TWI598675B - 波長轉換器 - Google Patents

Description

波長轉換器

本發明是有關於一種波長轉換器，特別是有關於一種應用於投影機內的色輪。

螢光色輪(phosphor wheel)係一種波長轉換元件，作為雷射投影機裡的一關鍵光學元件，將雷射光源波長轉成螢光色光光源。螢光色輪上的波長轉換材料吸收某特定的波長後，將內部電子從基態躍遷至激態，再以光子(photon)與聲子(phonon)等輻射方式釋放能量。其中，光子轉換係指激態電子放能至基態時，以釋放其他波長光子做為投影機光源色光，而聲子轉換係指激態電子直接在能帶以熱能方式釋放，使得螢光色輪溫度上升。

一般而言，波長轉換器可依三片式(3-chip)或單片式(1-chip)投影機分為兩種設計。其中，單片式投影機所使用的波長轉換器在設計上則較為複雜。在入射光抵達波長轉換器後，會在某時序下保留全部或大部分的入射光輸出(亦即，不作其他螢光波長轉換)。由於在光學設計上需留給入射光通過，所以在基板上會有一段區域需為穿透的。目前市面上大部分可分為以下做法：(1) 破孔設計；以及(2) 玻璃複合設計。

採用破孔設計之基板係直接在基板的邊緣形成破孔，以讓入射光通過，因此具有結構單純的優點。然而，採用破孔設計之基板的外型非為一正圓，故旋轉時會有較大的風切聲。而且，基板的結構為一質心非對稱設計，在設計上還需額外給予質心的補償，使整個旋轉原件的質心接近中心點，否則馬達易損毀，其中轉動平衡不好也會造成震動與噪音。因此，採用破孔設計之基板會有噪音過大以及轉動平衡值等缺點。

採用玻璃複合設計之基板係以玻璃代替缺口，可將質心大幅拉回，使其靠近中心點，且在旋轉時可大幅降低風切聲，因此具有轉動平衡值佳以及噪音小等優點。然而，對於採用玻璃複合設計之基板來說，玻璃係與馬達的驅動軸或其他元件相黏著，在高速旋轉的狀況下，會有玻璃飛出的疑慮，且隨著基板的設計半徑越大，其脫離的機率越高。一旦玻璃脫離，將造成整個機台損毀。再者，玻璃的熱傳導係數較小，故採用玻璃複合設計之基板還具有散熱效果較差的缺點。

有鑑於此，本發明之一目的在於提出一種可在降低降低熱累積的情形以避免螢光元件發生熱衰減效應的前提之下，進一步提升螢光元件之激發效率的波長轉換器。

為了達到上述目的，依據本發明之一實施方式，一種波長轉換器包含基板、螢光粉層、透光元件以及質心調整件。基板套設於馬達之驅動軸上，並具有鏤空孔。鏤空孔位於基板的外緣之內。螢光粉層設置於基板上，並與鏤空孔鄰接。透光元件嵌合至鏤空孔。質心調整件設置於基板上，並位於螢光粉層的外緣與透光元件的外緣之外。基板、螢光粉層、透光元件與質心調整件之組合的等效質心實質上位於驅動軸之軸心上。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之質心調整件為負重件。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之質心調整件為穿孔。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之基板的外緣相對於驅動軸之軸心具有第一外徑。鏤空孔的外緣相對於驅動軸之軸心具有第二外徑。螢光粉層的外緣相對於驅動軸之軸心具有第三外徑。第一外徑大於第二外徑，且第二外徑等於或大於第三外徑。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之基板進一步具有兩個該鏤空孔。驅動軸之軸心實質上位於兩鏤空孔之間。波長轉換器進一步包含兩個透光元件。兩透光元件分別與兩鏤空孔嵌合。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之基板位於螢光粉層的外緣與透光元件的外緣之外的部位實質上呈環狀。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之基板為金屬基板。

為了達到上述目的，依據本發明之另一實施方式，一種波長轉換器包含基板、螢光粉層、透光元件、第一質心調整件以及第二質心調整件。基板套設於馬達之驅動軸上，並具有鏤空孔。鏤空孔位於基板的外緣之內。螢光粉層設置於基板上，並與鏤空孔鄰接。透光元件嵌合至鏤空孔。第一質心調整件設置於基板上，並位於螢光粉層的外緣與透光元件的外緣之外。第二質心調整件設置於基板上，並位於螢光粉層的內緣之內。基板、螢光粉層、透光元件、第一質心調整件與第二質心調整件之組合的等效質心實質上位於驅動軸之軸心上。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之第一質心調整件為負重件。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之第一質心調整件為穿孔。

於本發明的一或多個實施方式中，上述之第二質心調整件包含套環以及複數個負重件。套環套設於驅動軸上，並固定至基板。負重件設置於套環上。

綜上所述，本發明的波長轉換器係應用於單片式投影機中，並具有將透光元件嵌合至位於基板的外緣之內之鏤空孔的設計(亦即，透光元件包覆於基板之內)。因此，本發明的波長轉換器仍能維持圓對稱結構的外型，旋轉時可免除習知採用破孔設計之基板所帶來的風切聲。並且，嵌合至鏤空孔的透光元件以及設置於基板上的質心調整件可將波長轉換器整體的等效質心往驅動軸之軸心移動，因此可使得波長轉換器具有較佳的動平衡設計。再者，由於透光元件嵌合至鏤空孔，代表基板的一部分做為擋牆結構以機械扣合之方式固定透光元件，因此可抵抗旋轉時的離心力，以降低透光元件脫離基板的風險。此外，基板可為金屬材質，因此前述擋牆結構可增加散熱面積以及基板熱涵，進而提升散熱效率。

以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請參照第1圖以及第2圖。第1圖為繪示本發明一實施方式之波長轉換器100的正視圖。第2圖為繪示第1圖中之波長轉換器100沿著線段2-2的剖視圖。如第1圖與第2圖所示，於本實施方式中，波長轉換器100包含基板110、螢光粉層120以及透光元件130。基板110套設於馬達700之驅動軸710上，並具有鏤空孔111。鏤空孔111位於基板110的外緣之內。螢光粉層120設置於基板110上，並與鏤空孔111鄰接。透光元件130嵌合至鏤空孔111。

由於透光元件130嵌合至鏤空孔111，代表基板110的一部分做為擋牆結構以機械扣合(interlock)之方式固定透光元件130，因此可抵抗旋轉時的離心力，以降低透光元件130脫離基板110的風險。具體而言，基板110的外緣相對於驅動軸710之軸心A具有第一外徑R1(於第1圖中，驅動軸710之軸心A與等效質心C重合，因此恕省略標示，但可參照第2圖)。鏤空孔111的外緣相對於驅動軸710之軸心A具有第二外徑R2。螢光粉層120的外緣相對於驅動軸710之軸心A具有第三外徑R3。第一外徑R1大於第二外徑R2，且第二外徑R2等於或大於第三外徑R3。

由前述結構配置可知，基板110的鏤空孔111並未連通至基板110的外緣，且透光元件130填補了鏤空孔111的空間，因此本實施方式之波長轉換器100仍能維持圓對稱結構的外型，旋轉時可免除習知採用破孔設計之基板所帶來的風切聲。並且，嵌合至鏤空孔111的透光元件130可將波長轉換器100整體的等效質心C往驅動軸710之軸心A(見第2圖)移動，因此本實施方式之波長轉換器100相較於習知採用破孔設計之基板的波長轉換器具有較佳的動平衡設計。

進一步來說，由於基板110的密度與透光元件130的密度一般來說並不相同，因此在透光元件130嵌合至鏤空孔111後，仍需考量波長轉換器100的轉動平衡。有鑑於此，於本實施方式中，波長轉換器100還包含質心調整件140。質心調整件140設置於基板110上，並位於螢光粉層120的外緣與透光元件130的外緣之外。藉由在基板110上設置質心調整件140，即可使得基板110、螢光粉層120、透光元件130與質心調整件140之組合的等效質心C(即波長轉換器100整體的等效質心C)實質上位於驅動軸710之軸心A上。換言之，藉由在基板110上設置質心調整件140，即可使波長轉換器100整體具有較佳的轉動平衡值。於實際應用中，波長轉換器100整體的等效質心C的位置可由特定檢測儀器所測得，在此恕不詳細介紹。

於一些實施方式中，基板110係由高導熱性材料所製成，例如為金屬基板110，但本發明並不以此為限。並且，於一些實施方式中，基板110位於螢光粉層120的外緣與透光元件130的外緣之外的部位實質上呈環狀。藉此，基板110的此環狀部位(其一部分形成基板110位於透光元件130外側之擋牆結構)即可有效地增加散熱面積以及基板110熱涵，進而提升散熱效率。

於一些實施方式中，透光元件130係由透明材料所製成，例如二氧化矽(SiO ₂)、氟化鈣(CaF ₂)、藍寶石(Sapphire)等，但本發明並不以此為限。於其他一些實施方式中，透光元件130的表面可有抗反射鍍膜及/或抗靜電鍍膜。

於本實施方式中，設置於基板110上的質心調整件140為具有質量的負重件。於一些實施方式中，基板110的密度係大於透光元件130的密度，則如第1圖與第2圖所示，為了達到將波長轉換器100整體的等效質心C調整至驅動軸710之軸心A的目的，質心調整件140與透光元件130係位於驅動軸710之軸心A的同一側。

然而，本發明並不以此為限。請參照第3圖以及第4圖。第3圖為繪示本發明另一實施方式之波長轉換器200的正視圖。第4圖為繪示第3圖中之波長轉換器200沿著線段4-4的剖視圖。如第3圖與第4圖所示，於本實施方式中，波長轉換器200包含基板210、螢光粉層120、透光元件130以及質心調整件240，其中螢光粉層120與透光元件130的結構、功能以及與基板210之間的連接關係實質上與第1圖所示之實施方式相同，因此在此不再贅述，可參照前述相關說明。在此要說明的是，本實施方式之波長轉換器200與第1圖所示之波長轉換器100的差異處，在於本實施方式之波長轉換器200的質心調整件240為形成於基板210上的穿孔。

於一些實施方式中，基板210的密度係大於透光元件130的密度，則如第3圖與第4圖所示，為了達到將波長轉換器200整體的等效質心C調整至驅動軸710之軸心A的目的，質心調整件240與透光元件130係分別位於驅動軸710之軸心A的相對兩側。

請參照第5圖，其為繪示本發明另一實施方式之波長轉換器300的正視圖。如第5圖所示，於本實施方式中，波長轉換器300包含基板310、螢光粉層120、透光元件130以及質心調整件340，其中螢光粉層120與透光元件130的結構、功能以及與基板310之間的連接關係實質上與第1圖所示之實施方式相同，因此在此不再贅述，可參照前述相關說明。在此要說明的是，本實施方式之波長轉換器300與第1圖所示之波長轉換器100的差異處，在於本實施方式之波長轉換器300的基板310進一步具有兩個鏤空孔111。波長轉換器300還進一步包含兩個透光元件130。兩透光元件130分別與兩鏤空孔111嵌合。

於一些實施方式中，如第5圖所示，為了達到將波長轉換器300整體的等效質心C調整至驅動軸710之軸心A的目的，可設計使驅動軸710之軸心A實質上位於兩鏤空孔111之間。進一步來說，由於相對於驅動軸710之軸心A對稱設置之兩透光元件130已可有效改善波長轉換器300整體的動平衡，因此藉由在基板310上設置質量較小之質心調整件340，即可將波長轉換器300整體的等效質心C調整至驅動軸710之軸心A。

於實際應用中，波長轉換器300所包含的透光元件130的數量並不以第5圖所示之實施方式為限，可依據實際需求而彈性地增減。

請參照第6圖，其為繪示本發明另一實施方式之波長轉換器400的正視圖。如第6圖所示，於本實施方式中，波長轉換器400包含基板110、螢光粉層120、透光元件130、第一質心調整件440以及第二質心調整件450，其中基板110、螢光粉層120與透光元件130的結構、功能以及各元件之間的連接關係實質上與第1圖所示之實施方式相同，且第一質心調整件440也與第1圖所示之質心調整件140相同，因此在此不再贅述，可參照前述相關說明。在此要說明的是，本實施方式之波長轉換器400與第1圖所示之波長轉換器100的差異處，在於本實施方式之波長轉換器400額外增設第二質心調整件450。第二質心調整件450設置於基板110上，並位於螢光粉層120的內緣之內。特別來說，基板110、螢光粉層120、透光元件130、第一質心調整件440與第二質心調整件450之組合的等效質心C實質上位於驅動軸710之軸心A上。

具體來說，第二質心調整件450包含套環451以及複數個負重件452。套環451套設於驅動軸710上，並固定至基板110。負重件452設置於套環451上。需說明的是，由於第一質心調整件440與驅動軸710之軸心A之間的距離，係大於負重件452至驅動軸710之軸心A之間的距離，因此調整第一質心調整件440的質量對於波長轉換器400整體的等效質心C的影響，係遠大於調整負重件452的質量對於波長轉換器400整體的等效質心C的影響。在此結構配置之下，本實施方式之波長轉換器400可藉由第一質心調整件440將波長轉換器400整體的等效質心C概略地粗調至驅動軸710之軸心A附近，再藉由負重件452將波長轉換器400整體的等效質心C更精準地微調至驅動軸710之軸心A。

於一些實施方式中，第二質心調整件450的負重件452可為滾珠，但本發明並不以此為限。

請參照第7圖，其為繪示本發明另一實施方式之波長轉換器500的正視圖。如第7圖所示，於本實施方式中，波長轉換器500包含基板210、螢光粉層120、透光元件130、第一質心調整件540以及第二質心調整件450，其中螢光粉層120與透光元件130的結構、功能以及與基板210之間的連接關係實質上與第6圖所示之實施方式相同，因此在此不再贅述，可參照前述相關說明。在此要說明的是，本實施方式之波長轉換器500與第6圖所示之波長轉換器400的差異處，在於本實施方式之波長轉換器500的第一質心調整件540為形成於基板210上的穿孔。

於一些實施方式中，基板210的密度係大於透光元件130的密度，則如第7圖所示，為了達到將波長轉換器500整體的等效質心C調整至驅動軸710之軸心A的目的，質心調整件540與透光元件130係分別位於驅動軸710之軸心A的相對兩側。

請參照第8圖，其為繪示本發明另一實施方式之波長轉換器600的正視圖。如第8圖所示，於本實施方式中，波長轉換器600包含基板310、螢光粉層120、透光元件130、第一質心調整件640以及第二質心調整件450，其中螢光粉層120與透光元件130的結構、功能以及與基板310之間的連接關係實質上與第6圖所示之實施方式相同，因此在此不再贅述，可參照前述相關說明。在此要說明的是，本實施方式之波長轉換器600與第6圖所示之波長轉換器400的差異處，在於本實施方式之波長轉換器600的基板310進一步具有兩個鏤空孔111。波長轉換器600還進一步包含兩個透光元件130。兩透光元件130分別與兩鏤空孔111嵌合。

於一些實施方式中，如第8圖所示，為了達到將波長轉換器600整體的等效質心C調整至驅動軸710之軸心A的目的，可設計使驅動軸710之軸心A實質上位於兩鏤空孔111之間。進一步來說，由於相對於驅動軸710之軸心A對稱設置之兩透光元件130已可有效改善波長轉換器600整體的動平衡，因此藉由在基板310上設置質量較小之第一質心調整件640，即可將波長轉換器600整體的等效質心C粗調至驅動軸710之軸心A附近。並且，再藉由第二質心調整件450的負重件452的輔助，即可將波長轉換器600整體的等效質心C更精準地微調至驅動軸710之軸心A。

由以上對於本發明之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，本發明的波長轉換器係應用於單片式投影機中，並具有將透光元件嵌合至位於基板的外緣之內之鏤空孔的設計(亦即，透光元件包覆於基板之內)。因此，本發明的波長轉換器仍能維持圓對稱結構的外型，旋轉時可免除習知採用破孔設計之基板所帶來的風切聲。並且，嵌合至鏤空孔的透光元件以及設置於基板上的質心調整件可將波長轉換器整體的等效質心往驅動軸之軸心移動，因此可使得波長轉換器具有較佳的動平衡設計。再者，由於透光元件嵌合至鏤空孔，代表基板的一部分做為擋牆結構以機械扣合之方式固定透光元件，因此可抵抗旋轉時的離心力，以降低透光元件脫離基板的風險。此外，基板可為金屬材質，因此前述擋牆結構可增加散熱面積以及基板熱涵，進而提升散熱效率。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300、400、500、600‧‧‧波長轉換器
110、210、310‧‧‧基板
111‧‧‧鏤空孔
120‧‧‧螢光粉層
130‧‧‧透光元件
140、240、340‧‧‧質心調整件
440、540、640‧‧‧第一質心調整件
450‧‧‧第二質心調整件
451‧‧‧套環
452‧‧‧負重件
700‧‧‧馬達
710‧‧‧驅動軸
A‧‧‧軸心
C‧‧‧等效質心
R1‧‧‧第一外徑
R2‧‧‧第二外徑
R3‧‧‧第三外徑

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖為繪示本發明一實施方式之波長轉換器的正視圖。 第2圖為繪示第1圖中之波長轉換器沿著線段2-2的剖視圖。 第3圖為繪示本發明另一實施方式之波長轉換器的正視圖。 第4圖為繪示第3圖中之波長轉換器沿著線段4-4的剖視圖。 第5圖為繪示本發明另一實施方式之波長轉換器的正視圖。 第6圖為繪示本發明另一實施方式之波長轉換器的正視圖。 第7圖為繪示本發明另一實施方式之波長轉換器的正視圖。 第8圖為繪示本發明另一實施方式之波長轉換器的正視圖。

100‧‧‧波長轉換器

110‧‧‧基板

111‧‧‧鏤空孔

120‧‧‧螢光粉層

130‧‧‧透光元件

140‧‧‧質心調整件

710‧‧‧驅動軸

C‧‧‧等效質心

R1‧‧‧第一外徑

R2‧‧‧第二外徑

R3‧‧‧第三外徑

Claims (15)

1. 一種波長轉換器，包含： 一基板，套設於一馬達之一驅動軸上，並具有一鏤空孔，該鏤空孔位於該基板的外緣之內； 一螢光粉層，設置於該基板上，並與該鏤空孔鄰接； 一透光元件，嵌合至該鏤空孔；以及 一質心調整件，設置於該基板上，並位於該螢光粉層的外緣與該透光元件的外緣之外； 其中該基板、該螢光粉層、該透光元件與該質心調整件之組合的一等效質心實質上位於該驅動軸之軸心上。
2. 如請求項第1項所述之波長轉換器，其中該質心調整件為一負重件。
3. 如請求項第1項所述之波長轉換器，其中該質心調整件為一穿孔。
4. 如請求項第1項所述之波長轉換器，其中該基板的外緣相對於該驅動軸之軸心具有一第一外徑，該鏤空孔的外緣相對於該驅動軸之軸心具有一第二外徑，該螢光粉層的外緣相對於該驅動軸之軸心具有一第三外徑，該第一外徑大於該第二外徑，且該第二外徑等於或大於該第三外徑。
5. 如請求項第1項所述之波長轉換器，其中該基板進一步具有兩個該鏤空孔，該驅動軸之軸心實質上位於該兩鏤空孔之間，該波長轉換器進一步包含兩個該透光元件，且該兩透光元件分別與該兩鏤空孔嵌合。
6. 如請求項第1項所述之波長轉換器，其中該基板位於該螢光粉層的外緣與該透光元件的外緣之外的部位實質上呈環狀。
7. 如請求項第1項所述之波長轉換器，其中該基板為一金屬基板。
8. 一種波長轉換器，包含： 一基板，套設於一馬達之一驅動軸上，並具有一鏤空孔，該鏤空孔位於該基板的外緣之內； 一螢光粉層，設置於該基板上，並與該鏤空孔鄰接； 一透光元件，嵌合至該鏤空孔； 一第一質心調整件，設置於該基板上，並位於該螢光粉層的外緣與該透光元件的外緣之外；以及 一第二質心調整件，設置於該基板上，並位於該螢光粉層的內緣之內； 其中該基板、該螢光粉層、該透光元件、該第一質心調整件與該第二質心調整件之組合的一等效質心實質上位於該驅動軸之軸心上。
9. 如請求項第8項所述之波長轉換器，其中該第一質心調整件為一負重件。
10. 如請求項第8項所述之波長轉換器，其中該第一質心調整件為一穿孔。
11. 如請求項第8項所述之波長轉換器，其中該第二質心調整件包含： 一套環，套設於該驅動軸上，並固定至該基板；以及 複數個負重件，設置於該套環上。
12. 如請求項第8項所述之波長轉換器，其中該基板的外緣相對於該驅動軸之軸心具有一第一外徑，該鏤空孔的外緣相對於該驅動軸之軸心具有一第二外徑，該螢光粉層的外緣相對於該驅動軸之軸心具有一第三外徑，該第一外徑大於該第二外徑，且該第二外徑等於或大於該第三外徑。
13. 如請求項第8項所述之波長轉換器，其中該基板進一步具有兩個該鏤空孔，該驅動軸之軸心實質上位於該兩鏤空孔之間，該波長轉換器進一步包含兩個該透光元件，且該兩透光元件分別與該兩鏤空孔嵌合。
14. 如請求項第8項所述之波長轉換器，其中該基板位於該螢光粉層的外緣與該透光元件的外緣之外的部位實質上呈環狀。
15. 如請求項第8項所述之波長轉換器，其中該基板為一金屬基板。