CN113939760B - 非侵入性头戴式设备 - Google Patents

Abstract

提供了用于头戴式设备的系统、设备和方法。在一些实例中，头戴式设备包括具有至少一个臂的框架、联接在至少一个臂的边缘邻近处的至少一个显示器、联接在至少一个臂的另一边缘邻近处的电子系统、配置为从显示器发送和接收数据的数据处理单元，其中所述数据处理单元通过臂联接在电子系统和显示器之间；和光学系统，其被配置为将图像从显示器投射到用户的眼睛，其中所述光学系统安装在显示器的顶部。

Description

非侵入性头戴式设备

背景技术和技术领域

本公开涉及一种采用一个或多个显示器的可穿戴头戴式设备，其光学系统放置在显示器的顶部。

常规地，头戴式设备(HMD)有一个或两个显示器，数字投影仪和显微镜嵌入设备中以将图像投影到用户的眼睛上。由于所有这些电路，HMD通常很重并且难以携带较长时间。此外，这些设备为用户提供了有限的视野和令人不快的体验。

此外，显示器可以包括阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、硅基液晶(LCos)或有机发光二极管(OLED)。这些传统显示器存在亮度低、功耗高和寿命短的问题。

因此，需要一种改进的结构简单且能提供更好视野、高亮度、低功耗的HMD。

发明内容

根据一个实施例，可提供可穿戴HMD。该可穿戴HMD可以与微型LED显示器集成，以提供与传统设备相比简单的结构、更好的分辨率、对比度、亮度和低功耗。

根据另一个实施例，头戴式设备可以包括具有至少一个臂的框架、联接在臂的边缘邻近处的至少一个显示器、联接在臂的另一边缘邻近处的电子系统、配置为从显示器发送和接收数据的数据处理单元，其中所述数据处理单元通过臂联接在电子系统和显示器之间；和光学系统，其被配置为将图像从显示器投射到用户的眼睛，其中所述光学系统安装在显示器的顶部。

在另一个实施例中，光学系统可以放置在显示器和用户的眼睛之间。在一种情况下，光学系统可以包括凹透镜。

在一个实施例中，电子系统可以包括计算设备、通信单元、同步单元和电源单元。

在另一个实施例中，显示器可以包括微型发光二极管微型显示器。

在一种情况下，附接到框架的臂可以由透明材料制成。在另一种情况下，臂可以包括用于与显示器通信并向显示器供电的导电迹线。臂可以是柔性的。

在另一实施例中，HMD可以包括一个或多个传感器，该传感器被配置到头戴式设备以检测眼睛的运动以开始从显示器投影图像。

在一实施例中，HMD还可包括一个或多个传感器以测量眼睛焦距以将图像的光学焦点调整为眼睛的焦点。

在一个实施例中，臂和显示器可以集成到框架上。

根据另一实施例，可以有安装在框架上或安装在臂上的一个两个或多个显示器。所述两个或更多个显示器为用户覆盖更宽的视角。

根据一个实施例，可以提供一种头戴式设备。该头戴式设备可以包括：具有至少一个臂的框架、安装在用户眼睛前面的框架上的至少一个显示器、联接在臂的边缘邻近处的电子系统；以及放置在显示器和用户眼睛之间的光学系统，其用于将图像从显示器投影到用户的眼睛。

根据一个实施例，可以提供一种在头戴式设备上显示图像的方法。该方法可以包括提供具有至少一个臂的框架、在用户眼睛前面的框架上安装至少一个显示器、将电子系统联接在臂的边缘邻近处；以及将光学系统放置在显示器和用户眼睛之间，以将图像从显示器投影到用户的眼睛。

在一种情况下，两个显示系统可以提供同时看到的具有不同内容的图像。此特征可用于显示3D图像、提高分辨率或通过向每个显示器显示不同的颜色来添加颜色。

根据另一个实施例，显示器可以安装得更远离框架的边缘。在一种情况下，电源线和信号线可以穿过透明透镜，或框架内的线圈可以向显示器提供电源或数据。

鉴于参考附图对各种实施例和/或方面进行的详细描述，本公开的前述和附加方面和实施例对于本领域的普通技术人员将是显而易见的，下面提供对附图的简要描述。

附图说明

通过阅读以下详细描述并参考附图，本公开的前述和其他优点将变得显而易见。

图1是根据本发明实施例的头戴式设备的示意图。

图2示出了根据本发明的实施例的创建显示器的虚拟图像的光学系统的实例。

图3A示出了根据本发明实施例的具有两个显示器的头戴式设备的实例。

图3B示出了根据本发明实施例的具有两个显示器的头戴式设备的另一实例。

图3C示出了根据本发明实施例的具有两个显示器的头戴式设备的另一实例。

图4示出了根据本发明实施例的具有多个显示器的头戴式设备的实例。

在不同图中使用相同的附图标记表示相似或相同的元件。

虽然本公开易于进行各种修改和替代形式，但具体实施例或实施方式已经通过实例的方式在附图中示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，本公开并不旨在限于所公开的特定形式。相反，本公开涵盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神内的所有修改、等同物和替代物。

具体实施方式

虽然结合各种实施例和实例描述本教导，但本教导并不旨在限于这些实施例。相反，如本领域技术人员将理解的，本教导包含各种替代方案和等效方案。

本公开涉及显示设备，并且更具体地涉及可穿戴头戴式显示设备。头戴式设备(HMD)可以包括智能眼镜、虚拟现实耳机、增强现实耳机和混合现实耳机。这里，为了说明的目的，头戴式设备被实现为眼镜。

此外，本公开提供一种具有微型LED显示器的可穿戴头戴式显示器。与传统显示器相比，与微型LED显示器集成的可穿戴HMD可以提供更简单的设备、高分辨率、对比度、亮度和低功耗。

图1是根据本发明实施例的头戴式设备的示意图。这里，显示器可以安装在眼睛前方的框架上，该框架与电子系统通信以通过眼睛和显示器之间的光学器件将图像投影到眼睛中。通信可以通过不同的方式发生。在一种情况下，框架的臂承载联接到显示器的电源或数据信号。头戴式设备可以包括框架。框架可以包括一副眼镜或头盔，其被配置为戴在用户的头上。框架可以包括至少一个臂102。在一种情况下，框架的两侧可以有两个臂。在另一种情况下，可能没有连接到框架的臂。这里，例如，框架包括眼镜的结构。

在一种情况下，臂102可以由透明材料制成并且包括用于与显示器104通信和提供电力的导电迹线(电线)。臂102可以是预先形成的或者可以是柔性的以由用户形成。

在一个实施例中，电子系统106联接在臂102的边缘邻近处。电子系统可以包括处理单元、通信单元、同步单元和电源单元。处理单元可以包括用于执行指令的处理器。通信单元可以被配置为与电子系统和显示单元通信以接收图像。数据处理单元可以通过臂联接在电子系统和显示器之间以从显示器和其他单元发送和接收数据和指令。HMD可以通过电源单元接收外部电源。电源单元可以向电子系统供电。

在一个实施例中，HMD还包括至少一个显示器104，该显示器联接在臂的另一边缘邻近处。显示器可以包括微型显示器件。微型显示器可以是微型发光二极管器件。显示单元被配置为向用户发射图像或图像信息。显示器通过联接到臂的电子系统106接收电力或数据信号。在一个实施例中，微型显示器的尺寸可以小于0.5cm。

在一个实施例中，可以在显示器106的顶部提供光学系统110，其将显示器106上显示的图像投影到用户的眼睛中。光学系统可包括一个或多个透镜。透镜可以是凹面的。光学系统110位于显示器和用户的眼睛之间。

在一个实施例中，HMD还可包括可操作以检测用户何时注视显示器以开始投影图像的姿势传感器。在另一个实施例中，可以有传感器来测量眼睛焦距以将图像的光学焦点调整为眼睛的焦点。

图2示出了具有显示器的光学系统的实例。这里，光学系统202被放置在显示器204和用户的眼睛之间。光学系统202在投影到用户的眼睛210中之后，在离用户面部更远的地方形成虚拟图像206。虚拟图像206也被放大以使得能够容易地访问来自显示器204的信息和数据。图3A示出了根据本发明实施例的具有两个显示器的头戴式设备的实例。这里，一个或多个显示器(302-1、302-2)可以安装在框架310上。在这里，例如，框架310包括眼镜的结构。光学系统可以设置在显示器(302-1、302-2)的顶部，其将来自显示器106的图像投影到用户的眼睛中。光学系统位于显示器和用户的眼睛之间。显示器(302-1、302-2)可以安装在眼镜框架310上或单独安装在框架臂304的边缘邻近处。两个显示器(302-1、302-2)的组合可以覆盖更广的视野。例如，从一侧到中心可以被第一显示器(例如，302-1)覆盖并且从中心到另一侧可以被第二显示器(302-2)覆盖。

在另一个实施例中，电子系统306联接在臂304的另一边缘邻近处。电子系统可以包括处理单元、通信单元、同步单元和电源单元。处理单元可以包括用于执行指令的处理器。通信单元可以被配置为与电子系统和显示单元通信。数据处理单元可以通过臂联接在电子系统和显示单元之间以从显示单元和其他单元发送和接收数据和指令。

图3B示出了根据本发明实施例的具有两个显示器的头戴式设备的实例。这里，一个或多个显示器(302-1、302-2)可以安装在框架310上，在那里将同时看到图像。在一种情况下，显示器(例如，302-1)可以安装在眼镜框架310的边缘邻近处或单独安装在框架臂304的边缘邻近处。其他显示器(例如，302-4)可以安装得离框架的边缘更远。这里，当用户的眼睛向显示器倾斜时，两个显示器的内容都会投影到眼睛中(每个显示器投影到不同的眼睛)。此特征可用于显示3D图像、提高分辨率或通过向每个显示器显示不同的颜色来添加颜色。

图3C示出了根据本发明实施例的具有两个显示器的头戴式设备的实例。两个显示器(302-5、302-6)可以安装在框架310上，在那里将同时看到图像。这里，显示器(302-5、302-6)离框架310的边缘更远在一个实施例中，透明的数据线和电源线可以穿过透镜，将信号和电力传送到远离框架边缘放置的显示器。

在另一个实施例中，框架内的线圈可以与显示器联接以将信号和电力传送到远离框架边缘放置的显示器。

图4示出了根据本发明实施例的具有多个显示器的头戴式设备的实例。这里，可以为每只眼睛在框架上安装多个显示器402。当眼睛在不同的显示器周围移动时，集成在显示器顶部的光学系统可将全部或部分图像投射到眼睛上。根据一个实施例，可以使用图像拼接技术来创建统一图像。此外，当用户需要一些信息时，取决于眼睛的位置，其中一个显示器可以开始将图像投影到眼睛中。

在替代实施例中，臂和显示器也可以部分集成到显示设备例如眼镜中。

根据另一个实施例，头戴式设备可以包括具有至少一个臂的框架、联接在臂的边缘邻近处的至少一个显示器、联接在臂的另一边缘邻近处的电子系统、配置为从显示器发送和接收数据的数据处理单元，其中所述数据处理单元通过臂联接在电子系统和显示器之间；和光学系统，其被配置为将图像从显示器投射到用户的眼睛，其中所述光学系统安装在显示器的顶部。根据又一实施例，光学系统可以放置在显示器和用户的眼睛之间，所述电子系统可以包括计算设备、通信单元、同步单元和电源单元，并且显示器包括微型发光二极管微显示器。光学系统可以包括凹透镜。

根据一些实施例，臂可以由透明材料制成。臂包括用于与显示器通信并向显示器供电的导电迹线。臂可以是柔性的。

根据另一实施例，头戴式设备还可以包括配置为检测眼睛的运动以开始从显示器投射图像的一个或多个传感器，以及配置为测量眼睛焦距以调整光学焦点以使图像在眼睛的焦点上的一个或多个传感器。

根据一个实施例，可以提供一种头戴式设备。该头戴式设备可以包括：具有至少一个臂的框架、安装在用户眼睛前面的框架上的至少一个显示器、联接在臂的边缘邻近处的电子系统；以及放置在显示器和用户眼睛之间的光学系统，其用于将图像从显示器投影到用户的眼睛。根据进一步的实施例，光学系统可以包括透镜并且框架的臂承载联接到显示器的功率或数据信号。至少另一个显示器可以安装在框架的另一边缘。

根据一个实施例，头戴式设备可以包括被配置为检测眼睛的运动以开始从显示器投射图像的一个或多个传感器。

根据一个实施例，可以提供一种在头戴式设备上显示图像的方法。该方法可以包括提供具有至少一个臂的框架、在用户眼睛前面的框架上安装至少一个显示器、将电子系统联接在臂的边缘邻近处；以及将光学系统放置在显示器和用户眼睛之间，以将光学系统放置在显示器和用户眼睛之间，以将图像从显示器投影到用户的眼睛。

虽然本公开易于进行各种修改和替代形式，但具体实施例或实施方式已经通过实例的方式在附图中示出并且在本文中详细描述。然而，应当理解，本公开并不旨在限于所公开的特定形式。相反，本公开将涵盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

Claims (16)

1.一种头戴式设备，其包括：

具有至少一个臂的框架；

多个显示器，其联接在用于用户眼睛的一者的所述至少一个臂的边缘邻近处，其中所述多个显示器的每一者包括尺寸小于0.5厘米的微型发光二极管微型显示器；

电子系统，其联接在所述至少一个臂的另一边缘邻近处；

数据处理单元，其被配置为从所述多个显示器发送和接收数据，其中所述数据处理单元通过所述至少一个臂联接在所述电子系统和所述多个显示器之间；

光学系统，其安装在所述多个显示器的顶部；和

一或多个传感器，其被配置为检测所述用户眼睛的所述一者的运动，其中

当所述用户眼睛的所述一者在所述多个显示器中的相应显示器周围移动时，所述光学系统将图像的全部或部分从所述相应显示器投射到所述用户眼睛的所述一者。

2.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述光学系统放置在所述多个显示器和所述用户眼睛的所述一者之间。

3.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述电子系统包括计算设备、通信单元、同步单元和电源单元。

4.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述光学系统包括凹透镜。

5.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述至少一个臂由透明材料制成。

6.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述至少一个臂包括用于与所述多个显示器通信并向所述多个显示器供电的导电迹线。

7.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述至少一个臂是柔性的。

8.根据权利要求1所述的头戴式设备，还包括：

被配置为测量眼睛焦距以将图像的光学焦点调整到所述用户眼睛的所述一者的焦点的一个或多个传感器。

9.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述至少一个臂和所述多个显示器被集成到所述框架上。

10.一种在头戴式设备上显示图像的方法，包括：

提供具有用于用户眼睛的一者的至少一个臂的框架；

在所述用户眼睛的所述一者前面的所述框架上安装多个显示器，所述多个显示器的每一者包括尺寸小于0.5厘米的微型发光二极管微型显示器；

在所述至少一个臂的边缘邻近处联接电子系统；

在所述多个显示器和所述用户眼睛的所述一者之间放置光学系统；和

检测所述用户眼睛的所述一者的运动，以经由所述光学系统将所述图像的全部或部分从所述多个显示器中的相应显示器投影到所述用户眼睛的所述一者。

11.一种头戴式设备，其包括：

具有用于用户眼睛的一者的至少一个臂的框架；

多个显示器，其安装在所述用户眼睛的所述一者前面的所述框架上，所述多个显示器的每一者包括尺寸小于0.5厘米的微型发光二极管微型显示器；

电子系统，其联接在所述至少一个臂的边缘邻近处；

光学系统，其放置在所述多个显示器和所述用户眼睛的所述一者之间；和

一或多个传感器，其被配置为检测所述用户眼睛的所述一者的运动，

其中当所述用户眼睛的所述一者在所述多个显示器中的相应显示器周围移动时，所述光学系统将图像的全部或部分从所述相应显示器投射到所述用户眼睛的所述一者。

12.根据权利要求11所述的头戴式设备，其中所述光学系统包括透镜。

13.根据权利要求11所述的头戴式设备，其中所述框架的所述至少一个臂承载联接到所述多个显示器的电源或数据信号。

14.根据权利要求11所述的头戴式设备，其中所述多个显示器安装得更加远离所述框架的边缘。

15.根据权利要求14所述的头戴式设备，其中透明的数据线和电源线穿过透镜，将信号和电力传送到更加远离所述框架的所述边缘安装的所述多个显示器。

16.根据权利要求14所述的头戴式设备，其中所述框架内的线圈向安装得更加远离所述框架的所述边缘的所述多个显示器提供信号和电力。