CN111381371B - 头戴式显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种头戴式显示装置，其包括光源模块、光学调整元件、显示模块以及透镜元件。光源模块用于提供照明光束。光学调整元件配置于照明光束的传递路径上。显示模块配置于照明光束的传递路径上，用于转换照明光束为影像光束。光学调整元件位于光源模块与显示模块之间。透镜元件配置于影像光束的传递路径上，其中照明光束由光源模块传递至光学调整元件的最大发光强度的传递方向与照明光束由光学调整元件传递至显示模块的最大发光强度的传递方向不同。本发明的头戴式显示装置可进一步提高光线的使用效率以及减少显示画面时的杂散光，而不需额外配置遮光部件进行光线的遮挡或吸收。

Description

头戴式显示装置
技术领域
本发明是有关于一种电子装置，且特别是有关于一种头戴式显示装置。
背景技术
一般而言，VR头戴式显示器由显示器加目镜所构成，而显示器通常选用有机发光二极管显示器(Organic Light-Emitting Diode Display，OLED Display)或液晶显示器(liquid-crystal display，LCD)。显示器发出影像光并借由目镜成像于人眼之中。因此，当人眼透过目镜观看显示器上的影像时，将会看到一个放大虚像。
然而，在目前所使用的显示器中，显示器的发光锥角与发光方向并没有加以控制。因此导致了部分光线被浪费，且会产生杂散光，降低影像品质。同时，在使用菲涅耳透镜(Fresnel lens)作为目镜的VR头戴式显示器中，虽可实现VR头戴式显示器的轻薄化，但却牺牲了其影像品质。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种头戴式显示装置，可提高光线的使用效率以及减少杂散光。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种头戴式显示装置，包括光源模块、光学调整元件、显示模块以及透镜元件。光源模块用于提供照明光束。光学调整元件配置于照明光束的传递路径上。显示模块配置于照明光束的传递路径上，用于转换照明光束为影像光束。光学调整元件位于光源模块与显示模块之间。透镜元件配置于影像光束的传递路径上，其中照明光束由光源模块传递至光学调整元件的最大发光强度的传递方向与照明光束由光学调整元件传递至显示模块的最大发光强度的传递方向不同。
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的头戴式显示装置中，配置光学调整元件于光源模块与显示模块之间，以使光源模块所提供的照明光束传递通过光学调整元件，并借由光学调整元件的光学效果，使照明光束在通过光学调整元件之后的最大发光强度的传递方向与未通过时的照明光束的最大发光强度的传递方向不同。因此，可进一步提高光线的使用效率以及减少显示画面时的杂散光，而不需额外配置遮光部件进行光线的遮挡或吸收。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的头戴式显示装置的示意图。
图2为本发明一实施例的光学调整元件的光学路径示意图。
图3为本发明一实施例的头戴式显示装置的光学表现曲线图。
图4为本发明另一实施例的头戴式显示装置的示意图。
图5为本发明又一实施例的头戴式显示装置的示意图。
附图标记说明
100、100A、100B：头戴式显示装置
110：光源模块
120、120A：光学调整元件
130：显示模块
140、140A：透镜元件
200：曲线
L1：照明光束
L2：影像光束
A：参考点
C：中心点
P：眼睛。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1为本发明一实施例的头戴式显示装置的示意图。请参考图1。本实施例提供一种头戴式显示装置100，可提高光线的使用效率，同时减少杂散光。在本实施例中，头戴式显示装置100为使用液晶显示器的显示装置。
具体而言，在本实施例中，头戴式显示装置100包括光源模块110、光学调整元件120、显示模块130以及透镜元件140。光源模块110用于提供照明光束L1，照明光束L1由光源模块110发出并传递通过光学调整元件120。显示模块130用于接收来自光学调整元件120的照明光束L1并将其转换为影像光束L2。最后影像光束L2传递并通过透镜元件140至使用者的眼睛P，以使得使用者透过影像光束L2观看影像画面。
在本实施例中，光源模块110例如为可提供准直光的直下式背光模块。但在其他实施例中，光源模块110亦可使用侧入式背光模块，本发明并不限于此。光源模块110用于提供照明光束L1至光学调整元件120，其中照明光束L1由光源模块110出光时的光锥角(即光源模块110的发光角度)小于25度，在优选的实施例中，光源模块110的发光角度小于20度。
显示模块130配置于照明光束L1的传递路径上，用于转换照明光束L1为影像光束L2。在本实施例中，显示模块130例如为液晶显示面板(liquid-crystal display panel)。
透镜元件140配置于影像光束L2的传递路径上，用于使影像光束L2成像于使用者的眼睛P内。
图2为本发明一实施例的光学调整元件的光学路径示意图。请参考图1及图2。本实施例的光学调整元件120至少可应用于图1的头戴式显示装置100中，但本发明并不限于此。以下说明将以应用于图1的头戴式显示装置100中为例。
光学调整元件120配置于照明光束L1的传递路径上，且光学调整元件120位于光源模块110与显示模块130之间，用于让照明光束L1通过并调整其最大发光强度的传递方向。因此，照明光束L1由光源模块110传递至光学调整元件120的最大发光强度的传递方向与照明光束L1由光学调整元件120传递至显示模块130的最大发光强度的传递方向不同。
详细而言，在本实施例中，光学调整元件120使用菲涅耳透镜。然而，在其他实施例中，亦可使用其他光学元件，本发明并不限于此。因此，当照明光束L1通过光学调整元件120时，照明光束L1由光学调整元件120传递至显示模块130的最大发光强度的传递方向将朝光学调整元件120的中心点C偏折，如图2所绘示。具体而言，照明光束L1由光学调整元件120的参考点A传递至显示模块130的最大发光强度的传递方向的偏折角度与参考点A与中心点C的距离呈正相关。换句话说，通过离中心点C距离越远的出光位置的照明光束L1具有较大的偏折角度。于本实施例中，照明光束L1由光学调整元件120的参考点A传递至显示模块130的最大发光强度的传递方向的最大偏折角度小于30度。
如此一来，使用光学调整元件120可将光源模块110所提供的照明光束L1的最大发光强度皆朝向显示模块130的中心处传递。意即，调整将照明光束L1朝有效区域传递。因此，可进一步提高光线的使用效率以及减少显示画面时的杂散光，而不需额外配置遮光部件进行光线的遮挡或吸收。
图3为本发明一实施例的头戴式显示装置的光学表现曲线图。请同时参考图1及图3。本实施例头戴式显示装置的光学表现曲线至少可应用于图1的头戴式显示装置100中，但本发明并不限于此。以下说明将以应用于图1的头戴式显示装置100中为例。在本实施例中，借由光学调整元件120调整照明光束L1的作用，除了提高光线的使用效率以及减少显示画面时的杂散光之外，还可进一步提高ANSI对比度(ANSI Contrast)。如图3绘示的曲线200，当光源模块110所提供的照明光束L1的半发光角度小于10度(即全发光角度小于20度)时，具有较好的ANSI对比度及良好的光学表现。
图4为本发明另一实施例的头戴式显示装置的示意图。请参考图4。本实施例的头戴式显示装置100A类似于图1的头戴式显示装置100。两者不同之处在于，在本实施例中，光学调整元件120A为可调式液晶透镜(tunable LC lens)，以及透镜元件140A为菲涅耳透镜。本实施例借由使用可调式液晶透镜的光学调整元件120A，调整将照明光束L1朝有效区域传递。因此，在使用菲涅耳透镜作为透镜元件140A的头戴式显示装置100A中，仍有良好的光学效果。如此一来，可进一步提高光线的使用效率以及减少显示画面时的杂散光，而不需额外配置遮光部件进行光线的遮挡或吸收。
图5为本发明另一实施例的头戴式显示装置的示意图。请参考图5。本实施例的头戴式显示装置100B类似于图4的头戴式显示装置100A。两者不同之处在于，在本实施例中，光学调整元件120为菲涅耳透镜。本实施例借由使用菲涅耳透镜的光学调整元件120，调整将照明光束L1朝有效区域传递。因此，在使用菲涅耳透镜作为光学调整元件120的头戴式显示装置100B中，仍有良好的光学效果。如此一来，可进一步提高光线的使用效率以及减少显示画面时的杂散光，而不需额外配置遮光部件进行光线的遮挡或吸收。
综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的头戴式显示装置中，配置光学调整元件于光源模块与显示模块之间，以使光源模块所提供的照明光束传递通过光学调整元件，并借由光学调整元件的光学效果，使照明光束在通过光学调整元件之后的最大发光强度的传递方向与未通过时的照明光束的最大发光强度的传递方向不同。因此，可进一步提高光线的使用效率以及减少显示画面时的杂散光，而不需额外配置遮光部件进行光线的遮挡或吸收。
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利覆盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (10)

1.一种头戴式显示装置，其特征在于，包括光源模块、光学调整元件、显示模块及透镜元件，其中：
所述光源模块用于提供照明光束；
所述光学调整元件配置于所述照明光束的传递路径上；
所述显示模块配置于所述照明光束的传递路径上，用于转换所述照明光束为影像光束，所述光学调整元件位于所述光源模块与所述显示模块之间；以及
所述透镜元件配置于所述影像光束的传递路径上，其中所述照明光束由所述光源模块传递至所述光学调整元件的最大发光强度的传递方向与所述照明光束由所述光学调整元件传递至所述显示模块的最大发光强度的传递方向不同，其中所述光学调整元件是在所述光源模块与所述显示模块之间仅有的一个光学元件，且所述照明光束由所述光学调整元件传递至所述显示模块的最大发光强度的传递方向朝所述光学调整元件的中心点偏折。
2.根据权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述照明光束由所述光学调整元件的参考点传递至所述显示模块的最大发光强度的传递方向的偏折角度与所述参考点与中心点的距离呈正相关。
3.根据权利要求2所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述照明光束由所述光学调整元件的所述参考点传递至所述显示模块的最大发光强度的传递方向的最大偏折角度小于30度。
4.根据权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述光源模块的发光角度小于25度。
5.根据权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述光源模块所提供的所述照明光束为准直光。
6.根据权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述光源模块为直下式背光模块。
7.根据权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述光学调整元件为菲涅耳透镜。
8.根据权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述光学调整元件为可调式液晶透镜。
9.根据权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述显示模块为液晶显示面板。
10.根据权利要求1所述的头戴式显示装置，其特征在于，所述透镜元件为菲涅耳透镜。
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