自動位置調整的led投影模組的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種自動位置調整的LED投影模組，該LED投影模組包括箱體、LED光源、第一光學透鏡組、數字微鏡反射器件、第二光學透鏡組、投影透鏡組、DMD驅動器、模組控制器、LED散熱器、DMD散熱器、屏幕圖像接縫信息探測器、LED驅動器、位置和方向調節機構，采用本實用新型LED投影模組的系統顯著降低大屏幕顯示系統的制造成本和能耗，提高了系統可靠性；克服了常規的投影顯示器屏幕面積小、亮度低、壽命短和投影縱深距離大等缺點，可實現特大面積的高亮度顯示和拆卸式的可移動大屏幕裝置，減小設備空間場景的同時，顯著提高了系統的使用壽命和綜合顯示品質。
【專利說明】自動位置調整的LED投影模組
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及多媒體信息顯示系統，尤其涉及一種自動位置調整的LED投影模組。
【背景技術】
[0002]隨著工農生產的發展、社會文化教育水平的提高和網絡技術的進步，在工礦企業的生產調度指揮所、城市交通管理中心、體育場館、電教室和樓堂館所大廳內均需能支持多種網絡接入的高品質大屏幕視頻顯示系統。近年來，半導體發光器件(LED)的亮度與光效提高很快，已成為國家重點發展的節能照明產品，LED具有光束窄、壽命長、顏色品種多、體積小等特點，大功率高亮度LED已可用于替代氣體放電燈作為投影顯示的光源。
【發明內容】
[0003]為了解決上述的技術問題，本實用新型的目的是提供一種自動位置調整的LED投影模組。該投影模組可以用于多個投影模組的多媒體信息顯示系統，通過調節LED投影模組的位置和方向，使多個LED投影模組的影像投影到投影屏幕后在投影屏幕上組成一個無拼接縫的畫面。可以顯著降低大屏幕顯示系統的制造成本和能耗，提高了系統可靠性；克服了常規的投影顯示器屏幕面積小、亮度低、壽命短和投影縱深距離大等缺點，可實現特大面積的高亮度顯示和拆卸式的可移動大屏幕裝置，減小設備空間占積率的同時，顯著提高了系統的使用壽命和綜合顯不品質。
[0004]為了實現上述的目的，本實用新型采用了以下的技術方案:
[0005]自動位置調整的LED投影模組，該LED投影模組包括箱體、LED光源、第一光學透鏡組、數字微鏡反射器件、第二光學透鏡組、投影透鏡組、DMD驅動器、模組控制器、LED散熱器、DMD散熱器、屏幕圖像接縫信息探測器、LED驅動器、位置和方向調節機構，所述的LED光源固定設置在箱體右側下方，數字微鏡反射器件、投影透鏡組分別設置在沿LED光源發射的光線經過的箱體側壁上，所述的第一光學透鏡組設置在LED光源與數字微鏡反射器件之間，所述的第二光學透鏡組設置在數字微鏡反射器件與投影透鏡組之間；所述的LED光源與LED驅動器電聯接，LED驅動器與模組控制器電聯接，所述的LED光源所在的箱體外側壁采用導熱金屬材質，并在該外側壁上設置有LED散熱器；所述的數字微鏡反射器件與DMD驅動器電聯接，DMD驅動器與模組控制器電聯接，所述的DMD驅動器所在的箱體外側壁采用導熱金屬材質，并在該外側壁上設置有DMD散熱器；所述的屏幕圖像接縫信息探測器正對投影屏幕設置，用于檢測多個LED投影模組投影到投影屏幕影像的圖像信息，并輸送信號給模組控制器；所述的位置和方向調節機構包括動作調整系統和電路控制系統，動作調整系統實現LED投影模組的位置調整，電路控制系統與所述的模組控制器電聯接，模組控制器根據接收的信息比較影像拼接部兩邊的圖像信息并輸出控制信號給所述的電路控制系統，電路控制系統控制動作調整系統調節LED投影模組的位置和方向。
[0006]作為進一步改進，所述的LED散熱器由多個螺旋形散熱翅片構成，螺旋形散熱翅片的外端固定設置在箱體外側壁上。作為進一步改進，所述的DMD散熱器由多個螺旋形散熱翅片構成，螺旋形散熱翅片的外端固定設置在箱體外側壁上。本實用新型大功率LED光源的散熱器利用螺旋形散熱翅片替代常用的鋁鰭片擠壓散熱器，既降低成本，又減輕重量。
[0007]作為進一步改進，所述的動作調整系統包括支撐板、調節塊、升降螺桿、第一直線電機、第二直線電機和第三電機，所述的箱體的底板和支撐板上分別設有前后導向槽和左右導向槽，前后導向槽和左右導向槽呈正交設置，所述的調節塊穿過前后導向槽和左右導向槽；所述的第一直線電機和第二直線電機分別設置在前后導向槽和左右導向槽的一側，第一直線電機和第二直線電機的主軸分別與所述的調節塊相連接；所述的第三電機固定設置在支架上，升降螺桿穿設在支撐板上，升降螺桿的下方連接所述的第三電機的主軸。上述的結構實現了模組的四維安裝結構，使模組的投射位置和方向可以上下、左右、前后和角度任意調節。
[0008]LED與DMD均為半導體器件，大功率LED散熱重要性是眾所周知的，而DMD的熱量不僅來自自身的驅動功耗，還來自吸收LED強光光源的光能，而且其表面溫度均勻性要求特高，表面溫差要小于10°C，芯片溫度必須小于65°C。利用自有發明專利技術開發了卷繞式散熱翅片，與常用的柵狀散熱翅片相比，翅片薄、散熱面積大、制造成本低、散熱效果好，不必采用風冷，可省去風扇，降低噪聲。通常，LED和DMD基板與散熱器底面用導熱膠粘合，導熱系數在4-5W/ (m-k)以下，因此，接觸熱阻大，而且使用壽命短，為解決這一問題，本實用新型所述的LED光源和數字微鏡反射器件與箱體內側邊之間設置有低熔點金屬、低熔點金屬合金或低熔點金屬陶瓷復合材料的填充物，填充物的周邊設有密封膠封閉；所述的低熔點為熔點小于80°C。作為優選，所述的低熔點金屬為鎵，低熔點金屬合金為鎵合金，低熔點金屬陶瓷復合材料為鎵與納米氮化鋁陶瓷的復合材料。本實用新型鎵與納米氮化鋁陶瓷的復合材料中鎵的重量百分比為50、0%。這種材料具有很高的導熱率，LED和DMD基板周邊用密封膠粘接，中間用復合材料充填，鎵的熔點是29.76°C，且無毒無害，當LED和DMD開始工作，并且溫度超過30°C時，即呈熔融狀態，流動性極好，與LED、DMD基板與散熱器底面能完全接觸，沒有空氣層，將接觸熱阻降到接近于零。這里氮化鋁(AlN)納米陶瓷材料的導熱系數大于200W/ Cm ? k)，摻加目的是為了降低填充層的成本。
`[0009]模組化結構的顯示系統，各模組投射到屏幕的亮度、色度必須一致，圖像在拼接處顯示信息正確，否則會引起圖像不連續，屏幕內各區域的圖像亮度顏色不均勻。已有專利的一種方法是:將光電二極管傳感器放置在LED附近光學積分器的側壁上，測量LED的光強，這種方法只能間接測定屏幕的亮度，不能測定屏幕的色度，更不能獲得在屏幕拼接處的圖像信息。其主要缺點是:1、測得的是LED光強分布的邊緣區域，傳感器接收到的光照度誤差較大；2、LED光源的出射光尚需經過多組光學系統才能到達屏幕，不同模組的這些光學系統對光能的傳遞有差異，所以測得的光源光強并不能正確表征投射到屏幕上的實際亮度。然而，如果直接將光電傳感器放置在屏幕上或光路上都必然會引起顯示斑點或斑塊。為此，本實用新型設置了屏幕圖像接縫信息探測器，屏幕圖像接縫信息探測器包括透鏡組、半導體電荷耦合器件CCD、A/D模數轉換器、數字控制器，所述的數字控制器連接所述的模組控制器。通過光學系統將投射到屏幕上的光線會聚到半導體電荷耦合器件CCD (或光電傳感器)上，將屏幕光信號轉換為電信號，再通過A/D模數轉換器，將模擬電信號轉換為數字信號，輸入到模組控制器，模組控制器比較影像拼接部兩邊的圖像信息并輸出控制信號給所述的電路控制系統，電路控制系統控制動作調整系統調節LED投影模組的位置和方向，使多個LED投影模組的影像投影到投影屏幕后在投影屏幕上組成一個無拼接縫的畫面。當然，對于屏幕圖像接縫信息探測器的具體結構可以很多，并不限于本實用新型的具體結構。
[0010]進一步，LED光源的外側設置CPC集光器(復合拋物面聚光器)。CPC是一種非成像集光器，適用于集成LED光源，具有很高的集光效率，制造較方便。
[0011]本實用新型由于采用了上述的技術方案，設計與制造了適用于LED投影大屏幕結構的LED投影模組。核心部件RGB三色光源全部釆用紅、綠、藍發光二極管，而目前的單塊大屏幕投影儀均釆用LED+激光的混合光源，紅色LED光源再配置藍色激光光源，部分藍色激光通過色輪分色激發熒光體獲得綠光，形成三原色。模組中RGB光源全部釆用LED，不僅簡化了光源結構、顯著減少制造成本，而且提高了設備可靠性與使用壽命。通過設置屏幕圖像接縫信息探測器檢測相鄰兩個LED投影模組投影到投影屏幕影像的圖像信息，圖像信息包括亮度、色度和對比度等信息，并輸送信號給模組控制器。模組控制器比較影像拼接部兩邊的圖像信息并輸出控制信號給所述的電路控制系統，電路控制系統控制動作調整系統調節LED投影模組的位置和方向，使多個LED投影模組的影像投影到投影屏幕后在投影屏幕上組成一個無拼接縫的畫面。
[0012]采用本實用新型LED投影模組的系統顯著降低大屏幕顯示系統的制造成本和能耗，提高了系統可靠性；克服了常規的投影顯示器屏幕面積小、亮度低、壽命短和投影縱深距離大等缺點，可實現特大面積的高亮度顯示和拆卸式的可移動大屏幕裝置，減小設備空間場景的同時，顯著提高了系統的使用壽命和綜合顯示品質。這類視頻顯示系統可根據需要擴展顯示屏幕，既可適用于家庭客廳、教室與會議室使用，又可使用于上述各種需要大屏幕顯示的場合。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型系統安裝的結構示意圖。
[0014]圖2為本實用新型的LED投影模組的結構示意圖。
[0015]圖3為本實用新型的LED光源的安裝結構示意圖。
[0016]圖4為本實用新型的數字微鏡反射器件的安裝結構示意圖。
[0017]圖5為本實用新型的位置和方向調節機構的結構示意圖。
[0018]圖6為支撐板的結構示意圖。
[0019]圖7為箱體底板的結構示意圖。
[0020]圖8、圖9為投影屏幕的結構示意圖。
[0021]圖10為屏幕圖像接縫信息探測器的安裝結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做一個詳細的說明。
[0023]如圖1所示的基于LED投影模組結構的多媒體信息顯示系統，該顯示系統包括投影屏幕I和多個LED投影模組2，多個LED投影模組2分別設置在正對投影屏幕I的支架4上，多個LED投影模組2分別將影像投影到投影屏幕I組成一個完整畫面。
[0024]如圖2所示，所述的LED投影模組2包括箱體11、LED光源4、CPC集光器5、第一光學透鏡組6、數字微鏡反射器件(DMD) 7、第二光學透鏡組8、投影透鏡組9、屏幕圖像接縫信息探測器10、LED驅動器12、DMD驅動器13、模組控制器14、LED散熱器15、DMD散熱器16和位置和方向調節機構3。LED光源4釆用大功率紅、綠、藍發光二極管，所述的LED光源4固定設置在箱體11右側下方，數字微鏡反射器件7固定設置在在箱體11左側上方，投影透鏡組9設置在箱體11右側上方，所述的第一光學透鏡組6設置在LED光源4與數字微鏡反射器件7之間，所述的第二光學透鏡組8設置在數字微鏡反射器件7與投影透鏡組9之間。所述的LED光源4與LED驅動器12電聯接，LED光源4的外側設置CPC集光器5，所述的箱體11右側下方外側壁采用導熱金屬材質，在該外側壁上設置有LED散熱器15。所述的數字微鏡反射器件7與DMD驅動器13電聯接，所述的箱體11左側外側壁采用導熱金屬材質，在該外側壁上設置有DMD散熱器16。LED驅動器12、DMD驅動器13、屏幕圖像接縫信息探測器10分別連接到所述的模組控制器14上。如圖3所示，LED散熱器15由多個螺旋形散熱翅片構成，螺旋形散熱翅片的外端固定設置在箱體11的外側壁上，在LED光源4與箱體11內側邊之間設置有低熔點金屬陶瓷復合材料的填充物18，填充物18的周邊設有密封膠17封閉，低熔點金屬陶瓷復合材料為鎵與納米氮化鋁陶瓷的復合材料。如圖4所示，DMD散熱器16由多個螺旋形散熱翅片構成，螺旋形散熱翅片的外端固定設置在箱體11的外側壁上，數字微鏡反射器件7與箱體11內側邊之間設置有低熔點金屬陶瓷復合材料的填充物18，填充物18的周邊設有密封膠17封閉，低熔點金屬陶瓷復合材料為鎵與納米氮化鋁陶瓷的復合材料。
[0025]如圖2、圖5所示，所述的位置和方向調節機構3包括動作調整系統和電路控制系統，動作調整系統實現LED投影模組2的位置和方向調整，電路控制系統與所述的模組控制器14電聯接，動作調整系統包括支撐板30、調節塊31、升降螺桿34、第一直線電機32、第二直線電機33和第三電機36。如圖6、圖7所不,所述的箱體11的底板和支撐板30上分別設有前后導向槽37和左右導向槽38，前后導向槽37和左右導向槽38呈正交設置，所述的調節塊31穿過前后導向槽和左右導向槽；所述的第一直線電機32和第二直線電機33分別設置在前后導向槽37和左右導向槽38的一側，第一直線電機32的主軸和第二直線電機33的主軸分別與所述的調節塊31相連接；所述的第三電機36固定設置在支架4上，升降螺桿34穿設在支撐板30的螺孔39上，升降螺桿34在支撐板30的上方設有限位螺母35，升降螺桿34的下方連接所述的第三電機36的主軸。
[0026]如圖10所示，所述的屏幕圖像接縫信息探測器10設置在箱體11右側壁上正對所述的投影屏幕I ;所述的屏幕圖像接縫信息探測器10包括透鏡組23、半導體電荷耦合器件(XD24、A/D模數轉換器25、數字控制器26，所述的數字控制器26連接所述的模組控制器14。通過光學系統將投射到屏幕上的光線會聚到半導體電荷耦合器件CCD24上，將屏幕光信號轉換為電信號，再通過A/D模數轉換器25，將模擬電信號轉換為數字信號，輸入到模組內的模組控制器14，模組控制器14比較影像拼接部兩邊的圖像信息并輸出控制信號給所述的電路控制系統，電路控制系統控制動作調整系統調節LED投影模組2的位置和方向，使多個LED投影模組2的影像投影到投影屏幕后在投影屏幕上組成一個無拼接縫的畫面，確保視頻圖像的一致性與連續性。
[0027]如圖8、圖9所示，本實用新型的顯示系統屏幕大小可任意擴展，采用一種拼裝結構的投影屏幕1，將屏幕分成幾個單元塊21周邊用框架20固定。同時，采用折射率與屏幕材質相同或相近的膠粘劑22，它不僅能膠粘固定單元塊21屏幕而且能充填單元塊21屏幕拼接處的空氣層，由于折射率與屏幕材質相同或相近，不會改變或明顯改變投射光的投射方向，并在界面處引起光線反射，實現無縫拼接，并在拼接處獲得優良的顯示質量。進一步本實用新型通過物理噴砂與化學腐蝕相結合對玻璃表面乳白處理，獲得反射透射比可控的均勻的玻璃表面織構，顯著改善顯示性能與效果，適應不同環境的顯示要求。此外，為了確保大型顯示屏幕的安全，對玻璃材質的整個屏幕表面貼裝保護膜，當屏幕碎裂中，不致傷害到屏幕周圍的人與物。
【權利要求】
1.自動位置調整的LED投影模組，其特征在于:該LED投影模組包括箱體、LED光源、第一光學透鏡組、數字微鏡反射器件、第二光學透鏡組、投影透鏡組、DMD驅動器、模組控制器、LED散熱器、DMD散熱器、屏幕圖像接縫信息探測器、LED驅動器、位置和方向調節機構，所述的LED光源固定設置在箱體右側下方，數字微鏡反射器件、投影透鏡組分別設置在沿LED光源發射的光線經過的箱體側壁上，所述的第一光學透鏡組設置在LED光源與數字微鏡反射器件之間，所述的第二光學透鏡組設置在數字微鏡反射器件與投影透鏡組之間；所述的LED光源與LED驅動器電聯接，LED驅動器與模組控制器電聯接，所述的LED光源所在的箱體外側壁采用導熱金屬材質，并在該外側壁上設置有LED散熱器；所述的數字微鏡反射器件與DMD驅動器電聯接，DMD驅動器與模組控制器電聯接，所述的DMD驅動器所在的箱體外側壁采用導熱金屬材質，并在該外側壁上設置有DMD散熱器；所述的屏幕圖像接縫信息探測器正對投影屏幕設置，用于檢測多個LED投影模組投影到投影屏幕影像的圖像信息，并輸送信號給模組控制器；所述的位置和方向調節機構包括動作調整系統和電路控制系統，動作調整系統實現LED投影模組的位置調整，電路控制系統與所述的模組控制器電聯接，模組控制器根據接收的信息比較影像拼接部兩邊的圖像信息并輸出控制信號給所述的電路控制系統，電路控制系統控制動作調整系統調節LED投影模組的位置和方向。
2.根據權利要求1所述的自動位置調整的LED投影模組，其特征在于:動作調整系統包括支撐板、調節塊、升降螺桿、第一直線電機、第二直線電機和第三電機，所述的箱體的底板和支撐板上分別設有前后導向槽和左右導向槽，前后導向槽和左右導向槽呈正交設置，所述的調節塊穿過前后導向槽和左右導向槽；所述的第一直線電機和第二直線電機分別設置在前后導向槽和左右導向槽的一側，第一直線電機和第二直線電機的主軸分別與所述的調節塊相連接；所述的第三電機固定設置在支架上，升降螺桿穿設在支撐板上，升降螺桿的下方連接所述的第三電機的主軸。
3.根據權利要求1或2所述的自動位置調整的LED投影模組，其特征在于:所述的LED散熱器由多個螺旋形散熱翅片構成，螺旋形散熱翅片的外端固定設置在箱體外側壁上。
4.根據權利要求1或2所述的自動位置調整的LED投影模組，其特征在于:所述的DMD散熱器由多個螺旋形散熱翅片構成，螺旋形散熱翅片的外端固定設置在箱體外側壁上。
5.根據權利要求1所述的自動位置調整的LED投影模組，其特征在于:LED光源與箱體內側邊之間設置有低熔點金屬、低熔點金屬合金或低熔點金屬陶瓷復合材料的填充物，填充物的周邊設有密封膠封閉；所述的低熔點為熔點小于80°C。
6.根據權利要求1所述的自動位置調整的LED投影模組，其特征在于:數字微鏡反射器件與箱體內側邊之間設置有低熔點金屬、低熔點金屬合金或低熔點金屬陶瓷復合材料的填充物，填充物的周邊設有密封膠封閉；所述的低熔點為熔點小于80°C。
7.根據權利要求5或6所述的自動位置調整的LED投影模組，其特征在于:低熔點金屬為鎵，低熔點金屬合金為鎵合金。
8.根據權利要求1所述的自動位置調整的LED投影模組，其特征在于:屏幕圖像接縫信息探測器包括透鏡組、半導體電荷耦合器件CCD、A/D模數轉換器、數字控制器，所述的數字控制器連接所述的模組控制器。
9.根據權利要求1所述的自動位置調整的LED投影模組，其特征在于:LED光源的外側設置CPC集光器。
【文檔編號】G03B21/14GK203405664SQ201320349511
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月17日 優先權日:2013年6月17日
【發明者】陳哲艮, 周立偉 申請人:杭州曼加科技有限公司