CN110958518A - 视频图形和虚拟现实耳机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及视频图形和虚拟现实耳机。视频图形显示耳机包括目镜和头带，该目镜和头带被定向为成不垂直的角度并且朝向头部的后部。头带具有附接的配重。配重产生枢转或旋转，该枢转或旋转提供使目镜向上偏离鼻子的提升力。可以围绕耳朵或使用第二头带来在头部上偏离垂直向前的一个点处进行枢转。冠式头带也是可能的。配重可以是一个或多个电池。配重可以割裂为托起马尾辫的节点。耳机可以包括以下各项中的一项或多项：麦克风、语音识别、塞贝克热电发电机、和神经机器接口。

Description

视频图形和虚拟现实耳机

技术领域

本发明属于耳机领域，具体地，用于具有视频图形显示器的耳机的安装装置。

背景技术

许多年前，人们发现，听众能够从非常接近他们耳朵的相对较小的个人扬声器中受益，而非使用相对较大的扬声器来为区域内的任何人输出声音。将小型扬声器靠近耳朵的有效且常见机构是一种具有头带的耳机，该头带从左到右跨越头顶，并且在位于耳朵周围的两端各有小型扬声器。自从这一发现以来，世界上许多人一直在使用这种耳机享受个人音乐、驾驶飞机以及制作广播节目。为了支持这些活动，已经投入了大量研究和开发来使音频耳机有效且舒适。

最来人们发现，观众可以从非常靠近他们的眼睛的相对小的个人视频显示器中受益，而非使用相对大的视频显示器来向区域中的任何人显示图像。这种设备有望最终让世界上许多人享受个人视频，在虚拟现实环境中进行活动，并以视觉控制的方式与他人互动。

不幸的是，到目前为止用于将视频显示耳机安装在人类头部上的机构并不稳定，并且会使人的头部不舒服、其头发凌乱、其颈部与前额出汗、其耳朵弯曲、以及使其鼻子受压和挤压。结果，许多人无法忍受甚至佩戴最好的传统视频显示耳机超过一小会儿。

发明内容

本发明的各个方面解决了传统视频显示耳机的所有问题，并且实现了前所未有的新功能。

一个方面是耳机具有头带，该头带从与水平面基本上成小于90度的角度朝向头部的后部突出，并且连接有配重，该配重提供提升力，该提升力减轻目镜在用户的鼻子上的一些重量。

一个方面是耳机使用电池作为配重，并使用这些电池来提供用于操作耳机电子设备的电力。

一个方面是耳机具有第二头带，该第二头带朝向头部前部成角度，并为配重提供枢轴点，该枢轴点远离用户的耳朵。

一个方面是头带和耳机目镜像冠部一样围绕头部，使得它可以围绕头部滑动，配重位于目镜的相对侧上，当目镜具有向前的力时，用于产生近似相等的向后力。

一个方面是配重设置在除了头带的中间之外的两个部分中，使得它不会扰乱配重之间的马尾辫发型。

一个方面是具有并入耳机中的一个或多个麦克风、和用于语音识别的数字信号处理软件，以使用户能够无需在看不见的情况下使用手动输入设备便可控制视频图形体验的操作。

一个方面是在头带内使用塞贝克发电机，以使用头部下方与耳机上方的环境空气之间的温度差来产生电流并冷却头部。

一个方面是在一个或多个头带内包括神经机器接口探针，以允许在用户的大脑和视频图形体验之间的输入与输出，而不需要其他接口装置。

附图说明

图1示出了用户头部上的音频耳机。

图2示出了具有颈带和前额衬垫的视频图形耳机。

图3示出了具有颈带和前后绑带的视频图形耳机。

图4示出了具有垂直定向的头带的视频图形耳机。

图5示出了根据一个实施例的具有成角度的、配重的头带的视频图形耳机。

图6示出了根据一个实施例的具有成角度的、配重头带的视频图形耳机的俯视图。

图7示出了根据一个实施例的部分围绕用户头部的视频图形耳机的俯视图。

图8示出了根据一个实施例的具有成角度的、配重的头带以及向前成角度的第二头带的视频图形耳机。

图9示出了根据一个实施例的具有配重的冠式头带的视频图形耳机。

图10示出了根据一个实施例从枢轴点至目镜质心的角度以及从枢轴点至配重质心的角度。

具体实施方式

以下描述了本发明的说明各种有趣方面的各种实施例。除了指定依赖性的地方之外，实施例可以以任何组合使用所描述的方面。

诸如Royole Moon之类的沉浸式音频视频耳机，刚刚开始进入市场。它们将视频专用VR耳机(例如，联想Mirage Solo和Oculus Go)的功能与降噪耳机技术(例如Sony 1000x和Bose QuietComfort 35)结合。如各种Amazon.com用户评论所示，其中一个最常见的抱怨是他们感到不舒适。特别是，显示器在用户鼻子上的重量过重，使得在不舒适没有得到转移的情况下，用户无法欣赏完整的电影。

如图1所示，当将传统的高端消费型降噪耳机佩戴在头部10上时，传统的高端消费型降噪耳机具有经良好衬垫的听筒12，该听筒由左右头带13连接。耳罩12具有小型扬声器。在一些耳机中，听筒12包括传感器和电子设备，该传感器用于外部声音，该电子设备用以使用扬声器来抵消外部声音以“消除噪声”。

联想Mirage Solo VR耳机以图2所示的样式被设计。佩戴在头部10上的耳机，具有视频图形目镜21、听筒22、和用于颈部后部的单个刚性颈带23，该颈带可通过如在许多现代自行车头盔上看到的单个旋钮来调节。颈带23的后部被衬垫，并且目镜21附接在大前额25衬垫下方，提供摩擦的大前额25衬垫用以提供免受环境光的照射并且从前额而不是鼻子上保持目镜的一些重量。这种设计充当头部周围的带夹，并且导致前额和颈部后部处的不透气性和出汗。

Oculus Go耳机以图3所示的样式被设计。耳机佩戴在头部10上，并且具有视频图形目镜31、听筒32、和弹性颈带33，该弹性颈带可用维可牢调节。颈带33围绕头部的后部并且使目镜31保持按压到脸部但是会使颈部的后部变得出汗。从颈带33的背部到目镜31的顶部，前后跨越顶部带35跨越头顶而前后移动。这将目镜的重量从仅在鼻子提升到带子与头部摩擦的程度。如果颈带33向上滑动，该设计需要移除耳机以缩短前后顶部带35。

Royole Moon耳机以图4所示的样式被设计。该耳机佩戴在头部10上，并且具有视频图形目镜41。Rodole Moon没有颈带，但有具有经良好衬垫的左右头带43，该头带与在高端音频耳机上看到的头带13相似。它具有大的经衬垫的耳机42，该耳机与头带43一起试图提供足够的摩擦力以保持目镜41的重量偏离鼻子。然而，在播放整个典型电影的过程中，目镜41的重量还是落在鼻子上并会引起不适。

为了提供足够的播放时间，并且为了避免在鼻子上落有更大的重量，Royole Moon通过导线连接到控制器设备，该控制器设备具有电池并供电。

具有分离头带的音频耳机(例如Audio Technica ATH-W3000 ANV和Sennheiser27系列)不能为平衡而在头带的任一部分上设置配重或使其连接到目镜。

没有视频图形目镜的其他头戴式设备(例如具有重型前置式夜视镜的TNVCMohawk Mk1战术头盔)在许多情况下会令人不愉快地热、不舒适、会妨碍头部靠在例如飞机座位中的头枕上，并且不会容纳梳着马尾辫的发型。

帽子和头带(例如，TrailHead头带)巧妙地容纳马尾辫，但是不能与电子设备(例如目镜或听筒)集成，并且也不能支撑电子设备。

配重

如果重量得以平衡，人头部可以长时间舒适地承载重物。从世界上许多地方的习俗中可以看出，在头部上携带大量的水、食物或其他用于徒步长途旅行的物品。与适当的平衡相比，重量本身并没有那么重要。

图5示出了实施例。耳机佩戴在用户的头部10上。耳机包括目镜51，该目镜在用户的眼睛前方弯曲，非常轻柔地搁置在用户的鼻子56上。耳机可选地包括挡光件(未示出)以阻挡环境光。目镜51连接到左听筒和右听筒52。左右头带53跨越头部10的顶部将听筒连接。

与传统的沉浸式音频视频耳机相比，头带53既没有水平包裹在颈部周围也不像音频耳机一样直接跨越头顶。头带朝向头部后方成45°角围绕头部。这使得带子与颈部隔开，避免出汗。在各种实施例中，与水平成15至75度的范围是合适的。

单靠角度并不能解决鼻子不舒适的问题，因为仅具有成不同角度的头带的耳机会仅依靠摩擦来保持目镜的重量不会旋转掉落在听筒上并且猛地搁置在鼻子上。然而，所示的实施例包括配重54，该配重附接到向后成角度的头带。配重54提供抵抗目镜51的重量的提升力，其减轻了用户的鼻子56上的重量。

配重54的一个可能实施例是重物，例如重型材料(例如沙子、水、铅、或铂)的塑料容器。然而，一些实施例使用电池，例如用于配重54的锂离子电池。电池是许多消费型电子设备的重量的重要部分，并且可以成形为各种适当的形状，例如在移动电话、笔记本电脑、或汽车内适合的形状。这样的电池也可以成形为安装在头带53上或与头带集成在一起。一些实施例将电池配重54连接至头带53，以与目镜51进行通信。大量的电池容量是一个优点，因为它延长了视频图形体验的可能的操作长度。

可以使用螺钉、螺栓、胶水、带子、收缩包裹材料、或其他附接组件的装置将配重附接到头带。还可以用诸如塑料、金属、橡胶之类的材料、或其他适当材料以这样的使其完全包住配重的方式来成形头带。

与印刷在直接佩戴跨越头部的头带(该头带与水平成90度角)上的商标名称相比较，头带处于后向倾角的另一优点在于，印刷在头带上的商标名称对于较近的旁观者来说更具可读性。此外，如果配重的布置和形状合适，则为印刷商标标志提供了突显空间。配重的形状可以在实现其功能的同时为美学上令人愉悦的设计提供机会。

一些实施例允许头带的定向是可调节的，或者是连续的可调节的，例如通过具有带有显著摩擦的铰接接头，或者是具有带有多个卡位(detent)的铰接接头，在该卡位处头带可被卡住(click)。这些实施例具有半刚性连接。一些实施例在目镜和头带之间具有完全刚性的连接。

马尾辫

设计不良的向后成角度的头带可能扰乱马尾辫的发型。图6示出了一个实施例的俯视图。耳机佩戴在用户的头部10上。耳机包括目镜61，该目镜在用户的眼睛前方弯曲，在用户的鼻子(不可见)上非常轻柔地搁置。目镜61连接到左听筒和右听筒62。左右头带63跨越在头部10的顶部将听筒连接。

在两个节点中设置配重64，该两个节点设置在头部中心线的左侧和右侧。这在重量节点64之间留下空间以容纳马尾辫68的聚集的头发。

较高角度处的头带对于马尾辫是优选的，但是需要更多的重量来抵消目镜。如果配重是电池，则电池具有更多的重量将具有用于视频图形体验的更长操作时间的优点。在一些实施例中，头带更接近垂直，但是电池配重节点64形成爪状结构，该爪状结构抓住头部后部。

在一些实施例中，头带处于低角度处、低于头部上通常会佩戴马尾辫的点。这样的实施例可以在后部滑动，其中马尾穿过由头带和目镜形成的圆圈，如弹性防汗带。

部分围绕

一些实施例是不对称的。图7示出了仅部分地围绕头部的一个实施例。耳机佩戴在用户的头部10上。耳机包括目镜71，该目镜在用户的眼睛前方弯曲，在用户的鼻子(不可见)上非常轻柔地搁置。目镜71连接到右听筒72但没有左听筒。左右头带73连接到听筒72并且部分地跨越头部10的顶部拱起。拱形件刚好延伸超过头部的中心线，以容纳配重74并提供补偿目镜71在鼻子上的重量所需的提升力。

第二头带

具有配重的一些实施例通过耳朵上的枢转力来在鼻子上提供提升力。在大多数情况下，这没有问题，因为：具有隔音泡沫的耳罩提供了与耳朵接触的分布表面区域；耳朵顶部的曲率比鼻子顶部的曲率更宽；并且与一个鼻子相比，有两个耳朵可用来分配枢转力。

然而，一些实施例通过使用在向前角度处的第二头带而在耳朵上基本上不提供枢转力并且在鼻子上基本上没有重量。这种头带通常可以比具有配重的后头带更薄和更轻。

图8示出了这样的实施例。耳机佩戴在用户的头部10上。耳机包括目镜81，该目镜在用户的眼睛前方弯曲，在用户的鼻子上非常轻柔地搁置。目镜81连接到左听筒和右听筒82。左右头带83跨越头部10的顶部将听筒连接，并且保持附接的配重84。向前成角度的第二头带87有效地使其能头部上到达的最高点的点为枢轴点89，以平衡目镜81和配重84的重量。

具有不同级别的柔韧性、弹性、和可调节性的不同材料，包括不同类型的调节机构，该不同材料包括用于角度调节的铰链，该铰链适合于后头带83和前头带87。

冠部

一些实施例形成冠状形状并且有效地将头部当作球来处理，冠部具有比头部更小的半径。图9示出了这样的实施例。耳机佩戴在用户的头部10上。耳机包括目镜91，该目镜在用户的眼睛前方弯曲，在用户的鼻子上非常轻柔地搁置。目镜91连接到头带93，该头带大致水平定向。头带93保持附接的配重94，该配重大致设置在头部10的与目镜91相对的后部处。

重量分布

对于冠形实施例，假设头带增加了微不足道的重量不平衡，配重中的最佳重量大约等于目镜的重量。

对于具有枢轴点的实施例，假设头带增加了微不足道的重量不平衡，配重中的最佳重量大约是目镜的重量乘以目镜质心至枢轴点与水平线的角度的余弦与配重质心至枢轴点与水平线的角度的余弦之间的比率。这可以表示为：

其中，W_C是配重的重量，W_E是目镜的重量，D_E是目镜的质心距枢轴点的距离，θ_E是目镜的质心从水平线到枢轴点的角度，D_C是配重的质心距枢轴点的距离，以及θ_C是配重的质心从水平线到枢轴点的角度。

图10示出了这种关系在笛卡尔坐标系中的示图。目镜质心101和配重质心102通过枢轴点103连接。目镜质心101距枢轴点103的距离为104，从目镜质心101至枢轴点103与从水平线106成角度θ_E。配重质心102距枢轴点103的距离为105，从配重质心102到枢轴点103与从水平线106成角度θ_C。

较大角度的头带具有较小的余弦值，并且因此，在配重组件中需要更多的重量。

显著的重量不平衡可能导致耳机充当投石机并且从用户的头部猛烈地发射。在实践中，头带抵靠头部或听筒围绕耳朵所产生的摩擦补偿了重量不平衡。这对于具有可调角度的耳机很重要，例如以适应用户对将头带放置在头部上的偏好。然而，配重的配置越好，所需的摩擦越小，并且耳机对于其用户来说越舒适。

麦克风

一些实施例包括嵌入目镜、听筒、或头带中的一个或多个麦克风。一些实施例通过麦克风捕获语音音频，并且包括数字信号处理器以及软件或硬件语音识别模块。一些实施例使用语音识别来控制目镜中所示的视频图形的一些操作。

一些实施例具有语音识别模块，该语音识别模块在没有连接至网络并且没有连接至任何其他设备的情况下进行操作。一些实施例将音频发送到远程语音识别服务并且对其响应进行动作。一些实施例具有语音识别模块，该语音识别模块可以以本地操作模式和另一远程操作模式进行操作。

一些实施例包括到控制设备(例如，智能电话、平板电脑、或游戏控制台)的无线连接，例如蓝牙连接。无线连接可以提供音频和视频，并从耳机摄像头接收音频和视频，并对音频和视频进行处理以提供理想的用户体验。

一些实施例包括目镜、听筒、或头带中的振动器，以向用户提供触觉反馈。

热电发电

头部是人体最温暖的肢体。在许多环境中，头带下方的头部比头带上方的环境空气更热。一些实施例在头带内嵌入塞贝克效应能量收集发电机。这对于包括电池的实施例是有用的。塞贝克发电机中产生的电流可以为电池增加电量，并为耳机供电做出贡献。

在一些环境中，传统的头带会使头部变热和感到不舒适。具有塞贝克发电机的一个实施例，因为它吸收环境温度差以产生电流，从而冷却其用户的头部。这可以显著降低耳机的隔热效果，避免头部发热和出汗，并且具有使用户感觉就像他们根本没有佩戴耳机一样的效果。

神经机器接口

耳机使得可听机器与人类进行通信。麦克风可以实现人声与机器之间的通信，尽管它笨拙而且不是私密的。显示屏使得视觉机器与人类进行通信。手势使得人类能够与机器进行通信，尽管它也很笨拙而且不是私密的。

使用按压在身体(尤其是头部)上的传感器的神经机器接口实现了私人的人到机器接口。此外，使用按压到身体(尤其是头部)的信号发射器的神经机器接口实现了私人的机器到人的接口。

一些实施例包括一个或多个头带中的位于顶叶或后额叶附近的神经活动传感器、或发射器、或神经活动传感器和发射器两者。一些实施例包括位于目镜的与大脑的前额叶附近的前额接触的部分中的神经活动传感器、或发射器、或神经活动传感器和发射器两者。一些实施例使用触觉振动器作为信息的发射器。一些实施例使用脑电图(EEG)发射器和探针。一些实施例使用功能性近红外光谱(fNIRS)发射器和探针。一些实施例使用具有时间聚焦发射器和探针的三维无扫描全息光遗传技术。用于操纵和感测大脑活动的各种当前和未来的信号发射器和探针是适用的。与摄像机、视频图形显示器、耳机、和麦克风的输入和输出相结合，脑刺激和监测是最有效的。

样板文件(boilerplate)

本领域技术人员将认识到许多修改和变化，其包括所公开特征的任何相关组合。本文的描述叙述了包含其结构和功能两者等同物的原理、方面、和实施例。术语“连接”包括通过中间组件的直接连接和连接，例如目镜和头带通过听筒连接。

各种实施例是使用人和机器中的任一个或组合的行为的方法。在世界组成步骤发生的任何地方，方法实施例都是完整的。一些实施例是一种或多种非暂态计算机可读介质，其被布置为存储针对本文描述的方法的这种指令。无论什么机器保持包括任何必要代码的非暂态计算机可读介质都具有完整的实施例。一些实施例是物理设备，例如半导体芯片；硬件描述语言表示这种设备的逻辑或功能行为；并且一个或多个非暂态计算机可读介质被配置为存储这种硬件描述语言表示。

Claims (17)

1.一种视频图形显示耳机，包括：

目镜，用于显示视频图形，所述目镜具有第一侧和第二侧；

单个头带，具有第一端和第二端，所述头带的至少所述第一端刚性地或半刚性地连接至所述目镜的所述第一侧，并且被设置这样的角度：使得当所述目镜佩戴在用户的眼睛上时，所述头带与水平成15度至75度的角度；以及

配重，连接至所述头带，并且被布置为提供配重，所述配重导致在所述目镜上的提升力。

2.根据权利要求1所述的视频图形显示耳机，还包括：至少一个听筒，其中，所述头带和所述目镜之间的连接是通过所述听筒实现的，使得由所述配重提供的提升力是通过在所述听筒处枢转而获得的。

3.根据权利要求1所述的视频图形显示耳机，其中，所述头带至少部分地环绕所述头部，使得：

所述头带的第二端从所述头带的所述第一端延伸超出所述头部的中心线；并且

所述目镜的第二侧从所述目镜的所述第一侧延伸超出所述头部的中心线。

4.根据权利要求1所述的视频图形显示耳机，还包括：第二头带，所述第二头带连接至所述目镜的所述第一侧和所述目镜的所述第二侧中的至少一个，所述第二头带被设置为在所述头部的顶部基本向前的角度，使得所述第二头带在所述目镜和所述配重之间提供枢轴点。

5.根据权利要求1所述的视频图形显示耳机，其中，所述配重是向所述目镜提供电力的电池。

6.根据权利要求5所述的视频图形显示耳机，还包括：位于所述头带内的塞贝克发电机，所述塞贝克发电机能够将环境空气温度和头部温度之间的差异转换为对所述电池进行充电的电流。

7.根据权利要求1所述的视频图形显示耳机，其中，所述配重包括左侧和右侧之间的裂缝，所述裂缝能容纳位于所述配重的左侧和右侧之间的马尾辫，并且所述头带的角度足够高，使得所述耳机能放在用户的头部上，而不会使所述马尾辫穿过由所述头带和所述目镜形成的圆圈。

8.根据权利要求1所述的视频图形显示耳机，还包括：

至少一个麦克风；

数字信号处理器；以及

本地语音识别模块，能够接收和处理语音命令，而无需连接至网络并且无需连接至任何其他设备。

9.根据权利要求1所述的视频图形显示耳机，还包括：

至少一个麦克风；

数字信号处理器；以及

具有本地操作模式的语音识别模块，能够接收和处理多个语音命令，而无需连接至网络并且无需连接至任何其他设备。

10.根据权利要求1所述的视频图形显示耳机，还包括：多个神经活动传感器，所述多个神经活动传感器设置在所述头带内并且定向为感测所述用户的大脑中的神经活动。

11.根据权利要求1所述的视频图形显示耳机，还包括：多个神经感觉发射器，所述多个神经感觉发射器设置在所述头带内并且定向为刺激所述用户的大脑中的神经活动。

12.一种视频图形显示耳机，包括：

目镜，用于显示视频图形，所述目镜具有第一侧和第二侧；

头带，具有第一端和第二端，所述第一端连接至所述目镜的所述第一侧，所述第二端连接至所述目镜的所述第二侧，使得当所述头带基本水平地被佩戴时，由所述头带和所述目镜形成的形状形成围绕所述头部的冠部，其中，所述冠部的半径小于所述头部在被当作球处理时的直径；以及

配重，连接至所述头带并且被布置为朝向所述头部的后部以提供配重，所述配重导致在所述目镜上的提升力。

13.根据权利要求12所述的视频图形显示耳机，其中，所述配重是向所述目镜提供电力的电池。

14.根据权利要求13所述的视频图形显示耳机，还包括：位于所述头带内的塞贝克发电机，所述塞贝克发电机能够将环境空气温度和头部温度之间的差异转换为馈入所述电池的电流。

15.根据权利要求12所述的视频图形显示耳机，其中，所述配重包括：左侧和右侧之间的裂缝，所述裂缝能容纳位于所述配重的左侧和右侧之间的马尾辫，使得所述耳机能放置在所述用户的头部上，而不会使所述马尾辫穿过由所述头带和所述目镜形成的圆圈。

16.根据权利要求12的视频图形显示耳机，还包括：

至少一个麦克风；

数字信号处理电路；以及

本地语音识别模块，能够接收和处理语音命令，而无需连接至网络并且无需连接至任何其他设备。

17.根据权利要求12的视频图形显示耳机，还包括：

至少一个麦克风；

数字信号处理电路；以及

具有本地操作模式的语音识别模块，能够接收和处理多个语音命令，而无需连接至网络并且无需连接至任何其他设备。

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