CN104020569B - 光学组件及其组装方法以及配备有光学组件的光学模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在单个封装件内安装有红色激光二极管（LD）、绿色激光二极管、蓝色激光二极管的光学组件、用于组装光学组件的方法以及光学模块。激光二极管经由相应的次安装基台安装在基座上。从激光二极管发射出的光由准直透镜进行准直并且通过两个波长选择性滤波器复合在一起，以便使光的光轴对准。从基座顶部算起，复合光的轴线与红光、绿光和蓝光的轴线大致平齐。

Description

光学组件及其组装方法以及配备有光学组件的光学模块
技术领域
本发明涉及一种具有分别与三原色对应的三个光源的光学组件以及组装光学组件的方法。
背景技术
平板显示器在消费市场上已经非常流行，并且已经形成了将平板显示器应用于移动通信的趋势。与采用白色LED（发光二极管）作为显示器背光光源的显示器相比，一种类型的平板显示器安装有激光二极管，这种平板显示器在功耗、清晰度和饱和度方面更为优异。因此，配备有激光二极管的平板显示器将应用于例如小型投影仪、头戴式显示器、平视显示器等。这种光源配备有与三原色对应的三种激光二极管（即，红色激光二极管、绿色激光二极管和蓝色激光二极管）。通过混合从各个激光二极管发射出的激光并修改它们的振幅可以实现具有较高饱和度的高质量图像。
为了混合三种颜色，需要波长选择性滤波器和将混合光引导至诸如MEMS（微电子机械***）、DLP（数字光处理器）、LCOS（硅基液晶）等光学装置的其它光学元件。当三种激光二极管和其它光学元件安装在光学模块中时，需要对激光二极管和光学元件进行极为精确的光学对准，因为激光二极管用作点光源，但是需要将其远场图形设置得更窄，例如需要将其远场图形设置为10°×20°。当三种激光二极管单独封装并且在激光二极管封装件的外部制备将光引导至这些装置的光学***时，则提供三原色的***的总尺寸会变得比较大。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种组装光学组件的方法。光学组件提供红色激光二极管、绿色激光二极管、蓝色激光二极管、第一透镜、第二透镜、第三透镜和安装红色激光二极管、绿色激光二极管、蓝色激光二极管、第一透镜、第二透镜和第三透镜的基座。光学组件输出含有从红色激光二极管发射出的红光、从绿色激光二极管发射出的绿光和从蓝色激光二极管发射出的蓝光的复合光。
该方法包括如下步骤：（1）将红色激光二极管、绿色激光二极管、蓝色激光二极管中的第一激光二极管安装到基座的顶表面上，使得第一激光二极管发射出在透过第一透镜之后投射到虚拟平面上的第一投射点上的第一光线，第一投射点定位在与基座的顶表面相对应的线上；（2）将红色激光二极管、绿色激光二极管、蓝色激光二极管中除第一激光二极管之外的第二激光二极管安装到基座的顶表面上，使得第二激光二极管发射出在透过第二透镜之后投射到虚拟平面上的第二投射点上的第二光线，第二投射点定位在所述线上；（3）将红色激光二极管、绿色激光二极管、蓝色激光二极管中除第一激光二极管和第二激光二极管之外的第三激光二极管安装到基座的顶表面上，使得第三激光二极管发射出在透过第三透镜之后投射到虚拟平面上的第三投射点上的第三光线，第三投射点定位在线上；（4）在安装第二激光二极管之后，将第一波长选择性滤波器（WSF）安装到基座的顶表面上，其中，第一波长选择性滤波器透射透过第一透镜的第一光线和透过第二透镜的第二光线中的一者，而反射透过第一透镜的第一光线和透过第二透镜的第二光线中的另一者，使得第一光线和第二光线中由第一波长选择性滤波器所反射的光线投射到虚拟平面上的投射有透过第一透镜的第一光线和透过第二透镜的第二光线中的另一光线的投射点上，第一波长选择性滤波器输出含有第一光线和第二光线的中间复合光；以及（5）将第二波长选择性滤波器安装到基座的顶表面上，其中，第二波长选择性滤波器透射中间复合光和透过第三透镜的第三光线中的一者，而反射中间复合光和透过第三透镜的第三光线中的另一者，使得中间复合光和第三光线中由第二波长选择性滤波器所反射的光线投射到投射有中间复合光和第三光线中透过第二波长选择性滤波器的另一光线的投射点上，第二波长选择性滤波器输出复合光。
本发明的另一方面涉及一种光学模块。输出含有红光、绿光和蓝光的复合光的光学模块，包括：第一激光二极管（LD），其发射出红光；第二激光二极管，其发射出绿光；第三激光二极管，其发射出蓝光；第一透镜，其准直从第一激光二极管发射出的红光，以生成准直红光，第一透镜安装在基座上；第二透镜，其准直从第二激光二极管发射出的绿光，以生成准直绿光，第二透镜安装在基座上；第三透镜，其准直从第三激光二极管发射出的蓝光，以生成准直蓝光，第三透镜安装在基座上；以及封装件，其封装第一激光二极管、第二激光二极管、第三激光二极管、第一透镜、第二透镜和第三透镜。该光学模块的特征在于：准直红光、准直绿光和准直蓝光与光学模块的光轴对准以生成为复合光。
附图说明
通过参考附图阅读下面对本发明的优选实施例的详细描述，将能更好地理解前述和其它目的、方面和优点，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的光学组件的透视图；
图2示意性示出对准基座上的红色激光二极管和第一透镜的过程；
图3示意性示出对准基座上的绿色激光二极管和第二透镜的过程；
图4示意性示出对准基座上的蓝色激光二极管和第三透镜的过程；
图5示意性示出使第一波长选择性滤波器对准基座上的红色激光二极管和绿色激光二极管的过程；
图6示意性示出使第二波长选择性滤波器对准蓝色激光二极管的过程；
图7是根据本发明的实施例的安装有光学组件的光学模块的外观；
图8是示出图7所示的光学模块的内部的透视图；
图9是根据本发明的另一实施例的光学组件的透视图；
图10示出图9所示的光学组件的内部；
图11A和图11B是图9和图10所示的光学组件的平面图和侧视图；
图12是根据本发明的另一实施例的光学组件的透视图；
图13是从图12所示的光学组件改型而得到的光学组件的透视图；
图14示出根据本发明的实施例的光学模块的外观；
图15示出图14所示的光学模块的内部；
图16是根据本发明的另一实施例的光学组件的透视图；
图17示出安装有图16所示的光学组件的光学模块的内部；
图18是组装本发明的实施例的光学组件的流程图；
图19示出组装图17所示的光学模块的过程；
图20示意性示出在图19所示过程之后组装图17所示的光学模块的过程；
图21A至图21C示意性示出在对准安装在图17所示的光学模块中的光学元件期间投射在监视器屏幕上的图像；
图22示意性示出在图20所示过程之后组装图17所示的光学模块的过程；
图23模拟了投射图像的偏差和直径与透镜的焦距之间的关系；
图24模拟了在用于准直光的透镜与设计位置偏离1μm、5μm和10微米时的投射图像的偏差；
图25是示出根据另一实施例的光学组件的透视图；
图26是示出从图25所示的光学组件改型而得到的光学组件的透视图；
图27示意性示出根据本发明的实施例的光学组件的光学结构；以及
图28示意性示出从图27所示的光学组件改型而得到的光学组件的光学结构。
具体实施方式
接下来，将参考附图对根据本发明的一些实施例进行描述。在附图的描述中，相同或彼此类似的数字或符号表示相同或彼此类似的元件，而不再对它们进行重复说明。
（第一实施例）
图1是根据本发明的第一实施例的光学组件10A的透视图。光学组件10A将红光LR、绿光LG和蓝光LB复合在一起。光学组件10A包括红色激光二极管41、绿色激光二极管42、蓝色激光二极管43、第一次安装基台61、第二次安装基台62、第三次安装基台63和具有顶表面50r的基座50。
红色激光二极管41（作为本实施例的第一激光二极管）发射出红光LR，红光LR的波长处于红色范围内，例如，红光LR的波长为640nm。红色激光二极管41经由第一次安装基台61安装在基座50的顶表面50r上。红色激光二极管41在沿着顶表面50r的方向上发射出红光LR。
绿色激光二极管42（作为本实施例的第二激光二极管）发射出绿光LG，绿光LG的波长处于绿色范围内，例如，绿光LG的波长为535nm。绿色激光二极管42经由第二次安装基台62同样安装在基座50的顶表面50r上。绿色激光二极管42在沿着顶表面50r的方向上发射出绿光LG。
蓝色激光二极管43（作为本实施例的第三激光二极管）发射出蓝光LB，蓝光LB的波长处于蓝色范围内，例如，蓝光LB的波长为440nm。蓝色激光二极管43经由第三次安装基台63同样安装在基座50的顶表面50r上。蓝色激光二极管43在沿着顶表面50r的方向上发射出蓝光LB。
在本实施例中，设定各个次安装基台61至63的厚度，使得从顶表面50r算起的红色激光二极管41的出射点、绿色激光二极管42的出射点和蓝色激光二极管43的出射点彼此大致平齐（一致）。即，激光LR、LG和LB的光轴相对于顶表面50r大致平齐。次安装基台61至63优选地由热膨胀系数与构成激光二极管41至43的半导体材料的热膨胀系数相当的材料制成。次安装基台61至63通常由氮化铝（AlN）、碳化硅（SiC）、硅（Si）、金刚石（C）等制成。激光二极管41至43通过诸如AuSn、SnAgCu等焊料或者导电性树脂（例如银（Ag）膏）分别固定在次安装基台61至63上。
如图1所示，光学组件10A还包括第一透镜71、第二透镜72、第三透镜73、第一子基座51、第二子基座52、第三子基座53、第四子基座54、第五子基座55、第一波长选择性滤波器（WSF）81和第二波长选择性滤波器82。第一透镜71、第二透镜72、第三透镜73（其分别经由子基座51至53安装在基座50上）分别与激光二极管41至43光学耦合，并且准直激光LR、LG和LB。
第一透镜71、第二透镜72、第三透镜73将各自的光轴分别对准激光二极管41至43的光轴。具体而言，当次安装基台61至63具有0.15mm的厚度并且从激光二极管41至43的后表面起计算各个激光二极管41至43的出射点时，从顶表面50r算起的各个激光二极管41至43的出射点的高度为0.25mm。使用具有0.5mm的直径的透镜71至73，从透镜71至73的底部算起的透镜71至73的光轴的高度为0.25mm。因此，激光二极管41至43的光轴的高度等于透镜71至73的光轴（即，第一透镜71的中心、第二透镜72的中心、第三透镜73的中心）的高度。
第一波长选择性滤波器81（其可以是一种形成在玻璃基板上的多层滤波器）经由第四子基座54同样安装在基座50的顶表面50r上。第一波长选择性滤波器81的一个表面与第一透镜71光学耦合，而第一波长选择性滤波器81的另一表面与第二透镜72光学耦合。第一波长选择性滤波器透射从红色激光二极管41发射出并且由第一透镜71准直的红光LR，而反射从绿色激光二极管42发射出并且由第二透镜72准直的绿光LG。调节第一波长选择性滤波器81的姿态，从而使透过第一波长选择性滤波器81的红光LR的光轴与被反射的绿光LG的光轴对准。
第二波长选择性滤波器82（其同样可以是一种多层滤波器，该多层滤波器设置有堆叠在玻璃基板上的多个层）经由第五子基座55安装在基座50上。第二波长选择性滤波器82的一个表面与第一波长选择性滤波器81光学耦合，而第二波长选择性滤波器82的另一表面与第三透镜73光学耦合。第二波长选择性滤波器82透射从第一波长选择性滤波器81输出的含有红光LR和绿光LG（其分别由透镜71和72准直）的复合光，而反射从蓝色激光二极管43发射出并且由第三透镜73准直的蓝光LB。调节第二波长选择性滤波器82的姿态，从而使透过第二波长选择性滤波器82的红光LR和绿光LG与被反射的蓝光LB对准。第一波长选择性滤波器81的中心和第二波长选择性滤波器82的中心优选地与相应的红光LR、绿光LG和蓝光LB平齐。
透镜71至73和波长选择性滤波器81、82通过树脂分别固定在子基座51至55上。子基座51至55优选地由热膨胀系数与透镜71至73和波长选择性滤波器81、82的热膨胀系数相当的材料制成。子基座51至55可以由陶瓷和/或金属制成。另外，子基座51至55优选地具有足以施加紫外线固化树脂的面积来固定透镜71至73和波长选择性滤波器81、82。子基座51至55可以具有0.3mm2至0.5mm2的面积。
上述光学组件10A设置有发射出红光LR的红色激光二极管41、发射出绿光LG的绿色激光二极管42和发射出蓝光LB的蓝色激光二极管43。第一透镜71、第二透镜72和第三透镜73对红光LR、绿光LG和蓝光LB进行准直。第一波长选择性滤波器81将红光LR与绿光LG复合在一起，而第二波长选择性滤波器82将红光LR、绿光LG与蓝光LB复合在一起。因此，从光学组件10A并沿光学组件10A的光轴输出由两个波长选择性滤波器81、82复合在一起的光。
接下来，将参照图2至图6对组装光学组件10A的方法进行描述，图2至图6示意性示出组装光学组件10A的过程，具体地说，示出了对准激光二极管41至43、透镜71至73和两个波长选择性滤波器81、82的过程。
首先，将红色激光二极管41经由第一次安装基台61安装在基座50的顶表面50r上并且将第一透镜71经由第一子基座51安装在基座50的顶表面50r上，由于进行了将红色激光二极管41与第一透镜71的光学对准，因此如图2示意性所示那样，从红色激光二极管41发射出的红光LR在屏幕H上投射于第一投射点PR。
具体而言，用芯片焊接法将红色激光二极管41安装并固定在次安装基台61上。首先，在红色激光二极管41实际启动时竖直对准第一透镜71并使该第一透镜71与顶表面50r垂直，使得从红色激光二极管41发射出的红光LR沿着与基座50的顶表面50r大致平行的方向前进；然后将第一透镜71固定在子基座51上。在一个具体实例中，在第一子基座51的表面上预先施加（涂抹）紫外线固化树脂以在实际中安装第一透镜71，并且在第一透镜71被真空夹持器（vacuum collet）夹住并且保证一定厚度树脂时竖直对准第一透镜71。因此，第一透镜71可以相对于基座50的顶表面50r调节红光LR的光轴的仰角和/或俯角。更具体地说，在与基座50相隔足够远（例如1米）的虚拟平面上和在与前一虚拟平面相距例如2米的另一虚拟平面上设置两个CCD（电荷耦合器件）照相机；可以调节第一透镜71的竖直高度，使得投射在前一虚拟平面上和投射在后一虚拟平面上的红光LR具有与基座50的顶表面50r大致相同的高度。红光LR因通过第一透镜71而变成大致平行的光束，这恰好有利于CCD在与基座50相隔足够远的各个虚拟平面上进行测量。在对准第一透镜71后，通过使紫外线固化树脂固化而将第一透镜71永久性地固定在子基座51上。
接下来的过程是：如图3所示，经由第二次安装基台62将绿色激光二极管42装配在基座50的顶表面50r上，并且经由第二子基座52将第二透镜72同样装配在基座50的顶表面50r上。在这个过程中，将绿色激光二极管42和第二透镜72设置为使得从绿色激光二极管42发射出并且通过第二透镜72的绿光LG投射于第二投射点PG，第二点PG的高度等于基座50的顶表面50r的高度和平面H上的第一投射点PR的高度。
具体而言，用芯片焊接法首先将绿色激光二极管42固定在第二次安装基台62上。然后，将反射镜（反射体）90设置在绿色激光二极管42的光轴上，使得反射镜90的反射面与绿光LG的光轴成45°的角度；实际启动绿色激光二极管42，绿光LG投射在虚拟平面H上。按照与第一透镜71相同的方式调节第二透镜72的高度，使得从顶表面50r算起的第二投射点PG的高度等于第一投射点PR的高度，绿光LG的光轴与基座50的顶表面50r大致平行并且具有与红光LR相同的高度。在对准后，通过使树脂固化而将第二透镜72固定在第二子基座52上。在上述过程中，绿光LG的投射点PG不必与投射点PR重叠。
接下来的过程是组装蓝色激光二极管43和第三透镜73。蓝色激光二极管43经由第三次安装基台63并按照与上述相同的方式同样安装在基座50的顶表面50r上，第三透镜73经由第三子基座53并同样通过与红色激光二极管41和绿色激光二极管42类似的方式在顶表面50r上对准。具体而言，将蓝色激光二极管43和第三透镜73对准成使得通过第三透镜73的蓝光LB在虚拟平面H上投射于第三投射点PB。第三投射点PB在虚拟平面H上的位置与绿色激光二极管42的投射点PG的位置重叠。
具体而言，首先用通常的芯片焊接法将蓝色激光二极管43固定在第三次安装基台63上。将反射镜90设置在蓝光LB的光轴上，使得反射镜90的反射面与蓝光LB的光轴成45°的角度。实际启动蓝色激光二极管43，从蓝色激光二极管43发射出的蓝光LB在虚拟平面H上投射于投射点PB。调节第三透镜73的高度，使得虚拟平面H上的蓝光LB的投射点PB具有与红光LR的第一投射点PR和绿光LG的第二投射点PG相同的高度，并且投射点PB的位置与第二投射点PG重叠，蓝光LB的光轴与基座50的顶表面50r和绿光LG的光轴平行。在对准后，通过使树脂固化而将第三透镜73固定在第三子基座53上。
接下来的过程是：如图5所示，将第一波长选择性滤波器81组装在基座50的顶表面50r上，以便在虚拟平面H上使第二投射点PG与第一投射点PR重叠。具体而言，将第一波长选择性滤波器81设置在绿光LG的光轴上以将绿光LG反射在虚拟平面H上，并且相对于绿光LG的光轴调节旋转角度以及相对于顶表面50r调节仰角/俯角，从而使第二投射点PG与第一投射点PR重叠。优选地，将在对准红色激光二极管41与第一透镜71时使用的两个CCD照相机用来对准第一波长选择性滤波器81。可以通过改变第一波长选择性滤波器81的仰角/俯角来调节投射点PR和PG的竖直位置，同时可以通过旋转第一波长选择性滤波器81来调节投射点PR和PG的水平位置。尽管在旋转、抬起和/或压低第一波长选择性滤波器81时，不仅红光LR的第一投射点PR会改变其投射位置，绿光LG的第二投射点PG也会改变其投射位置，但是确实存在第一投射点PR与第二投射点PG完全重叠的情形。在第一波长选择性滤波器81对准后，通过照射紫外线固化位于第一波长选择性滤波器81的第四子基座54上的树脂。
接下来，经由第五子基座55将第二波长选择性滤波器82对准并固定在基座50的顶表面50r上。将第二波长选择性滤波器82对准为按照与第一波长选择性滤波器81的方式通过旋转、抬起和/或压低第二波长选择性滤波器82，以使蓝光LB在虚拟平面H上的第三投射点PB与虚拟平面H上的第一投射点PR和第二投射点PG重叠。
接下来，将对上述光学组件10A的优点和组装方法进行说明。通常，用于光学透镜的材料的折射率具有波长依赖性。因此，当通过单个透镜对从各个激光二极管41至43输出的激光进行准直时，会导致色差并产生由散射光形成的图像。因此，配备有对应于各自激光二极管41至43的三个透镜71至73的本光学组件10A能够有效地抑制色差。
在另一方面中，持续而迫切地需要使光学组件的尺寸更为紧凑。当光学组件需要将三个透镜配备在紧凑外壳中时，需要紧密地设置各个透镜，而这会带来各种问题。例如，用来固定光学元件的树脂渗出到相邻元件的区域，从而使元件的光学条件变得紊乱或错位。
虽然本实施例的光学组件10A设置有三个激光二极管41至43和对应于激光二极管41至43的三个透镜71至73，但是透镜71至73分别经由彼此独立的子基座51至53安装在顶表面50r上。在这种结构中，即使树脂渗出到相邻区域，渗出的树脂也不会抬高子基座51至53，并且不会影响元件的光学条件。因此可以稳定而有效地抑制光线LR、LG、LB的光轴的移位和偏移。
另外，组装本实施例的光学组件10A的过程如下：首先，将红色激光二极管41安装在基座50上（第一步骤），其次，将绿色激光二极管42安装在基座50上，以使投射点PG与红光LR的投射点PR平齐（第二步骤），第三，将蓝色激光二极管43安装在基座50上，以使蓝光LB的投射点PB与前两个投射点PR、PG平齐（第三步骤），最后，将两个波长选择性滤波器81和82安装在基座50上，以使绿光LG的第二投射点PG和蓝光LB的第三投射点PB与红光LR的第一投射点PR重叠。由此精确地和容易地对准光线LR、LG、LB的光轴。
本实施的结构设置有相对于红光LR的光轴位于相同一侧的绿色激光二极管42和蓝色激光二极管43。即，在第三步骤中，两个投射点PG、PB可以在平面H上重叠来对准第三透镜73，这有利于蓝色激光二极管43与第三透镜73对准。此外，在这种结构中，绿色激光二极管42与蓝色激光二极管43以及两个波长选择性滤波器81、82可以彼此大致平行，这同样有利于两个波长选择性滤波器81、82的光学对准。
（第二实施例）
接下来，将对本发明的第二实施例进行描述，第二实施例是一种配备有上述光学组件10A的光学模块。图7示出光学模块1A的外观，而图8通过省略盖件3而示出光学模块1A的内部。光学模块1A具有被称为同轴封装件的CAN封装件。
除了光学组件10A之外，光学模块1A还包括芯柱2、盖件3、聚光透镜4和引线端子5a至5g。盖件3保持聚光透镜4，聚光透镜4聚焦从光学组件10A输出的含有红光LR、绿光LG和蓝光LB的复合光。聚光透镜4的光轴与红光LR、绿光LG蓝光LB的光轴对准。芯柱2的直径为5.6mm，并且芯柱2具有从芯柱2的主表面2a突出的引线端子5a至5g。三个引线端子5a至5c与芯柱2电绝缘，但其余的引线端子5g直接与芯柱2连接。
光学组件10A的基座50固定在芯柱2上。具体而言，芯柱2设置有从主表面2a突出的基块2c，光学组件10A的基座50安装在基块2c一侧，使得顶表面50r相对于芯柱2的主表面2a竖直地延伸。光学组件10A气密性地封装在由芯柱2和盖件3形成的空间中。在基座50上的激光二极管41至43各自的上电极分别连接至相应的引线端子5a至5c，而激光二极管41至43各自的下电极经由相应的次安装基台61至63、基座50和芯柱2连接至引线端子5g。
因为光学模块1A安装有光学组件10A并且光学组件10A在基座50上配备有处于光学对准状态下的三个激光二极管41至43和三个透镜71至73，所以从光学组件10A发射出的复合光能够被保持在盖件3中的聚光透镜4有效地聚焦。此外，虽然基座50安装有元件41至43、71至73、81和82，但是光学模块1A可以紧凑地形成至直径仅为5.6mm。
（第三实施例）
图9是根据本发明的另一实施例的光学组件10B的透视图。图10移除了能够透过图9所示的光学组件10B输出的光LR、LG和LB的盖件103，图11A和图11B是光学组件10B的平面图和侧视图。
除了配备在光学组件10A中的元件之外，光学组件10B还设置有代替基座50的基板150和由能够透过光LR、LG和LB的材料制成的盖件103。基板150（其设置有与上述实施例的基座50的顶表面50r对应的顶表面150r）安装有光学组件10A，该光学组件10A包括分别安装在次安装基台61至63中的相应一个上的三个激光二极管41至43、三个透镜71至73和两个波长选择性滤波器81、82。光学组件10B的特征在于基板150的顶表面150r设置有凹部150b，三个透镜71至73和两个波长选择性滤波器81、82安装在该凹部150b中。图9至图11省略了设置在透镜71至73和两个波长选择性滤波器81、82下面的子基座51至55。
基板150的顶表面150r设置有引线端子105a至105g。这些引线端子105a至105g分别位于（设置在）靠近激光二极管41至43中的相应一个的位置，并且与激光二极管41至43电连接。在一个实例中，基板150具有面积为5.5×3.5mm2的矩形平面形状。为引线端子105a至105g提供了2×3.5mm2的区域（即，在纵向上的端部），而其余的区域用于安装光学组件10A。透明盖件103具有例如1mm的厚度，以气密性地覆盖光学组件10A。在光学组件10B的改型中，盖件103可以由不能透过光LR、LG和LB的材料制成，但可以设置通过光LR、LG和LB的窗口。不透明材料可以为陶瓷。
在光学组件10B中配备有处于三个激光二极管41至43、三个透镜71至73和两个波长选择性滤波器81、82完成光学对准状态的光学组件10A。设置在光学组件10B外侧的聚光透镜能够精确地对准并且轻松地聚焦从光学组件10A输出的光LR、LG和LB。因此，可以紧凑地形成光学组件10B。
（第四实施例）
图12是根据本发明的第四实施例的另一光学组件10C的透视图。除了上述光学组件10A的结构之外，光学组件10C在基座50上还设置有反射镜58。除了反射镜58之外的结构与上述实施例10A的结构相同。
反射镜58（其安装在基座50的顶表面50r上）设置有相对于顶表面50r向上反射光LR、LG和LB的倾斜表面58a。即，倾斜表面58a与顶表面50r成大致45°的角度。因此，入射到倾斜表面58a上的光线被反射到顶表面50r的法线方向上。
图13是与上述组件10B和10C类似的另一光学组件10D的透视图。即，光学组件10D在基板150的顶表面150r上的凹部150b内设置有反射镜58。到达反射镜58的光LR、LG和LB被反射到顶表面150r的法线方向上并透过透明盖件103。
图14是示出安装有光学组件10C和10D的一种光学模块1B的透视图；而图15示出光学模块1B的内部。光学模块1B包括光学装置201A和光耦合部201B。光学装置201A具有封装图12所示的光学组件10C的封装件250，封装件250由诸如氧化铝等陶瓷制成并且尺寸为4.0×4.7×1.5mm3。如图15所示，封装件250的底部250r用作其上安装光学元件41至43、71至73、81、82和58的上述实施例的顶表面50r。含有三种光束LR、LG和LB的复合光在被反射镜58反射之后射向底部250r的法线方向。图15移除了安装透镜71至73和两个波长选择性滤波器81、82的子基座51至55。
光学装置201A还包括金属顶盖203，金属顶盖203与位于其中心处的透镜支架204一体形成。透镜支架204沿复合光的光轴延伸并且具有圆筒形状。透镜支架204组装有耦合部201B的接头206。接头206也具有圆筒形状。即，接头206与透镜支架204配合或接收透镜支架204，并且具有通过复合光的孔。接头206固定套筒208，套筒208接收固定在外部光纤末端中的插芯。图14省略了插芯和外部光纤。套筒208具有光学插座的功能，即，将光学连接器***到套筒208中，并在外部光纤的另一端装配扫描机构，由此可以实现具有非常紧凑壳体的头戴式显示器。因此，图14所示的光学模块1B设置有具有套筒208的光耦合部201B；然而，光学模块1B也可以设置刚性和永久性地固定在光学装置201A上的光纤（这通常被称为辫子结构）来替代光学套筒208。
本实施例的光学模块1B设置有光学组件10C至10E，光学组件10C至10E的主要部分体现了光学组件10A和/或10B的结构；因此，含有红光LR、绿光LG和蓝光LB的复合光的光轴能够精确地光学对准。因此，可以紧凑地形成光学模块1B。
（第五实施例）
图16是光学组件10F的透视图，光学组件10F具有与上述光学组件10A至10E不同的特征：绿色激光二极管42相对于红光LR的轴线定位在与蓝色激光二极管43相反的一侧。第一波长选择性滤波器81设置为相对于第二波长选择性滤波器82成90°的角度。除了绿色激光二极管42和第二透镜72之外的其它结构与上述实施例的结构相同。
图17是根据本发明的实施例的光学模块1C的透视图，光学模块1C的一部分被切掉以示出其内部。光学模块1C安装有从图16所示的光学组件10F改型而得到的光学组件10Fa。即，光学组件10Fa包括分别安装在次安装基台61至63中的相应一个上的三个激光二极管41至43、安装在子基座（其在图17中被省略）上的三个透镜71至73以及两个波长选择性滤波器81、82。改型的光学组件10Fa与光学组件10F不同的特征在于：三个激光二极管41至43并未安装在基座50上，而是安装在从芯柱2的主表面2a突出的基块2c的侧面2b上。
光学组件10Fa的基座50仅安装有三个透镜71至73、两个波长选择性滤波器81、82，该结构与两个波长选择性滤波器81、82在基座50上设置成90°角度的光学组件10F类似。具体而言，基座50安装在凹部2d中，该凹部2d形成在基块2c的侧面2b。本发明的基座50具有1mm×1mm×0.5mm的尺寸并且由玻璃制成。因为透镜71至73同样由玻璃制成，所以可以保持光学对准的可靠性（特别是，对准状态的长期可靠性）。
红色激光二极管41的上电极通过接合线WRN电连接至引线端子5a，而红色激光二极管41的背电极经由次安装基台61和接合线WRP连接至芯柱2。芯柱2直接连接至引线端子5g。绿色激光二极管42和蓝色激光二极管43的电连接与红色激光二极管41的电连接类似。即，激光二极管42、43的上电极分别通过接合线WGN、WBN引线接合至相应的引线端子5b、5c；而激光二极管42、43的背电极经由次安装基台62、63和接合线WGP、WBP连接至芯柱2。
图18是组装光学模块1C的流程图。参照图18，在步骤S1中，首先将三个激光二极管41至43分别经由相应的次安装基台61至63安装在基块2c的侧面2b上，图19示出了上述过程。然后，将没有任何光学元件的基座50设置在凹部2d中。在基座50的顶表面50r上设置有标记M1至M5，以辅助光学元件71至82的安装。标记M1至M5可以是划线和/或将光学元件设置在其中的凹部。次安装基台61至63同样设置有与激光二极管41至43的安装位置对应的标记，而基块2c的侧面2b设置有与次安装基台61至63的安装位置对应的标记。参考次安装基台61至63上的标记将激光二极管41至43分别安装在相应的次安装基台61至63上；然后，参考侧面2b上的标记将带有激光二极管41至43的次安装基台61至63安装在基块2c的侧面2b上。因此，激光二极管41至43分别经由相应的次安装基台61至63安装在侧面2b上。
随后进行激光二极管41至43的电连接。具体而言，通过引线接合法利用接合线WRN、WGN、WBN将激光二极管41至43的上电极分别连接至相应的引线端子5a至5c的顶部，并且通过接合线WRP、WGP、WBP将各个次安装基台61至63的顶部连接至侧面2c。尽管图19示出从激光二极管41至43的上电极引出的接合线WRN、WGN、WBN连接在引线端子5a至5c的顶部上（简称为“前一结构”），但接合线WRN、WGN、WBN优选地连接在引线端子5a至5c的侧面上，因为在接合线接合在激光二极管41至43的上电极上之后，前一结构需要对光学模块1C进行90°的旋转。在通常的引线接合法中，包括引线接合点的两个平面需要彼此平行。将要接合在引线端子5a至5c的侧面上的引线在接合过程中无需对光学模块1C进行旋转。
步骤S2使用了具有感测面32的二维传感器37和监视器30。即，在步骤S2中，将二维传感器37设置在光轴L上的与光学模块1C相隔距离D的位置，以在传感器上显示激光二极管41至43的远场图形。二维传感器37可以是CCD（电荷耦合器件）照相机。二维图像传感器37的法线与光轴L对准或平行。连接至传感器37的监视器30设置有屏幕31，该屏幕用于以二维的方式显示传感器37检测出的远场图形。屏幕31对准为使其中心C与光学模块1C的光轴L重合，并且使该屏幕的横线A与基座50的顶表面50r平行。在实际组装中，光学模块1C与传感器37之间的距离D设置为约1米或至少1米。
步骤S2还使用了两个具有反射面35、36的反射体33、34（其可以为棱镜、多层反射镜等）。反射体33朝传感器37将从绿色激光二极管42发射出的绿光LG反射90°的角度，而另一反射体34朝传感器37将从蓝色激光二极管43发射出的蓝光LB反射90°的角度。因此，反射面35与绿色激光二极管42的光轴和光学模块1C的光轴L均成45°的角度，而另一反射体34的反射面36与蓝色激光二极管43的光轴和光学模块1C的光轴L均成45°的角度。
步骤S3首先相对于红色激光二极管41将基座50的顶表面50r上的透镜71对准为使透镜71输出的红光LR的光轴与光学模块1C的光轴L重合。具体而言，首先参考标记M1将透镜71安装在基座50上。然后，实际启动红色激光二极管41。在监测投射在二维传感器37上的图像或远场图形的情况下，在基座50上光学对准透镜71。图21A示意性示出透过透镜71的红光LR在屏幕31上显示的图像。将透镜71对准为使屏幕31上的图像变为像图21A中的B1那样的圆形并且定位在屏幕的中心C中。在对准后，通过使树脂固化而将透镜71固定在基座50上。当红光LR在偏离透镜71的中心的位置透过透镜71时，显示在屏幕31上的图像变为像B2和/或B3那样的椭圆形或者偏离中心C。因此，步骤S3对准的红光LR的光轴与光学模块1C的光轴L重合。
步骤S4相对于绿色激光二极管42将基座50上的第二透镜72对准为使绿色激光二极管42输出的绿光LG的光轴相对于光学模块1C的光轴L成90°的角度。具体而言，首先将第二透镜72安装在基座50上的标记M2指示的位置。然后，实际启动两个激光二极管41、42。在监测显示在屏幕31上的通过红色激光二极管41和绿色激光二极管42所形成的两个图像的情况下，调节透镜72的位置。在适当调节第二透镜72之后，绿色激光二极管42的图像表现出像图21B所示的B4那样的圆形并且定位在基准线A上。
步骤S5相对于蓝色激光二极管43将基座50上的第三透镜73对准为使蓝色激光二极管43输出的蓝光LB的光轴相对于光轴L成90°的角度。具体而言，首先将第三透镜73安装在基座50上的标记M3指示的位置。然后，实际启动三个激光二极管41至43。在监测显示在屏幕31上的通过红色激光二极管41、绿色激光二极管42、和绿色激光二极管43所形成的三个图像的情况下，调节透镜73的位置。在适当调节第三透镜73之后，蓝色激光二极管43的图像表现出像图21B所示的B5那样的圆形并且定位在基准线A上，但相对于图像B1定位在与图像B4相反的一侧。因此，在步骤S5之后，图21B所示的屏幕31示出均具有圆形图形并且定位在横线A上的三个图像B1、B4、B5。
步骤S6通过图22所示的设置将第一波长选择性滤波器81对准为使第一波长选择性滤波器81所反射的绿光LG与光学模块1C的光轴L对准。尽管图22明确示出基座50上的第二波长选择性滤波器82；但在步骤S6中第二波长选择性滤波器82并未设置在基座上。具体而言，首先将第一波长选择性滤波器81安装在基座50上的标记M4指示的位置。然后，实际启动红色激光二极管41和绿色激光二极管42。在监测显示在屏幕31中的图像的情况下，将波长选择性滤波器81的旋转角度和仰角/俯角调节为使图像B4与图像B1在中心C处重叠。
步骤S7通过图22所示的设置将第二波长选择性滤波器82对准为使第二波长选择性滤波器82所反射的蓝光LB与光学模块1C的光轴L对准。具体而言，首先将第二波长选择性滤波器82安装在基座50上的标记M5指示的位置。然后，实际启动红色激光二极管41、绿色激光二极管42和蓝色激光二极管43。在监测显示在屏幕31中的图像的情况下，将波长选择性滤波器82的旋转角度和仰角/俯角调节为使图像B5与图像B1和B4在中心C处重叠并变为像图21C所示的B6那样的图像。由此完成安装在基座50上的各元件的光学对准。
由此完成激光二极管41至43、透镜71至73和两个波长选择性滤波器81、82的对准的光学模块1C可以在光轴L上输出含有红光LR、绿光LG和蓝光LB的复合光。因为透镜71至73用作准直透镜，所以光学模块1C输出的复合光为准直光束。
在步骤S6和S7中，红光LR透过波长选择性滤波器81、82，这会使图像B1沿轴线A轻微水平移位。但是由于二维传感器37安装在与光学模块1C相隔至少1米的位置，显示在屏幕31上的图像B1的移位可能远远小于通过旋转/抬起/压低波长选择性滤波器而产生的图像B4、B5的偏差，因此可以忽略图像B1的移位。
图23示出当透镜的位置偏离其设计位置时投射点PR至PB的移位与透镜71至73的焦距之间关系的计算。该计算假定二维传感器37设定为与透镜71至73相距1米，并且透镜71至73偏离其设计位置1μm。横轴对应于透镜71至73的焦距，而纵轴示出图像PR至PB的移位和直径，其中图像的偏差用特征曲线G1表示，而图像的直径用特征曲线G2表示。用于例如光学摄像管和紧凑型投影仪等应用的常规光学模块将透镜的焦距设定为约5mm（用直线A2表示）。另一方面，本实施例安装有位置紧靠激光二极管41至43的透镜71至73，这使得透镜71至73的焦距短于1mm，通常约为0.5mm。
根据图23的计算，即使透镜71至73的位移仅为1μm，图像PR至PB的偏差也能达到几毫米，通常超过1.5mm而小于2.0mm。因此，光学模块1A至1C必然需要以极高的精度对准透镜71至73。通过将二维传感器37安装为与光学模块1C相距足够远，组装光学模块1A至1C的方法便能够如此精确地对准透镜71至73。
图24通过计算确定在透镜71至73偏离设计位置时的取决于透镜71至73的焦距的图像PR至PB的偏差。该计算假定二维传感器37设定为与透镜71至73相距1米。特征曲线G3至G5分别对应于透镜偏离其设计中心1μm、5μm和10μm的情况。从图24所示的计算可知，当透镜71至73的焦距短于1mm时，图像PR至PB与设计位置的实际偏差范围仅为几毫米。当透镜的焦距为5μm和/或10μm时，图像与设计位置的偏差则变得极大，并且在实际使用中这个偏差是不可接受的。从图24的计算可知，通过将二维传感器设定为与透镜相距至少1米的光学对准变得十分有用。
光学模块1C可以发射出复合光，复合光的近场图形可以视为圆形图形，即，光学模块1C可以被视为点光源。由于透镜71至73将红光、绿光和蓝光准直成大致平行的光束，因此只要将透镜4（在本发明的实施例1A至1C中，该透镜4由盖件3保持）设置在模块的光轴上，透镜4便可将复合光聚焦在其焦点上，这有利于复合光进入与光学模块1A至1C耦合的光纤中。此外，当盖件3或光学模块1A至1C没有透镜4时，从光学模块1A至1C输出的复合光可以用作平行光束。
在本发明的光学模块1C中，基座50可以由玻璃制成并且设置有用于定位光学元件的标记M1至M5。因为基座50由玻璃制成，透镜71至73同样可以由玻璃制成，并且子基座51至53也可以由玻璃制成，所以它们的热特性（通常为热膨胀系数）彼此类似，从而提高了模块的长期可靠性。
在组装本发明的光学组件10F和/或10Fa的方法中，特别是在将蓝色激光二极管43和第三透镜73组装在基座50上的过程中，蓝光LB的投射图像PB定位为使红光LR的投射点PR位于图像PB与绿光LG的图像PG之间，从而有利于蓝色激光二极管43和第三透镜73的对准。此外，光学组件10F和/或10Fa的结构使红色激光二极管41位于绿色激光二极管42与蓝色激光二极管43之间，这意味着复合光可以从靠近基座50的中心的位置射出。
参照图20，相对于红光LR的光轴，用于对准蓝色激光二极管43和第三透镜73的反射体34的位置与用于对准绿色激光二极管42和第二透镜72的反射体33的位置相反。因此，需要用两种方式设置反射体34，一种方式是使反射体34与红光LR的光轴成+45°的角度，而另一方式是使反射体34相对于红光LR的光轴成-45°的角度。另外，组装两个波长选择性滤波器81、82的过程需要准备两种类型的真空夹持器来保持各个波长选择性滤波器81、82，因为波长选择性滤波器81、82相对于光轴L成±45°的角度。光学组件10A至10E的上述实施例（绿色激光二极管42和蓝色激光二极管43安装在同一侧）可以简化这个过程，因为这个过程仅需准备一种用于对准绿色激光二极管42、蓝色激光二极管43、第二透镜72、第三透镜73的反射镜90和一种用于保持波长选择性滤波器81、82的夹持器。
（第六实施例）
图25是示出根据本发明的实施例的另一光学组件10G的透视图。除了图18至图22所示的最后一个光学组件10F的结构之外，光学组件10G还设置有反射复合光的反射镜58。光学组件10G的其它结构与上述光学组件10F的结构大致相同。
反射镜58安装在基座50的顶表面50r上并且设置有与图12和图13所示的光学组件10C、10D相同的倾斜表面58a。倾斜表面58a朝顶表面50r的法线方向反射复合光。倾斜表面58a的一个实例与顶表面50r成45°的角度。
与前述光学组件10C、10D类似，光学组件10G的激光二极管41至43和透镜71至73可以彼此精确地对准，使得在不增大组件的尺寸情况下，激光LR、LQ和LB的光轴可以彼此大致对准。
（第七实施例）
图26示出另一光学组件10H，光学组件10H的光学元件的结构是对光学组件10G的结构进行小幅改型而得到的。即，光学组件10H提供波长选择性滤波器81A、82A以代替在所有上述光学组件10A至10G中出现的两个波长选择性滤波器81、82。光学组件10H的特征在于三个激光二极管41至43安装在基座50上，但它们的光轴不彼此垂直。另外，光学组件10H还设置有将复合光的光轴偏转90°的反射镜58。
第一波长选择性滤波器81A（作为一种均堆叠在玻璃基板上多层膜）经由子基座54安装在基座50上。第一波长选择性滤波器81A的一个表面与第一透镜71光学耦合，而第一波长选择性滤波器81A的另一表面与第二透镜72光学耦合。第一波长选择性滤波器81A反射从红色激光二极管41发射出并且由第一透镜71进行准直的红光LR，而透射从绿色激光二极管42发射出并且由第二透镜72进行准直的绿光LG。第一波长选择性滤波器81A所反射的红光LR的光轴与透过第一波长选择性滤波器81A的绿光LG的光轴对准。反射光LR与透射光LG之间的关系与上述实施例10A至10G中的反射光LR与透射光LG之间的关系相反。即，上述实施例10A至10G在第一波长选择性滤波器81处透射红光LR而反射绿光LG。本实施例的第一波长选择性滤波器81A和两个激光二极管41、42的光学结构的一个特征在于：激光二极管41的光轴和激光二极管42的光轴成小于90°的夹角，并且第一波长选择性滤波器81A的反射面的法线相对于红色激光二极管41的光轴成小于45°的角度。
第二波长选择性滤波器82A也具有多层膜的类型并且经由子基座55安装在基座50上。与上述实施例10A至10G类似，第二波长选择性滤波器82A的一个表面与第一波长选择性滤波器81A光学耦合以反射被第一波长选择性滤波器81A复合在一起的红光LR和绿光LG，而第二波长选择性滤波器82A的另一表面与蓝色激光二极管43光学耦合。第二波长选择性滤波器82A反射复合光、透射蓝光LB、朝反射镜58输出含有红光LR、绿光LG、蓝光LB的复合光，这个结构同样与上述实施例10A至10G的结构（第二波长选择性滤波器82反射蓝光LB，而透射含有红光LR和绿光LG的复合光）相反。透过第二波长选择性滤波器82A的蓝光LB的光轴与含有红光LR和绿光LG的复合光的光轴对准。第二波长选择性滤波器82A在基座上设置为使其反射面的法线相对于来自第一波长选择性滤波器81A的复合光的光轴成小于45°的角度。第一波长选择性滤波器81A和第二波长选择性滤波器82A的这种结构能够实现激光二极管41至43和两个波长选择性滤波器81A、82A紧凑地安装在基座50上。
反射镜58安装在含有红光LR、绿光LG和蓝光LB的复合光的光轴上。与设置在上述实施例的光学组件10C、10D和10G中的反射镜类似，反射镜58设置有反射复合光的倾斜表面58a。在一个实例中，倾斜表面58a与基座50的顶表面50r成45°的角度，即，倾斜表面58a朝顶表面50r的法线方向反射入射光。本实施例的反射镜58与上述实施例的光学组件10C、10D和10G不同的特征在于：倾斜表面58a可以仅通过限制区域58b反射入射光。将限制区域58b设置为比含有红光LR、绿光LG和蓝光LB的复合光的场图形及其形状更窄以产生圆形场图形，由此限制区域所反射的光可以具有圆形图形。
发射可见光的激光二极管通常具有被称为脊型波导结构的构造。这种激光二极管发射具有椭圆形场图形的可见光，而椭圆形场图形的长轴与以平行于基准面50r的方式延伸的堆叠半导体层平行，并且即使可见光透过透镜71至73，也能保持这种椭圆形场图形。在倾斜表面58a上具有椭圆形平面形状的限制区域58b（即，限制区域58b的短轴以平行于基座50的顶表面50r的方式延伸）可以将椭圆形场图形转化成圆形图形。因此，具有长轴平行于基座50的顶表面50r的椭圆形场图形的含有红光LR、绿光LG和蓝光LB的复合光可以从光学组件10H输出为具有圆形场图形的复合光。
本实施例的光学组件10H设置有三个可见光激光二极管41至43和准直可见光的三个透镜71至73，并且激光二极管41至43和透镜71至73经由子基座51至53安装在基座50的顶表面50r上。因此，即使子基座51至53施加有过量的树脂来固定透镜71至73，也能够防止剩余的树脂渗出到相邻的透镜71至73。
（第八实施例）
图27示意性示出根据本发明的第八实施例的光学组件10J的平面图，图27省略了基座50、次安装基台61至63和子基座51至55。
光学组件10J还设置有附加的三个激光二极管41B、42B、43B、三个透镜71B、72B、73B、三个半波延迟器21至23和三个偏振合束器91至93。在前述实施例10A至10H中设置有三个激光二极管41A、42A、43A、三个透镜71A、72A、73A和两个波长选择性滤波器81、82。
红色激光二极管41B（作为第四激光二极管）发射出波长在红色范围内的红光LRB，例如，波长为与第一激光二极管41A的波长大致相同的640nm。红色激光二极管41B经由次安装基台61B安装在基座50上，次安装基台61B未在图27中示出并且独立于安装第一激光二极管41A的次安装基台61A。红光LRB的光轴垂直于从第一红色激光二极管41A发射出的第一红光LRA。
附加的绿色激光二极管42B（作为第五激光二极管）发射出波长在绿色范围内的光，即，波长为与本实施例的第二绿色激光二极管42A的波长大致相同的535nm。绿色激光二极管42B经由次安装基台62B安装在基座50上，次安装基台62B独立于第一绿色激光二极管42A的次安装基台62A。绿色激光二极管42B的绿光LGB的光轴垂直于第一绿色激光二极管42A的光轴。
第二蓝色激光二极管43B（作为第六激光二极管）发射出波长在蓝色范围内的光LBB，即，波长为与本实施例的第三激光二极管43A的波长大致相同的430nm。第二蓝色激光二极管43B经由次安装基台63B同样安装在基座50上，次安装基台63B独立于第一蓝色激光二极管43A的第三次安装基台63A。第二蓝色激光二极管43B的光轴垂直于第一蓝色激光二极管43A的第一蓝光LBA的光轴。
附加的透镜71B、72B、73B分别与附加的激光二极管41B、42B、43B光学耦合以准直分别从相应的激光二极管41B、42B、43B发射出的光LRB、LGB、LBB。附加的透镜71B、72B、73B同样经由相应的子基座51B、52B、53B安装在基座50上，子基座51B、52B、53B彼此独立并且独立于子基座51A、52A、53A、54和55。
半波延迟器21至23分别与附加的激光二极管41B、42B、43B光学耦合。半波延迟器21至23将来自激光二极管41B、42B、43B的光LRB、LGB、LBB的偏振方向旋转π/2（90°）。由此从相应的半波延迟器21至23输出的红光LRB、绿光LGB、蓝光LBB分别具有与红光LRA、绿光LGA、蓝光LBA的偏振方向垂直的偏振方向。
偏振合束器91至93的特性是：对p偏振光具有相对较大的反射率和相对较小的透射率，而对s偏振光具有相对较小的反射率和相对较大的透射率。因此，在光学组件10J的光学结构中，第一偏振合束器91对p偏振的红光LRA具有相对较大的透射率（而具有较小的反射率），而对s偏振的红光LRB具有相对较大的反射率（而具有较小的透射率）。在图27中，s偏振用圆点表示，而p偏振用箭头表示。类似的情况出现在绿光LGA、LGB的第二偏振合束器92和蓝光LBA、LBB的第三偏振合束器93中。因此，偏振合束器91至93输出组合光LRA+LRB、LGA+LGB和LBA+LBB。
第一波长选择性滤波器81将红光与绿光复合在一起。在本实施例中，红光包含两种成分（LRA和LRB），其中LRA和LRB的偏振方向彼此垂直。类似地，从第二偏振合束器92输出的绿光包含两种成分（LGA和LGB），LRA和LRB的偏振方向同样彼此垂直。第一波长选择性滤波器81优选地具有与偏振无关的透射率和与偏振无关的反射率。第一波长选择性滤波器81输出含有LRA、LRB、LGA、LGB成分的复合光。
第二波长选择性滤波器82将来自于第三偏振合束器93的蓝光与从第一波长选择性滤波器81输出的光线复合在一起。与第一波长选择性滤波器81类似，第二波长选择性滤波器82优选地具有与偏振无关的透射率和与偏振无关的反射率。第二波长选择性滤波器82输出含有LRA、LRB、LGA、LGB、LBA和LBB成分的复合光。
目前在市场上可以获得具有被称为边射型的结构的绿色激光二极管和蓝色蓝色激光二极管。当设置在光学组件10J中的所有激光二极管均具有边射型结构并且半导体层在激光二极管中的堆叠方向与基座50的顶表面50r垂直（即，半导体层的延伸方向与顶表面50r平行）时，从激光二极管发射出的光线的偏振方向均在与顶表面50r平行的虚拟平面内。通过半波延迟器21至23将激光二极管41B、42B、43B的偏振方向旋转π/2（90°）并且通过偏振合束器91至93组合两种光线LRA和LRB、LGA和LGB、LBA和LBB后，这样组合得到的光具有两倍于单个激光二极管41A、42A、43A发射出的光的强度。因此，最终从第二波长选择性滤波器82输出的含有LRA、LRB、LGA、LGB、LBA、LBB成分的复合光同样表现出其强度是上述光学组件10A至10H的强度的两倍。因此，本实施例的光学组件10J可以用在诸如悬挂式投影仪等需要较高强度的应用中。
此外，与上述光学组件10A至10H的结构类似，本光学组件10J经由彼此独立的各个子基座51A至53B将透镜71A至73B安装在基座50上。这些透镜71A至73B的这种结构能够有效防止施加在子基座51A至53B的顶部以固定透镜71A至73B的过量树脂渗出到相邻的子基座51A至53B。
虽然光学组件10J必然需要半波延迟器21至23，但是半波延迟器通常具有紧凑的尺寸。尽管增加了光学元件的数量，但仍然能够将基座50、150、250和光学组件10A至10J或安装有光学组件10A至10J的封装件的尺寸限制为远小于单独封装激光二极管41A至43B的情况。
（第一变型例）
图28示意性示出从图27所示的光学组件改型而得到的光学组件10K的光学结构。光学组件10与图27所示的光学组件10J的不同点在于：省略了其中一个红色激光二极管41B，但在光学组件10K中仍然配备有两个绿色激光二极管42A、42B和两个蓝色激光二极管43A、43B。
一些应用（主要是诸如头戴式显示器等消费类应用）的光源无需极好的相干性或单色性。更确切地说，极好的相干性必然伴随有对干扰光线的耐受性的降低，从而使显示的图像出现更大的闪烁。此外，与红光相比，绿光和/或蓝光中的闪烁变得更加明显。除了设置一个红光激光二极管41A以外，本光学组件10K的结构设置有通过组合两个激光二极管所发射出的光来弱化相干性（单色性）的两个绿色激光二极管42A、42B和两个蓝色激光二极管43A、43B。此外，市售绿色激光二极管和蓝色激光二极管通常表现出更小的输出强度。因此，除了设置一个红光激光二极管41A以外，改型的光学组件10K设置有多个绿光和蓝光激光二极管42A、42B、43A、43B，从而使各种光线处于同一强度水平。
（第二变型例）
图27和图28所示的光学组件10J、10K假定：两个红色激光二极管41A、41B发射出中心波长彼此相同的红光LRA、LRB；两个绿色激光二极管42A、42B发射出中心波长彼此相同的绿光LGA、LGB；两个蓝色激光二极管43A、43B发射出中心波长彼此相同的蓝光LBA、LBB。为了弱化红光、绿光、蓝光的相干性，两个红色激光二极管41A、41B优选地发射出中心波长彼此略微不同的红光LRA、LRB；两个绿色激光二极管42A、42B发射出中心波长彼此略微不同的绿光LGA、LGB；两个蓝色激光二极管43A、43B发射出中心波长彼此略微不同的蓝光LBA、LBB。具体而言，第一红色激光二极管41A发射出中心波长为640+αnm的光，而另一红色激光二极管41B发射出中心波长为640+βnm的光。将上述条件类似地应用于两个绿色激光二极管42A、42B和两个蓝色激光二极管43A、43B，对于绿色激光二极管42A、42B和蓝色激光二极管43A、43B而言，相对于中心波长的偏移波长α和β不必相等。这种适合激光二极管41A至43B的波长的结构可以有效地弱化相干性。
在前面的详细描述中，已经参照本发明的具体示例性实施例对本发明的方法和装置进行了描述。然而，显而易见的是，在不脱离更宽的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例做出各种修改和改变。因此，本说明书和附图是说明性的而非限制性的。

Claims (16)

1.一种用于组装具有红色激光二极管、绿色激光二极管、蓝色激光二极管、第一透镜、第二透镜、第三透镜和基座的光学组件的方法，所述基座用于安装所述红色激光二极管、所述绿色激光二极管、所述蓝色激光二极管、所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜，所述光学组件输出含有从所述红色激光二极管发射出的红光、从所述绿色激光二极管发射出的绿光和从所述蓝色激光二极管发射出的蓝光的复合光，所述方法包括如下步骤：
将所述红色激光二极管、所述绿色激光二极管、所述蓝色激光二极管中的第一激光二极管安装到所述基座的顶表面上，使得所述第一激光二极管发射出在透过所述第一透镜之后投射到虚拟平面上的第一投射点上的第一光线，所述虚拟平面布置为与所述基座间隔至少一米，所述第一投射点定位在与所述基座的所述顶表面相对应的线上；
将所述红色激光二极管、所述绿色激光二极管、所述蓝色激光二极管中除所述第一激光二极管之外的第二激光二极管安装到所述基座的所述顶表面上，使得所述第二激光二极管发射出在透过所述第二透镜之后投射到所述虚拟平面上的第二投射点上的第二光线，所述第二投射点定位在所述线上；
将所述红色激光二极管、所述绿色激光二极管、所述蓝色激光二极管中除所述第一激光二极管和所述第二激光二极管之外的第三激光二极管安装到所述基座的所述顶表面上，使得所述第三激光二极管发射出在透过所述第三透镜之后投射到所述虚拟平面上的第三投射点上的第三光线，所述第三投射点定位在所述线上；
在安装所述第二激光二极管之后，将第一波长选择性滤波器安装到所述基座的所述顶表面上，其中，所述第一波长选择性滤波器透射透过所述第一透镜的所述第一光线和透过所述第二透镜的所述第二光线中的一者，而反射透过所述第一透镜的所述第一光线和透过所述第二透镜的所述第二光线中的另一者，使得所述第一光线和所述第二光线中由所述第一波长选择性滤波器所反射的光线投射到所述虚拟平面上的投射有透过所述第一透镜的所述第一光线和透过所述第二透镜的所述第二光线中的另一光线的投射点上，所述第一波长选择性滤波器输出含有所述第一光线和所述第二光线的中间复合光；以及
将第二波长选择性滤波器安装到所述基座的所述顶表面上，其中，所述第二波长选择性滤波器透射所述中间复合光和透过所述第三透镜的所述第三光线中的一者，而反射所述中间复合光和透过所述第三透镜的所述第三光线中的另一者，使得所述中间复合光和所述第三光线中由所述第二波长选择性滤波器所反射的光线投射到投射有所述中间复合光和所述第三光线中透过所述第二波长选择性滤波器的另一光线的投射点上，所述第二波长选择性滤波器输出所述复合光。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，在所述基座上安装所述第三激光二极管之前安装所述第一波长选择性滤波器。
3.根据权利要求1所述的方法，
其中，将所述第二波长选择性滤波器安装为使所述第二波长选择性滤波器与所述第一波长选择性滤波器大致平行。
4.根据权利要求3所述的方法，
其中，在所述基座上将所述第三激光二极管安装为使所述第三投射点相对于所述第一投射点位于与所述第二投射点相同的一侧。
5.根据权利要求1所述的方法，
其中，在所述基座上将所述第三激光二极管安装为使所述第三投射点相对于所述第一投射点位于与所述第二投射点相反的位置。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中，将所述第二波长选择性滤波器安装为使所述第二波长选择性滤波器与所述第一波长选择性滤波器成直角。
7.一种输出含有红光、绿光和蓝光的复合光的光学模块，包括：
第一激光二极管，其发射出所述红光；
第二激光二极管，其发射出所述绿光；
第三激光二极管，其发射出所述蓝光；
第一透镜，其准直从所述第一激光二极管发射出的所述红光，以生成准直红光，所述第一透镜安装在基座上；
第二透镜，其准直从所述第二激光二极管发射出的所述绿光，以生成准直绿光，所述第二透镜安装在所述基座上；
第三透镜，其准直从所述第三激光二极管发射出的所述蓝光，以生成准直蓝光，所述第三透镜安装在所述基座上；
封装件，其封装所述第一激光二极管、所述第二激光二极管、所述第三激光二极管、所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜；
第一波长选择性滤波器，其反射所述准直红光和所述准直绿光中的一者，而透射所述准直红光和所述准直绿光中的另一者，以生成含有光轴彼此对准的所述准直红光和所述准直绿光的中间复合光；
第二波长选择性滤波器，其反射所述中间复合光和所述准直蓝光中的一者，而透射所述中间复合光和所述准直蓝光中的另一者，其中，所述第二波长选择性滤波器输出含有光轴彼此对准的所述准直红光、所述准直绿光和所述准直蓝光的复合光；以及
反射镜，其朝垂直于所述基座的方向反射所述复合光，所述反射镜安装在所述基座上，
其中，所述准直红光、所述准直绿光和所述准直蓝光与所述光学模块的光轴对准以生成为所述复合光，
所述红光、所述绿光和所述蓝光均具有椭圆形的远场图形，并且
所述反射镜设置有用于反射所述复合光的限制区域，在所述限制区域所反射的所述复合光具有圆形的远场图形。
8.根据权利要求7所述的光学模块，
其中，所述封装件是CAN封装件。
9.根据权利要求8所述的光学模块，
其中，所述CAN封装件包括盖件和芯柱，所述芯柱具有从所述芯柱上突出的基块，所述盖件和所述芯柱气密性地封装所述第一激光二极管、所述第二激光二极管、所述第三激光二极管、所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第一波长选择性滤波器和所述第二波长选择性滤波器，所述基座安装在所述基块的侧面上，并且
所述复合光朝垂直于所述芯柱的方向输出。
10.根据权利要求9所述的光学模块，
其中，所述第一激光二极管、所述第二激光二极管和所述第三激光二极管安装在所述基座上。
11.根据权利要求9所述的光学模块，
其中，所述第一激光二极管、所述第二激光二极管和所述第三激光二极管安装在所述基块的所述侧面上。
12.根据权利要求9所述的光学模块，
其中，所述基块在所述基块的所述侧面中设置有凹部，所述基座安装在所述凹部内。
13.根据权利要求7所述的光学模块，
其中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第一波长选择性滤波器和所述第二波长选择性滤波器经由各自的子基座安装在所述基座上。
14.一种输出含有红光、绿光和蓝光的复合光的光学模块，包括：
第一激光二极管，其发射出所述红光；
第二激光二极管，其发射出所述绿光；
第三激光二极管，其发射出所述蓝光；
第一透镜，其准直从所述第一激光二极管发射出的所述红光，以生成准直红光，所述第一透镜安装在基座上；
第二透镜，其准直从所述第二激光二极管发射出的所述绿光，以生成准直绿光，所述第二透镜安装在所述基座上；
第三透镜，其准直从所述第三激光二极管发射出的所述蓝光，以生成准直蓝光，所述第三透镜安装在所述基座上；
封装件，其封装所述第一激光二极管、所述第二激光二极管、所述第三激光二极管、所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜；
第一波长选择性滤波器，其反射所述准直红光和所述准直绿光中的一者，而透射所述准直红光和所述准直绿光中的另一者，以生成含有光轴彼此对准的所述准直红光和所述准直绿光的中间复合光；
第二波长选择性滤波器，其反射所述中间复合光和所述准直蓝光中的一者，而透射所述中间复合光和所述准直蓝光中的另一者，其中，所述第二波长选择性滤波器输出含有光轴彼此对准的所述准直红光、所述准直绿光和所述准直蓝光的复合光；
第四激光二极管和第五激光二极管；
第一半波延迟器和第二半波延迟器；以及
第一偏振合束器和第二偏振合束器，
其中，所述准直红光、所述准直绿光和所述准直蓝光与所述光学模块的光轴对准以生成为所述复合光，
所述第四激光二极管发射出绿光，所述第五激光二极管发射出蓝光，所述第一半波延迟器将从所述第四激光二极管发射出的绿光的偏振方向旋转90°，所述第二半波延迟器将从所述第五激光二极管发射出的蓝光的偏振方向旋转90°，所述第一偏振合束器将所述准直绿光与从所述第一半波延迟器输出的绿光组合在一起，以生成第一组合光，所述第二偏振合束器将所述准直蓝光与从所述第二半波延迟器输出的蓝光组合在一起，以生成第二组合光，并且
所述第一波长选择性滤波器将所述准直红光与所述第一组合光复合在一起，以生成中间复合光，并且所述第二波长选择性滤波器将所述中间复合光与所述第二组合光复合在一起，以生成所述复合光。
15.根据权利要求14所述的光学模块，
其中，从所述第二激光二极管发射出的绿光具有与从所述第四激光二极管发射出的绿光的波长不同的波长，并且从所述第三激光二极管发射出的蓝光具有与从所述第五激光二极管发射出的蓝光的波长不同的波长。
16.根据权利要求14所述的光学模块，
还包括第六激光二极管、第三半波延迟器和第三偏振合束器，
其中，所述第六激光二极管发射出红光，所述第三半波延迟器将从所述第六激光二极管发射出的红光的偏振方向旋转90°，所述第三偏振合束器将所述准直红光与从所述第三半波延迟器输出的红光组合在一起，以生成第三组合光，并且
所述第一波长选择性滤波器将所述第三组合光与所述第一组合光复合在一起。
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