头戴显示设备调节方法及头戴显示设备
技术领域
本申请涉及虚拟现实技术领域,尤其涉及一种头戴显示设备调节方法及头戴显示设备。
背景技术
随着虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术的不断发展,头戴显示设备也越来越多的进入人们的日常生活中。头戴显示设备包括用于呈现图像的电子屏幕以及设于人眼和电子屏幕之间用于畸变校正的光学透镜。当用户佩戴头戴显示设备通过光学透镜观看电子屏幕上的图像时,头戴显示设备会利用光学原理将用户对外界的视觉、听觉封闭,引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。
为适应不同用户的视力需求,现有头戴显示设备上设有物理旋钮或按键,以供用户手动调节光学透镜的焦距。对不同用户来说,可手动调节头戴显示设备上的物理旋钮或按键,使得光学透镜的焦距与自身视力相适配,进而从电子屏幕中获取清晰的图像。但是,这种方式操作起来不方便,调节效率较低。
发明内容
本申请的一些实施例提供一种头戴显示设备调节方法,包括:根据头戴显示设备的姿态数据,识别佩戴所述头戴显示设备的用户的当前头部动作;根据头部动作与动作类别之间的对应关系,判断所述当前头部动作是否为焦距调节指示类动作;当所述当前头部动作为焦距调节指示类动作时,控制所述头戴显示设备中的电磁执行机构产生磁场信号并在所述磁场信号的作用下带动所述头戴显示设备中的透镜组件和/或显示屏组件移动。
可选地,所述控制所述头戴显示设备中的电磁执行机构产生磁场信号,包括:向所述电磁执行机构输入电信号,所述电信号用于激励所述电磁执行机构产生所述磁场信号。
可选地,所述向所述电磁执行机构输入电信号,包括:根据所述当前头部动作的动作参数,生成对所述电磁执行机构进行控制所需的电信号参数;根据所述电信号参数,向所述电磁执行机构输入电信号。
可选地,所述根据所述当前头部动作的动作参数,生成对所述电磁执行机构进行控制所需的电信号参数,包括:根据所述当前头部动作的动作方向,确定需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的方向;根据所述当前头部动作在所述动作方向上的位移和/或速度,计算需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的距离;根据需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的方向,确定需要向所述电磁执行机构输入的电信号的极性;根据需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的距离,确定需要向所述电磁执行机构输入的电信号的时长和/或频次。
可选地,所述当前头部动作为转头动作;所述根据所述当前头部动作的动作方向,确定需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的方向,包括:当所述转头动作的方向向左时,确定需要将所述透镜组件向靠近所述用户的眼睛的方向移动和/或将所述显示屏组件向远离所述透镜组件的方向移动;当所述转头动作的方向向右时,确定需要将所述透镜组件向远离所述用户的眼睛的方向移动和/或将所述显示屏组件向靠近所述透镜组件的方向移动。
可选地,在控制所述头戴显示设备中的电磁执行机构产生磁场信号并在所述磁场信号的作用下带动所述头戴显示设备中的透镜组件和/或显示屏组件移动的过程中,所述方法还包括:继续识别所述用户的头部动作,并在所述继续识别到的头部动作为调节完成指示类动作时,停止控制所述头戴显示设备中的电磁执行机构产生磁场信号并在所述磁场信号的作用下带动所述头戴显示设备中的透镜组件和/或显示屏组件移动的操作。
可选地,所述电磁执行机构包括磁性齿轮。
本申请的另一些实施例提供一种头戴显示设备,包括:一壳体,所述壳体内设置有透镜组件、显示屏组件、电磁执行机构以及电路板;所述电路板上设置有存储器和处理单元;所述电磁执行机构安装于所述透镜组件上,并与所述透镜组件机械连接;所述电磁执行机构与所述处理器电连接,用于在所述处理器的控制下产生磁场信号并在所述磁场信号的作用下带动所述透镜组件和/或所述显示屏组件沿所述头戴显示设备的光轴方向移动;所述存储器,用于存储程序;所述处理器,耦合至所述存储器,用于执行所述存储器中的程序,以用于:
根据所述头戴显示设备的姿态数据,识别佩戴所述头戴显示设备的用户的当前头部动作;根据头部动作与动作类别之间的对应关系,判断所述当前头部动作是否为焦距调节指示类动作;当所述当前头部动作为焦距调节指示类动作时,控制所述电磁执行机构产生磁场信号并在所述磁场信号的作用下带动所述透镜组件和/或所述显示屏组件移动。
可选地,所述处理器具体用于:向所述电磁执行机构输入电信号,所述电信号用于激励所述电磁执行机构产生所述磁场信号。
可选地,所述处理器具体用于:根据所述当前头部动作的动作参数,生成对所述电磁执行机构进行控制所需的电信号参数;根据所述电信号参数,向所述电磁执行机构输入电信号。
可选地,所述处理器具体用于:根据所述当前头部动作的动作方向,确定需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的方向;根据所述当前头部动作在所述动作方向上的位移和/或速度,计算需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的距离;根据需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的方向,确定需要向所述电磁执行机构输入的电信号的极性;根据需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的距离,确定需要向所述电磁执行机构输入的电信号的时长和/或频次。
可选地,所述电磁执行机构包括:电磁感应部件、与所述电磁感应部件机械连接的力矩传动部件以及安装于所述力矩传动部件上的第一联动件;所述电磁感应部件用于在励磁电流的激励下产生力矩;所述力矩传动部件用于将所述力矩传递给所述第一联动件;所述显示屏组件上安装有第二联动件;所述第二联动件用于跟随所述第一联动件联动,以驱动所述显示屏组件和/或所述透镜组件沿所述头戴显示设备的光轴方向移动磁性齿轮,所述磁性齿轮包括主动轮和从动轮,所述从动轮上。
可选地,所述电磁感应部件包括:主动磁齿轮、从动磁齿轮和线圈;所述线圈缠绕于所述主动磁齿轮上,并与所述电路板连接;所述从动磁齿轮内啮合于所述主动磁齿轮。
可选地,所述力矩传动部件包括:涡轮传动杆和蜗杆;所述涡轮传动杆与所述透镜组件的横向轴线平行设置;所述蜗杆穿设于所述从动磁齿轮的中孔内,且所述蜗杆上的螺旋齿与所述涡轮传动杆中部的涡轮啮合。
可选地,所述第一联动件包括设置于所述涡轮传动杆两端的两个机械齿轮;所述第二联动件包括与所述两个机械齿轮适配的两个机械齿条,所述两个机械齿条分别安装于所述显示屏组件的左右两侧。
在本申请实施例中,头戴显示设备中安装有电磁执行机构,该电磁执行机构可以在磁场信号的作用下带动头戴显示设备中的透镜组件和/或显示屏组件移动,以此为基础,将电磁执行机构与用户的头部动作相结合,实现一种由用户头部动作触发电磁执行机构进行焦距调节的方式,与用户手动操作物理旋钮进行焦距调节的方式相比,用户的头部动作实施起来更加灵活和方便,有利于提高焦距调节效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为本申请一些实施例提供的头戴显示设备调节方法的流程示意图;
图2a为本申请另一些实施例提供的焦距校准过程中各个时间点上透镜组件与用户眼睛之间的距离的示意图;
图2b为本申请另一些实施例提供的经过焦距校准后用户看到的清晰画面的示意图;
图3a为本申请又一实施例提供的头戴显示设备的整体结构示意图;
图3b为本申请又一实施例提供的头戴显示设备的内部结构示意图;
图3c为本申请又一实施例提供的头戴显示设备的内部结构分解图;
图4为本申请又一实施例提供的电磁执行机构的整体结构示意图;
图5为本申请又一实施例提供的电磁执行机构的结构爆炸图;
图6a为本申请又一实施例提供的主动磁齿轮和从动磁齿轮的拆解示意图;
图6b为本申请又一实施例提供的主动磁齿轮和从动磁齿轮啮合后的示意图;
图7为本申请又一实施例提供的头戴显示设备的结构爆炸图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请一些实施例中的技术方案进行描述。显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中提到的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
针对现有技术存在焦距校准操作不便,效率较低的问题,本申请一些实施例提供一种头戴显示设备调节方法,主要原理是:将电磁执行机构与用户的头部动作相结合,实现一种由用户头部动作触发电磁执行机构进行焦距调节的方式。与用户手动操作物理旋钮进行焦距调节的方式相比,用户的头部动作实施起来更加灵活和方便,有利于提高焦距调节的效率。
本申请一些实施例提供的头戴显示设备调节方法可应用于具有电磁执行机构的头戴显示设备,所述头戴显示设备可以是现有技术中已经存在的带有电磁执行机构的头戴显示设备,也可以是本申请后续一些实施例中提供的具有电磁执行机构的头戴显示设备,甚至可以是随着技术发展将来会出现的带有电磁执行机构的头戴显示设备。
其中,头戴显示设备中的电磁执行机构可以是任何能够产生磁场信号并且可在磁场信号的作用下带动头戴显示设备中的透镜组件和/或显示屏组件移动的实现结构。电磁执行机构与透镜组件和/或显示屏组件具有机械连接,该机械连接的实现方式与电磁执行机构的实现形式有关。在本申请各实施例中不对电磁执行机构的实现形式以及电磁执行机构与透镜组件和/或显示屏组件的机械连接方式做限定,凡是可以在磁场信号的作用下带动透镜组件和/或显示屏组件移动的电磁执行机构以及机械连接方式均适用于本申请各实施例。举例说明,电磁执行机构可以由磁性齿轮、电磁铁、电磁阀等实现。
下面实施例将重点介绍头戴显示设备调节方法的实施过程。
图1为本申请一些实施例提供的头戴显示设备调节方法的流程示意图。如图1所示,该方法包括:
101、根据头戴显示设备的姿态数据,识别佩戴头戴显示设备的用户的当前头部动作。
102、根据头部动作与动作类别之间的对应关系,判断当前头部动作是否为焦距调节指示类动作。
103、当当前头部动作为焦距调节指示类动作时,控制头戴显示设备中的电磁执行机构产生磁场信号并在磁场信号的作用下带动头戴显示设备中的透镜组件和/或显示屏组件移动。
在使用过程中,头戴显示设备需要戴在用户的头上。用户通过转动、升降、移动等各种姿势来体验VR场景,所以头戴显示设备也具有一定姿态。头戴显示设备的姿态可通过姿态数据来体现。所述姿态数据可以是任何可以反映头戴显示设备的姿态的数据,例如可以是一些与头戴显示设备的姿态相关的倾斜角度、自旋角度等数据。
在一些实施例中,头戴显示设备上设置有可探测头戴显示设备的姿态的传感器,例如可以是惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)传感器。IMU传感器可以包括加速度传感器、陀螺仪和/或地磁传感器(或称电子罗盘)等。这些传感器可捕捉头戴显示设备的转动、俯仰以及朝向等数据。
在一些实施例中,头戴显示设备除了包括IMU传感器之外,还可以包括动作捕捉传感器,动作捕捉传感器主要用来实现动作捕捉,例如可捕捉佩戴头戴显示设备的用户的左右前后的移动动作。动作捕捉传感器可以包括红外摄像头、红外感应传感器等。
在一些实施例中,头戴显示设备除了包括IMU传感器和动作捕捉传感器之外,还可以包括其它类型的传感器,例如用于佩戴检测的接近传感器、用于触控板的电容感应传感器、用于眼球追踪的红外摄像头、用于手势识别以及实现增强现实(Augmented Reality,AR)功能的传感器等等。
在本实施例中,可通过头戴显示设备中的IMU传感器获取头戴显示设备的姿态数据,进而根据头戴显示设备的姿态数据,识别佩戴头戴显示设备的用户的头部动作。
例如,可以以用户头部为坐标原点构建三轴坐标系。通过头戴显示设备中的加速度传感器获取头戴显示设备在三轴坐标系中各坐标轴上的加速度值,通过头戴显示设备中的陀螺仪获取头戴显示设备在三轴坐标系中的绕各坐标轴的旋转角速度,进一步通过头戴显示设备中的地磁传感器获取头戴显示设备在水平面(即x轴和y轴构成的平面)上的朝向;综合这些加速度、角速度以及朝向信息,可以识别用户的头部动作。举例说明,用户的头部动作可以包括向左转头、向右转头、摇头、抬头、低头、点头等。其中,向左转头的动作和向右转头的动作连续起来可形成摇头;抬头动作和低头动作连续起来可形成点头动作。
在本实施例中,按照控制需求将用户的头部动作划分为不同的动作类别,不同动作类别表示不同的控制操作,并预先设置头部动作与动作类别之间的对应关系。
值得说明的是,根据应用场景的不同,将用户的头部动作所划分的动作类别可以适应性设置。在本实施例中,可以将用户的头部动作划分为焦距调节指示类动作和调节完成指示类动作。当然。除此之外,还可以包括关机指示类动作、开始指示类动作、VR场景控制类动作等其它动作类别。其中,焦距调节指示类动作用于表示需要调节头戴显示设备的透镜组件的焦距;调节完成指示类动作表示对头戴显示设备的透镜组件的焦距调节完成。
另外,根据应用场景的不同,也可以灵活设置动作类别与头部动作之间的对应关系。举例说明,向左转头和/或向右转头属于焦距调节指示类动作,点头属于调节完成指示类动作,摇头属于关机指示类动作,点头VR场景控制类动作等。一般来说,不同动作类别对应不同的头部动作。当然,在结合其它特征或方式加以区分的情况下,不同动作类别也可以对应相同的头部动作。
对用户来说,当佩戴头戴显示设备观看VR场景时,如果画面不够清晰,可以通过头部动作进行焦距调节。用户的头部动作时,会让头戴显示设备的姿态数据发生变化,于是可以根据头戴显示设备的姿态数据,识别出用户的当前头部动作。之后,可根据头部动作与动作类别之间的对应关系,判断当前头部动作是否为焦距调节指示类动作。
例如,可以将当前头部动作作为查询条件在头部动作与动作类别之间的对应关系中进行查询,如果未在对应关系中查询到当前头部动作或者虽查询到当前头部动作但查询到的动作类别不是焦距调节指示类动作,则可以确定当前头部动作不是焦距调节指示类动作;当在对应关系中查询到当前头部动作且查询到的动作类别是焦距调节指示类动作,则可以确定当前头部动作是焦距调节指示类动作。
当当前头部动作为焦距调节指示类动作时,可控制头戴显示设备中的电磁执行机构产生磁场信号并在所述磁场信号的作用下带动头戴显示设备中的透镜组件和/或显示屏组件移动,从而达到焦距调节的目的。
这里的焦距调节主要是指对像距进行调节,以便用户看到清晰的画面。这里的像距主要是指透镜组件到用户眼睛之间的距离。其中,移动透镜组件可直接改变透镜组件与用户眼睛之间的距离(相当于像距),达到调节像距的目的。或者,也可以移动显示屏组件改变显示屏组件与透镜组件之间的距离(相当于物距),通过改变物距来改变像距。或者,也可以同时移动透镜组件和显示屏组件,达到调节像距的目的。
其中,用户通过头部动作进行一次焦距调节后,若仍不能看到清晰的画面,则可以再次通过头部动作进行焦距调节,直到能够观看到清晰的画面为止。焦距调节包括增大焦距和减小焦距,具体调节方式视用户需求而定。
在本实施例中,将电磁执行机构与用户的头部动作相结合,实现一种由用户头部动作触发电磁执行机构进行焦距调节的方式。与用户手动操作物理旋钮进行焦距调节的方式相比,用户的头部动作实施起来更加灵活和方便,有利于提高焦距调节的效率。进一步,在本实施例中,由用户头部动作触发电磁执行机构可自动进行焦距调节,还有利于提高焦距调节的精度。
在一些实施例中,电磁执行机构包括螺线管等具有电磁感应能力的组件。基于此,在控制电磁执行机构产生磁场信号时,可以向电磁执行机构输入电信号,所述电信号用于激励电磁执行机构产生磁场信号。详细地,可以向电磁执行机构中具有电磁感应能力的组件(如螺线管)输入电信号,对具有电磁感应能力的组件来说,可根据电磁感应原理在该电信号的激励下产生磁场信号。
在一些实施例中,可以结合头部动作的动作参数,对电磁执行机构进行控制,这里的控制主要是指控制电磁执行机构产生磁场信号的过程。基于此,一种向电磁执行机构输入电信号的实施方式包括:根据当前头部动作的动作参数,生成对电磁执行机构进行控制所需的电信号参数;根据电信号参数,向电磁执行机构输入电信号。当前头部动作的动作参数主要包括动作方向、位移、速度等。这些动作参数不同,产生的电信号参数不同,进而导致输入电磁执行机构的电信号会有所不同。电磁执行机构根据不同的电信号所产生的磁场信号也会有所不同,进而在不同磁场信号的作用下带动透镜组件和/或显示屏组件移动的距离也会有所不同。由此可见,结合头部动作的动作参数,可以实现不同幅度的焦距调节。
对焦距调节来说,在一些情况下需要增大焦距,在另一些情况下需要减小焦距。对于焦距调节的方向(增大或减小)可由头部动作的方向来确定。例如,向左转头可表示需要增大焦距,向右转头表示需要减小焦距。除了调节方向之外,还涉及调节幅度,即每次带动透镜组件和/或显示屏组件移动的距离的大小。对于调节幅度可由头部动作在相应动作方向上的动作幅度来确定。其中,动作幅度可以通过动作的位移和/或速度来体现。
基于上述,一种根据当前头部动作的动作参数,生成对电磁执行机构进行控制所需的电信号参数的方式包括:
根据当前头部动作的动作方向,确定需要对透镜组件和/或显示屏组件移动的方向;
根据当前头部动作在所述动作方向上的位移和/或速度,计算需要对透镜组件和/或显示屏组件移动的距离;
根据需要对透镜组件和/或显示屏组件移动的方向,确定需要向电磁执行机构输入的电信号的极性;
根据需要对透镜组件和/或显示屏组件移动的方向和距离,确定需要向电磁执行机构输入的电信号的时长和/或频次。
其中,当前头部动作的动作方向不同,对焦距进行调节的方向(增大或减小)就会不同。对焦距进行调节的方向可以体现到对透镜组件和/或显示屏组件移动的方向。例如,以转头动作为例,当转头动作的方向向左时,可表示需要减小焦距,则可以将透镜组件向靠近用户的眼睛的方向移动;或者可以将显示屏组件向远离透镜组件的方向移动;或者可以将透镜组件向靠近用户的眼睛的方向移动,并将显示屏组件向远离透镜组件的方向移动。当转头动作的方向向右时,可表示需要增大焦距,则可以将透镜组件向远离用户的眼睛的方向移动;或者可以将显示屏组件向靠近透镜组件的方向移动;或者可以将透镜组件向远离用户的眼睛的方向移动,并将显示屏组件向靠近透镜组件的方向移动。
进一步,需要对透镜组件和/或显示屏组件移动的方向可体现在磁场信号的方向上。磁场信号的方向不同,电磁执行机构在磁场信号的作用下带动透镜组件和/或显示屏组件移动的方向就会不同。而磁场信号的方向由向电磁执行机构输入的电信号的极性决定。于是,可以根据需要对透镜组件和/或显示屏组件移动的方向,确定需要向电磁执行机构输入的电信号的极性。
对用户来说,可以根据看到的画面的清晰度,决定焦距调节的幅度。如果画面极其不清晰,可以确定当前焦距与用户视力匹配度较低,因此可以通过较大幅度的头部动作进行焦距调节,例如以较快的速度转动头部和/或头部转动较大位移;如果画面属于一般清晰,则可以确定当前焦距与用户视力匹配度比较高,可以通过较小幅度的头部动作进行微调,例如以较慢的速度转动头部和/或头部转动较小位移。这样可以减少调节次数,进一步提高调节效率。
根据用户的当前头部动作的位移和/或速度,可以确定需要对透镜组件和/或显示屏组件移动的距离。在一种实施方式中,可以预先建立头部动作的位移和/或速度与移动距离之间的映射关系,基于此,可以根据当前头部动作的位移和/或速度查询该映射关系,从而得到需要对透镜组件和/或显示屏组件移动的距离。在另一种实施方式中,可以通过大量实验,得到头部动作的位移和/或速度与需要对透镜组件和/或显示屏组件移动的距离之间的函数关系,进而根据该函数关系,每次实时计算需要对透镜组件和/或显示屏组件移动的距离。
进一步,需要对透镜组件和/或显示屏组件移动的距离可体现在每次焦距调节过程中磁场信号的时长和/或次数上。一般来说,在一次焦距调节过程中磁场信号的持续时间越长,电磁执行机构工作的时间就越长,带动透镜组件和/或显示屏组件移动的距离就越大。在一次焦距调节过程中磁场信号出现的次数越多,电磁执行机构工作的次数就越多,多次带动透镜组件和/或显示屏组件移动的距离之和就越大。而磁场信号的时长和/或次数由向电磁执行机构输入的电信号的时长和/或次数决定。于是,可以根据需要对透镜组件和/或显示屏组件移动的距离,确定需要向电磁执行机构输入的电信号的时长和/或次数。
上述需要向电磁执行机构输入的电信号的极性以及时长和/或次数,可作为对电磁执行机构进行控制所需的电信号参数。在得到电信号参数之后,可以根据所述电信号参数,向电磁执行机构输入电信号。例如,可以向电磁执行机构输入电信号参数所限定的极性的电信号,并按照电信号参数所限定的电信号时长和/或次数向电磁执行机构输入相应时长和/或次数的电信号,以便达到相应幅度的焦距调节。
在上述实施例中,结合头部动作的动作幅度确定向电磁执行机构输入电信号的时长和/或次数,除此之外,还可以采用其他方式。例如,在另一些实施例中,可以预先设定默认的电信号的非极性参数,每次都按照默认的电信号非极性参数向电磁执行机构输入电信号。这里的电信号的非极性参数主要是指电信号的持续时长和/或次数等参数。在该实施方式中暂不关注电信号的极性,例如可由头部动作的动作方向而定,也可以随机确定。基于此,一种电磁执行机构输入电信号的实施方式包括:当需要向电磁执行机构输入电信号时,可以按照默认的电信号的非极性参数,向电磁执行机构输入电信号,以激励电磁执行机构产生磁场信号。由于每次向电磁执行机构输入的电信号的非极性参数均相同,所以产生的磁场信号的非极性参数(例如时长和/或次数)也是相同的,故每次电磁执行机构在磁场信号的作用下带动透镜组件和/或显示屏组件移动的距离均相同,可以实现以固定步长进行焦距调节的目的。这种方式的实现逻辑比较简单,易于实现。
在一些实施例中,为了提高焦距调节的智能化,除了允许用户通过头部动作指示焦距调节之外,还允许用户通过头部动作指示焦距调节是否完成。
基于此,在控制电磁执行机构带动透镜组件和/或显示屏组件移动的过程中,还可以继续识别用户的头部动作,并在继续识别到的头部动作为调节完成指示动作时,停止控制电磁执行机构带动透镜组件和/或显示屏组件移动的操作。
在一应用场景中,向左转头表示需要增大焦距,向右转头表示需要减小焦距,低头表示焦距调节完成。在用户佩戴头戴显示设备之后,如果不能看到清晰的画面,可以通过转动头部发出焦距调节指示。假设用户首先向左转头,此时可根据前述实施例提供的方法控制电磁执行机构带动透镜组件向远离用户眼睛的方向移动,以增大焦距。若增大焦距后画面变清晰,说明焦距调节方向是正确的,于是可以通过多次向左转头进行多次焦距调节。若增大焦距后画面更加模糊,说明焦距调节方向是错误的,则用户可以向右转头,此时可以根据前述实施例提供的方法控制电磁执行机构带动透镜组件向靠近用户眼睛的方向移动,以减小焦距。若减小焦距后画面变清晰,说明焦距调节方向是正确的,于是可以通过多次向右转头进行多次焦距调节。
为便于直观地说明焦距调节过程,以图象中心为原点,以头戴显示设备的光轴方向为y轴,以用户两个眼睛的连线方向为x轴构建一个二维坐标,在该二维坐标中,以x轴表示时间,y轴表示透镜组件与用户眼睛之间的距离。将焦距调节过程中各个时间点上透镜组件与用户眼睛之间的距离表示在二维坐标中。例如,t0时刻用户向左转头,表示增大焦距,调节后透镜组件与用户眼睛之间的距离为d0;t1时刻用户向右转头,表示减小焦距,调节后透镜组件与用户眼睛之间的距离为d1,依次类推,便形成多对二维坐标,如图2a所示。将这些二维坐标连接起来可以形成一条曲线,该曲线反应了透镜组件与用户眼睛之间的距离的变化规律。
在焦距调节过程中,当透镜组件与用户眼睛之间的距离为d3时,即在(t3,d3)的时候,用户发现前方画面发生突变,变得十分清晰,如下图2b所示。于是,用户可以通过低头发出调节完成指示,当检测到用户的头部动作为低头时,可以确定焦距调节完成,于是结束焦距调节的操作。
由上述可见,对用户来说,当佩戴头戴显示设备观看VR场景时,如果画面不够清晰,可以通过头部动作进行焦距调节,有利于提高焦距调节的效率。而且,结合电磁执行机构可实现自动化调节,有利于提高调节精度。
本申请以上方法实施例适用于任何具有电磁执行机构的头戴显示设备。本申请下面一些实施例提供一种适用于上述方法实施例的头戴显示设备。
图3a为本申请又一些实施例提供的申请头戴显示设备的整体结构示意图。图3b为本申请又一些实施例提供申请的头戴显示设备的内部结构示意图。图3c为本申请又一实施例提供的头戴显示设备的内部结构分解图。
结合图3a、图3b和图3c,本实施例的头戴显示设备包括:壳体10,壳体10的内部设置有透镜组件20、显示屏组件30以及电路板40。可选地,如图3a所示,壳体10可以是中空的块体结构,用于保护和支撑设置于壳体中的透镜组件20、显示屏组件30和电路板40等。
其中,显示屏组件30包括电子屏幕和电子屏幕的支撑机构,用于显示VR场景。透镜组件20包括光学透镜和光学透镜的支撑机构,用于将显示屏上显示的VR场景投射到用户的眼中。
为使光学透镜的焦距与用户自身的视力相适配,需要调节光学透镜与电子屏幕之间的距离,也即需要调节透镜组件与显示屏组件之间的距离。基于此,透镜组件20与显示屏组件30活动连接,以使得透镜组件20与显示屏组件30可沿头戴显示设备的光轴方向移动。可选地,透镜组件20与显示屏组件30之间可通过可改变长度的连接件连接,例如滑轨、弹性绳等。
本实施例中,如图3b所示,透镜组件20上安装有电磁执行机构21,并通过电磁执行机构21与显示屏组件30活动连接。可选地,透镜组件20上设有卡槽,电磁执行机构21卡设于透镜组件20的卡槽中。
电路板40除了与透镜组件20电连接外,还与显示屏组件30电连接,用于为显示屏组件30中的电子屏幕提供电信号,以供电子屏幕显示VR场景。
其中,电路板40上设置有存储器和处理器。存储器主要用于存储程序。处理器耦合至存储器,用于执行存储器中的程序,以用于:
根据头戴显示设备的姿态数据,识别佩戴头戴显示设备的用户的当前头部动作;
根据头部动作与动作类别之间的对应关系,判断当前头部动作是否为焦距调节指示类动作;
当当前头部动作为焦距调节指示类动作时,控制电磁执行机构21产生磁场信号并在磁场信号的作用下带动透镜组件20和/或显示屏组件30移动。
在一些实施例中,处理器在控制电磁执行机构21产生磁场信号时,具体用于:向电磁执行机构21输入电信号,电信号用于激励电磁执行机构21产生磁场信号。
在一些实施例中,处理器在向电磁执行机构21输入电信号时,具体用于:根据当前头部动作的动作参数,生成对电磁执行机构21进行控制所需的电信号参数;根据电信号参数,向电磁执行机构21输入电信号。
在一些实施例中,处理器在根据当前头部动作的动作参数生成电信号参数时,具体用于:
根据当前头部动作的动作方向,确定需要对透镜组件20和/或显示屏组件30移动的方向;
根据当前头部动作在动作方向上的位移和/或速度,计算需要对透镜组件20和/或显示屏组件30移动的距离;
根据需要对透镜组件20和/或显示屏组件30移动的方向,确定需要向电磁执行机构21输入的电信号的极性;
根据需要对透镜组件20和/或显示屏组件30移动的距离,确定需要向电磁执行机构21输入的电信号的时长和/或频次。
在一些实施例中,用户的当前头部动作为转头动作。处理器在根据当前头部动作的动作方向确定需要对透镜组件20和/或显示屏组件30移动的方向时,具体用于:
当转头动作的方向向左时,确定需要将透镜组件20向靠近用户的眼睛的方向移动和/或将显示屏组件30向远离透镜组件20的方向移动;
当转头动作的方向向右时,确定需要将透镜组件20向远离用户的眼睛的方向移动和/或将显示屏组件30向靠近透镜组件20的方向移动。
在一些实施例中,处理器还用于:在控制电磁执行机构21产生磁场信号并在磁场信号的作用下带动透镜组件20和/或显示屏组件30移动的过程中,继续识别用户的头部动作,并在继续识别到的头部动作为调节完成指示类动作时,停止控制头戴显示设备中的电磁执行机构21产生磁场信号并在磁场信号的作用下带动透镜组件20和/或显示屏组件30移动的操作。
在一些实施例中,如图4所示,电磁执行机构21包括:电磁感应部件211、力矩传动部件212以及第一联动件213。
其中,电磁感应部件211是依据电磁感应定律实现电能转换成力矩的一种电磁装置。例如永磁同步电动机、串励直流电动机、并励直流电动机等。电磁感应部件211与电路板40电连接,电路板40可向电磁感应部件211提供励磁电流。电磁感应部件211可在励磁电流的激励下,根据电磁感应原理生成力矩。
可选地,电路板40除了与透镜组件20电连接外,还与显示屏组件30电连接,用于为显示屏组件30中的电子屏幕提供电信号,以供电子屏幕显示VR场景。
如图4所示,电磁感应部件211与力矩传动部件212机械连接,力矩传动部件212上安装有第一联动件213。在图5中也示出了电磁感应部件211和第一联动件213,力矩传动部件212受透镜组件20的遮挡未示出。力矩传动部件212用于将电磁感应部件生成的力矩传递给第一联动件213。
值得说明的是,电磁感应部件211可以有多种实现形式,凡是可以在励磁电流的激励下产生力矩的结构均适用于本实施例。相应地,力矩传动部件212也可以有多种实现形式,例如齿轮传动部件、带传动部件、链传动部件等。相应地,第一联动件213也可以有多种实现形式,例如齿轮、摇杆、蜗杆等。可选地,电磁感应部件211可以是磁齿轮,力矩传动部件212可以是涡轮蜗杆传动部件,第一联动件213可以是机械齿轮,如图4所示。
如图3b所示,显示屏组件30上安装有第二联动件31。其中,第二联动件31安装在显示屏组件30上与第一联动件213对应的位置。第二联动件31用于跟随第一联动件213联动。其中,根据第一联动件213的实现形式,第二联动件31的实现形式会有所不同。例如,若第一联动件是机械齿轮,第二联动件可以是与机械齿轮啮合的齿条或者是与机械齿轮适配的皮带;若第一联动件是摇杆,第二联动件可以是连杆和从动杆;若第一联动件是蜗杆,第二联动件可以是与蜗杆啮合的齿条。可选地,在图3b中示出一种第一联动件213和第二联动件31的实现形式,例如第一联动件213是机械齿轮,第二联动件31是与机械齿轮啮合的齿条,但并不限于此。例如,第一联动件213可以是齿条,相应地,第二联动件31可以是与齿条啮合的机械齿轮。
由于第二联动件31安装在显示屏组件30上,当第二联动件31跟随第一联动件213联动时,会驱动显示屏组件30和/或透镜组件20沿头戴显示设备的光轴方向移动。其中,移动的方向包括相向的方向和相反的方向。可选地,为了使显示屏组件30和/或透镜组件20能够准确沿光轴的方向移动,可将第二联动件31设置在显示屏组件30上相对光轴方向对称的位置。
值得说明的是,在本实施例提供的头戴显示设备中,可安装一组电磁执行机构和对应的第二联动件,也可以安装多组电磁执行机构和对应的第二联动件。其中,多组电磁执行机构可根据透镜组件的横向轴线或纵向轴线对称设置在透镜组件上。
在本实施例提供的头戴显示设备中,透镜组件上安装有电磁执行机构,该电磁执行机构可以在电路板提供的励磁电流的作用下产生力矩,该力矩被电磁执行机构上的第一联动件传递到安装于显示屏组件上的第二联动件,第一联动件和第二联动件联动可带动显示屏组件和/或透镜组件沿头戴显示设备的光轴方向移动,实现由电磁执行机构进行自动焦距调节的方式,与用户手动操作物理旋钮进行焦距调节的方式相比,有效提高焦距调节效率。
在一些实施例中,电磁执行机构中的电磁感应部件可以是磁齿轮,传动机构可以是涡轮蜗杆,第一联动件可以是机械齿轮。如图5所示,为本申请又一些实施例中电磁执行机构的结构爆炸图。
如图5所示,电磁感应部件211包括:主动磁齿轮2111、从动磁齿轮2112和线圈2113。其中,线圈2113缠绕于主动磁齿轮2111上,并与电路板40连接(可参见图3b所示)。其中,主动磁齿轮2111和从动磁齿轮2112的分解和啮合示意图,分别如图6a和6b所示。在使用时,从动磁齿轮2112内啮合于主动磁齿轮2111。如图5、图6a和图6b所示,主动磁齿轮2111和从动磁齿轮2112分别内嵌有多对永磁体2114、2115,从而使主动磁齿轮2111和从动磁齿轮2112形成按照各自转轴旋转的径向磁化的圆筒永磁体结构。永磁体的对数可以根据所需要的从动磁齿轮的转速或者力矩大小来确定。例如,在主动磁齿轮2111中嵌有6对永磁体2114,在从动磁齿轮2112中嵌有3对永磁体2115。
主动磁齿轮2111在通电线圈2113的作用下会产生磁场,从动磁齿轮2112中也会产生磁场。在主动磁齿轮2111和从动磁齿轮2112中还包括铁磁材料的调磁极片,调磁极片用于调制主动磁齿轮2111和从动磁齿轮2112内产生的磁场,使调制好的磁场具有的谐波与对面磁齿轮内的永磁体相互作用,从而达到主动磁齿轮2111带动从动磁齿轮2112转动。从动磁齿轮2112在转动时产生力矩,并通过与从动磁齿轮2112连接的力矩传动部件212将力矩传递给第一联动件213。
本实施例中,磁齿轮在通过旋转产生力矩的过程中,无摩擦阻力、能量损耗小、效率高;而且,无机械接触所导致的磨损,无需润滑,可靠性高,寿命长;也不存在机械接触原因所导致的震动噪音。
如图5所示,力矩传动部件212包括:涡轮传动杆2121和蜗杆2122。涡轮传动杆2121与透镜组件20的横向轴线平行设置。其中,透镜组件20的横向轴线指的是透镜组件20上左眼光学透镜中心和右眼光学透镜中心之间的轴线。可选地,涡轮传动杆2121可设置于透镜组件20的顶端。
蜗杆2122穿设于从动磁齿轮2112的中孔内,且蜗杆2122上的螺旋齿与涡轮传动杆2121中部的涡轮2123啮合。从动磁齿轮2112转动时可带动蜗杆2122同步转动,进而蜗杆2122通过与涡轮2123的啮合关系,带动涡轮传动杆2121转动。蜗杆2122与涡轮2123啮合可用于传递两交错轴之间的力矩。也就是说,从动磁齿轮2112在转动时传递到蜗杆2122上的力矩,再通过涡轮2123传递到涡轮传动杆2121上。
可选地,第一联动件213包括设置于涡轮传动杆2121两端的两个机械齿轮。在涡轮传动杆2121与透镜组件20的横向轴线平行设置的前提下,两个机械齿轮分别位于透镜组件20的左右两侧,如图3b所示。第二联动件31包括与两个机械齿轮适配的两个机械齿条,两个机械齿条分别安装于显示屏组件30的左右两侧,以与两个机械齿轮分别啮合。
在涡轮传动杆2121转动时,设置于涡轮传动杆2121两端的两个机械齿轮也会同步转动,进而根据机械齿轮与机械齿条之间的啮合关系,带动机械齿条相对透镜组件20移动,实现显示屏组件30和/或透镜组件20沿头戴显示设备的光轴方向移动。
如图5所示,电磁执行机构21还包括手动调节轮214。手动调节轮214的中孔与从动磁齿轮2112的中孔同轴设置。如图4所示,蜗杆2122同时穿设于手动调节轮214和从动磁齿轮2112的中孔。手动调节轮214在转动时可带动蜗杆2122同步转动,并进一步带动机械齿轮同步转动,使得在通过电磁调节机构自动调节焦距外,还可以手动调节焦距。
在一些实施例中,透镜组件20上开设一槽口22,如图3c所示,主动磁齿轮2111、从动磁齿轮2112以及手动调节轮214均设置于槽口22中。头戴显示设备还包括与槽口22适配的磁齿轮调节机构固定架50,用于将槽口22扣合。
为了方便用户操作手动调节轮214,手动调节轮214的直径大于主动磁齿轮2111的直径,且磁齿轮调节机构固定架50上留有与手动调节轮214适配的孔,用于将手动调节轮214显露在头戴显示设备外。图3a示出了显露在外的手动调节轮214。
可选地,在蜗杆2122上、从动磁齿轮2112和手动调节轮214的位置处套设有紧固件,例如E型卡簧215(如图3c所示),以阻止从动磁齿轮2112和手动调节轮214沿着蜗杆2122轴向运动。可选地,在涡轮传动杆2121上、两个机械齿轮213处也分别套设有E型卡簧215,以阻止机械齿轮213沿着涡轮传动杆2121轴向运动。
图7为本申请又一些实施例提供的头戴显示设备的结构爆炸图。如图7所示,透镜组件20包括:光学透镜23、镜片固定架24和调节支撑架25。
光学透镜23设置于调节支撑架25内,可选地,光学透镜23通过泡棉胶黏贴在调节支撑架25内。镜片固定架24上设有卡扣,调节支撑架25上设有卡槽,卡扣与卡槽扣合,以将光学透镜23压合在镜片固定架24和调节支撑架25之间。可选地,镜片固定架24和调节支撑架25除了通过卡扣和卡槽的方式连接外,还可以通过螺栓或黏贴的方式连接。
如图7所示,显示屏组件30包括:电子屏幕32、镜筒支架33和显示屏支撑架34。
镜筒支架33设有凹槽,电子屏幕32固设在凹槽中。可选地,显示屏固定泡棉35通过背胶黏贴在镜筒支架33相应的凹槽中,电子屏幕32固设于贴有显示屏固定泡棉35的凹槽中。
显示屏支撑架34压合于镜筒支架33上开设凹槽的一侧,以将电子屏幕32压合在镜筒支架33和显示屏支撑架34之间。可选地,镜筒支架33上设有螺钉,显示屏支撑架34上设有螺丝柱。螺钉与螺丝柱连接,以实现镜筒支架33与显示屏支撑架34的连接,进而将电子屏幕32压合在镜筒支架33和显示屏支撑架34之间。当然,镜筒支架33和显示屏支撑架34也可以通过卡槽与卡扣连接。
可选地,显示屏支撑架34对应电路板40的一侧设置有多个螺丝柱,电路板40上在对应显示屏支撑架34的螺丝柱的位置设置有多个螺丝孔。螺钉穿设于丝孔并在螺丝柱中拧进,以实现电路板40与显示屏支撑架34的连接。
在一可选实施方式中,结合图3a和图7,壳体10包括前壳11、中框支撑壳12和后壳13。其中,中框支撑壳12是方形的无定、无盖的壳体,其内从距离人眼由近及远依次安装有透镜组件20、显示屏组件30和电路板40。前壳11是片状的壳体,与中框支撑壳12靠近电路板40的一侧扣合。中框支撑壳12靠近透镜组件20的一侧有一缺口,后壳13安装在中框支撑壳12的缺口中,并与中框支撑壳12扣合。
可选地,如图3c和图7所示,电路板40连接有至少一个摄像头41,摄像头41分别固定在中框支撑壳12和前壳11相应的凹槽中。头戴显示设备还包括摄像头固定板42,摄像头固定板42上的卡槽与中框支撑壳12上的卡扣配合固定摄像头41。
在装配上述实施例中的各部件时,可以先装配摄像头组件、显示屏组件30、透镜组件20。然后,执行总装配过程,即将三个组件装配到一起形成头戴显示设备。
在装配摄像头组件时,将摄像头41分别固定在中框支撑壳12和前壳11相应的凹槽中,并通过摄像头固定板42上的卡槽与中框支撑壳12上的卡扣配合固定摄像头41。
在装配显示屏组件30时,将显示屏固定泡棉35通过背胶黏贴在镜筒支架33相应的凹槽中;随后将电子屏幕32装入贴有显示屏固定泡棉的凹槽中,并通过显示屏支撑架34在电子屏幕32背侧压合固定电子屏幕32。之后,通过多颗螺钉将显示屏支撑架34锁紧到镜筒支架33上。接着,将电路板40通过多颗螺钉固定到显示屏支撑架34相应的螺丝柱上。
在装配透镜组件20时,将光学透镜23通过泡棉胶黏贴在调节支撑架25上;随后通过镜片固定架24上的卡扣与调节支撑架25上的卡槽扣合,将光学透镜23压合在调节支撑架25和镜片固定架24中间,保证光学透镜23的牢固性。接着,将电磁执行机构21安装固定在调节支撑架25中。
总装配过程:将透镜组件20通过多颗螺钉61与显示屏组件30活动连接。如图3c所示,透镜组件20和显示屏组件30的对应位置开设有至少一组安装孔60。可选地,安装孔60可以开设于透镜组件20和显示屏组件30的周围。每组安装孔60内穿设有安装件61,安装件61上套设有弹簧62,以使透镜组件20与显示屏组件30弹性连接。其中,安装件61包括但不限于螺钉、螺栓、销轴等。安装孔60是与安装件61适配的孔,例如螺纹孔。
例如,如图3b所示,安装件61为螺钉,该螺钉包括螺钉头和杆部,杆部的末端分布有少量螺纹。其中,螺钉头穿设于透镜组件上的安装孔60中,在螺钉的杆部套设有弹簧62,杆部的末端拧进显示屏组件30的螺纹孔中,从而透镜组件20与显示屏组件30之间压有弹簧,以实现二者的弹性连接。图3c中也示出了套设有弹簧62的螺钉61。
在一可选实施方式中,如图3c所示,透镜组件20和显示屏组件30上设置有适配的导向孔36,用于在装配头戴显示设备时辅助销轴70对透镜组件20和显示屏组件30进行导向对齐。
可选地,导向孔36设置在透镜组件20和显示屏组件30周围的位置,进一步地,导向孔36设置在调节支撑架25和镜筒支架33周围的位置。导向孔36可以是一组或多组。在装配头戴显示设备时,可在透镜组件20的导向孔36中插入销轴70,并将销轴70继续插入显示屏组件30上的导向孔36中。在销轴70的导向作用下,可实现对透镜组件20和显示屏组件30的导向对齐,便于头戴显示设备的安装。
最后,将前壳11与中框支撑壳12靠近电路板40的一侧扣合,并将后壳13安装在中框支撑壳12的缺口中,与中框支撑壳12扣合。然后,将前壳11、中框支撑壳12和后壳13通过卡扣和螺钉固定到镜筒支架33上。最后,在后壳13靠近人眼的一侧粘贴贴脸海绵组件14,用于提高用户佩戴头戴显示设备的舒适性。至此,完成头戴显示设备的组装。
本申请一些实施例还提供一种计算机存储介质,所述计算机存储介质存储有一条或多条计算机指令,所述一条或多条计算机指令适于由处理器加载并执行,以实现:根据头戴显示设备的姿态数据,识别佩戴所述头戴显示设备的用户的当前头部动作;根据头部动作与动作类别之间的对应关系,判断所述当前头部动作是否为焦距调节指示类动作;当所述当前头部动作为焦距调节指示类动作时,控制所述头戴显示设备中的电磁执行机构产生磁场信号并在所述磁场信号的作用下带动所述头戴显示设备中的透镜组件和/或显示屏组件移动。
在一些实施例中,上述由处理器加载并执行的可控制电磁执行机构产生磁场信号的计算机指令,包括:向所述电磁执行机构输入电信号,所述电信号用于激励所述电磁执行机构产生所述磁场信号。
在一些实施例中,上述由处理器加载并执行的可向所述电磁执行机构输入电信号的计算机指令,包括:根据所述当前头部动作的动作参数,生成对所述电磁执行机构进行控制所需的电信号参数;根据所述电信号参数,向所述电磁执行机构输入电信号。
在一些实施例中,上述由处理器加载并执行的可根据所述当前头部动作的动作参数,生成对所述电磁执行机构进行控制所需的电信号参数的计算机指令,包括:根据所述当前头部动作的动作方向,确定需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的方向;根据所述当前头部动作在所述动作方向上的位移和/或速度,计算需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的距离;根据需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的方向,确定需要向所述电磁执行机构输入的电信号的极性;根据需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的距离,确定需要向所述电磁执行机构输入的电信号的时长和/或频次。
在一些实施例中,所述当前头部动作为转头动作。上述由处理器加载并执行的可根据所述当前头部动作的动作方向,确定需要对所述透镜组件和/或显示屏组件移动的方向的计算机指令,包括:当所述转头动作的方向向左时,确定需要将所述透镜组件向靠近所述用户的眼睛的方向移动和/或将所述显示屏组件向远离所述透镜组件的方向移动;当所述转头动作的方向向右时,确定需要将所述透镜组件向远离所述用户的眼睛的方向移动和/或将所述显示屏组件向靠近所述透镜组件的方向移动。
在一些实施例中,所述计算机存储介质还包括:适于被所述处理器加载并执行实现下述操作的其它计算机指令:继续识别所述用户的头部动作,并在所述继续识别到的头部动作为调节完成指示类动作时,停止控制所述头戴显示设备中的电磁执行机构产生磁场信号并在所述磁场信号的作用下带动所述头戴显示设备中的透镜组件和/或显示屏组件移动的操作。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。