CN215986873U - 转轮及投影装置 - Google Patents

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Abstract

一种转轮，包括基板以及光学层。基板包括内基板以及多个波浪形结构。内基板具有第一面以及相反于第一面的第二面。光学层设置在第一面上。激发光束朝光学层入射。多个波浪形结构与内基板连接，且以内基板的中心为圆心，多个波浪形结构环绕内基板排列。多个波浪形结构与内基板之间的连接处具有连续的斜率变化。一种投影装置也被提出。本实用新型提供的转轮及投影装置具有良好的散热效果。

Description

转轮及投影装置
技术领域
本实用新型是有关于一种转轮及应用此转轮的投影装置。
背景技术
已知的转轮(如荧光轮(Phosphor Wheel))通常使用金属基板作为散热基板，其材质一般为铝或铝合金。为了增加转轮的散热效率，通常会利用冲压或加工成型方式，在散热基板的正面、反面或正反两面做凸台或凹槽结构，以增加散热基板的表面积。另外，这些凸台结构在转轮高速旋转过程中，将产生扰流或提升对流。通过这些扰流或对流将加快排除转轮所累积的热能，因此可降低转轮的光学层(如荧光层、反射层)的温度，以提高转轮的转换效率。但此冲压铝基板的外围结构强度较弱，容易有变形的疑虑，导致铝基板外缘偏摆过大，进而使得转轮的转换效率下降。
另一种转轮使用高导热的陶瓷基板作为散热基板，其目的为提高转轮的制程烧结温度。而提高烧结温度的主要原因为：如果是金属基板，其光学层受限于基板最高只能承受500度(℃)的高温，因此烧结与成型温度需低于金属基板最高承受温度的问题，造成光学层的使用材料受到限制。使用陶瓷基板虽然耐温性可以提高至>600度(℃)，但因陶瓷基板不易以冲压或加工成型改变其形状，故通常会在陶瓷基板上涂布或烧结散热凸台，来增加散热，进而降低转轮的温度，来达到转轮的转换效率提升。然而，陶瓷基板本身为脆性材质，容易受基板成型与加工过程产生隐藏性裂纹。但若在基板表面涂布散热凸台会增加基板的重量，使得转轮运作过程中更容易产生破裂的问题，影响转轮的可靠性。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本实用新型内容，因此在“背景技术”段落所公开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”段落所公开的内容，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转轮，其结构强度更佳，且具有良好的散热效果。
本实用新型提供一种使用上述转轮的投影装置，因此投影装置的散热效果更佳。
本实用新型的一实施例提供一种转轮，其包括基板以及光学层。基板包括内基板以及多个波浪形结构。内基板具有第一面以及相反于第一面的第二面。光学层设置在第一面上。激发光束朝光学层入射。多个波浪形结构与内基板连接，且以内基板的中心为圆心，多个波浪形结构环绕内基板排列。多个波浪形结构与内基板之间的连接处具有连续的斜率变化。
本实用新型的一实施例提供一种投影装置，其包括照明系统、光阀以及投影镜头。照明系统用以提供照明光束。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，且用以将影像光束投射出投影装置。照明系统包括光源以及转轮。光源用以发出激发光束。转轮包括基板以及光学层。基板包括内基板以及多个波浪形结构。内基板具有第一面以及相反于第一面的第二面。光学层设置在第一面上。激发光束朝光学层入射。多个波浪形结构与内基板连接，且以内基板的中心为圆心，多个波浪形结构环绕内基板排列。多个波浪形结构与内基板之间的连接处具有连续的斜率变化。
基于上述，在本实用新型的一实施例中，由于转轮在基板的外围处设有波浪形结构，当转轮在高速旋转时借由外侧的波浪形结构来导引风流，将风流有效地吹往光学层，有效带走光学层的热源，使得光学层的温度下降，因而提升光学层的转换效率。再者，由于波浪形结构在与内基板之间的连接处具有连续的斜率变化，因此，基板外围的结构强度提升。借此，转轮在高速旋转时，基板外围产生的摆动变少，不仅可减少转轮所产生的噪音，也可减少对马达的损伤，提升产品寿命。
此外，由于投影装置应用此转轮，因此除了具有上述的优点之外，投影装置在影像光束的能量产生效率也提高。
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，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是根据本实用新型的第一实施例的投影装置的示意图。
图2A是图1中的转轮的俯视示意图。
图2B是图2A的剖面示意图。
图3A是根据本实用新型的第二实施例的转轮的俯视示意图。
图3B是图3A的侧视示意图。
图3C是图3A的剖面示意图。
图4A是根据本实用新型的第三实施例的转轮的俯视示意图。
图4B是图4A的剖面示意图。
具体实施方式
有关本实用新型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优选实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。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是根据本实用新型的第一实施例的投影装置的示意图。请参考图1，本实用新型的一实施例提供一种投影装置10，其包括照明系统20、光阀30以及投影镜头40。照明系统20用以提供照明光束I。光阀30配置于照明光束I的传递路径上，且用以将照明光束I转换成影像光束IB。投影镜头40配置于影像光束IB的传递路径上，且用以将影像光束IB投射出投影装置10。照明系统20包括光源100以及转轮200。光源100用以发出激发光束B。
在本实施例中，照明系统20还包括匀光元件300，转轮200为波长转换元件(如荧光轮(Phosphor Wheel))，且照明光束I包括激发光束B以及转换光束F。转轮200时序性地进入激发光束B的传递路径上。在一时序中，激发光束B入射至转轮200的光学层220(示于图2A)，并将激发光束B转换(Convert)为转换光束F，转换光束F再被传递至匀光元件300。在另一时序中，激发光束B通过转轮200的非光学层230(示于图2A)并传递至匀光元件300。转换光束F与激发光束B依序进入匀光元件300形成照明光束I，使照明系统20输出照明光束I。
详细来说，本实施例的光阀30例如是数字微镜元件(Digital Micro-mirrorDevice,DMD)、硅基液晶面板(Liquid-crystal-on-silicon Panel,LCOS Panel)或是液晶面板(Liquid Crystal Panel)等空间光调变器。此外，投影镜头40例如是包括具有屈光度的一或多个光学镜片的组合。光学镜片例如包括双凹透镜、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。本实用新型对投影镜头40的型态及其种类并不加以限制。
在本实施中，光源100例如是激光二极管(Laser Diode,LD)、发光二极管(LightEmitting Diode,LED)或其他合适的光源或其组合，本实用新型并不限于此。此外，激发光束B可为紫外光、蓝光或其他光色的光束或其组合。匀光元件300例如是积分柱(Integration Rod)、透镜阵列例如是苍蝇眼镜透镜阵列(Fly-eye lens array)或其他具有光均匀化效果的光学元件，但本实用新型不限于此。
图2A是图1中的转轮的俯视示意图。图2B是图2A的剖面示意图。其中，为了清楚示意凸部结构2142与凹部结构2144的相对关系，在图2B的剖面图中将凹部结构2144投射在附图中，并以虚线绘示。
请同时参考图2A与图2B，在本实施例中，转轮200包括基板210以及光学层220。基板210的材质优选是金属，例如铝或铝合金，但本实用新型不限于此。在本实施例中，光学层220为波长转换层。基板210包括内基板212以及多个波浪形结构214。内基板212具有第一面S1以及相反于第一面S1的第二面S2。光学层220设置在第一面S1上。激发光束B(示于图1)朝光学层220入射。波浪形结构214与内基板212连接，且波浪形结构214以内基板212的中心C为圆心环绕内基板212排列。波浪形结构214与内基板212之间的连接处CP具有连续的斜率变化。在一实施例中，波浪形结构214为基板210在外围处借由冲压等方式形成，也就是说，波浪形结构214与内基板212为一体成形。在一实施例中，转轮200还包括非光学层230，非光学层230例如可为任意可透光的板体，如玻璃片。
在本实施例中，波浪形结构214为连续性结构。具体来说，每一个波浪形结构214彼此互相连接，且每一波浪形结构214之间的连接处CP1具有连续的斜率变化。
在本实施例中，沿第一面S1往第二面S2的方向D1，每一波浪形结构214为凸部结构2142或凹部结构2144(侧视图如图3B的所示)。其中，凸部结构2142或凹部结构2144的高度越高则在结构上具有更强的扰流性质。但考量制程(例如冲压、模造或电脑数值控制(Computer Numerical Control,CNC)加工)上的可行性，波浪形结构214优选是满足：1≦CH/T≦3或1≦CL/T≦3，其中CH为凸部结构2142与第一面S1的延伸面之间的距离，CL为凹部结构2144与第二面S2的延伸面之间的距离，且T为内基板212的厚度。在一实施例中，波浪形结构214的厚度A与内基板212的厚度T相等。此外，在一实施例中，凸部结构2142与凹部结构2144交错排列。
在本实施例中，转轮200还满足：CH>T1，其中T1为光学层220的厚度。也就是说，凸部结构2142的高度大于光学层220的厚度。
在一实施例中，转轮200还满足：CH>CL。也就是说，凸部结构2142的高度大于凹部结构2144的高度。在一实施例中，凸部结构2142与凹部结构2144的高度与形状可依据不同照明系统20的设计而调整。
在一实施例中，以中心C为圆心，每一凸部结构2142所占的圆心角小于每一凹部结构2144所占的圆心角。也就是说，凸部结构2142的分布较凹部结构2144的分布密集。
基于上述，在本实用新型的一实施例中，转轮200在基板210的外围处设有波浪形结构214。由于外围处的线速度最大，因此在转轮200高速旋转时，气流被外缘波浪形结构214形成扰流，使散热效果相较无外缘波浪形结构的转轮提升。再者，由于波浪形结构214借由冲压的方式制造后而使波浪形结构214与内基板212之间的连接处CP具有连续的斜率变化，因此在机构上相当于“加强肋”的作用，可以增加基板210的结构强度，使基板210的外围偏摆较小，并使得光学层220的转换效率提高且稳定。此外，由于投影装置10应用此转轮200，因此除了具有上述的优点之外，投影装置10在影像光束IB的能量产生效率也提高。
图3A是根据本实用新型的第二实施例的转轮的俯视示意图。图3B是图3A的侧视示意图。图3C是图3A的剖面示意图。请同时参考图3A至图3C，转轮200A与图2A的转轮200相似，其主要差异如下。在本实施例中，第一面S1或第二面S2具有多个凸部2122(图3A示意第一面S1具有凸部2122)，其中多个凸部2122位于光学层220与中心C之间，并环绕中心C排列。多个凸部2122的材质可与内基板212相同或不同。而且，多个凸部2122例如是借由冲压方式形成，或借由粘合、烧结等方式设置在内基板212的第一面S1或第二面S2上。
在本实施例中，凸部2122的位置被设计为对应于波浪形结构214的位置，会有更佳的散热效果。在一优选的实施例中，每一凸部2122与中心C之间的连线的延伸穿过多个波浪形结构214的其中之一。
在一实施例中，如图3C所示，第二面S2或第一面S1在相对上述多个凸部2122处具有多个凹部2124。多个凹部2124的位置分别对准多个凸部2122的其中之一，且满足：TH＝TL，其中TH为每一凸部2122与不具有凸部2122处的第一面S1/第二面S2相比所凸出的高度，且TL为每一凹部2124与不具有凹部2124处的第二面S2/第一面S1相比所凹陷的深度。也就是说，凸部2122例如是在内基板212处于相反的表面借由冲压等方式形成。因此，凸部2122或凹部2124的材质与内基板212相同。以图3B为例，凸部2122是内基板212从第二面S2的一侧冲压后形成，使第一面S1具有凸部2122，且第二面S2具有凹部2124。
在本实施例中，转轮200A满足：CH>TH或CL>TH，其中TH为每一凸部2122的高度。也就是说，凸部结构2142或凹部结构2144的高度大于凸部2122的高度。
在本实施例中，波浪形结构214的数量大于凸部2122的数量，使转轮200A的散热效果更佳。再者，以中心C为圆心，每一波浪形结构214所占的圆心角小于每一凸部212所占的圆心角，也就是说，在基板210外侧的波浪形结构214的分布较在基板210内侧的凸部212的分布密集，如此可达到更佳的散热效果。优选地，在基板210外侧的凸部结构2142的分布较在基板210内侧的凸部212的分布密集。在一实施例中，如图3B所示，每一波浪形结构214垂直于径向方向上的宽度W1落在2毫米至7毫米的范围内。每一凸部2122垂直于径向方向上的宽度W2落在1毫米至5毫米的范围内。
在本实施例中，每一凸部2122满足：TH/T<1，其中TH为每一凸部2122的高度。也就是说，凸部2122的高度小于基板210的厚度有更佳的散热效果。而且，每一凸部2122的高度TH落在1毫米至5毫米的范围内。
表1
已知转轮 转轮200 转轮200A
最高温度(℃) 152.2 143.1 136
散热效率的提升率 0％ 7.2％ 12.6％
上述表1示意了本实用新型的一实施例的转轮200及转轮200A相对于已知转轮最高温度的下降以及散热效率的提升率。其中已知转轮为基板没有波浪形结构以及凸部的转轮，已知转轮的最高温度为152.2度(℃)，并以已知转轮作为散热效率的基准，假设已知转轮散热效率的提升率为0％。请参考表1，由于本实用新型的一实施例的转轮200设有波浪形结构214，其最高温度有明显的下降，下降至143.1度(℃)，且散热转换效率提升至7.2％。而转轮200A同时设有外缘的波浪形结构214与内侧的凸部2122，其最高温度有更明显的下降，下降至136度(℃)，散热转换效率更提升至12.6％。
基于上述，在本实用新型的一实施例中，转轮200A在光学层220与基板210的中心C之间设有凸部2122，使转轮200A同时具备内侧凸部2122与外缘波浪形结构214，如此可加大气流的扰流效果，使转轮200A散热效果提升，进而增加光学层220整体的转换效率。
图4A是根据本实用新型的第三实施例的转轮的俯视示意图。图4B是图4A的剖面示意图。请同时参考图4A与图4B，转轮200B与图3A的转轮200A相似，其主要差异如下。在本实施例中，波浪形结构214’的一部分(如凸部结构2142’)与其相邻的波浪形结构214’(如凹部结构2144’)之间具有断面BS，使波浪形结构214’在垂直于(以中心C为圆心的)径向方向上呈非连续状。其中，图4A示意了最下面的波浪形结构214’的径向方向为D2。
具体来说，波浪形结构214’之间的断面BS的产生方式例如是在冲压过程中使凸部结构2142与第一面S1的延伸面之间的距离CH的大小超过基板210材质的可形变范围。
基于上述，在本实用新型的一实施例中，转轮200B在多个波浪形结构214’之间设计为具有断面BS，使得波浪形结构214’呈非连续状。因此，非连续状的波浪形结构214’具有更强的扰流性质。再搭配内侧凸部2122，通过内外侧的两个结构特征，将光学层220的热源高效率地带走，使得光学层220的温度下降，因而提升光学层220的转换效率。
综上所述，在本实用新型的一实施例中，转轮在基板的外围处设有波浪形结构。当转轮在高速旋转时借由外侧的波浪形结构来导引风流，将风流有效的吹往光学层。有效带走光学层的热源，使得光学层的温度下降，因而提升光学层的转换效率。再者，由于波浪形结构借由冲压的方式制造后而使波浪形结构与内基板之间的连接处具有连续的斜率变化，因此在机构上并非是额外添加散热片。即便高速旋转状态下仍无需担心波浪形结构与内基板脱离。而且，利用波浪形结构作为基板的加强肋，可使基板外围的结构强度提升。借此，转轮在高速旋转时，基板外围产生的摆动变少，不仅可减少转轮所产生的噪音，也可减少对于用以驱动转轮旋转的马达的损伤，提升马达的寿命。
此外，由于本实用新型的投影装置应用此转轮，因此除了具有上述的优点之外，投影装置在影像光束的能量产生效率也提高。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，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说明书内容所作的简单的等效变化与修改，都仍属本实用新型专利覆盖的范围。另外本实用新型的任一实施例或权利要求不需达成本实用新型所公开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
10：投影装置
20：照明系统
30：光阀
40：投影镜头
100：光源
200、200A、200B：转轮
210：基板
212：内基板
2122：凸部
2124：凹部
214、214’：波浪形结构
2142、2142’：凸部结构
2144、2144’：凹部结构
220：光学层
230：非光学层
300：匀光元件
A：厚度
B：激发光束
BS：断面
C：中心
CH、CL：距离
CP、CP1：连接处
D1：方向
D2：径向方向
F：转换光束
I：照明光束
IB：影像光束
S1：第一面
S2：第二面
T、T1：厚度
TH：高度
TL：深度
W1、W2：宽度。

Claims (20)

1.一种转轮，其特征在于，包括：基板以及光学层，其中：
所述基板包括内基板以及多个波浪形结构，其中所述内基板具有第一面以及相反于所述第一面的第二面，所述光学层设置在所述第一面上，激发光束朝所述光学层入射；以及
所述多个波浪形结构与所述内基板连接，且以所述内基板的中心为圆心，所述多个波浪形结构环绕所述内基板排列，其中所述多个波浪形结构与所述内基板之间的连接处具有连续的斜率变化。
2.根据权利要求1所述的转轮，其特征在于，所述多个波浪形结构互相连接，且所述多个波浪形结构之间的连接处具有连续的斜率变化。
3.根据权利要求1所述的转轮，其特征在于，沿所述第一面往所述第二面的方向，每一波浪形结构为凸部结构或凹部结构，且满足：
1≦CH/T≦3或1≦CL/T≦3，其中CH为所述凸部结构与所述第一面的延伸面之间的距离，CL为所述凹部结构与所述第二面的延伸面之间的距离，且T为所述内基板的厚度。
4.根据权利要求3所述的转轮，其特征在于，所述转轮满足：
CH>T1，其中T1为所述光学层的厚度。
5.根据权利要求3所述的转轮，其特征在于，CH>CL。
6.根据权利要求3所述的转轮，其特征在于，以所述中心为圆心，每一凸部结构所占的圆心角小于每一凹部结构所占的圆心角。
7.根据权利要求3所述的转轮，其特征在于，所述第一面或所述第二面具有多个凸部，其中所述多个凸部位于所述光学层与所述中心之间，并环绕所述中心排列。
8.根据权利要求7所述的转轮，其特征在于，所述转轮满足：
CH>TH或CL>TH，其中TH为每一凸部的高度。
9.根据权利要求7所述的转轮，其特征在于，每一凸部与所述中心之间的连线的延伸穿过所述多个波浪形结构的其中之一。
10.根据权利要求7所述的转轮，其特征在于，所述多个波浪形结构的数量大于所述多个凸部的数量，且以所述中心为圆心，每一波浪形结构所占的圆心角小于每一凸部所占的圆心角。
11.根据权利要求7所述的转轮，其特征在于，所述第二面或所述第一面在相对所述多个凸部处具有多个凹部，其中所述多个凹部的位置分别对准所述多个凸部的其中之一，且满足：
TH＝TL，其中TH为每一凸部的高度，且TL为每一凹部的深度。
12.根据权利要求1所述的转轮，其特征在于，所述多个波浪形结构的一部分与其相邻的波浪形结构之间具有断面，使所述多个波浪形结构在垂直于以所述中心为圆心的径向方向上呈非连续状。
13.一种投影装置，其特征在于，包括：照明系统、光阀以及投影镜头，所述照明系统用以提供照明光束，所述光阀配置于所述照明光束的传递路径上，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，用以将所述影像光束投射出所述投影装置，所述照明系统包括光源以及转轮，其中：
所述光源用以发出激发光束；
所述转轮包括：基板以及光学层；
所述基板包括内基板以及多个波浪形结构，其中所述内基板具有第一面以及相反于所述第一面的第二面，所述光学层设置在所述第一面上，所述激发光束朝所述光学层入射；以及
所述多个波浪形结构与所述内基板连接，且以所述内基板的中心为圆心，所述多个波浪形结构环绕所述内基板排列，其中所述多个波浪形结构与所述内基板之间的连接处具有连续的斜率变化。
14.根据权利要求13所述的投影装置，其特征在于，所述多个波浪形结构互相连接，且所述多个波浪形结构之间的连接处具有连续的斜率变化。
15.根据权利要求13所述的投影装置，其特征在于，沿所述第一面往所述第二面的方向，每一波浪形结构为凸部结构或凹部结构，且满足：
1≦CH/T≦3或1≦CL/T≦3，其中CH为所述凸部结构与所述第一面的延伸面之间的距离，CL为所述凹部结构与所述第二面的延伸面之间的距离，且T为所述内基板的厚度。
16.根据权利要求15所述的投影装置，其特征在于，以所述中心为圆心，每一凸部结构所占的圆心角小于每一凹部结构所占的圆心角。
17.根据权利要求15所述的投影装置，其特征在于，所述第一面或所述第二面具有多个凸部，其中所述多个凸部位于所述光学层与所述中心之间，并环绕所述中心排列。
18.根据权利要求17所述的投影装置，其特征在于，所述多个波浪形结构的数量大于所述多个凸部的数量，且以所述中心为圆心，每一波浪形结构所占的圆心角小于每一凸部所占的圆心角。
19.根据权利要求17所述的投影装置，其特征在于，所述第二面或所述第一面在相对所述多个凸部处具有多个凹部，其中所述多个凹部的位置分别对准所述多个凸部的其中之一，且满足：
TH＝TL，其中TH为每一凸部的高度，且TL为每一凹部的深度。
20.根据权利要求13所述的投影装置，其特征在于，所述多个波浪形结构的一部分与其相邻的波浪形结构之间具有断面，使所述多个波浪形结构在垂直于以所述中心为圆心的径向方向上呈非连续状。
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