CN112445049B - 投影装置及其温度调控方法 - Google Patents

Abstract

一种投影装置，包括壳体、光源模块、光阀、投影镜头以及温控元件。光源模块配置于壳体内，适于提供照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，且用以将照明光束转换成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上。投影镜头包括镜筒，且镜筒具有曲面。温控元件配置于投影镜头上，适于冷却或加热投影镜头。温控元件具有温控表面。温控表面的形状与镜筒的曲面匹配，且温控表面用以连接于镜筒的曲面上。本发明还提供一种投影装置的温度调控方法。本发明提供的投影装置及其温度调控方法可有效地对投影镜头散热或加热，以提升投影装置的投影品质。

Description

投影装置及其温度调控方法

技术领域

本发明关于一种光学装置及其调控方法，且特别关于一种投影装置及其温度调控方法。

背景技术

投影装置可用以产生大尺寸的画面。随着科技的演进与创新，投影技术亦不断进步。投影装置的成像原理例如是将照明系统所产生的照明光束借由光阀转换成影像光束，再将影像光束通过投影镜头投射到投射目标物(例如：屏幕或墙面)上，以形成投影画面。一般来讲，在投影装置中使用的投影镜头可分为可替换式镜头及不可替换式镜头。不可替换式镜头通常可用于对投影亮度需求通常较低的家庭使用及教学使用。可替换式镜头通常可用于对投影亮度需求通常较高的大型户外场景、展场或大型会议室。

在对投影装置的亮度需求提高时，因亮度提高，可替换式镜头亦可因镜头温度上升而导致投影品质下降。为解决此问题，可采用轴流风扇(axial fan)、鼓风扇(blower)、或致冷晶片对镜头进行加热或冷却。一方面，轴流风扇或鼓风扇对于冷却或加热的气流温度较难以控制，另一方面，长时间工作的轴流风扇或鼓风扇的冷却或加热效果并不理想。亦可采用平面式致冷晶片进行冷却或加热，惟平面式致冷晶片较不易贴合圆柱状的镜头，难以达成较佳的热传导效果。

“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中的技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表所述内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。

发明内容

本发明提供一种投影装置及其温度调控方法，可有效地对投影镜头散热或加热，以提升投影装置的投影品质。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种投影装置，包括壳体、光源模块、光阀、投影镜头以及温控元件。光源模块配置于壳体内，适于提供照明光束。光阀配置于照明光束的传递路径上，且用以将照明光束转换成影像光束。投影镜头配置于影像光束的传递路径上。投影镜头包括镜筒，且镜筒具有曲面。温控元件配置于投影镜头上，适于冷却或加热投影镜头，其中温控元件具有温控表面。温控表面的形状与镜筒的曲面匹配，且温控表面用以连接于镜筒的曲面上。

为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种投影装置的温度调控方法，其中投影装置包含投影镜头、温控元件及温度感测元件，其中投影镜头包括镜筒，且镜筒具有曲面，其中温控元件具有温控表面。温控表面的形状与镜筒的曲面匹配，且温控表面用以连接于镜筒的曲面上。温度调控方法包括：温度感测元件感测投影装置的感测温度；依据感测温度启动温控元件；以及温控元件冷却或加热投影装置的投影镜头。

基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的投影装置及其温度调控方法中，温控元件的温控表面连接于镜筒的曲面上。因此，光束经过投影镜头内光学元件所产生的热，可借由连接于镜筒曲面上的温控元件的温控表面加以散发，使投影镜头达到良好的散热效果，进而提升投影装置的投影品质。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的投影装置的示意图。

图2为本发明一实施例的投影装置的一部分的侧面示意图。

图3为图2的投影装置的该部分在另一方向的侧面示意图。

图4为本发明一实施例的投影装置的温度与时间关系图。

图5为本发明另一实施例的投影装置的温度与时间关系图。

图6为本发明另一实施例的投影装置的一部分的侧面示意图。

图7为图6的投影装置的该部分在另一方向的侧面示意图。

图8为本发明一实施例的投影装置温度调控方法的步骤流程图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1为本发明一实施例的投影装置的示意图。请参考图1。本发明的一实施例提供一种投影装置100，例如投影机，但本发明并不限制其种类。投影装置100包括壳体110、光源模块120、光阀130、投影镜头140以及温控元件150。光源模块120用于提供照明光束L1至光阀130。光阀130用于接收照明光束L1以产生影像光束L2。投影镜头140用于将影像光束L2投射至投影目标，例如屏幕或墙壁等。

在一实施例中，壳体110可为投影装置100的外部壳体，用以容纳光源模块120、光阀130、投影镜头140的至少一部分、以及温控元件150。壳体110可具有开口以使影像光束L2可借由投影镜头140而投射至投影装置100以外。在本实施例中，壳体110材质可以选择使用塑胶或金属，以达到良好的散热效果，但本发明并不限于此。

在一实施例中，光源模块120配置于壳体110内，适于提供照明光束L1。光源模块120例如包括至少一发光元件，例如可包含多个发光元件、波长转换元件、匀光元件、滤光元件以及多个分合光元件等，且光源模块用以提供不同波长的光以作为影像光的来源。发光元件例如为超高效能灯泡(Ultra-high-performance lamp，UHP lamp)、发光二极管(Light-emitting diode，LED)或激光二极管(laser diode，LD)。然而，本发明并不限定投影装置100中光源模块120的种类或形态，其详细结构及实施方式可以由所属技术领域的通常知识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。

在一实施例中，光阀130配置于照明光束L1的传递路径上，且用以将照明光束L1转换成影像光束L2。光阀130例如是液晶覆硅板(Liquid Crystal On Silicon panel，LCoSpanel)、数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)等反射式光调变器。于一些实施例中，光阀130也可以是透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)，电光调变器(Electro-Optical Modulator)、磁光调变器(Magneto-Optic modulator)、声光调变器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等穿透式光调变器。本发明对光阀130的型态及其种类并不加以限制。光阀130将照明光束L1转换为影像光束L2的方法，其详细步骤及实施方式可以由所属技术领域的通常知识获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再赘述。在本实施例中，光阀130的数量为一个，例如是使用单个数字微镜元件的投影装置100，但在其他实施例中则可以是多个，本发明并不限于此。

图2为本发明一实施例的投影装置的一部分的侧面示意图。

图3为图2的投影装置的该部分在另一方向的侧面示意图。请参考图2及图3。投影镜头140配置于影像光束L2的传递路径上。投影镜头140包括镜筒142，且镜筒142具有曲面C。在本实施例中，镜筒142为圆筒状，且为可替换式镜头结构，但本发明并不限于此。除此之外，投影镜头140还包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合，例如可包含双凹透镜、双凸透镜、凹凸透镜、凸凹透镜、平凸透镜以及平凹透镜等非平面镜片的各种组合。于一实施例中，投影镜头140还可以包括平面光学镜片，以反射方式将来自光阀130的影像光束L2投射至投影目标。本发明对投影镜头140的型态及其种类并不加以限制。在本实施例中，镜筒142具有相对的入光部142_1、出光部142_2以及位于入光部142_1与出光部142_2之间的延伸部142_3。在本实施例中，相较于出光部142_2，入光部142_1可更接近光源模块120。在一些实施例中，入光部142_1、出光部142_2及延伸部142_3的长度可分别占据镜筒142的整体长度的三分之一至三分之二，但本发明并不限于此。

在一实施例中，温控元件150配置于投影镜头140上，适于冷却或加热投影镜头140。温控元件150可具有温控表面B。温控表面B的形状与镜筒142的曲面C匹配，且温控表面B用以连接于镜筒142的曲面C上。举例而言，温控表面B为曲面，且可贴附于镜筒142的曲面C上。在本实施例中，可借由螺丝锁附的方式将温控元件150的温控表面B连接镜筒142贴附于曲面C上，但本发明对温控表面B贴附于镜筒142的曲面C的方式并不加以限制。因此，相较于传统的散热方式，在温控表面B的形状与镜筒142的曲面C匹配的情形中，接触面积更大，故散热效果可更佳。如此一来，光束经过投影镜头140内光学元件所产生的热及/或光阀所产生的热等可借由连接于镜筒142曲面C上的温控元件150的温控表面B而散发，进而提升投影装置100的投影品质。在本实施例中，温控元件150连接于镜筒142的出光部142_2。然而，在不同的实施例中，可依需求将温控元件150连接于镜筒142的入光部142_1或延伸部142_3(图未示)，以达到最佳的散热效果，但本发明并不限于此。

详细而言，在本实施例中，温控元件150包括第一基板152、第二基板154以及连接于第一基板152与第二基板154之间的多个半导体结构156。第一基板152为弯曲状且连接于镜筒142的曲面C上。换句话说，第一基板152朝向曲面C的表面即为温控表面B。此外，在本实施例中，第二基板154也可为弯曲状，且曲率可与第一基板152相同或不同。在一些实施例中，第二基板154的曲率可不同于第一基板152的曲率。在进一步的实施例中，第二基板154为平板状，但本发明并不限于此。在进一步的实施例中，位于第一基板152与第二基板154之间的多个半导体结构156包含沿不同方向延伸的至少二半导体结构。

值得一提的是，在本实施例中，可对半导体结构156施加负向电压以使第一基板152作为致冷面，而使第二基板154作为致热面，借此将镜筒142的热能传导至外界，以进行散热。在其他实施例中，亦可对半导体结构156施加正向电压以使第一基板152作为致热面，而使第二基板154作为致冷面，借此可针对镜筒142传递热能，以加热镜筒142。

图4为本发明一实施例的投影装置的温度与时间关系图。请参考图1及图4。在本实施例中，投影装置100还包括温度感测元件170，配置于壳体110内，可用以感测投影装置100的温度。在本实施例中，依据温度感测元件170所感测到的温度值，可进一步调整投影装置100的温控元件150的作用方式。举例而言，在预设温度为40摄氏度的情形中，在投影装置100开始投影开始前，若温度感测元件170所感测到的投影装置100温度大于或等于40摄氏度时，在此情形中启动投影装置100进行投影可被定义为热开机，如图4中所显示的线段200。具体而言，在本实施例中，若投影装置100为热开机，可对温控元件150的半导体结构156施加反向电压以使第一基板152的温度小于第二基板154的温度，亦即，第一基板152为致冷面，且第二基板154为致热面，以对镜筒142进行冷却，进而达成较佳的投影品质。在其他实施例中，预设温度可视需求为其他数值，本发明并不限于此。应察知，在本实施例中，虽然贴附于镜筒142的第一基板152为致冷面以对镜筒142进行冷却，然而由于投影装置100开始投影后持续产生热，故温度感测元件170所感测的温度呈上升趋势。

图5为本发明另一实施例的投影装置的温度与时间关系图。请参考图1及图5。本实施例类似于图4的实施例，两者差别在于，在本实施例中，在投影装置100开始投影开始前，温度感测元件170所感测到的投影装置100温度小于或等于40摄氏度，在此情形中启动投影装置100进行投影可被定义为冷开机，如图5中所显示的线段300。具体而言，在本实施例中，若投影装置100为冷开机，可对温控元件150的半导体结构156施加正向电压以使第一基板152的温度大于第二基板154的温度，亦即，第一基板152为致热面，且第二基板154为致冷面，以对镜筒142进行加热，维持投影装置100的温度于适当的工作温度，以达成较佳的投影品质。应察知，相较于图4所示的实施例，在本实施例中，由于贴附于镜筒142的第一基板152为致热面以对镜筒142进行加热，且由于投影装置100开始投影后持续产生热，故投影装置100可更快速的达到稳定的工作温度。换句话说，在图4及图5所示的实施例，温度感测元件170所感测的温度皆呈上升趋势，惟图5的实施例的温度上升速率比图4大。

在一些实施例中，在启动投影装置100进行投影之借后，可继续使用温度感测元件170即时的感测投影装置100的温度，进而得到调控后温度。可依据此调控后温度改变温控元件150的电压值。换句话说，即持续性地使用温度感测元件170即时的感测投影装置100的温度，并进一步地对利用温控元件150对投影装置100进行温度调控，以维持投影装置100的投影品质。

图6为本发明另一实施例的投影装置的一部分的侧面示意图。图7为图6的投影装置的一部分在另一方向的侧面示意图。请参考图6及图7。本实施例的类似于温控元件150A类似于图2所显示的温控元件150，两者不同之处在于，在本实施例中，温控元件150A的第二基板154A与第一基板152的曲率不同。详细而言，在本实施例中，第二基板154A为平板状，且投影装置还包括散热模块160，连接于第二基板154A上。散热模块160例如可包含散热片或散热座等被动性散热元件，但本发明并不限于此。此外，本发明亦不限制散热模块160连接于第二基板154A的方式。如此一来，可进一步增加温控元件150A对投影镜头140的散热或加热效果。

图8为本发明一实施例的投影装置温度调控方法的步骤流程图。请参考图1图2及图8。本实施例提供一种投影装置100的温度调控方法，至少可应用于图1及图2所显示的投影装置100中，故以下将以图1及图2所显示的投影装置100为例，但本发明并不限于此。

在一实施例中，执行步骤S400，温度感测元件170感测投影装置100的感测温度。具体而言，利用温度感测元件170感测投影装置100的壳体110内部温度，例如镜筒142的入光部142_1、出光部142_2、或延伸部142_3处的温度。接着，在上述步骤S400之后，执行步骤S410，依据感测温度启动温控元件150。详细而言，在本实施例中，依据感测温度启动温控元件150的步骤还包括：比较感测温度与预设温度的步骤、以及依据感测温度与预设温度的差异启动温控元件150以冷却或加热投影镜头140的步骤。在本实施例中，预设温度例如为40摄氏度。

接着，在上述步骤S410之后，执行步骤S420，温控元件150冷却或加热投影装置100的投影镜头140。具体而言，在本实施例中，当感测温度小于或等于此预设温度时，温控元件150加热投影镜头140。而当感测温度大于或等于此预设温度时，温控元件150冷却投影镜头140。在一些实施例中，投影装置100的温度调控方法还包括利用温度感测元件170感测投影装置100的调控后温度，以及依据此调控后温度改变温控元件150的电压值。借此，光束经过投影镜头140内光学元件所产生的热及/或光阀所产生的热，可借由贴附于投影镜头140的曲面的温控元件150加以散发，以达成较佳的散热效果，进而提升投影装置100的投影品质。

综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的投影装置及其温度调控方法中，温控元件的温控表面连接于镜筒的曲面上。因此，可借由连接于镜筒曲面上的温控元件的温控表面，对投影镜头进行加热或冷却，进而提升投影装置的投影品质。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡是依本发明权利要求书及发明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

附图标记说明：

100：投影装置

110：壳体

120：光源模块

130：光阀

140：投影镜头

142：镜筒

142_1：入光部

142_2：出光部

142_3：延伸部

150、150A：温控元件

152：第一基板

154、154A：第二基板

156：半导体结构

160：散热模块

170：温度感测元件

200、300：线段

S400～S420：步骤

B：温控表面

C：曲面

L1：照明光束

L2：影像光束。

Claims (21)

1.一种投影装置，其特征在于，包括壳体、光源模块、光阀、投影镜头、温度感测元件以及温控元件，其中：

所述光源模块配置于所述壳体内，用以提供照明光束；

所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，且用以将所述照明光束转换成影像光束；

所述投影镜头配置于所述影像光束的传递路径上，所述投影镜头包括镜筒，且所述镜筒具有曲面；以及

所述温控元件配置于所述投影镜头上，用以冷却或加热所述投影镜头，其中所述温控元件具有温控表面，所述温控表面的形状与所述镜筒的所述曲面匹配，所述温控表面用以连接于所述镜筒的所述曲面上，所述温控元件包括第一基板、第二基板以及连接于所述第一基板与所述第二基板之间的多个半导体结构，

所述温度感测元件配置于所述壳体内，用以感测所述投影装置的温度，

其中，所述投影装置包含冷开机模式与热开机模式，在所述投影装置开始投影开始前，当温度感测元件所感测到的所述投影装置的温度大于或等于预设温度时，所述投影机处于所述热开机模式，施加反向电压使所述第一基板的温度小于所述第二基板的温度，当感测到的所述温度小于所述预设温度时，所述投影装置处于所述冷开机模式，施加正向电压使所述第一基板的温度大于所述第二基板的温度，

其中，在所述冷开机模式与所述热开机模式下，所述温度感测元件所感测的所述投影装置的温度皆呈上升趋势，且所述冷开机模式的温度上升速率大于所述热开机模式的上升速率。

2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述第一基板为弯曲状且连接于所述曲面上。

3.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述第二基板为弯曲状。

4.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述第二基板为平板状。

5.根据权利要求4所述的投影装置，其特征在于，还包括：

散热模块，其连接于所述第二基板上。

6.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述第一基板与所述第二基板的曲率不同。

7.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述镜筒具有相对的入光部、出光部以及位于所述入光部与所述出光部之间的延伸部，所述入光部、所述出光部及所述延伸部的长度分别占据所述镜筒的整体长度的三分之一至三分之二。

8.根据权利要求7所述的投影装置，其特征在于，所述温控元件连接于所述入光部。

9.根据权利要求7所述的投影装置，其特征在于，所述温控元件连接于所述出光部。

10.根据权利要求7所述的投影装置，其特征在于，所述温控元件连接于所述延伸部。

11.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述温度感测元件所感测到的所述投影装置温度小于或等于40摄氏度时，所述第一基板的温度大于所述第二基板的温度。

12.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述温度感测元件所感测到的所述投影装置温度大于或等于40摄氏度时，所述第一基板的温度小于所述第二基板的温度。

13.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述镜筒的材质为塑胶或金属。

14.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述投影镜头为可替换式镜头结构。

15.一种投影装置的温度调控方法，其特征在于，所述投影装置包含投影镜头、温控元件及温度感测元件，其中所述投影镜头包括镜筒，且所述镜筒具有曲面，其中所述温控元件具有温控表面，所述温控表面的形状与所述镜筒的所述曲面匹配，且所述温控表面用以连接于所述镜筒的所述曲面上，所述温控元件包括第一基板、第二基板以及连接于所述第一基板与所述第二基板之间的多个半导体结构，其中，所述投影装置包含冷开机模式与热开机模式，在所述投影装置开始投影开始前，当温度感测元件所感测到的所述投影装置的温度大于或等于预设温度时，所述投影机处于所述热开机模式，施加反向电压使所述第一基板的温度小于所述第二基板的温度，当感测到的所述温度小于所述预设温度时，所述投影装置处于所述冷开机模式，施加正向电压使所述第一基板的温度大于所述第二基板的温度，其中所述温度调控方法包括：

所述温度感测元件感测所述投影装置的感测温度；

依据所述感测温度启动所述温控元件；以及

所述温控元件冷却或加热所述投影装置的所述投影镜头，

其中，在所述冷开机模式与所述热开机模式下，所述温度感测元件所感测的所述投影装置的温度皆呈上升趋势，且所述冷开机模式的温度上升速率大于所述热开机模式的上升速率。

16.根据权利要求15所述的投影装置的温度调控方法，其特征在于，依据所述感测温度启动所述温控元件的方法包括：

比较所述感测温度与预设温度；以及

依据所述感测温度与所述预设温度的差异启动所述温控元件以冷却或加热所述投影镜头，其中当所述感测温度小于或等于所述预设温度时，所述温控元件加热所述投影镜头，当所述感测温度大于或等于所述预设温度时，所述温控元件冷却所述投影镜头。

17.根据权利要求16所述的投影装置的温度调控方法，其特征在于，所述预设温度为40摄氏度。

18.根据权利要求16所述的投影装置的温度调控方法，其特征在于，所述第一基板为弯曲状且连接于所述曲面上。

19.根据权利要求18所述的投影装置的温度调控方法，其特征在于，依据所述感测温度与所述预设温度的差异启动所述温控元件以冷却或加热所述投影镜头的方法包括：

当所述温度感测元件所感测到的所述投影装置温度小于或等于40摄氏度时，施加正向电压至所述多个半导体结构使所述第一基板的温度大于所述第二基板的温度。

20.根据权利要求18所述的投影装置的温度调控方法，其特征在于，依据所述感测温度与所述预设温度的差异启动所述温控元件以冷却或加热所述投影镜头的方法包括：

当所述温度感测元件所感测到的所述投影装置温度大于或等于40度时，施加反向电压至所述多个半导体结构使所述第一基板的温度小于所述第二基板的温度。

21.根据权利要求16所述的投影装置的温度调控方法，其特征在于，所述温度调控方法还包括：

感测所述投影装置的调控后温度；以及

依据所述调控后温度改变所述温控元件的电压值。