TWI793462B - 頭戴式顯示器 - Google Patents

Abstract

本發明實施例提供一種頭戴式顯示器，其包括：框架；透鏡，設置於所述框架上；透明的基板，其具有相對的第一表面和第二表面，所述第一表面與所述透鏡貼合；複數紅外微型LED，陣列排佈於所述第二表面上；複數微型光學感測元件，陣列排佈於所述第二表面上；以及微型積體電路，設置於所述第二表面上，所述紅外微型LED和所述微型光學感測元件電性連接所述微型積體電路；其中，所述紅外微型LED用於向使用者的眼球發射紅外光，所述微型光學感測元件用於感測被使用者的眼球反射回的紅外光並採集使用者的眼球的圖像，所述微型積體電路用於根據所述使用者的眼球的圖像確定使用者的眼球轉動的位置。

Description

頭戴式顯示器

本發明涉及顯示技術領域，尤其涉及一種頭戴式顯示器。

如圖4所示，一種習知的頭戴式顯示器1中，顯示器2、透鏡組件3及眼球追蹤相機4等均為間隔設置並獨立設計的。是故，習知的頭戴式顯示器1集成度低，體積大。

本發明一方面提供一種頭戴式顯示器，其包括：框架；透鏡，設置於所述框架上；透明的基板，其具有相對的第一表面和第二表面，所述第一表面與所述透鏡貼合；複數紅外微型LED，陣列排佈於所述第二表面上；複數微型光學感測元件，陣列排佈於所述第二表面上；以及微型積體電路，設置於所述第二表面上，所述紅外微型LED和所述微型光學感測元件電性連接所述微型積體電路； 其中，所述紅外微型LED用於向使用者的眼球發射紅外光，所述微型光學感測元件用於感測被使用者的眼球反射回的紅外光並採集使用者的眼球的圖像，所述微型積體電路用於根據所述使用者的眼球的圖像確定使用者的眼球轉動的位置。

該頭戴式顯示器，其基板的一表面與透鏡貼合，另一表面上佈置有紅外微型LED、微型光學感測元件及微型積體電路，相較於顯示器、透鏡元件及眼球追蹤相機等均為分離設置並獨立設計的方式，降低了頭戴式顯示器的光路體積，利於整個產品的薄型化，集成度高。

100、1:頭戴式顯示器

10:框架

12:承靠部

20:透鏡

22:左透鏡

24:右透鏡

202:第三表面

204:第四表面

30:基板

302:第一表面

304:第二表面

40:紅外微型LED

50:微型光學感測元件

60:微型積體電路

2:顯示器

3:透鏡組件

4:眼球追蹤相機

5:眼睛

圖1為本發明一實施例的頭戴式顯示器的立體示意圖。

圖2為本發明一實施例的頭戴式顯示器使用時，使用者的眼睛、基板及透鏡的相對位置示意圖。

圖3為本發明一實施例的頭戴式顯示器中，紅外微型LED、微型光學感測元件及微型積體電路在基板上的分佈示意圖。

圖4為習知的頭戴式顯示器的結構示意圖。

圖1為本發明一實施例的頭戴式顯示器100的立體示意圖。該頭戴式顯示器100作為眼前的增強式顯示器，可連接到個人電腦、智慧手機或其他類型的計算平臺，以向使用者提供極具真實感的圖像和身臨其境的體驗。

如圖1所示，頭戴式顯示器100包括框架10及設置於所述框架10上的透鏡20等組件。透鏡20包括對應於使用者的左眼的左透鏡22以及對應於使用者的右眼的右透鏡24。框架10包括對應於使用者的鼻樑的承靠部12，用於供使用者佩戴時抵靠其鼻樑。另，框架10還可包括利於使用者佩戴的帶(圖未示)，該帶可環繞使用者頭部以進行佩戴。

如圖2所示，頭戴式顯示器100還包括基板30。基板30為透明的，其具有相對的第一表面302和第二表面304，所述第一表面302與所述透鏡20貼合。所述基板30相較於所述透鏡20更靠近使用者的眼睛5。

如圖3所示，基板30的第二表面304上設置有複數紅外微型LED40、複數微型光學感測元件50以及微型積體電路60(micro integrated circuit，簡稱micro IC或μ IC)。複數紅外微型LED40陣列排佈於所述第二表面304上，形成複數行複數列。複數微型光學感測元件50同樣陣列排佈於所述基板30的第二表面304上，形成複數行複數列。

圖3中，相鄰的兩行紅外微型LED40之間設置有一行微型光學感測元件50，相鄰的兩行微型光學感測元件50之間設置有一行紅外微型LED40。於其他實施例中，紅外微型LED40、微型光學感測元件50在基板30上的排佈方式不限於此。

所述紅外微型LED40和所述微型光學感測元件50電性連接所述微型積體電路60。其中，所述紅外微型LED40用於向使用者的眼球發射紅外光，所述微型光學感測元件50用於感測被使用者的眼球反射回的紅外光並採集使用者的眼球的圖像，所述微型積體電路60用於根據所述使用者的眼球的圖像確定使用者的眼球轉動的位置。藉此，使得該頭戴式顯示器100具備眼球追蹤功能。

該頭戴式顯示器100，其基板30的一表面與透鏡20貼合，另一表面上佈置有紅外微型LED40、微型光學感測元件50及微型積體電路60，相較於顯示器、透鏡元件及眼球追蹤相機等均為分離設置並獨立設計的方式，降低了頭戴式顯示器100的光路體積，利於整個產品的薄型化，集成度高。進一步地，製程簡化，降低成本。

於一實施例中，所述微型積體電路60根據使用者的眼球轉動的位置，可以判斷出使用者的眼部活動，例如，眼跳動、注視、平滑跟蹤、眨眼等。藉此，該頭戴式顯示器100可以根據使用者的眼部運動給於使用者不同的回饋(例如，顯示不同的圖像)。

請繼續參閱圖2，紅外微型LED40、微型光學感測元件50及微型積體電路60設置於基板30的第二表面304。即，紅外微型LED40、微型光學感測元件50及微型積體電路60設置於基板30靠近使用者眼睛5的表面，而透鏡20相較於紅外微型LED40、微型光學感測元件50及微型積體電路60更遠離使用者的眼睛5。藉此，微型光學感測元件50感測的被使用者的眼球反射回的紅外光不會受到透鏡20影響，進而微型光學感測元件50採集的使用者的眼球的圖像也不會受到透鏡20影響，進而可防止透鏡20引起的圖像畸變現象。

請繼續參閱圖2，所述透鏡20具有相對的第三表面202和第四表面204，所述第三表面202相較於所述第四表面204更靠近所述基板30。即，透鏡20的第三表面202與基板30的第一表面302貼合。

於一實施例中，所述第三表面202上設置有半波片(圖未示)，所述第四表面204上設置有反射式線偏光片(圖未示)，以對由外界進入人的眼睛5的光線進行偏振和/或反射，進而避免多餘的雜光影響使用者對圖像的觀 看。於其他實施例中，透鏡20的第三表面202和第四表面204上也可以設置其他的影響外界光線的膜層，例如折射層、濾光層、四分之一波片等，不限於此。

於一實施例中，所有的所述紅外微型LED40共同追蹤使用者的左眼球和右眼球。左透鏡22和右透鏡24與同一個基板30進行貼合，而位於該基板30上的所有的所述紅外微型LED40共同追蹤使用者的左眼球和右眼球。

於另一實施例中，所有的所述紅外微型LED40依位置分為兩組，一組追蹤使用者的左眼球，另一組追蹤使用者的右眼球。左透鏡22和右透鏡24分別與一個基板30進行貼合，而與左透鏡22貼合的基板30上的所有的所述紅外微型LED40為一組，其用於追蹤使用者的左眼球，而與右透鏡24貼合的基板30上的所有的所述紅外微型LED40為另一組其用於追蹤使用者的右眼球。即，與左透鏡22貼合的基板30上的紅外微型LED40用於接收使用者的左眼反射的紅外線，與右透鏡24貼合的基板30上的紅外微型LED40用於接收使用者的右眼反射的紅外線。相應地，與左透鏡22貼合的基板30上的微型光學感測元件50用於感測使用者的左眼反射回的紅外光，並採集使用者的左眼的圖像，與右透鏡24貼合的基板30上的微型光學感測元件50用於感測使用者的右眼反射回的紅外光，並採集使用者的右眼的圖像。而微型積體電路60根據該左眼的圖像和該右眼的圖像分別判斷使用者的左眼和右眼的轉動，進而實現眼球追蹤的功能。

於再一實施例中，所有的所述紅外微型LED40依位置分為兩組，一組追蹤使用者的左眼球，另一組追蹤使用者的右眼球。左透鏡22和右透鏡24仍是與同一個基板30進行貼合，該基板30上的所有的所述紅外微型LED40依 位置大致分為兩組，靠近使用者左眼的一組用於追蹤使用者的左眼球，靠近使用者右眼的一組追蹤使用者的右眼球。

於一實施例中，所述紅外微型LED40的尺寸為1微米到100微米，所述微型光學感測元件50的尺寸範圍為1微米到100微米。即，紅外微型LED40、微型光學感測元件50、微型積體電路60均為微米級的，並且基板30為透明的。藉此，使得外界光線經由透鏡20、基板30、及基板30上的紅外微型LED40、微型光學感測元件50、微型積體電路60等入射至人的眼睛5的透過率非常高。

於一實施例中，所述基板30的材質為透明的玻璃或透明的塑膠。其中，透明的塑膠例如可以為聚醯亞胺(PI)。

於一實施例中，所述頭戴式顯示器100還包括陣列排佈於所述基板30上的複數畫素微型LED(圖未示)，所述畫素微型LED電性連接所述微型積體電路60，並在所述微型積體電路60的控制下進行圖像顯示。藉此，頭戴式顯示器100兼具透明顯示功能和眼球追蹤功能。

於一實施例中，所述頭戴式顯示器100包括一資料傳輸介面(圖未示)，藉由該資料傳輸介面該頭戴式顯示器100連接至一主控端(如，個人電腦、智慧手機或其他類型的計算平臺)，以將眼球的動態資料(如，微型光學感測元件50採集的使用者的眼球的圖像)傳輸至主控端，以供主控端追蹤使用者的眼球。此外，頭戴式顯示器100也可以藉由資料傳輸介面取得欲播放的影像資料(例如，右眼需要觀看的影像和右眼需要觀看的影像)，影像資料可藉由微型積體電路60控制畫素微型LED進行播放。於其他實施例中，頭戴式顯示器100藉由藍牙與主控端進行連接。

於一實施例中，畫素微型LED包括發不同顏色光的複數所述畫素微型LED，例如，發紅光的紅色微型LED、發綠光的綠色微型LED以及發藍光的藍色微型LED，藉由混合紅綠藍三種基色光發出白光，以實現顯示功能。

於一實施例中，所述畫素微型LED的尺寸範圍為1微米到100微米，其具有輝度高，低功耗，高可靠性，回應時間短等優點。而且，微米級的畫素微型LED對於光線的傳播亦具有較高的透過率。

於一實施例中，所述紅外微型LED40、所述微型光學感測元件50及所述畫素微型LED等均藉由透明的引線(圖未示)電性連接所述微型積體電路60，以進一步提高外界光線進入人眼的透過率。引線的材料例如為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)。

於一實施例中，所述微型光學感測元件50為互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)元件。微型積體電路60可包含CMOS效能及嵌入式記憶體(例如非揮發性記憶體)。

以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神及範圍。

20:透鏡

202:第三表面

204:第四表面

30:基板

302:第一表面

304:第二表面

5:眼睛

Claims (10)

1. 一種頭戴式顯示器，其改良在於，包括：一框架；至少一透鏡，設置於該框架上；至少一透明的基板，其具有相對的一第一表面和一第二表面，該第一表面與該透鏡貼合；複數紅外微型LED，陣列排佈於該第二表面上；複數微型光學感測元件，陣列排佈於該第二表面上；以及至少一微型積體電路，設置於該第二表面上，該微型積體電路為微米級的，該等紅外微型LED與該等微型光學感測元件電性連接該微型積體電路；其中，該等紅外微型LED用於向使用者的眼球發射紅外光，該等微型光學感測元件用於感測被使用者的眼球反射回的紅外光並採集使用者的眼球的圖像，該微型積體電路用於根據該使用者的眼球的圖像確定使用者的眼球轉動的位置。
2. 如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中，當使用者佩戴該頭戴式顯示器時，該基板相較於該透鏡更靠近使用者的眼睛。
3. 如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中，該透鏡具有相對的一第三表面及一第四表面，該第三表面相較於該第四表面更靠近該基板，其中，該第三表面上設置有一半波片，該第四表面上設置有一反射式線偏光片。
4. 如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中，該透鏡包括對應於使用者的左眼的一左透鏡及對應於使用者右眼的一右透鏡，該左透鏡與該右透鏡 與該基板中的同一個進行貼合，位於該基板上的所有的該紅外微型LED共同追蹤使用者的左眼球和右眼球。
5. 如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中，該透鏡包括對應於使用者的左眼的一左透鏡及對應於使用者右眼的一右透鏡，該左透鏡與該右透鏡分別與一個該基板進行貼合，與該左透鏡貼合的該基板上的該紅外微型LED追蹤使用者的左眼球，與該右透鏡貼合的該基板上的該紅外微型LED追蹤使用者的右眼球。
6. 如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中，該頭戴式顯示器還包括陣列排佈於該基板上的複數畫素微型LED，該等畫素微型LED電性連接該微型積體電路，並在該微型積體電路的控制下進行圖像顯示。
7. 如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中，該等紅外微型LED與該等微型光學感測元件藉由至少一透明的引線電性連接該微型積體電路。
8. 如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中，該微型光學感測元件為互補金屬氧化物半導體元件。
9. 如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中，該等紅外微型LED的尺寸為1微米到100微米。
10. 如請求項1所述的頭戴式顯示器，其中，該基板的材質為玻璃或塑膠。

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