TW201530188A - 虛像顯示模組與光學鏡頭 - Google Patents
虛像顯示模組與光學鏡頭 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201530188A TW201530188A TW103101622A TW103101622A TW201530188A TW 201530188 A TW201530188 A TW 201530188A TW 103101622 A TW103101622 A TW 103101622A TW 103101622 A TW103101622 A TW 103101622A TW 201530188 A TW201530188 A TW 201530188A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- lens
- image display
- virtual image
- unit
- display module
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 128
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 13
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000004379 myopia Effects 0.000 description 4
- 208000001491 myopia Diseases 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000004305 hyperopia Effects 0.000 description 3
- 201000006318 hyperopia Diseases 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 206010020675 Hypermetropia Diseases 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 description 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/017—Head mounted
- G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0149—Head-up displays characterised by mechanical features
- G02B2027/015—Head-up displays characterised by mechanical features involving arrangement aiming to get less bulky devices
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0149—Head-up displays characterised by mechanical features
- G02B2027/0152—Head-up displays characterised by mechanical features involving arrangement aiming to get lighter or better balanced devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lenses (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
Abstract
一種虛像顯示模組，配置於一使用者的至少一眼睛前方，包括一影像顯示單元以及一光學鏡頭。影像顯示單元提供一影像光束。光學鏡頭包括一反射單元、一第一透鏡、一第二透鏡以及一繞射光學元件，位於影像光束的傳遞路徑上。第一透鏡位於影像顯示單元與反射單元之間。反射單元位於第一透鏡以及第二透鏡之間。第二透鏡位於反射單元與眼睛之間。繞射光學元件、反射單元、第一透鏡以及第二透鏡各自為一獨立光學元件。影像光束經由第一透鏡、反射單元、第二透鏡以及繞射光學元件傳遞至眼睛，以顯示一虛像。此外，一種光學鏡頭亦被提出。
Description
本發明是有關於一種顯示模組與光學模組，且特別是有關於一種虛像顯示模組與光學鏡頭。
隨著顯示技術的進步及人們對於高科技的渴望，虛擬實境(virtual reality)與擴充實境(augmented reality)的技術已漸趨成熟，其中頭戴式顯示器(head mounted display,HMD)則是用以實現此技術的顯示器。頭戴式顯示器的發展歷史可以追溯到1970年代的美國軍方，其利用一個光學投影系統，將顯示器元件上的影像或文字訊息投影到使用者的眼中。近年來，隨著微型顯示器中的解析度越來越高，尺寸功耗越來越小，頭戴式顯示器亦發展成為一種攜帶式(portable)顯示裝置。除了在軍事領域外，其他諸如工業生產、模擬訓練、立體顯示、醫療、運動、導航和電子遊戲等相關領域，頭戴式顯示器的顯示技術亦皆有所成長而佔據了重要的地位。
一般而言，頭戴式顯示器通常會使用近眼顯示光學系統
(Near Eye Display,NED)來產生影像。由於近眼顯示光學系統僅離人眼幾公分的距離，且由於頭戴式顯示器需穿戴在頭上，因此如何於頭戴式顯示器中設置重量輕、厚度薄、尺寸短的光學系統變成進行設計上的必要考量。但與此同時，為達到顯示器的高解析度、高色彩表現，光學系統通常會利用增加鏡片數目來消除像差並提昇影像品質。如此一來，頭戴式顯示器的體積以及重量皆易造成使用者的不適感。因此，如何兼顧頭戴式顯示器的影像品質與輕薄短小的體積需求，已成為相關領域技術發展的重要課題之一。
美國專利第6011653號、第7884985號、第8184350號、第6903875號、第7889429號以及第7586686號皆揭露一種頭戴式顯示器。
本發明提供一種虛像顯示模組與光學鏡頭，其具有小體積、良好成像品質及低成本的優點。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種虛像顯示模組，適於配置於一使用者的至少一眼睛的前方。虛像顯示模組包括一影像顯示單元以及一光學鏡頭。影像顯示單元適於提供一影像光束。光學鏡頭包括一反射單
元、一第一透鏡、一第二透鏡以及一繞射光學元件。反射單元、第一透鏡、第二透鏡與繞射光學元件位於影像光束的傳遞路徑上。第一透鏡位於影像顯示單元與反射單元之間。反射單元位於第一透鏡以及第二透鏡之間。第二透鏡位於反射單元與眼睛之間。繞射光學元件、反射單元、第一透鏡以及第二透鏡可以各自為一獨立光學元件，但並不以此為限制。影像光束經由第一透鏡、反射單元、第二透鏡以及繞射光學元件傳遞至眼睛，以顯示一虛像。
為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種上述的光學鏡頭，適於使一影像光束傳遞至一使用者的至少一眼睛，以顯示一虛像。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡適於相對於影像顯示單元移動，以調整虛像的成像位置及成像畫面尺寸。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡適於相對於反射單元移動，以調整虛像的成像位置及成像畫面尺寸。
在本發明的一實施例中，調整光學鏡頭與影像顯示單元的相對距離，以調整虛像的成像位置及成像畫面尺寸。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡的其中一表面為非球面。
在本發明的一實施例中，上述的第二透鏡的其中一表面為非球面。
在本發明的一實施例中，上述的繞射光學元件位於影像
顯示單元與第一透鏡之間。
在本發明的一實施例中，上述的繞射光學元件位於第一透鏡與反射單元之間。
在本發明的一實施例中，上述的繞射光學元件位於反射單元與第二透鏡之間。
在本發明的一實施例中，上述的繞射光學元件位於第二透鏡與眼睛之間。
在本發明的一實施例中，上述的第一透鏡、反射單元、第二透鏡以及繞射光學元件之間皆具有空間間距。
基於上述，本發明的實施例可達到下列優點或功效的至少其中之一。本發明的實施例的虛像顯示模組與光學鏡頭藉由繞射光學元件的配置，將可達到具有良好的成像品質，亦可同時具有重量輕及體積小的結構。此外，藉由繞射光學元件、反射單元、第一透鏡以及第二透鏡可各自為獨立的光學元件的結構，可使虛像顯示模組與光學鏡頭達到重量減輕的目的，且達到提升產品製造良率並同時降低成本的效果。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
70‧‧‧影像光束
100、200、300、400‧‧‧虛像顯示模組
110‧‧‧影像顯示單元
120‧‧‧光學鏡頭
121‧‧‧反射單元
122‧‧‧第一透鏡
123‧‧‧第二透鏡
124‧‧‧繞射光學元件
S00、S101、S102、S103、S104、S105、S106、S107、S201、S202、S203、S204、S205、S206、S207、S301、S302、S303、S304、S305、S306、S307、S401、S402、S403、S404、S405、S406、S407‧‧‧表面
EY‧‧‧眼睛
圖1是本發明一實施例的一種虛像顯示模組的示意圖。
圖2是本發明另一實施例的一種虛像顯示模組的示意圖。
圖3是本發明又一實施例的一種虛像顯示模組的示意圖。
圖4是本發明再一實施例的一種虛像顯示模組的示意圖。
有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖1是本發明一實施例的一種虛像顯示模組的示意圖。請參照圖1，在本實施例中，虛像顯示模組100配置於一使用者的至少一眼睛EY的前方。虛像顯示模組100包括一影像顯示單元110以及一光學鏡頭120。影像顯示單元110提供一影像光束70。舉例而言，在本實施例中，影像顯示單元110可為一微型液晶顯示面板(Liquid Crystal Display panel,LCD panel)、一矽基液晶(Liquid Crystal on Silicon,LCOS)微型顯示器或其他種類的微型顯示器，但本發明不以此為限。
另一方面，在本實施例中，光學鏡頭120包括一反射單元121、一第一透鏡122、一第二透鏡123以及一繞射光學元件124。舉例而言，反射單元121例如為反射鏡或鍍有反射金屬膜層，使影像光束70的光傳遞路徑進行轉折，但本發明不以此為限。在
另一實施例中，反射單元121亦可為一具有部分穿透部分反射功能的分光元件，可對入射光線提供部分光線穿透及部分反射的作用，以達到使部分的影像光束70進行轉折傳遞至眼睛EY，並同時亦可將外界環境的影像光束穿過反射單元121後傳遞至眼睛EY，而使虛像顯示模組100同時具有透視(see-through)的功能。
此外，在本實施例中，一第一透鏡122與一第二透鏡123的材質例如為光學塑膠，而可藉此減輕光學鏡頭120與虛像顯示模組100的重量。更詳細而言，在本實施例中，第一透鏡122以及第二透鏡123的屈光度皆為正。此外，在本實施例中，第一透鏡122的其中一表面為非球面以及第二透鏡123的其中一表面為非球面。舉例而言，第一透鏡122的表面S101與第二透鏡123的表面S105為非球面。如此，藉由第一透鏡122的其中一表面為非球面以及第二透鏡123的其中一表面為非球面的設計，可減低光學鏡頭120與虛像顯示模組100的像差。
另一方面，由於一般透鏡因不同波長的色光無法聚焦於相同的平面上，進而會造成色差(chromatic aberration)現象。為了克服上述色差問題，在本實施例中，繞射光學元件124例如可採用繞射光柵(diffractive grating)、全像片(holographic optical element)、二元光學元件(binary optical element)、繞射式菲涅耳透鏡(diffractive fresnel lens)等可使影像光束70產生繞射效果的光學元件，而可消除色差。如此，光學鏡頭120可具有良好的色差矯正效果，而具有良好的成像品質，亦可同時具有重量輕及體積小
的結構。
此外，在本實施例中，繞射光學元件124、反射單元121、第一透鏡122以及第二透鏡123各自為一獨立光學元件。如圖1所示，在本實施例中，第一透鏡122與反射單元121、反射單元121與第二透鏡123以及第二透鏡123與繞射光學元件124之間分別具有空間間距。換言之，在本實施例中，有別於一般稜鏡的結構設計，本實施例的光學鏡頭120與虛像顯示模組100可藉由分離鏡片式的結構設計，來達到重量減輕的目的。此外，在本實施例中，由於繞射光學元件124與其他光學元件(例如反射單元121、第一透鏡122以及第二透鏡123)分開製作，因此，將不必受限於其他光學元件的形狀及尺寸。舉例而言，在本實施例中，繞射光學元件124可形成於一圓形平板(未繪示)上，如此，將可大幅提高模具製造的簡易性及產品射出成形的良率，以達到減低生產成本的目的。
請繼續參照圖1，具體而言，在本實施例中，反射單元121、第一透鏡122、第二透鏡123與繞射光學元件124位於影像光束70的傳遞路徑上。第一透鏡122位於影像顯示單元110與反射單元121之間。反射單元121位於第一透鏡122以及第二透鏡123之間。第二透鏡123位於反射單元121與使用者眼睛EY之間。繞射光學元件124位於第二透鏡123與使用者眼睛EY之間。進一步而言，當影像光束70自影像顯示單元110發出後，影像光束70將可經由第一透鏡122傳遞至反射單元121，並藉由反射單元121
將影像光束70的傳遞路徑轉折，而達到縮短光學鏡頭120的軸向距離，以使光學鏡頭120及虛像顯示模組100具有薄型化的結構設計。舉例而言，在本實施例中，影像光束70的傳遞路徑轉折的角度約為90度左右，但本發明不以此為限。在其他的實施例中，影像光束70的傳遞路徑轉折的角度可落在70度至110度的範圍之間。接著，被反射單元121所反射的影像光束70可再經由第二透鏡123以及繞射光學元件124傳遞至使用者眼睛EY，以顯示一虛像。應注意的是，上述各參數範圍僅作為例示說明，其並非用以限定本發明。
更進一步而言，在本實施例中，使用者亦可依據個人習慣並透過控制單元(未繪示)使第一透鏡122相對於影像顯示單元110(或反射單元121)移動，或調整光學鏡頭120與影像顯示單元110的相對距離以調整虛像的成像位置及成像畫面尺寸，而有助於提升使用虛像顯示模組100的便利性。另一方面，對於有近視或遠視的使用者，虛像顯示裝置亦可透過控制單元(未繪示)使第一透鏡122相對於影像顯示單元110(或反射單元121)移動，或調整光學鏡頭120與影像顯示單元110的相對距離的同時，來適應不同使用者眼睛EY的屈光度。因此，在本實施例中，有近視或遠視的使用者可不必額外佩帶矯正眼鏡而亦可清楚地觀察虛像顯示裝置所顯示的畫面。
根據以上所述，虛像顯示模組100與光學鏡頭120藉由繞射光學元件124的配置，將可達到具有良好的成像品質，亦可
同時具有重量輕及體積小的結構。此外，藉由繞射光學元件124、反射單元121、第一透鏡122以及第二透鏡123各自為獨立的光學元件的結構，可使虛像顯示模組100與光學鏡頭120達到重量減輕的目的，且達到提升產品製造良率並同時降低成本的效果。另一方面，虛像顯示模組100與光學鏡頭120亦可藉由調整第一透鏡122相對於影像顯示單元110(或反射單元121)的距離，或藉由調整光學鏡頭120與影像顯示單元110的相對距離來調整虛像的成像位置及成像畫面尺寸，以提升使用虛像顯示模組100的便利性，且同時可使有近視或遠視的使用者可不必額外佩帶矯正眼鏡而亦可清楚地觀察虛像顯示裝置所顯示的畫面。
以下內容將舉出虛像顯示模組100的一實施例，然而，下文中所列舉的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明的範疇內。
在表一中，曲率半徑是指每一表面的曲率半徑，間距是指兩相鄰表面間的距離。舉例來說，表面S101的間距，即表面S101至表面S102在光軸上的距離。備註欄中各透鏡所對應的厚度，請參照同列中各間距所對應的數值。此外，表面S00是影像顯示單元110的顯示面。表面S101是第一透鏡122朝向影像顯示單元110的表面，表面S102是第一透鏡122朝向反射單元121的表面，表面S103是反射單元121的反射面。表面S104、S105是第二透鏡123的兩表面。表面S106、S107是繞射光學元件124的兩表面。
承上述，表面S101與S105為非球面，而非球面的公式如下：
其中，z為光軸方向的偏移量。c是密切球面(osculating sphere)的曲率，也就是接近光軸處的曲率半徑的倒數(如表格內S101與S105的曲率半徑)。k為圓錐常數(conic constant)。r是非球面高度，即為從透鏡中心往透鏡邊緣的高度，從公式中可得知，不同的r會
對應出不同的z值。α 1、α 2、α 3為非球面係數(aspheric coefficient)。表面S101與S105的非球面係數及k值如表二所示：
承上述，而表面S106為繞射面，而繞射面的公式如下：
其中，Φ是相位曲線方程(phase profile function)、ρ是正規化的徑向孔徑(radial aperture)高度，Ai是歸一化的徑向孔徑(radial aperture)高度(即ρ)的偶次冪偕係數，M是繞射階數。從公式中可得知，不同的ρ值會對應出不同的Φ值。表面S106的各階ρ值的係數Ai如表三所示：
此外，前述的光學鏡頭120雖以繞射光學元件124位於第二透鏡123與使用者眼睛EY之間為例示，但本發明並不以此為限。在其他的實施例中，繞射光學元件124亦可位於別處，以下將搭配圖2至圖4進行進一步地解說。
圖2是本發明另一實施例的一種虛像顯示模組的示意
圖。請參照圖2，本實施例的虛像顯示模組200與圖1的虛像顯示模組100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例的虛像顯示模組200中，繞射光學元件124位於影像顯示單元110與第一透鏡122之間。此外，在本實施例中，虛像顯示模組200的作動機制與虛像顯示模組100的作動機制類似，相關細節請參考上述段落，在此不再重述。並且，由於虛像顯示模組200與虛像顯示模組100結構相似，因此皆可藉由繞射光學元件124的配置，達到具有良好的成像品質，亦可同時具有重量輕及體積小的結構。因此，虛像顯示模組200同樣具有虛像顯示模組100所提及的優點，在此亦不再贅述。
以下內容將舉出虛像顯示模組200的一實施例，然而，下文中所列舉的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明的範疇內。
在表四中，曲率半徑與間距所代表的意義與表一相同，可參照對表一的說明，在此不再重述。此外，表面S201是繞射光學元件124朝向影像顯示單元110的表面，表面S202是繞射光學元件124朝向第一透鏡122的表面。表面S203、S204是第一透鏡122的兩表面。表面S205是反射單元121的反射面。表面S206、S207是第二透鏡123的兩表面。
承上述，表面S203與S207為非球面，表面S202為繞射面，其公式相同於上述表一所適用的公式，其中各參數的物理意義可參照對表一的說明，在此不再重述。表面S203與S207的非球面係數、各參數值及表面S202的繞射面各參數值如表五與表六所示：
〈表六〉
圖3是本發明又一實施例的一種虛像顯示模組的示意圖。請參照圖3，本實施例的虛像顯示模組300與圖1的虛像顯示模組100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例的虛像顯示模組300中，繞射光學元件124位於第一透鏡122與反射單元121之間。在本實施例中，虛像顯示模組300的作動機制與虛像顯示模組100的作動機制類似，相關細節請參考上述段落，在此不再重述。並且，由於虛像顯示模組300與虛像顯示模組100結構相似，因此皆可藉由繞射光學元件124的配置，達到具有良好的成像品質，亦可同時具有重量輕及體積小的結構。因此，虛像顯示模組300同樣具有虛像顯示模組100所提及的優點，在此亦不再贅述。
以下內容將舉出虛像顯示模組300的一實施例，然而，下文中所列舉的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明的範疇內。
在表七中，曲率半徑與間距所代表的意義與表一相同，可參照對表一的說明，在此不再重述。此外，表面S301是第一透鏡122朝向影像顯示單元110的表面，表面S302是第一透鏡122朝向繞射光學元件124的表面。表面S303、S304是繞射光學元件124的兩表面。表面S305是反射單元121的反射面。表面S306、S307是第二透鏡123的兩表面。
承上述，表面S301與S307為非球面，表面S304為繞射面，其公式相同於上述表一所適用的公式，其中各參數的物理意義可參照對表一的說明，在此不再重述。表面S301與S307的非球面係數、各參數值及表面S304的繞射面各參數值如表八與表九所示：〈表八〉
圖4是本發明再一實施例的一種虛像顯示模組的示意圖。請參照圖4，本實施例的虛像顯示模組400與圖1的虛像顯示模組100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例的虛像顯示模組400中，繞射光學元件124位於反射單元121與第二透鏡123之間。在本實施例中，虛像顯示模組400的作動機制與虛像顯示模組100的作動機制類似，相關細節請參考上述段落，在此不再重述。並且，由於虛像顯示模組400與虛像顯示模組100結構相似，因此皆可藉由繞射光學元件124的配置，達到具有良好的成像品質，亦可同時具有重量輕及體積小的結構。因此，虛像顯示模組400同樣具有虛像顯示模組100所提及的優點，在此亦不再贅述。
以下內容將舉出虛像顯示模組400的一實施例，然而，下文中所列舉的數據資料並非用以限定本發明，任何所屬領域中具有通常知識者在參照本發明之後，當可對其參數或設定作適當的更動，惟其仍應屬於本發明的範疇內。
〈表十〉
在表十中，曲率半徑與間距所代表的意義與表一相同，可參照對表一的說明，在此不再重述。此外，表面S401是第一透鏡122朝向影像顯示單元110的表面，表面S402是第一透鏡122朝向繞射光學元件124的表面。表面S403是反射單元121的反射面。表面S404、S405是繞射光學元件124的兩表面。表面S406、S407是第二透鏡123的兩表面。
承上述，表面S401與S407為非球面，表面S404為繞射面，其公式相同於上述表一所適用的公式，其中各參數的物理意義可參照對表一的說明，在此不再重述。表面S401與S407的非球面係數、各參數值及表面S404的各參數值如表十一與表十二所
示：
綜上所述，本發明的實施例的虛像顯示模組與光學鏡頭藉由繞射光學元件取代低色散的玻璃鏡片，將可達到消除色差而形成良好的成像品質，同時又具有重量輕及體積小的結構。此外，藉由繞射光學元件、反射單元、第一透鏡以及第二透鏡分別為獨立光學元件的結構，亦可使虛像顯示模組與光學鏡頭達到重量減輕的目的，且達到提升產品製造良率並同時降低成本的效果。另一方面，虛像顯示模組與光學鏡頭亦可藉由調整第一透鏡相對於影像顯示單元(或反射單元)的距離，或調整光學鏡頭與影像顯示單元的相對距離，來調整虛像的成像位置及成像畫面尺寸，以提升使用虛像顯示模組的便利性，且同時可使有近視或遠視的使用者可不必額外佩帶矯正眼鏡而亦可清楚地觀察虛像顯示裝置所顯示的畫面。
惟以上所述者，僅為本發明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發
明說明內容所作的簡單等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露的全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明的權利範圍。
此外，本說明書或申請專利範圍中提及的“第一”、“第二”等用語僅用以命名元件的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。
70‧‧‧影像光束
100‧‧‧虛像顯示模組
110‧‧‧影像顯示單元
120‧‧‧光學鏡頭
121‧‧‧反射單元
122‧‧‧第一透鏡
123‧‧‧第二透鏡
124‧‧‧繞射光學元件
S00、S101、S102、S103、S104、S105、S106、S107‧‧‧表面
EY‧‧‧眼睛
Claims (19)
- 一種虛像顯示模組，適於配置於一使用者的至少一眼睛的前方，包括：一影像顯示單元，適於提供一影像光束；以及一光學鏡頭，包括：一反射單元，位於該影像光束的傳遞路徑上；一第一透鏡，配置於該影像光束的傳遞路徑上，且位於該影像顯示單元與該反射單元之間；一第二透鏡，配置於該影像光束的傳遞路徑上，其中該反射單元位於該第一透鏡以及該第二透鏡之間，且該第二透鏡位於該反射單元與該眼睛之間；以及一繞射光學元件，位於該影像光束的傳遞路徑上，其中該繞射光學元件、該反射單元、該第一透鏡以及該第二透鏡分別為一獨立的光學元件，且該影像光束經由該第一透鏡、該反射單元、該第二透鏡以及該繞射光學元件傳遞至該眼睛，以顯示一虛像。
- 如申請專利範圍第1項所述的虛像顯示模組，其中該第一透鏡適於相對於該影像顯示單元移動，以調整該虛像的成像位置及成像畫面尺寸。
- 如申請專利範圍第1項所述的虛像顯示模組，其中該光學鏡頭適於相對於該影像顯示單元移動，以調整該虛像的成像位置及成像畫面尺寸。
- 如申請專利範圍第1項所述的虛像顯示模組，其中該第一 透鏡的其中一表面為非球面。
- 如申請專利範圍第1項所述的虛像顯示模組，其中該第二透鏡的其中一表面為非球面。
- 如申請專利範圍第1項所述的虛像顯示模組，其中該繞射光學元件位於該影像顯示單元與該第一透鏡之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的虛像顯示模組，其中該繞射光學元件位於該第一透鏡與該反射單元之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的虛像顯示模組，其中該繞射光學元件位於該反射單元與該第二透鏡之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的虛像顯示模組，其中該繞射光學元件位於該第二透鏡與該眼睛之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的虛像顯示模組，其中該繞射光學元件、該反射單元、該第一透鏡以及該第二透鏡之間皆具有空間間距。
- 一種光學鏡頭，適於使一影像光束傳遞至一使用者的至少一眼睛，以顯示一虛像，包括：一反射單元，位於該影像光束的傳遞路徑上；一第一透鏡，配置於該影像光束的傳遞路徑上；一第二透鏡，配置於該影像光束的傳遞路徑上，其中該反射單元位於該第一透鏡以及該第二透鏡之間，且該第二透鏡位於該反射單元與該眼睛之間；以及一繞射光學元件，位於該影像光束的傳遞路徑上，其中該繞 射光學元件、該反射單元、該第一透鏡以及該第二透鏡分別為一獨立光學元件，且該影像光束經由該第一透鏡、該反射單元、該第二透鏡以及該繞射光學元件傳遞至該眼睛，以顯示一虛像。
- 如申請專利範圍第11項所述的光學鏡頭，其中該第一透鏡適於相對於該反射單元移動，以調整該虛像的成像位置及成像畫面尺寸。
- 如申請專利範圍第11項所述的光學鏡頭，其中該光學鏡頭適於相對於該影像顯示單元移動，以調整該虛像的成像位置及成像畫面尺寸。
- 如申請專利範圍第11項所述的光學鏡頭，其中該第一透鏡的其中一表面為非球面。
- 如申請專利範圍第11項所述的光學鏡頭，其中該第二透鏡的其中一表面為非球面。
- 如申請專利範圍第11項所述的光學鏡頭，其中該繞射光學元件位於該第一透鏡與該反射單元之間。
- 如申請專利範圍第11項所述的光學鏡頭，其中該繞射光學元件位於該反射單元與該第二透鏡之間。
- 如申請專利範圍第11項所述的光學鏡頭，其中該繞射光學元件位於該第二透鏡與該眼睛之間。
- 如申請專利範圍第11項所述的光學鏡頭，其中該繞射光學元件、該反射單元、該第一透鏡以及該第二透鏡之間皆具有空間間距。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW103101622A TWI531817B (zh) | 2014-01-16 | 2014-01-16 | 虛像顯示模組與光學鏡頭 |
| US14/506,697 US20150198809A1 (en) | 2014-01-16 | 2014-10-06 | Virtual image display module and optical lens group |
| CN201410541152.2A CN104793337A (zh) | 2014-01-16 | 2014-10-14 | 虚像显示模块与光学镜头 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW103101622A TWI531817B (zh) | 2014-01-16 | 2014-01-16 | 虛像顯示模組與光學鏡頭 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201530188A true TW201530188A (zh) | 2015-08-01 |
| TWI531817B TWI531817B (zh) | 2016-05-01 |
Family
ID=53521241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW103101622A TWI531817B (zh) | 2014-01-16 | 2014-01-16 | 虛像顯示模組與光學鏡頭 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150198809A1 (zh) |
| CN (1) | CN104793337A (zh) |
| TW (1) | TWI531817B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017026371A1 (ja) | 2015-08-11 | 2017-02-16 | 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント | ヘッドマウントディスプレイ |
| WO2017041308A1 (zh) * | 2015-09-13 | 2017-03-16 | 深圳市柔宇科技有限公司 | 光学模组、光学装置及穿戴式显示装置 |
| WO2017127494A1 (en) | 2016-01-22 | 2017-07-27 | Corning Incorporated | Wide field personal display |
| CN106338831A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-01-18 | 深圳超多维科技有限公司 | 图像显示装置及头戴式显示设备 |
| US10976551B2 (en) | 2017-08-30 | 2021-04-13 | Corning Incorporated | Wide field personal display device |
| CN110346932B (zh) * | 2018-04-02 | 2024-04-02 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示方法、显示装置 |
| CN108931854B (zh) * | 2018-07-20 | 2021-08-31 | 海信视像科技股份有限公司 | 虚拟现实的分辨率的调节方法、装置和虚拟现实设备 |
| JP2023032278A (ja) * | 2021-08-26 | 2023-03-09 | キヤノン株式会社 | 映像表示装置およびその制御方法、プログラム |
| CN114545626A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-05-27 | 歌尔光学科技有限公司 | 光学模组和头戴显示设备 |
| TWI848397B (zh) * | 2022-10-12 | 2024-07-11 | 中強光電股份有限公司 | 人眼視覺量測裝置及其量測方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6005720A (en) * | 1998-12-22 | 1999-12-21 | Virtual Vision, Inc. | Reflective micro-display system |
| CN1570696A (zh) * | 2003-07-22 | 2005-01-26 | 吕兴增 | 折射显示装置 |
| DE50305854D1 (de) * | 2003-09-03 | 2007-01-11 | Zeiss Carl | HMD-Vorrichtung (Head Mounted Display) mit einer eine asphärische Fläche aufweisenden Abbildungsoptik |
| WO2012062681A1 (de) * | 2010-11-08 | 2012-05-18 | Seereal Technologies S.A. | Anzeigegerät, insbesondere ein head-mounted display, basierend auf zeitlichen und räumlichen multiplexing von hologrammkacheln |
-
2014
- 2014-01-16 TW TW103101622A patent/TWI531817B/zh not_active IP Right Cessation
- 2014-10-06 US US14/506,697 patent/US20150198809A1/en not_active Abandoned
- 2014-10-14 CN CN201410541152.2A patent/CN104793337A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104793337A (zh) | 2015-07-22 |
| US20150198809A1 (en) | 2015-07-16 |
| TWI531817B (zh) | 2016-05-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI531817B (zh) | 虛像顯示模組與光學鏡頭 | |
| TWI519818B (zh) | 光學鏡頭與虛像顯示模組 | |
| US7969657B2 (en) | Imaging systems for eyeglass-based display devices | |
| US7499217B2 (en) | Imaging systems for eyeglass-based display devices | |
| US10302906B2 (en) | Eyepiece optical system for near-eye display, and head-mounted display device | |
| JP6697455B2 (ja) | 交差光学系を含む頭部装着ビューイングシステム | |
| WO2019033748A1 (zh) | 一种基于双自由曲面反射的成像系统及增强现实装置 | |
| EP3458885A1 (en) | Optimisation of optical field curvature using fresnel lens in vr display | |
| CN107111132A (zh) | 通过超精细结构保护的紧凑型头戴式显示系统 | |
| TW201921029A (zh) | 寬視場個人顯示裝置 | |
| KR101421199B1 (ko) | 헤드 마운티드 디스플레이 광학계 | |
| JP2015534108A (ja) | 人間工学的な頭部搭載型ディスプレイデバイスおよび光学システム | |
| JP2012520487A (ja) | バイザー型ヘッドアップディスプレイ | |
| CN108604007B (zh) | 用于近眼显示的目镜光学系统及头戴显示装置 | |
| US11754836B2 (en) | Optical system for AR headsets, and method for design and manufacturing | |
| JP2015219489A (ja) | 表示装置 | |
| CN110208950A (zh) | 一种用于增强现实显示的眼镜及其光学组件 | |
| CN108463762B (zh) | 用于近眼显示的目镜光学系统及头戴显示装置 | |
| Grey | The ideal imaging AR waveguide | |
| US20220229303A1 (en) | Display device module and head-mounted display device | |
| CN108463761B (zh) | 用于近眼显示的目镜光学系统及头戴显示装置 | |
| US11281005B2 (en) | Compact head-mounted display system with orthogonal panels | |
| EP4295193A1 (en) | Foveated optical lens for near eye display | |
| TW202012990A (zh) | 目鏡光學系統 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |