CN101444087B - 头戴式显示器 - Google Patents

Abstract

一种头戴式显示器，包括：其上显示图像的图像显示单元；支撑该图像显示单元并允许调整该图像显示单元的方向的臂；支撑该臂并用于把该头戴式显示器戴到用户上的安置单元；和从臂延伸到相对于图像显示单元的外侧的范围以保护该图像显示单元的保护构件。该图像显示单元位于用户头部和该保护构件之间，其中安置单元被戴在头部。

Description

头戴式显示器

技术领域

本发明涉及一种佩戴在用户头部的头戴式显示器。

背景技术

在相关技术中具有被称为近眼式显示器或者头戴式显示器的便携式显示装置，其被佩戴在用户头部(参见专利参考文献1)。构造该装置使得通过一个显示器臂加以支撑的其显示单元被设置于用户的眼前方。

专利参考文献：日本专利特开2005-215393。

发明内容

本发明要解决的问题

虽然在上述公开文献中公开的显示装置的显示单元被安装为使得其相对于显示器臂的取向能够加以调整，但是该显示单元可能被意外的外力移位到相对于该显示器臂所不希望的位置。

解决问题的手段

根据本发明第一方面的头戴式显示器包括：图像显示单元，在所述图像显示单元处显示图像；臂，所述臂在允许调整所述图像显示单元的取向的同时支撑所述图像显示单元；安置单元，所述安置单元支撑所述臂，并用于把所述头戴式显示器附连到用户；和保护构件，所述保护构件从所述臂延伸出，从而延伸到相对于所述图像显示单元而言的外侧上，以保护所述图像显示单元，其中：所述图像显示单元位于附连有所述安置单元的所述用户的头部和所述保护构件之间。

优选的是：所述图像显示单元位于附连有所述安置单元的所述用户的左眼和右眼中的一只眼的前方；并且所述保护构件设置成延伸到如下位置，在所述位置处，所述保护构件不阻挡所述用户的另一只眼的视野。

优选的是：所述图像显示单元位于附连有所述安置单元的所述用户的左眼和右眼中的一只眼的前方；并且所述保护构件包括延伸部分，所述延伸部分至少朝向位于所述左眼和所述右眼中的另一只眼的前方的另一侧延伸超出所述图像显示单元，朝向顶侧延伸超出所述图像显示单元，或者朝向底侧延伸超出所述图像显示单元。

该延伸部分可以由透明材料组成。

该延伸部分可以朝向所述另一侧延伸，并且可以在所述用户的位于所述另一侧的耳部的附近被支撑。

该延伸部分可以包括鼻垫，所述鼻垫沿着所述用户的鼻部的轮廓延伸，以便当所述鼻垫与所述用户的所述鼻部接触时配合在所述鼻部上。

优选的是：进一步包括设置在所述保护构件处的照度传感器，所述照度传感器检测周围光的照度水平。

优选的是：所述照度传感器设置在大致从离开所述图像显示单元朝向所述用户的图像光轴延伸出的直线上。

本发明的有益效果

根据本发明，保护图像显示单元免于任何意外的外力，并且因此，该图像显示单元的位置不需要频繁地重新调整，从而改善了易用性。

附图说明

图1示意性地图解说明在第一实施例中实现的戴在用户头部的头戴式显示器；

图2示意性地图解说明从斜上方观察图1中的头戴式显示器的前侧时靠近显示器臂的区域；

图3表示可以在保护部分中采用的形状的另一个示例；

图4示意性地图解说明在第二实施例中实现的戴在用户头部的头戴式显示器；

图5示意性地图解说明从斜上方观察图4中的头戴式显示器的前侧时靠近显示器臂的区域；

图6表示可以在保护部分中采用的形状的另一个示例；

图7表示该头戴式显示器的变体1；

图8表示该头戴式显示器的变体2；

图9表示该头戴式显示器的变体3；

图10表示该头戴式显示器的变体4；

图11表示该头戴式显示器的变体5；且

图12表示该头戴式显示器的变体6

具体实施方式

第一实施例

参考图1至图3，介绍根据本发明的头戴式显示器的第一实施例。图1示意性地图解说明在第一实施例中实现的，戴在用户的头部H的头戴式显示器。应注意前、后、左、右、顶和底侧被定义为如图中所示以方便解释。扬声器3被各自安装在头戴式显示器1的弹性连接臂2的两端之一。该连接臂2从顶部(从上方)横跨用户的头部H，以便把该头戴式显示器1牢固地固定在用户的头部H。

臂支撑单元4，其可移位地支撑显示器臂5，被设置在左侧扬声器3。通过该臂支撑单元4支撑的显示器臂5被允许绕着朝向左右延伸的轴线AX1旋转，绕着朝向顶底延伸(沿着与纸面垂直的方向)的轴线AX2旋转(参见箭头42)并前后移动(参见箭头43)。

显示器臂5，从后向前延伸，以从靠近佩戴该头戴式显示器1的用户的耳部的区域朝向用户面部前方的点(用户的眼)的曲线轮廓延伸。如上面所述，靠近显示器臂5的后端的区域可旋转地由臂支撑单元4支撑。在显示器臂5的前端部分，设置支撑图像显示单元20的支撑单元6。

该支撑单元6，其设置在显示器臂5的前端部分以便把该图像显示单元20定位于靠近佩戴该头戴式显示器1的用户的眼的位置，以如下方式支撑该图像显示单元20：图像显示单元20相对于显示器臂5的取向能够被调整。允许该由支撑单元6支撑的图像显示单元20绕支撑单元6向左右旋转(参见箭头61)并沿顶底方向旋转(参见箭头62)。在用户用手握住图像显示单元20并绕该支撑单元6移动该图像显示单元20时，图像显示单元20相对于显示器臂5的取向被调整。一旦用户放开该图像显示单元20，即，一旦以之来移位该图像显示单元20的外力停止作用，该图像显示单元20通过该支撑单元6相对于显示器臂5被锁定。

通过相对于臂支撑单元4移位显示器臂5并相对于支撑单元6移位或调整图像显示单元20的取向，能够调整图像显示单元20的位置以便把图像显示单元20的显示单元直接设置在佩戴该头戴式显示器1的用户的眼的前方。

图像显示单元20包括显示装置22，把在显示装置22上显示的图像引导到用户的眼的光学***23和容纳显示装置22和光学***23的显示器外壳25。

图2示意性地图解说明当从斜上方观察该头戴式显示器的前侧时靠近头戴式显示器1的显示器臂5的区域。如图1和2中所示，该显示器臂5进一步延伸超出该支撑单元6，并且显示器臂的延伸部分构成保护部分7。该保护部分7是防止图像显示单元20相对于显示器臂5的任何不希望的移位的保护构件，否则可能在用户的手或者其它移动物体无意接触到该图像显示单元20时由意外的外力引起该移位。

该显示部分7，由从靠近用户耳部的区域朝向用户面部前方的点弯曲的显示器臂5的延伸部分组成，在图像显示单元20前方朝向右侧延伸。因而，图像显示单元20位于保护部分7和用户头部H之间。因为保护部分7用于保护该图像显示单元20免于意外的外力，沿着左右方向的前端(保护部分7的右端)将与图像显示单元20的右端对准或者被进一步设置为相对于图像显示单元20的右端更为向右。换言之，希望长度L是0或者更大，保护部分7的部分(延伸部分)7a以该长度L进一步延伸到相对于图像显示单元20的右端的右侧。

如前所述，该保护部分7由显示器臂5的延伸部分组成，并且因而，沿着顶底方向测量的保护部分7的尺寸大致等于沿着顶底方向测量的显示器臂5的尺寸。如果沿着顶底方向的显示器臂5的尺寸小于沿着顶底方向测量的图像显示单元20的尺寸，图像显示单元20的顶表面和底表面将沿着顶底方向突出超过保护部分7的顶端表面和底端表面，如图2中所示。因此，为了保护图像显示单元20免于意外的外力，沿顶底方向测量的该保护部分7的尺寸可以被设置为大于沿顶底方向测量的图像显示单元20尺寸，如图3中所示。即，保护部分7可以包括至少朝向右侧、顶侧或底侧超出图像显示单元20延伸的延伸部分7a。

照度传感器8被设置在保护部分7的前表面。该照度传感器8检测在周围环境中的光的水平并把表示检测到的照度的信号输出至控制在显示装置22上的显示的控制装置(未示出)。该控制装置(未示出)基于从照度传感器8提供的检测信号调整在显示装置22处显示的图像的亮度。因而，因为在显示装置22处显示的图像的亮度相应于周围环境中的照度而改变，提供给用户高度可视性的图像。

希望的是，照度传感器8被设置在其能够准确检测周围光的水平的位置，其用于对应于在周围环境中的照度确定在显示装置22上显示的图像的亮度。因此，该照度传感器8设置在保护部分7的前表面，即使当在本实施例的头戴式显示器1中图像显示单元20的取向被调整时其保持固定。以这种方式，在周围环境中光的水平能够被可靠地检测而不被图像显示单元20的任何位置调整所影响。

另外，照度传感器8被设置在直线AX3上，该线从观察显示于在图1所示实施例中实现的头戴式显示器1中图像显示单元20上的图像的用户的眼(左眼EL)的视线延伸。即，该照度传感器8设置在大致从离开图像显示单元20朝向用户的图像光轴延伸出的直线上。以这种方式，主要对相对于用户的前方，即沿着基本不用于观察显示在图像显示单元20上的图像的眼(右眼ER)的视线延伸的方向，检测在周围环境中的光的水平。因此，允许左眼和右眼以相似的亮度水平可视地感知目标对象。

注意该头戴式显示器1采用允许以左眼或者右眼观察在图像显示单元20上显示的图像的结构。例如，该头戴式显示器1可以如图1所示加以设置以允许用户以他的左眼EL观察在图像显示单元20显示的图像。另外，通过在使显示器臂5绕轴线AX1向图的左侧即朝向图1中头部H的后方旋转并切换头戴式显示器1的左侧和右侧(前侧和后侧)的情况下戴上头戴式显示器1，用户能够以他的右眼ER观察在图像显示单元20处显示的图像。

利用在上述第一实施例中的头戴式显示器，能够实现以下操作效果。

(1)利用显示器臂5的延伸部分而形成的保护部分7保护位于保护部分7和用户的头部H之间的图像显示单元20。因为该保护部分保护图像显示单元20免于意外的外力，图像显示单元20的取向不需要频繁地重新调整，确保了更好的方便性。

(2)至少朝向移动离开显示器臂5的一侧、朝向顶侧或底侧进一步延伸超出图像显示单元20的延伸部分7a有效地保护图像显示单元20免于意外的外力。因而，图像显示单元20的位置不需要频繁地重新调整。

(3)通过设置在保护部分7的照度传感器8，周围光的水平能够可靠地加以检测，不被图像显示单元20的取向的任何调整所影响，并且因此，向用户提供可辨别的图像。另外，因为照度传感器8设置在大致从离开图像显示单元20朝向用户的图像光轴延伸出的直线上，所以主要在用户前方的区域主要沿着用户的一只眼的视线检测周围的光线，其中不以这只眼观察在图像显示单元20显示的图像。结果，允许用户的左眼和右眼在大致相等的亮度水平上感知目标对象，并且用户的眼不会过于疲劳，即使是在经过长时间观察在图像显示单元20上的图像之后。

第二实施例

参照图4至6介绍根据本发明的头戴式显示器的第二实施例。下面的解释集中于与第一实施例的不同，相对应的参考标号被分配给与第一实施例中类似的部件。第二实施例的类似于第一实施例中的特征不具体介绍。图4示意性地图解说明在第二实施例中实现的戴在用户的头部H处的头戴式显示器。

在第二实施例中的头戴式显示器101包括可移位地支撑显示器臂15的臂支撑单元4，一个臂支撑单元4设置在左侧扬声器3处，而另一个臂支撑单元4设置在右侧扬声器3处。该显示器臂15通过两个臂支撑单元4加以支撑。允许由臂支撑单元4支撑的显示器臂15绕着向左右延伸的轴线AX1旋转(参见箭头41)并如箭头43所示前后移动。

显示器臂15大致在围绕用户头部H的半圆中经过佩戴该头戴式显示器101的用户的面部(眼)前方的点延伸。其通过靠近左端和右端的左侧臂支撑单元4和右侧臂支撑单元4可移位地支撑。支撑图像显示单元20的支撑单元6被设置在显示器臂15的前面部分。

通过相对于该臂支撑单元4移位显示臂15并且相对于支撑单元6移位图像显示单元20，能够调整图像显示单元20的位置以便把图像显示单元20的显示单元直接设置在佩戴头戴式显示器101的用户的眼的前方。

应注意的是，头戴式显示器101采用允许在图像显示单元20显示的图像以左眼或右眼被观察的结构。例如，头戴式显示器101可以如图4所示加以设置，以便允许用户以其左眼EL观察在图像显示单元20显示的图像。另外，通过在使显示器臂5绕轴线AX1向图4中的左侧即朝向图4中头部H的后方旋转并切换头戴式显示器1的左侧和右侧(前侧和后侧)的情况下戴上头戴式显示器1，用户能够以其右眼ER观察在图像显示单元20处显示的图像。

图5示意性地图解说明在从斜上方观察其前侧时靠近头戴式显示器101的显示器臂15的区域。如图4和5中所示，显示器臂15在图像显示单元20前方的位置向左右延伸。即，处在图像显示单元20前方靠近该图像显示单元20的显示器臂15部分起到保护构件的作用，其防止图像显示单元20不希望的移位，与之前参照第一实施例介绍的保护部分7作用一样。按照上面介绍的加以构造的头戴式显示器101的图像显示单元20位于用户的左眼或者右眼(左眼)的前方，且从支撑单元6朝向另一侧(右侧)延伸的保护构件的延伸部分在另一侧(右侧)的用户耳部附近加以支撑。在下面的介绍中，该延伸部分被称为保护部分17。

在第二实施例中，在头戴式显示器101中的保护部分17延伸到比第一实施例中的头戴式显示器1的保护部分更宽的区域，有效地保护用户的面部以及图像显示单元20免于意外的外力。另外，由于显示器臂15通过左侧臂支撑单元4和右侧臂支撑单元4支撑，在具有良好的稳固性的情况下，在用户的眼的前侧定位该图像显示单元20。

保护部分17由显示器臂15的一部分组成，并且因而，沿着顶/底方向测量的保护部分17的尺寸，大致等于沿着该顶底方向测量的显示器臂15的尺寸。如果沿着顶/底方向的显示器臂15的尺寸小于沿着顶底方向测量的图像显示单元20的尺寸，图像显示单元20的顶表面和底表面将沿着顶底方向突出超过保护部分17的顶端表面和底端表面，如图5中所示。因此，为了可靠地保护图像显示单元20免于意外的外力，沿着顶底方向测量的该保护部分17的尺寸可以被设置为大于沿着顶底方向测量的图像显示单元20的尺寸。即，保护部分17可以包括至少朝着顶侧或者底侧超出图像显示单元20而延伸的延伸部分17a。

照度传感器8被设置在保护部分17的前表面。如图4中所示，该照度传感器8被设置在延伸线AX3上，该线从用户的一只眼(左眼EL)的视线延伸，在本实施例实现的头戴式显示器101中以该只眼观察在图像显示单元20显示的图像。

除了第一实施例的操作效果，通过上面介绍的第二实施例中的头戴式显示器能够实现下面的操作效果。

(1)图像显示单元20位于用户的左眼或者右眼的前方(图4中的左眼)，且由从支撑单元6进一步朝向另一侧(在图4中的右侧)延伸的延伸部分组成的保护构件在另一侧(图4中的右侧)在靠近用户的耳部处被支撑。该结构使得有效地保护图像显示单元20免于任何意外的外力，并且图像显示单元20的位置不需要频繁地重新调整，进一步改进了易用性。

(2)因为显示器臂15通过设置在左侧和右侧的两个臂支撑单元4支撑，图像显示单元20以高水平的稳定性位于用户的眼的前方，允许用户更容易地观看在图像显示单元20显示的图像。

变体

(1)虽然在上述第一实施例中实现的头戴式显示器1中的保护部分7的右侧与图像显示单元20的右端对准或者进一步延伸到超出图像显示单元20右端的右侧，本发明不限于本实施例。例如，保护部分的右端可以被设置以便尽管用户右眼ER的视野的左侧可能被图像显示单元20所阻挡，其不被保护部分7的右端所阻挡。即，保护部分7的右端相对于用户的右眼ER的视野可以被设置得更靠左侧，所述视野被图像显示单元20所阻挡。

这种结构确保了右眼ER的最大视野，右眼ER不用于观看在图像显示单元20中显示的图像。应注意的是，在图7中的点划线F1表示当用户的右眼ER的视野被图像显示单元20的右端所阻挡时视线延伸的方向。即，用户能够以他的右眼ER在相对于点划线F1更靠右的范围上观察周围的环境，而没有图像显示单元20阻挡视野。

另外，如图8中所示，进而延长到相对于点划线F1的右侧的保护部分7的右端(延伸部分)7b可以由透明材料组成。该结构确保右眼ER的充足的视野，并且，同时，有效地保护图像显示单元20免于意外的外力。

作为另一个替换例，第二实施例中的头戴式显示器101中的保护部分17的存在于右眼ER的视野内的部分可以由透明构件材料组成，如图9中所示。即，保护部分17的一部分17a，处于点划线F1和表示右眼ER的视野右端的点划线F2之间的区域，可以由透明材料组成以便最大化右眼ER视野。

(2)在上述第一实施例中实现的头戴式显示器1中的保护部分7的右端保持不被支撑，本发明不限于该示例。例如，可以在保护部分7的右端设置鼻垫30，如图10中所示，以便以用户的鼻部通过该鼻垫30支撑保护部分7的右端。应注意，鼻垫30的一端应该通过在保护部分7的右端的支撑部分31被可旋转地支撑。该结构允许鼻垫30沿着图纸上的水平方向绕着在保护部分7的右端的支撑部分31旋转，如箭头31a所示。另外，与用户鼻部相接触的接触部分32被设置在鼻垫30的另一端。如图10所示，该鼻垫30的另一端采用与鼻部的轮廓相一致的轮廓以便在该接触部分32与用户鼻部相接触时固定在鼻部上。

(3)虽然上述第一实施例中实现的头戴式显示器1中的保护部分7由显示器臂5的延伸部分组成，所述显示器臂5的延伸部分以曲线轮廓从靠近用户耳部的区域朝向用户面部前方的点延伸，但是本发明不限于该示例。例如，显示器臂5可以在前侧分支为两个分离的部分，该图像显示单元20可以被安装在分支之一上，即分支51，而可以使另一分支52延伸到图像显示单元20的前方以起到保护部分7的作用，如图11中所示。

在第二实施例中的头戴式显示器101也考虑相似的变体。即，可以形成在特定位置从显示器臂15中分出的分支151，且图像显示单元20可以被安装在分支151上，如图12中所示。

(4)上述各个实施例和变体的特征可以被组合采用。

注意的是，本发明无论如何不以任何方式限于上述实施例，并且可以在采用各种结构中的任一种的头戴式显示器中所采用，只要它包括其中显示图像的图像显示单元，该单元被支撑以便其相对于臂的取向能够被调整，能够被附连到用户并支撑该臂的安置单元以及从该臂延伸到相对于图像显示单元的外侧以保护该图像显示单元的保护构件，图像显示单元位于保护构件和用户头部之间。

如上所述，该图像显示单元被保护免于任何意外的外力，并且因此，该图像显示单元的位置不需要频繁地重新调整，通过采用本发明的实施例的任何一个及其任何变体，改善了易用性。

虽然通过参照附图，关于其优选实施例本发明已经被具体地加以示出和介绍，但是本发明不限于这些示例，并且本领域技术人员将会理解可以在形式和细节上做出各种变化而不脱离本发明的范围和教导。

以下优先权申请的公开内容以参考的形式结合于此：

提交于2006年5月9日的日本专利申请No.2006-129855。

Claims (8)

1.一种头戴式显示器，包括：

图像显示单元，在所述图像显示单元处显示图像；

臂，所述臂在允许调整所述图像显示单元的取向的同时支撑所述图像显示单元；

安置单元，所述安置单元支撑所述臂，并用于把所述头戴式显示器附连到用户；和

保护构件，所述保护构件从所述臂延伸出，从而延伸到相对于所述图像显示单元而言的外侧上，以保护所述图像显示单元，其中：

所述图像显示单元位于附连有所述安置单元的所述用户的头部和所述保护构件之间；

所述臂和所述保护构件形成为一体单元；并且

所述图像显示单元能相对于所述臂在两个方向上转动。

2.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中：

所述图像显示单元位于附连有所述安置单元的所述用户的左眼和右眼中的一只眼的前方；并且

所述保护构件设置成延伸到如下位置，在所述位置处，所述保护构件不阻挡所述用户的另一只眼的视野。

3.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中：

所述图像显示单元位于附连有所述安置单元的所述用户的左眼和右眼中的一只眼的前方；并且

所述保护构件包括延伸部分，所述延伸部分至少朝向位于所述左眼和所述右眼中的另一只眼的前方的另一侧延伸超出所述图像显示单元，朝向顶侧延伸超出所述图像显示单元，或者朝向底侧延伸超出所述图像显示单元。

4.根据权利要求3所述的头戴式显示器，其中：

所述延伸部分由透明材料组成。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的头戴式显示器，其中：

所述延伸部分朝向所述另一侧延伸，并且在所述用户的位于所述另一侧的耳部的附近被支撑。

6.根据权利要求3或权利要求4所述的头戴式显示器，其中：

所述延伸部分包括鼻垫，所述鼻垫沿着所述用户的鼻部的轮廓延伸，以便当所述鼻垫与所述用户的所述鼻部接触时配合在所述鼻部上。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的头戴式显示器，进一步包括：

设置在所述保护构件处的照度传感器，所述照度传感器检测周围光的照度水平。

8.根据权利要求7所述的头戴式显示器，其中：

所述照度传感器设置在从离开所述图像显示单元朝向所述用户的图像光轴延伸出的直线上。

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