TW202119092A - 頭戴式顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

頭戴式顯示裝置包括管體、反射鏡、紅外線照相機以及成像透鏡。反射鏡設置於管體中。反射鏡具有依序連接的第一平面以及第二平面，其中第一平面以及第二平面分別具有不互相平行的法線向量。紅外線照相機接收來自反射鏡的第二平面的反射影像光束，其中反射鏡的第二平面接收影像光束以產生反射影像光束。成像透鏡設置在管體的第一開口端上。

Description

頭戴式顯示裝置
本發明是有關於一種頭戴式顯示裝置，且特別是有關於一種可縮短管體空間的頭戴式顯示裝置。
隨著電子科技的進步，人們對於顯示效果的要求日趨嚴格。在此時，一種可呈現立體視覺的頭戴式顯示裝置被推出。
在頭戴式顯示技術中，為提供使用者高品質的立體影像，常在頭戴式顯示裝置中設置配眼球追蹤器。眼球追蹤器用來追蹤使用者眼球的位置狀態，以使頭戴式顯示裝置可依據使用者的眼球的位置狀態，來適度調整所提供的視覺影像。
在習知技術的眼球追蹤器中，常需要設置一反射鏡來進行光束的反射動作，並使光束可以投射至眼球上，以完成眼球的追蹤動作。這個反射鏡需要以一定的角度被架設在管體中，而使的管體需要一定的長度。如此一來，當要針對頭戴式顯示裝置的尺寸進行縮減時，常因管體的長度不足，而無法設置可提供足夠角度的反射鏡，並造成設計上的困難。
本發明提供一種頭戴式顯示裝置，可縮短所需要的管體的厚度。
本發明的頭戴式顯示裝置包括管體、反射鏡、紅外線照相機以及成像透鏡。反射鏡設置於管體中，具有依序連接的第一平面以及第二平面，其中第一平面以及第二平面分別具有不相平行的法線向量。紅外線照相機接收來自反射鏡的第二平面的反射影像光束，其中，反射鏡的第二平面接收影像光束以產生反射影像光束。成像透鏡設置在管體的第一開口端上。
基於上述，本發明透過反射鏡以彎折的方式設置在管體中。如此一來，頭戴式顯示裝置中，管體的厚度可以縮減，並減低頭戴式顯示裝置整體的厚度。
請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。頭戴式顯示裝置100包括管體110、反射鏡120、紅外線照相機130、成像透鏡140以及顯示器150。反射鏡120設置在管體110中，並具有依序連接的第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3。第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3分別具有法線向量N1、N2以及N3，其中法線向量N1與N2不相互平行。
另外，在圖1的實施例中，法線向量N2與N3是不相互平行的。
在本實施例中，反射鏡120的第一平面S1以及第二平面S2間具有夾角A1。其中，夾角A1可小於或等於160度，且夾角A1可大於90度，夾角A1避免對來自顯示器150的影像造成失真。反射鏡120的第二平面S2用以接收來自目標區TG的影像光束LB，並透過反射影像光束LB以產生反射影像光束RLB。反射鏡120的第二平面S2並使反射影像光束RLB被傳送至紅外線照相機130，以獲取目標區影像。
附帶一提的，在本實施例中，第一平面S1與第三平面S3分別具有的法線向量N1以及N3可以互相平行，也可以不互相平行，沒有特別的限制。
本發明實施例中的反射鏡120可應用軟性玻璃來實施。藉由在管體110中放置軟性玻璃，可以減低反射鏡120被人眼視覺觀察到，而產生視覺效果干擾的可能性，可提升視覺品質。
在另一方面，紅外線照相機130可設置在管體110上。此外，頭戴式顯示裝置100中可設置一個或多個紅外線發射器，並用以投射一個或多個紅外線光束至目標區TG。在本實施例中，目標區TG上具有紅外線光點的影像，可透過影像光束LB被投射至反射鏡120的第二平面S2上。反射鏡120的第二平面S2反射影像光束LB，以便將反射影像光束RLB投射至紅外線照相機130。如此一來，紅外線照相機130可獲取具有紅外線光點的目標區TG的影像。
在本實施例中，反射鏡120配合紅外線照相機130以形成頭戴式顯示裝置100中的眼球追蹤器。頭戴式顯示裝置100的目標區TG可對應使用者眼球的位置。紅外線照相機130可獲取使用者眼球以及眼球虹膜上的紅外線光點的影像。如此一來，頭戴式顯示裝置100可透過眼球虹膜上的紅外線光點的分布狀態以及位置狀態，來計算出使用者眼球EB的位置狀態，並完成眼球的追蹤動作。
在本實施例中，成像透鏡140以及顯示器150分別設置在管體110上相對的兩個開口端。其中成像透鏡140設置在目標區TG以及反射鏡120間。此外，反射鏡120為一部份反射鏡，用以反射一定波長範圍的光束。在本實施例中，反射鏡120可反射使用者眼球所反射的紅外線光束。
因此，顯示器150所產生的影像光束可以穿透反射鏡120並透過成像透鏡140傳送至目標區TG，而反射鏡120可反射目標區TG上的影像光束LB，並將反射影像光束RLB傳送至紅外線照相機130。
值得一提的，在本發明實施例中，反射鏡120為一可撓式反射鏡。透過彎折反射鏡120以使其至少具有第一平面S1以及第二平面S2，可有效降低管體110中形成以容置反射鏡120的空間。也就是說，管體110所需要的厚度（第一開口端與第二開口端間的距離）可以減小，進以減小頭戴式顯示裝置100的厚度。
在本發明實施例中，反射鏡120的厚度可小於0.2毫米。並且，在當反射鏡120的厚度為0.07毫米時，反射鏡120的折射率可小於或等於2。
由上述說明可知，本發明實施例中，透過薄化反射鏡120的厚度可以進一步降低管體110的尺寸。
在另一方面，顯示器150用以產生顯示影像，並使顯示影像通過反射鏡120以及成像透鏡140投射至使用者的眼球，並藉以產生虛擬實境（virtual reality, VR）的顯示效果。此外，顯示器150還可選擇同步提供實境影像以及虛擬影像，藉以產生擴增實境（Augmented reality, AR）或混合實境（Mixed reality, MR）的顯示效果。
在本發明實施例中，顯示器150可以應用任意形式的顯示器來實施，例如液晶顯示器、有機發光二極體顯示器、微發光二極體顯示器或其他本領域具通常知識者所熟知的顯示器。
更值得一提的，在本發明實施例中，反射鏡120的彎折型態是可以調整的。其中，針對頭戴式顯示裝置100的不同型態的設計，管體110的厚度可能會具有多種不同的變化。反射鏡120可因應管體110的厚度進行不同方式的彎折，來容置在管體110中。重點在於，彎折後的反射鏡120，可在中間部位的第二表面S2上，提供影像光束LB足夠大的入射角，並有效的產生反射影像光束RLB，並使反射影像光束RLB可被傳送至紅外線照相機130。
此外，成像透鏡140可由一個或多個透鏡所形成的透鏡組來建構。本實施例中的成像透鏡140可以依據本領域具通常知識者所熟知的任意透鏡組來建構，沒有一定的限制。
在本實施例中，反射鏡120的第一平面S1以及第三平面S3與成像透鏡140在管體110的開口端上的延伸方向D1可以互相平行（法線向量N1、N3與方向D1相垂直）。
以下請參照圖2A至圖2C，圖2A至圖2C分別繪示本發明實施例的頭戴式顯示裝置中的反射鏡的多種配置方式的示意圖。在圖2A中，頭戴式顯示裝置301包括管體310、反射鏡320、紅外線照相機330、成像透鏡340以及顯示器350。反射鏡320設置在管體310中，並具有依序連接的第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3。成像透鏡340以及顯示器350分別設置在管體310相對的兩開口端。紅外線照相機330可設置在管體310上，並接收反射影像光束RLB。反射鏡320的第二平面S2並用以反射來自於目標區TG的影像光束LB以產生反射影像光束RLB，並將反射影像光束RLB投射至紅外線照相機330。
在本實施方式中，第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3分別具有的法線向量N1~N3中的任二均不相互平行。其中，第三平面S3可以與成像透鏡340在管體310的開口端上的延伸方向D1相互平行（法線向量N3與方向D1垂直），而第一平面S1、第二平面S2則均不與方向D1相互平行（法線向量N1、N2與方向D1均不垂直）。
在圖2B中，頭戴式顯示裝置302則包括管體310、反射鏡320’、紅外線照相機330、成像透鏡340以及顯示器350。反射鏡320’設置在管體310中，並具有依序連接的第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3。成像透鏡340以及顯示器350分別設置在管體310相對的兩開口端。紅外線照相機330可設置在管體310上，並接收反射光束RLB。反射鏡320的第二平面S2用以反射影像光束LB以產生反射影像光束RLB，並將反射光束RLB投射至紅外線照相機330。
在本實施方式中，第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3分別具有的法線向量N1~N3中的任二均不相互平行。並且，第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3與成像透鏡340在管體310的開口端上的延伸方向D1均不相互平行（法線向量N1、N2、N3與方向D1均不垂直）。
在圖2C中，頭戴式顯示裝置303則包括管體310、反射鏡320’’、紅外線照相機330、成像透鏡340以及顯示器350。反射鏡320’’設置在管體310中，並具有依序連接的第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3。成像透鏡340以及顯示器350分別設置在管體310相對的兩開口端。紅外線照相機330可設置在管體310上，並接收反射影像光束RLB。反射鏡320的第二平面S2用以反射影像光束LB以產生反射影像光束RLB。
在本實施方式中，第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3分別具有的法線向量N1~N3中的任二均不相互平行。其中，第一平面S1可以與成像透鏡340在管體310的開口端上的延伸方向D1相互平行（法線向量N1與方向D1垂直），而第二平面S2、第三平面S3則均不與方向D1相互平行（法線向量N2、N3與方向D1均不垂直）。
附帶一提的，在本發明實施例中，第二平面S2的尺寸可依據光束LB的分布面積大小來設定，沒有特定的限制。並且，第一平面S1、第二平面S2以及第三平面S3間的尺寸關係同樣沒有固定的限制。
綜上所述，本發明透過在頭戴式顯示器中，設置彎曲結構的反射鏡。在不佔去管體過大厚度的條件下，為進行眼球偵測動作的影像光束，提供合適的反射角度，以將反射影像光束投射到紅外線照相機中。而不同彎曲程度的反射鏡，可適用於具有不同厚度管體的頭戴式顯示器。如此一來，頭戴式顯示器的厚度可以有效的被縮減，提升使用上的便利性。
100、301、302、303:頭戴式顯示裝置 110、310:管體 120、320、320’、320’’:反射鏡 130、330:紅外線照相機 140、340:成像透鏡 150、350:顯示器 S1:第一平面 S2:第二平面 S3:第三平面 N1~N3:法線向量 A1:夾角 TG:目標區 LB:影像光束 RLB:反射影像光束 D1:方向
圖1繪示本發明一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。 圖2A至圖2C分別繪示本發明實施例的頭戴式顯示裝置中的反射鏡的多種配置方式的示意圖。
100:頭戴式顯示裝置
110:管體
120:反射鏡
130:紅外線照相機
140:成像透鏡
150:顯示器
S1:第一平面
S2:第二平面
S3:第三平面
N1~N3:法線向量
A1:夾角
D1:方向
TG:目標區
LB:影像光束
RLB:反射影像光束

Claims (8)

  1. 一種頭戴式顯示裝置，包括： 一管體； 一反射鏡，設置於該管體中，具有依序連接的一第一平面以及一第二平面，其中該第一平面以及該第二平面，分別具有不互相平行的法線向量； 一紅外線照相機，接收來自該反射鏡的該第二平面的一反射影像光束， 其中，該反射鏡的該第二平面接收一影像光束以產生該反射影像光束；以及 一成像透鏡，設置在該管體的一第一開口端上。
  2. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該反射鏡更包括一第三平面，該第一平面、該第二平面以及該第三平面依序連接，該第三平面的法線向量與該第二平面的法線向量不互相平行。
  3. 如請求項2所述的頭戴式顯示裝置，其中該第三平面的法線向量與該第一平面的法線向量相互平行。
  4. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一平面以及該第二平面間的夾角小於或等於160度。
  5. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該反射鏡為一可撓式反射鏡。
  6. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該反射鏡的厚度小於0.2毫米。
  7. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中在該反射鏡的厚度為0.07毫米時，該反射鏡的折射率小於或等於2。
  8. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，更包括： 一顯示器，設置在該管體的一第二開口端，該第一開口端與該第二開口端相對。
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