TW201530186A - 瞳孔成像方法及其裝置 - Google Patents

Abstract

一種瞳孔成像方法，用於在人眼的一視網膜上形成一影像。該瞳孔成像裝置包含一顯示單元，及與該顯示單元電連接的一控制器。該顯示單元具有一曲面，及由該曲面相對人眼的瞳孔分別沿一直線傳播的數色光。該控制器根據一影像訊號，支配該顯示單元產生色光，進而在人眼的視網膜上形成一影像。藉此，利用針孔成像原理，直接在視網膜產生符合個人觀看需求的影像，使本發明能夠極小化，滿足穿載式或可攜式電子裝置輕、薄、短、小，及省電的需求。

Description

瞳孔成像方法及其裝置

本發明是有關於一種成像方法及其裝置，特別是指一種瞳孔成像方法及其裝置。

在物理學中所指的「成像」，一般是指光線經過光學元件的折射、衍射，或由小孔直線傳播，而在一顯示幕上產生的實像。雖然小孔成像使用的結構相對簡單，但是由於進光量少，成像品質不易控制，因此，目前顯示幕的成像，仍然以光學元件的構造為主。

參閱圖1，以中華民國早期公開第201317629號案的一瞳孔投影顯示成像裝置1為例，主要包含有能夠產生光線的一光源11與一透鏡12、折射光線至一顯示器13的一極化分光鏡14、用於成像及投影的一成像鏡頭15、將影像折射至人眼2的另一分光鏡16，及提供影像資訊的一資訊單元17。藉此，利用該分光鏡14、16的折射效果，使光線經過人眼2的聚焦後，在人眼2前方產生一正立放大的虛像，且該鏡頭15不需要設置在人眼2前方，而能夠使整體的空間配置更具有變化性。

惟，該瞳孔投影顯示成像裝置1為了達到成像 的需求，除了使用二個分光鏡14、16等光學元件外，還設置了用於成像及投影的成像鏡頭15，不但提升了組件的數量，且無法進一步縮小整體佔用的空間，相對也比較耗電，而仍然有提升的空間。

因此，本發明之目的，即在提供一種能夠滿足輕、薄、短、小，及省電需求的瞳孔成像方法及其裝置。

於是，本發明瞳孔成像方法，以一顯示單元為工具，用於在人眼的一視網膜上形成一影像，該瞳孔成像方法包含下列步驟：(a)該顯示單元根據一影像訊號，產生分別沿一直線傳播的數色光。(b)限制前述色光行進方向，使前述色光相對人眼的瞳孔直線行進，且在人眼的視網膜上形成一影像。

本發明瞳孔成像裝置，包含一顯示單元，及一控制器。該顯示單元具有一曲面，及由該曲面分別相對人眼的瞳孔沿一直線傳播的數色光。該控制器與該顯示單元電連接，且根據一影像訊號支配該顯示單元產生沿直線行進的色光，而於人眼的視網膜上形成一影像。

本發明之功效：利用針孔成像原理，直接在視網膜產生符合個人觀看需求的影像，使本發明能夠極小化，滿足穿載式或可攜式電子裝置輕、薄、短、小，及省電的需求。

3‧‧‧顯示單元

31‧‧‧曲面

32‧‧‧光點

321‧‧‧色光

4‧‧‧控制器

5‧‧‧人眼

51‧‧‧瞳孔

52‧‧‧視網膜

61~63‧‧‧步驟流程

7‧‧‧顯示單元

71‧‧‧凸透鏡

711‧‧‧曲面

72‧‧‧合光稜鏡組

73‧‧‧分光鏡組

74‧‧‧單晶矽液晶面板

75~77‧‧‧雷射

751~771‧‧‧光線

752~772‧‧‧平行光

78‧‧‧色光

8‧‧‧分光鏡組

81‧‧‧出光面

82‧‧‧側面

91‧‧‧顯示器

911‧‧‧屏幕

92‧‧‧眼鏡

921‧‧‧鏡片

922‧‧‧鏡架

93‧‧‧項鍊

94‧‧‧手環

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明中華民國早期公開第201317629號案；圖2是一示意圖，說明本發明一瞳孔成像方法及其裝置的一第一較佳實施例；圖3是該第一較佳實施例的一方塊圖；圖4是該第一較佳實施例的一流程圖；圖5是一示意圖，說明本發明一瞳孔成像方法及其裝置的一第二較佳實施例；圖6是該第二較佳實施例的一方塊圖；圖7是一示意圖，說明本發明一瞳孔成像方法及其裝置的一第三較佳實施例；圖8是一示意圖，說明一般顯示器與人眼成像的比例關係；圖9是一示意圖，說明本發明前述較佳實施例結合於一眼鏡；圖10是一示意圖，說明本發明前述較佳實施例結合於一項鍊；及圖11是一示意圖，說明本發明前述較佳實施例結合於一手錶。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2、圖3，本發明瞳孔成像裝置的一較佳實施例，包含：一顯示單元3，及一控制器4。

該顯示單元3具有一曲面31，及形成在該曲面31且呈矩陣排列的數光點32。該曲面31依循一曲率相對人眼5形成一凹弧。該等光點32分別是一種垂直式發光二極體雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)，或分別是一種光纖雷射(Fiber Laser)，而分別相對人眼5的瞳孔51產生沿一直線傳播的一色光321。在本較佳實施例中，該曲面31的每一個像素(pixel)中，包含有分別能夠產生紅色色光321、綠色色光321、藍色色光321的三個光點32。

另外，值得說明的是，該等光點32的數量決定於影像的解析度，由美國專利第8537874號專利可知，在極小區域設置高填充數量的垂直式發光二極體雷射陣列，是目前已能實現的技術手段，前述垂直式發光二極體雷射可以小至1 μm。

該控制器4與該顯示單元3的光點32電連接，且根據一影像訊號支配該等光點32產生色光321。

參閱圖4，及圖2、圖3，以下即針對本發明瞳孔成像方法結合實施例步驟說明如后：

步驟61：該控制器4接收影像訊號。

步驟62：該控制器4根據前述影像訊號支配該等光點32產生分別沿一直線傳播的數色光321。

步驟63：以該曲面31的弧度，限制前述色光 321的行進方向，使前述色光321相對人眼5的瞳孔51直線行進，且匯聚在沿直線方向通過人眼5瞳孔51的一光軸X後，直接在人眼5的視網膜52上形成一影像。

另外，值得說明的是，由於人眼5瞳孔51的位置必須保持在相對該顯示單元3的位置，才能順利在視網膜52上形成影像，因此，該控制器4可以進一步控制影像訊號，使該顯示單元3的顯示效果，以捲動的方式呈現，藉此，在瞳孔51位置不變動或微小變動的情形下，可以使欲瀏覽的影像，清晰的呈現在視網膜52。

參閱圖5、圖6，是本發明一第二較佳實施例，同樣包含一控制器4，及一顯示單元7。

該顯示單元7具有相對人眼5形成一曲面711的凸透鏡71、一合光稜鏡組(X-Cube)72、三分光鏡組(PolarizationBeamSpliter，PBS)73、三單晶矽液晶面板(Liquid Crystal On Silcon，LCOS)74，及三雷射75、76、77。

該合光稜鏡組72具有相對該凸透鏡71的一出光面721，及分別相對該等分光鏡組73的三入光面722。該等單晶矽液晶面板74分別配置在該等分光鏡組73反向於該入光面722的一側。該等雷射75、76、77分別與該控制器4電連接，可以是一種垂直式發光二極體雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)，或光纖雷射(Fiber Laser)，分別相對該等分光鏡組73發射沿直線行進的一條光線751、761、771。在本較佳實施例中，該光線751為紅 色，該光線761為綠色，該光線771為藍色。

當該控制器4根據一影像訊號支配該等雷射75產生分別沿直線行進的一條光線751、761、771時，該等光線751、761、771會分別經由該分光鏡組73折射至該等單晶矽液晶面板74，使該等光線751、761、771分別由該單晶矽液晶面板74反射，形成通過該分光鏡組73且單一色系的數平行光752、762、772，最後，朝該合光稜鏡組72行進的平行光752、762、772，會經由該合光稜鏡組72折射及合併，形成通過該凸透鏡71的數色光78。

藉此，以該凸透鏡71曲面711的折射效果，限制前述色光78的行進方向，使前述色光78能夠相對人眼5的瞳孔51直線行進，且匯聚在沿直線方向通過人眼5瞳孔51的一光軸X後，直接在人眼5的視網膜52上形成一影像。

參閱圖7，是本發明一第三較佳實施例，其與該第一較佳實施例或該第二較佳實施例大致相同，不同處在於，該瞳孔成像裝置更包含一分光鏡組(PolarizationBeamSpliter，PBS)8。

該分光鏡組8具有相對人眼5的瞳孔51的一出光面81，及鄰接該出光面81且相對的二側面82。該顯示單元3(或顯示單元7，圖未示)與該控制器4(圖未示)設置在該偏振分光鏡組8任一側面82。

當該顯示單元3的色光321(或色光78，圖未示)經該分光鏡組8折射而由該出光面81相對人眼5的瞳孔 51沿直線傳播時，同樣能夠在視網膜52上形成一影像。藉此，人眼5前方透明的分光鏡組8並不會影響視線，而該顯示單元3(或該顯示單元7，圖未示)與該控制器4(圖未示)則能夠設置在偏離人眼5的位置，而同樣在不影響視線的情形下，達到成像的目的，進而提升空間配置的變化性。

參閱圖8，值得說明的是，以一般邊長約20cm大小且配置8吋屏幕911的顯示器91為例，其能夠在明視距離外(約40cm)，經由人眼5在視網膜52上形成邊長約1cm的影像。也就是說，當人眼5的視網膜52上能產生邊長約1cm的影像時，就能夠滿足觀看的需求，而本發明是直接在視網膜52上成像，因此，若要獲得1cm的影像，該顯示單元3(或該顯示單元7)的大小也只需要1cm，就可以在視網膜52上形成滿足觀看需求的1cm影像，顯然，本發明可以大幅縮小整體的體積，及有效降低損耗的能量。

參閱圖9、圖10、圖11，由於本發明能夠以邊長最小1cm的大小，獲得滿足觀看需求的影像，因此，本發明可以結合如圖9所示的一眼鏡92，及透明電路的設計，在不影響視線的情形下，將該顯示單元3設置在該眼鏡92的一鏡片921上，或配合圖7的實施例，以該鏡片921為分光鏡組8，將該顯示單元3(或該顯示單元7)與該控制器4等組件，安裝在該眼鏡92的一鏡架922內。或如圖10所示，將該顯示單元3(或該顯示單元7)與該控制器4等組件，安裝在一項鍊93。或如圖11所示，將該顯示單元7與該控制器4安裝在一手錶94。進而滿足穿載式或可攜式電 子裝置輕、薄、短、小，及省電的需求。

綜上所述，本發明之瞳孔成像方法及其裝置具有下列優點及功效：

1、本發明能夠利用針孔成像原理，直接在人眼5的視網膜52產生符合個人觀看需求的影像，使本發明省略了成像或投影的鏡頭，而能夠簡化組件，及縮減整體佔用的空間而極小化，滿足穿載式或可攜式電子裝置輕、薄、短、小，及省電的需求，本發明對於穿載式或可攜式電子裝置的顯示需求，是一項突破性的發展。

2、且本發明的第一較佳實施例，只需以能夠限制色光321行進方向的顯示單元3，就能夠達到成像的目的，而大幅提升色光321的利用率，進而提升成像品質。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

3‧‧‧顯示單元

31‧‧‧曲面

32‧‧‧光點

321‧‧‧色光

5‧‧‧人眼

51‧‧‧瞳孔

52‧‧‧視網膜

Claims (8)

1. 一種瞳孔成像方法，以一顯示單元為工具，用於在人眼的一視網膜上形成一影像，該瞳孔成像方法包含下列步驟：(a)該顯示單元根據一影像訊號，產生分別沿一直線傳播的數色光；及(b)限制前述色光行進方向，使前述色光相對人眼的瞳孔直線行進，且在人眼的視網膜上形成一影像。
2. 一種瞳孔成像裝置，包含：一顯示單元，具有一曲面，及由該曲面分別相對人眼的瞳孔沿一直線傳播的數色光；及一控制器，與該顯示單元電連接，且根據一影像訊號支配該顯示單元產生沿直線行進的色光，而於人眼的視網膜上形成一影像。
3. 如請求項2所述的瞳孔成像裝置，其中，該顯示單元更具有產生色光的數光點，該等光點的數量決定於影像的解析度。
4. 如請求項3所述的瞳孔成像裝置，其中，該等光點分別是一種垂直式發光二極體雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)。
5. 如請求項3所述的瞳孔成像裝置，其中，該等光點分別是一種光纖雷射(Fiber Laser)。
6. 如請求項4或5所述的瞳孔成像裝置，其中，該顯示單元的曲面相對人眼形成一凹弧。
7. 如請求項2所述的瞳孔成像裝置，其中，該顯示單元更包含有形成該曲面的一凸透鏡、一合光稜鏡組(X-Cube)、三分光鏡組(PolarizationBeamSpliter，PBS)、三單晶矽液晶面板(Liquid Crystal On Silcon，LCOS)，及三雷射，該合光稜鏡組具有相對該凸透鏡的一出光面，及分別相對該等分光鏡組的三入光面，該等單晶矽液晶面板分別配置在該等分光鏡組反向於該入光面的一側，該等雷射分別相對該等分光鏡組發射沿直線行進的一條光線，使該等光線分別經由該分光鏡組折射至該等單晶矽液晶面板，再分別經由該單晶矽液晶面板反射形成朝該分光鏡組行進且單一色系的數平行光，再分別通過該等分光鏡組後，經由該合光稜鏡組折射及合併，形成通過該凸透鏡的數色光。
8. 如請求項2所述的瞳孔成像裝置，更包含有一分光鏡組(PolarizationBeamSpliter，PBS)，該分光鏡組具有相對人眼的瞳孔的一出光面，及鄰接該出光面且相對的二側面，該顯示單元與該控制器設置在該偏振分光鏡組任一側面，使前述色光經該分光鏡組折射而由該出光面相對人眼的瞳孔沿直線傳播。