CN107305292A - 头戴式显示器以及把持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种头戴式显示器以及把持装置。向用户显示图像的头戴式显示器包括：突出构件，其布置在所述头戴式显示器的外表面构件，并接近设置在所述头戴式显示器内部的发热源；以及传热构件，其布置在突出构件与发热源之间，并且被设置为能够沿着突出构件的形状而变形。因此，本发明旨在提供一种能够在不损害观察者的使用感受的情况下防止发生热集中的头戴式显示器或把持装置。

Description

头戴式显示器以及把持装置

技术领域

本发明涉及通过安装在观察者头部上而使用的头戴式显示器、以及通过由观察者把持而使用的把持装置。

背景技术

近些年，安装在观察者头部的头戴式显示器(HMD)正在投入使用。HMD包括用于在观察者眼睛前方显示视频的显示单元。由于HMD能够容易地提供大屏幕上的视频显示和双眼视觉，因此将HMD用作体验虚拟现实(VR)和混合现实(MR)的装置。

用于实现MR的HMD包括用于拍摄与观察者的左、右眼相对应的被摄体的图像的摄像单元、以及用于显示图像的显示单元和观察光学系统。显示单元将由摄像单元拍摄的图像与由个人计算机(PC)生成的三维计算机图形(3DCG)进行叠加，并显示叠加的图像。显示单元将要向观察者投影的视频显示在与观察者的左、右眼相对应的诸如小型液晶面板等的显示元件上，并经由与观察者的左、右眼相对应的上述观察光学系统将视频放大，然后将视频投影在观察者的左、右眼球上。这样，拍摄的被摄体图像具有与左、右眼相对应的视差。显示单元生成与观察者的左、右眼相对应的视差图像，并将视差图像叠加在由摄像单元拍摄的视频上，因此生成使观察者感觉如同在现实世界中存在虚拟的3DCG图像的视频呈现。

通常，随着HMD的摄像单元和显示元件的视角的增加和图像质量的提高，电力消耗和放热量倾向于随着像素数量的增加和图像处理负荷的增加而增加。一种可能的放热措施是布置诸如风扇的冷却单元或用于释放热的通风孔。然而，诸如风扇的冷却单元产生噪声和振动，这可能引起佩戴HMD的观察者的不适感。由于微粒可能进入装置内部，因此通风孔不适于作为光学设备的HMD。

日本特开2013-218968号公报和日本特开2004-6791号公报讨论了用于将发热源的热传送到外表面(外表面构件)以将热释放到装置外部的技术。在日本特开2013-218968号公报中讨论的技术没有考虑如下现象：在传热构件与外表面之间的接触部分可能出现热集中。因此，当外表面由具有低导热率的塑料制成时，在传热部分可能出现热集中。因此，该技术不适于诸如HMD等的在观察者附近使用的装置。在日本特开2004-6791号公报中讨论的技术以类似的方式通过使用传热构件将热传递到外表面(外表面构件)。然而，该技术没有考虑如下现象：在传热构件与外表面之间的接触部分可能出现热集中。

发明内容

本发明旨在提供一种能够在不损害观察者的使用感受的情况下防止出现热集中的头戴式显示器或把持装置。

根据本发明的一方面，一种头戴式显示器，其被构造为向用户显示图像，所述头戴式显示器包括：突出构件，其布置在所述头戴式显示器的外表面构件，并接近设置在所述头戴式显示器内部的发热源；以及传热构件，其布置在所述突出构件与所述发热源之间，并且被设置为能够沿着所述突出构件的形状而变形。

根据本发明的另一方面，一种把持装置，其被构造为向用户显示图像，所述把持装置包括：突出构件，其布置在所述头戴式显示器的外表面构件，并接近设置在所述头戴式显示器内部的发热源；以及传热构件，其布置在所述突出构件与所述发热源之间，并且被设置为能够沿着所述突出构件的形状而变形。

通过下面参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1是例示观察者佩戴根据本示例性实施例的头戴式显示器(HMD)的状态的侧视图。

图2是例示根据本示例性实施例的HMD的形式改变为把持形式的情况的示意图。

图3是例示布置在根据本示例性实施例的HMD内部的光学单元的立体图。

图4是通过与观察者观察视频所沿的光轴平行的面切割的、例示图3中例示的光学单元的截面图。

图5是例示根据本示例性实施例的指示发热单元和放热构造单元的HMD主体的纵截面图。

图6A和图6B是各自例示根据本示例性实施例的外表面构件、以及布置在外表面构件上的突出构件和传热构件的附装状况的立体图。

图7是例示图5中例示的发热单元和放热构造单元的横截面图。

图8是详细例示根据本示例性实施例的突出构件的立体图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例。

图1是例示根据第一示例性实施例的通过安装在观察者头部而使用的头戴式显示器(在下文中简称为HMD)的侧视图。HMD主体10包括下面要描述的光学单元11(未例示)。框架30沿着观察者H的头部布置。柔性带构件32例如由聚丙烯薄板制成并且沿着观察者H的头部可变形。通过改变带构件32的总长度能够将HMD捆绑在观察者H的头部。衬垫构件20和50与观察者H的头部接触，以将HMD主体10稳定、舒适地固定到观察者H。

观察者H改变带构件32的总长度，以将HMD主体10捆绑并固定到观察者H的头部。使衬垫构件20和50与观察者H的头部接触，使得能够分散捆绑压力以使观察者H能够舒适地佩戴HMD。

图1所示的HMD主体10配设有安装系统，并且被构造为固定到观察者H的头部。使用安装系统将HMD主体10固定到观察者H的头部，使得能够解放观察者H的双手以使他或她能够进行各种操作。但是，当多人共享一个HMD时，将HMD固定到头部的方法可能有一些缺点，例如，当更换HMD的佩戴者时难以操作HMD，以及有些观察者可能担心卫生问题。

因此，假设从HMD主体10移除安装系统来使用把持形式的装置。

图2示意性地例示了作为要以把持形式使用的把持装置的手持式显示器(HHD)的形式。如果将HMD主体10从安装系统分离并连接到把持单元200，则观察者H能够通过用双手把持该装置来观察视频。作为HHD的使用解决了上述操作和佩戴时的缺点，并且使得能够提供多人能够舒适地使用装置的环境。

图3是例示布置在根据本示例性实施例的第一HMD主体10内部的光学单元11的立体图。图4是通过与观察者的光轴平行的面切割的、例示在一只眼睛侧的光学单元11的截面图。参照图3和图4，视频显示元件21显示由诸如PC的装置生成的二维视频。视频显示元件21由有机电致发光(EL)元件或者具有二维矩阵的图像显示元件(例如液晶元件)组成，并且视频显示单元21用作显示单元。但是，视频显示元件21不限于具有二维矩阵的图像显示元件，并且可以是扫描型的视频显示元件。棱镜72是构成用于放大在视频显示元件21上显示的视频的观察光学系统并且将视频投影在观察者的眼球上的元件。视频显示元件21和棱镜72被布置在观察者左、右眼的各个的前面。

显示在视频显示元件21上的视频通过棱镜72而被放大。放大的视频显示在观察者的左、右眼的前面以使观察者能够获得高的沉浸感。主观照相机23和28拍摄与观察者的视野相当的图像，主观照相机23和28各自包括图像传感器24和用于在图像传感器24上形成图像的主观照相机镜头25。主观照相机23和28的摄像光轴大致上与观察者观察第一棱镜72所沿的观察光轴一致。主观照相机23和28拍摄观察者的视线方向上的图像。

由主观照相机23和28拍摄的视频经由连接到图像传感器24的基板的线缆(未例示)而被发送到诸如PC的外部装置。例如，在输入到诸如PC的外部装置的拍摄图像中生成诸如计算机图形(CG)图像的其他画面，该其他画面被叠加在拍摄图像上，然后被显示在视频显示元件21上。更具体地，在要在左、右视频显示元件21上显示的CG图像中生成具有视差的左、右图像，并在视频显示元件21中显示生成的图像。该构造使得观察者能够观察视频，如同由PC生成的CG存在于由主观照相机23和28拍摄的现实世界中。

图5、图6A和图6B例示了根据本示例性实施例的发热源及其放热。图5是例示HMD主体10的纵截面图。光学单元11在上部包括基板40、布置在基板40上作为发热源的元件41、布置在外表面构件80上并接近元件41的突出构件42、以及布置成在外表面构件80和突出构件42上展开的由铜箔制成的传热构件43。传热构件43和元件41在突出构件42的突出部分相接触。图6A和图6B例示了外表面构件80、突出构件42以及传热构件43的状况。如图6B所示，突出构件42布置在外表面构件80上。如图6A所示，传热构件43布置成在外表面构件80和突出构件42上展开。由于具有片状形状的传热构件43是柔性的并且可变形，因此，传热构件43沿着具有弯曲形状的外表面构件80和突出构件42变形，并与外表面构件80和突出构件42紧密接触。在本示例性实施例中，铜箔带被用作传热构件43并且通过带的粘附力粘在外表面构件80和突出构件42上。传热构件43可以由诸如石墨片的具有高柔性和高导热率的其他材料制成。作为选择，可以以层压方式粘贴多个铜箔带来增加传热量。市场上可以买到带有粘合剂的铜箔带形式的铜箔和石墨片。通过使用铜箔或石墨片能够容易地准备传热构件43，然后将传热构件43附装到突出构件42和外表面构件80。

图7是例示从元件41接收热并将热传送到突出构件42和外表面构件80的传热构件43的横截面图。突出构件42由具有比传热构件43的导热率低的导热率的材料制成。这抑制了向在距离作为发热源的元件41最近的突出构件42的直接下方的、外表面构件80的部分83的热传送，缓解了部分83处的局部温升。在不存在传热构件43而只存在突出构件42的情况下，使用具有高导热率的材料来构造突出构件42，使得能够将元件41的热传送到外表面构件80，因此防止元件41中的温升。但是，热可能在外表面构件80的部分83上集中，这可能引起诸如过度温升的异常状况。

图8是例示由面91和肋部92组成的突出构件42的形状的立体图，面91经由传热构件43与元件41接触，肋部42构造与外表面构件80接触的面。构造面91使其与元件41的表面形状(根据本示例性实施例为平坦面)相似，使得能够增加传热构件43与元件41之间的接触面积以提高传热效率。突出构件42的形状使得即使外表面构件80与元件41之间具有不同的表面形状和角度，也能够在传热构件43与元件41之间形成良好的热连接。这提高了作为外观的外表面构件80的形状自由度。在传热构件43与元件41之间或者在传热构件43与突出构件42之间插入诸如硅橡胶的具有弹性和高耐热性的耐热构件，使得能够吸收突出构件42与元件41之间的位置误差和形状误差。结果是，能够在传热构件43与元件41之间实现稳定的热连接。构造突出构件42以经由肋部92的形状与外表面构件80相接触，使得能够减小突出构件42与外表面构件80之间的接触面积。此外，限制从突出构件42向外表面构件80的传热，使得能够缓解在接触部分(图7所示的部分83)处的热集中。在肋部92之间形成的空气层也有助于屏蔽热。尽管在本示例性实施例中，突出构件42和外表面构件80由不同的材料制成，只要满足导热率低于传热构件43的条件，突出构件42也可以与外表面构件80一体化形成。构造肋部92在突出构件42与外表面条件80之间形成气流路径(如图8所示)，提供了用于防止加热的空气在突出构件42中停滞的自然对流。这也使得能够防止在接触部分(图7所示的部分83)处的热集中。

如上所述，根据本示例性实施例，能够将在HMD主体10中产生的热传送到外表面构件80以将热释放到外部空气。这使得能够防止在外表面构件80的部分处的局部温升。此外，在外表面构件80与元件41之间布置突出构件42并使用柔性材料作为传热构件43，使得能够构造甚至具有诸如三维曲面的复杂外观形状的外表面构件80。这种构造提高了外表面构件80的形状自由度。配设有突出构件42的外表面构件80是在佩戴HMD主体10的用户的头部的相对侧的面，并因此减少了传送到用户侧的内部热量。由于在不使用任何产生噪声和振动的排热单元(例如风扇)的情况下构造HMD主体10，因此能够提高用户的舒适度。此外，由于不通过与HMD主体10的外部交换空气来进行排热，因此不需要配设通风孔。因此，能够减少将在诸如根据本示例性实施例的装置等的光学设备中引起问题的灰尘进入。

虽然已经参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。应当对权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构及功能。

Claims (10)

1.一种头戴式显示器，其被构造为向用户显示图像，所述头戴式显示器包括：

突出构件，其布置在所述头戴式显示器的外表面构件，并接近设置在所述头戴式显示器内部的发热源；以及

传热构件，其布置在所述突出构件与所述发热源之间，并且被设置为能够沿着所述突出构件的形状而变形。

2.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述传热构件具有片状形状。

3.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述发热源是布置在所述头戴式显示器内部的基板上的元件。

4.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述突出构件由具有比所述传热构件的导热率低的导热率的材料制成。

5.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，当将所述头戴式显示器安装在观察者头部上时，所述突出构件被定向在与头部不同的方向。

6.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述突出构件的形状类似于所述发热源的形状。

7.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，通过所述突出构件在所述发热源与所述外表面构件之间形成空气层。

8.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述传热构件由石墨片形成。

9.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，在所述传热构件与所述发热源之间布置有耐热构件。

10.一种把持装置，其被构造为向用户显示图像，所述把持装置包括：

突出构件，其布置在所述头戴式显示器的外表面构件，并接近设置在所述头戴式显示器内部的发热源；以及

传热构件，其布置在所述突出构件与所述发热源之间，并且被设置为能够沿着所述突出构件的形状而变形。