TWI646433B - 頭戴式顯示系統 - Google Patents

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Abstract

頭戴式顯示系統包含一頭戴式顯示裝置、一主機，以及兩條C型通用序列匯流排傳輸線。兩條C型通用序列匯流排傳輸線耦接於頭戴式顯示裝置和主機之間以傳輸電能、資料和視訊。

Description

頭戴式顯示系統
本發明相關於一種頭戴式顯示系統，尤指一種能傳遞高流暢度訊號且輕便之頭戴式顯示系統。
隨著科技發展，家庭娛樂多媒體系統也越來越普及。其中頭戴式顯示器(head-mounted display, HMD)是一種立體視覺顯示的光學產品，利用兩眼視差的立體效果訊號，將平面影像經過液晶顯示器和光學組件分別送到使用者的雙眼，進而產生立體畫面的效果。在戴上頭戴式顯示器後，使用者雙眼各使用一個小螢幕便能夠產生大影像的立體效果，完全不受外界環境與空間場地的限制。目前頭戴式顯示器通常用在擴增實境(augmented reality, AR)或是虛擬實境(virtual reality, VR)系統，其可跟著使用者移動並能當作一種輸入設備來接收使用者的反應，使配戴者的肢體運動能夠和影像畫面同步改變。透過戴在使用者的頭部的頭戴式顯示器，圖像和文字就可以加到使用者觀察周遭環境所產生的畫面上，而達到虛擬實境或是擴增實境的效果。
現有技術的頭戴式顯示器在運作時，其電源／影像／資料三者必須分開處理，其各自傳輸線非常龐雜且笨重，導致消費者在體驗虛擬實境或是擴增實境過程中容易感到活動不便，舒適度不佳。因此，需要一種能傳遞高流暢度訊號且輕便之頭戴式顯示系統。
本發明提供一種頭戴式顯示系統，其包含一頭戴式顯示裝置、一主機，以及一C型通用序列匯流排傳輸線。該C型通用序列匯流排傳輸線耦接於該頭戴式顯示裝置和該主機之間以傳輸電能、資料和視訊。
第1圖為本發明實施例中一種使用C型通用序列匯流排(USB Type-C)接口來傳輸電能、影像和資料之頭戴式顯示系統100的功能方塊圖。顯示系統100包含一頭戴式顯示裝置10、一主機20，以兩條USB Type-C傳輸線31和32。頭戴式顯示裝置10和一主機20之間可利用USB Type-C傳輸線31和32來進行充電、資料傳輸和視訊輸出的功能。
頭戴式顯示裝置10包含一輸入/輸出介面12和及一處理單元14。主機20包含一輸入/輸出介面22、一處理單元24，以及一雙電源判斷電路30。頭戴式顯示裝置10之輸入/輸出介面12和主機20之輸入/輸出介面22包含至少兩個支援USB Type-C傳輸之接口，以讓USB Type-C傳輸線31和32得以插入，進而電性連接頭戴式顯示裝置10和主機20。頭戴式顯示系統100在運作前，頭戴式顯示裝置10之處理單元14和主機20之處理單元24會先進行溝通，確定彼此之間的設置正確。接著，主機20可透過USB Type-C傳輸線31和32將音訊和視訊內容以「USB Type-C上之顯示埠替換模式協定(DisplayPort Alternate Mode over USB Type-C protocol)」傳送至頭戴式顯示裝置10，而頭戴式顯示裝置10之頭部方位測量資料也可利用USB介面協議傳送至主機20。此外，由於主機20能透過「USB電能傳輸(power delivery, PD)協定」同時為頭戴式顯示裝置10提供電能，所以無需在頭戴式顯示裝置10中設置電池，降低使用者戴上時的負擔。
在本發明中，頭戴式顯示裝置10可製作成護目鏡或頭盔的外型，主機20可為遊戲主機、桌上型電腦、平板電腦、智慧型手機等電子儀器。然而，頭戴式顯示裝置10之外型和主機20之種類並不限定本發明之範疇。
如前所述，頭戴式顯示系統100在運作前，頭戴式顯示裝置10之處理單元14和主機20之處理單元24會先進行溝通，確定彼此之間的設置正確。在溝通之前若是USB Type-C傳輸線31或32中的電源線(VBUS)上有超過約0.8伏特的電壓，將會造成主機20之處理單元24發生誤判。依據USB電能傳輸協定，不同USB標準可提供不同的充電功率，其中USB Type-C標準可提供5V/500mA、5V/900mA或5V/1.5A的充電功率。然而，針對虛擬實境或是擴增實境的應用，頭戴式顯示系統100之運作需要5V/3A的充電功率，因此需要使用兩組USB Type-C傳輸線31和32。如此一來，當插入其中一條充電功率為5V/1.5A的USB Type-C傳輸線時，其電源線上就會有5伏特的電壓，此時主機20之處理單元24發生誤判而無法正常投影。因此，本發明會使用雙電源判斷電路30來控制使用兩組USB Type-C傳輸線時的供電。
第2圖為本發明實施例中雙電源判斷電路30之示意圖。雙電源判斷電路30包含兩輸入端IN1和IN2、一輸出端OUT、開關元件A1~A4和B1~B4。輸入端IN1耦接於主機20之輸入/輸出介面22中用來讓USB Type-C傳輸線31插入之傳輸接口，而輸入端IN2耦接於主機20之輸入/輸出介面22中用來讓USB Type-C傳輸線32插入之傳輸接口。開關元件A1~A4和B1~B4可用來判斷USB Type-C傳輸線31和32是否皆已插入，並在USB Type-C傳輸線31和32都插入時允許在輸出端OUT提供頭戴式顯示系統100運作所需之系統電源。
在本發明中，開關元件A1~A4和B1~B4為三端元件，各包含一第一端、一第二端，以及一控制端。開關元件A1~A4和B1~B4可為金屬氧化物半導體場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET)、雙載子接面電晶體(bipolar junction transistor, BJT)，或其它具備類似功能之開關元件。在第2圖所示之實施例中，開關元件A1~A2和B1~B2為P型金屬氧化物半導體場效電晶體(P-MOSFET)，而開關元件A3~A4和B3~B4為N型金屬氧化物半導體場效電晶體(P-MOSFET)。然而，開關元件A1~A4和B1~B4之種類並不限定本發明之範疇。
開關元件A1之第一端耦接於輸入端IN1，開關元件A2之第一端耦接於輸出端OUT，而開關元件A1之第二端耦接於開關元件A2之第二端。開關元件A3之第一端耦接於開關元件A1之控制端和開關元件A2之控制端，第二端耦接於一參考電位(例如接地端)，而控制端耦接於輸入端IN2。開關元件A4之第一端耦接於輸入端IN2，第二端耦接於一參考電位(例如接地端)，而控制端耦接於處理單元24以接收一通用型輸入輸出(General-purpose input/output, GPIO)訊號S1。開關元件B1之第一端耦接於輸入端IN2，開關元件B2之第一端耦接於輸出端OUT，而開關元件B1之第二端耦接於開關元件B2之第二端。開關元件B3之第一端耦接於開關元件B1之控制端和開關元件B2之控制端，第二端耦接於一參考電位(例如接地端)，而控制端耦接於輸入端IN1。開關元件B4之第一端耦接於輸入端IN1，第二端耦接於一參考電位(例如接地端)，而控制端耦接於處理單元24以接收一GPIO訊號S2。 當USB Type-C傳輸線31和32中首先僅有USB Type-C傳輸線31插入時，輸入端IN1具高電位而輸入端IN2具低電位，此時開關元件A3呈關閉，因此開關元件A1和A2也呈關閉，讓頭戴式顯示系統100呈關機狀態。當USB Type-C傳輸線32隨即插入時，輸入端IN2變為高電位而導通開關元件A3，進而導通開關元件A1和A2，如此使得電能、資料和視訊能在頭戴式顯示裝置10(藉由輸入端IN1和IN2)和主機20(藉由輸出端OUT)之間傳輸。同理，當USB Type-C傳輸線31和32中首先僅有USB Type-C傳輸線32插入時，輸入端IN2具高電位而輸入端IN1具低電位，此時開關元件B3呈關閉，因此開關元件B1和B2也呈關閉，讓頭戴式顯示系統100呈關機狀態。當USB Type-C傳輸線31隨即插入時，輸入端IN1變為高電位而導通開關元件B3，進而導通開關元件B1和B2，如此使得電能、資料和視訊能在頭戴式顯示裝置10(藉由輸入端IN1和IN2)和主機20(藉由輸出端OUT)之間傳輸。 另一方面，在USB Type-C傳輸線31和32皆插入的情況下，當USB Type-C傳輸線31被拔掉時，處理單元24可偵測到輸入端IN1相對應的電位變化，此時會送出高電位之GPIO訊號S2以導通開關元件B4，進而關閉開關元件B1和B3，使得輸出端OUT開始放電。同理，在USB Type-C傳輸線31和32皆插入的情況下，當USB Type-C傳輸線32被拔掉時，處理單元24可偵測到輸入端IN2相對應的電位變化，此時會送出高電位之GPIO訊號S1以導通開關元件A4，進而關閉開關元件A1和A3，使得輸出端OUT開始放電。在輸出端OUT放電後頭戴式顯示系統100會呈關機狀態，直到USB Type-C傳輸線31和32皆插入後才能回復正常運作。 綜上所述，本發明透過USB Type-C介面來同時滿足頭戴式顯示裝置對於影像、資料、電源的需求，避免使用龐雜且笨重的各式傳輸線。針對虛擬實境或是擴增實境的應用，本發明使用兩組USB Type-C傳輸線以提供較高充電功率，並利用雙電源判斷電路來偵測兩組USB Type-C傳輸線的插入狀況，進而避免主機誤判而無法正常投影。因此，本發明能提供一種傳遞高流暢度訊號且輕便之頭戴式顯示系統。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧頭戴式顯示裝置
12、22‧‧‧輸入/輸出介面
14、24‧‧‧處理單元
20‧‧‧主機
30‧‧‧雙電源判斷電路
31、32‧‧‧USB Type-C傳輸線
100‧‧‧頭戴式顯示系統
IN1、IN2‧‧‧輸入端
OUT‧‧‧輸出端
A1~A4、B1~B4‧‧‧開關元件
S1、S2‧‧‧GPIO訊號
第1圖為本發明實施例中一種使用C型通用序列匯流排接口來傳輸電能、影像和資料之頭戴式顯示系統的功能方塊圖。 第2圖為本發明實施例頭戴式顯示系統中雙電源判斷電路之示意圖。

Claims (6)

  1. 一種頭戴式顯示系統，其包含：一頭戴式顯示裝置；一主機；一第一C型通用序列匯流排(USB Type-C)傳輸線，耦接於該頭戴式顯示裝置和該主機之間以傳輸電能、資料和視訊；一第二C型通用序列匯流排傳輸線，耦接於該頭戴式顯示裝置和該主機之間以傳輸該電能、該資料和該視訊；一輸入/輸出介面，其包含：一第一傳輸接口，用來讓該第一C型通用序列匯流排傳輸線插入；以及一第二傳輸接口，用來讓該第二C型通用序列匯流排傳輸線插入；以及一雙電源判斷電路，用來判斷該第一C型通用序列匯流排傳輸線是否插入該第一傳輸接口以及判斷該第二C型通用序列匯流排傳輸線是否插入該第二傳輸接口，並在該第一C型通用序列匯流排傳輸線和該第二C型通用序列匯流排傳輸線都插入該輸入/輸出介面時允許該主機對該頭戴式顯示裝置充電。
  2. 如請求項1所述之頭戴式顯示系統，其中該第一C型通用序列匯流排傳輸線和該第二C型通用序列匯流排傳輸線各提供5V/1.5A的充電功率。
  3. 如請求項1所述之頭戴式顯示系統，其中該雙電源判斷電路包含：一第一輸入端，耦接於該第一傳輸接口；一第二輸入端，耦接於該第二傳輸接口；一輸出端；一第一開關元件，其包含：一第一端，耦接於該第一輸入端；一第二端；以及一控制端；一第二開關元件，其包含：一第一端，耦接於該輸出端；一第二端，耦接於該第一開關元件之該第二端；以及一控制端，耦接於該第一開關元件之該控制端；一第三開關元件，其包含：一第一端，耦接於該第一開關元件之該控制端和該第二開關元件之該控制端；一第二端，耦接於一參考電位；以及一控制端，耦接於該第二輸入端；一第四開關元件，其包含：一第一端，耦接於該第二輸入端；一第二端，耦接於該參考電位；以及一控制端，耦接於一第一通用型輸入輸出(General-purpose input/output,GPIO)訊號；一第五開關元件，其包含：一第一端，耦接於該第二輸入端；一第二端；以及一控制端；一第六開關元件，其包含：一第一端，耦接於該輸出端；一第二端，耦接於該第五開關元件之該第二端；以及一控制端，耦接於該第五開關元件之該控制端；一第七開關元件，其包含：一第一端，耦接於該第五開關元件之該控制端和該第六開關元件之該控制端；一第二端，耦接於該參考電位；以及一控制端，耦接於該第一輸入端；一第八開關元件，其包含：一第一端，耦接於該第一輸入端；一第二端，耦接於該參考電位；以及一控制端，耦接於一第二通用型輸入輸出訊號。
  4. 如請求項3所述之頭戴式顯示系統，其中該第一至第八開關元件為金屬氧化物半導體場效電晶體或雙載子接面電晶體。
  5. 如請求項3所述之頭戴式顯示系統，其中該第一開關元件、該第二開關元件、該第五開關元件和該第六開關元件為P型電晶體，而該第三開關元件、該第四開關元件、該第七開關元件和該第八開關元件為N型電晶體。
  6. 如請求項3所述之頭戴式顯示系統，其中該主機另包含一處理單元，用來：偵測該第一輸入端之電位變化以判斷該第一C型通用序列匯流排傳輸線是否被拔離該第一傳輸接口；偵測該第二輸入端之電位變化以判斷該第二C型通用序列匯流排傳輸線是否被拔離該第二傳輸接口；在偵測到該第一C型通用序列匯流排傳輸線被拔離該第一傳輸接口時，輸出該第二通用型輸入輸出訊號以關閉該第五開關元件；且在偵測到該第二C型通用序列匯流排傳輸線被拔離該第二傳輸接口時，輸出該第一通用型輸入輸出訊號以關閉該第一開關元件。
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