JP2011171535A - 光源装置及びヘッドマウントディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドマウントディスプレイを小型化できる光源装置及び当該光源装置を備えたヘッドマウントディスプレイを提供すること。
【解決手段】光源装置１０は、緑色レーザダイオード２５、青色レーザダイオード３５、、赤色レーザダイオード４５及びこれらからの光を選択的に透過・屈折するダイクロイックプリズム６０を備えている。最も発熱量が大きく、放熱器２０が大きい緑色レーザダイオード２５がダイクロイックプリズム６０を挟んで、出射口５０と対向する位置に設けられている。放熱器２０の幅Ｂは、青色レーザダイオード３５の外側から赤色レーザダイオード４５の外側までの幅Ｃよりも狭く成るように形成されている。よって、最大の大きさの放熱器２０により使用者の視野が妨げられることがない。
【選択図】図１０

Description

本発明は、異なる波長を放射する発熱量の異なる複数の光源を備え、当該複数の光源からの光を光学的に結合する光源装置及び当該光源装置を備えたヘッドマウントディスプレイに関する。

従来、網膜に直接画像を描写する網膜走査ディスプレイ式のヘッドマウントディスプレイが知られている。これらのヘッドマウントディスプレイでは、光源装置として、Ｒ、Ｇ、Ｂの三色のレーザ出射器を用い、これらからの光を３つのダイクロイックミラーで一つの光束にまとめて、走査用光ファイバーを介して、ヘッドマウントディスプレイを装着した使用者の目に導くようになっている（例えば、特許文献１参照）。このヘッドマウントディスプレイでは、光源装置が３つのダイクロイックミラーを使用しているので、光源装置の小型化が困難であり、光源装置はヘッドマウントディスプレイと別に使用者の腰等に固定するようになっていた。

特開２００７−９３９４５号公報

しかしながら、光源装置がヘッドマウントディスプレイと別体では、ヘッドマウントディスプレイが使用しにくいという問題点があった。また、光源装置をヘッドマウントディスプレイと一体化すると、ヘッドマウントディスプレイの大きさが大きくなってしまい小型化が困難であるという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ヘッドマウントディスプレイを小型化できる光源装置及び当該光源装置を備えたヘッドマウントディスプレイを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様の光源装置では、ヘッドマウントディスプレイに使用され、利用者の頭部側に配置される光源装置であって、光が出射する出射口と、異なる波長の光を放射する発熱量の異なる複数の光源と、前記各光源からの光を合成して前記出射口方向に出射する光合成手段と、前記各光源に設けられ各光源の発熱量に応じた表面積を有する放熱器とを備え、前記複数の光源の中で最も発熱量が多い光源である第一光源が、前記光合成手段を挟んで前記出射口の反対側に配置されていることを特徴とする。

この構成の光源装置では、複数の光源の中で最も発熱量が多い光源である第一光源が、前記光合成手段を挟んで前記出射口の反対側に配置されているので、第一光源により使用者の視野が遮られることがない。

また、前記第一光源に設けられた放熱器の前記光合成手段から前記出射口に向かう第一方向と直交する第二方向における幅が他の光源の前記第二方向における幅よりも狭いようにしても良い。

この構成の光源装置では、前記複数の光源の中で最も発熱量が多い光源である第一光源に設けられた放熱器の前記光合成手段から前記出射口に向かう第一方向と直交する第二方向における幅が他の光源の前記第二方向における幅よりも狭くしているので、大型の放熱器により使用者の視野が遮られることがない。

また、前記第一光源の放熱器は、前記第一光源に接触する板部と当該板部から離間する方向に延設された複数の羽根とから構成され、当該羽根は、前記板部上において、前記出射口方向と反対方向に延設されていても良い。

この構成の光源装置では、第一光源の放熱器の羽根により使用者の視野が遮られることがない。

また、前記第一光源以外の光源の少なくとも一つである第二光源に設けられた放熱器は、前記第二光源に接触する板部と当該板部から離間する方向に延設された複数の羽根とから構成され、当該板部は、前記出射口側に向けて延設されていても良い。

この構成の光源装置では、第一光源よりも発熱量が小さい光源である第二光源に設けられた放熱器の板部は、第一光源の放熱器の板部より小さいので、出射口側に向けて延設されても使用者の視野が遮られることがない。

また、前記第二光源に設けられた前記放熱器の前記羽根は、前記光合成手段が設けられている側に向けて前記板部から離間する方向に延設されていても良い。

この構成の光源装置では、第一光源よりも発熱量が小さい光源である第二光源に設けられた放熱器の羽根部は、光合成手段が設けられている側に向けて前記板部から離間する方向に延設されていても使用者の視野が遮られることがない。

また、前記各光源には、前記各光源からの光を平行光化するコリメーターレンズが設けられていても良い。

この構成の光源装置では、コリメーターレンズの使用により、光源からの光を平行光化することができる。

また、本発明の第２の態様のヘッドマウントディスプレイでは、上記第１態様の光源装置を備えている。

この構成のヘッドマウントディスプレイでは、光源装置が小型化でき、使用者の視野が遮られることがない。

光源装置１０が装着されるヘッドマウントディスプレイ１の斜視図である。 光源装置１０が装着されるヘッドマウントディスプレイ１の左上方からの斜視図である。 光源装置１０の正面図である。 光源装置１０の背面図である。 光源装置１０の左側面図である。 光源装置１０の背面側の下方から見た斜視図である。 光源装置１０の右側面図である。 光源装置１０の底面図である。 光源装置１０の平面図である。 光源装置１０の図７に於けるＡ−Ａ線矢視方向断面図である。

以下、本発明に係る光源装置１０が使用されるヘッドマウントディスプレイ１の実施形態について図面を参照して説明する。図１及び図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１は、レンズ８が固定されたフレーム２と、当該フレーム２の左端部に開閉可能に軸支された左つる部３と、当該フレーム２の右端部に開閉可能に軸支された右つる部４とを備えている。また、ヘッドマウントディスプレイ１の左つる部３の前端側には、ミラー５を備えた網膜走査ディスプレイモジュール６が保治具７により固定されている。また、網膜走査ディスプレイモジュール６の後端部には、光源装置１０が固定されている。また、図２及び図３に示すように、光源装置１０は、出射口５０がヘッドマウントディスプレイ１の前方向、放熱器２０がヘッドマウントディスプレイ１の後方向を向くようにしてヘッドマウントディスプレイ１に固定されている。

次に、図３から図１０を参照して、光源装置１０の構造を説明する。図３に示すように、光源装置１０は、正面視において、略横長の長方形に形成され、緑光源用の放熱器２０と、青光源用の放熱器３０と、赤光源用の放熱器４０とから構成されている。また、図３から図５に示すように、光源装置１０は、その左端部中央に、光の出射口５０が設けられており、当該出射口５０から網膜走査ディスプレイモジュール６にレーザ光を送り込むようになっている。

次に、図４を参照して、光源装置１０の構造の詳細を説明する。図４に示すように、光源装置１０の背面側には、中央に光合成手段としてのダイクロイックプリズム６０が収納された内部が中空で十字型に形成された筐体部６１が設けられている。この筐体部６１の後端側（図４に於ける左側）に、最も発熱量の多い緑色用の光源である緑色レーザダイオード２５（第一光源）が固定されている。この緑色レーザダイオード２５には放熱器２０が設けられている。従って、緑色レーザダイオード２５は、ダイクロイックプリズム６０を挟んで、出射口５０と対向する位置にある。

また、図３及び図４に示すように、筐体部６１の上部には、赤色用の光源である赤色レーザダイオード４５が固定されている。この赤色レーザダイオード４５にも放熱器４０が設けられている。さらに、筐体部６１の下部には、青色用の光源（第二光源）である青色レーザダイオード３５が固定されている。この青色レーザダイオード３５にも放熱器３０が設けられている。尚、発熱量の多さは、緑色レーザダイオード２５＞青色レーザダイオード３５＞赤色レーザダイオード４５の順であるので、緑色レーザダイオード２５の放熱器２０が最も大きく、次に、青色レーザダイオード３５の放熱器３０が大きく、赤色レーザダイオード４５の放熱器４０が一番小さい。従って、最も発熱量が大きく、放熱器２０が大きい緑色光源の緑色レーザダイオード２５がダイクロイックプリズム６０を挟んで、出射口５０と対向する位置に設けられている。

次に、図３から図７を参照して、緑色レーザダイオード２５の放熱器２０の構造を説明する。緑色レーザダイオード２５は、今回の実施の形態の光源装置１０に使用されるレーザダイオードの中では、最も発熱が大きいので、緑色レーザダイオード２５に使用される放熱器２０も使用される放熱器の中で最も大きい構造となっている。図３に示すように、放熱器２０は、光源装置１０を正面視した場合は、左下に矩形の切り欠き部が形成された横長の略長方形形状の板部２１と、図３、図５、図７に示すように、当該板部２１から離間する方向に平行に複数立設された羽根２２とを備えている。また、放熱器２０は、図４、図６、図７に示すように、板部２１からダイクロイックプリズム６０が設けられている側に直交するように延設された略縦長の長方形の板材である板部２４と、当該板部２４から離間する方向（出射口５０と反対方向）に平行に複数立設された羽根２３とを備えている。

また、板部２４は、出射口５０方向に向けて当該板部２４から離間する方向に平行に複数立設された羽根２７を備えている。さらに、板部２１は、所定厚みで所定幅で出射口５０方向に向けて横長に延設されている。また、板部２４の中央には、緑色レーザダイオード２５が固定されている。尚、放熱器２０の材質は、一例として、アルミニューム等を用いることができる。この放熱器２０は、大型であるが、板部２１が、出射口５０方向に向けて横長に延設されているので、上下方向の幅が狭くなり、光源装置１０を小型化できる。従って、使用者の視野を遮ることがない。

次に、図３、図４、図６及び図７を参照して、青色レーザダイオード３５の放熱器３０について説明する。図３、図４及び図６に示すように、放熱器３０は、光源装置１０の下部に設けられており、放熱器２０に次いで２番目に大きく形成されている。放熱器３０は、図４に示すように、平面視、略横長の長方形の板部３１と、当該板部３１から離間する方向（ダイクロイックプリズム６０側）に平行に複数立設された羽根３２とを備えている。尚、羽根３２は、板部３１の半分の部分（出射口５０側の下部）の部分に形成されており、板部３１の残りの半分の部分には、青色レーザダイオード３５が固定されている。

次に、図３、図４、図６及び図９を参照して、赤色レーザダイオード４５の放熱器４０について説明する。図３、図４、図６及び図９に示すように、放熱器４０は、光源装置１０の上部に設けられており、放熱器の中で一番小さく形成されている。放熱器４０は、図９に示すように、平面視、略横長の長方形の板部４１のみで構成されており、羽根は設けられていない。赤色レーザダイオード４５の発熱量は、緑色レーザダイオード２５及び青色レーザダイオード３５と比べて、小さいので、放熱器の放熱板表面積が小さくて良いからである。尚、放熱器３０及び４０の材質は、一例として、アルミニューム等を用いることができる。

次に、図１０を参照して、光源装置１０の内部構造について説明する。図１０に示すように、内部が中空で縦断面が十字型に形成された筐体部６１の中心部には、緑色レーザダイオード２５、青色レーザダイオード３５、赤色レーザダイオード４５からの光を、波長に応じて選択的に反射・透過して合成し、出射口５０方向へ送るダイクロイックプリズム６０が設けられている。出射口５０に対して、ダイクロイックプリズム６０を挟んで、対向する位置に緑色レーザダイオード２５が設けられ、ダイクロイックプリズム６０の上方に赤色レーザダイオード４５が設けられ、ダイクロイックプリズム６０の下方に青色レーザダイオード３５が設けられている。

緑色レーザダイオード２５、青色レーザダイオード３５、赤色レーザダイオード４５の各発光面側には、光を平行光化するコリメートレンズ２６，３６，４６が各々設けられている。また、出射口５０の基部には光を集光する集光レンズ５６が設けられている。従って、緑色レーザダイオード２５からの光は、ダイクロイックプリズム６０を通過して出射口５０に向かい、青色レーザダイオード３５及び赤色レーザダイオード４５からの光は、ダイクロイックプリズム６０で偏向して、出射口５０に向かう。出射口５０は、図示外の光ファイバー等により網膜走査ディスプレイモジュール６に接続され、当該網膜走査ディスプレイモジュール６での走査により使用者の網膜に画像が形成される。

ここで、図１０に示すように、最も発熱が大きい緑色レーザダイオード２５の放熱器２０は、放熱器３０及び放熱器４０よりもかなり大型である。しかし、放熱器２０の幅Ｂ（ダイクロイックプリズム６０から出射口５０に向かう第一方向と直交する第二方向における幅）は、青色レーザダイオード３５の外側から赤色レーザダイオード４５の外側までの幅Ｃ（他の光源の前記第二方向における幅）よりも狭く成るように形成されている。よって、最大の大きさの放熱器２０により使用者の視野が妨げられることがない。

尚、上記実施の形態は、一例であり、緑色レーザダイオード２５、青色レーザダイオード３５、赤色レーザダイオード４５の配置は、最も発熱量の大きいレーザダイオードを出射口５０とダイクロイックプリズム６０を挟んで反対側に配置すれば、残りの、レーザダイオードの位置は、適宜決定すれば良い。また、上記実施の形態では、緑色レーザダイオード２５、青色レーザダイオード３５、赤色レーザダイオード４５への配線等は省略してあるが、適宜配線を行えば良い。

１ ヘッドマウントディスプレイ
６ 網膜走査ディスプレイモジュール
１０ 光源装置
２０ 放熱器
２１ 板部
２２ 羽根
２３ 羽根
２４ 板部
２５ 緑色レーザダイオード
２６ コリメートレンズ
２７ 羽根
３０ 放熱器
３１ 板部
３２ 羽根
３５ 青色レーザダイオード
３６ コリメートレンズ
４０ 放熱器
４５ 赤色レーザダイオード
４６ コリメートレンズ
５０ 出射口
６０ ダイクロイックプリズム
６１ 筐体部

Claims (7)

1. ヘッドマウントディスプレイに使用され、利用者の頭部側に配置される光源装置であって、
   光が出射する出射口と、
   異なる波長の光を放射する発熱量の異なる複数の光源と、
   前記各光源からの光を合成して前記出射口方向に出射する光合成手段と、
   前記各光源に設けられ各光源の発熱量に応じた表面積を有する放熱器と
   を備え、
   前記複数の光源の中で最も発熱量が多い光源である第一光源が、前記光合成手段を挟んで前記出射口の反対側に配置されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記第一光源に設けられた放熱器の前記光合成手段から前記出射口に向かう第一方向と直交する第二方向における幅が
   他の光源の前記第二方向における幅よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第一光源の放熱器は、前記第一光源に接触する板部と当該板部から離間する方向に延設された複数の羽根とから構成され、
   当該羽根は、前記板部上において、前記出射口方向と反対方向に延設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記第一光源以外の光源の少なくとも一つである第二光源に設けられた放熱器は、前記第二光源に接触する板部と当該板部から離間する方向に延設された複数の羽根とから構成され、
   当該板部は、前記出射口側に向けて延設されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の光源装置。
5. 前記第二光源に設けられた前記放熱器の前記羽根は、前記光合成手段が設けられている側に向けて前記板部から離間する方向に延設されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記各光源には、前記各光源からの光を平行光化するコリメーターレンズが設けられていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の光源装置。
7. 請求項１から６に記載の光源装置を備えたヘッドマウントディスプレイ。

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