專利名稱：微型投影機(jī)用激光光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及便攜式微型投影機(jī)，特別涉及激光光學(xué)引擎的光源技術(shù)。
背景技術(shù)：
為了將相對于手掌還要小的便攜式微型投影機(jī)或者對筆記本等設(shè)備進(jìn)行嵌入式 設(shè)計(jì)的投影儀進(jìn)行實(shí)用化，就需要開發(fā)出體積小的投影機(jī)用光學(xué)引擎。 決定光學(xué)引擎大小的重要因素之一就是光源。激光是一種典型的小體積高光亮光 源。激光光源芯片僅僅擁有2000um的大小卻能發(fā)出1W以上的高光輸出，因此是一種很優(yōu)秀 的發(fā)光器件。但是，高光輸出會產(chǎn)生很多熱量，由于這些發(fā)熱造成的溫度上升會導(dǎo)致激光發(fā) 光波長的遷移(Shift)現(xiàn)象，進(jìn)而造成微型投影機(jī)投射出的圖象的色感出現(xiàn)變化的問題。 同時，體積微小的激光光源的制造難度很高，因此一般使用叫做安裝架(Mount) 的金屬體上固定激光光源芯片的形式來制作。而這種金屬體本身還起到陽極(Anode)的作 用，在光學(xué)引擎的組裝中安裝架容易斷裂，從而產(chǎn)生制程良品率不高的問題。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種微型投影機(jī)用激光光學(xué)引擎，使激光光源的散熱 效果得以提高。 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的實(shí)施方式提供了一種微型投影機(jī)用激光光學(xué) 引擎，包括 至少一個激光光源； 光調(diào)制器，利用激光光源發(fā)出的光生成圖象； 投射透鏡，對光調(diào)制器所生成的圖象進(jìn)行放大投射，還包括 與激光光源相固定的結(jié)構(gòu)物，該結(jié)構(gòu)物采用高導(dǎo)熱材料制成，并且該結(jié)構(gòu)物與激 光光源的接觸部位進(jìn)行了機(jī)械拋光處理。 本實(shí)用新型實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于 將激光光源與高導(dǎo)熱的結(jié)構(gòu)物相固定，并將該結(jié)構(gòu)物和激光光源的接觸部位進(jìn)行
機(jī)器研磨處理，降低了熱阻，提高了散熱效果，此外還有對激光光源芯片的保護(hù)作用，因容
易與輸入電源連接而提高了光學(xué)引擎組裝工作的效率。 進(jìn)一步地，結(jié)構(gòu)物由上下基板構(gòu)成，既對激光光源芯片提供了全方位的保護(hù)，又便 于安裝。 進(jìn)一步地，結(jié)構(gòu)物采用金屬材質(zhì)，不但可以提供良好的導(dǎo)熱效果，還可以因?yàn)榻饘?的高強(qiáng)度而對激光光源芯片有較好的保護(hù)作用。 進(jìn)一步地，如果對光學(xué)引擎的散熱性能較為重視，則結(jié)構(gòu)物可以選擇銅或鋁材質(zhì)， 如果對光學(xué)引擎的重量較為重視，則結(jié)構(gòu)物可以選擇鎂或鋅材質(zhì)。 進(jìn)一步地，將上下端基板以焊膏進(jìn)行錫焊，可以使上下端基板牢固而適當(dāng)?shù)貕涸?激光光源上，對導(dǎo)熱性能起到良好效果。
圖1是應(yīng)用本實(shí)用新型技術(shù)方案的光學(xué)引擎結(jié)構(gòu)的簡要示意圖； 圖2是激光光源結(jié)構(gòu)的簡要示意圖； 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施方式中激光光源結(jié)合到下端基板的結(jié)構(gòu)簡單示意圖； 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施方式中激光光源與上下端基板結(jié)合的結(jié)構(gòu)簡單示意圖。
具體實(shí)施方式在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化 和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。 為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新 型的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。 可以應(yīng)用本實(shí)用新型技術(shù)方案的一種光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該光學(xué)引擎為 反射型，包括R光源(服)，G光源(IOG)，B光源(10B)，分色鏡50R、40G、50B，漫射體(20)， 光束整形器(Beam Sh即er) (30)，物鏡(40-1， 40-2)，光調(diào)制器(60)，投射透鏡(70)，偏振分 光鏡(80)，其中R代表紅色，G代表綠色，B代表藍(lán)色。 R/G/B光源依次照射R/G/B光，具體地說，把照射一個幀的時間設(shè)為T， T/3的時間 照射R光源，接著的T/3的時間照射G光源，再接著的T/3時間照射B光源?？梢岳斫?，光 源也可以按照其它順序依次照射，如B/G/R等。 微型投影機(jī)用的光源，既要體積小也要發(fā)光多，因此需要使用激光光源。三個光源
(IOR， IOG， 10B)被各自的分色鏡50R， 50G， 50B反射或是透射到漫射體(20)。 分色鏡50G起到反射G光源(從10G照射出的綠色激光)并讓剩余光線透過的作
用，分色鏡50G也可以使用能夠?qū)⑵胀梢暪饩€全部予以反射的一般鏡子。分色鏡50R起
到反射R光源(從10R照射出的紅色激光)、通過剩余波長范圍的光線的作用，分色鏡50B
起到反射R光源(從10B照射出的藍(lán)色激光)通過剩余波長范圍光線的作用。 漫射體(20)垂直于光軸振動，因此通過漫射體(20)的時候，光的隨機(jī)性
(Randomness)會得到增加。這種漫射體，是為了消除激光特有的激光散斑(Speckle)而設(shè)
置的裝置，用以減少激光光線的連貫性(Coherence)特征來達(dá)到減少激光散斑的目的。 通過漫射體(20)的光會通過光束整形器(30)來轉(zhuǎn)變光束形狀。轉(zhuǎn)變光束形狀的
原因是要將光束的模樣整形成適應(yīng)于光調(diào)制器(60)的入射面形狀以提高光效率。 圖1中的實(shí)例中光束整形器(30)使用了兩面由小型透鏡體構(gòu)成的復(fù)眼透鏡，也可
以使用2枚單面透鏡。在這樣的兩面，或者是兩枚上面各自聚集成型的多個小型透鏡體會
相互之間一一對應(yīng)來成形。 包含在復(fù)眼透鏡的小型透鏡體可以是多種形狀比如四角凸透鏡形狀，六角凸透 鏡形狀或者圓形等，不過最好是和光調(diào)制器形狀(比較準(zhǔn)確的話是和光調(diào)制器的有效區(qū)域 畫面形狀) 一致。比如說光調(diào)制器的有效畫面形狀是四角形的時候，小型透鏡體的形狀也 做成四角形能把光損失將到最低。 小透鏡體的直徑最好為80-500um，這個尺寸下光束更容易整形。這是因?yàn)樾⌒屯哥R的直徑小于80um的話會因?yàn)榧す獾倪B貫性在光束里產(chǎn)生格子紋路，并且在現(xiàn)有技術(shù)下 很難制做出比80um還小的光滑面的透鏡構(gòu)造。直徑變大的話光束整形器的效果會減弱，得 不到超小型光學(xué)引擎所需的均勻光源，所以用500um以下為好。 各小透鏡體由多種不同大小的小透鏡混合組成，從而使激光散斑得以減少。 物鏡(40)是將經(jīng)過光束整形器整形的光線利用光調(diào)制器(60)進(jìn)行集束的透鏡，
一般由一至兩片組成。 光調(diào)制器(60)是指將入射的光線進(jìn)行選擇性通過、阻斷或改變光徑來形成影像 圖片的元件。光調(diào)制器(60)的典型實(shí)例有數(shù)字微鏡器件(DigitalMicromirror Device, 簡稱"DMD")、液晶顯示(Liquid Crystal Display,簡稱"LCD")元件、硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon,簡稱"LCOS")等等。 DMD是用在數(shù)字光處理(Digital Light Processing,簡稱"DLP")投影機(jī)的元件， 它利用場時序(field sequential)的驅(qū)動方式，使用與像素?cái)?shù)量一樣多的矩陣形態(tài)排列的 數(shù)碼鏡(DIGITAL MIRROR) 。 DLP是指從光源照射出的光用數(shù)碼鏡來調(diào)節(jié)光徑，并用隔板反 射來達(dá)到漸變(Gradation)或形成圖象的投影儀。 液晶顯示元件(LCD)是指選擇性地開/關(guān)液晶來形成圖象的元件。使用LCD元件 的投影機(jī)中，有直視型(direct-view)、投射型以及反射型。直視型投影是液晶顯示元件后 面的背景光通過LCD面板形成圖象并可以直接觀察的方式；投射型投影是將通過液晶顯示 元件形成的圖象利用投射透鏡放大后投射到屏幕，觀察從屏幕反射的圖象的方式；反射型 與投射型的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別之處在于，反射型在LCD下面基板上設(shè)有反射膜，反射的光 線被放大投射到屏幕上。 LCOS屬于反射型液晶顯示，它將以往液晶顯示端的兩面基板中的下方基板由透明 的玻璃改為硅基板，從而用反射型方式運(yùn)作。 偏振分光鏡(80)是起到將入射光傳遞到光調(diào)制器(60)的作用的光學(xué)元件，其玻 璃材質(zhì)的六面體內(nèi)，偏光分離膜以對角線分布，是反射型光學(xué)引擎所必須的一個光學(xué)元件。 入射光到達(dá)偏振分光鏡(80)的偏光分離膜上，S偏光會通過，而P偏光則會被反 射到投射透鏡的相反方向而丟棄。因此，從光源(10)出來的光線，需要在光路上的某一位 置轉(zhuǎn)換(Conversion)成線偏振光的形態(tài)才能維持光效率。但是，出自激光光源的光線自身 的偏振比高達(dá)數(shù)百比一，所以并不需要額外添加用來形成線偏振光的光學(xué)元件。 如此通過偏光分離膜的S偏光，會在通過光調(diào)制器時形成P偏光，轉(zhuǎn)換成P偏光的 圖象光再一次地入射到偏振分光鏡(80)中，與偏振分離膜相接觸。這時圖象光全部是P偏 光，因此會被偏光分離膜全部反射，入射到投射透鏡(70)中。 投射透鏡(70)由多個透鏡構(gòu)成，將由光調(diào)制器(60)形成的圖象向屏幕(圖中未 標(biāo)識)上放大投射。 上面描述的是反射型的光學(xué)引擎，本實(shí)用新型的技術(shù)方案也適用于透射型的光學(xué) 引擎。透射型的光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)與反射型的差不多，區(qū)別主要是沒有偏振分光鏡(80)，此 外，物鏡(40)、光調(diào)制器(60)和投射透鏡(70)的光路為同一直線。 圖2是激光光源結(jié)構(gòu)的簡單示意圖。 激光光源芯片的體積非常之小，很難加工，因此會制作成圖2所示的安裝座 (Mount)上附著激光光源芯片的形態(tài)。在本實(shí)用新型中為了說明的方便，解說成C安裝座(C-Mo皿t)類型。圖2就是示意C安裝座類型的激光光源。 激光光源芯片(90)將連接在芯片底面的安裝座本體(100)作為陽極(Anode) 使用。在安裝座上緣放置絕緣物體，在絕緣物體上面以連接線形態(tài)成型了陰極(120， Cathode)，再將上述連接線與激光光源芯片進(jìn)行連線。 上述光源結(jié)構(gòu)是C安裝座(C-Mo皿t)類型，是比一般激光光源芯片加工更容易的 結(jié)構(gòu)，安裝座本體結(jié)構(gòu)即作為陽極(Anode)來使用。 微型投影機(jī)的光學(xué)引擎是一種超小型的密集結(jié)構(gòu)，因此這種安裝座金屬體本身起 到陽極(Anode)的作用的情況，在光學(xué)引擎的組裝中容易斷裂，從而產(chǎn)生制程良品率不高 的問題。 在本實(shí)用新型的實(shí)施方式中，將激光光源與高導(dǎo)熱的結(jié)構(gòu)物相固定，該結(jié)構(gòu)物與
激光光源的接觸部位要進(jìn)行機(jī)械拋光處理，其他部分進(jìn)行絕緣鍍膜處理。 在一個實(shí)例中，結(jié)構(gòu)物可以由上下端基板構(gòu)成，對激光光源形成一種"包裹"，既提
供了物理上的保護(hù)，又便于安裝。當(dāng)然，結(jié)構(gòu)物也可以不是上下端基板的形式，例如結(jié)構(gòu)物
可以由三塊元件組合而成等等。 圖3是本實(shí)用新型的實(shí)例之一，是激光光源固定在下端基板的示意圖。 激光光源平行面貼于下端基板(130)，同時下端基板(130)的一側(cè)面上固定有連
接器，起到與外部端子相連的作用。 下端基板(130)由金屬材料制成，表面上鍍有非導(dǎo)電物質(zhì)。由于是金屬材質(zhì)制成 的，因此下端基板(130)也等于是散熱片的面積增加?？紤]到光學(xué)引擎的重量和導(dǎo)熱性，在 銅、鋁、鎂、鋅中選擇。導(dǎo)熱性上，銅和鋁較好；而鎂和鋅則比較輕。 與激光光源的接觸面和連接器的陽極(Anode)并沒有進(jìn)行鍍膜處理，利用與激光 光源的接觸，將陽極端子與連接器連接起來。陰極(Cathode)連接線彎曲連接到連接器。由 于能便捷地通過連接器與外部端子相連，所以提高了其加工效率。 但是，在激光光源和下端基板(130)的面相接觸時會發(fā)生熱阻，激光光源工作時 產(chǎn)生的熱量不能及時散發(fā)而會滯留于安裝座。如果熱量不能傳導(dǎo)到下端基板(130)而滯 留，不僅安裝座的溫度會上升，激光光源芯片的溫度也會上升，從而造成激光波長的遷移 (Shift)現(xiàn)象，遷移的幅度大概為0.25nm/C。。因此，若溫度上升20C°以上，構(gòu)成白色的色 坐標(biāo)就會產(chǎn)生變化，影響到色感，造成激光發(fā)光穩(wěn)定性方面的問題。 引起上述問題的原因下端基板(130)和激光光源的接觸面不夠平整，粗糙造成接 觸面面積減少。同時，在與下端基板(130)進(jìn)行粘著時會使用導(dǎo)熱性出眾的熱接口材料 (Thermal Interface Material)來進(jìn)行，若該面的粗糙度過高，上述TI M就不能夠均勻地 滲入，造成了本該起到導(dǎo)熱作用的毛孔之間充進(jìn)了空氣，降低了導(dǎo)熱的有效性。 本實(shí)用新型實(shí)施方式中為了減少上述的熱阻，將下端基板(130)的上表面和激光 安裝座的下表面進(jìn)行了機(jī)械拋光(Mechanical Polishing)處理。通過機(jī)械拋光，兩個面的 接觸面積得到增加，上述熱接口材料(TIM)也能更加均勻地滲入，可有效地將激光光源發(fā) 生的熱量傳導(dǎo)到下端基板(130)上。機(jī)械拋光后的表面粗糙度建議維持在Rmax 6. 3s以下。 作為熱接口材料，導(dǎo)熱硅月旨(Thermal greases)或相變墊(Phase chang印ads) 等是主要使用的材料，特別是相變墊在一定溫度條件下會從固體變成液體并產(chǎn)生體積的膨 脹，驅(qū)除空氣，滲入毛孔中，從而實(shí)現(xiàn)更好的導(dǎo)熱性。[0058] 圖4是激光光源和下端基板(130)的結(jié)合體，與上端基板(140)相結(jié)合的示意圖。 上端基板(140)上面有將透鏡裝置于激光路徑上的透鏡孔，可將發(fā)散的激光進(jìn)行集光。 與下端基板(130) —樣，上端基板(140)除激光光源部以外也都鍍有絕緣物質(zhì)，與 激光光源則是面接觸。并且也最好將接觸部位進(jìn)行拋光，并利用熱接口材料(TIM)進(jìn)行粘著。 上端基板(140)和下端基板(130)用焊膏(Solder Cream)進(jìn)行錫焊，讓上下端基 板(130)適當(dāng)壓在激光光源上面，對導(dǎo)熱性能起到良好效果?？梢岳斫猓隙嘶?140)和 下端基板(130)也可以以其它方式固定，例如以機(jī)械卡口固定或以緊固件固定，只要能適 當(dāng)?shù)貕涸诩す夤庠瓷暇秃谩?本實(shí)施方式中，上下端基板采用金屬材質(zhì)，金屬材質(zhì)不但可以提共良好的導(dǎo)熱效 果，還因?yàn)榻饘俚母邚?qiáng)度而對激光光源芯片有較好的保護(hù)作用。當(dāng)然，也可以使用其它的高 導(dǎo)熱材料，如復(fù)合材料、高導(dǎo)熱陶瓷等等。 本實(shí)施方式中雖然使用了三個激光光源，不過本實(shí)用新型的技術(shù)方案并不限于全 部使用激光光源的光學(xué)引擎。光學(xué)引擎的多個光源中也可以包括一個或多個發(fā)光二級管 (Light Emitting Diode，簡稱"LED")光源。例如， 一個光學(xué)引擎有三個光源， 一個是紅色 的激光光源，另一個是綠色的激光光源(由紅外激光光源經(jīng)倍頻得到)，還有一個是藍(lán)色的 LED光源。LED光源也有較大的發(fā)熱量，也可以使用本實(shí)用新型的技術(shù)方案以取得較好的散 熱效果。 本實(shí)用新型實(shí)施方式中圍繞激光光源的上述結(jié)構(gòu)物，起到了散發(fā)激光光源發(fā)生的 熱量的散熱器作用，同時讓激光光源輸入電源的連接變得容易，改善了光學(xué)引擎的組裝便 利性。特別是在用到風(fēng)扇將發(fā)生的熱量迅速散發(fā)到空氣中的情況中，防止了風(fēng)扇發(fā)出的風(fēng) 直接與激光光源芯片相接觸，從而減少了激光光源芯片的損傷可能性。 雖然通過參照本實(shí)用新型的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對本實(shí)用新型進(jìn)行了圖示和 描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作各種改變，而不偏 離本實(shí)用新型的精神和范圍。
權(quán)利要求一種微型投影機(jī)用激光光學(xué)引擎，包括至少一個激光光源；光調(diào)制器，利用所述激光光源發(fā)出的光生成圖象；投射透鏡，對所述光調(diào)制器所生成的圖象進(jìn)行放大投射；其特征在于，還包括與所述激光光源相固定的結(jié)構(gòu)物，該結(jié)構(gòu)物采用高導(dǎo)熱材料制成，并且該結(jié)構(gòu)物與所述激光光源的接觸部位進(jìn)行了機(jī)械拋光處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型投影機(jī)用激光光學(xué)引擎，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)物包括 上端基板(140)和下端基板(130)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型投影機(jī)用激光光學(xué)引擎，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)物為金 屬材質(zhì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型投影機(jī)用激光光學(xué)引擎，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)物的材 質(zhì)為銅、鋁、鎂、鋅之一。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型投影機(jī)用激光光學(xué)引擎，其特征在于，所述上端基板 (140)和下端基板(130)以焊膏進(jìn)行錫焊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型投影機(jī)用激光光學(xué)引擎，其特征在于，所述激光光源包 括激光光源芯片和金屬的安裝架，激光光源芯片固定在安裝架上，安裝架同時起到陽極的 作用。
7 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的微型投影機(jī)用激光光學(xué)引擎，其特征在于，所述 機(jī)械拋光處理的粗糙度Rmax < 6. 3s。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的微型投影機(jī)用激光光學(xué)引擎，其特征在于，所述 結(jié)構(gòu)物中除與所述激光光源相接觸的部分以外的其他部分進(jìn)行絕緣鍍膜處理。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的微型投影機(jī)用激光光學(xué)引擎，其特征在于，還包 括至少一個發(fā)光二極管光源。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的微型投影機(jī)用激光光學(xué)引擎，其特征在于，所 述光調(diào)制器是以下之一液晶顯示元件、數(shù)字微鏡器件、硅基液晶； 所述光調(diào)制器以場時序方式對多個光源進(jìn)行調(diào)制。
專利摘要本實(shí)用新型涉及便攜式微型投影機(jī)，公開了一種微型投影機(jī)用激光光學(xué)引擎。本實(shí)用新型中，將激光光源與高導(dǎo)熱的結(jié)構(gòu)物相固定，并將該結(jié)構(gòu)物和激光光源的接觸部位進(jìn)行了機(jī)器研磨處理，降低了熱阻，提高了散熱效果。結(jié)構(gòu)物可由上下基板構(gòu)成，采用金屬材質(zhì)，可將上下端基板以焊膏進(jìn)行錫焊，使上下端基板牢固而適當(dāng)?shù)貕涸诩す夤庠瓷稀?br> 文檔編號G03B21/14GK201464786SQ200920073670
公開日2010年5月12日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者樸尚榮, 權(quán)赫烈, 金城守 申請人:上海三鑫科技發(fā)展有限公司