CN105319711A - 自动调焦头戴式显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调焦头戴式显示器，包括光源，用以提供光线；第一偏振分光镜设置于光线的传递路径上，用以反射光线；显示组件接收经由第一偏振分光镜反射的光线，以投射影像光线穿透第一偏振分光镜；第二偏振分光镜及波板都设置于影像光线的传递路径上，影像光线依序穿透第二偏振分光镜及波板，并且通过反射镜反射影像光线，使得影像光线再次穿透波板，以通过第二偏振分光镜将影像光线反射至使用者的眼睛；以及可调式光学组件设置于第一偏振分光镜及第二偏振分光镜之间，用以调整影像光线的汇聚或发散。本发明克服了现有技术中使用者长时间使用会产生疲惫感的缺陷，极大提高使用者的使用舒适度。

Description

自动调焦头戴式显示器

技术领域

本发明涉及一种头戴式显示器，特别是涉及一种可自动调整焦距的头戴式显示器。

背景技术

随着显示设备的发展，显示设备的大小和重量朝着微型化的方向发展。近年来，头戴式显示器(HeadMountDisplay，HMD)被研制为一种用于虚拟现实(VirtualReality，VR)系统以穿戴在使用者头上的影像显示器，并且应用的领域也愈来愈广泛。头戴式显示器是将显示组件以眼镜或头盔等形式放置于使用者眼前，通过近距离对使用者眼睛投射虚拟图像，以产生一个广视角的画面，并且让使用者可随处接收影像信息。

然而，一般头戴式显示器均为定焦设计(即于固定距离显示虚像画面)，此种设计容易造成使用者因长时间聚焦于虚像画面而产生疲惫感。当头戴式显示器为可透光设计时，景物与虚像位置若差距很大，人眼调焦差异亦会变大而影响反应时间。

发明内容

有鉴于上述现有技术的问题，本发明的其中之一目的在于提供一种自动调焦头戴式显示器至少包括光源、第一偏振分光镜、显示组件、第二偏振分光镜、波板、反射镜及可调式光学组件。

其中，光源用以提供光线，第一偏振分光镜则设置于光线的传递路径上，用以反射光线。

进一步的，显示组件接收经由第一偏振分光镜反射的光线，以投射影像光线穿透第一偏振分光镜。其中，光线的偏振方向与显示组件所投射的影像光线的偏振方向正交，而显示组件可例如为硅基液晶(LiquidCrystalonSilicon，LCoS)显示组件。

进一步的，第二偏振分光镜及波板均设置于影像光线的传递路径上。穿透第一偏振分光镜的影像光线依序穿透第二偏振分光镜及波板，并且通过反射镜反射影像光线，使得影像光线再次穿透波板，以通过第二偏振分光镜将影像光线反射至使用者的眼睛。

前述的波板可例如为四分之一波板(QuarterWavelengthPlate)。前述的反射镜可例如为凹面反射镜(ConcaveMirror)。

进一步的，可调式光学组件设置于第一偏振分光镜及第二偏振分光镜之间，用以调整影像光线的汇聚或发散。其中，可调式光学组件可例如为液晶透镜(LiquidCrystalLens)，或者是正透镜(PositiveLens)及负透镜(NegativeLens)的组合。因此，利用可调式光学组件不仅可于生产时调整此头戴式显示器的焦距以补偿其他光学组件的误差，更可补偿近视或远视的使用者所看到的虚像画面的位置。

此外，此自动调焦头戴式显示器还包括电荷耦合组件(Charge-coupledDevice，CCD)电性连接显示组件，以接收景物的光线，并且通过显示组件将景物的光线转换为影像光线。其中，景物的光线通过第二偏振分光镜反射至第一偏振分光镜，以通过第一偏振分光镜将景物的光线进一步反射至电荷耦合组件。

此外，可调式光学组件可例如通过红外线距离侦测器侦测景物与使用者的距离，以调整影像光线的汇聚或发散；或者可例如通过陀螺仪判断使用者的动作，以调整影像光线的汇聚或发散。以此可调整使用者所看到的虚像画面的位置，以避免使用者的眼睛产生疲惫感。

承上所述，依据本发明的自动调焦头戴式显示器，其可具有一或多个下述优点：

(1)本发明的自动调焦头戴式显示器利用可调式光学组件可于生产时调整此头戴式显示器的焦距，以补偿其他光学组件的误差。

(2)本发明的自动调焦头戴式显示器利用可调式光学组件可于生产时调整此头戴式显示器的焦距，以补偿近视或远视的使用者所看到的虚像画面的位置。

(3)本发明的自动调焦头戴式显示器利用可调式光学组件可调整使用者使用时所看到的虚像画面的位置，以避免使用者的眼睛产生疲惫感。

为使贵审查员对本发明的技术特征及所达到的技术效果有更进一步的了解与认识，将在后文通过较佳的实施例进行详细的说明。

附图说明

图1为本发明的自动调焦头戴式显示器的第一实施例示意图。

图2为本发明的自动调焦头戴式显示器的第二实施例示意图。

图3为本发明的自动调焦头戴式显示器的第三实施例示意图。

附图标记说明：

10：光源

11：光线

20：第一偏振分光镜

30：显示组件

31、32：影像光线

40：第二偏振分光镜

50：波板

60：反射镜

70：使用者的眼睛

80：液晶透镜

具体实施方式

以下将参照相关图式，对本发明的自动调焦头戴式显示器的实施例进行说明，为便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标示来说明。

如图1所示，图1为本发明的自动调焦头戴式显示器的第一实施例示意图。此自动调焦头戴式显示器至少包括光源10、第一偏振分光镜20、显示组件30、第二偏振分光镜40、波板50、反射镜60及可调式光学组件。

其中，光源10用以提供光线11，第一偏振分光镜20则设置于光线11的传递路径上，用以反射光线11。其中，光源10可例如为发光二极管(Light-EmittingDiode，LED)，而光线11可例如为已极化的偏振光，如P偏振或S偏振。

进一步的，显示组件30接收经由第一偏振分光镜20反射的光线11，以投射影像光线31穿透第一偏振分光镜20。其中，显示组件30所投射的影像光线31可例如为S偏振方向的偏振光或P偏振方向的偏振光。

前述的光线11的偏振方向与显示组件30所投射的影像光线31的偏振方向正交。前述的显示组件30则可例如为反射式硅基液晶(LiquidCrystalonSilicon，LCoS)显示组件。

进一步的，第二偏振分光镜40及波板50均设置于影像光线31的传递路径上。其中，波板50优选四分之一波板(QuarterWavelengthPlate)。

当穿透第一偏振分光镜20的影像光线31依序穿透第二偏振分光镜40及波板50时，影像光线31可例如为圆偏振光(CircularlyPolarizedLight)，接着通过反射镜60反射影像光线31。其中，反射镜60可例如为凹面反射镜(ConcaveMirror)，其用以放大使用者的眼睛70所看到的虚像画面。

接着，反射镜60反射影像光线31后，反射后的影像光线32便再次穿透波板50，使得再次穿透波板50后的影像光线32的偏振方向相较于显示组件30所投射的影像光线31的偏振方向旋转了90度，以通过第二偏振分光镜40将影像光线32反射至使用者的眼睛70。其中，影像光线31的偏振方向与反射后的影像光线32的偏振方向正交。

进一步的，可调式光学组件设置于第一偏振分光镜20及第二偏振分光镜40之间，用以调整影像光线31的汇聚或发散。其中，可调式光学组件可例如为液晶透镜(LiquidCrystalLens)80。因此，利用可调式光学组件不仅可于生产时调整此头戴式显示器的焦距以补偿其他光学组件的误差，更可补偿近视或远视的使用者的眼睛70所看到的虚像画面的位置。

如图2所示，图2为本发明的自动调焦头戴式显示器的第二实施例示意图。

此自动调焦头戴式显示器还可例如包括电荷耦合组件(Charge-coupledDevice，CCD)90电性连接显示组件30。景物100的光线110通过第二偏振分光镜40反射至第一偏振分光镜20，进而通过第一偏振分光镜20将景物100的光线110进一步反射至电荷耦合组件90。

进一步的，当电耦合组件接收到景物100的光线110后，可例如将此景物100的光线110转换为电信号给显示组件30，显示组件30接收此电信号后便将景物100以影像光线31投射出来。接着，影像光线31依序穿透液晶透镜80、第二偏振分光镜40及波板50，并且通过反射镜60反射影像光线31，使得反射后的影像光线32再次穿透波板50，以通过第二偏振分光镜40将影像光线32反射至使用者的眼睛70。

其中，此自动调焦头戴式显示器还可例如通过红外线距离侦测器侦测景物100与使用者的距离，作为液晶透镜80调整影像光线31的汇聚或发散的依据；或者可例如通过陀螺仪判断使用者的动作，作为液晶透镜80调整影像光线31的汇聚或发散的依据。如此一来，便可依据红外线距离侦测器或陀螺仪的信号控制液晶透镜80的电场强度，改变液晶的排列方式，以产生相对应的折射率分布，进而自动调整此头戴式显示器的焦距。

举例来说，此自动调焦头戴式显示器可利用陀螺仪判断水平角度进行此自动调焦头戴式显示器的焦距调变，当使用者在观看远处的景物100时，使用者的眼睛与地面呈现水平状态，因此便可利用陀螺仪的信号作为液晶透镜80调整影像光线31的汇聚或发散的依据，使得使用者所看到的虚像画面的位置呈现在远处。

反之，当使用者低头观看报纸或杂志时，使用者的眼睛与地面之间呈现一角度，因此便可利用陀螺仪的信号作为液晶透镜80调整影像光线31的汇聚或发散的依据，使得使用者所看到的虚像画面呈现在较近的位置。借此便可调整使用者所看到的虚像画面的位置，以避免使用者的眼睛因长时间聚焦于相同位置的虚像画面而产生疲惫感。

此外，通过本发明的揭示，本发明所属技术领域的技术人员应能清楚了解陀螺仪或红外线距离侦测器如何运用至自动调焦头戴式显示器，故此处不再赘述。

如图3所示，图3为本发明的自动调焦头戴式显示器的第三实施例示意图。其中，第三实施例与第二实施例的差别仅在于可调式光学组件。

可调式光学组件设置于第一偏振分光镜20及第二偏振分光镜40之间，用以调整影像光线31的汇聚或发散。其中，可调式光学组件还可例如为正透镜(PositiveLens)81及负透镜(NegativeLens)82的组合。

正透镜81及负透镜82的组合同样可例如通过红外线距离侦测器侦测景物100与使用者的距离，作为正透镜81及负透镜82调整影像光线31的汇聚或发散的依据；或者可例如通过陀螺仪判断使用者的动作，作为正透镜81及负透镜82调整影像光线31的汇聚或发散的依据。如此一来，便可依据红外线距离侦测器或陀螺仪的信号控制正透镜81及负透镜82的间距，调整影像光线31的汇聚或发散，进而自动调整此头戴式显示器的焦距。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本专利的权利要求书中。

Claims (10)

1.一种自动调焦头戴式显示器，其特征在于：包括：

光源，用以提供光线；

第一偏振分光镜，设置于所述光线的传递路径上，用以反射所述光线；

显示组件，接收经由所述第一偏振分光镜反射的所述光线，以投射影像光线穿透所述第一偏振分光镜；

第二偏振分光镜，设置于所述影像光线的传递路径上；

波板，同样设置于所述影像光线的传递路径上，所述影像光线依序穿透所述第二偏振分光镜及所述波板，并且通过反射镜反射所述影像光线，使得所述影像光线再次穿透所述波板，以通过所述第二偏振分光镜将所述影像光线反射至使用者的眼睛；以及

可调式光学组件，设置于所述第一偏振分光镜及所述第二偏振分光镜之间，用以调整所述影像光线的汇聚或发散。

2.根据权利要求1所述的自动调焦头戴式显示器，其特征在于：还包括电荷耦合组件电性连接所述显示组件，以接收景物的光线，并且通过所述显示组件将所述景物的光线转换为所述影像光线。

3.根据权利要求2所述的自动调焦头戴式显示器，其特征在于：所述景物的光线通过所述第二偏振分光镜反射至所述第一偏振分光镜，以通过所述第一偏振分光镜将所述景物的光线进一步反射至所述电荷耦合组件。

4.根据权利要求3所述的自动调焦头戴式显示器，其特征在于：所述可调式光学组件通过红外线距离侦测器侦测所述景物与所述使用者的距离，以调整所述影像光线的汇聚或发散。

5.根据权利要求4所述的自动调焦头戴式显示器，其特征在于：所述可调式光学组件还通过陀螺仪判断所述使用者的动作，以调整所述影像光线的汇聚或发散。

6.根据权利要求1所述的自动调焦头戴式显示器，其特征在于：所述可调式光学组件为液晶透镜。

7.根据权利要求1所述的自动调焦头戴式显示器，其特征在于：所述可调式光学组件为正透镜及负透镜的组合。

8.根据权利要求1所述的自动调焦头戴式显示器，其特征在于：所述显示组件为硅基液晶显示组件。

9.根据权利要求1所述的自动调焦头戴式显示器，其特征在于：所述波板为四分之一波板。

10.根据权利要求1所述的自动调焦头戴式显示器，其特征在于：所述反射镜为凹面反射镜。