TWM547679U - 具有可調控光結合器之顯示系統及頭戴式顯示器 - Google Patents

Description

具有可調控光結合器之顯示系統及頭戴式顯示器

本創作係關於一種顯示系統的技術領域，特別是關於一種具有可調透光之光結合器的顯示系統。

隨著顯示裝置的發展，顯示裝置的大小和重量朝著微型化的方向發展。近年來，頭戴式顯示器(Head Mount Display，HMD)、抬頭顯示器(Head Up Display,HUD)被研製為用於混和實境(Mixed Reality,MR)系統以穿戴在使用者頭上的影像顯示器，並且應用的領域也愈來愈廣泛。其透過透明的光結合器對使用者眼睛投射虛擬影像，讓使用者可隨處接收影像資訊及外部景象。

請參閱第1圖，其係先前技術之於不同亮度環境下顯示系統成像之比較示意圖，光結合器200b具有部分反射、部分穿透之光學特性，當使用者觀察所預定成像之虛像成像時，亦可看見外部景物；此習知光結合器200b具有固定之光反射率或透射率，也就是當外在亮度改變時，並不影響光結合器200b之穿透率及反射率。

然而，上述習知之顯示系統成像時具有以下缺點：

1.習用之顯示系統，雖可在使用者面前顯示虛像，但在周遭環境光線亮度降低時，需透過投影源調控投影光線，從而增加計算負擔。

2.習用之顯示系統，當出現環境變化如日夜變化、強光環境、陰影變化時，無法透過投影源調控光線以使使用者清楚看見虛像資訊及景物環境。

本創作之創作人經多年潛心研究，設計了一種創新的具有可調控光結合器之顯示系統，已針對現有技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。

有鑑於上述習知技術之困難點，本創作之目的在於提供一種具有可調控光之光結合器之顯示系統，以改善上述習知技術之困難點。

根據本創作之目的，提供一種具有可調控光之光結合器之顯示系統，包含：投影源、反射鏡、光結合器。其中，投影源係發射投影光線，投影光線行經反射鏡，經由反射鏡反射該投影源發射之投影光線，該反射鏡反射該投影源發射之投影光線至光結合器之上，經由光結合器反射至使用者眼球，於使用者前方呈現虛像成像之預定成像，其中，光結合器具有部分透明，部分反射之光學特性，且具有能調控光線反射率或穿透率之控制層，便於使用者因應不同外在環境亮度，調整所觀察到之虛像成像的透明度。

本創作之具有可調控光之光結合器之顯示系統，其可具有下述優點：

(1)本創作之具有可調控光之光結合器之顯示系統，藉由結合光結合器之設計，增加頭戴型顯示裝置之適應環境顯示之能力；更進一步地，可依需要以調控成像透明度，而不變更原先投影源輸出之投影光線。

(2)本創作具有可調控光之光結合器之顯示系統，藉由結合光結合器之設計，增加頭戴型顯示裝置之適應環境顯示之能力；更進一步地，可藉由光結合器與投影源之電連接，調控光結合器之反射率與穿透率以調控成像透明度，而不變更原先投影源輸出之投影光線。

100、100a‧‧‧成像

200、200a、200b‧‧‧光結合器

210、210a‧‧‧控制層

300、300a‧‧‧觀察點

400、400a‧‧‧反射鏡

500、500a‧‧‧投影源

510、510a‧‧‧投影光線

第1圖係先前技術於不同亮度環境下顯示系統成像之比較示意圖。

第2圖係本創作之具有可調控光之光結合器之顯示系統於不同亮度環境下成像之比較示意圖。

第3圖係為本創作之顯示系統示意圖。

第4圖係為本創作之顯示系統，應用於頭戴式顯示器之示意圖。

為利貴審查員瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本創作實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權力範圍，合先敘明。

需要說明的是，當元件被稱為「設置於」另一個元件，它可以為固定於另一個元件，或為可拆卸地固定於另一元件。當元件被稱為「固定於」或「設置於」另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者可能同時存 在居中元件。當一個元件被稱為是「連接於」另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。

還需要說明的是，本創作實施例中的左、右、上、下等方位用語，僅是互為相對概念或是以產品的正常使用狀態為參考的，而不應該認為是具有限制性的。

以下將參照相關圖式，說明依本創作具有可調控光結合器之顯示系統的實施例，為使便於理解，下述實施例係以相同元件符號所標示。

請參閱第2圖，其係本創作之光結合器200透過感應外部亮度環境於不同亮度環境下成像之比較示意圖，光結合器200為具有部分反射、部分穿透之光學特性，當使用者觀察所預定成像之虛像成像時，亦可看見外部景物，當外在亮度較低，光結合器200之穿透率增加，反射率減少，使得使用者所見之外部景物更清晰；當外在環境亮度增加，光結合器200之穿透率減少，反射率增加，使得使用者所見之虛像成像更清晰。

請參閱第3圖，其係本創作之顯示系統示意圖。其中本創作之顯示系統可應用於抬頭顯示器(Head Mounted Display)及頭戴式顯示器(Head Mounted Display)之中，具體光路設計如第3圖所示，本創作之顯示系統包含：一光結合器200、一設置於光結合器200上之控制層210、一反射鏡400、一投影源500。

如第3圖所示，反射鏡400設置於投影光線510行經路徑之上、光結合器200設置於反射鏡400反射之投影光線510的行經路徑之上、觀察點300位於光結合器200反射之投影光線510的行徑路徑之上；投影源500、反射鏡400、光結合器200係為相對於投影光線510之相對設置。

進一步來說，投影源500係發射投影光線510、投影光線510行經反射鏡400時，藉由反射鏡400之反射，而使投影光線510被反射至光結合器200之上，藉由光結合器200之反射使得投影光線510被反射至使用者之眼球位置觀察點300，而形成使用者所見之一虛像100。藉此而可達到觀賞投影源投影光線510之虛像成像100的目的。

其中，與習知之光結合器相同，本創作之光結合器200具有部分透明，部分反射之光學特性，因此使用者可經由光結合器200同時觀賞虛像成像及外在景物。

除此之外，本創作之光結合器200具有能調控光線反射率或穿透率之控制層210，控制層210可為具有光致變色材料之透明層，該材料具有經外界光線調節，自然改變分子結構之特性，其在外觀上表現為透明度或反射率的可逆變化；藉此控制層210可根據外在環境明暗調控通過光結合器200之光反射率及穿透率，以調控投影光線之虛向成像與外在景物景象之透明度。

其中，控制層210亦可為具有電致變色材料之透明導體，經離子、電子等載子傳輸，可引起可逆之材料特性改變，其在外觀上表現為透明度或反射率的可逆變化；藉由光結合器200與投影源500間之電連接而連接與控制控制層210，以調控光結合器之反射率或光線之穿透率，從而調控投影光線之虛像成像與外在景物景象之透明度。

請參閱第4圖，其中本創作之顯示系統可應用於帽型裝置如：頭戴式顯示器(Head Mounted Display)之上，具體光路設計如第4圖所 示，帽型裝置中之顯示系統包含：一光結合器200a、一設置於光結合器200a上之控制層210a、一反射鏡400a、一投影源500a。

如第4圖所示，反射鏡400a設置於投影光線510a行經路徑之上、光結合器200a設置於反射鏡400a反射之投影光線510a的行經路徑之上、觀察點300a設置於光結合器200a反射之投影光線510的行徑路徑之上；投影源500a、反射鏡400a、光結合器200a係為相對於投影光線510a之相對設置。

進一步來說，投影源500a係發射投影光線510a、投影光線510a行經反射鏡400a時，藉由反射鏡400a之反射，而使投影光線510a反射至光結合器200a，藉由光結合器200a之反射使得投影光線510a反射至使用者之眼球位置之觀察點300a，從而形成使用者所見之一虛像100a。藉此而可達到觀賞投影源投射光線510a之虛像成像的目的。

其中，光結合器200a具有部分透明，部分反射之光學特性，因此使用者可經由光結合器200a同時觀賞虛像成像及外在景物。

進一步來說，光結合器200a具有能調控光線反射率或穿透率之控制層210a，控制層210a可為具有光致變色材料之透明層，該材料具有經外界光線調節，自然改變分子結構之特性，其在外觀上表現為透明度或反射率的可逆變化；藉此控制層210a可根據外在環境明暗調控通過光結合器200a之光反射率及穿透率，以調控投影光線之虛向成像與外在景物景象之透明度。

其中，控制層210a亦可為具有電致變色材料之透明導體，經離子、電子等載子傳輸，可引起可逆之材料特性改變，其在外觀上表現為透明度或反射率的可逆變化；藉由光結合器200a與投影源500a外 接一資料傳輸線或感應無線訊號等方式之電連接控制控制層210a，以調控光結合器200a之反射率或穿透率，從而調控觀察者所見之投影光線之虛像成像與外在景物景象之透明度。

綜上所述，本創作之具有可調控光結合器之顯示系統，不需變動原先投影源之投影光線，即可增加頭戴型顯示裝置之適應環境顯示之能力，且本創作之光結合器除可因應外在環境調控通過光結合器之光反射率與穿透率外，也可透過與投影源形成之電連接調控光結合器之反射率與穿透率。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

100‧‧‧成像

200‧‧‧光結合器

210‧‧‧可控制層

300‧‧‧觀察點

400‧‧‧反射鏡

500‧‧‧投影源

510a‧‧‧投影光線

Claims (6)

1. 一種顯示系統，包括：一投影源，係發射投影光線；一反射鏡，係反射該投影源發射之投影光線；以及一光結合器，係設置於該反射鏡反射該投影源發射之投影光線光路之上，該光結合器包括一控制層，該控制層可調控該光結合器之光線反射率或穿透率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示系統，該控制層係根據外在環境明亮程度調整通過該光結合器之光線反射率或穿透率。
3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示系統，該控制層係經由外加電能調整該通過該光結合器之光線反射率或穿透率。
4. 一頭戴式顯示器，包括：一結構本體；一投影源，設置於該結構本體，該投影源係發射投影光線；一反射鏡，設置於該結構本體且相對於該投影源，該反射鏡係反射該投影源發射之投影光線；以及一可透視面罩，連接於該結構本體，且設置於該反射鏡反射該投影源發射之投影光線光路之上，該可透視面罩包含一光結合器，該光結合器包括一控制層，該控制層可調控通過該光結合器之光線反射率及穿透率。
5. 如申請專利範圍第4項所述之頭戴式顯示器，該控制層係根據外在環境明亮程度調控通過該光結合器之光線反射率或穿透率。
6. 如申請專利範圍第4項所述之頭戴式顯示器，該控制層係經由外加電能調控通過該光結合器之光線反射率或穿透率。