CN110515203B - 头戴式显示装置及其图像产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种头戴式显示装置及其图像产生方法。头戴式显示装置包括显示器、光转换器、光遮蔽器以及光机。显示器接收增强现实图像和/或外部图像，并沿投射方向发送显示图像。光转换器接收显示画面并改变显示画面的出射角度以发送输出图像至目标区。光遮蔽器在第一时间区间开启外部图像至显示器的传递路径，在第二时间区间遮蔽上述传递路径。第一时间区间长于第二时间区间。光机在第一时间区间提供的增强现实图像的第一亮度小于光机在第二时间区间提供的增强现实图像的第二亮度。

Description

头戴式显示装置及其图像产生方法

技术领域

本发明涉及一种头戴式显示装置及其图像产生方法，且特别涉及一种可提升真实图像穿透亮度的戴式显示装置及其图像产生方法。

背景技术

随着显示技术的进步，头戴式显示装置成为一种受欢迎的显示装置。

为显示高质量增强现实图像，头戴式显示装置需接收外部的真实图像，以及内部产生的增强现实图像，并通过结合真实图像以及增强现实图像，来产生高质量的显示图像。然而，在兼顾真实图像的穿透亮度以及增强现实图像的亮度的前提下，如何调整头戴式显示装置中光元件的切换方式及频率，成为本领域设计人员的重要课题。

发明内容

本发明提供一种头戴式显示装置及其图像产生方法，可提升真实图像的穿透亮度。

本发明的头戴式显示装置包括显示器、光转换器、光遮蔽器以及光机。显示器接收增强现实图像和/或外部图像，并沿投射方向发送显示图像。光转换器配置在显示器的第一侧边，接收显示画面并改变显示画面的出射角度以发送输出图像至目标区。光遮蔽器配置在显示器的第二侧边，用以遮蔽外部图像与显示器间的传递路径。光机发送增强现实图像至显示器。光遮蔽器在第一时间区间开启传递路径，在第二时间区间遮蔽传递路径。第一时间区间长于第二时间区间。光机在第一时间区间提供的增强现实图像的第一亮度小于光机在第二时间区间提供的增强现实图像的第二亮度。

本发明的图像产生方法适用于头戴式显示装置。图像产生方法包括：提供一显示器接收一增强现实图像和/或一外部图像，并沿投射方向发送显示图像；提供光转换器以接收显示画面并改变显示画面的出射角度以发送输出图像至目标区；提供光遮蔽器在第一时间区间开启外部图像与显示器间的一传递路径，在第二时间区间遮蔽传递路径，第一时间区间长于第二时间区间；以及，提供光机在第一时间区间提供具有第一亮度的增强现实图像，在第二时间区间提供具有第二亮度的增强现实图像，其中第一亮度的小于第二亮度。

基于上述，本发明通过调整光遮蔽器的开启及关闭的时间比率，增加真实图像(外部图像)的入射时间，且在短时间的光遮蔽器动作时间下，使光机提供具有高亮度的增强现实图像。如此一来，除可维持的增强现实图像的亮度，也可提升真实图像的穿透亮度，提升头戴式显示装置的显示质量。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1绘示本发明一实施例的头戴式显示装置的示意图。

图2绘示本发明实施例的头戴式显示装置的一动作方式的示意图。

图3绘示本发明实施例的头戴式显示装置的动作时序图。

图4绘示本发明另一实施例的头戴式显示装置的示意图。

图5绘示本发明实施例的图像产生方法的流程图。

【符号说明】

100、400：头戴式显示装置

110、410：显示器

120、420：光转换器

130、430：光遮蔽器

450：光补偿器

140、440：光机

ARIMG：增强现实图像

RIMG：外部图像

TG：目标区

SF1～SFN、SFN+1：子画框周期

F1：画框周期

CT1～CT3：电信号

S1、S2：侧边

PD：投射方向

S510～S540：图像产生方法的步骤

具体实施方式

请参照图1，图1绘示本发明一实施例的头戴式显示装置的示意图。头戴式显示装置100包括显示器110、光转换器120、光遮蔽器130以及光机140。显示器110接收增强现实图像ARIMG和/或外部图像RIMG，并沿投射方向PD朝目标区TG发送显示图像。显示器110可结合增强现实图像ARIMG以及外部图像RIMG以产生显示图像，并发送显示图像至目标区TG，或者，显示器110可仅依据增强现实图像ARIMG产生显示图像，并发送显示图像至目标区TG。目标区TG对应于头戴式显示装置100使用者眼睛的位置。外部图像RIMG则为头戴式显示装置100为的真实图像。

此外，在本实施例中，光转换器120配置在显示器110的第一侧边，并配置在显示器110与目标区TG间。光转换器120接收显示器110所投射的显示画面，并改变显示画面的出射角度以传发送输出图像至目标区TG。通过光转换器120所提供的图像传送角度的偏折效果，具有较大显示范围的显示画面，可被有效的投射至使用者的眼睛，并扩大使用者的视野范围。

在本实施例中，光转换器120可依据电信号CT2来决定显示画面的出射角度，并据以发送输出图像至目标区TG。

在另一方面，光遮蔽器130则配置在显示器110的第二侧边S2，并配置在显示器110接收外部图像RIMG的路径间。光遮蔽器130用以遮蔽外部图像RIMG与显示器130间的传递路径。其中，当光遮蔽器130被启动时，外部图像RIMG与显示器130间的传递路径被遮蔽，并使显示器130无法接收到外部图像RIMG。相对的，当光遮蔽器130不被启动时，外部图像RIMG与显示器130间的传递路径被开通，显示器130可接收到外部图像RIMG。

在本实施例中，光遮蔽器130可依据电信号CT1来被启动或不被启动。

光机140耦接至显示器110，并用以发送增强现实图像ARIMG至显示器110。在本实施例中，光机140所发送的增强现实图像ARIMG的亮度是可以调整的。其中，光机140所发送的增强现实图像ARIMG的亮度可依据光遮蔽器130有无被启动来进行调整。具体来说明，在本发明实施例中，在当光遮蔽器130未被启动时，光机140所发送的增强现实图像ARIMG可以具有第一亮度，而在当光遮蔽器130被启动时，光机140所发送的增强现实图像ARIMG则可以具有第二亮度，且第一亮度小于第二亮度。

关于光遮蔽器130，在本发明实施例中，如图2绘示的本发明实施例的头戴式显示装置的一动作方式的示意图。其中在第一时间区间光遮蔽器130不被启动，并开启外部图像RIMG与显示器110间的传递路径。并且，在第二时间区间中，光遮蔽器130被启动，并遮蔽外部图像RIMG与显示器110间的传递路径。其中，第一时间区间大于第二时间区间。

更进一步来说明，在本发明实施中，显示器110的一个画框周期(frame period)可以被切分为多个(N+1个)子画框周期。其中，光遮蔽器130未被启动的第一时间区间可以具有N个子画框周期，而光遮蔽器130被启动的第二时间区间可以仅具有1个子画框周期。相对应的，光机140在第一时间周期提供的第一亮度，可以为其在第二时间周期提供的第二亮度的1/N。

以一个画框周期为16.6毫秒为范例(画框频率为60赫兹)，显示器110依据外部图像RIMG以及为第一亮度的增强现实图像ARIMG来产生显示图像的时间为N/(N+1)×16.6毫秒。而显示器110依据为第二亮度的增强现实图像ARIMG来产生显示图像的时间为1/(N+1)×16.6毫秒。由上述说明可以得知，通过具有较长时间的第一时间周期，可提升外部图像RIMG在显示图像中的穿透亮度。并且，通过在第二时间周期提供具有相对高亮度的增强现实图像ARIMG，可维持增强现实图像ARIMG在显示画面中的亮度不至于降低。

以下请参照图3，图3绘示本发明实施例的头戴式显示装置的动作时序图。在图3中，在子画框周期SF1～SFN中，头戴式显示装置工作在如图1绘示的状态，其中的光遮蔽器不被启动，并工作在的第一时间区间。相对的，在子画框周期SFN+1中，头戴式显示装置工作在如图2绘示的状态，其中的光遮蔽器被启动，并遮蔽外部图像使其不传递至头戴式显示装置中，此时头戴式显示装置工作在的第二时间区间。子画框周期SF1～SFN+1等于一个画框周期F1。

基于头戴式显示装置周期性的提供显示图像，上述关于第一时间区间以及第二时间区间，会在多个画框周期中，依序交错的周期性的发生。

附带一提的，子画框周期SF1～SFN可以为两个子画框时间，或两个以上的子画框时间，没有特定的限制。

以下请参照图4，图4绘示本发明另一实施例的头戴式显示装置的示意图。头戴式显示装置400包括显示器410、光转换器420、光遮蔽器430、光机440以及光补偿器450。与前述实施例不相同的，头戴式显示装置400还包括光补偿器450。其中，光补偿器450配置在显示器410以及光遮蔽器430间，并用以调整外部图像RIMG传送至显示器410的传送角度。具体来说明，当光遮蔽器430未被启动时，外部图像RIMG可被传送至光补偿器450。为了接收更大范围的外部图像RIMG，光补偿器450可通过转变外部图像RIMG的传送角度，来将更大范围的外部图像RIMG有效的传送至显示器410上。如此一来，使用者可观察到更大范围的外部图像RIMG，有效扩大视角。

在另一方面，光补偿器450受控于电信号CT3，并依据电信号CT3来控制外部图像RIMG的偏转角度。

在本发明其他实施例，光补偿器450以及光遮蔽器430的配置位置也可以互换，没有固定的限制。

附带一提的，本发明实施例中，光补偿器450可以为液体光补偿器或液晶光补偿器，光遮蔽器430可以为液体光遮蔽器，光转换器420可以为液体光转换器、液晶光转换器或由多个棱镜所构成的光转换器。显示器410则可以为包括绕射光栅波导、多层膜极化反射波导、半穿半反光学层以及自由曲面光学层等任一种技术所制成的显示装置。

请参照图5，图5绘示本发明实施例的图像产生方法的流程图。图5的图像产生方法适用于头戴式显示装置，其步骤包括：步骤S510提供显示器接收增强现实图像和/或外部图像，并沿投射方向发送显示图像；步骤S520提供光转换器以接收显示画面并改变显示画面的出射角度以发送输出图像至目标区；步骤S530提供光遮蔽器在第一时间区间开启外部图像与显示器间的传递路径，在第二时间区间遮蔽传递路径，第一时间区间长于第二时间区间；以及步骤S540提供光机在第一时间区间提供具有第一亮度的增强现实图像，在第二时间区间提供具有第二亮度的增强现实图像，其中第一亮度小于第二亮度。

关于上述步骤的实施细节，在前述的实施例及实施方式已有详尽的说明，在此不多赘述。

综上所述，本发明通过切分画框周期为相对长的第一时间区间以及相对短的第二时间区间。在第一时间区间中，使光遮蔽器不启动，并使光机提供具有相对低亮度的增强现实图像，并在第二时间区间中，使光遮蔽器启动，并使光机提供具有相对高亮度的增强现实图像。如此一来，可提高现实图像的穿透亮度，并可维持增强现实图像的显示亮度，有效提升头戴式显示装置的显示效能。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (13)

1.一种头戴式显示装置，包括：

显示器，接收增强现实图像和/或外部图像，并沿投射方向发送显示图像；

光转换器，配置在该显示器的第一侧边，接收该显示画面并改变该显示画面的出射角度以发送输出图像至目标区；

光遮蔽器，配置在该显示器的第二侧边，用以遮蔽该外部图像与该显示器间的传递路径；以及

光机，发送该增强现实图像至该显示器，

其中，该光遮蔽器在第一时间区间开启该传递路径，在第二时间区间遮蔽该传递路径，该第一时间区间长于该第二时间区间，该光机在该第一时间区间提供的该增强现实图像的第一亮度小于该光机在该第二时间区间提供的该增强现实图像的第二亮度，其中该第一时间区间与该第二时间区间的时间长度比为N：1，N为大于1的正整数，其中该第二亮度与该第一亮度的比为N：1。

2.如权利要求1所述的头戴式显示装置，还包括：

光补偿器，配置在该显示器的该第二侧边，用以调整该外部图像的传送角度。

3.如权利要求2所述的头戴式显示装置，其中该光补偿器为液体光补偿器或液晶光补偿器。

4.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中画框周期包括N+1个子画框周期，该第一时间区间的时间长度等于N个子画框周期，该第二时间区间的时间长度等于1个子画框周期。

5.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中该第一时间区间以及该第二时间区间周期性交错发生。

6.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中在该第一时间区间中，该显示器结合该增强现实影及该外部图像以产生该显示图像，在该第二时间区间中，该显示器仅传送该增强现实影以产生该显示图像。

7.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中该光遮蔽器为液体光遮蔽器。

8.如权利要求1所述的头戴式显示装置，其中该光转换器为液体光转换器、液晶光转换器或由多个棱镜所构成的光转换器。

9.一种图像产生方法，适用于头戴式显示装置，包括：

提供显示器接收增强现实图像和/或外部图像，并沿投射方向发送显示图像；

提供光转换器以接收该显示画面并改变该显示画面的出射角度以发送输出图像至目标区；

提供光遮蔽器在第一时间区间开启该外部图像与该显示器间的传递路径，在第二时间区间遮蔽该传递路径，该第一时间区间长于该第二时间区间；以及

提供光机在该第一时间区间提供具有第一亮度的增强现实图像，在该第二时间区间提供具有第二亮度的该增强现实图像，其中该第一亮度的小于该第二亮度，其中该第一时间区间与该第二时间区间的时间长度比为N：1，N为大于1的正整数，其中该第二亮度与该第一亮度的比为N：1。

10.如权利要求9所述的图像产生方法，其中画框周期包括N+1个子画框周期，该第一时间区间的时间长度等于N个子画框周期，该第二时间区间的时间长度等于1个子画框周期。

11.如权利要求9所述的图像产生方法，其中该第一时间区间以及该第二时间区间周期性交错发生。

12.如权利要求9所述的图像产生方法，还包括：

提供光补偿器以调整该外部图像的传送角度。

13.如权利要求9所述的图像产生方法，其中提供该显示器接收该增强现实图像和/或该外部图像，并沿该投射方向发送该显示图像的步骤包括：

在该第一时间区间中，使该显示器结合该增强现实影及该外部图像以产生该显示图像；以及

在该第二时间区间中，使该显示器仅传送该增强现实影以产生该显示图像。

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