TWI828150B - 立體視覺眼鏡 - Google Patents
立體視覺眼鏡 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI828150B TWI828150B TW111118833A TW111118833A TWI828150B TW I828150 B TWI828150 B TW I828150B TW 111118833 A TW111118833 A TW 111118833A TW 111118833 A TW111118833 A TW 111118833A TW I828150 B TWI828150 B TW I828150B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- display
- stereoscopic vision
- image sensor
- vision glasses
- optical fiber
- Prior art date
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 63
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 32
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 claims abstract description 21
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 claims description 2
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 5
- 208000002173 dizziness Diseases 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
Abstract
一種立體視覺眼鏡，用以配戴於一使用者的雙眼前方。立體視覺眼鏡包括二光學模組。每一光學模組包括一影像感測器、一放射狀光纖束、一顯示器及一收斂狀光纖束。放射狀光纖束具有多個第一光纖，從影像感測器分別以多個不同角度放射延伸，以接收來自不同角度的外界光。顯示器配置於使用者的一對應的眼睛前方。收斂狀光纖束具有多個第二光纖，從顯示器分別以多個不同的角度朝向對應的眼睛的瞳孔收斂延伸，以將來自顯示器的影像光以多個不同的角度射入對應的眼睛的瞳孔。
Description
本發明是有關於一種光學裝置，且特別是有關於一種立體視覺眼鏡。
隨著光電科技的進步，虛擬實境(virtual reality,VR)顯示器與擴增實境(augmented reality,AR)顯示器已發展得越來越成熟，且進入了消費者市場。其中，虛擬實境顯示器配戴於使用者的雙眼前方，提供立體影像給使用者，讓使用者沉浸在虛擬視覺環境中。擴增實境顯示器除了提供虛擬影像給使用者，更允許使用者可以觀看外界的實際物體，達到了虛擬與現實並存甚至是互動的效果。
然而，時下無論是虛擬實境顯示器或擴增實境顯示器均是採用透鏡成像原理，容易使得雙眼視線交會點與眼睛的距離不同於單眼聚焦於透鏡所形成的虛像的距離。這樣的現象會導致使用者在配戴虛擬實境顯示器或擴增實境顯示器一段時間後，產生暈眩或不舒服的感覺。
本發明提供一種立體視覺眼鏡，可以有效解決使用者配戴一段時間後產生不適的問題，且可以達到擴增實境的效果。
本發明的一實施例提出一種立體視覺眼鏡，用以配戴於一使用者的雙眼前方。立體視覺眼鏡包括二光學模組及一控制器。每一光學模組包括一影像感測器、一放射狀光纖束、一顯示器及一收斂狀光纖束。放射狀光纖束具有多個第一光纖，從影像感測器分別以多個不同角度放射延伸，以接收來自不同角度的外界光。顯示器配置於使用者的一對應的眼睛前方。收斂狀光纖束具有多個第二光纖，從顯示器分別以多個不同的角度朝向對應的眼睛的瞳孔收斂延伸，以將來自顯示器的影像光以多個不同的角度射入對應的眼睛的瞳孔。控制器用以控制此二光學模組，且用以將影像感測器所感測到的外界光轉換成顯示器的顯示內容，以使顯示器發出對應於外界光的影像光。
在本發明的實施例的立體視覺眼鏡中，採用放射狀光纖束來將外界光導引至影像感測器，並使對應於外界光的影像光導引至眼睛。在此過程中，沒有採用透鏡來成像，因此不會有習知技術中雙眼視線交會點與眼睛的距離不同於單眼聚焦於透鏡所形成的虛像的距離的問題。如此一來，即便配戴本發明的實施例的立體視覺眼鏡一段時間後，也不會讓使用者感到暈眩不適。此外，由於外界光的資訊可以被控制器整合至影像光中，因此本發明的實施例的立體視覺眼鏡可以達到擴增實境的效果。
50:眼睛
52:瞳孔
62:外界光
72:影像光
100、100a:立體視覺眼鏡
110:控制器
120:位置調整機構
130:眼球追蹤器
200、200a:光學模組
210:影像感測器
220:放射狀光纖束
222:第一光纖
230:顯示器
240:收斂狀光纖束
242:第二光纖
D1、D2、D3、D4:外徑
E1、E2、E3、E4:端
P:點
θ1、θ2:視場角
圖1為本發明的一實施例的立體視覺眼鏡的剖面示意圖。
圖2為本發明的另一實施例的立體視覺眼鏡的剖面示意圖。
圖1為本發明的一實施例的立體視覺眼鏡的剖面示意圖。請參照圖1，本實施例的立體視覺眼鏡100用以配戴於一使用者的雙眼(即兩個眼睛50)前方。立體視覺眼鏡100包括二光學模組200及一控制器110。在本實施例中，此二光學模組200分別配置於使用者的二眼睛50前方。每一光學模組200包括一影像感測器210、一放射狀光纖束220、一顯示器230及一收斂狀光纖束240。放射狀光纖束220具有多個第一光纖222，從影像感測器210分別以多個不同角度放射延伸(在圖1中的實施例例如是分別以多個不同角度往遠離對應的眼睛50的方向放射延伸)，以接收來自不同角度的外界光62。換言之，這些第一光纖222從遠離影像感測器210的一端E2往靠近影像感測器210的一端E1呈收斂狀地延伸。如此一來，來自外界物體的不同角度的外界光62會經由不同的第一光纖222傳遞至影像感測器210上的不同位置，而被影像感測器210上不同位置的像素所感測。
在本實施例中，影像感測器210例如為互補式金氧半導
體影像感測器(complementary metal oxide semiconductor image sensor,CMOS image sensor)或電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)。
顯示器230配置於使用者的對應的眼睛50前方，在本實施例中例如是配置於影像感測器210與對應的眼睛50之間。在本實施例中，顯示器230為微發光二極體顯示面板(micro light-emitting diode display panel)、有機發光二極體顯示面板(organic light-emitting diode display panel)、液晶顯示面板(liquid crystal display panel)或其他適當的顯示面板。
收斂狀光纖束240具有多個第二光纖242，從顯示器230分別以多個不同的角度朝向對應的眼睛50的瞳孔52收斂延伸，以將來自顯示器230的影像光72以多個不同的角度射入對應的眼睛50的瞳孔52。換言之，這些第二光纖242從靠近眼睛50的瞳孔52的一端E3往背對瞳孔52的方向延伸至靠近顯示器230的一端E4。
控制器110用以控制此二光學模組200。在本實施例中，控制器110電性連接至此二光學模組200，例如是電性連接至影像感測器210與顯示器230。此外，控制器110用以將影像感測器210所感測到的外界光62轉換成顯示器230的顯示內容，以使顯示器230發出對應於外界光62的影像光72。舉例而言，控制器110除了命令顯示器230顯示影像感測器210所接收到的對應外界光62的影像之外，還可以命令顯示器230同時顯示額外的虛擬內
容，以使立體視覺眼鏡100可以同時提供外界物體的內容與虛據內容給使用者，以達到擴增實境的效果。
在本實施例的立體視覺眼鏡100中，採用放射狀光纖束220來將外界光62導引至影像感測器210，並使對應於外界光62的影像光72導引至眼睛50。在此過程中，沒有採用透鏡來成像，因此不會有習知技術中雙眼視線交會點與眼睛的距離不同於單眼聚焦於透鏡所形成的虛像的距離的問題。如此一來，即便配戴本實施例的立體視覺眼鏡100一段時間後，也不會讓使用者感到暈眩不適。舉例而言，當空間中有一物體的P點，P點所發出的外界光62分別進入朝向P點方向延伸的左邊的光學模組200的第一光纖222中與右邊的光學模組200的第一光纖222中，而被對應的左影像感測器210的像素與右影像感測器210的像素。然後，左顯示器230與右顯示器230對應於影像感測器210的這兩個像素的像素便分別發出對應於P點的影像光72，並從對應的左光學模組200的第二光纖242與右光學模組200的第二光纖242分別傳遞至左邊的眼睛50與右邊的眼睛50。其中，對應的第一光纖222與第二光纖242的延伸方向是相同或近似的，以使使用者的眼睛50所看到的P點影像的影像光72類似或相同於沿著P點與瞳孔52的連線所傳遞的外界光62，而使使用者感覺其所看到的P點是位於實際P點的位置或其附近。空間中不同位置的點所發出的外界光62可對應至不同的第一光纖222與第二光纖242，進而使使用者往不同的方向看到不同位置的點，進而感覺在三維空間
中看到這些不同位置的點，以達到立體視覺的效果。
在本實施例中，放射狀光纖束220在平行於雙眼瞳孔52的連線的方向上(即水平方向上)所展開的視場角θ1是落在小於等於170度的範圍內，例如在水平方向上的視野範圍是落在與使用者的正前方方向夾-85度至+85度的範圍內，且收斂狀光纖束240在平行於雙眼瞳孔52的連線的方向上所展開的視場角θ2是落在小於等於140度的範圍內，例如在水平方向上的視野範圍是落在與使用者的正前方方向夾-70度至+70度的範圍內。在一實施例中，視場角θ1例如為170度，而視場角θ2例如為140度。此外，在本實施例中，放射狀光纖束220在垂直於雙眼瞳孔52的連線的方向上(即鉛直方向上，也就是垂直於圖面的方向上)所展開的視場角是落在小於等於170度的範圍內，例如在鉛直方向上的視野範圍是落在與使用者的正前方方向夾+85度至-85度的範圍內，且收斂狀光纖束240在垂直於雙眼瞳孔52的連線的方向上(即鉛直方向上，也就是垂直於圖面的方向上)所展開的視場角是落在小於等於140度的範圍內，例如在鉛直方向上的視野範圍是落在與使用者的正前方方向夾+70度至-70度的範圍內。
在本實施例中，立體視覺眼鏡100更包括一位置調整機構120，連接於此二光學模組200之間，且用以對應使用者的雙眼瞳距來調整此二光學模組200之間的距離。這是因為不同使用者的雙眼瞳孔52之間的間距可能會有所不同，因此位置調整機構120可以調整此二光學模組200之間的距離，以使這兩個光學模組
200的第二光纖242分別對準雙眼的瞳孔52。
在本實施例中，位置調整機構120亦用以調整每一光學模組200至使用者的對應的眼睛50的距離，也就是調整適眼距(eye relief)。如此一來，便可使第二光纖242對準瞳孔52。
另外，放射狀光纖束220遠離影像感測器210的一端E2可形成球面或在兩個不同方向上皆彎曲的弧形表面，而收斂狀光纖束240靠近眼睛50的一端E3可形成球面或在兩個不同方向上皆彎曲的弧形表面，這可對應眼睛50的弧形表面來設計。舉例而言，可對不同的使用者測量眼睛50的弧度，以使使用者可以配戴具有對應弧度的一端E3的收斂狀光纖束240。
在本實施例中，每一第一光纖222在靠近影像感測器210的一端E1的外徑D1小於在遠離影像感測器210的一端E2的外徑D2。此外，在本實施例中，每一第二光纖242在靠近顯示器230的一端E4的外徑D4大於在遠離顯示器230的一端E3的外徑D3。如此一來，第一光纖222便有利於收集更多的外界光62至影像感測器210，而第二光纖242便有利於傳遞更多的影像光72至眼睛50，進而有效提升立體視覺眼鏡100的光效率。
在本實施例中，立體視覺眼鏡100可更包括至少一眼球追蹤器130，用以實時追蹤眼睛50的轉動角度與位置，例如追蹤瞳孔52的位置。眼球追蹤器130產生眼球定位訊號，而眼球定位訊號傳遞至控制器110，眼球追蹤器130可以是一個，且同時偵測左眼與右眼，或者眼球追蹤器130在左眼與右眼的一側可以各有
一個，以分別偵測左眼與右眼。控制器110用以根據眼球追蹤器130所追蹤到的眼睛50的轉動角度與位置來將影像感測器210所感測到的影像映射(map)至顯示器230所顯示的影像，也就是根據眼睛50的轉動角度與位置來決定顯示器230如何對應顯示影像感測器210所感測到的影像的方式。在本實施例中，眼球追蹤器130電性連接至控制器110。然而，在其他實施例中，眼球追蹤器130也可以是透過無線傳輸的方式與控制器110溝通。
在一實施例中，控制器110例如為中央處理單元(central processing unit,CPU)、微處理器(microprocessor)、數位訊號處理器(digital signal processor,DSP)、可程式化控制器、可程式化邏輯裝置(programmable logic device,PLD)或其他類似裝置或這些裝置的組合，本發明並不加以限制。此外，在一實施例中，控制器110的各功能可被實作為多個程式碼。這些程式碼會被儲存在一個記憶體中，由控制器110來執行這些程式碼。或者，在一實施例中，控制器110的各功能可被實作為一或多個電路。本發明並不限制用軟體或硬體的方式來實作控制器110的各功能。
圖2為本發明的另一實施例的立體視覺眼鏡的剖面示意圖。請參照圖2，本實施例的立體視覺眼鏡100a與圖1的立體視覺眼鏡100類似，而兩者的差異如下所述，在本實施例的立體視覺眼鏡100的光學模組200a中，影像感測器210與顯示器230可以是彼此分離的。也就是說，放射狀光纖束220及影像感測器210彼此連接，且兩者均不與顯示器230連接。控制器110與影像感
測器210之間可以透過無線通訊、網際網路或區域網路來溝通。放射狀光纖束220及影像感測器210可相對於顯示器230置於遠端，進而可達成遠端實境監控、實時控制的互動應用。在本實施例中，控制器110電性連接至顯示器230，而可以透過有線的方式控制顯示器230。然而，在其他實施例中，控制器110也可以透過無線傳輸的方式與顯示器230溝通。
綜上所述，在本發明的實施例的立體視覺眼鏡中，採用放射狀光纖束來將外界光導引至影像感測器，並使對應於外界光的影像光導引至眼睛。在此過程中，沒有採用透鏡來成像，因此不會有習知技術中雙眼視線交會點與眼睛的距離不同於單眼聚焦於透鏡所形成的虛像的距離的問題。如此一來，即便配戴本發明的實施例的立體視覺眼鏡一段時間後，也不會讓使用者感到暈眩不適。此外，由於外界光的資訊可以被控制器整合至影像光中，因此本發明的實施例的立體視覺眼鏡可以達到擴增實境的效果。在本發明的實施例的立體視覺眼鏡中，影像感測器與顯示器也可以是彼此分離的。也就是說，放射狀光纖束及影像感測器彼此連接，且兩者均不與顯示器連接。控制器與影像感測器210之間可以透過無線通訊、網際網路或區域網路來溝通。放射狀光纖束及影像感測器可相對於顯示器置於遠端，進而可達成遠端實境監控、實時控制的互動應用。
50:眼睛
52:瞳孔
62:外界光
72:影像光
100:立體視覺眼鏡
110:控制器
120:位置調整機構
130:眼球追蹤器
200:光學模組
210:影像感測器
220:放射狀光纖束
222:第一光纖
230:顯示器
240:收斂狀光纖束
242:第二光纖
D1、D2、D3、D4:外徑
E1、E2、E3、E4:端
P:點
θ1、θ2:視場角
Claims (9)
- 一種立體視覺眼鏡，用以配戴於一使用者的雙眼前方，該立體視覺眼鏡包括：二光學模組，每一光學模組包括：一影像感測器；一放射狀光纖束，具有多個第一光纖，從該影像感測器分別以多個不同角度放射延伸，以接收來自不同角度的外界光；一顯示器，配置於該使用者的一對應的眼睛前方；以及一收斂狀光纖束，具有多個第二光纖，從該顯示器分別以多個不同的角度朝向該對應的眼睛的瞳孔收斂延伸，以將來自該顯示器的影像光以多個不同的角度射入該對應的眼睛的該瞳孔，其中每一第二光纖在靠近該顯示器的一端的外徑大於在遠離該顯示器的一端的外徑；以及一控制器，用以控制該二光學模組，且用以將該影像感測器所感測到的該外界光轉換成該顯示器的顯示內容，以使該顯示器發出對應於該外界光的該影像光。
- 如請求項1所述的立體視覺眼鏡，更包括一位置調整機構，連接於該二光學模組之間，且用以對應使用者的雙眼瞳距來調整該二光學模組之間的距離。
- 如請求項2所述的立體視覺眼鏡，其中該位置調整機構用以調整每一光學模組至該使用者的對應的眼睛的距離。
- 如請求項1所述的立體視覺眼鏡，其中每一第一光纖在靠近該影像感測器的一端的外徑小於在遠離該影像感測器的一端的外徑。
- 如請求項1所述的立體視覺眼鏡，其中該顯示器為微發光二極體顯示面板、有機發光二極體顯示面板或液晶顯示面板。
- 如請求項1所述的立體視覺眼鏡，其中該影像感測器為互補式金氧半導體影像感測器或電荷耦合元件。
- 如請求項1所述的立體視覺眼鏡，其中該二光學模組的二影像感測器分別配置於該使用者的二眼睛前方，在每一光學模組中，該些第一光纖從該影像感測器分別以多個不同角度往遠離對應的眼睛的方向放射延伸，該顯示器配置於該影像感測器與該對應的眼睛之間，且該控制器電性連接至該二光學模組。
- 如請求項1所述的立體視覺眼鏡，其中該影像感測器與該顯示器是彼此分離的。
- 如請求項1所述的立體視覺眼鏡，更包括至少一眼球追蹤器，用以實時追蹤該對應的眼睛的轉動角度與位置，且產生眼球定位訊號，而該眼球定位訊號傳遞至該控制器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111118833A TWI828150B (zh) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | 立體視覺眼鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW111118833A TWI828150B (zh) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | 立體視覺眼鏡 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202346964A TW202346964A (zh) | 2023-12-01 |
| TWI828150B true TWI828150B (zh) | 2024-01-01 |
Family
ID=90039331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111118833A TWI828150B (zh) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | 立體視覺眼鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI828150B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150241697A1 (en) * | 2013-11-27 | 2015-08-27 | Magic Leap, Inc. | Physical actuators coupled to optical fiber cores for augmented or virtual reality |
| CN107561701A (zh) * | 2016-07-01 | 2018-01-09 | 成都理想境界科技有限公司 | 近眼显示系统、虚拟现实设备及增强现实设备 |
-
2022
- 2022-05-20 TW TW111118833A patent/TWI828150B/zh active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150241697A1 (en) * | 2013-11-27 | 2015-08-27 | Magic Leap, Inc. | Physical actuators coupled to optical fiber cores for augmented or virtual reality |
| CN107561701A (zh) * | 2016-07-01 | 2018-01-09 | 成都理想境界科技有限公司 | 近眼显示系统、虚拟现实设备及增强现实设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202346964A (zh) | 2023-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7042889B2 (ja) | 仮想／拡張現実システムにおける内向き角度を用いてファイバスキャナをコリメートする設計 | |
| CN106662989B (zh) | 3d全息图环境中的内容的管理 | |
| EP3411778B1 (en) | Volatility based cursor tethering | |
| US20170123488A1 (en) | Tracking of wearer's eyes relative to wearable device | |
| CN106327584B (zh) | 一种用于虚拟现实设备的图像处理方法及装置 | |
| WO2015012280A1 (ja) | 視線検出装置 | |
| CN108427498A (zh) | 一种基于增强现实的交互方法和装置 | |
| CN107852474A (zh) | 头戴式显示器 | |
| CN107037587A (zh) | 紧凑型增强现实/虚拟现实显示器 | |
| US11178380B2 (en) | Converting a monocular camera into a binocular stereo camera | |
| Bohme et al. | Remote eye tracking: State of the art and directions for future development | |
| US20180246331A1 (en) | Helmet-mounted display, visual field calibration method thereof, and mixed reality display system | |
| CN106415444A (zh) | 注视滑扫选择 | |
| WO2021098358A1 (zh) | 一种虚拟现实系统 | |
| CN105431763A (zh) | 在佩戴移动设备时跟踪头部移动 | |
| AU2018226651A1 (en) | Display system with video see-through | |
| JP2017120556A (ja) | 操作用ヘッドマウントディスプレイ、操作用ヘッドマウントディスプレイの制御方法および操作用ヘッドマウントディスプレイのプログラム | |
| WO2018045985A1 (zh) | 一种增强现实显示系统 | |
| TWI646356B (zh) | 頭戴式顯示器 | |
| TWI828150B (zh) | 立體視覺眼鏡 | |
| US20220035449A1 (en) | Gaze tracking system and method | |
| WO2016051431A1 (ja) | 入出力装置、入出力プログラム、および入出力方法 | |
| WO2017080533A2 (zh) | 一种与虚拟现实环境进行交互的装置 | |
| TWM635889U (zh) | 立體視覺眼鏡 | |
| JP2008233081A (ja) | 視空間点認知の方法 |