CN209879142U - 虚拟现实或增强现实的头戴式视图器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种虚拟现实或增强现实的头戴式视图器，包括：显示器，该显示器用于向用户显示图像，该显示器构造成位于用户的头部的前面；头部安装附件，该头部安装附件附接至该显示器，该头部安装附件构造成通过与用户的头部的顶部和用户的额头接触来支撑该显示器；其中，头部安装附件包括：活动接头，使得在使用中，该显示器能够相对于该头部安装附件围绕与用户的双眼中心相交的轴线枢转。该头戴式视图器为佩戴者提供了舒适的佩戴。

Description

虚拟现实或增强现实的头戴式视图器

技术领域

本实用新型涉及一种用于虚拟现实或者增强现实装置的头戴式视图器。

背景技术

近年来，由于光学和图像生成技术的进步产生了以前不可能实现的新用途，人们对虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术的兴趣再次复苏。VR现在可以用于模拟和实践医疗程序，并且AR可以用于当实际对患者执行这些程序时帮助医疗专业人员。VR头戴式视图器在游戏中的使用仍然很流行，然而现在可以提供更好地沉浸式的游戏体验。

尽管用于生成AR和VR的图像的硬件和软件有了显著地发展，但用于VR和AR的头戴式视图器的可穿戴式硬件的开发却比较少。

通常，VR和AR的头戴式视图器使用了传统上在其它领域中使用的可穿戴式硬件，以提供用于将头戴式视图器固定至用户头部的附接装置。例如，这可能包括：一系列类似于用于护目镜或者滑雪面具的带子；或者类似于眼镜或者头盔的装置。

虽然这些设计可以在某些程度上发挥作用，但是它们不能为佩戴者提供最佳的佩戴。

由于这些装置的重量，围绕用户头部延伸的带子需要足够紧，以将装置固定地保持在适当的位置。这意味着将对用户的头部、太阳穴和他们眼部周围的压力点施加高压。这对于用户来说是不舒服的并且减少了他们可能愿意佩戴该设备的时间。

此外，常规的VR和AR头戴式视图器的大部分重量来自位于显示区域内的图像生成设备。这意味着，对于这种由用户的耳朵和鼻子支撑的眼镜型头戴式视图器，可能导致用户在他们克服显示器向前拉动头部的重量而试图保持头部的直立位置时，感受到颈部疲劳增加。

本实用新型的一个目的是提供一种改进的VR或AR的头戴式视图器，缓解其中的一些问题，以提供生成图像的稳定显示，同时仍然确保在长时间佩戴该装置时是舒适的。

实用新型内容

根据本实用新型的第一方面，提供了一种虚拟现实或者增强现实的头戴式视图器，包括：显示器，该显示器用于向用户显示图像，该显示器构造成位于用户头部的前面；配重，所述配重构造成位于用户头部的后部；以及连接器，所述连接器将显示器连接至配重，使得在使用中，连接器适合放置在用户头部的顶部上，以支撑显示器和配重的重量，并且使得配重用于抵消显示器的重量。

有利地，头戴式视图器为佩戴者提供了舒适的佩戴，因为在用户头部的后部的配重平衡了在用户头部的前面的显示器的重量。连接器用作用户头部上的枢轴，以平衡显示器和配重并且为显示器和配重提供支撑。因此，张力是通过由连接器支撑的显示器和配重的重量提供的。头戴式视图器可以在整个头部上并且远离鼻子和太阳穴压力点提供均匀的重量分布。由于头戴式视图器的重量不仅仅位于头戴式视图器的前部，因此用户的头部不会由于不均匀的重量分布被向前拉。这有助于在佩戴头戴式视图器时提供舒适的佩戴，从而减轻使用者颈部的疲劳。

优选地，配重包括：控制单元，所述控制单元用于产生图像，并且将图像提供给显示器。因此，控制单元可以提供平衡以抵消在用户头部前面的显示器的重量。此外，控制单元的位置使头戴式视图器的重量保持最小，从而优选地不需要辅助配重。控制单元可以包括：电池和/或移动电话，或者其它类型的电子设备。

在一些实施方式中，连接器可能包括：至少一个凹槽，该至少一个凹槽在配重和显示器之间延伸；以及至少一个电缆，该至少一个电缆在至少一个凹槽内，该至少一个电缆用于在控制单元和显示器之间传输信号。这确保了在控制单元和显示器之间运行的电缆是不可见的。这还可以增加头戴式视图器的美感。此外，凹槽可以沿着构造成最接近用户头部的连接器的侧面定位，这有助于为用户提供舒适的佩戴。

电缆使得电子、光和/或控制信号能够从电子设备传输到显示器。在一些实施方式中，可以不需要电缆，并且可以使用本领域技术人员知晓的显示器和控制单元之间的其它类型的连接。例如，可以使用无线连接(例如，蓝牙)。

优选地，连接器是柔性的，使得在使用中，连接器构造成接触用户头部的多个区域，使得支撑在用户的整个头部上分布。这使得当将头戴式视图器定位在用户头上时，连接器能够在用户的头部成型。这为用户提供了舒适的佩戴，并且意味着，头戴式视图器可以适合彼此间具有不同形状的头部的不同用户。通过这种方式，连接器将头戴式视图器定位于用户头部上。将头戴式视图器保持在用户头部的张力通过由用户头部前面和后面的显示器和配重平衡的连接器提供。

优选地，连接器可从第一形状转换到第二形状，其中，第二形状趋向于第一形状，使得连接器可以在第二形状下对用户的头部施加夹持力。

通过这种方式，头戴式视图器可以适合于具有各种不同形状和尺寸的头部的用户，因为连接器构造成扩展以贴合用户的头部。此外，由于存在偏压，连接器在用户的头部上提供持续的力，使得其可以将头戴式视图器固定地保持在用户头上，防止其在头部上移动。

连接器可以是弧形的。这确保了头戴式视图器定形状成容纳用户的头部。弧形连接器的曲率半径在第一或者第二形状时可以有所不同。在一些情况下，当在第二形状时曲率半径可以更大。因此，连接器的弧形形状可以帮助提供夹持力。

优选地，连接器包括缓冲件。该缓冲件可以是一个或多个缓冲垫。这提供了头戴式视图器抵靠用户头部的柔软区域，同时有助于头戴式视图器的定位。

在一些实施方式中，可以提供多个连接器。例如，可能有两个、三个或更多的连接器。替代性地，可能只有一个连接器。

具有多于一个的连接器可以有助于提供头戴式视图器到用户头部的更安全的连接。例如，可以提供构造成彼此等间隔的通过用户的头部的两个连接器。在其它方面，可以设置三个或更多的连接器。

优选地，连接器是长形的。这意味着减小了头戴式视图器覆盖用户头部的区域，使得头戴式视图器易于佩戴。例如，连接器可以包括：连接显示器和配重的窄带材料。这可能意味着，佩戴头戴式视图器时用户的头部不会那么热。

优选地，提供多个平衡构件，该平衡构件构造成接触用户的头部，使得在使用时，平衡构件控制显示器相对于与用户的两只眼睛的中心相交的轴线的定向。

多个平衡构件可以包括：第一平衡构件和第二平衡构件，该第一和第二平衡构件构造成在使用中接触相应的用户耳朵。

有利地，平衡构件，也被称为臂或镜腿，使得头戴式视图器能够平衡于用户的头部并且额外地固定以及定位于用户的头部。这可以为用户提供更舒适的佩戴。

配重可以包括：至少一个压力垫，使得在使用时，该至少一个压力垫支撑头部的后部并沿着使用者头部的侧面的至少一部分延伸。

有利地，这提供了稳定性并且有助于头戴式视图器的重量分布，同时有助于在将头戴式视图器放置到用户的头上时确保将其容易并且正确地定位(即，自定心)。压力垫可以具有翼状形状。

至少一个压力垫可以装有衬垫。这有助于为用户的头部提供舒适的佩戴。例如，压力垫可以包括柔软的缓冲材料。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种虚拟现实或增强现实的头戴式视图器，包括：显示器，所述显示器用于向用户显示图像，该显示器构造成位于用户头部的前面；头部安装附件，所述头部安装附件附接至显示器，其构造成通过与用户头部的顶部和用户的前额接触来支撑显示器；其中，头部安装附件包括：活动接头，使得在使用中，显示器可以相对于头部安装附件围绕与用户的两只眼睛的中心相交的轴线枢转。

不同的用户可以具有各种不同的前额形状，特别是不同的前额斜度。具有可枢转的显示器能够考虑到用户前额的斜度调节其位置。通过这种方式，显示器可以相对于用户的视线移动和定位，使得它保持在竖直方向(即，垂直于与用户两只眼睛的中心相交的轴线)。具有可枢转的显示器还可以帮助确保显示器定位在距用户眼睛的正确距离处。这也可以帮助防止用户由于显示器的位置不当产生眼睛疲劳。

在一些实施方式中，活动接头可以包括：铰链。铰链机构使得装置能够围绕固定轴在设定方向上进行调节。铰链可以是摩擦铰链。摩擦铰链用作抵抗显示器的重量，以确保一旦头戴式视图器定位于用户的头部上，显示器不会围绕活动接头产生不期望地移动。

替代性地，在其它实施方式中，活动接头可以是球窝接头。可以使用技术人员知晓的任何其它类型的活动接头。

优选地，头部安装附件包括：配重，配重构造成定位在用户头部的后面；以及连接器，连接器将显示器连接至配重，使得在使用中，连接器适于放置在用户头部的顶部上以支撑显示器和配重的重量，并且使得配重用于抵消显示器的重量。

替代性地，铰链可以位于沿连接器的任何位置。可以有多个铰链。例如，铰链可以连接连接器和配重。这将使得能够进一步调节头戴式视图器以使得具有不同形状头部的用户能够舒适地佩戴。

技术人员将理解，第一方面的特征不限定于第一方面，并且可以同等地提供在第二方面中，反之亦然。

附图说明

现参照附图通过示例的方式描述本实用新型的实施方式，其中：

图1是本实用新型的实施方式中的头戴式视图器的侧面透视图；

图2是如图1所示的头戴式视图器在用户头部上时的正面透视图；

图3是如图1所示的头戴式视图器在用户头部上时的侧视图；

图4A是如图1所示的头戴式视图器在用户头部上时的俯视图；

图4B是如图1所示的头戴式视图器在用户头部上时示出了与用户头部的接触点的俯视图；

图5A是如图1所示的头戴式视图器在用户头部上时，头戴式视图器处于第一方位的近距离侧视图；

图5B是如图1所示的头戴式视图器在用户头部上时，头戴式视图器处于第二方位的近距离侧视图；以及

图6是如图1所示的头戴式视图器的铰链机构的视图。

具体实施方式

图1示出了本实用新型的实施方式中的AR头戴式视图器10的侧面透视图。头戴式视图器10包括可倾斜前额支架103。附接至前额支架103的波导器101，在波导器101上可以向用户显示图像。

前额支架103通过连接器105连接至后头部支撑件107。连接器105是连接前额支架103和后头部支撑件107的单个长形弯曲材料条。连接器105通过铰链117连接至前额支架103。

从前额支架103的两侧延伸的是一对臂109a和109b，也被称为镜腿。臂109具有弯曲端，具有与眼镜臂类似的形状。

后头部支撑件107具有翼状压力垫111，该翼状压力垫111构造成接触用户的头部22。连接器105沿其内表面具有三个衬垫区域113。

图2、3和4A示出了在用户20上的图1的头戴式视图器10，分别示出了在用户的头部22上时的前透视图、侧视图和俯视图。

从图2、3和4A中可以看出，波导器101位于用户眼睛的前方，使得它位于用户20的视野内。连接器105位于头顶部28并且沿头部22的长度在用户的头部22上延伸。后头部支撑件107支撑用户22的头部的后部24。翼状压力垫111围绕用户的头部22的两侧26a和26b延伸而确保后头部支撑件107支撑用户头部24的后部24。因此，翼状压力垫111提供缓冲功能，通过头部22与翼状压力垫111的接触，这种缓冲对于佩戴者来说是舒适的。

后头部支撑件107的重量与前额支架103和波导器101的重量平衡，使得后头部支撑件107用作抵抗前额支架103和波导器101的重量的配重。前额支架103、波导器101和后头部支撑件107的重量通过连接器105抵抗用户22的头部支撑。连接器上的衬垫区域113有助于提供连接器105抵抗用户22的头部的舒适的支撑。

尽管在附图中不可见，但是位于后头部支撑件107内的是用于产生图像并将图像提供给显示器101的控制单元。设置在后头部支撑件内的控制单元提供了后头部支撑件107的主要重量。

如图所示的实施方式中，控制单元通过多个电缆连接至前额支架103。尽管在附图中不可见，但是电缆位于连接器105上的凹槽内。电缆提供从控制单元传输至波导器101的控制信号和电信号以产生图像。

头戴式视图器10是一种AR头戴式视图器10，使用本领域技术人员所知晓的AR中常见的方法和技术通过波导器104向用户20显示图像。

从图2、3和4A可以进一步看出，臂109布置成放置在用户20的对应的耳朵30a、30b上。臂109能够使头戴式视图器10平衡于用户头部22而额外地固定和定位于用户头部22。这还可以为用户20提供更舒适的佩戴。

图5A和5B示出了图1所示的头戴式视图器10当以两个不同的方向放在用户的头部22上时的特写侧视图。铰链117将前额支架103连接至连接器105使前额支架103和波导器101能够移动，使得头戴式视图器可以适合具有不同形状的前额32的用户20。图6示出了铰链117的特写。

图5A和5B中所示的是参考轴，其将在本文中用于描述头戴式视图器10围绕铰链117的运动。当用户20站立并面向前方时定义该参考轴。z轴是相交并穿过用户20的两只眼睛的中心的轴。y轴是向上延伸的轴，即，在使用者的鼻子和前额32之间。X轴笔直地向用户20前面延伸。

铰链117使前额支架103和波导器101能够相对于连接器105绕z轴枢转。铰链117能够实现大约30度的移动范围，即，相对于中心位置在任一方向上大约各15度的移动。铰链117是摩擦铰链，使得一旦被用户20移动到一个位置，铰链117就保持在该位置，除非用户20施加足够大的力使得摩擦被克服，则铰链117开始活动。

比较图5A和5B，图5B中的铰链117已经围绕z轴移动，使得波导器101相对于用户的眼睛更远且更高，即，与图5A中的波导器101的位置相比沿x轴和y轴移位。

可以移动前额支架103使得波导器101能够相对于用户的视线定位并且保持在竖直方向。由于铰链117位于用户的前额32附近，因此能够为可能具有不同斜度的前额的用户定制头戴式视图器10的位置。这有助于确保波导器101定位在距用户眼睛的正确距离处。这可以帮助防止用户因为位置不当的波导器101造成眼睛疲劳。

连接器105由柔性材料制成，使得当头戴式视图器10放置在用户头部22上时，由于在用户头部的前部和后部的部件的重量产生的张力使连接器105弯曲以符合用户头部22的形状。这可以在图4B中看到，图4B示出了头戴式视图器10与用户头部22接触的区域。可以看出，连接器105沿连接器105在前额支架103和后头部支撑件107之间延伸的长度与用户头部22接触。当连接器105为前额支架103和后头部支撑件107提供支撑时，这有助于使负载横过用户的头部22分布。图4B还示出了，如前面所讨论的，头戴式视图器10通过在用户前额32处的前额支架103以及在头部的后部24处与后头部支撑件107接触而与用户的头部22接触。

此外，头戴式视图器10是由以下材料制成：该材料确保当头戴式视图器10被放置在用户的头22上时，连接器105可以从第一形状拉伸到第二形状，使得用户22的头部可以容纳在弯曲的连接器105内。一旦头戴式视图器10位于用户的头部22上，然后，连接器105向其原始形状收缩，使得连接器105在用户22的头部施加夹持力。

这使头戴式视图器10能够适合具有各种不同形状和尺寸的头部22的用户20，因为连接器105构造成扩展以适合用户22的头部。此外，连接器105提供对头部的张力，使得其能够固定地将头戴式视图器10保持在用户头上，防止头戴式视图器10在用户的头部22上移动。翼状压力垫111的形状也通过支持头部的后部24并且向下延伸到用户头部的后部的侧面26而有助于当头戴式视图器10被放置在佩戴者的头部22上时头戴式视图器10的正确定向。

此外，当头戴式视图器10放置在佩戴者的头部22上时，臂109a、109b有助于头戴式视图器10的固定和正确定位。如上所述，臂109中的每一个都与用户对应的耳30接触。这有助于头戴式视图器10的平衡，使得显示器101保持在相对于z轴定向的位置。这确保波导器104相对于用户的眼睛在x轴和y轴上处于相同位置。

在本实用新型的范围内，可以对上述实施方式进行许多修改和变型。

尽管实施方式示出了AR头戴式视图器，但可以理解，该AR头戴式视图器可替代地用于VR技术。此外，波导器可以是用于向用户显示图像的任何类型的装置。

如实施方式中所示的臂相对于前额支架103是不可移动的。然而，在其它实施方式中，臂可以通过一个或多个铰链以类似于眼镜中已知的方式附接至前额支架。在其它实施方式中可以不提供臂109。

在其它实施方式中，单个连接器105可以由一个或多个附加的连接器来辅助。例如，可以位于连接器105的任一侧的连接器，该连接器与用户头部的侧面接触。附加的连接器也可以附接或不附接至后头部支撑件107，并且可以铰接或者不铰接至后头部支撑件107。

Claims (28)

1.一种虚拟现实或增强现实的头戴式视图器，其特征在于包括：

显示器，所述显示器用于向用户显示图像，所述显示器构造成位于用户的头部的前面；

头部安装附件，所述头部安装附件附接至所述显示器，所述头部安装附件构造成通过与用户的头部的顶部和用户的额头接触来支撑所述显示器；

其中，所述头部安装附件包括：活动接头，使得在使用中，所述显示器能够相对于所述头部安装附件围绕与用户的双眼中心相交的轴线枢转。

2.根据权利要求1所述的头戴式视图器，其中，所述活动接头包括铰链。

3.根据权利要求1所述的头戴式视图器，其中，所述活动接头是摩擦铰链。

4.根据任一项前述权利要求所述的头戴式视图器，其中，所述头部安装附件包括：

配重，所述配重构造成位于用户的头部的后部；以及

连接器，所述连接器将所述显示器连接至所述配重，使得在使用中，所述连接器适于放置在用户的头部的顶部，以支撑所述显示器和所述配重的重量，并且使得所述配重起到抵消所述显示器的重量的作用。

5.根据权利要求4所述的头戴式视图器，其中，所述连接器是长形的。

6.根据权利要求4所述的头戴式视图器，包括多个连接器。

7.根据权利要求4所述的头戴式视图器，其中，所述连接器是弧形的。

8.根据权利要求4所述的头戴式视图器，其中，所述配重包括控制单元，所述控制单元用于生成图像并且将图像提供给所述显示器。

9.根据权利要求8所述的头戴式视图器，其中，所述连接器包括：至少一个凹槽，所述至少一个凹槽在所述配重和所述显示器之间延伸；以及至少一个电缆，所述至少一个电缆在所述至少一个凹槽内，所述至少一个电缆用于在电子设备和所述显示器之间传输信号。

10.根据权利要求4所述的头戴式视图器，其中，所述连接器能够从第一形状移动至第二形状，其中，所述第二形状趋向所述第一形状，使得所述连接器在所述第二形状下能够对用户的头部施加夹紧力。

11.根据权利要求4所述的头戴式视图器，其中，所述连接器包括缓冲件。

12.根据权利要求4所述的头戴式视图器，还包括多个平衡构件，所述多个平衡构件构造成与用户的头部接触，使得在使用时，所述平衡构件控制所述显示器相对于与用户的两只眼睛的中心相交的轴线的定向。

13.根据权利要求12所述的头戴式视图器，其中，所述多个平衡构件包括第一平衡构件和第二平衡构件，所述第一平衡构件和第二平衡构件构造成在使用中与用户对应的耳朵接触。

14.根据权利要求4所述的头戴式视图器，其中，所述配重包括至少一个压力垫，使得在使用时，所述至少一个压力垫支撑头部的后面并且沿用户的头部的两侧的至少一部分延伸。

15.根据权利要求14所述的头戴式视图器，其中，所述至少一个压力垫是装有衬垫的。

16.一种虚拟现实或增强现实的头戴式视图器，其特征在于包括：

显示器，所述显示器用于向用户显示图像，所述显示器构造成位于用户的头部的前面；

配重，所述配重构造成位于用户的头部的后面；以及

连接器，所述连接器将所述显示器连接至所述配重，使得在使用中，所述连接器适于放置在用户的头部的顶部，以支撑所述显示器和所述配重的重量，并且使得所述配重起到抵消所述显示器的重量的作用。

17.根据权利要求16所述的头戴式视图器，其中，所述配重包括：控制单元，所述控制单元用于生成图像并且将图像提供给所述显示器。

18.根据权利要求17所述的头戴式视图器，其中，所述连接器包括：至少一个凹槽，所述至少一个凹槽在所述配重和所述显示器之间延伸；以及至少一个电缆，所述至少一个电缆在所述至少一个凹槽内，所述至少一个电缆用于在所述控制单元和所述显示器之间传输信号。

19.根据权利要求16至18中的任一项所述的头戴式视图器，其中，所述连接器是柔性的，使得在使用时，所述连接器构造成与用户的头部的多个区域接触，使得支撑在用户的整个头部上分布。

20.根据权利要求16至18中的任一项所述的头戴式视图器，其中，所述连接器能够从第一形状移动至第二形状，其中，所述第二形状趋向所述第一形状，使得所述连接器在所述第二形状下能够对用户的头部施加夹紧力。

21.根据权利要求16至18中的任一项所述的头戴式视图器，其中，所述连接器是弧形的。

22.根据权利要求16至18中的任一项所述的头戴式视图器，其中，所述连接器包括缓冲件。

23.根据权利要求16至18中的任一项所述的头戴式视图器，包括多个连接器或者单个连接器。

24.根据权利要求16至18中的任一项所述的头戴式视图器，其中，所述连接器是长形的。

25.根据权利要求16至18中的任一项所述的头戴式视图器，还包括多个平衡构件，所述多个平衡构件构造成与用户的头部接触，使得在使用时，所述平衡构件控制所述显示器相对于与用户的两只眼睛的中心相交的轴线的定向。

26.根据权利要求25所述的头戴式视图器，其中，所述多个平衡构件包括第一平衡构件和第二平衡构件，所述第一平衡构件和第二平衡构件构造成与用户对应的耳朵接触。

27.根据权利要求16至18中的任一项所述的头戴式视图器，其中，所述配重包括至少一个压力垫，使得在使用时，所述至少一个压力垫支撑头部的后面并且沿用户的头部的两侧的至少一部分延伸。

28.根据权利要求27所述的头戴式视图器，其中，所述至少一个压力垫是装有衬垫的。