbei weichelastische Materialien, beispielsweise das Gehäuse 50 aus einem 2K-Kunststoffspritzgussteil mit Silikon als weichelastischer Komponente hergestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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