TWI578022B - 頭戴式顯示裝置 - Google Patents

Description

頭戴式顯示裝置

本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種頭戴式顯示裝置。

近年來，各種頭戴式顯示裝置（Head-Mounted Display）不斷地被研究發展出來。特別是說，由於重型機車運動的興起，當在重型機車高速行駛的狀態下，若機車騎士將視線移開前方視線以觀看重型機車儀表板上的資訊，則會造成安全上的問題。因此，藉由頭戴式顯示設備顯示儀表板上的資訊，再結合傳統的安全帽，可以解決上述安全上的問題。

一般來說，具有頭戴式顯示設備的安全帽會在人眼附近設置光學元件或者是結合其他的顯示器（例如是影像疊合器）以顯示影像內容。但是此方式除了會對機車騎士造成視線上的干擾之外，若發生劇烈震盪或者是碰撞時，可能會對機車騎士的眼睛造成傷害。

所以，較安全的作法是，將安全帽上的透光面罩當做顯示螢幕以顯示影像內容。雖然此方式可以解決上述關於安全性的問題，但一般來說頭戴式顯示設備還需要複雜的透鏡模組或者是離軸光學系統以校正光學像差，以維持一定的影像品質。此外，複雜的透鏡模組或者是離軸光學系統同時也佔用了安全帽部分的體積，而犧牲了部分原有安全帽的內部防撞設計。接著，當機車騎士更換透光面罩或者是透鏡模組時，除了透光面罩與透鏡模組本身需要做複雜的校正之外，還需要考慮組裝在安全帽上的組裝公差，以維持頭戴式顯示設備的顯示影像品質。但在一般的狀況下，機車騎士常常無法僅更換透光面罩或透鏡模組其中之一以校正像差，而是需要更換整個安全帽，缺乏了使用上的彈性。

應注意的是，“先前技術”段落只是用來幫助了解本發明內容，因此在“先前技術”段落所揭露的內容可能包含一些沒有構成所屬技術領域中具有通常知識者所知道的習知技術。在“先前技術”段落所揭露的內容，不代表該內容或者本發明一個或多個實施例所要解決的問題，在本發明申請前已被所屬技術領域中具有通常知識者所知曉或認知。

本發明提供一種頭戴式顯示裝置，其具有良好的顯示品質，且具有較小的體積。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種頭戴式顯示裝置，其包括裝置本體、裝置配件以及投影裝置。裝置配件包括反射面，且樞設在裝置本體。投影裝置包括液晶透鏡元件，設置在裝置本體內，且適於將影像光束投射至裝置配件的反射面。裝置配件將影像光束反射至投影目標。投影裝置利用液晶透鏡元件來校正裝置配件因反射面所產生的像差。

在本發明的一實施例中，上述的裝置配件係一具有半穿透半反射功能的合光元件，用以組合影像光束以及環境光束，以將影像光束以及環境光束投射至投影目標。

在本發明的一實施例中，上述的裝置配件具有第一側以及相對第一側的第二側，投影目標位於裝置配件的第二側，以及環境光束從裝置配件的第一側穿透至第二側。

在本發明的一實施例中，上述的投影裝置將影像光束投射至裝置配件的反射面，以在裝置配件的第一側顯示影像，其中影像為虛像。

在本發明的一實施例中，上述的裝置配件的反射面係平面或曲面。

在本發明的一實施例中，上述的裝置配件、投影裝置以及裝置本體具有組裝公差，投影裝置利用液晶透鏡元件來校正因組裝公差所產生的像差。

在本發明的一實施例中，上述的投影裝置包括透鏡模組，用以將影像光束投射至裝置配件，以及透鏡模組包括液晶透鏡元件。

在本發明的一實施例中，上述的頭戴式顯示裝置係為安全帽，裝置本體係為安全帽的頭盔本體，以及裝置配件係為安全帽的透光面罩。

在本發明的一實施例中，上述的投影裝置內嵌於裝置本體，投影裝置由上往下投射影像光束至裝置配件的反射面。

基於上述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。本發明的實施例的頭戴式顯示裝置藉由投影裝置中的液晶透鏡元件其光學上可調變的特性，校正因裝置配件因反射面所產生的像差，具有良好的顯示品質。接著，本發明的實施例的頭戴式顯示裝置避免使用複雜的透鏡模組或者是離軸光學系統，具有較小的體積，可以不需犧牲原有的安全帽的安全設計。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

圖1A繪示為本發明的一實施例的頭戴式顯示裝置100的示意圖。請參照圖1A，本實施例的頭戴式顯示裝置100包括裝置本體110、裝置配件120以及投影裝置130。裝置配件120包括反射面122，且裝置配件120樞設在裝置本體110，裝置本體110及裝置配件120之間形成空間D，其中裝置配件120的反射面122可以是平面或曲面。投影裝置130包括液晶透鏡元件132a，且設置在裝置本體110內。進一步而言，投影裝置130內建於裝置本體110內部且適於將影像光束B投射至裝置配件120的反射面122。裝置配件120將影像光束B反射至投影目標OB，其中投影目標OB位於上述空間D且投影目標OB例如是使用者的眼睛。投影裝置130利用液晶透鏡元件132a校正裝置配件120因反射面122所產生的像差。具體而言，因反射面122所產生的像差是指反射面122所產生的像差，反射面122可以是平面或曲面。在本範例實施例中，液晶透鏡元件132a可由所屬技術領域的任一種液晶透鏡元件來加以實施，本發明並不加以限制。舉例而言，液晶透鏡元件132a例如是電壓調變焦距的液晶透鏡，其操作及實施方式可以由所屬技術領域的通常知識獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

舉例而言，在本實施例中，頭戴式顯示裝置100例如是安全帽。裝置本體110例如是安全帽的頭盔本體。裝置配件120例如是安全帽的透光面罩。頭盔本體及透光面罩之間所形成的空間D可容置使用者的頭部（未繪示）且提供使用者頭部良好的保護，而投影裝置130內嵌於裝置本體110（頭盔本體）內部。於本實施例中，投影裝置130是配置於裝置本體110（頭盔本體）的上部，則投影光束B從裝置本體110（頭盔本體）的上部由上往下被投射至裝置配件120（透光面罩）的反射面122。其中，安全帽的透光面罩通常設計成可抗風阻的流線外形，若影像光束B未經校正而投射至同樣具有流線形狀的反射面122，容易產生像差，則使用者會看到扭曲的影像。因此，頭戴式顯示裝置100透過液晶透鏡元件132a校正因反射面122所產生的像差，用以提供良好的影像品質。

為使更清楚地表示本實施例的頭載式顯示裝置100，圖1B將投影裝置130的部分以實線繪示，而裝置本體110與裝置配件120的部分係以虛線繪示。請參照圖1B，在本實施例中，裝置配件120係為一具有半穿透半反射功能的合光元件，其用以組合影像光束B與環境光束E，以將影像光束B與環境光束E所組合的影像投射至投影目標OB。換言之，對於本實施例的頭戴式顯示裝置100的使用者來說，其視覺效果是可穿透視式（see-through），也就是說使用者可以同時看到影像光束B所提供的影像內容和環境光束E所提供的背景環境。接著，裝置配件120具有第一側S1與相對於第一側S1的第二側S2。也就是說，裝置配件120的相對兩側S1、S2係為以裝置配件120為中心的兩相對空間。投影目標OB位於裝置配件120的第二側S2且投影光束B是投射於位在第二側S2的反射面122，而環境光束E則是由裝置配件120的第一側S1穿透裝置配件120至第二側S2。應注意的是，投影裝置130所投射的影像光束B在裝置配件120的第一側S1顯示影像，且此影像為虛像。

具體來說，在本實施例中的投影裝置130包括透鏡模組132、控制模組134以及影像源（未繪示），其中透鏡模組132包括液晶透鏡元件132a，而控制模組134與透鏡模組132中的液晶透鏡元件132a電性連接，影像源則發出影像光束B。透鏡模組132配置於影像光束B的光束傳遞路徑上，且透鏡模組132可包括多個透鏡（未繪示），用以將影像光束B投射至裝置配件120的反射面122。於其他實施例中，透鏡模組可包括多個液晶透鏡元件，藉此可減少其他透鏡的數量，亦可達到校正像差的功效。影像光束B的影像內容可以是儀表板上的資訊內容、使用者預先設定的資訊內容或者是其他資訊內容，本發明並不以此為限。接著，本實施例的頭戴式顯示裝置100更包括一輸入介面（未繪示），輸入介面與控制模組134電性連接。使用者可在輸入介面中對控制模組134下達調整液晶透鏡元件132a的透鏡參數的指令，以使控制模組134再使液晶透鏡元件132a改變其透鏡參數（例如是透鏡的折射率，但不以此為限），以校正透鏡模組132中其他透鏡所產生的像差以及反射面122所產生的像差。簡言之，使用者可根據本身的需求以達到動態校正像差，以達到最適合自己的影像品質。例如當使用者將裝置配件120相對於裝置本體110樞轉後，可透過輸入介面調整液晶透鏡元件132a的透鏡參數，用以校正因樞轉後裝置配件120的反射面122所產生的像差。當然，在本實施例中，頭戴式顯示裝置100更可包括如運算模組、儲存模組、通訊模組、電源模組等適當的功能性元件，本發明並不加以限制。

值得一提的是，本實施例的頭戴式顯示裝置100藉由液晶透鏡元件132a可調變的特性，來校正裝置配件120因反射面122所產生的像差。接著，由於裝置配件120、投影裝置130以及裝置本體110具有組裝公差，本實施例的液晶透鏡元件132a也可以藉由其光學上可調變的特性，來校正因組裝所產生的公差而造成的像差，而不需更換整個頭戴式顯示裝置100（例如是安全帽），增加了使用上的彈性。例如使用者若更換裝置配件120，則透過調變液晶透鏡元件132a可校正新的裝置配件120與裝置本體110之間的新的組裝公差所產生的像差。因此，本實施例的頭戴式顯示裝置100所形成的影像具有良好的顯示品質之外，也避免使用較複雜的透鏡模組或離軸光學系統，並不需犧牲原有的安全帽的安全設計，且也具有較小的體積。

綜上所述，本發明的實施例至少具有以下其中一個優點或功效。本發明的實施例的頭戴式顯示裝置藉由投影裝置中的液晶透鏡元件其光學上可調變的特性，校正因裝置配件因反射面所產生的像差或者是校正因裝置配件、投影裝置以及裝置本體的組裝公差所產生的像差，具有良好的顯示品質。接著，使用者可以藉由輸入介面以動態調整液晶透鏡元件的透鏡參數，而不需更換整個安全帽，增加了使用者使用上的便利性及彈性。此外，本發明的實施例的頭戴式顯示裝置避免使用較複雜的透鏡模組或離軸光學系統，具有較小的體積，並不需犧牲原有的安全帽的安全設計。本發明的實施例的頭戴式顯示裝置利用裝置配件來結合影像光束與環境光束，不需要在使用者的眼睛及裝置配件之間配置額外的影像疊合器，可增進安全帽的安全性。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的“第一”、“第二”等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。

100‧‧‧頭戴式顯示裝置

110‧‧‧裝置本體

120‧‧‧裝置配件

122‧‧‧反射面

130‧‧‧投影裝置

132‧‧‧透鏡模組

132a‧‧‧液晶透鏡元件

134‧‧‧控制模組

D‧‧‧空間

B‧‧‧影像光束

E‧‧‧環境光束

S1‧‧‧第一側

S2‧‧‧第二側

OB‧‧‧投影目標

圖1A與圖1B繪示為本發明的一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。

100‧‧‧頭戴式顯示裝置

110‧‧‧裝置本體

120‧‧‧裝置配件

122‧‧‧反射面

130‧‧‧投影裝置

132‧‧‧透鏡模組

132a‧‧‧液晶透鏡元件

134‧‧‧控制模組

D‧‧‧空間

B‧‧‧影像光束

E‧‧‧環境光束

S1‧‧‧第一側

S2‧‧‧第二側

OB‧‧‧投影目標

Claims (8)

1. 一種頭戴式顯示裝置，包括：一裝置本體；一裝置配件，樞設在該裝置本體，包括一反射面；以及一投影裝置，設置在該裝置本體內，適於將一影像光束投射至該裝置配件的該反射面，以及該裝置配件將該影像光束反射至一投影目標，該投影裝置包括一液晶透鏡元件，且該投影裝置利用該液晶透鏡元件來校正該裝置配件因該反射面所產生的像差以及校正因一組裝公差所產生的像差，其中該裝置配件、該投影裝置以及該裝置本體具有該組裝公差。
2. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該裝置配件係一具有半穿透半反射功能的合光元件，用以組合該影像光束以及一環境光束，以將該影像光束以及該環境光束投射至該投影目標。
3. 如申請專利範圍第2項所述的頭戴式顯示裝置，其中該裝置配件具有一第一側以及相對該第一側的一第二側，該投影目標位於該裝置配件的該第二側，以及該環境光束從該裝置配件的該第一側穿透至該第二側。
4. 如申請專利範圍第3項所述的頭戴式顯示裝置，其中該投影裝置將該影像光束投射至該裝置配件的該反射面，以在該裝置配件的該第一側顯示一影像，其中該影像為虛像。
5. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該裝置配件的該反射面係一平面或一曲面。
6. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該投影裝置包括一透鏡模組，用以將該影像光束投射至該裝置配件，以及該透鏡模組包括該液晶透鏡元件。
7. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該頭戴式顯示裝置係一安全帽，該裝置本體係該安全帽的一頭盔本體，以及該裝置配件係該安全帽的一透光面罩。
8. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該投影裝置內嵌於該裝置本體，該投影裝置由上往下投射該影像光束至該裝置配件的該反射面。