CN109116565B - 一种头戴式显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种头戴式显示设备，包括设备主体、滑动组件和头带，所述设备主体与所述头带通过所述滑动组件连接，所述滑动组件包括驱动机构和滑臂，所述驱动机构和所述滑臂分别与所述设备主体和所述头带固定连接，所述驱动机构包括动力件和蜗杆，所述动力件能够驱动所述蜗杆周向转动，所述滑臂上设置有与所述蜗杆相配合的螺母，所述螺母与所述蜗杆啮合连接，所述蜗杆周向转动时，所述设备主体与所述头带相互靠近或远离。本发明的一个技术效果在于，本发明中头戴式显示设备能够调节人眼到镜片的距离。

Description

一种头戴式显示设备

技术领域

本发明涉及电子产品技术领域，更具体地，本发明涉及一种头戴式显示设备。

背景技术

头戴显示设备，也称视频眼镜、眼睛式显示器、随身影院，可实现多媒体文件的播放，包括3D视频等，利用近眼显示技术实现了沉浸式的影院效果，将便携式家庭影院的概念产品化。用户通过佩戴各种头戴显示设备，向眼睛发送光学信号，可以实现虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)等不同效果。

在现有技术中，由于用户个体视力的不同，每个用户对于眼睛到镜片的距离的要求是不一样的，直接影响到用户所感受到的成像效果和使用体验。对于不能调节眼睛到镜片距离的产品，由于用户的个体差异，固定的眼睛到镜片的距离也就不能满足一些用户的观赏画质的需求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种头戴式显示设备的新技术方案。

根据本发明的一个方面，提供一种头戴式显示设备，包括设备主体、滑动组件和头带，所述设备主体与所述头带通过所述滑动组件连接，所述滑动组件包括驱动机构和滑臂，所述驱动机构和所述滑臂分别与所述设备主体和所述头带固定连接，所述驱动机构包括动力件和蜗杆，所述动力件能够驱动所述蜗杆周向转动，所述滑臂上设置有与所述蜗杆相配合的螺母，所述螺母与所述蜗杆啮合连接，所述蜗杆周向转动时，所述设备主体与所述头带相互靠近或远离。

可选地，所述驱动机构和所述滑臂分别位于所述设备主体与所述头带的中心线上，滑动方向与所述中心线平行。

可选地，所述设备主体上设置有两组镜片，所述镜片朝向所述头带方向，所述两组镜片对称设置且两组镜片之间具有间隙，所述驱动机构或所述滑臂设置在所述间隙内。

可选地，所述头带上设置有朝向所述设备主体方向延伸的延伸臂，所述滑臂固定设置在所述延伸臂上与所述头带固定连接。

可选地，所述设备主体具有壳体，所述驱动机构固定设置在所述壳体内，所述滑臂设置在所述头带上，所述滑臂插入所述壳体内与所述驱动机构连接。

可选地，所述驱动机构还包括滑轨，所述滑臂设置在所述滑轨上并沿着所述滑轨滑动。

可选地，所述滑轨具有相对的两个侧壁，所述滑臂的两侧分别与滑轨的两个侧壁滑动连接，所述蜗杆固定设置在所述滑轨的两个侧壁之间。

可选地，还包括检测组件，所述检测组件设置在所述设备主体内，所述检测组件被配置为用于检测使用者的眼睛信息，所述检测组件与所述动力件电连接。

可选地，所述检测组件包括眼动追踪系统。

可选地，还包括设备主板，所述设备主板设置在所述设备主体内，所述检测组件和所述滑动组件分别与所述设备主板电连接。

本发明的一个技术效果在于，本发明中头戴式显示设备能够调节人眼到镜片的距离。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是一些实施例的结构爆炸示意图。

图2是一些实施例中滑动组件的结构爆炸示意图。

图中：1 设备主体，11 检测口，2 滑动组件，21 滑臂，22 驱动机构，23 动力件，24蜗杆，25 螺母，26 滑轨，27 螺丝，3 检测组件，31 镜头，4 头带，41 延伸臂，42 调节机构，5 设备主板。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明提供的一种头戴式显示设备，在一些实施例中，如图1和图2中所示的，包括设备主体1、滑动组件2和头带4。

所述设备主体1上设置有镜片等光学组件，使用者能够通过镜片观看到设备主体1显示出的信息。所述设备主体1与所述头带4通过所述滑动组件2连接，使用者在使用本发明时，通过头带4将所述设备佩戴在头部，使得设备主体1上的镜片与使用者眼睛相对，实现使用者的观看。

所述滑动组件2包括能够连接的驱动机构22和滑臂21。所述驱动机构22和所述滑臂21分别与所述设备主体1和所述头带4固定连接，即所述驱动机构22与所述设备主体1固定连接、且所述滑臂21与所述头带4固定连接；或者，所述驱动机构22与所述头带4固定连接、所述滑臂21与所述设备主体1固定连接。本申请对此并不限制。所述设备主体1与所述头带4通过所述驱动机构22与所述滑臂21的连接进行连接。

所述驱动机构22包括动力件23和蜗杆24。所述动力件23通常为电机。所述动力件23与所述蜗杆24连接，所述动力件23能够驱动所述蜗杆24周向转动。所述滑臂21上设置有与所述蜗杆24相配合的螺母25，所述螺母25与所述蜗杆24啮合连接，通过所述蜗杆24的周向转动，即蜗杆24的正转或者反转，来驱动所述螺母25沿着蜗杆24的轴向方向移动，进而带动所述滑臂21以及与滑臂21固定连接的头带4的移动，所述移动是相对的，也可以说是蜗杆24带动与驱动机构22固定连接的设备主体1相对于螺母25移动。所述驱动机构22和所述滑臂21分别与所述设备主体1和所述头带4固定连接，通过所述蜗杆24的周向转动，能够实现所述设备主体1和所述头带4相互靠近或者远离。

通过调节所述设备主体1与所述头带4之间的距离能够实现调节人眼到镜片的距离。啮合连接的驱动关系使得动力件23、蜗杆24、滑臂21相对于所述设备主体1或所述头带4在安装后的设置位置能够保持固定不变，能够保持稳固的连接关系，设备主体1内的其他组件也能够与设备主体1保持稳固的固定连接关系。相比较于在设备主体1内通过移动镜片来调节人眼到镜片之间的距离的设备，镜片等光学组件的配合精密度很高，经常性的移动容易增大其误差，增大光学组件失效的几率，降低了设备的可靠性，会影响用户体验；另一方面，移动镜片的机构或镜片损坏后需要对设备主体1内的光学组件进行整体拆卸，重新适配，使得维修困难并且维修成本高。本发明中设备主体1内部的各个组件可以与设备主体1保持固定关系，设备主体1作为一个整体相对于所述头带4进行移动，使得光学组件中个光学元件之间的位置关系始终保持固定，在能够调节人眼到镜片的距离的同时，还能够保持头戴式显示设备的可靠性；即使滑动组件发生故障，仅需要拆卸滑动组件的安装区域即可完成检修更换工作，不需要对精密的光学组件部分进行拆卸，保证了设备主体1内部的装配可靠性。并且本申请不需要在设备主体1内部为镜片的移动预留出移动空间，只需要将镜片安装在设备主体1内即可，有利于节省内部空间，使得结构可以更加紧凑，对于头戴式显示设备这种直接佩戴使用的电子设备，有助于其小型化，提升用户体验。

在一些实施例中，如图1中所示的，所述驱动机构22和所述滑臂21分别位于所述设备主体1与所述头带4的中心线上，滑动方向与所述中心线平行，使得所述设备主体1与所述头带4连接后中心线所在的剖面重合；进一步的，使得所述设备主体1与所述头带4在相对滑动时其受的滑动作用力均作用在其中心线上，并且滑动作用力的方向也和中心线平行，使得所述设备主体1与所述头带4在滑动时受力均衡；进一步的，使得所述设备主体1与所述头带4在滑动时，两只眼睛与对应的两个镜片之间的距离移动相同。

在一些实施例中，所述设备主体1上设置有两组镜片。所述镜片朝向所述头带4的方向，在使用者佩戴使用时，所述镜片与使用者的眼镜相对。所述两组镜片对称设置，位于中心线的两侧。所述两组镜片之间具有间隙，通常情况下，镜片是圆形的，两个圆形的镜片在并排对称放置时，其共同的水平切线与两个圆形的镜片会围合出一个空间，即所述间隙，当然，在其他的实施例中，镜片也可以不是圆形的，本申请对此并不限制。间隙这部分空间在设备主体1内通常为中空的或者作为布线的通道，利用率极低，所述驱动机构22或所述滑臂21设置在所述间隙内，使得本申请中的滑动组件2能够有效的利用设备主体1内的结构间隙，提高空间利用率，在设置滑动组件2时减少甚至不会对设备主体1的外形体积产生影响。

在一些实施例中，如图1中所示的，所述头带4上设置有朝向所述设备主体1方向延伸的延伸臂41，所述滑臂21固定设置在所述延伸臂41上与所述头带4固定连接，为所述滑臂41提供稳固的支撑。进一步的，所述滑臂21也可以直接固定在所述头带4，或者是和所述头带4的主体结构一体成型的，本申请对此并不限制。

在一些实施例中，如图1中所示的，所述设备主体1具有壳体，所述驱动机构22固定设置在所述壳体内。所述滑臂21设置在所述头带4上。在与设备主体1连接时，所述滑臂21可以直接插入所述壳体内与所述驱动机构22连接，保持设备主体1外观的美观性。还可以利用壳体对滑动组件2进行有效的保护，防止外界的破坏，例如杂物进入到蜗杆24上阻碍螺母25的移动。

在一些实施例中，如图1和图2中所示的，所述驱动机构22包括滑轨26，所述滑臂21设置在所述滑轨26上并沿着所述滑轨26滑动。所述滑轨26对所述滑臂21具有引导、约束和支撑的作用。

在一些实施例中，如图1中所示的，所述滑轨26具有相对的两个侧壁，所述滑轨26可以是一面敞开的中空立方体结构，也可以是横截面为U形的一面敞开的中空结构，本申请对此并不限制。所述滑臂21的两侧分别与滑轨26的两个侧壁滑动连接。可以是在所述两个侧壁上分别设置有相对的凹槽，所述滑臂21的两侧滑入所述凹槽内，或者滑臂的两侧设置凸起部伸入凹槽内滑动，本申请对其设置形式并不限制。所述凹槽还可以为腰圆孔。所述蜗杆24固定设置在所述滑轨26的两个侧壁之间，使得驱动机构22能够作为一个独立的模块存在，便于对头戴显示设备进行模块化设计，简化装配难度。所述蜗杆24的两端可以转动设置在沿着滑动方向在两个侧边之间相对的连接壁上；或者在所述两个侧壁下方设置有相连接的底板，底板上设置两个相对的支撑座，所述蜗杆24的两端可以转动设置在所述两个相对的支撑座上。所述动力件23也可以固定在所述两个侧壁之间，或者固定设置滑轨26外侧也是可以的，本申请对此并不限制。在装配时，将动力件23和蜗杆24安装在所述滑轨26上，旋入螺母25，所述螺母25与所述蜗杆24啮合连接，然后再将所述滑轨26直接进行安装在所述设备主体1或所述头带4即可；然后再卡入所述滑臂21，再通过螺丝等连接方式将所述滑臂21与所述螺母25的外壁固定连接即可完成所述设备主体1与所述头带4的装配。这种设计结构紧凑，便于将滑动组件2设置在镜片的间隙空间内。

在一些实施例中，蜗杆24与螺母25的啮合可以通过摩擦角的设计使期啮合连接能够自锁的，在动力件停止驱动后，能够保值稳固的连接关系，不需要在额外的设置锁止机构来保持其相对位置。

在一些实施例中，如图1和图2中所示的，所述头戴显示设备还包括检测组件3。所述检测组件3设置在所述设备主体1内。所述检测组件3的检测方向朝向所述头带4，所述检测组件3用于追踪检测使用者的眼睛信息，可以根据眼睛和眼睛周边的特征变化进行跟踪，可以是根据虹膜角度变化进行跟踪，还可以是主动投射红外线等光束到虹膜来提取特征，或者是其他形式的检测来提取所需要的信息，本申请对此并不限制。所述检测组件3与所述滑动组件2电连接，将检测组件3检测到的信息与滑动组件2进行关联，根据检测组件3采集到的信息来使滑动组件2工作，使得所述设备主体1与所述头带4相互靠近或远离，来调整使用者眼睛距离镜片的距离，检测组件3采集到的信息处于最佳成像范围内时，停止滑动组件2滑动。使用者的最佳成像范围的信息可以是通过设备出厂预设，也可以是通过检测组件3采集到的信息进行运算比对后得到，本申请对此并不限制。所述检测组件3可以是在每次使用前一次性完成检测校准，也可以是在使用过程中实时、间隔检测，通过滑动组件2进行校准，本申请对此并不限制。具体的技术原理可以如同现有技术中的眼睛验光仪等，在此不再赘述。相比较于手动调节眼睛到镜片的距离的方式需要手动调节或者半自动的一直按住机械调节按钮，当使用者感到最佳的成像后，松开调节按钮，然后将位置锁止，但手动调节眼睛到镜片的距离的产品，一是需要手动调节，二是随着显示信息的切换，通过手动调节可能会带来间断使用的不友好体验，三是手动调节的误差较大，使得用户可能不能体验到最佳的观赏画质，都会降低用户对产品的评价。因此，本发明通过采集使用者眼睛的信息变化，可以实现自动调整设备主体距离使用者眼睛的距离，即使得使用者感受最佳成像效果或距离，从而使观赏具有连续性，得到最佳的使用体验。

在一些实施例中，在设备主体1与使用者面部接触的位置设置有弹性缓冲层，用于封闭眼睛与外界的接触，防止外界的光线对头戴式显示设备的成像效果造成干扰。所述弹性缓冲层的形变行程范围可以与所述设备主体1与所述头带4之间的滑动行程相对应。所述弹性缓冲层可以采用硅胶等弹性材料制成，本申请对此并不限制。

在一些实施例中，所述检测组件3可以包括eye-tracking系统，即眼动追踪系统。例如，如图1中所示的，可以通过检测探头，例如镜头31来捕捉使用者的眼睛信息，通过图像处理技术，检测装置3定位瞳孔位置，获取瞳孔中心坐标，计算人的注视点。可以通过捕捉用户注视点，对注视点区域进行图像增强，呈现出高质量的图像，而弱化非注视点区域的图像，也就是注视点渲染技术，一方面可以提高数据处理速度，降低VR设备或应用对硬件设备的要求，另一方面这种方式更符合人眼的特点，因为我们注视某个点的时候，只有那一个点是最清楚的，而其他地方则是不清楚的，这样通过虚化非注视点的方式会给用户带来更好的体验。进一步的，也可以通过瞳孔信息来判断使用者距离镜片等的距离是否合适，所成像的图像效果是否最佳，来控制滑动组件2是否调节设备主体距离使用者眼睛的距离。

在一些实施例中，如图1中所示的，所述设备主体1上设置有检测口11。所述设备主体1上通常对称设置有与眼睛相对的镜片的安装孔，所述检测口11位于两个安装孔之间的位置，检测组件3的检测探头，例如镜头31设置在所述检测口11上，由于所述眼睛距离镜片之间具有一定距离，从而使得所述镜头31能够捕捉到两侧眼睛的信息。

在一些实施例中，检测组件3所检测到的信息还需要经过控制模块的处理，才能转换为控制所述滑动组件2的电信号。所述控制模块可以是检测组件3本身配置有单独的处理芯片，仅用于处理检测组件3检测到的信息，并对滑动组件2发送控制指令；或者是共用头戴式显示设备的设备主板5来对采集到的信息进行处理，设备主板5通常还用于处理显示器的图像信息等，再或者将检测组件3本身配置的单独的处理芯片集成到所述设备主板5上也是可以的，本申请对此并不限制。进一步的，所述设备主板5通常设置在所述设备主体1内，所述检测组件3和所述滑动组件2分别与所述设备主板5电连接。

在一些实施例中，如图1中所示的，所述头带4上可以设置有调节机构42，所述调节机构42用于调节所述头带4的大小，使得本发明能够适用于不同的使用者，根据不同的使用者的头部大小进行调节适应。所述调节机构42可以是手动连接机构，例如魔术带等，也可以是通过电机等驱动的自动调节机构，本申请对此并不限制。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种头戴式显示设备，其特征在于，包括设备主体、滑动组件和头带，所述设备主体与所述头带通过所述滑动组件连接，所述滑动组件包括驱动机构和滑臂，所述驱动机构和所述滑臂分别与所述设备主体和所述头带固定连接，所述驱动机构包括动力件和蜗杆，所述动力件能够驱动所述蜗杆周向转动，所述滑臂上设置有与所述蜗杆相配合的螺母，所述螺母与所述蜗杆啮合连接，所述蜗杆周向转动时，所述设备主体与所述头带相互靠近或远离；

所述驱动机构还包括滑轨，所述滑臂设置在所述滑轨上并沿着所述滑轨滑动；

所述滑轨具有相对的两个侧壁，所述滑臂的两侧分别与滑轨的两个侧壁滑动连接，所述蜗杆固定设置在所述滑轨的两个侧壁之间。

2.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述驱动机构和所述滑臂分别位于所述设备主体与所述头带的中心线上，滑动方向与所述中心线平行。

3.根据权利要求2所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述设备主体上设置有两组镜片，所述镜片朝向所述头带方向，所述两组镜片对称设置且两组镜片之间具有间隙，所述驱动机构或所述滑臂设置在所述间隙内。

4.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述头带上设置有朝向所述设备主体方向延伸的延伸臂，所述滑臂固定设置在所述延伸臂上与所述头带固定连接。

5.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述设备主体具有壳体，所述驱动机构固定设置在所述壳体内，所述滑臂设置在所述头带上，所述滑臂插入所述壳体内与所述驱动机构连接。

6.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，还包括检测组件，所述检测组件设置在所述设备主体内，所述检测组件被配置为用于检测使用者的眼睛信息，所述检测组件与所述动力件电连接。

7.根据权利要求6所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述检测组件包括眼动追踪系统。

8.根据权利要求6所述的头戴式显示设备，其特征在于，还包括设备主板，所述设备主板设置在所述设备主体内，所述检测组件和所述滑动组件分别与所述设备主板电连接。

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