[发明专利]向用户的头部提供压缩的头戴式显示器的镜腿臂

说明书

轴压缩

背景

诸如头戴式显示器(HMD)之类的近眼显示设备可由用户穿戴来获得增强现实(AR)体验或虚拟现实(VR)体验。典型的HMD在一只眼睛之前(单眼HMD)或每只眼睛之前(双眼HMD)具有小的光学部件或显示器。在VR体验中，显示器可向佩戴HMD的用户提供计算机生成的图像(CGI)。在AR体验中，显示器可使用光学透视透镜来允许将CGI重叠在现实世界视图上。HMD中的显示器可包括头盔、遮光罩、眼镜、护目镜，或者由一个或多个带来系附。HMD被至少用于航空、工程、科学、医疗、游戏、视频、体育、训练和仿真。

概述

一种HMD包括具有环绕头部来主要提供长轴压缩的弹簧钢(或其他压缩材料)的一对镜腿臂，该长轴压缩舒适地承受住至少一显示光学系统或其他设备的重量。弹簧钢臂主要产生沿头部的长轴(从前到后)的压缩力，这抵消位于前额处的重量产生的重力(向下)。在该对镜腿臂环绕头部时，该对镜腿臂还施加了不朝向头部的长轴的夹紧或压缩力。该重量主要由该长轴压缩来支持，而不是主要依靠在鼻子、耳朵或头顶上。从前到后的长轴压缩力使得头部除了最小的用具量之外几乎摆脱了全部重量，并允许该重量以舒适且非侵入式的方式被佩戴。通过将载荷分布在更大的区域上，总载荷可以更高以获得更牢固的适配，但是局部压力可被减少来获得舒适。

弹簧钢镜腿臂或其他压缩材料被向内过度弯曲而远远超过最小大小的头部，并与限制压缩材料可向内弯曲到什么程度的脊材料一起被使用。在一实施例中，脊材料承受拉力并将压缩材料预加载到位，使得在一实施例中镜腿臂的开口正好稍微小于最小头部。用户可容易地戴上镜腿臂，因为小的偏折使脊材料松弛并重新获得弹簧材料的完全强度。在一实施例中，与将以较小的力开始偏折的弹簧材料相对，在偏折发生之前用户施加诸如3N的力。结果，镜腿臂为小的头部大小和大的头部大小提供了更一致的力。在制造该对镜腿臂时，可以各种各样的定向来定位诸如硬物和软物之类的不同类型的压缩和脊材料。界面材料也可被附着来向用户的头部提供舒适。

弹簧钢臂从用户的镜腿延伸到头部的后部(朝向枕外隆凸点)。弹簧钢臂被预加载并弯曲到位来适配在头部周围。弹簧钢的预加载在沿臂的三个区域中可变：沿长度方向，从前部直线部分、中间可弯曲部分以及后部最易弯曲部分具有不断增加的预加载弯曲。这三个分段可以是连续的或铰接式的。在替代实施例中，可使用比三更多或更少的区域或分段。在一实施例中，弹簧钢随着弹簧钢向枕外隆凸点延伸而逐渐变细或变窄。在一实施例中，各分段形成了渐进式悬臂。每个分段转移其负载以及任何附连的分段。例如，在三分段实施例中，前部分段的弹簧载荷足够强来承受施加于所有三个分段的负载。中间分段的弹簧载荷足够强来承受施加于中间和后部分段的负载。后部分段的弹簧载荷对于施加于后部分段的负载来说足够强。

该对镜腿臂围绕用户的头部分布载荷，同时保持典型的运动护目镜镜腿臂的感观。该对镜腿臂包裹了围绕用户的头部的大部分路径，但无需像典型的手术环带或完整头带那样的围绕头部的完整回环连接。广泛范围的头部大小可被适应(一个大小适合于大多数)而无须诸如滑动机制和/或多个设定点之类的用户调节。跨该大范围的头部大小保持了小范围的夹紧力，例如2-5N。护目镜镜腿形状因子可允许镜腿臂绕铰接点铰接来折叠HMD供存放，像典型的护目镜那样。

本技术涉及一种将近眼显示器(或其他设备)定位在用户的头部上的装置。该装置包括耦合于该近眼显示器的镜腿臂。每个镜腿臂包括主要向头部的长轴方向施加压缩力的压缩材料以及限制该压缩材料的位移的脊材料。界面材料被设置在每个镜腿臂的内侧。

本技术还涉及包括提供表示视觉信息的电信号的计算设备以及响应于该电信号提供视觉图像的头戴式显示器的装置。该头戴式显示器包括耦合于近眼显示器的镜腿臂。每个镜腿臂包括主要施加向内的压缩力的弹簧钢以及耦合于该弹簧钢来限制弹簧钢的位移的脊材料。界面材料被设置于弹簧钢和脊材料两者的至少一部分的内部。

本技术还涉及一种制造要被耦合于可被戴在头部上的显示器的一对镜腿臂的方法。该方法包括在该对镜腿臂的每个镜腿臂中形成压缩材料，该压缩材料提供主要朝向头部的长轴的压缩力。在该对镜腿臂的每个镜腿臂中形成脊材料，脊材料限制了压缩层朝向长轴的位移。在该对镜腿臂的每个镜腿臂中形成界面材料，界面材料提供了每个镜腿臂与头部之间的界面。