本發(fā)明關(guān)于一種顯示系統(tǒng)，尤指一種顯示系統(tǒng)及其適用的頭戴式顯示器。

背景技術(shù)：

近年來，頭戴式顯示器以及近眼顯示器已成為科技產(chǎn)品的一種研發(fā)方向，期能為使用者帶來更便利的生活，甚至進一步應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)中。

一般而言，現(xiàn)行的頭戴式顯示器多以眼鏡造型呈現(xiàn)。請參閱圖1，其顯示傳統(tǒng)頭戴式顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，現(xiàn)行的傳統(tǒng)頭戴式顯示器1通常將光學(xué)裝置11設(shè)置在眼鏡框架12上，并通過光路的設(shè)計使影像或光線能投射至使用者的眼睛E中，以令使用者得以看見影像。然而，此種傳統(tǒng)頭戴式顯示器1因為受限于光學(xué)裝置11及眼鏡框架12的厚度，顯得十分笨重，往往造成使用者體驗不佳而不愿使用。

為改善此種使用者體驗，另一形式的傳統(tǒng)頭戴式顯示器遂被開發(fā)出來。請參閱圖2，其顯示另一傳統(tǒng)頭戴式顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，此形式的傳統(tǒng)頭戴式顯示器2將光學(xué)裝置的一部份設(shè)置于眼鏡框架20上，故相較于前述傳統(tǒng)頭戴式顯示器1，可稍微地減低眼鏡本體21的厚度。然而，由于眼鏡本體21中仍須設(shè)置顯示裝置、目鏡及反射鏡等元件，故眼鏡本體21實際上仍具有一定的厚度，無法真正達(dá)到類似眼鏡的外觀。

同時，由于前述的傳統(tǒng)頭戴式顯示器一般采用有機發(fā)光二極管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)面板。因為有機發(fā)光二極管面板的面積較大，且其面板的像素屬于自發(fā)光的全向性照射，不僅會使頭戴式顯示器的體積無法有效地縮減，更會因為全向性發(fā)光的特性造成大量光的浪費，進而導(dǎo)致大量耗電。

故此，如何發(fā)展一種顯示系統(tǒng)及其適用的頭戴式顯示器，以使頭戴式顯示器的體積能夠有效地被縮減，同時大量提升光的利用率，實為目前尚待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的為提供一種顯示系統(tǒng)及其適用的頭戴式顯示器，俾解決前述現(xiàn)有技術(shù)存在的各項問題與缺點。

本發(fā)明的另一目的為提供一種顯示系統(tǒng)及其適用的頭戴式顯示器，藉由設(shè)置第一全內(nèi)反射棱鏡及第二全內(nèi)反射棱鏡，并使第一全內(nèi)反射棱鏡的第三表面與第二全內(nèi)反射棱鏡的第四表面相接觸，可使照明光路徑與成像光路徑共用第一全內(nèi)反射棱鏡及第二全內(nèi)反射棱鏡，進而使得顯示系統(tǒng)的體積有效地被縮減。

本發(fā)明的另一目的為提供一種顯示系統(tǒng)及其適用的頭戴式顯示器，通過選用多個發(fā)光二極管作為固態(tài)照明元件，用照明中繼光路(Relay lens)以轉(zhuǎn)換發(fā)光二極管端的出射角到進入微型面板的入射角，可使得發(fā)光二極管所發(fā)出的光完全地被應(yīng)用，大幅提升發(fā)光效率以及光的利用率。

本發(fā)明的另一目的為提供一種顯示系統(tǒng)及其適用的頭戴式顯示器，通過采用一波導(dǎo)棱鏡元件，有效地保持成像光線的入射角度，且由于波導(dǎo)棱鏡的薄板外觀，可使得頭戴式顯示器的體積有效地被縮減。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明的一較佳實施態(tài)樣為提供一種顯示系統(tǒng)，包括：一光積分柱；一固態(tài)發(fā)光元件，設(shè)置于該光積分柱的一入口端，用以發(fā)出一光線至該光積分柱；一第一全內(nèi)反射棱鏡，具有一第一表面、一第二表面及一第三表面，其中該第一表面鄰設(shè)于該光積分柱的一出口端；一反射鏡，設(shè)置于該第二表面；一第二全內(nèi)反射棱鏡，具有一第四表面、一第五表面及一第六表面，其中該第四表面與該第三表面相接觸；一數(shù)字微鏡裝置，鄰設(shè)于該第五表面；以及一目鏡，鄰設(shè)于該第六表面；其中，該光線沿一照明光路徑依序穿透該光積分柱，自該第一表面入射至該第一全內(nèi)反射棱鏡，受該第三表面及該反射鏡反射，而后穿透該第三表面、該第四表面及該第五表面，以入射至該數(shù)字微鏡裝置，再沿一成像光路徑依序受該數(shù)字微鏡裝置反射，自該第五表面入射至該第二全內(nèi)反射棱鏡，再受該第四表面反射，而后穿透該第六表面以及該目鏡，俾投射至一成像面。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明的另一較佳實施態(tài)樣為提供一種頭戴式顯示器，包括：一框體；一顯示系統(tǒng)，包括：一光積分柱；一固態(tài)發(fā)光元件，設(shè)置于該光積分柱的一入口端，用以發(fā)出一光線至該光積分柱；一第一全內(nèi)反射棱鏡，具 有一第一表面、一第二表面及一第三表面，其中該第一表面鄰設(shè)于該光積分柱的一出口端；一反射鏡，設(shè)置于該第二表面；一第二全內(nèi)反射棱鏡，具有一第四表面、一第五表面及一第六表面，其中該第四表面與該第三表面相接觸；一數(shù)字微鏡裝置，鄰設(shè)于該第五表面；以及一目鏡，鄰設(shè)于該第六表面；其中，該光線沿一照明光路徑依序穿透該光積分柱，自該第一表面入射至該第一全內(nèi)反射棱鏡，受該第三表面及該反射鏡反射，而后穿透該第三表面、該第四表面及該第五表面，以入射至該數(shù)字微鏡裝置，再沿一成像光路徑依序受該數(shù)字微鏡裝置反射，自該第五表面入射至該第二全內(nèi)反射棱鏡，再受該第四表面反射，而后穿透該第六表面以及該目鏡，俾投射至一成像面(對應(yīng)于眼睛的瞳孔)；以及一波導(dǎo)元件，與該成像面重疊設(shè)置，以使成像光線的入射角度差異介于正15度角至負(fù)15度角之間(不同入射角度對應(yīng)于數(shù)字微鏡的不同位置，而波導(dǎo)元件傳導(dǎo)不變的入射角度于眼睛的瞳孔)；其中，該框體、該固態(tài)發(fā)光元件、該光積分柱、該第一全內(nèi)反射棱鏡、該數(shù)字微鏡裝置、該第二全內(nèi)反射棱鏡、該目鏡及該波導(dǎo)元件依序設(shè)置于一直線上。

附圖說明

圖1是顯示傳統(tǒng)頭戴式顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是顯示另一傳統(tǒng)頭戴式顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是顯示本發(fā)明較佳實施例的顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是顯示本發(fā)明較佳實施例的頭戴式顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，附圖標(biāo)記：

1：傳統(tǒng)頭戴式顯示器

11：光學(xué)裝置

12：眼鏡框架

2：傳統(tǒng)頭戴式顯示器

20：眼鏡框架

21：眼鏡本體

E：眼睛

3：顯示系統(tǒng)

31：光積分柱

311：入口端

312：出口端

32：固態(tài)發(fā)光元件

33：第一全內(nèi)反射棱鏡

34：反射鏡

35：第二全內(nèi)反射棱鏡

36：數(shù)字微鏡裝置

37：目鏡

370：凹透鏡

371：第一凸透鏡

372：第二凸透鏡

38：成像面

4：頭戴式顯示器

41：框體

42：波導(dǎo)元件

42U：上底面

A1：第一光軸

A2：第二光軸

L：直線

S1：第一表面

S2：第二表面

S3：第三表面

S4：第四表面

S5：第五表面

S6：第六表面

具體實施方式

體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的一些典型實施例將在后段的說明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的態(tài)樣上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及圖示在本質(zhì)上當(dāng)作說明之用，而非架構(gòu)于限制本發(fā)明。

請參閱圖3，其是顯示本發(fā)明較佳實施例的顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，本發(fā)明的顯示系統(tǒng)3包括光積分柱31、固態(tài)發(fā)光元件32、第一全內(nèi)反射棱鏡33、反射鏡34、第二全內(nèi)反射棱鏡35、數(shù)字微鏡裝置(Digital Micromirror Device,DMD)36及目鏡37。其中，固態(tài)發(fā)光元件32設(shè)置于光積分柱31的入口端311，用以發(fā)出一光線至光積分柱31。第一全內(nèi)反射棱鏡33具有第一表面S1、第二表面S2及第三表面S3，第一表面S1鄰設(shè)于光積分柱31的出口端312。反射鏡34設(shè)置于第一全內(nèi)反射棱鏡33的第二表面S2，且較佳形成于該第二表面S2，例如鍍覆于第二表面S2，但不以此為限。第二全內(nèi)反射棱鏡35具有第四表面S4、第五表面S5及第六表面S6，該第四表面S4與第一全內(nèi)反射棱鏡33的第三表面S3相接觸。數(shù)字微鏡裝置36鄰設(shè)于第五表面S5，目鏡37鄰設(shè)于第六表面S6。

固態(tài)發(fā)光元件32發(fā)出的光線沿一照明光路徑依序穿透光積分柱31，自第一表面S1入射至第一全內(nèi)反射棱鏡33，受第三表面S3及反射鏡34反射，而后穿透第三表面S3、第四表面S4及第五表面S5，以入射至數(shù)字微鏡裝置36，再沿一成像光路徑依序受數(shù)字微鏡裝置36反射，自第五表面S5入射至第二全內(nèi)反射棱鏡35，再受第四表面S4反射，而后穿透第六表面S6以及目鏡37，俾投射至一成像面38，其中光積分柱31的出口端312及成像面38互為共軛面。換言之，本發(fā)明藉由設(shè)置第一全內(nèi)反射棱鏡33及第二全內(nèi)反射棱鏡35，并使第一全內(nèi)反射棱鏡33的第三表面S3與第二全內(nèi)反射棱鏡35的第四表面S4相接觸，可使照明光路徑與成像光路徑共用第一全內(nèi)反射棱鏡33及第二全內(nèi)反射棱鏡35，進而使得顯示系統(tǒng)3的體積有效地被縮減。

于此實施例中，第一全內(nèi)反射棱鏡33較佳為一三角柱體，且第一全內(nèi)反射棱鏡33的第一表面S1、第二表面S2及第三表面S3較佳以順時針方向依序排列，但不以此為限。第二全內(nèi)反射棱鏡35較佳為一三角柱體，且第二全內(nèi)反射棱鏡35的第四表面S4、第五表面S5及第六表面S6較佳以逆時針方向依序排列，然亦不以此為限。此外，第一全內(nèi)反射棱鏡33與第二全內(nèi)反射棱鏡35共同設(shè)置于光積分柱31及目鏡37之間。

于一些實施例中，固態(tài)發(fā)光元件32包括多個發(fā)光二極管，光積分柱31為一錐形柱體，且固態(tài)發(fā)光元件32與光積分柱31相連接，以使發(fā)光二極管發(fā)出的光線完全地被導(dǎo)入光積分柱31中，利用發(fā)光二極管的指向性照明(用照明 中繼光路以轉(zhuǎn)換發(fā)光二極管端的出射角到進入微型面板的入射角)，可使發(fā)出的光線于照明光路徑及成像光路徑中完全地被應(yīng)用，進而大幅提升發(fā)光效率以及光的利用率。

根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，固態(tài)發(fā)光元件32發(fā)出的光線沿一第一光軸A1自光積分柱31入射至第一全內(nèi)反射棱鏡33，且該光線沿一第二光軸A2自第二全內(nèi)反射棱鏡35入射至目鏡37。其中，第一光軸A1的延伸及第二光軸A2的延伸的夾角小于或等于15度角。較佳地，第一光軸A1與第二光軸A2相互平行，但不以此為限。

于一些實施例中，固態(tài)發(fā)光元件32、光積分柱31、第一全內(nèi)反射棱鏡33、數(shù)字微鏡裝置36、第二全內(nèi)反射棱鏡35、目鏡37及成像面38依序設(shè)置于一直線L上，應(yīng)注意的是本發(fā)明的顯示系統(tǒng)3的主要元件無須如現(xiàn)有技術(shù)遷就光路轉(zhuǎn)折而設(shè)置于不同直線上，故可使得顯示系統(tǒng)3的體積有效地被縮減。進一步地，為有效提升影像于成像面38的解析度，本發(fā)明的目鏡37較佳包括凹透鏡370、第一凸透鏡371及第二凸透鏡372，且凹透鏡370、第一凸透鏡371及第二凸透鏡372沿成像光路徑依序設(shè)置。簡言之，凹透鏡370、第一凸透鏡371及第二凸透鏡372亦依序設(shè)置于直線L上。

請參閱圖4并配合圖3，其中圖4顯示本發(fā)明較佳實施例的頭戴式顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3及圖4所示，本發(fā)明的顯示系統(tǒng)3及頭戴式顯示器4可包括波導(dǎo)元件42，波導(dǎo)元件42為一梯形棱鏡，且該梯形棱鏡的一上底面42U及上底面42U的延伸與成像面38的延伸重疊設(shè)置，以使成像光線的入射角度差異介于正15度角至負(fù)15度角之間，但不以此為限。同時，由于梯形棱鏡的薄板外觀，可使得頭戴式顯示器4的體積有效地被縮減。

于較佳實施例中，本發(fā)明的頭戴式顯示器4包括框體41、顯示系統(tǒng)3及波導(dǎo)元件42。其中，顯示系統(tǒng)3包括光積分柱31、固態(tài)發(fā)光元件32、第一全內(nèi)反射棱鏡33、反射鏡34、第二全內(nèi)反射棱鏡35、數(shù)字微鏡裝置36及目鏡37，由于該等元件與前述實施例所述的光積分柱31、固態(tài)發(fā)光元件32、第一全內(nèi)反射棱鏡33、反射鏡34、第二全內(nèi)反射棱鏡35、數(shù)字微鏡裝置36及目鏡37相同，故于此不再贅述。于本發(fā)明頭戴式顯示器4中，波導(dǎo)元件42的上底面42U及其延伸與成像面38的延伸重疊設(shè)置，以使成像光線的入射角度差異介于正15度角至負(fù)15度角之間。同時，框體41、固態(tài)發(fā)光元件32、光積 分柱31、第一全內(nèi)反射棱鏡33、數(shù)字微鏡裝置36、第二全內(nèi)反射棱鏡35、目鏡37及波導(dǎo)元件42依序設(shè)置于一直線L上。應(yīng)注意的是本發(fā)明將顯示系統(tǒng)3的全部主要元件設(shè)置于同一直線上，可使得顯示系統(tǒng)3及頭戴式顯示器4的體積有效地被縮減，且無須如現(xiàn)有技術(shù)遷就光路轉(zhuǎn)折而使體積受限于主要元件的設(shè)置。

此外，本發(fā)明的顯示系統(tǒng)3可進一步地整合設(shè)置于框體41內(nèi)，亦即顯示系統(tǒng)3被框體41完整包覆，進而形成例如眼鏡鏡架的外觀，但不以此為限。換句話說，當(dāng)本發(fā)明的頭戴式顯示器4制成如眼鏡的外觀時，眼鏡鏡體部分僅有波導(dǎo)元件，故可使鏡體部分的體積與傳統(tǒng)眼鏡相仿，使得使用者體驗大幅提升。

綜上所述，本發(fā)明提供一種顯示系統(tǒng)及其適用的頭戴式顯示器，藉由設(shè)置第一全內(nèi)反射棱鏡及第二全內(nèi)反射棱鏡，并使第一全內(nèi)反射棱鏡的第三表面與第二全內(nèi)反射棱鏡的第四表面相接觸，可使照明光路徑與成像光路徑共用第一全內(nèi)反射棱鏡及第二全內(nèi)反射棱鏡，進而使得顯示系統(tǒng)的體積有效地被縮減。此外，通過選用多個發(fā)光二極管作為固態(tài)發(fā)光元件，因發(fā)光二極管的指向性照明元件特性，可使得發(fā)光二極管所發(fā)出的光完全地被應(yīng)用，大幅提升發(fā)光效率以及光的利用率。同時，通過采用一梯形棱鏡作為波導(dǎo)元件，并使波導(dǎo)元件的一端與對應(yīng)于以眼睛瞳孔的成像面重疊設(shè)置，可有效地保持成像光線的入射角度，且由于梯形棱鏡的薄板外觀，可使得頭戴式顯示器的體積有效地被縮減。

縱使本發(fā)明已由上述的實施例詳細(xì)敘述而可由熟悉本技藝的人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利范圍所欲保護者。