一种头戴显示设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种头戴显示设备，包括眼罩、镜架和安装于镜架内的两组光学系统；每组光学系统包括一图像显示屏、一平面反射镜和一组目视放大光学组件，每组目视放大光学组件为单片正焦透镜或多个透镜组成的正焦透镜组；眼罩与镜架一端连接，两组目视放大光学组件并排安装在镜架与眼罩连接位置处；每组光学系统的光路为：图像显示屏发出的光信息由平面反射镜转折后，经目视放大光学系统进入人眼。本发明头戴显示设备能让用户享受大屏立体视觉效果，可用于3D电影观看、3D游戏场景显示等，其封闭性好，不会影响周围的人，对于希望拥有个人空间的人来说非常适用，另外，其结构简单，设计轻巧，便于产业化生成，成本低。
【专利说明】一种头戴显示设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及头戴显示【技术领域】，尤其涉及一种头戴显示设备。
【背景技术】
[0002]随着3D显示技术的蓬勃发展，3D立体显示技术正在革命性地影响和改变着人们的沟通、工作和生活方式。2010年，以3D电视及3D影视为代表的全球产业环境日益成熟，立体显示器与传统显示器相比，其最大的特点在于立体显示器能够让人真实的体验到立体视觉带来的巨大冲击和极致震撼，因而立体感强与否是衡量立体显示产品的一项重要指标。立体显示应用科技技术手段还原了人类真实的三维世界，将引领未来视像科技的发展趋势。
[0003]然而传统的立体显示技术，如3D电影、电视等，极大地限制了用户的观看场地，而市面上的大部分便携式立体显示设备不能满足用户对于分辨率、视场角以及便携性等诸多方面的要求。多功能的小型化电子显示设备虽然能为用户带来方便，如Google Glass，但“便携式” “小型化”同时也限制了显示屏的尺寸，而较小的显示屏又容易造成用户的眼部疲劳。因此，如何令单一设备兼具“小型化”与“大显示”的特性，便成为亟待解决的重要问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种兼具“小型化”与“大显示”特性的头戴显示设备，可让用户随时随地以有线或无线方式将其连接到手机、平板电脑等其他具有播放功能的电子设备上，享受大屏立体视觉效果。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括眼罩、镜架和安装于镜架内的两组光学系统；每组光学系统包括一图像显不屏、一平面反射镜和一组目视放大光学组件，每组目视放大光学组件为单片正焦透镜或多个透镜组成的正焦透镜组；眼罩与镜架一端连接，两组目视放大光学组件并排安装在镜架与眼罩连接位置处；每组光学系统的光路为:图像显示屏发出的光信息由平面反射镜转折后，经目视放大光学系统进入人眼。
[0006]采用本发明头戴显示设备观看视频时，当两图像显示屏显示的图像完全一致时，为普通2D视频，当两图像显示屏显示的图像具有一定的位差时，为3D立体影像。
[0007]优选的，两组光学系统中的两块图像显示屏背靠背安装于镜架中央，两平面反射镜分别与各自对应的图像显示屏呈30度?60度的夹角安装于镜架内。
[0008]优选的，两组光学系统中的两块图像显示屏分别安装于镜架左右两侧，两平面反射镜分别与各自对应的图像显示屏呈30度?60度的夹角安装于镜架内。
[0009]优选的，两组光学系统中的两块图像显示屏安装于镜架上方或下方，两平面反射镜分别与各自对应的图像显示屏呈30度?60度的夹角安装于镜架内；镜架中央设有隔断片，用于将两眼看见的图像完全隔断。
[0010]优选的，所述头戴显示设备还包括外设连接电路，外设连接电路通过有线或无线方式，将所述头戴显示设备与具有播放功能的电子设备连接，获取待显示的信息。
[0011]优选的，所述头戴显示设备还包括屈光度调节器，所述屈光度调节器位于所述目视放大光学组件的近眼端。
[0012]优选的，所述目视放大光学系统内的两组光学组件之间设有距离调节机构，用于调节两光学组件之间的距离。
[0013]优选的，所述目视放大光学系统连接有焦距调节机构，用于调节两光学组件的焦距。
[0014]优选的，所述镜架两侧分别设有卡扣，用于紧固头戴伸缩带。
[0015]本发明具有如下有益效果:
[0016]1.本发明头戴显示设备具有目视放大光学系统，在人眼前方一定距离处的呈现放大虚像，可使用户享受大屏立体视觉效果；
[0017]2.本发明头戴显示设备可用于3D电影观看、3D游戏场景显示等，其封闭性好，不会影响周围的人，对于希望拥有个人空间的人来说非常适用；
[0018]3.本发明头戴显示设备结构简单，设计轻巧，便于产业化生成，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图:
[0020]图1为本发明头戴显示设备实施例中每组光学系统的光学原理图；
[0021]图2为本发明头戴显示设备实施例一光学系统布局图；
[0022]图3为本发明头戴显示设备实施例一结构爆炸示意图；
[0023]图4为图3装配好后的结构示意图；
[0024]图5为本发明头戴显示设备实施例二光学系统布局图；
[0025]图6为本发明头戴显示设备实施例二结构爆炸示意图；
[0026]图7为图6装配好后的结构示意图；
[0027]图8为为本发明头戴显示设备实施例三光学系统布局图；
[0028]图9为本发明头戴显示设备实施例三结构爆炸示意图；
[0029]图10为图9装配好后的结构示意图；
[0030]图11为图10设备通过眼罩上方卡扣连接头戴伸缩带的结构示意图；
[0031]图12为图10设备通过镜架两侧卡扣连接头戴伸缩带的结构示意图；
[0032]图13为本发明头戴显不设备光学系统非对称布局实施方式一；
[0033]图14为本发明头戴显示设备光学系统非对称布局实施方式二 ；
[0034]图中标记:1-图像显示屏，2-平面反射镜，3-目视放大光学组件，4-眼罩，5-镜架，51-镜架主体支架，52-镜架后壁，53-镜架上盖，6-隔断片，7-卡扣，8-头戴伸缩带，9-人眼位置。
【具体实施方式】[0035]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]本发明实施例头戴显示设备包括眼罩、镜架和安装于镜架内的两组光学系统；每组光学系统包括一图像显示屏1、一平面反射镜2和一组目视放大光学组件3，每组目视放大光学组件为单片正焦透镜或多个透镜组成的正焦透镜组，即每组目视放大光学组件由一个正透镜，或多个正透镜组成的透镜组，或多个负透镜和正透镜组成的透镜组构成。组成目视放大光学组件的透镜可以为球面透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜、自由曲面透镜、弯月透镜、菲涅尔透镜等。例如:目视放大光学系统中的每组光学组件可以由一个弯月透镜和一个凸透镜组成。眼罩4与镜架5 —端连接，两组目视放大光学组件并排安装在镜架与眼罩连接位置处(镜架与眼罩连接位置处指镜架与眼罩连接位置附近，即目视放大光学系统可以是安装在镜架上，也可以是安装在眼罩上，或安装在二者的交集位置上)；每组光学系统的光学原理图可参见图1，具体光路为:图像显示屏I发出的光信息由平面反射镜2转折后，经目视放大光学系统3进入人眼，图1中9为人眼位置，人眼经目视放大光学系统后看到的是成像在人眼前方一定距离处的放大虚像，可享受到在影院观看影片的大屏效果。
[0037]本发明实施例头戴显示设备还包括外设连接电路(外设连接电路包括有线连接接口和/或无线连接模块，附图未示意出)，外设连接电路通过有线或无线方式，将所述头戴显示设备与具有播放功能的电子设备连接，获取待显示的信息，具有播放功能的电子设备可以为电视机、手机、平板电脑等。头戴显示设备可设计为通过自带电池供电，也可以设计为通过有线方式连接外部电子设备时，由外部电子设备的电源对其供电。
[0038]采用本发明头戴显示设备观看视频时:当两图像显示屏显示的图像完全一致时，为普通2D视频；当两图像显示屏显示的图像具有一定的位差时，为3D立体影像。
[0039]本发明实施例中，安装于镜架内的两组光学系统具有相同的光学原理，这两组光学系统中的光学组件可以布局为对称结构(如图2、图5、图8),也可以布局为非对称结构(如图13、图14)。下面结合附图具体介绍几种优选实施方案。
[0040]实施例一:
[0041]下面结合图2?图4介绍本发明实施例一，图2为实施例一光学系统布局图，图3和图4为根据图2光学系统布局所设计的一种头戴显示设备的结构示意图，其中图3为爆炸图，图4为装配好后的结构示意图，图3中，镜架5镜架被爆开，分为镜架主体支架51和镜架后壁52两部分。本实施例中，两组光学系统中的两块图像显示屏I背靠背安装于镜架中央，两平面反射镜2分别与各自对应的图像显示屏呈30度?60度(优选45度)的夹角安装于镜架5内，两组目视放大光学组件3并排安装在镜架5与眼罩4连接位置处。
[0042]图3和图4中，镜架5 —端与眼罩4连接，另一端设计为与两平面反射镜同样的倾斜角度，两平面反射镜2直接贴在眼罩对侧的镜架后壁52的内侧壁上，使得整个镜架剖面呈三角形，这种方式可以使头戴显示设备体积尽可能小，但是在实际实施过程中，镜架完全可以设计为方形或其他形状，只要光学系统元件能按照图2布局安装于镜架内即可。
[0043]本实施例两组光学系统中的两块图像显示可以为一只双屏手机的两后个显示屏，直接将双屏手机插入镜架中央即可。[0044]实施例二:
[0045]下面结合图5?图7介绍本发明实施例二，图5为实施例二光学系统布局图，图6和图7为根据图5光学系统布局所设计的一种头戴显示设备的结构示意图，其中图6为爆炸图，图7为装配好后的结构示意图，本实施例中，两组光学系统中的两块图像显示屏I分别安装于镜架5左右两侧，两平面反射镜2分别与各自对应的图像显示屏呈30度?60度(优选45度)的夹角安装于镜架5内。
[0046]实施例三:
[0047]下面结合图8?图10介绍本发明实施例三，图8为实施例二光学系统布局图，图9和图10为根据图8光学系统布局所设计的一种头戴显示设备的结构示意图，其中图9为爆炸图，图10为装配好后的结构示意图，图9中，为了更清楚的显示结构，镜架5被爆开，分为镜架主体支架51、镜架后壁52和镜架上盖53三部分。本实施例中，两组光学系统中的两块图像显示屏I并排安装于镜架上方，两平面反射镜分别与各自对应的图像显示屏呈30度?60度的夹角安装于镜架内；由于本实施例中，镜架中央未未被其他元件隔断，为了避免左侧图像对右眼的干扰及右侧图像对左眼的干扰，镜架中央还需设置有隔断片6，用于将两眼看见的图像完全隔断。
[0048]图9和图10中，镜架5—端与眼罩4连接，另一端设计为与两块平面反射镜同样的倾斜角度，平面反射镜直接贴在眼罩对侧的镜架后壁32的内侧壁上，这种方式可以使头戴显示设备体积尽可能小，但是在实际实施过程中，镜架完全可以设计为方形或其他形状，只要平面反射镜能安装在镜架内，且与图像显示屏呈30度?60度夹角即可。且本发明实施例中，两块图像显示屏可设计为完全水平方向并排安装于镜架上方或下方，也可以各自与水平方向具有一定的倾斜角度，甚至两块图像显示屏可以一上一下错位安装在镜架内(参见图14光路)。
[0049]当两块图像显示屏并排安装于镜架上方或并排安装于镜架下方时(例如图9)，两组光学系统中的两块平面反射镜可以为一体成型，即两块平面反射镜物理上为一块完整的平面反射镜，只是在其中间用隔断片隔断形成左右两块平面反射镜。
[0050]需要再次强调的是:虽然上述三个实施例列举出的光学系统布局均为对称结构，但是本发明并不限定两组光学结构为对称布局方式，其完全可以为非对称结构，如图13、图14，甚至是比图13、14更加错位的方式布局其光学系统，只要左右两组光学系统满足图1光路原理即可。
[0051]本发明各实施例种，镜架5内为了便于安装各光学元器件，内部可根据具体情况设计多种支撑架，在此不作限制，另外镜架的形状也可以根据需要随意设计，只要能根据需求装下光学元器件即可。
[0052]本发明提供的为头戴显示设备，图4、图7、图10均展示的为头戴显示设备的主体结构，这些头戴显示设备均可通过头戴伸缩带、头盔支架、帽子等方式佩戴在用户头上，图
11、图12以在图10上设置头戴伸缩带为例。如图11示意的为，在眼罩上方设置卡扣7，用于紧固头戴伸缩带8 ;而图，12示意的为，在镜架两侧分别设置一卡扣7，用于紧固头戴伸缩带8。其中，图11佩戴方式相比于图12更符合人体力学。图12方式佩戴时，设备重量可能会压迫在用户脸部；而图11方式中，卡扣紧贴用户额头，使重心上移，受力主要集中在用户额头部位，不会对用户脸部造成压迫感。[0053]本发明各实施例头戴显示设备的眼罩均可设置为宽口径，支持用户在佩戴框架眼镜的情况下直接佩戴本设备。
[0054]本发明各实施例头戴显示设备，均可以包括屈光度调节器(附图未示出)，所述屈光度调节器位于所述目视放大光学系统的近眼端，屈光度调节器可使屈光度在一定范围内可调节，以适应屈光度在此范围内的使用者在不佩戴眼镜的情况下可以正常的使用此头戴显示设备。
[0055]本发明各实施例头戴显示设备，在所述目视放大光学系统内的两组光学组件之间，还可以设置一距离调节机构(该调节机构可以为齿轮机构)，用于调节两光学组件之间的距离，以适应具有不同瞳距的使用者。要实现两组光学组件之间距离的调节，除了用齿轮调节外，还可以将两组光学组件均通过腰型孔卡固于镜架与眼罩连接位置处，这样就能手动调节两光学组件之间的距离，以适应具有不同瞳距的使用者，腰型孔类似的机械结构也属于距离调节机构的一种。
[0056]本发明各实施例头戴显示设备中的目视放大光学系统还可以设计为连接有一焦距调节机构，用于调节两光学组件的焦距，以适应不同像素密度的视频经光学系统放大后的画质。在此方案实施时，所述目视放大光学系统内的两组光学组件可以各自连接一焦距调节机构，用以分别调节两个光学组件的焦距；也可以两组光学组件共连一个焦距调节机构实现联调。当每组光学组件由两个及以上的光学元件组成时，所述焦距调节机构可以为齿轮机构，齿轮齿调节机构将旋转运动转化为光学元件的直线运动，通过改变光学元件之间的距离来改变光学系统的焦距；而当每组光学组件仅由一个光学元件组成时，只有该光学元件具有焦距可调特性，才可以使用焦距调节机构来进行焦距调节，例如:液体透镜，焦距调节机构向液体透镜外加电压或通过机械力改变液体形状，实现焦距调节。由于焦距调节比较专业，本焦距调节机构可设计为档位调节，普通使用者按档位调节可好确保显示效果O
[0057]本发明头戴显示设备可用于3D电影观看、3D游戏场景显示等，其封闭性好，不会影响周围的人，对于希望拥有个人空间的人来说非常适用。
[0058]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0059]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0060]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【权利要求】
1.一种头戴显示设备，其特征在于，所述头戴显示设备包括眼罩、镜架和安装于镜架内的两组光学系统；每组光学系统包括一图像显示屏、一平面反射镜和一组目视放大光学组件，每组目视放大光学组件为单片正焦透镜或多个透镜组成的正焦透镜组；眼罩与镜架一端连接，两组目视放大光学组件并排安装在镜架与眼罩连接位置处；每组光学系统的光路为:图像显示屏发出的光信息由平面反射镜转折后，经目视放大光学系统进入人眼。
2.如权利要求1所述的头戴显示设备，其特征在于，两组光学系统中的两块图像显示屏背靠背安装于镜架中央，两平面反射镜分别与各自对应的图像显示屏呈30度~60度的夹角安装于镜架内。
3.如权利要求1所述的头戴显示设备，其特征在于，两组光学系统中的两块图像显示屏分别安装于镜架左右两侧，两平面反射镜分别与各自对应的图像显示屏呈30度~60度的夹角安装于镜架内。
4.如权利要求1所述的头戴显示设备，其特征在于，两组光学系统中的两块图像显示屏安装于镜架上方或下方，两平面反射镜分别与各自对应的图像显示屏呈30度~60度的夹角安装于镜架内；镜架中央设有隔断片，用于将两眼看见的图像完全隔断。
5.如权利要求1至4任一项所述的头戴显示设备，其特征在于:所述头戴显示设备还包括外设连接电路，外设连接电路通过有线或无线方式，将所述头戴显示设备与具有播放功能的电子设备连接，获取待显示的信息。
6.如权利要求5所述的头戴显示设备，其特征在于，所述头戴显示设备还包括屈光度调节器，所述屈光度调节器位于所述目视放大光学组件的近眼端。
7.如权利要求5所述 的头戴显示设备，其特征在于，所述目视放大光学系统内的两组光学组件之间设有距离调节机构，用于调节两光学组件之间的距离。
8.如权利要求5所述的头戴显示设备，其特征在于:所述目视放大光学系统连接有焦距调节机构，用于调节两光学组件的焦距。
9.如权利要求5所述的头戴显示设备，其特征在于，所述镜架两侧分别设有卡扣，用于紧固头戴伸缩带。
10.如权利要求5所述的头戴显示设备，其特征在于，所述眼罩上方设有卡扣，用于紧固头戴伸缩带。
【文档编号】G02B27/01GK103901621SQ201410104242
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】赵霄翔, 黄琴华 申请人:成都理想境界科技有限公司