实用新型内容
本实用新型提供一种色轮组件、光源装置以及投影系统,具有制作简便、热稳定性高以及成本低等优点。
为解决上述技术问题,本实用新型采用的一个技术方案是:提供一种色轮组件,该色轮组件包括第一承载基板、驱动件、波长转换元件以及滤光元件。驱动件与第一承载基板连接以驱动第一承载基板绕预定的转轴旋转;波长转换元件固定于第一承载基板上且呈环形分布,以接收光源的激发光并产生受激发光;滤光元件固定于第一承载基板上且呈环形分布,以接收并过滤受激发光。其中,滤光元件由至少两个子滤光元件沿转轴的周向拼接而成。
其中,上述至少两个子滤光元件分别呈扇环状设置,以使得由上述至少两个子滤光元件所围合成的滤光元件呈环形分布。
其中,上述至少两个子滤光元件的滤光特性互不相同。
其中,每一子滤光元件分别包括第二承载基板和滤光膜,第二承载基板固定于第一承载基板上,滤光膜固定于第二承载基板上。
其中,第二承载基板以粘接方式固定于第一承载基板上。
其中,波长转换元件包括波长转换层,滤光元件位于第一承载基板的一侧,波长转换层位于第一承载基板的与滤光元件相对的另一侧,或者,滤光元件与波长转换层位于第一承载基板的同一侧。
其中,滤光元件与波长转换层沿转轴的径向彼此错开,滤光元件与波长转换层相对于转轴依次设置在第一承载基板上。
其中,波长转换元件还包括第三承载基板,波长转换层固定于第三承载基板上,第三承载基板以转轴为中心固定于第一承载基板的外缘。第三承载基板的导热率高于第一承载基板,或者第三承载基板与第一承载基板之间进一步设置有隔热材料。
其中,第一承载基板与第三承载基板中的其中一个设置为L型或U型固定段,第一承载基板与第三承载基板中的另一个通过L型或U型固定段与其中一个套设连接。
其中,第三承载基板的与波长转换层相对的一侧设置有多个散热齿片。
为解决上述技术问题,本实用新型采用的另一个技术方案是:提供一种光源装置,其包括上述的色轮组件。
为解决上述技术问题,本实用新型采用的又一个技术方案是:提供一种投影系统,其包括上述的光源装置。
本实用新型的有益效果是:区别于现有技术的情况,本实用新型的色轮组件、光源装置以及投影系统中,滤光元件设于第一承载基板上,滤光元件至少由两块子滤光元件围合成环状。由于色轮组件通过拼接方式形成滤光元件,镀膜时在每一子滤光元件上镀上相应的膜层即可,不需要再在同一基板上去划分区域后在对应的区域镀膜,可以降低镀膜的难度,且将滤光元件设置为由至少两个子滤光元件拼接而成可以避免滤光元件为一整体时各个滤光特性不同的区域受热不均导致滤光元件破裂,减小滤光元件在使用过程中破裂的几率,热稳定性高,同时可以降低成本,因此本实用新型的色轮组件具有制作简便、热稳定性高以及成本低等优点。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,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,都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1和图2,图1是根据本实用新型第一实施例的色轮组件的结构示意图,图2是图1所示的色轮组件的滤光元件的仰视图。本实施例的色轮组件10包括第一承载基板11、驱动件12、波长转换元件13、滤光元件14。
驱动件12与第一承载基板11连接以驱动第一承载基板11绕预定的转轴a1旋转。波长转换元件13固定于第一承载基板11上。波长转换元件13呈环形分布,以接收光源(未图示)的激发光并产生受激发光。滤光元件14固定于第一承载基板11上且呈环形分布,以接收并过滤受激发光。具体如图2所示,滤光元件14由至少两个子滤光元件141沿转轴a1的周向拼接而成。
具体来说,在图2中,三个子滤光元件141分别呈扇环状设置,以使得由子滤光元件141所围合成的滤光元件14呈环形分布。优选地,至少两个子滤光元件141的滤光特性互不相同。例如,三个子滤光元件141分别为红、绿、蓝三色的滤光元件。在其他实施例中,子滤光元件141的数量以及滤光特性可以根据实际需要进行任意设定。
进一步参照图1,在本实施例中,每个子滤光元件141分别包括一第二承载基板1411以及设置于第二承载基板1411上的滤光膜1412。通过上述方式,可以利用不同的第二承载基板1411作为衬底分别镀设不同滤光特性的滤光膜1412。根据实际使用需要将不同的第二承载基板1411连同其上的滤光膜1412裁切成扇环形状,并通过适当的固定方式将第二承载基板1411固定于第一承载基板11上,进而由至少两个子滤光元件141围合成环形分布的滤光元件14。在优选实施例中,第二承载基板1411可通过光学胶等材料以粘接方式固定于第一承载基板11上。由于在本实施例中,通过至少两个子滤光元件141拼接形成滤光元件14,进而使得子滤光元件141可以独立制造,并最终在第一承载基板11完成拼接,镀膜时在每一子滤光元件141上镀上相应的滤光膜1412即可,不需要在同一基板上再去划分区域,在对应的区域镀膜,可以降低镀膜的难度,且将滤光元件141设置为由至少两个子滤光元件141拼接而成可以避免滤光元件为一整体时各个滤光特性不同的区域受热不均导致滤光元件破裂,减小滤光元件在使用过程中破裂的几率,热稳定性高,同时可以降低成本,因此本实用新型的色轮组件具有制作简便、热稳定性高以及成本低等优点。
进一步,在本实施例中,驱动件12固定于第一承载基板11的第一侧b1。当然,在其他实施例中,驱动件12也可以固定于第一承载基板11的其他位置。优选地,驱动件12为马达。在其他实施例中,驱动件12可以为其他旋转驱动件。进一步,驱动件12与第一承载基板11的固定方式可以是粘接、螺纹连接件或者其他方式。第一承载基板11可以直接固定在驱动件12的转轴上,或者是通过套筒或皮带等转接件转接至驱动件12的转轴上,只要驱动件12能够驱动第一承载基板11绕预定的转轴a1旋转即可。由于第一承载基板11通过套筒或皮带固定在驱动件12的转轴上,不会妨碍驱动件12的转动,且波长转换元件13所产生的热量需经套筒或皮带传递到驱动件12,可以减少驱动件12和波长转换元件13之间的热传递。
在本实施例中,波长转换元件13为一波长转换层。波长转换层13包括用于吸收激发光并产生受激发光的波长转换材料,波长转换材料可以是荧光粉、磷光粉或纳米材料(如量子点)。按波长转换层13产生的受激发光的颜色进行区分,波长转换层13可以是红光波长转换层、绿光波长转换层、蓝光波长转换层、黄光波长转换层或其它波长转换层。波长转换层13优选可以沿转轴a1的周向划分成至少两个呈扇环状设置的子波长转换区域,进而使得激发光在驱动件12的转动过程中入射到不同的扇环区域,进而能够产生不同波长特性的受激发光。
在本实施例中,滤光元件14与波长转换层13沿转轴a1的径向彼此错开,且滤光元件14与波长转换层13相对于转轴a1依次设置在第一承载基板11上。具体来说,滤光元件14位于第一承载基板11的第一侧b1,波长转换层13位于第一承载基板11的与滤光元件40相对的另一侧(即,第二侧c1)且嵌套于滤光元件14的外围,并设置成尽可能靠近第一承载基板11的外缘。在其他实施例中,滤光元件14与波长转换层13可根据实际需要设置于第一承载基板11的任意一侧,只需使得波长转换层13能够接收到激发光,而滤光元件14能够对波长转换层13产生的受激发光进行过滤即可。例如,滤光元件14与波长转换层13可以是位于第一承载基板11的同一侧。由于在本实施例中,波长转换层13位于第一承载基板11的第二侧c1,而驱动件12位于第一承载基板11的第一侧b1,可以通过第一承载基板11更好的阻隔驱动件12与波长转换层13之间的热传递。且由于波长转换层13设置在第一承载基板远离转轴a1的边缘,波长转换层13和驱动件12距离较远,可以有效的防止波长转换层13受到激发光时产生的热传导驱动件12上,避免驱动件12因温度过高而导致的旋转精度降低。
通过上述方式,由于波长转换层13相对于滤光元件14设于该第一承载基板11的外缘,使得波长转换层13的尺寸能够最大化。在波长转换层13的内外径之差一定的情况下,离转轴a1越远,该波长转换层13的散热面积越大,进而更有利于波长转换层13的散热。进一步,由于第一承载基板11越远离转轴a1的地方质点运动速度越大,相对应的空气流速越大,因此上述方式充分利用了第一承载基板11边缘散热气流速度大的特点,可进一步提高波长转换层13的散热效率。
在本实施例中,第一承载基板11优选为透明基材。波长转换层13优选呈以转轴a1为中心的圆环状固定于第一承载基板11的外缘。在第一承载基板11和波长转换层13之间或者其他适当位置可进一步设置环形反射层15,以对波长转换层13产生的受激发光进行反射,使得色轮组件10形成一反射式色轮。进一步优选地,第一承载基板11为蓝宝石玻璃基板。在其他实施例中,第一承载基板11也可以为其他材质的基板。优选地,环形反射层15为镀设在第一承载基板11外缘的金属反射层,以提高波长转换层13的散热效果。当然,在其他实施例中,也可取消环形反射层15,进行形成透射式色轮。
请参阅图3,图3是根据本实用新型第二实施例的色轮组件的结构示意图。本实施例的色轮组件20与第一实施例的色轮组件10的不同之处在于,本实施例的波长转换元件23除了包括波长转换层232外,进一步包括第三承载基板231。在本实施例中,第三承载基板231以转轴a2为中心固定于第一承载基板21的外缘,而波长转换层232则进一步固定于第三承载基板231上。在本实施例中,第三承载基板231的端部与第一承载基板21的端部对接固定,且彼此连接的端部均为直线型。二者的固定方式优选为粘接或机械固定等方式。在其他实施例中,第一承载基板21与第三承载基板231的端部也可以为其他的形状,且对应的连接方式也可以为其他方式。
本实施例中,可通过将第三承载基板231的导热率设置为高于第一承载基板21的导热率来有效避免第三承载基板231上的波长转换层232产生的热量通过第一承载基板21传递到驱动件22。在其他实施例中,为了减少第三承载基板231和第一承载基板21之间的热量传递,可以在第一承载基板11和第三承载基板231之间设置隔热材料(图未示),例如选择具有隔热功能的胶水粘接第一承载基板21和第三承载基板231,使得第一承载基板21和第三承载基板231之间的胶水既充当粘接剂又起到隔热的功能。
进一步,本实施例的色轮组件20与第一实施例的色轮组件10的区别之处还在于,本实施例进一步在与滤光元件24的对应区域设置增透膜26,进而增加入射到滤光元件24的受激发光的透过率。具体来说,在本实施例中,增透膜26设于该第一承载基板21的第二侧c2,而滤光元件24位于第一承载基板21的第一侧b2,且彼此重叠设置。在其他实施例中,滤光元件24与增透膜26的位置可以互换。进一步优选地,增透膜26与滤光元件24中的滤光膜2412可以集成在同一第二承载基板2411上。同样,在本实施例中,也可通过在第三承载基板231与波长转换层232之间或其他适当位置选择性设置反射层(未图示)而将色轮组件20设置成透射式色轮或反射式色轮。
请参阅图4,图4是根据本实用新型第三实施例的色轮组件的结构示意图。本实施例的色轮组件30与第二实施例的色轮组件20的不同之处在于,在本实施例中,第三承载基板331上设置有L型固定段333。第一承载基板31通过该L型固定段333与第三承载基板331套设连接。进一步如图4所示,在本实施例中,该L型固定段333与波长转换层332位于第三承载基板331的同一侧,进而使得波长转换层332的上表面与增透膜36的上表面平齐。当然,当增透膜36与滤光元件33位置互换时,波长转换层332的上表面则与滤光元件33的上表面平齐。由于L型固定段333的设置使得第三承载基板331与第一承载基板31之间的接触面积更大且接触部位为L型,能够增加第三承载基板331和第一承载基板31之间的固定强度,第一承载基板31与第三承载基板331在固定安装时能够迅速定位,方便安装。
请参阅图5,图5是根据本实用新型第四实施例的色轮组件的结构示意图。本实施例的色轮组件40与第三实施例的色轮组件30的不同之处在于,在本实施例中,该L型固定段433位于第三承载基板431的与波长转换层432相对的另一侧,第一承载基板41通过该L型固定段433与第三承载基板431套设连接,进而使得波长转换层432的上表面高出增透膜46的上表面。当然,当增透膜46与滤光元件44位置互换时,波长转换层432的上表面则高出滤光元件44的上表面。请参阅图6,图6是根据本实用新型第五实施例的色轮组件的结构示意图。本实施例的色轮组件50与第二实施例的色轮组件20区别之处在于,第三承载基板531上设置有U型固定段533。第一承载基板51通过该U型固定段533与第三承载基板531套设连接。值得注意的是,当采用U型固定段533来固定第三承载基板531与第一承载基板51时,由于第一承载基板51呈圆形设置而第三承载基板531呈圆环状设置,第一承载基板51的端部难以直接插入U型固定段533,因此优选将第三承载基板532或第一承载基板51沿周向设置成多个片段,或者将第三承载基板532设置成上下对合的两部分,以便于二者进行固定。U型固定段533相对于L型固定段进一步增大了第一承载基板51和第三承载基板531固定时的接触面积,且第一承载基板51可以卡入U型固定段533中,对第一承载基板51相对第三承载基板531上下晃动进行了限位,因此进一步提高了第一承载基板51与第三承载基板531的固定强度。
进一步,在上述第三至第五实施例中,L型或U型固定段均设置在第三承载基板上,但本领域技术人员完全可以想到将L型或U型固定段设置在第一承载基板上。
在上述实施例中,由于色轮组件主要通过马达带动第一承载基板上的波长转换元件高速旋转与空气交换热量,因此波长转换元件直径越大,其与空气的相对速度越大,则对流换热系数越高。因此在空间有限、马达转速一定的情况下尽量加波长转换元件的直径能有效地降低色轮温度。
在上述实施例中,通过在第一承载基板的外缘加装第三承载基板,并进一步在第三承载基板上设置波长转换层,可以使得波长转换层直径最大化。进而,在相同转速下,空气流经波长转换层表面的相对速度更大,对流换热系数更高,并且波长转换层直径越大,相同热耗情况下光斑轨迹区域的热功率密度越低,两个因素的综合效果有效地降低波长转换层的温度。此外,通过将第三承载基板导热率设置成大于第一承载基板或者在二者之间增加隔热材料,可以有效避免第三承载基板上的波长转换层所产生的热量经第一承载基板传递到马达而影响马达的使用寿命。
请参阅图7,图7是根据本实用新型第六实施例的色轮组件的立体图。在本实施例中,色轮组件60的第三承载基板631在与波长转换层(未图示)相对的一侧设置有多个散热齿片634,该散热齿片634间隔地设于该第三承载基板631的外边缘,进而有效增加第三承载基板631的散热面积。具体地,多个散热齿片634呈螺旋状或放射状排列于第三承载基板631的表面上。
请参阅图8,图8是根据本实用新型的第七实施例的光源装置的光路示意图。本实用新型还提供了一种光源装置,该光源装置包括光源701、第一透镜702、部分反射镜703、第二透镜704、全反射镜705、第三透镜706以及反射式色轮组件70。在本实施例中,反射式色轮组件70可以是上文描述的任意一种色轮组件。
如图8所示,光源701发出的激发光经第一透镜702准直后由部分反射镜703透射至第二透镜704,并进一步由第二透镜704聚焦到反射式色轮组件70的波长转换元件73上。波长转换元件73将激发光转换成对应颜色的受激发光并由反射层(未图示)进行反射。反射的受激发光由第二透镜704准直后,然后依次经部分反射镜703、全反射镜705两次反射,再经第三透镜706聚焦至反射式色轮组件70的滤光元件74上进行滤光。部分反射镜703是一种能够透射一部分波长的入射光线且反射另一部分波长的入射光线的元件。例如,光源701发出蓝光,波长转换元件73产生的受激发光为红光、绿光,则部分反射镜703可以是透射蓝光且反射红光、绿光的光学元件。进一步,蓝光可在光源701一侧设置蓝光LED(LightEmittingDiode,发光二极管)进行补光(图中未显示这部分光路)。
如图8所示,在本实施例中,色轮组件采用反射式色轮组件,因此光源701、第一透镜702、部分反射镜703、第二透镜704、全反射镜705、第三透镜706位于反射式色轮组件70的同一侧,可有效提高光源装置的结构紧凑性。在其他实施例中,也可以根据实际需要使用透射式色轮组件。
请参阅图9,图9图9是根据本实用新型的第八实施例的光源装置的光路示意图。在本实施例中,该光源装置包括光源801、第一透镜802、第二透镜803、第三透镜804、第一全反射镜805、第二全反射镜806、第四透镜807以及透射式色轮组件80。在本实施例中,透射式色轮组件80可以是上文描述的任意一种色轮组件。
光源801发出的激发光经第一透镜802准直,并经第二透镜803聚焦到透射式色轮组件80的波长转换元件83上,波长转换元件83将激发光转换成不同颜色的受激发光后透射至第三透镜804,然后经第三透镜804准直,并进一步经第一全反射镜805和第二全反射镜806两次反射,再经过第四透镜807聚焦至透射式色轮组件80的滤光元件84上进行滤光。上述光源装置可取消部分反射镜,而利用全反射镜来实现光路的转向,进而降低部分反射镜的设计复杂度,并降低成本。
本实用新型还提供了一种投影系统,其优选为单片式的DLP投影系统,其包括上述的光源装置。
在本实用新型的色轮组件、光源装置以及投影系统中,设置于第一承载基板上的滤光元件至少由两块子滤光元件围合成,由于色轮组件通过拼接方式形成滤光元件,镀膜时在每一子滤光元件上镀上相应的膜层即可,不需要再在同一基板上去划分区域后在对应的区域镀膜,可以降低镀膜的难度,且将滤光元件设置为由至少两个子滤光元件拼接而成可以避免滤光元件为一整体时各个滤光特性不同的区域受热不均导致滤光元件破裂,减小滤光元件在使用过程中破裂的几率,热稳定性高,同时可以降低成本,因此本实用新型的色轮组件具有制作简便、热稳定性高以及成本低等优点。进一步,本实用新型通过在第一承载基板上加装第三承载基板,并将波长转换层设置于第三承载基板上,而使得波长转换层的散热面积最大化,同时有效避免马达等驱动件因温度过高而缩短使用寿命。
需要指出的是,在本实用新型实施例中如果提到“第一”、“第二”“上”、“下”、“左”、“右”等用语仅是根据需要采用的文字符号,在实务中并不限于此,并且该文字符号可以互换使用。
以上所述仅为本实用新型的实施例,并非因此限制本实用新型的专利范围,凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。