编译/VR陀螺

今天，美国专利商标局正式授予苹果公司一项专利，该专利涉及一种头戴式设备（HMD/Apple Vision Pro），包括一个显示单元、一个头部支撑结构和一个平衡质量块。显示单元向用户显示图形内容。头部支架与显示屏连接，以将显示屏支撑在用户的头部，从而显示图形内容。平衡质量块可相对于显示装置移动，以抵消显示装置在倾斜头戴式显示器时引起的扭矩变化。

苹果公司在其专利背景中指出，头戴式显示器是一种佩戴在用户头上用于显示图形内容的装置。当佩戴在用户头上并处于直立位置时，头戴式显示器的重心通常位于头颈枢轴关节的前方和上方，而头颈枢轴关节是头部相对于用户颈部转动的枢轴关节。

由于重心位于头颈枢轴关节的前方，头戴式显示器会在其周围产生向前的扭矩。此外，当用户向前倾斜头部时，由于头戴式显示器的质心位于头颈枢轴接头上方，质心的力矩臂会进一步远离头颈枢轴接头。这样，头部的前倾可能会增加头戴式显示器引起的前倾扭矩。为了稳定头部，用户必须锻炼颈部肌肉，这可能会让人感到不舒服和/或引起疲劳，尤其是长时间佩戴头戴式显示器时。苹果公司获得的这项专利就是针对这一问题的补救措施。

重心可变的 Vision Pro

苹果公司的授权专利涉及一种头部支撑装置，该装置与显示器相连，用于将显示器单元支撑在用户的头部，以显示其中的图形内容。平衡质量块可相对于显示装置移动，以抵消显示装置在倾斜头戴式显示器时引起的扭矩变化。

平衡质量块可随着围绕由用户头颈枢轴关节形成的俯仰轴的倾斜而移动。在直立位置，平衡质量块可位于头颈枢轴接头的后方，而显示单元则位于头颈枢轴接头的前方。在围绕头颈枢轴关节从直立位置向前倾斜的前倾位置，平衡质量块可位于头颈枢轴关节的后方，显示单元位于头颈枢轴关节的前方。当头戴式显示器向前倾斜时，平衡质量块可远离显示单元，保持在头颈枢轴接头的后方。

在一个实施方案中，头戴式显示器包括一个静态质量块和一个移动质量块。

静态质量块包括一个用于向用户显示图形内容的显示单元和一个与显示单元相连的头部支撑件，用于将显示单元支撑在用户的头部。静态质量块有一个静态质量重心，当佩戴在用户头上时，该重心相对于用户头部大致保持固定。

移动质量块可相对于静态质量块移动。移动质量块具有可相对于用户头部移动的移动质量重心。移动质量块可随着头戴式显示器围绕枢轴关节的移动而移动，以移动头戴式显示器的重心，从而抵消静质量块重心相对于枢轴关节移动所引起的枢轴关节扭矩的变化。

在直立位置，移动重心位于枢轴接头的后方，而静态重心位于枢轴接头的前方。

在前倾位置，移动质量重心位于枢轴接头的后方，而静态质量重心位于枢轴接头的前方。

当头戴式显示器围绕枢轴接头从直立位置向前倾斜到前倾位置时，移动重心可从远离静态重心的第一位置移动到第二位置。

第一位置可位于枢轴接头向前位置的前方。移动质量块可包括两个平衡质量块，它们可协同移动，以使移动质量块的重心向后移至静态质量块的重心。静态质量块还可进一步包括感应头戴式显示器移动的移动传感器，移动质量块响应移动传感器感应到的移动，以移动质量重心，从而抵消静态质量因移动而引起的扭矩变化。

在一个实施方案中，用于操作头戴式显示器的方法包括使用传感器感测头戴式显示器的倾斜，以及使用致动器根据感测结果移动头戴式显示器相对于自身的重心。头戴式显示器被配置为佩戴在用户的头部，并在其上显示图形内容。

下面的苹果专利图 1 是头戴式显示器戴在用户头上的侧视图，显示了头部的直立位置（实线）和倾斜位置（虚线）；图 2A 是图 1 中头戴式显示器戴在用户头上的直立位置和第一种配置的示意侧视图；图 2B 是头戴式显示器戴在用户头上的第一种配置的示意侧视图；图 2C 是头戴式显示器戴在用户头上的第二种配置的示意侧视图。图 2B 是图 1 的头戴式显示器在用户头部倾斜位置和第一种配置下的示意侧视图；图 2C 是图 1 的头戴式显示器在用户头部直立位置和第二种配置下的示意侧视图。

图源：patentlyapple

参照苹果公司的专利图3和图4，构成移动质量M.sub.moving的平衡质量块＃130被认为可以以不同的方式移动。不同的机构或致动器可以耦合到平衡质量块 #130和头部支撑#120。在操作时不改变位置的机构部分可视为静态质量 M.sub.static 的一部分。例如，电动机的转子可在原地旋转，因此可视为静态质量 M.sub.static 的一部分。

图源：patentlyapple

如上图 3 所示，平衡质量块 #130 可通过导螺杆机构 #332 移动，该机构具有电机 #334 和导螺杆 #336，平衡质量块 #130 与导螺杆 #336 通过螺纹连接。当电机运转（例如转动）时，导螺杆旋转，平衡质量块随之移动。例如，导螺杆机构可以连接到头部支撑 #120。或者，致动器可以包括一个电机，该电机本身形成平衡质量（例如，省略电机 #334）并沿导螺杆 #336 相对于显示装置移动，例如，导螺杆可以反过来耦合到头部支撑。

如上图 4 所示，平衡质量块 #130 可通过皮带传动机构 #432 移动，该皮带传动机构具有电机 #434 和皮带 #436，皮带 #436 与平衡质量块耦合，并操作性地耦合到电机，从而移动（例如，通过齿形啮合）。当电机运转（例如转动）时，皮带被拉动，进而将平衡质量块拉向或拉离显示装置。平衡质量块可被引导在一条路径上，例如沿着轨道移动。皮带传动机构可与头部支架相连。  

想了解更多专利详情，请查阅苹果公司的授权专利 11782480。

来源：patentlyapple