TWI803293B - 擴增實境眼鏡 - Google Patents

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Abstract

一種擴增實境眼鏡，用以配戴於使用者的雙眼前方，擴增實境眼鏡包括影像源、準直結構、透鏡組以及目鏡。影像源用以發出影像光束。準直結構設置於影像光束的傳遞路徑上，以將影像光束轉換為準直光束。透鏡組設置於準直光束的傳遞路徑上。準直光束藉由透鏡組會聚於目鏡的焦點，再藉由目鏡轉換為平行光束，並被傳遞至使用者的眼睛。

Description

擴增實境眼鏡
本發明是有關於一種光學設備，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，大量應用於人們生活中的例如娛樂、醫學手術等方面。擴增實境技術除了讓使用者能夠看到影像光所產生的虛擬影像，也能看到實際的物體，並且，虛擬影像能夠和實際的物體互動。
然而，由於人眼瞳孔有一定的大小，眼瞳上的不同位置相對於其所注視的物體或影像的距離及角度皆不同，造成影像無法忠實地成像於眼睛，進一步造成其他視覺問題，例如輻輳調節衝突。
本發明提供一種擴增實境眼鏡，忠實呈現影像源的影像，避免影像失真以及輻輳調節衝突（VAC）等問題。
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雙眼前方，擴增實境眼鏡包括影像源、準直結構、透鏡組以及目鏡。影像源用以發出影像光束。準直結構設置於影像光束的傳遞路徑上，以將影像光束轉換為準直光束。透鏡組設置於準直光束的傳遞路徑上。準直光束藉由透鏡組會聚於目鏡的物方焦點，再藉由目鏡轉換為平行光束，並被傳遞至雙眼的至少其中之一。
基於上述，本發明實施例提供的擴增實境眼鏡利用準直結構將影像光束轉換為準直光束，再利用場鏡將準直光聚焦於目鏡的物方焦點，以產生入射眼睛的平行光，避免了因為眼瞳上的不同位置相對於影像源的距離及角度不同所造成的影像無法忠實地成像於眼睛的狀況。由於影像能夠忠實地被傳遞至眼睛，避免了經常發生於擴增實境眼鏡的視覺問題，例如輻輳調節衝突。
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、圖2A及圖2B。圖1繪示根據本發明一實施例的擴增實境眼鏡。圖2A繪示根據本發明一實施例的準直結構的平面視圖，圖2B為圖2A所示準直結構沿線AA’的剖面視圖。擴增實境眼鏡100包括影像源101、準直結構102、透鏡組103以及目鏡104。
影像源101用以發出影像光束IL，且可以用微型顯示器來實現。微型顯示器可以例如是微發光二極體面板、液晶顯示器、矽基液晶顯示器等自發光或非自發光的顯示器。
準直結構102設置於影像光束IL的傳遞路徑上，以將影像光束IL轉換為準直光束CL。準直結構102包括阻光層BL，設置於由第二方向D2及第三方向D3所形成的平面上。阻光層BL為黑色吸光材料，且具備多個透光孔TH，相鄰的透光孔TH之間具備擋牆，且這些透光孔TH以陣列形式設置於阻光層BL上。來自於影像源101的影像光束IL在透射準直結構102後形成為準直光束CL，準直光束CL為平面波，在平行於第一方向D1的方向上行進。第一方向D1、第二方向D2以及第三方向D3三者相互垂直。
透鏡組103包括至少一透鏡，且設置於準直光束CL的傳遞路徑上（圖1僅將透鏡組103繪示為一個透鏡做為示意，然透鏡組103可以包括多個透鏡）。在本實施例中，透鏡組103為場鏡（field lens），被設置以擴展視場。並且，影像源101的影像資訊藉由透鏡組103進行傅氏轉換（Fourier Transform），在透鏡組103的焦平面P1形成傅氏轉換平面。由於準直光束CL為平面波，其透射透鏡組103後會聚於透鏡組103的焦平面P1。
目鏡104被設置以對準直光束CL進行反傅氏轉換。目鏡104的物方焦點被設置為與透鏡組103的焦平面P1重疊，使得會聚於焦平面P1的準直光束CL得以自目鏡104的物方焦點出射。因此，準直光束CL在透射目鏡104後被轉換為平行光束PL，且平行光束PL入射眼睛EY。
應當說明的是，本發明實施例提供的擴增實境眼鏡100利用上述傅氏轉換以及反傅氏轉換的過程，將影像源101的影像資訊忠實地傳遞至眼睛EY。由於入射眼睛EY的光束為平行光束PL，避免了因為眼瞳上的不同位置相對於影像源101的距離及角度不同所造成的影像無法忠實地成像於眼睛EY的狀況。
同樣參照圖1，在本實施例中，目鏡104的焦距F2還被設置為大於透鏡組103的焦距F1，且目鏡104的通光孔徑（Clear aperture）大於透鏡組103的通光孔徑，以將影像光束IL擴束為平行光束PL，提升了可視範圍，擴展眼盒（Eye box）。具體而言，在習知的擴增實境眼鏡中，由於透光板（例如鏡片）的尺寸是固定的，可視範圍越大，視場就越小。可視範圍越小，視場就越大。相對地，在本發明提供的擴增實境眼鏡100中，視場藉由場鏡得到優化，且可視範圍因上述的擴束過程得到優化。也就是說，本發明提供的擴增實境眼鏡100可同時優化視場及可視範圍。
參照圖2A及圖2B，在本發明的一實施例中，透光孔TH的高度H1與寬度W1的比值大於20，以有效地阻擋偏離第一方向D1行進的影像光束IL，保留平行第一方向D1行進的影像光束IL，使得穿透準直結構102後的影像光束IL（即，準直光束CL）具有較高的準直性。
在本發明的一些實施例中，影像源101為顯示面板。並且，準直結構102的透光孔TH的寬度W1小於該顯示面板的子像素的最小寬度，以確保準直光束CL具有高的準直度。在一些實施例中，透光孔TH的高度H1與該顯示面板的子像素的最小寬度的比值大於20。在一些實施例中，兩兩相鄰的透光孔TH之間的最小距離W2小於該顯示面板的每一子像素的最小寬度，以確保各透光孔TH緊密排列，提高準直結構102的透光率。
綜上所述，本發明實施例提供的擴增實境眼鏡利用準直結構將影像光束轉換為準直光束，再利用場鏡將準直光聚焦於目鏡的物方焦點，以產生入射眼睛的平行光，避免了因為眼瞳上的不同位置相對於影像源的距離及角度不同所造成的影像無法忠實地成像於眼睛的狀況。由於影像能夠忠實地被傳遞至眼睛，避免了經常發生於擴增實境眼鏡的視覺問題，例如輻輳調節衝突。
100:擴增實境眼鏡 101:影像源 102:準直結構 103:透鏡組 104:目鏡 BL:阻光層 CL:準直光束 D1、D2、D3:方向 EY:眼睛 F1、F2:焦距 H1:高度 IL:影像光束 P1:焦平面 PL:平行光束 TH:透光孔 W1:寬度 W2:距離
圖1是根據本發明一實施例的擴增實境眼鏡的示意圖。 圖2A及圖2B是根據本發明一實施例的準直結構的示意圖。
100:擴增實境眼鏡
101:影像源
102:準直結構
103:透鏡組
104:目鏡
CL:準直光束
D1、D2、D3:方向
EY:眼睛
F1、F2:焦距
IL:影像光束
P1:焦平面
PL:平行光束

Claims (9)

  1. 一種擴增實境眼鏡，用以配戴於使用者的雙眼前方，該擴增實境眼鏡包括：影像源，用以發出影像光束；準直結構，設置於該影像光束的傳遞路徑上，以將該影像光束轉換為準直光束；透鏡組，設置於該準直光束的傳遞路徑上；以及目鏡，其中該目鏡的物方焦點重疊該透鏡組的焦平面，該準直光束藉由該透鏡組會聚於該目鏡的該物方焦點，再藉由該目鏡轉換為平行光束，並被傳遞至該雙眼的至少其中之一。
  2. 如請求項1所述的擴增實境眼鏡，其中該透鏡組為場鏡。
  3. 如請求項2所述的擴增實境眼鏡，其中該目鏡的焦距大於該場鏡的焦距。
  4. 如請求項2所述的擴增實境眼鏡，其中該目鏡的通光孔徑大於該場鏡的通光孔徑。
  5. 如請求項1所述的擴增實境眼鏡，其中該準直結構包括阻光層，具備多個透光孔，且該些透光孔以陣列形式設置於該阻光層上。
  6. 如請求項5所述的擴增實境眼鏡，其中每一該透光孔的高度與寬度的比值大於20。
  7. 如請求項5所述的擴增實境眼鏡，其中該影像源包括顯示面板，且每一該透光孔的寬度小於該顯示面板的每一子像素的最小寬度。
  8. 如請求項5所述的擴增實境眼鏡，其中該影像源包括顯示面板，且每一該透光孔的高度與該顯示面板的每一子像素的最小寬度的比值大於20。
  9. 如請求項5所述的擴增實境眼鏡，其中該影像源包括顯示面板，且兩兩相鄰的該些透光孔之間的最小距離小於該顯示面板的每一子像素的最小寬度。
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