本發(fā)明涉及一種顯示裝置，且特別是涉及一種頭戴式顯示裝置。

背景技術：

頭戴式顯示裝置是用于顯示圖像及色彩的設備，并可與使用者產生互動。通常采眼罩或頭盔的型式，將顯示器貼近用戶的眼睛，并利用放大透鏡調整光路，以在近距離中對眼睛投射畫面。頭戴式顯示器能產生一個廣視角的畫面，視角通?？沙^90度。頭戴式顯示裝置也常設有眼球追蹤器，虛擬實境軟件利用眼球追蹤器追蹤用戶的視角來改變立體場景的視點。然而，在現有技術中，用以追蹤眼球的光束的光路易受頭戴式顯示裝置的其他構件影響，而無法良好地成像于眼球追蹤器的圖像提取元件上，不利于眼球追蹤功能。

技術實現要素：

本發(fā)明提供一種頭戴式顯示裝置，性能佳。

本發(fā)明的頭戴式顯示裝置至少包括顯示器、第一透鏡、至少一光源、至少一針孔以及至少一圖像提取元件。使用者可利用第一透鏡觀看顯示器。至少一光源發(fā)出至少一光束，以照射使用者的眼球。至少一針孔配置于顯示器與第一透鏡之間的空間外。被眼球反射的至少一光束穿過至少一針孔，以在至少一圖像提取元件上形成圖像。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的頭戴式顯示裝置還包括殼體。殼體具有相對的第一開口及第二開口。第一透鏡及顯示器分別覆蓋第一開口及第二開口，而針孔配置于第一透鏡、殼體及顯示器所圍出的空間外。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的殼體包括第一表面、相對于第一表面的第二表面以及連接于第一表面與第二表面之間的側壁。第一表面具有第一開口，第二表面具有第二開口，而頭戴式顯示裝置還包括與殼體連接的構件。構件至少包括第一部分構件，針孔形成于第一部分構件上且凸出于殼體的第一表面及側壁。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的構件為固定環(huán)。固定環(huán)固定于殼體的第一表面上且暴露第一透鏡。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的至少一光源配置于固定環(huán)上。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的構件還包括第二部分構件，第一部分構件與第二部分構件形成容置空間，圖像提取元件設置于固定環(huán)的容置空間內。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的頭戴式顯示裝置還包括第二透鏡。第二透鏡設置于固定環(huán)的容置空間內上，其中被眼球反射的光束依序穿過針孔及第二透鏡而于圖像提取元件上形成圖像。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的殼體包括第一表面、相對于第一表面的第二表面以及連接于第一表面與第二表面之間的側壁，第一表面具有第一開口，第二表面具有第二開口，而至少一圖像提取元件配置于殼體的側壁上。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的頭戴式顯示裝置還包括第二透鏡。第二透鏡配置于所述空間外且位于至少一針孔與至少一圖像提取元件之間，其中被眼球反射的至少一光束依序穿過至少一針孔及第二透鏡而于至少一圖像提取元件上形成圖像。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的頭戴式顯示裝置還包括與至少一圖像提取元件電連接的處理單元。處理單元根據所述圖像追蹤眼球的至少一移動軌跡。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的至少一光束為紅外線。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的第一透鏡為菲涅耳透鏡。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的針孔與固定環(huán)是一體成型。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的針孔為一薄片型結構，其可與固定環(huán)作連接。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的至少一圖像提取元件形成于側壁上。

在本發(fā)明的一實施例中，上述的頭戴式顯示裝置還包括第二透鏡。第二透鏡形成于側壁上且配置于至少一針孔與至少一圖像提取元件之間。

在本發(fā)明的一實施例中，上述被眼球反射的至少一光束依序穿過至少一針孔、第二透鏡而于至少一圖像提取元件上形成圖像。

基于上述，本發(fā)明一實施例的頭戴式顯示裝置利用針孔成像原理在圖像提取元件上形成圖像，因此不論眼球距離針孔的遠近，圖像提取元件均能取得相同清晰度的眼球特征圖像。由此，即便因頭戴式顯示裝置的制作公差、使用者配戴的方式或其他因素使得針孔與眼球的距離存在變異，圖像提取元件均能取得足夠清晰的眼球特征圖像，以有助于眼球追蹤功能。更重要的是，由于針孔配置于顯示器與第一透鏡之間的空間外，因此穿過針孔的光束不會被第一透鏡偏折，而能良好地成像于圖像提取元件上，進而能實現眼球追蹤效果良好的頭戴式顯示裝置。

為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附的附圖作詳細說明如下。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的頭戴式顯示裝置的部分元件示意圖；

圖2為本發(fā)明另一實施例的頭戴式顯示裝置的部分元件示意圖；

圖3為本發(fā)明又一實施例的頭戴式顯示裝置的部分元件示意圖；

圖4為圖3的頭戴式顯示裝置的部分元件的側視圖；

圖5為本發(fā)明再一實施例的頭戴式顯示裝置的部分元件示意圖。

符號說明

10：眼球

20：空間

100、100a、100b、100c：頭戴式顯示裝置

110：顯示器

120：第一透鏡

130：光源

140：針孔

150：圖像提取元件

160：殼體

160a：第一開口

160b：第二開口

162：第一表面

164：第二表面

166：側壁

170：處理單元

180：構件

182：第一部分構件

183：第二部分構件

190：第二透鏡

l：光束

具體實施方式

圖1為本發(fā)明一實施例的頭戴式顯示裝置的部分元件示意圖。請參照圖1，頭戴式顯示裝置100用以供眼球10觀看。頭戴式顯示裝置(head-mounteddisplay，hmd)100至少包括顯示器110、第一透鏡120、光源130、針孔140及圖像提取元件150。第一透鏡120配置于顯示器110與眼球10之間。使用者的眼球10經由第一透鏡120觀看顯示器110所呈現的多媒體圖像。詳言之，在本實施例中，顯示器110用以發(fā)出圖像光束(未繪示)，圖像光束穿過第一透鏡120而傳遞至眼球10；通過第一透鏡120，眼球10能觀看到放大的虛像。換言之，頭戴式顯示裝置100可應用在虛擬實境系統(tǒng)(virtualrealitysystem)、擴增實境系統(tǒng)(augmentedrealitysystem)及/或混合實境系統(tǒng)(mixedrealitysystem)中，但本發(fā)明不限于此。另外，為縮小頭戴式顯示裝置100的體積與重量，在本實施例中，第一透鏡120可選擇性地為菲涅耳透鏡(fresnellens)，但本發(fā)明不限于此，在其他實施例中，第一透鏡120也可為其他適當種類的光學元件。

顯示器110與第一透鏡120可利用支架(holder)維持適當的距離。舉例而言，在本實施例中，所述支架可選擇性地為殼體160，大致為一桶狀造型，而顯示器110與第一透鏡120可安裝在殼體160的相對兩端上，以維持適當的距離。詳言之，殼體160具有面向眼球10的第一表面162、相對于第一表面162的第二表面164以及連接于第一表面162與第二表面164之間的側壁166，第一表面162具有第一開口160a，第二表面164具有第二開口160b，而第一透鏡120及顯示器110可分別覆蓋第一開口160a及第二開口160b。

光源130用以發(fā)出光束l，以照射眼球10。更進一步地說，光束l是用以追蹤眼球10的移動軌跡。詳言之，在本實施例中，被眼球10特征(例如：角膜及/或水晶體)反射的光束l可在圖像提取元件150上形成具有眼球特征的圖像。頭戴式顯示裝置100可進一步包括處理單元170，處理單元170與圖像提取元件150電連接，處理單元170根據眼球特征的圖像而追蹤眼球10的移動軌跡。舉例而言，處理單元170可利用演算法計算圖像提取元件150所提取到的眼球特征圖像的特征點(featurepoint)與瞳孔的位置關系，進而達成追蹤眼球10移動軌跡的功能。為避免追蹤眼球10用的光束l干擾眼球10觀看顯示器110的效果，在本實施例中，光束l可選用不易傷害眼球10的非可見光，例如：紅外光(infrared，ir)，但本發(fā)明不以此為限。

在本實施例中，頭戴式顯示裝置100可選擇性地包括與殼體160連接的構件180。構件180例如為固定環(huán)(ring)。構件180固定于殼體160的第一表面162上且暴露第一透鏡120。在本實施例中，構件180的內側可具有第一螺紋(未繪示)，殼體160可具有第二螺紋(未繪示)，通過第一螺紋與第二螺紋的搭配，構件180可鎖固于殼體160上，但本發(fā)明不以此為限。在本實施例中，光源130可選擇性地配置于構件180(例如：固定環(huán))上，但本發(fā)明不以此為限，只要光源130所發(fā)出的光束l能照射到眼球10，在其他實施例中，光源130也可設置在其他適當位置。此外，圖中所繪的光源130的數量及其分布方式僅是用以舉例說明本發(fā)明而非用以限制本發(fā)明，在其他實施例中，光源130的數量及其分布方式也可視實際需求做其他適當設計。

針孔(pinhole)140配置于顯示器110與第一透鏡120之間的空間20外?？臻g20泛指由顯示器110發(fā)出且能傳遞至第一透鏡120的圖像光束(未繪示)的分布空間。具體而言，在本實施例中，空間20可指第一透鏡120、殼體160及顯示器110圍出的空間，但本發(fā)明不以此為限。被眼球10特征所反射的光束l穿過針孔140，以在圖像提取元件150上形成眼球特征圖像。由于眼球10的特征是利用針孔成像原理成像于圖像提取元件150上，因此不論眼球10距離針孔140的遠近，圖像提取元件150仍能取得相同清晰度的眼球特征圖像。由此，即便因頭戴式顯示裝置100的制作公差、使用者配戴的方式或其他因素使得針孔140與眼球10的距離存在變異，圖像提取元件150仍能取得足夠清晰的眼球特征圖像，以有助于頭戴式顯示裝置100的眼球追蹤(eyetracking)功能。更重要的是，由于針孔140配置于顯示器110與第一透鏡120之間的空間20外，因此穿過針孔140的光束l不會被第一透鏡120偏折，而能良好地成像于圖像提取元件150上，進而實現眼球追蹤功能效果良好的頭戴式顯示裝置100。

除此之外，利用針孔成像在本發(fā)明所述的光學應用上至少還有兩大優(yōu)點：其一，由于針孔140可視為一個光圈，因此可限定入光的范圍。如此一來，可避免眼球10上的雜散光進入至圖像提取元件150，故能使后續(xù)演算法在運算時減少光點或特征亮點的誤判，造成眼球追蹤錯誤。其二，由于光束l在進入圖像提取元件150之前已經在針孔140處交叉匯聚，故利用針孔成像可增加眼球10至圖像提取元件150的距離，其主要是解決某些圖像提取元件焦長過長的問題，進而提高設計上的彈性及便利性。

在本實施例中，針孔140可選擇性地設置在構件180上。具有針孔140的第一部分構件182可凸出于殼體160的第一表面162及側壁166，以利于穿過針孔140的光束l傳遞至配置于側壁166上的圖像提取元件150中。需說明的是，上述針孔140及圖像提取元件150的設置方式僅是用以舉例說明本發(fā)明而非用以限制本發(fā)明，在其他實施例中，也可利用其他方式將針孔140設置于顯示器110與第一透鏡120之間的空間20外，并將圖像提取元件150設置于能接收到穿過針孔140的光束l的其他適當位置。在本實施例中，圖像提取元件150的數量對應于針孔140的數量。舉例而言，若頭戴式顯示裝置100包括多個針孔140，則多個針孔140各自對應多個圖像提取元件150。在本實施中，圖像提取元件150例如為電荷耦合傳感器(charge-coupleddevice，ccd)或互補金屬氧化物半導體(complementarymetaloxidesemiconductor；cmos)傳感器，但本發(fā)明不以此為限。

圖2為本發(fā)明另一實施例的頭戴式顯示裝置的部分元件示意圖。請參照圖2，頭戴式顯示裝置100a與頭戴式顯示裝置100類似，因此相同或相對應的元件以相同或相對應的標號表示。頭戴式顯示裝置100a與頭戴式顯示裝置100的主要差異在于：頭戴式顯示裝置100a較頭戴式顯示裝置100多了第二透鏡190。以下主要說明此差異，兩者相同或相對應處，還請參照前述說明。

請參照圖2，頭戴式顯示裝置100a至少包括顯示器110、第一透鏡120、光源130、針孔140及圖像提取元件150。眼球10經由第一透鏡120觀看顯示器110所呈現的多媒體圖像。光源130發(fā)出光束l，以照射眼球。針孔140配置于顯示器110與第一透鏡120之間的空間20外。被眼球10反射的光束l穿過針孔140，以在圖像提取元件150上形成圖像。與頭戴式顯示裝置100不同的是，頭戴式顯示裝置100a還包括第二透鏡190。第二透鏡190配置于空間20外，且位于針孔140與圖像提取元件150之間。被眼球10反射的光束l依序穿過針孔140及第二透鏡190而成像于圖像提取元件150上。第二透鏡190可將穿過針孔140的光束l匯聚于圖像提取元件150上，進而縮短針孔140與圖像提取元件150之間所需的距離。換言之，通過第二透鏡190的設置，頭戴式顯示裝置100a整體的結構設計可更具彈性。

圖3為本發(fā)明另一實施例的頭戴式顯示裝置的部分元件示意圖。圖4為圖3的頭戴式顯示裝置的部分元件的側視圖。請參照圖3及圖4，頭戴式顯示裝置100b與前述的頭戴式顯示裝置100類似，因此相同或相對應的元件以相同或相對應的標號表示。頭戴式顯示裝置100b與頭戴式顯示裝置100的主要差異在于：頭戴式顯示裝置100b的光源130、針孔140及圖像提取元件150可均設置于固定環(huán)180上，以作為單一配件供不同頭戴式顯示器使用。詳言之，頭戴式顯示裝置100b的固定環(huán)180的邊緣處可具有至少一第二部分構件183。第二部分構件183可與第一部分構件182形成容置空間。在本實施例中，第二部分構件183與第一部分構件182可形成一容置。所述容置空間至少可用以容納針孔140及圖像提取元件150，其中第二部分構件183的一端用以配置針孔140，而第二部分構件183的遠離眼球10的另一端則可設置圖像提取元件150。實作上，針孔140與第二部分構件183可以與固定環(huán)180是一體成型的結構，又或者針孔140為設置在額外的一薄片型結構(例如：圖4所示的第一部分構件182也可為固定環(huán)180外的另一構件)上，所述薄片型結構可與固定環(huán)180作連接，以將容置空間大致上形成一封閉空間?？衫斫獾兀樋?40的直徑是小于圖像提取元件150的，然而為了在附圖上便于解釋其相對位置關系，故于繪制上并未依據實際的比例。此外，兩者相同或相對應處，還請參照前述說明，于此便不再重述。

圖5為本發(fā)明再一實施例的頭戴式顯示裝置的部分元件示意圖。請參照圖5，頭戴式顯示裝置100c與前述圖4的頭戴式顯示裝置100a類似，因此相同或相對應的元件以相同或相對應的標號表示。頭戴式顯示裝置100c與頭戴式顯示裝置100a的主要差異在于：頭戴式顯示裝置100c的光源130、針孔140、圖像提取元件150及第二透鏡190可均設置在固定環(huán)180上，以作為單一配件供不同頭戴式顯示器使用。詳言之，頭戴式顯示裝置100c的固定環(huán)180至少包括設置于所述容置空間內的針孔140、圖像提取元件150及第二透鏡190。被眼球10反射的光束l可依序穿過針孔140及第二透鏡190而于圖像提取元件150上形成圖像。此外，兩者相同或相對應處，還請參照前述說明，于此便不再重述。

綜上所述，本發(fā)明一實施例的頭戴式顯示裝置至少包括顯示器、第一透鏡、光源、針孔及圖像提取元件。眼球利用第一透鏡觀看顯示器。光源發(fā)出光束，以照射眼球。針孔配置于顯示器與第一透鏡之間的空間外。被眼球反射的光束穿過針孔，以在圖像提取元件上形成圖像。

特別是，眼球的特征是利用針孔成像原理在圖像提取元件上形成圖像，因此不論眼球距離針孔的遠近，圖像提取元件均能取得相同清晰度的眼球特征圖像。由此，即便因頭戴式顯示裝置的制作公差、使用者配戴的方式或其他因素使得針孔與眼球的距離存在變異，圖像提取元件均能取得足夠清晰的眼球特征圖像，以有助于眼球追蹤功能。

更重要的是，由于針孔配置于顯示器與第一透鏡之間的空間外，因此穿過針孔的光束不會被第一透鏡偏折，而能良好地成像于圖像提取元件上，進而能實現眼球追蹤效果良好的頭戴式顯示裝置。

雖然結合以上實施例公開了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護范圍應當以附上的權利要求所界定的為準。