CN205507236U - 头戴式虚拟现实显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种头戴式虚拟现实显示装置，包括外壳，外壳内设有镜片组件、调节机构、第一显示机构和第二显示机构、主控制机构，第一显示机构和第二显示机构分别设置在镜片组件前方的外壳内上部和下部，且第一显示机构和第二显示机构的显示面相对，第一显示机构与第二显示机构相对人眼横向设置，且长度至少大于外壳横向长度的一半；第一显示机构和第二显示机构之间设有平面的第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜的镜面分别对应第一显示机构第二显示机构，相对于第一显示机构和第二显示机构倾斜设置，第一反射镜和第二反射镜的镜面将图像信息反射经镜片组件进入人眼。本实用新型能提高分辨率、增强沉浸感、扩大视场角度。

Description

头戴式虚拟现实显示装置

技术领域

本实用新型属于虚拟现实技术领域，涉及一种虚拟现实的装置，尤其涉及一种头戴式虚拟现实显示装置。

背景技术

近年来，由于虚拟现实技术以其逼真实时的内容展现形式，很多热门行业例如游戏、电影等公司纷纷大力开发虚拟现实技术，从谷歌的googleglass，到微软新推出的hololens，这种在人眼前进行显示的装置带给我们许多全新的体验。头戴显示设备(Head-mounted Display)在其发展过程中，一般包括外接式虚拟现实头盔或眼镜、一体式虚拟现实头盔或眼镜。其中外接式虚拟现实头盔或眼镜使用智能手机或平板电脑的屏幕作为显示器的头戴显示设备，一体式虚拟现实头盔或眼镜则在头盔或眼镜中直接使用液晶显示机构作为显示器。现有的头戴显示设备的显示机构一般设置在正前方，显示机构设置两个左右并排的显示屏或者通过设备上的结构用遮挡的方式将显示机构的屏幕分割为左右二部分，分别使人的左右眼分别只看到显示的左半部分或右半部分，使用该设备的用户通过安装在头戴显示设备上的光学透镜观看显示机构上的内容，当内容是3D影像时，则能使用户产生立体视觉效果。

但是由于显示机构设置在人眼的正前方，一个物体能否被观察到，取决于该物体的图像是否落在观察者能够被眼睛看到视域中，并且显示装置本身体 积同样不能超出人眼使用极限，则显示机构的横向长度和纵向宽度被限制。假设现有产品显示机构的尺寸为A×B(即：长×宽)，那么对应每只眼睛，现有的产品给每只眼睛提供内容的显示尺寸为(A/2)×B，因为显示长度变为A/2，为了保持显示比例，所以宽度也变成B/2，为单眼提供的图像的尺寸为AX/2×BX/2，其中X为放大倍率，则造成图像的分辨率较低。

由于人眼的视域所限，全景显示在水平±100°和垂直±30°的视域中才有很强的沉浸感。人眼睛在水平方向的视场角中，人眼在正前方60°以外的视野为单眼视区，以内的视区为双眼视区，为了左眼和右眼得到有视差的不同图像，两个显示机构被分割开，只单独对应左眼或右眼进行显示，虽然能避免左侧图像对右眼的干扰及右侧图像对左眼的干扰，但是左右两边视觉角度没有重合的地方，影响了双眼视区的应用，造成了视场角较小，影响沉浸感。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种扩大显示面积、提高分辨率、增强沉浸感、扩大视场角度的头戴式虚拟现实显示装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种头戴式虚拟现实显示装置，包括外壳，所述外壳内设有镜片组件、对镜片组件进行位置调节的调节机构、各自对应一只眼睛并用于显示图像信息的第一显示机构和第二显示机构、用于控制的主控制机构，第一显示机构和第二显示机构分别设置在镜片组件前方的外壳内上部和下部，且第一显示机构和第二显示机构的显示面相对，所述第一显示机构与第二显示机构相对人眼横向设置，且第一显示机构与第二显示机构的长度至少大于外壳横向长度的一半；

所述第一显示机构和第二显示机构之间设有平面的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜的镜面对应第一显示机构且相对于第一显示机构倾斜设置，所述第二反射镜的镜面对应第二显示机构且相对于第二显示机构倾斜设置，所述第一反射镜和第二反射镜的镜面将第一显示机构和第二显示机构上显示的图像信息反射经镜片组件进入人眼。

所述的头戴式虚拟现实显示装置中，优选所述第一显示机构和第二显示机构相互平行；所述第一反射镜的镜面与第一显示机构呈45°夹角，所述第二反射镜的镜面与第二显示机构呈45°夹角。

所述的头戴式虚拟现实显示装置中，优选所述第一反射镜与第二反射镜都为梯形，所述第一反射镜的上底边和下底边分别位于第一显示机构和第二显示机构长边的边缘或者超出该边缘，所述第二反射镜的上底边和下底边都分别位于第一显示机构和第二显示机构长边的边缘或者超出该边缘。

所述的头戴式虚拟现实显示装置中，优选所述第一反射镜和第二反射镜的下底边都分别为长边、上底边为短边，且第一反射镜和第二反射镜的下底边都位于在远离人眼的第一显示机构或第二显示机构边缘或者超出该边缘。

所述的头戴式虚拟现实显示装置中，优选所述第一反射镜与第二反射镜结构和形状相同，二者相互垂直。

所述的头戴式虚拟现实显示装置中，优选所述第一反射镜与第二反射镜为直角梯形，第一反射镜与第二反射镜相邻的侧边分别为梯形的非垂直腰。

所述的头戴式虚拟现实显示装置中，优选所述第一显示机构和第二显示机构通过显示机构固定件固定在外壳中。

所述的头戴式虚拟现实显示装置中，优选所述第一反射镜和第二反射镜通过反射镜固定件固定在外壳中。

所述的头戴式虚拟现实显示装置中，优选所述第一显示机构和第二显示机构为两块各自独立的显示屏。

所述的头戴式虚拟现实显示装置中，优选所述主控制机构包括PCB电路板、用于供电的电源模块，所述PCB电路板固定在外壳内，或固定在第一显示机构或第二显示机构的背面。

本实用新型中，将分别用于左眼和右眼的第一显示机构和第二显示机构设置镜片组件正前方的上部和下部，显示面相对设置，而通过两个平面的第一反射镜和第二反射镜的反射将显示内容投影到人眼中。这样第一显示机构和第二显示机构无需设置在眼睛的正前方，则其长度和宽度便可以加大，增加了显示面积，显示的图像信息的分辨率则可以提高，并且增强了沉浸感，由于显示不受限，则视场角也相应增加，可以达到更大的视域，使得用户佩戴之后有更好的体验，看到清晰的图像，并且不容易眩晕。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例的外观结构示意图；

图2是本实用新型实施例的另一方向的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的前外壳和后外壳分离的结构示意图；

图4是本实用新型实施例的爆炸图；

图5是本实用新型实施例的第一显示机构、第二显示机构、第一反射镜和第二反射镜连接关系的结构示意图；

图6是本实用新型实施例的第一显示机构、第二显示机构、第一反射镜和第二反射镜连接关系另一方向的结构示意图；

图7是本实用新型实施例第一显示机构、第二显示机构、第一反射镜和第二反射镜连接关系正面的结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

方位定义：将与人眼平行的方向定义为横向，与此垂直的方向为纵向。同样，人眼之前的方位为前，相对方位为后。

如图1-7所示，一种头戴式虚拟现实显示装置，包括外壳100，所述外壳100内设有镜片组件400、对镜片组件400进行位置调节的调节机构、各自对应一只眼睛并用于显示图像信息的第一显示机构201和第二显示机构202、用于控制的主控制机构。

如图1-3所示，外壳100是头戴式显示装置用于支撑和保护内部的部分，根据不同需求，可以是头盔式外壳或眼镜式外壳，其具体形状根据需要设计。本实施例以眼镜式外壳为例，进行详细说明。

外壳100包括前外壳101和后外壳102，二者扣合装配后成为整体，所述前外壳101和后外壳102形成封闭腔体，封闭腔体中用于设置第一显示机构101和第二显示机构102和镜片组件400等。所述后外壳102背面设有眼罩500，眼罩500对应两只眼睛分别设置，眼罩500的具体结构同现有技术，在此不再赘述。前外壳101中主要用于设置第一显示机构201、第二显示机构202以及第一反射镜201和第二反射镜202，后外壳102中设置有镜片组件400。

如图3-7所示，本实用新型采用两个独立显示机构，分别是第一显示机构201和第二显示机构202，第一显示机构201和第二显示机构202分别设置在 镜片组件400前方的外壳100内上部和下部，且第一显示机构201和第二显示机构202的显示面相对，所述第一显示机构201与第二显示机构202相对人眼横向设置，且第一显示机构201与第二显示机构202的长度至少大于外壳100横向长度的一半。

现有技术中由于显示机构位于人眼的正前方，显示机构的大小受到整体装置大小的限制，并且由于要设置分别针对左眼和右眼的两个显示机构或者将一个显示机构分成两个针对左眼和右眼的显示单元，它们长度最大也只有外壳横向长度的一半，图像小，分辨率低，并且两个显示机构或两个显示单元之间设有遮挡板，这样的结构也限制了水平方向的视场角的大小，影响了沉浸感；而本实用新型中采用将第一显示机构201和第二显示机构202放置在人眼正前方的外壳100的上部和下部，因为独立放置，第一显示机构201和第二显示机构202长度相比现有技术可以增加，甚至增加一倍，图像加大，分辨率提高，视域加大，更加增强了沉浸感。

第一显示机构201和第二显示机构202可以直接选择两块各自独立的显示屏，也可以选择手机、ipad、电脑等现有显示设备。本实施例中选择两块各自独立的显示屏，选择显示屏时，可以将显示屏通过显示机构固定件701固定在外壳100中，具体的显示机构固定件701的具体结构有多种，一种是显示机构固定件701为框架、固定板、固定条、螺钉等，在外壳100内设置有框架、固定板、固定条等，第一显示机构201和第二显示机构202各自固定在框架、固定板、固定条上，也可以直接采用螺钉作为显示机构固定件701将第一显示机构201和第二显示机构202固定在外壳100上。框架、固定板、固定条的具体结构根据实际需要设计，不作限定，只需能固定第一显示机构201和第二显示机构202即可。本实施例中，采用在第一显示机构201和第二 显示机构202左右两侧各自设置一个固定板，或者直接采用螺钉固定，将第一显示机构201和第二显示机构202固定连接在一起，另一种方式是直接利用第一显示机构201和第二显示机构202的外壳100或背板来固定。显示屏、手机、ipad、电脑的具体结构都可以采用现有技术，在此不再赘述。

如图3-7所示，所述第一显示机构201和第二显示机构202之间设有平面的第一反射镜201和第二反射镜202，所述第一反射镜201的镜面对应第一显示机构201且相对于第一显示机构201倾斜设置，所述第二反射镜202的镜面对应第二显示机构202且相对于第二显示机构202倾斜设置，所述第一反射镜201和第二反射镜202的镜面将第一显示机构201和第二显示机构202上显示的图像信息反射经镜片组件400进入人眼。由于第一显示机构201、第二显示机构202未设置人眼前方，无法直接看到，而通过倾斜设置的第一反射镜201和第二反射镜202，将第一显示机构201、第二显示机构202上显示的图像信息通过反射进入人眼，并且这两个反射镜都为平面反射镜，可以无变形传导图像信息，保持了图像信息不失真。

所述第一反射镜201和第二反射镜202通过反射镜固定件702固定在外壳100中。第一反射镜201和第二反射镜202可以独立各自固定，也可以与第一显示机构201和第二显示机构202固定连接在一起。反射镜固定件702可以是框架、固定条、固定板、螺钉等多种结构，在此不作限制，现有技术中所有固定方式都可以使用。反射镜固定件702一般设置在第一反射镜201和第二反射镜202背面或两侧，反射镜固定件702还可以是粘胶层，将第一反射镜201和第二反射镜202粘接在第一显示机构201和第二显示机构202上。本实施例采用的就是粘胶层粘接的方式将第一反射镜201和第二反射镜202固定。也可以同时采用粘胶层和框架固定的方式。

在述第一显示机构201和第二显示机构202的设置中，优选所述第一显示机构201和第二显示机构202相互平行；所述第一反射镜201的镜面与第一显示机构201呈45°夹角，所述第二反射镜202的镜面与第二显示机构202呈45°夹角。由于人眼在同一水平面上，而第一显示机构201和第二显示机构202分设在人眼的上方和下方，且二者相对设置，在第一显示机构201和第二显示机构202相互平行时，更容易设置第一反射镜201和第二反射镜202，并且将二者同一角度反射到人眼中。第一反射镜201和第二反射镜202与第一显示机构201和第二显示机构202之间的夹角，是由于第一显示机构201和第二显示机构202与两只人眼所在平面相互平行，显示内容需翻转90°才能进入人眼，通过反射原理可知，在45°夹角时，反射图像进入人眼是直视状态，偏离这个角度就是俯视或仰视。但是人眼向下俯视偏离水平面5-15°是一个很舒服视角，因此也可以选择非45°的夹角。

为了能尽可能扩散视野，使得水平视场角加大，增加可视面积、提高沉浸感，优选所述第一反射镜201与第二反射镜202都为梯形，使得第一反射镜201与第二反射镜202在中间位置再相应延伸，增加可视面积。所述第一反射镜201的上底边和下底边分别位于第一显示机构201和第二显示机构202长边的边缘或者超出该边缘，所述第二反射镜202的上底边和下底边都分别位于第一显示机构201和第二显示机构202长边的边缘或者超出该边缘，这种设置使得第一反射镜201和第二反射镜202能完整将第一显示机构201和第二显示机构202中显示图像信息完整反射，不会造成图像缺失。

优选所述第一反射镜201和第二反射镜202的下底边都分别为长边、上底边分别都为短边，且第一反射镜201和第二反射镜202的下底边都位于在远离人眼的第一显示机构201或第二显示机构202边缘或者超出该边缘。将 长度较长的下底边设置在远离人眼的位置，则梯形结构的短边在前，不会遮盖到后面的长边。

为了能舒适观看，实现两只眼睛对应的视域相同，图像大小相同，则优选所述第一反射镜201与第二反射镜202结构和形状相同，二者相互垂直，反射图像不变形、大小一致，如图7所示，结构和形状相同，则第一反射镜201与第二反射镜202非垂直腰在纵向的投影在一条直线上。

由于外壳100有边界，一般边界为直边，则优选所述第一反射镜201与第二反射镜202为直角梯形，第一反射镜201与第二反射镜202相邻的侧边分别为梯形的非垂直腰，与底边垂直的腰在两侧，与外壳100形状一致，另外，也与第一显示机构201和第二显示机构202的边界相同，实现完整显示，而梯形倾斜的非垂直腰可以延伸，扩大中间位置的显示面积，增加水平视场角。

镜片组件400对应人眼设置两组，每组镜片组件400包括一个或多个用于将显示机构显示的图像信息聚焦到人眼中的光学透镜，透镜的选择可根据现有技术，例如当只有一个透镜时，透镜可以为凸透镜；所述透镜包括一个凸透镜以及一个凹透镜时，所述凸透镜和所述凹透镜组合后的光焦度为正，所述凸透镜可为平凸球面镜、双凸透镜、正弯月透镜、菲涅尔透镜等，所述凹透镜可为平凹透镜、双凹透镜、负弯月透镜等；对于不同视力的用户，菲涅尔透镜的焦距设计的更大。

对镜片组件400进行位置调节的调节机构包括物距调节机构和瞳距调节机构，其中物距调节机构用于调节镜片组件400与第一反射镜201和第二反射镜202之间的间距，对于近视用户和远视用户，调节镜片组件400与第一反射镜201和第二反射镜202之间的距离，可以使近视或远视的用户无需另 外佩戴眼镜也能看清图像；物距调节机构包括设置在外壳100上的物距调节旋钮401、齿轮与丝杆组成的传动机构(图中未示出)，物距调节旋钮401旋转转换带动齿轮和丝杆运动推动镜片组件400前后进动，实现了物距调节旋钮401设置两个，各自对应一组镜片组件400，可实现左右眼物距的分开调节。齿轮与丝杆组成的传动机构为现有技术，在此不再赘述。

瞳距调节机构包括设置在外壳100上的瞳距调节旋钮402、螺杆与滑块连杆机构(图中未示出)，可将瞳距调节旋钮402旋转转换为两组镜片组件400之间的水平运动，实现瞳距微距调节。螺杆与滑块连杆机构为现有技术，在此不再赘述。

主控机构是用实现电气控制，所述主控制机构包括PCB电路板800、用于供电的电源模块(图中未示出)，所述PCB电路板800固定在外壳内，PCB电路板800可以固定在外壳100内的任何不影响人眼观察图像的位置，优选固定在第一显示机构201或第二显示机构202的背面。

其中，所述第一显示机构201和所述第二显示机构202均电气连接有控制模块，控制模块的控制是通过PCB电路板800实现的，即所述PCB电路板800用于将对应第一显示机构201的第一视频信息、对应第二显示机构202的第二视频信息分别发送至所述第一显示机构201、所述第二显示机构202进行显示；所述第一显示机构201显示的第一视频信息通过一组镜片组件400入射一只人眼；所述第二显示机构202显示的第二视频信息通过另一组镜片组件400入射另一只人眼，最终实现3D影像。

PCB电路板800上还设置无线Modem通信模块、音频解码器、存储器、WiFi模块、图形处理器、蓝牙模块和全球定位系统等，对应在外壳100上或外壳100内设置有耳机、扬声器、触摸板、控制按钮等。

电源模块用于给PCB电路板、第一显示机构201和第二显示机构202供电，电源模块所采用的具体实施方式可以多种，例如电池、外接电源的转接器等。电源模块为现有技术，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种头戴式虚拟现实显示装置，包括外壳，所述外壳内设有镜片组件、对镜片组件进行位置调节的调节机构、各自对应一只眼睛并用于显示图像信息的第一显示机构和第二显示机构、用于控制的主控制机构，其特征在于：

所述第一显示机构和第二显示机构分别设置在镜片组件前方的外壳内上部和下部，且第一显示机构和第二显示机构的显示面相对，所述第一显示机构与第二显示机构相对人眼横向设置，且第一显示机构与第二显示机构的长度至少大于外壳横向长度的一半；

所述第一显示机构和第二显示机构之间设有平面的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜的镜面对应第一显示机构且相对于第一显示机构倾斜设置，所述第二反射镜的镜面对应第二显示机构且相对于第二显示机构倾斜设置，所述第一反射镜和第二反射镜的镜面将第一显示机构和第二显示机构上显示的图像信息反射经镜片组件进入人眼。

2.根据权利要求1所述的头戴式虚拟现实显示装置，其特征在于，所述第一显示机构和第二显示机构相互平行；所述第一反射镜的镜面与第一显示机构呈45°夹角，所述第二反射镜的镜面与第二显示机构呈45°夹角。

3.根据权利要求2所述的头戴式虚拟现实显示装置，其特征在于，所述第一反射镜与第二反射镜都为梯形，所述第一反射镜的上底边和下底边分别位于第一显示机构和第二显示机构长边的边缘或者超出该边缘，所述第二反射镜的上底边和下底边都分别位于第一显示机构和第二显示机构长边的边缘或者超出该边缘。

4.根据权利要求3所述的头戴式虚拟现实显示装置，其特征在于，所述第一反射镜和第二反射镜的下底边都分别为长边、上底边都分别为短边，且第一反射镜和第二反射镜的下底边都位于在远离人眼的第一显示机构或第二显示机构边缘或者超出该边缘。

5.根据权利要求4所述的头戴式虚拟现实显示装置，其特征在于，所述第一反射镜与第二反射镜结构和形状相同，二者相互垂直。

6.根据权利要求5所述的头戴式虚拟现实显示装置，其特征在于，所述第一反射镜与第二反射镜为直角梯形，第一反射镜与第二反射镜相邻的侧边分别为梯形的非垂直腰。

7.根据权利要求1所述的头戴式虚拟现实显示装置，其特征在于，所述第一显示机构和第二显示机构通过显示机构固定件固定在外壳中。

8.根据权利要求1所述的头戴式虚拟现实显示装置，其特征在于，所述第一反射镜和第二反射镜通过反射镜固定件固定在外壳中。

9.根据权利要求1所述的头戴式虚拟现实显示装置，其特征在于，所述第一显示机构和第二显示机构为两块各自独立的显示屏。

10.根据权利要求1所述的头戴式虚拟现实显示装置，其特征在于，所述主控制机构包括PCB电路板、用于供电的电源模块，所述PCB电路板固定在外壳内，或固定在第一显示机构或第二显示机构的背面。