TWI376527B - Head-mounted display device - Google Patents

Description

1376527 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發_於頭戴式顯示裝置’用於產生三維景彡像(物件和場景) 的重建’該頭戴式㈣裝置包含類似紅或護目鏡的頭戴式裝 置*該賴式裝置具有至少_前端部位和以—距_隔配置的兩 側知。15位’其巾該前端部㈣目對於眼睛的位置。 【先前技術】 GB 1 505 873號文件描述頭|式的光學裝置可提供使用頭蓋 裝置的觀察者視訊顯示的呈現，其巾的反射板設於魅前端，跟 觀察者的’範圍呈—定間隔距離，而傳統設計所產生的全像， 疋在反射板形成景；像或由其搭載影像。重建光源可位於頭蓋各側 部位’假如全像的光源啟動時，可跟反射的全像呈—定間隔距離， 其上方影像可僅在觀察者的視野制_重建為小贿示影像重 建。 此設計的問題在於，視賴重雜於小縣像_示，頭蓋 式的光學顯轉置無法驗大型物件影像的編碼和影像化，更無 法用於電影的影像顯示。 … US 5 257 〇94號文件描述頭盘式的顯示裝置，該裝置包含光學 元件，如於裝置前端的反射鏡和光束分離奸全像元件，目的2 改善來自設置在側端部位的兩個逑你陰極射線管的堆疊影像顯示 資訊及外部提供資訊量的穿透性。本顯示裝置更包含—複合式聚 1376527 焦透鏡，而在迷你陰極射線管的資訊提供螢幕和所對應的觀察者 瞳孔間的光學連結是設計使得減少&含顯示震置的頭戴式襄置的 重量。 ’ . 其他的問題’就是觀察者需穿戴較重的配備，因為儘管已投 注努力在降低裝設於頭戴式裝置上顯示裝置組件的重量，作是冗 重的賴式裝置的總重量仍為負擔。本齡裝置限於=的= 製造光學和全像組件的配置。 US 4 933 755號文件係描述頭戴式的立體顯示裝置，可分別提 供左右眼呈現於液晶顯示器上的左右綱立體影像。這可能可以 看著立體視訊影像而無需考慮到—般直視型顯示裝置中各目^睛影 像光學視差的問題。 &月〜 再者，US 6 674柳號碼文件描述賴式顯示裝置，提供雙眼 使用的液晶顯示H魏，而立體影像可藉由啟動光束分離器可分 別呈現在兩眼中。 刀 立體影像賴式顯錢置關題在於，雜這钱置可產生 立體影像’而立像職示謂影像生成的所有缺點，尤盆是 可能讓眼敎去騎件實際深度的適縣，航如全像顯示裝置 所提供的影像，其中三維物件是依據電腦產生的影音全像進 像重建。 / 視訊全像的運算方法和裝置’在光調ρ 號 此外，DE 10 2004 063 838 A1 文件描述某個用於電腦建立 :卢器編碼的全像重建可從觀 7 1376527 察者視窗看到’而在那些觀察者視窗中有特定複數振幅和相位分 佈，如同在相同位置點上的實際三維場景光線影像的呈現。觀察 觀Γ視窗檢視三維場景的重建’而通常有兩個分離式的 觀察者視窗，—用於左眼，而另—用於右眼。 割執在觀^纽、窗巾峨爾_幡的三維場景虛擬分 要^加些平面上的光源擴散，在觀察者視窗將這些重 可讓__如抛各區好面。贿者視窗的 、可限制為約一眼睛或眼球的大小。 在影像重建期間，觀察者視窗可看 或場景所需的波前資料，其可使用兩種方法:立:不衫像物件和/ •:光：?二广11上將三維顯示影像的複數波前進行編 視窗中；或Γ、’立於規察者平面外部’且其被投射進入觀察者 換編示影像的複數波前的轉 前回傳到各別的觀察者視窗中。“ +面外和而將複數波 在任-情況下，麵㈣上所編 光學系統，進行#訊褚由稱為螢幕的

理所〜 或轉換畴到觀察者視窗令。通當恶D 理所兩的面積越大越好，如20时 W ’螢幕處 距如同看桌面顯示器或電視機的距離—樣。=而硯察者的間 碼的複數波前的任何在光調節器上所編 種轉換㈣•或者光調節器上所編碼 1376527 全像的放场像(如_者)在顧財纽f彡像資料。 以定義。觀察者軸螢幕的距離 在任情況下，截錐體則由觀察者看向螢幕表面的角度來加 距離。在兩種全像㈣舰’如同看桌面顯示器或電視機的 移動，也可自中，觀察者可對應螢幕表面進行 也了自不同位觀#三_示雜的重建。 例如’已知的全像直視顯示器有下列的問題 察者移動時，需改轡顴致++ ·=·裝置在硯 者顏* μ 财的位置，即需追縱觀察 ’而冼此提供所需的所有裝置’如偵測眼 和追雜察者視窗的光學元件。再者，需要大梅。=讓 全像顯示裝置的製造更複雜而昂貴。 、讓 【發明内容】 良，用技術的缺失，本發明提供頭戴式顯示裝置之改 更簡易而便宜。 傾㈣置的設計的製造 依據本案之構想，提供一種頭戴式 与雜舌邊斗 卿欺式顯不裝置，用於產生三維 =的妓’該頭戴式顯示裝置包含—框架，該框架類似 至少1端部位和以-距離_配置的兩側端部位的 護目鏡，其中該前端部位相對於眼睛的位置，且具有至少二 源、至少-光學系統和可被編碼的至少_光調節器的―設叶且 中具有在編碼表面中該三維影像的—波前的—編碼的該: 係位於-觀察者平面中的—限定觀察者視窗的位置或其^有 9 1J/03Z/ 在編碼表面中該三維影像的一波前的一全像的一編碼 H立於，近該觀察者視窗前方的一區域令，以用於該全像至: ,雜使件其尺寸至少對應於個別眼睛的-眼 球瞳孔的，義麵，料中該光輝_接至—編· 置，其中，針龍編姑面贿三維影料算其波前或全像Ζ ^細辆，_，概_㈣亮時，射 ^:視^有該三维影像的複數波前，且在_重建截錐體^ 象的該重建，該重建截錐體是延伸於該觀察者視窗 和該光調節_ ’且其t，依據該觀察者視窗的該 壓制兩眼間偏射光的相互干^ 的附近區域中。干擾的至>疋件可用於該觀察者平面 本文中的「顯示影像」係為—通稱名詞，可含固定式的空間 物件和雜場景，在軸狀態下，取實際情形、電影或影音紀 錄的方來呈現。 位於觀察者平面中的觀察者視窗中的光調節 裔的編碼表面， 可使用包含振幅和她的波前喊數值進行編碼，或使用由編碼 裝置所提供源自該些複數值的值來編碼，其中一個光調節器直接 置於左_觀察者視窗_或前H細節器直接置於右眼 的觀察者視窗内部或前方。 為此夠將在觀察者視窗巾的波前的複數值進行編碼，可提供 組合有振幅·和/或相位調整功能的光調節器，該裝置可使用光束分 切6527 « 例如—Γ節器的影像投制另—光調節器，進行影像連結。 視窗的區Γ 光調鞋可位於觀察者平面外靠近觀察者 節_==2光咖的職影像重她位調 鳊臀而川 平面内，其甲振幅調節光調節器的 統作為_=：Γ目轉靖㈣枝學觸 在另-方面’振幅調節光調節器和相位調節光調節器可位於 另一投射路徑周圍區域。 光調節器的編碼表面可固定，其尺寸則對應眼球的整個活動 範圍内，在眼球移動時，在無任何影㈣斷的情況下，可看到三 維顯示影像的重建。 較佳的是，光調節器的編碼表面其尺寸等於眼球瞳孔表面積 光調節器可選擇連續或像素分_編碼表面，其巾的像素係 為可進行振幅和/或相位編碼的面積要素。 假如光學部分只使用-光調節H，縣調節器則位於橫過中 心軸的方向，而-光源和-光學系統則位於光調節器前方，其中 -接著設置的光束分離器和兩個反㈣被設置在雜察者平面的 前方，該光束分離器和該兩個反射器位於該光調節器的側端，彼 此間隔一距離，且傾向該眼球瞳孔的轴線，且其中該光調節器的 該編碼表面藉由該光學系統和該光束分離器的協助照亮並轉換到 11 1376527 該兩個觀察者視窗（18，19)巾’其巾—切換裝置減置於未分離 的光學路財，該切齡置在―固定頻率切換複數資訊，該複數 資訊輪流地在該_節器的編碼表面上交替至左側及右侧觀察者 視窗。 該切換裝置是設計為用於光束的—偏射裝置的形式，其是由 該編碼裝置頻率控制。 切換裝置位於於未分離或已分離的光學路徑中， 在含有至少-光源、至少節器和—照明光學系統形式 的光學系統’且在觀察者視窗中有產生的波前的光學路徑中，至 少-元件或組件可作為，阻絕發生兩關干擾繞射摘孔徑光 闌，以避免干擾。 $至夕角度感應元件’可為被動或是主動的光學元件的模 式，該至少-角度感應元件被設置於光調節器和眼睛Μ，該元件 只讓光調節H發出的光線則、角度通過，其巾的_節器是直接 設置於觀察者視窗中。 依據本發明假如有兩個光調節器，用於第二個顯示裝置的光 學元件中，财一舰單域絲細，其—側可位於光調節器 和觀察者視Μ ’而另-贱在另—_節器和另—觀察者視窗 間，其緊密設計提供有短焦距透鏡。 編碼裝置包含至少-電腦和記憶體及編程裝置，用於執行資 訊的運算，以編碼光調節器編碼表面的個別像素。 12 1376527 - ____ ' (中月1¾修(更)正替換頁 單眼或雙暇的光調節器與至少-光源連一光源i~ • 光調節器上提供足夠的同調光。 在需要色衫重建時，光源包含三個子光源，該三個子光源個 . 別刀別放射綠色、紅色和藍色光譜，該綠色、紅色和藍色光譜由 - 時域多工的方式整合。 本框架可至少包含一支撐元件。 在前端部位可使用透明及放射的光學元件，其中的光學元件 〇是以少數的組件確實固定於框架上，尤其是以機械裝置和支禮元 件固定。 框架可為頭盍、護目鏡或安裝有至少用於該光學零件的一最 少數量的零件的—域配置，其㈣顯示裝置可選地具有護目鏡 的外形(安裝面部的顯示裝置），或以一固定架形式由職支禮(安 裝於頭|的_裝置），或是翻地以—活動形式連接至該觀察者 的該頭盘及/或頭部上(安裝於頭部的顯示裝置）0 〇 一調整裝置是設置於框架的光調節器和至少—讀元件間， 2-鎖繼纽胁糊_應綱，其中光調節器 錯=和細物__件，靡賴整裝置和該 =裝置的協助相關於該觀察者平面及/或鋪示裝置的中心抽 和該眼睛曈孔_線和進行調整和鎖定，其是彼此相互平行。 在調整裝置和鎖定裝置，和井風_ 用機械連結輔其位置，而光70 π制’主要使 先原和先調節器則藉由電力連結镜線 13 而連接於編碼裝置和電源供應器。 日肢㈣頭狀顯示裝置設計，假如觀察者以穩固 地讓頭戴式顯示裝置在其社的形式來穿戴該顯示裝置，這此複 =計:頭部和眼睛實際位置的_裝置和在觀察者平面:縱 觀察者視自的賴_乡餘，目峨输梅觀窣者 移動時，係會自祕著_，私對應_驗置維_同 ο 例如’也可使用至少—安裝於框架上的感應器，用於因库觀 f的移動，可侧頭部’將訊號傳輸到編碼裝置，可藉祕改 光^器上的編翻容。在框架範圍中，可包含至少-感應哭， 2部移動時，依據觀察者檢視角度的變動，將訊號傳輸到編 碼裝置上，可修改光觸⑽編碼資訊。 框架可選擇地結合至少—音訊裝置，而聲音訊號的輸 個別的光調節器中的波前的編碼同步轉換。 庙依據本發明，在第二個顯示裝置中，跟過去設計工藝和專利 應用文件的比較下，則在光調節器執行編碼全像的運算法一將截 f體和區t平面的影像轉換傳輸到光調節器的觀察者視窗和平面 ，但料些發_容相反的是本發明翻於頭I式顯 眼球附近位置的顯千驻甚,t 的短距設計。”可使用光調節器和觀察者限睛 在』不裝置巾’上私像運算法的伽，如觀察者視窗對單 ，限制跟過去已知的全像顯示裝置相較，則無需光調節器的 丄376527 析=而整合有體型小、.使用元件更少和更小的優點。 _ 纽行波前和全像資料的運算法和編辦，依縣發明係接 ： 供有兩個主要種類的頭戴式顯示裝置： ' #7—、翻頭戴式顯示裝置中’光調節⑽直接位於觀察者 窣去承或光調即盗進行紐距離(一般僅數公分的間距)的投射至觀 =面中。觀察者視窗中的波前的複數值·由編贼置直接 碼為==且==：：_式顯示裝置中’㈣的複數值則編 自光調卽盗的平面轉換入觀察者平面中，i 調即森跟觀察者平面的小間距，通常係為數公分。 ， ^外’整合其他已知的方法，可胁全像的運算法 =:法其中的子全像可直接就共平面上的顯示影像點進行直 〇全像資^如使用查詢表，而子全像係可加總，而建立累計的 全像的運算法可針對光調節器的編碼表面完成。-般而 ^ΙίΓΓ光調節器編碼表面大量面積，而導致運算更複 2時本發明更具優點，但假如在不同平面上，各別子全像的面 更小時’在不同平面的運算則更容易。 實施方式】 圖1為第一可建立 維顯示影像重建的賴式顯示裝置 圖 15 年★月修(更)正囀 說頭戴式顯不裝置1包括一框架2,係類似具有至少-前端部位3 和2個以—定間距配置的側端部位5, .6的一頭盔或一護目鏡，前 端。P位3對向眼睛7, 8位置，而框架2包含多個支撐元件％ 1〇, u。 依據本發％ ’至彡、在前端部位3的設計巾，其巾有兩個光源 A u'兩個對應的光學系統12,15和兩個可使用複數值資訊編碼 的光調即盗16，17’其中的光調節器16,17位於觀察者視窗18,19 的1疋位置，如圖1所示，或靠近觀察者« 18,19的前端位置， 乂^射進入觀察者視窗18, 19中如圖2所示，其中的一觀察者 =南18,19在特定位置，其尺寸珊應各眼7, 8的單眼20, 21眼 卜 内而先調㈣16, 口連接到編碼裝置26上，進, =顯:影像的波前運算，光調節…可使用這些波前進 _ A 19妨纖_魏化處理。 料叫瓣置Μ倾蝴咖6, 17和光 該光調節器16,17、光源丨^ ,勘 置抑喻德㈣藉由調整裝 :::㈣——= 在1的調整裝置22,23和鑌定 結(實體線路)設計，而在另一侧 ，25主要使用機械連 予系統！2，】5和諸元件9，]〇， 16

11 中’光源 13 14 I 連結編碼裝置26知光調節器16, 17則藉由連結纜線(斷路線路） 和電源供應器27。 編碼裝置26包含_ 調節器Μ 17她二電腦和記憶體裝置，用於執行對應光 的、4碼表面的各別像素資訊的運算。 ⑽=:19的:自光調節器16, 17位於觀察者平面4 兩個__16 ^ 碼裝置％的波前的複數鎌寫入 眼7的第一觀察者視窗18而笛¥先調即器16直接位於左 8的觀察者視窗19。 個光_器Π則直接位於右眼 =_倾贿練的編碼，可提做 調整功能的轴節H，該# 的影像投射到另-光調β使用光束分離器或將—光調節器 編碼# W 進行影像連結。但本設計則依據 竭馬裝置26和顯示裝置1本與_ 先子70件，現有所需的使用規劃而定。 為月b夠將在觀察者視窗中的 組合有振幅-和/或相位調整功;^值進仃編碼，可提供 離mu—_ 的_節器，該裝置可使用光束分 έ士妙先調㈣的影像投射到另一光調節器，進行影像連 顯示褒置^光學树的設計。中現存編程裝置的所欲使用及 例如’如圖2所示’振幅調節先調節器31，32可藉由光學系 =4古6, 47 ’投_目爛伽㈣，Μ，她處調節器33, 直接位於觀察者平面4中，振巾__節訊32_« 1376527 影像35’，36,也位於觀察者平面4巾。振幅調節光調節器礼幻的 編碼表面35, 36位於觀察者視窗18, 19附近區域，但位於觀察者 平面4外部。振幅調節光調節器31，32的編碼表面％，％由光源 13,14藉由相應光學照明系統58, 59提供照明。 假如無法使用可完整寫入複數值的光調節器或光調節器組 則波前的複數值也可使用類似方法表示，如可被寫入相位調 節器的僅她分佈。這會造成偏差，在全像編碼方面，尤其是在 導致影像重建出現錯·者視f 18, 19帽於實際數值:期 望數值間的偏差。;^佳化此編碼過程的方法的組合可能可以達到 校正，即連結相位全像的一般實務的方法，例如疊代法。 各眼λ 8的光調節器16, 17; 31, 32; 33, 34則提供㈣的同調 光。由光學照明系統58, 59加大符合光調節器16, 17; 31，％; %，％ 的光源尺寸的騎光束_關。可再藉由—般驗此類裝置的 方法’進行色彩重建，如紅色、綠色和藍色光源的時間多工。各 眼7,8的光學元件主要含光源13, 14、光學投射祕η，μ和光調 節器16，17’其中各光源13,14可包含三個子光源，如LH)，以 進行色彩重建。 再者’依據本發明可有透明和反射特性的顯示裝置。此類具 有許多元件的設計可使用機械裝置，支撐裝置A 1〇, u，確實固定 於觀=者的頭部或岐用的框架上。光調節器i6, Π和由此觀察 者視窗18,19的尺寸可配合選定’可包括在各眼7,8的整個眼球瞳 18 ID/OJZ / /炎^2l移動範圍’則影像重建在眼球瞳孔2〇, 21移動時，益任 何影像中斷現象。 …、任 本=本發力第—顯示裝置的另—具體實施例，如圖3所示，

S A 17可包含編碼表面’其面積如同眼球瞳孔20, 21的 3二:二出現有某些眼球瞳孔2〇, 21的動作’而觀察者看 調㈣16,17 ’ Μ會看到任何三賴示影像重建。 圖-如本發明係為可建立三_示影像重建物件和場景的 =二顯示裝置4G，本顯示輕簡化光私件的使用，且包括I框 十八類似於具有至少一前端部位和以-距離間隔配置的兩側端 P的頭錢4目鏡’前端部位係對向眼睛，類似本發明的第— 顯示裝置1。 U則端雜3料有兩個光源13,14、兩個光學系統 ^和兩個可進行複數值資訊的編碼的光調節器&幻，光調節 盗41，42則位於觀察者平面4外部，而靠近觀察者視窗前 方，其設計尺寸至少包括各眼7, 8的眼球2〇, 21部份活動範圍， 而光調節⑽，42接到編碼裝置26上，其中的翁可自三維顧示 影像進行運算，光娜H 41，42可制這錢前的全像進行編 碼’其中的全像藉由光學編Μ，轉換進人對應峨察者視窗 18, 19中，在麟者視窗18, 19中，魏波前係為視訊化處理。 本機械_ 2包含光學讀树9, 1G，n、調錄置、鎖定 裝置和電源供應器57，其設計如同本發明的第—顯示裝置卜 19 1376527 王像在編碼裳置26中編瑪，悉如Dei〇2〇〇4〇63838ai號 文件說明，可將三維顯示影像編碼成區段平面，在觀察者平面4 中部份波前的轉換和加總。累計型態的波前資料自觀察者平面4 轉換成光卿H 10，辭面上，在光調㈣位於觀察者平面* 外部，或波前編碼為全像時，才需進行此轉換。 自觀察者視窗18, 19檢視的觀察者，可看到三維顯示影像重 建的場景’如圖7所示’位於截錐體6〇所定義的區域中，該截錐 體的頂角取決於光調節器的像素間距。 目前有料實驗範辦驗本發職置和過去的專利應用： 例如，一直視顯示裝置的特徵在於顯示面積為 430 x320 mm2、像素間距為2〇7卿—用以編碼各複數值的全部像 素’而每條有2〇48像^本設計的觀察者視窗寬度約6腿，間 距為2米。 假如在相反的情況下’有小型的光調節器具有寬度6麵的光 調節器’和相同的2048像素，如像素間距為3哗，而位於本發 明觀察者平©的贿者視財，則2棚距可產生的繞射級寬度 為43〇mm。所以’截錐體60延伸於繞射影像和觀察者視窗間。係 表不相_可見影像重建可建立為直視設計，而具有大型營幕區 域。繞射級的邊際角度數是為數不多的角度數。 假如使用像素化的光調節器進行編碼，係可造成較高的繞射 級。假如未其他的方法用於壓縮那些較高的繞射級時，大角度的 20 1376527 截錐體之後會純紋細級赋的整健錐體的重複 。係表示 將出現影像重建的週崎續縣，但該影像重建财距離間隔現 正體而。延伸的影像重建場景係彼此並列顯現多次，但物 件影像重建的鮮受到限制時，則影像重建的各別重複出現現象 不會導致空間堆疊。 依據本發明’有不同的方法麟壓縮較高的繞射級： -如圖4所示的顯示裝部份，有角度感應元件m，如 落片設計，係位於光調節器16, 17間，而光調節器係直接位 於觀察者視窗18，19和眼睛7,8間，該元件只讓光調節器16, 的光線則、角度的情況下通過，大角度放射的光線 無法到達眼睛7, 8。圖4的設計具有緊密的優點。 圖5所不中的光學元件中’光調節器41，42係位於觀察者視 窗18, 19外部，而光調節器41，42藉由光學系統43,44轉換 進入觀察者視窗18, 19中。如滤光單元~4-f系統(未示出）一 或1L徑光鬧45 (如圖5所示)係位於光調節器！6, 17和觀察者 係糖n _ '、者眼睛7,8間的光線干擾。本設計 係精間化，使·焦距透鏡’所以，顯示裝置4G可安裝在框 架上，如頭盘或可固定在觀察者頭部的護目鏡上。 本發陳個種峨4G軸 户^其中的光調節器41，42係靠近眼睛以，但在觀察者平面* 外部，假如使用編碼資料時 ” 則先調即盗41，42可投射進入觀察 21 者視窗18, 19中。 :顯不本發明第：個顯示的第二個具體實施例，其 中只使用一可編碼的弁梱铲 5 Pis 52，而被設置於橫過顯示裝置的中 1=方向上。光源13和光學系統53則位於光調節器52 54和純反射鏡，被設置在該觀察 ……則方’該光束分離器54和該兩個反射器％ 56位於 該光調卽器的側端，彼此間隐 〇Λ 〇Λ 此間隔一距離，且傾向該眼球瞳孔的軸線 29，30。光調節器52的鉍说级生^ 的的、扁碼表面藉由光束分離器54傳輸進入 觀察者視窗18, 19 ’也可將光調節器&藉由光學系統(未示出)投 射進入觀察者視自18,19 t。但本顯示裝置只在切換裝置57提供 左右眼㈣應的52編碼轉換魏時，才得發揮作用。 另外，也可縣觸H 52㈣絲祕(未示出)投射進入觀 察者視窗18, 19中。 目前，係雜_節器的位置討論射擴紐。 >考圖7 8和9 ’假如截錐體自觀察者視窗延伸到營幕表 面，假如持續延伸到顯示面積以外的，如DE 1〇 2謝㈤⑽Μ 號文件說_例’而假如者視窗位於_區域的正前方，係 可建立相同的截錐體60 : 20吋螢幕有2米檢視間距， 1〇吋螢幕有1米檢視間距， 5吋螢幕則有0.5米檢視間距， 22 定比值 係假設光調節器有相同解 … 析度’像素尺寸跟檢視距離成一 三維顯^^彳目心軸7"謝蝴節器上編碼， 相π、;/數值f料運算為平面區段和觀察者視窗係 的綱複數軸呈現在觀察 ^ 就是自觀察者視窗傳輸到，的不问 光調㈣的轉換運算，不_位因數依 據距離而使用，而因此在井 ， 味先調㈣上進料_複數值的編碼。 另外’可進仃接運算，然後將全像轉換傳輸到另一營幕區域 而運算成10吋和1 ’如自20时的螢幕和至觀察者的2米間距， 米檢視間距的影像。 。。本制範絲制高射度性能，假如使料-的的光調節 器’則為左右眼可建立兩個不同_觀察者視窗，各眼分離對向 螢幕表面中心位置來顯示影像(比棚8)，如圖9所示各眼前方 使用各別的光調節器時，則使用單—光調節器情況下 相同的截錐體影像。 μ 截錐體的各別型態如下列說明的圖7, 8, 9所示： 圖7顯不二維顯不影像的視訊化期間，來自觀察者視窗a的 截錐體60,而在觀察者視窗18不同的間距上，有不同大小的光調 節器 52，, 52”, 52”，。 圖8顯示载錐體62, 63，自兩個眼睛7,8的觀察者視窗18 19 延伸’眼球曈孔軸線29, 30而形成有共用的光調節器52，52” 52”’ ’而位於跟觀察者不同間距的中心軸上，以進行三維顯示影 23 1376527 像的重建61的視訊化處理。 圖9顯示有兩個小型光調節器41，42,位於各眼入8前方附 近’各眼7, 8有相同的戴錐體60, 63，三維顯示影像的三維重建61 係如同有大間距單-大型光調節器52”，的三維顯示影像，如圖? 或圖8所示。 本設計可使用小型光調節器達成其功能，如LC〇s，其中的光 調節器31，32; 33, 34; 41，42; 52相距觀察者平面4 -小距離。 本情況係不同於上述如圖i到4的内容，其中的光調節器16, I7位於觀察者平面4中，或將影像併入觀察者平面4中。請參考 圖9，光調節器的編碼表面係靠近觀察者，但在觀察者平面4外 部。在本财巾’ Μ難在觀察者平面*係並列呈現。假如觀 察者視窗18,19大於眼球瞳孔2()，21，則觀察者不會看到任何定期 持續的影像呈現。 觀察者視窗18,19的尺寸較佳配合眼睛7,8中的眼球瞳孔2〇, 21活動範圍，可讓觀察者在眼球瞳孔移動時，仍可讓影像位於 察者視窗18, 19中。 。。假如螢幕表面和觀察者視窗18, 19間則、時，各別的光 °° °再用於左右眼各眼7,8有兩個相同的截錐體6〇, &位 央位置。 、τ 只有當左眼7的觀察者視窗18的更高繞射級到達右眼 反之亦然，係需進行更高繞射級的壓縮。 24 1376527 在此方面’圖5顯示本發明第二個顯示裝置40的簡單光學設 計’包括用於各光調節器41，42的光源13, 14、42、一光學照明 系統43, 44、一各眼7, 8用的光調節器41,42，作為眼睛7,8較高 繞射量阻絕物的元件45。該阻絕物45可防止眼睛7, 8接收來自 其他光調節器42, 41的較高繞射量，本阻絕物45可使用孔徑光闌 的設計。 本設計更精簡輕巧’此類的顯示裝置4〇可安裝於觀察者的頭 盔框架2或護目鏡上。 本發明也可使用更精簡輕巧的頭戴式光學設計，此外，相較 於大型直視频計’本發明無f細光制、A魏頭或鏡頭列 用於照明，但就各種眼睛、鏡頭和光調節器的尺寸，只使用簡單 的光源’如通常使用0.5到2忖的直徑，製造更簡單。 可無困難使用2D編碼方法’光調節器提供各眼完整的解析 度’無需知:供直接視裝置所需的立體分離功能，而無需進行左右 全像的時域擷取多工處理。 此外，無需使用以因應觀察者位置變動複雜而昂貴的觀察者 視窗追蹤元件。 無需改變光源對應光瓣器的位置，因為兩者固定於頭盘或 護目鏡係會隨頭部的移動而_。_，係無需直接視設計的快 門顯示或解設計。本發明提供更高的亮度，無f絲投射系统 和大螢幕面積。 25 1376527 假如顯示裝置1，40, 50安裝於人體頭部的框架2或51，這些 顯示裝置1，40, 50在開始視訊化處理時，在可對應眼睛7, 8進行 最佳的調整。係使後來頭部移動時，係確保眼睛7, 8隨時位於觀 察者視窗18, 19範圍内，因為觀察者視窗18, 19也同時移動，無 需其他用於伽彳觀察者動作狀置，也不會有觀察者追縱功能不 精確的困擾。 提出申請 所未露之猶，得賴f本技術人士_實施，而盆前 實施例具料繼，練法提出專狀”。惟上述之 專利範圍如1^涵盖本案所欲保護之專利範圍，因此 26

Ij/COZ/ 4 【圖式簡單說明】 . 圖1係為本發明第一頭戴式龜-壯 光調_，八m 4 置的上視圖，該裝置包含兩個 无調郎盗分別位於齒宏表τ 方附近位置。〃平面的觀察者視窗和眼球瞳孔前 圖2係為依翻I内容 節之㈣Ρ 月顯不裝置的光學元件，包含相位調 孔前方位置，•觀:::::=視窗的各眼球睹 〇 娜到職域喊觸器將影像 圖3係為依翻1吨，.說3_轉置的絲元件，包含兩個相 位調節之光調節器，而分 f ^兩個相 h ^赌硯察者平_者視窗和 ^眼球瞳細謂近位置上，尺寸如同眼麵孔大小； 個相位f夕土袖〜先子牛光調節器設計，包含兩 =°即"如H ’而分顺於觀察者平 窗和眼球曈孔前方附近你番，Μ 卞面的硯察者視 0 ，角度調整讀位於光調節器 圖5係為依據本發明，說明第二個簡化輯的賴式顯示裝置 包含兩個相位之光·H ’而分別位於觀察者視窗i =光η察者平面外部位置上’其中防止繞射光干擾二 工 她於光調節II和眼球瞳孔區域中，屬兩個 徑的平行方向上； 十仃路 圖6依據圖5的設計原理，係為說明前方部位，包含一光調節 27 1376527 器，靠近觀家今卜 、年¥月 者現窗，而在觀察者平一光源: 安裝於觀 裝置’而有-光調節器投射變換用的光束分離器，,、 察者視窗内； 圖7 δ兒明在二維顯示物件夢後中，白翁兹本1扣 _ 〜像中自觀察者視由延伸的截錐體而 包含不同尺寸光調節器，跟觀察者視窗呈不同距離排列； 圖8說明在兩_微不㈣截錐體，職錐體係偏離眼球瞳孔的 Ο 軸線自兩個觀察者視窗，讓光調節器跟觀察者有不同的間 距； 圖9係為截錐體在各眼前方附近區域，包含各別分離的光調節 态，而相同的截錐體用於各個眼睛，各眼三維顯示影像如同大距 離的單一大型光調節器的影像，如圖7或圖8所示。. 疋件符號簡單說明：. 1頭戴式顯示裝置 2 .樞架 3前端部位 4觀察者平面 5侧端部位 6側端部位 7眼睛 8眼睛 9支撐元件 28 1376527 月~日修(更)正替換頁 10支撐元件 11支撐元件 12光學系統 13光源 14光源 15光學系統 16光調節器 q 17光調節器 18觀察者視窗 19觀察者視窗 20單眼 21單眼 22調整裝置 23調整裝置 Q 24鎖定裝置 25鎖定裝置 26編碼裝置 27電源供應器 28中心軸 29瞳孔的軸線 30瞳孔的軸線 29 1376527 31振幅調節光調節器 32振幅調節光調節器 33相位調節光調節器 34相位調節光調節器 35編碼表面 35’調節器影像 36編碼表面 36’調節器影像 37角度選定元件 38角度選定元件 40第二顯示裝置(第一具體實施例） 41光調節器 42光調節器 43第三光學系統 )44第四光學系統 45孔徑光闌 46第五光學系統 47第六光學系統 50第二顯示裝置（第二個具體實施例) 51第二框架 52'光調節器 30 1376527 52π光調節器 52'” 光調節器 53第七光學系統 54光束分離器 55第一反射鏡 56第二反射鏡 57切換裝置 • 58第一光學照明系統 59第二光學照明系統 60 '第一截錐體 61三維顯示影像重建 62第二截錐體 63第三截錐體

Claims (1)

1376527 申請專利範圍 p年1月f/曰修正本ί 裝t Ξί產生三維影像的重建，該頭戴式顯 端位和以一距 統(12, 15;46, 47)和可被編碼ς至=1學;系 33, 34· 41 4?. R9W < 丄 先調即益06, 17; 31，32; 傻的也乂，#42, 52)的一仅叶，其中具有在編碼表面中該=维影 像的-波前的-編碼的該光調節器( ; 位於一觀察者平面⑷中的—限定觀 = 者=3, 34)係 其中具有在編碼表面中該三維景19)的位置’或 該光調節器（41 42. 52) '皮刖的一全像的一編碼的 的一區祕由（，ί，52)疋位於罪近該觀察者視窗08, 19)前方 換，丨於該全像至該觀察者視窗（18, 19)中的一轉 置更包 ^如申請專利細第i項所述之顯示裝置，其中該顯 二=裝置⑽’於其中，針對該編碼表面 I 進行編碼 福數信ϋ=4·6，17)的該編碼表面可以包含振幅和相位的 進订編碼’或以該編碼裝置⑽所提供得自那些量的數值 3.如申請專利顏第丨項或第2項所述之顯示裝置， =觀察者視S(18, 19)中該波前之該複數值，提供振幅調節及 調節光調節11之—組合，該細節器是藉由—光束分Λ (33⑷ί調節器（31，⑵的—投射而連結到個別其他光調^ 32 項所述之顯示裝置，其中該振幅調節光調 直接抑ίίΐίΓί外部’以及該相位調節光調節器（33, 34) 的該者平面⑷’其中該振幅調節光調節器(31，32) 34)上⑹可被投射在對應的相位調節光調節器⑶， ‘ 3t，一、ΐ投射系、统（46,47)的協助構成-調節器影像 節光聊驗於議_光調㈣和該相位調 圍第1項所述之顯示裝置，其中該光調節器（16， 的^碼表面是限定的’以使得其尺寸對應至該眼睛（7, 8) 的該眼睛瞳孔⑽，21)·個軸顧。 17^^利範圍第1項所述之顯示裝置’其中該光調節器（16, 尺寸的4碼表面具有無眼球瞳孔(2()，21)絲域相同的 L如^^專利範卿1項所述之顯示裝置，其中—可編碼光調節 益52)疋用於光學元件中，該光調節器⑽被設置於橫過中心轴 向，且其中一光源（13)和一光學系統(53)被設置於該光 =裔(52)前方，其中-接著設置的光束分離器(54)和兩個反射 二，56)被设置在該觀察者平面（4)的前方，該光束分離器（54) u兩個反射器（55，56)位於該光調節器的侧端，彼此間隔一距 ’且傾向該眼球瞳孔的軸線(29, 30)，且其中該光調節器（52) 3編碼表面藉由該光學純⑽和該光束分離n⑽的協助 ，、、、、=並轉換到該兩個觀察者視窗（18, 19)中，其中一切換裝置(57) 被於未分離的光學路徑中，該切換裝置（57)在一固定頻率切 換資訊’該資訊輪流地在該光調節器（52)的整個編碼表面上交替 至左側及右側觀察者視窗（18，19)。 33 13.76527 Ι.ϊίΐ專利範圍第7項所述之顯示I置，其中該切換#置⑽ ^;^用於光束的-偏射裝置的形式，其是由_編辱裝置置: ，其巾軸換裝置⑽

L5I申」月上專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中在該光學路徑中 ί 3 一，源(13，14)、至少一光調節器(41，42; 52)和一照明 ί=ϊ：(43, 44; 53)，且有在該觀察者視窗（18, 19)中個別產 圍所述之顯示裝置，其中至少—角度感應 兀件(37，38)為-被動或疋主動光學元件的模式，該至少一角产 感應讀(37, 38)被設置於-光調節器（16, 17)和—眼睛（7 ^ 严二1丄，件，讓該光調節器(16, 17)發出的光線則、角度通過， ,、中該光_H(16, 17)是直接設置於該觀察者視窗（18，⑼中。 申^利顧第丨項所述之顯示裝置，射使用二個光調節 ，1，42)…就單元或—孔徑光闌(45)是設置於該光學元件 ^，且其-側在—個光調節器⑹和—個觀察者視窗（⑻間，而 其另一侧是在另一光調節器（42)和另一觀察視窗（19)間，其中， 提供具有展現一短焦距的透鏡的一緊密設計。 13.如申請專利範圍第丨項所述之顯示裝置，其中該顯示裝置更包 3-編碼裝置(26) ’該編碼褒置(26)包含至少—電腦和記憶體及 34 1376527 細節器(I6, 專1範圍第1項所述之顯示裝置，其中該光調節器（16, ，，，3，34; 41，42; 53)與至少一光源(13，⑷連接， 該至少-光源(13, 14)在該光調節器（16, 17; 31，32; % 34; 41， 42; 53)上提供足夠的同調光。 ’ ’ 15. 如申請專利範圍第i項所述之顯 二該⑷包含三個子光源，該三個子光二 ^故Ϊ 色光譜，該綠色、紅色和藍色光譜㈣域多工的 方式整合。 16. 如申請專利範圍第！項所述之顯示裝置 至少-支撐元件(9, 10, 11)。 17. 如申請專概®第16撕述之顯示裝置，其巾在 射光學元件，射觀學元件是錢械 樓兀件（9，10，11)穩固地固定於該框架（2，51)上。 18·如申請專利麵第！項所述之顯示裝置，其中該 為二職、護目鏡或安裝有至少·該光學元件的_最^數量的） 1的-支持配置，其中該顯示裝置〇, 4G，5G)可選地 目鏡的外形，或是以-狀架形式由—頭蓋支禮，或是穩^㈣ 一活動形式連接至該觀察者的該頭盔及/或頭部上。 19.如申請專利範圍第16項所述之顯示裝置，其中 (22, 23)是設置於該框架（2; 51)的一光調節器〇6中17=^置 35 33, 341 41, άο. con ·<_ τ-, 鎖定裝置(24, 2^i署^一/^元件(9,爪⑴間’以及-14)間，其中該光續，二乂一光調節器〇6, 17)和對應光源(13, 和具有光源 °(13 32; 33，34; 41，42，· 52) 整裝置(22, 23)和該的 =對應光學元件可藉由該調 面⑷及/或該顯示裝置協=相關於該觀察者平 包^項所述之顯示裝置，其令該顯示裝置更 和該鎖定么機械連接的’是在該調整㈣⑵，四） (9 10 11^ / 側在該光學元件和該支稽元件 該光源〇3, 14)和該光調節器（16, 17)是 g由電力連結現線而與該編碼褒置⑽和一電源供應器（27)連 如申請專利範圍第】項所述之顯示裝置，其中該顯示裝置更包 δ —編碼裝子(26)，在該框架(2)的範圍_，至少一感應器被設 ^ ’該感應H依雜祕者移辆料視肖的改變將訊號傳送給 該編碼裝置，藉此用以編碼該光調節器（16, 17; 31，32.邶34 41，42; 52)的資訊被修改。 ’ ’ ’ ’ 22.如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該框架（2)可 卜擇地與至少-音訊裝置結合’且聲音訊號的輸丨是跟該侧光 =節器（16，17; 31，32; 33，34; 41，42; 52)中波前的編碼同 步切拖。 如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該至少一光調 節器（16，17; 31，32; 33，34; 41，42; 52)是連接至一編碼裝 置(26)，其中，針對該編碼表面從該三維影像計算其波前或全像， 36 1376527 以此該光調節器㈤，17; 31，32; 33，34; 41，42; 52)可被直 接編碼’因^此，當該至少一光調節器（16, Γ7; 31，32; 33, 34; 41 42^52)照免時’在該觀察者視窗〇8，19)中有該三維影像的複^ 波前，且假使該光調節器以丨，42; 52)位於接近該觀察者視窗 19)前的一區域中，在一重建截錐體(6〇,63)中可看到該三維影像的 該重建(61) ’該重建截錐體是延伸於該觀察者視窗（18, 19)和該光 調節器（16，17，· 31，32; 33，34; 41，42，· 52)之間，且其中， 依據該觀察者視窗（18, 19)的該尺寸，用於壓制兩眼(7，8)間偏 射光的相互干擾(cross-talking)的至少一元件(37, 38, 45)可用於該 觀察者平面(4)的附近區域中。 37