TWI816492B - 頭戴式顯示裝置與眼球追蹤模組 - Google Patents

Abstract

一種頭戴式顯示裝置，包括一本體、一眼球追蹤模組與一面罩。本體具有對應雙眼的一第一透鏡與一第二透鏡，還具有一第一定位部。眼球追蹤模組組裝並電性連接至本體。眼球追蹤模組包括一外框、一第一鏡頭、一第二鏡頭、一第一鏡頭架與一第二鏡頭架。外框具有一第二定位部。第二定位部用以結合第一定位部，以使外框定位於本體。第一鏡頭架與第二鏡頭架可相對滑動地設置於外框上。第一鏡頭架用以結合第一透鏡。第二鏡頭架用以結合第二透鏡。第一鏡頭設置於第一鏡頭架。第二鏡頭設置於第二鏡頭架。第一鏡頭與第二鏡頭用於拍攝雙眼。

Description

頭戴式顯示裝置與眼球追蹤模組

本發明是有關於一種頭戴式顯示裝置與眼球追蹤模組，且特別是有關於一種可提供眼部追蹤功能的頭戴式顯示裝置與眼球追蹤模組。

隨著當前科技快速進步，頭戴式顯示裝置的種類及功能也日趨多樣化。以眼罩型式的頭戴式顯示裝置為例，當使用者配戴此類裝置後，頭戴式顯示裝置內部的陀螺儀及位置追蹤器會追蹤使用者移動的狀態以投放對應的場景畫面，提供使用者有如位於虛擬世界中的體驗。

為了使體驗更為豐富，目前還有可提供眼球追蹤的功能的擴充件，讓使用者自行裝設在頭戴式顯示裝置以增加與眼球追蹤相關的體驗。現有的提供眼球追蹤的功能的擴充件都是提供兩個各自獨立的鏡頭，並將這兩個鏡頭分別固定至頭戴式顯示裝置的兩個透鏡上。然而，使用者在將鏡頭固定至透鏡時，常在垂直於視線方向的兩個軸向上存在偏移與旋轉，在視線方向上也存在 偏移，導致眼球追蹤的功能無法正常發揮，鏡頭甚至可能連眼球的影像都無法擷取到。即使其中一個鏡頭與其對應的透鏡的組裝正確，另一個鏡頭與其對應的透鏡的組裝還是可能出現誤差，能會影響眼球追蹤的功能的正常發揮。

本發明提供一種頭戴式顯示裝置與眼球追蹤模組，能夠改善提供眼球追蹤的功能的擴充件的組裝誤差而造成的問題。

本發明的頭戴式顯示裝置包括一本體、一眼球追蹤模組與一面罩。本體具有對應雙眼的一第一透鏡與一第二透鏡，還具有一第一定位部。眼球追蹤模組組裝並電性連接至本體。眼球追蹤模組包括一外框、一第一鏡頭、一第二鏡頭、一第一鏡頭架與一第二鏡頭架。外框具有一第二定位部。第二定位部用以結合第一定位部，以使外框定位於本體。第一鏡頭架與第二鏡頭架可相對滑動地設置於外框上。第一鏡頭架用以結合第一透鏡。第二鏡頭架用以結合第二透鏡。第一鏡頭設置於第一鏡頭架。第二鏡頭設置於第二鏡頭架。第一鏡頭與第二鏡頭用於拍攝雙眼。面罩組裝至眼球追蹤模組。眼球追蹤模組位於面罩以及本體之間。

在本發明的一實施例中，第一定位部與第二定位部的數量是多個。第二定位部以磁力方式組裝至第一定位部。第二定位部分別位於第一鏡頭架與第二鏡頭架的相對兩側。

在本發明的一實施例中，頭戴式顯示裝置更包括一纜 線，電性連接本體與眼球追蹤模組。

在本發明的一實施例中，頭戴式顯示裝置更包括一增距件，配置於眼球追蹤模組朝向使用者的一側。面罩適於組裝至增距件，且增距件位於面罩以及眼球追蹤模組之間。

在本發明的一實施例中，增距件的數量是多個。

在本發明的一實施例中，各增距件具有多個卡合片。各卡合片面向眼球追蹤模組的一側的輪廓與背向眼球追蹤模組的另一側的輪廓相符。

在本發明的一實施例中，各增距件具有一鼻架部。各鼻架部面向眼球追蹤模組的一側的輪廓與背向眼球追蹤模組的另一側的輪廓相符。

在本發明的一實施例中，各增距件具有一磁吸部，用以磁吸另一增距件的磁吸部。靠近眼球追蹤模組的增距件以磁力方式組裝至眼球追蹤模組。靠近面罩的增距件以磁力方式組裝至面罩。

本發明的眼球追蹤模組應用於一頭戴式顯示裝置。眼球追蹤模組組裝並電性連接至頭戴式顯示裝置的一本體，且眼球追蹤模組位於頭戴式顯示裝置的一面罩以及本體之間。眼球追蹤模組包括一外框、一第一鏡頭、一第二鏡頭、一第一鏡頭架與一第二鏡頭架。外框具有一第二定位部。第二定位部用以結合本體的一第一定位部，以使外框定位於本體。第一鏡頭架與第二鏡頭架可相對滑動地設置於外框上。第一鏡頭架用以結合本體的一第一 透鏡。第二鏡頭架用以結合本體的一第二透鏡。第一鏡頭設置於第一鏡頭架。第二鏡頭設置於第二鏡頭架。第一鏡頭與第二鏡頭用於拍攝雙眼。

在本發明的一實施例中，第一定位部是定位柱。

在本發明的一實施例中，第二定位部磁吸第一定位部。

基於上述，在本發明的頭戴式顯示裝置與眼球追蹤模組中，眼球追蹤模組具有外框。利用外框與本體的定位，可一次完成兩個鏡頭與兩個透鏡之間的定位，確保眼球追蹤的功能正常發揮。

20,30:眼鏡

100:頭戴式顯示裝置

110:本體

112:第一透鏡

114:第二透鏡

116:第一定位部

120:眼球追蹤模組

122:外框

122a:第二定位部

122b,122c:滑槽

122d:磁吸部

124a:第一鏡頭

124b:第二鏡頭

126:第一鏡頭架

126a,126b,128a,128b:卡勾

128:第二鏡頭架

130:纜線

140:增距件

142:卡合片

142a,142b,144a,144b:輪廓

144:鼻架部

146:磁吸部

150:面罩

D12:基準方向

D14:光軸方向

D16:拍攝方向

B:距離

A:寬度

△H:組裝偏差

b:傾斜角度

圖1是本發明的一實施例的頭戴式顯示裝置的組裝狀態示意圖。

圖2是圖1的頭戴式顯示裝置的拆解狀態示意圖。

圖3是用於說明眼球追蹤模組與透鏡的組裝狀態的剖面示意圖。

圖4是圖1的頭戴式顯示裝置的第一鏡頭架與第二鏡頭架的示意圖。

圖5是圖1的頭戴式顯示裝置的眼球追蹤模組的剖面示意圖。

圖6是本發明的另一實施例的頭戴式顯示裝置拆解狀態示意 圖。

圖7是圖6的頭戴式顯示裝置與使用者的一眼鏡的相對位置的示意圖。

圖8是圖6的頭戴式顯示裝置與使用者的另一眼鏡的相對位置的示意圖。

圖9是圖6的頭戴式顯示裝置的兩個增距件的示意圖。

圖10是圖6的頭戴式顯示裝置的兩個增距件在卡合片處的局部放大圖。

圖11是圖6的頭戴式顯示裝置的兩個增距件在磁吸部處的局部放大圖。

圖12是圖6的頭戴式顯示裝置的兩個增距件在鼻架部處的局部剖面放大圖。

圖1是本發明的一實施例的頭戴式顯示裝置的組裝狀態示意圖。圖2是圖1的頭戴式顯示裝置的拆解狀態示意圖。請參考圖1及圖2，本實施例的頭戴式顯示裝置100包括一本體110、一眼球追蹤模組120與一面罩150。本體110具有對應雙眼的一第一透鏡112與一第二透鏡114，還具有一第一定位部116。眼球追蹤模組120組裝並電性連接至本體110。眼球追蹤模組120包括一外框122、一第一鏡頭124a、一第二鏡頭124b、一第一鏡頭架126與一第二鏡頭架128。外框122具有一第二定位 部122a。第二定位部122a用以結合第一定位部116，以使外框122定位於本體110。第一鏡頭架126與第二鏡頭架128可相對滑動地設置於外框122上。第一鏡頭架126用以結合第一透鏡112。第二鏡頭架128用以結合第二透鏡114。第一鏡頭124a設置於第一鏡頭架126。第二鏡頭124b設置於第二鏡頭架128。第一鏡頭124a與第二鏡頭124b用於拍攝雙眼。面罩150組裝至眼球追蹤模組120。眼球追蹤模組120位於面罩150以及本體110之間。

在本實施例的頭戴式顯示裝置100中，先調整第一透鏡112以及第二透鏡114的位置，以及第一鏡頭架126與第二鏡頭架128的位置。然後，將眼球追蹤模組120的外框122直接定位於本體110。因此，第一鏡頭架126與第一透鏡112結合。第二鏡頭架128與第二透鏡114結合。只要外框122組裝至本體110，就能確保眼球追蹤的功能正常發揮。

在本實施例中，第一定位部116例如是定位柱。對應地，第二定位部122a具有可容納第一定位部116的空間。藉由第二定位部122a與第一定位部116的結合，可以確保在垂直於視線方向的兩個軸向上不存在偏移與旋轉。此外，藉由設計第二定位部122a可容納第一定位部116的深度，也可以確保在視線方向上不存在偏移。外框122上還可以具有多個磁吸部122d，用於使外框122磁吸至本體110。

在本實施例中，第一定位部116與第二定位部122a的 數量是多個。第二定位部122a例如磁吸第一定位部116，也就是第二定位部122a以磁力方式組裝至第一定位部116。換言之，第一定位部116與第二定位部122a兩者至少其中一具有磁鐵。因此，使用者在組裝眼球追蹤模組120的外框122時，磁力可以發揮引導的作用，確保在垂直於視線方向的兩個軸向上具有較小的偏移量。另外，利用磁吸的方式，也可避免使用者沒有確實將外框122壓至定位，以確保在視線方向上具有較小的偏移量。由於外框122與本體110之間彼此受磁力吸引的緣故，外框122會對第一鏡頭架126與第二鏡頭架128產生持續且固定的下壓力來維持第一鏡頭架126與第一透鏡112以及第二鏡頭架128與第二透鏡114之間的距離。磁吸的安裝方式對使用者來說是比較容易且明確的，使用者不需要特殊手法就可以將第一鏡頭架126與第二鏡頭架128組裝到正確的位置。容易且明確的組裝方式可以降低使用者在安裝時的不確定因子，進而降低眼球追蹤模組120組裝不到位產生的風險。

圖3是用於說明眼球追蹤模組與透鏡的組裝狀態的剖面示意圖。請參照圖2與圖3，本實施例的多個第二定位部122a分別位於第一鏡頭架126與第二鏡頭架128的相對兩側。在第一鏡頭架126與第二鏡頭架128的相對兩側的多個第二定位部122a都與對應的第一定位部116完成定位後，就可以確保組裝在外框122上的第一鏡頭架126的基準方向D12能如預期的垂直於第一透鏡112的光軸方向D14。連帶地，也能確保第一鏡頭架126上 的第一鏡頭124a的拍攝方向D16在預設的理想方向上。並且，因為多個第二定位部122a分別位於第一鏡頭架126與第二鏡頭架128的相對兩側，所以對於偏轉角度的抑制效果更為明顯。從另一方面來說，因為施加在外框122上的兩個磁力之間的距離B大於第一鏡頭架126本身的寬度A，縱使其中一個定位部在第一透鏡112的光軸方向D14上存在組裝偏差△H，造成的傾斜角度b也會比僅由第一鏡頭架126直接固定在第一透鏡112而存在組裝偏差△H所造成的傾斜角度小。

定位柱與磁吸這兩種設計可同時應用於第一定位部116與第二定位部122a，且其他適當的定位設計也可採用，本發明不對此設限。此外，增加第一定位部116與第二定位部122a的數量，也可減少組裝誤差。

在本實施例中，頭戴式顯示裝置100更包括一纜線130，電性連接本體110與眼球追蹤模組120。眼球追蹤模組120上的第一鏡頭124a與第二鏡頭124b所擷取的影像資料能夠經由纜線130傳輸到本體110。然而，其他實施例中，眼球追蹤模組120與本體110也可以藉由連接器直接電性連接，而無須纜線130。

圖4是圖1的頭戴式顯示裝置的第一鏡頭架與第二鏡頭架的示意圖。圖5是圖1的頭戴式顯示裝置的眼球追蹤模組的剖面示意圖。請參考圖4及圖5，本實施例的第一鏡頭架126與第二鏡頭架128可移動地設置於外框122上。在使用頭戴式顯示裝 置100時，由於每個使用者的瞳間距離(interpupillary distance)不同，所以第一透鏡112與第二透鏡114之間的距離必須可調，以使每個使用者都能得到最佳的使用體驗。相對地，本實施例的第一鏡頭架126與第二鏡頭架128之間的距離也可調，以使第一鏡頭架126與第二鏡頭架128都能準確地結合第一透鏡112與第二透鏡114。舉例來說，第一鏡頭架126具有卡勾126a與卡勾126b，第二鏡頭架128具有卡勾128a與卡勾128b。外框122具有滑槽122b與滑槽122c。藉由卡勾128a與滑槽122b的配合以及卡勾128b與滑槽122c的配合，第二鏡頭架128可以在外框122上移動。此外，外框122上也有用於配合卡勾126a與卡勾126b的滑槽，但在圖5中較難看到。所以，第一鏡頭架126也可以在外框122上移動。

圖6是本發明的另一實施例的頭戴式顯示裝置拆解狀態示意圖。請參考圖6，本實施例的頭戴式顯示裝置102與圖1的頭戴式顯示裝置100相似，差異在於本實施例的頭戴式顯示裝置102更包括增距件140，配置於眼球追蹤模組120朝向使用者的一側。圖6中，省略了與圖1所示的纜線130相同的纜線。對於頭戴式顯示裝置102而言，適眼距離(Eye-relief,ERF)是一項關鍵參數，越小的適眼距離代表眼睛離第一透鏡112與第二透鏡114的距離越近，可獲得的可視範圍(Angle of view,FOV)也越大，使用者體驗也越好。然而，許多使用者在使用頭戴式顯示裝置102時會因為配戴眼鏡造成眼鏡離第一透鏡112與第二透鏡 114過近，在使用上造成碰撞，也可能使成像不清楚。

圖7是圖6的頭戴式顯示裝置與使用者的一眼鏡的相對位置的示意圖。請參考圖6與圖7，由於本實施例的頭戴式顯示裝置102包括增距件140，例如在使用者配戴眼鏡20狀況下，可由使用者將增距件140安裝在眼球追蹤模組120上，解決前述的問題。此外，雖然也有習知的頭戴式顯示裝置配備了調整適眼距離的機構，但也帶來設計繁複、組裝困難、成本與重量都大幅增加的問題。反之，本實施例的增距件140的設計及使用上都較為便利，結構簡單，成本與重量也都較小。雖然圖6中顯示了兩個增距件140，但在圖7中使用者僅安裝了一個增距件140，而增距件140的數量可以依照需求增減。面罩150適於組裝至增距件140，且增距件140位於面罩150以及眼球追蹤模組120之間。為了方便理解適眼距離，圖7中省略了面罩150。

圖8是圖6的頭戴式顯示裝置與使用者的另一眼鏡的相對位置的示意圖。請參考圖6與圖8，本實施例的增距件140的數量是多個。不論是不同的使用者或是同一使用者配戴不同的眼鏡30時，都可能造成適眼距離必須調整的狀況。在本實施例的頭戴式顯示裝置102中，可以依據需求而增加所裝設的增距件140的數量，能快速而方便地達成調整適眼距離的目的。本實施例中，靠近眼球追蹤模組120的增距件140以磁力方式組裝至眼球追蹤模組120。靠近面罩150的增距件140以磁力方式組裝至面罩150。

圖9是圖6的頭戴式顯示裝置的兩個增距件的示意圖。圖10是圖6的頭戴式顯示裝置的兩個增距件在卡合片處的局部放大圖。請參考圖9及圖10，本實施例的每個增距件140具有多個卡合片142。每個卡合片142面向眼球追蹤模組120(繪示於圖8)的一側的輪廓142a與背向眼球追蹤模組120的另一側的輪廓142b相符。因此，圖10中右側的增距件140的卡合片142的面向眼球追蹤模組120的一側可以卡合於左側的增距件140的卡合片142的背向眼球追蹤模組120的一側。舉例來說，每組裝一個增距件140可以增加3mm的眼睛與透鏡之間的距離，卡合片142側邊的楔型角度可以是9.5~20度。

圖11是圖6的頭戴式顯示裝置的兩個增距件在磁吸部處的局部放大圖。請參考圖9及圖11，本實施例的每個增距件140具有一磁吸部146，用以磁吸另一增距件140的磁吸部146。因此，圖11中右側的增距件140的磁吸部146可以磁吸左側的增距件140的磁吸部146。

圖12是圖6的頭戴式顯示裝置的兩個增距件在鼻架部處的局部剖面放大圖。請參考圖9及圖12，本實施例的每個增距件140具有一鼻架部144。每個鼻架部144面向眼球追蹤模組120的一側的輪廓144a與背向眼球追蹤模組120的另一側的輪廓144b相符。因此，圖12中右側的增距件140的鼻架部144的面向眼球追蹤模組120的一側可以卡合於左側的增距件140的鼻架部144的背向眼球追蹤模組120的一側。

如此一來，即使要組裝多個增距件140，也可輕易且準確地完成。

綜上所述，在本發明的頭戴式顯示裝置中，眼球追蹤模組的鏡頭架與鏡頭是組裝於外框上。只要完成外框與本體的定位，就等於完成眼球追蹤模組的鏡頭與本體的透鏡之間的定位，可確保眼球追蹤的功能正常發揮。此外，當設置有增距件時，也可以低成本、重量輕、易於執行的方式調整適眼距離。

100:頭戴式顯示裝置

110:本體

112:第一透鏡

114:第二透鏡

120:眼球追蹤模組

122:外框

124a:第一鏡頭

124b:第二鏡頭

126:第一鏡頭架

128:第二鏡頭架

130:纜線

150:面罩

Claims (11)

1. 一種頭戴式顯示裝置，包括： 一本體，具有對應雙眼的一第一透鏡與一第二透鏡，還具有一第一定位部； 一眼球追蹤模組，組裝並電性連接至該本體，該眼球追蹤模組包括一外框、一第一鏡頭、一第二鏡頭、一第一鏡頭架與一第二鏡頭架，其中該外框具有一第二定位部，該第二定位部用以結合該第一定位部，以使該外框定位於該本體，該第一鏡頭架與該第二鏡頭架可相對滑動地設置於該外框上，該第一鏡頭架用以結合該第一透鏡，該第二鏡頭架用以結合該第二透鏡，該第一鏡頭設置於該第一鏡頭架，該第二鏡頭設置於該第二鏡頭架，該第一鏡頭與該第二鏡頭用於拍攝雙眼；以及 一面罩，組裝至該眼球追蹤模組，其中該眼球追蹤模組位於該面罩以及該本體之間。
2. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一定位部與該第二定位部的數量是多個，該些第二定位部以磁力方式組裝至該些第一定位部，該些第二定位部分別位於該第一鏡頭架與該第二鏡頭架的相對兩側。
3. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，更包括一纜線，電性連接該本體與該眼球追蹤模組。
4. 如請求項1所述的頭戴式顯示裝置，更包括一增距件，配置於該眼球追蹤模組朝向使用者的一側，其中該面罩適於組裝至該增距件，且該增距件位於該面罩以及該眼球追蹤模組之間。
5. 如請求項4所述的頭戴式顯示裝置，其中該增距件的數量是多個。
6. 如請求項5所述的頭戴式顯示裝置，其中各該增距件具有多個卡合片，各該卡合片面向該眼球追蹤模組的一側的輪廓與背向該眼球追蹤模組的另一側的輪廓相符。
7. 如請求項5所述的頭戴式顯示裝置，其中各該增距件具有一鼻架部，各該鼻架部面向該眼球追蹤模組的一側的輪廓與背向該眼球追蹤模組的另一側的輪廓相符。
8. 如請求項5所述的頭戴式顯示裝置，其中各該增距件具有一磁吸部，用以磁吸另一該些增距件的該磁吸部，靠近該眼球追蹤模組的該增距件以磁力方式組裝至該眼球追蹤模組，靠近該面罩的該增距件以磁力方式組裝至該面罩。
9. 一種眼球追蹤模組，應用於一頭戴式顯示裝置，其中該眼球追蹤模組組裝並電性連接至該頭戴式顯示裝置的一本體，且該眼球追蹤模組位於該頭戴式顯示裝置的一面罩以及該本體之間， 該眼球追蹤模組包括一外框、一第一鏡頭、一第二鏡頭、一第一鏡頭架與一第二鏡頭架，其中該外框具有一第二定位部，該第二定位部用以結合該本體的一第一定位部，以使該外框定位於該本體，該第一鏡頭架與該第二鏡頭架可相對滑動地設置於該外框上，該第一鏡頭架用以結合該本體的一第一透鏡，該第二鏡頭架用以結合該本體的一第二透鏡，該第一鏡頭設置於該第一鏡頭架，該第二鏡頭設置於該第二鏡頭架，該第一鏡頭與該第二鏡頭用於拍攝雙眼。
10. 如請求項9所述的眼球追蹤模組，其中該第一定位部是定位柱。
11. 如請求項10所述的眼球追蹤模組，其中該第二定位部磁吸該第一定位部。

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