TW202125039A

TW202125039A - 穿戴式顯示裝置

Info

Publication number: TW202125039A
Application number: TW108148310A
Authority: TW
Inventors: 黃昭世
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2021-07-01
Also published as: US20210199966A1; US11526013B2

Abstract

一種穿戴式顯示裝置，包括：一第一光波導透鏡與一第一投射組件。第一光波導透鏡具有一第一區域與一第二區域，第一投射組件設置於第一光波導透鏡上，用以投射複數個光，並包含一第一光投射器與一第二光投射器。第一光投射器與第二光投射器分別設置於第一光波導透鏡於一第一方向的不同位置，且第一光投射器與第二光投射器於第二方向上不重疊，其中第一方向與第二方向不平行，其中，第一光投射器投射一第一光至第一區域，第二光投射器投射一第二光至第二區域，且第一光與第二光在第二方向上不重疊。

Description

穿戴式顯示裝置

本發明係關於一種穿戴式顯示裝置，特別係有關於一種具有光投射器與光波導透鏡的穿戴式顯示裝置。

隨著科技的發展，影像的顯示技術日趨進步。例如，市面上已出現虛擬實境（Virtual Reality，VR）顯示裝置、擴增實境（Augmented Reality，AR）顯示裝置，以提供人們更豐富、多彩的視覺經驗。面對人們追求高效能、小型化的渴望，穿戴式顯示裝置若能更輕薄、更輕巧，將有利於提高使用度，此外，顯示裝置可提供的視角大小及其體積也是影響使用者體驗的重要因素。為此，如何提供一種高品質、高像素、廣泛的可視角之電子產品，始成為一重要之課題。

本發明之一實施例提供一種穿戴式顯示裝置，包括：一第一光波導透鏡與一第一投射組件。第一光波導透鏡具有一第一區域與一第二區域，第一投射組件設置於第一光波導透鏡上，用以投射複數個光，並包含一第一光投射器與一第二光投射器。第一光投射器與第二光投射器分別設置於第一光波導透鏡於一第一方向的不同位置，且第一光投射器與第二光投射器於第二方向上不重疊，其中第一方向與第二方向不平行，其中，第一光投射器投射一第一光至第一區域，第二光投射器投射一第二光至第二區域，且第一光與第二光在第二方向上不重疊。

於一實施例中，前述穿戴式顯示裝置更包括：一第二光波導透鏡與一第二投射組件，第二光波導透鏡鄰接第一光波導透鏡，並具有一第三區域與一第四區域，第二投射組件設置於第二光波導透鏡上，並包含一第三光投射器與一第四光投射器，其中，第三光投射器與第四光投射器分別設置於第二光波導透鏡於第一方向的不同位置，且第三光投射器與第四光投射器於第一方向上不重疊；其中，第三光投射器投射一第三光至第三區域，第二光投射器投射一第四光至第四區域，且第三光與第四光在第二方向上不重疊。

於一實施例中，前述第一投射組件更包含一第三光投射器，且第一光波導透鏡更包含一第三區域，第三光投射器投射一第三光至該第三區域，且該第一、第二、第三光於第二方向上不重疊。

於一實施例中，前述穿戴式顯示裝置更包括一連接線組件，設置於第一光波導透鏡，且連接線組件連接第一光波導透鏡與第二光投射器。

於一實施例中，前述穿戴式顯示裝置更包括一光學組件，設置於第一光波導透鏡，當複數個光由第一投射組件發出至第一光波導透鏡時，光學組件在第一光波導透鏡內反射前述光。

於一實施例中，前述光學組件相對於第一光波導透鏡的一表面傾斜。

於一實施例中，前述穿戴式顯示裝置更包括一光學元件，設置在第一光波導透鏡的一側，當第一投射組件所發出的複數個光依序通過第一波導透鏡以及光學元件時，光學元件使每一光在光學元件上具有一視野角度，且這些光彼此重疊。

於一實施例中，前述穿戴式顯示裝置更包括一虛擬實境鏡片與一護目罩殼，虛擬實境鏡片設置於第一波導透鏡的一側，且虛擬實境鏡片、第一波導透鏡和第一光投射組件設置於護目罩殼內。

於一實施例中，前述護目罩殼的一目視區域具有一不透明材質。

於一實施例中，前述護目罩殼的一目視區域具有一高分子分散型液晶材質，且護目罩殼可於一斷電模式與一通電模式之間切換，當護目罩殼處於斷電模式時，目視區域呈現一霧面，而當護目罩殼處於通電模式時，目視區域呈現一透明面。

有關本發明之裝置適用之其他範圍將於接下來所提供之詳述中清楚易見。必須了解的是，下列之詳述以及具體之實施例，當提出有關承載組件之示範實施例時，僅作為描述之目的以及並非用以限制本發明之範圍。

除非另外定義，在此使用的全部用語（包括技術及科學用語），具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是，這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。

第一實施例

請參閱第1A圖，其係表示本發明一實施例之穿戴式顯示裝置10000的示意圖。如圖所示，穿戴式顯示裝置100可作為一擴增實境（Augmented Reality，AR）的穿戴式顯示裝置，其包括一第一光波導透鏡11、一第二光波導透鏡12、一第一投射組件PA1與一第二投射組件PA2。前述第一光波導透鏡11和第二光波導透鏡12鄰近彼此，並可透過一鏡架13（或框架）連接彼此，並分別對應到使用者的雙眼E1、E2。第一投射組件PA1與第二投射組件PA2係分別設置在第一光波導透鏡11和第二光波導透鏡12上，用以投射複數個光至第一光波導透鏡11和第二光波導透鏡12，而這些光將穿過第一光波導透鏡11和第二光波導透鏡12至使用者的雙眼E1、E2，以讓使用者可在第一、第二光波導透鏡11、12觀看到影像。以下將詳細說明穿戴式顯示裝置100的細節。

請一併參閱第1A-1B圖，其中第1B圖係為第1A圖中之戴式顯示裝置100的上視示意圖。第一、第二光波導透鏡11、12具有透明材質（transparent material），於Y軸方向上具有一厚度，兩者具有一第一側11S1、12S1與一第二側11S2、12S2。第一、第二投射組件PA1、PA2發出複數個光並投射至第一、第二光波導透鏡11、12，其中光係從第一側11S1、12S1進入並從第二側11S2、12S2射出以進入使用者的雙眼E1、E2。第一、第二投射組件PA1、P2發出的光，可為子影像格（sub-frame image）光束。

具體而言，以第一光波導透鏡11和第一投射組件PA1來說，第一投射組件PA1包含複數個光投射器：一第一光投射器P1與一第二光投射器P2，兩者分別設置於第一光波導透鏡11的一第一區域A1和第二區域A2上。第一光投射器P1投射一第一光L1、第二光投射器P2投射一第二光L2，從第一光波導透鏡11的第一側11S1進入並藉由一光學組件RA在第一光波導透鏡11內反射或繞射，並由第二側11S2射出以進入使用者的眼睛E1，以便提供擴增實境影像。其中，第一光投射器P1、第二光投射器P2係分別設置在第一光波導透鏡11的側邊（lateral side）：第一側邊11SS1與第二側邊11SS2，並位在第一光波導透鏡11的X軸方向（第一方向）上的不同位置，其投射的第一光L1與第二光L2分別在第一區域A1和第二區域A2，且在Y軸方向（第二方向）上不互相重疊。

類似地，關於第二光波導透鏡12和第二投射組件PA2，第二投射組件PA2包含複數個光投射器：一第三光投射器P3與一第四光投射器P4，兩者分別設置於第二光波導透鏡12的一第三區域A3和第四區域A4上。第三光投射器P1投射一第三光L3、第四光投射器P4投射一第二光L4，從第二光波導透鏡12的第一側12S1進入並藉由光學組件RA在第二光波導透鏡12內反射或繞射，並由第二側12S2射出以進入使用者的眼睛E2，以便提供擴增實境影像。其中，第三光投射器P3、第四光投射器P4係分別設置在第二光波導透鏡11的側邊：第一側邊12SS1與第二側邊12SS2，其投射的第三光L3與第四光L4在第三區域A3和第四區域A4，且在Y軸方向上不互相重疊。於各自第一~第四區域A1~A4之投射出來的第一~第四光L1~L4，可組成一完整影像提供給使用者的雙眼E1、E2。

此外，前述光學組件RA可為複數個光柵（grating），設置在第一光波導透鏡11與第二光波導透鏡12中，用以反射或繞射由光投射器P1~P4所發出的光L1~L4，使其在第一光波導透鏡11與第二光波導透鏡12反射或繞射，並由輸出的光柵RA使光L1~L4輸出。

如此一來，藉由在每一光波導透鏡11、12上設置包含複數個光投射器P1~P4的投射組件PA1、PA2，讓穿戴式顯示裝置100具備高畫素（pixel）密度，與可提供較寬的視野（field-of-view），大幅提升裝置品質以及豐富使用者的觀看經驗。此外，每一光投射器P1~P4係可獨立控制，例如連接到穿戴式顯示裝置100中的控制單元，使用者可利用控制件（例如在穿戴式顯示裝置100外觀上配置控制按鈕）是否啟動這些光投射器P1~P4。舉例而言，當使用者欲觀察周遭環境並同時啟用在穿戴式顯示裝置100提供的投影影像時，可開啟第一、第二光投射器P1、P2在第一光波導透鏡11的第一、第二區域A1、A2顯示影像，而在第二光波導透鏡12上則關閉第三、第四光投射器P3、P4，而使其不顯示影像而可看到周遭環境。如此，穿戴式顯示裝置100提供使用者更靈活的使用體驗。

第1C圖係表示另一實施例之第一光波導透鏡11與光學組件RA’結構的示意圖。於本實施例中，光學組件RA’的各光柵係相對於第一光波導透鏡11的一表面11F傾斜，，並使第一、第二光L1、L2在第一光波導透鏡11反射或繞射，而輸出的部分光學組件RA’可設置在第一側11S1，傾斜於表面11F，如此可旋轉第一、第二光L1、L2在第一光波導透鏡11不同位置輸出的視野角度，以調整第一、第二光L1、L2的輸出角度，讓在第一光波導透鏡11的光束是朝向使用者的眼睛E1的。於一些實施例中，於第二光波導透鏡12上亦可搭載前述傾斜之光柵的光學組件RA’。

第1D圖係表示另一實施例之第一光波導透鏡11與光學組件RA’’結構的示意圖。於本實施例中，光學組件RA’’的各光柵係相對於第一光波導透鏡11的一表面11F傾斜，並使第一、第二光L1、L2在第一光波導透鏡11反射或繞射，而輸出的部分光學組件RA’’可設置在第二側11S2，如此可達旋轉在第一光波導透鏡11不同位置的第一、第二光L1、L2之視野角度，以調整第一光L1、L2的輸出角度。

第二實施例

參考第2圖，係顯示本發明另一實施例之第一光波導透鏡11與第一投射組件PA1的配置。相較於第1B圖中的實施例而言，本實施例之第二光投射器P2係設置在第二區域A2上並鄰近第一區域A1的位置，且不與第一區域A1重疊。第二光投射器P2發出第二光L2也在第二區域A2且不與第一區域A1重疊。透過上述第一投射組件PA1的配置，亦具備高畫素密度與較寬視野。於一些實施例中，第二投射組件PA2亦可採用如第2圖中之第一投射組件PA1之相同或對稱的配置。

第三實施例

第3圖係顯示本發明另一實施例之第一、第二投射組件PA1、PA2與第一、第二光波導透鏡11、12的示意圖。與第一實施例（第1圖）中投射組件比較而言，本實施例之各投射組件PA1、PA2在對應單一光波導透鏡11、12上具有更多個光投射器：第一至第三光投射器P1~P3和P4~P6，也就是每個光波導透鏡對應有三個光投射器。第一光波導透鏡11可分為三個區域：第一至第三區域A1~A3，分別對應第一至第三光投射器P1~P3，這些光投射器P1~P3所發出各自光在Y軸上不重疊，第四至第六光投射器P4~P6投射第二光波導透鏡12的第四至第六區域A4~A6同樣在Y軸上彼此不重疊。如此，可更加提升裝置顯現出來的畫素密度。於其他實施例中，在每個光波導透鏡上則可對應有四個、五個或其他適當複數個光投射器，並投射在光波導透鏡上所區分的對應區域。

第四實施例

第4圖係顯示本發明另一實施例之穿戴式顯示裝置400。與第一實施例之穿戴式顯示裝置100比較而言，穿戴式顯示裝置400更包含連接線組件CN，設置在第一光波導透鏡11與第二光波導透鏡12上。詳細而言，連接線組件CN包含一第一連接線CN1與一第二連接線CN2，第一連接線CN1連接第一光波導透鏡11的上側與第二投射組件PA2，第二連接線CN2則連接第二光波導透鏡11的上側與第三投射組件P3。如此一來，透過連接組件CN，可讓一部分的光投射器P2、P3無需設置在第一光波導透鏡11、第二光波導透鏡12上，如此，在使用者使用穿戴式顯示裝置400時可減輕穿戴的重量，提升便利性，而透過連接線組件CN連接的第二光投射器P2、第三光投射器P3則可配掛至使用者的身上。

第五實施例

第5A-5B圖顯示本發明另一施實例穿戴式顯示裝置500。與第一實施例之穿戴式顯示裝置100比較而言，穿戴式顯示裝置500更包含一光學元件OM，設置在第一、第二光波導透鏡11、12的第二側11S2、12S2。光學元件OM可為繞射/全像光學元件（diffractive/holographic optical element），其用以將來自光投射器P1~P4的光L1~L2並經光波導透鏡11、12匯聚到使用者的眼睛E1、E2。以穿戴式顯示裝置500左半邊的第一光波導透鏡11和第一投射組件PA1來說，如第5B圖所示，當輸出的第一光L1和第二光L2經過光學元件OM，會使第一光L1、第二光L2匯聚至雙眼E1、E2，在經光學元件OM的光會具有一視野角度，即∠OAE，其中

係為視野角度∠OAE的中心線，其係指向雙眼E1、E2，而在光學元件OM上不同位置的光，其視野角度∠OAE會旋轉。例如在最左和最右邊位置的繞射/全像的光傾斜角度最大，即最左側的邊緣

係和最右側的邊緣

係變為水平，中心線

相對垂直方向傾斜，而往光學元件OM的中心位置靠近，它們的方向也逐漸靠近垂直方向，其中在每個位置偏移的視野角度∠OAE重疊，如此可提供更廣的視野。

需了解的是，於第1C-1D圖中之設置於光波導透鏡內之光學組件RA’、RA’’的輸出部分（即最後反射/繞射光至使用者眼睛的光柵），亦可為繞射/全像光學元件（diffractive/holographic optical element），與第5A-5B圖中光學元件OM皆具有旋轉光的視野角度之功能，讓使用者能夠完整地看到顯示於光波導透鏡上的影像。

第六實施例

第6圖顯示本發明另一施實例之複數個穿戴式顯示裝置601、602。相較於第1圖之穿戴式顯示裝置100，這些穿戴式顯示裝置601、602還更包括了虛擬實境（Virtual Reality，VR）鏡片70與護目罩殼81（或82），於一些實施例中，可更包含頭戴條和護目罩殼81、82的外層保護件。前述虛擬實境鏡片70設置在第一、第二光波導透鏡11、12的第一側11S1、12S2（即遠離雙眼E1、E22的一側），而一擴增組件100’（即如第1圖之穿戴式顯示裝置100，包含虛擬實境鏡片70、第一、第二投射組件PA1、PA2、第一、第二光波導透鏡11、12、鏡架13）可設置在護目罩殼81、82內。

如第6圖中之穿戴式顯示裝置601，其搭載有具不透明的護目罩殼81和虛擬實境鏡片70，如此可作為一全黑式虛擬實境（Full-dark VR）裝置。穿戴式顯示裝置602則搭載一具有高分子分散型液晶（Polymer Dispersed Liquid Crystal，PDLC）材質的護目罩殼82，護目罩殼82可於一通電模式與斷電模式之間切換，透過通電與斷電的電流切換，可使其目視區域呈現透明面與霧面效果。當護目罩殼82通電時，如穿戴式顯示裝置602處於斷電模式602A，其護目罩殼82呈現霧面狀態82A，即護目罩殼82的目視區域呈現一霧面，如此可作為一非全黑式虛擬實境（Non-dark VR）裝置；而當穿戴式顯示裝置602處於通電模式602B時，其護目罩殼82呈現透明狀態82B，即護目罩殼82的目視區域呈現一透明面，如此即可作為一擴增實境顯示裝置。透過切換通電與斷電模式，則可讓穿戴式顯示裝置602具有更多功能的顯示功能。

以上各實施例間之特徵只要不違背本發明揭露精神或互相衝突，均可混合搭配使用。此外，於一些實施例中，穿戴式顯示裝置僅一個光波導透鏡與一個投射組件即可對應到使用者的一隻眼睛以看到顯示在光波導透鏡上的影像。

綜上所述，本發明之實施例提供一種穿戴式顯示裝置，包括：一第一光波導透鏡與一第一投射組件。第一光波導透鏡具有一第一區域與一第二區域，第一投射組件設置於第一光波導透鏡上，用以投射複數個光，並包含一第一光投射器與一第二光投射器。第一光投射器與第二光投射器分別設置於第一光波導透鏡於一第一方向的不同位置，且第一光投射器與第二光投射器於第二方向上不重疊，其中第一方向與第二方向不平行，其中，第一光投射器投射一第一光至第一區域，第二光投射器投射一第二光至第二區域，且第一光與第二光在第二方向上不重疊。

本發明實施例至少具有以下其中一個優點或功效，透過複數個光投射器設置在每一光波導透鏡上，且光投射器所發光的光在光波導透鏡的獨立區域上而並不重疊，可使得顯示裝置具備更高畫素密度與提供較寬的視野，大幅提升裝置品質以及豐富使用者的使用經驗。此外，於一些實施例中，顯示裝置更具有一光學元件，可匯聚來自投射器的光至使用者的雙眼，並使光在光學元件的視野角度更廣，藉以提供使用者更廣域的觀看視野。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

上述之實施例以足夠之細節敘述使所屬技術領域之具有通常知識者能藉由上述之描述實施本發明所揭露之裝置，以及必須了解的是，在不脫離本發明之精神以及範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、300、400、500、601、602:穿戴式顯示裝置 11:第一光波導透鏡 11F:表面 11S1、11S2:第一、第二側 11SS1、11SS2:第一、第二側邊 12:第二光波導透鏡 12S1、12S2:第一、第二側 12SS1、12SS2:第一、第二側邊 13:鏡架 602A:斷電模式下的護目罩殼 602B:通電模式下的護目罩殼 70:虛擬實境鏡片 81、82:護目罩殼 82A:處於霧面狀態的護目罩殼 82B:處於透明狀態的護目罩殼 A1、A2、A3、A4、A5、A6:第一、第二、第三、第四、第五、第六區域 CN:連接線組件 CN1、CN2:第一、第二連接線 E1、E2:眼睛（雙眼） L1、L2、L3、L4:第一、第二、第三、第四光 P1、P2、P3、P4、P5、P6:第一、第二、第三、第四、第五、第六光投射器 OM:光學元件 PA1:第一投射組件 PA2:第二投射組件 RA、RA’、RA’’:光學組件（光柵） X:坐標軸向 Y:坐標軸向（第一方向） Z:坐標軸向

、

:出光的邊緣

:出光的中心線 ∠OAE:出光的視野角度

根據以下的詳細說明並配合所附圖式可以更加理解本發明實施例。第1A圖係表示根據本發明一實施例之穿戴式顯示裝置的示意圖。第1B圖係表示複數個光投射器投射複數個光至複數個光波導透鏡的示意圖。第1C圖係表示根據本發明另一實施例之光學組件與第一光波導透鏡的示意圖。第1D圖係表示根據本發明另一實施例之光學組件與第一光波導透鏡的示意圖。第2圖係表示根據本發明另一實施例之第一投射組件發出的複數個光與第一光波導透鏡的示意圖。第3圖係表示根據本發明另一實施例之穿戴式顯示裝置的示意圖。第4圖係表示根據本發明另一實施例之穿戴式顯示裝置的示意圖。第5A、5B圖係表示根據本發明另一實施例之穿戴式顯示裝置包含一光學元件的示意圖。第6圖係表示根據本發明另一些實施例之複數個穿戴式顯示裝置的示意圖。

100:穿戴式顯示裝置

11:第一光波導透鏡

11S1、11S2:第一、第二側

11SS1、11SS2:第一、第二側邊

12:第二光波導透鏡

12S1、12S2:第一、第二側

12SS1、12SS2:第一、第二側邊

13:鏡架

A1、A2、A3、A4:第一、第二、第三、第四區域

E1、E2:眼睛(雙眼)

L1、L2、L3、L4:第一、第二、第三、第四光

RA:光學組件

Claims

一種穿戴式顯示裝置，包括：一第一光波導透鏡，具有一第一區域與一第二區域；以及一第一投射組件，設置於該第一光波導透鏡上，用以投射複數個光，該第一投射器組件包含一第一光投射器與一第二光投射器；其中，該第一光投射器與該第二光投射器分別設置於該第一光波導透鏡於一第一方向的不同位置，且該第一光投射器與該第二光投射器於一第二方向上不重疊，其中該第一方向與該第二方向不平行；其中，該第一光投射器投射一第一光至該第一區域，該第二光投射器投射一第二光至該第二區域，且該第一光與該第二光在該第二方向上不重疊。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式顯示裝置，更包括：一第二光波導透鏡，鄰接該第一光波導透鏡，並具有一第三區域與一第四區域；以及一第二投射組件，設置於該第二光波導透鏡上，並包含一第三光投射器與一第四光投射器；其中，該第三光投射器與該第四光投射器分別設置於該第二光波導透鏡於該第一方向的不同位置，且該第三光投射器與該第四光投射器於該第二方向上不重疊；其中，該第三光投射器投射一第三光至該第三區域，該第二光投射器投射一第四光至該第四區域，且該第三光與該第四光在該第二方向上不重疊。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式顯示裝置，其中該第一投射組件更包含一第三光投射器，且該第一光波導透鏡更包含一第三區域，該第三光投射器投射一第三光至該第三區域，且該第一、第二、第三光於該第二方向上不重疊。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式顯示裝置，更包括一連接線組件，設置於該第一光波導透鏡，且該連接線組件連接該第一光波導透鏡與該第二光投射器。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式顯示裝置，更包括一光學組件，設置於該第一光波導透鏡，當該些光由該第一投射組件發出至該第一光波導透鏡時，該光學組件在該第一光波導透鏡內反射或繞射該些光。
如申請專利範圍第5項所述之穿戴式顯示裝置，其中該光學組件相對於該第一光波導透鏡的一表面傾斜。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式顯示裝置，更包括一光學元件，設置在該第一光波導透鏡的一側，當該第一投射組件所發出的該些複數個光依序通過該第一波導透鏡以及該光學元件時，該光學元件使每一光在該光學元件上具有一視野角度，且該些光彼此重疊。
如申請專利範圍第1項所述之穿戴式顯示裝置，更包括一虛擬實境鏡片與一護目罩殼，該虛擬實境鏡片設置於該第一波導透鏡的一側，且該虛擬實境鏡片、該第一波導透鏡和該第一光投射組件設置於該護目罩殼內。
如申請專利範圍第8項所述之穿戴式顯示裝置，其中該護目罩殼的一目視區域具有一不透明材質。
如申請專利範圍第8項所述之穿戴式顯示裝置，其中該護目罩殼的一目視區域具有一高分子分散型液晶材質，且該護目罩殼可於一斷電模式與一通電模式之間切換，當該護目罩殼處於該斷電模式時，該目視區域呈現一霧面，而當該護目罩殼處於該通電模式時，該目視區域呈現一透明面。