TWI717602B - 頭戴式顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

頭戴式顯示裝置包括第一穿透式光源、第一微透鏡陣列基板以及第一穿透式液晶面板。第一穿透式光源沿第一光束投射路徑發送多個第一類針孔光束。第一微透鏡陣列基板具有多個第一微透鏡並分別接收第一類針孔光束，並分別調整第一類針孔光束的多個投射面特性以產生多個調整後光束。第一穿透式液晶面板接收調整後光束，並依據調整後光束以產生第一顯示影像。

Description

頭戴式顯示裝置
本發明是有關於一種頭戴式顯示裝置，且特別是有關於一種廣視角的頭戴式顯示裝置。
隨著電子科技的進步，可提供虛擬實境、擴充實境顯示效果的頭戴式顯示裝置，成為新一種受歡迎的顯示裝置。
在現今的技術領域中，具有廣視角的頭戴式顯示裝置中，透過設置多個類針孔光束以形成照明陣列，並透過光場影像演算法，透過液晶面板以產生顯示影像。然而，由於類針孔光束在液晶面板上的投射面會相互重疊，而重疊的區域的亮度較高，會使液晶面板所產生的顯示影像，有產生如同蜂窩狀的效應，而降低顯示品質。為避免這樣的現象，習知技術透過進行複雜的運算來進行顯示影像的補償，不但增加設計的難度，也造成生產成本的增加。
本發明提供一種頭戴式顯示裝置，可提升顯示品質。
本發明的頭戴式顯示裝置包括第一穿透式光源、第一微透鏡陣列基板以及第一穿透式液晶面板。第一穿透式光源沿第一光束投射路徑發送多個第一類針孔光束。第一微透鏡陣列基板具有多個第一微透鏡並分別接收第一類針孔光束，並分別調整第一類針孔光束的多個投射面特性以產生多個調整後光束。第一穿透式液晶面板配置在第一光束投射路徑上，第一穿透式液晶面板接收調整後光束，並依據調整後光束以產生第一顯示影像。
基於上述，本發明提供在頭戴式顯示裝置中配置微透鏡陣列基板，藉由微透鏡陣列基板上的多個微透鏡來調整類針孔光束的多個投射面特性，使投射至穿透式液晶面板上的調整後光束的投射面的重疊面積有效的減小。如此一來，顯示影像亮度不均勻的情況，可以簡單的獲得解決，在不增加頭戴式顯示裝置的成本以及設計複雜度的條件下，提升顯示的品質。
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。
100、400、500:頭戴式顯示裝置
110、410、511、521:穿透式光源
120、420、512、522:微透鏡陣列基板
130、130-1、130-2、130-3、440、513、523:穿透式液晶面板
430:遮光板
431~43N:遮光結構
431a~43Na:透光結構
510:控制器
PL1~PLN:類針孔光束
ADL1~ADLN:調整後光束
EFP:人眼聚焦平面
PP1:光束投射路徑
PLM、PLA1~PLA4、ADLM、ADLA1~ADLA4:投射面
LD11~LDMN:發光元件
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類針孔光束的調整方式的示意圖。
圖3A以及圖3B繪示本發明實施例的穿透式光源的不同實施方式的示意圖。
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繪示本發明再一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。
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包括穿透式光源110、微透鏡陣列基板120以及穿透式液晶面板130。穿透式光源110上配置多個發光元件，並沿著光束投射路徑PP1分別投射多個類針孔光束(pin light)PL1~PLN至微透鏡陣列基板120。微透鏡陣列基板120上配置多個微透鏡，用以分別接收類針孔光束PL1~PLN，並分別調整類針孔光束PL1~PLN的多個投射面特性以產生多個調整後光束ADL1~ADLN。調整後光束ADL1~ADLN被投射至穿透式液晶面板130。
穿透式液晶面板130接收調整後光束ADL1~ADLN，並依據調整後光束ADL1~ADLN以產生顯示影像。穿透式液晶面板130所產生的顯示影像可穿透微透鏡陣列基板120以及投射至穿透式光源110，以在使用者眼球前方的人眼聚焦平面EFP(Eye Focus Plane)上形成虛像，如此，使用者可觀察到穿透式液晶面板130所產生的顯示影像。
值得一提的，在本實施例中，穿透式液晶面板130、微透鏡陣列基板120以及穿透式光源110可依序排列在使用者的眼睛前，並沿著穿透式光源110的光束投射路徑PP1重疊排列。也就 是說，使用者眼球可以位在圖1繪示的穿透式液晶面板130的右方。更值得注意的，穿透式光源110用以在不同的多個位置分別同步產生的多個類針孔光束PL1~PLN，其中的各類針孔光束PL1~PLN的投射面的區域，會隨著投射距離的增加而變大。因此，相鄰的多個類針孔光束間，所形成的投射面間，可能產生相互重疊的現象。
基於上述，本發明實施例提供微透鏡陣列基板120來接收類針孔光束PL1~PLN，並透過微透鏡陣列基板120上形成的多個透鏡來調整類針孔光束PL1~PLN的投射面特性，並藉以產生調整後光束ADL1~ADLN。在本實施例中，微透鏡陣列基板120可透過調整類針孔光束PL1~PLN的投射面特性，例如調整類針孔光束PL1~PLN的投射面面積以及形狀的至少其中之一，來使調整後光束ADL1~ADLN中，相鄰的調整後光束的投射面間相互重疊的區域減小。
請同步參照圖1以及圖2，其中圖2繪示本發明實施例的類針孔光束的調整方式的示意圖。在穿透式液晶面板130-1上顯示的為沒有經過微透鏡陣列基板120調整過，直接接收類針孔光束PL1~PLN的投射面的示意圖。其中，相鄰的類針孔光束在穿透式液晶面板130-1分別產生投射面PLM、PLA1~PLA4，並且，投射面PLM的邊緣區域與投射面PLA1~PLA4的邊緣區域產生一定面積的重疊區域。
穿透式液晶面板130-2則顯示透過微透鏡陣列基板120， 調小相鄰的類針孔光束的投射面積尺寸，在穿透式液晶面板130-2上所形成投射面ADLM、ADLA1~ADLA4的示意圖。透過微透鏡陣列基板120的調整動作，可使調整後光束在微透鏡陣列基板120所產生的投射面ADLM與投射面ADLA1~ADLA4間重疊的區域面積有效的減小。
穿透式液晶面板130-3則顯示透過微透鏡陣列基板120，調整類針孔光束的投射面的形狀，在穿透式液晶面板130-2上所形成投射面ADLM、ADLA1~ADLA4的示意圖。微透鏡陣列基板120透過調整類針孔光束的投射面的形狀為非圓形的方式(例如調整為類矩形)，同樣可有效降低投射面ADLM與投射面ADLA1~ADLA4間重疊的區域面積。
以下請參照圖3A以及圖3B，圖3A以及圖3B繪示本發明實施例的穿透式光源的不同實施方式的示意圖。穿透式光源310具有多個發光元件LD11~LDMN，其中發光元件LD11~LDMN用以發送多個類針孔光束。發光元件LD11~LDMN可以利用微發光二極體(micro light emitting diode)，或其他任意本領域具通常知識者所熟知的發光元件來建構，沒有特定的限制。
在圖3A中，發光元件LD11~LDMN配置在透光性基板SUB上，並呈現整齊的陣列排列。在圖3A中，發光元件LD11~LDMN形成多個對齊的行、列，各行的發光元件的數量相同，各列的發光元件的數量也可以相同。
在圖3B中，穿透式光源320則配置多個非整齊排列的發 光元件LD11~LDMN。其中，穿透式光源320中，相鄰各列(行)的發光元件是交錯排列的，且各行(列)間的發光元件的數量，也不需要相同。
依據圖3A、3B的說明可以得知，本發明實施例的穿透式光源上，所配置的發光元件的排列方式以及數量，並沒有一定的限制，設計者可依據頭戴式顯示裝置在顯示效果上的需求，來設置穿透式光源。
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包括穿透式光源410、微透鏡陣列基板420、遮光板430以及穿透式液晶面板440。穿透式光源410上配置多個發光元件LD1~LDN，並沿一光束投射路徑分別發送多個類針孔光束PL1~PLN。微透鏡陣列基板420配置在光束投射路徑上，接收類針孔光束PL1~PLN，並透過調整類針孔光束PL1~PLN的多個投射面特性以產生多個調整後光束ADL1~ADLN。遮光板430則配置在微透鏡陣列基板420與穿透式液晶面板440間，並配置在調整後光束ADL1~ADLN的投射路徑上。遮光板430具有多個遮光結構431~43N以及透光結構431a~43Na。其中遮光結構431~43N配置在調整後光束ADL1~ADLN的多個投射面間的多個重疊區域的位置上，而透光結構431a~43Na則分別配置在遮光結構431~43N間。
可以得知，調整後光束ADL1~ADLN的多個投射面間的多個重疊區域的位置上的光束會被遮光結構431~43N所遮蔽而不 被投射至穿透式液晶面板440。如此一來，穿透式液晶面板440上所形成的顯示影像，將不會因為光束投射面重疊區域中，過高亮度的光束所影響，可提升顯示影像的品質。
請參照圖5，圖5繪示本發明再一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。頭戴式顯示裝置500包括穿透式光源511、521、微透鏡陣列基板512、522、穿透式液晶面板513、523以及控制器510。穿透式光源511、微透鏡陣列基板512以及穿透式液晶面板513依序沿光束投射路徑PP1排列，並且相互重疊。穿透式光源511則沿光束投射路徑PP1發送多個類針孔光束，穿透式液晶面板513則對應產生顯示影像，其中穿透式液晶面板513可產生第一眼顯示影像。穿透式光源521、微透鏡陣列基板522以及穿透式液晶面板523依序沿光束投射路徑PP2排列，並且相互重疊。穿透式光源521則沿光束投射路徑PP2發送多個類針孔光束，穿透式液晶面板523則對應產生另一顯示影像，其中穿透式液晶面板523可產生第二眼顯示影像。
控制器510耦接至穿透式光源511、521，並可耦接至穿透式液晶面板513以及523。控制器510可用以調整穿透式光源511、521所產生的類針孔光束的亮度。值得一提的，控制器510除可針對穿透式光源511、521整體的類針孔光束的亮度進行調整外，控制器510可針對各穿透式光源511、521中，分屬不同的區域的類針孔光束的亮度，進行區域性的調整。
在另一方面，控制器510同時可透過一光場影像演算法， 來控制穿透式液晶面板513、523依據所接收的調整後光束來分別產生第一眼以及第二眼的顯示影像。值得一提的，本發明實施例中，控制器510可應用本領域具通常知識者所熟知的光場影像演算法來進行光場影像的計算，沒有特別的限制。
控制器510可以為具運算能力的處理器。或者，控制器510可以是透過硬體描述語言(Hardware Description Language,HDL)或是其他任意本領域具通常知識者所熟知的數位電路的設計方式來進行設計，並透過現場可程式邏輯門陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)、複雜可程式邏輯裝置(Complex Programmable Logic Device,CPLD)或是特殊應用積體電路(Application-specific Integrated Circuit,ASIC)的方式來實現的硬體電路。此外，儲存器可為各式隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)等，但不以此為限。
綜上所述，本發明的頭戴式顯示器，透過設置微透鏡陣列基板，藉由改變類針孔光束的投射面特性，以使投射至穿透式液晶面板上的光束(調整後光束)，彼此間相重疊的面積可以有效的減小，如此一來，穿透式液晶面板所產生的顯示影像的影像品質可以有效的被提升。
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‧‧‧頭戴式顯示裝置
110‧‧‧穿透式光源
120‧‧‧微透鏡陣列基板
130‧‧‧穿透式液晶面板
PL1~PLN‧‧‧類針孔光束
ADL1~ADLN‧‧‧調整後光束
EFP‧‧‧人眼聚焦平面
PP1‧‧‧光束投射路徑

Claims (10)

  1. 一種頭戴式顯示裝置，包括：一第一穿透式光源，沿一第一光束投射路徑發送多個第一類針孔光束；一第一微透鏡陣列基板，具有多個第一微透鏡並分別接收該些第一類針孔光束，其中該些第一微透鏡分別調小各該第一類針孔光束的投射面的面積，以產生多個調整後光束；以及一第一穿透式液晶面板，配置在該第一光束投射路徑上，接收該些調整後光束，並依據該些調整後光束以產生一第一顯示影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該些第一微透鏡還分別調整各該第一類針孔光束的投射面形狀，以產生該些調整後光束。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，更包括：一第一遮光板，配置在該第一微透鏡陣列基板與該第一穿透式液晶面板間，並配置在該調整後光束的投射路徑上，該第一遮光板具有多個遮光結構，該些遮光結構配置在該些調整後光束的多個投射面間的多個重疊區域的位置上。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的頭戴式顯示裝置，該第一遮光板更包括多個透光結構，分別配置在該些遮光結構間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，更包括： 一控制器，耦接該第一穿透式光源，該控制器用以調整該第一穿透式光源中，分別屬於多個分布區域的該些第一類針孔光束的多個亮度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的頭戴式顯示裝置，其中該控制器更耦接至該第一穿透式液晶面板，透過一光場影像演算法使該第一穿透式液晶面板依據該些調整後光束以產生該第一顯示影像。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，更包括：一第二穿透式光源，沿一第二光束投射路徑發送多個第二類針孔光束；一第二微透鏡陣列基板，具有多個第二微透鏡並分別接收該些第二類針孔光束，並分別調整該些第二類針孔光束的多個投射面特性以產生多個第二調整後光束；以及一第二穿透式液晶面板，配置在該第二光束投射路徑上，接收該些第二調整後光束，並依據該些第二調整後光束以產生一第二顯示影像，其中，各該第二微透鏡調整對應各該第二類針孔光束的投射面特性，以產生對應的各該第二調整後光束。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的頭戴式顯示裝置，更包括：一第二遮光板，配置在該第二微透鏡陣列基板與該第二穿透式液晶面板間，並配置在該第二光束投射路徑上，該第二遮光板 具有多個遮光結構，該些遮光結構配置在該些第二調整後光束的多個投射面間的多個重疊區域的位置上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第二遮光板更包括多個透光結構，分別配置在該些遮光結構間。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的頭戴式顯示裝置，其中該些第二微透鏡分別調整該些第二類針孔光束的投射面的形狀或面積的至少其中之一。
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