TW201640181A

TW201640181A - 自動調焦頭戴式顯示裝置

Info

Publication number: TW201640181A
Application number: TW104114630A
Authority: TW
Inventors: 陳燕晟; 游進洲; 陳俊民; 廖政順; 陳松楠
Original assignee: 尚立光電股份有限公司; 新華科技有限公司
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2016-11-16
Also published as: TWI569040B; EP3091387A1; US20160327793A1; CN106199958A

Abstract

本發明揭示一種自動調焦頭戴式顯示裝置，其包含成像器以及眼球追蹤器。成像器包含顯示元件、光學元件以及控制器。顯示元件投射影像光線至使用者之其中一個眼球。光學元件藉由控制器調整影像光線之匯集或發散，使影像呈現在使用者眼球前方之成像位置上。眼球追蹤器設置於面對使用者雙眼之位置，同時偵測左眼轉動角度及右眼轉動角度，決定使用者雙眼之聚焦位置。眼球追蹤器連接於控制器，藉由比對聚焦位置與成像位置，調整光學元件，使影像之成像位置移至聚焦位置。

Description

自動調焦頭戴式顯示裝置

本發明是關於一種自動調焦頭戴式顯示裝置，特別是關於一種具有眼球追蹤器，藉由偵測雙眼聚焦位置自動調整成像位置之頭戴式顯示裝置。

近年來，頭戴式顯示裝置不斷的發展當中，頭戴式顯示裝置可將顯示之影像配合使用者頭上穿戴之頭盔或眼鏡，投射至頭戴式裝置的顯示屏幕上，形成使用者可見之影像，由於靠近使用者的眼球，這些成像將能以較小的顯示區域即達到寬廣的視覺效果，讓使用者利用頭戴式顯示裝置看到欲呈現之影像。

更進一步的，頭戴式顯示裝置利用光學元件的設置，可在使用者眼前形成虛擬之影像，而這些影像，不論是建立虛擬影像以達成的虛擬實境(Virtual reality)，或者是附加於在現有影像上所建立之擴增實境(Augmented reality)，都是頭戴式顯示器欲進一步發展的方向。但是習知之頭戴式顯示裝置，在形成虛像時均為定焦設計，亦即在使用者眼球前方之一固定距離顯示此虛像畫面，這種設計讓使用者能在固定的焦點上看到虛像畫面，但缺點是使用者長期聚焦在同一距離上的畫面，會造成眼球的疲憊感，若是在看穿頭戴式顯示器之景像上加上虛像畫面的擴增實境，實際影像與虛像位置相距過大，人眼在調焦所需費的時間也較大，同樣容易造成眼球之疲憊，因此在實際使用上有其不便之處。

綜觀前所述，本發明之發明人經多年苦心潛心研究，思索並設計一種自動調焦頭戴式顯示裝置，以針對現有技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種自動調焦頭戴式顯示裝置，以解決習知之頭戴式顯示裝置在顯示影像時，僅能成像在一固定距離之問題。

根據本發明之一目的，提出一種自動調焦頭戴式顯示裝置，其包含第一成像器以及眼球追蹤器。其中，第一成像器產生影像供使用者檢視，且第一成像器包含第一顯示元件、第一光學元件以及第一控制器。第一顯示元件投射影像之影像光線至使用者之其中一個眼球。第一光學元件設置於影像光線投射之路徑上，調整影像光線之匯集或發散，使影像呈現在使用者眼球前方之成像位置上。第一控制器連接於第一光學元件，控制第一光學元件之聚焦程度以調整成像位置。眼球追蹤器設置於面對使用者雙眼之位置，同時偵測左眼之左眼轉動角度及右眼之右眼轉動角度，結合左眼轉動角度及右眼轉動角度，決定使用者雙眼之聚焦位置。眼球追蹤器連接於第一控制器，藉由比對聚焦位置與成像位置，調整第一光學元件，使影像之成像位置移至聚焦位置。

較佳地，眼球追蹤器可包含第一眼球追蹤器及第二眼球追蹤器，分別對應使用者之左右兩眼設置，各自偵測左眼轉動角度及右眼轉動角度，再結合左眼轉動角度及右眼轉動角度以決定聚焦位置。

較佳地，第一光學元件可包含液晶透鏡、正透鏡、負透鏡或其組合。

較佳地，自動調焦頭戴式顯示裝置可進一步包含第二成像器，且第二成像器包含第二顯示元件、第二光學元件以及第二控制器。其中，第二顯示元件投射影像光線至使用者之另一個眼球。第二光學元件設置於影像光線投射之路徑上，調整影像光線之匯集或發散，使影像呈現在成像位置上。第二控制器連接於第二光學元件，調整第二光學元件之聚焦程度，進而調整成像位置。眼球追蹤器亦連接於第二控制器，第一控制器及第二控制器藉由成像位置與聚焦位置比對之結果，各自調整第一光學元件及第二光學元件，使成像位置移至聚焦位置。

較佳地，自動調焦裝置可包含左眼調焦裝置及右眼調焦裝置，分別連接於左眼追蹤器及右眼追蹤器，左眼調焦裝置及右眼調焦裝置各自依照使用者原本近視或遠視之度數來進行成像位置之調整。

較佳地，第二光學元件可包含液晶透鏡、正透鏡、負透鏡或其組合。

根據本發明之另一目的，提出一種自動調焦頭戴式顯示裝置，其包含第一光源、第一偏振分光鏡、第一顯示元件、第二偏振分光鏡、第一1/4波長板、第一光學元件以及眼球追蹤器。其中，光源提供光線，第一偏振分光鏡設置於光線之傳遞路徑上，將光線反射。第一顯示元件設置以接收第一偏振分光鏡所反射之光線，並投射影像光線穿透第一偏振分光鏡。第二偏振分光鏡設置於影像光線之傳遞路徑上，使影像光線穿透第二偏振分光鏡。第一1/4波長板設置於影像光線之傳遞路徑上，使影像光線穿透第一1/4波長板，並藉由第一反射鏡反射影像光線後，再次沿著原傳遞路徑回到第二偏振分光鏡，影像光線經由第一1/4波長板改變偏振極性後，由第二偏振分光鏡反射至使用者其中一個眼球。第一光學元件設置於第一偏振分光鏡與第二偏振分光鏡之間，藉由第一控制器調整第一光學元件，使影像光線匯集或發散，呈現在使用者眼球前方之成像位置上。眼球追蹤器設置於面對使用者雙眼之位置，分別偵測左眼之左眼轉動角度及右眼之右眼轉動角度，結合左眼轉動角度及右眼轉動角度，決定使用者雙眼之聚焦位置。眼球追蹤器連接於第一控制器，藉由比對聚焦位置與成像位置，調整第一光學元件，使影像之成像位置移至聚焦位置。

較佳地，眼球追蹤器可包含第一眼球追蹤器及第二眼球追蹤器，係分別對應使用者之左右兩眼設置，各自偵測左眼轉動角度及右眼轉動角度，再結合左眼轉動角度及右眼轉動角度以決定聚焦位置。

較佳地，自動調焦頭戴式顯示裝置可進一步包含第一攝像器，設置對應於第一偏振分光鏡，並電性連接第一顯示元件，第一攝像器接收由第二偏振分光鏡及第一偏振分光鏡反射之景物光線，轉換成第一顯示元件投射之影像光線。

較佳地，第一攝像器可包含電荷耦合裝置。

較佳地，自動調焦頭戴式顯示裝置可進一步包含第二光源、第三偏振分光鏡、第二顯示元件、第四偏振分光鏡、第二1/4波長板以及第二光學元件。第二光源提供光線，第三偏振分光鏡係設置於光線之傳遞路徑上，將光線反射。第二顯示元件設置以接收第三偏振分光鏡所反射之光線，並投射影像光線穿透第三偏振分光鏡。第四偏振分光鏡設置於影像光線之傳遞路徑上，使影像光線穿透第四偏振分光鏡。第二1/4波長板設置於影像光線之傳遞路徑上，使影像光線穿透第二1/4波長板，並藉由第二反射鏡反射影像光線後，再次沿著原傳遞路徑回到第四偏振分光鏡，影像光線經由第二1/4波長板改變偏振極性後，由第四偏振分光鏡反射至使用者之另一個眼球。第二光學元件設置於第三偏振分光鏡與第四偏振分光鏡之間，藉由第二控制器調整第二光學元件，使影像光線匯集或發散，呈現在成像位置上。眼球追蹤器亦連接於第二控制器，第一控制器及第二控制器藉由成像位置與聚焦位置比對之結果，各自調整第一光學元件及第二光學元件，使成像位置移至聚焦位置。

較佳地，自動調焦頭戴式顯示裝置可進一步包含第二攝像器，設置對應於第三偏振分光鏡，並電性連接第二顯示元件，第二攝像器接收由第四偏振分光鏡及第三偏振分光鏡反射之景物光線，轉換成第二顯示元件投射之影像光線。

較佳地，第二攝像器可包含電荷耦合裝置。

承上所述，依本發明之自動調焦頭戴式顯示裝置，其可具有一或多個下述優點：

(1) 此自動調焦頭戴式顯示裝置能利用成像裝置在頭戴式顯示裝置上形成虛像畫面，提供使用者虛擬實境或擴充實境之成像效果，增加頭戴式顯示裝置之多樣性。

(2) 此自動調焦頭戴式顯示裝置能利用眼球追蹤器同時偵測雙眼的轉動角度以判斷雙眼之聚焦位置，進而針對聚焦位置自動調整頭戴式顯示裝置之光學元件，使成像位置移至聚焦位置，避免使用者長期聚焦在同一位置所造成眼睛之疲勞，提升使用之舒適度。

(3) 此自動調焦頭戴式顯示裝置能針對雙眼之差異分別調整各自之光學元件，使此裝置能適用於所有使用者，進而提高裝置推廣上的普及程度。

為利貴審查委員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱第1圖，其係為本發明之自動調焦頭戴式顯示裝置之示意圖。圖中，自動調焦頭戴式顯示裝置包含第一成像器10以及眼球追蹤器11。第一成像器10包含第一顯示元件12、第一光學元件13以及第一控制器14，第一成像器10設置於使用者之設置在頭戴式裝置上，例如眼鏡鏡片上或安全帽之鏡片上，頭戴式顯示裝置面對使用者雙眼之眼球15a、15b，而第一成像器10則面對使用者之雙眼之其中一眼球15a，可為使用者之左眼或右眼，提供使用者觀看所欲呈現之影像。第一成像器10呈現影像的方式是由第一顯示元件12投射影像之光線，經過第一光學元件13後達到使用者之眼球15a，將影像呈現於使用者前方之成像位置16a。此處的第一光學元件13包含一般透鏡13a及液晶透鏡13b，分別連接於第一控制器14，一般透鏡13a可為正透鏡(Positive Lens)及負透鏡(Negative Lens)之透鏡組合，由第一控制器14操作透鏡的位移來改變聚焦位置，而液晶透鏡13b可透過調變方式調整穿透透鏡之影像光線，同樣由第一控制器14控制光線之聚集或發散，進而改變影像光線的成像位置16a。此處之第一光學元件13可為上述透鏡其中之一或者為上述透鏡之組合，改變成像位置16a之設計，相較於習知之頭戴式顯示裝置，其光學透鏡位置固定無法改變成像位置16a，造成使用者長時間聚焦相同位置所產生眼睛的疲勞，將有很大的改善功效。

上述第一光學元件13控制成像位置16a的方式，是借助於眼球追蹤器11，眼球追蹤器11可為攝像裝置或是光線感應裝置，設置正對於使用者之雙眼眼球15a、15b，例如設置在第一光學元件12與第一光學元件13之間。眼球追蹤器11同時追蹤雙眼之眼球15a、15b，偵測使用者之左眼轉動角度及右眼轉動角度，由兩眼之轉動角度共同決定使用者雙眼之聚焦位置16b。眼球追蹤器11連接於第一控制器14，將偵測之聚焦位置16b傳送至第一控制器14，比較原有成像位置16a與聚焦位置16b，由第一控制器14調整第一光學元件13之聚焦，例如調整一般透鏡13a前後的位置，或是調整液晶透鏡13b內液晶分子之排列，使影像原有之成像位置16a移動至聚焦位置16b。由於此頭戴式顯示裝置之成像時並非位於固定位置，因此使用者可在眼球轉動改變焦點的位置時，直接輕鬆地看到所要呈現之影像，降低使用者眼睛須不停調焦之負擔。

請參閱第2圖，其係為本發明之另一自動調焦頭戴式顯示裝置之示意圖。圖中與第1圖實施例相同的部分將不再重複描述，與第1圖之實施例不同處在於，相對於第一成像器10及第一眼球追蹤器21a，本實施例之自動調焦頭戴式顯示裝置可設置第二成像器20及第二眼球追蹤器21b，第二成像器20包含第二顯示元件22、第二光學元件23以及第二控制器24，第一成像器10與第二成像器20分別面對使用者之雙眼眼球15a、15b。第二顯示元件22投射影像之光線，經過第二光學元件23後達到使用者之眼球15b，將影像呈現於使用者前方之成像位置16a。第二光學元件23包含一般透鏡23a及液晶透鏡23b，分別連接於第二控制器24，由第二控制器24調整第二光學元件23來改變影像的成像位置16a。此處之第一光學元件13與第二光學元件23分別由第一控制器14及第二控制器24來控制，由兩者的調控共同決定成像位置16a。本實施例由於在使用者雙眼均設置成像裝置，因此對於同一影像，可利用不同成像距離產生3D立體之影像效果，而不同成像距離之控制，則仰賴第一控制器14及第二控制器24分別控制第一光學元件13及第二光學元件23來達成。

第一控制器14及第二控制器24控制的方式，同樣是藉由眼球追蹤器來偵測，此處之眼球追蹤器包含第一眼球追蹤器21a及第二眼球追蹤器21b，但本發明不以此為限，本發明之另一實施例亦可僅利用單一眼球追蹤器來偵測雙眼之聚焦位置。在此實施例當中，第一眼球追蹤器21a偵測眼球15a之轉動角度，第二眼球追蹤器21b偵測另一眼球15b之轉動角度，兩者結合後以雙眼轉動角度決定聚焦位置16b，再各自由連接之第一控制器14及第二控制器24調整光學元件。由於使用者原本雙眼之視力可能有所差距，因此在雙眼分別調整聚焦之位置時，還可針對特定眼球之視力問題，例如近視或遠視，進行必要之補償，使成像能更清楚的呈現在雙眼之前。另外，此自動調焦頭戴式顯示裝置也可設置額外的感測裝置，例如紅外線感測器或陀螺儀感測器，連接至上述之第一控制器14或第二控制器24，藉由感測使用者使用裝置的狀態，如與外部景物之距離或與地面呈現之角度，進一步控制第一光學元件13及第二光學元件23，使影像之成像位置16a更能配合使用者使用狀態來呈現最佳之影像。

請參閱第3圖，其係為本發明之又一自動調焦頭戴式顯示裝置之示意圖。圖中，自動調焦頭戴式顯示裝置包含第一光源30、第一偏振分光鏡31、第一顯示元件32、第二偏振分光鏡33、第一1/4波長板34、第一光學元件35以及第一眼球追蹤器36。光源30可為發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)，提供光線經由第一偏振分光鏡31反射至第一顯示元件32。第一顯示元件32接收第一偏振分光鏡31所反射之光線後，投射影像光線穿透第一偏振分光鏡31，第一偏振分光鏡31具有部分反射及部分穿透之特性，例如可將S偏極光(S-polarized light)反射，使P偏極光(P-polarized light)透射。第二偏振分光鏡33設置於影像光線之傳遞路徑上，與第一偏振分光鏡同樣可部分反射及部分穿透，穿透第一偏振分光鏡31之影像光線也穿透第二偏振分光鏡33，經由第一1/4波長板34後，藉由第一反射鏡34a反射影像光線，再次沿著原傳遞路徑回到第二偏振分光鏡33，1/4波長板可改變光線的偏振極性，而反射鏡34a則可利用一般之凹面反射鏡來反射影像光線，由於影像光線經由第一1/4波長34板改變偏振極性，因此可由第二偏振分光鏡33反射至使用者其中一個眼球37。

在這影像光線傳遞的路徑上，第一光學元件35設置於第一偏振分光鏡31與第二偏振分光鏡33之間，第一光學元件35可為液晶透鏡，藉由第一控制器38調整第一光學元件35，使影像光線匯集或發散，呈現在使用者眼球37前方之成像位置39a上。第一眼球追蹤器36設置於面對使用者眼球37之位置，偵測眼球轉動角度，且連接於第一控制器38，藉由此眼球37之轉動角度，配合另一眼球47所測得之轉動角度，評估使用者雙眼之聚焦位置39b，並經由與成像位置39a之比對，調整第一光學元件35，使影像之成像位置39a移至聚焦位置39b。

同樣地，使用者另一眼也同樣設置第二光源40、第三偏振分光鏡41、第二顯示元件42、第四偏振分光鏡43、第二1/4波長板44、第二光學元件45以及第二眼球追蹤器46。其操作原理與前述相同，由第二光源40提供光線經由第三偏振分光鏡41反射至第二顯示元件42，再投射影像光線穿透第三偏振分光鏡41、第四偏振分光鏡43、第二1/4波長板44，直到由第二反射鏡44a反射影像光線，再次沿著原傳遞路徑回到第四偏振分光鏡43，影像光線經由第二1/4波長板44板改變偏振極性後，由第四偏振分光鏡43反射至使用者另一個眼球47。第二光學元件45亦設置於第三偏振分光鏡41與第四偏振分光鏡43之間，連接於第二控制器48，由第二控制器48調整第二光學元件45，使影像光線匯集或發散而呈現於成像位置39a上。最後，同樣以第二眼球追蹤器46偵測眼球47之轉動角度，配合第一眼球追蹤器36偵測眼球37之轉動角度，取得雙眼的聚焦位置39b，傳送至第二控制器48來控制第二光學元件45之聚焦程度。

此處的成像，可依雙眼對焦之遠近來調整成像的位置，讓使用者能輕鬆地觀看影像，無須固定在固定焦距上。影像呈現不論是創造影像環境的虛擬實境，或是在穿透設計的實際景象中加上虛像之擴增實境，均能運用此自動調焦之機制，讓使用頭戴式顯示裝置能更為輕鬆。另外，前述實施例對於雙眼視力的調整，以及增加其他感測裝置來輔助光學元件焦距的調整，也均可用在本實施例之自動調焦頭戴式顯示裝置當中。

請參閱第4圖，其係為本發明之再一自動調焦頭戴式顯示裝置之示意圖。圖中，自動調焦頭戴式顯示裝置包含第一光源50、第一偏振分光鏡51、第一顯示元件52、第二偏振分光鏡53、第一1/4波長板54、第一光學元件55以及第一眼球追蹤器56。光線由第一光源50射出，經由第一偏振分光鏡51後到達第一顯示元件52，第一顯示元件52投射之影像光線，則依序穿透第一偏振分光鏡51、第一光學元件55以及第二偏振分光鏡53，此處之第一光學元件55包含正透鏡55a及負透鏡55b的組合。影像光線穿過第二偏振分光鏡53後，透過第一1/4波長板54，再由一反射鏡54a將光線反射，重新通過第一1/4波長板54回到第二偏振分光鏡53，此時影像光線由於其偏振極性已改變，因此可由第二偏振分光鏡53反射而傳送至使用者雙眼當中之一眼球57，將影像成像在預定之成像位置59a。第一眼球追蹤器56正對於眼球57，偵測眼球57之轉動角度，加上另一眼偵測之轉動角度，評估使用者雙眼之聚焦位置59b，進而通過第一控制器58調整正透鏡55a及負透鏡55b之相關位置，將原本之成像位置59a，更動至聚焦位置59b，讓使用者更易於在視覺焦點改變時，亦能輕鬆地觀察影像。

與前一實施例較為不同的是，本實施例進一步設置了攝像器60，其可包含電荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)，與第一光源50分設於第一偏振分光鏡51之兩側。此攝像器60可收集外部景物經由第二偏振分光鏡53及第一偏振分光鏡51反射之景物光線，經由與第一顯示元件52電性連接，將外部景物之影像，由第一顯示元件52投射出來，經過前述的光路，再次傳到使用者之眼睛57。因此，此種自動調焦頭戴式顯示裝置可將外部景物轉換為虛擬之影像呈現於頭戴式裝置當中，此時，外部景物之影像呈現之位置與使用者雙眼對焦之位置，也可以經由調整而更為契合。攝像器60將接收到景物位置之資訊與第一眼球追蹤器56偵測之對焦資訊比較，更進一步的操作第一控制器58控制第一光學元件55，使影像呈現在最佳的位置，並隨時依據使用者對焦之位置進行修正。

上述之實施例僅針對使用者其中一眼之成像裝置進行描述，但本發明不以此為限，自動調焦頭戴式顯示裝置可在雙眼均設置具有攝像器之成像裝置，且分別藉由不同控制器分別操控光學元件之位置，進而達到調整成像位置之效果。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10‧‧‧第一成像器
11‧‧‧眼球追蹤器
12、32、52‧‧‧第一顯示元件
13、35、55‧‧‧第一光學元件
13a‧‧‧一般透鏡
13b‧‧‧液晶透鏡
14、38、58‧‧‧第一控制器
15a、15b、37、47、57‧‧‧眼球
16a、39a、59a‧‧‧成像位置
16b、39b、59b‧‧‧聚焦位置
20‧‧‧第二成像器
21a、36、56‧‧‧第一眼球追蹤器
21b、46‧‧‧第二眼球追蹤器
22、42‧‧‧第二顯示元件
23、45‧‧‧第二光學元件
24、48‧‧‧第二控制器
30、50‧‧‧第一光源
31、51‧‧‧第一偏振分光鏡
33、53‧‧‧第二偏振分光鏡
34、54‧‧‧第一1/4波長板
34a、54a‧‧‧第一反射鏡
40‧‧‧第二光源
41‧‧‧第三偏振分光鏡
43‧‧‧第四偏振分光鏡
44‧‧‧第二1/4波長板
44a‧‧‧第二反射鏡
55a‧‧‧正透鏡
55b‧‧‧負透鏡
60‧‧‧攝像器

第1圖係為本發明之自動調焦頭戴式顯示裝置之示意圖。

第2圖係為本發明之另一自動調焦頭戴式顯示裝置之示意圖。

第3圖係為本發明之又一自動調焦頭戴式顯示裝置之示意圖。

第4圖係為本發明之再一自動調焦頭戴式顯示裝置之示意圖。

10‧‧‧第一成像器

11‧‧‧眼球追蹤器

12‧‧‧第一顯示元件

13‧‧‧第一光學元件

13a‧‧‧一般透鏡

13b‧‧‧液晶透鏡

14‧‧‧第一控制器

15a、15b‧‧‧眼球

16a‧‧‧成像位置

16b‧‧‧聚焦位置

Claims

一種自動調焦頭戴式顯示裝置，其包含：一第一成像器，係產生一影像供一使用者檢視，該第一成像器包含：一第一顯示元件，係投射該影像之一影像光線至該使用者之其中一個眼球；一第一光學元件，係設置於該影像光線投射之路徑上，調整該影像光線之匯集或發散，使該影像呈現在該使用者眼球前方之一成像位置上；以及一第一控制器，係連接於該第一光學元件，控制該第一光學元件之聚焦程度以調整該成像位置；以及一眼球追蹤器，係設置於面對該使用者雙眼之位置，同時偵測左眼之一左眼轉動角度及右眼之一右眼轉動角度，結合該左眼轉動角度及該右眼轉動角度，決定該使用者雙眼之一聚焦位置；其中，該眼球追蹤器連接於該第一控制器，藉由比對該聚焦位置與該成像位置，調整該第一光學元件，使該影像之該成像位置移至該聚焦位置。
如申請專利範圍第1項所述之自動調焦頭戴式顯示裝置，其中該眼球追蹤器包含一第一眼球追蹤器及一第二眼球追蹤器，係分別對應該使用者之左右兩眼設置，各自偵測該左眼轉動角度及該右眼轉動角度，再結合該左眼轉動角度及該右眼轉動角度以決定該聚焦位置。
如申請專利範圍第1項所述之自動調焦頭戴式顯示裝置，其中該第一光學元件包含液晶透鏡、正透鏡、負透鏡或其組合。
如申請專利範圍第1項所述之自動調焦頭戴式顯示裝置，進一步包含一第二成像器，其包含：一第二顯示元件，係投射該影像光線至該使用者之另一個眼球；一第二光學元件，係設置於該影像光線投射之路徑上，調整該影像光線之匯集或發散，使該影像呈現在該成像位置上；以及一第二控制器，係連接於該第二光學元件，調整該第二光學元件之聚焦程度，進而調整該成像位置；其中，該眼球追蹤器亦連接於該第二控制器，該第一控制器及該第二控制器藉由該成像位置與該聚焦位置比對之結果，各自調整該第一光學元件及該第二光學元件，使該成像位置移至該聚焦位置。
如申請專利範圍第4項所述之自動調焦頭戴式顯示裝置，其中該眼球追蹤器包含一第一眼球追蹤器及一第二眼球追蹤器，係分別對應該使用者之左右兩眼設置，各自偵測該左眼轉動角度及該右眼轉動角度，再結合該左眼轉動角度及該右眼轉動角度以決定該聚焦位置。
如申請專利範圍第4項所述之自動調焦頭戴式顯示裝置，其中該第二光學元件包含液晶透鏡、正透鏡、負透鏡或其組合。
一種自動調焦頭戴式顯示裝置，其包含：一第一光源，係提供一光線；一第一偏振分光鏡，係設置於該光線之傳遞路徑上，將該光線反射；一第一顯示元件，係設置以接收該第一偏振分光鏡所反射之該光線，並投射一影像光線穿透該第一偏振分光鏡；一第二偏振分光鏡，係設置於該影像光線之傳遞路徑上，使該影像光線穿透該第二偏振分光鏡；一第一1/4波長板，係設置於該影像光線之傳遞路徑上，使該影像光線穿透該第一1/4波長板，並藉由一第一反射鏡反射該影像光線後，再次沿著原傳遞路徑回到該第二偏振分光鏡，該影像光線經由該第一1/4波長板改變偏振極性後，由該第二偏振分光鏡反射至一使用者其中一個眼球；一第一光學元件，係設置於該第一偏振分光鏡與該第二偏振分光鏡之間，藉由一第一控制器調整該第一光學元件，使該影像光線匯集或發散，呈現在該使用者眼球前方之一成像位置上；以及一眼球追蹤器，係設置於面對該使用者雙眼之位置，分別偵測左眼之一左眼轉動角度及右眼之一右眼轉動角度，結合該左眼轉動角度及該右眼轉動角度，決定該使用者雙眼之一聚焦位置；其中，該眼球追蹤器連接於該第一控制器，藉由比對該聚焦位置與該成像位置，調整該第一光學元件，使該影像之該成像位置移至該聚焦位置。
如申請專利範圍第7項所述之自動調焦頭戴式顯示裝置，其中該眼球追蹤器包含一第一眼球追蹤器及一第二眼球追蹤器，係分別對應該使用者之左右兩眼設置，各自偵測該左眼轉動角度及該右眼轉動角度，再結合該左眼轉動角度及該右眼轉動角度以決定該聚焦位置。
如申請專利範圍第7項所述之自動調焦頭戴式顯示裝置，進一步包含一第一攝像器，係設置對應於該第一偏振分光鏡，並電性連接該第一顯示元件，該第一攝像器接收由該第二偏振分光鏡及該第一偏振分光鏡反射之一景物光線，轉換成該第一顯示元件投射之該影像光線。
如申請專利範圍第9項所述之自動調焦頭戴式顯示裝置，其中該第一攝像器包含電荷耦合裝置。
如申請專利範圍第7項所述之自動調焦頭戴式顯示裝置，進一步包含：一第二光源，係提供一光線；一第三偏振分光鏡，係設置於該光線之傳遞路徑上，將該光線反射；一第二顯示元件，係設置以接收該第三偏振分光鏡所反射之該光線，並投射該影像光線穿透該第三偏振分光鏡；一第四偏振分光鏡，係設置於該影像光線之傳遞路徑上，使該影像光線穿透該第四偏振分光鏡；一第二1/4波長板，係設置於該影像光線之傳遞路徑上，使該影像光線穿透該第二1/4波長板，並藉由一第二反射鏡反射該影像光線後，再次沿著原傳遞路徑回到該第四偏振分光鏡，該影像光線經由該第二1/4波長板改變偏振極性後，由該第四偏振分光鏡反射至該使用者之另一個眼球；以及一第二光學元件，係設置於該第三偏振分光鏡與該第四偏振分光鏡之間，藉由一第二控制器調整該第二光學元件，使該影像光線匯集或發散，呈現在該成像位置上；其中，該眼球追蹤器亦連接於該第二控制器，該第一控制器及該第二控制器藉由該成像位置與該聚焦位置比對之結果，各自調整該第一光學元件及該第二光學元件，使該成像位置移至該聚焦位置。
如申請專利範圍第11項所述之自動調焦頭戴式顯示裝置，其中該眼球追蹤器包含一第一眼球追蹤器及一第二眼球追蹤器，係分別對應該使用者之左右兩眼設置，各自偵測該左眼轉動角度及該右眼轉動角度，再結合該左眼轉動角度及該右眼轉動角度以決定該聚焦位置。
如申請專利範圍第11項所述之自動調焦頭戴式顯示裝置，進一步包含一第二攝像器，係設置對應於該第三偏振分光鏡，並電性連接該第二顯示元件，該第二攝像器接收由該第四偏振分光鏡及該第三偏振分光鏡反射之一景物光線，轉換成該第二顯示元件投射之該影像光線。
如申請專利範圍第13項所述之自動調焦頭戴式顯示裝置，其中該第二攝像器包含電荷耦合裝置。