CN105319808A - 光学组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在光学组件内部不产生结露、防湿性较高的封装结构的光学组件。该光学组件包括：包含光源的光学部件、搭载上述光学部件的底座、与上述底座组合而将上述光学部件密封的罩、以及设置在上述罩上的用于将来自上述光源的光导出至外部的出射窗，在该光学组件中，上述底座与上述罩由O形环和液状密封材以使上述O形环的压缩方向与上述液状密封材的压缩方向大致垂直的方式密封。

Description

光学组件及其制造方法

技术领域

本发明涉及影像输出装置的光学组件的封装结构及其制造方法。

背景技术

作为与本发明相关联的技术，在日本特开2003-14286号公报(专利文献1)中，公开了如下技术“包括：具有形成暖风的吹出口的框部件和与该框部件连接设置的电动机收容箱的吹出口单元；可转动地被框部件支承的风向调整百叶板(louver)；和在电动机收容箱内收容固定的百叶板驱动用的步进电动机。风向调整百叶板的转动轴在贯通形成电动机收容箱的框部件的轴承部中插通，在该轴承部的端面与步进电动机的壳体之间夹着O形环的状态下，与电动机收容箱内收容固定的步进电动机的驱动轴连接。(参照说明书摘要)”。此外，在日本特开2001-85866号公报(专利文献2)中，公开了如下技术“电子控制设备的外壳具有在上表面部具有开口部且收容印刷配线基板的外壳主体，具有将该外壳主体的开口部封闭的由薄板材构成的盖，具有在外壳主体的开口边缘部设置的槽部，具有在该槽部填充的将外壳主体的开口边缘部与盖的凸缘部之间密封的液状密封材，而且，在盖的凸缘部，具有以与外壳主体的槽部嵌合的方式设置的截面呈大致U形的突条部。(参照说明书摘要)”。

专利文献1：日本特开2003-14286号公报

专利文献2：日本特开2001-85866号公报

发明内容

图1中例示了作为影像输出装置的光学组件的概略图。图1是光学组件的结构图的立体图的例子。在光学组件中，采用使各光学部件相对于壳体102用粘接剂固定的方式。作为光学组件的主要的光学部件，能够列举激光二极管(绿)103、激光二极管(红)104、激光二极管(蓝)105、RGB合成镜(mirror)106、RGB合成镜107、MEMS反射镜108。它们整体构成光学引擎(engine)部101。图中，符号109表示投影屏幕，符号110表示光路，符号111表示影像，符号112表示出射窗。

图2表示光学组件的现有结构的俯视图，图3表示现有结构的侧视图。光学组件壳体201中搭载有作为光学部件的激光二极管(LD)203和MEMS反射镜204、RGB合成镜205，组件罩202上搭载有出射窗207。另外，关于反射镜和透镜没有图示。

这样，因为搭载了3台发热较大的LD203，所以组件内部易于发热。因此，如图3所示，通过采用在光学组件壳体201的正下方安装珀耳帖元件(LD冷却用)206的结构，能够使LD203冷却。例如在机动车中使用的情况下，并且在设置于仪表盘的情况下，随着激光二极管自身的发热，RGB模块周围的环境温度也成为高温，通过用珀耳帖元件(LD冷却用)206使LD203冷却，难以发生LD不点亮等不良情况。

但是，例如在机动车中使用的情况下，在仪表盘设置有光学组件的情况下，作为密闭空间的组件罩202的内部因珀耳帖元件206而被冷却，另一方面，组件罩202的外侧(环境)成为高温(55～85℃)，因此饱和水蒸气量降低，成为易于结露的状况。组件罩202的内部结露，水滴附着在光学部件、特别是与正常动作关系较深的光的出射窗207和MEMS反射镜204上时，因MEMS反射镜204的动作不良、出射窗207起雾而发生影像208的模糊等不良情况。

作为防止结露的结构，有专利文献1中公开的使用O形环的防湿结构。但是，在专利文献1中记载的电动机中，因结露引起的部件的腐蚀加剧而产生动作不良，所以即使发生结露也不会立刻产生不良情况。另一方面，在RGB模块这样的光学组件中因光的出射窗起雾而产生投影图像的模糊等不良时，如果发生结露则会立刻引起不良情况。如上所述，在光学组件中对防湿性能的要求较高，使用专利文献1中公开的结构是不足够的。

此外，在专利文献2中公开的防水结构中，会因从液状密封材产生的排气(outgas)成分附着在反射镜和出射窗上而产生动作不良，所以存在不能适用于光学组件的封装结构的问题。

此外，在光通信组件等中，用低熔点玻璃或通过焊接进行气密密封。通过焊接等用金属或玻璃进行密封时能够完全防止水分进入，但成本比本实施例的情况高，此外，RGB模块与光通信组件相比更大、其焊接面积更大，因此易于产生缺陷、发生泄漏，还需要更多的密封用的焊接材料。

本发明的目的在于解决这些问题，提供一种在光学组件内部不产生结露、防湿性较高的封装结构的光学组件。

为了解决上述问题，本发明采用如下记载的结构。

本发明包括多种解决上述问题的方法，列举本发明的光学组件的一例：一种光学组件，其包括：包含光源的光学部件；搭载上述光学部件的底座；与上述底座组合而将上述光学部件密封的罩；和设置在上述罩上的、用于将来自上述光源的光导出至外部的出射窗，上述光学组件的特征在于：上述底座与上述罩由O形环和液状密封材以使上述O形环的压缩方向与上述液状密封材的压缩方向大致垂直的方式密封。

此外，列举本发明的光学组件的制造方法的一例：一种光学组件的制造方法，该光学组件包括：包含光源的光学部件；搭载上述光学部件的底座；与上述底座组合而将上述光学部件密封的罩；和设置在上述罩上的、用于将来自上述光源的光导出至外部的出射窗，上述光学组件的制造方法包括：准备底座的步骤，该底座包括：用于配置O形环的台阶部和在上述台阶部的外周侧涂敷液状密封材的用于使上述罩嵌入的槽部；在上述台阶部配置上述O形环的步骤；在上述槽部涂敷或配置上述液状密封材的步骤；和以挤压上述液状密封材的方式使上述罩嵌入上述槽部的步骤。

此外，列举本发明的光学组件的另一制造方法的一例：一种光学组件的制造方法，该光学组件包括：包含光源的光学部件；搭载上述光学部件的底座；与上述底座组合而将上述光学部件密封的罩；和设置在上述罩上的、用于将来自上述光源的光导出至外部的出射窗，上述光学组件的制造方法包括：准备底座的步骤，该底座包括用于配置O形环并在上述O形环的外周部涂敷液状密封材的槽部；在上述槽部的内周侧配置上述O形环的步骤；在上述槽部的外周侧涂敷或配置上述液状密封材的步骤；和以挤压上述液状密封材的方式使上述罩嵌入上述槽部的步骤。

根据本发明，能够实现光学组件的封装的高可靠性。

附图说明

图1是现有的光学组件的结构图的立体图的例子。

图2是现有的光学组件的结构的俯视图。

图3是现有的光学组件的结构的侧视图。

图4是本发明的实施例1的光学组件的侧视图。

图5是本发明的实施例2的光学组件的侧视图。

图6是本发明的实施例3的光学组件的侧视图。

符号说明

101光学引擎部

102壳体

103激光二极管(绿)

104激光二极管(红)

105激光二极管(蓝)

106RGB合成镜

107RBG合成镜

108MEMS反射镜

109投影屏幕

110光路

111影像

112出射窗

201光学组件壳体

202组件罩

203激光二极管

204MEMS反射镜

205RGB合成镜

206珀耳帖元件1

207出射窗

208影像

301底座

302O形环

303台阶

304液状密封材

305槽部

306组件罩

307螺栓

308螺栓

309出射窗

310橡胶垫

311盖

312窗部O形环

313液状密封材

314光学部件

315O形环扭转防止用限位器

316O形环扭转防止用限位器

330O形环配置部

350组件罩支承部

351底座支承部

具体实施方式

以下，对于本发明的实施方式，适当参照附图详细说明。

(实施例1)

对于第一实施例，用图4进行说明。图4是第一实施例的光学组件的侧视图。其中，图3中示出的MEMS反射镜204和激光二极管203、RGB合成镜205合并为光学部件314进行了图示。此外，珀耳帖元件206和透镜未图示。

在图4的第一实施例中，在底座301(基座)的周缘部设置有用于配置O形环302的台阶303。优选该台阶303比O形环302的直径高。这是因为在进行后述的螺栓307、组件罩306的对位时，在对O形环302施加压力而发生变形的情况下，如果O形环302的一部分进入台阶303的内侧，则气密性会下降。因此，通过成为比O形环302的直径高的台阶，即使O形环302变形也能够防止其越过台阶303。例如，优选O形环的粗细为直径2mmφ、台阶的高度为3mm这样的结构。此外，关于O形环的材质，能够使用氟类树脂或苯乙烯类树脂等。

此外，在台阶303的外周部设置有用于涂敷液状密封材304的槽部305。作为液状密封材的材质，能够使用烯烃类或硅类树脂等。此外，也可以是用紫外线进行固化的材料。该情况下，通过紫外线的照射而固化，所以固化时间短。因此，能够有助于提高制造的节拍。在实施例1、2中槽部305具有凹部形状，通过使组件罩306插入，槽部305的空间成为“コ”形。即，液状密封材形成为“コ”形。

此处，虽然未示出，但台阶303具有长方形的形状。如果是长方形或正方形则制造和加工是容易的。此外，台阶303只要是能够搭载光学部件314的形状即可，也可以是圆形或椭圆形状。该情况下，因为O形环302不存在角部，所以变形后的O形环也不会发生角部较强地变形的情况，因此是有效的。此外，不需要形成角部的加工。

此处，对于组件罩306的安装方法进行说明。

首先，在搭载有光学部件314的底座301上设置的O形环配置部330配置O形环302。之后，在槽部305涂敷或设置液状密封材304。优选O形环配置部330是平面。实际上是大致平面。此外，优选O形环302的厚度比O形环配置部330的厚度大。O形环因施加压力以向铅垂(垂直)方向一侧延伸的方式变形。因此，O形环302变形后的横向宽度与O形环配置部的宽度几乎一致。由此能够防止或减少后述的排气进入光学部件314一侧。

接着，配置组件罩306。组件罩306具有螺栓(螺钉)308、出射窗309、橡胶垫(垫片)310、盖311、窗部O形环312、液状密封材313，将这些统称为窗部。实施例1中省略这些结构的安装方法。此外，图4中窗部的结构使用了螺栓等，但也可以是所谓的嵌入固定的类型，只要在光学部件314的出射方向上形成有窗即可。这是因为能够进行槽部305与组件罩306的对位。

优选在配置组件罩306之前安装盖等窗部的结构。因为如果在此时安装窗部的部件，则组装会变得容易。这是因为如果未安装窗部的结构，则存在后述的排气从窗部进入光学部件314一侧的可能性。

使组件罩306的突出部以挤压液状密封材304的方式嵌入底座301的槽部305。此处，组件罩306的突出部具有与槽部305对应的凹凸形状，组件罩306的突出部的直径比槽部305的凹部小。这是因为如果不具有该关系则不能嵌入。在过大的情况下，会更多地使用在槽部305中填充的液状密封材304，会增加排气的产生，所以优选凹凸形状的直径尽可能接近。例如，具有直径0.5mm程度以上的间隙的关系即可。关于凹凸的形状，虽然设定直径，但不需要是圆形，可以具有四边形或长方形或三角形的形状，凹凸形状的宽度存在差或截面的厚度或截面宽度存在差，只要是能够通过凹凸形状相互嵌合的形状、即突出部进入凹部的形状即可。此外，不限于相互对应的形状，也可以是正方形的凹部与圆锥形的凸部这样的组合。

优选该光学组件306的配置和对位在水分量少的环境下进行。因为如后所述，具有光学部件314的空间由液状密封材304和螺栓307封闭，所以难以除去已进入的水分。这是因为没有设想在维护等中卸下窗部和螺栓307。

另一方面，液状密封材304因例如通过螺栓307等固定组件罩306和底座301而在底座301的厚度方向上被压缩。因此，能够相对于O形环302的厚度独立地调整液状密封材304的厚度。通过调整，O形环302被组件罩306和底座301沿着O形环302的径向压缩。如果O形环302为2mmφ、配置部为1.5mm左右，则因被压缩而被压扁的O形环302向铅垂方向一侧细长地变形，但一部分配置在台阶303上的情况较少发生。因此，O形环302在组件罩306与台阶303之间被压缩，由此力难以向台阶303一侧分散，所以气密性提高。因此，能够减少排气的进入。

此处，优选底座支承部351与组件罩支承部350相对，双方均构成为大致平面。如果是对应的形状则也可以是凹凸形状，不过为了进行如上所述的对位，优选是尽可能对应的形状。这是为了提高气密性。此外，O形环配置部与组件罩支承部350在图4中看起来是相同的高度，但不需要是相同的。也可以在底座支承部351与组件罩支承部350之间，在槽部305一侧设置空间。这是因为通过设置该空间，能够使产生的排气逃逸。

进入组件罩306的内部的水分与液状密封材304的厚度具有相关性，所以通过相对于O形环302的厚度独立地调整液状密封材304的厚度，能够抑制水分进入组件罩306的内部。如上所述地防止光学部件314和出射窗309结露。

此外，使液状密封材304热固化时、以及热固化后，一般会产生含有有机物成分的排气。该排气成分附着在光学部件314、例如MEMS反射镜、RGB合成镜、透镜、激光二极管、以及出射窗309等上时，存在发生光学组件的投射影像的模糊等不良情况的可能性。

因此，要求使排气不会进入组件罩306的内部。

在本实施例的结构中，在涂敷液状密封材304的槽部305的内周侧具有用于设置O形环302的台阶303。O形环302由组件罩306和底座301在O形环302的径向上压缩，从而将组件罩306的内部从组件罩306的外部气密密封。通过如上所述地将组件罩306的内部密封，能够防止液状密封材304产生的排气进入组件罩306的内部。

通过采用实施例1的结构，O形环的压缩方向与液状密封材的压缩方向大致垂直，能够相对于O形环厚度独立地调整液状密封材的厚度，因此能够提高封装的气密性。

此外，因为气密性提高，所以能够防止水分进入组件内部。

除汽车以外，上述光学组件例如还在向铁道车辆、航空器等的挡风玻璃上投影影像的影像输出装置中使用。

(实施例2)

对于第二实施例，用图5进行说明。图5是第二实施例的光学组件的侧视图。另外，图3中示出的MEMS反射镜204和激光二极管203、RGB合成镜205合并为光学部件314进行了图示。此外，珀耳帖元件206和透镜未图示。

第二实施例中，在图4中记载的第一实施例的构成要素301至314之外，在底座301上设置的台阶303的外周侧具有L形的O形环扭转防止用限位器315。此外，在出射窗309的台阶317的外周侧具有O形环扭转防止用限位器316。另外，不一定需要O形环扭转防止用限位器316。这是因为如实施例1中所述，通过所谓的嵌入固定或粘合剂固定等构成的情况下，不使用该限位器也能够实施。

通过使用O形环扭转防止用限位器315，使组件罩306在O形环302的外周侧嵌合时，能够防止O形环302扭转而使组件罩306与底座301的气密性降低。

在出射窗309具有的台阶317的外周侧具有的O形环扭转防止用限位器316也与O形环扭转防止用限位器315同样，通过防止窗部O形环312的扭转，而能够抑制组件罩306与底座301的气密性降低。

光学组件的封装结构的制作方法如下所述。首先，使O形环扭转防止用限位器315在台阶303的外周侧嵌合。接着，将O形环302嵌在O形环扭转防止用限位器315的外周侧。然后，使O形环扭转防止用限位器316与出射窗309的台阶317的外周部嵌合，将窗部O形环312嵌在O形环扭转防止用限位器316的外周部。考虑窗部O形环为1mmφ左右。

接着，在底座301具有的槽部305涂敷液状密封材304。之后，使组件罩306与底座301嵌合(组合或插入)，例如用螺栓307、308使底座301与组件罩306组合。之后，进行液状密封材的热固化。关于出射窗一侧的密封，在组件罩306的嵌合出射窗309的部位涂敷了液状密封材313后，使出射窗309嵌合于组件罩306。之后，使用螺栓308，使橡胶垫310、盖311嵌合于出射窗的外周部。

(实施例3)

对于第三实施例，用图6进行说明。图6是第三实施例的光学组件的侧视图。另外，图3中示出的MEMS反射镜204和激光二极管203、RGB合成镜205合并为光学部件314进行了图示。此外，珀耳帖元件206和透镜未图示。

第三实施例中，在图4中记载的第一实施例的构成要素301至314中，底座301、组件罩306、出射窗309的形状不同。

实施例1中在底座301上设置有槽部305和台阶303。此外，在出射窗309上设置有2处台阶317。像这样形状是复杂的，因此加工的难度提高，存在加工成本升高的可能性。

另一方面，在实施例3中，在底座301上以不具有台阶而形成L形的方式设置有槽部305，在出射窗309中台阶317为一处。因此，与实施例1相比，是更容易加工、易于降低加工成本的形状。槽部305是L形，通过使组件罩306的凸部相对于该L形组合，槽部305的空间形成L形。因此，被封入的液状密封材304构成L形。

实施例3的光学组件的封装结构的制作方法如下所述。首先，将O形环302嵌(安装)在台阶303的外周侧。接着，将O形环312嵌在出射窗309的台阶317的外周部。然后，在底座301所具有的槽部305的O形环302的外周侧涂敷液状密封材304。之后，使组件罩306与底座301嵌合，例如使用螺栓307、308使底座301与组件罩306组合。之后进行液状密封材的热固化。关于出射窗一侧的密封，在组件罩306的嵌合出射窗309的部位涂敷了液状密封材313后，使出射窗309与组件罩306嵌合。之后，使用螺栓308，使橡胶垫310、盖311嵌合于出射窗的外周部。组装时需要在湿度低的环境下实施。例如是干燥空气或氮气气氛中等。

此外，也可以与实施例2同样地同时使用L形的O形环扭转防止用限位器315。该情况下，能够防止被压缩而变形的O形环302的扭转，能够防止气密性的降低。

如上所述，在各实施方式中，O形环的压缩方向与液状密封材的压缩方向大致垂直，能够独立于O形环厚度单独调整液状密封材的厚度，因此能够提高封装的气密性。

此外，因为气密性提高，所以能够防止水分进入组件内部。

以上，基于实施方式具体说明了本发明人完成的发明，但本发明不限定于上述实施方式，显然能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。

Claims (16)

1.一种光学组件，其包括：包含光源的光学部件；搭载所述光学部件的底座；与所述底座组合而将所述光学部件密封的罩；和设置在所述罩上的、用于将来自所述光源的光导出至外部的出射窗，所述光学组件的特征在于：

所述底座与所述罩由O形环和液状密封材密封。

2.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于：

所述密封是以使所述O形环的压缩方向与所述液状密封材的压缩方向大致垂直的方式进行的。

3.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于：

所述底座包括：用于配置所述O形环的台阶；和在所述台阶的外周侧涂敷所述液状密封材的、用于使所述罩嵌入的槽部。

4.如权利要求3所述的光学组件，其特征在于：

所述台阶的高度比所述O形环的直径高。

5.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于：

通过使所述底座与设置在所述罩的外周部的平面部抵接来调整所述液状密封材的厚度。

6.如权利要求5所述的光学组件，其特征在于：

利用将所述罩安装在所述底座上的螺栓来调整所述液状密封材的厚度。

7.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于：

所述罩和所述出射窗由O形环和液状密封材以使所述O形环的压缩方向与所述液状密封材的压缩方向大致垂直的方式密封。

8.如权利要求7所述的光学组件，其特征在于：

所述出射窗包括：用于配置所述O形环的台阶；和用于通过液状密封材与所述罩粘接的平面部。

9.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于：

在所述底座与所述O形环之间具有O形环扭转防止用限位器。

10.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于：

所述底座具有槽部，该槽部用于配置所述O形环，并在所述O形环的外周部涂敷所述液状密封材。

11.如权利要求1所述的光学组件，其特征在于：

安装有冷却用的珀耳帖元件。

12.一种光学组件的制造方法，该光学组件包括：包含光源的光学部件；搭载所述光学部件的底座；与所述底座组合而将所述光学部件密封的罩；和设置在所述罩上的、用于将来自所述光源的光导出至外部的出射窗，所述光学组件的制造方法的特征在于，包括：

准备底座的步骤，该底座包括：用于配置O形环的台阶部和在所述台阶部的外周侧涂敷液状密封材的用于使所述罩嵌入的槽部；

在所述台阶部配置所述O形环的步骤；

在所述槽部涂敷或配置所述液状密封材的步骤；和

以挤压所述液状密封材的方式使所述罩嵌入所述槽部的步骤。

13.如权利要求12所述的光学组件的制造方法，其特征在于，还具有：

通过调节将所述罩安装在所述底座上的螺栓来调节所述液状密封材的厚度的步骤。

14.如权利要求12所述的光学组件的制造方法，其特征在于，还具有：

将O形环扭转防止用限位器嵌在所述台阶部的外周侧的步骤。

15.如权利要求12所述的光学组件的制造方法，其特征在于，还具有：

使所述液状密封材热固化的步骤。

16.一种光学组件的制造方法，该光学组件包括：包含光源的光学部件；搭载所述光学部件的底座；与所述底座组合而将所述光学部件密封的罩；和设置在所述罩上的、用于将来自所述光源的光导出至外部的出射窗，所述光学组件的制造方法的特征在于，包括：

准备底座的步骤，该底座包括用于配置O形环并在所述O形环的外周部涂敷液状密封材的槽部；

在所述槽部的内周侧配置所述O形环的步骤；

在所述槽部的外周侧涂敷或配置所述液状密封材的步骤；和

以挤压所述液状密封材的方式使所述罩嵌入所述槽部的步骤。