用于提供光源的冷卻的照明組件和方法

專利名稱：用于提供光源的冷卻的照明組件和方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種用于冷卻光源的照明組件和方法，且具體 地涉及一種改進的照明組件和一種用于冷卻布置在攝影機中的光源的 方法。
背景技術：
在一個包括如離素光源或高輸出發光二極管(LED)這樣的高強 度光源的系統中，通常需要一種散逸由這種光源輻射的熱的布置，以 保持規定的工作溫度范圍。這對LED尤為重要，因為持續的高工作溫 度對LED壽命和光學性能具有不利影響。高工作溫度還會大大加速流 明損耗。
一種對LED器件的有利的示范性應用是在用于記錄圖像和聲音 的攝影機中，這種攝影機可能布置在便攜式移動電話中。在這種情況 中，在低照明水平下該LED將對照明場景有幫助。在這樣的情況中， 保持該LED器件在特定工作溫度范圍更是必要，因為若該LED的溫 度超過規定工作溫度范圍，則該LED的光譜分布將改變。光譜分布的 改變將影響該記錄的白平衡。
對于這種問題通常的解決方案是在該LED附近布置有源冷卻器 件，如風扇，以助于散逸由該光源輻射的熱。然而由于風扇既產生噪 聲又產生振動，因此，這種解決方案是不利的。該振動將影響圖像的 穩定性，而噪聲將使得已記錄的聲音失真。
美國專利US 2005/0276053對這種問題提出了解決方案，通過在攝 像頭內布置照明系統。該照明系統包括多個LED、用于支撐這些LED 的平臺和熱裝置，這些LED用于產生受控的照明條件，這種熱裝置如 散熱裝置，這種散熱裝置可包括相變材料(PCM)，以儲存由這些LED 所產生的熱。
在本領域中，通過相變材料的無源冷卻是公知的，該無源冷卻特 別應用在例如小的且重量輕的便攜式電子設備中。相變材料是一種能 夠儲存或釋放大量能量的材料組合物。最初，這些固液PCM像常規的儲存材料如水一樣發揮作用，當這些固液PCM吸收散逸的熱時，它們 的溫度升高。不過，與常規的儲存材料不同，當這些PCM達到它們變 相的溫度(它們的熔點)時，這些PCM吸收大量的熱而不會變得更熱。 當在該PCM材料滴(drop )周圍的空間內的環境溫度降低時，該PCM 固化，從而釋放其所儲存的潛在的熱。因此，這些PCM吸收并散發熱 量，從而保持接近恒溫狀態。
不過，當在上述所揭示的照明系統中將在散熱裝置中的所有相變 材料熔化時，該散熱裝置的溫度持續增加直到達到穩定的溫度。達到 這種穩定狀態和達到該穩定狀態的溫度值的時間由該散熱裝置的冷卻 表面和可感測的熱決定。在斷開照明系統中的這些LED后，該散熱裝 置冷卻下來。該散熱裝置的溫度降低直到該PCM的凝固溫度(等于該 熔化溫度)，由于這種PCM的溫度穩定性，所以在此凝固溫度，該散 熱裝置的進一步冷卻急劇降低。當將在照明系統中的這些LED連續地 多次接通時會產生問題。當兩個接通階段之間的斷開階段太短時，在 該接通階段的啟動溫度已太高，這嚴重地限制了該第二階段，從而停 留在這些LED的特定的工作溫度。 一個明顯的解決方案往往是包括更 多的相變材料，但是為保持該應用重量輕和緊湊，這并不是一種可行 的解決方案。
因此，需要一種改進的照明組件和一種用于冷卻光源的方法，基 本上克服了現有技術中的至少一些缺點，且更特別地克服了或至少減 輕了在攝影機中的光源冷卻的問題。

發明內容
上述目的通過分別由權利要求1和權利要求8所限定的一種改進 的照明組件和一種用于冷卻光源的方法來實現。所附的從屬權利要求 限定根據本發明的有利實施例。
根據本發明的一個方面，提供一種用于提供光源冷卻的照明組件， 該照明組件包括散熱裝置，用于該散熱裝置的有源冷卻的裝置；以及 用于在關掉該光源時啟動該有源冷卻裝置的啟動裝置。該散熱裝置包 括用于散逸該光源產生的熱的相變材料。
如上所述，在將該光源連續多次接通的組件中，該光源的工作的 兩個階段(即接通階段)之間的斷開階段須足夠長，使布置在該散熱裝置中的該PCM足夠地冷卻下來，以允許該光源的第二接通階段有足 夠的長度。利用根據本發明的組件，可縮短該斷開階段，因為在將光 源斷開(即斷開階段)時，該有源冷卻裝置促進對由散熱裝置(該散 熱裝置包括該PCM)所接收的熱的散逸。同時，在該光源接通且該有 源冷卻裝置關閉階段，通過這種PCM來提供安靜且無振動的對這種光 源的冷卻。此外，上述組件有可能最小化需要布置在該散熱裝置中的 相變材料的量，從而使這種組件更加緊湊，這種緊湊的組件優選用于 小型手持器件。
例如，優選使用布置在該散熱裝置附近的溫度傳感器來測量該散 熱裝置的溫度。然后將該溫度與第一預定閾值進行比較，其中，若該 溫度在第一預定閾值以上，則啟動裝置將啟動該有源冷卻裝置。正如 技術人員所理解的那樣，在已經接通該光源后，隨后無需經常啟動該 有源冷卻裝置。然而這取決于在一個接通階段之后該散熱裝置的溫度、 該散熱裝置的尺寸、布置在該散熱裝置內的PCM的量、假定的隨后的 接通階段、周圍環境的溫度等。
在一個優選實施例中，該散熱裝置包括通道列，將該相變材料布 置在這些通道周圍，且使由該有源冷卻裝置提供的冷卻氣流流過這些 通道。例如，這可以通過將該相變材料布置在貯存器中獲得，其中， 該貯存器包括貫通孔或貫通通道，已將該有源冷卻裝置的流出物 (outflow)連接到該貯存器的貫通孔。在一些實施例中，這也許是一 個有利的解決辦法，不僅因為其加速了由該散熱裝置接收到的熱的散 逸，而且還因為在這種情況下的冷卻氣流不必在該散熱裝置的外部周 圍流動。
例如，該有源冷卻裝置可由合成射流模塊(synthetic jet module )、 電風扇或壓電冷卻器提供。因為該合成射流模塊既緊湊又非常有效， 因此，該合成噴射器是優選的實施例。典型的合成噴射器包括位于一 個小室的一側處的聲學致動器(壓電元件)，所述小室的一側被一個 小孔口相對，該小孔口通常是一個孔或狹縫。施加電壓到該聲學致動 器使之振動，且將外部空氣通過該小孔口迅速進入該室，然后紊流地 排出。
若該散熱裝置的溫度升高到第二預定闊值之上，則包括使該有源 冷卻裝置的啟動失效(override)的功能是有利的。例如，若接通階段
5如此之長以至于包括該相變材料的散熱裝置達到最大工作溫度，則允 許具有啟動該有源冷卻裝置的可能性。如上所述，超過最大規定的工 作溫度將嚴重限制該熱源的壽命。
該光源優選包括在該照明組件中。
在一個實施例中，將上述照明組件布置在攝影機系統中，該攝影 機系統還包括應用于記錄圖像的攝影機。在一個攝影機系統中，如一 個用戶的攝影機系統，當由該攝影機系統記錄的場景太暗以至于不能 成功記錄時，需要用于照亮該場景的光源。如所理解的，該光源優選 應非常亮，這樣大體上將導致該光源變得非常溫暖。此外，該攝影機 系統須緊湊。通過使用如上所述的布置，由于如上所述的有源和無源 冷卻裝置的有利的結合，鑒于所布置的用于接收該光源散逸的熱的該 散熱裝置可以是小的散熱裝置，所以使得設計緊湊的攝影機系統成為 可能。因為在該光打開(并且因此記錄)時該有源冷卻裝置大體上斷 開，因此，該有源冷卻裝置將不妨礙該記錄。相反，當該記錄和光斷 開時，該有源冷卻裝置開始工作。
根據本發明的另一方面，提供一種用于為照明組件提供光源冷卻
的方法，該照明組件包括散熱裝置，該散熱裝置包括用于散逸該光 源產生的熱的相變材料；以及啟動該散熱裝置的冷卻的有源冷卻裝置。 該方法包括以下步驟在斷開該光源時啟動該有源冷卻裝置。如上所 述，關于本發明的第一方面，該方法縮短用于該光源的必要的斷開階 段，而同時在該光源的接通階段(通過該相變材料)提供安靜且無振 動的對該光源的冷卻。
當研究所附的權利要求和下面的描述時，就會明白本發明的進一 步的特點和優點。本領域技術人員意識到可將本發明的不同的特點結 合以創造多個實施例而不是僅限于以下描述的這些實施例。


參考附圖詳細地描述本發明的這些和其它方面，這些附圖示出了 本發明目前所優選的實施例，其中
圖1是示出了根據本發明的實施例的照明組件的實施例的示意性 框圖2是示出了示于圖1中的照明組件的工作期間布置在該散熱裝置內的相變材料的溫度的曲線圖3示意地示出了包括根據本發明的實施例的照明組件的攝影機 系統。
具體實施例方式
現在參看附圖且特別參看附圖1，圖中示出了照明組件100的示意 性框圖，該照明組件100包括具有九個發光二極管(LED) LHU的照 明模塊101，而且還包括密封的散熱裝置102,該散熱裝置102具有布 置在該散熱裝置102內的相變材料(PCM)。照明模塊101和散熱裝 置102與溫度傳感器103 —起布置在板104上，照明模塊101和散熱裝 置102與溫度傳感器103彼此熱耦合。組件IOO進一步包括啟動裝置， 在圖所示的實施例中，這種啟動裝置是控制單元105，該控制單元105 被配置為接收來自溫度傳感器103的信號，并且控制照明模塊IOI。控 制單元105也控制呈合成射流模塊106形式的有源冷卻裝置，合成射 流模塊106輸出由箭頭d-C3示出的冷卻氣流。由合成射流模塊106輸 出的該冷卻氣流由散熱裝置102的三個相應的輸入端IHb接收。布置 在密封的散熱裝置102內部且由該相變材料包圍的這些通道連接該輸 入端Irl3和布置在散熱裝置102頂部的輸出端Or09。在一個實施例中， 以一種類似于梳子的方式布置該密封的散熱裝置102，其中，將輸出端 0廣09布置在該梳子的齒之間的空間中。該散熱裝置大體上由具有高熱 導性的材料如鋁構成，且布置成使該散熱裝置具有與該光源的熱連接。
照明模塊101可包括任意數量的LED。照明模塊101也可以或者 可替代地包括其它類型的光源，例如，OLED、 PLED、(固態)激光 器或它們的組合。這對散熱裝置102來說同樣重要，該散熱裝置102 可包括不同類型的相變材料，如以PCM為基材的石蠟。此外，可將該 冷卻氣流布置成通過冷卻散熱裝置102的外部來冷卻散熱裝置102,或 者它們的結合。合成射流模塊106總體上簡單且不包括摩耗的摩擦部 件。此外，合成射流模塊106原則上與小型立體聲揚聲器(在該小型 立體聲揚聲器中，隔膜安裝在具有一個或多個孔口的空腔內)類似。 電磁或壓電驅動器引起該隔膜每秒振動100次到200次，將周圍的空 氣吸入該空腔然后再排出。該模塊的空氣進入和排出的迅速循環產生 脈動射流，可將該脈動射流指向精確的冷卻所需要的位置，在這里指
7向散熱裝置102的輸入端L-l3。
控制單元105可包括微處理器、微控制器、可編程數字信號處理 器或另外的可編程器件。控制單元105還可以或替代地包括特定應用 的集成電路、可編程門陣列邏輯、可編程邏輯器件、數字信號處理器 等。在控制單元105包括諸如上面提到的微處理器或微控制器的可編 程器件時，該處理器還可包括計算機可執行代碼，該計算機可執行代 碼控制該可程序化器件的工作。
在照明組件100的工作期間，控制單元105接收控制信號，該控 制信號指示照明模塊101即將被啟動。控制單元105啟動照明模塊101 使得這些LED LHU接通，且將光從照明組件100發出。在這種情況 中，包括PCM的散熱裝置102將提供照明模塊101的無源冷卻。控制 單元105再接收控制信號，該控制信號指示應斷開照明模塊101和/或 指示其中布置有照明組件100的系統對由合成射流模塊106產生的噪 音和振動不敏感。控制單元105將斷開照明模塊101。在這一點上，相 反，控制單元105將啟動該有源冷卻裝置，即合成射流模塊106。即將 開始產生冷卻氣流的合成射流模塊106將會開始冷卻包括PCM的散熱 裝置102，從而將布置在散熱裝置102內的PCM的固化狀態加速。之 后，若再將照明模塊101打開，則合成射流模塊106被斷開。
可選地，將從溫度傳感器103接收的采樣溫度信號與第一預定溫 度閾值進行比較是可能的，該采樣溫度信號與熱連接板104的溫度有 關。該第一預定溫度閾值與該相變材料的熔化溫度有關。在該可選的 情況中，若發現該溫度在該第一預定溫度閾值以上且照明模塊101被 斷開，則控制單元105將僅僅啟動合成射流模塊106。同時，控制單元 105將開始周期性地采集從溫度傳感器103接收到的溫度信號，該溫度 信號與熱連接板104的溫度有關，并因此與散熱裝置102的溫度有關。
作為安全的預防措施，可連續地采集該溫度，甚至在照明模塊IOI 接通時也是如此。在這種情況下，將該溫度與第二預定溫度閾值進行 比較，該第二預定溫度閾值與這些LED LrL9的最大工作溫度有關。 若發現由溫度傳感器測量的溫度在這些LED L,-L9的最大工作溫度以 上，則即使照明模塊101接通，控制單元105使控制單元105通常的控 制模式無效，且啟動合成射流模塊106，在這種情況下合成射流模塊 106將開始有源地冷卻散熱裝置。不過，這通常是不必要的，此外，在
8其中布置有照明組件100的系統對由合成射流模塊106產生的噪音和 振動敏感的情況下，也許會提供干擾。
正如技術人員所理解的那樣，如上所述的照明組件100可以是一 個集成的單元，其中，例如，在此情形中具有集成有源冷卻裝置的散 熱裝置102的底部構成用于照明模塊101的配件的底部。可將控制單 元105與照明組件100集成在一起。其中包括照明組件100的系統中的 處理裝置也可替代專用控制單元105使用，或者與專用控制單元105 一起使用。
在圖2中描述了根據本發明的照明組件100的工作期間布置在散 熱裝置102內部的相變材料的溫度之間的關系曲線200，且不同的時間 階段，即四個不同的"區段，，，在該不同的時間階段期間，由來自照 明組件101輻射的光加熱散熱裝置102且由該有源冷卻裝置冷卻散熱 裝置102。在本實施例中，該PCM是以石蠟為基材的相變材料。
在第一區段A中，將照明組件101接通且該PCM的溫度開始增加 直到該溫度達到該PCM的熔化溫度。在已經描述的實施例中，將該第 一預定溫度閾值選擇為與該PCM的熔化溫度一樣，例如47X:。而且， 然后該散熱裝置的溫升在區段B慢下來，因為區段B是PCM變相并 吸收由照明模塊101所散逸的大量的熱而并不變得太熱的階段。
然而，在區段C中，所有的PCM已熔化，且散熱裝置102的溫庋 以及在散熱裝置102內的PCM的溫度將因此升高，直到散熱裝置的最 大穩定狀態溫度。總體上，將散熱裝置102的尺寸以及布置在散熱裝 置102內部的PCM的量設計成使得散熱裝置102的穩定狀態溫度將不 超過照明模塊101的最大工作溫度。然而，在一些情形中，例如，當 照明組件101工作環境的環境溫度非常高時，如上所述，使該有源冷 卻裝置的啟動無效且即使接通照明模塊101也啟動合成射流模塊106 會是必需的。在這種情形中，將第二溫度閾值選擇為照明模塊102的 最大工作溫度，例如70t:。此外，在一個可替代的實施例中，調整來 自該有源冷卻裝置的冷卻氣流是可能的。例如，在該有源冷卻裝置是 風扇的情形中，這可通過調節該風扇的速度來獲得。這將使得噪音和 振動最小化。例如，在這種情形中使該有源冷卻裝置的啟動失效。
在區段D中，將照明模塊101斷開，且將該有源冷卻裝置啟動。 合成射流模塊106將提供該相變材料的迅速的溫降以使該斷開階段最小，這樣，使得隨后接通照明模塊101能夠在下一個照明模塊101的接通階段沒有太高的開始溫度的問題。這將延長第二接通階段，這樣，在將這些LED接通時，使之在LED的具體工作溫度范圍內保持較長 時間段而不啟動有源冷卻裝置更容易。保持在工作溫度范圍之內將大 體上延長該光源的壽命，即這些LED的壽命。此外，階段D進一步描述了虛線201,該虛線示出了在現有技術的 布置中的相變材料的溫降，其中，在斷開該光源時不使用有源冷卻。 在這種情形中，該相變材料的溫降慢得多。正如技術人員所理解的那 樣，除了其他情形之外，在根據本發明的布置與現有技術的布置之間， 關于從該PCM的最大溫度至所期望溫度的溫降的時間差與該有源冷 卻裝置的容量有關。圖3示出了攝影機系統300，該攝影機系統包括適于記錄圖像的攝 影機301以及如上所述的與圖l相關的照明組件100。已將照明組件100 集成在視頻閃光單元302中，此外還包括用于聚焦由照明組件100發 射的光的鏡頭303。將視頻閃光單元302進一步配備用于允許氣流通過 散熱裝置102的貫通通道的裝置(未示出)。在這種情形中，視頻閃 光單元302的有源冷卻由風扇提供，且提供帶有進口孔和出口孔的視 頻閃光單元302是必需的。不過，當在視頻閃光單元302中的有源冷 卻由合成射流提供時，不需要該冷卻進口孔。如上所述，因為在該光 打開(并且因此記錄)時，通常斷開該有源冷卻，因此，該有源冷卻 將不妨礙該記錄。相反，當該記錄和光斷開時，發生該有源冷卻。在本領域中的人員意識到本發明不會受到上述優選實施例的限 制。相反，在附加的權利要求書的范圍內許多修改和變形都是可能的。 例如，本發明也可與不同類型的緊湊的電子設備結合，例如，與具有 連續模式或升降LED光的彩色可變LED閃光單元結合。此外，將散 熱裝置設計成能夠使該散熱裝置包括正常的用于進一步便于該散熱裝 置的冷卻的散熱裝置法蘭。例如，若實施的限制使得不可能集成由該 散熱裝置內部的PCM所圍繞的貫通通道，則這樣的實施例也許是必需 的。
權利要求
1.一種用于提供光源(101)的冷卻的照明組件(100)，所述照明組件(100)包括散熱裝置(102)，所述散熱裝置(102)包括用于散逸所述光源(101)產生的熱的相變材料；用于所述散熱裝置(102)的有源冷卻的裝置(106)；以及用于在斷開所述光源時啟動所述有源冷卻裝置的裝置(105)。
2. 如權利要求1所述的照明組件，其中，所述啟動裝置還適于在 斷開所述光源時且所述散熱裝置的溫度處于第一預定閾值之上時啟動 所述有源冷卻裝置。
3. 如前所述的任意一個權利要求所述的照明組件，其中，所述散 熱裝置包括通道列，將所述相變材料布置在所述通道周圍，且使由所 述有源冷卻裝置提供的冷卻氣流適于流過所述通道。
4. 如前所述的任意一個權利要求所述的照明組件，其中，從包括 合成射流模塊、風扇和壓電冷卻器的組中選擇所述有源冷卻裝置。
5. 如前所述的任意一個權利要求所述的照明組件，其中，若所述 散熱裝置的溫度處于第二預定閾值之上，則所述啟動裝置還適于使所 述有源冷卻裝置的啟動失效。
6. 如前所述的任意一個權利要求所述的照明組件，其中，所述光 源包括在所述照明組件中。
7. —種攝影機系統(300)，所述攝影機系統(300)包括 適于錄制影像的攝影機(301);根據權利要求1至6中任意一項權利要求所述的照明組件。
8. —種用于為照明組件(100)提供光源(101)冷卻的方法，所述 照明組件(100)包括散熱裝置(102)，所述散熱裝置(102)包括 用于散逸由所述光源(101)產生的熱的相變材料，并且所述照明組件(100)還包括用于所述散熱裝置(102)的有源冷卻的裝置(106); 所述方法包括以下步驟在斷開所述光源(101)時啟動所述有源冷卻裝置。
全文摘要
本發明涉及一種用于提供光源(101)的冷卻的照明組件(100)，該照明組件包括散熱裝置(102)，該散熱裝置包括用于散逸由該光源(101)產生的熱的相變材料；用于該散熱裝置(102)的有源冷卻的裝置(106)；以及用于在關掉該光源時啟動該有源冷卻裝置的裝置(105)。根據本發明的照明組件使得在連續多次接通光源時兩個接通階段之間的所必需的斷開階段最小。同時，本發明提供一種在光源的接通階段期間安靜的且無振動地對光源的冷卻，并且因此在斷開光源時促進由包括相變材料的散熱裝置接收到的熱的散逸。本發明還涉及一種相應的用于為照明組件的光源提供冷卻的方法。
文檔編號F21V29/00GK101517316SQ200780034009
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月10日 優先權日2006年9月14日
發明者C·J·賈林克, D·A·貝諾伊, S·J·M·庫彭斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司