CN103576322A - 具有半导体光源、偏转镜和透光区的投影器 - Google Patents

Abstract

一种投影装置（1），具有用于借助于至少一个光源（3）产生初级光（P）的光发生器（2）；具有多个透光区（7-9）的至少一个承载件（6，18），所述透光区的前侧（10）可由初级光（P）照射并且所述透光区的后侧（11）放射光（P，Sr，Sg），所述透光区（7-9）具有至少一个包含发光材料（14）的第一透光区（7），所述第一透光区的前侧（10）可由所述初级光（P）照明并且所述第一透光区的后侧（11）放射波长被转换的次级光（Sr）；和具有用于将光发生器（2）的初级光（P）偏转到相应的透光区（14，15）上的至少一个偏转镜（5），其中所述透光区（7-9）具有至少另一个波长不变的透光区（8，9）。

Description

具有半导体光源、偏转镜和透光区的投影器

技术领域

本发明涉及一种投影装置，其具有用于借助于至少一个光源产生初级光的光发生器；具有多个透光区的至少一个承载件，所述透光区的前侧可被初级光照射并且其后侧放射光，所述透光区具有包含发光材料的至少一个第一透光区，所述第一透光区的前侧可被初级光照明并且其后侧放射波长被转换的次级光；并且具有至少一个用于使光发生器的初级光偏转到相应的透光区的偏转镜。本发明特别可应用于图像投影器或者汽车前照灯。

背景技术

DE 195 30 008 B4公开一种用于具有反射的偏转装置的车辆的照明机构，所述照明机构具有至少一个光源和至少一个反射器，通过所述反射器反射由至少一个光源发射的光，其中反射的偏转装置设置在由至少一个反射器反射的光的射束路径中并且其中射到反射的偏转装置上的光为了形成从照明机构射出的光束而经受反射，其中偏转装置具有多个单独的反射元件，所述反射元件能够彼此不相关地在至少两个限定的部位之间切换。

US 2006/221021 A1公开荧光屏和显示系统和以这种屏幕为基础利用至少一个光学激发射束以便激发屏幕上的一种或多种荧光材料（发光材料）的设备，所述荧光材料放射光，以便产生图像。荧光材料能够具有磷材料或者非磷材料，例如量子点。屏幕能够具有多层的二向色层。

US 2011/249460 A1公开具有共同的分光单元和可变的分光单元的汽车前照灯，并且包括前照灯的前照灯系统能够形成共同的分光图案和可变的分光图案，更确切地说在使用共同的分光单元和可变的分光单元的条件下。可变的分光单元能够具有光源、发光材料板和用于将由光源放射的光反射/扫描到发光材料板上的镜和用于投影邻接于共同的分光图案的扫描光的投影器透镜。

发明内容

本发明的目的在于，至少部分地克服现有技术的缺陷。

所述目的根据本发明的特征来实现。优选的实施方式特别可从本文中获悉。

所述目的通过一种投影装置来实现，所述投影装置具有用于借助于至少一个光源产生激发光或者初级光的光发生器；具有多个透光区的至少一个承载件，所述透光区的第一侧（“前侧”）可由初级光照射并且其第二侧（“后侧”）放射光，所述透光区具有包含发光材料的至少一个第一透光区，所述第一透光区的前侧可被初级光照明并且其后侧放射波长被转换的次级光；并且具有用于将光发生器的初级光偏转到相应的透光区上的至少一个偏转镜，其中透光区具有至少一个另外的波长不变的透光区。

借助于所述投影装置提供一种简单构造的发光装置，所述发光装置能够提供尤其多样化的光放射图案。因此已经能够通过选择透光区的类型和布置在承载件后方或者在至少一个承载件的背后提供多样化的光放射图案。所述投影装置也实现，通过单独地照明透光区来提供不同的光放射图案。因此也实现将初级光直接地混合到在承载件后方产生的可用光中。由此首先能够节省发光材料，并且与在仅使用波长转换时相比能够实现更高的效率。

能够将波长不变的透光区特别理解为一种透光区，所述透光区不对透射过其的光进行波长转换，也就是说特别是不具有对于入射的光敏感的发光材料。因此，入射的初级光例如保持于在穿过波长不变的透光区时相同波长的或者光谱分布的相同的光。

光发生器基本上能够是任意类型的光生产单元。优选的是，光发生器是具有至少一个半导体光源的半导体光发生器。半导体光发生器也能够具有不同的半导体光源以用于产生初级光，所述半导体光源放射不同的初级光。初级光例如能够包括可见光、红外光（IR-LED）或者紫外光（UV-LED）。

特别地，至少一个半导体光源包括至少一个发光二极管。至少一个发光二极管能够以至少一个单独封装的发光二极管的形式或者以至少一个LED芯片的形式存在。多个LED芯片能够安装在共同的基底（“基板”）上。至少一个发光二极管能够装配有至少一个自有的和/或共同的光学装置以用于引导射束，例如为至少一个菲涅尔透镜、准直器等等。代替无机的发光二极管或者除了无机的发光二极管之外，例如基于InGaN或者AlInGaP的无机的发光二极管，一般来说也可以使用有机的LED（OLED，例如聚合物OLED）。

替选地或者附加地，至少一个半导体光源能够具有至少一个激光器，特别是二极管激光器。所述激光器具有特别锐利的光束，这简化透光区的照明。所述激光器的照明强度关于一个透光区也是特别高的。

从透光区的后侧放射的光的份额或者其辐射功率与从前侧放射的光份额相比能够特别为至少10%，特别是至少50%（从透光区放射的光的大部分在后侧被放射），特别是至少70%，特别是至少90%，特别是100%（完全的传输）。

特别地，仅使用在至少一个承载件的后侧放射的光作为可用光。在前侧放射的光能够尤其保持为未使用。

第一透光区能够具有一种或多种发光材料。发光材料能够将射入其上的初级光完全或者部分地转变或者转换为另一波长的、尤其是更大波长的次级光。转换率例如取决于发光材料体中的发光材料的密度和所述发光材料体的厚度。优选的是，第一透光区具有发光材料体，所述发光材料体具有板状的或者盘状的基本形状。发光材料体特别能够作为层存在。发光材料体的外部轮廓的形状是任意的并且例如能够是圆形的或者矩形的。

第一透光区在其后侧上放射波长被转换的次级光，在全转换的情况下能够意味着，所述透光区仅放射次级光。在部分转换的情况下，在后侧上不仅放射次级光还放射初级光。这两个光份额产生混合光。在蓝色的初级光部分转换为黄色的次级光时例如能够产生蓝黄或者白色的混合光。

至少一个另外的透光区仅需要以如下不同于第一透光区的方式构成：即从所述透光区的后侧放射的光是不同的，特别是关于光强、放射角和\或颜色是不同的。

一个改进方案是，至少一个偏转镜具有至少一个微镜阵列，例如由矩阵状设置的微镜致动器、例如所谓的DMD（数字微镜器件，“DigitalMicromirror Device”）构成的空间光调制器。空间光调制器的优点在于，由空间光调制器照射的透光区可同时且像素状地被照明。这实现简单的激发和高的转换率。特别地，用于射束扩展的光学装置能够连接在空间光调制器的上游。

又一个改进方案是，至少一个偏转镜具有至少一个摆镜（oszillierende Spiegel）或者“飞点”镜。至少一个摆镜将大多新细长的光束转向透光区。通过至少一个摆镜的运动，透光区依次被照射或者被扫描，例如光栅状地被照射或者被扫描。摆镜的使用具有下述优点，初级光束不需要被扩宽。这尤其简化激光器作为初级光源的使用。因此也借助相对简单的机构在透光区上提供高的光密度。

一个设计方案是，至少一个另外的透光区具有与第一透光区的发光材料不同的发光材料。由此，能够从透光区或者在后侧放射不同颜色的光，特别是混合色的光以作为可用光。

光发生器例如能够发射蓝色的初级光，第一透光区的发光材料是蓝绿转换的发光材料，并且另一透光区的发光材料是蓝红转换的发光材料。另一实例是，光发生器发射紫外初级光，第一透光区的发光材料能够是紫外-蓝转换的发光材料，另一透光区的发光材料是紫外-绿转换的发光材料并且再一个透光区具有紫外-红转换的发光材料。

又一设计方案是，至少一个另外的透光区是透明的和/或漫漫射的透光区。透明的发光材料区域例如能够是开放的穿通部或者能够具有透明的覆盖件或者窗（例如玻璃或者塑料小板）。在可透光的、特别是透明的承载件的情况下，这种发光材料区域例如能够是没有发光材料的区域。因此透明的透光区和漫漫射的透光区也能够存在于承载件上。

另一设计方案是，至少一个另外的透光区具有偏振器。由此实现在后方放射被适当偏振的可用光。

透光区能够具有一个或多个在上文中详述的元件（发光材料、偏振器等等）。此外透光区不受限于此，而是例如能够具有滤色器等等。

一个改进方案是，透光区统一地设置为矩阵状的。因此，透光区尤其以矩形栅格的形式设置。但是不需要用透光区占据每个栅格位置或矩阵位置。外部轮廓能够是任意的。矩阵状的布置简化了简单且规则的照明，特别是借助于微镜阵列和飞点装置。

此外一个设计方案是，透光区统一地设置为矩阵状的。这特别能够意味着，透光区形成确定的基本图案并且整个矩阵场由所述基本图案，也就是统一地被构造。基本图案例如能够是具有透明的透光区、蓝绿转换的透光区（所述蓝绿透光区因此具有相应的发光材料）、蓝红转换的透光区和蓝黄转换的透光区的2×2矩阵。所述基本图案例如能够在平面中沿各个方向延长五十倍，以便整体形成由透光区构成的100×100的总矩阵。所述设计方案具有下述优点：因此，可在承载件后方产生像素状的光放射图案。在透光区的密度足够高的情况下，基本图案的透光区的光特别能够被感觉为混合光。因此，基本图案能够被视为多色像素并且激发为多色像素。特别地，如果每个透光区能够被单独地照射且必要时甚至以可单独设定的亮度或光强来照射，那么能够产生具有适当设定的颜色和亮度的像素。

基本图案也能够仅具有一个透光区。

此外，一个设计方案是，透光区统一矩阵状地设置在子面中。在这种情况下，基本图案仅在整个矩阵场的（子面的）一部分中是完全一样的并且在（另一个子面的）另一部分中虽然相互是相同的但是与第一子面是不同的。因此对于不同的子面而言，能够不同地构成通过基本区域的结构限定的像素类型。这再次实现可尤其多样化构造的光放射图案。

一个设计方案也是，投影装置、特别是所述投影装置的承载件，具有两个子面（特别是总矩阵图案的子面），所述子面具有相同设置的透光区，其中两个子面的透光区能够放射立体的互补色的光（例如红和蓝或者红和青）。这允许简单地产生3D图像（立体图像）。

用于实现三维图像的显示的一个改进方案是，投影装置、特别是所述投影装置的承载件，具有两个子面（特别是总矩阵图案的子面），所述子面具有相同设置的透光区，其中两个子面的透光区能够放射不同偏振的光。

此外，一个设计方案是，至少一个承载件是可更换的，特别是可插入的或者可推入的。这实现光放射图案的尤其简单的且多样化的改变。一个承载件例如能够用具有不同大小的透光区的另一承载件更换，由此光放射图案的分辨率能够被改变。一个承载件例如能够用具有带有不同发光材料的透光区的另一承载件更换，由此光放射图案的色彩空间能够被改变。

又一设计方案是，至少一个承载件具有多个依次设置的承载件。这以紧凑的方式实现光放射图案的仍多样化的设计方案。

另一设计方案是，不同承载件的透光区（重合地）依次设置成一排。因此在承载件后方产生的可用光或者可用光束的光点能够以简单的方式具有多种不同的特性。承载件例如能够具有带有发光材料的透光区并且具有与此重合地设置的、具有装配有偏振器的透光区的承载件。因此借助简单的机构可以不仅彩色地构成可用光的光点而且可以对可用光的光点进行偏振。

为了实现可用光的光点的高的发光强度，优选的是，一排透光区（所述透光区因此连续地设置在共同的光路径中或者以一排的方式设置在共同的光通路中）中的仅一个透光区具有发光材料。

另一设计方案是，至少一个承载件是透光的板或盘。由此，所述承载件能够特别简单地被制造和被占据（例如用发光材料层、偏振层、抗反射层等等），并且不需要耗费地以切削的方式来加工。板例如能够由玻璃、合成制造的蓝宝石晶体（“蓝宝石玻璃”）、透光的塑料、玻璃陶瓷或者透光的陶瓷制成。特别地，由玻璃、玻璃陶瓷和特殊的蓝宝石玻璃或者透明的陶瓷制成的承载件实现良好的导热。

承载件尤其能够是透明的，但是为了光均匀化而也能够是半透明的（不透明的）。

替选地，承载件例如能够是具有基体、特别是透光的基本体的板，在作为透光区的所述基本体中引入孔。因此，孔例如能够借助发光材料填充或者遮住。

又一设计方案是，至少一个承载件是光学的透光元件。由此，可用光的类型（像素布置、颜色偏振等等）的设定和可用光的波束形成能够组合在单一的组件中，这实现了特别紧凑的构型。

光学的透光元件尤其能够是透镜。

一般而言，由一个或多个光学元件（例如具有一个或多个透镜、一个或多个反射器等等）组成的成像光学装置能够设置在至少一个承载件的下游。

投影装置能够例如作为图像投影器来使用，例如用于显示图像或影片。但是投影装置也能够作为车辆射灯来使用，例如作为前照灯，特别是作为车辆的前照灯。由此能够以简单的方式产生多样化的光放射图案。光放射图案特别能够匹配于不同的光功能，例如匹配于具有第一形状和颜色的近光灯功能、匹配于具有第二形状和颜射的远光灯功能。

本发明也通过一种用于运行如上文所描述的投影装置的方法来实现，其中透光区可单独地被照明。这实现光放射图案的可变的、特别是像素状的结构。所述方法能够类似于所述投影装置来设计。

附图说明

本发明的在上文中所描述的特性、特征和优点以及如实现这些特性、特征和优点的方式和方法，结合实施例的下面示意性的描述而变得更清楚且更明确，所述实施例结合附图被详细地阐述。在此，为了清晰性，相同的或者起相同作用的元件能够设置有相同的附图标记。

图1作为剖面示出根据本发明的投影装置的侧视图；以及

图2示出投影装置的用透光区占据的承载件的前视图。

具体实施方式

图1示出投影装置1，其具有用于借助于多个激光器3形式的半导体光源产生蓝色的初级光P的半导体光生成器2。用于聚集射束的光学装置4设置在激光器3的下游。初级光P的始于所述光学装置4的集合的射束射到飞点装置的一个摆镜上或者飞点装置的多个摆镜5的一个上。至少一个镜5将初级光P的射束投射到由蓝宝石玻璃制成的至少粗板状的承载件6上，更确切地说例如以水平的直线扫描L来投射，如在图2中所示。

如在图2中放大地在区域B中示出的，承载件6具有由设置为矩阵状的透光区7、8、9组成的场F。透光区7、8、9在前侧10可通过初级光P的射束单独地照射。在此，能够单独地设定初级光P的射到透光区7、8、9上的光强，例如通过在照明期间设定激光器3的电流强度和/或接通时间来进行。特别地，透光区7、8、9不能够被照明。

透光区7、8、9在后侧11上放射（可用）光，所述光穿过在此通过两个透镜12表示的投影光学装置投射到（外部的）的图像面F上。通过使用至少一个摆镜5，透光区7、8、9依次被照射，以至于光放射图案连续地通过光点来构造。每个光点通过在后侧上由各透光区7、8、9放射的光产生。透光区7、8、9统一设置为矩阵状，使得三个透光区7、8、9形成3×1矩阵（以虚线表示）形式的确定的基础图案13，并且统一地构造由所述基础图案13组成的整个场F。

透光区7具有施加在承载件6的前侧的发光材料层14，所述发光材料层至少基本上完全地将蓝色的初级光P波长转换为红色的次级光Sr并且在后侧11放射所述次级光。透光区8具有施加在承载件6的前侧的发光材料层15，所述发光材料层至少基本上完全地将蓝色的初级光P波长转换为绿色的次级光Sg并且在后侧11放射所述次级光。透光区9未被占用，因此，其仅通过透明的承载件6形成，以至于在后侧放射蓝色的初级光P，所述蓝色的初级光未受阻碍地穿过承载件6。

透光区7、8、9时间上直接依次地用初级光P来照射并且形成逻辑像素，所述逻辑像素因此也由一个序列构成，所述序列由红光Sr、绿光Sg和蓝光P构成。由于在后侧放射的光份额Sr、Sg、P在地点上和时间上紧密的相邻性，所述光份额不能够被人类观察者分辨并且被感觉为由具有相应光份额Sr、Sg和P的混合光构成的像素。通过相应地激发或者照明透光区7、8、9，像素在整个RGB色彩空间中占据一个（总计）色度坐标。

承载件6具有成形为凸状的在后方的表面17进而也作用为透镜。

如通过双向箭头所表示，承载件6此外构造计为是可更换的，并且对此能够容纳在投影装置1的相应的凹槽中，例如插入凹槽或推入凹槽（没有示出）。

投影装置1还有这样的可能性：再将至少一个另外的承载件18接入到射束路径中，在此：位于在承载件6的后面。承载件18优选具有与承载件6相同设置的透光区场F，但是其中，透光区现在具有另一功能，例如具有用于偏振的层19。

不同的透光区能够具有不同的偏振特性，例如根据偏振类型（圆形，线性）和/或不同地定向。用于偏振的层也能够与确定的光色相关联。显然，对于至少一个透光区而言也能够弃用用于偏振的层。

承载件6的透光区7至9和承载件18的透光区依次设置在光的射束路径中，以至于在确定的时间点，所述射束路径最多仅能够穿过发光材料层14或15。

虽然以细节通过所示出的实施例详细地阐明和描述本发明，但是本发明不局限于此，并且只要不离开本发明的保护范围，本领域技术人员就能够从中得出其它的变型形式。

Claims (14)

1.投影装置（1），具有

-用于借助于至少一个光源（3）产生初级光（P）的光发生器（2），

-至少一个承载件（6，18），所述承载件具有多个透光区（7-9），所述透光区的前侧（10）能够由所述初级光（P）照射并且所述透光区的后侧（11）放射光（P，Sr，Sg），

-所述透光区（7-9）具有包含发光材料（14）的至少一个第一透光区（7），所述第一透光区的前侧（10）能够由所述初级光（P）照明并且所述第一透光区的后侧（11）放射波长被转换的次级光（Sr），并且具有

-用于将所述光发生器（2）的所述初级光（P）偏转到相应的透光区（14，15）上的至少一个偏转镜（5），

其中

-所述透光区（7-9）具有至少一个另外的波长不变的透光区（8，9）。

2.根据权利要求1所述的投影装置（1），其中

至少一个另外的透光区（8）具有发光材料（15），所述发光材料与所述第一透光区（7）的所述发光材料（14）不同。

3.根据上述权利要求之一所述的投影装置（1），其中至少一个另外的透光区是透明的和/或漫射的透光区（9）。

4.根据上述权利要求之一所述的投影装置（1），其中至少一个另外的透光区具有偏振器（19）。

5.根据上述权利要求之一所述的投影装置（1），其中所述透光区（7-9，19）统一地设置为矩阵状。

6.根据权利要求1至4之一所述的投影装置，其中所述透光区统一地以矩阵状的方式设置在子面中。

7.根据权利要求6所述的投影装置，所述投影装置具有两个子面，所述子面具有相同设置的透光区，其中两个所述子面的所述透光区放射立体的互补色的光。

8.根据上述权利要求之一所述的投影装置（1），其中至少一个所述承载件（6，18）是可更换的，特别是可插入的。

9.根据上述权利要求之一所述的投影装置（1），其中至少一个所述承载件（6，18）具有多个依次设置的承载件（6，18）。

10.根据权利要求9所述的投影装置（1），其中不同承载件（6，18）的所述透光区（7-9）依次设置成一排并且一排中的仅一个透光区（7，8）具有发光材料（14，15）。

11.根据上述权利要求之一所述的投影装置（1），其中至少一个承载件是透光的板（6，18）。

12.根据上述权利要求之一所述的投影装置（1），其中至少一个承载件（6）是光学的透光元件。

13.根据权利要求12所述的投影装置（1），其中所述光学的透光元件（6）是透镜。

14.用于运行根据上述权利要求之一所述的投影装置（1）的方法，其中能够单独地照明所述透光区（7-9）。

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