TWI828418B

TWI828418B - 頭戴式顯示裝置與調整模組

Info

Publication number: TWI828418B
Application number: TW111143173A
Authority: TW
Inventors: 解智翔
Original assignee: 宏達國際電子股份有限公司
Priority date: 2022-11-11
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2024-01-01

Abstract

一種頭戴式顯示裝置與調整模組。頭戴式顯示裝置包括本體與二調整模組。兩個調整模組分別用以組裝至本體的兩個變焦透鏡組。每個調整模組包括基座、滑塊、第一形狀記憶合金件、第一復位件、制動件、第二形狀記憶合金件及第二復位件。第一形狀記憶合金件連接於基座與滑塊的致動端之間，用以致動滑塊而由滑塊的傳動端帶動變焦透鏡組變焦。第一復位件連接於基座與致動端之間，用以在第一形狀記憶合金件處於斷電狀態時保持滑塊於原始位置。制動件在制動位置時卡合滑塊的制動端。制動件在可動位置時與制動端分離。第二形狀記憶合金件連接於基座與制動件之間，用以致動制動件在制動位置與可動位置之間運動。第二復位件連接於基座與制動件之間，用以在第二形狀記憶合金件處於斷電狀態時保持制動件於制動位置或可動位置。

Description

頭戴式顯示裝置與調整模組

本發明是有關於一種頭戴式顯示裝置與調整模組，且特別是有關於一種可自動變焦的頭戴式顯示裝置與調整模組。

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。目前頭戴式顯示裝置主要以手動方式對變焦透鏡組進行變焦。然而，使用者不一定能夠手動獲得最佳的變焦效果。

本發明提供一種頭戴式顯示裝置與調整模組，以提供電動變焦的功能。

本發明的頭戴式顯示裝置包括一本體與二調整模組。本體具有對應雙眼的二變焦透鏡組。兩個調整模組分別用以組裝至兩個變焦透鏡組。每個調整模組包括一基座、一滑塊、一第一形狀記憶合金件（shape memory alloy element, SMA element）、一第一復位件、一制動件、一第二形狀記憶合金件及一第二復位件。滑塊具有一致動端、一制動端與一傳動端。第一形狀記憶合金件連接於基座與致動端之間，用以致動滑塊而由傳動端帶動對應的變焦透鏡組變焦。第一復位件連接於基座與致動端之間，用以在第一形狀記憶合金件處於斷電狀態時保持滑塊於一原始位置。制動件在一制動位置時卡合制動端。制動件在一可動位置時與制動端分離。第二形狀記憶合金件連接於基座與制動件之間，用以致動制動件在制動位置與可動位置之間運動。第二復位件連接於基座與制動件之間，用以在第二形狀記憶合金件處於斷電狀態時保持制動件於制動位置或可動位置。

本發明的調整模組用以組裝至該頭戴式顯示裝置的一變焦透鏡組。調整模組包括一基座、一滑塊、一第一形狀記憶合金件、一第一復位件、一制動件、一第二形狀記憶合金件及一第二復位件。滑塊具有一致動端、一制動端與一傳動端。第一形狀記憶合金件連接於基座與致動端之間，用以致動滑塊而由傳動端帶動變焦透鏡組變焦。第一復位件連接於基座與致動端之間，用以在第一形狀記憶合金件處於斷電狀態時保持滑塊於一原始位置。制動件在一制動位置時卡合制動端。制動件在一可動位置時與制動端分離。第二形狀記憶合金件連接於基座與制動件之間，用以致動制動件在制動位置與可動位置之間運動。第二復位件連接於基座與制動件之間，用以在第二形狀記憶合金件處於斷電狀態時保持制動件於制動位置或可動位置。

在本發明的一實施例中，第一形狀記憶合金件與第一復位件分別連接於致動端的相對兩側。

在本發明的一實施例中，傳動端為齒條狀。

在本發明的一實施例中，各調整模組更包括一位置感測器，組裝至基座，用以感測滑塊的位置。

在本發明的一實施例中，制動件具有一樞接端、一第一凸塊與一第二凸塊。第二形狀記憶合金件連接於基座與第一凸塊之間。第二復位件連接於基座與第二凸塊之間。第二形狀記憶合金件通電加熱後收縮以致動制動件朝向可動位置轉動。第二形狀記憶合金件斷電後第二復位件收縮以致動制動件朝向制動位置轉動。

在本發明的一實施例中，第二形狀記憶合金件與第二復位件呈直線狀。

在本發明的一實施例中，第二復位件的材質是形狀記憶合金。

在本發明的一實施例中，制動件具有一定位槽。基座具有一凸塊。制動件在制動位置時，凸塊位於定位槽的一第一端。制動件在可動位置時，凸塊位於定位槽的一第二端。定位槽的一頸部位於第一端與第二端之間。頸部的寬度略小於凸塊的寬度。

基於上述，在本發明的頭戴式顯示裝置與調整模組中，第一形狀記憶合金件可帶動變焦透鏡組變焦，第二形狀記憶合金件可帶動制動件以允許變焦或禁止變焦，以達成電動變焦的目的。

圖1是本發明的一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。請參考圖1，本實施例的頭戴式顯示裝置100包括一本體110與兩個調整模組120。本體110具有對應雙眼的一變焦透鏡組112與一變焦透鏡組114。兩個調整模組120分別用以組裝至變焦透鏡組112與變焦透鏡組114。也就是，一個調整模組120組裝至變焦透鏡組112，而另一個調整模組120組裝至變焦透鏡組114。變焦透鏡組112與變焦透鏡組114可個別獨立地進行變焦。

圖2是圖1的頭戴式顯示裝置100的調整模組120的部分元件的示意圖。圖3是圖1的頭戴式顯示裝置100的調整模組120的另一部分元件的示意圖。請參照圖2與圖3，每個本實施例的調整模組120包括一基座122、一滑塊124、一第一形狀記憶合金件（shape memory alloy element, SMA element）126A、一第一復位件126B、一制動件128、一第二形狀記憶合金件126C及一第二復位件126D。圖2中，省略了位於基座122前方的元件，並將基座122以可透視的狀態呈現，以清楚顯示基座122後方的元件。圖3中，讓基座122以不可透視的狀態呈現，因此無法看到基座122後方的元件。

請參照圖1與圖2，滑塊124具有一致動端124A、一制動端124C與一傳動端124B。第一形狀記憶合金件126A連接於基座122與致動端124A之間，用以致動滑塊124而由傳動端124B帶動對應的變焦透鏡組112或變焦透鏡組114變焦。通電於第一形狀記憶合金件126A可升高其溫度，第一形狀記憶合金件126A的長度也會隨之變化，因此能帶動滑塊124移動。第一復位件126B連接於基座122與致動端124A之間，用以在第一形狀記憶合金件126A處於斷電狀態時保持滑塊124於一原始位置。在此，並不限制原始位置的具體位置，只要是第一形狀記憶合金件126A處於斷電狀態時，滑塊124被第一形狀記憶合金件126A與第一復位件126B同時施力而達到力平衡的位置，就是原始位置。原始位置會受到第一復位件126B與第一形狀記憶合金件126A的材料、尺寸等多種參數的影響而改變。另外，第一復位件126B保持滑塊124於原始位置是指，會使滑塊124具有向原始位置移動且停在原始位置的趨勢。但是，若受到其他外力的作用，例如後續提到的致動件的作用，滑塊124也可能不會到達原始位置。

請參照圖1與圖3，制動件128在一制動位置時卡合制動端124C。圖3中的制動件128就是位於制動位置，其卡合了制動端124C。制動件128在一可動位置時與制動端124C分離，例如是圖7與圖9中的制動件128的位置。實際上，只要制動件128與制動端124C處於分離狀態的位置就是可動位置。第二形狀記憶合金件126C連接於基座122與制動件128之間，用以致動制動件128在制動位置與可動位置之間運動。第二復位件126D連接於基座122與制動件128之間，用以在第二形狀記憶合金件126C處於斷電狀態時保持制動件128於制動位置或可動位置。

舉例而言，在本實施例中，第二形狀記憶合金件126C通電加熱時會收縮而使致動制動件128位於可動位置，第二復位件126D會在第二形狀記憶合金件126C處於斷電狀態時保持制動件128於制動位置。第二復位件126D保持制動件128於制動位置是指，會使制動件128具有向制動位置移動且停在制動位置的趨勢。但是，若受到其他外力的作用，制動件128也可能不會到達可動位置。

在本實施例的頭戴式顯示裝置與調整模組中，變焦透鏡組112與變焦透鏡組114可個別獨立地經由各自搭配的調整模組120進行變焦。因此，當使用者有近視的問題時，可以對變焦透鏡組112與變焦透鏡組114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，也可個別對變焦透鏡組112與變焦透鏡組114進行變焦，讓雙眼都能獲得清晰的影像。此外，因為使用第一形狀記憶合金件126A帶動滑塊124而進行變焦，可以電動的方式進行變焦，具有較佳的精確度。另外，因為使用第二形狀記憶合金件126C帶動制動件128來允許變焦或禁止變焦，所以可以讓變焦透鏡組112與變焦透鏡組114都保持在適合使用者的變焦狀態。

圖4是說明圖1的頭戴式顯示裝置的調整模組與變焦透鏡組的作動的剖面示意圖。圖5是圖4的另一剖面的示意圖。請參照圖4與圖5，在本實施例中，第一形狀記憶合金件126A與第一復位件126B分別連接於致動端124A的相對兩側。當然，第一形狀記憶合金件126A與第一復位件126B也可以連接於致動端124A的同一側或是連接於其他不同的方位，本發明不對此加以限制。在本實施例中，傳動端124B為齒條狀。對應地，變焦透鏡組112的對焦環112A的外部呈齒輪狀，因此傳動端124B可以嚙合變焦透鏡組112的對焦環112A並轉動對焦環112A。

在本實施例中，第一形狀記憶合金件126A通電加熱後收縮以帶動致動端124A。然而，在其他實施例中，第一形狀記憶合金件126A也可以設計成通電加熱後伸長以推動致動端124A。

在圖4與圖5的狀態下，制動件128位於制動位置而卡合了滑塊124的制動端124C。因此，滑塊124無法移動，也就會使變焦透鏡組112的對焦環112A無法轉動，進而讓對焦環112A對應的鏡片112B的位置固定。

圖6是說明圖1的頭戴式顯示裝置的調整模組與變焦透鏡組的作動的另一剖面示意圖。圖7是圖6的另一剖面的示意圖。在圖6與圖7的狀態下，制動件128位於可動位置並與滑塊124分離。因此，滑塊124可以移動，也就能轉動變焦透鏡組112的對焦環112A，進而移動對焦環112A對應的鏡片112B，例如是從如圖5的位置向上移動到如圖7的位置。在其他實施例中，滑塊124也可以帶動變焦透鏡組112中的其他鏡片，以達到變焦的功能。

圖8至圖10是圖1的頭戴式顯示裝置的調整模組的三種狀態的示意圖。請參照圖8，在本實施例中，制動件128具有一樞接端128A、一第一凸塊128B與一第二凸塊128C。制動件128以樞接端128A樞接於基座122，也就是制動件128可以樞接端128A為轉軸相對基座122轉動。第二形狀記憶合金件126C連接於基座122與第一凸塊128B之間。第二復位件126D連接於基座122與第二凸塊128C之間。在本實施例中，第二形狀記憶合金件126C與第二復位件126D呈直線狀，且分別繞過第一凸塊128B與第二凸塊128C，但本發明不限於此。

因此，當第二形狀記憶合金件126C通電加熱而收縮時，會推動第一凸塊128B而使制動件128朝一方向轉動，例如是朝向可以與制動端124C分離的方向轉動。當第二復位件126D通電加熱而收縮時，會推動第二凸塊128C而使制動件128朝另一方向轉動，例如是朝向可以卡合制動端124C的方向轉動。在本實施例中，第二復位件126D的材質是形狀記憶合金，但本發明不限於此。在未繪示的實施例中，也可以在樞接端128A設置扭力彈簧，以取代或是輔助第二復位件126D而提供制動件128扭矩，使其朝向受第二形狀記憶合金件126C制動時相反的方向轉動。

在本實施例中，基座122具有凸塊122A。制動件128更具有一定位槽128D。凸塊122A容納於定位槽128D內，且凸塊122A與定位槽128D兩者可相對移動。定位槽128D具有一第一端128D1、一第二端128D2與一頸部128D3，頸部128D3位於第一端128D1與第二端128D2之間。頸部128D3的寬度略小於凸塊122A的寬度。因此，凸塊122A通過頸部128D3後，便能穩定地留在第一端128D1或第二端128D2。

請參照圖5與圖8，未作動前，制動件128位於制動位置而卡合制動端124C，使得滑塊124無法移動，進而使變焦透鏡組112的對焦環112A對應的鏡片112B的位置固定。制動件128位於制動位置時，凸塊122A位於定位槽128D的第一端128D1。凸塊122A位於定位槽128D的第一端128D1時，頸部128D3可以將凸塊122A卡置於定位槽128D的第一端128D1，以使制動件128定位在制動位置。

請參照圖7與圖9，當使用者輸入了變焦的指令後，例如是讓第二形狀記憶合金件126C通電加熱而收縮，而以一般彈性材料為材質的第二復位件126D受力而彈性伸長，或者以形狀記憶合金為材質的第二復位件126D處於斷電狀態，以便第二形狀記憶合金件126C致動制動件128朝向可動位置轉動。也就是，第二形狀記憶合金件126C會推動第一凸塊128B而使制動件128朝向可以與制動端124C分離的方向轉動。制動件128到達可動位置時，凸塊122A通過頸部128D3而抵達第二端128D2。凸塊122A位於定位槽128D的第二端128D2時，頸部128D3可以將凸塊122A卡置於定位槽128D的第二端128D2，以使制動件128定位在可動位置。

在本實施例中，第二復位件126D也是形狀記憶合金時，頸部128D3的寬度略小於凸塊122A的寬度。因此，凸塊122A通過頸部128D3後，便能穩定地留在第一端128D1或第二端128D2。換言之，當第二形狀記憶合金件126C以及由形狀記憶合金所製成的第二復位件126D斷電後，凸塊122A能穩定地留在第一端128D1或第二端128D2，以節省電力消耗並延長第二形狀記憶合金件126C以及第二復位件126D的使用壽命。

然後，請參照圖6，通電加熱於第一形狀記憶合金件126A而使其縮短，進而帶動滑塊124離開如圖5所示的位置。在滑塊124移動的過程中，也會轉動變焦透鏡組112的對焦環112A，進而移動對焦環112A對應的鏡片112B。滑塊124的移動的停止時機，例如是由使用者根據其觀看到的影像的清晰度來決定。使用者也可以控制滑塊124正向或反向的移動，以便找到能看到最清晰的影像的狀態。或者，滑塊124的移動的停止時機，也可以是由使用者直接輸入其近視度數，並由頭戴式顯示裝置100直接控制滑塊124而讓其停在使用者輸入的近視度數所對應的位置。在本實施例中，每個調整模組120可更包括一位置感測器129(如圖7所示)，組裝至基座122，用以感測滑塊124的位置。因此，頭戴式顯示裝置100可以感測滑塊124是否移動到定位並將其停止在定位。舉例而言，位置感測器129可以是可變電阻器(Variable Resistor)、光學感測器或是霍爾感測器(Hall Sensor)。

請參照圖10，當變焦完成，例如是使第二形狀記憶合金件126C斷電，而以一般彈性材料為材質的第二復位件126D以其彈性恢復力而收縮，或者以形狀記憶合金為材質的第二復位件126D通電加熱而收縮，以致動制動件128朝向制動位置轉動。也就是，第二復位件126D會推動第二凸塊128C而使制動件128朝向可以卡合制動端124C的方向轉動，直到制動件128卡合制動端124C。此時，滑塊124無法移動，因此變焦透鏡組112的對焦環112A對應的鏡片112B（標示於圖5）的位置固定，使用者也能穩定看到清晰的影像。換言之，在本實施例中，在制動位置時，第一形狀記憶合金件126A與第二形狀記憶合金件126C可以斷電，以節省電力消耗並延長使用壽命。

在一實施例中，由使用者直接輸入其近視度數，並由頭戴式顯示裝置100直接控制滑塊124移動。若位置感測器129偵測到滑塊124已經到達目標位置，則使第二形狀記憶合金件126C斷電，以由第二復位件126D致動制動件128朝向制動位置轉動，整個作動即完成。

綜上所述，在本發明的頭戴式顯示裝置與調整模組中，使用者可以電控第一形狀記憶合金件而使變焦透鏡組變焦，還可以電控第二形狀記憶合金件以允許變焦或禁止變焦，可以提高使用上的便利性，也能有較精確的變焦效果。

100:頭戴式顯示裝置 110:本體 112,114:變焦透鏡組 112A:對焦環 112B:鏡片 120:調整模組 122:基座 122A:凸塊 124:滑塊 124A:致動端 124B:傳動端 124C:制動端 126A:第一形狀記憶合金件 126B:第一復位件 126C:第二形狀記憶合金件 126D:第二復位件 128:制動件 128A:樞接端 128B:第一凸塊 128C:第二凸塊 128D:定位槽 128D1:第一端 128D2:第二端 128D3:頸部 129:位置感測器

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調整模組的部分元件的示意圖。圖3是圖1的頭戴式顯示裝置的調整模組的另一部分元件的示意圖。圖4是說明圖1的頭戴式顯示裝置的調整模組與變焦透鏡組的作動的剖面示意圖。圖5是圖4的另一剖面的示意圖。圖6是說明圖1的頭戴式顯示裝置的調整模組與變焦透鏡組的作動的另一剖面示意圖。圖7是圖6的另一剖面的示意圖。圖8至圖10是圖1的頭戴式顯示裝置的調整模組的三種狀態的示意圖。

100:頭戴式顯示裝置

110:本體

112,114:變焦透鏡組

120:調整模組

Claims

一種頭戴式顯示裝置，包括：一本體，具有對應雙眼的二變焦透鏡組；以及二調整模組，分別用以組裝至該些變焦透鏡組，其中各該調整模組包括：一基座；一滑塊，具有一致動端、一制動端與一傳動端；一第一形狀記憶合金件，連接於該基座與該致動端之間，用以致動該滑塊而由該傳動端帶動對應的該變焦透鏡組變焦；一第一復位件，連接於該基座與該致動端之間，用以在該第一形狀記憶合金件處於斷電狀態時保持該滑塊於一原始位置；一制動件，其中該制動件在一制動位置時卡合該制動端，該制動件在一可動位置時與該制動端分離；一第二形狀記憶合金件，連接於該基座與該制動件之間，用以致動該制動件在該制動位置與該可動位置之間運動；以及一第二復位件，連接於該基座與該制動件之間，用以在該第二形狀記憶合金件處於斷電狀態時保持該制動件於該制動位置或該可動位置。
如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一形狀記憶合金件與該第一復位件分別連接於該致動端的相對兩側。
如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該傳動端為齒條狀。
如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中各該調整模組更包括一位置感測器，組裝至該基座，用以感測該滑塊的位置。
如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該制動件具有一樞接端、一第一凸塊與一第二凸塊，該第二形狀記憶合金件連接於該基座與該第一凸塊之間，該第二復位件連接於該基座與該第二凸塊之間，該第二形狀記憶合金件通電加熱後收縮以致動該制動件朝向該可動位置轉動，該第二形狀記憶合金件斷電後該第二復位件收縮以致動該制動件朝向該制動位置轉動。
如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該第二形狀記憶合金件與該第二復位件呈直線狀。
如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該第二復位件的材質是形狀記憶合金。
如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該制動件具有一定位槽，該基座具有一凸塊，該制動件在該制動位置時，該凸塊位於該定位槽的一第一端，該制動件在該可動位置時，該凸塊位於該定位槽的一第二端，該定位槽的一頸部位於該第一端與該第二端之間，該頸部的寬度略小於該凸塊的寬度。
一種調整模組，用以組裝至一頭戴式顯示裝置的一變焦透鏡組，該調整模組包括：一基座；一滑塊，具有一致動端、一制動端與一傳動端；一第一形狀記憶合金件，連接於該基座與該致動端之間，用以致動該滑塊而由該傳動端帶動該變焦透鏡組變焦；一第一復位件，連接於該基座與該致動端之間，用以在該第一形狀記憶合金件處於斷電狀態時保持該滑塊於一原始位置；一制動件，其中該制動件在一制動位置時卡合該制動端，該制動件在一可動位置時與該制動端分離；一第二形狀記憶合金件，連接於該基座與該制動件之間，用以致動該制動件在該制動位置與該可動位置之間運動；以及一第二復位件，連接於該基座與該制動件之間，用以在該第二形狀記憶合金件處於斷電狀態時保持該制動件於該制動位置或該可動位置。
如請求項9所述的調整模組，其中該第一形狀記憶合金件與該第一復位件分別連接於該致動端的相對兩側。
如請求項9所述的調整模組，其中該傳動端為齒條狀。
如請求項9所述的調整模組，更包括一位置感測器，組裝至該基座，用以感測該滑塊的位置。
如請求項9所述的調整模組，其中該制動件具有一樞接端、一第一凸塊與一第二凸塊，該第二形狀記憶合金件連接於該基座與該第一凸塊之間，該第二復位件連接於該基座與該第二凸塊之間，該第二形狀記憶合金件通電加熱後收縮以致動該制動件朝向該可動位置轉動，該第二形狀記憶合金件斷電後該第二復位件收縮以致動該制動件朝向該制動位置轉動。
如請求項9所述的調整模組，其中該第二形狀記憶合金件與該第二復位件呈直線狀。
如請求項9所述的調整模組，其中該第二復位件的材質是形狀記憶合金。
如請求項9所述的調整模組，其中該制動件具有一定位槽，該基座具有一凸塊，該制動件在該制動位置時，該凸塊位於該定位槽的一第一端，該制動件在該可動位置時，該凸塊位於該定位槽的一第二端，該定位槽的一頸部位於該第一端與該第二端之間，該頸部的寬度略小於該凸塊的寬度。