CN107250894B - 可自动调节的头戴式显示设备及其调节方法 - Google Patents

Abstract

一种可自动调节的头戴式显示设备(100)，包括显示装置(10)、耳机装置(20)以及第一连接件(102)，显示装置(10)与耳机装置(20)通过第一连接件(102)可活动地连接，显示装置(10)包括显示组件(11)、第一激光测距仪(12)、第一驱动件(14)及第一控制器(13)。第一激光测距仪(12)透过显示组件(11)去侦测与用户眼睛(200)的距离。第一控制器(13)判断该第一激光测距仪(12)侦测的距离是否在一预设标准范围之内，如果否，则控制该第一驱动件(14)驱动该第一连接件(102)运动而改变显示装置(10)与耳机装置(20)之间的距离，使得显示装置(10)与用户眼睛(200)之间的距离在该预设标准范围之内。还提供一种调节方法。该头戴式显示设备(100)及其调节方法，可自动根据佩戴者的头型等调节佩戴位置。

Description

可自动调节的头戴式显示设备及其调节方法

技术领域

本发明涉及显示设备，尤其涉及一种头戴式的显示设备及其调节的方法。

背景技术

目前的头戴式显示设备，通常包括显示装置和耳机装置，显示装置和耳机装置通过连接机构连接，例如插拔连接。耳机装置包括环带和位于环带两端的听筒，听筒与环带之间也通过相应的连接机构连接。其中，由于佩戴者脸型，头型等各方面存在个体差异，所以不同的佩戴者一般需要进行调节。用户可通过调节显示装置和耳机装置之间的连接机构而调整显示装置和耳机装置之间的距离，而调整观看画面的显示效果。用户也可调整环带和听筒之间的连接机构，调整环带和听筒的松紧，而增加佩戴的舒适度。然而，目前的方式均由用户手动去调节相应的连接机构，调节费时费力，且不易调整至正确或合适的配戴方式。非正确的配戴会导致视场看不全，显示图像变形，图像不清晰，压迫，眩晕等不舒适感，甚至会损伤视力。

发明内容

本发明实施例公开一种头戴式显示设备及其调节方法，可自动将头戴式显示设备调整至适合穿戴者的较佳穿戴状态。

本发明实施例公开的一种可自动调节的头戴式显示设备，包括显示装置、耳机装置以及第一连接件，显示装置与耳机装置通过第一连接件可活动地连接。该显示装置包括显示组件、第一激光测距仪、第一驱动件及第一控制器。该第一激光测距仪透过显示组件去侦测与用户眼睛的距离。该第一驱动件与所述第一连接件连接。该第一控制器判断该第一激光测距仪侦测的距离是否在一预设标准范围之内，如果不是，则控制该第一驱动件驱动该第一连接件运动而改变显示装置与耳机装置之间的距离，使得显示装置与耳机装置之间的距离在该预设标准范围之内。

本发明实施例公开的一种头戴式显示设备的调节方法，用于调节头戴式显示设备，该方法包括步骤：通过设置在头戴式显示设备的显示装置上的第一激光测距仪去侦测其与用户眼睛的距离；判断该第一激光测距仪侦测的距离是否在一预设标准范围内；以及如果不在预设标准范围内，控制第一驱动件驱动第一连接件运动而改变显示装置与耳机装置之间的距离，使得显示装置与耳机装置之间的距离在所述预设标准范围之内。

本发明的头戴式显示设备及控制方法，可自动将头戴式显示设备调整至适合穿戴者的较佳穿戴状态。

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明显变形方式。

图1为本发明一实施例中的头戴式显示设备的立体示意图；

图2为本发明一实施例中的头戴式显示设备的显示装置的功能模块图；

图3为本发明一实施例中的头戴式显示设备的显示装置的光学结构图；

图4为本发明一实施例中的头戴式显示设备的激光测距仪的结构示意图；

图5为本发明一实施例中的头戴式显示设备的耳机装置的功能模块图；

图6为本发明一实施例中的头戴式显示设备的调节方法的流程图。

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。

请参阅图1，为本发明一实施例中的头戴式显示设备100的立体示意图。该头戴式显示设备100包括显示装置10及耳机装置20。显示装置10与耳机装置20通过第一连接件102可活动地连接。耳机装置20包括环带21、位于环带21两端的听筒22以及第二连接件23，环带21与两端的听筒22通过该第二连接件23可活动地连接。

请一并参阅图2，为本发明一实施例中的显示装置10的结构框图。该显示装置20包括显示组件11、第一激光测距仪12、第一控制器13以及第一驱动件14。该第一激光测距仪12透过显示组件11去侦测与用户眼睛200的距离。该第一控制器13判断该第一激光测距仪12侦测的距离是否在一预设标准范围之内，如果不是，则控制该第一驱动件14驱动该第一连接件102运动，而改变显示装置10与耳机装置20之间的距离，直到该第一激光测距仪12侦测的距离在该预设标准范围之内为止。从而，当用户戴上该头戴式显示设备100后，通过激光测距仪12测距，并通过第一控制器13控制第一驱动件14驱动活动连接于显示装置10与耳机装置20之间的第一连接件102运动，可以自动调整到一较佳的佩戴位置。

请一并参阅图3，为显示组件11的光学结构图。该显示组件11包括微型显示器111、光学模组112、反射片113以及用于用户观看的观看视窗114。该微型显示器111产生的显示画面经过光学模组112传输至反射片113，并经过反射片113反射并通过观看视窗114投射到用户的眼睛200。其中，该显示组件11包括的微型显示器111、光学模组112、反射片113的个数为两个，分别用于投射显示画面至用户的左右两只眼睛200中。该观看视窗114的数量也为两个，用于分别供用户的两只眼睛200观看显示画面。在另一实施方式中，该微型显示器111的个数可为一个，该显示组件11还包括一分光镜，用于将微型显示器111的显示画面分成两个并通过对应的光学模组112及反射片113分别投射至用户的双眼。

该第一激光测距仪12位于其中一个反射镜113后且正对观看视窗114的中心。该第一激光测距仪12用于朝观看视窗114的中心位置发射激光。其中，当用户佩戴该头戴式显示设备100时，用户眼睛200正对观看视窗114。

该第一激光测距仪12用于接收用户眼睛200反射回来的激光，并根据发射激光以及接收到用户眼睛200反射回来的激光的时间间隔t以及激光的传播速度v计算出与眼睛200的距离d。其中，该第一激光测距仪12根据计算公式：d＝v*t/2计算出距离d，v为激光的速度，一般为光速3*10⁸m/s，t为第一激光测距仪12发射激光与接收激光的时间间隔。

请一并参阅图4，为第一激光测距仪12的电路结构示意图。在本实施例中，该第一激光测距仪12为基于相位法激光测距技术的相位式激光测距仪。该第一激光测距仪12包括激光器121、调制器122、鉴相器123及数字处理模块124。

该激光器121用于发射激光，该调制器122用于对该激光进行幅度调制成正弦调制光并发送给目标物体，即用户的眼睛200。该鉴相器123用于接收目标物体反射回来的正弦调制光，并测量正弦调制光经过第一激光测距仪12与用户眼睛200之间所产生的相位差。该数字处理模块124用于根据正弦调制光的频率及相位差，计算出发射激光的时刻与接收到激光的时刻之间的时间间隔t。其中，设正弦调制光的频率为f，相位差为Δφ，则时间间隔t＝Δφ/(2π*f)该数字处理模块124在计算出时间间隔t后，根据公式：d＝v*t/2计算出距离d。本发明中，由于第一激光测距仪12采用相位法激光测距技术，精度可以达到毫米级。

在本实施例中，该第一连接件102的个数为两个，分别连接显示装置10的两头与耳机装置20的两头，该第一控制器13判断该第一激光测距仪12侦测的距离d不在预设标准范围之内时，则控制该第一驱动件14驱动该两个第一连接件102同时运动，而同时改变显示装置10两头与耳机装置20之间的距离，直到该第一激光测距仪12侦测的距离在该预设标准范围之内为止。其他实施方式中，也可以为第一控制器13根据数字处理模块124计算的距离d，计算出与预设标准范围的距离标准值之差，控制第一驱动件14驱动该两个第一连接件106同时运动至距离为标准值的位置。使得显示装置10与耳机装置20之间的距离在该预设标准范围之内。

其中，该第一控制器13判断该第一激光测距仪12侦测的距离d大于预设标准范围的最大值时，控制该第一驱动件14驱动第一连接件102朝缩小显示装置10两头与耳机装置20之间距离的方向运动。该第一控制器13判断该第一激光测距仪12侦测的距离d小于预设标准范围的最小值时，控制该第一驱动件14驱动第一连接件102朝增大显示装置10两头与耳机装置20之间距离的方向运动。

其中，该第一驱动件14为电机，该第一连接件102可为两个相互啮合的齿条，且未啮合的一端分别固定在显示装置10与耳机装置20上。其中，该第一驱动件14的个数可为一个，同时与设置在显示装置10与耳机装置20两头的两个第一连接件102连接，并驱动该两个第一连接件102同时运动。在另一实施例中，该第一驱动件14的个数也可为两个，分别用于驱动一个第一连接件102，且在第一控制器13的控制下保证驱动的方向和步径一致。

在一实施例中，该预设标准范围为18-20毫米。该第一激光测距仪12可设置在显示装置10的前面框上，且该预设标准范围为预先通过测试和实验得出的用户体验最佳的距离。

在本实施例中，该第一激光测距仪12发出的激光为红外激光。反射片113靠近显示视窗114的一面S1镀可见光宽带全反，近红外高透，入射角度为45度。该反射片113远离显示视窗114的面S2上镀可见光和近红外宽带高透，入射角度为45度。但本发明并不限于此，基于本发明上述实施例的示意原理，可以根据光学设计实现不同角度以及光路的变换。

如前所述，该第一激光测距仪12发出激光后还接收激光，如图2所示，该显示装置10还包括一图像传感器15，该图像传感器15用于接收第一激光测距仪12接收的红外激光并成像。

该第一控制器13还用于根据图像传感器15获取的图像与预设图像进行对比，判断用户是否睁眼或闭眼。其中，该预设图像包括睁眼图像和闭眼图像，当第一控制器13判断图像传感器15获取的图像与睁眼图像符合时，确定用户此时睁眼，当判断图像传感器15获取的图像与睁眼图像符合时，确定用户此时闭眼。

其中，该预设标准范围最佳的为第一激光测距仪12与用户眼睛200的瞳孔的距离，当用户闭上眼睛时，测出的距离就会多一个眼皮的厚度D。因此，当第一控制器13判断用户此时闭眼时，还对该第一激光测距仪12侦测的距离d进行矫正得出矫正后的距离d1，其中，d1＝d+D。即，实际上此时第一激光测距仪12与用户眼睛200的瞳孔的距离应等于第一激光测距仪12侦测的到眼皮的距离d加上眼皮的厚度D。然后，第一控制器13再判断矫正后的距离d1是否在该预设标准范围内，使得用户睁开眼睛与该第一激光测距仪12的距离在该预设标准范围内。进一步提高了显示效果。

请一并参阅图5，为耳机装置20的结构框图。该耳机装置20除包括环带21、听筒22、第二连接件23外，还包括第二激光测距仪24、第二控制器25以及第二驱动件26。

如图1所示，该第二激光测距仪24设置于环带21的内侧表面，当用户佩戴该头戴式显示装置100时，该第二激光测距仪24正对用户的头顶。该第二激光测距仪24用于测量环带21与用户头顶之间的距离d2。与第一激光测距仪12的测量过程一样，第二激光测距仪24发射激光，并接收用户头顶反射回来的激光，并根据发射激光以及接收到用户头顶反射回来的激光的时间间隔t以及激光的速度v计算出与头顶的距离。第二激光测距仪24也为基于相位法激光测距技术的相位式激光测距仪，对时间间隔t的计算与第一激光测距仪12相同。

该第二控制器25与该第二激光测距仪24以及该第二驱动件26连接，该第二驱动件26还与第二连接件23连接。该第二控制器25用于判断该第二激光测距仪24测量的距离d2是否小于或等于一预设值(例如2毫米)，如果大于该预设值，则控制该第二驱动件26驱动该第二连接件23缩短环带21与听筒22的距离，使得环带21向靠近用户头顶的方向运动，直到第二激光测距仪24测量的距离d2小于或等于该预设值。其他实施方式中，也可以为第二控制器25根据第二激光测距仪24测量的距离d2，计算出与预设值之差，控制第二驱动件26驱动该两个第二连接件23同时运动至距离为标准值的位置。

在一实施例中，该第二控制器25首先控制第二驱动件26驱动该第二连接件23增大环带21与听筒22的距离至最大，然后再判断该第二激光测距仪24测量的距离d2是否小于或等于该预设值，并进行逐渐缩小直到第二激光测距仪24测量的距离d2小于或等于该预设值。

从而，通过该第二激光测距仪24侦测环带21与用户头顶的距离，并自动调节环带21的距离至小于或等于该预设值，使得耳机装置20与用户头部较好的贴合，增加了佩戴的舒适度。

其中，听筒22的个数为两个，分别设置于环带21的两端，该第二连接件23的个数也为两个，分别连接环带21的两端与对应的听筒22。该第二驱动件26的个数可为一个或两个，当为一个时，该一个第二驱动件26同时与两个第二连接件23连接，并驱动该两个第二连接件23。当该第二驱动件26的个数为两个时，两个第二驱动件26分别与一第二连接件23连接，并在第二控制器25的控制下同时驱动两个第二连接件23以相同的步径向相同的方向运动。

其中，每一第二连接件23也可为两个相互啮合的齿条，且未啮合的一端分别固定在一听筒22与环带21的一端上。

其中，显示装置10中的第一控制器13与耳机装置20中的第二控制器25可为同一个控制器或为相互独立的两个控制器。该第一驱动件14与第二驱动件26可为同一个驱动件也可为两个独立的驱动件。第一控制器13与第二控制器25可为中央处理器、微控制器、单片机、数字信号处理器等。该数字处理模块124可为数字信号处理器、单片机等。

请参阅图6，为本发明一实施例中的头戴式显示设备的调节方法的流程图。该方法用于对头戴式显示设备进行控制。其中，该方法包括的步骤的顺序并限于如下的步骤，任意步骤的替换都为本发明的保护范围。该方法包括如下步骤：

通过设置在显示装置上的第一激光测距仪12去侦测其与用户眼睛200的距离(S601)。具体的，第一激光测距仪12发射激光，并接收用户眼睛200反射回来的激光，并根据发射激光以及接收到用户眼睛200反射回来的激光的时间间隔t以及激光的速度v计算出与眼睛200的距离d。其中，该第一激光测距仪12根据计算公式：d＝v*t/2计算出距离d，v为光速3*10⁸，t为第一激光测距仪12发射激光与接收激光的时间间隔。其中，第一激光测距仪12对该激光进行幅度调制成正弦调制光并发送给用户的眼睛200，并测量返回的正弦调制光所产生的相位差，然后根据正弦调制光的频率及相位差，计算出发射激光的时刻与接收到激光的时刻之间的时间间隔t。其中，该第一激光测距仪12根据计算公式：t＝Δφ/(2π*f)计算时间间隔t，f为正弦调制光的频率，Δφ为相位差。

第一控制器13判断该第一激光测距仪12侦测的距离是否在一预设标准范围(S603)。如果是，则执行步骤S607，如果不是则执行步骤S605。

控制第一驱动件14驱动该第一连接件102运动，而改变显示装置10与耳机装置20之间的距离，直到该第一激光测距仪12侦测的距离在该预设标准范围之内为止(S605)。

通过第二激光测距仪24测量耳机装置20的环带21与用户头顶之间的距离(S607)。第二激光测距仪24发射激光，并接收用户眼睛200反射回来的激光，并根据发射激光以及接收到用户头顶反射回来的激光的时间间隔t以及激光的速度v计算出与头顶的距离。

第二控制器25判断该第二激光测距仪24测量的距离是否小于或等于一预设值(S609)。如果是，则流程结束，如果否，则执行步骤S61。

控制驱动件驱动该第二连接件缩短环带与听筒的距离，使得环带向靠近用户头顶的方向运动，直到第二激光测距仪测量的距离小于或等于该预设值(S611)。

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 (16)

1.一种可自动调节的头戴式显示设备，包括显示装置、耳机装置以及第一连接件，显示装置与耳机装置通过第一连接件可活动地连接，所述显示装置包括显示组件，其特征在于，所述显示装置还包括：

第一激光测距仪，透过显示组件去侦测所述第一激光测距仪本身与用户眼睛的距离；

第一驱动件，与所述第一连接件连接；以及

第一控制器，判断该第一激光测距仪侦测的距离是否在一预设标准范围之内，如果不是，则控制该第一驱动件驱动该第一连接件运动而改变显示装置与耳机装置之间的距离，直到该第一激光测距仪侦测的距离在该预设标准范围之内。

2.如权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述第一激光测距仪用于发射激光至用户眼睛，并接收用户眼睛反射回来的激光，并根据发送激光以及接收到用户眼睛反射回来的激光的时间间隔以及激光的速度计算出与用户眼睛的距离。

3.如权利要求2所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述第一激光测距仪包括激光器、调制器、鉴相器及数字处理模块，所述激光器用于发射激光，该调制器用于对该激光进行幅度调制成正弦调制光并发送给用户眼睛，所述鉴相器用于测量接收到的正弦调制光经过第一激光测距仪与用户眼睛之间距离所产生的相位差，所述数字处理模块用于根据正弦调制光的频率及相位差，计算出发射激光的时刻与接收到激光的时刻之间的时间间隔。

4.如权利要求3所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述数字处理模块根据公式：t＝Δφ/(2π*f)计算发射激光的时刻与接收到激光的时刻之间的时间间隔t，其中，f为所述正弦调制光的频率，Δφ为相位差。

5.如权利要求2所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述第一激光测距仪发射的激光为红外激光，所述显示装置还包括一图像传感器，所述图像传感器用于接收第一激光测距仪接收的红外激光并成像，所述第一控制器还用于根据图像传感器获取的图像与预设图像进行对比，判断用户是否睁眼或闭眼，当第一控制器判断用户此时闭眼时，还对该第一激光测距仪侦测的距离d进行矫正得出矫正后的距离d1，其中，d1＝d+D，D为眼皮的厚度，第一控制器再判断矫正后的距离d1是否在该预设标准范围内。

6.如权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述显示组件包括微型显示器、光学模组、反射片以及用于用户观看的观看视窗，所述微型显示器产生的显示画面经过光学模组传输至反射片，并经过反射片反射至观看视窗，然后再到用户的眼睛，所述第一激光测距仪位于反射镜后且正对观看视窗的中心。

7.如权利要求6所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述反射片靠近显示视窗的第一面镀可见光宽带全反，近红外高透，光入射角度为45度，所述反射片远离显示视窗的第二面上镀可见光和近红外宽带高透，入射角度为45度。

8.如权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述第一驱动件为电机，所述第一连接件包括两个相互啮合的齿条，且所述两个齿条未啮合的一端分别固定在显示装置与耳机装置上。

9.如权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述耳机装置包括环带、听筒、第二连接件、第二激光测距仪、第二控制器以及第二驱动件，所述第二激光测距仪设置于环带的内侧，用于测量环带与用户头顶之间的距离，所述第二控制器与所述第二激光测距仪以及所述第二驱动件连接，所述第二驱动件还与第二连接件连接；所述第二控制器判断该第二激光测距仪测量的距离是否小于或等于一预设值，如果大于该预设值，则控制所述第二驱动件驱动所述第二连接件缩短环带与听筒的距离，使得环带向靠近用户头顶的方向运动至环带至用户头顶距离等于所述预设值。

10.如权利要求9所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述第二连接件包括两个相互啮合的齿条，所述两个齿条未啮合的一端分别固定在一听筒与环带的一端，所述第二驱动件为电机。

11.一种头戴式显示设备的调节方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

通过设置在头戴式显示设备的显示装置上的第一激光测距仪去侦测其与用户眼睛的距离；

判断该第一激光测距仪侦测的距离是否在一预设标准范围内；以及

如果不在预设标准范围内，控制第一驱动件驱动第一连接件运动而改变显示装置与耳机装置之间的距离，使得该第一激光测距仪侦测的距离在所述预设标准范围之内。

12.如权利要求11所述的调节方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

通过第二激光测距仪测量耳机装置的环带与用户头顶之间的距离；

判断该第二激光测距仪测量的距离是否小于或等于一预设值；以及

如果不小于或等于所述预设值，控制第二驱动件驱动第二连接件缩短环带与听筒的距离，使得环带向靠近用户头顶的方向运动，直到第二激光测距仪至用户头顶的距离等于该预设值。

13.如权利要求11所述的调节方法，其特征在于，所述步骤“通过设置在头戴式显示设备的显示装置上的第一激光测距仪去侦测其与用户眼睛的距离”包括：

第一激光测距仪发射激光，并接收用户眼睛反射回来的激光，并确定发射激光以及接收到用户眼睛反射回来的激光的时间间隔；以及

根据发射激光以及接收到用户眼睛反射回来的激光的时间间隔以及激光的速度计算出与眼睛的距离。

14.如权利要求13所述的调节方法，其特征在于，所述步骤“确定发射激光以及接收到用户眼睛反射回来的激光的时间间隔”包括：

对该激光进行幅度调制成正弦调制光并发送给用户的眼睛；

测量返回的正弦调制光所产生的相位差；以及

根据正弦调制光的频率及相位差，计算出发射激光的时刻与接收到激光的时刻之间的时间间隔。

15.如权利要求14所述的调节方法，其特征在于，所述步骤“根据正弦调制光的频率及相位差，计算出发射激光的时刻与接收到激光的时刻之间的时间间隔”包括：

根据计算公式：t＝Δφ/(2π*f)计算时间间隔t，其中，f为正弦调制光的频率，Δφ为相位差。

16.如权利要求12所述的调节方法，其特征在于，所述步骤“通过第二激光测距仪测量耳机装置的环带与用户头顶之间的距离”包括：

所述第二激光测距仪发射激光，并接收用户头顶反射回来的激光，并根据发射激光以及接收到用户头顶反射回来的激光的时间间隔以及激光的速度计算出与头顶的距离。

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