TWI684791B - 頭戴式顯示器及影像成像裝置 - Google Patents

Abstract

一種頭戴式顯示器及其影像成像裝置影像成像裝置包括第一顯示器、第二顯示器以及第一變焦裝置。第一顯示器產生第一子影像，其中第一子影像成像於第一成像面並再次成像至目標系統。第二顯示器產生第二子影像，第二子影像成像於第二成像面並再次成像至目標系統。第一變焦裝置放置於第二顯示器前方，用以調整第二成像面的位置。第一成像面與第二成像面相互重疊或不相互重疊。

Description

頭戴式顯示器及影像成像裝置

本發明是有關於一種頭戴式及其顯示器影像成像裝置，且特別是有關於一種可動態調整顯示模式的頭戴式及其顯示器影像成像裝置。

隨著電子科技的進步，關於顯示器的研究以及發展，也有大幅的改變。在現今的電子產品中，設置高解析的顯示裝置，是一種必然的趨勢。特別是在於虛擬實境、擴增實境的頭戴式顯示器上，在有限的軟體以及硬體資源中，如何提升顯示畫面的解析度，或如何提供高品質的立體視覺，都是本領域設計者的重要課題。

本發明提供一種頭戴式顯示器及其影像成像裝置，可動態調整操作模式，以提供影像解析度或提供深度顯示效果。

本發明的影像成像裝置包括第一顯示器、第二顯示器以及第一變焦裝置。第一顯示器產生第一子影像，其中第一子影像成像於第一成像面並再次成像至目標系統。第二顯示器產生第二子影像，其中第二子影像成像於第二成像面並再次成像至目標系統。第一變焦裝置設置於第二顯示器前方，用以調整第二成像面的位置。第一成像面與第二成像面相互重疊或不相互重疊。

本發明的頭戴式顯示器包括殼體以及至少一如上所述的影像成像裝置。影像成像裝置被設置在殼體中。

基於上述，本發明透過變焦裝置以調整第二顯示器所產生的第二子影像的第二成像面的位置，並使第一成像面可以與第二成像面相互重疊或不相重疊。透過使第一成像面與第二成像面相互重疊，以提高影像解析度；並且透過使第一成像面與第二成像面不相互重疊，則可以提高顯示影像的深度。如此一來，影像成像裝置為雙態可調式超解析深度光學成像裝置，大幅提升視覺效果。

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。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的影像成像裝置的示意圖。影像成像裝置100包括第一顯示器110、第二顯示器120、透鏡組140以及變焦裝置130。在本實施例中，透鏡組140、第一顯示器110、變焦裝置130以及第二顯示器120可沿相同的軸線AX1依序排列，其中的軸線AX1並通過目標系統TA1。

第一顯示器110成像於第一成像面 IS2上。第二顯示器120成像於第二成像面 IS1上。在本實施例中，目標系統TA1為使用者眼睛或影像感測器系統所在的位置。第一顯示器110以及第二顯示器120分別在第一成像面產生第一子影像與在第二成像面產生第二子影像，並分別再次成像至目標區TA1。其中透過透鏡組140的作用，使第一顯示器在第一成像面IS2上形成虛像，並使第二顯示器在第二成像面IS1上形成另一虛像。

值得注意的，變焦裝置130設置在第二顯示器120前方，藉由變焦裝置130焦距的調變，以使第二成像面 IS1的位置產生改變。其中變焦裝置130可使第二成像面 IS1與第一成像面 IS2相互重疊，或者使第二成像面 IS1與第一成像面 IS2間具有一間距而不相互重疊。

關於變焦裝置130的動作細節，請參照圖2繪示的本發明實施例的第二成像面的調整動作的示意圖。在圖2中，影像成像裝置100另包括控制器210。控制器210耦接至變焦裝置130，並提供控制信號CTR至變焦裝置130。變焦裝置130可為電控液晶透鏡（或電控液晶透鏡陣列），並可依據控制信號CTR來調整電控液晶透鏡的焦距。當變焦裝置130的焦距經調整後，使第二顯示器產生新的影像關係，藉此改變第二成像面 IS1 的位置，如此一來，第二成像面IS1可以依據控制信號CTR而被調整。

在本實施例中，第二成像面IS1的原始位置可與第一成像面IS2位置不相同。而透過上述的調整機制，第二成像面 IS1可調整至成像面IS1’以接近第一成像面IS2，或者第二成像面 IS1可被調整至成像面IS1’’以與第一成像面IS2重疊。當然，在其他實施例中，第二成像面IS1的原始位置可與第一成像面 IS2位置相同，並使第一成像面IS2與第二成像面 IS1相互重疊。而透過上述的調整機制，則可使第一成像面IS2與第二成像面IS1相隔離，而不重疊。

附帶一提的，本實施例中的第一顯示器110以及第二顯示器120可以為平面顯示器。第一顯示器110以及第二顯示器120分別對應產生的第一成像面IS2以及第二成像面IS1可以為平面。在本發明其他實施例中，第一顯示器110以及第二顯示器120可以為非平面的顯示器（例如為曲面顯示器），在此條件下，第一顯示器110以及第二顯示器120分別對應產生的第一成像面IS2以及第二成像面IS1則可以為曲面。而值得注意的，在本實施例中，第一顯示器110可以為透明顯示器。如此一來，第二顯示器110可經過第一顯示器110而兩次成像至目標區TA1。

此外，在本實施例中，透鏡組140可包括一個或多個透鏡所組成，圖示的凸透鏡所代表的透鏡組140僅只是一種說明用的圖示，不代表透鏡組140只能是由單一凸透鏡所組成。

控制器210可以為具運算能力的處理器。或者控制器210可以是透過硬體描述語言（Hardware Description Language, HDL）或是其他任意本領域具通常知識者所熟知的數位電路的設計方式來進行設計，並透過現場可程式邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）、複雜可程式邏輯裝置（Complex Programmable Logic Device, CPLD）或是特殊應用積體電路（Application-specific Integrated Circuit, ASIC）的方式來實現的硬體電路。在本實施例中，控制器210可以依據影像成像裝置100所需要執行的顯示模式來產生控制信號CTR。以類比的控制模式而言，控制器210可透過控制信號CTR的電壓大小，來驅使變焦裝置130以調整第二成像面IS1的位置。以數位的控制模式而言，控制器210可透過控制信號CTR來傳輸一數值，並使變焦裝置130依據所接收的數值的大小，來調整第二成像面IS1的位置，並改變第一成像面IS2以及第二成像面IS1的間距。其中控制信號CTR的電壓的大小以及傳遞的數值大小，與第一成像面IS2以及第二成像面IS1的間距的關係，可以由設計者自行決定，沒有一定的限制。

接著請參照圖3A以及圖3B，圖3A以及圖3B分別繪示本發明實施例的成像裝置在不同模式下所產生的顯示影像。在圖3A中，第一子影像具有多個第一顯示畫素PS1，第二子影像則具有多個第二顯示畫素PS2。其中第一子影像中的多個第一顯示畫素PS1分別與第二子影像中的第二顯示畫素PS2相互交錯排列。在這樣的條件下，當第一成像面與第二成像面相互重疊時，相互交錯的第一顯示畫素PS1以及第二顯示畫素PS2可以組合成一個高解析度的顯示影像。也就是說，透過本發明實施例的影像成像裝置，可產生的顯示影像的解析度，可以為第一顯示器的解析度以及第二顯示器解析度的和。

在圖3B中，第一成像面IS2與第二成像面IS1不相互重疊，並具有間距DS。如此一來，第一成像面IS2與第二成像面IS1上所分別產生的顯示影像，可具有深度差，並可產生具有深度的立體影像的視覺效果。

如圖4所示，透鏡組440、分光元件450以及第一顯示器410可依序沿軸線AX1進行配置。第一顯示器410穿透分光元件450成像至第一成像面IS2，再經二次成像至目標系統TA1。第二顯示器反射成像至第二成像面IS1，再經二次成像至目標系統TA1。

與前述實施例相同的，可透過調整變焦裝置430的焦距來調整第二成像面 IS1的位置。透過使第二成像面 IS1與第一成像面 IS2間具有間距，可使影像成像裝置400產生具有深度的顯示影像。相對的，透過使第二成像面 IS1與第一成像面 IS2相互重疊，可使影像成像裝置400產生的顯示影像的解析度提升。

關於分光裝置450的配置細節，請參照圖5繪示的本發明實施例的分光裝置的實施方式的示意圖。在圖5中，分光裝置450可使第一顯示器410的光穿透，並成像於第一成像面 IS2。分光裝置450亦可使第二顯示器420的光反射，並成像於第二成像面 IS1。分光裝置450的第二表面S2與第二顯示器420的光軸PP具有一夾角q。在本實施例中，夾角q介於5度至85度間。

在另一方面，在圖5的實施例中，對應第一顯示器410可配置另一變焦裝置460。變焦裝置460可調整第一成像面 IS2的位置，以增加影像成像裝置在成像面的位置改變上的靈活度。

在另一方面，變焦裝置460以及變焦裝置430可以擇一來進行設置，或也可以同時進行設置，沒有特別的限制。

以下請參照圖6，圖6繪示本發明一實施例的頭戴式顯示器的示意圖。頭戴式顯示器600包括一個或多個影像成像裝置610以及殼體620。影像成像裝置610對應目標系統TA1以被設置在殼體620中。

本實施例中的影像成像裝置610，可透過前述實施例的影像成像裝置100或400來實施。關於影像成像裝置100或400的動作細節，在前述的實施例及實施方式中，已有詳細的說明，在此恕不多贅述。

綜上所述，本發明的影像成像裝置，可透過調整變焦裝置430的變焦與否，來使兩個顯示器所產生的兩個子影像的成像面相互重疊或相互分離。如此一來，影像成像裝置可具有不同的操作模式，並用以產生高解析度的顯示影像，或產生具有深度的視覺效果的立體影像。有效提升影像成像裝置的效能。

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。

100、400、610‧‧‧影像成像裝置

110、410‧‧‧第一顯示器

120、420‧‧‧第二顯示器

140、440‧‧‧透鏡組

130、430、460‧‧‧變焦裝置

600‧‧‧頭戴式顯示器

620‧‧‧殼體

AX1‧‧‧軸線

TA1‧‧‧目標系統

IS1‧‧‧第二成像面

IS2‧‧‧第一成像面

210‧‧‧控制器

CTR‧‧‧控制信號

PS1、PS2‧‧‧顯示畫素

DS‧‧‧間距

S1、S2‧‧‧表面

PP‧‧‧第二顯示器的光軸

DP‧‧‧反射路徑

q‧‧‧夾角

IS1’、IS1’’‧‧‧成像面

圖1繪示本發明一實施例的影像成像裝置的示意圖。 圖2繪示本發明實施例的第二成像面的調整動作的示意圖。 圖3A以及圖3B分別繪示本發明實施例的成像裝置在不同模式下所產生的顯示影像。 圖4繪示本發明另一實施例所產生的顯示影像的示意圖。 圖5繪示的本發明實施例的分光裝置的實施方式的示意圖。 圖6繪示本發明一實施例的頭戴式顯示器的示意圖。

100‧‧‧影像成像裝置

110‧‧‧第一顯示器

120‧‧‧第二顯示器

140‧‧‧透鏡組

130‧‧‧變焦裝置

AX1‧‧‧軸線

TA1‧‧‧目標系統

IS1‧‧‧第二成像面

IS2‧‧‧第一成像面

Claims (9)

1. 一種影像成像裝置，包括：一第一顯示器，成像一第一子影像於一第一成像面上；一第二顯示器成像一第二子影像於一第二成像面上；一第一變焦裝置，置於該第二顯示器前方，用以調整該第二成像面的位置；以及一第二變焦裝置，用以調整該第一成像面的位置，其中該第一成像面與該第二成像面相互重疊或不相互重疊。
2. 如申請專利範圍第1項所述的影像成像裝置，更包括：一控制器，耦接至該第一變焦裝置，該控制器傳送一控制信號至該第一變焦裝置，其中該第一變焦裝置依據該控制信號以調整該第二成像面的位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述的影像成像裝置，其中該第一子影像包括多個第一顯示畫素，該第二子影像包括多個第二顯示畫素，當該第一成像面與該第二成像面相互重疊時，該些第一顯示畫素分別與該些第二顯示畫素相互交錯排列。
4. 如申請專利範圍第1項所述的影像成像裝置，其中當該第一成像面與該第二成像面不相重疊時，該第一成像面以及該第二成像面產生一立體影像。
5. 如申請專利範圍第1項所述的影像成像裝置，更包括： 一分光裝置，配置在該第一子影像以及該第二子影像的成像路徑上，用以透射該第一子影像至該目標系統；以及用以依據該第二子影像的投射路徑以產生一反射路徑，並使該第二子影像依據該反射路徑被傳送至該目標系統。
6. 如申請專利範圍第4項所述的影像成像裝置，其中該分光裝置的表面與第二顯示器的光軸具有一夾角，該夾角介於5度至85度間。
7. 如申請專利範圍第1項所述的影像成像裝置，更包括：一透鏡組，設置在該第一成像面以及該第二成像面的成像路徑上，並鄰近該目標系統進行設置。
8. 如申請專利範圍第1項所述的影像成像裝置，其中該第二變焦裝置設置在該第一子影像的成像路徑上。
9. 一種頭戴式顯示器，包括：一殼體；以及至少一如申請專利範圍第1項所述的影像成像裝置，設置在該殼體中。

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