CN104991408B - 一种便携式激光投影机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式激光扫描投影机，包括激光发射模块、驱动模块和输入显示模块，所述激光发射模块包括若干个激光光源、光源夹具、管壳、透镜、球头、反射镜、电机和镜片夹具；驱动模块包括两片单片机、字库芯片和单路驱动电路；利用视觉暂留现象，创新地设计排状激光二极管加反射镜进行单方向连续扫描的结构，广泛用于信息发布、事故灾害救援、大型活动举办、广告宣传等各种场合，与现有的单束激光振镜扫描结构的激光动画机相比，具有便携使用，可独立工作，扫描速度快，结构简单体积小、成本低、亮度高、可超短焦显示可显示复杂内容的优点。

Description

一种便携式激光投影机

技术领域

本发明属于激光显示设备技术领域，具体涉及到一种便携式激光投影机。

背景技术

随着社会的发展，高效、及时的信息发布变得越来越重要。通过LED屏可以快速、便捷地显示信息，但LED屏也存在重量大、耗电高、大屏幕无法携带、室外使用时易损坏等缺点；单束激光X-Y振镜扫描的激光动画机，受振镜扫描速度的限制，只适合按轨迹投射简单图案，无法按像素投射点阵复杂内容，体积较大，也难以便携；普通投影机适用于图片、视频等的显示和播放，不适合类似LED大屏幕的低分辨率高亮度的点阵显示。

目前的激光动画机都采用X-Y振镜进行扫描，点动成线，线动成面，单束激光点如果要实现整幅画面的显示，就必须在视觉暂留能够容忍的时长内使一个激光点扫描完整个画面，这对激光振镜的扫描速度具有极高要求，速度达不到，就无法显示稳定的图像，受惯性等机械因素的限制，目前的振镜无法按像素进行整幅画面的扫描显示，因此激光动画机普遍采用沿着图案扫描的方式来显示简单图案。如果不进行扫描，直接安装相应像素数量的激光二极管，配合镜头射出平行光进行显示，可以完成点阵显示，但这样做成本极高，也很容易损坏，不可行。

发明内容

作为点和面的中间产物，线引起申请人的思考，如果用一排激光二极管发射激光，那么，就只需要一个X轴扫描，Y轴由一排电子控制激光灯直接实现，类似POV显示的原理。本发明提供一种便携式激光投影机，使激光灯不动，由反射镜来旋转完成扫描，解决了激光灯旋转可能带来的供电、振动等方面的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的便携式激光投影机，包括激光发射模块、驱动模块和输入显示模块，所述激光发射模块包括若干个激光光源、光源夹具、管壳、透镜、球头、反射镜、电机和镜片夹具；驱动模块包括两片单片机、字库芯片和单路驱动电路

若干个激光光源安装在管壳内，管壳和球头焊接，管壳内激光光源前端安装透镜，上述若干个焊接的激光光源组件成排安装在光源夹具的安装孔内；

反射镜安装在镜片夹具上，电机轴和镜片夹具中轴连接；

若干个激光光源的光束照射到反射镜上；

驱动模块的单片机，一片与字库芯片连接，另一片通过单路驱动电路连接一个激光光源；

输入显示模块连接字库芯片。

进一步的，所述反射镜为双面镜，采用前镀膜反射镜。

所述激光光源采用激光二极管，数量为16个。

所述光源夹具与安装孔侧壁具有夹紧孔，夹紧孔具有内螺纹，通过螺栓夹紧球头。

所述光源夹具与安装孔侧壁具有夹紧孔，夹紧孔具有内螺纹，通过螺栓夹紧球头。

作为另一方案，镜片夹具安装在光源夹具两端，反射镜通过转轴安装在镜片夹具上，电机驱动转轴转动。

在上述方案基础上，镜片夹具为两部分构成，两端分别通过两端电机驱动，转向相反。

使激光灯不动，由反射镜来旋转完成扫描，使用振动小、噪音低、转速适中的无刷电机带动镜片旋转，解决了激光灯旋转可能带来的供电、振动等方面的问题。人眼最短能保留0.1秒的影像，扫描镜可轻松达到。扫描镜通常为往复摆动，这样可以使激光灯持续点亮，为保持稳定性和散热，激光灯的功率维持在较低水平。

使镜片沿一个方向连续旋转，可以省掉往复摆动的驱动电路，如果使镜片连续旋转起来，镜片由于惯性近乎匀速地旋转，则可以省去摆动的驱动电路和实时位置检测电路。

可以采用连续旋转的电机这样的好处是可以降低扫描部分的成本，可以双面投影，双面投影(也就是投影机正反两面都出光)的时候亮度最高，单面投影的时候只能发挥一半亮度，也可以采用摆动的扫描镜，这样的好处是在单面投影时可以发挥最高亮度。此种结构为实施例2中显示。

便携式新型激光投影机，整套装置完全自主设计制作完成，利用视觉暂留现象，创新地设计排状激光二极管加反射镜进行单方向连续扫描的结构。可充电电池供电，自制触屏遥控器直接输入显示内容，可远距离遥控操作，实现了中英文及符号图案的滚动播放投影显示。可广泛用于信息发布、事故灾害救援、大型活动举办、广告宣传等各种场合。与现有的单束激光振镜扫描结构的激光动画机相比，具有便携使用，可独立工作(无需连接电脑等控制设备)，扫描速度快(不闪烁)，结构简单体积小、成本低、亮度高、可超短焦显示可显示复杂内容等优点。便携使用设计，也大大拓宽了激光投影技术的应用领域。

利用连续旋转扫描镜的特点，在两面设置窗口，实现双面投影，这是普通激光振镜所无法做到的。整套系统由单片机进行控制。为了最大限度地实现便携，除了充电电池供电外，还需要为其安装用于输入显示内容的装置，使其可以独立工作。

使用一块触摸液晶屏，利用开发软件在液晶屏中设计用于输入显示内容的界面，液晶屏与单片机之间使用串口连接，由于投影显示主机可能会被放在高处等不便于操作的位置，屏幕和主机之间采用无线通讯。

考虑到便携激光投影机的适用场合，通常只需要投射文字，内容输入装置只需要具备文字输入的功能即可，为了显示文字，选用了字库芯片，可以从中读取显示用的点阵字模。这样一来，先使用触摸液晶屏输入要显示的内容，主机收到数据后，单片机读取与显示内容相对应的点阵字模，电机旋转，带动镜片扫描，数据接收完毕后单片机控制激光灯的亮灭，利用视觉暂留现象，投射出显示内容。由于每一束激光都是平行光，激光可以在射出很远的距离后仍保持汇聚，使图像清晰，不需要手动对焦，距离越远，图像越大。便携式激光投影机的基本原理由此确定。

用钻头将每个夹紧孔下钻出一个小坑，用于更好地固定球头。球头的使用，就可以实现自由调节方向，方向调节好之后，再夹紧，就实现了微调的功能。使激光可以聚到一点，这样，投出的字会随距离变远而变大，并且反射镜的长度大大缩短，投在平面上图像边缘会出现双曲线形状的形变，但不会影响显示。

激光反射镜部分结构较为简单，由于采用了16束激光聚成一点的方案，反射镜可以做得非常小，为了避免激光射入反射镜后经过表面的玻璃后发生折射，出现重影，影响显示效果，申请人使用了一种前镀膜反射镜，这种反射镜将反射面直接镀在玻璃表面，光束射到反射镜后不经过折射，直接反射，这种玻璃常用于投影机、相机等对反射效果要求较高的设备中。

附图说明

图1为本发明的便携式激光投影机结构示意图；

图2为本发明的便携式激光投影机激光光源组件结构示意图；

图3为本发明的便携式激光投影机驱动电路图；

图4为本发明的便携式激光投影机驱动模块和输入显示模块连接示意图；

图5为本发明的便携式激光投影机显示驱动编程角度补偿表；

图6为本发明的便携式激光投影机实时显示下降沿中断处理程序流程图；

图7为本发明的便携式激光投影机实时显示定时器中断处理程序流程图；

图8为本发明的便携式激光投影机激光光源组件实施例2结构示意图；

图9为本发明的便携式激光投影机激光光源组件实施例3结构示意图。

图中：1.激光二极管；2.光源夹具；3.管壳；4.透镜；5.球头；6.反射镜；7.电机；8.镜片夹具；9.安装孔；10.夹紧孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

参见图1-图7，本发明的便携式激光投影机，本发明的便携式激光投影机，包括激光发射模块、驱动模块和输入显示模块，所述激光发射模块包括若干个激光光源、光源夹具2、管壳3、透镜4、球头5、反射镜6、电机7和镜片夹具8；驱动模块包括两片单片机、字库芯片和单路驱动电路；

若干个激光光源安装在管壳3内，管壳3和球头5焊接，管壳3内激光光源前端安装透镜4，上述若干个焊接的激光光源组件成排安装在光源夹具2的安装孔9内；

反射镜6安装在镜片夹具8上，电机7轴和镜片夹具8中轴连接；

若干个激光光源的光束照射到反射镜6上；

参见图3和图4，驱动模块的单片机，一片与字库芯片连接，另一片通过单路驱动电路连接一个激光光源；

输入显示模块连接字库芯片。

进一步的，所述反射镜6为双面镜，采用前镀膜反射镜6。

所述激光光源采用激光二极管1，数量为16个。

所述光源夹具2与安装孔9侧壁具有夹紧孔10，夹紧孔10具有内螺纹，通过螺栓夹紧球头5。

所述光源夹具2与安装孔9侧壁具有夹紧孔10，夹紧孔10具有内螺纹，通过螺栓夹紧球头5。

参见图3

驱动电路部分结构较为简单，由单片机控制，晶体管放大对激光二极管1进行驱动。16点阵扫描，只要程序得当，对单片机的运算速度要求并不高，于是申请人采用STC15F2K60S24单片机，内置高精度RC振荡器，省去了外部晶振。单个激光灯的驱动电流为140mA，申请人使用了8550三极管，单路驱动电路简图如图3(LD表示激光二极管1)。16路激光驱动电路的晶体管基极经限流电阻，分两组，连接至单片机的P0、P1两组I/O。这样做，由于从字库芯片中读取到的16×16点阵字模本身就是按上下各八位分开的，显示控制时可直接将整字节的数据赋给八位I/O口，降低了编程的难度，提高了程序运行的效率。由于投影显示出的是倒像，激光二极管1在连接时也要颠倒顺序连接。

为了提高稳定性，和避免运算速度不够的情况发生，使用两片TC15F2K60S2单片机，一片负责显示扫描，一片负责显示内容等的控制，其中的一片单片机与字库芯片相连。

程序部分的编写

STC15F2K60S2单片机内置RC振荡器，运行频率可在下载程序时设置，申请人设置运行频率为18MHZ，这是一个经过分析后确定的频率。具体分析过程如下：

时钟频率

STC15F2K60S2单片机内置RC振荡器，运行频率可在下载程序时设置，申请人设置运行频率为18MHZ，这是一个经过分析后确定的频率。

为了突显这种新型结构的高速扫描的优势，将扫描电机7的转速设为50圈/秒。设计的投射角为60°，那么转过60°就需要用时3.3333毫秒，18MHZ，1T时钟计时的情况下，单片机每毫秒计时18000个单位，恰好电机7转过1°，计时1000个单位，这样一来，就可以以千分之一度的精度来计时，这为角度补偿表的加入提供了便利。

角度补偿

设计角度补偿表，是为了避免图像的横向形变。如果将角度等分，按像素发射激光，图像就会产生横向形变。

计划采用6字显示设计(画面显示六字长度的图像)，横向长度为192个像素，用CAD软件制作了图像补偿表(如图5)，免去了复杂的三角函数计算，直接作为固定值数据存入单片机。

实时显示程序

在电机7旁安装了光电开关和挡片，电机7每转一圈，触发一次，实时显示的程序原理如下：

光电开关被触发后，单片机进入下降沿中断处理程序(如图6)，将角度补偿表中的值装入定时器，定时器开始工作。定时器中断如图7所示，将角度补偿表中的相应数值装入定时器，将显示内容的点阵数组中相应位置的两字节数据装入P0、P1口，投射相应内容，留下映像，等待下一次中断的触发，转过60°后，激光灯熄灭，等待转过60度后的下降沿中断触发。移动显示位置可实现滚动播放的效果，为了不多占用单片机内部定时器，在下降沿中断中完成了显示位置移动(旋转速度使其触发频率为50HZ)。

将显示内容数组装入亮灭交替的数据运行，用示波器观测I/O口的电平，发现高低交替的部分恰好占一周期的六分之一，说明运行正常。

实施例2

该种结构的光源夹具和镜片夹具为一体连接结构，该种结构加工工艺结构简单，超短焦平行显示字体，输出字体为无需聚焦，放大放远后显示不变形。

实施例3

作为另一方案，镜片夹具安装在光源夹具两端，镜片夹具为两部分构成，反射镜通过转轴安装在镜片夹具上，两端分别通过两端电机驱动，转向相反。

此种结构可有效消除电机转动产生的反向扭矩，消除振动，提高显示质量。

Claims (5)

1.一种便携式激光投影机，其特征在于：包括激光发射模块、驱动模块和输入显示模块，所述激光发射模块包括若干个激光光源、光源夹具、管壳、透镜、球头、反射镜、电机和镜片夹具；驱动模块包括两片单片机、字库芯片和单路驱动电路；

若干个激光光源安装在管壳内，管壳和球头焊接，管壳内激光光源前端安装透镜，上述若干个焊接的激光光源组件成排安装在光源夹具的安装孔内；反射镜安装在镜片夹具上，电机轴和镜片夹具中轴连接；

若干个激光光源的光束照射到反射镜上；

驱动模块的单片机，一片与字库芯片连接，另一片通过单路驱动电路连接一个激光光源；

输入显示模块连接字库芯片；

光源夹具与安装孔侧壁具有夹紧孔，夹紧孔具有内螺纹，通过螺栓夹紧球头。

2.根据权利要求1所述的便携式激光投影机，其特征在于：所述反射镜为双面镜，采用前镀膜反射镜。

3.根据权利要求1或2所述的便携式激光投影机，其特征在于：所述激光光源采用激光二极管，数量为16个。

4.根据权利要求1所述的便携式激光投影机，其特征在于：镜片夹具安装在光源夹具两端，反射镜通过转轴安装在镜片夹具上，电机驱动转轴转动。

5.根据权利要求4所述的便携式激光投影机，其特征在于：镜片夹具为两部分构成，两端分别通过两端电机驱动，转向相反。