TWI672525B - 頭戴式顯示裝置及其影像產生方法 - Google Patents

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TWI672525B TW107140550A TW107140550A TWI672525B TW I672525 B TWI672525 B TW I672525B TW 107140550 A TW107140550 A TW 107140550A TW 107140550 A TW107140550 A TW 107140550A TW I672525 B TWI672525 B TW I672525B
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Abstract

一種頭戴式顯示裝置及其影像產生方法。頭戴式顯示裝置包括顯示器、光轉換器、光遮蔽器以及光機。顯示器接收擴增實境影像及/或外部影像，並沿投射方向發送顯示影像。光轉換器接收顯示畫面並改變顯示畫面的出射角度以發送輸出影像至目標區。光遮蔽器在第一時間區間開啟外部影像至顯示器的傳遞路徑，在第二時間區間遮蔽上述傳遞路徑。第一時間區間長於第二時間區間。光機在第一時間區間提供的擴增實境影像的第一亮度小於光機在第二時間區間提供的擴增實境影像的第二亮度。

Description

頭戴式顯示裝置及其影像產生方法
本發明是有關於一種頭戴式顯示裝置及其影像產生方法，且特別是有關於一種可提升真實影像穿透亮度的戴式顯示裝置及其影像產生方法。
隨著顯示技術的進步，頭戴式顯示裝置成為一種受歡迎的顯示裝置。
為顯示高品質擴增實境影像，頭戴式顯示裝置需接收外部的真實影像，以及內部產生的擴增實境影像，並透過結合真實影像以及擴增實境影像，來產生高品質的顯示影像。然而，在兼顧真實影像的穿透亮度以及擴增實境影像的亮度的前提下，如何調整頭戴式顯示裝置中光元件的切換方式及頻率，成為本領域設計人員的重要課題。
本發明提供一種頭戴式顯示裝置及其影像產生方法，可提升真實影像的穿透亮度。
本發明的頭戴式顯示裝置包括顯示器、光轉換器、光遮蔽器以及光機。顯示器接收擴增實境影像及/或外部影像，並沿投射方向發送顯示影像。光轉換器配置在顯示器的第一側邊，接收顯示畫面並改變顯示畫面的出射角度以發送輸出影像至目標區。光遮蔽器配置在顯示器的第二側邊，用以遮蔽外部影像與顯示器間的傳遞路徑。光機發送擴增實境影像至顯示器。光遮蔽器在第一時間區間開啟傳遞路徑，在第二時間區間遮蔽傳遞路徑。第一時間區間長於第二時間區間。光機在第一時間區間提供的擴增實境影像的第一亮度小於光機在第二時間區間提供的擴增實境影像的第二亮度。
本發明的影像產生方法適用於頭戴式顯示裝置。影像產生方法包括：提供一顯示器接收一擴增實境影像及/或一外部影像，並沿投射方向發送顯示影像；提供光轉換器以接收顯示畫面並改變顯示畫面的出射角度以發送輸出影像至目標區；提供光遮蔽器在第一時間區間開啟外部影像與顯示器間的一傳遞路徑，在第二時間區間遮蔽傳遞路徑，第一時間區間長於第二時間區間；以及，提供光機在第一時間區間提供具有第一亮度的擴增實境影像，在第二時間區間提供具有第二亮度的擴增實境影像，其中第一亮度的小於第二亮度。
基於上述，本發明透過調整光遮蔽器的開啟及關閉的時間比率，增加真實影像（外部影像）的入射時間，且在短時間的光遮蔽器動作時間下，使光機提供具有高亮度的擴增實境影像。如此一來，除可維持的擴增實境影像的亮度，亦可提升真實影像的穿透亮度，提升頭戴式顯示裝置的顯示品質。
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1，圖1繪示本發明一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。頭戴式顯示裝置100包括顯示器110、光轉換器120、光遮蔽器130以及光機140。顯示器110接收擴增實境影像ARIMG及/或外部影像RIMG，並沿投射方向PD朝目標區TG發送顯示影像。顯示器110可結合擴增實境影像ARIMG以及外部影像RIMG以產生顯示影像，並發送顯示影像至目標區TG，或者，顯示器110可僅依據擴增實境影像ARIMG產生顯示影像，並發送顯示影像至目標區TG。目標區TG對應於頭戴式顯示裝置100使用者眼睛的位置。外部影像RIMG則為頭戴式顯示裝置100為的真實影像。
此外，在本實施例中，光轉換器120配置在顯示器110的第一側邊，並配置在顯示器110與目標區TG間。光轉換器120接收顯示器110所投射的顯示畫面，並改變顯示畫面的出射角度以傳發送輸出影像至目標區TG。透過光轉換器120所提供的影像傳送角度的偏折效果，具有較大顯示範圍的顯示畫面，可被有效的投射至使用者的眼睛，並擴大使用者的視野範圍。
在本實施例中，光轉換器120可依據電信號CT2來決定顯示畫面的出射角度，並據以發送輸出影像至目標區TG。
在另一方面，光遮蔽器130則配置在顯示器110的第二側邊S2，並配置在顯示器110接收外部影像RIMG的路徑間。光遮蔽器130用以遮蔽外部影像RIMG與顯示器130間的傳遞路徑。其中，當光遮蔽器130被啟動時，外部影像RIMG與顯示器130間的傳遞路徑被遮蔽，並使顯示器130無法接收到外部影像RIMG。相對的，當光遮蔽器130不被啟動時，外部影像RIMG與顯示器130間的傳遞路徑被開通，顯示器130可接收到外部影像RIMG。
在本實施例中，光遮蔽器130可依據電信號CT1來被啟動或不被啟動。
光機140耦接至顯示器110，並用以發送擴增實境影像ARIMG至顯示器110。在本實施例中，光機140所發送的擴增實境影像ARIMG的亮度是可以調整的。其中，光機140所發送的擴增實境影像ARIMG的亮度可依據光遮蔽器130有無被啟動來進行調整。具體來說明，在本發明實施例中，在當光遮蔽器130未被啟動時，光機140所發送的擴增實境影像ARIMG可以具有第一亮度，而在當光遮蔽器130被啟動時，光機140所發送的擴增實境影像ARIMG則可以具有第二亮度，且第一亮度小於第二亮度。
關於光遮蔽器130，在本發明實施例中，如圖2繪示的本發明實施例的頭戴式顯示裝置的一動作方式的示意圖。其中在第一時間區間光遮蔽器130不被啟動，並開啟外部影像RIMG與顯示器110間的傳遞路徑。並且，在第二時間區間中，光遮蔽器130被啟動，並遮蔽外部影像RIMG與顯示器110間的傳遞路徑。其中，第一時間區間大於第二時間區間。
更進一步來說明，在本發明實施中，顯示器110的一個畫框週期（frame period）可以被切分為多個（N+1個）子畫框週期。其中，光遮蔽器130未被啟動的第一時間區間可以具有N個子畫框週期，而光遮蔽器130被啟動的第二時間區間可以僅具有1個子畫框週期。相對應的，光機140在第一時間週期提供的第一亮度，可以為其在第二時間週期提供的第二亮度的1/N。
以一個畫框週期為16.6毫秒為範例（畫框頻率為60赫茲），顯示器110依據外部影像RIMG以及為第一亮度的擴增實境影像ARIMG來產生顯示影像的時間為N/(N+1) × 16.6毫秒。而顯示器110依據為第二亮度的擴增實境影像ARIMG來產生顯示影像的時間為1/(N+1) × 16.6毫秒。由上述說明可以得知，透過具有較長時間的第一時間週期，可提升外部影像RIMG在顯示影像中的穿透亮度。並且，透過在第二時間週期提供具有相對高亮度的擴增實境影像ARIMG，可維持擴增實境影像ARIMG在顯示畫面中的亮度不至於降低。
以下請參照圖3，圖3繪示本發明實施例的頭戴式顯示裝置的動作時序圖。在圖3中，在子畫框週期SF1~SFN中，頭戴式顯示裝置工作在如圖1繪示的狀態，其中的光遮蔽器不被啟動，並工作在的第一時間區間。相對的，在子畫框週期SFN+1中，頭戴式顯示裝置工作在如圖2繪示的狀態，其中的光遮蔽器被啟動，並遮蔽外部影像使其不傳遞至頭戴式顯示裝置中，此時頭戴式顯示裝置工作在的第二時間區間。子畫框週期SF1~SFN+1等於一個畫框週期F1。
基於頭戴式顯示裝置週期性的提供顯示影像，上述關於第一時間區間以及第二時間區間，會在多個畫框週期中，依序交錯的週期性的發生。
附帶一提的，子畫框週期SF1~SFN可以為兩個子畫框時間，或兩個以上的子畫框時間，沒有特定的限制。
以下請參照圖4，圖4繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。頭戴式顯示裝置400包括顯示器410、光轉換器420、光遮蔽器430、光機440以及光補償器450。與前述實施例不相同的，頭戴式顯示裝置400更包括光補償器450。其中，光補償器450配置在顯示器410以及光遮蔽器420間，並用以調整外部影像RIMG傳送至顯示器410的傳送角度。具體來說明，當光遮蔽器430未被啟動時，外部影像RIMG可被傳送至光補償器450。為了接收更大範圍的外部影像RIMG，光補償器450可透過轉變外部影像RIMG的傳送角度，來將更大範圍的外部影像RIMG有效的傳送至顯示器410上。如此一來，使用者可觀察到更大範圍的外部影像RIMG，有效擴大視角。
在另一方面，光補償器450受控於電信號CT3，並依據電信號CT3來控制外部影像RIMG的偏轉角度。
在本發明其他實施例，光補償器450以及光遮蔽器420的配置位置也可以互換，沒有固定的限制。
附帶一提的，本發明實施例中，光補償器450可以為液體光補償器或液晶光補償器，光遮蔽器420可以為液體光遮蔽器，光轉換器430可以為液體光轉換器、液晶光轉換器或由多個稜鏡所構成的光轉換器。顯示器410則可以為包括繞射光柵波導、多層膜極化反射波導、半穿半反光學層以及自由曲面光學層等任一種技術所製成之顯示裝置。
請參照圖5，圖5繪示本發明實施例的影像產生方法的流程圖。圖5的影像產生方法適用於頭戴式顯示裝置，其步驟包括：步驟S510提供顯示器接收擴增實境影像及/或外部影像，並沿投射方向發送顯示影像；步驟S520提供光轉換器以接收顯示畫面並改變顯示畫面的出射角度以發送輸出影像至目標區；步驟S530提供光遮蔽器在第一時間區間開啟外部影像與顯示器間的傳遞路徑，在第二時間區間遮蔽傳遞路徑，第一時間區間長於第二時間區間；以及步驟S540提供光機在第一時間區間提供具有第一亮度的擴增實境影像，在第二時間區間提供具有第二亮度的擴增實境影像，其中第一亮度的小於第二亮度。
關於上述步驟的實施細節，在前述的實施例及實施方式已有詳盡的說明，在此不多贅述。
綜上所述，本發明透過切分畫框週期為相對長的第一時間區間以及相對短的第二時間區間。在第一時間區間中，使光遮蔽器不啟動，並使光機提供具有相對低亮度的擴增實境影像，並在第二時間區間中，使光遮蔽器啟動，並使光機提供具有相對高亮度的擴增實境影像。如此一來，可提高現實影像的穿透亮度，並可維持擴增實境影像的顯示亮度，有效提升頭戴式顯示裝置的顯示效能。
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。
100、400‧‧‧頭戴式顯示裝置
110、410‧‧‧顯示器
120、420‧‧‧光轉換器
130、430‧‧‧光遮蔽器
450‧‧‧光補償器
140、440‧‧‧光機
ARIMG‧‧‧擴增實境影像
RIMG‧‧‧外部影像
TG‧‧‧目標區
SF1~SFN、SFN+1‧‧‧子畫框週期
F1‧‧‧畫框週期
CT1~CT3‧‧‧電信號
S1、S2‧‧‧側邊
PD‧‧‧投射方向
S510~S540‧‧‧影像產生方法的步驟
圖1繪示本發明一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。 圖2繪示本發明實施例的頭戴式顯示裝置的一動作方式的示意圖。 圖3繪示本發明實施例的頭戴式顯示裝置的動作時序圖。 圖4繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。 圖5繪示本發明實施例的影像產生方法的流程圖。

Claims (17)

  1. 一種頭戴式顯示裝置，包括： 一顯示器，接收一擴增實境影像及/或一外部影像，並沿一投射方向發送一顯示影像； 一光轉換器，配置在該顯示器的一第一側邊，接收該顯示畫面並改變該顯示畫面的出射角度以發送一輸出影像至一目標區； 一光遮蔽器，配置在該顯示器的一第二側邊，用以遮蔽該外部影像與該顯示器間的一傳遞路徑；以及 一光機，發送該擴增實境影像至該顯示器， 其中，該光遮蔽器在一第一時間區間開啟該傳遞路徑，在一第二時間區間遮蔽該傳遞路徑，該第一時間區間長於該第二時間區間，該光機在該第一時間區間提供的該擴增實境影像的一第一亮度小於該光機在該第二時間區間提供的該擴增實境影像的一第二亮度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，更包括： 一光補償器，配置在該顯示器的該第二側邊，用以調整該外部影像的傳送角度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的頭戴式顯示裝置，其中該光補償器為液體光補償器或液晶光補償器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一時間區間與該第二時間區間的時間長度比為N：1，N為大於1的正整數。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的頭戴式顯示裝置，其中一畫框週期包括N+1個子畫框週期，該第一時間區間的時間長度等於N個子畫框週期，該第二時間區間的時間長度等於1個子畫框週期。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第二亮度與該第一亮度的比為N：1。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一時間區間以及該第二時間區間週期性交錯發生。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中在該第一時間區間中，該顯示器結合該擴增實境影及該外部影像以產生該顯示影像，在該第二時間區間中，該顯示器僅傳送該擴增實境影以產生該顯示影像。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該光遮蔽器為液體光遮蔽器。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該光轉換器為液體光轉換器、液晶光轉換器或由多個稜鏡所構成的光轉換器。
  11. 一種影像產生方法，適用於頭戴式顯示裝置，包括： 提供一顯示器接收一擴增實境影像及/或一外部影像，並沿一投射方向發送一顯示影像； 提供一光轉換器以接收該顯示畫面並改變該顯示畫面的出射角度以發送一輸出影像至一目標區； 提供一光遮蔽器在一第一時間區間開啟該外部影像與該顯示器間的一傳遞路徑，在一第二時間區間遮蔽該傳遞路徑，該第一時間區間長於該第二時間區間；以及 提供一光機在該第一時間區間提供具有一第一亮度的一擴增實境影像，在該第二時間區間提供具有一第二亮度的該擴增實境影像，其中該第一亮度的小於該第二亮度。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的影像產生方法，其中該第一時間區間與該第二時間區間的時間長度比為N：1，N為大於1的正整數。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的影像產生方法，其中一畫框週期包括N+1個子畫框週期，該第一時間區間的時間長度等於N個子畫框週期，該第二時間區間的時間長度等於1個子畫框週期。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的影像產生方法，其中該第二亮度與該第一亮度的比為N：1。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的影像產生方法，其中該第一時間區間以及該第二時間區間週期性交錯發生。
  16. 如申請專利範圍第11項所述的影像產生方法，更包括： 提供一光補償器以調整該外部影像的傳送角度。
  17. 如申請專利範圍第11項所述的影像產生方法，其中提供該顯示器接收該擴增實境影像及/或該外部影像，並沿該投射方向發送該顯示影像的步驟包括： 在該第一時間區間中，使該顯示器結合該擴增實境影及該外部影像以產生該顯示影像；以及 在該第二時間區間中，使該顯示器僅傳送該擴增實境影以產生該顯示影像。
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