色輪裝置及其光源設備以及投影系統的制作方法

本申請為申請人于2013年11月21日遞交的申請號為201310595000.6，發明名稱為"色輪裝置及其光源設備以及投影系統"的分案申請。

本發明涉及一種光學投影設備，特別是一種色輪裝置。本發明還涉及使用這種色輪裝置的光源設備，以及使用這種光學設備的投影系統。

背景技術：

投影系統依其原理可以分為液晶投影設備(即，lcd)、單晶硅液晶投影設備(即，lcos)及數字光處理技術投影設備(即，dlp)等。其中，dlp投影設備具有亮度高，色彩重現準確，響應時間短，無雜訊及輕薄等優點，成為目前主流的投影系統之一。

在dlp投影設備中，是采用數字控制，并利用反射原理，將光源集中之后經過透鏡聚焦，再穿過具有彩色濾光的色輪后投射至數字微晶片上。由于數字微晶片上具有許多微小的可動鏡片，驅動電極控制可動鏡片的傾斜角度及偏轉時間，再通過切換光的反射方向經鏡頭組投射至熒幕上成像。

色輪是dlp投影設備中的重要部件，其主要包括馬達、與馬達固定連接的色輪盤以及包圍色輪的殼體。在色輪盤上涂覆有紅、綠、藍、白四種顏色的熒光粉，激光光斑直接照射到色輪的熒光粉區域而被過濾成紅、綠、藍三原色以進行投影。在激光的照射下，色輪盤會吸收相當高的熱量并使其溫度快速升高，高的溫度可能會導致色輪發生故障，進而造成產品品質的下降。

技術實現要素：

針對現有技術中所存在的問題，本發明提出了一種色輪裝置。這種色輪裝置能夠提高色輪盤表面的空氣流動性，從而快速降低色輪盤的溫度。

根據本發明的第一方面，提出了一種色輪裝置，包括，

殼體，內部形成有氣流通道；色輪組件，設置在氣流通道中，其至少包括具有波長轉換功能的色輪盤；氣流驅動組件，設置在氣流通道中，其產生的氣流自氣流驅動組件沿橫向于色輪盤表面的方向到達色輪盤表面。

根據本發明的色輪裝置，風垂直地吹向色輪盤表面，極大地提高了色輪盤表面的空氣流動性，增加了這里的空氣對流系數，也由此提高了色輪盤表面的空氣換熱系數。另外，氣流驅動組件使得色輪裝置內部的空氣循環流動起來并且沒有死角，這也提高了殼體內的冷熱空氣的熱交換能力。

需要說明的是，在本文中，用語“橫向地”理解為相對于色輪盤的表面形成一定的角度，即風的流動方向相對于色輪盤的表面的法線形成一定的角度。該角度例如為0到45度，優選為0度(即風的流動方垂直于色輪盤的表面)。

在一個實施例中，氣流通道為首尾連通的循環通道或者為單向通道。氣流通道在殼體內形成貫穿的通道，在氣流驅動組件的驅動下，氣流通道內的空氣沿著氣流通道循環流動，提高了殼體內的冷熱空氣的熱交換能力，避免了殼體內空氣的循環死區。

在一個優選的實施例中，氣流驅動組件和色輪組件之間的氣流通道部分隨氣流的延伸方向與色輪盤的表面垂直。這樣，不論氣流驅動組件如何設置或氣流通道的其他部分如何設置，風總是能在氣流通道的引導下垂直地吹向色輪盤的表面，這方便了殼體的設計和色輪的設計。如上所述，這里用語“垂直”并不能根據數學意義來理解，而應理解為接近90度。

在一個實施例中，氣流通道的橫截面內徑自氣流驅動組件所在處向色輪組件所在處梯度遞減。這種氣流通道有助于提高到達色輪盤的表面的風速，提高這里的空氣對流系數而提高色輪盤表面的空氣換熱系數。

在一個實施例中，氣流驅動組件相對于色輪盤偏心設置，且所產生的氣流到達色輪盤表面的區域與色輪盤表面受激發光照射的區域不重疊。這種結構使得在同一時刻，氣流和色輪盤接觸的部分與色輪盤受光照的部分不重疊，避免了風中的灰塵影響投射到色輪盤上的光，從而有助于提高成像品質。

在一個實施例中，殼體內壁設有一個或多個相互平行的沿氣流方向延伸的間隔板，將氣流通道分成多個彼此間隔開的子通道。這些子通道的橫截面尺寸較小而表面積較大，有助于將空氣中的熱量通過殼體壁快速散出。在一個優選的實施例中，氣流驅動組件包括一個或多個風扇，且風扇所產生的氣流同向流動。風扇會克服由子通道產生的空氣流動阻力，從而大大提高殼體內的空氣的流動速度，這也有助于給色輪降溫。

在一個實施例中，在殼體外表面上形成有或安裝有外置散熱器。外置散熱器能夠將來自氣流通道和殼體其他部分的熱量快速散去。此外，殼體和單獨的外置散熱器能夠單獨生產，降低了制造難度、方便了生產。在一個優選的實施例中，外置散熱器的朝向殼體內部的一側表面上設置有半導體制冷器。半導體制冷器可進一步降低殼體的溫度，有助于殼體內部的熱量快速散出，最終進一步降低色輪的溫度。在另一個實施例中，氣流通道中設有內置散熱器，外置散熱器與內置散熱器之間通過半導體制冷器面接觸。內置散熱器有助于將殼體內部的熱量快速散出，從而進一步降低色輪的溫度。

在一個實施例中，色輪組件還包括與色輪盤連接以驅動色輪盤繞其中心軸轉動的馬達。

根據本發明的第二方面，提出了一種光源設備，包括激發光源，以及如上文所述的色輪裝置，在色輪裝置的殼體上設有進光口和出光口，激發光源發出的光從進光口進入，照射到色輪裝置的色輪盤上，并從出光口射出。

根據本發明的第三方面，提出了一種投影系統，包括如上文所述的光源設備，還包括將從光源設備的出光口射出的光進行投影成像的成像設備。

與現有技術相比，本發明的優點在于，氣流驅動組件和氣流通道的使殼體內的空氣循環流動，避免了殼體內部出現空氣循環死區，從而提高冷熱空氣的熱交換率。另外，氣流驅動組件和色輪組件之間的氣流通道部分隨氣流的延伸方向與所述色輪盤的表面垂直，不論氣流驅動組件如何設置或氣流通道的其他部分如何設置，風總是能在第一路徑部分的引導下垂直地吹向色輪盤的表面，方便了殼體的設計和色輪的設計，并且風垂直地吹向色輪盤表面，極大地提高了色輪盤表面的空氣流動性，增加了這里的空氣對流系數，也由此提高了色輪盤表面的空氣換熱系數。外置散熱器、內置散熱器、半導體制冷器的使用可進一步降低殼體的溫度，有助于殼體內部的熱量快速散出，最終進一步降低色輪的溫度。

附圖說明

在下文中將基于僅為非限定性的實施例并參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中：

圖1是根據本發明的色輪裝置的第一實施例；

圖2是根據本發明的色輪裝置的第二實施例；

圖3是根據本發明的色輪裝置的第三實施例。

在圖中，相同的構件由相同的附圖標記標示。附圖并未按照實際的比例繪制。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明做進一步說明。

圖1示意性地顯示了根據本發明的色輪裝置10的第一實施例。如圖1所示，色輪裝置10包括殼體11，在殼體11內形成有氣流通道，設置在氣流通道內的色輪組件和用于給色輪組件降溫的氣流驅動組件。與現有技術相同，色輪組件包括馬達13和與馬達13固定連接的色輪盤14，色輪盤14上設置有熒光粉，用以將照射到其上的激發光轉換成其他波長的受激光出射。馬達13轉動可帶動色輪盤14繞其中心軸轉動。色輪裝置10還包括本領域的技術人員熟知的其他輔助部件，為了簡單起見，這里不再贅述。

氣流驅動組件包括設置在氣流通道內的第一風扇21。如圖1所示，氣流通道包括第一路徑部分22、第二路徑部分23、連接第一路徑部分22的末端和第二路徑部分23的起始端的第一過渡部分24和連接第二路徑部分23末端和第一路徑部分22起始端的第二過渡部分25。第一路徑部分22和第二路徑部分23可大體平行，而第一過渡部分24和第二過渡部分25可選擇為大體垂直于第一路徑部分22或第二路徑部分23。四個路徑部分首尾連通形成貫通的氣流通道，這樣當第一風扇21驅動風在氣流通道內循環流動時，風會吹拂色輪盤14而提高其表面的氣體對流速度，帶有熱量的氣體在氣流通道內流動并通過殼體11將熱量輻射出去，因此優選殼體11由導熱性能好的金屬或陶瓷制成。貫通的氣流通道也避免了殼體11內部出現空氣循環死區，提高了空氣換熱效率。第一風扇21可選擇為軸流風扇或離心風扇。

在圖1所示的實施例中，第一風扇21和色輪組件均設置在第一路徑部分22中，且該第一路徑部分22的橫截面內徑自第一風扇21向色輪組件的方向梯度遞減。具體來說，第一路徑部分22包括直徑較大的大端部50、直徑較小的小端部52以及連接大端部50和小端部52的錐形部51，從整體來看，第一路徑部分22為喇叭形狀。風扇21安裝在大端部50內，小端部52則用于將風聚集并送出。在一個優選的實施例中，第一路徑部分22小端部52隨氣流的延伸方向垂直于色輪盤14的表面而使得氣流能從第一風扇21垂直地吹向色輪盤14的表面，這會極大地提高在色輪盤14表面的空氣流動速度，從而提高這里的空氣換熱系數。

優選地是，第一風扇21相對于色輪盤14偏心設置，且與殼體11上的進光口40不重疊，這樣在同一時刻，色輪盤14的與第一風扇21產生的氣流垂直接觸的區域與色輪盤14的受激發光照射的區域不重疊，這有助于提高成像品質。如圖1所述，第一風扇21所產生的氣流與色輪盤14相接觸的位置和所投射的光與色輪盤14相接觸的位置相對于色輪盤14的中心軸線而徑向相對，這意味著第一風扇21所產生的風與色輪盤14相接觸的位置和所投射的光與色輪盤14相接觸的位置處于色輪盤14同一直徑的兩端。

為了提高散熱性能，將第二路徑部分23的內壁上設有一個或多個相互平行的間隔板，這些間隔板沿第二路徑部分23內的氣流方向延伸，將其分成多個彼此間隔開的子通道。這些子通道使散熱面積增大，有助于熱量快速通過殼體11的壁散出。但是，設置多個子通道會引起空氣流動阻力增大而造成空氣流動緩慢，在這種情況下，氣流驅動組件還包括設置在第一過渡部分24內的第二風扇26，以克服這種阻力而驅動氣流進入第二路徑部分23。第二風扇26也可選擇為軸流風扇或離心風扇。在一個優選的實施例中，在殼體11的處于第二路徑部分23的外側一體成型有外置散熱器27，例如為散熱翅片。

圖2示意性地顯示了根據本發明的色輪裝置10的第二實施例。這種實施方案與圖1的實施方案大體相同，區別僅在于：外置散熱器27構造為獨立模塊，在外置散熱器27和殼體11之間設置了半導體制冷器28。由于珀耳貼效應(peltiereffect)，在通電條件時半導體冷卻器28的與殼體11相接觸的面的溫度會降低，甚至低于殼體11的表面溫度，因此能進一步提高散熱性能，從而降低色輪的溫度。該實施方案中的其它細節與圖1的實施方案中的大體相同，其詳細描述在此略去。

圖3示意性地顯示了根據本發明的色輪裝置10的第三實施例。這種實施方案與圖1的實施方案大體相同，區別僅在于：在殼體11的對應于第二路徑部分23的區域構造有安裝孔30，在安裝孔30中可設置散熱單元。散熱單元包括處于氣流通道內的內置散熱器31、主體位于殼體外的外置散熱器27以及設置在內置散熱器31和外置散熱器27之間且分別面接觸的半導體制冷器28。如圖3所示，內置散熱器31設置在第二路徑部分23的區域內并保證第二路徑部分23暢通。

下面根據圖1到3來描述氣流的流動路徑。

如圖1到3中的箭頭所示，在第一風扇21的作用下，氣流經過第一路徑部分22垂直地到達色輪盤14的表面，帶走其熱量將其降溫。而后，氣流會越過色輪盤14到達后部的馬達13以給馬達13降溫。應注意地是，色輪組件設置為使得大部分的空氣流從色輪盤14的上方越過，僅有很少量的空氣流會從色輪盤14的前方(即，在進光口40和色輪盤14之間)流過并從其下方越過，這有助于提高成像品質。在第二風扇26的作用下，風會進入第二路徑部分23，在此部分將空氣中的熱量傳遞到外界環境中使得氣流溫度降低。由于第一風扇21的后部會形成負壓區，當溫度降低后的氣流從第二路徑部分23運動出來后會受到第一風扇21的抽吸作用而再次進入第一路徑部分22，進行下一輪的散熱。

本發明還涉及使用上文所述的色輪裝置10的光源設備。本領域的技術人員所熟知地是，光源設備包括激發光源(未示出)。在色輪裝置10的殼體11上設有進光口40和出光口42，激發光源發出的光從進光口40進入，照射到色輪裝置10的色輪盤14上，并從出光口42射出。

本發明還涉及使用上文所述的光源設備的投影系統。本領域的技術人員所熟知地是，還包括將從光源設備的出光口射出的光進行投影成像的成像設備。

雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。本發明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內的所有技術方案。