TWI417636B - 投影裝置及其光源溫度調節方法 - Google Patents

Description

投影裝置及其光源溫度調節方法

本發明係關於一種投影裝置及其光源溫度調節方法；特別是藉由主動調整冷卻單元的冷卻能力，進而使光源之操作溫度於一區間內變化之投影裝置及光源溫度調節方法。

投影裝置具有將影像畫面投影至大尺寸之顯示幕上，供眾多使用者一同欣賞的優點，已普遍地應用於會議場合或家庭劇院。而隨著科技及製程的進步，投影裝置的發展趨勢也朝向體積輕薄更便於攜帶、以及高亮度高流明等方向發展。

習知的投影裝置，通常係以單一或複數燈泡作為光源，其所產生的光線經由各式光學元件，最終形成一影像並投射至顯示幕上，供使用者觀賞。因為投影裝置內部的元件運作均可能同時產生熱能，尤其是光源通常為最高溫處，故通常會配置一冷卻單元，用以協助光源於點亮後之散熱，以避免過高的工作溫度而導致燈泡本身或者投影裝置內部的其他元件受損。

請參第1圖，所示為習知投影裝置中光源的操作溫度曲線，當投影裝置起動後隨即點亮光源，光源將從室溫快速的提升至一工作溫度。其中，由於所選用的光源之規格，即預設有一最高容許溫度T_max 及一最低建議溫度T_min ，而其最佳的工作溫度T_M 通常係介於最高容許溫度T_max 及最低建議溫度T_min 間所界定之範圍中。因此，習知的投影裝置通常會設有固定轉速或固定電壓的風扇，朝向光源或燈芯吹送冷卻風流，以移除光源所產生的熱能，使其工作溫度如第1圖的曲線所示，固定維持於最高容許溫度T_max 及最低建議溫度T_min 間的範圍內。

然而，由於每顆燈泡的燈芯皆具有其個別的物理特性，因此若僅提供同一且固定的冷卻風流，雖然其工作溫度仍可勉強落於最高容許溫度T_max 及最低建議溫度T_min 間所界定之範圍中，但可能會出現長期處於冷卻不足或長期過度冷卻的情況。其中，若長期處於冷卻不足的狀態，則燈芯長時間溫度偏高，容易造成石英的再結晶，而有白化現象發生；反之，若長期處於過度冷卻的狀態，則燈芯長時間溫度偏低，容易造成鹵素循環不良，而有黑化現象出現。無論是燈芯的白化或黑化現象，兩者皆對燈泡的使用性及壽命產生不良影響。

有鑑於此，在現有的光學系統中，提供一種可延長光源使用壽命的投影裝置及其光源溫度調節方法，乃為此一業界亟待解決的問題。

本發明之一目的在於提供一種投影裝置及其光源溫度調節方法，其具有可主動調整冷卻能力之冷卻單元，使光源之操作溫度可於特定溫度區間內進行變化，而非長時間處於固定的操作溫度，以避免燈芯出現白化或黑化的情形。

本發明之另一目的在於提供一種投影裝置及其光源溫度調節方法，主動變換冷卻能力之冷卻單元，可設計為協助光源之操作溫度在特定溫度區間內，進行週期性或多段式的溫度變化。

為達上述目的，本發明揭露一種投影裝置，其包含一光源、一冷卻單元及一控制單元。光源定義一可被量測出之操作溫度，冷卻單元具有至少一冷卻能力以提供至光源，且控制單元可主動地調整至少一冷卻能力，因而光源之操作溫度可因應冷卻單元之至少一冷卻能力，於一溫度區間內進行變化。

本發明更揭露一種用於上述投影裝置之光源溫度調節方法，包含下列步驟：決定該光源之第一操作溫度及第二操作溫度；因應該第一操作溫度及該第二操作溫度，決定該冷卻單元之第一冷卻能力及第二冷卻能力；以及主動地調整該第一冷卻能力或該第二冷卻能力，並提供至該光源。

為讓上述目的、技術特徵、和優點能更明顯易懂，下文係以較佳實施例配合所附圖式進行詳細說明。

第2圖及第3圖係分別為本發明投影裝置之示意圖及其光源溫度變化之示意圖。其中，如第2圖所示，投影裝置2包含一光源21、一冷卻單元23及一控制單元25。光源21係設置於投影裝置2內部，當光源21點亮後於可被量測出之操作溫度T_O 運作。冷卻單元23較佳係鄰近光源21設置，具有至少一冷卻能力，以提供至光源21，例如產生並引導一冷卻風流22朝光源21吹送。控制單元25係用以操控冷卻單元23所提供之冷卻能力，以主動地進行調整，使光源21之操作溫度T_O 於一可容許的溫度區間T_R 內變化。

實際上，光源21較佳係為一高壓汞燈，其具有一燈芯，燈芯通常為溫度最高處；而冷卻單元23較佳包含一風扇，所產生之冷卻風流22朝向該燈芯吹送，以對其進行冷卻。控制單元25係藉由操控冷卻單元23來改變冷卻風流22的大小或流速，而調整該冷卻能力。控制單元25操控冷卻單元23的方式可藉由主動調整該風扇之一轉速或一電壓，進而改變冷卻風流22的大小或流速。

請繼續參閱第3圖，溫度區間T_R 係由光源21之最高容許溫度T_max 及最低建議溫度T_min 所共同定義；可想見地，光源21之操作溫度T_O 係落於溫度區間T_R ，亦即低於最高容許溫度T_max 且高於最低建議溫度T_min 。本發明之特色在於，操作溫度T_O 適可藉由控制單元25調整冷卻單元23的冷卻能力，而於溫度區間T_R 內進行變動。

詳細而言，冷卻單元23之該至少一冷卻能力包含第一冷卻能力及第二冷卻能力，且該第一冷卻能力小於該第二冷卻能力。光源21之操作溫度T_O 因應該第一冷卻能力及該第二冷卻能力，至少包含第一操作溫度T_H 及第二操作溫度T_L ，且第一操作溫度T_H 係高於第二操作溫度T_L 。由於第一操作溫度T_H 及第二操作溫度T_L 均落於溫度區間T_R 內，故第一操作溫度T_H 係低於或等於最高容許溫度T_max ，而第二操作溫度T_L 係高於或等於最低建議溫度T_min 。

藉由控制單元25之操控，冷卻單元23之該第一冷卻能力(例如風扇處於低轉速狀態)可優先作用於該燈芯，使光源之操作溫度T_O 維持於第一操作溫度T_H 一段時間後，再改由該第二冷卻能力(例如風扇處於高轉速狀態)作用，使光源之操作溫度T_O 下降至第二操作溫度T_L 。此種使操作溫度T_O 先高後低之單一變化模式，即足以避免投影裝置2中燈泡之燈芯因長期處於同一溫度(可能是冷卻不足或冷卻過量)，而導致燈芯出現白化或黑化的情形。

控制單元25可進一步如第4圖所示，週期性地調整該冷卻單元23之第一冷卻能力及第二冷卻能力。換言之，操作溫度T_O 先高後低之變化方式進行週期性地調整，使操作溫度T_O 可順序地於第一操作溫度T_H 及第二操作溫度T_L 間進行週期性變化，亦可有效地延長燈泡的使用壽命。

除上述第3圖中所示之調整方式外，控制單元25也可如第5圖所示，先改以該第二冷卻能力作用於該燈芯，待光源之操作溫度T_O 維持於第二操作溫度T_L 一段時間後，再改由較低之第一冷卻能力作用，使光源之操作溫度T_O 逐漸上升至第一操作溫度T_H ，使操作溫度T_O 先低後高之單一變化方式來操控冷卻單元23。另外，如第6圖所示，也可將操作溫度T_O 以先低後高週期性循環之方式，進行冷卻單元23之冷卻能力的調整。

請進一步參考第7圖，光源21具有一起始溫度T_S (其高於第一操作溫度T_H ，但依舊小於最高容許溫度T_max )。當光源21自啟動至起始溫度T_S 完成點燈作業後，冷卻單元23適可將該第一冷卻能力或該第二冷卻能力提供至光源21，從而進行上述對於光源21之操作溫度T_O 之週期性調整。

以下將針對本發明之一實施例進行說明，請參考第8圖。投影裝置2之光源21定義一可被量測出之操作溫度T_O ，可藉由控制單元25之操控而進行溫度之調整。本實施例中最高容許溫度T_max =920℃，最低建議溫度T_min =860℃，第一操作溫度T_H =900℃，第二操作溫度T_L =880℃及起始溫度T_S =910℃。當欲點亮投影裝置2之燈泡時，光源21之操作溫度T_O 自室溫25℃被加熱約10分鐘之時間以達到910℃而完成點燈步驟。當操作溫度T_O 到達910℃後一段時間，冷卻單元23將該第二冷卻能力提供至光源21，使操作溫度T_O 下降至880℃，於15分鐘後，控制單元25主動地調整冷卻單元23，改由提供該第一冷卻能力至光源21，此時操作溫度T_O 上升至900℃。於10分鐘後，控制單元25再次主動地調整冷卻單元23，提供該第二冷卻能力至光源21，使操作溫度T_O 再次下降至880℃，繼而重複此主動調整步驟，從而使操作溫度T_O 於900℃至880℃之溫度區間內進行變化，以盡可能延後燈泡之燈芯出現白化或黑化的情形。

需注意的是，上述各溫度之數值及時間參數僅用以論述本發明之實施態樣，非用以限制本發明之技術特徵。該至少一冷卻能力除具有上述第一冷卻能力及第二冷卻能力外，更可進一步具有一第三冷卻能力及一第四冷卻能力，及相對應之第三操作溫度及第四操作溫度等實施態樣，但並不以此為限。在其他實施態樣中，控制單元25可主動地調整冷卻單元23於各不同的操作溫度區間內進行變化，使燈泡之燈芯可避免長期冷卻不足或過度冷卻的狀況，得以盡可能降低燈芯白化及黑化的情形。

本發明之另一實施例係為一種用於投影裝置2之光源溫度調節方法，如第9圖之流程圖所示。首先執行步驟901，根據光源21之最高容許溫度T_max 及最低建議溫度T_min ，定義溫度區間T_R ；然後，執行步驟902，決定光源21之第一操作溫度T_H 及第二操作溫度T_L ，該第一操作溫度T_H 及該第二操作溫度T_L 係位於該溫度區間T_R 內，其中該第一操作溫度T_H 係低於或等於該最高容許溫度T_max ，該第二操作溫度T_L 係高於或等於該最低建議溫度T_min ；接著執行步驟903，因應該第一操作溫度T_H 及該第二操作溫度T_L ，決定冷卻單元23之第一冷卻能力及第二冷卻能力；然後，執行步驟904，點亮光源21至一起始溫度T_S ，該起始溫度T_S 高於該第一操作溫度T_H ；最後，執行步驟905，主動地調整該第一冷卻能力或該第二冷卻能力，並提供至該光源，較佳係週期性地切換該冷卻流體之該第一冷卻能力及該第二冷卻能力。

藉由本發明所揭露之技術，可主動調整冷卻單元之冷卻能力，使光源之操作溫度可於特定溫度區間內進行變化，而非長時間處於固定的操作溫度，可有效避免燈芯出現白化或黑化的情形，進而延長光源之使用壽命。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

2．．．投影裝置

21．．．光源

22．．．冷卻風流

23．．．冷卻單元

25．．．控制單元

T_O ．．．操作溫度

T_R ．．．溫度區間

T_max ．．．最高容許溫度

T_min ．．．最低建議溫度

T_H ．．．第一操作溫度

T_L ．．．第二操作溫度

T_S ．．．起始溫度

第1圖係習知投影裝置之光源溫度變化之示意圖；

第2圖係本發明投影裝置之示意圖；

第3～8圖係本發明投影裝置之光源溫度變化之示意圖；以及

第9圖係本發明光源溫度調節方法之流程圖。

T_O ．．．操作溫度

T_R ．．．溫度區間

T_max ．．．最高容許溫度

T_min ．．．最低建議溫度

T_H ．．．第一操作溫度

T_L ．．．第二操作溫度

Claims (15)

1. 一種投影裝置，包含：一光源，定義可被量測出之一操作溫度；一冷卻單元，具有至少一冷卻能力，提供至該光源；以及一控制單元，主動地調整該至少一冷卻能力；藉此，該光源之操作溫度因應該冷卻單元之該至少一冷卻能力，於一溫度區間內週期性變化。
2. 如請求項1所述之投影裝置，其中該光源係為一高壓汞燈，具有一燈芯。
3. 如請求項2所述之投影裝置，其中該冷卻單元包含一風扇，用以產生一冷卻風流朝向該燈芯吹送，以產生該冷卻能力，該控制單元係藉由改變該冷卻風流的大小以調整該冷卻能力。
4. 如請求項3所述之投影裝置，其中該控制單元係調整該風扇之一轉速。
5. 如請求項3所述之投影裝置，其中該控制單元係調整該風扇之一電壓。
6. 如請求項3所述之投影裝置，其中該溫度區間係由一最高容許溫度及一最低建議溫度所定義，該操作溫度係低於該最高容許溫度且高於該最低建議溫度。
7. 如請求項6所述之投影裝置，其中該冷卻單元之該至少一冷卻能力包含一第一冷卻能力及一第二冷卻能力，該第一冷卻能力小於該第二冷卻能力，該光源之操作溫度因應該第一冷 卻能力及該第二冷卻能力，至少包含一第一操作溫度及一第二操作溫度，該第一操作溫度係高於該第二操作溫度。
8. 如請求項7所述之投影裝置，其中該第一操作溫度係低於或等於該最高容許溫度，該第二操作溫度係高於或等於該最低建議溫度。
9. 如請求項8所述之投影裝置，其中該控制單元係週期性地調整該冷卻單元之該第一冷卻能力及該第二冷卻能力。
10. 如請求項9所述之投影裝置，其中該光源更具有一起始溫度，高於該第一操作溫度，當該光源啟動至該起始溫度時，該冷卻單元將該至少一冷卻能力提供至該光源。
11. 一種用於一投影裝置之光源溫度調節方法，該投影裝置包含一光源及一冷卻裝置，該方法包含下列步驟：決定該光源之一第一操作溫度及一第二操作溫度；因應該第一操作溫度及該第二操作溫度，決定該冷卻單元之一第一冷卻能力及一第二冷卻能力；主動地調整該第一冷卻能力或該第二冷卻能力，並提供至該光源，使該光源於一溫度區間內週期性地變化。
12. 如請求項11所述之方法，其中決定該光源之一第一操作溫度及一第二操作溫度之步驟之前，更包含一步驟：根據該光源之一最高容許溫度及一最低建議溫度，定義該溫度區間，該第一操作溫度及該第二操作溫度係於該溫度區間內。
13. 如請求項12所述之方法，其中該第一操作溫度係低於或等於 該最高容許溫度，該第二操作溫度係高於或等於該最低建議溫度。
14. 如請求項11所述之方法，其中主動地調整該第一冷卻能力或該第二冷卻能力之步驟之前，更包含一步驟：點亮該光源至一起始溫度，該起始溫度高於該第一操作溫度。
15. 如請求項11所述之方法，其中主動地調整該冷卻單元之步驟，係週期性地切換該冷卻流體之該第一冷卻能力及該第二冷卻能力。