头戴显示设备的制作方法

文档序号:13985158
头戴显示设备的制作方法

本发明涉及头戴显示设备,尤其涉及头戴显示设备与用户眼睛适配部分的结构。



背景技术:

目前,头戴显示设备,比如沉浸式的头戴式影院设备及头戴式虚拟现实设备,正变得越来越流行,用户对其佩戴的舒适性也同时提出了更高的要求。比如,头戴显示设备由于采用了近眼显示技术,即向双眼投射图像后使眼睛看到放大的虚像,因此用户佩戴后是否能看到重合的图像是舒适性的一个重要方面。又比如,用户长时间佩戴现有头戴式影院/虚拟显示设备过程中,眼睛保持注视正前方,容易感到眼部疲劳,降低了佩戴的舒适感。



技术实现要素:

本发明的旨在提供一种提高了用户佩戴的舒适感的头戴显示设备。

本发明提供一种头戴显示设备,包括一个外壳及收容在该外壳内的两个显示模组,各显示模组用于向用户对应的眼睛投射图像光束,以使用户看到虚像。各图像光束从平视面下方向平视面射出,并且其光轴与平视面形成非零的第一夹角α,以入射对应的眼睛。各图像光束的光轴在沿各自入射对应眼睛的方向上相互远离,且该两个光轴之间形成非零的第二夹角β。

上述第一角度α的设置符合眼睛能舒适观看的习惯,使得用户长时间观看头戴显示设备也不易觉得疲劳。同时,第二夹角β的设置使得用户所看到的虚线容易聚焦重合,有利于用户带上头戴显示设备后不易看到不重合图像的情况。综上,上述两个角度的设置提高了用户佩戴的舒适感。

附图说明

下列附图用于结合具体实施方式详细说明本发明的各个实施方式。应当理解,附图中示意出的各元件并不代表实际的大小及比例关系,仅是为了清楚说明而示意出来的示意图,不应理解成对本发明的限制。

图1是本发明一个实施方式提供的头戴显示设备的示意图。

图2是图1的头戴显示设备的显示部分的部分剖视示意图。

图3是图1的头戴显示设备的显示部分的俯视示意图。

图4是图1的头戴显示设备的显示模组的结构示意图。

图5是图1的显示模组的一个部分分解示意图。

图6是图1的显示模组的另一个部分分解示意图。

图7是图1的显示模组的又一个部分分解示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合具体实施方式及附图,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

请参考图1,本发明提供了一种用于头戴显示设备100,其包括一个用于使用户看到显示图像的显示部分102及一个用于使用户听到与图像匹配的声音的耳机部分104。在本实施方式中,耳机部分104设置于显示部分102相对的两端,且为头戴包覆式耳机,用于向用户提供优质的听觉体验。显示部分102与耳机部分104优选可相对旋转以在不使用时旋转至相互重叠的位置,减少整个头戴显示设备100所需的收容空间,比如,耳机部分104沿箭头AR所示的方向旋转。然而应当理解,在其它的实施方式中,耳机部分104也可以是耳塞式耳机,或者只是一个耳机的接口,比如3.5毫米耳机接口,供用户自行接入其想要的耳机。在本实施方式中,显示部分102包括一个连接至耳机部分104的外壳106及两个收容固定于外壳106内的显示模组108,各显示模组108用于向用户对应的眼睛投射图像光束105,从而让用户看到放大的虚线,获得观看大屏的视觉效果。

请结合图2及图3,在本说明书及权利要求书中,定义用户双眼EY平视正前方无限远处时,代表用户双眼视线的两个平行线所形成的平面为“平视面”HS;在该平视面HS靠近用户下巴一侧,定义为“下”;在该平视面HS靠近用户额头一侧,定义为“上”。为了使用户长时间佩戴后眼部也不易觉得疲劳,各图像光束105从平视面HS下方向平视面HS射出,并且其光轴与平视面HS形成非零的第一夹角α,以入射对应的眼睛EY;各图像光束105的光轴在沿各自入射对应眼睛的方向上相互远离,且该两个光轴之间形成非零的第二夹角β。

由于眼睛长时间保持注视正前方后容易感到眼部疲劳,在上述技术方案中用户观看显示模组108显示的图像时眼睛相对平视面HS朝下倾斜一个第一夹角α,符合眼睛能舒适观看的习惯,因此,在上述技术方案下,用于长时间观看头戴显示设备100也不易觉得疲劳。同时,由于显示模组108向用户双眼所投射的图像光束105的光轴呈相对“散开”的方式,即光轴在沿各自入射对应眼睛的方向上相互远离且该两个光轴之间形成非零的第二夹角β,因此用户沿逆着该两个光轴入射的方向所看到的虚线容易聚焦重合,有利于用户带上头戴显示设备100后不易看到不重合图像的情况。是否能看到重合的图像及能否长时间观看,都是用户体验的重要方面,综上,上述两个角度的设置提高了用户佩戴的舒适感。

优选地,5°≤α≤15°,1°≤β≤18°。更优选地,8°≤α≤12°,5°≤β≤16°。

可选地,外壳106包括上板106a、相对上板106a的下板106b及连接该上板106a及下板106b并朝向用户眼睛的前板,该前板包括面向用户左眼睛的左前板106c及面向用户右眼睛的右前板106d。左前板106c及右前板106d之间的夹角为(180°-β)。如此,安装过程中,两个显示模组108分别抵靠左前板106c及右前板106d,便可使得第二夹角固定为预设的角度β。

可选地,下板106b与左前板106c及右前板106d之间的夹角γ相等且大于等于(90°-α)。或者,上板106a与左前板106c及右前板106d之间的夹角δ相等且大于等于(90°+α)。如此,可使得外壳106之内的容置空间。

请再结合图4至5,显示模组108的一个实施方式包括光学模组10、图像产生装置20、第一调节模组30及第二调节模组40。光学模组10在设定的第一方向X上可移动。图像产生装置20在设定的第二方向Y上可移动地连接至光学模组10。第一调节模组30包括第一操作件32及与光学模组10在第一方向X保持同步的锁止机构34。锁止机构34未受外力时处于锁定光学模组10的位置的第一状态,通过第一操作32件受到外力时处于可带动光学模组10沿第一方向X移动的第二状态。第二调节模组40包括与光学模组10在第一方向X上保持同步的传动机构42及通过传动机构42连接至图像产生装置20的第二操作件44。第二操作件44包围第一操作件32并且其旋转可使图像产生装置20在第二方向Y上移动。

如此,向第一操作件32施力以使锁止机构34处于第二状态时,锁止机构34可在该外力的作用下可沿第一方向移动,从而带动光学模组10沿第一方向X移动,进而起到调节两个显示模组108之间的距离的作用,以适应用户的瞳距。旋转第二操作件44便可通过传动机构42使图像产生装置20在第二方向Y上移动,起到调节图像产生装置20与光学模组10之间的距离(即屈光度)的作用,从而适应不同用户的近视或远视的度数。另外,用户旋转第二操作件44时,无需对第一操作件32施力,锁止机构34处于锁定光学模组10位置的第一状态,使得调节屈光度的过程中不会调节到瞳距;同理,用户施力第一操作件32,无需旋转到第二操作件44,使得调节瞳距的过程中不会调节到屈光度。因此,调节瞳距及屈光度互不干扰。

另外,由于第二操作件44需要旋转操作,其被用户拨动旋转的部位应离其中心的转轴较远才方便用户操作,因此,第二操作件44中间部位是不利于用户操作的部位,此时,第一操作件32位于第二操作件44中间部位,即设置成被第二操作件44包围的结构有利于减少两个操作件32、44在下板106b上占用的面积,使整体设计较为简洁,同时两个操作件32、44如此的设置方式也使用户在做屈光度及瞳距的调节时无需移动到两个分离较远的位置,便于用户的操作。

具体地,请结合图1及图4,光学模组10内设置有多个镜片并且在第一导向杆11的引导下沿第一方向X移动。图像产生装置20可以是OLED显示屏,其产生的图像光束105在光学模组10的引导下向设定的方向投射进入用户的眼睛,从而使用户看到放大的虚像。图像产生装置20在第二导向杆21的导向下沿第二方向Y移动。

锁止机构34包括弹性件36及用于与一个耦合部107耦合的定位件38。弹性件36用于向定位部38施加弹力使其与耦合部107耦合而使锁止机构34处于上述第一状态。第一操作件32通过定位件38向弹性件36传递外力而使定位件38与耦合部107解除耦合,进而使锁止机构34处于上述第二状态。本实施方式中,耦合部107设置于下板106b的一个内表面上,且程起伏的波浪状。对应地,定位件38也设置有形状对应的波浪状部位38a,以与耦合部107配合。而弹性件36为一个弹簧并且处于定位件38上方并一直处于被压缩状态,以向定位部38施加向下的弹力。如此,耦合部107与定位件38以凹凸匹配的方式使定位部38在只受弹性件36的作用时,无法在第一方向X上移动。

更具体地,定位件38相对的两侧还各设置有一个向外延伸的卡勾38b,两个卡勾38b可相对传动机构42的壳体48(下面会详细介绍)滑动,并在锁止机构30处于第一状态时抵顶壳体48,如图4所示。如此,虽然弹性件36此时向定位件38施力,在卡勾38b的作用下,限制了定位件38向下继续滑动。而外力通过第一操作件32向定位件38施力时,定位件38可相对壳体48向上滑动(图未示),从而允许与耦合部107解除耦合。同理地,第一操作件32也设置有两个类似的卡勾32a,用于在锁止机构30处于第一状态时与第二操作件44抵顶,防止向下继续滑动;外力作用时,第一操作件32向上滑动使得卡勾32a向上抵顶定位件38,进而使定位件38与耦合部107解除耦合。

优选地,第一操作件32面向外部的外表面中部向内凹陷,从而便于用户通过第一操作32在第一方向X上带动光学模组10移动。

应当理解,在其它实施方式中,弹性件36也可设置于定位件38的下方而一直处于被拉伸状态。另外,上述实施方式中,定位件38在大致垂直于第一方向X或第二方向Y的第三方向Z上可动。但可以理解,在其它实施方式中,通过类似上述实施方式的原理,第一操作件32也可以设置在外壳106的上板106a或背向用户的外表面等,即是说,定位件38不限于在第三方向Z上可滑动,比如也可以是上述第一方向X或第二方向Y。

请结合图5及图6,具体地,第二操作件44开设有凹槽44a,第一操作件32收容于凹槽44a中从而被第二操作件44包围。另外,第二操作件44包围第一操作件32的部分呈环形且该环形部分的外表面开设有多个沿径向延伸的凸条44b,第一操作件呈44呈对应的圆形。如此,第一操作件32位于凹槽44a中从而被第二操作件44包围,凸条44b的设置有利于用户对第二操作件44的旋转。

传动机构42连接包括至少一个螺杆46,用于将旋转运动转换为直线运动。第二操作件44连接该至少一个螺杆46并在外力的作用下驱动其旋转。第二操作件44可通过螺钉41固定连接至螺杆46,使得两者同步转动。由于螺杆46耦合至图像产生装置10,如此,旋转第二操作件44便可调节图像产生装置10与光学模组20之间的距离,从而适应不同远视或近视度数的用户。在本实施方式中,由于第二操作件44设置在底部,而图像产生装置10是在第二方向Y上移动,因此,所述至少一个螺杆46在本实施方式中包括了两个互成角度的螺杆46、46a,以适应该实施方式,即第二操作件44上的旋转通过螺杆46传递至螺杆46a,螺杆46a上开设的螺纹与光学模组20上的螺纹相互耦合而将旋转运动转化为直线运动。然而应当理解,在其它实施方式中,第二操作件44若设置在其它位置,比如外壳背离用户的前侧表面时,可只需一个螺杆便可实现调节目的。

更具体地,传动机构42还包括一个壳体48,所述至少一个螺杆46收容于壳体48内。壳体48起到固定所述至少一个螺杆46的位置的作用,使其位置不易发生变动而导致无法调节。优选地,壳体48包括固定至光学模组20的第一壳体48a及位于相对一侧的第二壳体48b。第二壳体48b开设有盲孔48c,弹性件36部分收容在盲孔48c中,部分延伸出盲孔48c并抵持定位件38。盲孔48c的设置起到固定弹性件36位置的作用。

请结合图5,具体地,第一调节模组30还包括固定至外壳106的下板106b弹片35,光学模组20的表面还设置具有多个凹陷的摩擦部22,光学模组20沿第一方向X移动的过程中弹片35抵持摩擦部22从而发出振动和/或声音,以起到让用户感知光学模组20在移动的作用,同时,弹片35摩擦部22的凹陷抵持也起到固定位置的作用。

请结合图7,具体地,图像产生装置20包括显示屏23、支架24及弹性密封管25。显示屏23包括用于显示图像的主体23a,显示屏23可通过螺钉固定至支架24背对光学模组20的一侧,其显示图像的一侧面向镜头模组10。支架24可移动地连接至光学模组20,比如,其上设置有多个固定孔24a,用于套设至第二导向杆21,从而使得支架24沿第二导向杆21设定的方向,即第二方向Y可移动地连接至光学模组20。弹性密封管25一端密封地固定至支架24,相对的另一端密封地固定至镜头模组10,并且可在支架24移动的方向上,即第二方向Y上延伸或收缩,以将显示屏23显示图像的主体23a密封在由支架24、光学模组20及弹性密封25管形成的空间中。如此,用户在允许的范围内调节屈光度,即调节显示屏23与镜头模组10之间的距离的时候,由于弹性密封管25在第二方向Y上可延伸或收缩,因此,不会对调节造成限制。同时,由于弹性密封管25的设置,主体23a与镜头模组10之间被封闭,外界的杂质无法进入其间而影响图像投射至用户眼睛的效果。这在对显示效果要求极高的近眼显示领域中极为重要。因此,弹性密封管25可有效防止外界杂质对显示效果的影响,同时还不会对屈光度的调节造成限制。

需指出的是,其他实施方式中,显示屏23的上述电路板也可以设置得比较小,并且支架24还包括一个密封板(图未示),以将显示屏23完全容置在支架24中。

具体地,弹性密封管25包括第一固定件26、第二固定件27跟管道弹性件28。第一固定件26大致呈环状/跑道状,其可通过粘合等方式固定连接至管道弹性件28的一端28a,并用于连接至支架24。与支架24连接的方式可以是在第一固定件26的边缘上开设多个通孔26a,同时在支架24对应的位置设置多个凸起24b,如此,通过通孔26a与凸起24a的卡扣可实现第一固定件26与支架24的连接。优选地,管道弹性件28对应通孔26a的位置也开设有对应的通孔28c,如此,支架24的凸起24b同时卡入通孔26a及28c中,起到更进一步防止第一固定件26与管道弹性件28脱离的作用。当然,其它实施方式中,第一固定件26与管道弹性件28的一端28a之间也可不必粘合,直接通过上述卡扣方式固定至支架24。第二固定件27与镜头模组10及管道弹性件28的另一端28b的固定方式雷同上述,不再赘述。管道弹性件28可以由橡胶等具有可伸缩能力的材料制成,该些材料优选是透光性差的,并且其表面优选设置有多个与其伸缩方向垂直的褶皱28d,便于收缩或拉伸。

应当指出的是,在上述实施方式中,由于管道弹性件28较软,因此通过两个质地较硬,比如有塑料制成的固定件26、28通过卡扣的方式与支架24及镜头模组10连接,在提高连接的可靠性的同时,还便于组装过程中的组装。比如,整个弹性密封管25做成一个整体的零部件,安装过程中扣合至支架24及镜头模组10便可。然而也应当理解,在其它实施方式中,也可以通过其它的方式实现连接,比如,管道弹性件28的两端28a、28b直接通过粘合方式固定至支架24及镜头模组10。另外,在其它实施方式中,也可以是管道弹性件28一端通过固定件26或28,而另一端通过其它方式,比如粘合方式连接至支架24及镜头模组10。

必须指出的是,本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序、数量或者重要性。同样,“一个”、“一”或“该”等类似词语也不表示数量限制,而只是用来表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词语前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或物件。“连接”或者相连等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包含电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

再多了解一些
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