基于led投影的可见光通信装置制造方法
【专利摘要】一种基于LED投影的可见光通信装置，包括：一光源模块，用于发出LED光，在驱动电路控制下同时实现照明和通信的功能；一光源一级外罩，所述光源模块固定在光源一级外罩后端的内壁，实现LED光线汇聚功能；一光学元件装置，固定在光源一级外罩的前端，用于控制投影图像的清晰度和尺寸；一光源二级外罩，固定在光学元件装置的前端，作为LED投影照明距离及范围调整的部件。本发明具有模块结构相对简单、体积相对较小，应用面广和节约成本的优点。
【专利说明】基于LED投影的可见光通信装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及照明和通信领域，尤其涉及一种基于LED投影的可见光通信装置。
【背景技术】
[0002]在倡导节能环保低碳生活的今天，发光二极管(LED)在照明、显示和通信领域有着越来越广泛的应用。基于半导体照明的可见光通信技术以其带宽高、无电磁污染、安全性好、功耗低、无须新增专用网络和频率许可证、具有一定的移动性、以及与半导体照明相结合所带来的节能和环保等优点，并且随着半导体照明技术的进一步发展和半导体照明的日渐普及，有可能成为网络终端的主要接入方式。从而，可见光通信技术的普及将推动快速响应发光二级管(LED)制造的发展。
[0003]小功率高密度LED阵列作为高清显示模块的研发过程日趋成熟，基于此种阵列模块的投影照明装置成为目前新的研究领域。所谓的LED投影照明，不同于现有的投影照明，是将LED产生的光通过透镜放大呈现在幕布、墙壁或是建筑物上，可以用作景观照明、建筑物装饰照明等。而基于小功率高密度LED阵列模块可以实现将高清的图像或文字通过投影的方式映射到目标物体上，通过控制相应的芯片可以改变LED阵列模块的显示图像，从而实现多变的投影照明效果。
[0004]小功率高密度的LED照明光源是为了弥补市场对于投影照明光源的需求而衍生出的一种小尺寸的LED新型封装形式。由于其高度集成化且成本较低的特点，将会成为室内外、特殊场合中LED投影照明光源发展的必然趋势。
[0005]若将上述LED投影照明和通信功能相结合，集成在一个模块上。此模块将可以实现LED投影照明的功能，同时也可在增加接收器模块后组成可见光通信系统，实现LED多色多路信号传输功能。
[0006]然而，目前还没有集成投影照明和通信两种功能的小间距高密度的LED装置产品出现。原因可以归结为以下三点:一是LED芯片尺寸较小且集成度较高，从而对封装工艺和技术的要求很高，致使小间距LED阵列模块仍处于研发阶段没有成品。二是多路并行的可见光通信系统中的光源多使用单颗或几颗中大功率单色或双基色LED，对于小功率高密度阵列模块的通信研究不多；三是投影照明的概念由来已久，但LED投影照明的研究才处于起步阶段，从而对于将高密度LED投影照明与通信相结合的可见光系统更是少有深入研究。
【发明内容】
[0007]本发明目的在于，提供一种基于LED投影的可见光通信装置，具有模块结构相对简单、体积相对较小，应用面广和节约成本的优点。
[0008]本发明提供一种基于LED投影的可见光通信装置，包括:
[0009]一光源模块，用于发出LED光，在驱动电路控制下同时实现照明和通信的功能；
[0010]—光源一级外罩，所述光源模块固定在光源一级外罩后端的内壁，实现LED光线汇聚功能；
[0011]一光学元件装置，固定在光源一级外罩的前端，用于控制投影图像的清晰度和尺寸；
[0012]一光源二级外罩，固定在光学元件装置的前端，作为LED投影照明距离及范围调整的部件。
[0013]本发明具有以下有益效果:
[0014]I)本发明中的小微间距LED投影照明装置制备原理简单，可使用现有小尺寸LED芯片，只要求特殊的封装工艺即可实现；
[0015]2)本发明基于LED投影的可见光通信装置，利用高度集成的LED芯片同时实现投影照明和数据信号传输的功能；且装置结构相对简单、体积相对较小，应用面广，利用发射出的不同颜色光信号控制接收端器件进行相应的操作。适用于安装在各种小型电子设备上，如:智能手电、显示器或是智能手机上等，满足人们对于投影照明追求的同时实现对电子设备的光控制、通信的需求等功能；
[0016]3)本发明基于LED投影的可见光通信装置中LED光源部分由RGB三色芯片直接正装或倒装工艺实现，不采用常规LED封装工艺，从而能够形成高密度小间距的LED投影光源；
[0017]4)本发明基于LED投影的可见光通信装置中的光源LED阵列功率较小，基本无发烫现象，无须安装散热装置，节约了成本；
[0018]5)本发明基于LED投影的可见光通信装置，在损坏后替换方便，只要取下无法正常工作的装置换上新的模块即可；而且本发明的小型装置具有很强的便携性和广泛的实用性。
[0019]6)本发明LED投影的可见光通信装置，适用于大型景观投影照明的需求，可以实现任意图像的投影照明效果，并可以显示出全彩或是单色双色的图像、文字等。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中:
[0021]图1为本发明基于LED投影的可见光通信装置的结构示意图；
[0022]图2为图1的结构分解示意图；
【具体实施方式】
[0023]需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0024]本发明基于LED投影的可见光通信装置，利用高度集成的LED芯片同时实现投影照明和数据信号传输的功能；且装置结构相对简单、体积相对较小，应用面广，利用发射出的不同颜色光信号控制接收端器件进行相应的操作。适用于安装在各种小型电子设备上，满足人们对于投影照明追求的同时实现对电子设备的光控制、通信的需求等功能；同时本发明基于LED投影的可见光通信装置，适用于大型景观投影照明的需求，可以实现任意图像的投影照明效果，并可以显示出全彩或是单色双色的图像、文字等。
[0025]请参阅图1-图2所示，本发明提供一个示例性实施例，本实施例基于LED投影的可见光通信装置包括:
[0026]一光源模块4，用于发出LED光，在驱动电路控制下同时实现照明和通信的功能。其作为可见光投影照明光源及通信系统的发射端，由PCB材质基板制成，包括:
[0027]LED光源40，位于所述光源模块4的正面，固定在所述驱动控制单元41上，为全彩LED芯片排布而成的任意数量矩阵；该LED光源40由RGB三色芯片直接正装或倒装工艺实现。其中，所述RGB三色芯片的像素点间距小于0.8mm。
[0028]驱动控制单元41，位于光源模块4的背面，用于控制LED光源40实现投影照明和光通信的功能。
[0029]—光源一级外罩3,所述光源模块4固定在光源一级外罩3后端的内壁,实现LED光线汇聚功能；其形状为长方体形或圆柱体，材质为铝合金，其内表面附有高反射率膜；其后端开有一圆孔31，其前端开口处的上下边缘分别形成一卡扣30，用于固定前端光源二级外罩I ;通过该卡扣调节光源一级外罩3与光源二级外罩I的相对位置，可实现焦距和投影范围的调整；
[0030]一光学元件装置2，固定在光源二级外罩I的后端，用于控制投影图像的清晰度和尺寸；其中该光学元件装置2包括一光学元件支架21，其外部带有外螺旋口，用于旋接于光源二级外罩I，一光学元件20，其固定在光学元件支架21上；
[0031]一光源二级外罩1，固定在光学元件装置2的前端，作为LED投影照明距离及范围调整的部件；其前端开口处放置一光学透镜11 ;后端开口 12处通过螺旋接口固定光学元件装置2，该光源二级外罩I的外壁上有两排等间距的倒三角状卡槽10，用于与光源一级外罩3上的卡扣30卡接。其中，该光源二级外罩I的形状为锥状的圆筒形，材质为铝合金，其内表面附有高反射率膜。
[0032]其中，所述基于LED投影的可见光通信装置还包括:
[0033]一数据及电源线5，其与光源模块4连接，用于外部数据输入和作为电源线；
[0034]一底座支架6，为L型，用于支撑LED投影的可见光通信装置。
[0035]以下分别对本实施例基于LED投影的可见光通信装置的各个组成部分进行详细说明。
[0036]底座支架6
[0037]本实施例所述的底座支架6，位于整体可见光通信装置的底部，用于支撑。材质为铝合金或是其他坚硬的长方体结构材料，形状为L型，通过可旋转的金属钮扣60连接，可实现可见光通信装置的位置和角度的调整。
[0038]数据及电源线5
[0039]本实施例所述的数据及电源线5，位于光源模块4的后端，穿过圆孔31与光源模块4连接，用于外部数据输入和作为电源线。
[0040]光源模块4
[0041]本实施例所述的光源模块4，为由PCB材质制成的正方形基板，其正表面涂有黑胶且带有焊点，用于和LED光源40底部相应的电极位置形成有效的电连接。黑胶的使用有利于提高LED显示的分辨率。其背面也有相应的焊点，用于和驱动控制单元41中的元器件相连，实现投影照明和光通信的控制功能。
[0042]所述的PCB材质基板的正表面和背面的电气连接，通过PCB基板设计工艺，利用内部走线和通孔工艺实现，此为PCB制版工艺，行业内部人员均知晓，在此不再赘述。
[0043]驱动控制单元41
[0044]本实施例中所述的驱动控制单元41中包括:通信控制单元,通过LED照明控制电路元器件组合焊接而成，可以通过内部独立控制信号的输出使LED光源40发射出红绿蓝三色光或是显示相应的图形、文字或简单的图像等；通信控制单元，采用调频调制模式或是调幅调制模式，在加入调制信号的同时输入适当的偏置电流，使LED光源40中光源工作在线性区，从而使输出的光信号不失真。通过调制电路及驱动电路的设计，可以控制LED光源40同时或选择性的发射出全彩、双色或单色的光信号。
[0045]LED 光源 40
[0046]本实施例中所述的LED光源40，作为投影照明和通信两用的光源，由小功率红绿蓝(RGB) LED芯片排列而成，为像素点间距小于0.8mm的高清显示阵列。LED光源40的阵列形状可为方形矩阵或是长方形阵列，可依据显示应用的要求进行调整。
[0047]LED光源40的基板为硅基、蓝宝石或陶瓷基板，表面通过导电通孔工艺，将LED芯片的电极与所述光源模块4上PCB表面的电极焊点连接。
[0048]LED光源40的正面在红(R)绿(G)蓝(B)三个位置分别排列着RGB三色芯片，且P点为共阳极点。所述LED光源40的LED光源部分由RGB三色芯片直接正装或倒装工艺实现，不采用常规LED封装工艺。
[0049]光源一级外罩3
[0050]本实施例中所述的光源一级外罩3，位于光学元件装置2的后端，其前端开口处的上下边缘分别形成一卡扣30，用于固定前端光源二级外罩I ;其后端的中央固定有光源模块4且通过位于后端中央位置的圆孔31将数据及电源线5与驱动控制单元41相连接。
[0051]光学元件装置2
[0052]本实施例中所述的光学元件装置2，位于光源一级外罩3的前端，由两部分构成:光学元件20和光学元件支架21 ;其中，光学元件20为凸透镜，正常光学透镜材质和型号；光学元件支架21为配套光学元件20的固定透镜的支架，所述光学元件支架21外部带有外螺旋口，旋接于光源二级外罩I的后开口 12处。
[0053]光源二级外罩I
[0054]本实施例中所述的光源二级外罩1，位于光学元件装置2的前端，其前端开口处放置一光学透镜11，通过透镜自带支架的外螺旋口与所述二级外罩I的前开口内螺旋口相连接；后端开口 12处通过螺旋接口固定光学元件装置2。该光源二级外罩I的外壁上有两排等间距的倒三角状卡槽10，用于与光源一级外罩3上的卡扣30卡接。通过调整光源一级外罩上的卡扣30与其的相对位置，可实现焦距和投影范围的调整。
[0055]本实施例中，LED投影的可见光通信装置中的光源模块4在驱动控制单元41的控制下发出光信号，安装在各种设备如:手机、掌上电脑等上的光探测器将探测到光信号，经过光电转换电路后，即可实现光通信获取相应信息的功能。同时，利用本发明所述装置可实现远距离大型景观、建筑、墙面等物体上投影照明的功能，通过调节所述光源二级外罩I与光学元件装置2的相对距离，即调整焦距，实现投影图像的位置、尺寸的改变。同时，调节底座支架6，实现投影角度的变化。
[0056]至此，已经结合附图对本发明的实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明基于LED投影的可见光通信装置有了清楚的认识。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如:更换所述光学元件的类型、材质和大小或是改变部分元器件的型号调整控制电路的功能等；光源外罩，可以为塑料、树脂等其他类型的材质，可依据应用需求进行选择；同样，作为投影光源和通信发射端的LED阵列也可以选用单色LED、双基色LED和单芯片全彩LED等。
[0057]综上所述，本发明基于LED投影的可见光通信装置，利用高度集成的LED芯片同时实现投影照明和数据信号传输的功能；且装置结构相对简单、体积相对较小，应用面广，利用发射出的不同颜色光信号控制接收端器件进行相应的操作。LED光源部分由RGB三色芯片直接正装或倒装工艺实现，不采用常规LED封装工艺，从而能够形成高密度小间距的LED投影光源且发热量小，无须另外加装散热设备；适用于安装在各种小型电子设备上，满足人们对于投影照明追求的同时实现对电子设备的光控制、通信的需求等功能；同时本发明基于LED投影的可见光通信装置，适用于大型景观投影照明的需求，可以实现远距离大型景观、建筑、墙面等物体上任意全彩或单双色图像的投影照明功能，通过调节外罩与光学元件装置的相对距离、底座支架等，可实现投影图像的位置、尺寸的改变和投影角度的变化。
[0058]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于LED投影的可见光通信装置，包括: 一光源模块，用于发出LED光，在驱动电路控制下同时实现照明和通信的功能； 一光源一级外罩，所述光源模块固定在光源一级外罩后端的内壁，实现LED光线汇聚功能； 一光学元件装置，固定在光源一级外罩的前端，用于控制投影图像的清晰度和尺寸； 一光源二级外罩，固定在光学元件装置的前端，作为LED投影照明距离及范围调整的部件。
2.根据权利要求1所述的基于LED投影的可见光通信装置，该装置还包括: 一数据及电源线，其与光源模块连接，用于外部数据输入和作为电源线； 一底座支架，为L型，用于支撑LED投影的可见光通信装置。
3.根据权利要求1所述的基于LED投影的可见光通信装置，其中光源模块包括一LED光源，该LED光源由RGB三色芯片直接正装或倒装工艺实现。
4.根据权利要求3所述的基于LED投影的可见光通信装置，其中所述RGB三色芯片的像素点间距小于0.8mm。
5.根据权利要求1所述的基于LED投影的可见光通信装置，其中光源一级外罩的形状为长方体形或圆柱体，材质为铝合金，其内表面附有高反射率膜。
6.根据权利要求5所述的基于LED投影的可见光通信装置，其中光源一级外罩的后端开有一圆孔，其前端开口处的上下边缘分别形成一卡扣，用于固定前端光源二级外罩。
7.根据权利要求1所述的基于LED投影的可见光通信装置，其中光学元件装置包括一光学元件支架，其外部带有外螺旋口，用于旋接于光源二级外罩，一光学元件，其固定在光学元件支架上。
8.根据权利要求1所述的基于LED投影的可见光通信装置，其中光源二级外罩的形状为锥状的圆筒形，材质为铝合金，其内表面附有高反射率膜。
9.根据权利要求8所述的基于LED投影的可见光通信装置，其中光源二级外罩的前端开口处放置一光学透镜；后端开口处通过螺旋接口固定光学元件装置，该光源二级外罩的外壁上有两排等间距的倒三角状卡槽，用于与光源一级外罩上的卡扣卡接。
10.根据权利要求1所述的基于LED投影的可见光通信装置，其中光源模块包括一驱动控制单元和一固定在其上的LED光源。
【文档编号】H04B10/116GK104270195SQ201410515631
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】裴艳荣, 杨华, 王军喜, 李晋闽 申请人:中国科学院半导体研究所