CN111164489A - 用于头戴式显示器的音频输出组件 - Google Patents

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Abstract

头戴式显示器(HMD)包括限定具有孔的封装区的壳体。扬声器位于封装区内，扬声器具有面向壳体的内表面的后侧面和背离壳体的内表面的前侧面，后体积被限定在壳体的至少一部分和扬声器的后侧面之间用于增强由扬声器产生的声音。声音导管具有向封装区开放的一个端部，并穿过该孔延伸到壳体外部。声音导管具有朝着向后方向开放的另一端部，以传输由扬声器产生的声音。

Description

用于头戴式显示器的音频输出组件
背景
本公开涉及在头戴式显示器(HMD)中的音频输出。
HMD可以作为例如虚拟现实(VR)系统、增强现实(AR)系统、混合现实(MR)系统或它们的某种组合的一部分来进行操作。在HMD的操作期间，HMD佩戴在用户的头上，并且音频输出可以结合视频输出来被呈现。然而，直接从HMD生成高质量音频输出会比较困难。HMD的壳体尺寸可以被限制以舒适地贴合用户的头部。例如，壳体可以包括保持显示面板和其他电子部件的前刚性主体。当HMD由用户佩戴时，前刚性主体位于用户的眼睛的前方，且因此与用户的耳朵分开一段距离。因此，传统的HMD系统使用用于音频输出的单独的头戴式耳机或其他音频输出设备而不是集成在前刚性主体或HMD壳体的其他部分中的音频部件。
概述
本公开的实施例涉及一种头戴式显示器(HMD)，其包括由壳体的一部分和扬声器的后侧面限定的后体积(back volume)。HMD的壳体限定具有孔的封装区。扬声器位于封装区内，并且扬声器的后侧面面向壳体的内表面。扬声器的前侧面背离壳体的内表面。后体积被限定在至少壳体和扬声器的后侧面之间，用于增强由扬声器产生的声音。声音导管具有向封装区开放的一个端部，并穿过该孔延伸到壳体外部。声音导管具有朝着向后方向开放的另一端部，以传输由扬声器产生的声音。
附图简述
图1是根据实施例的头戴式显示器(HMD)的透视图。
图2A是根据一个实施例的没有侧盖120的在图1中的HMD的侧视图。
图2B是根据一个实施例的没有侧盖120的在图1中的HMD的另一侧视图。
图3是根据一个实施例的音频输出组件的部件的分解视图。
图4是根据一个实施例的安装在音频输出组件的主体部分内的扬声器的透视图。
图5是根据一个实施例的安装在音频输出组件的盖部分上的声音导管的透视图。
图6是根据一个实施例的包括与主体部分结合的盖部分的音频输出组件的透视图。
图7是根据一个实施例的音频输出组件的另一透视图。
附图仅为了说明的目的而描绘本公开的实施例。
详细描述
本公开的实施例涉及具有用于高质量音频输出的集成音频输出组件的头戴式显示器(HMD)。对于左音频输出和右音频输出中的每一个，HMD包括限定具有孔的封装区的壳体。壳体可以是HMD的前刚性主体的一部分，部件(包括一个或更多个显示面板)被安装在前刚性主体上。扬声器被定位在封装区中以限定位于壳体的至少一部分和扬声器的后侧面之间的后体积，用于增强由扬声器产生的声音。声音导管延伸穿过孔以在向后方向上从封装区内的扬声器朝着佩戴HMD的用户的耳朵传输声音。
图1是根据实施例的HMD 100的透视图。HMD 100可以是虚拟现实(VR)系统、增强现实(AR)系统、混合现实(MR)系统或它们的某种组合的一部分。HMD 100除了其他部件之外还可以包括前刚性主体105、头带110、前盖115和侧盖120。侧盖120包围出壳体，该壳体在前刚性主体105的左侧面140和右侧面145处将音频输出组件包括在内，音频输出组件用于提供HMD 100的音频输出。下面结合图2A、图2B、图3、图4、图5、图6和图7对音频输出组件进行详细的讨论。前盖115附接到侧盖120，在前盖115的外边缘和侧盖120的外边缘之间具有狭缝125，以将空气和热从HMD 100排出。
在前刚性主体105的左侧面140和右侧面145处的音频输出组件各自附接到带臂(strap arm)，例如在左侧面140处的带臂120和在右侧面145处的带臂150(在图2中示出)。带臂120和150将头带110固定到前刚性主体105，并且可以为头带110提供可调节的附接件以适应不同的头部尺寸。
图1所示的HMD 100还包括位于前盖115的顶部和底部上的相机组件130。在一些实施例中，每个相机组件130可以被实现为深度相机组件(DCA)，其确定围绕HMD 100的一些或全部的本地区域的深度信息。每个相机组件130包括成像孔和照明孔(图1中未示出)，且相机组件130的照明源(图1中未示出)穿过照明孔发射光。相机组件130的照明源可以由在单个衬底上的多个激光型光发射器组成，这些光发射器同时或在不同的时刻例如以结构化光图案的形式发射多个光束。相机组件130的成像设备(图1中未示出)捕获来自照明源、穿过照明孔的从本地区域反射和/或散射的光。耦合到相机组件130的成像设备或集成在成像设备内的控制器(图1中未示出)可以基于所捕获的反射/散射光来确定在本地区域中的一个或更多个对象的二维或三维信息。同一控制器或单独的控制器可以控制相机组件130的照明源的操作。
图1所示的HMD 100还包括无线收发器135。在一些实施例中，HMD 100经由无线收发器135与控制台(图1中未示出)无线地通信。控制台可以向HMD 100提供用于根据从HMD100接收的信息来进行处理的内容。HMD 100可以经由无线收发器135向控制台传输信息。HMD还可以经由无线收发器135从控制台接收内容。在一些实施例中，控制台基于从HMD 100接收的信息来生成围绕HMD 100的一些或全部的本地区域的二维和/或三维地图。在一些实施例中，控制台基于从相机组件130接收的、与在计算深度时使用的技术相关的信息来确定用于本地区域的三维地图的深度信息。HMD 100可以例如经由无线收发器135向控制台提供HMD 100的位置信息、加速度信息、速度信息、所预测的未来位置或它们的某种组合。基于接收到的信息，控制台确定要提供给HMD 100用于呈现给用户的内容。
在一个实施例中，前刚性主体105包括一个或更多个电子显示元件(图1中未示出)、估计用户的眼睛的位置和角定向的一个或更多个集成的眼睛跟踪系统(图1中未示出，例如，对于佩戴HMD 100的用户的每只眼睛设置一个眼睛跟踪系统)、惯性测量单元(IMU)(图1中未示出)、一个或更多个位置传感器(图1中未示出)和参考点(图1中未示出)。位置传感器可以位于IMU内，并且IMU和位置传感器对于HMD 100的用户都是不可见的。IMU是基于从一个或更多个位置传感器接收的测量信号来生成快速校准数据的电子设备。位置传感器响应于HMD 100的运动而生成一个或更多个测量信号。位置传感器的示例包括：一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另外的合适类型的传感器、用于IMU的误差校正的一种类型的传感器或者它们的某种组合。位置传感器可以位于IMU的外部、IMU的内部或者它们的某种组合。
HMD 100的一个或更多个电子显示元件可以集成到电子显示器(图1中未示出)中。电子显示器生成图像光。在一些实施例中，电子显示器包括调节所生成的图像光的焦点的光学元件。电子显示器根据从控制台(图1中未示出)接收的数据向用户显示图像。在各种实施例中，电子显示器可以包括单个电子显示器或多个电子显示器(例如，用于用户的每只眼睛的显示器)。电子显示器的示例包括：液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、无机发光二极管(ILED)显示器、有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器、透明有机发光二极管(TOLED)显示器、某个其它显示器、投影仪或它们的某种组合。电子显示器还可以包括光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、衍射元件、波导、滤光器、偏振器、漫射器、光纤锥体(fiber taper)、反射表面、偏振反射表面或影响从电子显示器发射的图像光的任何其他合适的光学元件。
HMD 100还可以包括光学组件(图1中未示出)。光学组件放大从电子显示器接收的光，校正与图像光相关联的光学像差，并且将校正后的图像光呈现给HMD 100的用户。光学组件的至少一个光学元件可以是光圈、菲涅耳透镜、折射透镜、反射表面、衍射元件、波导、滤光器、反射表面、偏振反射表面或影响从电子显示器发射的图像光的任何其他合适的光学元件。此外，光学组件可以包括不同光学元件的组合。在一些实施例中，光学组件中的一个或更多个光学元件可以具有一个或更多个涂层，例如抗反射涂层、二向色涂层等。由光学组件对图像光的放大允许电子显示器的元件比更大的显示器在物理上更小、重量更轻并且消耗更少的电力。此外，放大可以增加所显示的媒体的视场。例如，所显示的媒体的视场使得使用用户的几乎所有(例如，110度斜线)视场来呈现所显示的媒体，并且在一些情况下使用用户的所有视场来呈现所显示的媒体。在一些实施例中，光学组件被设计成使得它的有效焦距大于到电子显示器的间距，这放大了由电子显示器投射的图像光。此外，在一些实施例中，可以通过添加或移除光学元件来调节放大量。
图2A是根据一个实施例的没有侧盖120的在图1中的HMD的侧视图。侧盖120和带臂120在图2A中被移除，使得形成前刚性主体105的壳体的左侧面140的音频输出组件200可以被示出。音频输出组件200向佩戴HMD 100的用户的左耳提供声音，并且还为带臂120(在图2A中对于左侧面140未示出)提供机械安装结构。前刚性主体105的右侧面145也可以包括音频输出组件，该音频输出组件向佩戴HMD 100的用户的右耳提供声音并且为右侧面145处的带臂150提供机械安装结构。
除了其他部件以外，音频输出组件200还包括声音导管205，声音导管205朝着用户的耳朵引导从音频输出组件200内(例如，由扬声器)产生的声音。为了朝着用户的耳朵引导声音，声音导管205在HMD 100的向后方向x上延伸。
HMD 100还包括面部交界面210。面部交界面210可以是安装在前刚性主体105的后部(例如，与前盖115相对)处的可压缩材料。当HMD 100由用户佩戴时，面部交界面210接触用户的面部，并且可以压缩来为HMD 100提供安全且舒适的贴合。尽管在前刚性主体和面部交界面210之间可以存在其他部件，但这些部件在本文为了方便起见而被省略。
在一些实施例中，HMD 100包括位于前刚性主体105的顶部区域处的电池220。电池可以位于空腔中，该空腔在左音频输出组件和右音频输出组件200之间从前刚性主体105的顶部区域开口。HMD的扬声器和其他电子部件连接到电池以接收电力。
图2B是根据一个实施例的具有安装到音频输出组件200的面部交界面210的HMD100的另一侧视图。面部交界面210可以包括导管接纳部分215，导管接纳部分215用于接纳从前刚性主体105延伸的声音导管205的端部。在一些实施例中，面部交界面210具有的第一凹部和第二凹部(如图2B所示)，分别限定左声音导管和右声音导管205的导管接纳部分215。当声音导管205由面部交界面210接纳时，通过机械地遮挡声音导管205的内侧面以使其不受用户的面部或直接接触的其他源的影响，面部交界面210为声音导管205提供结构保护。此外，声音导管205可以将声音传输到面部交界面210。在一些实施例中，(图1所示的)侧盖120可以安装在音频输出组件200上，遮挡从前刚性主体105延伸的声音导管205的部分的外侧面，其中该外侧面被限定为与声音导管205的位于面部交界面210的凹部215内的内侧面相反。因此，面部交界面210和侧盖120共同形成对从前刚性主体105延伸的声音导管205的部分的保护。
图3是根据一个实施例的音频输出组件200的部件的透视图。音频输出组件200包括主体部分305、盖部分310和扬声器盖325，它们共同地限定了前刚性主体105的多零件壳体部分。音频输出组件200还包括扬声器315和声音导管205。在一些实施例中，音频输出组件200形成前刚性主体105的左侧面140，而另一音频输出组件200形成前刚性主体105的右侧面145。在一些实施例中，左音频输出组件和右音频输出组件可以包括不同的部件。在一个示例中，音频输出组件中只有一个包括作为连接外部扬声器的接口的音频连接器。
主体部分305提供结构支撑，以将音频输出组件200附接到HMD 100的其他部件。盖部分310例如通过机械附接件(例如，螺钉)、粘合剂等安装到主体部分305。在一些实施例中，盖部分310包括单独的扬声器盖325，其安装到盖部分310以覆盖盖部分310的扬声器孔365。
主体部分305、盖部分310和扬声器盖325相结合，以形成用于扬声器315和声音导管205的输入端部390的壳体。特别是，主体部分305、盖部分310和扬声器盖325共同形成限定扬声器316和输入端部390的封装区355的壳体。封装区355具有由盖部分310限定的导管孔360，以在主体部分305和盖部分310相结合时形成导管孔360。
扬声器315基于通过扬声器电缆330接收的信号来产生声音。扬声器315具有前侧面345和后侧面350。在一些实施例中，扬声器315包括产生声音的隔膜，该声音从前侧面345和后侧面350发出。扬声器315的后侧面350被放置在封装区355内，面向主体部分305的内表面，使得后体积370被限定在壳体的一部分(例如，主体部分305)和扬声器315的后侧面350之间。后体积370增强由扬声器315产生的声音。例如，后体积370声学地耦合到扬声器315的后侧面350以将从扬声器315的后侧面345发出的声音投射到声音导管205的输入端部390内。声音导管205使声音穿过声音导管205传输，并从声音导管205的输出端部395传输出声音。
在一些实施例中，盖部分310包括扬声器孔365，当盖部分310结合到主体部分305时，扬声器孔365位于扬声器315的前侧面345上方。扬声器盖325安装在扬声器孔365上方，并覆盖在封装区355内的扬声器315的前侧面345。在一些实施例中，扬声器315的前侧面345具有突出的环绕部分375(例如，沿着隔膜的周边限定)，并且扬声器孔365与环绕部分375的尺寸相适应。环绕部分375延伸到扬声器孔365中以定位扬声器314，并将扬声器315固定在封装区355内的适当位置上。声音导管205传输由扬声器315产生的声音。声音导管205的输入端部390与扬声器315一起放置在封装区355内，并且声音导管205的输出端部395延伸穿过(当扬声器盖325与盖部分310结合时形成的)导管孔360从封装区355延伸出去。位于封装区355内的声音导管205的输入端部390声学地耦合到在封装区355内的声音，该声音通过声音导管205的输出端部395从封装区355传输出去。声音导管205包括在输入端部390和输出端部395之间延伸以传输声音的路径，并且包括路径之间的支撑肋用于向声音导管205提供结构强度。
在一些实施例中，主体部分305包括枢轴孔335，并且盖部分310包括相应的枢轴孔350。当主体部分305和盖部分310结合时，枢轴孔335和350对齐以接纳带臂120。
在一些实施例中，主体部分305包括音频连接器孔380，并且盖部分310包括相应的音频连接器孔385。当主体部分305和盖部分310结合时，音频连接器孔380和385对齐以接纳用于外部扬声器的音频连接器。
图4是根据一个实施例的安装在音频输出组件200的主体部分305内的扬声器315的透视图。在盖部分310与主体部分305结合之前，扬声器315位于主体部分305内，扬声器315的后侧面350面向主体部分305的一部分以限定后体积370。
音频连接器405延伸穿过主体部分305的音频连接器孔380。当例如在头戴式耳机、扩音器等上的外部扬声器连接到音频连接器405时，音频连接器405提供音频输出。扬声器315的扬声器电缆330也可以例如在由主体部分305限定的电缆孔415处从主体部分305延伸出去。音频连接器405和扬声器电缆330可以连接到公共源，例如印刷电路板(PCB)、控制器或选择性地发送音频输出信号的其他电路(例如，位于主体部分305的与扬声器315相对的侧面上)。在一些实施例中，该电路在外部扬声器连接到音频连接器405时将音频输出信号发送到音频连接器405，且在其他情况下将音频输出信号发送到扬声器315。在一些实施例中，该电路包括在HMD 100中执行计算操作(例如生成音频输出信号)的中央处理单元(CPU)。在另一示例中，单独的控制台或其他计算设备生成音频输出信号，并使用有线或无线连接来将音频输出信号提供给HMD 100。
在一些实施例中，孔配件415将主体部分305与盖部分310固定在一起，并便于它们的对齐。孔配件415具有圆柱形形状，孔配件415的第一侧面位于枢轴孔335内，以及孔配件415的第二侧面位于盖部分310的枢轴孔340内。因此，孔配件415便于主体部分305和盖部分310沿着枢轴孔335和340对齐。
图5是根据一个实施例的安装在音频输出组件200的盖部分310上的声音导管205的透视图。声音导管的输入端部390位于盖部分310上。扬声器315被定位成：当盖部分310结合到主体部分305时，环绕部分375延伸穿过扬声器孔365。
图6和图7是根据一个实施例的包括与主体部分305结合的盖部分310的音频输出组件200的两个不同的透视图。在扬声器315如图4所示被定位在主体部分305中之后，盖部分310与主体部分310结合。声音导管205的输入端部390如图5所示放置在盖部分310上，且然后扬声器盖325安装到盖部分310以形成封装区355和导管孔360。
带臂120的枢轴可以插入枢轴孔340和335中以将带臂120连接到音频输出组件200。音频连接器405延伸穿过盖部分310的音频连接器孔385。
主体部分305、盖部分310和扬声器盖325共同形成前刚性主体105的多零件壳体部分以便于高效组装音频输出组件200。例如，可以将扬声器盖325从盖部分310移除以接近封装区355、更换和/或修理在封装区355内的扬声器315或声音导管205等。在一些实施例中，主体部分305、盖部分310和扬声器盖325中的两个或更多个被集成为单件部分(single-piece portion)。
在说明书中使用的语言主要为了可读性和指导目的而被选择，并且它可以不是被选择以解释或限制创造性主题。因此，意图是本公开的范围不被该详细描述限制。因此，实施例的公开对本公开的范围意图是说明性的，而不是限制性的，在所附权利要求中阐述了本公开的范围。

Claims (20)

1.一种头戴式显示器(HMD)，包括：
壳体，其限定具有孔的封装区；
扬声器，其位于所述封装区内，所述扬声器具有面向所述壳体的内表面的后侧面和背离所述壳体的所述内表面的前侧面，后体积被限定在所述壳体的至少一部分和所述扬声器的所述后侧面之间，用于增强由所述扬声器产生的声音；以及
声音导管，其具有向所述封装区开放的一个端部并穿过所述孔延伸到所述壳体的外部，所述声音导管具有朝着向后方向开放的另一端部，以传输由所述扬声器产生的声音。
2.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述壳体包括主体部分和安装到所述主体部分的盖部分，所述主体部分限定所述后体积，并且所述盖部分限定所述孔。
3.根据权利要求2所述的HMD，其中：
所述盖部分形成有用于接纳所述扬声器的所述前侧面的至少一部分的另一个孔；并且
所述壳体还包括安装到所述盖部分上的扬声器盖，以覆盖位于所述另一个孔内的所述扬声器。
4.根据权利要求3所述的HMD，其中，所述孔被限定在所述扬声器盖和所述盖部分之间。
5.根据权利要求3所述的HMD，其中，所述主体部分、所述盖部分和所述扬声器盖共同限定所述封装区。
6.根据权利要求1所述的HMD，其中所述壳体形成有用于接纳带臂的枢轴的枢轴孔，以将所述带臂附接到所述壳体。
7.根据权利要求1所述的HMD，还包括：
音频输出连接器；以及
电路，其被配置为将音频信号发送到所述音频输出连接器或扬声器驱动器，其中所述壳体还包括用于所述音频连接器的音频连接器孔。
8.根据权利要求1所述的HMD，还包括在所述HMD的后部处的面部交界面，所述声音导管的所述另一端部被接纳在所述面部交界面中。
9.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述声音导管将由所述扬声器产生的声音从所述封装区传输到所述面部交界面。
10.根据权利要求1所述的HMD，还包括位于所述壳体的顶部区域处的电池。
11.一种头戴式显示器(HMD)，包括：
前刚性主体，其限定具有孔的封装区；以及
声音导管，其具有向所述封装区开放的一个端部并穿过所述孔延伸到所述前刚性主体的外部，所述声音导管具有朝着向后方向开放的另一端部，以从所述封装区传输声音。
12.根据权利要求11所述的HMD，其中：
所述前刚性主体包括主体部分和安装到所述主体部分的盖部分，所述主体部分限定后体积，并且所述盖部分限定所述孔；并且
所述HMD还包括位于所述封装区内的扬声器，所述扬声器具有面向所述前刚性主体的内表面的后侧面和背离所述前刚性主体的所述内表面的前侧面，后体积被限定在壳体的至少一部分和所述扬声器的所述后侧面之间，用于增强由所述扬声器产生的声音；
并且。
13.根据权利要求12所述的HMD，其中：
所述前刚性主体形成有用于接纳所述扬声器的所述前侧面的至少一部分的另一个孔；以及
所述前刚性主体还包括安装成覆盖位于所述另一个孔内的所述扬声器的扬声器盖。
14.根据权利要求13所述的HMD，其中，所述孔被限定在所述扬声器盖和所述盖部分之间。
15.根据权利要求11所述的HMD，其中，前刚性主体形成有用于接纳带臂的枢轴的枢轴孔以将所述带臂附接到壳体。
16.根据权利要求11所述的HMD，还包括：
音频输出连接器；以及
电路，其被配置为将音频信号发送到所述音频输出连接器或扬声器驱动器，其中壳体还包括用于所述音频连接器的音频连接器孔。
17.根据权利要求11所述的HMD，还包括在所述前刚性主体的后部处的面部交界面，所述声音导管的所述另一端部被接纳在所述面部交界面中。
18.根据权利要求11所述的HMD，其中，所述声音导管将由所述扬声器产生的声音从所述封装区传输到所述面部交界面。
19.一种制造头戴式显示器(HMD)的方法，包括：
用一个或更多个壳体部分形成壳体，所述壳体限定具有孔的封装区；
将扬声器定位在所述封装区内，所述扬声器具有面向所述壳体的内表面的后侧面和背离所述壳体的所述内表面的前侧面，后体积被限定在所述壳体的至少一部分和所述扬声器的所述后侧面之间，用于增强由所述扬声器产生的声音；以及
将声音导管的一个端部定位在所述封装区内，所述声音导管具有向所述封装区开放的一个端部并穿过所述孔延伸到所述壳体的外部，所述声音导管具有朝着向后方向开放的另一端部，以传输由所述扬声器产生的声音。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述壳体形成有下列项中的至少一个：
枢轴孔，其用于接纳带臂的枢轴以将所述带臂附接到所述壳体；或者
用于音频连接器的音频连接器孔。
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