專利名稱：用于激光顯示的超高速轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光顯示系統(tǒng)領(lǐng)域的一種高速轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，更具體的說，是涉及一 種內(nèi)部真空、磁浮軸結(jié)構(gòu)、由高頻電樞驅(qū)動(dòng)的無齒輪的高速轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光顯示技術(shù)有良好的色域和可預(yù)期的能效比，很可能是在繼液晶顯示技術(shù)大規(guī) 模應(yīng)用之后既將流行的主流顯示技術(shù)，也是當(dāng)代戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)之一，但是，目前激光顯 示部件的高價(jià)格，影響了該產(chǎn)業(yè)馬上進(jìn)入實(shí)用化。激光顯示技術(shù)的核心器件除了激光模組、電子控制系統(tǒng)外，還有激光顯示所獨(dú)有 的光學(xué)掃描系統(tǒng)，小功率激光投影電視一般采用微鏡系統(tǒng)的LCOS芯片實(shí)現(xiàn)反射式投影掃 描顯示，而大功率大幅面激光投影顯示因功率密度所限，不宜采用微鏡系統(tǒng)，目前最成熟方 案仍然是采用高速轉(zhuǎn)鏡+振鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；其中，高速轉(zhuǎn)鏡部件是決定其性能的最關(guān)鍵核心 器件。對(duì)于激光顯示系統(tǒng)，轉(zhuǎn)鏡速度越高，單位時(shí)間內(nèi)掃描的線越多，圖像解像度越好， 所以通常要求達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速要求，所以對(duì)于高速轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，鏡體高轉(zhuǎn)速的獲得是最基本 問題，以前的辦法是用高速電機(jī)帶動(dòng)齒輪提速，如公開號(hào)CN 1499M1A所述，但超高轉(zhuǎn)速 下，高速軸承和齒輪的運(yùn)動(dòng)阻力很大，消耗功率也非常大，需要很大功率的電機(jī)才能帶動(dòng)小 小的鏡體，能效比很低，其次，這樣的設(shè)計(jì)還會(huì)帶來以下負(fù)面影響接觸面潤(rùn)滑油脂會(huì)受熱 汽化，機(jī)械磨損也會(huì)加劇，從而降低系統(tǒng)使用壽命。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種內(nèi)部真 空、磁浮無接觸運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，由高頻電樞驅(qū)動(dòng)的無齒輪高速轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是本實(shí)用新型包括內(nèi)部真空的盒體，盒體內(nèi)設(shè)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn) 子和定子，轉(zhuǎn)子外側(cè)面周向分布有反射鏡，盒體側(cè)面設(shè)和反射鏡對(duì)應(yīng)的透明窗口，轉(zhuǎn)子在高 速運(yùn)動(dòng)時(shí)和其它部件之間不接觸。所述轉(zhuǎn)子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)通過磁懸浮懸空，磁懸浮包括設(shè)置在轉(zhuǎn)子上部的磁鋼，盒體 上部對(duì)應(yīng)磁鋼位置設(shè)電磁鐵，磁鋼和電磁鐵的設(shè)置方式滿足轉(zhuǎn)子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)平衡。所述磁鋼設(shè)置在轉(zhuǎn)子上部的中部位置處，盒體上部對(duì)應(yīng)位置設(shè)電磁鐵。所述定子固定在設(shè)置在盒體下部的伺服電路板上，定子中部設(shè)固定不動(dòng)的鋼軸， 鋼軸伸入和其間隙配合的轉(zhuǎn)子中央軸孔中，鋼軸和磁鋼之間設(shè)滾珠。盒體內(nèi)設(shè)位置傳感器，以控制轉(zhuǎn)子在縱向方向上的距離。本實(shí)用新型提供一種超高速轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，由鋁或鈦合金材料的高強(qiáng)度多面體柱鏡， 永磁磁環(huán)，定子線包，磁懸浮軸結(jié)構(gòu)，上罩，底板，窗口玻璃片，抽氣嘴，伺服電路板組成；其 中轉(zhuǎn)子磁環(huán)和定子線包組成電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，定子線包中繞組的交變電流將使永磁磁環(huán)帶著 多面體柱鏡快速轉(zhuǎn)動(dòng)；磁懸浮軸結(jié)構(gòu)使運(yùn)動(dòng)部件之間在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)沒有機(jī)械接觸，抽氣嘴可以用來制造內(nèi)部真空環(huán)境，內(nèi)部摩擦基本消除掉的時(shí)候，逐漸提高交變電流頻率可以使高強(qiáng) 度多面體柱鏡同步加速旋轉(zhuǎn)，最終得到100000 600000rpm的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；本實(shí)用新型由鋁 或鈦合金加工的高強(qiáng)度多面體柱鏡能承受高速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心應(yīng)力而無明顯形變；本實(shí)用 新型可保證多面體轉(zhuǎn)鏡在真空中磁浮狀態(tài)下獲得超高速機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，由于阻力很小，穩(wěn)定轉(zhuǎn) 速下功耗由千瓦級(jí)降低到十瓦級(jí)水平，同時(shí)降低了成本，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性并延長(zhǎng)了使用 壽命ο
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實(shí)用新型在激光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(huán)、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(shí)施方式
根據(jù)
圖1說明本實(shí)用新型的實(shí)施過程，本實(shí)用新型的核心部件是高強(qiáng)度柱面鏡體 1，其周邊均等分布平面反射鏡11，高強(qiáng)度柱面鏡體1上通常分布的鏡面數(shù)為6、8、12、16等， 外來單向激光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(qiáng)度柱面鏡體1 的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改變反射鏡面11反射角度，光線透過窗口玻璃3后射出，該過程使點(diǎn)光源 形成一維掃描亮線。為了得到超高速的轉(zhuǎn)動(dòng)，本實(shí)用新型采用了類似同步電機(jī)的電磁驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，定子 由4個(gè)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(chǎng)檢測(cè)元件，輔組電流的換向。由于 本實(shí)用新型產(chǎn)生高轉(zhuǎn)速，需要定子線包2產(chǎn)生的磁場(chǎng)頻率高達(dá)幾十KHZ，因此高頻磁芯12 必須選用鐵氧體等高頻材料制成，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(nèi)圓周上，固定著永磁磁環(huán)4，永磁磁環(huán)4是高強(qiáng)度柱面鏡體1作為轉(zhuǎn)子 的重要部件，定子通過和永磁磁環(huán)4的電磁力作用來使高強(qiáng)度柱面鏡體1加速和減速。為了消除摩擦，本實(shí)用新型所述的高強(qiáng)度柱面鏡體1采用的是磁懸浮軸結(jié)構(gòu)，在 高強(qiáng)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(cè)柱面鏡體1的位置，以此調(diào)節(jié)電磁鐵13的電流，調(diào)節(jié)電磁鐵12對(duì)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(chǎn)生的磁力可使磁鋼14固定在一起的高 強(qiáng)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(jié)構(gòu)定心旋轉(zhuǎn)，本實(shí)用新型有特有的懸浮定心設(shè)計(jì)，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(gè)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(lián)系在一條直線上， 因?yàn)樯舷露髓F磁材料都被固定，中間位置的懸浮高強(qiáng)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(zhuǎn)。[0021]高強(qiáng)度柱面鏡體1在靜止?fàn)顟B(tài)，或是系統(tǒng)掉電失去懸浮的情況下，高強(qiáng)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(qiáng)度柱面鏡體1還在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)失掉懸 浮，也能通過滾珠軸承形式小摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)，不至于造成摩擦損壞。消除系統(tǒng)摩擦的另一個(gè)過程是內(nèi)部抽真空，真空環(huán)境利于獲得很小的空氣摩擦和 氣體光線彎曲，本實(shí)用新型所述的裝置內(nèi)部的真空環(huán)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，在抽真空之后能維持真空狀 態(tài)。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(diào)節(jié)功能， 溫度、真空度和速度測(cè)量功能，接口電路等，自動(dòng)控制電路能確保系統(tǒng)能可靠工作并和外系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊、電源聯(lián)系。圖2是舉例說明本實(shí)用新型在激光大幅面顯示系統(tǒng)中的使用情況，外部輸入的視 頻流信號(hào)通過中心控制電路解碼得到RGB三色調(diào)制信號(hào)，分別給三色激光器，激光器則各 自發(fā)出三股單色光線，然后通過混色棱鏡合成彩色光線，彩色光線首先通過本實(shí)用新型所 述的轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)發(fā)射后得到一維亮線，如果按30Hz刷新速度、1000線顯示分辨力的圖像顯示 要求，轉(zhuǎn)鏡變換頻率要達(dá)到30KHz，假如轉(zhuǎn)鏡是12面柱體鏡的情況，轉(zhuǎn)速按以下公式F = 30 X 1000 X 60/12 = 150000 (rpm)轉(zhuǎn)鏡產(chǎn)生的一維亮線投射到Y(jié)振鏡上進(jìn)行場(chǎng)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(yùn)動(dòng)，其回轉(zhuǎn)頻率在30Hz，比轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)低得多，所以說轉(zhuǎn)鏡是激 光投影顯示的核心部件。
權(quán)利要求1.用于激光顯示的超高速轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，包括內(nèi)部真空的盒體，盒體內(nèi)設(shè)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子和定 子，轉(zhuǎn)子外側(cè)面周向分布有反射鏡，盒體側(cè)面設(shè)和反射鏡對(duì)應(yīng)的透明窗口，其特征在于，轉(zhuǎn) 子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)通過磁懸浮懸空，磁懸浮包括設(shè)置在轉(zhuǎn)子上部的磁鋼，盒體上部對(duì)應(yīng)磁鋼位 置設(shè)電磁鐵，磁鋼和電磁鐵的設(shè)置方式滿足轉(zhuǎn)子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光顯示的超高速轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述磁鋼設(shè) 置在轉(zhuǎn)子上部的中部位置處，盒體上部對(duì)應(yīng)位置設(shè)電磁鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光顯示的超高速轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，其特征在于，所述定子固 定在設(shè)置在盒體下部的伺服電路板上，定子中部設(shè)固定不動(dòng)的鋼軸，鋼軸伸入和其間隙配 合的轉(zhuǎn)子中央軸孔中，鋼軸和磁鋼之間設(shè)滾珠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3的任一權(quán)利要求所述的用于激光顯示的超高速轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)，其特征 在于，盒體內(nèi)設(shè)位置傳感器，以控制轉(zhuǎn)子在縱向方向上的距離。
專利摘要本實(shí)用新型涉及激光顯示系統(tǒng)領(lǐng)域的一種高速轉(zhuǎn)鏡系統(tǒng)。包括內(nèi)部真空的盒體，盒體內(nèi)設(shè)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子外側(cè)面周向分布有反射鏡，盒體側(cè)面設(shè)和反射鏡對(duì)應(yīng)的透明窗口，其特征在于，轉(zhuǎn)子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)通過磁懸浮懸空，磁懸浮包括設(shè)置在轉(zhuǎn)子上部的磁鋼，盒體上部對(duì)應(yīng)磁鋼位置設(shè)電磁鐵，磁鋼和電磁鐵的設(shè)置方式滿足轉(zhuǎn)子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)平衡。本實(shí)用新型可保證多面體轉(zhuǎn)鏡在真空中磁浮狀態(tài)下獲得超高速機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，由于阻力很小，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下功耗由千瓦級(jí)降低到十瓦級(jí)水平，同時(shí)降低了成本，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性并延長(zhǎng)了使用壽命。
文檔編號(hào)G02B26/08GK201926821SQ201020660418
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者劉時(shí) 申請(qǐng)人:揚(yáng)州市前景電子技術(shù)研究所有限公司