定位、稳定和接口结构以及包含其的系统技术方案

一种头戴式显示系统，其包括：定位和稳定结构，所述定位和稳定结构被构造和安排为在使用中将显示单元保持在操作位置在使用者的面部上方；以及用于显示单元的接口结构，其构造和安排为与使用者的面部呈相对关系。接口结构包括基本上连续的面部接合表面，面部接合表面被适配成围绕使用者的眼部的周边接触使用者的面部。接口结构包括硅酮。接口被配置和安排为使得施加到使用者面部上的力围绕其周边分布。接口结构包括在第一区域处的第一顺应性和在第二区域处的第二顺应性，其中第一区域和第二区域配置为围绕接口结构的周边，以允许将力选择性地分布到使用者的面部上。选择性地分布到使用者的面部上。选择性地分布到使用者的面部上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】定位、稳定和接口结构以及包含其的系统
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[0002]1相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求于2020年3月27日提交的澳大利亚临时申请No.2020900953，于2020年5月4日提交的美国申请No.16/865,480，于2020年5月4日提交的美国申请No.16/865,526，于2020年5月5日提交的澳大利亚临时申请No.2020901432，于2020年5月6日提交的澳大利亚临时申请No.2020901437和于2020年7月20日提交的澳大利亚临时申请No.2020902514的权益，它们中的每一个通过引用整体并入本文。
2
技术介绍
2.1

[0004]本技术总体上涉及头戴式显示器、定位和稳定结构、使用者接口结构和用于头戴式显示器的其他部件、相关的头戴式显示器组件和系统，包括显示单元和定位和稳定结构、接口结构和或部件和方法。本技术在虚拟现实头戴式显示器的使用中找到特定应用，并且在此上下文中描述。然而，应当理解，本技术可以具有更广泛的应用，并且可以用于包括增强现实显示器的其他头戴式显示器装置中。
[0005]2.2相关技术描述
[0006]2.2.1头戴式显示器
[0007]应当理解，如果在本文中提及任何现有技术，则该提及不构成承认现有技术在澳大利亚或任何其他国家构成本领域公知常识的一部分。
[0008]虚拟现实头戴式显示器使得使用者能够具有虚拟环境的完全沉浸式体验，并且在诸如通信、训练、医疗和外科实践、工程和视频游戏等领域中具有广泛的应用。
[0009]虚拟现实头戴式显示器通常被提供为包括显示单元的系统或组件，该显示单元被安排为保持在使用者面部前方的操作位置。显示单元典型地包括：壳体，其包含显示器；和使用者接口结构，其被构造和安排成与使用者的面部处于相对关系，即使用者接口结构面向或放置在使用者的面部对面。使用者接口结构可以在显示器周围延伸并且结合壳体限定到显示器的观察开口。使用者接口结构可以与该使用者的面部相接合并且包括用于使用者舒适度的衬垫和/或是光密封的以从该显示器截断环境光。头戴式显示系统进一步包括定位和稳定结构，定位和稳定结构被布置在使用者头部上以将显示单元维持在适当位置中。
[0010]2.2.1.1接口结构
[0011]头戴式显示器可以包括使用者接口结构。由于其与使用者面部直接接触，因此接口结构的形状和配置会对显示单元的有效性和舒适度产生直接影响。
[0012]使用者接口结构的设计提出了许多挑战。面部具有复杂的三维形状。鼻和头部的尺寸和形状在不同个体之间有很大不同。由于头部包括骨、软骨和软组织，面部的不同区域
对机械力的响应不同。
[0013]一种类型的接口结构围绕显示单元的外围延伸，并且旨在当力施加到使用者接口时抵靠使用者面部进行密封，其中接口结构与使用者面部面对接合。接口结构可以包括由聚氨酯(PU)制成的衬垫。利用这种类型的接口结构，在接口结构和面部之间经常存在间隙，并且将需要额外的力来迫使显示单元抵靠面部，以便实现期望的接触。
[0014]完全没有被显示单元占用的区域可以允许在面部接口和使用者面部之间形成间隙，不期望的光污染可以通过间隙进入显示单元。光污染会降低使用者整体虚拟现实体验的效果和乐趣。此外，先前的系统可能难以调节以能够应用于各种头部尺寸。更进一步地，显示单元和相关的定位和稳定结构通常可能相对较重并且可能难以清洁，这可能因此进一步限制系统的舒适性和可用性。
[0015]另一种类型的接口结构结合了位于显示单元的周边的一部分的薄材料的片状密封件，以提供对使用者面部的密封作用。与先前类型的接口结构一样，如果面部与接口结构的配合不好，可能需要额外的力来实现密封，或者在使用中光线可能会泄漏到显示单元中。此外，如果接口结构的形状与使用者的形状不匹配，则其在使用中可能会折皱或弯曲，从而导致不期望的透光。
[0016]2.2.1.2定位和稳定结构
[0017]为了将显示单元保持在其正确的操作位置，头戴式显示系统进一步包括布置在使用者头部上的定位和稳定结构。过去，这些定位和稳定结构可展开的刚性结构形成，带或可展开的刚性结构通常在张力下应用到使用者的头部以将显示单元保持在其操作位置。这种系统易于在使用者面部施加夹紧压力，这会导致使用者在局部压力点不舒服。而且，先前的系统可能难以调节以实现头部尺寸的广泛应用。此外，显示单元和相关的定位和稳定结构通常很重并且难以清洁，这进一步限制了系统的舒适性和可用性。
[0018]某些其他头戴式显示系统在功能上可能不适用于本技术。例如，为装饰和视觉美学而设计的定位和稳定结构可能不具有保持面部周围的适当压力的结构能力。例如，过多的夹紧压力可能导致使用者不舒服，或者可选地，使用者面部上的夹紧压力不足可能不能有效地密封显示器使其免受环境光的影响。
[0019]某些其他头戴式显示系统对于本技术可能是不舒服的或不切实际的。例如，如果该系统用于延长的时间段。
[0020]由于这些挑战，一些头戴式显示系统面临以下问题中的一个或多个：突兀、不美观、昂贵、不相称、难以使用以及特别是当佩戴很长一段时间时或者当使用者不熟悉系统时不舒适。错误尺寸的定位和稳定结构可产生降低的舒适性，进而缩短使用周期。
[0021]因此，用于虚拟环境的完全沉浸体验的使用者接口的接口部在体验期间受到与使用者的移动相对应的力。
[0022]2.2.1.3材料
[0023]用于头戴式显示器组件的材料包括：用于在接口结构中接触部分的致密泡沫、用于壳体的刚性壳体、以及由刚性塑料夹持结构形成的定位和稳定结构。这些材料具有各种缺点，包括不能允许材料覆盖的皮肤呼吸，不柔韧，难以清洁和易于聚集细菌。结果，用这种材料制成的产品可能长期佩戴不舒服，在一些个体中引起皮肤刺激并限制产品的应用。
[0024]因此，需要一种没有上述缺点的改进的系统。
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技术实现思路

[0025]本技术的一方面涉及一种用于头戴式显示系统(或使用者接口)的定位和稳定结构，所述定位和稳定结构包括后支撑结构，所述后支撑结构被布置成在使用中接触使用者头部的后部区域。在一些形式中，后支撑结构包括具有枕骨部和顶骨部的箍。
[0026]箍或其枕骨部和顶骨部中的至少一个可以是沿着其长度的至少一部分可弹性延伸的。在一些形式中，箍沿着其长度的至少一部分是柔性的。在一些形式中，其中后支撑结构是箍，枕骨部可以延伸至使用者头部的下部，这样使得它抵抗向上运动(由于其位置与头部的枕骨区域相接触)并且由此为系统提供了锚。在一些形式中，箍被定向在大致竖直的平面(例如包括冠状面的竖直平面)中。
[0027]在一些形式中，后支撑结构被布置在使用者上耳基点后方。
[0028]本技术的另一方面涉及一种用于头戴式显示系统的定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种头戴式显示系统，其包括：定位和稳定结构，其被配置和安排为在使用中将显示单元保持在使用者面部上方的操作位置中；以及用于所述显示单元的接口结构，其构造和安排成与所述使用者的面部处于相对关系，其中所述接口结构包括基本上连续的面部接合表面，所述面部接合表面被适配成围绕所述使用者的眼部的周边接触所述使用者的面部，其中所述接口结构包括硅酮，其中所述接口被配置和安排为使得施加到所述使用者面部上的力围绕其周边分布，并且其中所述接口结构包括在第一区域处的第一顺应性和在第二区域处的第二顺应性，其中所述第一区域和所述第二区域配置为围绕所述接口结构的周边，以允许将所述力选择性地分布到所述使用者的面部上。2.如权利要求1所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合表面包括一个或多个硅酮区域，或一层或多层织物材料或泡沫。3.如权利要求2所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合表面的所述一个或多个区域可以形成为具有变化的厚度和/或变化的表面光洁度，借此所述面部接合表面在使用中被压靠在使用者面部上时提供沿着其的变化的顺应性。4.如权利要求1至3中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述接口结构进一步包括将所述面部接合表面支撑在适当位置的支撑结构，以及刚性底盘。5.如权利要求4所述的头戴式显示系统，其中所述支撑结构包括一个或多个不同区域，所述不同区域具有变化的厚度和/或加强肋，以改变所述支撑结构在使用中对压缩的抗性。6.如权利要求4至5中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括所述显示单元，并且其中所述显示单元进一步包括壳体，并且所述刚性底盘能够可移除地安装到所述显示单元的所述壳体。7.如权利要求6所述的头戴式显示系统，其中刚性底盘包括围绕其周边的一个或多个接合元件，所述一个或多个接合元件配置为与所述壳体上的对应元件可拆卸地配合。8.如权利要求4至7中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合表面被提供给从所述支撑结构向内突出的法兰样边沿。9.如权利要求8所述的头戴式显示系统，其进一步包括从所述支撑结构向内突出的支撑法兰，所述支撑法兰基本上隐藏在所述法兰样边沿和其面部接合表面下方。10.如权利要求1至9中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合表面适于在以下区域接触所述使用者的面部：颅顶肌，蝶骨，跨越蝶骨与左或右颧弓之间的外颊区域，在颧弓上方，从颧弓朝向翼顶跨越内颊区域，以及在鼻梁点下的鼻脊上，以将使用者面部的一部分封闭在其间。11.如权利要求10所述的头戴式显示系统，其中所述接口结构配置为在颅顶肌和蝶骨的区域中承受较高水平的力，且所述接口结构配置为在颧弓、脸颊区域和鼻脊的区域中承受较低水平的力。12.如权利要求1至11中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述接口结构包括泡沫衬垫。
13.如权利要求12所述的头戴式显示系统，其中所述泡沫衬垫提供所述面部接合表面。14.如权利要求12所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合表面覆盖所述泡沫衬垫，使得所述泡沫衬垫在所述面部接合表面下方。15.一种虚拟现实显示设备，其包括：如权利要求1至14中任一项所述的头戴式显示系统，并且进一步包括所述显示单元，其中，所述显示单元包括：显示器，其配置为用于选择性地输出在操作位置中对所述使用者可见的计算机生成图像，支撑所述显示器的壳体，所述接口结构至少部分地形成观察开口，所述观察开口配置为用于在所述操作位置中至少部分地接收所述使用者的面部，并且所述接口结构至少部分地由不透明材料构成，所述不透明材料配置为用于在所述操作位置中至少部分地阻挡环境光到达所述观察开口，以及至少一个透镜，其联接到所述壳体上并且被布置在所述观察开口内并且与所述显示器对准，使得在所述操作位置中，所述使用者可以通过所述至少一个透镜观察所述显示器；并且所述头戴式显示系统，其进一步包括：控制系统，其具有与处理器通信的至少一个传感器，其中所述至少一个传感器配置为测量参数并将测量值传送到所述处理器，并且其中所述处理器配置为基于所述测量值改变由所述显示器输出的所述计算机生成图像。16.如权利要求15所述的虚拟现实显示设备，其中：所述至少一个透镜包括配置为在所述操作位置与所述使用者的左眼对准的第一透镜和配置为在所述操作位置与所述使用者的右眼对准的第二透镜，并且，所述第一透镜和第二透镜是菲涅耳透镜；以及所述显示器包括被分割成第一区段和第二区段的双目显示器，所述第一区段与所述第一透镜对准并且所述第二区段与所述第二透镜对准。17.如权利要求15和16中任一项所述的虚拟现实显示设备，其进一步包括控制器，所述控制器具有由使用者的手指选择性地可接合的至少一个按钮，所述控制器与所述处理器通信并且配置为当所述至少一个按钮被接合时向所述处理器发送信号，所述处理器配置为基于所述信号改变由所述显示器输出的计算机生成图像。18.一种增强现实显示设备，其包括：如权利要求1至14中任一项所述的头戴式显示系统，并且进一步包括所述显示单元，其中，所述显示单元包括：显示器，其由透明或半透明材料构造并且配置为用于选择性地输出计算机生成图像，支撑所述显示器的壳体，并且其中在操作位置，所述定位和稳定结构配置为支撑所述显示单元，所述显示器配置为在所述操作位置与所述使用者的眼部对准，使得所述使用者可以至少部分地通过所述显示
器观察物理环境，而不管由所述显示器输出的所述计算机生成图像；以及所述头戴式显示系统，其进一步包括：控制系统，其具有与处理器通信的至少一个传感器，其中所述至少一个传感器配置为测量参数并将测量值传送到所述处理器，并且其中所述处理器配置为基于所述测量值改变由所述显示器输出的所述计算机生成图像。19.如权利要求18所述的增强现实显示设备，其中所述显示器包括配置为在所述操作位置与所述使用者的左眼对准的第一透镜和配置为在所述操作位置与所述使用者的右眼对准的第二透镜。20.一种头戴式显示系统，其包括：定位和稳定结构，其被构造和安排成将显示单元保持在使用者面部上方的操作位置中；所述定位和稳定结构包括：支撑箍，所述支撑箍包括适于接触所述使用者头部后部区域的后部支撑部和适于接触所述使用者头部前部区域的前部支撑部，其中所述支撑箍的所述后部支撑部被适配成在第一平面中延伸并且所述支撑箍的所述前部支撑部被适配成在第二平面中延伸，其中所述后部支撑部的第一平面和所述前部支撑部的第二平面中的每一个被适配成横向于矢状面延伸，并且其中所述支撑箍包括偏移构型，在所述偏移构型中所述后部支撑部从所述前部支撑部偏移，使得所述后部支撑部的所述第一平面被安排在与所述前支撑部的所述第二平面不同的平面中。21.如权利要求20所述的头戴式显示系统，其进一步包含调节机构，所述调节机构被构造和安排成允许所述后部支撑部相对于所述前部支撑部的可选择调节。22.如权利要求21所述的头戴式显示系统，其中所述调节机构构造和安排成允许在(1)其中所述后部支撑部的所述第一平面被布置成与所述前部支撑部的所述第二平面共面的直列配置与(2)所述偏移配置之间进行可选择调节。23.如权利要求21至22中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述偏移配置形成所述第一平面与所述第二平面之间的间隔或位移，并且所述调节机构允许所述间隔或位移的可选择调节。24.如权利要求21至23中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述调节机构允许对在所述后部支撑部的所述第一平面与所述前部支撑部的所述第二平面之间形成的角度进行角度调节。25.如权利要求20至24中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述后支撑部包括弹性绑带，所述弹性绑带被偏置成与所述使用者的枕骨区域接触。26.如权利要求20至25中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述后部支撑部被配置和安排成沿着所述枕骨的一部分接合所述使用者的头部。27.如权利要求20至26中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述前部支撑部被配置和布置成沿着所述额骨的上部接合所述使用者的头部。28.如权利要求20至27中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括至少一个连接器，
所述至少一个连接器被构造和安排成将所述后部支撑部和所述前部支撑部互连到所述显示单元。29.如权利要求20至28中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述后部支撑部和所述前部支撑部在所述偏移配置中产生配置为抵消或抵抗由所述显示单元引起的力矩的力矩。30.如权利要求29所述的头戴式显示系统，其中所述后部支撑部包括弹性绑带，所述弹性绑带被偏置成与所述枕骨的一部分接触，所述弹性绑带产生额外的力矩以抵消或抵抗由所述显示单元引起的力矩。31.如权利要求20至30中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括所述显示单元，并且其中所述显示单元包括：壳体，所述壳体包含在所述显示单元处于所述操作位置时对所述操作者可见的显示器；以及接口结构，其被构造和安排成与所述操作者的面部成相对关系，所述接口结构围绕所述显示器延伸并且限定到所述显示器的观察开口。32.如权利要求20至31中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括所述显示单元，并且其中所述定位和稳定结构进一步包括一对中央支撑结构，所述一对中央支撑结构中的每一个适于围绕所述使用者耳朵中的相应一个定位，并且其中所述显示单元可旋转地连接到所述一对中央支撑结构，以使所述显示单元能够相对于法兰克福水平面旋转。33.如权利要求32所述的头戴式显示系统，其中所述前部支撑部和所述后部支撑部中的至少一个相对于所述一对中央支撑结构可旋转。34.一种虚拟现实显示设备，其包括：如权利要求20至33中任一项所述的头戴式显示系统，并且进一步包括所述显示单元，其中，所述显示单元包括：显示器，其配置为用于选择性地输出在操作位置中对所述使用者可见的计算机生成图像，支撑所述显示器的壳体，接口结构，其联接到所述壳体上并且被安排成在所述操作位置中与所述使用者的面部处于相对关系，其中所述接口结构至少部分地形成观察开口，所述观察开口配置为用于在所述操作位置中至少部分地接收所述使用者的面部，并且所述接口结构至少部分地由不透明材料构成，所述不透明材料配置为用于在所述操作位置中至少部分地阻挡环境光到达所述观察开口，以及至少一个透镜，其联接到所述壳体上并且被布置在所述观察开口内并且与所述显示器对准，使得在所述操作位置中，所述使用者可以通过所述至少一个透镜观察所述显示器；以及所述头戴式显示系统，其进一步包括：控制系统，其具有与处理器通信的至少一个传感器，其中所述至少一个传感器配置为测量参数并将测量值传送到所述处理器，并且其中所述处理器配置为基于所述测量值改变由所述显示器输出的所述计算机生成图像。35.如权利要求34所述的虚拟现实显示设备，其中：所述至少一个透镜包括配置为在所述操作位置与所述使用者的左眼对准的第一透镜和配置为在所述操作位置与所述使用者的右眼对准的第二透镜，并且，所述第一透镜和第
二透镜是菲涅耳透镜；以及所述显示器包括被分割成第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩，
申请(专利权)人：瑞思迈私人有限公司，
类型：发明
国别省市：