CN110658666B - 一种光学引擎及投影显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学引擎及投影显示系统。本申请在装配有光学组件的壳体上设置至少一组散热装置，所述散热装置包括设置于所述壳体内侧的磁性扇叶，设置于所述壳体外侧的磁性结构，以及所述磁性结构的驱动装置，所述磁性扇叶受所述磁性结构的驱动进行转动。本申请利用了磁的库仑定律——即两个相隔较近的磁体之间的磁场感应效应，通过磁体耦合力将功率从一个磁体传到另一个磁体，从而形成一个非接触扭矩。在磁性结构旋转过程中，不断变换极性，利用同性相斥异性相吸的原理，带动壳体内部的磁性扇叶转动，从而产生循环的气流，促进壳体内部的空气流动，增强空气与壳体的热交换效率，能够有效增强密闭环境的散热效果。

Description

一种光学引擎及投影显示系统

技术领域

本公开涉及投影机技术领域，尤其涉及一种光学引擎及投影显示系统。

背景技术

光学引擎通常包括投影光源和投影光机两大部分。激光器为投影光源中的重要部件，能够为投影显示系统提供单色光源，该单色光源在荧光轮的作用下产生生成显示影像所需的三基色光。投影光机将投影光源输出的三基色光进行均化、压缩，输出符合光阀部件入射要求的近似平行光，以便光阀部件将三基色光进行调制处理以及投影镜头后续的投影显示。

一方面，投影光源内的激光器产生较大，且热量较为集中，使得密闭的投影光源内温升比较快；另一方面，由于投影光源输出的光密度较大，一部分光被吸收并转化为热能，在封闭的投影光机内，热量无法及时散出，引起温度上升，温度升高后，投影光机内的凸透镜等光学镜片会膨胀变形，导致光线的位置发生偏移，引起激光投影系统的显示异常现象。可见，如何在不影响光学引擎密闭性能的前提下，有效降低其内部温度是目前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例中提供了一种光学引擎及投影显示系统，以解决现有技术中密闭光学引擎内部散热效率低的问题。

第一方面，本发明提供了一种光学引擎，包括壳体和至少一组散热装置；

所述散热装置包括设置于所述壳体内侧的磁性扇叶，设置于所述壳体外侧的磁性结构，以及所述磁性结构的驱动装置，所述磁性扇叶受所述磁性结构的驱动进行转动。

第二方面，本发明还提供了一种投影显示系统，所述投影显示系统包括上述的光学引擎。

本申请的有益效果如下：

本发明实施例中提供了一种光学引擎及投影显示系统。本申请在装配有光学组件的壳体上设置至少一组散热装置，所述散热装置包括设置于所述壳体内侧的磁性扇叶，设置于所述壳体外侧的磁性结构，以及所述磁性结构的驱动装置，所述磁性扇叶受所述磁性结构的驱动进行转动。本申请利用了磁的库仑定律——即两个相隔较近的磁体之间的磁场感应效应，通过磁体耦合力将功率从一个磁体传到另一个磁体，从而形成一个非接触扭矩。在磁性结构旋转过程中，不断变换极性，利用同性相斥异性相吸的原理，带动壳体内部的磁性扇叶转动，从而产生循环的气流，促进壳体内部的空气流动，增强空气与壳体的热交换效率，能够有效增强密闭环境的散热效果。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种光学引擎的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种投影光源的结构示意图；

图3为一种常见的投影光机的空气流动示意图；

图4为本申请实施例提供的一种投影光机的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种投影光机的空气循环示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种投影光机的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种投影光机的空气循环示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图1，所示为本申请实施例提供的一种光学引擎的结构示意图。由图1可见，本申请提供的光学引擎包括：壳体1和至少一组散热装置，该散热装置包括磁性扇叶10、磁性结构20以及驱动装置30，磁性扇叶10设置于壳体1的内侧，磁性结构20和驱动装置30设置于壳体1的外侧。驱动装置30用于驱动磁性结构20旋转，磁性结构20和磁性扇叶10均具有磁性，磁性扇叶10能够受磁性结构20的驱动进行转动。本申请中，壳体1不仅包括光学引擎的整体外壳，还包括光学引擎内部设置的投影光源和投影光机的壳体。

本申请利用了磁的库仑定律——即两个相隔较近的磁体之间的磁场感应效应，通过磁体耦合力将功率从一个磁体传到另一个磁体，从而形成一个非接触扭矩。在磁性结构旋转过程中，不断变换极性，利用同性相斥异性相吸的原理，带动壳体内部的磁性扇叶转动，从而产生循环的气流，促进壳体内部的空气流动，增强空气与壳体的热交换效率，能够有效增强密闭环境的散热效果。

进一步，光学引擎还包括投影光源101，所述投影光源101至少包括由第一密封壳103体包裹在内的第一光学组件104，所述散热装置设置于所述第一密封壳体103的侧壁上。请参考图2，所示为本申请实施例提供的一种投影光源的结构示意图。由图2可见，本实施例提供的第一光学组件104还包括激光器1041、镜片1042以及荧光轮1043，由于激光器1041是投影光源101的主要发热元件，因此，可在激光器1041附近的第一密封壳103的侧壁上集中设置多组散热装置，以提高投影光源101的散热效率。

进一步，光学引擎还包括投影光机102，所述投影光机102至少包括由第二密封壳体105包裹在内的第二光学组件106，所述散热装置设置于所述第二密封壳体105的侧壁上。

请参考图3，所示为一种常见的投影光机的空气流动示意图。由图3可见，光导管2、透镜组3、反射镜组4是投影光机102主要的发热元件，在没有散热组件的封闭壳体内，热量自光导管2、透镜组3、反射镜组4发出后，其周围的热空气只能沿着箭头方向以自然对流的形式向前缓慢流动，最终流动到壳体处与外界冷空气进行热交换，这样的空气流动方式导致热交换过程较为缓慢，效率较低。

请参考图4，所示为本申请实施例提供的一种投影光机的结构示意图。由图4可见，本投影光机102包括：

第二密封壳体105，第二密封壳体105为一密闭的金属壳体，在第二密封壳体105的内部封装有用于光机照明的光学组件，光学组件具体包括光导管2、透镜组3、反射镜组4和TIR全反射棱镜5。投影光源射出的一定角度范围内的光束在光导管2的多次反射下进行匀化，匀化后的光束通常还具有一定的发散角度，再经透镜组3的汇聚作用，以及反射镜组4对光路的转折和体积压缩作用后，形成近似平行的光束，该光束再经全反射棱镜5的反射后射入光阀部件，以便光阀部件将三基色光进行调制处理以及投影镜头后续的投影显示。

本实施例中，在第二密封壳体105上设置有至少一组散热装置，散热装置的设置位置可以是第二密封壳体105的任意一个侧壁，也可以是第二密封壳体105上表面或下表面。散热装置主要包括两部分，一部分设置于第二密封壳体105的内侧，一部分设置于壳体外侧的相对位置，具体包括设置于所述第二密封壳体105与所述光学组件之间的磁性扇叶10，以及设置于第二密封壳体105外侧的磁性结构20和驱动装置30。磁性扇叶10由磁性材料制成，或者局部由磁性材料制成，类似的，磁性结构20也由磁性材料制成，或者局部由磁性材料制成，二者的磁性大小以及磁性材料的设置位置只需满足磁性结构20与磁性扇叶10能够进行有效的空间传动即可。

本实施例中，磁性结构20为一根磁力棒，其相对于第二固定轴62的中心线对称设置。当然，磁性结构20也可以为其他数量和形状的具有磁性的结构，只要能够在旋转过程中提供交替变化的磁场即可。

磁性结构20与磁性扇叶10设置于第二密封壳体105的同一侧壁或同一表面上，并且位置相对设置，即磁性扇叶10与磁性结构20在垂直于固定壳体的方向上存在重叠区域，以确保磁性结构20能够带动磁性扇叶10旋转运动。本实施例中不限定驱动装置30在第二密封壳体105外部的安装位置，只要保证驱动装置30能够为磁性结构20提供旋转动力即可。

当磁性结构20在所述驱动装置30的带动下旋转时，磁性扇叶10能够在磁性结构20的带动下旋转。本实施例中通过磁体耦合力将功率从一个磁体传到另一个磁体，从而形成一个非接触扭矩。在磁性结构旋转过程中，不断变换极性，利用同性相斥异性相吸的原理，带动壳体内部的磁性扇叶转动，从而产生循环的气流，促进壳体内部的空气流动，增强空气与壳体的热交换效率，能够有效增强密闭环境的散热效果。

此外，传统电力驱动的风扇需要配置驱动装置，并且由于第二密封壳体105内部空间有限，该驱动装置通常需要设置在第二密封壳体105外部，并通过贯穿第二密封壳体105侧壁的轴承与风扇电连接。这样的设置方式增加了为第二密封壳体105的密封难度，容易在轴承与第二密封壳体105的连接处进入灰尘，导致荧光轮结构光转换效率下降。另外，目前也存在部分将传统风扇的驱动装置配置于壳体1内部的方案，由于第二密封壳体105内部温度较高，容易导致驱动装置的使用寿命较小，驱动可靠性降低。本申请中，磁性结构20通过磁力作用为磁性扇叶10提供旋转动力，磁性扇叶10与磁性结构20不直接接触，能够有效避免对第二密封壳体105密封性能的不利影响。

常见的光学组件中，光导管2、透镜组3、反射镜组4沿水平方向依次设置，TIR全反射棱镜5与反射镜组4垂直设置。在光学组件中透镜组3通常受高温影响最大，并且由于透镜组3在光学组件的光传导中属于前端部件，一旦透镜组3中配置的凸透镜发生膨胀变形，则将导致后续光学组件的光线均出现偏移现象，并且随着光线的传播，其偏移程度也会不断累加。为此，本实施例中，将磁性扇叶10设置于靠近所述透镜组3的侧壁上，以便透镜组3周围的热空气能够快速进入循环状态。

另外，光学组件中光导管2是最主要的发热部件，因此，光导管2附近的空气温度略高于第二密封壳体105内其他部位的空气温度。在光线传播方向上，透镜组3与光导管2相连，并且二者相对于壳体侧壁来说，处于同一水平面，当磁性扇叶10设置于靠近透镜组3的侧壁上时，磁性扇叶10距离光导管2的位置也较近，因此，磁性扇叶10也能够有效带动光导管2附近的热空气进入空气循环状态，以尽快与第二密封壳体105进行热交换，降低第二密封壳体105内的空气温度。由此，本申请优选实施例中，磁性扇叶10的位置可与光导管2对应设置，即磁性扇叶10在垂直投影方向最大限度的与光导管2重合。当然，为了能够兼顾光导管2与透镜组3两组光学组件的散热，本申请更优的实施例可将磁性扇叶10设置于光导管2与透镜组3之间的位置，以便兼顾二者的散热效果。

本实施例中磁性扇叶10的设置位置，一方面能够从敏感元件(透镜组3)出发，将透镜组3周围的热空气作为空气循环的起始端传播出去，以便尽快与第二密封壳体105发生热交换，同时TIR全反射棱镜5等远端部件附近的温度略低的空气也能够在循环过程中尽快流向透镜组3，进一步降低透镜组3处的空气温度；另一方面，磁性扇叶10的设置位置还能够兼顾主要的散热元件，从热量产生的源头出发，将光导管2与透镜组3周围的热空气一同推动出去，以便高温空气尽快与第二密封壳体105进行热交换，以及低温空气尽快流向透镜组3附近。

请参考图5，所示为本申请实施例提供的一种投影光机的空气循环示意图。由图5可见，本实施例提供的封闭的光学引擎中，大部分热量自光导管2发出后，其周围的热空气能够在磁性扇叶10的作用下快速流动，温度略低的空气流向光导管2附近的空间，从而按照壳体内光学组件的分布，形成光导管2→TIR全反射棱镜5→反射镜组4→透镜组3→光导管2的空气循环路径，促进壳体内部的空气流动，增强空气与壳体的热交换效率，从而有效增强密闭环境的散热效果。

请参考图6，所示为本申请实施例提供的另一种投影光机的结构示意图。由图6可见，本实施例提供的光学引擎包括两组散热装置，分别为第一散热装置51和第二散热装置52，第一散热装置51和第二散热装置52分别设置于相邻接的两个侧壁上，其中第一散热装置51设置于靠近所述透镜组3的第一侧壁11，第二散热装置52设置于靠近光导管2入光口的第二侧壁12。由于TIR全反射棱镜5左侧空间配置的元件密度较低，相对的空气存流量较大，因此，本实施例中，将第二散热装置52设置于第二侧壁12上与TIR全反射棱镜5相对应的位置，第二散热装置52附近的遮挡元件较少，能够有效促进其前方空间内空气的流动性。

另外，本实施例中，与所述第二侧壁12相对的第三侧壁13通常为阶梯型结构，在台阶处通常设置密封结构，以确保第二密封壳体105的密封性能，具体的，第三侧壁13包括与所述第二侧壁12平行设置的两个平行面131以及设置于所述两个平行面之间的倾斜面132，在倾斜面132相对的位置配合设有密封组件6。由于第一散热装置51和第二散热装置52所在的两个侧壁相互垂直设置，因此，第一散热装置51和第二散热装置52提供的空气动力方向也相互垂直，二者的合力具有一定倾斜角度，刚好与倾斜面132的倾斜方向相配合，有利于减小空气虚幻流动的阻力。

请参考图7，所示为本申请实施例提供的另一种投影光机的空气循环示意图。由图7可见，本实施例提供的封闭的光学引擎中，大部分热量自光导管2发出后，其周围的热空气能够在第一散热装置51和第二散热装置52的作用下沿着倾斜面132快速流动，温度略低的空气流向光导管2附近的空间，从而按照壳体内光学组件的分布，形成光导管2→TIR全反射棱镜5→反射镜组4→透镜组3→光导管2的空气循环路径，促进壳体内部的空气流动，增强空气与壳体的热交换效率，从而有效增强密闭环境的散热效果。

本实施例中，散热装置还包括第一固定轴61和第二固定轴62，其中，所述第一固定轴61的一端与所述第二密封壳体105相连接，另一端与所述磁性扇叶10相连接，磁性扇叶10能够以第一固定轴61为中心旋转运动，所述第二固定轴62的一端与所述第二密封壳体105相连接，另一端与所述驱动装置30相连接，所述磁性结构20与所述第二固定轴62固定连接，驱动装置30能够驱动第二固定轴62转动，从而带动磁性结构20转动。

通常情况下，考虑到空间限制以及磁性结构20所能提供的驱动力强度，磁性扇叶10扇叶的尺寸不应超过磁性结构20的尺寸。当磁性扇叶10与磁性结构20的相对面积最大化时，二者之间的磁力最强，磁性结构20对磁性扇叶10的驱动效果最好，实现磁性扇叶10与磁性结构20相对面积最大化的一种方式为磁性扇叶10扇叶的个数、安装位置和尺寸均与磁性结构20相对应。

为此，本实施例中，第一固定轴61和第二固定轴62同轴设置。所述第二固定轴62上设置有多个磁性结构20，所述磁性扇叶10设有与所述磁性结构20数量和尺寸相应的扇叶。另外，本实施例中第一固定轴61和第二固定轴62同轴设置，具体指的是第一固定轴61的中心轴线与第二固定轴62的中心轴线在垂直于所在侧壁的方向上重合。当然，本申请其他实施例中，第一固定轴61和第二固定轴62也可以为非同轴设计，只要确保磁性扇叶10能够在磁性结构20的带动下旋转即可。

另外，为了避免其他磁性部件对磁性扇叶10旋转产生干扰，本实施例中，包括壳体1在内的其他部件均应为非磁性材料，本实施例中，壳体1可以为铝、铜等金属材质的密闭壳体。

基于上述实施例提供的光学引擎，本申请还提供了一种投影显示系统，该投影显示系统包括上述任意一个实施例提供的光学引擎。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种光学引擎，其特征在于，包括：

壳体和至少一组散热装置；

所述散热装置包括设置于所述壳体内侧的磁性扇叶，设置于所述壳体外侧的磁性结构，以及所述磁性结构的驱动装置，所述磁性扇叶受所述磁性结构的驱动进行转动；

所述光学引擎还包括投影光机，所述投影光机至少包括由第二密封壳体包裹在内的第二光学组件，所述散热装置设置于所述第二密封壳体的侧壁上；

所述散热装置还包括第一固定轴和第二固定轴，其中，

所述第一固定轴的一端与所述第二密封壳体相连接，另一端与所述磁性扇叶相连接；

所述第二固定轴的一端与所述第二密封壳体相连接，另一端与所述驱动装置相连接，所述磁性结构与所述第二固定轴固定连接；

所述第一固定轴和所述第二固定轴同轴设置。

2.根据权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，所述光学引擎还包括投影光源，所述投影光源至少包括由第一密封壳体包裹在内的第一光学组件，所述散热装置还设置于所述第一密封壳体的侧壁上。

3.根据权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，所述第二光学组件沿光线传播方向依次设置有光导管、透镜组、反射镜组和TIR全反射棱镜，所述光导管、所述透镜组、所述反射镜组沿水平方向依次设置，所述TIR全反射棱镜与所述反射镜组垂直设置，所述磁性扇叶设置于靠近所述透镜组的侧壁上。

4.根据权利要求3所述的光学引擎，其特征在于，所述磁性扇叶的位置与光导管相对应。

5.根据权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，

所述第二光学组件沿光线传播方向依次设置有光导管、透镜组、反射镜组和TIR全反射棱镜，所述光导管、所述透镜组、所述反射镜组沿水平方向依次设置，所述TIR全反射棱镜与所述反射镜组垂直设置；

所述光学引擎包括两组散热装置，其中第一散热装置设置于靠近所述透镜组的第一侧壁上，第二散热装置设置于靠近光导管入光口的第二侧壁上，所述第二散热装置与所述TIR全反射棱镜的位置相对应；

与所述第二侧壁相对的第三侧壁包括与所述第二侧壁平行设置的两个平行面以及设置于所述两个平行面之间的倾斜面。

6.根据权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，所述第二固定轴上设置有多个磁性结构，所述磁性扇叶设有与所述磁性结构数量和尺寸相应的扇叶。

7.根据权利要求1所述的光学引擎，其特征在于，所述壳体为非磁性材料。

8.一种投影显示系统，其特征在于，所述投影显示系统包括权利要求1-7任意一项所述的光学引擎。

Images