TW202034021A - 擴增實境系統 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於聚焦來自一第一投射器(4)及一第二投射器(6)之光的雙目擴增實境顯示系統(2)。該系統包含分別具有第一變焦機構及第二變焦機構之該第一投射器(4)及該第二投射器(6)，且該第一投射器及該第二投射器經組態以分別將光投射至該系統之第一波導總成及第二波導總成。該第一波導總成及該第二波導總成各經組態以將光出射耦合朝向一使用者以便向該使用者呈現一共同擴增實境影像，且該系統進一步包括一控制系統(3)，該控制系統(3)經組態以將該共同擴增實境影像定位於一雙目會聚距離處且控制該第一變焦機構及該第二變焦機構，使得在該雙目會聚距離之任一側上之預定最小值及最大值內之一焦距處提供該共同擴增實境影像。

Description

擴增實境系統
本發明係關於一種擴增實境系統，及一種用於改良使用者體驗之技術。
擴增實境系統可被佩戴在使用者的頭上以藉由供應額外光而擴增使用者對現實世界之感知。已知頭戴式系統包含眼鏡及頭盔結構。擴增實境系統亦包含可在車輛中(諸如在汽車、卡車中或亦在飛機駕駛艙中)實施的抬頭顯示器。
可使用一波導結構將擴增實境光提供給使用者。將繞射光柵定位於波導上或中以將光從一投射器耦合至一波導中。接著，可使用一進一步繞射光柵結構來將光耦合出波導且朝向一使用者。可採用其他擴增實境技術來產生類似結果。舉例而言，稜鏡投射器或基於稜鏡設計擴增實境系統可使用多個透鏡或稜鏡來控制光從一顯示組件至一使用者之光學路徑。
在此等應用中，諸如波導或稜鏡之光學組件通常為透明的，使得使用者可觀看來自投射器之光以及來自其等外部環境之光。
然而，許多擴增實境系統在提供利用一使用者對其等外部環境之觀看自然擴增一所產生影像之一混合實境顯示時帶來困難。一使用者可能使用外部環境或現實世界物件作為參考以預期或感知一擴增實境影像可定位之位置。因此，可能出現困難，此係因為未以允許一使用者以與他或她將感知外部環境相同之方式聚焦於一所產生影像上的方式提供該所產生影像。此可能導致一使用者經歷不適，諸如眼睛疲勞或惡心，此係因為其等必須在一擴增實境影像與其等實際物理環境之間調整其等之焦點。舉例而言，一裝飾物之一擴增實境影像未以相對於一現實世界壁爐之一預期方式定位，此導致使用者之震動體驗，其中他或她必須在裝飾物與壁爐之間調整其等之焦點。
本發明之一目標係改良一擴增實境系統改變一所產生影像，使得一使用者將更自然地感知該所產生影像且因此改良使用者體驗的能力。
根據本發明之一態樣，提供一種雙目擴增實境顯示系統，其包括：一第一投射器，具有一第一變焦機構；一第二投射器，具有一第二變焦機構；一第一波導總成，其包括：一第一波導，其具有一外側及一內側；具有一第一正焦度之一第一凸透鏡，其配置於該第一波導之該外側處；具有一第一負焦度屈光度之一第一凹透鏡，其配置於該第一波導之該內側處；一第一輸入繞射光學元件，其經組態以接收來自該第一投射器之光且將其耦合至該第一波導中；一第一輸出繞射光學元件，其經組態以將光耦合出該第一波導朝向該第一凹透鏡；及一第二波導總成，其包括：一第二波導，其具有一外側及一內側；具有一第二正焦度之一第二凸透鏡，其配置於該第二波導之該外側處；具有一第二負焦度之一第二凹透鏡，其配置於該第二波導之該內側處；一第二輸入繞射光學元件，其經組態以接收來自該第二投射器之光且將其耦合至該第二波導中；一第二輸出繞射光學元件，其經組態以將光耦合出該第二波導朝向該第二凹透鏡，其中該第一波導總成及該第二波導總成各經組態以將光出射耦合朝向一使用者以便向該使用者呈現一共同擴增實境影像，其中該系統包括一控制系統，該控制系統經組態以將該共同擴增實境影像定位於一雙目會聚距離處且控制該第一變焦機構及該第二變焦機構，使得在該雙目會聚距離之任一側上之預定最小值及最大值內之一焦距處提供該共同擴增實境影像。
以此方式，雙目擴增實境顯示系統允許將一單獨影像提供至各眼睛，其中從一不同視點或視角呈現並投射各影像。兩個單獨影像經由立體融合在雙目會聚距離處會聚以將一共同擴增實境影像提供給一使用者。此有利地產生共同擴增實境影像為三維的錯覺。可藉由使用一影像產生器(例如，使用電腦軟體)而提供三維及會聚距離條件。另外，雙目擴增實境顯示系統之會聚距離及焦距可在可接受預定容限內彼此匹配。較佳地選定預定容限以匹配人眼之靈敏度之限制。有利地，雙目擴增實境顯示系統可將一擴增實境影像提供給一使用者，該擴增實境影像可被感知為與外部環境更自然地接合。
預定最小值及最大值可在雙目會聚距離之±0.25屈光度內。一屈光度係光學焦度之一度量，其等於焦距之倒數，單位為m-1 。因此，容限與選定雙目會聚距離成反比。人眼對焦距之差異之靈敏度之限制係近似0.25屈光度。在對矯正透鏡開處方時，一驗光師將選定以約0.25屈光度為步階分級之透鏡，此係因為人眼在此等步階大小之間未感知光學焦度之任何顯著差異。因此，將焦距之預定最小值及最大值設定為在雙目會聚距離之±0.25屈光度內提供一可行容限，在該可行容限內共同擴增實境影像可被聚焦且不被一使用者顯著感知。
實際上，對於4米之一會聚距離，在±0.25屈光度之一容限內提供選定焦距。此意謂控制系統具有選擇介於2米與無窮遠之間之範圍中之一焦距之靈活性，2米及無窮遠表示最小及最大焦距值(分別根據+0.25屈光度之一最小容限及-0.25屈光度之一最大容限)。作為另一實例，對於2米之一會聚距離及介於會聚距離之±0.25屈光度之間之一焦距，最小焦距值係1.33米且最大焦距值係4米。此提供一顯著優勢，此係因為第一變焦機構及第二變焦機構通常具有一有限範圍，在該有限範圍內可調整焦距而不導致擴增實境影像之顯著降級。本技術可允許調整焦距，而不要求焦距精確地匹配會聚距離。從人類觀看者之視角，可能難以感知會聚距離與焦距之間之一差異，只要該差異在約0.25屈光度內。
應瞭解，±0.25屈光度係定義預定最小值及最大值之一較佳容限範圍。替代容限對於熟習此項技術者將為顯而易見的，舉例而言，±0.1屈光度或±0.2屈光度或±0.3屈光度。容限範圍亦可能可根據使用者或設計偏好由使用者組態。
第一變焦機構及第二變焦機構可各在一第一值與一第二值之間調整第一投射器及第二投射器之一各自聚焦值。以此方式，各變焦機構可調整其各自聚焦值而不顯著損害從第一波導及第二波導耦合出給使用者之影像之品質。理想地，一繞射成像波導或波導總成需要來自一投射器之一準直光輸入，使得波導總成在入射耦合光內保留任何角度資訊。任何空間資訊退化，此意謂如一使用者所見之影像品質將降級。若與一準直光輸入之偏差足夠小，則輸入光之焦距可在出射耦合光中保留且影像品質之降級可為可容忍的。因此，應在一第一值與一第二值之間調整一第一或第二變焦機構之各自聚焦值，使得一使用者可容忍影像品質之降級。
第一值可為-0.25屈光度且第二值可為+0.25屈光度。以此方式，可利用人眼對焦點差異之靈敏度之限制使得使用者將不感知對從波導耦合出之影像之品質之任何損害。
第一及第二凸透鏡及凹透鏡可具有相等且相反的光學焦度。以此方式，藉由凹透鏡有效地抵消由凸透鏡施加至現實世界物件之放大率。因此，在透過凸透鏡及凹透鏡觀看時，以與之前相同之方式感知現實世界中之物件。然而，擴增實境影像僅透過凹透鏡(且未透過凸透鏡)耦合朝向一使用者。在缺少凹透鏡之情況下，可利用平行射線從波導投射擴增實境影像。此等物件在無窮遠處將具有一有效焦距。凹透鏡之存在向外拓寬光射線，使得其等看起來從比無窮遠更接近使用者之一焦距發出。可使用此等「推挽式」透鏡來允許現實世界物件的正常觀看，但允許將擴增實境影像定位於比無窮遠更接近之一焦距處。
第一變焦機構及/或第二變焦機構可為連續可變的。以此方式，控制系統可最小化或消除雙目會聚距離與變焦機構之焦距之間之差異(即，誤差裕度)。連續變焦機構可按一預定調整頻率不斷調整由一投射器發射之光之焦點以使共同擴增實境影像相對於雙目會聚距離處於最佳焦點。換言之，顯示系統經組態以將雙目會聚距離與變焦機構之焦距之間之誤差裕度連續地保持於一最小值或儘可能接近一最小值。
替代地，第一變焦機構及/或第二變焦機構可具有有限數目個焦度狀態。以此方式，提供一控制系統以確保一共同擴增實境影像之位置位於雙目會聚距離之任一側上之預定最小值及最大值內，且僅在影像位置不再位於預定值內時調整一變焦機構中之焦點。換言之，一變焦機構可不調整其焦點直至共同擴增實境影像超過雙目會聚距離之預定最小值或最大值。顯示系統有效地最大化雙目會聚距離之任一側上之可接受範圍之使用(在一影像之品質顯著受損之前)，此在提供一擴增實境影像時可降低變焦機構中之焦點調整之頻率。
較佳地，有限數目個焦度狀態各定義一最佳會聚距離之任一側上之預定最小值及最大值，且其中控制系統可進一步經組態以選擇共同擴增實境影像將定位於其中之一焦度狀態。以此方式，系統可選擇哪一焦度狀態最適於聚焦第一擴增實境影像及第二擴增實境影像以提供共同擴增實境影像。應最小化共同擴增實境影像之會聚距離與待針對一焦度狀態聚焦之一影像之一最佳會聚距離之間之距離以便改良影像品質。
圖1係一雙目擴增實境裝置2之一示意圖。雙目擴增實境裝置2具有一第一投射器4及一第二投射器6，其中第一投射器具有一第一變焦機構8且第二投射器具有一第二變焦機構10。第一投射器4經組態以將輸入光提供至一第一波導總成12且第二投射器6經組態以將輸入光提供至一第二波導總成14。
雙目擴增實境裝置包含一影像產生器(未展示)及一控制系統3，該控制系統3經組態以產生影像信號且將該等影像信號提供至第一投射器4及第二投射器6。控制系統3亦經組態以將控制信號發送至第一變焦機構8及第二變焦機構10以調整藉由各各自投射器投射之光之焦點或焦距。
第一波導總成12經組態以接收來自第一投射器4之輸入光以在一第一輸入繞射光學元件18處將光入射耦合至一第一波導16中且在一第一輸出繞射光學元件20處將光出射耦合朝向一使用者之一第一眼22。將第一輸入繞射光學元件18及第一輸出繞射光學元件20定位於一第一波導16之一內表面處。繞射光學元件之替代配置對於熟習此項技術者而言將為顯而易見的。
第一波導總成12亦具有配置於第一波導16之一外側處之一第一凸透鏡24及配置於第一波導16之一內側處之一第一凹透鏡26。在此例示性實施例中，第一凸透鏡24及第一凹透鏡26具有相等且相反的光學焦度。此意謂當來自外部環境之光朝向第一眼22行進時，光將在第一凸透鏡24處聚焦(會聚)至一預定程度且接著在第一凹透鏡26處發散(且拓寬)至相同預定程度，使得將正常地觀看在第一眼22處接收之外部環境光，即，好像在第一眼22前面不存在矯正透鏡。
第二波導總成14經組態以接收來自第二投射器6之輸入光以在一第二輸入繞射光學元件30處將光入射耦合至一第二波導28中且在一第二輸出繞射光學元件32處將光出射耦合朝向一使用者之一第二眼34。將第二輸入繞射光學元件30及第二輸出繞射光學元件32定位於一第二波導28之一內表面處。繞射光學元件之替代配置對於熟習此項技術者而言將為顯而易見的。
第二波導總成14亦具有配置於第二波導28之一外側處之一第二凸透鏡36及配置於第二波導28之一內側處之一第二凹透鏡38。在此例示性實施例中，第二凸透鏡36及第二凹透鏡38具有相等且相反的光學焦度。此意謂當來自外部環境之光朝向第二眼34行進時，光將在第二凸透鏡36處聚焦(會聚)至一預定程度且接著在第二凹透鏡38處發散(且拓寬)至相同預定程度，使得將正常地觀看在第二眼34處接收之外部環境光，即，好像在第二眼34前面不存在矯正透鏡。
如熟習此項技術者將瞭解，變焦機構可在投射器或光引擎內部(如圖1中展示)，或替代地變焦機構可單獨定位於一投射器與一波導總成之間。另外，熟習此項技術者應明白，變焦機構可連續可變或能夠實現僅有限數目個焦度狀態。
熟習此項技術者將容易想到用於一擴增實境裝置中之除一波導以外之替代光學組件(舉例而言，一稜鏡)。
圖2a展示第一波導總成12將來自第一投射器(未展示)之投射光出射耦合至第一眼22且第二波導總成14將來自第二投射器(未展示)之投射光出射耦合至第二眼34之一示意圖，其中來自兩個波導總成之出射耦合光在一會聚距離42處向一使用者呈現一物件之一共同擴增實境影像40。來自兩個投射器之投射光為相同物件但從不同觀看視角或視點投射一影像，以便產生一立體三維影像。應瞭解，各波導總成可將一或多個物件之光出射耦合朝向各眼，且圖2a僅為如何針對一單一物件形成一共同擴增實境影像之一實例。
圖2b展示第一波導總成12及第二波導總成14出射耦合來自其等各自投射器(未展示)之投射光以朝向一使用者呈現一第一擴增實境影像44及一第二擴增實境影像46之一示意圖。第一影像44及第二影像46並非相同物件且各影像具有其自己的焦距；第一影像44在一第一焦距48處呈現給第一眼22且第二影像46在一第二焦距50處呈現給第二眼34。
可提供如圖2a中展示之共同擴增實境影像及如圖2b中展示之具有不同焦距之單獨擴增實境影像之不同組合以向一使用者呈現一雙目擴增實境顯示。
圖3a及圖3b展示向一使用者之第一眼22及第二眼34提供一共同擴增實境影像之本發明之雙目擴增實境顯示系統。圖3a展示在一預定最小值之一焦距處呈現一共同擴增實境影像之本發明之一實例，且圖3b展示在一預定最大值之一焦距處呈現一共同擴增實境影像之本發明之一實例。
在圖3a中，第一波導總成12將來自第一投射器(未展示)之投射光出射耦合朝向第一眼22以在焦距50處呈現一第一擴增實境影像48。在此實例中，焦距50在距第一眼22之4米處。第二波導總成14將來自第二投射器(未展示)之投射光出射耦合朝向第二眼34以在焦距54處呈現一第二擴增實境影像52。在此實例中，焦距54在距第二眼34之4米處。應瞭解，第一擴增實境影像48及第二擴增實境影像52之焦距個別地由各自投射器上之各自聚焦機構控制，且因此兩個影像之焦距可能彼此相同或可能彼此不同。
第一擴增實境影像48及第二擴增實境影像52在由第一眼22及第二眼34組合觀看時在會聚距離58處形成共同擴增實境影像56。在此實例中，共同擴增實境影像56之會聚距離在距第一眼22及第二眼34之2米處。
如圖3a中可見，焦距50及焦距54 (在此實例中兩者皆為4米)係大於(2米之)會聚距離58，使得第一擴增實境影像48及第二擴增實境影像52相對於一使用者呈現為超出共同擴增實境影像56。控制系統(未展示)將共同擴增實境影像56定位於2米之會聚距離處且控制各投射器(未展示)之變焦機構，使得焦距50及54在2米會聚距離58之任一側上之預定值內。在此情況中，第一擴增實境影像48及第二擴增實境影像52兩者聚焦於4米處，其係距雙目會聚距離58之-0.25屈光度之預定最小值處。
在圖3b中，第一波導總成12將來自第一投射器(未展示)之投射光出射耦合朝向第一眼22以在焦距62處呈現一第一擴增實境影像60。在此實例中，焦距62在距第一眼22之1.33米處。第二波導總成14將來自第二投射器(未展示)之投射光出射耦合朝向第二眼34以在焦距66處呈現一第二擴增實境影像64。在此實例中，焦距66在距第二眼34之1.33米處。應瞭解，第一擴增實境影像60及第二擴增實境影像64之焦距個別地由各自投射器上之各自聚焦機構控制，且因此兩個影像之焦距可能彼此相同或可能彼此不同。
第一擴增實境影像60及第二擴增實境影像64在由第一眼22及第二眼34組合觀看時在會聚距離70處形成共同擴增實境影像68。在此實例中，共同擴增實境影像68之會聚距離在距第一眼22及第二眼34之2米處。
如圖3b中可見，焦距62及焦距66 (在此實例中兩者皆為1.33米)小於(2米之)會聚距離70，使得第一擴增實境影像60及第二擴增實境影像64相對於共同擴增實境影像68較接近一使用者呈現。控制系統(未展示)將共同擴增實境影像68定位於2米之會聚距離處且控制各投射器(未展示)之變焦機構，使得焦距62及66在2米會聚距離68之任一側上之預定值內。在此情況中，第一擴增實境影像60及第二擴增實境影像64兩者聚焦於1.33米處，其係距雙目會聚距離68之+0.25屈光度之預定最大值處。
圖4a、圖4b及圖4c展示可在本發明中之投射器之各者之變焦機構中實施之不同有限或固定數目個焦度狀態。一投射器之各固定焦度狀態或聚焦狀態提供由距一使用者眼之一預定最小焦距及一預定最大焦距定義之一影像聚焦範圍。控制系統3判定一共同擴增實境影像(即，藉由第一投射器4及第二投射器6之會聚形成之一影像)之一會聚距離，其在此實例中提供於第一投射器及第二投射器之影像聚焦範圍內。圖4a展示其中投射器之固定焦度狀態適於使一共同擴增實境影像聚焦於2米與無窮遠之間之一會聚距離處之本發明之一實例，圖4b展示其中固定焦度狀態適於使一共同擴增實境影像聚焦於1.33米與4米之間之一會聚距離處之本發明之一實例，且圖4c展示其中固定焦度狀態適於使一共同擴增實境影像聚焦於0.8米與1.33米之間之一會聚距離處之本發明之一實例。
在圖4a中，雙目擴增實境顯示系統(未展示)之第一投射器及第二投射器各被設定於具有介於一聚焦下限F1L 與一聚焦上限F1U (未展示)之間之一第一影像聚焦範圍F1RANGE 之一第一固定焦度狀態。第一固定焦度狀態具有一最佳會聚距離C1 ，一共同擴增實境影像(由顯示系統提供)將最佳地聚焦於該最佳會聚距離C1 處。在此實例中，會聚距離C1 與一使用者之眼相距4米。藉由與第一焦度狀態之最佳會聚距離C1 相距距離±0.25屈光度定義聚焦極限F1L 及F1U 。在此實例中，聚焦下限F1L 距一使用者之眼2米且聚焦上限F1U 係無窮遠。
雙目擴增實境顯示系統在一會聚距離74處提供一共同擴增實境影像72。在此實例中，會聚距離74距一使用者之眼3米且在第一焦度狀態之第一影像聚焦範圍F1RANGE 內。因此，將不存在對處於第一焦度狀態之共同擴增實境影像72之影像品質之顯著損害。
在圖4b中，雙目擴增實境顯示系統(未展示)之第一投射器及第二投射器各被設定於具有介於一聚焦下限F2L 與一聚焦上限F2U 之間之一影像聚焦範圍F2RANGE 之一固定第二焦度狀態。第二固定焦度狀態具有一最佳會聚距離C2 ，一共同擴增實境影像(由顯示系統提供)將最佳地聚焦於該最佳會聚距離C2 處。在此實例中，會聚距離C2 與一使用者之眼相距2米。藉由與第二焦度狀態之最佳會聚距離C2 相距距離±0.25屈光度定義聚焦極限F2L 及F2U 。在此實例中，聚焦下限F2L 距一使用者之眼1.33米且聚焦上限F3U 距一使用者之眼4米。
雙目擴增實境顯示系統在一會聚距離74處提供共同擴增實境影像72。再次，在此實例中，會聚距離74距一使用者之眼3米且在第二焦度狀態之第二影像聚焦範圍F2RANGE 內。因此，將不存在對處於第二焦度狀態之共同擴增實境影像72之影像品質之顯著損害。
在圖4c中，雙目擴增實境顯示系統(未展示)之第一投射器及第二投射器各被設定於具有介於一聚焦下限F3L 與一聚焦上限F3U 之間之一影像聚焦範圍F3RANGE 之一固定第三焦度狀態。第三固定焦度狀態具有一最佳會聚距離C3 ，一共同擴增實境影像(由顯示系統提供)將最佳地聚焦於該最佳會聚距離C3 處。在此實例中，會聚距離C3 與一使用者之眼相距1米。藉由與第三焦度狀態之最佳會聚距離C3 相距距離±0.25屈光度定義聚焦極限F3L 及F3U 。在此實例中，聚焦下限F3L 距一使用者之眼0.8米且聚焦上限F3U 距一使用者之眼1.33米。
雙目擴增實境顯示系統在一會聚距離74處提供共同擴增實境影像72。再次，會聚距離74距一使用者之眼3米。然而，在此實例中，會聚距離74不在第三焦度狀態之影像聚焦範圍F3RANGE 內。因此，共同擴增實境影像72在第三焦度狀態將不處於正確焦點。
應瞭解，隨著一共同影像之雙目會聚距離減小，其中不存在影像品質之顯著損害之影像聚焦範圍亦變窄以使一影像之焦距在±0.25屈光度之一容限內。
圖4a及圖4b中提供之實例描述在第一焦度狀態與第二焦度狀態之間重疊之影像聚焦範圍，其允許控制系統選擇可能更適於一特定共同擴增實境影像之一焦度狀態(舉例而言，選定一特定焦度狀態以便最小化會聚距離與焦距之間之差異)。舉例而言，若一共同擴增實境影像具有2.5米之一會聚距離，則控制系統將選擇第二焦度狀態以使影像聚焦，此係因為與和第一焦度狀態之最佳會聚距離(4米)相距1.5米相比，影像會聚距離距第二焦度狀態之最佳會聚距離(2米) 0.5米。
然而，應瞭解，系統亦可經修改使得一焦度狀態(舉例而言，圖4c中之第三焦度狀態)之影像聚焦範圍之一聚焦上限符合或實質上等效於另一焦度狀態(舉例而言圖4b中之第二焦度狀態)之影像聚焦範圍之一聚焦下限，使得系統僅選擇一共同擴增實境影像之會聚距離位於其內之焦度狀態。換言之，各焦度狀態之影像聚焦範圍未重疊且因此一共同擴增實境影像可僅在一特定焦度狀態正確聚焦。
熟習此項技術者將從考量說明書及實踐本文中揭示之實施例明白其他實施例。說明書及實例意欲僅被認為係例示性的。
2:雙目擴增實境裝置 3:控制系統 4:第一投射器 6:第二投射器 8:第一變焦機構 10:第二變焦機構 12:第一波導總成 14:第二波導總成 16:第一波導 18:第一輸入繞射光學元件 20:第一輸出繞射光學元件 22:第一眼 24:第一凸透鏡 26:第一凹透鏡 28:第二波導 30:第二輸入繞射光學元件 32:第二輸出繞射光學元件 34:第二眼 36:第二凸透鏡 38:第二凹透鏡 40:共同擴增實境影像 42:會聚距離 44:第一擴增實境影像 46:第二擴增實境影像 48:第一焦距/第一擴增實境影像 50:第二焦距 52:第二擴增實境影像 54:焦距 56:共同擴增實境影像 58:會聚距離 60:第一擴增實境影像 62:焦距 64:第二擴增實境影像 66:焦距 68:共同擴增實境影像 70:會聚距離 72:共同擴增實境影像 74:會聚距離 F1L:聚焦下限 F1RANGE:第一影像聚焦範圍 F2L:聚焦下限 F2U:聚焦上限 F2RANGE:第二影像聚焦範圍 F3L:聚焦下限 F3U:聚焦上限 F3RANGE:影像聚焦範圍 C1:最佳會聚距離 C2:最佳會聚距離 C3:最佳會聚距離
現藉由實例參考圖式描述本發明之實施例，其中： 圖1係本發明之一實施例中之雙目擴增實境裝置之一側視圖； 圖2a係由本發明之一實施例中之雙目擴增實境裝置提供之一擴增實境影像之一會聚距離之一示意圖； 圖2b係由本發明之一實施例中之雙目擴增實境裝置提供之擴增實境影像之焦距之一示意圖； 圖3a係由本發明之一實施例中之雙目擴增實境裝置提供之一共同擴增實境影像之一示意圖； 圖3b係由本發明之一實施例中之雙目擴增實境裝置提供之一共同擴增實境影像之另一示意圖； 圖4a係由本發明之一實施例中之雙目擴增實境裝置提供之一第一影像聚焦範圍之一示意圖； 圖4b係由本發明之一實施例中之雙目擴增實境裝置提供之一第二影像聚焦範圍之另一示意圖；及 圖4c係由本發明之一實施例中之雙目擴增實境裝置提供之一第三影像聚焦範圍之另一示意圖。
2:雙目擴增實境裝置
3:控制系統
4:第一投射器
6:第二投射器
8:第一變焦機構
10:第二變焦機構
12:第一波導總成
14:第二波導總成
16:第一波導
18:第一輸入繞射光學元件
20:第一輸出繞射光學元件
22:第一眼
24:第一凸透鏡
26:第一凹透鏡
28:第二波導
30:第二輸入繞射光學元件
32:第二輸出繞射光學元件
34:第二眼
36:第二凸透鏡
38:第二凹透鏡

Claims (8)

  1. 一種雙目擴增實境顯示系統，其包括： 一第一投射器，其具有一第一變焦機構； 一第二投射器，其具有一第二變焦機構； 一第一波導總成，其包括： 一第一波導，其具有一外側及一內側； 具有一第一正焦度之一第一凸透鏡，其配置於該第一波導之該外側處； 具有一第一負焦度之一第一凹透鏡，其配置於該第一波導之該內側處； 一第一輸入繞射光學元件，其經組態以接收來自該第一投射器之光且將其耦合至該第一波導中； 一第一輸出繞射光學元件，其經組態以將光耦合出該第一波導朝向該第一凹透鏡；及 一第二波導總成，其包括： 一第二波導，其具有一外側及一內側； 具有一第二正焦度之一第二凸透鏡，其配置於該第二波導之該外側處； 具有一第二負焦度之一第二凹透鏡，其配置於該第二波導之該內側處； 一第二輸入繞射光學元件，其經組態以接收來自該第二投射器之光且將其耦合至該第二波導中； 一第二輸出繞射光學元件，其經組態以將光耦合出該第二波導朝向該第二凹透鏡， 其中該第一波導總成及該第二波導總成各經組態以將光出射耦合朝向一使用者以便向該使用者呈現一共同擴增實境影像， 其中該系統包括一控制系統，該控制系統經組態以將該共同擴增實境影像定位於一雙目會聚距離處且控制該第一變焦機構及該第二變焦機構，使得在該雙目會聚距離之任一側上之預定最小值及最大值內之一焦距處提供該共同擴增實境影像。
  2. 如請求項1之雙目擴增實境系統，其中該預定最小值及最大值在該雙目會聚距離之±0.25屈光度內。
  3. 如請求項1或請求項2之雙目擴增實境系統，其中該第一變焦機構及該第二變焦機構可各在一第一值與一第二值之間調整該第一投射器及該第二投射器之一各自聚焦值。
  4. 如請求項3之雙目擴增實境系統，其中該第一值係-0.25屈光度且該第二值係+0.25屈光度。
  5. 如請求項1或2之雙目擴增實境系統，其中該等第一及第二凸透鏡及凹透鏡具有相等且相反的光學焦度。
  6. 如請求項1或2之雙目擴增實境系統，其中該第一變焦機構及/或該第二變焦機構係連續可變的。
  7. 如請求項1或2之雙目擴增實境系統，其中該第一變焦機構及/或該第二變焦機構具有有限數目個焦度狀態。
  8. 如請求項7之雙目擴增實境系統，其中該有限數目個焦度狀態各定義一最佳會聚距離之任一側上之該預定最小值及最大值，且其中該控制系統進一步經組態以選擇該共同擴增實境影像將定位於其中之一焦度狀態。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI745210B (zh) * 2020-12-30 2021-11-01 智晶光電股份有限公司 光學模組

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL235642B (en) * 2014-11-11 2021-08-31 Lumus Ltd A compact head-up display system is protected by an element with a super-thin structure
WO2016204433A1 (en) * 2015-06-15 2016-12-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Head mounted display apparatus
NZ738352A (en) * 2015-06-15 2019-07-26 Magic Leap Inc Method of manufacturing a liquid crystal device
US10395428B2 (en) * 2016-06-13 2019-08-27 Sony Interactive Entertainment Inc. HMD transitions for focusing on specific content in virtual-reality environments
EP3270208B1 (fr) * 2016-07-12 2024-03-06 Essilor International Procédé de fourniture d'un dispositif d'affichage pour dispositif électronique informatif
CN106526730B (zh) * 2016-11-21 2019-07-12 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 一种宽视角波导镜片及制作方法和头戴式三维显示装置
JP7270558B2 (ja) * 2017-06-12 2023-05-10 マジック リープ， インコーポレイテッド 深度平面を変化させるための多要素適応レンズを有する拡張現実ディスプレイ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI745210B (zh) * 2020-12-30 2021-11-01 智晶光電股份有限公司 光學模組

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Publication number Publication date
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