CN1996093A - 焦距可调整的头戴式显示系统及用于实现该系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的主要目的在于提供一头戴式显示系统及实现该系统该方法及装置，以对于显示在头戴式显示装置之显示屏上的影像调整其焦距。该系统包含：一影像摄入装置以摄入外界的影像；一连接到该影像摄入装置的影像处理单元，用于处理该接收到的影像信号；一焦距调整单元包含在该影像处理单元内，此焦距调整单元依据一焦距调整信号而调整一来自该影像摄入装置的输入影像，因此产生一调整的显示影像，该调整的显示影像是依据该焦距调整信号对该输入影像进行调整的影像；及一连接到该影像处理单元的影像显示单元，该影像显示单元安装在一头戴式显示装置中，以显示该调整的显示影像；以及一连接到该焦距调整单元的焦距输入单元，该焦距输入单元为一手动操作的装置，以产生该焦距调整信号到该影像处理单元中。

Description

焦距可调整的头戴式显示系统及用于实现该系统的方法

技术领域

本发明涉及一种头戴式显示器，尤其是一焦距可调整的头戴式显示系统，及用于实现该系统的方法及装置，本发明可以对于在头戴式显示器上显示的影像调整其焦距以适应头戴者的视力。

背景技术

在美国专利6,369,952中提出一头戴式显示装置，以传送一产生的影像予使用者观视，最好该产生的影像结合外界的影像。该头戴式显示装置中包含一外壳部以将光学组件固定在该外壳部内。由至少两个罩幕遮蔽一影像产生器以提供高品质的影像。该装置尚包含一可拿掉的安装遮避单元或可动作的装置，且将显示屏从一穿透式的透镜转换成显像器，而且可以进行反向的转换。该装置可以安装在使用者的头部，而仍允许使用者使用传统式的眼镜。而且可以轻易地与该HMD分开，而使得HMD可单独使用(例如用于看电影)。

在美国专利6,611,385中提出一可穿戴式的显示系统，该系统包含一显示面板以显示依据预定的方式处理的信号。该可穿戴的显示系统包含一光栅，以从该显示面板上输出信号，一光波导以经由该光栅导引信号，一放大透镜以放大该经由光波导放大的信号，且将该信号显示予使用者的眼睛。结合一或多个基体而形成光波导，依据可穿戴的显示系统，可以调整地安装该光波导以符合规格，且更进一步个别制造且安装该光波导。因此，应用最少的时间及努力制造该头戴式显示系统。

在美国专利5,991,084中提出一精致型虚像显示系统，其包含一微显示器，一包含三个面的第一放大光装置，一显示输入面，一反射/穿透面，及一反射式第一放大组件面，及一第二放大光装置。显示标的的光进入在该显示输入面的第一放大光装置。该光在该第一放大光装置内传播，使得该光投射到背反射式穿透面之一区域，该面至少有一部份在该第二放大光装置所提供的视域内。以对应该反射/穿透面之第一角度的反射/穿透面，使得光由反射/穿透面上反射，且导向该反射式第一放大组件面。该第一放大组件面反射对应到来源标的光，如一放大的虚像。然后该放大的虚像在该第一放大光装置内以一对应该反射/穿透面之第二入射角传送回该反射/穿透面，经由该反射/穿透面而离开该第一放大光装置。多个该第二放大光装置接收来自该第一放大光装置的放大之虚像，且将该一来源标的之放大虚像的合成之放大虚像显示予观视者。

在美国专利6,683,584中提出一相机显示系统，该系统经由一安装在一外壳部上的矩阵式显示组件而显示信息，定位该外壳部以对应使用者至少一眼。该显示器连接到一视讯或影像传感器，使得使用者可以看到在该显示器上显示的信息或影像。该显示器可以安装到该外壳部，使得使用者可以移动该显示器，以使得该显示器在该使用者的视域之内或之外。

在美国专利6,680,802中提出一单眼型的头戴式显示装置，该装置相当精致而且适于使用者穿戴，包含观视器及一弹性组件。该观视器包含一LCD、一主棱镜、一穿透镜、一镜架、及一麦克风。该主透镜导入一影像，再将影像显示在LCD上，以使得使用者至少一眼可以看到该影像；该穿透镜固定到一主透镜上；该麦克风安装在镜架上；该弹性组件包含一鼻架以将该弹性组件支撑住，因此该观视器可以定位在使用者双眼前的预定位置。

唯，所有上述说明的传统技术都仅提出光系统或机械结构，以将影像显示予头戴式显示系统，但是没有任何的传统技术提出任何与人眼之观看品质相关的结构或机构。许多人有眼部的疾病，如远视、近视、弱视或斜视等，因此无法清楚地观看清楚的影像；所以当正常为清楚的影像显示在该头戴式显示装置的显示屏时，对于有眼疾的观看者而言反而是模糊的影像。例如近视者通常戴上眼镜，以调整影像的焦距，使得影像的焦距可以落在使用者的视网膜上。但是一般穿戴头戴式显示装置者，往往没有或不方便再戴上一付眼镜，所以传统的头戴式显示装置反而不适于有眼疾的穿戴。因此，有必要设计出一种可以调整焦距的头戴式显示装置，以使得使用者可以观看到清楚的影像。

而且，另一种应用为使得头戴式显示装置以完全取代眼镜的功能，尤其是对于弱视者更有此一需要。即经由一相机摄入影像，因此，将影像事先处理以显示在显示屏上令使用者可清楚地看见影像；此在所有的习知技术中均没有提出具有上述相关功能的头戴式显示装置。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种头戴式显示系统及实现该系统该方法及装置，以对于显示在头戴式显示装置之显示屏上的影像调整其焦距。

本发明提供一种使用在一头戴式显示装置中的头戴式显示系统，该系统包含：

一影像摄入装置以摄入外界的影像；

一连接到该影像摄入装置的影像处理单元，用于接收来自该影像摄入装置的影像信号，且处理该接收到的影像信号；

一焦距调整单元包含在该影像处理单元内，此焦距调整单元依据一焦距调整信号而调整一来自该影像摄入装置的输入影像，因此产生一调整的显示影像，该调整的显示影像依据该焦距调整信号对该输入影像进行调整的影像；

一连接到该影像处理单元的影像显示单元，该影像显示单元是安装在一头戴式显示装置中，以显示该调整的显示影像，使得穿戴该头戴式显示装置的使用者至少一眼可以目视该调整的显示影像；以及

一连接到该焦距调整单元的焦距输入单元，该焦距输入单元为一手动操作的装置，以产生该焦距调整信号到该影像处理单元中；该焦距输入单元提供一焦距值予该焦距调整单元。

本发明更提供一种具有一系统的头戴式显示装置，该装置包含：

一外壳部，此外壳部用于容纳该头戴式显示装置的某些组件；

至少一镜架，用于容纳某些控制组件；

一设在外壳部且用于摄入外界影像的影像摄入装置；

一连接到该影像摄入装置的影像处理单元，用于接收来自该影像摄入装置的影像信号，且处理该接收到的影像信号；该影像处理单元包含一焦距输入单元；连接到该影像处理单元的影像显示单元；该影像显示单元包含至少一对应到穿戴在此使用者的至少一眼的显示屏；以及

一连接到该焦距调整单元的焦距输入单元，用于产生一焦距调整信号到该影像处理单元；且该焦距输入单元提供一焦距值予该焦距调整软件。

本发明更提供一种对于一头戴式显示装置进行影像之调整输入的方法，该方法包含下列步骤：

(a)摄入外界影像而得到一输入影像；

(b)输入一焦距调整信号；

(c)依据该焦距调整信号调整输入影像，因此依据该焦距调整信号而将该输入影像投射为一调整的影像；

(d)传送该调整影像到一头戴式显示装置以显示该影像；

(e)如果该显示影像不为一预定的影像；则返回步骤(b)；以及

(f)如果该显示影像为一预定的影像，则返回步骤(a)。

下面的说明中可更进一步了解本发明的特征、作用及其优点，阅读时请参考附图所示。

附图说明

图1A、1B、1C：分别是本发明的头戴式显示装置的左侧、右侧及背面视图。

图2：为本发明的头戴式显示系统的方块图。

图3：本发明的影像处理单元的组件方块图。

图4：依据本发明的执行焦距调整的头戴式显示的程序。

图5：本发明头戴式显示装置的另一实施例，其中只有使用单一显示屏。

具体实施方式

为了更具体呈现本发明的内容，以下参考图式，针对本发明的实施型态作详细说明。

为了使得熟习本技术者可以更进一步了解本发明，下文中将说明本发明的技术细节。但是文中说明的内容及附图是在于使熟习本技术者可据以了解本发明的目的、特征及特性，而非用于限制本发明范畴，而本发明的观点及精神是由申请专利范围所定义。

现在请参考图1所示，其显示本发明的头戴式显示装置1，该头戴式显示装置1提供一眼镜，该眼镜包含一外壳部11及两个镜架12、13。本发明焦距的头戴式显示装置主要系隐藏在外壳部11内，该外壳部11有左右两个透镜14、15，以分别对应对配戴该外壳部11的使用者双眼。

但是，在本发明中该头戴式显示装置，参见图1A、1B、1C，是显示一双眼形态的头戴式显示装置，本发明中该头戴式显示装置也可以为单眼形态，即只有单一的透镜的镜架，例如图5中所示即是。

请参图2、图3，为显示本发明焦距可调整的头戴式显示装置的系统方块图，其中，该系统是安装在该头戴式显示装置1，或者是部份安装在该头戴式显示装置1。该系统包含一影像摄入装置100、一影像处理单元101、一焦距调整单元102及一影像显示单元103。

该影像摄入装置100例如可以是相机，如CCD相机、数字相机等。该影像处理单元101是连接到该影像摄入装置100以接收来自该影像摄入装置100的影像信号，且然后处理所接收到的影像信号。

焦距调整单元102是安装在该影像处理单元101内，用于依据一输入的焦距调整信号20而调整来自该影像摄入装置100的输入影像，使其依据该焦距调整信号20调整该显示的影像。

一焦距调整软件104是安装在该焦距调整单元102内，可参见图4所示。该焦距调整软件104操作该输入影像，以得到对应该输入影像的调整之显示影像，而使得该调整的显示影像具有一指定的焦距，此指定的焦距系由该焦距调整信号20所指示。

该影像显示单元103是连接到该影像处理单元101。该影像显示单元103安装在该头戴式显示装置11中，以显示出该经过调整的显示影像，以为戴有该眼镜的至少一眼睛可以看到该影像。

一焦距输入单元105连接到该焦距调整单元102中。该焦距输入单元105为手操作的装置。使用者可以调整该焦距输入单元105，据此以产生该焦距调整信号20，以输入该影像处理单元101中；该焦距输入单元105提供一焦距予该焦距调整单元102。又，焦距输入单元105可以安装在一眼镜的任何位置，例如镜架12、13上或作为外壳部11内侧的鼻梁架，甚至该焦距输入单元105为一与眼镜分开的构件，此均在本发明的范围之内。

在某些应用中，对使用者提供控制的功能系有助于本发明的应用。有某些实施例中有可能所提出的控制功能系不在该头戴式显示装置中(如使其遥控或主控装置等)。在所示的实施例中，本发明提供按钮16，以输入该焦距调整信号20，因此将不同的焦距值从按钮16中输入。

另外，可以提供按钮17，其为一不显示功能。即该按钮17可以使得该头戴式显示装置的影像不显示出来。最好是配置该不显示功能，使得使用者至少可以关闭该影像而不需要将头戴式显示装置的电力导通，或者是不需要中断数据的输出入动作。当然该按钮17也可以同时导通影像的显示功能及电力。而且，本发明也可以提供一按钮18，用于导通及切断本发明的头戴式显示装置。

现在请参考图1所示，图中揭示出本发明的影像摄入装置100，该影像摄入装置100例如可以是一微型相机，最好该影像摄入装置100系安装在透镜14、15中央，因此所摄入的影像可以接近人眼所目视的影像。影像处理单元101安装在一透镜的上侧，但是在本发明中，影像处理单元101可以安装在一眼镜的任何位置，如镜架12、13上或作为外壳部11内侧的鼻梁架，甚至该影像处理单元101为一与眼镜分开的构件，此均在本发明的范围内。

本发明中，该影像显示单元103可以是一投射式的影像显示单元，即先产生显示的影像，然后将该影像投射在透镜14、15上，因此，可以得到一人眼可目视的影像。或者是该影像显示单元103为一直接式的影像显示单元，即将影像直接输入透镜上以显示予使用者，如该透镜上附加有液晶显示的功能；而且，本发明中该第一按钮16安装在一镜架12的前端，而将第二按钮17安装在同一镜架12的后端，如图中所示者。但是，按钮16、17所安装的位置并不受图1显示的例子所限制，按钮16、17可以配置在眼镜的任何位置上，如设在外壳部11上；所有这些配置的实施例子均应在本发明的精神及观点内。

在本发明的另一实施例中，影像显示单元103为一付眼镜，即双透镜14、15可同时作为显示器及镜片。在此实施例中，按钮17可以用于切换本发明的头戴式显示装置。该按钮17导通时，该头戴式显示装置将动作，因此启动影像摄入装置100，且处理来自该影像摄入装置100摄入的影像，并将该影像显示在影像显示单元103上。当按钮切断时，本发明的头戴式显示装置即呈关断，而将镜片改为一般镜片，作为目视外界使用。

而且，在本发明中，该透镜14、15可以以显示屏取代。即只有显示功能，而没有透镜的功能。同理，如上所述，本发明亦能只有以单一的显示屏或显示透镜实施。

现在请参考图4，其中显示本发明中执行一焦距可调整之头戴式显示的方法。该方法包含下列步骤。在步骤200中开始该方法的流程。在步骤201中，摄入外界影像；在步骤202中，输入一焦距调整信号；在步骤203中，依据该焦距信号调整该输入的影像，因此可以将输入影像投射成一调整的影像；在步骤204中，将该调整的影像输入到影像显示单元103以显示该影像；在步骤205中，如果该显示影像不为一预定的影像，则回到步骤202；重复执行步骤202至步骤205，否则，执行步骤206，如果该显示影像为一预定的影像，则进入步骤207以结束此一程序。

以上，系根据图式所示的良好实施型态，对本发明进行了详细说明，唯本发明并不以前述图式揭示的范例用以限制本发明专利范畴，故上述图式仅为本发明的实施例参考；但熟悉本发明技术手段者可在不超越本发明要旨范围内进行各种修饰变更，唯不论其变化如何，举凡在不超出要旨范围内的各种变更实施例，皆应涵属于本发明的范畴内。

Claims (14)

1.一种使用在一头戴式显示装置中的头戴式显示系统，其特征在于包含：

一影像摄入装置以摄入外界的影像；

一连接到该影像摄入装置的影像处理单元，用于接收来自该影像摄入装置的影像信号，且处理该接收到的影像信号；

一焦距调整单元包含在该影像处理单元内，此焦距调整单元依据一焦距调整信号而调整一来自该影像摄入装置的输入影像，因此产生一调整的显示影像，该调整的显示影像依据该焦距调整信号对该输入影像进行调整之影像；

一连接到该影像处理单元的影像显示单元，该影像显示单元安装在一头戴式显示装置中，以显示该调整的显示影像，使得穿戴该头戴式显示装置的使用者至少一眼可以目视该调整的显示影像；以及

一连接到该焦距调整单元的焦距输入单元，该焦距输入单元为一手动操作的装置，以产生该焦距调整信号到该影像处理单元中；该焦距输入单元提供一焦距值予该焦距调整单元。

2.如权利要求1所述的头戴式显示系统，其特征在于：该焦距调整单元包含一焦距调整软件，该焦距调整软件操作该输入影像，因此产生该调整的显示影像，此调整的显示影像对应该输入影像，而对该输入影像依据来自该焦距调整信号之一指定的焦距，而对输入该影像作为调整。

3.如权利要求1所述的头戴式显示系统，其特征在于：使用一按钮以动作一焦距调整信号，因此依据来自该按钮的输入而产生不同的焦距值。

4.如权利要求1所述的头戴式显示系统，其特征在于：尚包含一按钮，以提供将现在正输出之影像停止显示的功能。

5.如权利要求1所述的头戴式显示系统，其特征在于：尚包含一电力启动按钮，以启动及关闭系统及相关组件。

6.一种具有一系统的头戴式显示装置，其特征在于包含有：

一外壳部，此外壳部用于容纳该头戴式显示装置的某些组件；

至少一镜架，用于容纳该头戴式显示装置的某些控制组件；

一设在外壳部且用于摄入外界影像的影像摄入装置；

一连接到该影像摄入装置的影像处理单元，用于接收来自该影像摄入装置的影像信号，且处理该接收到的影像信号；该影像处理单元包含一焦距输入单元；

一连接到该影像处理单元的影像显示单元，该影像显示单元包含至少一对应到穿戴在此使用者之至少一眼的显示屏；以及

一连接到该影像处理单元的焦距输入单元，用于产生一焦距调整信号到该影像处理单元；且该焦距输入单元提供一焦距值予该焦距调整软件。

7.如权利要求6所述的头戴式显示系统，其特征在于：尚包含一用于致动焦距调整信号的按钮，而依据来自该按钮的输入产生不同的焦距值。

8.如权利要求6所述的头戴式显示系统，其特征在于：尚包含一按钮，以提供将现在正输出之影像停止显示的功能。

9.如权利要求6所述的头戴式显示系统，其特征在于：尚包含一电力启动按钮，以启动及关闭系统及相关组件。

10.如权利要求6所述的头戴式显示系统，其特征在于：该显示器尚包含透镜的功能。

11.如权利要求6所述的头戴式显示系统，其特征在于：影像显示单元为一投射式的影像显示单元，即先产生显示的影像，然后该将影像投射在显示器上，因此可以得到一人眼可目视的影像。

12.如权利要求6所述的头戴式显示系统，其特征在于：影像显示单元为一直接式的影像显示单元，即将影像直接输入显示屏上，以显示予使用者。

13.如权利要求6所述的头戴式显示系统，其特征在于：尚包含一按钮以切换该输入可调整的头戴式显示系统，其中当该按钮开启时，该焦距可调整的头戴式显示系统被启动，而该显示屏具有显示影像的功能；且当该按钮切断时，则该焦距可调整的头戴式显示系统关闭，使得该头戴式显示装置如一眼镜。

14.一种对于一头戴式显示装置进行影像之调整输入的方法，该方法包含下列步骤：

(a)摄入外界影像而得到一输入影像；

(b)输入一焦距调整信号；

(c)依据该焦距调整信号调整输入影像，因此依据该焦距调整信号而将该输入影像投射为一调整的影像；

(d)传送该调整影像到一头戴式显示装置以显示该影像；

(e)如果该显示影像不为一预定的影像；则是返回步骤(b)；以及

(f)如果该显示影像为一预定的影像，结束此程序。

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