CN203786398U - 一种头戴显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种头戴显示设备，包括眼罩、镜架和安装于镜架内的两组光学系统，眼罩与镜架一端连接；每组光学系统包括一图像显示屏、一半反半透镜和一凹面反射镜，每组光学系统的光路为：图像显示屏发出的光信息被半反半透镜反射/透射至凹面反射镜，经凹面反射镜放大后反射回半反半透镜，再由半反半透镜透射/反射入人眼。本实用新型头戴显示设备能让用户享受大屏立体视觉效果，可用于3D电影观看、3D游戏场景显示等，其封闭性好，不会影响周围的人，对于希望拥有个人空间的人来说非常适用，另外，其结构简单，设计轻巧，便于产业化生成，成本低。

Description

一种头戴显示设备

技术领域

本实用新型涉及头戴显示技术领域，尤其涉及一种头戴显示设备。

背景技术

随着3D显示技术的蓬勃发展，3D立体显示技术正在革命性地影响和改变着人们的沟通、工作和生活方式。2010年，以3D电视及3D影视为代表的全球产业环境日益成熟，立体显示器与传统显示器相比，其最大的特点在于立体显示器能够让人真实的体验到立体视觉带来的巨大冲击和极致震撼，因而立体感强与否是衡量立体显示产品的一项重要指标。立体显示应用科技技术手段还原了人类真实的三维世界，将引领未来视像科技的发展趋势。

然而传统的立体显示技术，如3D电影、电视等，极大地限制了用户的观看场地，而市面上的大部分便携式立体显示设备不能满足用户对于分辨率、视场角以及便携性等诸多方面的要求。多功能的小型化电子显示设备虽然能为用户带来方便，如Google Glass，但“便携式”“小型化”同时也限制了显示屏的尺寸，而较小的显示屏又容易造成用户的眼部疲劳。因此，如何令单一设备兼具“小型化”与“大显示”的特性，便成为亟待解决的重要问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种兼具“小型化”与“大显示”特性的头戴显示设备，可让用户随时随地以有线或无线方式将其连接到手机、平板电脑等其他具有播放功能的电子设备上，享受大屏立体视觉效果。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种头戴显示设备，包括眼罩、镜架和安装于镜架内的两组光学系统（两组光学系统结构可以为对称的，也可以为非对称结构），眼罩与镜架一端连接；每组光学系统包括一图像显示屏、一半反半透镜和一凹面反射镜，每组光学系统的光路为：图像显示屏发出的光信息被半反半透镜反射/透射至凹面反射镜，经凹面反射镜放大后反射回半反半透镜，再由半反半透镜透射/反射入人眼。

采用本实用新型头戴显示设备观看视频时，当两图像显示屏显示的图像完全一致时，为普通2D视频，当两图像显示屏显示的图像具有一定的位差时，为3D立体影像。

优选的，两组光学系统中的两块图像显示屏背靠背安装于镜架中央，两凹面反射镜并排安装于眼罩对侧，两半反半透镜分别与各自对应的图像显示屏呈30度～60度的夹角安装于镜架内，与图像显示屏和凹面反射镜各自组成三角形；镜架两侧分别设置吸光片或在镜架两侧内壁设置吸光层。

优选的，两组光学系统中的两块图像显示屏背靠背安装于镜架中央，两凹面反射镜分别安装于镜架左右两侧，两半反半透镜分别与各自对应的图像显示屏呈30度～60度的夹角安装于镜架内，与图像显示屏和凹面反射镜各自组成Z字形；眼罩对侧设置吸光片或在眼罩对侧的镜架内壁上设置吸光层。

优选的，两组光学系统中的两块图像显示屏分别安装于镜架左右两侧，两凹面反射镜并排安装于眼罩对侧，两半反半透镜分别与各自对应的图像显示屏呈30度～60度的夹角安装于镜架内，与图像显示屏和凹面反射镜各自组成三角形；镜架中央设置吸光片。

优选的，所述头戴显示设备还包括外设连接电路，外设连接电路通过有线或无线方式，将所述头戴显示设备与具有播放功能的电子设备连接，获取待显示的信息。

优选的，在镜架与眼罩连接位置处，还安装有两组结构相同的正焦光学透镜或正焦光学透镜组。

优选的，每组半反半透镜由两块直角棱镜胶合组成，其中一块直角棱镜的斜面镀有半透半反膜，镀有半反半透膜的斜面与与对应的图像显示屏呈30度～60度的夹角。

优选的，每组光学系统里的半反半透镜与凹面反射镜加工为一体，由一块一侧为凸面的直角棱镜和另一块直角棱镜胶合而成，其中一块直角棱镜的斜面镀有半透半反膜，带凸面的直角棱镜的凸面上镀有全反射膜，镀有半反半透膜的斜面与对应的图像显示屏呈30度～60度的夹角。

优选的，所述头戴显示设备近眼端还安装有屈光度调节器。

优选的，在所述镜架两侧分别设有卡扣，用于紧固头戴伸缩带；或在所述眼罩上方设置有卡扣，用于紧固头戴伸缩带。

本实用新型具有如下有益效果：

1.本实用新型头戴显示设备具有目视放大光学系统，在人眼前方一定距离处的呈现放大虚像，可使用户享受大屏立体视觉效果；

2.本实用新型头戴显示设备可用于3D电影观看、3D游戏场景显示等，其封闭性好，不会影响周围的人，对于希望拥有个人空间的人来说非常适用；

3.本实用新型头戴显示设备结构简单，设计轻巧，便于产业化生成，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本实用新型实施例中每组光学系统光学原理图一；

图2为本实用新型实施例中每组光学系统光学原理图二；

图3为图1的一种替代方案，将单块半反半透镜替换为两块直角棱镜；

图4为图1的另一种替代方案，半反半透镜与凹面反射镜为一体；

图5是在图2原基础上在人眼前方增加光学透镜的光路原理图；

图6为本实用新型头戴显示设备实施例一光学系统布局图；

图7为本实用新型头戴显示设备实施例一结构爆炸示意图；

图8为本实用新型头戴显示设备实施例二光学系统布局图；

图9为本实用新型头戴显示设备实施例二结构爆炸示意图；

图10为本实用新型头戴显示设备实施例三光学系统布局图；

图11为本实用新型头戴显示设备实施例三结构爆炸示意图；

图12为7、图9、图11任一结构装配好后的结构示意图；

图13为图12设备通过眼罩上方卡扣连接头戴伸缩带的结构示意图；

图14为图12设备通过镜架两侧卡扣连接头戴伸缩带的结构示意图；

图15为本实用新型头戴显示设备光学系统非对称布局示意图；

图中标记：1-图像显示屏，2-半反半透镜，21-第一直角棱镜；22-第二直角棱镜，3-凹面反射镜，31-凸面4-吸光片，5-眼罩，6-镜架，7-卡扣，8-头戴伸缩带，9-放大虚像成像位置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例头戴显示设备包括眼罩、镜架和安装于镜架内的两组光学系统，眼罩与镜架一端连接；每组光学系统包括一图像显示屏、一半反半透镜和一凹面反射镜，每组光学系统的光路为：图像显示屏发出的光信息被半反半透镜反射/透射至凹面反射镜，经凹面反射镜放大后反射回半反半透镜，再由半反半透镜透射/反射入人眼，人眼经该设备看到的是成像在人眼前方一定距离处的放大虚像。每组光学系统的光学原理可参见图1或图2，图1中，图像显示屏1发出的光信息被半反半透镜2透射至凹面反射镜3，经凹面反射镜3放大后再反射回半反半透镜2，再由半反半透镜2反射入人眼；而图2中，图像显示屏1发出的光信息被半反半透镜2反射至凹面反射镜3，经凹面反射镜3放大后反射回半透镜透射2，再由半反半透镜2透射入人眼，人眼经图1和图2光学系统看到的是成像在人眼前方一定距离处的放大虚像（图1和图2中9表示放大虚像成像位置）。

本实用新型实施例头戴显示设备还包括外设连接电路（外设连接电路包括有线连接接口和/或无线连接模块，附图未示意出），外设连接电路通过有线或无线方式，将所述头戴显示设备与具有播放功能的电子设备连接，获取待显示的信息，具有播放功能的电子设备可以为电视机、手机、平板电脑等。头戴显示设备可设计为通过自带电池供电，也可以设计为通过有线方式连接外部电子设备时，由外部电子设备的电源对其供电。

采用本实用新型头戴显示设备观看视频时：当两图像显示屏显示的图像完全一致时，为普通2D视频；当两图像显示屏显示的图像具有一定的位差时，为3D立体影像。

本实用新型实施例中，安装于镜架内的两组光学系统可以布局为对称结构（如图6、图8、图10），也可以布局为非对称结构（如图15）。下面结合附图具体介绍几种优选实施方案。

实施例一：

下面结合图6和图7介绍本发明实施例一，图6为实施例一光学系统布局图，图7为根据图6光学系统布局所设计的一种头戴显示设备的结构示意图。参见图6和图7，本实施例中，两组光学系统中的两块图像显示屏1背靠背安装于镜架6中央，两凹面反射镜3并排安装于眼罩5对侧，两半反半透镜2分别与各自对应的图像显示屏呈30度～60度（优选45度）的夹角安装于镜架6内，每组光学系统中的图像显示屏1、半反半透镜2和凹面反射镜3各自组成三角形。为了防止杂光在整个系统中不断折返，干扰成像质量，本实施例中，在镜架6两侧最好分别设置一块吸光片或在镜架两侧内壁上设置一层吸光层，将无用的杂光吸收掉。在镜架内壁上设置吸光层，最简单的方法是在镜架内壁喷涂一层黑漆。

实施例二：

下面结合图8和图9介绍本发明实施例二，图8为实施例二光学系统布局图，图9为根据图8光学系统布局所设计的一种头戴显示设备的结构示意图。参见图8和图9，本实施例中，两组光学系统中的两块图像显示屏1背靠背安装于镜架6中央，两凹面反射镜3分别安装于镜架6左右两侧，两半反半透镜2分别与各自对应的图像显示屏呈30度～60度（优选45度）的夹角安装于镜架内，每组光学系统中的图像显示屏1、半反半透镜2和凹面反射镜3各自组成Z字形。为了防止杂光在整个系统中不断折返，干扰成像质量，本实施例中，优选在眼罩对侧设置吸光片或在眼罩对侧的镜架内壁上设置吸光层，将无用的杂光吸收掉。

实施例三：

下面结合图10和图11介绍本发明实施例三，图10为实施例三光学系统布局图，图11为根据图10光学系统布局所设计的一种头戴显示设备的结构示意图。参见图10和图11，本实施例中，两组光学系统中的两块图像显示屏1分别安装于镜架6左右两侧，两凹面反射镜3并排安装于眼罩5对侧，两半反半透镜2分别与各自对应的图像显示屏呈30度～60度的夹角安装于镜架内，每组光学系统中的图像显示屏1、半反半透镜2和凹面反射镜3各自组成三角形。实施例三中，镜架中央还需要设置一块吸光片，吸光片一方面可以将系统中无用的杂光吸收掉，另一方面可以作为隔断片，将左右两眼看见的图像完全隔断，防止左侧图像对右眼的干扰及右侧图像对左眼的干扰。

上述三种实施例列举的均为两组光学系统对称布局的情况，再次声明，本实用新型在具体实施时，两组光学系统完全可以为非对称结构，例如图15的光学布局方式。

在本实用新型的所有实施例中，半反半透镜可以由两块胶合的直角棱镜胶替换，如图3为图1的一种替代方案，将单块半反半透镜替换为两块胶合的直角棱镜，如图3中胶合在一起的直角棱镜21和直角棱镜22，两直角棱镜21、22中任意一块直角棱镜的斜面镀有半透半反膜，镀有半反半透膜的斜面与图像显示屏呈30度～60度（优选45度）的夹角。

在另一实施例中，半反半透镜不仅由两块胶合的直角棱镜胶替换，且半反半透镜与凹面反射镜为一体。如图4，其为图1的另一种替代方案，每块半反半透镜与所对应的凹面反射镜加工为一体，由一块一侧带凸面31的直角棱镜21和另一块直角棱镜22胶合而成，直角棱镜21、22中任意一块直角棱镜的斜面镀有半透半反膜，镀有半反半透膜的斜面与移动终端显示屏呈30度～60度（优选45度）的夹角；直角棱镜21的凸面31上镀有全反射膜，凸面21上镀的全反射膜为介质全反射膜或金属反射膜。

在另一优选实施例中，为了呈现更大屏的观影效果，同时校正相差，可以在镜架与眼罩连接位置处（人眼前方位置）增加安装两组结构相同的正焦光学透镜（单片）或多个透镜组成的正焦光学透镜组，参见图5。增加的光学透镜不但能校正相差，同时能承担一部分放大，其与凹面反射镜共同构成光学放大结构。

在另一优选实施例中，所述头戴立体观影设备眼罩内还安装有屈光度调节器，屈光度调节器可使屈光度在一定范围内可调节，以适应屈光度在此范围内的使用者在不佩戴眼镜的情况下可以正常的使用此头戴立体观影设备。

图12为7、图9、图11任一结构装配好后的结构示意图，由于本实用新型实施例提供的设备为头戴显示设备，图12为头戴显示设备的主体结构，该头戴显示设备可通过头戴伸缩带、头盔支架、帽子等方式佩戴在用户头上，图13和图14以头戴伸缩带为例。如图13示意的为：在眼罩上方设置卡扣7，用于紧固头戴伸缩带8；而图14示意的为：在镜架两侧分别设置一卡扣7，用于紧固头戴伸缩带8。图13佩戴方式相比于图14更符合人体力学：图13方式佩戴时，若移动终端过重可能会压迫用户脸部；而图14方式中，卡扣紧贴用户额头，使重心上移，受力主要集中在用户额头部位，不会对用户脸部造成压迫感。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种头戴显示设备，其特征在于，所述头戴显示设备包括眼罩、镜架和安装于镜架内的两组光学系统，眼罩与镜架一端连接；每组光学系统包括一图像显示屏、一半反半透镜和一凹面反射镜，每组光学系统的光路为：图像显示屏发出的光信息被半反半透镜反射/透射至凹面反射镜，经凹面反射镜放大后反射回半反半透镜，再由半反半透镜透射/反射入人眼。

2.如权利要求1所述的头戴显示设备，其特征在于，两组光学系统中的两块图像显示屏背靠背安装于镜架中央，两凹面反射镜并排安装于眼罩对侧，两半反半透镜分别与各自对应的图像显示屏呈30度～60度的夹角安装于镜架内，与图像显示屏和凹面反射镜各自组成三角形；镜架两侧分别设置吸光片或在镜架两侧内壁设置吸光层。

3.如权利要求1所述的头戴显示设备，其特征在于，两组光学系统中的两块图像显示屏背靠背安装于镜架中央，两凹面反射镜分别安装于镜架左右两侧，两半反半透镜分别与各自对应的图像显示屏呈30度～60度的夹角安装于镜架内，与图像显示屏和凹面反射镜各自组成Z字形；眼罩对侧设置吸光片或在眼罩对侧的镜架内壁上设置吸光层。

4.如权利要求1所述的头戴显示设备，其特征在于，两组光学系统中的两块图像显示屏分别安装于镜架左右两侧，两凹面反射镜并排安装于眼罩对侧，两半反半透镜分别与各自对应的图像显示屏呈30度～60度的夹角安装于镜架内，与图像显示屏和凹面反射镜各自组成三角形；镜架中央设置吸光片。

5.如权利要求1至4任一项所述的头戴显示设备，其特征在于，所述头戴显示设备还包括外设连接电路，外设连接电路通过有线或无线方式，将所述头戴显示设备与具有播放功能的电子设备连接，获取待显示的信息。

6.如权利要求5所述的头戴显示设备，其特征在于，在镜架与眼罩连接位置处，还安装有两组结构相同的正焦光学透镜或正焦光学透镜组。

7.如权利要求5所述的头戴显示设备，其特征在于，每组半反半透镜由两块直角棱镜胶合组成，其中一块直角棱镜的斜面镀有半透半反膜，镀有半反半透膜的斜面与与对应的图像显示屏呈30度～60度的夹角。

8.如权利要求5所述的头戴显示设备，其特征在于，每组光学系统里的半反半透镜与凹面反射镜加工为一体，由一块一侧为凸面的直角棱镜和另一块直角棱镜胶合而成，其中一块直角棱镜的斜面镀有半透半反膜，带凸面的直角棱镜的凸面上镀有全反射膜，镀有半反半透膜的斜面与对应的图像显示屏呈30度～60度的夹角。

9.如权利要求5所述的头戴显示设备，其特征在于，所述头戴显示设备近眼端还安装有屈光度调节器。

10.如权利要求5所述的头戴显示设备，其特征在于，在所述镜架两侧分别设有卡扣，用于紧固头戴伸缩带；或在所述眼罩上方设置有卡扣，用于紧固头戴伸缩带。