TWI614524B - 頭戴式顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種頭戴式顯示裝置，包含第一光源、第二光源、光轉向稜鏡、影像輸出模組、第一目鏡組與第二目鏡組。第一光源係用以發射第一光束。第二光源係用以發射第二光束。影像輸出模組係用以接收第一光束與第二光束，且分別產生帶有對應影像資訊的第一影像光束與第二影像光束。光轉向稜鏡係用以改變第一光束從第一光源往影像輸出模組之行進方向，且改變第二光束從第二光源往影像輸出模組之行進方向。第一目鏡組係用以將第二影像光束成像至第一目標位置。第二目鏡組係用以將第一影像光束成像至第二目標位置。第一光源係設置於光轉向稜鏡與第一目鏡組之間，且第二光源係設置光轉向稜鏡與第二目鏡組之間。

Description

頭戴式顯示裝置

本揭露係關於一種頭戴式顯示裝置，特別係關於一種頭戴式立體顯示器。

近年來，隨著虛擬實境(Virtual Reality；VR)的技術蓬勃發展，能呈現立體視覺顯示的光學產品已成為消費市場上的注目焦點。傳統上，頭戴式顯示裝置可分別提供不同的影像至使用者之左眼與右眼，使得使用者之左眼與右眼可分別接收不同的影像資訊，再利用人類的兩眼視差，從而觀看到立體的影像。然而，傳統頭戴式立體顯示器之結構複雜、體積龐大且厚重，影響使用者於配戴時的方便度與舒適度。

本揭露提供一種頭戴式顯示裝置，其可提供廣視場立體影像的顯示效果，且可減少頭戴式顯示裝置之尺寸，從而可提升配戴的方便與舒適度。

依據本揭露之部分實施方式，包含第一光源、第二光源、光轉向稜鏡、影像輸出模組、第一目鏡組與第二目鏡組。第一光源係用以發射第一光束。第二光源係用以發射第二光束。影像輸出模組係用以接收第一光束與第二光束，且分別產生帶有對應影像資訊的第一影像光束與第二影像光束。光轉向稜鏡係用以改變第一光束從第一光源往影像輸出模組之行進方向，且改變第二光束從第二光源往影像輸出模組之行進方向。第一目鏡組係用以將第二影像光束成像至第一目標位置。第二目鏡組係用以將第一影像光束成像至第二目標位置。第一光源係設置於光轉向稜鏡與第一目鏡組之間，且第二光源係設置光轉向稜鏡與第二目鏡組之間。

於本揭露之多個實施方式中，藉由光轉向稜鏡與影像輸出模組之配置，第一光源係設置於第一目鏡組與光轉向稜鏡之間，且第二光源係設置於第二目鏡組與光轉向稜鏡之間，因此，頭戴式顯示裝置於水平方向與垂直方向的結構設置可較緊密，從而降低頭戴式顯示裝置所需的體積，俾利於縮小頭戴式顯示裝置。此外，依據本揭露之頭戴式顯示裝置之各個元件與模組的配置與選用，頭戴式顯示裝置可提供使用者廣視場(field of view)之立體影像。

以上所述僅係用以闡述本揭露所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本揭露之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

以下將以圖式及詳細說明清楚說明本揭露之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本揭露之實施例後，當可由本揭露所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本揭露之精神與範圍。

另外，空間相對用語，如「下」、「下方」、「低」、「上」、「上方」等，是用以方便描述一元件或特徵與其他元件或特徵在圖式中的相對關係。除了圖式中所示之方位以外，這些空間相對用語亦可用來幫助理解元件在使用或操作時的不同方位。當元件被轉向其他方位（例如旋轉90度或其他方位）時，本文所使用的空間相對敘述亦可幫助理解。此外，本文中「A元件光學耦合B元件」之敘述除了代表通過或來自A元件之光束可直接進入B元件外，只要通過或來自A元件之光束可進入B元件，則亦允許A元件與B元件之間存在其他的光學元件。相似地，本文中「A元件係光學耦合於B元件與C元件之間」之敘述代表只要光束可通過A元件、B元件及C元件，則亦不排除其他光學元件存在於A元件、B元件與C元件之間。

同時參照第1圖與第2圖。第1圖為依據本揭露之部分實施方式之頭戴式顯示裝置之立體示意圖。第2圖為依據本揭露之部分實施方式之頭戴式顯示裝置於不同視角之立體示意圖。於本揭露之部分實施方式中，頭戴式顯示裝置10包含第一光源100、第二光源200、光轉向稜鏡300、場透鏡組(field lens)400、影像輸出模組500、第一目鏡組600與第二目鏡組700。第一光源100係用以發射第一光束L1。第二光源200係用以發射第二光束L2。影像輸出模組500係用以接收第一光束L1與第二光束L2，且分別產生帶有對應影像資訊的第一影像光束I1與第二影像光束I2。光轉向稜鏡300係光學耦合於第一光源100與場透鏡組400之間，且光學耦合於第二光源200與場透鏡組之間。光轉向稜鏡300係用以改變第一光束L1從第一光源100往影像輸出模組500的行進方向，且改變第二光束L2從第二光源200往影像輸出模組500的行進方向。第一目鏡組600係用以將第二影像光束I2成像至第一目標位置P1。第二目鏡組700係用以將第一影像光束I1成像至第二目標位置P2。第一光源100係設置於光轉向稜鏡300與第一目鏡組600之間，且第二光源200係設置光轉向稜鏡300與第二目鏡組700之間。如此一來，頭戴式顯示裝置10可分別提供使用者之左眼與右眼不同的影像資訊(亦即第一影像光束I1與第二影像光束I2)，隨後左眼與右眼所接收的影像資訊可在使用者的大腦中組合，進而產生立體影像的效果。

更詳細地說，於部分實施方式中，場透鏡組400係光學耦合於光轉向稜鏡300與影像輸出模組500之間，場透鏡組400可用以調整第一光束L1至影像輸出模組500的入射角，使得第一光束L1之光路與第一影像光束I1之光路可被分隔。相似地，場透鏡組400亦可用以調整第二光束L2至影像輸出模組500的入射角，使得第二光束L2之光路與第二影像光束I2之光路可被分隔。如此一來，藉由搭配設置光轉向稜鏡300與場透鏡組400，在第一光束L1與第一影像光束I1彼此並不相交的前提下，第一光源100所在的水平高度與第一目鏡組600所在的水平高度可實質上不同，且第一目鏡組600所在的水平高度與影像輸出模組500所在的水平高度可實質上相同。相似地，在第二光束L2與第二影像光束I2彼此並不相交的前提下，第二光源200所在的水平高度與第二目鏡組700所在的水平高度可實質上不同，且第二目鏡組700所在的水平高度與影像輸出模組500所在的水平高度可實質上相同。如此一來，如第1及2圖所示，頭戴式顯示裝置10於水平方向D1與垂直方向D2的結構設置可較緊密，從而降低頭戴式顯示裝置10所需的體積，利於縮小頭戴式顯示裝置10。

於部分實施方式中，如第1及2圖所示，光轉向稜鏡300包含具有第一轉向面312與第二轉向面314，第一轉向面312與第二轉向面314相交。第一轉向面312係用以藉由反射的方式改變第二光束L2的行進方向，且第二轉向面314係用以藉由反射的方式改變第一光束L1的前進方向。第一轉向面312比第二轉向面314更靠近第一光源100，且第二轉向面314比第一轉向面312更靠近第二光源200。亦即，第一光源100係相對第二光源200靠近第一轉向面312，且第二光源200係相對第一光源100靠近第二轉向面314。進一步來說，第一光源100具有一發光面110，且第二光源200具有一發光面210。第一光源100之發光面110係朝向光轉向稜鏡300之第一轉向面312，第二光源200之發光面210係朝向光轉向稜鏡300之第二轉向面314。換句話說，第一光源100之發光面110與第二光源200之發光面210係互相面對的，發光面110之延伸面與發光面210之延伸面可形成一夾角，此夾角係小於180°。

參照第3圖。第3圖為依據本揭露之部分實施方式之頭戴式顯示裝置10於之第一光源100之光路示意圖。值得注意的是，第3圖省略繪示第二光源200僅係用以更清楚地說明第一光源100之光路。在實際應用上，第一光源100與第二光源200係同時存在，且第二光源200係位於第二目鏡單元710的上方。於部分實施方式中，來自第一光源100之第一光束L1係藉由第二轉向面314反射而轉向至影像輸出模組500。更詳細地說，當第一光源100發射第一光束L1時，第一光束L1可穿透光轉向稜鏡300之第一轉向面312而前進至第二轉向面314，第二轉向面314可反射第一光束L1，使得第一光束L1可朝著光轉向稜鏡300與場透鏡組400的排列方向D1前進而抵達影像輸出模組500。

參照第4圖。第4圖為依據本揭露之部分實施方式之頭戴式顯示裝置10之第二光源200之光路示意圖。值得注意的是，第4圖省略繪示第一光源100僅係用以更清楚地說明第二光源200之光路。在實際應用上，第一光源100與第二光源200係同時存在，且第一光源100係位於第一目鏡單元610的上方。於部分實施方式中，來自第二光源200之第二光束L2係藉由第一轉向面312轉向至影像輸出模組500。當第二光源200發射第二光束L2時，第二光束L2可穿透光轉向稜鏡300之第二轉向面314而前進至第一轉向面312，第一轉向面312可反射第二光束L2，使得第二光束L2可朝著光轉向稜鏡300與場透鏡組400的排列方向D1前進而抵達影像輸出模組500。也就是說，藉由光轉向稜鏡300，第一光束L1與第二光束L2可被轉向而朝著影像輸出模組500前進。

於部分實施方式中，如第3圖所示，光轉向稜鏡300之第二轉向面314至影像輸出模組500的距離係沿著第一光源100往第二光源200的方向D3減少的。亦即，第二轉向面314具有法向量N2，此法向量N2係朝向圖中左上方。如此一來，依據光的反射定律，入射光與反射光會各自在法向量的兩側，故當第一光束L1穿透第一轉向面312且抵達第二轉向面314時，第二轉向面314可反射第一光束L1，使得第一光束L1的前進方向從朝著圖中的右上方轉向為朝著方向D1而抵達影像輸出模組500。

相似地，如第4圖所示，光轉向稜鏡300之第一轉向面312至影像輸出模組500的距離係沿著第一光源100往第二光源200的方向D3增加的。也就是說，第一轉向面312具有法向量N1，且此法向量N1係朝向圖中右上方。如此一來，依據光的反射定律，當第二光束L2穿透第二轉向面314且抵達第一轉向面312時，第一轉向面312可反射第二光束L2，使得第二光束L2的前進方向從朝著圖中的左上方轉向為朝著方向D1而抵達影像輸出模組500。

於部分實施方式中，如第3及4圖所示，頭戴式顯示裝置10包含一連接面316，連接面316連接第一轉向面312與第二轉向面314。舉例而言，連接面316、第一轉向面312與第二轉向面314可依序連接而形成如第3及4圖中的三角形俯視圖案。影像輸出模組500之出光路徑係通過連接面316。進一步來說，如第3圖所示，當影像輸出模組500接收第一光束L1時，影像輸出模組500可轉換第一光束L1為帶有對應影像資訊的第一影像光束I1。隨後，來自影像輸出模組500之第一影像光束I1係藉由光轉向稜鏡300之第一轉向面312反射而轉向至第二目鏡組700。更詳細地說，第一影像光束I1可依序通過場透鏡組400與連接面316而被導引至第一轉向面312，第一轉向面312係經設計以改變第一影像光束I1的前進方向，使得第一影像光束I1可朝著第二目鏡組700的方向前進。相似地，如第4圖所示，當影像輸出模組500接收第二光束L2時，影像輸出模組500可轉換第二光束L2為帶有對應影像資訊的第二影像光束I2。隨後，來自影像輸出模組500之第二影像光束I2係藉由光轉向稜鏡300之第二轉向面314反射而轉向至第一目鏡組600。換句話說，第二影像光束I2可依序通過場透鏡組400與連接面316而被導引至第二轉向面314，第二轉向面314係經設計以改變第二影像光束I2的前進方向，使得第二影像光束I2可朝著第一目鏡組600的方向前進。

於部分實施方式中，由於光轉向稜鏡300之第一轉向面312至影像輸出模組500的距離係沿著第一目鏡組600與第二目鏡組700的排列方向D3增加的，且光轉向稜鏡300之第二轉向面314至影像輸出模組500的距離係沿著第一目鏡組600與第二目鏡組700的排列方向D3減少的。因此，如第3圖所示，依據光的反射定律，入射光與反射光會各自在法向量的兩側，第一轉向面312可改變第一影像光束I1的行進方向，使得第一影像光束I1的前進方向係從朝著第一轉向面312轉向為朝著第二轉向面314。相似地，如第4圖所示，第二轉向面314亦可改變第二影像光束I2的行進方向，使得第二影像光束I2的前進方向係從朝著第二轉向面314轉向為朝著第一轉向面312。

值得注意的是，第3圖與第4圖係繪示頭戴式顯示裝置10的俯視光路圖，因此，第3圖中的第一光束L1與第一影像光束I1係相交於光轉向稜鏡300中，第4圖中的第二光束L2與第二影像光束I2係相交於光轉向稜鏡300中。然而，在實際應用中，如第1圖所示，第一光束L1與第一影像光束I1於垂直方向D2係彼此分離的，且第二光束L2與第二影像光束I2於垂直方向D2係彼此分離的。於部分實施方式中，如第3及4圖所示，光轉向稜鏡300包含第一穿透輔助元件320與第二穿透輔助元件330。第一穿透輔助元件320係設置於光轉向稜鏡300之第一轉向面312與第一目鏡組600之間，且第二穿透輔助元件330係設置於光轉向稜鏡300之第二轉向面314與第二目鏡組700之間。第一穿透輔助元件320可用以幫助第一影像光束I1往第二目鏡組700前進，且第二穿透輔助元件330可用以幫助第二影像光束I2往第一目鏡組600前進。

於部分實施方式中，如第3圖所示，轉向稜鏡光轉向稜鏡300與第一穿透輔助元件320之間至少存在一空氣介面322。如此一來，當第二光束L2傳遞至光轉向稜鏡300之第一轉向面312時，第二光束L2便會於第一轉向面312發生全反射，亦即第二光束L2會全反射至影像輸出模組500。相似地，第一影像光束I1於第一轉向面312之入射角係經設計而大於臨界角，故第一影像光束I1便會於第一轉向面312發生全反射，亦即第一影像光束I1會全反射至第二目鏡組700。

相似地，於部分實施方式中，如第4圖所示，轉向稜鏡光轉向稜鏡300與第二穿透輔助元件330之間至少存在一空氣介面332。如此一來，當第一光束L1傳遞至光轉向稜鏡300之第二轉向面314時，第一光束L1便會於第二轉向面314發生全反射，亦即第一光束L1會全反射至影像輸出模組500。相似地，第二影像光束I2於第二轉向面314之入射角係經設計而大於臨界角，故第二影像光束I2便會於第二轉向面314發生全反射，亦即第二影像光束I2會全反射至第一目鏡組600。

舉例而言，於部分實施方式中，第一穿透輔助元件320可為稜鏡、或其他適當的光學元件。光轉向稜鏡300與第一穿透輔助元件320係藉由黏著膠連接，黏著膠係設置於第一穿透輔助元件320的邊緣處，且黏著膠中可摻雜間隔物(例如：小珠子)，以使得光轉向稜鏡300與第一穿透輔助元件320的中央處可相隔至少一間隙(例如：奈米等級之間隙)，且此間隙中存在空氣介質，亦即空氣介面。如此一來，空氣介面322可幫助抵達第一轉向面312之第一影像光束I1與第二光束L2全反射，但本揭露不以此為限。相似地，於部分實施方式中，第二穿透輔助元件330可為稜鏡、或其他適當的光學元件。光轉向稜鏡300與第二穿透輔助元件330亦可藉由黏著膠連接，以使得光轉向稜鏡300與第二穿透輔助元件320的中央處可相隔至少一間隙，且此間隙中存在空氣介質，亦即空氣介面332。如此一來，空氣介面332可幫助抵達第二轉向面314之第二影像光束I2與第一光束L1全反射，但本揭露不以此為限。

於部分實施方式中，場透鏡組400係經設計以調整第一光束L1(或第二光束L2)抵達影像輸出模組500的入射角與調整第一光束L1(或第二光束L2)抵達影像輸出模組500的位置，使得第一光束L1(或第二光束L2)可被影像輸出模組500轉換為帶有正確影像資訊的第一影像光束I1(或第二影像光束I2)。此外，如第3圖所示，場透鏡組400亦係經設計以調整第一影像光束I1的光路與第一影像光束I1抵達第一轉向面312的入射角，以使得第一影像光束I1不會穿透第一轉向面312而係被第一轉向面312反射且轉向至第二目鏡組700。相似地，如第4圖所示，場透鏡組400亦係經設計以調整第二影像光束I2的光路與第二影像光束I2抵達第二轉向面314的入射角，以使得第二影像光束I2不會穿透第二轉向面314而係被第二轉向面314反射且轉向至第一目鏡組600。舉例而言，於部分實施方式中，場透鏡組400可包含多個透鏡，每一透鏡可具有不同的或相同的曲率半徑、折射率、或材料，每一透鏡之間的距離亦係可依據不同需求而調整的，但本揭露不以此為限。

舉例而言，於部分實施方式中，可經由設計第一光源100相對影像輸出模組500之位置、光轉向稜鏡300相對影像輸出模組500之位置、第一轉向面312之法向量N1與第二光束L2或第一影像光束I1所形成的角度、第二轉向面314之法向量N2與第一光束L1或第二影像光束I2所形成的角度、或其他適當的方式，從而使得第二光束L2與第一影像光束I1於第一轉向面312之入射角係大於第一轉向面312之臨界角，且使得第一光束L1與第二影像光束I2於第二轉向面314之入射角係大於第二轉向面314之臨界角，但本揭露不以此為限。

於部分實施方式中，如第1圖所示，第一目鏡組600包含第一目鏡單元610，第一光源100與第一目鏡單元610的排列方向係實質上垂直第一光源100與第二光源200的排列方向D3。更詳細地說，第一目鏡單元610與第一光源100係分開地位於第一轉向面312上，而用以接收第二影像光束I2。相似地，第二目鏡組700包含第二目鏡單元710，第二光源200與第二目鏡單元710的排列方向係實質上垂直第一光源100與第二光源200的排列方向D3。更詳細地說，第二目鏡單元710與第二光源200係分開地位於第二轉向面314上，且第二目鏡單元710係用以接收第一影像光束I1。如此一來，第二影像光束I2會通過第一轉向面312而朝著第一目鏡單元610前進，且第一影像光束I1會通過第二轉向面314而朝著第二目鏡單元710前進。

換句話說，於部分實施方式中，如第1圖所示，第一目鏡單元610係鄰設於第一穿透輔助元件320，且第二目鏡單元710係鄰設於第二穿透輔助元件330。第一光源100係設置於第一目鏡單元610的正上方，且第二光源200係設置於第二目鏡單元710的正上方。如此一來，頭戴式顯示裝置10於水平方向D1與垂直方向D2的結構設置可較緊密，從而降低頭戴式顯示裝置10所需的體積，利於縮小頭戴式顯示裝置10。

於部分實施方式中，影像輸出模組500係基於數位光源處理技術(Digital Light Processing；DLP)的方式產生第一影像光束I1與第二影像光束I2。數位光源處理技術係一種微機電(Microelectromechanical Systems；MEMS)元件為基礎，此微機電元件可迅速的轉換每一畫素之開/關(on/off)的狀態，故可幫助減少顯示裝置之畫面延遲的現象。此外，若影像輸出模組500係基於數位光源處理技術，則可避免將光源所發射之光束轉換為偏極光，且可避免影像輸出模組500之不同畫素之間具有不同的生命週期，而導致頭戴式顯示裝置所呈現之立體影像亮度不均、或缺陷的現象，但本揭露不以此為限。

於部分實施方式中，影像輸出模組500係一數位微型反射鏡(Digital Micromirror Device；DMD)元件，用以將來自光轉向稜鏡300之第一光束L1反射為帶有影像資訊的 第一影像光束I1，且將來自光轉向稜鏡300之第二光束L2反射為帶有影像資訊之第二影像光束I2。具體而言，此數位微型反射鏡元件包含複數微小的反射鏡片，可各自控制其所接收之光線的反射方向。其中，每一反射鏡片代表一像素，且每一反射鏡片可藉由控制元件驅動，從而將鏡片旋轉至兩角度，對應光線的開和關的狀態。

於部分實施方式中，舉例而言，影像輸出模組500可為數位微型反射鏡元件時，例如：畫素傾斜及旋轉式(tilt and roll pixel；TRP)數位微型反射鏡，但本揭露不以此為限。當影像輸出模組500係數位微型反射鏡元件時，第一光束L1於影像輸出模組500之入射方向係與影像輸出模組500之一法向量相夾一角度(此角大於0)，且第一影像光束I1於穿過場透鏡組400後的行進方向係實質上平行影像輸出模組500之法向量。也就是說，數位微型反射鏡元件可轉換第一光束L1為帶有影像資訊的第一影像光束I1，且第一影像光束I1於數位微型反射鏡元件之出射方向係實質上平行於數位微型反射鏡元件之法向量。更詳細地說，如第3圖所示，光轉向稜鏡300具有連接第一穿透輔助元件320與第二穿透輔助元件330的頂部C，光轉向稜鏡300之頂部C之左半部可作為第一光束L1之入口，亦即，第一光束L1可從光轉向稜鏡300之頂部C之左半部進入光轉向稜鏡300而抵達影像輸出模組500，且光轉向稜鏡300之頂部C之右半部可作為第一影像光束I1之出口，亦即，第一影像光束I1可從光轉向稜鏡300之頂部C之右半部離開光轉向稜鏡300而朝著第二目鏡組700前進。

相似地，於部分實施方式中，當影像輸出模組500係數位微型反射鏡元件時，第二光束L2於影像輸出模組500之入射方向係與影像輸出模組500之法向量相夾一角度(此角大於0)，且第二影像光束I2於穿過場透鏡組400後的行進方向係實質上平行影像輸出模組500之法向量。也就是說，數位微型反射鏡元件可轉換第二光束L2為帶有影像資訊的第二影像光束I2，使得第二影像光束I2於數位微型反射鏡元件之出射方向係實質上平行於數位微型反射鏡元件之法向量。更詳細地說，如第4圖所示，光轉向稜鏡300之頂部C之右半部可作為第二光束L2之入口，亦即，第二光束L2可從光轉向稜鏡300之頂部C之右半部進入光轉向稜鏡300而抵達影像輸出模組500，且光轉向稜鏡300之頂部C之左半部可作為第二影像光束I2之出口，亦即，第二影像光束I2可從光轉向稜鏡300之頂部C之左半部離開光轉向稜鏡300而朝著第一目鏡組600前進。整體而言，光轉向稜鏡300之頂部C之左半部可視為第一光束L1之入口與第二影像光束I2之出口，且光轉向稜鏡300之頂部C之右半部可視為第二光束L2之入口與第一影像光束I1之出口。也就是說，若將場透鏡組400與影像輸出模組500視為一光機構，則此光機構之開口(Aperture)係位於光轉向稜鏡300之頂部C之左半部與右半部。

於部分實施方式中，頭戴式顯示裝置10更包含光源時序控制單元(未繪示於圖中)。第一光源100與第二光源200可連接光源時序控制單元，且光源時序控制單元係用以控制第一光源100與第二光源200時序性地發光。換句話說，光源時序控制單元可用以控制第一光源100的發光時間不同於第二光源200的發光時間，亦即，第一光源100與第二光源200係在時間軸上交錯地發光。舉例而言，於部分實施方式中，在第一個時間點時，第一光源100發射第一光束L1，第一光束L1經由光轉向稜鏡300轉向至影像輸出模組500而產生第一影像光束I1，第一影像光束I1可藉由第一目鏡組600而被導引至第一目標位置P1，例如:使用者之左眼瞳孔處。在第二個時間點時，第二光源200發射第二光束L2，第二光束L2經由光轉向稜鏡300轉向至影像輸出模組500而產生第二影像光束I2，第二影像光束I2藉由第二目鏡組700而被導引至第二目標位置P2，例如:使用者之右眼瞳孔處。如此一來，藉由第一光源100與第二光源200時序性地快速切換，可將對應的第一影像光束I1與第二影像光束I2分別且時序性地成像至第一目標位置P1與第二目標位置P2，從而達到頭戴式顯示裝置10之立體顯示效果。

於部分實施方式中，影像輸出模組500係時序性地提供複數反射圖案，且第一光源100與第二光源200之切換與反射圖案的切換係實質上同步的。具體而言，於部分實施方式中，影像輸出模組500所提供之反射圖案可分類為第一群反射圖案與第二群反射圖案，且第一群反射圖案與第二群反射圖案係時序性地切換，亦即影像輸出模組500係在時間軸上交錯地提供第一群反射圖案與第二群反射圖案。舉例而言，在第一時間點時，第一光源100發射第一光束L1至影像輸出模組500，且影像輸出模組500實質上同步地提供第一群反射圖案，於是影像輸出模組500接收第一光束L1而產生帶有第一群反射圖案資訊的第一影像光束I1。隨後，在第二時間點時，第二光源200發射第二光束L2至影像輸出模組500，且影像輸出模組500實質上同步地提供第二群反射圖案，於是影像輸出模組500接收第二光束L2而產生帶有第二群反射圖案資訊的第二影像光束I2。換句話說，在第一時間t1時，可控制第一光源100發光而第二光源200不發光，且控制影像輸出模組500提供第一群反射圖案。隨後，在第二時間t2時，可控制第一光源100不發光而第二光源200發光，且控制影像輸出模組500提供第二群反射圖案。如此一來，可使第一光源100產生的第一光束L1與影像輸出模組500產生的第一群反射圖案實質上同步，從而產生帶有對應正確影像資訊的第一影像光束I1，利於第一影像光束I1成像至第一目標位置P1。相似地，可使第二光源200產生的第二光束L2與影像輸出模組500產生的第二群反射圖案實質上同步，從而產生帶有對應正確影像資訊的第二影像光束I2，利於第二影像光束I2成像至第二目標位置P2。

於部分實施方式中，同時參照第1圖與第5圖，第5圖為依據本揭露之部分實施方式之頭戴式顯示裝置10之第一影像光束I1之光路俯視圖。於部分實施方式中，第二目鏡組700可包含光半反射元件720、成像反射鏡730與第二目鏡740。光半反射元件720係光學耦合於第二目鏡單元710與成像反射鏡730之間。當第一影像光束I1抵達第二目鏡單元710時，第一影像光束I1可被第二目鏡單元710導引至光半反射元件720，隨後光半反射元件720可將部分的第一影像光束I1以反射的方式轉向至成像反射鏡730，而於成像反射鏡730形成第一中繼影像，第一中繼影像再經由第二目鏡740投影至第二目標位置P2。

相似地，同時參照第1圖與第6圖，第6圖為依據本揭露之部分實施方式之頭戴式顯示裝置10之第二影像光束I2之光路俯視圖。於部分實施方式中，第一目鏡組600可包含光半反射元件620、成像反射鏡630與第一目鏡640。光半反射元件620係光學耦合於第一目鏡單元610與成像反射鏡630之間。當第二影像光束I2抵達第一目鏡單元610時，第二影像光束I2可被第一目鏡單元610導引至光半反射元件620，隨後光半反射元件620可將部分的第二影像光束I2以反射的方式轉向至成像反射鏡630，而於成像反射鏡630形成第二中繼影像，第二中繼影像再經由第一目鏡640投影至第一目標位置P1。

舉例而言，於部分實施方式中，光半反射元件620與720可為分光鏡(beamsplitter)或全內反射稜鏡，以有效地將第二影像光束I2(或第一影像光束I1)轉向至成像反射鏡630(或成像反射鏡730)，但本揭露不以此為限。

於部分實施方式中，第一光源100可包固態光源陣列。相似地，第二光源200可包固態光源陣列。固態光源陣列可包含至少一固態光源，例如紅光光源、綠光光源或藍光光源，其可為發光二極體或有機發光二極體，但本揭露不以此為限。值得注意的是，第一光源100之固態光源陣列所發射之第一光束L1實質上係一準直光束，亦即第一光束L1之發散角度近乎於零，所以當影像輸出模組500接收第一光束L1後亦可產生一近乎準直的第一影像光束I1，故第一影像光束I1可精準地經由第二目鏡組700而被導引至第一目標位置P1，避免第一影像光束I1偏移至第二目標位置P2。相似地，第二光源200之固態光源陣列所發射之第二光束L2實質上係一準直光束，亦即第二光束L2之發散角度近乎於零，所以當影像輸出模組500接收第二光束L2後亦可產生一近乎準直的第二影像光束I2，故第二影像光束I2可精準地經由第一目鏡組600而被導引至第二目標位置P2，避免第二影像光束I2偏移至第一目標位置P1。

於上述之多個實施方式中，藉由光轉向稜鏡、場透鏡組與影像輸出模組之配置，第一光源係設置於第一目鏡組與光轉向稜鏡之間，且第二光源係設置於第二目鏡組與光轉向稜鏡之間，因此，頭戴式顯示裝置於水平方向與垂直方向的結構設置可較緊密，從而降低頭戴式顯示裝置所需的體積，俾利於縮小頭戴式顯示裝置。此外，依據本揭露之頭戴式顯示裝置之各個元件與模組的配置與選用，本揭露之頭戴式顯示裝置可提供使用者廣視場(field of view)之立體影像，俾利於增加使用者於使用上的舒適度。

雖然本揭露已以實施方式描述如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧頭戴式顯示裝置

100‧‧‧第一光源

200‧‧‧第二光源

300‧‧‧光轉向稜鏡

312‧‧‧第一轉向面

314‧‧‧第二轉向面

316‧‧‧連接面

320‧‧‧第一穿透輔助元件

322‧‧‧空氣介面

330‧‧‧第二穿透輔助元件

332‧‧‧空氣介面

400‧‧‧場透鏡組

500‧‧‧影像輸出模組

600‧‧‧第一目鏡組

610‧‧‧第一目鏡單元

620‧‧‧光半反射元件

630‧‧‧成像反射鏡

640‧‧‧第一目鏡

700‧‧‧第二目鏡組

710‧‧‧第二目鏡單元

720‧‧‧光半反射元件

730‧‧‧成像反射鏡

740‧‧‧第二目鏡

C‧‧‧頂部

D1、D2、D3‧‧‧方向

I1‧‧‧第一影像光束

I2‧‧‧第二影像光束

L1‧‧‧第一光束

L2‧‧‧第二光束

N1、N2‧‧‧法向量

閱讀以下詳細敘述並搭配對應之圖式，可了解本揭露之多個樣態。需留意的是，圖式中的多個特徵並未依照該業界領域之標準作法繪製實際比例。事實上，所述之特徵的尺寸可以任意的增加或減少以利於討論的清晰性。 第1圖為依據本揭露之部分實施方式之頭戴式顯示裝置之立體示意圖。 第2圖為依據本揭露之部分實施方式之頭戴式顯示裝置於另一視角之立體示意圖。 第3圖為依據本揭露之部分實施方式之頭戴式顯示裝置之第一光源之光路俯視示意圖。 第4圖為依據本揭露之部分實施方式之頭戴式顯示裝置之第二光源之光路俯視示意圖。 第5圖為依據本揭露之部分實施方式之頭戴式顯示裝置之第一影像光束之光路俯視圖。 第6圖為依據本揭露之部分實施方式之頭戴式顯示裝置之第二影像光束之光路俯視圖。

10‧‧‧頭戴式顯示裝置

100‧‧‧第一光源

110‧‧‧發光面

200‧‧‧第二光源

210‧‧‧發光面

300‧‧‧光轉向稜鏡

312‧‧‧第一轉向面

314‧‧‧第二轉向面

400‧‧‧場透鏡組

600‧‧‧第一目鏡組

610‧‧‧第一目鏡單元

620‧‧‧光半反射元件

630‧‧‧成像反射鏡

640‧‧‧第一目鏡

700‧‧‧第二目鏡組

710‧‧‧第二目鏡單元

720‧‧‧光半反射元件

730‧‧‧成像反射鏡

740‧‧‧第二目鏡

D1‧‧‧方向

D2‧‧‧方向

I1‧‧‧第一影像光束

I2‧‧‧第二影像光束

L1‧‧‧第一光束

L2‧‧‧第二光束

P1‧‧‧第一目標位置

P2‧‧‧第二目標位置

Claims (18)

1. 一種頭戴式顯示裝置，包含：一第一光源，用以發射一第一光束；一第二光源，用以發射一第二光束；一影像輸出模組，用以接收該第一光束與該第二光束，且分別產生帶有對應影像資訊的一第一影像光束與一第二影像光束；一光轉向稜鏡，用以改變該第一光束從該第一光源往該影像輸出模組之行進方向與改變該第二光束從該第二光源往該影像輸出模組之行進方向，其中該光轉向稜鏡包含一第一轉向面與一第二轉向面，該第一轉向面係用以藉由反射的方式改變該第二光束的該行進方向，該第二轉向面係用以藉由反射的方式改變該第一光束的該行進方向，其中該第一轉向面比該第二轉向面更靠近該第一光源，該第二轉向面比該第一轉向面更靠近該第二光源；一第一目鏡組，用以將該第二影像光束成像至一第一目標位置；以及一第二目鏡組，用以將該第一影像光束成像至一第二目標位置；其中，該第一光源係設置於該光轉向稜鏡與該第一目鏡組之間，且該第二光源係設置於該光轉向稜鏡與該第二目鏡組之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，更包含一連接面，該連接面連接該第一轉向面與該第二 轉向面，且該影像輸出模組之出光路徑通過該連接面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中來自該影像輸出模組之該第一影像光束係藉由該第一轉向面反射而轉向至該第二目鏡組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中來自該影像輸出模組之該第二影像光束係藉由該第二轉向面反射而轉向至該第一目鏡組。
5. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第一轉向面至該影像輸出模組之一垂直距離係沿著該第一光源往該第二光源的一方向增加的，且該第二轉向面至該影像輸出模組之一垂直距離係沿著該第一光源往該第二光源之該方向減少的。
6. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，更包含一第一穿透輔助元件與一第二穿透輔助元件，該第一穿透輔助元件係設置於該第一轉向面與該第一目鏡組之間，其中該第一穿透輔助元件以一空氣介面接觸光轉向稜鏡之第一轉向面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，更包含一第二穿透輔助元件，該第二穿透輔助元件係設置於該第二轉向面與該第二目鏡組之間，其中該第二穿透輔 助元件以一空氣介面接觸光轉向稜鏡之第二轉向面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第一目鏡組包含一第一目鏡單元，其中該第一目鏡單元與該第一光源係分開地位於該第一轉向面上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第一光源與該第一目鏡單元的排列方向實質上垂直於該第一光源與該第二光源的排列方向。
10. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第二目鏡組包含一第二目鏡單元，其中該第二目鏡單元與該第二光源係分開地位於該第二轉向面上。
11. 如申請專利範圍第10項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第二光源與該第二目鏡單元的排列方向實質上垂直於該第一光源與該第二光源的排列方向。
12. 如申請專利範圍第10項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第二目鏡組包含一第二光半反射元件與一第二成像反射鏡，該第二光半反射元件係用以將來自該第二目鏡單元之該第一影像光束轉向至該第二成像反射鏡，且該第二成像反射鏡係用以將來自該第二光半反射元件之該第一影像光束成像至該第二目標位置。
13. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中該影像輸出模組係一數位微型反射鏡元件，用以將該第一光束反射為該第一影像光束，且將該第二光束反射為該第二影像光束。
14. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，更包含：一光源時序控制單元，用以控制該第一光源與該第二光源係時序性地發光。
15. 如申請專利範圍第14項所述之頭戴式顯示裝置，其中該影像輸出模組係時序性地提供複數反射圖案。
16. 如申請專利範圍第15項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第一光源與該第二光源之切換與該些反射圖案的切換係實質上同步的。
17. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，更包含：一場透鏡組，光學耦合於該影像輸出模組與該光轉向稜鏡之間，其中該場透鏡組係用以調整該第一光束至該影像輸出模組之入射角，且調整該第二光束至該影像輸出模組之入射角。
18. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝 置，其中該第一目鏡組包含一第一光半反射元件與一第一成像反射鏡，該第一光半反射元件係用以將來自該第一目鏡單元之該第二影像光束轉向至該第一成像反射鏡，且該第一成像反射鏡係用以將來自該第一光半反射元件之該第二影像光束成像至該第一目標位置。