TW201317627A - 掃描振鏡模組 - Google Patents

Abstract

一種掃描振鏡模組，供應用於一光束偏射裝置中，其包含：一掃描振鏡本體其頂面處設具一可呈至少一維振動之反射鏡，用以將至少一光源所發出之光束偏射形成一至少一維之影像區；一外圍護框其框設在該掃描振鏡本體之周圍；及一玻璃視窗其罩設在該外圍護框上端面上，並使光束在入射及出射該反射鏡時皆能穿過該玻璃視窗；其中該反射鏡在原靜止狀態時係與該玻璃視窗之間形成一傾斜角度，以使入射至該反射鏡之光束在穿過該玻璃視窗時所產生之反射光之光點因該傾斜角度的關係而不會落在該至少一維之影像區之內，藉以避免該反射光之光點對該影像區之品質造成任何不利之影響。

Description

掃描振鏡模組

本發明係有關一種掃描振鏡模組供應用於一光束偏射裝置中，尤指一種用以偏射該光束偏射裝置中至少一光源所發出之光束以形成一至少一維之影像區。

目前之掃描振鏡已廣泛地被應用在光學領域之各種光束偏射裝置(light deflecting apparatus)中，例如形成一雷射掃描單元(LSU，Laser Scanning Unit)供應用於印表機、掃描器等，其係利用一呈至少一維振動之反射鏡，用以偏射至少一光源，如雷射光源但不限制(亦可利用LED光源)，所發出之光束形成一至少一維之影像區，在此該影像區定義為藉由該掃描振鏡所偏射形成之掃描光束投射至一目標區所形成之投射光區域；或例如配合至少一光源以設計成一通稱為雷射投影器(laser Projector)之光束偏射裝置供應用於小型雷射投影機或汽車用抬頭顯示器(HUD，head-up device)，其係利用一具雙軸(二維)掃描功能或二各具單軸(一維)掃描功能且各單軸校正成相互垂直之光束掃描器，即掃描振鏡，以將一雷射光束偏射形成一通常為二維之影像區，在此該影像區係定義為藉由該掃描振鏡所偏射形成之掃描光束投射至一目標區所形成之二維影像區。而為製成一小型雷射投影器，通常使用一微機電掃描振鏡(micro electronic mechanical scanning mirror，簡稱MEMS振鏡)作為光束掃描器。

為方便說明，在此以下本發明以一種應用於一光束偏射裝置(light deflecting apparatus)如雷射投影器之掃描振鏡為例說明但不限制，該掃描振鏡通常是接設在該雷射投影器即光束偏射裝置之殼體內所設之一承載面如一印刷電路板之表面上，用以偏射該雷射投影器中至少一光源如雷射光源所產生之雷射光束以形成掃描光束再掃描投射成一至少二維之影像。該掃描振鏡模組通常包含一掃描振鏡本體、一外圍護框及一玻璃視窗，其中該掃描振鏡本體上設具一反射鏡，其係藉由電子驅動信號之應用而能相對於該反射鏡之原靜止狀態產生一具有預設掃描角度之機械式振動，用以偏射該雷射光束以形成掃描光束並以該預設掃描角度由外殼體上一視窗向外掃描以投射形成一二維影像區但不限制為二維影像；該外圍護框係框設在該掃描振鏡本體之周圍；該玻璃視窗係罩設在該外圍護框上並間隔離開(spaced from)該反射鏡及其振動範圍，以供該雷射光束在入射至該反射鏡及掃描出射時都穿過該保護用平面透明鏡片。

惟，以掃描振鏡之先前技術而論，當入射至該反射鏡之雷射光束在穿過該透明之玻璃視窗時會產生反射光，而且該反射光之光點的落點位置若未加以適當控制，則該反射光可能會由外殼體上之視窗向外投射至所形成之影像區之範圍內，導致對該影像區之品質造成任何不利之影響，如以雷射投影器而言即會影響該影像區之影像品質。

因此，在設計一如雷射投影器之光束偏射裝置(light deflecting apparatus)時，針對該掃描振鏡提供至少一結構安排，用以使光束在穿過該玻璃視窗時所產生之反射光之光點能避免落在該影像區之範圍內，是有急需性的。

本發明之主要目的乃在於提供一種掃描振鏡模組供應用於一光束偏射裝置(light deflecting apparatus)中，其包含一掃描振鏡本體、一外圍護框及一玻璃視窗，其係使該掃描振鏡本體上之反射鏡在原靜止狀態時與該玻璃視窗之間形成一傾斜角度，以使入射至該反射鏡之光束在穿過該玻璃視窗時所產生之反射光之光點因該傾斜角度的關係而不會落在所投射形成至少一維之影像區之內，藉以避免該反射光之光點對該影像區之品質造成任何不利之影響。

為達成上述目的，本發明之掃描振鏡模組係接設在一光束偏射裝置如雷射投影器之外殼體內部一設於適當位置之一承載面上，用以偏射該光束偏射裝置中至少一光源如雷射光源所發出之光束以形成掃描光束並由外殼體之視窗投射向外以形成一至少一維之影像區，以雷射投影器而言一般為一二維影像區。該掃描振鏡模組包含一掃描振鏡本體、一外圍護框及一玻璃視窗。該掃描振鏡本體之頂面處設具一至少呈一維振動之反射鏡，用以偏射該至少一光源所發出之光束而由該視窗投射向外以掃描形成一至少一維之影像區。該外圍護框係框設在該掃描振鏡本體之周圍，並具有一上端面。該玻璃視窗係罩設在該外圍護框之上端面上並間隔離開該反射鏡及其振動範圍，並使光源發出之光束如雷射光束在入射及出射該反射鏡時皆能穿過該玻璃視窗。本發明之主要技術特徵在於該反射鏡在原靜止狀態時與該玻璃視窗之間特別形成一經過適當設計之傾斜角度，以使入射至該反射鏡之雷射光束在穿過該玻璃視窗時所產生之反射光之光點因該傾斜角度的關係而不會落在該至少一維之影像區之內，藉以避免該反射光之光點對該影像區之品質造成任何不利之影響，如以雷射投影器而言影響該二維影像區之影像品質。

本發明一優選實施例中，該外圍護框之上端面係設計成一水平面，使玻璃視窗水平地罩設在該外圍護框之上端面上，而該掃描振鏡本體及其上該反射鏡則相對於該玻璃視窗以該傾斜角度傾斜地設置在該玻璃視窗之下方，如此可使該反射鏡在原靜止狀態時與該玻璃視窗之間形成所欲之傾斜角度。

本發明另一實施例中，該外圍護框之上端面係設計成一具有該傾斜角度之傾斜面，使該玻璃視窗以該傾斜角度傾斜地罩設在該外圍護框之上端面上，而該掃描振鏡本體及其上該反射鏡係相對於該玻璃視窗水平地設置在該玻璃視窗之下方，如此亦可使該反射鏡在原靜止狀態時與該玻璃視窗之間形成所欲之傾斜角度。

為使本發明更加明確詳實，茲列舉較佳實施例並配合下列圖示，將本發明之結構及其技術特徵詳述如後：參考圖1-3，其分別係本發明之掃描振鏡模組應用於一光束偏射裝置1如雷射投影器之一實施例之側面剖視示意圖及該掃描振鏡模組之立體示意圖及側面剖視示意圖。本發明之掃描振鏡模組10係應用於一光束偏射裝置1中，本實施例中該光束偏射裝置1係以一應用於小型雷射投影機或汽車用抬頭顯示器(HUD)之雷射投影器為代表但不限制。該光束偏射裝置1包含一外殼體20如圖1所示，但並不用來限制該外殼體20之形狀。

本發明之掃描振鏡模組10係接設在該光束偏射裝置1之外殼體20內部一適當位置之一承載面21上如圖1所示，但並不用來限制該掃描振鏡模組10之設立位置。該掃描振鏡模組10係用以偏射該光束偏射裝置1中至少一光源30如雷射光源所發出之光束31如雷射光束以形成掃描光束32，該掃描光束32並由外殼體20之視窗22投射向外以形成一至少一維之影像區40。在此定義該影像區40為藉由該掃描振鏡模組10所偏射形成之掃描光束32投射至一目標區所形成之投射光區域，本實施例以一二維影像區為代表但不限制。又該掃描振鏡模組10及該光源30在該光束偏射裝置1之外殼體20內部之相對位置關係並不限制，可隨該外殼體20之形狀而變化設計，例如：該光源30如雷射光源之設立位置並不限制在如圖1或圖5所示該雷射光源30之設立位置；或該光源30如雷射光源可包含至少一個雷射光源30以發出不同波長如可見光或不可見光之光束，如利用三個雷射光源30以分別發出可見光之紅(R)、綠(G)、藍(B)三色光，並再利用光學元件如分光器(beam splitter)以校正成單一光徑供投射形成一彩色之二維影像區40；或另利用其他反射鏡以改變光程及/或雷射光束31入射該掃描振鏡模組10之相對方向或角度；但因該光源30如雷射光源並非本發明之訴求重點，故於此不再贅述。

本發明之掃描振鏡模組10主要包含：一掃描振鏡本體11、一外圍護框12及一玻璃視窗13，其中：該掃描振鏡本體11之形狀並不限制，如本實施例之掃描振鏡本體11係以一微機電掃描振鏡(MEMS scanning vibrating mirror)為代表，其係呈一方形體造型如圖2所示但不限制。該掃描振鏡本體11具有一頂面110及一底面111，且該頂面110及底面111在設計上為相互平行或近乎平行；該頂面110處設具一呈一維或二維振動之反射鏡112，本實施例之反射鏡112為呈二維振動之反射鏡。該反射鏡112在原靜止狀態時，即未通電故未振動，係與掃描振鏡本體11之底面111平行或近乎平行；又該反射鏡112係藉由電子驅動信號之應用而能相對於該反射鏡112之原來靜止狀態產生一預設掃描角度β之機械式振動如圖3所示，用以偏射該至少一光源30所發出之光束31並由該視窗22投射向外以在外部一目標區或投影幕上(圖中未示)投射形成一至少一維之影像區40，如圖1、4、5所示之二維影像區40但不限制。

該外圍護框12係框設在該掃描振鏡本體11之周圍如圖2、3所示，本實施例之外圍護框12係以金屬或塑質製作成型。為了清楚說明本發明起見，在此於該外圍護框12上界定一上端面121。

該玻璃視窗13，能利用一透明玻璃片構成，其係罩設在該外圍護框12之上端面121上，並間隔離開(spaced from)該反射鏡112及其振動範圍，並使光源30如雷射光源所發出之雷射光束31在入射及出射該反射鏡112時皆會穿過該玻璃視窗13。

本發明之主要技術特徵在於：該反射鏡112在原靜止狀態時係與該玻璃視窗13之間形成一傾斜角度α如本實施例之圖1、3所示或另一實施例之圖5、7所示，以使入射該反射鏡112之雷射光束31在穿過該玻璃視窗13時所產生之反射光34之光點341因該傾斜角度α的關係而不會落在該至少一維之影像區40之內，藉以避免該反射光34光點341對該影像區40之品質造成任何不利之影響，如以雷射投影器而言不影響該二維影像區之影像品質。

參考圖1-3所示，本實施例之該外圍護框12之上端面121係設計成一水平面，使玻璃視窗13能水平地罩設在該外圍護框12之上端面121上，而該掃描振鏡本體11及其上該反射鏡112則相對於該玻璃視窗13以該傾斜角度α傾斜地設置在該玻璃視窗13之下方，如此可使該反射鏡112在原靜止狀態時與該玻璃視窗13之間形成所欲之傾斜角度α。

再參考圖1、3所示，本實施例之該掃描振鏡本體11之底面111可接置在一具有一傾斜角度α之楔形墊座14上，以使該反射鏡112在原靜止狀態時藉由該楔形墊座14以與該玻璃視窗13之間形成一傾斜角度α。又該楔形墊座14之內部進一步可提供容設空間15供容設使用於該光束偏射裝置1如雷射投影器之相關配件16，該相關配件16可包含該掃描振鏡本體11之電性連結用配件及/或偵測及控制用配件。

再參考圖4，其係圖1所示實施例之另一實施狀態之側面剖視示意圖。當該光束31如雷射光束被該反射鏡112以一掃描角度β之振動偏射形成掃描光束32並由外殼體20之視窗22投射向外以形成一至少一維之影像區40時，其中通過該掃描角度(β)之中央等分角線之掃描光束32(如圖1、4中對準二維影像區40之中央點41)進一步可設計成垂直地或近乎(approximately)垂直地穿過並出射該玻璃視窗13如圖4所示，如調整光束31入射該反射鏡112之入射角度。則藉由如圖4所示之設計，可使外殼體20之視窗22設在該外殼體20之一側面之適當位置，並使該玻璃視窗13及該中央等分角線之掃描光束32正對該視窗22，有利於提昇使用者之使用效率及投射至外部一目標區或投影幕上(圖中未示)投射形成一至少一維之影像區40之品質。

參考圖5-7，其分別係本發明之掃描振鏡模組應用於雷射投影器之另一實施例之側面剖視示意圖、該掃描振鏡模組之立體示意圖及其側面剖視示意圖。本實施例與圖1-4所示實施例之間的最大不同處在於：本實施例之該外圍護框12之上端面121為一具有該傾斜角度α之傾斜面，而非如圖1-4所示實施例將該外圍護框12之上端面121設計成一水平面，因此本實施例之玻璃視窗13係以該傾斜角度α傾斜地罩設在該外圍護框12之上端面121上，而該掃描振鏡本體11及其上該反射鏡112則係相對於該玻璃視窗13水平地設置在該玻璃視窗13之下方，如此可使該反射鏡112在原靜止狀態時與該玻璃視窗13之間形成所欲之傾斜角度α。

另，以本發明之實施例而言，該入射至該反射鏡112之雷射光束31在穿過該玻璃視窗13時所產生之反射光34之光點341係落在該光束偏射裝置1如雷射投影器之外殼體20內部一位置如圖1、5所示，此時，在該反射光34之光點341之落點位置進一步可設置一反射光34之吸收面23，如當反射光34為可見光時即設置一黑色粗糙面作為吸收面23，如設在外殼體20之內壁面上，用以吸收該反射光34之光點341，藉以使該反射光34之光點341不致在外殼體20內再多次反射。

以上所述僅為本發明的優選實施例，對本發明而言僅是說明性的，而非限制性的；本專業技術領域具通常知識人員理解，在本發明權利要求所限定的精神和範圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效變更，但都將落入本發明的保護範圍內。

1．．．光束偏射裝置

10．．．掃描振鏡模組

11．．．掃描振鏡本體

110．．．頂面

111．．．底面

112．．．反射鏡

12．．．外圍護框

121．．．上端面

13．．．玻璃視窗

13．．．玻璃視窗

14．．．墊座

15．．．容設空間

16．．．配件

20．．．外殼體

21．．．承載面

22．．．窗口

23．．．吸收面

30．．．光源

31．．．光束

32．．．掃描光束

34．．．反射光

341．．．光點

40．．．影像區

41．．．中央點

α．．．傾斜角度

β．．．掃描角度

圖1係本發明之掃描振鏡模組應用於一光束偏射裝置(如雷射投影器)之一實施例之側面剖視示意圖。

圖2係圖1中該掃描振鏡模組之立體示意圖。

圖3係圖2中該掃描振鏡模組之側面剖視示意圖。

圖4係圖1所示實施例之另一實施狀態之側面剖視示意圖。

圖5係本發明之掃描振鏡模組應用於一光束偏射裝置(如雷射投影器)之另一實施例之側面剖視示意圖。

圖6係圖5中該掃描振鏡模組之立體示意圖。

圖7係圖6中該掃描振鏡模組之側面剖視示意圖。

1．．．光束偏射裝置

10．．．掃描振鏡模組

11．．．掃描振鏡本體

12．．．外圍護框

13．．．玻璃視窗

14．．．墊座

20．．．外殼體

21．．．承載面

22．．．窗口

23．．．吸收面

30．．．光源

31．．．光束

32．．．掃描光束

34．．．反射光

341．．．光點

40．．．影像區

41．．．中央點

α．．．傾斜角度

β．．．掃描角度

Claims (11)

1. 一種掃描振鏡模組，供應用於一光束偏射裝置，其係接設在該光束偏射裝置之外殼體內部一適當位置之一承載面上，用以偏射該光束偏射裝置中至少一光源所發出之光束以形成掃描光束並由外殼體之一視窗投射向外以形成一至少一維之影像區，該掃描振鏡模組包含：一掃描振鏡本體，其具有相互平行或近乎平行之一頂面及一底面，其頂面處設具一可呈至少一維振動之反射鏡，該反射鏡在原靜止狀態時係與掃描振鏡本體之底面平行或近乎平行，又該反射鏡係藉由在電子驅動信號之應用而能相對於該反射鏡之原來靜止狀態產生一預設掃描角度之機械式振動，用以偏射該至少一光源所發出之光束而由該視窗投射向外以掃描形成一至少一維之影像區；一外圍護框，其框設在該掃描振鏡本體之周圍，而具有一上端面；及一玻璃視窗，其罩設在該外圍護框之上端面上並間隔離開該反射鏡及其振動範圍，並使光源所發出之光束在入射及出射該反射鏡時皆能穿過該玻璃視窗；其中該反射鏡在原靜止狀態時與該玻璃視窗之間係形成一傾斜角度，以使入射至該反射鏡之光束在穿過該玻璃視窗時所產生之反射光之光點因該傾斜角度的關係而不會落在該至少一維之影像區之內，藉以避免該反射光光點落在該至少一維之影像區之內而對該影像區之品質造成不利之影響。
2. 如請求項1所述之掃描振鏡模組，其中該外圍護框之上端面為一水平面，使玻璃視窗水平地罩設在該外圍護框之上端面上，而該掃描振鏡本體及其上該反射鏡係相對於該玻璃視窗以該傾斜角度傾斜地設置在該玻璃視窗之下方。
3. 如請求項2所述之掃描振鏡模組，其中該掃描振鏡本體之底面係接置在一具有該傾斜角度之楔形墊座上，以使該反射鏡在原靜止狀態時藉由該楔形墊座以與該玻璃視窗之間形成該傾斜角度。
4. 如請求項2所述之掃描振鏡模組，其中該楔形墊座之內部進一步可提供容設空間供容設使用於該雷射投影器之相關配件。
5. 如請求項4所述之掃描振鏡模組，其中該相關配件包含該掃描振鏡本體之電性連結用配件或偵測控制用配件。
6. 如請求項2所述之掃描振鏡模組，其中當該光束被該反射鏡以一掃描角度之振動偏射形成掃描光束並由外殼體之視窗投射向外以形成一至少一維之影像區時，其中通過該掃描角度之中央等分角線之掃描光束係垂直地或近乎垂直地穿過並出射該玻璃視窗。
7. 如請求項1所述之掃描振鏡模組，其中該外圍護框之上端面為一具有該傾斜角度之傾斜面，使玻璃視窗以該傾斜角度傾斜地罩設在該外圍護框之上端面上，而該掃描振鏡本體及其上該反射鏡係相對於該玻璃視窗水平地設置在該玻璃視窗之下方。
8. 如請求項1所述之掃描振鏡模組，其中該入射至該反射鏡之雷射光束在穿過該玻璃視窗時所產生之反射光之光點係落在該雷射投影器之外殼體內部一位置。
9. 如請求項8所述之掃描振鏡模組，其中該反射光之光點之落點位置進一步設置一吸收面用以吸收該反射光之光點。
10. 如請求項1所述之掃描振鏡模組，其中該掃描振鏡本體係一微機電掃描振鏡。
11. 如請求項1所述之掃描振鏡模組，其中該光束偏射裝置中至少一光源所發出之光束包含可見光、不可見光中之一種或其組合。