CN101320131A - 可调整环境光强度的头戴式显示器 - Google Patents

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吴炳升
陈燕晟
陈坤泰
李国永
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Himax Display Inc
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Abstract

一种头戴式显示器，具有主体，该主体连接远程控制器并具有光学可视化单元。该光学可视化单元包括显示单元，用以显示虚拟影像；外壳，用以容纳该显示单元；偏光单元，设置在该外壳前方，用以调整进入该显示单元的环境光强度；及前盖单元，用以覆盖该外壳的前表面。所述偏光单元能受使用者控制而在透视与非透视模式间切换。

Description

可调整环境光强度的头戴式显示器
技术领域
本发明涉及一种光学视觉装置；特别涉及一种头戴式显示器。
背景技术
头戴式显示器(HMD)是一种利用显示组件在使用者眼前以显示虚拟影像的光学可视化装置。此种装置广泛用于虚拟实境(VR)科技领域。在一些情况下，人们尤需虚拟影像来补强对真实世界的感官，此做法称为「扩增实境」，其实现途径之一是通过透视型头戴式显示器，将虚拟影像加在外界景像上。较简单的做法是以光学透视设计，让环境光得以入射半反射半透射屏幕；而较复杂的视讯透视设计，是先将光变换成视讯再与虚拟影像组合显示。
若考虑到信息在显示下有必要受到保护以免外露，则光学透视型头戴式显示器并不理想。非透视设计当然不会有此问题，但却放弃了扩增实境的有关功能。举例来说，虚拟环境下所观看的影像引起的不舒适感在非透视头戴式显示器中确是问题，但在透视型头戴式显示器中此不舒适感在扩增实境实现下却可减轻。
为克服此问题，美国专利第6,050,717号公开了一种头戴式显示器，其包括液晶(LC)快门，观看者在同时看到虚拟影像和外界景像时，能以该液晶快门切换透视与非透视模式。通过改变该液晶快门的光学透射性，使进入的光量能得到调整。
然而使用液晶快门将大幅增加制造成本，若仅为在透视与非透视模式之间切换，显然并不值得使用昂贵的液晶快门。因此，便需要提供一种头戴式显示器，其能以更便宜简单的切换组件来替代液晶快门，以克服前述昂贵成本的缺陷。
发明内容
本发明的目的为提供一种头戴式显示器，利用偏光片以调整入射光强度，使观看者可同时看到外界景像。
为达到此目的，本发明提供一种头戴式显示器，具有主体，该主体包括光学可视化单元。该光学可视化单元包括显示单元，用以显示虚拟影像；外壳，用以容纳该显示单元；偏光单元，设置在该外壳前方，用以调整进入该显示单元的环境光强度；及前盖单元，用以覆盖该外壳的前表面。
依据本发明，该偏光单元对应于观看者的每一眼睛具有二个叠置的偏光片，通过改变两偏光片相互间的偏振方向而调整入射的光强度。
附图说明
图1显示依据本发明实施方式的头戴式显示器1。
图2为依据本发明实施方式的光学可视化单元4的分解视图。
图3显示依据本发明实施方式的偏光单元14。
附图标记说明
1头戴式显示器，2主体，     3头戴单元，4光学可视化单元，
5连结单元，    10显示单元，12外壳，   14偏光单元，
15偏光片，     16前盖单元。
具体实施方式
本发明由此实施例参考所附图示对以下提供的头戴式显示器1及其光学可视化单元4的说明，将更为明显。
图1所示为依据本发明实施方式的头戴式显示器1的示意图。如图所示，该头戴式显示器1包括主体2，其可通过无线或以有线方式(未示出)连接远程控制器。该主体2包括头戴单元3，用以将该主体2配戴于观看者的头部；及光学可视化单元4，通过连结单元5而与该头戴单元3连接。该头戴单元3的设计，使得该光学可视化单元4能够配戴于观看者眼前。
图2为依据本发明实施方式的光学可视化单元4的分解视图。如图所示，该光学可视化单元4包括显示单元10，用以显示虚拟影像；外壳12，用以容纳该显示单元10；偏光单元14，设置在该外壳12前方，用以调整进入该显示单元10的环境光强度；及前盖单元16，用以覆盖该外壳12的前表面。
图3显示依据本发明实施方式的偏光单元14。如图3所示，该偏光单元14对应于观看者的每一眼睛分别包括二个叠置的偏光片15。对于每一眼睛，所述叠置的偏光片15中的一个是固定的，另一个则可通过机构定位而转动。在本发明的另一实施方式中，对于每一眼睛，二个偏光片15都可转动。
所述偏光片15由线性偏光材料制成。当光经过线性偏光材料时，电场振动平面经选择而通过，但在其它方向上振动的电场向量却遇阻。通过对应于每一眼睛的叠置的偏光片15的光强度取决于所述偏光片15间的偏振方向。通过叠置的线性偏光片的光强度可应用Malu的余弦平方定律来定性地说明，为偏光片的透射轴之间的角度的函数：
I＝I0·cos2θ.
此时，透射过第一线性偏光片的偏振光可能透射过第二线性偏光片，或者可能被第二线性偏光片吸收，取决于第二偏光片相对于第一偏光片的电场向量透射方位角度。若环境光因所述偏光片有实质上平行的偏振方向而通过该偏光单元14(例如参考图3中对应于右眼的偏光片对)，则可达到透视目的。若环境光因所述偏光片有实质上垂直的偏振方向而被该偏光单元14遏阻(例如参考图3中对应于左眼的偏光片对)，则可达到非透视目的。每一偏光片的面积稍大于该显示单元10中每一眼睛所对应的屏幕上光束通过的显示范围面积。
本发明实施方式所提供的头戴式显示器能做到在扩增实境应用中透视与非透视模式间的切换。本发明实施方式所采用的切换构件为偏光片，其较为便宜简单。
虽然本发明已就所提供的实施方式阐释而有所说明，本领域技术人员应了解，在不脱离本发明的精神与范围的情况下，可做各种修改及改进。例如，第二偏光片可选用圆偏光片，因圆偏光片与线性偏光片一样可阻挡偏振光。在此所公开的实施方式仅供阐释而绝非限制，且本发明的范围应由后附的权利要求来定义而不限于前述说明。

Claims (6)

1.一种头戴式显示器，包括：
主体，该主体包括光学可视化单元，该光学可视化单元包括：
显示单元，用以显示影像；
外壳，用以容纳该显示单元；
偏光单元，设置在该外壳前方，用以调整进入该显示单元的环境光强度；以及
前盖单元，用以覆盖该外壳的前表面。
2.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，该偏光单元对应于观看者的每一眼睛分别包括二个叠置的偏光片，通过改变偏光片间的偏振方向而调整入射光的光强度。
3.根据权利要求2所述的头戴式显示器，其中，所述偏光片中的一个为固定的。
4.根据权利要求2所述的头戴式显示器，其中，所述偏光片为可转动的。
5.根据权利要求2所述的头戴式显示器，其中，所述偏光片为线性偏光片。
6.根据权利要求2所述的头戴式显示器，其中，所述偏光片为圆偏光片。
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