TW202145781A

TW202145781A - 具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器

Info

Publication number: TW202145781A
Application number: TW109117494A
Authority: TW
Inventors: 邱奕榮; 石維國
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2021-12-01

Abstract

一種具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器，包括一投影屏幕、一眼球追蹤器、至少一投影機、一光導引元件及一控制器。眼球追蹤器用以追蹤使用者的雙眼眼球的位置。此至少一投影機用以發出一影像光束至投影屏幕，以在投影屏幕上形成交替排列的左眼畫面與右眼畫面。光導引元件用以將來自左眼畫面的影像光束導引至使用者的左眼，且將來自右眼畫面的影像光束導引至使用者的右眼。控制器電性連接至眼球追蹤器，用以根據眼球追蹤器所追蹤到的雙眼眼球的位置來調節分別投射於左眼與右眼的光的位置。

Description

具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器

本發明是有關於一種立體影像顯示器，且特別是有關於一種具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器。

隨著顯示技術的進步，虛擬實境與擴增實境顯示器被發展出來。虛擬實境顯示器是讓使用者沉侵在虛擬的影像環境中，而擴增實境顯示器除了可以讓使用者看到虛擬的影像，還可以同時讓使用者看到背景中真實物體，甚至可以藉由處理器的運算，讓虛擬影像與真實物體達到互動的效果。

在目前的擴增實境顯示器中，多半是採用擴增實境眼鏡或擴增實境頭戴式顯示器的形式，而將擴增實境的技術及其概念擴張及延伸到更多的使用形式是一個值得被研究的課題。

此外，立體影像顯示器也可以讓使用者觀看到具有立體視覺效果的影像，且不必忍受配戴頭戴式顯示器的不適感。然而，一般的立體影像顯示器的畫素是固定的結構所形成，而無法根據使用者的眼睛的不同位置去作調整。

本發明提供一種具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器，其能夠根據追蹤到的使用者的雙眼眼球的位置來調節讓雙眼眼球所各別觀看到的影像。

本發明的一實施例提出一種具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器，包括一投影屏幕、一眼球追蹤器、至少一投影機、一光導引元件及一控制器。眼球追蹤器用以追蹤使用者的雙眼眼球的位置。此至少一投影機用以發出一影像光束至投影屏幕，以在投影屏幕上形成交替排列的左眼畫面與右眼畫面。光導引元件用以將來自左眼畫面的影像光束導引至使用者的左眼，且將來自右眼畫面的影像光束導引至使用者的右眼。控制器電性連接至眼球追蹤器，用以根據眼球追蹤器所追蹤到的雙眼眼球的位置來調節分別投射於左眼與右眼的光的位置。

在本發明的實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器中，是採用投影機在投影屏幕上形成交替排列的左眼畫面與右眼畫面，也就是說，畫素是被投影機投射出來的，因此畫素的位置與大小可以被自由調整。搭配眼球追蹤器追蹤使用者的雙眼位置，本發明的實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器便可以達到根據追蹤到的使用者的雙眼眼球的位置來調節讓雙眼眼球所各別觀看到的影像的效果。

圖1A為本發明的一實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器的立體示意圖，圖1B是繪示圖1A的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器的細部節構的剖面示意圖。請參照圖1A與圖1B，本實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100包括一投影屏幕110、一眼球追蹤器120、至少一投影機130、一光導引元件140及一控制器150。眼球追蹤器120用以追蹤使用者的雙眼眼球（即左眼52與右眼54）的位置。此至少一投影機130用以發出一影像光束132至投影屏幕110，以在投影屏幕110上形成交替排列的左眼畫面134與右眼畫面136。在本實施例中，投影屏幕110例如為半透明屏幕，其可使用聚合體分散液晶（polymer dispersed liquid crystal, PDLC）來製作。

光導引元件140用以將來自左眼畫面134的影像光束133導引至使用者的左眼52，且將來自右眼畫面136的影像光束135導引至使用者的右眼54。控制器150電性連接至眼球追蹤器120，用以根據眼球追蹤器120所追蹤到的雙眼眼球（即左眼52與右眼54）的位置來調節分別投射於左眼52與右眼54的光的位置。在本實施例中，光導引元件140為柱狀透鏡板，其具有沿著第一方向D1延伸且沿著第二方向D2排列的多個柱狀透鏡142。在本實施例中，光導引元件140位於投影屏幕110與雙眼眼球（即左眼52與右眼54）之間。

在本實施例中，具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器更包括一致動器160，連接至至少一投影機130，且電性連接至控制器150，其中控制器150命令致動器160移動至少一投影機130的位置，以改變投射於投影屏幕110上的左眼畫面134與右眼畫面136的位置。

此外，在本實施例中，投影機130所投射出的影像光束132可相對於投影屏幕110傾斜。舉例而言，投影屏幕110的中心至投影機130的連線與投影屏幕110具有夾角A，而夾角A例如是小於85度。如此一來，投影機130所發出的影像光束132較不會穿透投影屏幕110而直射使用者的眼睛。

圖2A與圖2B分別繪示雙眼在不同的位置時圖1B的投影機、其投射出的左眼畫面與右眼畫面及柱狀透鏡的相對位置示意圖。請先參照圖1B與圖2A，當使用者的左眼52與右眼54正對左眼畫面134與右眼畫面136時，致動器160使投影機130保持在往柱狀透鏡142的中央投射的位置。請再參照圖1B與圖2B，當使用者的左眼52與右眼54偏離柱狀透鏡142的一側時，致動器160將投影機130往相反的另一側移動，以使左眼畫面134與右眼畫面136被投射於柱狀透鏡142的一側。如此一來，柱狀透鏡142仍能夠將左眼畫面134所發出的影像光束133與右眼畫面136所發出的影像光束135分別投射於偏向一側的左眼52與右眼54。在本實施例中，致動器160例如為一馬達或其他類型的致動器。

在一實施例中，控制器150例如為中央處理單元（central processing unit, CPU)、微處理器（microprocessor）、數位訊號處理器（digital signal processor, DSP）、可程式化控制器、可程式化邏輯裝置（programmable logic device, PLD）或其他類似裝置或這些裝置的組合，本發明並不加以限制。此外，在一實施例中，控制器150的各功能可被實作為多個程式碼。這些程式碼會被儲存在一個記憶體中，由控制器150來執行這些程式碼。或者，在一實施例中，控制器150的各功能可被實作為一或多個電路。本發明並不限制用軟體或硬體的方式來實作控制器150的各功能。

此外，在本實施例中，眼球追蹤器120可包括一紅外光發射器122與一紅外光相機124，紅外光發射器122用以發出紅外光至左眼52與右眼54，而紅外光相機124則用以拍射從左眼52與右眼54反射回來的紅外光影像，以供進行左眼52與右眼54的位置的判斷。

在本實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100中，是採用投影機130在投影屏幕110上形成交替排列的左眼畫面134與右眼畫面136，也就是說，影像的畫素是被投影機130投射出來的，因此畫素的位置與大小可以被自由調整。搭配眼球追蹤器120追蹤使用者的雙眼位置，本實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100便可以達到根據追蹤到的使用者的雙眼眼球的位置來調節讓雙眼眼球所各別觀看到的影像的效果。

圖3A與圖3B分別繪示雙眼在不同的位置時另一實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器中的投影機、其投射出的左眼畫面與右眼畫面及柱狀透鏡的相對位置示意圖。請參照圖3A與圖3B，在本實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100a中，控制器150控制至少一投影機130的投影內容以改變投射於投影屏幕110上的左眼畫面134與右眼畫面136的位置。舉例而言，如圖3A所繪示，當左眼52與右眼54正對柱狀透鏡142時，投影機130所投射的左眼畫面134與右眼畫面136的中心位於柱狀透鏡142底部的中央。而如圖3B所繪示，當左眼52與右眼54偏向柱狀透鏡142的一側時，投影機130所投射的左眼畫面134與右眼畫面136偏向柱狀透鏡142的另一側。如此一來，柱狀透鏡142仍能將左眼畫面134與右眼畫面136投射於偏向於柱狀透鏡142一側的左眼52與右眼54。

圖4A與圖4B分別繪示雙眼在較遠與較近的位置時圖3A的投影機、其投射出的左眼畫面與右眼畫面及柱狀透鏡的相對位置示意圖。請先參照圖4A，當左眼52與右眼54位於較遠處時，投影機130投射在投影屏幕110上的左眼畫面134與右眼畫面136較為集中，以使柱狀透鏡142能夠將左眼畫面134與右眼畫面136投射於較遠處的左眼52與右眼54。請再參照圖4B，當左眼52與右眼54位於較近處時，投影機130投射在投影屏幕110上的左眼畫面134與右眼畫面136較為分散，以使柱狀透鏡142能夠將左眼畫面134與右眼畫面136投射於較近處的左眼52與右眼54。

圖5A與圖5B分別繪示雙眼在遠處與近處時的又一實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器中的投影機、其投射出的左眼畫面與右眼畫面及視差屏障的相對位置示意圖。請參照圖5A與圖5B，本實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100b類似於圖4A與圖4B的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100a，而兩者的差異如下所述。請參照圖5A與圖5B，本實施例的光導引元件140b為視差屏障，左眼畫面134與右眼畫面136所發出的影像光束133與135通過視差屏障的開口而分別傳遞至使用者的左眼52與右眼54。在本實施例中，具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100b更包括一致動器170，連接至視差屏障（即光導引元件140b），且電性連接至控制器150，其中控制器150用以命令致動器170改變視差屏障的位置，來調節分別投射於左眼52與右眼54的光的位置。舉例而言，如圖5A所繪示，當左眼52與右眼54在較遠處時，致動器170可使視差屏障（即光導引元件140b）與投影屏幕110的間距增加，以使左眼畫面134與右眼畫面136能夠通過視差屏障的開口而分別傳遞至使用者的左眼52與右眼54。而如圖5B所繪示，當左眼52與右眼54在較近處時，致動器170可使視差屏障（即光導引元件140b）與投影屏幕110的間距縮短，以使左眼畫面134與右眼畫面136能夠通過視差屏障的開口而分別傳遞至使用者的左眼52與右眼54。

圖6A與圖6B分別繪示雙眼在不同的位置時圖5A的投影機、其投射出的左眼畫面與右眼畫面及視差屏障的相對位置示意圖。請參照圖6A與圖6B，圖5A的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100b也可以對左眼52與右眼54的左右移動作眼球追蹤，並調節投影機130的投影內容。舉例而言，如圖6A所繪示，當左眼52與右眼54正對視差屏障（即光導引元件140b）時，投影機130在投影屏幕110上投射出正對視差屏障的左眼畫面134與右眼畫面136。而如圖6B所繪示，當左眼52與右眼54偏向光導引元件140b的一側時，投影機130可以在投影屏幕110上投射出偏向另一側的左眼畫面134與右眼畫面136。

圖7A與圖7B分別繪示雙眼在遠處與近處時的再一實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器中的投影機、其投射出的左眼畫面與右眼畫面及菲涅耳透鏡的相對位置示意圖。請參照圖7A與圖7B，本實施例具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100c與圖1B的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100c中，光導引元件140c為一菲涅耳透鏡。此外，投影屏幕110位於光導引元件140c與雙眼眼球（即左眼52與右眼54）之間。

此外，在本實施例中，此至少一投影機為兩個投影機130，分別在菲涅耳透鏡140c上投影出左眼畫面與右眼畫面，且兩個投影機的投射範圍部分重疊。在本實施例中，具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100c更包括一致動器180，連接至兩個投影機130，且用以改變兩個投影機130的間距來調節分別投射於左眼52與右眼54的光的位置。舉例而言，如圖7A所繪示，當左眼52與右眼54位於遠處時，致動器180使兩個投影機130的間距較小，因此投影機130b與投影機130a可以分別把左眼畫面與右眼畫面投射於位於遠處的左眼52與右眼54。而如圖7B所繪示，當左眼52與右眼54位於近處時，致動器180使兩個投影機130的間距較大，因此投影機130b與投影機130a可以分別把左眼畫面與右眼畫面投射於位於近處的左眼52與右眼54。此外，左眼畫面與右眼畫面可以是高速地交替被投影機130b與投影機130a投射於屏幕110上。

圖8為本發明的另一實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器的立體視意圖。請參照圖8，本實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100d類似於圖1A的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100，而兩者的差異如下所述。在本實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器100d中，投影屏幕110為可在透明態與散射態之間切換的聚合體分散液晶顯示器，當投影屏幕110處於散射態時，投影機130投射出左眼畫面至右眼畫面至投影屏幕110，以供使用者的雙眼來觀看。當投影屏幕110處於透明態時，投影機130投射鍵盤的圖案至筆記型電腦的底座210。

另外，如圖1A與圖8所示，投影機130是採用背投影的形式，而位於投影屏幕110或110d的背側。然而，如圖9所繪示，投影機130也可以是採用前投影的形式，而位於筆記型電腦的底座210上。或者，如圖10所繪示，兩個投影機130也可以位於筆記型電腦的底座210的兩角落上。

綜上所述，在本發明的實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器中，是採用投影機在投影屏幕上形成交替排列的左眼畫面與右眼畫面，也就是說，畫素是被投影機投射出來的，因此畫素的位置與大小可以被自由調整。搭配眼球追蹤器追蹤使用者的雙眼位置，本發明的實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器便可以達到根據追蹤到的使用者的雙眼眼球的位置來調節讓雙眼眼球所各別觀看到的影像的效果。

52:左眼 54:右眼 100、100a、100b、100c、100d:具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器 110:投影屏幕 120:眼球追蹤器 122:紅外光發射器 124:紅外光相機 130、130a、130b:投影機 132、133、135:影像光束 134:左眼畫面 136:右眼畫面 140、140b、140c:光導引元件 142:柱狀透鏡 150:控制器 160、170、180:致動器 210:底座 A:夾角 D1:第一方向 D2:第二方向

圖1A為本發明的一實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器的立體示意圖。圖1B是繪示圖1A的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器的細部節構的剖面示意圖。圖2A與圖2B分別繪示雙眼在不同的位置時圖1B的投影機、其投射出的左眼畫面與右眼畫面及柱狀透鏡的相對位置示意圖。圖3A與圖3B分別繪示雙眼在不同的位置時另一實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器中的投影機、其投射出的左眼畫面與右眼畫面及柱狀透鏡的相對位置示意圖。圖4A與圖4B分別繪示雙眼在較遠與較近的位置時圖3A的投影機、其投射出的左眼畫面與右眼畫面及柱狀透鏡的相對位置示意圖。圖5A與圖5B分別繪示雙眼在遠處與近處時的又一實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器中的投影機、其投射出的左眼畫面與右眼畫面及視差屏障的相對位置示意圖。圖6A與圖6B分別繪示雙眼在不同的位置時圖5A的投影機、其投射出的左眼畫面與右眼畫面及視差屏障的相對位置示意圖。圖7A與圖7B分別繪示雙眼在遠處與近處時的再一實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器中的投影機、其投射出的左眼畫面與右眼畫面及菲涅耳透鏡的相對位置示意圖。圖8為本發明的另一實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器的立體視意圖。圖9為本發明的又一實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器的立體視意圖。圖10為本發明的又一實施例的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器的立體視意圖。

52:左眼

54:右眼

100:具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器

110:投影屏幕

120:眼球追蹤器

122:紅外光發射器

124:紅外光相機

130:投影機

132、133、135:影像光束

134:左眼畫面

136:右眼畫面

140:光導引元件

142:柱狀透鏡

150:控制器

160:致動器

D1:第一方向

D2:第二方向

Claims

一種具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器，包括：一投影屏幕；一眼球追蹤器，用以追蹤使用者的雙眼眼球的位置；至少一投影機，用以發出一影像光束至該投影屏幕，以在該投影屏幕上形成交替排列的左眼畫面與右眼畫面；一光導引元件，用以將來自該左眼畫面的影像光束導引至該使用者的左眼，且將來自該右眼畫面的影像光束導引至該使用者的右眼；以及一控制器，電性連接至該眼球追蹤器，用以根據該眼球追蹤器所追蹤到的該雙眼眼球的位置來調節分別投射於該左眼與該右眼的光的位置。
如請求項1所述的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器，更包括一致動器，連接至該至少一投影機，且電性連接至該控制器，其中該控制器命令該致動器移動該至少一投影機的位置，以改變投射於該投影屏幕上的左眼畫面與右眼畫面的位置。
如請求項1所述的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器，其中該控制器控制該至少一投影機的投影內容以改變投射於該投影屏幕上的左眼畫面與右眼畫面的位置。
如請求項1所述的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器，其中該光導引元件為柱狀透鏡板。
如請求項1所述的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器，其中該光導引元件為視差屏障。
如請求項5所述的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器，更包括一致動器，連接至該視差屏障，且電性連接至該控制器，其中該控制器用以命令該致動器改變該視差屏障的位置，來調節分別投射於該左眼與該右眼的光的位置。
如請求項1所述的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器，其中該光導引元件為一菲涅耳透鏡。
如請求項7所述的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器，其中該至少一投影機為兩個投影機，分別在該菲涅耳透鏡上投影出該左眼畫面與該右眼畫面，且該兩個投影機的投射範圍部分重疊。
如請求項8所述的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器，更包括一致動器，連接至該兩個投影機，且用以改變該兩個投影機的間距來調節分別投射於該左眼與該右眼的光的位置。
如請求項1所述的具有眼球追蹤功能的立體影像顯示器，其中該光導引元件位於該投影屏幕與該雙眼眼球之間，或者該投影屏幕位於該光導引元件與該雙眼眼球之間。