CN117518506A - 头戴式显示设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种头戴式显示设备，其包括显示装置、头带以及缓冲垫，显示装置包括两组镜筒组件，镜筒组件对应至用户眼睛；头带的两端分别连接至显示装置的两端部；缓冲垫连接至显示装置，缓冲垫包括一缓冲腔体以及缺口，所述缺口连通至缓冲腔体，并能够对应至所述镜筒组件；其中，所述缓冲垫包括相对的第一垫面以及第二垫面，所述第一垫面连接至所述显示装置，所述第二垫面能够贴合至用户面部；所述缓冲垫位于所述缓冲腔体内设有两个以上鳍条，每一所述鳍条为一弧形的条形结构，其两侧边分别连接至所述第一垫面以及所述第二垫面，且所述鳍条的凹面朝向所述第二垫面设置，以解决现有的头戴式显示设备存在支撑受力不均匀以及不稳定的技术问题。

Description

头戴式显示设备

技术领域

本申请具体涉及一种头戴式显示设备。

背景技术

虚拟现实(virtual reality，VR)是指通过光学成像系统将数字化的内容投射到人眼，其本质就是呈现一个以用户视角为主体，可以实时无限制地观察三维空间内的物体，给用户沉浸感体验。显示屏发出的光经过光学模组折射后入射到人眼瞳孔，进入人眼瞳孔的光线的反向延长线汇聚在远处形成虚像，即人眼观看到的图像。

现有的头戴式显示设备多架设在鼻梁上方，并采用绑带绕头部一周的方式进行佩戴，为防止头戴式显示设备在佩戴时发生脱落，其需要紧贴用户的头部。头戴式显示设备贴合用户的面部时，会对用户的面部造成挤压，为缓解用户的压迫感，显示壳体上多设有一柔性垫面，柔性垫面的常用材料多为泡沫海绵、PU或TPU等。

当不同头围的用户佩戴头戴式显示设备时，显示壳体将柔性垫面挤压至用户面部，由于柔性垫面的各个位置承受的挤压力不同，因此柔性垫面仅能够支撑用户的额前位置，使得现有的头戴式显示设备存在支撑受力不均匀以及不稳定的问题。

发明内容

本申请提供一种头戴式显示设备，以解决现有的头戴式显示设备存在支撑受力不均匀以及不稳定的技术问题。

本申请提供一种头戴式显示设备，其包括显示装置、头带以及缓冲垫，显示装置包括两组镜筒组件，所述镜筒组件对应至用户眼睛，定义所述显示装置的高度方向为第一基准方向；头带的两端分别连接至所述显示装置的两端部；缓冲垫连接至所述显示装置，所述缓冲垫包括一缓冲腔体以及缺口，所述缺口连通至所述缓冲腔体，并能够对应至所述镜筒组件；其中，所述缓冲垫包括相对的第一垫面以及第二垫面，所述第一垫面连接至所述显示装置，所述第二垫面能够贴合至用户面部；所述缓冲垫位于所述缓冲腔体内设有两个以上鳍条，每一所述鳍条为一弧形的条形结构，其两侧边分别连接至所述第一垫面以及所述第二垫面，且所述鳍条的凹面朝向所述第二垫面设置。

可选的，定义所述第二垫面的一侧至其另一侧的方向为第二基准方向，两个以上所述鳍条沿所述第二基准方向等间距设置，且由所述缓冲垫的中心至其边缘的方向，所述鳍条的曲率增大。

可选的，所述第一垫面的两侧端部与所述第二垫面的两侧端部连接，使得所述第一垫面与所述第二垫面围成沿所述第一基准方向贯穿的所述缓冲腔体；所述缓冲垫为一弧形结构，所述缓冲垫的凹面朝向用户面部；沿所述缓冲垫的中心至其侧边的方向，所述第一垫面与所述第二垫面之间的垂直距离减小。

可选的，每一所述鳍条包括一加强部，所述加强部的厚度大于所述鳍条的厚度；所述加强部沿所述第一基准方向设于所述鳍条的中心区域，且所述加强部的弧长与所述鳍条的弧长之比为1:3~1:2。

可选的，所述第一垫面与所述第二垫面均为厚度均匀的弧面，且所述第一垫面的厚度大于所述第二垫面的厚度。

可选的，两个以上所述鳍条关于所述缓冲垫的中心线对称式分布。

可选的，所述缓冲垫与所述显示装置可拆卸式连接，且所述缓冲垫的边缘伸出至所述显示装置的外部。

可选的，所述缓冲垫与所述鳍条由柔性高分子材料制备。

可选的，所述第一垫面、所述第二垫面以及所述鳍条由拉挤成型工艺制备，且所述第一垫面的侧端与所述第二垫面的侧端采用热封工艺连接。

可选的，所述缓冲垫的中部与所述显示装置连接，所述缓冲垫的两侧边能够贴合或脱离所述显示装置。

本申请提供一种头戴式显示设备，由于缓冲垫能够贴合至用户面部，因此用户头部会向缓冲垫施加一推力。缓冲垫以及设于缓冲腔体内的多个鳍条共同形成鳍条效应结构，由于第一垫面、第二垫面与多条鳍条之间存在相互的牵拉作用力，当缓冲垫的一侧受力时，该鳍条效应结构会整体朝向受力的一侧弯曲。因此当缓冲垫的第二垫面被施加推力时，根据鳍条效应中侧向受力后反向弯曲的结构原理，缓冲垫会朝向第二垫面的方向弯曲，使得第二垫面与用户的面部充分贴合，从而形成稳定的包络以及支撑。

鳍条的两侧边分别连接至第一垫面以及第二垫面，可以增加缓冲垫的强度，使得头戴式显示设备在反复佩戴中可以始终保持良好的弹性恢复性能。同时鳍条的凹面朝向第二垫面设置，当第二垫面的中部位置被施加推力，第二垫面将上述推力施加至鳍条，使得弧形结构的鳍条发生弯曲形变，从而拉动第一垫面朝向第二垫面压缩，使得缓冲垫的整体朝向第二垫面的方向弯曲，使得其可以更稳定地贴合用户面部，使得该缓冲垫可以适配于不同头围的用户。同时，利用能够发生弹性形变的缓冲垫，使得显示装置与用户面部之间具有一定的张紧力，并且利用多条鳍条分割缓冲腔体，使得缓冲垫可以有效地缓冲、吸收使用中的各种势能，从而保证头戴式显示设备在佩戴使用中不会发生晃动，提高佩戴体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的头戴式显示设备的结构示意图；

图2是本申请提供的头戴式显示设备中缓冲垫的弯曲状态的示意图。

附图标记说明：

100、显示装置；110、镜筒组件；200、头带；300、缓冲垫；310、缓冲腔体；320、缺口；330、第一垫面；340、第二垫面；400、鳍条；410、加强部；Y、第一基准方向；X、第二基准方向。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”通常是指装置实际使用或工作状态下的上、下、左和右，具体为附图中的图面方向。

本申请提供一种头戴式显示设备，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本申请实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

请参阅图1，本申请提供一种头戴式显示设备，其包括显示装置100以及头带200，头带200的两端部分别连接至显示装置100的两端部，使得头带200能够绕设至用户的头部，以利用头带200与显示装置100围成一适配于用户头部的穿戴空间。当将头戴式显示设备佩戴至用户的头部时，显示装置100架设至用户鼻梁的上方，并且能够贴合至用户的面部，同时可伸缩的头带200可以绕设至用户的头部，从而可以适配于不同头围的用户。

上述头带200可以选用可伸缩的弹性材料，使得头带200可以适配于不同头围的用户。此外，头带200也可以通过调节装置控制其与显示装置100所围的穿戴空间，例如申请号为CN202310714609.4的头戴式设备，其公开了锁定齿轮通过齿轮轴与调整齿轮相对固定，当锁定齿轮啮合至限位轮齿时，锁定齿轮与环形墙之间存在一作用力，使得锁定齿轮与调整齿轮均相对于弧形壳体被锁定，使得头带200无法进行收紧与外扩，因此头戴式设备能够稳固地佩戴至用户的头部。当然本实施例中头带200可以可以通过其他的方式适配于用户的头部，在此不做具体赘述。

请参阅图1，显示装置100包括两组镜筒组件110，上述两组镜筒组件110分别对应至用户的两个眼睛。显示屏发出的光经过镜筒组件110折射后入射到人眼瞳孔，进入人眼瞳孔的光线的反向延长线汇聚在远处形成虚像，使得用户可以实时无限制地观察三维空间内的物体，从而实现沉浸感体验。

请参阅图1和图2，定义显示装置的高度方向为第一基准方向Y，显示装置100朝向穿戴空间的表面可拆卸式设有一缓冲垫300，当头戴式显示设备佩戴至用户头部时，上述缓冲垫300可以贴合至用户面部。同时，缓冲垫300的内部包括一中空的缓冲腔体310以及贯穿式开设的缺口320，上述缺口320连通至缓冲腔体310，并且该缺口320能够对应至镜筒组件110，以避免干涉用户视野。

请参阅图1和图2，缓冲垫300包括相对的第一垫面330以及第二垫面340，上述第一垫面330的两侧端与第二垫面340的两侧端对应连接，使得第一垫面330与第二垫面340组成上述缓冲垫300，同时第一垫面330与第二垫面340所围成的空间形成沿第一基准方向Y贯穿的缓冲腔体310。本实施例中第一垫面330通过紧固螺钉可拆卸式连接至显示装置100，第二垫面340能够贴合至用户的面部。

请参阅图1和图2，缓冲垫300位于缓冲腔体310内设置有两个以上鳍条400，每一个鳍条400为一弧形的条形结构，该鳍条400的长度方向（或轴向）与第一基准方向Y相平行，并且鳍条400的凹面朝向第二垫面340设置。

每一个鳍条400的两长度方向的侧边分别连接至第一垫面330以及第二垫面340，定义鳍条400连接至第一垫面330的侧边为第一侧边，同时鳍条400连接至第二垫面340的侧边为第二侧边。由于鳍条400的凹面均朝向第二垫面340设置，因此本实施例中第一侧边与缓冲垫300竖直中心面之间的距离小于第二侧边与竖直中心面之间距离，使得鳍条400的第一侧边更加靠近缓冲垫300的中心处。

当头戴式显示设备被佩戴至用户头部时，缓冲垫300能够贴合至用户的面部，为防止用户在游戏、运动、体育等场景中头戴式显示设备发生晃动、脱落等现象，因此上述头戴式显示设备与用户头部之间存在张紧力。由于缓冲垫300能够贴合至用户面部，因此用户头部会向缓冲垫300施加一推力。缓冲垫300以及设于缓冲腔体310内的多个鳍条400共同形成鳍条效应结构，由于第一垫面330、第二垫面340与多条鳍条400之间存在相互的牵拉作用力，当缓冲垫300的一侧受力时，该鳍条效应结构会整体朝向受力的一侧弯曲。因此当缓冲垫300的第二垫面340被施加推力时，根据鳍条效应中侧向受力后反向弯曲的结构原理，缓冲垫300会朝向第二垫面340的方向弯曲，使得第二垫面340与用户的面部充分贴合，从而形成稳定的包络以及支撑。

由于缓冲垫300内设有中空的缓冲腔体310，既便于设置鳍条400，使得缓冲垫300与鳍条400组成鳍条效应结构，同时缓冲腔体310可以增加缓冲垫300的弹性形变性能，使得第二垫面340可以更充分地贴合至用户面部。

鳍条400的两侧边分别连接至第一垫面330以及第二垫面340，可以增加缓冲垫300的强度，使得头戴式显示设备在反复佩戴中可以始终保持良好的弹性恢复性能。同时鳍条400的凹面朝向第二垫面340设置，当第二垫面340的中部位置被施加推力，第二垫面340将上述推力施加至鳍条400，使得弧形结构的鳍条400发生弯曲形变，从而拉动第一垫面330朝向第二垫面340压缩，使得缓冲垫300的整体朝向第二垫面340的方向弯曲，使得其可以更稳定地贴合用户面部，使得该缓冲垫300可以适配于不同头围的用户。同时，利用能够发生弹性形变的缓冲垫300，使得显示装置100与用户面部之间具有一定的张紧力，并且利用多条鳍条400分割缓冲腔体310，使得缓冲垫300可以有效地缓冲、吸收使用中的各种势能，从而保证头戴式显示设备在佩戴使用中不会发生晃动，提高佩戴体验。

相较于现有技术中利用泡沫海绵、PU或者TPU等材料制备垫面，由于用户面部为一弧形结构，并且现有的垫面多直接胶粘至显示装置100的表面，因此头戴式显示设备佩戴至用户头部时，仅使得垫面的部分区域贴合至用户面部，因此该垫面既无法完全贴合至用户面部，同时长期使用中，部分贴合区域的弹性减弱，使得头戴式显示设备佩戴中易发生晃动、摇摆、脱落。但是，本实施例中利用缓冲垫300与多个鳍条400组成鳍条效应结构，使得佩戴过程中缓冲垫300可以充分贴合至用户面部，同时结构简单、轻便，以便于实现头戴式显示设备的小型化、轻量化设计。

请参阅图1和图2，定义第二垫面340一侧至其另一侧的方向为第二基准方向X，两个以上鳍条400沿第二基准方向X等间距设置，由于鳍条400的两侧边分别连接至第一垫面330以及第二垫面340，因此等间距分布的鳍条400可以向缓冲垫300的各个位置施加作用力，使得缓冲垫300承受的外力分布的相对均衡。

请参阅图1和图2，缓冲垫300的中心至其边缘的方向，鳍条400的曲率逐渐增大。头戴式显示设备被佩戴至用户头部的过程中，第二垫面340的中部区域与用户的面部接触，因此用户面部施加至第二垫面340中部区域的推力较大，同时施加至第二垫面340边缘区域的推力较小，使得设于中部区域的鳍条400形变较大，同时设于边缘区域的鳍条400形变较小。由于沿缓冲垫300的中心至其边缘的方向，鳍条400的曲率逐渐增大，使得鳍条400的形变性能逐渐减小，因此中部区域的鳍条400相较于边缘区域的鳍条400更易发生形变，从而将鳍条400的形变性能与缓冲垫300各个区域的受力情况相适配，以保证缓冲垫300在反复使用中保持良好的弹性形变性能。

请参阅图1和图2，每一个鳍条400包括一加强部410，上述加强部410的厚度大于鳍条400其他区域的厚度，加强部410可以增加鳍条400的强度，使得头戴式显示设备被佩戴至用户头部时，缓冲垫300内的鳍条400可以发生弹性形变，实现显示装置100与用户面部的紧密贴合。同时，加强部410可以增加鳍条400的强度以及抗形变性能，使得鳍条400具有一定的支撑力，保证第一垫面330与第二垫面340之间始终保持有一定的距离，以增大缓冲垫300对显示装置100的支撑力，既可以提高佩戴的舒适性与安全性，同时可以减小显示装置100在佩戴中发生晃动、摇摆、脱落等现象。

请参阅图1和图2，加强部410沿第一基准方向Y设于鳍条400的中心区域，并且加强部410的弧长与鳍条400的弧长之比为1:3~1:2。

鳍条400的两侧边分别连接至第一垫面330以及第二垫面340，并且鳍条400的凹面朝向第二垫面340设置，当鳍条400的两侧分别承受第一垫面330以及第二垫面340施加的作用力时，鳍条400会朝向第二垫面340继续弯曲，并且鳍条400中心位置承受的外力多余其边缘位置承受的外力，因此上述加强部410设于鳍条400的中心区域，使得鳍条400各个位置处的形变量可以尽量保持一致。

请参阅图1和图2，多个鳍条400关于缓冲垫300的中心线对称式分布，当用户头部向缓冲垫300施加推力时，位于缓冲垫300两侧位置处的鳍条400的形变保持一致，因此可以保证缓冲垫300两侧的形变相同。

请参阅图1和图2，缓冲垫300为一弧形的结构，并且第一垫面330与第二垫面340均朝向用户面部弯曲，使得缓冲垫300的凹面朝向用户面部。沿缓冲垫300中心至其边缘的方向，第一垫面330与第二垫面340之间的垂直距离逐渐减小。

弧形结构的缓冲垫300中缓冲腔体310的尺寸存在变化，沿缓冲垫300的中心至其边缘的方向，缓冲腔体310的尺寸逐渐减小。头戴式显示设备被佩戴至用户头部的过程中，第二垫面340的中部区域与用户面部接触，因此用户面部施加至缓冲垫300中部区域的推力较大，同时施加至缓冲垫300边缘区域的推力较小，由于位于缓冲垫300中心区域，第一垫面330与第二垫面340之间的垂直距离最大，使得缓冲垫300的中部可以具有较大的弹性形变量，使得其更加适配于缓冲垫300的受力分布。

请参阅图1和图2，第一垫面330与第二垫面340均为厚度均匀的弧面结构，并且第一垫面330的厚度大于第二垫面340的厚度，因此第二垫面340的形变性能强于第一垫面330的形变性能。

由于弧形的缓冲垫300的凹面朝向用户面部设置，因此当缓冲垫300被施加推力时，根据鳍条效应结构的原理，缓冲垫300会朝向第二垫面340的方向弯曲，因此第二垫面340的形变量大于第一垫面330的形变量。

请参阅图1和图2，缓冲垫300的中部与显示装置100通过紧固螺钉可拆卸式连接，以便于长期使用后及时更换缓冲垫300，从而能够延长头戴式显示设备的使用寿命，保证其穿戴效果以及穿戴体验。

缓冲垫300的两侧边能够贴合或者脱离显示装置100，当头戴式显示设备被佩戴至用户的头部时，缓冲垫300朝向用户面部弯曲，使得其两侧边与显示装置100分离，并能够贴合至用户面部的侧边。当将头戴式显示设备从用户头部取下时，由于缓冲垫300与鳍条400具有弹性恢复性能，因此缓冲垫300的两侧边能够贴合至显示装置100，以将其复位至初始状态。

请参阅图1，缓冲垫300的边缘伸出至显示装置100的外部，既可以增大缓冲垫300与用户面部的接触面积，减轻佩戴时对用户面部的压迫力。同时，当头戴式显示设备被佩戴至用户头部时，外伸的缓冲垫300可以防止外界的光线射入显示装置100内，从而影响镜筒组件110的显示。

请参阅图1和图2，缓冲垫300与鳍条400均由柔性高分子材料制备，使得缓冲垫300与鳍条400具有较好的弹性形变性能，本实施例中柔性高分子材料可以优选橡胶。

请参阅图1和图2，第一垫面330、第二垫面340以及鳍条400均由拉挤成型工艺制备，并且第一垫面330的侧端与第二垫面340的侧端采用热封工艺连接。

拉挤成型工艺制备主要用于复合材料的制备，其是在牵引设备的牵引下，将连续纤维或其织物进行树脂浸润并通过成型模具加热使树脂固化，来生产复合材料型材的工艺方法。热封工艺是利用某种方式加热第一垫面330以及第二垫面340的侧端，使其达到粘流状态后加压使之粘封，一般用热压封口装置或热压封口机完成。

利用拉挤成型工艺与热封工艺制备缓冲垫300，可以简化缓冲垫300的成型工艺，降低制备成本。

以上对本申请提供一种头戴式显示设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种头戴式显示设备，其特征在于，包括：

显示装置，其包括两组镜筒组件，所述镜筒组件对应至用户眼睛，定义所述显示装置的高度方向为第一基准方向；

头带，其两端分别连接至所述显示装置的两端部；以及

缓冲垫，其连接至所述显示装置，所述缓冲垫包括一缓冲腔体以及缺口，所述缺口连通至所述缓冲腔体，并能够对应至所述镜筒组件；

其中，所述缓冲垫包括相对的第一垫面以及第二垫面，所述第一垫面连接至所述显示装置，所述第二垫面能够贴合至用户面部；

所述缓冲垫位于所述缓冲腔体内设有两个以上鳍条，每一所述鳍条为一弧形的条形结构，其两侧边分别连接至所述第一垫面以及所述第二垫面，且所述鳍条的凹面朝向所述第二垫面设置。

2.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，

定义所述第二垫面的一侧至其另一侧的方向为第二基准方向，

两个以上所述鳍条沿所述第二基准方向等间距设置，且由所述缓冲垫的中心至其边缘的方向，所述鳍条的曲率增大。

3.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，

所述第一垫面的两侧端部与所述第二垫面的两侧端部连接，使得所述第一垫面与所述第二垫面围成沿所述第一基准方向贯穿的所述缓冲腔体；

所述缓冲垫为一弧形结构，所述缓冲垫的凹面朝向用户面部；沿所述缓冲垫的中心至其侧边的方向，所述第一垫面与所述第二垫面之间的垂直距离减小。

4.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，

每一所述鳍条包括一加强部，所述加强部的厚度大于所述鳍条的厚度；所述加强部沿所述第一基准方向设于所述鳍条的中心区域，且所述加强部的弧长与所述鳍条的弧长之比为1:3~1:2。

5.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，

所述第一垫面与所述第二垫面均为厚度均匀的弧面，且所述第一垫面的厚度大于所述第二垫面的厚度。

6.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，

两个以上所述鳍条关于所述缓冲垫的中心线对称式分布。

7.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，

所述缓冲垫与所述显示装置可拆卸式连接，且所述缓冲垫的边缘伸出至所述显示装置的外部。

8.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，

所述缓冲垫与所述鳍条由柔性高分子材料制备。

9.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，

所述第一垫面、所述第二垫面以及所述鳍条由拉挤成型工艺制备，且所述第一垫面的侧端与所述第二垫面的侧端采用热封工艺连接。

10.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，

所述缓冲垫的中部与所述显示装置连接，所述缓冲垫的两侧边能够贴合或脱离所述显示装置。