CN200993694Y

CN200993694Y - 运用光学技术的头戴型显示器

Info

Publication number: CN200993694Y
Application number: CN 200620135512
Authority: CN
Inventors: 吴俊莹
Original assignee: SHUIXIONG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHUIXIONG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2016-09-14

Abstract

一种运用光学技术的头戴型显示器，通过一连结与一主系统沟通，此头戴型显示器包含：一移动检测模块，用以检测头戴型显示器的一位移，以产生一第一讯号；一传接模块，用以接收一第二讯号；一处理模块，用以处理第一讯号及第二讯号，以产生一第三讯号及一第四讯号；一显示模块，利用第三讯号产生一影像；一光学模块，包含一个或更多可抽换镜片，用以改变成像的焦点，且光学模块可将影像呈现给头戴型显示器的一使用者；其中第四讯号被传接模块传送至主系统，而主系统处理第四讯号藉以产生第二讯号。本实用新型提供的头戴型显示器具有头部动态检测并解决了近视等问题，并更进一步利用无线通讯方式，实现真正的行动显示目的。

Description

运用光学技术的头戴型显示器

本实用新型涉及一种头戴型显示器，特别是涉及一种运用光学技术的头戴型显示器。

背景技术

头戴型显示器(Head-mounted Display，HMD)是一种可以配戴于头上的显示器。早期的HMD设计笨重，有如一个头盔，故又译作「头盔显示器」。现代头戴型显示器，设计日益轻巧，比如MicroOptical公司推出的HMD可挂在普通眼镜上，显示效果相当于在4英尺距离观看17时显示屏幕，详细规格可参考其网页www.microopticalcorp.com/HomePage.html。另外，日本Shimadzu公司推出的一款单眼式头戴型显示器「DataGlass2/A」，以轻巧为卖点，最高解像度达800×600像素，显示更新频率为60Hz，使用者使用此显示器相当于以60cm距离观看13时的普通显示器，详细规格可参考其网页www.spi-inc.com/dataglass/。头戴型显示器的优点为其让使用者感受到一个私人的空间感，无论你在看电影、浏览网页等，都不会影响身边的人，也不用担心别人会看到自身的私隐。

头戴型显示器的一个重要应用为「虚拟实境(Virtual Reality，VR)」与「扩增实境(Augmented Reality，AR)」。两者之间的主要差别为，VR以取代真实的世界的方式，而AR却是在实境上扩增信息。VR及AR则可应用于各种领域上，例如教育训练上，头戴型显示器能帮助从事危险性较高的工人或士兵，经由接近实况的反复操演，以避免自身工作上的危险性。在建筑用的住宅模拟上，可在设计完成后，配合头戴型显示器仿真建筑的实体架构与空间配置给建筑师或客户体验。在休闲娱乐上，VR更能带给使用者身历其境的感受。在医疗上，VR藉由制造坠落效果，让使用者习惯这种感觉，进而克服惧高症。还有许多应用，例如虚拟电影院、外科手术、商业广告、旅游导览、货物简介等各式各样的用途。

但是市面上所见消费型头戴型显示器产品，未见到整合头部动态检测及近视、远视、两眼视差等问题的解决方案。因此，有必要提供一种具有头部动态检测及解决近视等问题的消费型头戴型显示器，并更进一步利用无线通讯方式，实现真正的行动显示目的。

实用新型内容

本实用新型的一方面在于提供一种运用光学技术的头戴型显示器，通过一连结与一主系统沟通，此头戴型显示器包含：一移动检测模块，用以检测头戴型显示器的一位移，以产生一第一讯号；一传接模块，用以接收来自该主系统的一第二讯号；一处理模块，用以接收来自该移动检测模块的第一讯号和来自该传接模块的第二讯号并处理第一讯号及第二讯号，以产生一第三讯号及一第四讯号；一显示模块，用以接收来自该处理模块的第三讯号并利用第三讯号产生一影像；一光学模块，包含一个或多个可抽换镜片，用以改变来自该显示模块的影像的成像焦点，并输出该影像；其中第四讯号被传接模块传送至主系统，而主系统处理第四讯号藉以产生第二讯号。

本实用新型的另一方面描述一单眼式或双眼式头戴型显示器，并针对使用者近视、远视、老花、散光或视差等问题提出一系列解决方案。

本实用新型提供的头戴型显示器具有头部动态检测并解决了近视等问题，并更进一步利用无线通讯方式，实现真正的行动显示目的。

附图说明

图1为根据本实用新型的一具体实施例，一单眼式头戴型显示器的方块图；

图2为根据本实用新型的一具体实施例，一显示模块到使用者眼睛的光学路径；

图3为根据本实用新型的一具体实施例，说明改变可抽换镜片的厚度，以改变成像的焦点的图；

图4为根据本实用新型的一具体实施例，运用超音波马达，以改变光学模块的物距的图；

图5为根据本实用新型的一具体实施例，一双眼式头戴型显示器的方块图；

图6为根据本实用新型的一具体实施例，一双眼式头戴型显示器用来解决视差问题的结构；

图7为根据本实用新型的一具体实施例，一双眼式头戴型显示器用来解决视差问题的结构；

图8为根据本实用新型的一具体实施例，一包裹式头戴型显示器；

附图符号说明

100单眼式头戴型显示器

102，502主系统

104，504移动检测模块

106，506传接模块

108光学模块

110，510显示模块

112，512处理模块

114，514输入接口

116眼睛

118可抽换镜片

122，522电源供应模块

124，524模拟/数字电视解调模块

126，526无线网络调制模块

150，550第一讯号

152，552第二讯号

154，554第三讯号

156，556第四讯号

158，558影像

460导轨

462支撑物

464超音波马达

508左眼光学模块

509右眼光学模块

516左眼

517右眼

518左眼可抽换镜片

519右眼可抽换镜片

870眼镜

具体实施方式

本实用新型披露了一种运用光学技术头戴型显示器。为了使本实用新型的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并结合图1至图8的与表1的表格，其中功能相似的组件以相似的组件符号标记。

参考图1，于一实施例，本实用新型提供一种运用光学技术的单眼头戴型显示器100，其通过一连结，例如有线连接或无线连接，与一主系统102沟通，头戴型显示器100包含：一电源供应模块122，供给电能给头戴型显示器100、一移动检测模块104，例如一或更多重力加速度感应器(Gsensor)，用以检测头戴型显示器100的一位移，以产生一第一讯号150、一传接模块106，用以接收来自主系统102的一第二讯号152、一处理模块112，用以处理第一讯号150及第二讯号152，以产生一第三讯号154及一第四讯号156、一显示模块110，利用第三讯号154产生一影像158、一光学模块108，包含一个或更多可抽换镜片118，用以改变成像的焦点，且光学模块108可将影像158呈现给头戴型显示器110的一使用者的眼睛116；其中第四讯号156被传接模块106传送至主系统102，而主系统102处理第四讯号156藉以产生第二讯号152。

于图1中，若头戴型显示器100与主系统102间的连结采无线连接，例如蓝芽、ZigBee或其它任何自订的无线传输方式，则于一实施例，传接模块106可为多个天线，分别担任传送及接收任务，例如包含一电视天线，供接收模拟电视或数字电视讯号、一主系统天线，供接收来自主系统102的讯号，以及一位移传输天线，供传送移动检测模块104所检测到的位移。于其它的一实施例中，传接模块106可为具有传送及接收功能的一单一天线，此单一天线亦可接收一电视讯号、一来自主系统102的讯号，以及其它讯号。此外，于上述实施例中，处理模块112还包含一模拟/数字电视解调模块124，供处理传接模块106所接收的电视讯号，以及一无线网络调制模块126，移动检测模块104所检测到的位移可先经由无线网络调制模块126调制，再藉由传接模块106传送至主系统102。

显示模块110可为微型LCD显示面板或LCOS(Liquid Crystal on Silicon)显示面板。LCOS和传统LCD最大的不同是LCOS以硅晶片为基板，因此可运用现有半导体工艺设备制作，可达到高分辨率，并可整合驱动电路，有利生产的简化。先参考图2，以说明显示模块110到使用者眼睛116的光学路径。显示模块110以LCOS显示面板210为例，使用者眼睛116通过光学模块108观察LCOS显示面板210，会感觉观察到具有放大效果的显示面板210’。

回到图1，头戴型显示器100可包含一输入接口114，其可为一卡片阅读机接口、一按键接口，或上述两者。头戴型显示器100可利用卡片阅读机接口来读取一存储元件，例如一存储卡中的数据。而利用按键接口，一控制讯号可被传递给头戴型显示器100。此外，于一具体实施例中，若头戴型显示器100的传接模块106为一无线传接模块，则此无线传接模块还可包含提供一无线输入接口给头戴型显示器100，使其能与一无线输入装置连接，数据及控制讯号皆可通过此无线输入接口被传递至头戴型显示器100。无线输入装置的例子，包含但不限于无线摇杆(joystick)、无线键盘、无线鼠标或任何其它无线输入装置。

举例而言，主系统102可为XBOX或PS2(play station 2)之类的游戏机，此游戏机可针对接收的第二讯号152，其具有头戴型显示器100的位移信息，作出响应，例如视角转换等。而头戴型显示器100中处理模块112产生的第三讯号154则通过显示模块110、光学模块108呈现给头戴型显示器100的一使用者的眼睛116，且其中光学模块108还包含一个或更多可抽换镜片118，供改变使用者眼睛116内光成像的焦点位置。

近视、远视及老花等是人眼的角膜弧度与眼轴长度无法配合，导致影像无法准确聚焦于视网膜上，若成像焦点落于视网膜前则造成近视；若焦点落于视网膜后则造成远视；如果角膜水平与垂直的弧度不同，影像经由不同的弧度聚焦后形成几个不同的焦点则造成散光。因此上述包含可抽换镜片118的光学模块108可克服近视、远视及老花等问题。于一具体实施例，头戴型显示器100可提供一卡沟来置放可抽换镜片，于此具体实施例中，本实用新型更能进一步设计多个不同的卡沟，可抽换镜片被放置于不同的卡沟即代表可抽换镜片与使用者眼睛116具不同的距离，供使用者将镜片调整到最舒适的位置。于另一具体实施例，头戴型显示器100可提供一螺纹，以由外慢慢旋入的方式来置放可抽换镜片。于一些具体实施例中，亦可利用替换不同厚度的可抽换镜片118，或利用替换不同厚度并配合上述卡沟或螺纹，来产生不同的可抽换镜片118的组合。以图3为例，若光学模块108于光的行进路径间置入一厚度为d₁的可抽换镜片118，则将改变成像的位置。借着置入不同厚度的可抽换镜片118，可使成像的位置落于期望的位置上。此外，于一具体实施例中，参考图4，光学模块108还包含一导轨460、一支撑物462及一超音波马达464，光学模块108内的镜片借着支撑物462被置放于导轨460上，通过超音波马达464，光学模块108内的镜片可进行前后微量移动d₂，以针对显示面板110产生不同的物距。超音波马达可运用，例如，PiezoTechnology公司所生产的，由压电材料制造的微小超音波线性致动器(TinyUltrasonic Linear Actuator，TULA)。另外，于一具体实施例中，微机电系统(micro-electro mechanical systems，MEMS)或者齿轮技术等方式亦可用来位移光学模块108内的镜片，以克服使用者近视、远视及老花等问题。此外，可设计头戴型显示器100包裹使用者的眼镜，如此使用者可在配戴自己平日使用的眼镜的情况下，使用头戴型显示器100。

至于头戴型显示器100的电源供应模块122，于一具体实施例中，电源供应模块122可使用一般的电池，如锂电池或锂电池聚合物。此外，这些电池可为充电式也可为非充电式的电池。于另一具体实施例，头戴型显示器100可使用外接式外插电源的方式来取得电力。

接着参考图5的实施例，其描绘一双眼式头戴型显示器500。双眼式头戴型显示器500通过一连结，例如有线连接或无线连接，与一主系统502沟通，头戴型显示器500包含：一电源供应模块522，供给电能给头戴型显示器500、一移动检测模块504，例如一个或更多重力加速度感应器，用以检测头戴型显示器500的一位移，以产生一第一讯号550、一传接模块506，用以接收来自主系统502的一第二讯号552、一处理模块512，用以处理第一讯号550及第二讯号552，以产生一第三讯号554及一第四讯号556、一显示模块510，利用第三讯号554产生一影像558、一左眼光学模块508及一右眼光学模块509，分别包含一个或更多左眼可抽换镜片518及右眼可抽换镜片519，用以改变成像的焦点，且光学模块508可将影像558呈现给头戴型显示器510的一使用者的左眼516及右眼517；其中第四讯号556被传接模块506传送至主系统502，而主系统502处理第四讯号556藉以产生第二讯号552。

于图6中，若头戴型显示器500与主系统502间的连结采无线连接，例如蓝芽、ZigBee或其它任何自订的无线传输方式，则于一实施例，传接模块506可为多个天线，分别担任传送及接收任务，例如包含一电视天线，供接收模拟电视或数字电视讯号、一主系统天线，供接收来自主系统502的讯号，以及一位移传输天线，供传送移动检测模块504所检测到的位移。于其它的一实施例中，传接模块506可为具有传送及接收功能的一单一天线，此单一天线亦可接收一电视讯号、一来自主系统502的讯号，以及其它讯号。此外，于上述实施例中，处理模块512还包含一模拟/数字电视解调模块524，供处理传接模块506所接收的电视讯号，以及一无线网络调制模块526，移动检测模块504所检测到的位移可先经由无线网络调制模块526调制，再藉由传接模块506传送至主系统502。

显示模块510可为微型LCD显示面板或LCOS显示面板，且其可为单一显示面板，供呈现影像给左眼右眼，或具两个显示面板分别呈现影像给左眼右眼。

上述的卡沟或螺纹方式于双眼式头戴型显示器500的应用中，还可用来解决两眼视差的问题，方式如图6所示。于图6所示的实施例中，卡沟或螺纹方式可用来调整左眼可抽换镜片518与右眼可抽换镜片519到左眼516与右眼517的前后距离d₃、d₄，以解决使用者两眼视差的问题。参考图7，在另一个具体实施例中，利用左眼可抽换镜片518与右眼可抽换镜片519的镜片厚度d₅、d₆，亦可解决使用者两眼视差的问题，其数据可参考表1。此外，左右眼可抽换镜片518、519至左右眼516、517的距离与不同厚度的左右眼可抽换镜片518、519的组合，亦可实施于本实用新型中。另外，于一具体实施例中，光学模块508可运用一超音波马达、微机电系统或者齿轮技术等方式来位移光学模块508内的镜片，以克服使用者近视、远视、老花、两眼视差等问题。需要注意的是，上述方式皆着眼于借着头戴型显示器510的光学模块508来克服使用者的视力问题，然而于一具体实施例，参考图8，使用者配戴的一眼镜870可被头戴型显示器500包裹，使得使用者可在配戴自己平日使用的眼镜870的情况下，使用头戴型显示器500。如此，则不需要通过头戴型显示器500的光学模块508来解决使用者视力问题。

双眼式头戴型显示器500可为固定瞳距或可变瞳距的头戴型显示器。可变瞳距实施方式的一个例子，可利用上述的超音波马达。借着超音波马达产生左右眼光学模块518、519的左右位移，来调整头戴型显示器的瞳距。

另外，头戴型显示器500可还包含一输入接口514，其可为一卡片阅读机接口、一按键接口，或上述两者。头戴型显示器500可利用卡片阅读机接口来读取一存储元件，例如一存储卡中的数据。而利用按键接口，一控制讯号可被传递给头戴型显示器500。此外，于一具体实施例中，若头戴型显示器500的传接模块506为一无线传接模块，则此无线传接模块还可包含提供一无线输入接口给头戴型显示器500，使其能与一无线输入装置连接，数据及控制讯号皆可通过此无线输入接口被传递至头戴型显示器500。无线输入装置的例子，包含但不限于无线摇杆、无线键盘、无线鼠标或任何其它无线输入装置。

至于头戴型显示器500的电源供应模块522，于一具体实施例中，电源供应模块522可使用一般的电池，如锂电池或锂电池聚合物。此外，这些电池可为充电式也可为非充电式的电池。于另一具体实施例，头戴型显示器500可使用外接式外插电源的方式来取得电力。

需要注意的是，虽然图1及图6中，处理模块112及512以一方块描述，本领域的技术人员可依据处理模块的功用，可再分割成不同的模块。例如，处理模块112可包含一影像处理模块，将来自传接模块106、506与输入接口114、514的讯号转换之后，再送至显示模块110进行显示。或者，处理模块102可包含一微处理器(microprocessor)，依据整个系统所需要的运算等级，选择使用微处理器，以处理头戴型显示器100内各模块之间的控制与协调。此外，处理模块112及512亦能藉其它集成电路来实现。

表1为近视度数与镜片厚度的数据

度数	焦距(mm)	镜片厚度(mm)
度数	焦距(mm)	镜片厚度(mm)	100	0.0934	0.275
200	0.2774	0.82	100	0.0934	0.275
200	0.2774	0.82	300	0.4582	1.345
400	0.6343	1.86	300	0.4582	1.345
400	0.6343	1.86	500	0.8075	2.37
600	0.9772	2.866	500	0.8075	2.37
600	0.9772	2.866	700	1.1437	3.35
800	1.3069	3.833	700	1.1437	3.35

900	1.467	4.305
900	1.467	4.305	1000	1.6241	4.764

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用以限定本实用新型的权利要求的范围；凡其它未脱离本实用新型所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明的权利要求的范围内。

Claims

1.一种运用光学技术的头戴型显示器，通过一连结与一主系统沟通，其特征是该头戴型显示器包含：

一移动检测模块，用以检测该头戴型显示器的一位移，以产生一第一讯号；

一传接模块，用以接收来自该主系统的一第二讯号；

一处理模块，用以接收来自该移动检测模块的第一讯号和来自该传接模块的第二讯号并处理该第一讯号及该第二讯号，以产生一第三讯号及一第四讯号；

一显示模块，用以接收来自该处理模块的第三讯号并利用该第三讯号产生一影像；

一光学模块，包含一个或多个可抽换镜片，用以改变来自该显示模块的影像的成像焦点，并输出该影像；

其中该第四讯号被该传接模块传送至该主系统，而该主系统处理该第四讯号藉以产生该第二讯号。

2.如权利要求1所述的头戴型显示器，其特征是该连结是一有线连接。

3.如权利要求1所述的头戴型显示器，其特征是该连结是一无线连接，且其中该传接模块是单一天线或多个天线，该传接模块还包含接收一电视讯号。

4.如权利要求3所述的头戴型显示器，其特征是该处理模块还包含：

一模拟/数字电视解调模块，供处理该电视讯号；以及

一无线网络调制模块，该位移可先经由该无线网络调制模块调制，再藉由该传接模块传送至该主系统。

5.如权利要求1所述的头戴型显示器，其特征是其为一单眼式头戴型显示器。

6.如权利要求1所述的头戴型显示器，其特征是其为一双眼式头戴型显示器，该双眼式头戴型显示器具有一瞳距，并且其中该显示模块包含两片微型显示面板或单一微型显示面板。

7.如权利要求6所述的头戴型显示器，其特征是该瞳距是一固定的距离。

8.如权利要求6所述的头戴型显示器，其特征是该光学模块还包含一超音波马达，供调整该瞳距。

9.如权利要求6所述的头戴型显示器，其特征是该超音波马达是由压电材料制造的微小超音波线性致动器。

10.如权利要求5或6所述的头戴型显示器，其特征是该可抽换镜片的厚度是可变的。

11.如权利要求1所述的头戴型显示器，其特征是该使用者配戴的一眼镜可被该头戴型显示器包裹。

12.如权利要求1所述的头戴型显示器，其特征是该头戴型显示器还包含一输入接口，该输入接口包含一卡片阅读机接口、一按键接口、及一无线输入接口中至少其中之一，通过该输入接口，一数据及一控制讯号被传递到该头戴型显示器。

13.如权利要求1所述的头戴型显示器，其特征是该头戴型显示器还包含一电源供应模块，供给该头戴型显示器所需电源。

14.如权利要求12所述的头戴型显示器，其特征是该电源供应模块是锂电池或锂电池聚合物。