CN201600540U - 一种微型投影机光学引擎散热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种微型投影机光学引擎散热装置，所述散热装置的散热元件包括底座、散热片和遮光罩，在所述底座上安装的光学元件的周围设计有光室壁；所述光室壁的外侧设计有LED光源的安装定位结构，在光室壁上LED光源的安装定位结构处开有透光孔；光室壁、底座底板、LED光源和遮光罩共同构成一个相对密闭的光室，在所述底座安装LED光源的外侧设计有散热片，所述散热片、光室壁外侧安装的LED光源的铝基板和底座通过紧固装置紧密贴合装配在一起。可使LED光源安装后，LED光源的铝基板紧密贴合在散热片和底座光室壁之间，达到最佳的散热效果，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及投影显示领域，特别涉及一种高效微型投影机光学引擎散热装置。
背景技术
投影机是光学、电子和机械精密结合的高精尖产品，其内部元器件(如照明光源、成像元件、电子元件等)对温度非常敏感。如果照明光源、成像元件和电路板产生的大量热量不及时排除，这些热量将在投影机内部不断累积。随着热量的不断累积，投影机内部的温度将越来越高，不但会降低投影机的工作效率，而且会缩短投影机的使用寿命，甚至损坏光学元件。
微型投影机(也称掌上投影机)，其尺寸小到可以轻松放进口袋，具有超强的便携性，大大扩展了投影机在小型商务、家庭娱乐等方面的应用，具有广阔的应用前景。小体积、高亮度、低噪音代表了未来微型投影机的发展趋势。投影机微型化发展迎合了消费者的需要，却大大增加了投影机的散热难度：首先，由于体积小型化的限制，紧凑布置的电子元件、光学元件、散热元件占用了投影机内部绝大部分空间，投影机内部的空气流动阻力非常大，散热采用的风扇因此运行在高系统阻力条件下，其工作点将沿P-Q曲线向低风量方向移动，强制对流散热的效果大打折扣。其次，由于微型投影机空间的极大压缩，不得不采用小尺寸风扇以节省空间，小尺寸风扇必须以更高转速运行才能产生与大尺寸风扇相等的风量，高速运转的风扇将产生消费者无法接受的刺耳噪音；而且，通常高转速就意味着风扇的价格和能耗更高，经济上不太合适。再次，由于体积限制，散热元件的布局、散热流道的设计限制更多，严重影响系统散热性能的正常发挥。更糟的是，为了提高图像质量，通常需要采用更高亮度、更高功率的照明光源，而照明光源75％～85％的功率将转变成热量，进一步恶化微型投影机的散热。
作为投影机核心部件的光学引擎，不但决定了投影机的光学性能(如亮度、对比度、均匀性、清晰度等等)，还对整个投影机的外形尺寸和散热具有决定性影响。显然，如何在不增加光学引擎外形尺寸的条件下提高其散热能力对微型投影机的设计至关重要。由于微型投影机内部空气流动阻力很大，采用风扇强制对流的散热效果不如传统商用投影机明显，仅仅考虑采用风扇的强制散热方式是不够的，必须从投影机光学引擎本身材料使用和结构设计上进行特殊考虑，提高强制散热以外其它自然散热方式(包括导热、自然对流和辐射散热)的散热能力，只有这样才能设计出体积紧凑、高效散热的光学引擎，推动微型投影机的进一步发展和应用。
发明内容
本实用新型向社会大众提供一种高效的微型投影机光学引擎散热装置，可使LED光源安装后，LED光源的铝基板紧密贴合在散热片和底座光室壁之间，达到最佳的散热效果，具有广泛的应用前景。
本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种微型投影机光学引擎散热装置，所述散热装置的散热元件包括底座、散热片和遮光罩，在所述底座上安装的光学元件的周围设计有光室壁；所述光室壁的外侧设计有LED光源的安装定位结构，在光室壁上LED光源的安装定位结构处开有透光孔；光室壁、底座底板、LED光源和遮光罩共同构成一个相对密闭的光室，在所述底座安装LED光源的外侧设计有散热片，所述散热片、光室壁外侧安装的LED光源的铝基板和底座通过紧固装置紧密贴合装配在一起。
本实用新型采用的技术方案进一步还包括：
所述紧固装置包括C形夹子、设置在散热片上的夹子安装槽和底座的夹子安装孔，C形夹子设置在夹子安装槽处，C形夹子两个端头分别设置在夹子安装孔内。
所述夹子中间位置设有朝向开口的拱起部位。
所述LED光源的安装定位结构是与LED光源形状相吻合的安装槽，LED光源能够嵌入安装在该安装槽内。
所述紧固装置采用螺钉，底座和散热片上对应位置开有螺钉孔，底座和散热片通过螺钉固定安装在一起。
在所述的散热片间设计有风扇安装结构，风扇安装结构处安装有风扇，风扇为Blower型风扇，或无外框的轴流型风扇。
所述风扇安装结构底部设计有风扇安装孔，风扇与散热片采用螺丝紧固连接。
所述光室内侧壁为光室壁，光室壁设计有与遮光罩外形匹配的安装台阶。
所述底座、散热片和遮光罩的材料采用具有高导热系数的轻金属合金材料，为镁合金、铝合金、锌合金或钛合金；或者遮光罩采用耐高温的高分子合成材料，包括HIPS、PPS、PC+玻纤或ABS+玻纤。
在所述底座上开有影像出孔。
本实用新型具有如下优点：
1、本实用新型的底座、散热片和遮光罩采用高导热系数的轻金属合金材料，能够充分迅速地将光学元件产生的热量导出光室。而且，可以将底座、散热片和遮光罩表面处理成黑色，进一步增强其辐射散热能力。
2、使光学引擎最主要的发热元件——LED光源上的铝基板通过紧固装置与散热片和底座紧密贴合在一起，大大增加了LED光源的散热面积，提高了对流散热和辐射散热能力，使LED光源产生的热量可以通过散热片和底座快速充分地散发到周围空气。LED光源的铝基板还通过导热膏或导热片与散热片接触，导热膏或导热片在安装压力作用下渗入到散热片与铝基板接触面的缝隙，降低了散热片与LED铝基板之间的接触热阻，使LED芯片产生的热量通过铝基板快速传导到散热片。
3、在安装LED光源等光学元件的周围设计有光室壁，光室壁不但具有散热片的功能，还与遮光罩共同构成一个相对密闭的光室，光室对光学元件和光学路线进行隔离和保护：一方面防止漏光导致光利用率降低、防止灰尘等异物进入光室影响光学系统的成像质量；另一方面将光学元件产生的热量快速导出光室，避免热量不断累积在光室而影响光学元件的使用寿命。
4、本实用新型在散热片的散热鳍片间设计了风扇安装结构，便于将风传送到光学引擎热量负荷最大的LED光源，将LED光源传导到散热片的热量吹离光学引擎。
5、本实用新型只需利用传导、自然对流和辐射散热的自然散热方式就可以将较低功率LED光源产生的热量快速充分的散发到周围环境中，此时无需风扇强制对流散热。当自然散热方式不能满足大功率LED光源散热要求或者为了进一步提高散热可靠性，可在散热片的散热鳍片间设计风扇安装结构，利用风扇的强制对流进一步提高散热效果；而且在突然断电或风扇故障发生时，仍然可以利用自然对流和辐射方式将光学引擎的余热排除，避免余热对光学元件造成损害。
6、本实用新型由于采用轻金属合金材料，体积紧凑小巧、重量轻，符合微型投影机轻薄化的发展要求。
7、镜筒采用高导热系数的轻金属合金材料，可以巧妙利用镜筒将部分热量传导到投影机外部直接散发到周围空气中。
附图说明
图1为本实用新型去掉遮光罩的组合立体示意图。
图2为本实用新型去掉遮光罩的分解立体示意图。
图3为本实用新型整体立体结构示意图。
图4为本实用新型散热片的立体示意图。
图5为本实用新型底座的立体示意图。
图6为本实用新型夹子的立体示意图。
图7为本实用新型遮光罩的立体示意图。
图8为本实用新型底座另一视角立体示意图。
图9为本实用新型安装风扇且去掉遮光罩的立体结构示意图。
图10为图9的分解立体示意图。
图11为本实用新型散热片的立体示意图(设计有风扇安装结构)。
图12为本实用新型局部剖面结构示意图。
图13为本实用新型散热片俯视结构示意图。
图14为本实用新型实施例二去掉遮光罩的组合立体示意图。
图15为本实用新型实施例二去掉遮光罩的分解立体示意图。
图16为本实用新型实施例二散热片的立体示意图。
图中，1-底座，2-遮光罩，3-光室壁，4-影像出孔，5-镜筒，6-散热片，7-夹子，8-风扇，9-风扇安装孔，10-台阶，11-LED光源，12-铝基板，13-透光孔，14-风扇安装结构，15-LED光源的安装定位结构，16-拱起部位，17-夹子安装槽，18-夹子安装孔，19-螺钉孔。
具体实施方式
请参看附图1至附图5及附图8，本实用新型的散热元件包括底座1、散热片6和遮光罩2，其中底座1、散热片6和遮光罩2均采用高导热系数的轻金属合金材料(如镁合金、铝合金、锌合金或钛合金等)制得。为了提高散热元件的辐射散热效果，可以将散热元件的表面处理成黑色。由于镁合金是所有轻金属合金材料中最轻的结构用金属材料，其重量大约是铝合金的三分之二、铁的四分之一；其散热性能是一般塑料的上百倍，导热快且自身不易发烫，是极佳的散热材料；其刚性是一般塑料的10倍，较薄的壁厚即可满足结构设计强度要求，符合光学引擎轻薄化、微型化的发展趋势。因此，本实施例推荐使用镁合金作为散热元件材料，当然使用铝合金、锌合金和钛合金也都可以达到同样的效果。
底座1外侧设计有一个或多个LED光源的安装定位结构15，具体个数视需要而定，LED光源11可以固定安装在底座1(底座1结构请参看附图8)上，本实施例中，LED光源的安装定位结构15采用与LED光源11形状相吻合的安装槽，LED光源11插装在安装定位结构15内，底座1内侧，对应于LED光源的安装定位结构15处开有透光孔13，LED光源11发出的光可由透光孔13射入光室内。安装时，将底座1和散热片6安装在一起，散热片6中设有“C”形夹子7(夹子7结构请参看附图6)，底座1上下分别开有相应的夹子安装孔18，夹子7两端分别插装在底座1上下的夹子安装孔18内，夹子7将散热片6、LED光源铝基板12和底座1活动连接并紧密贴合，保证LED光源11产生的热量通过铝基板12快速传导到散热片6和底座1，并通过散热片6和底座1快速散发到周围环境。请结合参看附图6、附图12和附图13，本实施例中，夹子7呈“C”字形，夹子7中间位置设有向前突起的拱形部位16，拱形部位16朝向夹子7开口，散热片6上开有一个夹子安装槽17，安装时，拱起部分16设置在夹子安装槽17内，该拱起部位16装配后发生弹性变形，提供将散热片6、LED铝基板12和底座1三者紧密贴合在一起的压紧力。具体实施时，底座1和散热片6之间也可通过其他结构固定安装在一起，请参看附图14、附图15和附图16，如实施例二附图中所示，散热片6和底座1上对应位置开有螺钉孔19，本实施例中，螺钉孔19开设在LED光源的安装定位结构15周围，散热片6和底座1通过螺钉固定安装在一起，同时，将LED光源11固定在LED光源的安装定位结构15内。本实施例中，铝基板12与散热片6接触面上涂有一薄层导热膏或导热片，导热膏或导热片在安装压力作用下渗入到散热片6与铝基板12接触面的缝隙，降低了散热片6与LED铝基板12之间的接触热阻，使LED芯片产生的热量通过铝基板12快速传导到散热片6上。底座1其他位置与散热片6相接触，大大增加了底座1的散热面积，提高了底座1对流散热和辐射散热能力，LED光源11产生的热量可以通过底座1表面及散热片6快速充分地散发到周围空气。在底座1上安装光学元件的周围设计有光室壁3，光室壁3不但具有散热片的功能，还与底座1底板和遮光罩2共同构成一个相对密闭的光室，底座1上安装有遮光罩2(遮光罩2结构请参看附图7)。光室对光学元件和光学路线进行隔离和保护：一方面防止漏光导致光利用率降低、防止灰尘等异物进入光室影响光学系统的成像质量；另一方面将光学元件产生的热量快速导出光室，避免热量不断累积在光室而影响光学元件的使用寿命。在底座1上，设计有遮光罩2安装台阶10，遮光罩2设置在台阶10处，并通过点胶粘接或螺丝紧固可以将遮光罩2活动安装在底座1上。此外，底座1上还设计有镜筒5安装结构，镜筒5可以活动安装在底座1上。本实施例中，镜筒5外形结构与底座1的安装结构对应，光室壁3上对应位置开有影像出孔4，影像可从影像出孔4射出并通过镜筒5出射至外界成像。镜筒5也可以采用高导热系数的轻金属合金材料，能够将传导到镜筒5上的热量传导到投影机外部并散发到周围空气中。
请参看附图9至附图11，当光学元件产生的热量很高，利用自然散热不能满足时，可在散热片6间设计了风扇安装结构14，本实施例中，风扇安装结构14底部设有风扇安装孔9，风扇8通过螺钉安装在风扇安装孔9处，风扇8产生的强制气流将传导到散热片6的热量吹离光学引擎。由于Blower型风扇和无外框的轴流型风扇没有外框、体积小巧，可以直接固定安装在散热片的散热鳍片间，风扇直接对着散热片吹、无风量损失，散热效率高。因此，本实用新型推荐使用Blower型风扇和无外框的轴流型风扇，而且可以根据不同的散热设计需要，采用不同扇页形状和直径的风扇。
当光学引擎对遮光罩2的散热能力要求不高时，遮光罩2的材料也可以选用耐高温的高分子合成材料，包括HIPS、PPS、PC+玻纤或ABS+玻纤等。本实用新型由于采用了高导热系数轻金属合金材料，以及一些提高散热效果的结构设计和表面处理工艺，只需利用传导、自然对流和辐射散热的自然散热方式就可以将LED光源产生的热量快速充分的散发到周围环境中。因此，当LED光源功率不大时，完全不需要风扇强制对流散热，可以将风扇取消。
Claims (10)
1.一种微型投影机光学引擎散热装置，所述散热装置的散热元件包括底座、散热片和遮光罩，其特征在于：在所述底座上安装的光学元件的周围设计有光室壁；所述光室壁的外侧设计有LED光源的安装定位结构，在光室壁上LED光源的安装定位结构处开有透光孔；光室壁、底座底板、LED光源和遮光罩共同构成一个相对密闭的光室，在所述底座安装LED光源的外侧设计有散热片，所述散热片、光室壁外侧安装的LED光源的铝基板和底座通过紧固装置紧密贴合装配在一起。
2.如权利要求1所述的微型投影机光学引擎散热装置，其特征在于：所述紧固装置包括C形夹子、设置在散热片上的夹子安装槽和底座的夹子安装孔，C形夹子设置在夹子安装槽处，C形夹子两个端头分别设置在夹子安装孔内。
3.如权利要求2所述的微型投影机光学引擎散热装置，其特征在于：所述夹子中间位置设有朝向开口的拱起部位。
4.如权利要求1所述的微型投影机光学引擎散热装置，其特征在于：所述LED光源的安装定位结构是与LED光源形状相吻合的安装槽，LED光源能够嵌入安装在该安装槽内。
5.如权利要求1所述的微型投影机光学引擎散热装置，其特征在于：所述紧固装置采用螺钉，底座和散热片上对应位置开有螺钉孔，底座和散热片通过螺钉固定安装在一起。
6.如权利要求1或2或4或5中任意一项所述的微型投影机光学引擎散热装置，其特征在于：在所述的散热片间设计有风扇安装结构，风扇安装结构处安装有风扇，风扇为B1ower型风扇，或无外框的轴流型风扇。
7.如权利要求6所述的微型投影机光学引擎散热装置，其特征在于：所述风扇安装结构底部设计有风扇安装孔，风扇与散热片采用螺丝紧固连接。
8.如权利要求1至5中任意一项所述的微型投影机光学引擎散热装置，其特征在于：所述光室内侧壁为光室壁，光室壁设计有与遮光罩外形匹配的安装台阶。
9.如权利要求1至5中任意一项所述的微型投影机光学引擎散热装置，其特征在于：所述底座、散热片和遮光罩的材料采用具有高导热系数的轻金属合金材料，为镁合金、铝合金、锌合金或钛合金；或者遮光罩采用耐高温的高分子合成材料，包括HIPS、PPS、PC+玻纤或ABS+玻纤。
10.如权利要求1所述的微型投影机光学引擎散热装置，其特征在于：在所述底座上开有影像出孔。
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