CN110873965A - 图像投射光学组件和头戴式显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供将在图像生成元件等产生的热有效地散热、同时抑制头戴式显示器的壳体的头部侧的温度上升的头戴式显示器用的图像投射光学组件,该图像投射光学组件包括图像生成元件和图像显示部,能够将所述图像生成元件的图像显示于所述图像显示部,并且包括与所述图像生成元件热连接的连结部件,在所述连结部件的前部具有用于散热的前部散热部,其中,所述前部是以使用者佩戴着头戴式显示器的壳体的状态下的使用者的视线的方向为前方向,并且所述头戴式显示器包括该图像投射光学组件。
Description
技术领域
本发明涉及头戴式显示器中使用的图像投射光学组件和头戴式显示器。
背景技术
作为在佩戴于使用者的头部的状态下显示字符和影像等信息的装置,已知有头戴式显示器。头戴式显示器由包括光源、图像生成元件和图像显示部的图像投射光学组件以及控制电路、电池和收纳它们的壳体等构成。伴随着显示的图像的高精细化、高亮度化和与外部进行通信的信息量的增加,装置的发热量存在增加的趋势,从而要求对发热量的增加引起的装置的温度上升进行抑制。
作为本技术领域的背景技术,在日本特开2016-39520号公报(专利文献1)中,记载有显示面板被支承于面板架,面板架的上板部借助导热胶与腿部的下表面粘接,由此在显示面板产生的热通过面板架传导至腿部,向外部散出。(参照权利要求6)
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2016-39520号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
由于头戴式显示器佩戴在头部,所以要求其不仅要将来自光源和图像生成元件的热有效地向外部散热,而且要抑制与头部接触或者接近的壳体的温度上升。特别是头戴式显示器的壳体的头部侧在使用中总是与头部接触或者接近,因此温度上升对人体的影响大。另一方面,头戴式显示器的壳体的外表面侧虽然有时用手触摸,但是其时间有限,与头部侧相比较温度上升在一定程度上可以接受。因此,提高来自光源和图像生成元件的热的散热性并且抑制头戴式显示器的壳体的头部侧的温度上升很重要。
在上述专利文献1中,虽然能够将在显示面板产生的热传导至腿部而降低显示面板的温度,但是未考虑到与头部接触的腿部的温度上升的抑制。
本发明的目的在于提供将在图像生成元件等产生的热有效地散热,同时抑制头戴式显示器的壳体在头部侧的温度上升的头戴式显示器用的图像投射光学组件。
用于解决技术问题的技术方案
列举用于达到上述目的本发明的“图像投射光学组件”的一个例子如下:
在包括图像生成元件和图像显示部,能够将上述图像生成元件的图像显示于上述图像显示部的图像投射光学组件中,包括与所述图像生成元件热连接的连结部件,在所述连结部件的前部具有用于散热的前部散热部,其中,所述前部是以使用者佩戴着头戴式显示器的壳体的状态下的使用者的视线的方向为前方向,并且所述头戴式显示器包括该图像投射光学组件。
发明的效果
根据本发明,能够提供能够通过将在图像投射光学组件的图像生成元件等产生的热散热至头戴式显示器的壳体的前部而降低传导至头戴式显示器的壳体的头部侧的热,抑制头戴式显示器的壳体的头部侧的温度上升的头戴式显示器用的图像投射光学组件。
附图说明
图1是表示使用本发明的实施例1的图像投射光学组件的头戴式显示器的外观的立体图。
图2是本发明的实施例1的图像投射光学组件的立体图。
图3是本发明的实施例1的图像投射光学组件的分解立体图。
图4是本发明的实施例1的图像投射光学组件中的光路的说明图。
图5是本发明的实施例1的图像投射光学组件和使用它的头戴式显示器的截面图。
图6是现有例的图像投射光学组件和使用它的头戴式显示器的截面图。
图7是本发明的实施例2的图像投射光学组件和使用它的头戴式显示器的截面图。
图8是本发明的实施例3的图像投射光学组件和使用它的头戴式显示器的截面图。
图9是本发明的实施例4的图像投射光学组件和使用它的头戴式显示器的截面图。
图10是本发明的实施例5的图像投射光学组件的立体图。
图11是本发明的实施例5的图像投射光学组件和使用它的头戴式显示器的截面图。
图12是表示本发明的实施例5的图像投射光学组件中的散热部的其它形状的图。
具体实施方式
以下,使用附图说明本发明的实施例。其中,在用于说明实施例的各图中,对相同的构成要素尽量标注相同的名称、附图标记,省略重复的说明。
[实施例1]
图1是表示使用本发明的实施例1的图像投射光学组件的头戴式显示器1的外观的立体图。头戴式显示器1由在内部具有后述的图像投射光学组件的壳体2、佩戴于头戴式显示器1的使用者的头部的头部佩戴部3、覆盖使用者的眼睛的前方的前护罩4构成。在壳体2、头部佩戴部3的内部,收纳有未图示的控制电路及电池。另外,在使用者佩戴着头戴式显示器1的状态下,以使用者的头顶部侧为上方,以使用者的视线的方向为前方,以其相反侧的后方为头部侧。
图2是头戴式显示器1的壳体2中设置的图像投射光学组件10的立体图,图3是图像投射光学组件10的分解立体图。在本实施例中说明相对于左右两眼分别显示图像的结构,后述的光学壳体、图像显示部等分别位于左右。图像投射光学组件10由光学壳体11L、11R、图像显示部12L、12R、固定部件13L、13R、连结左右光学壳体11L、11R的连结部件14构成。
在光学壳体11L、11R中分别设置有二个光源21L、22L、21R、22R、图像生成元件23L、23R和未图示的透镜、棱镜等光学零件。
固定部件13L、13R是将在光源21L、22L、21R、22R和图像生成元件23L、23R产生的热传导至连结部件14的部件,与连结部件14的端部接触。
连结部件14作为将从光源21L、22L、21R、22R和图像生成元件23L、23R传导来的热传导至头戴式显示器1的壳体2的部位,在连结部件14的上部设置有上部散热部14U,在前部设置有前部散热部14F。此外,连结部件14包括开口部15L、15R,在图像显示部12L、12R的上端部插入至该开口部15L、15R的状态下,图像显示部12L、12R安装在光学壳体11L、11R。连结部件14的前部散热部14F与开口部15L、15R相比位于前方的位置,因此连结部件14的前部散热部14F与图像显示部12L、12R相比设置在前方。
图4是说明从图像投射光学组件10的光源至图像显示部的光路的图。另外,在图4中表示左右结构中的左侧部分,右侧也相同。从光源21L、22L发出的光经由设置在光学壳体11L的未图示的透镜、棱镜等被导向图像生成元件23L。在图像生成元件23L被赋予图像信息的光从光学壳体11L内通过,经由未图示的棱镜等射入图像显示部12L。图像显示部12L包括将光导入图像显示部的面内的衍射光栅、在面内导光的波导和将光向使用者的眼睛的方向射出的衍射光栅。通过以上方式,向使用者显示图像信息。
另外,作为光源例如使用发光二极管,作为图像生成元件例如使用液晶面板。光源21L、22L经热传导部件24与固定部件13L连接,图像生成元件23L经热传导部件25与固定部件13L连接。因此,光源21L、22L与图像生成元件23L经热传导部件24、25和固定部件13L与连结部件14热连接。
图5是图1的A-A截面图,是说明图像投射光学组件10的连结部件14与头戴式显示器1的壳体2的连接状态的图。另外,在图5中表示左右结构中的左侧部分,右侧也相同。
连结部件14的上部散热部14U经热传导部件26与头戴式显示器1的壳体2的上部的内表面2U热连接,连结部件14的前部散热部14F经热传导部件27与头戴式显示器1的壳体2的前部的内表面2F热连接。
通过以上的结构,在图像投射光学组件10的光源21L、22L、21R、22R和图像生成元件23L、23R产生的热经由固定部件13L、13R和连结部件14,有效地传导至头戴式显示器1的壳体2的上部和前部而向外部散热。另外,固定部件13L、13R与连结部件14也可以构成为一体。
作为比较,在图6表示现有例的图像投射光学组件的连结部件14与头戴式显示器的壳体2的连接状态。在现有例中,不存在连结部件14的前部散热部,连结部件14的上部散热部14U经热传导部件26与壳体2的上部的内表面2U连接。在该情况下,从光源和图像生成元件经由固定部件和连结部件传来的热集中传导至头戴式显示器的壳体2的上部。由此,不仅头戴式显示器的壳体2的上部的温度上升变得显著,而且因传导至与头戴式显示器的壳体2的上部相邻的头部侧2H的传热路径短,所以引起头戴式显示器的壳体2的头部侧2H的温度上升。
另一方面,在本实施例中,作为从连结部件14至头戴式显示器1的壳体2的传热路径,加上从上部散热部14U传导至头戴式显示器1的壳体2的上部的内表面2U的路径,设置从前部散热部14F传导至头戴式显示器1的壳体2的前部的内表面2F的路径,由此能够降低传导至头戴式显示器1的壳体2的头部侧2H的热,能够抑制头戴式显示器1的壳体2的头部侧2H的温度上升。
根据以上说明的本实施例,具有与图像投射光学组件的光源和图像生成元件热连接的连结部件,连结部件的前部和上部与头戴式显示器的壳体的前部的内表面和上部的内表面热连接,从而能够实现抑制头戴式显示器的壳体的头部侧的温度上升的头戴式显示器用的图像投射光学组件。
[实施例2]
接着说明本发明的实施例2的图像投射光学组件。
图7是与图5相同的截面图,是说明图像投射光学组件的连结部件14与头戴式显示器的壳体2的连接状态的图。另外,在图7中表示左右结构中的左侧部分,右侧也相同。
在本实施例中,不具备连接连结部件14的上部散热部14U与头戴式显示器的壳体2的上部的内表面2U的热传导部件,连结部件14的前部散热部14F仅经热传导部件27与头戴式显示器的壳体2的前部的内表面2F热连接。其它结构与实施例1相同。
在本实施例中,在图像投射光学组件的光源和图像生成元件产生的热经由固定部件和连结部件14的前部散热部14F传导至头戴式显示器的壳体2的前部的内表面2F,向外部散热。由于从连结部件14至头戴式显示器的壳体2的散热路径仅限于前部,所以与实施例1相比,光源和图像生成元件的温度上升。另一方面,由于仅向头戴式显示器的壳体2的前部传导热,所以能够更进一步地抑制从头戴式显示器的壳体2的前部离开的头部侧2H的温度上升。此外,因为不具有连接连结部件14的上部散热部14U与头戴式显示器的壳体2的上部的内表面2U的热传导部件,所以具有降低成本的效果。
根据以上说明,只要光源和图像生成元件的温度上升处于可容许的范围,就能够通过使热连接图像投射光学组件的连结部件14与头戴式显示器的壳体2之处仅处于连结部件14的前部散热部14F与头戴式显示器的壳体2的前部的内表面2F,来显著地抑制头戴式显示器的壳体2的头部侧2H的温度上升。
[实施例3]
接着说明本发明的实施例3的图像投射光学组件。
图8是与图5相同的截面图,是说明图像投射光学组件的连结部件14与头戴式显示器的壳体2的连接状态的图。另外,在图8中表示左右结构中的左侧部分,右侧也相同。
在本实施例中,连结部件14的前部散热部14F的、经热传导部件27与头戴式显示器的壳体2的前部的内表面2F连接的面积大于连结部件14的上部散热部14U的、经热传导部件26与头戴式显示器的壳体2的上部的内表面2U连接的面积。其它结构与实施例1相同。由此,能够使传导至头戴式显示器的壳体2的前部的内表面2F的热多于传导至头戴式显示器的壳体2的上部的内表面2U的热。
在本实施例中,从连结部件14的上部散热部14U传导至头戴式显示器的壳体2的上部的内表面2U的热少于实施例1,多于实施例2。因此,具有抑制光源和图像生成元件的温度上升的效果,同时能够提高抑制头戴式显示器的壳体2的头部侧2H的温度上升的效果。
[实施例4]
接着说明本发明的实施例4的图像投射光学组件。
图9是与图5相同的截面图,是说明图像投射光学组件的连结部件14与头戴式显示器的壳体2的连接状态和图像显示部12L与光学壳体11L、连结部件14的连接状态的图。另外,在图9中表示左右结构中的左侧部分,右侧也相同。
在本实施例中,以在连结部件14的开口部15L插入有图像显示部12L的状态,在连结部件14的前部散热部14F与图像显示部12L之间和上部散热部14U与图像显示部12L之间,设置有导热系数小于连结部件14的隔热部件28。此外,在光学壳体11L与图像显示部12L之间设置有隔热部件28。其它结构与实施例1相同。
图像显示部12L包括衍射光栅,当因热变形而衍射光栅间距发生变化时,会引起显示图像的紊乱。在本实施例中,由于在光学壳体11L和连结部件14与图像显示部12L之间包括隔热部件28,从光学壳体11L和连结部件14传导至图像显示部12L的热减少,因此能够抑制图像显示部12L的温度上升,能够减轻显示图像的紊乱。
[实施例5]
接着说明本发明的实施例5的图像投射光学组件。
图10是图像投射光学组件110的立体图。在本实施例中,连结部件114的前部散热部114FL、114FR突出至前方,连结部件114的上部散热部114UL、114UR突出至上方。
图11是与图5相同的截面图,是说明图像投射光学组件110的连结部件114与头戴式显示器的壳体102的连接状态的图。另外,在图11中表示左右结构中的左侧部分,右侧也相同。
在头戴式显示器的壳体102的前部102F具有开口部105L,在头戴式显示器的壳体102的上部102U具有开口部106L。图像投射光学组件110的连结部件114的前部散热部114FL通过头戴式显示器的壳体102的前部的开口部105L向外部露出,图像投射光学组件110的连结部件114的上部散热部114UL通过头戴式显示器的壳体102的上部的开口部106L向外部露出。
另外,在图11中表示头戴式显示器的壳体102的开口部105L和106L相对于图像投射光学组件110的连结部件114的前部散热部114FL和上部散热部114UL的全部区域开放的例子,不过头戴式显示器的壳体102的开口部105L、106L也可以为网格那样仅一部分开放的形状。
此外,如图12所示,图像投射光学组件110的连结部件114的前部散热部和上部散热部也可以作为翅片形状的前部散热部114FL’、114FR’和上部散热部114UL’、114UR’。通过这样采取翅片形状,能够更加提高向外部的散热效果。
通过以上说明,从光源和图像生成元件传来的热从图像投射光学组件110的连结部件114向外部直接散热,由此能够降低传导至头戴式显示器的壳体102的热。因此,能够抑制头戴式显示器的壳体102的头部侧102H的温度上升。
在上述各实施例中,作为图像生成元件以液晶面板为例进行了说明,不过作为图像生成元件23L、23R还能够使用作为自发光元件的有机EL面板等。在作为自发光元件的有机EL面板中不需要光源21L、21R、22L、22R。
另外,本发明并不限定于上述的实施例,而包括各种各样的变形例。例如,上述的实施例为了将本发明说明得容易明白而进行了详细的说明,但是并不一定限定于包括所说明的所有结构。此外,能够将一个实施例的结构的一部分替换到另一个实施例的结构,此外,还能够在一个实施例的结构中加入另一个实施例的结构。此外,能够对各实施例的结构的一部分进行其它结构的追加、删除、替换。
附图标记的说明
1…头戴式显示器;2…壳体;2F…壳体的前部的内表面;2U…壳体的上部的内表面;2H…壳体的头部侧;3…头部佩戴部;4…前护罩;10…图像投射光学组件;11L、11R…光学壳体;12L、12R…图像显示部;13L、13R…固定部件;14…连结部件;14F…连结部件的前部散热部;14U…连结部件的上部散热部;15L、15R…开口部;21L、21R、22L、22R…光源;23L、23R…图像生成元件;24、25、26、27…热传导部件;28…隔热部件;102…壳体;102F…壳体的前部;102U…壳体的上部;102H…壳体的头部侧;105L…壳体的前部的开口部;106L…壳体的上部的开口部;110…图像投射光学组件;114…连结部件;114FL、114FR…连结部件的前部散热部;114UL、114UR…连结部件的上部散热部。
Claims (15)
1.一种包括图像生成元件和图像显示部的图像投射光学组件,能够将所述图像生成元件的图像显示于所述图像显示部,该图像投射光学组件的特征在于:
包括与所述图像生成元件热连接的连结部件,
在所述连结部件的前部具有用于散热的前部散热部,
其中,所述前部是以使用者佩戴着头戴式显示器的壳体的状态下的使用者的视线的方向为前方向,并且所述头戴式显示器包括该图像投射光学组件。
2.如权利要求1所述的图像光学组件,其特征在于:
所述连结部件的前部散热部与包括图像投射光学组件的头戴式显示器的所述壳体的前部的内表面热连接。
3.如权利要求1所述的图像光学组件,其特征在于:
在以头戴式显示器的使用者佩戴着壳体的状态下的使用者的头顶部侧为上方时的、所述连结部件的上部,也具有用于散热的上部散热部。
4.如权利要求1所述的图像光学组件,其特征在于:
所述连结部件的前部散热部配置在与所述图像显示部相比靠前方的位置。
5.如权利要求1所述的图像光学组件,其特征在于:
所述连结部件具有供所述图像显示部插入的开口部。
6.如权利要求3所述的图像光学组件,其特征在于:
所述连结部件的前部散热部与头戴式显示器的所述壳体的前部的内表面热连接,
所述连结部件的上部散热部与头戴式显示器的所述壳体的上部的内表面热连接。
7.如权利要求6所述的图像光学组件,其特征在于:
所述连结部件的前部散热部的、与所述壳体的前部的内表面热连接的面积,大于所述连结部件的上部散热部的、与所述壳体的上部的内表面热连接的面积。
8.如权利要求1所述的图像光学组件,其特征在于:
所述连结部件具有供所述图像显示部插入的开口部,在所述连结部件与所述图像显示部之间具有与所述连结部件相比导热系数小的隔热部件。
9.如权利要求1所述的图像光学组件,其特征在于:
所述连结部件的前部散热部从头戴式显示器的壳体的开口部突出至前方。
10.如权利要求3所述的图像光学组件,其特征在于:
所述连结部件的前部散热部从头戴式显示器的壳体的开口部突出至前方,
所述连结部件的上部散热部从头戴式显示器的壳体的开口部突出至上方。
11.如权利要求10所述的图像光学组件,其特征在于:
在所述前部散热部的前方和所述上部散热部的上方具有翅片形状。
12.如权利要求1所述的图像光学组件,其特征在于:
包括各自收纳所述图像生成元件的左右光学壳体,
所述连结部件连结所述左右光学壳体。
13.如权利要求1所述的图像光学组件,其特征在于:
还包括对所述图像生成元件照射光的光源,
所述光源与所述连结部件热连接。
14.如权利要求1所述的图像光学组件,其特征在于:所述图像生成元件是液晶面板或有机EL面板。
15.一种头戴式显示器,其特征在于:
具有权利要求1~14中任一项所述的图像投射光学组件。
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