CN109716207A - 光扫描用控制装置及视网膜扫描型投影装置 - Google Patents

光扫描用控制装置及视网膜扫描型投影装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供具备抑制向激光模块传递热的构造和使激光模块的热散发的散热构造的光扫描用控制装置及视网膜扫描型投影。本发明的光扫描用控制装置(10)是将与图像信号相对应的激光光束作为图像光射出的光扫描用控制装置，其具有：金属制的壳体(11)；激光模块(125)，其抵接在壳体的底座部(11a)上，并且配置于壳体内的一侧，且射出激光光束；电源部(16)，其在壳体内配置于与上述激光模块相反的一侧；以及电路基板(12)，其具有配置于与激光模块的底座部侧相反的一侧的使图像光从激光模块射出的热源部件(IC芯片14)，热源部件(14)配置于与激光模块相反的一侧的面且避开了激光模块的正上方位置的位置。

Description

光扫描用控制装置及视网膜扫描型投影装置
技术领域
本公开涉及光扫描用控制装置及视网膜扫描型投影装置。
背景技术
已知通过从激光模块发出的激光光束形成图像光的光扫描用控制装置。作为具备光扫描用控制装置的显示装置的一例，众所周知视网膜扫描型投影装置。视网膜扫描型投影装置是通过将基于图像数据的图像光投影至使用者的视网膜上而以不对使用者的水晶体的功能产生影响的方式使使用者视觉确认图像数据表现的图像的投影装置(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－53323号公报
发明内容
发明所要解决的课题
另外，就搭载于光扫描用控制装置的激光模块而言，已知了不耐热若被暴露于高热，则恐怕会产生激光光束的劣化、响应性的恶化等问题。另外，激光模块是热源部件之一。
但是，在视网膜扫描型投影装置中，大多为考虑抑制来自IC芯片等其它热源部件的热向激光模块传递的构造、有效地散发激光模块本身的热的构造。
尤其是在具备光扫描用控制装置的视网膜扫描型投影装置中，光扫描用控制装置为使用者携带的部件，因此期望有效地散热的构造。
需要具备抑制向激光模块传递热的构造和使激光模块的热散发的散热构造的光扫描用控制装置及视网膜扫描型投影装置。
用于解决课题的方案
根据本发明的一方案，提供一种光扫描用控制装置，其将与图像信号相对应的激光光束作为图像光射出，该光扫描用控制装置具有：
金属制的壳体；
激光模块，其抵接在上述壳体的底座部上，并且配置于上述壳体内的上述壳体的长边方向的一侧，且射出上述激光光束；
电源部，其在上述壳体内配置于与配置上述激光模块的上述一侧在上述长边方向上相反的一侧；以及
电路基板，其是电子回路，具有配置于与上述电路基板的第一面相反的一侧的上述电路基板的第二面上的使上述图像光从上述激光模块射出的热源部件，上述电路基板的上述第一面是与上述激光模块对置的面，
上述热源部件配置于第一位置，上述第一位置是与和上述激光模块对置的上述第一面相反的一侧的上述第二面上的位置，且在上述电路基板上避开了上述激光模块的正上方的第二位置。
根据本发明的另一方案，提供一种视网膜扫描型投影装置，其具有：
光扫描用控制装置，其将与图像信号相对应的激光光束作为图像光射出的光扫描用控制装置；以及
头戴部，其具备光扫描部，该光扫描部将从上述光扫描用控制装置射出的上述图像光朝向使用者的视网膜射出，
上述视网膜扫描型投影装置中，上述光扫描用控制装置具有：
金属制的壳体；
激光模块，其抵接在上述壳体的底座部上，并且配置于上述壳体内的上述壳体的长边方向的一侧，且射出上述激光光束；
电源部，其在上述壳体内配置于与配置上述激光模块的上述一侧在上述长边方向上相反的一侧；以及
电路基板，其具有配置于与上述电路基板的第一面相反的一侧的上述电路基板的第二面上的使上述图像光从上述激光模块射出的热源部件，上述电路基板的上述第一面是与上述激光模块对置的面，
上述热源部件配置于第一位置，上述第一位置是与和上述激光模块对置的上述第一面相反的一侧的上述第二面上的位置，且在上述电路基板上避开了上述激光模块的正上方的第二位置。
发明的效果
根据公开的技术，能够提供具备抑制向激光模块传递热的构造和使激光模块的热散发的散热构造的光扫描用控制装置及视网膜扫描型投影。
附图说明
图1是表示应用实施方式的光扫描用控制装置的视网膜扫描型投影装置的概略结构的图。
图2是说明实施方式的视网膜扫描型投影装置的图。
图3是说明本实施方式的光扫描用控制装置的内部结构的透过光扫描用控制装置的内部的侧视图。
图4A是表示图3所示的光扫描用控制装置的将电路基板和电源部卸下后的状态的俯视图。
图4B是示例图3所示的光扫描用控制装置的内部结构的俯视图。
图5是说明另一实施方式的光扫描用控制装置的内部结构的透过光扫描用控制装置的内部的侧视图。
图6A是说明另一实施方式的光扫描用控制装置的变形例1的透过光扫描用控制装置的内部的侧视图。
图6B是示例图6A所示的光扫描用控制装置的壳体的盖部的背面侧的结构的图。
图7是说明实施方式的光扫描用控制装置的变形例2的图。
具体实施方式
[实施方式]
以下，参照图2，对应用实施方式的光扫描用控制装置的视网膜扫描型投影装置进行说明。图1是表示本实施方式的视网膜扫描型投影装置的概略结构的图。
本实施方式的视网膜扫描型投影装置1是利用了麦克斯韦观察法的视网膜扫描型头戴式显示器。麦克斯韦观察法是指如下方法：使基于图像数据的图像光(以下，也称为图像用光线)临时聚焦于瞳孔的中心，然后投影至视网膜上，从而以不影响使用者的水晶体的功能的方式使使用者视觉确认图像数据表现的图像。
对视网膜扫描型投影装置1的整体结构进行说明。如图1所示，具有光扫描用控制装置10、传送线缆20、以及头戴部HM。
光扫描用控制装置10为可收纳于使用者的衣服的口袋等而携带的程度的大小，且将与图像信号相应的强度的激光光束作为图像光而输出。光扫描控制装置10的详情后面叙述。
传送线缆20将从光扫描用控制装置10射出的图像光传送至光扫描部30。
头戴部HM包含光扫描部30、眼镜型框40以及拍摄单元50。
光扫描部30将由传送线缆20传送来的图像光通过扫描而照射至使用者的眼球(视网膜)，从而使图像光表示的图像投影至使用者的视网膜上。
眼镜型框40构成为可佩戴于使用者的头部。拍摄单元50具有照相机等。光扫描部30及拍摄单元50配备于眼镜型框40上。
在此，图像光是基于成为通过光扫描部30向使用者的视网膜上投影的图像的来源的信息而生成的光。成为图像的来源的信息可以是文字、数字等编码，也可以是图像。
光扫描用控制装置10具备使用者可操作的壳体11、电路基板12、以及操作部13。操作部13设于壳体11的侧面部。操作部13具有电源13a、相位转换部13b、以及调整图像的大小的调整部13c等。电路基板12收纳于壳体11内，搭载有用于实现光扫描用控制装置10的动作的多个IC芯片14。
在光扫描用控制装置10设有外部输入端子15(参照图2)。光扫描用控制装置10经由外部输入端子15进行从未图示的个人计算机等外部设备发送的内容信息等的接收。此外，内容信息是向使用者的视网膜投影的信息，例如，为文字、图像、动画等。具体而言，内容信息例如为在个人计算机等使用的文字文件、图像文件、动画文件等。
本实施方式的光扫描用控制装置10为可供来自两个系统的图像信号输入的结构。一个是从拍摄单元50输入的图像信号，另一个是从外部设备输入的图像信号。
根据上述的点，本实施方式的操作部13具有选择开关(未图示)，所述选择开关供使用者选择是将来自拍摄单元50的图像信号投影至视网膜，还是将来自外部设备的图像信号投影至视网膜。
图2是说明第一实施方式的视网膜扫描型投影装置的图。图2中示出了头戴部HM的结构和安装于电路基板12的电路块。
首先，对头戴部HM进行说明。
本实施方式的头戴部HM具备光扫描部30、微机电系统(Micro ElectroMechanical System，MEMS)接口部42、拍摄单元50、光学系部60。
光扫描部30例如是微机电系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)镜头。光扫描部30例如配置于眼镜型框40的腿41。光扫描部30将从后述的激光模块125射出的图像光基于驱动控制信号在水平方向及垂直方向上扫描。驱动控制信号从后述的MEMS驱动器123输出。
另外，作为扫描图像光而向眼球G的视网膜G1投影图像的方法，能够实施从投影图像的区域的左上向右下高度扫描光而显示图像的方法(例如，光栅扫描)。
从光扫描部30射出的图像光通过光学系部60而聚焦，并向视网膜G1投影。此外，光学系部60也可以配置于眼镜型框40的透镜部。
MEMS接口部42探测光扫描部30(MEMS镜头)的动作(振角)，并向后述的主控制部121输出与光扫描部30的倾度相应的动作信息(动作信号)。此外，本实施方式的MEMS接口部42可以具有温度传感器(未图示)，探测探测光扫描部30的温度，并将温度信息输出至主控制部121。
本实施方式的拍摄单元50包含拍摄装置51和照相机接口部52。
拍摄装置51是包含互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)图象传感器等图像传感器的照相机。照相机接口部52将从拍摄装置51输出的照相机的图像信号输出至后述的主控制部121。
接下来，对光扫描用控制装置10的电路基板12的电路块进行说明。
在电路基板12安装有主控制部121、激光控制部122、MEMS驱动器123、激光驱动器124、激光模块(光源)125。
主控制部121由中央处理器(Central Processing Unit，CPU)等处理器以及随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)及只读存储器(Read Only Memory，ROM)等实现。在主控制部121输入有从拍摄单元50输出的照相机的图像信号和经由外部输入端子15从外部设备输出的内容信息(图像信号)这两个系统的图像信号。主控制部121进行输入的图像信号的处理和光扫描部30(MEMS镜头)的驱动控制。
另外，主控制部121基于从MEMS接口部42取得的光扫描部30的动作信息、温度信息等控制光扫描部30(MEMS镜头)的驱动和激光模块125的图像光的射出。
主控制部121向MEMS驱动器123输出对光扫描部30的驱动进行控制的驱动控制信号。MEMS驱动器123向光扫描部30输出接收到的驱动控制信号。
另外，主控制部121向激光驱动器124输出被输入的图像信号。激光驱动器124基于图像信号生成对激光光束的点亮及熄灭进行控制的射出控制信号，并向激光模块125输出所生成的射出控制信号。
激光控制部122由CPU等处理器以及RAM及ROM等实现。激光控制部122当从操作部13被输入电源ON信号、放大信号或缩小信号等时，向激光模块125输出与信号相应的控制信号。此外，当操作部13的选择开关接受两个系统的图像信号中的任意的图像信号的选择时，本实施方式的激光控制部122根据选择向激光模块125输出控制信号。
激光模块125响应来自主控制部121的指示，例如，向光扫描部30输出(射出)单一或多个波长的激光光束L。该激光光束L是用于将图像投影至用户的眼球G的视网膜G1的图像用光线。此外，从激光模块125射出的激光光束L经由传送线缆20向光扫描部30传送。
激光模块125例如射出红色激光光束(波长：610nm～660nm左右)、绿色激光光束(波长：515nm～540nm左右)、以及蓝色激光光束(波长：440nm～480nm左右)。射出红色、绿色、以及蓝色激光光束。本实施方式的激光模块125例如由集成了RGB(红、绿、蓝)各自的激光二极管芯片、三色合成设备、以及微准直透镜的光源等来实现。
另外，激光模块125具备光量传感器125a、温度传感器125b。光量传感器125a探测激光模块125的各激光二极管的光量，并将探测到的光量信息向激光控制部122输出。温度传感器125b探测激光模块125的各激光二极管的温度，并将探测到的温度信息向激光控制部122输出。
激光控制部122基于从光量传感器125a取得的光量信息生成对激光模块125的各激光二极管的光量进行控制的信号，并向激光模块125输出。于是，能够适当地控制向视网膜G1投影的图像的亮度。
＜光扫描用控制装置＞
接下来，参照图3、图4，对光扫描用控制装置10进行说明。图3是说明本实施方式的光扫描用控制装置的内部结构的透过光扫描用控制装置10的内部的侧视图。图4A是表示图3所示的光扫描用控制装置10的卸下电路基板12和电源部16的状态的俯视图。图4B是示例图3所示的光扫描用控制装置10的内部结构的俯视图。此外，在图4A及图4B中，为了便于说明，示出了卸下壳体11的盖部11c的状态。
光扫描用控制装置10具备使用者可操作的金属制的壳体11。使用的金属例如为铝、铜、铁等。壳体11具有底座部11a、侧面部11b、盖部11c，且在内部形成有空间K。壳体11俯视呈矩形状，但壳体11的形状不限定于矩形状。此外，在侧面部11b中，将位于图示上的左侧(箭头X2侧)的侧面部11b标记为侧面部11b1，将位于右侧(箭头X1侧)的侧面部11b标记为侧面部11b2。
在壳体11的空间K内，具有电路基板12、电源部16、激光模块125、作为蓄电装置的蓄电池17、成为热源的多个IC芯片14。
如上所述，激光模块125是射出激光光束的部件，其本身为热源部件。本实施方式的激光模块125抵接在壳体11的底座部11a上。因此，激光模块125发出的热直接向金属制的壳体11传递，通过壳体11散热。
另外，本实施方式的激光模块125配置为在壳体11内靠底座部11a的壳体11的长边方向(图3的X1－X2方向)的一侧。图示例的激光模块125在壳体11的长边方向上配置于壳体11的侧面部11b1附近(箭头X2侧)。
在电路基板12搭载有多个成为热源部件的IC芯片14。电路基板12配置于与激光模块125的底座部11a侧在图3的铅垂方向(Y1－Y2方向)上的相反的侧(上面侧、箭头Y1侧)。电路基板12形成为比激光模块125大的矩形状。因此，配置成，在激光模块125的图3的铅垂方向的正上方位置存在电路基板12的一侧端部(箭头X2侧)的一部分。
在本实施方式的电路基板12中，多个IC芯片14配置于与电路基板12的第一面相反的一侧的上述电路基板12的第二面(上表面)且在上述电路基板12中配置于避开了激光模块125的正上方的第二位置的第一位置，上述电路基板12的第一面是电路基板12的与激光模块125对置的面。即，为能够将作为热源部件的IC芯片14的热向激光模块125传递的情况抑制为最小限度的配置结构。因此，能够防止因激光模块125暴露于高热而产生激光光束的劣化、响应性的恶化等问题。
电源部16配置于电路基板12的与接近配置激光模块125的侧面部11b1在壳体11的长边方向上相反的一侧的侧面部11b2附近(箭头X1侧)。
蓄电池17对电源部16进行电源供给。蓄电池17配置于底座部11a和电路基板12的与激光模块125对置的第一面之间，且配置于与激光模块125在壳体11的长边方向上相邻的位置。蓄电池17本身是热源部件。因此，本实施方式的蓄电池17优选抵接在壳体11的底座部11a。一般地，已知蓄电池17不耐热，但是，本实施方式的蓄电池17抵接于壳体11的底座部11a，能够经由壳体11将蓄电池17的热向外部散发。另外，配置于与蓄电池17的底座部11a侧在图3的铅垂方向(Y1－Y2方向)上相反的侧(上侧、箭头Y1侧)的电路基板12未在与蓄电池17对置的第一面配置成为热源部件的IC芯片14，因此，为能够将IC芯片14的热向蓄电池17传递的情况抑制为最小限度的配置结构。
一般的蓄电池17在该蓄电池17的短边方向的侧面安装有具有厚度的作为保护电路的保护IC。因此，收纳蓄电池17所需的厚度对保护IC18的厚度产生影响。但是，在本实施方式的蓄电池17未安装保护IC18。本实施方式的保护IC安装配置于电源部16。因此，通过使用薄型的蓄电池17，能够使收纳蓄电池17所需的厚度形成为最小限度，从而将壳体11小型化。
IC芯片14例如按照图4B所示的配置实施。成为热源部件的IC芯片14例如为激光驱动器、高清多媒体接口(High-Definition Multimedia Interface，HDMI(注册商标))接收器、失真校正电路、模拟数字转换器(ADC)、主控制装置、激光控制装置等。
此外，图示例的电路基板12和电源部16做成可装卸地分割的结构，但是也可以以一体化的结构实施。
[其它实施方式]
接下来，参照图5，对另一实施方式的光扫描用控制装置10进行说明。图5是说明另一实施方式的光扫描用控制装置10的内部结构的透过了光扫描用控制装置10的内部的侧视图。另外，本实施方式的光扫描用控制装置10具有与上述的实施方式大致相同的结构，因此省略共通的事项的说明。
本实施方式的光扫描用控制装置10与其它实施方式的不同点在于，热传递部件19介于多个IC芯片14和/或保护IC18与壳体11的盖部11c的背面之间。热传递部件19是硅系的散热片。热传递部件19也可以是散热油脂、石墨板。
热传递部件19以与IC芯片14(包含保护IC18)的上表面和盖部11c的背面分别接触的方式设置。因此，热传递部件19能够将IC芯片14及保护IC18发出的热向壳体11传递而从壳体11散发。因此，热传递部件19能够将从IC芯片14及保护IC18向激光模块传递的热抑制为最小限度。
(变形例1)
接下来，参照图6A及图6B，对上述的实施方式的光扫描用控制装置10的变形例1进行说明。图6A是说明上述的实施方式的光扫描用控制装置10的变形例1的透过光扫描用控制装置10的内部的侧视图。图6B是示例图6A所示的光扫描用控制装置10的壳体11的盖部11c的背面侧的结构的图。
在图5所说明的热传递部件19的热传递率比壳体11的金属低。因此，在变形例1中，构成为，在壳体11的盖部11c的背面形成有朝向内方(箭头Y2方向)突起的突部11d，在突部11d与IC芯片14之间夹设有热传递部件19。突部11d由与壳体11相同的金属构成。
通过上述结构，能够使热传递率较低的热传递部件19的厚度减薄。因此，能够将IC芯片14及保护IC18发出的热通过低的热阻向壳体11侧传递，从而提高壳体11的散热力。
此外，本实施方式的突部11d优选对应所有的IC芯片14设置，但是也可以如图6B所示地特别地对发热量高的IC芯片14，设置相应的位置、形状以及数量。图6B所示的突部11d形成为对应于多个IC芯片14中的HDMI接收器、失真校正电路、模拟数字转换器(ADC)、主控制装置这四个IC芯片。
(变形例2)
图7是说明上述的实施方式的光扫描用控制装置10的变形例2的图。
在本实施方式的光扫描用控制装置10的变形例2中，在壳体11的外周面设有散热翅片部11f。于是，能够提高壳体11的散热效率。散热翅片部11f也可以是通常使用的散热片那样的翅片。
以上，通过各实施方式对光扫描用控制装置及视网膜扫描型投影装置进行了说明。但是，本发明的光扫描用控制装置及视网膜扫描型投影装置不限定于上述实施方式，在本发明的范围中能够进行各种变形及改良。
本申请基于2016年9月28日申请的日本国专利申请第2016－190213号主张优先权，并将其全部内容并入本申请。
符号说明
1—视网膜型光扫描装置，10—光扫描用控制装置，11—壳体，11a—底座部，11c—盖部，11d—突部，11f—散热翅片部，12—电路基板，121—主控制部，122—激光控制部，123—MEMS驱动器，124—激光驱动器，125—激光模块，13—操作部，14—IC芯片(热源部件)，15—外部输入端子，16—电源部，17—蓄电池(蓄电装置)，18—保护IC(保护电路部)，19—热传递部件，20—传送线缆，30—光扫描部，40—眼镜型框，42—MEMS接口部，50—拍摄单元，51—拍摄装置，52—照相机接口部，60—光学系部，G—眼球，G1—视网膜，L—激光光束，HM—头戴部。

Claims (8)

1.一种光扫描用控制装置，其将与图像信号相对应的激光光束作为图像光射出，
上述光扫描用控制装置的特征在于，具有：
金属制的壳体；
激光模块，其抵接在上述壳体的底座部上，并且配置于上述壳体内的上述壳体的长边方向的一侧，且射出上述激光光束；
电源部，其在上述壳体内配置于与配置上述激光模块的上述一侧在上述长边方向上相反的一侧；以及
电路基板，其具有配置于与上述电路基板的第一面相反的一侧的上述电路基板的第二面上的使上述图像光从上述激光模块射出的热源部件，上述电路基板的上述第一面是与上述激光模块对置的面，
上述热源部件配置于第一位置，上述第一位置是与和上述激光模块对置的上述第一面相反的一侧的上述第二面上的位置，且在上述电路基板上避开了上述激光模块的正上方的第二位置。
2.根据权利要求1所述的光扫描用控制装置，其特征在于，
还具有对上述电源部进行电源供给的蓄电装置，
上述蓄电装置在上述长边方向上的上述电路基板的上述激光模块侧且与上述激光模块相邻配置，
上述蓄电装置的保护电路部配置于上述电源部。
3.根据权利要求2所述的光扫描用控制装置，其特征在于，
在上述热源部件和/或上述保护电路部与上述壳体的盖部之间夹设有热传递部件。
4.根据权利要求3所述的光扫描用控制装置，其特征在于，
上述热传递部件是散热片、散热油脂、或者石墨板。
5.根据权利要求3所述的光扫描用控制装置，其特征在于，
在上述壳体的上述盖部的背面形成有向上述壳体的内侧突起的突部，
在上述突部与上述热源部件和/或上述保护电路部之间设有上述热传递部件。
6.根据权利要求1所述的光扫描用控制装置，其特征在于，
上述壳体在外周面具有散热翅片。
7.根据权利要求1所述的光扫描用控制装置，其特征在于，
上述电路基板和上述电源部被一体化。
8.一种视网膜扫描型投影装置，其具有：
光扫描用控制装置，其将与图像信号相对应的激光光束作为图像光射出；以及
头戴部，其具备光扫描部，该光扫描部将从上述光扫描用控制装置射出的上述图像光朝向使用者的视网膜射出，
上述视网膜扫描型投影装置的特征在于，
上述光扫描用控制装置具有：
金属制的壳体；
激光模块，其抵接在上述壳体的底座部上，并且配置于上述壳体内的上述壳体的长边方向的一侧，且射出上述激光光束；
电源部，其在上述壳体内配置于与配置上述激光模块的上述一侧在上述长边方向上相反的一侧；以及
电路基板，其具有配置于与上述电路基板的第一面相反的一侧的上述电路基板的第二面上的使上述图像光从上述激光模块射出的热源部件，上述电路基板的上述第一面是与上述激光模块对置的面，
上述热源部件配置于第一位置，上述第一位置是与和上述激光模块对置的上述第一面相反的一侧的上述第二面上的位置，且在上述电路基板上避开了上述激光模块的正上方的第二位置。
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