[發明專利]向用戶的頭部提供壓縮的頭戴式顯示器的鏡腿臂

有效

• 申請號: 201380064929.4
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN105103039B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: A·M·亞當斯;J·B·雅各布斯;P·波斯維爾德;J·J·帕克;A·盧姆班托賓;H·杰恩茲;C·B·弗魯豪夫
• 申請（專利權）人: 微軟技術許可有限責任公司
• 主分類號: G02C5/16
• 分類號: G02C5/16
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 陳斌

軸壓縮

背景

諸如頭戴式顯示器(HMD)之類的近眼顯示設備可由用戶穿戴來獲得增強現實(AR)體驗或虛擬現實(VR)體驗。典型的HMD在一只眼睛之前(單眼HMD)或每只眼睛之前(雙眼HMD)具有小的光學部件或顯示器。在VR體驗中，顯示器可向佩戴HMD的用戶提供計算機生成的圖像(CGI)。在AR體驗中，顯示器可使用光學透視透鏡來允許將CGI重疊在現實世界視圖上。HMD中的顯示器可包括頭盔、遮光罩、眼鏡、護目鏡，或者由一個或多個帶來系附。HMD被至少用于航空、工程、科學、醫療、游戲、視頻、體育、訓練和仿真。

概述

一種HMD包括具有環繞頭部來主要提供長軸壓縮的彈簧鋼(或其他壓縮材料)的一對鏡腿臂，該長軸壓縮舒適地承受住至少一顯示光學系統或其他設備的重量。彈簧鋼臂主要產生沿頭部的長軸(從前到后)的壓縮力，這抵消位于前額處的重量產生的重力(向下)。在該對鏡腿臂環繞頭部時，該對鏡腿臂還施加了不朝向頭部的長軸的夾緊或壓縮力。該重量主要由該長軸壓縮來支持，而不是主要依靠在鼻子、耳朵或頭頂上。從前到后的長軸壓縮力使得頭部除了最小的用具量之外幾乎擺脫了全部重量，并允許該重量以舒適且非侵入式的方式被佩戴。通過將載荷分布在更大的區域上，總載荷可以更高以獲得更牢固的適配，但是局部壓力可被減少來獲得舒適。

彈簧鋼鏡腿臂或其他壓縮材料被向內過度彎曲而遠遠超過最小大小的頭部，并與限制壓縮材料可向內彎曲到什么程度的脊材料一起被使用。在一實施例中，脊材料承受拉力并將壓縮材料預加載到位，使得在一實施例中鏡腿臂的開口正好稍微小于最小頭部。用戶可容易地戴上鏡腿臂，因為小的偏折使脊材料松弛并重新獲得彈簧材料的完全強度。在一實施例中，與將以較小的力開始偏折的彈簧材料相對，在偏折發生之前用戶施加諸如3N的力。結果，鏡腿臂為小的頭部大小和大的頭部大小提供了更一致的力。在制造該對鏡腿臂時，可以各種各樣的定向來定位諸如硬物和軟物之類的不同類型的壓縮和脊材料。界面材料也可被附著來向用戶的頭部提供舒適。

彈簧鋼臂從用戶的鏡腿延伸到頭部的后部(朝向枕外隆凸點)。彈簧鋼臂被預加載并彎曲到位來適配在頭部周圍。彈簧鋼的預加載在沿臂的三個區域中可變：沿長度方向，從前部直線部分、中間可彎曲部分以及后部最易彎曲部分具有不斷增加的預加載彎曲。這三個分段可以是連續的或鉸接式的。在替代實施例中，可使用比三更多或更少的區域或分段。在一實施例中，彈簧鋼隨著彈簧鋼向枕外隆凸點延伸而逐漸變細或變窄。在一實施例中，各分段形成了漸進式懸臂。每個分段轉移其負載以及任何附連的分段。例如，在三分段實施例中，前部分段的彈簧載荷足夠強來承受施加于所有三個分段的負載。中間分段的彈簧載荷足夠強來承受施加于中間和后部分段的負載。后部分段的彈簧載荷對于施加于后部分段的負載來說足夠強。

該對鏡腿臂圍繞用戶的頭部分布載荷，同時保持典型的運動護目鏡鏡腿臂的感觀。該對鏡腿臂包裹了圍繞用戶的頭部的大部分路徑，但無需像典型的手術環帶或完整頭帶那樣的圍繞頭部的完整回環連接。廣泛范圍的頭部大小可被適應(一個大小適合于大多數)而無須諸如滑動機制和/或多個設定點之類的用戶調節。跨該大范圍的頭部大小保持了小范圍的夾緊力，例如2-5N。護目鏡鏡腿形狀因子可允許鏡腿臂繞鉸接點鉸接來折疊HMD供存放，像典型的護目鏡那樣。

本技術涉及一種將近眼顯示器(或其他設備)定位在用戶的頭部上的裝置。該裝置包括耦合于該近眼顯示器的鏡腿臂。每個鏡腿臂包括主要向頭部的長軸方向施加壓縮力的壓縮材料以及限制該壓縮材料的位移的脊材料。界面材料被設置在每個鏡腿臂的內側。

本技術還涉及包括提供表示視覺信息的電信號的計算設備以及響應于該電信號提供視覺圖像的頭戴式顯示器的裝置。該頭戴式顯示器包括耦合于近眼顯示器的鏡腿臂。每個鏡腿臂包括主要施加向內的壓縮力的彈簧鋼以及耦合于該彈簧鋼來限制彈簧鋼的位移的脊材料。界面材料被設置于彈簧鋼和脊材料兩者的至少一部分的內部。

本技術還涉及一種制造要被耦合于可被戴在頭部上的顯示器的一對鏡腿臂的方法。該方法包括在該對鏡腿臂的每個鏡腿臂中形成壓縮材料，該壓縮材料提供主要朝向頭部的長軸的壓縮力。在該對鏡腿臂的每個鏡腿臂中形成脊材料，脊材料限制了壓縮層朝向長軸的位移。在該對鏡腿臂的每個鏡腿臂中形成界面材料，界面材料提供了每個鏡腿臂與頭部之間的界面。