TW201932913A - 擴增實境系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於改良在強外部光條件下之使用之擴增實境系統(2)。該擴增實境系統包括一擴增實境波導(4)及一濾光裝置(8)，該濾光裝置(8)相對於該波導(4)固定。該濾光裝置(8)亦包含：一第一陣列微透鏡(12)，該第一陣列微透鏡(12)配置成接收來自一外部環境之光；一第二陣列微透鏡(14)，該第二陣列微透鏡(14)配置成接收來自該第一陣列微透鏡(12)之光並引導光朝向一使用者；以及一可定址層(16)，該可定址層(16)定位在該等兩個微透鏡陣列之間，其中，該可定址層(16)可被定址以用作一濾光器。

Description

擴增實境系統

本發明係關於擴增實境系統以及用於改良在強光條件，諸如日光下之使用之技術。

頭戴式擴增實境系統可以佩戴在使用者頭上，以藉由提供額外的光來增強使用者對現實世界之感知。已知的頭戴式系統包括眼鏡及頭盔結構。

可以使用波導結構提供擴增實境光給使用者。波導上或波導中定位有繞射光柵，以將來自投影器之光耦合至波導中。然後，可以使用另外的繞射光柵結構將光耦合出波導且耦合朝向使用者。可以採用其他擴增實境技術來產生類似的結果。例如，稜鏡投影器或基於稜鏡設計之擴增實境系統可以使用多個透鏡或稜鏡來控制光自顯示部件至使用者之光學路徑。

此等應用中之光學部件，諸如波導或稜鏡通常係透明的，使得使用者可以觀察來自投影器之光以及來自光學部件之外部環境之光。

然而，許多擴增實境系統在它們用於包括日光在內的強光條件下時存在困難。此等困難可能由於用於控制來自投影器之光之光學部件亦會與來自外部世界之光相互作用而產生。

特定言之，已經發現，在某些情況下，自外部環境引導朝向使用者之眼睛之一些入射光線對於使用者而言可能過亮。這種高亮度可能會損害使用者對外部環境之視覺或降低對經擴增之電腦產生之資訊的可見性。產生問題之光源之實例包括太陽或太陽的反射以及迎面而來的車輛的全光束頭燈。

本發明之目的為提高頭戴式擴增實境系統在各種照明條件下使用之能力，並減少使用者所經歷的不期望的光學效果。

根據本發明之態樣，提供一種擴增實境裝置，該擴增實境裝置包含擴增實境波導以及濾光裝置，該濾光裝置相對於波導固定，該濾光裝置包含：第一陣列微透鏡，第一陣列微透鏡配置成接收來自外部環境之光；第二陣列微透鏡，第二陣列微透鏡配置成接收來自第一陣列微透鏡之光並引導光朝向使用者；以及可定址層，可定址層定位在第一陣列微透鏡與第二陣列微透鏡之間，其中，可定址層可被定址以用作濾光器。

以此方式，擴增實境裝置可以產生濾光器。有利地，濾光裝置可以使由在呈現給使用者之擴增實境影像之特定區域中之外部光所產生的亮度降低。例如，濾光裝置可以被定址以在影像之太陽光所在之區域中建立濾光器，這將有利地減少使用者眼睛中的之眩光。

波導可以定位在濾光裝置與使用者之間。以此方式，濾光裝置可以在光到達波導之前過濾外部環境之光。有利地，擴增實境裝置可以經由波導以將不需要進一步經組態以補償具有高亮度之任何區域之光學設定來產生投影至使用者的擴增實境影像。例如，被使用者觀看之擴增實境影像之一部分的顏色及亮度在高亮度區域(由濾光裝置過濾)與低亮度區域(不由濾光裝置過濾)之間相同。

濾光裝置可以定位在波導與使用者之間。以此方式，濾光裝置可以過濾外部環境及波導之光。有利地，濾光裝置可以經組態以對呈現給使用者之組合光(外部環境及擴增實境光)進行控制。微透鏡陣列可以分成多個元件，此等元件可以針對像差進行最佳化。擴增實境裝置可為頭戴式裝置。以此方式，佩戴頭戴式擴增實境系統之使用者可以觀看經投影之擴增實境影像並濾除任何不期望的高亮度區域。有利地，頭部安裝件可以幫助將部件相對於彼此固定或定位。頭部安裝件在頭戴式擴增實境系統佩戴在使用者頭部上時亦可以建立使用者之假想眼睛位置。

較佳地，存在以立體角分佈之複數個路徑，該立體角自擴增實境裝置中之使用者假想眼睛位置延伸朝向濾光裝置，其中，可定址層經組態以過濾沿路徑中之至少一個路徑的光。

以此方式，可定址層可以過濾沿位於使用者視野內之複數個路徑中之至少一個路徑的光。有利地，濾光器可以被選擇性地定址，以僅過濾可能被使用者看到的不期望的光。使用者之假想眼睛位置可以對應於複數個路徑能夠自其延伸的假想焦點。由於使用者具有不同形狀之頭部，因此使用者眼睛之實際位置可能與假想眼睛位置略有不同。然而，濾光裝置可以對假想眼睛位置附近的一系列眼睛位置有效。

擴增實境裝置可為抬頭顯示器。以此方式，抬頭擴增實境系統可以在不同情況下使用。例如，飛行員駕駛艙、車輛擋風玻璃或建築物窗戶(在此等情況下太陽可能在白天橫跨窗戶移動)。

較佳地，存在以至少一個立體角分佈之複數個路徑，該至少一個立體角自擴增實境裝置中之至少一個使用者之視線延伸朝向濾光裝置，其中，可定址層經組態以過濾沿路徑中之至少一個路徑的光。

以此方式，可定址層可以過濾沿位於使用者視線內之複數個路徑中之至少一個路徑的光。有利地，濾光器可以被選擇性地定址，以僅過濾可能被使用者看到的不期望的光。可以認為，使用者之假想視線將由於不同的使用者高度及使用者距顯示器之不同距離而改變。抬頭顯示器可以經組態以允許根據此等差異來調節至少一個使用者之假想視線。

較佳地，如前述態樣中之任一態樣之擴增實境裝置亦包含：投影器；輸入繞射光學元件，該輸入繞射光學元件經組態以接收來自投影器之光並將光耦合至波導中；以及輸出繞射光學元件，該輸出繞射光學元件經組態以將光自波導耦合出朝向使用者。

如圖1所示，擴增實境裝置2具有擴增實境波導4、投影器6及濾光裝置8。擴增實境裝置2具有框架10，將波導4、投影器6及濾光裝置8固定在該框架10上。波導4在使用者與濾光裝置8之間固定至框架10。濾光裝置8包含第一陣列微透鏡12、第二陣列微透鏡14以及可定址層16。

濾光裝置8可為Gabor超透鏡光學系統，Gabor超透鏡光學系統包含兩個微透鏡陣列，在兩個微透鏡陣列中，微透鏡中之每個微透鏡之間的間距相對於彼此存在微小差異。每個微透鏡之相對位移使光像常規透鏡一樣聚焦。微透鏡均可以使用折射、繞射或菲涅耳技術(Fresnel techniques)構造。可定址層16可為位於第一陣列微透鏡12與第二陣列微透鏡14之間的Gabor超透鏡內之傅立葉濾光器。傅立葉濾光器包含像素化液晶吸收器，其中，複數個像素可以被定址。有利地，對複數個像素進行定址之功能將允許使用者藉由使用「黑色像素」抑制外部世界光或遮擋所選擇之視圖來對擴增實境影像進行增強。

波導4上定位有輸入繞射光學元件18，以接收來自投影器6之光並將光耦合至波導4中。波導4上定位有輸出繞射光學元件20，以將波導4內之光朝向使用者耦合出波導4。以這種方式，來自投影器6之光可以增強使用者對他們可以藉由透明波導4感知的外部環境的觀察。

熟習此項技術者將容易想到在擴增實境裝置中使用的除波導之外的替代性光學部件，例如稜鏡。

圖2係另一實施例之擴增實境裝置102，其中，裝置102具有擴增實境波導104、投影器106及濾光裝置108。擴增實境裝置102具有框架110，將波導104、投影器106及濾光裝置108固定在該框架110上。濾光裝置108在使用者與波導104之間固定至框架110。濾光裝置108包含第一陣列微透鏡112、第二陣列微透鏡114以及可定址層116。

波導104上定位有輸入繞射光學元件118，以接收來自投影器106之光並將光耦合至波導104中。波導104上定位有輸出繞射光學元件120，以將波導104內之光自波導104耦合出朝向使用者。

圖3係另一實施例之擴增實境裝置202，其中，框架210經組態以用於使裝置202為頭戴式裝置。框架210配置成用於固定波導204、投影器206及濾光裝置208。在一個配置中，框架210類似於一副眼鏡之框架。在另一配置中，框架210係頭盔。

框架210經組態以將波導204及濾光裝置208在相對於使用者之假想眼睛位置212之位置處間隔開。以此方式，濾光裝置208可以過濾沿相對於使用者之假想眼睛位置212之複數個路徑中之至少一個路徑的光。

在一個配置中，波導204定位在使用者與濾光裝置208之間。在另一配置中，濾光裝置208定位在使用者與波導204之間。

圖4係另一實施例之擴增實境裝置302，其中，框架310經組態以用於使裝置302為抬頭顯示器裝置。框架310配置成用於固定波導304、投影器306及濾光裝置308。

框架310經組態以將波導304及濾光裝置308在相對於至少一個使用者之假想視線312之位置處間隔開。以此方式，濾光裝置308可以過濾沿相對於使用者之假想視線312之複數個路徑中之至少一個路徑的光。使用者之假想視線將相對於不同的使用者高度及使用者距顯示器之不同距離而改變。抬頭顯示器可以經組態以允許根據此等差異來調節至少一個使用者之假想視線。

在一個配置中，波導304定位在使用者與濾光裝置308之間。在另一配置中，濾光裝置308定位在使用者與波導304之間。

圖5示出另一實施例之濾光裝置402，其中，第一陣列微透鏡404包含兩組微透鏡406及408。第一陣列微透鏡404配置成接收來自外部環境之光並引導光朝向可定址層410及第二陣列微透鏡412。

圖6示出另一實施例之濾光裝置502，其中，第一陣列微透鏡504包含兩組微透鏡506及508。第一陣列微透鏡504配置成接收來自外部環境之光並引導光朝向可定址層510及第二陣列微透鏡512。第二陣列微透鏡512包含兩組微透鏡514及516。

熟習此項技術者將容易想到在擴增實境系統中使用之濾光裝置之替代性組態。

2‧‧‧擴增實境裝置/擴增實境系統

4‧‧‧擴增實境波導/波導

6‧‧‧投影器

8‧‧‧濾光裝置

10‧‧‧框架

12‧‧‧第一陣列微透鏡

14‧‧‧第二陣列微透鏡

16‧‧‧可定址層

18‧‧‧輸入繞射光學元件

20‧‧‧輸出繞射光學元件

102‧‧‧擴增實境裝置

104‧‧‧擴增實境波導/波導

106‧‧‧投影器

108‧‧‧濾光裝置

110‧‧‧框架

112‧‧‧第一陣列微透鏡

114‧‧‧第二陣列微透鏡

116‧‧‧可定址層

118‧‧‧輸入繞射光學元件

120‧‧‧輸出繞射光學元件

202‧‧‧擴增實境裝置/裝置

204‧‧‧波導

206‧‧‧投影器

208‧‧‧濾光裝置

210‧‧‧框架

212‧‧‧假想眼睛位置

302‧‧‧擴增實境裝置

304‧‧‧波導

306‧‧‧投影器

308‧‧‧濾光裝置

310‧‧‧框架

312‧‧‧假想視線

402‧‧‧濾光裝置

404‧‧‧第一陣列微透鏡

406‧‧‧微透鏡

408‧‧‧微透鏡

410‧‧‧可定址層

412‧‧‧第二陣列微透鏡

502‧‧‧濾光裝置

504‧‧‧第一陣列微透鏡

506‧‧‧微透鏡

508‧‧‧微透鏡

510‧‧‧可定址層

512‧‧‧第二陣列微透鏡

514‧‧‧微透鏡

516‧‧‧微透鏡

現在將參照附圖藉助於實例對本發明之實施例進行描述，在附圖中：

圖1係擴增實境系統之側視圖；

圖2係本發明之另一實施例中之另一擴增實境系統的側視圖；

圖3係作為頭戴式裝置之另一擴增實境系統的側視圖；

圖4係作為抬頭顯示器之另一擴增實境系統的側視圖；

圖5示出另一實施例之濾光裝置，其中，第一陣列微透鏡包含兩組微透鏡；以及

圖6示出另一實施例之濾光裝置，其中，第一陣列微透鏡包含兩組微透鏡。

Claims (8)

1. 一種擴增實境裝置，其包含： 一擴增實境波導；及 一濾光裝置，該濾光裝置相對於該波導固定，該濾光裝置包含： 一第一陣列微透鏡，該第一陣列微透鏡配置成接收來自一外部環境之光； 一第二陣列微透鏡，該第二陣列微透鏡配置成接收來自該第一陣列微透鏡的光並引導光朝向一使用者；以及 一可定址層，該可定址層定位在該第一陣列微透鏡與該第二陣列微透鏡之間，其中，該可定址層可被定址以用作一濾光器。
2. 如請求項1之擴增實境裝置，其中，該擴增實境波導定位在該濾光裝置與該使用者之間。
3. 如請求項1之擴增實境裝置，其中，該濾光裝置定位在該擴增實境波導與該使用者之間。
4. 如請求項2或3之擴增實境裝置，其中，該擴增實境裝置為一頭戴式裝置。
5. 如請求項4之擴增實境裝置，其中，存在以一立體角分佈之複數個路徑，該立體角自該擴增實境裝置中之一使用者之假想眼睛位置延伸朝向該濾光裝置，其中，該可定址層經組態以過濾沿該等路徑中之至少一個路徑的光。
6. 如請求項2或3之擴增實境裝置，其中，該擴增實境裝置為一抬頭顯示器。
7. 如請求項6之擴增實境裝置，其中，存在以至少一個立體角分佈之複數個路徑，該至少一個立體角自該擴增實境裝置中之至少一個使用者之視線延伸朝向該濾光裝置，其中，該可定址層經組態以過濾沿該等路徑中之至少一個路徑的光。
8. 如請求項1至3中任一項之擴增實境裝置，其進一步包含： 一投影器； 一輸入繞射光學元件，該輸入繞射光學元件經組態以接收來自該投影器之光並將光耦合至該擴增實境波導中；以及 一輸出繞射光學元件，該輸出繞射光學元件經組態以將光自該擴增實境波導耦合出朝向一使用者。