一种投影机用固定式荧光粉轮系统的制作方法

本发明属于投影机领域，尤其涉及一种应用在蓝激光光源投影机上的固定式荧光粉轮系统。

背景技术：

近年来，投影行业发展势头强劲，各大厂商的竞争也更加激烈，市场对投影机的光源使用寿命及成本要求越来越高。市场需求推动了光源技术发展，激光光源作为一种高亮度、高纯色、长寿命的冷光源一经推出便受到了市场的青睐。

在激光光源中，又以蓝色半导体激光器的价格最为低廉。因此，由蓝激光激发荧光粉发出黄光，再由蓝光和黄光混合为白光的蓝激光光源应运而生。激光器射出的高能量激光经过聚焦透镜汇聚到荧光粉轮上，荧光粉轮汇聚点上的能量密度非常之高，需要通过自身的高速旋转来避免发热量过大。

蓝激光激发荧光粉光源不仅继承了激光光源的上述优点，而且解决了三基色激光光源价格昂贵的问题，已得到较为广泛的应用。但是，该技术在散热方面还存在严重不足，因为荧光粉轮散热不良而导致设备损坏的情况时常发生。

目前，市场上大部分产品都采用荧光粉轮自转的方法实现散热。激光器射出的高能量激光经过聚焦透镜汇聚到荧光粉轮上，荧光粉轮汇聚点上的能量密度非常之大，需要通过自身的高速旋转来避免发热量过大。

由于这种方法散热面积小，荧光粉轮的温度无法控制，已经越来越难满足光源亮度提升的需求。

技术实现要素：

本发明针对目前市场上荧光粉轮散热效果不理想的问题，发明了一种投影机用固定式荧光粉轮系统，通过增大散热表面积实现对荧光粉轮温度的有效控制，来满足激光光源亮度不断提升对系统散热能力的要求。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种投影机用固定式荧光粉轮系统，包括荧光粉轮基体、蓝激光发射器和位于所述蓝激光发射器前方的扫描振镜单元，所述的荧光粉轮基体上附着有荧光粉层，荧光粉层前方设置有汇聚透镜，所述的荧光粉轮基体上通过螺钉连接有半导体制冷器和散热片，所述的荧光粉轮基体和半导体制冷器之间、半导体制冷器和散热片之间均设置有导热硅胶，所述的扫描振镜单元由转轴相互垂直的第一扫描振镜和第二扫描振镜组成，所述的第一扫描振镜和第二扫描振镜均由伺服电机以及通过转轴连接伺服电机的反射镜组成。

所述的一种投影机用固定式荧光粉轮系统，其第一扫描振镜和第二扫描振镜上的两个反射镜在垂直方向的投影至少有二分之一的面积重合。

进一步，所述的两个反射镜在垂直方向的投影至少有三分之二的面积重合。

所述的一种投影机用固定式荧光粉轮系统，其汇聚透镜为非球面准直透镜。

所述的一种投影机用固定式荧光粉轮系统，其导热硅胶为硅橡胶材料。

所述的一种投影机用固定式荧光粉轮系统，其蓝激光发射器采用由多个蓝色半导体激光器组成的蓝激光模组。

所述的一种投影机用固定式荧光粉轮系统，其荧光粉层呈环状附着于所述荧光粉轮基体外沿，所述荧光粉层宽度不小于3mm。

本发明对比已有技术具有以下创新点：

1，利用扫描振镜单元实现了光源光线在荧光粉轮上的环形扫描，以光线扫描代替了荧光粉轮的旋转；

2，利用半导体制冷器为荧光粉轮制冷。

本发明对比已有技术具有以下显著优点：

1，增强了荧光粉轮的散热效果；

2，实现了荧光粉轮温度可控。

附图说明

图1为本发明的整体结构组成示意图；

图2为本发明扫描振镜单元的结构示意图；

图3为本发明荧光粉轮基体的结构示意图；

图4为本发明荧光粉轮基体剖面结构示意图；

图5为汇聚透镜的光路示意图；

图6为本发明光路控制系统原理图。

各附图标记为：1—扫描振镜单元，1a—第一扫描振镜，1b—第二扫描振镜，100—伺服电机，101—转轴，102—反射镜，2—蓝激光发射器，3—汇聚透镜，4—螺钉，5—荧光粉层，6—荧光粉轮基体，7—导热硅胶，8—半导体制冷器，9—散热片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1、图4和图6所示，本发明公开了一种投影机用固定式荧光粉轮系统，包括扫描振镜单元1、蓝激光发射器2、螺钉4、汇聚透镜3、荧光粉层5、荧光粉轮基体6、导热硅胶7、半导体制冷器8和散热片9共九个部件。首先介绍各个组件之间的位置或连接关系：扫描振镜单元1位于蓝激光发射器2前方，汇聚透镜3贴近所述荧光粉层5，荧光粉层5附着于荧光粉轮基体6上，导热硅胶7置于半导体制冷器8与荧光粉轮基体6和散热片9之间，荧光轮基体6、导热硅胶7、半导体制冷器8及散热片9顺次通过螺钉4连接固定。半导体制冷器8的冷端朝向荧光粉基体6侧，热端朝向散热片9侧。

参照图2所示，扫描振镜单元1由扫描振镜1a和扫描振镜1b两个组成，二者在空间上呈垂直方向安装，反射镜102在垂直投影方向上重合，如图6所示。扫描振镜1a与扫描振镜1b结构形式相同，均由伺服电机100以及通过转轴101连接伺服电机100的反射镜102组成，转轴101一侧连接反射镜102，另一侧与伺服电机100连接，伺服电机100通过转动反射镜102偏转。伺服电机100可根据系统特性从功率、惯量、精度等方面考虑进行选型，转轴101可选用通用型联轴器，反射镜102需采用高反射率镀膜工艺，尽量提高反射率，以提高整体转换效率。

工作原理是：

蓝激光发射器2平行蓝色激光作为入射光源，发出的蓝色激光束入射到扫描振镜1a的反射镜102上，激光光束经反射后，入射到扫描振镜1b的反射镜102上，激光光束经过二次反射后，入射到汇聚透镜3，再经汇聚透镜3汇聚后，形成汇聚光束照射到荧光粉层5，荧光粉层被蓝激光光束激发出黄色光束，最后黄色光束经过汇聚透镜3后形成准直光束射出。

反射镜102在伺服电机100带动下，按设定程序偏转，光线经过两次反射后，按环形扫描轨迹射出，实现光线在荧光粉层5上的环形扫描。光线激发荧光粉层5发光产生的热量沿荧光粉轮基体6、导热硅胶7、半导体制冷器8、散热片9这一散热通路传导出来，并可通过调节半导体制冷器8来控制荧光粉层5的温度。

蓝激光发射器2为能够发出中心波长为355nm的蓝色半导体激光器，由于目前单个蓝色半导体激光器的功率有限，因此，可优先选择多个蓝色半导体激光器组成的蓝激光模组作为蓝激光发射器。有时，为了得到更高亮度的激光，可利用多个蓝激光模组叠加，并通过光学元件汇聚光束来实现。

如图3所示，荧光粉层5的材料为ce³⁺:yag荧光粉，将其均匀的涂抹在荧光粉轮基体6上，便组成了荧光粉轮。荧光粉层5呈环状附着于荧光粉轮基体6的外沿，荧光粉层宽度不小于3mm。ce³⁺:yag荧光粉是发光元件，也是核心部件，选用发光性能优良的ce³⁺:yag荧光粉制备方法很重要。目前，主要的ce³⁺:yag荧光粉制备方法有：固相法、燃烧法、沉淀法、溶胶-凝胶法及喷雾干燥法，其中采用高温固相反映法生产的ce³⁺:yag荧光粉发光强度最高，能够较好的配合蓝光半导体激光器激发产生荧光，因此可优先选用此方法制备的ce³⁺:yag荧光粉作为荧光粉层。荧光粉轮基体6材料可优先选择密度小、强度高、耐高温的金属材料，优先推荐铝合金材料。

如图5所示，汇聚透镜3位于靠近荧光粉层5的位置，由于激光器发出的蓝激光与荧光粉层5激发出的黄光在此处汇集，导致镜片上的温度非常高，因此需采用耐高温材质的光学元件，可根据需要优先选择石英材质加工汇聚透镜3；汇聚透镜3为非球面准直透镜，能够使蓝激光汇聚到荧光粉层5，激发的黄色荧光通过汇聚透镜3可形成准直光束。

螺钉4将荧光粉轮基体6、导热硅胶7、半导体制冷器8、导热硅胶7、散热片9按顺序连接固定，形成各部件紧密贴合的整体。导热硅胶7可优先选择高导热系数、高柔软度，且在高温环境下无挥发的硅橡胶材料。半导体制冷器8可选用通用型半导体制冷器，半导体制冷器的冷端朝向荧光粉轮基体6侧，半导体制冷器8的热端朝向散热片9侧。导热硅胶7将荧光粉轮基体6与半导体制冷器8、散热片9与半导体制冷器8之间的空气间隙填充，形成荧光粉轮基6体—半导体制冷器8—散热片9低热阻的导热通路。散热片9的作用为增大散热面积、加快散热速度，因此，可优先选用铝合金、紫铜等高导热率的材料。散热片9可优先设计为多散热翼片、大散热面积的结构形式。利用半导体制冷器8可以对荧光粉轮的温度进行控制，进而避免了荧光粉层温度过高导致设备故障的情况。

进一步，所述第一扫描振镜1a和第二扫描振镜1b上的两个反射镜102在垂直方向的投影至少有二分之一的面积重合，优选的，两个反射镜102在垂直方向的投影至少有三分之二的面积重合。

本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。