[go: up one dir, main page]

TWI806293B - 擴增實境眼鏡 - Google Patents

擴增實境眼鏡 Download PDF

Info

Publication number
TWI806293B
TWI806293B TW110147313A TW110147313A TWI806293B TW I806293 B TWI806293 B TW I806293B TW 110147313 A TW110147313 A TW 110147313A TW 110147313 A TW110147313 A TW 110147313A TW I806293 B TWI806293 B TW I806293B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
augmented reality
reality glasses
free
collimated light
waveguide
Prior art date
Application number
TW110147313A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202326226A (zh
Inventor
塗宗偉
邱奕榮
黃士挺
李彥賢
陳俊宇
Original Assignee
宏碁股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 宏碁股份有限公司 filed Critical 宏碁股份有限公司
Priority to TW110147313A priority Critical patent/TWI806293B/zh
Priority to US17/711,065 priority patent/US12416812B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI806293B publication Critical patent/TWI806293B/zh
Publication of TW202326226A publication Critical patent/TW202326226A/zh

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/017Head mounted
    • G02B27/0176Head mounted characterised by mechanical features
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/017Head mounted
    • G02B27/0172Head mounted characterised by optical features
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0081Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. enlarging, the entrance or exit pupil
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30Collimators
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • G02B2027/0123Head-up displays characterised by optical features comprising devices increasing the field of view
    • G02B2027/0125Field-of-view increase by wavefront division
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/0149Head-up displays characterised by mechanical features
    • G02B2027/0154Head-up displays characterised by mechanical features with movable elements
    • G02B2027/0159Head-up displays characterised by mechanical features with movable elements with mechanical means other than scaning means for positioning the whole image
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01Head-up displays
    • G02B27/017Head mounted
    • G02B2027/0178Eyeglass type
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Eyeglasses (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

提供一種擴增實境眼鏡,包括投影裝置以及波導。投影裝置被設置以提供一準直光。波導具備多個自由曲面。這些自由曲面與投影裝置之間的距離不同,準直光依序行進至這些自由曲面,反射進入使用者的眼睛。

Description

擴增實境眼鏡
本發明是有關於一種光學設備,且特別是有關於一種擴增實境眼鏡。
隨著顯示技術的進步,擴增實境(augmented reality)顯示技術逐漸普及,大量應用於人們生活中的例如娛樂、醫學手術等方面。擴增實境技術除了讓使用者能夠看到影像光所產生的虛擬影像,也能看到實際的物體,並且,虛擬影像能夠和實際的物體互動。然而,不同的使用者有不同的人眼瞳距(Interpupillary Distance, IPD),使用者在配戴擴增實境眼鏡時,若光束不能適當地入射瞳孔,將造成所看到的影像扭曲、失真、模糊甚至消失。除此之外,擴增實境眼鏡還存在視覺輻輳調節衝突(Vergence-accommodation conflict, VAC)的問題。
本發明提供一種擴增實境眼鏡,可以降低或避免不同的人眼瞳距所造成的影像模糊問題以及視覺輻輳調節衝突問題。
根據本發明一實施例,提供一種擴增實境眼鏡,包括投影裝置以及波導。投影裝置被設置以提供準直光。波導具備多個自由曲面。這些自由曲面與投影裝置之間的距離不同,準直光依序行進至這些自由曲面,反射進入使用者的眼睛。
根據本發明另一實施例,提供一種擴增實境眼鏡包括投影裝置、波導以及調整機構。投影裝置被設置以提供準直光。波導具備一個自由曲面。調整機構被設置以移動波導,使得自由曲面得以將準直光反射進入使用者的眼睛,其中調整機構在使用者的雙眼的連線方向上移動波導。
基於上述,本發明實施例提供的擴增實境眼鏡利用至少一個自由曲面達到影像光束可調的功能,使得擴增實境眼鏡得以適配於具有不同IPD的使用者,使得影像光束可以適當地入射雙眼,避免影像模糊的問題。擴增實境眼鏡還以投影裝置產生準直光,利用準直光發散角小的特性,降低或避免VAC問題。
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。
圖1是根據本發明一實施例的擴增實境眼鏡的示意圖。圖2是圖1的投影裝置的示意圖。參照圖1,擴增實境眼鏡1包括投影裝置10、框架100、波導101、分束裝置102以及調整機構103。投影裝置10可以設置於框架100上。調整機構103設置以在使用者的雙眼的連線方向(X方向)上移動波導101以及分束裝置102,如圖1所示,調整機構103以距離X1移動了波導101以及分束裝置102。
參照圖2,投影裝置10包括雷射掃描投影機10A以及準直透鏡10B。雷射掃描投影機10A包括雷射二極體LD以及掃描鏡SM,雷射二極體LD發出照明光LS,照明光LS經過掃描鏡SM反射而產生影像光IL,影像光IL透射準直透鏡10B後,成為準直光PL,準直光PL自投影裝置10輸出。
參照圖3A,其繪示根據本發明一實施例的擴增實境眼鏡的示意圖。擴增實境眼鏡3A包括投影裝置10、波導301以及調整機構(未示出)。投影裝置10如圖2所示提供準直光PL。波導301具備自由曲面FC。調整機構可以圖1中的調整機構103來實現,在本實施例中,調整機構在使用者的雙眼的連線方向(X方向)上以距離X2移動了波導301,使得自由曲面FC得以將準直光PL反射進入使用者的眼睛。
為了充分說明本發明的各種實施態樣,將在下文描述本發明的其他實施例。在此必須說明的是,下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容,其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件,並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例,下述實施例不再重複贅述。
參照圖3B,其繪示根據本發明一實施例的擴增實境眼鏡的示意圖。擴增實境眼鏡3B包括投影裝置10、波導301、調整機構(未示出)以及分束鏡302。分束鏡302設置於準直光PL的路徑上。本實施例與圖3A所束實施例不同在於,準直光PL透過分束鏡302行進至自由曲面FC,具體而言,準直光PL在分束鏡302部分反射後進入波導301。並且,調整機構在使用者的雙眼的連線方向(X方向)上移動分束鏡302以及波導301,使得自由曲面FC得以將準直光PL反射進入使用者的眼睛,其中分束鏡302以及波導301的移動方式與圖1中的分束裝置102以及波導101的移動方式類似。
在本發明一實施例中,分束鏡302可以是偏振分束鏡,準直光PL中的s偏振態(圖3B中在Z方向上的偏振)被偏振分束鏡302反射,進入波導301,在自由曲面FC上反射進入使用者的眼睛。
參照圖4,其繪示根據本發明一實施例的擴增實境眼鏡的示意圖。擴增實境眼鏡4包括投影裝置10以及波導401。擴增實境眼鏡4與圖3A所示的擴增實境眼鏡3A不同在於,波導401具備自由曲面FC1、FC2、FC3。本實施例以三個自由曲面為例,但自由曲面的數量不以此為限。
自由曲面FC1、FC2、FC3可以是具有相同面形的曲面,也可以是面形不同的曲面。自由曲面FC1、FC2、FC3與投影裝置10之間的距離不同,準直光依序行進至自由曲面FC1、FC2、FC3。具體而言,投影裝置10輸出的準直光PL進入波導401後,部分穿透自由曲面FC1,部分在自由曲面FC1上反射而得以入射眼睛EY1。前述部分穿透自由曲面FC1的準直光PL行進至自由曲面FC2,且部分穿透自由曲面FC2,部分在自由曲面FC2上反射而得以入射眼睛EY2。前述部分穿透自由曲面FC2的準直光PL行進至自由曲面FC3,並在自由曲面FC2上反射而得以入射眼睛EY3。上述眼睛EY1、EY2、EY3分別代表具有不同的瞳距的使用者配戴擴增實境眼鏡4時使用者眼睛的位置。換言之,本實施例中多個自由曲面的設置,使得擴增實境眼鏡4可以適配於具有不同的瞳距的使用者。
相鄰的自由曲面FC1、FC2以及相鄰的自由曲面FC2、FC3之間的距離落在3毫米至5毫米的範圍內,使得使用的眼睛不會同時接收到來自於不同自由曲面的準直光PL。
在本發明一實施例中,擴增實境眼鏡4還可以包括調整機構(未繪示),用於移動波導401,使得自由曲面FC1、FC2、FC3中的一者得以將準直光PL反射進入使用者的眼睛。
參照圖5,其繪示根據本發明一實施例的擴增實境眼鏡的示意圖。擴增實境眼鏡5包括投影裝置10、分束鏡502以及波導501。擴增實境眼鏡5與圖3B所示的擴增實境眼鏡3B不同在於,波導501具備自由曲面FC1、FC2、FC3。
與圖3B所示的擴增實境眼鏡3B相同的是,擴增實境眼鏡5還可以包括調整機構,調整機構在使用者的雙眼的連線方向上移動分束鏡502以及波導501,使得自由曲面FC1、FC2、FC3中的一者得以將準直光PL反射進入使用者的眼睛。分束鏡502以及波導501的移動方式與圖1中的分束裝置102以及波導101的移動方式類似。
參照圖6,其繪示根據本發明一實施例的擴增實境眼鏡的示意圖。擴增實境眼鏡6包括投影裝置10、分束裝置602以及波導601。分束裝置602具有分束鏡6021、6022、6023、6024,設置於準直光PL的路徑上。準直光PL進入分束裝置602後,部分穿透分束鏡6021,部分被分束鏡6021反射而得以入射波導601。前述部分穿透分束鏡6021的準直光PL行進至分束鏡6022,且部分穿透分束鏡6022,部分被分束鏡6022反射而得以入射波導601。前述部分穿透分束鏡6022的準直光PL行進至分束鏡6023,且部分穿透分束鏡6023,部分被分束鏡6023反射而得以入射波導601。前述部分穿透分束鏡6023的準直光PL行進至分束鏡6024,被分束鏡6024反射而得以入射波導601。在本實施例中,分束裝置602具有四個分束鏡,但分束鏡的數量不以此為限。
在本實施例中,每個分束鏡對應四個自由曲面。以分束鏡6021為例,上述被分束鏡6021反射的光將繼續行進到達四個自由曲面FC,被分束鏡6022反射的光將行進至另外四個不同的自由曲面FC,被分束鏡6023以及分束鏡6024反射的光同樣會行進至不同的自由曲面FC。與上述的實施例相同,本實施例中多個自由曲面的設置,使得擴增實境眼鏡6可以適配於具有不同的瞳距的使用者。
根據本發明一實施例,擴增實境眼鏡6還可以包括調整機構,調整機構在使用者的雙眼的連線方向上移動分束裝置602以及波導601,使得多個自由曲面中的一者得以將準直光PL反射進入使用者的眼睛。
綜上所述,本發明實施例提供的擴增實境眼鏡利用至少一個自由曲面達到影像光束可調的功能,使得擴增實境眼鏡得以適配於具有不同IPD的使用者,使得影像光束可以適當地入射雙眼,避免影像模糊的問題。擴增實境眼鏡還以投影裝置產生準直光,利用準直光發散角小的特性,降低或避免VAC問題。
1、3A、3B、4、5、6:擴增實境眼鏡 10:投影裝置 10A:雷射掃描投影機 10B:準直透鏡 100:框架 101、301、401、501、601:波導 102、602:分束裝置 103:調整機構 302、502、6021、6022、6023、6024:分束鏡 EY1、EY2、EY3:眼睛 FC、FC1、FC2、FC3:自由曲面 IL:影像光 LD:雷射二極體 LS:照明光 PL:準直光 SM:掃描鏡 X、Y、Z:方向 X1、X2:距離
圖1是根據本發明一實施例的擴增實境眼鏡的示意圖。 圖2是圖1的投影裝置的示意圖。 圖3A至圖6是根據本發明實施例的擴增實境眼鏡的示意圖。
3A:擴增實境眼鏡
10:投影裝置
301:波導
FC:自由曲面
PL:準直光
X、Y、Z:方向
X2:距離

Claims (10)

  1. 一種擴增實境眼鏡,該擴增實境眼鏡對應使用者左眼或右眼的部分包括:一投影裝置,設置以提供一準直光;一波導,具備多個自由曲面,其中該些自由曲面與該投影裝置之間的距離不同,該準直光依序行進至該些自由曲面,該準直光在該些自由曲面的其中一者上反射,並進入使用者的眼睛;以及多個分束鏡,設置於該準直光的路徑上,其中該準直光被該些分束鏡分束後行進至該些自由曲面。
  2. 如請求項1所述的擴增實境眼鏡,其中該投影裝置包括一雷射掃描投影機以及一準直透鏡。
  3. 如請求項1所述的擴增實境眼鏡,其中兩兩相鄰的自由曲面之間的距離落在3毫米至5毫米的範圍內。
  4. 如請求項1所述的擴增實境眼鏡,其中該準直光在該些自由曲面上部分穿透且部分反射。
  5. 如請求項1所述的擴增實境眼鏡,更包括一調整機構,設置以移動該波導,使得該些自由曲面中的一者得以將該準直光反射進入使用者的眼睛。
  6. 如請求項5所述的擴增實境眼鏡,其中該調整機構被設置以移動該些分束鏡,並在使用者的雙眼的連線方向上移動該波導。
  7. 一種擴增實境眼鏡,該擴增實境眼鏡對應使用者左眼或右眼的部分包括:一投影裝置,設置以提供一準直光;一波導,具備一自由曲面;多個分束鏡,設置於該準直光的路徑上,其中該準直光被該些分束鏡分束後行進至該自由曲面;以及一調整機構,設置以在使用者的雙眼的連線方向上移動該波導,使得該自由曲面得以將該準直光反射進入使用者的眼睛。
  8. 如請求項7所述的擴增實境眼鏡,其中該調整機構被設置以移動該些分束鏡。
  9. 如請求項8所述的擴增實境眼鏡,其中該些分束鏡為偏振分束鏡。
  10. 如請求項7所述的擴增實境眼鏡,其中該投影裝置包括一雷射掃描投影機以及一準直透鏡。
TW110147313A 2021-12-17 2021-12-17 擴增實境眼鏡 TWI806293B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110147313A TWI806293B (zh) 2021-12-17 2021-12-17 擴增實境眼鏡
US17/711,065 US12416812B2 (en) 2021-12-17 2022-04-01 Augmented reality glasses

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110147313A TWI806293B (zh) 2021-12-17 2021-12-17 擴增實境眼鏡

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI806293B true TWI806293B (zh) 2023-06-21
TW202326226A TW202326226A (zh) 2023-07-01

Family

ID=86767912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110147313A TWI806293B (zh) 2021-12-17 2021-12-17 擴增實境眼鏡

Country Status (2)

Country Link
US (1) US12416812B2 (zh)
TW (1) TWI806293B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024102330A1 (de) * 2024-01-26 2025-07-31 OQmented GmbH Augmented-Reality-Brille zur Projektion eines AR-Bilds in ein Beobachtungsfeld

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105934902A (zh) * 2013-11-27 2016-09-07 奇跃公司 虚拟和增强现实系统与方法
TW202011080A (zh) * 2018-07-17 2020-03-16 美商傲思丹度科技公司 具有邊緣成像眼鏡透鏡之擴增/虛擬實境近眼顯示器
CN111656255A (zh) * 2018-01-22 2020-09-11 脸谱科技有限责任公司 用于单色显示器波导的系统、装置和方法
CN112346252A (zh) * 2020-11-09 2021-02-09 京东方科技集团股份有限公司 近眼显示装置
TW202134736A (zh) * 2019-12-25 2021-09-16 以色列商魯姆斯有限公司 基於使用與光導光學元件相關聯的光學佈置對來自眼睛的光的重定向來進行眼睛跟蹤的系統和方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101311772A (zh) 2003-04-25 2008-11-26 微型光学公司 双目镜观察系统
CN102402005B (zh) 2011-12-06 2015-11-25 北京理工大学 自由曲面双焦面单目立体头盔显示器装置
US9740030B2 (en) 2013-05-23 2017-08-22 Omnivision Technologies, Inc. Near-eye display systems, devices and methods
US20140375542A1 (en) * 2013-06-25 2014-12-25 Steve Robbins Adjusting a near-eye display device
JP6244888B2 (ja) 2013-09-03 2017-12-13 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置
US11402629B2 (en) 2013-11-27 2022-08-02 Magic Leap, Inc. Separated pupil optical systems for virtual and augmented reality and methods for displaying images using same
US10162180B2 (en) * 2015-06-04 2018-12-25 Google Llc Efficient thin curved eyepiece for see-through head wearable display
US10353203B2 (en) 2016-04-05 2019-07-16 Ostendo Technologies, Inc. Augmented/virtual reality near-eye displays with edge imaging lens comprising a plurality of display devices
GB201703352D0 (en) 2017-03-01 2017-04-19 Adlens Ltd Improvements in or relating to virtual and augmented reality headsets
CN107238928B (zh) 2017-06-09 2020-03-06 京东方科技集团股份有限公司 一种阵列波导
CN107193078B (zh) 2017-08-01 2019-12-06 京东方科技集团股份有限公司 一种光波导及其制备方法、增强现实设备
IL275615B (en) 2018-01-02 2022-08-01 Lumus Ltd Augmented reality displays with active alignment and corresponding methods
KR102781637B1 (ko) 2018-08-26 2025-03-13 루머스 리미티드 근안 디스플레이에서의 반사 억제
US11054654B1 (en) 2020-03-03 2021-07-06 Coretronic Corporation Near-eye display device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105934902A (zh) * 2013-11-27 2016-09-07 奇跃公司 虚拟和增强现实系统与方法
CN111656255A (zh) * 2018-01-22 2020-09-11 脸谱科技有限责任公司 用于单色显示器波导的系统、装置和方法
TW202011080A (zh) * 2018-07-17 2020-03-16 美商傲思丹度科技公司 具有邊緣成像眼鏡透鏡之擴增/虛擬實境近眼顯示器
TW202134736A (zh) * 2019-12-25 2021-09-16 以色列商魯姆斯有限公司 基於使用與光導光學元件相關聯的光學佈置對來自眼睛的光的重定向來進行眼睛跟蹤的系統和方法
CN112346252A (zh) * 2020-11-09 2021-02-09 京东方科技集团股份有限公司 近眼显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
US12416812B2 (en) 2025-09-16
TW202326226A (zh) 2023-07-01
US20230194880A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7071993B2 (ja) ファイバ走査プロジェクタのための方法およびシステム
US11353705B2 (en) Glasses-type display apparatus
JP2022100363A (ja) 空間光変調器を照明するための方法、デバイス、およびシステム
US6989935B2 (en) Optical arrangements for head mounted displays
US11493760B2 (en) Waveguide concentrator for light source
JP7582675B2 (ja) 奥行きのある物体を表示するシステム及び方法
JP7608593B2 (ja) ニアアイ像投影システム及びニアアイ像投影システムを備える着用可能な装置
CN100437200C (zh) 用于头戴显示器的光学装置
US12124029B2 (en) Beam scanner with PIC input and display based thereon
TWI902993B (zh) 包括選擇性照明的光學系統
KR20210048946A (ko) 넓은 시야창을 갖는 디스플레이 장치
CN114815468B (zh) 在增强现实显示器中利用激光束扫描的多平面投影
CN109239835A (zh) 波导、成像扩展模组、光源模组、近眼显示系统及设备
JP2023549313A (ja) インターモーダル結合によるスラブ導波路およびプロジェクタ
KR20200108666A (ko) 영상의 횡이동이 가능한 디스플레이 장치
TWI806293B (zh) 擴增實境眼鏡
US20130286355A1 (en) Light filtering structure and optical engine system
CN116360098A (zh) 扩增实境眼镜
CN103376491A (zh) 滤光结构及光机系统
EP4414769A1 (en) Folded beam two-dimensional (2d) beam scanner
CN115248500B (zh) 扩增实境眼镜
JP7712466B2 (ja) 複数のレーザの可変ビーム拡張を用いたディスプレイシステム
US11281012B1 (en) Augmented reality glasses
TW200521482A (en) Optical arrangements for head mounted displays
WO2024005931A1 (en) Passive world-referenced display alignment with reflective facet lightguides