TWI612335B - 頭戴式顯示裝置及頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法 - Google Patents

Abstract

一種頭戴式顯示裝置，包含：一頭戴式顯示器，具有一左透鏡、一右透鏡、一左顯示屏幕及一右顯示屏幕；一透鏡位置調整構件，包含連接於該左透鏡及該右透鏡之一第一撥桿，經設置而在受調動時使該左透鏡及該右透鏡個別對於一使用者之左眼及右眼而橫向位移；以及具有一第二撥桿及一像差調整單元之一像差調整構件，訊號連接於該左顯示屏幕、該右顯示屏幕及該第二撥桿，經配置而因應於該第二撥桿的調動而對應一預設的使用者之雙眼視角變化而調整產生在該左顯示屏幕及右顯示屏幕上的一左眼影像及一右眼影像的呈像角度及相對位置。

Description

頭戴式顯示裝置及頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位 方法

本發明係相關於一種頭戴式顯示裝置，特別是相關於一種頭戴式顯示裝置及頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法。

頭戴式顯示器是一種供使用者配戴於頭上的顯示裝置，包含置於使用者眼睛前方的透鏡及顯示屏幕。頭戴式顯示器包括單眼頭戴式顯示器及雙眼頭戴式顯示器，其中單眼頭戴式顯示器包含一組設置於左眼或右眼前的透鏡及顯示屏幕，雙眼頭戴式顯示器則是在左眼及右眼前各設置一組透鏡及顯示屏幕而產生立體視覺效果。許多雙眼頭戴式顯示器的使用者在使用顯示器時會感到頭暈，其中一個原因是顯示器的瞳孔間距值(IPD,Interpupillary Distance)調整不當。正常人眼注視一物體時，通過兩眼瞳孔中心並與視網膜正交的兩條視軸(Visual Axis)為相互平行，若瞳孔間距值調整不當，則使用者注視物體時兩條視軸不平行，形同斜視病人的視角匯聚或發散現象，此視角匯聚或發散的現象造成使用者頭暈。故習知的雙眼頭戴式顯示器包含一可調整左、右透鏡間距的裝置，使分別通過左、右透鏡中心與使用者左、右眼瞳孔中心的左右眼視軸為相互平行。

使用者使用雙眼頭戴式顯示器時會感到頭暈的另一原因是使用者視角產生變化時，雙眼像差調整不當。當使用者雙眼視線的角度產生變化時，會在視網膜上產生不同的像差，然而習知的雙眼頭戴示顯示器並未提供對應使用者視線變化而調整像差的方法，導致配戴雙眼頭戴式顯示器的使用者在雙眼產生視角變化時，腦部因應像差的變化而產生自動調節像差機制，造成頭暈。

另外，人類的左、右眼單獨使用時會產生在垂直方向上的成像位置差異，而雙眼頭戴式顯示器使用者的構造設計為左眼無法看到右眼顯示屏幕的影像、右眼無法看到左眼顯示屏幕的影像，即，配戴雙眼頭戴式顯示器時，兩眼視覺影像會持續存在著垂直方向上的位置差異。然而習知的雙眼頭戴式顯示器並未提供對應該垂直方向成像位置差異而做調整，使得使用者在配戴雙眼頭戴示顯示器時，腦部會不斷控制眼肌將左右眼成像位置做上下調整，試圖將兩眼成像對齊，這樣的腦部與眼肌的自動調節機制也會造成使用者頭暈，甚至因無法判斷正確水平線而產生空間迷向(Spatial Disorientation)，造成身體歪斜甚至跌倒。

因此，習知的雙眼頭戴式顯示器常造成使用者產生暈眩及空間迷向(Spatial Disorientation)，降低使用舒適度。

鑒於上述，本發明的目的在於提供一種頭戴式顯示裝置及頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法，該頭戴式顯示裝置及頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法可因應使用者雙眼的視角變化而進行適當影像調節，以解決習知技術的問題。

本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係提供一種頭戴式顯示裝置，包含：一頭戴式顯示器，具有一左透鏡及一右透鏡，以及對應該左透鏡及該右透鏡之一左顯示屏幕及一右顯示屏幕；一透鏡位置調整構件，包含一第一撥桿，連接於該左透鏡及該右透鏡，該第一撥桿經設置而在受調動時使該左透鏡及該右透鏡個別對於一使用者之左眼及右眼而橫向位移，以使通過該左透鏡中心及該使用者左眼瞳孔中心的一第一視軸與通過該右透鏡中心及該使用者右眼瞳孔中心的一第二視軸為互相平行，並使該第一視軸與該第二視軸分別正交於該左顯示屏幕及該右顯示屏幕；以及一像差調整構件，具有一第二撥桿及一像差調整單元，該像差調整單元訊號連接於該左顯示屏幕及該右顯示屏幕，且該像差調整單元連接於該第二撥桿，該像差調整單元係經配置而因應於該第二撥桿的調動而對應一預設的使用者之雙眼視角變化而調整產生在該左顯示屏幕及右顯示屏幕上的一左眼影像及一右眼影像的呈像角度及相對位置。

在本發明的一實施例中係提供一種頭戴式顯示裝置，該頭戴式顯示裝置更包括一影像垂直位置調整構件，具有連接於該像差調整單元的一第三撥桿，該像差調整單元係經配置而因應於該第三撥桿的調動而對應調整該左眼影像及該右眼影像之垂直方向上的相對位置。

在本發明的一實施例中係提供一種頭戴式顯示裝置，其中該像差調整單元具有一座標轉換元件，該座標轉換元件根據該預設的使用者之雙眼視角變化進行座標轉換運算而產生一調整後左眼影像及一調整後右眼影像。

在本發明的一實施例中係提供一種頭戴式顯示裝置，其中該左眼顯示屏幕及該右眼顯示屏幕為液晶顯示器。

在本發明的一實施例中係提供一種頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法，應用於一頭戴式顯示裝置，該頭戴式顯示裝置包括一頭戴式顯示器以及連接於該頭戴式顯示器的一透鏡位置調整構件及一像差調整構件，該雙眼視覺影像定位方法包含下列步驟：一透鏡位置調整步驟，因應於一使用者對於該透鏡位置調整構件的一第一撥桿之調動，調整該頭戴式顯示器的一左透鏡及一右透鏡之相對位置及相對於該使用者雙眼之位置，以使通過該左透鏡中心及該使用者左眼瞳孔中心的一第一視軸與通過該右透鏡中心及該使用者右眼瞳孔中心的一第二視軸為互相平行，並使該第一視軸與該第二視軸分別正交於對應於該左透鏡之一左顯示屏幕及對應於該右透鏡之一右顯示屏幕；以及一像差調整步驟，因應於該使用者對於該像差調整構件的一第二撥桿之調動，而對應一預設的使用者之雙眼視角變化而調整產生在該左顯示屏幕及右顯示屏幕上的一左眼影像及一右眼影像的呈像角度及相對位置。

在本發明的一實施例中係提供一種頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法，更包括一影像垂直位置調整步驟，因應於一使用者對於該像差調整構件的一第三撥桿之調動而對應調整該左眼影像及該右眼影像之垂直方向上的相對位置。

在本發明的一實施例中係提供一種頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法，其中該像差調整步驟係分別以一左眼影像中心點及一右眼影像中心點為校準點，因應於一使用者參考該校準點而對於該第二撥桿之調動而對應調整該左眼影像及該右眼影像的呈像角度及相對位置，使產生於該左眼影像中心點及該右眼影像中心點的一立體影像為零像差。

在本發明的一實施例中係提供一種頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法，其中該像差調整單元係根據一座標轉換方法而調整產生在該左顯示屏幕及右顯示屏幕上的該左眼影像及該右眼影像的呈像角度及相對位置。

經由本發明所採用之技術手段，本發明的頭戴式顯示器會因應於使用者對於該第二撥桿的調動而對應預設之雙眼視角變化而調整產生在該左顯示屏幕及右顯示屏幕上的一左眼影像及一右眼影像的呈像角度及相對位置，減少使用者因雙眼產生視角變化產生頭暈的現象。另外，本發明的頭戴式顯示器可調整左眼影像及該右眼影像在垂直方向上的相對位置，藉此，本發明的頭戴式顯示裝置額外有彌補左、右眼視覺影像在垂直方向上的位置差異的功效。

100、200‧‧‧頭戴式顯示裝置

10‧‧‧透鏡位置調整構件

20‧‧‧像差調整構件

30‧‧‧影像垂直位置調整構件

50‧‧‧頭戴式顯示器

影像I1、影像I2‧‧‧影像

影像I3、影像I4‧‧‧影像

影像I5、影像I6‧‧‧影像

S100、S200、S210、S300‧‧‧步驟

〔第1a圖〕為顯示根據本發明的第一實施例的一頭戴式顯示裝置的示意圖；〔第1b圖〕為顯示根據本發明的第一實施例的該頭戴式顯示裝置於第一撥桿接受調動前後，左、右顯示屏幕上的左、右眼影像變化示意圖；〔第1c圖〕為顯示根據本發明的第一實施例的該頭戴式顯示裝置於第二撥桿接受調動前後，左、右顯示屏幕上的左、右眼影像變化示意圖；〔第2a圖〕為顯示根據本發明的第二實施例的一頭戴式顯示裝置的示意圖；〔第2b圖〕為顯示根據本發明的第二實施例的該頭戴式顯示裝置於第三撥桿接受調動前後，左、右顯示屏幕上的左、右眼影像變化示意圖；〔第3圖〕為依據本發明之一實施例的頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法的流程圖； 〔第4圖〕為依據本發明之另一實施例的頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法的流程圖。

以下根據第1a圖至第2b圖，而說明本發明的實施方式。該說明並非為限制本發明的實施方式，而為本發明之實施例的一種。

如第1a圖所示，依據本發明的第一實施例的一頭戴式顯示裝置100包含：一頭戴式顯示器50，一透鏡位置調整構件10，及一像差調整構件20。該頭戴式顯示器50具有一左透鏡及一右透鏡(圖中未顯示)，以及對應該左透鏡及該右透鏡之一左顯示屏幕及一右顯示屏幕(圖中未顯示)。該透鏡位置調整構件10包含一第一撥桿，連接於該左透鏡及該右透鏡，該第一撥桿經設置而在受調動時使該左透鏡及該右透鏡個別相對於一使用者之左眼及右眼而橫向位移，以使通過該左透鏡中心及該使用者左眼瞳孔中心的一第一視軸與通過該右透鏡中心及該使用者右眼瞳孔中心的一第二視軸為互相平行，並使該第一視軸與該第二視軸分別正交於該左顯示屏幕及該右顯示屏幕。該像差調整構件20具有一第二撥桿及一像差調整單元(圖中未顯示)，該像差調整單元訊號連接於該左顯示屏幕及該右顯示屏幕，且該像差調整單元連接於該第二撥桿，該像差調整單元係經配置而因應於該第二撥桿的調動而對應一預設的使用者之雙眼視角變化而調整產生在該左顯示屏幕及右顯示屏幕上的一左眼影像及一右眼影像的呈像角度及相對位置。

詳細而言，該左透鏡及該右透鏡為設置於使用者雙眼正前方，且該左顯示屏幕及右顯示屏幕沿該第一視軸及該第二視軸方向而設置於該左、右透 鏡前方。請參考第1a圖，圖中兩虛線圓形為該左、右透鏡在該頭戴式顯示裝置100中的位置。

第1b圖為顯示根據本發明的第一實施例的該透鏡位置調整構件10的第一撥桿接受調動前後，該左、右顯示屏幕上的左、右眼影像變化示意圖。藉由調動第一撥桿可該左、右透鏡為相互接近或相互遠離，圖中該左、右透鏡為受該第一撥桿控制而相互接近，其中影像I1為透鏡位置調整前影像，影像I2為透鏡位置調整後影像。

第1c圖為顯示根據本發明的第一實施例的該像差調整構件20的第二撥桿於接受調動前後，該左、右顯示屏幕上的左、右眼影像變化示意圖，其中影像I3為像差調整前影像，影像I4為像差調整後影像。詳細而言，該像差調整構件儲存有一組預設的使用者視角變化及對應該預設的使用者視角變化的一組像差調整後影像。當雙眼頭戴式顯示裝置的使用者的雙眼產生視角改變，使用者可藉由調動該像差調整構件20的第二撥桿而從該組像差調整後影像中選擇對於使用者為零像差的影像。第1c圖中為顯示使用者注視同一物體時視角變大所做的調整，影像I4為視角相對影像I3視角較大的影像，即，影像I3為從較遠的距離注視該物體而影像I4為從較近的距離注視該物體。

如第2a圖所示，依據本發明的第二實施例的頭戴式顯示裝置200更包括一影像垂直位置調整構件30，具有連接於該像差調整單元的一第三撥桿，該像差調整單元係經配置而因應於該第三撥桿的調動而對應調整一左眼影像及該右眼影像之垂直方向上的相對位置。

請參考第2b圖。第2b圖為顯示根據本發明的第二實施例的該影像垂直位置調整構件30的第三撥桿於接受調動前後，該左、右眼影像的變化示意圖， 其中影像I5為影像垂直位置調整前影像，影像I6為影像垂直位置調整後影像。更精確地說，該影像垂直位置調整構件30係將該左、右眼影像在垂直方向上的位置調整為一致。

依據本發明的頭戴式顯示裝置100，該像差調整單元具有一座標轉換元件(圖中未顯示)，該座標轉換元件根據該預設的使用者之雙眼視角變化進行座標轉換運算而產生一調整後左眼影像及一調整後右眼影像。詳細而言，該座標轉換元件係利用3D繪圖應用程式界面OpenGL而使用矩陣來執行座標轉換，其中使用到的參數包括左右眼的位置、依據兩眼視線夾角所得之左、右眼睛視線方向、注視目標物的變換方式例如平移、旋轉、放大及縮小，以及以注視目標物系統建立之注視目標物座標。經過座標轉換後所得即為注視目標物在使用者雙眼之座標系統下的座標，最後，該座標轉換元件對於注視目標物在使用者雙眼之座標系統下的座標執行透視投影轉換(Perspective Projection)，即將三維空間的座標資料投影至二維平面，而得到該調整後左眼影像及該調整後右眼影像。

依據本發明的頭戴式顯示裝置100中，該左眼顯示屏幕及該右眼顯示屏幕為液晶顯示器。

第3圖係顯示依據本發明的一實施例的一種頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法的流程圖，該方法應用於一頭戴式顯示裝置，該頭戴式顯示裝置包括一頭戴式顯示器以及連接於該頭戴式顯示器的一透鏡位置調整構件及一像差調整構件，該雙眼視覺影像定位方法包含下列步驟：一透鏡位置調整步驟S100，因應於一使用者對於該透鏡位置調整構件的一第一撥桿之調動，調整該頭戴式顯示器的一左透鏡及一右透鏡之相對位置及相對於該使用者雙眼之 位置，以使通過該左透鏡中心及該使用者左眼瞳孔中心的一第一視軸與通過該右透鏡中心及該使用者右眼瞳孔中心的一第二視軸為互相平行，並使該第一視軸與該第二視軸分別正交於對應於該左透鏡之一左顯示屏幕及對應於該右透鏡之一右顯示屏幕；以及一像差調整步驟S200，因應於該使用者對於該像差調整構件的一第二撥桿之調動，而對應一預設的使用者之雙眼視角變化而調整產生在該左顯示屏幕及右顯示屏幕上的一左眼影像及一右眼影像的呈像角度及相對位置。

本發明的頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法中的步驟不限於上述順序，在其他實施例中，S100及S200的順序可對調。

第4圖係顯示依據本發明的另一實施例的一種頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法的流程圖，其中該雙眼視覺影像定位方法中的一像差調整步驟係S210分別以一左眼影像中心點及一右眼影像中心點為校準點，因應於一使用者參考該校準點而對於一第二撥桿之調動而對應調整一左眼影像及一右眼影像的呈像角度及相對位置，使產生於該左眼影像中心點及該右眼影像中心點的一立體影像為零像差。本實施例中，該雙眼視覺影像定位方法更包括一影像垂直位置調整步驟S300，因應於一使用者對於該像差調整構件的一第三撥桿之調動而對應調整該左眼影像及該右眼影像之垂直方向上的相對位置。在其他實施例中，S100、S210及S300的順序可相互對調。

依據本發明的雙眼視覺影像定位方法，該像差調整單元係根據一座標轉換方法而調整產生在該左顯示屏幕及右顯示屏幕上的該左眼影像及該右眼影像的呈像角度及相對位置。

依據本發明的雙眼視覺影像定位方法，其中該像差調整步驟係分別以一左眼影像中心點及一右眼影像中心點為校準點，因應於一使用者參考該校準點而對於該第二撥桿之調動而對應調整該左眼影像及該右眼影像的呈像角度及相對位置，使產生於該左眼影像中心點及該右眼影像中心點的一立體影像為零像差。更詳細地說，該像差調整步驟係以左、右眼影像中心點為校準點，讓使用者在調動該第二撥桿時可專注於影像中心而選擇零像差的影像，縮短校對時間。

本發明的雙眼視覺影像定位方法中，該像差調整單元係根據一座標轉換方法而調整產生在該左顯示屏幕及右顯示屏幕上的該左眼影像及該右眼影像的呈像角度及相對位置。

經由上述技術手段，本發明的頭戴式顯示裝置100利用該像差調整單元因應於使用者對於該第二撥桿的調動而對應預設之雙眼視角變化而調整產生在該左顯示屏幕及右顯示屏幕上的一左眼影像及一右眼影像的呈像角度及相對位置，減少使用者因雙眼產生視角變化產生頭暈的現象。而藉由該影像垂直位置調整構件30的第三撥桿的設置，本發明的頭戴式顯示裝置100可因應於使用者對該第三撥桿的調動而對應調整該左眼影像及該右眼影像之垂直方向上的相對位置，而使本發明的頭戴式顯示裝置100額外有彌補左、右眼視覺影像在垂直方向上的位置差異的功效。

以上之敘述以及說明僅為本發明之較佳實施例之說明，對於此項技術具有通常知識者當可依據以下所界定申請專利範圍以及上述之說明而作其他之修改，惟此些修改仍應是為本發明之發明精神而在本發明之權利範圍中。

100‧‧‧頭戴式顯示裝置

10‧‧‧透鏡位置調整構件

20‧‧‧像差調整構件

50‧‧‧頭戴式顯示器

Claims (8)

1. 一種頭戴式顯示裝置，包含：一頭戴式顯示器，具有一左透鏡及一右透鏡，以及對應該左透鏡及該右透鏡之一左顯示屏幕及一右顯示屏幕；一透鏡位置調整構件，包含一第一撥桿，連接於該左透鏡及該右透鏡，該第一撥桿經設置而在受調動時使該左透鏡及該右透鏡個別相對於一使用者之左眼及右眼而橫向位移，以使通過該左透鏡中心及該使用者左眼瞳孔中心的一第一視軸與通過該右透鏡中心及該使用者右眼瞳孔中心的一第二視軸為互相平行，並使該第一視軸與該第二視軸分別正交於該左顯示屏幕及該右顯示屏幕；以及一像差調整構件，具有一第二撥桿及一像差調整單元，該像差調整單元訊號連接於該左顯示屏幕及該右顯示屏幕，且該像差調整單元連接於該第二撥桿，該像差調整單元係經配置而因應於該第二撥桿的調動而對應一預設的使用者之雙眼視角變化而調整產生在該左顯示屏幕及右顯示屏幕上的一左眼影像及一右眼影像的轉動角度以呈像。
2. 如申請專利範圍第1項之頭戴式顯示裝置，更包括一影像垂直位置調整構件，具有連接於該像差調整單元的一第三撥桿，該像差調整單元係經配置而因應於該第三撥桿的調動而對應調整該左眼影像及該右眼影像之垂直方向上的相對位置。
3. 如申請專利範圍第1項之頭戴式顯示裝置，其中該像差調整單元具有一座標轉換元件，該座標轉換元件根據該預設的使用者之雙眼視角變化進行座標轉換運算而產生一調整後左眼影像及一調整後右眼影像。
4. 如申請專利範圍第1項之頭戴式顯示裝置，其中該左眼顯示屏幕及該右眼顯示屏幕為液晶顯示器。
5. 一種頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法，應用於一頭戴式顯示裝置，該頭戴式顯示裝置包括一頭戴式顯示器以及連接於該頭戴式顯示器的一透鏡位置調整構件及一像差調整構件，該雙眼視覺影像定位方法包含下列步驟：一透鏡位置調整步驟，因應於一使用者對於該透鏡位置調整構件的一第一撥桿之調動，調整該頭戴式顯示器的一左透鏡及一右透鏡之相對位置及相對於該使用者雙眼之位置，以使通過該左透鏡中心及該使用者左眼瞳孔中心的一第一視軸與通過該右透鏡中心及該使用者右眼瞳孔中心的一第二視軸為互相平行，並使該第一視軸與該第二視軸分別正交於對應於該左透鏡之一左顯示屏幕及對應於該右透鏡之一右顯示屏幕；以及一像差調整步驟，因應於該使用者對於該像差調整構件的一第二撥桿之調動，而對應一預設的使用者之雙眼視角變化而調整產生在該左顯示屏幕及右顯示屏幕上的一左眼影像及一右眼影像的轉動角度以呈像。
6. 如申請專利範圍第5項之頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法，更包括一影像垂直位置調整步驟，因應於一使用者對於該像差調整構件的一第三撥桿之調動而對應調整該左眼影像及該右眼影像之垂直方向上的相對位置。
7. 如申請專利範圍第5項之頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法，其中該像差調整步驟係分別以一左眼影像中心點及一右眼影像中心點為校準點，因應於一使用者參考該校準點而對於該第二撥桿之調動而對應調整該左 眼影像及該右眼影像的呈像角度及相對位置，使產生於該左眼影像中心點及該右眼影像中心點的一立體影像為零像差。
8. 如申請專利範圍第5項之頭戴式顯示裝置之雙眼視覺影像定位方法，其中該像差調整單元係根據一座標轉換方法而調整產生在該左顯示屏幕及右顯示屏幕上的該左眼影像及該右眼影像的呈像角度及相對位置。