CN112782853B - 头戴式显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种头戴式显示设备，包括管体、反射镜、红外线照相机以及成像透镜。反射镜设置于管体中。反射镜具有依序连接的第一平面以及第二平面，其中第一平面以及第二平面分别具有不互相平行的法线向量。红外线照相机接收来自反射镜的第二平面的反射影像光束，其中反射镜的第二平面接收影像光束以产生反射影像光束。成像透镜设置在管体的第一开口端上。

Description

头戴式显示设备
技术领域
本发明涉及一种头戴式显示设备，特别是涉及一种可缩短管体空间的头戴式显示设备。
背景技术
随着电子科技的进步，人们对于显示效果的要求日趋严格。在此时，一种可呈现立体视觉的头戴式显示设备被推出。
在头戴式显示技术中，为提供用户高质量的立体影像，常在头戴式显示设备中设置配眼球追踪器。眼球追踪器用来追踪用户眼球的位置状态，以使头戴式显示设备可依据用户的眼球的位置状态，来适度调整所提供的视觉影像。
在现有技术的眼球追踪器中，常需要设置一反射镜来进行光束的反射动作，并使光束可以投射至眼球上，以完成眼球的追踪动作。这个反射镜需要以一定的角度被架设在管体中，而使的管体需要一定的长度。如此一来，当要针对头戴式显示设备的尺寸进行缩减时，常因管体的长度不足，而无法设置可提供足够角度的反射镜，并造成设计上的困难。
发明内容
本发明是针对一种头戴式显示设备，可缩短所需要的管体的厚度。
根据本发明的实施例，头戴式显示设备包括管体、反射镜、红外线照相机以及成像透镜。反射镜设置于管体中，具有依序连接的第一平面以及第二平面，其中第一平面以及第二平面分别具有不相平行的法线向量。红外线照相机接收来自反射镜的第二平面的反射影像光束，其中，反射镜的第二平面接收影像光束以产生反射影像光束。成像透镜设置在管体的第一开口端上。
根据以上说明，本发明通过反射镜以弯折的方式设置在管体中。如此一来，头戴式显示设备中，管体的厚度可以缩减，并减低头戴式显示设备整体的厚度。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明一实施例的头戴式显示设备的示意图；
图2A至图2C分别为本发明实施例的头戴式显示设备中的反射镜的多种配置方式的示意图。
附图标号说明
100、301、302、303：头戴式显示设备；
110、310：管体；
120、320、320’、320”：反射镜；
130、330：红外线照相机；
140、340：成像透镜；
150、350：显示器；
S1：第一平面；
S2：第二平面；
S3：第三平面；
N1～N2：法线向量；
A1：夹角；
TG：目标区；
LB：影像光束；
RLB：反射影像光束；
D1：方向。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
请参照图1，图1绘示本发明一实施例的头戴式显示设备的示意图。头戴式显示设备100包括管体110、反射镜120、红外线照相机130、成像透镜140以及显示器150。反射镜120设置在管体110中，并具有依序连接的第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3。第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3分别具有法线向量N1、N2以及N3，其中法线向量N1与N2不相互平行。
另外，在图1的实施例中，法线向量N2与N3是不相互平行的。
在本实施例中，反射镜120的第一平面S1以及第二平面S2间具有夹角A1。其中，夹角A1可小于或等于160度，且夹角A1可大于90度，夹角A1避免对来自显示器150的影像造成失真。反射镜120的第二平面S2用以接收来自目标区TG的影像光束LB，并通过反射影像光束LB以产生反射影像光束RLB。反射镜120的第二平面S2并使反射影像光束RLB被传送至红外线照相机130，以获取目标区影像。
附带一提的，在本实施例中，第一平面S1与第三平面S3分别具有的法线向量N1以及N3可以互相平行，也可以不互相平行，没有特别的限制。
本发明实施例中的反射镜120可应用软性玻璃来实施。通过在管体110中放置软性玻璃，可以减低反射镜120被人眼视觉观察到，而产生视觉效果干扰的可能性，可提升视觉质量。
在另一方面，红外线照相机130可设置在管体110上。此外，头戴式显示设备100中可设置一个或多个红外线发射器，并用以投射一个或多个红外线光束至目标区TG。在本实施例中，目标区TG上具有红外线光点的影像，可通过影像光束LB被投射至反射镜120的第二平面S2上。反射镜120的第二平面S2反射影像光束LB，以便将反射影像光束RLB投射至红外线照相机130。如此一来，红外线照相机130可获取具有红外线光点的目标区TG的影像。
在本实施例中，反射镜120配合红外线照相机130以形成头戴式显示设备100中的眼球追踪器。头戴式显示设备100的目标区TG可对应用户眼球的位置。红外线照相机130可获取使用者眼球以及眼球虹膜上的红外线光点的影像。如此一来，头戴式显示设备100可通过眼球虹膜上的红外线光点的分布状态以及位置状态，来计算出用户眼球EB的位置状态，并完成眼球的追踪动作。
在本实施例中，成像透镜140以及显示器150分别设置在管体110上相对的两个开口端。其中成像透镜140设置在目标区TG以及反射镜120间。此外，反射镜120为一部分反射镜，用以反射一定波长范围的光束。在本实施例中，反射镜120可反射使用者眼球所反射的红外线光束。
因此，显示器150所产生的影像光束可以穿透反射镜120并通过成像透镜140传送至目标区TG，而反射镜120可反射目标区TG上的影像光束LB，并将反射影像光束RLB传送至红外线照相机130。
值得一提的，在本发明实施例中，反射镜120为一可挠式反射镜。通过弯折反射镜120以使其至少具有第一平面S1以及第二平面S2，可有效降低管体110中形成以容置反射镜120的空间。也就是说，管体110所需要的厚度(第一开口端与第二开口端间的距离)可以减小，进以减小头戴式显示设备100的厚度。
在本发明实施例中，反射镜120的厚度可小于0.2毫米。并且，在当反射镜120的厚度为0.07毫米时，反射镜120的折射率可小于或等于2。
由上述说明可知，本发明实施例中，通过薄化反射镜120的厚度可以进一步降低管体110的尺寸。
在另一方面，显示器150用以产生显示影像，并使显示影像通过反射镜120以及成像透镜140投射至使用者的眼球，并产生虚拟现实(virtual reality,VR)的显示效果。此外，显示器150还可选择同步提供实境影像以及虚拟图像，产生扩增实境(Augmentedreality,AR)或混合实境(Mixed reality,MR)的显示效果。
在本发明实施例中，显示器150可以应用任意形式的显示器来实施，例如液晶显示器、有机发光二极管显示器、微发光二极管显示器或其他本领域具通常知识者所熟知的显示器。
更值得一提的，在本发明实施例中，反射镜120的弯折型态是可以调整的。其中，针对头戴式显示设备100的不同型态的设计，管体110的厚度可能会具有多种不同的变化。反射镜120可因应管体110的厚度进行不同方式的弯折，来容置在管体110中。重点在于，弯折后的反射镜120，可在中间部位的第二表面S2上，提供影像光束LB足够大的入射角，并有效的产生反射影像光束RLB，并使反射影像光束RLB可被传送至红外线照相机130。
此外，成像透镜140可由一个或多个透镜所形成的透镜组来建构。本实施例中的成像透镜140可以依据本领域具通常知识者所熟知的任意透镜组来建构，没有一定的限制。
在本实施例中，反射镜120的第一平面S1以及第三平面S3与成像透镜140在管体110的开口端上的延伸方向D1可以互相平行(法线向量N1、N3与方向D1相垂直)。
以下请参照图2A至图2C，图2A至图2C分别绘示本发明实施例的头戴式显示设备中的反射镜的多种配置方式的示意图。在图2A中，头戴式显示设备301包括管体310、反射镜320、红外线照相机330、成像透镜340以及显示器350。反射镜320设置在管体310中，并具有依序连接的第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3。成像透镜340以及显示器350分别设置在管体310相对的两开口端。红外线照相机330可设置在管体310上，并接收反射影像光束RLB。反射镜320的第二平面S2并用以反射来自于目标区TG的影像光束LB以产生反射影像光束RLB，并将反射影像光束RLB投射至红外线照相机330。
在本实施方式中，第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3分别具有的法线向量N1～N3中的任二均不相互平行。其中，第三平面S3可以与成像透镜340在管体310的开口端上的延伸方向D1相互平行(法线向量N3与方向D1垂直)，而第一平面S1、第二平面S2则均不与方向D1相互平行(法线向量N1、N2与方向D1均不垂直)。
在图2B中，头戴式显示设备302则包括管体310、反射镜320’、红外线照相机330、成像透镜340以及显示器350。反射镜320’设置在管体310中，并具有依序连接的第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3。成像透镜340以及显示器350分别设置在管体310相对的两开口端。红外线照相机330可设置在管体310上，并接收反射光束RLB。反射镜320的第二平面S2用以反射影像光束LB以产生反射影像光束RLB，并将反射光束RLB投射至红外线照相机330。
在本实施方式中，第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3分别具有的法线向量N1～N3中的任二均不相互平行。并且，第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3与成像透镜340在管体310的开口端上的延伸方向D1均不相互平行(法线向量N1、N2、N3与方向D1均不垂直)。
在图2C中，头戴式显示设备303则包括管体310、反射镜320”、红外线照相机330、成像透镜340以及显示器350。反射镜320”设置在管体310中，并具有依序连接的第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3。成像透镜340以及显示器350分别设置在管体310相对的两开口端。红外线照相机330可设置在管体310上，并接收反射影像光束RLB。反射镜320的第二平面S2用以反射影像光束LB以产生反射影像光束RLB。
在本实施方式中，第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3分别具有的法线向量N1～N3中的任二均不相互平行。其中，第一平面S1可以与成像透镜340在管体310的开口端上的延伸方向D1相互平行(法线向量N1与方向D1垂直)，而第二平面S2、第三平面S3则均不与方向D1相互平行(法线向量N2、N3与方向D1均不垂直)。
附带一提的，在本发明实施例中，第二平面S2的尺寸可依据光束LB的分布面积大小来设定，没有特定的限制。并且，第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3间的尺寸关系同样没有固定的限制。
综合上述说明，本发明通过在头戴式显示器中，设置弯曲结构的反射镜。在不占去管体过大厚度的条件下，为进行眼球侦测动作的影像光束，提供合适的反射角度，以将反射影像光束投射到红外线照相机中。而不同弯曲程度的反射镜，可适用于具有不同厚度管体的头戴式显示器。如此一来，头戴式显示器的厚度可以有效的被缩减，提升使用上的便利性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种头戴式显示设备，其特征在于，包括：
管体；
反射镜，设置于所述管体中，具有依序连接的第一平面以及第二平面，其中所述第一平面以及所述第二平面，分别具有不互相平行的法线向量；
红外线照相机，接收来自所述反射镜的所述第二平面的反射影像光束，
其中，所述反射镜的所述第二平面接收影像光束以产生所述反射影像光束；以及
成像透镜，设置在所述管体的第一开口端上，
其中所述反射镜还包括第三平面，所述第一平面、所述第二平面以及所述第三平面依序连接，所述第三平面的法线向量与所述第二平面的法线向量不互相平行。
2.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中所述第三平面的法线向量与所述第一平面的法线向量相互平行。
3.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中所述第一平面以及所述第二平面间的夹角小于或等于160度。
4.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中所述反射镜的厚度小于0.2毫米。
5.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中在所述反射镜的厚度为0.07毫米时，所述反射镜的折射率小于或等于2。
6.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，还包括：
显示器，设置在所述管体的第二开口端，所述第一开口端与所述第二开口端相对。
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