TWI244318B - Focus adjustable head mounted display system and method and device for realizing the system - Google Patents

Description

1244318 五、發明說明（1) 【發明=之技術領域】本發明之發明領域係有 是一 焦距可調整的 貝戳式顯不為，尤其疋 及裝置，太疏n戴式顯不糸統，及用於實現該系統的方法 整其隹距α、& L可以對於在頭戴式顯示器上顯示的影像調 八…、距以適應頭戴者的視力。 【先前技 在美 裝置，以 影像結合 以將光學 影像產生 的安裝遮 的透鏡轉 可以安裝 眼鏡。而 單獨使用 在美 顯示系統 處理的信 示面板上 放大透鏡 示予使用 據可穿戴 術】 國專利6 傳送一產 外界的影 元件固定 器以提供 避單元或 換成顯像 在使用者 且可以輕 (例如用 國專利6 ，該系統 號。該可 輸出信號 以放大該 者的眼睛 的顯示系 生的 像。 在該 兩品 可動 器， 的頭 易地 於看 ，6 包含 穿戴 5 _ 經由 〇結 統， 6 9, 影像予 該頭戴 外殼部 質的影 作的裝 而且可部，而 與該Η 電影） 9 5 2中提出 使用者觀視， 式顯示裝置中 内。由至少兩 像。該裝置尚 置，且將顯示 以進行反向的 仍允許使用者 M D分開，而 一頭戴式顯示 最好該產生的 包含一外殼部 個罩幕遮蔽一 包含一 幕從一 轉換。 使用傳 使得Η 可拿掉 穿透式 該裝置 統式的 M D可 11 ’ 385中提出一可穿戴式的 —顯示面板以顯示依據預定之方式 的顯示系統包含一光柵，以從該顯 光波導以經由該光柵導引信號，一 光波導放大的信號，且將該信號顯 合一或多個基體而形成光波導，依 可以調整地安裝該光波導以符合規

1244318 五、發明說明（2) 格，且更進一步個別製造且安裝該光波導。因此，應用最 少的時間及努力製造該頭戴式顯示系統。 在美國專利5 ，99 1 ，084中提出一精緻型虛像 顯示系統，其包含一微顯示器，一包含三個面的第一放大 光裝置，一顯示輸入面，一反射/穿透面，及〆反射式第 一放大元件面，及一第二放大光裝置。顯示標的的光進入 在該顯示輸入面的第一放大光裝置。該光在該第一放大光 裝置内傳播，使得該光投射到背反射式穿透面之一區域’ 該面至少有一部份在該第二放大光裝置所提供的視域内。 以對應該反射/穿透面之第一角度的反射/穿透面’使得 鲁 光由反射/穿透面上反射，且導向該反射式第一放大元件 面。該第一放大元件面反射對應到來源標的光’如一放大 的虛像。然後該放大的虛像在該第一放大光裝置内以一對 應該反射/穿透面之第二入射角傳送回該反射/穿透面， 經由該反射/穿透面而離開該第一放大光裝置。多個該第 二放大光裝置接收來自該第一放大光裝置的放大之虛像， 且將該一來源標的之放大虛像的合成之放大虛像顯示予觀 視者。 在美國專利6 ，683 ，584中提出一相機顯示系 統，該系統經由一安裝在一外殼部上的矩陣式顯示元件而 顯示資訊，定位該外殼部以對應使用者至少一眼。該顯示 器連接到一視訊或影像感測器，使得使用者可以看^在該 顯示器上顯示的資訊或影像。該顯示器可以安裝到該外枚 部’使得使用者可以移動該顯示器，以使得該顯示器在^

1244318 五、發明說明（3) 使用者的視域之内或之外。 心m6 8 〇 ’8 〇 2中提出-單眼型的頭 含觀視卷及一彈性f緻而且適於使用者穿戴，包 =銳視☆及#性疋件。該觀 包 鏡、一穿透鏡、一鏡架、及一麥二3 土二二一主稜 像，再將影像顯示在L Γ η μ克几。忒主透鏡導入一影 以看到該影像；該穿透鏡’以使得使用者至少一眼可 裝在鏡架r該彈性元；彈m安 *，因此該觀視器可以定位在使用;雙:;::=ί律 【發明内容】 、所欲解決之技術問題點·· 結構’以將影像顯〔示^ jj 2:::提：，系統或機械 習知技術提出任何與人眼 ^ ^、^、、、，但是沒有任何的 許多人有眼部的疾病，如遠視、：視相關的結構或機構。 此無法清楚地觀看清楚的影像；所以等，因 ;示在該頭戴式顯示裝置的顯示幕時：對2 調整影像的焦距，使得参傻的隹^，者通*戴上眼鏡，以 膜上。但是一般穿戴頭戴顯；置：落j使用者的視網 距的頭戴式顯示”，以使=:ΐ:親 1244318 五、發明說明（4) 像。 而且，里 ^ . 種應用為使得頭戴式鹿- 眼鏡的功㊣，尤其是對於弱視；=1置以完全取代 有提出具有：in =;此在所有的習知技術中均沒 頁上述相關功能的頭戴式顯示裝置。 —、解決問題點之技術手段： 因此，本發明的主要目的為提供一 實現該系統該方法及裝置，以對二？戴式顯不系統 薏之顯示幕上的影像調整其焦距。十於顯不在頭戴式顯示裝 顯示月一種使用在一頭戴式顯示裝置中的頭戴式 κ糸統，該系統包含： 月辦八 影像攝入裝置以攝入外界的影像· 來自；ίίΐ該影像攝入裝置的影像處理單元，用於接收 信像攝入褒置的影像信號，且處理該接收到的影： :焦距調整單元包含在該影像處理單元内’此 薏：：係依據一焦距調整信號而調整-來自該影像攝入： 示入影像，因此產生一調整的顯示影像，該調； 像ι像係依據該焦距調整信號對該輸入影像進行調整之= —連接到該影像處理單元的影像顯示單元，該影 果元係安裝在一頭戴式顯示裝置中，以顯示該調整的^

Ml1 Η 第10頁 1244318 五、發明說明（6) (C )依據該焦距調整 距調整信號而將 (d )傳送該調整影像 仏號調整輸入影像，因此依據該焦 °亥輸入影像投射為一調整的影像； 到一頭戴式顯示裝置以顯示該影像 e )如果該顯示影像不 b ):以及 為一預定的影像 則返回步驟（

如果該顯示影像為一預

則返回步驟 a 由下文的說明中可更 及其優點，閱讀時請參考 進一步瞭解本發明 附圖所示。 的特徵 、作用 【實施方 為了 文中將說 圖係在於 及特性， 神係由申 現在 置1 ，該 殼部1 1 示裝置主 兩個透鏡 使用者雙 但是 使付熟習本技術者可 明本發明的技術細節 使熟習本技術者可據 而非用於限制本發明 請專利範圍所定義。 請參考圖1所示，其 頭戴式顯示裝置1提 及兩個鏡架12，1 要係隱藏在外殼部1 1 4 ，1 5 ，以分別 眼。 ’在本發明中該頭戴 以更進一步瞭解本發明，下 。但是文中說明的内容及附 以瞭解本發明的目的、特徵 範疇，而本發明的觀點及精 顯示本發明之頭戴式顯示裳 供一眼鏡’該眼鏡包含一外 3。本發明焦距的頭戴式顯 1内，該外殼部1 1有左右 對應對配戴該外殼部1丄的 式顯示裝置，參見圖1八、

1244318 五、發明說明（7) 1 B : 1 C，、係顯示一雙眼形態的頭 示裝置，本發 明中該頭，式顯示裝置也可以為單眼形態、即只有單一的 透鏡的鏡架，例如圖5中所示即是 心 "月ί考圖2、3 ’為顯示本發明之隹距可調整之頭戴 系；=，，中，該匕係安裝在該頭戴 " 或疋邛份安裝在該頭戴式顯示裝置1 。 =統係，含一影像攝入裝置10 0、一影像處理單元1 二= 及1像顯示單元103。 撒f〜像攝入裝置1 0 0例如可以是相機，士口 C CD相 、，位相機等。該影像處理單元工0工係連接到該影像 〇 A置1 〇 〇以接收來自該影像攝入裝置1 〇 〇的影像 “唬，且然後處理所接收到的影像信號。 3距凋整早兀1 0 2係安裝在該影像處理單元1 0 1 禮媒Γ依據一輸入的焦距調整信號2 〇而調整來自該影 9 η ^ =置1 〇 〇的輸入影像，使其依據該焦距調整信號 2 0調整該顯示的影像。 ?肉焦^調整軟體1 Q 4係安裝在該焦距調整單元1 0 入旦1可見圖4所示。該焦距調整軟體1 0 4操作該輸 整：：:：=入;！:：整，影像，而使 由該焦距調整信號2 〇所指示。 疋I、、距 该影像冑示單元i 〇 3係連接到該影像 I該影像顯，單元1〇3安裝在該頭戴式顯示 中 以顯示出該經過含周軟& — «整的顯不衫像，以為戴有該眼鏡的

Mi 第13頁 1244318

五、發明說明（8) 至少一眼睛可以看到該影像。 一焦距輸入單元i 0 5連接到該焦距調整 =二距輸入單元1〇5為手操作之裝置。使用者可： 7整距輸入單元1 〇 5 ’據此以產生該焦距調整信泸 ”焦距予該焦距調整單元1 〇 2。X，焦距輪 早兀 5可以安裝在一眼鏡的任何位置，例如鏡架工 J、！。3十或作為外殼部11内側的鼻樑架，甚至該焦距 早兀1 G 5為-與眼鏡分開的構件，此均在本發 範圍之内。 =些應用中，對使用者提供控制的功能係有助於本 m。有某些實施例中有可能所提出的控制功能係 不在忒頭戴式顯示裝置中（如使其遙控或主控裝置等）。 5=:?例中’本發明提供按鈕16，“入該焦距 調號2 0，因此將不同的焦距值從按知工6中輸入。 ^卜二可以提供独i 7，其為—不顯示功能。即該 Ϊ丄:以使得該頭戴式顯示裝置的影像不顯示出來。 =該不顯示功㉟，使得使用者至少可以關閉該影 像而不而要將頭戴式顯示裝置的電力導通， ^ ^ ^的輸出人動作。當然該按1 7也可以同時導通 1的顯示功能及電力。而1，本發明也可以提供一按鈕 1 8，用於導通及切斷本發明的頭戴式顯示裝置。 請參考圖i所^，目中揭示出本發明的影像攝入 裝置1 0 0，該影像攝入裝置i 〇 〇例如可以是一微型相 第14頁 1244318 五、發明說明（9) 機，最好該影像攝入裝晋〃 中央，因此所攝=的安裝在透鏡 像處理單元1 0 i係安裝在j =所目視的影像。影 中，影像處理單元！ 0 i 2 =上侧，但是在本發明 如鏡架1 2、i 3上或作眼鏡的任何位置， 至該影像處理單元1 i :。 内側的鼻樑架，甚 本發明的範圍内。14 —與眼鏡分開的構件，此均在 本發明中，該影像顯示 影像顯示單元，即先產生 j 3可以疋一投射式的 在透鏡“、15上=不=，然後將該影像投射 像。或者是該影像顯示單 ':人眼可目視的影 單元，即將影像直接輸入透；一直接式的影像顯示 鏡上附加有液晶顯干的访ΐ 顯示予使用者，如該透 1 6安裝在一鏡芊i、=::而且，本發明中該第-按· π —庐加了 〇 2的别端’而將第二按鈕1 7客驻产 同-鏡架1 2的後端，如圖中 女裝在 1 7所安裝的位置並不受:疋，按鈕1 6、 6、1 7可以配置在眼鏡=不的例子所限制，按紐i 1上；所有這些配置的實施二：土太：設在外殼部1 點内。 句應在本發明的精神及觀 在本發明的另一實施例中， 付眼鏡，即雙透鏡i 4、q = 〜像顯不早疋1 0 3為一 在此實施例中，按時作為顯示器及鏡片。 示裝置。該按鈕17導通時，嗦頭：=發明的頭戴式顯 因此啟動影像攝入裝 ^ ，式顯不裝置將動作， 1 0 〇，且處理來自該影像 1244318 五、發明說明（10) -- 置1〇 〇 Ϊ t的影像，並將該影像顯示在影像顯示單元1 〇 3上。备按紐切斷時，本發明的頭戴式顯示裝置即呈關 斷’而將鏡片改為一般鏡片，作為目視外界使用。 而且’在本發明中，該透鏡1 4、1 5可以以顯示幕 取代。即只有顯示功能，而沒有透鏡的功能。同理，如上 所述，本=明亦能只有以單一的顯示幕或顯示透鏡實施。 現在咕參考圖4，其中顯示本發明中執行一焦距可調 整之頭戴式顯示之方法。該方法包含下列步驟。在步驟2 〇 〇中開始該方法的流程。在步驟2 Ο 1中，攝入外界影 像’在步驟2 〇 2中，輸入-焦距調整信號；在步驟2 〇 3 ^，依據該焦距信號調整該輸入的影像，因此可以將輸 入影像投射成一調整的影像；在步驟2 〇 4中，將該調整 的影像輸入到影像顯示單元i 〇 3以顯示該影像；在步驟 2 0 5中，如果該顯示影像不為一預定的影像，則回到步 驟2 0 2 ;重複執行步驟2 〇 2至步驟2 〇 5，否則，執 订步驟2 0 6 ’如果該顯示影像為一預定的影像，則進入 步驟2 0 7以結束此一程序。 以上’係根據圖式所示之良好實施型態，對本發明進 行了詳細說明，唯本發明並不以前述圖式揭示的範例用以 限制本發明專利範疇，故上述圖式僅為本發明的實施例參 考，但熟悉本發明技術手段者可在不超越本發明要旨範圍 内進行各種修飾變更，唯不論其變化如何，舉凡在不超出 要旨範圍内的各種變更實施例，皆應涵屬於本發明的範择 内。 可 1244318 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第一 A、一 B、一 C圖：分別是本發明的頭戴式顯示裝置 的左側、右側及背面視圖。 第二圖 第三圖 第四圖 第五圖 為本發明之頭戴式顯示系統的方塊圖。 本發明之影像處理單元之組件方塊圖。 係依據本發明之執行焦距調整之頭戴式顯示的程 序。 本發明之頭戴式顯示裝置的另一實施例，其中只 有使用單一顯示幕。 【符號說明】 I 頭戴式顯示裝置 II 外殼部 12'13 鏡架 1 4、1 5 透鏡 10 0 影像攝入裝置 10 1 影像處理單元 10 2 焦距調整單元 10 3 影像顯示單元 10 4 焦距調整軟體 10 5 焦距輸入單元 2 0 焦距調整信號 1 6、1 7 按鈕 18 按鈕

第17頁

Claims (1)

1244318 六、申請專利範圍 、 ’ 7 ·如申請專利範圍第6項所述之頭戴式顯示裝置， 其中，尚包含： 一用於致動焦距調整信號的按鈕’而依據來自該按鈕 的輸入產生不同的焦距值。 8 ·如申請專利範圍第6頊所述之頭戴式顯示裝置， 其中，尚包含尚包含一按鈕，以提供將現在正輪出之影像 停土顯示的功能。

9 ·如申請專利範圍第6項所述之頭戴式顯示裝置， 其中，尚包含尚包含一電力啟動按鈕，以啟動及關閉系統 及相關元件。 1 0 ·如申請專利範圍第6項所述頭戴式顯示裝置， 其中該顯示器尚包含透鏡之功能。 丄丄.如^請專利範圍第6項所述頭戴式顯示裝置， 其中影像顯示單元為一投射式的影像顯示單元，即先產生 顯示的影像’然後該將影像投射在顯示器上， 到一人眼 < 目視的景Μ象。 U此付 1 2 ·如申請專利範圍第 一 口口一 一。 ν π ,’1 〜7兵义八 其中影像顯不單疋為一直接式的影像顯示單 直接輸入顯示幕上，以顯示予使用者， ，Ρ夺景

工3 •如申請專利範圍第6項所述頭 其中，尚包含一按鈕以切換該輸入可調整ζ ·、、、員不裝3 統，其中當該按鈕開啟時，該焦距可調整的a戴式顯开 統被啟動，而該顯示幕具有顯示影像的化頭戴式顯开 切斷時，則該焦距可調整的頭戴式 且當該相 飞”、、員不系統關閉，使,

第20頁 1244318 六、申請專利範圍 頭戴式顯示裝置如一眼鏡。 1 4 · 一種對於一頭戴式顯示裝置進行影像之調整輸 入的方法，該方法包含下列步驟： (a )攝入外界影像而得到一輸入影像； (b )輸入一焦距調整信號； (c )依據該焦距調整信號調整輸入影像，因此依據該焦 距調整信號而將該輸入影像投射為一調整的影像； (d )傳送該調整影像到一頭戴式顯示裝置以顯示該影像 (e )如果該顯示影像不為一預定的影像；則是返回步驟 (b );以及 (f )如果該顯示影像為一預定的影像，結束此程序。

第21頁