TWM561213U - 頭戴顯示裝置及其成像裝置 - Google Patents

Abstract

一種架設於一頭戴顯示裝置上的成像裝置包含一光源模組、一第一反射模組、一第一分光模組、一成像模組及一第二分光模組。前述第一反射模組與前述光源模組連接以反射其提供之一入射光。前述第一分光模組與前述第一反射模組連接，並具有一第一分光平面。前述成像模組與第一分光模組連接，並與前述第一反射模組位於前述第一分光平面之同側。前述第二分光模組與前述第一分光模組連接，並與前述成像模組位於前述第一分光平面之異側。前述入射光透過前述成像模組產生具一影像畫面之一影像光，而前述影像光透過前述第二分光模組輸出前述影像畫面。

Description

頭戴顯示裝置及其成像裝置

本創作係關於一種成像裝置，尤其關於一種設置於頭戴顯示裝置上的成像裝置。

現有的顯示器技術已趨於成熟，各種產品開始整合顯示螢幕到原有的元件上，來創造出不同的使用者體驗。然，頭戴式的裝置不同與一般的產品，其與使用者的眼睛非常接近，不適合直接以顯示器架設在使用者的眼前，而影響到使用者原有的視線。

鑒於以上內容，有必要提供一種頭戴顯示裝置，可以投影一影像畫面到一使用者的眼前。

本創作提供一種架設於一頭戴顯示裝置上的成像裝置，包含一光源模組、一第一反射模組、一第一分光模組、一成像模組以及一第二分光模組。前述第一反射模組與前述光源模組相連接，用於反射前述光源模組所提供之一入射光。前述第一分光模組與前述第一反射模組相連接，並具有一第一分光平面。前述成像模組與前述第一分光模組相連接，並與前述第一反射模組位於前述第一分光平面之同側，且前述入射光透過前述成像模組產生具一影像畫面之一影像光。前述第二分光模組與前述第一分光模組相連接，並與前述成像模組位於前述第一分光平面之異側，且前述影像光透過前述第二分光模組輸出前述影像畫面。

本創作提供一種頭戴顯示裝置，包含一支撐裝置以及一成像裝置。前述支撐裝置具有一觀看區域。前述成像裝置設置於前述支撐架上，包含一光源模組、一第一反射模組、一第一分光模組、一成像模組以及一第二分光模組。前述光源模組用於提供一入射光，前述第一反射模組與前述光源模組相連接。前述第一分光模組與前述第一反射模組相連接，並具有一第一分光平面。前述成像模組與前述第一分光模組相連接，並與前述第一反射模組位於前述第一分光平面之同側。前述第二分光模組與前述第一分光模組相連接，並與前述成像模組位於前述第一分光平面之異側。前述入射光經由前述第一反射模組、前述第一分光模組及前述成像模組後，在前述第二分光模組朝前述觀看區域輸出一影像光。

故，本創作之前述成像裝置與前述頭戴顯示裝置可透過前述光源模組、前述第一反射模組、前述第一分光模組、前述成像模組及前述第二分光模組之組合，輸出前述影像畫面供一使用者觀看。

下面將結合附圖對本創作作一具體介紹。

請參考圖1，圖1為本創作第一實施方式之成像裝置100之立體示意圖。本創作之成像裝置100包含一控制模組110以及一顯示模組120。前述控制模組110包括一處理模組111、一第一連接模組112、一第二連接模組113、一光源模組114以及一成像模組115。

在至少一示例性的實施例中，前述處理模組111可為處理器、中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、圖形處理器（Graphic Processing Unit，GPU）、系統單晶片（System on Chip，SoC）、場效可程式化邏輯閘陣列（Field-programmable Gate Array，FPGA）或一控制器，以執行儲存於一內內存（圖式未示出）中之程式指令來產生一影像訊號。前述處理模組111可為具有嵌入式程式指令的嵌入式系統（Embedded System）或特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）。前述處理模組111亦可為具有一通訊單元的一驅動電路版，前述通訊單元可為高畫質多媒體介面（High Definition Multimedia Interface，HDMI）、DisplayPort或通用序列匯流排（Universal Serial Bus，USB），以接收一外部裝置所提供之一影像訊號。在至少一示例性的實施例中，前述通訊單元亦可採用客製化的網路協定或依據現有的標準技術進行網路通訊。例如：藍牙（Bluetooth）、乙太網路（Ethernet）、電機電子工程師學會（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE） 802.11系列、IEEE 802.15系列、無線通用序列匯流排（Wireless Universal Serial Bus，Wireless USB）、紅外線通訊或如全球行動通訊系統（Global System for Mobile Communications，GSM）、分碼多重進接2000（Code Division Multiple Access 2000，CDMA2000）、分時-同步分碼多重進接（Time Division - Synchronous Code Division Multiple Access，TD-SCDMA）、全球互通微波存取（Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX）、長期演進技術（Long Term Evolution，LTE）或分時長期演進（Time-Division LTE，TD-LTE）等電信標準技術。

在至少一示例性的實施例中，前述第一連接模組112可為一柔性電路板（Flexible printed circuits，FPC）或一連接器，以連接前述處理模組111以及前述光源模組114，供前述處理模組111傳送訊號給前述光源模組114。在至少一示例性的實施例中，前述第二連接模組113可為一FPC或一連接器，以連接前述處理模組111以及前述成像模組115，供前述處理模組111傳送訊號給前述成像模組115。

在至少一示例性的實施例中，前述光源模組114可包含一光源驅動電路（圖未示出）以及至少一發光光源（圖未示出）。前述光源驅動電路透過前述第一連接模組112接收到前述處理模組111所提供的一光源訊號與一電源輸出後，驅動前述至少一發光光源輸出至少一入射光。前述發光光源可為包含一紅光發光二極體（Light Emitting Diode，LED）、一綠光LED以及一藍光LED的一LED光源組或其他可產生彩色或單色的一光源。在至少一示例性的實施例中，前述光源模組114亦可僅包含前述發光光源，並由前述處理模組111透過前述第一連接模組112直接驅動前述發光光源產生至少一入射光。

在至少一示例性的實施例中，前述成像模組115可包含一矽基液晶面板（Liquid Crystal On Silicon Panel，LCos Panel）或其他反射式投影面板。前述成像模組115透過前述第二連接模組113接收來自前述處理模組111所傳送之一影像訊號，並將來自前述發光模組114所產生之前述入射光透過前述影像訊號產生具一影像畫面之一影像光。

請合併參考圖1至圖2，圖2為圖1之前述成像裝置100的顯示模組120之分解圖。前述顯示模組120包括一第一反射模組121、一第一分光模組122、一第二分光模組123、一第二反射模組124、一第一擴散模組1251、一第二擴散模組1252、一檢偏模組126、一延遲模組127以及一黏結膠1281與1282。在至少一示例性的實施例中，前述黏結膠1281位於前述第一分光模組122及前述第二分光模組123之間，而前述黏結膠1282位於前述第二分光模組123及前述延遲模組127之間，以加強前述第一分光模組122及前述第二分光模組123與前述第二分光模組123及前述延遲模組127之間的黏結關係。

在至少一示例性的實施例中，前述第一反射模組121與前述光源模組114連接，用於反射前述光源模組114所提供之前述入射光，前述入射光可為一非偏振（unpolarized）或隨機偏振（random polarized）的入射光。在至少一示例性的實施例中，前述第一擴散模組1251與前述第二擴散模組1252皆為一擴散片（Diffuser），前述第一擴散模組1251與前述第二擴散模組1252設置於前述第一反射模組121與前述第一分光模組122之間，前述入射光經前述第一反射模組121反射後，由前述第一擴散模組1251與前述第二擴散模組1252將前述入射光均勻化，使前述入射光均勻的入射到前述檢偏模組126，避免在特定位置產生較強的亮度。在至少一示例性的實施例中，前述檢偏模組126為一檢偏器（Analyzer），前述檢偏模組126接收到被均勻化的前述入射光後，會使前述入射光產生一垂直偏振態（S-polarized）入射光，並使前述垂直偏振態的入射光進入前述第一分光模組122。在至少一示例性的實施例中，前述第一擴散模組1251與前述第二擴散模組1252可縮減為單一擴散模組以減少元件總數，或增加更多的擴散模組以確保前述入射光的均勻程度。

在至少一示例性的實施例中，前述第一分光模組122可為一偏振分光器（Polarizing beam splitters，PBS），前述第一分光模組122與前述第一反射模組121及前述成像模組115連接，並具有一第一分光平面1221，而具有垂直偏振態的光源會被前述第一分光平面1221所反射，而具有水平偏振態（P-polarized）的光源可穿透前述第一分光平面1221。在至少一示例性的實施例中，前述第一反射模組121、前述第一擴散模組1251、前述第二擴散模組1252、前述檢偏模組126及前述成像模組115皆位於前述第一分光平面1221的同一側，因此當前述垂直偏振態入射光從前述檢偏模組126進入前述第一分光模組122時，前述垂直偏振態入射光會在前述第一分光平面1221被反射後，進入到與前述檢偏模組126在前述第一分光平面1221同一側的前述成像模組115。前述成像模組115透過前述處理模組111的前述影像訊號，將前述垂直偏振態入射光藉由前述影像訊號產生具前述影像畫面之前述影像光，且前述垂直偏振態入射光經前述成像模組115轉換偏振態後，使前述影像光為一水平偏振態影像光，並將前述水平偏振態影像光反射回前述第一分光模組122。在至少一示例性的實施例中，由於前述水平偏振態影像光具有水平偏振的特性，因此前述水平偏振態影像光可穿透前述第一分光平面1221而進入前述第二分光模組123。在至少一示例性的實施例中，前述第一分光平面1221沿一第一對角線方向斜向穿越前述第一分光模組122，前述第一對角線方向使前述第一反射模組121與前述成像模組115位於前述第一分光平面1221的同一側。

在至少一示例性的實施例中，前述第二擴散模組1252可直接與前述第一分光模組122連接，使前述入射光被均勻化後，未經偏振處理直接進入前述第一分光模組122。在至少一示例性的實施例中，前述入射光可為一非偏振或隨機偏振的入射光，當前述入射光進入前述第一分光平面1221，可將前述入射光透過前述第一分光平面1221區別出前述垂直偏振態入射光以及一水平偏振態入射光。由於具有垂直偏振態的光源會被前述第一分光平面1221所反射，而具有水平偏振態的光源可穿透前述第一分光平面1221，因此前述垂直偏振態入射光會在前述第一分光平面1221被反射後，進入到與前述檢偏模組126在前述第一分光平面1221同一側的前述成像模組115，而前述水平偏振態入射光會穿透前述第一分光平面1221，而不會進入到前述成像模組115。

在至少一示例性的實施例中，前述第二分光模組123可為一偏振分光器（PBS），前述第二分光模組123與第一分光模組122連接，並具有一第二分光平面1231。具有垂直偏振態的光源會被前述第二分光平面1231所反射，而具有水平偏振態的光源可穿透前述第二分光平面1231。在至少一示例性的實施例中，前述第二分光模組123及前述成像模組115位於前述第一分光平面1221的異側，因此當前述水平偏振態影像光從前述成像模組115進入到前述第一分光平面1221時，前述水平偏振態影像光會穿透前述第一分光平面1221，並進入到與前述成像模組115在前述第一分光平面1221異側的前述第二分光模組123。在至少一示例性的實施例中，前述第一分光模組121及前述延遲模組127位於前述第二分光平面1231的異側，因此當前述水平偏振態影像光從前述第一分光模組121進入到前述第二分光平面1231時，前述水平偏振態影像光會穿透前述第二分光平面1231，並進入到與前述第一分光模組121在前述第二分光平面1231異側的前述延遲模組127。在至少一示例性的實施例中，前述第二分光平面1231沿一第二對角線方向斜向穿越前述第二分光模組123，前述第二對角線方向使前述第一分光模組122與前述延遲模組127位於第二分光平面1231的異側。在至少一示例性的實施例中，前述第一對角線方向與前述第二對角線方向平行。

在至少一示例性的實施例中，前述延遲模組127設置於前述第二反射模組124與前述第二分光模組123之間，其可為一波片（wave plate），前述延遲模組127用以調整前述水平偏振態影像光的偏振狀態，而產生一第一偏振態影像光。而前述第二反射模組124與前述第二分光模組123連接，其可為用以反射來自前述延遲模組127的光線的一鏡面。在至少一示例性的實施例中，由於前述水平偏振態影像光穿過前述延遲模組127後，會再經由前述第二反射模組124反射回前述延遲模組127，因此前述水平偏振態影像光將穿透兩次前述波片，而產生一第二偏振態影像光，並重新進入前述第二分光模組123。

在至少一示例性的實施例中，前述波片可為一四分之一波片（quarter wave plate），前述四分之一波片將使前述第一偏振態影像光為一橢圓偏振態影像光。在至少一示例性的實施例中，由於前述橢圓偏振態影像光經由前述第二反射模組124反射回前述四分之一波片，因此前述第二偏振態影像光為一垂直偏振態影像光。換言之，前述水平偏振態影像光將穿透兩次前述四分之一波片，而可視為穿透一次半波片（half wave plate），而將前述水平偏振態影像光調整為前述垂直偏振態影像光。

在至少一示例性的實施例中，前述第二反射模組124、前述延遲模組127及一觀賞區域（請參照圖三）皆位於前述第二分光平面1231的同一側，因此當前述垂直偏振態影像光從前述延遲模組127進入前述第二分光模組123時，前述垂直偏振態影像光會在前述第二分光平面1231被反射後，可從前述第二分光模組123朝向前述觀賞區域之方向輸出前述垂直偏振態影像光，而一使用者透過前述第二分光模組123藉由前述垂直偏振態影像光看到前述影像畫面。

圖3為本創作第二實施方式之頭戴顯示裝置300之立體示意圖。本創作之頭戴顯示裝置300包含一支撐裝置310以及一顯示裝置320。前述支撐裝置310包括一觀看區域311。前述顯示裝置320設置在前述支撐裝置310上，並具有一外殼321，前述外殼321用以包覆前述成像裝置100。

在至少一示例性的實施例中，前述頭戴顯示裝置300為一眼鏡300。前述眼鏡300之前述支撐裝置310具有一支撐架312，前述支撐架312沿一使用者之一視線方向逆向延伸以支撐在前述使用者之頭部上，因此前述支撐架312之一延伸方向與前述使用者的前述視線方向平行，但前述延伸方向與前述視線方向為反向。在至少一示例性的實施例中，前述支撐架312可與一耳掛裝置（圖式未示出）連接，前述耳掛裝置可架設在前述使用者的一耳朵上，以避免前述頭戴顯示裝置300掉落。在至少一示例性的實施例中，前述頭戴顯示裝置300亦可為一安全帽或一帽子等可戴在前述使用者之頭部的顯示裝置。

在至少一示例性的實施例中，雖然前述外殼321包覆前述成像裝置100，但前述成像裝置100之第二分光模組123可裸露於前述外殼321外，以利前述垂直偏振態影像光自前述第二分光模組123朝向前述觀看區域311輸出具有前述影像畫面的前述影像光。在至少一示例性的實施例中，前述外殼321包覆前述第二分光模組123的部份，可為不影響前述垂直偏振態影像光自前述第二分光模組123輸出之一透光材，使前述第二分光模組123可輸出具有前述影像畫面的前述影像光。

在至少一示例性的實施例中，前述第二分光模組123朝向前述觀看區域311沿前述使用者的前述視線方向的反向，輸出前述垂直偏振態影像光。若前述頭戴顯示裝置300為前述眼鏡300時，前述第二分光模組123朝向前述觀看區域311沿前述支撐架312的前述延伸方向輸出前述垂直偏振態影像光。

應該指出，上述實施例僅為本創作的較佳實施例，本領域技術人員還可在本創作精神內做其他變化。這些依據本創作精神所做的變化，都應包含在本創作所要求保護的範圍之內。

100‧‧‧成像裝置
110‧‧‧控制模組
111‧‧‧處理模組
112‧‧‧第一連接模組
113‧‧‧第二連接模組
114‧‧‧光源模組
115‧‧‧成像模組
120‧‧‧顯示模組
121‧‧‧第一反射模組
122‧‧‧第一分光模組
1221‧‧‧第一分光平面
123‧‧‧第二分光模組
1231‧‧‧第二分光平面
124‧‧‧第二反射模組
1251‧‧‧第一擴散模組
1252‧‧‧第二擴散模組
126‧‧‧檢偏模組
127‧‧‧延遲膜組
1281、1282‧‧‧黏結膠
300‧‧‧頭戴顯示裝置
310‧‧‧支撐裝置
311‧‧‧觀看區域
312‧‧‧支撐架
320‧‧‧顯示裝置
321‧‧‧外殼

圖1為本創作第一實施方式之成像裝置之立體示意圖。

圖2為圖1之成像裝置的顯示模組之分解圖。

圖3為本創作第二實施方式之頭戴顯示裝置之立體示意圖。

Claims (10)

1. 一種成像裝置，架設於一頭戴顯示裝置上，包含： 一光源模組； 一第一反射模組，其與前述光源模組連接，用於反射前述光源模組所提供之一入射光； 一第一分光模組，其與前述第一反射模組連接，並具有一第一分光平面； 一成像模組，其與前述第一分光模組連接，並與前述第一反射模組位於前述第一分光平面之同側，其中前述入射光透過前述成像模組產生具有一影像畫面的一影像光；及 一第二分光模組，其與前述第一分光模組連接，並與前述成像模組位於前述第一分光平面之異側，其中前述影像光透過前述第二分光模組輸出前述影像畫面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之成像裝置，進一步包含： 一第二反射模組，其與前述第二分光模組連接；及 一延遲模組，設置於前述第二反射模組與前述第二分光模組之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之成像裝置，其中，前述第二分光模組具有一第二分光平面，前述延遲模組與前述第一分光模組位於前述第二分光平面之異側。
4. 如申請專利範圍第1項所述之成像裝置，進一步包含： 一擴散模組，設置於前述第一反射模組與前述第一分光模組之間，用於將前述入射光均勻化。
5. 如申請專利範圍第1項所述之成像裝置，進一步包含： 一處理模組，與前述光源模組及前述成像模組連接； 一第一連接模組，設置於前述處理模組與前述光源模組之間，其中前述處理模組透過前述第一連接模組使前述光源模組提供前述入射光；及 一第二連接模組，設置於前述處理模組與前述成像模組之間，其中前述處理模組透過前述第二連接模組使前述成像模組藉由前述入射光產生前述影像光。
6. 一種頭戴顯示裝置，包含： 一支撐裝置，其具有一觀看區域；及 一成像裝置，設置於前述支撐裝置上，更包含： 一光源模組，用於提供一入射光； 一第一反射模組，其與前述光源模組連接； 一第一分光模組，其與前述第一反射模組連接，並具有一第一分光平面； 一成像模組，其與前述第一分光模組連接，並與前述第一反射模組位於前述第一分光平面之同側；及 一第二分光模組，其與前述第一分光模組連接，並與前述成像模組位於前述第一分光平面之異側，其中前述入射光經由前述第一反射模組、前述第一分光模組及前述成像模組在前述第二分光模組朝前述觀看區域輸出。
7. 如申請專利範圍第6項所述之頭戴顯示裝置，進一步包含： 一第二反射模組，其與前述第二分光模組連接；及 一延遲模組，設置於前述第二反射模組與前述第二分光模組之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之頭戴顯示裝置，其中，前述第二分光模組具有一第二分光平面，前述延遲模組與前述第一分光模組位於前述第二分光平面之異側。
9. 如申請專利範圍第6項所述之頭戴顯示裝置，進一步包含： 一擴散模組，設置於前述第一反射模組與前述第一分光模組之間，用於將前述入射光均勻化。
10. 如申請專利範圍第6項所述之頭戴顯示裝置，進一步包含： 一處理模組，與前述光源模組及前述成像模組連接； 一第一連接模組，設置於前述處理模組與前述光源模組之間，其中前述處理模組透過前述第一連接模組使前述光源模組提供前述入射光；及 一第二連接模組，設置於前述處理模組與前述成像模組之間，其中前述處理模組透過前述第二連接模組使前述成像模組藉由前述入射光產生一影像光。