TWI678558B - 擴增實境裝置、筆記型電腦及智慧型眼鏡 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種擴增實境裝置、筆記型電腦及智慧型眼鏡。擴增實境裝置包括雷射光源、空間光調變器及全像光學元件。雷射光源提供一同調雷射光線。空間光調變器提供一繞射條紋，繞射條紋僅對應於同調雷射光線，其中當空間光調變器接收同調雷射光線時，繞射條紋反應於同調雷射光線而將同調雷射光線繞射為一全像。全像光學元件僅反應於該同調雷射光線的波長而提供一凹面鏡效果，其中全像光學元件接收全像，並將全像放大以提供一立體虛擬影像。

Description

擴增實境裝置、筆記型電腦及智慧型眼鏡
本發明是有關於一種擴增實境(Augmented Reality，AR)裝置、筆記型電腦及智慧型眼鏡，且特別是有關於一種具有空間光調變器(Spatial Light Modulator，SLM及)全像光學元件(Hologram Optical Element，HOE)的擴增實境裝置、筆記型電腦及智慧型眼鏡。
擴增實境技術(Augmented Reality，AR)，為將虛擬世界的視效、音效及空間資訊等資訊整合至真實環境資訊的技術，其不僅展現真實環境的資訊，亦同時將虛擬的資訊顯示出來。藉由前述兩種資訊的相互補充、疊加，可讓使用者可獲得更豐富的感知資訊。
一般而言，AR顯示器多半需佔有一定實體空間，且使用者可能還需要配戴偏振眼鏡才能看到立體影像。為了減少裝置的體積及利於使用者直接以雙眼觀看，現有技術中已提出採用發光二極體(Light Emitting Diode，LED)為系統光源，搭配純相位調 變之矽基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)SLM設計光學系統並運用適當全像演算法產生立體影像，以實現AR環境中的立體漂浮影像。
然而，由於上述習知技術係採用一般的凹面鏡來將立體影像放大，因此當其他無關於立體影像的環境光線亦入射至此凹面鏡時，其亦會將這些光線予以反射，進而影響立體漂浮影像的成像品質。
因此，對於本領域技術人員而言，如何提供一種可改善上述技術問題的AR裝置實為一項重要議題。
本發明提供一種擴增實境裝置，包括雷射光源、空間光調變器及全像光學元件。雷射光源提供一同調雷射光線。空間光調變器提供一繞射條紋，其中當空間光調變器接收同調雷射光線時，繞射條紋反應於同調雷射光線而將同調雷射光線繞射為一全像。全像光學元件僅反應於該同調雷射光線的波長而提供一凹面鏡效果，其中全像光學元件接收全像，並將全像放大以提供一立體虛擬影像。
本發明提供一種筆記型電腦，包括雷射光源、空間光調變器、全像光學元件、鍵盤座、顯示面板及面鏡。雷射光源提供一同調雷射光線。空間光調變器提供一繞射條紋，其中當空間光調變器接收同調雷射光線時，繞射條紋反應於同調雷射光線而將 同調雷射光線繞射為一全像。全像光學元件僅反應於該同調雷射光線的波長而提供一凹面鏡效果，其中全像光學元件接收全像，並將全像放大以提供一立體虛擬影像。鍵盤座具有一頂面，且雷射光源及空間光調變器皆設置於鍵盤座中。顯示面板的一側鉸接於鍵盤座的頂面，且全像光學元件設置於顯示面板上。面鏡具有一反射面，其中面鏡的一側鉸接於鍵盤座的頂面，反射面面向設置於顯示面板上的全像光學元件，且反射面接收繞射後的同調雷射光線所形成的全像，並將全像反射至全像光學元件。
本發明提供一種智慧型眼鏡，包括雷射光源、空間光調變器、全像光學元件、鏡架、鏡片及面鏡。雷射光源提供一同調雷射光線。空間光調變器提供一繞射條紋，其中當空間光調變器接收同調雷射光線時，繞射條紋反應於同調雷射光線而將同調雷射光線繞射為一全像。全像光學元件僅反應於該同調雷射光線的波長而提供一凹面鏡效果，其中全像光學元件接收全像，並將全像放大以提供一立體虛擬影像。鏡架具有一側面，且雷射光源及空間光調變器皆設置於鏡架中。鏡片的一側鉸接於鏡架的側面，且全像光學元件設置於鏡片上。面鏡具有一反射面，其中面鏡的一側鉸接於鏡架的側面，反射面面向設置於鏡片上的全像光學元件，且反射面接收繞射後的同調雷射光線所形成的全像，並將全像反射至全像光學元件。
基於上述，本發明實施例提出的AR裝置可透過其中的空間光調變器將雷射光源所發出的同調雷射光線繞射為一全像，並 經由全像光學元件將此全像放大為可供使用者觀看的立體虛擬影像。由於全像光學元件僅反應於前述同調雷射光線之波長而提供凹面鏡效果，因此在形成立體虛擬影像時可不受周遭環境中的雜散光線影響，進而提供更佳的成像品質。
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。
100、100’、200、300、400‧‧‧AR裝置
102‧‧‧底座
102a、302a‧‧‧頂面
104‧‧‧面板
110‧‧‧雷射光源
112a、312a‧‧‧同調雷射光線
112b、112b’、312b、312c‧‧‧全像
112c、112c’、312d、312d’‧‧‧立體虛擬影像
120‧‧‧空間光調變器
125‧‧‧面鏡
125a‧‧‧反射面
130‧‧‧全像光學元件
1301、1302、1303‧‧‧全像光學鏡片
130a‧‧‧表面
190‧‧‧使用者
210‧‧‧凸透鏡
302‧‧‧鍵盤座
304‧‧‧顯示面板
410‧‧‧鏡架
410a‧‧‧側面
420‧‧‧鏡片
A1、A1’、A1”‧‧‧第一可調式夾角
A2、A2’、A2”‧‧‧第二可調式夾角
圖1A是本發明之一實施例的AR裝置側視圖。
圖1B是依據圖1A繪示的AR裝置側視圖。
圖2是依據圖1A繪示的另一AR裝置側視圖。
圖3是依據圖1A繪示的又一AR裝置側視圖。
圖4是本發明之一實施例的AR裝置上視圖。
請參照圖1A，其是本發明之一實施例的AR裝置側視圖。在本實施例中，AR裝置100包括雷射光源110、空間光調變器120及全像光學元件130。雷射光源110提供同調雷射光線112a，而空間光調變器120提供繞射條紋。在不同的實施例中，空間光調變器120上的繞射條紋可依使用者190的需求而即時變動成所需的態樣，藉以在接收入射光(例如，同調雷射光線112a) 之後藉由繞射條紋將此入射光繞射為所需的立體影像。
基此，當圖1A的空間光調變器120接收同調雷射光線112a時，空間光調變器120上的繞射條紋即可反應於同調雷射光線112a而將同調雷射光線112a繞射為全像112b。在不同的實施例中，全像112b可為欲提供給使用者190觀看的一立體影像，而以下各實施例中將略以光線表示以利說明。
在一實施例中，使用者190可藉由調整空間光調變器120與雷射光線110之間的相對位置而令空間光調變器120將全像112b朝向全像光學元件130投射。在另一實施例中，使用者190亦可藉由調整全像光學元件130傾斜的角度來令全像光學元件130能夠接收到空間光調變器120所投射的全像112b，但可不限於此。
全像光學元件130可僅反應於同調雷射光線112a的波長而提供凹面鏡效果。全像光學元件130可接收全像112b，並將全像112b放大以提供一立體虛擬影像112c，以供使用者190觀看。
在本實施例中，全像光學元件130可具有表面130a，而表面130a可僅反應於同調雷射光線112a的波長而提供凹面鏡效果。舉例而言，表面130a上可設置有僅對應於同調雷射光線112a的波長的光柵。換言之，當AR裝置100的周圍有其他波長的雜散光線入射至表面130a時，上述光柵將不會反射這些雜散光線，從而可避免影響立體虛擬影像112c的成像品質，進而提升使用者的操作體驗。
並且，由於全像112b可透過全像光學元件130進行放大，因此可相應地採用體積較小的空間光調變器120，從而縮小AR裝置100的尺寸。
在一實施例中，表面130a上的光柵可採用奈米級的微結構來實現，例如Gabor波帶板(Zone plate)或Fresnel波帶板等。在另一實施例中，全像光學元件130可由僅對應於同調雷射光線112a的波長的體積式全像片組成，藉以僅反應於同調雷射光線112a的波長而提供凹面鏡效果。
在一實施例中，全像112b的位置可經由調整AR裝置100中各元件之間的相對位置而控制在全像光學元件130提供的凹面鏡效果對應的1倍焦距至2倍焦距之間。藉此，可令立體虛擬影像112c形成於全像光學元件130提供的凹面鏡效果對應的2倍焦距之外，從而令使用者190順利地觀看到完整的立體虛擬影像112c，而不會感覺到立體虛擬影像112c是形成在例如全像光學元件130的左側等被阻擋的位置。此外，依光學成像原理，形成於全像光學元件130提供的凹面鏡效果對應的2倍焦距之外的立體虛擬影像112c將會是全像112b的一放大倒立實像，而設計者可藉由調整空間光調變器120上繞射條紋的態樣來使最後形成的立體虛擬影像112c呈現一正立影像。
此外，如圖1A所示，AR裝置100還可包括底座102及面板104。底座102具有頂面102a，且雷射光源110可設置於底座102中。面板104的一側可鉸接於底座102的頂面102a，且全 像光學元件130可設置於面板104上。此外，空間光調變器120的一側可鉸接於底座102的頂面102a。空間光調變器120的繞射條紋可面向設置於面板104上的全像光學元件130(的表面130a)，並在接收及繞射同調雷射光線112a以產生全像112b之後，將全像投射112b至全像光學元件130(的表面130a)。
此外，由於面板104及空間光調變器120皆鉸接於頂面102a，因此面板104與底座102的頂面102a之間可視為存在第一可調式夾角A1，空間光調變器120與底座102的頂面102a之間可視為存在第二可調式夾角A2。在此情況下，為了令空間光調變器120所投射的全像112b可順利地投射至全像光學元件130(的表面130a)，第一可調式夾角A1可負相關於第二可調式夾角A2。
亦即，當第二可調式夾角A2較大(例如，空間光調變器120較為直立)時，第一可調式夾角A1需相應地經調整而變小，否則全像光學元件130(的表面130a)可能無法順利且完整地接收到全像112b。在此情況下，使用者190約可在圖1A所示的位置觀察到立體虛擬影像112c。相反地，當第二可調式夾角A2越小(例如，空間光調變器120較為水平)時，第一可調式夾角A1需相應地經調整而變大，否則全像光學元件130(的表面130a)亦可能無法順利且完整地接收到全像112b。在此情況下，使用者190約可在圖1A的上方置觀察到立體虛擬影像112c。
換言之，當使用者190需在不同的位置觀看立體虛擬影像112c時，使用者190可藉由調整第一可調式夾角A1及第二可 調式夾角A2之間的相對關係來達到此目的。
在一實施例中，AR裝置100可實現為一筆記型電腦，其中底座102例如是此筆記型電腦的鍵盤座，而面板104則例如是此筆記型電腦的顯示面板。在此情況下，雷射光源110可設置於前述鍵盤座內，空間光調變器120例如可實現為設置於鍵盤座頂面的一可掀式面板，而全像光學元件130則例如可貼附於顯示面板的顯示面上。藉此，當使用者190欲令此筆記型電腦提供立體虛擬影像112c時，使用者190可掀開空間光調變器120，藉以讓空間光調變器120及全像光學元件130協同進行先前實施例中所教示的操作，以令立體虛擬影像112c漂浮於使用者190及顯示面板之間。
請參照圖1B，其是依據圖1A繪示的AR裝置側視圖。本實施例的AR裝置100’與圖1的AR裝置100之間的差別主要在於，AR裝置100’的全像光學元件130可採用相互疊合的多片全像光學鏡片而製成，而這些全像光學鏡片可設計成個別對應不同波長的態樣。舉例而言，全像光學元件130可包括三片互相疊合的全像光學鏡片1301、1302及1303，而這三片全像光學鏡片1301-1303可分別用於反射R、G、B光所對應的波長，但可不限於此。
請參照圖2，其是依據圖1A繪示的另一AR裝置側視圖。在本實施例中，AR裝置200相較於AR裝置100更包括了凸透鏡210，其設置於空間光調變器120的繞射條紋及全像光學元件130 (的表面130a)之間，用以接收並放大空間光調變器120繞射的全像112b，並將放大後的全像112b(以全像112b’表示)投射至全像光學元件130(的表面130a)。相應地，全像光學元件130(的表面130a)可接收全像112b’，並將全像112b’放大以提供立體虛擬影像112c’，以供使用者190觀看。
在圖2中，由於凸透鏡210可用於將全像112b放大，因此可相應地採用尺寸更小的空間光調變器120，進而能在佔用更少空間的情況下提供同樣的視覺效果。
請參照圖3，其是依據圖1A繪示的又一AR裝置側視圖。在本實施例中，AR裝置300例如是筆記型電腦，其可包括雷射光源110、空間光調變器120、全像光學元件130、鍵盤座302、顯示面板304及面鏡125。鍵盤座302具有頂面302a，且雷射光源110及空間光調變器120皆設置於鍵盤座302中。顯示面板304的一側鉸接於鍵盤座302的頂面302a，且全像光學元件130設置於顯示面板304上。
雷射光源110提供同調雷射光線312a。空間光調變器120提供繞射條紋，其中當空間光調變器120接收同調雷射光線312a時，繞射條紋反應於同調雷射光線312a而將同調雷射光線312a繞射為一全像312b。面鏡125具有一反射面125a，其中面鏡125的一側鉸接於鍵盤座302的頂面302a，反射面124a面向設置於顯示面板304上的全像光學元件130(的表面130a)，且反射面125a接收繞射後的同調雷射光線312a所形成的全像312b，並將全像 312b反射為全像312c而投射至全像光學元件130(的表面130a)。
在本實施例中，雷射光源110、空間光調變器120及全像光學元件130的作動方式可參照圖1A及圖2的相關說明，於此不再贅述。此外，同先前的實施例，全像光學元件130(的表面130a)接收全像312c，並將全像312c放大以提供一立體虛擬影像312d予使用者190觀看。並且，全像光學元件130(的表面130a)可僅反應於該同調雷射光線112a的波長而提供凹面鏡效果。換言之，當AR裝置300的周圍有其他波長的雜散光線入射至全像光學元件130(的表面130a)時，上述雜散光線將不會被反射，從而可避免影響立體虛擬影像312d的成像品質，進而提升使用者的操作體驗。
在一實施例中，全像312c的位置可經由調整面鏡125的掀開程度而控制在全像光學元件130提供的凹面鏡效果對應的1倍焦距至2倍焦距之間。藉此，可令立體虛擬影像312d形成於全像光學元件130提供的凹面鏡效果對應的2倍焦距之外，從而令使用者190順利地觀看到完整的立體虛擬影像312d，而不會感覺到立體虛擬影像312d是形成在例如顯示面板304的後方等被阻擋的位置。此外，依光學成像原理，形成於全像光學元件130提供的凹面鏡效果對應的2倍焦距之外的立體虛擬影像312d將會是全像312c的一放大倒立實像，而設計者可藉由調整空間光調變器120上繞射條紋的態樣來使最後形成的立體虛擬影像312d呈現一正立影像。
從圖3可看出，其與圖1A的差別主要在於雷射光源110及空間光調變器120皆設置於鍵盤座302中，且增設了鉸接於頂面302a的面鏡125。
由於顯示面板304及面鏡125皆鉸接於頂面302a，因此顯示面板304與鍵盤座302的頂面302a之間可視為存在第一可調式夾角A1’，面鏡125與鍵盤座302的頂面302a之間可視為存在第二可調式夾角A2’。在此情況下，為了令面鏡125所反射的全像312c可順利地投射至全像光學元件130(的表面130a)，第一可調式夾角A1’可負相關於第二可調式夾角A2’。
亦即，當第二可調式夾角A2’較大(例如，面鏡125較為直立)時，第一可調式夾角A1’需相應地經調整而變小，否則全像光學元件130(的表面130a)可能無法順利且完整地接收到全像312c。在此情況下，使用者190約可在圖3所示的位置觀察到立體虛擬影像312d。相反地，當第二可調式夾角A2’越小(例如，面鏡125較為水平)時，第一可調式夾角A1’需相應地經調整而變大，否則全像光學元件130(的表面130a)亦可能無法順利且完整地接收到全像312c。在此情況下，使用者190約可在圖3的上方置觀察到立體虛擬影像312d。
換言之，當使用者190需在不同的位置觀看立體虛擬影像312d時，使用者190可藉由調整第一可調式夾角A1’及第二可調式夾角A2’之間的相對關係來達到此目的。
在圖3中，面鏡125例如可實現為設置於鍵盤座302的 頂面302a的可掀式面板。因此，當使用者190欲令AR裝置300提供立體虛擬影像312d時，使用者190可掀開面鏡125，藉以讓空間光調變器120、面鏡125及全像光學元件130協同進行先前實施例中所教示的操作，以令立體虛擬影像312d漂浮於使用者190及顯示面板304之間。
請參照圖4，其是本發明之一實施例的AR裝置上視圖。在本實施例中，AR裝置400例如是智慧型眼鏡，而圖4所示為此智慧型眼鏡的左半邊上視圖。詳細而言，AR裝置400包括雷射光源110、空間光調變器120、面鏡125、全像光學元件130、鏡架410及鏡片420。雷射光源110提供同調雷射光線312a。空間光調變器120提供繞射條紋，其中當空間光調變器120接收同調雷射光線312a時，繞射條紋反應於同調雷射光線312a而將同調雷射光線312a繞射為一全像312b。
鏡架410具有側面410a，且雷射光源110及空間光調變器120皆設置於鏡架410中。鏡片420的一側鉸接於鏡架410的側面410a，且全像光學元件130設置於鏡片420上。面鏡125具有反射面125a，其中面鏡125的一側鉸接於鏡架410的側面410a，反射面125a面向設置於鏡片420上的全像光學元件130(的表面130a)，且反射面125a接收繞射後的同調雷射光線312a所形成的全像312b，並將全像312b作為全像312c反射至全像光學元件130(的表面130a)。
在本實施例中，雷射光源110、空間光調變器120及全像 光學元件130的作動方式可參照圖1A及圖2的相關說明，於此不再贅述。此外，同先前的實施例，全像光學元件130(的表面130a)接收全像312c，並將全像312c放大以提供一立體虛擬影像312d’予使用者190觀看。並且，全像光學元件130(的表面130a)上可僅反應於同調雷射光線112a的波長而提供凹面鏡效果。換言之，當AR裝置400的周圍有其他波長的雜散光線入射至全像光學元件130(的表面130a)時，上述雜散光線將不會被反射，從而可避免影響立體虛擬影像312d’的成像品質，進而提升使用者的操作體驗。
在一實施例中，全像312c的位置可經由調整面鏡125的掀開程度而控制在全像光學元件130提供的凹面鏡效果對應的1倍焦距以內。藉此，可令立體虛擬影像312d’形成於鏡片420的另一側，從而令使用者190感受到立體虛擬影像312d’漂浮於鏡片420前方(例如是所示的虛線交會處)。
在本實施例中，由於鏡片420及面鏡125皆鉸接於側面410a，因此鏡片420與側面410a之間可視為存在第一可調式夾角A1”，面鏡125與側面410a之間可視為存在第二可調式夾角A2”。在此情況下，為了令面鏡125所反射的全像312c可順利地投射至全像光學元件130(的表面130a)，且第一可調式夾角A1”可負相關於第二可調式夾角A2”。
亦即，當第二可調式夾角A2”較大(例如，面鏡125較為直立)時，第一可調式夾角A1”需相應地經調整而變小，否則 全像光學元件130(的表面130a)可能無法順利且完整地接收到全像312c。在此情況下，使用者190約可在圖4所示的位置觀察到立體虛擬影像312d’。相反地，當第二可調式夾角A2”越小(例如，面鏡125較為水平)時，第一可調式夾角A1”需相應地經調整而變大，否則全像光學元件130(的表面130a)亦可能無法順利且完整地接收到全像312c。在此情況下，使用者190約可在圖4的上方置觀察到立體虛擬影像312d’。
換言之，當使用者190需在不同的位置觀看立體虛擬影像312d’時，使用者190可藉由調整第一可調式夾角A1”及第二可調式夾角A2”之間的相對關係來達到此目的。
在圖4中，面鏡125例如可實現為設置於側面410a的可掀式面板。因此，當使用者190欲令AR裝置400提供立體虛擬影像312d’時，使用者190可掀開面鏡125，藉以讓空間光調變器120、面鏡125及全像光學元件130協同進行先前實施例中所教示的操作，以提供立體虛擬影像312d’予使用者觀看。
綜上所述，本發明實施例提出的AR裝置可透過其中的空間光調變器將雷射光源所發出的同調雷射光線繞射為一全像，並經由全像光學元件將此全像放大為可供使用者觀看的立體虛擬影像。由於全像光學元件僅反應於該同調雷射光線的波長而提供凹面鏡效果，因此在形成立體虛擬影像時可不受周遭環境中的雜散光線影響，進而提供更佳的成像品質。另外，本發明實施例還可透過設置凸透鏡的方式來放大空間光調變器所繞射的全像，進而 可採用體積較小的空間光調變器來實現AR的功能。
並且，本發明實施例還提出藉由面鏡來改變全像投射方向的技術手段，因而可將雷射光源及空間光調變器設置於鍵盤架及鏡架中，不僅縮小了AR裝置的體積，更提供了一種新穎的AR裝置架構。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (13)

  1. 一種擴增實境裝置，包括：一雷射光源，提供一同調雷射光線；一空間光調變器，提供一繞射條紋，其中當該空間光調變器接收該同調雷射光線時，該繞射條紋反應於該同調雷射光線而將該同調雷射光線繞射為一全像；以及一全像光學元件，其僅反應於該同調雷射光線的波長而提供一凹面鏡效果，其中該全像光學元件接收該全像，並將該全像放大以提供一立體虛擬影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的擴增實境裝置，更包括：一底座，具有一頂面，且該雷射光源設置於該底座中；一面板，該面板的一側鉸接於該底座的該頂面，且該全像光學元件設置於該面板上，其中，該空間光調變器的一側鉸接於該底座的該頂面，該繞射條紋面向設置於該面板上的該全像光學元件，並在接收及繞射該同調雷射光線以產生該全像之後，將該全像投射至該全像光學元件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的擴增實境裝置，其中該面板與該底座的該頂面之間存在一第一可調式夾角，該空間光調變器與該底座的該頂面之間存在一第二可調式夾角，該第一可調式夾角負相關於該第二可調式夾角。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的擴增實境裝置，其中更包括一凸透鏡，設置於該繞射條紋及該全像光學元件之間，接收並放大該空間光調變器繞射的該全像，並將放大後的該全像投射至該全像光學元件。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的擴增實境裝置，更包括：一底座，具有一頂面，且該雷射光源及該空間光調變器皆設置於該底座中；一面板，該面板的一側鉸接於該底座的該頂面，且該全像光學元件設置於該面板上；以及一面鏡，具有一反射面，其中該面鏡的一側鉸接於該底座的該頂面，該反射面面向設置於該面板上的該全像光學元件，且該反射面接收繞射後的該同調雷射光線所形成的該全像，並將該全像反射至該全像光學元件。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的擴增實境裝置，其中該面板與該底座的該頂面之間存在一第一可調式夾角，該反射面與該底座的該頂面之間存在一第二可調式夾角，該第一可調式夾角負相關於該第二可調式夾角。
  7. 如申請專利範圍第2項或第5項所述的擴增實境裝置，其中該全像的位置位於該凹面鏡效果對應的1倍焦距至2倍焦距之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的擴增實境裝置，更包括：一鏡架，具有一側面，且該雷射光源及該空間光調變器皆設置於該鏡架中；一鏡片，該鏡片的一側鉸接於該鏡架的該側面，且該全像光學元件設置於該鏡片上，一面鏡，具有一反射面，其中該面鏡的一側鉸接於該鏡架的該側面，該反射面面向設置於該鏡片上的該全像光學元件的該表面，且該反射面接收繞射後的該同調雷射光線所形成的該全像，並將該全像反射至該全像光學元件。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的擴增實境裝置，其中該鏡片與該鏡架的該側面之間存在一第一可調式夾角，該反射面與該鏡架的該側面之間存在一第二可調式夾角，該第一可調式夾角負相關於該第二可調式夾角。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的擴增實境裝置，其中該全像的位置位於該凹面鏡效果對應的1倍焦距以內。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的擴增實境裝置，其中該全像光學元件採用相互疊合的多片全像光學鏡片製成，其中各該全像光學鏡片用於反射不同的波長。
  12. 一種筆記型電腦，包括：一雷射光源，提供一同調雷射光線；一空間光調變器，提供一繞射條紋，該繞射條紋僅對應於該同調雷射光線，其中當該空間光調變器接收該同調雷射光線時，該繞射條紋反應於該同調雷射光線而將該同調雷射光線繞射為一全像；一全像光學元件，其僅反應於該同調雷射光線的波長而提供一凹面鏡效果，其中該全像光學元件接收該全像，並將該全像放大以提供一立體虛擬影像；一鍵盤座，具有一頂面，且該雷射光源及該空間光調變器皆設置於該鍵盤座中；一顯示面板，該顯示面板的一側鉸接於該鍵盤座的該頂面，且該全像光學元件設置於該顯示面板上；以及一面鏡，具有一反射面，其中該面鏡的一側鉸接於該鍵盤座的該頂面，該反射面面向設置於該顯示面板上的該全像光學元件，且該反射面接收繞射後的該同調雷射光線所形成的該全像，並將該全像反射至該全像光學元件。
  13. 一種智慧型眼鏡，包括：一雷射光源，提供一同調雷射光線；一空間光調變器，提供一繞射條紋，該繞射條紋僅對應於該同調雷射光線，其中當該空間光調變器接收該同調雷射光線時，該繞射條紋反應於該同調雷射光線而將該同調雷射光線繞射為一全像；一全像光學元件，其僅反應於該同調雷射光線的波長而提供一凹面鏡效果，其中該全像光學元件接收該全像，並將該全像放大以提供一立體虛擬影像；一鏡架，具有一側面，且該雷射光源及該空間光調變器皆設置於該鏡架中；一鏡片，該鏡片的一側鉸接於該鏡架的該側面，且該全像光學元件設置於該鏡片上；以及一面鏡，具有一反射面，其中該面鏡的一側鉸接於該鏡架的該側面，該反射面面向設置於該鏡片上的該全像光學元件，且該反射面接收繞射後的該同調雷射光線所形成的該全像，並將該全像反射至該全像光學元件。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114326104B (zh) * 2020-09-28 2023-07-25 宏碁股份有限公司 具有结构光检测功能的扩增实境眼镜
JPWO2022113614A1 (zh) * 2020-11-27 2022-06-02

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200844694A (en) * 2006-12-19 2008-11-16 Seereal Technologies Sa Method for reducing speckle patterns in a three-dimensional holographic reconstruction
TW201621485A (zh) * 2014-12-15 2016-06-16 國立交通大學 影像顯示裝置
CN106170729A (zh) * 2013-03-25 2016-11-30 英特尔公司 用于具有多个出射光瞳的头戴显示器的方法和设备
US20170255013A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-07 Sharp Kabushiki Kaisha Head mounted display using spatial light modulator to generate a holographic image
CN206532100U (zh) * 2017-01-17 2017-09-29 北京铅笔视界科技有限公司 近眼全息显示***

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2044932C (en) * 1990-06-29 1996-03-26 Masayuki Kato Display unit
EP1231603A4 (en) * 1999-11-09 2007-07-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd PHOTOELECTRONIC DEVICE
JP4225816B2 (ja) * 2003-03-28 2009-02-18 オリンパス株式会社 投影光学装置
DE102007018266A1 (de) * 2007-04-10 2008-10-16 Seereal Technologies S.A. Holographisches Projektionssystem mit einer optischen Wellennachführung und Mitteln zum Korrigieren der holographischen Rekonstruktion
DE102007024235B4 (de) * 2007-05-21 2009-04-30 Seereal Technologies S.A. Holografisches Rekonstruktionssystem sowie -verfahren mit erweitertem Sichtbarkeitsbereich
US8582206B2 (en) * 2010-09-15 2013-11-12 Microsoft Corporation Laser-scanning virtual image display
WO2012062681A1 (de) 2010-11-08 2012-05-18 Seereal Technologies S.A. Anzeigegerät, insbesondere ein head-mounted display, basierend auf zeitlichen und räumlichen multiplexing von hologrammkacheln
CN102809818A (zh) 2011-06-02 2012-12-05 时代光电科技股份有限公司 浮在空中的虚拟全像显示装置
US9019584B2 (en) * 2012-03-12 2015-04-28 Empire Technology Development Llc Holographic image reproduction mechanism using ultraviolet light
US10197805B2 (en) * 2015-05-04 2019-02-05 North Inc. Systems, devices, and methods for eyeboxes with heterogeneous exit pupils

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200844694A (en) * 2006-12-19 2008-11-16 Seereal Technologies Sa Method for reducing speckle patterns in a three-dimensional holographic reconstruction
CN106170729A (zh) * 2013-03-25 2016-11-30 英特尔公司 用于具有多个出射光瞳的头戴显示器的方法和设备
TW201621485A (zh) * 2014-12-15 2016-06-16 國立交通大學 影像顯示裝置
US20170255013A1 (en) * 2016-03-04 2017-09-07 Sharp Kabushiki Kaisha Head mounted display using spatial light modulator to generate a holographic image
CN206532100U (zh) * 2017-01-17 2017-09-29 北京铅笔视界科技有限公司 近眼全息显示***

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