TWI661231B - 頭戴式顯示裝置 - Google Patents

Abstract

頭戴式顯示裝置包括殼體以及第一光發射器。殼體具有內表面。第一光發射器配置在殼體上。第一光發射器朝殼體的內表面發送第一投射光束，並使第一投射光束依據內表面發生至少一次的反射動作以及散射動作來產生第一偵測光。其中，偵測光被投射至第一目標區域，第一偵測光的第一投射面覆蓋第一目標區域的第一預設面積。

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透過間接照明的方式以在眼球產生均勻光面的頭戴式顯示裝置。

在習知技術領域中，頭戴式顯示裝置所應用的眼球追蹤技術，常透過瞳孔中心/角膜亮點法（Pupil Center/Corneal reflection, PCCR）來執行。這種方法利用紅外光在角膜上產生多個亮點，並透過這些亮點來做為定位的參考點。這些亮點的位置不會隨著角膜的轉動而改變，於是可利用亮點與瞳孔中心間的向量以及面板影像內容座標做映對，計算出眼球所凝視的絕對位置。基於上述原理的硬體架構中，需透過紅外線相機以擷取角膜上亮點的所在處，但因紅外線相機的擺放位置，容易拍攝到二次光點，或雜散光所形成的亮點，造成追瞳的精準度下降。

本發明提供一種頭戴式顯示裝置，可提供均勻分布於目標區域的偵測光，降低在目標區域產生亮點的可能。

本發明的頭戴式顯示裝置包括殼體以及第一光發射器。殼體具有內表面。第一光發射器配置在殼體上。第一光發射器朝殼體的內表面發送第一投射光束，並使第一投射光束依據內表面發生至少一次的反射動作以及散射動作來產生第一偵測光。其中第一偵測光被投射至第一目標區域，第一偵測光的第一投射面覆蓋第一目標區域的第一預設面積。

基於上述，本發明的光發射器透過使投射光束在殼體的內表面上產生至少一次的反射動作以及散射動作來產生偵測光。偵測光被投射至目標區域並覆蓋目標區域的一預設面積。如此一來，用以進行眼球偵測的偵測光可均勻覆蓋在眼睛表面上，降低產生雜散光點的可能性。

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包括殼體110、透鏡裝置120、光發射器130以及顯示器140。殼體110具有內表面IS1。光發射器130配置在殼體110上，例如配置在殼體110的內表面IS1上。光發射器130用以朝殼體110的內表面IS1的其他部分發送投射光束PLB，並使投射光束PLB依據內表面IS1以發生一次的反射動作以及散射動作來產生偵測光DLB。

透過上述的反射動作以及散射動作，偵測光DLB被投射至目標區域GA1。基於上述的散射動作，偵測光DLB的投射面的區域面積隨著傳送距離而增大，並在目標區域GA1上覆蓋一預設面積。

在本實施例中，透過機構的設計方式，目標區域GA1的位置可依據使用者的眼睛的位置進行設計。在當頭戴式顯示裝置100例如進行眼球追蹤動作時，透過投射散射的偵測光DLB至使用者的眼睛，可在眼睛上形成均勻分布的光，減少雜散亮點產生的可能，並提升眼球追蹤的準確度。其中，上述的預設面積可依據使用者所可能具有的眼睛尺寸進行設計，預設面積可略大於使用者所可能具有的眼睛尺寸的最大值。

附帶一提的，在本實施例中，透鏡裝置120、顯示器140以及目標區域GA1可以沿著一軸線AX1進行配置。其中目標區域GA1與透鏡裝置120的第一側邊S1相鄰近，而顯示器140則與透鏡裝置120的第二側邊S2相鄰近；透鏡裝置120的長軸可沿軸線EX1進行延伸，而目標區域GA1則沿軸線EX2進行延伸。此外，目標區域GA1與顯示器140間可形成一視野FOV。請特別注意，為避免干擾使用者觀賞顯示器140所提供的顯示畫面，光發射器130的配置位置，可以避免與目標區域GA1與透鏡裝置120間形成的視野FOV相重疊，也就是說，光發射器130可配置在上述的視野FOV之外。

此外，在本實施例中，光發射器130配置在透鏡裝置120與目標區域GA1間的殼體110上。其中，光發射器130所發送的投射光束PLB以及對應產生的偵測光DLB可以為不可見的光束，例如為紅外線光束。光發射器130則可以為紅外線發射器。

在另一方面，殼體110的內表面IS1可以透過設置可使投射光束PLB產生反射以及散射的材質。而凡本領域具通常知識者所熟知，可使投射光束PLB產生反射以及散射的材質均可應用於本發明，沒有特別的限制。

在本實施例中，透鏡裝置120可以為一個或多個同型式或不同型式的透鏡所組成，沒有特定的限制。並且，顯示器140可以為本領域具通常知識者所熟知的任意顯示器，沒有特定的限制。

以下請參照圖2，圖2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200包括殼體210、透鏡裝置220、光發射器230以及顯示器240。殼體210具有內表面IS1。光發射器230配置在殼體210上，例如配置在殼體210的內表面IS1上。光發射器230用以朝殼體210的內表面IS1的其他部分發送投射光束PLB，並使投射光束PLB依據內表面IS1以發生多次的反射動作以及散射動作來產生偵測光DLB。

在本實施例中，投射光束PLB透過兩次反射動作以及散射動作來產生偵測光DLB。在本發明其他實施例中，投射光束PLB可透過兩次以上的多次反射動作，以及散射動作來產生偵測光DLB。投射光束PLB的被反射次數可依據光發射器230的配置位置來決定，沒有固定的限制。

接著請參照圖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包括殼體310、透鏡裝置320、光發射器330以及顯示器340。與前述實施例不相同的，在本實施例中，目標區域GA1鄰近於透鏡裝置320的第一側邊S1進行設置，光發射器330則鄰近於透鏡裝置320的第二側邊S2進行配置，其中透鏡裝置320的第一側邊S1與透鏡裝置320的第二側邊S2相對。也就是說，光發射器330被配置在透鏡裝置320的軸線EX1與目標區域GA1的軸線EX2外的殼體310上，並配置在目標區域GA1與顯示器340間形成的視野FOV外。

光發射器330發射投射光束PLB，並使投射光束PLB依據殼體310的內表面IS1發生至少一次的反射動作以及散射動作來產生偵測光DLB。偵測光DLB透過透鏡裝置320與殼體310間所具有的間隙來傳送至目標區域GA1上，並覆蓋目標區域GA1一個預設面積。

以下請參照圖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包括殼體410、透鏡裝置421、422、光發射器431、432、顯示器441、442以及影像擷取器451以及452。透鏡裝置421以及顯示器441依據軸線AX1進行配置，並用以提供使用者第一眼顯示影像。光發射器431配置在殼體410上，並鄰近目標區域GA41進行配置。光發射器431發射投射光束PLB1，並使投射光束PLB1依據殼體410的內表面IS1發生至少一次的反射動作以及散射動作來產生偵測光DLB1。偵測光DLB1被投射至目標區域GA41，並覆蓋目標區域GA41一個預設面積。

在另一方面，透鏡裝置422以及顯示器442依據軸線AX2進行配置，並用以提供使用者第二眼顯示影像。光發射器432配置在殼體410上，並鄰近目標區域GA42進行配置。光發射器432發射投射光束PLB2，並使投射光束PLB2依據殼體410的內表面IS2發生至少一次的反射動作以及散射動作來產生偵測光DLB2。偵測光DLB2被投射至目標區域GA42，並覆蓋目標區域GA42一個預設面積。

透鏡裝置421以及透鏡裝置422分別沿軸線EX1、EX3延伸配置，目標區域GA41以及GA42則分別沿軸線EX2、EX4延伸配置。其中軸線EX1、EX3可以重合、平行、相交或是相互歪斜；軸線EX2、EX4也可以重合、平行、相交或是相互歪斜。光發射器431可配置在軸線EX1與EX2間的殼體410上，或是配置在軸線EX1與EX2外的殼體410上。光發射器432則可配置在軸線EX3與EX4間的殼體410上，或是配置在軸線EX3與EX4外的殼體410上。

值得注意的，在本發明實施例中，頭戴式顯示裝置400分別對應目標區域GA41以及GA42設置影像擷取器451以及452。影像擷取裝置451以及452分別用以擷取目標區域GA41以及GA42上的影像。當進行眼球追蹤動作時，影像擷取裝置451以及452可分別擷取依據偵測光DLB1、DLB2在目標區域GA1、GA2（使用者眼睛）上所產生的影像。如此一來，頭戴式顯示裝置400可依據影像擷取裝置451以及452所獲得的影像。

以下請參照圖5，圖5繪示本發明實施例的頭戴式顯示裝置的實體結構示意圖。頭戴式顯示裝置500具有殼體510。殼體510上可配置一個或多個光發射器511~516。在圖5中，光發射器511~516可擇一或多個來進行設置，並不必要全部設置。以光發射器511為範例，光發射器511產生投射光束PLB，並使投射光束PLB在殼體510的內表面進行一次或多次的反射動作以及散射動作，以產生偵測光DLB。偵測光DLB可被投射至目標區域，並在目標區域上覆蓋一預設面積。

透過上述的機制，本發明實施例的偵測光DLB可均勻的被投射在使用者的眼睛上，並不產生雜散光點。

綜上所述，本發明透過使投射光束經一次或多次反射動作以及散射動作以產生偵測光，並使偵測光的投射面覆蓋目標區域一個預設面積。如此一來，當進行眼球追蹤動作時，偵測光可均勻覆蓋在使用者眼睛上，降低雜散光點所可能造成的影響。

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、200、300、400、500‧‧‧頭戴式顯示裝置

110、210、310、410、510‧‧‧殼體

120、220、320、421、422‧‧‧透鏡裝置

130、230、330、431、432、511~516‧‧‧光發射器

140、240、340、441、442‧‧‧顯示器

IS1、IS2‧‧‧內表面

PLB、PLB1、PLB2‧‧‧投射光束

DLB、DLB1、DLB2‧‧‧偵測光

GA1、GA41、GA42‧‧‧目標區域

AX1、AX2、EX1~EX4‧‧‧軸線

451、452‧‧‧影像擷取裝置

FOV‧‧‧視野

S1、S2‧‧‧側邊

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繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。 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繪示本發明實施例的頭戴式顯示裝置的實體結構示意圖。

Claims (12)

1. 一種頭戴式顯示裝置，包括：一殼體，具有一內表面；以及一第一光發射器，配置在該殼體上，該第一光發射器朝該殼體的該內表面發送一第一投射光束，並使該第一投射光束依據該內表面發生至少一次的反射動作以及散射動作來產生一第一偵測光，其中，該偵測光被投射至一第一目標區域，該第一偵測光的一第一投射面覆蓋該第一目標區域的一第一預設面積。
2. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，更包括：一第一透鏡裝置，配置在該殼體中，沿一第一軸線延伸，具有第一側邊以鄰近該第一目標區域；以及一第一顯示器，配置在該殼體中並鄰近該第一透鏡裝置的第二側邊，其中該第一透鏡裝置的第一側邊與該第一透鏡裝置的第二側邊相對，其中，該第一目標區域與該第一顯示器間形成一第一視野，其中該第一目標區域沿一第二軸線延伸。
3. 如申請專利範圍第2項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一光發射器配置在該第一透鏡裝置的該第一軸線與該第一目標區域的該第二軸線間，其中，該第一光發射器配置在該第一視野之外。
4. 如申請專利範圍第2項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一光發射器配置在該第一透鏡裝置的該第一軸線與該第一目標區域的該第二軸線間的該殼體上。
5. 如申請專利範圍第2項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第一光發射器配置在該第一透鏡裝置的該第一軸線與該第一目標區域的該第二軸線外的該殼體上。
6. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，更包括：一影像擷取器，配置在該殼體上，用以擷取該第一目標區域上的影像。
7. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示裝置，更包括：一第二光發射器，配置在該殼體上，該第二光發射器朝該殼體的該內表面發送一第二投射光束，並使該第二投射光束依據該內表面發生至少一次的反射動作以及散射動作來產生一第二偵測光，其中，該偵測光被投射至一第二目標區域，該第二偵測光的一第二投射面覆蓋該第二目標區域的一第二預設面積。
8. 如申請專利範圍第7項所述的頭戴式顯示裝置，更包括：一第二透鏡裝置，配置在該殼體中，沿一第三軸線延伸，具有第一側邊以鄰近該第二目標區域；以及一第二顯示器，配置在該殼體中並鄰近該第二透鏡裝置的第二側邊，其中該第二透鏡裝置的第一側邊與該第二透鏡裝置的第二側邊相對，其中，該第二目標區域與該第二顯示器間形成一第二視野，其中該第二目標區域沿一第四軸線延伸。
9. 如申請專利範圍第8項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第二光發射器配置在該第二透鏡裝置的該第三軸線與該第二目標區域的該第四軸線間，其中，該第二光發射器配置在該第二視野之外。
10. 如申請專利範圍第8項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第二光發射器配置在該第二透鏡裝置的該第三軸線與該第二目標區域的該第四軸線間的該殼體上。
11. 如申請專利範圍第8項所述的頭戴式顯示裝置，其中該第二光發射器配置在該第二透鏡裝置的該第三軸線與該第二目標區域的該第四軸線外的該殼體上。
12. 如申請專利範圍第7項所述的頭戴式顯示裝置，更包括：一影像擷取器，配置在該殼體上，用以擷取該第二目標區域上的影像。