TWI745170B - 頭戴式顯示裝置 - Google Patents

頭戴式顯示裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI745170B
TWI745170B TW109140430A TW109140430A TWI745170B TW I745170 B TWI745170 B TW I745170B TW 109140430 A TW109140430 A TW 109140430A TW 109140430 A TW109140430 A TW 109140430A TW I745170 B TWI745170 B TW I745170B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
image
light
guide element
light guide
shutter
Prior art date
Application number
TW109140430A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202127101A (zh
Inventor
蔡承修
張維仁
范富誠
Original Assignee
宏達國際電子股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 宏達國際電子股份有限公司 filed Critical 宏達國際電子股份有限公司
Publication of TW202127101A publication Critical patent/TW202127101A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI745170B publication Critical patent/TWI745170B/zh

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/017Head mounted
    • G02B27/0172Head mounted characterised by optical features
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0179Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/286Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0136Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0138Head-up displays characterised by optical features comprising image capture systems, e.g. camera
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0179Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0187Display position adjusting means not related to the information to be displayed slaved to motion of at least a part of the body of the user, e.g. head, eye
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133524Light-guides, e.g. fibre-optic bundles, louvered or jalousie light-guides

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Instrument Panels (AREA)

Abstract

頭戴式顯示裝置包括顯示器、導光元件以及遮光器。顯示器週期性的提供顯示影像。導光元件接收顯示影像,依據顯示影像以產生投射影像,由第二表面投射上述投射影像,並由第一表面投射上述投射影像至目標區。遮光器鄰近導光元件的第二表面,並耦接至導光元件。遮光器週期性的交錯被禁能及致能。

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提供隱私或社交模式應用的頭戴式顯示裝置。
在習知技術領域中,擴增實境的頭戴式顯示裝置,由於其導光元件具有雙面出光的特性,會使顯示影像被投射至頭戴式顯示裝置的外部,使外界觀看者可讀取配戴者所觀看之機密資訊。
在另一方面,習知技術的頭戴式顯示裝置在使用時,外部的觀看者無法看清使用者的面部表情。因此,外部的觀看者也難以與使用者進行社交互動。
另外,在習知技術的驅動方式下,遮光器是藉由控制電壓來調整不同的穿透度設定,但其視角均勻程度在不同電壓設定下會有差異,造成顯示畫面的不均勻。
本發明提供多種頭戴式顯示裝置,可提供隱私模式或社交模式的顯示效果。
本發明的頭戴式顯示裝置包括顯示器、導光元件以及遮光器。顯示器週期性的提供顯示影像。導光元件耦接顯示器,具有相對的第一表面與第二表面。導光元件接收顯示影像,依據顯示影像以產生投射影像,由第二表面投射上述投射影像,並由第一表面投射上述投射影像至目標區。遮光器鄰近導光元件的第二表面以進行配置,並耦接至導光元件。遮光器週期性的交錯被禁能及致能。
本發明的另一頭戴式顯示裝置包括顯示器、導光元件、第一影像擷取器以及遮光器。顯示器週期性的交錯提供顯示影像以及設定影像。導光元件耦接顯示器,分時依據該顯示影像以及該設定影像以產生一投射影像。第一影像擷取器用以週期性擷取目標區影像。遮光器配置在導光元件與目標區間,遮光器週期性的交錯被禁能及致能。當顯示器提供設定影像時,遮光器被致能,且第一影像擷取器擷取目標區影像。當顯示器提供顯示影像時,遮光器被禁能,且第一影像擷取器停止擷取目標區影像。
基於上述,本發明透過遮光器週期性的交錯被禁能及致能的動作,配合顯示器產生顯示影像的時間,可使頭戴式顯示裝置的使用者的影像,可以不被外界的對象角色看到,或者可以使外界的對象角色可以看到使用者的影像。如此,頭戴式顯示裝置可被應用在隱私模式或是社交模式下,提升使用上的效能。
100、300、400、500、501、502、600:頭戴式顯示裝置
110、310、410、510、51、51-1、51-2、610:顯示器
120、320、420、520、52a、52b、620:導光元件
130、330、430、530、53、640:遮光器
431、531、57:P方向偏光片
432、532、54:S方向偏光片
450、550、560、55、56、59:相位延遲片
570:線偏振片
630、670:影像擷取器
650:電控透鏡
660:電控光擴散器
680:處理器
810、820:眼睛畫面
AMBL、AMBL1、AMBL2:環境光
CTR1:控制信號
FN1~FNN:圖像框時間區間
IMG、CIMG:顯示影像
LCP、RCP:圓偏振光
LD:發光二極體
PGL1、PGL2、PG:投射影像
S711~S730:步驟
SETI:設定影像
SF1~SF4:表面
SYNC:同步信號
t1、t2:時間區間
TG:目標區
TGIMG:目標區影像
VR1:眼球影像
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繪示本發明圖1實施例的頭戴式顯示裝置的操作時序圖。
圖3繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置及其光路示意圖。
圖4A至圖5B繪示本發明多個實施例的頭戴式顯示裝置及其光路示意圖。
圖6繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置600的示意圖。
圖7繪示本發明圖6實施例的頭戴式顯示裝置的動作流程示意圖。
圖8A、圖8B繪示本發明實施例的使用者的眼睛畫面的示意圖。
圖9繪示本發明圖6實施例的頭戴式顯示裝置的動作時序圖。
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包括顯示器110、導光元件120以及遮光器(shutter)130。顯示器110用以依據一個預設的週期以產生顯示影像IMG。導光元件120耦接顯示器110。導光元件120用以接收顯示器110所產生的顯示影像IMG,並依據顯示影像IMG產生相同的投射影像PGL1、PGL2。導光元件120並透過其第一表面SF1以發射投射影像PGL1至目標區TG,另透過第二表面SF2 以發射投射影像PGL2至遮光器130。其中,第一表面SF1與第二表面SF2相對。
在另一方面,遮光器130相鄰於導光元件120的第二表面SF2,並耦接至導光元件120。其中,遮光器130可週期性的交錯被禁能及致能。
在本實施例中,遮光器130面對頭戴式顯示裝置100的外部的表面SF3可接收環境光AMBL。遮光器130面對導光元件130的表面SF4則可接收投射影像PGL2。在本實施例中,遮光器130為一電控制遮光器,可依據電氣的控制信號CTR1以被禁能或致能。在當遮光器130依據控制信號CTR1被致能時,環境光AMBL將被遮蔽而無法被傳送至導光元件120。相對的,當遮光器130依據控制信號CTR1被禁能時,環境光AMBL將可通過遮光器130,並被傳送至導光元件120。
在此請注意,在當顯示器110產生顯示影像IMG時,遮光器130依據控制信號CTR1同步被致能。如此一來,導光元件120對應顯示影像IMG所產生投射影像PGL2,會被遮光器130所遮蔽,而無法傳送至頭戴式顯示裝置100的外部。同時,導光元件120所產生投射影像PGL1則可有效的被傳送到目標區TG(亦即使用者眼球的位置)。此時,使用者可觀察到顯示器110所產生的顯示影像IMG。
相對的,在當顯示器110停止產生顯示影像IMG時,遮光器130依據控制信號CTR1同步被禁能。此時顯示器110停止 產生顯示影像IMG。且環境光AMBL可通過被禁能遮光器130以傳送至導光元件120,並傳送至目標區TG。此時,使用者可觀察到外部環境光AMBL所傳送的環境影像。
由上述的說明可得知,透過週期性使遮光器130交錯的被致能及禁能,並使顯示器110交錯的產生顯示影像IMG,可讓使用者觀察到虛擬實境及/或擴增實境的顯示效果。並且,顯示影像IMG以及使用者的影像(目標區影像)不會被傳送至頭戴式顯示裝置100的外部,可達到隱私模式的效果。
以下請參照圖2,圖2繪示本發明圖1實施例的頭戴式顯示裝置的操作時序圖。其中,頭戴式顯示裝置100可依據同步信號SYNC以區分操作時序為多個圖像框(frame)時間區間FN1~FNN。其中,在單一圖像框時間區間中(以圖像框時間區間FN1為範例),同步信號SYNC為相對高準位時,遮光器130可被致能,顯示器110可依據脈衝驅動方式(pulse driving)來產生顯示影像IMG。相對的,在圖像框時間區間FN1中,當同步信號SYNC為相對低準位時,遮光器130可被禁能,顯示器110則停止產生顯示影像IMG。
附帶一提的,同步信號SYNC的責任週期(duty cycle)是可以動態調整的,並沒有別的限制。例如,當需要增加顯示影像IMG的亮度時,可以調高同步信號SYNC正脈衝的時間長度。相對的,當需要增加環境影像的亮度時,則可以調低同步信號SYNC正脈衝的時間長度。
附帶一提的,本實施例的遮光器130週期性在全開及全關間進行操作,有效提升使用者視角的均勻度。
以下請參照圖3,圖3繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置及其光路示意圖。頭戴式顯示裝置300包括顯示器310、導光元件320以及遮光器330。其中,在本實施例中,導光元件320可以為偏振敏感(Polarization-sensitive)導光元件,遮光器330則可以為電控制液晶遮光器。
頭戴式顯示裝置300中的顯示器310可提供為第二方向線偏振光(例如為S光)的顯示影像IMG。S光的顯示影像IMG被傳送至導光元件320後,導光元件120可依據S光的顯示影像IMG來產生為第一方向偏振光(P光)的投射影像PGL1以及PGL2。其中,投射影像PGL1被投射至目標區TG,投射影像PGL2則被投射至遮光器330。遮光器330並可遮蔽為P光的投射影像PGL2,並避免投射影像PGL2被傳送至頭戴式顯示裝置300的外部,達到隱私模式的效果。
在另一方面,具有第一方向偏振光成分(P光)以及第二方向偏振光(S光)成分的環境光AMBL被投射至遮光器330。遮光器130可遮避掉環境光AMBL的S光成分,並保留環境光AMBL的P光成分以傳送至導光元件320。導光元件320並可將環境光AMBL的P光成分傳送至目標區TG以產生環境影像。
請參照圖4A,圖4A繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置及其光路示意圖。頭戴式顯示裝置400包括顯示器410、導 光元件420、遮光器430、S方向(第二方向)偏光片432、P方向(第一方向)偏光片431以及相位延遲片450。其中,導光元件420可以為偏振敏感導光元件,遮光器430則可以為電控制液晶遮光器。在本實施例中,S方向偏光片432以及P方向偏光片431分別配置遮光器430的兩側。P方向偏光片431配置在遮光器430以及相位延遲片450間。相位延遲片450則配置在P方向偏光片431以及導光元件420間。導光元件420則鄰近目標區TG進行配置。
在本實施例中,顯示器410提供為第一旋向圓偏振光LCP的顯示影像IMG至導光元件420。導光元件420依據第一旋向圓偏振光LCP的顯示影像IMG以產生為第二旋向圓偏振光RCP的投射影像PGL1以及PGL2。投射影像PGL1被傳送至目標區TG,投射影像PGL2被傳送至相位延遲片450。在本實施例中,相位延遲片450為1/4波片(quarter wave plate,QWP),可使所接收的光波延遲1/4波長。相位延遲片450則可轉換為第二旋向圓偏振光RCP的投射影像PGL2為P光的投射影像PGL2。
承續上述,為P光的投射影像PGL2被投射至P方向偏光片431,並可藉由遮光器430控制是否穿透。因此,藉由遮光器430可控制投射影像PGL2不會被傳送至頭戴式顯示裝置400的外部,達到隱私模式的效果。
在另一方面,具有第一方向偏振光(P光)成分以及第二方向偏振光(S光)成分的環境光AMBL被投射至S方向偏光片 432。通過S方向偏光片432以及P方向偏光片431,環境光AMBL的第二方向偏振光(S光)成分可以被濾除,並使環境光AMBL的第一方向偏振光(P光)可以被傳送至相位延遲片450。
相位延遲片450並轉換環境光AMBL的第一方向偏振光(P光)來產生為第二旋向圓偏振光(RCP)的環境光AMBL。第二旋向圓偏振光(RCP)的環境光AMBL被投射至導光元件420,導光元件420並可傳送第二旋向圓偏振光(RCP)的環境光AMBL至目標區TG。
請參照圖4B,圖4B繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置及其光路示意圖。頭戴式顯示裝置500包括顯示器510、導光元件520、遮光器530、S方向(第二方向)偏光片532、P方向(第一方向)偏光片531、相位延遲片550、560以及線偏振片570。其中,導光元件520可以為偏振敏感導光元件,遮光器530則可以為電控制液晶遮光器。
在本實施例中,S方向偏光片532以及P方向偏光片531分別設置在遮光器530相對的兩個側邊。其中,P方向偏光片531可朝向目標區TG。相位延遲片550、導光元件520、相位延遲片560以及線偏振片570依序設置在P方向偏光片531以及目標區TG間。其中,顯示器510提供為第一旋向圓偏振光(LCP)的顯示影像IMG至導光元件520。導光元件520依據為第一旋向圓偏振光(LCP)的顯示影像IMG來產生為第二旋向圓偏振光(RCP)的顯示影像IMG。導光元件520傳送為第二旋向圓偏振光(RCP) 的顯示影像IMG至相位延遲片550及560。
在本實施例中,相位延遲片550、560均為1/4波片。相位延遲片550可轉換為第二旋向圓偏振光(RCP)的顯示影像IMG為第一方向偏振光(P光)的顯示影像IMG。並使為第一方向偏振光(P光)的顯示影像IMG被傳送至P方向偏光片531。再藉由控制遮光器530的開啟與關閉,使其無法傳送至頭戴式顯示裝置500的外部,以達到隱私模式的效果。
在另一方面,相位延遲片560可轉換為第二旋向圓偏振光(RCP)的顯示影像IMG為第一方向偏振光(P光)的顯示影像IMG,並將為第一方向偏振光(P光)的顯示影像IMG傳送至線偏振片570。透過線偏振片570,可將為第一方向偏振光(P光)的顯示影像IMG傳送至目標區TG。
在本發明實施例中,S方向偏光片532可接收具有第一方向偏振光(P光)成分以及第二方向偏振光(S光)成分的環境光AMBL1。透過S方向偏光片532、遮光器530以及P方向偏光片531的作用,環境光AMBL1中的S光成分可被濾除,並使環境光AMBL1中的P光成分被傳送至相位延遲片550。相位延遲片550則轉換環境光AMBL1中的P光成分為第二旋向圓偏振光(RCP)的環境光AMBL1。導光元件520接收為第二旋向圓偏振光(RCP)的環境光AMBL1,並將為第二旋向圓偏振光(RCP)的環境光AMBL1傳送至相位延遲片560。
相位延遲片560並將為第二旋向圓偏振光(RCP)的環境 光AMBL1轉換為P光的環境光AMBL1。P光的環境光AMBL1則被提供至線偏振片570,並透過線偏振片570被傳送至目標區TG。
此外,在本實施例中,線偏振片570可接收另一方向,具有第一方向偏振光(P光)成分以及第二方向偏振光(S光)成分的環境光AMBL2。線偏振片570可遮罩環境光AMBL2的S光成分。相位延遲片560用以轉換環境光AMBL2的P光成分為第二旋向圓偏振光(RCP)的環境光AMBL2。導光元件520傳送為第二旋向圓偏振光(RCP)的環境光AMBL2至相位延遲片550。相位延遲片550則轉換為第二旋向圓偏振光(RCP)的環境光AMBL2為P光的環境光AMBL2。
在S方向偏光片532的作用下,P光的環境光AMBL2被轉換成S光的環境光AMBL2,並傳送至頭戴式顯示裝置500的外部。
以下請參照圖5A以及圖5B,圖5A、5B分別繪示本發明另二實施例的頭戴式顯示裝置及其光路示意圖。在圖5A中,頭戴式顯示裝置501包括顯示器51、子導光元件52a、52b、遮光器53、S方向(第二方向)偏光片54、P方向(第一方向)偏光片57、相位延遲片55、56以及59以及分光元件58。其中,本實施例的導光元件被區分為子導光元件52a、52b。子導光元件52a、52b依序排列在遮光器53以及目標區TG間。S方向偏光片54配置在遮光器53以及子導光元件52a間。相位延遲片56以及P方 向偏光片57則依序配置在子導光元件52a、52b間。S方向偏光片54接收具有P光以及S光成分的環境光AMBL,並配合相位延遲片(1/4波片)以產生為第二旋向圓偏振光(RCP)的環境光AMBL1。
環境光AMBL1被傳送至子導光元件52a中。子導光元件52a傳導環境光AMBL1,並轉換環境光AMBL1為第一旋向圓偏振光(LCP),且將為第一旋向圓偏振光(LCP)的環境光AMBL1傳送至相位延遲片59。相位延遲片59則轉換環境光AMBL1為S光,並將為S光的環境光AMBL1傳送至分光元件58中。其中,相位延遲片59與分光元件58接收環境光AMBL1的表面相鄰配置。分光元件58並將為S光的環境光AMBL1傳送至顯示器51。在本實施例中,顯示器51可以為液晶覆矽(Liquid Crystal on Silicon)顯示器。
另外,顯示器51可發送為P光的顯示影像CIMG至分光元件58。分光元件58轉傳P光的顯示影像CIMG至相位延遲片59,相位延遲片59轉換P光的顯示影像CIMG為第二旋向圓偏振光(RCP)的顯示影像CIMG,並將為第二旋向圓偏振光(RCP)的顯示影像CIMG傳送至子導光元件52b。透過子導光元件52b的導光效果,顯示影像CIMG可被傳送至目標區TG。其中,在子導光元件52b中傳送的顯示影像CIMG可以為第一旋向圓偏振光(LCP),發送至目標區TG的顯示影像CIMG則可以為第二旋向圓偏振光(RCP)。
在此請注意,本實施例中,顯示影像CIMG可以包括環境光AMBL1所形成的環境光影像,並提供使用者可以觀察到擴增實境的顯示效果。另外,在本實施例中,目標區TG的影像不會被頭戴式顯示裝置5A外部的使用者看到,因此可以達到隱私模式的效果。
另外,在圖5B中,與圖5A不相同的,圖5B中的頭戴式顯示裝置502具有兩個分開設置的顯示器51-1、51-2。顯示器51-1設置的位置可以與圖5A的顯示器51相同。顯示器51-2則可與分光器58的另一個表面相鄰設置。其中,顯示器51-2所發送的顯示影像可以直接穿透分光器58,再通過相位延遲片59以傳送至子導光元件52b中。
附帶一提的,在圖5A、5B的實施例中,其中的發光二極體LD可用以在執行眼球追蹤動作中,投射光束至使用者的眼球。
以下請參照圖6,圖6繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置600的示意圖。頭戴式顯示裝置600包括顯示器610、導光元件620、影像擷取器630、670、遮光器640、電控透鏡650、電控光擴散器660以及處理器680。顯示器610可週期性的交錯提供顯示影像IMG以及設定影像SETI。導光元件620耦接顯示器610。導光元件620分時依據顯示影像IMG以及設定影像SETI產生投射影像PG。其中,投射影像PG1被投射至電控透鏡650。
另外,遮光器640配置在導光元件620與目標區TG間,遮光器640週期性的交錯被禁能及致能。當遮光器640被致能時, 光線無法通過遮光器640,當遮光器640被禁能時,光線可通過遮光器640。
影像擷取器630可用以週期性擷取目標區TG的目標區影像TGIMG。當目標區TG對應使用者眼睛的位置時,目標區影像TGIMG可以為使用者眼睛的影像。影像擷取器630耦接至處理器680,並傳送目標區影像TGIMG至處理器680。其中,目標區影像TGIMG可以作為設定影像SETI。在本發明實施例中,設定影像SETI也可以是其他預設的影像。
在動作細節上,當顯示器610提供設定影像SETI時,遮光器640被致能。且同時,影像擷取器630擷取目標區影像TGIMG。當顯示器610提供顯示影像IMG時,遮光器640被禁能,且影像擷取器630停止擷取目標區影像TGIMG。
在另一方面,在本發明實施例中,影像擷取器670可用以擷取對向角色的眼球影像VR1,並用以作為對向角色的眼球追蹤資訊ETI。處理器680依據眼球追蹤資訊ETI以獲得對向角色的視線方向,並使顯示器610依據視線方向提供設定影像SETI。
在另一方面,電控透鏡650、電控光擴散器660可針對導光元件620所提供的投射畫面PG進行尺寸上的調整,並將投射畫面PG傳送給對向角色,可達到社交模式的效果。
本實施例中的處理器680可以應用本領域具通常知識者所熟知,任意具運算能力的處理器來實施,沒有固定的限制。
在此可同步參照圖6以及圖7,其中圖7繪示本發明圖6 實施例的頭戴式顯示裝置的動作流程示意圖。其中,在步驟S711中,影像擷取器630可擷取使用者的眼睛畫面。在步驟S712中,透過影像擷取器670的動作,可追蹤對象角色的視線方向。並且,在步驟S720中,處理器680可分析對象角色的視線方向,並據以提供較佳的使用者的眼睛畫面。並在步驟S730中,顯示器610可提供使用者眼睛畫面,來輸出給對象角色觀看,以達到社交模式的效果。
在此,請參見圖8A、圖8B繪示的本發明實施例的使用者的眼睛畫面的示意圖。當對象角色的視線方向被判斷出是直視使用者時,可產生如圖8A所示的使用者正面的眼睛畫面810。另外,若對象角色的視線方向被判斷出是斜視(側視)使用者時,則可產生如圖8B所示的使用者正面的眼睛畫面820。
以下請參照圖9,圖9繪示本發明圖6實施例的頭戴式顯示裝置的動作時序圖。其中,頭戴式顯示裝置600的動作時序可以區分為多個連續的圖像框週期FN1、FN2。在圖像框週期FN1中,顯示器610可在時間區間t1中先提供設定影像SETI,接著再於時間區間t2中提供顯示影像IMG。相對應的,在時間區間t1中,影像擷取器630執行使用者眼睛畫面的擷取動作,影像擷取器670則可同步執行對象角色的眼球影像VR1的擷取動作。在此同時,電控透鏡650、電控光擴散器660以及遮光器640皆被致能。如此一來,影像擷取器630所擷取到的使用者眼睛畫面可以做為設定畫面SETI,並透過投射影像PG發送至對象角色端。使對象 角色可以觀察到使用者的眼睛畫面。
在時間區間t2中,電控透鏡650、電控光擴散器660以及遮光器640皆被禁能,影像擷取器630、670皆被關閉。同時,顯示器610提供顯示畫面IMG。在此時,遮光器640被禁能,導光元件620所傳送的顯示影像IMG可以穿透遮光器640以傳送至使用者的眼睛。同時,環境光也可穿透遮光器640以傳送至使用者的眼睛,讓使用者可觀察到虛擬實境及/或擴增實境的顯示效果。
透過在每一圖像框週期FN1~FN2中,交錯的提供設定影像SET1至對象角色及提供顯示影像IMG至使用者,可讓使用者在體驗虛擬實境及/或擴增實境的顯示效果時,同步與對象角色進行社交互動,達到社交模式的效果。
附帶一提的,本實施例的遮光器640週期性的操作在全開及全關間,有效提升使用者視角的均勻度。
綜上所述,本發明的頭戴式顯示裝置,透過使顯示器與遮光器的禁/致能動作相互配合,可達到隱私模式或社交模式的效果。另外,本發明的遮光器週期性操作在全開及全關的條件下,可有效提升使用者視角的均勻度。
100:頭戴式顯示裝置
110:顯示器
120:導光元件
130:遮光器
AMBL:環境光
CTR1:控制信號
IMG:顯示影像
PGL1、PGL2:投射影像
SF1~SF4:表面
TG:目標區

Claims (19)

  1. 一種頭戴式顯示裝置,包括:一顯示器,週期性的提供一顯示影像;一導光元件,耦接該顯示器,具有相對的一第一表面與一第二表面,該導光元件接收該顯示影像,依據該顯示影像以產生一投射影像,由該第二表面投射該投射影像,並由該第一表面投射該投射影像至一目標區;以及一遮光器,鄰近該導光元件的該第二表面,並耦接至該導光元件,該遮光器週期性的交錯被禁能及致能,其中當該顯示器停止提供該顯示影像時,該遮光器被禁能以使一第一環境光傳送至該導光元件。
  2. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置,其中當該顯示器提供該顯示影像時,該遮光器被致能,以使該第一環境光被遮蔽而不被傳送至該導光元件。
  3. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置,其中該遮光器為電控制遮光器,依據一控制信號以週期性的禁能或致能。
  4. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置,其中該導光元件為偏振敏感導光元件,該遮光器為電控制液晶遮光器。
  5. 如請求項4所述的頭戴式顯示裝置,其中該遮光器濾除該第一環境光中的第二方向線偏振光成分,並傳送該第一環境光中的第一方向線偏振光成分至該目標區,該顯示器提供為一第 二方向線偏振光的該顯示影像,該導光元件產生同樣為該第二方向線偏振光的該投射影像。
  6. 如請求項4所述的頭戴式顯示裝置,更包括:一第一相位延遲片,配置在該導光元件的該第二表面與該遮光器間;一第一方向偏光片,配置在該第一相位延遲片與該遮光器間;以及一第二方向偏光片,其中該遮光器配置在該第一方向偏光片與該第二方向偏光片間。
  7. 如請求項6所述的頭戴式顯示裝置,其中該顯示器提供為第一旋向圓偏振光的該顯示影像,該導光元件產生為第二旋向圓偏振光的該投射影像以投射至該目標區以及該遮光器。
  8. 如請求項6所述的頭戴式顯示裝置,其中在該遮光器禁能時,該第二方向偏光片、該遮光器以及該第一方向偏光片濾除該第一環境光的第二方向線偏振光成分,並提供該第一環境光的第一方向線偏振光成分至該第一相位延遲片,該第一相位延遲片轉換該第一環境光的第一方向線偏振光成分為第二方向圓偏振光以投射至該導光元件。
  9. 如請求項6所述的頭戴式顯示裝置,更包括:一第二相位延遲片,配置在該導光元件的該第一表面與該目標區間;以及一線偏振片,配置在該第二相位延遲片與該目標區間。
  10. 如請求項9所述的頭戴式顯示裝置,其中該顯示器提供為第一旋向圓偏振光的該顯示影像,該導光元件產生為第二旋向圓偏振光的該投射影像,該第二相位延遲片以及該線偏振片轉換該投射影像為第一方向線偏振光,並投射至該目標區。
  11. 如請求項10所述的頭戴式顯示裝置,其中該第二相位延遲片以及該線偏振片轉換為第二方向圓偏振光的該第一環境光為第一方向線偏振光。
  12. 如請求項9所述的頭戴式顯示裝置,其中該線偏振片更接收一第二環境光,該線偏振片與該第二相位延遲片並轉換該環境光為第二方向圓偏振光,並傳送至該導光元件。
  13. 如請求項4所述的頭戴式顯示裝置,其中該導光元件包括一第一子導光元件以及一第二子導光元件,該第一子導光元件以及該第二子導光元件依序排列在該遮光器以及該目標區間,該頭戴式顯示裝置更包括:一第二方向偏光片,配置在該遮光器以及該第一子導光元件間,接收該第一環境光;一第一相位延遲片,配置在該第二方向偏光片以及該第一子導光元件間,依據該第一環境光以產生一第二環境光;一第二相位延遲片,配置在該第一子導光元件以及該第二子導光元件間;一第一方向偏光片,配置在該第二相位延遲片以及該第二子導光元件間; 一分光元件,接收該環境光影像,並轉傳該環境光影像至該顯示器,該分光元件接收該顯示影像並轉傳該顯示影像至該第二子導光元件;以及一第三相位延遲片,與該分光元件接收該第二環境光以及傳送該顯示影像的表面相鄰設置;其中該第二子導光元件傳送該顯示影像以及該第二環境光至該目標區。
  14. 一種頭戴式顯示裝置,包括:一顯示器,週期性的交錯提供一顯示影像以及一設定影像;一導光元件,耦接該顯示器,分時依據該顯示影像以及該設定影像以產生一投射影像;一第一影像擷取器,用以週期性擷取一目標區的一目標區影像;以及一遮光器,配置在該導光元件與該目標區間,該遮光器週期性的交錯被禁能及致能,其中當該顯示器提供該設定影像時,該遮光器被致能,且該第一影像擷取器擷取該目標區影像,當該顯示器提供該顯示影像時,該遮光器被禁能,且該第一影像擷取器停止擷取該目標區影像。
  15. 如請求項14所述的頭戴式顯示裝置,更包括:一電控透鏡,耦接至該導光元件的該第二表面;以及 一電控光擴散器,其中該電控透鏡配置在該電控光擴散器與該導光元件間。
  16. 如請求項15所述的頭戴式顯示裝置,其中當該顯示器提供該設定影像時,該電控透鏡以及該電控光擴散器被致能,當該顯示器提供該顯示影像時,該電控透鏡以及該電控光擴散器被禁能。
  17. 如請求項14所述的頭戴式顯示裝置,其中該設定影像為該目標區影像。
  18. 如請求項14所述的頭戴式顯示裝置,更包括:一第二影像擷取器,擷取一對向角色的眼球影像,作為該對向角色的一眼球追蹤資訊;以及一處理器,耦接該第二影像擷取器、該第一影像擷取器以及該顯示器,依據該眼球追蹤資訊以獲得該對向角色的一視線方向,使該顯示器依據該視線方向提供該設定影像。
  19. 如請求項18所述的頭戴式顯示裝置,其中該第二影像擷取器在該第一影像擷取器擷取該目標區影像時,擷取該對向角色的眼球影像。
TW109140430A 2020-01-05 2020-11-19 頭戴式顯示裝置 TWI745170B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202062957281P 2020-01-05 2020-01-05
US62/957,281 2020-01-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202127101A TW202127101A (zh) 2021-07-16
TWI745170B true TWI745170B (zh) 2021-11-01

Family

ID=73854560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109140430A TWI745170B (zh) 2020-01-05 2020-11-19 頭戴式顯示裝置

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11360311B2 (zh)
EP (2) EP3855236A3 (zh)
CN (2) CN113075792B (zh)
TW (1) TWI745170B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201702524A (zh) * 2015-03-25 2017-01-16 施耐普特拉克股份有限公司 用於顯示裝置之光學薄膜堆疊
CN107329273A (zh) * 2017-08-29 2017-11-07 京东方科技集团股份有限公司 一种近眼显示装置
CN108873329A (zh) * 2017-05-16 2018-11-23 中强光电股份有限公司 头戴式显示装置
TW201843493A (zh) * 2017-03-13 2018-12-16 宏達國際電子股份有限公司 頭戴式顯示裝置及影像投射方法
TWI672525B (zh) * 2018-05-22 2019-09-21 宏達國際電子股份有限公司 頭戴式顯示裝置及其影像產生方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5572343A (en) * 1992-05-26 1996-11-05 Olympus Optical Co., Ltd. Visual display having see-through function and stacked liquid crystal shutters of opposite viewing angle directions
WO2007036936A1 (en) 2005-09-28 2007-04-05 Mirage Innovations Ltd. Stereoscopic binocular system, device and method
US9651786B1 (en) 2015-05-05 2017-05-16 SA Photonics, Inc. Systems and methods for augmented reality devices with light security
US10627627B2 (en) * 2017-10-02 2020-04-21 Google Llc Eye tracking using light guide with faceted combiner

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201702524A (zh) * 2015-03-25 2017-01-16 施耐普特拉克股份有限公司 用於顯示裝置之光學薄膜堆疊
TW201843493A (zh) * 2017-03-13 2018-12-16 宏達國際電子股份有限公司 頭戴式顯示裝置及影像投射方法
CN108873329A (zh) * 2017-05-16 2018-11-23 中强光电股份有限公司 头戴式显示装置
CN107329273A (zh) * 2017-08-29 2017-11-07 京东方科技集团股份有限公司 一种近眼显示装置
TWI672525B (zh) * 2018-05-22 2019-09-21 宏達國際電子股份有限公司 頭戴式顯示裝置及其影像產生方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3855236A3 (en) 2021-10-13
TW202127101A (zh) 2021-07-16
CN113075792B (zh) 2023-02-17
US11531205B2 (en) 2022-12-20
US20210208401A1 (en) 2021-07-08
CN115327781A (zh) 2022-11-11
EP3855236A2 (en) 2021-07-28
US11360311B2 (en) 2022-06-14
EP4345528A3 (en) 2024-07-24
US20220229302A1 (en) 2022-07-21
CN113075792A (zh) 2021-07-06
EP4345528A2 (en) 2024-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9298002B2 (en) Optical configurations for head worn computing
US9851565B1 (en) Increasing effective eyebox size of an HMD
US20130257691A1 (en) Head-mount type display device
JP6640082B2 (ja) 組み合わせ画像の輝度比を調整するための液晶モジュールを伴う透視型頭部装着型ディスプレイ
WO2021082798A1 (zh) 一种头戴式显示设备
JP2002082307A (ja) 立体画像認識装置および立体画像表示方法
WO2013066521A1 (en) Adaptive brightness control of head mounted display
CN108398791A (zh) 一种基于偏光隐形眼镜的近眼显示装置
US11782268B2 (en) Eyeball tracking system for near eye display apparatus, and near eye display apparatus
WO2018184567A1 (zh) 反射式3d显示装置及显示方法
TWI745170B (zh) 頭戴式顯示裝置
TW201019031A (en) Projecting system capable of forming 3D images and related method
JP4472607B2 (ja) 3次元映像提示・撮像装置
TWI672525B (zh) 頭戴式顯示裝置及其影像產生方法
KR102686391B1 (ko) 동적 풀 3차원 디스플레이
CN207718136U (zh) 可消除散斑的激光投影装置与系统
TWI746370B (zh) 頭戴式顯示裝置
JP5370174B2 (ja) 映像信号処理装置、映像信号処理方法および映像表示装置
CN108333775A (zh) 近眼显示系统
US20130010085A1 (en) Three-dimensional image display device, three-dimensional imaging device, television receiver, game device, recording medium, and method of transmitting three-dimensional image
RU2752654C1 (ru) Система для отображения информации пользователю
CN207689822U (zh) 可消除散斑的激光投影装置与系统
TW202107158A (zh) 具有雙對焦平面的虛擬實境光學裝置
TWI811825B (zh) 頭戴式顯示裝置
CN114879360A (zh) 头戴式显示设备