光模塊及掃描型圖像顯示裝置的製作方法

2023-05-08 23:34:47

本發明涉及光模塊及掃描型圖像顯示裝置，例如，涉及將來自多個雷射器的雷射光束排列在1個光軸上並射出的光模塊、以及使用來自光模塊的雷射光束來進行圖像顯示的掃描型圖像顯示裝置。

背景技術：

近年來，廣泛開發了可以輕便手持步行的、且能夠以大畫面顯示的小型投影儀。已在市面出售的有能夠連接筆記本pc等的小型投影儀、內置能夠投射記錄圖像的投影儀的攝影機等，從而可見，今後，內置於手機或智慧型手機的情況也將登場。

作為投影儀，已知有將來自多個雷射光源光束耦合併掃描的掃描型圖像顯示裝置，並且考慮了向產生圖像的高亮度搭載於汽車等並向擋風玻璃投射的、顯示導航等的平視顯示器的展開。另一方面，雷射光源尤其是紅色的雷射光源具有因溫度上升而造成光量顯著降低的特徵。在由紅色、綠色、藍色這3色光來描繪圖像的掃描型圖像顯示裝置中，若隨著使用時間而使紅色的雷射光源溫度上升且光量降低，則不得不與紅色的光量相配合地使綠色和藍色的光量下降。因此，將產生無法長時間維持色彩鮮豔的影像等問題。因此，為了實現色彩鮮豔的影像，使紅色光源的溫度上升有所減低，並抑制光量的降低則尤為重要。

作為其改善對策，(專利文獻1)公開了在支撐雷射光源組件的第一支撐部件與第二支撐部件之間具有熱傳導部件來進行散熱的方法。(專利文獻1)其中記載了，防止使來自雷射光源的熱經由組件而傳遞至第一支撐部件，進而經由熱傳導部件傳遞至第二支撐部件，從而使雷射光源的溫度上升。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2004-170809號公報

技術實現要素：

發明要解決的課題

針對搭載在汽車等上的平視顯示器等使用溫度較高的光模塊，需要改善散熱性。

然而，(專利文獻1)其構造還存在如下課題，即為了進一步提高散熱性，將增設部件並使其大型化。

本發明的目的在於，提供簡便地改善雷射光源的散熱性而不會隨之導致裝置大型化的構造的光模塊及掃描型圖像顯示裝置。

用於解決課題的手段

為了解決上述課題，本發明是將來自多個雷射光源的雷射耦合併照射至所希望的位置的光模塊，其特徵在於，該光模塊具有載置所述光模塊的基臺、以及覆蓋所述光模塊的殼體，並在所述基臺設置突起部，在所述突起部與保持雷射光源的雷射保持架之間具備熱傳導部件。

此外，根據本發明的光模塊，其特徵在於，在載置所述光模塊的基臺上設置有：第1突起部，其與保持第1雷射光源的第1雷射保持架相對；以及第2突起部，其與保持第2雷射光源的第2雷射保持架相對，在所述第1突起部與第1雷射保持架之間、以及第2突起部與第2雷射保持架之間具備熱傳導部件。

此外，根據本發明的光模塊，其特徵在於，將第1雷射光源設為紅色雷射光源，將第2雷射光源設為綠色雷射。

此外，根據本發明的光模塊，其特徵在於，塗布熱傳導部件的雷射光源的光軸方向的突起部與雷射保持架之間的距離，小於塗布熱傳導部件的雷射光源的光軸以外的方向的突起部與雷射保持架之間的距離。

此外，根據本發明的光模塊，其特徵在於，從雷射保持架觀察，在除了與將光模塊安裝在基臺上的方向相反的方向的面、以及安裝雷射保持架的模塊框體4的方向的面的至少2個以上的面上，具有與雷射保持架的形狀相似的突起部的面，並在突起部與雷射保持架之間具備熱傳導部件。

此外，根據本發明的光模塊，其特徵在於，從雷射保持架觀察，所述雷射保持架在光模塊在基臺上的安裝方向上延長，在延長的雷射保持架與突起部之間具備熱傳導部件。

此外，根據本發明的光模塊，其特徵在於，在殼體上具備所述突起部。

另外，為了解決上述課題，根據本發明的掃描型圖像顯示裝置，其特徵在於，具備：光模塊，其將來自多個雷射光源的雷射耦合，並使通過掃描鏡耦合而得的雷射照射在所希望的位置；視頻信號處理電路，其從由外部輸入的圖像信號中提取水平同步信號及垂直同步信號；雷射光源驅動電路，其向所述各雷射光源供給驅動電流；以及掃描鏡驅動電路，其基於所述水平同步信號及垂直同步信號來控制所述掃描鏡，在載置所述光模塊的基臺上設置有：第一突起部，其與保持第一雷射光源的第一雷射保持架相對；以及第二突起部，其與保持第二雷射光源的第二雷射保持架相對，在所述第一突起部與第一雷射保持架之間、以及第二突起部與第二雷射保持架之間具備熱傳導部件。

發明效果

根據本發明，不會伴隨有裝置大型化，就可以高效減低紅色雷射光源的溫度上升。由此，能夠抑制紅色雷射光源的光量降低，因此能夠提供可以長時間維持色彩鮮豔的影像的光模塊及掃描型圖像顯示裝置。另外，能夠提供可以通過低耗電的方式顯示色彩鮮豔的影像的光模塊以及掃描型圖像顯示裝置。

通過下面的實施方式的說明，使上述以外的課題、結構及效果更加清楚。

附圖說明

圖1是本發明的一實施例所涉及的掃描型圖像顯示裝置的整體結構圖。

圖2是本發明的一實施例所涉及的掃描型圖像顯示裝置的外觀立體圖。

圖3是表示本發明的一實施例所涉及的突起部構造的立體圖。

圖4是表示本發明的一實施例所涉及的突起部構造的光模塊的局部立體圖。

圖5是本發明的第二實施例所涉及的突起部構造的截面圖。

圖6是表示本發明的第三實施例所涉及的突起部構造的立體圖。

圖7是本發明的第四實施例所涉及的突起部構造的截面圖。

具體實施方式

下面，使用附圖對本發明的實施例進行說明。此外，由於標註同一附圖標記的結構具有同一功能，因此除非特別說明，否則在已說明的情況下省略其說明。

另外，在有需要的附圖中，為了明確各部位置的說明，記載了由x軸、y軸及z軸構成的正交坐標軸。

實施例1

在本實施例中，說明在不會伴隨裝置大型化或耗電增加的條件下，實現了降低紅色雷射光源的溫度上升，並長時間維持色彩鮮豔的影像的目的的光模塊101及使用其的掃描型圖像顯示裝置110的例子。

圖1是本發明的一實施例所涉及的掃描型圖像顯示裝置的整體結構圖。如圖1所示，掃描型圖像顯示裝置110由光模塊101、內置電源的控制電路102、視頻信號處理電路103、雷射光源驅動電路104、前監視器信號檢測電路106及掃描鏡驅動電路105構成，構成為掃描與圖像輸入信號相對應的雷射光束並向屏幕107進行投射。

光模塊101具備：雷射光源模塊100、包含掃描鏡108的掃描部、以及前監視器109。雷射光源模塊100具有：第1雷射器1a、第2雷射器1b、第3雷射器1c，其作為分別對應紅(r)/綠(g)/藍(b)這3種顏色的雷射光源；以及第1準直透鏡2a，其使從第1雷射器1a發出的雷射光束呈大致平行光；第2準直透鏡2b，其使從第2雷射器1b發出的雷射光束呈大致平行光；以及第3準直透鏡2c，其使從第3雷射器1c發出的雷射光束呈大致平行光。來自第2準直透鏡2b的雷射光束與來自第3準直透鏡2c的雷射光束通過第1光束耦合部3a耦合為沿一條軸行進的合成光束，所耦合的雷射光束進一步通過第2光束耦合部3b與來自第1準直透鏡2a的雷射光束耦合。包含掃描鏡108的掃描部使來自第2光束耦合部3b的耦合而得的雷射光束投射至屏幕107，並在屏幕107上二維地掃描雷射光束。

接著，對控制光模塊101並能夠將對應於所希望的圖像信號的雷射光束投射至屏幕107的各種電路進行說明。

內置電源等的控制電路102導入從外部輸入的圖像信號，並輸出至視頻信號處理電路103。視頻信號處理電路103在對所輸入的圖像信號實施各種處理後，分離為r/g/b這3種顏色信號，並輸出至雷射光源驅動電路104，並且從所輸入的圖像信號中提取水平同步信號(hsync)及垂直同步信號(vsync)，並輸出至掃描鏡驅動電路105。雷射光源驅動電路104根據從視頻信號處理電路103輸入的r/g/b的各信號的亮度值，對雷射光源模塊100內的對應的雷射光源(1a、1b、1c)供給用於發光的驅動電流。其結果是，雷射光源1a、1b、1c與顯示定時相匹配地，出射與r/g/b信號的亮度值相應的強度的雷射光束。

另外，掃描鏡驅動電路105與從視頻信號處理電路103輸入的水平同步信號及垂直同步信號相匹配地，對光模塊101內的掃描鏡108供給使鏡面二維地反覆旋轉的驅動信號。由此，掃描鏡108僅使鏡面周期性地反覆旋轉預定角度，反射從第2光束耦合部3b供給的耦合後的雷射光束，並在屏幕107上沿水平方向及垂直方向掃描雷射光束來顯示圖像。

前監視器信號檢測電路106輸入來自前監視器109的信號，並對從各雷射光源1a、1b、1c出射的r/g/b各自的雷射光束的輸出電平進行檢測，其中，前監視器109對來自第2光束耦合部3b的耦合後的雷射光束進行檢測。調整針對各雷射光源1a、1b、1c的驅動電流，使得檢測出的輸出電平被輸入至視頻信號處理電路103經，並經由雷射光源驅動電路104形成預定的輸出。

此外，對於掃描鏡108可以使用例如使用mems(microelectromechanicalsystems，微電子機械系統)技術生成的2軸驅動鏡。作為驅動方式，有壓電、靜電、電磁驅動等。另外，也可以準備2個1軸驅動的掃描鏡，並配置為能夠在彼此垂直的方向上掃描雷射光束。

圖2是本發明的一實施例所涉及的掃描型圖像顯示裝置的外觀立體圖。在圖2中，光模塊101被密封收納於被殼體111和基臺(基座)112覆蓋的位置。在基臺(基座)112上，設置有可以出射耦合後的雷射光束的出射口，在此裝備密封玻璃113來維持氣密性。在被密封的殼體111的後方，控制光模塊101的控制電路102、視頻信號處理電路103、雷射光源驅動電路104、前監視器信號檢測電路106及掃描鏡驅動電路105被實際安裝在同一基板或多塊基板上，這些基板被配置在基臺(基座)112上。並且，利用保護殼體114保護。這裡，殼體111由熱傳導率高的al(鋁)部件形成。此外，作為形成部件，並不局限於al，只要是高熱傳導率的部件即可，例如可以將cu作為形成部件。但是，若考慮到將殼體111加工為所希望的形狀這一點，則優選al。另外，保護殼體114由鍍鋅鋼板或鐵板等spcc(冷軋鋼板)形成。此外，也可以使用保護殼體114和熱傳導率高的al(鋁)部件等，由此兼具散熱功能。

在基臺(基座)112上安裝有散熱器(散熱片)115，使從實際安裝了發熱體(熱源)即光模塊101或上述各種電路的基板等發出的熱向外部散熱。散熱器115由al等高熱傳導率的部件形成，為了使其表面積較大，從而形成為具有多個散熱片的形狀。此外，這裡也可以使基臺(基座)112與殼體111及散熱器115也同樣使用熱傳導率高的al部件，由此兼具散熱功能。

當由於掃描型圖像顯示裝置110使用時的溫度上升，使雷射光源1a、1b、1c的光量降低時，則引起使畫面整體偏紅等的圖像色差。尤其是，當因溫度上升所造成的光量降低顯著即想要根據紅色雷射光源1a的光量來維持白色時，則不得不使綠色和藍色的光量下降。因此畫面整體的光量將大幅降低。另外，高溫狀態下的雷射光源1a、1b、1c的驅動也將成為雷射光源壽命短命化的主要原因。因此，為了抑制雷射光源1a、1b、1c驅動時的溫度上升，需要在光模塊101上安裝基臺(基座)112及散熱器115等散熱部件。此外，在搭載於汽車等時，也可以連接搭載裝置的框體，以替代散熱器115，從而確保散熱性。

這裡，當提高雷射光源1a、1b、1c的散熱性時，能夠降低雷射光源1a、1b、1c的溫度上升並能夠防止光量的降低，因此也可以期待耗電減低的效果。

下面，使用圖3及圖4對散熱構造的具體結構進行說明。圖3是表示本發明的一實施例所涉及的突起構造11a、11b的立體圖，圖4是表示本發明的一實施例所涉及的突起部構造11a的光模塊101的局部立體圖。

在圖3中，對於光模塊101，第1雷射光源1a、第2雷射光源1b、第3雷射光源1c經由與各雷射光源1a、1b、1c相對應地保持的雷射保持架10a、10b、10c，而安裝在模塊框體4上。為了促進雷射光源1a、1b、1c的排熱，所述模塊框體4形成為與基臺(基座)112相連接的構造。

基臺(基座)112為了密封光模塊101而在周圍設置有壁(側面)，在能夠對耦合後的雷射光束進行出射的出射口裝備有密封玻璃113，並安裝殼體111，由此維持氣密性。本光模塊使用雷射光源1a、1b、1c，因此雷射光束的光束徑較小。因此，由於當灰塵等橫切雷射光束時，在畫面上顯示為暗部，因此對圖像的影像較大，為了防止灰塵等進入光模塊101，設為兼具密封的散熱功能的構造。這裡，在清潔的周圍環境、或可以無視灰塵等對圖像影響的情況下，也可以將殼體111設為沒有密封功能的保護殼體。

如圖4所示，突起部11a以接近於安裝有第一雷射光源1a的雷射保持架10a的方式，從基臺112突出。突起部11a向在基臺112安裝光模塊101的方向(z軸方向)打開，確保裝配性。

安裝(裝配)所述光模塊101的方向是指，對光模塊101整體進行定位支持(支撐)的方向。

為了對安裝有雷射光源1a的雷射保持架10a在以光軸12a為法線的面內(zx平面)進行光軸調整，雷射保持架10a與突起部11a之間的光軸12a方向的距離13a，與以光軸12a為法線的面內(zx平面)方向的雷射保持架10a與突起部11a之間的距離14a、15a相比變得更小。在雷射保持架10a與突起部11a之間，塗布熱傳導部件16a，構成熱傳導路徑。所述熱傳導部件16a可以採用油脂或凝膠等部材。

沒有突起部11a時的熱傳導路徑從發熱源的雷射光源11a經由雷射保持架10a向模塊框體4傳遞熱，並由模塊框體4向基臺112傳遞熱。對此，若設置突起部11a，則熱傳導路徑形成為從發熱源的雷射光源11a經由雷射保持架10a，直接向基臺112傳遞熱且散熱效率高的構造。

突起部11a的形狀優選為與雷射保持架10a相似形狀的形狀，從而易於接近雷射保持架10a。此時，關於雷射保持架10a，若以雷射保持架10a為中心，向+x軸方向的面、-x軸方向的面、+y軸方向的面、-y軸方向的面(光軸12a方向)、+z軸方向的面、-z軸方向的面這6個面觀察，則光模塊101的安裝方向(+z軸方向的面)的面以外的至少2個面都接近雷射保持架10a，從而塗布熱傳導部件16a。換句話說，光模塊101的安裝方向(+z軸方向的面)的面，成為與從雷射保持架10a觀察將光模塊101安裝在基臺112上的方向相反方向的面。理想情況下，在光模塊101的安裝方向(+z軸方向的面)以外，在除去安裝雷射保持架10a的模塊框體4的方向的面(-y軸方向的面)還剩下的4個面中，設置使突起部11a與雷射保持架10a成對的面，並塗布熱傳導部件16a。

這裡，雷射保持架10a、10b與突起部11a、11b的位置關係，根據相對應的雷射光源1a、1b的光軸12a、12b來進行設置。另外，在圖3中，將突起部11a、11b設置在因溫度上升所造成的光量降低顯著的紅色雷射光源1a和發熱量最大的綠色雷射光源1b這2個位置，實現了雷射光源1a、1b的散熱高效化。突起部11a也可以僅設置在因溫度上升所造成的光量降低顯著的紅色雷射光源1a處。

另外，圖中雖然將光軸12a配置在xy平面內，但是有時根據掃描型圖像顯示裝置110的設置位置的情況，使光軸12a偏移(offset)，具體就是在zx平面中帶角度地傾斜配置光軸12a。在傾斜配置所述光軸12a時，按照所對應的雷射光源1a的光軸12a，傾斜設置雷射保持架10a的面和突起部11a的面。同樣地，光軸12a的偏移方向可任意取上下左右方向。

通過設置所述突起部11a、11b，能夠提高散熱性，在不伴隨光模塊101大型化的條件下，能夠提供以低耗電方式且在環境溫度高溫時仍可以顯示色彩鮮豔的圖像的光模塊101及掃描型圖像顯示裝置110。

實施例2

將本發明的第2實施例的截面圖(圖4的a-a截面)示於圖5。在圖5中，為了明確部件之間的關係，雖然未顯示熱傳導部件16a，但是仍在突起部22a與雷射保持架24a之間進行了塗布。

所述雷射保持架10a與突起部11a的距離13a越小，則越能夠提高散熱性。但是，雷射光源11a的光軸12a方向的後方有雷射光源1a的端子，若端子與突起部11a接觸則使雷射光源1a損壞，因此需要注意縮小距離13a。為了進一步縮小距離13a，使雷射保持架24a在以光軸12a為法線的面內(xy平面)延長，並設置沒有雷射光源1a的端子的、能夠接近突起部22a的面21a，使雷射保持架24a與突起部22a之間的距離23a縮小，成為實現了散熱性提高的突起部22a與雷射保持架24a的構造。

通過設置所述突起部22a與雷射保持架24a的接近面21a，能夠提高散熱性，從而可以在不伴隨光模塊101大型化的條件下，提供以低耗電且在環境溫度為高溫時仍可以顯示色彩鮮豔的圖像的光模塊101及掃描型圖像顯示裝置110。

這裡，當使雷射保持架24a的延長方向在光模塊101的裝配方向(z軸方向)上延長時，突起部22a與接近面21a的面積無關於因雷射光源1a的調整所造成的移動(zx平面的移動)，從而不會變化，因此可以抑制散熱能力的變動，從而可以實現易於溫度控制的光模塊101及掃描型圖像顯示裝置110。

圖5中，將雷射保持架24a的接近面21a設置成相比於雷射光源端子在基臺113側更靠近模塊框體4，但是也可以通過同樣的結構將雷射保持架24a的接近面21a設置為，相比於雷射光源端子而靠近殼體111側，並使雷射保持架22a在基臺116的側面方向上突出。

實施例3

圖6是本發明的第3實施例所涉及的突起部構造的立體圖。設置了實施例1的基臺112的光模塊101周圍的壁(側面)，但是形成為將所述光模塊101周圍的壁(側面)設置在殼體118側，並將突起部32a設置於基臺117上的構造。通過將光模塊101周圍的壁(側面)設置在殼體118上，從而在安裝光模塊101時易於從周圍進行調整、熱傳導部件16a、16b的塗布、以及進行目視確認，由此能夠提高裝配性。

通過對設置有所述突起部32a的基臺117和殼體118進行設置，可以在不伴隨光模塊101大型化的條件下，提供能夠使裝配性優異且提高散熱性的、以低耗電方式且在環境溫度為高溫時仍可以顯示色彩鮮豔的圖像的光模塊101及掃描型圖像顯示裝置110。

實施例4

圖7是本發明的第4實施例所涉及的突起部構造的截面圖。在圖7中，明確了部件之間的關係，因此雖然未顯示熱傳導部件16a，但是仍在突起部42a與雷射保持架44a之間進行了塗布。形成為將突起部42a設置於殼體120上，並將基臺119做成板狀時的構造。雷射保持架44a在將光軸12a設為法線的面內(xy平面)，沿光模塊101的裝配方向(z軸方向)延長，設置接近面41a。

基臺119形成為板狀，因此能夠以易於加工基臺119的便宜價格來進行製造，由於在光模塊101周圍沒有障礙物，由此形成為在基臺119上搭載有光模塊101的狀態下易於調整的構造。

通過設置了所述突起部42a的殼體120和基臺119，可以在不伴隨光模塊101大型化的條件下，提供裝配性優異且能夠提高散熱性的、以低耗電方式且在環境溫度為高溫時仍可以顯示色彩鮮豔的圖像的光模塊101及掃描型圖像顯示裝置110。

此外，本發明並不局限於上述實施例，包含各種變形例。例如，上述實施例是為了易於理解說明本發明而進行詳細說明的內容，不一定限定於具備所說明的全部結構。另外，可以將某個實施例的結構的一部分置換為其他實施例的結構，或者也可以在某個實施例的結構中添加其他實施例的結構。另外，對於各實施例的結構的一部分，可以補充/刪除/置換其他結構。

符號說明

1a第1雷射器、

1b第2雷射器、

1c第3雷射器、

2a第1準直透鏡、

2b第2準直透鏡、

2c第3準直透鏡、

3a第1光束耦合部、

3b第2光束耦合部、

4模塊框體、

10a雷射保持架、

10b雷射保持架、

10c雷射保持架、

11a突起部、

11b突起部、

12a光軸、

12b光軸、

12c光軸、

13a距離、

13b距離、

14a距離、

14b距離、

15a距離、

15b距離、

16a熱傳導部件、

16b熱傳導部件、

21a接近面、

21b接近面、

22a突起部、

22b突起部、

23a距離、

23b距離、

24a雷射保持架、

24b雷射保持架、

24c雷射保持架、

32a突起部、

32b突起部、

34a雷射保持架、

34b雷射保持架、

34c雷射保持架、

41a接近面、

41b接近面、

42a突起部、

42b突起部、

43a距離、

43b距離、

44a雷射保持架、

44b雷射保持架、

44c雷射保持架、

100雷射光源模塊、

101光模塊、

102控制電路、

103視頻信號處理電路、

104雷射光源驅動電路、

105掃描鏡驅動電路、

106前監視器信號檢測電路、

107屏幕、

108掃描鏡、

109前監視器、

110掃描型圖像顯示裝置、

111殼體、

112基臺(基座)、

113出射口玻璃、

114殼體、

115散熱器、

116基臺(基座)、

117基臺(基座)、

118殼體、

119基臺(基座)、

120殼體。