TW202121005A - 近眼顯示與取像頭戴裝置 - Google Patents

Abstract

一種近眼顯示與取像頭戴裝置。此近眼顯示與取像頭戴裝置包含成像單元。成像單元設於眼鏡上。成像單元包含顯示裝置、光學鏡組、以及攝影機。顯示裝置設於眼鏡之鏡架之鏡腳旁，且配置以投射影像光束。光學鏡組設於顯示裝置之一側，且配置以將影像光束引導至眼鏡之至少一鏡片。攝影機設於至少一鏡片前，且配置以對眼鏡之使用者進行近眼取像操作。

Description

近眼顯示與取像頭戴裝置

本發明是有關於一種穿戴式電子裝置，且特別是有關於一種近眼顯示與取像頭戴裝置。

目前，近眼顯示裝置大都裝設在使用者之眼鏡框架上，並使近眼顯示裝置位於使用者之至少一瞳孔的視野中，以提高觀看的舒適度。然，此近眼顯示裝置並無法對配戴的使用者進行近眼取像。

另一種頭戴顯示裝置係在其前端放置攝影機，以達到切換場景的效果。使用者在戴上頭戴顯示裝置後，可隨時切換顯示外界場景，藉此可避免掉傳統切換場景時要頻繁拿取裝置所衍生之設備磨損問題。但，此種頭戴顯示裝置僅可拍攝使用者前方區域，也無法對配戴的使用者進行近眼取像。

還有一種頭戴顯示裝置係將光波導元件的側面貼合眼鏡的鏡片表面，以加強結構強度，避免投影顯示設備碎裂。然而，此種頭戴顯示裝置無法調整其在鏡架上的位置，同樣無法對配戴的使用者進行近眼取像。

因此，本發明之一目的就是在提供一種近眼顯示與取像頭戴裝置，其顯示裝置係設於眼鏡鏡架之側邊，並利用光學鏡組將顯示裝置在鏡架側邊形成的影像光束傳送至使用者之至少一瞳孔的視野中，藉此可讓使用者同時看到顯示裝置所顯示之影像與實際的環境影像，達到虛實影像的整合。

本發明之另一目的是在提供一種近眼顯示與取像頭戴裝置，其攝影機設置在使用者之眼鏡的前方，而可對使用者進行近眼取像，因此近眼顯示與取像頭戴裝置具有可對使用者進行虹膜辨識與眼球追蹤等身分辨識的功能，藉此可進行遠端認證，提高資安管控。此外，選用具有虹膜辨識功能之攝影機，並以顯示裝置來顯示考試題目，藉此不僅可對考試人員進行認證避免代考弊端，更可提升遠端考試之便利性，並可降低規畫考試場合與監考人員的人力開銷。

本發明之又一目的是在提供一種近眼顯示與取像頭戴裝置，其攝影機可選用不同型態之攝影模式，並搭配適合的影像辨識方法，如此可對使用者進行眼底攝影、眼球檢查、眼球感知檢測、色盲檢測、眼球觀測、水晶體之曲度變化與水晶體對焦的拍攝、與縮放瞳孔等人眼檢測。因此，近眼顯示與取像頭戴裝置可供一般診所或醫護站進行眼睛先期問題的檢查，幫助病患及早發現與預防眼睛疾病。

根據本發明之上述目的，提出一種近眼顯示與取像頭戴裝置。此近眼顯示與取像頭戴裝置包含成像單元。成像單元設於眼鏡上。成像單元包含顯示裝置、光學鏡組、以及攝影機。顯示裝置設於眼鏡之鏡架之鏡腳旁，且配置以投射影像光束。光學鏡組設於顯示裝置之一側，且配置以將影像光束引導至眼鏡之至少一鏡片。攝影機設於至少一鏡片前，且配置以對眼鏡之使用者進行近眼取像操作。

依據本發明之一實施例，上述之光學鏡組包含第一反射鏡以及第二反射鏡。第一反射鏡設於顯示裝置之前方。第二反射鏡設於第一反射鏡之一側。第一反射鏡配置以將顯示裝置所投射之影像光束反射至第二反射鏡，第二反射鏡配置以將影像光束反射至至少一鏡片。

依據本發明之一實施例，上述之光學鏡組更包含第一透鏡以及第二透鏡。第一透鏡設於顯示裝置與第一反射鏡之間，且配置以準直顯示裝置朝第一反射鏡投射之影像光束。第二透鏡設於第二反射鏡與至少一鏡片之間，且配置以聚焦影像光束。

依據本發明之一實施例，上述之第一透鏡與第二透鏡均為非球面透鏡。

依據本發明之一實施例，上述之第一反射鏡為非球面反射鏡。

依據本發明之一實施例，上述之第二反射鏡為平面反射鏡且具有半穿透半反射之光學特性。

依據本發明之一實施例，上述之第二反射鏡介於攝影機與至少一鏡片之間，且攝影機可通過第二反射鏡進行近眼取像操作。

依據本發明之一實施例，上述之顯示裝置為有機發光二極體(organic light-emitting diode，OLED)顯示裝置或液晶顯示裝置。

依據本發明之一實施例，上述之攝影機為虹膜攝影機，配置以對使用者進行人眼之虹膜辨識及/或眼球追蹤。

依據本發明之一實施例，上述之近眼顯示與取像頭戴裝置更包含連接件，連接件可拆卸地設於鏡架之鏡腳上，其中連接件配置以將成像單元接合在鏡架之鏡腳上。

100‧‧‧近眼顯示與取像頭戴裝置

110‧‧‧成像單元

112‧‧‧顯示裝置

114‧‧‧光學鏡組

114a‧‧‧第一反射鏡

114a’‧‧‧反射面

114b‧‧‧第二反射鏡

114c‧‧‧第一透鏡

114d‧‧‧第二透鏡

116‧‧‧攝影機

118‧‧‧殼體

120‧‧‧連接件

200‧‧‧眼鏡

210‧‧‧鏡架

212‧‧‧鏡腳

214‧‧‧鏡框

220‧‧‧鏡片

E‧‧‧眼睛

L‧‧‧影像光束

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種近眼顯示與取像頭戴裝置安裝在眼鏡上的示意圖；

〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種近眼顯示與取像頭戴裝置的裝置示意圖；以及

〔圖3〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種近眼顯示與取像頭戴裝置的光線路徑示意圖。

關於本文中所使用之「第一」、「第二」、...等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。

請參照圖1與圖2，其係分別繪示依照本發明之一實施方式的一種近眼顯示與取像頭戴裝置安裝在眼鏡上的示意圖、以及依照本發明之一實施方式的一種近眼顯示與取像頭戴裝置的裝置示意圖。本實施方式之近眼顯示與取像頭戴裝置100可安裝在使用者之眼鏡200上，從而實現頭戴型式。一般而言，眼鏡200包含鏡架210與二鏡片220，其中鏡架210包含二鏡腳212與二鏡框214。二鏡腳212可分別架設在使用者之二耳上，二鏡框214則可分別容置二鏡片220。

近眼顯示與取像頭戴裝置100主要可包含至少一成像單元110。舉例而言，如圖1與圖2所示，近眼顯示與取像頭戴裝置100包含一個成像單元110，此成像單元110設置在眼鏡200之鏡架210的右邊上。在另一些例子中，近眼顯示與取像頭戴裝置100可包含二個成像單元110，此二成像單元110可分別設置在眼鏡200之鏡架210的左右二邊上。

在一些實施例中，每個成像單元110可包含顯示裝置112、光學鏡組114、以及攝影機116。如圖1所示，可利用一殼體118將顯示裝置112、光學鏡組114、以及攝影機116整合在一起，以方便使用。顯示裝置112可設置在 眼鏡200之鏡架210的鏡腳212旁。請一併參照圖3，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種近眼顯示與取像頭戴裝置的光線路徑示意圖。顯示裝置112配置以投射影像光束L。顯示裝置112所投射之影像光束L可取決於近眼顯示與取像頭戴裝置100的實際應用需求。舉例而言，此影像光束L可為虛擬影像之光束、人眼檢測所需之影像的光束、或考試題目之影像光束等等。在一些示範例子中，顯示裝置112可為有機發光二極體顯示裝置或液晶顯示裝置。此外，顯示裝置112可為HD解析度以上的顯示器，以提供優異的顯示品質。

光學鏡組114設於顯示裝置112之一側。舉例而言，如圖2所示，光學鏡組114設於顯示裝置112之前側，如此顯示裝置112可朝光學鏡組114直接投射影像光束L。光學鏡組114配置以將顯示裝置112所投射之影像光束L引導至眼鏡200之一鏡片220上，如圖3所示。在另一些例子中，光學鏡組114可將顯示裝置112所投射之影像光束L引導至眼鏡200之二鏡片220上，以讓使用者之二眼可同時觀看到影像光束L所構成之影像。

在圖2之例子中，由於顯示裝置112設置在鏡架210之鏡腳212旁，因此須利用光學鏡組114將顯示裝置112所投射之影像光束L導引至眼鏡200之至少一鏡片220上，以利使用者之眼睛E觀看。光學鏡組114可例如包含數個反射鏡的組合，或者包含數個反射鏡與透鏡的組合。在一些例子中，光學鏡組114包含第一反射鏡114a與第二反射鏡 114b。第一反射鏡114a可設於顯示裝置112之前方，第二反射鏡114b則設於第一反射鏡114a之一側。第一反射鏡114a配置以將顯示裝置112朝其投射之影像光束L予以轉向而反射至第二反射鏡114b。第二反射鏡114b配置以將第一反射鏡114a所反射來之影像光束L再轉向而反射至眼鏡200之鏡片220。在一些示範例子中，第一反射鏡114a可具有凹弧狀的反射面114a’，但反射面114a’為非球面，即第一反射鏡114a為非球面反射鏡。如此，第一反射鏡114a亦可放大影像光束L。第二反射鏡114b可為平面反射鏡且具有半穿透半反射之光學特性。舉例而言，第二反射鏡114b可設於鏡片220之正前方，且第一反射鏡114a與第二反射鏡114b可設於同一水平，並將第二反射鏡114b相對於此水平傾斜一角度，例如45度，如此可順利將影像光束L反射至鏡片220。藉此，使用者的眼睛E可看到顯示裝置112所投射之影像光束L以及使用者周遭之實際環境影像。

請繼續參照圖2與圖3，在一些例子中，光學鏡組114更可選擇性地包含第一透鏡114c與第二透鏡114d。第一透鏡114c可設置在顯示裝置112之前方，且介於顯示裝置112與第一反射鏡114a之間。第一透鏡114c配置以準直顯示裝置112朝第一反射鏡114a投射之影像光束L。第二透鏡114d設於第二反射鏡114b與眼鏡200之鏡片220之間。第二透鏡114d配置以聚焦第二反射鏡114b所反射來之影像光束L。在一些示範例子中，第一透鏡114c與第二透鏡114d均為非球面透鏡。

由於第一反射鏡114a可放大顯示裝置112所投射之影像光束L，因此不需要採用較大尺寸之顯示裝置112即可提供使用者所需之影像，藉此可輕量化且微型化近眼顯示與取像頭戴裝置100。

請繼續參照圖2與圖3，攝影機116設於眼鏡200之鏡片220前，且亦位於第二反射鏡114b之前。攝影機116配置以對眼鏡200之使用者的眼睛E進行近眼取像操作。在一些示範例子中，第二反射鏡114b介於攝影機116與鏡片220之間，且攝影機116可通過第二反射鏡114b對眼睛E進行近眼取像操作，即攝影機116所發出之光源可穿透第二反射鏡114b與第二透鏡114d並可經由第二反射鏡114b而接收來自眼睛E的影像光。

攝影機116可根據實際使用需求而選用不同型態的攝影模式。舉例而言，攝影機116可為虹膜攝影機，而可對使用者進行人眼之虹膜辨識及/或眼球追蹤，藉此可進行遠端認證，提高安全控管。而在這樣的例子中，近眼顯示與取像頭戴裝置100更可應用於考試場合，其中可先利用攝影機116來對應試人員進行虹膜辨識，以識別應試人員的身分，再利用顯示裝置112經由光學鏡組114來對應試人員顯示考試題目。這樣的應用不僅可對考試人員進行認證避免代考弊端，更可提升遠端考試之便利性，大幅降低規畫考試場合與監考人員的人力成本。

在另一些例子中，攝影機116可為眼底攝影檢查儀，因此利用近眼顯示與取像頭戴裝置100可直接對使用 者的眼睛E進行眼底攝影與檢查。傳統上，視網膜檢查是採散瞳間接眼底檢查，過程至少要30分鐘到1小時左右，散瞳劑會造成視力模糊且畏光，導致受檢者無法駕車或工作。而採用近眼顯示與取像頭戴裝置100進行眼底攝影與檢查時，不用滴散瞳劑，且5分鐘即可完成，不僅可減輕受檢者之眼睛的不舒適感，更可大幅縮短檢查時間。

在又一些例子中，結合近眼顯示與取像頭戴裝置100之近眼顯示功能與眼球攝影功能，並透過一系列的色弱影像設計，可直接偵測人眼對各種顏色的反應，藉此可細部解析人眼之色弱等級。

因此，透過選用不同型態之攝影機116，配合對應之影像辨識檢測方法，近眼顯示與取像頭戴裝置100可對使用者進行眼底攝影、眼球檢查、眼球感知檢測、色盲檢測、眼球觀測、水晶體之曲度變化與水晶體對焦的拍攝、與縮放瞳孔等人眼檢測。

請繼續參照圖1與圖2，近眼顯示與取像頭戴裝置100可選擇性地包含連接件120。在一些例子中，連接件120可拆卸地設於鏡架210之鏡腳212上。連接見120可結合鏡腳212與成像單元110，因此利用連接件120可將成像單元110接合在鏡架210之鏡腳212上。在一些示範例子中，可透過調整連接件120來轉動成像單元110，進而調整成像單元110在鏡架210上的位置，以方便使用者調整顯示與取像位置。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之近眼顯示與取像頭戴裝置之顯示裝置係設於眼鏡鏡架之側邊，並利用光學鏡組將顯示裝置在鏡架側邊形成的影像光束傳送至使用者之至少一瞳孔的視野中，藉此可讓使用者同時看到顯示裝置所顯示之影像與實際的環境影像，達到虛實影像整合的視覺效果。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之近眼顯示與取像頭戴裝置之攝影機設置在使用者之眼鏡的前方，而可對使用者進行近眼取像，因此近眼顯示與取像頭戴裝置具有可對使用者進行虹膜辨識與眼球追蹤等身分辨識的功能，藉此可進行遠端認證，提高資安管控。此外，可先以攝影機對使用者進行虹膜辨識等身分認證，再以顯示裝置來顯示考試題目，藉此不僅可對考試人員進行認證避免代考弊端，更可提升遠端考試之便利性，並可降低規畫考試場合與監考人員的人力開銷。

由上述之實施方式可知，本發明之又一優點就是因為本發明之近眼顯示與取像頭戴裝置之攝影機可根據實際需求而選用不同型態之攝影模式，並搭配適合的影像辨識方法，如此可對使用者進行眼底攝影、眼球檢查、眼球感知檢測、色盲檢測、眼球觀測、水晶體之曲度變化與水晶體對焦的拍攝、與縮放瞳孔等人眼檢測。因此，近眼顯示與取像頭戴裝置可供一般診所或醫護站進行眼睛先期問題的檢查，幫助病患及早發現與預防眼睛疾病。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此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，當可作各種之更動與潤飾，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。

100‧‧‧近眼顯示與取像頭戴裝置

110‧‧‧成像單元

112‧‧‧顯示裝置

114‧‧‧光學鏡組

114a‧‧‧第一反射鏡

114a’‧‧‧反射面

114b‧‧‧第二反射鏡

114c‧‧‧第一透鏡

114d‧‧‧第二透鏡

116‧‧‧攝影機

120‧‧‧連接件

200‧‧‧眼鏡

210‧‧‧鏡架

212‧‧‧鏡腳

214‧‧‧鏡框

220‧‧‧鏡片

E‧‧‧眼睛

L‧‧‧影像光束

Claims (10)

1. 一種近眼顯示與取像頭戴裝置，包含：

   一成像單元，設於一眼鏡上，其中該成像單元包含：

   一顯示裝置，設於該眼鏡之一鏡架之一鏡腳旁，且配置以投射一影像光束；

   一光學鏡組，設於該顯示裝置之一側，且配置以將該影像光束引導至該眼鏡之至少一鏡片；以及

   一攝影機，設於該至少一鏡片前，且配置以對該眼鏡之一使用者進行一近眼取像操作。
2. 如申請專利範圍第1項之近眼顯示與取像頭戴裝置，其中該光學鏡組包含：

   一第一反射鏡，設於該顯示裝置之一前方；以及

   一第二反射鏡，設於該第一反射鏡之一側，其中該第一反射鏡配置以將該顯示裝置所投射之該影像光束反射至該第二反射鏡，該第二反射鏡配置以將該影像光束反射至該至少一鏡片。
3. 如申請專利範圍第2項之近眼顯示與取像頭戴裝置，其中該光學鏡組更包含：

   一第一透鏡，設於該顯示裝置與該第一反射鏡之間，且配置以準直該顯示裝置朝該第一反射鏡投射之該影像光束；以及

   一第二透鏡，設於該第二反射鏡與該至少一鏡片之間，且配置以聚焦該影像光束。
4. 如申請專利範圍第3項之近眼顯示與取像頭戴裝置，其中每一該第一透鏡與該第二透鏡為一非球面透鏡。
5. 如申請專利範圍第3項之近眼顯示與取像頭戴裝置，其中該第一反射鏡為一非球面反射鏡。
6. 如申請專利範圍第3項之近眼顯示與取像頭戴裝置，其中該第二反射鏡為一平面反射鏡且具有半穿透半反射之光學特性。
7. 如申請專利範圍第2項之近眼顯示與取像頭戴裝置，其中該第二反射鏡介於該攝影機與該至少一鏡片之間，且該攝影機可通過該第二反射鏡進行該近眼取像操作。
8. 如申請專利範圍第1項之近眼顯示與取像頭戴裝置，其中該顯示裝置為一有機發光二極體顯示裝置或一液晶顯示裝置。
9. 如申請專利範圍第1項之近眼顯示與取像頭戴裝置，其中該攝影機為一虹膜攝影機，配置以對該使用者進行人眼之虹膜辨識及/或眼球追蹤。
10. 如申請專利範圍第1項之近眼顯示與取像頭戴裝置，更包含一連接件，可拆卸地設於該鏡架之該鏡腳上，其中該連接件配置以將該成像單元接合在該鏡架之該鏡腳上。

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