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TWI622803B - 頭戴式顯示裝置 - Google Patents

頭戴式顯示裝置 Download PDF

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TWI622803B
TWI622803B TW105127923A TW105127923A TWI622803B TW I622803 B TWI622803 B TW I622803B TW 105127923 A TW105127923 A TW 105127923A TW 105127923 A TW105127923 A TW 105127923A TW I622803 B TWI622803 B TW I622803B
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陳俊隆
曾群運
游原朋
戴宏勳
林博暉
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廣達電腦股份有限公司
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Abstract

一種頭戴式顯示裝置包含一穿戴裝置、一顯示主機及一樞軸結構。此顯示主機包含一罩體及一顯示容置部。此顯示容置部連接罩體之一側。此罩體具有一透光區與一容納空間，且此透光區介於此容納空間與此顯示容置部之間。此樞軸結構可樞轉地連接此罩體與此穿戴裝置。

Description

頭戴式顯示裝置
本發明有關於一種顯示裝置，尤指一種頭戴式顯示裝置。
隨著科技之進步，市面上出現了可供虛擬實境(virtual reality，VR)之用的頭戴式顯示裝置。頭戴式顯示裝置可供使用者觀賞藉由電腦模擬所產生之三維空間的虛擬世界，並能在使用者移動時，及時提供虛擬世界對應新視角的虛擬影像，增強使用者的真實世界觀看經驗。
然而，當使用者暫不使用頭戴式顯示裝置時，使用者必須摘下頭戴式顯示裝置，才能將視線方向自虛擬視野轉移至現實視野。如此，造成使用者的不便，也降低使用者的使用意願。
本發明之一目的在於提供一種頭戴式顯示裝置，用以方便使用者快速將視線方向切換於虛擬視野與現實視野 之間，進而提高使用者的便利性。
依據本發明之一實施方式，此種頭戴式顯示裝置包含一穿戴裝置、一顯示主機及至少一樞軸結構。此顯示主機包含一罩體及一顯示容置部。此顯示容置部連接罩體之一側。此罩體具有一透光區與一容納空間，且此透光區介於此容納空間與此顯示容置部之間。此樞軸結構可樞轉地連接此罩體與此穿戴裝置。
在本發明一或複數個實施方式中，穿戴裝置包含一樞接套筒。樞接套筒位於罩體之側緣，樞軸結構之一端伸入樞接套筒。
在本發明一或複數個實施方式中，顯示主機包含一樞軸蓋。樞軸結構之另端收納於樞軸蓋內，且樞軸蓋透過一螺栓固定於罩體之一頂面。
在本發明一或複數個實施方式中，樞軸結構包含一軸桿、一定凸輪、一動凸輪與一止擋件。軸桿連接顯示主機與穿戴裝置。定凸輪套接於軸桿上，且固接穿戴裝置。動凸輪套接於軸桿上，且隨顯示主機連動，並且可轉動地齧合定凸輪。止擋件螺合於軸桿上，且推動動凸輪以壓迫定凸輪。
在本發明一或複數個實施方式中，顯示主機更包含一顯示螢幕，顯示螢幕位於顯示容置部內，且面向透光區，用以透過透光區朝容納空間提供顯示影像。
在本發明一或複數個實施方式中，顯示主機更包含一電腦。電腦電連接顯示螢幕，且控制顯示螢幕。
在本發明一或複數個實施方式中，顯示容置部包 含一置換空腔，置換空腔用以可更換地容納一外部裝置。
在本發明一或複數個實施方式中，二個樞軸結構分別位於顯示主機面向穿戴裝置之一面之中間位置。
在本發明一或複數個實施方式中，二個樞軸結構分別位於顯示主機面向穿戴裝置之一面之二相對邊緣。
依據本發明之一實施方式，此種頭戴式顯示裝置包含一穿戴裝置、一顯示主機與一樞軸結構。穿戴裝置用以穿戴於一人體頭部。顯示主機用以罩蓋一人體眼部，並提供人體眼部一顯示影像。樞軸結構可樞轉地連接穿戴裝置與顯示主機，用以轉動顯示主機遮蔽人體眼部之視線方向以及離開人體眼部之視線方向。
以上所述僅係用以闡述本發明所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本發明之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。
10、11‧‧‧頭戴式顯示裝置
100‧‧‧穿戴裝置
110‧‧‧連接框
111、112‧‧‧樞接套筒
120‧‧‧第一固定帶
130‧‧‧第二固定帶
121、131‧‧‧緊固部
200‧‧‧顯示主機
200L‧‧‧長軸方向
210‧‧‧罩體
211‧‧‧頂面
220‧‧‧透光區
221、222‧‧‧左、右腔室
223‧‧‧光學透鏡
230‧‧‧容納空間
240‧‧‧顯示容置部
241‧‧‧顯示螢幕
242‧‧‧顯示面
250、251‧‧‧樞軸蓋
300‧‧‧樞軸結構
310‧‧‧軸桿
311‧‧‧桿體
312‧‧‧樞軸頭
320‧‧‧凸輪組
330‧‧‧動凸輪
331‧‧‧第一凸峰
332‧‧‧第一凹谷
333‧‧‧第一貫孔
334、335‧‧‧主面
340‧‧‧定凸輪
341‧‧‧第二凸峰
342‧‧‧第二凹谷
343‧‧‧第二貫孔
344、345‧‧‧主面
350‧‧‧彈簧元件
360‧‧‧襯墊
370‧‧‧止擋件
A-A‧‧‧線段
B‧‧‧螺栓
E‧‧‧眼部
H‧‧‧頭部
M‧‧‧區域
U‧‧‧使用者
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示依照本發明一實施方式之頭戴式顯示裝置的立體圖；第2A圖與第2B圖繪示依照本發明一實施方式之頭戴式顯示裝置的操作示意圖；第3圖繪示第1圖依據線段A-A而成之剖面圖；第4圖繪示第1圖之分解圖； 第5圖繪示第1圖之區域M之橫向剖面圖；第6圖繪示第4圖之一樞軸結構之局部放大圖；第7圖繪示第6圖之凸輪組之立體圖；第8圖繪示第6圖之樞軸結構之操作示意圖；以及第9圖繪示依照本發明另一實施方式之頭戴式顯示裝置的正視圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
有鑑於使用者必須自頭部摘下習知之頭戴式顯示裝置才能將其視線自虛擬視野轉移至現實視野，然而，透過本發明之顯示主機樞接至穿戴裝置，使得顯示主機可活動地轉動至或遠離使用者之眼部，以方便使用者快速將視線方向切換於虛擬視野與現實視野之間，進而提高使用者的便利性。
第1圖繪示依照本發明一實施方式之頭戴式顯示裝置10的立體圖。第2A圖與第2B圖繪示依照本發明一實施方式之頭戴式顯示裝置10的操作示意圖。如第1圖與第2A圖所示，在本實施方式中，此種頭戴式顯示裝置10包含穿戴裝置100、顯示主機200與一或多個樞軸結構300。樞軸結構300例 如二個，然而，本發明不限於樞軸結構之數量。穿戴裝置100用以穿戴於使用者U之頭部H。顯示主機200用以罩蓋使用者U之眼部E，並提供顯示影像至使用者U之眼部E。樞軸結構300可樞轉地連接穿戴裝置100與顯示主機200，使得顯示主機200能夠繞著顯示主機200之一長軸方向200L(如水平線)轉動以遮蔽人體眼部E之視線方向，或者離開人體眼部E之視線方向。
如第2A圖所示，當轉動顯示主機200至使用者U之眼部E並遮蔽人體眼部E之視線方向時，係處於使用狀態，顯示主機200罩蓋使用者U之眼部E，並提供顯示影像至使用者U之眼部E；反之，如第2B圖所示，當轉動顯示主機200以遠離使用者U之眼部E且離開人體眼部E之視線方向時，係處於非使用狀態，人體眼部E可迅速將視線方向自虛擬視野轉移至現實視野。
具體來說，在實施方式中，如第1圖與第2A圖所示，穿戴裝置100包含一連接框110、一第一固定帶120與一第二固定帶130。連接框110位於第一固定帶120與第二固定帶130之間，且連接第一固定帶120與第二固定帶130。連接框110之硬度不小於第一固定帶120與第二固定帶130之硬度。第一固定帶120與第二固定帶130分別具有緊固部121、131，而透過緊固部121、131相互結合，頭戴式顯示裝置10可透過穿戴裝置100固定於使用者U之頭部H。然而，本發明不限於此，其他實施方式中，穿戴裝置不限為鬆緊帶式、頭盔式、魔鬼氈或箍環式等習知手段。
第3圖繪示第1圖依據線段A-A而成之剖面圖。如 第3圖所示，具體來說，在實施方式中，顯示主機200包含一罩體210、一顯示容置部240及一顯示螢幕241。罩體210內含一透光區220與一容納空間230。顯示容置部240連接罩體210之一側，且透光區220介於容納空間230與顯示容置部240之間。顯示螢幕241位於顯示容置部240內，且顯示螢幕241之顯示面242面向透光區220。故，在罩體210罩蓋使用者之眼部時，使用者之眼部位於容納空間230內，使得顯示螢幕241之顯示面242得以透過透光區220朝使用者之眼部提供顯示影像。
在本實施方式中，顯示螢幕241內建於顯示容置部240內，透過纜線電連接一外部電腦(圖中未示)，以接收外部電腦之控制。然而，本發明不限於此，其他實施方式中，一電腦內藏於頭戴式顯示裝置內，以控制顯示容置部內之顯示螢幕；或著，另一實施方式，甚至，顯示容置部內並未內建任何顯示螢幕，改為可更換地容納外部顯示裝置之置換空腔。
此外，透光區220包含左、右腔室221、222。左、右腔室221、222分別內含一光學透鏡223，以分別對齊使用者之左右眼部。然而，本發明不限於此，其他實施方式中，透光區也可以僅為空氣間隙。
於一實施例中，顯示主機200包含一透光罩體及光導透鏡(see-through waveguide lens)或投影鏡片，用以支援擴增實境(Augmented Reality)。於一實施例中，上述顯示主機200更包含一保護透鏡(Protective lens)以保護光導透鏡。
第4圖繪示第1圖之分解圖。第5圖繪示第1圖之區域M之橫向剖面圖。如第4圖與第5圖所示，穿戴裝置100更具有一樞接套筒111。樞接套筒111位於連接框110之側緣。顯示主機200具有二樞軸蓋250。此二樞軸結構300之一端分別對向地伸入樞接套筒111內，此二樞軸結構300之另端分別收納於樞軸蓋250內。這些樞軸蓋250透過螺栓B固定於罩體210面向穿戴裝置100之頂面211，且位於樞接套筒111之二相對側。較佳地，此二樞軸結構300固定於罩體210面向穿戴裝置100之頂面211之約略中間位置。
第6圖繪示第4圖之一樞軸結構300之局部放大圖。如第6圖所示，每一樞軸結構300包含軸桿310、凸輪組320、彈簧元件350(例如扁線彈簧)與止擋件370。軸桿310連接顯示主機200與穿戴裝置100，例如，軸桿310包含桿體311與樞軸頭312。樞軸頭312連接桿體311之一末端，且容置於樞軸蓋250內，且樞軸頭312之截面積大於桿體311之截面積。桿體311伸入樞接套筒111內。凸輪組320包含例如為塑料材質之定凸輪340與動凸輪330。定凸輪340套接於桿體311上，並且受夾合於樞軸頭312與動凸輪330之間。定凸輪340固定地連接上述穿戴裝置100，例如固定於樞接套筒111，以便定凸輪340得以隨穿戴裝置100連動。動凸輪330套接於桿體311上，並且受夾合於彈簧元件350與定凸輪340之間。動凸輪330固定地套接於桿體311上，以便動凸輪330與軸桿310皆隨顯示主機200連動。此外，動凸輪330可轉動地齧合定凸輪340。彈簧元件350套接於軸桿310上，受夾合於動凸輪330與止擋件370之 間。止擋件370可螺合地位於軸桿310上，且推動動凸輪330以壓迫定凸輪340。具體來說，止擋件370例如為螺母，可調整地螺合於桿體311上，且藉由一襯墊360(O-ring)推動彈簧元件350與動凸輪330以壓迫定凸輪340。
第7圖繪示第6圖之凸輪組320之立體圖。第8圖繪示第6圖之樞軸結構300之操作示意圖。如第7圖所示，在本實施方式中，動凸輪330包含多個等距間隔之第一凸峰331與第一貫孔333。第一貫孔333貫通動凸輪330之二相對主面334、335。第一凸峰331位於面向定凸輪340之主面334。任二第一凸峰331之間具有一第一凹谷332。定凸輪340包含多個等距間隔之第二凸峰341與第二貫孔343。第二貫孔343貫通定凸輪340之二相對主面344、345。第二凸峰341位於面向動凸輪330之主面344。任二第二凸峰341之間具有一第二凹谷342。
故，當顯示主機200處於使用狀態(第2A圖)或非使用狀態(第2B圖)時，如第6圖所示，由於動凸輪330齧合定凸輪340，意即，這些第二凸峰341分別一一位於這些第一凹谷332內，且分別一一抵靠這些第一凹谷332，以及這些第二凹谷342分別一一容納這些第一凸峰331，使得這些第一凸峰331分別一一抵靠這些第二凹谷342。
舉例來說，當使用者U欲將顯示主機200改為使用狀態(第2A圖)或非使用狀態(第2B圖)時，使用者以外力先轉動顯示主機200，而帶動軸桿310、動凸輪330、彈簧元件350與止擋件370一同樞轉，此時，如第8圖所示，這些第一凸峰331開始分別移出第二凹谷342，並且頂靠鄰近其第二凹谷342 之第二凸峰341，動凸輪330並開始壓縮彈簧元件350，使得彈簧元件350儲存有回復力；接著，當軸桿310、動凸輪330、彈簧元件350與止擋件370一同繼續轉動，且使用者之外力消失時，彈簧元件350之回復力便將這些第一凸峰331推入鄰近其第二凸峰341之第二凹谷342，並自動完成顯示主機200相對穿戴裝置100之樞轉(第6圖)，而讓顯示主機200處於使用狀態或非使用狀態。
須瞭解到，如第7圖所示，無論顯示主機200處於使用狀態(第2A圖)或非使用狀態(第2B圖)時，由於動凸輪330與定凸輪340相互緊密(第6圖)，動凸輪330與定凸輪340之間所產生之扭力得以將顯示主機200於使用狀態(第2A圖)或非使用狀態(第2B圖)保持於穿戴裝置100之相對位置。
第9圖繪示依照本發明另一實施方式之頭戴式顯示裝置11的正視圖。在另一本實施方式中，第9圖之頭戴式顯示裝置11與第1圖之頭戴式顯示裝置10大致相同，其差異其一為，第1圖之頭戴式顯示裝置10中，此二個樞軸結構300分別位於顯示主機200面向穿戴裝置100之頂面211之約略中間位置；反觀，第9圖之頭戴式顯示裝置11中，此二個樞軸結構300分別位於顯示主機200面向穿戴裝置100之頂面211之二相對邊緣。進一步來說，如第9圖所示，此二樞軸蓋251分別固定於罩體210之二相對側，且位於樞接套筒112之二相對側。
最後，上述所揭露之各實施例中，並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，皆可被保護於本發明中。因此 本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種頭戴式顯示裝置，包含：一穿戴裝置；一顯示主機，包含：一罩體，具有一透光區與一容納空間；以及一顯示容置部，連接該罩體之一側，其中該透光區介於該容納空間與該顯示容置部之間；以及至少一樞軸結構，可樞轉地連接該罩體與該穿戴裝置，其中該至少一樞軸結構包含：一軸桿，連接該顯示主機與該穿戴裝置；一定凸輪，套接於該軸桿上，且固接該穿戴裝置；一動凸輪，套接於該軸桿上，且隨該顯示主機連動，並且可轉動地齧合該定凸輪；以及一止擋件，螺合於該軸桿上，且推動該動凸輪以壓迫該定凸輪。
  2. 如請求項1所述之頭戴式顯示裝置，其中該穿戴裝置包含一樞接套筒，該樞接套筒位於該罩體之側緣，其中該至少一樞軸結構之一端伸入該樞接套筒。
  3. 如請求項2所述之頭戴式顯示裝置，其中該顯示主機包含一樞軸蓋，該至少一樞軸結構之另端收納於該樞軸蓋內，且該樞軸蓋透過一螺栓固定於該罩體之一頂面。
  4. 如請求項1所述之頭戴式顯示裝置，其中該顯示主機更包含一顯示螢幕，該顯示螢幕位於該顯示容置部內，且面向該透光區，用以透過該透光區朝該容納空間提供顯示影像。
  5. 如請求項4所述之頭戴式顯示裝置，其中該顯示主機更包含一電腦，該電腦電連接該顯示螢幕，且控制該顯示螢幕。
  6. 如請求項1所述之頭戴式顯示裝置，其中該顯示容置部包含一置換空腔，該置換空腔用以可更換地容納一外部裝置。
  7. 如請求項1所述之頭戴式顯示裝置，其中二個該至少一樞軸結構分別位於該顯示主機面向該穿戴裝置之一面之中間位置。
  8. 如請求項1所述之頭戴式顯示裝置，其中二個該至少一樞軸結構分別位於該顯示主機面向該穿戴裝置之一面之二相對邊緣。
  9. 一種頭戴式顯示裝置，包含：一穿戴裝置，用以穿戴於一人體頭部；一顯示主機，用以罩蓋一人體眼部，並提供該人體眼部一顯示影像；以及 一樞軸結構，可樞轉地連接該穿戴裝置與該顯示主機，用以轉動該顯示主機遮蔽該人體眼部之視線方向以及離開該人體眼部之視線方向，其中該樞軸結構包含：一軸桿，連接該顯示主機與該穿戴裝置；一定凸輪，套接於該軸桿上，且固接該穿戴裝置；一動凸輪，套接於該軸桿上，且隨該顯示主機連動，並且可轉動地齧合該定凸輪；以及一止擋件，螺合於該軸桿上，且推動該動凸輪以壓迫該定凸輪。
  10. 一種頭戴式顯示裝置，包含：一顯示主機，包含：一罩體，具有一透光區與一容納空間；以及一顯示容置部，連接該罩體之一側，其中該透光區介於該容納空間與該顯示容置部之間；一穿戴裝置；以及至少一樞軸結構，可樞轉地連接該罩體與該穿戴裝置，其中該樞軸結構連接該罩體面向該穿戴裝置之頂面。
TW105127923A 2016-08-30 2016-08-30 頭戴式顯示裝置 TWI622803B (zh)

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