DE112019002260T5

DE112019002260T5 - Optisches Modul

Info

Publication number: DE112019002260T5
Application number: DE112019002260.1T
Authority: DE
Inventors: Yohei ENYA; Shinya Ito; Hiromi Nakanishi; Takashi Kyono
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2018-05-02
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2021-01-14
Also published as: US20210167573A1; US11616337B2; JPWO2019211943A1; US11245245B2; US20220123520A1; WO2019211943A1; JP7505532B2; JP7173017B2; JP2023002753A

Abstract

Ein optisches Modul beinhaltet eine lichtbildende Einheit, die dazu konfiguriert ist, Licht zu bilden, und ein Schutzelement, welches die lichtbildende Einheit umgibt und abdichtet. Die lichtbildende Einheit beinhaltet ein Basiselement mit einem elektronischen Temperaturregelungsmodul, eine Vielzahl von Laserdioden, die auf dem Basiselement angeordnet sind, einen Filter, der auf dem Basiselement angeordnet und dazu ausgelegt ist, Licht von der Vielzahl von Laserdioden zu multiplexieren, einen strahlformenden Abschnitt, der auf dem Basiselement angeordnet und dazu ausgelegt ist, eine Strahlform des durch den Filter multiplexierten Lichtes umzuwandeln, und ein MEMS, das auf dem Basiselement angeordnet ist und einen Abtastspiegel enthält, der dazu ausgelegt ist, das in dem strahlformenden Abschnitt geformte Licht abzutasten. Das Schutzelement enthält einen Basiskörper und einen Deckel, der an den Basiskörper geschweißt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Modul.
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität basierend auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-088876 , eingereicht am 2. Mai 2018, und der Inhalt dieser japanischen Patentanmeldung ist hierin vollumfänglich durch Bezugnahme aufgenommen.
Stand der Technik
Optische Module mit einer lichtemittierenden Einheit, die Licht von einer Vielzahl von lichtemittierenden Halbleiterelementen multiplexiert, und einer Abtasteinheit, die das Licht von der lichtemittierenden Einheit abtastet, sind bekannt (siehe zum Beispiel die Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-186068 (Patentliteratur 1), die Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-56199 (Patentliteratur 2) und die internationale Patentanmeldung Nr. WO 2007/120831 (Patentliteratur 3)).
Liste der Anführungen
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-186068
Patentliteratur 2: Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-56199
Patentliteratur 3: Internationale Patentanmeldung Nr. WO 2007/120831

Zusammenfassung der Erfindung
Ein optisches Modul gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift beinhaltet eine lichtbildende Einheit, die dazu konfiguriert ist, Licht zu bilden, und ein Schutzelement, welches die lichtbildende Einheit umgibt und abdichtet. Die lichtbildende Einheit beinhaltet ein Basiselement mit einem elektronischen Temperaturregelungsmodul, eine Vielzahl von Laserdioden, die auf dem Basiselement angeordnet sind, einen Filter, der auf dem Basiselement angeordnet und dazu ausgelegt ist, Licht von der Vielzahl von Laserdioden zu multiplexieren, einen strahlformenden Abschnitt, der auf dem Basiselement angeordnet und dazu ausgelegt ist, eine Strahlform des durch den Filter multiplexierten Lichtes umzuwandeln, und ein mikroelektromechanisches System (MEMS), das auf dem Basiselement angeordnet ist und einen Abtastspiegel enthält, der dazu ausgelegt ist, das in dem strahlformenden Abschnitt geformte Licht abzutasten. Das Schutzelement enthält einen Basiskörper und einen Deckel, der an den Basiskörper geschweißt ist.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur eines optischen Moduls in Ausführungsbeispiel 1 zeigt.
2 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls in Ausführungsbeispiel 1 zeigt.
3 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls aus Ausführungsbeispiel 1 zeigt, wobei eine Kappe davon entfernt wurde.
4 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls aus Ausführungsbeispiel 1 zeigt, wobei die Kappe davon entfernt wurde.
5 ist eine schematische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls in Ausführungsbeispiel 1 zeigt.
6 ist eine schematische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls in Ausführungsbeispiel 1 zeigt.
7 ist eine schematische Draufsicht, die den Zustand zeigt, in dem das optische Modul aus Ausführungsbeispiel 1 auf einer Leiterplatte angeordnet ist.
8 ist eine schematische Querschnittdarstellung, die den Zustand zeigt, in dem das optische Modul aus Ausführungsbeispiel 1 auf einer Leiterplatte angeordnet ist.
9 ist ein Blockdiagramm, das den Signalfluss während des Betriebs eines optischen Moduls veranschaulicht.
10 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur eines optischen Moduls aus Ausführungsbeispiel 2 zeigt, wobei eine Kappe davon entfernt wurde.
11 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls aus Ausführungsbeispiel 2 zeigt, wobei die Kappe davon entfernt wurde.
12 ist eine schematische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls in Ausführungsbeispiel 2 zeigt.
13 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur eines optischen Moduls aus Ausführungsbeispiel 3 zeigt, wobei eine Kappe davon entfernt wurde.
14 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls aus Ausführungsbeispiel 3 zeigt, wobei die Kappe davon entfernt wurde.
15 ist eine schematische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls in Ausführungsbeispiel 3 zeigt.
16 ist eine schematische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls in Ausführungsbeispiel 3 zeigt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
[Durch die vorliegende Offenlegung zu lösende Probleme]
In den optischen Modulen ist Zuverlässigkeit wesentlich. Die optischen Module können in verschiedenen Umgebungstemperaturen verwendet werden. Daher benötigen die optischen Module Betriebsstabilität gegenüber Temperaturänderungen.
Somit besteht ein Ziel darin, ein optisches Modul bereitzustellen, das eine hervorragende Zuverlässigkeit und Betriebsstabilität gegenüber Temperaturänderungen aufweist.
[Vorteilhafte Effekte der vorliegenden Offenlegung]
Das optische Modul gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift sieht ein optisches Modul vor, das eine hervorragende Zuverlässigkeit und Betriebsstabilität gegenüber Temperaturänderungen aufweist.
[Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Offenlegung]
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenlegung werden aufgelistet und zuerst beschrieben. Ein optisches Modul gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift beinhaltet eine lichtbildende Einheit, die dazu konfiguriert ist, Licht zu bilden, und ein Schutzelement, welches die lichtbildende Einheit umgibt und abdichtet. Die lichtbildende Einheit beinhaltet ein Basiselement mit einem elektronischen Temperaturregelungsmodul, eine Vielzahl von Laserdioden, die auf dem Basiselement angeordnet sind, einen Filter, der auf dem Basiselement angeordnet und dazu ausgelegt ist, Licht von der Vielzahl von Laserdioden zu multiplexieren, einen strahlformenden Abschnitt, der auf dem Basiselement angeordnet und dazu ausgelegt ist, eine Strahlform des durch den Filter multiplexierten Lichtes umzuwandeln, und ein MEMS, das auf dem Basiselement angeordnet ist und einen Abtastspiegel enthält, der dazu ausgelegt ist, das in dem strahlformenden Abschnitt geformte Licht abzutasten. Das Schutzelement enthält einen Basiskörper und einen Deckel, der an den Basiskörper geschweißt ist.
Das optische Modul der vorliegenden Offenlegung beinhaltet das Schutzelement, das den Körper und den Deckel enthält, der an den Basiskörper geschweißt ist, und das die lichtbildende Einheit abdichtet. Mit anderen Worten ist die lichtbildende Einheit durch das Schutzelement hermetisch abgedichtet. Damit sind die Laserdioden, das MEMS und weitere Bauteile, die in der lichtbildenden Einheit enthalten sind, effektiv vor der äußeren Umgebung geschützt, so dass eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet wird. Das MEMS des optischen Moduls der vorliegenden Offenlegungsschrift ist auf dem Basiselement angeordnet, welches das elektronische Temperaturregelungsmodul enthält. Grundsätzlich hat in dem MEMS, welches einen Abtastspiegel aufweist, der Abtastspiegel einen optischen Ablenkungswinkel, der je nach Temperatur variiert. In dem optischen Modul der vorliegenden Offenlegungsschrift ist das elektronische Temperaturregelungsmodul, das in dem Basiselement enthalten ist, dazu in der Lage, die Temperatur des MEMS so zu regeln, dass sie in einem geeigneten Bereich liegt. Das optische Modul der vorliegenden Offenlegungsschrift weist somit eine verbesserte Betriebsstabilität gegenüber Temperaturänderungen auf. Wie oben beschrieben, sieht das optische Modul gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift ein optisches Modul vor, das eine hervorragende Zuverlässigkeit sowie Betriebsstabilität gegenüber Temperaturänderungen aufweist.
In dem oben beschriebenen optischen Modul kann das MEMS ein piezoelektrisches MEMS sein.
Ein piezoelektrisches MEMS mit einem Abtastspiegel ist dahingehend vorteilhaft, dass es eine kompakte Größe aufweist und einen großen optischen Ablenkungswinkel sicherstellt. Allerdings weist das piezoelektrischer MEMS mit dem Abtastspiegel dahingehend Nachteile auf, dass der optische Ablenkungswinkel des Abtastspiegels in Abhängigkeit von der Temperatur beträchtlich variiert. In dem optischen Modul der vorliegenden Offenlegungsschrift kann ein solcher Nachteil kompensiert werden, da das elektronische Temperaturregelungsmodul, das in dem Basiselement enthalten ist, die Temperatur des MEMS regelt. Das piezoelektrische MEMS ist daher als das MEMS geeignet, das in dem optischen Modul der vorliegenden Offenlegungsschrift enthalten ist.
In dem oben beschriebenen optischen Modul kann der strahlformende Abschnitt ein Aperturelement sein.
Zu Beispielen für den strahlformenden Abschnitt zum Umwandeln der Form, im Querschnitt lotrecht zu der Fortpflanzungsrichtung des Lichts, das auf den Abtastspiegel in dem MEMS einfällt, zählen eine Linse, ein Prisma und dergleichen. Allerdings führt die Verwendung solcher Komponenten zu erhöhten Produktionskosten des optischen Moduls. Die Verwendung des Aperturelements als den strahlformenden Abschnitt kann die Produktionskosten des optischen Moduls reduzieren.
In dem oben beschriebenen optischen Modul kann die Vielzahl von Laserdioden durch automatische Stromregelung (Auto Current Control, ACC) gesteuert werden.
Eine Laserdiode kann beispielsweise durch automatische Leistungsregelung (Auto Power Control, APC) gesteuert werden. Bei der APC wird der Wert des Stroms, der durch die Laserdiode fließt, auf der Basis der Intensität des Lichts gesteuert, das von der Laserdiode emittiert wird. Dies ermöglicht eine zuverlässigere Steuerung der Lichtintensität, selbst wenn sich die Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Laserdiode fließt, und der Intensität des Lichts, das von der Laserdiode emittiert wird, aufgrund einer Temperaturänderung verändert. Allerdings ist es, um die APC durchzuführen, erforderlich, Licht von der Laserdiode durch ein Lichtaufnahmeelement aufzunehmen und die Intensität des erhaltenen Lichts zur Regelung des Wertes des Stromes zurückzuführen, der durch die Laserdiode geleitet werden soll. Der Einsatz eines solchen Lichtaufnahmeelements führt zu erhöhten Produktionskosten des optischen Moduls. Dagegen wird bei der ACC der Wert des Stroms, der durch die Laserdiode geleitet wird, auf der Basis der erwünschten Lichtintensität bestimmt und die Steuerung so durchgeführt, dass der Wert des Stroms konstant gehalten wird, solange die erwünschte Lichtintensität unverändert bleibt. Dies erübrigt die Notwendigkeit eines Lichtaufnahmeelements, das Licht von der die Laserdiode aufnimmt, und führt zu reduzierten Produktionskosten des optischen Moduls. Allerdings besteht dahingehend ein Nachteil, dass, wenn sich die Beziehung zwischen dem Strom, der durch die Laserdiode fließt, und der Intensität des Lichts, das von der Laserdiode emittiert wird, aufgrund einer Temperaturänderung ändert, es schwierig wird, die Lichtintensität entsprechend zu steuern. In dem optischen Modul der vorliegenden Offenlegungsschrift kann ein solcher Nachteil kompensiert werden, da das elektronische Temperaturregelungsmodul, das in dem Basiselement enthalten ist, die Temperaturen der Laserdioden regelt.
Ferner muss ein Teil des Lichts von der Laserdiode nicht auf das Lichtaufnahmeelement angewendet werden, so dass der Lichtverlust reduziert wird. Somit kann beispielsweise selbst dann, wenn das Aperturelement als der strahlformende Abschnitt verwendet wird, mühelos eine ausreichende Lichtintensität für das Licht sichergestellt werden, das von dem optischen Modul ausgegeben werden soll. Folglich kann die Verwendung der ACC die Produktionskosten des optischen Moduls der vorliegenden Offenlegungsschrift reduzieren und außerdem den Lichtverlust verringern.
In dem oben beschriebenen optischen Modul kann die Vielzahl von Laserdioden eine Laserdiode enthalten, die rotes Licht emittiert, eine Laserdiode, die grünes Licht emittiert und eine Laserdiode, die blaues Licht emittiert. Dies ermöglicht die Multiplexierung dieser Lichtstrahlen, um Licht einer erwünschten Farbe zu bilden.
[Details von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenlegung]
Ausführungsbeispiele des optischen Moduls gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
(Ausführungsbeispiel 1)
Zunächst wird Ausführungsbeispiel 1 unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben. 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur eines optischen Moduls in Ausführungsbeispiel 1 zeigt. 2 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls aus einem anderen Standpunkt als dem aus 1 zeigt. 3 ist eine perspektivische Darstellung, die 1 entspricht, wobei eine Kappe 40 davon entfernt wurde. 4 ist eine perspektivische Darstellung, die 2 entspricht, wobei die Kappe 40 davon entfernt wurde. 5 ist eine schematische Darstellung in einer X-Y-Ebene, wobei die Kappe 40 im Querschnitt dargestellt ist und die anderen Komponenten in der Draufsicht dargestellt sind. 6 ist eine schematische Darstellung in einer X-Z-Ebene, wobei die Kappe 40 im Querschnitt dargestellt ist und die anderen Komponenten in der Draufsicht dargestellt sind.
Wie in 1 bis 4 dargestellt, beinhaltet das optische Modul in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine lichtbildende Einheit 20, die dazu konfiguriert ist, Licht zu bilden, und ein Schutzelement 2, welches die lichtbildende Einheit 20 umgibt und abdichtet. Das Schutzelement 2 enthält eine Basis 10 als den Basiskörper und eine Kappe 40 als den Deckel, der an die Basis 10 geschweißt ist. Mit anderen Worten ist die lichtbildende Einheit 20 durch das Schutzelement 2 hermetisch abgedichtet. Die Basis 10 weist eine flache Plattenform auf. Die lichtbildende Einheit 20 ist auf einer Hauptfläche 10A der Basis 10 angeordnet. Die Kappe 40 ist auf und in Kontakt mit der einen Hauptfläche 10A der Basis 10 angeordnet, um die lichtbildende Einheit 20 abzudecken. Die Basis 10 weist eine Vielzahl von Leiterstiften 51 auf, die darauf montiert sind, wobei die Stifte von einer weiteren Hauptfläche 10B der Basis 10 zu der einen Hauptfläche 10A durchdringen und von beiden Seiten der einen Hauptfläche 10A und der anderen Hauptfläche 10B vorstehen. Die Basis 10 und die Kappe 40 umgeben einen Raum, der mit Gas, wie beispielsweise trockener Luft gefüllt ist, wobei die Feuchtigkeit reduziert (oder entfernt) ist. In der Kapelle 40 ist ein Fenster 42 ausgebildet. Ein planparalleles Glaselement von Plattentyp ist zum Beispiel in das Fenster 42 eingesetzt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Schutzelement ein luftdichtes Element, das den Innenraum luftdicht hält.
Wie in 3 bis 6 dargestellt, beinhaltet die lichtbildende Einheit 20 ein Basiselement 4, Laserdioden 81, 82 und 83, Filter 97, 98 und 99, ein Aperturelement 55 als den strahlformenden Abschnitt, und ein MEMS 120.
Das Basiselement 4 beinhaltet ein elektronisches Temperaturregelungsmodul 30, eine Basisplatte 60 und eine MEMS-Basis 65. Das elektronische Temperaturregelungsmodul 30 beinhaltet eine wärmeabsorbierende Platte 31 und eine Wärmeableitungsplatte 32, die jeweils eine flache Plattenform aufweisen, und Halbleitersäulen 33, die nebeneinander zwischen der wärmeabsorbierenden Platte 31 und der Wärmeableitungsplatte 32 angeordnet sind, wobei sich dazwischen Elektroden (nicht dargestellt) befinden. Die wärmeabsorbierende Platte 31 und die Wärmeableitungsplatte 32 bestehen beispielsweise aus Aluminiumoxid. Das elektronische Temperaturregelungsmodul 30 ist auf der einen Hauptfläche 10A der Basis 10 angeordnet, wobei die Wärmeableitungsplatte 32 mit der einen Hauptfläche 10A der Basis 10 in Kontakt steht.
Die Basisplatte 60 und die MEMS-Basis 65 sind auf und in Kontakt mit der wärmeabsorbierenden Platte 31 angeordnet. Die Basisplatte 60 weist eine Plattenform auf. Die Basisplatte 60 hat eine Hauptfläche 60A mit einer rechtwinkligen (quadratischen) Form in der Draufsicht. Die eine Hauptfläche 60A der Platte 60 beinhaltet einen Linsenmontagebereich 61, einen Chipmontagebereich 62 und einen Filtermontagebereich 63. Der Chipmontagebereich 62 ist in einem Bereich ausgebildet, der eine Seite der einen Hauptfläche 60A entlang der einen Seite beinhaltet. Der Linsenmontagebereich 61 ist in Angrenzung an und entlang dem Chipmontagebereich 62 angeordnet. Der Filtermontagebereich 63 ist in einem Bereich angeordnet, der eine weitere Seite gegenüber der oben beschriebenen einen Seite der einen Hauptfläche 60A entlang der anderen Seite einschließt. Der Chipmontagebereich 62, der Linsenmontagebereich 61 und der Filtermontagebereich 63 sind parallel zueinander.
Die Basisplatte 60 in dem Linsenmontagebereich 61 und die Basisplatte 60 in dem Filtermontagebereich 63 sind in der Dicke gleich. Der Linsenmontagebereich 61 und der Filtermontagebereich 63 befinden sich in derselben Ebene. Die Basisplatte 60 weist eine größere Dicke in dem Chipmontagebereich 62 als in dem Linsenmontagebereich 61 und dem Filtermontagebereich 63 auf. Folglich hat der Chipmontagebereich 62 eine Höhe (bezüglich des Linsenmontagebereichs 61 oder in der Richtung lotrecht zu dem Linsenmontagebereich 61), die größer als diejenige des Linsenmontagebereichs 61 und des Filtermontagebereichs 63 ist.
Auf dem Chipmontagebereich 62 sind ein erster Submount 71, ein zweiter Submount 72 und ein dritter Submount 73, die jeweils eine flache Plattenform aufweisen, nebeneinander entlang der oben beschriebenen einen Seite der einen Hauptfläche 60A angeordnet. Der zweite Submount 72 ist zwischen dem ersten Submount 71 und dem dritten Submount 73 angeordnet. Auf dem ersten Submount 71 ist eine rote Laserdiode 81 als eine erste Laserdiode angeordnet. Auf dem zweiten Submount 72 ist eine grüne Laserdiode 82 als eine zweite Laserdiode angeordnet. Auf dem dritten Submount 73 ist eine blaue Laserdiode 83 als eine dritte Laserdiode angeordnet. Die rote Laserdiode 81, die grüne Laserdiode 82 und die blaue Laserdiode 83 weisen optische Achsen auf, deren Höhen (Distanzen zwischen den optischen Achsen und einer Referenzebene, bei der es sich um den Linsenmontagebereich 61 auf der einen Hauptfläche 60A handelt; Distanzen von der Referenzebene in der Z-Achsenrichtung) so angepasst werden, dass sie an dem ersten Submount 71, dem zweiten Submount 72 und dem dritten Submount 73 übereinstimmen.
Auf dem Linsenmontagebereich 61 sind eine erste Linse 91, eine zweite Linse 92 und eine dritte Linse 93 angeordnet. Die erste Linse 91, die zweite Linse 92 und die dritte Linse 93 haben Linsenabschnitte 91A, 92A bzw. 93A, die jeweils eine Oberfläche in Linsenform aufweisen. Bei der ersten Linse 91, der zweiten Linse 92 und der dritten Linse 93 sind jeweils der Linsenabschnitt 91A, 92A, 93A und der verbleibende Bereich integral ausgebildet. Bei den Linsenabschnitten 91A, 92A und 93A der ersten Linse 91, der zweiten Linse 92 und der dritten Linse 93 stimmen jeweils die Mittelachsen, d.h. die optischen Achsen der Linsenabschnitte 91A, 92A und 93A mit den optischen Achsen der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 bzw. der blauen Laserdiode 83 überein. Die erste Linse 91, die zweite Linse 92 und die dritte Linse 93 wandeln die Lichtpunktgrößen des Lichtes um, das von der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 bzw. der blauen Laserdiode 83 emittiert wird (oder wandeln die Strahlform auf einer bestimmten Projektionsebene in eine erwünschte Form um). Die erste Linse 91, die zweite Linse 92 und die dritte Linse 93 bewirken, dass die Lichtpunktgrößen des Lichtes, das von der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83 emittiert wird, übereinstimmen. Mit der ersten Linse 91, der zweiten Linse 92 und der dritten Linse 93 wird das Licht, das jeweils von der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83 emittiert wird, in kollimiertes Licht umgewandelt.
Auf dem Filtermontagebereich 63 sind ein erster Filter 97, ein zweiter Filter 98 und ein dritter Filter 99 angeordnet. Der erste Filter 97 ist auf einer geraden Linie angeordnet, welche die rote Laserdiode 81 die erste Linse 91 verbindet. Der zweite Filter 98 ist auf einer geraden Linie angeordnet, welche die grüne Laserdiode 82 die zweite Linse 92 verbindet. Der dritte Filter 99 ist auf einer geraden Linie angeordnet, welche die blaue Laserdiode 83 die dritte Linse 93 verbindet. Der erste Filter 97, der zweite Filter 98 und der dritte Filter 99 weisen flache Plattenformen auf, deren Hauptflächen parallel zueinander angeordnet sind. Der erste Filter 97, der zweite Filter 98 und der dritte Filter 99 sind zum Beispiel wellenlängenselektive Filter. Der erste Filter 97, der zweite Filter 98 und der dritte Filter 99 sind zum Beispiel dielektrische Mehrschicht-Folienfilter.
Genauer gesagt reflektiert der erste Filter 97 rotes Licht. Der zweite Filter 98 leitet rotes Licht weiter und reflektiert grünes Licht. Der dritte Filter 99 leitet rotes und grünes Licht weiter und reflektiert blaues Licht. Auf diese Weise leiten der erste Filter 97, der zweite Filter 98 und der dritte Filter 99 selektiv Licht mit bestimmten Wellenlängen weiter oder reflektieren es. Folglich multiplexieren der erste Filter 97, der zweite Filter 98 und der dritte Filter 99 das Licht, das von der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83 emittiert wird.
Das Aperturelement 55 ist auf der wärmeabsorbierenden Platte 31 angeordnet. Das Aperturelement 55 ist auf einer Seite des dritten Filters 99 gegenüber dem zweiten Filter 98 angeordnet. Das Aperturelement 55 weist eine flache Plattenform auf. Das Aperturelement 55 weist eine Durchgangsöffnung 55A auf, die das Aperturelement 55 in seiner Dickenrichtung durchdringt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Durchgangsöffnung 55A eine runde Form im Querschnitt lotrecht zu der Ausdehnungsrichtung der Öffnung auf. Das Aperturelement 55 ist so angeordnet, dass sich die Durchgangsöffnung 55A in einem Bereich befindet, der dem Strahlengang des Lichts entspricht, das in dem ersten Filter 97, dem zweiten Filter 98 und dem dritten Filter 99 multiplexiert wird. Die Durchgangsöffnung 55A erstreckt sich entlang dem Strahlengang des Lichts, das in dem ersten Filter 97, dem zweiten Filter 98 und dem dritten Filter 99 multiplexiert wird. Das Licht, das von den Laserdioden 81, 82 und 83 emittiert wird, weist eine elliptische Form im Querschnitt lotrecht zu der Fortpflanzungsrichtung des Lichts auf. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung 55A ist kleiner als der lange Durchmesser des Lichts, das in den Filtern 97, 98 und 99 multiplexiert wird, im Querschnitt lotrecht zu der Fortpflanzungsrichtung des Lichts, und das Aperturelement 55 ist so angeordnet, dass die Mittelachse der Durchgangsöffnung 55A mit der optischen Achse des multiplexierten Lichts übereinstimmt. Folglich wird die Form des Lichts, das in den Filtern 97, 98 und 99 multiplexiert wird, im Querschnitt lotrecht zu der Fortpflanzungsrichtung des Lichts in eine Form umgewandelt, die kleiner als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 55A des Aperturelements 55 ist.
Die MEMS-Basis 65 hat eine dreieckige Prismenform (rechtwinkliges Dreiecksprisma). Die MEMS-Basis 65 ist auf der wärmeabsorbierenden Platte 31 angeordnet, so dass eine laterale Seite des dreieckigen Prismas mit der wärmeabsorbierenden Platte 31 in Kontakt steht. Die MEMS-Basis 65 weist eine weitere laterale Seite auf, auf der das MEMS 120 mit einem Abtastspiegel 121 angeordnet ist. Die MEMS-Basis 65 und das MEMS 120 sind auf einer Seite des Aperturelements 55 gegenüber dem dritten Filter 99 angeordnet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Abtastspiegel 121 eine Scheibenform auf. Das MEMS 120 ist so angeordnet, dass sich der Abtastspiegel 121 in einem Bereich befindet, der dem Strahlengang des Lichts entspricht, das in dem Aperturelement 55 geformt wird. Der Abtastspiegel 121 kann dazu veranlasst werden, in erwünschten Winkeln und Richtungen zu schwenken. So kann das MEMS 120, das den Abtastspiegel 121 enthält, das Licht abtasten, das in dem Aperturelement 55 geformt wird.
Wie in 5 dargestellt, sind die rote Laserdiode 81, der Linsenabschnitt 91A der ersten Linse 91 und der erste Filter 97 fluchtend (in der Y-Achsenrichtung) entlang der Lichtemissionsrichtung der roten Laserdiode 81 angeordnet. Die grüne Laserdiode 82, der Linsenabschnitt 92A der zweiten Linse 92 und der zweite Filter 98 sind fluchtend (in der Y-Achsenrichtung) entlang der Lichtemissionsrichtung der grünen Laserdiode 82 angeordnet. Die blaue Laserdiode 83, der Linsenabschnitt 93A der dritten Linse 93 und der dritte Filter 99 sind fluchtend (in der Y-Achsenrichtung) entlang der Lichtemissionsrichtung der blauen Laserdiode 83 angeordnet.
Die Emissionsrichtungen der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83 verlaufen parallel zueinander. Die Hauptflächen des ersten Filters 97, des zweiten Filters 98 und des dritten Filters 99 sind bezüglich der Emissionsrichtungen (Y-Achsenrichtung) der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 bzw. der blauen Laserdiode 83 geneigt.
Das elektronische Temperaturregelungsmodul 30 ist zwischen der Basis 10 auf einer Seite und der Basisplatte 60 und der MEMS-Basis 65 auf der anderen Seite angeordnet. Die wärmeabsorbierende Platte 31 steht mit der Basisplatte 60 und der MEMS-Basis 65 in Kontakt. Die Wärmeableitungsplatte 32 steht mit der einen Hauptfläche 10A der Basis 10 in Kontakt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das elektronische Temperaturregelungsmodul 30 ein Peltier-Modul (Peltier-Element), bei dem es sich um ein elektronisches Kühlmodul handelt. Wenn in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Strom durch das elektronische Temperaturregelungsmodul 30 geleitet wird, wird die Wärme in der Basisplatte 60 und der MEMS-Basis 65, die mit der wärmeabsorbierende Platte 31 in Kontakt stehen, auf die Basis 10 übertragen, wodurch die Basisplatte 60 und die MEMS-Basis 65 gekühlt werden. Somit können die Temperaturen der Laserdioden 81, 82 und 83 und des MEMS 120 so geregelt werden, dass sie in einem geeigneten Temperaturbereich liegen. Dadurch kann das optische Modul 1 selbst in einer Umgebung verwendet werden, in der hohe Temperaturen entstehen, wie beispielsweise im Fall einer Montage in einem Automobil. Da die Temperatur der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83 in einem korrekten Bereich gehalten werden, kann Licht mit einer erwünschten Farbe mit hoher Präzision gebildet werden. Da ferner das MEMS 120 auf eine geeignete Temperatur geregelt wird, wird die Betriebsstabilität gegenüber Temperaturänderungen verbessert.
Nachfolgend wird nun ein Betrieb des optischen Moduls 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Wie in 5 dargestellt, breitet sich das rote Licht, das von der roten Laserdiode 81 emittiert wird, entlang einem Strahlengang L₁ aus. Dieses rote Licht tritt in den Linsenabschnitt 91A der ersten Linse 91 ein, wo die Lichtpunktgröße des Lichts umgewandelt wird. Genauer gesagt wird beispielsweise das rote Licht, das von der roten Laserdiode 81 emittiert wird, in kollimiertes Licht umgewandelt. Das rote Licht, dessen Lichtpunktgröße in der ersten Linse 91 umgewandelt wird, pflanzt sich entlang dem Strahlengang L₁ fort und fällt auf den ersten Filter 97.
Der erste Filter 97 reflektiert rotes Licht, so dass sich das Licht, das von der roten Laserdiode 81 emittiert wird, weiter entlang einem Strahlengang L₄ ausbreitet, um auf den zweiten Filter 98 zu fallen. Der zweite Filter 98 leitet rotes Licht weiter, so dass sich das Licht, das von der roten Laserdiode 81 emittiert wird, weiter entlang dem Strahlengang L₄ ausbreitet, um auf den dritten Filter 99 zu fallen. Der dritte Filter 99 leitet rotes Licht weiter, so dass sich das Licht, das von der roten Laserdiode 81 emittiert wird, weiter entlang dem Strahlengang L₄ ausbreitet und das Aperturelement 55 erreicht. Das Licht, welches das Aperturelement 55 erreicht hat, wird von dem Aperturelement 55 geformt und das resultierende Licht pflanzt sich weiter entlang dem Strahlengang L₄ fort, um den Abtastspiegel 121 zu erreichen.
Das grüne Licht, das von der grünen Laserdiode 82 emittiert wird, breitet sich entlang einem Strahlengang L₂ aus. Dieses grüne Licht tritt in den Linsenabschnitt 92A der zweiten Linse 92 ein, wo die Lichtpunktgröße des Lichts umgewandelt wird. Genauer gesagt wird beispielsweise das grüne Licht, das von der grünen Laserdiode 82 emittiert wird, in kollimiertes Licht umgewandelt. Das grüne Licht, dessen Lichtpunktgröße in der zweiten Linse 92 umgewandelt wird, pflanzt sich entlang dem Strahlengang L₂ fort und fällt auf den zweiten Filter 98.
Der zweite Filter 98 reflektiert grünes Licht, so dass sich das Licht, das von der grünen Laserdiode 82 emittiert wird, weiter entlang dem Strahlengang L₄ ausbreitet, um auf den dritten Filter 99 zu fallen. Der dritte Filter 99 leitet grünes Licht weiter, so dass sich das Licht, das von der grünen Laserdiode 82 emittiert wird, weiter entlang dem Strahlengang L₄ ausbreitet und das Aperturelement 55 erreicht. Das grüne Licht, welches das Aperturelement 55 erreicht hat, wird von dem Aperturelement 55 geformt und das resultierende Licht pflanzt sich weiter entlang dem Strahlengang L₄ fort, um den Abtastspiegel 121 zu erreichen.
Das blaue Licht, das von der blauen Laserdiode 83 emittiert wird, breitet sich entlang einem Strahlengang L₃ aus. Dieses blaue Licht tritt in den Linsenabschnitt 93A der dritten Linse 93 ein, wo die Lichtpunktgröße des Lichts umgewandelt wird. Genauer gesagt wird beispielsweise das blaue Licht, das von der blauen Laserdiode 83 emittiert wird, in kollimiertes Licht umgewandelt. Das blaue Licht, dessen Lichtpunktgröße in der dritten Linse 93 umgewandelt wird, pflanzt sich entlang dem Strahlengang L₃ fort und fällt auf den dritten Filter 99.
Der dritte Filter 99 reflektiert blaues Licht, so dass sich das Licht, das von der blauen Laserdiode 83 emittiert wird, weiter entlang dem Strahlengang L₄ ausbreitet und das Aperturelement 55 erreicht. Das blaue Licht, welches das Aperturelement 55 erreicht hat, wird von dem Aperturelement 55 geformt und das resultierende Licht pflanzt sich weiter entlang dem Strahlengang L₄ fort, um den Abtastspiegel 121 zu erreichen.
Licht (multiplexiertes Licht), das mit dem roten, grünen und blauen Licht gebildet wird, welches auf die oben beschriebene Weise multiplexiert wird, pflanzt sich entlang dem Strahlengang L₄ fort, um den Abtastspiegel 121 zu erreichen. Dann wird, wie in 6 dargestellt, der Abtastspiegel 121 dazu angesteuert, das multiplexierte Licht abzutasten, so dass Buchstaben und/oder Figuren durch das multiplexierte Licht gezeichnet werden, welches entlang Strahlengängen L10 zur Außenseite der Kappe 40 durch das Fenster 42 emittiert wird.
Wie oben beschrieben beinhaltet das optische Modul 1 das Schutzelement 2, das die Basis 10 und die Kappe 40 enthält, die an die Basis 10 geschweißt ist, und das die lichtbildende Einheit 20 abdichtet. Mit anderen Worten ist die lichtbildende Einheit 20 durch das Schutzelement 2 hermetisch abgedichtet. Damit sind die Laserdioden 81, 82, 83, das MEMS 120 und weitere Bauteile, die in der lichtbildenden Einheit 20 enthalten sind, effektiv vor der äußeren Umgebung geschützt, so dass eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet wird. Das MEMS 120 ist auf dem Basiselement 40 angeordnet, welches das elektronische Temperaturregelungsmodul 30 enthält. Damit kann die Temperatur des MEMS 120 auf geeignete Weise durch das elektronische Temperaturregelungsmodul 30 geregelt werden, was zu einer verbesserten Betriebsstabilität gegenüber Temperaturänderungen führt. Das optische Modul 1 ist somit ein optisches Modul, das eine hervorragende Zuverlässigkeit sowie Betriebsstabilität gegenüber Temperaturänderungen aufweist. Die Luftdichtigkeit der hermetischen Abdichtung beträgt vorzugsweise nicht mehr als 1×10^-10 (Pa·m³/s) Helium- (He) Leckrate und ferner vorzugsweise nicht mehr als 1×10^-13 (Pa·m³/s). Dies ermöglicht die Unterdrückung der Kondensationsflüssigkeitsbildung auf dem MEMS 120, den Laserdioden 81, 82, 83 und weiteren Bauteilen. Ferner kann die Anordnung des MEMS 120, der Laserdioden 81, 82, 83 und weiterer Bauteile auf dem elektronischen Temperaturregelungsmodul 30, das eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist, die Kondensationsflüssigkeitsbildung auf dem MEMS 120, den Laserdioden 81, 82, 83 und weiteren Bauteilen unterdrücken, was andernfalls durch die Kondensationsflüssigkeitsbildung verursacht würde, die auf dem Schutzelement 2 auftritt, wenn dessen Temperatur bei sinkender Umgebungstemperatur auf oder unter den Taupunkt fällt.
Das MEMS 120 ist vorzugsweise ein piezoelektrisches MEMS. Dadurch können die Größe des MEMS 120 reduziert und ein großer Ablenkungswinkel des Abtastspiegels 121 sichergestellt werden.
Die Laserdioden 81, 82 und 83 des optischen Moduls 1 werden durch ACC gesteuert. Dies erübrigt die Notwendigkeit eines Lichtaufnahmeelements zum Aufnehmen von Licht von den Laserdioden 81, 82 und 83, was zu reduzierten Produktionskosten des optischen Moduls führt.
In dem optischen Modul 1 wird das Aperturelement 55 als der strahlformende Abschnitt eingesetzt. Zwar können auch eine Linse, ein Prisma oder dergleichen als der strahlformende Abschnitt verwendet werden, doch kann der Einsatz des Aperturelements 55 als strahlformender Abschnitt die Produktionskosten des optischen Moduls reduzieren. Ferner besteht, wenn die Laserdioden 81, 82 und 83 durch ACC gesteuert werden, keine Notwendigkeit, Teile des Lichts von den Laserdioden 81, 82 und 83 auf ein Lichtaufnahmeelement zu lenken, um die Intensitäten des Lichts zu ermitteln. Die Intensität des Lichts, welches das Aperturelement 55 erreicht, das als der strahlformende Abschnitt dient, wird somit hoch, so dass selbst wenn die Lichtintensität in dem Aperturelement 55 abnimmt, das Licht mit ausreichender Intensität zur Außenseite des optischen Moduls 1 emittiert werden kann.
Ferner hat der Abtastspiegel 121 in dem optischen Modul 1 einen Außendurchmesser, der nicht kleiner als der Strahlendurchmesser (im Querschnitt lotrecht zu der Lichtfortpflanzungsrichtung) des Lichts ist, das von dem Aperturelement 55 geformt wird. Dies unterdrückt ein unerwünschtes Ereignis, dass das Licht, welches das MEMS 120 erreicht hat, jedoch nicht von dem Abtastspiegel 121 abgetastet wurde, an einer anderen Position als dem Abtastspiegel 121 reflektiert wird und Streulicht erzeugt.
Nun folgt eine Beschreibung einer beispielhaften Anordnung des optischen Moduls 1 auf einer Leiterplatte unter Bezugnahme auf 7 und 8. 7 ist eine schematische Draufsicht, die den Zustand zeigt, in dem ein optisches Modul auf einer Leiterplatte angeordnet ist. 8 ist eine schematische Querschnittdarstellung, die den Zustand zeigt, in dem das optische Modul auf der Leiterplatte angeordnet ist, was dem Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in 7 entspricht. Wie in 7 und 8 dargestellt, kann das optische Modul 1 auf einer gedruckten Leiterplatte 101 angeordnet und betrieben werden, auf der beispielsweise ein erwünschter Schaltkreis ausgebildet ist. Die gedruckte Leiterplatte 101 kann auf einer Wärmesenke 107 angeordnet sein. Die Wärmesenke 107 weist einen Vorsprungsabschnitt 107A auf. Die gedruckte Leiterplatte 101 hat einen Einkerbungsabschnitt 101A in einer Form, die dem Vorsprungsabschnitt 107A entspricht. Die gedruckte Leiterplatte 101 ist auf der Wärmesenke 107 angeordnet, wobei der Vorsprungsabschnitt 107A durch die gedruckte Leiterplatte 101 in der Dickenrichtung in den Einkerbungsabschnitt 101A dringt.
Auf der gedruckten Leiterplatte 101 sind eine LD-Treiber-IC 102, bei der es sich um eine integrierte Treiberschaltung (IC) zum Ansteuern der Laserdioden (LDs) handelt, eine MEMS-Treiber-IC 104 als eine Treiberschaltung zum Ansteuern des MEMS und eine Haupt-IC 103 angeordnet. Die Haupt-IC 103 kann beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder eine feldprogrammierbare Gate-Anordnung (FPGA) sein. Die LD-Treiber-IC 102, die Haupt-IC 103 und die MEMS-Treiber-IC sind entlang einem Außenumfang der gedruckten Leiterplatte 101 angeordnet und umgeben den Einkerbungsabschnitt 101A. Die LD-Treiber-IC 102 und die MEMS-Treiber-IC 104 sind so angeordnet, dass sich dazwischen der Einkerbungsabschnitt 101A befindet.
Auf der gedruckten Leiterplatte 101 ist eine erste Modulschnittstelle 106A zwischen dem Bereich angeordnet, in dem die LD-Treiber-IC 102 angeordnet ist, und dem Einkerbungsabschnitt 101A.
Die erste Modulschnittstelle 106A kann Leiterstifte 51 im Zusammenhang mit dem Ansteuern der Laserdioden 81, 82 und 83 des optischen Moduls 1 aufnehmen. Auf der gedruckten Leiterplatte 101 ist eine zweite Modulschnittstelle 106C zwischen dem Bereich angeordnet, in dem die MEMS-Treiber-IC 104 angeordnet ist, und dem Einkerbungsabschnitt 101A. Die zweite Modulschnittstelle 106C kann Leiterstifte 51 im Zusammenhang mit dem Ansteuern des MEMS 120 des optischen Moduls 1 aufnehmen. Auf der gedruckten Leiterplatte 101 ist eine dritte Modulschnittstelle 106B zwischen dem Bereich angeordnet, in dem die Haupt-IC 103 angeordnet ist, und dem Einkerbungsabschnitt 101A. Die dritte Modulschnittstelle 106B kann andere Leiterstifte 51 als die oben beschriebenen aufnehmen. Das optische Modul 1 ist auf der gedruckten Leiterplatte 101 montiert, wobei die Leiterstifte 51 des optischen Moduls 1 in den Modulschnittstelle 106A, 106B und 106C aufgenommen werden. Die Leiterstifte 51 werden beispielsweise durch Löten mit den Modulschnittstellen 106A, 106B und 106C verbunden.
Nun folgt eine Beschreibung eines beispielhaften Verfahrens zum Steuern des optischen Moduls 1, das auf der gedruckten Leiterplatte 101 angeordnet ist, unter Bezug auf 7 bis 9. 9 ist ein Blockdiagramm, das die Signalflüsse während des Betriebs eines optischen Moduls 1 veranschaulicht. Wenn, wie in 9 dargestellt, Bildsignale S₁ in die Haupt-IC 103 eingegeben werden, gibt die Haupt-IC 103 LD-Steuersignale S₂ wie beispielsweise Videosignale und ACC-Signale an die LD-Treiber-IC 102 aus und gibt außerdem MEMS-Steuersignale S₄ an die MEMS-Treiber-IC 104 aus. Die LD-Treiber-IC 102 gibt auf der Basis der LD-Steuersignale S2 LD-Treibersignale S₆ zum Ansteuern der Laserdioden 81, 82 und 83 des optischen Moduls 1 aus. Die MEMS-Treiber-IC 104 gibt auf der Basis der MEMS-Steuersignale S₄ MEMS-Treibersignale S₈ zum Ansteuern des MEMS 120 des optischen Moduls 1 aus. Dabei wird ein optischer Ablenkungswinkel des Abtastspiegels 121 in dem MEMS 120 durch ein Überwachungselement (nicht dargestellt) bestätigt und werden Rückkopplungssignale S9 an die MEMS-Treiber-IC 104 ausgegeben. Die MEMS-Treiber-IC 104 gibt auf der Basis der Rückkopplungssignale S₉ Phasenregelkreis- (Phase Locked Loop, PLL) Signale S₅ an die Haupt-IC 103 aus. Anschließend werden die MEMS-Steuersignale S₄, die auf Basis der in den PLL-Signalen S₅ enthaltenen Informationen korrigiert werden, von der Haupt-IC 103 an die MEMS-Treiber-IC 104 ausgegeben. Die Signale S₁, S₂, S₄ und S₅, die in den mit der gestrichelten Linie 110 eingegrenzten Bereich fallen, sind digitale Signale. Die Signale Se, S₈ und S₉, die in den mit der gestrichelten Linie 115 eingegrenzten Bereich fallen, sind analoge Signale.
Dabei ist in dem optischen Modul 1 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die lichtbildende Einheit 20, welche die Laserdioden 81, 82 und 83 und das MEMS 120 enthält, in dem Schutzelement 2 angeordnet. Diese Konfiguration ermöglicht die Montage des Moduls direkt auf der gedruckten Leiterplatte 101, wie oben beschrieben, und trägt zur Kostensenkung durch Einsparung der gedruckten Leiterplatte bei. Dieser Konfiguration ermöglicht außerdem die Positionierung der LD-Treiber-IC 102 und der ersten Modulschnittstelle 106A zum Aufnehmen der Leiterstifte 51, die dem Ansteuern der Laserdioden 81, 82 und 83 zugeordnet sind, nahe beieinander, wie oben beschrieben, wodurch die Leitungslänge zwischen der LD-Treiber-IC 102 und den Leiterstiften 51, die dem Ansteuern der Laserdioden 81, 82 und 83 zugeordnet sind, reduziert werden kann. Da die LD-Treibersignale Se, die von der LD-Treiber-IC 102 an das optische Modul 1 ausgegeben werden, analoge Signale sind, wirkt sich die Impedanz zwischen der LD-Treiber-IC 102 und dem optischen Modul besonders stark auf die Ansprechempfindlichkeit aus. Wenn die Leitungslänge zwischen der LD-Treiber-IC 102 und den Leiterstiften 51, die dem Ansteuern der Laserdioden 81, 82 und 83 zugeordnet sind, verkürzt wird, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wird die Impedanz reduziert, was zu einer verbesserten Ansprechempfindlichkeit des optischen Ausgangs führt. Somit ist das optische Modul 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein optisches Modul, das mühelos auch auf eine erhöhte Anzahl von Pixeln oder dergleichen anpassbar ist.
(Ausführungsbeispiel 2)
Nachfolgend wird Ausführungsbeispiel 2 als ein weiteres Ausführungsbeispiel unter Bezug auf 10 bis 12 beschrieben. 10 ist, entsprechend 3 in Ausführungsbeispiel 1, eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur eines optischen Moduls aus Ausführungsbeispiel 2 zeigt, wobei eine Kappe davon entfernt wurde. 11 ist, entsprechend 4 in Ausführungsbeispiel 1, eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur eines optischen Moduls aus Ausführungsbeispiel 2 zeigt, wobei die Kappe davon entfernt wurde. 12 ist, entsprechend 5 in Ausführungsbeispiel 1, eine schematische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls in Ausführungsbeispiel 2 zeigt.
Wie in 10 bis 12 und 3 bis 5 dargestellt, weist das optische Modul in Ausführungsbeispiel 2 im Grunde eine ähnliche Struktur wie dasjenige in Ausführungsbeispiel 1 auf und erzeugt ähnliche Effekte. Das optische Modul 1 in Ausführungsbeispiel 2 weicht in der Art der Steuerung der Laserdioden von demjenigen in Ausführungsbeispiel 1 ab.
Genauer gesagt beinhaltet die lichtbildende Einheit 20 des optischen Moduls 1 in Ausführungsbeispiel 2 eine Fotodiode 4 als ein Lichtaufnahmeelement. Die Fotodiode 94 ist auf der einen Hauptfläche 60A der Basisplatte 60 angeordnet. Die Basisplatte 60 weist einen zusätzlichen Bereich zum Halten der Fotodiode 94 gegenüber dem Fall in Ausführungsbeispiel 1 auf. Die Fotodiode 94 beinhaltet einen Lichtaufnahmeabschnitt 94A. Die blaue Laserdiode 83, der Linsenabschnitt 93A der dritten Linse 93, der dritte Filter 99 und der Lichtaufnahmeabschnitt 94A der Fotodiode 94 sind fluchtend (in der Y-Achsenrichtung) entlang der Lichtemissionsrichtung der blauen Laserdiode 83 angeordnet. Zwar lässt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der dritte Filter 99 den Großteil von rotem und grünem Licht hindurch, reflektiert jedoch einen Teil des Restes. Auch wenn der dritte Filter 99 den größten Teil des blauen Lichts reflektiert, lässt er einen Teil des Restes hindurch.
Nun folgt eine Beschreibung davon, wie der Betrieb des optischen Moduls 1 in Ausführungsbeispiel 2 von demjenigen in Ausführungsbeispiel 1 abweicht. Teile des roten und grünen Lichts, die den dritten Filter 99 erreicht haben, werden an dem dritten Filter 99 reflektiert und breiten sich entlang Strahlengängen L₅ und L₆ aus, um auf den Lichtaufnahmeabschnitt 94A der Fotodiode 94 zu fallen. Ein Teil des blauen Lichts, das den dritten Filter 99 erreicht hat, wird durch den dritten Filter 99 weitergeleitet und bereitet sich entlang dem Strahlengang L₆ aus, um auf den Lichtaufnahmeabschnitt 94A der Fotodiode 94 zu fallen. Anschließend werden auf der Basis der Informationen über die Intensitäten des roten, grünen und blauen Lichts, das in der Fotodiode 94 aufgenommen wird, die Werte des Stroms, der durch die rote Laserdiode 81, die grüne Laserdiode 82 und die blaue Laserdiode 83 geleitet wird, angepasst. Das heißt, in Ausführungsbeispiel 2 werden die rote Laserdiode 81, die grüne Laserdiode 82 und die blaue Laserdiode 83 durch APC gesteuert. Die APC kann anstelle der ACC in der oben beschriebenen Weise eingesetzt werden, wenn eine strenge Steuerung der Laserdioden 81, 82 und 83 erforderlich ist.
(Ausführungsbeispiel 3)
Nachfolgend wird Ausführungsbeispiel 3 als ein weiteres Ausführungsbeispiel unter Bezug auf 13 bis 16 beschrieben. 13 ist, entsprechend 3 in Ausführungsbeispiel 1, eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur eines optischen Moduls aus Ausführungsbeispiel 3 zeigt, wobei eine Kappe davon entfernt wurde. 14 ist, entsprechend 4 in Ausführungsbeispiel 1, eine schematische perspektivische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls aus Ausführungsbeispiel 3 zeigt, wobei die Kappe davon entfernt wurde. 15 ist, entsprechend 5 in Ausführungsbeispiel 1, eine schematische Darstellung, die die Struktur des optischen Moduls in Ausführungsbeispiel 3 zeigt. 16 ist eine schematische Darstellung, welche die Struktur des optischen Moduls in Ausführungsbeispiel 3 zeigt, wobei das optische Modul 1 in einer Richtung entlang der X-Achsenrichtung betrachtet wird. 16 ist eine schematische Darstellung in einer Y-Z-Ebene, welche die Kappe 40 im Querschnitt und die anderen Komponenten in der Draufsicht zeigt.
Wie in 13 bis 16 dargestellt, befindet sich die andere Hauptfläche 60B eines Teils der Basisplatte 60 entsprechend dem Filtermontagebereich 63 gegenüber der einen Hauptfläche 10A der Basis 10, wobei sich ein nach außen offener Spalt G dazwischen befindet. Die Höhe des Spalts G, d.h. die Distanz zwischen der Hauptfläche 10A und der Hauptfläche 60B in der Z-Achsenrichtung, entspricht der Höhe des elektronischen Temperaturregelungsmoduls 30 in der Z-Achsenrichtung. Die Bereiche der Basisplatte 60, die dem Chipmontagebereich 62 und dem Linsenmontagebereich 61 entsprechen, stehen mit dem elektronischen Temperaturregelungsmodul 30 in Kontakt.
Der Einsatz einer solchen Struktur ermöglicht die Reduzierung des Ausmaßes der Verformung des Filtermontagebereichs 63 im Vergleich zu den Ausmaßen der Verformung des Chipmontagebereichs 62 und des Linsenmontagebereichs 61, selbst wenn die Umgebung, in dem das optische Modul 1 angeordnet ist, eine beträchtliche Temperaturänderung erfährt. So kann ein Kippen der Filter 97, 98 und 99, die auf der Basisplatte 60 montiert sind, aufgrund der Verformung der Basisplatte 60 unterdrückt werden. Damit ist es möglich, eine Fehlausrichtung der optischen Achsen der Lichtstrahlen von der roten Laserdiode 81, der grünen Laserdiode 82 und der blauen Laserdiode 83, die von den Filtern 97, 98 und 99 multiplexiert werden, zu unterdrücken.
Ferner weist die Basisplatte 60 ein Paar aus Basisplatten-Einkerbungsabschnitten 69 auf, die zwischen dem Bereich, der dem Linsenmontagebereich 61 entspricht, und dem Bereich, der dem Filtermontagebereich 63 entspricht, ausgebildet sind. Einer der Basisplatten-Einkerbungsabschnitte 69 ist in dem Bereich zwischen der ersten Linse 91 und dem ersten Filter 97 ausgebildet, und der andere der Basisplatten-Einkerbungsabschnitte 69 ist in dem Bereich zwischen der dritten Linse 93 und dem dritten Filter 99 ausgebildet.
Der Einsatz einer solchen Struktur kann den nachteiligen Effekt der Verformung in dem Linsenmontagebereich 61 an dem Filtermontagebereich 63 unterdrücken.
Ferner beinhaltet der Bereich der Basisplatte 60, der dem Chipmontagebereich 62 entspricht, dünne Abschnitte 68 zwischen dem Montagebereich der blauen Laserdiode 83 und dem Montagebereich der grünen Laserdiode 82, und zwischen dem Montagebereich der grünen Laserdiode 82 und dem Montagebereich der roten Laserdiode 81. Die dünnen Abschnitte 68 sind in der Dicke gegenüber dem restlichen Bereich des Chipmontagebereichs 62 reduziert. Die dünnen Abschnitte 68 sind über die gesamte Länge in der Y-Achsenrichtung (Lichtemissionsrichtungen der Laserdioden 81, 82 und 83) des Chipmontagebereichs 62 ausgebildet.
Der Einsatz einer solchen Struktur kann die Differenz zwischen dem Ausmaß der Verformung in dem Linsenmontagebereich 61 und dem in dem Chipmontagebereich 62 unterdrücken. Somit kann die Fehlausrichtung der optischen Achse zwischen den Laserdioden 81, 82 und 83 und in den Linsen 91, 92 und 93 unterdrückt werden.
Auf diese Weise ermöglicht der Einsatz der Struktur des vorliegenden Ausführungsbeispiels den Betrieb des optischen Moduls 1 auf stabile Weise, selbst im Falle einer beträchtlichen Änderung der Außentemperatur.
Zwar bezieht sich die Beschreibung auf den Fall der Multiplexierung von Licht von drei Laserdioden in den obigen Ausführungsbeispielen, doch kann auch Licht von zwei Laserdioden oder vier oder mehr Laserdioden multiplexiert werden. Ferner bezieht sich die Beschreibung auf den Fall des Einsatzes von wellenlängenselektiven Filtern wie dem ersten Filter 97, dem zweiten Filter 98 und dem dritten Filter 99 in den obigen Ausführungsbeispielen, doch können die Filter beispielsweise auch Polarisationsverbindungsfilter sein.
Es versteht sich, dass die hier offengelegten Ausführungsbeispiele lediglich veranschaulichender Natur und in keiner Weise einschränkend sind. Der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die Begriffe der Ansprüche definiert, nicht etwa durch die obige Beschreibung, und schließt auch Modifikationen im Rahmen des Geltungsbereichs sowie Bedeutungen ein, die äquivalent zu den Begriffen der Ansprüche sind.
Bezugszeichenliste

1: optisches Modul;
2: Schutzelement;
4: Basiselement;
10: Basis;
10A, 10B: Hauptfläche;
20: lichtbildende Einheit;
30: elektronisches Temperaturregelungsmodul;
31: wärmeabsorbierende Platte;
32: Wärmeableitungsplatte;
33: Halbleitersäule;
40: Kappe;
42: Fenster;
51: Leiterstifte;
55: Aperturelement;
55A: Durchgangsöffnung;
60: Basisplatte;
60A, 60B:: Hauptfläche;
61: Lindünner Abschnitt;
62: Chipmontagebereich;
63: Filtermontagebereich;
65: MEMS-Basis;
68: senmontagebereich;
69: Basisplatten-Einkerbungsabschnitt;
71: erster Submount;
72: zweiter Submount;
73: dritter Submount;
81: rote Laserdiode;
82: grüne Laserdiode;
83: blaue Laserdiode;dritte
91: erste Linse;
91A, 92A, 93A: Linsenabschnitt;
92: zweite Linse;
93: Linse;
94: Fotodiode;
94A: Lichtaufnahmeabschnitt;
97: erster Filter;
98: zweiter Filter;
99: dritter Filter;
101: gedruckte Leiterplatte;
101A: Einkerbungsabschnitt;
102: LD-Treiber-IC;
103: Haupt-IC;
104: MEMS-Trei-ber-IC;
106A: erste Modulschnittstelle;
106B: zweite Modulschnittstelle;
106C: dritte Modulschnitt-stelle;
107: Wärmesenke;
107A: Vorsprungsabschnitt;
120: MEMS; und
121: Abtastspiegel.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2018088876 [0002]
JP 2014186068 [0003]
JP 201456199 [0003]
WO 2007/120831 [0003]
JP 2014056199 [0003]

Claims

Optisches Modul, umfassend: eine lichtbildende Einheit, die zum Bilden von Licht ausgelegt ist; und ein Schutzelement, das die lichtbildende Einheit umgibt und abgedichtet; wobei die lichtbildende Einheit beinhaltet: ein Basiselement mit einem elektronischen Temperaturregelungsmodul, eine Vielzahl von Laserdioden, die auf dem Basiselement angeordnet sind, einen Filter, der auf dem Basiselement angeordnet und dazu ausgelegt ist, Licht von der Vielzahl von Laserdioden zu multiplexieren, einen strahlformenden Abschnitt, der auf dem Basiselement angeordnet und dazu ausgelegt ist, eine Strahlform des von dem Filter multiplexierten Lichts umzuwandeln, und ein MEMS, das auf dem Basiselement angeordnet ist und einen Abtastspiegel beinhaltet, der dazu ausgelegt ist das in dem strahlformenden Abschnitt geformte Licht abzutasten, wobei das Schutzelement beinhaltet: einen Basiskörper und einen Deckel, der an den Basiskörper geschweißt ist.
Optisches Modul nach Anspruch 1, wobei das MEMS ein piezoelektrisches MEMS ist.
Optisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der strahlformende Abschnitt ein Aperturelement ist.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vielzahl von Laserdioden durch ACC gesteuert werden.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vielzahl von Laserdioden die Laserdiode beinhalten, die rotes Licht emittiert, die Laserdiode, die grünes Licht emittiert und die Laserdiode, die blaues Licht emittiert.