DE10016381A1 - Overhead-Projektor mit Flächenlichtquelle - Google Patents

Abstract

Bei einer Beleuchtungseinrichtung für Overhead Projektoren umfasst die Beleuchtungseinrichtung eine Vielzahl von Lichtquellen, z B. Leuchtdioden, welche in einer Fläche angeordnet sind. Tritt das der Lichtquellen unter einem weiten Öffnungswinkel (> 6 DEG ) aus, muss vor jeder LED eine Sammellinse angeordnet sein (Integrator), um das Licht zu parallelisieren. Tritt das der Lichtquellen unter einem kleinen Öffnungswinkel (< 6 DEG ) aus, wird nur eine Linse vor der Gesamtheit der LEDs angeordnet. Die Linse kann als Fresnel-Linse ausgebildet sein. Als LESs können anorganische oder organische Leuchtdioden verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für einen Overhead Projektor (Arbeitsprojektor) und einen Overhead Projektor.

Overhead Projektoren dienen der vergrößerten Abbildung von Bildern und Texten, die auf einer durchsichtigen Folie oder ähnlichem aufgebracht sind, auf einer Wand, so daß diese Bilder und Texte von einer Vielzahl von Personen z. B. während eines Vortrags betrachtet werden können.

Ein Overhead Projektor besteht üblicherweise aus einer Lichtquelle, die unterhalb einer durchsichtigen Fläche angeordnet ist, auf der die Folie aufgelegt wird. Die Folie wird dann mittels einer Abbildungsoptik, die mittels eines Haltearms oberhalb der Folie gehalten wird, auf eine Leinwand oder dergleichen abgebildet. Es sind normalerweise Justiermöglichkeiten an der Abbildungsoptik und am Haltearm vorgesehen, um eine scharfe Abbildung zu erzielen.

Die Abbildungsoptik besteht gewöhnlich aus einer Sammellinse (Objektiv) und einem Planspiegel. Der Strahlengang wird mittels des Planspiegels aus der Vertikalen in die Horizontale gelenkt. Unterhalb einer durchsichtigen Fläche (Folienablage) befindet sich eine Kondensoranordnung. Diese besteht gewöhnlich aus einer Sammellinse, die über einer Lampe mit Reflektor angeordnet ist und aus zwei Fresnel-Linsen, die über der Sammellinse angeordnet sind (Beleuchtungsstrahlengang). Diese Anordnung dient zum Sammeln und Parallelisieren des Lichtes.

Der optische Strahlengang besteht also aus zwei Teilstrahlengängen. Im Beleuchtungsstrahlengang wird die Lichtquelle mittels eines Kondensors in das Objektiv abgebildet. Im Abbildungsstrahlengang wird die Folienvorlage mit dem Objektiv und dem Umlenkspiegel auf eine Leinwand abgebildet.

Diese herkömmlichen Overhead Projektoren weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Durch die Anordnung der Lichtquelle und ihrer Versorgung unterhalb der Auflagefläche für die Folie wird der Projektor hoch. Außerdem ist die Abbildungsoptik oberhalb der Auflagefläche besonders bei Vorträgen oft störend.

Es ist bekannt, die Lichtquelle an dem Haltearm anzubringen und die Folie auf einen Spiegel aufzulegen. Dann wird die Strahlung aus der Lichtquelle an dem Spiegel reflektiert und der Projektor hat erheblich geringere Ausmaße. Bei dieser Anordnung wird der Haltearm mit der Abbildungsoptik und der Lichtquelle groß und stört den Vortragenden beim Auflegen der Folien oder dergleichen sogar noch mehr.

Es ist weiterhin bekannt, Leuchtdioden als Anzeigeelemente auf Leiterplatten zu verwenden. Diese dienten jedoch nur zum Anzeigen von Informationen, nicht jedoch zur Beleuchtung.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen leichten Projektor mit geringen Ausmaßen und eine Beleuchtungseinrichtung für Projektoren zu schaffen, bei dem die oben angeführten Mängel behoben werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Beleuchtungseinrichtung eine Vielzahl von Lichtquellen umfasst, welche in einer Fläche angeordnet sind. Diese Lichtquellen sind vorzugsweise von Leuchtdioden gebildet.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Licht aus den Lichtquellen unter einem weiten Öffnungswinkel (<6°) ausstrahlbar. Dann ist vorzugsweise vor jeder Lichtquelle eine Sammellinse angeordnet, mit der das Licht in ein im wesentlichen paralleles Lichtbündel gebündelt wird. Dieser Verband von Sammellinsen, Integrator genannt, kann in klassischer Form aus kleinen Glas-Linsen (Finkaugen) oder alternativ aus Fresnel- Linsenstücken bestehen. Sowie die Glaslinsen als auch die Fresnel-Linsenstücke können ebenfalls aus einem Stück in Form einer Scheibe angeordnet sein und werden unmittelbar vor der Flächenlichtquelle angebracht.

Als Leuchtdioden sind sowohl anorganische als auch organische Leuchtdioden geeignet. Bei LEDs mit kleinem Öffnungswinkel (<6°) kann das Fresnel-Linsen-Array (Integrator) entfallen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung besteht der Kondensator dann nur noch aus einer Fresnel-Linse.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Overhead Projektors ist der Abstand zwischen Lichtquelle und Abbildungsoptik vergrößert. Um trotzdem bei gleichem Abstand zwischen Projektor und Leinwand eine scharfe Abbildung zu erreichen kann die Abbildungsoptik aus Objektivlinse und Spiegel durch eine Kombination aus Streu- und Sammellinse ersetzt werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Abbildungsoptik aus einem Planspiegel, einer Konkav-Linse und einer dahinter angeordneten Konvex-Linse.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Spiegel gekrümmt und ersetzt somit die konvexe Linse. Dann besteht die Abbildungsoptik aus einem gekrümmten Spiegel und einer Sammellinse.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Overhead Projektors für LEDs mit kleinem Öffnungswinkel,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Overhead Projektors mit Integrator (Fresnel-Linsen-Array);

Fig. 3 ein Vergleich der optischen Strahlengänge eines Overhead Projektors, der den Stand der Technik entspricht und eines erfindungsgemäßen Overhead Projektors mit verlängertem Abstand zwischen Folie und Objektiv,

Fig. 4 die graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Abstand Objekt-Bild und der Vergrößerung sowie des Zusammenhangs zwischen dem Abstand Objektiv-Objekt und der Vergrößerung,

Fig. 5 den Aufbau einer Leuchtdiode.

Fig. 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsbeispiele eines Overhead Projektors. Mit 10 ein Overhead Projektor bezeichnet. Der Overhead Projektor 10 umfasst ein Gehäuse 12, in dem ein LED-Array 14 angeordnet ist. Die einzelnen LEDs 16 sind in einer Ebene auf einer Platine 18 angeordnet. Unterhalb der Platine ist Platz 20 für die Versorgung und Steuerungselektronik für die LEDs. In einem (nicht dargestellten) Ausführungsbeispiel kann durch Umbauung der Platine 18 auf Platz 20 gänzlich verzichtet werden. Dadurch wird der Projektor 10 noch kleiner.

Im oberen Teil des Gehäuses 12 ist eine Fresnel-Linse 22 angeordnet. Die Fresnel-Linse dient als Kondensor und bildet das LED-Array auf eine Objektivlinse 24 ab. Der Abstand - in Fig. 1 und 2 mit i bezeichnet - zwischen Fresnel-Linse und LED-Array wird von der Abstrahlcharakteristik der LEDs bestimmt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist über jeder LED eine eigene Linse angebracht (Integrator 80), die das Licht in die Fresnel-Linse 22 parallel führt. Der Integrator 80 kann aus Fresnel-Linsen oder Glas-Linsen ausgebaut sein. Er kann aus einzelnen Linsen oder aus einem Glaskörper mit allen Linsen bestehen, wobei die Zahl der Linsen gleich der Zahl der LEDs ist. Durch den Integrator 80 kann die Effizienz der Beleuchtungseinrichtung erheblich gesteigert werden. Die Verwendung eines Integrators ist aber auch bei lichtstarken Lichtquellen von Vorteil, da dann die Leistungsfähigkeit des gesamten Gerätes erhöht wird.

Die Objektivlinse 24 besteht in den vorliegenden Ausführungsbeispielen aus einer Sammellinse. Es können aber auch mehrere Linsen vorgesehen sein, um zum Beispiel Abbildungsfehler zu korrigieren. Die Objektivlinse ist in einem offenen Gehäuse 26 angeordnet, welches an einem Haltearm gehalten ist. Der Haltearm besteht aus einem horizontalen Teil 28 und einem senkrechten Teil 30.

Der obere Teil 32 des Gehäuses 12 ist lichtdurchlässig ausgebildet. Er besteht aus Glas oder Plexiglas. Auf dem Teil 32 wird die Folie 34 oder der Gegenstand abgelegt, der auf die Leinwand abgebildet werden soll. Die Folie 34 wird mittels des Objektivs 24 und eines entsprechend angekippten Umlenkspiegels 36 auf eine Leinwand (nicht dargestellt) abgebildet, welche in der Bildebene des Objektivs 24 angeordnet ist. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist der Umlenkspiegel 36 als Planspiegel ausgeführt.

Die Linsenkrümmung der Objektivlinse 24 richtet sich nach dem Abstand a zwischen Objektiv 24 und Folie, sowie nach dem Abstand zwischen Overhead Projektor und Leinwand. Letzterer ist üblicherweise immer gleich und liegt in der Größenordnung von einigen Metern.

In Fig. 3a ist der Abbildungs-Strahlengang für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Ein mit 40 bezeichnetes Objekt wird mittels einer Bikonkavlinse 42 in eine Bildebene 44 abgebildet. Die Linse 42 befindet sich in einem Abstand a von ca. 40 cm vom Objekt 40. Die Brennweite f der Linse 42 beträgt ebenfalls etwa 40 cm.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 3b) ist der Abstand a zwischen dem Objekt 50 (Folienvorlage) und dem Objektiv 52 gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3a vergrößert. Der Gesamtabstand zwischen Objekt 40 bzw. 50 und der Bildebene 44 bzw. 54 bleibt jedoch der gleiche. Lediglich der Knickpunkt 60 des Strahlengangs liegt an einer anderen Stelle als der Knickpunkt 46 des ersten Strahlengangs. Das Objektiv 52 besteht aus einer Sammellinse 56 und einer Streulinse 58. Die Sammellinse 56 hat eine Brennweite f von etwa 28 cm. Die Streulinse 58 hat eine Brennweite f von etwa (-23) cm. Der Abstand zwischen den beiden Linsen 56 und 58 liegt bei 22 cm und ist fest. Der Abstand des Objektivs 52 von der Vorlage 50 beträgt etwa 80 cm. Dadurch, daß die Abbildungsoptik 52 sich in einem größeren Abstand a von der Vorlage 50 befindet, wird ein Abschatten der Darstellung auf der Leinwand durch den Vortragenden verhindert. Außerdem wird der Vortragende nicht mehr durch die Strahlung geblendet.

In einer alternativen Lösung des in Fig. 3b dargestellten Ausführungsbeispiels wird ein gekrümmter Umlenkspiegel statt des Planspiegels 36 verwendet, wodurch die Streulinse 58 entfallen kann.

Man erhält trotz der unterschiedlichen geometrischen Abmessungen bei dem in Fig. 3b dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel einen fast gleich bleibenden Vergrößerungs- Abstands-Zusammenhang. Dies ist in Fig. 4 dargestellt.

In Fig. 4 ist auf der horizontalen Achse die Vergrößerung dargestellt. Ein typischer Wert für eine Vergrößerung liegt bei 10. Die durchgezogene Linie 62 zeigt den gesamten Abstand zwischen der Folienvorlage 50 und dem Bild 54 bei einer Anordnung nach dem in Fig. 3b dargestellten Ausführungsbeispiel mit zwei Linsen. Die Skala (links in Fig. 4) reicht von etwa 300 cm bis etwa 700 cm. Die durchgezogene Linie 64 zeigt den gleichen Zusammenhang zwischen Gesamtabstand und Vergrößerung bei einer Anordnung nach dem in Fig. 3a dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Linse. Man erkennt, daß die Verwendung von zwei Linsen keinen wesentlichen Unterschied bewirkt.

Die gestrichelten Linien 66 und 68 in Fig. 4 zeigen den Abstand zwischen Objektiv 42 bzw. 52 und Folie 40 bzw. 50 in Abhängigkeit von der Vergrößerung. Die Skala ist in Fig. 4 rechts angezeigt und reicht von Null bis 100 cm. Die Linie 68 zeigt den Zusammenhang bei Verwendung von zwei Linsen entsprechend dem in Fig. 3b dargestellten Ausführungsbeispiel. Die Linie 66 zeigt den Zusammenhang bei Verwendung von einer Linse entsprechend dem in Fig. 2a dargestellten Ausführungsbeispiel. Man erkennt, daß auch bei einem größeren Abstand zur ersten Linse ein flacher Verlauf erreicht wird.

Durch die Verwendung von LEDs wird die Folie 34 gleichmäßig beleuchtet. Eine LED, wie sie in dem Array 14 verwendet wird, ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Auf einem Grundkontakt 70 ist eine p-dotierte Halbleiterschicht 72 und darauf eine n-dotierte Halbleiterschicht 74 aufgebracht. Das Licht entsteht am Übergang 78 und tritt durch den dünnen Deckkontakt 76 aus. Der Vorteil bei der Verwendung derartiger anorganischer LEDs liegt in der hohen Quantenausbeute. Durch den hohen Brechungsindex wird aber bei den meisten LEDs wenig Licht ausgekoppelt. Vorteilhafterweise werden daher Hochleistungs-LEDs eingesetzt, die eine hohe Leistungseffizienz haben, durch Rückflächenverspiegelung, den Einsatz von niedrigem Brechungsindex, Heterostrukturen und die Ausnutzung von Interferenzen. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden organische Leuchtdioden (OLED) eingesetzt, die einen Brechungsindex von nur ca. 1,5 haben, was eine höhere Auskopplung des erzeugten Lichtes gestattet.

Claims (15)

1. Beleuchtungseinrichtung für Overhead Projektoren (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung eine Vielzahl von Lichtquellen (16) umfasst, welche in einer Fläche angeordnet sind.

2. Beleuchtungseinrichtung für Overhead Projektoren (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (16) von Leuchtdioden gebildet sind.

3. Beleuchtungseinrichtung für Overhead Projektoren (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht aus den Lichtquellen (16) unter einem weiten Öffnungswinkel ausstrahlbar ist und vor jeder Lichtquelle eine Sammellinse (80) angeordnet ist.

4. Beleuchtungseinrichtung für Overhead Projektoren (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Sammellinsen in einem Bauteil ("Integrator") integriert sind.

5. Beleuchtungseinrichtung für Overhead Projektoren (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen in einem geringen Abstand zu den LEDs angeordnet sind, der eine Funktion der Abstrahlcharakteristik der LEDs ist.

6. Beleuchtungseinrichtung für Overhead Projektoren (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator von einem Fresnel-Linsenarray (80) gebildet ist.

7. Beleuchtungseinrichtung für Overhead Projektoren (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht aus den Lichtquellen (16) unter einem geringen Öffnungswinkel ausstrahlbar ist und vor der Gesamtheit der Lichtquellen (16) eine Linse (22) angeordnet ist.

8. Beleuchtungseinrichtung für Overhead Projektoren (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (22) als Fresnel-Linse ausgebildet ist.

9. Beleuchtungseinrichtung für Overhead Projektoren (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (16) anorganische Leuchtdioden sind.

10. Beleuchtungseinrichtung für Overhead Projektoren (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdioden (16) organische Leuchtdioden sind.

11. Overhead Projektor (10), gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

12. Overhead Projektor (10) nach Anspruch 11, bei welchem ein Objekt mittels einer Abbildungsoptik in eine Bildebene abbildbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik aus einer Kombination aus Streu- und Sammellinsen und einem Planspiegel besteht.

13. Overhead Projektor (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik aus einer Konkav-Linse (56), einer dahinter angeordneten Bikonvex-Linse (58) und einem Planspiegel (36) besteht.

14. Overhead Projektor (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (52) einen gekrümmten Spiegel umfasst.

15. Overhead Projektor (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (52) aus einem gekrümmten Spiegel und einer konvexen Linse besteht.