CN116360099A - 增强现实显示设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种增强现实显示设备，用以对使用者的眼睛提供增强现实图像。增强现实显示设备包括曲面目镜、多个第一微反射镜及二个第一显示器。这些第一微反射镜配置于曲面目镜上。此二个第一显示器分别配置于曲面目镜的相对两侧，每一第一显示器用以发出一个第一图像光束，这些第一微反射镜用以将此二个第一显示器所发出的二个第一图像光束成像于眼睛的视网膜上，以形成增强现实图像。其中，这些第一微反射镜对眼睛所形成的水平方向视场角是落在80度至110度的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示设备，尤其涉及一种增强现实显示设备。
背景技术
随着显示技术的进步，虚拟现实(virtual reality,VR)显示技术与增强现实(augmented reality,AR)显示技术逐渐被发展出来。在现有的虚拟现实或增强现实显示技术中，是在左眼与右眼分别投射带有视角差的不同图像，左眼与右眼分别聚焦在不同的平面上，即可产生立体视觉。但现阶段有研究指出，此种立体视觉虽可以令人产生立体感，但人眼依然是分别对焦在不同平面相同深度的位置，与人眼在实际空间中的对焦于立体物体的不同深度位置比较，可以发现视觉效果是不尽相同的。因此现有的虚拟现实或增强现实显示器可能会造成某部分使用者晕眩的原因之一，这个效应称为视觉辐辏调节冲突(vergence-accommodation conflict)。
为了解决视觉辐辏调节冲突，一种现有技术是借由针孔小镜来将图像光束反射到人眼，利用针孔成像技术来达到长景深的效果，如此人眼的对焦距离的范围可以较广，而使得双眼视线相交的距离与人眼对焦距离可以一致，以有效解决视觉辐辏调节冲突。然而，在现有技术中，针孔小镜的排列方式为排列于平面上，其所能达成的视场角会不够大。此外，当视角越大时，其所对应的针孔小镜的数目会越多，针孔小镜的横向排列范围的长度也会越长，造成采用针孔小镜的增强现实显示器的体积过于庞大。
发明内容
本发明是针对一种增强现实显示设备，其兼具大视场角与良好的空间利用率。
本发明的一实施例提出一种增强现实显示设备，用以对使用者的眼睛提供增强现实图像。增强现实显示设备包括曲面目镜、多个第一微反射镜及二个第一显示器。这些第一微反射镜配置于曲面目镜上。此二个第一显示器分别配置于曲面目镜的相对两侧，每一第一显示器用以发出一个第一图像光束，这些第一微反射镜用以将此二个第一显示器所发出的二个第一图像光束成像于眼睛的视网膜上，以形成增强现实图像。其中，这些第一微反射镜对眼睛所形成的水平方向视场角是落在80度至110度的范围内，且对于部分的这些第一微反射镜而言，不同群的第一微反射镜是被不同的第一显示器所提供的第一图像光束所照射。
在本发明的实施例的增强现实显示设备中，采用了曲面目镜，这些第一微反射镜对眼睛所形成的视场角是落在80度至110度的范围内，且对于部分的这些第一微反射镜而言，不同群的第一微反射镜是被不同的第一显示器所提供的第一图像光束所照射。因此，增强现实显示设备兼具大视场角与良好的空间利用率，因而可以在较小体积的情况下达成较大的视场角。
附图说明
图1A是本发明的一实施例的增强现实显示设备的上视示意图；
图1B是图1A的增强现实显示设备的立体示意图；
图2为本发明的另一实施例的增强现实显示设备的立体示意图；
图3为本发明的又一实施例的增强现实显示设备的立体示意图；
图4为本发明的再一实施例的增强现实显示设备的立体示意图；
图5为本发明的另一实施例的增强现实显示设备的立体示意图。
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，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1A是本发明的一实施例的增强现实显示设备的上视示意图，而图1B是图1A的增强现实显示设备的立体示意图。请参照图1A与图1B，本实施例的增强现实显示设备100用以对使用者的眼睛50提供增强现实图像。增强现实显示设备100包括曲面目镜130、多个第一微反射镜132及二个第一显示器110。这些第一微反射镜132配置于曲面目镜130上。在本实施例中，曲面目镜130例如是由透明材料所制成，此透明材料例如为塑料或玻璃。第一微反射镜132可位于曲面目镜130的内部，被透明材料所包覆，如图1A所示出。或者，在其他实施例中，第一微反射镜132也可以位于曲面目镜130的表面上，例如是曲面目镜130的朝向眼睛50的表面，或是曲面目镜130的背对眼睛50的表面。在本实施例中，每一第一微反射镜132的宽度W1小于眼睛50的瞳孔的直径(例如是小于4毫米)，例如是每一第一微反射镜132在各方向上的宽度皆小于瞳孔的直径(例如是小于4毫米)，也就是说，每一第一微反射镜132例如为一个针孔小镜。
此二个第一显示器110分别配置于曲面目镜130的相对两侧，每一第一显示器110用以发出一个第一图像光束112，这些第一微反射镜132用以将此二个第一显示器110所发出的二个第一图像光束112成像于眼睛50的视网膜上，以形成增强现实图像。其中，这些第一微反射镜132对眼睛50所形成的水平方向视场角θ1是落在80度至110度的范围内，其中水平方向视场角θ1例如是在xy平面上展开的视场角，x方向平行于使用者的两个眼睛50的连线方向，y方向为使用者的头部的正前方的方向，z方向为从使用者的颈部往头顶的方向，x方向、y方向及z方向彼此垂直。在一实施例中，这些第一微反射镜132对眼睛50所形成的水平方向视场角θ1是落在90度至110度的范围内。在图1A中，是示出在使用者的右眼前的一个增强现实显示设备100为例，而在实际使用时，可在使用者的右眼与左眼的每一个眼睛的前方都配置一个增强现实显示设备100，配置于左眼的增强现实显示设备100相对于图1A的配置于右眼的增强现实显示设备100在内部元件的摆设与形状上为镜像对称(即左右对称)，此时，相对于使用者的双眼而言的两个增强现实显示设备100所一起达到的水平方向视场角可以是落在160度至220度的范围内，在一实施例中例如是落在180度至220度的范围内。
此外，对于部分的这些第一微反射镜132而言，不同群的第一微反射镜132是被不同的第一显示器110所提供的第一图像光束112所照射。具体而言，在本实施例中，此二个第一显示器110是分别配置于曲面目镜130的左侧与右侧，其中左侧与右侧是相对于使用者的眼睛50而言。而对于靠近曲面目镜130的左端的一群第一微反射镜132而言，是被位于右侧的第一显示器110所提供的第一图像光束112所照射，并将此第一图像光束112反射至眼睛50。对于靠近曲面目镜130的右端的一群第一微反射镜132而言，是被位于左侧的第一显示器110所提供的第一图像光束112所照射，并将此第一图像光束112反射至眼睛50。
在本实施例中，由于这些第一微反射镜132为于曲面目镜130上分散配置的针孔小镜，因此可以在使用者的眼睛50的前方形成虚像，且针孔小镜可以有效提升此虚像的景深，进而有效解决视觉辐辏调节冲突。另外，由于这些第一微反射镜132分散于曲面目镜130上，因此可以有效运用眼睛50的视野范围的空间，进而达到大的水平方向视场角θ1。
此外，来自外界的光40可以穿透曲面目镜130而传递至眼睛50。如此一来，使用者的眼睛50可以同时看到外界的景物与第一显示器110所形成的虚像，以达到增强现实的效果。
在本实施例的增强现实显示设备100中，采用了曲面目镜130，这些第一微反射镜对眼睛所形成的视场角是落在80度至110度的范围内，且对于部分的这些第一微反射镜132而言，不同群的第一微反射镜132是被不同的第一显示器110所提供的第一图像光束112所照射。因此，增强现实显示设备100兼具大视场角与良好的空间利用率，因而可以在较小体积的情况下达成较大的视场角。
在本实施例中，增强现实显示设备100还包括多个第二微反射镜132b及二个第二显示器120。这些第二微反射镜132b配置于曲面目镜130上，其中如同第一微反射镜132，这些第二微反射镜132b可以配置于曲面目镜130的透明材料中，或是配置于曲面目镜130的透明材料的表面上。在本实施例中，每一第二微反射镜132b的宽度小于眼睛50的瞳孔的直径(例如是小于4毫米)，例如是每一第二微反射镜132b在各方向上的宽度皆小于瞳孔的直径(例如是小于4毫米)，也就是说，每一第二微反射镜132b例如为一个针孔小镜。
此二个第二显示器120分别配置于曲面目镜130的另相对两侧，例如是分别配置于曲面目镜130的上侧与下侧，其中上侧与下侧是相对于使用者的眼睛50而言。每一第二显示器120用以发出一个第二图像光束122，这些第二微反射镜132b用以将二个第二显示器120所发出的二个第二图像光束122成像于眼睛50的视网膜上，以形成增强现实图像。
在本实施例中，对于部分的这些第二微反射镜132b而言，不同群的第二微反射镜132b是被不同的第二显示器120所提供的第二图像光束122所照射。举例而言，在本实施例中，靠近曲面目镜130上端的那一群第二微反射镜132b是被上侧的第二显示器120所发出的第二图像光束122所照射，且将此第二图像光束122反射至眼睛50。此外，靠近曲面目镜130下端的那一群第二微反射镜132b是被下侧的第二显示器120所发出的第二图像光束122所照射，且将此第二图像光束122反射至眼睛50。本实施例采用位于上下两侧的第二显示器120可提高增强现实显示设备100的铅直方向视场角(即在yz平面上展开的视场角)。
在本实施例中，曲面目镜130是在一个维度上弯曲，也就是在xy平面上弯曲，而在yz平面上则是呈直线形而不弯曲，而第一微反射镜132与第二微反射镜132b的排列也是在一个维度上呈弯曲分布。然而，在另一实施例中，曲面目镜130可以是在二个维度上弯曲，也就是在xy平面上弯曲，且在yz平面上也弯曲，而第一微反射镜132与第二微反射镜132b的排列也是在二个维度上呈弯曲分布。在本实施例中，由于第一微反射镜132与第二微反射镜132b呈曲面排列，而能够绕至眼睛50的侧边甚至侧边的后方，而能够达到较大的水平方向视场角θ1。
由于眼睛50会旋转，入射眼睛50的第一图像光束112与第二图像光束122将遵循眼睛旋转后的瞳孔位置来做设计，外侧(耳侧)图像则由外侧的第一微反射镜132与第二微反射镜132b负责传递图像，前方图像由前方的第一微反射镜132与第二微反射镜132b负责，内侧(鼻侧)图像由内侧的第一微反射镜132与第二微反射镜132b负责。
在本实施例中，此二个第一图像光束112具有第一偏振方向(例如是P偏振方向)，此二个第二图像光束122具有第二偏振方向(例如是S偏振方向)。这些第一微反射镜132适于反射具有第一偏振方向的光，且适于让具有第二偏振方向的光穿透，也就是适于反射第一图像光束122，且适于让第二图像光束122穿透。这些第二微反射镜132b适于反射具有第二偏振方向的光，且适于让具有第一偏振方向的光穿透，也就是适于反射第二图像光束122，且适于让第一图像光束122穿透。因此，第一微反射镜132与第二微反射镜132b在曲面目镜130上配置的位置也可以重叠或部分重叠。在其他实施例中，也可以是第一偏振方向为S偏振方向，而第二偏振方向为P偏振方向。换句话说，第一微反射镜132与第二微反射镜132b可以是偏振分光镜。在其他实施例中，第一微反射镜132与第二微反射镜132b也可以是部分穿透部分反射镜，例如半穿透半反射镜。
在本实施例中，第一显示器110与第二显示器120例如是液晶显示器、有机发光二极管显示器或其他适当的显示器。若第一显示器110与第二显示器120为液晶显示器，则液晶显示器本身所发出的光即有偏振方向，可以借由调整液晶显示器的配置，来使第一显示器110所发出的笫一图像光束112具有第一偏振方向，且使第二显示器120所发出的第二图像光束122具有第二偏振方向。若第一显示器110与第二显示器120为有机发光二极管显示器，则此显示器的发光面可设有偏振片，以使第一显示器110所发出的笫一图像光束112具有第一偏振方向，且使第二显示器120所发出的第二图像光束122具有第二偏振方向。
图2为本发明的另一实施例的增强现实显示设备的立体示意图。请参照图2，本实施例的增强现实显示设备100a与图1A与图1B的增强现实显示设备100类似，而两者的差异如下所述。相较于图1A与图1B的增强现实显示设备100，本实施例的增强现实显示设备100a具有第二显示器120而不具有如图1B的第一显示器110，且增强现实显示设备100a具有第二微反射镜132b，而不具有如图1B的第一微反射镜132。如此也可借由配置于上下两侧的第二显示器120(也可将其称作配置于上下两侧的两个第一显示器)来形成供眼睛50观看的虚像，并具有大的水平视场角。在本实施例中，第二微反射镜132b可以是一般的镜面反射镜，而非偏振分光镜。
图3为本发明的又一实施例的增强现实显示设备的立体示意图。请参照图3，本实施例的增强现实显示设备100b与图1A与图1B的增强现实显示设备100类似，而两者的差异如下所述。相较于图1A与图1B的增强现实显示设备100，本实施例的增强现实显示设备100b具有第一显示器110而不具有如图1B的第二显示器120，且增强现实显示设备100b具有第一微反射镜132，而不具有如图1B的第二微反射镜132b。如此也可借由配置于左右两侧的第一显示器110来形成供眼睛50观看的虚像，并具有大的水平视场角。在本实施例中，第一微反射镜132可以是一般的镜面反射镜，而非偏振分光镜。
图4为本发明的再一实施例的增强现实显示设备的立体示意图。请参照图4，本实施例的增强现实显示设备100c与图1A与图1B的增强现实显示设备100类似，而两者的差异如下所述。本实施例的增强现实显示设备100c还包括二个第一光学元件140及二个第二光学元件150。每一第一光学元件140配置于相邻的第一显示器110与曲面目镜130之间，且位于相邻的第一显示器110所发出的第一图像光束112的传递路径上。每一第二光学元件150配置于相邻的第二显示器120与曲面目镜130之间，且位于相邻的第二显示器120所发出的第二图像光束122的传递路径上。在本实施例中，此二个第一光学元件140与此二个第二光学元件150为具有平滑曲面的透镜、自由曲面透镜或菲涅耳透镜，其可延伸第一显示器110与第二显示器120对眼睛50所产生的虚像的像距，以利于人眼以较为舒适的方式观看，另一方面也可借此在达到相同大小的虚像的前提下减小第一显示器110与第二显示器120的尺寸。或者，在其他实施例中，此二个第一光学元件140与此二个第二光学元件150也可以是起偏器(即偏振片)或波片(wave plate)，其中波片例如为二分之一波片或四分之一波片。此外，在另一实施例中，二个第二光学元件150也可套用至图2的增强现实显示设备100a中。再者，在又一实施例中，二个第一光学元件140也可以套用在图3的增强现实显示设备100b中。
图5为本发明的另一实施例的增强现实显示设备的立体示意图。请参照图5，本实施例的增强现实显示设备100d与图1A与图1B的增强现实显示设备100类似，而两者的差异在于在本实施例的增强现实显示设备100d中，曲面目镜130d可以是在二个维度上弯曲，也就是在xy平面上弯曲，且在yz平面上也弯曲，而第一微反射镜132与第二微反射镜132b的排列也是在二个维度上呈弯曲分布。
综上所述，在本发明的实施例的增强现实显示设备中，采用了曲面目镜，这些第一微反射镜对眼睛所形成的视场角是落在80度至110度的范围内，且对于部分的这些第一微反射镜而言，不同群的第一微反射镜是被不同的第一显示器所提供的第一图像光束所照射。因此，增强现实显示设备兼具大视场角与良好的空间利用率，因而可以在较小体积的情况下达成较大的视场角。
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 (12)
1.一种增强现实显示设备，其特征在于，用以对使用者的眼睛提供增强现实图像，所述增强现实显示设备包括：
曲面目镜；
多个第一微反射镜，配置于所述曲面目镜上；以及
二个第一显示器，分别配置于所述曲面目镜的相对两侧，每一第一显示器用以发出一个第一图像光束，所述多个第一微反射镜用以将所述二个第一显示器所发出的二个第一图像光束成像于所述眼睛的视网膜上，以形成所述增强现实图像，
其中，所述多个第一微反射镜对所述眼睛所形成的水平方向视场角是落在80度至110度的范围内，且对于部分的所述多个第一微反射镜而言，不同群的第一微反射镜是被不同的第一显示器所提供的第一图像光束所照射。
2.根据权利要求1所述的增强现实显示设备，其特征在于，每一第一微反射镜的宽度小于所述眼睛的瞳孔的直径。
3.根据权利要求1所述的增强现实显示设备，其特征在于，所述曲面目镜在一个维度上弯曲。
4.根据权利要求1所述的增强现实显示设备，其特征在于，所述曲面目镜在二个维度上弯曲。
5.根据权利要求1所述的增强现实显示设备，其特征在于，还包括：
多个第二微反射镜，配置于所述曲面目镜上；以及
二个第二显示器，分别配置于所述曲面目镜的另相对两侧，每一第二显示器用以发出一个第二图像光束，所述多个第二微反射镜用以将所述二个第二显示器所发出的二个第二图像光束成像于所述眼睛的视网膜上，以形成所述增强现实图像，其中对于部分的所述多个第二微反射镜而言，不同群的第二微反射镜是被不同的第二显示器所提供的第二图像光束所照射。
6.根据权利要求5所述的增强现实显示设备，其特征在于，所述二个第一图像光束具有第一偏振方向，所述二个第二图像光束具有第二偏振方向，所述多个第一微反射镜适于反射具有所述第一偏振方向的光，且适于让具有所述第二偏振方向的光穿透，所述多个第二微反射镜适于反射具有所述第二偏振方向的光，且适于让具有所述第一偏振方向的光穿透。
7.根据权利要求5所述的增强现实显示设备，其特征在于，还包括：
二个第一光学元件，每一第一光学元件配置于相邻的第一显示器与所述曲面目镜之间，且位于所述相邻的第一显示器所发出的第一图像光束的传递路径上；以及
二个第二光学元件，每一第二光学元件配置于相邻的第二显示器与所述曲面目镜之间，且位于所述相邻的第二显示器所发出的第二图像光束的传递路径上。
8.根据权利要求7所述的增强现实显示设备，其特征在于，所述二个第一光学元件与所述二个第二光学元件为具有平滑曲面的透镜、自由曲面透镜或菲涅耳透镜。
9.根据权利要求7所述的增强现实显示设备，其特征在于，所述二个第一光学元件与所述二个第二光学元件为起偏器或波片。
10.根据权利要求1所述的增强现实显示设备，其特征在于，所述多个第一微反射镜对所述眼睛所形成的水平方向视场角是落在90度至110度的范围内。
11.根据权利要求1所述的增强现实显示设备，其特征在于，所述二个第一显示器是分别配置于所述曲面目镜的上侧与下侧，其中所述上侧与所述下侧是相对于所述使用者的所述眼睛而言。
12.根据权利要求1所述的增强现实显示设备，其特征在于，所述二个第一显示器是分别配置于所述曲面目镜的左侧与右侧，其中所述左侧与所述右侧是相对于所述使用者的所述眼睛而言。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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