CN103018903A - 具有显示方位锁定装置的头戴式显示器及其显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种具有显示方位锁定装置的头戴式显示器及其显示方法，主要包括基体、显示装置、方位侦测装置及处理装置，其中显示装置则是设置在基体上并位于使用者眼睛观看的位置，而方位侦测装置则是供侦测基体移动时产生的不同方位，当使用者将基体配戴于头部并朝向一个预定方位时，则由处理装置指令显示装置呈现影像资料，然而当使用者将头部超出预定方位达一预定门槛，处理装置便会指令显示装置改变影像呈现状况，例如播放暂停或让影像偏移，当使用者将头部移动至原先位置时，则恢复播放状况，令使用者仅透过头部的转动而进行相关操作。

Description

具有显示方位锁定装置的头戴式显示器及其显示方法

【技术领域】

本发明是关于头戴式显示器及其显示方法，尤其是一种便于操控的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器及其显示方法。

【背景技术】

头戴式显示装置现身消费市场已有若干时间，业者曾经尝试推广，宣称让使用者不需耗费庞大空间，仅需配戴一套头戴式显示装置，就可以轻易拥有例如六、七十时显示器般的视觉享受，希望能取代一般电视等家用显示器。然而，由于投影电视一类产品不断改革创新，目前消费者只需在家预留出一面墙壁或准备一片投射幕，就可以非常方便地利用投影机投射出数十时的荧幕影像。相形之下，配戴于头上的头戴式显示装置由于重量限制，使用时并不舒服；尤其，显示装置遮蔽于眼前，一旦要调节音量或选台等，都还需要设法找到控制器或控制按键，使用上相当不便，使其市场占有率一直保持低迷。

部分业者尝试改变其市场定位，于是有人提出添加摄影机至头戴式显示装置，一种公知技术如图1所示，是利用所搭配的头戴式摄影机12，摄取配戴使用者所面临的真实世界影像，并与例如包括水平位置监测、铅直位置监测、头部姿势监测、身体部分监测等多重的监测器10，以及所搭配的处理器16将储存在影像储存18中所虚拟的影像资料迭加，共同呈现在头戴式显示装置14上。

但是，此种头戴式显示装置因属非穿透式，使得配戴使用者无法自行观察到外部真实世界状况，仅能凭借头戴式摄影机间接观察，由于头戴式摄影机的拍摄角度与配戴者利用自己眼睛观察的立体角度仍会存在些许偏差，除非使用者完全静止不动，否则此种偏差在实际行走或移动过程将会导致距离误判而碰撞；再者，摄影机角度通常不如人眼视觉范围宽广，造成视野的限缩；又者，人眼可以藉由水晶体旁的六条肌肉迅速调整焦距，藉由眼球的不断振颤，使得空间上远近距离不一的物件都能清晰成像，但相对地，摄影机即便可以自动对焦，仍须花费比人眼更久的时间，造成响应延迟，故无法替代人眼观察。

另如图2所示，美国发明专利7573525揭示有一种头戴式摄影机2，搭配有头戴式显示装置24，藉由一组外加控制器25，控制摄影机的聚焦距离、并且可以将摄影机所拍摄画面资料呈现于头戴式显示装置24上，同样藉由外加的控制器25，调节拍摄画面在头戴式显示装置24上的上、下、左、右位置以及控制显示画面的放大、缩小。

此种设计虽然利用穿透式显示装置，让操作使用者可以同时透过显示装置而直接观察真实世界的物件，并且可以将拍摄画面同样被呈现于显示装置，但是使用者还需要手持外加的控制器，才能控制所呈现画面的位置及进行画面的播放，使得整体操作极不方便。尤其是在配戴头戴式显示装置并进行影片欣赏时，如果还要额外透过手持控制器进行调整影片的播放状态，必需要透视目前正在播放影片的穿透式显示装置观看控制器上的按键位置，在操作上容易让使用者感到不方便，而且随着技术进步，现行摄影机已经极为轻便，并且可以单手操控，相较之下，该前案不仅需手持控制器，又需额外在头上配戴整组摄影机与显示装置，平添使用者负担。

因此，如何让头戴显示装置发挥较大效益，而且更可让使用者双手无须持握任何操作装置，透过感测配戴者头部摆动进行操控，充分提供配戴使用与操作上的方便性，将是本案所要聚焦的重点。

【发明内容】

本发明目的之一在于提供一种可采用佩戴者头部动作而作为操控指令，增加操作上的方便性的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器。

本发明的另一目的在于提供一种透过特定的头部动作下达操控指令，使得系统结构简化而便于携行的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器。

本发明的再一目的在于提供一种可将显示装置上显示的影像资料与使用者头部动作同步改变，以符合人体工程而配合使用者操作需求的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器。

本发明的又一目的在于提供一种透过分析使用者的头部动作的方式，改变显示装置所显示的影像状态，令操作上更方便的头戴式显示器的显示方法。

本发明的又另一目的在于提供一种藉由判读使用者的头部动作，将显示装置上显示的影像资料与使用者头部动作同步改变，以符合人因工程而配合使用者操作需求的头戴式显示器的显示方法。

因此，本发明为一种具有显示方位锁定装置的头戴式显示器，供呈现影音资料予一使用者，该显示器包括：一个供该使用者配戴于头部的基体；一组设置于该基体、供在一预定显示方位呈现上述影音资料的显示装置；一个设置于该基体、供侦测上述显示方位的方位侦测装置；及一个设置于该基体、供接收该方位侦测装置所侦测上述方位讯息、并当该方位变化达一预定门槛时，改变上述影音资料的呈现状况的处理装置。

而对应的头戴式显示器的显示方法，是供以一个头戴式显示器稳定呈现一影音资料予一使用者，其中该显示器包括一个供该使用者配戴于头部的基体；一组供呈现上述影音资料的显示装置；一个方位侦测装置；及一个供接收该方位侦测装置所侦测上述方位讯息的处理装置；该方法包括下列步骤：

a)将上述基体配戴于该使用者头部，并定义一个显示方位；

b)以该显示装置呈现上述影音资料，并由该方位侦测装置持续侦测该基体所对应方向并转换为电讯号输出至该处理装置；及

c)由该处理装置判断该基体所对应方向是否符合该显示方位，且在偏离该显示方位达一预定门槛时，依照该偏离状况指令该显示装置改变上述呈现状态。

藉由方位侦测装置定义出一个显示方位，一旦使用者配戴头戴式显示器并移动至显示方位，并由处理装置分析得知，便可由处理装置从而下达对应指令，令显示装置所显示的影像改变播放状况，如此，不仅可以轻易操控影像的播放，简化既有头戴式显示系统结构，让头戴式显示系统更易于携带，系统成本也同步降低，并且更能够轻易调控在显示装置中所播放影片的播放状态例如暂停或移动等状况，达成所有上述目的。

【附图说明】

图1是公知头戴式摄影机的方块图；

图2是公知头戴式摄影机搭配有头戴式显示装置的示意图；

图3是本发明具有显示方位锁定装置的头戴式显示器的第一较佳实施例的立体示意图；

图4是图3的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器的方块图；

图5是图3的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器的操作流程图；

图6是本发明具有显示方位锁定装置的头戴式显示器的第二较佳实施例的立体示意图；

图7是图6的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器的方块图；

图8是图6的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器的操作流程图；

图9是图6的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器目前播放的影像示意图；

图10是当使用者向左转动头部后，显示装置上所显示的影像资料向右补偿移动，使得显示装置左侧留白的影像示意图；

图11是本发明具有显示方位锁定装置的头戴式显示器的第三较佳实施例的上视图，说明被投射的影像资料，以虚像聚焦在较远的位置；及

图12是本发明具有显示方位锁定装置的头戴式显示器的第四较佳实施例的立体示意图。

【主要元件符号说明】

10                监测器                16            处理器

14                头戴式显示装置        2、12         头戴式摄影机

3、3’            头戴式显示器          4             影音播放装置

31、31’、31”    镜框                  24、32、32’  显示装置

33                电子陀螺仪            34、34’      处理装置

321               液晶显示模组          321’         穿透式显示器

322、322’        耳机                  33’          微型摄影机

33”              微型投影机            36”          微结构镜片

18                影像储存              25            控制器

【具体实施方式】

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，将配合以下的说明书附图与较佳实施例的详细说明而清楚的呈现。

如图3及图4所示，为本发明显示方位锁定装置的头戴式显示器的第一较佳实施例，本例中，头戴式显示器3是例示为机舱使用的头戴式个人电影院，并外接一个可供读取影音资料的影音播放装置4，其中头戴式显示器3主要包括例释为镜框31的基体、显示装置32、例释为电子陀螺仪33的方位侦测装置及处理装置34，其中显示装置32、电子陀螺仪33及处理装置34是设置于镜框31内，而显示装置32则包括有一组液晶显示模组321及一组耳机322，且液晶显示模组321是设置在镜框31上对应位于可供使用者眼睛观看的位置。

一并参考图5所示，为本例的头戴式显示器的显示方法的流程图，一开始如步骤401，由使用者将镜框31配戴于头部，将液晶显示模组321调整对应至使用者视线前方处。此时，于液晶显示模组321上显示一组字幕，请观赏者将头部暂时停留在最舒适的观赏位置，并由电子陀螺仪33对镜框31目前的方位进行侦测，再将侦测所得方位讯息转换为电讯号并传至处理装置34，供处理装置34将目前侦测的方位设定成驱动显示装置32进行影音播放的显示方位。

接下来影音播放装置4读取储存有影音资料的光碟片的资料，并如步骤402，显示装置32受处理装置34驱动，开始以正常状态呈现相关的影音资料，同时由电子陀螺仪33持续侦测镜框31目前所对应的方向，并将侦测的方向转换为电讯号传输至处理装置34；随后如步骤403所示，由处理装置34判断镜框31所对应方向是否符合先前步骤中所界定的显示方位，如果仍符合，则于步骤404持续正常播放影片，并回复步骤402，不断持续由电子陀螺仪33侦测镜框31目前所对应的方向。

相反地，例如使用者因内急而欲暂停观看影片，可径行将镜框31从头部的配戴位置拿下来，此过程中因为镜框31会明显偏离先前预设的显示方位达一预定门槛，则如步骤405所示，此种偏离状况将被处理装置34察觉，并指令液晶显示模组321及耳机322等显示装置32改变目前的呈现状态，使得正在播放的影片可被暂停。并如步骤406，持续由电子陀螺仪33侦测镜框31对应方向，直到处理装置34判断镜框31对应方向已回复至先前的显示方位，或偏离状况小于预定门槛。

如果镜框31偏离状况一直没有回复到小于上述预定门槛，则如步骤407，继续保持暂停状态，并反复到步骤406；直到使用者回座，重新将镜框31配戴至头部，使得处理装置34判断镜框31对应方向已回复至先前的显示方位；再如步骤408由处理装置34指令液晶显示模组321及耳机322回复步骤402播放被暂时停止的影音资料；并且持续播放直到步骤409判断影音资料已经播放完毕，而在步骤410结束播放。

如图6及图7所示，为本发明显示方位锁定装置的头戴式显示器的第二较佳实施例，在本例中，考量作为飞机或长程巴士等长途交通工具中，旅客消磨时间的娱乐用具。本例中头戴式显示器3’则包括有一个例示为微型摄影机33’的方位侦测装置，并设置在镜框31’上对应使用者双眼之间的位置，且显示装置32’是一组穿透式显示器321’，一并参考图8所示，为本例的头戴式显示器的显示方法的流程图，一开始如步骤801，由使用者将镜框31’配戴于头部，将穿透式显示器321’调整对应至使用者视线前方处，由穿透式显示器321’显示一个暂停头部摆动的指示字幕，并由微型摄影机33’摄取在预定影像摄取范围内的影像资料，再转换为电讯号并传输至处理装置34’，由处理装置34’确认镜框31’目前所对应的方向为显示方位。

再来如步骤802，开始进行影片的播放，由穿透式显示器321’及耳机322’播放影音资料，同时微型摄影机33’仍持续进行影像的摄取，再来如步骤803，由处理装置34’接收微型摄影机33’摄取的影像资料，并判断目前摄取的影像资料是否已超出预定影像摄取范围，如果没有，则如步骤804，继续播放影片并回到步骤802，持续的由微型摄影机33’摄取影像资料，如果摄取的影像资料已超出预定影像摄取范围时，则如步骤805，由处理装置34’指令穿透式显示器321’将显示的影像资料改变呈现状态。

一并参考图9及图10所示，如步骤806，影像资料会先从整个穿透式显示器321’的显示画面，随着镜框31’的转动同步以一个补偿偏移的方向移动，例如当使用者将头部顺着图10所示的箭头向左旋转时，影像资料也同样的会朝反向的右侧方向移动，因此使用者在视觉上会感到影像资料并没有跟在自己的视线在移动，而是仍保持在原来的位置，且当影像资料在穿透式显示器321’上移开的左侧留白部份，可让使用者更看透至另一端，例如在飞机上使用时，使用者需要找寻空服人员时仅需要头部移动，即可将穿透式显示器321’呈现在影像暂时移开，而不需要将头戴式显示器3’拿下来。

接下来如步骤807，由微型摄影机33’持续摄取的影像资料，供处理装置34’判断镜框31’对应方向是否已回复至显示方位，或偏离状况小于预定门槛的位置，如果镜框31’偏离状况尚未小于预定门槛，则如步骤808，继续保持影音资料呈暂时停止状态并回到步骤807，当使用者结束与空中服务人员的交谈，而将头部转回原来的位置，如步骤809，处理装置34’会指令穿透式显示器321’所显示的影像资料以同样的补偿偏移并回复至原来的显示位置，并持续回复步骤802，直到步骤810判断影音资料播放完毕，才于步骤811结束播放。

如图11所示，为本发明显示方位锁定装置的头戴式显示器的第三较佳实施例，本例的显示装置主要是两具分别设置在左右镜框31”处的微型投影机33”，经由光纤连接至主机(图未示)，分别将左右两眼的影像资料投射在两眼前方微结构镜片36”位置处，藉由微结构镜片36”的反射与偏折，让被投射的影像资料，以虚像聚焦在较远的位置，便于使用者观看；并且藉由左右两眼的影像差异，在使用者前方架构呈现出具有三维空间深度的立体影像资料，如此，更能在轻便的头戴式显示器上，播放目前主流的立体影音资料。

此外，亦可如图12所示本案第四较佳实施例，播放装置亦可采用彼此偏极化方向垂直而正交的两片偏极化镜片作为呈现影像之用，藉此，两侧的光纤投影机(图未示)可以将双眼的影像资料同步投射，且藉由偏极化镜片的正交关系，将垂直偏极化的影像资料成分呈现于图式左眼，水平偏极化的影像资料成分呈现于图式右眼，让使用者可以获得三维影像。

本发明的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器及其显示方法，可藉由方位侦测装置定义出一个显示方位，并由方位侦测装置侦测配戴于使用者的头部的头戴式显示器目前对应的方位，使得使用者可透过头部的移动或是将头戴式显示器从头部拿下来时，改变目前正在播放的影像状态，在进行操作时有别于公知的技术，不仅操作简便，也简化既有头戴式显示系统结构，让头戴式显示系统更易于携带，系统成本也同步降低，一举达成本发明的所有目的。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖之范围内。

Claims (10)

1.一种具有显示方位锁定装置的头戴式显示器，供呈现影音资料予一使用者，该显示器包括：

一个供该使用者配戴于头部的基体；

一组设置于该基体、供在一预定显示方位呈现上述影音资料的显示装置；

一个设置于该基体、供侦测上述显示方位的方位侦测装置；及

一个设置于该基体、供接收该方位侦测装置所侦测上述方位讯息、并当该方位变化达一预定门槛时，改变上述影音资料的呈现状况的处理装置。

2.如权利要求1所述的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器，其中该方位侦测装置是一组持续摄取上述显示方位的特征影像资料、并转换为电讯号传至该处理装置、供该处理装置判断上述显示方位是否被改变的微型摄影机。

3.如权利要求1所述的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器，其中该方位侦测装置是一个电子陀螺仪。

4.如权利要求1所述的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器，其中该显示装置包括一组穿透式显示器。

5.如权利要求1、2、3、或4所述的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器，其中该显示装置包括一组液晶显示模组及一组耳机。

6.如权利要求1、2、3、或4所述的具有显示方位锁定装置的头戴式显示器，其中该显示装置包括至少一组微投影机及至少一组供该至少一组微型投影机投射影像的微结构镜片。

7.一种头戴式显示器的显示方法，是供以一个头戴式显示器稳定呈现一影音资料予一使用者，其中该显示器包括一个供该使用者配戴于头部的基体；一组供呈现上述影音资料的显示装置；一个方位侦测装置；及一个供接收该方位侦测装置所侦测上述方位讯息的处理装置；该方法包括下列步骤：

a)将上述基体配戴于该使用者头部，并定义一个显示方位；

b)以该显示装置呈现上述影音资料，并由该方位侦测装置持续侦测该基体所对应方向并转换为电讯号输出至该处理装置；及

c)由该处理装置判断该基体所对应方向是否符合该显示方位，且在偏离该显示方位达一预定门槛时，依照该偏离状况指令该显示装置改变上述呈现状态。

8.如权利要求7所述的头戴式显示器的显示方法，其中该方位侦测装置是一组微型摄影机，且该显示方位的步骤a)更包括下列次步骤：

a1)由该处理装置确认该基体所对应方向为该显示方位；及

a2)由该微型摄影机摄取对应该显示方位的影像资料，并转换为电讯号输出至该处理装置。

9.如权利要求7所述的头戴式显示器的显示方法，其中该步骤c)更包括下列次步骤：

c1)由该处理装置判断该基体所对应方向是否偏离该显示方位；及

c2)当该基体所对应方向偏离该显示方位时，指令该显示装置依照该偏离状况，将上述影像资料以一个补偿该偏移的方向呈现。

10.如权利要求7、8或9所述的头戴式显示器的显示方法，其中该显示装置包括一组穿透式显示器及一组耳机；该步骤c)更包括下列次步骤：

c3)由该处理装置判断该基体所对应方向是否已偏离该显示方位达一预定门槛；

c4)当该偏离状况达该预定门槛时，暂时停止该穿透式显示器及该耳机所呈现的影音资料；

c5)由该处理装置判断该基体所对应方向是否已回复至偏离该显示方位小于该预定门槛；及

c6)当该偏离状况达小于该预定门槛时，指令该穿透式显示器及该耳机回复播放该被暂时停止的影音资料。

Images