显示系统、头戴显示设备和音频输出设备的制作方法

1.本发明属于电子设备技术领域，尤其涉及一种显示系统，一种头戴显示设备，以及一种音频输出设备。


背景技术：

2.头戴显示装置的外型通常是眼罩或头盔的形式，将显示屏贴近用户的眼镜，通过光路调整焦距以在近距离中对眼镜投射画面。头戴显示装置能以比普通显示器小得多的体积产生一个广视角的画面，通常视角超过90度。因为对应左右眼的显示屏通常是完全独立的两个显示屏，所以头戴显示装置支持立体影像的播放，例如交换帧、左右并排、上下并排、双通道dvi的信号。在安装有陀螺仪和位置跟踪模块之后，头戴显示装置可以配合虚拟现实软件实现追踪用户的视角和位置来改变三维场景的视点，即实现虚拟现实的显示效果；同时可透光式头戴显示装置还可以配合增强现实软件实现增强现实的显示效果。
3.市售的头戴显示装置通常通过内置的扬声器或者耳罩使用户在佩戴时感知听觉，这很难让用户产生沉浸式的声音体验，无法产生身临其境的感觉，尤其是佩戴耳罩时耳罩本身笨重，佩戴体验不佳。
4.本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本技术背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中头戴显示设备通过内置的扬声器或者耳罩使用户在佩戴时感知听觉，很难让用户产生沉浸式的声音体验，无法产生身临其境的感觉，尤其是佩戴耳罩时，耳罩本身笨重，佩戴体验不佳的问题,本发明的第一个方面提供一种显示系统。显示系统包括头戴显示设备和音频输出设备，所述音频输出设备可相对于所述头戴显示设备分离独立使用或与头戴显示设备组合使用；其中，所述音频输出设备与头戴显示设备组合使用时，所述头戴显示设备基于自身的佩戴使用状态触发所述音频输出设备并向通信连接的音频输出设备输出第一音频信号；或者头戴显示设备基于自身的待机状态为电连接的音频输出设备充电。
6.本发明的第二个方面提供一种头戴显示设备，具有保持腔室，所述保持腔室与音频输出设备适配，所述音频输出设备至少部分置于所述保持腔室中以导通所述音频输出设备与头戴显示设备之间的控制信号通路或电源信号通路；所述头戴显示设备基于自身的佩戴使用状态通过所述控制信号通路输出激活信号至所述音频输出设备，触发音频输出设备自休眠状态切换为工作状态，并向通信连接的音频输出设备输出第一音频信号；或者头戴显示设备基于自身的待机状态通过所述电源信号通路为电连接的音频输出设备充电。
7.本发明的第三个方面提供一种音频输出设备，所述音频输出设备可相对于所述头戴显示设备分离独立使用或与头戴显示设备组合使用；与头戴显示设备组合使用时，所述音频输出设备至少部分置于形成在头戴显示设备上的保持腔室中以导通所述音频输出设
备与头戴显示设备之间的控制信号通路或电源信号通路；所述音频输出设备配置为通过所述控制信号通路接收激活信号以自休眠状态切换为工作状态并自通信连接的头戴显示设备接收第一音频信号；或者通过所述电源信号通路接收电连接的头戴显示设备提供的充电信号；相对于头戴显示设备分离独立使用时，所述音频输出设备配置为通过通信连接的外部设备接收第二音频信号。
8.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明可以让用户在使用头戴显示设备时更好地体验音频输出设备带来的完美音质，有更好的沉浸式体验。
9.结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1为本发明所提供的显示系统的结构示意图；
12.图2为本发明所提供的显示系统的电路原理示意框图；
13.图3为头戴显示设备基于自身的佩戴使用状态触发音频输出设备并向通信连接的音频输出设备输出第一音频信号时的电路原理示意框图；
14.图4为头戴显示设备基于自身的待机状态为电连接的音频输出设备充电时的电路原理示意框图。
具体实施方式
15.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
16.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
17.针对市售的头戴显示设备通过内置的扬声器或者耳罩使用户在佩戴时感知听觉，很难让用户产生沉浸式的声音体验，无法产生身临其境的感觉，尤其是佩戴耳罩时，耳罩本身笨重，佩戴体验不佳的问题，设计并提供一种具有音频设备的显示系统。以下公开具有音频输出设备的显示系统的实施方案。如图1所示，显示系统10的主体由头戴显示设备11实现。头戴显示设备11具有显示屏，显示屏支持立体影像的播放，例如交换帧、左右并排、上下并排、双通道dvi的信号，也支持真实环境影像或图像的播放(真实环境影像或图像可以由摄像模块采集，摄像模块包括一个或多个摄像头)。显示屏可以是适配于可透光头戴显示设备11的显示屏，也可以是适配于不可透光头戴显示设备11的显示屏，即显示屏可以与光学模块和虚拟现实软件配合实现虚拟现实效果，或者也可以与光学模块和增强现实软件配合实现增强现实效果。头戴显示设备11通过佩戴部件14保持在用户头部。佩戴部件14设计为
可调节的结构，例如具有调节扣的头带，使得显示屏相对于用户眼部位于合适的位置且二者之间具有适宜的间距。头戴显示设备11具有第一外壳15，显示屏整体安装于第一外壳15中。第一外壳15内还设置有信号处理模块21、传感器模块16和电源控制模块25；其中信号处理模块21配置为存储并运行虚拟现实软件或者增强现实软件，信号处理模块21优选配置有无线通信端口、有线通信端口或者光学通信端口中的一种或多种；传感器模块16包括多种传感器，传感器的种类包括但不限于配置为检测是否处于佩戴使用状态的加速度传感器、陀螺仪、磁力计、接近传感器或惯性测量元件。除检测头戴显示设备11是否处于佩戴使用状态外，上述多种传感器中的部分组合或全部组合还可以配置为检测用户的头部移动状态。信号处理模块21中的图像处理单元还可以基于传感器模块16的检测信号以及基于摄像模块采集的图像实现头部运动的跟踪和定位；电源控制模块25配置为利用外部电源或电池27向头戴显示设备11中的各个电子元器件供电并实现电源管理。
18.显示系统10特别设计有音频输出设备12。音频输出设备12可以相对于头戴显示设备11分离独立使用或者与头戴显示设备11组合使用。音频输出设备12具有第二外壳(图中未示出)，第二外壳中设置有扬声器23单元和电池27；还设置有信号处理单元22、供电单元24和传感器单元(图中未示出)；其中信号处理单元22配置为从头戴显示设备11或外部设备26(如下文所述)接收音频信号并驱动扬声器23单元输出声音，信号处理单元22优选由一颗mcu芯片实现，例如常见tws蓝牙耳机的主控芯片，其具有无线通信端口、有线通信端口或者光学通信端口中的一个或多个。供电单元24配置为利用电池27向音频输出设备12中的各个电子元器件供电并实现电源管理，供电单元24优选由一颗电源管理芯片实现。传感器单元包括一种或多种传感器，传感器的种类包括但不限于配置为检测是否处于佩戴使用状态的加速度传感器、陀螺仪、磁力计、接近传感器或惯性测量元件，传感器单元配置为检测音频输出设备12的各种参数，包括音频输出设备12的位置、移动方向等等。
19.头戴显示设备11的第一外壳15上或第一外壳15中特别设置有保持腔室13。音频输出设备12与头戴显示设备11组合使用时，音频输出设备12至少部分置于保持腔室13中，第一外壳15和第二外壳至少部分耦接，头戴显示设备11基于自身的佩戴使用状态触发音频输出设备12并向通信连接的音频输出设备12输出第一音频信号以将与显示内容适配的音频内容传输到用户的耳中；或者头戴显示设备11基于自身的待机状态向电连接的音频输出设备12中的电池27充电。第一外壳15和第二外壳之间的耦接可以是磁性吸合连接、机械式的卡合连接或者通过紧固件配合连接。头戴显示设备11和音频输出设备12之间的通信连接基于无线通信实现。无线通信的方式包括但不限于蓝牙、红外、无线局域网、wi-fi、gps、近场通信(nfc)等；优选为蓝牙通信。
20.本发明所提供的显示系统由头戴显示设备和音频输出设备组成，可以让用户在使用头戴显示设备时更好地体验音频输出设备带来的完美音质，有更好的沉浸式体验。当头戴显示设备处于待机状态时，音频输出设备可以分离使用，智能便捷。音频输出设备在非使用状态下均保持休眠模式，降低了无效的损耗，提高电池供电的使用时间。
21.在保持腔室13中设置有第一复用触点17和第一接地触点18，在音频输出设备12上设置有第二复用触点19和第二接地触点20，第一复用触点17和第二复用触点19既用作电源信号的传输途径也用作控制信号的传输途径，例如均选用pogo pin。音频输出设备12与头戴显示设备11组合使用时，第一外壳15和第二外壳至少部分耦接。第一复用触点17和第二
复用触点19接触导通，第一接地触点18和第二接地触点20接触导通。传感器模块16检测头戴显示设备11是否处于佩戴使用状态；如图3所示，如果头戴显示设备11处于佩戴使用状态，则通过两组触点组成的控制信号通路输出激活信号至音频输出设备12，音频输出设备12的供电单元24接收激活信号，触发音频输出设备12使其自休眠状态切换为工作状态；头戴显示设备11和音频输出设备12通信连接，音频输出设备12接收来自头戴显示设备11的第一音频信号并播放。用户此时可以将第一外壳15和第二外壳分离，并将音频输出设备12佩戴在耳部，获得沉浸式的听觉体验。用户也可以选择不将第一外壳15和第二外壳分离，即设计第一外壳15和第二外壳的耦接结构为第二外壳可相对于第一外壳15旋转，耦接结构靠近用户得耳部，用户仅需要向下转动即可以完成佩戴。由于在头戴显示设备11的使用过程中头部会有不同的角度。对于允许用户不分离的第一外壳15和第二外壳的示例，也可以将第二外壳设计为可伸缩的第二外壳，并根据头部移动状态自动控制第二外壳的伸缩长度；同样对于此种示例，为了避免触点之间的误触发，可以在第一复用触点17一侧设置一颗开关元件，在激活音频输出设备12后控制开关元件断开，保持头戴显示设备11和音频输出设备12之间的无线通信连接。
22.如果头戴显示设备11处于待机状态，则通过两组触点组成的电源信号通路通过供电单元24为音频输出设备12中的电池27充电。如果头戴显示设备11处于待机状态且第一复用触点17和第二复用触点19断开，第一接地触点18和第二接地触点20断开，音频输出设备12允许相对于头戴显示设备11分离独立使用。
23.音频输出设备12相对于头戴显示设备11分离独立使用时，外部设备26向通信连接的音频输出设备12输出第二音频信号以将外部音频内容传输到用户的耳中。音频输出设备12和外部设备26之间的通信连接可以基于有线通信或无线通信实现。无线通信的方式包括但不限于蓝牙、红外、无线局域网、wi-fi、gps、近场通信(nfc)等。外部设备26包括但不限于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备、车载设备、个人数字助理等。
24.头戴显示设备11处于待机状态时，电源控制模块25处于工作状态，其它模块处于休眠状态，由电源控制模块25实现充电。处于待机状态的头戴显示设备11为音频输出设备12中的电池27充电时采用非线性的充电方式。头戴显示设备11的电源控制模块25自音频输出设备12的供电单元24获取音频输出设备12电池27的输出电压，并基于电池27的输出电压生成充电电压。具体来说，头戴显示设备11按照设定周期采样音频输出设备12中的电池27的输出电压，并在音频输出设备12电池27的输出电压低于电压下限阈值时开始生成充电电压，音频输出设备12电池27的输出电压越高，充电电压越低，直至音频输出设备12电池27的输出电压达到电压上限阈值时，充电电压降至为零，音频输出设备12进入休眠状态。优选的，在头戴显示设备11中存储有电池27输出电压边界值和充电电压一一对应的数据表，当采样的音频输出设备12中的电池27的输出电压处于两个电压边界值之间时，则根据较低的一个电压边界值调用与之对应的充电电压并为电池27充电。一种可选的数据表如表1所示：
[0025][0026][0027]
表1
[0028]
例如，如果采样的音频输出设备12中的电池27的输出电压处于3.3v-3.4v之间时，则根据上表调用较低的一个电压边界值对应的充电电压，即调用与3.3v对应的充电电压3.6v，头戴显示设备11的电源控制模块25以3.6v的充电电压为音频输出设备12中的电池27充电。相应的充电电压能够保证最高的充电效率，避免其它无效的能耗。同时，头戴显示设备11也可以以相对较低的频率采样音频输出设备12中的电池27输出电压，降低系统整体能耗，提高产品的使用时间，满足用户对使用时长的需求。当音频输出设备12电池27的输出电压达到电压上限阈值时，充电电压降至为零；音频输出设备12进入休眠状态，音频输出设备12内置的信号处理模块21、传感器模块16和充电模块均关闭，以提高音频输出设备12和头戴显示设备11的整机系统使用时间。
[0029]
为营造沉浸式的听觉体验，音频输出设备12优选设计为包括分别与左耳和右耳适配的第一耳机本体和第二耳机本体。第一耳机本体和第二耳机本体中分别设置有扬声器23单元和电池27。第一耳机本体和第二耳机本体采用对称的仿形设计。头戴显示设备11的第一外壳15上对应设置有第一保持腔室和第二保持腔室，第一保持腔室与第一耳机本体适配，第二保持腔室与第二耳机本体适配。定义第一耳机本体靠近用户耳部的一端为第一入耳端，第二耳机本体靠近用户耳部的一端为第二入耳端。第一入耳端和第二入耳端分别采用入耳式结构。入耳式结构在使用时部分伸入耳道，具有很好的密封性，可以很大程度上降低漏音，屏蔽外界环境噪音带来的干扰，获得更好地音响效果，同时可以保持稳定，不易从用户耳部脱落。第一入耳端和第二入耳端还可以采用其它的耳塞式结构。例如常见的tws蓝牙耳机的结构。
[0030]
以下公开头戴显示设备的实施方案，头戴显示设备的相关视图可参考图1至图4。头戴显示设备11具有显示屏，显示屏支持立体影像的播放，例如交换帧、左右并排、上下并排、双通道dvi的信号，也支持真实环境影像或图像的播放(真实环境影像或图像可以由摄像模块采集，摄像模块包括一个或多个摄像头)。显示屏可以是适配于可透光头戴显示设备11的显示屏，也可以是适配于不可透光头戴显示设备11的显示屏，即显示屏可以与光学模
块和虚拟现实软件配合实现虚拟现实效果，或者也可以与光学模块和增强现实软件配合实现增强现实效果。头戴显示设备11通过佩戴部件14保持在用户头部。佩戴部件14设计为可调节的结构，例如具有调节扣的头带，使得显示屏相对于用户眼部位于合适的位置且二者之间具有适宜的间距。头戴显示设备11具有第一外壳15，显示屏整体安装于第一外壳15中。第一外壳15内还设置有信号处理模块21、传感器模块16和电源控制模块25；其中信号处理模块21配置为存储并运行虚拟现实软件或者增强现实软件，信号处理模块21优选配置有无线通信端口、有线通信端口或者光学通信端口中的一个或多个；传感器模块16包括多种传感器，传感器的种类包括但不限于配置为检测是否处于佩戴使用状态的加速度传感器、陀螺仪、磁力计、接近传感器或惯性测量元件。除检测头戴显示设备11是否处于佩戴使用状态外，上述多种传感器中的部分组合或全部组合还可以配置为检测用户的头部移动状态。信号处理模块21中的图像处理单元还可以基于传感器模块16的检测信号以及基于摄像模块采集的图像实现头部运动的跟踪和定位；电源控制模块25配置为利用外部电源或电池27向头戴显示设备11中的各个电子元器件供电并实现电源管理。
[0031]
头戴显示设备11的第一外壳15上或第一外壳15中特别设置有保持腔室13。保持腔室13与独立设置的音频输出设备12适配以通过音频输出设备12输出与显示内容适配的音频信号，头戴显示设备11还可以设置内置的扬声器。可选择的，头戴显示设备11与音频输出设备12组合使用，一种使用状态下头戴显示设备11配置通过音频输出设备12向用户耳中输出与显示内容适配的声音信号。具体来说，音频输出设备12至少部分置于保持腔室13中以导通音频输出设备12与头戴显示设备11之间的控制信号通路或电源信号通路。头戴显示设备11基于自身的佩戴使用状态触发音频输出设备12并向通信连接的音频输出设备12输出第一音频信号以将与显示内容适配的音频内容传输到用户的耳中；或者头戴显示设备11基于自身的待机状态向电连接的音频输出设备12中的电池27充电。
[0032]
具体来说，在保持腔室13中设置有第一复用触点17和第一接地触点18。音频输出设备12置于保持腔室13中时，第一复用触点17和设置于音频输出设备上的第二复用触点19接触导通，第一接地触点18和设置于音频输出设备上的第二接地触点20接触导通。如果头戴显示设备11处于佩戴使用状态，则通过第一复用触点17和第二复用触点19，以及第一接地触点18和第二接地触点20组成的控制信号通路输出激活信号至音频输出设备12，触发音频输出设备12使其自休眠状态切换为工作状态；如果头戴显示设备11处于待机状态，则通过第一复用触点17和第二复用触点19，以及第一接地触点18和第二接地触点20组成的电源信号通路为音频输出设备12充电。
[0033]
基于自身的待机状态为电连接的音频输出设备充电时，头戴显示设备11配置为：按照设定周期采样音频输出设备的输出电压，并在输出电压低于电压下限阈值时开始生成充电电压，直至输出电压达到电压上限阈值时，充电电压降至为零；其中输出电压越高，充电电压越低。
[0034]
以下公开音频输出设备12的实施方案，音频输出设备12的相关视图同样可参考图1至图4。音频输出设备12具有第二外壳(图中未示出)，第二外壳中设置有扬声器23单元和电池27；还设置有信号处理单元22、供电单元24和传感器单元；其中信号处理单元22配置为从头戴显示设备11或外部设备26(如下文所述)接收音频信号并驱动扬声器23单元输出声音，信号处理单元22优选由一颗mcu芯片实现，例如常见tws蓝牙耳机中的主控芯片，具有无
线通信端口、有线通信端口或者光学通信端口中的一个或多个。供电单元24配置为利用电池27向音频输出设备12中的各个电子元器件供电并实现电源管理，供电单元24优选由一颗电源管理芯片实现。传感器单元包括一种或多种传感器，传感器的种类包括但不限于配置为检测是否处于佩戴使用状态的加速度传感器、陀螺仪、磁力计、接近传感器或惯性测量元件，传感器单元配置为检测音频输出设备12的各种参数，包括音频输出设备12的位置、移动方向等等。
[0035]
音频输出设备12可相对于所述头戴显示设备11分离独立使用或与头戴显示设备11组合使用。与头戴显示设备11组合使用时，音频输出设备12置于形成在头戴显示设备11上的保持腔室13中以导通音频输出设备12与头戴显示设备11之间的控制信号通路或电源信号通路。音频输出设备12配置为通过控制信号通路接收激活信号以自休眠状态切换为工作状态并自通信连接的头戴显示设备11接收第一音频信号；或者通过电源信号通路接收电连接的头戴显示设备11提供的充电信号。相对于头戴显示设备分离独立使用时，音频输出设备12配置为通过通信连接的外部设备26接收第二音频信号。
[0036]
具体来说，音频输出设备12具有第二复用触点19和第二接地触点20；音频输出设备12置于保持腔室13中时，第二复用触点19和设置于保持腔室13中的第一复用触点17接触导通，第二接地触点20和设置于保持腔室13中的第一接地触点接触19导通。音频输出设备12配置为通过第一复用触点17和第二复用触点19，以及第一接地触点18和第二接地触点20组成的控制信号通路接收激活信号以自休眠状态切换为工作状态并自通信连接的头戴显示设备11接收第一音频信号；或者通过第一复用触点17和第二复用触点19，以及第一接地触点18和第二接地触点20组成的电源信号通路接收电连接的头戴显示设备11提供的充电信号。
[0037]
为营造沉浸式的听觉体验，音频输出设备12优选设计为包括分别与左耳和右耳适配的第一耳机本体和第二耳机本体。第一耳机本体和第二耳机本体中分别设置有扬声器23单元和电池27。第一耳机本体和第二耳机本体采用对称的仿形设计。头戴显示设备11的第一外壳15上对应设置有第一保持腔室和第二保持腔室，第一保持腔室与第一耳机本体适配，第二保持腔室与第二耳机本体适配。定义第一耳机本体靠近用户耳部的一端为第一入耳端，第二耳机本体靠近用户耳部的一端为第二入耳端。第一入耳端和第二入耳端分别采用入耳式结构。入耳式结构在使用时部分伸入耳道，具有很好的密封性，可以很大程度上降低漏音，屏蔽外界环境噪音带来的干扰，获得更好地音响效果，同时可以保持稳定，不易从用户耳部脱落。第一入耳端和第二入耳端还可以采用其它的耳塞式结构。例如常见的tws蓝牙耳机的结构。
[0038]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。