CN217484605U - 瞳距可调节的头戴显示设备 - Google Patents

Abstract

瞳距可调节的头戴显示设备，包括：螺杆；两个镜筒组件，镜筒组件可移动地设置于螺杆上，螺杆转动以调节两个镜筒组件的相对位置，其中每一个镜筒组件包括：镜筒本体，镜筒本体中设置有透镜，镜筒本体具有至少一个第一插接部；滑动底座，滑动底座上设置有至少一个第二插接部，第一插接部和第二插接部配合连接以使得处于安装状态下的镜筒本体中的透镜位于显示屏的出光侧并且与显示屏上的显示区域对应；以及与螺杆同向延伸的直线导轨，滑动底座穿设在直线导轨上且可沿直线导轨移动。本实用新型可以确保调节过程平稳、精度可控且受力均衡，避免发生卡滞现象，使得用户眼睛保持在舒适区域中。

Description

瞳距可调节的头戴显示设备

技术领域

本实用新型属于电子设备技术领域，尤其涉及一种瞳距可调节的头戴显示设备。

背景技术

头戴显示设备（也称头戴式显示器）的一个主要设计目标是提供虚拟现实体验（VR）的整体保真度，包括视觉、声音、人体工程学、定位等各个方面；其中，提供宽阔的视场是实现视觉保真的重要部分，可以有效增加沉浸感，提供多种视觉体验，使头戴式显示器佩戴更为舒适，提升对游戏和交互的满意度。但是，人与人之间面部存在一定的几何差别，尤其是瞳距不同，如果头戴显示设备的硬件瞳距不能正确调整，可能出现视场受限的问题。

现有技术中通常采用齿轮齿条配合结构进行瞳距调节，但是齿轮齿条配合时转向容易出现卡滞，尤其是当齿轮或齿条一定程度磨损时，容易出现啮合不良，无法实现瞳距的平缓稳定调节。

发明内容

本实用新型针对现有技术中头戴显示设备通过齿轮齿条配合进行瞳距调节，容易出现卡滞，无法实现瞳距平缓稳定调节的问题，设计并提供一种瞳距可调节的头戴显示设备。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用下述技术方案予以实现：

瞳距可调节的头戴显示设备，包括：螺杆；两个镜筒组件，镜筒组件可移动地设置于螺杆上，螺杆转动以调节两个镜筒组件的相对位置，其中每一个镜筒组件包括：镜筒本体，镜筒本体中设置有透镜，镜筒本体具有至少一个第一插接部；滑动底座，滑动底座上设置有至少一个第二插接部，第一插接部和第二插接部配合连接以使得处于安装状态下的镜筒本体中的透镜位于显示屏的出光侧并且与显示屏上的显示区域对应；直线导轨，直线导轨与螺杆同向延伸，滑动底座穿设在直线导轨上且可沿直线导轨移动。

在本实用新型的一些实施例中，螺杆两端分别对称设置有不同转向的两段螺纹，每段螺纹与一个滑动底座螺纹连接使螺杆转动时两个镜筒组件以不同方向移动；头戴显示设备还包括：蜗轮，蜗轮固定设置于螺杆上且位于两段螺纹之间；蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合；蜗杆在手动或者电机驱动下转动，通过蜗轮带动螺杆转动以调节两个镜筒组件的相对位置。

在本实用新型的一些实施例中，第一插接部为形成于镜筒本体一侧的插接槽；滑动底座具有：螺纹通孔，螺纹通孔沿第一方向贯通滑动底座；第二插接部为形成于滑动底座上的插接凸起，插接凸起沿第二方向向外伸出，第一方向与第二方向相互垂直；插接凸起插入插接槽中以使得处于安装状态下的镜筒本体中的透镜位于显示屏的出光侧并且与显示屏上的显示区域对应。

在本实用新型的一些实施例中，滑动底座具有：导向部，导向部对称设置于螺纹通孔两侧；导向通孔，导向通孔沿第一方向贯通导向部；直线导轨自导向通孔中穿过使滑动底座可沿直线导轨移动。

在本实用新型的一些实施例中，头戴显示设备还包括：基座，基座具有：电机支架，电机安装于电机支架外侧，电机的输出轴穿过电机支架并与蜗杆固定连接，蜗杆的第一端与电机支架之间设置有第一轴承；和蜗杆支架，蜗杆支架与电机支架对应设置，蜗杆的第二端与蜗杆支架之间设置有第二轴承；螺杆两端分别通过第三轴承和第四轴承与基座转动连接。

在本实用新型的一些实施例中，直线导轨固定设置于基座中。

在本实用新型的一些实施例中，处于安装状态下的镜筒本体的重心与螺杆的轴向中心线之间的垂直距离小于等于螺杆直径的两倍。

在本实用新型的一些实施例中，镜筒组件还包括：摄像头，摄像头设置于镜筒本体上，摄像头配置为采集用户眼睛的图像信息。

在本实用新型的一些实施例中，头戴显示设备还包括：处理器，处理器与摄像头通信连接；处理器配置为接收摄像头采集的用户眼睛的图像信息，生成并输出驱动信号至电机，电机驱动蜗杆转动，通过蜗轮带动螺杆转动以将两个镜筒组件调节至目标位置。

在本实用新型的一些实施例中，头戴显示设备还包括：直线位移传感器，直线位移传感器配置为检测至少一个镜筒组件的位移量；直线位移传感器与处理器通信连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：

在本实用新型所提供的瞳距可调节的头戴显示设备中，通过螺杆与镜筒组件的配合，以及直线导轨和滑动底座之间的配合，可以提供双重引导，确保整个调整过程平稳，精度可控，受力均衡，零配件不容易发生磨损，克服齿轮齿条配合过程中的卡滞现象，使得用户的眼睛保持在舒适区域中。

结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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 为本实用新型所提供的瞳距可调节的头戴显示设备的内部结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为如图1所示的头戴显示设备中基座及其内部结构一个视角的结构示意图；

图4为如图1所示的头戴显示设备中基座及其内部结构另一个视角的结构示意图；

图5为图3的剖视图；

图6为图1所示的头戴显示设备中滑动底座和螺杆的装配结构示意图；

图7为图1所示的头戴显示设备中螺杆的结构示意图；

图8为图1所示的头戴显示设备中蜗轮和蜗杆的装配结构示意图；

图9为本实用新型所提供的头戴显示设备的内部结构示意图，其中示出了处于安装状态下的镜筒本体的重心的设计范围；

图10为本实用新型所提供的头戴显示设备的内部结构示意图，其中示出了直线位移传感器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明。

下面详细描述本实用新型的实施例，具体实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

需要理解的是，在本实用新型的描述中，表征位置结构的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等均基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，使其易于理解，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

针对现有技术中头戴显示设备通过齿轮齿条配合进行瞳距调节，容易出现卡滞，无法实现瞳距平缓稳定调节问题，设计并提供一种瞳距可调节的头戴显示设备。瞳距可调节的头戴显示设备的具体结构参考图1至图10所示。需要说明的是，图1至图10中仅示出了头戴显示设备10的部分结构，除了如图所示的部件外，头戴显示设备10通常还具有主壳体、面部支撑结构和佩戴结构等组成部分。主壳体可以由轻质材料（例如塑料）制成。面部支撑结构设置于主壳体上，面部支撑结构优选设计为与人体面部曲线相对应的形状，从而与用户的面部紧密接触。面部支撑结构还可以设置缓冲材料，以减少与用户面部的物理摩擦和物理冲击。佩戴结构用于实现头戴显示设备10的穿戴，其可以由弹性材料制成，例如设计为带状并配套设置可调节长度的搭扣或磁扣。佩戴结构可以使得主壳体稳定保持在用户头部区域并支撑主壳体的重量。除带状设计之外，佩戴结构还可以是镜腿或者头盔等类似的支撑结构。

主壳体中设置有显示屏。显示屏具有两个分离的显示区域，即将一个图像分离为与用户的左眼和右眼相对应的两个图像并分别显示，两个显示区域配置为执行左眼区域和右眼区域的功能。显示区域可以实现虚拟现实功能。显示屏可以是液晶显示屏（LCD）、发光二极管显示器（LED）、OLED显示器、微机电系统显示器(MEMS)等。显示屏优选通过硅胶套包裹和压盖固定密封。

主壳体中还设置有存储单元、处理器、输入/输出接口、通信接口等电性元件；其中存储单元可以包括易失性存储器和/或非易失性存储器，存储单元配置为存储与头戴显示设备至少一个元器件相关联的指令或数据，例如存储应用程序。示例性的，应用程序可以为通过显示屏显示的至少一个图像数据。处理器可以是专用处理器，中央处理单元（CPU）等。处理器可以访问存储单元以执行在存储单元中所存储的指令以实现相关功能。输入/输出接口可以是串行通信接口，通信接口可以支持不同的无线通信协议，例如WiFi、蓝牙、近场通信等等。

如图1所示，用户通过镜筒组件100观看显示屏的显示内容。镜筒组件100包括镜筒本体102，镜筒本体102中设置有透镜，透镜通常包括凸透镜、凹透镜或菲涅尔透镜，也包括其中若干个的组合。凸透镜上还可以设置有涂层。透镜对显示屏的图像进行放大或缩小，在实现同样视场的条件下使得显示屏相较于具有相同视场的普通显示器尺寸更小，重量更轻且能耗更小。透镜还可以用于校正光学误差。镜筒本体102优选通过点胶工艺密封。

在本实施例所提供的头戴显示设备10中，镜筒组件100的相对位置可调，进一步调节镜筒本体102中透镜之间的距离，使得用户的眼睛保持在舒适区域中。具体如图1至图5所示，头戴显示设备10包括螺杆104，镜筒组件100分别可移动地设置于螺杆104上，螺杆104转动以调节两个镜筒组件100的相对位置。除镜筒本体102之外，镜筒组件100还包括滑动底座106，镜筒本体102安装于滑动底座106上；具体如图1和图2所示，在镜筒本体102上设置有第一插接部，在滑动底座106上设置有第二插接部。第一插接部与第二插接部配合连接。另一个方面，滑动底座106与直线导轨108适配，直线导轨108与螺杆104同向延伸，滑动底座106穿设在直线导轨108上且可沿直线导轨108移动。

从相对结构上看，螺杆104的安装平面与显示屏的安装平面保持平行，当镜筒组件100设置于螺杆104上时，处于安装状态下的两个镜筒本体102的所在平面也与显示屏的安装平面大致保持平行，每一个镜筒本体102均外露于滑动底座106外侧，镜筒本体102中的透镜位于显示屏的出光侧并且与显示屏上的显示区域对应，镜筒本体102中的透镜可以分别将左眼区域和右眼区域光引导至出射光瞳。

在上述结构中，螺杆104与镜筒组件100的配合，以及直线导轨108和滑动底座106之间的配合，可以提供双重引导，确保整个调整过程平稳，受力均衡，零配件不容易发生磨损，克服齿轮齿条配合过程中的卡滞现象，使得用户的眼睛保持在舒适区域中。

对于任意一个镜筒组件100，可选地，可以采用镜筒本体102与螺杆104的传动连接以调节两个镜筒组件100的相对位置，但是，由于镜筒本体102中需要设置透镜等光学元件，在考虑结构稳定性和避免光路干扰的前提下，优选采用滑动底座106和螺杆104的传动连接。如图7所示，在优选的设计中，螺杆104两端分别对称设置有不同转向的两段螺纹。例如左旋螺纹111和右旋螺纹113，每段螺纹与一个滑动底座106螺纹连接使螺杆104转动时两个镜筒组件100以不同方向移动，例如相对向外直线移动（如图1中双向虚线箭头d所示），或者相对向内直线移动。螺杆104的驱动优选由蜗轮110和蜗杆112的配合实现，其中蜗轮110固定设置于螺杆104上且位于两段螺纹之间，蜗杆112与蜗轮110啮合（如图8所示）。蜗杆112在手动或者电机114驱动下转动，与之啮合的蜗轮110转动，进一步带动蜗杆112转动以调节两个镜筒组件100的相对位置。与传统的齿轮齿条结构相比，蜗轮110蜗杆112的传统结构具有较大的传动比，可以进一步保证调节平缓，同时实现自锁，调节精度更高。

在配合连接结构的设计上，第一插接部为形成于镜筒本体102一侧的插接槽116，设置于镜筒本体102一侧的插接槽116可以避免对光路的干涉。优选的，两个镜筒本体102上的插接槽116采用对称设计。与之对应的，在滑动底座106一侧设置有螺纹通孔118，螺纹通孔118沿第一方向（如图5中虚线箭头d1所示）贯通滑动底座106，螺纹通孔118配置为与螺杆104端部的螺纹配合。第二插接部为形成于滑动底座106上的插接凸起120，插接凸起120沿与第一方向垂直的第二方向（如图5中虚线箭头d2所示）向外伸出以与形成于镜筒本体102一侧的插接槽116配合。两个滑动底座106也采用对称的安装方式。当插接凸起120拆入插接槽116中时，处于安装状态下的镜筒本体102中的透镜分别位于滑动底座106的两侧，所在的安装平面位于显示屏的出光侧并且与显示屏上的显示区域对应，同时间距可调。第一插接部和第二插接部可选地设置一个，当镜筒本体102采用不同造型时，出于结构稳定性的考虑，也可以设置多个第一插接部和第二插接部。

滑动底座106与直线导轨108之间的配合结构参见图4和图5所示。在滑动底座106上，螺纹通孔118两侧分别形成有一个导向部122。导向通孔124沿第一方向（如图5中虚线箭头d1所示）贯通导通部。直线导轨108自导向通孔124中穿过使得滑动底座106可沿直线导轨108移动。

在利用电机114驱动蜗杆112转动的结构中，如图1至图7所示，头戴显示设备10还适配的设计有基座126。基座126具有两个侧壁（如图3中140和142所示）以及两个端壁（如图3中144和146所示），整体构成大致呈矩形的空腔。基座126一方面配置为容纳螺杆104、蜗轮110和蜗杆112等传动部件，另一方面通过滑动底座106支撑镜筒本体102。基座126具有对应设置的电机支架128和蜗杆支架130，其中电机支架128设置于侧壁142上，且优选与侧壁142一体成型制成，蜗杆支架130设置于侧壁140上，且优选与侧壁140一体成型制成。电机114安装于电机支架128外侧，电机114的输出轴穿过电机支架128并与蜗杆112固定连接，蜗杆112的第一端与电机支架128之间设置有第一轴承132，蜗杆112的第二端与蜗杆支架130之间设置有第二轴承134。第一轴承132和第二轴承134可以确保蜗杆112转动运行平稳。

在另一个维度，螺杆104两端则分别通过第三轴承136和第四轴承138与基座126的两个端壁144和146转动连接，第三轴承136和第四轴承138可以确保螺杆104转动运行平稳。从而通过四个轴承的设计确保整个传动机构运行平稳。

直线导轨108同样设置在基座126中。两个直线导轨108的端部分别与基座126的两个端壁144和146固定连接。

如果采用手动调节的方式，则可选地在对应电机支架128的位置设置旋钮。

如图9所示，以处于安装状态下的镜筒本体102的所在安装平面为基准，处于安装状态下的镜筒本体102的重心与螺杆104的轴向中心线（如虚线c所示）之间的垂直距离小于等于螺杆104直径的两倍，即任意一个镜筒本体102的中心在垂直方向上应该落在螺杆104直径4倍的范围（如图中标注4D的虚线范围）内。如图9所示，这种重心结构设计可以确保在重叠的安装方式中，整个镜筒本体的体积和重量最小化，适应头戴显示设备10轻便化的趋势。

在本实用新型的一个实施例中，通过设置在镜筒本体102上的摄像头148检测并采集用户眼睛的图像信息。用户眼睛的图像信息包括但不限于瞳距、眼间距离，眼睛的空间位置，眼球的俯仰、左右移动以及转动，眼球的转动角度以及注视方向。在可选的实施方式中，每一个镜筒本体102上均设置一个摄像头148，如图10所示。

摄像头148与处理器通信连接。处理器配置为接收摄像头148采集的用户眼睛的图像信息。当用户可能会感知图像失真、失焦或者变形时，处理器生成并输出驱动信号至电机114，电机114驱动蜗杆112转动，蜗杆112通过蜗轮110带动螺杆104转动以将两个镜筒组件100调节至目标位置，避免图像失真、失焦或者变形，用户眼部感受舒适。通过眼动跟踪生成两个镜筒组件100的目标位置可以采用现有技术中所公开的方法，不是本实用新型的保护重点，在此不再赘述。

镜筒组件100的直线移动过程通过直线位移传感器150检测。直线位移传感器150配置为检测至少一个镜筒组件100的位移量。直线位移传感器150可以是滑动变阻器直线位移传感器150。当镜筒组件100移动至目标位置后，处理器接收直线位移传感器150生成的反馈信号，处理器停止生成驱动信号，电机114停机。由于两个镜筒组件100同步移动，可选的，直线位移传感器150设置一个，且设置于其中一个镜筒组件100上以实现直线位移的测量。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.瞳距可调节的头戴显示设备，其特征在于，包括：

螺杆；

两个镜筒组件，所述镜筒组件可移动地设置于所述螺杆上，所述螺杆转动以调节两个镜筒组件的相对位置，其中每一个镜筒组件包括：

镜筒本体，所述镜筒本体中设置有透镜，所述镜筒本体具有至少一个第一插接部；

滑动底座，所述滑动底座上设置有至少一个第二插接部，所述第一插接部和第二插接部配合连接以使得处于安装状态下的所述镜筒本体中的透镜位于显示屏的出光侧并且与所述显示屏上的显示区域对应；

和，

直线导轨，所述直线导轨与所述螺杆同向延伸，所述滑动底座穿设在所述直线导轨上且可沿所述直线导轨移动。

2.根据权利要求1所述的瞳距可调节的头戴显示设备，其特征在于，

所述螺杆两端分别对称设置有不同转向的两段螺纹，每段所述螺纹与一个所述滑动底座螺纹连接使所述螺杆转动时两个所述镜筒组件以不同方向移动；

所述头戴显示设备还包括：

蜗轮，所述蜗轮固定设置于所述螺杆上且位于两段螺纹之间；

蜗杆，所述蜗杆与所述蜗轮啮合；

所述蜗杆在手动或者电机驱动下转动，通过所述蜗轮带动所述螺杆转动以调节两个镜筒组件的相对位置。

3.根据权利要求1所述的瞳距可调节的头戴显示设备，其特征在于：

所述第一插接部为形成于所述镜筒本体一侧的插接槽；

所述滑动底座具有：

螺纹通孔，所述螺纹通孔沿第一方向贯通所述滑动底座；

所述第二插接部为形成于所述滑动底座上的插接凸起，所述插接凸起沿第二方向向外伸出，所述第一方向与第二方向相互垂直；

所述插接凸起插入所述插接槽中以使得处于安装状态下的所述镜筒本体中的透镜位于显示屏的出光侧并且与所述显示屏上的显示区域对应。

4.根据权利要求3所述的瞳距可调节的头戴显示设备，其特征在于：

所述滑动底座具有：

导向部，所述导向部对称设置于所述螺纹通孔两侧；

导向通孔，所述导向通孔沿第一方向贯通所述导向部；

所述直线导轨自所述导向通孔中穿过使所述滑动底座可沿所述直线导轨移动。

5.根据权利要求2所述的瞳距可调节的头戴显示设备，其特征在于：

所述头戴显示设备还包括：

基座，所述基座具有：

电机支架，电机安装于所述电机支架外侧，电机的输出轴穿过所述电机支架并与所述蜗杆固定连接，所述蜗杆的第一端与所述电机支架之间设置有第一轴承；和

蜗杆支架，所述蜗杆支架与所述电机支架对应设置，所述蜗杆的第二端与所述蜗杆支架之间设置有第二轴承；

所述螺杆两端分别通过第三轴承和第四轴承与所述基座转动连接。

6.根据权利要求5所述的瞳距可调节的头戴显示设备，其特征在于：

所述直线导轨固定设置于所述基座中。

7.根据权利要求1至6任一项所述的瞳距可调节的头戴显示设备，其特征在于：

处于安装状态下的所述镜筒本体的重心与所述螺杆的轴向中心线之间的垂直距离小于等于所述螺杆直径的两倍。

8.根据权利要求1至6任一项所述的瞳距可调节的头戴显示设备，其特征在于：

所述镜筒组件还包括：

摄像头，所述摄像头设置于所述镜筒本体上，所述摄像头配置为采集用户眼睛的图像信息。

9.根据权利要求8所述的瞳距可调节的头戴显示设备，其特征在于：

所述头戴显示设备还包括：

处理器，所述处理器与所述摄像头通信连接；

所述处理器配置为接收所述摄像头采集的用户眼睛的图像信息，生成并输出驱动信号至电机，电机驱动蜗杆转动，蜗杆通过蜗轮带动所述螺杆转动以将两个镜筒组件调节至目标位置。

10.根据权利要求9所述的瞳距可调节的头戴显示设备，其特征在于：

所述头戴显示设备还包括：

直线位移传感器，所述直线位移传感器配置为检测至少一个镜筒组件的位移量；所述直线位移传感器与所述处理器通信连接。

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