CN109298533B - 一种头显设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于智能可穿戴设备技术领域，具体公开了一种头显设备，一种头显设备，包括头显本体、眼球追踪模块和支撑件，所述头显本体用于将所述头显设备保持在佩戴者头部，所述眼球追踪模块和所述支撑件均设置有第一连接部，所述眼球追踪模块和所述头显本体上均设置有第二连接部，所述支撑件的所述第一连接部能与所述眼球追踪模块上的所述第二连接部或与所述头显本体上的所述第二连接部可拆卸连接，所述眼球追踪模块上的所述第一连接部能与所述头显本体上的所述第二连接部可拆卸连接。本发明提供的头显设备，提高了头显设备的模块化设计和使用，方便头显设备的安装，提高佩戴者的佩戴体验。
Description
技术领域
本发明涉及智能可穿戴设备技术领域，尤其涉及一种头显设备。
背景技术
随着智能可穿戴设备的逐渐兴起与不断发展，头显设备作为一种实现增强现实、虚拟现实或混合现实等的智能头显设备，而被广泛开发和应用。
头显设备在使用的过程中，为提高头显设备的佩戴稳定性，头显设备通常设置有用于将头显设备支撑在用户鼻梁上的支撑件。且对于用于能够实现增强显示和/或混合显示的头显设备，为准确地对佩戴者的视线进行定位和追踪，提高头显设备的显示效果，通常会在头显设备上设置眼球追踪模块，而对于实现虚拟显示的头显设备，则不需要设置眼球追踪模块。现有的能够同时实现虚拟显示和增强显示等的头显设备，眼球追踪模块的各个结构分散设置在头显设备上，结构复杂，难以实现头显设备中各部分的模块化设置，且用户佩戴稳定性和佩戴体验差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种头显设备，提高头显设备的模块化设计和使用，提高用户的佩戴体验。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种头显设备，包括头显本体、眼球追踪模块和支撑件，所述头显本体用于将所述头显设备保持在佩戴者头部，所述眼球追踪模块和所述支撑件均设置有第一连接部，所述眼球追踪模块和所述头显本体上均设置有第二连接部，所述支撑件的所述第一连接部能与所述眼球追踪模块上的所述第二连接部或与所述头显本体上的所述第二连接部可拆卸连接，所述眼球追踪模块上的所述第一连接部能与所述头显本体上的所述第二连接部可拆卸连接。
作为一种头显设备的可选实施方式，所述眼球追踪模块包括适配框架和设置在所述适配框架上的眼控模组，沿所述适配框架长度的延伸方向设置有所述第一连接部和所述第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部靠近佩戴者鼻梁设置。
作为一种头显设备的可选实施方式，所述第一连接部和所述第二连接部插接连接。
作为一种头显设备的可选实施方式，所述第一连接部为插接块，所述第二连接部为插接槽。
作为一种头显设备的可选实施方式，所述插接槽朝向佩戴者的鼻梁设置。
作为一种头显设备的可选实施方式，所述第一连接部包括连接本体和至少设置在所述连接本体一侧的弹性臂部，所述弹性臂部的一端与所述连接本体连接，所述弹性臂部的另一相对端在外力作用下能够相对所述连接本体张开或合拢。
作为一种头显设备的可选实施方式，所述插接槽还包括有止挡件，所述止挡件沿靠近所述插接槽中心线的延伸方向设置，所述止挡件与所述连接本体的一端端部抵接。
作为一种头显设备的可选实施方式，所述止挡件沿靠近佩戴者方向设置有倾斜突出部。
作为一种头显设备的可选实施方式，所述适配框架上设置有容置部，所述眼控模组包括眼控主板，所述眼控主板设置在所述容置部中。
作为一种头显设备的可选实施方式，所述容置部的至少一个侧壁上开设有散热孔。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的头显设备，通过在支撑件和眼球追踪模块上均设置有第一连接部，在眼球追踪模块和壳体上均设置有第二连接部，当头显设备仅需要实现虚拟现实的功能时，头显设备可以不连接眼球追踪模块，此时，支撑件的第一连接部与头显本体的第二连接部连接，实现头显设备在佩戴者上的支撑佩戴；当头显设备需要眼球追踪模块辅助头显本体实现增强现实或混合现实的功能时，眼球追踪模块的第一连接部与头显本体的第二连接部连接，支撑件的第一连接部与眼球追踪模块的第二连接部连接，实现头显本体、支撑件和眼球追踪模块的连接安装，或仅使眼球追踪模块的第一连接部与头显本体的第二连接部连接，实现眼球追踪模块与头显本体的安装，并依靠头显本体上自带的头箍实现头显设备在佩戴者头部的佩戴，安装方式方便快捷；且由于头显本体上用于连接眼球追踪模块和用于连接支撑件的部位相同，减少了头显本体上连接接口的设置；由于头显本体上和眼球追踪模块上用于连接支撑件的结构相同，简化了接口的设置，且使支撑件的连接方便快捷。同时，上述设置，可以实现头显本体、眼球追踪模块和支撑件的模块化设置和安装拆卸方便，简化头显设备的结构和生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的头显设备在组装状态下的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的头显设备的拆分结构示意图；
图3是本发明实施例提供的头显设备拆分结构的剖视图；
图4是本发明实施例提供的眼球追踪模块的结构示意图。
图中标记如下：
1-眼球追踪模块；11-适配框架；111-安装部；112-容置部；1121-散热孔；12-红外光源；13-场景相机；14-图像采集单元；15-通孔；16-外接线束；17-线束固定件；18-数据端口；
2-头显本体；21-壳体；211-配接部；
3-支撑件；31-支撑部；
4-第一连接部；41-连接本体；42-弹性臂部；
5-第二连接部；51-止挡件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本实施例中，均以头显设备处于使用状态下的位姿对头显设备中各个部件进行描述，即一个部件的上端即该部件在佩戴者佩戴头显设备状态下，远离地面的一端，一个部件的下端即该部件在佩戴状态下朝向地面的一端。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明实施例提供的头显设备在组装状态下的结构示意图，图2为本发明实施例提供的头显设备的拆分结构示意图，图3是本发明实施例提供的头显设备拆分结构的剖视图，如图1-3所示，本实施例提供了一种头显设备，包括头显本体2、眼球追踪模块1和支撑件3，头显本体2包括壳体21和设置在壳体21上的光学显示组件，用于将虚拟图像显示在用户眼前；眼球追踪模块1包括适配框架11和设置在适配框架11上的眼控模组，用于实现对用户眼球运动的追踪，提高光学显示组件在增强现实或混合现实显示时的画面真实感；支撑件3用于将头显设备保持在佩戴者鼻梁上，提高头显设备的佩戴平稳性。
支撑件3和眼球追踪模块1上均设置有第一连接部4，眼球追踪模块1和壳体21上均设置有第二连接部5，第一连接部4和第二连接部5可拆卸连接。当头显设备仅需要实现虚拟现实的功能时，头显设备可以不连接眼球追踪模块1，此时，支撑件3的第一连接部4与头显本体2的第二连接部5连接，实现头显设备在佩戴者上的支撑佩戴；当头显设备需要眼球追踪模块1辅助头显本体2实现增强现实或混合现实的功能时，眼球追踪模块1的第一连接部4与头显本体2的第二连接部5连接，支撑件3的第一连接部4与眼球追踪模块1的第二连接部5连接，实现头显本体2、支撑件3和眼球追踪模块1的连接安装，或仅使眼球追踪模块1的第一连接部4与头显本体2的第二连接部5连接，实现眼球追踪模块1与头显本体5的安装，并依靠头显本体2上自带的头箍实现头显设备在佩戴者头部的佩戴，安装方式方便快捷；且由于头显本体2上用于连接眼球追踪模块1和用于连接支撑件3的部位相同，减少了头显本体2上连接接口的设置；由于头显本体2上和眼球追踪模块1上用于连接支撑件3的结构相同，简化了接口的设置，且使支撑件3的连接方便快捷。同时，上述设置，可以实现头显本体2、眼球追踪模块1和支撑件3的模块化设置和安装拆卸方便，简化头显设备的结构和生产成本。
在一个可选实施例中，第一连接部4和第二连接部5插接连接，在其他一个实施例中，第一连接部4和第二连接部5可以采用卡扣连接。在其他另一个实施例中，第一连接部4和第二连接部5可以采用螺纹连接等连接方式。
在一个可选实施例中，第一连接部4为插接块，第二连接部5为插接槽。由于支撑件3的体积通常较小，在支撑件3上开设插接槽的相对较大，而在支撑件3上设置插接块则相对方便，有利于简化支撑件3的结构设置，提高支撑件3、头显本体2、眼球追踪模块1之间的连接强度。在其他实施例中，也可以是第一连接部4为插接槽，第二连接部5为插接块。
在一个可选实施例中，壳体21对应佩戴者鼻梁的部分设置有第二连接部5，适配框架11的中间横梁处设置有第一连接部4和第二连接部5，使支撑件3的连接位置与佩戴者鼻梁的位置相适配。
在一个可选实施例中，壳体21和适配框架11上设置的插接槽的槽口均向下，则支撑件3从壳体21或适配框架11的下端向上插入壳体21或适配框架11的插接槽内。该种设置，使支撑件3位于壳体21或适配框架11的下部，在有利于支撑件3起到支撑连接作用的同时，避免支撑件3凸出壳体21或适配框架11朝向用户眼球的一面，同时简化壳体21或适配框架11朝向用户眼球一侧的结构，减小支撑件3、壳体21和/或适配框架11的设置对用户造成的视觉侵扰，提高佩戴者的使用舒适性。
在一个可选实施例中，适配框架11的第一连接部4设置在适配框架11远离佩戴者眼球的一侧，使适配框架11与壳体21连接时，适配框架11能够连接在壳体21的显示屏的内侧，避免眼球追踪模块1的设置干扰头显设备的正常显示，以及避免头显本体2的设置干扰眼控模块中红外光源12向佩戴者眼球发射红外光源12或阻挡眼球追踪模块1中的图像采集单元14的光路。
在一个可选实施例中，支撑件3包括第一连接部4和支撑部31，支撑部31为开口朝向的V型结构，第一连接部4连接在支撑部31的上端。V型结构的两个腿部光滑连接，使头显设备通过支撑件3支承在佩戴者鼻梁上时，支撑部31的两个腿部跨设在鼻梁的两侧。
在一个可选实施例中，支撑部31与第一连接部4一体成型，有利于提高支撑件3的结构强度，提高对头显设备的支撑稳定性。在其他一个实施例中，支撑部31可与第一连接部4采用可拆卸连接的方式连接，有利于根据佩戴者的面部特征更换支撑部31的型号。
在一个可选实施例中，第一连接部4包括连接本体41和设置在连接本体41两侧的两个弹性臂部42，弹性臂部42相对连接本体41倾斜设置，使弹性臂部42的上端与连接本体41连接，弹性臂部42的下端距离连接本体41一定距离，且弹性臂部42的下端在外力作用下能够相对连接本体41张开或合拢。连接本体41和弹性臂部42的设置方式，使第一连接部4整体为小端朝上的楔形结构，有利于第一连接部4插入插接槽中。且在第一连接部4插入插接槽的过程中，插接槽沿的槽壁对两个弹性臂部42产生挤压作用，使两个弹性臂部42相对连接本体41合拢。当第一连接部4和第二连接部5连接到位时，两个弹性臂部42因存在弹性恢复力而对插接槽的槽壁产生反作用的挤压力，从而能够使第一连接部4与插接槽连接紧密，提高第一连接部4和第二连接部5的连接稳定性。在其他实施例中，也可以是连接本体41的一侧设置弹性臂部42。
以佩戴者两只眼球的水平连线方向为第一方向，以水平垂直于第一方向的方向为第二方向。在一个可选实施例中，两个弹性臂部42设置在连接本体41沿第一方向的两侧，有利于壳体21或适配框架11为第一连接部4的安装提供空间，且有利于减小适配框架11或壳体21沿第二方向的厚度，从而减小头显设备对佩戴者的视觉侵扰性。在其他一个实施例中，两个弹性臂部42也可以设置在连接本体41沿第二方向的两侧，在其他另一个实施例中，弹性臂部42也可以设置在连接本体41任意方向的两侧。
插接槽的形状与第一连接部4的形状相适配，使第一连接部4插入插接槽中时，插接槽的槽壁与第一连接部4的各个侧面抵接，且使插接槽的槽壁对两个弹性臂部42产生挤压。在一个可选实施例中，插接槽槽口处的侧壁沿朝向插接槽中心线的方向延伸有止挡件51，当第一连接件插入插接槽中时，止挡件51与弹性臂部42的下端抵接，起到对弹性臂部42的止挡作用，从而能够进一步防止第一连接部4脱离插接槽，提高第一连接部4和第二连接部5的连接稳定性。
在一个可选实施例中，止挡件51沿靠近佩戴者方向倾斜设置有突出部，止挡件51与对应的插接槽侧壁之间的夹角为钝角，使止挡件51向内倾斜向下设置，且弹性臂部42下端面与远离连接本体41的外侧面之间的夹角具有相同的钝角值，有利于在止挡件51起到止挡作用的同时，避免止挡件51的设置阻碍第一连接部4插入第二连接部5中。
在一个可选实施例中，第一连接部4沿第二方向的两个侧面为平面，一方面有利于第一连接部4与第二连接部5的插接连接，简化第一连接部4和第二连接部5的结构设置，另一方面，方便第一连接部4在适配框架11上的设置。
适配框架11对应佩戴者两个对应佩戴者眼球设置的镜圈适配部和连接在两个镜圈适配部之间的横梁适配部，两个镜圈适配部对应佩戴者眼球开设有通孔15，用于适配框架11遮挡佩戴者观看显示屏的视线。在一个可选实施例中，镜圈适配部为全包围式结构，即通孔15的孔壁首尾相连。在其他实施例中，镜圈适配部也可以为一侧开口的半封闭式结构，有利于减小适配框架11的重量和体积。
在一个可选实施例中，镜圈适配部的通孔15内可以配置用于提供特定光学特性的光学镜片，光学镜片可以是例如近视镜片，用于方便近视者使用头显设备，也可以是例如红外滤光片，用于滤除干扰性的红外光，为采集眼球数据提供便利，但本发明不限于此，光学镜片的类型可以根据不同的设计需求来适当选取。
在一个可选实施例中，适配框架11远离用户眼球的一侧面以及朝向用户眼球的一侧面均为平面，有利于减小适配框架11的整体厚度，减小适配框架11连接在头显本体2内侧时，适配框架11与佩戴者眼球间距离较小对佩戴者造成的视觉侵扰性，提高佩戴者的使用舒适性。同时，在有利于适配框架11与壳体21之间连接的同时，避免适配框架11的棱角对佩戴者造成伤害的可能性。
在一个可选实施例中，适配框架11的上端面为平面，有利于适配框架11与头显本体2的连接。
在一个可选实施例中，眼球追踪模块1可以为采用红外眼球追踪技术采集眼球数据的装置，其包括适配框架11以及设置在适配框架11上的红外光源12、图像采集单元14和眼控主板等。图像采集单元14可以是红外照相机，通过红外光源12照射眼球，在眼球的角膜上形成光斑，照相机拍摄光斑的位置以及瞳孔的位置，由此采集眼球数据。
在一个可选实施例中，每一个镜圈适配部均沿通孔15的周向间隔设置有多个红外光源12，以使红外光源12在用户的每只眼球上至少形成三个红外光斑，提高眼球追踪的准确性和可靠性。每个镜圈适配部上均设置有八个红外光源12，八个红外光源12沿镜圈适配部的周向间隔分布，使用户的眼球在运动的过程中，无论眼球运动到上、下、左或右的极限位置，八个红外光源12中的至少部分红外光源12的出光能够照射在眼球上，在眼球上至少形成用于眼球追踪计算的三个光斑，避免当红外光源12个数较少时，眼球运动到部分极限位置时眼球上的光斑数较少而难以有效采用算法对眼球进行追踪的问题。但本发明对适配框架11上红外光源12的位置或个数不进行限定。
在一个可选实施例中，图像采集单元14设置在适配框架11的内侧，且图像采集单元145的数量有两个，两个图像采集单元14分别位于两个镜圈适配部的下侧，分别用于对两个眼球的眼球图像数据进行采集。在本实施例中，图像采集单元14设置在镜圈适配部的下侧，有利于为图像采集单元14的安装提供足够的空间，同时，当适配装置处于正常使用状态时，图像采集单元14靠近下眼睑部位，可防止用户睫毛、眼皮等对图像采集单元14的光路造成遮挡，保证图像采集单元14图像采集的清晰性。
进一步地，图像采集单元145部分嵌入镜圈适配部12内，以减小图像采集单元145与佩戴者脸部的干涉，增加图像采集单元145与佩戴者眼球的距离，扩大图像采集单元145的视场。
在一个可选实施例中，眼球追踪装置还可以包括用于采集场景图像的场景相机13。例如，当佩戴者所观察的场景中设置有特定参考点时，通过拍摄这样的场景图像可以为采集眼球数据提供便利。场景相机13可以是RGB彩色场景相机13、IR红外场景相机13、RGBIR场景相机13、深度传感器中的至少一种。本领域技术人员可以理解，场景相机13可以根据不同的设计需求来适当选取。
在一个可选实施例中，适配框架11的下端向远离佩戴者眼球的一侧向外凸设有安装部111，场景相机13安装在安装部111内，有利于在减小适配框架11主体厚度的同时，为场景相机13的设置提供足够的安装空间。
在一个可选实施例中，适配框架11的上端向靠近佩戴者眼球的一侧向外凸设有容置部112，容置部112具有容置腔，眼控主板设置在容置腔内。适配框架11内部设置有与容置腔连通的导线槽或容纳槽，红外光源12、场景相机13及图像采集单元14与眼控主板的连接导线穿过导线槽或容纳槽与容置腔内的眼控主板连接。
在一个可选实施例中，容置部112的上端面开设有多个散热孔1121，用于将容置腔内部散热，且散热孔1121设置在上端面，当眼球最终模块安装在头显本体2上时，上端面被头显本体2遮挡，能够防止灰尘或水分等通过散热孔1121进入容置腔内，影响眼控主板的性能。在其他实施例中，散热孔1121也可以开设在容置部112的其他侧面上。
在一个可选实施例中，眼控主板连接有用于连接外部设备的外接线束16，外接线束16未连接眼控主板的一端伸出容置部112外侧且连接有数据端口18，用于与外部设备连接。
在一个可选实施例中，外接线束16上可拆卸连接有线束固定件17，头显本体2上开设有连接线束固定件17的配接部211，通过线束固定件17与配接部211的配合连接，当眼球追踪模块1与头显本体2安装时，外接线束16相对头显本体2固定，防止外接线束16对佩戴者正常使用头显设备造成干扰，提高佩戴者使用头显设备的舒适性。
在一个可选实施例中，配接部211为槽结构，线束固定件17能够伸入槽结构中并与槽卡接。在其他实施例中，配接部211可以为其他结构，其与线束固定件17的连接可以为挂接、卡接或螺纹连接等可拆卸连接方式。
本发明中眼球追踪模块1不限于采用红外光斑追踪的技术获取眼球数据，在其他一个实施例中，眼球追踪模块1可以是MEMS微机电系统，例如包括MEMS红外扫描反射镜、红外光源12、红外接收器。在其他另一个实施例中，眼球追踪模块1可以是电容传感器，其通过眼球与电容极板之间的电容值来检测眼球运动。在其他有一个实施例中，眼球追踪装置还可以是肌电流检测器，例如通过在鼻梁、额头、耳朵或耳垂处放置电极，通过检测的肌电流信号模式来检测眼球运动。
在一个可选实施中，头显设备包括与外界进行信息传输和通信的接口，如与外部设备进行连接的USB接口、蓝牙接口、无线通讯接口等。头显设备还可以包括用于进行有线或无线充电的电源接口、可以实现有线连接的IF接口和/或用于插接存储器的EMI接口等。本领域技术人员可以理解的是，所述接口的位置和类型可以根据不同设计需求进行改变，在此不再赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种头显设备，其特征在于，包括头显本体(2)、眼球追踪模块(1)和支撑件(3)，所述头显本体(2)用于将所述头显设备保持在佩戴者头部，所述眼球追踪模块(1)和所述支撑件(3)均设置有第一连接部(4)，所述眼球追踪模块(1)和所述头显本体(2)上均设置有第二连接部(5)，所述支撑件(3)的所述第一连接部(4)能与所述眼球追踪模块(1)上的所述第二连接部(5)或与所述头显本体(2)上的所述第二连接部(5)可拆卸连接，所述眼球追踪模块(1)上的所述第一连接部(4)能与所述头显本体(2)上的所述第二连接部(5)可拆卸连接；
所述眼球追踪模块(1)包括适配框架(11)和设置在所述适配框架(11)上的眼控模组，沿所述适配框架(11)长度的延伸方向设置有所述第一连接部(4)和所述第二连接部(5)，所述第一连接部(4)和所述第二连接部(5)靠近佩戴者鼻梁设置。
2.根据权利要求1所述的头显设备，其特征在于，所述第一连接部(4)和所述第二连接部(5)插接连接。
3.根据权利要求2所述的头显设备，其特征在于，所述第一连接部(4)为插接块，所述第二连接部(5)为插接槽。
4.根据权利要求3所述的头显设备，其特征在于，所述插接槽朝向佩戴者的鼻梁设置。
5.根据权利要求3所述的头显设备，其特征在于，所述第一连接部(4)包括连接本体(41)和至少设置在所述连接本体(41)一侧的弹性臂部(42)，所述弹性臂部(42)的一端与所述连接本体(41)连接，所述弹性臂部(42)的另一相对端在外力作用下能够相对所述连接本体(41)张开或合拢。
6.根据权利要求5所述的头显设备，其特征在于，所述插接槽还包括有止挡件(51)，所述止挡件(51)沿靠近所述插接槽中心线的延伸方向设置，所述止挡件(51)与所述连接本体(41)的一端端部抵接。
7.根据权利要求6所述的头显设备，其特征在于，所述止挡件(51)沿靠近佩戴者方向设置有倾斜突出部。
8.根据权利要求1所述的头显设备，其特征在于，所述适配框架(11)上设置有容置部(112)，所述眼控模组包括眼控主板，所述眼控主板设置在所述容置部(112)中。
9.根据权利要求8所述的头显设备，其特征在于，所述容置部(112)的至少一个侧壁上开设有散热孔(1121)。
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