JP2015106597A - 映像出力装置の封止構造 - Google Patents

Abstract

【課題】環境温度の変化による内部への水分の浸入をふせぎ、光モジュール内部での結露が起こりにくくし、高信頼性を実現することができる光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュールカバー１０２もしくは平面パッキン１０３と、ベース１０４の界面に乾燥層１０７を設ける。水分を乾燥層で吸収できるため、界面からモジュール内部へ水分が侵入しにくくなる。【選択図】図６

Description

本発明は、映像出力装置の光学部品の封止構造に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００７−２１０６２７号公報（特許文献１）がある。この公報には、「内部に収納物を収納し外気と遮蔽された収納部を有する防湿筐体と、この防湿筐体に設けられ、弾性および耐湿性を有して収納部内部の気圧と外部の気圧との差を低減する気圧差低減手段とを備えている。」と記載されている。また、特開２００８−２３９０１７号公報（特許文献２）がある。この公報には、「ヒータ、温度センサ及び送風機等を設けることなく、簡単な構成で、レンズカバーの内側の結露及び曇りを防止して、カメラの視界を良好に保持できる車載用カメラを提供することを目的とし、ＣＣＤカメラを収容するカメラ筐体部と、このＣＣＤカメラの前面側に配置されるレンズカバーとを備えるとともに、このレンズカバーとＣＣＤカメラとの間の空間と、当該レンズカバー５の外側の空間とを連通する連通路を備え、この連通路に水分を遮断し且つ湿気のみを通す透湿性防水素材を配置した。」と記載されている。

特開２００７−２１０６２７号公報 特開２００９−１８２９２２号公報

図１、図２に映像出力装置である、ＲＧＢモジュールの概略図を例として示す。図１はＲＧＢモジュールの上面図の例、図２はＲＧＢモジュールの側面図の例である。

ＲＧＢモジュールでは、各光学部品を筐体に対して接着剤を用いて固定する方式がとられている。ＲＧＢモジュールの主な光学部品としては、レーザダイオード（緑）１０３、レーザダイオード（赤）１０４、レーザダイオード（青）１０５、ＲＧＢ合成ミラー１０６、ＲＧＢ合成ミラー１０７、ＭＥＭＳミラー１０８が挙げられる。

ＲＧＢモジュールは、例えば車載にも用いられるため、従来のものと比較して高温や高温高湿といった過酷な環境にも耐えうる高信頼性が必要となる。このＲＧＢモジュールでは、図１にあるようにレーザダイオード（ＬＤ）が搭載されているため、発熱のためにＬＤ劣化等が起こりやすくなる。また、ＬＤ自身の発熱と合わせて、例えば自動車で使用する場合、ダッシュボードに設置した場合は、周囲の環境温度も高温になるためにＬＤが点灯しないなどの不具合が起こる恐れがある。それを防ぐ手段として、図２、図３で示すようにペルチェ素子を搭載し強制的に冷却している。

そのため、モジュール内部に必要以上の水分が存在すると、光モジュール内部が冷却された際に外側（環境）は高温（例えば５５〜８５℃）になり、内部で結露が発生しやすい状況となる。特に、正常動作に関係深い光の出射窓やＭＥＭＳミラーへの結露が起こるとＭＥＭＳミラーの動作不良や、出射窓が曇ることにより投射画像のボケなどの不具合が起こるという課題がある

本発明の解決手段の例を挙げれば、例えば光モジュールを密閉するための平面パッキンの界面に乾燥層を設ける。

本発明の更なる手段、効果は以下実施例により明らかになる。

ＲＧＢモジュールにおいて、パッキンとモジュール界面に乾燥層がある構造にすることにより、パッキン界面からモジュール内部への水分の浸入を防ぎ、高信頼性を実現できる。

ＲＧＢモジュールの上面図の例である。 ＲＧＢモジュールの側面図の例である。 ＲＧＢモジュールの従来例の全体図である。 ＲＧＢモジュールの従来例の側面図である。 実施例１の全体図である。 実施例１の側面図である。 実施例１の上面図である。 実施例２の側面図である。 実施例３の側面図である。 実施例３の上面図である。 実施例４の上面図である。 実施例５の側面図である。 実施例６の上面図である。 実施例６の側面図である。 実施例７の全体図である。 実施例７の側面図である。 実施例７の上面図である。

以下、図面を用いて実施例を説明する。

第１の実施例について、図２〜図７を用いて説明する。図１のようなＲＧＢモジュールでは、光モジュール筐体２０１に光学部品であるＬＤ２０３やＭＥＭＳミラー２０４、出社窓２０５が搭載させており、ＭＥＭＳミラー２０７のコントロール用の信号を伝達するためのフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）２０５が搭載されている。なお、ミラーやレンズに関しては、図示していない。

このように、発熱の大きなＬＤ２０３は３台搭載されているために、非常に熱がたまりやすい構造となっている。そこで、図２の側面図にあるように、光モジュール筐体２０１の直下に、ペルチェ素子（ＬＤ冷却用）２０６を取り付けた構造にすることで、ＬＤ２０３を冷却することが可能となったため、ＬＤ自身の発熱と合わせて、例えば自動車で使用する場合、ダッシュボードに設置した場合は、周囲の環境温度も高温になるためにＬＤが点灯しないなどの不具合が起きにくくなる。

しかし、ペルチェ素子（ＬＤ冷却用）２０６を密閉空間で用いたことにより、今度は内部が結露し、光学部品に付着して不具合が発生することがあることをが判明した。これは、モジュール内部に必要以上の水分が存在すると、光モジュール内部が冷却されているが外側（環境）は高温（５５〜８５℃）になり、飽和水蒸気量以上の水分が内部にはいることによって、結露が発生しやすい状況となるためである」。特に、正常動作に関係深い光の出射窓やＭＥＭＳミラーへの結露が起こるとＭＥＭＳミラーの動作不良や、出射窓が曇ることにより投射画像のボケなどの不具合が起こる。 結露を防止する構造としては特許文献１、２に記載の方法がある。しかしこれらは、気圧の制御等で余分な電力や制御が必要となる。

本発明では、特に電力も必要なく、省スペースに水分の浸入を防ぐことを目的とする。

水分は、平面パッキンの材料（シリコーンやゴム等）の内部を透過してくるものと、図４のように平面パッキンと接している界面部分から浸入する場合の２つが考えられる。特に、このなかでも、界面から水分が浸入してくる量が多いことが判明した。そこで、図５〜図７のように平面パッキン１０３とベース１０４の界面に乾燥層１０７を設けることにより、界面からの水分の浸入を防ぐことにした。図５は実施例１の全体図の例であり、４箇所のねじ止めによってカバーが取り付けられている。ねじの位置は、対称であれば数が増えても問題はないが４本以上で固定することが望ましい。

図６は実施例１における側面図の例であり、図７は実施例１における上面図の例である。図６では、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１０５の断面を図示しているが、図７のようにパッキンと乾燥層は光モジュール筐体１０８を一周まわるように設けられているため、内部への水分の浸入が抑えられる。

乾燥層に入れる乾燥剤としては、シリカゲル、塩化カルシウム、五酸化二リンなど固体状の乾燥剤が望ましい。また、シート状の乾燥剤も使用可能である。また、乾燥剤は上記のものは、水分の再放出が起こる可能性があるが、化学反応により水分と錯体を形成するような乾燥剤を用いることにより水分の再放出を防ぐことが可能となる。

以上のように、第１の実施例で平面パッキン１０３とベース１０４の界面からの水分の浸入を、乾燥層１０７を設けることにより、防ぐことができ、光モジュール内部の光学部品の結露が起きなくなるという効果が実現できる。

第２の実施例について、図８を用いて説明する。実施例１の図６と同一符号は同一構成要素を示す。
図８は、第２の実施例に係るＲＧＢモジュールにおける実施例２の側面図である。図８では、図６では平面パッキン１０３とベース１０４との界面にしか設けられていない乾燥層がモジュールカバー１０２にも取り付けられている。このようにすることで、実施例１では、どちらかの界面でのみ水分の浸入を防ぐことができたが、どちらの界面でも水分の浸入を防ぐことができ、水分の浸入を防ぐことが可能となる。

また、平面パッキンの材質は、シリコーン系やエラストマのようなゴム状の材質が多いため、ねじ１０１で圧縮する必要がある。したがって、乾燥層１０７の幅が、平面パッキン１０３よりも大きい場合は、ねじ１０１で圧力をかけたときに乾燥層１０７にはみ出してしまい、パッキンとしての性能が発現しない可能性がある。

そのため、図８に示すようにパッキンの幅をＡ、乾燥層の幅をＢとすると常にＡはＢよりも大きくなるようにしなければならない。平面パッキンのねじによる締め付け力を考慮すると、平面パッキン１０３はできるだけベース１０４と接地面積が大きいほうがよいため、乾燥層の幅ＢはＡに対してできるだけ小さいほうが望ましく、ＢはＡの半分以下が望ましい。

図８のようにモジュールカバー１０２のほうに乾燥層１０７を設ける場合も同様に、パッキンの幅に対して乾燥層の幅よりも小さいほうが望ましい。

以上のように、第２の実施例でベース１０４、モジュールカバー１０２に乾燥層１０７を設けることによって、内部への水分の浸入をふせぐことができ、光モジュール内部での結露が起こりにくくなる。

第３の実施例について、図９と図１０を用いて説明する。実施例１である図６と同一符号は同一構成要素を示す。

図９は、実施例３における構造例の側面図であり、図１０は、本発明に係る実施例３における構造例の上面図である。

実施例３では、実施例１、実施例２で説明したような乾燥層１０７の形状を、図１０のように、千鳥格子状にしたものである。乾燥層１０７を千鳥格子状にすることにより、乾燥層１０７の幅を小さくすることができ、平面パッキン１０３に均等な圧力がかかるようになり、ねじ１０１の締め付けによる密閉性を保つことができる。

実施例３では、乾燥層１０７の上面からみた形状が千鳥格子状であるものを記載したが、網目状の格子なども考えられる。

第４の実施例について、図１１を用いて説明する。実施例１である図６と同一符号は同一構成要素を示す。図１１は、実施例４における構造例の上面図である。

実施例４は、実施例１、２とほぼ同様であるが、乾燥層１０７を同一平面パッキン１０３内に２本以上設けた例である。

このように、乾燥層を分割し、２本以上にすることにより、外部に近い方の乾燥層で防ぎきれなかったパッキン界面を浸入する水分を２つ目の乾燥層で確実に防ぐことができるようになる。

また、実施例２、３と同様だが、２本以上の乾燥層の幅の合計は、パッキンの幅よりも小さくなるようにすることで、パッキンの圧力を均等にすることができ、モジュール内部への水分の浸入を防ぐことができる。

第５の実施例について、図１２を用いて説明する。実施例１である図６と同一符号は同一構成要素を示す。

図１２は、実施例５における構造例の側面図である。

実施例５では、実施例１〜４で示したような乾燥層１０７を乾燥シート１０９にしたものである。乾燥シート１０９の厚さは、薄いほうが望ましいが、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。これ以上大きくなると、乾燥シートの端部で空間が生じてしまい、水分が浸入しやすくなる。

乾燥シート１０９を用いることにより、実施例１〜４のような乾燥層をモジュールカバー１０２、ベース１０４に加工する必要がなくなるため、工数の節約が可能となる。

また、シートとパッキンが乾燥層の場合と比較すると密着することができるために、ねじ止めによる圧力もかかりやすくなり、パッキンの密封性能も向上すると推定される。

第６の実施例について、図１３、図１４を用いて説明する。実施例１である図６と同一符号は同一構成要素を示す。

図１３は、実施例６における構造例の上面図であり、図１４は、実施例５における構造例の上面図である。

実施例６では、パッキンを２枚以上使用し、パッキンとパッキンの間に乾燥層を設けた例である。このように、パッキンを２枚以上用いることにより、乾燥層を設けることで、パッキンとの界面だけでなく、パッキンの内部を透過してくる水分も乾燥層で吸収できるため、光モジュール筐体１０８があるモジュール内部まで水分が侵入しにくくなる。

このとき、乾燥剤を使用する場合は、図１４のように、パッキンとパッキンの間に溝を設けて、乾燥剤がばらけることを防ぐようにした方が望ましい。また、乾燥シートを用いる場合では、溝は不要でパッキンとパッキンの間であれば設置場所はどこでもかまわない。

第７の実施例について、図１５〜図１７を用いて説明する。実施例１である図６と同一符号は同一構成要素を示す。

図１５は、実施例７における構造例の全体図であり、図１６は、実施例７における構造例の側面図であり、図１７は、実施例７における構造例の上面図である。

図１５のように全体図については、実施例１〜６と変わらないが、図１６にあるように、乾燥層にフィルタ１１１と排気口１１０を設けたことが特徴となる。

フィルタ１１１の材質としては、外部からの水分は入らず、乾燥層１０７で乾燥剤１０６が吸収した水分により上昇した水分子を放出できるような機能をもつフィルタを使用する。例えば、樹脂や布などで製造されており、水分子の大きさ（約０．３８ｎｍ）に近い微細な穴が開いているものが望ましい。

また、フィルタの取り付けは、排気口１１０を完全に塞ぐ必要があり、接着剤を利用することが望ましい。

光モジュールは、図１、図２で説明したように、ＬＤを冷却しているためのペルチェ素子を搭載しており、ＬＤ側は低温だがモジュールを搭載しているベースやモジュールカバーは高温となっている。したがって、乾燥層１０７はモジュールの動作中は常に高温となっており、密閉された乾燥層１０７の内部は常に圧力が大きい状態となっているため、排気は効率よく行われる。

また、乾燥剤が水分を吸収し再放出しないものを利用している場合については、このような排気口１１０とフィルタ１１１を用いることにより、水分吸収が飽和になった場合でも内部水分を放出することができる。

図１７は、実施例７の上面図を図示しており、フィルタ１１１と排気口１１０が乾燥層に対して１つのみ設けられているが、乾燥層１０７の排気効率を向上させるために、排気口の数については１つ以上設けることが望ましい。

以上のように、実施例７のように乾燥層１０７の湿度が乾燥剤１０６で吸収した水分の再放出により、上昇した場合でも、フィルタ１１１を介して、排気口１１０に水分が放出できる構造にすることにより、光モジュール内部への水分の浸入を防ぐことができる。

以上、光モジュールについての例について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、たとえば大型プロジェクタや通信用光モジュールのような製品にも適用可能である。

２０１ 光モジュール筐体
２０２ モジュールカバー
２０３ レーザダイオード
２０４ ＭＥＭＳミラー
２０５ ミラー
２０６ フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
２０７ ペルチェ素子（LD冷却用）
２０８ 出射窓
２０９ 映像
１０１ ねじ
１０２ モジュールカバー
１０３ 平面パッキン
１０４ ベース
１０５ フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
１０６ 乾燥剤
１０７ 乾燥層
１０８ 光モジュール筐体
１０９ 乾燥シート
１１０ 排気口
１１１ フィルタ

Claims (7)

1. 光学窓、レーザダイオードおよび光学部品を搭載し平面パッキンを利用して封止している光モジュールにおいて、平面パッキンとモジュール筐体の界面に乾燥層があることを特徴とする光モジュール。
2. 請求項１の光モジュールにおいて、少なくとも、平面パッキンとモジュールのベース及びカバーのどちらにも乾燥層があることを特徴とする光モジュール。
3. 請求項１、２の光モジュールにおいて、乾燥層の幅が平面パッキンの幅よりも小さいことを特長とする光モジュール。
4. 請求項１〜３の光モジュールにおいて、乾燥層の構造が千鳥格子状になっていることを特徴とする光モジュール。
5. 請求項１〜４の光モジュールにおいて、同一の平面パッキンの界面に乾燥が２つ以上設けていることを特徴とする光モジュール。
6. 請求項１〜５の光モジュールにおいて、平面パッキンが少なくとも２つ以上使用されており、かつ、隣り合う平面パッキンとの間に乾燥層を設けていることを特徴とする光モジュール。
7. 請求項１〜６に記載の光モジュールにおいて、乾燥層にフィルタを取り付けられた排気口を少なくとも１つ以上設けていることを特徴とする光モジュール。

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