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1、(10)申请公布号 CN 102540467 A (43)申请公布日 2012.07.04 CN 102540467 A *CN102540467A* (21)申请号 201110437959.8 (22)申请日 2011.12.23 2010-287835 2010.12.24 JP G02B 27/01(2006.01) (71)申请人 索尼公司 地址 日本东京都 (72)发明人 清水将之 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 周少杰 (54) 发明名称 头戴式显示器 (57) 摘要 一种头戴式显示器， 包括 ： 左眼显示单元， 配 置为显示左眼图像 ； 右眼显示。
2、单元， 配置为显示 右眼图像 ； 显示控制单元， 配置为控制该左眼显 示单元和该右眼显示单元的屏幕显示 ； 以及瞳间 距离调整机构， 配置为调整该左眼显示单元与该 右眼显示单元之间的瞳间距离。在该头戴式显示 器中， 当通过该瞳间距离调整机构来调整该瞳间 距离时， 该显示控制单元允许该左眼显示单元和 该右眼显示单元显示用于瞳间距离调整的信号图 案。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 7 页 1/1 页 2 1. 一种头戴式显示器， 包括。
3、 ： 左眼显示单元， 配置为显示左眼图像 ； 右眼显示单元， 配置为显示右眼图像 ； 显示控制单元， 配置为控制该左眼显示单元和该右眼显示单元的屏幕显示 ； 以及 瞳间距离调整机构， 配置为调整该左眼显示单元与该右眼显示单元之间的瞳间距离 ； 其中， 当通过该瞳间距离调整机构调整该瞳间距离时， 该显示控制单元允许该左眼显示单元 和该右眼显示单元显示用于瞳间距离调整的信号图案。 2. 根据权利要求 1 的头戴式显示器， 其中该用于瞳间距离调整的信号图案具有黑色和 白色的几何形状， 该几何形状在视野的中心和外围具有图案。 3. 根据权利要求 1 的头戴式显示器， 其中该用于瞳间距离调整的信号图案是。
4、具有几何 形状的左眼图案和右眼图案， 该几何形状的黑色和白色在该左眼图案与该右眼图案之间相 反。 4. 根据权利要求 1 的头戴式显示器， 还包括 ： 外部开关 ； 其中， 该显示控制单元响应于关于该外部开关的用户操作， 开始用于显示该用于瞳间距离调 整的信号图案的处理。 5. 根据权利要求 1 的头戴式显示器， 其中该显示控制单元响应于通过该瞳间距离调整 机构的瞳间距离调整操作的开始， 开始用于显示该用于瞳间距离调整的信号图案的处理。 权 利 要 求 书 CN 102540467 A 2 1/5 页 3 头戴式显示器 技术领域 0001 本技术涉及一种头戴式 (head-mounted) 显。
5、示器， 其以要在用户的头部上安装 (mount) 的方式使用。具体地， 本技术涉及一种头戴式显示器， 其包括用于精确设置头戴式 显示器的瞳间距离调整机构， 以对应于佩戴该头戴式显示器的用户的瞳间距离。 背景技术 0002 可以通过显示对观察者的右眼和左眼具有视差的图像， 向该观察者提供可以三维 地观看的 3D 图像。已经预期到， 将 3D 图像技术应用于诸如电视广播、 电影、 电信和远程医 疗的各种领域。例如， 由显示装置和 3D 眼镜的组合组成的时分立体图像显示系统已经广泛 普及 ( 例如， 参考日本未审查专利申请公布第 2010-21731 号 )。显示装置在特别短的周期 中， 在屏幕上交。
6、替地显示具有视差的左眼图像和右眼图像。3D 眼镜具有作为液晶镜片的快 门机构， 并且例如被分别提供到左眼部分和右眼部分。 0003 用户将其放在其头部上以观看视频图像的显示装置(即， 头戴式显示器(HMD)已 经广泛普及。 头戴式显示器包括用于左眼和右眼的每个的显示单元， 并且与耳机一起使用。 因此， 头戴式显示器具有能够控制视觉和听觉的感觉的配置。 如果配置头戴式显示器， 使得 当将该头戴式显示器安装在头部上时， 其完全地遮挡了外部环境， 则增加了在观看中的虚 拟真实感。此外， 如果将诸如有机电致发光 (EL) 的高分辨率元件用作显示单元， 此外通过 光学系统设置充足的场角， 并且在耳机上实。
7、现多声道， 则该头戴式显示器可以提供与在电 影院中的最佳座位相同的观看环境。头戴式显示器可以将不同的视频图像分别投射到左 眼和右眼。如果对左眼和右眼显示具有视差的图像， 则可以以与上面类似的方式提供 3D 图 像。 0004 因此， 头戴式显示器包括用于左和右的独立光学系统。然而， 视高度 (eye level) 和瞳间距离在不同的用户之中变化， 使得必须对准光学系统的位置和佩戴该头戴式显示 器的用户的眼睛的位置。在眼睛的前面提供大屏幕， 使得当用户长时间观看例如蓝光盘 (Blu-ray disk) 的再现视频图像时， 为了用户眼睛的健康， 将从头戴式显示器投射的图像 精确地调整到瞳间距离是有。
8、利的。此外， 当在头戴式显示器上显示 3D 图像时， 出现眼球的 会聚角与焦点距离之间的差异， 容易导致眼睛疲劳。 因此， 应该特别精确地执行瞳间距离调 整。 0005 例如， 已经提出了这样的头戴式显示器， 其包括采用齿条与齿轮系统的瞳间距离 调整机构 ( 例如， 参考日本未审查专利申请公布第 6-276459 号 )。该头戴式显示器包括在 其镜框上的指标 (index) 构件， 并且在用户佩戴该头戴式显示器的状态中通过该指标构件 来观察用户的眼睛， 从而调整瞳间距离。 0006 此外， 已经提出了这样的头戴式显示器， 其包括 ： 左眼显示单元与右眼显示单元之 间的旋转轴 ； 旋转构件， 通。
9、过臂连接到各自的显示单元 ； 以及瞳间距离调整机构， 用于通过 该旋转构件的旋转对称地调整左眼显示单元与右眼显示单元之间的距离 ( 例如， 参考日本 专利第 4609256 号 )。例如， 佩戴该头戴式显示器的用户旋转中心旋转构件， 以便调整左 说 明 书 CN 102540467 A 3 2/5 页 4 镜片单元和右镜片单元的位置， 使得左镜片单元和右镜片单元的位置分别对应于左眼和右 眼。 0007 然而， 在其中外部观察者调整瞳间距离的方法中， 当仅存在一个用户时， 用户难以 调整瞳间距离。 另一方面， 在用户佩戴头戴式显示器并且其自己执行调整的情况下， 该用户 在观察在左显示单元和右显示。
10、单元上显示的图像的同时执行调整。此时， 如果在显示单元 上显示 2D( 或 3D) 自然图像， 则用户难以找到指标， 并且执行瞳间距离的调整。 发明内容 0008 期望提供一种高级的头戴式显示器， 其包括用于精确地调整到佩戴该头戴式显示 器的用户的瞳间距离的瞳间距离调整机构。 0009 此外， 期望提供一种高级的头戴式显示器， 佩戴该头戴式显示器的用户可以自己 操作该瞳间距离调整机构， 并且精确地调整该瞳间距离。 0010 根据本技术的实施例， 提供了一种头戴式显示器， 包括 ： 左眼显示单元， 配置为显 示左眼图像 ； 右眼显示单元， 配置为显示右眼图像 ； 显示控制单元， 配置为控制该左眼。
11、显示 单元和该右眼显示单元的屏幕显示 ； 以及瞳间距离调整机构， 配置为调整该左眼显示单元 与该右眼显示单元之间的瞳间距离。在该头戴式显示器中， 当通过该瞳间距离调整机构来 调整瞳间距离时， 该显示控制单元允许该左眼显示单元和该右眼显示单元显示用于瞳间距 离调整的信号图案。 0011 根据本技术的另一实施例， 在首先描述的实施例的该头戴式显示器中， 该用于瞳 间距离调整的信号图案具有黑色和白色的几何形状， 该几何形状在视野的中心和外围具有 图案。 0012 根据本技术的又一实施例， 在首先描述的实施例的该头戴式显示器中， 该用于瞳 间距离调整的信号图案是具有几何形状的左眼图案和右眼图案， 该几。
12、何形状的黑色和白色 在该左眼图案与该右眼图案之间相反。 0013 根据本技术的又一实施例， 首先描述的实施例的该头戴式显示器还包括外部开 关。该显示控制单元响应于关于该外部开关的用户操作， 开始用于显示该用于瞳间距离调 整的信号图案的处理。 0014 根据本技术的又一实施例， 在首先描述的实施例的该头戴式显示器中， 该显示控 制单元响应于通过该瞳间距离调整机构的瞳间距离调整操作的开始， 开始用于显示该用于 瞳间距离调整的信号图案的处理。 0015 根据本技术的实施例， 可以提供这样高级的头戴式显示器， 佩戴该头戴式显示器 的用户可以自己操作该瞳间距离调整机构， 以便精确地调整该瞳间距离。 00。
13、16 根据本技术实施例的该头戴式显示器， 佩戴该头戴式显示器的用户可以在观察左 和右显示单元上显示的信号图案的同时， 自己操作该瞳间距离调整机构， 能够进一步精确 地调整该瞳间距离。因此， 可以进一步精确地执行该瞳间距离调整。作为结果， 即使用户长 时间连续观看广视角的 3D 图像， 也难以出现用户的眼睛疲劳。 0017 通过基于附图的稍后描述的本技术实施例、 以及进一步的详细描述， 本技术的其 他目的、 特征和优点将会清楚。 说 明 书 CN 102540467 A 4 3/5 页 5 附图说明 0018 图 1 示意性地图示包括头戴式显示器的图像显示系统的配置 ； 0019 图 2 示意性。
14、地图示头戴式显示器的内部配置 ； 0020 图 3 是包括瞳间距离调整机构的头戴式显示器的主体的俯视平面图 ； 0021 图 4A 是包括通过齿条与齿轮系统配置的瞳间距离调整机构的头戴式显示器的主 体部分的俯视平面图 ； 0022 图 4B 是包括通过齿条与齿轮系统配置的瞳间距离调整机构的头戴式显示器的主 体部分的俯视平面图 ； 0023 图 5A 图示可以在瞳间距离调整中使用的信号图案 (pattern) 的示例 ； 0024 图 5B 图示可以在瞳间距离调整中使用的信号图案的示例 ； 0025 图 5C 图示可以在瞳间距离调整中使用的信号图案的示例 ； 0026 图 5D 图示可以在瞳间距。
15、离调整中使用的信号图案的示例 ； 0027 图 5E 图示可以在瞳间距离调整中使用的信号图案的示例 ； 及 0028 图 5F 图示可以在瞳间距离调整中使用的信号图案的示例。 具体实施方式 0029 将参考附图详细地描述本技术的实施例。 0030 图 1 示意性地图示包括头戴式显示器的图像显示系统的配置。图 1 所示的系统由 头戴式显示器 10 的主体和蓝光盘再现设备 20 组成， 该蓝光盘再现设备 20 是观看内容的 源。 0031 蓝光盘再现设备 20 和头戴式显示器 10( 即， 前端盒 40 和高清晰度显示器 30) 通 过高清晰度多媒体接口 (HDMI) 电缆连接。蓝光盘再现设备 2。
16、0 执行加载的蓝光盘 ( 未示 出)中记录的视频/音频数据的再现处理， 并且对该视频/音频数据进行HDMI输出。 这里， HDMI 是接口标准， 其基于数字可视接口 (DVI) 形成， 包括最小化跳变的差分信令 (TMDS) 的 物理层， 并且用于主要用于传送声音和图像的数字家用电器。例如， 该系统符合 HDMI 1.4。 这里， 蓝光盘再现设备 20 可以向 HDMI 兼容电视接收机 ( 未示出 ) 输出再现信号， 但是这不 涉及本技术的实质， 省略其描述。 0032 头戴式显示器 10 包括独立的左眼显示单元和右眼显示单元。例如， 显示单元的每 个是有机 EL 元件。此外， 显示单元的每个。
17、提供有低失真和高分辨率的广视角光学系统。头 戴式显示器 10 还经由 HDMI 电缆获得驱动功率。 0033 图 2 示意性地图示了头戴式显示器 10 的内部配置。图 2 所示的头戴式显示器包 括 HDMI 信号接收单元 11、 信号处理处理器 12、 视频随机存取存储器 (VRAM)13、 面板控制器 14、 只读存储器 (ROM)15、 中央处理单元 (CPU)16、 随机存取存储器 (RAM)17、 以及左显示面 板18L和右显示面板18R。 这里， 头戴式显示器10可以包括音频信号的处理系统、 和音频输 出单元 ( 诸如， 耳机 )， 但是它们未在图 2 中示出。 0034 HDMI 。
18、信号接收单元 11 经由与前端盒 40 连接的 HDMI 电缆， 接收 AV 信号 ( 例如， 3D AV 信号 )。信号处理处理器 12 执行接收的 AV 信号的信号处理， 以便生成屏幕信息。生成 的屏幕信息临时地存储在 VRAM( 帧存储器 )13 中。 0035 左和右显示面板 18L 和 18R 是有机 EL 元件。显示面板 18L 和 18R 的每个提供有 说 明 书 CN 102540467 A 5 4/5 页 6 广视角光学系统 ( 上述的 )。一个显示单元由显示面板和广视角光学系统的组合组成。然 而， 图 2 没有示出广视角光学系统。 0036 面板控制器14在每个预定的显示周。
19、期中从VRAM 13读出屏幕信息， 以便驱动显示 面板 18L 和 18R 来显示屏幕信息。此外， 当必要时， 面板控制器 14 按照需要读出在 ROM 15 中存储的屏幕信息， 并且在显示面板 18L 和 18R 上输出和显示屏幕信息。例如， ROM 15 存 储头戴式显示器 10 中的瞳间距离的调整中输出和显示的信号图案， 并且这将在稍后详细 地描述。 0037 CPU 16 执行 RAM 17 的加载程序， 并因此全景式地控制头戴式显示器 10 的整体的 操作。 此外， 例如CPU 16响应于外部开关19的操作生成中断， 并因此临时地停止运行处理。 中断处理的示例是用于显示在 ROM 1。
20、5 中存储的信号图案的处理。此外， 外部开关 19 与用 于指令瞳间距离的调整的用户操作、 或瞳间距离调整机构的用户操作结合地进行操作。 0038 尽管在附图中未示出， 但是头戴式显示器 10 的外观与用于视力矫正的眼镜的外 观相似， 并且头戴式显示器 10 由主体部分以及左和右镜腿 (temple) 部分 ( 耳钩部分 ) 组 成。当用户佩戴头戴式显示器 10 时， 将主体部分放置在用户的脸部表面的前面。通过将左 耳镜腿部分和右耳镜腿部分分别钩挂在用户的耳朵上， 将主体部分安装在用户的头部上。 0039 主体部分支撑各自的左和右显示单元， 并且包括图 2 所示的电子电路系统， 所述 左和右显。
21、示单元由显示面板 18L 和 18R 以及广视角光学系统组成。此外， 可以将耳机连接 到左和右镜腿部分。 0040 此外， 将鼻部衬垫部分(鼻部衬垫)连接到主体部分的、 用户的鼻子接触的部分的 侧表面。当用户佩戴头戴式显示器 10 时， 鼻部衬垫部分接触用户的鼻子， 防止主体部分滑 落， 并且能够将各个显示单元关于用户的左眼和右眼保持在喜欢的高度 (level)。 0041 头戴式显示器 10 包括独立的右和左光学系统。然而， 视高度和瞳间距离在不同的 用户之中变化， 使得应该对准光学系统的位置、 和佩戴该头戴式显示器 10 的用户的眼睛的 位置。当用户例如长时间观看蓝光盘再现设备 20 的再。
22、现视频图像时， 为了用户眼睛的健 康， 将从头戴式显示器 10 投射的图像精确地调整到瞳间距离是有利的。因此， 在该实施例 中， 头戴式显示器 10 的主体部分提供有右眼显示单元与左眼显示单元之间的、 用于调整瞳 间距离的瞳间距离调整机构。图 3 是包括瞳间距离调整机构的头戴式显示器 10 的主体的 俯视图。 0042 可以通过任何机构部分任意地安装瞳间距离调整机构。然而， 不利的是使用这样 的机构， 其通过绕单轴瞳间距离调整轴移动右和左镜筒来调整瞳间距离， 并且使用在双目 镜、 显微镜等中 ( 例如， 参考日本专利第 3791218 号 )， 因为鼻部衬垫部分 ( 即， 用户鼻子的 位置 )。
23、 与显示部分之间的高度响应于瞳间距离调整轴的旋转而变动。相反地， 例如， 如果通 过齿条与齿轮系统配置瞳间距离调整机构， 则可以在瞳间距离的调整中， 将鼻部衬垫部分 与显示部分之间的高度有利地保持恒定。 0043 通过组合被称为齿轮的小口径圆柱齿轮、 与通过将切齿应用于平板状的棒 ( 通过 对平板状的棒形成齿 ) 所形成的齿条， 来配置齿条与齿轮。当向齿轮施加旋转力时， 齿条在 水平方向移动到设置的齿线 (tooth trace) 的末端。因此， 可以将作用于齿轮的旋转力转 换为线性移动 ( 已经公开 )。然而， 本技术的实质不仅限于齿条与齿轮系统， 并且可以采用 其他系统的瞳间距离调整机构 。
24、( 例如， 参考日本专利第 4609256 号 )， 只要没有出现诸如瞳 说 明 书 CN 102540467 A 6 5/5 页 7 间距离调整操作中显示单元高度的变动的任何故障。 0044 图4A和4B是包括通过齿条齿轮系统配置的瞳间距离调整机构的头戴式显示器10 的主体部分的俯视平面图。如果佩戴头戴式显示器 10 的用户将旋转施加到齿轮， 则右和左 显示部分接近或者远离齿轮的旋转轴。因此， 用户可以调整瞳间距离。这里， 在调整期间， 将用户鼻子与右和左显示部分之间的高度保持恒定。 0045 当用户例如长时间观看蓝光盘再现设备 20 的再现视频图像时， 为了用户眼睛的 健康， 将从头戴式显。
25、示器投射的图像精确地调整到瞳间距离是有利的。 此外， 当在头戴式显 示器上显示 3D 图像时， 眼球的会聚角与焦点距离之间的差异出现， 容易导致眼睛疲劳。因 此， 应该特别精确地执行瞳间距离调整。 0046 在用户佩戴头戴式显示器 10 并且自己执行调整的情况下， 该用户在观察左和右 显示单元上显示的图像的同时执行调整。此时， 如果显示单元上显示 2D( 或 3D) 自然图像， 则用户难以找到指标并执行瞳间距离的调整。 0047 相应地， 在该实施例中， 当用户调整瞳间距离时， 在左和右显示面板 18L 和 18R 上输出和显示用于瞳间距离调整的信号图案。该信号图案具有简单的几何形状 (con。
26、figuration)， 其中例如组合了白色图形和黑色图形。在左和右显示面板 18L 和 18R 上 同时显示相同的图案 ( 或者同时显示具有相同形状并且白色和黑色在右侧和左侧相反的 图案)， 能够在瞳间距离调整的用户操作中向他/她给出视觉指标。 信号图案有利地具有围 绕视野 (eyesight) 中心的图案。 0048 图 5A 到 5F 示出可以在瞳间距离调整中使用的信号图案的示例。不限于其白色和 黑色在右侧和左侧相反的图案的组合， 可以在左和右显示面板 18L 和 18R 上同时输出和显 示所述图案任一。 0049 当用户开始瞳间距离调整时， 他 / 她操作外部开关 19。然后， 在 C。
27、PU 16 中出现中 断， 并且开始用于在左和右显示面板 18L 和 18R 上同时输出和显示上述信号图案的中断处 理。可替代地， 可以与用户的瞳间距离调整机构的操作结合地在 CPU 16 中出现中断， 并且 可以开始用于在左和右显示面板 18L 和 18R 上同时输出和显示上述信号图案的中断处理。 0050 本公开包含涉及于 2010 年 12 月 24 日向日本专利局提交的日本优先权专利申请 JP 2010-287835 中公开的主题， 在此通过引用并入其全部内容。 0051 本领域技术人员应当理解， 依赖于设计需求和其他因素可以出现各种修改、 组合、 子组合和更改， 只要它们在权利要求或。
28、其等效的范围内。 说 明 书 CN 102540467 A 7 1/7 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102540467 A 8 2/7 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 102540467 A 9 3/7 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 102540467 A 10 4/7 页 11 图 4A 说 明 书 附 图 CN 102540467 A 11 5/7 页 12 图 4B 图 5A 说 明 书 附 图 CN 102540467 A 12 6/7 页 13 图 5B 图 5C 图 5D 说 明 书 附 图 CN 102540467 A 13 7/7 页 14 图 5E 图 5F 说 明 书 附 图 CN 102540467 A 14 。