虚拟及增强现实组合装置的制作方法

本发明涉及头戴显示器技术领域，特别涉及一种虚拟及增强现实组合装置。

背景技术：

头戴显示器(head-mounteddisplay)是用于显示图像及色彩的设备，通常是用眼罩或头盔的形式，将显示屏贴近使用者的眼睛，通过光路调整焦距以在近距离中对眼睛投射画面。

目前头戴显示器可设置一显示屏，输出一虚拟影像并投射到配戴者的眼中，让配戴者可观察虚像放大影像，而头戴显示器主要有两大应用范围，其一为虚拟现实(vr)，让使用者沉浸到电脑系统所建立的环境中，让人感觉仿佛身历其境，另一为增强现实(ar)，将现实环境和虚拟现实作结合，可获得现实中无法直接获知的讯息，目前的系统为单独设计，无法同一系统使用到虚拟及增强现实。

技术实现要素：

本发明的主要目的在提供一种能够将虚拟现实及增强现实两种显像模式的结构整合于同一头戴显示器中，只需拆装一部分穿透部分反射元件，便可切换两种显像模式，不需配置两台不同的头戴显示器的虚拟及增强现实组合装置。

为达上述目的，本发明提供一种虚拟及增强现实组合装置，包括：一壳体以及一部分穿透部分反射元件，壳体中包括：一显示屏，发出一光源影像；以及一正焦距光学系统，对应该显示屏设置，用以将该光源影像进行虚像放大后投射入一使用者的人眼中，以进行一虚拟现实模式；部分穿透部分反射元件为可拆式，装设于该壳体下方、对应该正焦距光学系统，使经过该正焦距光学系统转换后的该光源影像经过部分反射部分穿透后再射入该人眼中，以进行一增强现实模式。

所述的虚拟及增强现实组合装置，其中：该增强现实模式下，该部分穿透部分反射元件系设置于该正焦距光学系统下方，并具有一倾斜角度。

所述的虚拟及增强现实组合装置，其中：该部分穿透部分反射元件为平面、正焦距的球形凹面、非球面、或自由曲面。

所述的虚拟及增强现实组合装置，其中：该正焦距光学系统为一凸透镜。

所述的虚拟及增强现实组合装置，其中：该正焦距光学系统为至少二透镜所组成，且该至少二透镜的焦距组合后的数值为正。

所述的虚拟及增强现实组合装置，当该正焦距光学系统为至少二透镜所组成时，其中的部分透镜可设于该部分穿透部分反射元件的光路前后，以与该部分穿透部分反射元件组合成同一部件。

所述的虚拟及增强现实组合装置，其中：该部分穿透部分反射元件上设有至少一安装部，以将该部分穿透部分反射元件装设于该壳体上。

所述的虚拟及增强现实组合装置，其中：该壳体上设有一第一放置部，在增强现实模式时将该壳体架设于该使用者的额头上。

所述的虚拟及增强现实组合装置，其中：该部分穿透部分反射元件上设有一第二放置部，在增强现实模式时将该部分穿透部分反射元件连接该壳体一起架设于该使用者的鼻梁上。

所述的虚拟及增强现实组合装置，其中：更包括一第三放置部，其连接该壳体相对于该正焦距光学系统的一侧，与该壳体相邻侧设有至少一连接部以与该壳体卡合，另一侧为弧面以贴近该使用者的眼眶形状，使该虚拟现实模式的影像透过该第三放置部射入该人眼中。

所述的虚拟及增强现实组合装置，其中：该第三放置部可包含至少一透镜，该至少一透镜与该正焦距光学系统中的透镜具有相同或不同的焦距。

本发明的有益效益：本发明提供的虚拟及增强现实组合装置是使用相同的光学系统或共用壳体中的透镜，搭配可拆装的部分穿透部分反射元件，达到切换虚拟现实和增强现实两种不同的光学效果，且拆装便利，使用者不需要同时配置虚拟现实和增强现实的两个头戴显示器，而是在一个装置中就可得到两种功能。

附图说明

图1为虚拟及增强现实组合装置的一实施例的立体图。

图2为本发明虚拟现实模式下光学路径的示意图。

图3为本发明增强现实模式下光学路径的示意图。

图4为本发明虚拟及增强现实组合装置的另一实施例的分解图，其为虚拟现实模式。

图5为图1的分解图。

图6为本发明虚拟现实模式下光线折射的示意图。

图7为本发明增强现实模式下光线折射的示意图。

附图标记说明：10-虚拟及增强现实组合装置；12-壳体；122-第一放置部；14-显示屏；16-正焦距光学系统；18-部分穿透部分反射元件；182-安装部；184-第二放置部；20-人眼；22-第三放置部；222-连接部；224-弧面。

具体实施方式

本发明提供一种虚拟及增强现实组合装置，其应用于头戴显示器，特别是头戴显示器的虚拟现实系统结合增强现实系统，达到一机两用的效果。

请参考图1，其为本发明中虚拟及增强现实组合装置10的一实施例的立体图，其包括在一壳体12中设置一显示屏14及一正焦距光学系统16，其中，显示屏14用以发出一光源影像，可用手机屏幕作为显示屏，其为虚拟影像来源，而正焦距光学系统16对应显示屏14设置，用以将光源影像进行虚像放大后，投射入一使用者的人眼中，此时为虚拟现实模式，使用者看到的影像为虚拟现实。

另有一部分穿透部分反射元件18，其为可拆式，且部分穿透部分反射元件18可为平面、正焦距的球形凹面、非球面、或自由曲面，在部分穿透部分反射元件18上设有至少一安装部182，以将部分穿透部分反射元件18装设于壳体12下方、对应正焦距光学系统16的位置，使受到正焦距光学系统16放大后的光源影像再经过部分反射部分穿透元件18才射入人眼中，此时，经过部分反射部分穿透元件18后射入人眼的影像为增强现实模式，亦即在虚拟现实中结合现实环境。

当使用者配戴图1所示的虚拟及增强现实组合装置10时，壳体12上的一第一放置部122会贴近使用者的额头，而部分反射部分穿透元件18上设置的一第二放置部184则会贴在使用者的鼻梁上，使本发明的虚拟及增强现实组合装置10在增强现实模式下，会架设在使用者的鼻子上。

图2及图3分别为本发明虚拟现实模式下及增强现实模式下的光学路径。

首先，请同时参考图2及图4，图4为本发明虚拟及增强现实组合装置10在虚拟现实模式下的分解图。在虚拟现实模式时本发明进一步包括一第三放置部22，其系从壳体12外、靠近正焦距光学系统16的一侧与壳体12连接，如图所示，第三放置部22的右侧(亦即与壳体12相邻侧)设有至少一连接部222以与壳体12卡合，另一侧为弧面224，以贴近使用者的眼眶形状，让使用者配戴时较为舒适，而显示屏14及正焦距光学系统16的光路无转折，因此，光源影像从显示屏14输出后，经过正焦距光学系统16进行虚像放大后，虚拟现实模式的影像经过第三放置部22入射人眼20中。

其次，请同时参考图3及图5，图5为本发明虚拟及增强现实组合装置10在增强现实模式下的分解图，亦即图1的分解图。在增强现实模式下，部分穿透部分反射元件18设置于正焦距光学系统18下方，并具有一倾斜角度，使光路转折，此倾斜角度的最佳解为45度。部分穿透部分反射元件18上设有至少一安装部182，在图5的实施例中安装部182为分别设置于部分穿透部分反射元件18的两侧上方，从壳体12的外侧卡住。因此，光源影像从显示屏14输出后，向下经过正焦距光学系统16进行虚像放大成虚拟现实影像后，射入部分穿透部分反射元件18，再被部分穿透部分反射元件18反射，同时部分穿透部分反射元件18另一面的现实影像会入射至部分穿透部分反射元件18中，经由部分穿透部分反射元件18将现实影像结合虚拟现实影像入射人眼20中。

图6为本发明在虚拟现实模式下光线折射的示意图，光源影像的光线从显示屏14输出后，经过正焦距光学系统16折射，再输入到人眼20中，此为虚拟现实模式的光学架构。而图7为本发明在增强现实模式下光线折射的示意图，光源影像的光线从显示屏14输出后，经过正焦距光学系统16折射到部分穿透部分反射元件18，再被部分穿透部分反射元件18反射至人眼20中，此为增强现实模式的光学架构。在本发明中，正焦距光学系统16可为一正透镜，如图6及图7所示，此外，其亦可为至少二片以上的镜片所组成，例如一片凹透镜和一片凸透镜组成正焦距光学系统16，只要二透镜的焦距组合后的数值为正即可，特别的是，当正焦距光学系统16为至少二透镜所组成时，其中的部份透镜可设于部分穿透部分反射元件18的光路前后，以与部分穿透部分反射元件18组合成同一部件。此外，本发明中第三放置部亦可包含至少一透镜(图中未示)，其与正焦距光学系统16中的透镜具有相同或不同的焦距。

综上所述，本发明提供的虚拟及增强现实组合装置使用相同的光学系统或共用壳体中的透镜，搭配可拆装的部分穿透部分反射元件，达到切换虚拟现实和增强现实两种不同的光学效果，且拆装便利，使用者不需要同时配置虚拟现实和增强现实的两个头戴显示器，而是在一个装置中就可得到两种功能。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明实施的范围。故凡依本发明申请范围所述的特征及精神所作的等同变化或修饰，仍属于本发明的保护范围。