虚像量测装置及虚像量测方法

技术领域

本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种虚像量测装置及一种虚像量测方法。

背景技术

眼箱(eye box)是扩增实境(Augmented Reality，AR)或虚拟现实(VirtualReality，VR)等近眼显示光学模块与眼球之间的一块锥状区域，在这个区域内的显示内容最清楚，反之离开这个区域的显示可能会出现图像扭曲、显色错误、甚至不显示内容的问题。

一般而言，在测量一个显示模块的眼箱区域时，是使用电荷耦合元件(ChargeCoupled Device，CCD)与电机马达带动上下左右量测。但由于眼箱的尺寸约在毫米等级，电机马达的精度需要非常高，因此整体的电机体积大，成本也高。且由于CCD需要抓取画面的边框影像，需要进行CCD的位移量测，造成量测时间长。

发明内容

本申请的一方面提供了一种虚像量测装置。

根据本申请的一实施方式，一种虚像量测装置包括波导元件、三色显示面板、耦合透镜组、投影幕、以及影像撷取装置。波导元件具有相对的光接收区与光耦出区。三色显示面板位于波导元件的光接收区的第一侧，配置以发射红光、绿光及蓝光。耦合透镜组位于三色显示面板与波导元件之间，配置以耦合红光、绿光与蓝光后传递至波导元件的光接收区。投影幕位于波导元件的光耦出区的第一侧，投影幕在第一方向上与波导元件分开距离，波导元件配置以将红光、绿光与蓝光混合并传递至光耦出区而投影至投影幕上。影像撷取装置位于波导元件的光耦出区的第一侧且配置以拍摄投影幕，投影幕位于影像撷取装置与波导元件之间。

在本申请的一实施方式中，三色显示面板分区发射红光、绿光与蓝光。

在本申请的一实施方式中，影像撷取装置固定于支架上。

在本申请的一实施方式中，投影幕在第二方向上与耦合透镜组分开距离，第二方向与第一方向不同。

在本申请的一实施方式中，波导元件在光接收区的第一侧有一凸出部，且凸出部的上表面与波导元件的表面有夹角。

本申请的另一方面提供了一种虚像量测方法。

根据本申请的一实施方式，一种虚像量测方法包括使用三色显示面板分别发射红光、绿光及蓝光；将红光、绿光与蓝光利用耦合透镜组耦合入波导元件的光接收区中，其中耦合透镜组位于三色显示面板与波导元件之间且位于波导元件的光接收区的第一侧；使用波导元件混合红光、绿光及蓝光；使用波导元件传递红光、绿光及蓝光至波导元件的光耦出区；将混合后的红光、绿光及蓝光投影至投影幕上，其中投影幕位于波导元件的光耦出区的第一侧且与波导元件在第一方向上有距离；以及使用影像撷取装置拍摄投影幕上的红光、绿光及蓝光，以得到混色结果。

在本申请的一实施方式中，使用三色显示面板分别发射红光、绿光及蓝光包括使用三色显示面板分区发射红光、绿光及蓝光。

在本申请的一实施方式中，虚像量测方法更包括改变投影幕与波导元件之间的距离。

在本申请的一实施方式中，使用三色显示面板分别发射红光、绿光及蓝光包括点亮三色显示面板水平方向的三发光二极管以分区发射红光、绿光及蓝光。

在本申请的一实施方式中，使用三色显示面板分别发射红光、绿光及蓝光包括点亮三色显示面板垂直方向的三发光二极管以分区发射红光、绿光及蓝光。

在本申请上述实施方式中，由于使用三色显示面板分区发射红光、绿光及蓝光，并且使用波导元件混合进入光接收区的红光、绿光及蓝光，再将混合过的红光、绿光及蓝光投影在投影幕上，影像撷取装置只要拍摄投影幕上的混色结果，便可以从混合成白色的区域的尺寸得知波导元件及三色显示面板对应的近眼显示光学模块的眼箱大小，大幅度减低了量测的成本、时间与机械体积。

附图说明

当与随附图示一起阅读时，可由后文实施方式最佳地理解本申请内容的态样。注意到根据此行业中的标准实务，各种特征并未按比例绘制。实际上，为论述的清楚性，可任意增加或减少各种特征的尺寸。

图1为本申请一实施方式的虚像量测装置的示意图。

图2为图1的三色显示面板的示意图。

图3至图5为本申请不同实施方式的投影幕上混色结果的示意图。

附图标记说明：

100:虚像量测装置

110:波导元件

111:表面

112:光接收区

113:第一侧

114:光耦出区

116:凸出部

118:上表面

120:三色显示面板

120R1,120R2,120G,120B1,120B2:发光二极管

130:耦合透镜组

140:投影幕

150:影像撷取装置

160:支架

D1:第一方向

D2:第二方向

d1,d2:距离

EB:眼箱区域

具体实施方式

以下揭示的实施方式内容提供了用于实施所提供的目标的不同特征的许多不同实施方式，或实例。下文描述了元件和布置的特定实例以简化本申请。当然，该等实例仅为实例且并不意欲作为限制。此外，本申请可在各个实例中重复元件符号及/或字母。此重复用于简便和清晰的目的，且其本身不指定所论述的各个实施方式及/或配置之间的关系。

诸如“在……下方”、“在……之下”、“下部”、“在……之上”、“上部”等等空间相对术语可在本文中为了便于描述的目的而使用，以描述如附图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。空间相对术语意欲涵盖除了附图中所示的定向之外的在使用或操作中的装置的不同定向。装置可经其他方式定向(旋转90度或以其他定向)并且本文所使用的空间相对描述词可同样相应地解释。

图1为本申请一实施方式的虚像量测装置100的示意图。参照图1，一种虚像量测装置100包括波导元件110、三色显示面板120、耦合透镜组130、投影幕140、以及影像撷取装置150。波导元件110具有相对的光接收区112与光耦出区114。三色显示面板120位于波导元件110的光接收区112的第一侧113，配置以发射红光、绿光及蓝光。三色显示面板120可以为微发光二极管(Micro LED)显示器、微有机发光二极管(Micro OLED)显示器、液晶覆硅(Liquid Crystal On Silicon ，LCOS)显示器，但本申请并不局限于此。在一些实施方式中，三色显示面板120分区发射红光、绿光与蓝光(将于图2中详述)。

耦合透镜组130位于三色显示面板120与波导元件110之间，配置以耦合红光、绿光与蓝光后传递至波导元件110的光接收区112。投影幕140位于波导元件110的光耦出区114的第一侧113，其中投影幕140在第一方向D1上与波导元件110分开距离d1，波导元件110配置以将红光、绿光与蓝光混合并传递至光耦出区114而投影至投影幕140上。影像撷取装置150位于波导元件110的光耦出区114的第一侧113且配置以拍摄投影幕140，其中投影幕140位于影像撷取装置150与波导元件110之间。在本实施方式中，影像撷取装置150固定于支架160上而不移动，并不需要马达带动。

在一些实施方式中，投影幕140在第二方向D2上与耦合透镜组130分开距离d2，第二方向D2与第一方向D1不同。在一些实施方式中，第二方向D2与第一方向D1垂直。在一些实施方式中，波导元件110在光接收区112的第一侧113有凸出部116，且凸出部116的上表面118与波导元件110的表面111有夹角。在一些实施方式中，投影幕140具有一定的雾度与穿透度，可以让位于投影幕140相对于波导元件110另一侧的影像撷取装置150拍摄到投影幕140上的影像。

应了解到，已叙述过的元件连接关系、材料与功效将不再重复赘述，合先叙明。在以下叙述中，将说明使用虚像量测装置100的虚像量测方法。

图2为图1的三色显示面板120的示意图。参照图1与图2。一种虚像量测方法包括使用三色显示面板120分别发射红光、绿光及蓝光；这个步骤包括分区发射红光、绿光及蓝光，而这是因为三色显示面板120经过特殊设计，其发射红光的发光二极管120R1、发光二极管120R2、发射绿光的发光二极管120G与发射蓝光的发光二极管120B1、发光二极管120B2为分区设置，因此在点亮三色显示面板120时，可以通过分区点亮发光二极管的方式分区发射红光、绿光及蓝光。在一些实施方式中，五个发光二极管（发光二极管120R1、发光二极管120R2、发光二极管120G、发光二极管120B1、发光二极管120B2）的位置需对应波导元件110所对应的近眼显示设备的光源的有效区。

参照图1，接着，将红光、绿光与蓝光利用耦合透镜组130耦合入波导元件110的光接收区112中，其中耦合透镜组130位于三色显示面板120与波导元件110之间且位于波导元件110的光接收区112的第一侧113；接着，使用波导元件110混合红光、绿光及蓝光，并同时使用波导元件110传递红光、绿光及蓝光至波导元件110的光耦出区114。接着将混合后的红光、绿光及蓝光投影至投影幕140上。投影幕140位于波导元件110的光耦出区114的第一侧113且与波导元件110在第一方向D1上有距离d1；以及使用影像撷取装置150拍摄投影幕140上的红光、绿光及蓝光，以得到混色结果。随着图2的三色显示面板120的发光二极管采用不同的点亮方式，将会得到不同的混色结果，将于下文详述。

图3至图5为本申请不同实施方式的投影幕140上的混色结果的示意图。参照图1至图3。当三色显示面板120垂直点亮三个发光二极管（发光二极管120R2、发光二极管120G、发光二极管120B2）时，红光、绿光与蓝光将会通过耦合透镜组130进入波导元件110的光接收区112。接着，波导元件110会混合红光、绿光与蓝光，并传递红光、绿光与蓝光至光耦出区114，然后投影在投影幕140上。此时由于投影幕140与波导元件110在第一方向D1的距离d1可调整为眼箱(eye box)区域EB的良视距离(eye relief，即眼箱区域EB中显示器与瞳孔之间的距离)，因此影像撷取装置150只要拍摄投影幕140上的混色结果，便可以得到如图3般的混色结果。由于此时的三色显示面板120的三个发光二极管（发光二极管120R2、发光二极管120G、发光二极管120B2）为垂直点亮，因此量测到的白光区域的垂直方向的尺寸，即为波导元件110及对应的光源所对应的近眼显示设备的眼箱区域EB的垂直方向的大小。在一些实施方式中，为了使波导元件110可以成功混合出色温为绝对温度5454K的白光，三个发光二极管（发光二极管120R2、发光二极管120G、发光二极管120B2）的发光强度比为1:4.59:0.06，但本申请并不局限于此，例如可以混出其他色温的白色，只要影像撷取装置150能够辨识投影幕140上的混色结果的白色区域即可。在一些实施方式中，投影幕140与波导元件110之间的距离d1可以根据不同的良视距离而改变。

参照图1、图2及图4。当三色显示面板120水平点亮三个发光二极管（发光二极管120R1、发光二极管120G、发光二极管120B1）时，红光、绿光与蓝光将会通过耦合透镜组130进入波导元件110的光接收区112。接着，波导元件110会混合红光、绿光与蓝光，并传递红光、绿光与蓝光至光耦出区114，然后投影在投影幕140上。由于此时的三色显示面板120的三个发光二极管（发光二极管120R1、发光二极管120G、发光二极管120B1）为水平点亮，因此量测到的白光区域的水平方向的尺寸，即为波导元件110及对应的光源所对应的近眼显示设备的眼箱区域EB的水平方向的大小。

参照图1、图2及图5。当三色显示面板120点亮所有的发光二极管（发光二极管120R1、发光二极管120R2、发光二极管120G、发光二极管120B1、发光二极管120B2）时，红光、绿光与蓝光将会通过耦合透镜组130进入波导元件110的光接收区112。接着，波导元件110会混合红光、绿光与蓝光，并传递红光、绿光与蓝光至光耦出区114，然后投影在投影幕140上。由于此时的三色显示面板120的发光二极管120R1、发光二极管120R2、发光二极管120G、发光二极管120B1、发光二极管120B2为水平及垂直均点亮，因此量测到的白光区域的水平与垂直方向的尺寸，即为波导元件110及对应的光源所对应的近眼显示设备的眼箱区域EB的水平与垂直方向的大小。在一些实施方式中，为了使波导元件110可以成功混合出色温为绝对温度5454K的白光，五个发光二极管（发光二极管120R1、发光二极管120R2、发光二极管120G、发光二极管120B1、发光二极管120B2）的发光强度比为0.5:0.5:4.59:0.03:0.03，但本申请并不局限于此，例如可以混出其他色温的白色，只要影像撷取装置150能够辨识投影幕140上的混色结果的白色区域即可。

由于使用三色显示面板分区发射红光、绿光及蓝光，并且使用波导元件混合进入光接收区的红光、绿光及蓝光，再将混合过的红光、绿光及蓝光投影在投影幕上，影像撷取装置只要拍摄投影幕上的混色结果，便可以从混合成白色的区域的尺寸得知波导元件及三色显示面板对应的近眼显示光学模块的眼箱大小，大幅度减低了量测的成本、时间与机械体积。

前述概述了几个实施方式的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本申请的实施方式。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地将本申请用作设计或修改其他过程和结构的基础，以实现与本文介绍的实施方式相同的目的和/或实现相同的优点。本领域技术人员还应该认识到，这样的等效构造不脱离本申请的精神和范围，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，它们可以在这里进行各种改变，替换和变更。