DE10141027C1

DE10141027C1 - Projektionsvorrichtung und -verfahren

Info

Publication number: DE10141027C1
Application number: DE2001141027
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Mack
Original assignee: MEDIA AG
Current assignee: MEDIA AG
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2021-08-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Projektionsvorrichtung mit einer Mehrzahl punktförmiger Lichtquellen (10), welche auf einer Oberfläche mindestens einer Leiterplatte (1; 1a, 1b) matrixförmig angeordnet sind; einer in vorbestimmtem Abstand vor und im wesentlichen parallel zu der Leiterplatte (1; 1a, 1b) aufgespannten flächigen biegsamen Streueinrichtung (S), welche mit der Leiterplatte (1; 1a, 1b) einen Zwischenraum (ZW) bildet; wobei die Streueinrichtung (S) für das von den Lichtquellen (10) abgestrahlte Licht transluzent ist; und einer ersten Strömungserzeugungseinrichtung (G1) zum Erzeugen einer im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Leiterplatte (1; 1a, 1b) in dem Zwischenraum (ZW) verlaufenden Luftströmung (D1); wobei die erste Strömungserzeugungseinrichtung (G1) derart gestaltet ist, daß die von ihr erzeugte Luftströmung (D1) eine von der Oberfläche ausgehende Wärmekonvektionsströmung (KV) ausgleicht, so daß die Parallelität zwischen der Leiterplatte und der Streueinrichtung (S) im wesentlichen erhalten bleibt. Die Erfindung schafft auch ein entsprechendes Projektionsverfahren.

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsvorrich tung und ein entsprechendes Projektionsverfahren.

Aus der US 6,224,216 B1 ist eine Projektionsvorrichtung mit einer Mehrzahl von punktförmigen Lichtquellen bekannt, wel che auf der Oberfläche einer Leiterplatte angeordnet sind. Angeschlossen an diese punktförmigen Lichtquellen ist eine entsprechende Mehrzahl von Lichtleitern. Die Leiterplatte wird bei dieser bekannten Projektionsvorrichtung mittels einer Ventilatorvorrichtung gekühlt.

Aus der DE 199 31 689 A1 ist eine optische Bauteilgruppe in Form einer LED-Leiterplatte bekannt, vor die eine starre transluzente Streuscheibe gebaut ist.

Die DE 38 40 632 A1 offenbart verschiedene Arten von Streu scheiben, u. a. auch biegsame Streuscheiben.

Obwohl auf beliebige Projektionsvorrichtungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundelie gende Problematik in bezug auf eine Projektionsvorrichtung für Großbilder erläutert.

Fig. 4 zeigt eine schematische Oberansicht und Seitenan sicht einer bekannten LED-Leiterplatte in SMD-Montage technik.

In Fig. 4 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine LED-Leiterplatte (LED = Licht emittierende Diode), welche eine Mehrzahl punktförmiger Lichtquellen 10 in Form von LEDs aufweist, die an der Oberfläche (auch als Projektionsoberfläche bezeichnet) der Leiterplatte 1 matrixförmig in Reihen und Spalten angeordnet sind.

Bezugszeichen 5 in Fig. 4 bezeichnet Trennwände zwischen einzelnen Reihen von LEDs 10, welche eine Höhe von einigen mm aufweisen und als Abstandshalter bzw. als optische Bar riere dienen. Die Seitenansicht der rechten Schmalseite der Leiterplatte 1, welche ebenfalls in Fig. 4 gezeigt ist, veranschaulicht diese Trennwände 5 sowie auf der Rückseite der Leiterplatte angeordnete elektronische Komponenten 100, mittels derer die LEDs 10 einzeln ansteuerbar sind.

Fig. 5 zeigt eine schematische Oberansicht einer Anordnung einer Mehrzahl von LED-Leiterplatten nach Fig. 4 zum Bilden einer Großbild-Projektionsoberfläche.

Fig. 5 zeigt eine Projektionsoberfläche 1000, welche da durch gebildet ist, dass eine Vielzahl von Leiterplatten, wie in Fig. 4 dargestellt, bündig aneinander gereiht ist, wie in Fig. 5 durch die Leiterplatten 1a, 1b veranschau licht. Somit ergibt sich eine große Matrix punktförmiger Lichtquellen, welche z. B. Seitenabstände von typischerweise 10 mm aufweisen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problema tik besteht darin, dass man bei bestimmten Verwendungen ei ner derartigen Projektionsoberfläche die durch die punkt förmigen Lichtquellen 10 verursachten Pixeleffekte abschwä chen oder verstärken möchte, aber dennoch ein scharfes Bild beibehalten möchte.

Allgemein bekannt ist es, dass sich durch die Anbringung von Streueinrichtungen in bestimmten Abstand vor einer Ma trix punktförmiger Lichtquellen ein Weichzeichnungseffekt bzw. eine Betonung des Pixeleffekts erzielen lässt. Aller dings muss eine derartige Streueinrichtung in einem Abstand vor solch einer Matrix punktförmiger Lichtquellen ange bracht werden, welcher zu thermischen Problemen aufgrund der Wärmeabstrahlung der Lichtquellen führen kann.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung mit den Merkma len des Anspruchs 1 bzw. das entsprechende Projektionsver fahren nach Anspruch 12 weisen den Vorteil auf, daß die Parallelität zwischen der Leiterplatte und der Streuein richtung im wesentlichen erhalten bleibt. Insbesondere ver hindert die erfindungsgemäße Vorgangsweise, dass ein Auf blähen bzw. Flattern der Streueinrichtung stattfindet und zu einer Variation des Abstandes Streueinrichtung/ Licht quellen führt, was die Bildqualität erheblich beein trächtigen würde.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee be steht darin, daß die erste Strömungserzeugungseinrichtung derart gestaltet ist, daß die von ihr erzeugte Luftströmung eine von der Projektionsoberfläche ausgehende Wärmekonvek tionsströmung abführt, so daß nahezu keine Konvektionsströ mung auf die Streueinrichtung auftrifft. Die erste Strö mungserzeugungseinrichtung besteht dabei zweckmäßigerweise aus einem oder mehreren Ventilatoren, welche entweder in dem Zwischenraum zwischen der Streueinrichtung und der Pro jektionsoberfläche oder in einem angrenzenden Bereich davon untergebracht sind. Die erste Strömungserzeugungseinrich tung zieht somit quasi die Luft aus dem Zwischenraum zwi schen der Projektionsoberfläche und der Streueinrichtung und sorgt somit für einen Druckausgleich bzw. einen Strö mungsunterdruck, womit die Streueinrichtung im wesentlichen parallel zur Projektionsoberfläche gehalten werden kann. Zusätzlich lässt sich durch eine geeignete Gestaltung eines umgebenden Rahmens ein gewünschtes Strömungsprofil einstel len.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbil dungen und Verbesserungen des betreffenden Erfindungsgegen standes.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Projektions oberfläche eben.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Pro jektionsoberfläche zylindrisch.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Streueinrichtung eine vor der Projektionsoberfläche aufge spannte biegsame Folie oder Gase. Zusätzlich kann eine der artige Folie auch bedruckt sein oder als Aufprojektionsfo lie für weitere Projektionsvorrichtungen genutzt werden.

Allgemein gilt weiterhin, dass helle Folien den Farbkon trast erniedrigen und dunkle Folien den Farbkontrast erhö hen.

Die Folie kann weiterhin auch als architektonisches Element zur optischen Integration einer Projektionsvorrichtung des betreffenden Typs in eine heterogene architektonische Umge bung genutzt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Folie eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,3 mm, auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Folie eine Flächenbelegung von 180 bis 500 g/m², vorzugs weise 300 g/m², auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Ab stand derart gewählt, daß eine Weichzeichnung erreicht wird. Will man eine derartige Weichzeichnung erreichen, so ist es zweckmäßig, die Streuvorrichtung in etwa dem zehnfa chen Abstand des Abstandes der punktförmigen Lichtquellen vor den punktförmigen Lichtquellen anzuordnen, z. B. 10 cm Abstand bei 10 mm Pixelabstand. Dadurch wird neben der Weichzeichnung auch der Eindruck einer Projektion mit ex trem geringer Einbautiefe erzeugt. Zudem lässt sich der sonst störende Moiree-Effekt unterbinden.

Sieht man hingegen die Streueinrichtung in geringem Abstand vor der Projektionsoberfläche mit den LED-Leiterplatten vor, dann lässt sich der Pixeleffekt verstärken und im Fal le einer Folie bzw. Gase ein gewünschter Moiree-Effekt er zeugen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Öffnung in der Projektionsfläche vorgesehen und ist eine zweite Strömungserzeugungseinrichtung an der Rückseite Lei terplatte vorgesehen, welche derart gestaltet ist, daß die von ihr erzeugte Luftströmung im wesentlichen senkrecht zur Projektionsoberfläche der Leiterplatte in dem Zwischenraum verläuft.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist ein Ab standssensorvorgesehen ist, der den Abstand erfaßt, und ist eine Regelungseinrichtung vorgesehen ist, die den erfaßten Abstand empfängt, eine Abweichung von einem Sollabstand er mittelt und ein Ansteuersignal für die erste und/oder zwei te Strömungserzeugungseinrichtung entsprechend der ermit telten Abweichung ausgibt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Streueinrichtung durch eine Vorspanneinrichtung elastisch vorgespannt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind mehrere Leiterplatten zum Bilden der Projektionsfläche aneinander gereiht.

ZEICHNUNGEN

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer er sten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pro jektionsvorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer zwei ten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projek tionsvorrichtung;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer drit ten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projek tionsvorrichtung;

Fig. 4 eine schematische Oberansicht und Seitenansicht einer bekannten LED-Leiterplatte in SMD- Montagetechnik; und

Fig. 5 eine schematische Oberansicht einer Anordnung ei ner Mehrzahl von LED-Leiterplatten nach Fig. 4 zum Bilden einer Großbild-Projektionsoberfläche.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektions vorrichtung.

In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen R einen Rahmen, in dem eine Projektionsoberfläche 1000 gemäß Fig. 5, welche aus einer Mehrzahl von LED-Leiterplatten 1a, 1b zusammengesetzt ist, angeordnet ist. Eine diesbezügliche Befestigungsein richtung bzw. Haltereinrichtung ist in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.

Im wesentlichen parallel vor der Projektionsoberfläche 1000 aufgespannt ist eine Streufolie S, und zwar in einem Ab stand d der etwa das zehnfache des Abstandes der LEDs 10 untereinander betrifft. Eine vorbestimmte Vorspannung wird dadurch erzielt, dass die Streufolie S an ihren Rändern über Zugseile Z, die über Umlenkrollen U laufen, mittels Federn F in einer Verankerung V gespannt gehalten wird. Die Verankerungen V befinden sich dabei auf Streben SR welche mit dem Rahmen R verbunden sind.

Im Betrieb erzeugt die Mehrzahl von punktförmigen Licht quellen in Form der LEDs 10 eine Konvektionsströmung KV, welche senkrecht auf die Oberfläche der Streufolie S ge richtet ist. Dies würde bei längerem Betrieb zu einem Flat tern bzw. bauchförmigen Aufblähen der Streufolie S führen. Um dies zu verhindern, ist seitlich neben dem Zwischenraum Z zwischen der Streufolie S und der Projektionsoberfläche 1000 eine erste Strömungserzeugungseinrichtung G1 in Form eines Ventilators angeordnet. Dieser Ventilator bzw. eine entsprechende Anzahl dieser Ventilatoren über eine Seiten länge verteilt erzeugt eine Strömung D1, welche parallel zur Projektionsoberfläche 1000 in den Zwischenraum ZW ge richtet ist und somit die Konvektionsströmung KV abbiegt und die entsprechende Warmluft abführt. Der so erzeugte Druckausgleich bzw. Unterdruck verhindert das besagte Auf blähen bzw. Flattern der Streufolie S.

Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektions vorrichtung.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist zusätzlich zur in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform in der Projektions oberfläche 1000 eine Öffnung OE vorgesehen, und zwar bei spielsweise dadurch, dass ein Loch in mindestens eine LED- Leiterplatte 1 gebohrt ist. Hinter der Öffnung OE befindet sich eine zweite Strömungserzeugungseinrichtung G2, welche eine Strömung D2 bewirkt, die senkrecht auf die Streufolie S gerichtet ist. Diese zweite Strömung D2 ist im wesentli chen parallel zur Konvektionsströmung KV gerichtet.

Durch diese zweite Ausführungsform lässt sich erreichen, dass mittels der Strömung D1 ein Unterdruck erzielt wird, welcher ohne die Strömung D2 eine Wölbung der Streufolie S nach innen in Richtung der Projektionsoberfläche 1000 be wirken würde. Durch eine entsprechende Dosierung der Strö mung D2 durch die zweite Strömungserzeugungseinrichtung G2, beispielsweise ebenfalls in Form eines Ventilators, lässt sich dies jedoch verhindern und eine entsprechende Paralle lität von Streufolie S und Projektionsoberfläche 1000 er zielen. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht somit in einer größeren Stabilität, da die Wärmeerzeugung der Licht quellen 10 lokalen Variationen unterworfen sein kann. In diesem Zusammenhang ist es besonders zweckmäßig, die Öff nung OE genau in der Mitte der Projektionsoberfläche 1000 vorzusehen.

Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektions vorrichtung.

Bei der in Fig. 3 gezeigten dritten Ausführungsform ist zu sätzlich in der Mitte der Leiterplatten-Anordnung auf der Projektionsoberfläche ein Sensor SE vorgesehen, welcher den Abstand zwischen der Projektionsoberfläche 1000 und der Streufolie S ständig erfasst und ein entsprechendes Ab standssignal AS an einen Regler RE sendet. Der Regler RE ermittelt die Differenz zwischen dem erfassten Abstand und einem vorgegebenen Soll-Abstand und berechnet daraus ein Anstrahlsignal SIG welches er an die erste Strömungs erzeugungseinrichtung G1 liefert. Somit lässt sich eine ge schlossene Regelschleife aufbauen, welche eine noch präzi sere Aufrechterhaltung der Parallelität zwischen Streufolie S und Projektionsoberfläche 1000 gewährleisten kann.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevor zugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie dar auf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifi zierbar.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine ebene Projektionsoberfläche beschränkt, sondern kann auch bei gekrümmten Projektionsoberflächen jeglicher Ge stalt angewendet werden. In diesem Fall ist es zweckmäßig, auf der Projektionsoberfläche entsprechende Abstandshalter anzubringen, um eine gekrümmte Fläche in eine Vielzahl stückweise ebener Flächen zu unterteilen.

Insbesondere lassen sich die oben angeführten drei Ausfüh rungsformen untereinander auch kombinieren, beispielsweise können ein Sensor und zwei Strömungserzeugungseinrichtungen vorgesehen sein.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

,

1

a,

1

b LED-Leiterplatte

5

Trennwände

10

LED, punktförmige Lichtquelle

100

elektronische Bauteile

1000

Projektionsfläche
S Streueinrichtung
KV Konvektionsströmung
D1, D2 Strömungsrichtungen
ZW Zwischenraum
U Umlenkrolle
Z Zugseil
F Federeinrichtung
V Verankerung
R Rahmen
G1, G2 Strömungserzeugungseinrichtung
SR Strebe
OE Öffnung
SE Sensor
RE Regler
SIG Steuersignal
AS Abstandssignal

Claims

1. einer Mehrzahl punktförmiger Lichtquellen (10), welche auf einer Oberfläche mindestens einer Leiterplatte (1; 1a, 1b) matrixförmig angeordnet sind;
einer in vorbestimmten Abstand (d) vor und im wesentlichen parallel zu der Leiterplatte (1; 1a, 1b) angeordneten flä chigen biegsamen Streueinrichtung (S), welche mit der Lei terplatte (1; 1a, 1b) einen Zwischenraum (ZW) bildet;
wobei die Streueinrichtung (S) für das von den Lichtquellen (10) abgestrahlte Licht transluzent ist; und
einer ersten Strömungserzeugungseinrichtung (G1) zum Erzeu gen einer im wesentlichen parallel zur Oberflä che der Leiterplatte (1; 1a, 1b) in dem Zwischenraum (ZW) verlaufenden Luftströmung (D1);
wobei die erste Strömungserzeugungseinrichtung (G1) derart gestaltet ist, daß die von ihr erzeugte Luftströmung (D1) eine von der Oberfläche ausgehende Wärmekonvek tionsströmung (KV) abführt und die Parallelität zwischen der Leiterplatte und der Streueinrichtung im wesentlichen aufrechterhält.

2. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Oberfläche eben ist.

3. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Oberfläche zylindrisch ist.

4. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, da durch gekennzeichnet, daß die Streueinrichtung (S) eine vor der Oberfläche aufgespannte biegsame Folie oder Gase ist.

5. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Folie eine Dicke von 0,1 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,3 mm, aufweist.

6. Projektionsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie eine Flächenbelegung von 180 bis 500 g/m², vorzugsweise 300 g/m², aufweist.

7. Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d) der art gewählt ist, daß eine Weichzeichnung erreicht wird.

8. Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Öffnung (OE) in der Oberfläche vorgesehen ist und eine zweite Strö mungserzeugungseinrichtung (D2) an der Rückseite Leiter platte (1; 1a, 1b) vorgesehen ist, welche derart gestaltet ist, daß die von ihr erzeugte. Luftströmung (D2) im wesent lichen senkrecht zur Oberfläche der Leiterplatte (1; 1a, 1b) in dem Zwischenraum (ZW) verläuft.

9. Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstandssensor (SE) vorgesehen ist, der den Abstand (d) erfaßt, und daß eine Regelungseinrichtung (RE) vorgesehen ist, die den er faßten Abstand (d) empfängt, eine Abweichung von einem Sollabstand ermittelt und ein Ansteuersignal (SIG) für die erste und/oder zweite Strömungserzeugungseinrichtung (D1; D2) entsprechend der ermittelten Abweichung ausgibt.

10. Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streueinrichtung (S) durch eine Vorspanneinrichtung (Z, F, V) elastisch vor gespannt ist.

11. Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leiterplat ten (1a, 1b) zum Bilden der Oberfläche aneinandergereiht sind.

12. Projektionsverfahren mit den Schritten:
Bereitstellen einer Mehrzahl angeordneter punktförmiger Lichtquellen (10), welche auf einer Oberfläche mindestens einer Leiterplatte (1; 1a, 1b) matrixförmig angeordnet sind;
Bereitstellen einer in vorbestimmten Abstand (d) vor und im we sentlichen parallel zu der Leiterplatte (1; 1a, 1b) aufge spannten flächigen biegsamen Streueinrichtung (S), welche mit der Leiterplatte (1; 1a, 1b) einen Zwischenraum (ZW) bildet, wobei die Streueinrichtung (S) für das von den Lichtquellen (10) abgestrahlte Licht transluzent ist; und
Erzeugen einer im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Leiterplatte (1; 1a, 1b) in dem Zwischenraum (ZW) verlau fenden Luftströmung (D1), welche eine von der Oberfläche ausgehende Wärmekonvektionsströmung (KV) aus gleicht, so daß die Parallelität zwischen der Leiterplatte und der Streueinrichtung (S) im wesentlichen erhalten bleibt.