头戴式显示系统技术方案

本实用新型专利技术涉及头戴式显示系统。一种头戴式显示系统，包括头戴式显示单元；以及定位和稳定结构，其被构造和布置为在使用中将头戴式显示单元保持在用户面部上方的操作位置中；头戴式显示单元包括接口结构，接口结构被构造和安排成与用户面部处于相对关系，其中接口结构包括柔性和有弹性的面部接合部，面部接合部具有一对颊部，该对颊部配置为在使用中接触用户面颊，每个颊部包括至少一个环部，环部具有至少部分封闭的截面；其中接口结构包括位于每个颊部中间的中间支撑部，中间支撑部配置为为至少一个环部提供支撑。少一个环部提供支撑。少一个环部提供支撑。

【技术实现步骤摘要】
头戴式显示系统
[0001]1相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求以下的权益：2021年4月19日提交的澳大利亚专利申请号2021901149、2021年5月12日提交的澳大利亚专利申请号 2021901408、2021年6月4日提交的澳大利亚专利申请号2021901671、 2021年6月30日提交的澳大利亚专利申请号2021901993、2021年6 月30日提交的澳大利亚专利申请号2021901994，2021年7月16日提交的澳大利亚专利申请号2021902184，2021年8月31日提交的澳大利亚专利申请号2021902827，2021年9月3日提交的澳大利亚专利申请号2021902861，2021年10月1日提交的澳大利亚专利申请号 2021903158，2021年10月6日提交的澳大利亚专利申请号2021903200、 2021年12月10日提交的澳大利亚专利申请号2021903996、2022年1 月28日提交的国际(PCT)申请号PCT/AU2022/050043和2022年1月 28日提交的国际(PCT)申请号PCT/AU2022/050045、其全部内容以引用方式并入本文。


[0003]本技术总体上涉及头戴式显示器、定位和稳定结构、用户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。本技术在沉浸现实头戴式显示器的使用中找到特别的应用，并且在此上下文中描述。应当理解，本技术可具有更广泛的应用并且可用于任何类型的头戴式显示器布置，包括但不限于虚拟现实显示器、增强现实显示器和/或混合现实显示器。

技术介绍

[0004]2.2相关技术描述
[0005]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。
[0006]2.2.1沉浸技术
[0007]沉浸技术是指试图通过数字或虚拟环境的手段，通过创造周围的感官感受来复制或增强物理环境，从而产生沉浸感的技术。
[0008]具体地，沉浸技术提供用户视觉沉浸，创建虚拟对象和/或虚拟环境。沉浸技术还可以为其他五种感觉中的至少一种提供沉浸。
[0009]2.2.2虚拟现实
[0010]虚拟现实(VR)是计算机生成的呈现给用户的三维图像或环境。换言之，环境可以是完全虚拟的。具体地，用户观察电子屏幕以观察虚拟环境中的虚拟或计算机生成的图像。由于所创建的环境完全是虚拟的，因此用户可能被阻止和/或阻碍与他们的物理环境交互(例如，他们可能无法听到和/或看到他们当前所处的物理环境中的物理对象)。
[0011]电子屏幕可以支撑在用户的视线中(例如，安装到用户的头部)。在观察电子屏幕时，由电子屏幕输出并由用户观察的视觉反馈可以产生意图模拟实际环境的虚拟环境。例如，用户能够通过枢转他们的头部或他们的整个身体来四处查看(例如，360
°
)，并且通过电
子屏幕与用户可观察的虚拟对象交互。这可以向用户提供沉浸体验，其中虚拟环境向用户的五种感觉中的至少一种提供刺激，并在用户使用VR设备时替换物理环境的相应刺激。典型地，刺激至少涉及用户的视觉(即，因为他们正在观看电子屏幕)，但是也可以包括其他感觉。这些电子屏幕典型地被安装到用户的头部，使得它们可以被定位在用户眼睛附近，这允许用户容易地观察虚拟环境。
[0012]VR设备可产生除视觉反馈外或除视觉反馈之外的其他形式的反馈。例如，VR设备可以包括和/或连接到扬声器以提供听觉反馈。VR 设备还可以包括触觉反馈(例如，以触觉响应的形式)，其可以对应于视觉和/或听觉反馈。这可以创建更加沉浸的虚拟环境，因为用户接收对应于多于一个用户感受的刺激。
[0013]当使用VR设备时，用户可能希望限制阻挡周围刺激。例如，用户可能希望避免看到和/或听到周围环境，以便更好地处理虚拟环境中来自VR设备的刺激。因此，VR设备可以限制和/或防止用户的眼睛接收环境光。在一些示例中，这可以通过提供抵靠用户面部的密封来实现。在一些示例中，护罩可以被布置成靠近(例如，接触或紧密接触) 用户的面部，但是可以不密封抵靠用户的面部。在任一示例中，环境光可能不会到达用户的眼睛，使得用户可观察到的唯一光来自电子屏幕。
[0014]在其他示例中，VR设备可以限制和/或防止用户的耳朵听到环境噪声。在一些示例中，这可通过向用户提供头戴式耳机(例如，噪声消除头戴式耳机)来完成，头戴式耳机可输出来自VR设备的声音和/ 或限制用户从其物理环境听到噪声。在一些示例中，VR设备可以输出音量足以限制用户听到环境噪声的声音。
[0015]在任何示例中，用户可能不想变得被过度刺激(例如，被他们的物理环境和虚拟环境两者)。因此，阻挡和/或限制环境刺激用户有助于用户专注于虚拟环境，而没有来自环境的可能干扰。
[0016]下文描述不同类型的VR设备。通常，单个VR设备可以包括至少两个不同的分类。例如，VR设备可以通过其可移植性以及通过显示单元如何联接到接口的其余部分来分类。这些分类可以是独立的，使得一个组中的分类(例如，单元的可移植性)不预先确定到另一组中的分类。还可存在用于对VR设备分类的额外类别，其在下文未明确列出。
[0017]2.2.2.1可移植性
[0018]2.2.2.1.1固定单元
[0019]在一些形式中，VR设备可与单独装置(例如计算机或视频游戏控制台)结合使用。此类型的VR设备可为固定的，因为其在没有计算机或视频游戏控制台的情况下无法使用，且因此其可使用的位置受到限制(例如，受计算机或视频游戏控制台的位置限制)。
[0020]因为VR设备可以结合计算机或视频游戏控制台使用，所以VR 设备可连接到计算机或视频游戏控制台。例如，电线可以将两个系统系在一起。这可以进一步“固定”VR设备的位置，因为佩戴VR设备的用户不能从计算机或视频游戏控制台移动得比电线的长度更远。在其他示例中，VR设备可无线连接(例如，经由蓝牙、Wi
‑
Fi等)，但仍可由无线信号的强度相对固定。
[0021]与计算机或视频游戏控制台的连接可以向VR设备提供控制功能。这些控制可以被传送(即，通过有线连接器或无线地)以便帮助操作 VR设备。在固定单元VR设备的示例中，这些控制可能是必要的以便操作显示屏幕，且在没有到计算机或视频游戏控制台的连接的
情况下， VR设备可能不可操作。
[0022]在一些形式中，计算机或视频游戏控制台可向VR设备提供电力，使得用户不需要在其头部支撑电池。这可以使VR设备佩戴更舒适，因为用户不需要支撑电池的重量。
[0023]用户还可以至少部分地通过VR设备而不是通过电视或监视器来接收来自计算机或视频游戏控制台的输出，所述电视或监视器可以在使用计算机或视频游戏控制台(例如，玩视频游戏)时向用户提供更加沉浸的体验。换句话说，VR设备的显示输出可与计算机监视器或电视的输出基本相同。输出这些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种头戴式显示系统，其包括：包括显示器的头戴式显示单元，所述头戴式显示单元包括接口结构，所述接口结构被构造和布置成与用户面部处于相对关系，以及定位和稳定结构，其被构造和布置为在使用中将所述头戴式显示单元保持在用户头部上的可操作位置中；其特征在于：所述接口结构包括面部接合部，所述面部接合部配置为在使用中接合用户的面部，所述面部接合部是柔性的和有弹性的并且包括：一对颊部，其配置为在使用中接合用户的面颊，以及一对中间支撑部，每个中间支撑部位于相应的一个颊部的中间并且配置为用于为相应的颊部提供支撑；其中所述面部接合部包括至少一个面部接合法兰，所述面部接合法兰形成具有至少部分封闭的截面的一个或多个环部。2.如权利要求1所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合部配置为在使用中接合用户眼睛周围的用户面部，包括用户眼睛外侧的用户面部的侧部，并包括用户的前额。3.如权利要求1所述的头戴式显示系统，其中在每个中间支撑部处，所述接口结构从所述颊部的相应一个向前弯曲。4.如权利要求1所述的头戴式显示系统，其中每个中间支撑部与相应的颊部一体形成。5.如权利要求1所述的头戴式显示系统，其中所述中间支撑部被配置为抵抗所述颊部的变形。6.如权利要求5所述的头戴式显示系统，其中所述中间支撑部中的每一个包括面向中间的壁，所述面向中间的壁在使用中位于用户的鼻子旁边，且所述颊部中的每一个包括面部接合区域，所述面部接合区域配置为在使用中接触用户面颊中的相应一个。7.如权利要求6所述的头戴式显示系统，其中每个面向中间的壁包括与所述颊部的所述面部接合区域相同或更小的厚度。8.如权利要求7所述的头戴式显示系统，其中所述中间支撑部在使用中通过抵抗所述面向中间的壁中的伸长来抵抗所述颊部的变形。9.如权利要求7所述的头戴式显示系统，其中所述接口结构包括一个或多个位于至少所述颊部的衬垫。10.如权利要求9所述的头戴式显示系统，其中所述一个或多个衬垫由泡沫形成。11.如权利要求5所述的头戴式显示系统，其中每个面向中间的壁包括比所述颊部的面部接合区域更大的厚度。12.如权利要求11所述的头戴式显示系统，其中所述中间支撑部在使用中通过抵抗所述面向中间的壁中的弯曲来抵抗所述颊部的变形。13.如权利要求1
‑
12中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述中间支撑部提供比在所述前
‑
后方向上更大的对所述颊部在所述上
‑
下方向和/或在所述横向方向上的移动的阻力。14.如权利要求1
‑
12中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述接口结构包括中间锚定部，所述中间锚定部在使用中与用户头部的矢状平面相交并且连接所述一对中间支撑
部，所述中间锚定部比所述中间支撑部硬。15.如权利要求1所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合部的所述至少一个面部接合法兰在所述面部接合部的相应侧面上形成一对闭环部，每个闭环部具有封闭的横截面。16.如权利要求15所述的头戴式显示系统，其中所述闭环部位于所述面部接合部的所述一对中间支撑部中。17.如权利要求15所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合部的所述至少一个面部接合法兰形成一对开环部，每个开环部具有部分开放的横截面。18.如权利要求17所述的头戴式显示系统，其中每个开环部与所述闭环部中的相应一个侧向相邻。19.如权利要求17所述的头戴式显示系统，其中每个开环部在相应的颊部中。20.如权利要求15
‑
19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比所述面部接合部硬的底盘部，所述面部接合部附接到所述底盘部并由所述底盘部支撑。21.如权利要求20所述的头戴式显示系统，其中在每个所述颊部中，所述面部接合法兰从所述底盘部向下延伸，然后向后、向上和向前延伸。22.如权利要求15
‑
19中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述闭环部在所述一对中间支撑部中尺寸减小。23.一种头戴式显示系统，其包括：包括显示器的头戴式显示单元，所述头戴式显示单元包括接口结构，所述接口结构被构造和布置成与用户面部处于相对关系，以及定位和稳定结构，其被构造和布置为在使用中将所述头戴式显示单元保持在用户头部上的可操作位置中；其特征在于：所述接口结构包括面部接合部，所述面部接合部被配置成在使用中接合用户的面部，所述面部接合部是柔性的和弹性的并且包括至少一个面部接合法兰，所述面部接合法兰形成具有封闭截面的至少一个闭环部，所述面部接合法兰的所述闭环部被一体地形成为连续环。24.如权利要求23所述的头戴式显示系统，其中所述至少一个闭环部包括一对闭环部，所述一对闭环部在使用中定位在用户的鼻子的相应侧面。25.如权利要求24所述的头戴式显示系统，其中所述一对闭环部中的每一个在使用中接合用户鼻子的侧表面。26.如权利要求24所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合部包括一对颊部，在其中所述一对闭环部被配置为在使用中接合用户的面颊。27.如权利要求26所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合部包括至少部分地由所述闭环部形成的一对中间支撑部，每个中间支撑部位于所述颊部中的相应一个的中间，每个中间支撑部被配置为：为所述颊部中的相应一个提供支撑。28.如权利要求27所述的头戴式显示系统，其中每个中间支撑部与相应的颊部一体形成。29.如权利要求27或28所述的头戴式显示系统，其中所述接口结构包括中间锚定部，所述中间锚定部在使用中与用户头部的矢状平面相交并且连接所述一对中间支撑部，所述中
间锚定部比所述中间支撑部硬。30.如权利要求27所述的头戴式显示系统，其中所述接口结构包括位于至少在所述颊部处的闭环部内的一个或多个衬垫。31.如权利要求30所述的头戴式显示系统，其中所述一个或多个衬垫由泡沫形成。32.如权利要求30所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合部的所述至少一个面部接合法兰形成一对开环部，每个开环部具有部分开放的截面。33.如权利要求32所述的头戴式显示系统，其中每个开环部与所述闭环部中的相应一个侧向相邻。34.如权利要求32所述的头戴式显示系统，其中每个开环部在相应的颊部中。35.如权利要求32所述的头戴式显示系统，其中所述接口结构进一步包括比所述面部接合法兰硬的底盘部，所述面部接合法兰附接到所述底盘部并由所述底盘部支撑。36.如权利要求35所述的头戴式显示系统，其中在各个颊部内的每个闭合环部中，面部接合法兰从所述底盘部向下延伸并向后、向上、向前延伸，然后连接回自身。37.如权利要求35所述的头戴式显示系统，其中在各个颊部内的每个开环部中，所述面部接合法兰从所述底盘部向下延伸，然后向后、向上和向前延伸。38.如权利要求35
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37中任一项所述的头戴式显示系统，其中在相应中间支撑部内的每个闭环部中，所述面部接合法兰从底盘部向下延伸，然后向中间、向上、侧向延伸，然后连接回自身。39.如权利要求35
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37中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合部包括前额部和一对蝶骨部，所述前额部配置为在使用中接合用户的前额，所述一对蝶骨部位于所述接口结构的相应侧面上，所述接口结构连接在所述前额部与所述颊部之间且配置为在所述蝶骨附近接合用户的头部。40.如权利要求39所述的头戴式显示系统，其中所述开环部沿着所述接口结构从所述颊部纵向延伸到所述蝶骨部中且延伸到所述前额部中。41.如权利要求35
‑
37中任一项所述的头戴式显示系统，其中在每个环部中，所述面部接合法兰包括连接到所述底盘部的前部和连接到所述前部且定位在所述前部后面的后部，所述后部在使用中与用户的面部接触，所述前部和所述后部一起形成所述面部接合部的所述闭环部和开环部。42.如权利要求41所述的头戴式显示系统，其中所述闭环部在所述中间支撑部中尺寸减小。43.如权利要求42所述的头戴式显示系统，其中在每个闭环部中，所述面部接合法兰的所述后部和所述前部在所述中间锚定部处相遇。44.一种头戴式显示系统，其包括：包括显示器的头戴式显示单元，所述头戴式显示单元包括接口结构，所述接口结构被构造和布置成与用户面部处于相对关系，以及定位和稳定结构，其被构造和布置为在使用中将所述头戴式显示单元保持在用户头部上的可操作位置中，其特征在于：所述接口结构包括面部接合部，所述面部接合部配置为在使用中接合用户的面部围绕
用户的面部的眼镜区域的周边，所述面部接合部是柔性的和有弹性的并且包括：一对颊部，其配置为在使用中接合用户的面颊；以及连接到并定位在所述颊部之间的鼻部，所述鼻部配置为在使用中接合用户的鼻子并且被配置为至少部分地阻挡光从用户的鼻子区域到达用户的眼睛，其中所述鼻部与所述颊部一体地形成；以及其中鼻部包括鼻突点部，所述鼻突点部配置为在使用中定位成接近用户的鼻突点。45.如权利要求44所述的头戴式显示系统，其中所述鼻部配置为接触用户的鼻脊且至少部分地在用户的鼻中隔与鼻梁点之间延伸。46.如权利要求44所述的头戴式显示系统，其中所述鼻突点部呈圆顶状。47.如权利要求44至46中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合部包括一对闭环部，每个闭环部具有封闭的横截面，鼻部与每个闭环部一体地形成。48.如权利要求44所述的头戴式显示系统，其中所述鼻部包括第一桥接部和第二桥接部，所述第一桥接部和所述第二桥接部从所述鼻突点部至少部分向后延伸以接合用户的鼻子，所述第一桥接部配置为桥接在所述颊部中的一个与用户的鼻子的第一侧面之间，所述第二桥接部配置为桥接在所述颊部中的另一个与用户的鼻子的第二侧面之间。49.如权利要求48所述的头戴式显示系统，其中所述第一桥接部和所述第二桥接部由狭槽分离。50.如权利要求48所述的头戴式显示系统，其中所述第一桥接部和第二桥接部在使用中接合用户鼻子的相应侧面。51.如权利要求48
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50中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述第一桥接部与所述第二桥接部彼此一体形成。52.如权利要求48
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50中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述第一桥接部和所述第二桥接部与所述鼻突部一体形成。53.如权利要求48
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50中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述接口结构包括在使用中与用户的头部的所述矢状平面对准的中间锚定部，且所述鼻突点部连接到所述中间锚定部且从所述中间锚定部向上和向后延伸。54.如权利要求48所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合部包括一对中间支撑部，每个中间支撑部位于相应的一个颊部的中间，并被配置为：为相应的颊部提供支撑。55.如权利要求54所述的头戴式显示系统，其中所述鼻突点部在中间和后部方向上连接到所述中间支撑部并从所述中间支撑部延伸。56.如权利要求54或55中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述鼻部与所述中间支撑部一体形成。57.如权利要求54
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55中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述鼻部的第一桥接部配置为桥接在所述中间支撑部中的一个与用户的鼻子的第一侧面之间，所述鼻部的第二桥接部配置为桥接在所述中间支撑部中的另一个与用户的鼻子的第二侧面之间。58.如权利要求54
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55中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述第一桥接部和所述第二桥接部各自沿着所述相应桥接部的整个侧部连接到相应的中间支撑部和颊部。59.一种头戴式显示系统，其包括：头戴式显示单元，其包括显示器；以及
定位和稳定结构，其被构造和布置为在使用中将所述头戴式显示单元保持在用户头部上的可操作位置中，所述头戴式显示单元包括显示单元壳体和连接到所述显示单元壳体的接口结构，所述接口结构被构造和布置成在使用中与用户的面部成相对关系，其特征在于，所述接口结构包括：面部接合法兰，其设置在用户面部的眼睛区域的周边周围并且配置为在使用中接合用户面部，所述面部接合法兰是柔性的和有弹性的并且具有包括以下各项的截面形状：第一端，其连接到所述显示单元壳体；第二端；以及面部接合区域，在使用中所述面部接合法兰在所述面部接合区域处接触用户的面部，所述面部接合区域位于所述第一端与所述第二端之间，并且其中，所述面部接合法兰在所述第一端和所述第二端之间卷曲以形成至少部分封闭的截面区域；在所述至少部分封闭的截面区域内的衬垫；以及其中在所述面部接合区域与第二端之间，面部接合法兰在衬垫的一部分上卷曲。60.如权利要求59所述的头戴式显示系统，其中所述衬垫由泡沫形成。61.如权利要求59所述的头戴式显示系统，其中所述衬垫附接到所述面部接合法兰。62.如权利要求59所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合法兰的厚度从所述第一端朝向所述第二端减小。63.如权利要求62所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合法兰在所述第一端处的厚度在0.2
‑
4mm的范围内。64.如权利要求62所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合法兰在所述面部接合区域中包括在0.2
‑
2.5mm范围内的厚度。65.如权利要求59
‑
64中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述第一端与所述第二端之间的所述面部接合法兰的最薄部在0.2
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0.5mm的范围内。66.如权利要求59
‑
64中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合法兰的最薄部位于所述面部接合区域和所述面部接合法兰在所述衬垫的一部分上卷曲的第二端之间的位置处。67.如权利要求59
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64中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合法兰包括从所述第一端朝向所述第二端的厚度的一系列阶梯式减小。68.如权利要求59
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64中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合法兰和所述衬垫被构造和布置成在使用中至少在用户佩戴头戴式显示系统之前处于静止状态时，在位于用户的眼睛区域的周边内侧的所述面部接合区域的端处或附近在所述面部接合法兰和所述衬垫之间留有间隔。69.如权利要求59
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64中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合法兰被成形为在所述第一端与所述面部接合区域之间朝向用户的面部卷曲，并且被成形为在所述面部接合区域与所述第二端之间远离用户的面部卷曲，并且其中所述第二端与所述第一端隔开。70.如权利要求69所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合法兰的所述截面形状包括在平行于用户面部上的目标密封面且平行于用户头部的所述矢状平面的方向上在10mm
‑
40mm范围内的高度尺寸。
71.如权利要求70所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合法兰从所述第一端至少部分地向下延伸平行于所述高度尺寸测量的所述高度尺寸的10％与80％之间的距离。72.如权利要求71所述的头戴式显示系统，其中所述面部接合法兰的截面形状包括在所述面部接合法兰的所述第一端与所述面部接合区域之间在垂直于所述目标密封面且平行于用户的头部的矢状平面的方向上的深度尺寸，所述深度尺寸在5mm
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40mm的范围内。73.如权利要求59
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64中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述接口结构包括一对蝶骨部，每个蝶骨部配置为在使用中在所述蝶骨附近接合用户的头部，并且在每个蝶骨部中，所述面部接合法兰从所述第一端向后延伸，并且向中间卷曲到所述面部接合区域中，然后向前卷曲，然后至少部分横向卷曲。74.如权利要求59
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64中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述接口结构包括一对颊部，每个颊部配置为在使用中接合用户面颊中的相应一个，并且在每个颊部中，所述面部接合法兰从所述第一端至少部分地向下延伸并且向后和向上卷曲到所述面部接合区域中，然后向前卷曲和至少部分向下。75.如权利要求59
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64中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述接口结构包括前额部，所述前额部配置为在使用中接合...

【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：新型
国别省市：