TWM575124U - 具冷卻件的空間光線調變裝置 - Google Patents

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TWM575124U
TWM575124U TW107210132U TW107210132U TWM575124U TW M575124 U TWM575124 U TW M575124U TW 107210132 U TW107210132 U TW 107210132U TW 107210132 U TW107210132 U TW 107210132U TW M575124 U TWM575124 U TW M575124U
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溫特 范瑞菲根
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比利時商巴可公司
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Abstract

本創作係關於具冷卻件的空間光線調變裝置。本創作描述一種影像調變系統，其包含若干個層，諸如一格式器板(PCB)、稱為一中介層之一電連接器板、一背面冷卻區塊、一正面冷卻框架及一反射空間光線調變器。提供一冷卻傳熱通道以在光閥之正面冷卻框架與該反射空間光線調變器之背面冷卻區塊之間傳遞熱量，以便減小該反射空間光線調變器之正面與背面之間的熱梯度。該冷卻傳熱通道穿過任何介入層，諸如該格式器板(PCB)及/或稱為中介層之該電連接器板。該冷卻傳熱通道較佳由一熱管或一循環冷卻介質形成。

Description

具冷卻件的空間光線調變裝置
本創作係關於具冷卻件的空間光線調變裝置。特別的，本創作係關於用於反射空間光線調變裝置之冷卻方法及系統以及包含此類冷卻系統之光學系統及具有此類冷卻系統之投影儀。
創作背景 包含包括空間光線調變裝置或光閥之外殼的影像調變系統，亦稱為光引擎，係已知的。空間光線調變裝置可以透光模式工作，諸如用於LCD光線調變器，或其可為光反射空間光線調變裝置，諸如DMD或LCD，例如LCOS、光線調變器。
包含基於微鏡之反射空間光線調變裝置之影像調變系統可比其他方案遭受更少之熱量產生。然而，通常位於反射空間光線調變裝置背面之迴路及組件以及能夠將IR光形式之熱能主要提供至空間光線調變裝置之前側的入射光皆產生熱量。一些光被前側上之反射空間光線調變裝置吸收且一些在背側上且在反射元件中吸收。
已經進行了許多嘗試來自反射空間光線調變裝置耗散或排出熱量。例如，在美國專利第6,751,027B2中，藉助於導熱螺柱自反射空間光線調變裝置之背側排出熱量。此螺柱接觸反射空間光線調變裝置之背側。
一種可能之替代方案係經由使用若干元件之導熱性之熱路徑將熱量自空間光線調變裝置之背側排出，而裝置之前側設置有冷卻空氣，以使用對流冷卻來冷卻前側。然而，移動空氣可能會使灰塵循環。
為了增大光閥或空間光線調變器之壽命，降低光閥或空間光線調變器之正面與背面之間的溫度梯度係重要的。由於光線調變器之框架通常由科伐合金(Kovar)(其具有大約17 W/m*K之導熱率)製成，因此其較佳冷卻光閥之正面。
空間光線調變器包含吸氣劑條帶，其例如由填充有用於潤滑微鏡之PTFE顆粒之多孔介質製成。吸氣劑條帶亦吸收微鏡邊緣之水分。然而，在存在過多水分之情況下，微鏡可能會卡住。若陣列之溫度低於正面之溫度，則PTFE顆粒可能被吸收並卡在吸氣劑中，此可能損壞微鏡，且由此損壞使用其之投影儀。若溫度過高，則吸氣劑可能釋放吸收之水分，此亦可能導致微鏡卡住，此係不可逆的。此係DMD封裝內之溫度梯度必須限制在約20℃範圍內之主要原因。以下美國專利描述了此問題：US5,331,454、US6,300,294、US8,436,453。
在光閥陣列或背面與吸氣劑條帶(位於光閥之正面)之間允許之最大溫度變化必須保持在例如±10度之範圍內。超出此範圍，存在損壞光閥之重大風險。此範圍可取決於所使用之光閥的類型。
在US 7,938,543中，可控制數位微鏡裝置之前側與背側兩者之溫度。根據一些實施例，反射空間光線調變裝置之前側及背側兩者之溫度且因此(可選地)反射空間光線調變裝置之前側及背側上之溫度差可聯合地及/或彼此獨立地加以控制。
遺憾地，由於需要更高之流明輸出，US 7,938,543中提出之冷卻系統並不始終按預期執行。特定言之，可觀察到受控溫度之過衝，此導致光閥及主動傳熱裝置之過早劣化。
此外，數位微鏡裝置之前側可藉助於冷卻管冷卻。然而，當三個數位微鏡裝置藉助於正面冷卻管冷卻時，其通常機械連接。此機械連接在三色微鏡裝置之對準期間及之後帶來機械應力。實際上，專用於不同顏色之每一數位微鏡裝置必須完全對準，以便提供組合影像。此外，亦由於插入用於此類正面冷卻件之可用空間內的稜鏡，此可用空間減小。
可更緊湊之解決方案可導致更小之投影儀，然而，若3個DMD經由例如安裝在頂部的共同冷卻路徑彼此機械連接，而所有3個DMD必須單獨調整，則存在由於機械應力而移動會聚(顏色對準)之風險。此類設計在圖7中說明。因此，為了減小三個數位微鏡裝置之間的機械應力，需要對此項技術進行改良。
本創作係關於具冷卻件的空間光線調變裝置。根據本創作之一態樣，提供冷卻影像調變系統之數個層，其中此等層可包含例如格式器板(PCB)、稱為中介層之電連接器、例如背面冷卻區塊之背面冷卻件、例如正面冷卻框架之正面冷卻件，及反射空間光線調變器，其特徵在於，提供熱橋以在例如框架之正面冷卻件與例如區塊之背面冷卻件之間傳遞熱量，以便減小反射空間光線調變器之正面與背面之間的熱梯度。
熱橋可為形成冷卻通道之熱導體。形成冷卻通道之熱導體可具有非增強傳熱橫截面表面或增強傳熱橫截面表面。非增強傳熱導體可為至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器。增強傳熱導體可為藉由諸如正面冷卻框架之正面冷卻件使諸如液體或氣體之冷卻介質循環的至少一個熱管或至少一個附接至冷卻介質迴路(例如液體或氣體冷卻迴路)之流體循環流體管道。所有此等不同導體可熱傳導地連接至正面冷卻件，例如，正面冷卻框架。每一者可組配成在例如正面冷卻框架之正面冷卻件與例如背面冷卻區塊之背面冷卻件之間傳遞熱量，以便減小反射空間光線調變器之正面與背面之間的熱梯度。至少一個熱管或至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器或諸如液體或氣體冷卻迴路之至少一個冷卻介質迴路較佳不僅熱傳導地連接至正面冷卻框架而且連接至背面冷卻區塊，且其中至少一個熱管或至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器或諸如液體或氣體冷卻迴路之至少一個冷卻介質迴路橫穿，即穿過格式器PCB。若存在一個或另一干擾中間層，諸如中介層，則至少一個熱管或至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器或諸如液體或氣體冷卻迴路之至少一個冷卻介質迴路可穿過該中間層。若空間允許，則至少一個熱管或至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器或諸如液體或氣體冷卻迴路之至少一個冷卻介質迴路可取決於此中間層之形狀而避免穿過諸如中介層之中間層。至少一個熱管或至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器或諸如液體或氣體冷卻迴路之至少一個冷卻介質迴路可穿過DMD封裝。
至少一個熱管或至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器係被動傳熱裝置之實例。至少一個冷卻介質迴路為被動傳熱裝置或主動傳熱裝置之實例，此取決於其如何操作。
本創作之實施例之一個優點係改良反射空間光線調變器之壽命並藉由降低反射空間光線調變器之正面與背面之間的溫度梯度來降低破裂之風險。特定言之，對於高能量密度應用，例如具有高度準直之雷射束，由於較高之光學負載，熱負載增大，且反射空間光線調變器之背面冷卻件可能不再足以亦充分冷卻反射空間光線調變器之正面。本創作之實施例可提供一種自反射空間光線調變器之正面傳導熱量之有效方式。
此外，本創作之實施例不僅在熱負載方面而且在機械負載創作提供額外之優點，因為機械負載原則上僅可應用在光學底盤之拐角處。實際上，例如在US 7,938,543中提出之將額外冷卻構件添加至反射空間光線調變器(諸如DMD)之正面將為反射空間光線調變器(諸如DMD封裝)帶來額外之機械負載。簡言之，將諸如DMD之反射空間光線調變器安裝至投影儀中可涉及將機械負載置放在諸如DMD之反射空間光線調變器上，且更具體言之，置放在反射空間光線調變器之背面上的陶瓷基板上。諸如DMD之反射空間光線調變器較佳地被設計成使得可在熱界面區域中(其中中介層提供至格式器PCB及諸如DMD之反射空間光線調變器之電連接)且在陶瓷基板上之三個拐角處施加負載以抵消其他兩個負載。超過指定限制之負載可能導致反射空間光線調變器(諸如DMD封裝)之機械故障。至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器或至少一個熱管或諸如本創作之液體冷卻迴路的至少一個冷卻介質迴路不會向反射空間光線調變器(諸如DMD封裝)引入額外機械負載。
此外，在投影儀內部，在諸如DMD封裝之反射空間光線調變器內添加至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器或至少一個熱管或諸如液體冷卻迴路之至少一個冷卻介質迴路不會增大所需空間，且諸如DMD封裝之反射空間光線調變器仍然係緊湊之。此在由於飛利浦(Philips)稜鏡而減小了空間的三晶片設計中特別有利。在本創作之實施例中，不存在朝向稜鏡頂部延伸之熱管或熱導體構造，且實施例係緊湊的且提供減小之機械應力或不提供機械應力。
此外，在三色投影儀中，將至正面冷卻件之機械冷卻連接添加至三個反射空間光線調變器(諸如三個DMD封裝)中之每一者並且附加至背面冷卻件之連接(其中正面冷卻件獨立於背面冷卻件連接在一起)涉及額外組件。在三個反射空間光線調變器(諸如三個DMD封裝)之對準過程期間及之後可施加額外機械應力。本解決方案之實施例不具有此等缺點。
另外，如本創作之實施例所提供，藉助於諸如DMD之空間光線調變器之自諸如DMD之空間光線調變器之正面至背面冷卻件之熱路徑使熱橋更短，且更有效。
若熱橋設計良好，則不需要額外熱電冷卻器，因為反射空間光線調變器(諸如DMD)之正面與背面之間的梯度將在規格範圍內。經由由至少一個熱管或至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器或諸如液體冷卻迴路之至少一個冷卻介質迴路提供之格式器PCB之熱橋係自諸如DMD之反射空間光線調變器散熱之有利解決方案。
PCB格式器板安裝在諸如DMD堆疊之反射空間光線調變器(例如孔隙、插座板、DMD、中介層、格式器PCB、背板、背面冷卻件)上，且諸如DMD及稜鏡之反射空間光線調變器之間的有限空間對於熟習此項技術者而言似乎為探索本創作實施例提供之技術方案之路徑的障礙。
在先前技術中，自DMD正面之熱路徑或者直至稜鏡之頂部，或者經過格式器PCB之側面，此兩者皆導致更長之熱路徑，且因此導致顯著更高之熱阻及較低之效率，因此亦導致系統不太緊湊。
在本創作之一實施例中，至少兩個熱管或至少兩個導電塊狀金屬熱傳輸器或與冷卻介質迴路之至少兩個冷卻管道之兩個連接配置在矩形正面冷卻框架上，例如，配置在對應於諸如DMD之反射空間光線調變器之側面的兩個相對側上，吸氣劑條帶位於此處。
由於吸氣劑條帶為諸如DMD封裝之反射空間光線調變器中最精細之元件之一，因此在吸氣劑條帶附近提供冷卻構件意謂此等吸氣劑條帶不受封裝正面與背面之間的溫度梯度之影響或效果降低。
有利地，至少一個熱管或至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器或至少兩個冷卻管道具有至少3 cm至高達20 cm之長度。較佳地，至少一個熱管或至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器或至少一個冷卻管道之直徑在3 mm至10 mm之範圍內，此取決於所需之熱量輸送量及可用空間。
有利地，至少一個熱管或至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器或至少一個冷卻管道係直的。
在較佳實施例中，背面冷卻區塊為主動或被動散熱器，諸如空氣冷卻翼片陣列、帕耳貼元件、諸如液冷散熱器之冷卻介質槽、被動散熱器、空氣冷卻散熱器中之至少一者。
較佳地，反射空間光線調變器為LC面板、LCOS或數位微鏡裝置(DMD)或用於光束操控之LCoS相位調變器中之至少一者。
根據本創作之另一態樣，提供一種投影儀，其包含三個根據本創作實施例之光線調變器。
上面已經提到了三晶片設計之優點。利用本創作實施例之解決方案，可單獨地調整(例如，會聚)每一影像調變系統而不存在任何阻礙。
根據本創作之另一態樣，提供一種影像調變系統，其包含光反射空間光線調變器，諸如具有陶瓷邊框之DMD，其特徵在於，在光閥之邊框內設置諸如液體冷卻通道之冷卻介質通道。
在光反射空間光線調變器(諸如DMD)之邊框內提供諸如液體冷卻通道之冷卻介質通道提供了用於直接冷卻諸如DMD封裝之反射空間光線調變器之正面的非常有效之手段。此外，諸如液體冷卻通道之冷卻介質通道設置在吸氣劑條帶附近。
根據本創作之另一態樣，提供一種影像調變系統，其包含諸如DMD之光反射空間光線調變器，其特徵在於，提供諸如液體冷卻通道之溢流通道，用於使冷卻劑在諸如DMD之光反射空間光線調變器上流動。
根據本創作之另一態樣，提供一種冷卻影像調變系統之方法，該冷卻影像調變系統包含具有格式器板、中介層、背面冷卻件、正面冷卻件及反射空間光線調變器之反射空間光線調變器系統，該反射空間光線調變器(130)具有正面及背面，該方法包含： 經由熱橋在正面冷卻件與背面冷卻件之間傳遞熱量，該熱橋包含增強傳熱導體或非增強傳熱導體，以便減小反射空間光線調變器之正面與背面之間的熱梯度，增強傳熱導體或非增強傳熱導體熱傳導地連接至正面冷卻件及背面冷卻件，且其中增強傳熱導體或非增強傳熱導體穿過格式器板。
反射空間光線調變器之側面可具有吸氣劑條帶，該方法進一步包含在反射空間光線調變器之兩個相對側上冷卻正面冷卻件，該兩個相對側對應於反射空間光線調變器之包含吸氣劑條帶之側面。
根據本創作之另一態樣，提供一種投影儀，其包含三個根據本創作任一實施例之冷卻影像調變系統。該投影儀可具有複數個反射空間光線調變器系統，該投影儀被組配來單獨地控制每一反射空間光線調變器系統。
根據本創作之實施例之技術效果及優點經必要之變更即對應於根據本創作之方法之對應實施例的技術效果及優點。
定義
提供以下術語僅用於幫助理解本創作。此等定義不應被解釋為具有小於一般熟習此項技術者所理解之範圍。
DMD或 數位微鏡裝置或 數位鏡裝置為光閥或空間光線調變器之實例。
光閥。 - 亦稱為空間光線調變器。在內文及申請專利範圍中，術語光閥及/或空間光線調變器被認為係同義的。空間光線調變器可為反射空間光線調變器。術語「反射空間光線調變器」應理解為空間光線調變器，其以反射模式調變光，例如使用如旋轉多邊形或可單獨定址鏡陣列之形式的可定址鏡、一系列鏡，更具體言之，鏡射元件為安裝在外殼封裝中之光線調變器之一部分。
反射空間光線調變裝置可包含不同類型之反射光線調變器，諸如數位鏡裝置(DMD)、液晶顯示器(LCD)或矽上液晶(LCOS)。較佳地，光線調變器可逐個像素地定址，由此表示具有變化之灰度級之任意影像，例如視訊影像。亦稱為數位鏡裝置或數位微鏡裝置之DMD為反射空間光線調變器，其包含基於半導體之快速反射數位燈開關陣列，其使用例如二進位脈寬調變技術精確地控制光源之反射。DMD具有複數個可個別定址且可電變形或可移動之鏡單元之矩陣。在第一狀態或位置，數位鏡裝置之每一鏡單元用作平面鏡，以將接收到的光反射至一個方向上、經由投射透鏡朝向例如投影螢幕，當處於第二狀態或位置時，其將接收到之光投射至另一方向、遠離投影螢幕。在反射型液晶顯示器(亦稱為LCOS)光閥中，光並不藉由鏡之機械移位來調變，而是藉由改變光閥中之液晶之偏振狀態來調變。
封裝。術語「封裝」應理解為預裝配單元。
封裝前側。術語「封裝前側」應理解為空間光線調變外殼之封裝之面向入射光之一側。此側亦朝向投影光學系統發射投射光。
術語「 增強傳熱表面」為公認之術語，意謂具有特殊特徵之表面，與參考相比，每單位基礎表面積提供更高之熱效能。在本創作中，基礎表面係指穿過熱導體之橫截面且可通過該橫截面表面達到一定溫度梯度之熱能。與熱導體由純銅參考物製成相比，每單位基礎表面積及溫度梯度之傳熱更大。 增強傳熱導體較佳具有大於1000或大於5000或大於10,000或大於20,000或大於50,000 W/(m•K)但小於100,000W/(m•K)之有效導熱率。
具有 增強傳熱橫截面表面之裝置之實例為例如熱管或具有循環熱載體之管道。
此類導體達成： 大小減小； 熱交換率提高；及 溫差降低。
如本申請案中所使用之 熱導體之非增強傳熱橫截面表面具有的每單位基礎表面積及溫度梯度的熱效能與純銅相同或更小，其中基礎表面係指穿過導熱體之橫截面。 非增強傳熱導體較佳具有大於150、大於200或大於300 W/(m•K)但小於或等於400 W/(m•K)之導熱率。
帕耳貼 ( 元件)。亦稱為Peltier-Seebeck元件。一種熱電裝置，可根據流過其之電流方向將熱量自一個點傳遞至另一點。
被動傳熱裝置。術語「被動冷卻構件」及更一般地「被動傳熱裝置」應理解為自待冷卻或加熱之物件獲取之熱能不能藉由控制單元控制之裝置，即其以開環方式散熱。
被動傳熱裝置之實例為例如簡單之冷卻翼片陣列或熱管。
熱管為一種傳熱裝置，其組合了熱導率及相變之原理，以有效地管理兩個固體界面之間的傳熱。
在熱管之熱界面處，與導熱固體表面接觸之液體藉由自該表面吸收熱量而變成蒸氣。接著，蒸氣沿著熱管傳播至冷界面並冷凝回為液體 - 釋放潛熱。接著，液體經由毛細管作用、離心力或重力返回至熱界面，且循環重複。由於沸騰及冷凝之傳熱係數非常高，熱管為高效之熱導體。有效熱導率隨熱管長度而變化，且對於長熱管可達到100 kW/(m.K)，相比之下，銅約為401 W/(m•K)，鋁為230 W/(m•K)。
熱管可專門針對高效能進行最佳化。高效能熱管具有熱吸收及傳遞系統，對於相同之所應用溫度梯度，其可比等效大小之銅棒承載1000倍以上之能力。
高效能熱管包含密封之抽空金屬包絡，其含有多孔毛細管作用芯襯裡，其充有工作流體。較佳之工作流體通常為高純度水，其在容器內作為飽和蒸氣存在。
熱管可採用圓形橫截面之棒之形式，直徑範圍為3至50 mm，且長度可為三釐米至15釐米或更長。其他區段包括矩形、扁平以及環形熱管，其具有開放之中心孔區段。
主動傳熱裝置或主動傳熱元件。在內文及申請專利範圍中，術語主動傳熱裝置、主動傳熱元件或效應器應被視為同義詞。術語「主動冷卻裝置」及更一般地「主動傳熱裝置」應理解為可藉由控制單元控制自待冷卻物件獲取之熱能之裝置。貫穿本申請案，術語效應器亦可用於代替主動傳熱裝置。作為一實例，主動冷卻裝置可為帕耳貼元件。可使用任何形式之微冷卻裝置。例如，一種類型之冷卻裝置為微機電製冷系統。此類系統之一個實例可為基於磁製冷循環之製冷系統，由此微機電開關、微型繼電器、簧片開關或閘控開關可用於在此類循環之吸收階段與散熱階段之間切換。此類裝置在例如來自國際商業機器公司的美國專利第6,588,215 B1號中更為詳細地描述。此類系統之另一實例可為基於使用壓電驅動器在堆疊上提供溫差之熱聲製冷機。由此產生高頻聲音，其藉由與堆疊之一或多個部分相互作用產生溫度梯度，從而允許冷卻，例如，如在猶他大學之美國專利第6,804,967 B2號中更為詳細地描述。此類系統之又一個實例可為微機電系統，其中使用微機電閥來控制氣體之膨脹，如在技術應用公司(Technology Applications, Inc.)之美國專利第6,804,967號中更為詳細地描述。此等冷卻構件中之若干冷卻構件之優點在於其可使用微機電技術、光微影或薄膜沈積技術來應用，使得可執行在偵測系統中之整合，且其大小緊湊。
導電塊狀金屬熱傳輸器係指由諸如銅或鋁之高導電率金屬或此等金屬之合金製成之塊狀金屬導體。
陶瓷基板定義了在反射空間光線調變器(諸如DMD晶片)之間形成機械、光學、熱及電界面之結構，其含有反射空間光線調變器，諸如DMD主動陣列、窗玻璃及窗孔隙，及終端應用光學總成
DMD 主動陣列- 反射光之主動DMD鏡之二維陣列。
熱界面 區域- 陶瓷基板上之區域，允許直接接觸散熱器或其他熱冷卻裝置
窗玻璃- 透明玻璃蓋，可保護諸如DMD作用區域之空間光線調變器。
窗孔隙- 圍繞主動陣列周邊之窗玻璃內表面上之深色塗層
中介層- 為反射空間光線調變器(諸如DMD)提供電連接之組件。例如，諸如DMD之反射空間光線調變器可利用平面柵格陣列用於系統電連接(類似於插座或連接器)。反射空間光線調變器(諸如DMD)上之連接件連接至中介層上之觸點，觸點可配置成經由跡線或電連接藉由中介層連接至PCB上之接觸跡線或電連接。中介層可在諸如DMD之反射空間光線調變器之主動區域外部具有電連接，即至此主動區域之一或多個側面，同時亦與PCB格式器接觸。
LGA– 平臺柵格陣列係指反射空間光線調變器(諸如DMD)上之二維電接觸墊陣列。
光學總成- 最終產品之子總成，由光學組件及支撐此等光學組件之機械零件組成
光學底盤- 光學總成中用於安裝光學組件之主要機械零件，例如諸如DMD之反射空間光線調變器之組件、透鏡、稜鏡等。
光學照明溢出- 落在有效區域之外的光能，對投影影像無貢獻。
光學界面– 係指用於對準及安裝反射空間光線調變器(諸如DMD)之光學底盤上之特徵。 PCB- 印刷電路板
較佳實施例之詳細說明 將參考特定實施例並參考某些附圖來描述本創作，然而本創作不限於此，而是僅由申請專利範圍限制。所描述之附圖僅為示意性的而非限制性的。在附圖中，為了說明之目的，一些元件之大小可能被誇大且未按比例繪製。當在本說明書及申請專利範圍中使用術語「包含」時，不排除其他元件或步驟。此外，說明書及申請專利範圍中之術語第一、第二、第三等用於區分類似元件，而不一定用於描述順序或時間順序。應理解，如此使用之術語在適當之情況下係可互換的，且本文描述之本創作之實施例能夠以不同於本文描述或說明之其他順序操作。
圖4展示根據先前技術之光投射系統之示意圖。投影系統包含光閥404，光閥404可定位在印刷電路板(PCB) 407上且與金屬螺柱408熱接觸。在圖4之實例中，光閥404為DMD，且金屬螺柱408經由PCB 407中之孔接觸DMD封裝之背側。可在金屬螺柱408與光閥404之封裝之間使用熱界面材料。
光源(未說明)經由稜鏡總成403照射光閥404。光402根據光閥404之微鏡之位置朝向投影光學系統405或朝向光轉儲器406反射。第一主動傳熱裝置409將熱量傳遞至金屬螺柱408或自金屬螺柱408傳遞熱量。感測器410量測光閥404之溫度。藉由冷卻或加熱金屬螺柱，其亦冷卻或加熱光閥404之背面。
在圖4之實例中，散熱器為液冷或氣冷散熱器，或者例如，散熱器412可與帕耳貼元件接觸。
然而，在圖4所說明之實例中，不為DMD之正面提供冷卻。此外，DMD之正面不僅由DMD之電子裝置加熱，而且亦由光閥或DMD吸收之輸入光功率加熱。由於DMD框架由例如科伐合金製成，因此熱量不會被抽空且DMD內存在溫度梯度。
先前技術藉由在光閥或DMD之正面提供冷卻構件或在光閥之正面與第一散熱器/熱源之間傳遞熱量之第一(組)傳熱元件來解決此問題(例如，DMD之前側)。第二(組)傳熱元件在光閥之第二部分(例如，DMD之背側)與第二散熱器/熱源之間傳遞熱量。此類解決方案例如在專利申請案EP 1 863 296 A1中加以描述。然而，此解決方案不能解決過衝之問題，且光閥內之溫度梯度可能落在可接受之範圍之外。在用於此類型之光投射系統之正面冷卻系統中，由於在製造時或在後來之調整期間引起之機械應力，存在改變會聚(例如，顏色對準)之風險。3個DMD藉由例如安裝在頂部之共同冷卻路徑彼此機械連接，而所有3個DMD必須單獨地調整。此類設計20在圖7中說明。存在3個DMD 12、14、16。第一組傳熱元件由分別在DMD 12、14、16之正面與主冷卻區塊18之間的剛性冷卻連接件22；24、25及26、27提供。第二組傳熱元件由冷卻迴路提供，該冷卻迴路具有通向DMD 12之背面冷卻板之第一入口管道11、為DMD 14之背面冷卻板之入口的出口管道13、為DMD 16之背面冷卻板之入口的出口管道15、為具有出口管道19的主冷卻區塊18之入口的出口管道17。在此設計中，在DMD與冷卻區塊18之間存在許多機械連接，此使得諸如對準DMD之調整更加困難。其亦會增大DMD上之機械應力。
本創作之實施例提供在諸如DMD之光反射空間光線調變器之第一部分(正面)與第二部分(背面)之間傳遞熱量之構件。
在本創作之第一實施例中，提供導熱橋以便於在諸如DMD之反射空間光線調變器之正面與該光線調變器之背面之間傳遞熱量。實質上，導熱橋減小了反射空間光線調變器之第一部分(諸如DMD)與反射空間光線調變器之第二部分(諸如DMD)之間的熱阻，由此減小原本將存在於調變器之第一部分與第二部分之間(例如，其正面與背面)的溫度差異。根據第一部分與第二部分之間允許的最大溫差及預期之最大熱通量，可判定熱橋之尺寸(例如，其幾何形狀及製成其之材料及其操作)。預期之最大熱通量可例如藉助於考慮照亮光閥之光功率之數學模型，例如諸如DMD之反射空間光線調變器、用作反射空間光線調變器(諸如DMD)與熱橋之間的界面的熱界面材料、投影儀中氣體(通常為空氣)之溫度、投影儀之各個部分與光反射空間光線調變器(諸如DMD等)之間的傳熱路徑(例如藉由傳導、對流及/或輻射)來加以判定。
本創作之實施例之一個優點為藉由在反射空間光線調變器(諸如DMD)之正面消除了對額外液冷或氣冷冷卻板之需要而降低諸如液體冷卻系統之任何其他冷卻介質迴路之複雜性。本創作不排除諸如DMD之反射空間光線調變器正面之冷卻介質迴路，諸如液體或氣體冷卻系統。例如，將來自冷氣體或液體儲存器之氣體或液體攜帶至冷板並返回至氣體或液體儲存器之管道可更少「迂回」，且可減小傳輸流體所需之管道之總長度。
圖1說明根據本創作之影像調變系統之實施例。影像調變系統100包含以下組件：諸如DMD之空間光線調變器、用於電連接至空間光線調變器之觸點並用於連接至電子板之連接器板、冷卻框架115、背面冷卻區塊及至少一個熱管或至少一個導電塊狀金屬熱傳輸器或至少兩個具有循環冷卻流體之冷卻管道，其在正面冷卻框架與背面冷卻區塊之間傳遞熱能。
圖1之影像調變系統100亦在圖2中以透視圖說明且在圖3中以組裝狀態說明。
影像調變系統包含光孔隙110，光孔隙110被組配來被遮罩圍繞以阻擋不需要之光或溢出光入射至反射空間光線調變器或DMD 130上。其防止溢出光加熱反射空間光線調變器或DMD且亦防止雜散光被反射至影像上。溢出光表示不用於產生影像之光，即在瞳孔外部之光。
光學照明溢出定義為落在反射空間光線調變器或DMD之有效區域之外的光能。溢出為浪費之光，其不被諸如DMD微鏡之反射空間光線調變器元件反射，且不會對投影影像之亮度有貢獻。溢出區域中光能之形狀及空間分佈由系統光學設計判定。
過量之光學照明溢出會導致必須由系統冷卻之反射空間光線調變器或DMD上之較高熱負載，或可能發生各種類型之影像偽影(例如，雜散光)，或兩種情況皆可發生。
光孔隙110較佳與圍繞孔隙110之正面冷卻框架115組合，以將由溢出光產生之熱量引導向背面冷卻件。儘管正面冷卻框架115減小對諸如DMD之反射空間光線調變器之正面之加熱，但其不會取消加熱。在此實施例之變型中，光孔隙110亦可與正面冷卻框架115熱隔離。較佳地，正面冷卻框架115圍繞光孔隙110之整個圓周圍繞光孔隙110，且提供圍繞圓周之相等且均勻之冷卻以避免反射空間光線調變器(諸如DMD 130)中之熱機械應力。由於光閥之最關鍵之熱元件為吸氣劑條帶，因此在較佳實施例中，正面冷卻框架位於吸氣劑條帶附近。由於通常有兩個吸氣劑條帶位於諸如DMD 130之反射空間光線調變器之兩個相對側，因此正面冷卻框架較佳至少在此等側面附近。
正面冷卻框架115較佳由導熱材料製成，該導熱材料較佳具有大於80 W/m*K之導熱率(在環境溫度為20℃下量測)，或更佳地，由在環境溫度下導熱率大於150 W/m*K、較佳大於200或300 150 W/m*K的高導熱性材料製成。作為一實例，框架較佳由金屬或金屬物質提供，例如銅、銅合金、鋁或鋁合金。或者，可使用導熱陶瓷。框架可具有約2.5至8 mm之厚度，諸如3.7 mm。
此外，光孔隙110可由透明材料製成，其可藉助於密封至正面冷卻框架115來加以附接，以便防止灰塵損壞諸如DMD 130之反射空間光線調變器。密封件可例如為矽橡膠密封件，從而以氣密方式封閉反射空間光線調變器，以形成基本上密封之腔室。術語「基本上密封」應理解為其與周圍空氣密封，使得無大量灰塵或煙霧顆粒進入腔室。然而，將熱量自密封腔室排出更加困難。
用於本創作實施例之影像調變系統可包含複數個熱橋120，其附接至正面冷卻框架115。此框架115機械且熱連接至諸如DMD 130之反射空間光線調變器之前表面以用作熱導，其導致熱能朝向諸如DMD之反射空間光線調變器之背面傳輸，以便減小諸如DMD130的反射空間光線調變器之正面與背面之間的溫度梯度。
由於諸如DMD框架之反射空間光線調變器框架由諸如科伐合金之材料製成，因此諸如DMD框架本身之反射空間光線調變器框架之熱傳導非常低。藉由增大正面框架115及熱橋120，在諸如DMD之反射空間光線調變器之正面與背面之間提供非常短且熱良好之傳導路徑，此導致完全低溫度梯度。熱橋120亦可進一步連接至諸如DMD之反射空間光線調變器之背面，例如藉助於諸如夾具151之導熱機械固定件連接至螺柱及/或背面冷卻區塊150。冷卻區塊150藉助於至少一個熱連接之螺柱152安裝在PCB格式器板140。軟管倒鉤154 (即自氣體或液體冷卻至冷卻軟管之連接器)係固定的，如此項技術中針對冷卻區塊150所已知。
插座板125為諸如DMD 130之反射空間光線調變器之結構基座。插座板125及支撐板245 (圖2中所示)置放在諸如DMD 130之反射空間光線調變器之兩側上，作為夾層(堆疊)。在最終組配中，插座板125以多晶片組配直接附接至稜鏡(未展示)。
諸如DMD 130之反射空間光線調變器為待冷卻之影像調變系統之主要組件。
位於諸如DMD之反射空間光線調變器與格式器PCB 140之間的中介層135可自背面接收或擷取諸如DMD 130之反射空間光線調變器，且在諸如DMD之反射空間光線調變器與格式器PCB 140之間提供良好電連接。當擷取時，諸如DMD之反射空間光線調變器部分地嵌入在中介層135中。在圖2中，中介層135被單獨展示，且當其已擷取諸如DMD 130之反射空間光線調變器時亦展示為(130+135)。在圖2中，最終總成僅包括組合135+130。格式器PCB 140為電子驅動器板。支撐板245與插座板125擰在一起(圖2)。
螺柱155 (圖4中或圖2中之408，併有螺柱155之冷卻區塊150)熱且機械連接至諸如DMD之反射空間光線調變器之後表面。螺柱將諸如DMD之反射空間光線調變器之(通常相當小的)後表面增大為較大之冷卻表面，且將來自待冷卻之熱界面區域之熱能帶出諸如DMD堆疊之反射空間光線調變器，並使表面可冷卻。熱橋亦可熱連接至此螺柱。投影儀之冷卻熱連接至此螺柱 (例如，利用熱電冷卻器)。
螺柱155較佳由例如具有大於150 W/m*K之導熱率(在環境溫度為20℃下量測)之高導電材料製成，諸如金屬，例如銅或鋁或此等中之任何一種之合金。螺柱將諸如DMD 130之反射空間光線調變器之背側與被動或主動(即可控制)冷卻裝置150熱耦接。作為一實例，可使用簡單之空氣冷卻翼片陣列作為被動散熱器。帕耳貼元件可用作主動冷卻裝置150，其冷側耦接至螺柱155，而其熱側熱耦接至散熱構件，例如空氣冷卻冷卻翼片或液冷散熱器。另一種主動冷卻裝置為空氣冷卻之散熱器，例如冷卻翼片陣列，藉由控制風扇之轉速可控制冷卻空氣量。另一種替代主動冷卻裝置為水冷或液冷散熱器，藉由控制耦接至此液冷散熱器之液泵之輸出可控制冷卻液之量。例如，冷卻液體可為乙二醇與軟化水之混合物。
熱橋120熱連接至冷卻區塊150。
在本創作之一個較佳實施例中，熱橋120為熱管或循環冷卻迴路之至少兩個管道，例如，各自具有大於410 W/m*K之有效導熱率(在環境溫度為20℃下量測)。在環境溫度下，直徑為6 mm之75 mm熱管之典型有效導熱率為6600 W/*mK。在本創作之實施例中，熱管或直徑範圍為3至10 mm之循環冷卻迴路之至少兩個管道係合適的。熱管之有效導熱率不會隨著長度之增大而下降，因此較長之熱管可具有與相同之較短熱管幾乎相同之導熱率。對於循環冷卻迴路之至少兩個管道亦係如此。因此，可選擇熱管之長度或循環冷卻迴路之至少兩個管道之長度以適合諸如DMD之反射空間光線調變器之正面與背面之間的距離，例如大於3釐米。結果係改良之緊湊性，同時亦具有諸如DMD之反射空間光線調變器並不如此限制性地彼此機械連接之優點。此外，熱管或循環冷卻迴路之至少兩個管道不必在稜鏡與DMD之間延行，因此對於較大直徑之熱管或管道存在更多空間。然而，具有扁平熱管之當正面冷卻系統被扁平化並彎曲以適應實體約束，此對於本創作實施例中之熱管或循環冷卻迴路之至少兩個管道並非必需的。
熱管或循環冷卻迴路之至少兩個管道之長度及直徑應與所需之冷卻功率、光輸出及機械約束一致。
本創作之優點在於緊湊性：導電塊狀金屬熱傳輸器，甚至熱管或循環冷卻迴路之至少兩個管道使得諸如DMD之反射空間光線調變器之設計成為可能。此外，各種導電塊狀金屬熱傳輸器或熱管或諸如DMD之不同反射空間光線調變器之循環冷卻迴路之至少兩個管道彼此不機械連接。利用本創作之實施例，導電塊狀金屬熱傳輸器或熱管或循環冷卻迴路之至少兩個管道不必以多晶片組配配合在稜鏡與諸如DMD之各種反射空間光線調變器之間。例如，自諸如DMD之正面反射空間光線調變器延伸之熱管必須平坦化及變形以符合系統之實體約束(參見圖7)。因此，利用本創作之實施例，對於較大直徑之導電塊狀金屬熱傳輸器或熱管或循環冷卻迴路之至少兩個管道存在更多空間，因此，有效導熱性得到改良。
導電塊狀金屬熱傳輸器或熱管或循環冷卻迴路之至少兩個管道之長度及直徑應與熟習此項技術者已知的所需冷卻功率、光輸出及機械約束一致。
代替熱管或循環冷卻迴路之至少兩個管道，在某些情況下使用導電塊狀金屬熱傳輸器係次佳的。僅在需要較少之傳熱時才建議此樣做。金屬較佳具有至少150 W/m*K之導熱率(在環境溫度為20℃下量測)，且較佳為銅或鋁或此等中之每一者之合金。
由此類高導熱金屬製成之熱橋比熱管提供更少之熱傳導，因為此類材料(諸如銅)之有效導熱率比熱管之熱導率至少低10倍。其亦比具有相關聯循環冷卻迴路之至少兩個管道複雜。因此，熱管對於本創作之實施例係較佳的，其具有根據光輸出及/或所需冷卻功率之選定導熱率，以便在諸如DMD之反射空間光線調變器內充分降低溫度梯度。如上文所論述，諸如DMD之反射空間光線調變器之正面與背面之間的溫度梯度應低於10℃，以避免損壞空間光線調變器。
在較佳實施例中，用於熱橋120之導電塊狀金屬熱傳輸器或熱管或冷卻管道之直徑在3至10 mm之範圍內。
較佳地，使用全向熱管，使得熱管之效能不受熱管之定向影響。然而，作為例如DMD之光線調變器之正面框架115，由於正面框架115上之光擊中，DMD通常比背面冷卻區塊150更熱，熱管可具有取決於熱管之定向的導熱效能。
熱管之數目亦取決於所使用之每一個別熱管之直徑。
如圖2所示，為了提供最短之熱橋120，在影像調變系統之各種組件中提供孔，熱橋經由該等孔安裝。例如，在中介層135中必要時，在諸如DMD 130之反射空間光線調變器之側面上之位置處提供孔。在格式器PCB 140中，若需要，亦可提供孔141，即，不可能避免PCB。可使用格式器PCB 140及/或中介層135之現有設計，只要可使用合適之孔來為熱橋120提供路徑即可。或者，可在格式器PCB 140及/或中介層135中形成或設計專用孔。
由於諸如DMD之反射空間光線調變器之最關鍵之熱元件為吸氣劑條帶，因此在較佳實施例中，至少一個熱管或至少兩個熱管或至少一個或至少兩個導電塊狀金屬熱傳輸器或者循環冷卻迴路組配成靠近吸氣劑條帶。由於通常有兩個吸氣劑條帶位於DMD主動陣列之兩個相對側，因此至少兩個熱管或至少兩個導電塊狀金屬熱傳輸器或循環冷卻迴路之至少兩個管道較佳靠近此等側面穿過中介層135，特定言之如圖2及圖3所說明。因此，熱管或導電塊狀金屬熱傳輸器或循環冷卻迴路之至少兩個管道在不存在電子組件處穿過中介層之框架。
為了提供最短之熱路徑，至少一個或至少兩個熱管或至少一個或至少兩個導電塊狀金屬熱傳輸器或循環冷卻迴路之至少兩個管道具有例如為3 cm或更長的長度，且較佳為直的元件且直接穿過格式器PCB 140及/或中介層。
如圖2所示，冷卻區塊150包含一對熱傳導機械固定件，諸如夾具151或任何其他熱連接，例如以接收一對熱橋。
熱橋之數目取決於應用及諸如DMD之反射空間光線調變器之類型。較佳地，為了對稱目的提供偶數個熱橋，例如，兩個、四個等。在本實施例中，提供具有兩個熱管之熱橋。
當用於包含用於分離及重新組合光束之稜鏡之光投影系統及如上所述之三個反射空間光線調變器(諸如DMD)時，本創作之任何實施例之熱橋特別有利。圖7展示根據先前技術之三晶片投影儀，其包含三個反射空間光線調變器，諸如DMD。每一反射空間光線調變器(諸如DMD)之正面冷卻框架115藉助於至少一個或至少兩個導電塊狀金屬熱傳輸器或連接至公共散熱器之至少一個或至少兩個熱管冷卻，例如如專利申請案EP 1 863 296 A1中所述。在其他實施例中，至少一個或至少兩個導電塊狀金屬熱傳輸器或至少一個或至少兩個熱管或循環冷卻迴路中之至少兩個管道各自連接至單獨之散熱器。三個光線調變器需要完全對準，因為光線調變器產生之影像需要較佳地以子像素精度疊加，此可藉由本創作之實施例來達成。在先前技術之光線調變器之安裝及對準期間，附接至正面冷卻框架115之導熱元件可將額外機械應力提供至光投射系統。移除先前技術之正面冷卻件之附接，並代之以本創作之熱橋會移除此等機械應力。此外，其減小光線調變器之間的小空間(其中已經安裝了稜鏡)中之組件數目。因此，光投射系統亦可製造得更緊湊。
根據本創作之第二實施例提供另一種技術解決方案，用於藉助於循環冷卻迴路自諸如DMD之反射空間光線調變器之正面進行傳熱，該循環冷卻迴路供給設置在諸如DMD之反射空間光線調變器器之邊框內之冷卻通道。
專利US 2002/0163625 A1描述了一種稜鏡冷卻裝置，其包含用於藉由液體製冷劑冷卻分色/顏色組合稜鏡之冷卻區段。此外，冷卻區段亦用於藉由液體製冷劑冷卻影像顯示元件之與顯示表面相對之表面。
在諸如DMD之反射空間光線調變器內維持低溫梯度之目的係例如保護吸氣劑。因此，本創作之實施例亦提供藉由在例如由科伐合金製成的光閥邊框內提供冷卻通道來直接控制吸氣劑條帶之溫度的構件。
圖5a至圖5d展示反射空間光線調變器子系統500，諸如包括DMD 522，DMD 522包含通常由科伐合金製成之空間光線調變器邊框515內之氣體或液體冷卻通道505。圖5a為穿過諸如包括DMD 522之反射空間光線調變器子系統500之吸氣劑條帶510之橫截面圖。吸氣劑條帶510沿著矩形光學窗520之兩側定位，其保護諸如微鏡陣列DMD 522之反射空間光線調變器，例如由科伐合金製成之邊框515圍繞反射空間光線調變器，諸如位於光學窗520內之微鏡陣列522，且冷卻通道505設置在邊框515內。
圖5b說明圖5a之反射空間光線調變器子系統500之俯視圖，其中冷卻氣體或液體之入口505in及出口505out用冷卻通道505說明。元件525為陶瓷載體。
圖5c為反射空間光線調變器子系統500之透視圖，其展示陶瓷載體525及入口或出口505in及505out。圖5d為反射空間光線調變器子系統500之截面圖，該子系統500以與圖5a之橫截面成90°切割，該截面穿過入口或出口505in及505out而不穿過吸氣劑條帶510。
由於氣體或液體通道505極接近於吸氣劑條帶510，因此其可非常有效地冷卻吸氣劑條帶510，由此增長500之壽命。
冷卻管(未展示)可連接至入口及出口505in及505out，且可經由中介層及/或PCB格式器位於孔中，如上文針對熱管所描述。此外，可提供具有泵及用於控制流量之控制器之循環冷卻迴路。如上所述，熱管可使用熱接觸及熱傳導熱整合至背面冷卻件中，如上文針對熱管所描述。當背面冷卻件為液體冷卻件時，正面邊框之液體冷卻可液壓地整合至背面冷卻件中。然而，較佳使DMD 522之正面與背面獨立地冷卻。可提供控制器以獨立地且單獨地控制正面與背面冷卻件中之氣體或液體流動及/或溫度，以將熱梯度保持在可接受之容差內。
在圖5a至圖5d所示之DMD 522之實施例中，框架515可釺焊至陶瓷載體525上，例如，圍繞周邊形成電阻焊縫。可提供密封之玻璃-金屬密封。在此實施例中，冷卻通道505亦嵌入在邊框515內。
根據本創作之第三實施例提供了另一種技術解決方案，其藉助於循環冷卻迴路自諸如DMD之反射空間光線調變器之正面進行傳熱，該冷卻迴路供給冷卻介質(例如液體或氣體)在反射空間光線調變器(諸如DMD)之面上滿溢。
在反射空間光線調變器(諸如DMD)內維持低溫梯度之目的係例如保護吸氣劑條帶。因此，在本創作之此實施例中，提供了藉由提供諸如DMD之調變器之表面之滿溢來直接控制吸氣劑條帶之溫度的構件。
圖6a至圖6c說明反射空間光線調變器子系統600，諸如包括DMD 622，其包含溢流框架636及通向冷卻框架636之入口605in及出口605out，用於使諸如液體或氣體之冷卻介質循環。至少分別連接至入口與出口之管道可設置有來自循環冷卻迴路之冷卻劑。此迴路可包括泵及控制器以控制流量。圖6a係穿過諸如包括DMD 622之反射空間光線調變器子系統600之橫截面圖。吸氣劑條帶可沿著矩形光學窗620之兩側定位，其保護反射空間光線調變器，諸如微鏡陣列DMD 622。溢流框架636位於且可圍繞反射空間光線調變器(諸如位於光學窗620內之微鏡陣列622)之頂表面。溢流框架636覆蓋滿溢腔體638，冷卻介質跨越諸如微鏡陣列DMD 622之反射空間光線調變器之頂部流過該滿溢腔體。展示用於冷卻介質之入口605in及出口605out。元件625為陶瓷載體。
圖6b說明圖6a之反射空間光線調變器子系統600之俯視圖，其展示溢流框架636，其具有用於冷卻介質之入口605in及出口605out以及光學窗620。光入射在反射空間上，且經由流過滿溢腔體638之液體或氣體冷卻件自諸如微鏡陣列DMD 622之反射空間光線調變器出射。
圖6c為反射空間光線調變器子系統600之部分分解透視圖，其展示分別通向及離開滿溢腔室638之入口及出口605in及605out。
當滿溢腔室638位於吸氣劑條帶510上方且緊鄰吸氣劑條帶510時，其可非常有效地冷卻後者，由此增大反射空間光線調變器600之壽命。
圖5或圖6中所示之實施例之冷卻管道(圖6a中之虛線640示意性展示)分別連接至入口及出口505in、605in及505out、605out，且可經由中介層及/或PCB格式器位於孔中，如上文針對熱管所描述。冷卻管道可具有增強傳熱橫截面，用於將大量熱量引導至背面冷卻件。此等冷卻管道可使用熱傳導熱整合至背面冷卻中，如上文針對熱管所描述。當背面冷卻件為液體冷卻件時，覆蓋滿溢腔體638之正面溢流框架636之液體冷卻件可液壓地整合至背面冷卻件中。然而，較佳使DMD 622之正面與背面獨立地冷卻。可提供控制器以控制正面與背面冷卻件中之冷卻介質流動及/或溫度，以將熱梯度保持在可接受之容差內。
當入射至及離開反射空間光線調變器之光穿過冷卻介質時，應選擇冷卻介質使其透明且保持透明。可使用高度純淨之水。亦可選擇冷卻介質，使其吸收紅外及/或紫外光，以保護反射空間光線調變器及反射空間光線調變器下游之任何光學元件。例如，液體冷卻劑可包括溶劑及可溶於溶劑之紫外吸收物質。此類物質之實例為二苯甲酮及苯并三唑，諸如二苯甲酮磷酸酯、苯并三唑磷酸酯、二苯甲基硫酸酯、苯并三唑磺酸酯、苯基苯并咪唑磺酸、丁基甲氧基二苯甲醯甲烷、辛基二甲基PABA、甲氧基肉桂酸辛酯。
為了吸收紅外線，可使用溶劑及可溶於溶劑之紅外吸收物質。紅外吸收添加劑可包括碳-花青或吲哚菁綠(ICG)。
可提供光學感測器以判定冷卻液之任何老化及變色。若感測器之輸出指示冷卻液不再透明，則可安排維護且可更換冷卻液。
雖然已參考特定實施例在上文中描述了本創作，但進行此描述係為了闡明而非限制本創作。熟習此項技術者將瞭解，在不脫離本創作之範圍之情況下，可對所揭示之特徵進行各種修改及不同組合。
11‧‧‧第一入口管道
12、14、16‧‧‧DMD
13、15、17、19‧‧‧出口管道
18‧‧‧主冷卻區塊
20‧‧‧設計
22、24、25、26、27‧‧‧冷卻連接件
100‧‧‧影像調變系統
110‧‧‧光孔隙
115‧‧‧冷卻框架/正面框架
120‧‧‧熱橋
125‧‧‧插座板
130‧‧‧反射空間光線調變器或DMD
135‧‧‧中介層
140‧‧‧格式器PCB
150‧‧‧背面冷卻區塊
151‧‧‧夾具
152、155、408‧‧‧螺柱
154‧‧‧軟管倒鉤
245‧‧‧支撐板
402‧‧‧光
403‧‧‧稜鏡總成
404‧‧‧光閥
405‧‧‧投影光學系統
406‧‧‧光轉儲器
407‧‧‧印刷電路板(PCB)
409‧‧‧第一主動傳熱裝置
410‧‧‧感測器
412‧‧‧散熱器
500、600‧‧‧反射空間光線調變器子系統
505‧‧‧氣體或液體冷卻通道
505in、605in‧‧‧入口
505out、605out‧‧‧出口
510‧‧‧吸氣劑條帶
515‧‧‧空間光線調變器邊框
520、620‧‧‧光學窗
525‧‧‧元件/陶瓷載體
622‧‧‧微鏡陣列DMD
625‧‧‧元件
636‧‧‧溢流框架
638‧‧‧滿溢腔體
640‧‧‧虛線
現在將參考附圖更詳細地描述本創作實施例之此等及其他技術態樣及優點，其中：
圖1展示根據本創作實施例之包含熱橋之影像調變系統之側視圖。
圖2展示圖1之透視圖。
圖3展示安裝之圖1之影像調變系統。
圖4展示根據先前技術之包含稜鏡及光轉儲器(light dump)之影像調變系統。
圖5a展示根據本創作實施例之DMD，其包含在DMD邊框內之冷卻通道。
圖5b展示具有冷卻通道路徑之圖5a中所示之DMD之俯視圖。
圖5c展示圖5a及圖5b之透視圖。
圖5d展示圖5c之橫截面視圖。
圖6a至圖6c展示根據本創作實施例之反射空間光線調變器子系統，其具有用於諸如液體或氣體之冷卻介質之溢流框架。
圖7展示根據先前技術之投影系統，其包含三個空間光線調變器及用於冷卻光線調變器之正面及背面之單獨冷卻構件。

Claims (19)

  1. 一種影像調變系統，其包含一反射空間光線調變器系統，該反射空間光線調變器系統包含一格式器板(PCB)、一中介層、一背面冷卻件、一正面冷卻件及一反射空間光線調變器，該反射空間光線調變器具有一正面及一背面，其中具有一增強傳熱或具有具參考純銅之一非增強傳熱橫截面表面之至少一個熱導體被組配，來在該正面冷卻件與該背面冷卻件之間傳遞熱量，以便減小該反射空間光線調變器之該正面與該背面之間的熱梯度，該至少一個熱導體熱傳導地連接至該正面冷卻件及該背面冷卻件，且其中至少一個熱導體熱管穿過該格式器板。
  2. 如請求項1之影像調變系統，其中具有一增強傳熱之該至少一個熱導體為一熱管。
  3. 如請求項2之影像調變系統，其中該至少一個熱管具有至少3cm之一長度。
  4. 如請求項2之影像調變系統，其中該至少一個熱管之直徑在3mm至10mm之範圍內。
  5. 如請求項2之影像調變系統，其中該至少一個熱管係直的。
  6. 如請求項1之影像調變系統，其中具有一增強傳熱之該至少一個熱導體為一熱管，其為具有循環流體之一管道。
  7. 如請求項1之影像調變系統，其中具有一非增強傳熱之該至少一個熱導體為一導電塊狀金屬熱傳輸器。
  8. 如請求項1之影像調變系統，其中該背面冷卻件為一背面冷卻區塊。
  9. 如請求項1之影像調變系統，其中該正面冷卻件為一正面冷卻框架。
  10. 如請求項1之影像調變系統，其中該反射空間光線調變器之側面具有吸氣劑條帶，且具有一增強傳熱或具有具參考純銅之一非增強傳熱橫截面表面之該至少一個熱導體被組配來在該反射空間光線調變器之兩個相對側上接觸該正面冷卻件，該兩個相對側對應於該反射空間光線調變器之包含該等吸氣劑條帶之側面。
  11. 如請求項8之影像調變系統，其中該背面冷卻區塊為一空氣冷卻翼片陣列、一帕耳貼元件、一氣冷或液冷式散熱器、一被動散熱器、一空氣冷卻散熱器中之至少一者。
  12. 如請求項1之影像調變系統，其中該反射空間光線調變器為一LC面板、一LCOS或一數位微鏡裝置或用於光束操控之一LCoS相位調變器中之至少一者。
  13. 如請求項1之影像調變系統，其包含複數個反射空間光線調變器系統，每一系統具有一格式器板(PCB)、一中介層、一背面冷卻件、一正面冷卻件及一反射空間光線調變器，該影像調變系統進一步包含一控制器以單獨地且獨立地控制該複數個反射空間光線調變器系統中之每一者之冷卻。
  14. 如請求項1至13中任一項之影像調變系統，其進一步包含一控制器以單獨地且獨立地控制該背面冷卻件與該正面冷卻件之溫度。
  15. 一種投影儀，其包含三個如請求項1至14中任一項之影像調變系統。
  16. 如請求項15之投影儀，其包含複數個反射空間光線調變器系統，該投影儀被組配來單獨地控制每一反射空間光線調變器系統。
  17. 一種影像調變系統，其包含具有一正面及一背面冷卻件以及流體冷卻構件之一反射空間光線調變器，該流體冷卻構件被組配用於冷卻該反射空間光線調變器之該正面且用於將自該反射空間光線調變器之該正面之正面冷卻件獲得的熱量傳遞至該背面冷卻件，該反射空間光線調變器具有一封裝及連接至該流體冷卻構件之管道，該等管道穿過該封裝。
  18. 如請求項17之影像調變系統，其進一步包含具有一冷卻介質通道之一邊框，該冷卻介質通道設置在光閥之一邊框內。
  19. 如請求項17之影像調變系統，其進一步包含一溢流框架，該溢流框架具有用於使冷卻流體與該反射空間光線調變器之該正面接觸之一滿溢腔。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3522682B1 (de) * 2018-02-06 2020-07-29 ZKW Group GmbH Schaltungsanordnung, leuchtvorrichtung sowie fahrzeugscheinwerfer
CN112034667B (zh) * 2019-06-03 2023-01-24 青岛海信激光显示股份有限公司 一种激光投影设备
US11131847B2 (en) * 2019-06-05 2021-09-28 Continental Automotive Systems, Inc. Horn-shaped absorption element in a heads-up display
JP7417892B2 (ja) * 2019-12-26 2024-01-19 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 表示装置および投写装置
EP4121810A1 (en) * 2020-03-18 2023-01-25 Ricoh Company, Ltd. Image display apparatus and movable body
JP2022030034A (ja) * 2020-08-06 2022-02-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 投写型画像表示装置
CN115956221A (zh) * 2020-08-31 2023-04-11 索尼集团公司 液晶显示装置
CN112213906B (zh) * 2020-09-30 2022-02-01 青岛海信激光显示股份有限公司 一种投影设备及投影系统
CN113617750B (zh) * 2021-06-25 2022-05-24 北京空间机电研究所 主动清除空间应用激光器内部挥发污染物的装置及方法
CN115236945A (zh) * 2022-07-25 2022-10-25 苏州天准科技股份有限公司 激光直接成像系统及dmd工作区域调节方法
CN115016233A (zh) * 2022-07-27 2022-09-06 苏州天准科技股份有限公司 Dmd模组及激光直接成像系统
CN115371958B (zh) * 2022-10-24 2023-03-24 中国航天三江集团有限公司 光学元件液冷散热与杂散光处理一体化装置及其使用方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5331454A (en) 1990-11-13 1994-07-19 Texas Instruments Incorporated Low reset voltage process for DMD
US6300294B1 (en) 1998-11-16 2001-10-09 Texas Instruments Incorporated Lubricant delivery for micromechanical devices
KR100299970B1 (ko) * 1999-03-31 2001-10-29 윤종용 프로젝션 티브이의 냉각장치
US7084931B2 (en) * 2000-08-28 2006-08-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Projection video device
EP1193982A1 (en) 2000-09-20 2002-04-03 Barco N.V. Projector with system for cooling the light modulators
US6416183B1 (en) 2000-12-04 2002-07-09 Barco N.V. Apparatus and method for three-dimensional movement of a projected modulated beam
US6574968B1 (en) 2001-07-02 2003-06-10 University Of Utah High frequency thermoacoustic refrigerator
US6588215B1 (en) 2002-04-19 2003-07-08 International Business Machines Corporation Apparatus and methods for performing switching in magnetic refrigeration systems using inductively coupled thermoelectric switches
US7232332B2 (en) * 2003-01-07 2007-06-19 Sun Microsystems, Inc. Support and grounding structure
JP4192882B2 (ja) * 2003-12-26 2008-12-10 セイコーエプソン株式会社 光学装置、およびプロジェクタ
JP4466147B2 (ja) * 2004-03-23 2010-05-26 セイコーエプソン株式会社 光学装置およびプロジェクタ
JP4238833B2 (ja) * 2005-03-01 2009-03-18 セイコーエプソン株式会社 冷却ユニットの製造方法、冷却ユニット、光学装置、並びにプロジェクタ
EP1863296A1 (en) 2006-06-02 2007-12-05 Barco NV Cooling of reflective spatial light modulating devices
US8436453B2 (en) 2006-12-28 2013-05-07 Texas Instruments Incorporated Micromechanical device lubrication
GB2451684A (en) 2007-08-09 2009-02-11 Digital Projection Ltd Heat transfer apparatus for cooling a light valve or digital micro mirror
JP5714334B2 (ja) * 2011-01-12 2015-05-07 株式会社オーク製作所 熱交換機構および露光装置
JP2012181386A (ja) 2011-03-02 2012-09-20 Mitsubishi Electric Corp 反射型光学素子冷却装置及び反射型光学素子ユニット
US9316388B2 (en) * 2014-01-31 2016-04-19 Christie Digital Systems Usa, Inc. Device and kit for cooling a light emitting material
JP2015162530A (ja) * 2014-02-27 2015-09-07 キヤノン株式会社 液冷装置および光学機器
CN204731523U (zh) * 2015-05-28 2015-10-28 拓蒂电子(上海)有限公司 一种用于车载dlp平视显示系统的光学投影组件
CN106569376B (zh) * 2016-10-31 2018-07-03 海信集团有限公司 Dmd组件、dlp光机及dlp投影装置
JP6903902B2 (ja) * 2016-12-06 2021-07-14 株式会社リコー 画像生成装置、および画像投影装置
US10629515B2 (en) * 2016-12-20 2020-04-21 Xerox Corporation System and method for cooling digital mirror devices
WO2019109628A1 (zh) * 2017-12-07 2019-06-13 青岛海信激光显示股份有限公司 投影装置

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WO2019020198A1 (en) 2019-01-31
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US20200218141A1 (en) 2020-07-09

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