CN207181829U - 虚拟现实头盔 - Google Patents

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周琳
杨凡
杜建华
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Abstract

本公开涉及一种虚拟现实头盔,包括:光学镜片组,包括至少两个沿镜片光轴方向排列的光学镜片;以及镜距调整模块,自动调整至少一个所述光学镜片沿镜片光轴方向相对于显示屏幕的距离,以使所述光学镜片组的焦距与头盔佩戴者的屈光度相适应。本公开实施例通过镜距调整模块对光学镜片沿镜片光轴方向相对于显示屏幕的距离的自动调整,使得光学镜片组的焦距能够与头盔佩戴者的屈光度相适应,从而使不同视力的头盔佩带者能够在更清晰的观看显示屏幕,提升使用体验。

Description

虚拟现实头盔
技术领域
[0001] 本公开涉及一种虚拟现实头盔。
背景技术
[0002] 随着虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)技术的发展完善,VR的各种应用设施已 逐渐走入人们的生活。在VR技术的具体应用中,可佩戴在人的头部的VR头盔能够使人们身 临其境的体验游戏或观看视频,因此受到欢迎。
[0003] 在相关技术中,VR头盔中设置有透镜和显示屏幕。人们可通过透镜来观看显示屏 幕上的画面。人们在佩戴VR头盔时可能会出现视力与VR头盔的透镜焦距不匹配,而导致观 看不清晰。 实用新型内容
[0004] 有鉴于此,本公开实施例提供一种虚拟现实头盔,能够提升不同视力的头盔佩带 者的使用体验。
[0005] 根据本公开的一个方面,提供一种虚拟现实头盔,包括:光学镜片组,包括至少两 个沿镜片光轴方向排列的光学镜片;以及镜距调整模块,自动调整至少一个所述光学镜片 沿镜片光轴方向相对于显示屏幕的距离,以使所述光学镜片组的焦距与头盔佩戴者的屈光 度相适应。
[0006] 在一个例子中,虚拟现实头盔还包括:设置在头盔壳体内的视力检测模块,对所述 头盔佩戴者的视力进行检测,以获取所述头盔佩戴者的屈光度。
[0007] 在一个例子中,虚拟现实头盔还包括:屈光度输入模块,接收外部输入的屈光度。
[0008] 在一个例子中,所述镜距调整模块包括:控制器,接收所述头盔佩戴者的屈光度, 并计算出对应的镜片调整距离;以及调整机构,根据来自所述控制器的所述镜片调整距离 来调整所述光学镜片沿镜片光轴方向相对于所述显示屏幕的距离。
[0009] 在一个例子中,至少一个所述光学镜片为非球面透镜镜片。
[0010] 在一个例子中,所述光学镜片组包括:左目镜片组和右目镜片组,各包括至少两个 沿镜片光轴方向排列的所述光学镜片;所述镜距调整模块分别对所述左目镜片组和右目镜 片组的所述光学镜片独立调整。
[0011] 在一个例子中,所述光学镜片组包括:左目镜片组和右目镜片组,各包括至少两个 沿镜片光轴方向排列的所述光学镜片;所述镜距调整模块对所述左目镜片组和右目镜片组 的所述光学镜片同步调整。
[0012] 在一个例子中,所述调整机构包括:动力机构,根据所述镜片调整距离输出动力; 以及传动机构,设置在所述动力机构和安装所述光学镜片的镜片架之间,将所述动力机构 输出的动力传递给所述镜片架,以使所述镜片架在镜片光轴方向运动。
[0013] 在一个例子中,所述动力机构包括:伺服电机或步进电机。
[0014] 在一个例子中,所述传动机构包括齿轮组和丝杠,所述动力机构通过所述齿轮组 的传动作用带动所述丝杠转动。
[0015] 在一个例子中,所述动力机构的输出轴与所述丝杠的旋转轴线垂直,所述齿轮组 包括第一齿轮和第二齿轮,所述第一齿轮安装在所述动力机构的输出轴上,所述第二齿轮 与所述丝杠固定连接,且所述第二齿轮的旋转轴线与所述丝杠的旋转轴线重合,所述第二 齿轮与所述第一齿轮嗤合。
[0016] 在一个例子中,所述光学镜片组包括靠近所述头盔佩戴者的眼球一侧的第一光学 镜片和靠近所述显示屏幕一侧的第二光学镜片,所述第一光学镜片为凸透镜,所述第二光 学镜片为凹透镜。
[0017] 在一个例子中,所述第一光学镜片相对于所述显示屏幕固定,所述镜距调整模块 调整所述第二光学镜片相对于所述显示屏幕的距离。
[0018] 在一个例子中,所述第一光学镜片的厚度为1.5〜3.5mm,所述第二光学镜片的厚 度为3〜7mm。
[0019] 因此,根据本公开实施例,通过镜距调整模块对光学镜片沿镜片光轴方向相对于 显示屏幕的距离的自动调整,使得光学镜片组的焦距能够与头盔佩戴者的屈光度相适应, 从而使不同视力的头盔佩带者能够更清晰的观看显示屏幕。
附图说明
[0020] 此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解,构成本申请的一部分,本公 开的示意性实施例及其说明用于解释本公开,并不构成对本公开的不当限定。在附图中: [0021]图1为本公开VR头蓝的一实施例的不意性结构图;
[0022]图2为本公开VR头盔实施例中光学镜片组的光路示意图;
[0023]图3为本公开VR头蓝的另一实施例的不意性结构图;
[0024]图4为本公开VR头盔的又一实施例的示意性结构图;
[0025]图5为本公开VR头盔实施例中左目镜片组和右目镜片组的示意性结构图。
[0026]图6为本公开VR头蓝的再一实施例的不意性结构图;
[0027] 图7为本公开VR头盔实施例中调整机构的示意性结构图。
具体实施方式
[0028] 下面将结合附图,对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述参考在附 图中示出并在以下描述中详述的非限制性示例实施例,更加全面地说明本公开的示例实施 例和它们的多种特征及有利细节。应注意的是,图中示出的特征不是必须按照比例绘制。本 公开省略了已知材料、组件和工艺技术的描述,从而不使本公开的示例实施例模糊。所给出 的示例仅旨在有利于理解本公开示例实施例的实施,以及进一步使本领域技术人员能够实 施示例实施例。因而,这些示例不应被理解为对本公开的实施例的范围的限制。
[0029]除非另外特别定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域 内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词 语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。此外,在本公开 各个实施例中,相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。
[0030]发明人经过研究发现:人们之所以在佩戴VR头盔时观看不清楚,主要是因为相关 技术中的VR头盔中的透镜和显示屏幕的距离是相对固定的,其透镜焦距不可调整,因此显 示屏幕在不同视力的头盔佩戴者的视网膜上投射的像有可能是模糊不清的,导致这些人在 观看过程中容易感到不舒适,缺乏沉浸感。
[0031] 为了提升不同视力的头盔佩带者的使用体验,满足他们的使用需求,图1示出了本 公开VR头盔的一实施例的示意性结构图。在图1中,VR头盔包括:
[0032] 光学镜片组1,包括至少两个沿镜片光轴方向排列的光学镜片;以及
[0033] 镜距调整模块2,自动调整至少一个所述光学镜片沿镜片光轴方向相对于显示屏 幕的距离,以使所述光学镜片组1的焦距与头盔佩戴者的屈光度相适应。
[0034]根据本公开实施例,通过焦距的自动调整,能够使得不同视力的头盔佩带者更清 晰的观看到显示屏幕,有效地提升了不同视力的头盔佩带者的使用体验。
[0035]图2示出了本公开VR头盔实施例中光学镜片组的光路示意图。在图2中,光学镜片 组1包括靠近头盔佩戴者的眼球一侧的第一光学镜片11和靠近显示屏幕4 (参考图5) —侧的 第二光学镜片12。当镜距调整模块2对第一光学镜片11或者第二光学镜片12 (或者对第一光 学镜片11和第二光学镜片12)沿镜片光轴方向相对于显示屏幕4的距离进行调整时,可以使 光学镜片组1的焦点位置发生变化。对于使用本公开VR头盔实施例的近视者来说,通过调整 光学镜片与显示屏幕4的距离可以使显示屏幕4的图像经过光学镜片组1后聚焦到近视者的 视网膜上,使近视者能够在不佩戴眼镜的状态下仍能够清晰地观看到显示屏幕上的画面。 对于使用本公开VR头盔实施例的远视者来说,也可同理地在不佩戴眼镜的状态下仍能够清 晰地观看到显示屏幕上的画面。
[0036]对于同一个VR头盔实施例来说,即使由不同视力的使用者使用,镜距调整模块2都 可以根据该使用者眼镜的实际屈光度进行光学镜片与显示屏幕4的距离的调整,以使光学 镜片组1的焦距与头盔佩戴者的屈光度相适应,这样就满足了不同视力的使用者的使用需 求。
[0037]在图2中,光学镜片组1包括了两个光学镜片,而在本公开的其他实施例中,光学镜 片组1可以包括三个、四个或更多个光学镜片。图2中包括两个光学镜片的光学镜片组占用 空间相对较小,因此能够减小VR头盔的整体尺寸。在图2中,第一光学镜片11为凸透镜,第二 光学镜片12为凹透镜,这样确保显示屏幕上的图像能够在头盔佩戴者的眼球一侧会聚。在 一个例子中,第一光学镜片11的厚度可选为1.5〜3.5mm,第二光学镜片12的厚度可选为3〜 7mm。在该厚度范围下能够有效提高本公开VR头盔实施例的成像质量。在选择光学镜片组1 中的光学镜片时,可选择至少一个光学镜片为非球面透镜镜片,以有效减小像差,提高成像 质量。
[0038]在本公开VR头盔实施例中,光学镜片组1中的各个光学镜片相对于显示屏幕的距 离均可进行调整。考虑到邻近眼球的第一光学镜片11的运动可能会造成头盔佩戴者的不适 感,因此在一个例子中,第一光学镜片11可以相对于所述显示屏幕4固定,而镜距调整模块2 调整所述第二光学镜片12相对于所述显示屏幕4的距离。这样能够有效地减少镜距调整时 头盔佩戴者眼前的不适感,也避免了第一光学镜片11的运动对头盔佩戴者的眼睛的潜在伤 害。
[0039]图3示出了本公开VR头盔的另一实施例的示意性结构图。在图3中,VR头盔包括光 学镜片组1、镜距调整模块2和视力检测模块3。相比于图1示出的实施例,本实施例进一步包 括了设置在头盔壳体5内的视力检测模块3。视力检测模块3能够对头盔佩戴者的视力进行 检测,以获取所述头盔佩戴者的屈光度。
[0040] 在视力检测模块3获取了头盔佩戴者的屈光度之后,镜距调整模块2能够根据该屈 光度自动调整至少一个所述光学镜片沿镜片光轴方向相对于显示屏幕4的距离,以使光学 镜片组1的焦距与该屈光度相适应。这个过程能够在使用者佩戴头盔时自动进行,从而使得 VR头盔能够在头盔佩带者佩戴后自适应调整焦距,以适应头盔佩戴者的屈光度,进而使头 盔佩戴者获得清晰的观看体验,而且无需头盔佩戴者的手动调整操作,因此使用上也非常 方便。
[0041] 视力检测模块3可采用现有的视力检测仪器实现,其基本原理为:在头盔佩戴者的 眼睛前侧设置光源、聚光镜、狭缝元件和测量元件(例如电荷親合元件Charge-coup led Device等),光源投射的图像经聚光镜会聚在狭缝元件上,再经物镜进入头盔佩戴者的眼 球,并投射在视网膜上。视网膜上的影像反射到测量元件上成像。如果光源投射的图像为圆 环形,则根据测量元件上成像的圆环或椭圆的形状、尺寸来测量出屈光度、散光值和角度 值。
[0042] 人的眼睛具有一定的调节能力,其可以通过清晰调焦的极限距离进行表示。极限 距离包括远点距离Ir和近点距离1P,远点是当眼睛处于肌肉完全放松时能够看清的最远点, 用r表示,近点是眼睛处于肌肉最紧张时所能看清的最近点,用P表示。远点距离Ir的倒数
Figure CN207181829UD00071
表示远点聚散度R,近点距离倒数表示近点聚散度P,单位为屈光度(D)。眼睛的调节
Figure CN207181829UD00072
幅度居的计算公式例子为:
Figure CN207181829UD00073
[0044] 在视力检测模块3检测出头盔佩戴者的眼睛的屈光度时,即可确定远点聚散度R (或近点聚散度P),进而确定对应的远点距离Ir (或近点距离Ip),而确定的远点距离Ir (或近 点距离1P)即为待调整的光学镜片组1的目标焦距。
[0045] 选择远点距离Ir还是近点距离Ut为光学镜片组1的目标焦距主要是根据头盔佩 戴者属于远视眼还是近视眼来确定。例如,头盔佩戴者被检测出的近视程度为-2D,则其能 够看清的远点距离为Ir= 1/2 = 0.5m,则可以推出图2所示的光学镜片组1的目标焦距为 〇.5m。根据高斯公式
Figure CN207181829UD00074
为像距,1为物距,f为焦距。当确定了焦距f为0.5m之 后,如果第一光学镜片11到眼睛的距离固定,则可以确定像距Γ的具体数值,代入上述高斯 公式则可以计算出物距1,即可确定出第二光学镜片12的移动距离。如果第二光学镜片12到 显示屏幕4的距离固定,则可以确定物距1的具体数值,代入上述高斯公式则可以计算出像 距1’,即可确定出第一光学镜片11的移动距离。
[0046] 图4示出了本公开VR头盔的又一实施例的示意性结构图。在图4中,VR头盔包括光 学镜片组1、镜距调整模块2和屈光度输入模块6。相比于图1示出的实施例,本实施例进一步 包括了屈光度输入模块6,能够接收外部输入的屈光度。在屈光度输入模块6获取了头盔佩 戴者的屈光度之后,镜距调整模块2能够根据该屈光度自动调整至少一个所述光学镜片沿 镜片光轴方向相对于显示屏幕4的距离,以使光学镜片组1的焦距与该屈光度相适应。
[0047]屈光度输入模块6可以在VR头盔上设置的人机交互界面实现,也可以设置到与VR 头盔通过有线或无线的方式通信连接的控制设备(例如计算机或智能终端等)上。使用者可 以在佩戴VR头盔之前通过屈光度输入模块6输入自己视力的屈光度数据,也可以在佩戴过 程中进行屈光度输入。本实施例能够使VR头盔以更自由的方式获取屈光度,而不再限制于 VR头盔在使用者通过佩戴动作才能够进行光学镜片组的焦距调整。
[0048] 在本公开VR头盔的另一个实施例中,可以同时包括前述的视力检测模块3和屈光 度输入模块6,视力检测模块3和屈光度输入模块6均能够向镜距调整模块2提供屈光度,从 而使VR头盔在使用上更加便利。
[0049] 图5示出了为本公开VR头盔实施例中左目镜片组和右目镜片组的示意性结构图。 在图5中,光学镜片组1包括左目镜片组IL和右目镜片组1R。左目镜片组IL包括沿镜片光轴 方向排列的光学镜片IlL和光学镜片12L,右目镜片组IR包括沿镜片光轴方向排列的光学镜 片IlR和光学镜片12R。在另一个实施例中,左目镜片组IL可以包括沿镜片光轴方向排列的 三个以上光学镜片,右目镜片组IR也可以包括沿镜片光轴方向排列的三个以上光学镜片。 在另一个实施例中,光学镜片组1并不限于包括左目镜片组和右目镜片组的结构形式,也可 以只包括镜片宽度能够覆盖头盔使用者的双眼的单一镜片组,或者包括三组以上的镜片组 等。
[0050] 为了使左右目视力不同的头盔佩带者能够在双眼观看时都能够清晰地观看到显 示屏幕上的图像,则可以使镜距调整模块2根据左右眼的不同屈光度分别对左目镜片组IL 和右目镜片组IR的光学镜片独立调整,以提升使用者的使用体验,提高沉浸度。在另一个实 施例中,也可以采用镜距调整模块2对左目镜片组IL和右目镜片组IR的光学镜片同步调整 的方式,这样也能够满足双眼视力差距不大的使用者的使用体验,并简化镜距调整模块的 机构,减小VR头盔的尺寸。
[0051] 在图5中还示出了 VR头盔的头盔壳体5及显示屏幕4的例子。使用者可以通过配戴 头盔壳体5的方式使眼睛能够靠近光学镜片组,显示屏幕4可以为头盔壳体5内设的显示屏 幕,也可以为从外部置入的显示设备(例如智能手机或平板电脑等智能终端)的显示屏幕。 [0052]图6示出了本公开VR头盔的再一实施例的示意性结构图。在图6中,为了简化镜距 调整模块2的实现结构,镜距调整模块2可以具体包括:控制器21和调整机构22。控制器21被 配置为接收所述头盔佩戴者的屈光度,并计算出对应的镜片调整距离。而调整机构22则能 够根据来自所述控制器21的所述镜片调整距离来调整所述光学镜片沿镜片光轴方向相对 于所述显示屏幕4的距离。控制器21可以设置在VR头盔内部,或者设置在通过有线或无线方 式与VR头盔进行通信的控制设备(例如计算机或智能终端等)中。调整机构22则可以设置在 VR头盔的头盔壳体5内。
[0053]在本公开的另一个实施例中,图6所示的镜距调整模块2的具体结构同样适用于前 述图3和图4所示的VR头盔实施例,相应的,控制器21可以接收来自视力检测模块3和/或屈 光度输入模块6的屈光度数据。
[0054]图7示出了本公开VR头盔实施例中调整机构的示意性结构图。在图7中,调整机构 22包括:动力机构221和传动机构222。其中,动力机构221被配置为根据控制器21计算出的 镜片调整距离输出动力。动力机构221可选包括伺服电机或步进电机。伺服电机或步进电机 能够基于镜片调整距离所对应的旋向和旋转幅度来实现更为精准的镜距调整。在另一个实 施例中,动力机构221也可选包括气动装置或液压装置。
[0055]传动机构222设置在动力机构221和安装光学镜片的镜片架13之间,将动力机构 221输出的动力传递给镜片架13,以使镜片架13在镜片光轴方向运动。本实施例的传动机构 222包括齿轮组和丝杠222c,动力机构221通过齿轮组的传动作用带动丝杠222c转动。齿轮 组和丝杠222c在传动上均采用啮合方式,因此传动精度和灵敏度较高,从而能够有效地提 升镜距调整的精准度。
[0056] 参考图7所示实施例,镜片架13套设在丝杠222c上,并与丝杠222c通过螺纹啮合。 镜片架13能够随丝杠222c的转动而沿丝杠222c的旋转轴线直线移动。第一光学镜片11安装 在相对固定的支架上,而第二光学镜片12则安装在镜片架13上。动力机构221的输出轴与丝 杠222c的旋转轴线垂直,齿轮组包括第一齿轮222a和第二齿轮222b,第一齿轮222a安装在 动力机构221的输出轴上,第二齿轮222b与丝杠222c固定连接,且第二齿轮222b的旋转轴线 与丝杠222c的旋转轴线重合,第二齿轮222b与第一齿轮222a相互啮合。这样,当动力机构 221的输出轴转动预设角度时,带动第一齿轮222a同步转动,而与第一齿轮222a齿形啮合的 第二齿轮222b则随之在垂直方向上转动,并带动丝杠222c转动,丝杠222c的转动则会带动 与丝杠222c螺纹啮合的镜片架13直线移动,从而实现了镜片架13上的第二光学镜片12沿镜 片光轴方向相对于显示屏幕的距离的调节。在本实施例中,将动力机构221的输出轴设置为 与丝杠222c的旋转轴线垂直,能够有效地减少调整机构的占用空间,从而减小VR头盔的尺 寸。
[0057]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制;尽 管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然 可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本公 开技术方案的精神,其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。

Claims (14)

1. 一种虚拟现实头盔,其特征在于,包括: 光学镜片组(1),包括至少两个沿镜片光轴方向排列的光学镜片;以及 镜距调整模块(2),自动调整至少一个所述光学镜片沿镜片光轴方向相对于显示屏幕 ⑷的距离,以使所述光学镜片组(1)的焦距与头盔佩戴者的屈光度相适应。
2. 根据权利要求1所述的虚拟现实头盔,其特征在于,还包括:设置在头盔壳体(5)内的 视力检测模块(3),对所述头盔佩戴者的视力进行检测,以获取所述头盔佩戴者的屈光度。
3. 根据权利要求1所述的虚拟现实头盔,其特征在于,还包括:屈光度输入模块(6),接 收外部输入的屈光度。
4. 根据权利要求1-3任一所述的虚拟现实头盔,其特征在于,所述镜距调整模块(2)包 括: 控制器(21),接收所述头盔佩戴者的屈光度,并计算出对应的镜片调整距离;以及 调整机构(22),根据来自所述控制器(21)的所述镜片调整距离来调整所述光学镜片沿 镜片光轴方向相对于所述显示屏幕⑷的距离。
5. 根据权利要求1-3任一所述的虚拟现实头盔,其特征在于,至少一个所述光学镜片为 非球面透镜镜片。
6. 根据权利要求1-3任一所述的虚拟现实头盔,其特征在于,所述光学镜片组⑴包括: 左目镜片组(IL)和右目镜片组(IR),各包括至少两个沿镜片光轴方向排列的所述光学 镜片; 所述镜距调整模块(2)分别对所述左目镜片组(IL)和右目镜片组(IR)的所述光学镜片 独立调整。
7. 根据权利要求1-3任一所述的虚拟现实头盔,其特征在于,所述光学镜片组⑴包括: 左目镜片组(IL)和右目镜片组(IR),各包括至少两个沿镜片光轴方向排列的所述光学 镜片; 所述镜距调整模块(2)对所述左目镜片组(IL)和右目镜片组(IR)的所述光学镜片同步 调整。
8. 根据权利要求4所述的虚拟现实头盔,其特征在于,所述调整机构(22)包括: 动力机构(221),根据所述镜片调整距离输出动力;以及 传动机构(222),设置在所述动力机构(221)和安装所述光学镜片的镜片架(13)之间, 将所述动力机构(221)输出的动力传递给所述镜片架(13),以使所述镜片架(13)在镜片光 轴方向运动。
9. 根据权利要求8所述的虚拟现实头盔,其特征在于,所述动力机构(221)包括:伺服电 机或步进电机。
10. 根据权利要求8所述的虚拟现实头盔,其特征在于,所述传动机构包括齿轮组和丝 杠(222c),所述动力机构(221)通过所述齿轮组的传动作用带动所述丝杠(222c)转动。
11. 根据权利要求10所述的虚拟现实头盔,其特征在于,所述动力机构(221)的输出轴 与所述丝杠(222c)的旋转轴线垂直,所述齿轮组包括第一齿轮(222a)和第二齿轮(222b), 所述第一齿轮(222a)安装在所述动力机构(221)的输出轴上,所述第二齿轮(222b)与所述 丝杠(222c)固定连接,且所述第二齿轮(222b)的旋转轴线与所述丝杠(222c)的旋转轴线重 合,所述第二齿轮(222b)与所述第一齿轮(222a)啮合。
12. 根据权利要求1-3任一所述的虚拟现实头盔,其特征在于,所述光学镜片组(1)包括 靠近所述头盔佩戴者的眼球一侧的第一光学镜片(11)和靠近所述显示屏幕⑷一侧的第二 光学镜片(12),所述第一光学镜片(11)为凸透镜,所述第二光学镜片(12)为凹透镜。
13. 根据权利要求12所述的虚拟现实头盔,其特征在于,所述第一光学镜片(I 1)相对于 所述显示屏幕⑷固定,所述镜距调整模块⑵调整所述第二光学镜片(12)相对于所述显示 屏幕⑷的距离。
14. 根据权利要求12所述的虚拟现实头盔,其特征在于,所述第一光学镜片(I 1)的厚度 为1.5〜3.5mm,所述第二光学镜片(12)的厚度为3〜7mm。
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