CN107250886A - 头戴式显示设备 - Google Patents

Abstract

一种头戴式显示设备(100)，包括本体(20)及设置于所述本体(20)中的显示模块(10)和与所述显示模块(10)相对应的成像镜头(30)。所述成像镜头(30)的物距u可调。所述成像镜头(30)的物距u可调整为u<f以将所述显示模块(10)的显示源投射出放大正立的虚像至出瞳的方向实现对内显示模式，以及可调整为f<u<2f以将所述显示模块(10)的显示源投射至所述头戴式显示设备(100)外的成像介质(201)实现对外显示模式，其中，f为所述成像镜头(30)的焦距。头戴式显示设备(100)可调整成像镜头(30)的物距u，如此，当佩戴者需要与他人共享显示内容时，可将成像镜头(30)的物距u调整为f<u<2f以将显示模块(10)的显示源投射至所述头戴式显示设备(100)外的成像介质(201)提供他人观看。

Description

头戴式显示设备 技术领域

本发明涉及一种头戴显示设备技术领域，尤其涉及一种头戴式显示设备。

背景技术

随着科技的发展，头戴式显示设备已逐渐民用化，为越来越多的人提供高品质的视觉体验。然而，当佩戴者希望与其他人分享显示内容时，此时一般需要佩戴者取下设备给其他人佩戴，如此，导致佩戴者不能与旁人同时共享显示内容。另外一种解决方式是，通过网络或软件传送至其它用户的设备共享显示内容，这种方式需要其它用户也要有类似设备在手，才可以通过软件分享，分享时比较受限制。

发明内容

本发明实施例公开了一种头戴式显示设备，允许佩戴者与其他人共享显示内容。

本发明实施例公开的头戴式显示设备，包括本体及设置于所述本体中的显示模块和与所述显示模块相对应的成像镜头。所述成像镜头的物距u可调。所述成像镜头的物距可调整为u<f以将所述显示模块的显示源投射出放大正立的虚像至出瞳的方向实现对内显示模式，以及可调整为f<u<2f以将所述显示模块的显示源投射至所述头戴式显示设备外的成像介质实现对外显示模式，其中，f为所述成像镜头的焦距。

本发明的头戴式显示设备可调整成像镜头的物距，如此，当佩戴者需要与他人共享显示内容时，可将成像镜头的物距调整为f<u<2f(f为成像镜头的焦距)，以将显示模块的显示源投射至所述头戴式显示设备外的成像介质，提供他人观看。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的第一实施例中的头戴式显示设备的立体示意图；

图2为图1中头戴式显示设备的成像镜头和显示模块的原理示意图；

图3为图1中的头戴式显示设备在对内显示模式下的光路示意图；

图4为图1中的头戴式显示设备的显示模块切换至对外显示模式后的光路示意图；

图5为图1中的头戴式显示设备的成像镜头滑动设置于本体中的结构示意图；

图6为图1中的头戴式显示设备的功能模块图；

图7为本发明公开的第二实施例中的头戴式显示设备的立体示意图；

图8为图7中的头戴式显示设备在对内显示模式下的光路示意图；

图9为图7中的头戴式显示设备的显示模块切换至对外显示模式后的光路示意图；

图10为图7中的头戴式显示设备增加分光模组后在对外显示模式下的光路示意图；

图11为本发明公开的第三实施例中的头戴式显示设备的立体示意图；

图12为图11中的头戴式显示设备在对内显示模式下的光路示意图；

图13为图11中的头戴式显示设备的显示模块切换至对外显示模式后的光路示意图；

图14为图11中的头戴式显示设备增加分光模组后在对外显示模式下的光路示意图；

图15为本发明公开的成像镜头的成像规律示意图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

本发明的头戴式显示设备基于成像镜头成像的规律(参图15)，通过调整成像镜头的物距u实现对内显示模式和对外显示模式的转换，其中，成像镜头物距u为其物方主面M至显示模块10的显示面101之间的距离(参图2)，其可调范围为：0<u<2f，f为成像镜头的焦距。具体的，当成像镜头物距u调整为：u<f，此时成像镜头形成放大正立虚像以提供对内显示模式。当镜头物距u调整为：f<u<2f，此时成像镜头形成放大倒立实像，将头戴式显示设备倒置、或通过软件处理(例如将显示器输出的显示源倒置)、或通过增加光学镜片(例如增加正透镜倒置的倒立的实像形成正立的实像)，以投射出正立的实像，从而提供对外显示模式。以下结合具体实施例对本发明的工作原理进行详细描述。

参考图1和图2，本发明公开的第一实施例中的头戴式显示设备100包括本体20、设置于本体20中的两个显示模块10和两个成像镜头30。每一显示模块10与一个成像镜头30相对应。该成像镜头30的物距u可调。如图3所示，当需要对内显示时，可将成像镜头30的物距u调整为u<f以将显示模块10的显示源投射出放大正立的虚像至出瞳的方向。当穿戴者佩戴该头戴式显示装置100后，穿戴者的眼睛200对应到该穿戴式显示设备100中的光学出瞳，即显示源通过观看内侧20A投射至佩戴者眼睛200，以提供对内显示模式。为了形象说明本发明方案，以下将以穿戴者的眼睛200来示意出瞳。如图4所示，当需要对外显示时，可将成像镜头30的物距u调整为f<u<2f以将显示模块10的显示源投射至所述头戴式显示设备100外的成像介质201，例如屏幕或白墙等。

本体20的结构为一具有内部容置空间的盒体，结合图1和图3所示，该 盒体包括观看外侧20B和观看内侧20A。观看内侧20A即为对应佩戴者双眼的一侧。观看内侧20A开设有可投射出光束的对内观看视窗210。对内观看视窗210用于在对内显示模式和对外显示模式下提供显示模块10光源出射的通道，也即在本实施例中，在对内显示模式下和对外显示模式下，显示模块10的光源均通过该对内观看视窗210射出。对内观看视窗210在本实施例中为圆形。对内观看视窗210在其它实施例中还可以为椭圆形、矩形等。为了防止粉尘等进入盒体内部，对内观看视窗210设有透明保护盖212。优选的，该透明保护盖212由盒体外壳在一体成型过程中在相应对内观看视窗210的位置设置为透明材质而形成，从而提高设备外观的整体感。

结合图2和图3所示，该两个显示模块10在本实施例中为设置于本体20中的微型显示器，且其显示面101均朝向相应对内观看视窗210。该两个成像镜头30用于将相应显示模块10的显示面101提供的光源按照预设的光路投射出放大的图像。该成像镜头30由各种透镜，例如，凹透镜、凸透镜等光学元件组合而成，附图中示意的成像镜头30的结构组合仅仅为示例。成像镜头30活动设置于本体20，以使其与显示模块10的显示面101之间的距离可调，从而改变成像镜头30的物距u。成像镜头30在本实施例中设置于显示模块10和对内观看视窗210之间，且成像镜头30的光轴X垂直于显示模块10的显示面101及观看内侧20A。如图5所示，本体20内开设有沿观看内侧出射光源的方向延伸的滑槽240。成像镜头30在本实施例中滑动设置于滑槽240中。优选地，如图6所示，该头戴式显示设备100还包括设置于本体20中的电机60。本实施例中的头戴式显示设备100通过电机60驱动成像镜头30沿滑槽240来回滑动以实现其物距u调节。在其它实施例中，也可以设置于本体20上的旋钮(未示出)来控制成像镜头30滑动，从而达到调节其物距u的目的。其他实施方式中，也可以将显示模块10活动设置于本体20，以使成像镜头30与显示模块10的显示面101之间的距离可调，从而改变成像镜头30的物距u。还可以将成像镜头30和显示模块10均可活动设置于本体20。只要成像镜头30与显示模块10的相对移动，保证成像镜头30与显示面101相对应且距离 可调，同时，保证成像镜头30可将光源通过对应的对内观看视窗210投射出本体20即可。

可以理解的是，图示仅为原理示意图，各模块并不用于限定本发明各模块的具体位置。其他实施方式中，可以根据需求灵活设计显示模块10的安装位置，例如，为了尽量减少头戴式显示设备100沿佩戴者观看方向的产品厚度，以使产品的整体结构更加紧凑，可将该两个显示模块10相向设置即二者的显示面101相互正对且大致垂直于观看内侧20A。在这种结构下，成像镜头30按照预设的光路将显示模块10的光源通过对内观看视窗210投射至设备外即可，例如采用反射元件实现光路的转变从而通过对内观看视窗210投射出本体20。根据本发明上述原理，显示模块10以及成像镜头30可置于本体20任意位置。

结合图1和图6，该头戴式显示设备100还包括连接于本体20且用于将头戴式显示设备100穿戴至佩戴者头部的头带42、耳机44、设置于本体20中的扬声器46及控制模块50、以及切换开关52。控制模块50电连接于耳机44、两个显示模块10、扬声器46、以及切换开关52，用于信号处理。具体的，控制模块50为处理器，可以用于处理该头戴式显示设备100中电连接的各功能模块的指令。控制模块50在本实施例中装配于头戴式显示设备100中，例如，设置于本体20中。可以理解的，在其它实施方式中，控制模块50和/或电源等功能模块可为分离式的独立设备，并通过插拔式接口连接至头戴式显示设备100。其中，扬声器46也可设置于头戴式显示设备100的任意位置，例如可设置于头带42、或耳机44。切换开关52用于产生切换信号至该控制模块50。该控制模块50响应所述切换信号控制电机60滑动成像镜头30以改变成像镜头30的物距，从而实现对内显示模式和对外显示模式的切换。具体的，如图3所示，在对内显示模式时，成像镜头30的物距u<f，此时，佩戴者操作切换开关52以使切换开关50产生切换信号，控制模块50响应所述切换信号控制电机60滑动成像镜头30以使其物距u调整为f<u<2f，从而切换至对外显示模式。如图4所示，当需要从对外显示模式切换至对内显示模式时，可通 过操作切换开关52以产生切换信号，此时，控制模块50响应所述切换信号控制电机60滑动成像镜头30以使其物距u<f，如此，即可切换至对内显示模式。

在本实施例中，该头戴式显示设备100默认的声音播放模式为声音内放，即通过耳机44播放。当头戴式显示设备100切换至对外显示模式时，自动启动声音外放，即启动扬声器46播放。在本实施例中，该头戴式显示设备100基于上述切换开关，实现声音播放模式的切换。具体的，当控制模块50接收到从对内显示模式切换至对外显示模式的切换信号时，控制音频信号通过扬声器46播出。如此，佩戴者能够与其他人实现音频及显示内容同步分享，提高用户体验。当控制模块50接收到从对外显示模式切换至对内显示模式的切换信号时，控制音频信号通过耳机44播出。可以理解的是，启动声音外放可以包括耳机44与扬声器46同时播放，也包括直接切换扬声器46播放，此时耳机44停止播放。该对应的播放选择模式，可以灵活设置，较优的可以提供至用户进行自配置选择。

使用时，如图3所示，当佩戴者自己观看时，可通过操作切换开关52将成像镜头的物距u可调整为u<f，此时，成像镜头将显示模块10的显示源投射出放大正立的虚像至佩戴者眼睛200，与此同时，控制模块50控制音频信号通过耳机42以内放的形式播出。如图4所示，当需要对外显示时，可通过操作切换开关52将成像镜头的物距u调整为f<u<2f，此时，成像镜头30形成倒立放大的实像。此时，佩戴者可以将头戴式显示设备100倒放，从而于成像介质201上呈现成正立的实像，以便用户观看。较优方式下，可以增设光学镜头302，例如于成像镜头30出射光源的一侧增加正透镜，用于倒置成像镜头形成的放大倒立实像以投射出正立的实像。另一较优实施方式下，该头戴式显示设备100包括图像处理模块56，用于在对外显示模式时将提供给显示模块10输出的显示内容进行倒置处理，以使所述显示模块10根据该倒置处理后的显示内容输出所述显示源。具体的，结合上述实施方式中的控制模块50加以说明，当控制模块50获取该头戴式显示设备100切换至对外显示模式时，控制图像处理模块56将提供给显示模块100输出的显示内容进行倒置处理， 并将该倒置处理后的显示内容提供至显示模块10显示输出。其中，图像处理模块56可以为控制模块50读取并执行一可执行程序，该程序可以存储于头戴式显示设备100的存储模块54中。可以理解的是，该显示内容可以来源于头戴式显示设备100包括的存储模块54，也可以来源于连接于该头戴式显示设备100的外部存储设备，还可以来源于头戴式显示设备100包括的无线通信模块，通过该无线通信模块获取的互联网资源。其中，该控制模块可以为独立于上述实施例中的控制模块50的独立处理器。与此同时，切换开关52产生切换信号，控制模块50控制音频信号通过扬声器46以外放的形式播出。如此，佩戴者能够与其他人实现音频及显示内容同步分享，提高用户体验。图7为本发明第二实施例的头戴式显示设备300的立体示意图。头戴式显示设备300与第一实施例中头戴式显示设备100的不同之处在于：该头戴式显示设备300的观看外侧20B还开设有对外观看视窗220，且成像镜头30和相应显示模块10为一体结构设计且转动设置于本体20中，其中成像镜头30和相应显示模块10之间可相对滑动。本实施例中的头戴式显示设备300转动包括成像镜头30和相应显示模块10的一体结构实现对内显示模式和对外显示模式之间的切换。具体的，如图8所示，包括成像镜头30和相应显示模块10的一体结构可相对本体20转动，使成像镜头30的出光面310可转向观看内侧20A，此时，将成像镜头30的物距u调整为u<f，如此，成像镜头30形成的放大虚像可通过对内观看视窗210投射至佩戴者眼睛200，从而实现对内显示模式，与此同时，控制模块50控制音频信号通过耳机42以内放的形式播出。如图9所示，成像镜头30的出光面310可转向观看外侧20B，此时，将成像镜头30的物距u调整为f<u<2f，如此，成像镜头30形成的放大实像通过对外观看视窗220投射至成像介质201，从而实现对外显示模式，与此同时，控制模块50控制音频信号通过扬声器46以外放的形式播出。

本实施例中，包括成像镜头30和相应显示模块10的一体结构通过转轴转动连接于本体20中。本体20上设置有旋钮，用于供使用者手动操作以转动该包括成像镜头30和相应显示模块10的一体结构。可以理解的，在其实施方式 中也可以通过设置电机实现电控的形式控制该包括成像镜头30和相应显示模块10的一体结构相对本体20转动。

可以理解的，当采用上述包括成像镜头30和相应显示模块10的一体结构转动设计方案时，如图10所示，为了使佩戴者在与他人分享显示内容的同时依然可保持双眼观看，可以在设备中增设分光模组108。在对外显示模式下，左成像镜头30形成的放大实像通过分光模组108分离出两路光束，该两路光束穿过对内观看视窗210后分别投射至佩戴者的双眼。

图11为本发明第三实施例的头戴式显示设备400的立体示意图。头戴式显示设备400与第一实施例中头戴式显示设备100的不同之处在于：该头戴式显示设备300还包括转动设置于本体20中的反射装置30A，反射装置30A转向本体20任意欲投射出影像的位置，只要该位置设置为透明即可。在本实施例中，观看外侧20B开设有对外观看视窗220，供反射装置30A在对外显示模式时投射出影像。反射装置30A通过转轴80转动连接于本体20中。为了尽量减少头戴式显示设备400沿佩戴者观看方向的产品厚度，以使产品的整体结构更加紧凑，该两个显示模块10和相应的成像镜头30均相向设置，即二者的显示面101和成像镜头30的出光面相互正对。具体的，如图12所示，若佩戴者不需要与他人共享显示内容，可转动反射装置30A，以使反射装置30A的反射面301均朝向观看内侧20A，此时，将成像镜头30的物距u调整为u<f，如此，成像镜头30形成的放大虚像经反射装置30A的反射后通过对内观看视窗210投射至佩戴者眼睛200，从而实现对内显示模式，与此同时，控制模块50控制音频信号通过耳机42以内放的形式播出。如图13所示，若佩戴者需要与他人共享显示内容，可转动反射装置30A，以使其中一个或者两个反射装置30A的反射面301朝向观看外侧20B，此时，将成像镜头30的物距u调整为f<u<2f，如此，成像镜头30形成的放大实像经反射装置30A反射后通过对外观看视窗220投射至成像介质201，从而实现对外显示模式，与此同时，控制模块50控制音频信号通过扬声器46以外放的形式播出。如此，佩戴者能够与其他人实现音频及显示内容同步分享，提高用户体验。

本实施例中，反射装置30A为全反射镜。反射面301镀可见光宽带增透膜。反射装置30A通过转轴转动连接于本体20中。本体20上设置有旋钮，用于供使用者手动操作以转动该包括成像镜头30和相应显示模块10的一体结构。可以理解的，在其实施方式中也可以通过设置电机实现电控的形式控制反射装置30A相对本体20转动。

可以理解的，当采用第三实施例中所述反射装置30A方案时，为了使佩戴者在分享显示内容的同时依然可以佩戴设备观看，可将其中一个反射装置30固定设置，仅提供对内显示模式，而另一个反射装置30转动设置以提供对内显示模式和对外显示模式之间的切换，例如头戴式显示设备400右侧的反射装置30A(右反射装置)转动设置。如此，当需要对外显示时，转动该右反射装置30A以使其反射面301转向观看外侧20B即可。优选地，如图14所示，为了使佩戴者在与他人分享显示内容的同时依然可保持双眼观看，可以在设备中增设分光模组108A。在对外显示模式下，左成像镜头30形成的放大实像通过分光模组108A分离出两路光束，该两路光束并穿过对内观看视窗210后分别投射至佩戴者的双眼。

以上所述是本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1. 一种头戴式显示设备，包括本体及设置于所述本体中的显示模块和与所述显示模块相对应的成像镜头，其特征在于，所述成像镜头的物距u可调，所述成像镜头的物距可调整为u<f以将所述显示模块的显示源投射出放大正立的虚像至出瞳的方向实现对内显示模式，以及可调整为f<u<2f以将所述显示模块的显示源投射至所述头戴式显示设备外的成像介质实现对外显示模式，其中，f为所述成像镜头的焦距。
2. 如权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述成像镜头和/或显示模块设置于所述本体中且可相对移动，所述成像镜头的物距通过调整其与所述显示模块之间的距离来调节。
3. 如权利要求2所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备还包括设置于所述本体中的电机以及电连接于所述电机的控制模块，所述电机用于在所述控制模块的控制下驱动所述成像镜头和/或显示模块相对所述本体移动。
4. 如权利要求3所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备还包括电连接于所述控制模块的切换开关，所述切换开关用于产生切换指令，所述控制模块响应所述切换指令控制所述电机驱动所述成像镜头和/或显示模块移动，以调整所述成像镜头的物距。
5. 如权利要求2所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述本体包括观看内侧，所述观看内侧开设有对内观看视窗，所述对内观看视窗用于在处于所述对内显示模式时提供所述成像镜头将光源投射出所述本体，以及在处于所述对外显示模式时提供所述成像镜头将光源投射至所述成像介质。
6. 如权利要求2所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述本体包括观看内侧和观看外侧，所述观看内侧开设有对内观看视窗，所述观看外侧开设有对外观看视窗，所述对内观看视窗用于在处于所述对内显示模式时提供所述成像镜头将光源投射出本体，所述对外观看视窗用于在处于所述对外显示模式时提供所述成像镜头将光源投射至所述成像介质。
7. 如权利要求6所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述成像镜头和 相对应的所述显示模块为一体结构且转动设置于所述本体中，所述成像镜头的出光面可转向所述观看内侧以将其形成的放大虚像通过所述对内观看视窗投射至出瞳的方向实现所述对内显示模式，以及可转向所述观看外侧以将其形成的放大实像通过所述对外观看视窗投射至所述成像介质实现所述对外显示模式。
8. 如权利要求7所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备通过电机控制所述包括所述成像镜头和相对应的所述显示模块的一体结构相对所述本体转动。
9. 如权利要求6所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备还包括转动设置于所述本体中的反射装置，所述反射装置的反射面可转向所述观看内侧以将所述成像镜头所形成的放大虚像，反射至出瞳方向通过所述对内观看视窗投射出所述本体，以实现所述对内显示模式，以及所述反射面可转向所述观看外侧将所述成像镜头所形成的放大实像，反射至通过所述对外观看视窗投射至所述成像介质以实现所述对外显示模式。
10. 如权利要求9所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备通过电机控制所述反射装置相对所述本体转动。
11. 如权利要求1～10任意一项所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备还增设有正透镜，用于在处于所述对外显示模式时倒置所述成像镜头形成的放大倒立实像以投射出正立的实像。
12. 如权利要求1～10任意一项所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备还包括图像处理模块，用于在所述对外显示模式时将提供给所述显示模块输出的显示内容进行倒置处理，以使所述显示模块根据该倒置处理后的显示内容输出所述显示源。
13. 如权利要求1～10任意一项所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备还包括耳机和扬声器，所述头戴式显示设备在处于所述对内显示模式时通过所述耳机播放音频信号，以及在处于所述对外显示模式时通过所述扬声器播放音频信号。
14. 如权利要求1～10任意一项所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述成像镜头的物距u的可调范围为：0<u<2f。