TWM504249U - 頭戴式顯示裝置及其光學鏡頭 - Google Patents

Description

頭戴式顯示裝置及其光學鏡頭

本創作係關於一種顯示裝置，尤其關於一種頭戴式顯示裝置及其光學鏡頭。

隨著科技日新月異，人們對於資訊的吸收，以及多媒體視訊的需求日漸增加，而其通常藉由視覺或聽覺接收外界的資訊，一般常見的多媒體播放裝置、網路通訊裝置，及電腦裝置等，都係搭配LCD或是LED等顯示器等使用，而得將其擷取的影像加以顯示，但是其所能顯示的影像畫素及大小，係受限於顯示器的尺寸大小及其效能，並且缺少視覺效果，長時間使用也容易造成眼睛的疲勞。

因此，市面上出現了頭戴顯示器(Head-Mounted Display，以下簡稱HMD)。頭戴顯示器是一種立體視覺顯示的光學產品，其係將具有兩眼視差之立體效果的訊號，依序透過設置於雙眼前方的顯示器以及光學鏡頭而傳送至雙眼，進而產生立體且大尺寸的影像。頭戴式顯示器通常是應用在擴增實境(augmented reality,AR)系統或是虛擬實境(virtual reality,VR)系統，並可跟著使用者移動並能當作一種輸入設備來接收使用者的反應，且透過戴在使用者頭部的頭戴式顯示器，圖像和文字還可以加到使用者 所觀看的影像上，進而達到虛擬實境或是擴增實境的效果。

而為了優化虛擬實境或是擴增實境的效果，頭戴式顯示器可供使用者觀賞到的視野範圍極為重要，故如何使頭戴式顯示器中的光學鏡頭具有適當的視場角(Field of View,FOV)成為了本技術領域人員所致力開發的方向。

本創作之目的在提供一種頭戴式顯示裝置，其藉由規範其光學鏡頭之各透鏡的折射率以及阿貝數而使頭戴式顯示裝置具有適當的視場角。

於一較佳實施例中，本創作提供一種頭戴式顯示裝置，包括：一顯示元件，用以呈現一影像畫面；一發光單元，用以提供一光束；一光學鏡頭；以及一稜鏡，設置於該顯示元件、該發光單元以及該光學鏡頭之間，該發光單元所提供之該光束於經由該稜鏡後被傳送至該顯示元件並產生反射，且反射後之該光束於經由該稜鏡後被傳送至該光學鏡頭，而該光學鏡頭係將所接收之該光束予以向外輸出，以使該影像畫面被呈現；其中，該光學鏡頭沿其光軸方向依次包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡以及一第四透鏡，且該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡中之至少二者具有相同之一折射率以及相同之一阿貝數。

於一較佳實施例中，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡中之該至少二者之該折射率為I，並滿足下列條件：1.5<I<1.6。

於一較佳實施例中，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡中之該至少二者之該阿貝數為V，並滿足下列條件：50<V<60。

於一較佳實施例中，該第一透鏡、第三透鏡以及該第四透鏡具有相同之該折射率以及相同之該阿貝數。

於一較佳實施例中，該第一透鏡、第三透鏡以及該第四透鏡具有正屈折力，而該第二透鏡具有負屈折力。

於一較佳實施例中，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡皆為非球面透鏡。

於一較佳實施例中，該顯示元件係為一反射式液晶(LCOS)元件或一數位微型反射鏡(DMD)元件。

於一較佳實施例中，該稜鏡係為一偏光分離稜鏡(PBS)或一全內反射稜鏡(TIR)。

於一較佳實施例中，本創作亦提供一種應用於頭戴式顯示裝置之光學鏡頭，沿其光軸方向依次包括：一第一透鏡，具有正屈折力；一第二透鏡，具有負屈折力；一第三透鏡，具有正屈折力；以及一第四透鏡，具有正屈折力；其中，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡中之至少二者具有相同之一折射率以及相同之一阿貝數。

於一較佳實施例中，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡中之該至少二者之該折射率為I，並滿足下列條件：1.5<I<1.6。

於一較佳實施例中，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡中之該至少二者之該阿貝數為V，並滿足下列條件： 50<V<60。

於一較佳實施例中，該第一透鏡、第三透鏡以及該第四透鏡具有相同之該折射率以及相同之該阿貝數。

於一較佳實施例中，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡皆為非球面透鏡。

1‧‧‧頭戴式顯示裝置

2‧‧‧雙眼

11‧‧‧框架

12‧‧‧顯示元件

13‧‧‧發光單元

14‧‧‧光學鏡頭

15‧‧‧稜鏡

141‧‧‧第一透鏡

142‧‧‧第二透鏡

143‧‧‧第三透鏡

144‧‧‧第四透鏡

149‧‧‧光軸

L‧‧‧光束

S1‧‧‧第一透鏡的第一表面

S2‧‧‧第一透鏡的第二表面

S3‧‧‧第二透鏡的第一表面

S4‧‧‧第二透鏡的第二表面

S5‧‧‧第三透鏡的第一表面

S6‧‧‧第三透鏡的第二表面

S7‧‧‧第四透鏡的第一表面

S8‧‧‧第四透鏡的第二表面

圖1：係為本創作頭戴式顯示裝置於一較佳實施例之外觀結構示意圖。

圖2：係為圖1所示頭戴式顯示裝置之內部結構示意圖。

請參閱圖1與圖2，圖1為本創作頭戴式顯示裝置於一較佳實施例之外觀結構示意圖，圖2為圖1所示頭戴式顯示裝置之內部結構示意圖。頭戴式顯示裝置1包括一框架11以及設置於框架11內的顯示元件12、發光單元13、光學鏡頭14與稜鏡15；其中，框架11係被懸掛於使用者的頭部，以供使用者的雙眼2進行觀看，且發光單元13用以提供光束L予用以呈現影像畫面的顯示元件12，而稜鏡15則設置於顯示元件12、發光單元13以及光學鏡頭14之間，發光單元13所提供的光束L會於經由稜鏡15後往顯示元件12的方向行徑並產生反射，且反射後的光束L再經由稜鏡15後往光學鏡頭14的方向行徑，最後，光學鏡頭14將所接收的光束L予以向外輸出，使得影像畫面被放大呈現於使用者的雙眼2。

較佳者，顯示元件12係為一反射式液晶(LCOS)元件，且稜鏡15係為一偏光分離稜鏡(PBS)，但並不以上述為限， 例如，顯示元件12亦可為為一數位微型反射鏡(DMD)元件，且稜鏡15係亦可為一全內反射稜鏡(TIR)。

再者，光學鏡頭14沿其光軸149方向依次包括具有正屈折力的第一透鏡141、具有負屈折力的第二透鏡142、具有正屈折力的第三透鏡143以及具有正屈折力的第四透鏡144，且第一透鏡141、第二透鏡142、第三透鏡143以及第四透鏡144皆係為非球面透鏡，而非球面的曲線方程式表示如下： 其中，Z為非球面的旋轉對稱軸，c為頂點曲率，r為頂點曲率半徑，k為圓錐常數，α₄ ~α₁₄ 則為各表面的第4~14階係數。

再者，於本較佳實施例中，第一透鏡141的第一表面S1與第二表面S2、第二透鏡142的第一表面S3與第二表面S4、第三透鏡143的第一表面S5與第二表面S6以及第四透鏡144的第一表面S7與第二表面S8的非球面係數參照下列表1。

於本案的光學鏡頭14中，第一透鏡141、第二透鏡142、第三透鏡143以及第四透鏡144中之至少二者具有相同的折射率I，且該相同的折射率I係滿足下述焦距條件：1.5<I<1.6；又，第一透鏡141、第二透鏡142、第三透鏡143以及第四透鏡144中之至少二者具有相同的阿貝數V，且該相同的阿貝數V係滿足下述焦距條件：50<V<60。

請參照下列表2，其為圖2所示光學鏡頭14於一較佳實施之光學數據表。

於本較佳實施例中，光學鏡頭14的第一透鏡141、第三透鏡143以及第四透鏡144具有相同之折射率I以及相同的阿貝數V，且該相同的折射率I=1.53116，而該相同的阿貝數V=56.0438；其中，光學鏡頭14的整體焦距=18.5256mm，光圈值=4.6222，視場角=36度

以上所述僅為本創作之較佳實施例，並非用以限定本創作之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本創作所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。

2‧‧‧雙眼

12‧‧‧顯示元件

13‧‧‧發光單元

14‧‧‧光學鏡頭

15‧‧‧稜鏡

141‧‧‧第一透鏡

142‧‧‧第二透鏡

143‧‧‧第三透鏡

144‧‧‧第四透鏡

149‧‧‧光軸

L‧‧‧光束

S1‧‧‧第一透鏡的第一表面

S2‧‧‧第一透鏡的第二表面

S3‧‧‧第二透鏡的第一表面

S4‧‧‧第二透鏡的第二表面

S5‧‧‧第三透鏡的第一表面

S6‧‧‧第三透鏡的第二表面

S7‧‧‧第四透鏡的第一表面

S8‧‧‧第四透鏡的第二表面

Claims (13)

1. 一種頭戴式顯示裝置，包括：一顯示元件，用以呈現一影像畫面；一發光單元，用以提供一光束；一光學鏡頭；以及一稜鏡，設置於該顯示元件、該發光單元以及該光學鏡頭之間，該發光單元所提供之該光束於經由該稜鏡後被傳送至該顯示元件並產生反射，且反射後之該光束於經由該稜鏡後被傳送至該光學鏡頭，而該光學鏡頭係將所接收之該光束予以向外輸出，以使該影像畫面被呈現；其中，該光學鏡頭沿其光軸方向依次包括一第一透鏡、一第二透鏡、一第三透鏡以及一第四透鏡，且該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡中之至少二者具有相同之一折射率以及相同之一阿貝數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡中之該至少二者之該折射率為I，並滿足下列條件：1.5<I<1.6。
3. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡中之該至少二者之該阿貝數為V，並滿足下列條件：50<V<60。
4. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第一透鏡、第三透鏡以及該第四透鏡具有相同之該折射率以及相同之該阿貝數。
5. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第一透鏡、第三透鏡以及該第四透鏡具有正屈折力，而該第二透鏡具有負屈折力。
6. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡皆為非球面透鏡。
7. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中該顯示元件係為一反射式液晶(LCOS)元件或一數位微型反射鏡(DMD)元件。
8. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示裝置，其中該稜鏡係為一偏光分離稜鏡(PBS)或一全內反射稜鏡(TIR)。
9. 一種應用於頭戴式顯示裝置之光學鏡頭，沿其光軸方向依次包括：一第一透鏡，具有正屈折力；一第二透鏡，具有負屈折力；一第三透鏡，具有正屈折力；以及一第四透鏡，具有正屈折力；其中，該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡中之至少二者具有相同之一折射率以及相同之一阿貝數。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光學鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡中之該至少二者之該折射率為I，並滿足下列條件：1.5<I<1.6。
11. 如申請專利範圍第9項所述之光學鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡中之該至少二者之該阿 貝數為V，並滿足下列條件：50<V<60。
12. 如申請專利範圍第9項所述之光學鏡頭，其中該第一透鏡、第三透鏡以及該第四透鏡具有相同之該折射率以及相同之該阿貝數。
13. 如申請專利範圍第9項所述之光學鏡頭，其中該第一透鏡、該第二透鏡、該第三透鏡以及該第四透鏡皆為非球面透鏡。