TWI677708B - 頭戴式顯示器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一種頭戴式顯示器及其控制方法。頭戴式顯示器包括光穿透控制器、光偵測器、顯示器以及控制器。光穿透控制器依據控制信號以控制環境光的穿透量。光偵測器偵測環境光的環境光亮度。顯示器依據驅動信號以產生顯示影像。控制器依據設定值、環境光亮度以及最低灰階亮度值以產生選中穿透率以及最大灰階亮度值。控制器依據選中穿透率產生控制信號，並依據顯示資料及最大灰階亮度值以產生驅動信號。

Description

頭戴式顯示器及其控制方法

本發明是有關於一種頭戴式顯示器及其控制方法，且特別是有關於一種可調整顯示影像透明度的頭戴式顯示器及其控制方法。

隨著電子科技的進步，顯示裝置成為人們日常生活中的重要工具。在視覺品質要求日漸升高的今日，可呈現擴增時竟影像的頭戴式顯示器，成為一種主流的顯示裝置。

在實際的使用上，擴增實境的顯示器中，針對不同情境的使用上，由於環境光亮度的不同，所呈現的顯示影像的透明度會有不同的狀況。以高環境亮度的情況下，擴增實境的顯示器所呈現的顯示影像的透明度會增加，而使使用者無法清楚的看見顯示影像。這個現象可透過提高顯示影像的亮度來改善。然而，若一昧調高顯示影像的亮度，可能造成背景被顯示影像所遮蓋，影響到使用者行走時的安全性。

本發明提供一種頭戴式顯示器及其控制方法，可調整顯示影像的透明度，以在不同的環境下，有效提升頭戴式顯示器的安全性與顯示效能。

本發明的頭戴式顯示器包括光穿透控制器、光偵測器、顯示器以及控制器。光穿透控制器依據控制信號以控制環境光的穿透量。光偵測器偵測環境光的環境光亮度。顯示器依據驅動信號以產生顯示影像。控制器依據設定值、環境光亮度以及最低灰階亮度值以產生選中穿透率以及最大灰階亮度值。控制器依據選中穿透率產生控制信號，並依據顯示資料及最大灰階亮度值以產生驅動信號。

本發明的頭戴式顯示器的控制方法包括：偵測環境光的環境光亮度；依據設定值、環境光亮度以及最低灰階亮度值以產生選中穿透率以及最大灰階亮度值，依據選中穿透率產生控制信號，並依據顯示資料及該最大灰階亮度值以產生驅動信號；依據驅動信號以產生顯示影像；以及依據控制信號以控制環境光的穿透量。

基於上述，本發明的頭戴式顯示器依據環境光亮度，來調整所產生的擴增實境的顯示影像的穿透度。如此一來，頭戴式顯示器所產生的顯示影像可依據實際的環境光亮度所產生的情境，來調整其亮度及穿透率，在兼顧顯示品質及安全度的前提下，提升顯示效能。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的頭戴式顯示器的示意圖。頭戴式顯示器100包括光穿透控制器110、顯示器120、控制器130以及光偵測器140。光穿透控制器110耦接至控制器130。光穿透控制器110依據控制信號CTR以控制環境光的穿透量，其中光穿透控制器110控制環境光穿透至頭戴式顯示器內部的穿透量。在本實施例中，光穿透控制器110可以為電控制變色顯示器（electrochromic display, ECD）。

顯示器120耦接至控制器130，用以依據驅動信號DRV以產生顯示影像。顯示器120所產生的顯示影像可為擴增實境影像，顯示器120並依據驅動信號DRV來調整顯示影像的亮度。光偵測器140耦接至控制器130。光偵測器140用以偵測環境光的一環境光亮度AMBL，並將所偵測到的環境光亮度AMBL的相關資訊傳送至控制器130。控制器130則依據設定值、環境光亮度AMBL以及最低灰階亮度值以產生選中穿透率以及最大灰階亮度值。控制器130並依據選中穿透率產生控制信號CTR，並依據顯示資料DSPDATA及最大灰階亮度值以產生驅動信號DRV。

進一步來說明，設定值用以設定顯示器120所產生的顯示影像的穿透狀態，設定值可以由控制器130的外部來進行輸入。在本發明實施例中，設定值可以由使用者進行輸入。並且，在本發明實施例中，設定值CR可以等於 ，其中W255為最大灰階亮度值，B0為最低灰階亮度值，ECDTr為選中穿透率，ALIT為環境光亮度。

依據上述的說明，在設定值CR完成設定後，控制器130可依據已知的最低灰階亮度值（=B0）以及偵測出的環境光亮度（=ALIT）來獲得最大灰階亮度值（=W255）以及選中穿透率（=ECDTr）。控制器130並可依據選中穿透率來產生控制信號CTR，以透過選中穿透率來調整光穿透控制器110，並使光穿透控制器110調整環境光的穿透量。

進一步來說明，控制器130可依據環境光亮度AMBL以及設定值CR來設定最大灰階亮度值，再依據上述設定值CR與最大灰階亮度值（=W255）、最低灰階亮度值（=B0）、選中穿透率（=ECDTr）以及環境光亮度AMBL的關係式來計算出選中穿透率（=ECDTr）。

在另一方面，上述設定值CR、環境光亮度AMBL、最低灰階亮度值（=B0）與選中穿透率（=ECDTr）以及最大灰階亮度值（=W255）的關係可以建立在一查找表中。舉例來說明，查找表可以如表1所示：

表1：

環境	環境光亮度(nit)	ECDTr	W255 @CR=2 (nit)	W255 @CR=10 (nit)	W255 @CR=6 (nit)
暗	0.1	100%	0.7	3.9	2.3
1	100%	1.6	12	6.8
15	100%	15.6	138	76.8
室內	50	100%	50.6	453	251.8
300	98%	294.6	2649	1471.8
600	55%	330.6	2973	1651.8
1000	35%	350.6	3153	1751.8
室外	2000	18%	360.6	3243	1801.8
3000	13%	390.6	3513	1951.8
3500	12%	420.6	3783	2101.8
4000	10.7%	428.6	3855	2141.8
4500	9.7%	437.1	3931.5	2184.3
5000	8.9%	445.6	4008	2226.8
6000	8%	480.6	4323	2401.8

上述的表1對應的最低灰階亮度值例如等於0.3nit。其中依據環境光亮度AMBL的高低可被區分出暗、室內以及室外三種不同的環境。而依據設定值CR的高低，則可設定不同的最大灰階亮度值（W255）。在本實施例中，設定值CR對應設定顯示影像的影像透明度，其中設定值CR的大小與影像透明度的高低負相關。透過偵測出的環境光亮度AMBL，根據查找出的選中穿透率（ECDTr），以便計算出最大灰階亮度值（W255），可。

值得注意的，表1中並未針對所有可能的設定值CR進行記錄。在當設定值CR未被記錄在表1中時，控制器130可透過內插法或外插法的方式來計算，並獲得對應的最大灰階亮度值（W255）以及選中穿透率（ECDTr）。

附帶一提的，查找表可設置在控制器130中的任一儲存裝置內，或也可以儲存在控制器130外的任意形式的儲存裝置中，沒有特定的限制。

以下請參照圖2，圖2繪示本發明一實施例的頭戴式顯示裝置的操作示意圖。頭戴式顯示裝置200具有光穿透控制器210以及顯示器220。光穿透控制器210以及顯示器220依序配置在目標區TG前。光穿透控制器210用以控制穿透至目標區TG的環境光ENV的穿透量，顯示器220則投射顯示影像DIMG至目標區TG，其中目標區TG可以為使用者眼睛的位置。

在本實施例中，透過偵測環境光亮度，頭戴式顯示裝置200可同步調整穿透至目標區TG的環境光ENV的穿透量，以及調整顯示器220產生顯示影像DIMG的亮度。在兼具安全性的條件下，提升顯示品質。

以下請參照圖3，圖3繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示器的示意圖。頭戴式顯示器300包括光穿透控制器310-1、310-2、顯示器320-1、320-2、控制器330、光偵測器340、查找表350以及設定值接收介面360。在本實施例中，光穿透控制器310-1以及顯示器320-1可對應使用者的第一眼，光穿透控制器310-2以及顯示器320-2則可對應使用者的第二眼。控制器330同時耦接光穿透控制器310-1、310-2以及顯示器320-1、320-2。光偵測器340用以偵測環境光的環境光亮度，並提供環境光亮度的相關資訊至控制器330。設定值接收介面360耦接至控制器330，並用以接收使用者所輸入的設定值。控制器330可依據環境光亮度以及設定值以對查找表350執行查找動作，或更透過內插、外差的運算，以便計算出選中穿透率以及最大灰階亮度值。

設定值接收介面360可以為一圖形介面，在本實施例中，設定值接收介面360提供可移動的游標SB。使用者例如可透過觸控媒介來調整游標SB的位置，來提供對應的設定值至控制器330。本實施例的游標SB可在0~100的穿透度間移動，當使用者要提高顯示影像的穿透度時，可使游標SB由位置PO1移動至位置PO2。相對的，當使用者要降低顯示影像的穿透度時，可使游標SB由位置PO2移動至位置PO1。設定值接收介面360並可依據游標SB所在的位置產生設定值，並將設定值提供至控制器330。

附帶一提的，在本實施例中，顯示器320-1包括顯示面板321-1、背光板322-1以及時序控制器323-1。顯示面板321-1以及背光板322-1相互重疊配置，時序控制器323-1則耦接至顯示面板321-1以及背光板322-1。時序控制器323-1操控顯示面板321-1以及背光板322-1以執行顯示影像的顯示動作。在另一方面，顯示器320-2包括顯示面板321-2、背光板322-2以及時序控制器323-2。顯示面板321-2以及背光板322-2相互重疊配置，時序控制器323-2則耦接至顯示面板321-2以及背光板322-2。時序控制器323-2操控顯示面板321-2以及背光板322-2以執行顯示影像的顯示動作。上述顯示器320-1以及320-2可以為本領域具通常知識者所熟知的顯示器，相關的動作細節也為本領域具通常知識者所熟知，在此恕不多贅述。

以下請參照圖4A以及圖4B，其中圖4A繪示本發明實施例的環境光亮度以及選中穿透率的關係曲線圖，圖4B繪示本發明實施例的環境光亮度以及最大灰階亮度值的關係曲線圖。依據圖4A的繪示，環境光亮度以及用以控制光穿透控制器的選中穿透率是負相關的。其中當環境光亮度提高時，光穿透控制器的選中穿透率對應被降低。而依據圖4B，環境光亮度以及所設定的最大灰階亮度值則是正相關的。也就是說，當環境光亮度提高時，最大灰階亮度值對應被升高。

以下請參照圖5，圖5繪示本發明一實施例的頭戴式顯示器的控制方法的流程圖。其中步驟S510偵測環境光的環境光亮度；步驟S520依據設定值、環境光亮度以及最低灰階亮度值以產生選中穿透率以及最大灰階亮度值；依據選中穿透率產生控制信號，並依據顯示資料及該最大灰階亮度值以產生驅動信號；步驟S530依據驅動信號以產生顯示影像，並在步驟S540依據控制信號以控環境光的穿透量。

關於上述步驟的實施細節，在前述的多個實施例已有詳細的說明，以下恕不多贅述。

請參照圖6，圖6繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示器的控制方法的流程圖。步驟S610接收設定值，步驟S620偵測環境光亮度，並在步驟S630中依據查找表獲得最大灰階亮度值以及選中穿透率。接著，在步驟S640以及S650中針對最大灰階亮度值的大小進行判斷，其中步驟S640判斷最大灰階亮度值是否大於頭戴式顯示器中的顯示器所能呈現的最大亮度，若最大灰階亮度值大於上述的最大亮度，則設定最大灰階亮度值等於顯示器所能呈現的最大亮度（步驟S680）；相對的，若最大灰階亮度值不大於上述的最大亮度，則執行步驟S650。

步驟S650則判斷最大灰階亮度值是否小於頭戴式顯示器中的顯示器所能呈現的最小亮度，若最大灰階亮度值小於上述的最小亮度，則設定最大灰階亮度值等於顯示器所能呈現的最小亮度（步驟S670）；相對的，若最大灰階亮度值不小於上述的最小亮度，則執行步驟S660。

步驟S660用以維持最大灰階亮度值，步驟S690則依據最大灰階亮度值以及選中穿透率來分別調整顯示器以及光穿透器的操作。

附帶一提的，上述步驟S640、S650的執行順序沒有特別的限定，其中步驟S640、S650可以同步進行，也可以先執行步驟S650後執行步驟S640。

綜上所述，本發明的頭戴式顯示器依據環境光亮度以及設定顯示影像穿透度的設定值，來針對顯示影像的亮度以及光穿透控制器的環境光穿透亮進行調整。如此一來，在不同的環境情境中，頭戴式顯示器可在兼顧安全性的條件下，優化所產生的顯示影像的品質，提升頭戴式顯示器的整體表現。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300：頭戴式顯示器 110、210、310-1、310-2：光穿透控制器 120、220、320-1、320-2：顯示器 130、330：控制器 140、340：光偵測器 350：查找表 360：設定值接收介面 321-1、321-2：顯示面板 322-1、322-2：背光板 323-1、323-2：時序控制器 CTR：控制信號 DRV：驅動信號 AMBL：環境光亮度 DSPDATA：顯示資料 DIMG：顯示影像 TG：目標區 ENV：環境光 SB：游標 PO1、PO2：位置2 S510~S540、S610~S690：頭戴式顯示器的控制方法的步驟

圖1繪示本發明一實施例的頭戴式顯示器的示意圖。 圖2繪示本發明一實施例的頭戴式顯示裝置的操作示意圖。 圖3繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示器的示意圖。 圖4A繪示本發明實施例的環境光亮度以及選中穿透率的關係曲線圖。 圖4B繪示本發明實施例的環境光亮度以及最大灰階亮度值的關係曲線圖。 圖5繪示本發明一實施例的頭戴式顯示器的控制方法的流程圖。 圖6繪示本發明另一實施例的頭戴式顯示器的控制方法的流程圖。

Claims (14)

1. 一種頭戴式顯示器，包括：一光穿透控制器，依據一控制信號以控制一環境光的穿透量；一光偵測器，偵測該環境光的一環境光亮度；一顯示器，依據一驅動信號以產生一顯示影像；以及一控制器，依據一設定值、該環境光亮度以及一最低灰階亮度值以產生一選中穿透率以及一最大灰階亮度值，依據該選中穿透率產生該控制信號，並依據一顯示資料及該最大灰階亮度值以產生該驅動信號，其中該設定值依據該最大灰階亮度值、該最低灰階亮度值、該選中穿透率與該環境光亮度而決定。
2. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，其中該顯示器投射該顯示影像至一目標區，該光穿透控制器用以控制穿透至該目標區的該環境光的穿透量。
3. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，其中該設定值等於，其中W255為該最大灰階亮度值，B0為該最低灰階亮度值，ECDTr為該選中穿透率，ALIT為該環境光亮度。
4. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，更包括：一查找表，耦接至該控制器，用以記錄該設定值、該環境光亮度、該最低灰階亮度值與該選中穿透率以及該最大灰階亮度值的關係。
5. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，更包括：一設定值接收介面，耦接該控制器，用以接收該設定值。
6. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，其中該環境光亮度與該最大灰階亮度值正相關。
7. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，其中該環境光亮度與該選中穿透率負相關。
8. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，其中該設定值與該顯示影像的透明度負相關。
9. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，其中該控制器判斷該最大灰階亮度值是否大於一最大亮度，當該最大灰階亮度值大於該最大亮度時，使該最大灰階亮度值等於該最大亮度。
10. 如申請專利範圍第1項所述的頭戴式顯示器，其中該控制器判斷該最大灰階亮度值是否小於一最小亮度，當該最大灰階亮度值小於該最小亮度時，使該最大灰階亮度值等於該最小亮度。
11. 一種頭戴式顯示器的控制方法，包括：偵測一環境光的一環境光亮度；依據一設定值、該環境光亮度以及一最低灰階亮度值以產生一選中穿透率以及一最大灰階亮度值，依據該選中穿透率產生一控制信號，並依據一顯示資料及該最大灰階亮度值以產生一驅動信號，其中該設定值依據該最大灰階亮度值、該最低灰階亮度值、該選中穿透率與該環境光亮度而決定；依據該驅動信號以產生一顯示影像；以及依據該控制信號以控制該環境光的穿透量。
12. 如申請專利範圍第11項所述的控制方法，其中該設定值等於，其中W255為該最大灰階亮度值，B0為該最低灰階亮度值，ECDTr為該選中穿透率，ALIT為該環境光亮度。
13. 如申請專利範圍第11項所述的控制方法，更包括：判斷該最大灰階亮度值是否大於一最大亮度，當該最大灰階亮度值大於該最大亮度時，使該最大灰階亮度值等於該最大亮度。
14. 如申請專利範圍第11項所述的控制方法，更包括：判斷該最大灰階亮度值是否小於一最小亮度，當該最大灰階亮度值小於該最小亮度時，使該最大灰階亮度值等於該最小亮度。