TWI237125B - Focus adjustable head mounted display system for displaying digital contents and device for realizing the system - Google Patents

Description

1237125 五、發明說明（1) " ' ' 【發明所屬之技術領域】 一本發明之係有關於頭戴式顯示器，尤指具數位内容顯 =之焦距可調整的頭戴式顯示系統及用於實現該系統的裝 ，本發明可以對於在頭戴式顯示器上顯示的影像調整1 焦距以適應頭戴者的視力。 、 【先前技術】 在美國專利USP NO·6,369, 952中提出一種頭戴式顯示 二置，以傳送一產生的影像予使用者觀視，最好該產生的 衫像結合外界的影像。該頭戴式顯示裝置中包含一外殼部 =將光學元件固定在該外殼部内，由至少兩個罩幕遮避— 衫像產生器以提供高品質的影像；該裝置尚包含一可拿掉 的女裝遮避單元或可動作的裝置，且將顯示幕從一穿透式 的透鏡轉換成顯像器，而且可以進行反向的轉換。該裝置 可以安裝在使用者的頭部，而仍允許使用者使用傳統式的 眼鏡’而且可以輕易地與該Η M D分開，而使得Η M D可 單獨使用（例如用於看電影）。

在美國專利USP No. 6, 611，385提出一可穿戴式的顯示 系統’該系統包含一顯示面板以顯示依據預定之方式處理 的信號’該可穿戴的顯示系統包含一光栅，以從該顯示面 板上輸出信號，一光波導以經由該光柵導引信號，一放大 透鏡以放大該經由光波導放大的信號，且將該信號顯示予 使用者的眼睛，結合一或多個基體而形成光波導。依據可 穿戴的顯示系統，可以調整地安裝該光波導以符合規格，

第7頁 1237125 五、發明說明（2) 且更進一步個別製造且安裝該光波導；因此，應用最少的 時間及努力製造該頭戴式顯示系統。

在美國專利USP No. 5, 991，084中提出一精緻型虛像顯 示系統’其包含一微顯示器，一包含三個面的第一放大光 裝置’ 一顯示輸入面，一反射/穿透面，及一反射式第一 放大元件面，及一第二放大光裝置。顯示標的的光進入在 該顯示輸入面的第一放大光裝置，該光在該第一放大光裝 置内傳播，使得該光投射到背反射式穿透面之一區域，該 面至少有一部份在該第二放大光裝置所提供的視域内，以 對應該反射/穿透面之第一角度的反射/穿透面，使得光 由反射/穿透面上反射，且導向該反射式第一放大元件 面；該第一放大元件面反射對應到來源標的光，如一放大 的虛像，然後該放大的虛像在該第一放大光裝置内以一對 應該反射/穿透面之第二入射角傳送回該反射/穿透面， 經由該反射/穿透面而離開該第一放大光裝置。多個該第 二放大光裝置接收來自該第一放大光裝置的放大之虛像， 且將該一來源標的之放大虛像的合成之放大虛像顯示予觀 視者。

又，美國專利USP No· 6, 683, 5 84中提出一相機顯示系 統，該系統經由一安裝在一外殼部上的矩陣式顯示元件而 顯示資訊，定位該外殼部以對應使用者至少一眼；該顯示 器連接到一視訊或影像感測器’使得使用者可以看到在該 顯示器上顯示的資訊或影像；該顯示器可以安裝到該外殼 部，使得使用者可以移動該顯示器’以使得該顯示器在該

1237125 1237125 五、發明說明（3) 使用者的視域之 另在美國專 戴式顯示裝置， 含觀視器及一彈 鏡，一穿透鏡， 像’再將影像顯 以看到該影像， 裝在鏡架上，該 住’因此該觀視 • 但是，所有 結構，以將影像 習知技術提出任 由於許多人有眼 等’因此無法清 影像顯示在該頭 觀看者而言，反 鏡’以調整影像 的視網膜上，但 或不方便再戴上 而不適於有眼疾 距的頭戴式顯示 像0 内或之外。 Ν〇·6,680,8 02中提出一單眼型 田精緻而且適於使用者穿戴， 陡兀件；該觀視器包含一；L C D，一 φ t ，及-麥克風。該主透鏡導入—： 亡’以使得使用者至少1; 兄口疋到一主透鏡上，該來 彈性元件包合麥克風安 器可以〜 鼻架以將該彈性元件支撐 上if 1疋在使用者雙眼前之預定位置。 上逃說明的習知技術 顯示予頭戴六、龜t 糸統或機械 何與人眼之；看：曾f ’但是沒有任何的 部的疾病，關的結構或機構。 楚地觀看清 ；^，近視，弱視或斜視 走的衫像，所以當正當清接的 而是模糊的影傻/幕時、，對於有眼疾的 的焦距，使^办德列如近視者通常戴上眼 是一般穿ΐ II象的焦距可以落在使用者 一付眼鏡。所以檀^衣置項，彺在沒有 的穿戴去 m 傳、、先的頭戴式顯示裝置反 裝置此有必要有-種可以調整焦 使件使用者可以觀看到清楚的影 w 1，力一禋應用為使 眼鏡的功能，尤其是對 戴式顯示裝置以完全取 T於弱現者更有 + 人巧此一需要。即經由

1237125 五、發明說明（4) =攝入影像，再將影像事先處理以顯示在顯示幕上 :::清楚地看見影像。但是在所有的習知技術中 提出具有上述功能的頭戴式顯示裴置。 _ /有 【發明說明 因此， 焦距可調整 以對於顯示 距。 本發明 顯示系統， 該數位資訊 位内容儲存 ] 本發明的主要目的在於提供具數位内容顯示之 的頭戴式顯不系統及用於實現該系統的裝 在頭戴式顯示裝置之顯示幕上的影像調整其焦 提供一種使用在一頭戴 内容儲存 與聲音訊 ，且處理 信號處理 數位 包含： 包含影 器的影 一焦距調整單元包 元依據一焦距調整信號而調整一來 因此產生一調 焦距調 輸入影像， 像係依據該 像信號 像信號 含在該 整信號 一連接到該信號處理單元 元係安裝在一頭戴式顯示 像，使得穿戴該頭戴式顯 視該調整的顯示影像；以 距輸入單元，該焦距輸入 生該焦距調整信號到該信 提供一焦距值予該焦距調 整的顯示 對該輸入 的影像顯 裝置中， 示裴置的 及一連接 單元為一 號處理單 整單元。 式顯不裝 器儲存數 號，用於 該接收到 單元内， 自該數位 影像，該 影像進行 —· 一 不早7L ， 以顯示該 使用者至 到該焦距 手動操作 元中；該 置中的頭 位資訊， 接收來自 的影像信 此焦距調 内容儲存 調整的顯 調整之影 該影像顯 調整的顯 少一眼可 調整單元 的裝置， 焦距輪入 戴式 其中 該數 號； 整單 器的 示影 像； 示單 示影 以目 的焦 以產 tm 早元

第10頁 1237125 五、發明說明（5) 本發明 統的頭戴式 用於容納該 於攝入外界 儲存器的信 的影像信號 元包含一焦 示單元；該 者之至少一 焦距輸入單 理單元；且 體〇 更提供 顯示裝 頭戴式 影像的 就處理 ，且處 距輸入 影像顯 眼的顯 元，用 該焦距 一種具有一焦 置，該 顯示裝 數位内單元， 理該接單元； 示單元 示幕； 於產生 輸入單 聚可調 含：一 裝置包 置的某些元件 容儲存器；一 用於接收來自 收到的影像信 連接到該信號 包含至少一對 整之頭 外殼部 ;至少 連接到 $亥數位 號，該 處理單 應到穿 該焦距 以及一連接到 一焦距調整信號以輸 元提供一焦距值予一 戴式顯示系 ，此外殼部 一架體；用 該數位内容 内容儲存器 信號處理單 元的影像顯 戴在此使用 調整單元的 入該信號處 焦距調整軟 【實施方 為了 文中將說 在於使得 特性，而 請專利範 現在 1 ，該頭 部1 1及 裝置主要 不幕1 4 式】 使传熟習本技術者可以更 明本發明的細節。但是文 熟習本技術者可據以瞭解 非用於限制本發明，本發 圍所定義。 請參考圖1 ，圖中顯示本 戴式顯示裝置1可為一眼 兩個鏡架1 2、1 3 ;本 係隱藏在外殼部1 1内， 、1 5，分別對應對配戴 進一步瞭解本發明，下 中說明的内容及附圖係 本發明的目的，特徵及 明的觀點及精神係由申 發明之頭戴式顯示裝置 鏡’該眼鏡包含一外殼 發明焦距的頭戴式顯示 該外殼部1 1有兩個顯 該外殼部者的雙眼。

1237125 五、發明說明（6)

B 但。在=發明中該頭戴式顯1 明中該頭戴式顯示裝置也可以為單眼裝置，本發 的顯示幕的鏡架，如圖8中所示即是，’即只有單-現在請參考圖2、3，其顯示 頭戴式顯示裝置的系統方塊圖，复赞^ f焦距可調整之 T戴”示裝置！，或者是部份安裝在裝= 1 ;該系統包含一數位内容儲存器 戴式顯不裝置 元1 〇 1、-焦距調整單元i 〇 2 2號處理單 « 〇3。 及〜像顯示單元1 該數位内容儲存器i 0 〇係為一記憶體 Μ、SRAM、快閃記憶體等用以儲存數 影、歌曲、書籍、信函、網頁、簡訊、、二者如電 其它的記錄性資料等。該信號處理單元丄◦ “d二 數位内容儲存器1 〇 〇以接收來自該數位内容儲：：4 0的信號，然後將所接收到的信號呈現在顯示幕i ^、工 5上，其中，該資料包含影像信號及非影像信號。 焦距調整單元1 0 2係安裝在該信號處理單元1 〇 2 内，用於依據一輸入的一焦距調整信號2 〇而調整來自該 數位内容儲存器1 0 0的輸入影像’使得依據該隹距調整 信號2 0調整該顯示的影像。 ^ 一焦距调整軟體1 〇 4係安裝在該焦距調整單元丄〇 2内，此可參見圖4，该焦距調整軟體丄〇 4操作該輸入 影像，以得到對應該輸入影像的調整之顯示影像，而使得

1237125 五、發明說明（7) = =定的焦距’此指定的焦距係由 1，該：：2 了：疋1 〇 3係連接到該信號處理單元1 0 :二目:=:過調整的顯示影像，以為戴有該眼鏡上 主/ 眼h可以看到該影像。

I 中，，:、ί入：70 1 0 5連接到該焦距調整單元1 〇 2 :調早ίΐ 0 5為該手操作之裝置，使用者可 2 0，入J二單兀* 1 〇 5，據此產生該焦距調整信號 20 輪sMs號處理單元1 〇 1中；又該焦距輪入里 兀1 5提供一焦距予該焦距調整單元丄〇 2 了 j發明中尚包含—聲音播放單元1 0 6，係連接到节 ίίΓο:;1 〇 1，以播放聲音信號，#中該聲音播放 早兀106可以是麥克風或耳機。 I明的i用應=I，對使用者提供控制的功能係有助於本 不在該ί載丄ΐ某些實施例中有可能所提出的控制功能係 ex _ J ”肩示裝置中（如使得遙控或主控裝置等）。 隹距例中，本發明提供按鈕16，以輸入該 '、，、f t唬2 〇 ,因此將不同的焦距值從按鈕1 6中輸 入 可以提供按奴1 7，其為一不顯示功能，即該 = 使得該頭戴式顯示裝置的影像不顯示出來， &@^5ί不功能，使得使用者至少可以關閉該影 中斷數據的輸出入動作，當然該按紐17也=以 麵 第13頁 1237125 五、發明說明（8) 影像的顯示功能及電 按鈕1 8，係用於詾敕:本發明中也可以包含一聲音調整 而且，本發明^疋名曰播放單元1 0 6的音量。 本發明的頭戴式顯示J以提供一按鈕1 9，其導通及關斷 現在請參考圖1 置。 1 0 〇，信號處理單-其中顯不本發明的數位内容儲存器 是在本發明中，信銳=1 ^ 1安裝在一顯示幕的上側，但 顯示器的任何位置^<理單元1 0 1可以安裝在一頭戴式 處理單元1 0 1為〜邀如鏡架1 2、1 3上，·甚至該信號 範圍之内。 〃眼鏡分開的構件，此均在本發明的 本發明中，該影抑一 影像顯示單元，即先”、員不單兀1 〇 3可以是一投射式的 在顯示幕1 4、1 5 μ生顯示的影像，然後該將影像投射 像。或者是該影像顯示單到=可目視的影 單元，即將影像直接輪入為一直接式的影像顯示 顯示幕上附加有液晶頋不f上以顯示予使用者，如該 按鈕1 6安裝在一‘：：之功能。而J，本發明中該第-安裝在另-顯示幕15的：二的土方，而將第二按鈕17 鈕1 6、1 7、丄8Y n方，圖中所示者。但是，按 的例子所限制按鈕i 6、] 个又圖1顯不 戴式顯示裝置i的任何位 :1 9可以配置在頭 的精神及觀點内。 斤有逆些例子均在本發明 在本發明中該信號處理單 請參考圖二，其中包含 ：U 1 了附加多項功能， 3輪入早π，可將數據以有線或無 1237125 五、發明說明（9) 線的方式經由 1或一滑鼠4 用如一電腦之 腦的C p U， 在另一實 是一光碟機5 機5 2或一 硬 處理單 關之資 内容儲 數位内 如 接收機 如 攝入裝 元1 0 如 元1 0 者可依 一動態 物件的 軟體4 信 控制功 元1 0 訊或影 存器1 容儲存 圖六所5 4, 圖二所 置1 0 1後， 圖七所 1中包 據所需 資料處 距離、 7，可 號處理 能4 8 外部輸入裝置輸入1 〇 9 ，如經由 2鍵入數據，而使得該顯示幕丄4 終端機，而該信號處理單元丄〇工 因此本發明之裝置作用如一微形電 施例，如圖五所示，其中該輸入單 1 (如CDR，D VD光碟機等） 碟機5 3 #，以將所儲存的資料輸 1進一步輸出至顯示幕14、15 像，或者是該輸入單元X 〇 9連接 〇〇 ，其將輸入單元1〇9中的資 器1 〇 〇中儲存，以備往後使用。、 示，本發明中該輸入裝置丄〇 9可 以接收由空中傳送的影音訊習。 示，在本發明的另一實施例中上包 7，以攝入外界影像，該影像經信 在顯示幕1 4、1 5中顯示予使用 示’本發明之另一實施例中，該信 含各種影像處理及資料處理軟體， ，對輸入的資料進行所需要的處理 理軟體4 6 ’係用於計算輸入影像 速度、及加速度等動態資料。或者 用以辨識輸入影像中所欲尋找的標 單元1 0 1中也可以包含一般放映 ，如快轉、回轉、慢轉、搜尋、語 一鍵盤4 、1 5作 則如一電 腦。 元也可以 或一軟碟 入該信號 以顯示相 到該數位 料儲存到 為一無線 含一影像 號處理單 者。 號處理單 使得使用 。如包含 中的標的 是一辨識 的。 裝置中的 言選擇。

第15頁 1237125 五、發明說明（10) 如圖二所 〇 8，以從信 料，其中資料 在本發明 雙眼視力不同 示單元1 0 3 鏡片，在此實 戴式顯示裝置 動作，因此啟 位内容儲存器 顯示單元1 〇 裝置關斷，而 用。 而且，在 取代，即只有 本發明中，可 雖然文中 點是以申請專 熟悉本發明技 飾，唯其改變 一切變換設計 範疇内。 示，本發明的裝置中尚可包含一輪出裝置 號處理單元1 0 1中輸出使用者所指定的i 的輸出可以有線或無線的方式進行。 '貝 中’該兩眼的焦聚可分別獨立控制， 的情況。在本發明的另一實施例中，影像^ 為一付眼鏡，即雙顯示幕同時作為顯S器顯 施例中’按紐1 7可以用於切換本發明$， ，該按鈕1 7導通時，該頭戴式顯示裝置= 動數位内容儲存器i 〇 〇，且處理來自、气將 1 0 0的攝入影像，並將該影像顯示在^ = 3上，當按紐關斷時，本發明的頭戴辱、一 將鏡片即為一般的鏡片，可作為目視;$ = 本發明中，該顯示幕1 4、1 5可iv μ θ j从顯示簋 顯示功能，而沒有透鏡的功能。如參 . X上所诚， 以只有单一的顯示幕或顯示透鏡。 已以較佳的實施例說明本發明，但 & 利範圍為主，非以上述實施例作為界^明觀 術者可在瞭解上述本發明後再加以更$ 不脫離本發明精神及觀點且在均等^ 及修 、配置及選擇等，皆應涵屬於本二=了的 十货明的專利

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圖式簡單說明 --------- 【圖式簡單說明j 第1 A、1 β、2 c圖··分別為本發明的頭游 只飒式顯示裝1 ^ 的左側，右側及背面視圖。 第2圖·為本發明之頭戴式顯示系統的方塊圖。 第3圖··為本發明之信號處理單元之組件方塊圖。 第4圖：為本發明之輸入單元之實施例的方塊圖。 第5圖：為本發明之輸入單元另一實施例的方塊圖。 第6圖·為本發明之信號處理單元之另一組件方塊圖。 第7圖：為本發明之信號處理單元之另一組件方塊圖。 第8圖·為示本發明之頭戴式顯示裝置的另一實施例，其 中只有使用單一顯示幕。 【元件符號說明】

焦距調整信號 1 · · ·頭戴式顯示裝置 • •外殼部 • ••鏡架 ••顯示幕 • · ·按鈕 • •按紐 •鍵盤

，’々狂軟體 辨識軟體 4 6· 4 7··

第17頁 1237125

第18頁 圖式簡單說明 4 8 • 控 制 功 能 5 1 • • 光碟 機 5 2 • • 軟碟 機 5 3 • • 硬 碟 機 5 4 無 線 接 收 機 1 0 0 數 位 内 容 儲 存 器 1 0 1 信 號 處 理 單 元 1 0 2 焦 距 調 整 單 元 1 0 3 影 像 顯 示 單 元 1 0 4 焦 距 調 整 軟 體 1 0 5 焦 距 輸 入 單 元 1 0 6 聲 音 播 放 單 元 1 0 7 影 像攝 入 裝 置 1 0 8 • 參 輸 出 裝 置 1 0 9 • • 輸 入 單 元

Claims (1)

1. I237l25 六、 申請專利範圍 1 · 種使用在一頭游a胃- 示之焦聚可調整的頭戴式顯;*系=|置:的具數位内容顯 一數位内容儲存器以儲存砉^仿-欠匕含 包含影像信號與聲音訊號； 貝訊，其中該數位資訊 一連接到該數位内容儲在 收來自該數位内容儲存与的^^，信號處理單元，用於接 影像信號； 、如像is唬’且處理該接收到的 一焦距調整單元包含在 ，單元依據一焦距調整信#二二2處理單元内，此焦距調 器的輪入影像，因此產生_Γ二二〜來自該數位内容儲存 示影像係依據該焦距調整作示影像，該調整的顯 -連接到該信號處理入影像整該影像； 示單元係安裝在一頭戴式像顯示單元，該影像顯 不影像，使得穿戴該頭戴=二^中，以顯示該調整的顯 以目視該調整的顯示=式Κ裝置的使用者至少-眼可 —連接到該焦距調整嚴 入單元為一手動操作的裝置，：：：輸入單元’該焦距輸 信號處理單元中；該焦 ：焦距調整信號到該 調整單元。 早70 ^供一焦距值予該焦距 2 ·如申請專利範圍第]百 ^ 該焦距調整單元包含一隹距^ =戴式顯示系統，其中 作該輪入影像，因此產生該3 =:該焦距調整軟體操 示影像對映將輸入之影像，：=二不影像，此調整的顯 距調整信號之一指定的焦距而依據來自該焦 對輸入该影像作調整。 第19頁 1237125 -— 六、申請專利範圍 巧包！.ΐ:請專利範圍第1項之頭戴式，-έ 送的聲音訊號。 用以播放由該信號處理單元;斤： 4 ·如申請專利範圍第1 聲音播放單元為麥克風或耳機。、貝戴式顯示系統，其中 5 .如申請專利範圍第 數位内容儲存器儲存的 2頭戴式顯示系統，复 函、網頁H 數據包含電影、歌曲、“；、中 ，讯、手札、程式及 玲知、信 6 ·如申請專利範圍第 二生，。 尚包含-影像攝入裝置，以攝入：』戴式顯示系統，其中 爰，在顯示幕甲顯示予使用者。^衫像經信號 尚包含-項之頭戴式顯示系統，” 部輪入裝置輸入。將數據以有線或無線的方式經由： 該輪入單元：：：：範圍第7項之頭戴式顯示系統， 訊習， 、…、線輸入裝置，用以輪入办丄’、先，其中 q而動作如一電視機或收音機。，二中傳送的影音 該輪入單^ :凊專利範圍第7項之頭戴式顯矛奉 朵微早疋為下列各項中之一頂，使士 a 不系統’其中 碟，、軟碟機及硬碟機。 ”中包含鍵盤、滑鼠、 中，該：入”請專利範圍第7項之頭戴式顯示备 的輪入資料：：連接到該數位内容儲存器以將心統，其 丄『科館存到數位内容儲存器中儲存。將輪人單元中 •如申請專利範圍第1項之頭戴式顯示系統，其 第20頁 1237125 六、申請專利範圍 中，該信號 12· 中，該信號13· 中，該信號 計算輸入影 態資料中至14· 中，該信號 像中所欲尋 處理單元中 如申請專利 處理單元中 如申請專利 處理單元中 像中的標的 ^ —工員° 如申請專利 處理單元中 找的標的。 1 5 ·如申請專利 中，信號處理單元包含 1 6 ·如申請專利 其中，放映裝置中的控 語言選擇中至少一項。17 中，尚包含一輸出裝置 所指定的資料，其中資 行。 18· 的頭戴式顯 包含資料處理軟體。 範圍第1項之頭戴式顯示系統，其 包含影像處理軟體。 範圍第1項之頭戴式顯示系統，其 包含一動態資料處理軟體，係用於 物件的距離，速度，及加速度之動 範圍第1項之頭戴式顯示系統，其 包含一辨識軟體，用以辨識輸入影 範圍第1項之頭戴式顯示系統，其 一般放映裝置中的控制功能。 範圍第1 5項之頭戴式顯示系統， 制功為快轉、回轉、慢轉、搜尋、 如申請專利範圍第1項之頭戴式顯示系統，其 ，以從信號處理單元中輸出使用者 料的輸出可以有線或無線的方式進 外殼 一種具有數 示裝置，該 部，此外殼 位内容顯示之焦聚可調整顯示系統 裝置包含： 部用於容納該頭戴式顯示裝置的某 些元件； 至少一架體；

   第21頁 1237125 六、申請專利範圍 進行。 2 4 ·如申 其中，尚包含至 功能包含將現在 播放的功能，調 關元件的功能。 2 5 ·如申 其中，該顯示器 2 6 ·如申 其中，影像顯示 生顯示的影像， 得到一人眼可目 2 7 ·如申 其中’影像顯示 像直接輸入顯示 2 8 ·如申 其中，尚包含一 統’其中當該按 統被啟動，而該 關斷時，則該焦 頭戴式顯示裝置 2 9 ·如申 其中，兩顯示幕 不同的情況。 請專利範圍第1 8項之頭戴式顯示系統， 少一按鈕其功能f為下列中至少一項，該 正輸出之影像停止顯示的功能’調整聲音 整影像播放的功能，啟動及關閉系統及相 請專利範圍第1 8項之頭 尚包含透鏡之功能。 請專利範圍第1 8項之頭 單元為一投射式的影像顯 然後該將影像投射在顯示 視的影像。 請專利範圍第1 8項之頭 單元為一直接式的影像顯 幕上，以顯示予使用者， 請專利範圍第1 8項之頭 按紐以切換該輸入可調整 紐開啟時，該焦距可調整 顯示幕具有顯示影像的功 距可調整的頭戴式顯示系 如一眼鏡。 請專利範圍第1 8項之頭 的焦聚可分別獨立控制， 戴式顯τρ裝置 戴式顯裝置 示單元， 即先產 器上，因此可 以 戴式顯示裝置， 不單元’即將影 戴式顯示裝置， 的頭戴式顯示系 的頭戴式顯示系 能；且當該按鈕 統關閉，使得該 戴式顯示裝置， 以適應雙眼視力

   1237125 六、申請專利範圍 3 0 ·如申請專利範圍第1 8項之頭戴式顯示裝置， 其中，使用一按鈕以動作一焦距調整信號，因此依據來自 該按鈕的輸入而產生不同的焦距值。

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