CN205433661U - 用于虚拟现实眼镜的头带 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于虚拟现实眼镜的头带，该头带包括头带结构和头带所具有的传感器，其特征在于：所述头带结构包括：圆环形护垫、横向设置的长绑带、横向设置的短绑带、竖向设置的竖绑带；所述头带电路包括：具有脑电信号测试电极、温湿度模块、振动模块、PPG传感器、压力传感器、锂电池、主控制器、处理电路和蓝牙模块。本实用新型的虚拟现实眼镜的头带结构简单，且能够实现对脑电信号、体温、血氧浓度、脉搏和鼻梁承受的压力这些生理参数进行精准的检测。

Description

用于虚拟现实眼镜的头带

技术领域

本实用新型涉及虚拟现实技术与穿戴计算技术，更具体的，涉及一种用于虚拟现实眼镜的头带。

背景技术

虚拟现实技术(VirtualReality，简称VR)可以通过模拟用户的听觉、触觉、视觉等感官的感受，让用户全方位的、没有限制地去观察通过计算设备模拟出的三维虚拟空间，如同身临其境。近年，随着与虚拟现实技术相关的各项技术的快速发展，各种与虚拟现实相关的产品也层出不穷。

虚拟现实眼镜是基于虚拟现实的视觉娱乐可穿戴产品，将人的对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉让用户可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。

现有技术中，采用的主要方案包括以下几种：

(1)Carboard是谷歌推出的一款虚拟现实眼镜，该眼镜配合上智能手机就能够组成一个虚拟现实设备。组装好Cardboard眼镜，打开智能手机上的应用，再放入纸板眼镜上的卡槽，用户就可以享受到VR设备的沉浸式体验；

(2)OculusDK2是一款为电子游戏设计的虚拟现实眼镜。它的像源选用三星Note3分辨率为1920*1080的5.7寸显示屏，配置了加速度传感器、陀螺仪、磁力计等传感器，内置了延迟测量仪，还能通过布置于眼镜外壳上的红外LED来追踪人的位置,Oculus在配置了上述的硬件后，其重量达到了453克。

上述方案主要存在的缺陷有以下几点：

(1)首先，Cardboard只是对手机的显示进行放大处理，其本身并不带有任何传感器。其次，Cardboard只是通过一根魔术贴来固定到用户的头部，在使用时容易造成晃动并且佩戴的舒适度不高。

(2)由于OculusDK2的重量不轻且重量主要分布于面部，用户在使用过程中容易造成不适感。并且OculusDK2不能检测生理参数，无法掌握用户的心理和生理感受。

因此，如何掌握用户在使用虚拟现实眼镜时的心理和生理感受成为目前的技术难题和需要亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型主要提供一种能够检测用户在佩戴虚拟现实眼镜时的心理和生理信号，并通过对这些心理和生理信号的分析，获得用户的心理和生理感受，同时，本实用新型通过结构改进，还改善了用户佩戴时的舒适度。

为此，本实用新型提供了一种用于虚拟现实眼镜的头带，该头带包括头带结构和头带所具有的传感器，其特征在于：所述头带结构包括：圆环形护垫、横向设置的长绑带、横向设置的短绑带、竖向设置的竖绑带；所述头带所具有的传感器包括：具有脑电信号测试电极、温湿度模块、振动模块、PPG传感器、压力传感器、锂电池、主控制器、处理电路和蓝牙模块；所述圆环形护垫贴合于虚拟现实眼镜的内侧外沿，三根绑带均可拉伸；所述的脑电信号测试电极为干电极，材料选用导电橡胶或导电布。

优选的，所述的脑电信号测试电极为针式电极，其中微针的长度在20-100μm之间。

优选的，所述圆环形护垫贴合于虚拟现实眼镜的内侧外沿，上述的三根绑带均可拉伸。

优选的，所述的脑电信号测试电极在脑部前后各一个，左右各两个，还有三个电极在头顶沿前后分布。

优选的，通过脑电信号测试电极获得原始的脑电信号数据，然后将信号传送到处理电路进行放大、滤波处理，再经由与主控制器相连的蓝牙模块将处理后的脑电信号传送到虚拟现实眼镜。

优选的，通过温湿度模块获得虚拟现实眼镜用户左前额的温度和湿度数据，然后根据换算公式得到人体温度值。

优选的，所述PPG传感器包括位于护垫左右两边的各一个PPG传感器，两个PPG传感器能够用于PPG信号的互补校正。

优选的，将由PPG传感器采集到的血氧和脉搏数据进行差分放大、带通滤波和模数转换后传送到主控制器，经由蓝牙模块传输到虚拟现实眼镜。

优选的，通过所述的压力传感器来检测用户在佩戴虚拟现实眼镜时鼻梁所承受的压力值，并将压力值传送至所述的主控制器，经由蓝牙传送到虚拟现实眼镜端。

优选的，所述的振动模块由所述的主控制器来控制，当用户佩戴虚拟现实眼镜的时间超过设定值时，所述的振动模块发生振动。

本实用新型的上述技术方案的有益效果包括：

用户在佩戴虚拟现实眼镜的过程中，通过头带上的传感器来检测用户的脑电信号、体温、血氧浓度、脉搏、鼻梁承受的压力数据，掌握用户在使用虚拟现实眼镜时的心理和生理感受。头带的结构进行过专门设计，以满足用户对佩戴舒适性的要求。

附图说明

图1为本实用新型中头带结构的示意图；

图2为圆环形护垫及护垫上的传感器布局的示意图；

图3为绑带及护垫上的模块布局的示意图；

图4为用户在佩戴虚拟现实眼镜时脑电测试电极在头部的分布图。

在图1中，标号1.1为脑电信号测试电极1,标号1.2为脑电信号测试电极2，标号1.3为脑电信号测试电极3，标号1.4为脑电信号测试电极4，标号1.5为脑电信号测试电极5，标号1.6为脑电信号测试电极6，标号1.7为脑电信号测试电极7，标号1.8为脑电信号测试电极8，标号1.9为脑电信号测试电极9，标号2为温湿度模块，标号3为振动模块，标号4.1为PPG传感器1，,标号4.2为PPG传感器2，标号5为压力传感器，标号6为锂电池，标号7为主控制器，标号8为处理电路，标号9为蓝牙模块。

在图2中，标号1.1为脑电电极1，标号2为温湿度模块，标号3为振动模块，标号4.1为PPG传感器1，标号4.2为PPG传感器2，标号5为压力传感器。

在图3中，标号1.2为脑电信号测试电极2，标号1.3为脑电信号测试电极3，标号1.4为脑电信号测试电极4，标号1.5为脑电信号测试电极5，标号1.6为脑电信号测试电极6，标号1.7为脑电信号测试电极7，标号1.8为脑电信号测试电极8，标号1.9为脑电信号测试电极9，标号6为锂电池模块，标号7为主控制器，标号8为处理电路，标号9为蓝牙模块。

在图4中，标号1.1为脑电信号测试电极1,标号1.2为脑电信号测试电极2，标号1.3为脑电信号测试电极3，标号1.4为脑电信号测试电极4，标号1.5为脑电信号测试电极5，标号1.6为脑电信号测试电极6，标号1.7为脑电信号测试电极7，标号1.8为脑电信号测试电极8，标号1.9为脑电信号测试电极9。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本领域技术人员应当知晓，下述具体实施例或具体实施方式，是本实用新型为进一步解释具体的实用新型内容而列举的一系列优化的设置方式，而该些设置方式之间均是可以相互结合或者相互关联使用的，除非在本实用新型明确提出了其中某些或某一具体实施例或实施方式无法与其他的实施例或实施方式进行关联设置或共同使用。同时，下述的具体实施例或实施方式仅作为最优化的设置方式，而不作为限定本实用新型的保护范围的理解。

实施例1

本实用新型中提供的用于虚拟现实眼镜的头带，该头带包括头带结构和头带所具有的传感器，其特征在于：所述头带结构包括：圆环形护垫、横向设置的长绑带、横向设置的短绑带、竖向设置的竖绑带；所述头带电路包括：具有脑电信号测试电极、温湿度模块、振动模块、PPG传感器、压力传感器、锂电池、主控制器、处理电路和蓝牙模块。

如图1所示，该头带电路包括如下：1.1为脑电信号测试电极1，1.2为脑电信号测试电极2，1.3为脑电信号测试电极3,1.4为脑电信号测试电极4,1.5为脑电信号测试电极5,1.6为脑电信号测试电极6,1.7为脑电信号测试电极7,1.8为脑电信号测试电极8,1.9为脑电信号测试电极9，2为温湿度模块，3为振动模块，4.1为PPG传感器1,4.2为PPG传感器2，5为压力传感器，6为锂电池，7为主控制器，8为处理电路，9为蓝牙模块。

所述的脑电信号测试电极1的布局如图2、图3、图4所示。其中图4展示了用户在佩戴虚拟现实眼镜时脑电测试电极在头部的分布，电极1.8和1.9与电极1.6和1.7对称分布。通过脑电信号测试电极获得原始的脑电信号数据，然后将信号传送到处理模块进行放大、滤波处理，再经由与主控器相连的蓝牙模块将处理后的脑电信号传送到虚拟现实眼镜。

所述的温湿度模块2位于护垫内侧，当虚拟现实眼镜用户在佩戴过程中，该传感器会贴于左前额位置。根据温度、相对湿度、和体温三者之间的换算公式，得到人体左前额温度。

所述的振动模块3位于护垫内侧，当虚拟现实眼镜用户在佩戴过程中，该模块会贴于右前额位置。当用户佩戴虚拟现实眼镜的时间超过2小时后，所述的主控器发出信号使所述的振动模块发生振动。

所述PPG传感器4如图2，位于绑带内侧，当虚拟现实眼镜用户在佩戴过程中，PPG传感器会贴于太阳穴位置。之所以安置两个PPG传感器的作用是互补校正。通过PPG传感器，能对虚拟现实眼镜用户的脉搏和血氧进行检测。

所述的压力传感器5位于护垫内侧，当虚拟现实眼镜用户在佩戴过程中，该模块会贴于鼻梁位置。通过该压力传感器可测得用户在佩戴虚拟现实眼镜时鼻梁所承受的压力。

所述的锂电池模块6位于绑带外侧。

所述的模块7为主控制器，8为处理电路，9为蓝牙模块位于绑带外侧。

实施例2

微控制器选用ST(意法半导体公司)推出的STM32处理器，型号STM32F103RBT6。该型号处理器为32位RSIC(精简指令集)，Cortex-M3ARM核心，72Mhz工作频率，高速嵌入式存储器(Flash存储器达到128Kbytes，SRAM达到20Kbytes)，有多个增强型I/O和接口连接到两个APB总线。该系列提供两个12位模数转换器，3个通用16位定时器和一个PWM定时器。该系列还拥有丰富的接口：2个I2C和SPI，3个串口，一个USB和CAN总线。

所述的脑电信号测试电极为针式电极，其中微针的长度在20～100μm之间，既能穿透角质层以获得有效的脑电信号，同时也能有效避免头皮遭到伤害。根据脑电信号的特点，选用高输入阻抗、高共模抑制比和低噪声的放大器，采用多级放大形式实现，在多级放大器之间增加相应的滤波器来减小噪声干扰，放大器还要对脑电信号进行模数转换。得到脑电信号后，通过与主控制相连接的蓝牙模块发送到虚拟现实眼镜，用于显示或者其它交互控制之用。

所述的温湿度模块选用芯科科技生产的温湿度传感器芯片Si7021，所述的主控器通过该温湿度模块读取虚拟现实眼镜用户左前额的环境温度值和环境相对湿度值。温度、相对湿度和体温三者之间的换算公式为：Z＝32.76+0.104*X+0.0126*Y，其中X为环境温度值(℃)，Y为环境相对湿度值(％)，Z为体温(℃)，通过此换算公式即可求得左前额的体温。得到前额的体温数值后，通过与主控制相连接的蓝牙模块发送到虚拟现实眼镜，用于显示或者其它交互控制之用。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于虚拟现实眼镜的头带，其包括头带结构和头带所具有的传感器，其特征在于：

所述头带结构包括：圆环形护垫、横向设置的长绑带、横向设置的短绑带、竖向设置的竖绑带；

所述头带所具有的传感器包括：具有脑电信号测试电极、温湿度模块、振动模块、PPG传感器、压力传感器、锂电池、主控制器、处理电路和蓝牙模块；

所述圆环形护垫贴合于虚拟现实眼镜的内侧外沿，三根绑带均可拉伸；

所述的脑电信号测试电极为干电极，材料选用导电橡胶或导电布。

2.根据权利要求1所述的头带，其特征在于:

所述的脑电信号测试电极为针式电极，其中微针的长度在20-100μm之间。

3.根据权利要求1所述的头带，其特征在于:

所述的脑电信号测试电极在脑部前后各一个，左右各两个，还有三个电极在头顶沿前后分布。

4.根据权利要求3所述的头带，其特征在于:

通过脑电信号测试电极获得原始的脑电信号数据，然后将信号传送到处理电路进行放大、滤波处理，再经由与主控制器相连的蓝牙模块将处理后的脑电信号传送到虚拟现实眼镜。

5.根据权利要求1所述的头带，其特征在于:

通过温湿度模块获得虚拟现实眼镜用户左前额的温度和湿度数据，然后根据换算公式得到人体温度值。

6.根据权利要求1所述的头带，其特征在于:

所述PPG传感器包括位于护垫左右两边的各一个PPG传感器，两个PPG传感器能够用于PPG信号的互补校正。

7.根据权利要求6所述的头带，其特征在于:

将由PPG传感器采集到的血氧和脉搏数据进行差分放大、带通滤波和模数转换后传送到主控制器，经由蓝牙模块传输到虚拟现实眼镜。

8.根据权利要求1所述的头带，其特征在于:

通过所述的压力传感器来检测用户在佩戴虚拟现实眼镜时鼻梁所承受的压力值，并将压力值传送至所述的主控制器，经由蓝牙传送到虚拟现实眼镜端。

9.根据权利要求1所述的头带，其特征在于:

所述的振动模块由所述的主控制器来控制，当用户佩戴虚拟现实眼镜的时间超过设定值时，所述的振动模块发生振动。