技术领域
[0001] 本
发明涉及一种头戴式显示器以及其成像装置，且特别是涉及一种具有多深度成像装置的头戴式显示器。
背景技术
[0002] 在现今的技领域中，立体影像是利用双眼的辐辏作用，使大脑认知的影像呈现于空间中，从而形成纵深的空间感。在
虚拟环境中生成的两幅具有双眼
视差的影像，在映入使用者眼睛的
视网膜之后，视线也可以如在现实世界一样，聚焦于虚拟环境中的任意虚拟物件上。但是，在显示影像中，具有明显深度感的、前后
位置各不相同的各个虚拟物件，不但没有呈现在相对应的视觉深度，反而和平面的显示影像一样，每个物件呈现在相同的视觉深度。这种现象违背了正常的视觉生理，改变了正常的视觉生理机能，会导致调节和辐辏关系的不和谐，甚至相互冲突。
[0003] 基于头戴式显示器发出的显示影像的光线并没有深度资讯，因此在长时间的使用下，容易产生视
力模糊、眼睛干涩、眩晕复视、畏光甚至恶心呕吐等视疲劳症状。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种头戴式显示器及其成像装置，可降低因视觉辐辏(vergence-accommodation)冲突所造成的影响。
[0005] 本发明的成像装置包括分光元件、第一显示器、第二显示器、第三显示器以及透镜组。分光元件具有第一反射面、第二反射面以及透射面。第一显示器用以投射第一影像至第一反射面。第二显示器用以投射第二影像至该透射面。第三显示器用以投射第三影像至第二反射面。其中第一反射面反射第一影像至目标区，第二反射面反射第三影像至目标区，第二影像通过透射面以投射至目标区。透镜组设置在分光元件与目标区间。第一影像、第二影像以及第三影像分别成像在第一成像面、第二成像面以及第三成像面上，第一成像面、第二成像面以及第三成像面与目标区的距离不相同。
[0006] 本发明的头戴式显示器包括壳体以及如上所述的一个或多个成像装置。成像装置设置在主体中。
[0007] 基于上述，本发明通过分光元件使多个影像成像在不同位置的成像面上，并通过产生不同深度的影像，以降低因视觉辐辏(vergence-accommodation)冲突所造成的使用者晕眩的状态。
[0008] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举
实施例，并配合所附的
附图作详细说明如下。
附图说明
[0009] 图1为本发明一实施例的成像装置的示意图；
[0010] 图2为本发明实施例的成像面的位置示意图；
[0011] 图3为本发明实施例的成像装置的配置细节的示意图；
[0012] 图4A至图4C为本发明另一实施例的成像装置，以及所产生的影像传递路径的示意图；
[0013] 图5为
镀膜反射率以及影像
波长关系的示意图；
[0014] 图6为本发明一实施例的头戴式显示器的示意图。
[0015] 符号说明
[0016] 100、400：成像装置
[0017] 110、410：分光元件
[0018] 121、122、123、421、422、423：显示器
[0019] 130、430：透镜组
[0020] RF1：第一反射面
[0021] RF2：第二反射面
[0022] TF1：透射面
[0023] TG：目标区
[0024] D1～D3：距离
[0025] ISF1～ISF3：成像面
[0026] EXT1～EXT3：延伸线
[0027] IS1～IS3：内表面
[0028] CV：凹槽
[0029] IMG1、IMG11、IMG12、IMG2、IMG21、IMG221、IMG222、IMG3、IMG31、IMG32：影像[0030] 510、520：曲线
[0031] 600：头戴式显示器
[0032] 610：成像装置
[0033] 620：壳体
具体实施方式
[0034] 请参照图1，图1绘示本发明一实施例的成像装置的示意图。成像装置100包括分光元件110、显示器121、122及123以及透镜组130。分光元件110具有第一反射面RF1、第二反射面RF2以及透射面TF1。显示器121用以投射第一影像至第一反射面RF1，第一反射面RF1并反射第一影像，使第一影像被投射至目标区TG。显示器122用以朝透射面TF1投射第二影像，第二影像并穿透分光元件110的透射面TF1以被投射至目标区TG。显示器123则投射第三影像至分光元件110的第二反射面RF2，第二反射面RF2并反射第三影像，使第三影像被投射至目标区TG。
[0035] 透镜组130设置在分光元件110与目标区TG间，用以针对第一影像、第二影像以及第三影像进行聚焦，并使第一影像、第二影像以及第三影像在不同的第一成像面、第二成像面以及第三成像面进行成像。重点在于第一成像面、第二成像面以及第三成像面与目标区TG间的距离不相同。
[0036] 请同步参照图1以及图2，其中图2绘示本发明实施例的成像面的位置示意图。在图2中，目标区TG为使用者眼睛所在的区域，而通过成像装置100，第一影像、第二影像以及第三影像可分别成像在第一成像面ISF1、第二成像面ISF2以及第三成像面ISF3上。在本实施例中，第一成像面ISF1与目标区TG间的距离小于第二成像面ISF2与目标区TG间的距离，并且第二成像面ISF2与目标区TG间的距离小于第三成像面ISF3与目标区TG间的距离。
[0037] 请重新参照图1，在本发明实施例中，为使第一影像、第二影像以及第三影像的成像面(第一成像面ISF1、第二成像面ISF2以及第三成像面ISF3)的位置不相同，可通过使产生第一影像的显示器121与第一反射面RF1与第二反射面RF2的交叉点间具有垂直距离D1，使产生第二影像的显示器122与透射面TF1的中心点间具有垂直距离D2，使产生第三影像的显示器122与第一反射面RF1与第二反射面RF2的交叉点间具有垂直距离D3，并使垂直距离D1、D2及D3不相等(例如，使垂直距离D1<垂直距离D2<垂直距离D3)。如此，可使第一影像、第二影像以及第三影像分别成像在具有不同深度的第一成像面ISF1、第二成像面ISF2以及第三成像面ISF3。
[0038] 由上述的说明不难得知，本发明实施例可将影像依据深度切分为第一影像、第二影像以及第三影像，通过成像装置100使第一影像、第二影像以及第三影像成像在不同深度的第一成像面ISF1、第二成像面ISF2以及第三成像面ISF3。如此一来，使用者可以观测到的影像，其中的多个物件可与实际影像相类似的具有多个不同的景深效果，可有效减低因视觉辐辏(vergence-accommodation)冲突所造成的使用者晕眩的状态，提升使用者的舒适度。
[0039] 关于本发明实施例中，成像装置的配置方面，请参照图3绘示的本发明实施例的成像装置的配置细节的示意图。在图3中，分光元件110可以为矩形的分光元件，而第一反射面RF1以及第二反射面RF2可以分别设置在矩形的分光元件110的两个对
角线上，透射面TF1形成在第一反射面RF1以及第二反射面RF2的背面。显示器121～123可以分别邻近分光元件110的三个不同侧边进行设置，显示器121可以与显示器123相对，而显示器121的延伸线EXT1可与显示器122的延伸线EXT2相交，显示器123的延伸线EXT3可与显示器122的延伸线EXT2相交。在本实施例中，显示器121可以与显示器123平行设置，而延伸线EXT1以及EXT2可以相互
正交，延伸线EXT3以及EXT2可以相互正交，但也不限于此。
[0040] 以下请参照图4A至图4C，图4A至图4C绘示本发明另一实施例的成像装置，以及所产生的影像传递路径的示意图。成像装置400包括分光元件410、显示器421～423、
框架440以及透镜组430。框架440具有内表面IS1～IS3，内表面IS1与IS3相对，内表面IS1与IS2相
接触，内表面IS2并与IS3相接触，并可形成一半封闭结构。显示器421～423分别设置在内表面IS1～IS3上。内表面IS1～IS3形成凹槽CV，分光元件410则可设置在凹槽CV中。
[0041] 在另一方面，在本发明实施例中，第一反射面RF1上可具有第一镀膜。当显示器421所产生的第一影像IMG1传送到第一反射面RF1时，第一镀膜可反射第一比例的第一影像IMG11至目标区TG并透射第二比例的第一影像IMG12，其中第一比例不小于第二比例。也就是说，通过第一反射面RF1上的第一镀膜的作用，第一比例的第一影像IMG11可被传送至目标区TG，且第一比例的第一影像IMG11的
亮度可大于或等于第二比例的第一影像IMG12。
[0042] 在图4B中，第二反射面RF2上可具有第二镀膜。当显示器423所产生的第三影像IMG3传送到第二反射面RF2时，第二镀膜可反射第三比例的第三影像IMG31至目标区TG并透射第四比例的第三影像IMG32，其中第三比例不小于第四比例。也就是说，通过第二反射面RF2上的第二镀膜的作用，第三比例的第三影像IMG31可被传送至目标区TG，且第三比例的第三影像IMG31的亮度可大于或等于第四比例的第三影像IMG32。
[0043] 在图4C中，透射面TF1可接收显示器422所产生的第二影像IMG2，透射面TF1上可具有第三镀膜。第三镀膜可用以透射第五比例的第二影像IMG21至目标区TG，并反射第六比例的第二影像IMG221、IMG222，其中第五比例不小于第六比例。也就是说，第三镀膜可传送第五比例的第二影像IMG21至目标区TG，且第五比例的第二影像IMG21的亮度可大于或等于第六比例的第二影像IMG221、IMG222。
[0044] 关于上述第一镀膜、第二镀膜以及第三镀膜的材料，可针对所要反射的第一影像及第二影像的波长来选择。请参照图5绘示的镀膜反射率以及影像波长关系的示意图。在图5中，曲线510为未设置镀膜的反射面的影像波长与反射率的关系，曲线520则为设置镀膜后的反射面的影像波长与反射率的关系。通过对应第一影像的波长来选择具有高反射率的第一镀膜的材质，可使第一影像被反射至目标区的第一比例的第一影像的亮度被提高，同理，通过对应第三影像的波长来选择具有高反射率的第二镀膜的材质，可使第三影像被反射至目标区的第三比例的第三影像的亮度被提高。此外，通过对应第二影像的波长来选择具有高穿透率的第三镀膜的材质，可使第二影像被穿透至目标区的第五比例的第二影像的亮度被提高。通过选择合适的第一镀膜、第二镀膜以及第三镀膜的材料，可大幅增加显示影像进入眼睛的光强度，用于增加
能量效率。
[0045] 以下请参照图6，图6绘示本发明一实施例的头戴式显示器的示意图。头戴式显示器600包括一个或多个成像装置610以及壳体620。影像成像装置610对应目标区TG以被设置在壳体620中。
[0046] 本实施例中的成像装置610，可通过前述实施例的成像装置100或400来实施。关于成像装置100或400的动作细节，在前述的实施例及实施方式中，已有详细的说明，在此恕不多赘述。
[0047] 综上所述，本发明提供分光元件，以针对具有不同深度距离的显示器进行影像的反射以及穿透动作，并使多个影像可分别成像在不同深度的成像面上。如此一来，成像装置可产生如实际影像般具有不同深度的多个物件的显示影像，可有效降低因视觉辐辏(vergence-accommodation)冲突所造成的使用者晕眩的状态。
[0048] 虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的
权利要求所界定的为准。
