TWI762231B - 可調整焦距的虛擬實境眼鏡 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種可調整焦距的虛擬實境眼鏡。虛擬實境眼鏡本體具有顯示幕以及用以支撐顯示幕的鏡架。虛擬影像成像元件輸出虛擬影像在顯示幕上顯示，與真實影像相互重疊或不重疊。焦距調整器可調整虛擬影像成像元件的焦距，以調整虛擬影像在人眼視網膜上的成像位置。

Description

可調整焦距的虛擬實境眼鏡

本發明涉及虛擬實境眼鏡，特別是涉及一種可調整焦距的虛擬實境眼鏡。

現代人由於看電視，上網或打遊戲的時間過多，導致幼童時期近視的現象日益嚴重。大部分家長碰到孩子發生近視情況時，往往是給小孩配戴近視眼鏡，避免視力惡化，但這導致將小孩永久近視，一輩子需配戴眼鏡，十分不便。事實上，大多數小孩和其他假性近視，通過視力矯正可以恢復視力，主要原理是通過眼睛透過微小目視觀察，例如近視者長時間盯著遠處看，可以矯正假性近視以及部分遠視，反之，老花者長時間盯著近處看，可改善老花。然而，大多數人，特別是小孩，亦受外在環境等因素影響，而難以有足夠專心度長時間盯著同一處看。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種可調整焦距的虛擬實境眼鏡，包含虛擬實境眼鏡本體、虛擬影像成像元件以及焦距調整器。虛擬實境眼鏡本體具有顯示幕以及支撐顯示幕的鏡架。虛擬影像成像元件設於鏡架上。虛擬影像成像元件配置以輸出虛擬影像至顯示幕上顯示，虛擬影像與現實中的真實影像相互重疊或不重疊。焦距調整器設於鏡架上。焦距調整器配置以依據一焦距調整要求，以調整虛擬影像成像元件的焦距，以調整在顯示幕發出的光線或外部環境的光線折射到人眼的瞳孔時，虛擬影像成像在人眼視網膜上的成像位置。

在一實施方案中，焦距調整器依據人眼的視力狀態資訊，以決定所調整的虛擬影像成像元件的焦距大小。

在一實施方案中，顯示幕具有相鄰的兩鏡片。虛擬影像成像元件將虛擬影像顯示在兩個鏡片中的其中一者上，或是將同一虛擬影像分割成連續的兩子虛擬影像分別顯示在兩個鏡片上，又或是將虛擬影像所包含的彼此不連續的兩子虛擬影像分別顯示在兩個鏡片上。焦距調整器調整虛擬影像成像元件的焦距，以調整兩子虛擬影像中的其中一者或兩者的成像位置。

在一實施方案中，所述可調整焦距的虛擬實境眼鏡更包含心率檢測器以及視力評估裝置。心率檢測器連接焦距調整器。心率檢測器配置以焦距調整器調整焦距前、後，檢測戴著虛擬實境眼鏡本體看著虛擬影像的使用者的心率變異值。視力評估裝置連接心率檢測器以及焦距調整器。視力評估裝置配置以依據心率變異值，以判斷人眼在目前調整的焦距下觀看虛擬影像是否感到不適。

在一實施方案中，心率檢測器在焦距調整器調整焦距前、後分別檢測使用者的心率變異值分別作為第一心率變異值以及第二心率變異值。視力評估裝置計算第一心率變異值與第二心率變異值的差值。當視力評估裝置判斷此差值大於心率變異門檻值時，判定使用者看不清楚而導致心率變異值過大，指示焦距調整器暫時停止調整焦距、降低焦距調整的頻率或降低目前的焦距。

在一實施方案中，在焦距調整器從多個設定焦距中的其中一者調整至另一者之後，視力評估裝置判斷檢測到的心率變異值維持固定值或心率變異值的變異量不大於心率變異門檻值的一時間長度大於一時間門檻值時，指示焦距調整器調整至下一設定焦距。

在一實施方案中，焦距調整器的多個設定焦距包含介於一遠處焦距範圍內的多個遠處設定焦距，視力評估裝置依據使用者的一視力狀態資訊，判斷使用者近視時，指示焦距調整器將虛擬影像成像元件的焦距調整至其中一遠處設定焦距。

在一實施方案中，焦距調整器依據檢測到的使用者的心率變異值，在遠處焦距範圍內依據多個遠處設定焦距的大小排序，漸進式依序調整至各遠處設定焦距。

在一實施方案中，焦距調整器的多個設定焦距包含介於一近處焦距範圍內的多個近處設定焦距，視力評估裝置依據使用者的一視力狀態資訊，判斷使用者老花或遠視時，指示焦距調整器將虛擬影像成像元件的焦距調整至其中一近處設定焦距。

在一實施方案中，焦距調整器依據檢測到的使用者的心率變異值，在近處焦距範圍內依據多個近處設定焦距的大小排序，漸進式依序調整至各近處設定焦距。

如上所述，本發明提供一種可調整焦距的虛擬實境眼鏡，其可在多個設定焦距之間進行調整，以調整三維立體虛擬實境影像在人眼的視網膜中的成像位置，引導視力不佳的使用者(例如近視者或老花者)目光長時間看向指定位置，藉以防止使用者眼力惡化、矯正視力。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[第一實施例]

請參閱圖1和圖2，其中圖1為本發明第一實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡的外觀示意圖；圖2為本發明第一實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡的使用示意圖。

本實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡1000可包含虛擬實境眼鏡本體10、虛擬影像成像元件20以及焦距調整器30。虛擬實境眼鏡本體10可為VR虛擬實境眼鏡、AR擴增實境眼鏡或其他可讓使用者穿戴時看見虛擬影像的裝置。虛擬實境眼鏡本體10可具有顯示幕11以及鏡架12。

虛擬影像成像元件20以及焦距調整器30可設於虛擬實境眼鏡本體10的鏡架12上。虛擬影像成像元件20可輸出虛擬影像21至顯示幕11，以在顯示幕11上顯示虛擬影像21。

焦距調整器30可為變焦透鏡模組，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。焦距調整器30可調整虛擬影像成像元件20的焦距，以調整在顯示幕11發出的光線或外部環境的光線折射到人眼的瞳孔時，虛擬影像21成像在人眼視網膜上的成像位置。

請一併參閱圖1至圖6，其中圖3為本發明第一實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡設定為第一焦距的使用示意圖；圖4為本發明第一實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡設定為第二焦距的使用示意圖；圖5為本發明第一實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡設定為第三焦距的使用示意圖；圖6為本發明第一實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡的方塊圖。

虛擬影像成像元件20可固定提供相同的預設虛擬影像21，或依據使用者90的視力狀態資訊99、個人興趣資料等，以決定提供給使用者90觀看的虛擬影像21的內容。例如，虛擬影像成像元件20從預儲存的多個預設虛擬影像挑選其中一者給使用者90觀看。又例如，虛擬實境眼鏡1000可更包含影像擷取元件例如照相機，虛擬影像成像元件20依據影像擷取元件所擷取的影像，產生相應的虛擬影像21給使用者90觀看。

本文所述的虛擬影像皆是舉例為三維立體虛擬實境影像，特別是如圖3至圖5所示的具有延伸感的影像，使得近視者穿戴虛擬實境眼鏡1000時，可被引導往遠處看，但本發明不以此為限。

焦距調整器30可提供多個設定焦距。此多個設定焦距包含介於一遠處焦距範圍內的多個遠處設定焦距、介於一近處焦距範圍內的多個近處設定焦距、一正常視力焦距範圍內的多個正常視力設定焦距，或其任意組合。

虛擬實境眼鏡1000可更包含視力評估裝置50。視力評估裝置50可從外部(的電子裝置91)取得使用者90的視力狀態資訊99。當視力評估裝置50依據使用者90的視力狀態資訊99，判斷使用者90近視時，視力評估裝置50指示焦距調整器30將虛擬影像成像元件20的焦距，調整至其中一遠處設定焦距。此遠處設定焦距可為在多個遠處設定焦距中與當下調整的正常視力設定焦距的差值最小的遠處設定焦距。如此，可避免焦距突然調幅太大，造成人眼適應不良。

焦距調整器30能以一設定頻率或非固定頻率，隨多個遠處設定焦距的大小排序，漸進式調整至在遠處焦距範圍內的各遠處設定焦距。對於近視者而言，可如圖3至如圖5所示將焦距從小調至大，逐漸地引導近視者越看越遠，藉由讓近視者長時間看遠方，以矯正(假性)近視者的視力。

相反地，當視力評估裝置50依據老花者的視力狀態資訊99，判斷使用者90老花時，視力評估裝置50指示焦距調整器30將虛擬影像成像元件20的焦距調整至其中一近處設定焦距。此近處設定焦距可為在多個近處設定焦距中與當下調整的正常視力設定焦距的差值最小的近處設定焦距。如此，可避免焦距突然調幅太大，造成人眼適應不良。

焦距調整器30能能以一設定頻率或非固定頻率，，在近處焦距範圍內依據多個近處設定焦距的大小排序，漸進式依序調整至各個近處設定焦距。對於老花眼病患而言，可如圖5至如圖3所示將焦距從大調至小，逐漸地引導使用者90越看越近，藉由讓老花者長時間看遠方，以矯正老花者的視力。

若有需要，可如本實施例的虛擬實境眼鏡1000更包含心率檢測器40，例如智能心率手環，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。

心率檢測器40可有線或無線連接焦距調整器30。心率檢測器40可在焦距調整器30調整虛擬影像成像元件20的焦距的前、後，檢測穿戴虛擬實境眼鏡1000看著虛擬影像21的使用者90的心率變異值41或稱心率變異度(heart rate variability)。心率變異度分析常用的多種參數，包含文實施例所採用的正常心跳間期差值平方和的均方根(The square root of the mean of the sum of the squares of differences between adjacent NN intervals)，作為短程心律變異性的指標。

視力評估裝置50可連接心率檢測器40以及焦距調整器30。由於使用者90因視力不佳，看不清楚虛擬影像21時，會因心慌或煩躁，導致心率不穩（心率變異值過大）、變異大。相反地，使用者90可以看清楚虛擬影像21時，則心率會平穩。

當視力評估裝置50判斷當下檢測到的心率變異值41落入異常值範圍或增加至大於心率變異門檻值時，調整虛擬影像成像元件20的焦距，例如對於近視者，將焦距調小，反之，對於遠視或老花者，將焦距調大。直到當使用者90能看清楚虛擬影像21時，心率穩定，心率變異值41落於正常值範圍內。

因此，在焦距調整器30將虛擬影像成像元件20的焦距在多個設定焦距之間進行調整的過程中，心率檢測器40可檢測不同焦距下的使用者90的心率變異值41。視力評估裝置50可紀錄不同焦距值31下的使用者90的心率變異值41，以作為使用者90的視力狀態資訊99的初步參考數據。

使用者90的視力狀態資訊99除了可由視力評估裝置50如上述依據使用者90的心率變異值41以及虛擬實境眼鏡1000的焦距值31推測外，亦可由使用者90透過醫院等檢測方式所檢測取得，使用者90或他人可透過電子裝置91例如手機或電腦等將檢測的視力狀態資訊99傳輸至焦距調整器30，以指示焦距調整器30依據使用者90的視力狀態資訊99調整虛擬影像成像元件20的焦距。

對於近視者而言，焦距調整器30可依據使用者90的心率變異值41，依據多個遠處設定焦距的大小排序，漸進式依序調整至各遠處設定焦距。對於老花或遠視者而言，焦距調整器30可依據使用者90的心率變異值41，在近處焦距範圍內依據多個近處設定焦距的大小排序，漸進式依序調整至各近處設定焦距。

[第二實施例]

請參閱圖7和圖8，其中圖7為本發明第二實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡的使用示意圖；圖8為本發明第二實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡的方塊圖。與第一實施例相同內容不在此贅述。

在第一實施例中，舉例虛擬實境眼鏡本體10的顯示幕11僅具單一鏡片。在本實施例中，舉例虛擬實境眼鏡本體100的顯示幕110具有雙鏡片，如圖7所示的彼此相鄰的第一鏡片111以及第二鏡片112。若前述虛擬實境眼鏡本體10替換為本實施例的虛擬實境眼鏡本體100，則虛擬影像成像元件200所產生的虛擬影像21可顯示在虛擬實境眼鏡本體100的顯示幕110的第一鏡片111以及第二鏡片112中的其中一者上，或兩者顯示相同的虛擬影像21。

在本實施例中，虛擬影像成像元件200可將同一虛擬影像分割成連續的第一子虛擬影像211以及第二子虛擬影像212分別顯示在第一鏡片111以及第二鏡片112。或是，虛擬影像成像元件200可將兩個彼此不連續的第一子虛擬影像211以及第二子虛擬影像212分別顯示在第一鏡片111以及第二鏡片112。

例如，虛擬影像成像元件200可包含第一成像元件201以及第二成像元件202，分別用以輸出第一子虛擬影像211以及第二子虛擬影像212。實務上，亦可由單個成像元件產生多個子虛擬影像。

隨著使用者90所在位置、面向的方位和頭部傾斜角度等因素，使用者90透過虛擬實境眼鏡本體100的顯示幕110所看到的第一子虛擬影像211及/或第二子虛擬影像212與現實中的真實影像相互重疊或不重疊。

焦距調整器30可調整虛擬影像成像元件200的焦距，以調整第一子虛擬影像211在第一鏡片111上的成像位置，及/或調整第二子虛擬影像212在第二鏡片112上的成像位置。

由於使用者90因視力不佳，而看不清楚虛擬影像時，會因心慌或煩躁，導致心率不穩（可偵測到心率變異值增加），使用者90的心率的變異幅度大。相反地，當使用者90能看清楚虛擬影像時，心率穩定，使用者90的心率的變異幅度小。

因此，在焦距調整器30調整虛擬影像成像元件200的焦距之前，心率檢測器40檢測使用者90的心率變異值作為第一心率變異值411。在焦距調整器30調整虛擬影像成像元件200的焦距之後，心率檢測器40檢測使用者90的心率變異值作為第二心率變異值412。

視力評估裝置50可計算第一心率變異值411與第二心率變異值412的差值51。當視力評估裝置50判斷此差值51大於心率變異門檻值52時，判定使用者90看不清楚而導致心率不穩，指示焦距調整器30暫時停止調整焦距、降低焦距調整頻率或降低焦距，避免造成使用者90的眼睛或心理負擔。

而在焦距調整器30從多個設定焦距中的其中一設定焦距調整至另一設定焦距之後，視力評估裝置50判斷檢測到的第一心率變異值411或第二心率變異值412，維持固定值或變異量不大於心率變異門檻值52的時間長度大於時間門檻值時，指示焦距調整器30調整至下一更大(對於近視者而言)或更小(對於老花者而言)的設定焦距。

在本實施例中，由於虛擬實境眼鏡本體100的顯示幕110具有分別對準使用者90的左眼和右眼的第一鏡片111、第二鏡片112。因此，除了如上述在虛擬實境眼鏡本體100的顯示幕110的第一鏡片111以及第二鏡片112上同時顯示相同或不同的虛擬影像例如第一子虛擬影像211以及第二子虛擬影像212外，亦可在不同時間區間內分別顯示虛擬影像，以分別檢測使用者90的左眼和在不同焦距下觀看虛擬影像時的心率變異值，據以得知使用者90的右眼和左眼在不同焦距下分別的舒適度。

綜上所述，本發明提供一種可調整焦距的虛擬實境眼鏡，其可在多個設定焦距之間進行調整，以調整三維立體虛擬實境影像在使用者的視網膜上的成像位置，引導視力不佳的使用者(例如近視者或老花者等)目光長時間看向指定位置，藉以矯正使用者的視力。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

1000:虛擬實境眼鏡 10、100:虛擬實境眼鏡本體 11、110:顯示幕 12、120:鏡架 20、200:虛擬影像成像元件 21:虛擬影像 30:焦距調整器 31:焦距值 40:心率檢測器 41:心率變異值 50:視力評估裝置 90:使用者 91:電子裝置 99:視力狀態資訊 111:第一鏡片 112:第二鏡片 211:第一子虛擬影像 212:第二子虛擬影像 201:第一成像元件 202:第二成像元件 411:第一心率變異值 412:第二心率變異值 51:差值 52:心率變異門檻值

圖1為本發明第一實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡的外觀示意圖。

圖2為本發明第一實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡的使用示意圖。

圖3為本發明第一實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡設定為第一焦距的使用示意圖。

圖4為本發明第一實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡設定為第二焦距的使用示意圖。

圖5為本發明第一實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡設定為第三焦距的使用示意圖。

圖6為本發明第一實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡的方塊圖。

圖7為本發明第二實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡的使用示意圖。

圖8為本發明第二實施例的可調整焦距的虛擬實境眼鏡的方塊圖。

10:虛擬實境眼鏡本體

11:顯示幕

12:鏡架

20:虛擬影像成像元件

21:虛擬影像

30:焦距調整器

31:焦距值

40:心率檢測器

41:心率變異值

50:視力評估裝置

90:使用者

91:電子裝置

99:視力狀態資訊

Claims (9)

1. 一種可調整焦距的虛擬實境眼鏡，包含：一虛擬實境眼鏡本體，具有一顯示幕以及支撐該顯示幕的一鏡架；一虛擬影像成像元件，設於該鏡架上，配置以輸出一虛擬影像至該顯示幕上顯示，該虛擬影像與現實中的真實影像相互重疊或不重疊；一焦距調整器，設於該鏡架上，配置以依據一焦距調整要求，以調整該虛擬影像成像元件的一焦距，以調整在該顯示幕發出的光線或外部環境的光線折射到人眼的瞳孔時，該虛擬影像成像在人眼視網膜上的一成像位置；一心率檢測器，連接該焦距調整器，配置以在該焦距調整器調整該焦距前、後，檢測戴著該虛擬實境眼鏡本體看著該虛擬影像的使用者的一心率變異值；以及一視力評估裝置，連接該心率檢測器以及該焦距調整器，配置以依據該心率變異值，以判斷人眼在目前調整的該焦距下觀看該虛擬影像是否感到不適。
2. 如請求項1所述的可調整焦距的虛擬實境眼鏡，其中該焦距調整器依據人眼的一視力狀態資訊，以決定該虛擬影像成像元件被調整的該焦距大小。
3. 如請求項1所述的可調整焦距的虛擬實境眼鏡，其中該顯示幕具有相鄰的兩鏡片，該虛擬影像成像元件將該虛擬影像顯示在該兩個鏡片中的其中一者上，或是將同一該虛擬影像分割成連續的兩子虛擬影像分別顯示在該兩個鏡片上，又或是將該虛擬影像所包含的彼此不連續的該兩子虛擬影像分別顯示在該兩個鏡片上，該焦距調整器調整該虛擬影像成像元件的該焦距，以調整該兩子虛擬影像中的其中一者或兩者的該 成像位置。
4. 如請求項1所述的可調整焦距的虛擬實境眼鏡，其中該心率檢測器在該焦距調整器調整該焦距前、後分別檢測使用者的該心率變異值分別作為一第一心率變異值以及一第二心率變異值，該視力評估裝置計算該第一心率變異值與該第二心率變異值的一差值，並判斷該差值大於一心率變異門檻值時，判定使用者看不清楚而導致心率不穩，指示該焦距調整器暫時停止調整該焦距、降低該焦距調整的頻率或降低目前的該焦距。
5. 如請求項1所述的可調整焦距的虛擬實境眼鏡，其中在該焦距調整器從多個設定焦距中的其中一者調整至另一者之後，該視力評估裝置判斷檢測到的該心率變異值維持固定值或該心率變異值的變異量不大於一心率變異門檻值的一時間長度大於一時間門檻值時，指示該焦距調整器調整至下一該設定焦距。
6. 如請求項1所述的可調整焦距的虛擬實境眼鏡，其中該焦距調整器的多個設定焦距包含介於一遠處焦距範圍內的多個遠處設定焦距，該視力評估裝置依據使用者的一視力狀態資訊，判斷使用者近視時，指示該焦距調整器將該虛擬影像成像元件的該焦距調整至其中一該遠處設定焦距。
7. 如請求項6所述的可調整焦距的虛擬實境眼鏡，其中該焦距調整器依據檢測到的使用者的該心率變異值，在該遠處焦距範圍內依據該多個遠處設定焦距的大小排序，漸進式依序調整至各該遠處設定焦距。
8. 如請求項1所述的可調整焦距的虛擬實境眼鏡，其中該焦距調整器的多個設定焦距包含介於一近處焦距範圍內的多個近 處設定焦距，該視力評估裝置依據使用者的一視力狀態資訊，判斷使用者老花或遠視時，指示該焦距調整器將該虛擬影像成像元件的該焦距調整至其中一該近處設定焦距。
9. 如請求項8所述的可調整焦距的虛擬實境眼鏡，其中該焦距調整器依據檢測到的使用者的該心率變異值，在該近處焦距範圍內依據該多個近處設定焦距的大小排序，漸進式依序調整至各該近處設定焦距。

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