具有冷却部的空间光调制装置制造方法及图纸

描述了一种图像调制系统，包括各层，诸如格式化板(PCB)、被称为中介层的电连接器板、后冷却块、前冷却框以及反射式空间光调制器。提供冷却传热通道以便在光阀的前冷却框与反射式空间光调制器的后冷却块之间传递热量，以减小反射式空间光调制器的前部和后部之间的热梯度。冷却传热通道穿过任何中间层，诸如格式化板(PCB)和/或被称为中介层的电连接器板。冷却传热通道优选地由热管或循环冷却介质形成。

Space light modulation device with cooling section

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有冷却部的空间光调制装置本专利技术涉及用于反射式空间光调制装置的冷却方法和系统、包括这一冷却系统的光学系统以及具有这一冷却系统的投影仪。
技术介绍
也被称为光引擎的图像调制系统是已知的，该系统包括外壳，外壳包括空间光调制装置或光阀。空间光调制装置可以在光透射模式(诸如用于LCD光调制器)中起作用，或者空间光调制装置可以是反射式空间光调制装置，诸如DMD或LCD，例如LCOS、光调制器。包括基于微镜的反射式空间光调制装置的图像调制系统相比其他方案受热产生的影响较小。然而，通常由位于反射式空间光调制装置的后部的电路和组件以及入射光产生热量，入射光可以以IR光的形式主要向空间光调制装置的前侧提供热能。一些光由反射式空间光调制装置在前侧吸收，而一些光在后侧且在反射元件中吸收。已经进行了许多使热量从反射式空间光调制装置消散或排出的尝试。例如，在美国专利No.6,751,027B2中，通过导热螺柱将热量从反射式空间光调制装置的后侧排出。该螺柱接触反射式空间光调制装置的后侧。一种可能的替代方案是利用多个元件的导热性通过热路将热量从空间光调制装置的后侧排走，而该装置的前侧装有冷却空气，以使用对流冷却来冷却前侧。然而，移动空气可能会使灰尘循环。为了增加光阀或空间光调制器的寿命，重要的是减小光阀或空间光调制器的前部和后部之间的温度梯度。由于光调制器的框架通常由热导率约为17W/m*K的科伐合金制造，因此优选对光阀的前部进行冷却。空间光调制器包括吸气条，该吸气条例如由填充有用于润滑微镜的PTFE颗粒的多孔介质制成。吸气条还吸收微镜边缘处的水分。然而，在存在太多水分的情况下，微镜可能会卡住。如果阵列的温度低于前部温度，则PTFE颗粒可能会被吸收并卡在吸气器中，这可能会损坏微镜，从而损坏使用它们的投影仪。如果温度过高，则吸气器然后可释放所吸收的水分，这也可能导致微镜被卡住，这是不可逆的。这是DMD封装内的温度梯度必须限制在约20内的范围内的主要原因。以下美国专利描述了该问题：US5,331,454、US6,300,294、US8,436,453。在光阀的阵列或后部与吸气条(位于光阀的前部)之间所允许的最大温度变化必须保持在例如±10度的范围内。超过此范围，存在损坏光阀的重大风险。该范围可取决于所使用的光阀的类型。在US7,938,543中，可以控制数字微镜器件的前侧和后侧的温度。根据一些实施例，反射式空间光调制装置的前侧和后侧两者的温度以及因此可选的反射式空间光调制装置的前侧和后侧上的温度差可被共同和/或彼此独立地控制。不幸的是，由于需要越来越高的流明输出，US7,938,543中提出的冷却系统并不总是能按预期运行。具体地，可以观察到受控温度的过冲，其导致光阀和主动传热装置的过早退化。此外，数字微镜器件的前侧可通过冷却管来冷却。然而，当三个数字微镜器件通过前部冷却管来冷却时，这些器件通常是机械连接的。这种机械连接在三色微镜装置对准期间和对准之后带来机械应力。实际上，每个专用于不同颜色的数字微镜器件必须完美对准，以提供组合图像。此外，还由于插入在用于这种前部冷却管的可用空间内的棱镜而减小了该可用空间。可以更紧凑的解决方案可以使投影机更小，然而如果3个DMD通过例如安装在顶部的公用冷却路径彼此机械连接，同时全部3个DMD必须单独调节，则由于机械应力而存在会聚(色彩对准)移位的风险。这一设计在图7中示出。因此，为了减小三个数字微镜器件之间的机械应力，本领域中需要进行改进。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提供了冷却式图像调制系统的多层，由此这些层可包括例如格式化板(PCB)、被称为中介层的电连接器、后冷却部(例如后部冷却块)、前冷却部(诸如前冷却框)以及反射式空间光调制器，其表征为表征为，提供了热桥以便在前冷却部(例如，冷却框)和后冷却部(例如，冷却块)之间传递热量，以减小反射式空间光调制器的前部和后部之间的热梯度。热桥可以是形成冷却通道的导热体。形成冷却通道的导热体可具有非增强型传热横截面或者增强型传热横截面。非增强型传热导体可以是至少一个块状金属导体传热器。增强型传热导体可以是至少一根热管或至少一根流体循环式流体导管，其附连到冷却介质回路，例如液体或气体冷却回路，其使诸如液体或气体之类的冷却介质通过前冷却部(例如前冷却框)循环。所有这些不同导体可以导热地连接到前冷却部，例如前冷却框。每一个导体可被配置成在前冷却部(例如前冷却框)和后冷却部(例如后冷却块)之间传递热量以减小反射式空间光调制器的前部和后部之间的热梯度。至少一个热管或至少一个块状金属导体传热器或者至少一个冷却介质回路(诸如液体或气体冷却回路)被优选地导热连接到不仅前冷却框，而且还连接到后冷却块，并且其中该至少一个热管或至少一个块状金属导体传热器或至少一个冷却介质回路(诸如液体或气体冷却回路)横穿(即穿过)格式化PCB。如果存在一个或另一干扰中间层，诸如中介层，则该至少一个热管或至少一个块状金属导体传热器或至少一个冷却介质回路(诸如液体或气体冷却回路)可穿过该中间层。如果空间允许，则该至少一个热管或至少一个块状金属导体传热器或至少一个冷却介质回路(诸如液体或气体冷却回路)可取决于中间层(诸如中介层)的形状而避免穿过该中间层。该至少一个热管或至少一个块状金属导体传热器或至少一个冷却介质回路(诸如液体或气体冷却回路)可穿过DMD封装。该至少一个热管或至少一个块状金属导体传热器是被动传热装置的示例。该至少一个冷却介质回路是被动传热装置或主动传热装置的示例，这取决于如何操作该至少一个冷却介质回路。本专利技术的实施例的优点是改善反射式空间光调制器的寿命并通过减小反射式空间光调制器的前部和后部之间的温度梯度来降低破裂的风险。具体地，对于高能量密度应用(例如高准直激光束)，由于较高的光学负载，热负载增加，并且反射式空间光调制器的后冷却部可能不再足以还充分冷却反射式空间光调制器的前部。本专利技术的实施例可提供一种将热量从反射式空间光调制器的前部导走的高效方式。此外，本专利技术的实施例提供了不仅热负载，而且还有机械负载方面的附加优点，因为机械负载原则上只能被施加在光学底座的角部。实际上，例如，如US7,938,543中所提出的，向反射式空间光调制器(诸如DMD)增加额外的冷却装置，将给反射式空间光调制器(诸如DMD封装)带来额外的机械负载。简而言之，将反射式空间光调制器(诸如DMD)安装到投影仪中可涉及将机械负载施加在反射式空间光调制器(诸如DMD)上，更具体地，将机械负载置于反射式空间光调制器的后侧上的陶瓷基板上。反射式空间光调制器(诸如DMD)被优选地设计成使得负载可被施加在热界面区域(中介层在该区域中提供与格式化PCB以及反射式空间光调制器(诸如DMD)的电连接)中、并且施加在陶瓷基板上的三个角部以抵消另两个负载。超过指定限制的负载可能会导致反射式空间光调制器(如DMD封装)发生机械故障。至少一个块状金属导体传热器或至少一个热管或至少一个冷却介质回路(诸如本专利技术的液体冷却回路)不会向反射式空间光调制器(诸如DMD封装)引入额外的机械负载。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括反射式空间光调制器系统的图像调制系统(100)，所述反射式空间光调制器系统包括格式化板(PCB)(140)、中介层(135)、后冷却部、前冷却部以及反射式空间光调制器(130)，所述反射式空间光调制器(130)具有前部和后部，/n其中具有增强型传热横截面或者用基准纯铜的非增强型传热横截面的至少一个导热体被配置成减小所述反射式空间光调制器(130)的前部和后部之间的热梯度，所述至少一个导热体导热地连接到所述前冷却部和所述后冷却部(150)，并且其中所述至少一个导热体热管(120)穿过所述格式化板(140)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种包括反射式空间光调制器系统的图像调制系统(100)，所述反射式空间光调制器系统包括格式化板(PCB)(140)、中介层(135)、后冷却部、前冷却部以及反射式空间光调制器(130)，所述反射式空间光调制器(130)具有前部和后部，
其中具有增强型传热横截面或者用基准纯铜的非增强型传热横截面的至少一个导热体被配置成减小所述反射式空间光调制器(130)的前部和后部之间的热梯度，所述至少一个导热体导热地连接到所述前冷却部和所述后冷却部(150)，并且其中所述至少一个导热体热管(120)穿过所述格式化板(140)。


2.如权利要求1所述的图像调制系统，其特征在于，具有增强型传热的至少一个导热体是热管(120)。


3.如权利要求2所述的图像调制系统，其特征在于，所述至少一个热管具有至少3厘米的长度。


4.如权利要求2或3所述的图像调制系统，其特征在于，所述至少一个热管的直径在3毫米到10毫米的范围内。


5.如权利要求2到3中的任一项所述的图像调制系统，其特征在于，所述至少一个热管是笔直的。


6.如权利要求1所述的图像调制系统，其特征在于，具有增强型传热的至少一个导热体是具有循环液体的导管的热管(120)。


7.如权利要求1所述的图像调制系统，其特征在于，具有非增强型传热的至少一个导热体是块状金属导体传热器。


8.如任一先前权利要求所述的图像调制系统，其特征在于，所述后冷却部是后冷却块(150)。


9.如任一先前权利要求所述的图像调制系统，其特征在于，所述前冷却部是前冷却框(115)。


10.如先前权利要求中的任一项所述的图像调制系统，其特征在于，所述反射式空间光调制器的侧部具有吸气条，并且具有增强型传热或者用基准纯铜的非增强型传热横截面的所述至少一个导热体被配置成在与所述反射式空间光调制器的包括所述吸气条的侧部相对应的所述反射式空间光调制器的两个相对侧上接触所述前冷却部。


11.如权利要求8到10中的任一项所述的图像调制系统，其特征在于，所述后冷却块是以下至少一者：空气散热片阵列、珀尔帖元件、气冷或液冷散热器、被动散热器、风冷散热器。


12.如先前权利要求中的任一项所述的图像调制系统，其特征在于，所述反射式空间光调制器是LC面板、LCOS或数字微镜器件或用于光束转向的LCoS相位调制器中的至少一者。


13.如先前权利要求中的任一项所述的图像调制系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·范拉菲尔汉姆，
申请(专利权)人：巴科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE