TWI821090B - 頭戴式顯示裝置與變焦透鏡模組 - Google Patents

頭戴式顯示裝置與變焦透鏡模組 Download PDF

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一種頭戴式顯示裝置與變焦透鏡模組。變焦透鏡模組包括一第一固定框、一弧形變焦環、一第二固定框以及一第一非圓形透鏡。第一固定框具有相連的一弧形段與一非弧形段。弧形段具有一開槽。弧形變焦環設置於弧形段的內側且可在弧形段的周向上滑動。弧形變焦環的外側具有一滑桿。弧形變焦環的內側具有一導塊。滑桿穿過開槽且適於沿開槽滑動。第二固定框設置於第一固定框及弧形變焦環的內側且可在弧形段的軸向上滑動。第二固定框的外側具有一導軌。導塊嵌入導軌且適於沿導軌滑動。第一非圓形透鏡設置於第二固定框的內側。弧形變焦環在弧形段的周向上滑動時，導塊帶動第二固定框在弧形段的軸向上滑動。

Description

頭戴式顯示裝置與變焦透鏡模組
本發明是有關於一種顯示裝置與透鏡模組，且特別是有關於一種頭戴式顯示裝置與變焦透鏡模組。
隨著當前科技快速進步，頭戴式顯示裝置的種類及功能也日趨多樣化。以眼罩型式的頭戴式顯示裝置為例，當使用者配戴此類裝置後，頭戴式顯示裝置內部的陀螺儀及位置追蹤器會追蹤使用者移動的狀態以投放對應的場景畫面，提供使用者有如位於虛擬世界中的體驗。
在使用頭戴式顯示裝置時，由於每個使用者的近視度數不同，所以頭戴式顯示裝置內可提供兩個變焦透鏡模組以適用不同的使用者，以使每個使用者都能得到最佳的使用體驗。目前，都是以轉動圓形變焦環而帶動組裝在變焦環內的圓形透鏡的邊轉動邊移動的方式進行變焦。但是，當為了增加可視角度而加大透鏡的面積後，變焦透鏡模組壓迫到使用者的鼻子的可能性也增加了。如果為了解決此問題而削除變焦透鏡模組靠近使用者的鼻子的部分，將導致變焦環因為呈現非圓形而無法轉動。
本發明提供一種頭戴式顯示裝置與變焦透鏡模組，能夠解決非圓形變焦環無法進行變焦的問題。
本發明的頭戴式顯示裝置包括一本體、一固定裝置與二變焦透鏡模組。本體具有對應雙眼的二顯示器。固定裝置適於將本體固定於一使用者頭部。各變焦透鏡模組包括一第一固定框、一弧形變焦環、一第二固定框以及一第一非圓形透鏡。第一固定框具有相連的一弧形段與一非弧形段。弧形段具有一開槽。弧形變焦環設置於弧形段的內側且可在弧形段的周向上滑動。弧形變焦環的外側具有一滑桿。弧形變焦環的內側具有一導塊。滑桿穿過開槽且適於沿開槽滑動。第二固定框設置於第一固定框及弧形變焦環的內側且可在弧形段的軸向上滑動。第二固定框的外側具有一導軌。導塊嵌入導軌且適於沿導軌滑動。第一非圓形透鏡設置於第二固定框的內側。弧形變焦環在弧形段的周向上滑動時，導塊帶動第二固定框在弧形段的軸向上滑動。
本發明的變焦透鏡模組包括一第一固定框、一弧形變焦環、一第二固定框以及一第一非圓形透鏡。第一固定框具有相連的一弧形段與一非弧形段。弧形段具有一開槽。弧形變焦環設置於弧形段的內側且可在弧形段的周向上滑動。弧形變焦環的外側具有一滑桿。弧形變焦環的內側具有一導塊。滑桿穿過開槽且適於沿開槽滑動。第二固定框設置於第一固定框及弧形變焦環的內側且可在弧形段的軸向上滑動。第二固定框的外側具有一導軌。導塊嵌入導軌且適於沿導軌滑動。第一非圓形透鏡設置於第二固定框的內側。弧形變焦環在弧形段的周向上滑動時，導塊帶動第二固定框在弧形段的軸向上滑動。
在本發明的一實施例中，各變焦透鏡模組更包括一第三固定框與一第二非圓形透鏡。第一固定框設置於第三固定框的內側。第二非圓形透鏡設置於第一固定框與第三固定框之間。
在本發明的一實施例中，各變焦透鏡模組更包括一第三非圓形透鏡。第三非圓形透鏡設置於第二固定框的內側。
在本發明的一實施例中，非弧形段呈直線狀。
在本發明的一實施例中，導塊的數量是多個，且導軌的數量對應導塊的數量。
在本發明的一實施例中，弧形段的內側具有一凹槽。弧形變焦環設置於凹槽內且可沿凹槽滑動。
在本發明的一實施例中，變焦透鏡模組的整體呈D形。
基於上述，在本發明的頭戴式顯示裝置與變焦透鏡模組中，使用非圓形的弧形變焦環在周向上滑動而帶動非圓形透鏡在軸向上滑動，達成變焦的目的。
圖1是本發明的一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。圖2是圖1的頭戴式顯示裝置的變焦透鏡模組與顯示器的拆解狀態示意圖。請參考圖1及圖2，本實施例的頭戴式顯示裝置50包括一本體52、一固定裝置54與兩個變焦透鏡模組100。本體52具有對應雙眼的兩個顯示器52A。固定裝置54適於將本體52固定於一使用者頭部。每個變焦透鏡模組100包括一第一固定框110、一弧形變焦環120、一第二固定框130以及一第一非圓形透鏡140。
在本實施例中，主機52是一頭戴式顯示器，例如可應用於虛擬實境系統（virtual reality system）、擴增實境系統（augmented reality system）或混合實境系統（mixed reality system）等領域。除了變焦透鏡模組100之外，主機52也可包括其他光學系統以及保護外殼等構件。本實施例的固定裝置54是鏡腳，但在其他實施例中的固定裝置也可以是頭帶或其他固定裝置，用以將本體52固定於使用者頭部。
圖3是圖2的第一固定框與弧形變焦環的組裝狀態的示意圖。請參考圖2與圖3，第一固定框110具有相連的一弧形段112與一非弧形段114。本實施例中，弧形段112的兩端分別連接非弧形段114的兩端，使得第一固定框110呈現封閉的環狀。弧形段112具有一開槽S10。弧形變焦環120設置於弧形段112的內側且可在弧形段112的周向D10上滑動。也就是說，弧形變焦環120的弧度基本上與弧形段112的弧度一致。本實施例中，弧形變焦環120的長度比弧形段112的長度短，以便弧形變焦環120可在弧形段112的周向D10上滑動。弧形變焦環120的外側具有一滑桿122。弧形變焦環120的外側是朝向弧形段112的內側的一側，也就是弧形段112的內側是朝向弧形變焦環120的外側的一側。換言之，弧形變焦環120的外側與弧形段112的內側相鄰。弧形變焦環120的內側具有一導塊124。滑桿122穿過開槽S10且適於沿開槽S10滑動。因此，從弧形段112的外側就可以接觸並帶動滑桿122沿開槽S10滑動，並同步帶動弧形變焦環120在弧形段112的周向D10上滑動。
圖4是圖1的頭戴式顯示裝置的變焦透鏡模組與顯示器的組裝狀態示意圖。圖5是圖4移除第三固定框後的示意圖。圖5中以透視的方式呈現弧形變焦環120，以便清楚看到弧形變焦環120與第二固定框130的結合方式。請參考圖4與圖5，第二固定框130設置於第一固定框110及弧形變焦環120的內側，且第二固定框130可在弧形段112的軸向D20上滑動。換句話說，第一固定框110及弧形變焦環120都位於第二固定框130的外側。第二固定框130的外側具有一導軌132。導塊124嵌入導軌132且適於沿導軌132滑動。第二固定框130的外側是朝向弧形變焦環120的內側的一側，也就是弧形變焦環120的內側是朝向第二固定框130的外側的一側。換言之，第二固定框130的外側與弧形變焦環120的內側相鄰。第一非圓形透鏡140設置於第二固定框130的內側。
圖6是圖4的第一非圓形透鏡與第二固定框徑向移動後的示意圖。圖7是圖6移除第三固定框後的示意圖。請參考圖4與圖6，當滑桿122沿開槽S10滑動時，因為開槽S10是沿著弧形段112的周向D10延伸，因此弧形變焦環120只會在弧形段112的周向D10上滑動，且弧形變焦環120在弧形段112的軸向D20上並不會移動。但是，導軌132除了沿著弧形段112的周向D10延伸之外，導軌132在弧形段112的軸向D20上的位置也逐漸變化。因此，當弧形變焦環120在弧形段112的周向D10上滑動時，導塊124會推動導軌132的壁面而帶動第二固定框130在弧形段112的軸向D20上滑動。也就是，只要接觸並帶動滑桿122沿開槽S10滑動，就可以讓設置於第二固定框130的第一非圓形透鏡140在弧形段112的軸向D20上滑動。如此一來，就能調整第一非圓形透鏡140與顯示器52A之間的距離，達成變焦的目的。
在本實施例的頭戴式顯示裝置50與變焦透鏡模組100中，不僅可採用非圓形的第一非圓形透鏡140而使得變焦透鏡模組100靠近使用者的鼻子的一側得以削減，進而得以加大透鏡的面積而增加可視角度，也還是保有變焦的功能。
請再參考圖2，在本實施例中，每個變焦透鏡模組100可更包括一第三固定框150與一第二非圓形透鏡160。第一固定框110設置於第三固定框150的內側。第一固定框110的外側是朝向第三固定框150的內側的一側，也就是第三固定框150的內側是朝向第一固定框110的外側的一側。換言之，第一固定框110的外側與第三固定框150的內側相鄰。第二非圓形透鏡160設置於第一固定框110與第三固定框150之間。在未繪示的實施例中，第一固定框110與第三固定框150之間也可以設置更多透鏡。
在本實施例中，非弧形段114呈直線狀。本實施例的變焦透鏡模組100的整體大致呈D形，而第一固定框110、第二固定框130以及第一非圓形透鏡140也都大致呈D形，但本發明不以此為限。兩個變焦透鏡模組100的缺角是彼此相對的，或者說兩者的缺角都對應使用者的鼻子。此外，弧形變焦環120的整體大致呈C形，但本發明不以此為限。
在本實施例中，每個變焦透鏡模組100可更包括一第三非圓形透鏡170。第三非圓形透鏡170設置於第二固定框130的內側。在未繪示的實施例中，第二固定框130內也可以設置更多透鏡。
此外，在本實施例的頭戴式顯示裝置50中，兩個變焦透鏡模組100可個別獨立地進行變焦。當使用者有近視的問題時，可以對變焦透鏡模組100進行變焦，以獲得清晰的影像。並且，即使使用者的雙眼的近視度數不同，也可個別對兩個變焦透鏡模組100進行不同程度的變焦，讓雙眼都能獲得清晰的影像。
請再參考圖3，在本實施例中，弧形段112的內側具有一凹槽112A。弧形變焦環120設置於凹槽112A內且可沿凹槽112A滑動。凹槽112A可限制弧形變焦環120的滑動方向，以避免弧形變焦環120脫離第一固定框110。
請再參考圖5，在本實施例中，導塊124的數量是多個，且導軌132的數量對應導塊124的數量。導軌132的數量多一點且盡量平均分布在整個第二固定框130上，可以使得第二固定框130相對第一固定框110滑動時更為平順。
綜上所述，在本發明的頭戴式顯示裝置與變焦透鏡模組中，變焦環是弧形的且只需要在固定框的弧形段的周向上滑動，不需要使用完整的圓型的變焦環。因此，可以削減變焦透鏡模組靠近使用者的鼻子的一側，進而允許透鏡的面積加大而增加可視角度，同時還具有變焦的功能。
50:頭戴式顯示裝置 52:本體 52A:顯示器 54:固定裝置 100:變焦透鏡模組 110:第一固定框 112:弧形段 112A:凹槽 114:非弧形段 120:弧形變焦環 122:滑桿 124:導塊 130:第二固定框 132:導軌 140:第一非圓形透鏡 150:第三固定框 160:第二非圓形透鏡 170:第三非圓形透鏡 S10:開槽 D10:周向 D20:軸向
圖1是本發明的一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。 圖2是圖1的頭戴式顯示裝置的變焦透鏡模組與顯示器的拆解狀態示意圖。 圖3是圖2的第一固定框與弧形變焦環的組裝狀態的示意圖。 圖4是圖1的頭戴式顯示裝置的變焦透鏡模組與顯示器的組裝狀態示意圖。 圖5是圖4移除第三固定框後的示意圖。 圖6是圖4的第一非圓形透鏡與第二固定框徑向移動後的示意圖。 圖7是圖6移除第三固定框後的示意圖。
52A:顯示器
100:變焦透鏡模組
110:第一固定框
112:弧形段
112A:凹槽
114:非弧形段
120:弧形變焦環
122:滑桿
124:導塊
130:第二固定框
132:導軌
140:第一非圓形透鏡
150:第三固定框
160:第二非圓形透鏡
170:第三非圓形透鏡
S10:開槽
D10:周向
D20:軸向

Claims (14)

  1. 一種頭戴式顯示裝置，包括： 一本體，具有對應雙眼的二顯示器； 一固定裝置，適於將該本體固定於一使用者頭部； 二變焦透鏡模組，組裝至該本體且分別對應該些顯示器，其中各該變焦透鏡模組包括： 一第一固定框，具有相連的一弧形段與一非弧形段，其中該弧形段具有一開槽； 一弧形變焦環，設置於該弧形段的內側且可在該弧形段的周向上滑動，其中該弧形變焦環的外側具有一滑桿，該弧形變焦環的內側具有一導塊，該滑桿穿過該開槽且適於沿該開槽滑動； 一第二固定框，設置於該第一固定框及該弧形變焦環的內側且可在該弧形段的軸向上滑動，其中該第二固定框的外側具有一導軌，該導塊嵌入該導軌且適於沿該導軌滑動；以及 一第一非圓形透鏡，設置於該第二固定框的內側，其中該弧形變焦環在該弧形段的周向上滑動時，該導塊帶動該第二固定框在該弧形段的軸向上滑動。
  2. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中各該變焦透鏡模組更包括一第三固定框與一第二非圓形透鏡，該第一固定框設置於該第三固定框的內側，該第二非圓形透鏡設置於該第一固定框與該第三固定框之間。
  3. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中各該變焦透鏡模組更包括一第三非圓形透鏡，該第三非圓形透鏡設置於該第二固定框的內側。
  4. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該非弧形段呈直線狀。
  5. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該導塊的數量是多個，且該導軌的數量對應該導塊的數量。
  6. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該弧形段的內側具有一凹槽，該弧形變焦環設置於該凹槽內且可沿該凹槽滑動。
  7. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中各該變焦透鏡模組的整體呈D形。
  8. 一種變焦透鏡模組，包括： 一第一固定框，具有相連的一弧形段與一非弧形段，其中該弧形段具有一開槽； 一弧形變焦環，設置於該弧形段的內側且可在該弧形段的周向上滑動，其中該弧形變焦環的外側具有一滑桿，該弧形變焦環的內側具有一導塊，該滑桿穿過該開槽且適於沿該開槽滑動； 一第二固定框，設置於該第一固定框及該弧形變焦環的內側且可在該弧形段的軸向上滑動，其中該第二固定框的外側具有一導軌，該導塊嵌入該導軌且適於沿該導軌滑動；以及 一第一非圓形透鏡，設置於該第二固定框的內側，其中該弧形變焦環在該弧形段的周向上滑動時，該導塊帶動該第二固定框在該弧形段的軸向上滑動。
  9. 如請求項8所述的變焦透鏡模組，更包括一第三固定框與一第二非圓形透鏡，該第一固定框設置於該第三固定框的內側，該第二非圓形透鏡設置於該第一固定框與該第三固定框之間。
  10. 如請求項8所述的變焦透鏡模組，更包括一第三非圓形透鏡，該第三非圓形透鏡設置於該第二固定框的內側。
  11. 如請求項8所述的變焦透鏡模組，其中該非弧形段呈直線狀。
  12. 如請求項8所述的變焦透鏡模組，其中該導塊的數量是多個，且該導軌的數量對應該導塊的數量。
  13. 如請求項8所述的變焦透鏡模組，其中該弧形段的內側具有一凹槽，該弧形變焦環設置於該凹槽內且可沿該凹槽滑動。
  14. 如請求項8所述的變焦透鏡模組，其中該變焦透鏡模組的整體呈D形。
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