头戴型显示器的影像调整装置及方法

专利名称：头戴型显示器的影像调整装置及方法
技术领域：
本发明关于一种头戴型显示器的影像调整装置及方法，特别是关于一种 利用电路方式实现双眼头戴型显示器的影像调整的装置及方法。
背景技术：
传统的双眼头戴型显示器80(Binocular Head-Mounted Display)具有两影 像显示器并可在一使用者90的双眼前方形成两虚像(virtual image)LI及RI, 如图la所示，其中LI表示成像于该使用者90左眼的虚像；RI表示成像于 该使用者90右眼的虚像，该RI及LI两虚像共同形成该使用者90所视的影 像。由于机构及光学元件的制造公差(一般机构的公差其合理范围经常大于 0.05毫米)，会使得呈现于该使用者90双眼的该虚像LI、 RI间具有高低差 (dipvergence)及内外扩(convergence)的情形，如图lb所示。虽然一般在人眼 视觉可接受的误差范围内，人眼可自动将位于不同位置的虛像影像调适至同 一位置(亦即由人眼去适应影像的误差)而如同一重合的显示影像，然而在 实际使用上，当该使用者90长期使用该未经校正公差的双眼头戴型显示器 80后，会造成该使用者卯的视觉混淆而出现头疼及恶心等不适症状。为解 决该双眼头戴型显示器80的影像高低差及内外扩的现象，目前业者除了制 造更高精度的模具外，通常尚需借助于该双眼头戴型显示器80上另外设置 机械式调整机构(未示出)以调整呈现于该使用者90双眼的虚像LI、 RI位 置。然而该额外的机械式调整机构不但会因增加显示器光机的整体重量及复 杂度而造成该使用者90在使用时的负担及不便外，亦同时增加产品的制造 成本。基于上述原因，其确实仍有必要进一步改良上述双眼头戴型显示器的影 像调整装置及方法，以解决上述传统的技术中的问题。发明内容本发明的一目的在于提供一种头戴型显示器的影像调整装置及方法，其借由电路方式实现显示影像位置的调整，以简化头戴型显示器的机构复杂度 及降低头戴型显示器的生产成本。本发明另一目的在于提供一种头戴型显示器的影像调整装置及方法，其具有大于实际显示区域的阵列排列的多个像素，以利用巻动(scrolling)的方式 调整显示区域的位置，以简化影像调整程序。本发明再一目的在于提供一种头戴型显示器的影像调整装置及方法，其 借由巻动的方式调整两虛像相对于人眼的收敛角(convergence angle),以提高 头戴型显示器的使用舒适度。为达到上述目的，本发明的影像调整装置主要包括一框体用以承载于使 用者的头部、 一第一及一第二影像装置分别结合于该框体以及至少一控制单 元。该第一及第二影像装置分别包括一显示单元具有阵列排列的多个像素； 该至少一控制单元用以选择性设定该些像素中的部分作为显示像素，其余部 分作为非显示像素，借以决定该些显示单元上的显示区域位置。本发明还提供一种影像调整方法，包括下列步骤提供一第一影像装置 具有阵列排列的多个像素，用以产生一第一虚像影像；提供一第二影像装置 具有阵列排列的多个像素，用以产生一第二虚像影像；及选择性设定该些像 素中的部分作为显示像素，其余部分作为非显示像素，借以决定该些影像装 置上的显示区域位置。


图la:传统的双眼头戴型显示器的成像示意图。图lb:传统的双眼头戴型显示器在一使用者双眼所呈现的虚像的示意图。图2:本发明优选实施例的双眼头戴型显示器的立体图。 图3a:本发明优选实施例的头戴型显示器的显示单元的显示区域的方块 示意图。图3b:本发明优选实施例的头戴型显示器的显示单元的显示区域向上平 移后的方块示意图。图3c:本发明优选实施例的头戴型显示器的显示单元的显示区域向右平 移后的方块示意图.。图4a:利用本发明优选实施例的双眼头戴型显示器的影像调整装置进行显示影像向右调整的示意图。图4b:利用本发明优选实施例的双眼头戴型显示器的影像调整装置进行 显示影像向右调整后再向下调整的示意图。图4c:利用本发明优选实施例的双眼头戴型显示器的影像调整装置完成 显示影像调整后的显示影像的示意图。图5a:利用本发明优选实施例的双眼头戴型显示器的影像调整装置进行 影像聚焦位置调整前的示意图。图5b:利用本发明优选实施例的双眼头戴型显示器的影像调整装置进行 影像聚焦位置调整后的示意图。图号说明1 双眼头戴型显示器10影像装置11显示单元lll， llla， lllb显示像素112， 112a, 112b非显示像素12栅极驱动器13源级驱动器14控制单元20影像装置30框体80双眼头戴型显示器90使用者LI左眼虚4象RI右眼虚像《，《收敛角具体实施方式
为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显，下文特举本 发明实施例，并配合附图，作详细说明如下。请注意，在本发明实施例的说 明中，类似的构件是以相同的符号表示。请参照图2所示，其示出本发明优选实施例的双眼头戴型显示器1，其 包括一框体30及两影像装置10、 20。该框体30用以承载在一使用者(未示 出)的头部；该两影像装置IO、 20分别结合于该框体30并可产生两虚像影 像(virtual image)LI、 RI。请参照图3a至图3c所示，其示出本发明优选实施例的该等影像装置10、 20。在以下的详细说明中虽仅针对该影像装置IO做说明，然该影像装置20 的构造与动作原理皆与该影像装置IO相同，因此不再赘述。该影像装置10包括一显示单元11、 一栅极驱动器12(gate driver)、 一源级驱动器13(source driver)及一控制单元14。该影像装置还包括一光机引擎 (未示出)，设置于光路径上。该显示单元11的一种实施例为一液晶显示面 板(LCD)或硅基液晶显示面板(LCOSPanel)。该显示单元11具有阵列排列的 多个像素，且该多个像素大于实际用以显示影像的显示像素。本发明中，借 由设定该等阵列排列的多个像素为显示像素及非显示像素来达成。例如图3a 至3c中，显示空白的区域表示显示像素111、 llla及lllb;其余部分则表 示非显示像素112、 112a及112b (非空白的区域)，且该等非显示像素112、 112a及112b在该影像装置10作动时优选被设定为以相等于全黑灰阶值(gray level)的电压驱动，以避免该等显示像素111、 llla及lllb与该等非显示像 素112、 112a及112b之间存在色差。必须注意的是在图3a至3c的说明中，为方便说明是以一 10*10的像素 阵列表示该显示单元10的显示画面，其中每一个小方格则代表一像素 (pixel),而于实际产品则随解析度的不同而有不同数目的像素。在初始设定 时，该等显示像素111优选大致位于该显示单元10的中央部份(空白的小 方格)以做为一影像画面的显示区域；该等非显示像素112优选预留于该显 示单元10的外围(非空白的小方格)，以使显示区域朝向上下或左右均能进 行调整。该栅极驱动器12电性连接于该等显示像素111及非显示像素112的每 一列，其用以电性连接该等像素111、 112中晶体管(未示出)的栅极以控 制晶体管的开(turnon)与关(tumoff);该源级驱动器13电性连接于该等显示 像素111及非显示像素112的每一行，其用以电性连接该等像素111、 112 中晶体管的源级，其用以当晶体管打开时输入一画面资料至该等像素111、 112。由于该栅极驱动器12及该源级驱动器13的作动原理并非本发明所欲 描述的重点，在此不再赘述。该控制单元14电性连接于该栅极驱动器12及源级驱动器13,该控制单 元14的一种实施例为一时序控制器(Timing Controller, Tcon)，其用以控制输 入至该栅极驱动器12及源级驱动器13的影像信号，并进而控制该等显示像 素111及非显示像素112的动作。该控制单元14所发出的控制信号，可经 由该栅极驱动器12及源级驱动器13控制邻接该等显示像素111的至少一列 或一行该等非显示像素112转换为显示像素llla或lllb，并控制相对位于 前述已转换像素的另一侧，邻接该等非显示像素112的至少一列或一行该等显示像素111转换为非显示像素112a或112b，借以上下左右移动显示于该 显示单元ll的影像，其详细说明如下。请再参照图3a至图3c所示，本发明优选实施例的调整该显示单元11 的显示区域位置的作动方式，是在尚未进行调整之前， 一画面影像经该控制 单元14送至该栅极驱动器12及源级驱动器13后，在该显示单元11上的显 示像素111 (显示区域)显示该影像信息，如图3a。如欲调整显示区域在该 显示单元11上的位置，则该控制单元14透过该栅极驱动器12与源极动器 13，选择设定该显示单元11的显示区域位置。例如，若往上移动一列，则 显示区域为显示像素llla所组成，其余像素为非显示像素112a，如图3b。 例如，若往上移动一列且往右移动一栏，则显示区域为显示像素lllb所组 成，其余像素为非显示像素112b，如图3c。依照上述操作，本发明的实施 例中，该显示单元11上的影像即可利用上述巻动(scrolling)的方式调整显示 区域朝向上下或左右移动。此外，本发明的另一实施例中是利用单一控制单元同时控制该等影像装 置10、 20的显示单元的显示区域位置。并且，可利用仅控制该等影像装置 10、 20的其中之一，同时另一个影像装置的显示单元的显示区域位置维持固 定的方式达成。其虽有别于前述利用两控制单元分别控制该等影像装置10、 20的显示单元的方式，但均能达成使呈现于使用者两眼的虚像影像LI及RI 大致重合的功效。请参照图4a至图4c所示，其示出本发明优选实施例的双眼头戴型显示 器的虚像影像调整方法，该双眼头戴型显示器的影像调整装置1可在一使用 者的双眼(未示出)形成两虚像影像LI、 RJ，其中LI表示对应于该使用者 左眼的虚像(以实线方框表示)，RI则表示对应于该使用者右眼的虚像(以 虚线方框表示)，如图4a所示。在未进行影像校正前，该虛像LI及虚像RI 并非重合，因此必须调整成像位置使其大致重合至使用者可接受的范围。首 先，利用如图3b至图3c所示的调整方式调整该显示单元11上的显示区域 位置，则其所对应的虚像影像LI则得以向右巻动而形成如图4b所示的虚像 影像，其两虚像LI与RI间的水平误差已经由调整而得以消除。必须说明的 是，在本实施例中虽然该显示单元11的显示区域位置调整方向相同于虚像 位置的调整方向，然而在其他的实施例中，该显示单元11的显示区域位置 调整方向亦可以相反于虚像位置的调整方向，皆依产品的光学机构设计而决定。同理，再利用如图3a至图3b所示的调整方式调整该影像装置20的显 示单元上的显示影像，则其所对应的虚像影像LI则得以再向下平移而形成 如图4c所示的虚像，此时左右眼感知的虛像影像误差已大致重合至该使用 者可接受的范围内。请参照图5a及图5b所示，其示出本发明优选实施例的调整虚像影像聚 焦位置的方式，在经由上述的步骤完成左右眼影像误差的校正后，进一步可 利用巻动的方式进行虚像影像左右的微调(如图4a所示的调整方式)，则可 改变虚像影像聚焦位置至使用者感觉舒适为止。例如在图5a中，若《表示 完成左右眼影像误差的校正后的一虚像影像聚焦的基准距离(例如3米)所 得的收敛角(convergence angle),若使用者在该收敛角《观看影像时并非感到 最为舒适，利用本发明的调整方法调整虚像影像LI与RI的左右位置后，可 得到如图5b所示的虚像影像，其中该收敛角变成《且使用者感到在该收敛 角《观看影像时最为舒适。其中若《<《，则表示调整后的虚像影像聚焦位 置大于3米；反之，若《>《，则表示调整后的虚像影像聚焦位置小于3米。 因一般虚像影像聚焦位置优选随使用者的不同喜好而成像于不同的位置，本 发明的影像调整装置中即可由使用者自行微调至所欲的成像位置而增加使 用的舒适度。如上所示，因传统的双眼头戴型显示器于该显示器上需另外设置机械式 的调整机构以进行成像位置的调整，而具有增加显示器光机的整体重量及复 杂度的问题，如此会造成使用者于使用时的负担，同时增加产品的制造成本。 相比于传统的双眼头戴型显示器，本发明优选实施例的头戴型显示器的影像 调整装置(如图2及图3a 图3c所示)借由电路的方式实现显示影像的位置调 整，其确实得以降低装置复杂度及成本，并可由使用者自行依喜好微调影像 的成像位置以增加使用的舒适度。虽然本发明已以前述优选实施例示出，然其并非用以限定本发明，任何 本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修 改。因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种头戴型显示器，包括一框体，用以承载于使用者的头部；及一第一及一第二影像装置，分别结合于该框体，每一该影像装置包括一显示单元，具有阵列排列的多个像素；及一控制单元，用以选择性设定该些像素中的部分作为显示像素，其余部分作为非显示像素，借以决定该显示单元上的显示区域位置。
2. 根据权利要求1所述的头戴型显示器，其中该些控制单元经由一栅极 驱动器及一源极驱动器控制该些像素的动作。
3. 根据权利要求1所述的头戴型显示器，其中该第一影像装置产生一第 一虚像影像，该第二影像装置产生一第二虚像影像，借由改变该第一及第二 影像装置上的显示区域位置，使得该第一及第二虛像影像大致重合。
4. 根据权利要求3所述的头戴型显示器，其中该些控制单元控制该第一 影像装置的显示区域位置上下移动以及该第二影像装置的显示区域位置左 右移动。
5. 根据权利要求1所述的头戴型显示器，其中该些显示单元选自液晶显 示面板及硅基液晶显示面板其中 一种。
6. 根据权利要求l所述的头戴型显示器，其中被设定为非显示像素的该 些像素是以相等于全黑灰阶值的电压驱动。
7. —种头戴型显示器，包括 一框体，用以承载于使用者的头部；一第一与第二影像装置，分别结合于该框体，每一该影像装置包括一显 示单元，该显示单元具有阵列排列的多个像素；及一控制单元，可选择性设定该些显示单元的像素中的部分作为显示像 素，其余部分作为非显示像素，借以决定该些显示单元上的显示区域位置。
8. 根据权利要求7所述的头戴型显示器，其中该控制单元经由一栅极驱 动器及 一 源极驱动器控制该些像素的动作。
9. 根据权利要求7所述的头戴型显示器，其中该第一影像装置产生一第 一虚像影像，该第二影像装置产生一第二虚像影像，借由改变该第一及第二 影像装置上的显示区域位置，使得该第一及第二虚像影像大致重合。
10. 根据权利要求9所述的头戴型显示器，其中该控制单元控制该第 一影像装置的显示区域位置上下移动以及该第二影像装置的显示区域位置左右移动。
11. 根据权利要求7所述的头戴型显示器，其中该第一影像装置产生一第 一虚像影像，该第二影像装置产生一第二虚像影像，借由改变该第一影像装 置上的显示区域位置，使得该第一及第二虚像影像大致重合。
12. 根据权利要求7所述的头戴型显示器，其中该些显示单元选自液晶显 示面板及硅基液晶显示面板的其中一种。
13. 根据权利要求7所述的头戴型显示器，其中被设定为非显示像素的该 些像素是以相等于全黑灰阶值的电压驱动。
14. 一种头戴型显示器的影像调整方法，包括下列步骤提供一第一影像装置具有阵列排列的多个像素，用以产生一第 一虛像影像；提供一第二影像装置具有阵列排列的多个像素，用以产生一第二虛像影 像；及选择性设定该些像素中的部分作为显示像素，其余部分作为非显示像 素，借以决定该些影像装置上的显示区域位置。
15. 根据权利要求14所述的头戴型显示器的影像调整方法，还包括下列 步骤控制该第一及第二影像装置上的显示区域位置，使得该第一及第二虚像 影像大致重合。
16. 根据权利要求15所述的头戴型显示器的影像调整方法，其中利用至 少 一控制单元控制该第 一及第二影像装置上的显示区域位置。
17. 根据权利要求16所述的头戴型显示器的影像调整方法，其中该第一 影像装置的显示区域位置控制为上下移动，该第二影像装置的显示区域位置 控制为左右移动。
18. 根据权利要求16所述的头戴型显示器的影像调整方法，其中该第一 影像装置的显示区域位置控制为上下及左右移动，该第二影像装置的显示区 域位置控制为固定。
19. 根据权利要求14所述的头戴型显示器的影像调整方法，其中被设定 为非显示像素的该些像素是以相等于全黑灰阶值的电压驱动。
20.根据权利要求16所述的头戴型显示器，其中该控制单元经由一栅极 驱动器及一源极驱动器控制该些像素的动作。
全文摘要
一种头戴型显示器的影像调整装置，包括一框体用以承载于使用者的头部、一第一及一第二影像装置分别结合于该框体以及至少一控制单元。每一该影像装置包括一显示单元具有阵列排列的多个像素；该至少一控制单元用以选择性设定该些像素中的部分作为显示像素，其余部分作为非显示像素，借以决定该些显示单元上的显示区域位置。借由调整该些显示单元上的显示区域位置，使得分别呈现于使用者两眼的两虚像影像大致重合。本发明还提供一种头戴型显示器的影像调整方法。
文档编号G09G3/36GK101325057SQ20071011035
公开日2008年12月17日 申请日期2007年6月13日 优先权日2007年6月13日
发明者李国永 申请人:立景光电股份有限公司