扩展像素分辨率致动器及投影机系统的制作方法

1.本实用新型涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种扩展像素分辨率致动器及投影机系统。


背景技术：

2.xpr(extended pixel resolution，扩展像素分辨率)技术是发展高分辨率投影的重要技术，能够通过两帧连续图像彼此偏移且交错的方式生成比空间光调制器像素数量更高分辨率的图像，具有广阔的应用前景。
3.xpr技术具体为通过xpr致动器驱动玻片实现图像的偏移。然而，现有的xpr致动器难以在大电流条件下工作，限制了xpr技术的发展。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例的目的在于提供一种扩展像素分辨率致动器及投影机系统，以解决上述问题。本实用新型实施例通过以下技术方案来实现上述目的。
5.第一方面，本实用新型提供一种扩展像素分辨率致动器，包括支架、线圈以及导热薄膜。线圈设置于支架；导热薄膜设置于线圈，且连接至支架。
6.在一种实施方式中，支架包括散热表面，线圈连接于散热表面，导热薄膜铺设于散热表面。
7.在一种实施方式中，线圈包括顶面，顶面与散热表面相对，导热薄膜连接于顶面和散热表面之间。
8.在一种实施方式中，线圈还包括外周面和底面，底面与顶面相背，外周面连接于底面和底面之间，导热薄膜还设置于外周面和底面。
9.在一种实施方式中，扩展像素分辨率致动器还包括振动框和磁缸，支架为固定支架，振动框相对固定支架可偏转，磁缸设置于振动框，线圈设置于磁缸内，且与磁缸具有间隙，间隙的宽度大于导热薄膜的厚度。
10.在一种实施方式中，导热薄膜位于磁缸和线圈之间。
11.在一种实施方式中，导热薄膜由柔性材料制成。
12.在一种实施方式中，导热薄膜的厚度为0.04-0.5mm。
13.第二方面，本实用新型还提供一种投影机系统，包括投影机以及上述任一扩展像素分辨率致动器，扩展像素分辨率致动器设置于投影机内。
14.在一种实施方式中，投影机系统还包括散热部，散热部设置于投影机内，导热薄膜还经支架进一步连接至散热部。
15.相较于现有技术，本实用新型提供的扩展像素分辨率致动器及投影机系统，扩展像素分辨率致动器的线圈通过导热薄膜连接至支架，使得线圈的热量能够通过导热薄膜导出至支架，提升了线圈的散热效率，使扩展像素分辨率致动器能够在大电流下工作。
16.本实用新型的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是像素偏移分辨率技术中光学元件的偏转示意图。
19.图2是图1中的光学元件在第一方向上移动了半个像素之后的示意图。
20.图3是图1中的光学元件在第二方向上移动了半个像素之后的示意图。
21.图4是图1中的光学元件在第一方向和第二方向上同时移动了半个像素之后的示意图。
22.图5是本实用新型实施例提供的扩展像素分辨率致动器的立体图。
23.图6是图5提供的扩展像素分辨率致动器的结构示意图。
24.图7是图5提供的扩展像素分辨率致动器的导热薄膜贴合于线圈的一种细节示意图。
25.图8是图5提供的扩展像素分辨率致动器的导热薄膜贴合于线圈的另一种细节示意图。
26.图9是本实用新型实施例提供的投影机系统的结构示意图。
具体实施方式
27.为了便于理解本实用新型实施例，下面将参照相关附图对本实用新型实施例进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型实施例中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。
29.投影系统的像素分辨率会受到由dmd(digtial micromirror devices，数字微镜器件)提供的镜数量的限制，为了提供超过dmd上的镜数量的像素分辨率，一些投影系统在投影路径中提供了用于将由dmd生成的图像移位的致动器。例如，由dmd生成的两个连续图像可以彼此偏移且交错以生成高分辨率的图像，这种通过两个连续图像彼此偏移且交错以生成高分辨率的图像的技术即为xpr技术。
30.xpr技术是发展高分辨率投影的重要方案之一，已用于若干款4k投影机产品中。以下以xpr双轴线致动器为例，对xpr致动器进行详细的描述。
31.xpr双轴线致动器包含投影路径中的光学元件，光学元件用于使图像在竖直方向上移位半个像素并且在水平方向上移位半个像素，从而利用每个dmd镜生成四个屏幕上像素。xpr双轴线致动器放置在投影透镜的前方。窗口通过方波形或正弦波形上下且前后倾斜，以折射或移位像素。
32.请参阅图1，图1中的光学元件100为折射率为n的透明塑料平板，或者其他折射率大于空气的透明材质。透明塑料平板装配在第一轴上面，可以沿一个方向实现倾斜，同时存
在另一个正交方向的轴，可以实现另一个方向的倾斜。光线101代表从dmd(未示出)朝向光学元件100反射的图像的一个像素的光线，其他像素的光线方向与光线101是平行的。图1中表示光学元件100沿着原本表面与光线101垂直的方向偏转了角度θ，并且光学元件100的厚度为t。光线101穿过光学元件100后，根据折射定律，原本按照105方向前进的光线，由于光学元件100的折射，导致沿着107方向前进，以此实现了
△
y的光线位移。
33.在这种情况下，光线101被偏折的位移量
△
y可以用以下公式表示：
[0034][0035]
因此调整适当的
△
y，θ，以及t的数值，可以实现像素的定量偏移。图2表示像素使用图1中的装置在第一方向上移动了半个像素，图3表示了像素使用图1中的装置在第二方向上移动了半个像素，图4表示像素使用图1中的装置在第一方向和第二方向上同时移动了半个像素的位置。
[0036]
在xpr致动器中，对于确定的结构形态，电磁驱动力的大小决定了玻片翻转的速度，进而决定了xpr致动器的最大工作频率，而xpr致动器中玻片尺寸越大、质量越重，工作在相同频率下时需要提供的电磁驱动力也越大。
[0037]
考虑n匝线圈，电流为i，线圈总截面积为s(即每匝截面积为s/n)，其处于磁感应强度为b的匀强磁场中的长度为l，导线电阻率为ρ。其受到的电磁力f
em
为：
[0038]fem
＝nbil
[0039]
电阻为
[0040]
r＝(n
·
l
·
ρ)/(s/n)
[0041]
线圈中处于磁场内的部分的热功耗q为：
[0042][0043]
即，当线圈电导率、磁感应强度、磁场中线圈长度、线圈总截面积固定时，线圈上的热功耗q与电磁力f
em
的平方成正比。
[0044]
在使用大尺寸slm(spatial light modulator，空间光调制器)的显示系统中，xpr致动器中线圈需要提供的电磁力随之增大，根据上述关系可知线圈将承受巨大的发热风险。
[0045]
现有的xpr致动器的线圈裸露，通过与空气自然换热进行散热，无特殊的散热处理，导致线圈的散热效率低，线圈的工作电流小，提供的电磁力小，因此无法满足大尺寸空间光调制器系统的需求。
[0046]
为此，申请人提出了一种扩展像素分辨率致动器及投影机系统，以解决上述问题。以下结合具体的实施方式和说明书附图进行说明。
[0047]
请参阅图5和图6，本实用新型提供一种扩展像素分辨率致动器10，包括支架11、线圈13以及导热薄膜14。线圈13设置于支架11；导热薄膜14设置于线圈13，且连接至支架11。
[0048]
支架11可以用于固定线圈13，以实现线圈13的定位。在本实施例中，支架11大致为矩形板状结构。在其他实施方式中，支架11还可以为圆形、椭圆形或者其他形状。在另一种实施方式中，在满足对线圈13的定位的基础上，支架11不限于板状结构，例如，可以是长方
体结构或是镂空结构等。
[0049]
请参阅图7，在本实施例中，支架11为散热支架，用于将线圈13的热量散发出去。支架11包括散热板112，散热板112可以用于线圈13的散热，散热板112既可以直接与线圈13连接，还可以通过导热薄膜14与线圈13连接，从而对线圈13进行散热。在本实施例中，散热板112可以是金属板，例如铜板。在另外的实施方式中，散热支架包括但不限于金属板、散热器、热电制冷器等。
[0050]
散热板112包括散热表面1121和散热背面1123，散热表面1121和散热背面1123相背，散热背面1123相对散热背面1123远离线圈13。
[0051]
在本实施例中，支架11还包括印刷电路板114，印刷电路板114与散热板112叠置。印刷电路板114可以与线圈13电性连接，以将电流导向线圈13，使得电流能够通电工作；印刷电路板114也可以与线圈13连接，以对线圈13导热。例如，线圈13的热量可以经印刷电路板114传递至散热板112进行散热，印刷电路板114本身的热量也可以传递至散热板112进行散热。
[0052]
在本实施例中，线圈13可以由多匝通电线组成，大致为长圆环柱状，即线圈13的横截面大致为长圆形，其中纵截面指的是沿垂直于线圈13的轴线方向对线圈13进行截取所得到的表面。线圈13连接于散热表面1121，例如，线圈13的某个部分通过高导热胶与散热表面1121相连，以将线圈13的热量快速地导向散热表面1121。线圈13的材质可以为铜。
[0053]
线圈13包括顶面131、外周面133和底面135，其中，顶面131与散热表面1121相对，底面135与顶面131相背，外周面133连接于底面135和底面135之间。顶面131相对底面135更靠近支架11。顶面131大致呈长圆形，部分顶面131可以与散热表面1121连接，以使线圈13的热量可以经顶面131传递至散热表面1121，例如，位于顶面131的圆弧段部分可以直接与散热表面1121连接以使线圈13设置于支架11，而位于顶面131的直线段部分与散热表面1121间隔，不利于散热，因此将导热薄膜14设置于顶面131的直线段部分，从而大大提高线圈12的散热效率。
[0054]
导热薄膜14设置于线圈13，且连接至支架11，可以将热量由线圈13导出，再由支架11进行散热。例如，导热薄膜14的一端包裹于线圈13，另一端延伸至支架11。相比现有产品的自然对流散热方案，通过导热薄膜14将线圈13的热量导出到支架11进行散热的方案，散热效果良好，使线圈13能够工作于大电流下，为大尺寸slm系统中的xpr技术提供了可行方案，同时为未来的大尺寸slm系统中的高分辨率投影显示提供了技术支持，其中，高分辨率投影显示可以是8k显示。
[0055]
导热薄膜14连接至支架11，例如，导热薄膜14可以铺设于散热表面1121，具体可以根据散热表面1121的面积大小来确定导热薄膜14的面积，使得导热薄膜14的面积尽可能和散热表面1121的形状、尺寸相当，从而在有限的空间内形成最大的导热面积，利于提升线圈13的散热效率。
[0056]
导热薄膜14可以铺设于整个散热表面1121，例如，散热表面1121为矩形时，导热薄膜14铺设于整个矩形面，即导热薄膜14也大致为矩形。在其他实施方式中，导热薄膜14也可以铺设于部分散热表面1121，例如，当散热表面1121为矩形时，导热薄膜14可以呈条形或者其他形状铺设于散热表面1121。
[0057]
在本实施例中，导热薄膜14的厚度为0.04mm-0.5mm，优选40μm-200μm。导热薄膜14
由柔性材料制成，例如，导热薄膜14的材质为石墨。导热薄膜14由于具有薄和柔性的性能，因此在紧密贴合线圈13的同时，也不会妨碍线圈13的抖动。
[0058]
在本实施例中，导热薄膜14设置于顶面131，且连接至散热表面1121，在线圈13通过顶面131传递至散热表面1121的基础上，进一步通过导热薄膜14将线圈13的热量导出至散热表面1121，提升线圈13的散热效率，使线圈13能够在相对大的电流如几百毫安至数安之间工作，从而扩展像素分辨率致动器10能够在大电流下工作。
[0059]
请参阅图8，在一种实施方式中，导热薄膜14还设置于外周面133和底面135。例如，导热薄膜14可以包裹整个外周面133和底面135，以使外周面133和底面135积聚的热量能够快速地传递至散热表面1121，提升了线圈13的散热效率。
[0060]
请继续参阅图6，扩展像素分辨率致动器10还包括振动框15和磁缸17，振动框15可以用于设置玻片18，例如，玻片18可以通过粘接固定于振动框15，使得玻片18能够随着振动框15的振动而发生偏转，从而实现扩展像素分辨率的效果。磁缸17设置于振动框15，磁缸17能够靠近或者远离支架11，从而带动振动框15相对支架11偏转。
[0061]
当支架11为固定支架时，振动框15相对固定支架可偏转，即，固定支架为静止状态，振动框15相对固定支架运动。在本实施例中，振动框15大致为矩形框体结构，玻片18设置于振动框15的中部。
[0062]
磁缸17内可以设置线圈13，磁缸17与线圈13具有间隙174，使得磁缸17与线圈13能够相对运动。线圈13用于提供振动框15偏转的驱动力。例如，磁缸17的内壁可以贴有永磁体，在磁缸17内产生一定的磁感应强度，线圈13通电工作时，能够产生一定的电磁驱动力，电磁驱动力能够驱动磁缸17选择性地靠近或者远离线圈13，从而使得振动框15发生偏转。磁缸17的靠近或者远离由通电线圈13的电流方向决定，例如，通入正电流时，磁缸17靠近线圈13，输入负电流时，磁缸17远离线圈13。
[0063]
磁缸17的数量可以是四个，四个磁缸17设置于矩形振动框15的四条边，线圈13的数量也可以是四个，四个线圈13与四个磁缸17一一对应。其中相对的两条边上的磁缸17所受到的驱动力的方向相反，因此，振动框15会相对支架11发生偏转，玻片18随着振动框15的振动而发生偏转，从而实现扩展像素分辨率的效果。
[0064]
请参阅图6和图7，在本实施例中，间隙174的宽度小于或者等于导热薄膜14的厚度，为了避免线圈13的外周面133贴导热薄膜14导致结构干涉，导热薄膜14仅贴合在线圈13的顶面131。在一种实施方式中，间隙174的宽度大于导热薄膜14的厚度，使得导热薄膜14可以设置于间隙174内，也即，导热薄膜14可以位于磁缸17和线圈13之间，导热薄膜14可以从线圈13的顶面131延伸至外周面133和底面135，提升线圈13的散热效率。
[0065]
扩展像素分辨率致动器10还包括连接器件19，连接器件19可以将振动框15连接于支架11，防止振动框15在振动的过程中脱离支架11。
[0066]
综上，本实用新型提供的扩展像素分辨率致动器10的线圈13通过导热薄膜14连接至支架11，使得线圈13的热量能够通过导热薄膜14导出至支架11，提升了线圈13的散热效率，使线圈13能够在大电流下工作，从而扩展像素分辨率致动器10能够在大电流下工作，为大尺寸slm系统中的xpr技术提供了可行方案，同时为未来的大尺寸slm系统中的高分辨率投影显示提供了技术支持。
[0067]
请参阅图9，本实用新型还提供一种投影机系统1，包括投影机20以及扩展像素分
辨率致动器10，扩展像素分辨率致动器10设置于投影机20内。
[0068]
投影机系统1还包括散热部30，散热部30设置于投影机20内。例如，当与线圈13相连的支架11仅作为固定支架，而不足以作为散热结构时，线圈13可以通过连接另外的散热部30进行散热。散热部30的正投影可以位于线圈13的范围外，使得导热薄膜14可以从线圈13处延伸，并超出扩展像素分辨率致动器10的投影范围，连接于散热部30。在本实施例中，散热部30可以是鳍片散热器。在其他实施方式中，散热部30还可以是散热风扇。
[0069]
导热薄膜14还经支架11进一步连接至散热部30，使得线圈13能够通过导热薄膜14连接散热部30，因此可以根据需要设置散热部30的型号，在满足线圈13的散热需求的基础上节省成本。例如，当线圈13需要在大电流条件下工作时，可以使用大型的散热部30，以满足线圈13的散热需求。当线圈13在小电流条件下工作时，可以使用小型的散热部30，以节省成本。
[0070]
投影机20包括光源21和透镜组件23，光源21用于发射出射光，透镜组件23设置于出射光的光路，以引导出射光。透镜组件23包括但不限于透镜、全反射棱镜、楔形棱镜等。
[0071]
投影机系统1还包括dmd40，dmd40设置于透镜组件23的出光光路，自透镜组件23出射的光经dmd40调制后出射至透镜组件23，经过透镜组件23的反射后出射至安装于扩展像素分辨率致动器10的振动框15上的玻片18，从而实现图像的偏移。
[0072]
综上，本实用新型提供的投影机系统1，扩展像素分辨率致动器10的线圈13通过导热薄膜14连接至支架11，使得线圈13的热量能够通过导热薄膜14导出至支架11，提升了线圈13的散热效率，使线圈13能够在大电流下工作，从而扩展像素分辨率致动器10能够在大电流下工作。导热薄膜14连接于线圈13和散热部30之间，可以根据需要设置散热部30的型号，在满足线圈13的散热需求的基础上节省成本，同时这种散热方式为散热设计提供了空间设计余量。
[0073]
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。