TW201713989A - 頭戴式裝置 - Google Patents

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魏仲廷
王祥驊
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Abstract

一種頭戴式裝置，包括一主體、一投影裝置及一合光元件。主體包括相連接的一上罩部及一下罩部，其中上罩部與下罩部之間具有一開口。投影裝置配置於下罩部內且適於產生一投影光束，投影光束適於從下罩部傳遞至開口。合光元件連接於上罩部且位於開口內，其中合光元件位於投影光束的傳遞路徑上，而適於將投影光束反射至主體內部。

Description

頭戴式裝置
本發明是有關於一種穿戴式裝置，且特別是有關於一種具有顯式裝置的頭戴式裝置。
頭戴式顯示器(Head-Mounted displays，HMDs)是利用光學投影系統將影像或文字訊息投射到使用者眼中的一種穿戴式裝置。頭戴式顯示器除了應用在軍事領域外，亦應用於工業生產、模擬訓練、立體顯示、醫療、運動、電子遊戲等領域。近年來重型機車運動的興起，帶動了頭戴式顯示器與傳統安全帽的結合。詳言之，當重型機車高速行駛時，若騎乘者為了觀看儀表板而將視線移離前方路況，將會造成騎乘上的高度危險。承上，具有顯示功能的安全帽可將儀表板上的資訊即時投射至騎乘者眼中，而可改善上述騎乘危險的問題。
目前具有顯示功能的安全帽大都利用安全帽的擋風罩來將投影光束反射至騎乘者眼中，然而此種設計會導致擋風罩除了要能降低風阻外還要能避免像差，因而有製造上的困難而增加產品成本，且擋風罩基於降低風阻的特殊形狀設計也會因此受到限制而在高速行駛時影響騎乘的穩定性。此外，一些具有顯示功能的安全帽係將投影系統埋設於安全帽的上罩部內，如此會減少上罩部中緩衝層的厚度，而降低其對騎乘者頭部的保護能力。另外，一些具有顯示功能的安全帽係將投影光束從下方往上直接投射至騎乘者眼中，如此使得騎乘者須將視線下移才能確實地觀看到投影光束所顯示的資訊，故在高速行駛時仍會對行車安全造成很大的威脅。
“先前技術”段落只是用來幫助了解本發明內容，因此在“先前技術”段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在“先前技術”段落所揭露的內容，不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。
本發明提供一種頭戴式裝置，可節省製造成本且可提升使用上的便利性與安全性。
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頭戴式裝置包括一主體、一投影裝置及一合光元件。主體包括相連接的一上罩部及一下罩部，其中上罩部與下罩部之間具有一開口。投影裝置配置於下罩部內且適於產生一投影光束，投影光束適於從下罩部傳遞至開口。合光元件連接於上罩部且位於開口內，其中合光元件位於投影光束的傳遞路徑上，而適於將投影光束反射至主體內部。
在本發明的一實施例中，上述的合光元件樞接於上罩部且適於相對於上罩部於開口內轉動。
在本發明的一實施例中，上述的頭戴式裝置更包括一第一驅動單元，其中第一驅動單元配置於主體的上罩部內且適於驅動合光元件轉動。
在本發明的一實施例中，上述的頭戴式裝置更包括一第一感測單元，第一感測單元電性連接第一驅動單元，其中第一感測單元配置於主體且適於感測主體的一傾斜角度，第一驅動單元依據傾斜角度適於驅動合光元件在開口內轉動。
在本發明的一實施例中，上述的頭戴式裝置更包括一反射元件，配置於下罩部內，其中反射元件位於投影光束的傳遞路徑上，而適於將來自投影裝置的投影光束反射至合光元件。
在本發明的一實施例中，上述的反射元件樞接於下罩部而適於相對於下罩部內的投影裝置轉動。
在本發明的一實施例中，上述的頭戴式裝置更包括一第二驅動單元，其中第二驅動單元配置於主體且適於驅動反射元件轉動。
在本發明的一實施例中，上述的頭戴式裝置更包括一第二感測單元，第二感測單元電性連接第二驅動單元，其中第二感測單元配置於主體且適於感測主體的一傾斜角度，第二驅動單元適於依據傾斜角度驅動反射元件相對於投影裝置轉動。
在本發明的一實施例中，上述的頭戴式裝置更包括一反射元件及一第二驅動單元，反射元件及第二驅動單元配置於下罩部內且第二驅動單元與第一感測單元電性連接，其中反射元件位於投影光束的傳遞路徑上，第二驅動單元適於依據來自第一感測單元的傾斜角度，驅動反射元件相對於投影裝置轉動，使反射元件將來自投影裝置的投影光束反射至合光元件。
在本發明的一實施例中，上述的合光元件的一反射面適於反射投影光束，反射面為一平面。
在本發明的一實施例中，上述的合光元件可為一半穿透半反射式光學元件。
在本發明的一實施例中，上述的頭戴式裝置更包括一透光蓋體，其中透光蓋體樞接於主體且適於覆蓋開口。
在本發明的一實施例中，上述的主體為一安全帽。
在本發明的一實施例中，上述的頭戴式裝置更包括一緩衝層，其中緩衝層配置於上罩部內。
基於上述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。在本發明的頭戴式裝置中，是利用額外增設的合光元件來將投影光束反射至使用者眼中，而非利用頭戴式裝置的透光蓋體來反射投影光束。據此，在頭戴式裝置的主體及透光蓋體分別為安全帽及其擋風罩的情況下，不會為了顧及擋風罩的反射效果而增加其製造上的困難度，如此可節省製造成本且不會對擋風罩基於降低風阻的特殊形狀設計造成限制。此外，本發明的投影裝置是配置於頭戴式裝置之主體的下罩部內而非配置於上罩部內，故不會因設置投影裝置而減少上罩部中緩衝層的厚度，以使上罩部對使用者頭部具有良好的保護能力。另外，本發明的合光元件是連接於上罩部而位於頭戴式裝置之主體的開口內，此開口對應於使用者的眼部，故從下罩部朝上罩部方向傳遞的投影光束藉由合光元件而從使用者眼部的前方反射至使用者眼中而非從下方往上直接投射至使用者眼中，從而使用者不須將視線下移就能夠確實地觀看到頭戴式裝置所顯示的資訊，以提升頭戴式裝置使用上的便利性及安全性。
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。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之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頭戴式裝置的示意圖。請參考圖1，本實施例的頭戴式裝置100包括一主體110、一投影裝置120、一合光元件130及一透光蓋體140。主體110例如是騎乘機車所使用的安全帽或其他可保護頭部的頭盔等。圖1的主體110是以安全帽為例作說明，其中主體110包括相連接的一上罩部112及一下罩部114。上罩部112與下罩部114之間具有一開口110a，開口110a的位置對應於使用者50的眼部52，讓使用者50可透過開口110a觀看前方的路況或環境。透光蓋體140例如是安全帽的擋風罩，其樞接於主體110且適於覆蓋開口110a。透光蓋體140的樞接方式如同習知安全帽之擋風罩的配置方式，於此不加以贅述。
投影裝置120配置於下罩部114內且適於產生一投影光束L，投影光束L適於從下罩部114朝上罩部112的方向傳遞至開口110a，所述投影光束L例如包含影像或文字資訊。合光元件130連接於上罩部112且位於開口110a內，其中合光元件130位於投影光束L的傳遞路徑上且具有一反射面130a，反射面130a例如是平面且適於將投影光束L透過開口110a往主體110內部反射而到達使用者50的眼部52，藉此，透過合光元件130，使用者50可看到投影光束L所形成的虛像(未繪示)中的影像或文字資訊。在本實施例中，合光元件130的一端樞設於上罩部112的邊緣，且合光元件130可設計為對應使用者50的單眼或是雙眼；合光元件130例如是半穿透半反射式光學元件，例如結合器(combiner)，使用者可透過合光元件130觀看與前方的路況疊合在一起的上述虛像中的影像或文字資訊。
上述配置方式是利用額外增設的合光元件130來將投影光束L反射至使用者50的眼中，而非利用頭戴式裝置100的透光蓋體140(即所述擋風罩)來反射投影光束。據此，不會為了顧及擋風罩的反射效果而增加其製造上的困難度，如此可節省製造成本且不會對擋風罩基於降低風阻的特殊形狀設計造成限制。
在本實施例中，頭戴式裝置100更包括一緩衝層150，緩衝層150配置於上罩部112內，而在上罩部112受到撞擊時提供緩衝的效果，以保護使用者50的頭部。本實施例中，主體110的上罩部112例如是對應於使用者50的額頭至後腦的部位，下罩部114例如是對應於使用者50的嘴部至下巴的部位，因此上罩部112及下罩部114皆需對使用者50的整體頭部提供保護的作用。承上，由於本實施例的投影裝置120是配置於頭戴式裝置100之主體110的下罩部114內而非配置於上罩部112內，故不會因設置投影裝置120而減少上罩部112中緩衝層150的厚度。相較於習知安全帽將投影系統埋設於安全帽的上罩部內，本發明的頭戴式裝置100的上罩部112對使用者50的頭部具有較佳的保護能力。
圖2繪示圖1的使用者騎乘機車狀態的示意圖。當使用者如圖2所示騎乘重型機車60而使其上身軀體往前傾斜時，使用者50的視線是朝向圖1所示頭戴式裝置100之開口110a的上半部，即使用者50是通過覆蓋於開口110a的透光蓋體140的上半部來觀看前方的環境或路況。承上，由於合光元件130是連接於上罩部112而位於頭戴式裝置100之主體110的開口110a內，且合光元件130位於開口110a的上緣而對應於使用者50的眼部52，故從下罩部114朝上罩部112方向傳遞的投影光束L藉由合光元件130而從使用者50眼部52的前方反射至使用者50眼中而非從下方往上直接投射至使用者50眼中，從而使用者50不須將視線往下移就能夠確實地觀看到頭戴式裝置100所顯示的資訊，以提升使用者50騎乘時頭戴式裝置100使用上的便利性及安全性。由於透光蓋體140可允許光穿透，無論透光蓋體140覆蓋或沒有覆蓋於開口110a，皆不會影響使用者50透過合光元件130所反射的投影光束L來觀看與前方的路況疊合在一起的影像或文字資訊。
請參考圖1，在本實施例中，合光元件130例如是藉其末端130b樞接於上罩部112，而適於相對於上罩部112以其末端130b為轉軸於開口110a處朝內或朝外轉動，讓使用者50能夠依需求調整合光元件130的角度，使投影光束L透過調整合光元件130而準確地反射入使用者50的眼部52。
圖3是圖1的頭戴式裝置的部分構件方塊圖。請參考圖3，本實施例的頭戴式裝置100更包括一第一驅動單元160，第一驅動單元160例如是馬達且配置於圖1所示之主體110的上罩部112內，用以驅動合光元件130轉動。
此外，本實施例的頭戴式裝置100如圖3所示更包括一第一感測單元170，第一感測單元170例如是重力感測器(G sensor)或其他適當種類的動態感測元件，其配置於圖1所示的主體110內且適於感測主體110的傾斜角度，其中第一感測單元170例如是感測主體110相對於重力方向(未繪示)的傾斜角度或是相對於水平方向(未繪示)的傾斜角度。第一驅動單元160電性連接於第一感測單元170且依據所述傾斜角度來驅動合光元件130在開口110a內轉動。據此，合光元件130可對應於使用者50頭部及其上的頭戴式裝置100之各種傾斜角度而自動地轉動至多個預設位置，讓使用者50變換騎乘姿勢或是停止騎乘時，皆能夠順利地觀看合光元件130所反射的投影光束L。在其他實施例中，亦可利用其他適當方式驅動合光元件130轉動，本發明不對此加以限制。
圖4是本發明另一實施例的頭戴式裝置的示意圖。圖5繪示圖4的反射元件及合光元件轉動的示意圖。圖6是圖4的頭戴式裝置的部分構件方塊圖。在圖4至圖6的頭戴式裝置200中，主體210、上罩部212、下罩部214、合光元件230、反射面230a、末端230b、透光蓋體240、緩衝層250、第一驅動單元260a、第一感測單元270a的配置方式類似圖1至圖3的主體110、上罩部112、下罩部114、合光元件130、反射面130a、末端130b、透光蓋體140、緩衝層150、第一驅動單元160、第一感測單元170的配置方式，於此不再贅述。
頭戴式裝置200與頭戴式裝置100的不同處在於，頭戴式裝置200更包括一反射元件280。反射元件280配置於下罩部214內且位於投影光束L’的傳遞路徑上，而適於將來自下罩部214的投影裝置220的投影光束L’反射，且朝上罩部212的方向傳遞至合光元件230。在本實施例中，反射元件280樞接於下罩部214而適於相對於下罩部214內的投影裝置220轉動，以因應合光元件230的位置而準確地將投影光束L’導引至使用者50的眼部52。
具體而言，本實施例的頭戴式裝置200如圖6所示更包括相互電性連接的一第二驅動單元260b及一第二感測單元270b。第二驅動單元260b例如是馬達且配置於圖4及圖5所示的主體210內，用以驅動反射元件280轉動。第二感測單元270b例如是重力感測器(G sensor)或其他適當種類的動態感測元件，其配置於圖4及圖5所示的主體210內且適於感測主體210的傾斜角度。第二驅動單元260b則依據所述傾斜角度來驅動反射元件280相對於投影裝置220轉動。據此，對應於使用者50頭部及其上的頭戴式裝置200之各種傾斜角度而自動的調整合光元件230及反射元件280相互對應地轉動至多個預設位置(圖4及圖5分別繪示合光元件230及反射元件280轉動至不同的預設位置)，讓使用者50在變換騎乘姿勢或是停止騎乘時，皆能夠順利地觀看合光元件130所反射的投影光束L’。在其他實施例中，亦可利用其他適當方式驅動合光元件230及反射元件280轉動，本發明不對此加以限制。
圖7是本發明另一實施例的頭戴式裝置的部分構件方塊圖。在圖7的頭戴式裝置300中，合光元件330、第一驅動單元360a、第二驅動單元360b、反射元件380的配置方式類似圖4至圖6的合光元件230、第一驅動單元260a、第二驅動單元260b、反射元件280的配置方式，於此不再贅述。
頭戴式裝置300與頭戴式裝置200的不同處在於，頭戴式裝置300不具有圖6所示的第二感測單元270b，且第一驅動單元360a及第二驅動單元360b皆電性連接於第一感測單元370。在頭戴式裝置300中，除了第一驅動單元360a依據來自第一感測單元370的傾斜角度驅動合光元件330轉動，第二驅動單元360b亦依據來自第一感測單元370的傾斜角度驅動反射元件380相對於投影裝置轉動，使反射元件380將來自投影裝置的投影光束反射至合光元件330。亦即，本實施例的頭戴式裝置300利用單一感測單元(第一感測單元370)使反射元件380能對應合光元件330的轉動角度而轉動。
綜上所述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。在本發明的頭戴式裝置中，是利用額外增設的合光元件來將投影光束反射至使用者眼中，而非利用頭戴式裝置的透光蓋體來反射投影光束。據此，在頭戴式裝置的主體及透光蓋體分別為安全帽及其擋風罩的情況下，不會為了顧及擋風罩的反射效果而增加其製造上的困難度，如此可節省製造成本且不會對擋風罩基於降低風阻的特殊形狀設計造成限制。此外，本發明的投影裝置是配置於頭戴式裝置之主體的下罩部內而非配置於上罩部內，故不會因設置投影裝置而減少上罩部中緩衝層的厚度，以使上罩部對使用者頭部具有良好的保護能力。另外，本發明的合光元件是連接於上罩部而位於頭戴式裝置之主體的開口內，此開口對應於使用者的眼部，故從下罩部朝上罩部方向傳遞的投影光束藉由合光元件而從使用者眼部的前方反射至使用者眼中而非從下方往上直接投射至使用者眼中，從而使用者不須將視線下移就能夠確實地觀看到頭戴式裝置所顯示的資訊，以提升頭戴式裝置使用上的便利性及安全性。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。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之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之權利範圍。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(element)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。
50‧‧‧使用者
52‧‧‧眼部
60‧‧‧機車
100、200、300‧‧‧頭戴式裝置
110、210‧‧‧主體
110a、210a‧‧‧開口
112、212‧‧‧上罩部
114、214‧‧‧下罩部
120、220‧‧‧投影裝置
130、230、330‧‧‧合光元件
130a、230a‧‧‧反射面
130b、230b‧‧‧末端
140、240‧‧‧透光蓋體
150、250‧‧‧緩衝層
160、260a、360a‧‧‧第一驅動單元
170、270a、370a‧‧‧第一感測單元
260b、360b‧‧‧第二驅動單元
270b‧‧‧第二感測單元
280、380‧‧‧反射元件
L、L’‧‧‧投影光束
圖1是本發明一實施例的頭戴式裝置的示意圖。 圖2繪示圖1的使用者騎乘機車狀態的示意圖。 圖3是圖1的頭戴式裝置的部分構件方塊圖。 圖4是本發明另一實施例的頭戴式裝置的示意圖。 圖5繪示圖4的反射元件及合光元件轉動的示意圖。 圖6是圖4的頭戴式裝置的部分構件方塊圖。 圖7是本發明另一實施例的頭戴式裝置的部分構件方塊圖。
50‧‧‧使用者
52‧‧‧眼部
100‧‧‧頭戴式裝置
110‧‧‧主體
110a‧‧‧開口
112‧‧‧上罩部
114‧‧‧下罩部
120‧‧‧投影裝置
130‧‧‧合光元件
130a‧‧‧反射面
130b‧‧‧末端
140‧‧‧透光蓋體
150‧‧‧緩衝層
L‧‧‧投影光束

Claims (14)

  1. 一種頭戴式裝置，包括： 一主體，包括相連接的一上罩部及一下罩部，其中該上罩部與該下罩部之間具有一開口； 一投影裝置，配置於該下罩部內且適於產生一投影光束，該投影光束適於從該下罩部傳遞至該開口；以及 一合光元件，連接於該上罩部且位於該開口內，其中該合光元件位於該投影光束的傳遞路徑上，而適於將該投影光束反射至該主體內部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式裝置，其中該合光元件樞接於該上罩部且適於相對於該上罩部於該開口內轉動。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的頭戴式裝置，更包括一第一驅動單元，其中該第一驅動單元配置於該主體的該上罩部內且適於驅動該合光元件轉動。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的頭戴式裝置，更包括一第一感測單元，該第一感測單元電性連接該第一驅動單元，其中該第一感測單元配置於該主體且適於感測該主體的一傾斜角度，該第一驅動單元依據該傾斜角度適於驅動該合光元件在該開口內轉動。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式裝置，更包括一反射元件，配置於該下罩部內，其中該反射元件位於該投影光束的傳遞路徑上，而適於將來自該投影裝置的該投影光束反射至該合光元件。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的頭戴式裝置，其中該反射元件樞接於該下罩部而適於相對於該下罩部內的該投影裝置轉動。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的頭戴式裝置，更包括一第二驅動單元，其中該第二驅動單元配置於該主體且適於驅動該反射元件轉動。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的頭戴式裝置，更包括一第二感測單元，該第二感測單元電性連接該第二驅動單元，其中該第二感測單元配置於該主體且適於感測該主體的一傾斜角度，該第二驅動單元適於依據該傾斜角度驅動該反射元件相對於該投影裝置轉動。
  9. 如申請專利範圍第4項所述的頭戴式裝置，更包括一反射元件及一第二驅動單元，該反射元件及該第二驅動單元配置於該下罩部內且該第二驅動單元與該第一感測單元電性連接，其中該反射元件位於該投影光束的傳遞路徑上，該第二驅動單元適於依據來自該第一感測單元的該傾斜角度，驅動該反射元件相對於該投影裝置轉動，使該反射元件將來自該投影裝置的該投影光束反射至該合光元件。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式裝置，其中該合光元件的一反射面適於反射該投影光束，該反射面為一平面。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式裝置，其中該合光元件可為一半穿透半反射式光學元件。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式裝置，更包括一透光蓋體，其中該透光蓋體樞接於該主體且適於覆蓋該開口。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式裝置，其中該主體為一安全帽。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式裝置，更包括一緩衝層，其中該緩衝層配置於該上罩部內。
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