TW202037967A

TW202037967A - 頭戴式顯示裝置

Info

Publication number: TW202037967A
Application number: TW108137679A
Authority: TW
Inventors: 歐冠吟; 張立勳; 謝天嘉; 何禹箴; 王彥傑
Original assignee: 宏達國際電子股份有限公司
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2020-10-16
Also published as: US20200245047A1; CN111474710A; US10820079B2; TWI728515B; CN111474710B

Abstract

頭戴式顯示裝置包括主體部、固定部、多個揚聲器以及至少一致動器。主體部具有顯示器以及基座，顯示器與基座相互接觸。固定部耦接主體部，與基座形成容置區域。揚聲器分別設置在基座以及固定部上的多個位置。致動器設置在固定部上。

Description

頭戴式顯示裝置

本發明是有關於一種頭戴式顯示裝置，且特別是有關於一種可提升聲音品質與沉浸聆聽效果的頭戴式顯示裝置。

隨著電子科技的進行，虛擬實境、擴充實境乃至於混合實境的顯示效果，成為新一代顯示技術的主流。然而，在提升視覺效果的同時，提升顯示裝置所可以提供的音響效果，也是頭戴顯示裝置的重要課題。

在頭戴式顯示裝置中，基於有限的配置空間，常透過多個微型喇叭或者耳機的方式，來提供聲音的播放效果。然而，耳機在長時間的佩帶下容易發生不適感，而微型喇叭在驅動元件尺寸過小的限制下，聲音的方向性也相當難以全面與真實，造成聲音撥放效果的限制。

本發明提供一種頭戴式顯示裝置，可有效提升聆聽品質改善聲音的方向性。

本發明的頭戴式顯示裝置包括主體部、固定部、多個揚聲器以及至少一致動器。主體部具有顯示器以及基座，顯示器與基座相互接觸。固定部耦接主體部，與基座形成容置區域。揚聲器可以設置在基座或者固定部上的多個位置。致動器設置在固定部上。

基於上述，本發明的頭戴式顯示裝置提供一個可擴充的近場環繞聲音重現系統。本發明透過設置一個或多個致動器，並在撥放聲音時，透過震動效果來體驗真實感受效果的輔助動作，有效提升虛擬實境的體驗感受與聆聽感受聲音品質。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。頭戴式顯示裝置100包括主體部110、固定部120、多個揚聲器SB1~SB4以及致動器AT1、AT2。主體部110具有顯示器111以及基座112。基座112與顯示器111相互接觸，並用以支撐顯示器111。固定部120則耦接主體部110，並與基座112形成容置區域Z1。揚聲器SB1~SB4分別設置在主體部110以及固定部120的多個不同的位置上。在本實施例中，揚聲器SB1、SB2設置在基座112的兩個相對的側邊上，揚聲器SB3、SB4則設置在固定部120的兩個相對的側邊上。另外，致動器AT1、AT2設置在固定部120的兩個相對的側邊上，並且，在圖1的繪示中，致動器AT1設置在揚聲器SB1、SB3間，致動器AT2則設置在揚聲器SB2、SB4間。

在本實施例中，揚聲器SB1~SB4可以為微型喇叭。在操作上，揚聲器SB1~SB4可單獨或共同的產生第一聲音信號。致動器AT1、AT2則可透過震動的方式，單獨的或共同的產生第二聲音信號。其中，第一聲音信號頻率大於預設的一第一臨界頻率，而第二聲音信號的頻率則小於預設的一第二臨界頻率。第一臨界頻率與第二臨界頻率可以相同或者不相同。

也就是說，在本發明實施例中，當頭戴式顯示裝置100要進行撥放聲音動作時，被撥放的聲音信號中高於預設的第一臨界頻率的部分，可由揚聲器SB1~SB4的至少其中之一進行撥放。此外，被撥放的聲音信號中，低於預設的第二臨界頻率的部分，則可由致動器AT1、AT2的至少其中之一進行撥放。基於微型喇叭的揚聲器SB1~SB4提供的聲音信號具有一定的有效頻寬的限制，透過致動器AT1、AT2所提供的震動動作，可有效擴充頭戴式顯示裝置100所能撥放的聲音信號的頻寬，提升其聲音撥放品質。

接著請參照圖2，圖2繪示本發明實施例的頭戴式顯示裝置的一實施方式的示意圖。在頭戴式顯示裝置100中，主體部110可拆卸式的連接至固定部120。其中，固定部120包括中心部件123以及連接件121、122。固定部120可透過連接件121、122來與主體部110的基座112的兩個側邊進行可拆卸的連接動作。連接件121、122與基座112的連接方式，可以透過本領域具通常知識者所熟知的可拆卸式連接構件來完成，沒有固定的限制。頭戴式顯示裝置100也可為不可拆卸式獨立的的系統，並非侷限於前述的頭戴式顯示裝置100的連接方式。此外，頭戴式顯示裝置100也可以為單獨多頭帶聆聽裝置，無侷限配戴高度，其中配戴高度可為平行耳朵高度。

此外，為了適應使用者不同的頭型，固定部120所包括的中心部件123以及連接件121、122可以透過具有彈性的帶狀結構來建構。另外，致動器AT1、AT2分別設置在連接件121、122上，致動器AT1、AT2可以為觸覺回饋振動器（Haptics）、震動器（vibrator）、壓電材料驅動器（piezo electrical material driver）或是骨傳導器（Bone conductor）等裝置。致動器AT1、AT2可固定在例如具有泡棉結構的連接件121、122上。由於頭戴式顯示裝置100本身接觸皮膚有足夠多的面積，所以藉由連接件121、122可提供足夠大的面積與使用者的皮膚接觸，並讓震動可傳遞到此用者的皮膚表面，並使使用者的震動感受較為平均。另外，致動器AT1、AT2可透過相位控制，以上使用者可獲得撞擊、抽離、或側向剪力的多種不同的感受。

致動器AT1、AT2可提供使用者低頻的觸覺，並透過連接件121、122上設置的材料（例如泡棉）與使用者接觸，以及透過震動相位的控制，來提供最真實的聆聽感覺，並改善微型喇叭的揚聲器SB1~SB4無法提供足夠頻寬的問題。致動器AT1、AT2可以延伸聲音的頻寬以達成更加真實的聆聽。另外也可以透過讓位置相對的兩個致動器AT1、AT2的相位利用同相與反相控制震動感受，並針對震動的幅度進行微調，以增加使用者感受震動的細膩度。舉例來說明：當一個震動的衝擊被播放時，致動器AT1、AT2會往第一方向與第二方向交互震動，並讓使用者感受被衝擊或者吸收的差異。當低頻的衝擊被感受到時，致動器AT1、AT2可分別或共同的針對不同的震動方向的相位進行控制，並讓使用者的感受更加細膩且真實。如此一來，可提升頭戴式顯示裝置100的聆聽搭配觸覺的真實感。

附帶一提的，上述的第一方向與第二方向的震動方向，可以彼此間相反、相同、垂直或具有一任意的夾角，沒有特別的限制。

以下請參照圖3以及圖4，圖3繪示本發明實施例的頭戴式顯示裝置100的側視圖，圖4則繪示本發明實施例的頭戴式顯示裝置100配戴在使用者上時的狀態圖。在圖3中，揚聲器SB1配置在主體部110的基座112上，揚聲器SB3配置在固定部120的中心部件123上，而致動器AT1則設置在固定部120的連接件121上。其中，揚聲器SB1、致動器AT1以及揚聲器SB3不需要設置在相同的水平線上。在此參照圖4，揚聲器SB1、致動器AT1以及揚聲器SB3可環繞於使用者USR的耳朵EAR進行設置，並提供環繞音場的聲音效果。在本實施方式中，揚聲器SB1可以為前置揚聲器，揚聲器SB3則可以為後置揚聲器。其中，揚聲器SB1設置在耳朵EAR前方，揚聲器SB3設置在耳朵EAR後方，致動器AT1則設置在耳朵EAR的上方。

另外請參照圖5，圖5繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。頭戴式顯示裝置500包括主體部510、固定部520、多個揚聲器SB1~SB4以及致動器AT1、AT2。主體部510具有顯示器511以及基座512。基座512與顯示器511相互接觸。固定部520則與主體部510可拆卸連接。並且，頭戴式顯示裝置500另包括傳輸導線CW、電性連接插頭PG1以及電性連接插座PG2。在本實施例中，傳輸導線CW連接至電性連接插頭PG1上，並連接至固定部520。在當主體部510以及固定部520相互電性連接時，電性連接插頭PG1可被插入至電性連接插座PG2，並使主體部510與傳輸導線CW相互電性連接。在本實施例中，電性連接插座PG2可另耦接至主體部510中的一控制器（未繪示），控制器並可透過傳輸導線CW以傳輸多個驅動信號至揚聲器（後置揚聲器）SB3、SB4以及致動器AT1、AT2。

值得一提的，本實施例中的電性連接插頭PG1、電性連接插座PG2以及輸導線CW的硬體架構，可透過本領域具通常知識者所熟知的元件來實施，沒有固定的限制。

請參照圖6，圖6繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置600配戴在使用者上時的狀態圖。在圖6中，頭戴式顯示裝置600上設置更多數量的（後置）揚聲器SB3-1、SB3-2。本實施例透過分別設置在上方的揚聲器SB3-1以及下方揚聲器SB3-2，可有效提升音效的層次感。

值得一提的，本發明實施例的前置揚聲器（揚聲器SB1）也不限於一邊一個。在主體部的空間容許下，頭戴式顯示裝置600上也可設置多個前置揚聲器，沒有數量上的限制。

以下請參照圖7，圖7繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。頭戴式顯示裝置700包括顯示器711、基座712、主體部710、中心部件721、多個揚聲器SB1~SB4、致動器AT、控制器730、傳輸導線CW、電性連接插頭PG1以及電性連接插座PG2。在本實施例中，頭戴式顯示裝置700僅包括單一個致動器AT，並設置在中心部件721上。致動器AT的設置位置，可對應置使用者的後腦，並透過提供低頻率的震動，來提升聲音效果的頻率範圍。

此外，控制器730用以針對要撥放的聲音進行音效處理，並對應揚聲器SB1~SB4以及致動器AT來產生多個驅動信號。控制器730並傳送驅動信號至揚聲器SB1~SB4以及致動器AT，以有效撥放環場音效。

值得一提的，本發明實施例中，頭戴式顯示裝置700上也可如圖5繪示，以設置更多的致動器（例如致動器AT1、AT2），並不僅限於致動器AT。

附帶一提的，本實施例中的控制器730可以為單獨且具運算能力的處理器，或者控制器730可以為整合型的數位音訊編解碼器(Audio codec)。控制器730可以是透過軟體控制或者硬體描述語言（Hardware Description Language, HDL）或是其他任意本領域具通常知識者所熟知的數位電路的設計方式來進行設計，並透過數位訊號處理單元（Digital Signal Processing Unit）、現場可程式邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）、複雜可程式邏輯裝置（Complex Programmable Logic Device, CPLD）或是特殊應用積體電路（Application-specific Integrated Circuit, ASIC）的方式來實現的硬體電路。

以下請參照圖8，圖8繪示本發明實施例的揚聲器以及致動器的聲音效果的頻率範圍的示意圖。其中，曲線CV1表示頭戴式顯示裝置中的致動器發生震動的頻率範圍的示意圖，曲線CV2則表示頭戴式顯示裝置中的揚聲器發生聲音效果的頻率範圍的示意圖。曲線CV2的分佈範圍高於預設的第一臨界頻率，曲線CV1的分佈範圍則可低於預設的第二的臨界頻率。在本發明實施例中，可針對人體感受的曲線調整兩個曲線CV1、CV2的分佈範圍與高度，目的為達成最佳感受，故並無侷限曲線CV1、CV2的臨界範圍。設計時可以完全分開也可部分重疊。

以下請參照圖9A、圖9B以及圖9C，圖9A、圖9B以及圖9C分別繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置及操作方式示意圖。在圖9A中，頭戴式顯示裝置910包括可調式機構951以及952。可調式機構951以及952分別連接（後置）揚聲器SB3、SB4，並被設置在頭戴式顯示裝置910的固定部上。

透過可調式機構951以及952的調整機制，可針對揚聲器SB3、SB4的聲音發送方向進行調整。以揚聲器SB3為範例，透過可調式機構951的調整動作，可以使揚聲器SB3的聲音發送方向，與揚聲器SB3和使用者USR耳朵EAR1的沿伸方向的夾角成一預設角度

。

另外，可調式機構951以及952分別具有鎖固件FX1、FX2，並用以在當使用者USR調整好揚聲器SB3、SB4的位置後，可用以分別鎖固可調式機構951以及952。

在圖9B中，基於不同使用者USR具有不同大小的頭型輪廓，在當頭戴式顯示裝置910配戴在具有較大頭型的使用者USR上時，揚聲器SB3的聲音發送方向，與揚聲器SB3和使用者USR耳朵EAR1的沿伸方向的夾角成為不同於（大於）預設角度

的角度

。如此一來，可能造成揚聲器SB3所發送的聲場定位的聲音效果，無法讓使用者USR正確的感知與接收訊號。此時，使用者USR可針對可調式機構951進行調整，並使角度

等於預設角度

，以有效控制提升使用者USR所接收到的聲音角度符合設計者的角度效果。

此外，本發明實施例中的可調式機構951以及952，並可分別依據轉動角度來提供不同的感測器參考值。可調式機構951以及952並可提供所分別具有的感測器參考值至頭戴式顯示裝置910的控制器中。控制器並可藉此獲知揚聲器SB3、SB4的位置資訊，進而針對使用者配戴的尺寸與調整的角度產生修正的的驅動信號，以使揚聲器SB3、SB4提供較佳的聲音定位效果，增加聲音真實感，頭戴式顯示裝置910也可以改善配戴的誤差造成聆聽上偏差。

以下請參照圖10，圖10繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。頭戴式顯示裝置1000包括主體部1010、固定部1020、揚聲器SB1~SB4、致動器AT1、AT2以及隔音結構1061、1062。主體部1010包括顯示器1011以及基座1012。固定部1020包括中心部件1023以及連接部1021、1022。揚聲器SB1、SB2設置在基座1012的兩側邊，揚聲器SB4、SB3則分別設置在連接部1021、1022上。致動器AT12、AT11分別設置在連接部1021、1022上。在本實施例中，隔音結構1061設置在主體部1010以及固定部間1020間，並作為前置揚聲器的揚聲器SB1、後置揚聲器的揚聲器SB3以及致動器AT1的遮罩。隔音結構1062同樣設置在主體部1010以及固定部間1020間，並作為前置揚聲器的揚聲器SB2、後置揚聲器的揚聲器SB4以及致動器AT2的遮罩。

在使用者穿戴頭戴式顯示裝置1000時，隔音結構1061、1062可遮罩住使用者的兩側的耳朵，以避免使用者聆聽音效時受到外界噪音的干擾。相關狀態可參照圖11繪示的頭戴式顯示裝置1000配戴在使用者上時的狀態圖。在圖11中，隔音結構1061同時遮罩住耳朵EAR1、揚聲器SB1、SB3-1、SB3-2以及致動器AT1。

以下請參照圖12，圖12繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。頭戴式顯示裝置1200包括主體部、固定部的組合1210、揚聲器SB1、SB3、致動器AT1以及擴充部1220。擴充部1220具有帶狀結構，帶狀結構上用以設置一個或多個擴充揚聲器ESB1、ESB2以及一個或多個的擴充致動器EAT1。擴充部1220可透過連接導線1220與頭戴式顯示裝置1200的固定部或主體部電性耦接，並透過連接導線1220以接收多個驅動信號，來分別驅動擴充揚聲器ESB1、ESB2以及擴充致動器EAT1。

在本實施例中，擴充部1220可配戴在使用者的胸前，並用以提供更多層次的聲音效果。

綜上所述，本發明透過在頭戴式顯示裝置中設置一個或多個致動器。並使致動器與揚聲器搭配或獨立控制，撥放不同頻率的聲音，以提升頭戴式顯示裝置的聲音撥放效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、500、600、910、1000、1200:頭戴式顯示裝置 1061、1062:隔音結構 110、510、710、1010:主體部 111、511、711、1011:顯示器 112、512、712、1012:基座 120、520、1020:固定部 121、122:連接件 1210:組合 1220:擴充部 123、721:中心部件 730:控制器 951、952:可調式機構 AT1、AT2、AT:致動器 CV1、CV2:曲線 CW:傳輸導線 EAR、EAR1:耳朵 EAT1:擴充致動器 ESB1、ESB2:擴充揚聲器 FIX1、FIX2:鎖固件 PG1:電性連接插頭 PG2:電性連接插座 SB1~SB4、SB3-1、SB3-2:揚聲器 USR:使用者 Z1:容置區域

圖1繪示本發明一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。圖2繪示本發明實施例的頭戴式顯示裝置的一實施方式的示意圖。圖3繪示本發明實施例的頭戴式顯示裝置100的側視圖。圖4繪示本發明實施例的頭戴式顯示裝置100配戴在使用者上時的狀態圖。圖5繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。圖6繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置600配戴在使用者上時的狀態圖。圖7繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。圖8繪示本發明實施例的揚聲器以及致動器的聲音效果的頻率範圍的示意圖。圖9A、圖9B以及圖9C分別繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置及操作方式示意圖。圖10繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。圖11繪示的頭戴式顯示裝置1000配戴在使用者上時的狀態圖。圖12繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。

100:頭戴式顯示裝置

110:主體部

111:顯示器

112:基座

120:固定部

SB1~SB4:揚聲器

AT1、AT2:致動器

Z1:容置區域

Claims

一種頭戴式顯示裝置，包括：一主體部，具有一顯示器以及一基座，該顯示器與該基座相互接觸；一固定部，耦接該主體部，與該基座形成一容置區域；多個揚聲器，分別設置在該基座以及該固定部上的多個位置；以及至少一致動器，設置在該固定部上。
如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該頭戴式顯示裝置透過該些揚聲器至少其中之一以產生一第一聲音信號，透過該至少一致動器以產生一第二聲音信號，其中該第一聲音信號的頻率大於預設的一第一臨界頻率，該第二聲音信號的頻率小於預設的一第二臨界頻率，其中該第一臨界頻率與該第二臨界頻率可以相同或者不相同。
如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該固定部包括一第一連接件以及一第二連接件，該固定部透過第一連接件以及該第二連接件分別可拆卸式連接至與該基座的一第一端與一第二端。
如申請專利範圍第3項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一連接件以及該第二連接件分別與該基座的該第一端與該第二端固定在一起。
如申請專利範圍第3項所述的頭戴式顯示裝置，其中該些揚聲器的一第一前置揚聲器與一第二前置揚聲器分別配置在該基座的該第一端與該第二端上，該揚聲器的一第一後置揚聲器與一第二後置揚聲器分別設置在該第一連接件以及該第二連接件上。
如申請專利範圍第5項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一前置揚聲器與該第一後置揚聲器鄰近一使用者的一第一耳朵進行設置，該第二前置揚聲器與該第二後置揚聲器鄰近該使用者的一第二耳朵進行設置。
如申請專利範圍第5項所述的頭戴式顯示裝置，其中該至少一致動器包括一第一致動器以及一第二致動器，該第一致動氣以及該第二致動器分別設置在該第一連接件以及該第二連接件上。
如申請專利範圍第7項所述的頭戴式顯示裝置，更包括：一第一隔音結構以及一第二隔音結構，設置在該主體部以及該固定部間，該第一隔音結構用以遮罩該第一前置揚聲器、該第一後置揚聲器以及該第一致動器，該第二隔音結構用以遮罩該第二前置揚聲器、該第二後置揚聲器以及該第二致動器。
如申請專利範圍第5項所述的頭戴式顯示裝置，其中該至少一致動器設置在該固定部的一中心部件上。
如申請專利範圍第5項所述的頭戴式顯示裝置，更包括：多條傳輸導線，耦接至該第一後置揚聲器、第二後置揚聲器、該第一致動器以及該第二致動器，用以傳輸多個驅動信號。
如申請專利範圍第10項所述的頭戴式顯示裝置，其中該主體部更包括一電性連接插座，該電性連接插座設置在該基座上，該些傳輸導線共同耦接至一電性連接插頭，該電性連接插頭可拆卸式連接至該電性連接插座。
如申請專利範圍第11項所述的頭戴式顯示裝置，其中該主體部更包括一控制器，電性耦接至該電性連接插座，以傳輸該些驅動信號。
如申請專利範圍第5項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一後置揚聲器以及該第二後置揚聲器分別透過一第一可調式機構以及一第二可調式機構以設置在該固定部上。
如申請專利範圍第13項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一可調式機構以及該第二可調式機構分別調整該第一後置揚聲器以及該第二後置揚聲器與一使用者的一第一耳朵與一第二耳朵的位置關係。
如申請專利範圍第13項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一可調式機構依據選轉角度以提供一第一電阻，該第二可調式機構依據選轉角度以提供一第二電阻。
如申請專利範圍第13項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一可調式機構以及該第二可調式機構上分別具有一第一鎖固件以及一第二鎖固件，用以固定該第一後置揚聲器以及該第二後置揚聲器的位置。
如申請專利範圍第13項所述的頭戴式顯示裝置，更包括：一擴充部，具有一帶狀結構，該帶狀結構上設置至少一擴充揚聲器以及至少一擴充致動器，其中，該擴充元件與該固定部或該主體部電性耦接，以接收多個擴充驅動信號。