本文涉及一种荧光轮及包括荧光轮的投影仪。荧光轮在光学器件中使用，以产生不同颜色的光或不同波长的光。
背景技术：
荧光轮在如下各种光学器件中使用，例如，使用数字光处理 (DLP)技术的基于投影的或其他的图像生成系统。荧光轮包括轮毂部分，轮毂部分为在联接至电动机时用作转子的圆柱体。通常为金属板的光学活性径向部分被附接至轮毂部分或与轮毂部分成一体。光学活性径向部分上的波长转换材料(荧光体)产生波长与入射激发光的波长不同的发射光。
因为蓝色荧光粉具有低转换效率，所以在许多激光投影仪中使用蓝色激光发光源。荧光轮还可以具有用于使未经转换的蓝色光源光穿过的一个或多个间隙。这种结构增大了因旋转荧光轮而产生的不需要的空气噪音。
为了解决噪音问题，已设计出具有被包括在狭槽中的玻璃扇段的结构。然而，这些结构因玻璃与构成金属板的金属在材料密度方面不同而面临不同的问题。例如，铝板具有2.70g/cm3的材料密度，而玻璃扇段具有2.38g/cm3的材料密度，从而存在半径为8.25mm时的 320毫克的初始失衡(简写为320mg@8.25mm)。此外，被接合或分配在盘上的荧光体(例如，红色、黄色和绿色)也具有不同的密度，这导致产生大于现有平衡处理能力(通常小于150mg@8.25mm)的初始失衡，特别是对于30mm外径的铝制轮而言。在使用中，荧光轮通常以高速(通常在7200rpm与14400rpm之间)旋转。在这些高速下，失衡荧光轮不能保持关于质量分布的旋转对称性，从而可能导致振动问题并缩短产品寿命。
此外，在常规荧光轮中使用的玻璃扇段需要具有足够大的抗剪强度，以克服轮旋转时所受到的离心力。在常规构造中，通过简单地增大结合区域来得到足够大的结合强度。然而，这导致金属板(指的是轮毂)具有非常大的直径。这导致用于使轮旋转的电动机的重量变大和过载。这可能导致不期望的质量问题，例如，增大的倾斜度、振动问题、更多的噪音、缩短的产品寿命和下降的电动机性能。
因此，期望设计出如下荧光轮：该荧光轮解决在电动机负载的情况下的大初始失衡问题且同时还提高玻璃扇段的结合强度。
技术实现要素：
本实用新型涉及一种荧光轮，该荧光轮减轻了常规荧光轮所受到的大初始失衡问题。在包含玻璃扇段的荧光轮中，本文所公开的荧光轮还可以在不增大整个荧光轮的直径的情况下提高玻璃扇段的结合强度。简单地说，平衡件由密度比荧光轮的盘部分的密度高的材料制成，且被固定在盘中心与狭槽/扇段/扇区/玻璃扇段之间。该平衡件增大了荧光轮的该侧的整体密度，从而减小了扭矩失衡。
多个实施例中公开了一种荧光轮，该荧光轮包括：环形盘；发光环形扇区，其沿着环形盘的外周部设置，以限定环形盘的露出的环形扇区；轮毂，其沿着环形盘的内周部联接；以及平衡件，其在露出的环形扇区的孔口的径向内侧附接至盘的正面，以使荧光轮的失衡最小。环形盘适合于处理入射到该环形盘上的光。盘的外周部可以被认为是包括至少一种发光材料(例如发光荧光体)的环形发光区域的外边界，该发光材料布置在环形发光区域上。轮毂构造为用作转子，并用于联接至相关联的电动机。
在特定实施例中，环形盘由具有第一密度的盘材料制成。平衡件由具有第二密度的金属材料制成。第二密度大于第一密度，或者换言之，盘材料的密度小于金属材料的密度。在特定实施例中，平衡件由不锈钢或具有高密度的其他材料制成。
平衡件可以位于露出的环形扇区与轮毂之间，并呈环形扇区形状。例如当环形盘包括意图使蓝光穿过的孔口或狭槽但玻璃扇段没有被插入到孔口/狭槽中时或者当露出的环形扇区用于反射蓝光时，可以形成这种构造。
在其他实施例中，平衡件还位于盘的露出的环形扇区的孔口与轮毂之间。然而，平衡件呈具有第一圆心角的第一环形扇区的形状，第一环形扇区被接合至第二环形扇区，第二环形扇区更远离轮毂并具有第二圆心角，并且第一圆心角大于第二圆心角。该结构可以用于将更多的重量设置得更靠近荧光轮的轮毂。
在由本实用新型想到的许多实施例中，环形盘包括位于露出的环形扇区中的孔口，并且荧光轮还包括被插入到盘的孔口中的透光件。
在其他构造中，平衡件包括第一部分和第二部分。第一部分呈环形件形状并被置于环形盘与轮毂之间。第二部分呈环形扇区形状，并从第一部分向外朝向环形盘的露出的环形扇区的孔口延伸。
有时，平衡件包括第一部分和第二部分。第一部分呈环形件形状，并被置于环形盘与轮毂之间。在这些实施例中，第二部分呈具有第一圆心角的第一环形扇区的形状，第一环形扇区被接合至第二环形扇区，第二环形扇区更远离轮毂并具有第二圆心角，第一圆心角大于所述第二圆心角。此外，这将更多重量置于荧光轮的中心(即，轮毂) 附近。
在一些实施例中，平衡件包括如上所述的第一部分和第二部分，并还包括第三部分。第三部分是从第一部分朝向盘的外周部向外延伸的环形扇区，并且第三部分与第二部分间隔开。该结构意图使用两个不同密度的不同荧光扇段，从而还可以使因荧光扇段导致的任意转矩失衡最小。
在其他实施例中，平衡件包括销，而环形盘包括凹口，销被插入到凹口中。这提高了组装的简易性。
平衡件可以具有约0.2mm至约0.4mm的厚度。盘可以具有高反射性涂层，使得盘可以用作反射荧光轮。盘可以由铝或铝合金制成。
荧光轮的发光环形扇区可以以如下形式呈现：环形盘的第一扇区上的第一荧光扇段以及环形盘的第二扇区上的第二荧光扇段。在特定实施例中，第一荧光扇段包括绿色发光荧光体；而第二荧光扇段包括红色或黄色发光荧光体。第一荧光扇段具有比第二荧光扇段的密度低的密度。
本文还公开了一种用于制作荧光轮的方法，该方法包括：收纳具有露出的环形扇区的孔口的环形盘，露出的环形扇区由环形盘上的发光环形扇区限定；沿着盘的内周部联接轮毂；以及将平衡件在露出的环形扇区的孔口的径向内侧附接至盘的正面，以使荧光轮的失衡最小。
当露出的环形扇区中存在孔口(即，穿过环形盘)时，透光件可以被置于孔口中，其中，平衡件还被结合至透光件。平衡件可以通过冲压处理或线切割处理来制成。
本文还公开了一种包括荧光轮的投影仪，其中，荧光轮包括：环形盘，其具有露出的环形扇区的孔口，露出的环形扇区由发光环形扇区限定；轮毂，其沿着盘的内周部联接；以及平衡件，其在露出的环形扇区的径向内侧附接至盘的正面，以使荧光轮的失衡最小。
本文还公开了一种使荧光轮中的失衡最小的方法，该荧光轮包括具有露出的环形扇区的环形盘，该方法包括将平衡件在露出的环形扇区的径向内侧置于盘上。环形盘由具有第一密度的盘材料制成，而平衡件由具有第二密度的金属材料制成，并且第二密度大于第一密度。
期望的是，荧光轮具有尽可能低的初始失衡。例如，在特定实施例中，荧光轮具有小于100mg@8.25mm的初始失衡，包括小于 50mg@8.25mm以及低至20mg@8.25mm以下。
在下文更具体地公开了本实用新型的这些和其他非限制性特征。
附图说明
以下是附图的简单描述，这些附图是为了说明本实用新型所公开的示例性实施例而提供的，而不为了限制本实用新型。
图1A是根据本实用新型的荧光轮的第一示例性实施例的俯视图。图1B是图1A的第一示例性荧光轮的分解透视图。图1C是图1A的第一示例性荧光轮的侧剖视图。
图1D是图1A的第一示例性荧光轮的平衡件的俯视图。图1E是图1D的平衡件的透视图。
图2A是根据本实用新型的荧光轮的第二示例性实施例的俯视图。图2B是图2A的第二示例性荧光轮的分解透视图。
图2C是图2A的第二示例性荧光轮的平衡件的俯视图。
图2D是可以与图2A的荧光轮一起使用的另一平衡件的透视图。
图3A是根据本实用新型的荧光轮的第三示例性实施例的俯视图。图3B是图3A的第三示例性荧光轮的平衡件的俯视图。图3C是图3B 的平衡件的透视图。图3D是图3A的第三示例性荧光轮的分解透视图。
图4A是根据本实用新型的荧光轮的第四示例性实施例的俯视图。图4B是图4A的第四示例性荧光轮的平衡件的俯视图。图4C是图4B 的平衡件的透视图。图4D是图4A的第四示例性荧光轮的分解透视图。
图5是示出了用于计算根据本实用新型的荧光轮的初始平衡的变量的视图。
具体实施方式
可以参考附图来得到本文所公开的部件、过程和设备的更完整的理解。这些附图基于方便且简易地说明本实用新型的考虑而仅是示意性视图，并因此不意图表示装置或装置的各个部件的相对大小和尺寸和/或不意图限定或限制示例性实施例的范围。
虽然为了清楚起见在以下描述中使用了特定术语，但这些术语仅意图指代图中被选择用于说明的实施例的特定结构，而不意图限定或限制本实用新型的范围。在附图和以下描述中，应当理解的是，相同的附图标号指代相同功能的部件。
除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个”、“一”和“该”也包括复数个对象。
如说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“包含”、“包括”、“具有”、“有”、“可以”、“含有”及它们的变体在本文中意图用作开放式过渡词、术语或单词，这些词语需要存在指定的组分/步骤且允许存在其他组分/步骤。然而，这种描述还应解释为将合成物或过程描述成“由列举的组分/步骤组成”和“基本上由列举的组分/步骤组成”，这允许仅存在指定的组分/步骤且伴随有可能因这些组分而产生的任何不可避免的杂质，但不包括其他组分/步骤。
本申请的说明书和权利要求书中的数值应当理解为包括：在减少到相同数量的有效数字时是相同的数值；以及与设定值的差值比用于确定值的本申请中所述类型的常规测量技术的实验误差小的数值。
本文所公开的所有范围都包括所述端值，并且可以独立组合(例如，“从2克至10克”的范围包括端值2克和10克以及所有中间值)。
术语“约”和“大约”可以用于包括能够在不改变该值的基本功能的情况下变化的任意数值。当在范围内使用时，术语“约”和“大约”也公开了由两个端值的绝对值限定的范围，例如，“约2至约4”也公开了“从2 至4”的范围。通常来说，术语“约”和“大约”可以指的是指示数字的 +/-10％。
作为参考，红色通常指的是波长为约780纳米至约622纳米的光。绿色通常指的是波长为约577纳米至约492纳米的光。蓝色通常指的是波长为约492纳米至约455纳米的光。黄色通常指的是波长为约597 纳米至约577纳米的光。然而，以上内容可能取决于上下文。例如，这些颜色有时用于标记各个部分，并使这些部分彼此区分。
术语“环形扇区”在本文中指的是由两个同心弧和源自共同中心的两个半径封闭而成的环形部分。术语“环形扇段”具有与“环形扇区”相同的定义。关于此点，术语“扇段”明确不涉及由弦限制的圆区域以及弦所对向的弧。
本实用新型涉及如下荧光轮：该荧光轮解决了现有荧光轮所受到的大初始失衡问题，并且还在不增大荧光轮的直径的情况下提高了玻璃扇段的结合强度。
图1A和图1B示出了根据本实用新型的荧光轮的第一示例性实施例。图1A是俯视图，图1B是分解透视图，而图1C是侧剖视图。该荧光轮是反射荧光轮，这里，蓝光激光器的激发光不穿过环形盘。
第一示例性荧光轮300包括构造为光学地处理入射光的环形盘 (下文中也简称为“盘”)310。环形盘310具有中心301、外周部302 和内周部304。盘310的外周部包括呈环形扇区形状的发光区域320。发光区域的两端包围并限定沿着环形盘的外周部的露出的环形扇区 (下文中也称之为“孔口”)305。如图1B所示，在露出的环形扇区 305中环形盘是可见的。
发光区域320由一个或多个环形扇段组成(这里，发光区域示出为单个扇段)。通常来说，发光区域包括一种或多种发光材料 (luminescent material)(例如，荧光体)，使得荧光轮的旋转依次产生不同颜色的光。发光材料可以为例如沉积在盘310上的荧光粉或荧光陶瓷。发光材料可以包括有助于附接至盘的粘合剂或可以使用常规技术结合至盘。
轮毂330具有环形形状，并与环形盘的内周部304同轴地对准。换言之，轮毂330沿着盘的内周部联接至环形盘。轮毂330还位于盘 310的正面306上。轮毂330通常由金属制成，并构造为用作联接至相关联的电动机的转子。轮毂具有自中心301的内径333，并且盘310具有内径313。参考图1C，可以看出内径313和333大致相等，其中盘的内径313大于轮毂的内径333。
盘310附接有平衡件340。平衡件340被结合(例如使用胶粘物或焊料)至盘310。如图1A最佳示出的那样，平衡件340相对于盘310 的孔口305布置在径向内侧。换言之，平衡件340位于轮毂330与露出的环形扇区305之间。考虑到露出的环形扇区305中缺少荧光体，平衡件340增大了荧光轮300的重量，从而更好地平衡荧光轮。平衡件340通常轴向地对准在与盘310的发光区域320中的发光材料相同的平面中。换言之，平衡件340也被附接至环形盘的正面306。
在图1D和图1E中进一步描述了在第一示例性实施例中使用的平衡件340的形状。平衡件340具有两个邻接部件342和352。第一部件 342呈环形扇区形状，并相对于假想中心341具有第一圆心角344。第一部件还具有外弧346。第二部件352也呈环形扇区形状，并相对于假想中心341具有第二圆心角354。第二部件352位于环形盘上更远离轮毂330的位置，或者换言之，第二部件352被接合至第一部件342的外弧346。第一圆心角344大于第二圆心角354。这两个圆心角通常小于180°，并通常小于60°。
值得注意的是，中心341通常与环形盘310的中心301重合，并用于确定平衡件340的部件342和352的形状。还应考虑的是，平衡件可以采用单个环形扇区的形式，而不是由如本文所示的具有不同圆心角的两个环形扇区组成。
如上文讨论的那样，平衡件340用于补偿盘310因孔口305而导致的重量损失。为此，环形盘310由具有第一密度的盘材料制成，并且平衡件340由具有第二密度的金属材料制成。第二密度大于第一密度。换句话说，平衡件由密度比环形盘的密度大的材料制成。例如，环形盘可以由密度为2.7g/cm3的铝制成。另一方面，平衡件可以由密度为约7.5g/cm3至约8.5g/cm3(取决于所使用的等级)的不锈钢制成。
转而参考图2A和图2B，示出了第二示例性荧光轮400。该第二示例性荧光轮400在许多方面与图1A和图1B所示的第一示例性荧光轮300类似，并且相似的编号用于表示相似的部件。在该荧光轮中，激发光穿过露出的环形扇区。
这里，荧光轮400包括位于盘410的露出的环形扇区405中的孔口/狭槽中的透光件406。透光件406允许蓝光穿过狭槽。孔口可以呈环形扇区形状。例如，透光件可以由玻璃或耐热陶瓷或塑料制成。一些这种陶瓷包括氧化铝(Al2O3)、钇铝柘榴石(YAG)和钕掺杂Nd： YAG。图4A还示出了荧光扇段420和轮毂430。
平衡件440具有与图1A的平衡件340明显不同的形状。现在参考图2A和图2C，该示例性实施例的平衡件440包括第一部分442和第二部分444。第一部分442构造成被安置在轮毂下方的盘410上的环形件或环形环。环形件具有中心441。环形件具有自中心441的内径 443，并且盘410具有内径413。在特定实施例中，内径413和433大致相等，或者换句话说，第一部分442被完全置于盘410上。类似的是，轮毂430具有自中心441的内径433，并且在一些实施例中，内径 443和433大致相等(其中盘的内径413大于轮毂的内径433)。第一部分442还具有外径445。轮毂430具有自中心441的外径435，并且在一些实施例中，外径445和435大致相等。
第二部分444沿着盘410从第一部分442朝向盘410的外周部向外延伸。第二部分444呈环形扇区形状。第二部分444朝孔口405延伸。此外，第二部分的圆心角446通常小于180°，并且通常小于60 °
图2D是平衡件440的另一个实施例的透视图。该实施例也包括第一部分442，第一部分442构造为被安置在轮毂430下方的盘410上的环形环。第二部分444沿着盘410从第一部分442朝向盘410的外周部并朝孔口405的方向延伸。
第二部分444具有与图1D的第二部分相同的构造，并且以上描述也适用于此处。第二部分具有两个邻接部件452和462。第一部件呈环形扇区形状，并相对于中心具有第一圆心角。第一部件还具有外弧。第二部件也呈环形扇区形状，并相对于中心具有第二圆心角。第二部件位于环形盘上更远离轮毂的位置，或者换言之，第二部件被接合至第一部件的外弧。第一圆心角大于第二圆心角。这两个圆心角通常小于180°，并通常小于60°。值得注意的是，第一部分和第二部分通常被制成为一个一体件，并相对于彼此固定在适当位置。
图3A和图3B示出了第三示例性荧光轮500。荧光轮500同样包括位于盘510的露出的环形扇区505中的狭槽或玻璃扇段506。此外，盘510的发光区域在这里示出为两个分离的荧光扇段522和524，荧光扇段522和524中的每一个荧光扇段占据盘510的不同的环形扇区。例如，在示例性实施例中，第一扇段522包括绿色发光荧光体，而第二扇段524包括红色或黄色发光荧光体。还示出了轮毂530。
荧光轮500还包括平衡件540。如图3C和图3D最佳示出那样，平衡件540包括第一部分542、第二部分544和第三部分570。
平衡件的第一部分542构造为环形环，并如以上参考图2A至图 2D所述那样操作。环形盘510的直径、轮毂530的直径和第一部分542 的直径之间的关系也如上所述。
第二部分544具有与以上参考图2A至2D所述的第二部分444的形状类似的形状，第二部分544具有第一部件和第二部件。第二部分 544沿着盘510从第一部分542朝向盘510的外周部并朝露出的环形扇区505的方向向外延伸。
第三部分570也为环形扇区，并也沿着盘510从第一部分542朝向盘510的外周部向外延伸。第三部分570与第二部分544沿着第一部分间隔开。如这里看到的，第三部分570小于第一部分542，并且不直接连接至第一部分542。换言之，第二部分544具有外弧546，外弧 546具有自中心541的半径545。第三部分570具有外弧576，外弧576 具有自中心541的半径575。第二部分的半径545大于第三部分的半径 575。第三部分570可以用于修正可能出现在荧光轮中的与孔口505无关的其他失衡。例如，第三部分570沿与第一荧光扇段522相反的方向延伸。这在如下情况下特别有用：例如第一荧光扇段522的密度远远大于第二荧光扇段524的密度使得需要与第一荧光扇段相反地添加额外重量以修正失衡。
现在参考图4A和图4B，示出了第四示例性荧光轮600。荧光轮 600与图1A至图1D的第一示例性荧光轮300最相似。荧光轮包括环形盘610、露出的环形扇区605、轮毂630和平衡件640，环形盘610 上具有发光区域620。
从图4C和图4D可以看出，平衡件640呈环形扇区形式，并且内部包含一个或多个销648。从图4D可以看出，平衡件640中的销648 与盘610中的开口618沿轴向对准。销648被插入到开口618中，以将平衡件640附接至盘610。这种附接通过使平衡件640变为与盘610 分离的风险最小来增大轮的可靠性。应该理解的是，销可以呈任意形状，并期望为楔形件。
用于修正本实用新型的荧光轮中的失衡的平衡件通常由高密度金属或具有大于6g/cm3的高密度的其他材料构成，例如，不锈钢(例如，密度为约7.5g/cm3至约8.5g/cm3的不锈钢)、铜(包括铜合金)或铁 (包括铁合金)等。平衡件通常非常薄(例如从约0.2mm至约0.4mm)。通常来说，在已确定了用于使初始失衡最小的期望尺寸和形状之后，可以通过冲压处理、线切割处理或其他合适处理来制作平衡件。
另一方面，盘通常由通常小于4g/cm3的较低密度的金属构成，例如，铝或铝合金(例如，具有2.70g/cm3的密度)。盘可以包括高反射性涂层，以辅助反射入射光。
虽然在本文中使用的许多平衡件成形为两侧对称的环形扇区，但应该理解的是，平衡件通常可以具有实现使初始失衡尽可能低而需要的任意形状或尺寸。类似的是，平衡件可以选择性地定位在所需的盘上，从而实现使初始失衡尽可能低。
在荧光轮的设计阶段期间(即，在与相关联电动机联接之前)，为了使荧光轮的初始失衡最小，可以计算荧光轮上的平衡件的最佳重量和位置。参考图5，可以优化平衡件的形状和尺寸，以得到下式：
(WM)(RM)≈(WG)(RG)
其中，WM是平衡件的重量，WG是玻璃扇段的重量，RM是平衡件的重心的半径，而RG是玻璃扇段的重心的半径。
通过使用本实用新型的计算方法和平衡技术，开发出重量和初始失衡显著低于常规混合荧光轮的重量和初始失衡的荧光轮。具体而言，下表将常规混合荧光轮与本实用新型的改进的混合荧光轮进行比较。
如表所示，改进的混合荧光轮仅具有远低于现有平衡处理能力的 11.24mg的初始失衡，现有平衡处理能力在半径为8.25mm时通常小于 150mg。
当平衡件和玻璃扇段为例如图5所示的环形扇区时，平衡件的重心CM和玻璃扇段的重心Cg可以由下式确定：
已经参考优选实施例描述了本实用新型。通过阅读并理解先前的详细描述，本领域技术人员将想到修改和改变。其意在将本实用新型解释为包括所有此类修改和变更，只要它们在所附权利要求书或其等同内容的范围之内即可。