TWI669534B

TWI669534B - 頭戴式顯示器

Info

Publication number: TWI669534B
Application number: TW107140345A
Authority: TW
Inventors: 柯傑斌
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2019-08-21
Also published as: US10924728B2; TW202018368A; US20200154098A1

Abstract

本發明提供一種頭戴式顯示器，包括外殼、第一腔室、第二腔室及光源。第一腔室設置於外殼中並設置有一顯示器，其中顯示器用於播放一影音內容。第二腔室設置於外殼中並相鄰於第一腔室，其中第二腔室與第一腔室之間設置有一貫通孔，而影音內容透過貫通孔而由第一腔室傳播至第二腔室。光源設置於第一腔室及第二腔室的至少其中之一的至少一側，其中光源反應於影音內容或頭戴式顯示器的一系統狀態而提供光線。

Description

頭戴式顯示器

本發明是有關於一種頭戴式顯示器，且特別是有關於一種依據顯示內容提供額外光線的頭戴式顯示器。

頭戴式顯示器（Head-mounted display，HMD）是一種穿戴在使用者頭上，且會將影片資訊直接呈現在使用者眼前的顯示器裝置。然而，受限於HMD的既有結構，使用者所感知的視覺體驗經常無法具體地反映人們在真實世界中所能感受到的視覺體驗。具體而言，由於周遭環境中的光線無法進入HMD提供予使用者的視覺空間中，因而可能讓使用者感覺像是透過一望遠鏡在觀看HMD所提供的影音內容，如圖1所示。在此情況下，使用者仍會感受到些許的不真實感，從而影響對於HMD的操作體驗。

有鑑於此，本發明提供一種頭戴式顯示器，其可用於解決上述技術問題。

本發明提供一種頭戴式顯示器，包括外殼、第一腔室、第二腔室及至少一光源。第一腔室設置於外殼中並設置有一顯示器，其中顯示器用於播放一影音內容。第二腔室設置於外殼中並相鄰於第一腔室，其中第二腔室與第一腔室之間設置有一貫通孔，而影音內容透過貫通孔而由第一腔室傳播至第二腔室。至少一光源設置於第一腔室及第二腔室的至少其中之一的至少一側，其中至少一光源反應於影音內容或頭戴式顯示器的一系統狀態而提供至少一光線。

基於上述，本發明提出的HMD可透過設置於第一腔室及/或第二腔室中的光源來提供額外的光線，進而讓穿戴者感受到更佳的視覺體驗。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖2A、圖2B及圖2C，其中圖2A是依據本發明之一實施例繪示的HMD側剖視圖，圖2B是依據圖2A繪示的HMD前視圖，而圖2C是依據圖2A及圖2B繪示的HMD穿戴情境圖。如圖2A所示，本發明提出的HMD 200包括外殼205、第一腔室210、第二腔室220、光源230a及230b。在不同的實施例中，HMD 200可用於播放虛擬實境（virtual reality，VR）的影音內容、第一人稱視角（first person view，FPV）的影音內容或是其他類似的影音內容。

第一腔室210設置於外殼205中並設置有顯示器215，其中顯示器215可用於播放上述影音內容。在一實施例中，上述影音內容可由連接於HMD 200的電腦主機、平板電腦、智慧型手機或其他類似的裝置提供，但可不限於此。

第二腔室220設置於外殼205中並相鄰於第一腔室210。第二腔室220與第一腔室210之間設置有一貫通孔225，而影音內容可透過貫通孔225而由第一腔室210傳播至第二腔室220。

在本實施例中，第一腔室210可具有前側及後側，其中顯示器215可設置於第一腔室210的前側，而貫通孔225可設置於第一腔室210的後側。相似地，第二腔室220亦可具有前側及後側，其中貫通孔225可設置於第二腔室220的前側，而第二腔室220的後側可實現為一開放側。如圖2C所示，第二腔室220的後側（即，開放側）可用於容置HMD 200的穿戴者299的臉部。

在本實施例中，第一腔室210可具有頂側、底側、左側及右側，而第二腔室220亦可具有頂側、底側、左側及右側。為便於理解，圖2A中僅將第一腔室210及第二腔室220的頂側及底側繪出，並省略第一腔室210及第二腔室220的右側及左側。

在不同的實施例中，光源230a及230b可實現為LED、OLED等光學元件，但可不限於此。在圖2A中，光源230a可設置於第一腔室210的頂側，而光源230b可設置於第二腔室220的頂側，但本發明可不限於此。

在其他實施例中，光源230a亦可設置於第一腔室210的右側、左側及/或底側。並且，光源230b亦可設置於第二腔室220的右側、左側及/或底側。此外，在另一實施例中，HMD 200中亦可僅包括光源230a，其可設置於第一腔室210或第二腔室220的任意一側上。簡言之，本發明提出的HMD可廣泛地理解為包括至少一光源，而所述至少一光源可設置於第一腔室及第二腔室的其中之一的至少一側。此外，當HMD中設置有多個光源時，這些光源還可以光源陣列的方式呈現，而其相關細節將在之後另行說明。

為便於說明，以下將皆假設本發明的光源係裝設於第一腔室及/或第二腔室的頂側，但其並非用以限制本發明可能的實施方式。

在本發明的實施例中，光源230a及230b可反應於上述影音內容或HMD 200的系統狀態而提供光線231a及231b。

如圖2C所示，本發明的HMD 200可包括信號處理器250（其例如是微處理器或其他類似的處理器），其可用於依據影音內容的部分內容決定光線231a及231b的具體呈現方式（例如顏色及/或強度）。舉例而言，若影音內容是一360度影像，則前述部分內容可以是此360度影像的頂部影像。在此情況下，光線231a及231b可調整為對應於頂部影像的顏色。

請參照圖3，其是依據本發明之一實施例繪示的由HMD提供的視覺體驗示意圖。在圖3中，假設影音內容310為圖2A的HMD 200提供予穿戴者299的畫面。在本實施例中，影音內容310例如是在藍天下所拍攝的360度影像。在此情況下，影音內容310的頂部影像應是藍天。相應地，由光源230a及230b所提供的光線231a及231b可經信號處理器250的調整而呈現對應於藍天的顏色（例如，藍色）。

舉另一例而言，假設影音內容310為在星空下所拍攝的360度影像，則其頂部影像應是星空。相應地，信號處理器250可將光線231a及231b調整為對應於星空的顏色（例如，黑色）。舉再一例而言，假設影音內容310為在黃色路燈下所拍攝的360度影像，則其頂部影像應是黃色路燈。相應地，信號處理器250可將光線231a及231b調整為對應於黃色路燈的顏色（例如，黃色）。

在另一實施例中，若影音內容未包括可作為調整光線依據的內容（例如上述的頂部影像），則信號處理器250亦可擷取影音內容中對應於光源的一側的部分內容，並據以調整光線的呈現方式。

以圖3為例，假設影音內容310因非為360度影像而不具有前述的頂部影像，則信號處理器250可擷取位於影音內容310頂側（即，光源230a及230b在第一腔室210及第二腔室220中所設置的一側）的部分內容。在不同的實施例中，信號處理器250所擷取的部分內容例如是影音內容310頂部1/5或是其他比例的畫面。並且，信號處理器250可基於所擷取部分內容的平均顏色來決定光線231a及231b的顏色，但可不限於此。在圖3中，信號處理器250所擷取的部分內容例如是藍天，則信號處理器250可相應地將光線231a及231b調整為對應於藍天的顏色（例如，藍色）。

在另一實施例中，光線231a及231b的具體呈現方式亦可依據HMD 200的系統狀態而定。前述的系統狀態例如是裝置配對狀態、電源狀態、或是HMD 200所連接的電腦主機的相關訊息，但可不限於此。

此外，光線231a及231b的具體呈現方式亦可依據影音內容的運作狀態而定。假設HMD 200提供的影音內容為穿戴者299正在進行的遊戲內容，則光線231a及231b可設計為對應於影音內容當下的遊戲狀態。舉例而言，當穿戴者299獲勝時，光線231a及231b可呈現為綠色。當穿戴者299的角色處於回血狀態時，光線231a及231b可呈現為綠色的跑馬燈。當穿戴者299受攻擊時，光線231a及231b可呈現為紅色。或者，光線231a及231b的顏色亦呈現為對應於穿戴者299所屬隊伍的顏色。

承先前實施例所提及的，本發明的HMD中的光源可採用光源陣列的方式呈現，以下即搭配圖4及圖5作進一步說明。

請參照圖4，其是依據本發明實施例繪示的多種光源陣列方式。在圖4中，所示的光源陣列410、420、430、440及450個別包括個點光源（其中m、n皆為正整數）。

以光源陣列410為例，其可包括個點光源411。當光源陣列410被設置於HMD 400中時，點光源411可協同提供光線405。並且，由圖4的HMD 400的前視圖及側剖視圖可看出，由於光源陣列410可視為僅包括1列點光源411，因此可僅設置於HMD 400的第一腔室（未另標示）或第二腔室（未另標示）中。

再以光源陣列440為例，其可包括個點光源441。當光源陣列440被設置於HMD 400中時，點光源441可協同提供光線405。並且，由圖4的HMD 400的前視圖及側剖視圖可看出，由於光源陣列440可視為僅包括2列點光源441（每列包括9個點光源441），因此這2列點光源441可分別設置於HMD 400的第一腔室及第二腔室中，或是皆設置於HMD 400的第一腔室或第二腔室中。此外，光源陣列420、430及450的態樣及設置方式可參照光源陣列410及440的相關說明，於此不另贅述。

此外，如圖4所示，本發明的HMD 400還可包括導光板460，其可貼附於光源上，以提供更佳的導光效果。

請參照圖5，其是依據本發明另一實施例繪示的多種光源陣列方式。在圖5中，所示的光源陣列510、520、530、540及550個別包括個面光源（其中m、n皆為正整數）。

以光源陣列510為例，其可包括個面光源511。當光源陣列510被設置於HMD 500的第一腔室時，面光源511可協同提供光線505a。或者，當光源陣列510被設置於HMD 500的第二腔室時，面光源511可協同提供光線505b。

再以光源陣列540為例，其可包括個面光源541。當光源陣列540被設置於HMD 500中的第一腔室或第二腔室時，點光源541可協同提供光線505a或505b。此外，光源陣列540亦可調整為包括2列（其個別包括個面光源541）的面光源541的光源陣列540a。並且，光源陣列540a中的2列面光源541可分別設置於HMD 500的第一腔室及第二腔室中，以分別提供光線505a及505b。此外，光源陣列520、530及550的態樣及設置方式可參照光源陣列510及540的相關說明，於此不另贅述。

請參照圖6，其是依據本發明之一實施例繪示的HMD爆炸圖。如圖6所示，HMD 600可依序包括顯示器610、第一腔室620、透鏡630、遮光件640、第二腔室650、外觀件660、緩衝材料670及頭帶680，其中，第一腔室620及第二腔室650的頂側可分別設置有用於提供光線605a及605b的光源。然而，圖6所示的HMD 600的結構僅用以舉例，並非用以限定本發明可能的實施方式。

請參照圖7，其是依據本發明多個實施例繪示的HMD側剖視圖。如HMD 700a所示，本發明的光源730可僅設置於第一腔室710中。如HMD 700b所示，本發明的光源730可同時設置於第一腔室710及第二腔室720中。如HMD 700c所示，本發明的光源730亦可僅設置於第二腔室720中。

此外，如圖7所示，本發明的HMD 700d還可包括消光層740，其可貼附於的光源730上，用以吸收出現在第一腔室710及第二腔室720中的各種雜散光線，進而避免雜散光線影響穿戴者的視覺體驗。

請參照圖8，其是依據本發明之一實施例繪示的調整光線的流程圖。在本實施例中，假設HMD中的信號處理器可從耦接於HMD的電腦主機接收影音內容。因此，在步驟S810中，信號處理器可判斷是否從電腦主機接收到對應於影音內容的光線參考資料。在不同的實施例中，上述光線參考資料可以是先前提及的360度影像的頂部影像，或是影音內容中對應於光源的一側的部分內容。

若信號處理器判斷已從電腦主機接收到上述光線參考資料，則可接續執行步驟S820，以依據光線參考資料產生第一光源控制信號。在一實施例中，若所收到的光線參考資料為360度影像的頂部影像，則信號處理器所產生的第一光源控制信號則可用以將光源發出的光線調整為對應於頂部影像的顏色。舉例而言，若頂部影像為藍天，則第一光源控制信號可用以控制光源發出對應於藍天的藍色。舉另一例而言，若頂部影像為星空，則第一光源控制信號可用以控制光源發出對應於星空的黑色，但本發明可不限於此。

在步驟S830中，信號處理器可依據第一光源控制信號調整光線。在一實施例中，對於每個光源所發出的光線，信號處理器皆可採用對應的第一光源控制信號予以控制，如下表1所示。

R	G	B	強度	意義
1	1	0	1	可使光線呈現紅、黃或綠。可用的強度僅為開或關。
1	0	1	32	可使光線呈現紅、藍或紫。可用的強度共有32級（但紅、藍的強度需一致）。
16	16	0	1	可基於紅/綠的組合而支援256種顏色
255	255	255	1	可基於紅/綠/藍的組合而支援16,777,216種顏色

表1

並且，當存在多個光源時，對於所欲控制的光源，信號處理器還可在對應的第一光源控制信號中加上對應於此光源的身分資訊（例如字串或座標），藉以更為準確地控制所考慮的光源。

換言之，信號處理器可藉由獨立控制各個光源而使各光源提供不同的顏色的光線。藉此，可讓設置於HMD中的光源協同提供更為細緻的光線層次，進而讓使用者得到更佳的視覺體驗。

此外，若信號處理器判斷未從電腦主機接收到上述光線參考資料，則可接續執行步驟S840，以依據來自電腦主機的第二光源控制信號調整光線。在本實施例中，所述第二光源控制信號例如是對應於影音內容的運作狀態（例如，遊戲狀態）或是HMD的系統狀態（例如，裝置配對狀態等）。藉此，可讓HMD的光源所提供的光線能夠反應於影音內容的運作狀態（例如因受攻擊而呈現紅色等）或是HMD的系統狀態（例如電源狀態等）而變化。

為使本發明更易於理解，以下另基於圖9A及圖9B作進一步說明。

請參照圖9A，其是依據本發明之一實施例繪示的VR情境示意圖。如圖9A所示，假設本發明的HMD的穿戴者在VR環境中的角色999正沿著路線R1行走於所示的VR場景（例如是一旁設置有路燈998的月台）中，並依序經過地點T1、T2及T3。並且，在圖9A中，所考慮的HMD中設置有光源L、M及R，而光源L、M及R所提供的光線強度可依角色999行走於路線R1的過程中而變化。

具體而言，角色999依序經過地點T1~T3的過程可看成是角色999逐漸接近路燈998再逐漸遠離路燈998的過程。在此過程中，HMD可依據分別對應於地點T1~T3的頂部影像TL1、TL2及TL3來產生對應的第一光線控制信號以控制光源L、M及R。

舉例而言，當角色999位於地點T1時，由於頂部影像TL1（即，光線參考資料）應呈現來自於左上方的微弱光線，因此信號處理器可發出（L, 55）、（M, 20）及（R, 0）的第一控制信號，藉以分別將光源L、M、R的強度調整為55、20及0。在此情況下，HMD的穿戴者即可感受到有來自左上方的微弱光線。

當角色999前進至地點T2時，由於頂部影像TL2（即，光線參考資料）應呈現來自於左上方的較強光線，因此信號處理器可發出（L, 220）、（M, 80）及（R, 0）的第一控制信號，藉以分別將光源L、M、R的強度調整為220、80及0。在此情況下，HMD的穿戴者即可感受到有來自左上方的較強光線。

當角色999前進至地點T3時，由於頂部影像TL3（即，光線參考資料）應呈現來自於左上方的較弱光線，因此信號處理器可發出（L, 55）、（M, 20）及（R, 0）的第一控制信號，藉以分別將光源L、M、R的強度調整為55、20及0。在此情況下，HMD的穿戴者即可感受到有來自左上方的微弱光線。

藉此，可讓HMD的穿戴者感受到身歷其境的效果，從而提升穿戴者的操作體驗。

請參照圖9B，其是依據本發明圖9A繪示的VR情境示意圖。如圖9B所示，假設本發明的HMD的穿戴者在VR環境中的角色999正沿著路線R2行走於所示的VR場景（例如是一旁設置有路燈998的月台）中，並依序經過地點T7、T8及T9。並且，在圖9B中，所考慮的HMD中設置有光源L、M及R，而光源L、M及R所提供的光線強度可依角色999行走於路線R2的過程中而變化。

相似於圖9A，角色999依序經過地點T7~T8的過程亦可看成是角色999先逐漸接近路燈998再逐漸遠離路燈998的過程，差別僅在於路線R2較路線R1更靠近路燈998。在上述過程中，HMD可依據分別對應於地點T7~T9的頂部影像TL7、TL8及TL9來產生對應的第一光線控制信號以控制光源L、M及R。

舉例而言，當角色999位於地點T7（例如，位於路燈998下方）時，由於頂部影像TL7（即，光線參考資料）應呈現來自於斜前方的較強光線，因此信號處理器可發出（L,110）、（M, 100）及（R, 50）的第一控制信號，藉以分別將光源L、M、R的強度調整為110、100及50。在此情況下，HMD的穿戴者即可感受到有來自斜前方的較強光線。

當角色999前進至地點T8時，由於頂部影像TL8（即，光線參考資料）應呈現來自於正上方的強烈光線，因此信號處理器可發出（L, 255）、（M, 255）及（R, 135）的第一控制信號，藉以分別將光源L、M、R的強度調整為255、255及135。在此情況下，HMD的穿戴者即可感受到有來自正上方的強烈光線。

當角色999前進至地點T9時，由於頂部影像TL9（即，光線參考資料）應呈現來自於左後方的光線，因此信號處理器可發出（L, 180）、（M, 120）及（R, 70）的第一控制信號，藉以分別將光源L、M、R的強度調整為170、120及70。在此情況下，HMD的穿戴者即可感受到有來自左後方的光線。

除了以上提及的情境之外，舉凡影音內容中車子進出隧道的環境光、遊戲中店員頭上的日光燈、虛擬競技場的透明天窗所透入的天光、工廠中的環境光、沙灘上的陽光、槍戰的火光與古堡的燭光陰影等，都可透過本發明HMD所額外提供的光線來讓HMD的穿戴者感受到身歷其境的效果，從而提升穿戴者的操作體驗。

綜上所述，本發明提出的HMD可透過設置於第一腔室及/或第二腔室中的光源來提供額外的光線，進而讓穿戴者感受到更佳的視覺體驗。並且，因應於不同的應用，上述光線還可基於影音內容的運作狀態及/或HMD的系統狀態而呈現不同的變化，從而讓穿戴者更能感受到身歷其境的感覺。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

200、400、500、600、700a、700b、700c、700d‧‧‧HMD

205‧‧‧外殼

210、620、710‧‧‧第一腔室

215、610‧‧‧顯示器

220、650、720‧‧‧第二腔室

225‧‧‧貫通孔

230a、230b、730、L、M、R‧‧‧光源

231a、231b、405、505a、505b、605a、605b‧‧‧光線

250‧‧‧信號處理器

299‧‧‧穿戴者

310‧‧‧影音內容

410、420、430、440、450、510、520、530、540、540a、550‧‧‧光源陣列

411、441‧‧‧點光源

460‧‧‧導光板

511、541‧‧‧面光源

630‧‧‧透鏡

640‧‧‧遮光件

660‧‧‧外觀件

670‧‧‧緩衝材料

680‧‧‧頭帶

740‧‧‧消光層

998‧‧‧路燈

999‧‧‧角色

T1、T2、T3、T7、T8、T9‧‧‧地點

TL1、TL2、TL3、TL7、TL8、TL9‧‧‧頂部影像

R1、R2‧‧‧路線

S810~S840‧‧‧步驟

圖1是習知的HMD視覺體驗示意圖。圖2A是依據本發明之一實施例繪示的HMD側剖視圖。圖2B是依據圖2A繪示的HMD前視圖。圖2C是依據圖2A及圖2B繪示的HMD穿戴情境圖。圖3是依據本發明之一實施例繪示的由HMD提供的視覺體驗示意圖。圖4是依據本發明實施例繪示的多種光源陣列方式。圖5是依據本發明另一實施例繪示的多種光源陣列方式。圖6是依據本發明之一實施例繪示的HMD爆炸圖。圖7是依據本發明多個實施例繪示的HMD側剖視圖。圖8是依據本發明之一實施例繪示的調整光線的流程圖。圖9A是依據本發明之一實施例繪示的VR情境示意圖。圖9B是依據本發明圖9A繪示的VR情境示意圖。

Claims

一種頭戴式顯示器，包括：一外殼；一第一腔室，設置於該外殼中並設置有一顯示器，其中該顯示器用於播放一影音內容；一第二腔室，設置於該外殼中並相鄰於該第一腔室，其中該第二腔室與該第一腔室之間設置有一貫通孔，而該影音內容透過該貫通孔而由該第一腔室傳播至該第二腔室；以及至少一光源，設置於該第一腔室及該第二腔室的至少其中之一的至少一側，其中該至少一光源反應於該影音內容或該頭戴式顯示器的一系統狀態而提供至少一光線，其中該頭戴式顯示器連接於一電腦主機，並從該電腦主機接收該影音內容；其中該頭戴式顯示器更包括耦接於該至少一光源的一信號處理器，其中該信號處理器經配置以：判斷是否從該電腦主機接收對應於該影音內容的一光線參考資料，其中該光線參考資料包括一360度影像的頂部影像，或是該影音內容中對應於該至少一光源的一側的部分內容；若是，依據該光線參考資料產生一第一光源控制信號，並依據該第一光源控制信號調整該至少一光線，其中該第一光源控制信號用於將該至少一光線調整為對應於該頂部影像或該部分內容的顏色；若否，依據來自該電腦主機的一第二光源控制信號調整該至少一光線，其中該第二光源控制信號對應於該影音內容的運作狀態或該頭戴式顯示器的系統狀態，用以令該至少一光線反應於該運作狀態或該系統狀態而變化。
如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，其中該顯示器設置於該第一腔室的前側，該貫通孔設置於該第一腔室的後側，且該第一腔室的前側相對於該第一腔室的後側。
如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，其中該第一腔室具有頂側、底側、左側及右側，而該至少一光源設置於該第一腔室的頂側、底側、左側及右側的至少其中之一。
如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，其中該第二腔室具有前側及開放側，該第二腔室的前側相對於該第二腔室的開放側，該貫通孔設置於該第二腔室的前側，該第二腔室的開放側用於容置該頭戴式顯示器的一穿戴者的臉部。
如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，其中該第二腔室具有頂側、底側、左側及右側，而該至少一光源設置於該第二腔室的頂側、底側、左側及右側的至少其中之一。
如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，其中該至少一光源經排列為一光源陣列。
如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，其中反應於從該電腦主機接收到該第一光源控制信號，該信號處理器更經配置以依據該第一光源控制信號調整該至少一光線。
如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，更包括一消光層，其貼附於該至少一光源上。
如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，更包括一導光板，其貼附於該至少一光源上。