CN107438787B - 头戴式显示设备 - Google Patents
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Abstract
一种头戴式显示设备，包括壳体(1)以及置于壳体内的柔性显示屏(10)、第一收纳轴(20)、光学镜头(30)，壳体还包括显示视窗(40)，壳体包括可切换的第一透光率及第二透光率，柔性显示屏包括显示区域(11)和透光区域(12)，柔性显示屏与第一收纳轴连接，其中，当壳体切换第一透光率时，光学镜头对应显示区域设置，显示区域发出的光经过光学镜头通过显示视窗投射出壳体，当壳体切换第二透光率时，第一收纳轴带动柔性显示屏转动，以使透光区域对应显示视窗设置，外界的光经透光区域通过显示视窗投射出壳体，用户通过头戴式显示设备可切换沉浸式和穿透式。
Description
技术领域
本发明涉及头戴式显示领域，尤其涉及头戴式显示设备。
背景技术
头戴式显示设备(Head Mounted Display，HMD)指的是可以戴在头上的显示设备。HMD分为沉浸式和穿透式。沉浸式HMD可为用户提供观影、虚拟现实(Virtual Reality，VR)等应用场景下的沉浸视觉体验，但隔离了与外界的接触。穿透式HMD可实现观看实景结合增强现实(Augmented Reality，AR)的智能交互，但是无法为用户提供完全沉浸的体验。
目前，为了解决沉浸式和穿透式的切换，通常通过光学模组改变光路来实现沉浸式和穿透式的切换，但光学模组属于精密结构，改动光学模组中的任一一个光学镜片易影响显示效果。因此，研究出一种能够实现沉浸式和穿透式的切换，且不影响显示效果的HMD是很有必要的。
发明内容
本发明实施例提供一种头戴式显示设备，提供一种能够实现沉浸式和穿透式的切换的头戴式显示设备。
本发明实施例第一方面提供一种头戴式显示设备，包括壳体以及置于所述壳体内的柔性显示屏、第一收纳轴、光学镜头，所述壳体还包括显示视窗，所述壳体包括可切换的第一透光率及第二透光率，所述柔性显示屏包括显示区域和透光区域，所述柔性显示屏与所述第一收纳轴连接，其中，当所述壳体切换第一透光率时，所述光学镜头对应所述显示区域设置，所述显示区域发出的光经过所述光学镜头通过所述显示视窗投射出壳体，当所述壳体切换第二透光率时，所述第一收纳轴带动所述柔性显示屏转动，以使所述透光区域对应所述显示视窗设置，外界的光经所述透光区域通过所述显示视窗投射出壳体。
本发明公开的头戴式显示设备，当壳体切换第一透光率时，柔性显示屏的显示区域发出的光经过光学镜头通过显示视窗投射出壳体，以提供用户沉浸式观看显示屏的显示内容，当壳体切换第二透光率时，第一收纳轴带动柔性显示屏转动，以使柔性显示屏的透光区域对应显示视窗设置，外界的光经所述透光区域通过所述显示视窗投射出壳体，以提供用户穿透式观看外界景象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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为本发明一个实施例的头戴式显示设备的剖面示意图；
图2为本发明另一个实施例的头戴式显示设备的剖面示意图；
图3为本发明另一个实施例的头戴式显示设备的剖面示意图；
图4为本发明另一个实施例的头戴式显示设备的剖面示意图；
图5为本发明一个实施例的柔性显示屏10的结构示意图；
图6为本发明另一个实施例的柔性显示屏10的结构示意图；
图7为本发明另一个实施例的柔性显示屏10的结构示意图；
图8为本发明另一个实施例的柔性显示屏10的结构示意图；
图9为本发明另一个实施例的柔性显示屏10的结构示意图；
图10为本发明另一个实施例的头戴式显示设备的剖面示意图；
图11为本发明另一个实施例的柔性显示屏10的结构示意图；
图12为本发明实施例的头戴显示设备的结构示意图；
图13为本发明另一个实施例的头戴式显示设备的剖面示意图；
图14为本发明另一个实施例的头戴式显示设备的剖面示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或科学术语应对作为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序、数量或者重要性。同样，“一个”、“一”或“该”等类似词语也不表示数量限制，而只是用来表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词语前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或物件。“连接”或者相连等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包含电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
请一并参见图1-图14，本发明提供的头戴式显示设备包括壳体1以及置于壳体1内的柔性显示屏10、第一收纳轴20、光学镜头30。壳体1还包括显示视窗40。壳体1能够切换第一透光率和第二透光率。柔性显示屏10包括显示区域11和透光区域12。光学镜头30对应显示区域11设置。柔性显示屏10与第一收纳轴20轴连接。其中，当头戴式显示设备沉浸式时，如图1所示，壳体1切换第一透光率，此时壳体1处于不透光状态，柔性显示屏10的显示区域11发出的光通过光学镜头30再通过显示视窗40投射出壳体1，以提供用户沉浸式观看显示屏的显示内容。当头戴式显示设备穿透式时，如图2所示，壳体1切换第二透光率，此时壳体1处于透光状态，收纳轴20按照如图2所示的方向转动，以带动柔性显示屏10转动，以使透光区域12对应光学镜头30设置，外界的光通过柔性显示屏10的透光区域12、光学镜头30以及显示视窗40投射出壳体1，以提供用户穿透式观看外界景象。可以理解的是，该图例所示方向仅为示例性说明需要，并不用于限定本发明，只要第一收纳轴20转动可以带动柔性显示屏转动，使得透光区域12可将外界的光通过显示视窗40投射以提供用户观看到外界景象即可。以及通过第一收纳轴20转动带动柔性显示屏的显示区域对应可作用于投射的光路中，使得显示内容可通过显示视窗40投射以提供用户观看显示内容即可。
可选的，本发明提供的头戴式显示设备还包括全反射镜片50，用于将柔性显示屏10的显示光源经光学镜头30后的投射方向改变至通过显示视窗40投射的方向。其中，显示区域11、光学镜头30和全反射镜片50沿着第一光轴60配置，全反射镜片50和显示视窗11沿着第二光轴70配置。当第一光轴60和第二光轴70具有一夹角时，光学镜头30可置于用户通过显示视窗40观看的非视线范围内。从而同于可以直接观看到未经光学镜头30呈现的真实外界景象。示例性的，全反射镜片50与第一光轴60具有一夹角为45°，第一光轴60和第二光轴70成90°。其中，当头戴式显示设备沉浸式时，如图3所示，壳体1切换第一透光率时，显示区域11发出的光经过光学镜头30以及全反射镜片50通过显示视窗40投射出壳体1，以提供用户沉浸式观看显示屏的显示内容。较优方式下，当头戴式显示设备穿透式时，如图4所示，壳体1切换第二透光率时，全反射镜片50移出第二光轴70，第一收纳轴20按照图4所示的方向转动，以带动柔性显示屏10转动，以使得柔性显示屏10的透光区域12对应显示视窗40设置，外界的光通过柔性显示屏10的透光区域12以及显示视窗40投射出壳体1，以提供用户穿透式观看外界景象。
可选的，如图5-图8所示，图5-图8为本发明实施例的柔性显示屏10的结构示意图。当头戴式显示设备沉浸式时，如图5，柔性显示屏10的显示区域11对应显示视窗40设置，当头戴式显示设备穿透式时，如图6-图8所示，柔性显示屏10的透光区域12对应显示视窗40设置。
需要说明的是，壳体1为本发明提供的头戴式显示设备的显示端的壳体1，图1-图4为本发明提供的头戴式显示设备的显示端的剖面示意图。例如，第一透光率在0％-1％，第二透光率在90％-99.5％。当壳体1从第一透光率切换到第二透光率，该壳体1可切换透光率的区域可以是整个壳体1，也可以是壳体1的部分区域，例如可以为壳体1具有显示视窗40所在侧的对侧。本发明不作限定。
可选的，光学镜头30可拆卸更换。
可选的，如图4所示，全反射镜片50与光闸80连接，当光闸80处于弹起状态时，全反射镜片50移出第二光轴70，当光闸80处于落下状态时，全反射镜片20移入第二光轴70。
具体地，光学镜片50与光闸80连接，当光闸80处于弹起状态时，光学镜片50从第二光轴70移除，使得经壳体1入射的外界的光可以直接通过显示视窗40投射出，以提供用户穿透式观看外界景象。当光闸80处于落下状态时，光学镜片50移入第二光轴70，使得柔性显示屏10的显示区域11发出的光经光学镜头30以及光学镜片50的反射投射至显示显示视窗40的方向，从而投射出壳体1。其中，光闸80可以连接于头戴式显示设备的控制器，从而该控制器根据输入单元获取用户触发光闸80起落的操作。例如该输入单元可以为物理按键，触控板等，实现对光闸80起落的电控。光闸80也可以直接连接于一通向壳体1外部的可操作部件，使得用户可以手动操作该可操作部件来带动该光闸80的起落。可以理解的是，本发明附图仅为示意本发明原理，并不限于附图中的具体结构位置。头戴式显示设备处于沉浸式时，柔性显示屏10的显示区域11转动至对应光学镜头30的位置即可。该光学镜头30根据具体的光学设计，将该柔性显示屏10的显示区域11发出的光按设计光路通过显示视窗40投射至用户眼睛即可。同理的，光学镜头30也不限于实施例的图示位置，通过具体的光学设计将柔性显示屏10的显示区域11光源通过显示视窗40投射至用户眼睛即可，例如采用反射元件实现光路的改变，以得到最终出射的方向。
其中，如图9所示，柔性显示屏10可以为显示区域11制作于柔性基带13，通过该柔性基带13连接两端的第一收纳轴20。当第一收纳轴20转动，带动柔性基带13转动，实现显示区域11的移动。其中，如图9A所示，透光区域12可以为柔性基带13镂空的部分，实现透视。当该柔性基带13为透明材质时，如图9B所示，非显示区域11即可为透光区域12。可以理解的是，图例仅为原理性示意，并不用于具体位置、形状、大小、尺寸、布局等限定。
可选的，光学镜片50的靠近光学镜头30的表面镀有可见光波段全反射膜，光学镜片50的远离光学镜头30的表面为磨砂表面。
其中，可见光波段全反射膜为对可见光波段380nm-780nm全反射。全反射膜可为全介质反射膜或金属反射膜。全介质反射膜为使用非金属化合物材料镀制的薄膜。金属反射膜为使用金属材料镀制的薄膜。
可选的，透光区域12包括光致变色材料。
举例来说，光致变色材料为变色玻璃，变色玻璃为在适当波长光的辐照下改变其颜色，而移去光源时则恢复其原来颜色的玻璃，比如，光强度高，玻璃的颜色深，透光度低。反之，光强度低，玻璃的颜色浅，透光度高。可见，在透光区域12上设置有变色玻璃，可使得通过变色玻璃的光变色调节透光度，使得人眼适应环境光线的变化，进而减少视觉疲劳，从而起到保护眼睛的作用。
可选的，壳体1包括电致变色材料，通过电控以使壳体1能够切换第一透光率和第二透光率。
举例来说，电致变色是指在外加电场的作用下，材料的价态、化学组分发生可逆变换的现象，具有电致变色特质的材料在外加电压作用下，由于电子或离子的注入、抽出，导致材料结构和光学、热学性能发生变化。例如，在等电位或不加电的情况下，电致变色材料为透明状态，此时壳体1的透光率为第二透光率，有压差存在的情况下，则显示黑色状态(不透光或遮光状态)，此时壳体1的透光率为第一透光率。其中，电致变色可以为氧化钨WO3、氧化铱IrO2或氧化钼MoO3等无机电致变色材料制成。
可选的，壳体1包括第二遮蔽体100和第二收纳轴110，第二遮蔽体100和第二收纳轴110，第二遮蔽体100材质为柔性材质，第二遮蔽体100与第二收纳轴110轴连接，通过第二收纳轴110将第二遮蔽体100收纳于第二收纳轴110上，以使壳体1从第一透光率切换到第二透光率。
举例来说，如图10所示，壳体1对应设有第二遮蔽体100的区域为透光材质，当第二收纳轴110按照图10所示的方向转动，以将第二遮蔽体100收纳于第二收纳轴110上，此时壳体1的透光率从第一透光率切换到第二透光率。具体的，如图11所示，第二遮蔽体100。其他实施方式下，第二遮蔽体100除了避光部分100B外，还包括透光部分100T。头戴式显示设备沉浸式时，第二遮蔽体100的避光部分100B遮蔽壳体1透光材质的部分，透光部分100T可以部分或全部收卷于第二收纳轴110。头戴式显示设备穿透式时，第二遮蔽体100的透光部分100T置于壳体1透光材质的部分，避光部分100B可以部分或全部收卷于第二收纳轴110。二者的切换，即通过第二收纳轴110的转动带动避光部分100B与透光部分100T移动。
可选的，头戴式显示设备还包括第一调节机构120，第一调节机构120与第二收纳轴110连接，通过第一调节机构120带动第二收纳轴110转动。
可选的，头戴式显示设备还包括第二调节机构130，第二调节机构130与第一收纳轴20连接，通过所述第二调节机构130带动第一收纳轴20转动。
举例来说，如图12所示，为了方便用户控制第一收纳轴20和第一收纳轴110的转动，本发明公开的头戴显示设备还包括第一调节机构120和第二调节机构130，其中，第一调节机构120可控制第二收纳轴110转动，比如第一调节机构120顺时针旋转，将第二遮蔽体100收纳于第二收纳轴110，第一调节机构120逆时针旋转，将第二遮蔽体100展开，第二调节机构130可控制第一收纳轴20转动，比如第二调节机构130顺时针旋转，将柔性显示屏10收纳于第一收纳轴20，第二调节机构130逆时针旋转，将柔性显示屏10展开。
可选的，壳体1包括可拆卸第一遮蔽体90，通过拆卸或安装第一遮蔽90体以使壳体1能够切换所述第一透光率和所述第二透光率。
举例来说，如图12所示，当可拆卸第一遮蔽体90从壳体1上拆卸下来时，壳体1的透光率为第二透光率，当第一遮蔽体90安装在壳体1上时，壳体1的透光率为第一透光率，可以理解的是，图12所示的第一遮蔽体90仅为本发明实施例的示意图，并不限于附图中的具体结构位置和尺寸大小。
可选的，本发明提供的头戴式显示设备还包括设置于显示视窗40的保护镜片。保护镜片可以防止外界尘埃等进入壳体1内，影响光学元件及其呈现效果。
可以看出，本发明公开的头戴式显示设备，当壳体1切换第一透光率时，柔性显示屏10的显示区域11发出的光经过光学镜头30通过显示视窗投射出壳体，以提供用户沉浸式观看显示屏的显示内容，当壳体1切换第二透光率时，第一收纳轴20带动柔性显示屏转动，以使柔性显示屏10的透光区域12对应显示视窗40设置，外界的光经透光区域12通过显示视窗40投射出壳体1，以提供用户穿透式观看外界景象。
可选的，如图13-图14所示，基于本发明原理，当柔性显示屏10的显示区域11大于可被光学镜头30投射的区域A，该区域A即实际用户可观看到的成像区域。因此，实际的显示区域11可显示的内容视角可以远大于用户的可视视角，当用户根据当前成像区域观看的显示内容，欲移动至其他视角进行观看时，可以通过第一收纳轴20转动带动柔性显示屏10显示区域11的移动，使得对应到欲观看视角对应的目标显示区域A。从而可以实现VR视角转移的效果，同时无需通过复杂的图像数据计算得到显示屏应显示的图像内容，解决了现有VR技术因计算能力不足，导致的视角切换延迟的问题。作为一实施方式，该头戴式显示设备还包括感测装置140，比如加速度/地磁感测装置等，和控制器150。该感测装置140用于感测用户头部的运动方位。当感测装置140感测用户头部的运动方位(例如转动的角度、位移)后，感测装置140将该运动方位传至控制器150，控制器150根据该运动方位确定对应的目标显示区域、第一收纳轴20的目标转动方向和第一收纳轴20的目标转动量，控制器150控制第一收纳轴20根据目标转动方向和目标转动量进行转动，以使目标显示区域对应光学镜头30设置，最终使得用户可通过显示视窗40观看到目标显示区域的显示内容。例如，可见，通过第一收纳轴20转动改变显示区域11对应光学镜头进行投射的成像区域，从而实现VR可以根据用户转动头部看到相对方位的虚拟画面。补偿了现有技术中，当用户转动头部，需要通过计算获取相应方位的显示数据，由于现有计算能力不足，导致的视角切换延迟的问题。其他实施方式下，可以采用机械结构控制第一收纳轴20的转动，实现视角切换，例如上述第二调节机构130的方式。还可以采用通过头戴式显示设备的输入单元，实现输入操作，控制器150根据输入单元的输入信号执行对应的视角切换。其中，输入信号(包括输入信号的坐标、位移、路径等)与视角切换具有预设的对应关系。例如，控制器150根据输入信号确定对应的目标显示区域，根据把目标显示区域得到第一收纳轴20的目标转动方向和第一收纳轴20的目标转动量，控制器150控制第一收纳轴20根据目标转动方向和目标转动量进行转动，以使目标显示区域对应光学镜头30设置。可以理解的是，该感测装置140包括具有感测功能的输入单元，例如，可以为触控板感测触摸信号，根据预设的触摸信号获取对应的目标显示区域、目标转动方向和/或目标转动量。也可以为红外感测装置，可以获取用户手势，虹膜检测装置，获取用户注视方位，等。即本方案可以结合到头戴式显示设备的任意输入方式，获取目标显示区域。
其他方式下，柔性显示屏10也可以为包括多个显示区域A，各显示区域A对应不同的视角的显示内容。根据获取目标显示区域，得到对应的目标转动方向和目标转动量，实现目标显示区域对应光学镜头30成为成像区域供用户观看。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (11)
1.一种头戴式显示设备，其特征在于，包括壳体以及置于所述壳体内的柔性显示屏、第一收纳轴、光学镜头，所述壳体还包括显示视窗，所述壳体包括可切换的第一透光率及第二透光率，所述柔性显示屏包括显示区域和透光区域，所述柔性显示屏与所述第一收纳轴连接，其中，当所述壳体切换第一透光率时，所述光学镜头对应所述显示区域设置，所述显示区域发出的光经过所述光学镜头通过所述显示视窗投射出壳体，当所述壳体切换第二透光率时，所述第一收纳轴带动所述柔性显示屏转动，以使所述透光区域对应所述显示视窗设置，外界的光经所述透光区域通过所述显示视窗投射出壳体。
2.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备还包括全反射镜片，其中，所述显示区域、所述光学镜头和所述全反射镜片沿着第一光轴配置，所述全反射镜片和所述显示视窗沿着第二光轴配置，所述第一光轴和所述第二光轴具有一夹角，当所述壳体切换所述第一透光率时，所述显示区域发出的光经过所述光学镜头以及所述全反射镜片通过所述显示视窗投射出壳体。
3.根据权利要求2所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述壳体切换第二透光率时，所述全反射镜片移出所述第二光轴，所述第一收纳轴带动所述柔性显示屏转动，以使得所述透光区域对应所述显示视窗设置，外界的光经所述透光区域通过所述显示视窗投射出壳体。
4.根据权利要求3所述的头戴式显示设备，其特征在于，还包括光闸，连接于所述全反射镜片，当所述光闸处于弹起状态时，所述全反射镜片移出所述第二光轴，当所述光闸处于落下状态时，所述全反射镜片移入所述第二光轴。
5.根据权利要求1-4任一项所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述透光区域包括光致变色材料。
6.根据权利要求1-5任一项所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述壳体包括电致变色材料，通过电控以使所述壳体能够切换所述第一透光率和所述第二透光率。
7.根据权利要求1-5任一项所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述壳体包括可拆卸第一遮蔽体，通过拆卸或安装所述第一遮蔽体以使所述壳体能够切换所述第一透光率和所述第二透光率。
8.根据权利要求1-5任一项所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述壳体包括第二遮蔽体和第二收纳轴，所述第二遮蔽体材质为柔性材质，所述第二遮蔽体与所述第二收纳轴轴连接，通过所述第二收纳轴将所述第二遮蔽体收纳于所述第二收纳轴上，以使所述壳体从所述第一透光率切换到所述第二透光率。
9.根据权利要求8所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备还包括第一调节机构，所述第一调节机构与所述第二收纳轴连接，通过所述第一调节机构带动所述第二收纳轴转动。
10.根据权利要求1-9任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第二调节机构，所述第二调节机构与所述第一收纳轴连接，通过所述第二调节机构带动所述第一收纳轴转动。
11.根据权利要求1-10任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感测装置和控制器，所述感测装置、第一收纳轴连接至所述控制器，所述感测装置用于感测用户头部的运动方位，所述控制器用于根据所述运动方位控制所述第一收纳轴转动，以使所述光学镜头对应目标显示区域设置。
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