CN202275254U

CN202275254U - 一种基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置

Info

Publication number: CN202275254U
Application number: CN2011203407721U
Authority: CN
Inventors: 张蔚东; 张友国; 高龙; 胡小娟; 余双燕
Original assignee: JIANGSU CNLAMP OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU CNLAMP OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2021-09-13

Abstract

本实用新型公开了一种基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置。它包括灯杯、灯杯装夹台、螺钉I、灯芯、灯芯装夹架、大导轨、大滑块、螺钉II、光学平面透镜、夹持架、凸透镜、支撑立柱、滤光片、二维光电位置传感器PSD、信号处理系统、PLC、伺服电机和三维精密调节台。灯芯发出的光经灯杯的内表面反射后形成平行的光柱，光柱经过光学平面透镜的两次透射和反射，少部分光反射到凸透镜，汇聚后透过滤光片照射在二维光电位置传感器PSD，二维光电位置传感器PSD输出的信号经过信号处理系统、PLC、伺服电机和三维精密调节台的一系列转化，最后控制灯芯在灯杯内的位置。本实用新型具有使用方法简单、成本低、效率高、调焦精度高等优点。

Description

一种基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置

技术领域

本实用新型涉及投影机领域，尤其涉及一种基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置。

背景技术

投影机灯泡是投影机的重要组成部件之一，也是投影机的最重要的耗材之一，与投影机整体的画面表现息息相关。投影灯泡的品质基本取决于灯杯的品质、灯芯的品质及组装工艺的品质。而其中控制灯芯在灯杯内的位置，也就是调焦，从而获得期望的光源，是一个技术难点。所谓“差之毫厘，谬以千里”，灯芯位置的略微偏差，都会造成光源射出光柱的光强、平行度和均匀性受到影响，从而使投影灯泡的质量受到重大影响。

目前国内投影行业对投影灯泡调焦的研究和实现方法还比较欠缺。

部分企业采用人工判断射出光斑的大小和中心位置，从而手工调节灯芯的位置，再进行后续的注胶等工艺；这种的方法有不少问题，比如效率低、调焦精度低等。

申请号为CN200810084310.0的专利，提出了一种采用视觉系统和图像处理系统来获得控制参数的方法，虽然可行，但成本较高，且比较复杂。

申请号为JP200623564的日本专利，采用了一种在被照射面的X、Y方向均分为2次开方的9个矩形领域的中央部位放置9个传感器的方法来测试，虽可行，但精确度还有待提高。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置。

基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置包括灯杯、灯杯装夹台、螺钉I、灯芯、灯芯装夹架、大导轨、大滑块、螺钉II、光学平面透镜、夹持架、凸透镜、支撑立柱、滤光片、二维光电位置传感器PSD、信号处理系统、PLC、伺服电机和三维精密调节台。灯杯通过螺钉I固定于灯杯装夹台, 灯杯装夹台通过螺钉II固定于一个大滑块，灯芯固定于灯芯装夹架，灯芯装夹架固定于三维精密调节台，光学平面透镜固定于夹持架, 夹持架固定于一个大滑块，凸透镜、滤光片、二维光电位置传感器PSD通过支撑立柱分别固定于三个大滑块，大滑块通过螺钉II固定于大导轨, 二维光电位置传感器PSD和信号处理系统相连接，信号处理系统和PLC相连接， PLC和伺服电机相连接，伺服电机和三维精密调节台相连接，形成闭环反馈控制系统。

所述的灯芯装夹架包括顶针、套筒、支撑杆、小导轨、小滑块和螺钉III。顶针、套筒分别固定于两个支撑杆, 两个支撑杆分别固定于两个小滑块, 两个小滑块通过螺钉III固定于小导轨, 套筒的一端套在灯芯的一端,顶针顶在灯芯的另一端，顶针的中心线、套筒的中心线和灯芯的中心线重合。

所述的光学平面透镜的数量为两块，光学平面透镜I和光学平面透镜II平行放置，光学平面透镜I的中心点在灯杯的中心线上，且灯杯的中心线和光学平面透镜I的夹角为45度，凸透镜、滤光片、二维光电位置传感器PSD和光学平面透镜II的中心点连线平行于导轨的上平面，且和光学平面透镜II的夹角为45度。

基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置的使用方法包括以下步骤：

1）调节灯杯装夹台、光学平面透镜、凸透镜、滤光片、二维光电位置传感器PSD的位置，用自准直仪等工具对光路进行校准；

2）把灯杯置于灯杯装夹台，并用螺钉I固定；

3）把灯芯的一端置于套筒内, 灯芯的另一端用顶针顶住，使灯芯固定于灯芯装夹架；

4）给灯芯两端通电，灯芯发出的光经过灯杯的内表面反射后形成平行的光柱，光柱经过光学平面透镜的两次透射和反射，只有少部分光反射到凸透镜，通过凸透镜的汇聚作用，使光柱的横截面积减少，然后通过滤光片的作用，滤去部分干扰波段的光，最后照射在二维光电位置传感器PSD的感光元件上，形成光斑；

5）二维光电位置传感器PSD将光信号转化为电流信号I1、I2、I3、I4，并输出到信号处理系统；

6）信号处理系统先对电流信号I1、I2、I3、I4进行放大处理, 得到对应放大值X1、X2、Y1、Y2,并以二维光电位置传感器PSD的中心点为坐标原点，根据计算公式：

Figure 2011203407721100002DEST_PATH_IMAGE002

由此求得光斑中心点坐标（x,y），并将光斑中心点坐标传输到PLC，PLC将光斑中心点坐标转化为X方向伺服电机和Y方向伺服电机的旋转角度α、β，并发出控制信号到伺服电机使之运转；而X方向伺服电机和Y方向伺服电机的旋转又转化为三维精密调节台在X、Y方向上的位移，灯芯装夹架和灯芯的位置随之改变，实现对灯芯在灯杯内X、Y方向上的定位；

7）这时光斑中心点的位置就位于二维光电位置传感器PSD的中心点，此时二维光电位置传感器PSD输出的电流I1、I2、I3、I4近似相等；

在信号处理系统中，信号处理系统先对电流信号I1、I2、I3、I4进行放大处理, 到对应放大值X1≈X2≈Y1≈Y2，令I=X1，假定理想光斑输出的电流值对应放大值为I0,设为阀值，则令△I=I-I0，将△I值传输到PLC，PLC将△I值转化为Z方向伺服电机旋转角度γ，并发出控制信号到Z方向伺服电机使之运转；而Z方向伺服电机的旋转又转化为三维精密调节台在Z方向上的位移，灯芯装夹架和灯芯的位置随之改变，实现对灯芯在灯杯内Z方向上的定位；

8）整个装置形成一个闭环反馈控制系统，为后续的注胶和烘干等工序提供前期准备。

本实用新型具有以下优点：

１．应用了光学原理，利用一些简单的装置和仪器以及控制电路巧妙的设计而成，操作简单，整个装置构成闭环反馈控制回路，具有效率高，调焦精度高的优点；

２．采用两块光学平面透镜来对光柱透射和反射，并用凸透镜进行汇聚，解决了由于投影灯的温度过高、光柱截面积较大，对检测装置要求高的难题，降低了检测成本；

３．采用二维光电位置传感器PSD来采集光斑，从而获得光斑的大小和位置信息具有简单、快捷、精确的优点；

４．采用导轨和滑块的形式，可以保证光路的平行度、垂直度和精度要求，以及灯芯定位的精准度。

附图说明

图1为本实用新型基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置的总装配图；

图2为本实用新型的工作原理示意图；

图3为本实用新型的灯泡装夹示意图；

图4为本实用新型的灯芯装夹示意图；

图5为本实用新型的二维光电位置传感器PSD的工作原理示意图。

具体实施方式

如图１、图3所示，基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置包括灯杯1、灯杯装夹台2、螺钉I3、灯芯4、灯芯装夹架5、大导轨6、大滑块7、螺钉II8、光学平面透镜9、夹持架10、凸透镜11、支撑立柱12、滤光片13、二维光电位置传感器PSD14、信号处理系统21、PLC22、伺服电机23和三维精密调节台24。灯杯1通过螺钉I3固定于灯杯装夹台2, 灯杯装夹台2通过螺钉II8固定于一个大滑块7，灯芯4固定于灯芯装夹架5，灯芯装夹架5固定于三维精密调节台24，光学平面透镜9固定于夹持架10, 夹持架10固定于一个大滑块7，凸透镜11、滤光片13、二维光电位置传感器PSD14通过支撑立柱12分别固定于三个大滑块7，大滑块7通过螺钉II8固定于大导轨6, 二维光电位置传感器PSD14和信号处理系统21相连接，信号处理系统21和PLC22相连接， PLC22和伺服电机23相连接，伺服电机23和三维精密调节台24相连接，形成闭环反馈控制系统。

如图4所示的灯芯装夹架5包括顶针15、套筒16、支撑杆17、小导轨18、小滑块19和螺钉III20。顶针15、套筒16分别固定于两个支撑杆17, 两个支撑杆17分别固定于两个小滑块19, 两个小滑块19通过螺钉III20固定于小导轨18, 套筒16的一端套在灯芯4的一端,顶针15顶在灯芯4的另一端，顶针15的中心线、套筒16的中心线和灯芯4的中心线重合。

如图1、图2所示，光学平面透镜9的数量为两块，光学平面透镜I9和光学平面透镜II9平行放置，光学平面透镜I9的中心点在灯杯1的中心线上，且灯杯1的中心线和光学平面透镜I9的夹角为45度，凸透镜10、滤光片11、二维光电位置传感器PSD12和光学平面透镜II9的中心点连线平行于导轨5的上平面，且和光学平面透镜II9的夹角为45度。

基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置的使用方法，包括以下步骤：

1）调节灯杯装夹台2、光学平面透镜9、凸透镜11、滤光片13、二维光电位置传感器PSD14的位置，用自准直仪等工具对光路进行校准；

2）把灯杯1置于灯杯装夹台2，并用螺钉I3固定；

3）把灯芯4的一端置于套筒16内, 灯芯4的另一端用顶针15顶住，使灯芯4固定于灯芯装夹架5；

4）给灯芯4两端通电，灯芯4发出的光经过灯杯1的内表面反射后形成平行的光柱，光柱经过光学平面透镜9的两次透射和反射，大部分光都透射，只有少部分光反射到凸透镜11，通过凸透镜11的汇聚作用，使光柱的横截面积减少，然后通过滤光片13的作用，滤去部分干扰波段的光，最后照射在二维光电位置传感器PSD14的感光元件上，形成光斑；

5）如图5所示，二维光电位置传感器PSD14受到光照射时，在光斑位置处产生比例于光能量的电子，将光信号转化为电流信号I1、I2、I3、I4，并输出到信号处理系统21；

6）信号处理系统21先对电流信号I1、I2、I3、I4进行放大处理, 得到对应放大值X1、X2、Y1、Y2,并以二维光电位置传感器PSD14的中心点为坐标原点，根据计算公式：

Figure 2011203407721100002DEST_PATH_IMAGE004

由此求得光斑中心点坐标（x,y），并将光斑中心点坐标传输到PLC22，PLC22将光斑中心点坐标转化为X方向伺服电机23和Y方向伺服电机23的旋转角度α、β，并发出控制信号到伺服电机23使之运转；而X方向伺服电机23和Y方向伺服电机23的旋转又转化为三维精密调节台24在X、Y方向上的位移，灯芯装夹架5和灯芯4的位置随之改变，实现对灯芯4在灯杯1内X、Y方向上的定位；

7）这时光斑中心点的位置就位于二维光电位置传感器PSD14的中心点，此时二维光电位置传感器PSD14输出的电流I1、I2、I3、I4近似相等；

在信号处理系统21中，信号处理系统21先对电流信号I1、I2、I3、I4进行放大处理, 到对应放大值X1≈X2≈Y1≈Y2，令I=X1，假定理想光斑输出的电流值对应放大值为I0,设为阀值，则令△I=I-I0，将△I值传输到PLC22，PLC22将△I值转化为Z方向伺服电机23旋转角度γ，并发出控制信号到Z方向伺服电机23使之运转；而Z方向伺服电机23的旋转又转化为三维精密调节台24在Z方向上的位移，灯芯装夹架5和灯芯4的位置随之改变，实现对灯芯4在灯杯1内Z方向上的定位；

实施例：基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置的使用方法，包括以下步骤：

1）选用型号为W203的二维光电位置传感器PSD14，其有效光敏面为21mm*21mm；调节灯杯装夹台2、光学平面透镜9、凸透镜11、滤光片13、二维光电位置传感器PSD14的位置，用自准直仪等工具对光路进行校准；

2）把灯杯1置于灯杯装夹台2，并用螺钉I3固定；

6）信号处理系统21先对电流信号I1、I2、I3、I4进行放大处理, 得到对应放大值X1=206、X2=408、Y1=310、Y2=280，并以二维光电位置传感器PSD14的中心点为坐标原点，根据计算公式：

Figure 2011203407721100002DEST_PATH_IMAGE005

其中L=21mm,由此求得光斑中心点坐标（2.1mm,1.5mm），并将光斑中心点坐标传输到PLC22，PLC22将光斑中心点坐标转化为X方向伺服电机23的旋转角度1035度和Y方向伺服电机23的旋转角度739度，并发出控制信号到伺服电机23使之运转；而X方向伺服电机23和Y方向伺服电机23的旋转又转化为三维精密调节台24在X、Y方向上的位移，灯芯装夹架5和灯芯4的位置随之改变，实现对灯芯4在灯杯1内X、Y方向上的定位；

在信号处理系统21中，信号处理系统21先对电流信号I1、I2、I3、I4进行放大处理, 到对应放大值X1≈X2≈Y1≈Y2=525，令I=X1=525，假定理想光斑输出的电流值对应放大值为I0=450,设为阀值，则令△I=I-I0=75，将△I值传输到PLC22，PLC22将△I值转化为Z方向伺服电机23旋转角度1125度，并发出控制信号到Z方向伺服电机23使之运转；而Z方向伺服电机23的旋转又转化为三维精密调节台24在Z方向上的位移，灯芯装夹架5和灯芯4的位置随之改变，实现对灯芯4在灯杯1内Z方向上的定位；

Claims

1.一种基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置，其特征在于包括灯杯（1）、灯杯装夹台（2）、螺钉I（3）、灯芯（4）、灯芯装夹架（5）、大导轨（6）、大滑块（7）、螺钉II（8）、光学平面透镜（9）、夹持架(10)、凸透镜（11）、支撑立柱(12)、滤光片(13)、二维光电位置传感器PSD(14)、信号处理系统(21)、PLC(22)、伺服电机(23)和三维精密调节台(24)、灯杯（1）通过螺钉I（3）固定于灯杯装夹台（2）, 灯杯装夹台（2）通过螺钉II（8）固定于一个大滑块（7），灯芯（4）固定于灯芯装夹架（5），灯芯装夹架（5）固定于三维精密调节台(24)，光学平面透镜（9）固定于夹持架(10), 夹持架(10)固定于一个大滑块（7），凸透镜（11）、滤光片(13)、二维光电位置传感器PSD(14)通过支撑立柱(12)分别固定于三个大滑块（7），大滑块（7）通过螺钉II（8）固定于大导轨（6）, 二维光电位置传感器PSD(14)和信号处理系统(21)相连接，信号处理系统(21)和PLC(22)相连接， PLC(22)和伺服电机(23)相连接，伺服电机(23)和三维精密调节台(24)相连接，形成闭环反馈控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置，其特征在于所述的灯芯装夹架（5）包括顶针（15）、套筒（16）、支撑杆（17）、小导轨（18）、小滑块（19）和螺钉III（20）、顶针（15）、套筒（16）分别固定于两个支撑杆（17）, 两个支撑杆（17）分别固定于两个小滑块（19）, 两个小滑块（19）通过螺钉III（20）固定于小导轨（18）, 套筒(16)的一端套在灯芯(4)的一端,顶针(15)顶在灯芯(4)的另一端，顶针（15）的中心线、套筒（16）的中心线和灯芯（4）的中心线重合。

3.根据权利要求1所述的一种基于光斑检测的投影灯泡自动调焦装置，其特征在于所述的光学平面透镜（9）的数量为两块，光学平面透镜I（9）和光学平面透镜II（9）平行放置，光学平面透镜I（9）的中心点在灯杯（1）的中心线上，且灯杯（1）的中心线和光学平面透镜I（9）的夹角为45度，凸透镜(10)、滤光片(11)、二维光电位置传感器PSD(12)和光学平面透镜II（9）的中心点连线平行于导轨（5）的上平面，且和光学平面透镜II（9）的夹角为45度。