TWI591379B - 具視力補償之頭戴式顯示裝置 - Google Patents

Description

具視力補償之頭戴式顯示裝置

本發明係有關於一種頭戴式顯示器，特別是關於一種可調整異常視力的頭戴式顯示器。

頭戴式顯示器(Head mounted display，HMD)是一種用於近距離顯示圖片與影像的光學產品，利用光路調整顯示器的訊號，再經過光學組件分別送到雙眼或單眼，而產生畫面。一般頭戴式顯示器是需要配戴眼鏡才能夠觀賞的，但對於使用者來說，同時佩戴眼鏡以及頭戴式顯示器會讓使用者不舒適。一種不需要戴眼鏡觀賞的方式為手動調整頭戴顯示器上正透鏡鏡組的位置，然而，對於使用者來說，用手動微調正透鏡鏡組使其符合使用者近遠視的度數是相當困難。

本發明目的之一係提供一種具視力補償之頭戴式顯示器，利用結合區段式粗調整及液晶透鏡模組的電控折射率變化的微調整來達成更大度數(包含散光)的調整範圍。

本發明提供一種具視力補償之頭戴式顯示裝置，包含：一顯示模組、一透鏡模組、一調整構件。顯示模組，其用以顯示一影像。透鏡模組，其設置於顯示模組之一出光光路，用以形成影像之一放大影像以供一使用者觀看，其中透鏡模組包含：一正透鏡模組；以及一液晶透鏡構件，其與正透鏡模組整合在一起。調整構件，其與透鏡模組連接，用以選擇性調整正透鏡模組以及液晶透鏡構件至少其中之一者的位置，以補償使用者之一異常視力。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明主要提供一種具視力補償之頭戴式顯示裝置，包含：一顯示模組、一透鏡模組、一調整構件。其中透鏡模組含一正透鏡模組；以及一液晶透鏡構件。調整構件，其與透鏡模組連接，用以選擇性調整正透鏡模組以及液晶透鏡構件至少其中之一者的位置，以補償使用者之一異常視力。以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際的尺寸或數量，不相關的細節未完全繪出，以求圖式的簡潔。

首先，請參考圖1所示，圖1為本發明一實施例之頭戴式顯示器的結構示意圖。如圖所示，一種具視力補償之頭戴式顯示裝置1，包含：一顯示模組10、一透鏡模組12、一調整構件14。顯示模組10，其用以顯示一影像。透鏡模組12，其設置於顯示模組10之一出光光路P，用以形成影像之一放大影像以供一使用者2觀看，其中透鏡模組12包含：一正透鏡模組120，於此實施例中，其包含多個光學透鏡1202；以及一液晶透鏡構件122，其與正透鏡模組120整合在一起。調整構件14，其與透鏡模組12連接，用以選擇性調整正透鏡模組120以及液晶透鏡構件122至少其中之一者的位置(如圖2A、圖2B)，以補償使用者2之一異常視力。於一實施例中，異常視力為一近視、一遠視及一散光至少其中之一，而補償使用者之該異常視力之度數範圍包含-400度至0度或者0度至400度。本發明能讓使用者輕易且有效調整度數以符合各使用者需求。

承上，於又一實施例中，液晶透鏡構件所設置的位置可如圖1、圖3A、圖3B所示，液晶透鏡構件122可設置於正透鏡模組120之一出光表面(圖1)1203或一入光表面1201(如圖3A)。甚至，液晶透鏡構件122是設置於多個光學透鏡1202之間(如圖3B)。

接續上述，於一 實施例中，調整構件14包含一調整輪(圖中未示)，用以供使用者以人力驅動調整正透鏡模組120以及液晶透鏡構件122至少其中之一者的位置。於又一實施例中，調整構件14亦可利用電力驅動調整正透鏡模組以及液晶透鏡構件至少其中之一者的位置。甚至，於又一實施例中，如調整構件是以電力驅動，則調整構件14包含一無線通訊模組(圖中未示)，用以接收該使用者無線輸入之一調整指令。上述調整構件皆可同時或分別調整於正透鏡模組120以及液晶透鏡構件122。再一實施例中，調整構件更包含一控制鈕(圖中未示)來調整施加於液晶透鏡構件的電壓。於一實際使用的範例中，頭戴式顯示裝置之外殼上可包含一度數設定介面，此度數設定介面可為手動輸入或是無線感應輸入，如語音、藍芽或Wifi控制，於一實施例中，當使用者設定完成後，可手動調整正透鏡模組120及或的液晶透鏡構件122位置，再按下控制鈕以液晶透鏡模組施　加電壓後產生所需的度數。於又一實施例中，當使用者設定完成後，使用者直接按下電控鈕調整正透鏡模組120及或的液晶透鏡構件122位置，再按下控制鈕以液晶透鏡模組施加電壓後產生所需的度數。

如圖4A及圖4B所示，其為本發明一操作範例，於一實施例中，調整構件包含但不限於設定為兩段式移動，例如可將透鏡模組12調整至位置A(如圖4A，此實施例定義離顯示模組10的距離A為位置B)以及位置B(如圖4B，此實施例定義離顯示模組10的距離B為位置B)，而位置 A可用來校正近視；位置B用來校正遠視，從位置A到位置B系統會多得到4D的離散(discrete)度數校正。對於使用者來說，如要調整近視及散光或遠視及散光的度數，可透過調整施加於液晶透鏡模組122的電壓來達到度數的調變，例如位置A可校正的近視度數為0度～-400度(如圖中所示之0D～-4D(diopter，屈光度)，包含近視散光)；而位置B可校正遠視度數為0度～400度(如圖中所示之度數0D～4D，包含遠視散光)。 如此一來，如原本液晶透鏡模組所提供的屈光力變化最大值為正4屈光度(diopter)，則本發明一實施例之兩段式操作就可以涵蓋負4屈光度～正4屈光度。因此，由此可知，如將調整構件設計成更多段式的操作則可以將液晶透鏡模組涵蓋的矯正範圍更多。

於一實施例中，如圖5所示，正透鏡模組120包含一反射鏡1204。而具視力補償之頭戴式顯示裝置1更包含一分光構件16設置於透鏡模組12之出光側或顯示模組10以及透鏡模組12之間。其中分光構件16包含分光鏡162、偏振分光鏡164至少其中一個。於一實施例中，顯示模組10包含但不限於反射式矽基板液晶顯示面板(LCoS panel，Liquid Crystal on  Silicon panel)或微顯示器(microdisplay)。

於再一實施例中，具視力補償之頭戴式顯示裝置更包含：一導光構件設置於透鏡模組之出光側，如圖6所示。導光構件18包含但不限於一波導元件182及至少一繞射元件184，且繞射元件184設置於波導元件182的出光表面及入光表面。其中如何調整度數的技術手段已描述於上述的實施例中，故圖5、圖6之實施例即不再贅述。

綜合上述，本發明提出一種具視力補償之頭戴式顯示裝置，利用結合區段式粗調整及液晶透鏡模組的電控折射率變化的微調整來達成更大度數(包含散光)的調整範圍。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1‧‧‧頭戴式顯示裝置
10‧‧‧顯示模組
12‧‧‧透鏡模組
120‧‧‧正透鏡模組
1201‧‧‧出光表面
1202‧‧‧光學透鏡
1203‧‧‧入光表面
1204‧‧‧反射鏡
122‧‧‧液晶透鏡構件
14‧‧‧調整構件
16‧‧‧分光構件
162‧‧‧分光鏡
164‧‧‧偏振分光鏡
18‧‧‧導光構件
182‧‧‧波導元件
184‧‧‧繞射元件
2‧‧‧使用者
P‧‧‧出光光路
A‧‧‧位置
B‧‧‧位置

圖1為本發明一實施例之具視力補償之頭戴式顯示器的結構示意圖。 圖2A、圖2 B為本發明不同實施例之具視力補償之頭戴式顯示器的結構示意圖。 圖3A、圖3 B為本發明一實施例之透鏡模組的配置示意圖。 圖4A、圖4B為本發明一實施例之操作範例的示意圖。 圖5為本發明一實施例之具視力補償之頭戴式顯示器的結構示意圖。 圖6為本發明又一實施例之具視力補償之頭戴式顯示器的結構示意圖。

1‧‧‧頭戴式顯示裝置

10‧‧‧顯示模組

12‧‧‧透鏡模組

120‧‧‧正透鏡模組

1202‧‧‧光學透鏡

1203‧‧‧入光表面

122‧‧‧液晶透鏡構件

14‧‧‧調整構件

2‧‧‧使用者

P‧‧‧出光光路

Claims (17)

1. 一種具視力補償之頭戴式顯示裝置，包含： 一顯示模組，用以顯示一影像； 一透鏡模組，其設置於該顯示模組之一出光光路，用以形成該影像之一放大影像以供一使用者觀看，其中該透鏡模組包含： 一正透鏡模組；以及 一液晶透鏡構件，其與該正透鏡模組整合在一起；以及 一調整構件，其與該透鏡模組連接，用以選擇性調整該正透鏡模組以及該液晶透鏡構件至少其中之一者的位置，以補償該使用者之一異常視力。
2. 如請求項1所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中該正透鏡模組包含多個光學透鏡。
3. 如請求項2所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中該液晶透鏡構件設置於該多個光學透鏡之間。
4. 如請求項1所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中正透鏡模組包含一反射鏡。
5. 如請求項1所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中該液晶透鏡構件設置於該正透鏡模組之一出光表面或一入光表面。
6. 如請求項1所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中該異常視力為一近視、一遠視及一散光至少其中之一。
7. 如請求項1所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中補償該使用者之該異常視力之度數範圍包含-400度至0度。
8. 如請求項1所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中補償該使用者之該異常視力之度數範圍包含0度至400度。
9. 如請求項1所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中該調整構件包含一調整輪，用以供該使用者以人力驅動調整該正透鏡模組以及該液晶透鏡構件至少其中之一者的位置。
10. 如請求項1所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中該調整構件以電力驅動調整該正透鏡模組以及該液晶透鏡構件至少其中之一者的位置。
11. 如請求項10所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中該調整構件包含一無線通訊模組，用以接收該使用者無線輸入之一調整指令。
12. 如請求項1所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中該調整構件更包含一控制器，用以調整施加於該液晶透鏡模組上的電壓。
13. 如請求項1所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中該頭戴式顯示裝置包含一度數設定介面，此該度數設定介面可為手動輸入或是無線感應輸入。
14. 如請求項1所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，更包含： 一分光構件，其設置於該透鏡模組之出光側或該顯示模組以及該透鏡模組之間。
15. 如請求項14所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中該分光構件包含分光鏡、偏振分光鏡至少其中一個。
16. 如請求項1所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，更包含： 一導光構件，其設置於該透鏡模組之出光側。
17. 請求項16所述之具視力補償之頭戴式顯示裝置，其中該導光元件包含一波導元件及至少一繞射元件，且該繞射元件設置於該波導元件的出光表面及入光表面。