CN212905729U - 一种头戴设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种头戴设备，包括光感元件、太阳能板、驱动机构和控制器；其中，所述光感元件用于采集入射到头戴式显示设备的各方位光线，并生成相应的光强信号；所述太阳能板用于采集光线并转换成电能，为头戴式显示设备的内置电池充电；所述驱动机构连接所述太阳能板，用于驱动所述太阳能板偏转；所述控制器根据光感元件输出的光强信号确定最大光强的光线的方位，并控制驱动机构携带太阳能板向最大光强的光线的直射方向偏转。本实用新型通过在头戴设备中设置可自动寻找最佳采光角度的太阳能充电系统，不仅使产品摆脱了外部充电器的束缚，而且可以获得最大的采光效率，达到光电转换效率的最大化，实现高效率充电。

Description

一种头戴设备

技术领域

本实用新型属于头戴设备技术领域，具体地说，是涉及一种应用于头戴设备的充电系统。

背景技术

头戴设备是一种通过光学系统（主要是精密光学透镜）放大超微显示屏上的图像，并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的视频播放设备，可以实现虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）等不同效果。

目前的头戴设备，其充电方式普遍采用Type-C线充电或者无线充电。对于Type-C线充电方式，充电时需要头戴设备外接Type-C线缆，并通过Type-C线缆连接外部的充电器。由于头戴设备在佩戴使用过程中往往处于不断运动的状态，因此，这种有线充电方式会给佩戴者带来束缚，影响佩戴者的正常使用。对于无线充电方式，需要头戴设备在充电时靠近外部的无线充电器，而无线充电器需要有线连接外部电源，且位置相对固定，因此也限制了头戴设备在充电期间佩戴者的活动范围。

鉴于此，如何在头戴设备上补充一种不影响佩戴者正常使用的充电方式，是目前头显研发领域的一种重要课题。

发明内容

本实用新型为了提高头戴设备在充电期间使用的灵活性，提出了一种太阳能充电方式，可以使得用户在头戴设备充电期间仍能正常佩戴使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种头戴设备，包括光感元件、太阳能板、驱动机构和控制器；其中，所述光感元件用于采集入射到头戴式显示设备的各方位光线，并生成相应的光强信号；所述太阳能板用于采集光线并转换成电能，为头戴式显示设备的内置电池充电；所述驱动机构连接所述太阳能板，用于驱动所述太阳能板偏转；所述控制器根据所述光感元件输出的光强信号确定最大光强的光线的方位，并控制所述驱动机构携带所述太阳能板向最大光强的光线的直射方向偏转。

在本申请的一些实施例中，所述驱动机构包括万向轴、X轴舵机、Y轴舵机、X轴舵机驱动芯片和Y轴舵机驱动芯片；其中，所述万向轴连接所述太阳能板，用于调整所述太阳能板的转动方向和角度，包括两根呈垂直关系的X向转轴和Y向转轴；所述X轴舵机通过齿轮传动机构连接所述万向轴的X向转轴，用于驱动所述万向轴携带所述太阳能板相对Y向转轴方向偏转一定角度；所述Y轴舵机通过齿轮传动机构连接所述万向轴的Y向转轴，用于驱动所述万向轴携带所述太阳能板相对X向转轴方向偏转一定角度；所述X轴舵机驱动芯片连接所述控制器，根据控制器输出的控制信号驱动所述X轴舵机运行；所述Y轴舵机驱动芯片连接所述控制器，根据控制器输出的控制信号驱动所述Y轴舵机运行。

在本申请的一些实施例中，在所述万向轴的X向转轴上轴接有X向从动轮，在所述万向轴的Y向转轴上轴接有Y向从动轮；在所述X轴舵机的输出轴上轴接有X向主动轮，所述X向主动轮与所述X向从动轮啮合；在所述Y轴舵机的输出轴上轴接有Y向主动轮，所述Y向主动轮与所述Y向从动轮啮合。

在本申请的一些实施例中，所述万向轴位于所述太阳能板的背后，且优选连接所述太阳能板的中心位置；所述X轴舵机和Y轴舵机位于所述太阳能板的背后，且相对所述万向轴上、下布设。

在本申请的一些实施例中，所述驱动机构还可以采用电磁感应线圈配合驱动模块的方式构建；具体而言，所述电磁感应线圈包括多个，位于所述太阳能板的背后且分散排布；所述驱动模块连接所述控制器，根据所述控制器输出的控制信号驱动其中一个电磁感应线圈通电，以吸附所述太阳能板向通电的电磁感应线圈的方向偏转，以增大太阳能板接收光线照射的面积，提高采光效率。

在本申请的一些实施例中，所述电磁感应线圈优选包括三个，分布在所述太阳能板的背后的偏左、偏右及偏上的位置，以分别用于吸附所述太阳能板向左偏转固定角度、或者向右偏转固定角度、或者上仰固定角度。

在本申请的一些实施例中，所述头戴式显示设备包括显示主体和头戴组件，所述显示主体包括壳体，壳体中内置有PCB主板，壳体前端安装有透光前罩；所述光感元件优选安装于所述透光前罩的内侧，所述太阳能板和驱动机构优选内置于所述壳体中且位于所述透光前罩与PCB主板之间，通过对显示主体的内部空间进行合理、充分利用，以改善产品外观。

在本申请的一些实施例中，所述光感元件优选采用全方位光感应器，且配置所述透光前罩的中心点轴线与所述全方位光感应器的中心点轴线以及太阳能板的中心点轴线共线；并且，所述全方位光感应器与所述太阳能板同向且平行。这样可以提高全方位光感应器对光线入射角度感知的准确度，并且使得太阳能板能够调整到完全面向光线直射的方向，达到采光效率的最大化，实现高效率充电。

在本申请的一些实施例中，所述光感元件优选嵌装于或者贴附在所述透光前罩的内侧；所述驱动机构优选安装于所述PCB主板上。

在本申请的一些实施例中，所述头戴式显示设备还包括稳压电路，用于接收所述太阳能板输出的电能，并进行稳压处理后，输出至所述电池，为所述电池充电。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型通过在头戴设备中增设太阳能板，利用太阳能发电技术将太阳辐射的能量转换成电能，为头戴设备中的电池充电，由此使得头戴设备可以在有阳光照射的情况下随时进入充电状态，补充电量，延长续航时间，尤其适合户外长时间佩戴使用，且不会对佩戴者的活动范围产生任何限制，改善了使用体验。另外，通过在头戴设备中增设光感元件，用于感知光强最大的光线的直射方向，进而控制太阳能板自动寻找最佳采光角度，由此可以使得太阳能板能够尽可能地以最大面积接收太阳光照射，以获得最大的采光效率，达到光电转换效率的最大化，实现高效率充电。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1是应用于头戴设备中的太阳能充电系统的构建示意图；

图2是太阳能充电系统的一种实施例的电路原理框图；

图3是图2所示的太阳能充电系统在头戴设备中的布局图；

图4是图3中的太阳能板、万向轴、X轴舵机、Y轴舵机以及齿轮传动机构之间的相对位置关系图；

图5是太阳能充电系统的另外一种实施例的电路原理框图；

图6是图5所示的太阳能板与电磁感应线圈之间的相对位置关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了让头戴设备能够摆脱对外部充电器的束缚，使佩戴者在设备充电期间也能自由活动、正常使用，本实施例在现有头戴设备的硬件布局基础上，增加了一种可自动寻找最佳采光角度的太阳能充电系统，以实现高效率充电，改善使用体验。

本实施例的头戴设备包括显示主体和连接所述显示主体的头戴组件。其中，显示主体用于将影像投影于设备佩戴者的人眼中，包括壳体，壳体的前端安装有透光前罩，壳体的后端安装有显示器，壳体内封装有PCB主板及其他电子元件。头戴组件用于将显示主体佩戴在用户的头部且位于人眼的前方，可以设计成绑带式，也可以设计成镜架式。本实施例优选将太阳能充电系统布设在显示主体的壳体中，且位于透光前罩40与PCB主板50之间，如图3所示，以对壳体的内部空间实现充分利用，改善产品外观。

如图1所示，本实施例的太阳能充电系统主要包括感光元件30、太阳能板20、驱动机构10、控制器51以及可充电电池53等组成部分。

其中，光感元件30用于采集入射到头戴设备的各方位光线，根据各方位的光线强度生成相应的光强信号，发送至控制器51，以判断出哪个方位的光线强度最强。

在本实施例中，所述光感元件30可以是若干个普通光感元件例如光敏二极管等，优选分布在显示主体的透光前罩40的各个角度，以便于采集来自不同方向且入射到透光前罩40上的各路光线。

当然，所述光感元件30也可以是一个全方位光感应器，优选安装在显示主体的透光前罩40上，结合图3所示，例如可以在透光前罩40的内侧面开设一个凹槽，采用嵌入式的安装方式将全方位光感应器装配到透光前罩40上；或者，采用粘接的方式将全方位光感应器贴附到透光前罩40的内侧面上。所述全方位光感应器可以是安装在一起的多个普通光感元件，多个普通光感元件朝向不同角度，用于检测不同方位的光线强度，可以根据光强最大的光线所在方位确定太阳光的入射角度。

作为一种优选实施例，出于元件布设便利性方面的考虑，本实施例优选采用全方位光感应器30作为光感元件30，且优选布设于透光前罩40的中心点位置，以提高太阳光入射角度检测的准确度，同时也可避开透光前罩40四周透光率较低的区域。

控制器51可以选用MCU、CPU等数字处理芯片，接收光感元件30检测输出的光强信号，根据光强信号确定出太阳能板20的转动方向和偏转角度，进而生成相应的控制信号发送至驱动机构10，以控制驱动机构10驱动所述太阳能板20偏转，使光强最大的光线可以尽可能地以直射的方式照射太阳能板20，继而使太阳能板20可以尽可能地以最大面积接收太阳光的照射，提高采光效率，实现光电转换效率的最大化。

在本实施例中，所述太阳能板20优选采用单晶硅太阳能板，安装在显示主体的壳体内，且位于透光前罩40与PCB主板50之间。作为一种优选实施例，可以将全方位光感应器与太阳能板20同向、平行、同高布设。这里的同高是指全方位光感应器的中心点轴线以及太阳能板20的中心点轴线共线，且优选与透光前罩40的中心点轴线共线，以提高太阳能板20偏转角度调节的准确性。在本实施例中，优选配置所述太阳能板20将采集到的光能转换成电能后，首先传输至稳压电路进行稳压处理，然后输出至可充电电池53，例如锂离子电池等，为电池53进行充电蓄能，以提高头戴式显示设备的续航能力。

目前市面上尺寸为125*250mm的单晶硅太阳能板，其最大功率可达185W，最大输出电压可达30V、最大工作电流可达4.1A。在光照条件下，通过稳压电路对单晶硅太阳能板输出的电压进行稳压处理，可以生成锂离子电池所需的充电电压（例如4.5V等），足以满足锂离子电池的充电要求。

在一些实施例中，所述驱动机构10可以采用万向轴11配合双舵机模块设计而成，结合图2、图3所示。其中，双舵机模块包括X轴舵机12、用于控制X轴舵机12的X轴舵机驱动芯片14、Y轴舵机13以及用于控制Y轴舵机13的Y轴舵机驱动芯片15。其中，X轴舵机驱动芯片14和Y轴舵机驱动芯片15连接控制器51，接收控制器51输出的控制信号，例如PWM信号，进而生成驱动电平分别驱动X轴舵机12和Y轴舵机13动作。所述X轴舵机12和Y轴舵机13分别通过齿轮传动机构连接万向轴11，控制万向轴11转动。将太阳能板20安装在万向轴11上，利用万向轴11带动太阳能板20转动，通过调整太阳能板20的转动方向和偏转角度，以使太阳能板20跟踪太阳光线的移动，自动寻找最佳的采光角度，达到最大的采光效率。

作为一种优选实施例，所述万向轴11、X轴舵机12和Y轴舵机13优选布设在太阳能板20的背后，即，位于太阳能板20与显示主体的PCB主板50之间，如图3所示。其中，万向轴11与太阳能板20的连接位置优选位于太阳能板20的中心位置。

可以在太阳能板20的受光面所在的平面建立直角坐标系，如图4所示，且定义X轴方向平行于显示主体的左、右目镜的连线方向。在万向轴11中包含有相互垂直的X向转轴和Y向转轴，所述X向转轴优选与直角坐标系的X轴方向平行，Y向转轴优选与直角坐标系的Y轴方向平行。

在万向轴11的X向转轴上安装X向从动轮16，在X轴舵机12的输出轴上安装X向主动轮17，通过X向从动轮16与X向主动轮17的啮合，实现X轴舵机12对万向轴11的X向转轴的旋转驱动。在万向轴11的X向转轴转动时，万向轴11带动太阳能板20相对于Y轴偏转一定角度，即，驱动太阳能板20做俯仰运动。

同时，在万向轴11的Y向转轴上安装Y向从动轮18，在Y轴舵机13的输出轴上安装Y向主动轮19，通过Y向从动轮18与X向主动轮19的啮合，实现Y轴舵机13对万向轴11的Y向转轴的旋转驱动。在万向轴11的Y向转轴转动时，万向轴11带动太阳能板20相对于X轴偏转一定角度，即，驱动太阳能板20左右摆动。

作为一种优选实施例，所述X轴舵机12和Y轴舵机13优选相对于万向轴11上、下布设，且两个舵机12、13的输出轴优选共线。

在本实施例中，所述X轴舵机驱动芯片14和Y轴舵机驱动芯片15可以直接布设在显示主体的PCB主板50上，所述万向轴11、X轴舵机12和Y轴舵机13可以通过支撑件（例如高杆螺丝等）固定在PCB主板50上。

当然，所述X轴舵机12和Y轴舵机13也可以采用转子电机、空心电机等替换，同样可以达到带动太阳能板20运动的目的。

在其他一些实施例中，所述驱动机构也可以采用电磁感应线圈配合驱动模块设计而成，结合图5、图6所示。其中，电磁感应线圈优选设置多个，分布在太阳能板20的背后，且分散布局，并与太阳能板20间隔开一定距离。驱动模块连接控制器51，接收控制器51输出的控制信号，例如开关量信号，进而输出驱动电源，控制其中一个电磁感应线圈通电，产生吸力，以吸附太阳能板20向通电的电磁感应线圈的方向偏转，使太阳能板20向光线直射的方向偏转固定角度，以增大太阳能板20接收太阳光照射的面积，提高采光效率。

作为一种优选实施例，所述电磁感应线圈优选设置三个21、22、23，分布在太阳能板20的背后的偏左、偏右及偏上的位置，如图6所示，以分别用于吸附太阳能板20向左偏转固定角度、或者向右偏转固定角度、亦或者上仰固定角度。

为了方便对三个电磁感应线圈21、22、23分别进行通断电控制，优选在PCB主板50上布设三个驱动模块24、25、26，均连接所述控制器51，接收控制器50通过其不同引脚输出的控制信号，例如三路开关量信号。配置每一个驱动模块24/25/26专门针对一个电磁感应线圈21/22/23进行独立的通断电控制，以调整太阳能板20的偏转方向和偏转角度，自动寻找较佳的采光角度。

三个电磁感应线圈21、22、23优选通过支撑件（例如高杆螺丝等）安装于PCB主板50上。

当然，所述驱动机构也可以采用其他组建方式，本实施例并不仅限于以上举例。

需要指出的是，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种头戴设备，其特征在于，包括：

光感元件，其用于采集入射到头戴式显示设备的各方位光线，并生成相应的光强信号；

太阳能板，其用于采集光线并转换成电能，为头戴式显示设备的内置电池充电；

驱动机构，其连接所述太阳能板，用于驱动所述太阳能板偏转；

控制器，其根据所述光感元件输出的光强信号确定最大光强的光线的方位，并控制所述驱动机构携带所述太阳能板向最大光强的光线的直射方向偏转。

2.根据权利要求1所述的头戴设备，其特征在于，所述驱动机构包括：

万向轴，其连接所述太阳能板，用于调整所述太阳能板的转动方向和角度，包括两根呈垂直关系的X向转轴和Y向转轴；

X轴舵机，其通过齿轮传动机构连接所述万向轴的X向转轴，用于驱动所述万向轴携带所述太阳能板相对Y向转轴方向偏转一定角度；

Y轴舵机，其通过齿轮传动机构连接所述万向轴的Y向转轴，用于驱动所述万向轴携带所述太阳能板相对X向转轴方向偏转一定角度；

X轴舵机驱动芯片，其连接所述控制器，根据控制器输出的控制信号驱动所述X轴舵机运行；

Y轴舵机驱动芯片，其连接所述控制器，根据控制器输出的控制信号驱动所述Y轴舵机运行。

3.根据权利要求2所述的头戴设备，其特征在于，

在所述万向轴的X向转轴上轴接有X向从动轮，在所述万向轴的Y向转轴上轴接有Y向从动轮；

在所述X轴舵机的输出轴上轴接有X向主动轮，所述X向主动轮与所述X向从动轮啮合；

在所述Y轴舵机的输出轴上轴接有Y向主动轮，所述Y向主动轮与所述Y向从动轮啮合。

4.根据权利要求3所述的头戴设备，其特征在于，

所述万向轴位于所述太阳能板的背后，且连接所述太阳能板的中心位置；

所述X轴舵机和Y轴舵机位于所述太阳能板的背后，且相对所述万向轴上、下布设。

5.根据权利要求1所述的头戴设备，其特征在于，所述驱动机构包括：

电磁感应线圈，其包括多个，位于所述太阳能板的背后且分散排布；

驱动模块，其连接所述控制器，根据所述控制器输出的控制信号驱动其中一个电磁感应线圈通电，以吸附所述太阳能板向通电的电磁感应线圈的方向偏转。

6.根据权利要求5所述的头戴设备，其特征在于，所述电磁感应线圈包括三个，分布在所述太阳能板的背后的偏左、偏右及偏上的位置，以分别用于吸附所述太阳能板向左偏转固定角度、或者向右偏转固定角度、或者上仰固定角度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的头戴设备，其特征在于，

所述头戴式显示设备包括显示主体和头戴组件，所述显示主体包括壳体，壳体中内置有PCB主板，壳体前端安装有透光前罩；

所述光感元件安装于所述透光前罩的内侧，所述太阳能板和驱动机构内置于所述壳体中且位于所述透光前罩与PCB主板之间。

8.根据权利要求7所述的头戴设备，其特征在于，

所述光感元件为全方位光感应器，所述透光前罩的中心点轴线与所述全方位光感应器的中心点轴线以及太阳能板的中心点轴线共线；并且，所述全方位光感应器与所述太阳能板同向且平行。

9.根据权利要求7所述的头戴设备，其特征在于，

所述光感元件嵌装于或者贴附在所述透光前罩的内侧；

所述驱动机构安装于所述PCB主板上。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的头戴设备，其特征在于，还包括：

稳压电路，其用于接收所述太阳能板输出的电能，并进行稳压处理后，输出至所述电池，为所述电池充电。

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