头戴式显示设备与其显示方法

技术领域

本发明涉及一种显示设备与显示方法，且尤其涉及一种头戴式显示设备与其显示方法。

背景技术

对于虚拟现实(virtual reality，VR)与扩充实境(augmented reality，AR)的各种头戴式显示设备，其显示器的分辨率是影响沉浸感及视觉效果的主要原因。显示器可具有多个像素，且各像素包含红色显示区、绿色显示区以及蓝色显示区。基于像素的尺寸，相邻的像素间可存在不发光区域，这些不发光区域可用以设置对应的控制组件。若头戴式显示设备的显示器的分辨率相对低时，头戴式显示设备的用户的视觉体验会受到上述的不发光区域的影响，而产生所谓的纱窗效应。

发明内容

本发明是针对一种头戴式显示设备及其显示方法，可降低纱窗效应。

根据本发明的实施例，头戴式显示设备包括显示器、透镜组以及致动器。显示器用以产生影像光束。透镜组设置在显示器以及目标区间，聚焦影像光束以在目标区形成显示影像。致动器耦接至显示器或透镜组，使显示器或透镜组在平面上进行周期性移动。

根据本发明的实施例，显示方法包括提供显示器产生影像光束；提供透镜组以设置在显示器以及目标区间，使透镜组聚焦影像光束以在目标区形成显示影像；以及提供致动器使显示器或透镜组在平面上进行周期性移动。

基于上述，本发明的头戴式显示设备中，通过致动器让显示器或所述透镜组在平面上进行周期性移动，来降低不发光区域对用户的视觉效果的影响，并减小纱窗效应的产生。

附图说明

图1A、图1B为本发明一实施例的头戴式显示设备的示意图；

图2为本发明一实施例的像素示意图；

图3A～图3D分别为本发明一实施例的显示器或透镜组在周期性移动下在目标区所看见的像素示意图；

图4为本发明一实施例的显示方法流程图。

附图标记说明

100:头戴式显示设备；

110:显示器；

120:透镜组；

130:致动器；

200:像素结构；

211:第一颜色显示区；

211_R、211_C、211_L、211_L’:第一颜色影像；

212:第二颜色显示区；

212_R、212_C、212_L、212_L’:第二颜色影像；

213:第三颜色显示区；

213_R、213_C、213_L、213_L’:第三颜色影像；

214:不发光区；

A:目标区；

L:影像光束；

T_C:圆形轨迹；

T_L:直线轨迹；

T_R:矩形轨迹；

S200、S210、S220:步骤。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1A示出本发明一实施例的头戴式显示设备的示意图。头戴式显示设备100用以产生虚拟现实(virtual reality)、扩增实境(augmented reality)或混合实境(mixedreality)的显示效果。在本实施例中，头戴式显示设备100包括显示器110、透镜组120以及致动器130。透镜组120可设置在显示器110以及目标区A间，致动器130耦接至显示器110。其中，显示器110用以产生影像光束L，并将影像光束L投射至透镜组120。透镜组120用以聚焦影像光束L，并在目标区A上形成显示影像。其中，目标区A可对应用户的眼球位置。

在另一方面，致动器130用以驱动显示器110，并使显示器110在一平面上进行周期性移动。上述的平面可以与使用者的视野平面平行。在细节上，致动器130可以使显示器110在平面上通过预设的轨迹T_C来进行移动。在本实施例中，轨迹T_C例如为圆形轨迹。通过使显示器110进行上述的周期性移动，用户的视觉体验中，不显示区域所造成的视觉影响可以有效被降低，减低纱窗效应的产生。

值得注意的，致动器130可根据显示器110的显示帧周期(frame period)来使显示器110进行移动。例如，显示器110沿轨迹T_C移动的周期可以为显示器110的一个显示帧周期，或者，显示器110沿轨迹T_C移动的频率可以为显示器110的一个显示帧频率的正整数倍。而显示器110在平面上进行移动的振幅，则可根据显示器110中相邻两像素间的间距来决定。具体实施上，在一校正阶段中，设计者可使显示器110根据不同的振幅来进行移动，实际测量纱窗效应的状况，并经以选中较佳的显示器110的振幅。

附带一提的，在本实施例中，致动器130可以为马达或压电组件。显示器110则可以为任意形式的显示器，没有固定的限制。

图1B为本发明另一实施例的头戴式显示设备的示意图。与图1A的头戴式显示设备100不同的，头戴式显示设备100’的致动器130耦接至透镜组120。致动器130用以驱动透镜组120在平面上通过预设的轨迹T_C来进行移动。在此，通过使透镜组120进行平面上的周期性移动，同样可以达到减低纱窗效应的产生的效果。

附带一提的，在本实施例中，头戴式显示设备100’还包括控制器140。控制器140耦接至致动器130，并用以产生驱动信号以驱动致动器130。

控制器140可以为具运算能力的处理器。或者，控制器140可以是通过硬件描述语言(Hardware Description Language,HDL)或是其他任意本领域普通技术人员所熟知的数字电路的设计方式来进行设计，并通过现场可程序逻辑门阵列(Field Programmable GateArray, FPGA)、复杂可程序逻辑装置(Complex Programmable Logic Device, CPLD)或是特殊应用集成电路(Application-specific Integrated Circuit, ASIC)的方式来实现的硬件电路。

以下请参照图2，图2示出本发明实施例的头戴式显示设备中显示器的像素结构的示意图。像素结构200包括第一颜色显示区域211、第二颜色显示区域212、第三颜色显示区域213以及不显示区域214。第一颜色显示区域211、第二颜色显示区域212以及第三颜色显示区域213相邻分布，但两两间不直接接触。不显示区域214则位于第一颜色显示区域211、第二颜色显示区域212以及第三颜色显示区域213的周围，以及两两间的间隔区域中。

在本实施例中，上述的第一颜色显示区域211、第二颜色显示区域212、第三颜色显示区域213例如分别是红色显示区域、绿色显示区域以及蓝色显示区域。在其他实施例中，第一颜色显示区域211、第二颜色显示区域212、第三颜色显示区域213也可以是任意的其他颜色显示区域，没有特定的限制。

以下请同步参照图2以及图3A～图3D，其中图3A～图3D分别示出本发明实施例的在显示器或透镜组进行周期性移动下的显示画面的示意图。在图3A～图3D中，均以单一像素所产生的显示画面为例。在图3A所示，致动器可使显示器或透镜组沿矩形轨迹T_R在平面上进行周期性的移动。致动器可通过使显示器110或透镜组120在平面上进行频率为一个显示帧频率的整数倍的移动，来使像素中的分显示区域在显示画面中的影像有效的被降低。另外，控制器会根据显示影像中相邻二像素间的间距来决定矩形轨迹T_R的垂直与水平振幅，并使第一颜色显示区211所产生的第一颜色影像211_R可以被扩大；使第二颜色显示区212所产生的第二颜色影像212_R可以被扩大；以及使第三颜色显示区域213所产生的第三颜色影像212_R可以被扩大。并可经此降低不显示区域214在显示影像中所产生的影像，有效降低纱窗效应。

本实施例中的矩形轨迹T_R可以为正方形轨迹或长方形轨迹，没有一定的限制。

在图3B所示，致动器可使显示器或透镜组沿圆形轨迹T_C在平面上进行周期性的移动。致动器可通过使显示器110或透镜组120在平面上进行频率为一个显示帧频率的整数倍的移动，来使像素中的分显示区域在显示画面中的影像有效的被降低。另外，控制器会根据显示影像中相邻二像素间的间距来决定圆形轨迹T_C的各部分曲率半径，并使第一颜色显示区211所产生的第一颜色影像211_C可以被扩大；使第二颜色显示区212所产生的第二颜色影像212_C可以被扩大；以及使第三颜色显示区213所产生的第三颜色影像213_C可以被扩大。并可经此降低不显示区域214在显示影像中所产生的影像，有效降低纱窗效应。

本实施例中的圆形轨迹T_C可以为正圆形轨迹或椭圆形轨迹，没有一定的限制。

在图3C所示，致动器可使显示器或透镜组沿相互垂直的两直线轨迹T_L在平面上进行周期性的移动。致动器可通过使显示器110或透镜组120在平面上进行频率为一个显示帧频率的整数倍的移动，来使像素中的分显示区域在显示画面中的影像有效的被降低。另外，控制器会根据显示影像中相邻二像素间的间距来决定两直线轨迹T_L的各别长度，并使第一颜色显示区211所产生的第一颜色影像211_L可以被扩大；使第二颜色显示区212所产生的第二颜色影像212_L可以被扩大；以及使第三颜色显示区213所产生的第三颜色影像213_L可以被扩大。并可经此降低不显示区域214在显示影像中所产生的影像，有效降低纱窗效应。

在图3D所示，致动器可使显示器或透镜组沿相互交错的四个直线轨迹T_L在平面上，分别是沿着像素的多个方向(例如八个方向)进行周期性的移动。致动器130可通过使显示器110或透镜组120在平面上进行频率为一个显示帧频率的整数倍的移动，来使像素中的分显示区域在显示画面中的影像有效的被降低。另外，控制器会根据显示影像中相邻二像素间的间距来决定四个直线轨迹T_L的长度，并使第一颜色显示区211所产生的第一颜色影像211_L’可以被扩大；使第二颜色显示区212所产生的第二颜色影像212_L’可以被扩大；以及使第三颜色显示区213所产生的第三颜色影像213_L’可以被扩大。并可经此降低不显示区域214在显示影像中所产生的影像，有效降低纱窗效应。

四个直线轨迹T_L的长度可以是相同或是不相同的，没有一定的限制。

综上所述，本发明的头戴式显示设备中，致动器让显示器或透镜组在一平面上进行不同轨迹的周期性移动，周期性移动是以显示器的一个显示帧周期中完成至少一个周期的速度进行，周期性移动的振幅会使显示器或透镜组在平面上进行周期性移动的范围能尽可能降低不发光区域对用户的视觉效果的影响，并减小纱窗效应的产生。

图4示出本发明一实施例的显示方法流程图，在图4中，步骤S200提供显示器以产生影像光束，在步骤S210中，则提供透镜组以设置在显示器以及目标区间，使透镜组聚焦影像光束以在目标区形成显示影像。并且，在步骤S220中，提供致动器使显示器或透镜组在平面上进行周期性移动。

关于上述步骤的实施细节，在前述的实施例已有详细的说明，在此恕不多赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。