近日，美國專利商標局正式授予蘋果一項與頭戴式設備（HMD/Apple VisionPro）相關的專利，其中包括顯示單元、頭部支撐結構和平衡質量塊。顯示單元向用戶顯示圖形內容。頭部支架耦合到顯示器上以支撐用戶頭部上的顯示單元，用於顯示其圖形內容。平衡質量塊相對於顯示單元是可移動的，以抵消傾斜頭戴式顯示器時顯示單元引起的扭矩變化。
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的設備，用於顯示圖形內容。當佩戴在用戶的頭上並以直立位置佩戴時，頭戴式顯示器的重心通常位於頭頸樞軸關節的前方和上方，而頭頸樞軸關節是頭部相對於用戶頸部轉動的樞軸關節。
由於重心位於頭頸樞軸關節的前方，頭戴式顯示器會感應出向前的扭矩。此外，當用戶將頭部向前傾斜時，由於頭戴式顯示器的重心位於頭頸樞軸關節上方，重心的力矩臂會遠離頭頸樞軸關節。這樣，頭部向前傾斜可能會增加頭戴式顯示器引起的向前扭矩。為了穩定頭部，用戶必須鍛煉頸部肌肉，這可能會不舒服和/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
蘋果授予的專利涉及一種頭部支撐裝置，該裝置與顯示器耦合，以支持用戶頭部上的顯示單元，用於顯示其圖形內容。平衡質量塊相對於顯示單元是可移動的，以抵消傾斜頭戴式顯示器時顯示單元引起的扭矩變化。
平衡質量塊可隨著圍繞由用戶頭頸樞軸關節形成的俯仰軸的傾斜而移動。在直立位置，平衡質量可以位於頭頸樞軸關節的後方，顯示單元位於頭頸樞軸關節的前方。在從頭頸部樞軸關節的直立位置向前傾斜的前傾位置，平衡質量塊可以位於頭頸樞軸關節的後方，顯示單元位於頭頸樞軸關節的前方。當頭戴式顯示器向前傾斜時，平衡質量可能會遠離顯示單元，以保持在頭頸樞軸關節的後方位置。
在一個實施方案中，頭戴式顯示器包括一個靜態質量塊和一個移動質量塊。
靜態質量塊包括用於向用戶顯示圖形內容的顯示單元和耦合到顯示單元的頭部支撐裝置，用於支持用戶頭部上的顯示單元。靜態質量塊具有靜態質量重心，佩戴時通常相對於用戶的頭部保持固定。
移動質量塊相對於靜態質量是可移動的。移動質量塊具有相對於用戶頭部可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的移動而移動，以移動頭戴式顯示器的重心，以抵消靜質量塊重心相對於樞軸關節移動所引起的樞軸關節扭矩的變化。
在直立位置，移動質量重心可以在樞軸關節的後方，而靜態質量重心可以在樞軸關節的前方。
在前傾位置，移動質量重心可以是樞軸關節的後方，而靜態質量重心可以在樞軸關節的前方。
當頭戴式顯示器圍繞樞軸關節從直立位置向前傾斜到前傾位置時，移動質量重心可以從遠離靜態質量重心的第一位置移動到第二位置。
第一位置可位於樞軸接頭向前位置的前方。移動質量塊可以包括兩個平衡質量塊，它們可以協同移動，以將移動的質量重心向靜態質量重心的後方移動。靜態質量塊還可以包括運動傳感器，其感測頭戴式顯示器的運動，並且移動質量塊響應於由運動傳感器感測的運動而移動，從而抵消靜態質量因移動而引起的扭矩變化。
在一個實施方案中，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傾斜，以及使用致動器根據感測器移動頭戴式顯示器相對於自身的重心。所述頭戴式顯示器被配置為佩戴在用戶的頭上，並向其顯示圖形內容。
蘋果專利圖 1 是頭戴式顯示器戴在用戶頭上的側視圖，頭部以直立位置（實線）和傾斜位置（虛線）顯示；圖 2A 是圖 1 頭戴式顯示器在用戶頭部直立位置和第一配置下的示意側視圖；圖 2B 是圖 1 頭戴式顯示器在用戶頭部傾斜位置和第一配置下的示意側視圖；圖 2C 是圖 1 頭戴式顯示器在用戶頭上直立位置和第二配置的示意側視圖。
參考蘋果專利圖 3 和圖 4，形成移動質量 M.sub.moving 的平衡質量塊#130 被設想為能夠以不同的方式移動，例如，具有不同的機構或致動器，耦合到平衡質量塊 #130 和頭部支撐 #120。那些在操作時不改變位置的機構部分可以被認為是靜態質量 M.sub.static 的一部分。例如，電動機可能具有原地旋轉的轉子，因此被認為是靜態質量 M.sub.static 的一部分。
如圖 3 所示，平衡質量塊#130 可以通過具有電機 #334 和導螺杆 #336的導螺杆機構 #332移動，其中平衡質量塊#130 是螺紋耦合的。當電機運行（例如轉動）時，導螺杆旋轉，平衡質量塊也隨之移動。例如，導螺杆機構可以連接到頭部支架 #120。或者，致動器可以包括電機，其本身形成平衡質量（例如，省略電機 #334）並沿導螺杆#336 相對於顯示單元移動，例如，導螺杆可以反過來耦合到頭部支撐。
如圖 4 所示，平衡質量塊#130 可以通過皮帶傳動機構 #432 移動，該皮帶具有電機 #434 和皮帶 #436，皮帶 #436 與平衡質量塊耦合，並操作性地耦合到電機，從而移動（例如，通過齒形嚙合）。當電機運行（例如轉動）時，皮帶被拉動，從而將平衡質量塊拉向或遠離顯示單元。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。
