TW202326228A - 眼鏡上的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜 - Google Patents
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Abstract
一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其包括透光顯示層、光學投影層以及眼球追蹤層。透光顯示層具有多個畫素單元以及對應於畫素單元的遮光層。光學投影層具有多個導光單元。導光單元對應於多個畫素單元。眼球追蹤層具有多個微感測元件。於配戴者的觀看方向上，光學投影層位於透光顯示層與眼球追蹤層之間。
Description
本發明是有關於一種成像系統，且特別是有關於一種眼鏡上的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜。
為提供更高品質的影音效果，虛擬實境（Virtual Reality；VR）、擴增實境（Augmented Reality；AR）以及混合實境（Mixed Reality；MR）等技術已成為新一代顯示科技的研發重點之一，而頭戴式擴增實境立體視覺光學膜即是用以實現此些技術的手段之一。
本發明提供一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其可呈現對應的立體視覺成像。
本發明的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜包括透光顯示層、光學投影層以及眼球追蹤層。透光顯示層具有多個畫素單元以及對應於畫素單元的遮光層。光學投影層具有多個導光單元。導光單元對應於多個畫素單元。眼球追蹤層具有多個發光元件與微感測元件。於配戴者的觀看方向上，光學投影層位於透光顯示層與眼球追蹤層之間。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
在附圖中，為了清楚起見，可能放大或縮小了部分的元件、膜或層的尺寸。另外，為求清楚表示，於圖式中可能省略繪示或標示了部分的元件、膜或層。並且，在說明書中所表示的數值，可以包括所述數值以及在本領域中具有通常知識者可接受的偏差範圍內的偏差值。
在後述的實施例或對應的圖式中，相同或類似的構件以相同或相似的標號表示，且具有相同或類似的功能，並省略描述。另外，為求清楚表示，於圖式中可能沒有一一地標示或繪示所有的元件、膜或層。
請參照圖1A及圖1B，頭戴式擴增實境立體視覺光學膜100可以適於與眼鏡整合（integrated）。因此，配戴者90配戴具有整合頭戴式擴增實境立體視覺光學膜100於其上的眼鏡，從其觀看方向D9上進行觀看，可以產生具有擴增實境立體視覺效果。故，頭戴式擴增實境立體視覺光學膜100又可被稱為：眼鏡上的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜。
請繼續參照圖1A及圖1B，頭戴式擴增實境立體視覺光學膜100包括透光顯示層110、光學投影層120以及眼球追蹤層130，且此三層彼此互相堆疊。透光顯示層110具有多個畫素單元（pixel unit）PU。光學投影層120具有多個導光單元121。多個導光單元121的其中之一對應於多個畫素單元PU的至少其中之一配置。眼球追蹤層130具有多個微感測元件131。
在一實施例中，導光單元121可以包括反射件、折射件及/或其他適宜的導光件。舉例而言，導光單元121可以包括透鏡。舉例而言，導光單元121可以為具有奈米微結構的超穎透鏡（metalens）或超穎表面（metasurface）。在一實施例中，導光單元121的材質可以包括氮化鎵（Gallium nitride，GaN）、氮化矽（Silicon nitride，SiN）或二氧化鈦（Titanium dioxide，TiO
2），但本發明不限於此。
在一示例性的應用方式上，頭戴式擴增實境立體視覺光學膜100可以適用於智慧眼鏡、虛擬實境設備、擴增實境設備或混合實境設備等，但本發明不限於此。
在本實施例中，於配戴者90的觀看方向D9上，光學投影層120位於透光顯示層110與眼球追蹤層130之間，但本發明不限於此。
在本實施例中，透光顯示層110與光學投影層120之間具有第一距離D1，光學投影層120與眼球追蹤層130之間具有第二距離D2，頭戴式擴增實境立體視覺光學膜100與眼球91之間具有觀看距離D3，且觀看距離D3可以大於第一距離D1或第二距離D2。
在一實施例中，第一距離D1或第二距離D2可以小於5公分（centimeter，cm）或者是完全貼合狀態。觀看距離D3可以依據配戴者90的習慣而加以調整，於本發明並不加以限定也很難限定。觀看距離D3建議至少為1公分至3公分。
在一實施例中，光學投影層120的相對兩側可以分別與透光顯示層110及眼球追蹤層130接觸。也就是說，前述的第一距離D1及前述的第二距離D2基本上為0公分。
在一實施例中，光學投影層120與透光顯示層110相接觸的方式可以藉由光學投影層120上的膠層及/或透光顯示層110上的膠層而使彼此可以貼合接觸。類似地，光學投影層120與眼球追蹤層130相接觸的方式可以藉由光學投影層120上的膠層及/或眼球追蹤層130上的膠層而使彼此可以貼合接觸。但本發明不限於此。
在一實施例中，透光顯示層110、光學投影層120及眼球追蹤層130可以藉由位於其側邊的封膠，而使其緊密地相接觸。
舉例而言，透光顯示層110、光學投影層120以及眼球追蹤層130可以彼此互相貼合並固定於框架190上，貼合過程中需精密對位與上膠，但本發明不限於此。換句話說，就具有將頭戴式擴增實境立體視覺光學膜100整合於其上的眼鏡而言，其粗略的視覺外觀上可能與一般的眼鏡相同或相似。因此，可以更適於配戴者90的配戴及/或使用。
在一實施例中，框架190的形式或材質可以依據設計上的需求而加以調整，於本發明並不加以限定。框架190可以是一體成形也可以是多個構件的組合，於本發明並不加以限定。
在本實施例中，透光顯示層110可以更包括基材119。基材119可以包括透光基材。基材119可以包括硬質基材（如：玻璃或硬塑膠，但不限）或軟質基材（如：聚醯亞胺（polyimide；PI）膜、聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate；PET）膜或其他類似的高分子膜，但不限），其中基材包含顯示層之電路驅動結構，可為低溫多晶矽薄膜電晶體（Low Temperature Poly-Silicon Thin Film Transistor，LTPS-TFT），微型驅動IC等。畫素單元PU可以配置於基材119上，且基材119上的畫素單元PU可以面向配戴者90。
在一實施例中，各個畫素單元PU可以包括對應的第一子畫素單元R、第二子畫素單元G及第三子畫素單元B。
如圖2A所示，在一實施例中，第一子畫素單元R可以包括紅色發光二極體R1，第二子畫素單元G可以包括綠色發光二極體G1，第三子畫素單元B可以包括藍色發光二極體B1，但本發明不限於此。
在一實施例中，前述的發光二極體之間可以具有光學封裝層（optical encapsulation layer）111，但本發明不限於此。
在一實施例中，第一子畫素單元R、第二子畫素單元G或第三子畫素單元B的形成方式可包括藉由色轉換（color conversion）、奈米柱（nanorod）等熟悉此技藝者可知者。
在一實施例中，前述的發光二極體（如：發光二極體B1、R1或G1）可以包括尺寸基本上為（5微米（micrometer；µm）~100µm）×（5µm~100µm）大小的微發光二極體（micro LED；µLED），但本發明不限於此。前述的發光二極體（不限尺寸或發光顏色）可以為發光元件112的一種。
在一實施例中，透光顯示層110可以更包括元件層（未繪示）。元件層可以位於基材119上。元件層可以包括驅動電路（driving circuit）及/或對應的線路。驅動電路可以包括對應的主動元件（如：薄膜電晶體）及/或對應的被動元件（如：電容）。前述的發光二極體可以藉由適當的方式（如：倒晶接合（flip-chip bonding），但不限）電性連接於對應的線路，並可以進一步地藉由對應的線路電性連接於驅動電路。
在一實施例中，基材119可以包括電路板。舉例而言，基材119可以包括薄膜電晶體陣列基板（thin film transistor array substrate，TFT array substrate）。
在一實施例中，前述的驅動電路可以藉由對應的線路電性連接於控制單元140（標示於圖4A或圖4B）。如此一來，前述的發光二極體可以藉由對應的控制單元140所控制而發光，但本發明限於此。
在一實施例中，透光顯示層110與光學投影層120之間的區域S可以具有黏著層及/或空氣間隙及/或畫素隔光層，但本發明不限於此。
如圖2B所示，在一實施例中，各個畫素單元PU可以包括對應的發光元件T（發光元件112的一種）。在一實施例中，可以藉由動態像素調整（Dynamic Pixel Tuning）的方式，而使某一個發光元件T在不同的狀態下具有對應不同的發光顏色。舉例而言，可以藉由調變流經發光元件T的電流，而使發光元件T的發光波長產生對應的偏移（shift；如：藍移（blue shift））。如此一來，可以不會限定各個畫素單元PU僅具有單一色光。
請參照圖2C，在一實施例中，透光顯示層110可以更包括對應於畫素單元PU的遮光層（可被稱為：第一遮光層）118。於配戴者90的觀看方向D9上，遮光層118可以與畫素單元PU重疊（overlap）。也就是說，於配戴者90的觀看方向D9上，畫素單元PU可以位於配戴者90的眼球91與遮光層118之間。在一實施例中，在配戴者90進行觀看時，遮光層118可以降低外界光的強度；且/或，可以降低外界光與畫素單元PU之間的混光所造成配戴者90在視覺上的不適。如此一來，可以提升頭戴式擴增實境立體視覺光學膜100的觀看品質。
在一實施例中，遮光層118與畫素單元PU之間可以直接接觸（即，距離為0）。在一實施例中，遮光層118與畫素單元PU之間可以具有對應的間距（即，距離大於0）。舉例而言，遮光層118與畫素單元PU可以分別設置在基材119的兩側，且畫素單元PU設置在配戴者90與遮光層118之間。
請參照圖2C，在一實施例中，於配戴者90的觀看方向D9上視之，畫素單元PU之間可以具有超穎表面處理區（metasurface region）117。超穎表面處理區117例如是在一元件（如：一膜層；但不限）上進行超穎表面處理而對應形成的區域；或是，具有超穎表面處理結構（metasurface structure）的區域。在一實施例中，超穎表面處理區117可以透光。舉例而言，超穎表面處理區117可以使外界光至少部分地穿透。在一實施例中，超穎表面處理區117可能可以降低外界光的繞射現象，而可以提升頭戴式擴增實境立體視覺光學膜100的觀看品質。
在一實施例中，於一剖面（如：圖2C所繪示的剖面）上，超穎表面處理區117a（超穎表面處理區117的一種）可以位於遮光層118之間。舉例而言，超穎表面處理區117a與配戴者90之間的距離可以相同或相似於遮光層118與配戴者90之間的距離。在一實施例中，於一剖面（如：圖2C所繪示的剖面）上，超穎表面處理區117b（超穎表面處理區117的一種）可以位於畫素單元PU之間。舉例而言，超穎表面處理區117b與配戴者90之間的距離可以相同或相似於畫素單元PU與配戴者90之間的距離。在一實施例中，遮光層118可以對應於畫素單元PU配置，且超穎表面處理區117a與超穎表面處理區117b可以同時存在。
在一實施例中，透光顯示層110可以更包括具有針孔的遮光層（可被稱為：第二遮光層）113。於配戴者90的觀看方向D9上視之，遮光層113位於發光元件112與配戴者90之間。遮光層113的針孔可以對應於發光元件112。也就是說，發光元件112所發出的光可以透過遮光層113的針孔而射向配戴者90。
請參照圖2D，在本實施例中，遮光層113D（其可為遮光層113的一種）可以對應於發光元件112配置。舉例而言，遮光層113D可以為具有針孔113Da的遮光層。各個I遮光層113D可以彼此相分離，且各個I遮光層113D的針孔113Da可以對應於各個發光元件112配置。
在一實施例中，在同一方向上，針孔113Da孔徑與其所對應的發光元件112的尺寸的比值可以介於3%~50%。在一實施例中，針孔113Da孔徑可以介於0.5微米~10微米。
在一實施例中，遮光層113D的材質可以包括可遮光的絕緣層（如：暗色環氧樹脂或其他類似的暗色高分子聚合物）、可遮光的絕緣層導電層（如：鉬層或石磨層；但不限）、上述之組合或上述之堆疊。
在一實施例中，具有針孔的遮光層可能可以降低不同的子畫素單元之間的混光現象及/或提升出光的準直性，而可以提升顯示品質。
在一實施例中，遮光層113D與發光元件112之間可以具有透光層114。透光層114的材質可以包括光學膠（Optical Clear Adhesive，OCA）。在一實施例中，覆蓋各個發光元件112的透光層114可以彼此分離，且遮光層113D可以共形地覆蓋（conformally cover）對應的透光層114。
值得注意的是，本發明並未限定透光層114為單一的膜層。也就是說，透光層114可以為單一的膜層；或，透光層114可以為多個透光膜層的堆疊。
請參照圖2E，在本實施例中，遮光層113E（其可為遮光層113的一種）可以對應於發光元件112配置。舉例而言，遮光層113E可以為具有多個針孔113Ea的遮光層。遮光層113E可以為片狀，且遮光層113E的各個針孔113Ea可以對應於各個發光元件112配置。
在一實施例中，遮光層113E的材質可以相同或相似於遮光層113D。
在一實施例中，遮光層113E和基材119可以位於透光層114的相對兩側。在一實施例中，遮光層113E可以為平面狀的膜層。
請參照圖2F，在本實施例中，遮光層113F的各個針孔113Fa可以對應於各個發光二極體B1（發光元件112的一種）配置。某個針孔113Fa與對應的發光二極體B1之間可以具有對應的色轉換層116R。某個針孔113Fa與對應的發光二極體B1之間可以具有對應的色轉換層116G。色轉換層116R或色轉換層116G的材質可以包括下轉換材料（down conversion material）或量子點材料（quantum dot material）。第一子畫素單元R可以包括發光二極體B1及其所對應的色轉換層116R。第二子畫素單元G可以包括發光二極體B1及其所對應的色轉換層116G。第三子畫素單元B可以包括未對應於任何色轉換層的發光二極體B1。
在一實施例中，第一子畫素單元R、第二子畫素單元G及第三子畫素單元B兩兩之間可以具有對應的隔光結構115。隔光結構115的材質可以包括可遮光的絕緣層、可遮光的絕緣層導電層、上述之組合或上述之堆疊。
在一實施例中，隔光結構115可能可以降低不同的子畫素單元之間的混光現象，而可以提升顯示品質。
請繼續參照圖1A或圖1B，在本實施例中，光學投影層120可以更包括基材129。基材129可以透光。基材129可以包括硬質基材（玻璃、硬塑膠或藍寶石（sapphire），但不限）或軟質基材或對應可見光透光並具高折射率材料。導光單元121可以配置於前述的基材129上。
在圖3A至圖3H或其他類似的圖式中，僅示例性地繪示了導光單元121的一種或多種，但本發明不限於於此。導光單元121可以包括透鏡（lens）（如：菲涅耳透鏡（Fresnel lens）、微透鏡（microlens）、超穎透鏡（metalenses）、其他適宜的透鏡或上述之組合）或具有針孔（pinhole）的遮光層，但本發明不限於於此。也就是說，於圖3A至圖3H或其他類似的圖式中，導光單元121的尺寸或型態可以為示例性地參考，於本發明對於本文中的各導光單元121的尺寸、材質或型態並未加以限制。也就是說，只要可以調整或改變光型或光角度；或是，可以提升光準直性（collimation）之元件或單元，即可能可以被稱為導光單元。
請參照圖3A，在本實施例中，一個導光單元121A（其可為導光單元121的一種）對應於多個畫素單元PU配置，但本發明不限於此。在一實施例中，一個類似於導光單元121A的導光單元可以對應於一個畫素單元PU配置。另外，為求清楚表示，於圖3A中並未一一地標示所有的畫素單元PU。
在一實施例中，可以對應於多個畫素單元PU配置的導光單元（如：導光單元121A）可以被稱為菲涅耳透鏡（Fresnel lens）或螺紋透鏡。
在一實施例中，導光單元121A可以是微透鏡（Microlens）與菲涅耳透鏡的組合。舉例而言，前述的微透鏡可以配置於對應的畫素單元PU上，而菲涅耳透鏡可以進一步地配置於前述對應的微透鏡上。如此一來，多個畫素單元PU所發射的光可以經由對應的微透鏡產生對應的影像，然後，再經由對應的菲涅耳透鏡將光線偏折（deflection）爾後入眼。也就是說，於畫素單元PU的光徑方向（light path direction）上，微透鏡位於畫素單元與菲涅耳透鏡之間。
請參照圖3B，在本實施例中，導光單元121B（其可為導光單元121的一種）可以對應於發光元件（如：前述圖式中的發光元件T或後述類似的發光元件112）配置。舉例而言，各個導光單元121B可以對應於各個發光元件配置。
在一實施例中，導光單元121B可以位於一透光基材121S上。舉例而言，導光單元121B可以是在透光基材121S上所形成微結構（如：奈米結構）。舉例而言，可以藉由沉積製程（deposition process）或蝕刻製程（etching process）而於透光基材121S上形成對應的微結構。在一實施例中，透光基材121S也可以被視為導光單元的一部分。
在一實施例中，導光單元121B的材質可以包括氮化鎵（Gallium Nitride，GaN）、氮化矽（Silicon Nitride，SiN）、二氧化鈦（Titanium Dioxide，TiO
2）、上述之衍生物或上述之組合。在一實施例中，導光單元121B的高度（如：垂直於其所配置的發光元件112的表面的方向上的尺寸）可以介於300奈米（nanometer，nm）至1000奈米。在一實施例中，導光單元121B的寬度（如：平行於其所配置的發光元件112的表面的方向上的最大尺寸）可以小於其所對應的發光元件112的發光波長之一半。
在一實施例中，導光單元121B的外觀可以相同或相似於圓柱狀。
在一實施例中，導光單元121B係複數個排列在透光基材121S上。在一實施例中，多個的導光單元121B可以陣列式地排列在透光基材121S上。
在一實施例中，導光單元121B與其對應的透光基材121S可以被稱為超穎透鏡。
請參照圖3C，在本實施例中，導光單元121C（其可為導光單元121的一種）可以對應於發光元件（如：前述圖式中的發光元件T或後述類似的發光元件112）配置。舉例而言，各個導光單元121C可以對應於各個發光元件112配置。
在一實施例中，導光單元121C可以位於一透光基材121S上。舉例而言，導光單元121C可以是在透光基材121S上所形成微結構（如：奈米結構）。在一實施例中，透光基材121S也可以被視為導光單元的一部分。
在一實施例中，導光單元121C的材質、高度及/或寬度可以分別相同或相似於導光單元121B的材質、高度及/或寬度。
在一實施例中，導光單元121C的外觀可以相同或相似於多邊型柱狀。舉例而言，導光單元121C的外觀可以相同或相似於方柱狀。
在一實施例中，導光單元121C係複數個排列在透光基材121S上。在一實施例中，多個的導光單元121C可以陣列式地排列在透光基材121S上。
在一實施例中，導光單元121B與其對應的透光基材121S可以被稱為超穎透鏡。
請參照圖3D，在本實施例中，導光單元121D（其可為導光單元121的一種）可以對應於一個子畫素單元中的發光元件配置。舉例而言，第一子畫素單元R的紅色發光二極體R1、第二子畫素單元G的綠色發光二極體G1及第三子畫素單元B的藍色發光二極體B1分別配置有對應的導光單元121D。
在本實施例中，第一子畫素單元R、第二子畫素單元G及第三子畫素單元B可以不限順序地沿著某一方向依序排列。
請參照圖3E，在本實施例中，導光單元121E（其可為導光單元121的一種）可以對應於一個子畫素單元中的發光元件配置。舉例而言，第一子畫素單元R的紅色發光二極體R1、第二子畫素單元G的綠色發光二極體G1及第三子畫素單元B的藍色發光二極體B1分別配置有對應的導光單元121E。
在本實施例中，第一子畫素單元R、第二子畫素單元G及第三子畫素單元B可以不限順序地呈現三角狀（delta-type）排列。
請參照圖3F，在本實施例中，導光單元121F（其可為導光單元121的一種）可以對應於多個子畫素單元中的多個發光元件配置。舉例而言，第一子畫素單元R的紅色發光二極體R1、第二子畫素單元G的綠色發光二極體G1及第三子畫素單元B的藍色發光二極體B1配置有對應的導光單元121F。
在本實施例中，第一子畫素單元R、第二子畫素單元G及第三子畫素單元B可以不限順序地沿著某一方向依序排列。
請參照圖3G，在本實施例中，導光單元121G（其可為導光單元121的一種）可以對應於多個子畫素單元中的多個發光元件配置。舉例而言，第一子畫素單元R的紅色發光二極體R1、第二子畫素單元G的綠色發光二極體G1及第三子畫素單元B的藍色發光二極體B1配置有對應的導光單元121G。
在本實施例中，第一子畫素單元R、第二子畫素單元G及第三子畫素單元B可以不限順序地呈現三角狀（delta-type）排列。
請參照圖3H，在本實施例中，導光單元121H（其可為導光單元121的一種）可以對應於畫素單元PU的發光元件T配置。
在本實施例中，導光單元121H的寬度（如：平行於其所配置的發光元件T的表面的方向上的最大尺寸）可以小於其所對應的發光元件T的最小可調變發光波長之一半。
在一實施例中，導光單元121D、導光單元121E、導光單元121F、導光單元121G及/或導光單元121H可以被稱為超穎透鏡。
值得注意的是，於本發明並未限定導光單元121需直接接觸對應的一個或多個對應於發光元件112。舉例而言，導光單元121可以配至對應的一個或多個對應於發光元件112上且與其直接接觸。舉例而言，導光單元121可以配至對應的一個或多個對應於發光元件112上，且導光單元121與其所對應的一個或多個對應於發光元件112之間可以具有其他的膜層或元件（如：光學膠，但不限）而可與其間接接觸。
值得注意的是，於本發明並未限定在觀看方向D9上看，導光單元121僅為單一的元件。也就是說，在觀看方向D9上看，導光單元121可以為前述任一的導光元件；或是，前述任一的導光元件的一種或多種的組合或堆疊。
請繼續參照圖1A或圖1B，在一實施例中，光學投影層120與眼球追蹤層130之間可以具有黏著層及/或空氣間隙，但本發明不限於此。
請繼續參照圖1B，在本實施例中，眼球追蹤層130可以更包括基材139。基材139可以透光。微感測元件131可以配置於前述的基材139上。另外，為求清楚表示，於圖1A或圖1B中並未一一地標示所有的微感測元件131。
在一實施例中，基材139可以包括硬質基材（如：玻璃或硬塑膠，但不限）或軟質基材（如：聚醯亞胺膜、聚對苯二甲酸乙二酯膜或其他類似的高分子膜，但不限），但本發明不限於此。
在一實施例中，微感測元件131可以包括反式偏壓發光二極體（reverse-biased LED）、光電二極體（photodiode；PD）或具有繞射圖案之平面光學層（如：斑紋遮罩（mura mask），但不限）下的感光元件。一追蹤光束照射配戴者90的眼球91之後可以依據對應眼球組織（如：虹膜、瞳孔、水晶體、角膜等）而在對應的區域或方向產生對應的反射。舉例而言，在基本上相同的光波長的追蹤光束的照射下，眼球組織在不同處可以具有不同方向及/或強度的光反射。如此一來，可以藉由微感測元件131接收經由配戴者90的眼球91所反射的追蹤光束（可被稱為：反射光束），而可以追蹤眼球91的動態。
在一實施例中，前述的反式偏壓發光二極體或前述的光電二極體的尺寸可以小於250µm×250µm，但本發明不限於此。
在一實施例中，相鄰的兩個微感測元件131之間的間距P3（即，前述兩個微感測元件131的中點之間的距離）可以介於0.1公釐（millimeter，mm）至20公釐，但本發明不限於此。
在一實施例中，如圖4B所示，前述的追蹤光束可以是主動式的光源。舉例而言，眼球追蹤層130可以更包括至少一個發光元件132，配置於基材139上。發光元件132適於直接地或間接地對配戴者90的眼球91發出追蹤光束。發光元件132可以發出的追蹤光束例如包括紅外光或其他配戴者90不可見且/或較不會傷害眼球91組織的適宜光線。追蹤光束的光量（luminous）可以依據設計上的需求而加以調整且需符合生物安全規定，於本發明並不加以限制。
如圖4A或圖4B所示，在一實施例中，眼球追蹤層130可以更包括元件層133。元件層133可以位於基材139上。元件層133可以包括射極電路（emitter circuit）142、感測電路（sensor circuit）141及/或對應的線路145。
如圖4B所示，在一實施例中，射極電路142或感測電路141可以包括對應的主動元件及/或對應的被動元件。射極電路142可以藉由對應的線路145電性連接於微發光元件132，且/或感測電路141可以藉由對應的線路145電性連接於微感測元件131。
值得注意的是，於本發明中並未限定一元件實質上僅對應於一顆晶粒。舉例而言，一元件可以儘對應於一顆晶粒；或是，一元件可以包括多顆並聯及/或串聯的晶粒。
如圖4C所示，在一實施例中，感測元件131可以包括多顆晶粒，且/或發光元件132可以包括多顆晶粒。另外，圖4C僅為示例性地繪示感測元件131或發光元件132的配置方式，但本發明對於前述的配置方式並不加以限定。
值得注意的是，於部分的側視示意圖（或；可稱之為：剖面圖；如：圖1B或圖4A）中，可能未將發光元件132繪示於其中。但是，發光元件132可見於其他的側視方向上或其他的剖面上。
在一實施例中，射極電路142及/或感測電路141可以藉由對應的線路145電性連接於對應的晶片146及/或端子147。前述的晶片146可以包括電流積體電路（Current IC）、電壓積體電路（Voltage IC）、放大器積體電路（amplifier IC，AMP IC）、類比/數位轉換積體電路（analog/digital conversion IC）或其他適宜的積體電路。前述積體電路中的多個可以整合（integrated）於同一晶片；或是，分別屬於不同的晶片。前述的端子147可以包括電源端子（Power terminal）、共電端子（Common terminal）或接地端子（Ground terminal）。
在一實施例中，前述的晶片146及/或前述的端子147可以藉由對應的線路145電性連接於控制單元140。控制單元140可以包括嵌入式系統（embedded system）及/或微控制器（microcontroller，MCU）即/或特定應用積體電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC），但本發明不限於此。
在一實施例中，前述線路145的線寬可以小於10微米，且/或前述線路145的材質可以包括氧化鋅（ZnO）、氧化錫（SnO）、氧化銦鋅（Indium-Zinc Oxide，IZO）、氧化鎵鋅（Gallium-Zinc Oxide，GZO）、氧化鋅錫（Zinc-Tin Oxide，ZTO）、氧化銦錫（Indium-Tin Oxide，ITO）或其他適宜的透光導電材質或其他具良好導電性之材質如金，但本發明不限於此。
在一實施例中，眼球追蹤層130可以更包括抗反射塗層（anti-reflection coating layer）138，但本發明不限於此。抗反射塗層138可以位於基材139上。抗反射塗層138可以是單一的膜或層也可以是多個膜或層的堆疊，於本發明並不加以限制。
在一實施例中，如圖5A或圖5B所示，眼球追蹤層130可以更包括光型控制層135。光型控制層135可以覆蓋微感測元件131。光型控制層135可以降低光束角（beam angle）。如此一來，可以提升微感測元件131的訊號雜訊比（Signal-to-noise ratio，SNR或S/N）。
以圖5A為例，光型控制層135a（光型控制層135的其中一種）可以是片狀（sheet）的膜或層，且光型控制層135a可以覆蓋多個微感測元件131。
以圖5B為例，光型控制層135b（光型控制層135的其中一種）可以是圖案化（patterned）且/或彼此分離的膜或層，且各個的光型控制層135b可以覆蓋對應的微感測元件131。
在本實施例中，多個微感測元件131適於感測配戴者90的眼球91。並且，多個微感測元件131的感測訊號可以藉由控制單元140的運算，而使多個畫素單元PU發出對應的影像光束。前述的影像光束可以在經由多個導光單元121的導光後可以被配戴者90所觀看。並且，藉由控制單元140的運算，可以使前述的影像光束基本上對應於人眼立體視覺（stereo vision）的眼球自然對焦（eye’s natural focus）影像。也就是說，與傳統上藉由多個偏振片（polarizer）以使觀看者的左右兩眼分別看到具有不同偏振光而產生的立體視覺影像相比，藉由本實施例的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜100，可以使配戴者90所看到的立體視覺影像更為自然且/或觀看過程可以更為舒適。
在一實施例中，發光元件132所發出的光在照射感測配戴者90的眼球91後可產生對應的反射光，而前述的反射光可以被感測元件132所感測，而產生對應的電訊號。藉由前述的電訊號，控制單元140可以經由適當的演算法偵測及/或計算出配戴者90的眼球91的位置或作動，而可以驅使透光顯示層110產生出對應的影像（如：可包含但不限於動態視覺調整及/或眼盒（eye box）補償效果）。如此一來，在配戴者90藉由頭戴式擴增實境立體視覺光學膜100進行觀看時，可以產生擴增實境的立體視覺效果。
在本實施例中，於一單位面積範圍內，微感測元件131的數量少於畫素單元PU的數量或導光單元121的數量。在一實施例中，於前述的單位面積範圍，導光單元121的數量少於或等於畫素單元PU的數量。
在一實施例中，於前述單位面積範圍內，畫素單元PU的數量或導光單元121的數量遠大於微感測元件131的數量。舉例而言，畫素單元PU的數量或導光單元121的數量至少為微感測元件131數量的100倍以上。
如圖6A所示，在一實施例中，於配戴者90的觀看方向D9上，微感測元件131可以重疊於畫素單元PU或導光單元121，但本發明不限於此。
如圖6B所示，在一實施例中，於配戴者90的觀看方向D9上，微感測元件131可以不重疊或遠離於畫素單元PU或導光單元121。
圖7是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分側視示意圖。
在一實施例中，頭戴式擴增實境100可以更包括摺疊光路系統410。摺疊光路系統410中可以包括多個反射膜或反射片（如：半穿反膜或反射偏光片（reflecting polarizer））及/或多個偏光膜或偏光片，而可以使光線在其中至少產生多次的反射，而產生多次摺疊或重疊的光路（light path）。如此一來，可能可以提升視覺景深且/或可以降低頭戴式擴增實境100的厚度。在一實施例中，摺疊光路系統410可以被稱為夾餅光路系統（pancake optical system）。在一實施例中，摺疊光路系統410可以更依據使用上的需求，而更包括對應的折射膜、折射片、濾光膜或濾光片，但本發明不限於此。
舉例而言，摺疊光路系統410可以包括偏光膜（polarizer）411、四分波片（Quarter-wave plate，QWP）412、分光片（beam splitter，BS）413、四分波片414、極化分光片（Polarization beam splitter，PBS）416。四分波片414及極化分光片416可以被置於透光基板415上。通過透光顯示層110的光或從透光顯示層110所發出的光可以於摺疊光路系統410中產生多個光路L1、L2、L3。光路L1與光路L3的方向基本上相同，且光路L2的方向基本上相反於光路L1或光路L3。值得注意的是，於圖7中的光路L1、L2、L3的位置僅為示意性地繪示，於本發明並不以圖7所示為限。
圖8A是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜及其應用方式的側視示意圖。
在本實施例中，頭戴式擴增實境立體視覺光學膜200包括透光顯示層210、光學投影層220以及眼球追蹤層230。透光顯示層210可以相同或相似於前述實施例的透光顯示層110。光學投影層220可以相似於前述實施例的光學投影層120。眼球追蹤層230可以相同或相似於前述實施例的眼球追蹤層130。
在本實施例中，於配戴者90的觀看方向D9上，透光顯示層210位於光學投影層220與眼球追蹤層230之間。
在本實施例中，在透光顯示層210中，基材119上的畫素單元PU可以面向光學投影層220。光學投影層220的基材229至少可以反射畫素單元PU所發出的光，而使被基材229反射的光可以射向配戴者90。
在本實施例中，基材229可以為半穿反基材。舉例而言，基材229可以部分地反射畫素單元PU所發出的光，且基材229可以使部分的環境光L9穿透。
在本實施例中，基材229面向配戴者90的一表面可以包括弧面。
在一實施例中，藉由相同或相似於圖8A的架構，光學投影層220可以不具有奈米微結構的超穎透鏡。舉例而言，在相同或相似於圖8A的架構，基材229可以用於反射光線，而可以使光學投影層220省略具有奈米微結構的超穎透鏡。
圖8B是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜及其應用方式的側視示意圖。與圖8A的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜200不同之處在於：在頭戴式擴增實境立體視覺光學膜300中的光學投影層320的超穎透鏡之設置。
在本實施例中，光學投影層320可以更包括光學微結構321。光學微結構321可以配置於基材229的邊緣。光學微結構321可以降低視覺上的視差。
在一實施例中，光學微結構321可以為具有奈米微結構的超穎透鏡或超穎表面，但本發明不限於此。
圖8C是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜及其應用方式的側視示意圖。與圖8B的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜300不同之處在於：在頭戴式擴增實境立體視覺光學膜400中的光學投影層420的設置方式。
在本實施例中，光學投影層420可以具有多個弧面。舉例而言，基材229的數量可以為多個，且各個基材229上可以配置對應的光學微結構321。
基於上述，在本發明的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜中，透光顯示層可以具有較高的解析度、較高的亮度、較高的透明度及/或較高的續航力；光學投影層可以具有較廣的視野及/或較高的效率；且/或眼球追蹤層可以具有較佳的人機介面（Human Machine Interface，HMI）、較低的功耗、較小的體積及/或較佳的整合度。並且，藉由透光顯示層、光學投影層及眼球追蹤層的膜層堆疊整合（integrated），可以使頭戴式擴增實境立體視覺光學膜較為輕薄、具有較高的效率、較廣的視角及/或較佳的互動情境。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
100、200、300、400:頭戴式擴增實境立體視覺光學膜
110、210:透光顯示層
112、T:發光元件
113、113D、113E、113F:遮光層
113Da、113Ea、113Fa:針孔
114:透光層
115:隔光結構
116R、116G:色轉換層
118:遮光層
119:基材
111:光學封裝層
120、220、320、420:光學投影層
129、229:基材
121、121A、121B、121C、121D、121E、121F、121G、121H:導光單元
121S：透光基材
321:光學微結構
130、230:眼球追蹤層
131:微感測元件
132:發光元件
133:元件層
135、135a、135b:光型控制層
138:抗反射塗層
139:基材
140:控制單元
141:感測電路
142:射極電路
145:線路
146:晶片
147:端子
190:框架
90:配戴者
91:眼球
410:摺疊光路系統
411:偏光膜
412、414:四分波片
413:分光片
415:透光基板
416:極化分光片
D1:第一距離
D2:第二距離
D3:觀看距離
D9:觀看方向
L1、L2、L3:光路
L9:環境光
PU:畫素單元
R:第一子畫素單元
R1:紅色發光二極體
G:第二子畫素單元
G1:綠色發光二極體
B:第三子畫素單元
B1:藍色發光二極體
P3:間距
S:區域
圖1A是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜及其應用方式的立體示意圖。
圖1B是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜及其應用方式的側視示意圖。
圖2A是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分側視示意圖。
圖2B是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分側視示意圖。
圖2C是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分側視示意圖。
圖2D是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分剖視示意圖。
圖2E是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分剖視示意圖。
圖2F是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分剖視示意圖。
圖3A是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分上視示意圖。
圖3B是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分立體示意圖。
圖3C是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分立體示意圖。
圖3D是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分上視示意圖。
圖3E是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分上視示意圖。
圖3F是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分上視示意圖。
圖3G是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分上視示意圖。
圖3H是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分上視示意圖。
圖4A是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分側視示意圖。
圖4B是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分電路示意圖。
圖4C是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分上視示意圖。
圖5A是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分側視示意圖。
圖5B是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分側視示意圖。
圖6A是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分側視示意圖。
圖6B是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分側視示意圖。
圖7是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜的部分側視示意圖。
圖8A是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜及其應用方式的側視示意圖。
圖8B是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜及其應用方式的側視示意圖。
圖8C是依照本發明的一實施例的一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜及其應用方式的側視示意圖。
100:頭戴式擴增實境立體視覺光學膜
110:透光顯示層
119:基材
111:光學封裝層
120:光學投影層
121:導光單元
129:基材
130:眼球追蹤層
138:抗反射塗層
139:基材
131:微感測元件
190:框架
90:配戴者
91:眼球
D1:第一距離
D2:第二距離
D3:觀看距離
D9:觀看方向
PU:畫素單元
R:第一子畫素單元
G:第二子畫素單元
B:第三子畫素單元
S:區域
Claims (22)
- 一種頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，包括： 透光顯示層，具有多個畫素單元以及對應於所述畫素單元的遮光層； 光學投影層，具有多個導光單元，其中所述導光單元對應於多個所述畫素單元；以及 眼球追蹤層，具有多個微感測元件，且於配戴者的觀看方向上，所述光學投影層位於所述透光顯示層與所述眼球追蹤層之間。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述多個微感測元件適於感測配戴者的眼球。
- 如請求項2所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述透光顯示層與所述光學投影層之間具有第一距離，所述光學投影層與所述眼球追蹤層之間具有第二距離，所述頭戴式擴增實境立體視覺光學膜與所述眼球之間具有觀看距離，且所述觀看距離大於所述第一距離或所述第二距離。
- 如請求項3所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述第一距離及所述第二距離為0。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述透光顯示層、所述光學投影層與所述眼球追蹤層彼此互相堆疊。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，所述導光單元更包括透鏡，其中於一單位面積範圍內，所述微感測元件的數量少於所述畫素單元的數量或所述透鏡的數量。
- 如請求項6所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中於所述單位面積範圍內所述畫素單元的數量或所述透鏡的數量為所述微感測元件的數量的100倍以上。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中眼球追蹤層包括位於所述多個微感測元件上的光型控制層。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述光學投影層包括透光基材。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述眼球追蹤層更包括抗反射塗層。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，更包括： 控制單元，其中所述眼球追蹤層更包括元件層，電性連接於所述控制單元。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述導光單元更包括超穎透鏡（metalens）。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中於所述配戴者的所述觀看方向上，所述遮光層位於所述配戴者與所述畫素單元之間，所述遮光層具有針孔，且所述遮光層的所述針孔對應於所述畫素單元。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中於所述配戴者的所述觀看方向上，所述畫素單元位於所述配戴者與所述遮光層之間，且所述遮光層與所述畫素單元重疊。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述畫素單元包括適於藉由動態像素調整的發光元件。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中單一的所述導光單元對應於多個所述畫素單元配置。
- 如請求項16所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述導光單元為微透鏡與菲涅耳透鏡的組合，且於所述畫素單元的光徑方向上，所述微透鏡位於所述畫素單元與所述菲涅耳透鏡之間。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述導光單元包括圓柱狀或多邊型柱狀結構。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述畫素單元包括至少一個發光元件，且所述導光單元對應於所述發光元件配置。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述導光單元的寬度小於其所對應的所述發光元件的發光波長之一半。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述導光單元更包括至少一針孔。
- 如請求項1所述的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜，其中所述導光單元包括菲涅耳透鏡（Fresnel lens）、微透鏡（microlens）、超穎透鏡（metalenses）或上述之組合。
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