CN104661005A - 色轮装置及其光源设备以及投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种色轮装置及其光源设备和投影系统。所述色轮装置包栝壳体，内部形成有气流通道；色轮组件，设置在所述气流通道中，其至少包括具有波长转换功能的色轮盘；气流驱动组件，设置在所述气流通道中，其产生的气流自所述气流驱动组件沿横向于所述色轮盘表面的方向到达所述色轮盘表面。根据本发明的色轮装置及其光源设备和投影系统，能够提高色轮盘表面的空气流动性，从而快速降低色轮盘的温度。

Description

色轮装置及其光源设备以及投影系统

技术领域

本发明涉及一种光学投影设备，特别是一种色轮装置。本发明还涉及使用这种色轮装置的光源设备，以及使用这种光学设备的投影系统。

背景技术

投影系统依其原理可以分为液晶投影设备（即，LCD）、单晶硅液晶投影设备（即，LCOS）及数字光处理技术投影设备（即，DLP）等。其中，DLP投影设备具有亮度高，色彩重现准确，响应时间短，无杂讯及轻薄等优点，成为目前主流的投影系统之一。

在DLP投影设备中，是采用数字控制，并利用反射原理，将光源集中之后经过透镜聚焦，再穿过具有彩色滤光的色轮后投射至数字微晶片上。由于数字微晶片上具有许多微小的可动镜片，驱动电极控制可动镜片的倾斜角度及偏转时间，再通过切换光的反射方向经镜头组投射至荧幕上成像。

色轮是DLP投影设备中的重要部件，其主要包括马达、与马达固定连接的色轮盘以及包围色轮的壳体。在色轮盘上涂覆有红、绿、蓝、白四种颜色的荧光粉，激光光斑直接照射到色轮的荧光粉区域而被过滤成红、绿、蓝三原色以进行投影。在激光的照射下，色轮盘会吸收相当高的热量并使其温度快速升高，高的温度可能会导致色轮发生故障，进而造成产品品质的下降。

发明内容

针对现有技术中所存在的问题，本发明提出了一种色轮装置。这种色轮装置能够提高色轮盘表面的空气流动性，从而快速降低色轮盘的温度。

根据本发明的第一方面，提出了一种色轮装置，包括，

壳体，内部形成有气流通道；色轮组件，设置在气流通道中，其至少包括具有波长转换功能的色轮盘；气流驱动组件，设置在气流通道中，其产生的气流自气流驱动组件沿横向于色轮盘表面的方向到达色轮盘表面。

根据本发明的色轮装置，风垂直地吹向色轮盘表面，极大地提高了色轮盘表面的空气流动性，增加了这里的空气对流系数，也由此提高了色轮盘表面的空气换热系数。另外，气流驱动组件使得色轮装置内部的空气循环流动起来并且没有死角，这也提高了壳体内的冷热空气的热交换能力。

需要说明的是，在本文中，用语“横向地”理解为相对于色轮盘的表面形成一定的角度，即风的流动方向相对于色轮盘的表面的法线形成一定的角度。该角度例如为0到45度，优选为0度（即风的流动方垂直于色轮盘的表面）。

在一个实施例中，气流通道为首尾连通的循环通道或者为单向通道。气流通道在壳体内形成贯穿的通道，在气流驱动组件的驱动下，气流通道内的空气沿着气流通道循环流动，提高了壳体内的冷热空气的热交换能力，避免了壳体内空气的循环死区。

在一个优选的实施例中，气流驱动组件和色轮组件之间的气流通道部分随气流的延伸方向与色轮盘的表面垂直。这样，不论气流驱动组件如何设置或气流通道的其他部分如何设置，风总是能在气流通道的引导下垂直地吹向色轮盘的表面，这方便了壳体的设计和色轮的设计。如上所述，这里用语“垂直”并不能根据数学意义来理解，而应理解为接近90度。

在一个实施例中，气流通道的横截面内径自气流驱动组件所在处向色轮组件所在处梯度递减。这种气流通道有助于提高到达色轮盘的表面的风速，提高这里的空气对流系数而提高色轮盘表面的空气换热系数。

在一个实施例中，气流驱动组件相对于色轮盘偏心设置，且所产生的气流到达色轮盘表面的区域与色轮盘表面受激发光照射的区域不重叠。这种结构使得在同一时刻，气流和色轮盘接触的部分与色轮盘受光照的部分不重叠，避免了风中的灰尘影响投射到色轮盘上的光，从而有助于提高成像品质。

在一个实施例中，壳体内壁设有一个或多个相互平行的沿气流方向延伸的间隔板，将气流通道分成多个彼此间隔开的子通道。这些子通道的横截面尺寸较小而表面积较大，有助于将空气中的热量通过壳体壁快速散出。在一个优选的实施例中，气流驱动组件包括一个或多个风扇，且风扇所产生的气流同向流动。风扇会克服由子通道产生的空气流动阻力，从而大大提高壳体内的空气的流动速度，这也有助于给色轮降温。

在一个实施例中，在壳体外表面上形成有或安装有外置散热器。外置散热器能够将来自气流通道和壳体其他部分的热量快速散去。此外，壳体和单独的外置散热器能够单独生产，降低了制造难度、方便了生产。在一个优选的实施例中，外置散热器的朝向壳体内部的一侧表面上设置有半导体制冷器。半导体制冷器可进一步降低壳体的温度，有助于壳体内部的热量快速散出，最终进一步降低色轮的温度。在另一个实施例中，气流通道中设有内置散热器，外置散热器与内置散热器之间通过半导体制冷器面接触。内置散热器有助于将壳体内部的热量快速散出，从而进一步降低色轮的温度。

在一个实施例中，色轮组件还包括与色轮盘连接以驱动色轮盘绕其中心轴转动的马达。

根据本发明的第二方面，提出了一种光源设备，包括激发光源，以及如上文所述的色轮装置，在色轮装置的壳体上设有进光口和出光口，激发光源发出的光从进光口进入，照射到色轮装置的色轮盘上，并从出光口射出。

根据本发明的第三方面，提出了一种投影系统，包括如上文所述的光源设备，还包括将从光源设备的出光口射出的光进行投影成像的成像设备。

与现有技术相比，本发明的优点在于，气流驱动组件和气流通道的使壳体内的空气循环流动，避免了壳体内部出现空气循环死区，从而提高冷热空气的热交换率。另外，气流驱动组件和色轮组件之间的气流通道部分随气流的延伸方向与所述色轮盘的表面垂直，不论气流驱动组件如何设置或气流通道的其他部分如何设置，风总是能在第一路径部分的引导下垂直地吹向色轮盘的表面，方便了壳体的设计和色轮的设计，并且风垂直地吹向色轮盘表面，极大地提高了色轮盘表面的空气流动性，增加了这里的空气对流系数，也由此提高了色轮盘表面的空气换热系数。外置散热器、内置散热器、半导体制冷器的使用可进一步降低壳体的温度，有助于壳体内部的热量快速散出，最终进一步降低色轮的温度。

附图说明

在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的色轮装置的第一实施例；

图2是根据本发明的色轮装置的第二实施例；

图3是根据本发明的色轮装置的第三实施例。

在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的色轮装置10的第一实施例。如图1所示，色轮装置10包括壳体11，在壳体11内形成有气流通道，设置在气流通道内的色轮组件和用于给色轮组件降温的气流驱动组件。与现有技术相同，色轮组件包括马达13和与马达13固定连接的色轮盘14，色轮盘14上设置有荧光粉，用以将照射到其上的激发光转换成其他波长的受激光出射。马达13转动可带动色轮盘14绕其中心轴转动。色轮装置10还包括本领域的技术人员熟知的其他辅助部件，为了简单起见，这里不再赘述。

气流驱动组件包括设置在气流通道内的第一风扇21。如图1所示，气流通道包括第一路径部分22、第二路径部分23、连接第一路径部分22的末端和第二路径部分23的起始端的第一过渡部分24和连接第二路径部分23末端和第一路径部分22起始端的第二过渡部分25。第一路径部分22和第二路径部分23可大体平行，而第一过渡部分24和第二过渡部分25可选择为大体垂直于第一路径部分22或第二路径部分23。四个路径部分首尾连通形成贯通的气流通道，这样当第一风扇21驱动风在气流通道内循环流动时，风会吹拂色轮盘14而提高其表面的气体对流速度，带有热量的气体在气流通道内流动并通过壳体11将热量辐射出去，因此优选壳体11由导热性能好的金属或陶瓷制成。贯通的气流通道也避免了壳体11内部出现空气循环死区，提高了空气换热效率。第一风扇21可选择为轴流风扇或离心风扇。

在图1所示的实施例中，第一风扇21和色轮组件均设置在第一路径部分22中，且该第一路径部分22的横截面内径自第一风扇21向色轮组件的方向梯度递减。具体来说，第一路径部分22包括直径较大的大端部50、直径较小的小端部52以及连接大端部50和小端部52的锥形部51，从整体来看，第一路径部分22为喇叭形状。风扇21安装在大端部50内，小端部52则用于将风聚集并送出。在一个优选的实施例中，第一路径部分22小端部52随气流的延伸方向垂直于色轮盘14的表面而使得气流能从第一风扇21垂直地吹向色轮盘14的表面，这会极大地提高在色轮盘14表面的空气流动速度，从而提高这里的空气换热系数。

优选地是，第一风扇21相对于色轮盘14偏心设置，且与壳体11上的进光口40不重叠，这样在同一时刻，色轮盘14的与第一风扇21产生的气流垂直接触的区域与色轮盘14的受激发光照射的区域不重叠，这有助于提高成像品质。如图1所述，第一风扇21所产生的气流与色轮盘14相接触的位置和所投射的光与色轮盘14相接触的位置相对于色轮盘14的中心轴线而径向相对，这意味着第一风扇21所产生的风与色轮盘14相接触的位置和所投射的光与色轮盘14相接触的位置处于色轮盘14同一直径的两端。

为了提高散热性能，将第二路径部分23的内壁上设有一个或多个相互平行的间隔板，这些间隔板沿第二路径部分23内的气流方向延伸，将其分成多个彼此间隔开的子通道。这些子通道使散热面积增大，有助于热量快速通过壳体11的壁散出。但是，设置多个子通道会引起空气流动阻力增大而造成空气流动缓慢，在这种情况下，气流驱动组件还包括设置在第一过渡部分24内的第二风扇26，以克服这种阻力而驱动气流进入第二路径部分23。第二风扇26也可选择为轴流风扇或离心风扇。在一个优选的实施例中，在壳体11的处于第二路径部分23的外侧一体成型有外置散热器27，例如为散热翅片。

图2示意性地显示了根据本发明的色轮装置10的第二实施例。这种实施方案与图1的实施方案大体相同，区别仅在于：外置散热器27构造为独立模块，在外置散热器27和壳体11之间设置了半导体制冷器28。由于珀耳贴效应（Peltiereffect），在通电条件时半导体冷却器28的与壳体11相接触的面的温度会降低，甚至低于壳体11的表面温度，因此能进一步提高散热性能，从而降低色轮的温度。该实施方案中的其它细节与图1的实施方案中的大体相同，其详细描述在此略去。

图3示意性地显示了根据本发明的色轮装置10的第三实施例。这种实施方案与图1的实施方案大体相同，区别仅在于：在壳体11的对应于第二路径部分23的区域构造有安装孔30，在安装孔30中可设置散热单元。散热单元包括处于气流通道内的内置散热器31、主体位于壳体外的外置散热器27以及设置在内置散热器31和外置散热器27之间且分别面接触的半导体制冷器28。如图3所示，内置散热器31设置在第二路径部分23的区域内并保证第二路径部分23畅通。

下面根据图1到3来描述气流的流动路径。

如图1到3中的箭头所示，在第一风扇21的作用下，气流经过第一路径部分22垂直地到达色轮盘14的表面，带走其热量将其降温。而后，气流会越过色轮盘14到达后部的马达13以给马达13降温。应注意地是，色轮组件设置为使得大部分的空气流从色轮盘14的上方越过，仅有很少量的空气流会从色轮盘14的前方（即，在进光口40和色轮盘14之间）流过并从其下方越过，这有助于提高成像品质。在第二风扇26的作用下，风会进入第二路径部分23，在此部分将空气中的热量传递到外界环境中使得气流温度降低。由于第一风扇21的后部会形成负压区，当温度降低后的气流从第二路径部分23运动出来后会受到第一风扇21的抽吸作用而再次进入第一路径部分22，进行下一轮的散热。

本发明还涉及使用上文所述的色轮装置10的光源设备。本领域的技术人员所熟知地是，光源设备包括激发光源（未示出）。在色轮装置10的壳体11上设有进光口40和出光口42，激发光源发出的光从进光口40进入，照射到色轮装置10的色轮盘14上，并从出光口42射出。

本发明还涉及使用上文所述的光源设备的投影系统。本领域的技术人员所熟知地是，还包括将从光源设备的出光口射出的光进行投影成像的成像设备。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (13)

1.一种色轮装置，包括：

壳体，内部形成有气流通道；

色轮组件，设置在所述气流通道中，其至少包括具有波长转换功能的色轮盘；

气流驱动组件，设置在所述气流通道中，其产生的气流自所述气流驱动组件沿横向于所述色轮盘表面的方向到达所述色轮盘表面。

2.根据权利要求1所述的色轮装置，其特征在于，所述气流通道为首尾连通的循环通道或者为单向通道。

3.根据权利要求1所述的色轮装置，其特征在于，所述气流驱动组件和色轮组件之间的气流通道部分随气流的延伸方向与所述色轮盘的表面垂直。

4.根据权利要求1所述的色轮装置，其特征在于，所述气流驱动组件相对于所述色轮盘偏心设置，且所产生的气流到达所述色轮盘表面的区域与所述色轮盘表面受激发光照射的区域不重叠。

5.根据权利要求3所述的色轮装置，其特征在于，所述气流通道的横截面内径自所述气流驱动组件所在处向所述色轮组件所在处梯度递减。

6.根据权利要求2到5中任一项所述的色轮装置，其特征在于，所述壳体内壁设有一个或多个相互平行的沿气流方向延伸的间隔板，将所述气流通道分成多个彼此间隔开的子通道。

7.根据权利要求1所述的色轮装置，其特征在于，所述气流驱动组件包括一个或多个风扇，且所述风扇所产生的气流同向流动。

8.根据权利要求2到7中任一项所述的色轮装置，其特征在于，在所述壳体外表面上形成有或安装有外置散热器。

9.根据权利要求8所述的色轮装置，其特征在于，所述外置散热器的朝向所述壳体内部的一侧表面上设置有半导体制冷器。

10.根据权利要求8所述的色轮装置，其特征在于，所述气流通道中设有内置散热器，所述外置散热器与内置散热器之间通过半导体制冷器面接触。

11.根据权利要求1所述的色轮装置，其特征在于，所述色轮组件还包括与所述色轮盘连接以驱动所述色轮盘绕其中心轴转动的马达。

12.一种光源设备，包括激发光源，其特征在于，还包括如权利要求1至11中任一项所述的色轮装置，在所述色轮装置的壳体上设有进光口和出光口，所述激发光源发出的光从所述进光口进入，照射到所述色轮装置的色轮盘上，并从所述出光口射出。

13.一种投影系统，其特征在于，包括权利要求12所述的光源设备，还包括将从所述光源设备的出光口射出的光进行投影成像的成像设备。