CN114830684A - 用于经由功能梯度材料改进软骨传导技术的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种软骨传导系统可以包括：(1)生成机械能的换能器；以及(2)功能梯度材料(FGM)接口，FGM接口被设计尺寸以耦合在换能器与位于用户的外耳上的软骨之间，其中FGM接口(1)从FGM接口的一侧到FGM接口的另一侧展现至少一个特征的梯度，以及(2)便于跨越特征的梯度将机械能从换能器传递到软骨。还公开了各种其他系统和方法。

Description

用于经由功能梯度材料改进软骨传导技术的系统和方法

技术领域

本公开总体上涉及用于经由功能梯度材料(FGM)改进软骨传导技术的系统和方法。本公开还涉及利用改进的软骨传导技术的人工现实系统。

背景技术

软骨传导技术可以包含激励位于用户的外耳(有时称为耳廓)上的耳壳软骨。在这种示例中，激励软骨可以使软骨生成声压，该声压通过用户的耳道朝向用户的耳膜传播。不幸的是，一些软骨传导技术可能具有引起一个或多个缺陷的某些缺点和/或设计折衷。换句话说，这种软骨传导技术可能无法提供解决某些相互矛盾的目标和/或目的(例如，高音频性能相对于高用户舒适度)的解决方案。

例如，软骨传导系统可以包括生成机械能的换能器和将换能器耦合到用户的外耳的接口。在该示例中，为了确保接口能够有效地和/或高效地将机械能从换能器传递到用户的外耳，接口可能需要具有一定水平的刚度和/或阻尼和/或硬度(也称为机械阻抗)。当佩戴软骨传导系统时，接口的这种刚度和/或硬度的不适当选择可能导致用户疼痛和/或不适。结果，用户可能被劝阻和/或阻止长时间使用软骨传导系统。

使用更柔软和/或更适合的材料作为接口的一个折衷可能降低接口的能量传递能力的有效性和/或效率。例如，虽然换能器与用户的外耳之间的更柔软和/或更适合的接口可以支持更好的用户舒适度，但是这种更柔软和/或更适合的接口可能无法有效地和/或高效地将机械能从换能器传递到用户的外耳。结果，更柔软和/或更适合的接口可能削弱和/或损害软骨传导系统的音频性能。

因此，本公开标识并解决了对于用于经由FGM改进软骨传导技术的系统和方法的需求。

发明内容

在一方面，本发明涉及一种软骨传导系统，包括：换能器，该换能器生成机械能；以及功能梯度材料(FGM)接口，该FGM接口被设计尺寸以耦合在换能器与位于用户的外耳上的软骨之间，其中FGM接口：从FGM接口的一侧到FGM接口的另一侧展现至少一个特征的梯度；并且便于跨越特征的梯度将机械能从换能器传递到软骨。在一些实施例中，FGM接口可以包括多个分立材料层，多个分立材料层共同形成由FGM接口展现的特征的梯度。

在一些实施例中，由FGM接口展现的特征的梯度可以包括沿着FGM接口的一个维度、从一侧到另一侧的特征的特定梯度。

在一些实施例中，特征可以包括以下项中的至少一项：刚度；损耗因子；密度；晶格间距；孔隙率；泊松比；或填料含量。在一些实施例中：FGM接口的一侧耦合到换能器；FGM接口的另一侧被设计尺寸以耦合到位于用户的外耳上的软骨；FGM接口的一侧具有第一刚度模量；并且FGM接口的另一侧具有第二刚度模量，第二刚度模量低于第一刚度模量。在一些实施例中，FGM接口的另一侧与位于用户的外耳上的软骨在轮廓上相吻合。在一些实施例中：一侧与换能器阻抗匹配；另一侧与位于用户的外耳上的软骨阻抗匹配。

在一些实施例中，FGM接口被设计尺寸以耦合在换能器与以下各项中的至少一项之间：用户的耳轮的一部分；用户的耳屏；用户的对耳轮；用户的耳舟；用户的舟状窝；或用户的耳甲。在一些实施例中，换能器生成振动，该振动：经由FGM接口传递到位于用户的外耳上的软骨；并且使软骨生成传播到用户的耳膜的声压。

在一些实施例中，FGM接口是各向异性的，使得：FGM接口在从换能器到软骨的方向上展现第一传递率水平；并且FGM接口在从软骨到换能器的相反方向上展现第二传递率水平，第二传递率水平低于第一传递率水平。

在一些实施例中：机械能包括振动；软骨根据振动生成声压；并且至少部分地由于第二传递率水平低于第一传递率水平，FGM接口防止振动中的至少一些振动在相反方向上返回到换能器。

在一些实施例中，软骨传导系统还可以包括FGM抑制器，FGM抑制器至少部分地包围耦合到FGM接口的换能器的一部分，其中FGM抑制器：从FGM抑制器的一侧到FGM抑制器的另一侧展现至少一个特征的附加梯度；并且减轻由换能器生成的机械能到用户的环境的泄漏。

在一些实施例中，由FGM接口展现的特征的梯度和由FGM抑制器展现的特征的附加梯度彼此不同。

在一些实施例中，由FGM抑制器展现的特征的附加梯度包括沿着一个维度、从FGM抑制器的一侧到FGM抑制器的另一侧的损耗因子的特定梯度。

FGM接口可以是3D打印的。

在另一方面，本发明涉及一种人工现实系统，包括头戴式显示器和通信地耦合到头戴式显示器的软骨传导设备，其中软骨传导设备包括如本文所述的软骨传导系统。

因此，本发明涉及一种人工现实系统，包括：头戴式显示器；以及与头戴式显示器通信地耦合的软骨传导设备，其中软骨传导设备包括：换能器，该换能器产生机械能；以及功能梯度材料(FGM)接口，该FGM接口被设计尺寸以耦合在换能器与位于用户的外耳上的软骨之间，其中FGM接口：从FGM接口的一侧到FGM接口的另一侧展现至少一个特征的梯度；并且便于跨越特征的梯度将机械能从换能器传递到软骨。

在一些实施例中，FGM接口包括多个分立材料层，该多个分立材料层形成由FGM接口展现的特征的梯度。

在一些实施例中，由FGM接口展现的特征的梯度包括沿着FGM接口的一个维度、从一侧到另一侧的特征的特定梯度。

在一些实施例中，特征包括以下项中的至少一项：刚度；损耗因子；密度；晶格间距；孔隙率；泊松比；或填料含量。

在另一方面，本发明涉及一种方法，包括：制造功能梯度材料(FGM)接口，该FGM接口从FGM接口的一侧到FGM接口的另一侧展现至少一个特征的梯度；并且该FGM接口被设计尺寸以耦合到位于用户的外耳上的软骨；以及将FGM接口耦合到生成机械能的换能器，以使得FGM接口能够便于跨越特征的梯度将机械能从换能器传递到软骨。

根据本文描述的一般原理，来自本文描述的实施例的特征可以彼此结合使用。本文描述的软骨传导系统的实施例的特征可以结合应用于本文描述的方法和人工现实系统，反之亦然。在结合附图和权利要求书阅读以下详细描述后，将更全面地理解这些和其他实施例、特征和优点。

附图说明

附图示出了多个示例性实施例，并且是说明书的一部分。与以下描述一起，附图展示并解释了本公开的各种原理。

图1是用于经由功能梯度材料(FGM)改进软骨传导技术的示例性系统的图示。

图2是用于经由FGM改进软骨传导技术的系统的示例性实现方式的图示。

图3是用于经由FGM改进软骨传导技术的系统的另一示例性实现方式的图示。

图4是从一侧到另一侧展现至少一个特征的连续梯度的示例性FGM接口的图示。

图5是包括多个分立材料层的示例性FGM接口以及示例性梯度图的图示，这些分立材料层共同形成至少一个特征的梯度，该示例性梯度图对应于包括在FGM接口中的分立材料层。

图6是用于经由FGM改进软骨传导技术的系统的另一示例性实现方式的图示。

图7是用于经由FGM改进软骨传导技术的另一示例性系统的图示。

图8是用于经由FGM改进软骨传导技术的示例性方法的流程图。

图9是可以结合本公开的实施例使用的示例性人工现实头带的图示。

图10是可以结合本公开的实施例使用的示例性增强现实眼镜的图示。

图11是可以结合本公开的实施例使用的示例性虚拟现实头戴式耳机的图示。

图12是可以结合本公开的实施例使用的示例性触觉设备的图示。

图13是根据本公开的实施例的示例性虚拟现实环境的图示。

图14是根据本公开的实施例的示例性增强现实环境的图示。

虽然本文描述的示例性实施例容易受到各种修改和替代形式的影响，但是具体实施例已经通过附图中的示例被示出，并且将在本文被详细描述。然而，本文描述的示例性实施例并不旨在限于所公开的特定形式。相反，本公开覆盖了落入本公开范围内的所有修改、组合、等同物和替代物。

具体实现方式

本公开总体上涉及用于经由功能梯度材料(FGM)改进软骨传导技术的系统和方法。如下文将更详细解释的，这些系统和方法可以提供许多特征和益处。

在一些示例中，软骨传导技术可以包含激励位于用户的外耳(有时称为耳廓)上的耳壳软骨。在这种示例中，激励软骨可以使软骨生成声压，该声压通过用户的耳道朝向用户的耳膜传播。不幸的是，一些软骨传导技术可能具有引起一个或多个缺陷的某些缺点和/或设计折衷。换句话说，这种软骨传导技术可能无法提供解决某些相互矛盾的目标和/或目的(例如，高音频性能相对于高用户舒适度)的解决方案。

例如，软骨传导系统可以包括生成机械能的换能器和将换能器耦合到用户的外耳的接口。在该示例中，为了确保接口能够有效地和/或高效地将机械能从换能器传递到用户的外耳，接口可能需要具有一定水平的刚度和/或阻尼和/或硬度(也称为机械阻抗)。当佩戴软骨传导系统时，接口的这种刚度和/或硬度的不适当选择可能导致用户疼痛和/或不适感。结果，用户可能被劝阻和/或阻止长时间使用软骨传导系统。

使用更柔软和/或更适合的材料作为接口的一个折衷可能降低接口的能量传递能力的有效性和/或效率。例如，虽然换能器与用户的外耳之间的更柔软和/或更适合的接口可以支持更好的用户舒适度，但是这种更柔软和/或更适合的接口可能无法有效地和/或高效地将机械能从换能器传递到用户的外耳。结果，更柔软和/或更适合的接口可能削弱和/或损害软骨传导系统的音频性能。

因此，本发明标识并解决了对于用于经由FGM改进软骨传导技术的系统和方法的需求。例如，如下文将更详细描述的，本文公开的各种系统和方法可以包括和/或结合用于将换能器耦合到位于用户的外耳上的软骨的FGM接口。在该示例中，FGM接口可以从一侧到另一侧展现至少一个特征(诸如刚度、硬度、损耗因子或阻尼、密度、晶格间距、孔隙率、层几何形状和厚度、泊松比和/或填料含量)的梯度。换句话说，特征的梯度可以构成和/或表示沿着一个维度和/或方向跨越FGM接口的特征的特定梯度。通过以这种方式包括和/或结合FGM接口，这些系统和方法可以能够提供实现高音频性能和高用户舒适度的软骨传导解决方案。

参考图1-图7，下面将提供能够经由FGM改进软骨传导技术的各种系统、部件和/或实现方式的详细描述。与图8相对应的讨论将提供用于经由FGM改进软骨传导技术的示例性方法的详细描述。与图9-图14相对应的讨论将提供可以便于和/或有助于用户的人工现实体验的示例性人工现实设备和/或系统的类型的详细描述。

图1示出了经由FGM改进软骨传导技术的示例性系统100。在一些示例中，系统100可以包括和/或表示软骨传导设备、系统和/或技术。在一个示例中，系统100可以被结合到可穿戴设备中和/或表示可穿戴设备的一部分。术语“可穿戴”和“可穿戴设备”可以指由人工现实系统和/或视觉显示系统的用户佩戴为衣服的一部分、附件和/或植入物的任何类型或形式的计算设备。可穿戴设备的示例包括但不限于头戴式耳机、头带、头戴式显示器、眼镜、框架、前述设备中的一个或多个设备的变型或组合、和/或任何其他合适的可穿戴设备。

如图1所示，示例性系统100可以包括生成机械能106的换能器102。在一些示例中，由换能器102生成的机械能106可以包括和/或表示振动、声波和/或声压。在一个示例中，机械能106可以构成和/或表示能够被系统100的用户理解和/或辨别的音频信息和/或信号。附加地或替代地，机械能106可以被位于用户的外耳上的软骨转换、变换(transform)和/或修改为能够被用户理解和/或辨别的声压。换能器102的示例包括但不限于触感换能器、扬声器、音圈扬声器、带式扬声器、静电扬声器、压电换能器、电声换能器、软骨传导换能器、致动器、前述换能器中的一个或多个换能器的组合或变型、和/或任何其他合适的换能器。

换能器102可以具有任何合适的形状和/或大小。在一些示例中，换能器102可以被缩放以舒适地配合在用户的外耳上和/或外耳处。在一个示例中，换能器102的长度或直径可以小于一厘米。附加地或替代地，换能器102的长度或直径可以小于5毫米。

如图1所示，示例性系统100还可以包括FGM接口104，FGM接口104被设计尺寸以耦合在换能器102与位于用户的外耳上的软骨之间。在一些示例中，FGM接口104可以通过任何类型或形式的附接机构耦合到换能器102。附加地或替代地，FGM接口104可以通过任何类型或形式的附接机构耦合到用户的外耳。这种附接机构的示例包括但不限于粘合剂(例如，胶水和/或硅树脂)、粘性表面、紧固件、压配合紧固件、干涉配合紧固件、摩擦配合紧固件、滑动配合紧固件、磁性紧固件、锁、钉、螺丝、接头、连结件(tie)、夹持件、扣钩、缝合件、钉书钉、拉链、前述附接机构中的一个或多个附接机构的变型或组合、和/或任何其他合适的附接机构。

在一些示例中，FGM接口104可以包括和/或结合一个或多个FGM。在一个示例中，FGM接口104可以从FGM接口104的一侧和/或一端到另一侧和/或另一端展现至少一个特征、特性、性质和/或属性的梯度108。在该示例中，FGM接口104可以便于跨越梯度108将由换能器102生成的机械能106传递到位于用户的外耳上的软骨。FGM接口104的梯度特征的示例包括但不限于刚度、硬度、模量(例如，杨氏模量)、损耗因子、密度、晶格间距、孔隙率、泊松比、填料含量、前述特征中的一个或多个特征的变型或组合、和/或任何其他合适的特征。

在一些示例中，FGM接口104可以包括和/或结合多个分立材料层，这些分立材料层共同形成、展示和/或表明特征的梯度108。附加地或替代地，FGM接口104可以从FGM接口104的一侧和/或一端到另一侧和/或另一端构成和/或表示特征的特定连续梯度(例如，线性梯度)。在一个示例中，特征的特定连续梯度可以沿着FGM接口104的一个维度和/或一个方向扩散、跨越和/或延伸。替代地，一个或多个特征的不同梯度可以沿着FGM接口104的不同维度和/或方向扩散、跨越和/或延伸。

在一些示例中，FGM接口104可以包括和/或结合各种不同的材料。在一个示例中，FGM接口104可以包括和/或结合一种或多种人造的和/或工程化的超材料，以展现在自然中不存在的某些特征。结合在FGM接口104中的材料的其他示例包括但不限于泡沫、聚合物、复合材料、橡胶、纸、塑料、硅树脂、金属、软木、氯丁橡胶、玻璃纤维、聚四氟乙烯、弹性体凝胶、前述材料中的一种或多种材料的组合或变型、和/或任何其他合适的材料。在某些实施例中，FGM接口104可以包括具有适当混合比的硅树脂或弹性体凝胶的混合物。在该实施例中，硅树脂或弹性体混合物的肖氏硬度可以变化，以创建具有不同刚度、硬度和/或阻尼特征的材料和/或结构。

在一些示例中，FGM接口104可以包括和/或具有被设计尺寸以耦合到换能器102的一侧或一端。在这种示例中，FGM接口104可以包括和/或具有被设计尺寸以耦合到位于用户的外耳上的软骨的另一侧或另一端。在一个示例中，被设计尺寸以耦合到换能器102的一侧或一端可以展现和/或具有高于某个最小阈值和/或最小限值的刚度模量。在该示例中，被设计尺寸以耦合到用户的外耳的另一侧或另一端可以展现和/或具有低于某个最大阈值和/或最大限值的刚度模量。相应地，被设计尺寸以耦合到换能器102的一侧或一端可以比被设计尺寸以耦合到用户的外耳的一侧或一端更坚固和/或更硬。换句话说，被设计尺寸以耦合到用户的外耳的一侧或一端可以比被设计尺寸以耦合到换能器102的一侧或一端更柔软和/或更适合。

在一些示例中，被设计尺寸以耦合到用户的外耳的一侧或一端可以是可延展的、柔性的、可模制的和/或适合用户的外耳的形状。例如，被设计尺寸以耦合到用户的外耳的一侧或一端可以与位于用户的外耳上的软骨在轮廓上相吻合，从而在佩戴系统100的同时为用户提供高水平的舒适度。结果，系统100可以构成和/或表示实现高音频性能和高用户舒适度的软骨传导解决方案和/或技术。

在一些示例中，FGM接口104可以以各种方式和/或在各种环境中被制造、加工和/或创建。例如，FGM接口104可以是3D打印的。附加地或替代地，FGM接口104可以由分立材料层的集合组装而成，这些分立材料层通过任何类型或形式的附接机构(包括上述附接机构中的任何附接机构)耦合在一起。

在一些示例中，FGM接口104可以具有和/或被形成为任何合适的形状和/或大小。这种形状的示例包括但不限于盘、立方体、圆柱体、长方体、球体、前述形状中的一种或多种形状的变型或组合、和/或任何其他合适的形状。

图2示出了耦合到和/或附接到用户的外耳202的系统100的示例性实现方式200。在一些示例中，系统100可以耦合到和/或附接到用户的外耳202的任何部分，包括用户的耳轮(helix)、耳屏、对耳轮、耳舟、舟状窝、耳甲等。如图2所示，用户的外耳202可以包括和/或表示耳轮204和/或耳屏206。在一个示例中，实现方式200可以涉及和/或表示系统100通过FGM接口104耦合到和/或附接到用户的耳屏206。在该示例中，换能器102可以生成被传递和/或运送到位于用户的耳屏206上的软骨的机械能106。相应地，在从换能器102到耳屏206的途中，机械能106可以跨越、穿过和/或通过FGM接口104的特征梯度。

在一个示例中，当机械能106经由FGM接口104到达耳屏206时，位于耳屏206上的软骨可以将机械能106转换和/或变换成通过耳道208传播和/或传递到用户的耳膜的声压210。在该示例中，声压210可以构成和/或表示旨在供用户收听和/或消费的音频信息和/或信号。相应地，用户可以能够听到以声压210表示的音频信息和/或信号。

图3示出了耦合到和/或附接到用户的外耳202的系统100的附加的示例性实现方式300。如图3所示，实现方式300可以涉及和/或表示系统100通过FGM接口104耦合到和/或附接到用户的耳轮204。在该示例中，换能器102可以生成被传递和/或运送到位于用户的耳轮204上的软骨的机械能106。相应地，在从换能器102到耳轮204的途中，机械能106可以跨越、穿过和/或通过FGM接口104的特征梯度。

在一个示例中，当机械能106经由FGM接口104到达耳轮204时，位于耳轮204上的软骨可以将机械能106转换和/或变换成通过耳道208传播和/或传递到用户的耳膜的声压210。在该示例中，声压210可以构成和/或表示旨在供用户收听和/或消费的音频信息和/或信号。相应地，用户能够听到以声压210表示的音频信息和/或信号。

图4示出了FGM接口104的示例性表示。如图4中所示，FGM接口104可以包括和/或表示侧402和侧404。在一个示例中，FGM接口104可以从侧402到侧404展现、展示和/或表明至少一个特征的梯度108。在侧402，FGM接口104可以具有特征梯度412。相反，在侧404，FGM接口104可以具有不同于特征梯度412的特征梯度414。相应地，梯度108可以包括和/或表示一个或多个特征(例如刚度、硬度、损耗因子、密度、晶格间距、孔隙率、泊松比和/或填料含量)从侧402到侧404的过渡和/或转变。

作为具体示例，特征梯度412可以表示在FGM接口104的侧402处的某刚度模量水平。特征梯度414可以表示在FGM接口104的侧404的不同的刚度模量水平。在该示例中，特征梯度412可以对应于比特征梯度414更坚固和/或更硬的模量。换句话说，特征梯度414可以对应于比特征梯度412更柔软和/或更适合的模量。在某些实施例中，梯度108可以从侧402到侧404连续地变化。

图5示出了FGM接口104的示例性表示。如图4所示，FGM接口104可以包括和/或表示一系列分立材料层510(1)、510(2)、510(3)和510(N)(统称为分立材料层510(1)-(N))。作为整体，分立材料层510(1)-(N)可以展现和/或形成一个或多个特征和/或属性的梯度108。在一个示例中，分立材料层510(1)-(N)的特征和/或属性可以由图5中的梯度图506来表示和/或表征。

如图5所示，梯度图506可以将分立材料层510(1)表示为具有由

表征的成分和/或结构。在该示例中，梯度图506还可以将分立材料层510(2)表示为具有由

表征的成分和/或结构。梯度图506还可以将分立材料层510(3)表示为具有由

表征的成分和/或结构。此外，梯度图506可以将分立材料层510(4)表示为具有由

表征的成分和/或结构。

图6示出了耦合到和/或附接到用户的外耳202的系统100的附加的示例性实现方式600。如图6所示，FGM接口104可以便于将换能器102机械地和/或听觉地耦合到用户的外耳202。在一个示例中，换能器102可以在侧402耦合到和/或附接到FGM接口104。在该示例中，用户的外耳202可以在侧404耦合到和/或附接到FGM接口104。

在一些示例中，FGM接口104可以是各向异性的和/或单向的。换句话说，FGM接口104可以支持和/或便于机械能106的单向通信和/或传递。相应地，FGM接口104可以展现、展示和/或表明方向608上的一个传递率水平和方向610上的另一传递率水平。例如，FGM接口104可以在方向608上具有高传递率，但是在方向610上具有低得多的传递率。在该示例中，FGM接口104可以有效地和/或高效地在方向608上将机械能106从换能器102传递、运送和/或传输到外耳202。然而，FGM接口104可能无法有效地和/或高效地在方向610上将机械能106从外耳202传递、运送和/或传输到换能器102。相应地，至少部分地由于方向610的传递率小于或低于方向608的传递率，FGM接口104可以防止机械能106中的至少一些机械能在方向610上返回到换能器102。

在一些示例中，FGM接口104可以有效地将来自换能器102的机械能106耦合到外耳202。附加地或替代地，FGM接口104可以有效地将机械能106从返回到换能器102中解耦合和/或去耦合。换句话说，FGM接口104可以有效地防止机械能106从外耳202反弹和/或反射回换能器102。

在一些示例中，FGM接口104在侧402和侧404处可以是阻抗匹配的。例如，FGM接口104的侧402可以与换能器102阻抗匹配。在该示例中，FGM接口104的侧402和换能器102可以具有彼此相似和/或相同的阻抗。附加地或替代地，FGM接口104的侧402和换能器102可以具有便于最大化能量传递和/或最小化信号反射的阻抗。

在另一示例中，FGM接口104的侧404可以与外耳202阻抗匹配。在该示例中，FGM接口104的侧404和外耳202可以具有彼此相似和/或相同的阻抗。附加地或替代地，FGM接口104的侧404和外耳202可以具有便于最大化能量传递和/或最小化信号反射的阻抗。

图7示出了用于经由FGM改进软骨传导技术的附加的示例性系统700。如图7所示，与图1中的系统100类似，示例性系统700可以包括生成机械能106的换能器102和用于在换能器102与用户的外耳之间耦合的FGM接口104。然而，与图1中的系统100不同的是，示例性系统700还可以包括FGM抑制器704，FGM抑制器704至少部分地包围耦合到FGM接口104的换能器102的一部分。在一个示例中，FGM抑制器704和FGM接口104可以表示、构成和/或形成单个结合的FGM单元。替代地，FGM抑制器704和FGM接口104可以表示和/或构成彼此邻接的不同的或分立的FGM单元。

在一些示例中，FGM抑制器704和FGM接口104可以共享一个或多个共同的特征，包括上述特征中的任何特征。如同FGM接口104，FGM抑制器704可以从一侧到另一侧展现、展示和/或表明一个或多个特征的梯度708。然而，在一个示例中，FGM抑制器704所展现的梯度708和FGM接口104所展现的梯度108可以彼此不同。例如，相对于图7中的示例性系统700，由FGM接口104展现的梯度108可以沿着一个维度或方向(例如，沿着图7中的y轴)扩散、跨越和/或延伸，而由FGM抑制器704展现的梯度708可以沿着另一维度或方向(例如，沿着图7中的x轴)扩散、跨越和/或延伸。附加地或替代地，FGM抑制器704和FGM接口104可以相对于彼此具有不同的特征和/或属性梯度。

在一些示例中，FGM抑制器704可以减轻和/或减少由换能器102生成的机械能106到用户环境和/或周围空气的泄漏。这样做，FGM抑制器704可以通过遏制和/或抑制机械能106进入用户的个人空间来提高用户隐私。在一个示例中，FGM抑制器704所展现的梯度708和/或FGM接口104所展现的梯度108可以被设计和/或定向为改进和/或最大化这种隐私。

在一个示例中，FGM抑制器704所展现的梯度708可以构成和/或表示从FGM抑制器704的一侧和/或一端到另一侧和/或另一端的损耗因子的特定梯度(例如，线性梯度)。在该示例中，损耗因子的特定梯度可以沿着FGM抑制器704的一个维度和/或一个方向(例如，沿着图7中的x轴)扩散、跨越和/或延伸。

在一些示例中，FGM抑制器704可以具有和/或被形成为任何合适的形状和/或大小。这种形状的示例包括但不限于盘、立方体、圆柱体、长方体、球体、前述形状中的一种或多中形状的变型或组合、和/或任何其他合适的形状。

图8是用于经由FGM改进软骨传导技术的示例性方法800的流程图。在一个示例中，图8中所示的步骤可以作为组装和/或制造软骨传导系统的一部分来执行。附加地或替代地，图8中所示的步骤也可以结合和/或涉及与以上结合图1-图7提供的描述一致的各种子步骤和/或变型。

如图8种所示，方法800可以包括步骤810，在步骤810中，制造FGM接口。在一个示例中，计算设备制造商或分包商可以创建、构建和/或制造FGM接口。例如，计算设备制造商或分包商可以3D打印出FGM接口。在该示例中，FGM接口可以从一侧到另一侧展现一个或多个特征的梯度。附加地或替代地，FGM接口可以被设计尺寸以耦合到位于用户的外耳上的软骨。

如图8中所示，方法800可以包括步骤820，在步骤802中，将FGM接口耦合到生成机械能的换能器。在一个示例中，计算设备制造商或分包商可以将FGM接口耦合、附接和/或粘附到换能器。例如，计算设备制造商或分包商可以用粘合剂(诸如硅树脂)将FGM接口耦合到换能器。在一些示例中，FGM接口与换能器之间的这种耦合可以使得FGM接口能够跨越(多个)特征的梯度将机械能从换能器传递和/或运送到位于用户的外耳上的软骨。

如上结合图1-图8所述，软骨传导系统可以包括生成振动的换能器和耦合在换能器与用户的耳廓之间的FGM接口。在一些示例中，FGM接口可以具有从一侧到另一侧的属性梯度。在这种示例中，FGM接口可以跨越属性梯度将由换能器生成的振动传递和/或运送到用户的耳廓。当振动到达用户的耳廓时，软骨可以将振动转换成声压，然后，该声压穿过用户的耳道朝向他或她的耳膜以供消费和/或收听。

在一些示例中，FGM接口可以将振动耦合到用户的耳廓(pinna)和/或将到达用户的耳廓的振动从换能器中解耦合。在这种示例中，FGM接口可以避免不必要地衰减从换能器传递到用户的耳廓的振动。相应地，FGM接口可以便于由换能器生成的振动的单向递送。

在一些示例中，FGM接口可以包括和/或表示一系列复合材料，该复合材料的微结构从一个到另一个变化。微结构的这种变化可以有效地调整FGM接口的属性，以满足软骨传导系统的传统上相互矛盾的要求(例如，高音频性能和高用户舒适度)。

FGM接口可以采取各种不同的形式。例如，FGM接口可以包括和/或表示具有规则几何形状的标准FGM，其特点为沿着单个维度和/或方向的属性梯度。替代地，FGM接口可以包括和/或表示具有复杂几何形状的不规则FGM，其特点为沿着不同的维度和/或方向的不同的属性梯度。这些不规则FGM可以支持和/或便于从换能器到用户的耳廓的振动的单向耦合。附加地或替代地，这些不规则FGM可以最小化声音和/或噪声到用户环境的泄漏，从而改善和/或提高用户的隐私。最小化这种泄漏的一种方式可以是对侧壁(例如，图7中的FGM抑制器704)的损耗因子递增地分级(grade)以使它们损耗更大。这些有损耗的侧壁可以有效地最小化振动到用户环境的传递率。最后，FGM接口可以包括和/或结合某些在自然中不存在的人造和/或工程化的超材料。

示例实施例

示例1：一种软骨传导系统，包括：(1)换能器，生成机械能；以及(2)功能梯度材料(FGM)接口，该FGM接口被设计尺寸以耦合在换能器与位于用户的外耳上的软骨之间，其中FGM接口(1)从FGM接口的一侧到FGM接口的另一侧展现至少一个特征的梯度，并且(2)便于跨越特征的梯度将机械能从换能器传递到软骨。

示例2：根据示例1所述的软骨传导系统，其中FGM接口包括共同形成由FGM接口展现的特征的梯度的多个分立材料层。

示例3：根据示例1所述的软骨传导系统，其中由FGM接口展现的特征的梯度包括沿着FGM接口的一个维度、从一侧到另一侧的特征的特定梯度。

示例4：根据示例1所述的软骨传导系统，其中特征包括刚度、损耗因子、密度、晶格间距、孔隙率、泊松比或填料含量中的至少一项。

示例5：根据示例1所述的软骨传导系统，其中(1)FGM接口的一侧耦合到换能器，(2)FGM接口的另一侧被设计尺寸以耦合到位于用户的外耳上的软骨，(3)FGM接口的一侧具有第一刚度模量，并且(4)FGM接口的另一侧具有低于第一刚度模量的第二刚度模量。

示例6：根据示例5所述的软骨传导系统，其中FGM接口的另一侧与位于用户的外耳上的软骨在轮廓上相吻合。

示例7：根据示例6所述的软骨传导系统，其中(1)一侧与换能器阻抗匹配，以及(2)另一侧与位于用户的外耳上的软骨阻抗匹配。

示例8：根据示例6所述的软骨传导系统，其中FGM接口被设计尺寸以耦合在换能器与以下项中的至少一项之间：(1)用户的耳轮的一部分或(2)用户的耳屏。

示例9：根据示例1所述的软骨传导系统，其中换能器生成振动，该振动(1)经由FGM接口被传递到位于用户的外耳上的软骨，并且(2)使软骨生成传播到用户的耳膜的声压。

示例10：根据示例1所述的软骨传导系统，其中FGM接口是各向异性的，使得(1)FGM接口在从换能器到软骨的方向上展现第一传递率水平，并且(2)FGM接口在从软骨到换能器的相反方向上展现第二传递率水平，第二传递率水平低于第一传递率水平。

示例11：根据示例10所述的软骨传导系统，其中(1)机械能包括振动，(2)软骨根据振动生成声压，并且(3)至少部分地由于第二传递率水平低于第一传递率水平，FGM接口防止振动中的至少一些振动在相反方向上返回到换能器。

示例12：根据示例1所述的软骨传导系统，还包括FGM抑制器，FGM抑制器至少部分地包围耦合到FGM接口的换能器的一部分，其中FGM抑制器(1)从FGM抑制器的一侧到FGM抑制器的另一侧展现至少一个特征的附加梯度，并且(2)减轻由换能器生成的机械能到用户环境的泄漏。

示例13：根据示例12所述的软骨传导系统，其中由FGM接口展现的特征的梯度和由FGM抑制器展现的特征的附加梯度彼此不同。

示例14：根据示例12所述的软骨传导系统，其中，由FGM抑制器展现的特征的附加梯度包括沿着一个维度、从FGM抑制器的一侧到FGM抑制器的另一侧的损耗因子的特定梯度。

示例15：根据示例1所述的软骨传导系统，其中FGM接口是3D打印的。

示例16：一种人工现实系统，包括：(1)头戴式显示器；以及(2)软骨传导设备，通信地耦合到头戴式显示器，其中软骨传导设备包括：(1)换能器，生成机械能；以及(2)功能梯度材料(FGM)接口，该FGM接口被设计尺寸以耦合在换能器与位于用户的外耳上的软骨之间，其中FGM接口(1)从FGM接口的一侧到FGM接口的另一侧展现至少一个特征的梯度，并且(2)便于跨越特征的梯度将机械能从换能器传递到软骨。

示例17：根据示例16所述的人工现实系统，其中FGM接口包括形成FGM接口的结构梯度的多个分立材料层。

示例18：根据示例16所述的人工现实系统，其中由FGM接口展现的特征的梯度包括沿着FGM接口的一个维度从一侧到另一侧的特征的特定梯度。

示例19：根据示例16所述的人工现实系统，其中特征包括刚度、损耗因子、密度、晶格间距、孔隙率、泊松比或填料含量中的至少一项。

示例20：一种方法，包括：(1)制造功能梯度材料(FGM)接口，该FGM接口(A)从FGM接口的一侧到FGM接口的另一侧展现至少一个特征的梯度，并且(B)该FGM接口被设计尺寸以耦合到位于用户的外耳上的软骨；以及(2)将FGM接口耦合到生成机械能的换能器，以使得FGM接口能够便于跨越特征的梯度将机械能从换能器传递到软骨。

已经提供了前面的描述，以使得本领域的其他技术人员能够最好地利用本文公开的示例性实施例的各个方面。该示例性描述并不旨在穷举或限于所公开的任何精确形式。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，许多修改和变型是可能的。本文公开的实施例在所有方面都应该被认为是说明性的而不是限制性的。在确定本公开的范围时，应该参考所附权利要求及其等同物。

本公开的实施例可以包括或结合各种类型的人工现实系统来实现。人工现实是在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实的形式，其可以包括例如虚拟现实、增强现实、混合现实(mixed reality)、混合现实(hybrid reality)或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者所生成的内容与捕获的(例如，真实世界)内容组合的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或其某种组合，其中的任何都可以在单个通道或多个通道中被呈现(诸如向观众产生三维(3D)效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用、产品、配件、服务或其某种组合相关联，这些应用、产品、配件、服务或其某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式在人工现实中使用(例如，在人工现实中执行活动)。

人工现实系统可以以各种不同的形状因子和配置来实现。一些人工现实系统可以被设计成在没有近眼显示器(NED)的情况下工作，其示例是图9中的增强现实系统900。其他人工现实系统可以包括也提供真实世界的可见性的NED(例如，图10中的增强现实系统1000)或者在视觉上使用户沉浸在人工现实中的NED(例如，图11中的虚拟现实系统1100)。虽然一些人工现实设备可以是自包含的系统，但是其他人工现实设备可以与外部设备通信和/或协作，以向用户提供人工现实体验。这种外部设备的示例包括手持控制器、移动设备、台式计算机、用户佩戴的设备、一个或多个其他用户佩戴的设备和/或任何其他合适的外部系统。

转向图9，增强现实系统900通常表示被设计尺寸以适合于用户的身体部位(例如，头部)的可穿戴设备。如图9所示，系统900可以包括框架902和相机组件904，相机组件904耦合到框架902并且被配置为通过观察局部环境来收集关于局部环境的信息。增强现实系统900还可以包括一个或多个音频设备，诸如输出音频换能器908(A)和908(B)以及输入音频换能器910。输出音频换能器908(A)和908(B)可以向用户提供音频反馈和/或内容，并且输入音频换能器910可以捕获用户环境中的音频。

如图所示，增强现实系统900可以不必包括位于用户的眼睛前方的NED。没有NED的增强现实系统可以采取多种形式，诸如头带、帽子、发带、腰带、手表、腕带、脚踝带、戒指、颈带、项链、胸带、眼镜框架和/或任何其他合适的类型或形式的装置。虽然增强现实系统900可以不包括NED，但是增强现实系统900可以包括其他类型的屏幕或视觉反馈设备(例如，集成到框架902一侧的显示屏)。

本公开中讨论的实施例也可以在包括一个或多个NED的增强现实系统中实现。例如，如图10所示，增强现实系统1000可以包括具有框架1010的眼镜设备1002，框架1010被配置为将左显示设备1015(A)和右显示设备1015(B)保持在用户的眼睛前方。显示设备1015(A)和1015(B)可以一起或独立地向用户呈现一个图像或一系列图像。虽然增强现实系统1000包括两个显示器，但是本公开的实施例可以在具有单个NED或多于两个NED的增强现实系统中实现。

在一些实施例中，增强现实系统1000可以包括一个或多个传感器，诸如传感器1040。传感器1040可以响应于增强现实系统1000的运动而产生测量信号，并且可以基本上位于框架1010的任何部分。传感器1040可以表示位置传感器、惯性测量单元(IMU)、深度相机组件或其任何组合。在一些实施例中，增强现实系统1000可以包括或不包括传感器1040，或者可以包括多于一个的传感器。在传感器1040包括IMU的实施例中，IMU可以基于来自传感器1040的测量信号而生成校准数据。传感器1040的示例可以包括但不限于加速度计、陀螺仪、磁力计、检测运动的其他合适的类型的传感器、用于IMU的误差校正的传感器、或其某种组合。

增强现实系统1000还可以包括具有多个声学换能器1020(A)-1020(J)(统称为声学换能器1020)的麦克风阵列。声学换能器1020可以是检测由声波引起的气压变化的换能器。每个声学换能器1020可以被配置为检测声音并且将检测到的声音转换成电子格式(例如，模拟格式或数字格式)。图2中的麦克风阵列可以包括例如十个声学换能器：1020(A)和1020(B)，其可以被设计成被放置在用户的对应的耳朵内；声学换能器1020(C)、1020(D)、1020(E)、1020(F)、1020(G)和1020(H)，其可以被定位在框架1010上的不同位置处；和/或声学换能器1020(I)和1020(J)，其可以被定位在对应的颈带1005上。

在一些实施例中，声学换能器1020(A)-(F)中的一个或多个声学换能器可以被用作输出换能器(例如，扬声器)。例如，声学换能器1020(A)和/或1020(B)可以是耳塞或任何其他合适的类型的头戴式耳机或扬声器。

麦克风阵列的声学换能器1020的配置可以变化。虽然增强现实系统1000在图10中被示为具有十个声学换能器1020，但是声学换能器1020的数目可以大于或小于十个。在一些实施例中，使用更多数目的声学换能器1020可以增加所收集的音频信息量和/或音频信息的灵敏度和准确度。相反，使用更少数目的声学换能器1020可以降低由相关联的控制器1050处理所收集的音频信息所需的计算能力。此外，麦克风阵列中的每个声学换能器1020的位置可以变化。例如，声学换能器1020的位置可以包括用户身上的定义位置、框架1010上的定义坐标、与每个声学换能器1020相关联的取向、或其某种组合。

声学换能器1020(A)和1020(B)可以被定位在用户的耳朵的不同部位上，诸如耳廓后面或耳壳(auricle)内或舟状窝内。或者，除了耳道内的声学换能器1020之外，在耳朵上或耳朵周围还可以有附加的声学换能器1020。将声学换能器1020定位在用户的耳道旁边可以使得麦克风阵列能够收集关于声音如何到达耳道的信息。通过将声学换能器1020中的至少两个声学换能器定位在用户的头部的任一侧(例如，作为双耳麦克风)，增强现实设备1000可以模拟双耳听觉并且捕获用户的头部周围的3D立体声声场。在一些实施例中，声学换能器1020(A)和1020(B)可以经由有线连接1030连接到增强现实系统1000，并且在其他实施例中，声学换能器1020(A)和1020(B)可以经由无线连接(例如，蓝牙连接)连接到增强现实系统1000。在其他实施例中，声学换能器1020(A)和1020(B)可以根本不与增强现实系统1000结合使用。

框架1010上的声学换能器1020可以沿着镜腿的长度而被定位、跨越鼻梁架而被定位、被定位在显示设备1015(A)和1015(B)的上方或下方、或其某种组合。声学换能器1020可以被定向成使得麦克风阵列能够检测佩戴增强现实系统1000的用户周围大范围的方向上的声音。在一些实施例中，可以在增强现实系统1000的制造期间执行优化过程，以确定麦克风阵列中每个声学换能器1020的相对定位。

在一些示例中，增强现实系统1000可以包括或被连接到外部设备(例如，配对设备)，诸如颈带1005。颈带1005通常表示任何类型或形式的配对设备。因此，颈带1005的以下讨论也可以应用于各种其他配对设备，诸如充电盒、智能手表、智能电话、腕带、其他可穿戴设备、手持控制器、平板计算机、膝上型计算机和其他外部计算设备等。

如图所示，颈带1005可以经由一个或多个连接器耦合到眼镜设备1002。连接器可以是有线或无线的，并且可以包括电气和/或非电气的(例如，结构的)部件。在一些情况下，眼镜设备1002和颈带1005可以独立地进行操作，而在它们之间没有任何有线或无线的连接。虽然图10示出了在眼镜设备1002和颈带1005上的示例位置中的眼镜设备1002和颈带1005的部件，但是这些部件可以位于别处和/或不同地分布在眼镜设备1002和/或颈带1005上。在一些实施例中，眼镜设备1002和颈带1005的部件可以位于与眼镜设备1002、颈带1005、或其某种组合配对的一个或多个附加的外围设备上。

将外部设备(诸如颈带1005)与增强现实眼镜设备配对可以使得眼镜设备能够实现一副眼镜的形状因子，同时仍然为扩展的能力提供足够的电池电量和计算能力。增强现实系统1000的电池电量、计算资源和/或附加特征中的一些或全部可以由配对设备提供，或者在配对设备与眼镜设备之间共享，从而总体上减少眼镜设备的重量、热分布和形状因子，同时仍然保留期望的功能。例如，颈带1005可以允许原本将被包括在眼镜设备上的部件被包括在颈带1005中，因为用户可以在他们的肩上承受比在他们头部上所能承受的重量负荷更重的重量负荷。颈带1005也可以具有更大的表面积以通过该表面积将热量散布和分散到周围环境中。因此，颈带1005可以允许比独立眼镜设备上原本可能实现的电池电量和计算能力更大的电池电量和计算能力。由于颈带1005中携带的重量可能比眼镜设备1002中携带的重量对用户的侵害更小，因此，与用户会承受佩戴沉重的独立眼镜设备相比，用户可以承受佩戴更轻的眼镜设备并且携带或佩戴配对设备更长的时间，从而使得用户能够更充分地将人工现实环境结合到他们的日常活动中。

颈带1005可以与眼镜设备1002和/或其他设备通信地耦合。这些其他设备可以向增强现实系统1000提供某些功能(例如，追踪、定位、深度映射、处理、存储等)。在图10的实施例中，颈带1005可以包括作为麦克风阵列的一部分(或者可能形成它们自己的麦克风子阵列)的两个声学换能器(例如，1020(I)和1020(J))。颈带1005还可以包括控制器1025和电源1035。

颈带1005的声学换能器1020(I)和1020(J)可以被配置为检测声音并且将检测到的声音转换成电子格式(模拟的或数字的)。在图10的实施例中，声学换能器1020(I)和1020(J)可以被定位在颈带1005上，从而增加颈带声学换能器1020(I)和1020(J)与定位于眼镜设备1002上的其他声学换能器1020之间的距离。在一些情况下，增加麦克风阵列的声学换能器1020之间的距离可以提高经由麦克风阵列执行的波束形成的准确度。例如，如果声音被声学换能器1020(C)和1020(D)检测到，并且声学换能器1020(C)和1020(D)之间的距离大于例如声学换能器1020(D)和1020(E)之间的距离，则检测到的声音的确定的源位置可以比如果声音已被声学换能器1020(D)和1020(E)检测到更准确。

颈带1005的控制器1025可以处理由颈带1005和/或增强现实系统1000上的传感器生成的信息。例如，控制器1025可以处理来自麦克风阵列的、描述由麦克风阵列检测到的声音的信息。对于每个检测到的声音，控制器1025可以执行波达方向(DOA)估计，以估计检测到的声音到达麦克风阵列的方向。当麦克风阵列检测到声音时，控制器1025可以用该信息填充音频数据集。在增强现实系统1000包括惯性测量单元的实施例中，控制器1025可以根据位于眼镜设备1002上的IMU来计算所有的惯性运算和空间运算。连接器可以在增强现实系统1000与颈带1005之间以及在增强现实系统1000与控制器1025之间传达信息。该信息可以是光数据、电数据、无线数据或任何其他可传输数据的形式。将由增强现实系统1000生成的信息的处理移动到颈带1005可以减少眼镜设备1002的重量和热量，使得用户更加舒适。

颈带1005中的电源1035可以向眼镜设备1002和/或颈带1005提供功率。电源1035可包括但不限于锂离子电池、锂聚合物电池、锂一次电池、碱性电池或任何其他形式的功率存储装置。在一些情况下，电源1035可以是有线电源。将电源1035包括在颈带1005上而不是眼镜设备1002上可以有助于更好地分配由电源1035生成的重量和热量。

如上所述，一些人工现实系统可以用虚拟体验实质上代替用户对真实世界的感官感知中的一个或多个感官感知，而不是将人工现实与实际现实混合起来。这种类型的系统的一个示例是大部分或完全覆盖用户的视野的头戴式显示系统，诸如图11中的虚拟现实系统1100。虚拟现实系统1100可以包括前刚性体1102和被设计形状以适合围绕用户头部的带1104。虚拟现实系统1100还可以包括输出音频换能器1106(A)和1106(B)。此外，虽然在图11中未示出，但是前刚性体1102可以包括一个或多个电子元件，包括一个或多个电子显示器、一个或多个惯性测量单元(IMU)、一个或多个追踪发射器或检测器、和/或用于创建人工现实体验的任何其他合适的设备或系统。

人工现实系统可以包括各种类型的视觉反馈机构。例如，增强现实系统1000和/或虚拟现实系统1100中的显示设备可以包括一个或多个液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机LED(有机发光二极管)显示器和/或任何其他合适的类型的显示屏。人工现实系统可以包括用于双眼的单个显示屏，或者可以为每只眼睛提供显示屏，这可以为变焦调整或为校正用户的屈光误差提供附加的灵活性。一些人工现实系统还可以包括具有一个或多个透镜(例如，常规的凹透镜或凸透镜、菲涅耳透镜、可调液体透镜等)的光学子系统，用户可以通过该光学子系统观看显示屏。

除了使用显示屏之外，或者代替使用显示屏，一些人工现实系统可以包括一个或多个投影系统。例如，增强现实系统1000和/或虚拟现实系统1100中的显示设备可以包括(使用例如波导)将光投射到显示设备中的微LED投影仪，诸如允许环境光通过的透明组合透镜。显示设备可以朝向用户的瞳孔折射所投射的光，并且可以使得用户能够同时观看人工现实内容和真实世界两者。人工现实系统也可以配置有任何其他合适的类型或形式的图像投影系统。

人工现实系统还可以包括各种类型的计算机视觉部件和子系统。例如，增强现实系统900、增强现实系统1000和/或虚拟现实系统1100可以包括一个或多个光学传感器，诸如二维(2D)或3D相机、飞行时间深度传感器、单束或扫描激光测距仪、3D LiDAR传感器和/或任何其他合适的类型或形式的光学传感器。人工现实系统可以处理来自这些传感器中的一个或多个传感器的数据，以标识用户的位置、绘制真实世界的地图、向用户提供关于真实世界周围环境的情境和/或执行各种其他功能。

人工现实系统还可以包括一个或多个输入和/或输出音频换能器。在图9和图11所示的示例中，输出音频换能器908(A)、908(B)、1106(A)和1106(B)可以包括音圈扬声器、带式扬声器、静电扬声器、压电扬声器、骨传导换能器、软骨传导换能器和/或任何其他合适的类型或形式的音频换能器。类似地，输入音频换能器910可以包括电容器麦克风、动态麦克风、带式麦克风和/或任何其他类型或形式的输入换能器。在一些实施例中，单个换能器可以用于音频输入和音频输出。

虽然没有在图9-图11中示出，但是人工现实系统可以包括触感(tactile)(即触觉(haptic))反馈系统，触感反馈系统可以被结合到头饰、手套、连体衣、手持控制器、环境设备(例如，椅子、地垫等)和/或任何其他类型的设备或系统中。触觉反馈系统可以提供各种类型的皮肤反馈，包括振动、力、牵引、纹理和/或温度。触觉反馈系统也可以提供各种类型的动觉反馈，诸如运动和柔度。可以使用马达、压电致动器、流体系统和/或各种其他类型的反馈机构来实现触觉反馈。触觉反馈系统可以独立于其他人工现实设备而实现、在其他人工现实设备内实现和/或结合其他人工现实设备来实现。

通过提供触觉感觉、听觉内容和/或视觉内容，人工现实系统可以在各种情境和环境中创建整个的虚拟体验或增强用户的真实世界体验。例如，人工现实系统可以辅助或扩展用户在特定环境内的感知、记忆或认知。一些系统可以增强用户与真实世界中的其他人的交互，或者可以使能与虚拟世界中的其他人的更加沉浸式的交互。人工现实系统还可以被用于教育目的(例如，用于学校、医院、政府组织、军事组织、商业企业等的教学或培训)、娱乐目的(例如，用于玩视频游戏、听音乐、观看视频内容等)、和/或无障碍目的(例如，作为助听器、助视器等)。本文公开的实施例可以这些情境和环境中的在一个或多个和/或在其他情境和环境中使能或增强用户的人工现实体验。

如上所述，人工现实系统900、1000和1100可以与各种其他类型的设备一起使用，以提供更引人入胜的人工现实体验。这些设备可以是具有换能器的触觉接口，该触觉接口提供触觉反馈和/或收集关于用户与环境的交互的触觉信息。本文公开的人工现实系统可以包括检测或传达各种类型的触觉信息(包括触觉反馈(例如，用户经由皮肤中的神经而检测到的反馈，也可以称为皮肤反馈)和/或动觉反馈(例如，用户经由位于肌肉、关节和/或肌腱中的感受器而检测到的反馈))的各种类型的触觉接口。

触觉反馈可以由定位在用户的环境内(例如，椅子、桌子、地板等)的接口和/或可以由用户佩戴或携带的物品(例如，手套、腕带等)上的接口来提供。作为示例，图12示出了可佩戴手套(触觉设备1210)和腕带(触觉设备1220)形式的振动触感系统1200。触觉设备1210和触觉设备1220被示为包括柔性的可穿戴的纺织品材料1230的可穿戴设备的示例，可穿戴的纺织品材料1230被设计形状并且被配置为分别抵靠用户的手部和手腕而定位。本公开还包括振动触感系统，振动触感系统被设计形状并且被配置为抵靠其他人体部位(诸如手指、手臂、头部、躯干、脚部或腿部)而定位。作为示例而非限制，根据本公开的各种实施例的振动触感系统还可以是手套、头带、臂章、袖子、头套、袜子、衬衫或裤子等形式。在一些示例中，术语“纺织品”可以包括任何柔性的、可穿戴的材料，包括纺织织物、非纺织织物、皮革、布、柔性聚合物材料、复合材料等。

一个或多个振动触感设备1240可以至少部分地定位在振动触感系统1200的纺织品材料1230中形成的一个或多个对应的口袋内。振动触感设备1240可以被定位在向振动触感系统1200的用户提供振动感觉(例如，触觉反馈)的位置中。例如，如图12所示，振动触感设备1240可以被定位成抵靠用户的(多个)手指、拇指或手腕。在一些示例中，振动触感设备1240可以足够灵活，以顺应用户的(多个)对应身体部位或随其弯曲。

用于向振动触感设备1240施加电压以将其激活的电源1250(例如，电池)可以(诸如经由导线1252)电耦合到振动触感设备1240。在一些示例中，振动触感设备1240中的每个振动触感设备可以独立地电耦合到电源1250以进行单独的激活。在一些实施例中，处理器1260可以可操作地耦合到电源1250，并且被配置(例如，被编程)为控制振动触感设备1240的激活。

振动触感系统1200可以以各种方式被实现。在一些示例中，振动触感系统1200可以是具有独立于其他设备和系统进行操作的集成子系统和部件的独立系统。作为另一示例，振动触感系统1200可以被配置用于与另一设备或系统1270进行交互。例如，在一些示例中，振动触感系统1200可以包括用于接收信号和/或向其他设备或系统1270发送信号的通信接口1280。其他设备或系统1270可以是移动设备、游戏控制台、人工现实(例如，虚拟现实、增强现实、混合现实)设备、个人计算机、平板计算机、网络设备(例如，调制解调器、路由器等)、手持控制器等。通信接口1280可以经由无线(例如，Wi-Fi、蓝牙、蜂窝、无线电等)链路或有线链路使能振动触感系统1200与其他设备或系统1270之间的通信。如果存在，则通信接口1280可以与处理器1260进行通信，诸如向处理器1260提供信号以激活或去激活(deactivate)振动触感设备1240中的一个或多个振动触感设备。

振动触感系统1200可以可选地包括其他子系统和部件，诸如触敏垫1290、压力传感器、运动传感器、位置传感器、照明元件和/或用户接口元件(例如，开/关按钮、振动控制元件等)。在使用期间，振动触感设备1240可以被配置为出于各种不同的原因(诸如响应于用户与用户接口元件的交互、响应于来自运动传感器或位置传感器的信号、响应于来自触敏垫1290的信号、响应于来自压力传感器的信号、响应于来自其他设备或系统1270的信号等)而被激活。

尽管电源1250、处理器1260和通信接口1280在图12中被图示为被定位在触觉设备1220中，但是本公开不限于此。例如，电源1250、处理器1260或通信接口1280中的一个或多个可以被定位在触觉设备1210内或另一可穿戴纺织品内。

触觉可穿戴设备(诸如结合图12示出和描述的那些触觉可穿戴设备)可以在各种类型的人工现实系统和环境中实现。图13示出了包括一个头戴式虚拟现实显示器和两个触觉设备(即，手套)的示例人工现实环境1300，并且在其他实施例中，任何数目和/或组合的这些部件和其他部件可以被包括在人工现实系统中。例如，在一些实施例中，可以有多个头戴式显示器，每个头戴式显示器具有相关联的触觉设备，其中每个头戴式显示器和每个触觉设备与相同的控制台、便携式计算设备或其他计算系统进行通信。

头戴式显示器1302通常表示任何类型或形式的虚拟现实系统，诸如图10中的虚拟现实系统1000。触觉设备1304通常表示通过人工现实系统的使用来佩戴的任何类型或形式的可穿戴设备，其向用户提供触觉反馈以给予用户他或她正在与虚拟对象进行物理接触的感知。在一些实施例中，触觉设备1304可以通过向用户施加振动、运动和/或力来提供触觉反馈。例如，触觉设备1304可以限制或增强用户的移动。举一个具体的示例，触觉设备1304可以限制用户的手部向前移动，使得用户感知到他或她的手部已经与虚拟墙壁物理接触。在这个特定的示例中，触觉设备中的一个或多个致动器可以通过将流体泵入触觉设备的可膨胀囊中来实现物理移动约束。在一些示例中，用户还可以使用触觉设备1304向控制台发送动作请求。动作请求的示例包括但不限于启动应用和/或结束应用的请求和/或在应用内执行特定动作的请求。

虽然触觉接口可以与虚拟现实系统一起使用，如图13所示，但是触觉接口也可以与增强现实系统一起使用，如图14所示。图14是用户1410与增强现实系统1400进行交互的透视图。在该示例中，用户1410可以佩戴一副增强现实眼镜1420，增强现实眼镜1420具有一个或多个显示器1422并且与触觉设备1430配对。触觉设备1430可以是腕带，其包括多个带元件1432和将带元件1432彼此连接的张紧机构1434。

带元件1432中的一个或多个带元件可以包括适于提供触觉反馈的任何类型或形式的致动器。例如，带元件1432中的一个或多个带元件可以被配置为提供各种类型的皮肤反馈(包括振动、力、牵引、纹理和/或温度)中的一种或多种皮肤反馈。为了提供这种反馈，带元件1432可以包括各种类型的致动器中的一种或多种致动器。在一个示例中，带元件1432中的每个带元件可以包括振动触感器(例如，振动触感致动器)，该振动触感器被配置为一致地或独立地振动以向用户提供各种类型的触觉感觉中的一种或多种触觉感觉。替代地，只有单个带元件或带元件的子集可以包括振动触感器。

触觉设备1210、1220、1304和1430可以包括任何合适数目和/或类型的触觉换能器、传感器和/或反馈机构。例如，触觉设备1210、1220、1304和1430可以包括一个或多个机械换能器、压电换能器和/或流体换能器。触觉设备1210、1220、1304和1430还可以包括各种类型和形式的换能器的各种组合，这些换能器一起或独立地工作以增强用户的人工现实体验。在一个示例中，触觉设备1430的带元件1432中的每个带元件可以包括振动触感器(例如，振动触感致动器)，该振动触感器被配置为一致地或独立地振动以向用户提供各种类型的触觉感觉中的一种或多种触觉感觉。

本文描述和/或示出的工艺参数和步骤顺序仅作为示例而给出，并且可以根据需要而变化。例如，虽然本文示出和/或描述的步骤可以以特定的次序示出或讨论，但是这些步骤不一定需要以示出或讨论的次序来执行。本文描述和/或示出的各种示例性方法也可以省略本文描述或示出的一个或多个步骤，或者包括除了那些公开的步骤之外的附加的步骤。

除非另有说明，否则说明书和权利要求中使用的术语“连接到”和“耦合到”(及其派生词)应被理解为允许直接和间接(即，经由其他元件或部件)连接。此外，说明书和权利要求中使用的术语“一”或“一个”应被理解为意味着“……中的至少一个”。最后，为了便于使用，说明书和权利要求中使用的术语“包括”和“具有”(及其派生词)可以与单词“包含”互换并且具有与其相同的含义。

Claims (15)

1.一种软骨传导系统，包括：

换能器，所述换能器生成机械能；以及

功能梯度材料(FGM)接口，所述FGM接口被设计尺寸以耦合在所述换能器与位于用户的外耳上的软骨之间，其中所述FGM接口：

从所述FGM接口的一侧到所述FGM接口的另一侧展现至少一个特征的梯度；并且

便于跨越所述特征的梯度将所述机械能从所述换能器传递到所述软骨。

2.根据权利要求1所述的软骨传导系统，其中所述FGM接口包括多个分立材料层，所述多个分立材料层共同形成由所述FGM接口展现的所述特征的所述梯度。

3.根据权利要求1所述的软骨传导系统，其中由所述FGM接口展现的所述特征的所述梯度包括沿着所述FGM接口的一个维度、从所述一侧到所述另一侧的所述特征的特定梯度。

4.根据权利要求1所述的软骨传导系统，其中所述特征包括以下项中的至少一项：

刚度；

损耗因子；

密度；

晶格间距；

孔隙率；

泊松比；或

填料含量。

5.根据权利要求1所述的软骨传导系统，其中：

所述FGM接口的所述一侧耦合到所述换能器；

所述FGM接口的所述另一侧被设计尺寸以耦合到位于所述用户的所述外耳上的所述软骨；

所述FGM接口的所述一侧具有第一刚度模量；并且

所述FGM接口的所述另一侧具有第二刚度模量，所述第二刚度模量低于所述第一刚度模量。

6.根据权利要求1所述的软骨传导系统，其中所述FGM接口的所述另一侧与位于所述用户的所述外耳上的所述软骨在轮廓上相吻合。

7.根据权利要求1所述的软骨传导系统，其中：

所述一侧与所述换能器阻抗匹配；并且

所述另一侧与位于所述用户的所述外耳上的所述软骨阻抗匹配。

8.根据权利要求1所述的软骨传导系统，其中所述FGM接口被设计尺寸以耦合在所述换能器与以下项中的至少一项之间：

所述用户的耳轮的一部分；

所述用户的耳屏；

所述用户的对耳轮；

所述用户的耳舟；

所述用户的舟状窝；或

所述用户的耳甲。

9.根据权利要求1所述的软骨传导系统，其中所述换能器生成振动，所述振动：

经由所述FGM接口被传递到位于所述用户的所述外耳上的所述软骨；并且

使所述软骨生成传播到所述用户的耳膜的声压。

10.根据权利要求1所述的软骨传导系统，其中所述FGM接口是各向异性的，使得：

所述FGM接口在从所述换能器到所述软骨的方向上展现第一传递率水平；并且

所述FGM接口在从所述软骨到所述换能器的相反方向上展现第二传递率水平，所述第二传递率水平低于所述第一传递率水平。

11.根据权利要求10所述的软骨传导系统，其中：

所述机械能包括振动；

所述软骨根据所述振动生成声压；并且

至少部分地由于所述第二传递率水平低于所述第一传递率水平，所述FGM接口防止所述振动中的至少一些振动在所述相反方向上返回到所述换能器。

12.根据权利要求1所述的软骨传导系统，还包括FGM抑制器，所述FGM抑制器至少部分地包围耦合到所述FGM接口的所述换能器的一部分，其中所述FGM抑制器：

从所述FGM抑制器的一侧到所述FGM抑制器的另一侧展现至少一个特征的附加梯度；并且

减轻由所述换能器生成的机械能到所述用户的环境的泄漏；

并且可选地，其中由所述FGM接口展现的所述特征的所述梯度和由所述FGM抑制器展现的所述特征的所述附加梯度彼此不同；

和/或可选地，其中由所述FGM抑制器展现的所述特征的所述附加梯度包括沿着一个维度、从所述FGM抑制器的所述一侧到所述FGM抑制器的所述另一侧的损耗因子的特定梯度。

13.根据权利要求1所述的软骨传导系统，其中所述FGM接口是3D打印的。

14.一种人工现实系统，包括：

头戴式显示器；以及

软骨传导设备，所述软骨传导设备通信地耦合到所述头戴式显示器，其中所述软骨传导设备包括根据权利要求1至13中任一项所述的系统。

15.一种方法，包括：

制造功能梯度材料(FGM)接口，所述FGM接口：

从所述FGM接口的一侧到所述FGM接口的另一侧展现至少一个特征的梯度；并且

被设计尺寸以耦合到位于用户的外耳上的软骨；以及

将所述FGM接口耦合到生成机械能的换能器，以使所述FGM接口能够便于跨越所述特征的所述梯度将所述机械能从所述换能器传递到所述软骨。

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