CN111175984A - 一种头戴显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种头戴显示器，包括眼镜壳体、分光棱镜和两组透镜组，分光棱镜的横截面为等腰三角形，每组透镜组包括一个凹透镜和一个凸透镜，且凸透镜位于凹透镜的正后方，眼镜壳体面向人体面部的一端为观看端，远离人体面部的一端为放映端，放映端和观看端之间依次设有分光棱镜和透镜组，两组透镜组分别沿分光棱镜横截面的中垂线对称设置，且两凸透镜分别设置在观看端上。本发明放映的视频无需专业设备录制和调整，降低了视频播放的成本，同时还兼具较强的通用性，提高了使用的适用范围；另外，本发明将光线通过分光棱镜和透镜组，直接投射在人眼的视网膜上形成虚像，近视眼和远视眼人群也能裸眼观看，提高了使用体验。

Description

一种头戴显示器

技术领域

本发明涉及虚拟现实头戴式显示设备技术领域，具体涉及一种头戴显示器。

背景技术

虚拟现实头戴显示器设备，简称VR头显VR眼镜，是利用仿真技术与计算机图形学人机接口技术多媒体技术传感技术网络技术等多种技术集合的产品，是借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段。

现有的VR眼镜主要配备显示屏，一对透镜，用于将显示内容直接投射至人眼中，达到在视觉上给人身临其境的效果。VR眼镜的发展逐渐成熟，但是在显示方面仍然存在以下不足：(1)目前绝大多数VR眼镜只能显示专用录像设备录制的内容，才能达到最好的效果。对于普通的摄像内容只能用软件分割或配备两块显示屏才能显示，成本昂贵；(2)大部分产品都不能实现裸眼观看，降低了近视眼、远视眼等人群的使用体验。

发明内容

为了解决现有VR眼镜所存在的成本昂贵以及对近视眼、远视眼人群使用体验差的问题，本发明的目的在于提供一种使用成本低且能够实现裸眼观看，使用体验效果好的头戴显示器。

本发明所采用的技术方案为：

一种头戴显示器，包括眼镜壳体、分别位于眼镜壳体内的分光棱镜和两组用于成像的透镜组；

所述分光棱镜的横截面为等腰三角形；

每组所述透镜组包括一个凹透镜和一个凸透镜，且所述凸透镜位于所述凹透镜的正后方；

所述眼镜壳体面向人体面部的一端为观看端，远离人体面部的一端为放映端，所述放映端和所述观看端之间依次设有所述分光棱镜和所述透镜组，其中，两组透镜组分别沿所述分光棱镜横截面的中垂线对称设置，且两所述凸透镜分别设置在所述观看端上。

在上述方案进行优化的，所述凹透镜和所述凸透镜均为多边形或圆形结构。

在上述方案进行优化的，所述凹透镜和所述凸透镜为正方形结构。

在上述方案进行优化的，所述眼镜壳体远离人体面部的一端上设有用于放置放映设备的放置腔，所述放置腔在放入放映设备后成为所述头戴显示器的放映端。

在上述方案进行优化的，所述眼镜壳体内还设有用于为所述凸透镜除雾的除雾机构。

在上述方案进行优化的，所述除雾机构设置在所述凸透镜上。

在上述方案进行优化的，所述观看端的周围还设有若干通风小孔。

在上述方案进行优化的，所述眼镜壳体面向人体面部的一端上还设有用于穿戴的头带。

本发明的有益效果为：

(1)本发明为一种头戴显示器，本发明的工作原理为：头戴显示器放映端所发射的光线首先进入到分光棱镜中，通过分光棱镜将从不同角度进入的光线整理成平行光线，分别照射到透镜组中的两个凹透镜上，通过凹透镜实现平行光线的折射，增加光线的出射角度，最后光线再照射到两凸透镜上，形成虚像，将放映端放映的内容显示出来。

通过上述设计，一方面，本发明放映的视频无需专业设备录制和调整，不需要进行分割，降低了视频播放的成本，同时还兼具较强的通用性，提高了本发明的适用范围；另一方面，本发明将光线通过分光棱镜和透镜组，直接投射在人眼的视网膜上形成虚像，近视眼和远视眼人群也能裸眼观看，提高了头戴显示器的使用体验。

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是本发明提供的头戴显示器的内部结构示意图。

图2是本发明提供的头戴显示器的整体结构示意图。

图3是本发明提供的头戴显示器观察端的结构示意图。

图4是本发明提供的除雾机构与凸透镜的安装结构示意图。

上述附图中，1-眼镜壳体；2-分光棱镜；3-透镜组；4-凹透镜；5-凸透镜；6-放置腔；7-除雾机构；8-通风小孔；9-头带；10-面部泡棉；501-凹槽；601-箱门。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

此外，特定特征、结构、功能或特性可以以任何适合的方式组合到一个或多个实施例中。例如，第一实施例可以结合第二实施例，只要与这两个实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不互相排斥。

实施例一

如图1～4所示，本实施例所提供的头戴显示器，包括眼镜壳体1、分别位于眼镜壳体1内的分光棱镜2和两组用于成像的透镜组3。

所述分光棱镜2的横截面为等腰三角形。

每组所述透镜组3包括一个凹透镜4和一个凸透镜5，且所述凸透镜5位于所述凹透镜4的正后方。

所述眼镜壳体1面向人体面部的一端为观看端，远离人体面部的一端为放映端，所述放映端和所述观看端之间依次设有所述分光棱镜2和所述透镜组3，其中，两组透镜组3分别沿所述分光棱镜2横截面的中垂线对称设置，且两所述凸透镜5分别设置在所述观看端上。

如图1所示，本实施例所提供的眼镜壳体1与传统VR眼镜的壳体相同，均设有观看端和放映端，即面向人体面部的一端作为观看端，远离人体面部的一端作为放映端，播放需要观看的视频。

在本实施例中，两凸透镜5分别位于眼镜壳体1的观看端上，分别对应人体的两只眼睛。

由于放映端发射的光线是从不同的角度进入到分光棱镜2中，所以，分光棱镜2作用即是将从不同角度进入的光线整理成平行光线，进而进入到透镜组3中。

在本实施例中，分光棱镜2为一种现有器件，其作用是改变光线的行进方向。

经过分光棱镜2整理的光线接下来会分别进入到两凹透镜4中，发生折射，增加出射角度，进而再照射至凸透镜5上，在凸透镜5上实现呈像效果。

在本实施例中，凸透镜5优选为平凸透镜，凹透镜4优选为双凹透镜。

所以，本实施例所提供的的头戴显示器的工作原理为：

首先，头戴显示器放映端所发射的光线首先进入到分光棱镜2中，通过分光棱镜2将从不同角度进入的光线整理成平行光线，分别照射到透镜组3中的两个凹透镜4上，通过凹透镜4实现平行光线的折射，增加光线的出射角度，最后光线再照射到两凸透镜5上，形成虚像，投射在人体眼镜的视网膜上。同时，由于人体左右两眼有间距，这会造成两眼的视角有细微的差别，而这样的差别会让两眼看到凸透镜5上的虚像产生位移，这就是视差，而人的大脑又会将两眼所看到的虚像进行融合，所以，本实施例所提供的头戴显示器即可产生较好的3D视觉效果。

另外，由于本发明是通过分光棱镜2和透镜组3将光线直接落到视眼膜上形成虚像，晶状体不会频繁调节，造成眼睛疲劳。

在本实施例中，可以将所述凹透镜4和所述凸透镜5均为多边形或圆形结构。当然，也可以为其它形状，如菱形、六边形等等。

在本实施例中，优选将所述凹透镜4和所述凸透镜5设置为为正方形结构。

在本实施例中，眼镜壳体1的放映端其实质为放映设备的容纳腔，所述凸透镜5上显示的虚像则是放映设备屏幕上的内容。其结构如下：

如图1所示，所述眼镜壳体1远离人体面部的一端上设有用于放置放映设备的放置腔6，所述放置腔6在放入放映设备后成为所述头戴显示器的放映端。

在本实施例中，放置腔6用于放置手机、显示屏等放映设备，即用户可以直接将手机放入放置腔6中，进而播放手机上存储的视频，实现3D观看效果。

在本实施例中，放置腔6上设有可开合的箱门601，并在箱门601上设置卡扣，而在眼镜壳体1上设置与其配合的卡槽，通过卡扣与卡槽的相互配合，实现箱门601的开闭，进而便于用户在拿放放置腔6中放映设备，增加使用的便携性。

为了方便用户将手机等放映设备固定在放置腔6中，在本实施例中，在箱门601朝向放置腔6的一面上设置有手机支架，当合上箱门601时，使手机屏幕正对分光棱镜2。通过上述设计，实现了手机等放映设备的固定。

另外，考虑到放置腔6中手机等放映设备工作时产生的热量，在箱门601上还设置有散热孔，一方面，可以实现手机等放映设备的散热，另一方面，还能避免放映设备工作产生的热量通过眼镜壳体1的内部与人体面部接触，造成使用体验差的问题。

在本实施例中，优选将散热孔设置在箱门1的正表面，避免光线从散热孔进入，影响头戴显示器的播放效果。

在本实施例中，为了避免用户在使用头戴显示器时，凸透镜5上起雾，在眼镜壳体1内还设置有除雾机构7，进而防止凸透镜5上起雾，影响用户的观看效果。

在本实施例中，优选将所述除雾机构7设置在所述凸透镜5上。

在本实施例中，优选除雾机构7为电阻丝，如图4所示，在凸透镜5的外周开设一圈凹槽501，用于放置电阻丝，利用电阻丝发热来加热凸透镜5，进而实现对凸透镜5的除雾功能。

在本实施例中，还可将电阻丝设置在凸透镜5和凹透镜4之间，通过加热空气来对凸透镜5加热，达到除雾效果。具体实施方式，还可为其它多种，如通过向凸透镜5吹热风，也能达到除雾效果。

在本实施例中，电阻丝发热所需电源可由充电电池提供，即在眼镜壳体1内设置可充电的充电电池，采用USB或充电器充电。同时在眼镜壳体1的表面设置相应的控制开关，以便用户控制电阻丝发热进行除雾工作。

在本实施例中，为了保证使用的安全性，在电阻丝未接触凸透镜5的表面上涂抹有消防绝缘漆，进而达到对眼镜壳体1内其它部件的绝缘效果，避免电阻丝发热对其它部件产生烘烤效果，进而损坏眼镜壳体1内的其它部件。

在本实例中，消防绝缘漆是一种现有材料，漆采用纯无机聚合物高温溶液，颜料采用高电阻无机晶体材料精加工而成。绝缘漆可长时间在1700℃下工作，体积电阻率大于1016Ωm，介电强度(击穿强度)，大于104KV/m，良好的化学稳定性，耐老化，耐腐蚀性，抗氧化性好，无闪点、燃点，硬度高，硬度大于7H。

如图3所示，为了保证用户在使用所述头戴显示器时，具有良好的使用效果，本实施例在所述观看端的周围还设有若干通风小孔8，其作用为：防止用户在长时间使用头戴显示器时，其面部感到闷热，通过小孔8可实现人体面部与头戴显示器观看端之间的通风，使用户的面部保持清爽，提高了用户的使用体验。

在本实施例，在头戴显示器观看端的四周设置有一圈面部泡棉10，用于增加用户佩戴时的舒适感，同时在面部泡棉10的底部设置有鼻梁托架，用于将整个头戴显示器承托在鼻梁上。

同时，本实施例中的头戴显示器，在所述眼镜壳体1面向人体面部的一端上还设有用于穿戴的头带9。通过头带9，可便于用户快速的穿戴所述头戴显示器。

另外，为了提高所述头戴显示器佩戴时的舒适感，在本实施例中，将头带9设置为松紧带，且在于人体接触的一面上设置有海绵垫片，避免头戴显示器在长时间佩戴时，头带9勒紧人体面部及头部，对人体造成不适。

综上所述，本发明所提供的头戴显示器，具有如下技术效果：

(1)一方面，本发明放映的视频无需专业设备录制和调整，不需要进行分割，降低了视频播放的成本，同时还兼具较强的通用性，提高了本发明的适用范围；另一方面，本发明将光线通过分光棱镜和透镜组，直接投射在人眼的视网膜上形成虚像，近视眼和远视眼人群也能裸眼观看，提高了头戴显示器的使用体验。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种头戴显示器，其特征在于：包括眼镜壳体(1)、分别位于眼镜壳体(1)内的分光棱镜(2)和两组用于成像的透镜组(3)；

所述分光棱镜(2)的横截面为等腰三角形；

每组所述透镜组(3)包括一个凹透镜(4)和一个凸透镜(5)，且所述凸透镜(5)位于所述凹透镜(4)的正后方；

所述眼镜壳体(1)面向人体面部的一端为观看端，远离人体面部的一端为放映端，所述放映端和所述观看端之间依次设有所述分光棱镜(2)和所述透镜组(3)，其中，两组透镜组(3)分别沿所述分光棱镜(2)横截面的中垂线对称设置，且两所述凸透镜(5)分别设置在所述观看端上。

2.根据权利要求1所述的一种头戴显示器，其特征在于：所述凹透镜(4)和所述凸透镜(5)均为多边形或圆形结构。

3.根据权利要求2所述的一种头戴显示器，其特征在于：所述凹透镜(4)和所述凸透镜(5)为正方形结构。

4.根据权利要求1所述的一种头戴显示器，其特征在于：所述眼镜壳体(1)远离人体面部的一端上设有用于放置放映设备的放置腔(6)，所述放置腔(6)在放入放映设备后成为所述头戴显示器的放映端。

5.根据权利要求1所述的一种头戴显示器，其特征在于：所述眼镜壳体(1)内还设有用于为所述凸透镜(5)除雾的除雾机构(7)。

6.根据权利要求5所述的一种头戴显示器，其特征在于：所述除雾机构(7)设置在所述凸透镜(5)上。

7.根据权利要求1所述的一种头戴显示器，其特征在于：所述观看端的周围还设有若干通风小孔(8)。

8.根据权利要求1所述的一种头戴显示器，其特征在于：所述眼镜壳体(1)面向人体面部的一端上还设有用于穿戴的头带(9)。

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