手柄及头戴显示设备

技术领域

本发明涉及手柄设备技术领域，特别涉及一种手柄及头戴显示设备。

背景技术

目前，手柄设备上，通常为了便于操作，提高手指按压按键时的精确度，通常在手柄前侧食指位置安装竖向的扳机键，例如，用于仿真游戏中武器发射等行为动作。现有的手柄设备通常采用Hall检测扳机键的移动轨迹，然而采用Hall检测时，磁铁的安装位置以及磁场的强度不合适会使传感器处在“饱和区”，导致无法检测扳机键的移动，同时采用Hall检测的灵敏度也不高。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种手柄，旨在解决现有手柄设备的扳机键位置检测容易出现故障的问题。

为实现上述目的，本发明提出的手柄，包括：

手柄主机；

扳机键，所述扳机键转动安装于所述手柄主机上；

超声波测距组件，所述超声波测距组件设置于所述手柄主机靠近所述扳机键的一侧表面上，所述超声波测距组件用于发射超声波，并接收经由所述扳机键反射后的超声波，以根据所述扳机键反射后的超声波确定所述扳机键的当前位置。

可选地，扳机键具有初始位置和最终位置，扳机键能够在初始位置和最终位置之间运动；

所述扳机键在初始位置和最终位置之间运动时，所述超声波测距组件根据所述扳机键反射后的超声波确定所述扳机键的移动位置。

可选地，所述超声波测距组件还用于在接收到校准信号时，对处于初始位置的扳机键进行超声波测距，并根据预设距离及测距时长，确定超声波的传播速度并将其设置为预设超声波传播速度；

所述超声波测距组件用于所述扳机键能够在初始位置和最终位置之间运动时，根据所述预设超声波传播速度及测距时长确定所述扳机键的移动位置。

可选地，所述超声波测距组件还用于根据所述扳机键反射后的超声波，确定所述扳机键处于预设位置时，输出预设位置检测信号。

可选地，所述超声波测距组件包括：

处理器，所述处理器用于产生并输出超声波测试信号；

超声波发射器，所述超声波发射器与所述处理器电连接，所述超声波发射器用于在接收到所述超声波测试信号时，发射超声波；

超声波接收器，所述超声波接收器与所述处理器电连接，所述超声波接收器用于接收超声波；

所述处理器还用于在接收到所述扳机键反射后的超声波时，根据发射超声波至接收到超声波的间隔时长，确定所述扳机键的移动位置。

可选地，所述处理器还用于在控制所述超声波发射器发射超声波时，将处理器的IO引脚设置为第一状态，并在接收到超声波信号时将处理器的IO引脚设置为第二状态，以根据所述IO引脚处于第一状态的时长，确定所述扳机键的当前位置。

可选地，所述超声波发射器还用于在接收到所述超声波测试信号时，发射超声波并输出发射信号至所述处理器；

所述超声波接收器还用于接收超声波，并在接收到超声波信号时输出接收信号至所述处理器；

所述处理器还用于根据接收到的发射信号与接收信号之间的间隔时长，确定所述扳机键的当前位置。

可选地，所述超声波测距组件还包括：

计时器，所述计时器与所述处理器电连接，所述计时器用于在接收到开始计时信号时开始计时，以及在接收到停止计时信号时停止计时并输出对应的计时时长至所述处理器。

可选地，所述扳机键靠近所述主机的一侧表面上设有反射面，所述反射面对应所述超声波测距组件发射端的位置设置，用于反射所述超声波测距组件发射的超声波。

可选地，所述手柄还包括：

输入组件，所述输入组件与所述超声波测距组件电连接，所述输入组件用于在被用户触发时，输出校准信号至所述超声波测距组件；

所述超声波测距组件还用于在接收到所述校准信号时，对所述扳机键进行超声波测距，根据预设距离及测距时长，确定超声波的传播速度并将其设置为预设超声波传播速度。

本发明还提出一种头戴显示设备，所述头戴显示设备包括头戴显示设备主体上述的手柄。

本发明技术方案中，通过设置超声波测距组件，实现了对扳机键的实时位置的检测，本发明采用超声波测距来实现对扳机键实时位置的检测，相较于Hall检测可能会由于磁铁的安装位置以及磁场的强度不合适会使传感器处在“饱和区”而导致无法检测扳机键10的距离的可能性，本发明采用超声波测距来替代Hall检测，解决了现有手柄设备的扳机键位置检测容易出现故障的问题。同时，采样超声波测距的方式，相较于Hall检测，能够提高测距的准确性和灵敏度，从而提高了手柄的稳定性和实用性，提高了用户的使用体验感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明手柄一实施例的结构示意图；

图2为本发明手柄一实施例的功能模块示意图；。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种手柄。

目前，现有的手柄设备通常采用Hall检测扳机键的移动轨迹，然而采用Hall检测时，磁铁的安装位置以及磁场的强度不合适会使传感器处在“饱和区”，导致无法检测扳机键的移动，同时采用Hall检测的灵敏度也不高。

为解决上述问题，参照图1与图2，在一实施例中，所述手柄包括：

手柄主机；

扳机键10，所述扳机键10转动安装于所述手柄主机上；

超声波测距组件20，所述超声波测距组件20设置于所述手柄主机靠近所述扳机键10的一侧表面上，所述超声波测距组件20用于发射超声波，并接收经由所述扳机键10反射后的超声波，以根据所述扳机键10反射后的超声波确定所述扳机键10的当前位置。

参照图1，图1为手柄一实施例的结构示意图，图中超声波测距组件20设置在手柄主机的下壳上固定，扳机键10上设有反射面，反射面与超声波测距组件20处于一条直线上。随着扳机键10的运动，反射面与超声波测距组件20之间的距离，以及超声波与反射面之间的入射角及出射角会发生改变，基于此，超声波自超声波测试组件20出发经反射面反射后回到超声波测距组件20的路程长短也会发生改变，也即测试时长会随之改变，因此，超声波测距组件20则可以根据不同的测试时长来确定扳机键10的当前位置。

在本实施例中，手柄主机用于接收来自手柄按键、扳机键等输入组件输出的触发信号，并根据这些触发信号生成对应的图像并发送至头戴显示设备主体，例如VR眼镜等，或者根据接收到的触发信号，输出对应的控制指令至头戴显示设备主体。手柄采用了超声波测距组件20来检测扳机键10的当前位置，超声波测距组件20能够通过发射超声波，使得超声波在碰到扳机键10后被反射回超声波测距组件20，从而使得超声波测距组件20根据发射超声波到接收到超声波的间隔时长，确定超声波的移动距离，从而确定扳机键10的当前位置。超声波测距组件20可以采用超声波发射器22、超声波接收器23及处理器来实现，其中，超声波发射器22用于发射超声波，超声波接收器23用于接收被扳机键10反射的超声波，处理器则根据发射超声波到接收到超声波的间隔时长，计算出超声波的移动距离，从而确定扳机键10的当前位置，并输出对应的反馈信号至手柄主机，从而使得手柄主机根据接收到的反馈信号，生成对应的图像并发送至头戴显示设备主体，或者根据接收到的反馈信号，输出对应的控制指令至头戴显示设备主体。

可以理解的是，可以在扳机对应超声波测距组件20的一侧设置反射面，专门用于反射超声波测距组件20发射的超声波，能够减小因表面粗糙所造成漫反射干扰，从而提高超声波测距的准确性。如此，超声波测距组件20在某一时刻发出一个超声波经扳机键10反射面反射后在另一时刻接收到该超声波信号，此时超声波测距组件20则可以根据两个时刻的时间间隔时长，准确测算出超声波的移动距离，也即确定扳机键10的当前位置，从而完成对扳机键10的超声波测距。

本发明技术方案中，通过设置超声波测距组件20，实现了对扳机键10的实时位置的检测，本发明采用超声波测距来实现对扳机键10实时位置的检测，相较于Hall检测可能会由于磁铁的安装位置以及磁场的强度不合适会使传感器处在“饱和区”而导致无法检测扳机键10的距离的可能性，本发明采用超声波测距来替代Hall检测，解决了现有手柄设备的扳机键10位置检测容易出现故障的问题。同时，采样超声波测距的方式，相较于Hall检测，能够提高测距的准确性和灵敏度，从而提高了手柄的稳定性和实用性，提高了用户的使用体验感。

参照图1与图2，在一实施例中，扳机键10具有初始位置和最终位置，扳机键10能够在初始位置和最终位置之间运动；

所述扳机键10能够在初始位置和最终位置之间运动时，所述超声波测距组件20根据所述扳机键10反射后的超声波确定所述扳机键10的移动位置。

所述扳机键10靠近所述主机的一侧表面上设有反射面，所述反射面对应所述超声波测距组件20发射端的位置设置，用于反射所述超声波测距组件20发射的超声波。

参照图1，图1为手柄一实施例的结构示意图，其中，图a为扳机键10处于初始位置时的结构示意图，图b为扳机键10处于最终位置时的结构示意图，扳机键10能够绕着与手柄主机连接设置的转轴，在初始位置和最终位置之间运动。当扳机键10在初始位置和最终位置之间运动时，超声波测距组件20则可以根据检测获得的距离，从而确定出扳机键10所处的移动位置。例如，可以在手柄控制器中预先输入一个对照表，手柄控制器在获得超声波测距组件20输出的距离信息时，则可以进行查表，从而根据测量距离确定扳机键10所处的位置，并根据确定位置执行对应的控制操作。

参照图1与图2，在一实施例中，所述超声波测距组件20还用于对在初始位置的扳机键10进行超声波测距，根据预设距离及测距时长，确定超声波的传播速度并将其设置为预设超声波传播速度；

所述超声波测距组件20用于所述扳机键10能够在初始位置和最终位置之间运动时，根据所述预设超声波传播速度及测距时长确定所述扳机键10的移动位置。

可以理解的是，超声波的传播速度与介质种类、密度及温度等因素有关，因此，当手柄处于不同的环境时，其内部超声波的传播速度也会有所不同，因此，可以在手柄中设置一个校准机制，用于校准手柄在不同环境下的超声波传播速度。在手柄中，扳机键10的初始位置是固定的，也即当扳机键10处于初始状态时，扳机键10与超声波测距组件20的距离是固定的，因此，在进行校准时，只需要测出扳机键10在初始位置时，超声波的传播时间，即可确定当前环境下超声波的传播速度。如此，则可以把校准后的超声波的传播速度作为预设超声波传播速度，用于在后续的扳机键10动作时测量扳机键10的移动位置，从而提高超声波测距的测量精度。

在一实施例中，所述手柄还包括：

输入组件，所述输入组件与所述超声波测距组件20电连接，所述输入组件用于在被用户触发时，输出校准信号至所述超声波测距组件20；

所述超声波测距组件20还用于在接收到所述校准信号时，对所述扳机键10进行超声波测距，根据预设距离及测距时长，确定超声波的传播速度并将其设置为预设超声波传播速度。

可以理解的是，超声波的传播速度与介质种类、密度及温度等因素有关，因此，当手柄处于不同的环境时，其内部超声波的传播速度也会有所不同，因此，可以在手柄中设置一个校准机制，用于校准手柄在不同环境下的超声波传播速度。在本实施例中，输入组件可以选用按键、触摸屏等用户输入组件来实现，从而使得用户可以通过按键、触摸屏等向超声波测距组件20下发控制指令，实现校准等控制功能。例如，可以在手柄上设置一个校准按键，当用户按下该校准按键时，会发送一个校准信号到超声波测距组件20。可以理解的是，由于用户需要进行校准操作，因此用户不会去触碰扳机键10，也即扳机键10处于初始位置。扳机键10的初始位置是固定的，也即当扳机键10处于初始状态时，扳机键10与超声波测距组件20的距离是固定的，因此，在进行校准时，超声波测距组件20只需要测出扳机键10在初始位置时，超声波的传播时间，即可确定当前环境下超声波的传播速度。如此，则可以把校准后的超声波的传播速度作为预设超声波传播速度，用于在后续的扳机键10动作时测量扳机键10的移动位置，从而提高超声波测距的测量精度。

参照图1与图2，在一实施例中，所述超声波测距组件20包括：

处理器21，所述处理器21用于产生并输出超声波测试信号；

超声波发射器22，所述超声波发射器22与所述处理器21电连接，所述超声波发射器22用于在接收到所述超声波测试信号时，发射超声波；

超声波接收器23，所述超声波接收器23与所述处理器21电连接，所述超声波接收器23用于接收超声波；

所述处理器21还用于在接收到所述扳机键10反射后的超声波时，根据发射超声波至接收到超声波的间隔时长，确定所述扳机键10的移动位置。

在本实施例中，超声波测距组件20采用了超声波发射器22、超声波接收器23及处理器21来实现，其中，处理器21可以选用CPLD、FPGA及MCU等微处理器来实现，处理器21能够从晶振获取稳定的时钟频率，从而减小测试误差，例如，可以采用32MHz高精度的晶振，减小测试误差。具体地，当需要进行超声波测距时，处理器21输出超声波发射器22所需的测试方波信号，使得超声波发射器22内部的超声波转化器将测试方波信号转换为超声波信号并发送出去，当超声波遇到扳机键10“障碍面”后反射回来，超声波接收器23用于接收被扳机键10反射的超声波，处理器21则根据发射超声波到接收到超声波的间隔时长，计算出超声波的移动距离，从而确定扳机键10的当前位置，并输出对应的控制信号至手柄主机，从而完成对应的动作模拟操作。

在一实施例中，所述处理器21还用于在控制所述超声波发射器22发射超声波时，将处理器21的IO引脚设置为第一状态，并在接收到超声波信号时将处理器21的IO引脚设置为第二状态，以根据所述IO引脚处于第一状态的时长，确定所述扳机键10的当前位置。

在一实施例中，处理器21利用外部的IO引脚来实现计时时长的判断，具体地，当处理器21控制超声波发射器22发射超声波的同时，将处理器21的IO引脚设置为第一状态，而在接收到被反射回来的超声波信号时，则将IO引脚设置为第二状态。如此，处理器21则可以根据IO引脚处于第一状态的时长，确定超声波测距的时长，并根据预设超声波传播速度算出扳机键10的距离，从而确定扳机键10的当前位置。其中，IO引脚的第一状态可以设置为高电平，对应地IO引脚的第二状态则为低电平，也可以反过来，将IO引脚的第一状态设置为低电平，对应地IO引脚的第二状态则为高电平。

在另一实施例中，所述超声波发射器22还用于在接收到所述超声波测试信号时，发射超声波并输出发射信号至所述处理器21；

所述超声波接收器23还用于接收超声波，并在接收到超声波信号时输出接收信号至所述处理器21；

所述处理器21还用于根据接收到的发射信号与接收信号之间的间隔时长，确定所述扳机键10的当前位置。

在另一实施例中，超声波发射器22能够在发射超声波的同时，输出发射信号到处理器21，从而使得处理器21得知超声波发射器22已经发射了超声波并开始计时，而超声波接收器23则用于在接收到被反射回来的超声波时，输出接收信号到处理器21，从而使得处理器21得知超声波接收器23已经接收到了超声波并结束计时，从而处理器21就能够获得对应的测距时长，进而确定扳机键10的当前位置。

可选地，所述超声波测距组件20还包括：

计时器，所述计时器与所述处理器21电连接，所述计时器用于在接收到开始计时信号时开始计时，以及在接收到停止计时信号时停止计时并输出对应的计时时长至所述处理器21。

在本实施例中，计时器可以是处理器21上的定时器，也可以是额外设置专用于超声波测距的计时器。处理器21可以在控制超声波发射器22发射超声波的同时向计时器发送开始计时信号，从而使得计时器开始计时，并在超声波接收器23接收到超声波信号时，输出停止计时信号至计时器，使得计时器停止计时并输出对应的计时时长到处理器21。如此，处理器21则可以利用计时器实现超声波测距时长的计时，从而根据获得的测距时长确定扳机键10的当前位置。

在一实施例中，所述超声波测距组件还用于根据所述扳机键反射后的超声波，确定所述扳机键处于预设位置时，输出预设位置检测信号。

在本实施例中，扳机键还具有一“预设位置”，假设扳机键在初始位置与超声波测距组件的距离定义为1，那么对应地，扳机键在最终位置与超声波测距组件的距离则为定义为0，如此，扳机键的“预设位置”则可以是距离被定义为0.1的位置，也即扳机键快要达到最终位置的位置。如此设置，当超声波测距组件检测到扳机键达到“预设位置”时，则输出对应的预设位置检测信号，使得手柄主机得知这一信息后，则可以提前进行准备，预先对扳机键达到最终位置时需要计算或处理的数据进行计算或处理，例如预先生成对应的控制信号，提前做好响应准备，如此，当扳机键从“预设位置”继续移动到最终位置时，手柄主机则可以立马进行响应，例如将预先生成的控制信号发送至头戴显示设备主体，实现手柄的快速响应。

可以理解的是，当人久握时，力度难免会不经意地减小，这就可能会造成扳机键从最终位置离开，或者，扳机键达到最终位置后立马返回，导致扳机键到达最终位置的时间很短，上述这些原因都有可能导致手柄主机的错误判断，从而造成误操作。因此，可以将手柄设置为，当扳机键达到最终位置后，扳机键的实时位置处于“预设位置”与最终位置之间时，都可以将其视为扳机键始终处于最终位置，手柄主机则继续进行扳机键处于最终位置的相关操作。如此设置，能够使扳机键到达最终位置的信号延迟消失，避免用户因久握或因扳机键到达最终位置的时间很短而导致的误操作。

本发明还提出一种头戴显示设备，该头戴显示设备包括头戴显示设备主体及上述的手柄，该手柄的具体结构参照上述实施例，由于本头戴显示设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。