TWI792976B

TWI792976B - 虛擬影像顯示系統及電源管理方法

Info

Publication number: TWI792976B
Application number: TW111113689A
Authority: TW
Inventors: 吳權禮; 靳龍庭; 林尚澤; 林昱璋
Original assignee: 宏達國際電子股份有限公司
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2022-04-11
Publication date: 2023-02-11
Also published as: TW202305581A; CN115686174A

Abstract

虛擬影像顯示系統包括具有第一電池的手持式電子裝置，以及具有第二電池的虛擬影像顯示器，手持式電子裝置與虛擬影像顯示器互相耦接。其中手持式電子裝置用以計算第一電池的可供電時間；計算第二電池在放電條件下的預期放電時間；比較可供電時間以及預期放電時間以產生比較結果；並根據比較結果以調整第一電池供應至虛擬影像顯示器的供應電流。

Description

虛擬影像顯示系統及電源管理方法

本發明是有關於一種虛擬影像顯示系統及電源管理方法，且特別是有關於一種可延長虛擬影像顯示系統使用時間的虛擬影像顯示系統及其電源管理方法。

隨著第五代行動通訊技術(5th generation mobile networks，5G)傳輸技術蓬勃發展及5G手持式電子裝置的高效能運算處理能力，透過通用序列匯流排(universal serial bus，USB)、USB OTG(on-the-go)等介面傳輸電力及資料至虛擬影像顯示器達到虛擬即時互動的體驗效果，行動虛擬實境(virtual reality，VR)以及擴充實境(Augmented Reality，AR)的應用市場逐漸開始被關注及熱烈討論。

然而，目前虛擬影像顯示器的電池僅提供系統瞬間負載變化達到穩壓目的而設置，加上以穿戴舒適性為主要訴求，其尺寸及容量規格小於手持式電子裝置所使用之規格。換言之，虛擬影像顯示器的電源主要還是仰賴手持式電子裝置的電池供應。手持式電子裝置的電池除了提供手持式電子裝置本身的耗電，也額外肩負虛擬影像顯示器的電源供給任務。這樣的組合將造成手持式電子裝置加速被放電殆盡，被迫進入關機狀態，原虛擬影像顯示器內的電池依舊保有剩餘容量而沒有完整被充分利用，使得無法為使用者提供更多的使用時間。可見手持式電子裝置與虛擬影像顯示器之間的電源管理將也是影響使用者體驗的另一個關鍵，如何改善整體使用時間達到使用者最佳體驗為本發明欲解決之項目。

本發明提供一種虛擬影像顯示系統及電源管理方法，可延長虛擬影像顯示系統的有效使用時間。

本發明的虛擬影像顯示系統包括：具有第一電池的手持式電子裝置以及耦接手持式電子裝置，具有第二電池虛擬影像顯示器。其中手持式電子裝置用以計算第一電池的可供電時間；計算第二電池在放電條件下的預期放電時間；比較可供電時間以及預期放電時間以產生比較結果；以及根據該比較結果以調整第一電池供應至虛擬影像顯示器的供應電流。

本發明的電源管理方法適用於具有第一電池的手持式電子裝置以及具有第二電池的虛擬影像顯示器之間，電源管理方法的步驟包括計算第一電池的可供電時間；計算第二電池在放電條件下的預期放電時間；比較可供電時間以及預期放電時間以產生比較結果；以及根據比較結果以調整第一電池供應至虛擬影像顯示器的供應電流。

基於上述，本發明的虛擬影像顯示系統以及電源管理方法透過計算手持式電子裝置的第一電池的可供電時間以及虛擬影像顯示器的第二電池的預期放電時間，並比較可供電時間以及預期放電時間，進而調整手持式電子裝置供應至虛擬影像顯示器的供應電流。本發明的虛擬影像顯示系統以及電源管理方法並透過調整手持式電子裝置所供的供應電流來提升手持式電子裝置以及虛擬影像顯示器中的電池的使用效率，以提升虛擬影像顯示系統的整體使用時間。

請參照圖1，圖1是本發明一實施例的虛擬影像顯示系統的方塊圖。虛擬影像顯示系統100包含具有第一電池103的手持式電子裝置101以及具有第二電池104的虛擬影像顯示器102，其中手持式電子裝置101與虛擬影像顯示器102相互耦接。手持式電子裝置101用以提供供應電流SC至虛擬影像顯示器102。

在虛擬影像顯示系統100中，手持式電子裝置101可以是任何具基本輸入輸出及運算功能的手持式計算裝置，例如智慧型手機或平板電腦等。虛擬影像顯示器102可為任何用於虛擬實境(virtual reality，VR)或擴增實境(Augmented Reality，AR)的穿戴顯示裝置，例如頭戴式顯示裝置或虛擬實境眼鏡等。第一電池103以及第二電池104可為任意形式的可充電電池，例如鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池等。

在虛擬影像顯示系統100中，第一電池103用於供應手持式電子裝置101的電力，並可提供供應電流SC至虛擬影像顯示器102。第二電池104則可用於供應虛擬影像顯示器102的輔助電力。在本實施例中，第一電池103的總電容量可大於第二電池104的總電容量。

請參照圖1以及圖2，其中圖2為本發明一實施例的電源管理方法的流程圖。在本實施例的電源管理方法中，於步驟S201，手持式電子裝置101可計算第一電池103的可供電時間T _HED。其中，手持式電子裝置101可依據第一電池103的現存電量以及第一電池103的電量消耗狀態來計算第一電池103的可供電時間T _HED。

在步驟S202中，手持式電子裝置101可計算虛擬影像顯示器102的第二電池104在放電條件DR下的預期放電時間T _VID。其中，設計者可依據第二電池104的規格，設定第二電池104的放電條件DR。在步驟S202中，手持式電子裝置101則可依據放電條件DR以及第二電池104的現存電量來計算第二電池104的預期放電時間T _VID。

在步驟S203中，手持式電子裝置101並針對可供電時間T _HED以及預期放電時間T _VID進行比較以產生比較結果RS。

若在步驟S203中，手持式電子裝置101產生的比較結果RS顯示可供電時間T _HED大於或等於預期放電時間T _VID時，表示第一電池103尚有足夠電力以供應虛擬影像顯示器102的操作；反之，若步驟S203中產生的比較結果RS顯示可供電時間T _HED小於預期放電時間T _VID，表示第一電池103的電力有不足的情況。

進一步的，在步驟S204中，手持式電子裝置101則可根據步驟S203所產生的比較結果RS，透過虛擬影像顯示器102的電源管理器調整手持式電子裝置101供應至虛擬影像顯示器102的供應電流SC。

在細節上，在本發明實施例中，若比較結果RS顯示可供電時間T _HED大於或等於預期放電時間T _VID時，虛擬影像顯示器102可根據第二電池104的電量，來提供虛擬影像顯示器102進行操作的部分電流，並使手持式電子裝置101可進行供應電流SC的調降動作，藉以延長第一電池103的可使用時間。另外，若當比較結果RS顯示可供電時間T _HED小於預期放電時間T _VID時，虛擬影像顯示系統100則可執行對應的省電機制，以延長虛擬影像顯示系統100的使用時間。

請參照圖1以及圖3，圖3為本發明一實施例的電源管理方法的流程圖。在圖3中，步驟S301包含子步驟S3011~S3014。在子步驟S3011中，手持式電子裝置101可偵測第一電池103的電量狀態SOC _HED以及第一電池103的電量狀態變化速率RC。在本發明實施例中，手持式電子裝置101可在一時間差dT中偵測第一電池103的電量狀態SOC _HED，並計算在時間差dT中，電量狀態SOC _HED的變化值以獲得電量狀態變化dSOC _HED。手持式電子裝置101並使電量狀態dSOC _HED除以時間差dT以獲得電量狀態變化速率RC。在子步驟S3012中，手持式電子裝置101可將第一電池103的電量狀態SOC _HED除以第一電池103電量狀態變化速率RC，以計算出第一電池的可供電時間T _HED（T _HED=SOC _HED/RC）。

另外，在子步驟S3013中，手持式電子裝置101偵測第二電池104的電量狀態SOC _VID。接著在子步驟S3014中，手持式電子裝置101依據電量狀態SOC _VID以及放電條件DR來計算出第二電池104的預期放電時間T _VID。上述的放電條件DR包含第二電池104的規格中的總電容量C _VID；設計者依據第二電池104的規格以及使用需求所定義的第二電池104的預設放電電流I _BAT。並且，在子步驟S3014中，手持式電子裝置101可將第二電池的總電容量C _VID與第二電池104的電量狀態SOC _VID的乘積除以第二電池104的預設放電電流值I _BAT以計算出第二電池104的預期放電時間T _VID（T _VID=C _VID×SOC _VID/I _BAT）。

接著在步驟S302中，手持式電子裝置101可比較供電時間T _HED與預期放電時間T _VID，並判斷可供電時間T _HED是否大於或等於預期放電時間T _VID。若可供電時間T _HED大於或等於預期放電時間T _VID時，手持式電子裝置101可執行步驟S303；相反的，若手持式電子裝置101判斷出可供電時間小於預期放電時間，則執行步驟S305。

在本實施例中，在步驟S303中，手持式電子裝置101可透過虛擬影像顯示器102中的電源管理器將第一電池103所提供的供應電流SC限流至一電流上限值I _limit，其中電流上限值I _limit等於虛擬影像顯示器102的所需電流值I _VID減去第二電池104的預設放電電流值I _BAT（I _limit=I _VID-I _BAT）。其中，I _VID可由虛擬影像顯示器102的運行狀況來產生，並可由虛擬影像顯示器102中的電源管理器進行偵測來獲得。

值得一提的是，透過使第二電池104提供部分的電流，手持式電子裝置101的第一電池103提供至虛擬影像顯示器102的供應電流SC可以得到限制（被降低）。也就是說，第一電池103的放電速率可被降低，其使用時間得以獲得延長。

在另一方面，在步驟S305中，手持式電子裝置101可啟動手持式電子裝置101的節電機制，並透過降低部分手持式電子裝置101的硬體效能，來達到減緩手持式電子裝置101的耗電，達到延長使用時間的目的。虛擬影像顯示系統100可調降手持式電子裝置101的螢幕背光亮度；調降手持式電子裝置101的天線發射效能；及/或調降手持式電子裝置101的工作時脈，以降低手持式電子裝置101的耗電量。上述手持式電子裝置101的節電機制還可以是手持式電子裝置101製造商所提供的任意節電手段，沒有特別的限制。

手持式電子裝置101執行步驟S305後，由於手持式電子裝置101的節電機制已被啟動，第一電池103的電量狀態變化速率S將改變而降低。此時手持式電子裝置101可重新執行步驟S301以重新計算第一電池103的可供電時間T _HED。

此外，在步驟S304中，手持式電子裝置101判斷虛擬影像顯示器102的第二電池104的電量狀態SOC _VID是否小於或等於電量狀態閾值V _TH以判斷第二電池104是否進入低電量狀態。其中電量狀態閾值V _TH可為由設計者定義的第二電池104的電量狀態下限。若於步驟S304中判斷結果為是，代表第二電池104處於低電量狀態。為了避免第二電池104處於低電量狀態還被強迫放電至I _BAT以持續提供虛擬影像顯示器102的部分電力，造成虛擬影像顯示器102以及甚至是虛擬影像顯示系統100的運行不穩定，手持式電子裝置101可執行步驟S306~307。若於步驟S304中判斷結果為否，手持式電子裝置101則可重新執行S301，以計算可供電時間T _HED以及預期放電時間T _VID，以持續管理虛擬影像顯示系統100的電力。

在步驟S306中，由於第二電池104已處於低電量狀態，為了避免虛擬影像顯示系統100的運行不穩定，此時不宜讓虛擬影像顯示器102的第二電池140釋放出更多電流。因此於步驟S306中，手持式電子裝置110可透過虛擬影像顯示器102使供應電流SC的電流值重新成為虛擬影像顯示器102的所需電流值I _VID（I _limit=I _VID）。

在步驟S307中，手持式電子裝置101用以啟動虛擬影像系統100的節電機制，以分別降低部分手持式電子裝置101以及虛擬影像顯示器102的硬體效能而減緩耗電，達到延長使用時間的目的。在步驟S307中，虛擬影像系統100可調降手持式電子裝置101的螢幕背光亮度；調降手持式電子裝置101的天線發射效能；及/或調降手持式電子裝置101的工作時脈，以降低手持式電子裝置101的電力消耗。另外，在步驟S307中，虛擬影像系統100還可調降虛擬影像顯示器102的第二電池104的充電電流；調降虛擬影像顯示器102的螢幕背光亮度；調降虛擬影像顯示器102的揚聲器音量；調降虛擬影像顯示器102的顯示幀率及/或調降虛擬影像顯示器102的工作時脈，以降低虛擬影像顯示器102的電力消耗。

現請參照圖1、圖3以及圖4A、4B。圖4A、4B為本發明實施例的虛擬影像顯示系統中，手持式電子裝置的第一電池以及虛擬顯示器的第二電池的電量狀態隨時間變化示意圖。

圖4A為本實施例的手持式電子裝置101的第一電池103的電量狀態SOC _HED隨時間T的變化圖。其中，時間點T(0)為手持式電子裝置101執行步驟303的參考起始時間，時間點T(n)為參考起始時間後的第n分鐘時間，n為任意正實數。時間點T _HEDro為手持式電子裝置101的第一電池103的電源耗盡時間。電量狀態SOC _HED(0)、SOC _HED(n)則為分別對應時間點T(0)、T(n)的第一電池103的電量狀態SOC _HED。

如圖4A所示，於時間點T(0)後的實線斜線（具有斜率S），為手持式電子裝置101執行步驟S303後的手持式電子裝置101的第一電池103的電量狀態SOC _HED的變化曲線。若手持電子裝置101若不執行步驟303，第一電池103的電量狀態SOC _HED變化曲線，則可由其中的虛線斜線（具有斜率S’）來表示。由圖4A的繪示可以明顯得知，透過本發明實施例的步驟303，手持式電子裝置101的第一電池103的放電速率可以被減低，並可有效延長使用時間。

圖4B為本實施例的虛擬影像顯示器102的第二電池104的電量狀態SOC _VID隨時間變化圖。其中時間點T _VIDro為虛擬影像顯示器102的第二電池104的電源耗盡時間。且其中電量狀態SOC _VID(0)、SOC _VID(n)為對應時間點T(0)、T(n)的虛擬影像顯示器102的第二電池104的電量狀態SOC _VID。

如圖4B所示，於時間點T(0)後的實線斜線以及虛線斜線表示虛擬影像顯示器102的第二電池104以固定的放電電流IBAT的電量狀態SOC _VID變化曲線，其中實線斜線以及虛線斜線的斜率Slope為-IBAT。另外，當時間點T(n)時第二電池104的電量狀態SOC _VID(n)小於或等於一電量狀態閾值V _TH，則第二電池104停止或減緩放電電流並使第二電池104的電量狀態SOC _VID呈緩慢下降(如鏈線虛線所示)，以便有效提升第二電池的可使用時間至時間點T _VIDro’，其中鏈線虛線的斜率的絕對值小於實線斜線以及虛線斜線的斜率Slope的絕對值。

以下請參照圖5，圖5為本發明的一實施例的虛擬影像顯示系統的方塊圖。虛擬影像系統500包括手持式電子裝置501以及虛擬影像顯示裝置502。手持式電子裝置501包括第一電池503、第一電源管理器505、第一處理器507以及第一連接埠509。虛擬影像顯示裝置502則包括第二電池504、第二電源管理器506、第二處理器508、第二連接埠510、顯示器511以及揚聲器512。

第一處理器507以及第二處理器508可例如是中央處理單元（Central Processing Unit，CPU），或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微處理器（Microprocessor）、數字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）、可程序化控制器、特殊應用集成電路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）、可程序化邏輯設備（Programmable Logic Device，PLD）或其他類似裝置或這些裝置的組合，其可加載並執行計算機程序。

第一電源管理器505耦接第一電池503、第一連接埠509以及第一處理器507。第一處理器507並耦接至第一連接埠509。第一連接埠509用以耦接至虛擬影像顯示裝置502的第二連接埠510。

第二電源管理器506耦接第二電池504、第二處理器508、第二連接埠510、顯示器511以及揚聲器512。第二處理器508並耦接第二連接埠510、顯示器511以及揚聲器512。

第一處理器507可用以執行應用程式513。應用程式513可執行本發明圖2或圖4的電源管理方法以執行虛擬影像顯示系統500的電源管理機制。透過第一連接埠509以及第二連接埠510間的耦接機制，可將供應電流SC自手持式電子裝置501提供至虛擬影像顯示裝置502，也可進行手持式電子裝置501與虛擬影像顯示裝置502之間的資料D收發動作。在一實施例中，第一連接埠509以及第二連接埠510可為通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)連接埠，或也可為任何為本領域具通常知識者所熟知的可進行信號傳輸的連接埠。上述資料D收發動作也可用無線傳輸方式進行溝通連接。

綜上所述，本發明的虛擬影像顯示系統以及電源管理方法透過計算手持式電子裝置的第一電池的可供電時間以及虛擬影像顯示器的第二電池的預期放電時間，並比較可供電時間以及預期放電時間，進而調整手持式電子裝置供應至虛擬影像顯示器的供應電流，並藉以提升虛擬影像顯示系統的整體使用時間。

100、500：虛擬影像顯示系統 101、501：手持式電子裝置 102、502：虛擬影像顯示器 103、503：第一電池 104、504：第二電池 505：第一電源管理器 506：第二電源管理器 507：第一處理器 508：第二處理器 509：第一連接埠 510：第二連接埠 511：顯示器 512：揚聲器 513：應用程式 D：資料 IBAT：放電電流 SC：供應電流 S201~S204、S301~S307：步驟 S3011~S3014：子步驟 T _HEDro、T _VIDro、T _VIDro’：時間點 S、S’：電量狀態變化速率 Slope：斜率 T(0)、T(n)：時間點 SOC _HED、SOC _HED(0)、SOC _HED(n)、SOC _VID(0)、SOC _VID(n)：電量狀態 V _TH：電量狀態閾值

圖1是本發明一實施例的虛擬影像顯示系統的方塊圖。圖2是本發明一實施例的電源管理方法的流程圖。圖3是本發明另一實施例的電源管理方法的流程圖。圖4A、4B為本發明一實施例的手持式電子裝置的第一電池以及虛擬顯示器的第二電池的電量狀態隨時間變化示意圖。圖5為本發明的一實施例的虛擬影像顯示系統的方塊圖。

100：虛擬影像顯示系統 101：手持式電子裝置 102：虛擬影像顯示器 103：第一電池 104：第二電池 SC：供應電流

Claims

一種虛擬影像顯示系統，包括：一手持式電子裝置，具有一第一電池；以及一虛擬影像顯示器，耦接該手持式電子裝置，具有一第二電池；其中該手持式電子裝置用以：計算該第一電池的一可供電時間；計算該第二電池在一放電條件下的一預期放電時間；比較該可供電時間以及該預期放電時間以產生一比較結果；以及根據該比較結果以調整該手持式電子裝置供應至該虛擬影像顯示器的一供應電流。
如請求項1所述的虛擬影像顯示系統，其中該手持式電子裝置用以偵測該第一電池的電量狀態以及該第一電池的電量狀態變化速率，並用以使該第一電池的電量狀態與該第一電池的第一電量狀態變化速率相除以計算出該可供電時間。
如請求項1所述的虛擬影像顯示系統，其中該放電條件包括：該第二電池的總電容量；以及該第二電池的預設放電電流值，其中該手持式電子裝置用以偵測該第二電池的電量狀態，並用以使該第二電池的總電容量與該第二電池的電量狀態的乘積與該第二電池的預設放電電流值相除，以計算出該預期放電時間。
如請求項1所述的虛擬影像顯示系統，其中，若該比較結果指示該可供電時間大於或等於該預期放電時間，該手持式電子裝置用以使該虛擬影像顯示器的所需電流值減去該第二電池的預設放電電流值相減以獲得一電流上限值，並使該供應電流的電流值限流至該電流上限值。
如請求項1所述的虛擬影像顯示系統，其中，若該比較結果指示該可供電時間小於該預期放電時間，該手持式電子裝置用以啟動該手持式電子裝置的節電機制以降低該手持式電子裝置的電力消耗，其中該手持式電子裝置的節電機制包括：調降該手持式電子裝置的螢幕背光亮度；調降該手持式電子裝置的天線發射效能；以及調降該手持式電子裝置的工作時脈之至少其中之一。
如請求項4所述的虛擬影像顯示系統，其中，若該比較結果指示該可供電時間大於或等於該預期放電時間，該手持式電子用以判斷該第二電池的電量狀態是否小於或等於一電量狀態閾值，若該第二電池的電量狀態小於或等於該電量狀態閾值，則該手持式電子裝置用以使該供應電流等於該虛擬影像顯示器的所需電流值。
如請求項4所述的虛擬影像顯示系統，其中，若該第二電池的電量狀態小於或等於該電量狀態閾值，該手持式電子裝置還用以啟動該虛擬影像顯示系統的節電機制以降低該手持式電子裝置以及該虛擬影像顯示器的電力消耗，其中該虛擬影像顯示系統的節電機制包括調降該第二電池的充電電流；調降該虛擬影像顯示器的揚聲器音量；調降該虛擬影像顯示器的螢幕背光亮度，調降該虛擬影像顯示器的顯示幀率以及調降該虛擬影像顯示器的工作時脈的頻率之至少其中之一。
一種電源管理方法，適用於具有一第一電池的一手持式電子裝置以及具有一第二電池的一虛擬影像顯示器之間，所述電源管理方法的步驟包括：計算該第一電池的一可供電時間；計算該第二電池在一放電條件下的一預期放電時間；比較該可供電時間以及該預期放電時間以產生一比較結果；以及根據該比較結果以調整該手持式電子裝置供應至該虛擬影像顯示器的一供應電流。
如請求項8所述的電源管理方法，其中計算該第一電池的該可供電時間的步驟包括：偵測該第一電池的第一電量狀態；偵測該第一電池的電量狀態變化速率；以及將該第一電池的電量狀態除以該第一電池的第一電量狀態變化速率以計算出該可供電時間。
如請求項8所述的電源管理方法，其中該放電條件包括該第二電池的總電容量以及該第二電池的預設放電電流值，其中計算該第二電池在該放電條件下的該預期放電時間的步驟包括：偵測該第二電池的電量狀態；以及將該第二電池的總電容量與該第二電池的電量狀態的乘積除以該第二電池的預設放電電流值，以計算出該預期放電時間。
如請求項8所述的電源管理方法，其中，若該比較結果為該可供電時間大於或等於該預期放電時間，該電源管理方法的步驟還包括：將該虛擬影像顯示器的所需電流值減去該第二電池的預設放電電流值以獲得一電流上限值；以及將該供應電流的電流值限流至該電流上限值。
如請求項8所述的電源管理方法，其中，若該比較結果為該可供電時間小於該預期放電時間，該電源管理方法的步驟還包括：啟動該手持式電子裝置的節電機制以降低該手持式電子裝置的電力消耗，其中該手持式電子裝置的節電機制包括調降該手持式電子裝置的螢幕背光亮度，調降該手持式電子裝置的天線發射效能，以及調降該手持式電子裝置的工作時脈之至少其中之一。
如請求項11所述的電源管理方法，其中，若該比較結果為該可供電時間大於或等於該預期放電時間，該電源管理方法的步驟還包括：判斷該第二電池的電量狀態是否小於或等於一電量狀態閾值，若該第二電池的電量狀態小於或等於該電量狀態閾值，則：使該供應電流等於該虛擬影像顯示器的所需電流值。
如請求項13所述的電源管理方法，其中，若該第二電池的電量狀態小於或等於該電量狀態閾值，該電源管理方法的步驟還包括：啟動該虛擬影像顯示系統的節電機制以降低該手持式電子裝置以及該虛擬影像顯示器的電力消耗，其中該虛擬影像顯示系統的節電機制包括調降該第二電池的充電電流，調降該虛擬影像顯示器的揚聲器音量，調降該虛擬影像顯示器的螢幕背光亮度，調降該虛擬影像顯示器的顯示幀率以及調降該虛擬影像顯示器的工作時脈之至少其中之一。