TWI442264B - 互動式虛像顯示器及互動式顯示方法 - Google Patents

Description

互動式虛像顯示器及互動式顯示方法

本發明是有關於一種顯示器及顯示方法，且特別是有關於一種互動式虛像顯示器及互動式顯示方法。

隨著顯示技術的進步及人們對於高科技的渴望，虛擬實境(virtual reality)與增廣實境(augmented reality)的技術已漸趨成熟，而頭盔顯示器(head mounted display,HMD)與視頻眼鏡(video glasses)則是用以實現此技術的兩種顯示器。

視頻眼鏡又稱眼鏡顯示器，屬於軍事用途中的頭盔顯示器的新一代民用產品。視頻眼鏡能在近眼的微顯示器上產生一種虛擬圖像，這種虛擬圖像可在眼睛前面一個固定的距離內變化，看上去相當於一個大螢幕電視。配合適當的校準光學元件，更可以提高視頻眼鏡的清晰度和配戴舒適度。虛擬實境式的視頻眼鏡可讓使用者用戶完全沉浸在播放的圖像中，而不會受到任何外部光線的干擾。

視頻眼鏡通常採用微顯示器技術，按照顯示模組工藝的不同，可以將微顯示器分為液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)、矽基液晶面板(liquid crystal on silicon,LCoS)、有機發光二極體顯示器(organic light-emitting diode display,OLED display)與微機電系統(microelectromechanical system,MEMS)四種。

目前坊間的視頻眼鏡主要是做為移動視頻終端產品(如手機、可攜式媒體播放器(portable media player,PMP)、數位相機等)的顯示器。此視頻眼鏡通常會搭配一外接控制盒做為其相關功能之操控。

本發明提供一種互動式虛像顯示器，可提升操作的便利性。

本發明提供一種互動式顯示方法，可提升操作的便利性。

本發明之一實施例提出一種互動式虛像顯示器，適於配戴於一使用者的頭部。互動式虛像顯示器包括一顯示單元、一影像感測模組及一控制單元。顯示單元在使用者的眼睛前方形成一虛像。影像感測模組感測使用者的眼睛。控制單元電性連接至顯示單元及影像感測模組。控制單元接收一視頻訊號，並根據視頻訊號驅動顯示單元顯示虛像。控制單元具有至少一操作功能，且操作功能控制顯示單元顯示虛像的方式。控制單元根據影像感測模組所感測到的眼睛的至少一動作來執行對應於眼睛的動作的操作功能。

本發明之一實施例提出一種互動式虛像顯示器，適於配戴於一使用者的頭部。互動式虛像顯示器包括一顯示單元、一影像感測模組及一控制單元。顯示單元在使用者的眼睛前方形成一虛像。影像感測模組感測使用者的手。控 制單元電性連接至顯示單元及影像感測模組。控制單元接收一視頻訊號，並根據視頻訊號驅動顯示單元顯示虛像。控制單元具有至少一操作功能，且操作功能控制顯示單元顯示虛像的方式。控制單元根據影像感測模組所感測到的手的至少一手勢來執行對應於手勢的操作功能。

本發明之一實施例提出一種互動式顯示方法，包括下列步驟：根據一視頻訊號在一使用者的眼睛前方顯示一虛像。選擇感測使用者的眼睛及手其中之一的影像。當感測使用者的眼睛時，根據眼睛的至少一動作來執行對應於眼睛的動作的至少一操作功能。當感測使用者的手時，根據手的至少一手勢來執行對應於手勢的至少一操作功能，其中此至少一操作功能控制虛像的顯示方式。

在本發明之實施例之互動式虛像顯示器中，由於影像感測模組可感測使用者的眼睛或手，因此控制單元可根據眼睛的動作或手勢來執行對應的操作功能。因此，使用者可藉由眼睛的動作或手勢來操作互動式虛像顯示器，以增加互動式虛像顯示器的使用便利性。此外，在本發明之實施例之互動式顯示方法中，由於可選擇感測使用者的眼睛動作或手勢來執行對應的功能，因此可提升互動顯示的便利性。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A為本發明之互動式虛像顯示器的光路示意圖，圖1B為圖1A之互動式虛像顯示器配戴於使用者的頭部上的側視示意圖，圖1C為圖1A之互動式虛像顯示器的立體示意圖，而圖2為圖1A之互動式顯示器的系統架構圖。請參照圖1A至圖1C及圖2，本實施例之互動式虛像顯示器100，適於配戴於一使用者的頭部50。在本實施例中，互動式虛像顯示器100為一視頻眼鏡。然而，在其他實施例中，互動式虛像顯示器100亦可以是一頭盔顯示器。互動式虛像顯示器100包括一顯示單元110、一影像感測模組120及一控制單元130。顯示單元110在使用者的眼睛52前方形成一虛像80。顯示單元110可包括顯示面板，例如液晶顯示器、矽基液晶面板、有機發光二極體顯示器或微機電系統。此外，顯示單元110可更包括光學元件，而使用者的眼睛52透過光學元件觀看顯示面板時，則會看到對應於顯示面板的虛像80。或者，顯示單元110亦可以是一視網膜投影機(retinal projector)，其將欲讓視網膜感受到的影像投影至視網膜上，以讓使用者產生看到虛像80的感覺。影像感測模組120感測使用者的眼睛52。在本實施例中，影像感測模組120例如為一攝像裝置(camera device)。

控制單元130電性連接至顯示單元110及影像感測模組120。控制單元130接收一視頻訊號，並根據視頻訊號驅動顯示單元110顯示虛像80。在本實施例中，控制單元130包括一數位視頻解碼器(digital video decoder)132及 一顯示驅動器(display driver)134。數位視頻解碼器132將視頻訊號解碼後，傳送至顯示驅動器134，而顯示驅動器134則驅動顯示單元110顯示對應於解碼後的視頻訊號的虛像80。

在本實施例中，顯示單元110的數量可以是二個，且影像感測模組120的數量可以是二個，顯示單元110分別配置於使用者的兩個眼睛52(即左眼與右眼)前方，且影像感測模組120分別感測使用者的兩個眼睛52。此外，在本實施例中，互動式虛像顯示器100更包括一眼鏡架140，其中顯示單元110、影像感測模組120及控制單元130配置於眼鏡架140上。

控制單元130具有至少一操作功能(在本實施例中是以多個操作功能為例)，且操作功能控制顯示單元110顯示虛像80的方式。圖3為圖1A之顯示單元110所顯示的選單(menu)的示意圖。請參照圖1A與圖3，控制單元130更包括一微處理單(micro-processor)136，微處理單136可透過顯示驅動器134命令顯示單元110顯示一選單(如圖3所繪示)，而上述這些操作功能包括進入選單功能、跳至下一項目功能、進入執行功能、停止離開功能或其組合。控制單元130根據影像感測模組120所感測到的眼睛52的至少一動作(在本實施例中是以多個動作)來執行對應於眼睛52的動作的操作功能。在本實施例中，控制單元130將眼睛52的這些動作分別對應到這些操作功能。

舉例而言，眼睛52的動作可包括雙眼閉數秒(例如 是介於1與3秒之間，例如是2秒)，然後再張開雙眼，這個動作可對應至進入選單功能。此外，當過了一段時間(例如是5秒)後都沒有繼續執行操作功能時，控制單元130可命令顯示單元110不顯示選單。眼睛52的動作可更包括單眼閉合，此動作可對應至跳至下一項目功能。此時可每隔一段時間就繼續跳至下一項目，直到眼睛52睜開為止。眼睛52的動作可更包括雙眼閉合一段時間(例如是3秒)，然後再張開，此動作可對應至進入執行功能。再者，眼睛52的動作可更包括雙眼閉一段時間(例如是1秒)，再張開雙眼，此動作可對應至停止離開功能。

在本實施例中，互動式虛像顯示器100更包括一揚聲器150，其電性連接至控制單元130。揚聲器150例如為耳機。控制單元130接收一音頻訊號，並根據音頻訊號驅動揚聲器150發出對應於音頻訊號的聲音，且操作功能控制揚聲器150發出聲音的方式。此外，在本實施例中，互動式虛像顯示器100更包括一振動馬達160，其電性連接至控制單元130。控制單元130可驅動振動馬達160振動，以達到按摩使用者的效果。在本實施例中，振動馬達160可位於使用者的太陽穴旁。

在本實施例中，選單中的主要的項目可包括音量控制、暫停、播放、停止、前快轉、後快轉、關閉畫面及按摩。此外，對應至音量控制的這個主要項目的次要項目包括大聲與小聲。對應至前快轉的這個主要項目的次要項目包括2倍快轉、4倍快轉、16倍快轉及32倍快轉。對應至 後快轉的這個主要項目的次要項目包括2倍後快轉、4倍後快轉、8倍後快轉、16倍後快轉及32倍後快轉。對應至後快轉的這個主要項目的次要項目包括啟動關閉畫面功能與結束關閉畫面功能，其中當關閉畫面功能啟動時，顯示單元110會關閉，而揚聲器150則繼續播放聲音，以方便使用者可以閉目聆聽聲音，而不受虛像80的干擾。此外，按摩的這個主要項目的次要項目包括連續與間歇。

舉例而言，當使用者欲執行16倍快轉的這個功能時，可先讓雙眼閉兩秒後睜開，此時選單會出現。接著，使用者閉上單眼，項目會從音量控制跳至暫停。當使用者繼續閉著單眼時，過了一段時間(例如0.5秒)後，項目會繼續跳至播放。如此，每過了0.5秒，就會再跳至下一個項目。直到跳至前快轉這個項目時，使用者將雙眼張開，此時會停留在前快轉這個項目。接著，使用者閉上雙眼3秒再張開，此時會進入2倍快轉的次要項目。然後，使用者閉上單眼，則項目每隔一段時間依序跳至2倍快轉、4倍快轉、8倍快轉及16倍快轉，直到跳至16倍快轉時使用者張開雙眼，則項目停留在16倍快轉處。此時，使用者閉上雙眼3秒後睜開，則虛像80的內容開始以16倍的速度快轉(即影片快轉)。當使用者欲停止快轉功能時，則使用者閉上雙眼1秒後睜開，則影片停止快轉。由此類推，使用者可透過眼睛52的四種動作執行圖3中各主要項目及次要項目的功能。

操作功能的種類不以上述四種為限，在其他實施例 中，亦可以採用其他操作功能。此外，眼睛52的動作也不以上述四種為限，在其他實施例中，亦可以採用其他種眼睛52的動作。眼睛52的動作與操作功能的對應關係也不以上述對應關係為限，在其他實施例中，也可採用其他對應關係，例如雙眼閉2秒可對應至進入執行功能，而雙眼閉3秒則是對應至進入選單功能。

在本實施例中，互動式虛像顯示器100更包括一取像鏡頭170，其將來自使用者的手60的影像傳遞至影像感測模組120，且控制單元130根據影像感測模組120所感測到的手60的手勢來執行對應於手勢的操作功能。在本實施例中，互動式虛像顯示器100更包括一光路切換元件180，將入射影像感測模組120的光的光路切換至一第一狀態及一第二狀態。當光路切換至第一狀態時，來自眼睛52的光53傳遞至影像感測模組120，而使影像感測模組120擷取眼睛52的影像。當光路切換至第二狀態時，來自手60的光62傳遞至影像感測模組120，而影像感測模組120藉由取像鏡頭170的輔助而擷取手勢的影像。

具體而言，在本實施例中，光路切換元件180包括一反射器或為一反射器(反射器例如為反射鏡或反射稜鏡)，反射器適於切入或切離影像感測模組120與眼睛52之間的光路徑，例如適於切入或切離來自眼睛50的光52的光路徑。當反射器切入影像感測模組120與眼睛52之間的光路徑時(如當圖1B所繪示的光路切換元件180沿著下面的箭頭的方向往下旋轉後)，來自手60的光62依序通過取 像鏡頭170、被反射器反射及傳遞至影像感測模組120。當反射器切離影像感測模組120與眼睛52之間的光路徑時(如圖1B所繪示的光路切換元件180的狀態)，來自眼睛52的光53傳遞至影像感測模組120。

如此一來，藉由光路切換元件180切入或切離影像感測模組120與眼睛52之間的光路徑，便可以讓互動式虛像顯示器100切換至手勢控制模式或眼睛控制模式。

圖4A至圖4D分別繪示圖1A之控制單元所能辨識的四種手勢。請參照圖4A至圖4D，圖4A之手勢為伸出食指與中指的手勢，其可對應至進入選單功能。圖4B之手勢為伸出食指，且以食指上下來回晃動的手勢，其可對應至跳至下一項目功能。圖4C之手勢為握拳的手勢，其可對應至進入執行功能。圖4D之手勢為五指張開的手勢，其可對應至停止離開功能。

手勢不以上述四種為限，在其他實施例中，亦可以採用其他種手勢。手勢與操作功能的對應關係也不以上述對應關係為限，在其他實施例中，也可採用其他對應關係，例如握拳的手勢可對應至停止離開功能，而五指張開的手勢則是對應至進入選單功能。

在其他實施例中，互動式虛像顯示器可以不具有光路切換元件180，而影像感測模組120則感測眼睛52但不感測手60，且控制單元130根據眼睛52的動作來執行操作功能。或者，在其他實施例中，互動式虛像顯示器的影像感測模組120可以感測手60但不感測眼睛52，且控制單 元130根據手動來執行操作功能。舉例而言，此時可以不採用光路切換元件180與取像鏡頭170，而影像感測模組120則是朝外直接對準手60。

圖5為本發明之一實施例之互動式顯示方法的流程圖。請參照圖5，本實施例之互動式顯示方法可藉由圖1A之互動式虛像顯示器100來執行，但本發明不以此為限。本實施例之互動式顯示方法包括下列步驟：首先，執行步驟S110，即根據視頻訊號在使用者的眼睛52前方顯示虛像80，例如是透過控制單元130對視頻訊號進行處理，且命令顯示單元110顯示虛像80。接著，執行步驟S120，即選擇感測使用者的眼睛52及手60其中之一的影像。舉例而言，當選擇感測手60的影像時，可使光路切換元件180切入眼睛52與影像感測模組120之間的光路徑。當選擇感測使用者的眼睛52時，可使光路切換元件180切離眼睛52與影像感測模組120之間的光路徑。當感測使用者的眼睛52時，執行步驟S132，即根據眼睛52的至少一動作(在本實施例中為多個動作)來執行對應於眼睛52的動作的至少一操作功能(在本實施例中為多個操作功能)。當感測使用者的手時，執行步驟S134，即根據手60的至少一手勢(在本實施例中為多個手勢)來執行對應於手勢的至少一操作功能(在本實施例中為多個操作功能)。上述操作功能用以控制虛像80的顯示方式，亦即控制顯示單元110的顯示方式。

在本實施例中，互動式顯示方法更包括根據音頻訊號 發出對應於音頻訊號的聲音，且操作功能可控制發出聲音的方式。舉例而言，可藉由控制單元130驅使揚聲器150發出對應於音頻訊號的聲音，且操作功能可控制揚聲器150的發聲方式，例如可控制揚聲器150的音量。

本實施例之互動式顯示方法的其他執行細節已在上述互動式虛像顯示器100的實施例中詳述，相關細節請參考上述段落，在此不再重述。

綜上所述，在本發明之實施例之互動式虛像顯示器中，由於影像感測模組可感測使用者的眼睛或手，因此控制單元可根據眼睛的動作或手勢來執行對應的操作功能。因此，使用者可藉由眼睛的動作或手勢來操作互動式虛像顯示器，以增加互動式虛像顯示器的使用便利性。此外，在本發明之實施例之互動式顯示方法中，由於可選擇感測使用者的眼動動作或手勢來執行對應的功能，因此可提升互動顯示的便利性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

50‧‧‧頭部

52‧‧‧眼睛

53、62‧‧‧光

60‧‧‧手

80‧‧‧虛像

100‧‧‧互動式虛像顯示器

110‧‧‧顯示單元

120‧‧‧影像感測模組

130‧‧‧控制單元

132‧‧‧數位視頻解碼器

134‧‧‧顯示驅動器

136‧‧‧微處理單

140‧‧‧眼鏡架

150‧‧‧揚聲器

160‧‧‧振動馬達

170‧‧‧取像鏡頭

180‧‧‧光路切換元件

S110、S120、S132、S134‧‧‧步驟

圖1A為本發明之互動式虛像顯示器的光路示意圖。

圖1B為圖1A之互動式虛像顯示器配戴於使用者的頭部上的側視示意圖。

圖1C為圖1A之互動式虛像顯示器的立體示意圖。

圖2為圖1A之互動式顯示器的系統架構圖。

圖3為圖1A之顯示單元所顯示的選單的示意圖。

圖4A至圖4D分別繪示圖1A之控制單元所能辨識的四種手勢。

圖5為本發明之一實施例之互動式顯示方法的流程圖。

52‧‧‧眼睛

53、62‧‧‧光

60‧‧‧手

80‧‧‧虛像

100‧‧‧互動式虛像顯示器

110‧‧‧顯示單元

120‧‧‧影像感測模組

130‧‧‧控制單元

140‧‧‧眼鏡架

150‧‧‧揚聲器

170‧‧‧取像鏡頭

180‧‧‧光路切換元件

Claims (15)

1. 一種互動式虛像顯示器，適於配戴於一使用者的頭部，該互動式虛像顯示器包括：一顯示單元，在該使用者的眼睛前方形成一虛像；一影像感測模組，感測該使用者的該眼睛；以及一控制單元，電性連接至該顯示單元及該影像感測模組，該控制單元接收一視頻訊號，並根據該視頻訊號驅動該顯示單元顯示該虛像，該控制單元具有至少一操作功能，該操作功能控制該顯示單元顯示該虛像的方式，且該控制單元根據該影像感測模組所感測到的該眼睛的至少一動作來執行對應於該眼睛的該動作的該操作功能。
2. 如申請專利範圍第1項所述之互動式虛像顯示器，更包括一取像鏡頭，將來自該使用者的手的影像傳遞至該影像感測模組，且該控制單元根據該影像感測模組所感測到的該手的手勢來執行對應於該手勢的該操作功能。
3. 如申請專利範圍第2項所述之互動式虛像顯示器，更包括一光路切換元件，將入射該影像感測模組的光的光路切換至一第一狀態及一第二狀態，其中當該光路切換至該第一狀態時，該影像感測模組擷取該眼睛的影像，而當該光路切換至該第二狀態時，該影像感測模組藉由該取像鏡頭的輔助而擷取該手勢的影像。
4. 如申請專利範圍第3項所述之互動式虛像顯示器，其中該光路切換元件包括一反射器，切入或切離該影像感測模組與該眼睛之間的光路徑，當該反射器切入該影 像感測模組與該眼睛之間的光路徑時，來自該手的光依序通過該取像鏡頭、被該反射器反射及傳遞至該影像感測模組，且當該反射器切離該影像感測模組與該眼睛之間的光路徑時，來自該眼睛的光傳遞至該影像感測模組。
5. 如申請專利範圍第1項所述之互動式虛像顯示器，更包括一眼鏡架，其中該顯示單元、該影像感測模組及該控制單元配置於該眼鏡架上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之互動式虛像顯示器，更包括一揚聲器，電性連接至該控制單元，其中該控制單元接收一音頻訊號，並根據該音頻訊號驅動該揚聲器發出對應於該音頻訊號的聲音，且該操作功能控制該揚聲器發出該聲音的方式。
7. 如申請專利範圍第1項所述之互動式虛像顯示器，其中該至少一操作功能為多個操作功能，該眼睛的該至少一動作為多個動作，該控制單元將該眼睛的該些動作分別對應到該些操作功能，且該些操作功能包括進入選單功能、跳至下一項目功能、進入執行功能、停止離開功能或其組合。
8. 一種互動式虛像顯示器，適於配戴於一使用者的頭部，該互動式虛像顯示器包括：一顯示單元，在該使用者的眼睛前方形成一虛像；一影像感測模組，感測該使用者的手；以及一控制單元，電性連接至該顯示單元及該影像感測模組，該控制單元接收一視頻訊號，並根據該視頻訊號驅動 該顯示單元顯示該虛像，該控制單元具有至少一操作功能，該操作功能控制該顯示單元顯示該虛像的方式，且該控制單元根據該影像感測模組所感測到的該手的至少一手勢來執行對應於該手勢的該操作功能。
9. 如申請專利範圍第8項所述之互動式虛像顯示器，更包括一取像鏡頭，將來自該使用者的該手的影像傳遞至該影像感測模組。
10. 如申請專利範圍第8項所述之互動式虛像顯示器，更包括一眼鏡架，其中該顯示單元、該影像感測模組及該控制單元配置於該眼鏡架上。
11. 如申請專利範圍第8項所述之互動式虛像顯示器，更包括一揚聲器，電性連接至該控制單元，其中該控制單元接收一音頻訊號，並根據該音頻訊號驅動該揚聲器發出對應於該音頻訊號的聲音，且該操作功能控制該揚聲器發出該聲音的方式。
12. 如申請專利範圍第8項所述之互動式虛像顯示器，其中該至少一操作功能為多個操作功能，該手的該至少一手勢為多個手勢，該控制單元將該些手勢分別對應到該些操作功能，且該些操作功能包括進入選單功能、跳至下一項目功能、進入執行功能、停止離開功能或其組合。
13. 一種互動式顯示方法，包括：根據一視頻訊號在一使用者的眼睛前方顯示一虛像；選擇感測該使用者的眼睛及手其中之一的影像；當感測該使用者的該眼睛時，根據該眼睛的至少一動 作來執行對應於該眼睛的該動作的至少一操作功能；以及當感測該使用者的該手時，根據該手的至少一手勢來執行對應於該手勢的該至少一操作功能，其中，該至少一操作功能控制該虛像的顯示方式。
14. 如申請專利範圍第13項所述之互動式顯示方法，更包括根據一音頻訊號發出對應於該音頻訊號的聲音，其中該至少一操作功能控制發出該聲音的方式。
15. 如申請專利範圍第13項所述之互動式顯示方法，其中該至少一操作功能為多個操作功能，該眼睛的該至少一動作為多個動作，該手的該至少一手勢為多個手勢，且該操作功能包括進入選單功能、跳至下一項目功能、進入執行功能、停止離開功能或其組合。