TW202121008A - 頭戴式顯示裝置及其近眼光場顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
一種近眼光場顯示裝置，包括多個子孔徑光場發射模組，及一個雙側遠心鏡頭組。該等子孔徑光場發射模組被配置為產生多個子孔徑光場。該雙側遠心鏡頭組配置於該等子孔徑光場發射模組之一側，其中該等子孔徑光場穿越該雙側遠心鏡頭組，並由該雙側遠心鏡頭組轉換為出口光場，該出口光場入射至接收器。
Description
本揭露係關於顯示裝置，
特別關於頭戴式顯示裝置，及近眼光場 (near-eye light field) 顯示裝置，供顯示三維影像之用。
虛擬實境 (virtual reality, VR) 裝置基於立體鏡 (stereoscopic) 視覺原理產生三維感覺。由於顯示面板與使用者眼睛間之距離為固定，故眼睛之調節 (accommodation) 不隨視覺輻輳 (vergence) 改變。此一現象導致習知之視覺輻輳調節衝突 (vergence accommodation conflict, VAC)，導致使用者感到暈眩與不適。
光場顯示裝置為使用光場顯示技術產生光場，使觀察者可看見具深度知覺之光場之顯示裝置。此等具深度知覺之光場，可避免視覺輻輳調節衝突之影響。
於本揭露之一實施例中，提供近眼光場顯示裝置。該近眼光場顯示裝置包括多個子孔徑 (sub-aperture) 光場發射模組，及一個雙側遠心鏡頭組 (bi-telecentric lens group)。該等子孔徑光場發射模組被配置為產生多個子孔徑光場。該雙側遠心鏡頭組配置於該等子孔徑光場發射模組之一側，其中該等子孔徑光場穿越該雙側遠心鏡頭組，並由該雙側遠心鏡頭組轉換為出口光場 (exit light field)，該出口光場入射至接收器。
於本揭露之一實施例中，提供頭戴式顯示裝置。該頭戴式顯示裝置包括二個近眼光場顯示裝置，其中每一近眼光場顯示裝置皆包括多個子孔徑光場發射模組，及一個雙側遠心鏡頭組。該等子孔徑光場發射模組被配置為產生多個子孔徑光場。該雙側遠心鏡頭組配置於該等子孔徑光場發射模組之一側。該等子孔徑光場穿越該雙側遠心鏡頭組，並由該雙側遠心鏡頭組轉換為出口光場，該出口光場入射至接收器。
本發明上述目的、特徵及優點，於以下詳述之數個實施例、圖式及描述中，乃為明白易懂。
以下揭露提供多個不同實施例或範例，以實施給定標的之不同特徵。當然，此等僅為範例，而非意圖限制。例如，於以下描述中，「某第一特徵位於某第二特徵之上」之構造，可能包括第一及第二特徵直接接觸之實施例，亦可能包括第一及第二特徵之間另有其他特徵之實施例。此外，本揭露可能於多個範例中重複參考編號及／或字母。此等重複乃為簡潔清晰起見，而非指定該等所討論之實施例及／或設定間之關係。
此外，與空間相關之詞彙，例如「之上」、「之下」、「低於」等，可能於此為描述便利起見而使用，以描述一元件或特徵與另一／另等元件或特徵之關係。該等空間相關詞彙，乃意圖包含該裝置於圖式所繪之方向，以及於使用或運作中之不同方向。該儀器可能朝向不同方向，此時於此使用之空間相關述詞亦可能據此以相同方式被解讀。
於此使用之「大約」、「約略」與「大體上」等詞彙，一般而言乃指百分之20誤差範圍內之值，若於百分之10內則更佳，於百分之5、百分之3、百分之2、百分之1、百分之0.5內則又更佳。若無特別描述，則所提及之數值應被視為估計值，以「大約」、「約略」或「大體上」表示其誤差或範圍。
儘管某些實施例論及以特定順序進行之步驟，該等步驟亦可能以另一邏輯順序進行。下述之某些特徵可於不同實施例中被置換或刪去。應可理解，額外之操作可能於所述方法之前、之中或之後進行，且於該方法之其他實施例中，部分操作可能被替換或省略。
第1圖為近眼光場顯示裝置之示意圖，根據本揭露之實施例繪製。參考第1圖，近眼光場顯示裝置 1 包括多個子孔徑光場發射模組 101 及一個雙側遠心鏡頭組 20，其中該等子孔徑光場發射模組 101 為解釋方便起見，可能以顯示裝置 10 表示。該等子孔徑光場發射模組 101 被配置為產生多個子孔徑光場 L101。該等子孔徑光場 L101 穿越該雙側遠心鏡頭組 20，並由該雙側遠心鏡頭組 20 轉換為出口光場 L20，該出口光場 L20 入射至接收器 EY。應注意，由該等子孔徑光場發射模組 101 產生之子孔徑光場 L101 可能為一入口光場 (entrance light field) L10。
於該實施例中，該接收器 EY，可能為例如使用者之眼睛，且該使用者之眼睛可能看見具連續深度知覺之光場 (未圖示)。該實施例之近眼光場顯示裝置 1，可能應用於例如擴增實境 (augmented reality, AR) 或虛擬實境。藉由於該近眼光場顯示裝置 1 上配置該雙側遠心鏡頭組 20，可產生連續光場，其影像品質遠高於使用微透鏡陣列 (microlens array) 之一般光場顯示裝置，使該近眼光場顯示裝置 1 可適合需極高影像品質之應用，例如醫療、手術、軍事應用或工業應用。具體操作細節將於本說明書下文敘述。應注意，使用微透鏡陣列之一般光場顯示裝置受微透鏡繞射極限與像差 (aberration) 之影響，使其影像品質受限。
於該實施例中，該近眼光場顯示裝置 1 可能包括例如七個子孔徑光場發射模組 101，然而本揭露不限於此。應注意，於示意圖中，第1圖僅顯示三個子孔徑光場發射模組 101 供解釋之用，且該等子孔徑光場發射模組 101 之排列將於第3圖及第4圖之實施例中詳述。於該實施例中，該雙側遠心鏡頭組 20 於第1圖所示之透鏡結構僅為範例，然而本揭露不限於此。
亦參考第2A圖，該圖為多個子影像 i101a, i101b, i101c, i101d, i101e, i101f 及 i101g 之示意圖，分別由第1圖所示之近眼光場顯示裝置 1 之多個子孔徑光場發射模組 101 產生。該等子影像 i101a, i101b, i101c, i101d, i101e, i101f 及 i101g，可被例如相機陣列 (未圖示) 以與該等子孔徑光場發射模組 101 相同或相似之排列擷取，然而本揭露不限於此。第2A圖所示之該等子影像 i101a, i101b, i101c, i101d, i101e, i101f 及 i101g 僅為該等子孔徑光場發射模組 101 產生之子孔徑光場 L101 之範例，以供圖示之用，然而本揭露不限於此。如第2A圖所示，於該實施例中，該子影像 i101a 定義為中央子影像，且該等子影像 i101b, i101c, i101d, i101e, i101f 及 i101g 環繞該中央子影像 (即 i101a)。
亦參考第2B及2C圖，第2B圖為該出口光場 L20 由該使用者之眼睛 (接收器 EY) 經由該近眼光場顯示裝置 1 觀察所得影像之示意圖，根據第1圖所示之實施例繪製，且第2C圖亦為該出口光場 L20 由該使用者之眼睛經由該近眼光場顯示裝置 1 觀察所得影像之示意圖。於該實施例中，於該等子孔徑光場 L101 穿越該雙側遠心鏡頭組 20 後，該等子孔徑光場 L101 被該雙側遠心鏡頭組 20 轉換為該出口光場 L20 及光場影像 i20，其中該光場影像 i20 為該出口光場 L20 之影像。該出口光場 L20入射至接收器 EY，使使用者可看見如第2B或第2C圖所示之該光場影像 i20。因此，該實施例之近眼光場顯示裝置 1 使使用者得以經由該等子孔徑光場發射模組 101 及該雙側遠心鏡頭組 20，看見具連續深度知覺之該光場影像 i20。具連續深度知覺之該光場影像 i20，可避免視覺輻輳調節衝突之影響。
例如，該光場影像 i20 包括三個物件之影像，其中每一物件與該使用者眼睛之距離皆不同。如第2B圖所示，若該使用者之眼睛聚焦於最近之物件，則最近物件之影像 i201 為清晰 (對焦)，而最遠物件之影像 i203 為模糊 (失焦)。如第2C圖所示，若眼睛聚焦於最遠之物件，則最遠物件之影像 i203 為清晰 (對焦)，而最近物件之影像 i201 為模糊 (失焦)。應注意，由包含該等子孔徑光場發射模組 101 及該雙側遠心鏡頭組 20 之該近眼光場顯示裝置 1 提供之光場影像 i20，乃具連續景深之光場，而使用微透鏡陣列之一般光場顯示裝置所提供之影像則否。具連續景深之光場，使該使用者之眼睛得以聚焦於任何與眼睛之距離，而非侷限於數個特定距離。
應注意，該等子孔徑光場 L101 之子影像 i101a, i101b, i101c, i101d, i101e, i101f 及 i101g 中，每一子影像之視野與該出口光場 L20 之光場影像 i20 之視野相同或相似。例如，第2B或2C圖中之該光場影像 i20 包括三個物件之影像，且該等子影像 i101b, i101c, i101d, i101e, i101f 及 i101g 中每一子影像亦皆包括該三物件之影像。總體而言，該等子影像 i101b, i101c, i101d, i101e, i101f 及 i101g 之影像拍攝角度，因拍攝該等影像之相機陣列 (未圖示) 之排列而略有不同。然而，第2A圖所示由該等子孔徑光場發射模組 101 產生之該等子影像 i101b, i101c, i101d, i101e, i101f 及 i101g 僅為範例，而本揭露不限於此。
第3圖為近眼光場顯示裝置 2 之示意圖，根據本揭露之另一實施例繪製。參考第3圖，於該實施例中，該近眼光場顯示裝置 2 包括多個子孔徑光場發射模組 101 (顯示裝置 10) 及一個雙側遠心鏡頭組 20。該實施例之近眼光場顯示裝置 2 擁有與第1圖中之近眼光場顯示裝置 1 相似之結構及功能。第3圖所示之實施例與第1圖所示之實施例不同之處，在於每一子孔徑光場發射模組 101 皆包括發光面板 103 及投影鏡頭 105。於示意圖中，第3圖僅顯示三個子孔徑光場發射模組 101。該發光面板 103 被配置為產生子孔徑光場 L101，且該投影鏡頭 105 被配置為投影該子孔徑光場 L101 至該雙側遠心鏡頭組 20，使該使用者之眼睛得以自該雙側遠心鏡頭組 20 看見具連續深度知覺之光場。
於該實施例中，該近眼光場顯示裝置 2 之雙側遠心鏡頭組 20 包括第一鏡頭組 201 及第二鏡頭組 203，且該第一鏡頭組 201 位於該等子孔徑光場發射模組 101 及該第二鏡頭組 203 之間。
於該實施例中，穿越該雙側遠心鏡頭組 20 之出口光場 L20 於剖面 L20c 之寬度 L20w，小於入射至該雙側遠心鏡頭組 20 之子孔徑光場 L101 於剖面 102c 之寬度 102w。因此，於該實施例中，該雙側遠心鏡頭組 20 壓縮該等入射子孔徑光場 L101，並於該接收器 EY 前將其重整為緊湊之出口光場 L20。因此，該近眼光場顯示裝置 2 可提供該出口光場 L20 較寬之視野。此外，該雙側遠心鏡頭組 20，可例如減低該等投影鏡頭 105 之像差並提升該出口光場 L20 之影像品質。此外，由於該雙側遠心鏡頭組 20 之遠心性，該等投影鏡頭 105 可能例如平行排列，此排列可節省對該等投影鏡頭進行傾斜校準所需之精力。
於該實施例中，該剖面 L20c 與該接收器 EY 間之距離，可能為例如0公釐至3公釐，然而本揭露不限於此。於一實施例中，該剖面 L20c 與該接收器 EY 間之距離，可能為例如0公釐，然而本揭露不限於此。
於該實施例中，該雙側遠心鏡頭組 20 壓縮該等入射子孔徑光場 L101，並將其重整為等於或接近人眼瞳孔大小之緊湊出口光場 L20，使該近眼光場顯示裝置 2 可提供該出口光場 L20 較寬之視野，並提升影像品質。例如，該接收器 EY (該使用者之眼睛) 包括入射孔徑 P (例如該眼睛之瞳孔)。於該實施例中，穿越該雙側遠心鏡頭組 20 之出口光場 L20 於剖面 L20c 之寬度 L20w，等於或接近該接收器 EY 之入射孔徑 P 之寬度 Pw。具體而言，穿越該雙側遠心鏡頭組 20 之出口光場 L20 於剖面 L20c 之寬度 L20w，可能為例如2公釐至8公釐，然而本揭露不限於此。一般而言，人眼瞳孔之直徑介於2公釐至8公釐之間。
應注意，於該實施例中，所有子孔徑光場發射模組 101 皆相同。由於該等子孔徑光場 L101 可能被該雙側遠心鏡頭組 20 轉換，故該等子孔徑光場發射模組 101 無須採用特殊設計，例如該等投影鏡頭 105 之不同焦距或不同角度，可降低成本並簡化該近眼光場顯示裝置 2 之結構。
於該實施例中，該等子孔徑光場發射模組 101 之投影鏡頭 105 可能為例如 Petzval 鏡頭，然而本揭露不限於此。該等包含投影鏡頭 105 之子孔徑光場發射模組 101 產生之子孔徑光場 L101，及該出口光場 L20 之影像品質可提升。
具體而言，該雙側遠心鏡頭組 20 包括光軸 (optical axis) 205，且每一投影鏡頭 105 皆包括光軸 109。每一發光面板 103 皆包括一顯示面板 (如第4圖所示)，其中該顯示面板被配置為產生光場。
亦參考第4圖，該圖為第3圖所示之該近眼光場顯示裝置 2 之多個發光面板 103 之示意圖。第4圖表明該近眼光場顯示裝置 2 之子孔徑光場發射模組 101 之排列，其中該等子孔徑光場發射模組 101 以子孔徑光場發射模組 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f 及 101g 表示，且該等發光面板 103 以發光面板 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, 103f 及 103g 表示，以便解釋之用。於該實施例中，第4圖中之該等子孔徑光場發射模組 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f 及 101g 與第3圖中之該等子孔徑光場發射模組 101 相同，且該等發光面板 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, 103f 及 103g 與第3圖中之該等發光面板 103 相同。於該實施例中，該近眼光場顯示裝置 2 包括七個子孔徑光場發射模組 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f 及 101g 作為範例，且該等子孔徑光場發射模組 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f 及 101g 之發光面板 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, 103f 及 103g 分別包括顯示面板 107a, 107b, 107c, 107d, 107e, 107f 及 107g。具體而言，該等發光面板 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, 103f 及 103g 之顯示面板 107a, 107b, 107c, 107d, 107e, 107f 及 107g 與該雙側遠心鏡頭組 20 之光軸 205 垂直，且該等投影鏡頭 105 之光軸 109 與該雙側遠心鏡頭組 20 之光軸 205 平行。
具體而言，該近眼光場顯示裝置 2 之子孔徑光場發射模組 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f 及 101g 包括一個中央子孔徑光場發射模組 101a 及多個環繞之子孔徑光場發射模組101b, 101c, 101d, 101e, 101f 及 101g。第4圖顯示該中央子孔徑光場發射模組 101a 包括該發光面板 103a 包含該顯示面板 107a，且該等環繞之子孔徑光場發射模組 101b, 101c, 101d, 101e, 101f 及 101g 包括該等發光面板 103b, 103c, 103d, 103e, 103f 及 103g 包含該等顯示面板 107b, 107c, 107d, 107e, 107f 及 107g。該中央子孔徑光場發射模組 101a 及環繞之子孔徑光場發射模組 101b, 101c, 101d, 101e, 101f 及 101g 之發光面板 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, 103f 及 103g 之顯示面板 107a, 107b, 107c, 107d, 107e, 107f 及 107g，被配置於垂直於該雙側遠心鏡頭組 20 之光軸 205 之平面 104 上。該中央子孔徑光場發射模組 101a 之發光面板 103a 之顯示面板 107a 之中心 C103a 位於該雙側遠心鏡頭組 20 之光軸 205 上，且該等環繞之子孔徑光場發射模組 101b, 101c, 101d, 101e, 101f 及 101g 之發光面板 103b, 103c, 103d, 103e, 103f 及 103g 之顯示面板 107b, 107c, 107d, 107e, 107f 及 107g 環繞該中央子孔徑光場發射模組 101a 之發光面板 103a 之顯示面板 107a。藉由配置該等子孔徑光場發射模組 101 於該近眼光場顯示裝置 2，且每一子孔徑光場發射模組 101 皆包括發光面板 103 及投影鏡頭 105 (如第3圖所示)，其可產生影像品質遠高於使用微透鏡陣列之一般光場顯示裝置之連續光場。
於該實施例中，該近眼光場顯示裝置 2 包括七個子孔徑光場發射模組 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f 及 101g 僅為範例，然而本揭露不限於此。第4圖所示之該等子孔徑光場發射模組 101a, 101b, 101c, 101d, 101e, 101f 及 101g 之發光面板 103a, 103b, 103c, 103d, 103e, 103f 及 103g 之排列僅為範例，然而本揭露不限於此。於該實施例中，該發光面板 103 可能為例如液晶覆矽 (liquid crystal on silicon, LCoS) 顯示裝置、液晶顯示裝置 (liquid-crystal display, LCD)、有機發光二極體 (organic light-emitting diode, OLED) 顯示裝置、微發光二極體 (micro light-emitting diode, microLED) 顯示裝置或數位微鏡裝置 (digital micromirror device, DMD) 顯示裝置，然而本揭露不限於此。
第5圖為近眼光場顯示裝置 3 之示意圖，根據本揭露之又一實施例繪製。參考第5圖，於該實施例中，該近眼光場顯示裝置 3 包括多個子孔徑光場發射模組 301 及一個雙側遠心鏡頭組 20e，其中該等子孔徑光場發射模組 301 為解釋方便起見，可能以顯示裝置 30 表示。該實施例之近眼光場顯示裝置 3 擁有與第3圖所示之近眼光場顯示裝置 2 相似之結構及功能。第5圖所示之該實施例與第3圖所示之實施例不同之處，在於由該子孔徑光場發射模組 301 產生之子孔徑光場 L301 之傳播方向 d301 朝向該雙側遠心鏡頭組 20e 之光軸 205 傾斜。於示意圖中，第5圖顯示由該子孔徑光場發射模組 301 產生之子孔徑光場 L301 之傳播方向 d301，以角度α向該光軸 205 傾斜。因此，藉由將該傳播方向 d301 向該光軸 205 傾斜，可提升該出口光場 L20a 之影像品質。
於該實施例中，該等子孔徑光場發射模組 301 之結構及功能與第3圖所示之子孔徑光場發射模組 101 相似，且該雙側遠心鏡頭組 20e 之結構及功能與第3圖所示之雙側遠心鏡頭組 20 相似。於該實施例中，該等傳播方向 d301 之傾斜，可例如由傾斜該等子孔徑光場發射模組 301 達成，然而本揭露不限於此。
第6圖為近眼光場顯示裝置 4 之示意圖，根據本揭露之又一實施例繪製。參考第6圖，於該實施例中，該近眼光場顯示裝置 4 包括多個子孔徑光場發射模組 (顯示裝置 10) 及一個雙側遠心鏡頭組 20a，其中該等子孔徑光場發射模組為解釋方便起見，以顯示裝置 10 表示。該實施例之近眼光場顯示裝置 4 擁有與第3圖所示之近眼光場顯示裝置 2 相似之結構及功能。第6圖所示之該實施例與第3圖所示之實施例不同之處，在於該近眼光場顯示裝置 4 更包括第一導光元件 401 及第二導光元件 403。該雙側遠心鏡頭組 20a 包括第一鏡頭組 201a 及第二鏡頭組 203a，且該第一鏡頭組 201a 位於該子孔徑光場發射模組 (顯示裝置 10) 及該第二鏡頭組 203a 間之光徑 207 上。於該實施例中，第6圖中該第一鏡頭組 201a 及第二鏡頭組 203a 之結構及功能與第3圖中之第一鏡頭組 201 及第二鏡頭組 203 相似。
該第一導光元件 401 配置於該第一鏡頭組 201a 及該第二鏡頭組 203a 間之光徑 207 上，且該第一導光元件 401 被配置為自該第一鏡頭組 201a 傳播該等子孔徑光場 (未圖示) 至該第二鏡頭組 203a。該第二鏡頭組 203a 位於該第一導光元件 401 及該第二導光元件 403 之間，且該第二導光元件 403 被配置為自該第二鏡頭組 203a 傳播該出口光場 L20b 至該接收器 EY。於該實施例中，該第二導光元件 403 鄰近該接收器 EY。
藉由配置該第一導光元件 401 及該第二導光元件 403，該近眼光場顯示裝置 4 可以各種方式被設置，並維持相同之影像品質。
第7圖為近眼光場顯示裝置 5 之示意圖，根據本揭露之又一實施例繪製。參考第7圖，於該實施例中，該近眼光場顯示裝置 5 包括多個子孔徑光場發射模組 (顯示裝置 10) 及一個雙側遠心鏡頭組 20a。該實施例之近眼光場顯示裝置 5 擁有與第6圖所示之近眼光場顯示裝置 4 相似之結構及功能。第7圖所示之該實施例與第6圖所示之實施例不同之處，在於該近眼光場顯示裝置 5 包括第二導光元件 403a。於該實施例中，該第二導光元件 403a 為部分穿透、部分反射之元件。因此，外界之周圍光源 LA 可穿透該第二導光元件 403a 至該接收器 EY，使該實施例之近眼光場顯示裝置 5 可應用於例如擴增實境或類似用途。
於該實施例中，該第二導光元件 403a 為例如分光鏡 (light splitter)，或該第二導光元件 403a 可能擁有例如金屬光柵層，容許 50% 之入射光束穿越、50% 之入射光束反射。然而，本揭露並不限制該第二導光元件 403a 之種類或形式。
第8圖為近眼光場顯示裝置 6 之示意圖，根據本揭露之又一實施例繪製，第9圖為第8圖所示之近眼光場顯示裝置 6 之示意圖。參考第8圖及第9圖，於該實施例中，該近眼光場顯示裝置 6 包括多個子孔徑光場發射模組 (顯示裝置 10) 及一個雙側遠心鏡頭組 20a。該實施例之近眼光場顯示裝置 6 擁有與第6圖所示之近眼光場顯示裝置 4 相似之結構及功能。第8圖及第9圖所示之該實施例與第6圖所示之實施例不同之處，在於該近眼光場顯示裝置 6 更包括外殼 50。該外殼 50 被配置為可拆卸地配置於物件 O 上，且該接收器 EY1 配置於該物件 O 上。該物件 O 可能為例如該使用者之頭部，且該接收器 EY1 可能為該使用者之眼睛，然而本揭露不限於此。例如，該物件 O 可能為機器人之頭部，且該接收器 EY1 可能為該機器人之影像擷取裝置。
該外殼 50 包括第一容納空間 501、第二容納空間 502、第三容納空間 503、第四容納空間 504 及第五容納空間 505。該等子孔徑光場發射模組 (顯示裝置 10) 配置於該第一容納空間 501，該第一鏡頭組 201a 配置於該第二容納空間 502，該第一導光元件 401 配置於該第三容納空間 503，該第二鏡頭組 203a 配置於該第四容納空間 504，該第二導光元件 403 配置於第五容納空間 505。該第一容納空間 501、第二容納空間 502 及第三容納空間 503 被安排於第一方向 D1，且該第三容納空間 503、第四容納空間 504 及第五容納空間 505 被安排於第二方向 D2。於該實施例中，該第一方向 D1 與該第二方向 D2 不平行。
具體而言，於該實施例中，該第一方向 D1 與該第二方向 D2 之夾角 A 介於75度至105度之間，然而本揭露不限於此。因此，該近眼光場顯示裝置 6 之一部分可能被配戴於該使用者頭部之側面 (例如頭頂或鄰近臉頰) 而非眼睛前方。此外，由於該等子孔徑光場發射模組 101 及該雙側遠心鏡頭組 20a 之排列方式，本揭露之近眼光場顯示裝置 6 擁有遠高於配戴於眼睛前方、使用微透鏡陣列之一般光場顯示裝置之影像品質。藉由配置該近眼光場顯示裝置 6 之外殼 50，可適合需極高影像品質之應用，例如醫療、手術、軍事應用或工業應用。
於該實施例中，若該外殼 50 被配置於該物件 O 上，則該第一容納空間 501 及該第五容納空間 505 位於同一縱切面 LP 上。因此，該第一容納空間 501 可能位於該物件 O 之上方，該第五容納空間 505 可能位於該第一容納空間 501 之下方，且該第五容納空間 505 鄰近該接收器 EY1。
該第一容納空間 501 及該第五容納空間 505 位於同一縱切面 LP 上僅為範例，然而本揭露不限於此。於本揭露之其他實施例中，該第一容納空間 501 位於該物件 O (例如該使用者之頭部) 上方即足夠。藉由配置該近眼光場顯示裝置 6 之外殼 50，可配合各種可能之應用，便利而舒適地配置於該物件 O 上。
再參考第8圖，該近眼光場顯示裝置 6 更包括顯示裝置 10a (多個子孔徑光場發射模組)、一個雙側遠心鏡頭組 20b、一個第一導光元件 401a 及一個第二導光元件 403a，其中該雙側遠心鏡頭組 20b 包括第一鏡頭組 201b 及第二鏡頭組 203b。於該實施例中，該顯示裝置 10a、該雙側遠心鏡頭組 20b、該第一導光元件 401a 及該第二導光元件 403a 之結構與功能，與該顯示裝置 10、該雙側遠心鏡頭組 20a、該第一導光元件 401 及該第二導光元件 403 相似，其細節不再贅述。該實施例之近眼光場顯示裝置 6可作為頭戴式顯示裝置使用，其中該顯示裝置 10a (子孔徑光場發射模組)、該雙側遠心鏡頭組 20b、該第一導光元件 401a 及該第二導光元件 403a 對應至該使用者之另一眼睛 (未圖示)。
第10圖為近眼光場顯示裝置 7 之示意圖，根據本揭露之又一實施例繪製。參考第10圖，於該實施例中，該近眼光場顯示裝置 7 包括外殼 50a、顯示裝置 10b 及 10c (多個子孔徑光場發射模組)、雙側遠心鏡頭組 20c 及 20d、第一導光元件 401b 及 401c，及第二導光元件 403b 及 403c。該雙側遠心鏡頭組 20c 包括第一鏡頭組 201c 及第二鏡頭組 203c，該雙側遠心鏡頭組 20d 包括第一鏡頭組 201d 及第二鏡頭組 203d。該外殼 50a 包括第一容納空間 501a、第二容納空間 502a、第三容納空間 503a、第四容納空間 504a 及第五容納空間 505a。該實施例之近眼光場顯示裝置 7 擁有與第8圖所示之近眼光場顯示裝置 6 相似之結構及功能。第10圖所示之該實施例與第8圖所示之實施例不同之處，在於當該外殼 50a 配置於該物件 O 上時，該第一容納空間 501a 及該第五容納空間 505a 位於同一水平面 HP 上。因此，該第一容納空間 501a可能位於該物件 O 之側面，且該第五容納空間 505a 鄰近該接收器 EY1。
於該實施例中，該等顯示裝置 10b 及 10c (子孔徑光場發射模組)、該等雙側遠心鏡頭組 20c 及 20d、該等第一導光元件 401b 及 401c 及該等第二導光元件 403b 及 403c 之構造與功能，與該顯示裝置 10、該雙側遠心鏡頭組 20a、該第一導光元件 401 及該第二導光元件 403 相似，其細節不再贅述。該實施例之近眼光場顯示裝置 7 可作為頭戴式顯示裝置使用，其中該顯示裝置 10c (子孔徑光場發射模組)、該雙側遠心鏡頭組 20d、該第一導光元件 401c 及該第二導光元件 403c 對應至該使用者之另一眼睛 (接收器 EY2)。
該第一容納空間 501a 及該第五容納空間 505a 位於同一水平面 HP 上僅為範例，然而本揭露不限於此。於本揭露之其他實施例中，該第一容納空間 501a 位於該物件 O 之側面 (例如該使用者之臉頰) 即足夠。藉由配置該近眼光場顯示裝置 7 之外殼 50a，可配合各種可能之應用，便利而舒適地配置於該物件 O 上。
綜上所述，根據本揭露之實施例之近眼光場顯示裝置，藉由配置雙側遠心鏡頭組，該近眼光場顯示裝置之影像品質可大幅提升。
以上概述數個實施例之特徵，使於本發明所屬領域具技術之人得以更清楚理解本揭露之各個方面。於本發明所屬領域具技術之人應注意，其可輕易基於本揭露，設計或改良其他程序及結構，以與於此介紹之實施例實行相同之目的及／或達成相同之優點。於本發明所屬領域具技術之人亦應體認，該等等價之構造並未背離本揭露之精神與範圍，且其可於此進行各種改變、替換及改造，而不背離本揭露之精神與範圍。
1,2,3,4,5,6,7:近眼光場顯示裝置
10,30,10a,10b,10c:顯示裝置
101,301:子孔徑光場發射模組
L10:入口光場
L101,L301:子孔徑光場
20,20e,20a,20b,20c,20d:雙側遠心鏡頭組
L20,L20a,L20b:出口光場
EY,EY1,EY2:接收器
i101a:中央子影像
i101b,i101c,i101d,i101e,i101f,i101g:環繞子影像
i20:光場影像
i201:最近物件之影像
i203:最遠物件之影像
103,103a,103b,103c,103d,103e,103f,103g:發光面板
105:投影鏡頭
109,205:光軸
102c,L20c:剖面
102w,L20w:剖面寬度
201,201a,201b,201c,201d:第一鏡頭組
203,203a,203b,203c,203d:第二鏡頭組
P:入射孔徑
Pw:入射孔徑寬度
101a:中央子孔徑光場發射模組
101b,101c,101d,101e,101f,101g:環繞子孔徑光場發射模組
107a,107b,107c,107d,107e,107f,107g:顯示面板
C103a:顯示面板107a之中心
α:傾斜角度
d301:傳播方向
207:光徑
401,401a,401b,401c:第一導光元件
403,403a,403b,403c:第二導光元件
LA:周圍光源
50,50a:外殼
501,501a:第一容納空間
502,502a:第二容納空間
503,503a:第三容納空間
504,504a:第四容納空間
505,505a:第五容納空間
O:物件
D1:第一方向
D2:第二方向
LP:縱切面
HP:水平面
本揭露之各方面，於閱讀下列詳細敘述，並搭配附隨之圖式一併閱讀後，可達最佳之理解效果。應注意，依據本發明所屬產業之慣常作法，各特徵並未按比例繪製。事實上，為討論之清晰明確起見，該等特徵之尺寸可任意放大或縮小。
第1圖為近眼光場顯示裝置之示意圖，根據本揭露之實施例繪製。
第2A圖為多個子影像之示意圖，分別由該近眼光場顯示裝置之多個子孔徑光場發射模組產生，根據本揭露之實施例繪製。
第2B圖為該出口光場由使用者之眼睛經由該近眼光場顯示裝置觀察所得影像之示意圖，根據本揭露之實施例繪製。
第2C圖為該出口光場由使用者之眼睛經由該近眼光場顯示裝置觀察所得影像之示意圖，根據本揭露之實施例繪製。
第3圖為近眼光場顯示裝置之示意圖，根據本揭露之另一實施例繪製。
第4圖為該近眼光場顯示裝置多個發光面板之示意圖，根據本揭露之另一實施例繪製。
第5圖為近眼光場顯示裝置之示意圖，根據本揭露之又一實施例繪製。
第6圖為近眼光場顯示裝置之示意圖，根據本揭露之又一實施例繪製。
第7圖為近眼光場顯示裝置之示意圖，根據本揭露之又一實施例繪製。
第8圖為近眼光場顯示裝置之示意圖，根據本揭露之又一實施例繪製。
第9圖為近眼光場顯示裝置之示意圖，根據本揭露之又一實施例繪製。
第10圖為近眼光場顯示裝置之示意圖，根據本揭露之又一實施例繪製。
1:近眼光場顯示裝置
10:顯示裝置
101:子孔徑光場發射模組
L10:入口光場
L101:子孔徑光場
20:雙側遠心鏡頭組
L20:出口光場
EY:接收器
Claims (19)
- 一種近眼光場顯示裝置，包括： 複數子孔徑光場發射模組，其中該等子孔徑光場發射模組被配置為產生多個子孔徑光場； 雙側遠心鏡頭組，配置於該等子孔徑光場發射模組之一側，其中該等子孔徑光場穿越該雙側遠心鏡頭組，並由該雙側遠心鏡頭組轉換為出口光場，該出口光場入射至接收器。
- 如請求項1之近眼光場顯示裝置，其中穿越該雙側遠心鏡頭組之出口光場於剖面之寬度，小於入射至該雙側遠心鏡頭組之多個子孔徑光場於剖面之寬度。
- 如請求項1之近眼光場顯示裝置，其中穿越該雙側遠心鏡頭組之出口光場之剖面寬度為2公釐至8公釐。
- 如請求項1之近眼光場顯示裝置，其中該出口光場為具連續景深之光場。
- 如請求項1之近眼光場顯示裝置，其中每一子孔徑光場發射模組皆包括發光面板及投影鏡頭，該發光面板被配置為產生該子孔徑光場，且該投影鏡頭被配置為投影該子孔徑光場至該雙側遠心鏡頭組。
- 如請求項5之近眼光場顯示裝置，其中該發光面板之顯示面板垂直該雙側遠心鏡頭組之光軸，且該投影鏡頭之光軸平行該雙側遠心鏡頭組之光軸。
- 如請求項5之近眼光場顯示裝置，其中該等投影鏡頭為 Petzval 鏡頭。
- 如請求項5之近眼光場顯示裝置，其中該等子孔徑光場發射模組包括一個中央子孔徑光場發射模組及多個環繞之子孔徑光場發射模組，該中央子孔徑光場發射模組及該等環繞之子孔徑光場發射模組之發光面板之顯示面板配置於垂直於該雙側遠心鏡頭組之光軸之平面上，該中央子孔徑光場發射模組之發光面板之顯示面板之中心位於該雙側遠心鏡頭組之光軸上，且該等環繞之子孔徑光場發射模組之發光面板之顯示面板環繞該中央子孔徑光場發射模組之發光面板之顯示面板。
- 如請求項5之近眼光場顯示裝置，其中由該子孔徑光場發射模組產生之子孔徑光場之傳播方向，朝向該雙側遠心鏡頭組之光軸傾斜。
- 如請求項1之近眼光場顯示裝置，其中該雙側遠心鏡頭組包括第一鏡頭組及第二鏡頭組，且該第一鏡頭組位於該等子孔徑光場發射模組及該第二鏡頭組之間。
- 如請求項10之近眼光場顯示裝置，更包括第一導光元件及第二導光元件，其中該第一導光元件配置於該第一鏡頭組 及該第二鏡頭組間之光徑上，該第一導光元件被配置為自該第一鏡頭組傳播該等子孔徑光場至該第二鏡頭組，該第二導光元件配置於該第二鏡頭組之一側，該第二鏡頭組位於該第一導光元件及該第二導光元件之間，且該第二導光元件被配置為自該第二鏡頭組傳播該出口光場至該接收器。
- 如請求項11之近眼光場顯示裝置，其中該第二導光元件為部分穿透、部分反射之元件。
- 如請求項11之近眼光場顯示裝置，更包括外殼，其中該外殼被配置為可拆卸地配置於物件上，該外殼包括第一容納空間、第二容納空間、第三容納空間、第四容納空間及第五容納空間，該等子孔徑光場發射模組配置於該第一容納空間，該第一鏡頭組配置於該第二容納空間，該第一導光元件配置於該第三容納空間，該第二鏡頭組配置於該第四容納空間，該第二導光元件配置於第五容納空間，該第一容納空間、第二容納空間及第三容納空間被安排於第一方向，該第三容納空間、第四容納空間及第五容納空間被安排於第二方向，且該第一方向與該第二方向不平行。
- 如請求項13之近眼光場顯示裝置，其中該第一方向與該第二方向間之夾角介於75度至105度之間。
- 如請求項13之近眼光場顯示裝置，其中該第一容納空間及該第五容納空間位於同一縱切面上。
- 如請求項13之近眼光場顯示裝置，其中該第一容納空間及該第五容納空間位於同一水平面上。
- 一種頭戴式顯示裝置，包括： 兩個近眼光場顯示裝置，其中每一近眼光場顯示裝置皆包括多個子孔徑光場發射模組及一個雙側遠心鏡頭組，該等子孔徑光場發射模組被配置為產生多個子孔徑光場，該雙側遠心鏡頭組配置於該等子孔徑光場發射模組之一側，該等子孔徑光場穿越該雙側遠心鏡頭組，並由該雙側遠心鏡頭組轉換為出口光場，該出口光場入射至接收器。
- 如請求項17之頭戴式顯示裝置，其中該雙側遠心鏡頭組包括第一鏡頭組及第二鏡頭組，且該第一鏡頭組位於該等子孔徑光場發射模組及該第二鏡頭組之間； 每一近眼光場顯示裝置更包括第一導光元件及第二導光元件，其中該第一導光元件配置於該第一鏡頭組及該第二鏡頭組間之光徑上，該第一導光元件被配置為自該第一鏡頭組傳播該等子孔徑光場至該第二鏡頭組，該第二導光元件配置於該第二鏡頭組之一側，該第二鏡頭組位於該第一導光元件及該第二導光元件之間，且該第二導光元件被配置為自該第二鏡頭組傳播該出口光場至該接收器；且 該頭戴式顯示裝置更包括外殼，其中該外殼被配置為可拆卸地配置於物件上，該外殼包括第一容納空間、第二容納空間、第三容納空間、第四容納空間及第五容納空間，該等子孔徑光場發射模組配置於該第一容納空間，該第一鏡頭組配置於該第二容納空間，該第一導光元件配置於該第三容納空間，該第二鏡頭組配置於該第四容納空間，該第二導光元件配置於第五容納空間，該第一容納空間、第二容納空間及第三容納空間被安排於第一方向，該第三容納空間、第四容納空間及第五容納空間被安排於第二方向，且該第一方向與該第二方向不平行。
- 如請求項18之頭戴式顯示裝置，其中該第一方向與該第二方向間之夾角介於75度至105度之間。
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