一种可调节成像距离的头戴式显示装置

技术领域

本发明涉及头戴式抬头显示，特别涉及一种可调节成像距离的头戴式显示装置。

背景技术

抬头显示器（Head Up Display，简称HUD）最早运用在航空器的飞行辅助仪器上，它将重要的信息投射在与飞行员的眼睛大致水平的显示屏上，使得飞行员不需要低头就能够看到其所需要的重要信息。后来HUD被广泛应用于车辆，HUD把仪表信息(如车速、转速、水温、油量、电压等)和导航信息等投射至驾驶员视野前方，从而减少驾驶员低头看仪表的频率，更加安全舒适地驾驶。目前的车载抬头显示主要安装或内置于车辆。

中国发明专利申请公开说明书CN104423040A公开了一种帽子型抬头显示器，其结合头戴式显示器和抬头显示器，使得使用者能够以双眼同时观看虚拟图像和外面的现实环境，并且头戴显示能够较好地解决视场角的问题。但是这种帽子型抬头显示器只通过一个球面镜片放大图像及其成像距离，效果有限，成像距离一般在2米左右，而且图像会变形。中国实用新型专利申请公开说明书CN208459688U公开了一种头戴式显示设备，采用两个凹面镜，成像距离可以更大，但是如果作为车载HUD用于显示汽车仪表信息和导航信息，成像距离还是不够远，而且比较重佩戴体验不好。

而且上述两种显示装置，其成像距离都是固定的，不能实时地根据需要自动调节。人们在驾驶时，如果车载HUD显示内容的成像距离能够根据车速相应地自动调节，车速快则成像距离远，反之则近，这样无疑能提高驾驶的舒适感和安全性。

发明内容

为了改进上述技术不足，本发明提供一种可调节成像距离的头戴式显示装置。

本发明的显示装置包括通信模块、处理器、可调节成像距离的显示模块、反射通道和投射镜。

通信模块接收外部设备（如智能手机、平板电脑、车载设备等）信息（如导航、车速、转速、水温、电压等）交由处理器处理；

处理器作为显示装置的大脑，加工处理信息，给显示模块输出显示内容及指令；

可调节成像距离的显示模块用于显示并根据处理器的指令调整显示图像的位置；

反射通道由平面反射镜组成，显示内容经反射通道反射后投射到投射镜上；

投射镜是半反射半透明的平面镜，使用者通过投射镜可以看到虚拟图像及外面的现实环境。

本发明的优点：用两块显示屏（或一块显示屏的左右两个区域）显示两个一致的图像，两个一致的图像投射于眼前，人的左右两眼同时透过投射镜各自观看同方位的显示内容可以获得清晰的视觉成像，并且可以通过调整两个图像的位置获得较好的视觉成像距离；本显示装置的镜片均为平面镜，图像不会变形；不会有重影；采用头戴式，使用者可以灵活地转动头部以获得更好的视觉效果，不存在视场角问题。本显示装置还可以根据行进速度自动调节视觉成像距离，达到速度快，则视觉成像距离远；速度慢，则视觉成像距离近的效果。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明所述的可调节成像距离的头戴式显示设备的结构示意图。

图2是本发明所述的一种可调节成像距离的显示模块的结构示意图。

图3是本发明所述的另一种可调节成像距离的显示模块的结构示意图。

图4是本发明所述的又一种可调节成像距离的显示模块的结构示意图。

图5是本发明所述的可调节成像距离的头戴式显示设备的光学原理图。

图6是本发明所述的可调节成像距离的头戴式显示设备的反射通道的光学原理图。

具体实施方式

如图1所示，可调节成像距离的头戴式显示装置包括：通信模块1、处理器2、可调节成像距离的显示模块3、反射通道4和投射镜5；通信模块1接收外部设备（如智能手机、平板电脑、车载设备等）信息（如导航、车速、转速、水温、电压等）并将信息交由处理器2处理；处理器2对获取的信息进行处理，将显示内容输出给可调节成像距离的显示模块3显示，显示内容经反射通道4反射后投射到投射镜5上；投射镜5是半反射半透明的平面镜，使用者透过投射镜5可以看到虚拟图像及外面的现实环境。

可调节成像距离的显示模块3，可以有几种方式来实现。图2所示为一个实施例，可调节成像距离的显示模块3由两块显示屏31、两个马达电机32和一个运动导轨33组成，两块显示屏31分别固定在两个马达电机32上，马达电机32可根据处理器2的指令转动，带动显示屏31在运动导轨33上移动； 两块显示屏31根据处理器2输出的内容显示，两块显示屏31显示的内容完全一致，显示内容通过反射通道4反射后投射到投射镜5上；投射镜5悬挂于眼前，人眼通过投射镜5可看见显示内容的成像和外部现实环境；通过控制两块显示屏31的移动距离可以调节人眼经投射镜5所见的视觉成像大小和视觉成像距离，以达到和现实环境更好地融合实现更好的显示效果。

图3所示为可调节成像距离的显示模块3的另一个实施例，可调节成像距离的显示模块3由两块显示屏31组成，两块显示屏31根据处理器2输出的内容显示，两块显示屏31显示的内容完全一致，并且根据处理器2输出的坐标值调整显示内容在显示屏中的位置；显示内容通过反射通道4反射后投射到投射镜5上；投射镜5悬挂于眼前，人眼通过投射镜5可看见显示内容的成像和外部现实环境；通过控制两块显示屏31上显示内容的位置可以调节人眼经投射镜5所见的视觉成像大小和视觉成像距离，以达到和现实环境更好地融合实现更好的显示效果。

图4所示为可调节成像距离的显示模块3的又一个实施例，可调节成像距离的显示模块3由一块显示屏31组成，显示屏31分为左右两个区域，显示屏31根据处理器2输出的内容显示，显示屏31左右两个区域显示的内容完全一致，并且根据处理器2输出的坐标值调整显示内容在显示屏中的位置；显示内容通过反射通道4反射后投射到投射镜5上；投射镜5悬挂于眼前，人眼通过投射镜5可看见显示内容的成像和外部现实环境；通过控制显示屏31左右两个区域显示内容的位置可以调节人眼经投射镜5所见的视觉成像大小和视觉成像距离，以达到和现实环境更好地融合实现更好的显示效果。

调节成像距离的光学原理如图5所示，左右两个一致的显示内容通过反射通道4后在投射镜5的“光学成像”在a1b1和a1’b1’位置时，此时人的双眼观看得到的“视觉成像”在A1B1；当显示内容的“光学成像”移动至a2b2和a2’b2’位置时，其“视觉成像”在A2B2。由此可见，通过改变左右两个显示内容的位置（经由移动显示屏或改变显示内容的坐标值），其视觉成像大小和视觉成像距离都相应改变了。因此，本发明可以根据行进速度来确定处理器2发出的指令和输出的坐标值从而灵活地调节显示内容的视觉成像距离，从而实现行进速度快，则视觉成像距离远，行进速度慢，则视觉成像距离近的效果，提升用户体验。

反射通道的光学原理如图6所示，反射通道4由平面反射镜41组成，显示屏31的显示内容通过反射通道4反射后投射到投射镜5上呈现。图6为反射通道的光学原理图，并不表示反射通道只能按图示的结构组成，只要按照光学反射原理将显示内容反射后投射到投射镜5上都可以。

本发明可以夹挂、磁吸、黏贴或内置于帽子、头盔等头戴物品上，也可以单独设计成一个符合人体工程学的头戴设备。

在本发明的一些实施例中，本显示装置可以在驾驶时作为HUD抬头显示设备。车载设备将导航、车速、转速、水温、电压等信息发送给本显示装置显示，驾驶员可以方便地看见这些显示信息和实际路况，显示信息的视觉成像距离可根据车速自动调节（车速越快视觉成像距离越远，反之则近），头戴式显示装置可以随驾驶员的头转动，从而灵活地达到与现实环境更好的融合，提升用户体验。

在本发明的一些实施例中，通信模块1可以为蓝牙模块，也就是说，显示装置与外部设备（智能手机、平板电脑、车载设备等）建立无线蓝牙通信连接。

在本发明的一些实施例中，通信模块1可以为WiFi(Wireless Fidelity)模块，也就是说，显示装置与外部设备（智能手机、平板电脑、车载设备等）建立无线WiFi通信连接。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系；其次，本申请中的术语：“光学成像”指显示屏31上的内容经反射通道4后在投射镜5上的成像；“视觉成像”指人眼透过投射镜5看见的成像；“成像距离”和“视觉成像距离”含义等同，均指人眼透过投射镜5看见的成像到人眼的距离，即“视觉成像”到人眼的距离。