投影仪组件和投影系统的制作方法

本发明基于一种投影仪组件，特别是用于交通工具，利用该投影仪组件将光图像在远场中进行显示。另外，本发明涉及一种具有这种投影仪组件的投影系统。

背景技术：

1、从现有技术中已知在交通工具例如载客车辆中使用投影仪组件。例如，这些组件用于在靠近车辆的成像面例如路面上对车辆l ogo进行成像。这种投影仪组件例如具有led(发光二极管)形式的光源，其后面是带有l ogo的掩模。掩模后面又连接着一个带有一个或多个透镜的光学系统，用于在远场中对掩模上的l ogo进行成像。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于呈现信息尤其是l ogo的投影仪组件和投影系统，其以成本有利的方式并且/或者以设备技术方面简单的方式并且/或者以少量的安装空间要求将高质量图像呈现在远场中，并且/或者提供相对较大的焦距。

2、关于投影仪组件的目的根据权利要求1的特征来解决，并且关于投影系统的目的根据权利要求10的特征来解决。

3、特别有利的实施例可以在从属权利要求中找到。

4、根据本发明，投影仪组件设有至少一个光源，光可以经由该光源发射。另外，投影仪组件具有至少一个掩模，该掩模连接在光源的下游，即布置在所发射的光的光束路径中。掩模优选地具有可以经由投影仪组件成像的信息，特别是logo。更优选地，掩模孔径光阑连接于掩模上游或下游，或者与掩模相配属。作为替代方案可以设想的是，掩模具有掩模孔径光阑。此外在掩模的上游或下游还设置有掩模透镜。如果掩模透镜设置在掩模上游，则掩模透镜优选设置在光源和掩模之间。作为另外的透镜设置投影透镜，该投影透镜又连接在掩模的下游，也就是说在光束路径中观察布置在掩模下游。另外，还设置有孔径光阑，该孔径光阑也连接在掩模的下游。在光束路径中观察，孔径光阑可以例如连接在投影透镜之前或下游，或者可以环绕投影透镜。掩模透镜优选地被设计和布置成使得由光源发射的光尤其经由掩模被聚焦到孔径光阑的像平面中。更优选地，投影透镜被设计和布置成使得其将掩模的像平面成像在远场中。

5、根据本发明的投影仪组件依赖于所谓的“科勒照明(illumination)”。科勒利用他的系统改进了显微镜的照明系统。就此而言科勒开发了一种光学系统，用于实现显微镜载物台的均匀照明。该系统具有钨灯、集光透镜和聚光透镜。集光透镜将钨灯的光束集起来，并将钨灯的螺旋体的图像投影到连接于聚光透镜上游的孔径光阑上。聚光透镜又将另一个、连接在集光透镜下游并配属于集光透镜的孔径光阑的图像平面投影到显微镜载物台上。在根据本发明的投影仪组件中，基于科勒原理，例如具有logo的掩模的图像平面在远场中成像，其中已经表明，这通过按本发明的实施例在设备技术方面投入较少的情况下实现了高的图像质量。此外已经表明，投影仪组件的部件的光学机械公差可以相对较大，并且仍然可以实现相对较高的成像质量，这实现总体上稳健的产品设计。此外，已经表明，利用投影仪组件以设备技术上简单的方式使得在相对高的成像质量的同时相对大的掩模或相对大的logo成为可能。通过相对较大的掩模，与现有技术相比，作用在掩模上的源自于光的能量密度较低。由于可以将掩模构造得较大，因此还可以为不同的掩模或logo尺寸带来更高的灵活性。投影仪组件还有利地引起色差的减少，而无需使用衍射光学元件例如混合非球面。另外，与现有技术相比，根据本发明的投影仪组件允许在相同图像或掩模尺寸的情况下增加焦距，借此提高了关于投影镜头的定位的公差。此外，针对不同的图像尺寸可以宽泛挑选投影透镜。例如，对于1m的投影距离而言，可以提供在远场中350至1400mm之间的图像尺寸，其中投影透镜具有低或适中的色差。

6、在本发明的另一实施例中，掩模透镜具有凸形的光入射面和平的光出射面。例如，掩模透镜被构造为平凸透镜。因此，就设备技术而言，可以以简单的方式利用掩模透镜来聚焦光。

7、在本发明的另一个实施例中，可以附加地设置准直透镜，其连接在掩模透镜和掩模以及掩模孔径光阑上游并且连接在光源下游。采用准直透镜，可以以设备技术上简单的方式对光源的射束进行准直，从而改善成像质量并对掩模透镜的聚焦予以支持。准直透镜优选地将光在光锥或截头光锥中准直，该光锥或截头光锥在照射方向上逐渐变细并且其侧表面相对于主出射轴线倾斜10°或大约10°。通过根据本发明的投影仪组件，准直透镜和光源之间的距离可以有利地相对较大。由此一来，诸如塑料的成本有利的材料可以代替例如相对成本耗费的硅酮用于准直透镜并且/或者用于一个或多个其他透镜。

8、准直透镜和/或掩模透镜和/或投影透镜优选地在由光源发射的光的光束路径中前后布置。它们还优选位于主出射轴线上并且可以彼此同轴布置。还可以设想的是，一个或多个或所有透镜被构造成旋转对称的。另外，孔径光阑和掩模孔径光阑可具有圆形开口横截面并且/或者位于主出射轴线上并且/或者与一个或多个透镜同轴布置。

9、就设备技术而言，掩模优选地是简单的图像光学遮光件(gobo＝graphicaloptical blackout)。掩模例如可以具有载体，特别是透明载体，其具有光入射面和光出射面。更优选地，从装备技术上来说，图像光学遮光件简单地形成或设置在光出射面上。图像光学遮光件可以以特别简单的方式构造为膜。例如，其被简单地打印，并且因此可以具有透光的膜部分和不透光和/或部分透光的膜部分以形成诸如logo的信息。就装备技术而言，膜形式的图像光学遮光件可以容易地施加在载体的光入射面和/或光出射面上。例如，还可以设想将一种膜施加到载体的光入射面上并且将一种膜施加到载体的光出射面上。例如载体可以构造为载体盘，或者简单地将掩模透镜设置为载体。可替代地或附加地可以设置的是，图像光学遮光件是有色的或者膜是彩印的，以便形成图像光学遮光件。载体的光入射面和光出射面例如可以布置成彼此平行间隔。图像光学遮光件优选位于一个平面中，这样易于成像。换句话说，投影透镜可以将平的或施加到掩模透镜或载体的平表面的图像光学遮光件成像到远场中。通过使用图像光学遮光件作为膜，可以设想的是，如已经提到的，对其进行打压和/或着色，其中可以使用一种或多种颜色或不同的颜色。由此可以形成彩色的图像。通过使用该膜，不再需要现有技术中经常使用的成本耗费的玻璃遮光板。通过投影仪组件可以如已经在上面所描述过的那样使得掩模相对较大并因此图像光学遮光件也相对较大地构造。这进一步带来的优点是，例如可以使用具有较低分辨率的彩色打印机，其更便宜并且仍然实现在远场中具有高成像质量的图像光学遮光件。例如图像光学遮光件具有2和5mm之间的尺寸或最大直径，其中该尺寸是在图像光学遮光件平面中测量的。

10、掩模或图像光学遮光件优选具有要通过投影仪组件成像的信息，例如l ogo或符号或字符或图像。

11、在本发明的另一实施例中，掩模孔径光阑尤其直接连接在载体和/或图像光学遮光件的上游。也可以设想将掩模孔径光阑与载体和/或图像光学遮光件直接连接。此外可以设想的是，掩模孔径光阑围住尤其完全围住投影透镜。在这种情况下，掩模孔径光阑可以例如在投影透镜的光入射面的边缘所在的平面中延伸。掩模孔径光阑例如平行于图像光学遮光件间隔开或平行于图像光学遮光件地布置。

12、将掩模透镜布置在掩模或图像光学遮光件位置或邻近掩模或图像光学遮光件位置对于高成像质量极其有利。通过掩模透镜的凸平设计，图像光学遮光件可以被布置为尽可能靠近掩模透镜的平表面或光出射面或布置在其上。

13、优选设置至少一个或多个发光二极管(led)作为光源，其优选被构造为具有均匀空间光分布的表面发射器。

14、在本发明的另一实施例中，在掩模下游连接的孔径光阑布置在投影透镜下游。相对于此在经典的科勒照明中通常将孔径光阑设置在投影透镜之前。就此而言孔径光阑的位置定义了投影仪组件的长度。通过将其定位于投影透镜之后，使得投影仪组件和/或投影透镜更大的长度成为可能。还可以设想将在掩模下游连接的孔径光阑形成或布置在投影透镜的光出射面上或在投影透镜的端侧。作为替代方案，孔径光阑可以与投影透镜间隔开。就此可以设想的是，将孔径光阑构造在窗板上或窗板中，该窗板连接在投影透镜的下游并且形成例如投影仪组件的光出射窗或端窗。孔径光阑具有由不透光和/或吸光材料例如金属形成的光通道。孔径光阑优选是减小光的光束路径或射束的直径的机械式光阑。因此，它可以用作投影透镜的镜头直径和图像质量的校正参数。换句话说，孔径光阑布置在投影线的背侧上。

15、投影透镜例如设计为柱筒形或圆柱体形并且/或者可以具有凸形的光入射面和/或凸形的光出射面。投影透镜和投影仪组件可以被设计为使得经由投影透镜的光入射面进入的光与光入射面的周缘间隔。换句话说，仅仅在光入射面或投影透镜的内部区域中进入光线。通过应用投影仪组件或科勒照明，由此改善了图像质量，因为仅投影透镜的内部部分被使用和照亮。这实现了结合更小的透镜尺寸和稳健的光学机械结构下更好的成像质量。

16、准直透镜例如为柱筒形或圆柱形并且具有凸形的光入射面和/或凸形的光出射面。

17、有利地，投影透镜从其光出射面开始具有截锥形状的侧面或者被设计成截锥形状。截锥形的侧面就此在朝向光源的方向上或逆着照射方向扩展。通过截锥形的侧面，光出射面优选地形成孔径光阑。在进一步的实施例中，侧面可以延伸至投影透镜的光入射面，或者侧面延伸至投影透镜的径向安装套环。其可以形成在投影透镜的光入射面和侧面之间。安装套环又可以沿主出射轴线的方向观察时从光入射面开始延伸。孔径光阑形成在投影透镜的背面的光出射面上或中或者穿过光出射面。通过投影透镜的截锥形的侧面或通过投影透镜的截锥形的在端侧由光出射面界定的区段，可以省去实体性的例如由金属或吸光材料形成的孔径光阑。换句话说，由于投影透镜内部的特殊光束图案，孔径光阑被实现为从投影透镜的前表面的透明光阑到投影透镜的后表面逐渐变细的锥形面。

18、在本发明的另一实施例中设置了壳体，准直透镜和/或投影透镜和/或载体和/或掩模透镜布置在该壳体中并紧固或固定。壳体连同布置在其中的部件优选地形成模块。优选所有透镜和/或载体设置并固定在壳体中。该壳体又可以于是例如被布置或集成在另一个壳体或灯壳体或投影仪壳体中，特别是在内部。优选地，壳体具有用于光的壳体入口和壳体出口。因此可以实现的是，光源也可以布置在壳体的外部或者能够直接耦入到壳体入口中并且光经由壳体入口耦入。当然可以设想将光源也设置在壳体的内部。就此而言还可以设想不形成壳体入口。

19、有利地，壳体具有用于掩模的掩模接触面。其可以至少部分地或完全地围住光束的光束路径。壳体和载体和/或掩模透镜被设计成使得载体和/或掩模透镜可以在不同位置处紧固在掩模接触面上。由此在最终固定在壳体中之前，载体和/或掩模透镜可以在一定范围内移动和定位，以便相对于准直透镜和/或投影透镜对它们进行定位和定向。换言之，在横向于光束路径的方向或横向于主出射轴线的方向观察，在壳体中形成了用于载体和/或用于掩模透镜的间隙配合。换言之，掩模接触面、载体和/或掩模透镜以及壳体被构造成使得载体和/或掩模透镜能够在紧固前相对于主出射轴线特别是横向于主出射轴线在掩模接触面上移位。

20、优选地，在掩模接触面和载体或掩模透镜之间设置一个或多个粘合区域或粘合点，以便将它们彼此粘合。粘合区域的粘合剂优选是可uv固化的。可以设想的是，在将载体或掩模透镜布置在掩模接触面上之后，粘合区域被提供有粘合剂，并且然后首先定位载体或掩模透镜，其在掩模接触面上是可移位的。定位后，粘合剂被uv固化，从而固定载体或掩模透镜在掩模接触面上的相对位置。

21、掩模孔径光阑优选地由壳体形成，这在装备技术方面简单且成本有利。例如，掩模孔径光阑由壳体的内部径向套环形成，其具有环绕光束路径的、内部的、尤其呈圆柱形或柱筒形或截锥形的侧面。径向套环的沿照射方向指向的端面可以在装备技术方面容易地形成掩模接触面。掩模接触面可以在照射方向上指向并且/或者位于横向于主出射方向延伸的平面中。

22、壳体优选被设计成节省结构空间并且在设备技术方面简单地被构造成近似管状。

23、在本发明的另一实施例中，壳体具有内部阶梯。其可以具有逆着照射方向指向的阶梯面，准直透镜尤其经由形成在准直透镜上的径向套环沿轴向支撑在该阶梯面上。在照射方向上看，阶梯面形成在掩模接触面的前面和/或内部径向套环的前面。内部阶梯可以具有内部的尤其呈圆柱形或柱筒形或截锥形的第一阶梯围面。其可以形成壳体入口或者朝向壳体入口打开并且延伸至阶梯面。另外，内部阶梯可以具有内部的尤其呈圆柱形或柱筒形或截锥形的第二阶梯围面。其可以在照射方向上看从阶梯面开始延伸并且与第一阶梯围面相比具有更小的直径。阶梯围面优选彼此同轴布置。准直透镜可以尤其经由其径向套环被径向支撑在内部的第一阶梯围面上。如果阶梯围面是截锥形的，那么其优选在照射方向上逐渐变细。

24、此外，可以设置的是，在阶梯的内部的第一阶梯围面的区域中形成至少一个壳体弹簧，尤其与壳体一体地构造。在准直透镜的组装状态下，其可以尤其经由准直透镜的径向套环对准直透镜在其指向壳体开口的一侧上施加弹簧力。由此，可以以简单的方式将准直透镜保持或张紧在阶梯面和壳体弹簧之间。优选尤其在节圆上形成多个壳体弹簧，以便对准直透镜均匀地施加弹簧力。

25、有利地，掩模透镜布置在内部阶梯的内部的第二阶梯围面的区域中。掩模透镜可以支撑在壳体的一个或多个径向套环上，该径向套环优选在照射方向上看与内部的第二阶梯围面相邻。

26、在内部的第二阶梯围面的区域中可以尤其一体地在壳体中形成至少一个壳体弹簧。其在掩模透镜的安装状态下可以对掩模透镜在其指向壳体开口的一侧上施加弹簧力。因此，掩模透镜可以简单地在壳体的径向套环和壳体弹簧之间张紧。可以设想提供多个壳体弹簧，它们优选布置在节圆上，以便均匀地向掩模透镜施加力。

27、在本发明的另一实施例中，壳体具有内阶梯，该内阶梯具有沿照射方向指向的阶梯面，投影透镜可以尤其经由形成在投影透镜上的径向套环沿轴向支撑在该内阶梯上。在照射方向上观察，阶梯面可以形成在掩模接触面之后和/或在具有掩模接触面的壳体的内部径向套环之后。投影透镜可以通过内阶梯方便地布置以及安装在壳体内。内部阶梯可以具有内部的、尤其呈圆柱形或柱筒形或截锥形的第一阶梯围面，该第一阶梯围面形成壳体出口或朝向壳体出口打开。如果内部的阶梯围面构造成截锥体的形状，则其优选在照射方向上逐渐变宽。投影透镜可通过内部的第一阶梯围面容易地导入到壳体内。内部的第一阶梯围面优选延伸至阶梯面。在阶梯中可以设置内部的尤其呈圆柱形或柱筒形或截锥形的第二阶梯围面，第二阶梯围面从阶梯面逆着照射方向延伸并且与第一阶梯围面相比具有更小的直径。阶梯围面优选彼此同轴布置。如果内部的第二阶梯围面被构造成截锥体形状，则其优选在照射方向上逐渐变宽。载体和/或掩模透镜可以沿径向支撑在内部的第二阶梯围面上。载体和/或掩模透镜优选经由内部的阶梯安装在壳体中。投影透镜可以尤其经由其径向套环沿径向支撑在内部的第一阶梯围面上。

28、至少一个壳体弹簧尤其与壳体一体地形成在内部的第一阶梯围面的区域中。其可以在投影透镜的安装状态下对投影透镜尤其是投影透镜的径向套环在其指向壳体出口的一侧施加弹簧力。由此可以容易地将投影透镜张紧在阶梯面和壳体弹簧之间。

29、如果提供两个内部阶梯，则可以以简单的方式从不同侧安装透镜，这实现了快速的安装。这尤其可以在无需工具的情况下通过壳体弹簧来实现。

30、有利地，壳体弹簧或相应的壳体弹簧斜坡形地从形成在壳体中并朝向阶梯围面或朝向相应的阶梯围面打开的弹簧室或相应的弹簧室伸入到由阶梯围面或相应的阶梯围面张开的透镜空间中，并且具有斜坡表面。沿相应的透镜的安装方向看时其向内且沿安装方向延伸。对于安装相应的透镜而言，当该透镜被沿轴向或沿主光轴导入到壳体中时，该透镜可以通过斜坡表面将壳体弹簧弹性地压入到弹簧室中。在预定的安装路径之后，相应的透镜离开斜坡表面，从而壳体弹簧松弛回到透镜空间中并卡在其中，并由此尤其利用弹簧接触面与透镜重叠。壳体弹簧可以布置成使得在接合相应的透镜时，该透镜尤其通过弹簧接触面被施加以弹簧力。

31、根据本发明提供了一种投影系统，该系统具有根据上面和下面所述方面中的一个或多个方面的投影仪组件。投影系统具有系统壳体，优选具有壳体的投影仪组件被装入和/或集成到该系统壳体中。投影系统可以具有其他的功能部件。投影仪组件因此可以简单地作为“部件”或模块安装在系统壳体中。

32、申请人保留对具有根据前述方面中的一个或多个方面的投影系统和/或投影仪组件的交通工具提出独立权利要求的权利。交通工具可以是商用交通工具或水基交通工具或陆基交通工具。陆基交通工具可以是机动车辆或轨道车辆或自行车。该交通工具特别优选是卡车或客车或摩托车。此外，交通工具可以被设计为非自主或部分自主或自主的交通工具。