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通過纖維結(jié)構(gòu)增強(qiáng)部分來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度

（映維網(wǎng)?2021年12月18日）由于AR和VR眼鏡的復(fù)雜性（以及由此產(chǎn)生的費(fèi)用），廠商都需要提供堅(jiān)固的鏡框，以便當(dāng)它滑落并撞擊地面時(shí)不會(huì)破裂。常規(guī)的鏡框和側(cè)臂是由機(jī)織物復(fù)合材料形成，因?yàn)檫@種復(fù)合材料提供了有利的結(jié)構(gòu)性能。例如，機(jī)織物復(fù)合材料相對(duì)于其重量往往表現(xiàn)出高強(qiáng)度，所以機(jī)織物復(fù)合材料制成的框架在跌落時(shí)的斷裂可能性較低。

但與傳統(tǒng)眼鏡中使用的塑料相比，機(jī)織物復(fù)合材料往往價(jià)格昂貴。另外，機(jī)織物復(fù)合材料往往具有比塑料更高的密度，并且與塑料注射成型相比，使用機(jī)織物復(fù)合材料時(shí)的制造時(shí)間更長，這是因?yàn)槭褂脵C(jī)織物復(fù)合材料制造所需的手動(dòng)疊層技術(shù)。相對(duì)高密度的機(jī)織物復(fù)合材料可能會(huì)導(dǎo)致AR或VR眼鏡不適合用戶長時(shí)間佩戴。

然而，使用塑料注射成型來制造部分AR和VR眼鏡同樣存在缺點(diǎn)。如上所述，通過塑料注射成型形成AR和VR眼鏡可導(dǎo)致機(jī)械性能相對(duì)較低的零件，從而相對(duì)容易地?cái)嗔选Ａ硗?，塑料通常不容易散熱，所以由AR或VR眼鏡電路（例如微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路、微控制器等）產(chǎn)生的熱量局限于塑料中，從而產(chǎn)生可能導(dǎo)致用戶不適和/或可能對(duì)塑料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面影響的熱點(diǎn)。

在名為“Structural fiber component for injection molding in head mounted displays”的專利申請(qǐng)中，微軟就針對(duì)所述問題提出了一種解決方案。具體來說，微軟描述了一種纖維結(jié)構(gòu)組件，通過纖維結(jié)構(gòu)增強(qiáng)部分來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度。

參考圖1示出了一組AR和/或VR眼鏡100，其中AR和/或VR眼鏡100包括由模制材料形成的部分。所述模制材料用連續(xù)纖維組件加固。與完全由塑料形成的部分相比，使用連續(xù)纖維組件增強(qiáng)模制材料可以提高結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度。

盡管未示出，AR和/或VR眼鏡100可以包括一系列的元件，例如一個(gè)或多個(gè)微處理器、微控制器、ASIC、投影設(shè)備（例如掃描激光顯示系統(tǒng)）、位于AR和/或VR眼鏡100中的顯示表面、能源（例如電池）、慣性傳感器（如陀螺儀、加速計(jì)等）、定位傳感器（如全球定位系統(tǒng)傳感器）、攝像頭和無線發(fā)射器等等。

在圖1所示的示例中，眼鏡100包括一個(gè)配置為停留在用戶鼻子上的框架104，以及從框架104延伸的兩個(gè)側(cè)臂106a和106b，其中側(cè)臂106a和106b配置停留在用戶的耳朵上?？蚣?04包括兩個(gè)輪輞108a和108b，每個(gè)邊緣配置為保持透鏡。框架104同時(shí)包括橋接器110，其位于用戶的鼻子上并連接輪輞108a和108b。側(cè)臂106a和106b可以相對(duì)于框架104鉸接，使得側(cè)臂106a和106b可以相對(duì)于框架104彎曲。在另一示例中，側(cè)臂106a和106b可以固定在圖示的延伸位置。在另一示例性實(shí)施例中，眼鏡100可能無法包括輪輞108a和108b；相反，眼鏡100可包括上部支撐桿，整體透鏡從該支撐桿向下延伸，其中橋接器110可并入透鏡中。

如上所述，AR/VR眼鏡100的一個(gè)或多個(gè)部分可以包括連續(xù)纖維組件，使得一個(gè)或多個(gè)部分成為纖維增強(qiáng)。例如，第一側(cè)臂106a可以包括第一連續(xù)光纖組件112，第二側(cè)臂106b可以包括第二連續(xù)光纖組件114，并且?guī)?04可以包括第三連續(xù)光纖組件116。盡管未示出，AR/VR眼鏡100的一部分可以包括布置在一部分中的多個(gè)不同的連續(xù)纖維組件，使得在需要額外強(qiáng)度和/或剛度的地方存在連續(xù)纖維組件。例如，第一側(cè)臂106a可包括位于第一側(cè)臂106a的后部位置的第一連續(xù)光纖組件，并且第一側(cè)臂106b還可以在第一側(cè)臂106a的前向位置包括第二連續(xù)光纖組件。第一側(cè)臂106a在后向部分和前向部分之間可以沒有連續(xù)光纖組件。

除了加強(qiáng)AR和/或VR玻璃100的部分之外，連續(xù)光纖組件112、114和116可配置為散發(fā)在靠近此類組件112、114和116處產(chǎn)生的熱量。如上所述，眼鏡100包括在電子器件工作時(shí)產(chǎn)生熱量的電子器件。連續(xù)纖維組件112、114和116可放置在靠近熱源的眼鏡中，并可設(shè)計(jì)為允許必要的散熱，以使得塑料結(jié)構(gòu)不會(huì)受到有害影響，并且進(jìn)一步使得眼鏡106上不會(huì)形成可能導(dǎo)致用戶不適的“熱點(diǎn)”。例如，可以暴露連續(xù)光纖組件的一部分，并且可以將發(fā)熱電子器件放置在連續(xù)光纖組件的暴露部分附近，使得由電子器件產(chǎn)生的熱量被傳遞到連續(xù)光纖組件并在整個(gè)連續(xù)光纖組件中消散。因此，連續(xù)纖維組件112、114和116可以用作結(jié)構(gòu)增強(qiáng)機(jī)制和散熱機(jī)制。

連續(xù)纖維組件112、114和116可以由任何合適的連續(xù)纖維復(fù)合材料制成，并且可以具有任何合適的形狀或圖案。例如，連續(xù)纖維復(fù)合材料可包括碳纖維，例如瀝青基碳纖維、聚丙烯腈（PAN）基碳纖維等。在另一實(shí)例中，纖維復(fù)合材料可包括玻璃纖維。在又一實(shí)例中，纖維復(fù)合材料包括聚對(duì)苯二甲酸乙二酯或其它合適的合成纖維。另外，連續(xù)纖維組件112、114和116可以通過編織連續(xù)纖維、扭轉(zhuǎn)連續(xù)纖維等形成。

連續(xù)光纖組件112、114和116可以通過任何合適的技術(shù)制造。例如，組件112、114和116可以是浸漬有熱固性聚合物（例如環(huán)氧樹脂）的多個(gè)纖維（例如碳纖維），以將纖維粘合在一起，從而形成連續(xù)纖維組件。在另一個(gè)示例中，將一束纖維（例如碳纖維）和一束紡絲熱塑性纖維（混合在一起以形成最終的纖維束。最后的混合束可以熱成型，以熔化熱塑性纖維并將（碳）纖維粘合在一起。在又一示例中，連續(xù)纖維組件112、114和116可由通過點(diǎn)焊形成的碳纖維帶（松散）編織而成。

類似地，模制材料可包括用于在組件112、114和116周圍或附近形成以及用于形成AR/VR眼鏡100其他部分的任何合適材料。例如，模制材料可包含熱塑性聚合物，例如聚碳酸酯。熱塑性聚合物可以是填充熱塑性塑料和/或未填充熱塑性塑料。

為模制材料選擇的材料可以是用于在組件112、114和116周圍或附近模制材料的技術(shù)的功能。例如，所述技術(shù)可以是注射成型、壓縮成型、壓延、擠出等。

以下討論描述了使用注塑成型來形成側(cè)臂106a和106b以及框架104。

除了注射成型之外，可以使用上述任何其他技術(shù)或替代注射成型。成型的連續(xù)纖維組件可插入模腔，然后成型材料可注射到模腔中，在模腔中，成型材料在連續(xù)纖維組件周圍形成、冷卻和硬化，以形成纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)（例如側(cè)臂106a或106b之一）。當(dāng)定位在模具中時(shí)，所形成的組件可額外在模具內(nèi)對(duì)齊，以沿特定對(duì)齊增加結(jié)構(gòu)100的強(qiáng)度。

組件112、114和116可以采用任何合適的形狀，用于加固包括此類組件的眼鏡100的部分和/或用于散熱眼鏡100的部分。另外，組件112、114和116可以具有相同的形狀和結(jié)構(gòu)，或者可以具有不同的形狀和結(jié)構(gòu)。例如，組件112可以是連續(xù)纖維的松散編織，而組件116可以是扭曲的連續(xù)纖維。

圖2-6所示為組件112、114和116中的一個(gè)或多個(gè)的各種示例。其中，圖2和圖3描繪了示例性連續(xù)光纖組件200的一部分。組件200包括第一平面部分202、從第一平面部分202的第一邊緣以一定角度延伸的第二部分204和從第一平面部分202的第二邊緣以一定角度延伸的第三部分206。如圖所示，角度和第二角度可以相似，也可以不同。第一部分202、第二部分204和第三部分206可以采用任何合適的形狀。例如，第二部分204和第三部分206可以具有從第一平面部分202正交延伸的拱形部分。

圖3示出了使用模塑材料300模塑的示例性組件200，模塑材料300形成眼鏡100的一部分（例如側(cè)臂106a-106b或框架104）。在所示的示例中，組件200的整個(gè)橫截面被成型材料300包圍。在另一示例中，組件200的橫截面的一部分可以暴露。

組件200可布置在眼鏡100中的任何適當(dāng)方向。例如，連續(xù)光纖組件200的定向可以使得當(dāng)用戶戴眼鏡時(shí)，第二部分204和/或第三部分206遠(yuǎn)離用戶的面部。第二部分204和第三部分206為模塑材料300提供了額外的表面積，當(dāng)將模塑材料300引入包括組件200的模具中時(shí)，模塑材料300可與之粘合。

圖4示出了另一個(gè)示例性組件400，所述組件可以進(jìn)行二次成型并包括在眼鏡100中。組件400形成為包括重疊纖維矩陣的網(wǎng)格，其中網(wǎng)格包括重疊纖維之間的多個(gè)空隙。更具體地說，在所示示例中，組件400包括多個(gè)垂直排列成網(wǎng)格的重疊纖維402。然后可將網(wǎng)格形成任何合適的形狀。

圖5示出了使用模塑材料500模塑的示例性組件400，模塑材料500形成了眼鏡100的一部分。由于組件400中存在空隙，成型材料500穿過此類空隙以增強(qiáng)成型材料500和組件400之間的粘合，類似于鋼筋混凝土。與圖2所示的組件200類似，組件400可以布置在成形玻璃100中的任何適當(dāng)方向上。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，示出了示例性連續(xù)纖維撐桿600，其中撐桿600不是充當(dāng)內(nèi)骨架，而是充當(dāng)相對(duì)壁600和602之間的撐桿。因此，支撐600不受過度模塑的影響，而是例如用作塑料墻的結(jié)構(gòu)支撐。

相關(guān)專利：Microsoft Patent | Structural fiber component for injection molding in head mounted displays

名為“Structural fiber component for injection molding in head mounted displays”的微軟專利最初在2020年5月提交，并在日前由美國專利商標(biāo)局公布。

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原文鏈接：https://news.nweon.com/92634