用於雷射顯示的超高速轉鏡系統的製作方法
2023-06-09 15:35:31
專利名稱：用於雷射顯示的超高速轉鏡系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷射顯示系統領域的一種高速轉鏡系統，更具體的說，是涉及一 種內部真空、磁浮軸結構、由高頻電樞驅動的無齒輪的高速轉鏡系統。
背景技術：
雷射顯示技術有良好的色域和可預期的能效比，很可能是在繼液晶顯示技術大規 模應用之後既將流行的主流顯示技術，也是當代戰略性的新興產業之一，但是，目前雷射顯 示部件的高價格，影響了該產業馬上進入實用化。雷射顯示技術的核心器件除了雷射模組、電子控制系統外，還有雷射顯示所獨有 的光學掃描系統，小功率雷射投影電視一般採用微鏡系統的LCOS晶片實現反射式投影掃 描顯示，而大功率大幅面雷射投影顯示因功率密度所限，不宜採用微鏡系統，目前最成熟方 案仍然是採用高速轉鏡+振鏡系統結構；其中，高速轉鏡部件是決定其性能的最關鍵核心 器件。對於雷射顯示系統，轉鏡速度越高，單位時間內掃描的線越多，圖像解析度越好， 所以通常要求達到很高的轉速要求，所以對於高速轉鏡系統，鏡體高轉速的獲得是最基本 問題，以前的辦法是用高速電機帶動齒輪提速，如公開號CN 1499M1A所述，但超高轉速 下，高速軸承和齒輪的運動阻力很大，消耗功率也非常大，需要很大功率的電機才能帶動小 小的鏡體，能效比很低，其次，這樣的設計還會帶來以下負面影響接觸面潤滑油脂會受熱 汽化，機械磨損也會加劇，從而降低系統使用壽命。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺陷，提供一種內部真 空、磁浮無接觸運動結構，由高頻電樞驅動的無齒輪高速轉鏡系統。本實用新型的技術方案是本實用新型包括內部真空的盒體，盒體內設對應的轉 子和定子，轉子外側面周向分布有反射鏡，盒體側面設和反射鏡對應的透明窗口，轉子在高 速運動時和其它部件之間不接觸。所述轉子高速運動時通過磁懸浮懸空，磁懸浮包括設置在轉子上部的磁鋼，盒體 上部對應磁鋼位置設電磁鐵，磁鋼和電磁鐵的設置方式滿足轉子高速運動時平衡。所述磁鋼設置在轉子上部的中部位置處，盒體上部對應位置設電磁鐵。所述定子固定在設置在盒體下部的伺服電路板上，定子中部設固定不動的鋼軸， 鋼軸伸入和其間隙配合的轉子中央軸孔中，鋼軸和磁鋼之間設滾珠。盒體內設位置傳感器，以控制轉子在縱向方向上的距離。本實用新型提供一種超高速轉鏡系統，由鋁或鈦合金材料的高強度多面體柱鏡， 永磁磁環，定子線包，磁懸浮軸結構，上罩，底板，窗口玻璃片，抽氣嘴，伺服電路板組成；其 中轉子磁環和定子線包組成電磁驅動機構，定子線包中繞組的交變電流將使永磁磁環帶著 多面體柱鏡快速轉動；磁懸浮軸結構使運動部件之間在轉動時沒有機械接觸，抽氣嘴可以用來製造內部真空環境，內部摩擦基本消除掉的時候，逐漸提高交變電流頻率可以使高強 度多面體柱鏡同步加速旋轉，最終得到100000 600000rpm的穩定轉速；本實用新型由鋁 或鈦合金加工的高強度多面體柱鏡能承受高速轉動產生的離心應力而無明顯形變；本實用 新型可保證多面體轉鏡在真空中磁浮狀態下獲得超高速機械轉動，由於阻力很小，穩定轉 速下功耗由千瓦級降低到十瓦級水平，同時降低了成本，提高了系統穩定性並延長了使用 壽命ο
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明
圖1是本實用新型的結構示意圖圖2是本實用新型在雷射投影顯示中的使用情況示意圖圖中1為柱面鏡體、2為定子線包、3為窗口玻璃、4為永磁磁環、5為底板、6為滾 珠、7為鋼軸、8為伺服電路板、9為位置傳感器、10為抽氣嘴、11為反射鏡、12為高頻磁芯、 13為電磁鐵、14為磁鋼、15為上罩、16為塑料骨架。
具體實施方式
根據
圖1說明本實用新型的實施過程，本實用新型的核心部件是高強度柱面鏡體 1，其周邊均等分布平面反射鏡11，高強度柱面鏡體1上通常分布的鏡面數為6、8、12、16等， 外來單向雷射光線通過透明的窗口玻璃片3照射在反射鏡面11上，通過高強度柱面鏡體1 的連續旋轉運動改變反射鏡面11反射角度，光線透過窗口玻璃3後射出，該過程使點光源 形成一維掃描亮線。為了得到超高速的轉動，本實用新型採用了類似同步電機的電磁驅動結構，定子 由4個定子線包2和高頻磁芯12以及塑料骨架16組成，定子線包2的高頻電流大小和相 位由伺服電路板8上的電路提供，伺服電路板8上有磁場檢測元件，輔組電流的換向。由於 本實用新型產生高轉速，需要定子線包2產生的磁場頻率高達幾十KHZ，因此高頻磁芯12 必須選用鐵氧體等高頻材料製成，以減少渦流損耗；線包2和高頻磁芯12固定在塑料骨架 16，通過塑料骨架16固定在底座5上。鏡體1的內圓周上，固定著永磁磁環4，永磁磁環4是高強度柱面鏡體1作為轉子 的重要部件，定子通過和永磁磁環4的電磁力作用來使高強度柱面鏡體1加速和減速。為了消除摩擦，本實用新型所述的高強度柱面鏡體1採用的是磁懸浮軸結構，在 高強度柱面鏡體1的上部，安裝有電磁鐵13，電磁鐵13吸引著下方的磁鋼14，通過位置傳 感器9檢測柱面鏡體1的位置，以此調節電磁鐵13的電流，調節電磁鐵12對磁鋼14的磁 力，以使柱面鏡體1和定子之間保持合理的距離，產生的磁力可使磁鋼14固定在一起的高 強度柱面鏡體1懸空，使之和其它部件之間沒有接觸。為了使磁懸浮結構定心旋轉，本實用新型有特有的懸浮定心設計，固定在塑料骨 架16中心的鋼軸7在套在鏡體1中央的過盈軸孔中，軸孔中還有一個滾珠6，滾珠6通常被 吸附在靠近磁鋼14的位置，電磁鐵13、磁鋼14、滾珠6、鋼軸7通過吸力聯繫在一條直線上， 因為上下端鐵磁材料都被固定，中間位置的懸浮高強度柱面鏡體1總是被吸力拉向中心位 置，確保它始終在正確的位置上旋轉。[0021]高強度柱面鏡體1在靜止狀態，或是系統掉電失去懸浮的情況下，高強度柱面鏡 體1可以通過滾珠6、鋼軸7獲得支撐，這樣，即使高強度柱面鏡體1還在高速旋轉時失掉懸 浮，也能通過滾珠軸承形式小摩擦轉動，不至於造成摩擦損壞。消除系統摩擦的另一個過程是內部抽真空，真空環境利於獲得很小的空氣摩擦和 氣體光線彎曲，本實用新型所述的裝置內部的真空環境由上罩15、底板5、抽氣嘴10、窗口 玻璃3組成，上罩15、底板5、窗口玻璃3之間是密封裝配工藝，在抽真空之後能維持真空狀 態。伺服電路板8上提供完善的電子伺服功能懸浮維持功能，換向及速度調節功能， 溫度、真空度和速度測量功能，接口電路等，自動控制電路能確保系統能可靠工作並和外系 統實現通訊、電源聯繫。圖2是舉例說明本實用新型在雷射大幅面顯示系統中的使用情況，外部輸入的視 頻流信號通過中心控制電路解碼得到RGB三色調製信號，分別給三色雷射器，雷射器則各 自發出三股單色光線，然後通過混色稜鏡合成彩色光線，彩色光線首先通過本實用新型所 述的轉鏡系統發射後得到一維亮線，如果按30Hz刷新速度、1000線顯示分辨力的圖像顯示 要求，轉鏡變換頻率要達到30KHz，假如轉鏡是12面柱體鏡的情況，轉速按以下公式F = 30 X 1000 X 60/12 = 150000 (rpm)轉鏡產生的一維亮線投射到Y振鏡上進行場掃，即能在投影屏上得到二維平面圖 像，此種情況下，振鏡可勻速運動，其迴轉頻率在30Hz，比轉鏡系統低得多，所以說轉鏡是激 光投影顯示的核心部件。
權利要求1.用於雷射顯示的超高速轉鏡系統，包括內部真空的盒體，盒體內設對應的轉子和定 子，轉子外側面周向分布有反射鏡，盒體側面設和反射鏡對應的透明窗口，其特徵在於，轉 子高速運動時通過磁懸浮懸空，磁懸浮包括設置在轉子上部的磁鋼，盒體上部對應磁鋼位 置設電磁鐵，磁鋼和電磁鐵的設置方式滿足轉子高速運動時平衡。
2.根據權利要求1所述的用於雷射顯示的超高速轉鏡系統，其特徵在於，所述磁鋼設 置在轉子上部的中部位置處，盒體上部對應位置設電磁鐵。
3.根據權利要求1所述的用於雷射顯示的超高速轉鏡系統，其特徵在於，所述定子固 定在設置在盒體下部的伺服電路板上，定子中部設固定不動的鋼軸，鋼軸伸入和其間隙配 合的轉子中央軸孔中，鋼軸和磁鋼之間設滾珠。
4.根據權利要求1-3的任一權利要求所述的用於雷射顯示的超高速轉鏡系統，其特徵 在於，盒體內設位置傳感器，以控制轉子在縱向方向上的距離。
專利摘要本實用新型涉及雷射顯示系統領域的一種高速轉鏡系統。包括內部真空的盒體，盒體內設對應的轉子和定子，轉子外側面周向分布有反射鏡，盒體側面設和反射鏡對應的透明窗口，其特徵在於，轉子高速運動時通過磁懸浮懸空，磁懸浮包括設置在轉子上部的磁鋼，盒體上部對應磁鋼位置設電磁鐵，磁鋼和電磁鐵的設置方式滿足轉子高速運動時平衡。本實用新型可保證多面體轉鏡在真空中磁浮狀態下獲得超高速機械轉動，由於阻力很小，穩定轉速下功耗由千瓦級降低到十瓦級水平，同時降低了成本，提高了系統穩定性並延長了使用壽命。
文檔編號G02B26/08GK201926821SQ201020660418
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月15日 優先權日2010年12月15日
發明者劉時 申請人:揚州市前景電子技術研究所有限公司