CN116719164A - 头戴设备的脑垫组件、头戴支架以及头戴式显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种头戴设备的脑垫组件、头戴支架以及头戴式显示设备，所述脑垫组件包括：脑垫安装件；柔性脑垫，设于所述脑垫安装件朝向佩戴者头部的一侧；以及压力采集结构，所述压力采集结构的一端嵌入所述柔性脑垫的内部，所述压力采集结构的另一端与所述脑垫安装件连接。本发明提供一种头戴设备的脑垫组件、头戴支架以及头戴式显示设备，解决了现有的头戴设备不方便调整佩戴松紧度的技术问题。

Description

头戴设备的脑垫组件、头戴支架以及头戴式显示设备

技术领域

本发明涉及头戴显示设备技术领域，尤其涉及一种头戴设备的脑垫组件、头戴支架以及头戴式显示设备。

背景技术

头戴式显示设备(HeadMountedDisplay，简称HMD)，通过光学系统放大超微显示屏上的图像，将影像投射于视网膜上，进而呈现于观看者眼中大屏幕图像，可以实现虚拟现实(VirtualReality，简称VR)、增强现实(AugmentedReality，简称AR)、混合现实(MixedReality，简称MR)等不同效果。

在头戴显示设备的产品中，通常利用头带或绑带将头戴显示设备主机佩戴在用户头部。鉴于不同用户的头围不同，为适配不同用户佩戴，还需调节绑带的长度以调整头戴显示设备的佩戴松紧度。目前的头戴式显示设备是通过人工手动调整佩戴松紧度的，操作不方便。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种头戴设备的脑垫组件、头戴支架以及头戴式显示设备，旨在解决现有的头戴设备不方便调整佩戴松紧度的技术问题。

为实现上述目的，本发明实施例提出一种头戴设备的脑垫组件，所述脑垫组件包括：

脑垫安装件；

柔性脑垫，设于所述脑垫安装件朝向佩戴者头部的一侧；以及

压力采集结构，所述压力采集结构的一端嵌入所述柔性脑垫的内部，所述压力采集结构的另一端与所述脑垫安装件连接。

可选地，在本发明一实施例中，所述压力采集结构包括：

受力板，嵌设于所述柔性脑垫的内部；

传力板，设于所述受力板背离所述佩戴者头部的一侧，所述传力板与所述脑垫安装件连接；

弹性件，连接所述受力板和所述传力板；以及

应力件，设于所述传力板背离所述弹性件的端面。

可选地，在本发明一实施例中，所述受力板朝向所述传力板的端面设有第一凸肋，所述第一凸肋沿所述弹性件的周向间隔设置多个以形成第一包覆空间，所述弹性件的一端设于所述第一包覆空间内；

和/或，所述传力板朝向所述受力板的端面设有第二凸肋，所述第二凸肋沿所述弹性件的周向间隔设置多个以形成第二包覆空间，所述弹性件的另一端设于所述第二包覆空间内。

可选地，在本发明一实施例中，所述柔性脑垫朝向所述脑垫安装件的端面设有第一盲孔，所述脑垫安装件朝向所述柔性脑垫的端面设有第二盲孔，所述第一盲孔和所述第二盲孔配合形成安装孔，所述压力采集结构设于所述安装孔内；其中，所述受力板设于所述第一盲孔内，所述应力件和所述传力板设于所述第二盲孔内。

可选地，在本发明一实施例中，所述应力件为应力片、应变片或应力计中的任意一种。

可选地，在本发明一实施例中，所述压力采集结构呈阵列的设有多个。

为实现上述目的，本发明实施例提出一种头戴支架，所述头戴支架包括：

绑带；

松紧调节组件，所述松紧调节组件与所述绑带驱动连接以带动所述绑带运动；

脑垫组件，设于所述松紧调节组件朝向佩戴者头部的一侧，所述脑垫组件为以上描述的头戴设备的脑垫组件；以及

控制器，所述压力采集结构和所述松紧调节组件均与所述控制器电连接，所述控制器根据所述压力采集结构采集的预设位置的压力值控制所述松紧调节组件工作以调整所述绑带的佩戴松紧度。

可选地，在本发明一实施例中，所述头戴支架还包括后壳，所述松紧调节组件设于所述后壳背离所述佩戴者头部的一侧，所述脑垫组件设于所述后壳朝向所述佩戴者头部的一侧。

可选地，在本发明一实施例中，所述脑垫安装件与所述后壳可拆卸连接。

为实现上述目的，本发明实施例提出一种头戴式显示设备，所述头戴式显示设备包括设备主机及与所述设备主机连接的头戴支架，所述头戴支架为以上描述的头戴支架。

相对于现有技术，本发明提出的一个技术方案中，通过设置的压力采集结构可以采集柔性脑垫的受力，也就是绑带对佩戴者头部的压力，柔性脑垫的受力传递给控制器分析处理后，可以控制松紧调节组件自动调整绑带的松紧度，以满足不同佩戴者或不同使用场景的佩戴需求，取代了人工调整绑带的方式，提高了绑带松紧度调整的便利性。而且，压力采集结构的一端是嵌入设置在柔性脑垫的内部，可以采集柔性脑垫在X方向、Y方向、Z方向等三个不同方向上的受力，可以理解的是，压力采集结构采集的是柔性脑垫在不同方向受力后的合力，防止受力过小而检测不到，提高了压力采集结构采集的柔性脑垫受力的精度以灵敏度，进而提高控制器对松紧调节组件的控制准确性，满足不同佩戴者头围的需求，提升佩戴者在佩戴设备过程中的舒适性。另外，压力采集结构的另一端是与脑垫安装件连接的，因脑垫安装件的材质比较硬，使得压力采集结构远离柔性脑垫的一端固定在脑垫安装件上，从而可以防止整个压力采集结构跟随柔性脑垫同步形变而影响检测到的受力的准确性，进一步提高压力采集结构受力检测结果的精度和灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明脑垫组件实施例的爆炸结构示意图；

图2为本发明脑垫组件实施例的一角度结构示意图；

图3本发明头戴支架实施例的爆炸结构示意图；

图4本发明头戴支架实施例的一剖面结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	脑垫组件	110	脑垫安装件
120	柔性脑垫	130	压力采集结构
				131	受力板	132	传力板
133	弹性件	134	应力件
				200	后壳

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明实施例中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明实施例要求的保护范围之内。

在头戴显示设备的产品中，通常利用头带或绑带将头戴显示设备主机佩戴在用户头部。目前，现有的头戴显示设备无法自动适配人的头围，需要手动调节绑带的长度，有时可能需要多次调节才能找到最佳状态，操作费时费力。另外，头戴显示设备中的现有调节机构容易因为重力或走动等因素而偏移，不利于头戴显示设备的佩戴稳定性，影响了视觉显示效果，也需要不断手动修正来保障头戴显示设备的稳定佩戴。而且，在不同的使用场景切换时，也需要重新手动调节绑带的松紧，一般情况下，游戏运动场景需要调紧绑带以免绑带松脱，观影休闲场景下需要放松绑带以减少对头部的束缚。

为满足上述情况的使用需求，智能化电动化实现绑带自适应调节的穿戴类产品逐渐成为研发热点，而自适应调节需要有高精度和高灵敏的头部力值反馈。现有的头部力值反馈一般是将应力片直接粘贴在柔性脑垫表面上或柔性脑垫后面的后壳表面，由于柔性物质缓冲会吸收头部压力造成的形变，这样会造成应力检测的灵敏度低、精度低的问题，对绑带的自适应调节的便利性、精度产生了不利影响。

有鉴于此，本发明实施例提出一种头戴设备的脑垫组件、头戴支架以及头戴式显示设备，通过设置的压力采集结构可以采集柔性脑垫的受力，柔性脑垫的受力传递给控制器分析处理后，可以控制松紧调节组件自动调整绑带的松紧度，以满足不同佩戴者或不同使用场景的佩戴需求，取代了人工调整绑带的方式，提高了绑带松紧度调整的便利性。

为了更好的理解上述技术方案，下面结合附图对上述技术方案进行详细的说明。

如图1-图4所示，本发明实施例提出一种头戴设备的脑垫组件100，脑垫组件100包括：

脑垫安装件110；

柔性脑垫120，设于脑垫安装件110朝向佩戴者头部的一侧；以及

压力采集结构130，压力采集结构130的一端嵌入柔性脑垫120的内部，压力采集结构130的另一端与脑垫安装件110连接。

在该实施例采用的技术方案中，通过设置的压力采集结构130可以采集柔性脑垫120的受力，也就是绑带对佩戴者头部的压力，柔性脑垫120的受力传递给控制器分析处理后，可以控制松紧调节组件自动调整绑带的松紧度，以满足不同佩戴者或不同使用场景的佩戴需求，取代了人工调整绑带的方式，提高了绑带松紧度调整的便利性。而且，压力采集结构130的一端是嵌入设置在柔性脑垫120的内部，可以采集柔性脑垫120在X方向、Y方向、Z方向等三个不同方向上的受力，可以理解的是，压力采集结构130采集的是柔性脑垫120在不同方向受力后的合力，防止受力过小而检测不到，提高了压力采集结构130采集的柔性脑垫120受力的精度以灵敏度，进而提高控制器对松紧调节组件的控制准确性，满足不同佩戴者头围的需求，提升佩戴者在佩戴设备过程中的舒适性。另外，压力采集结构130的另一端是与脑垫安装件110连接的，因脑垫安装件110的材质比较硬，使得压力采集结构130远离柔性脑垫120的一端固定在脑垫安装件110上，从而可以防止整个压力采集结构130跟随柔性脑垫120同步形变而影响检测到的受力的准确性，进一步提高压力采集结构130受力检测结果的精度和灵敏度。

具体的，头戴设备的脑垫组件100包括脑垫安装件110、柔性脑垫120以及压力采集结构130。脑垫安装件110的材质为硬性材料，比如塑料等，用以为柔性脑垫120提供安装位置和支撑。柔性脑垫120设置在脑垫安装件110上，在脑垫安装件110的支撑下，与佩戴者的后脑部相贴。可以理解的是，柔性脑垫120为与人类的后脑部适配的仿形结构。柔性脑垫120的材质为柔性材料，比如塑胶、泡棉、硅胶等，可以提高柔性脑垫120与佩戴者后脑部接触时佩戴者的舒适性。作为一种可选方式，柔性脑垫120与脑垫安装件110可以通过超声或粘胶结构紧密贴合在一起，以保障柔性脑垫120与脑垫安装件110连接的牢固性。压力采集结构130用以佩戴者头部所受的压力，由于柔性脑垫120直接与佩戴者的头部接触，在佩戴过程中柔性脑垫120的受力可以相当于佩戴者头部所受的压力。为此，通过检测柔性脑垫120在佩戴时的受力就可以获知绑带的松紧度，进而控制松紧调节组件调整绑带的松紧度。在本实施例中，压力采集结构130的一端是嵌设在柔性脑垫120的内部，压力采集结构130的一端是与脑垫安装件110连接的，如此可以采集或检测柔性脑垫120在佩戴过程中各个不同方向受力的总和，从而提高绑带松紧度判断结果的准确性。

示例性的，参照图1、图3以及图4，在本发明一实施例中，压力采集结构130包括：

受力板131，嵌设于柔性脑垫120的内部；

传力板132，设于受力板131背离佩戴者头部的一侧，传力板132与脑垫安装件110连接；

弹性件133，连接受力板131和传力板132；以及

应力件134，设于传力板132背离弹性件133的端面。

在头戴设备的佩戴过程中，佩戴者的后脑勺会首先触及柔性脑垫120，柔性脑垫120由于自身柔性易变形的特征会产生变形。但是由于佩戴者的头部头尺寸的大小不同，使得柔性脑垫120的受力方向没有规律，一般情况下柔性脑垫120通常会受到X方向、Y方向、Z方向等三个不同方向的受力，导致柔性脑垫120的变形通常是无规律可循的，加之柔性脑垫120和后脑勺接触后，变形程度太大可能超出应变结构自身的形变量程，容易导致应变结构的应力检测失效。另外，如果应变结构直接贴附在后壳200上进行检测，受力通过柔性脑垫120变形后传导给后壳200，由于柔性脑垫120自身变形后会吸引很大程度上的应变，应力检测结构一般会没有应变或应变很小，也容易导致应变结构的应力检测失效。

为此，本实施例中的压力采集结构130包括受力板131、传力板132、连接受力板131和串联的弹性件133以及设置在传力板132上的应力件134。其中，受力板131嵌设在柔性脑垫120的内部，与柔性脑垫120直接接触，柔性脑垫120在X方向、Y方向、Z方向等三个不同方向的受力施加到受力板131，即受力板131所受到的压力是柔性脑垫120在不同方向受力的合力，从而将柔性脑垫120在三个不同方向上的受力直接转化为受力板131在三个方向上的应变。而传力板132与脑垫安装件110连接，传力板132和受力板131之间通过弹性件133连接，使得受力板131在三个方向上的应变转换成弹性件133在三个方向上的应变，更进一步，弹性件133在三个方向上的应变转换成传力板132在三个方向上的应变。而应力件134设置在传力板132上，即应力件134和传力板132直接接触，如此使得传力板132在三个方向上的应变就转换成应力件134在三个方向上的应变。应力件134通过应变发生变化后，其阻值就会发生变化，当应力件134阻值发生变化时，将电阻变化量转换为电压变化量并输出电压信号，放大电路接收到电压信号后将其放大并输出给检测系统，系统就会根据材料的弹性模量计算出电压输出对应的压力曲线值，即E＝σ/ε，E即为弹性模量，σ为应力，ε为应变。通过上述方案，不同头围尺寸大小对柔性脑垫120的压力都能直接精准的反馈给应力检测系统，进而为绑带自适应调节提供了相关输入数据。可以理解的是，通过设置的压力采集结构130精准检测用户佩戴设备后的绑带松紧程度，实现头围压力值数据的实时反馈，当绑带出现松动或游戏运动场景需要收紧绑带时，系统通过自适应调节算法实现绑带的实时智能调节。需要指出的是，本实施例主要是提高压力检测结果的准确性，即获得相对准确的头围压力值数据的实时反馈，而对于具体的调节算法可以采用目前常用的算法方式，在此不做限定。作为一种可选方式，应力件134为应力片、应变片或应力计中的任意一种，弹性件133可以为弹簧，在此亦不做限定。

示例性的，参照图2，在本发明一实施例中，压力采集结构130呈阵列的设有多个。具体的，多个压力采集结构130对应佩戴者的后脑勺设置，增加了后脑勺和柔性脑垫120的接触压力检测点，提高应力检测的灵敏度和精度。

示例性的，在本发明一实施例中，受力板131朝向传力板132的端面设有第一凸肋，第一凸肋沿弹性件133的周向间隔设置多个以形成第一包覆空间，弹性件133的一端设于第一包覆空间内；

和/或，传力板132朝向受力板131的端面设有第二凸肋，第二凸肋沿弹性件133的周向间隔设置多个以形成第二包覆空间，弹性件133的另一端设于第二包覆空间内。

具体的，为方便弹性件133的安装，在受力板131上设置了第一凸肋，和/或，在传力板132上设置了第二凸肋。

第一凸肋设置在受力板131朝向传力板132的端面，第一凸肋的一端与受力板131连接，第一凸肋的另一端朝向传力板132延伸，第一凸肋沿弹性件133的周缘间隔设置至少两个，比如两个、三个或四个等，多个第一凸肋围成了第一包覆空间，弹性件133靠近受力板131的一端延伸至第一包覆空间内，且与受力板131抵接，即第一包覆空间套在弹性件133的靠近受力板131的一端的外部，如此实现了对弹性件133的端部的限位。

第二凸肋设置在传力板132朝向受力板131的端面，第二凸肋的一端与传力板132连接，第二凸肋的另一端朝向受力板131延伸，第二凸肋沿弹性件133的周缘间隔设置至少两个，比如两个、三个或四个等，多个第二凸肋围成了第二包覆空间，弹性将靠近传力板132的一端延伸至第二包覆空间内，且与传力板132抵接，即第二包覆空间套在弹性件133的靠近传力板132的一端的外部，如此实现对弹性件133的另一个端部的限位。

可以理解的是，通过第一凸肋和第二凸肋的配合，不用借助其他固定结构，就可以实现弹性件133连接受力板131和传力板132，简化了弹力件的安装流程，提高了装配效率。

示例性的，在本发明一实施例中，柔性脑垫120朝向脑垫安装件110的端面设有第一盲孔，脑垫安装件110朝向柔性脑垫120的端面设有第二盲孔，第一盲孔和第二盲孔配合形成安装孔，压力采集结构130设于安装孔内；其中，受力板131设于第一盲孔内，应力件134和传力板132设于第二盲孔内。具体的，柔性脑垫120装配在脑垫安装件110之后，第一盲孔和第二盲孔对应且共同形成安装孔，压力采集结构130设置在安装孔中。作为一种可选方式，受力板131可以通过粘接固定在第一盲孔内，传力件也可以通过粘接固定在第二盲孔内。

为实现上述目的，本发明实施例提出一种头戴支架，头戴支架包括：

绑带；

松紧调节组件，松紧调节组件与绑带驱动连接以带动绑带运动；

脑垫组件100，设于松紧调节组件朝向佩戴者头部的一侧，脑垫组件100为以上描述的头戴设备的脑垫组件100；以及

控制器，压力采集结构130和松紧调节组件均与控制器电连接，控制器根据压力采集结构130采集的预设位置的压力值控制松紧调节组件工作以调整绑带的佩戴松紧度。

具体的，脑垫组件100的具体结构参照上述实施例，由于该头戴支架采用了上述实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。作为一种可选方式，松紧调节组件可以为齿轮齿条机构，当然也可以采用其他调节方式，在此不做限定。

示例性的，参照图3和图4，在本发明一实施例中，头戴支架还包括后壳200，松紧调节组件设于后壳200背离佩戴者头部的一侧，脑垫组件100设于后壳200朝向佩戴者头部的一侧。如此，通过设置的后壳200可以方便安装松紧调节组件。

示例性的，在本发明一实施例中，脑垫安装件110与后壳200可拆卸连接。具体的，脑垫安装件110可以通过卡扣或磁吸等结构与后壳200连接，如此可以提高脑垫安装件110与后壳200拆装的便利性。

为实现上述目的，本发明实施例提出一种头戴式显示设备，头戴式显示设备包括设备主机及与设备主机连接的头戴支架，头戴支架为以上描述的头戴支架。具体的，头戴支架的具体结构参照上述实施例，由于该头戴式显示设备采用了上述实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明实施例的专利范围，凡是在本发明实施例的发明构思下，利用本发明实施例说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明实施例的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种头戴设备的脑垫组件，其特征在于，所述脑垫组件包括：

脑垫安装件；

柔性脑垫，设于所述脑垫安装件朝向佩戴者头部的一侧；以及

压力采集结构，所述压力采集结构的一端嵌入所述柔性脑垫的内部，所述压力采集结构的另一端与所述脑垫安装件连接。

2.如权利要求1所述的脑垫组件，其特征在于，所述压力采集结构包括：

受力板，嵌设于所述柔性脑垫的内部；

传力板，设于所述受力板背离所述佩戴者头部的一侧，所述传力板与所述脑垫安装件连接；

弹性件，连接所述受力板和所述传力板；以及

应力件，设于所述传力板背离所述弹性件的端面。

3.如权利要求2所述的脑垫组件，其特征在于，所述受力板朝向所述传力板的端面设有第一凸肋，所述第一凸肋沿所述弹性件的周向间隔设置多个以形成第一包覆空间，所述弹性件的一端设于所述第一包覆空间内；

和/或，所述传力板朝向所述受力板的端面设有第二凸肋，所述第二凸肋沿所述弹性件的周向间隔设置多个以形成第二包覆空间，所述弹性件的另一端设于所述第二包覆空间内。

4.如权利要求2所述的脑垫组件，其特征在于，所述柔性脑垫朝向所述脑垫安装件的端面设有第一盲孔，所述脑垫安装件朝向所述柔性脑垫的端面设有第二盲孔，所述第一盲孔和所述第二盲孔配合形成安装孔，所述压力采集结构设于所述安装孔内；其中，所述受力板设于所述第一盲孔内，所述应力件和所述传力板设于所述第二盲孔内。

5.如权利要求2所述的脑垫组件，其特征在于，所述应力件为应力片、应变片或应力计中的任意一种。

6.如权利要求2-5任一项所述的脑垫组件，其特征在于，所述压力采集结构呈阵列的设有多个。

7.一种头戴支架，其特征在于，所述头戴支架包括：

绑带；

松紧调节组件，所述松紧调节组件与所述绑带驱动连接以带动所述绑带运动；

脑垫组件，设于所述松紧调节组件朝向佩戴者头部的一侧，所述脑垫组件为如权利要求1-6任一项所述的头戴设备的脑垫组件；以及

控制器，所述压力采集结构和所述松紧调节组件均与所述控制器电连接，所述控制器根据所述压力采集结构采集的预设位置的压力值控制所述松紧调节组件工作以调整所述绑带的佩戴松紧度。

8.如权利要求7所述的头戴支架，其特征在于，所述头戴支架还包括后壳，所述松紧调节组件设于所述后壳背离所述佩戴者头部的一侧，所述脑垫组件设于所述后壳朝向所述佩戴者头部的一侧。

9.如权利要求8所述的头戴支架，其特征在于，所述脑垫安装件与所述后壳可拆卸连接。

10.一种头戴式显示设备，其特征在于，所述头戴式显示设备包括设备主机及与所述设备主机连接的头戴支架，所述头戴支架为如权利要求1-8任一项所述的头戴支架。