CN209590514U - 投影装置 - Google Patents

Abstract

提出一种投影装置。投影装置包括光阀模块、提供照明光束至光阀模块的光源、感测照明光束亮度的亮度感测器、具有冷端表面及热端表面的致冷元件、感测环境湿度的湿度感测器、感测环境温度的第一温度感测器、感测冷端表面的冷端温度的第二温度感测器及控制器。致冷元件的冷端表面用于对光阀模块进行散热。控制器耦接亮度感测器、湿度感测器、第一温度感测器、第二温度感测器、致冷元件及光源，控制器根据所述亮度决定致冷元件的规格温度，根据环境温度及环境湿度计算露点温度，且根据露点温度、规格温度及冷端温度调整光源的第一功率。本实用新型的投影装置可避免致冷元件与光阀模块上发生结露现象并且最大化光源的工作功率。

Description

投影装置

技术领域

本实用新型是有关于一种投影装置。

背景技术

随着投影技术的发展，投影机已经广泛应用于家庭、办公室、学校等场所。由于投影机的亮度越来越高，因此投影机内光阀元件所承受的热量也随之增加。此外，当今投影机的设计也朝着轻薄与轻量化的方向进行，传统的被动式散热元件(例如：散热片等等)搭配散热风扇虽然可以达到散热目的，但已经渐渐无法满足目前投影机的散热需求。

为了提高散热效率，热电致冷装置(Thermoelectric Cooler，TEC)开始应用于投影机的散热系统中。热电致冷装置是一种以半导体材料为基础的主动式散热元件。透过对热电致冷装置施予直流电压，热量将由热电致冷装置的一端流至另一端，使得热电致冷装置的其中一端的温度可降低，因而形成热端与冷端。基此，借由将热电致冷装置的冷端直接或间接接触光阀元件，热电致冷装置可将光阀元件所承受的热量带走，以达到散热目的。同时，热电致冷装置的冷端可被冷却至低于环境温度，因此可在需要负热阻的条件下发挥功用。

然而，当使用热电致冷装置对光阀元件进行散热时，光阀元件所承受的热量可能因为亮度变化而逐渐变低，此时热电致冷装置将可能因为过度致冷而致使冷端的温度低于露点温度。如此一来，一旦有水气环绕热电致冷装置，热电致冷装置的冷端与光阀元件便会产生结露现象。结露现象不仅会使热电致冷装置的散热能力下降，也有可能造成电子元件的损坏。密封胶、防水漆与特殊防水结构的使用虽然可阻隔水汽，但可能会导致热电致冷装置的致冷能力下降，并同时引起成加工上的困难度与额外成本。

“背景技术”段落只是用来说明了解本实用新型内容，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本领域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，不代表该内容或者本实用新型一个或多个实施例所要解决的问题，在本实用新型申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。

实用新型内容

本实用新型提供一种投影装置，其可基于光源提供的亮度弹性地调整光源以及致冷元件的工作功率，以避免致冷元件与光阀模块上发生结露现象。

本实用新型的其他目的和优点可以从本实用新型所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型的一实施例提供一种投影装置，包括光阀模块、光源、亮度感测器、致冷元件、湿度感测器、第一温度感测器、第二温度感测器以及控制器。光源提供照明光束至光阀模块。亮度感测器配置于照明光束的传递路径旁，并且感测照明光束的亮度。致冷元件具有冷端表面以及热端表面，其中冷端表面用于对光阀模块进行散热。湿度感测器感测环境湿度。第一温度感测器感测环境温度。第二温度感测器感测冷端表面的冷端温度。控制器耦接亮度感测器、湿度感测器、第一温度感测器、第二温度感测器、致冷元件以及光源，其中控制器根据亮度决定致冷元件的规格温度，并根据环境温度以及环境湿度计算露点温度。控制器根据露点温度、规格温度以及冷端温度调整光源的第一功率。

基于上述，本实用新型提出的投影装置可搭配温度感测器及湿度感测器的设置而根据温度比较结果控制光源以及致冷元件的工作功率。致冷元件的温度会被控制在露点温度之上。因此，致冷元件与光阀模块不会发生结露现象。更进一步地说，本实用新型的投影装置可避免致冷元件与光阀模块上发生结露现象并且最大化光源的工作功率。因此，本实用新型的投影装置可同时兼顾效能并且防止结露现象发生。若致冷元件的工作功率超出投影装置所需要的，投影装置可以自动地调降致冷元件的工作功率，从而达到省电的效果。

为让本实用新型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是根据本实用新型的一实施例绘示的投影装置的示意图。

图2是根据本实用新型的一实施例绘示的致冷元件与散热模块的关系示意图。

图3是根据本实用新型的一实施例绘示的散热控制方法的流程图。

图4是根据本实用新型的一实施例绘示的规格温度与亮度的关系示意图。

图5是根据本实用新型的一实施例绘示的致冷元件的温度的示意图。

具体实施方式

有关本实用新型之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的多个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实用新型。

图1是依据本实用新型之一实施例绘示的投影装置100的示意图。请参考图1，本实施例的投影装置100包括光阀模块110、光源120、亮度感测器130、致冷元件140、湿度感测器152、第一温度感测器151、第二温度感测器160、控制器170、投影镜头模块180、光机模块190以及散热模块113。

光源120用于产生照明光束，并且提供照明光束经由光机模块190而传递至光阀模块110。光源120例如是金属卤素灯泡(Lamp)、高压汞灯泡，或者是固态发光源(solid-stateillumination source)，例如是发光二极管(light emitting diode)、激光二极管(laserdiode)等。

光机模块190包括多个光学元件，例如透镜、反射镜等，光机模块190将光源120产生的照明光束导向光阀模块110。光阀模块110例如是数字微镜装置(digital micromirrordevices，DMD)或者是硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)，且用于将照明光束转换为影像光束，并经由投影镜头模块180向外投射，进而使投影装置100达成投影动作。亮度感测器130配置于照明光束的传递路径旁，以感测光源120所产生的照明光束的亮度。更具体来说，亮度感测器130可通过感测光源120所产生的照明光束的杂散光(stray light)来量测出照明光束的亮度。

致冷元件140为主动式散热元件，其例如是热电致冷装置(TEC)。热电致冷装置的材质例如是N型半导体、P型半导体的化合物或其他热电材料。致冷元件140具有冷端表面S1与热端表面S2(如图2所示)。当致冷元件140通电时，冷端表面S1的温度是低于热端表面S2的温度。致冷元件140的冷端表面S1用于对光阀模块110(热源)进行散热。具体来说，致冷元件140的冷端表面S1可以热传导的方式连接于光阀模块110，以吸收光阀模块110的热量。致冷元件140的冷端表面S1与光阀模块110之间可设有例如导热膏以及金属导热块至少其中之一以作为热传导介质，但本实用新型并不限于此。

在一实施例中，致冷元件140可搭配散热模块113而一同对光阀模块110进行散热。致冷元件140的热端表面S2可以热传导的方式连接于散热模块113，以将热量传导至散热模块113。在一实施例中，致冷元件140的热端表面S2与散热模块113之间可设有导热膏或铜以作为热传导介质，但本实用新型并不限于此。

图2是依据本实用新型的一实施例绘示的致冷元件140与散热模块113的关系示意图。请参照图2，光阀模块110设置于一载板111上。在本实施例中，以金属导热块112作为致冷元件140的冷端表面S1与光阀模块110之间的热传导介质，金属导热块112的材料可例如为铜、铝或其他可达到热传导效果的金属。金属导热块112的一端经由载板111的穿孔以热传导的方式连接光阀模块110。金属导热块112的另一端以热传导的方式连接致冷元件140的冷端表面S1。致冷元件140的热端表面S2以热传导的方式接连接热模块113(例如是散热鳍片组)。借此，致冷元件140可将光阀模块110的热量传导至散热模块113，从而对光阀模块110进行散热。此外，金属导热块112与光阀模块110之间可加入导热膏(图未示)以增加热传导效果，金属导热块112与致冷元件140的冷端表面S1亦可加入导热膏(图未示)以增加热传导效果，但本实用新型不局限于此。在其他实施例中，致冷元件140的冷端表面S1与光阀模块110之间可不具有金属导热块112，但具有导热膏作为热传导介质。载板111例如是电路板，用于提供控制信号给光阀模块110。

第一温度感测器151用于感测环境温度，并且湿度感测器152用于感测环境湿度。在一实施例中，投影装置100包括机壳H1。机壳H1包括入风口W1。第一温度感测器151以及湿度感测器152可邻近入风口W1。然而，在其他实施例中，第一温度感测器151以及湿度感测器152可设置在任何可侦测到环境温度以及环境湿度的位置，例如是在机壳H1的表面，本实用新型对此并不加以限制。举例来说，第一温度感测器151以及湿度感测器152可邻近于致冷元件140。

第二温度感测器160用于感测致冷元件140的冷端表面S1的冷端温度。第二温度感测器160可设置于任何可感测到冷端表面S1的冷端温度的位置。举例而言，在图2的实施例中，第二温度感测器160可设置在载板111上邻近金属导热块112的位置(例如：位置P1)。或者，第二温度感测器160可设置于金属导热块112上(例如：位置P2)。又或者，第二温度感测器160可设置于冷端表面S1上(例如：位置P3)或邻近于冷端表面S1的位置。

控制器170耦接亮度感测器130、湿度感测器152、第一温度感测器151、第二温度感测器160、致冷元件140以及光源120。控制器170例如是中央处理单元(central processingunit，CPU)，或是其他可编程的一般用途或特殊用途的微控制单元(micro control unit，MCU)、微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、可编程控制器、特殊应用集成电路(application specific integratedcircuit，ASIC)、图形处理器(graphics processing unit，GPU)、算数逻辑单元(arithmetic logic unit，ALU)或其他类似元件或上述元件的组合，本实用新型对此并不加以限制。

在本实施例中，控制器170根据亮度感测器130所感测的亮度决定致冷元件140的规格温度。控制器170根据第一温度感测器151所感测的环境温度以及湿度感测器152所感测的环境湿度计算露点温度。接着，控制器170根据露点温度、规格温度以及致冷元件140的冷端表面S1的冷端温度来调整光源120的工作功率(以下称为「第一功率」)。进一步而言，控制器170将比较冷端表面S1的冷端温度与露点温度以及比较冷端表面S1的冷端温度与规格温度，从而根据温度比较结果来调整光源120的第一功率，其中作为冷端温度的温度上限值的规格温度是根据光源120的亮度而决定。

另一方面，控制器170还根据露点温度、规格温度以及致冷元件140的冷端表面S1的冷端温度来调整致冷元件140的工作功率(以下称为「第二功率」)。进一步而言，控制器170将比较冷端表面S1的冷端温度与露点温度以及比较冷端表面S1的冷端温度与规格温度，从而根据温度比较结果来调整致冷元件140的第二功率。借此，本实用新型可以基于光源120的亮度、环境温度以及环境湿度来调整光源120的亮度以及致冷元件140的致冷能力，以在尽可能提升光源120的亮度的情况下，避免致冷元件140与光阀模块110上发生结露现象。

图3是根据本实用新型的一实施例绘示的散热控制方法的流程图，其中所述散热控制方法可由如图1所示的投影装置100的各元件实施。请同时参照图1及图3，以下即搭配图1中投影装置100的各项元件，说明本实施例的散热控制方法的详细步骤。

在步骤S301，控制器170借由亮度感测器130取得光源120所提供的照明光束的亮度。

在步骤S302，控制器170根据亮度决定致冷元件140的规格温度。具体来说，规格温度用于判断致冷元件140的冷端表面S1的冷端温度是否过高。若冷端温度高于规格温度，则代表光源120的第一功率需被调降以降低光源120的亮度，以进一步使光阀模块所承受的热量减少，或代表致冷元件140的第二功率需被调升以降低冷端温度而提高散热能力。需注意的是，光阀模块110的温度将随着亮度的增加而上升，因此致冷元件140所需要带走的热量也随着亮度的增加而上升。相反的，当光源120提供较低亮度的照明光束时，致冷元件140所需要带走的热量也相对减少。由此可知，致冷元件140对光阀模块110进行散热所需的致冷能力是与光源120的亮度是有相关性的。于是，在本实用新型的实施例中，控制器170根据光源120的亮度决定对应的致冷元件140的规格温度，借此使致冷元件140的规格温度可随亮度而变化。

需说明的是，控制器170是依据规格温度随着光源120的亮度的增加而下降的趋势来决定规格温度。举例而言，表1为规格温度与亮度的范例。值得注意的是，表1范例中的数值仅为例示，实际上该些数值会因光阀模块110的材料、致冷元件140的冷端表面S1的材料、亮度感测器130与第二温度感测器160摆放的位置等因素的变化而有所变动。

亮度(流明)	规格温度(℃)
		12000	39
15000	35
		18000	31
21000	27
		24000	23
27000	20
		30000	16

表1

举另一例而言，图4是根据本实用新型的一实施例绘示的规格温度与亮度的关系示意图。参照图4，不同的亮度区间对应至不同的规格温度。控制器170可判断亮度感测器130所感测的亮度落在哪个亮度区间来决定对应的规格温度。于图4的范例中，当亮度感测器130所感测的亮度为第一亮度值B1时，控制器170可决定规格温度为第一温度值TS1。当亮度感测器130所感测的亮度为大于第一亮度值B1的第二亮度值B2时，控制器170可决定规格温度为小于第一温度值TS1的第二温度值TS2。然而，表1与图4仅为范例以说明，并非用于限定本实用新型。

回到图3的流程。在步骤S303，控制器170根据环境温度以及环境湿度计算露点温度。环境温度可以是由控制器170通过使用第一温度感测器151所取得，并且环境湿度可以是由控制器170通过使用湿度感测器152所取得。露点温度为空气中的气态水凝结成液态水所需要降至的温度。进一步而言，取得环境温度以及环境湿度后，可透过查找本领域技术人员所知悉的空气线图(Psychrometric Chart)而得到对应的露点温度。举例而言，当环境温度为35℃，环境湿度(指相对湿度)为80％时，查找图表可知露点温度为31℃；而当环境温度为35℃，环境湿度(指相对湿度)为40％时，查找图表可知露点温度为19℃。

在步骤S304，控制器170判断冷端温度是否小于规格温度。冷端温度是由控制器170自第二温度感测器160所取得的冷端表面S1的温度。具体来说，若冷端温度小于规格温度，则代表规格温度可以被调降，根据表1所呈现的规格温度与亮度的关系，光源120的照明光束的亮度可以被调升。因此，控制器170可以调升光源120的第一功率以增加光源120的照明光束的亮度。另一方面，冷端温度小于规格温度也代表冷端温度可以被调升。因此，控制器170可以调降致冷元件140的第二功率以增加冷端温度。

若控制器170在步骤S304判断冷端温度小于规格温度，在步骤S305，控制器170判断光源120的第一功率是否为光源120的最大功率。若控制器170在步骤S305判断光源120的第一功率并非为光源120的最大功率，在步骤S306，控制器170调升光源120的第一功率。接着，流程回到步骤S301。具体来说，若冷端温度小于规格温度且光源120的第一功率并非为光源120的最大功率，代表光源120的第一功率能在不使致冷元件140与光阀模块110发生结露现象的情况下被调升。因此，控制器170可调升光源120的第一功率以增加光源120的亮度。值得注意的是，由于在步骤S306中光源120的亮度已被改变，故控制器170需重新执行步骤S301以通过亮度感测器130取得光源120的更新后的亮度。

若控制器170在步骤S305判断光源120的第一功率为光源120的最大功率，在步骤S307，控制器170判断冷端温度是否小于露点温度。若控制器170在步骤S307判断冷端温度小于露点温度，在步骤308，控制器170可调降致冷元件140的第二功率以省电。若控制器170在步骤S307判断冷端温度大于或等于露点温度，则流程重新回到步骤S302。具体来说，当光源120的第一功率已经是最大功率时，若冷端温度小于露点温度，代表控制器170无法借由调升光源120的第一功率从而使光阀模块110以热传导的方式增加冷端温度。因此，控制器170可借由调降致冷元件140的第二功率来降低致冷元件140的散热能力并且增加冷端温度，从而使冷端温度大于露点温度并且防止致冷元件140与光阀模块110发生结露现象。

若控制器170在步骤S304判断冷端温度大于或等于规格温度，在步骤S309，控制器170判断冷端温度是否小于露点温度。若控制器170在步骤S309判断冷端温度小于露点温度，在步骤S310，控制器170调降光源120的第一功率。接着，流程回到步骤S301。具体来说，若冷端温度大于或等于规格温度，代表致冷元件140的散热能力不足以应付当前的亮度。另一方面，冷端温度小于露点温度，代表致冷元件140会发生结露现象，故致冷元件140的第二功率不应该再被调升。在无法调升致冷元件140的第二功率的情况下，控制器170可通过调降光源120的第一功率的方式来降低亮度，从而增加规格温度。

若控制器170在步骤S309判断冷端温度大于或等于露点温度，在步骤S311，控制器170判断致冷元件140的第二功率是否为致冷元件140的最大功率。若控制器170在步骤S311判断致冷元件140的第二功率并非致冷元件140的最大功率，在步骤S312，控制器170调升致冷元件140的第二功率。接着，流程回到步骤S302。具体来说，若冷端温度大于或等于露点温度且致冷元件140的第二功率并非为致冷元件140的最大功率，代表致冷元件140的第二功率能在不使致冷元件140与光阀模块110发生结露现象的情况下被调升。因此，控制器170可调升致冷元件140的第二功率以降低冷端温度。

若控制器170在步骤S311判断致冷元件140的第二功率为致冷元件140的最大功率，则在步骤S310，控制器170调降光源120的第一功率。接着，流程回到步骤S301。具体来说，若冷端温度大于或等于规格温度，代表致冷元件140的散热能力不足以应付当前的亮度。另一方面，若致冷元件140的第二功率已经是最大功率时，代表控制器170无法借由调升致冷元件140的第二功率来降低冷端温度。因此，控制器170可调降光源120的第一功率以降低亮度，从而增加规格温度。规格温度的提升代表光阀模块110对散热能力的需求下降。

图5是根据本实用新型的一实施例绘示的致冷元件140的温度的示意图。请参照图5，曲线51代表致冷元件140的冷端温度的变化。在时间t0，投影装置100启动。在时间t0～t1，致冷元件140尚未被启动，随着投影装置100运作时间的增加，致冷元件140的冷端温度将由于照明光束的照射而逐渐上升。在时间t1，当冷端温度上升到达规格温度T1，代表以热传导的方式连接至致冷元件140的冷端表面S1的光阀模块110的温度也上升到达规格温度T1。在致冷元件140尚未启动的状态下，反应于控制器170判断冷端温度到达规格温度T1，控制器170启动致冷元件140对光阀模块110进行散热。在启动致冷元件140后，控制器170可借由调整光源120的第一功率或致冷元件140的第二功率而将致冷元件140的冷面温度控制在露点温度T2之上，使得致冷元件140与光阀模块110不发生结露现象。

综上所述，本实用新型提出的投影装置以及散热控制方法可搭配温度感测器及湿度感测器的设置而根据温度比较结果控制光源以及致冷元件的工作功率。致冷元件的温度会被控制在露点温度之上。因此，致冷元件与光阀模块不会发生结露现象。更进一步地说，本实用新型的投影装置可避免致冷元件与光阀模块上发生结露现象并且最大化光源的工作功率。因此，本实用新型的投影装置可同时兼顾效能并且防止结露现象发生。若致冷元件的工作功率超出投影装置所需要的，投影装置可以自动地调降致冷元件的工作功率，从而达到省电的效果。

惟以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即所有依本实用新型权利要求书及实用新型内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。另外本实用新型的任一实施例或权利要求不须达成本实用新型所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和实用新型名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本实用新型的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用于命名元件(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：光阀模块

111：载板

112：导热金属块

113：散热模块

120：光源

130：亮度感测器

140：致冷元件

151：第一温度感测器

152：湿度感测器

160：第二温度感测器

170：控制器

180：投影镜头模块

190：光机模块

51：曲线

B1、B2：亮度值

H1：机壳

P1、P2、P3：位置

S1：冷端表面

S2：热端表面

T1：规格温度

T2：露点温度

TS1、TS2：温度值

S301～S312：步骤

W1：入风口。

Claims (11)

1.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括光阀模块、光源、亮度感测器、致冷元件、湿度感测器、第一温度感测器、第二温度感测器以及控制器，其中：

所述光源提供照明光束至所述光阀模块；

所述亮度感测器配置于所述照明光束的传递路径旁，感测所述照明光束的亮度；

所述致冷元件具有冷端表面以及热端表面，其中所述冷端表面用于对所述光阀模块进行散热；

所述湿度感测器感测环境湿度；

所述第一温度感测器感测环境温度；

所述第二温度感测器感测所述冷端表面的冷端温度；以及

所述控制器耦接所述亮度感测器、所述湿度感测器、所述第一温度感测器、所述第二温度感测器、所述致冷元件以及所述光源，其中所述控制器根据所述亮度决定所述致冷元件的规格温度，并根据所述环境温度以及所述环境湿度计算露点温度，其中

所述控制器根据所述露点温度、所述规格温度以及所述冷端温度调整所述光源的第一功率。

2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述控制器根据所述露点温度、所述规格温度以及所述冷端温度调整所述致冷元件的第二功率。

3.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，当所述亮度为第一亮度时，所述控制器决定所述规格温度为第一温度值；当所述亮度为大于所述第一亮度的第二亮度时，所述控制器决定所述规格温度为小于所述第一温度值的第二温度值。

4.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，当所述冷端温度小于所述规格温度时，所述控制器执行下列的其中之一：调升所述光源的所述第一功率以及调降所述致冷元件的所述第二功率。

5.根据权利要求4所述的投影装置，其特征在于，当所述冷端温度小于所述露点温度时，所述控制器调降所述致冷元件的所述第二功率。

6.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，当所述冷端温度大于所述规格温度时，所述控制器执行下列的其中之一：调升所述致冷元件的所述第二功率以及调降所述光源的所述第一功率。

7.根据权利要求6所述的投影装置，其特征在于，当所述冷端温度小于所述露点温度时，所述控制器调降所述光源的所述第一功率。

8.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，还包括：

机壳，所述机壳包括入风口，而所述湿度感测器以及所述第一温度感测器邻近所述入风口。

9.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述湿度感测器以及所述第一温度感测器邻近所述致冷元件。

10.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述致冷元件的所述冷端表面以热传导的方式连接于所述光阀模块，并且所述致冷元件的所述热端表面以热传导的方式连接于散热模块。

11.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，在所述致冷元件尚未启动的状态下，反应于所述控制器判断所述冷端温度上升到达所述规格温度后，所述控制器启动所述致冷元件对所述光阀模块进行散热。