CN107436489A - 头戴式显示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种头戴式显示器，包含两光源模块、光反向偏转模块、影像输出模块、两目镜模块与分光镜。两光源模块用以发射两光束。影像输出模块用以接收两光束，且分别产生带有对应影像资讯的两影像光束。光反向偏转模块光学耦合于两光源模块与影像输出模块之间，使得光束的前进方向与影像光束的前进方向是相反的。两目镜模块用以将两影像光束成像至两目标位置。分光镜光学耦合于影像输出模块与两目镜模块之间，用以引导两影像光束至两目镜模块。

Description

头戴式显示器

技术领域

本发明涉及一种头戴式显示器，特别涉及一种头戴式立体显示器。

背景技术

近年来，随着虚拟实境(Virtual Reality；VR)的技术蓬勃发展，能呈现立体视觉显示的光学产品已成为消费市场上的注目焦点。传统上，头戴式显示器可分别提供不同的影像至使用者的左眼与右眼，使得使用者的左眼与右眼可分别接收不同的影像资讯，再利用人类的两眼视差，从而观看到立体的影像。然而，传统头戴式立体显示器的结构复杂、体积庞大且厚重，影响使用者于配戴时的方便度与舒适度。

发明内容

本发明提供一种头戴式显示器，其可减少头戴式显示器的水平面积，而可提升配戴的方便与舒适度。

依据本发明的部分实施方式，头戴式显示器包含第一光源模块、第二光源模块、光反向偏转模块、影像输出模块、第一目镜模块、第二目镜模块与分光镜。第一光源模块用以发射第一光束。第二光源模块用以发射第二光束。影像输出模块用以接收第一光束与第二光束，且分别产生带有对应影像资讯的第一影像光束与第二影像光束。光反向偏转模块光学耦合于第一光源模块与影像输出模块之间，使得第一光束的前进方向与第一影像光束的前进方向是相反的。相似地，光反向偏转模块光学耦合于第二光源模块与影像输出模块之间，使得第二光束的前进方向与第二影像光束的前进方向是相反的。第一目镜模块用以将第一影像光束成像至第一目标位置。相似地，第二目镜模块用以将第二影像光束成像至第二目标物。分光镜光学耦合于影像输出模块与第一目镜模块之间，用以引导第一影像光束至第一目镜模块。相似地，分光镜光学耦合于影像输出模块与第二目镜模块之间，用以引导第二影像光束至第二目镜模块。

于本发明的多个实施方式中，通过第一光源模块、第二光源模块与分光镜的配置，头戴式显示器可分别提供使用者的左眼与右眼不同的影像资讯(亦即第一影像光束与第二影像光束)，随后左眼与右眼所接收的影像资讯可在使用者的大脑中组合，进而产生立体影像的效果。此外，光反向偏转模块可使第一影像光束与第一光束的前进方向相反，故第一光源模块与影像输出模块可被设置于不同水平高度。相似地，光反向偏转模块亦可使第二影像光束与第二光束的前进方向相反，故第二光源模块与影像输出模块亦可被设置于不同水平高度，从而降低头戴式显示器所需的水平面积，利于缩小头戴式显示器的水平面积。

以上所述仅用以阐述本发明所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效等等，本发明的具体细节将在下文的实施方式及相关附图中详细介绍。

附图说明

阅读以下详细叙述并搭配对应的附图，可了解本发明的多个样态。需留意的是，附图中的多个特征并未依照该业界领域的标准作法绘制实际比例。事实上，所述的特征的尺寸可以任意的增加或减少以利于讨论的清晰性。

图1为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示器的立体示意图。

图2为依据图1的局部区域R的放大剖面示意图。

图3为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示器的俯视图。

图4为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示器于第一时间点的光路示意图。

图5为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示器于第二时间点的光路示意图。

【符号说明】

10 头戴式显示器

100 第一光源模块

110 固态光源阵列

120 柱状透镜

130 球状透镜

200 第二光源模块

210 固态光源阵列

220 柱状透镜

230 球状透镜

300 光反向偏转模块

310 第一光转向元件

312 反射面

320 第二光转向元件

322 转向面

330 穿透辅助元件

332 接触面

400 影像输出模块

420 透镜群组

500 第一目镜模块

510 光半反射元件

520 成像反射镜

530 第一目镜

600 第二目镜模块

610 光半反射元件

620 成像反射镜

630 第二目镜

700 分光镜

710 第一分光单元

712 第一分光面

714 第一背面

720 第二分光单元

722 第二分光面

724 第二背面

D1 第一方向

D2 第二方向

D3 第三方向

I1 第一影像光束

I2 第二影像光束

L1 第一光束

L2 第二光束

N1 法向量

P1 第一目标位置

P2 第二目标位置

R 局部区域

具体实施方式

以下将以附图及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中技术人员在了解本发明的实施例后，当可由本发明所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。

另外，空间相对用语，如“下”、“下方”、“低”、“上”、“上方”等，是用以方便描述一元件或特征与其他元件或特征在附图中的相对关系。除了附图中所示的方位以外，这些空间相对用语亦可用来帮助理解元件在使用或操作时的不同方位。当元件被转向其他方位(例如旋转90度或其他方位)时，本文所使用的空间相对叙述亦可帮助理解。此外，本文中“A元件光学耦合B元件”的叙述除了代表通过或来自A元件的光束可直接进入B元件外，只要通过或来自A元件的光束可进入B元件，则亦允许A元件与B元件之间存在其他的光学元件。相似地，本文中“A元件光学耦合于B元件与C元件之间”的叙述代表只要光束可通过A元件、B元件及C元件，则亦不排除其他光学元件存在于A元件、B元件与C元件之间。

图1为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示器的立体示意图。如图1所示，头戴式显示器10包含第一光源模块100、第二光源模块200、光反向偏转模块300、影像输出模块400、第一目镜模块500、第二目镜模块600与分光镜(Beam-splitting roof-mirror)700。第一光源模块100用以发射第一光束L1。第二光源模块200用以发射第二光束L2。影像输出模块400用以接收第一光束L1与第二光束L2，且分别产生带有对应影像资讯的第一影像光束I1与第二影像光束I2。光反向偏转模块300光学耦合于第一光源模块100与影像输出模块400之间，使得第一光束L1的前进方向与第一影像光束I1的前进方向是相反的。相似地，光反向偏转模块300光学耦合于第二光源模块200与影像输出模块400之间，使得第二光束L2的前进方向与第二影像光束I2的前进方向是相反的。第一目镜模块500用以将第一影像光束I1成像至第一目标位置P1。相似地，第二目镜模块600用以将第二影像光束I2成像至第二目标位置P2。分光镜700光学耦合于影像输出模块400与第一目镜模块500之间，用以引导第一影像光束I1至第一目镜模块500。相似地，分光镜700光学耦合于影像输出模块400与第二目镜模块600之间，用以引导第二影像光束I2至第二目镜模块600。如此一来，通过头戴式显示器10可分别提供使用者的左眼与右眼不同的影像资讯(亦即第一影像光束I1与第二影像光束I2)，随后左眼与右眼所接收的影像资讯可在使用者的大脑中组合，进而产生立体影像的效果。

具体而言，于部分实施方式中，如图1所示，当第一光源模块100发射第一光束L1时，第一光束L1可沿着第一方向D1前进(亦即图中的左方往右方前进)。当第一光束L1抵达光反向偏转模块300时，第一光束L1的前进方向可被光反向偏转模块300改变，使得第一光束L1转向至影像输出模块400。随后，影像输出模块400接收第一光束L1而产生一沿着第二方向D2前进(亦即图中的右方往左方前进)的第一影像光束I1。也就是说，光反向偏转模块300可改变第一光束L1的光路，使得第一光源模块100所发射的第一光束L1被转向而抵达影像输出模块400。具体而言，于部分实施方式中，如图1所示，第一光束L1之前进方向可从第一方向D1(由左往右)转向为第三方向D3(由下往上)，再转向为第一方向D1(由左往右)而进入影像输出模块400。相似地，当第二光源模块200发射第二光束L2时，第二光束L2可沿着第一方向D1前进(亦即图中的左方往右方前进)。当第二光束L2抵达光反向偏转模块300时，第二光束L2的前进方向可被光反向偏转模块300改变，使得第二光束L2转向至影像输出模块400。随后，影像输出模块400接收第二光束L2而产生一沿着第二方向D2前进(亦即图中的右方往左方前进)的第二影像光束I2。如此一来，通过光反向偏转模块300可改变第一光束L1的光路，故第一光源模块100与影像输出模块400可被设置于不同水平高度。相似地，光反向偏转模块300亦可改变第二光束L2的光路，故第二光源模块200与影像输出模块400亦可被设置于不同水平高度，从而降低头戴式显示器10所需的水平面积，利于缩小头戴式显示器10。

举例而言，如图1所示，第一光源模块100位于水平高度h1，第二光源模块200位于水平高度h2，且影像输出模块400位于水平高度h3，其中水平高度h3大于水平高度h2，且水平高度h3大于水平高度h1，亦即第一光源模块100与第二光源模块200位于影像输出模块400的下方(如图1所示，第一光源模块100与第二光源模块200可位于影像输出模块400的左下方)，以利于缩小头戴式显示器10的水平面积。举例而言，于部分实施方式中，如图1所示，第一光源模块100与第二光源模块200可位在第一目镜模块500与第二目镜模块600的正下方，以缩小头戴式显示器10的水平面积。于部分实施方式中，第一光源模块100所在的水平高度h1与第二光源模块200所在的水平高度h2是实质上相同的。换句话说，第一光源模块100与第二光源模块200是位在实质上相同的水平面上，以利降低头戴式显示器10的厚度。

具体而言，于部分实施方式中，如图1所示，第一光源模块100可包固态光源阵列110。相似地，第二光源模块200可包固态光源阵列210。固态光源阵列110与210可包含至少一固态光源，例如红光光源、绿光光源或蓝光光源，其可为发光二极体或有机发光二极体，但本发明不以此为限。值得注意的是，第一光源模块100的固态光源阵列110所发射的第一光束L1实质上是一准直光束，亦即第一光束L1的发散角度近乎于零，所以当影像输出模块400接收第一光束L1后亦可产生一近乎准直的第一影像光束I1，故第一影像光束I1可精准地经由第一目镜模块500而被导引至第一目标位置P1，避免第一影像光束I1偏移至第二目标位置P2。相似地，第二光源模块200的固态光源阵列210所发射的第二光束L2实质上是一准直光束，亦即第二光束L2的发散角度近乎于零，所以当影像输出模块400接收第二光束L2后亦可产生一近乎准直的第二影像光束I2，故第二影像光束I2可精准地经由第二目镜模块600而被导引至第二目标位置P2，避免第二影像光束I2偏移至第一目标位置P1。此外，于部分实施方式中，如图1所示，第一光源模块100与第二光源模块200也可包含柱状透镜(tapered rod)120与220，且可包含球状透镜(ball lens)130与230，用以调整光束的亮度与均匀度，从而改善头戴式显示器10的成像品质。

于部分实施方式中，如图1所示，光反向偏转模块300包含第一光转向元件310与第二光转向元件320，第一光转向元件310用以将来自第一光源模块100的第一光束L1与来自第二光源模块200的第二光束L2转向至第二光转向元件320，且第二光转向元件320用以将来自第一光转向元件310的第一光束L1与第二光束L2转向至影像输出模块400。具体而言，于部分实施方式中，如图1所示，第一光转向元件310具有一反射面312。反射面312至第一光源模块100(例如第一光源模块100的球状透镜130)的距离是沿着朝向第二光转向元件320的方向增加的，以利将第一光束L1反射而转向至第二光转向元件320。换句话说，反射面312的法向量N1是朝着图中的左上方，故当第一光束L1沿第一方向D1前进而抵达第一光转向元件310的反射面312时，第一光束L1可经由反射面312反射而沿着第三方向D3往第二光转向元件320前进。随后，当第一光束L1沿着第三方向D3前进而进入第二光转向元件320后，第一光束L1可被第二光转向元件320的特定表面反射而转向而沿着第一方向D1往影像输出模块400前进，使得第一光束L1可抵达影像输出模块400。相似地，反射面312至第二光源模块200(例如第二光源模块200的球状透镜230)的距离是沿着朝向第二光转向元件320的方向增加的，以利将第二光束L2反射而转向至第二光转向元件320。如此一来，当第二光束L2沿第一方向D1前进而抵达第一光转向元件310的反射面312时，第二光束L2可经由反射面312反射而沿着第三方向D3往第二光转向元件320前进。随后，当第二光束L2沿着第三方向D3前进而进入第二光转向元件320后，第二光束L2可被第二光转向元件320的特定表面反射而转向而沿着第一方向D1往影像输出模块400前进，使得第二光束L2可抵达影像输出模块400。

如此一来，通过第一光转向元件310与第二光转向元件320可将来自第一光源模块100的第一光束L1与来自第二光源模块200的第二光束L2做至少两次转向而抵达影像输出模块400，使得影像输出模块400可被设置于与第一光源模块100与第二光源模块200不同的水平高度(例如：图1的右上方)，从而缩小头戴式显示器10的水平面积。于部分实施方式中，第一光转向元件310可为一反射镜，例如:镀铝反射镜片、金属镀膜反射镜或其他高反射率材料的反射镜，从而更有效地将第一光束L1与第二光束L2转向至第二光转向元件320，但本发明不以此为限。

图2为依据图1的局部区域R的放大剖面示意图。于部分实施方式中，如图1及图2所示，第二光转向元件320可包含一转向面322，转向面322用以将来自第一光转向元件310的第一光束L1与第二光束L2反射而转向至影像输出模块400，且影像输出模块400所产生的第一影像光束I1与第二影像光束I2可前进至转向面322，且第一影像光束I1与第二影像光束I2于转向面322的入射角小于转向面322的一临界角。此处的临界角(Critical angle)是指光线于第二光转向元件320的转向面322发生全内反射(total internal reflection；TIR)所需的最小入射角度。也就是说，当第一光束L1抵达第二光转向元件320的转向面322时，第一光束L1可被转向面322反射而转向至影像输出模块400。随后，影像输出模块400接收第一光束L1而产生带有影像资讯的第一影像光束I1，由于第一影像光束I1于转向面322的入射角是经设计而小于临界角，第一影像光束I1不会发生全内反射，故第一影像光束I1可穿透第二光转向元件320，利于第一影像光束I1被传送至分光镜700。相似地，当第二光束L2抵达第二光转向元件320的转向面322时，第二光束L2可被转向面322反射而转向至影像输出模块400。随后，影像输出模块400接收第二光束L2而产生带有影像资讯的第二影像光束I2，由于第二影像光束I2于转向面322的入射角是经设计而小于临界角，第二影像光束I2不会发生全内反射，故第二影像光束I2可穿透第二光转向元件320，利于第二影像光束I2被传送至分光镜700。如此一来，可通过第二光转向元件320控制来自第一光转向元件310的光线的路径，且还可控制来自影像输出模块400的光线的路径。举例而言，于部分实施方式中，第二光转向元件320可为全内反射棱镜，以更有效地分隔第一光束L1与第一影像光束I1，且更有效地分隔第二光束L2与第二影像光束I2，但本发明不以此为限。举例而言，于部分实施方式中，可经由设计第一光束L1与第二光束L2到达影像输出模块400的入射角度、或经由设计影像输出模块400产生的第一影像光束I1与第二影像光束I2的发射角度，从而使得第一影像光束I1与第二影像光束I2于转向面322的入射角是小于转向面322的一临界角，但本发明不以此为限。

于部分实施方式中，如图1及图2所示，光反向偏转模块300还包含穿透辅助元件330。穿透辅助元件330邻接于第二光转向元件320的转向面322，且穿透辅助元件330的折射率与第二光转向元件320的折射率是不同的，这样的折射率差异可用以将抵达转向面322的第一光束L1与第二光束L2全反射，且使得至少部分第一影像光束I1与第二影像光束I2通过转向面322。具体而言，于部分实施方式中，如图2所示，穿透辅助元件330包含一接触面332，接触面332接触第二光转向元件320的转向面322，且穿透辅助元件330的折射率n1小于第二光转向元件320的折射率n2。如此一来，当来自第一光转向元件310的第一光束L1(或第二光束L2)传递至第二光转向元件320的转向面322时，由于穿透辅助元件330的折射率n1小于第二光转向元件320的折射率n2，且第一光束L1(或第二光束L2)于转向面322的入射角系经设计而大于临界角(arcsin(n1/n2))时，故第一光束L1(或第二光束L2)便会于转向面322发生全反射。也就是说，第一光束L1(或第二光束L2)不会穿透第二光转向元件320，亦即第一光束L1(或第二光束L2)会全反射至影像输出模块400。举例而言，于部分实施方式中，可经由设计第一光源模块100相对影像输出模块400的位置、第二光源模块200相对影像输出模块400的位置、第一光转向元件310相对影像输出模块400的位置、第一光转向元件310的法向量N1与第一光束L1或第二光束L2所形成的角度、或第二光转向元件320的配置空间，从而使得第一光束L1(或第二光束L2)于转向面322的入射角系大于转向面322的临界角。

于部分实施方式中，如图2所示，第一影像光束I1的发射角度是经设计而使得第一影像光束I1抵达转向面322的入射角小于临界角(arcsin(n1/n2))，故第一影像光束I1可通过转向面322。相似地，第二影像光束I2的发射角度经设计而使得第二影像光束I2抵达转向面322的入射角小于临界角(arcsin(n1/n2))，故第二影像光束I2可通过转向面322。值得注意的是，于部分实施方式中，第一光束L1抵达影像输出模块400的入射角与第二光束L2抵达影像输出模块400的入射角可系不相同的，故影像输出模块400所产生的第一影像光束I1与第二影像光束I2的发射角度亦可系不相同的，从而利于后续第一影像光束I1被引导至第一目标位置P1，且利于第二影像光束I2被引导至第二目标位置P2。

举例而言，于其他实施方式中，亦可采用其他方式以将第一光束L1与影像输出模块400所产生的第一影像光束I1的路径区分开来，并将第二光束L2与影像输出模块400所产生的第二影像光束I2的路径区分开来。举例而言，当影像输出模块400包含硅基液晶时，可将第一光束L1与第二光束L2转换为具有不同偏振态的第一影像光束I1与第二影像光束I2，而第二光转向元件320可包含偏振分光镜与四分之一波板，以利分离第一影像光束I1与第二影像光束I2的光路。

于部分实施方式中，影像输出模块400系一数位微型反射镜(DigitalMicromirror Device；DMD)元件，用以将来自第二光转向元件320的第一光束L1反射为带有影像资讯的第一影像光束I1，且将来自第二光转向元件320的第二光束L2反射为带有影像资讯的第二影像光束I2。具体而言，此数位微型反射镜元件包含复数微小的反射镜片，可各自控制其所接收的光线的反射方向。其中，每一反射镜片代表一像素，且每一反射镜片可通过控制元件驱动，从而将镜片旋转至对应的角度，利于将光线反射至预定的位置。

举例而言，当第一光束L1通过第二光转向元件320转向至数位微型反射镜元件时，数位微型反射镜元件的众多镜片可旋转至第一组角度，利于接收第一光束L1且将第一光束L1反射为带有影像资讯的第一影像光束I1。相似地，当第二光束L2通过第二光转向元件320转向至数位微型反射元件时，数位微型反射镜元件的众多镜片可旋转至第二组角度，利于接收第二光束L2且将第二光束L2反射为带有影像资讯的第二影像光束I2。值得注意的是，数位微型反射镜元件的复数镜片的第一组角度与第二组角度可系不同的，从而以反射的方式产生不同发射角度的第一影像光束I1与第二影像光束I2，亦即数位微型反射镜元件可产生不同行径路线的第一影像光束I1与第二影像光束I2，利于将第一影像光束I1经分光镜700准确地传送至第一目镜模块500且将第二影像光束I2经分光镜700准确地传送至第二目镜模块600。也就是说，当影像输出模块400是数位微型反射镜元件时，可更有效地分隔第一影像光束I1与第二影像光束I2的行径路线，使得第一影像光束I1与第二影像光束I2免于互相干扰而可更准确地反射至第一目镜模块500与第二目镜模块600。举例而言，于部分实施方式中，影像输出模块400可为画素倾斜及旋转式(tilt and roll pixel；TRP)数位微型反射镜，以更有效地分隔第一影像光束I1与第二影像光束I2的光路。

具体而言，于部分实施方式中，如图1所示，第一光源模块100所发射的第一光束L1沿着第一方向D1前进，且第二光源模块200所发射的第二光束L2亦沿着第一方向D1前进，当第一光束L1与第二光束L2经由光反向偏转模块300而转向至影像输出模块400后，影像输出模块400反射出对应带有影像资讯的第一影像光束I1与第二影像光束I2。值得注意的是，影像输出模块400经设计以反射且产生沿着第二方向D2前进的第一影像光束I1(或第二影像光束I2)，其中第一方向D1与第二方向D2是相反的，也就是说，第一光束L1(或第二光束L2)的前进方向与第一影像光束I1(或第二影像光束I2)的前进方向相差180度。

参照图3，图3为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示器10的俯视图。具体而言，于部分实施方式中，如图3所示，分光镜700可包含第一分光单元710与第二分光单元720，第一分光单元710邻接于第二分光单元720。第一分光单元710具有相对的第一分光面712与第一背面714，第二分光单元720具有相对的第二分光面722与第二背面724，第一背面714与第二背面724互相面对的且相夹一锐角。第一分光面712相对第一背面714远离第一目标位置P1，第二分光面722相对第二背面724远离第二目标位置P2。如图3所示，第一分光面712位于第一影像光束I1的光路上，用以将第一影像光束I1转向至第一目镜模块500。相似地，第二分光面722位于第二影像光束I2的光路上，用以将第二影像光束I2转向至第二目镜模块600。如此一来，第一影像光束I1与第二影像光束I2可通过分光镜700分别转向至第一目镜模块500与第二目镜模块600。

于部分实施方式中，如图3所示，头戴式显示器10还包含透镜群组420，透镜群组420光学耦合于影像输出模块400与分光镜700之间，用以调整第一影像光束I1与第二影像光束I2的成像品质。举例来说，透镜群组420的每一透镜的屈光度或其他光学参数可经设计以消除影像输出模块400所产生的第一影像光束I1与第二影像光束I2的畸变，从而帮助改善第一影像光束I1成像至第一目标位置P1的成像品质与第二影像光束I2成像至第二目标位置P2的成像品质。

于部分实施方式中，如图3所示，第一目镜模块500可包含光半反射元件510与成像反射镜520。光半反射元件510光学耦合于分光镜700的第一分光单元710与成像反射镜520之间。举例而言，当第一影像光束I1抵达第一分光单元710的第一分光面712时，第一影像光束I1可被第一分光面712以反射的方式转向而导引至光半反射元件510，随后光半反射元件510可将部分的第一影像光束I1以反射的方式转向至成像反射镜520，而于成像反射镜520形成第一中继影像，第一中继影像再经由第一目镜530投影至第一目标位置P1。选择性地，于部分实施方式中，第二目镜模块600可包含光半反射元件610与成像反射镜620。光半反射元件610光学耦合于分光镜700的第二分光单元720与成像反射镜620之间。举例而言，当第二影像光束I2抵达第二分光单元720的第二分光面722时，第二影像光束I2可被第二分光面722以反射的方式转向而导引至光半反射元件610，随后光半反射元件610可将部分的第二影像光束I2以反射的方式转向至成像反射镜620，而于成像反射镜620形成第二中继影像，第二中继影像再经由第二目镜630投影至第二目标位置P2。举例而言，于部分实施方式中，光半反射元件510与610可为分光镜(beamsplitter)或全内反射棱镜，以更有效地将第一影像光束I1(或第二影像光束I2)转向至成像反射镜520(或成像反射镜620)，但本发明不以此为限。选择性地，于其他实施方式中，亦可采用其他方式以将第一影像光束I1从分光镜700转向至第一目镜530，且将第二影像光束I2从分光镜700转向至第二目镜630。举例而言，当第一影像光束I1与第二影像光束I2为两偏振态不同的偏振光时，光半反射元件510与610可包含偏振分光镜与四分之一波板。

于部分实施方式中，第一光源模块100与第二光源模块200系时序性地发光。也就是说，第一光源模块100与第二光源模块200系在时间轴上交错地发光。参照图4，图4为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示器10于第一时间点的光路示意图。举例而言，如第1及4图所示，在第一个时间点时，第一光源模块100发射第一光束L1，第一光束L1经由光反向偏转模块300转向至影像输出模块400而产生第一影像光束I1，第一影像光束I1通过分光镜700与第一目镜模块500而被导引至第一目标位置P1，例如:使用者的左眼瞳孔处。参照图5，图5为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示器10于第二时间点的光路示意图。举例而言，于部分实施方式中，在第二个时间点时，第二光源模块200发射第二光束L2，第二光束L2经由光反向偏转模块300转向至影像输出模块400而产生第二影像光束I2，第二影像光束I2通过分光镜700与第二目镜模块600而被导引至第二目标位置P2，例如:使用者的右眼瞳孔处。如此一来，通过第一光源模块100与第二光源模块200时序性地快速切换，可将对应的第一影像光束I1与第二影像光束I2分别且时序性地成像至第一目标位置P1与第二目标位置P2，从而达到头戴式显示器10的立体显示效果。换句话说，本发明的头戴式显示器10系采用时间多工(time-multiplex)方法，依序切换第一光源模块100与第二光源模块200，从而呈现立体影像。

于部分实施方式中，影像输出模块400系时序性地提供复数反射图案，且第一光源模块100与第二光源模块200的切换与反射图案的切换是实质上同步的。具体而言，于部分实施方式中，反射图案可分类为第一群反射图案与第二群反射图案，且第一群反射图案与第二群反射图案系时序性地切换，亦即影像输出模块400是在时间轴上交错地提供第一群反射图案与第二群反射图案。举例而言，在第一时间点时，第一光源模块100发射第一光束L1至影像输出模块400，且影像输出模块400实质上同步地提供第一群反射图案，于是影像输出模块400接收第一光束L1而产生带有第一群反射图案资讯的第一影像光束I1。随后，在第二时间点时，第二光源模块200发射第二光束L2至影像输出模块400，且影像输出模块400实质上同步地提供第二群反射图案，于是影像输出模块400接收第二光束L2而产生带有第二群反射图案资讯的第二影像光束I2。换句话说，在第一时间t1时，可控制第一光源模块100发光而第二光源模块200不发光，且控制影像输出模块400提供第一群反射图案。随后，在第二时间t2时，可控制第一光源模块100不发光而第二光源模块200发光，且控制影像输出模块400提供第二群反射图案。如此一来，可使第一光源模块100产生的第一光束L1与影像输出模块400产生的第一群反射图案实质上同步，从而产生带有对应正确影像资讯的的第一影像光束I1，利于第一影像光束I1成像至第一目标位置P1。相似地，可使第二光源模块200产生的第二光束L2与影像输出模块400产生的第二群反射图案实质上同步，从而产生带有对应正确影像资讯的第二影像光束I2，利于第二影像光束I2成像至第二目标位置P2。

于上述的多个实施方式中，通过第一光源模块100与第二光源模块200的时序性的切换与分光镜700的配置，头戴式显示器10可分别且时序性地提供第一影像光束I1与第二影像光束I2至使用者的左眼与右眼，从而产生立体影像的效果。此外，光反向偏转模块300可使第一光束L1与第一影像光束I1的前进方向相反，故第一光源模块100与影像输出模块400可被设置于不同水平高度。相似地，光反向偏转模块300亦可使第二光束L2与第二影像光束I2的前进方向相反，故第二光源模块200与影像输出模块400亦可被设置于不同水平高度，从而降低头戴式显示器10所需的水平面积，利于缩小头戴式显示器10的体积。

虽然本发明已以实施方式描述如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (15)

1.一种头戴式显示器，包含:

一第一光源模块，用以发射一第一光束；

一第二光源模块，用以发射一第二光束；

一影像输出模块，用以接收该第一光束与该第二光束，且分别产生带有对应影像资讯的一第一影像光束与一第二影像光束；

一光反向偏转模块，光学耦合于该第一光源模块与该影像输出模块之间，且光学耦合于该第二光源模块与该影像输出模块之间，使得该第一光束的一前进方向与该第一影像光束的一前进方向是相反的，且使得该第二光束的一前进方向与该第二影像光束的一前进方向是相反的；

第一目镜模块，用以将该第一影像光束成像至一第一目标位置；

第二目镜模块，用以将该第二影像光束成像至一第二目标位置；以及

一分光镜，光学耦合于该影像输出模块与该第一目镜模块之间，且光学偶合于该影像输出模块与该第二目镜模块之间，用以分别引导该第一影像光束与该二影像光束至对应的该第一目镜模块与该第二目镜模块。

2.如权利要求1所述的头戴式显示器，其中该光反向偏转模块包含一第一光转向元件与一第二光转向元件，该第一光转向元件用以将来自第一光源模块的该第一光束与来自该第二光源模块的该第二光束反射而转向至该第二光转向元件，且该第二光转向元件用以将来自该第一光转向元件的该第一光束与该第二光束反射而转向至该影像输出模块。

3.如权利要求2所述的头戴式显示器，其中该第一光转向元件具有一反射面，该反射面至该第一光源模块的距离与该反射面至该第二光源模块的距离是沿着朝向该第二光转向元件的方向增加的。

4.如权利要求2所述的头戴式显示器，其中该第二光转向元件包含一转向面，该转向面用以将来自该第一光转向元件的该第一光束与该第二光束反射而转向至该影像输出模块，且该影像输出模块所产生的该第一影像光束与该第二影像光束前进至该转向面且于该转向面的一入射角小于该转向面的一临界角。

5.如权利要求4所述的头戴式显示器，还包含一穿透辅助元件，邻接于该第二光转向元件的该转向面，该穿透辅助元件与该第二光转向元件的折射率差异用以将抵达该转向面的该第一光束与该第二光束全反射，且使得至少部分该第一影像光束与该第二影像光束通过该转向面。

6.如权利要求2所述的头戴式显示器，其中该影像输出模块为一数位微型反射镜元件，用以将来自该第二光转向元件的该第一光束反射为该第一影像光束，且将来自该第二光转向元件的第二光束反射为该第二影像光束。

7.如权利要求2所述的头戴式显示器，其中该第一光转向元件所在的一水平高度与该第二光转向元件所在的一水平高度不同。

8.如权利要求1所述的头戴式显示器，其中该第一光源模块所发射的第一光束与该第二光源模块所发射的该第二光束沿着一第一方向前进，且该影像输出模块所反射的该第一影像光束与该第二影像光束沿着一第二方向前进，该第一方向与该第二方向是相反的。

9.如权利要求1所述的头戴式显示器，其中该第一光源模块所在的一水平高度与该影像输出模块所在的一水平高度是不同的。

10.如权利要求9所述的头戴式显示器，其中该第二光源模块所在的一水平高度与该第一光源模块所在的该水平高度是实质上相同的。

11.如权利要求1所述的头戴式显示器，其中该第一目镜模块与该第二目镜模块的至少一者包含一光半反射元件与一成像反射镜，该光半反射元件用以将来自该分光镜的该第一影像光束或该第二影像光束转向至该成像反射镜，且该成像反射镜用以将来自该光半反射元件的该第一影像光束或该第二影像光束成像至该第一目标位置或该第二目标位置。

12.如权利要求1所述的头戴式显示器，其中该第一光源模块与该第二光源模块时序性地发光。

13.如权利要求12所述的头戴式显示器，其中该影像输出模块时序性地提供复数反射图案。

14.如权利要求13所述的头戴式显示器，其中该第一光源模块与该第二光源模块的切换与多个所述反射图案的切换是实质上同步的。

15.如权利要求1所述的头戴式显示器，还包含:

一透镜群组，光学耦合与该影像输出模块与该分光镜之间，用以调整该第一影像光束与该第二影像光束的成像品质。