CN213633992U - 一种头戴式显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种头戴式显示设备，包括主机和无线耳机；在所述主机上形成有耳机收纳腔，所述无线耳机可选择地收纳于所述耳机收纳腔中；在所述主机中布设有喇叭和音频切换模块，所述喇叭用于音频外放，所述音频切换模块在所述无线耳机佩戴的情况下，将音频数据传输至所述无线耳机，通过无线耳机播放音频；而在所述无线耳机未佩戴的情况下，驱动所述喇叭外放音频。本实用新型为头戴式显示设备配置无线耳机，在用户佩戴无线耳机期间，可以自动将头戴式显示设备需要播放的音频信号切换至无线耳机输出，借助无线耳机自身具备的空间音频、环绕立体声以及降噪等功能，实现了声音的高品质呈现，继而提升了用户的音频体验。

Description

一种头戴式显示设备

技术领域

本实用新型属于头戴式显示设备技术领域，具体地说，是涉及一种用于头戴式显示设备的音频输出切换系统。

背景技术

头戴式显示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。

随着虚拟现实技术的发展，头戴式显示设备已经成为当前消费类电子产品中的强力增长点，并且适用于头戴式显示设备的游戏、娱乐和影视资源也在快速补全中。然而，目前的头戴式显示设备，其音频输出一般采用喇叭外放形式，无法呈现出空间音频、虚拟环绕以及降噪等高品质音效，因而在一定程度上限制了用户的体验感受。

发明内容

本实用新型为了解决现有头戴式显示设备音频输出质量差的问题，提出了一种配置有耳机的头戴式显示设备，可以在用户佩戴耳机的情况下，自动将头戴式显示设备中的音频信号切换至耳机输出，利用耳机呈现高品质音效，以提升用户体验。

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：

一种头戴式显示设备，包括主机和无线耳机；所述主机在使用时佩戴在眼前，用于播放视频图像；在所述主机上形成有耳机收纳腔，所述无线耳机可选择地收纳于所述耳机收纳腔中；在所述主机中布设有喇叭和音频切换模块，所述喇叭用于音频外放，所述音频切换模块在所述无线耳机佩戴的情况下，将音频数据传输至所述无线耳机，通过无线耳机播放音频；而在所述无线耳机未佩戴的情况下，驱动所述喇叭外放音频。

在本申请的一些实施例中，为了实现耳机佩戴状态的自动检测，优选在所述无线耳机中设置佩戴检测模块、耳机控制器和无线模块；其中，所述佩戴检测模块用于检测所述无线耳机的佩戴情况，并生成佩戴检测信号发送至所述耳机控制器，以生成佩戴状态数据发送至所述无线模块，通过无线模块转换成无线信号发送至所述主机上的音频切换模块，以用于所述音频切换模块识别出所述无线耳机的佩戴情况，进而选择合适的音频播放路径。

在本申请的一些实施例中，为了对无线耳机是否收纳于耳机收纳腔实现自动检测，优选在所述主机中设置在位检测模块，用于检测所述耳机收纳腔中是否有耳机存在，并生成相应的在位检测信号发送至所述音频切换模块；所述音频切换模块在根据所述在位检测信号确定出耳机收纳腔中无耳机，并且根据接收到的所述佩戴状态数据确定出无线耳机为佩戴状态时，将所述音频数据传输至无线耳机，通过无线耳机播放音频。结合在位检测结果和佩戴检测结果，综合确定耳机佩戴状态，可以提高判断结果的准确性，继而确定出准确的音频播放路径。

在本申请的一些实施例中，优选采用霍尔传感器设计所述在位检测模块；优选将所述霍尔传感器布设在所述耳机收纳腔内或者邻近所述耳机收纳腔的位置；所述霍尔传感器可以根据其在接近无线耳机时引起的磁通量变化，生成所述在位检测信号。

在本申请的一些实施例中，所述佩戴检测模块可以采用电容式传感器进行电路设计，优选布设在所述无线耳机用于塞入耳道的入耳部分；所述电容式传感器可以根据其在接近耳道时引起的电容参数变化，生成所述佩戴检测信号。

在本申请的一些实施例中，所述佩戴检测模块还可以采用光学传感器进行电路设计，优选布设在所述无线耳机用于塞入耳道的入耳部分；所述光学传感器可以根据其接收到的反射光计算距离，进而生成所述佩戴检测信号。

在本申请的一些实施例中，优选在所述音频切换模块中设置主机控制器和音频功放电路；其中，所述主机控制器连接所述在位检测模块，并通过配置在主机上的无线模块与所述无线耳机中的无线模块通信，接收所述佩戴状态数据，并传送所述音频数据；所述音频功放电路接收所述主机控制器在无线耳机未佩戴情况下输出的音频数据，并转换成模拟信号推动所述喇叭外放。

在本申请的一些实施例中，还可以在所述主机中设置运动传感器，连接所述主机控制器，生成运动数据，在无线耳机佩戴期间通过无线模块发送至所述无线耳机。无线耳机可以根据接收到的运动数据识别出佩戴者的运动状况，进而利用耳机内的音频算法，实现3D音效和空间音频等功能。

在本申请的一些实施例中，为了能够给无线耳机及时补充电量，优选在所述主机中设置充电模块，在所述耳机收纳腔中设置充电电极；在所述无线耳机收纳于所述耳机收纳腔时，无线耳机上的充电触点与所述充电电极接触导通，所述主机控制器控制所述充电模块输出电能，通过所述充电电极为所述无线耳机充电。

在本申请的一些实施例中，为了获得更为理想的音质，所述无线耳机优选采用TWS耳机，继而可以为用户提供立体声环绕音效，并兼顾降噪、低功耗等特征；同时，在所述主机的左右两侧分别开设有一个所述耳机收纳腔，以分别用于收纳TWS耳机的左声道耳机和右声道耳机。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型为头戴式显示设备配置无线耳机，在用户佩戴无线耳机期间，可以自动将头戴式显示设备需要播放的音频信号切换至无线耳机输出，借助无线耳机自身具备的空间音频、环绕立体声以及降噪等功能，实现了声音的高品质呈现，继而提升了用户的音频体验。在用户不佩戴无线耳机时，头戴式显示设备自动切换至本机喇叭，以外放形式播放音频，由此可以满足用户的不同使用需求。此外，通过在头戴式显示设备的主机上设置耳机收纳腔，在耳机不使用时，通过将耳机收纳于主机中，从而实现了头戴式显示设备的简洁性设计。

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是本实用新型所提出的头戴式显示设备的一种实施例的整体结构示意图；

图2是本实用新型所提出的头戴式显示设备的一种实施例的电路原理框图；

图3是图2中的在位检测模块的一种实施例的电路原理图；

图4是图2中的佩戴检测模块的一种实施例的电路原理图。

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“内”、“外”、“左”、“右”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。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。

参见图1、图2所示，本实施例的头戴式显示设备可以是AR产品、VR产品或者MR产品等，包括主机10、头戴20以及无线耳机30等主要组成部分。其中，主机10中设置有显示屏11、主板、喇叭、各种类型的传感器、电池等主要部件，使用时通过头戴20佩戴在头部并置于眼前，为用户呈现游戏、娱乐或影视资源中的视频图像，并驱动喇叭或者通过无线耳机30播放游戏、娱乐或影视中的伴音。由于配置主机10上的外放喇叭无法出呈现空间音频、虚拟环绕以及消除噪音后的高品质音效，而无线耳机，特别是TWS（True Wireless Stereo，真无线立体声）耳机，因具备降噪、空间音频、3D环绕等音频输出功能，因此可以与主机10实现完美的互补，为用户提供更好的音频体验。

为了实现头戴式显示设备与无线耳机30的完美结合，首先，本实施例在结构设计上为无线耳机30提供容纳空间，优选在头戴式显示设备的主机10上形成耳机收纳腔，使无线耳机30可以收纳于主机10上，以保持头戴式显示设备的整体简洁性。

作为一种优选实施例，所述无线耳机30选用TWS耳机，包括左声道耳机和右声道耳机。相对应的，在头戴式显示设备的主机10上，优选在主机10的左右两侧，分别形成一个耳机收纳腔，以分别用于容纳TWS耳机的左声道耳机和右声道耳机。在某些实施例中，所述耳机收纳腔可以设计成封闭的腔室，以将无线耳机30完全隐藏于主机10中。在另外一些实施例中，所述耳机收纳腔可以设计成开放式腔室，如图1所示，无线耳机30可以采用嵌装或者磁性吸合等方式收纳于耳机收纳腔中。收纳后，无线耳机30部分外露，以便于用户一目了然地发现无线耳机的收纳位置，进而实现快速取放。

其次，为了使本实施例的头戴式显示设备能够根据无线耳机30的实际佩戴情况，自动切换音频输出路径，在电路设计上，本实施例一方面在主机10中设置了在位检测模块、无线模块和音频切换模块，如图2所示；另一方面，在无线耳机30中设置了佩戴检测模块和无线模块。其中，在位检测模块用于检测无线耳机30是否存放在耳机收纳腔中；佩戴检测模块用于检测无线耳机30是否佩戴在人耳中；音频切换模块结合在位检测结果和佩戴检测结果，综合判断出无线耳机30的实际佩戴状况，并结合判断结果自动切换音频的输出路径。具体而言，当判定无线耳机30佩戴在人耳中时，主机10与无线耳机30通过各自的无线模块建立无线通信链路，将音频数据传送至无线耳机30，通过无线耳机30播放高品质音频；而在判定无线耳机30未佩戴在人耳中时，驱动主机10中的喇叭输出音频，实现声音外放。

在本实施例中，所述音频切换模块可以采用主机10中布设在主板上的主机控制器和音频功放电路配合设计而成，如图2所示。具体而言，可以设计主机控制器分别连接所述在位检测模块、无线模块和音频功放电路。主机控制器接收在位检测模块输出的在位检测信号，并通过无线模块接收无线耳机30发送的佩戴状态数据，根据接收到的在位检测信号和佩戴状态数据综合判断出无线耳机30的佩戴状况。在佩戴情况下，将音频数据通过无线模块调制成射频信号，例如蓝牙信号等，发送至无线耳机30；在未佩戴情况下，将音频数据发送至音频功放电路。所述音频功放电路对接收到的音频数据进行数模转换，将音频数据转换成模拟音频信号，并进行功率放大处理后，推动主机10中的喇叭进行音频外放。

作为一种优选实施例，所述在位检测模块优选采用霍尔传感器U8配合简单的外围电路设计而成，如图3所示。具体而言，可以将所述霍尔传感器U8布设在耳机收纳腔中，或者布设在主机10中的其他部位且邻近耳机收纳腔的位置。在主机10开机后，利用主机10中的电源VDD_1V8为霍尔传感器U8供电，所述电源VDD_1V8经滤波电容C36、C37滤波后，传输至霍尔传感器U8的供电端VDD。由于无线耳机30中的喇叭含有磁铁，当无线耳机30放置于耳机收纳腔中时，无线耳机30中的磁铁会引起霍尔传感器U8的磁通量发生变化。霍尔传感器U8通过检测磁通量大小，即可生成反映无线耳机30是否存在于耳机收纳腔中的在位检测信号Hall_OUT，进而通过其输出端OUT经由限流电阻R40输出至主机控制器，以实现主机控制器对无线耳机30是否收纳于耳机收纳腔中的自动识别。

对于TWS耳机而言，应针对主机10的两个耳机收纳腔分别设置所述在位检测模块，以分别检测左声道耳机和右声道耳机是否都收纳于耳机收纳腔中。

对于所述佩戴检测模块，在某些实施例中，可以采用光学传感器U10（例如红外传感器或者激光传感器等）配合简单的外围电路设计而成。如图4所示，利用耳机中的系统电源3V_SYS（可以由耳机中的电池直接提供或者由电池电压转换生成）经由滤波电容C29滤波后，传输至光学传感器U10的供电端VDD，为光学传感器U10供电。光学传感器U10发生红外光或激光，并接收反射光，根据光线的发射和接收时间，计算反射距离，并通过I²C总线I²C_SDA、I²C_SCL传输至耳机控制器。耳机控制器将接收到的反射距离通过无线模块发送至主机10中的主机控制器。

现有的无线耳机30一般都包括手持部和入耳部。顾名思义，手持部即用户在取放无线耳机30时习惯性抓取的部位；入耳部即佩戴时用于插入耳道的部位。在本实施例中，优选将光学传感器U10安装在无线耳机30的入耳部，在耳机未插入耳道时，光学传感器U10检测到的反射距离会较长；反之，当耳机插入耳道后，光学传感器U10检测到的反射距离会极短。主机控制器根据接收到的反射距离即可初步判断出无线耳机30的佩戴情况。

考虑到无线耳机30在存放于耳机收纳腔中时，光学传感器U10计算出的反射距离也会较短，为了提高耳机佩戴结果检测的准确度，配置主机控制器结合在位检测信号和反射距离共同生成佩戴检测结果。具体而言，当主机控制器根据在位检测信号判断无线耳机30存放于耳机收纳腔中时，可以直接判定无线耳机30未佩戴；当主机控制器根据在位检测信号判断无线耳机30离开耳机收纳腔时，首先建立与无线耳机30之间的通信链路，然后请求无线耳机30发送其光学传感器U10检测到的反射距离，若反射距离极短，则可判定无线耳机30已佩戴。

在另外一些实施例中，所述佩戴检测模块可以采用电容式传感器配合简单的外围电路设计而成。具体而言，可以将电容式传感器布设在无线耳机30的入耳部，电容式传感器在贴近人体皮肤时，会引起其电容参数发生变化，根据电容参数的变化生成相应的佩戴检测信号，发送至耳机控制器，以生成佩戴状态数据，通过无线模块发送至主机10，以实现主机10对无线耳机30佩戴状况的自动识别。

当主机10检测到左声道耳机和右声道耳机均已佩戴时，自动将音频数据通过无线模块发送至两个耳机，以通过两个耳机实现高品质的音频播放。而当主机10检测到只有一个耳机正常佩戴时，可以向用户发出提示信息，请求用户自主选择音频播放方式，并响应用户操作。

本实施例在头戴式显示设备的主机10中还设置有运动传感器，如图2所示，例如三轴加速度传感器、角速度传感器等，连接主机控制器，以感知佩戴者的运动状态，并生成运动数据，通过无线模块发送至无线耳机30，配合耳机内的音频算法（TWS耳机中既有的音频算法），即可实现空间音频等功能。

为了在无线耳机30不使用期间，能够及时地为无线耳机30补充电量，本实施例优选在头戴式显示设备的主机10中设置充电模块，如图2所示，利用主机10为无线耳机30充电蓄能。

具体而言，可以在耳机收纳腔中布设充电电极，连接主机10中的充电模块。当无线耳机30放置于耳机收纳腔内时，配置无线耳机30上的充电触点刚好与耳机收纳腔内的充电电极接触导通。主机控制器通过在位检测模块检测到无线耳机30被放置于耳机收纳腔内后，启动充电模块，利用主机10内置电池中储存的电能，或者在主机10外接电源适配器的情况下，利用电源适配器提供的电能，为无线耳机30充电。在无线耳机30端，也配置有充电模块，连接无线耳机30上的充电触点，利用接收到的电能为无线耳机30的内置电池补充电量。

本实施例通过有效规划头戴式显示设备的音频输出路径，可以为用户提供不同的音频体验，提升用户的使用满意度。

当然，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)

1.一种头戴式显示设备，其特征在于，包括：

主机，其在使用时佩戴在眼前，用于播放视频图像；在所述主机上形成有耳机收纳腔；

无线耳机，其可选择地收纳于所述耳机收纳腔中；

喇叭，其布设于所述主机中，用于音频外放；

音频切换模块，其布设于所述主机中，在所述无线耳机佩戴的情况下，将音频数据传输至所述无线耳机，通过无线耳机播放音频；而在所述无线耳机未佩戴的情况下，驱动所述喇叭外放音频。

2.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其特征在于，在所述无线耳机中设置有：

佩戴检测模块，其用于检测所述无线耳机的佩戴情况，并生成佩戴检测信号；

耳机控制器，其接收所述佩戴检测信号，并生成佩戴状态数据；

无线模块，其接收所述佩戴状态数据，并转换成无线信号发送至所述主机上的音频切换模块，以用于所述音频切换模块确定所述无线耳机的佩戴情况。

3.根据权利要求2所述的头戴式显示设备，其特征在于，

在所述主机中设置有在位检测模块，用于检测所述耳机收纳腔中是否有耳机存在，并生成相应的在位检测信号发送至所述音频切换模块；

所述音频切换模块在根据所述在位检测信号确定出耳机收纳腔中无耳机，并且根据接收到的所述佩戴状态数据确定出无线耳机为佩戴状态时，将所述音频数据传输至无线耳机，通过无线耳机播放音频。

4.根据权利要求3所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述在位检测模块包括霍尔传感器，其布设在所述耳机收纳腔内或者邻近所述耳机收纳腔的位置；所述霍尔传感器根据其在接近无线耳机时引起的磁通量变化，生成所述在位检测信号。

5.根据权利要求3所述的头戴式显示设备，其特征在于，在所述佩戴检测模块中设置有电容式传感器，布设在所述无线耳机用于塞入耳道的入耳部分；所述电容式传感器根据其在接近耳道时引起的电容参数变化，生成所述佩戴检测信号。

6.根据权利要求3所述的头戴式显示设备，其特征在于，在所述佩戴检测模块中设置有光学传感器，布设在所述无线耳机用于塞入耳道的入耳部分；所述光学传感器根据接收到的反射光生成所述佩戴检测信号。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述音频切换模块包括：

主机控制器，其连接所述在位检测模块，并通过配置在主机上的无线模块与所述无线耳机中的无线模块通信，接收所述佩戴状态数据，并传送所述音频数据；

音频功放电路，其接收所述主机控制器在无线耳机未佩戴情况下输出的音频数据，并转换成模拟信号推动所述喇叭外放。

8.根据权利要求7所述的头戴式显示设备，其特征在于，在所述主机中设置有运动传感器，连接所述主机控制器，生成运动数据，在无线耳机佩戴期间通过无线模块发送至所述无线耳机。

9.根据权利要求7所述的头戴式显示设备，其特征在于，在所述主机中设置有充电模块，在所述耳机收纳腔中设置有充电电极；在所述无线耳机收纳于所述耳机收纳腔时，无线耳机上的充电触点与所述充电电极接触导通，所述主机控制器控制所述充电模块输出电能，通过所述充电电极为所述无线耳机充电。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的头戴式显示设备，其特征在于，所述无线耳机为TWS耳机，在所述主机的左右两侧分别开设有一个所述耳机收纳腔，分别用于收纳TWS耳机的左声道耳机和右声道耳机。

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