TWI775392B - 擴增實境眼鏡 - Google Patents

擴增實境眼鏡 Download PDF

Info

Publication number
TWI775392B
TWI775392B TW110114132A TW110114132A TWI775392B TW I775392 B TWI775392 B TW I775392B TW 110114132 A TW110114132 A TW 110114132A TW 110114132 A TW110114132 A TW 110114132A TW I775392 B TWI775392 B TW I775392B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
lens
image
augmented reality
lens group
reality glasses
Prior art date
Application number
TW110114132A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202242483A (zh
Inventor
邱奕榮
黃士挺
李彥賢
塗宗偉
石維國
Original Assignee
宏碁股份有限公司
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 宏碁股份有限公司 filed Critical 宏碁股份有限公司
Priority to TW110114132A priority Critical patent/TWI775392B/zh
Priority to US17/331,638 priority patent/US11776219B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI775392B publication Critical patent/TWI775392B/zh
Publication of TW202242483A publication Critical patent/TW202242483A/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G06T19/006—Mixed reality
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/12—Beam splitting or combining systems operating by refraction only
    • G02B27/123—The splitting element being a lens or a system of lenses, including arrays and surfaces with refractive power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/142—Coating structures, e.g. thin films multilayers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/145—Beam splitting or combining systems operating by reflection only having sequential partially reflecting surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0127—Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the depth of field
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

一種擴增實境眼鏡，包括第一影像源、第二影像源以及透鏡組。第一影像源發出第一影像光束。第二影像源發出第二影像光束。透鏡組包括第一透鏡以及第二透鏡，且設置於第一影像光束以及第二影像光束的路徑上。第一透鏡的第一表面與第二透鏡的第二表面之間具備間隙，間隙的折射率小於第一透鏡的折射率。第一影像光束以及第二影像光束在透鏡組的入光面入射透鏡組，在第一透鏡的第一表面反射，並在透鏡組的出光面出射透鏡組後入射眼睛。第一影像光束自第一影像源行進至眼睛的光程長度不同於第二影像光束自第二影像源行進至眼睛的光程長度。

Description

擴增實境眼鏡
本發明是有關於一種光學裝置，且特別是有關於一種擴增實境眼鏡。
隨著顯示技術的進步，擴增實境（augmented reality）顯示技術逐漸普及，大量應用於人們的生活中。擴增實境技術使得人眼能夠同時看到實際物體及虛擬影像，並且，虛擬影像可以和實際物體互動。
然而，目前的擴增實境技術尚有許多待改進之處，例如，虛擬影像和實際物體互動時無法同時對焦於人眼，甚至虛擬影像本身可能有輻輳調節衝突(vergence-accommodation conflict，VAC)問題。具體來說，當虛擬實境裝置提供的影像光進入雙眼，左右眼會分別對焦在左眼看到的虛像成像處和右眼看到的虛像成像處，然而，大腦卻是將雙眼直視的視線交會位置視為是影像的位置，當雙眼對焦的位置不同於雙眼直視的視線交會位置時，會使得人腦混亂，易產生頭暈現象，這就是VAC現象。
擴增實境技術中的擴增實境眼鏡還屬於近眼光學的範疇，人眼立體視覺重疊區域大約60度，擴增實境眼鏡的視場必須涵蓋此區域。如何同時呈現多個虛擬影像也是擴增實境技術重要的議題。
本發明提供一種擴增實境眼鏡，具備大視場，同時呈現多個虛擬影像，並避免輻輳調節衝突。
根據本發明一實施例，提供一種擴增實境眼鏡，用以配戴於使用者的眼睛前方，擴增實境眼鏡包括第一影像源、第二影像源以及至少一透鏡組。第一影像源發出第一影像光束。第二影像源發出第二影像光束。至少一透鏡組設置於第一影像光束以及第二影像光束的路徑上。至少一透鏡組包括第一透鏡以及第二透鏡。第一透鏡具備第一表面。第二透鏡具備第二表面。第一表面與第二表面之間具備間隙，間隙的折射率小於第一透鏡的折射率。第一影像光束以及第二影像光束在至少一透鏡組的入光面入射至少一透鏡組，在第一透鏡的第一表面反射，並在至少一透鏡組的出光面出射至少一透鏡組後入射眼睛。第一影像光束自第一影像源行進至眼睛的光程長度不同於第二影像光束自第二影像源行進至眼睛的光程長度。
基於上述，本發明實施例提供的擴增實境眼鏡利用第一影像源以及第二影像源提供多個不同的虛擬影像，以至少一透鏡組結合第一影像源以及第二影像源的影像光束。藉由讓第一影像光束的光程長度不同於第二影像光束的光程長度來呈現距離遠近不同的影像。更藉由第一影像源以及第二影像源位置的可調整性，避免輻輳調節衝突。
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。
參照圖1，其繪示根據本發明第一實施例的擴增實境眼鏡。擴增實境眼鏡1用以配戴於使用者的眼睛EY1前方，眼睛EY1可以是使用者的右眼或左眼。擴增實境眼鏡1包括第一影像源10、第二影像源20以及透鏡組100。第一影像源10發出第一影像光束L10。第二影像源20發出第二影像光束L20。透鏡組100設置於第一影像光束L10以及第二影像光束L20的路徑上。透鏡組100包括第一透鏡101、第二透鏡102、入射面S01及出射面S02。
第一透鏡101具備表面S11及S13，其中表面S13鍍有反射膜R13，反射膜R13具有高反射率。第二透鏡102具備表面S22。表面S11與表面S22之間具備間隙G0，間隙G0的折射率小於第一透鏡101的折射率。
第一影像源10發出的第一影像光束L10以及第二影像源20發出的第二影像光束L20在透鏡組100的入光面S01入射透鏡組100，透射第二透鏡102後進入間隙G0，在第一透鏡101的表面S11入射第一透鏡101，在鍍有反射膜R13的表面S13發生反射，並在第一透鏡101的表面S11發生全反射，再自透鏡組100的出光面S02出射透鏡組100後入射眼睛EY1。
在本實施例中，第一影像源10以及第二影像源20的位置是可調的，並且可以藉由控制第一影像源10以及第二影像源20的位置，來避免輻輳調節衝突。具體而言，將第一影像源10發出的第一影像光束L10以及第二影像源20發出的第二影像光束L20以上述的方式入射使用者的右眼以及左眼。控制第一影像源10的位置，使得第一影像光束L10產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同，以避免輻輳調節衝突。同樣地，控制第二影像源20的位置，使得第二影像光束L20產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同，以避免輻輳調節衝突。應當說明的是，上述第一影像源10的位置的控制以及第二影像源20的位置的控制是相互獨立的。當使用者的雙眼注視第一影像光束L10產生的虛像（以下稱為第一虛擬影像），控制第一影像源10的位置，使得第一影像光束L10產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同。當使用者的雙眼注視第二影像光束L20產生的虛像（以下稱為第二虛擬影像），控制第二影像源20的位置，使得第二影像光束L20產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同。
在本實施例中，藉由控制第一影像源10以及第二影像源20的位置，使得第一影像光束L10自第一影像源10行進至眼睛EY1的光程長度不同於第二影像光束L20自第二影像源20行進至眼睛EY1的光程長度。在這樣的情況下，使用者所看到的第一虛擬影像以及第二虛擬影像會呈現出不同的距離。但是本發明不以此為限，第一影像光束L10自第一影像源10行進至眼睛EY1的光程長度可以和第二影像光束L20自第二影像源20行進至眼睛EY1的光程長度相同。在這樣的情況下，使用者所看到的第一虛擬影像以及第二虛擬影像會呈現出相同的距離。
在本實施例中，第一影像源10以及第二影像源20可以例如是液晶顯示面板、有機發光二極體面板、微發光二極體面板中的一者，但是本發明不以此為限。
應當說明的是，在本實施例中，第一影像光束L10以及第二影像光束L20在第一透鏡101的表面S11發生全反射，再自透鏡組100的出光面S02出射透鏡組100後入射眼睛EY1。但是本發明不以此為限，第一影像光束L10以及第二影像光束L20可以在第一透鏡101的表面S11發生部分反射，再自透鏡組100的出光面S02出射透鏡組100後入射眼睛EY1。
在圖1中，來自於實際物體的實物光束L30自第二透鏡102的表面S23入射透鏡組100，透射第二透鏡102後進入間隙G0，在第一透鏡101的表面S11入射第一透鏡101，再自透鏡組100的出光面S02出射透鏡組100後入射眼睛EY1。
透鏡組100還可以包括抗反射膜AR11，設置於第一透鏡101的表面S11，降低第一影像光束L10、第二影像光束L20以及實物光束L30在表面S11入射第一透鏡101時的反射率，增加第一影像光束L10、第二影像光束L20以及實物光束L30在表面S11入射第一透鏡101時的透射率。
如圖1所示，透鏡組100的入光面S01設置於第二透鏡102，且出光面S02設置於第一透鏡101。藉由適當配置第二透鏡102上的入光面S01的方向，控制第一影像光束L10以及第二影像光束L20自出光面S02出射透鏡組100時的角度。
在本實施例中，擴增實境眼鏡1還可以包括合光元件，合光元件可以如圖1所示以分光鏡30來實現，第一影像光束L10以及第二影像光束L20分別透射分光鏡30後入射透鏡組100。但是本發明不以此為限，在一未繪示的實施例中，可以不設置分光鏡30，第一影像源10直接朝向透鏡組100發出第一影像光束L10，第二影像源20朝向一反射元件（例如反射鏡）發出第二影像光束L20，第二影像光束L20自反射元件反射後，射向透鏡組100。
擴增實境眼鏡1還可以包括透鏡40，透鏡40設置於第一影像光束L10以及第二影像光束L20的路徑上，並設置於分光鏡30以及透鏡組100之間。可以藉由透鏡40調整第一影像光束L10以及第二影像光束L20的一些光學特性，例如調整第一影像光束L10以及第二影像光束L20的焦距，使得第一影像光束L10以及第二影像光束L20得以產生清晰的虛擬影像。在其他實施例中，擴增實境眼鏡1可以不包括透鏡40。
在本發明的一實施例中，可以在第一影像源10以及分光鏡30之間設置一透鏡，且此透鏡設置於第一影像光束L10的路徑上，可以藉由此透鏡調整第一影像光束L10的一些光學特性，例如改變第一影像光束L10的光程長度，因而改變使用者所看到的第一虛擬影像的遠近，又或者是調整第一影像光束L10的焦距，使得第一虛擬影像清晰。但是本發明不以此為例，擴增實境眼鏡1可以不包括上述這個設置在第一影像源10以及分光鏡30之間的透鏡。
在本發明的一實施例中，可以在第二影像源20以及分光鏡30之間設置一透鏡，且此透鏡設置於第二影像光束L20的路徑上，可以藉由此透鏡調整第二影像光束L20的一些光學特性，例如改變第二影像光束L20的光程長度，因而改變使用者所看到的第二虛擬影像的遠近，又或者是調整第二影像光束L20的焦距，使得第二虛擬影像清晰。但是本發明不以此為例，擴增實境眼鏡1可以不包括上述這個設置在第二影像源20以及分光鏡30之間的透鏡。
在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡1設置有透鏡40，但沒有設置上述在第一影像源10以及分光鏡30之間的透鏡以及在第二影像源20以及分光鏡30之間的透鏡。在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡1設置有透鏡40以及上述在第一影像源10以及分光鏡30之間的透鏡，但沒有設置上述在第二影像源20以及分光鏡30之間的透鏡。在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡1設置有透鏡40以及上述在第二影像源20以及分光鏡30之間的透鏡，但沒有設置上述在第一影像源10以及分光鏡30之間的透鏡。在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡1設置有上述在第一影像源10以及分光鏡30之間的透鏡以及在第二影像源20以及分光鏡30之間的透鏡，但沒有設置透鏡40。在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡1設置有透鏡40、上述在第一影像源10以及分光鏡30之間的透鏡以及在第二影像源20以及分光鏡30之間的透鏡。
透鏡組100中的間隙G0的寬度介於0.3毫米至0.6毫米之間。若間隙G0的寬度小於0.3毫米，可能產生牛頓環等繞射現象。若間隙G0的寬度大於0.6毫米，可能產生雜散光或鬼影。
參照圖2，其繪示根據本發明第二實施例的擴增實境眼鏡。擴增實境眼鏡2用以配戴於使用者的眼睛EY1前方，眼睛EY1可以是使用者的右眼或左眼。擴增實境眼鏡2包括光源LS、第一影像源10A、第二影像源20A以及透鏡組100。光源LS提供照明光束L0給第一影像源10A以及第二影像源20A。第一影像源10A以及第二影像源20A例如是反射式顯示器。照明光束L0在第一影像源10A反射，產生第一影像光束L10。照明光束L0在第二影像源20A反射，產生第二影像光束L20。透鏡組100設置於第一影像光束L10以及第二影像光束L20的路徑上。透鏡組100包括第一透鏡101、第二透鏡102、入射面S01及出射面S02。
第一透鏡101具備表面S11及S13，其中表面S13鍍有反射膜R13，反射膜R13具有高反射率。第二透鏡102具備表面S22。表面S11與表面S22之間具備間隙G0，間隙G0的折射率小於第一透鏡101的折射率。
第一影像光束L10以及第二影像光束L20在透鏡組100的入光面S01入射透鏡組100，透射第二透鏡102後進入間隙G0，在第一透鏡101的表面S11入射第一透鏡101，在鍍有反射膜R13的表面S13發生反射，並在第一透鏡101的表面S11發生全反射，再自透鏡組100的出光面S02出射透鏡組100後入射眼睛EY1。
在本實施例中，第一影像源10A以及第二影像源20A的位置是可調的，並且可以藉由控制第一影像源10A以及第二影像源20A的位置，來避免輻輳調節衝突。具體而言，將第一影像源10A發出的第一影像光束L10以及第二影像源20A發出的第二影像光束L20以上述的方式入射使用者的右眼以及左眼。控制第一影像源10A的位置，使得第一影像光束L10產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同，以避免輻輳調節衝突。同樣地，控制第二影像源20A的位置，使得第二影像光束L20產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同，以避免輻輳調節衝突。應當說明的是，上述第一影像源10A的位置的控制以及第二影像源20A的位置的控制是相互獨立的。當使用者的雙眼注視第一影像光束L10產生的虛像（以下稱為第一虛擬影像），控制第一影像源10A的位置，使得第一影像光束L10產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同。當使用者的雙眼注視第二影像光束L20產生的虛像（以下稱為第二虛擬影像），控制第二影像源20A的位置，使得第二影像光束L20產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同。
在本實施例中，藉由控制第一影像源10A以及第二影像源20A的位置，使得第一影像光束L10自第一影像源10A行進至眼睛EY1的光程長度不同於第二影像光束L20自第二影像源20A行進至眼睛EY1的光程長度。在這樣的情況下，使用者所看到的第一虛擬影像以及第二虛擬影像會呈現出不同的距離。但是本發明不以此為限，第一影像光束L10自第一影像源10A行進至眼睛EY1的光程長度可以和第二影像光束L20自第二影像源20A行進至眼睛EY1的光程長度相同。在這樣的情況下，使用者所看到的第一虛擬影像以及第二虛擬影像會呈現出相同的距離。
在本實施例中，第一影像源10A以及第二影像源20A可以例如是反射式液晶顯示面板、矽基液晶面板中的一者，但是本發明不以此為限。
應當說明的是，在本實施例中，第一影像光束L10以及第二影像光束L20在第一透鏡101的表面S11發生全反射，再自透鏡組100的出光面S02出射透鏡組100後入射眼睛EY1。但是本發明不以此為限，第一影像光束L10以及第二影像光束L20可以在第一透鏡101的表面S11發生部分反射，再自透鏡組100的出光面S02出射透鏡組100後入射眼睛EY1。
在圖2中，來自於實際物體的實物光束L30自第二透鏡102的表面S23入射透鏡組100，透射第二透鏡102後進入間隙G0，在第一透鏡101的表面S11入射第一透鏡101，再自透鏡組100的出光面S02出射透鏡組100後入射眼睛EY1。
透鏡組100還可以包括抗反射膜AR11，設置於第一透鏡101的表面S11，降低第一影像光束L10、第二影像光束L20以及實物光束L30在表面S11入射第一透鏡101時的反射率，增加第一影像光束L10、第二影像光束L20以及實物光束L30在表面S11入射第一透鏡101時的透射率。
如圖2所示，透鏡組100的入光面S01設置於第二透鏡102，且出光面S02設置於第一透鏡101。藉由適當配置第二透鏡102上的入光面S01的方向，控制第一影像光束L10以及第二影像光束L20自出光面S02出射透鏡組100時的角度。
在本實施例中，擴增實境眼鏡2還可以包括合光元件，合光元件可以如圖2所示以分光鏡30來實現。光源LS透過分光鏡30分別提供照明光束L0給第一影像源10A以及第二影像源20A。照明光束L0在第一影像源10A反射，產生第一影像光束L10。第一影像光束L10透射分光鏡30後入射透鏡組100。照明光束L0在第二影像源20A反射，產生第二影像光束L20。第二影像光束L20透射分光鏡30後入射透鏡組100。在另一實施例中，也可以利用偏振分光鏡來取代圖2中的分光鏡30，此時照明光束L0被偏振分光鏡分成傳遞至第一影像源10A的S偏振光束與傳遞至第二影像源20A的P偏振光束，而穿透偏振分光鏡的第一影像光束L10為P偏振光，且被偏振分光鏡反射的第二影像光束L20為S偏振光。
擴增實境眼鏡2還可以包括透鏡40，透鏡40設置於第一影像光束L10以及第二影像光束L20的路徑上，並設置於分光鏡30以及透鏡組100之間。可以藉由透鏡40調整第一影像光束L10以及第二影像光束L20的一些光學特性，例如調整第一影像光束L10以及第二影像光束L20的焦距，使得第一影像光束L10以及第二影像光束L20得以產生清晰的虛擬影像。在其他實施例中，擴增實境眼鏡2可以不包括透鏡40。
在本發明的一實施例中，可以在第一影像源10A以及分光鏡30之間設置一透鏡，且此透鏡設置於第一影像光束L10的路徑上，可以藉由此透鏡調整第一影像光束L10的一些光學特性，例如改變第一影像光束L10的光程長度，因而改變使用者所看到的第一虛擬影像的遠近，又或者是調整第一影像光束L10的焦距，使得第一虛擬影像清晰。但是本發明不以此為例，擴增實境眼鏡2可以不包括上述這個設置在第一影像源10A以及分光鏡30之間的透鏡。
在本發明的一實施例中，可以在第二影像源20A以及分光鏡30之間設置一透鏡，且此透鏡設置於第二影像光束L20的路徑上，可以藉由此透鏡調整第二影像光束L20的一些光學特性，例如改變第二影像光束L20的光程長度，因而改變使用者所看到的第二虛擬影像的遠近，又或者是調整第二影像光束L20的焦距，使得第二虛擬影像清晰。但是本發明不以此為例，擴增實境眼鏡2可以不包括上述這個設置在第二影像源20A以及分光鏡30之間的透鏡。
在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡2設置有透鏡40，但沒有設置上述在第一影像源10A以及分光鏡30之間的透鏡以及在第二影像源20A以及分光鏡30之間的透鏡。在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡2設置有透鏡40以及上述在第一影像源10A以及分光鏡30之間的透鏡，但沒有設置上述在第二影像源20A以及分光鏡30之間的透鏡。在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡2設置有透鏡40以及上述在第二影像源20A以及分光鏡30之間的透鏡，但沒有設置上述在第一影像源10A以及分光鏡30之間的透鏡。在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡2設置有上述在第一影像源10A以及分光鏡30之間的透鏡以及在第二影像源20A以及分光鏡30之間的透鏡，但沒有設置透鏡40。在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡2設置有透鏡40、上述在第一影像源10A以及分光鏡30之間的透鏡以及在第二影像源20A以及分光鏡30之間的透鏡。
透鏡組100中的間隙G0的寬度介於0.3毫米至0.6毫米之間。若間隙G0的寬度小於0.3毫米，可能產生牛頓環等繞射現象。若間隙G0的寬度大於0.6毫米，可能產生雜散光或鬼影。
參照圖3，其繪示根據本發明第三實施例的擴增實境眼鏡。擴增實境眼鏡3用以配戴於使用者的眼睛EY1前方，眼睛EY1可以是使用者的右眼或左眼。擴增實境眼鏡3包括光源LS、第一影像源10A、第二影像源20A以及透鏡組200。光源LS提供照明光束L0給第一影像源10A以及第二影像源20A。第一影像源10A以及第二影像源20A例如是反射式顯示器。照明光束L0在第一影像源10A反射，產生第一影像光束L10。照明光束L0在第二影像源20A反射，產生第二影像光束L20。透鏡組100設置於第一影像光束L10以及第二影像光束L20的路徑上。透鏡組200包括第一透鏡201、第二透鏡202、第三透鏡203、入射面S41及出射面S42。
第一透鏡201具備表面S51及S53，其中表面S53鍍有部分反射膜R53，且第三透鏡203藉由表面S53接合第一透鏡201。部分反射膜R53設置於第一透鏡201的表面S53以及第三透鏡203之間。第二透鏡202具備表面S62。表面S51與表面S62之間具備間隙G1，間隙G1的折射率小於第一透鏡201的折射率。
第一影像光束L10以及第二影像光束L20在透鏡組200的入光面S41入射透鏡組200，在第一透鏡201的表面S51發生全反射後，行進至第一透鏡201的表面S53，並在第一透鏡201的表面S53發生部分反射及部分透射。部分反射的第一影像光束L10以及第二影像光束L20再行進至第一透鏡201的表面S51，在第一透鏡201的表面S51發生透射後進入間隙G0，再透射第二透鏡202，自透鏡組200的出光面S42出射透鏡組200後入射眼睛EY1。
在本實施例中，第一影像源10A以及第二影像源20A的位置是可調的，並且可以藉由控制第一影像源10A以及第二影像源20A的位置，來避免輻輳調節衝突。具體而言，將第一影像源10A發出的第一影像光束L10以及第二影像源20A發出的第二影像光束L20以上述的方式入射使用者的右眼以及左眼。控制第一影像源10A的位置，使得第一影像光束L10產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同，以避免輻輳調節衝突。同樣地，控制第二影像源20A的位置，使得第二影像光束L20產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同，以避免輻輳調節衝突。應當說明的是，上述第一影像源10A的位置的控制以及第二影像源20A的位置的控制是相互獨立的。當使用者的雙眼注視第一影像光束L10產生的虛像（以下稱為第一虛擬影像），控制第一影像源10A的位置，使得第一影像光束L10產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同。當使用者的雙眼注視第二影像光束L20產生的虛像（以下稱為第二虛擬影像），控制第二影像源20A的位置，使得第二影像光束L20產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同。
擴增實境眼鏡3還可以包括透鏡50及60，第一影像光束L10透射透鏡50後入射透鏡組200，第二影像光束L20透射透鏡60後入射透鏡組200。可以藉由透鏡50及60調整第一影像光束L10以及第二影像光束L20的光程長度。但本發明不以此為限，可以藉由透鏡50及60調整第一影像光束L10以及第二影像光束L20的其他光學特性，例如調整第一影像光束L10以及第二影像光束L20的焦距，使得第一影像光束L10以及第二影像光束L20得以產生清晰的虛擬影像。
當使用者的雙眼注視第一虛擬影像，可以藉由透鏡50，使得第一影像光束L10產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同，避免輻輳調節衝突。當使用者的雙眼注視第二虛擬影像，可以藉由透鏡60，使得第二影像光束L20產生的虛像位置和使用者雙眼視線交會的位置相同，避免輻輳調節衝突。
在本實施例中，藉由控制第一影像源10A以及第二影像源20A的位置，使得第一影像光束L10自第一影像源10A行進至眼睛EY1的光程長度不同於第二影像光束L20自第二影像源20A行進至眼睛EY1的光程長度。在這樣的情況下，使用者所看到的第一虛擬影像以及第二虛擬影像會呈現出不同的距離。但是本發明不以此為限，第一影像光束L10自第一影像源10A行進至眼睛EY1的光程長度可以和第二影像光束L20自第二影像源20A行進至眼睛EY1的光程長度相同。在這樣的情況下，使用者所看到的第一虛擬影像以及第二虛擬影像會呈現出相同的距離。
在本實施例中，第一影像源10A以及第二影像源20A可以例如是反射式液晶顯示面板、矽基液晶面板中的一者，但是本發明不以此為限。
應當說明的是，在本實施例中，第一影像光束L10以及第二影像光束L20在第一透鏡101的表面S51發生全反射。但是本發明不以此為限，第一影像光束L10以及第二影像光束L20可以在第一透鏡101的表面S11發生部分反射及部分透射。
在圖3中，來自於實際物體的實物光束L30自第三透鏡203的表面S71入射透鏡組200，透射第三透鏡203及第一透鏡201後進入間隙G1，在第二透鏡202的表面S62入射第二透鏡202，再自透鏡組200的出光面S42出射透鏡組200後入射眼睛EY1。第三透鏡203被設置以校正第一透鏡201以及第二透鏡202對實物光束L30造成的像差。
透鏡組100還可以包括抗反射膜AR62，設置於第二透鏡202的表面S62，降低第一影像光束L10、第二影像光束L20以及實物光束L30在表面S62入射第二透鏡202時的反射率，增加第一影像光束L10、第二影像光束L20以及實物光束L30在表面S62入射第二透鏡202時的透射率。
如圖3所示，透鏡組200的入光面S41設置於第一透鏡201，且出光面S42設置於第二透鏡202。藉由適當配置第一透鏡201上的入光面S41的方向，控制第一影像光束L10以及第二影像光束L20自出光面S42出射透鏡組200時的角度。
在本實施例中，擴增實境眼鏡3還可以包括合光元件，合光元件可以分光鏡30來實現。光源LS透過分光鏡30分別提供照明光束L0給第一影像源10A以及第二影像源20A。照明光束L0在第一影像源10A反射，產生第一影像光束L10。第一影像光束L10透射分光鏡30後入射透鏡組200。照明光束L0在第二影像源20A反射，產生第二影像光束L20。第二影像光束L20透射分光鏡30後入射透鏡組200。
擴增實境眼鏡3還可以包括透鏡40，透鏡40設置於第一影像光束L10以及第二影像光束L20的路徑上，並設置於分光鏡30以及透鏡組200之間。可以藉由透鏡40調整第一影像光束L10以及第二影像光束L20的一些光學特性，例如調整第一影像光束L10以及第二影像光束L20的焦距，使得第一影像光束L10以及第二影像光束L20得以產生清晰的虛擬影像。在其他實施例中，擴增實境眼鏡3可以不包括透鏡40。
在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡3設置有透鏡40，但沒有設置透鏡50以及透鏡60。在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡3設置有透鏡40以及透鏡50，但沒有設置透鏡60。在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡3設置有透鏡40以及透鏡60，但沒有設置透鏡50。在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡3設置有透鏡50以及透鏡60，但沒有設置透鏡40。在本發明的一些實施例中，擴增實境眼鏡3設置有透鏡40、透鏡50以及透鏡60。
透鏡組200中的間隙G1的寬度介於0.3毫米至0.6毫米之間。若間隙G1的寬度小於0.3毫米，可能產生牛頓環等繞射現象。若間隙G1的寬度大於0.6毫米，可能產生雜散光或鬼影。
接下來參照圖4A至圖4C，圖4A係繪示根據本發明實施例的擴增實境眼鏡的立體示意圖，圖4B及圖4C係繪示圖4A所示的擴增實境眼鏡配戴於使用者的眼睛前方時的示意圖。
擴增實境眼鏡4包括透鏡組300及400，其中透鏡組300配戴於使用者右眼ER及左眼EL直視的方向上，透鏡組400配戴於使用者的鼻翼側，且透鏡組300的光軸及透鏡組400的光軸彼此不平行，如圖4B所示。並且，上述第一至第三實施例中的透鏡組100或200皆可以是本實施例的透鏡組300和400的一種實施方式。
藉由將透鏡組300及400配戴於使用者直視的方向上以及使用者的鼻翼側，擴增實境眼鏡4的視場得以重疊使用者眼睛的立體視覺視角θ。
綜上所述，本發明實施例提供的擴增實境眼鏡利用第一影像源以及第二影像源提供多個不同的虛擬影像，以透鏡組結合第一影像源以及第二影像源的影像光束。藉由讓第一影像光束的光程長度不同於第二影像光束的光程長度來呈現距離遠近不同的影像。更藉由第一影像源以及第二影像源位置的可調整性，避免輻輳調節衝突。
1、2、3、4:擴增實境眼鏡
10、10A:第一影像源
20、20A:第二影像源
30:分光鏡
40、50、60:透鏡
100、200、300、400:透鏡組
101、201:第一透鏡
102、202:第二透鏡
203:第三透鏡
AR11、AR62:抗反射膜
EY1:眼睛
ER:右眼
EL:左眼
G0、G1:間隙
L0:照明光束
L10:第一影像光束
L20:第二影像光束
L30:實物光束
LS:光源
R13、R53:反射膜
S01、S41:入射面
S02、S42:出射面
S11、S13、S22、S23、S51、S53、S62、S71:表面
θ:立體視覺視角
圖1是根據本發明第一實施例的擴增實境眼鏡。 圖2是根據本發明第二實施例的擴增實境眼鏡。 圖3是根據本發明第三實施例的擴增實境眼鏡。 圖4A是根據本發明實施例的擴增實境眼鏡的立體示意圖。 圖4B及圖4C是圖4A所示的擴增實境眼鏡配戴於使用者的眼睛前方時的示意圖。
1:擴增實境眼鏡
10:第一影像源
20:第二影像源
30:分光鏡
40:透鏡
100:透鏡組
101:第一透鏡
102:第二透鏡
AR11:抗反射膜
EY1:眼睛
G0:間隙
L10:第一影像光束
L20:第二影像光束
L30:實物光束
R13:反射膜
S01:入射面
S02:出射面
S11、S13、S22、S23:表面

Claims (15)

  1. 一種擴增實境眼鏡，用以配戴於一使用者的一眼睛前方，該擴增實境眼鏡包括：一第一影像源，發出一第一影像光束；一第二影像源，發出一第二影像光束；至少一透鏡組，設置於該第一影像光束以及該第二影像光束的路徑上，該至少一透鏡組包括：一第一透鏡，該第一透鏡具備一第一表面；以及一第二透鏡，該第二透鏡具備一第二表面，該第一表面與該第二表面之間具備一間隙，該間隙的折射率小於該第一透鏡的折射率；以及一合光元件，其中該第一影像光束以及該第二影像光束透射該合光元件後入射該至少一透鏡組，或該第一影像光束以及該第二影像光束在該合光元件反射後入射該至少一透鏡組，其中該第一影像光束以及該第二影像光束在該至少一透鏡組的一入光面入射該至少一透鏡組，在該第一透鏡的該第一表面反射，並在該至少一透鏡組的一出光面出射該至少一透鏡組後入射該眼睛；該第一影像光束自該第一影像源行進至該眼睛的光程長度不同於該第二影像光束自該第二影像源行進至該眼睛的光程長度。
  2. 如請求項1所述的擴增實境眼鏡，其中該第一透鏡具備一第三表面，該第一影像光束以及該第二影像光束在該第一透 鏡的該第一表面全反射後，在該第三表面反射，並在該至少一透鏡組的該出光面出射該至少一透鏡組後入射該眼睛。
  3. 如請求項2所述的擴增實境眼鏡，其中該出光面設置於該第二透鏡，且該第一透鏡被設置以校正該第一影像光束以及該第二影像光束自該出光面出射該至少一透鏡組時的角度。
  4. 如請求項2所述的擴增實境眼鏡，其中該至少一透鏡組更包括一抗反射膜，設置於該第二透鏡的該第二表面。
  5. 如請求項2所述的擴增實境眼鏡，其中該至少一透鏡組更包括一第三透鏡，該第三透鏡藉由該第三表面接合該第一透鏡；該第三透鏡被設置以校正該第一透鏡以及該第二透鏡的像差。
  6. 如請求項5所述的擴增實境眼鏡，其中該至少一透鏡組更包括一部分反射膜，設置於該第三透鏡以及該第三表面之間。
  7. 如請求項1所述的擴增實境眼鏡，其中該第一透鏡具備一第三表面，該第一影像光束以及該第二影像光束在該第三表面反射後，在該第一透鏡的該第一表面全反射，並在該至少一透鏡組的該出光面出射該至少一透鏡組後入射該眼睛。
  8. 如請求項7所述的擴增實境眼鏡，其中該至少一透鏡組更包括一抗反射膜，設置於該第一透鏡的該第一表面。
  9. 如請求項7所述的擴增實境眼鏡，其中該出光面設置於該第一透鏡，且該第二透鏡被設置以校正該第一影像光束以及該第二影像光束自該出光面出射該至少一透鏡組時的角度。
  10. 如請求項7所述的擴增實境眼鏡，其中該至少一透鏡組更包括一反射膜，設置於該第一透鏡的該第三表面，且該反射膜具備高反射率。
  11. 如請求項1所述的擴增實境眼鏡，更包括一第三透鏡，設置於該第一影像光束以及該第二影像光束的路徑上，並設置於合光元件以及該至少一透鏡組之間。
  12. 如請求項1所述的擴增實境眼鏡，更包括一第三透鏡，該第一影像光束透射該第三透鏡後入射該至少一透鏡組。
  13. 如請求項1所述的擴增實境眼鏡，更包括一第三透鏡，該第二影像光束透射該第三透鏡後入射該至少一透鏡組。
  14. 如請求項1所述的擴增實境眼鏡，其中該間隙的寬度介於0.3毫米至0.6毫米之間。
  15. 如請求項1所述的擴增實境眼鏡，其中該至少一透鏡組包括二個透鏡組，該二個透鏡組之一配戴於該眼睛直視的方向上，該二個透鏡組之另一配戴於該使用者的鼻翼側，且該二個透鏡組的光軸彼此不平行。
TW110114132A 2021-04-20 2021-04-20 擴增實境眼鏡 TWI775392B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110114132A TWI775392B (zh) 2021-04-20 2021-04-20 擴增實境眼鏡
US17/331,638 US11776219B2 (en) 2021-04-20 2021-05-27 Augmented reality glasses

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110114132A TWI775392B (zh) 2021-04-20 2021-04-20 擴增實境眼鏡

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI775392B true TWI775392B (zh) 2022-08-21
TW202242483A TW202242483A (zh) 2022-11-01

Family

ID=83601583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110114132A TWI775392B (zh) 2021-04-20 2021-04-20 擴增實境眼鏡

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11776219B2 (zh)
TW (1) TWI775392B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116413911A (zh) * 2021-12-31 2023-07-11 北京耐德佳显示技术有限公司 一种超薄型镜片、使用其的虚像成像装置和近眼显示器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190258063A1 (en) * 2018-02-21 2019-08-22 Valve Corporation Head-mounted display with narrow angle backlight
TW201937238A (zh) * 2017-03-01 2019-09-16 英商亞德藍斯有限公司 虛擬及擴增實境頭戴式耳機的改善或關於該耳機的改善
CN110824710A (zh) * 2019-11-12 2020-02-21 塔普翊海（上海）智能科技有限公司 一种近眼可透视头显光学系统

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3111134A1 (en) * 2012-04-05 2013-10-10 Magic Leap, Inc. Wide-field of view (fov) imaging devices with active foveation capability
CN109683320A (zh) 2019-02-20 2019-04-26 京东方科技集团股份有限公司 显示装置和显示方法
US20200301239A1 (en) 2019-03-18 2020-09-24 Microsoft Technology Licensing, Llc Varifocal display with fixed-focus lens

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201937238A (zh) * 2017-03-01 2019-09-16 英商亞德藍斯有限公司 虛擬及擴增實境頭戴式耳機的改善或關於該耳機的改善
US20190258063A1 (en) * 2018-02-21 2019-08-22 Valve Corporation Head-mounted display with narrow angle backlight
CN110824710A (zh) * 2019-11-12 2020-02-21 塔普翊海（上海）智能科技有限公司 一种近眼可透视头显光学系统

Also Published As

Publication number Publication date
US11776219B2 (en) 2023-10-03
TW202242483A (zh) 2022-11-01
US20220335692A1 (en) 2022-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10663735B2 (en) Head-mounted display
JP7074672B2 (ja) 拡張現実ニアアイウェアラブルディスプレイのためのシステム及び方法
US9274338B2 (en) Increasing field of view of reflective waveguide
CN108919531B (zh) 基于液晶变焦透镜的ar显示系统
CN112654902B (zh) 具有空间变化相移器光学器件的头戴式显示器(hmd)
US8736963B2 (en) Two-dimensional exit-pupil expansion
US6989935B2 (en) Optical arrangements for head mounted displays
JP2021060625A (ja) ユーザの頭部上にフィット可能であると共に画像を生成するディスプレイ装置用の眼鏡レンズ
WO2016143245A1 (ja) 画像表示装置
WO2013138202A1 (en) Near-to-eye display with diffractive lens
CA2548398C (en) Optical arrangements for head mounted displays
CN110058410B (zh) 波导组件和近眼显示设备
WO2020038015A1 (zh) 头戴式可视设备及用于头戴式可视设备的眼球追踪系统
US20230152592A1 (en) Augmented reality display device
CN108873329A (zh) 头戴式显示装置
CN109073896A (zh) 用于成像光学单元的眼镜镜片以及数据护目镜
TWI775392B (zh) 擴增實境眼鏡
TWI677711B (zh) 虛實影像整合裝置
CN115248500B (zh) 扩增实境眼镜
JP6963738B2 (ja) 導光部材、ライトガイド及び虚像表示装置
TWI717912B (zh) 頭戴式顯示裝置
JP2019117237A (ja) ヘッドマウントディスプレイ
TWI294528B (en) System and method for channeling images within a head mounted display
US20240142780A1 (en) Virtual image display device
TWI811699B (zh) 照明系統及投影裝置

Legal Events

Date Code Title Description
GD4A Issue of patent certificate for granted invention patent