CN109901294B - 头戴式显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种头戴式显示系统，其包括一头戴式显示设备、一主机，以及两条C型通用串行总线传输线。两条C型通用串行总线传输线耦接于头戴式显示设备和主机之间以传输电能、数据和视频信号。

Description

头戴式显示系统

技术领域

本发明涉及一种头戴式显示系统，尤其涉及一种能传递高流畅度信号且轻便的头戴式显示系统。

背景技术

随着科技发展，家庭娱乐多媒体系统也越来越普及。其中头戴式显示器(head-mounted display,HMD)是一种立体视觉显示的光学产品，利用两眼视差的三维效果信号，将平面影像经过液晶显示器和光学组件分别送到用户的双眼，进而产生立体画面的效果。在戴上头戴式显示器后，用户双眼各使用一个小屏幕便能够产生大影像的三维效果，完全不受外界环境与空间场地的限制。目前头戴式显示器通常用在扩增实境(augmentedreality,AR)或是虚拟现实(virtual reality,VR)系统，其可跟着用户移动并能当作一种输入设备来接收用户的反应，使配戴者的肢体运动能够和影像画面同步改变。透过戴在用户的头部的头戴式显示器，图像和文字就可以加到用户观察周遭环境所产生的画面上，而达到虚拟现实或是扩增实境的效果。

现有技术的头戴式显示器在运作时，其电源/影像/数据三者必须分开处理，其各自传输线非常庞杂且笨重，导致用户在体验虚拟现实或是扩增实境过程中容易感到活动不便，舒适度不佳。因此，需要一种能传递高流畅度信号且轻便的头戴式显示系统。

发明内容

鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种能传递高流畅度信号且轻便的头戴式显示系统，以增加用户在体验虚拟现实或是扩增实境过程中的舒适度。

为达到上述目的，本发明公开一种头戴式显示系统，其包括一头戴式显示设备、一主机，以及一C型通用串行总线传输线。所述C型通用串行总线传输线耦接于所述头戴式显示设备和所述主机之间以传输电能、数据和视频信号。

附图说明

图1为本发明实施例中一种使用C型通用串行总线接口来传输电能、影像和数据的头戴式显示系统的功能方块图。

图2为本发明实施例头戴式显示系统中双电源判断电路的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10 头戴式显示设备

12、22 输入/输出接口

14、24 处理单元

20 主机

30 双电源判断电路

31、32 USB Type-C传输线

100 头戴式显示系统

IN1、IN2 输入端

OUT 输出端

A1～A4、B1～B4 开关装置

S1、S2 GPIO信号

具体实施方式

图1为本发明实施例中一种使用C型通用串行总线(USB Type-C)接口来传输电能、影像和数据的头戴式显示系统100的功能方块图。显示系统100包括一头戴式显示设备10、一主机20，以两条USB Type-C传输线31和32。头戴式显示设备10和一主机20之间可利用USBType-C传输线31和32来进行充电、数据传输和视频信号输出的功能。

头戴式显示设备10包括一输入/输出接口12和及一处理单元14。主机20包括一输入/输出接口22、一处理单元24，以及一双电源判断电路30。头戴式显示设备10的输入/输出接口12和主机20的输入/输出接口22包括至少两个支持USB Type-C传输的接口，以让USBType-C传输线31和32能够插入，进而电性连接头戴式显示设备10和主机20。头戴式显示系统100在运作前，头戴式显示设备10的处理单元14和主机20的处理单元24会先进行沟通，确定彼此之间的设置正确。接着，主机20可透过USB Type-C传输线31和32将音频和视频信号内容以「USB Type-C上的显示端口替换模式协议(DisplayPort Alternate Mode over USBType-C protocol)」传送至头戴式显示设备10，而头戴式显示设备10的头部方位测量数据也可利用USB接口协议传送至主机20。此外，由于主机20能透过「USB电能传输(powerdelivery,PD)协议」同时为头戴式显示设备10提供电能，所以无需在头戴式显示设备10中设置电池，降低用户戴上时的负担。

在本发明中，头戴式显示设备10可制作成护目镜或头盔的外型，主机20可为游戏主机、桌面计算机、平板计算机、智能型手机等电子仪器。然而，头戴式显示设备10的外型和主机20的种类并不限定本发明的范畴。

如前所述，头戴式显示系统100在运作前，头戴式显示设备10的处理单元14和主机20的处理单元24会先进行沟通，确定彼此之间的设置正确。在沟通的前若是USB Type-C传输线31或32中的电源线(VBUS)上有超过约0.8伏特的电压，将会造成主机20的处理单元24发生误判。根据USB电能传输协议，不同USB标准可提供不同的充电功率，其中USB Type-C标准可提供5V/500mA、5V/900mA或5V/1.5A的充电功率。然而，针对虚拟现实或是扩增实境的应用，头戴式显示系统100的运作需要5V/3A的充电功率，因此需要使用两组USB Type-C传输线31和32。如此一来，当插入其中一条充电功率为5V/1.5A的USB Type-C传输线时，其电源在线就会有5伏特的电压，此时主机20的处理单元24发生误判而无法正常投影。因此，本发明会使用双电源判断电路30来控制使用两组USB Type-C传输线时的供电。

图2为本发明实施例中双电源判断电路30的示意图。双电源判断电路30包括两输入端IN1和IN2、一输出端OUT、开关装置A1～A4和B1～B4。输入端IN1耦接于主机20的输入/输出接口22中用来让USB Type-C传输线31插入的传输接口，而输入端IN2耦接于主机20的输入/输出接口22中用来让USB Type-C传输线32插入的传输接口。开关装置A1～A4和B1～B4可用来判断USB Type-C传输线31和32是否皆已插入，并在USB Type-C传输线31和32都插入时允许在输出端OUT提供头戴式显示系统100运作所需的系统电源。

在本发明中，开关装置A1～A4和B1～B4为三端组件，各包括一第一端、一第二端，以及一控制端。开关装置A1～A4和B1～B4可为金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)、双载子接面晶体管(bipolarjunction transistor,BJT)，或其它具备类似功能的开关装置。在图2所示的实施例中，开关装置A1～A2和B1～B2为P型金属氧化物半导体场效晶体管(P-MOSFET)，而开关装置A3～A4和B3～B4为N型金属氧化物半导体场效晶体管(P-MOSFET)。然而，开关装置A1～A4和B1～B4的种类并不限定本发明的范畴。

开关装置A1的第一端耦接于输入端IN1，开关装置A2的第一端耦接于输出端OUT，而开关装置A1的第二端耦接于开关装置A2的第二端。开关装置A3的第一端耦接于开关装置A1的控制端和开关装置A2的控制端，第二端耦接于一参考电位(例如接地端)，而控制端耦接于输入端IN2。开关装置A4的第一端耦接于输入端IN2，第二端耦接于一参考电位(例如接地端)，而控制端耦接于处理单元24以接收一通用型输入输出(General-purpose input/output,GPIO)信号S1。开关装置B1的第一端耦接于输入端IN2，开关装置B2的第一端耦接于输出端OUT，而开关装置B1的第二端耦接于开关装置B2的第二端。开关装置B3的第一端耦接于开关装置B1的控制端和开关装置B2的控制端，第二端耦接于一参考电位(例如接地端)，而控制端耦接于输入端IN1。开关装置B4的第一端耦接于输入端IN1，第二端耦接于一参考电位(例如接地端)，而控制端耦接于处理单元24以接收一GPIO信号S2。

当USB Type-C传输线31和32中首先仅有USB Type-C传输线31插入时，输入端IN1具高电位而输入端IN2具低电位，此时开关装置A3呈关闭，因此开关装置A1和A2也呈关闭，让头戴式显示系统100呈关机状态。当USB Type-C传输线32随即插入时，输入端IN2变为高电位而导通开关装置A3，进而导通开关装置A1和A2，如此使得电能、数据和视频信号能在头戴式显示设备10(藉由输入端IN1和IN2)和主机20(藉由输出端OUT)之间传输。同理，当USBType-C传输线31和32中首先仅有USB Type-C传输线32插入时，输入端IN2具高电位而输入端IN1具低电位，此时开关装置B3呈关闭，因此开关装置B1和B2也呈关闭，让头戴式显示系统100呈关机状态。当USB Type-C传输线31随即插入时，输入端IN1变为高电位而导通开关装置B3，进而导通开关装置B1和B2，如此使得电能、数据和视频信号能在头戴式显示设备10(藉由输入端IN1和IN2)和主机20(藉由输出端OUT)之间传输。

另一方面，在USB Type-C传输线31和32皆插入的情况下，当USB Type-C传输线31被拔掉时，处理单元24可侦测到输入端IN1相对应的电位变化，此时会送出高电位的GPIO信号S2以导通开关装置B4，进而关闭开关装置B1和B3，使得输出端OUT开始放电。同理，在USBType-C传输线31和32皆插入的情况下，当USB Type-C传输线32被拔掉时，处理单元24可侦测到输入端IN2相对应的电位变化，此时会送出高电位的GPIO信号S1以导通开关装置A4，进而关闭开关装置A1和A3，使得输出端OUT开始放电。在输出端OUT放电后头戴式显示系统100会呈关机状态，直到USB Type-C传输线31和32皆插入后才能回复正常运作。

综上所述，本发明透过USB Type-C接口来同时满足头戴式显示设备对于影像、数据、电源的需求，避免使用庞杂且笨重的各式传输线。针对虚拟现实或是扩增实境的应用，本发明使用两组USB Type-C传输线以提供较高充电功率，并利用双电源判断电路来侦测两组USB Type-C传输线的插入状况，进而避免主机误判而无法正常投影。因此，本发明能提供一种传递高流畅度信号且轻便的头戴式显示系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种头戴式显示系统，其特征在于，包括：

一头戴式显示设备；

一主机；

一第一C型通用串行总线传输线，耦接于所述头戴式显示设备和所述主机之间以传输电能、数据和视频信号；

一第二C型通用串行总线传输线，耦接于所述头戴式显示设备和所述主机之间以传输所述电能、所述数据和所述视频信号，其中所述主机包括：

一输入/输出接口，其包括：

一第一传输接口，用来让所述第一C型通用串行总线传输线插入；以及

一第二传输接口，用来让所述第二C型通用串行总线传输线插入；以及

一双电源判断电路，用来判断所述第一C型通用串行总线传输线是否插入所述第一传输接口以及判断所述第二C型通用串行总线传输线是否插入所述第二传输接口，并在所述第一C型通用串行总线传输线和所述第二C型通用串行总线传输线都插入所述输入/输出接口时允许所述主机对所述头戴式显示设备充电。

2.如权利要求1所述的头戴式显示系统，其中所述第一C型通用串行总线传输线和所述第二C型通用串行总线传输线各提供5V/1.5A的充电功率。

3.如权利要求1所述的头戴式显示系统，其特征在于，所述双电源判断电路包括：

一第一输入端，耦接于所述第一传输接口；

一第二输入端，耦接于所述第二传输接口；

一输出端；

一第一开关装置，其包括：

一第一端，耦接于所述第一输入端；

一第二端；以及

一控制端；

一第二开关装置，其包括：

一第一端，耦接于所述输出端；

一第二端，耦接于所述第一开关装置的所述第二端；以及

一控制端，耦接于所述第一开关装置的所述控制端；

一第三开关装置，其包括：

一第一端，耦接于所述第一开关装置的所述控制端和所述第二开关装置的所述控制端；

一第二端，耦接于一参考电位；以及

一控制端，耦接于所述第二输入端；

一第四开关装置，其包括：

一第一端，耦接于所述第二输入端；

一第二端，耦接于所述参考电位；以及

一控制端，耦接于一第一通用型输入输出信号；

一第五开关装置，其包括：

一第一端，耦接于所述第二输入端；

一第二端；以及

一控制端；

一第六开关装置，其包括：

一第一端，耦接于所述输出端；

一第二端，耦接于所述第五开关装置的所述第二端；以及

一控制端，耦接于所述第五开关装置的所述控制端；

一第七开关装置，其包括：

一第一端，耦接于所述第五开关装置的所述控制端和所述第六开关装置的所述控制端；

一第二端，耦接于所述参考电位；以及

一控制端，耦接于所述第一输入端；

一第八开关装置，其包括：

一第一端，耦接于所述第一输入端；

一第二端，耦接于所述参考电位；以及

一控制端，耦接于一第二通用型输入输出信号。

4.如权利要求3所述的头戴式显示系统，其特征在于，所述第一至第八开关装置为金属氧化物半导体场效晶体管或双载子接面晶体管。

5.如权利要求3所述的头戴式显示系统，其特征在于，所述第一开关装置、所述第二开关装置、所述第五开关装置和所述第六开关装置为P型晶体管，而所述第三开关装置、所述第四开关装置、所述第七开关装置和所述第八开关装置为N型晶体管。

6.如权利要求3所述的头戴式显示系统，其特征在于，所述主机另包括一处理单元，用来：

侦测所述第一输入端的电位变化以判断所述第一C型通用串行总线传输线是否被拔离所述第一传输接口；

侦测所述第二输入端的电位变化以判断所述第二C型通用串行总线传输线是否被拔离所述第二传输接口；

在侦测到所述第一C型通用串行总线传输线被拔离所述第一传输接口时，输出所述第二通用型输入输出信号以关闭所述第五开关装置；且

在侦测到所述第二C型通用串行总线传输线被拔离所述第二传输接口时，输出所述第一通用型输入输出信号以关闭所述第一开关装置。

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