CN104777617B - 一种头戴显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种头戴显示器，其镜头模组包括从前至后顺次设置的显示面板22，凹镜组件(24)和凸镜组件(23)，凸镜组件(23)包括后支架(231)和安装在后支架(231)上的内置有凸透镜(233)的两个凸镜镜筒(232)，凹镜组件(24)包括前支架(241)和安装在前支架(241)上的内置有凹透镜(243)的两个凹镜镜筒(242)，以显示面板(22)输出的光线经过凹透镜(243)作用于对应侧的凸透镜(233)上，这样可以利用正、负透镜色差互补作用，解决色彩还原失真问题。
Description
技术领域
本发明涉及头戴显示器技术领域，尤其涉及头戴显示器的镜头模组结构。
背景技术
头戴显示器(Head Mount Display)是用于显示图像及色彩的设备，通常是以眼罩或头盔的形式，使显示屏贴近用户的眼睛，通过光路调整焦距以在近距离中对眼睛投射画面。
现有头戴显示器的镜头模组通常包括主体支架，固设在主体支架前侧的显示面板(显示屏)，及左、右两个凸镜镜筒，其中，两个凸镜镜筒中均安装有凸透镜，两个凸镜镜筒安装在主体支架上，用户通过两个凸镜镜筒即可观看到虚拟放大的图像。由于光线经过凸透镜会产生色差，因此，显示面板输出的光线经凸透镜入射至用户的视网膜后，将导致使用者观看到的图像与原始图像之间存在一定的色差，也就是该种镜头模组存在色彩还原失真的问题，这将在一定程度上影像用户的真实体验。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种头戴显示器的新技术方案，以提高头戴显示器的色彩还原度。
根据本发明的第一方面，提供了一种头戴显示器，其镜头模组包括显示面板及在前后方向上设置在显示面板后侧的凸镜组件，所述凸镜组件包括后支架和均安装在所述后支架上的左、右两个凸镜镜筒，所述两个凸镜镜筒内均设置有凸透镜；所述镜头模组还包括凹镜组件，所述凹镜组件包括前支架和均安装在所述前支架上的左、右两个凹镜镜筒，所述两个凹镜镜筒内均设置有凹透镜，所述凹镜组件在前后方向上设置在所述显示面板与所述凸镜组件之间，以使所述显示面板输出的光线经过所述凹透镜作用于对应侧的凸透镜上，且所述凹透镜的凹面与对应侧的凸透镜的凸面相对。
优选地，所述两个凸镜镜筒沿左右方向与所述后支架滑动配合连接，所述头戴显示器还包括用于带动两个凸镜镜筒沿左右方向滑动的瞳距调节机构。
优选地，所述瞳距调节机构包括两套瞳距调节子机构，以通过一套所述瞳距调节子机构带动左侧的凸镜镜筒沿左右方向滑动，及通过另一套所述瞳距调节子机构带动右侧的凸镜镜筒沿左右方向滑动。
优选地，所述瞳距调节子机构包括滑动组件和锁定组件，所述滑动组件包括与对应凸镜镜筒固定连接的滑动件和与所述滑动件固定连接的瞳距调节滑钮，所述瞳距调节滑钮通过所述外罩外露，且所述外罩设置有供所述瞳距调节滑钮沿左右方向滑动的滑槽；所述锁定组件包括锁止件和弹性件，所述锁止件通过所述弹性件安装在所述后支架上，所述滑动件的表面设置有与所述锁止件相适配的沿左右方向排列的一排锁止槽。
优选地，所述锁止槽的表面形成用于引导所述锁止件导入或者导出的导向斜面。
优选地，相邻锁止槽的边缘相接。
优选地，所述滑动件与所述后支架沿左右方向滑动配合连接。
优选地，所述显示面板固定安装在所述前支架上，所述前支架与后支架中的一个支架作为固定支架固定安装在所述头戴显示器的外罩中，另一个支架作为活动支架沿前后方向与所述外罩的内壁滑动配合连接；所述头戴显示器还包括用于带动所述活动支架沿前后方向滑动的屈光度调节机构。
优选地，所述屈光度调节机构包括调节拨轮及由所述调节拨轮带动的齿轮系，所述调节拨轮可相对转动地安装在所述外罩上，且相对所述外罩外露；所述齿轮系的末级齿轮的安装轴沿左右方向设置；所述活动支架上固定安装有与所述末级齿轮相适配的传动件，以使所述末级齿轮通过所述传动件带动所述活动支架前后滑动。
优选地，所述末级齿轮上设置有凸轮槽，所述传动件为与所述凸轮槽相适配的滑柱；或者，所述传动件为与所述末级齿轮相啮合的齿条。
本发明的发明人发现，在现有技术中，头戴显示器的镜头模组普遍存在色彩还原失真的问题。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。本发明的头戴显示器通过增设凹镜组件，使凸透镜产生的色差可以通过凹透镜产生的色差进行补偿，因此可以有效解决上述色彩还原失真问题。
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
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明的头戴显示器的一种实施结构的倒置立体结构示意图；
图2是根据本发明的头戴显示器的一种实施结构的正向放置的立体结构示意图；
图3是图1和图2所示外罩的一种实施结构的分解示意图；
图4是根据本发明的头戴显示器的镜头模组的一种实施结构的剖视示意图；
图5是光线经过图4所示镜头模组的光路。
图6是根据本发明的头戴显示器的瞳距调节机构及屈光度调节机构的一种实施结构的剖视示意图；
图7为图6中瞳距调节子机构的局部放大示意图。
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、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法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。
如图1至图3所示，头戴显示器包括头戴部分1、主体部分2和贴脸泡棉3，而主体部分2则包括外罩21，安装在外罩21中的镜头模组和电路板等，贴脸泡棉3设置在外罩21的内侧，以在使用时与用户面部贴合，本发明的一个目的是为了解决现有镜头模组存在的色彩还原失真问题，提供了一种头戴显示器，如图4所示，该种头戴显示器的镜头模组包括显示面板22，在前后方向上设置在显示面板22后侧的凸镜组件23，及在前后方向上设置在显示面板22与凸镜组件23之间的凹镜组件24，该前后方向根据头戴显示器在使用状态时的方位定义，在用户的前方接近用户面部的方向为后方，远离用户面部的方向为前方，该凸镜组件23包括后支架231和均安装在后支架231上的左、右两个凸镜镜筒232，其中，左侧的凸镜镜筒232对应用户的左眼，右侧的凸镜镜筒232对应用户的右眼，两个凸镜镜筒232内均设置有凸透镜233；该凹镜组件24包括前支架241和均安装在前支架241上的左、右两个凹镜镜筒242，其中左侧的凹镜镜筒242与左侧的凸镜镜筒232相对应，右侧的凹镜镜筒242与右侧的凸镜镜筒232相对应，两个凹镜镜筒242内均设置有凹透镜243。本发明的镜头模组的光路如图5所示，显示面板22输出的光线经过凹透镜243作用于对应侧的凸透镜233上，再经凸透镜233入射至人眼F的视网膜上形成虚拟放大的图像，这样，便可使凸透镜233产生的色差与凹透镜243产生的色差进行相互补偿，进而可以有效解决现有镜头模组存在的色彩还原失真问题，使用户得到更真实的视觉体验，为此，上述凹透镜243的凹面应与对应侧的凸透镜233的凸面相对。
为了获得最佳的显示效果，上述凸透镜233所在的平面，凹透镜243所在的平面，及显示面板22所在的平面应该相互平行。而为了获得最佳的色差补偿效果，特别是使凸透镜233的光心与凹透镜243的光心位于同一水平面上。
为了保护显示面板22，如图4所示，还可在显示面板22的前表面上设置面板盖板27。
实施例1：
为了使本发明的头戴显示器能够更好地适应所有瞳距，本发明的头戴显示器还可包括用于带动两个凸镜镜筒232沿左右方向滑动的瞳距调节机构，为此，所述两个凸镜镜筒232需要沿左右方向与后支架231滑动配合连接，其中，左右方向与前后方向一样，同样是根据头戴显示器在使用状态时的方位定义，左右方向与前后方向在水平面上正交。
该瞳距调节机构可以包括瞳距调节拨轮，由瞳距调节拨轮驱动的齿轮，及均与该齿轮相啮合的两个齿条，其中，该瞳距调节拨轮通过转轴可相对转动地安装在外罩21上，且转轴的方向为与前后及左右方向正交的竖直方向，该齿轮固定安装在转轴上，其中一个齿条在齿轮前侧与齿轮啮合，另一个齿条在齿轮后侧与齿轮啮合，且其中一个齿条固定安装在左侧的凸镜镜筒232上，另一个齿条固定安装在右侧的凸镜镜筒232上。这样，用户通过拨动瞳距调节拨轮即可带动两个凸镜镜头232在左右方向上相向或者背向运动，以调节镜头模组的瞳距。
上述瞳距调节机构仅能驱动两个凸镜镜头232相向或者背向运动，因此，仍然存在一定的应用局限性，为了进一步扩大本发明镜头模组的瞳距适用范围，如图6所示，该瞳距调节机构可以包括两套瞳距调节子机构25，以通过一套瞳距调节子机构25带动左侧的凸镜镜筒沿左右方向滑动，及通过另一套瞳距调节子机构25带动右侧的凸镜镜筒沿左右方向滑动，这样用户便可单独调节两个凸镜镜筒。该瞳距调节子机构25可以采用上述瞳距调节拨轮通过齿轮带动齿条，进而带动对应的凸镜镜筒滑动的结构。
为了使瞳距调节子机构具有自锁功能，如图1和图7所示，该瞳距调节子机构也可包括滑动组件和锁定组件，其中，滑动组件包括与对应凸镜镜筒232固定连接的滑动件252和与滑动件252固定连接的瞳距调节滑钮251，该瞳距调节滑钮251通过外罩21外露，且外罩21设置有供瞳距调节滑钮251沿左右方向滑动的滑槽211，该滑槽211一方面可以限定瞳距调节滑钮251的滑动方向，另一方面可以限定瞳距调节范围；锁定组件包括锁止件253和弹性件254，锁止件253通过弹性件254安装在后支架231上，滑动件252的表面设置有与锁止件253相适配的沿左右方向排列的一排锁止槽255。这样，在用户推动瞳距调节滑钮251时，即可带动滑动件252沿左右方向滑动，这样，在滑动件需要滑动的驱使力的作用下，锁止槽255将通过锁止件253压缩弹性件254，进而使锁止件253脱离锁止槽255，实现解锁；在滑动件252运动至使锁止件253与推力方向上的下一个锁止槽255相对的位置时，锁止件253便会在弹性件254的作用下伸入下一个锁止槽255，实现闭锁。
上述滑动件252与凸镜镜筒232可通过紧固件进行固定连接，也可采用如图7所示的连接结构，具体为：在滑动件252上设置卡夹2521，并在对应的凸镜镜筒232上设置卡柱，将卡柱嵌入卡夹2521中，以使卡夹夹紧卡柱实现固定连接。
为了便于将锁止件253导入锁止槽255中，及将锁止件253从锁止槽255中导出，该锁止槽255的表面可以形成导向斜面，例如该锁止槽255的在竖直平面上的剖面可以为“V”字型、半圆形等，该竖直平面即为与左右方向平行，与前后方向垂直的平面。
为了提高瞳距调节的调节精度，可使相邻锁止槽255的边缘相接，即各锁止槽255在左右方向上一个接一个排列，相邻锁止槽255之间无间隔，这样，按照现有的加工精度，基本可以实现1毫米级的调节精度。
该锁止槽255可以为锁止孔，但为了使锁止件253可以准确地伸入对应的锁止槽255中，该锁止槽255可以设置为沿前后方向延伸的长槽。
上述弹性件254可以是弹片、弹簧等各种形式，另外，对于设置为锁止孔形式的锁止槽255，可在后支架231上设置于锁止件253相配合的导向孔。
为了不影响镜头模组的整体尺寸的紧凑性，如图7所示，该锁止件253可以设置在滑动件252的下方，相应地，该锁止槽255设置在滑动件252的底面上。
为了提高滑动件252在调节瞳距时的运动准直性及降低运动噪声，除通过滑槽211限制滑动件252的运动方向外，还可使滑动件252与后支架231沿左右方向滑动配合连接，这例如可以通过使滑动件252与固定安装在后支架231上的滑杆256实现。
实施例2：
为了使本发明的头戴显示器能够更好地适应所有屈光度，如图6所示，本发明的头戴显示器还可包括屈光度调节机构26，为了进行屈光度调节，该显示面板22固定安装在前支架241上，即如图5所示，使显示面板22与凹透镜243在前后方向上的间距L0始终保持不变，该前支架241与后支架231中的一个支架作为固定支架固定安装在外罩21中，另一个支架作为活动支架沿前后方向与外罩21的内壁滑动配合连接，以通过屈光度调节机构26带动活动支架沿前后方向滑动，进而通过调节凸透镜233与凹透镜243在前后方向上的间距L1调节屈光度，以使其与用户的近视度数相当。
在此，本发明优选采用将前支架241作为活动支架，而将后支架231作为固定支架的实施结构，这样可以保证人眼F与凸透镜233在前后方向上的间距不变，也就是可以保证已经调整好的视场角不变，可以使用户在任何屈光度下都能获得合适的视场角。该种结构的另一个优点是，由于后支架231为固定支架，凸镜镜筒232的位置在用户进行屈光度调节时始终保持不变，因此，用户即使通过外罩上的视窗从外观上看不到任何内部动作，这可以带来更好的用户体验。
如图6所示，该屈光度调节机构26可包括调节拨轮261及由调节拨轮261带动的齿轮系263，调节拨轮261可相对转动地安装在外罩21上，且相对外罩21外露；齿轮系263的末级齿轮的安装轴沿左右方向设置；活动支架上固定安装有与末级齿轮相适配的传动件，以使末级齿轮通过传动件带动活动支架前后滑动。这样，在用户拨动该调节拨轮261时，调节拨轮261便可通过齿轮系261和传动件带动活动支架前后运动，进而实现对间距L1的调节。在此，可采用分设在后支架231两侧的两套齿轮系，以使后支架231受力均衡，运动更流畅。
该传动件可为与末级齿轮相啮合的齿条，对于该种结构，如图6所示，可使调节拨轮261通过蜗轮蜗杆传动副262带动齿轮系263运动，以通过蜗轮蜗杆传动副262的自锁特性实现屈光度调节的自锁。另一种可以实现自锁的结构为：可在上述末级齿轮上设置凸轮槽，例如为渐开线形凸轮槽，该传动件为与凸轮槽相适配的滑柱，这样在凸轮槽随末级齿轮转动时，便可通过传动件沿凸轮槽滑动带动活动支架滑动。
另外，该屈光度调节机构26也可采用类似于瞳距调节子机构25一样的滑钮拨动后支架231滑动的结构。
以正常视力间距L1为13.8mm的实施例为例，100度近视时，可将间距L1调节为13.04mm；800度近视时，可将间距L1调节为9.95mm。
实施例3：
为了便于在外罩21内安装上述镜头模组、调节机构等，及为了便于制造该外罩21，如图3所示，该外罩21可包括基本为眼镜形状的第一罩体212和U型的第二罩体213，第二罩体213与第一罩体212互补形成封闭的中空结构，该第二罩体213的内表面设置有左、右视窗，左、右视窗对应与左、右凸透镜233相对。
为了使本发明的头戴显示器的结构更加紧凑，可在第一罩体212的前表面上开设用于安装电路板的安装槽，为此，该外罩21还应该包括一个装饰面板214，该装饰面板214与安装槽的边沿相扣合，以将电路板封装在外罩21内。
上述滑动配合连接例如可以采用滑槽与滑轨配合的结构，或者导向柱与导向孔的结构。
另外，上述列举的各实施例主要重点描述与其他实施例的不同之处，但本领域技术人员应当清楚的是，上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。
虽然已经通过例子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，以上例子仅是为了进行说明，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 (9)
1.一种头戴显示器，其特征在于，其镜头模组包括显示面板(22)及在前后方向上设置在显示面板(22)后侧的凸镜组件(23)，所述凸镜组件(23)包括后支架(231)和均安装在所述后支架(231)上的左、右两个凸镜镜筒(232)，所述两个凸镜镜筒(232)内均设置有凸透镜(233)；所述镜头模组还包括凹镜组件(24)，所述凹镜组件(24)包括前支架(241)和均安装在所述前支架(241)上的左、右两个凹镜镜筒(242)，所述两个凹镜镜筒(242)内均设置有凹透镜(243)，所述凹镜组件(24)在前后方向上设置在所述显示面板(22)与所述凸镜组件(23)之间，以使所述显示面板(22)输出的光线经过所述凹透镜(243)作用于对应侧的凸透镜(233)上，其中，所述凹透镜(243)的凹面与对应侧的凸透镜(233)的凸面相对；
所述显示面板(22)固定安装在所述前支架(241)上，所述后支架(231)作为固定支架固定安装在所述头戴显示器的外罩(21)中，所述前支架(241)作为活动支架沿前后方向与所述外罩(21)的内壁滑动配合连接；所述头戴显示器还包括用于带动所述活动支架沿前后方向滑动的屈光度调节机构(26)。
2.根据权利要求1所述的头戴显示器，其特征在于，所述两个凸镜镜筒(232)沿左右方向与所述后支架(231)滑动配合连接，所述头戴显示器还包括用于带动两个凸镜镜筒(232)沿左右方向滑动的瞳距调节机构。
3.根据权利要求2所述的头戴显示器，其特征在于，所述瞳距调节机构包括两套瞳距调节子机构(25)，以通过一套所述瞳距调节子机构(25)带动左侧的凸镜镜筒(232)沿左右方向滑动，及通过另一套所述瞳距调节子机构(25)带动右侧的凸镜镜筒(232)沿左右方向滑动。
4.根据权利要求3所述的头戴显示器，其特征在于，所述瞳距调节子机构(25)包括滑动组件和锁定组件，所述滑动组件包括与对应凸镜镜筒(232)固定连接的滑动件(252)和与所述滑动件(252)固定连接的瞳距调节滑钮(251)，所述瞳距调节滑钮(251)通过所述头戴显示器的外罩(21)外露，且所述外罩(21)设置有供所述瞳距调节滑钮(251)沿左右方向滑动的滑槽(211)；所述锁定组件包括锁止件(253)和弹性件(254)，所述锁止件(253)通过所述弹性件(254)安装在所述后支架(231)上，所述滑动件(252)的表面设置有与所述锁止件(253)相适配的沿左右方向排列的一排锁止槽(255)。
5.根据权利要求4所述的头戴显示器，其特征在于，所述锁止槽(255)的表面形成用于引导所述锁止件(253)导入或者导出的导向斜面。
6.根据权利要求4或5所述的头戴显示器，其特征在于，相邻锁止槽(255)的边缘相接。
7.根据权利要求4或5所述的头戴显示器，其特征在于，所述滑动件(252)与所述后支架(231)沿左右方向滑动配合连接。
8.根据权利要求1所述的头戴显示器，其特征在于，所述屈光度调节机构(26)包括调节拨轮(261)及由所述调节拨轮(261)带动的齿轮系(263)，所述调节拨轮(261)可相对转动地安装在所述外罩(21)上，且相对所述外罩(21)外露；所述齿轮系(263)的末级齿轮的安装轴沿左右方向设置；所述活动支架上固定安装有与所述末级齿轮相适配的传动件，以使所述末级齿轮通过所述传动件带动所述活动支架前后滑动。
9.根据权利要求8所述的头戴显示器，其特征在于，所述末级齿轮上设置有凸轮槽，所述传动件为与所述凸轮槽相适配的滑柱；或者，所述传动件为与所述末级齿轮相啮合的齿条。
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