專利名稱：用于保護(hù)熱源不受損害的抗震設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般地涉及用于保護(hù)熱源不受損害、特別是用于彩色圖像 投影系統(tǒng)的抗震設(shè)備和方法，在所述彩色圖像投影系統(tǒng)中，熱產(chǎn)生激 光器用于在遠(yuǎn)離系統(tǒng)的觀看表面上投影二維彩色圖像。
背景技術(shù)：
一般已知基于一對(duì)掃描鏡來(lái)在屏幕上投影二維圖像，所述一對(duì)掃 描鏡在相互正交的方向上振動(dòng)，以將激光束掃描在光柵圖上。但是， 已知的圖像投影系統(tǒng)使用有限的分辨率并且不以真彩色來(lái)投影圖像，
所述分辨率通常小于640 x 480像素的視頻圖形陣列(VGA)質(zhì)量的 1/4。
為了獲得真彩色圖像，需要由激光器發(fā)出的紅色、藍(lán)色和綠色激 光束。紅色和藍(lán)色激光器是半導(dǎo)體激光器，并且當(dāng)被激發(fā)時(shí)產(chǎn)生它們 各自的激光束，并且伴隨有廢熱的產(chǎn)生，所述廢熱通常容易散發(fā)到它 們的公共支座和周圍的環(huán)境。但是，當(dāng)前可以獲得的綠色激光器不是 半導(dǎo)體激光器，而是通常為激光器模塊，其具有紅外線二極管泵浦 YAG晶體激光器和非線性倍頻晶體，其運(yùn)行產(chǎn)生更大量的廢熱，所述 廢熱必須積極地被傳送到環(huán)境以防止過(guò)熱。事實(shí)上，熱電冷卻器通常 用于冷卻綠色激光器模塊，但是所述冷卻器也散發(fā)熱量，必須去除這 個(gè)熱量以防止冷卻器過(guò)熱。
在本領(lǐng)域中經(jīng)常使用散熱器來(lái)去除這樣的熱量。散熱器直接地被 附接到熱源，以便從其導(dǎo)熱。但是，產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題當(dāng)熱源細(xì)巧—— 即小和易碎——但是仍然產(chǎn)生大量的熱量時(shí)，由此需要大質(zhì)量的重散 熱器來(lái)去除熱量。硬性地附接到細(xì)巧裝置(諸如上述的冷卻器)的大 散熱器會(huì)在掉落事件期間(例如如果所述系統(tǒng)被實(shí)現(xiàn)在手持的儀器中
并且被偶然掉落到地面)引起所迷裝置的故障。冷卻器會(huì)破裂，并且 附接到冷卻器的激光器模塊會(huì)失去光學(xué)準(zhǔn)直，由此使得被投影的圖像 變差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一般目的是保護(hù)需要積極的熱傳導(dǎo)的熱源免受震 動(dòng)損害。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是將大散熱塊與熱源機(jī)械地去耦和隔離，同 時(shí)仍然在散熱器和熱源之間提供強(qiáng)的熱傳導(dǎo)界面。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是減少(如果不消除)由于震動(dòng)力導(dǎo)致的光 學(xué)不準(zhǔn)直引起的圖像變差。
另一個(gè)目的是提供一種用于不同形態(tài)因子的許多儀器(特別是手 持儀器)中的抗震彩色圖像投影系統(tǒng)。
與這些目的和其他目的(其將在以下變得清楚) 一致，本發(fā)明的 一個(gè)特征簡(jiǎn)短而言在于用于保護(hù)熱源不變損害的抗震設(shè)備和方法。所
述熱源被支座支撐。具有質(zhì)量的散熱器被設(shè)置，其與熱源具有熱傳導(dǎo) 關(guān)系，以從熱源傳導(dǎo)熱量。
按照本發(fā)明，設(shè)置了用于通過(guò)在遠(yuǎn)離熱源的位置將散熱器緊固到
支座上而將散熱器與熱源機(jī)械地去耦的裝置。這樣的裝置包括托架， 其具有安裝腳，在安裝腳上安裝所述散熱器；支腳，其連接到支座。 所述托架可調(diào)地被定位在支座上以保證在散熱器和熱源之間有切實(shí)的 熱傳導(dǎo)接觸。但是，在設(shè)備被暴露到震動(dòng)力的掉落事件的情況下，散 熱器的突然減速不被直接地發(fā)送到熱源，而是直接地被發(fā)送到支座， 而所述支座比熱源更能夠承受這樣的減速力。結(jié)果，熱源未被損害或 者從其位置脫離。
本發(fā)明的抗震設(shè)備在用于投影二維彩色圖像的圖像投影系統(tǒng)中 特別有益。所述系統(tǒng)包括多個(gè)紅色、藍(lán)色和綠色激光器，分別用于 發(fā)出紅色、藍(lán)色和綠色激光束；光學(xué)組件，用于共線地布置激光束， 以形成復(fù)合光束；掃描器，用于在與支座具有工作距離的空間中將復(fù)
合光束掃描為掃描線的圖案，每條掃描線具有多個(gè)像素；以及，控制 器，用于通過(guò)激光束使得所選擇的像素被照亮和變?yōu)榭梢暎援a(chǎn)生彩 色圖像。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所述掃描器包括一對(duì)可振蕩的掃描鏡，用于以 不同的掃描率和不同的掃描角度沿著一般相互正交的方向來(lái)掃描所述 復(fù)合光束。掃描率的至少一個(gè)超過(guò)聲頻(諸如超過(guò)18kHz)以減少噪 聲。至少一個(gè)掃描鏡被慣性驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，以最小化功耗。圖像分辨率 最好超過(guò)VGA質(zhì)量的1/4，但是通常等于或者超過(guò)VGA質(zhì)量。所述 支座、激光器、掃描器、控制器和光學(xué)組件最好占用小于30立方厘米 的體積。
所述系統(tǒng)可交換地被安裝在不同形態(tài)因子的外殼中，其中包括但 是不限于筆狀、槍狀或者手電筒狀的儀器、個(gè)人數(shù)字助理、垂飾、手 表、計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)而言之由于其緊湊和微型的大小而可為的任何形狀。 被投影的圖像可以用于廣告或者標(biāo)志目的，或者用于電視機(jī)或者計(jì)算 機(jī)監(jiān)控器屏幕，簡(jiǎn)而言之用于期望顯示某種內(nèi)容的任何目的。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，至少一個(gè)激光器(諸如綠色激光器)包 括激光器模塊，其具有紅外線二極管泵浦YAG晶體激光器和非線性 倍頻晶體，其運(yùn)行產(chǎn)生大量的廢熱，所述廢熱必須被去除以防止過(guò)熱。 熱電冷卻器用于冷卻綠色激光器模塊，但是它也產(chǎn)生熱量，必須例如 通過(guò)如上所述的散熱器來(lái)去除這個(gè)熱量。
但是，機(jī)械地連接到熱電冷卻器(其比較而言是易碎的結(jié)構(gòu))的 大質(zhì)量的散熱器有可能在掉落事件中使得冷卻器破裂。附接到模塊的 冷卻器甚至可能使得從其發(fā)出的綠色激光束與來(lái)自其他激光器的紅色 和藍(lán)色激光束不準(zhǔn)直，由此破壞所投影的圖像。
因此，通過(guò)將散熱器不直接地機(jī)械連接到冷卻器，而是連接到支 座，在掉落事件期間產(chǎn)生的任何這樣的減速力將繞過(guò)冷卻器和綠色激 光器模塊。所述散熱器與冷卻器有效地機(jī)械隔離，但是仍然與其有積 極的熱傳導(dǎo)接觸。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是將一個(gè)熱傳導(dǎo)墊布置在托架的安裝腳和 冷卻器之間。所述墊被粘在冷卻器上，并且與所述安裝腳滑動(dòng)地和浮 動(dòng)地接觸。所述墊也最好可壓縮以保證所述安裝腳被緊密地壓到所述 墊上，并且所述塾也最好有彈性以保證來(lái)自安裝腳的任何振動(dòng)不被傳 送到冷卻器。


在所附的權(quán)利要求中具體給出了被考慮為本發(fā)明的特性的新穎 特征。但是，通過(guò)下面結(jié)合附圖的具體實(shí)施例的描述，將在其構(gòu)造和 其操作方法以及其另外的目的和優(yōu)點(diǎn)上更好地理解本發(fā)明本身。
圖l是在一個(gè)工作距離上投影圖像的手持儀器的透視圖2是安裝在圖1的儀器中的圖像投影系統(tǒng)的放大的、頂視的透
視圖3是圖2的設(shè)備的平面頂視圖4是用于圖2的系統(tǒng)中的慣性驅(qū)動(dòng)器的前透視圖5是圖4的慣性驅(qū)動(dòng)器的后部透視圖6是圖2的系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)的透視圖7是用于描述圖2的系統(tǒng)的操作的電子示意方框圖8是用于圖6的系統(tǒng)的、按照本發(fā)明的抗震設(shè)備的分解的、反 轉(zhuǎn)的視圖；以及
圖9是圖8的設(shè)備的組裝視圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中的附圖標(biāo)號(hào)10總地表示手持儀器，諸如個(gè)人數(shù)字助理， 其中，安裝了如圖2中所示的輕型的、緊湊的圖像投影系統(tǒng)20，其用 于在相對(duì)于儀器10的可變距離上投影二維彩色圖像。舉例而言，圖像 18位于相對(duì)于儀器10的某些距離的工作范圍內(nèi)。
如圖1中所示，圖像18在沿著圖像的水平方向而延伸的光學(xué)水 平掃描角A上延伸，并且在沿著圖像的垂直方向而延伸的光學(xué)垂直掃 描角B上延伸。如下所述，所述圖像包括在由設(shè)備20中的掃描器掃
描的掃描線的光柵圖上的被照亮的和未被照亮的像素。
儀器10的平行六面體形狀僅僅表示其中可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)20的外殼 的一種形態(tài)因子。所述儀器可以形狀為筆、蜂窩電話、蛤殼(clamshell) 或者手表，如在例如下文中所示美國(guó)專利申請(qǐng)第10/090,653號(hào)，2002 年3月4日提交，被轉(zhuǎn)讓給與本申請(qǐng)相同的受讓方，并且通過(guò)對(duì)其的 引用而被包含在此。
在優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)20在體積上小于大約30立方厘米。這種 緊湊的微型尺寸使得系統(tǒng)20可以被安裝在許多不同形狀(大或者小 的、便攜或者固定的)的外殼中，包括具有機(jī)載顯示器12、小鍵盤(pán)14 和窗口 16 (通過(guò)它來(lái)投影圖像)的那些外殼。
參見(jiàn)圖2和3，系統(tǒng)20包括半導(dǎo)體激光器22，其當(dāng)被激發(fā)時(shí)發(fā) 出大約635-655納米的明亮紅色激光束。透鏡24是具有正焦距的雙非 球面的凸透鏡，并且用于收集在紅色光束中的實(shí)質(zhì)上所有的能量，并 且用于產(chǎn)生受衍射限制的光束。透鏡26是具有負(fù)焦距的凹透鏡?？梢?在圖8中最佳地看到，通過(guò)在儀器10內(nèi)的在支座(在圖2中為了清楚 而未示出)上分離的相應(yīng)透鏡支架來(lái)固定透鏡24、 26。透鏡24、 26 在所述工作距離上將紅色光束輪廓整形。
另一個(gè)半導(dǎo)體激光器28被安裝在支座上，并且當(dāng)被激發(fā)時(shí)發(fā)出 在大約430-505納米的受衍射限制的藍(lán)色激光束。另一個(gè)雙非球面的 凸透鏡30和凹透鏡32用于以與透鏡24、 26類似的方式來(lái)將藍(lán)色光束 輪廓整形。
具有530納米級(jí)的波長(zhǎng)的綠色激光束不是被半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生， 而是被綠色激光器模塊34產(chǎn)生，所述綠色激光器模塊34具有紅外線 二極管泵浦YAG晶體激光器，其輸出光束是1060納米。在兩個(gè)激光 鏡之間的紅外線激光腔中包括非線性倍頻晶體。因?yàn)樵诩す馇粌?nèi)的紅 外線激光功率比在激光腔外部耦合的功率大得多，因此倍頻器對(duì)于在 激光腔中產(chǎn)生倍頻的綠色光更有效。激光器的輸出鏡對(duì)于1060納米的 紅外線輻射是反射的，并且對(duì)于被倍頻的530納米綠色激光束是透射 的。因?yàn)楣虘B(tài)激光器和倍頻器的校正操作需要精確的溫度控制，因此
諸如依賴于珀?duì)柼?yīng)的熱電冷卻器200的半導(dǎo)體裝置用于控制綠色 激光器模塊的溫度。熱電冷卻器200可以根據(jù)所施加的電流的極性來(lái) 加熱或者冷卻所述綠色激光器模塊。熱敏電阻是所述綠色激光器模塊 的一部分，用于監(jiān)控其溫度。來(lái)自熱敏電阻的讀數(shù)被提供到控制器， 所述控制器因此調(diào)整到熱電冷卻器200的控制電流。
如下所述，所述激光器以100 MHz級(jí)的頻率在運(yùn)行中脈動(dòng) (pulse)。紅色和藍(lán)色半導(dǎo)體激光器22、 28能夠以這樣的高頻來(lái)脈 動(dòng)，但是當(dāng)前可以獲得的綠色固態(tài)激光器不能。結(jié)果，從綠色模塊34 發(fā)出的綠色激光束隨著聲光調(diào)制器36而脈動(dòng)，所述聲光調(diào)制器36在 晶體中產(chǎn)生聲駐波，用于衍射綠色光束。但是，調(diào)制器36產(chǎn)生零階非 衍射光束38和一階脈動(dòng)衍射光束40。光束38和40彼此分叉，并且 為了將它們分離以消除不期望的零階光束38，沿著具有折疊鏡42的 長(zhǎng)的折疊路徑來(lái)將光束38和40傳送?；蛘?，可以在綠色激光器模塊 的外部或者內(nèi)部使用電光調(diào)制器來(lái)使得綠色激光束脈動(dòng)。用于調(diào)制綠 色激光束的其他可能方式包括電吸收調(diào)制或者馬赫曾德?tīng)?(Mach-Zender)干涉計(jì)。光束38和40通過(guò)正負(fù)透鏡44、 46而傳送。 但是，僅僅允許被衍射的綠色光束40照射在折疊鏡48上并從其反射。 非衍射的光束38被吸收器50 (其優(yōu)選地被安裝在鏡48上)吸收。
所述系統(tǒng)包括一對(duì)分色濾光器52、 54，其被布置來(lái)使得綠色、藍(lán) 色和紅色光束在到達(dá)掃描組件60之前盡可能共線。濾光器52允許綠 色光束40通過(guò)其中，但是來(lái)自藍(lán)色激光器28的藍(lán)色光束56通過(guò)干涉 效應(yīng)被反射。濾光器54允許綠色和藍(lán)色光束40、 56通過(guò)其中，但是 來(lái)自紅色激光器22的紅色光束58通過(guò)干涉效應(yīng)被反射。
近共線的光束40、 56、 58被引導(dǎo)到固定的反射鏡62并被從其反 射。掃描組件60包括第一掃描鏡64,其可被慣性驅(qū)動(dòng)器66 (在圖 4-5中分離地所示)以第一掃描率振蕩，以將從反射鏡62反射的激光 束在第一水平掃描角A上掃描；以及第二掃描鏡68，其可以-故電磁驅(qū) 動(dòng)器70以第二掃描率振蕩，以將第一掃描鏡64反射的激光束在第二 垂直掃描角B上掃描。在另一種形式的結(jié)構(gòu)中，可以將掃描鏡64、 68
替換為單個(gè)雙軸鏡。
慣性驅(qū)動(dòng)器66是高速低電功耗的部件?？梢栽谙挛闹姓业綉T性 驅(qū)動(dòng)器的細(xì)節(jié)美國(guó)專利申請(qǐng)第10/387,878， 2003年3月13日提交， 被轉(zhuǎn)讓給與本申請(qǐng)相同的受讓方，并且通過(guò)引用而被并入在此。慣性 驅(qū)動(dòng)器的使用將掃描組件60的功耗減少到小于1瓦特，并且在投影彩 色圖l象的情況下，如下所述，將其減少到小于10瓦特。
驅(qū)動(dòng)器66包括可移動(dòng)框架74，用于通過(guò)鉸鏈來(lái)支撐掃描鏡64， 所述鉸鏈包括一對(duì)共線鉸鏈部分76、 78，所述一對(duì)共線鉸鏈部分76、 78沿著鉸鏈軸延伸，并且被連接在掃描鏡64的相對(duì)區(qū)域和框架的相 對(duì)區(qū)域之間?？蚣?4不必圍繞掃描鏡64，如圖所示。
所述框架、鉸鏈部分和掃描鏡被制造為一體的、大致為平面的硅 襯底，其大約有150微米(fi)厚。硅被蝕刻以形成歐米加(omega) 形狀的槽，其具有上平行槽部分、下平行槽部分和U形中央槽部分。 掃描鏡64最好具有橢圓形并在上述多個(gè)槽部分中自由地移動(dòng)。在優(yōu)選 實(shí)施例中，沿著橢圓形掃描鏡的尺寸測(cè)量為749微米xl600微米。每 個(gè)鉸鏈部分在寬度上測(cè)量為27微米，在長(zhǎng)度上測(cè)量為1130微米。所 述框架具有矩形，其在寬度上測(cè)量為3100微米，并且在長(zhǎng)度上測(cè)量為 4600孩丈米。
所述慣性驅(qū)動(dòng)器被安裝在大致為平面的印刷電路板80上，并且 用于直接地移動(dòng)所述框架，以及用于通過(guò)慣性間接地使掃描鏡64圍繞 鉸鏈軸振動(dòng)。慣性驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例包括一對(duì)壓電換能器82、 84， 其與板80垂直地延伸，并且在鉸鏈部分76的任何一側(cè)上與框架74 的間隔的部分接觸?？梢允褂谜澈蟿﹣?lái)保證在每個(gè)換能器的 一端和每 個(gè)框架部分之間的永久接觸。每個(gè)換能器的相對(duì)端在板80的后部探 出，并且通過(guò)導(dǎo)線86、 88電連接到周期性的交流電壓源(未示出)。
在使用中，周期信號(hào)向每個(gè)換能器施加周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且使 得相應(yīng)的換能器在長(zhǎng)度上交替地?cái)U(kuò)展和收縮。當(dāng)換能器82擴(kuò)展時(shí)，換 能器84收縮，反之亦然，由此同時(shí)推拉所述間隔的框架部分，并且使 得框架圍繞鉸鏈軸扭曲。驅(qū)動(dòng)器電壓具有對(duì)應(yīng)于掃描鏡的諧振頻率的 頻率。掃描鏡從其初始的靜止位置移動(dòng)直到它也以所述諧振頻率圍繞
鉸鏈軸振動(dòng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述框架和所述掃描鏡為大約150 微米厚，并且掃描鏡具有高的Q因子。每個(gè)換能器在l微米級(jí)上的移 動(dòng)可以引起掃描鏡以超過(guò)20kHz的掃描率來(lái)振動(dòng)。
另一對(duì)壓電換能器90、 92與板80垂直地延伸，并且在鉸鏈部分 80的任何一側(cè)上與框架74的間隔的部分永久接觸。換能器90、 92作 為反饋裝置，用于監(jiān)控框架的振蕩移動(dòng)，并且產(chǎn)生和沿著導(dǎo)線94、 96 向反饋控制電路(未示出)傳導(dǎo)電反饋信號(hào)。
或者，取代使用用于反饋的壓電換能器90、 92,可以使用磁反饋， 其中， 一個(gè)磁體被安裝在高速鏡的背面，并且使用外部線圏來(lái)拾取由 振蕩的磁體產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)。
雖然光可以從掃描鏡的外表面反射，但是期望將鏡64的表面涂 敷由金、銀、鋁構(gòu)成的鏡面涂層或者專門設(shè)計(jì)的高反射電介質(zhì)涂層。
電磁驅(qū)動(dòng)器70包括結(jié)合地安裝在第二掃描鏡68之上和之后的 永久磁體；以及電磁線圏72，用于響應(yīng)于接收到周期的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而產(chǎn) 生周期的磁場(chǎng)。線圏72接近所述磁體，以便周期磁場(chǎng)與磁體的永久磁 場(chǎng)磁性地交互，并且使得磁體、繼而第二掃描鏡68振蕩。
慣性驅(qū)動(dòng)器66以最好大于5 kHz (特別是在18 kHz或者更多的 級(jí)上)的掃描率高速地振蕩掃描鏡64。這個(gè)高掃描率在非可聽(tīng)聲頻率， 由此最小化噪聲和振動(dòng)。電磁驅(qū)動(dòng)器70以在40 kHz級(jí)上的更低的掃 描率來(lái)振蕩掃描鏡68，所述掃描率足夠快以使得圖像駐留在人眼視網(wǎng) 膜上，而沒(méi)有過(guò)大的閃爍。
較快的鏡64掃描水平掃描線，較慢的鏡68垂直地掃描水平掃描 線，由此產(chǎn)生光柵圖，其是大致平行的掃描線的網(wǎng)格或者序列，由其 來(lái)構(gòu)造圖像。每條掃描線具有多個(gè)像素。圖像分辨率最好是1024 x 768 像素的XGA質(zhì)量。在有限的工作范圍上，我們可以顯示高清晰度的 電視標(biāo)準(zhǔn)，其,皮表示為720p， 1270 x 72(H象素。在一些應(yīng)用中，VGA 質(zhì)量的二分之一 320 x 480像素或者VGA質(zhì)量的四分之一 320 x 240 像素就足夠了。最少期望160 x 160像素的分辨率。 鏡64、 68的角色可以反轉(zhuǎn)，使得鏡68較快，鏡64較慢。鏡64 也可以被設(shè)計(jì)為掃描垂直掃描線，在這種情況下，鏡68掃描水平掃描 線。而且，慣性驅(qū)動(dòng)器可以用于驅(qū)動(dòng)鏡68。事實(shí)上，可以通過(guò)機(jī)電、 電、機(jī)械、靜電、磁或者電磁驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)任何一個(gè)鏡。
慢鏡在恒定速度掃描模式中被操作，在此期間，顯示圖像。在鏡 返回期間，鏡以其自然頻率(其相當(dāng)高)被掃描回初始位置。在鏡的 返回行程期間，激光器可以被斷電以便減少裝置的功耗。
圖6是在與圖2相同的透視圖中的系統(tǒng)20的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式。上 述的部件被安裝在支座上，所述支座包括頂蓋100和支撐板102。支 架104、 106、 108、 110和112相互對(duì)準(zhǔn)地分別支撐折疊鏡42、 48、 濾光器52、 54和反射鏡62。每個(gè)支架具有多個(gè)定位槽，用于容納在 支座上靜態(tài)安裝的定位支柱。因此，正確地定位鏡和濾光器。如圖所 示，有三個(gè)支柱，由此允許兩個(gè)角度調(diào)整和一個(gè)橫向調(diào)整。每個(gè)支架 可以被粘在其最后的位置中。
通過(guò)選擇性地照亮在一條或多條掃描線中的像素來(lái)構(gòu)造圖像。如 下參見(jiàn)圖7更詳細(xì)地所述，控制器114通過(guò)三個(gè)激光束來(lái)使得在光柵 圖中的所選擇的像素照亮并且變?yōu)榭梢?jiàn)。例如，紅色、藍(lán)色和綠色功 率控制器116、 118、 120分別將電流引導(dǎo)到紅色、藍(lán)色和綠色激光器 22、 28、 34以激發(fā)后者來(lái)分別在每個(gè)所選擇的像素上發(fā)出相應(yīng)的光束， 并且不將電流引導(dǎo)到紅色、藍(lán)色和綠色激光器以將后者去激發(fā)以不照 亮其他未選擇的像素。結(jié)果產(chǎn)生的被照亮的和未照亮的像素的圖案包 括圖像，其可以是人或者機(jī)器可讀的信息或者圖形的任何顯示。
參見(jiàn)圖1，以放大的視圖而示出了光柵圖。在一個(gè)端點(diǎn)開(kāi)始，激 光束被慣性驅(qū)動(dòng)器以水平掃描率沿著水平方向掃描到相對(duì)的端點(diǎn)，以 形成掃描線。因此，電磁驅(qū)動(dòng)器70以垂直掃描率沿著垂直方向?qū)⒓す?束掃描到另一個(gè)端點(diǎn)以形成第二掃描線。連續(xù)掃描線的形成以相同的 方式進(jìn)行。
經(jīng)由功率控制器116、 118、 120的操作，通過(guò)在微處理器114或
i器而在光柵圖中建立圖像。所述激光器產(chǎn)生可視光，并且僅僅當(dāng)期望看到在 期望圖像中的像素時(shí)接通所述激光器。通過(guò)光束的一個(gè)或多個(gè)顏色來(lái) 確定每個(gè)像素的顏色?？梢酝ㄟ^(guò)選擇性地疊加紅色、藍(lán)色和綠色激光 的一個(gè)或多個(gè)來(lái)形成在可視光鐠中的任何顏色。光柵圖是由多條線中 的每條線上的多個(gè)像素構(gòu)成的網(wǎng)格。所述圖像是所選擇的像素的位圖。 每個(gè)字母或者數(shù)字、任何圖形設(shè)計(jì)或者標(biāo)志、甚至機(jī)器可讀的條形碼 符號(hào)可以被形成為位像。
如圖7中所示，具有垂直和水平的同步數(shù)據(jù)以及像素和時(shí)鐘數(shù)據(jù) 的輸入的視頻信號(hào)在微處理器114的控制下被發(fā)送到紅色、藍(lán)色和綠 色緩沖器122、 124和126。 一個(gè)全VGA幀的存儲(chǔ)需要許多個(gè)千字節(jié)， 并且期望在緩沖器中具有足夠的存儲(chǔ)量來(lái)用于兩個(gè)全幀，以使得一個(gè) 幀被寫(xiě)入，而另一個(gè)幀正在被處理和投影。被緩沖的數(shù)據(jù)在速度調(diào)節(jié) 器(speed profiler ) 130的控制下被發(fā)送到格式化器128，并且被發(fā)送 到紅色、藍(lán)色和綠色查找表(LUT) 132、 134、 136以校正由掃描引 起的固有的內(nèi)部失真以及由被投影的圖像的顯示角度引起的幾何失 真。結(jié)果產(chǎn)生的紅色、藍(lán)色和綠色數(shù)字信號(hào)被數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)138、 140、 142轉(zhuǎn)換為紅色、藍(lán)色和綠色模擬信號(hào)。所述紅色和藍(lán)色模擬信 號(hào)被饋送到紅色和藍(lán)色激光器驅(qū)動(dòng)器(LD) 144、 146，紅色和藍(lán)色激 光器驅(qū)動(dòng)器(LD)144、 146也連接到紅色和藍(lán)色功率控制器116、 118。 綠色模擬信號(hào)被饋送到聲光模塊(AOM)射頻(RF)驅(qū)動(dòng)器150，并 且繼而被發(fā)送到綠色激光器34，所述綠色激光器34也連接到綠色LD 148和綠色功率控制器120。
在圖7中也示出了反饋控件，其中包括紅色、藍(lán)色和綠色光電二 極管放大器152、 154、 156，紅色、藍(lán)色和綠色光電二極管放大器152、 154、 156連接到紅色、藍(lán)色和綠色模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器158、 160、 162， 并且繼而連接到微處理器114。由熱敏電阻放大器164來(lái)監(jiān)控?zé)崃浚?所述熱敏電阻放大器164連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器166，并且繼而連接到微 處理器。
掃描鏡64、 68,皮驅(qū)動(dòng)器168和170驅(qū)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)器168、 170被從DAC 172、 174饋送模擬驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述DAC 172、 174繼而連 接到微處理器。反饋放大器176、 178檢測(cè)掃描鏡64、 68的位置，并 且連接到反饋模數(shù)轉(zhuǎn)換器180、 182，并且繼而連接到微處理器。
優(yōu)選的是，通過(guò)將綠色激光器總是保持接通，并且通過(guò)將紅色和 藍(lán)色激光器的電流保持在剛好低于激光門限值，功率管理電路184最 小化功率，同時(shí)允許快速的接通時(shí)間。
如果掃描鏡64、 68的任何一個(gè)被檢測(cè)為不在適當(dāng)?shù)奈恢?，則激 光安全關(guān)閉電路186關(guān)閉激光器。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖8，圖6的設(shè)備已經(jīng)被反轉(zhuǎn)以提供綠色激光器模塊34 及其熱電冷卻器200的更好視圖。如上所述，由模塊34產(chǎn)生的廢熱被 冷卻器200冷卻，并且繼而，冷卻器200產(chǎn)生熱量，所述熱量必須被 積極地去除以防止冷卻器和模塊34的過(guò)熱。具有平面基座204和從基 座204突出的大量冷卻翼片206的散熱器202被用于這樣的熱量去除。 翼片206共同地具有大的散熱外表面，用于有效和快速的熱傳導(dǎo)。所 述翼片也具有良好的空氣動(dòng)力，以便空氣可以容易和迅速地流過(guò)所有 的翼片和圍繞所有的翼片流動(dòng)。所述散熱器最好由鋁構(gòu)成，其與其他 的散熱器材料(諸如銅)相比較在重量上較輕，并且具有較高的導(dǎo)熱 率，例如205 W/mK，其例如比鋼好四倍。
如上所述，冷卻器200是較易碎的裝置，其外部表面是資的，并 且當(dāng)受到外部震動(dòng)力(諸如在掉落事件時(shí)容易遇到的)時(shí)容易破裂， 其中在上述掉落事件發(fā)生時(shí)儀器10偶然從用戶的手掉落。如果散熱器 202被直接地機(jī)械附接到冷卻器200以用于熱傳導(dǎo)目的，則較大質(zhì)量 的散熱器有可能在掉落事件發(fā)生時(shí)損害冷卻器。
按照本發(fā)明，使用托架210以將散熱器與冷卻器機(jī)械地隔開(kāi)，但 是不損害熱傳導(dǎo)。托架210包括平面的安裝腳212，用于通過(guò)將緊固 器(未示出)經(jīng)由螺紋穿過(guò)安裝孔214進(jìn)入底座204來(lái)支撐所述散熱 器?？梢栽诎惭b腳212和底座204之間引入熱傳導(dǎo)粘合劑。
托架210也包括平面的支腳216，其具有多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的安裝槽218、 220、 222、 224，其中容放了對(duì)應(yīng)的多個(gè)帶有螺紋的緊固器226、 228、
230、 232以便以螺紋接合到在支座100中形成的孔234、 236、 238、 240中。支腳216最好與安裝腳212垂直。當(dāng)所述緊固器被完全經(jīng)由 螺紋旋進(jìn)它們的孔中(參見(jiàn)圖9)時(shí)，支腳216位于支座100的底表 面之下，在這種情況下，安裝腳212 —般與支座的側(cè)表面平行地定位。
安裝腳具有平面的接觸面242，其可與冷卻器200上的對(duì)應(yīng)平面 表面相互平行地移動(dòng)。在裝配期間，并且在緊固器226、 228、 230、 232完全被旋進(jìn)它們的對(duì)應(yīng)孔之前，槽218、 220、 222、 224允許接觸 面242向冷卻器200的這樣的移動(dòng)。在優(yōu)選實(shí)施例中，平面的、熱傳 導(dǎo)的、彈性的、填充鋁的粘合墊244位于接觸表面242和冷卻器200 之間。粘合劑僅僅被提供在面向冷卻器的墊的側(cè)面上，以便與其粘合。 墊的另一側(cè)沒(méi)有粘合劑，但是可以(如果期望的話)被涂敷熱傳導(dǎo)的 粘合劑。接觸表面242的移動(dòng)繼續(xù)，直到所述接觸表面緊固地和均勻 地被壓向墊，以保證與其的良好熱接觸。但是，沒(méi)有直接的物理耦合， 因?yàn)榻佑|表面242相對(duì)于所述墊自由滑動(dòng)，而不論是否被涂敷熱粘合 劑。當(dāng)前優(yōu)選的是，對(duì)于墊244使用Chomerics品牌的9亳米厚的帶 子，型號(hào)T412。 一旦被完全地裝配，如圖9中所示，由散熱器在掉落 事件發(fā)生時(shí)經(jīng)歷的任何突然的減速或者震動(dòng)力不被傳送到冷卻器200 和/或激光器模塊34，而是將經(jīng)由托架210被傳送到支座100。散熱器 實(shí)質(zhì)上相對(duì)于冷卻器"浮動(dòng)"，因?yàn)榻佑|表面242與墊244滑動(dòng)接觸。 這種抗震配置可以承受在1500克減速級(jí)上的震動(dòng)力，而不損害或者移 位冷卻器和/或模塊。
因?yàn)樗鐾屑芡ǔＳ蔁醾鲗?dǎo)材料構(gòu)成，因此，可以沿著托架向散 熱器傳導(dǎo)例如來(lái)自紅色和藍(lán)色激光器22、 28或者來(lái)自驅(qū)動(dòng)器66、 70 的在支座中的任何熱量。所述托架也可以與支座熱絕緣。為了不使得 冷卻器200負(fù)擔(dān)過(guò)重，綠色激光器模塊34通過(guò)熱絕緣體246 (最好被 配置為墊圏)而與支座熱絕緣?？梢钥紤]托架210的其他配置，例如， 支腳216、 212不必是垂直的，而是可以被彼此具有銳角地定位。
雖然已經(jīng)將本發(fā)明說(shuō)明為保護(hù)冷卻器和綠色激光器模塊以防震 動(dòng)損害，但是本發(fā)明可被應(yīng)用到任何熱源，其需要積極的熱傳導(dǎo)以防止過(guò)熱，因此與要保護(hù)的熱源相比較需要較大質(zhì)量的散熱器。
可以明白，如上所述的每個(gè)元件或者兩個(gè)或者多個(gè)元件一起也可
以有益地應(yīng)用到與如上所述的類型不同的其他類型的結(jié)構(gòu)中。
雖然已經(jīng)將本發(fā)明圖解和描述為被體現(xiàn)在抗震的裝置和方法中，
特別是用于彩色圖像投影系統(tǒng)和方法中，但是其不意欲限于所示的細(xì)
節(jié)，因?yàn)榭梢栽诓灰匀魏畏绞矫撾x本發(fā)明的精神的情況下進(jìn)行各種修
改和結(jié)構(gòu)改變。
不用進(jìn)行進(jìn)一步的分析，上述內(nèi)容將完全披露本發(fā)明的要旨其 他人可以通過(guò)應(yīng)用當(dāng)前的知識(shí)而容易地將其適配到各種應(yīng)用，而不省 略從現(xiàn)有技術(shù)的角度來(lái)看清楚地構(gòu)成了本發(fā)明的上位或者下位方面的 必要特性的特征，因此應(yīng)當(dāng)并且意欲在所附的權(quán)利要求的等同內(nèi)容的 含義和范圍內(nèi)理解這樣的適配。
期望通過(guò)專利證書(shū)保護(hù)的新的技術(shù)方案在隨后的權(quán)利要求中提出。
權(quán)利要求
1.一種抗震設(shè)備，用于保護(hù)熱源不受損害，包括a)支座，用于支撐所述熱源；b)散熱器，其具有質(zhì)量，與所述熱源具有熱傳導(dǎo)關(guān)系，以從所述熱源傳導(dǎo)熱；以及c)去耦裝置，用于通過(guò)在與所述熱源遠(yuǎn)離的位置將所述散熱器緊固到所述支座上而將所述質(zhì)量從所述熱源機(jī)械地去耦，以防止震動(dòng)力被從所述散熱器傳送到所述熱源。
2. 按照權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括熱絕緣體，其位于所述熱源 和所述支座之間，用于防止在所述熱源和所述支座之間的熱傳導(dǎo)。
3. 按照權(quán)利要求l的設(shè)備，其中，所述熱源包括激光器模塊， 用于產(chǎn)生激光束，同時(shí)產(chǎn)生廢熱；以及熱電冷卻器，用于冷卻所述激 光器模塊，同時(shí)產(chǎn)生熱量。
4. 按照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，所述去耦裝置包括托架， 用于支撐所述散熱器；以及接觸表面，其與所述熱源具有熱傳導(dǎo)關(guān)系。
5. 按照權(quán)利要求4的設(shè)備，其中，所述托架可調(diào)整地被安裝在 所述支座上，以可調(diào)整地將所述接觸表面與所述熱源滑動(dòng)接觸。
6. 按照權(quán)利要求4的設(shè)備，其中，所述去耦裝置包括熱傳導(dǎo)墊， 其在所述接觸表面和所述熱源之間。
7. 按照權(quán)利要求6的設(shè)備，其中，所述熱傳導(dǎo)墊具有用于粘合 到所述熱源的粘合表面，并且可被壓縮以增強(qiáng)在所述接觸表面和所述 熱源之間的熱傳導(dǎo)關(guān)系。
8. 按照權(quán)利要求4的設(shè)備，其中，所述支座具有主表面和側(cè)表 面，其中，所述托架具有與所述支座的所述主表面平行并且被緊固到 所述支座的主表面的支腳以及在所述支座的所述側(cè)表面上的安裝腳； 并且其中，所述散熱器被安裝在所述安裝腳上，并且具有從所述支座 的所述側(cè)表面延伸離開(kāi)的多個(gè)冷卻翼片。
9. 按照權(quán)利要求8的設(shè)備，其中，所述支腳具有多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的槽，在所述槽中可調(diào)整地定位了對(duì)應(yīng)的多個(gè)緊固器，以便可調(diào)整地將所述 托架的安裝腳相對(duì)于所述支座的所述側(cè)表面定位。
10. —種抗震設(shè)備，用于保護(hù)圖像投影系統(tǒng)不受損害，包括a) 激光器模塊，用于產(chǎn)生激光束，同時(shí)產(chǎn)生廢熱；b) 支座，用于支撐所述激光器模塊；c) 掃描器，位于所述支座上，用于將所述激光束掃描為與所述 支座遠(yuǎn)離的掃描線的圖案，每條掃描線具有多個(gè)像素；d) 控制器，用于通過(guò)所述激光束使得所選擇的像素被照亮和變 為可視，以產(chǎn)生圖像；e) 熱電冷卻器，其被安裝在所述激光器模塊上，用于冷卻所述 激光器模塊，并且同時(shí)產(chǎn)生熱量；f) 散熱器，其具有質(zhì)量，與所述冷卻器具有熱傳導(dǎo)關(guān)系，以從 其傳導(dǎo)熱；以及g) 去耦裝置，用于通過(guò)在與所述冷卻器和所述激光器模塊遠(yuǎn)離 的位置將所述散熱器緊固到所述支座上而將所述質(zhì)量從所述冷卻器機(jī) 械地去耦，以防止震動(dòng)力被從所述散熱器傳送到所述冷卻器和所述激 光器模塊。
11. 按照權(quán)利要求10的設(shè)備，其中，所述去耦裝置包括托架， 其具有其上安裝了所述散熱器的安裝腳以及連接到所述支座的支腳；其中，所述安裝腳具有與所述冷卻器具有熱傳導(dǎo)關(guān)系的接觸表面。
12. 按照權(quán)利要求11的設(shè)備，其中，所述去耦裝置包括熱傳導(dǎo) 墊，其在所述接觸表面和所述冷卻器之間，并且其中，所述接觸表面 與所述熱傳導(dǎo)墊滑動(dòng)接觸，其中，所述熱傳導(dǎo)墊被粘結(jié)到所述冷卻器。
13. —種抗震方法，用于保護(hù)熱源不受損害，包括步驟a) 在支座上支撐所述熱源；b) 利用散熱器從所述熱源傳導(dǎo)熱量，其中所述散熱器具有質(zhì)量；以及c )通過(guò)在與所述熱源遠(yuǎn)離的位置將所述散熱器緊固到所述支座 上，將所述質(zhì)量從所述熱源機(jī)械地去耦，以防止震動(dòng)力被從所述散熱 器傳送到所述熱源。
14. 按照權(quán)利要求13的方法，其中，通過(guò)下述方式來(lái)執(zhí)行所述 去耦步驟將所述散熱器安裝在托架上，并且將所述托架機(jī)械地連接 到所述支座。
15. 按照權(quán)利要求14的方法，其中，所述托架具有接觸表面， 并且所述方法還包括步驟將所述接觸表面調(diào)整為與所述熱源熱傳導(dǎo) 接觸。
16. 按照權(quán)利要求15的方法，還包括步驟在所述接觸表面和 所述熱源之間定位熱傳導(dǎo)墊。
全文摘要
一種輕型的緊湊的圖像投影系統(tǒng)，特別適用于安裝在具有光透射窗口的外殼中，用于使得在光柵圖中的所選擇的像素被照亮，以產(chǎn)生高分辨率的VGA質(zhì)量的或者在顏色上更高的圖像?？拐鹪O(shè)備保護(hù)系統(tǒng)部件的至少一個(gè)(例如綠色激光器模塊)與相關(guān)聯(lián)的熱電冷卻器以防在掉落事件期間的震動(dòng)損害，而不犧牲積極地去除由這樣的系統(tǒng)部件產(chǎn)生的廢熱的能力。
文檔編號(hào)H01S3/04GK101199089SQ200680021896
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月20日
發(fā)明者卡爾·維坦博格 申請(qǐng)人:訊寶科技公司