TWI726445B - 頭戴式顯示裝置 - Google Patents

Abstract

頭戴式顯示裝置包括顯示器、至少一攝像裝置以及成像裝置。顯示器提供顯示畫面並投射顯示畫面至目標區。攝像裝置與顯示器相鄰設置，其中攝像裝置的攝像鏡頭朝向目標區。成像裝置設置在目標區與顯示器間。

Description

頭戴式顯示裝置

本發明是有關於一種頭戴式顯示裝置，且特別是有關於一種更為輕薄短小的頭戴式顯示裝置。

隨著電子科技的進步，高品質的影像顯示效果已經不再是遙不可及的夢想。在現今的技術中，提供虛擬實際、擴增實境，甚至於混合實境的影像顯示效果的頭戴式顯示裝置，已成為一種主流。

在習知的頭戴式顯示裝置中，為偵測使用者眼球的位置狀態，常透過設置攝像裝置以擷取眼球的影像，並透過所擷取的影像來進行眼球位置的偵測。然而，基於頭戴式顯示裝置的空間的限制，習知的攝像裝置常設置在無法直接擷取眼球影像的位置，而必須在頭戴式顯示裝置的管體中設置光學元件，並透過光線偏折的方式，來使攝像裝置可擷取到使用者眼球的影像。如此一來，頭戴式顯示裝置的管體必須具有一定的空間來容置上述的光學元件，而造成頭戴式顯示裝置整體尺寸無法被減小。

本發明提供一種頭戴式顯示裝置，有降降低所需的光學元件的數量，並可縮小頭戴式顯示裝置的整體尺寸。

本發明的頭戴式顯示裝置包括顯示器、至少一攝像裝置以及成像裝置。顯示器提供顯示畫面並投射顯示畫面至目標區。攝像裝置與顯示器相鄰設置，其中攝像裝置的攝像鏡頭朝向目標區。成像裝置設置在目標區與顯示器間。

基於上述，本發明透過使攝像裝置與顯示器相鄰設置，並使攝像裝置攝像鏡頭可直接朝向目標區，並進行目標取影像的擷取。如此一來，可減少在頭戴式顯示裝置中的管體（tube）中，設置用以偏折光線的光學元件，可有效減低管體的長度，並使頭戴式顯示裝置可達到輕薄短小的目的。

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頭戴式顯示裝置的示意圖。頭戴式顯示裝置100包括顯示器110、攝像裝置120、成像裝置130、光源140以及管體150。顯示器110用以提供顯示畫面並投射顯示畫面至目標區TG。在本實施例中，目標區TG可對應為使用者的眼球的位置。攝像裝置120與顯示器110基於方向D1相鄰設置，其中，攝像裝置120的攝像鏡頭朝向目標區TG，也就是說，攝像裝置120可直接透過成像裝置130以攝取目標區TG上的影像。此外，管體150形成在顯示器110以及成像裝置130間，在本實施例中，管體150不需設置用以偏折光線的光學元件，因此管體150的長度L1可以盡可能的縮短。

為了執行使用者的眼球追蹤動作，頭戴式顯示裝置100中並可設置一個或多個的光源140。光源140可發射光束至目標區TG，並使使用者的眼球上可以形成一個或多個的反光光點。透過攝像裝置120所擷取的影像，頭戴式顯示裝置100可判斷出使用者眼球的即時位置，並完成眼球的追蹤動作。在本實施例中，光源140可發送紅外線光束，攝像裝置120則為可擷取紅外線影像的照相機。值得一提的，在本發明實施例中，光源140的數量沒有一定的限制。光源140的設置位置可依據目標區TG的位置來設定，並沒有固定的限制。

在本實施例中，成像裝置130可以透過單一個透鏡（例如凸透鏡）來設置，或者也可以透過多個透鏡所形成的透鏡組來設置。成像裝置130可依據本領域具通常知識者所熟知的一或多個透鏡的組合來實施，沒有固定的限制。

值得一提的，在本實施例中，攝像裝置120是嵌在顯示器110上。細節請參照圖2，圖2繪示的本發明圖1實施例中，基於方向D1的攝像裝置與顯示器的配置位置的上視圖。其中，成像裝置130對顯示器110的正投影面130’與部分的顯示器110相互重疊。並且，顯示器110中具有有效顯示區111，而成像裝置130的正投影面130’則完全覆蓋有效顯示區111。在此，有效顯示區111為顯示器110用以顯示影像內容的有效區域，相對的，有效顯示區111位的非有效顯示區，則不用以顯示影像內容。

在另一方面，在顯示器110上的非有效顯示區上，則形成一通孔TH，通孔TH被成像裝置130的正投影面130’所覆蓋。攝像裝置120則可被設置並固定在通孔TH中。

在圖2中，通孔TH的形狀為圓形。然而，在本發明其他實施例中，通孔TH的形狀並沒有固定的限制。通孔TH的形狀可以依據所要配置的攝像裝置120進行相對應的設置。

在此請注意，在本發明其他實施例中，頭戴式顯示裝置的攝像裝置的數量可以不只一個。在顯示器110上的非有效顯示區，且被成像裝置130的正投影面130’所覆蓋的區域中，可以設置多個通孔，並分別用以設置多個攝像裝置。

以下請參照圖3，圖3繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。頭戴式顯示裝置300包括顯示器310、攝像裝置320、成像裝置330、光源340以及管體350。在本實施例中，目標區TG可對應為使用者的眼球的位置。攝像裝置320與顯示器310相鄰設置，其中，攝像裝置320的攝像鏡頭朝向目標區TG，也就是說，攝像裝置320可直接透過成像裝置330以攝取目標區TG上的影像。此外，管體350形成在顯示器310以及成像裝置330間。

在此請注意，在本實施例中，顯示器310具有一光穿透區311，且光穿透區311被形成在顯示器310的非有效顯示區上。攝像裝置320對應光穿透區311進行設置，其中攝像裝置320被設置在顯示器310的第一側邊S1上，且攝像裝置320的鏡頭可朝向或貼合至光穿透區311，並可透過光穿透區311以使攝像裝置320對目標區TG進行影像擷取動作。附帶一提的，顯示器310的第二側邊S2朝向目標區TG，且顯示器310的第一側邊S1與第二側邊S2為相對的兩側邊。

類似於圖1的實施例，本發明圖3實施例的頭戴式顯示裝置300的管體350中，不需要設置光學元件以進行光線偏折的動作，管體350的長度L1可以有效的被減低。

在本發明其他實施例中，顯示器310上的光穿透區的數量可以不只一個，對應設置的攝像裝置也可以是多個，沒有固定的限制。

接著請參照圖4，圖4繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。頭戴式顯示裝置400包括顯示器410、攝像裝置420、成像裝置430、光源440、管體450以及支撐部460。在本實施例中，目標區TG可對應為使用者的眼球的位置。攝像裝置420與顯示器410相鄰設置，其中，攝像裝置420的攝像鏡頭朝向目標區TG，也就是說，攝像裝置420可直接透過成像裝置430以攝取目標區TG上的影像。此外，管體450形成在顯示器410以及成像裝置430間。

在本實施例中，支撐部460為一可透光的部件，並與顯示器410相鄰配置。細節上來說明，支撐部460鄰近於顯示器410的第一側邊S1以進行配置，其中，顯示器410的第一側邊S1與其第二側邊S2為相對的兩側邊，且顯示器410的第二側邊S2朝向目標區TG，並與管體450相鄰。

在此請注意，在本實施例中，攝像裝置420被設置並固定在支撐部460上。而顯示器410上對應攝像裝置420被設置的位置則形成一個缺角。攝像裝置420則可被容置在這個缺角所形成的空間中。關於顯示器410、攝像裝置420以及支撐部460的位置關係，可參照圖5繪示的本發明圖4實施例中，基於方向D2的顯示器、攝像裝置以及支撐部的配置位置的上視圖。

在圖5中，顯示器410上形成多個缺角結構，並在支撐部460上形成正投影面410’。正投影面410’中並包括有效顯示區411。顯示器410的正投影面410’與支撐部460部分重疊。而攝像裝置420則被設置在支撐部460中，沒有被正投影面410’所覆蓋的非重疊區域上。在本實施例中，顯示器410所形成的缺角結構位在顯示器410的邊角，因此，上述的非重疊區域可形成在支撐部460的一個或多個邊角上。

在此請注意，圖4繪示中，顯示器410上所形成缺角結構為三角形，僅只是說明用的範例。在本發明實施例中，顯示器410上所形成缺角結構的形狀，並沒有固定的限制，可以由設計者自行設定，例如可以為矩形、圓弧形、規則或不規則的多邊形。此外，顯示器410上所形成缺角結構的數量，也沒有固定的限制。

透過上述的配置方式，頭戴式顯示裝置400的攝像裝置420可以使攝像鏡頭直接朝向目標區TG，並進行目標區TG的影像擷取動作。也就是說，管體450中可以不需要設置光學元件，可有效減低管體450所需要的長度L1。

綜上所述，本發明透過使攝像裝置與顯示器相鄰設置，並使攝像裝置的攝像鏡頭朝向目標區，以針對目標區影像進行擷取動作。如此一來，設置在顯示器以及目標區間的管體中，不需要配置額外的光學元件，有效降低頭戴式顯示器的硬體成本。並且，在不需要配置額外的光學元件的條件下，管體的長度可以有效的被減小，進以使頭戴式顯裝置的尺寸可以減低，達到輕薄短下的設計需求。

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、300、400:頭戴式顯示裝置 110、310、410:顯示器 120、320、420:攝像裝置 130、330、430:成像裝置 130’、410’:正投影面 140、340、440:光源 150、350、450:管體 311:光穿透區 460:支撐部 D1、D2:方向 L1:長度 S1:第一側邊 S2:第二側邊 TG:目標區 TH:通孔

圖1繪示本發明一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。 圖2繪示本發明圖1實施例中，基於方向D1的攝像裝置與顯示器的配置位置的上視圖。 圖3繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。 圖4繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。 圖5繪示本發明圖4實施例中，基於方向D2的顯示器、攝像裝置以及支撐部的配置位置的上視圖。

100:頭戴式顯示裝置

110:顯示器

120:攝像裝置

130:成像裝置

140:光源

150:管體

TG:目標區

D1:方向

L1:長度

Claims (10)

1. 一種頭戴式顯示裝置，包括：一顯示器，提供一顯示畫面並投射該顯示畫面至一目標區；至少一攝像裝置，與該顯示器相鄰設置，其中該攝像裝置的一攝像鏡頭朝向該目標區；以及一成像裝置，設置在該目標區與該顯示器間，其中該成像裝置對該顯示器具有一正投影面，該正投影面完全覆蓋該顯示器的一有效顯示區，該至少一攝像裝置設置在該顯示器的該有效顯示區外，並被該正投影面所覆蓋。
2. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該顯示器的一非有效顯示區上具有至少一通孔，該至少一通孔被該正投影面所覆蓋，該至少一攝像裝置設置在該至少一通孔中。
3. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該顯示器的一非有效顯示區上具有至少一光穿透區，該至少一攝像裝置設置在該至少一光穿透區上。
4. 如申請專利範圍第3項所述的頭戴式顯示裝置，其中該至少一光穿透區介於該至少一攝像裝置與該目標區間。
5. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，更包括：一支撐部，設置在該顯示器的第一側邊，並與該顯示器重疊配置，其中該顯示器的第二側邊朝向該目標區。
6. 如申請專利範圍第5項所述的頭戴式顯示裝置，其中該顯示器對該支撐部的一正投影面，與該支撐部間具有至少一非重疊區，該至少一攝像裝置設置在該支撐部上的該非重疊區上。
7. 如申請專利範圍第6項所述的頭戴式顯示裝置，其中該至少一非重疊區位在該支撐部的至少一邊角上。
8. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，更包括：至少一光源，用以投射至少一光束至該目標區。
9. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，其中該成像裝置包括至少一透鏡。
10. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，更包括一管體，設置在該成像裝置以及該顯示器中。

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