編譯/VR陀螺

今天，美國專利商標局正式授予蘋果公司一項專利，該專利涉及一種頭戴式設備（HMD/Apple Vision Pro），包括一個顯示單元、一個頭部支撐結構和一個平衡質量塊。顯示單元向用戶顯示圖形內容。頭部支架與顯示屏連接，以將顯示屏支撐在用戶的頭部，從而顯示圖形內容。平衡質量塊可相對于顯示裝置移動，以抵消顯示裝置在傾斜頭戴式顯示器時引起的扭矩變化。

蘋果公司在其專利背景中指出，頭戴式顯示器是一種佩戴在用戶頭上用于顯示圖形內容的裝置。當佩戴在用戶頭上并處于直立位置時，頭戴式顯示器的重心通常位于頭頸樞軸關節(jié)的前方和上方，而頭頸樞軸關節(jié)是頭部相對于用戶頸部轉動的樞軸關節(jié)。

由于重心位于頭頸樞軸關節(jié)的前方，頭戴式顯示器會在其周圍產生向前的扭矩。此外，當用戶向前傾斜頭部時，由于頭戴式顯示器的質心位于頭頸樞軸接頭上方，質心的力矩臂會進一步遠離頭頸樞軸接頭。這樣，頭部的前傾可能會增加頭戴式顯示器引起的前傾扭矩。為了穩(wěn)定頭部，用戶必須鍛煉頸部肌肉，這可能會讓人感到不舒服和/或引起疲勞，尤其是長時間佩戴頭戴式顯示器時。蘋果公司獲得的這項專利就是針對這一問題的補救措施。

重心可變的 Vision Pro

蘋果公司的授權專利涉及一種頭部支撐裝置，該裝置與顯示器相連，用于將顯示器單元支撐在用戶的頭部，以顯示其中的圖形內容。平衡質量塊可相對于顯示裝置移動，以抵消顯示裝置在傾斜頭戴式顯示器時引起的扭矩變化。

平衡質量塊可隨著圍繞由用戶頭頸樞軸關節(jié)形成的俯仰軸的傾斜而移動。在直立位置，平衡質量塊可位于頭頸樞軸接頭的后方，而顯示單元則位于頭頸樞軸接頭的前方。在圍繞頭頸樞軸關節(jié)從直立位置向前傾斜的前傾位置，平衡質量塊可位于頭頸樞軸關節(jié)的后方，顯示單元位于頭頸樞軸關節(jié)的前方。當頭戴式顯示器向前傾斜時，平衡質量塊可遠離顯示單元，保持在頭頸樞軸接頭的后方。

在一個實施方案中，頭戴式顯示器包括一個靜態(tài)質量塊和一個移動質量塊。

靜態(tài)質量塊包括一個用于向用戶顯示圖形內容的顯示單元和一個與顯示單元相連的頭部支撐件，用于將顯示單元支撐在用戶的頭部。靜態(tài)質量塊有一個靜態(tài)質量重心，當佩戴在用戶頭上時，該重心相對于用戶頭部大致保持固定。

移動質量塊可相對于靜態(tài)質量塊移動。移動質量塊具有可相對于用戶頭部移動的移動質量重心。移動質量塊可隨著頭戴式顯示器圍繞樞軸關節(jié)的移動而移動，以移動頭戴式顯示器的重心，從而抵消靜質量塊重心相對于樞軸關節(jié)移動所引起的樞軸關節(jié)扭矩的變化。

在直立位置，移動重心位于樞軸接頭的后方，而靜態(tài)重心位于樞軸接頭的前方。

在前傾位置，移動質量重心位于樞軸接頭的后方，而靜態(tài)質量重心位于樞軸接頭的前方。

當頭戴式顯示器圍繞樞軸接頭從直立位置向前傾斜到前傾位置時，移動重心可從遠離靜態(tài)重心的第一位置移動到第二位置。

第一位置可位于樞軸接頭向前位置的前方。移動質量塊可包括兩個平衡質量塊，它們可協(xié)同移動，以使移動質量塊的重心向后移至靜態(tài)質量塊的重心。靜態(tài)質量塊還可進一步包括感應頭戴式顯示器移動的移動傳感器，移動質量塊響應移動傳感器感應到的移動，以移動質量重心，從而抵消靜態(tài)質量因移動而引起的扭矩變化。

在一個實施方案中，用于操作頭戴式顯示器的方法包括使用傳感器感測頭戴式顯示器的傾斜，以及使用致動器根據感測結果移動頭戴式顯示器相對于自身的重心。頭戴式顯示器被配置為佩戴在用戶的頭部，并在其上顯示圖形內容。

下面的蘋果專利圖 1 是頭戴式顯示器戴在用戶頭上的側視圖，顯示了頭部的直立位置（實線）和傾斜位置（虛線）；圖 2A 是圖 1 中頭戴式顯示器戴在用戶頭上的直立位置和第一種配置的示意側視圖；圖 2B 是頭戴式顯示器戴在用戶頭上的第一種配置的示意側視圖；圖 2C 是頭戴式顯示器戴在用戶頭上的第二種配置的示意側視圖。圖 2B 是圖 1 的頭戴式顯示器在用戶頭部傾斜位置和第一種配置下的示意側視圖；圖 2C 是圖 1 的頭戴式顯示器在用戶頭部直立位置和第二種配置下的示意側視圖。

圖源：patentlyapple

參照蘋果公司的專利圖3和圖4，構成移動質量M.sub.moving的平衡質量塊＃130被認為可以以不同的方式移動。不同的機構或致動器可以耦合到平衡質量塊 #130和頭部支撐#120。在操作時不改變位置的機構部分可視為靜態(tài)質量 M.sub.static 的一部分。例如，電動機的轉子可在原地旋轉，因此可視為靜態(tài)質量 M.sub.static 的一部分。

圖源：patentlyapple

如上圖 3 所示，平衡質量塊 #130 可通過導螺桿機構 #332 移動，該機構具有電機 #334 和導螺桿 #336，平衡質量塊 #130 與導螺桿 #336 通過螺紋連接。當電機運轉（例如轉動）時，導螺桿旋轉，平衡質量塊隨之移動。例如，導螺桿機構可以連接到頭部支撐 #120?；蛘?，致動器可以包括一個電機，該電機本身形成平衡質量（例如，省略電機 #334）并沿導螺桿 #336 相對于顯示裝置移動，例如，導螺桿可以反過來耦合到頭部支撐。

如上圖 4 所示，平衡質量塊 #130 可通過皮帶傳動機構 #432 移動，該皮帶傳動機構具有電機 #434 和皮帶 #436，皮帶 #436 與平衡質量塊耦合，并操作性地耦合到電機，從而移動（例如，通過齒形嚙合）。當電機運轉（例如轉動）時，皮帶被拉動，進而將平衡質量塊拉向或拉離顯示裝置。平衡質量塊可被引導在一條路徑上，例如沿著軌道移動。皮帶傳動機構可與頭部支架相連。  

想了解更多專利詳情，請查閱蘋果公司的授權專利 11782480。

來源：patentlyapple