具备视力矫正功能的头戴式显示装置 |
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| 申请号 | CN201710265034.7 | 申请日 | 2017-04-21 | 公开(公告)号 | CN107305293A | 公开(公告)日 | 2017-10-31 |
| 申请人 | 财团法人交大思源基金会; | 发明人 | 王毓仁; 陈柏儒; 陈宏山; 林怡欣; | ||||
| 摘要 | 一种具备视 力 矫正功能的头戴式显示装置，供一使用者配戴，包含一壳体、一面板模 块 、一 光源 模块、一投影模块及一第一 液晶 透镜模块。该壳体具有一用以使来自该使用者所在环境并相关于一外界实体物体的影像的光线进入该壳体的入光面及一邻近该使用者的眼部的出光面。该投影模块用以将该面板模块及该光源模块共同产生相关于一影像源的光线投射到该出光面，以使得使用者能看见该影像源的虚像。该第一液晶透镜模块设置于该出光面以及该投影模块之间，并供该影像源及该外界实体物体的影像的光线通过，并具有一参数可供调整以符合该使用者的视力。本 发明 能够使有视力 缺陷 的使用者在不使用眼镜的情况下仍可清楚看见外界实体物体的影像。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具备视力矫正功能的头戴式显示装置，供一使用者配戴，其特征在于，该具备视力矫正功能的头戴式显示装置包含： |
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| 说明书全文 | 具备视力矫正功能的头戴式显示装置技术领域[0001] 本发明涉及一种头戴式显示装置，特别是涉及一种具备视力矫正功能的头戴式显示装置。 背景技术[0002] 现有的头戴式显示器(Head mounted display，HMD)是一种用于近距离显示图片与影像的光学产品，利用光路调整显示器的信号，再经过光学组件分别送到双眼或单眼，而产生画面。例如，扩增实境系统(AR)可以把图像和文字增加到使用者所看到的环境上。 [0003] 对于有近视的使用者而言，一般头戴式显示器是需要配戴眼镜才能够观赏的，但同时佩戴眼镜以及头戴式显示器会让使用者不舒适，且若人眼的视力调变能力不足(老花)，或是具有近视或远视，使用者就只能看清楚空间中特定位置的实体以及特定位置的投影影像。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种具备视力矫正功能的头戴式显示装置，能克服上述现有技术的至少一缺点。 [0005] 因此，本发明提供一种具备视力矫正功能的头戴式显示装置，供一使用者配戴，且包含一壳体、一面板模块、一光源模块、一投影模块及一第一液晶透镜模块。该壳体具有一入光面及一出光面，该入光面用以使来自该使用者所在环境并相关于一外界实体物体的影像的光线进入该壳体，且该出光面邻近该使用者的眼部。该面板模块用以提供一影像源。该光源模块用以向该面板模块提供一光源，以与该面板模块共同产生相关于该影像源的光线。该投影模块用以将该面板模块所产生的影像源的光线投射到该出光面，以使得使用者能看见该影像源的虚像。该第一液晶透镜模块设置于该出光面以及该投影模块之间，并供该影像源的光线以及该外界实体物体的影像的光线通过，并具有一参数，该参数可供调整以符合该使用者的视力。 [0006] 本发明所述的具备视力矫正功能的头戴式显示装置，该第一液晶透镜模块包含一第一驱动装置及一第一透镜装置，且该参数为该第一透镜装置的焦距，该第一驱动装置用以电控调变该该第一透镜装置的该焦距。 [0007] 本发明所述的具备视力矫正功能的头戴式显示装置，该投影模块包含一分光镜、一偏振分光棱镜与一凹面镜单元，该影像源自该面板模块投射出，经由该偏振分光棱镜、该分光镜、该凹面镜单元与该第一液晶透镜模块后投射至该出光面。 [0008] 本发明所述的具备视力矫正功能的头戴式显示装置，该凹面镜单元包含一凹面镜模块与一第二液晶透镜模块，且该第二液晶透镜模块设置于该分光镜与该凹面镜模块之间。 [0009] 本发明所述的具备视力矫正功能的头戴式显示装置，该第二液晶透镜模块供相关于该影像源的光线通过，并包含一第二驱动装置与一第二透镜装置，该第二驱动装置用以电控调变该第二透镜装置的焦距，以使得该影像源的虚像的位置与该外界实体物体的位置处于相同的空间位置中。 [0010] 本发明所述的具备视力矫正功能的头戴式显示装置，该具备视力矫正功能的头戴式显示装置还包含一与偏振无关的光衰减单元，该光衰减单元设置于该入光面，用以受控来调整来自该使用者所在环境且经由该入光面进入该壳体的光线的强度。 [0011] 本发明的有益效果在于：通过调整该第一液晶透镜模块的该参数，能使外界实体物体的影像能成像在该使用者的视网膜附近，使有视力缺陷的使用者在不使用眼镜的情况下仍可清楚看见该外界实体物体的影像。附图说明 [0012] 图1是一示意图，说明本发明具备视力矫正功能的头戴式显示装置的一实施例的结构； [0013] 图2是一示意图，说明一使用者通过该实施例观看的三个外界实体物体； [0014] 图3是一示意图，说明该配戴该实施例的使用者在一第一使用情境所看见的画面； [0015] 图4是一示意图，说明在该第一使用情境中，该实施例的一第一液晶透镜模块被调整后的情形； [0016] 图5是一示意图，说明在该第一使用情境中，该实施例的一第一液晶透镜模块被调整后该使用者所看见的画面； [0017] 图6是一示意图，说明在该第一使用情境中，该实施例的一第二液晶透镜模块被调整后的情形； [0018] 图7是一示意图，说明在该第一使用情境中，该实施例的该第二液晶透镜模块被调整后该使用者所看见的画面； [0019] 图8是一示意图，说明一第二使用情境； [0020] 图9是一示意图，说明一使用者在该第二使用情境所看见的画面； [0021] 图10是一示意图，说明在该第二使用情境中，该实施例的该第一液晶透镜模块被调整后的情形； [0022] 图11是一示意图，说明在该第一使用情境中，该实施例的该第一液晶透镜模块被调整后该使用者所看见的画面； [0023] 图12是一示意图，说明在该第二使用情境中，该实施例的一第二液晶透镜模块被调整后的情形； [0024] 图13是一示意图，该实施例的该第二液晶透镜模块被调整后该使用者所看见的画面； [0025] 图14是一示意图，说明一第三使用情境； [0026] 图15是一示意图，说明一使用者在该第三使用情境所看见的画面；及[0027] 图16是一示意图，说明该使用者在该第三使用情境中调整一与偏振无关的光衰减单元所看见的画面。 具体实施方式[0028] 下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。 [0029] 参阅图1，说明本发明具备视力矫正功能的头戴式显示装置1的一实施例，供一使用者(图未示)配戴，并包括一壳体10、一面板模块11、一光源模块12、一投影模块13、一第一液晶透镜模块14及一与偏振无关的光衰减单元15。 [0030] 壳体10包含一入光面B及一出光面A，该入光面B用以供来自该使用者所在环境并相关于一外界实体物体的影像的光线进入该壳体10，该出光面A邻近该使用者的眼部。 [0031] 该面板模块11设置于该壳体10内，并内用以提供一影像源。在本实施例中，该面板模块11是单晶硅反射式液晶面板(Liquid Crystal On Silicon Panel)，但不以此为限。 [0032] 该光源模块12设置于壳体10内，并用以提供面板模块11一光源，以与该面板模块11共同产生相关于该影像源的光线。 [0033] 该投影模块13设置于该壳体10内，并用以将面板模块11所产生的该影像源投射到该出光面A。在本实施例中，该投影模块13包含一分光镜131、一偏振分光棱镜132与一凹面镜单元133。该凹面镜单元133包含一凹面镜模块1331及一第二液晶透镜模块1332，且该第二液晶透镜模块1332设置于该分光镜131与该凹面镜模块1331之间。该第二液晶透镜模块1332包含一第二驱动装置(图未示)与一第二透镜装置(图未示)，该第二驱动装置用以电控调变该第二透镜装置的焦距，以使得该影像源的虚像的位置与该外界实体物体的位置处于相同的空间位置中。该影像源自该面板模块11投射出，经由该偏振分光棱镜132、该分光镜 131、该凹面镜单元133与该第一液晶透镜模块14后投射至该出光面A。 [0034] 该第一液晶透镜模块14设置于该出光面A以及该投影模块13之间，并供该影像源的光线以及该外界实体物体的影像的光线通过，并具有一参数可供调整以符合该使用者的视力。在本实施例中，该第一液晶透镜模块14包含一第一驱动装置(图未示)及一第一透镜装置(图未示)，且该参数为该第一透镜装置的焦距，该第一驱动装置用以电控调变该第一透镜装置的该焦距。 [0035] 该与偏振无关的光衰减单元15设置于该入光面B，用以受控并减弱或者完全阻绝来自该使用者所在环境且经由该入光面B进入该壳体10的光线。值得注意的是，通过调整该与偏振无关的光衰减模块15使来自该使用者所在环境且经由该入光面B进入该壳体10的光线完全被阻绝能使该实施例工作在一虚拟实境(VR)模式，只要调整该与偏振无关的光衰减模块15，以使得来自该使用者所在环境且经由该入光面进入该壳体的光线未被完全阻绝，就能将实施例从虚拟实境(VR)模式转换成扩增实境(AR)模式时，以能达成模式的转换。 [0036] 投影的虚像与人眼距离是固定的，若人眼对焦在不同深度的物体上，例如书(近物)、风景(远物)，是无法同时看清处投影的虚像与实物。对于此问题人眼会快速的调变视力，分别看清楚两个不同空间深度的影像，这会造成晕眩的状况。通过第一液晶透镜模块14及第二液晶透镜模块1332来调变影像源的虚像的在该使用者视觉上的位置，让影像源的虚像与该外界实体物体可以在相同的空间位置中，如此能避免使用者的眼睛在虚像与实像来回对焦造成晕眩感。 [0037] 以下示例性的说明该实施例在不同的使用情境中的操作流程。 [0038] 参阅图2，在一第一使用情境中该使用者所在环境中有三个外界实体物体，分别为近处的外界实体物体R3(NCTU)、中距离的外界实体物体R2(NMP)以及远处的外界实体物体R1(Taiwan 101)。在该第一使用情境中，该实施例是工作在扩增实境(AR)模式，此外，该使用者由于远视(或老花)的缘故而无法看清楚近处的外界实体物体R3(NCTU)，如图3所示。 [0039] 该使用者于想看清楚近处的外界实体物体R3(NCTU)时，调整该第一液晶透镜模块14，以使得使用者能看清楚该近处的外界实体物体R3(NCTU)的影像，同时影像源的虚像(即“110cm NPM”的影像)对于该使用者而言变得模糊，如图4及图5所示。此时，调整第二液晶透镜模块1332，以调整该影像源的虚像的位置至成像位置1(成像位置1相对对于成像位置2是比较近的)，如图6所示，以使得该影像源的虚像的位置与该近处的外界实体物体R3(NCTU)的位置处于相同的空间位置中。 [0040] 如此，使得该具有远视(或老花)的使用者同时看到该近处的外界实体物体(NCTU)以及该影像源的影像(即“50cmNCTU”的影像)，图7所示。 [0041] 参阅图8及图9，在一第二使用情境中，该实施例是工作在扩增实境(AR)模式，而且，该使用者因为近视而无法看清楚远处的外界实体物体R1(Taiwan 101)且影像源的虚像(即“110cm NPM”的影像)的位置在该使用者的视力范围内。 [0042] 在该第二使用情境中，使用者于想看清楚远处的外界实体物体(Taiwan101)时，调整该第一液晶透镜模块14，该使用者即可看清楚外界实体物体(Taiwan 101)，而该影像源的虚像(即“110cm NPM”的影像)同时变得模糊，如图10及图11所示。此时，调整第二液晶透镜模块1332，以调整该影像源的虚像的位置至成像位置3(成像位置3相对对于成像位置2是比较远的)，如图12所示，以使得该影像源的虚像的位置与该远处的外界实体物体(Taiwan 101)的位置处于相同的空间位置中。如此，该具有近视的使用者就可以同时看到该远处的外界实体物体(Taiwan 101)以及该影像源(即“360cm Taiwan 101”的影像)，如图13所示。 [0043] 参阅图14，在一第三使用情境中，该使用者所在环境中有两个外界实体物体，分别为近处的外界实体物体R3(NCTU)以及中距离的外界实体物体R2(NCTU)。该实施例是工作在扩增实境(AR)模式，而且，该使用者所在环境具有高亮度，以至于该影像源的虚像无法被该使用者看清楚，如图15所示。 [0044] 在该第三使用情境中，利用该与偏振无关的光衰减模块15降低外界光强，提高影像源的虚像的对比度，影像源的虚像(“110cmNPM”的影像)可以更好的被人眼辨识，如图16所示。 [0045] 综上所述，通过调整该第一液晶透镜模块14及该第二液晶透镜模块1332，能使有视力缺陷的使用者在不使用眼镜的情况下可正常配戴头戴式显示装置1，可同时看到外界实体物体以及该影像源的虚像，且能避免使用者的眼睛在虚像与实像来回对焦造成晕眩感，此外，利用该与偏振无关的光衰减模块15降低外界光强，能使得影像源的虚像可以更好的被人眼辨识。 |
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