TWI644126B - 頭戴顯示裝置及其成像裝置 - Google Patents

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Abstract

一種架設於一頭戴顯示裝置上的成像裝置包含一自發光顯示模組、一分光模組、一反射模組及一延遲模組。該自發光顯示模組提供具有一影像畫面的一第一影像光。該分光模組與該自發光顯示模組連接，並具有一分光平面，且該第一影像光透過該分光平面產生具一特性之一第二影像光，該第二影像光透過該特性而穿透該分光平面。該反射模組與該分光模組連接。該延遲模組設置於該反射模組與該分光模組之間，且該延遲模組與該自發光顯示模組位於該分光平面之異側，而該第二影像光經該延遲模組轉換該特性後從該分光模組輸出該影像畫面。

Description

頭戴顯示裝置及其成像裝置
一種成像裝置，尤其關於一種設置於頭戴顯示裝置上的成像裝置。
現有的顯示器技術已趨於成熟，各式產品開始整合顯示螢幕到原有的功能，來創造出不同的使用者體驗。然，頭戴式的裝置不同於一般的產品，其與使用者的眼睛非常接近，不適合直接以顯示器架設在使用者的眼前，而影響到使用者原有的視線。
鑒於以上內容，有必要提供一種頭戴顯示裝置，可以投影一影像畫面到一使用者的眼前。
本發明提供一種架設於一頭戴顯示裝置上的成像裝置包含一自發光顯示模組、一分光模組、一反射模組及一延遲模組。該自發光顯示模組提供具有一影像畫面的一第一影像光。該分光模組與該自發光顯示模組連接，並具有一分光平面，且該第一影像光透過該分光平面產生具一特性之一第二影像光，該第二影像光透過該特性而穿透該分光平面。該反射模組與該分光模組連接。該延遲模組設置於該反射模組與該分光模組之間，且該延遲 模組與該自發光顯示模組位於該分光平面之異側，而該第二影像光經該延遲模組轉換該特性後從該分光模組輸出該影像畫面。
本發明為一種頭戴顯示裝置，包含一支撐裝置以及一成像裝置。該支撐裝置具有一觀看區域。該成像裝置設置於該支撐架上，包含一自發光顯示模組、一分光模組、一反射模組以及一延遲模組。該自發光顯示模組提供具有一影像畫面的一影像光，該分光模組與該自發光顯示模組連接，並具有一分光平面。該影像光透過該分光平面產生一特性，該影像光透過該特性而穿透該分光平面。該反射模組與該分光模組連接。該延遲模組設置於該反射模組與該分光模組之間，且該延遲模組與該自發光顯示模組位於該分光平面之異側。該影像光經由該分光模組、該延遲模組及該反射模組在該分光模組朝該觀看區域輸出。
故，本發明之該成像裝置與該頭戴顯示裝置可透過該自發光顯示模組、該分光模組、該反射模組及該延遲模組之組合，輸出該影像畫面供使用者觀看。
100‧‧‧成像裝置
110‧‧‧控制模組
111‧‧‧處理模組
112‧‧‧連接模組
113‧‧‧顯示模組
120‧‧‧成像模組
121‧‧‧傳輸模組
122‧‧‧分光模組
1221‧‧‧分光平面
123‧‧‧反射模組
124‧‧‧延遲膜組
125‧‧‧黏結膠
300‧‧‧頭戴顯示裝置
310‧‧‧支撐裝置
311‧‧‧觀看區域
312‧‧‧支撐架
320‧‧‧顯示裝置
321‧‧‧外殼
圖1為本發明第一實施方式之成像裝置之立體示意圖。
圖2為圖1之成像裝置的成像模組之分解圖。
圖3為本發明第二實施方式之頭戴顯示裝置之立體示意圖。
下面將結合附圖對本發明作一具體介紹。
請參考圖1，圖1為本發明第一實施方式之成像裝置100之立體示意圖。本發明之成像裝置100包含一控制模組110以及一成像模組120。該控制模組110包括一處理模組111、一連接模組112以及一顯示模組113。
在至少一示例性的實施例中，該處理模組111可為處理器、中央處理器(CPU)、圖形處理器(GPU)、系統單晶片(SoC)、場效可程式化邏輯閘陣列(FPGA)或一控制器，以執行儲存於一內存(圖式未示出)中之程式指令來產生一影像訊號。該處理模組111可為具有嵌入式程式指令的嵌入式系統(Embedded System)或特殊應用積體電路(ASIC)。在至少一示例性的實施例中，該處理模組111亦可為具有一通訊單元的一驅動電路板，該通訊單元可為高畫質多媒體介面(HDMI)、DisplayPort或USB，以接收一外部裝置所提供之一影像訊號。在至少一示例性的實施例中，該通訊單元亦可採用客製化的網路協定或依據現有的標準技術進行網路通訊。例如：藍芽、乙太網路、IEEE 802.11系列、IEEE 802.15系列、Wireless USB、紅外線通訊或如GSM、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX、LTE或TD-LTE等電信標準技術。
在至少一示例性的實施例中，該連接模組112可為一柔性電路板(Flexible printed circuits，FPC)或一連接器，以連接該處理模組111以及該顯示模組113，供該處理模組111傳送訊號給該顯示模組113。。
在至少一示例性的實施例中，該顯示模組113可包含一顯示驅動電路(圖未示出)以及至少一發光光源(圖未示出)。該顯示驅動電路透過該連接模組112接收到該處理模組111所提供的一顯示訊號與一電源輸出後，驅動該至少一發光光源發光而產生具有一影像畫面的一影像光。在至少一示例性的實施例中，該顯示模組可為一自發光顯示模組，該自發光顯示模組包括有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)顯示模組、 量子點發光二極體(Quantum Dots Light Emitting Diode，QLED)顯示模組、微發光二極體(Micro LED)顯示模組或其他自發光顯示模組。
請合併參考圖1至圖2，圖2為圖1之該成像裝置100的成像模組120之分解圖。該成像模組120包括一傳輸模組121、一分光模組122、一反射模組123、一延遲模組124以及一黏結膠125。在至少一示例性的實施例中，該黏結膠125位於該分光模組122及該延遲模組124之間，以加強該分光模組122及該延遲模組124之間的黏結關係。在至少一示例性的實施例中，該顯示模組113、該傳輸模組121、該分光模組122、該延遲模組124及該反射模組123排列成一直線。
在至少一示例性的實施例中，該傳輸模組121與該顯示模組113及該分光模組122連接，而設置於該顯示模組113及該分光模組122之間，用於傳輸該顯示模組113所提供具有一影像畫面的一第一影像光至該分光模組122。在至少一示例性的實施例中，該傳輸模組121為一光導元件，如一光纖。在至少一示例性的實施例中，該傳輸模組121具有聚光之效果。由於該顯示模組113所提供之該第一影像光會以散射的方式對外傳輸，因此可透過該傳輸模組121限制該第一影像光的傳輸方向，將該顯示模組113所提供之該第一影像光匯聚到該分光模組122中，並透過該傳輸模組121降低周圍雜散光對該第一影像光的影響。
在至少一示例性的實施例中，該分光模組122可為一偏振分光器(Polarizing beam splitters，PBS)，該分光模組122透過該傳輸模組121與該顯示模組113連接。該分光模組122具有一分光平面1221，而具有垂直偏振態(S-polarized)的光源會被該分光平面1221所反射，具有水平偏振態(P-polarized)的光源可穿透該分光平面1221。在至少一示例性的實施例中，該該第一影像光為可為一非偏振(unpolarized)或隨機偏振(random polarized)的影像光。當該第一影像光進入該分光模組122，該分光模組122的該分光平面1221可將該非偏振的影像光或該隨機偏振的影像光區分成具有一第一特性的一第二影像光以及具有一第二特性的一第三影像光。在至少一示例性的實施例中，該第一特性為一水平偏振態，而該第二特性為一垂直偏振態。在至少一示例性的實施例中，該顯示模組113與該延遲模組124位於該分光平面1221的異側，因此當該第一影像光傳輸到該分光平面1221時，藉由該分光平面1221所產生的該第二影像光因具有該水平偏振態而可穿透該分光平面1221，使該第二影像光可進入與該顯示模組113在該分光平面1221異側的該延遲模組124。同樣藉由該分光平面1221所產生的第三影像光因具有該垂直偏振態而會被該分光平面1221所反射，直接自該分光模組122朝一觀看區域311(請參照圖三)之反方向對外輸出，不被該成像裝置100的一使用者觀測到。
在至少一示例性的實施例中，該延遲模組124設置於該反射模組123與該分光模組122之間，其可為一波片(wave plate)，該延遲模組124用以調整該第二影像光的第一特性，而產生具有一第三特性的一第四影像光。在至少一示例性的實施例中，該反射模組123與該分光模組122連接，其可為用以反射來自該延遲模組124的光線的一鏡面。由於該第四影像光穿過該延遲模組124後，會再經由該反射模組123反射回該延遲模組124，因此該分光模組122產生的該第二影像光將穿透兩次該波片，而產生具有一第四特性的一第五影像光，並重新進入該分光模組122。
在至少一示例性的實施例中，該延遲模組124為一四分之一波片(quarter wave plate)。由於該第一特性為該水平偏振態，因此該第二影像光的該第一特性經由該四分之一波片調整所形成的該第三特性為一橢圓偏振態。此外，由於該第四影像光經該反射模組123反射後會回到該延遲模組 124，因此可視為該第二影像光穿透一次一半波片(half wave plate)，而使該第一特性經由該半波片調整所形成的該第四特性為該垂直偏振態。
在至少一示例性的實施例中，該反射模組123、該延遲模組124及一觀看區域311(請參照圖三)皆位於該分光平面1221的同一側。當該第五影像光藉由該延遲模組124調整而具有該垂直偏振態，使該第五影像光傳輸到該分光平面1221時可被該分光平面1221反射，再從該分光模組122朝向該觀看區域311之方向輸出該第五影像光。該成像裝置100的一使用者透過該分光模組122藉由該第五影像光看到該影像畫面。
圖3為本發明第二實施方式之頭戴顯示裝置300之立體示意圖。本發明之頭戴顯示裝置300包含一支撐裝置310以及一顯示裝置320。該支撐裝置310包括一觀看區域311。該顯示裝置320設置在該支撐裝置310上，並具有一外殼321，該外殼321用以包覆該成像裝置100。
在至少一示例性的實施例中，該頭戴顯示裝置300為一眼鏡300。該眼鏡300之該支撐裝置310具有一支撐架312，該支撐架312沿一使用者之一視線方向逆向延伸以支撐在該使用者之頭部上，因此該支撐架312之一延伸方向與該使用者的該視線方向平行，但該延伸方向與該視線方向為反向。在至少一示例性的實施例中，該頭戴顯示裝置300亦可為一安全帽或一帽子等可戴在該使用者之頭部的顯示裝置。
在至少一示例性的實施例中，雖然該外殼321包覆該成像裝置100，但該成像裝置100之該分光模組122可裸露於該外殼321外，以利該第五影像光自該分光模組122朝向該觀看區域311輸出該影像畫面。在至少一示例性的實施例中，該外殼321包覆該分光模組122的部份，可為不影響該第五影像光自該分光模組122輸出之一透光材，使該分光模組122可輸出具有該影像畫面的該第五影像光。
在至少一示例性的實施例中，該分光模組122朝向該觀看區域311沿該使用者的該視線方向的反向，輸出具有該垂直偏振態的該第五影像光。若該頭戴顯示裝置300為該眼鏡300時，該分光模組122朝向該觀看區域311沿該支撐架312的該延伸方向輸出具有該垂直偏振態的該第五影像光。
應該指出，上述實施例僅為本發明的較佳實施例，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化。這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。

Claims (8)

  1. 一種成像裝置，架設於一頭戴顯示裝置上，該頭戴顯示裝置具有一觀看區域，該成像裝置包含：一自發光顯示模組，提供具有一影像畫面的一第一影像光；一分光模組，其與該自發光顯示模組連接，並具有一分光平面，其中該第一影像光透過該分光平面產生具一特性之一第二影像光，該第二影像光透過該特性而穿透該分光平面；一反射模組，其與該分光模組連接；及一延遲模組，設置於該反射模組與該分光模組之間並黏結於該分光模組，且該延遲模組與該自發光顯示模組位於該分光平面之異側，其中該第二影像光經該延遲模組轉換該特性後從該分光模組輸出該影像畫面；其中該成像裝置不完全遮蔽該觀看區域。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之成像裝置，進一步包含：一傳輸模組，設置於該自發光顯示模組與該分光模組之間，用以傳輸該第一影像光至該分光模組，其中該自發光顯示模組、該傳輸模組、該分光模組、該延遲模組及該反射模組排列成一直線。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之成像裝置，其中，該延遲模組為一波片以及該特性為一第一偏振態，該波片將具有該第一偏振態的該第二影像光轉換成具有一第二偏振態的一第三影像光，並將具有該第二偏振態的該第三影像光轉換成具有一第三偏振態的一第四影像光，該第四影像光經該分光平面反射而輸出該影像畫面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之成像裝置，進一步包含：一處理模組，與該自發光顯示模組連接；及一連接模組，設置於該處理模組與該自發光顯示模組之間，其中該處理模組透過該連接模組驅動該自發光顯示模組產生具有該影像畫面之該第一影像光。
  5. 一頭戴顯示裝置，包含：一支撐裝置，其具有一觀看區域；及一成像裝置，設置於該支撐裝置上，更包含：一自發光顯示模組，提供具有一影像畫面的一影像光；一分光模組，其與該自發光顯示模組連接，並具有一分光平面，其中該影像光透過該分光平面產生一特性，該影像光透過該特性而穿透該分光平面；一反射模組，其與該分光模組連接；及一延遲模組，設置於該反射模組與該分光模組之間，且該延遲模組與該自發光顯示模組位於該分光平面之異側，其中該影像光經由該分光模組、該延遲模組及該反射模組在該分光模組朝該觀看區域輸出；其中該成像裝置不完全遮蔽該觀看區域。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之頭戴顯示裝置，進一步包含：一傳輸模組，設置於該自發光顯示模組與該分光模組之間，用以傳輸該影像光至該分光模組，其中該自發光顯示模組、該傳輸模組、該分光模組、該延遲模組及該反射模組排列成一直線。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之頭戴顯示裝置，其中，該延遲模組為一波片，該特性為一偏振態，且該偏振態經該波片調整後，該影像光被該分光平面反射以輸出該影像畫面。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之頭戴顯示裝置，進一步包含：一處理模組，與該自發光顯示模組連接；及一連接模組，設置於該處理模組與該自發光顯示模組之間，其中該處理模組透過該連接模組驅動該自發光顯示模組產生具有該影像畫面之該影像光。
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