TW201823804A

TW201823804A - 寬視角頭戴式顯示器

Info

Publication number: TW201823804A
Application number: TW105142208A
Authority: TW
Inventors: 石維國
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2018-07-01
Also published as: TWI635317B

Abstract

本發明係提供一種寬視角頭戴式顯示器，包括：一前顯示面板及相應之一左眼鏡頭及一右眼鏡頭；一第一側顯示面板及相應之一第一側鏡頭；以及一第二側顯示面板及相應之一第二側鏡頭；其中，該第一側顯示面板及該第二側顯示面板係分別安置於該前顯示面板之左側及右側，並分別與該前顯示面板呈直角，其中，該左眼鏡頭及該第一側鏡頭之光軸係互相垂直，且該右眼鏡頭及該第二側鏡頭之光軸係互相垂直。

Description

寬視角頭戴式顯示器

本發明係有關於頭戴式顯示器，特別是有關於一種寬視角頭戴式顯示器。

Head Mounted Display(HMD)-頭戴式顯示器，主要可分為沉浸式(immersive)與穿透式(See-through)兩種類型。穿透式頭戴式顯示器適合用於擴增實境(Augmented Reality，AR)；沉浸式頭戴式顯示器則適合用於虛擬實境(Virtual Reality，VR)。沉浸式頭戴式顯示器主要由面板顯示器與光學鏡頭等組件構成影像顯示系統。舉例來說，有機發光二極體(OLED)面板顯示器中，有許多紅、藍、綠(R、G、B)發光子像素點(Subpixel)，藉由三原色子像素點組成發光像素點(pixel)，最後由這些像素點發光組成影像畫面。

有部份傳統的頭戴式顯示器係採用非平行的鏡片設計，意即左眼顯示面板/鏡頭及右眼顯示面板/鏡頭之間係具有一角度差。然而，非平行的鏡片設計最大的問題在於使用者在使用頭戴式顯示器時無法配戴其個人眼鏡，也需要其他的調焦設計。此外，散光也無法調整，進而使得頭戴式顯示器之價格與重量增加，造成使用者體驗下降。

有鑑於此，需要一種寬視角頭戴式顯示器以解決上述問題。

在一些實施例中，該前顯示面板係用以播放包括一左眼影像及一右眼影像，並透過該左眼鏡頭及該右眼鏡頭分別將該左眼影像及該右眼影像投射至一使用者的左眼及右眼。

在一些實施例中，該第一側顯示面板及該第二側顯示面板係分別用以播放一左眼餘光影像及一右眼餘光影像，且該左眼餘光影像係包括該左眼影像之左邊的延伸視角，該右眼餘光影像係包括該左眼影像之右邊的延伸視角。

在一些實施例中，該第一側顯示面板及相應之該第一側鏡頭、以及該第二側顯示面板及相應之該第二側鏡頭之可在水平方向進行調整。

在一些實施例中，該左眼鏡頭、該右眼鏡頭、該第一側鏡頭、及該第二側鏡頭係整合於一體成形之一鏡頭模組。

在一些實施例中，該前顯示面板為一可撓式面板，且其表面曲度係對應於該鏡頭模組。

201‧‧‧左眼

202‧‧‧右眼

210‧‧‧左眼顯示面板

211‧‧‧左眼鏡頭

220‧‧‧右眼顯示面板

221‧‧‧右眼鏡頭

250‧‧‧區域

300‧‧‧寬視角頭戴式顯示器

310‧‧‧前顯示面板

311‧‧‧左眼鏡頭

312‧‧‧右眼鏡頭

313‧‧‧鏡頭模組

320‧‧‧第一側顯示面板

321‧‧‧第一側鏡頭

330‧‧‧第二側顯示面板

331‧‧‧第二側鏡頭

340、341‧‧‧左眼餘光視線

350、351‧‧‧右眼餘光視線

第1圖係顯示使用者之左眼及右眼視角範圍的示意圖。

第2圖係顯示傳統非平行鏡片設計之頭戴式顯示器的示意圖。

第3圖係顯示依據本發明另一實施例中之寬視角頭戴式顯示器的方塊圖。

第4圖係顯示依據本發明另一實施例中之寬視角頭戴式顯示器的方塊圖。

第5圖係顯示依據本發明另一實施例中之寬視角頭戴式顯示器的方塊圖。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第1圖係顯示使用者之左眼及右眼視角範圍的示意圖。一般人的左右眼之視角大約介於94度至104度之間，且左右眼總合之視角大約為210度左右，如第1圖所示。在頭戴式顯示器中，為了讓使用者達到較佳的沈浸感須把人眼視角全部包含住。傳統的頭戴式顯示器，往往其顯示面板之顯示範圍往往無法涵蓋使用者之左右眼之餘光範圍。此外，因為每個人的生理構造不同，有些使用者之視角範圍更為寬廣，若使用傳統的頭戴式顯示器，其使用者體驗並不佳。

第2圖係顯示傳統非平行鏡片設計之頭戴式顯示器的示意圖。如第2圖所示，使用非平行鏡片設計之傳統頭戴式顯示器包括了左眼顯示面板210相應的左眼鏡頭、以及右眼顯示面板220及相應的右眼鏡頭221，且使用者之可視範圍為區域250之間。左眼201及右眼202係分別透過左眼鏡頭211及右眼鏡頭221接收來自左眼顯示面板210及右眼顯示面板220所播放的左眼影像及右眼影像。

需注意的是，左眼顯示面板210及右眼顯示面板220之間係具有一角度差。非平行的鏡片設計最大的問題在於使用者在使用傳統頭戴式顯示器時並無法配戴其個人眼鏡，也需要其他的調焦設計。此外，散光也無法調整，進而使得頭戴式顯示器之價格與重量增加，造成使用者體驗下降。

此外，若使用者之左右眼的整體視角較大，則若要包含左右眼之餘光的範圍，傳統頭戴式顯示器之左眼顯示面板210及右眼顯示面板220則需大幅增加其長度，這會導致左眼顯示面板210及右眼顯示面板220的長度過長，也會大幅增加頭戴式顯示器之重量及體積。

第3圖係顯示依據本發明一實施例中之寬視角頭戴式顯示器的方塊圖。在一實施例中，寬視角頭戴式顯示器300主要包括一外殼330、一前顯示面板310及對應的左眼鏡頭311及右眼鏡頭312、第一側顯示面板320及相應的第一側鏡頭 321、第二側顯示面板330及相應的第二側鏡頭331。其中，左眼鏡頭311及右眼鏡頭312係採用平行設計，其與前顯示面板310亦成平行。

前顯示面板310係主要用以播放來自一主控端的影像資料，例如包括左眼影像及右眼影像。左眼鏡頭311係用以將前顯示面板310之左半邊之影像經過折射投至使用者的左眼，左眼鏡頭311係用以將前顯示面板310之右半邊之影像經過折射投至使用者的右眼。

第一側顯示面板320及第二側顯示面板330係與前顯示面板310呈直角式設計，即第一側顯示面板320及第二側顯示面板330係分別安置於前顯示面板310之左眼及右側，且分別與前顯示面板310呈直角。此外，左眼鏡頭311與第一側鏡頭321亦成直角式設計，意即左眼鏡頭311與第一側鏡頭321之光軸是互相垂直。類似地，右眼鏡頭312與第二側鏡頭331亦成直角式設計，意即右眼鏡頭312與第二側鏡頭331之光軸是互相垂直。

第一側顯示面板320係播放前顯示面板310中之影像資料的場景之左邊延伸視角的畫面，第二側顯示面板330係播放前顯示面板310中之影像資料的場景之右邊延伸視角的畫面。

一般而言，使用者之左眼餘光視線340及右眼餘光視線350所能感受到的影像解析度比前方視角之畫面來得低，故第一側顯示面板320及第二側顯示面板330是為了讓使用者可感受到左右兩側仍有場景顯示，不會因為前顯示面板無法包含左右兩側之餘光，而讓使用者之沉浸感降低。因此，第一側顯示面板320及第二側顯示面板330可不用具備如前顯示面板310一樣的高解析度(例如FullHD或4K解析度)。

第一側鏡頭321係用以將第一側顯示面板320所播放之影像經過折射投至使用者的左眼，第二側鏡頭331係用以將第二側顯示面板330所播放之影像經過折射投至使用者的右眼。舉例來說，第一側鏡頭321之解析度(或長度)需至少能涵蓋使用者之左眼餘光視線340。然而，為了能符合絕大多數使用者之生理構造，第一側鏡頭321之解析度(或長度)均會較一般使用者之餘光視角來得大。類似地，第二側鏡頭331之解析度(或長度)也會較一般使用者之餘光視角來得大。

在一實施例中，寬視角頭戴式顯示器300更包括一傳輸介面、及一顯示控制器(第3圖中未繪示)。傳輸介面係用以從一主控端(host)接收影像資料(例如包括左眼影像及右眼影像、以及左側餘光影像及右側餘光影像，例如可為RGB影像)，並將影像資料透過顯示控制器於前顯示面板310播放左眼影像及右眼影像，並於第一側顯示面板320及第二側顯示面板330分別播放左側餘光影像及右側餘光影像。舉例來說，傳輸介面可為高解析度多媒體介面(High Definition Multimedia Interface，HDMI)、或顯示埠(DisplayPort，DP)介面，但本發明並不限於此。在一些實施例中，前顯示面板310可分為一左眼顯示面板及一右眼顯示面板，且左眼顯示面板及右眼顯示面板為併排且平行的，兩者之間並無角度差。

顯示控制器係用以控制在前顯示面板310、第一側顯示面板320、及第二側顯示面板330之顯示畫面。舉例來說，顯示控制器可經由傳輸介面從一主控端接收影像資料，例如包括左眼影像及右眼影像、以及左側餘光影像及右側餘光影像。

此外，寬視角頭戴式顯示器300更包括一外殼，上述之各個光學元件及顯示面板可依前述之排列方式置於該外殼中，且該外殼可包括一束帶或其他輔助裝置(未繪示)以供使用者戴於頭上以透過寬視角頭戴式顯示器300觀賞畫面。

第4圖係顯示依據本發明另一實施例中之寬視角頭戴式顯示器的方塊圖。本發明中寬視角頭戴式顯示器之設計係可讓使用者配戴眼鏡時使用，因此在設計寬視角頭戴式顯示器300中之各個元件的位置排列時，會考慮到各使用者之頭型或眼睛深度不同的問題。舉例來說，眼鏡之寬度可大約用2個鏡片寬度加上鏡橋(bridge)之寬長進行計算，例如小型/窄型臉之整體寬度約為125mm至129mm，中型臉約為130mm至134mm，大型臉約為135mm至139mm，寬型臉約為140mm至145mm，故寬視角頭戴式顯示器300中之各個元件的位置排列亦考慮到各種不同眼鏡寬度。

舉例來說，使用者可利用寬視角頭戴式顯示器300中之機構(未繪示)以調整第一側顯示面板320及相應的第一側鏡頭321、以及第二側顯示面板330及相應的第二側鏡頭331的偏移量。

更進一步而言，第一側顯示面板320及相應的第一側鏡頭321之位置可整體於水平方向的一預定範圍內進行調整，第二側顯示面板330及相應的第二側鏡頭331之位置可整體於水平方向的一預定範圍內進行調整。

舉例來說，若使用者之餘光視角較大，例如第4圖中之左眼餘光視線341及右眼餘光視線351所示，則該使用者可將第一側顯示面板320及相應的第一側鏡頭321、以及第二側顯示面板330及相應的第二側鏡頭331調整為較接近使用者頭部，進而讓第一側顯示面板320及第二側顯示面板330之顯示範圍得以涵蓋該使用者之左眼餘光視線341及右眼餘光視線351。

第5圖係顯示依據本發明另一實施例中之寬視角頭戴式顯示器的方塊圖。寬視角頭戴式顯示器500中之各元件大致上係跟寬視角頭戴式顯示器300之元件類似，其差別在於在寬視角頭戴式顯示器300中之鏡頭311、312、321、及331可用一體成形之鏡頭模組313所取代。需注意的是，雖然鏡頭模組313是一體成形，但其光學結構仍是分別針對前顯示面板310(包括折射左眼影像及右眼影像)、第一側顯示面板320(包括折射左側餘光影像)、以及第二側顯示面板330(包括折射右側餘光影像)。在一些實施例中，前顯示面板310係可用可撓式面板實現，意即可撓式面板之表面曲度係相應於鏡頭模組313之表面曲度，且使用者可透過鏡頭模組313完整看到全景畫面影像，達到更佳的沉浸感。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種寬視角頭戴式顯示器，包括：一前顯示面板及相應之一左眼鏡頭及一右眼鏡頭；一第一側顯示面板及相應之一第一側鏡頭；以及一第二側顯示面板及相應之一第二側鏡頭；其中，該第一側顯示面板及該第二側顯示面板係分別安置於該前顯示面板之左側及右側，並分別與該前顯示面板呈直角，其中，該左眼鏡頭及該第一側鏡頭之光軸係互相垂直，且該右眼鏡頭及該第二側鏡頭之光軸係互相垂直。
如申請專利範圍第1項所述之寬視角頭戴式顯示器，其中，該前顯示面板係用以播放包括一左眼影像及一右眼影像，並透過該左眼鏡頭及該右眼鏡頭分別將該左眼影像及該右眼影像投射至一使用者的左眼及右眼。
如申請專利範圍第1項所述之寬視角頭戴式顯示器，其中該第一側顯示面板及該第二側顯示面板係分別用以播放一左眼餘光影像及一右眼餘光影像，且該左眼餘光影像係包括該左眼影像之左邊的延伸視角，該右眼餘光影像係包括該左眼影像之右邊的延伸視角。
如申請專利範圍第1項所述之寬視角頭戴式顯示器，其中該第一側顯示面板及相應之該第一側鏡頭、以及該第二側顯示面板及相應之該第二側鏡頭之可在水平方向進行調整。
如申請專利範圍第1項所述之寬視角頭戴式顯示器，其中該左眼鏡頭、該右眼鏡頭、該第一側鏡頭、及該第二側鏡頭係整合於一體成形之一鏡頭模組。
如申請專利範圍第5項所述之寬視角頭戴式顯示器，其中該前顯示面板為一可撓式面板，且其表面曲度係對應於該鏡頭模組。