CN111045211A - 头戴显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种头戴显示装置，包括主机、底座以及两个透镜。底座设置于主机，其中底座具有并列的两个安装部，且各安装部具有基准中心。所述两个透镜分别可旋转地设置于两个安装部，其中各透镜具有透镜中心，且各透镜的透镜中心相对于对应的安装部的基准中心偏移。在第一状态下，所述两个透镜中心之间维持第一距离，且位于所述两个基准中心之间。在第二状态下，所述两个透镜中心之间维持大于第一距离的第二距离，且所述两个基准中心位于所述两个透镜中心之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示装置，且特别涉及一种头戴显示装置。
背景技术
所谓的虚拟实境(virtual reality)是指利用电脑模拟产生三维虚拟环境，以提供使用者视觉、嗅觉或触觉等感官模拟，让使用者获致身临其境的临场感。一般而言，使用者需通过头戴显示装置取得三维虚拟环境的图像画面，其中头戴显示装置可概分为显示组件与头带等两大部分，且显示组件设有显示屏幕与透镜。进一步而言，透镜用以调整物距与焦距，通过显示屏幕与透镜的配合，得以让虚拟环境在使用者眼前变得清晰。
就人类双眼的成像原理而言，双眼注视同一物体，物体分别在双眼视网膜处成像，并在大脑视中枢重叠起来，成为一个完整且具有立体感的单一物体图像，此视觉功能称为双眼单视。在头戴显示装置中，显示组件中的透镜的数量为至少两个，且并列设置。为取得最佳的视觉效果，应使瞳孔中心、透镜中心以及显示屏幕中心落在同一条直线上。然而，每位使用者的瞳距各不相同，此时需要调节两个透镜中心之间的距离以与使用者的瞳距重合。现有的两个透镜中心之间的距离的调节方式可概分为物理调整和软件调整，以物理调整为例，大多是通过齿轮与齿条的配合以带动两个透镜相对移动，但前述调整机构并不利于减轻装置的重量与缩减装置的体积，且因应两个透镜中心之间的最小距离，两个透镜彼此相对的一侧需要分别削除一部分，以避免挤压到使用者的鼻子。
发明内容
本发明提供一种头戴显示装置，其能适度调整以配合使用者的瞳距。
本发明的头戴显示装置包括主机、底座以及两个透镜。底座设置于主机，其中底座具有并列的两个安装部，且各安装部具有基准中心。所述两个透镜分别可旋转地设置于两个安装部，其中各透镜具有透镜中心，且各透镜的透镜中心相对于对应的安装部的基准中心偏移。在第一状态下，所述两个透镜中心之间维持第一距离，且位于所述两个基准中心之间。在第二状态下，所述两个透镜中心之间维持大于第一距离的第二距离，且所述两个基准中心位于所述两个透镜中心之间。
基于上述，在本发明一实施例的头戴显示装置中，各透镜偏心设置于对应的安装部，且各透镜能相对于对应的安装部旋转。因此，通过旋转所述两个透镜，能够调整两个透镜中心之间的距离，以配合使用者的瞳距。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1A是本发明一实施例的头戴显示装置处于第一状态下的示意图。
图1B是图1A的头戴显示装置的局部剖面示意图。
图2是图1A的头戴显示装置转换至过渡状态的示意图。
图3是图1A的头戴显示装置转换至第二状态的示意图。
【符号说明】
100：头戴显示装置
101：第一密封件
102：第二密封件
110：主机
120：底座
121：第一安装部
121a：第一通孔
121b：第一基准中心
122：第二安装部
122a：第二通孔
122b：第二基准中心
130：第一透镜
131：第一透镜中心
140：第二透镜
141：第二透镜中心
150：第一套筒
151：第一延伸通孔
152：第一齿轮部
160：第二套筒
161：第二延伸通孔
162：第二齿轮部
170：第一辅助齿轮
180：第二辅助齿轮
190a：第一弹性件
190b：第二弹性件
D1：第一距离
D2：第二距离
R1：第一旋转方向
R2：第二旋转方向
具体实施方式
图1A是本发明一实施例的头戴显示装置处于第一状态下的示意图。图1B是图1A的头戴显示装置的局部剖面示意图。为求清楚表示头戴显示装置100内部的结构配置，图1A中的主机110的部分机壳采用虚线示出，并省略示出部分构件。请参考图1A与图1B，在本实施例中，头戴显示装置100应用于虚拟实境，可被穿戴于使用者的头部。头戴显示装置100包括主机110、底座120、第一透镜130以及第二透镜140，其中主机110可设有处理器、显示屏幕以及其他电子部件，用于传输或处理信号、传输或控制电源以及显示图像，且该等部件未示出于附图中。
底座120设置于主机110，且可通过螺锁、卡接或其他结合方式固定于主机110。底座120具有并列的第一安装部121与第二安装部122，其中第一安装部121与第二安装部122为中空结构，且分别具有第一通孔121a与第二通孔122a，以供光线通过。另一方面，第一透镜130可旋转地设置于第一安装部121，且第二透镜140可旋转地设置于第二安装部122。第一透镜130对准第一安装部121的第一通孔121a，且第二透镜140对准第二安装部122的第二通孔122a，用以调整光线的行进路径。
在本实施例中，第一安装部121具有第一基准中心121b，例如是第一通孔121a的形心。第二安装部122具有第二基准中心122b，例如是第二通孔122a的形心。具体而言，第一透镜130的第一透镜中心131相对于第一安装部121的第一基准中心121b偏移第一固定距离，且第二透镜140的第二透镜中心141相对于第二安装部122的第二基准中心122b偏移第二固定距离。第一固定距离等于第二固定距离，且不会因第一透镜130相对于第一安装部121旋转或第二透镜140相对于第二安装部122旋转而改变。
在图1A所示的第一状态下，第一基准中心121b、第一透镜130的第一透镜中心131、第二透镜140的第二透镜中心141以及第二基准中心122b依序排列，且落在同一直线上。也就是说，第一透镜130的第一透镜中心131与第二透镜140的第二透镜中心141位于第一基准中心121b与第二基准中心122b之间，且第一透镜130的第一透镜中心131与第二透镜140的第二透镜中心141之间维持第一距离D1，以配合众多使用者的其中一种瞳距。
请继续参考图1A与图1B，在本实施例中，头戴显示装置100还包括第一套筒150与第二套筒160，其中第一套筒150可旋转地设置于第一安装部121，且用以承载第一透镜130。另一方面，第二套筒160可旋转地设置于第二安装部122，且用以承载第二透镜140。也就是说，第一透镜130能随第一套筒150绕第一安装部121的第一基准中心121b旋转，且第二透镜140能随第二套筒160绕第二安装部122的第二基准中心122b旋转。
为防止外界水气或异物进入主机110内部，第一套筒150与第一安装部121的套接处设有第一密封件101，且第二套筒160与第二安装部122的套接处设有第二密封件102。第一密封件101与第二密封件102可为密封环，分别套接第一安装部121的外周面与第二安装部122的外周面。进一步而言，第一套筒150套接第一安装部121的外周面，且第一密封件101位于第一套筒150的内周面与第一安装部121的外周面之间。另一方面，第二套筒160套接第二安装部122的外周面，且第二密封件102位于第二套筒160的内周面与第二安装部122的外周面之间。
第一套筒150与第二套筒160为中空结构，且分别具有第一延伸通孔151与第二延伸通孔161，以供光线通过。进一步而言，第一套筒150的第一延伸通孔151对准第一安装部121的第一通孔121a，且彼此连通。其中，第一透镜130安装于第一套筒150中远离第一安装部121的一侧。另一方面，第二套筒160的第二延伸通孔161对准第二安装部122的第二通孔122a，且彼此连通。其中，第二透镜140安装于第二套筒160中远离第二安装部122的一侧。
图2是图1A的头戴显示装置转换至过渡状态的示意图。图3是图1A的头戴显示装置转换至第二状态的示意图。为求清楚表示头戴显示装置100内部的结构配置，图2与图3中的主机110的部分机壳采用虚线示出，并省略示出部分构件。请参考图1A、图2以及图3，通过旋转第一套筒150与第二套筒160，能够调整第一透镜130的第一透镜中心131与第二透镜140的第二透镜中心141之间的距离，也就是在图1A所示的第一距离D1与图3所示的第二距离D2作切换，以配合众多使用者的至少其中两种瞳距。
在本实施例中，第一套筒150的外周面设有第一齿轮部152，且第二套筒160的外周面设有第二齿轮部162。另一方面，头戴显示装置100还包括彼此啮接的第一辅助齿轮170与第二辅助齿轮180，枢设于底座120，且位于第一套筒150与第二套筒160之间。进一步而言，第一齿轮部152啮接第一辅助齿轮170，且第二齿轮部162啮接第二辅助齿轮180。当第一套筒150与第二套筒160的任一旋转时，通过第一齿轮部152、第一辅助齿轮170、第二辅助齿轮180以及第二齿轮部162的配合，第一套筒150与第二套筒160的另一也同步旋转，且第一套筒150的旋转方向与第二套筒160的方向互为反向。基于前述齿轮组的设计，有助于减轻头戴显示装置100的重量，并缩减头戴显示装置100的体积。
在图1A至图3所示的调整过程中，第一透镜130随第一套筒150沿着第一旋转方向R1旋转，而第二透镜140随第二套筒160沿着反向于第一旋转方向R1的第二旋转方向R2旋转，使得第一透镜130的第一透镜中心131与第二透镜140的第二透镜中心141自第一基准中心121b与第二基准中心122b之间旋出。在第一套筒150与第二套筒160旋转至定位后，在图3所示的第二状态下，第一透镜130的第一透镜中心131、第一基准中心121b、第二基准中心122b以及第二透镜140的第二透镜中心141依序排列，且落在同一直线上。也就是说第一基准中心121b与第二基准中心122b位于第一透镜130的第一透镜中心131与第二透镜140的第二透镜中心141之间，且第一透镜130的第一透镜中心131与第二透镜140的第二透镜中心141之间维持第二距离D2，以配合众多使用者的另一种瞳距。其中，第二距离D2大于第一距离D1，因头戴显示装置100的调整机制更具弹性，第一透镜130与第二透镜140彼此相对的一侧无须分别削除一部分。
在本实施例中，头戴显示装置100还包括第一弹性件190a与第二弹性件190b，其中第一弹性件190a与第二弹性件190b可采用扭簧，且第一辅助齿轮170与第二辅助齿轮180位于第一弹性件190a与第二弹性件190b之间。进一步而言，第一弹性件190a的相对两端部分别连接底座120与第一套筒150，且第二弹性件190b的相对两端部分别连接底座120与第二套筒160。
在图1A所示的第一状态下，第一弹性件190a与第二弹性件190b处于未压缩状态，且能够防止第一套筒150与第二套筒160轻易地相对于底座120旋转，以确保第一透镜130的第一透镜中心131与第二透镜140的第二透镜中心141之间维持第一距离D1。在图2所示的过渡状态下，第一弹性件190a与第二弹性件190b处于压缩状态，若第一套筒150与第二套筒160的旋转角度大于90度，则第一弹性件190a与第二弹性件190b的弹性位能可获得释放，以分别带动第一套筒150持续沿着第一旋转方向R1旋转与第二套筒160持续沿着第二旋转方向R2旋转。
直到第一弹性件190a与第二弹性件190b的弹性位能释放完毕后，第一套筒150与第二套筒160旋转至定位。在图3所示的第二状态下，第一弹性件190a与第二弹性件190b处于未压缩状态，且能够防止第一套筒150与第二套筒160轻易地相对于底座120旋转，以确保第一透镜130的第一透镜中心131与第二透镜140的第二透镜中心141之间维持第二距离D2。
基于相同的操作原理，使第一套筒150与第二套筒160的任一反向旋转，第一套筒150与第二套筒160也能自图3所示的第二状态旋转回复至图1A所示的第一状态，以让第一透镜130的第一透镜中心131与第二透镜140的第二透镜中心141之间的距离自第二距离D2回复至第一距离D1。
综上所述，在本发明一实施例的头戴显示装置中，各透镜偏心设置于对应的安装部，其中各透镜由对应的套筒承载，且各套筒能相对于对应的安装部旋转。进一步而言，两个套筒通过齿轮组耦接，旋转其中一套筒便能通过齿轮组带动另一套筒，此时，两个透镜随两个套筒分别沿着两不同旋转方向旋转，以调整两个透镜中心之间的距离，从而配合使用者的瞳距。另一方面，基于前述齿轮组的设计，有助于减轻头戴显示装置的重量，并缩减头戴显示装置的体积。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
Claims (7)
1.一种头戴显示装置，其特征在于，包括：
主机；
底座，设置于所述主机，其中所述底座具有并列的两个安装部，且各所述安装部具有基准中心；以及
两个透镜，分别可旋转地设置于所述两个安装部，其中各所述透镜具有透镜中心，且各所述透镜的所述透镜中心相对于对应的所述安装部的所述基准中心偏移，
在第一状态下，所述两个透镜中心之间维持第一距离，且位于所述两个基准中心之间，
在第二状态下，所述两个透镜中心之间维持大于所述第一距离的第二距离，且所述两个基准中心位于所述两个透镜中心之间。
2.根据权利要求1所述的头戴显示装置，其特征在于，还包括：
两个套筒，分别可旋转地设置于所述两个安装部，且用以承载所述两个透镜，且各所述套筒用以绕对应的所述安装部的所述基准中心旋转。
3.根据权利要求2所述的头戴显示装置，其特征在于，还包括：
彼此啮接的两个辅助齿轮，枢设于所述底座，且位于所述两个套筒之间，各所述套筒的外周面设有齿轮部，所述两个齿轮部的其一啮接所述两个辅助齿轮的其一，且所述两个齿轮部的另一啮接所述两个辅助齿轮的另一。
4.根据权利要求3所述的头戴显示装置，其特征在于，还包括：
两个弹性件，各所述弹性件的相对两端部分别连接所述底座与对应的所述套筒，且所述两个辅助齿轮位于所述两个弹性件之间。
5.根据权利要求4所述的头戴显示装置，其特征在于，所述两个弹性件包括扭簧。
6.根据权利要求2所述的头戴显示装置，其特征在于，各所述套筒与对应的所述安装部的套接处设有密封件。
7.根据权利要求2所述的头戴显示装置，其特征在于，各所述安装部还具有通孔，且各所述套筒具有延伸通孔，各所述安装部的所述通孔对准对应的所述套筒的所述延伸通孔，且彼此连通。
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