TW200521482A - Optical arrangements for head mounted displays - Google Patents

Description

200521482 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於視覺顯示器，且詳言之，係關於用 於使用了 一單一顯示器的頭戴式系統之光學配置。 【先前技術】 頭戴式顯示器（HMD)爲一類影像顯示器裝置，其可被用 於自電視機、數位化通用光碟（DVD)、電腦應用、遊戲控 制臺、或其他類似應用來顯示影像。HMD可爲單目 (m〇n〇Cular)( —隻眼睛觀察到一單一影像）、雙目並視 (bi〇cular)(兩隻眼睛觀察到一單一影像）、或雙目 (binocuiar)(每只眼睛觀察到一不同影像）。此外，使用者可 僅觀察到投影至（兩隻）眼睛之影像，或該影像可重疊於使用 者對外界的觀察之上。HMD設計必須考慮到以下參數，諸 如影像解析度、虛像離眼睛的距離、虛像的尺寸（或虛像的 角度）、虛像失真、使用者左瞳孔與右瞳孔之間的距離（瞳孔 間距離（IPD))、屈光度校正、影像分裂及傳送中的光損失、 功率消耗、重量及價格。理想地，一單一HMD將就各種使 用者而言來考慮該等參數，且不管影像是否爲立體 (stereoscopic)雙目影像或簡單的單視場（m〇n〇sc〇pic)影像 均能顯示。 若HMD内部顯示器上之圖片解析度爲8〇〇><6⑽像素，則由 該HMD之光學器件所産生的可接受之虛像尺寸爲：於㈤的 距離處大約1.5m(52、56”)的虛像直徑，其對應於大約％。的 視角。爲較好地與人的頭部及眼睛相一致，該ipD可在

O:\90\903I8.DOC 200521482 45 mm與75 mm之間變化 光度彳父正係必要的。 爲補償近視或遠視， 至少±3的屈 在HMD中僅使用一個科雜 口 顯不益（而非爲每只眼睛使 個）極大地降低了裝置之價 一 逋$ 此早兀之配置將一料 顯示器定位於使用者兩眼 倣 ^ 眼之間。所産生之影像接著被分 裂、擴大、並分別傳送至# σ _ 如 散刀 主母，、眼睛。在此技術中已知有各 種用來在具有一中心安穿★ — _ 一 女哀式顯不态之單一顯示器HMD中進 行分光的設計，但是未知右担 疋木知有此耠供出既便宜、重量輕、尺 寸小、又能顯示各種影像的解決方案的設計。 【發明内容】 藉由將由單一顯示幕所産生之影像聚焦並在靠近其声點 處將該影像分裂，本發明之實施例減小了頭戴式顯示器之 分裂體積。接著將該等獨立的子影像聚焦並將其傳播穿過 將該影像傳遞至獨立的區域之複數個子光徑。 -些實施例利用_不對稱μ分光器，其可由置放於該影 像之焦點附近的一局部反射面及一完全反射面組成。接著 藉由該局部反射面來反射包含該影像資訊之光的—部分並 可將其傳導至一隻眼睛’而藉由該完全反射面來反射剩餘 部分的光並將其傳導至另一隻眼睛。 些實施例亦可利料射器，該顯示器之實像形成於該 度射為上。藉由具有小數值孔徑之過渡光學器件將實像投 衫至/更射為上，並藉由具有較大數值孔徑之光學器件將其 傳送至觀察者眼中。 一些實施例亦可使用旋轉反射器。藉由將該等被分裂之

O:\90\90318.DOC 200521482 影像反射出多個及细_哭 #用去沾九 ° 〇以允許该等實施例爲適應不同 里孔間距離而進行調整之方式來改變該等影像之 :徑二:實施例利用多個光學區塊之同步運動來進= "L應不同使用者的瞳孔間距離。 其他實施例亦可利用-光源來照明該顯示器。一可能的

配置可包括配置成近似於一單一寬帶源的多個窄波長 別源。 U 引文已、”工車又廣泛地概述了本發明之特點及技術優勢，以 便更好地理解下文對於本發明之詳細描述。下文將描述本 發明之其他特點及優勢，其形成了本發明之中請專利範圍 之主&應、ί里冑’可容易的將所揭示之概念及特定實施例 用作修改或設計用於執行與本發明相同目的之其他結構的 基礎。亦應明自，該等均等構造並未脫離如在附加之申請 專利範圍中所陳述的本發明。當結合隨附圖式考慮時，吾 人可自下文的描述更好的理解據信爲本發明之特徵的關於 其組織及運作方法的新穎特點，以及其他目的及優勢。然 而，應清楚的瞭解，僅以例示與描述之目的來提供每一圖 式，而不欲作爲本發明範圍之界定。 【實施方式】 圖1例不了根據本發明之一實施例所配置的頭戴式裝置 100之俯視圖。位於裝置i 00内的子影像成像區101自一單一 影像源於複數個子光徑中形成複數個子影像。顯示器u0可 爲任何可運作以顯示資料的視覺影像之合適的設備或螢 幕’例如一液晶顯示器（LCD)螢幕。顯示器uo被設置成沿

O:\90\903I8 DOC 200521482 員I轴111 °亥顯不轴111 (在所示之實施例中）與顯示器1 1 ο 之勞幕正父’ '垂直於使用者面部平面170。顯示器110被 叹汁以〜光徑112投影顯示影像。在區丨〇丨之配置中，光徑 &著頌示軸π 1。顯示透鏡丨丨5沿著且垂直於光徑112， 且具有顯示透鏡焦點124。顯示透鏡焦點124位於光徑ιΐ2 上且配置區1 0 1使得顯示透鏡焦點1 24位於分光器1 20中。 藉由在顯示影像被分裂之前將其聚焦，可大大減小子影像 成像區101之分裂體積。小的分裂體積允許實施例使用小 的重畺輕的分光元件，並允許HMD設計包括可改良影像 品質並可增加使用者所觀察到的影像尺寸的有利配置及額 外光學兀件。配置圖1之實施例以藉由由顯示器11〇發散（或 自其反射）的（近似）準直光來産生一影像，因此將分光器12〇 置放於接近顯示透鏡焦點124。然而，該等實施例不限於此 配置’因爲應將分光器12〇配置在最適合於該聚焦之影像的 位置中。舉例而言，若顯示器丨10發射、傳送或反射非準直 光，則該顯示影像將被聚焦於一非爲顯示透鏡之焦點124的 ”點"上’且實施例會將分光器120配置在一接近於該聚焦區 域的位置中。 在使用區1 0 1之配置之實施例中，分光器120係由一局部 反射面121及一完全反射面122所組成的不對稱V鏡分光 器。該等面121、122之接近度將取決於分光器120之尺寸及 區1 01被配置以産生的分裂體積減小之量。進一步配置區 1 0 1，使得面12 1及面122共用一共同邊且係以相對於該顯示 轴111不對稱方式配置。區1 〇 1可因此將顯示器11 〇之顯示影 O:\90\903I8 DOC -10- 200521482 像分裂成兩個獨立的顯示子影像。使用術語子影像來描述 藉由本發明之各種實施例所形成的顯示器之多個影像。圖i 之該等子影像包含一顯示器之所有資訊，但是實施例可使 用僅包含一影像之一部分的多個子影像。 當照射至局部反射面121時，一顯示影像之一部分沿左眼 子光徑140被反射，且成爲一左眼子影像。未經局部反射面 121反射的顯示影像之部分穿過並照射完全反射面122，成 爲一右眼子影像，其沿右眼子光徑13〇被反射。其結果爲， 相同的左眼子影像與右眼子影像在相反的方向中行進，且 包含相同的影像資訊。 左眼子影像將沿著子光徑140行進，且被引導至使用者的 左眼146。沿子光徑140置放一左眼反射器142，其爲一完全 反射面，配置該反射面以使左眼子光徑丨4〇改變9〇。方向並· 進入左目鏡光學器件丨45中。右眼子影像將沿著子光徑nQ 行進’且被引導至使用者的右眼1 3 6。沿子光徑1 3 〇置放一 右眼反射為132，其爲一完全反射面，配置該反射面以使右 眼子光住130改變90。方向並進入右目鏡光學器件us中。右 目鏡光學器件135及左目鏡光學器件145可爲一單一透鏡或 若干透鏡之組合，設計該等若干透鏡以分別適當放大供使 用者右眼136觀察的右眼子影像及供使用者左眼146觀察的 左眼子影像。 目鏡光學器件135及145爲可調整的單一透鏡，但其他實 施例可使用多個透鏡或可適當聚焦右眼子影像及左眼子影 像以分別供右眼13 6及左眼i 46觀察的其他任何配置。此 O:\90\90318 DOC *11- 200521482 外，儘管裝置100之反射器142、132被描繪爲鏡，但是實施 例非侷限於使用鏡來重定向一子光徑。相反，可將棱鏡、 局部反射面、偏光分光器、或其他任何合適的配置用於重 定向· ^光徑。 裝置1 00亦能藉由光學元件之同步運動來調整以適應不 同使用者之不同的IPD。當區101藉由運動155而移位時，右 目鏡光學器件135及左目鏡光學器件145可分別藉由運動 152及151而移位，以形成1?1) 15〇a及IpD 15〇b。當Ιρ〇距離 150a變成IPD 150b時，區101同時發生運動155(自圖i觀察爲 向下）而移向面部平面170。當ipd 15 Ob變成IPD 150a時，區 1 0 1同％自平面1 70移開（自圖1觀察爲向上）。該等同步運動 允許裝置1〇〇可調整以適應IPD 15(^與11>〇 15〇b之間的整個 範圍，而同時保持面122、121與目鏡透鏡135、145之間分 別沿子徑130及140的恒定距離。裝置1〇〇亦能藉由對左目鏡 光學器件145之運動153及右目鏡光學器件135之運動154的 額外調整來進行屈光度校正。 圖2例示了根據本發明之一實施例所配置的頭戴式裝置 200之透視圖。頭戴式裝置2〇〇包括如關於圖1所描述之區 ιοί，其運作以將顯示器110之顯示影像分裂成一沿左眼子 光I 140行進之左眼子影像及一沿右眼子光徑I”行進之右 眼子❼像。關於裝置2〇〇，沿左眼子光徑丨4〇配置左眼過渡 光學器件243以調整左眼子影像，以供左眼反射器142反射 工艮α射器244上。該左眼子影像照射該左眼漫射器244 亚在。亥’又射态表面上形成該顯示器之實像。該左目鏡複合

0 \90\90318 DOC 200521482 光學器件（compound optics)245接著爲左眼146適當放大此 實像。 使用！射器來描述圖2中所描繪之實施例，將實像投影至 該漫射器上以製備影像。具有小數值孔徑之過渡光學器件 將一貫像投影至該漫射器表面上，且具有大數值孔徑之目 鏡光學件將該影像轉送至使用者的眼睛。然而，可使用 ： 任何適當的構件，包括微透鏡陣列、繞射格栅、或其他繞 ； 射面。爲本發明之目的，應瞭解，用於描述本發明之該等 實施例之π漫射器π係指用以將入射角功率密度（incident # angular power density)轉化成合適的出射角功率密度 (exiting angular power density)的所有此等構件。 在圖2中，一右眼子影像沿著該右眼子光徑13 〇進入右眼 過渡光學器件233中。該右眼過渡光學器件233適當調整該 右眼顯示子影像以供右眼反射器132反射至右眼漫射器234 上。該右眼子影像照射（strike)右眼漫射器234，並形成一實 像。藉由右目鏡複合光學器件235來爲右眼136適當調整此 _ 實像。裝置200能藉由左眼複合光學器件245之運動25 3及右 ’ 眼複合光學器件23 5之運動254進行屈光度校正。 、 裝置200亦能藉由多個同步運動而進行IPD調整。可藉由 以運動251使左眼複合光學器件245向右移位並以運動252 使右眼複合光學器件235向左移位，來縮短IPD 150。關於 圖2之實施例，子光徑140之區段240位於過渡光學器件243 與漫射器244之間，且子光徑130之區段230位於過渡光學器 件233與漫射器234之間。因此，當將複合光學器件23 5及245 O:\90\903I8 DOC 13 200521482 在運動252及251中移位以縮短距離150時，中心區201應自 該面部平面17〇移開。圖2之實施例描述了一導致11>〇調整之 同步運動的組合，但是本發明之實施例非侷限於圖2之同步 運動。 圖3例示了根據本發明之一實施例所配置的頭戴式裝置 之透視圖。頭戴式裝置300包括如關於圖1所描述之區1 〇 1， 以將顯示器110之顯示影像分裂成一沿左眼子光徑140行進 之左眼子影像及一沿右眼子光徑13 0行進之右眼子影像。在 圖3所描·繪之實施例中，一左眼顯示子影像沿左眼子光徑 140行進並穿過一左眼實像反射器342，以照射左眼反射漫 射器343，由此形成一實像。此實像接著經左眼實像反射器 3 42反射而進入左目鏡光學器件丨45中。左目鏡光學器件145 爲左眼146而適當調整一經反射之實像。一右眼顯示子影像 將沿右眼子光徑130行進並穿過右眼實像反射器332，以照 射右眼反射漫射器3 3 3，由此形成一實像。此實像經右眼實 像反射器332反射而進入右目鏡光學器件135中，該右目鏡 光學器件13 5將爲右眼13 6適當調整一經反射之實像。 使用反射漫射器來描述圖3中所描繪之實施例，在該反射 度射為上形成貫像。本發明非偈限於對任何一類型的漫射 器之使用。相反，如前所述，該等實施例可使用任何合適 的度射器’且可爲任何合適的形狀，如球形、平面形、或 非球面形。 圖3中之實施例亦能藉由左目鏡光學器件145之運動1 53 及右目鏡光學器件135之運動154來進行屈光度校正。左眼 O:\90\903I8 DOC -14 - 200521482 實像反射器342及左目鏡光學器件145共同構成左目鏡 3 60。右眼實像反射器332及右目鏡光學器件135共同構成右 目鏡3 6 1。 裝置300能藉由多個同步運動進行IpD調整。圖3之實施例 分別藉由運動35 1及352來同時移動左目鏡360及右目鏡 j6 1，以設定正確的IPD。與此同時，移動左目鏡光學器件 145之運動153及右目鏡光學器件135之運動154，以保持目 鏡光學器件145、135與反射漫射器343、333之間的光徑長 度。 - 在裝置300中’左眼實像反射漫射器342及右眼實像反射 杰332爲局部反射面，但實施例非侷限於所描繪之配置。相 反’實施例不難採用任何配置，如該等使用稜鏡、或偏光 分光器的實施例’其將光適當反射入目鏡光學器件135及 145中’並將光自光徑13〇、14〇分別傳向反射漫射器333、 343 〇 圖4 A及4B例示了根據本發明之一實施例所配置的頭戴 式裝置400之透視圖。頭戴式裝置4〇〇使用直角子影像成像 區40 1以自一單一影像源形成複數個顯示子影像。類似於圖 1-3中所述之區1〇1，區4〇1將顯示器"ο之一顯示影像分裂 成沿左眼子光徑14〇行進之左眼子影像及沿右眼子光徑130 订進之右眼子影像。在區401中，顯示器110及顯示光學器 件115自圖丨至3之區ι〇1旋轉9〇。。顯示器u〇沿光徑n2投影 一顯示影像’該顯示影像在該光徑處被顯示光學器件115聚 …。一顯不影像接著照射顯示反射器4 i 6，該顯示反射器4 i 6

OA90\903I8.DOC -15 - 200521482 使光徑112改變90。方向。反射器416引起一聚焦之顯示影像 被導入分光器120中。藉由以反射器416將光徑重定向，區 40丨之總體積得以減小。可藉由添加額外的類似反射器而進 一步減小该體積。在區4〇1中，配置分光器12〇使得局部反 射面121及完全反射面122平行於顯示軸m，且該顯示光學 态件11 5之反射焦點4 2 4位於分光器12 〇之内部。局部反射面 121將一顯示影像之一局部反射成一沿左眼子光徑14〇行進 之左眼顯示子影像，使得其照射左眼反射器丨42。未經局部 反射面Γ2 1反射的該顯示影像之部分被完全反射面ι22反射 成一沿右眼子光徑130行進的右眼子影像，使得其照射右眼 反射器132。 裝置400以類似於圖2之裝置200的方式來使用，，實，，像。關 於裝置400，一左眼顯示子影像被反射至左眼漫射器243 , 此處形成一實像。接著藉由左目鏡光學器件145將此實像轉 送至左眼146，設計該左目鏡光學器件145以適當聚焦一左 眼子影像以供左眼146觀察。一右眼顯示子影像將被反射至 右眼漫射器234上形成一實像，該實像被右目鏡光學器件 135轉送至右眼136’没什该右目鏡光學器件135以適當聚焦 一右眼子影像以供右眼136觀察。裝置400能藉由左目鏡光 學器件145之運動153及右目鏡光學器件135之運動154進行 屈光度校正。 圖4B例示了裝置400之IPD校正能力。在此實施例中，完 全反射面122及局部反射面121可圍繞分光器軸423且相對 於彼此而旋轉。當完全反射面1 22圍繞軸423順時針旋轉且 O:\90\903I8 DOC. -16- 200521482 右眼子光徑130及左眼子光

局部反射面1 2 1逆時針旋轉時， 徑1 40偏轉出該平面，且彼 ϋ守u内紋轉。目鏡46〇逆時針旋轉跟隨子徑之向下 偏轉，且目鏡461順時針旋轉跟隨子徑13〇之向下偏轉。該 等同步旋轉産生經調整的IPD 45〇。 圖5A及5B例示了根據本發明之一實施例所配置的頭戴 式顯示器500之透視圖。關於頭戴式裝置5〇〇，區1〇1再次被 用以將顯示器11 0之顯示影像分裂成一沿左眼子光徑丨4 〇行 進之左眼子影像及一沿右眼子光徑13〇行進之右眼子影 像。關於顯示器500, 一左眼顯示子影像將照射左眼反射器 142，導致左眼子光徑14〇改變9〇。方向。一左眼顯示子影像 將接著照射第二左眼反射器543，其亦導致左眼子光徑i 4〇 改變90。方向。將左眼反射器142及第二左眼反射器543沿一 共同左眼反射器軸541配置。一旦一左眼顯示子影像已被該 第二左眼反射器543反射，其將被第三左眼反射器544反射 並被重定向至左眼漫射器243上。 類似地，一右眼顯示子影像將照射一右眼反射器丨3 2，導 致右眼子光徑130改變90。方向。一右眼顯示子影像將接著 照射第二右眼反射器5 3 3 ’其亦會導致右眼子光徑1 3 〇改變 90°方向。將右眼反射器132及第二右眼反射器533沿一共同 右眼反射器軸53 1配置。一旦一右眼顯示子影像已被該第二 右眼反射器533反射，其將被第三右眼反射器534反射並被

0 \90\90318 DOC 200521482 重定向至右眼漫射器233上。 藉由左目鏡光學器件145將於左眼漫射器243上形成之實 像傳送至左眼146。左目鏡560係由第二左眼反射器543、第 三左眼反射器544、左眼漫射器243及左目鏡光學器件145共 同構成。藉由右目鏡光學器件135將於右眼漫射器233上形 成之貫像傳送至右眼1 3 6。右目鏡5 6 1係由第二右眼反射器 533、第三右眼反射器534、右眼漫射器233及右目鏡光學器 件135共同構成。裝置5 00能藉由左目鏡光學器件ι45之運動 153及右目鏡光學器件135之運動154進行屈光度校正。 如圖5B中所描繪，裝置5〇〇可調整ipd 150。在裝置500 中’左目鏡560可圍繞軸541相對於左眼反射器142旋轉。當 左目鏡560圍繞左眼反射器軸541逆時針旋轉時，子光徑14〇 自其原先的路徑偏轉某角度φ。類似地，右目鏡56丨可圍繞 軸531相對於右眼反射器132旋轉，使子光徑13〇自其原先的 路徑偏轉某角度φ，。該等偏向導致左目鏡56〇及右目鏡561 在使用者面部平面内旋轉至已調整的IPD 550。 圖6例不了根據本發明之一實施例所配置的頭戴式裝置 的一部分之俯視圖。圖1 _5已經描繪了使用子影像成像區 1 0 1及40 1之貫施例。然而，實施例非侷限於該等配置。在 圖6中，子影像成像區6〇〇包括被配置成與顯示軸i丨丨正交之 顯不器110。顯示器110沿光徑112投影一顯示影像。一顯示 影像接著可藉由具有一透鏡焦點丨2 4的顯示透鏡丨丨5而被聚 焦。分光器620爲一由右側的完全反射面622及左側的完全 反射面621所組成的對稱v鏡分光器，其中該等反射面共用

O:\90\903I8 DOC -18- 200521482 顯示軸111對稱方式配置。已使用

配置。存在産生並向HMD之不同態樣提供準直光的數種方 法，且實施例非侷限於任何一個。 :共同邊且係以相對於該顯示軸1 完全反射面來描繪或描述圖6，但. 圖7例示了根據本發明之一實施例所配置的頭戴式裝置 的一部分之俯視圖。在子影像成像區7〇〇中，將顯示器ιι〇 配置成與顯示軸111正交。將顯示透鏡115插入於顯示器11〇 與分光器620之間。將分光器62〇配置成具有完全反射面621 及完全反射面722的對稱V鏡分光器。透鏡115之焦點124接 近於分光器620。顯示器11〇藉由光源7〇8及7〇9而被照明， 該等光源被源反射器（source reflector)707反射，該源反射 源可爲一偏光分光器或一局部反射鏡、或其他適當的反射 益。將光源7 0 8及7 0 9配置成與顯示軸111相鄰，且與反射焦 點124R在一平面内。由光源708及顯示器11〇形成的子影像 將藉由透鏡11 5而被聚焦，且入射至分光器620之反射面722 上。當顯示器110被光源709照明時，可形成一獨立的顯示 子影像，且該顯示子影像被透鏡11 5聚焦。因爲光源709被 O \90\90318 DOC -19- 200521482 疋位在反射焦點124R之下，所以由光源7〇9及顯示器丨ι〇所 形成之子影像將被透鏡1 1 5聚焦，並入射至分光器62〇之反 射面6 2 1上。 在圖7之實施例中，形成顯示器丨丨〇的兩個完整且獨立的 影像（再次被稱作子影像），且每個子影像爲顯示器u 〇之全 影像（full image)。在圖7之實施例中，分光器620不是分裂 一單一影像以形成多個子影像，而是分裂該顯示反射之角 空間（angular space)以允許沿獨立的路徑來重定向該等獨 立形成的影像。 圖8例示了根據本發明之一實施例所配置的使用子影像 成像區101之頭戴式裝置8 〇 〇的一部分之俯視圖。沿源光光 徑（source light optical path)806 配置藍光源 801，較佳位於 或靠近顯示光學器件11 5之反射焦點124R的位置。藍光源 801可爲任何能產生藍光之光源，如Nichia NSCxlOO系列的 發光二極體（LED)。來自藍光源801之光穿過一第一彩色濾 光器804，配置該第一彩色濾光器804使其與該光徑成適當 角度且選擇該第一彩色濾光器804以讓藍光通過而反射綠 光。將綠光源8 0 2置放源光光徑8 〇 6附近，並配置以使光以 模擬將綠光源802置放於與藍光源801相同位置之方式而自 第一彩色濾光器804反射出。。藍光及所反射之綠光沿源光 光徑806行進，穿過與源光光徑806成適當角度而配置的第 二彩色濾光器805。 選擇第二彩色濾光器805，使其讓藍光及綠光通過，但反 射紅光。將紅光源803置放於源光光徑806附近，並配置以 O:\90\903I8 DOC -20- 200521482 使光以模擬將綠光源803置放於與藍光源8〇ι相同位置之方 式而自第—$色濾、光118G5反射出。接著，藍光、所反射之 綠光及所反射之紅光沿源光光#_行進，並被源光反射器 8〇7反射。在所描繪之實施财，源光反射器8〇7可爲一在 顯2軸111附近且沿光徑112而配置的偏光反射器。所組合 的"" "、彔及紅光被偏光且被反射離開源光反射器807，透過 頌不光學裔件115。在所描繪之實施例中，顯示光學器件115 係経遠擇以具有焦點124(及反射焦點124R)的透鏡。當穿過 顯不光學器件115時’該組合之藍、綠及紅光被準直且照明 了顯不态11 〇。圖8描繪自單一方向來照明顯示器丨丨〇，但實 她例非侷限於一單一方向。相反，圖8之照明系統不難被調 節成適合如圖7所示之多方向照明。 本發明之該等實施例非侷限於將影像分光器置放於聚焦 光予β件之焦點附近的配置。相反，本發明之實施例藉由 將影像分光器定位以分裂一聚焦在一小區域中之顯示影 像’能減小各種應用之分裂體積。 3 9例示了由本發明之實施例所形成的減小之分裂體 積在圖9中，顯示器11 〇被照明，由此形成一顯示影像。 A ”、、員示衫像沿著沿顯示軸u丨而配置的光徑1丨2傳播。具有 頌示透鏡焦點丨24 a的顯示透鏡11 5聚焦該顯示影像，以提供 減小之分裂體積。該分裂體積最小的點將取決於照明該 顯示器之光。 备顯不器110藉由位於反射顯示透鏡焦點92牠處的光源 908 a而被照明時，顯示透鏡115將準直自源反射器707所反

O:\90\90318.DOC -21 - 200521482 射的光。此會産生一顯示影像，其被顯示透鏡丨丨5聚焦在大 約顯示透鏡焦點124a處。當顯示器11〇藉由位於點924b(其 更罪近顯示軸111)的光源9〇8b而被照明時，自源反射器707 所反射的光在當其照射顯示器u 〇時將爲發散的。因此，可 將該顯示影像聚焦至大約點124(：處。當顯示器11〇藉由位於 點924c(更加遠離顯示軸m)的光源9〇8c而被照明時，自源 反射裔707所反射的光在當其照射顯示器u 〇時將是會聚 的。因此，可將該顯示影像聚焦在大約點12扑處。如此可 配置本發明之貫施例以於最恰當的任何點處將顯示影像分 裂。 儘官已洋細描述本發明及其優勢，但是應瞭解，在不脫 離由附加之申請專利範圍所界定之本發明的情況下，此處 可作出各種改變、替代及修改。此外，本申請案之範圍不 欲侷限於本說明書中所描述之過程 '機械、製造、物質組 成、構件、方法及步驟的該等特定實施例。吾人自本揭示 將不難瞭解，可利用與本文所述之該等對應實施例執行大 體上相同之作用或達成大體上相同之結果的現有的或待以 後發展的過程、機械、製造、物質組成、構件、方法或步 驟。因此，附加之申請專利範圍欲將該等過程、機械、製 造、物質組成、構件、方法或步驟包括在其範圍之内。 【圖式簡單說明] 爲更完整地理解本發明，現結合該等隨附圖式來參考上 文之描述，其中： 圖1例不了根據本發明之一實施例所配置的頭戴式顯示

O:\90\90318.DOC -22- 200521482 器之俯視圖； 圖2例示了根據本發明之一實施例罢 汴配置的頭戴式 器之透視圖； V ” ％八顯示 之一實施例戶斥&班^ 斤配置的頭戴式 圖4A及4B例示了根據本發明之一實 圖3例示了根據本發明 J W配置的頭戴 器之透視圖； Λ式顯不 式顯示器之透視圖； 施例所配置的頭戴 圖5Α及5Β例示了根據本發明之一 耳&例所配詈沾 式顯示器之透視圖； 的碩戴 圖6例示了根據本發明之一實施例所 器的一部分之俯視圖； 圖7例示了根據本發明之一實施例所 器的一部分之俯視圖； 圖8例示了根據本發明之一實施例所配置的頭戴式 器的一部分之俯視圖；及 圖9例不了根據本發明之一實施例所配置的頭戴式 器的一部分之俯視圖。 【圖式代表符號說明】 200’ 3〇〇’ 400’ 800 頭戴式裝置 101 配置的頭戴式顯示 配置的頭戴式顯示 顯 不 顯示 110 111 112 115 子影像成像區 顯示器 顯示軸 光經 透鏡

0 \90\90318.DOC -23 - 200521482

120 121 122 124R 424 分光器 局部反射面 完全反射面 反射焦點 124 ， 924a 130 132 135 136 ' 140 142 145 146 150a ， 150b 151 ， 152 ， 153 ， 154 ， 252 ， 253 ， 254 ， 351 ， 170 201 230 焦點 右眼子光徑 右眼反射器 右目鏡光學器件 右眼 左眼子光徑 左眼反射器 左目鏡光學器件 左眼 瞳孔間距離 251， 352 運動 使用者面部平面 中心區 區段 233 右眼過渡光學器件 234 右眼漫射器 235 複合光學器件 240 243 區段 左眼過渡光學器件 O:\90\903I8 DOC -24 - 200521482 244 左眼漫射器 245 複合光學器件（compound optics) 332 右眼實像反射器 333 右眼反射漫射器 342 左眼實像反射器 343 左眼反射漫射器 360， 560 左目鏡 361， 561 右目鏡 401 直角子影像成像區 416 反射器 450， 550 IPD 460， 461 目鏡 500 頭戴式顯示器 531 共同右眼反射器軸 533 第二右眼反射器 534 第三右眼反射器 541 共同左眼反射器軸 543 第二左眼反射器 544 第三左眼反射器 600 子影像成像區 620 分光器 621， 622 ， 722 完全反射面 700 子影像成像區 O:\90\90318 DOC -25 - 200521482 707 708 ， 709 ， 908a ， 908b ， 908c 801 802 803 804 805 806 807 924b ， 924c 源、反射器（source reflector) 光源 藍光源 綠光源 紅光源 第一彩色濾光器 第二彩色濾光器 源光光徑（source light optical path) 源光反射器 點 0 \90\903 18 DOC -26-

Claims (1)

1. 200521482 拾、申請專利範園： 1. 一種用於將影像自— 兩隻眼睛之方法，〜、/㈣不器傳送至—使用者的 ^ 4方法包含： 將該顯示器之一影傻取 在1 $ 也…、以減小一分裂體積；及 亥減小之分裂體積中分裂該影像。 2·如申凊專利範圍第丨項之 之該影像。 / ’、 一透鏡聚焦該顯示器 3.如申請專利範圍第2項 成。· 、 ，，/、中該透鏡係由玻璃構 4·如申請專利範圍第2項 器。 、方法，/、中該透鏡接近於該顯示 5 ·種頭戴式裝置，用於將一單一視π顯干琴> & 平优汛顯不态之影像傳送 至使用者之兩隻眼睛，該裝置包含： 光干為件，用於將該顯示器之該影像聚焦至-減小之 分裂體積；及 减j之 分光構件，用於在該減小之體積中分裂該聚焦之影像。 6. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中該光學器件爲 鏡。 7. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中該 部反射面及一完全反射面。 8. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中該分光構件包含： 一第一完全反射面及一第二完全反射面，其被配置成 '對稱V鏡。 9·如申請專利範圍第5項之裝置，其中該光學器件爲一接近 O:\90\903I8 DOC 200521482 ίο 11, 12 13 14. 15. 16. 17. 於該顯示器之透鏡。 如申請專利範圍第9項之裝置 該顯示器的光準直。 其中配置該透鏡以將照明 -種引導-顯示影像的方法，該方法包含： 沿一光徑投影該顯示影像； 又位一透鏡以將該顯示影像聚焦至該光徑上的一點 將接近於該點的該顯示影像分裂成複數個 個子影像沿複數個子光徑之一行進。 母 士申„月專利乾圍第i i項之方法，其中該點爲該透鏡之該 划〒4寻利範圍第丨丨項之方法，進一步包含： >沿該光徑定位至少—反射器’藉此減小該顯示透鏡 該點之間的距離。 如申請專利範圍第1 1項 藉由配置在一顯示軸 示影像。 之方法，進一步包含·· 附近的複數個反射面來分裂該顯 如申請專利範圍第14項之方法，其中 之一旋轉來調整以適應-曈孔間距離 如申請專利·範圍第丨丨項 沿該等複數個子光徑 形成一實像。 可使用該等反射面 之方法，進一步包含·· 中至少一子光徑，在一漫射器上 如申請專利範圍第16項之方法，其中 一運動來調整一以適應瞳孔間距離。 可使用該漫射器之 O:\90\903I8 DOC 200521482 18·如申請專利範圍第丨丨項之方法，進一步包含： 藉由一第一反射器來沿該等複數個子光徑中至少一子 光徑重定向該子光徑。 19·如申請專利範圍第18項之方法，其中可使用該第一反射 為之一運動來調整一以適應瞳孔間距離。 20·如申請專利範圍第18項之方法，其中藉由一第二反射器 來重定向該子光徑，其中該第二反射器可旋轉，且其中 可使用遠旋轉來調整一以適應瞳·孔間距離。 2 1 ·如申請專利範圍第丨丨項之方法，進一步包含： 藉由一寬帶輻射源來照明一顯示器。 22·如申請專利範圍第21項之方法，其中該寬帶輻射源係由 沿一共用源路（common source path)來投影輻射的複數個 窄帶輕射源組成。 23·如申請專利範圍第22項之方法，進一步包含·· 使用彩色濾光器來模擬一源定位。 24.如申請專利範圍第21項之方法，其中該透鏡將該照明光 準直。 25· —種用於引導一顯示影像之裝置，該裝置包含 投影構件，用於沿一光徑投影一影像； 聚焦構件，用於聚焦該影像； 光構件用於分裂该影像，該分光構件接近於該影 像之一焦點’以將該影像分裂成複數個顯示子影像，每 個子影像沿複數個子光徑之一行進；以及 其中該聚焦構件被插於該投影構件與該分光構件之 O:\90\903I8 DOC 200521482 間。 其中該分光構件包含複 其中該分光構件包含： 及 26.如申請專利範圍第25項之裝置， 數個用於反射該影像之構件。 27.如申請專利範圍第25項之裝置 用於局部反射該影像之構件 用於完全反射該影像之構件。 28. 如申請專利範圍第26項之裝置，其中用於局部反射該影 像之該構件及用於完全反射該影像之該構件彼此垂直。 29. 如申請專利範圍第27項之裝置，其中用於局部反射該影 像之該構件及用&完全反射該影像之該構件係以相對於 該顯示軸不對稱方式配置。 如申請專利範圍第26項之裝置，其中用於局部反射該影 像之該構件及用於完全反射該影像之該構件係可旋轉 的，且其中可使用該旋轉來調整以適應一瞳孔間距離。 3 1 · —種用來引導一顯示影像之方法，該方法包含： 沿一光徑投影一顯示器之一影像； 將該影像分裂成複數個顯示子影像，每個子影像沿複 數個子光徑之一行進；及 藉由一聚焦元件聚焦該影像，其中將該投影之影像聚 焦至一接近於該影像被分裂之該點的位置。 32.如申請專利範圍第31項之方法，其中藉由主要準直光來 投景彡该影像，且該位置大約爲該聚焦元件之該焦點。 3 3 ·如申請專利範圍第3丨項之方法，其中藉由主要會聚光來 投影該影像，且該位置位於該顯示器與該聚焦元件的該 0\90\903I8.DOC 200521482 焦點之間。 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 如申請專利範圍第31項之方法，其中藉由主要發散光來 投影该影像，且該聚焦元件之該焦點位於該顯示器與該 位置之間。 如申請專利範圍第31項之方法，其中當該顯示器藉由經 該透鏡準直之光而被照明時，該投影影像爲該顯示器之 該反射影像。 一種用於引導一顯示影像之系統，該系統包含： 一顯示器，其沿一光徑投影一影像； 一透鏡，其聚焦該影像； 刀光器位於該衫像之該焦點附近，用於形成複數 個顯示子影像，每個子影像沿複數個子光徑之一行進； 及 成像構件，其用於沿該等複數個子光徑中至少一光徑 來形成一實像。 如申請專利範圍第36項之系統，其中可使用該成像構件 之一運動來調整以適應瞳孔間距離。 如申請專利範圍第36項之系統，其中該成像構件爲一球 形漫射器。 如申請專利範圍第36項之系統，其中該成像構件爲一繞 射格拇。 如申請專利範圍第36項之系統，其中該成像構件爲一微 透鏡陣列。 一種用於引導一顯示影像之系統，該系統包含： O:\90\903I8.DOC 200521482 顯不益’其沿一光徑投影一影像； 透鏡，其聚焦該影像； 分光器，位於該影像之該焦點附近，用於形成複 個顯示子寻彡借 卜 〜像’母個子影像沿複數個子光徑之一行進； 用於重定向該等複數個子光徑中至 重定向構件，並 少一子光徑。 鏡 42.如中請專利範圍第叫之系統，其中該重定向構件爲一 43.如申請專利範圍第㈣之系統，其中可使用該第一重定 向構件之一運動來調整以適應曈孔間距離。 44_如申請專利範圍第 45 乐/、中一第二重定向構件 在…重定向構件及該第二重定向構件之共同軸周 一’且其中可利用該旋轉來調整以適應瞳孔間距離。 一種頭戴式顯示器，該頭戴式顯示器包含： 一顯示幕，其可運作以沿-光徑産生-顯示影像； /個顯示光學器件’其接近於該顯示幕，其中 學益件將該影像聚焦至一點；及 ，其位於該點附近，用於將該顯示影像分裂 成複數個顯示子影像，每個顯示子影像沿複數個子光徑 之一行進。 46. 47· 顯示器，其中將該局部 不對稱V鏡分光器。 顯示器，進一步包含·· 如申請專利範圍第45項之頭戴式 反射面及該完全反射面配置成一 如申請專利範圍第45項之頭戴式 O:\90\90318 DOC 200521482 一漫射器，其用以沿該等複數個子光徑中至少一子光 徑來形成一實像。 48. 49. 50. 51. 52. 53. 如申請專利範圍第47項之頭戴式顯示器，其中該漫射器 爲球形。 如申請專利範圍第45項之頭戴式顯示器，將該顯示幕、 該等光學器件及該分光器配置成一固定區，該固定區與 至少一目鏡同步運動，以調整成適應一使用者之曈孔間 距離。 一種頭戴式顯示器’該頭戴式顯示器包含： 一顯示幕，其可運作以沿一光徑産生一影像； 多個顯示光學器件，其接近於該顯示幕，其中該等光 學器件將該影像聚焦至一點； 一分光器，其位於該點附近，用於將該顯示影像分光 成複數個顯示子影像，每個子影像沿複數個子光徑之一 行進；及 一反射器，將其沿該等複數個子光徑中至少一子光徑 而配置。 如申請專利範圍第50項之頭戴式顯示器，進一步包含： 一被插入於該反射器與眼睛光學器件之間的漫射器。 如申請專利範圍㈣項之頭戴式顯示器，其中該反射器 係可移動的。 如申請專利範圍第5G項之頭戴式顯示器，進—步包含： 一第二反射器，將其沿該等複數個子光徑中至少一子 光徑而配置，以重定向該等複數個子·中至少一子光 O:\90\90318.DOC 200521482 徑。 μ.如甲言月專利範圍第53項之 射器可在該第一反射器及該第：顯不器，其中該第二反 轉’且其中可使用該旋轉來μ反射11之共同轴周圍旋 間距離。 °。疋以適應一使用者之曈孔 55· —種用於引導一顯 一扣 1豕之系、统，該系統包含： 一頌不器，其可運作以沿_ 炙細权_ 仏産生一顯不影像； 光學器件具有一焦點； “，·… 接近於該顯示器，該等顯示器 一寬帶源’其將輻射投影至該顯示器上；及 -分光器’其位於該焦點附近’該分光器可運作以將 該顯示影像分裂成複數個顯示子影像，每個子影像沿複 數個子光徑之一行進。 56.如申請專利範圍第55項之系統，其中該寬帶投影儀由經 配置以模擬一單一寬帶投影儀的複數個窄帶源組成。 57·如申請專利範圍第55項之系統，其中該寬帶源包含： 一第一及一第二濾光器； 一第一、一第二及一第三窄帶投影儀； 其中定位該第一窄帶投影儀以將輻射投影透過該第一 濾光器且沿一共同源路； 其中定位該第二窄帶投影儀以將輻射投影至該第一濾 光器上，且其中定位該第一濾光器以將來自該第二窄帶 投影儀的該輻射反射穿過該第二濾光器且至該共同源路 上；及 O:\90\903I8 DOC 200521482 其中定位該第三窄帶投影儀以將輻射投影至該第二濾 光态上，且定位該第二濾光器以將來自該第三投影儀的 輻射反射至該共同源路上。 58.如申請專利範圍第57項之系統，其中該等第一、第二及 第二窄帶投影儀投影波長對應於紅、綠、或藍的可見光。 59· —種用於引導一顯示影像之系統，該系統包含： 一子影像成像區’其中將-顯示器之〆影像聚焦且用 於產生至少兩個子影像，導向每個子影像使其沿著兩個 子徑之一； 至少一目鏡區 以及 其沿該等子經中每一子徑而被插入； 其中該子影像成像區及該 目鏡區藉由同步運動來調整 以適應瞳孔間距離。 中該等同步運動爲每 中該目鏡區運動位於 的方向中。 60.如申請專利範圍第59項之系統，其 個子徑保持一恒定的長度。 61·如申請專利範圍第59項之系統，其 一垂直於該子影像成像區之該運動 O:\90\90318 DOC 9-