CN108152951A - 头戴式显示装置 - Google Patents

Abstract

一种头戴式显示装置，包含第一光源、第二光源、光转向棱镜、影像输出模块、第一目镜组与第二目镜组。第一光源用以发射第一光束。第二光源用以发射第二光束。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信息的第一影像光束与第二影像光束。光转向棱镜用以改变第一光束从第一光源往影像输出模块的行进方向，且改变第二光束从第二光源往影像输出模块的行进方向。第一目镜组用以将第二影像光束成像至第一目标位置。第二目镜组用以将第一影像光束成像至第二目标位置。第一光源设置于光转向棱镜与第一目镜组之间，且第二光源设置光转向棱镜与第二目镜组之间。

Description

头戴式显示装置

技术领域

本发明是关于一种头戴式显示装置，特别是关于一种头戴式立体显示器。

背景技术

近年来，随着虚拟现实(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，头戴式显示装置可分别提供不同的影像至用户的左眼与右眼，使得使用者的左眼与右眼可分别接收不同的影像信息，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装置，其可提供广视场立体影像的显示效果，且可减少头戴式显示装置的尺寸，从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，包含第一光源、第二光源、光转向棱镜、影像输出模块、第一目镜组与第二目镜组。第一光源用以发射第一光束。第二光源用以发射第二光束。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信息的第一影像光束与第二影像光束。光转向棱镜用以改变第一光束从第一光源往影像输出模块的行进方向，且改变第二光束从第二光源往影像输出模块的行进方向。第一目镜组用以将第二影像光束成像至第一目标位置。第二目镜组用以将第一影像光束成像至第二目标位置。第一光源设置于光转向棱镜与第一目镜组之间，且第二光源设置光转向棱镜与第二目镜组之间。

于本发明的多个实施方式中，藉由光转向棱镜与影像输出模块的配置，第一光源设置于第一目镜组与光转向棱镜之间，且第二光源设置于第二目镜组与光转向棱镜之间，因此，头戴式显示装置于水平方向与垂直方向的结构设置可较紧密，从而降低头戴式显示装置所需的体积，利于缩小头戴式显示装置。此外，依据本发明的头戴式显示装置的各个元件与模块的配置与选用，头戴式显示装置可提供使用者广视场(field of view)的立体影像。

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图式中详细介绍。

附图说明

图1为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示装置的立体示意图。

图2为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示装置于另一视角的立体示意图。

图3为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示装置的第一光源的光路俯视示意图。

图4为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示装置的第二光源的光路俯视示意图。

图5为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示装置的第一影像光束的光路俯视图。

图6为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示装置的第二影像光束的光路俯视图。

其中，附图标记

10 头戴式显示装置

100 第一光源

200 第二光源

300 光转向棱镜

312 第一转向面

314 第二转向面

316 连接面

320 第一穿透辅助元件

322 空气介面

330 第二穿透辅助元件

332 空气介面

400 场透镜组

500 影像输出模块

600 第一目镜组

610 第一目镜单元

620 光半反射元件

630 成像反射镜

640 第一目镜

700 第二目镜组

710 第二目镜单元

720 光半反射元件

730 成像反射镜

740 第二目镜

C 顶部

D1、D2、D3 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、N2 法向量

具体实施方式

阅读以下详细叙述并搭配对应的图式，可了解本发明的多个实施例。需留意的是，图式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。

以下将以图式及详细说明清楚说明本发明的精神，任何所属技术领域中具有通常知识者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图式中的相对关系。除了图式中所示的方位以外，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元件为光学耦合于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。

同时参照图1与图2。图1为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示装置的立体示意图。图2为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示装置于不同视角的立体示意图。于本发明的部分实施方式中，头戴式显示装置10包含第一光源100、第二光源200、光转向棱镜300、场透镜组(field lens)400、影像输出模块500、第一目镜组600与第二目镜组700。第一光源100用以发射第一光束L1。第二光源200用以发射第二光束L2。影像输出模块500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信息的第一影像光束I1与第二影像光束I2。光转向棱镜300光学耦合于第一光源100与场透镜组400之间，且光学耦合于第二光源200与场透镜组之间。光转向棱镜300用以改变第一光束L1从第一光源100往影像输出模块500的行进方向，且改变第二光束L2从第二光源200往影像输出模块500的行进方向。第一目镜组600用以将第二影像光束I2成像至第一目标位置P1。第二目镜组700用以将第一影像光束I1成像至第二目标位置P2。第一光源100设置于光转向棱镜300与第一目镜组600之间，且第二光源200设置光转向棱镜300与第二目镜组700之间。如此一来，头戴式显示装置10可分别提供使用者的左眼与右眼不同的影像信息(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信息可在用户的大脑中组合，进而产生立体影像的效果。

更详细地说，于部分实施方式中，场透镜组400光学耦合于光转向棱镜300与影像输出模块500之间，场透镜组400可用以调整第一光束L1至影像输出模块500的入射角，使得第一光束L1的光路与第一影像光束I1的光路可被分隔。相似地，场透镜组400亦可用以调整第二光束L2至影像输出模块500的入射角，使得第二光束L2的光路与第二影像光束I2的光路可被分隔。如此一来，藉由搭配设置光转向棱镜300与场透镜组400，在第一光束L1与第一影像光束I1彼此并不相交的前提下，第一光源100所在的水平高度与第一目镜组600所在的水平高度可实质上不同，且第一目镜组600所在的水平高度与影像输出模块500所在的水平高度可实质上相同。相似地，在第二光束L2与第二影像光束I2彼此并不相交的前提下，第二光源200所在的水平高度与第二目镜组700所在的水平高度可实质上不同，且第二目镜组700所在的水平高度与影像输出模块500所在的水平高度可实质上相同。如此一来，如图1及2所示，头戴式显示装置10于水平方向D1与垂直方向D2的结构设置可较紧密，从而降低头戴式显示装置10所需的体积，利于缩小头戴式显示装置10。

于部分实施方式中，如图1及2所示，光转向棱镜300包含具有第一转向面312与第二转向面314，第一转向面312与第二转向面314相交。第一转向面312用以藉由反射的方式改变第二光束L2的行进方向，且第二转向面314用以藉由反射的方式改变第一光束L1的前进方向。第一转向面312比第二转向面314更靠近第一光源100，且第二转向面314比第一转向面312更靠近第二光源200。亦即，第一光源100相对第二光源200靠近第一转向面312，且第二光源200相对第一光源100靠近第二转向面314。进一步来说，第一光源100具有一发光面110，且第二光源200具有一发光面220。第一光源100的发光面110朝向光转向棱镜300的第一转向面312，第二光源200的发光面210朝向光转向棱镜300的第二转向面314。换句话说，第一光源100的发光面110与第二光源200的发光面210互相面对的，发光面110的延伸面与发光面210的延伸面可形成一夹角，此夹角小于180°。

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装置10于的第一光源100的光路示意图。值得注意的是，图3省略绘示第二光源200仅用以更清楚地说明第一光源100的光路。在实际应用上，第一光源100与第二光源200同时存在，且第二光源200位于第二目镜单元710的上方。于部分实施方式中，来自第一光源100的第一光束L1藉由第二转向面314反射而转向至影像输出模块500。更详细地说，当第一光源100发射第一光束L1时，第一光束L1可穿透光转向棱镜300的第一转向面312而前进至第二转向面314，第二转向面314可反射第一光束L1，使得第一光束L1可朝着光转向棱镜300与场透镜组400的排列方向D1前进而抵达影像输出模块500。

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装置10的第二光源200的光路示意图。值得注意的是，图4省略绘示第一光源100仅用以更清楚地说明第二光源200的光路。在实际应用上，第一光源100与第二光源200同时存在，且第一光源100位于第一目镜单元610的上方。于部分实施方式中，来自第二光源200的第二光束L2藉由第一转向面312转向至影像输出模块500。当第二光源200发射第二光束L2时，第二光束L2可穿透光转向棱镜300的第二转向面314而前进至第一转向面312，第一转向面312可反射第二光束L2，使得第二光束L2可朝着光转向棱镜300与场透镜组400的排列方向D1前进而抵达影像输出模块500。也就是说，藉由光转向棱镜300，第一光束L1与第二光束L2可被转向而朝着影像输出模块500前进。

于部分实施方式中，如图3所示，光转向棱镜300的第二转向面314至影像输出模块500的距离沿着第一光源100往第二光源200的方向D3减少的。亦即，第二转向面314具有法向量N2，此法向量N2朝向图中左上方。如此一来，依据光的反射定律，入射光与反射光会各自在法向量的两侧，故当第一光束L1穿透第一转向面312且抵达第二转向面314时，第二转向面314可反射第一光束L1，使得第一光束L1的前进方向从朝着图中的右上方转向为朝着方向D1而抵达影像输出模块500。

相似地，如图4所示，光转向棱镜300的第一转向面312至影像输出模块500的距离沿着第一光源100往第二光源200的方向D3增加的。也就是说，第一转向面312具有法向量N1，且此法向量N1朝向图中右上方。如此一来，依据光的反射定律，当第二光束L2穿透第二转向面314且抵达第一转向面312时，第一转向面312可反射第二光束L2，使得第二光束L2的前进方向从朝着图中的左上方转向为朝着方向D1而抵达影像输出模块500。

于部分实施方式中，如图3及4所示，头戴式显示装置10包含一连接面316，连接面316连接第一转向面312与第二转向面314。举例而言，连接面316、第一转向面312与第二转向面314可依序连接而形成如第3及4图中的三角形俯视图案。影像输出模块500的出光路径通过连接面316。进一步来说，如图3所示，当影像输出模块500接收第一光束L1时，影像输出模块500可转换第一光束L1为带有对应影像信息的第一影像光束I1。随后，来自影像输出模块500的第一影像光束I1藉由光转向棱镜300的第一转向面312反射而转向至第二目镜组700。更详细地说，第一影像光束I1可依序通过场透镜组400与连接面316而被导引至第一转向面312，第一转向面312经设计以改变第一影像光束I1的前进方向，使得第一影像光束I1可朝着第二目镜组700的方向前进。相似地，如图4所示，当影像输出模块500接收第二光束L2时，影像输出模块500可转换第二光束L2为带有对应影像信息的第二影像光束I2。随后，来自影像输出模块500的第二影像光束I2藉由光转向棱镜300的第二转向面314反射而转向至第一目镜组600。换句话说，第二影像光束I2可依序通过场透镜组400与连接面316而被导引至第二转向面314，第二转向面314经设计以改变第二影像光束I2的前进方向，使得第二影像光束I2可朝着第一目镜组600的方向前进。

于部分实施方式中，由于光转向棱镜300的第一转向面312至影像输出模块500的距离沿着第一目镜组600与第二目镜组700的排列方向D3增加的，且光转向棱镜300的第二转向面314至影像输出模块500的距离沿着第一目镜组600与第二目镜组700的排列方向D3减少的。因此，如图3所示，依据光的反射定律，入射光与反射光会各自在法向量的两侧，第一转向面312可改变第一影像光束I1的行进方向，使得第一影像光束I1的前进方向从朝着第一转向面312转向为朝着第二转向面314。相似地，如图4所示，第二转向面314亦可改变第二影像光束I2的行进方向，使得第二影像光束I2的前进方向从朝着第二转向面314转向为朝着第一转向面312。

值得注意的是，图3与图4绘示头戴式显示装置10的俯视光路图，因此，图3中的第一光束L1与第一影像光束I1相交于光转向棱镜300中，图4中的第二光束L2与第二影像光束I2相交于光转向棱镜300中。然而，在实际应用中，如图1所示，第一光束L1与第一影像光束I1于垂直方向D2彼此分离的，且第二光束L2与第二影像光束I2于垂直方向D2彼此分离的。于部分实施方式中，如第3及4图所示，光转向棱镜300包含第一穿透辅助元件320与第二穿透辅助元件330。第一穿透辅助元件320设置于光转向棱镜300的第一转向面312与第一目镜组600之间，且第二穿透辅助元件330设置于光转向棱镜300的第二转向面314与第二目镜组700之间。第一穿透辅助元件320可用以帮助第一影像光束I1往第二目镜组700前进，且第二穿透辅助元件330可用以帮助第二影像光束I2往第一目镜组600前进。

于部分实施方式中，如图3所示，转向棱镜光转向棱镜300与第一穿透辅助元件320之间至少存在一空气接口322。如此一来，当第二光束L2传递至光转向棱镜300的第一转向面312时，第二光束L2便会于第一转向面312发生全反射，亦即第二光束L2会全反射至影像输出模块500。相似地，第一影像光束I1于第一转向面312的入射角经设计而大于临界角，故第一影像光束I1便会于第一转向面312发生全反射，亦即第一影像光束I1会全反射至第二目镜组700。

相似地，于部分实施方式中，如图4所示，转向棱镜光转向棱镜300与第二穿透辅助元件330之间至少存在一空气接口332。如此一来，当第一光束L1传递至光转向棱镜300的第二转向面314时，第一光束L1便会于第二转向面314发生全反射，亦即第一光束L1会全反射至影像输出模块500。相似地，第二影像光束I2于第二转向面314的入射角经设计而大于临界角，故第二影像光束I2便会于第二转向面314发生全反射，亦即第二影像光束I2会全反射至第一目镜组600。

举例而言，于部分实施方式中，第一穿透辅助元件320可为棱镜、或其他适当的光学元件。光转向棱镜300与第一穿透辅助元件320藉由粘着胶连接，粘着胶设置于第一穿透辅助元件320的边缘处，且粘着胶中可掺杂间隔物(例如：小珠子)，以使得光转向棱镜300与第一穿透辅助元件320的中央处可相隔至少一间隙(例如：纳米等级的间隙)，且此间隙中存在空气介质，亦即空气介面。如此一来，空气接口322可帮助抵达第一转向面312的第一影像光束I1与第二光束L2全反射，但本发明不以此为限。相似地，于部分实施方式中，第二穿透辅助元件330可为棱镜、或其他适当的光学元件。光转向棱镜300与第二穿透辅助元件330亦可藉由粘着胶连接，以使得光转向棱镜300与第二穿透辅助元件320的中央处可相隔至少一间隙，且此间隙中存在空气介质，亦即空气介面332。如此一来，空气接口332可帮助抵达第二转向面314的第二影像光束I2与第一光束L1全反射，但本发明不以此为限。

于部分实施方式中，场透镜组400经设计以调整第一光束L1(或第二光束L2)抵达影像输出模块500的入射角与调整第一光束L1(或第二光束L2)抵达影像输出模块500的位置，使得第一光束L1(或第二光束L2)可被影像输出模块500转换为带有正确影像信息的第一影像光束I1(或第二影像光束I2)。此外，如图3所示，场透镜组400亦经设计以调整第一影像光束I1的光路与第一影像光束I1抵达第一转向面312的入射角，以使得第一影像光束I1不会穿透第一转向面312而被第一转向面312反射且转向至第二目镜组700。相似地，如图4所示，场透镜组400亦经设计以调整第二影像光束I2的光路与第二影像光束I2抵达第二转向面314的入射角，以使得第二影像光束I2不会穿透第二转向面314而被第二转向面314反射且转向至第一目镜组600。举例而言，于部分实施方式中，场透镜组400可包含多个透镜，每一透镜可具有不同的或相同的曲率半径、折射率、或材料，每一透镜之间的距离亦可依据不同需求而调整的，但本发明不以此为限。

举例而言，于部分实施方式中，可经由设计第一光源100相对影像输出模块500的位置、光转向棱镜300相对影像输出模块500的位置、第一转向面312的法向量N1与第二光束L2或第一影像光束I1所形成的角度、第二转向面314的法向量N2与第一光束L1或第二影像光束I2所形成的角度、或其他适当的方式，从而使得第二光束L2与第一影像光束I1于第一转向面312的入射角大于第一转向面312的临界角，且使得第一光束L1与第二影像光束I2于第二转向面314的入射角大于第二转向面314的临界角，但本发明不以此为限。

于部分实施方式中，如图1所示，第一目镜组600包含第一目镜单元610，第一光源100与第一目镜单元610的排列方向实质上垂直第一光源100与第二光源200的排列方向D3。更详细地说，第一目镜单元610与第一光源100分开地位于第一转向面312上，而用以接收第二影像光束I2。相似地，第二目镜组700包含第二目镜单元710，第二光源200与第二目镜单元710的排列方向实质上垂直第一光源100与第二光源200的排列方向D3。更详细地说，第二目镜单元710与第二光源200分开地位于第二转向面314上，且第二目镜单元710用以接收第一影像光束I1。如此一来，第二影像光束I2会通过第一转向面312而朝着第一目镜单元610前进，且第一影像光束I1会通过第二转向面314而朝着第二目镜单元710前进。

换句话说，于部分实施方式中，如图1所示，第一目镜单元610邻设于第一穿透辅助元件320，且第二目镜单元710邻设于第二穿透辅助元件330。第一光源100设置于第一目镜单元610的正上方，且第二光源200设置于第二目镜单元710的正上方。如此一来，头戴式显示装置10于水平方向D1与垂直方向D2的结构设置可较紧密，从而降低头戴式显示装置10所需的体积，利于缩小头戴式显示装置10。

于部分实施方式中，影像输出模块500基于数字光源处理技术(Digital LightProcessing；DLP)的方式产生第一影像光束I1与第二影像光束I2。数字光源处理技术以种微机电(Microelectromechanical Systems；MEMS)元件为基础，此微机电元件可迅速的转换每一像素的开/关(on/off)的状态，故可帮助减少显示装置的画面延迟的现象。此外，若影像输出模块500基于数字光源处理技术，则可避免将光源所发射的光束转换为偏极光，且可避免影像输出模块500的不同像素之间具有不同的生命周期，而导致头戴式显示装置所呈现的立体影像亮度不均、或缺陷的现象，但本发明不以此为限。

于部分实施方式中，影像输出模块500一数字微型反射镜(Digital MicromirrorDevice；DMD)元件，用以将来自光转向棱镜300的第一光束L1反射为带有影像信息的第一影像光束I1，且将来自光转向棱镜300的第二光束L2反射为带有影像信息的第二影像光束I2。具体而言，此数字微型反射镜元件包含多个微小的反射镜片，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，且每一反射镜片可藉由控制元件驱动，从而将镜片旋转至两角度，对应光线的开和关的状态。

于部分实施方式中，举例而言，影像输出模块500可为数字微型反射镜元件时，例如：像素倾斜及旋转式(tilt and roll pixel；TRP)数字微型反射镜，但本发明不以此为限。当影像输出模块500数位微型反射镜元件时，第一光束L1于影像输出模块500的入射方向与影像输出模块500的一法向量相夹一角度(此角大于0)，且第一影像光束I1于影像输出模块500的出射方向实质上平行影像输出模块500的法向量。也就是说，数字微型反射镜元件可转换第一光束L1为带有影像信息的第一影像光束I1，且第一影像光束I1于数字微型反射镜元件的出射方向实质上平行于数字微型反射镜元件的法向量。更详细地说，如图3所示，光转向棱镜300具有连接第一穿透辅助元件320与第二穿透辅助元件330的顶部C，光转向棱镜300的顶部C的左半部可作为第一光束L1的入口，亦即，第一光束L1可从光转向棱镜300的顶部C的左半部进入光转向棱镜300而抵达影像输出模块500，且光转向棱镜300的顶部C的右半部可作为第一影像光束I1的出口，亦即，第一影像光束I1可从光转向棱镜300的顶部C的右半部离开光转向棱镜300而朝着第二目镜组700前进。

相似地，于部分实施方式中，当影像输出模块500数位微型反射镜元件时，第二光束L2于影像输出模块500的入射方向与影像输出模块500的法向量相夹一角度(此角大于0)，且第二影像光束I2于影像输出模块500的出射方向实质上平行影像输出模块500的法向量。也就是说，数字微型反射镜元件可转换第二光束L2为带有影像信息的第二影像光束I2，使得第二影像光束I2于数字微型反射镜元件的出射方向实质上平行于数字微型反射镜元件的法向量。更详细地说，如图4所示，光转向棱镜300的顶部C的右半部可作为第二光束L2的入口，亦即，第二光束L2可从光转向棱镜300的顶部C的右半部进入光转向棱镜300而抵达影像输出模块500，且光转向棱镜300的顶部C的左半部可作为第二影像光束I2的出口，亦即，第二影像光束I2可从光转向棱镜300的顶部C的左半部离开光转向棱镜300而朝着第一目镜组600前进。整体而言，光转向棱镜300的顶部C的左半部可视为第一光束L1的入口与第二影像光束I2的出口，且光转向棱镜300的顶部C的右半部可视为第二光束L2的入口与第一影像光束I1的出口。也就是说，若将场透镜组400与影像输出模块500视为一光机构，则此光机构的开口(Aperture)位于光转向棱镜300的顶部C的左半部与右半部。

于部分实施方式中，头戴式显示装置10更包含光源时序控制单元(未绘示于图中)。第一光源100与第二光源200可连接光源时序控制单元，且光源时序控制单元用以控制第一光源100与第二光源200时序性地发光。换句话说，光源时序控制单元可用以控制第一光源100的发光时间不同于第二光源200的发光时间，亦即，第一光源100与第二光源200在时间轴上交错地发光。举例而言，于部分实施方式中，在第一个时间点时，第一光源100发射第一光束L1，第一光束L1经由光转向棱镜300转向至影像输出模块500而产生第一影像光束I1，第一影像光束I1可藉由第一目镜组600而被导引至第一目标位置P1，例如:使用者的左眼瞳孔处。在第二个时间点时，第二光源200发射第二光束L2，第二光束L2经由光转向棱镜300转向至影像输出模块500而产生第二影像光束I2，第二影像光束I2藉由第二目镜组700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，藉由第一光源100与第二光源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装置10的立体显示效果。

于部分实施方式中，影像输出模块500时序性地提供多个反射图案，且第一光源100与第二光源200的切换与反射图案的切换实质上同步的。具体而言，于部分实施方式中，影像输出模块500所提供的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时序性地切换，亦即影像输出模块500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100发射第一光束L1至影像输出模块500，且影像输出模块500实质上同步地提供第一群反射图案，于是影像输出模块500接收第一光束L1而产生带有第一群反射图案信息的第一影像光束I1。随后，在第二时间点时，第二光源200发射第二光束L2至影像输出模块500，且影像输出模块500实质上同步地提供第二群反射图案，于是影像输出模块500接收第二光束L2而产生带有第二群反射图案信息的第二影像光束I2。换句话说，在第一时间t1时，可控制第一光源100发光而第二光源200不发光，且控制影像输出模块500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100不发光而第二光源200发光，且控制影像输出模块500提供第二群反射图案。如此一来，可使第一光源100产生的第一光束L1与影像输出模块500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信息的第一影像光束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200产生的第二光束L2与影像输出模块500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信息的第二影像光束I2，利于第二影像光束I2成像至第二目标位置P2。

于部分实施方式中，同时参照图1与图5，图5为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示装置10的第一影像光束I1的光路俯视图。于部分实施方式中，第二目镜组700可包含光半反射元件720、成像反射镜730与第二目镜740。光半反射元件720光学耦合于第二目镜单元710与成像反射镜730之间。当第一影像光束I1抵达第二目镜单元710时，第一影像光束I1可被第二目镜单元710导引至光半反射元件720，随后光半反射元件720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730，而于成像反射镜730形成第一中继影像，第一中继影像再经由第二目镜740投影至第二目标位置P2。

相似地，同时参照图1与图6，图6为依据本发明的部分实施方式的头戴式显示装置10的第二影像光束I2的光路俯视图。于部分实施方式中，第一目镜组600可包含光半反射元件620、成像反射镜630与第一目镜640。光半反射元件620光学耦合于第一目镜单元610与成像反射镜630之间。当第二影像光束I2抵达第一目镜单元610时，第二影像光束I2可被第一目镜单元610导引至光半反射元件620，随后光半反射元件620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630，而于成像反射镜630形成第二中继影像，第二中继影像再经由第一目镜640投影至第一目标位置P1。

举例而言，于部分实施方式中，光半反射元件620与720可为分光镜(beamsplitter)或全内反射棱镜，以有效地将第二影像光束I2(或第一影像光束I1)转向至成像反射镜630(或成像反射镜730)，但本发明不以此为限。

于部分实施方式中，第一光源100可包固态光源数组。相似地，第二光源200可包固态光源数组。固态光源数组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，其可为发光二极管或有机发光二极管，但本发明不以此为限。值得注意的是，第一光源100的固态光源数组所发射的第一光束L1实质上为一准直光束，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500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可精准地经由第二目镜组700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200的固态光源数组所发射的第二光束L2实质上为一准直光束，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500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可精准地经由第一目镜组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。

于上述的多个实施方式中，藉由光转向棱镜、场透镜组与影像输出模块的配置，第一光源设置于第一目镜组与光转向棱镜之间，且第二光源设置于第二目镜组与光转向棱镜之间，因此，头戴式显示装置于水平方向与垂直方向的结构设置可较紧密，从而降低头戴式显示装置所需的体积，利于缩小头戴式显示装置。此外，依据本发明的头戴式显示装置的各个元件与模块的配置与选用，本发明的头戴式显示装置可提供使用者广视场(field ofview)的立体影像，利于增加使用者于使用上的舒适度。

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，任何熟悉本领域的相关技术人员，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，但这些更动与润饰皆应包含于本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (19)

1.一种头戴式显示装置，其特征在于，包含：

一第一光源，用以发射一第一光束；

一第二光源，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信息的一第一影像光束与一第二影像光束；

一光转向棱镜，用以改变该第一光束从该第一光源往该影像输出模块的行进方向与改变该第二光束从该第二光源往该影像输出模块的行进方向；

一第一目镜组，用以将该第二影像光束成像至一第一目标位置；以及

一第二目镜组，用以将该第一影像光束成像至一第二目标位置；

其中，该第一光源设置于该光转向棱镜与该第一目镜组之间，且该第二光源设置于该光转向棱镜与该第二目镜组之间。

2.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，该光转向棱镜包含一第一转向面与一第二转向面，该第一转向面用以藉由反射的方式改变该第二光束的该行进方向，该第二转向面用以藉由反射的方式改变该第一光束的该行进方向，其中该第一转向面比该第二转向面更靠近该第一光源，该第二转向面比该第一转向面更靠近该第二光源。

3.如权利要求2所述的头戴式显示装置，其特征在于，更包含一连接面，该连接面连接该第一转向面与该第二转向面，且该影像输出模块的出光路径通过该连接面。

4.如权利要求2所述的头戴式显示装置，其特征在于，来自该影像输出模块的该第一影像光束藉由该第一转向面反射而转向至该第二目镜组。

5.如权利要求2所述的头戴式显示装置，其特征在于，来自该影像输出模块的该第二影像光束藉由该第二转向面反射而转向至该第一目镜组。

6.如权利要求2所述的头戴式显示装置，其特征在于，该第一转向面至该影像输出模块的一垂直距离沿着该第一光源往该第二光源的一方向增加的，且该第二转向面至该影像输出模块的一垂直距离沿着该第一光源往该第二光源的该方向减少的。

7.如权利要求2所述的头戴式显示装置，其特征在于，更包含一第一穿透辅助元件与一第二穿透辅助元件，该第一穿透辅助元件设置于该第一转向面与该第一目镜组之间，其中该第一穿透辅助元件以一空气接口接触光转向棱镜的第一转向面。

8.如权利要求2所述的头戴式显示装置，其特征在于，更包含一第二穿透辅助元件，该第二穿透辅助元件设置于该第二转向面与该第二目镜组之间，其中该第二穿透辅助元件以一空气接口接触光转向棱镜的第二转向面。

9.如权利要求2所述的头戴式显示装置，其特征在于，该第一目镜组包含一第一目镜单元，其中该第一目镜单元与该第一光源分开地位于该第一转向面上。

10.如权利要求9所述的头戴式显示装置，其特征在于，该第一光源与该第一目镜单元的排列方向实质上垂直于该第一光源与该第二光源的排列方向。

11.如权利要求2所述的头戴式显示装置，其特征在于，该第二目镜组包含一第二目镜单元，其中该第二目镜单元与该第二光源分开地位于该第二转向面上。

12.如权利要求11所述的头戴式显示装置，其特征在于，该第二光源与该第二目镜单元的排列方向实质上垂直于该第一光源与该第二光源的排列方向。

13.如权利要求11所述的头戴式显示装置，其特征在于，该第二目镜组包含一第二光半反射元件与一第二成像反射镜，该第二光半反射元件用以将来自该第二目镜单元的该第一影像光束转向至该第二成像反射镜，且该第二成像反射镜用以将来自该第二光半反射元件的该第一影像光束成像至该第二目标位置。

14.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，该影像输出模块为一数字微型反射镜元件，用以将该第一光束反射为该第一影像光束，且将该第二光束反射为该第二影像光束。

15.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，更包含：

一光源时序控制单元，用以控制该第一光源与该第二光源时序性地发光。

16.如权利要求15所述的头戴式显示装置，其特征在于，该影像输出模块时序性地提供多个反射图案。

17.如权利要求16所述的头戴式显示装置，其特征在于，该第一光源与该第二光源的切换与该些反射图案的切换实质上同步的。

18.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，更包含：

一场透镜组，光学耦合于该影像输出模块与该光转向棱镜之间，其中该场透镜组用以调整该第一光束至该影像输出模块的入射角，且调整该第二光束至该影像输出模块的入射角。

19.如权利要求9所述的头戴式显示装置，其特征在于，该第一目镜组包含一第一光半反射元件与一第一成像反射镜，该第一光半反射元件用以将来自该第一目镜单元的该第二影像光束转向至该第一成像反射镜，且该第一成像反射镜用以将来自该第一光半反射元件的该第二影像光束成像至该第一目标位置。