TWI848311B - 影像感測裝置及頭戴式顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種影像感測裝置，包括多個透鏡組、連接件、至少一個天線元件以及多個影像感測元件。各透鏡組包括第一側沿光軸排列的多個透鏡元件。連接件連接於多個透鏡組之間。連接件包括多個第一部份以及多個第二部份。多個第二部份連接於多個第一部份之間。多個天線元件分別配置於多個第一部份，用以朝第一側提供多個感測波束至目標區。多個影像感測元件分別配置於多個透鏡組朝向第二側的一側，用以感測目標區的反射光束，其中第二側的方向相反於第一側的方向。

Description

影像感測裝置及頭戴式顯示裝置

本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種影像感測裝置及頭戴式顯示裝置。

隨著科技產業日益發達，電子裝置的型態、使用功能以及使用方式越來越多元，可直接配戴在使用者身體上的穿戴式(wearable)電子裝置也因應而生。頭戴式電子裝置的種類相當多，以眼罩類型等頭戴式電子裝置為例，使用者配戴上此類電子裝置之後，除了可以看到立體影像之外，影像還會隨著使用者頭部轉動而變，可提供使用者更身歷其境的感受。

然而，在目前的頭戴式電子裝置設計中，結構中具有各種不同功能的模組，導致了頭戴式電子裝置體積居高不下。此外，現階段的發展還有雷達波束的涵蓋範圍或雷達波束的分集特性受限於有限的天線陣元數的問題，以及頭戴式電子裝置上特定位置需同時配置影像與雷達感測器的問題。

本發明提供一種影像感測裝置及頭戴式顯示裝置，可使天線與影像感測元件整合成單一模組而形成最佳感測位置以及增加不同的波束方向，或增加不同的掃描範圍及其面積。本發明的影像感測裝置可用於頭戴式顯示裝置、車用裝置、機器人或無人機等裝置上。擴增實境(augmented reality)或虛擬實境(virtual reality)配件亦會配置本發明的影像感測裝置，如控制器、手環、戒指；另，有空間辨識需求的裝置亦有可能配置本發明的影像感測裝置。

本發明提供一種影像感測裝置，包括多個透鏡組、連接件、多個天線元件以及多個影像感測元件。各透鏡組包括沿光軸排列的多個透鏡元件。連接件連接於多個透鏡組之間。連接件包括多個第一部份以及多個第二部份。多個第二部份連接於多個第一部份之間。多個天線元件分別配置於多個第一部份，用以朝第一側提供多個感測波束至目標區。多個影像感測元件分別配置於多個透鏡組朝向第二側的一側，用以感測目標區的反射光束，其中第二側的方向相反於第一側的方向。

本發明另提供一種頭戴式顯示器，包括影像感測裝置以及顯示器。影像感測裝置包括多個透鏡組、連接件、多個天線元件以及多個影像感測元件。各透鏡組包括沿光軸排列的多個透鏡元件。連接件連接於多個透鏡組之間。連接件包括多個第一部份以及多個第二部份。多個第二部份連接於多個第一部份之間。多 個天線元件分別配置於多個第一部份，用以朝第一側提供多個感測波束至目標區。多個影像感測元件分別配置於多個透鏡組朝向第二側的一側，用以感測目標區的反射光束，其中第二側的方向相反於第一側的方向。頭戴式顯示器內包括一主板，影像感測裝置經由一訊號線與主板耦接。

本發明另提供一種影像感測裝置，包括透鏡組、多個天線元件以及影像感測元件。透鏡組包括沿光軸排列的多個透鏡元件。多個天線元件配置於透鏡組的第二側，用以提供多個感測波束至目標區。多個天線元件位於透鏡組的不同相對位置上。影像感測元件配置於透鏡組的第二側，用以感測目標區的反射光束。

本發明另提供一種頭戴式顯示器，包括影像感測裝置以及顯示器。影像感測裝置包括透鏡組、多個天線元件以及影像感測元件。透鏡組包括沿光軸排列的多個透鏡元件。多個天線元件配置於透鏡組的第二側，用以提供多個感測波束至目標區。多個天線元件位於透鏡組的不同相對位置上。影像感測元件配置於透鏡組的第二側，用以感測目標區的反射光束。顯示器電性連接所述影像感測裝置。

基於上述，在本發明的影像感測裝置以及頭戴式顯示器中，影像感測裝置中包括透鏡組、多個天線元件以及影像感測元件。其中，多個天線元件所提供的感測波束傳遞通過透鏡組至目標區以形成掃描波束，而目標區所反射出的反射光束傳遞通過透鏡組至影像感測元件。因此，將多個天線元件配置鄰近於透鏡組， 可讓目標區所提供的反射光束與多個天線元件所提供的感測波束共用透鏡組，進而可整合成單一模組可配置於最佳感測位置，同時可節省裝置體積。此外，藉由配置位置調整器移動透鏡組可提供光學避震效果以及使掃描波束增加不同的波束方向，或增加不同的掃描範圍及其面積。

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。

10:使用者

20:目標區

50:頭戴式顯示裝置

100,100A:影像感測裝置

110:透鏡組

112:透鏡元件

120:連接件

122:第一部份

124:第二部份

130:天線元件

140:影像感測元件

200:顯示器

A1:第一側

A2:第二側

B:掃描波束

F:參考平面

I:光軸

L1:反射光束

L2:感測波束

圖1為本發明一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。

圖2為圖1的影像感測裝置的影像感測裝置在進行光學感測時的示意圖。

圖3為圖1的影像感測裝置的影像感測裝置在進行波束掃描時的示意圖。

圖4為本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。

圖5為圖4的影像感測裝置的影像感測裝置在進行光學感測時的示意圖。

圖6為圖4的影像感測裝置的影像感測裝置在進行波束掃描時的示意圖。

圖1為本發明一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。請參考圖1。本發明一實施例提供一種頭戴式顯示裝置50，可讓使用者10配戴並達到體驗虛擬實境(virtual reality)、擴增實境(augmented reality)或混合實境(mixed reality)的效果。在本實施例中，頭戴式顯示裝置50包括影像感測裝置100以及顯示器200。影像感測裝置100用以對目標區20進行感測，顯示器200電性連接影像感測裝置100，用以依據影像感測裝置100的感測結果產生影像畫面。

圖2為圖1的影像感測裝置的影像感測裝置在進行光學感測時的示意圖。圖3為圖1的影像感測裝置的影像感測裝置在進行波束掃描時的示意圖。請參考圖1至圖3。影像感測裝置多個透鏡組110、連接件120、多個天線元件130以及多個影像感測元件140。在本實施例中，透鏡組110的數量例如為兩個，且沿垂直於光軸I的一方向上排列，但本發明並不限於此。詳細而言，各透鏡組110包括沿光軸I排列的多個透鏡元件112。舉例而言，各透鏡組110例如包括具有屈光度的一個或多個光學鏡片的組合，例如包括雙凹透鏡、雙凸透鏡、凹凸透鏡、凸凹透鏡、平凸透鏡以及平凹透鏡等非平面鏡片的各種組合。在本實施例中，各透鏡組110中多個透鏡元件112在光軸I上的光學成像範圍由第一側A1至第二側A2逐漸增加，如圖2所顯示。

連接件120連接於多個透鏡組110之間。連接件包括多個第一部份122以及多個第二部份124。其中多個第二部份124 連接於多個第一部份122之間；且如圖2所示，多個第二部份124的厚度大於多個第一部份122的厚度，故多個第二部份124的介電常數大於多個第一部份122的介電常數。但多個第二部份124的厚度亦有可能小於多個第一部份122的厚度，故多個第二部份124的介電常數亦有可能小於多個第一部份122的介電常數。舉例而言，在本實施例中，連接件120為光學透鏡，且多個第一部份122在光軸I的方向上的厚度小於多個第二部份124在光軸I的方向上的厚度。詳細而言，在本實施例中，連接件120連接於多個透鏡組110朝向第一側A1的一側。

多個影像感測元件140分別配置於多個透鏡組110朝向第二側A2的一側，其中多個影像感測元件140的數量相同於多個透鏡組110的數量。多個影像感測元件140用以感測目標區20的反射光束L1，藉此對使用者10目標區20的面部容貌進行光學成像。具體而言，目標區20所發出的反射光束L1由第一側A1至第二側A2傳遞通過透鏡組110至影像感測元件150。

多個天線元件130分別配置於多個第一部份122，用以朝第一側A1提供多個感測波束L2至目標區20。詳細而言，在本實施例中，多個天線元件130的數量相同於多個第一部份122的數量，且這些天線元件130分別配置位於所對應的第一部份122中朝向第二側A2的一側。然而，本發明並不限制天線元件130的數量以及第一部份122的數量。換句話說，多個天線元件130朝多個第一部份122提供多個感測波束L2而在目標區20形成掃描波 束B。值得一提的是，由於多個第二部份124鄰近配置於第一部份122，故將使得部份感測波束L2將朝具有較大介電常數的多個第二部份124偏折，進而可增加所形成掃描波束B的掃描範圍，如圖3所顯示。如此一來，可進一步提升當使用者10臉部靠近時感測波束L2的視角範圍，進而達到良好的感測效果。另一方面，將多個天線元件130配置鄰近透鏡組110，可讓目標區20所提供的反射光束L1與多個天線元件130所提供的感測波束L2共用透鏡組110，如圖2及圖3分別所顯示，進而可整合成單一模組而形成最佳感測位置，同時可節省裝置體積。

圖4為本發明另一實施例的頭戴式顯示裝置的示意圖。圖5為圖4的影像感測裝置的影像感測裝置在進行光學感測時的示意圖。圖6為圖4的影像感測裝置的影像感測裝置在進行波束掃描時的示意圖。請參考圖4至圖6。本實施例的頭戴式顯示裝置200及影像感測裝置100A類似於圖1至圖3所顯示的頭戴式顯示裝置200及影像感測裝置100。兩者不同之處在於，在本實施例中，影像感測裝置100的透鏡組110以及影像感測元件140僅設置單一組，並且省略配置了圖2的連接件120。此外，在本實施例中，多個天線元件130配置於透鏡組110的第二側A2，且這些天線元件130位於透鏡組110的不同相對位置上，以形成具有特定方向的掃描波束B。具體而言，天線元件130所提供的感測波束L2由第二側A2至第一側A1傳遞通過透鏡組110至目標區20，而多個透鏡元件112在光軸I上的光學成像範圍由第一側A1至第 二側A2逐漸縮小。舉例而言，在本實施例中，多個天線元件130配置圍繞於透鏡組110，且多個天線元件130在參考平面F上的正投影圍繞透鏡組110在參考平面F上的正投影，參考平面F的延伸方向垂直於光軸I的延伸方向。

因此，在本實施例中，多個天線元件130分別提供的感測波束L2可藉由透鏡組110的光學效果傳遞至目標區20的不同表面區域形成具有不同照射區域的掃描波束B，如圖4所顯示。換句話說，本實施例的影像感測裝置100A將多個天線元件130配置鄰近透鏡組110，可讓目標區20所提供的反射光束L1與多個天線元件130所提供的感測波束L2共用透鏡組110，如圖5及圖6分別所顯示，進而可達到天線元件130與影像感測元件140整合成單一模組而形成較佳感測位置，同時可節省裝置體積。

綜上所述，在本發明的影像感測裝置以及頭戴式顯示器中，影像感測裝置中包括透鏡組、多個天線元件以及影像感測元件。其中，多個天線元件所提供的感測波束傳遞通過透鏡組至目標區以形成掃描波束，而目標區所反射出的反射光束傳遞通過透鏡組至影像感測元件。因此，將多個天線元件配置鄰近於透鏡組，可讓目標區所提供的反射光束與多個天線元件所提供的感測波束共用透鏡組，進而可整合成單一模組而形成最佳感測位置，同時可節省裝置體積。此外，藉由配置位置調整器移動透鏡組可提供光學避震效果以及使掃描波束增加不同的波束方向，或增加不同的掃描範圍及其面積。

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。

10:使用者

20:目標區

50:頭戴式顯示裝置

100:影像感測裝置

200:顯示器

B:掃描波束

Claims (12)

1. 一種影像感測裝置，包括：多個透鏡組，各所述多個透鏡組包括沿光軸排列的多個透鏡元件；連接件，連接於所述多個透鏡組之間，所述連接件包括：多個第一部份；以及多個第二部份，連接於所述多個第一部份之間；多個天線元件，分別配置於所述多個第一部份，用以朝第一側提供多個感測波束至目標區；以及多個影像感測元件，分別配置於所述多個透鏡組朝向第二側的一側，用以感測所述目標區的反射光束，其中所述第二側的方向相反於所述第一側的方向。
2. 如請求項1所述的影像感測裝置，其中所述多個透鏡元件在所述光軸上的光學成像範圍由所述第一側至所述第二側逐漸增加。
3. 如請求項1所述的影像感測裝置，其中所述連接件為光學透鏡，且所述多個第一部份在所述光軸的方向上的厚度小於所述多個第二部份在所述光軸的方向上的厚度。
4. 如請求項1所述的影像感測裝置，其中所述連接件連接於所述多個透鏡組朝向所述第一側的一側。
5. 如請求項1所述的影像感測裝置，其中所述多個天線元件位於所述多個第一部份朝向所述第二側的一側。
6. 如請求項1所述的影像感測裝置，其中所述影像感測裝置可用於頭戴式顯示裝置、車用裝置、機器人或無人機等裝置上。
7. 如請求項1所述的影像感測裝置，其中所述影像感測裝置可用於控制器、手環、戒指的擴增實境或虛擬實境的配件中；以及其中所述影像感測裝置可配置於有空間辨識需求的裝置中。
8. 一種頭戴式顯示器，包括：影像感測裝置，包括：多個透鏡組，各所述多個透鏡組包括沿光軸排列的多個透鏡元件；連接件，連接於所述多個透鏡組之間，所述連接件包括：多個第一部份；以及多個第二部份，連接於所述多個第一部份之間；多個天線元件，分別配置於所述多個第一部份，用以朝第一側提供多個感測波束至目標區；多個影像感測元件，分別配置於所述多個透鏡組朝向第二側的一側，用以感測所述目標區的反射光束，其中所述第二側的方向相反於所述第一側的方向；以及一主板，其中所述影像感測裝置經由一訊號線與所述主板耦接。
9. 如請求項8所述的頭戴式顯示器，其中所述多個透鏡元件在所述光軸上的光學成像範圍由所述第一側至所述第二側逐漸增加。
10. 如請求項8所述的頭戴式顯示器，其中所述連接件為光學透鏡，且所述多個第一部份在所述光軸的方向上的厚度小於所述多個第二部份在所述光軸的方向上的厚度。
11. 如請求項8所述的頭戴式顯示器，其中所述連接件連接於所述多個透鏡組朝向所述第一側的一側。
12. 如請求項8所述的頭戴式顯示器，其中所述多個天線元件位於所述多個第一部份朝向所述第二側的一側。

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