TWI646355B - 頭戴式顯示器與調整方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種頭戴式顯示器，包括一顯示幕，一第一透鏡和一第二透鏡，設置於該顯示幕和一使用者的雙眼之間，一參考物件，設置於該顯示幕和該使用者的雙眼之間，一影像擷取裝置，用以擷取該使用者的雙眼與該參考物件的影像，一處理裝置，依據該使用者的雙眼與該參考物件的影像，得出該使用者的雙眼瞳距；以及一調整裝置，依據前述得到該使用者的雙眼瞳距，調整該第一和該第二透鏡的位置。

Description

頭戴式顯示器與調整方法

本發明係有關於一頭戴式顯示器，特別是有關於一可自動調整顯示器內部透鏡位置的頭戴式顯示器。

頭戴式顯示器為虛擬實境應用中常見的顯示設備，在通常的設計中，頭戴式顯示器內的顯示幕會將顯示的內容分屏以在顯示幕左右兩半顯示不同的內容，因此頭戴式顯示器內也設置有二透鏡以調節使用者雙眼注視之位置。因此若透鏡將使用者之注視位置調整至不正確的位置，會造成視覺效果不佳甚至使用者身體不適的狀況發生。因此一般頭戴式顯示器皆有可調整其內部透鏡的設計。常見的調整方式為：使用者透過一調整裝置自行手動調整透鏡之位置，或是在使用頭盔前透過電腦輸入相關資訊(如使用者雙眼瞳距或雙眼位置等資訊)，而頭戴式顯示器依據該等資訊自動調整透鏡之位置。但不管是使用者手動調整或是透過使用者書之資訊調整，皆須借助使用者額外之動作或是輸入資料方可調整透鏡之位置，而並非完全自動化的調整。

為解決上述之問題，本發明提供一種頭戴式顯示器，可自動調整其內部透鏡之位置。本發明的一實施例提供之頭戴式顯 示器，包括一顯示幕，一第一透鏡和一第二透鏡，設置於該顯示幕和一使用者的雙眼之間，一參考物件，設置於該顯示幕和該使用者的雙眼之間，一影像擷取裝置，用以擷取該使用者的雙眼與該參考物件的影像，一處理裝置，依據該使用者的雙眼與該參考物件的影像，得出該使用者的雙眼瞳距；以及一調整裝置，依據前述得到該使用者的雙眼瞳距，調整該第一和該第二透鏡的位置。

如上述之頭戴式顯示器，其中該控制裝置調整該第一透鏡與該第二透鏡之位置，使該第一透鏡之透鏡中心與該使用者左眼瞳孔之連線垂直於該顯示幕之平面；且使該第二透鏡之透鏡中心與該使用者右眼瞳孔之連線垂直於該顯示幕之平面。

如上述之頭戴式顯示器，其中該處理裝置，以該參考物件的相對尺寸為基準，計算得出該使用者的雙眼瞳距。

如上述之頭戴式顯示器，其中該參考物系設置於分別與使用者左眼與右眼的距離相等之位置。

如上述之頭戴式顯示器，其中該參考物為一條形碼。

本發明的另一實施例提供一種透鏡調整方法，適用於包括一顯示幕、一第一透鏡、一第二透鏡、一參考物件、一影像擷取裝置、一處理裝置與一調整裝置之頭戴顯示器。其中該透鏡調整方式包括：透過該影像擷取裝置，擷取該使用者的雙眼與該參考物件的影像；透過該處理裝置，依據該使用者的雙眼與該參考物件的影像，得出該使用者的雙眼瞳距；以及 透過該調整裝置，依據前述得到該使用者的雙眼瞳距，調整該第一和該第二透鏡的位置。

如上述之透鏡調整方式，其中該控制裝置調整該第一透鏡與該第二透鏡之位置，使該第一透鏡之透鏡中心與該使用者左眼瞳孔之連線垂直於該顯示幕之平面；且使該第二透鏡之透鏡中心與該使用者右眼瞳孔之連線垂直於該顯示幕之平面。

如上述之透鏡調整方式，其中該處理裝置，以該參考物件的相對尺寸為基準，計算得出該使用者的雙眼瞳距。

如上述之透鏡調整方式，其中該參考物系設置於分別與使用者左眼與右眼之距離相等之位置。

100‧‧‧頭戴式顯示器

102‧‧‧顯示幕

104a‧‧‧第一透鏡

104b‧‧‧第二透鏡

106‧‧‧參考物件

108‧‧‧影響擷取裝置

110‧‧‧處理裝置

112‧‧‧調整裝置

120a‧‧‧使用者左眼

120b‧‧‧使用者右眼

200‧‧‧圖像

400‧‧‧方法

402-406‧‧‧步驟

第1A圖係為依據本發明實施例之一頭戴式顯示器之系統方塊示意圖。

第1B圖係為依據本發明實施例之一頭戴式顯示器內透鏡與參考物件之相對位置示意圖。

第2圖係為依據本發明實施例之一頭戴式顯示器內影像擷取裝置所擷取之一影像示意圖。

第3圖為一使用者雙眼與第一透鏡和第二透鏡之正確位置之示意圖。

第4圖為依據本發明實施例之一頭戴式顯示器透鏡調整方式之流程圖。

第1A圖係為依據本發明實施例之一頭戴式顯示器之系統方塊示意圖。其中頭戴式顯示器100包括一顯示幕102、一第一透鏡104a、一第二透鏡104b、一參考物件106、一影像擷取裝置108、一處理裝置110與一調整裝置112。

在此實施例中，顯示幕102為一平面顯示器，但並非限定於此，例如顯示幕102亦可是一具有光學投影技術之半透明顯示幕。在一較佳實施例中，顯示幕102可將顯示的內容分屏以在顯示幕102左右兩半顯示不同的內容。在另一實施例中，顯示幕102可由兩個獨立的螢幕組成，而該等獨立螢幕可分別顯示不同之內容。

第一透鏡104a與第二透鏡104b係設置於顯示幕102與使用者雙眼之間的位置，其位置為可調整以提供使用者良好的使用體驗。在一較佳實施例中，使用者左眼120a之瞳孔中心與第一透鏡104a之透鏡中心之連線係垂直於顯示幕102之平面。同理使用者右眼120b之瞳孔中心與第二透鏡104b中心之連線係垂直於顯示幕102之平面；而此時第一透鏡104a之透鏡中心與第二透鏡104b之透鏡中心間的距離也等同於使用者雙眼之瞳距。

參考物件106係設置於分別與使用者左眼120a和右眼120b距離大致上相等之位置。在此實施例中，參考物件106設置於頭戴式顯示器100之內部，且與第一透鏡與第二透鏡大致位於同一平面。在一較佳實施例中，參考物件106可為一二維條形碼，但並不局限於此，只要是具有良好辨識性的圖像皆可。使用二維條形碼的優點為：二維圖形碼較易被電腦辨識， 並可進而藉由其大小判斷影像中其他物體之相對位置與大小，因此有利於後續計算出使用者之雙眼瞳距。

第1B圖係為依據本發明實施例之一頭戴式顯示器100內第一透鏡104a、第二透鏡104b與參考物件106之相對位置示意圖。在此實施例中，第一透鏡104a、第二透鏡104b與參考物件106皆設置於同一平面結構120中，而第一透鏡104a、第二透鏡104b兩者位於尚未調整前之預設位置。而參考物件106係設置於第一透鏡104a、第二透鏡104b兩者透鏡中心連線之中點正上方，因此參考物件106與第一透鏡104a之透鏡中心和第二透鏡104b之透鏡中心的距離分別相同。而使用者在配戴頭戴式顯示器100時，第一透鏡104a和第二透鏡104b係大致分別位於使用者左右眼前方，因此參考物件106與使用者左眼與右眼之距離也大致上相等。

影像擷取裝置108擷取參考物件106與使用者左眼120a與右眼120b之影像，並將該影像傳送至處理裝置110。在此實施例中，影像擷取裝置108為一微型攝影機，但並非限定於此，只要是能清楚擷取參考物件106與使用者左眼120a與右眼120b之影像之裝置皆可。處理裝置110依據該影像中參考物件106之大小與使用者左眼120a與右眼120b之位置，判斷使用者雙眼之瞳距。在一較佳實施例中，處理裝置110首先判斷該影像中參考物件106之位置與大小，並以該影像中參考物件106之寬度作為基準判斷使用者之雙眼瞳距。

第2圖為一影像擷取裝置108所擷取之影像之示意圖，在第2圖中影像200為一影像擷取裝置108所擷取之影像， 而處理裝置110則依據影像200中參考物件106的寬度進而計算使用者雙眼之瞳距。在影像200的範例中，處理裝置110依據參考物件106的尺寸，可取得使用者雙眼之瞳距為11個參考物件106之寬度(如第2圖的10個虛線方格和參考物件106所示的寬度)。

在處理裝置110判斷出使用者之雙眼瞳距後，即驅動調整裝置112依據使用者雙眼瞳距調整第一透鏡104a與第二透鏡104b的位置。調整裝置112可為一具有微型馬達與齒輪之裝置，並可調整第一透鏡104a與第二透鏡104b位於頭戴式顯示器100內之位置。在一較佳實施例中，調整裝置112調整第一透鏡104a與第二透鏡104b之位置，使使用者左眼120a之瞳孔中心與第一透鏡104a之透鏡中心之連線垂直於顯示幕102之平面；並且使使用者右眼120b之瞳孔中心與第二透鏡104b中心之連線垂直於顯示幕102之平面；而此時第一透鏡104a之透鏡中心與第二透鏡104b之透鏡中心間的距離也會等同於使用者雙眼之瞳距。

第3圖為一調整完成後使用者雙眼與第一透鏡104a第二透鏡104b之位置示意圖。在第3圖中，使用者左眼120a之瞳孔中心與第一透鏡104a之透鏡中心之連線垂直於顯示幕102之平面；使用者右眼120b之瞳孔中心與第二透鏡104b中心之連線垂直於顯示幕102之平面；並且此時第一透鏡104a之透鏡中心與第二透鏡104b之透鏡中心間的距離也等同於使用者雙眼之瞳距。

值得注意的是，處理裝置110也可依據不同之應用 調整裝置112調整第一透鏡104a與第二透鏡104b的位置，例如處理裝置110可調整第一透鏡104a的位置使使用者左眼120a之瞳孔中心、第一透鏡104a之透鏡中心與顯示幕102之中心成一直線；同時調整第二透鏡104b的位置使使用者右眼120b之瞳孔中心、第二透鏡104b之透鏡中心與顯示幕102之中心成一直線。

第4圖係為本發明另一實施例的頭戴式顯示器的調整方法，適用於如上述之頭戴式顯示器。方法400起始於步驟402，透過影像擷取裝置108擷取一影像，該影像包括參考物件106、使用者左眼120a與使用者右眼120b之影像。

在步驟404中，處理裝置110依據步驟402中擷取之影像，判斷使用者左眼120a瞳孔與使用者右眼120b之位置以及瞳距。在一較佳實施例中，處理裝置110依據該影像中參考物件106之寬度判斷判斷使用者左眼120a瞳孔與使用者右眼120b瞳孔間之瞳距。

在步驟406中，調整裝置112依據處理裝置110所計算出之使用者雙眼瞳距，調整第一透鏡104a與第二透鏡104b之位置。在一較佳實施例中，調整裝置112調整第一透鏡104a與第二透鏡104b之位置使得使用者左眼120a之瞳孔中心與第一透鏡104a之透鏡中心之連線垂直於顯示幕102之平面；且使用者右眼120b之瞳孔中心與第二透鏡104b中心之連線垂直於顯示幕102之平面。

在另一實施例中，處理裝置110可調整第一透鏡104a的位置使使用者左眼120a之瞳孔中心、第一透鏡104a之透鏡中心與顯示幕102之中心成一直線；同時調整第二透鏡104b 的位置使使用者右眼120b之瞳孔中心、第二透鏡104b之透鏡中心與顯示幕102之中心成一直線。

本說明之規範與圖例應為舉例教示而非限制作用。但其應足為教示習知技藝者在不脫離本發明及後附之申請專利範圍之精神與範圍內，當可做些許的更動與潤飾。

Claims (7)

1. 一種頭戴式顯示器，包括：一顯示幕，一第一透鏡和一第二透鏡，設置於該顯示幕和一使用者的雙眼之間，一參考物件，設置於該顯示幕和該使用者的雙眼之間，一影像擷取裝置，用以擷取該使用者的雙眼與該參考物件的影像；一處理裝置，依據該使用者的雙眼與該參考物件的影像，得出該使用者的雙眼瞳距；以及一調整裝置，依據前述得到該使用者的雙眼瞳距，調整該第一和該第二透鏡的位置；其中，該處理裝置以該參考物件的相對尺寸為基準，計算得出該使用者的雙眼瞳距。
2. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示器，其中該調整裝置調整該第一透鏡與該第二透鏡之位置，使該第一透鏡之透鏡中心與該使用者左眼瞳孔之連線垂直於該顯示幕之平面；且使該第二透鏡之透鏡中心與該使用者右眼瞳孔之連線垂直於該顯示幕之平面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示器，其中該參考物件系設置於分別與使用者左眼與右眼的距離相等之位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之頭戴式顯示器，其中該參考物件為一條形碼。
5. 一種透鏡調整方式，適用於包括一顯示幕、一第一透鏡、一第二透鏡、一參考物件、一影像擷取裝置、一處理裝置與一調整裝置之頭戴顯示器，其中該透鏡調整方式包括：透過該影像擷取裝置，擷取該使用者的雙眼與該參考物件的影像；透過該處理裝置，依據該使用者的雙眼與該參考物件的影像，得出該使用者的雙眼瞳距；以及透過該調整裝置，依據前述得到該使用者的雙眼瞳距，調整該第一和該第二透鏡的位置；其中，該處理裝置以該參考物件的相對尺寸為基準，計算得出該使用者的雙眼瞳距。
6. 如申請專利範圍第5項所述之透鏡調整方式，其中該調整裝置調整該第一透鏡與該第二透鏡之位置，使該第一透鏡之透鏡中心與該使用者左眼瞳孔之連線垂直於該顯示幕之平面；且使該第二透鏡之透鏡中心與該使用者右眼瞳孔之連線垂直於該顯示幕之平面。
7. 如申請專利範圍第5項所述之透鏡調整方式，其中該參考物系設置於分別與使用者左眼與右眼之距離相等之位置。