TW201937235A - 具有多重景深顯像的近眼顯示方法 - Google Patents

Abstract

一種具有多重景深顯像的近眼顯示方法，係能夠透過一自發光顯示器上之一個或多個單一畫素或是包含有數個畫素的畫素群對一準直元件發出光源照射，以使穿過該準直元件之入射光能夠達到準直效果，之後將至少一個準直光方向改變元件設置於該準直元件之光束的光線方向路徑上，因此兩個穿過該準直元件之光束能夠受到該準直光方向改變元件改變其準直光方向，以能夠於不同位置交疊而產生聚焦並改變景深，以達到多重景深顯像之目的。

Description

具有多重景深顯像的近眼顯示方法

本發明係關於一種具有多重景深顯像的近眼顯示方法，特別是指一種能夠使任兩個畫素所發出的光束交疊而產生不同位置聚焦，以使輸出的影像能夠呈現多重景深之近眼顯示方法。

因應現代社會對即時資訊的需求增高，隨選資訊的傳遞備受重視。近眼顯示器由於具有可攜性，並結合電子裝置可隨時更新並傳遞圖像、色彩或文字，因此為可攜型個人資訊裝置的一個很好的選擇。早期近眼顯示器多為軍事或政府用途。近來有廠商看到商機，將近眼顯示器引入家用。此外，娛樂相關業者也看中這塊市場的潛力，例如家用遊樂器及遊樂器軟體相關廠商已有投入研發。

目前近眼顯示器（NED）係包括了頭戴式顯示器（HMD），其可將影像直接投射至觀看者的眼睛中，這類顯示器可藉由合成虛擬大幅面顯示表面來克服其他行動顯示形式因素所提供的有限螢幕尺寸，或可用於虛擬或擴增實境應用。

而該近眼顯示器能再細分為兩大類別：沉浸式顯示器和透視顯示器。其中在虛擬實境（VR）環境中可採用沉浸式顯示器以使用合成呈現影像來完全地涵蓋使用者的視野。而在擴增實境（AR）之應用則能夠採用透視顯示器，其中可在實體環境的使用者之視野中重疊文字、其他合成註解、或影像。在顯示技術方面，AR應用需要半透明顯示器（例如，藉由光學或電光方法來實現），使得可以近眼顯示器來同時地觀看實體世界。

但由於人的肉眼不能調焦（聚焦）於置放在近距離（例如，當使用者正戴著眼鏡時，閱讀用放大鏡的透鏡到使用者的眼睛之間的距離）內的物件之事實而難以建構。因此，近眼顯示器則必須經過調整來使觀看者能舒適的使用，否則將會導致發生失焦等影響使用之情況發生，然而傳統則是使用複雜且笨重的光學元件來進行調整，但由於近眼顯示器大多是必須直接配戴於觀看者的頭上，故太過於笨重之近眼顯示器則往往無法被消費者所接受。

因此，為了克服上述問題，若能夠使任兩個或兩個以上的畫素所發出的光束交疊而產生聚焦，以使輸出的影像能夠清晰呈現，如此將不需使用笨重的光學元件，且亦能夠節省使用笨重的光學元件所產生的額外成本，如此應為一最佳解決方案。

可達成上述具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其方法為： (1) 係能夠透過一自發光顯示器上之一個或多個畫素對一準直元件發出光源照射，以使穿過該準直元件之入射光能夠達到準直效果；以及 (2) 而至少一個準直光方向改變元件能夠設置於該準直元件之光束的光線方向路徑上，用以改變至少兩個畫素所發出的準直光方向，以能夠於不同位置交疊而產生聚焦並改變景深。

更具體的說，所述自發光顯示器所使用之顯示技術係為有機發光二極體(OLED)、微發光二極體(micro LED) 、量子點(Quantum dot))、雷射或是其他任何形式的主動發光源。

更具體的說，所述自發光顯示器係為透明顯示器或是非透明顯示器。

更具體的說，所述準直元件係為微透鏡(mircrolens)、平面超穎透鏡(flat meta-lens)或是液晶光空間調變器(LCSLM) 。

更具體的說，所述平面超穎透鏡能夠達到屈光鏡的效果，用以使光線方向能夠達到準直效果。

更具體的說，所述液晶光空間調變器係具有液晶，能夠藉由改變電壓調整液晶排列，以使每一個畫素之入射光之光線方向能夠達到準直效果。

更具體的說，所述準直光方向改變元件係為微透鏡(mircrolens)、平面超穎透鏡(flat meta-lens)或是液晶光空間調變器(LCSLM) 。

更具體的說，所述微透鏡用以使至少兩個經準直後的光束係能夠交疊而產生聚焦。

更具體的說，所述平面超穎透鏡係包含有複數個具有凸粒之區域，用以調整改變準直光前進的方向使至少兩個經準直後的光束係能夠交疊而產生聚焦。

更具體的說，所述透過另外兩個不同具有凸粒之區域，來使至少兩個經準直後的光束於不同位置產生交疊，以達到不同位置交疊而產生聚焦之多重景深顯像。

更具體的說，所述透過其中一個相同、另外一個不同具有凸粒之區域，來使兩個經準直後的光束於不同位置產生交疊，以達到不同位置交疊而產生聚焦之多重景深顯像。

更具體的說，所述液晶光空間調變器係具有液晶，能夠藉由改變電壓調整液晶排列，以改變經準直後之光束方向，來使至少兩個所達到準直效果的光束係能夠交疊而產生聚焦。

更具體的說，所述能夠改變至少兩個液晶上的驅動電壓，以使兩個經準直後的光束於不同位置產生交疊，來達到不同位置交疊而產生聚焦之多重景深顯像。

更具體的說，所述能夠改變至少一個不同的液晶上的驅動電壓，以使兩個經準直後的光束於不同位置產生交疊，來達到不同位置交疊而產生聚焦之多重景深顯像。

更具體的說，所述畫素係指單一畫素或是包含有數個畫素的畫素群。

有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱第1圖，為本發明具有多重景深顯像的近眼顯示方法之流程示意圖，由圖中可知，其步驟為： (1) 係能夠透過一自發光顯示器上之一個或多個畫素對一準直元件發出光源照射，以使穿過該準直元件之入射光能夠達到準直效果101；以及 (2) 而至少一個準直光方向改變元件能夠設置於該準直元件之光束的光線方向路徑上，用以改變至少兩個畫素所發出的準直光方向，以能夠於不同位置交疊而產生聚焦並改變景深102。

而上述流程中，所使用的自發光顯示器1所使用之顯示技術係為能夠自主發光的顯示器，而該自發光顯示器1係能夠透明顯示器或是非透明顯示器，且該自發光顯示器之類型能夠為有機發光二極體(OLED)、微發光二極體(micro LED)、量子點(Quantum dot) 、 雷射或其他任何形式的主動發光源。

而該準直元件係為微透鏡(mircrolens)、液晶光空間調變器(Liquid Crystal Spatial Light Modulator, LCSLM)或是平面超穎透鏡(flat meta-lens)，其中不同類型的準直元件說明如下： (1) 微透鏡(mircrolens)： 如第2A圖所示，該微透鏡2係位於該自發光顯示器1所發出光束之光線方向行進的路徑上，而當運作時，如第2B圖所示，用以能夠讓該自發光顯示器1上之至少一個畫素11所入射的光束之光線方向能夠達到準直效果。 (2) 液晶光空間調變器(LCSLM)： 如第3A圖所示，該液晶光空間調變器3內具有數個液晶31，而當該自發光顯示器1上之至少一個畫素11發出入射的光束時，如第3B圖所示，能夠進一步改變接觸到至少一個畫素11所入射的光束之液晶31上的驅動電壓來使畫素11所入射的光束之光線方向能夠達到準直效果（而改變液晶31上的驅動電壓來改變液晶相位所使用之控制設備為習用技術，故不額外說明）。 (3) 平面超穎透鏡(flat meta-lens)： 如第4A圖所示，該平面超穎透鏡4係包含有複數個具有凸粒之區域41，而當運作時，如第4B圖所示，其中至少一個畫素11所入射的光束能夠透過其中一個區域41使光線方向能夠達到準直效果（而平面超穎透鏡4讓光線朝不同方向前進是習用技術，故不額外說明），而該平面超穎透鏡(flat meta-lens)亦即指奈米凸粒形成之超穎平面(metasurface) ，具有屈光與改變準直光方向的功能。

而該準直光方向改變元件係為微透鏡(mircrolens)、液晶光空間調變器(LCSLM)或是平面超穎透鏡(flat meta-lens)，其中不同類型的準直光方向改變元件說明如下： (1) 微透鏡(mircrolens)： (a) 其中該微透鏡2之結構與第2A圖相同，用以使至少兩個達到準直效果的光束係能夠交疊而產生虛像之焦點； (b) 其中透過兩個不同的微透鏡2，來使兩個所達到準直效果的光束產生交疊，並再使用另一個微透鏡2於不同位置交疊而產生聚焦之多重景深顯像。 (2) 液晶光空間調變器(LCSLM)： (a) 其中該液晶光空間調變器3之結構與第3A圖相同，內具有數個液晶31，其用於調整準直光方向之運作原理則是來改變接觸到其中兩個畫素所入射的光束之液晶31上的驅動電壓，來使至少兩個所達到準直效果的光束改變方向達到交疊而產生虛像之焦點； (b) 其中能夠改變至少兩個不同的液晶31上的驅動電壓，以使兩個所達到準直效果的光束於不同位置產生交疊，來達到不同位置交疊而產生聚焦之多重景深顯像； (c) 其中能夠使一個液晶31上的驅動電壓不改變，但改變至少另一個不同的液晶31上的驅動電壓，則能使兩個所達到準直效果的光束於不同位置產生交疊，來達到不同位置交疊而產生聚焦之多重景深顯像。 (3) 平面超穎透鏡(flat meta-lens)： (a) 其中該平面超穎透鏡4之結構與第4A圖相同，用以使至少兩個達到準直效果的光束係能夠交疊而產生虛像之焦點； (b) 其中透過兩個不同的具有凸粒之區域41，來使兩個所達到準直效果的光束於不同位置產生交疊，以達到不同位置交疊而產生聚焦之多重景深顯像； (c) 其中透過其中一個相同、另外一個不同的具有凸粒之區域41，來使兩個所達到準直效果的光束於不同位置產生交疊，以達到不同位置交疊而產生聚焦之多重景深顯像。

而當實際要產生多重景深顯像時，能夠搭配不同的準直元件及不同的準直光方向改變元件，搭配樣態如下： (1) 準直元件使用微透鏡(mircrolens)，而該準直光方向改變元件能夠使用微透鏡(mircrolens)、液晶光空間調變器(LCSLM)或是平面超穎透鏡(flat meta-lens) 。 (2) 準直元件使用液晶光空間調變器(LCSLM)，而該準直光方向改變元件能夠使用同一個液晶光空間調變器(LCSLM)。 (3) 準直元件使用平面超穎透鏡(flat meta-lens)，而該準直光方向改變元件能夠使用同一個平面超穎透鏡(flat meta-lens)。 (4) 準直元件使用平面超穎透鏡(flat meta-lens) ，而該準直光方向改變元件能夠使用微透鏡(mircrolens)、液晶光空間調變器(LCSLM)或是平面超穎透鏡(flat meta-lens)。

如第5A圖所示，所使用的準直元件為微透鏡2，而該準直光方向改變元件為液晶光空間調變器3，其中當微透鏡2能夠將該自發光顯示器1上之兩個畫素11所入射的光束之光線方向能夠達到準直效果後，再透液晶光空間調變器3之液晶31調整其中一個或多個畫素11之光束的準直光方向，以於兩個畫素11的影像能夠延伸重疊匯合為一虛像51，之後如第5B圖所示，則能夠調整液晶31之相位以改變準直光方向，將能夠使兩個畫素11的影像能夠重疊匯合於另一位置，以形成另一個虛像52來使景深拉長，因此透過上述做法，則能夠不斷調整液晶31之相位，來讓人眼6能夠看到多個連續的虛像，以達到多重景深顯像之目的。

另外，亦能夠使用單一元件進行準直及調整準直光方向，說明如下： (1) 能夠將該微透鏡2直接進行準直及調整準直光方向，然而不同的微透鏡經過製程能夠預設調整準直光方向不同，故如第6A圖所示，兩個不同微透鏡2經由準直後，再使兩個所達到準直效果的光束交疊而產生虛像之焦點，然而若是要形成另一個虛像之焦點，則如第6B圖所示，透過另一個微透鏡2與原本由微透鏡2達到準直效果的光束進行交疊並產生另一個虛像之焦點。 (2) 亦能夠僅使用液晶光空間調變器3或是平面超穎透鏡4同時進行準直及調整準直光方向，而液晶光空間調變器3之液晶31更能夠直接改變液晶31上的驅動電壓來調整準直光方向以形成不同位置的虛像之焦點，然而平面超穎透鏡4則必須透過多個不同具有凸粒之區域41來形成不同位置的虛像之焦點。

本發明所提供之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，與其他習用技術相互比較時，其優點如下： 1. 本發明係能夠使兩個或兩個以上之畫素所發出的光束交疊而於不同位置產生聚焦，以使輸出的影像呈現多重景深顯像之效果，而上述畫素係指單一畫素或是包含有數個畫素的畫素群。 2. 本發明之液晶光空間調變器係能夠直接調整準直光方向，因此不須移動畫素位置，即可使兩個畫素所發出的光束交疊而於不同位置產生聚焦，如此將能夠節省使用其他光學元件所產生的額外成本。

本發明已透過上所述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

1‧‧‧自發光顯示器

11‧‧‧畫素

2‧‧‧微透鏡

3‧‧‧液晶光空間調變器

31‧‧‧液晶

4‧‧‧平面超穎透鏡

41‧‧‧奈米級透鏡

51‧‧‧虛像

52‧‧‧虛像

6‧‧‧人眼

[第1圖]係本發明具有多重景深顯像的近眼顯示方法之流程示意圖。 [第2A圖]係本發明具有多重景深顯像的近眼顯示方法之第一實施架構示意圖。 [第2B圖]係本發明具有多重景深顯像的近眼顯示方法之第一實施應用示意圖。 [第3A圖]係本發明具有多重景深顯像的近眼顯示方法之第二實施架構示意圖。 [第3B圖]係本發明具有多重景深顯像的近眼顯示方法之第二實施應用示意圖。 [第4A圖]係本發明具有多重景深顯像的近眼顯示方法之第三實施架構示意圖。 [第4B圖]係本發明具有多重景深顯像的近眼顯示方法之第三實施應用示意圖。 [第5A圖]係本發明具有多重景深顯像的近眼顯示方法之多重景深示意圖。 [第5B圖]係本發明具有多重景深顯像的近眼顯示方法之多重景深示意圖。 [第6A圖]係本發明具有多重景深顯像的近眼顯示方法之另一實施多重景深示意圖。 [第6B圖]係本發明具有多重景深顯像的近眼顯示方法之另一實施多重景深示意圖。

Claims (15)

1. 一種具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其方法係為： 係能夠透過一自發光顯示器上之一個或多個畫素對一準直元件發出光源照射，以使穿過該準直元件之入射光能夠達到準直效果形成準直光；以及 而至少一個準直光方向改變元件能夠設置於該準直元件之光束的光線方向路徑上，用以改變至少兩個畫素所發出的準直光方向，以能夠於不同位置交疊而產生聚焦並改變景深。
2. 如請求項1所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其中該自發光顯示器所使用之顯示技術係為有機發光二極體(OLED)、微發光二極體(micro LED)、量子點(Quantum dot))、雷射或是其他任何形式的主動發光源。
3. 如請求項1所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其中該自發光顯示器係為透明顯示器或是非透明顯示器。
4. 如請求項1所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其中該準直元件係為微透鏡(mircrolens)、平面超穎透鏡(flat meta-lens)或是液晶光空間調變器(LCSLM) 。
5. 如請求項4所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其中該平面超穎透鏡能夠達到屈光鏡的效果，用以使光線方向能夠達到準直效果。
6. 如請求項4所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其中該液晶光空間調變器係具有液晶，能夠藉由改變電壓調整液晶排列，以使每一個畫素之入射光之光線方向能夠達到準直效果。
7. 如請求項1所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其中該準直光方向改變元件係為微透鏡(mircrolens)、平面超穎透鏡(flat meta-lens)或是液晶光空間調變器(LCSLM) 。
8. 如請求項7所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，該微透鏡用以使至少兩個經準直後的光束係能夠交疊而產生聚焦。
9. 如請求項7所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其中該平面超穎透鏡係包含有複數個具有凸粒之區域用以使至少兩個經準直後的光束係能夠交疊而產生聚焦。
10. 如請求項9所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其中透過另外兩個不同具有凸粒之區域，來使至少兩個經準直後的光束於不同位置產生交疊，以達到不同位置交疊而產生聚焦之多重景深顯像。
11. 如請求項9所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其中透過其中一個相同、另外一個不同具有凸粒之區域，來使至少兩個經準直後的光束於不同位置產生交疊，以達到不同位置交疊而產生聚焦之多重景深顯像。
12. 如請求項7所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其中該液晶光空間調變器係具有液晶，能夠藉由改變電壓調整液晶排列，以改變經準直後之光束方向，來使至少兩個所達到準直效果的光束係能夠交疊而產生聚焦。
13. 如請求項12所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其中能夠改變至少兩個液晶上的驅動電壓，以使兩個所經準直後的光束於不同位置產生交疊，來達到不同位置交疊而產生聚焦之多重景深顯像。
14. 如請求項12所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其中能夠改變至少一個不同的液晶上的驅動電壓，以使兩個所經準直後的光束於不同位置產生交疊，來達到不同位置交疊而產生聚焦之多重景深顯像。
15. 如請求項1所述之具有多重景深顯像的近眼顯示方法，其中該畫素係指單一畫素或是包含有數個畫素的畫素群。