CN212694166U - 一种头戴式显示设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种头戴式显示设备，包括：音频播放装置，包括供电组件、头带以及安装在头带两端的音频播放组件；与音频播放装置连接的显示装置，包括显示组件和眼球追踪组件，其中，眼球追踪组件用于捕捉人眼瞳孔大小；设置在音频播放装置上的控制器，用于根据人眼瞳孔大小确定瞳距，根据瞳距生成微调指令；电机驱动装置，用于根据微调指令调整显示装置的位置。本申请提供的头戴式显示设备将供电设备和音频播放组件设置在音频播放装置上，保证了在提供大容量的电源的同时能够播放高音质效果的音频，并且，可以根据瞳距调整显示装置的位置，保证了用户能够清楚地看到显示图像。

Description

一种头戴式显示设备

技术领域

本申请涉及智能显示技术领域，特别涉及一种头戴式显示设备。

背景技术

智能眼镜由于控制设备工艺制程、GPU(:Graphics Processing Unit，图形处理器)的处理能力、功耗及散热的限制，目前做成和近视眼镜大小一致的具有自主处理能力一体机式AR眼镜困难较大，即使做成后，由于存放电池位置的眼镜腿的位置较小，所以电池容量一般都在200mAh左右。造成LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)及光机同时打开时工作时间较短，实用性不强，再加上由于AR本身结构大小限制，造成本身没有地方安装较大的喇叭单元，造成了AR产品没有高音质效果。相关技术将显示功能和耳机功能结合在一起，但是呈现在用户眼前画面会存在不清楚的问题。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种头戴式显示设备，能够实现高音质效果、增长待机时间，并且可以提高显示的清晰度。其具体方案如下：

本申请提供了一种头戴式显示设备，包括：

音频播放装置，包括供电组件、头带以及安装在所述头带两端的音频播放组件；

与所述音频播放装置连接的显示装置，包括显示组件和眼球追踪组件，其中，所述眼球追踪组件用于捕捉人眼瞳孔大小；

设置在所述音频播放装置上的控制器，用于根据所述人眼瞳孔大小确定瞳距，根据所述瞳距生成微调指令；

电机驱动装置，用于根据所述微调指令调整所述显示装置的位置。

优选的，所述显示装置还包括焦距调节轴，其中，所述焦距调节轴包括伸缩外臂和伸缩内臂。

优选的，所述显示装置还包括：

距离传感器；

所述控制器还用于根据所述距离传感器测量的距离，控制所述焦距调节轴转动，以调整所述显示组件的焦距。

优选的，所述眼球追踪组件包括：

与人眼对应的多个红外光源和红外摄像机。

优选的，每个所述人眼对应6个所述红外光源。

优选的，还包括：转轴，所述音频播放装置和所述显示装置通过所述转轴连接。

优选的，所述电机驱动装置包括两个电机，两个所述电机分别设置在两个所述音频播放组件的所述转轴处。

优选的，所述音频播放装置上还包括与所述控制器连接的开关组件；

对应的，所述控制器还用于根据所述开关组件产生的切换指令，切换工作模式，所述工作模式包括所述音频播放装置对应的耳机模式和所述显示装置对应的显示模式。

优选的，所述开关组件为物理按键和/或按压触摸件。

优选的，还包括：与所述控制器连接，且用于采集人体的动作的摄像机。

本申请提供了一种头戴式显示设备，包括：音频播放装置，包括供电组件、头带以及安装在头带两端的音频播放组件；与音频播放装置连接的显示装置，包括显示组件和眼球追踪组件，其中，眼球追踪组件用于捕捉人眼瞳孔大小；设置在音频播放装置上的控制器，用于根据人眼瞳孔大小确定瞳距，根据瞳距生成微调指令；电机驱动装置，用于根据微调指令调整显示装置的位置。

可见，本申请提供的头戴式显示设备将供电设备和音频播放组件设置在音频播放装置上，保证了在提供大容量的电源的同时能够播放高音质效果的音频，并且，显示装置的眼球追踪组件捕捉人眼瞳孔大小，进而使控制器根据人眼瞳孔大小确定的瞳距生成微调指令，来控制电机驱动装置来调整显示装置，保证了用户能够清楚地看到显示图像。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种头戴式显示设备的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种双电机同步的原理示意图；

图3为本申请实施例提供的一种头戴式显示设备的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种显示装置200收起时的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种显示装置200放下时的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种焦距调节轴的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种头戴式显示设备的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的另一种头戴式显示设备的示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

智能眼镜由于控制设备工艺制程、GPU的处理能力、功耗及散热的限制，目前做成和近视眼镜大小一致的具有自主处理能力一体机式AR眼镜困难较大，即使做成后，由于存放电池位置的眼镜腿的位置较小，所以电池容量一般都在200mAh左右。造成LCD及光机同时打开时工作时间较短，实用性不强，再加上由于AR本身结构大小限制，造成本身没有地方安装较大的喇叭单元，造成了AR产品没有高音质效果。基于上述技术问题，本实施例提供一种头戴式显示设备，具体请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种头戴式显示设备的示意图，具体包括：

音频播放装置100，包括供电组件、头带以及安装在头带两端的音频播放组件；

与音频播放装置100连接的显示装置200，包括显示组件和眼球追踪组件，其中，眼球追踪组件用于捕捉人眼瞳孔大小；

设置在音频播放装置100上的控制器300，用于根据人眼瞳孔大小确定瞳距，根据瞳距生成微调指令；

电机驱动装置400，用于根据微调指令调整显示装置200的位置。

针对音频播放装置100进行进一步阐述。音频播放装置100，包括供电组件、头带以及安装在头带两端的音频播放组件。在实施例中，音频播放装置100具体的结构本实施例不再进行限定，只要是能够实现本实施例的目的即可。在一种可实现的实施方式中，音频播放装置100为头戴式耳机时，该音频播放装置100具有两个较大的耳包构造，在此耳包构造里可以加入较大容量的供电组件(左右供电组件总容量可达1200mAh左右)及较大单元的音频播放组件，该音频播放组件可以是喇叭，较大容量的供电组件解决了显示装置200续航短(续航可达1.5h)的问题，并且采用耳包式的音频播放装置100能够防泄漏声音保真，解决音质差的痛点，本实施例创新了佩戴方式，增加了产品的功能多样性，实用性较强，市场潜力巨大。并且，本实施例也将控制器300设置在音频播放装置100上，具体可以设置在音频播放组件的左右结构中，减轻了显示装置200的重量，优化了头戴式显示设备的配重比，使用户佩戴更加舒适。

进一步的，音频播放装置100还可以包括设置在两个耳包构造中的声音采集组件，2个麦克风(麦克风1及麦克风2)线阵位于显示装置200两端用于收集语音信号，可以通过双麦克风降噪算法从而实现语音主动降噪。

针对显示装置200进行进一步阐述。显示装置200可以是AR(Augmented Reality，增强现实)眼镜还可以是VR(Virtual Reality，虚拟现实)眼镜，用户可自定义设置。显示装置200与音频播放装置100连接，本实施例中不对连接的方式进行限定，可以是通过转轴连接，当然还可以是通过孔轴连接的方式，只要能够实现本实施例的目的即可。显示装置200包括显示组件和眼球追踪组件。当然显示装置200还可以包括光机和波导镜片，其中显示组件中显示目标图像，然后映射至光机中，光机将目标图像投射至波导镜片，放大目标图像供用户观看。显示装置200可以旋转至用户眼前来显示画面，不需要时可以防止在头顶，当然也可以在用户眼前作为普通眼镜使用。

进一步的，为了简化显示装置200转动的操作，本实施例中还包括：转轴，音频播放装置100和显示装置200通过转轴进行连接。本实施例中转轴的安装位置可以是音频播放组件上，还可以是头带上，用户可自定义设置。优选的，转轴的安装位置可以是音频播放组件上，具体是头戴式耳机的耳包外壳上。当然控制转轴转动的方式可以是电机控制转动，还可以手动控制转动，用户可自定义设置，只要能够实现本实施例的目的即可。可见，本实施例通过采用转轴连接简化了操作。

进一步的，为了更平衡有效的带动显示装置200自动转动，本实施例采用电机驱动转轴转动的方式，具体的，电机驱动装置400包括两个电机，两个电机分别设置在两个音频播放组件的转轴处。此本实施例采用双电机方案，这就需要对双电机的同步性要求较高，本方案采用对左右电机各自输出反馈信号给对方实现同步旋转方案，请参考图2，图2为本申请实施例提供的一种双电机同步的原理示意图，两个电机直接互通反馈信号，保证旋转同步。可见，本实施例采用双电机的方式能够更加平衡有效的带动智能眼镜转动，实现工作模式的转换。

显示装置200中的眼球追踪组件用于捕捉人眼瞳孔大小，本实施例中可以通过采集到的人眼瞳孔大小确定智能眼镜相对于人眼的位置，可以理解的是，如果显示装置200相对人眼位置偏上时则人眼图像中的眼白部分大，偏下时，眼白部分小。

进一步的，请参考图3，图3为本申请实施例提供的一种头戴式显示设备的结构示意图，其中，眼球追踪组件包括：与人眼对应的多个红外光源231和红外摄像机232。

本实施例不对红外光源231的数量进行限定，用户可自定义设置，可以是2个、3个、4个、5个、6个中的任意一种，当然还可以是其他数量，只要是能够显示本实施例的目的即可。可以理解的是每一个人眼对应有多个红外光源231，每个人眼还对应有一个红外摄像机232。通过感应接收红外光源231照射眼球反射回来的红外光线的方向及强度并通过一系列算法实现对眼球瞳孔大小及不同人群眼球特征的跟踪，由于瞳孔与眼球其他部分生理上的不同，造成了对红外光的吸收及反射系数不同，从而根据反射的红外光实现瞳孔大小及眼球数据的追踪，具体的请参考相关技术，本实施例不再进行赘述。

优选的，每个人眼对应6个红外光源231。上下各3个。本实施例中红外光源231可以是红外LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)阵列，左右眼各6颗红外光源231，其中6颗红外光源231的排布尽量分为上3颗及下3颗，否则，用户视野里会出现红外光源231的影子，影响观看效果，并且红外摄像机232(左右眼各一颗)，通过感应接收红外光源231照射眼球反射回来的红外光线的方向及强度并通过一系列算法实现对眼球瞳孔大小(即眼瞳孔大小)及不同人群眼球特征的跟踪，本实施例不再进行限定，请参考相关技术。

具体的，在本实施例中，由左右耳包里分别装有供电组件及音频播放组件、控制器300，显示装置200的0.5寸大小的显示组件与光机一一对应，眼睛的正前方为波导镜片，具体可以是一体式透明波导镜片，此镜片为弧形设计；左右固定显示装置200位置的电机驱动装置400为普通直流小型电机被安装在左右喇叭的转轴处；眼球追踪组件的LED红外阵列灯及左右红外摄像机232位于显示组件处。

针对控制器300进行进一步阐述。本实施例中的控制器300可以包括CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)当然还可以包括GPU，本实施例不再进行限定，用户可自定义设置。

进一步的，本实施例中的头戴式显示设备还可以包括：视频存储设备和UFS(通用闪存存储)设备。

本实施例中的头戴式显示设备还可以包括：用于工作模式监测的IMU(Inertialmeasurement unit，惯性测量单元)设备。其中，IMU是测量物体三轴姿态角及加速度的装置。一般IMU包括三轴陀螺仪及三轴加速度计，9轴IMU还可以包括三轴磁力计。

本实施例中的头戴式显示设备还可以包括：与控制器300连接的，且用于采集人体的动作的摄像机。具体的，摄像机可以是实现6*Dof(6个自由度)功能的摄像机，6DOF摄像机位于显示设备的两边，主要是为了保证可视角(FOV)的更大化考虑，此类设计FOV可达270°，空间建模角度较广，当然还可以是3*Dof功能的摄像机，用户可自定义设置，只要是能够实现本实施例的目的即可。

综上可知，本实施例通过改变头戴式显示设备的佩戴方式，借助音频播放组件的耳包结构代替传统眼镜压耳式佩戴方式，从而巧妙增大供电设备的容量，并且控制器300功能设计灵活，有效增强音频播放组件的声音播放音质。本实施例借助耳包式设计的音频播放装置100并配合自动显示装置200分离设计，把头戴式显示设备佩戴方式改为耳包式佩戴方式。本实用新型在非显示模式下就像头戴式耳机一样佩戴，此时为耳机模式；请参考图4，图4为本申请实施例提供的一种显示装置200收起时的结构示意图，左右两侧包括用于播放音频的声音播放设备。当需要设置为显示模式功能时，显示装置200就会自动旋转到眼睛合适的位置实现对显示装置200的佩戴，请参考图5，图5为本申请实施例提供的一种显示装置200放下时的结构示意图，此时显示装置200在人眼前方。

基于上述技术方案，本实施例提供的头戴式显示设备将供电设备和音频播放组件设置在音频播放装置100上，保证了在提供大容量的电源的同时能够播放高音质效果的音频，并且，显示装置200的眼球追踪组件捕捉人眼瞳孔大小，进而使控制器300根据人眼瞳孔大小确定的瞳距生成微调指令，来控制电机驱动装置400来调整显示装置200，保证了用户能够清楚地看到显示图像。

进一步的，当调整完瞳距后，为了使用户能够更清楚的观看到图像，本实施例提供的头戴式显示设备中的显示装置200还包括焦距调节轴130，其中，焦距调节轴130包括伸缩外臂131和伸缩内臂132。通过焦距调节轴130来调整显示装置200与人眼的距离。本实施例不对调节的方式进行限定，可以是手动调节，还可以是自动调节，只要能够使不同客户都可以适配头戴式显示设备，请参考图6，图6为本申请实施例提供的一种焦距调节轴的结构示意图。

进一步的，为了实现焦距的自动调节，显示装置200还包括：距离传感器；控制器300还用于根据距离传感器测量的距离，控制焦距调节轴转动，以调整显示装置200的焦距。

距离传感器设置在显示装置200的显示设备附近，距离传感器测量到人眼至显示设备的距离，然后根据该距离控制焦距调节轴转动，以调整显示装置200的焦距。具体的调整方式，请参考相关技术，本实施例不再进行赘述。

进一步的，为了实现工作模式的切换，本实施例中，音频播放装置100上还包括与控制器300连接的开关组件；对应的，控制器300还用于根据开关组件产生的切换指令，切换工作模式，工作模式包括音频播放装置100对应的耳机模式和显示装置200对应的显示模式。

其中，本实施例可以通过人为按键实现显示装置200是否工作在显示模式或者耳机模式，使头戴式显示设备既可以实现增强现实，也可以用作专业耳机进行佩戴。当工作状态是显示模式时，控制器300(CPU及GPU)会把更多资源用于图像处理，当工作模式在耳机模式时，控制器300会把更多资源用于处理音质从而得到更优秀的音质。本实施例不对开关组件进行限定，可以是物理按键和/或按压触摸件和/或语音识别件。通过开关组件来实现工作模式的切换和其他功能，该其他功能包括开关机、音量增减、暂停、音乐切换等。其中，物理按键包括开机按键、音量加按键和音量减按键和其他按键，通过物理按键的组合实现工作模式的切换和其他功能；按压触摸件可以通过触摸的时长、触摸板被敲击的次数来实现模式的切换和其他功能；语音识别件采集到音频，并根据音频提取关键字，根据关键字来实现模式的切换和其他功能。当然还可以是检测到显示装置200与音频播放装置100处于预设相对位置时，自动开启开关组件。

优选的，为了简化结构，开关组件为物理按键和/或按压触摸件。

其中，针对上述开关组件本实施例提供一种具体的操作流程，包括：按动开机按键，当用户想把头戴式显示设备作为一个AR显示或者VR显示使用时，只需要同时按压音量加按键，音量减按键，此时电机驱动装置400工作，显示装置200会降落到大部分人眼所在位置，然后光机及显示装置200工作，眼球追踪组件工作并捕捉人眼瞳孔大小，以使控制器300判断此时的显示装置200是否满足用户需求，如用户感觉显示装置200位置不对时(人眼对模糊图像观看时会有瞳孔大小的区别)，控制器300会根据眼球追踪组件捕捉的人眼瞳孔大小实时上下微调到适合用户的位置。当然用户可通过麦克风发出语音，然后本实用新型的头戴式显示设备就会记忆此用户的用户信息及对应的调整数据，下次直接根据用户信息直接调整，使用更加快捷。如果开机预设时间后音量加按键，音量减按键没有被检测到同时按下，此时本实用新型即工作在耳机模式，显示装置200不动(保持在头顶位置)；当处于显示模式时，显示装置200转动到人眼位置；此外，当处于显示模式及耳机模式时，三个按键(开机按键、音量加按键，音量减按键)将会复用，但在耳机模式时长按音量加按键、音量减按键还可以实现上一首及下一首歌曲的功能。可见，本实施例通过人为按键实现工作模式的切换，创新了佩戴方式，增加了产品的功能多样性，实用性较强，市场潜力巨大。

进一步的，为了提高便捷性，本实施例中，具体包括用于获取用户信息，根据用户信息确定调整数据的控制器300。

控制器300具体的可以是首次获取到用户信息后，在之后的操作中根据用户信息确定调整数据，然后根据调整数据调整显示装置200的位置，控制器300中实现的技术为现有技术，本实施例不再进行赘述。其中，用户信息包括但是不限定于用户ID、用户的瞳距，对应的调整数据包括但是不限定于：显示装置200调整的位置、焦距调整数据。基于上述任一实施例，本实施例提供一种具体的头戴式显示设备，请参考图7，图7为本申请实施例提供的另一种头戴式显示设备的结构示意图，包括：

设置在音频播放装置100中的用于系统运行及组件控制的控制器300，具体可以是CPU；设置在音频播放装置100中的图像、视频存储单元DDR及UFS；设置在音频播放装置100中的用于电池充电管理及系统供电的供电设备；设置在音频播放装置100中用于工作状态监测的IMU；设置在音频播放装置100中的左右两个音频播放组件；设置在音频播放装置100中的2个麦克风(麦克风1及麦克风2)线阵位于显示组件两端，用于收集语音信号，并且通过双麦克风降噪算法从而实现语音主动降噪；设置在显示装置200中的用于虚拟图像形成的显示组件及光机，显示装置200的显示组件与光机一一对应，眼睛的正前方为一体式透明波导镜片，此镜片为弧形设计；设置在显示装置200中的眼球追踪组件的红外光源(LED红外阵列灯)及左右红外摄像机位于显示组件处；音频播放装置100和显示装置200通过转轴进行连接；左右固定显示装置200部分为电机驱动装置400，此电机驱动装置400为普通直流小型电机被安装在左右喇叭的转轴处；设置在显示装置200中的摄像机，摄像机(6DOF camera)位于眼镜的两边，主要是为了保证可视角(FOV)的更大化考虑，此类设计FOV可达270°，空间建模角度较广；还包括物理按键，该物理按键可以包括：开关机及音量键和多功能按键。具体的部分设置的位置请参考图8，图8为本申请实施例提供的另一种头戴式显示设备的示意图。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件组件，或者二者的结合来实施。软件组件可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本申请所提供的一种头戴式显示设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种头戴式显示设备，其特征在于，包括：

音频播放装置，包括供电组件、头带以及安装在所述头带两端的音频播放组件；

与所述音频播放装置连接的显示装置，包括显示组件和眼球追踪组件，其中，所述眼球追踪组件用于捕捉人眼瞳孔大小；

设置在所述音频播放装置上的控制器，用于根据所述人眼瞳孔大小确定瞳距，根据所述瞳距生成微调指令；

电机驱动装置，用于根据所述微调指令调整所述显示装置的位置。

2.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述显示装置还包括焦距调节轴，其中，所述焦距调节轴包括伸缩外臂和伸缩内臂。

3.根据权利要求2所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述显示装置还包括：

距离传感器；

所述控制器还用于根据所述距离传感器测量的距离，控制所述焦距调节轴转动，以调整所述显示组件的焦距。

4.根据权利要求2所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述眼球追踪组件包括：

与人眼对应的多个红外光源和红外摄像机。

5.根据权利要求4所述的头戴式显示设备，其特征在于，每个所述人眼对应6个所述红外光源。

6.根据权利要求4所述的头戴式显示设备，其特征在于，还包括：转轴，所述音频播放装置和所述显示装置通过所述转轴连接。

7.根据权利要求6所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述电机驱动装置包括两个电机，两个所述电机分别设置在两个所述音频播放组件的所述转轴处。

8.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述音频播放装置上还包括与所述控制器连接的开关组件；

对应的，所述控制器还用于根据所述开关组件产生的切换指令，切换工作模式，所述工作模式包括所述音频播放装置对应的耳机模式和所述显示装置对应的显示模式。

9.根据权利要求8所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述开关组件为物理按键和/或按压触摸件。

10.根据权利要求1至9任一项所述的头戴式显示设备，其特征在于，还包括：与所述控制器连接，且用于采集人体的动作的摄像机。

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