虛像顯示裝置製造方法

2023-12-06 06:31:16 1

虛像顯示裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開一種虛像顯示裝置，適於應用在醫學手術上，用於操作手術器械。虛像顯示裝置包括至少一虛像顯示模塊，配置於使用者的至少一眼睛前方。虛像顯示模塊包括圖像顯示單元以及分光單元。圖像顯示單元提供圖像光束，其中圖像光束包括至少一手術信號。分光單元配置於圖像光束及來自外界物體的實體光束的傳遞路徑上。分光單元將至少部分實體光束傳遞至眼睛，且將至少部分圖像光束傳遞至眼睛，以顯示虛像。
【專利說明】虛像顯示裝置

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種顯示裝置，且特別是涉及一種虛像顯示裝置。

【背景技術】
[0002] 成像系統在許多醫療應用以及非醫療應用中起重要作用。舉例而言，以成像系統 在內視鏡檢查術（endoscopy)的應用為例，內視鏡成像系統將可允許醫生檢查人體的內部 器官或以微創方式（minimally invasive means)進行內視鏡手術。如此，將可避免傳統手 術的較大傷口，保留手術切口周圍器官及肌肉組織的完整，減少輸血需求，降低組織沾黏、 僵硬及細菌感染等併發症，避免不美觀的手術疤痕，並大幅縮短病人住院及康復時間。
[0003] -般而言，在內視鏡手術中，醫生需藉助監視器來觀察人體內部的手術情況，以做 為調整手術器械的位移量與角度修正。然而，在目前的內視鏡手術中，由於監視器放置於遠 方某一固定處，因此醫生必須長時間固定視角觀察該監視器，不但容易造成眼睛、頸、肩的 疲勞，且對於經驗較淺的外科醫生而言，操作手術器械的方向感不易掌控。如此，在手術進 行中，需要不斷的修正與調適方向感，因而加長手術時間，增加手術風險。


【發明內容】

[0004] 為解決上述問題，本發明的一實施例的虛像顯示裝置，適於應用在醫學手術上，用 於操作手術器械。虛像顯示裝置包括至少一虛像顯示模塊，虛像顯示模塊並配置於使用者 的至少一眼睛前方。虛像顯示模塊包括圖像顯示單元以及分光單元。圖像顯示單元提供圖 像光束，其中圖像光束包括至少一手術信號。分光單元配置於圖像光束及來自外界物體的 實體光束的傳遞路徑上，分光單元將至少部分實體光束傳遞至眼睛，且分光單元將至少部 分圖像光束傳遞至眼睛，以顯示虛像。
[0005] 本發明的一實施例的虛像顯示裝置包括至少一虛像顯示模塊以及環境光調節單 元。虛像顯示模塊配置於使用者的至少一眼睛前方。虛像顯示模塊包括圖像顯示單元以及 分光單元。圖像顯示單元提供圖像光束。分光單元配置於圖像光束及來自外界物體的實體 光束的傳遞路徑上，分光單元將至少部分實體光束傳遞至眼睛，且將至少部分圖像光束傳 遞至眼睛，以顯示虛像。環境光調節單元位於實體光束的傳遞路徑上，用以調整至少部分實 體光束亮度與至少部分圖像光束亮度的比例。
[0006] 為讓本發明的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附的附圖作詳 細說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1是本發明一實施例的一種虛像顯示裝置應用於醫學手術中的架構示意圖；
[0008] 圖2是圖1的虛像顯示裝置配戴於使用者頭上的示意圖；
[0009] 圖3是圖1的控制存儲模塊的架構示意圖；
[0010] 圖4是圖1的虛像顯示裝置的架構示意圖；
[0011] 圖5A至圖5C是圖1的虛像顯示裝置的不同成像畫面示意圖；
[0012] 圖6A是圖1的一種虛像顯示模塊的架構示意圖；
[0013] 圖6B是圖1的另一種虛像顯示模塊的架構示意圖；
[0014] 圖6C是圖1的又一種虛像顯示模塊的架構示意圖；
[0015] 圖6D是圖6C的液態透鏡的結構示意圖；
[0016] 圖7A是圖1的虛像顯示模塊的外觀示意圖；
[0017] 圖7B是圖1的虛像顯示模塊的分解圖；
[0018] 圖7C是圖1的虛像顯示裝置的局部構件分解圖；
[0019] 圖7D是圖1的虛像顯示裝置的局部構件分解圖；
[0020] 圖7E是圖1的虛像顯示模塊的另一種外觀示意圖；
[0021] 圖7F是圖7E的虛像顯示模塊設置於框架時的外觀示意圖；
[0022] 圖8A與圖8B是圖1的另一種框架的外觀示意圖；
[0023] 圖8C與圖8D是圖7E的虛像顯示模塊設置於框架時的外觀示意圖；
[0024] 圖9A是圖1的虛像顯示裝置的實體光束遮蔽區域的示意圖；
[0025] 圖9B至圖9M是圖1的不同環境光調節單元的外觀示意圖；
[0026] 圖10是圖1的另一種環境光調節單元的結構示意圖；
[0027] 圖IlA與圖IlB是圖1的適於收納虛像顯示裝置的不同外殼的示意圖；
[0028] 圖12是本發明另一實施例的一種虛像顯示模塊的架構示意圖；
[0029] 圖13是本發明又一實施例的一種虛像顯示模塊的架構示意圖；
[0030] 圖14A是本發明再一實施例的一種虛像顯示裝置的架構示意圖；
[0031] 圖14B是圖14A的一種虛像顯示模塊的架構示意圖；
[0032] 圖15A是本發明再一實施例的一種虛像顯示裝置的架構示意圖；
[0033] 圖15B是圖15A的一種虛像顯示模塊的架構示意圖；
[0034] 圖16A是本發明另一實施例的一種虛像顯示裝置的外觀示意圖；
[0035] 圖16B是圖16A的虛像顯示裝置的局部構件分解圖；
[0036] 圖16C是圖16A的一種虛像顯示模塊的架構示意圖；
[0037] 圖16D是圖16C的虛像顯示模塊的架構示意圖；
[0038] 圖17是圖16A的另一種虛像顯示模塊的架構示意圖；
[0039] 圖18是圖16A的又一種虛像顯示模塊的架構示意圖；
[0040] 圖19是圖16A的再一種虛像顯示模塊的架構示意圖。
[0041] 符號說明
[0042] 100、200、200a、710e、1600 :虛像顯示裝置
[0043] 110、110a、110b、1210、1310、1410、1510、1610、1710、1810、1910 :虛像顯示模塊
[0044] 111:圖像顯示單元
[0045] Illa:光源模塊
[0046] Illb :顯示面板
[0047] 112:波片
[0048] 113、1213、1413、1513 :移動補償透鏡組
[0049] 1413a :第一透鏡
[0050] 1413b :第二透鏡
[0051] 1513c:第三透鏡
[0052] 1813:第四透鏡
[0053] 114、1314 :反射單元
[0054] 114a:透鏡
[0055] 114b:反射膜層
[0056] 115、1415 :分光單元
[0057] 116:第一補償透鏡
[0058] 117:玻璃片
[0059] 1618 :導光棒
[0060] 119:出瞳
[0061] 120 :控制存儲模塊
[0062] 121 :存儲單元
[0063] 121a :病歷資料庫
[0064] 121b:圖像資料庫
[0065] 121c :視力補償數據表
[0066] 123 :控制單元
[0067] 125 :殼體
[0068] 130 :攝像單元
[0069] 140、140d、140j、140m、140' ：環境光調節單元
[0070] 150 :框架
[0071] 160 :驅動單元模塊
[0072] 170:可旋轉支撐座
[0073] 180 :機構調整單元模塊
[0074] 181 :固定座
[0075] 183:固定架
[0076] 190 :外殼
[0077] 190al :左部分外殼
[0078] 190a2 :右部分外殼
[0079] 190bl :前蓋
[0080] 190b2 :後框
[0081] AX、0X:光軸
[0082] AB :輔助頭帶
[0083] AT :調整軌
[0084] BA:實體光束遮蔽區域
[0085] CG :玻璃蓋
[0086] DSM :位移感測模塊
[0087] EY :眼睛
[0088] FA、FX:鎖固構件
[0089] FC :鎖固孔
[0090] FO :具有黏性的物質
[0091] IB:圖像光束
[0092] IP:反曲點
[0093] ICM :圖像擷取模塊
[0094] LC :液晶單元
[0095] PA :局部區域
[0096] PS :外部醫學儀器
[0097] SB :實體光束
[0098] SCM :語音擷取模塊
[0099] SD :手術器械
[0100] T1、T2:可變間距
[0101] UR:使用者
[0102] VI :虛像
[0103] SC:側蓋
[0104] BC :底蓋
[0105] EL:外部鏡片
[0106] RA:轉軸
[0107] RX:外部構件
[0108] x、y:方向
[0109] S00、S101、S102、S103、S104、S105、S106、S107、S108、S109、S110、S111、S112、S113、 S114、S161、S162、S163、S164、S165、S212、S213、S307、S404、S405、S406、S407、S408、S409、 S505、S506、S507、S508、S509、S510、S511、S602、S603、S604、S605、S606、S702、S703、S704、 S705、S706、S707、S708、S709、S710、S711、S806、S807、S808、S809、S810 :表面

【具體實施方式】
[0110] 圖1是本發明一實施例的一種虛像顯示裝置應用於醫學手術中的架構示意圖。圖 2是圖1的虛像顯示裝置配戴於使用者頭上的示意圖。請參照圖1與圖2,在本實施例中， 虛像顯示裝置100適於應用在醫學手術上，用於操作手術器械SD，以允許醫生或使用者UR 檢查人體的內部器官或以微創方式（minimally invasive means)進行內視鏡手術。具體 而言，在本實施例中，虛像顯示裝置100包括虛像顯示模塊110、控制存儲模塊120、攝像單 元130、環境光調節單元140以及框架150。更詳細而言，如圖1所示，控制存儲模塊120還 包括殼體125,且殼體125可配置於使用者UR身上，以適於方便使用者UR進行移動。在本 實施例中，殼體125的材質例如為抗菌或滅菌材料。此外，如圖2所示，虛像顯示模塊110 與環境光調節單元140配置於框架150上，以適於配置於使用者UR的至少一眼睛EY前方。
[0111] 進一步而言，請再參照圖1，在本實施例中，攝像單元130電連接至虛像顯示模塊 110以及控制存儲模塊120,用以取得並傳遞圖像信號至虛像顯示模塊110,以取得患者的 組織圖像。舉例而言，攝像單元130可通過一個已插入患者皮膚的套管插入患者體腔。醫 生或使用者UR可通過手術器械SD將此攝像單元130橫向來回移動，以使攝像單元130可 從不同角度擷取患者的組織圖像，並經由控制存儲模塊120傳遞至虛像顯示模塊110,以使 虛像顯示模塊110可於使用者UR眼前形成虛像VI。此外，患者組織圖像也可存儲於控制存 儲模塊120中。以下將搭配圖3,針對控制存儲模塊120的內部架構進行進一步解說。
[0112] 圖3是圖1的控制存儲模塊的架構示意圖。請參照圖1與圖3,在本實施例中，控 制存儲模塊120包括存儲單元121以及控制單元123,且控制存儲模塊120的殼體125 (如 圖1所示）具有容置空間，因此可用以容置存儲單元121以及控制單元123。具體而言，存 儲單元121以存儲相關手術信號。舉例而言，在本實施例中，存儲單元121包括圖像資料庫 121b以及病歷資料庫121a。更詳細而言，圖像資料庫121b例如可存儲上述攝像單元130 所取得的患者組織圖像或器官圖像。另一方面，使用者UR也可事先將提供接受手術者的姓 名、年齡、診斷數據、手術部位、手術方式、特別注意事項如藥物過敏、心律調節器、傳染性疾 病等病歷數據輸入並存儲於病歷資料庫121a中。
[0113] 另一方面，具體而言，在本實施例中，控制存儲模塊120與虛像顯示模塊110電連 接，且控制單元123控制存儲單元121以調整手術信號的輸出，並將相關手術信號傳遞至虛 像顯示模塊110的成像畫面中，以令使用者UR可依實際需求使虛像顯示模塊110顯示所需 的手術信號。
[0114] 舉例而言，控制單元123可控制存儲單元121的圖像資料庫121b的圖像輸出，依 使用者UR的實際需求控制患者的組織圖像的顯示或重播手術進行過程中的圖像。或是，控 制單元123可控制存儲單元121的病歷資料庫121a的病例信號輸出，令使用者UR可依實 際需求獲知所需的病歷信號。此外，控制單元123還可連接至少一外部醫學儀器PS，並接收 至少一外部醫學儀器PS所產生的參數信號。舉例而言，控制單元123可與手術器械SD (如 圖1所示）連接，以取得手術器械SD的操作控制參數，以便於使用者UR可更精準地操控手 術器械SD的定位。或是，控制單元123可與生理信號監測儀連接，並據此取得患者於手術 中的生理信號（例如體溫、心跳、血壓、血氧濃度等信號），以即時掌控患者情況。
[0115] 以下將搭配圖4至圖5C，針對虛像顯示裝置100的結構設計及成像原理進行進一 步解說。
[0116] 圖4是圖1的虛像顯示裝置的架構示意圖。圖5A至圖5C是圖1的虛像顯示裝置 的不同成像畫面示意圖。請參照圖4,在本實施例中，虛像顯示裝置100還包括驅動單元模 塊160,且虛像顯示模塊110包括圖像顯示單元111、分光單元115、波片（wave plate) 112 以及反射單元114。具體而言，在本實施例中，分光單元115可為偏振分光器（Polarization Beam Splitter, PBS)、線柵偏振分光器（wire grid type PBS)或反射型偏光膜（Dual Brightness Enhancement Film, DBEF)，而可對具有不同偏振態的入射光線提供折射或反 射作用。另一方面，波片112例如可為四分之一波片112,以改變入射光線的偏振態。此外， 反射單元114例如可鍍有反射金屬膜層，而可達到反射光線的功能。舉例而言，在本實施例 中，反射單元114可為非球面凹面鏡，但本發明不以此為限。
[0117] 進一步而言，請參照圖4,圖像顯示單元111可接收來自控制存儲模塊120的至少 一手術信號，並據此提供圖像光束IB。舉例而言，圖像光束IB可包括前述患者的器官組織 圖像、病歷數據、或是生理信號等手術信號。驅動單元模塊160與虛像顯示模塊110的圖像 顯示單元111電連接，用以驅動圖像顯示單元111提供圖像光束IB。更詳細而言，在本實施 例中，圖像顯示單元111例如包括光源模塊Illa以及顯示面板111b。光源模塊Illa提供 照明光束，顯示面板Illb則配置於照明光束的傳遞路徑上，並將照明光束轉換成圖像光束 IB。舉例而言，在本實施例中，顯示面板Illb可為液晶顯示面板Illb或矽基液晶（Liquid Crystal on Silicon, LCOS)顯示器，但本發明不以此為限。
[0118] 另一方面，也如圖4所示，分光單元115配置於圖像光束IB及來自外界物體的實 體光束SB的傳遞路徑上，而波片112及反射單元114配置於部分圖像光束IB的傳遞路徑 上。更詳細而言，波片112位於分光單元115與反射單元114之間，並可用以改變圖像光束 IB的偏振態。進一步而言，在本實施例中，分光單元115將至少部分實體光束SB傳遞至眼 睛EY，並將至少部分圖像光束IB傳遞至眼睛EY。舉例而言，分光單元115可使至少部分實 體光束SB穿透並傳遞至眼睛EY，且讓圖像顯示單元111所發出的至少部分圖像光束IB穿 透而傳遞至反射單元114,其中通過分光單元115的至少部分圖像光束IB與實體光束SB具 有弟一偏振態。接著，圖像光束IB則在經過波片112後被傳遞至反射單兀114中。由於在 本實施例中，波片112具有四分之一波長的延遲效果，因此圖像光束IB的偏振態則被改變 為圓偏振態。
[0119] 之後，圖像光束IB被反射單元114反射後，將再度通過波片112,因此的偏振態將 再度發生變化，而變為第二偏振態，其中第一偏振態與第二偏振態例如為彼此正交的線偏 振態。接著，具有第二偏振態的圖像光束IB被傳遞至分光單元115,而可被反射至眼睛EY， 以顯示虛像VI。
[0120] 此外，在本實施例中，由於來自外界物體的實體光束SB也可通過環境光調節單元 140以及分光單元115傳遞至眼睛EY，因此也可令使用者UR可同時觀看到虛像顯示裝置 100前方的實物圖像以及上述的虛像VI。使用者UR並可通過控制單元123依實際需求來 使虛像VI與實物圖像以分別獨立顯示或互相疊置的方式顯示於眼前（如圖5A至圖5C所 示）。
[0121] 然而，一般而言，當反射單元114的焦距越小，則虛像顯示裝置100的視角會增加， 並且搭配的其他光學元件的尺寸也會相應增加，如此一來，離軸光的像差（aberration)如 畸變（distortion)、場曲（field curvature)與像散（astigmatism)之類的像差會變得明 顯，進而影響圖像品質。因此，虛像顯示模塊110將可依實施需求搭配不同光學構件進行整 體光學結構設計，以維持良好的圖像品質。以下將搭配圖6A至圖6D，針對虛像顯示模塊110 的整體光學結構設計進行詳細解說。
[0122] 圖6A是圖1的一種虛像顯示模塊的架構示意圖。請參照圖6A，在本實施例中，虛 像顯示裝置100可還包括移動補償透鏡組113,移動補償透鏡組113配置於圖像光束IB的 傳遞路徑上，且位於圖像顯示單元111與分光單元115之間。當反射單元114由於需要較大 視角而設計具有較小的焦距時，移動補償透鏡組113可補償因此所產生的像差，進而可改 善圖像品質。舉例而言，移動補償透鏡組113可為凸透鏡。更詳細而言，在本實施例中，移 動補償透鏡組113為平凸透鏡，然而本發明不以此為限，在其他的實施例中，移動補償透鏡 組113可具有不同的光學鏡片元件，也可因應實際需求，而達到良好的整體光學設計效果。
[0123] 詳細而言，在本實施例中，移動補償透鏡組113與反射單元114的屈光度都為正 值。換言之，在本實施例中，反射單元114為凹面鏡。並且，移動補償透鏡組113的焦距小於 反射單元114的焦距。由此,在本實施例中，圖像顯示單元111可通過配置於反射單元114 的焦距與移動補償透鏡組113的焦距所綜合形成的總焦距內，以對使用者UR的眼睛EY產 生正立放大虛像VI。此外，當移動補償透鏡組113的配置於圖像顯示單元111與分光單元 115之間時，且移動補償透鏡組113的焦距小於反射單元114的有效焦距時，可有效地修正 上述的像差而可改善圖像品質。
[0124] 另一方面，請參照圖6A，在本實施例中，當虛像顯示裝置100在適用於正常視力使 用者的模式下時，虛像顯示裝置100符合d-2A〈f，其中d為圖像顯示單元111到反射單元 114的表面的距離，f為反射單元114的焦距，A為圖像顯示單元111至反射單元114之間 沿著光軸AX的光路徑上的任一位置的光程長度與實際長度的差值除以位置的折射率後所 得到的比值，且2A為圖像顯示單元111至反射單元114之間沿著光軸AX的光路徑上的所 有位置的A的總和，其中所有位置的A至少部分不相同。具體而言，在本實施例中，d-2A〈f 可表不為：

【權利要求】
1. 一種虛像顯示裝置，適於應用在醫學手術上，用於操作手術器械，其特徵在於，包 括： 至少一虛像顯示模塊，配置於使用者的至少一眼睛前方，且該至少一虛像顯示模塊包 括： 圖像顯示單元，提供圖像光束，其中該圖像光束包括至少一手術信號；以及 分光單元，配置於該圖像光束及來自外界物體的實體光束的傳遞路徑上，該分光單元 將至少部分該實體光束傳遞至該眼睛，且該分光單元將至少部分該圖像光束傳遞至該眼 睛，以顯示虛像。
2. 如權利要求1所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括環境光調節單元，位於該實 體光束的傳遞路徑上，用以調整該至少部分實體光束亮度與該至少部分圖像光束亮度的比 例。
3. 如權利要求2所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該環境光調節單元包括至少一濾 光片、偏光片、遮板、變色鏡片的任一者或其組合，用以調整被反射至該眼睛的該至少部分 實體光束的亮度，並於該眼睛中形成實體光束遮蔽區域。
4. 如權利要求3所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該至少一濾光片為多個濾光片，部 分該些濾光片具有不同尺寸，且該使用者選擇其中一該濾光片，以切換該實體光束遮蔽區 域的尺寸。
5. 如權利要求2所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括控制存儲模塊，並與該虛像 顯示模塊電連接，且該控制存儲模塊包括： 存儲單元，用以存儲該至少一手術信號；以及 控制單元，該控制單元控制該環境光調節單元以調整環境光，並控制該存儲單元以調 整該手術信號的輸出，且控制切換該虛像的成像位置以及成像畫面尺寸。
6. 如權利要求5所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該環境光調節單元包括液晶單元， 用以調整通過該液晶單元的局部區域的該至少部分實體光束的亮度或偏振態，並於該眼睛 中形成實體光束遮蔽區域。
7. 如權利要求6所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該控制單元調整該液晶單元的該 局部區域的範圍，以切換該實體光束遮蔽區域的尺寸。
8. 如權利要求5所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該存儲單元還存儲視力補償數據 表，且該控制單元查詢該視力補償數據表以取得視力補償信號。
9. 如權利要求8所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該虛像顯示模塊還包括第一補償 透鏡，該第一補償透鏡配置於該圖像光束的傳遞路徑上，且位於該分光單元與該眼睛之間。
10. 如權利要求9所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該第一補償透鏡為鏡片，且該使 用者根據該視力補償信號選擇該第一補償透鏡，以進行視力補償。
11. 如權利要求9所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，當該第補償透鏡為液態透鏡，該 第一補償透鏡與該控制單元電連接，且該控制單元根據該視力補償信號調整該第一補償透 鏡，以切換該虛像的成像位置。
12. 如權利要求8所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該虛像顯示模塊還包括移動補償 透鏡組，該移動補償透鏡組配置於該圖像光束的傳遞路徑上，並位於該圖像顯示單元與該 分光單元之間。
13. 如權利要求12所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該控制單元根據該視力補償信 號調整該圖像顯示單元與該移動補償透鏡組的相對位置，以調整該虛像的成像位置或成像 畫面尺寸。
14. 如權利要求12所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該控制單元根據該視力補償信 號調整該圖像顯示單元與該移動補償透鏡組相對於該分光單元的位置，以調整該虛像的成 像位置或成像畫面尺寸。
15. 如權利要求12所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該移動補償透鏡組包括凸透鏡。
16. 如權利要求12所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該移動補償透鏡組包括至少二 非球面透鏡。
17. 如權利要求16所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該移動補償透鏡組包括從該分 光單元往該圖像顯示單元依序排列的第一透鏡以及第二透鏡，且該第一透鏡以及該第二透 鏡的屈光度分別為正、負。
18. 如權利要求17所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該第一透鏡與該第二透鏡分別 為雙凸透鏡與凸凹透鏡，且該第一透鏡與該第二透鏡為非球面透鏡。
19. 如權利要求18所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，當沿著該第二透鏡的光軸切開 該第二透鏡面向該圖像顯示單元的凸面時所得到的截線具有至少一個反曲點。
20. 如權利要求18所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該第一透鏡的阿貝數大於40以 及該第二透鏡的阿貝數小於40。
21. 如權利要求17所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該移動補償透鏡組還包括第三 透鏡，配置於該圖像顯示單元與該第二透鏡之間，且該第三透鏡的屈光度為正。
22. 如權利要求21所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該第三透鏡為雙凸透鏡，該第三 透鏡為非球面透鏡。
23. 如權利要求21所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，當沿著該第三透鏡的光軸切開 該第三透鏡面向該圖像顯示單元的凸面時所得到的截線具有至少一個反曲點。
24. 如權利要求21所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該第三透鏡的阿貝數大於40。
25. 如權利要求5所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該控制存儲模塊還包括殼體，該 殼體具有容置空間，用以容置該存儲單元以及該控制單元，且該殼體配置於該使用者身上。
26. 如權利要求25所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該殼體的材質為抗菌或滅菌材 料。
27. 如權利要求5所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括框架，且該環境光調節單 元配置於該框架上。
28. 如權利要求27所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括圖像擷取模塊，並配置於 該框架上，與該控制單元電連接，用以擷取手勢圖像信號，該手勢圖像信號並被傳遞至該控 制單元，該控制單元根據該手勢圖像信號來執行對應至該手勢圖像信號的功能。
29. 如權利要求27所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括重力感測器、陀螺儀或其 任意組合所構成群組的其中之一，配置於該框架上，用以判別該框架的轉動方向及速度，並 產生位移信號，且該位移信號被傳遞至該控制單元，該控制單元根據該位移信號來執行對 應至該位移信號的功能。
30. 如權利要求27所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括語音擷取模塊，與該控制 單元電連接，並配置於該框架上，用以擷取語音信號，該語音信號並被傳遞至該控制單元， 該控制單元根據該語音信號來執行對應至該語音信號的功能。
31. 如權利要求27所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，虛像顯示裝置還包括： 驅動單元模塊，與該至少一虛像顯示模塊的該圖像顯示單元電連接，用以驅動該圖像 顯示單元提供該圖像光束；以及 可旋轉支撐座，配置於該驅動單元模塊下方，其中該至少一虛像顯示模塊、該可旋轉支 撐座與該框架組合成眼鏡式虛像顯示裝置。
32. 如權利要求31所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該驅動單元模塊還包括機構調 整單元模塊，其中該機構調整單元模塊包括： 多個鎖固構件； 固定座，具有調整軌；以及 至少一固定架，位於該調整軌上，其中該固定架具有多個鎖固孔，該至少一虛像顯示模 塊通過部分該些鎖固構件鎖附於該固定架上，以使該至少一虛像顯示模塊適於沿該調整軌 移動。
33. 如權利要求32所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該至少一虛像顯示模塊通過其 中一該鎖固構件將該驅動單元模塊與該圖像顯示單元耦接，且適於通過該鎖固構件調整該 驅動單元模塊與該圖像顯示單元的相對位置。
34. 如權利要求31所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括外殼，具有容置空間，且 為可拆卸式殼體，用以容置該圖像顯示單元、該分光單元以及該反射單元。
35. 如權利要求34所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該外殼的材質為抗菌或滅菌材 料。
36. 如權利要求5所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該存儲單元還存儲病歷資料庫。
37. 如權利要求5所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該控制單元還連接至少一外部醫 學儀器，並接收該至少一外部醫學儀器所產生的參數信號。
38. 如權利要求2所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括反射單元，配置於部分該 圖像光束的傳遞路徑上，其中該分光單元讓該圖像顯示單元所發出的至少部分該圖像光束 穿透而傳遞至該反射單元，該分光單元將被該反射單元反射的至少部分該圖像光束反射至 該眼睛，且該分光單元讓至少部分該實體光束穿透而傳遞至該眼睛。
39. 如權利要求38所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該圖像顯示單元包括： 光源模塊，提供照明光束；以及 顯示面板，配置於該照明光束的傳遞路徑上，該顯示面板並將該照明光束轉換成該圖 像光束。
40. 如權利要求39所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該顯示面板為液晶顯示面板或 娃基液晶顯不器。
41. 如權利要求38所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該分光單元為偏振分光器、線柵 偏振分光器或反射型偏光膜。
42. 如權利要求38所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該環境光調節單元為偏光片，用 以調整該至少部分實體光束的偏振態。
43. 如權利要求38所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括波片，配置於該至少部分 圖像光束的傳遞路徑上，且位於該分光單元與該反射單元之間。
44. 如權利要求38所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該反射單元鍍有反射金屬膜層。
45. 如權利要求38所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該反射單元為非球面凹面鏡或 是歪像凹面鏡。
46. 如權利要求1所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該分光單元為部分穿透部分反射 分光兀件。
47. 如權利要求46所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該圖像顯示單元為有機發光二 極管顯示面板。
48. 如權利要求1所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該虛像顯示裝置還包括攝像單 元，與該虛像顯示模塊電連接，用以取得並傳遞圖像信號至該虛像顯示模塊，且該虛像顯示 模塊的該圖像顯示單元依據該圖像信號提供該圖像光束。
49. 如權利要求1所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該至少一虛像顯示模塊為二個虛 像顯示模塊，且該二個虛像顯示模塊分別顯示圖像，且該二圖像的視角不同，以形成立體圖 像。
50. 如權利要求1所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該至少一虛像顯示模塊為二個虛 像顯示模塊，且該二個虛像顯示模塊分別顯示圖像，且該二圖像的視角相同，以形成平面圖 像。
51. 如權利要求1所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，當該虛像顯示裝置在適用於正常 視力使用者的模式下時，該虛像顯示裝置符合d-I：A〈f，其中d為該圖像顯示單元到該反射 單元的表面的距離，f為該反射單元的焦距，A為該圖像顯示單元至該反射單元之間沿著光 軸的光路徑上的任一位置的光程長度與實際長度的差值除以該位置的折射率後所得到的 比值，且2A為該圖像顯示單元至該反射單元之間沿著該光軸的光路徑上的所有位置的A 的總和，其中該所有位置的A至少部分不相同。
52. 如權利要求1所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該至少一虛像顯示模塊還包括導 光棒，位於該圖像顯示單元與該分光單元之間，且該導光棒的阿貝數大於40。
53. 如權利要求52所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括反射單元，且該反射單元 與該導光棒的材質不同。
54. 如權利要求52所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括第四透鏡，位於該導光棒 與該圖像顯示單元之間，且該第四透鏡的阿貝數小於40。
55. 如權利要求52所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括環境光調節單元，位於該 實體光束的傳遞路徑上，用以調整該至少部分實體光束與該至少部分圖像光束的比例。
56. 如權利要求55所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該環境光調節單元的形狀為n 字型。
57. 如權利要求52所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該導光棒的阿貝數大於40。
58. -種虛像顯示裝置，其特徵在於，包括： 至少一虛像顯示模塊，配置於使用者的至少一眼睛前方，且該至少一虛像顯示模塊包 括： 圖像顯示單元，提供圖像光束；以及 分光單元，配置於該圖像光束及來自外界物體的實體光束的傳遞路徑上，該分光單元 將至少部分該實體光束傳遞至該眼睛，且該分光單元將至少部分該圖像光束傳遞至該眼 睛，以顯示虛像；以及 環境光調節單元，位於該實體光束的傳遞路徑上，用以調整該至少部分實體光束亮度 與該至少部分圖像光束亮度的比例。
59. 如權利要求58所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該環境光調節單元包括至少一 濾光片、偏光片、遮板、變色鏡片的任一者或其組合，用以調整被反射至該眼睛的該至少部 分實體光束的亮度，並於該眼睛中形成實體光束遮蔽區域。
60. 如權利要求59所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該至少一濾光片為多個濾光片， 部分該些濾光片具有不同尺寸，且該使用者選擇其中一該濾光片，以切換該實體光束遮蔽 區域的尺寸。
61. 如權利要求58所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括控制存儲模塊，並與該虛 像顯示模塊電連接，且該控制存儲模塊包括控制單元，該控制單元控制環境光調節單元以 調整環境光，且控制切換該虛像的成像位置以及成像畫面尺寸。
62. 如權利要求61所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該環境光調節單元包括液晶單 元，用以調整通過該液晶單元的局部區域的該至少部分實體光束的亮度或偏振態，並於該 眼睛中形成實體光束遮蔽區域。
63. 如權利要求62所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該控制單元調整該液晶單元的 該局部區域的範圍，以切換該實體光束遮蔽區域的尺寸。
64. 如權利要求61所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該控制存儲模塊還包括存儲單 元，該存儲單元存儲視力補償數據表，且該控制單元查詢該視力補償數據表以取得視力補 償信號。
65. 如權利要求64所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該虛像顯示模塊還包括第一補 償透鏡，該第一補償透鏡配置於該圖像光束的傳遞路徑上，且位於該分光單元與該眼睛之 間。
66. 如權利要求65所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該第一補償透鏡為鏡片，且該使 用者根據該視力補償信號選擇該第一補償透鏡，以進行視力補償。
67. 如權利要求65所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，當該第一補償透鏡為液態透鏡， 該第一補償透鏡與該控制單元電連接，且該控制單元根據該視力補償信號調整該第一補償 透鏡，以切換該虛像的成像位置。
68. 如權利要求64所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該虛像顯示模塊還包括移動補 償透鏡組，該移動補償透鏡組配置於該圖像光束的傳遞路徑上，並位於該圖像顯示單元與 該分光單元之間。
69. 如權利要求68所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該控制單元根據該視力補償信 號調整該圖像顯示單元與該移動補償透鏡組的相對位置，以調整該虛像的成像位置或成像 畫面尺寸。
70. 如權利要求68所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該控制單元根據該視力補償信 號調整該圖像顯示單元與該移動補償透鏡組相對於該分光單元的位置，以調整該虛像的成 像位置或成像畫面尺寸。
71. 如權利要求68所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該移動補償透鏡組為凸透鏡。
72. 如權利要求68所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該移動補償透鏡組，包括至少二 非球面透鏡。
73. 如權利要求72所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該移動補償透鏡組包括從該分 光單元往該圖像顯示單元依序排列的第一透鏡以及第二透鏡，且該第一透鏡以及該第二透 鏡的屈光度分別為正、負。
74. 如權利要求73所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該第一透鏡與該第二透鏡分別 為雙凸透鏡與凸凹透鏡，且該第一透鏡與該第二透鏡為非球面透鏡。
75. 如權利要求74所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，當沿著該第二透鏡的光軸切開 該第二透鏡面向該圖像顯示單元的凸面時所得到的截線具有至少一個反曲點。
76. 如權利要求74所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該第一透鏡的阿貝數大於40以 及該第二透鏡的阿貝數小於40。
77. 如權利要求73所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該移動補償透鏡組還包括第三 透鏡，配置於該圖像顯示單元與該第二透鏡之間，且該第三透鏡的屈光度為正。
78. 如權利要求77所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該第三透鏡為雙凸透鏡，該第三 透鏡為非球面透鏡。
79. 如權利要求77所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，當沿著該第三透鏡的光軸切開 該第三透鏡面向該圖像顯示單元的凸面時所得到的截線具有至少一個反曲點。
80. 如權利要求77所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該第三透鏡的阿貝數大於40。
81. 如權利要求64所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該控制存儲模塊還包括殼體，該 殼體具有容置空間，用以容置該存儲單元以及該控制單元，且該殼體配置於該使用者身上。
82. 如權利要求61所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括框架，且該環境光調節單 元配置於該框架上。
83. 如權利要求82所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括圖像擷取模塊，並配置於 該框架上，與該控制單元電連接，用以擷取手勢圖像信號，該手勢圖像信號並被傳遞至該控 制單元，該控制單元根據該手勢圖像信號來執行對應至該手勢圖像信號的功能。
84. 如權利要求82所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括重力感測器、陀螺儀或其 任意組合所構成群組的其中之一，配置於該框架上，用以判別該框架的轉動方向及速度，並 產生位移信號，且該位移信號被傳遞至該控制單元，該控制單元根據該位移信號來執行對 應至該位移信號的功能。
85. 如權利要求82所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括語音擷取模塊，與該控制 單元電連接，並配置於該框架上，用以擷取語音信號，該語音信號並被傳遞至該控制單元， 該控制單元根據該語音信號來執行對應至該語音信號的功能。
86. 如權利要求82所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，虛像顯示裝置還包括： 驅動單元模塊，與該至少一虛像顯示模塊的該圖像顯示單元電連接，用以驅動該圖像 顯示單元提供該圖像光束；以及 可旋轉支撐座，配置於該驅動單元模塊下方，其特徵在於，該至少一虛像顯示模塊、該 可旋轉支撐座與該框架組合成眼鏡式虛像顯示裝置。
87. 如權利要求86所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該驅動單元模塊還包括機構調 整單元模塊，其中該機構調整單元模塊包括： 多個鎖固構件； 固定座，具有調整軌；以及 至少一固定架，位於該調整軌上，其中該固定架具有多個鎖固孔，該至少一虛像顯示模 塊通過部分該些鎖固構件鎖附於該固定架上，以使該至少一虛像顯示模塊適於沿該調整軌 移動。
88. 如權利要求87所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該至少一虛像顯示模塊通過其 中一該鎖固構件將該驅動單元模塊與該圖像顯示單元耦接，且適於通過該鎖固構件調整該 驅動單元模塊與該圖像顯示單元的相對位置。
89. 如權利要求86所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括外殼，具有容置空間，且 為可拆卸式殼體，用以容置該圖像顯示單元、該分光單元以及該反射單元。
90. 如權利要求58所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括反射單元，配置於部分該 圖像光束的傳遞路徑上，其中該分光單元讓該圖像顯示單元所發出的至少部分該圖像光束 穿透而傳遞至該反射單元，該分光單元將被該反射單元反射的至少部分該圖像光束反射至 該眼睛，且該分光單元讓至少部分該實體光束穿透而傳遞至該眼睛。
91. 如權利要求90所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該圖像顯示單元包括： 光源模塊，提供照明光束；以及 顯示面板，配置於該照明光束的傳遞路徑上，該顯示面板並將該照明光束轉換成該圖 像光束。
92. 如權利要求91所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該顯示面板為液晶顯示面板或 娃基液晶顯不器。
93. 如權利要求90所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該分光單元為偏振分光器、線柵 偏振分光器或反射型偏光膜。
94. 如權利要求90所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該環境光調節單元為偏光片，用 以調整該至少部分實體光束的偏振態。
95. 如權利要求90所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括波片，配置於該至少部分 圖像光束的傳遞路徑上，且位於該分光單元與該反射單元之間。
96. 如權利要求90所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該反射單元鍍有反射金屬膜層。
97. 如權利要求90所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該反射單元為非球面凹面鏡或 是歪像凹面鏡。
98. 如權利要求58所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該分光單元為部分穿透部分反 射分光兀件。
99. 如權利要求98所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該圖像顯示單元為有機發光二 極管顯示面板。
100. 如權利要求58所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該虛像顯示裝置還包括攝像單 元，與該虛像顯示模塊電連接，用以取得並傳遞圖像信號至該虛像顯示模塊，且該虛像顯示 模塊的該圖像顯示單元依據該圖像信號提供該圖像光束。
101. 如權利要求58所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該至少一虛像顯示模塊為二個 虛像顯示模塊，且該二個虛像顯示模塊分別顯示圖像，且該二圖像的視角不同，以形成立體 圖像。
102. 如權利要求58所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該至少一虛像顯示模塊為二個 虛像顯示模塊，且該二個虛像顯示模塊分別顯示圖像，且該二圖像的視角相同，以形成平面 圖像。
103. 如權利要求58所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，當該虛像顯示裝置在適用於正 常視力使用者的模式下時，該虛像顯示裝置符合d-I：A〈f，其中d為該圖像顯示單元到該反 射單元的表面的距離，f為該反射單元的焦距，A為該圖像顯示單元至該反射單元之間沿著 光軸的光路徑上的任一位置的光程長度與實際長度的差值除以該位置的折射率後所得到 的比值，且2A為該圖像顯示單元至該反射單元之間沿著該光軸的光路徑上的所有位置的 A的總和，其中該所有位置的A至少部分不相同。
104. 如權利要求58所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括導光棒，位於該圖像顯 示單元與該分光單元之間，且該導光棒的阿貝數大於40。
105. 如權利要求104所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括反射單元，且該反射單 兀與該導光棒的材質不同。
106. 如權利要求104所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括第四透鏡，位於該導光 棒與該圖像顯示單元之間，且該第四透鏡的阿貝數小於40。
107. 如權利要求104所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括環境光調節單元，位於 該實體光束的傳遞路徑上，用以調整該至少部分實體光束與該至少部分圖像光束的比例。
108. 如權利要求104所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，還包括環境光調節單元，位於 該實體光束的傳遞路徑上，用以調整該至少部分實體光束與該至少部分圖像光束的比例。
109. 如權利要求104所述的虛像顯示裝置，其特徵在於，該環境光調節單元的形狀為 n字型。
【文檔編號】A61B17/94GK104414747SQ201410376396
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2013年9月11日
【發明者】王淇霖, 刁國棟, 陳添源, 鍾隆斌, 林俊全, 陳治誠, 張啟伸, 楊卿潔 申請人:財團法人工業技術研究院