TWI788049B - 具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置 - Google Patents

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Abstract

一種具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，包含光源模組、反射式窄角擴散片、背光式顯示面板、眼睛追蹤模組以及追蹤運算控制模組。光源模組投射一光線。一反射式窄角擴散片具有一轉軸，反射式窄角擴散片反射光線並形成一均光指向性光束。背光式顯示面板置於均光指向性光束的投射光路上，均光指向性光束將背光式顯示面板顯示的影像投射到一投射區域。追蹤運算控制模組從眼睛追蹤模組接收一位置訊息並形成一眼睛座標，當眼睛座標偏離時計算一校正投射區域，控制一驅動模組驅動反射式窄角擴散片沿著轉軸轉動，改變光源模組的光線投射至反射式窄角擴散片的角度，讓均光指向性光束朝向校正投射區域移動，達到追蹤眼睛的效果。

Description

具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置
本發明係關於指向性背光顯示器裝置，特別是一種可追蹤眼睛位置的指向性背光顯示器裝置。
如圖1所示，為申請人先前的發明，反射式窄角擴散片2上有複數個微曲面鏡21組成的陣列，以方形排列或六角蜂巢排列，每一個微曲面鏡21的尺寸在2.5um～0.25mm之間，微曲面鏡21可以是微凹面鏡或微凸面鏡，反射式窄角擴散片2可以是平面，也可以是曲面。每一微曲面鏡21可以有相同或不同曲率與角度。
反射式窄角擴散片2上的微曲面鏡21的數量可以視解析度與光路設計需求而訂製。
如圖2A所示，表面平整光滑的平面反射鏡，入射光的入射角等於反射光的反射角，所以光束的擴散角維持不變，沒有擴散的效果，觀賞角度受到限制。
如圖2B所示，為了要讓各個角度的觀賞者都能看到投影機平面布幕上的影像，需要寬廣的表面散射，將投射在平面的光線朝四面八方擴散，但同時也讓影像亮度大幅降低。
如圖2C所示，反射式窄角擴散片的微曲面鏡能將入射光朝向一預定方向以預定且較窄的一擴散角α1擴散，因此能在預定方向與擴散角α1範圍內大幅提升觀看影像的亮度。其中，該微曲面鏡的反射面可以是凹面或凸面。
如圖3所示，為申請人另一先前的發明，反射式窄角擴散片2的微曲面鏡21陣列具有將光線朝向一設定方向與窄角度擴散的特性，光源模組1的光線L投射到反射式窄角擴散片2上時，自反射式窄角擴散片2反射的光線所產生一均光指向性光束D，穿透一背光式顯示面板3(例如液晶面板)形成一均光指向性影像光束DI，並投射擴散到區域(眼盒E)。
圖3的均光指向性影像光束的擴散角很小，亮度集中，採用低功率的光源就能提供極高顯示亮度，但也因為眼盒很小，只要觀賞者移動身體或擺動頭部，或是更換不同的觀賞者，就可能會讓觀賞者眼睛超出原本的眼盒，看不到影像。
本發明提供一種具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，藉由移動眼盒的位置來追蹤觀賞者眼睛，讓觀賞者位於不同位置時都能看到完整影像。如圖4A所示，讓均光指向性光束D的截面積大於背光式顯示面板3，當背光式顯示面板3固定不動，轉動反射式窄角擴散片2的角度，便可改變均光指向性光束D的方向，將穿透背光式顯示面板3所產生的均光指向性影像光束DI投射到不同方向。如圖4B所示，當反射式窄角擴散片2朝上側轉動θ1度，均光指向性光束D也跟著朝上方轉動θ10度，θ10約等於θ1 × 2。如圖4C所示，當反射式窄角擴散片2朝下側轉動θ2度，均光指向性光束D也跟著朝下方轉動θ20度，θ20約等於θ2 × 2；只要轉動的角度範圍內仍可以讓均光指向性光束D照射到整個背光式顯示面板3顯示影像I的區域，就能以此改變影像I投射的角度，達到移動眼盒位置的效果。
如圖5所示，轉動反射式窄角擴散片2的角度，來移動眼盒的位置，當反射式窄角擴散片2分別朝上、下、左、右側轉動時，均光指向性光束D也會分別朝上、下、左、右轉動，眼盒E的位置就往對應的方向移動。
本發明提供一種具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，包含：
一光源模組，投射一光線；
一反射式窄角擴散片，具有一轉軸受控於一驅動模組、以及具有複數個微曲面鏡組成的陣列，該反射式窄角擴散片反射該光線並以一窄擴散角均勻投射，形成一均光指向性光束；
一背光式顯示面板，置於該均光指向性光束的投射光路上，該背光式顯示面板顯示一影像，該均光指向性光束穿透該背光式顯示面板，將該影像投射到一投射區域(即眼盒)；
一眼睛追蹤模組，偵測該觀賞者的一眼睛的位置；
一追蹤運算控制模組，從該眼睛追蹤模組接收一位置訊息並形成一眼睛座標，當該眼睛座標偏離該投射區域的中心且偏離值大於一設定門檻值時，該追蹤運算控制模組計算偏離的該眼睛座標所對應的一校正投射區域，並控制該驅動模組驅動該反射式窄角擴散片以該轉軸為軸心轉動，以改變該光源模組的光線投射至該反射式窄角擴散片的角度，讓該均光指向性光束朝向該校正投射區域移動。
其中，該眼睛追蹤模組也可以偵測該觀賞者的一雙眼位置，該追蹤運算控制模組根據該雙眼位置計算出該雙眼的一中間座標，當該中間座標偏離該投射區域的中心且偏離值大於一設定門檻值時，該追蹤運算控制模組根據偏離的該中間座標計算出該校正投射區域。
其中，該反射式窄角擴散片與該驅動模組安裝於一基座，該基座具有一第二轉軸且受控於一第二驅動模組，該第二驅動模組驅動該反射式窄角擴散片以該第二轉軸為軸心轉動。
其中，該反射式窄角擴散片也可以同時沿著該轉軸與該第二轉軸為軸心轉動。
其中，該均光指向性影像光束的投射光路上包含一擋風玻璃，將所呈現的虛像與該觀賞者觀看的前方景物融合在一起，該觀賞者可以同時看見該虛像與前方景物。
其中，該均光指向性影像光束的投射光路上包含一凹面鏡，該凹面鏡設置於該擋風玻璃與該背光式顯示面板之間，用以放大虛像尺寸與加長虛像距離。
其中，該驅動模組與該反射式窄角擴散片是依靠齒輪傳動，該反射式窄角擴散片具有一輸入齒輪，該驅動模組具有一輸出齒輪；該輸出齒輪與該輸入齒輪可以為平行軸齒輪、相交軸齒輪或是交錯軸齒輪。
其中，該驅動模組與該反射式窄角擴散片是依靠撓性傳動，該反射式窄角擴散片具有一輸入帶輪，該驅動模組具有一輸出帶輪；該輸出帶輪與該輸入帶輪所使用的撓性傳動件可以為皮帶、繩索或是鏈條。
其中，該第二驅動模組與該基座是依靠齒輪傳動，該基座具有一第二輸入齒輪，該第二驅動模組具有一第二輸出齒輪；該第二輸出齒輪與該第二輸入齒輪可以為平行軸齒輪、相交軸齒輪或是交錯軸齒輪。
其中，該第二驅動模組與該基座是依靠撓性傳動，該基座具有一第二輸入帶輪，該第二驅動模組具有一第二輸出帶輪；該第二輸出帶輪與該第二輸入帶輪所使用的撓性傳動件可以為皮帶、繩索或是鏈條。
其中，該驅動模組驅動該反射式窄角擴散片與該第二驅動模組驅動該基座的傳動方式可以相同或不同。
其中，該眼睛追蹤模組具有一紅外線光源、二個紅外線攝影機，該紅外線光源投射一紅外線至該觀賞者，該二個紅外線攝影機擷取由該觀賞者反射的該紅外線形成二個紅外線影像訊號給該追蹤運算控制模組，該追蹤運算控制模組透過影像辨識與位置座標的演算法形成該眼睛座標。
其中，該眼睛追蹤模組也可以具有一紅外線光源、一紅外線攝影機與一距離感測器，該紅外線光源投射一紅外線至該觀賞者，該紅外線攝影機擷取由該觀賞者反射的該紅外線形成一紅外光影像訊號給該追蹤運算控制模組，該距離感測器取得該觀賞者頭部與該距離感測器距離的一距離訊號給該追蹤運算控制模組，該追蹤運算控制模組透過影像辨識與位置座標的演算法形成該眼睛座標。
如圖6所示的第一實施例，一種具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，包含光源模組1投射光線L、反射式窄角擴散片2、背光式顯示面板3、驅動模組4、眼睛追蹤模組5以及追蹤運算控制模組6。
反射式窄角擴散片2具有轉軸22與輸入齒輪23，反射式窄角擴散片2的反射表面具有複數個微曲面鏡21組成的陣列，反射式窄角擴散片2反射光線L並以窄擴散角均勻投射，形成均光指向性光束D；
背光式顯示面板3置於均光指向性光束D的投射光路上(即是，位於均光指向性光束D的投射方向上)，背光式顯示面板3顯示影像I，均光指向性光束D穿透背光式顯示面板3並照亮影像I，形成均光指向性影像光束DI，並投射到一投射區域(即觀賞者P的眼盒Z)；
驅動模組4具有馬達41與減速齒輪組42，馬達41連接至減速齒輪組42，減速齒輪組42的輸出齒輪43與反射式窄角擴散片2的輸入齒輪23嚙合，馬達41透過減速齒輪組42驅動輸出齒輪43，帶動反射式窄角擴散片2以轉軸22為軸心轉動；
眼睛追蹤模組5具有紅外線光源51、紅外線攝影機52與距離感測器53，紅外線光源51投射紅外線RL至觀賞者P，紅外線攝影機52擷取由觀賞者P反射的紅外線RL，形成一紅外光影像訊號，距離感測器53取得該觀賞者頭部與距離感測器53的一距離訊號。
追蹤運算控制模組6，具有運算處理器、演算法與馬達控制電路，眼睛追蹤模組5將該紅外光影像訊號及該距離訊號輸出至追蹤運算控制模組6，作為觀賞者P的眼睛E的位置訊息61，追蹤運算控制模組6以影像辨識與位置座標的演算法產生觀賞者P的眼睛E的眼睛座標62。當眼睛座標62偏離眼盒Z的中心座標且偏離值大於一設定門檻值時，追蹤運算控制模組6計算出將該投射區域移動至一校正投射區域(即是該眼睛的目前位置)，以反射式窄角擴散片2目前位置為基準時所需要轉動的角度，並控制驅動模組4帶動反射式窄角擴散片2轉動，以改變光源模組1的光線L投射至反射式窄角擴散片2的入射角，讓均光指向性光束D轉向且均光指向性影像光束DI的投射區域(眼盒Z)朝向該校正投射區域移動，達到可追蹤眼睛效果。該設定門檻值可避免過度頻繁驅動反射式窄角擴散片2，減少系統運算負荷與馬達噪音，僅在該觀賞者P的眼睛E的位置大幅度改變，將要離開該投射區域(即觀賞者P的眼盒Z)時，才轉動反射式窄角擴散片來調整該投射區域。
在另一種實施態樣中，眼睛追蹤模組5可以具有紅外線光源51、二個紅外線攝影機52，紅外線光源51投射紅外線RL至觀賞者P，二個紅外線攝影機52擷取由觀賞者P反射的紅外線RL，形成二個紅外線影像訊號，眼睛追蹤模組5將該紅外光影像訊號輸出至追蹤運算控制模組6，作為觀賞者P的眼睛E的位置訊息61，追蹤運算控制模組6以影像辨識與位置座標的演算法產生觀賞者P的眼睛E的眼睛座標62。
如圖7A所示，眼盒Z的範圍僅涵蓋右眼ER，反射式窄角擴散片2反射形成的均光指向性光束穿透背光式顯示面板3成為均光指向性影像光束DI，且投射區域(眼盒Z)的中心在觀賞者P的右眼ER。如圖7B所示，當偵測到觀賞者P的右眼ER往觀賞者的左邊移動一距離SL，且距離SL大於一水平位移門檻值STH，例如2公分，驅動模組4將反射式窄角擴散片2往觀賞者的左邊方向轉動一角度Δθ fL，讓穿透過背光式顯示面板3的均光指向性影像光束DI往觀賞者的左邊方向轉動一角度Δθ pL，使眼盒Z的中心移動至觀賞者P的右眼ER。如圖7C所示，若偵測到觀賞者P的右眼ER往觀賞者的右邊移動一距離SR，且距離SR大於該水平位移門檻值STH，驅動模組4將反射式窄角擴散片2往觀賞者的右邊方向轉動一角度Δθ fR，讓穿透過背光式顯示面板3的均光指向性影像光束DI往觀賞者的右邊方向轉動一角度Δθ pR，使眼盒Z的中心移動至觀賞者P的右眼ER。如此不斷偵測追蹤觀賞者P的右眼ER的位置變化來調整眼盒Z的投射位置，讓觀賞者P觀看的影像不中斷。
如圖8A所示，若投射區域(眼盒Z)的範圍涵蓋雙眼E2，則均光指向性影像光束DI的投射區域(眼盒Z)的中心在觀賞者P的雙眼E2中間。如圖8B所示，當偵測到觀賞者P的雙眼E2往觀賞者的左邊移動距離SL，且距離SL大於一水平位移門檻值STH，例如3公分，驅動模組4將反射式窄角擴散片2往觀賞者的左邊方向轉動一角度Δθ fL，讓穿透過背光式顯示面板3的均光指向性影像光束DI往觀賞者的左邊方向轉動一角度Δθ pL，維持投射區域的中心在觀賞者P的雙眼E2中間 ( 即中間座標 )。如圖8C所示，若偵測到觀賞者P的右眼ER往觀賞者的右邊移動距離SR，且距離SR大於該水平位移門檻值STH，驅動模組4將反射式窄角擴散片2往觀賞者P的右邊方向轉動一角度Δθ fR，讓穿透過背光式顯示面板3的均光指向性影像光束DI往觀賞者的右邊方向轉動一角度Δθ pR，維持投射區域的中心在觀賞者P的雙眼E2中間(即中間座標)。如此不斷偵測追蹤觀賞者P的雙眼E2的位置變化來調整眼盒Z的投射位置，讓觀賞者P觀看的影像不中斷。
如圖9所示的第二實施例，更可包含基座9與第二驅動模組40，反射式窄角擴散片2與驅動模組4安裝於基座9上，基座9具有第二轉軸92與第二輸入齒輪93，第二驅動模組40具有第二馬達401與第二減速齒輪組402，第二馬達401連接至第二減速齒輪組402，第二減速齒輪組402的第二輸出齒輪403與基座9的第二輸入齒輪93嚙合，第二馬達401透過第二減速齒輪組402驅動第二輸出齒輪403帶動基座9以第二轉軸92為軸心轉動。
反射式窄角擴散片2以轉軸22為軸心轉動時，反射式窄角擴散片2也可以同時以第二轉軸92為軸心轉動。
如圖10所示的第三實施例，在背光式顯示面板3的投射光路上更包含擋風玻璃7，位於觀賞者P與背光式顯示面板3之間，將所呈現的虛像VI投射到觀賞者P觀看的方向，觀賞者P可以同時看見虛像VI與前方景物。
如圖11所示的第四實施例，在背光式顯示面板3的投射光路上更包含凹面鏡8，位於擋風玻璃7與背光式顯示面板3之間，使背光式顯示面板3投射的均光指向性影像光束DI被凹面鏡8與擋風玻璃7所反射，凹面鏡8用以放大虛像VI的尺寸與加長虛像VI的距離。
於上述的實施態樣中，該輸出齒輪、該輸入齒輪與該第二輸出齒輪、該第二輸入齒輪可以為平行軸齒輪，例如正齒輪(如圖12A)、斜齒齒輪(如圖12B)、齒條(如圖12C)、斜齒齒條(如圖12D)、內齒輪(如圖12E)、斜齒內齒輪(如圖12F)，也可以為相交軸齒輪，例如直齒錐形齒輪(如圖12G)、斜齒錐形齒輪(如圖12H)，或是可以為交錯軸齒輪，例如交錯軸螺旋齒輪(如圖12I)、蝸輪蝸桿(如圖12J)。
如圖13A所示，反射式窄角擴散片2可以具有水平方向的轉軸22，其中，輸出齒輪43為一正齒輪，輸入齒輪23為轉軸22上的一正齒輪，馬達41透過減速齒輪組42驅動該正齒輪帶動轉軸22上的正齒輪，以水平方向轉動反射式窄角擴散片2。
也可以如圖13B所示，其中，輸出齒輪43為一蝸桿，輸入齒輪23為轉軸22上的一蝸輪，馬達41透過減速齒輪組42驅動該蝸桿帶動轉軸22上的蝸輪，以水平方向轉動反射式窄角擴散片2。
如圖13C所示，反射式窄角擴散片2可以具有垂直方向的轉軸22，其中，輸出齒輪43為一正齒輪，輸入齒輪23為反射式窄角擴散片2上的一內齒曲齒條，馬達41透過減速齒輪組42驅動該正齒輪帶動該內齒曲齒條，以垂直方向轉動反射式窄角擴散片2。
也可以如圖13D所示，其中，輸出齒輪43為一蝸桿，輸入齒輪23為轉軸22上的一蝸輪，馬達41透過減速齒輪組42驅動該蝸桿帶動轉軸22上的蝸輪，以垂直方向轉動反射式窄角擴散片2。
如圖14A所示，反射式窄角擴散片2具也可以同時具備水平與垂直方向的轉軸，其中，輸出齒輪43為一蝸桿，輸入齒輪23為一垂直方向轉軸上的一蝸輪，馬達41透過減速齒輪組42驅動該蝸桿帶動該垂直方向轉軸上的該蝸輪，在垂直方向上轉動反射式窄角擴散片2。第二輸出齒輪403為一正齒輪，第二輸入齒輪93為一位於基座9水平方向轉軸上的一正齒輪，第二馬達401透過第二減速齒輪組402驅動該正齒輪帶動基座9水平方向轉軸上的該正齒輪，在水平方向上轉動反射式窄角擴散片2。
也可以如圖14B所示，其中，輸出齒輪43為一蝸桿，輸入齒輪23為一垂直方向轉軸上的一蝸輪，馬達41透過減速齒輪組42驅動該蝸桿帶動該垂直方向轉軸上的該蝸輪，在垂直方向上轉動反射式窄角擴散片2。第二輸出齒輪403為一直齒錐形齒輪，第二輸入齒輪93為一位於基座9水平方向轉軸上的一直齒錐形齒輪，第二馬達401透過第二減速齒輪組402驅動該直齒錐形齒輪帶動基座9水平方向轉軸上的該直齒錐形齒輪，在水平方向上轉動反射式窄角擴散片2。
也可以如圖14C所示，具有馬達41與第二馬達401用來驅動做為輸出齒輪43與第二輸出齒輪403的錐形齒輪，兩個錐形齒輪互相嚙合，兩個馬達41、401位於同一軸線上，馬達41透過減速齒輪組42驅動軸線上的輸出齒輪43，第二馬達401透過第二減速齒輪組402驅動框架91，框架91上有第二輸出齒輪403，第二輸出齒輪403可在框架91上轉動，第二輸出齒輪403與反射式窄角擴散片2連動。當馬達41轉動而第二馬達401不轉動，則框架91固定不動，馬達41透過減速齒輪組42驅動輸出齒輪43帶動第二輸出齒輪403與反射式窄角擴散片2在水平方向上轉動。當馬達41與第二馬達401同速同向轉動，則輸出齒輪43與第二輸出齒輪403之間無相對轉動，框架91帶著反射式窄角擴散片2在垂直方向上轉動。當馬達41與第二馬達401不同速轉動，則輸出齒輪43與第二輸出齒輪403之間有相對轉動，則第二輸出齒輪403帶著反射式窄角擴散片2在水平方向上轉動，且框架91帶著反射式窄角擴散片2在垂直方向上轉動。
上述實施態樣中的該輸出齒輪、該輸入齒輪與該第二輸出齒輪、該第二輸入齒輪，也可以替換為帶輪與撓性傳動件來使其轉動，撓性傳動件可以為皮帶、繩索或是鏈條。
如圖15A所示，反射式窄角擴散片2可以具有水平方向的轉軸，驅動模組4的輸出帶輪B43藉由撓性傳動件FB與反射式窄角擴散片2的輸入帶輪B23聯結，馬達41透過減速齒輪組42驅動輸出帶輪B43，並藉由撓性傳動件FB帶動輸入帶輪B23以帶動反射式窄角擴散片2在水平方向上轉動。
如圖15B所示，反射式窄角擴散片2可以具有垂直方向的轉軸，驅動模組4的輸出帶輪B43藉由撓性傳動件FB與反射式窄角擴散片2的輸入帶輪B23聯結，馬達41透過減速齒輪組42驅動輸出帶輪B43，並藉由撓性傳動件FB帶動輸入帶輪B23以帶動反射式窄角擴散片2在垂直方向上轉動。
如圖15C所示，反射式窄角擴散片2也可以同時具有水平與垂直方向的轉軸，驅動模組4的輸出帶輪B43藉由撓性傳動件FB與反射式窄角擴散片2的輸入帶輪B23聯結，馬達41透過減速齒輪組42驅動輸出帶輪B43，並藉由撓性傳動件FB帶動輸入帶輪B23帶動反射式窄角擴散片2在垂直方向上轉動。第二驅動模組401的第二輸出帶輪B430藉由第二撓性傳動件FB2與基座9的第二輸入帶輪B230聯結，第二馬達401透過第二減速齒輪組402驅動第二輸出帶輪B430，並藉由第二撓性傳動件FB2帶動第二輸入帶輪B230以帶動反射式窄角擴散片2在水平方向上轉動。
如圖16A所示，眼睛追蹤模組5可以是一個紅外線光源51搭配兩個水平間隔配置的紅外線攝影機521、522，兩個紅外線攝影機彼此相距一距離DCC。如圖16B所示，以圓錐座標系定義每一個紅外線攝影機的影像，可以得知目標物T與紅外線攝影機中心線CL的水平夾角θ C，或目標物T與紅外線攝影機中心線CL的垂直夾角ψC，無法得知目標物T與紅外線攝影機的距離。
如圖17A所示，透過已知水平相距距離Dcc的兩個紅外線攝影機521、555，可以量測出兩個紅外線攝影機中心線與觀賞者右眼的水平夾角θ c11、 θ c21，即可由三角函數公式推算目前觀賞者右眼與紅外線攝影機的縱向距離Dc：
Figure 02_image001
如圖17B所示，當觀賞者右眼往左移動距離SL，量測出兩個紅外線攝影機中心線CL1、CL2與觀賞者右眼的改變為水平夾角θ c12、 θ c22，即可由三角函數公式推算出目前觀賞者右眼移動的距離SL：
Figure 02_image003
如圖18A所示，已知紅外線攝影機521、522與背光式顯示面板3的縱向距離為a，因此可推算出觀賞者右眼與背光式顯示面板的縱向距離Dp:
Figure 02_image005
如圖18B所示，已知初始的背光式顯示面板3中心軸CLP與投射至觀賞者右眼影像光呈水平夾角θ p1，當觀賞者右眼往左移動距離SL，搭配前述的觀賞者右眼與背光式顯示面板的縱向距離D p，即可推算出觀賞者往左移動距離SL時，投射至右眼影像光所需的水平夾角θ p2：
Figure 02_image007
如圖18C所示，也就能算出背光式顯示面板3投射出的影像光需要偏轉的角度Δθ p：
Figure 02_image009
根據反射定律的光槓桿原理，當入射光不變，鏡面轉動α角，則反射光改變的角度為2α，因此可得出反射式窄角擴散片需要轉動的水平角度Δθ f：
Figure 02_image011
其中，眼睛追蹤模組5的其中一個紅外線攝影機也可以更改為一距離感測器，該距離感測器可以是使用紅外線、超音波、或毫米波的方式來偵測觀賞者頭部的距離。該追蹤運算控制模組取得紅外線影像訊號與距離訊號，並以影像辨識與位置座標的演算法，計算出此時該觀賞者眼睛的位置座標，得出該反射式窄角擴散片需要轉動的水平角度。
前述的例子僅說明在水平方向的精確移動量偵測，為了同時偵測垂直方向的精確移動量偵測，如圖19所示，可以將該眼睛追蹤模組的兩個紅外線攝影機521,522，以水平相距距離Dcch，且垂直相距距離Dccv來配置。
如此一來便可以偵測出眼睛在水平與垂直方向的移動量，並且計算出此時的反射式窄角擴散片需要在水平與垂直方向上的轉動角度，控制驅動模組轉動反射式窄角擴散片的角度，維持眼盒的中心在觀賞者的眼睛，讓觀賞者觀看的影像不中斷。
如圖20A所示，例如反射式窄角擴散片2反射擴散後的均光指向性光束穿透背光式顯示面板3後，成為均光指向性影像光束DI，投射的眼盒Z的中心在觀賞者P的右眼ER。
如圖20B所示，當偵測到觀賞者右眼ER往下移動距離SD，且距離SD大於一垂直位移門檻值STV，例如1公分，驅動模組將反射式窄角擴散片往下轉動一角度Δψ fd，讓穿透過背光式顯示面板3的均光指向性影像光束往下轉動一角度Δψ pd，維持眼盒Z的中心在觀賞者P的右眼ER。
如圖20C所示，當偵測到觀賞者右眼ER往上移動距離SU，且距離SU大於該垂直位移門檻值STV，驅動模組將反射式窄角擴散片往上轉動一角度Δψ fu，讓穿透過背光式顯示面板3的均光指向性影像光束往上轉動一角度Δψ pu，維持眼盒Z的中心在觀賞者P的右眼ER。
如此不斷偵測追蹤觀賞者的眼睛位置變化來調整眼盒的投射位置，就像將眼盒擴增到不同位置，讓觀賞者觀看的影像不中斷。
[先前技術] 2:反射式窄角擴散片 3:背光式顯示面板 D:均光指向性光束 DI:均光指向性影像光束 E:眼盒 α,α1:擴散角 [本申請] 1:光源模組 2:反射式窄角擴散片 21:微曲面鏡 22:轉軸 23:輸入齒輪 B23:輸入帶輪 B230:第二輸入帶輪 FB:撓性傳動件 FB2:第二撓性傳動件 3:背光式顯示面板 4:驅動模組 41:馬達 42:減速齒輪組 43:輸出齒輪 B43:輸出帶輪 B430:第二輸出帶輪 40:第二驅動模組 401:第二馬達 402:第二減速齒輪組 403:第二輸出齒輪 5:眼睛追蹤模組 51:紅外線光源 52,521,522:紅外線攝影機 53:距離感測器 6:追蹤運算控制模組 61:位置訊息 62:眼睛座標 7:擋風玻璃 8:凹面鏡 9:基座 91:框架 92:第二轉軸 93:第二輸入齒輪 CLP:中心軸 CL,CL1,CL2:中心線 D:均光指向性光束 DI:均光指向性影像光束 E:眼睛 ER:右眼 E2:雙眼 I:影像 L:光線 P:觀賞者 RL:紅外線 T:目標物 VI:虛像 Z:眼盒 SL,SR,SD,SU,D c,D cc,D cch,D ccv,D p:距離 STH,STV:位移門檻值 θ 1,θ 10,θ 2,θ 20,Δθ fL,Δθ pL,Δθ fR,Δθ pR,Δθ f,Δθ p,θ p1,θ p2,θ c11,θ c12,θ c21θ c22,θ C,Δψ pu,Δψ fu,Δψ pd,Δψ fd,ψ C:角度
圖1為已公開的反射式窄角擴散片示意圖。
圖2A、圖2B、圖2C為投影光線在不同反射面的擴散示意圖。
圖3為申請人已申請的指向性背光式顯示裝置示意圖。
圖4A、圖4B、圖4C為反射式窄角擴散片反射擴散後的光束與背光式顯示面板示意圖。
圖5為轉動反射式窄角擴散片的眼盒移動示意圖。
圖6為第一實施例示意圖。
圖7A、圖7B、圖7C為第一實施例的單眼追蹤示意圖。
圖8A、圖8B、圖8C為第一實施例的雙眼追蹤示意圖。
圖9為第二實施例示意圖。
圖10為第三實施例示意圖。
圖11為第四實施例示意圖。
圖12A至圖12J為齒輪傳動示意圖。
圖13A、圖13B、圖13C、圖13D為齒輪傳動單一轉軸實施例示意圖。
圖14A、圖14B、圖14C為齒輪傳動雙轉軸實施例示意圖。
圖15A、圖15B、圖15C為撓性傳動實施例示意圖。
圖16A、圖16B為眼睛追蹤模組示意圖。
圖17A、圖17B為眼睛移動的位置偵測計算示意圖。
圖18A、圖18B、圖18C為眼睛移動的位置偵測計算與反射式窄角擴散片轉動示意圖。
圖19為眼睛追蹤模組的另一示意圖。
圖20A、圖20B、圖20C為眼盒縱向追蹤示意圖。
1:光源模組
2:反射式窄角擴散片
21:微曲面鏡
22:轉軸
23:輸入齒輪
3:背光式顯示面板
4:驅動模組
41:馬達
42:減速齒輪組
43:輸出齒輪
5:眼睛追蹤模組
51:紅外線光源
52:紅外線攝影機
53:距離感測器
6:追蹤運算控制模組
D:均光指向性光束
DI:均光指向性影像光束
E:眼睛
I:影像
L:光線
P:觀賞者
RL:紅外線
Z:眼盒

Claims (13)

  1. 一種具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，包含： 一光源模組，投射一光線； 一反射式窄角擴散片，具有一轉軸受控於一驅動模組、以及具有複數個微曲面鏡組成的陣列，該反射式窄角擴散片反射該光線並以一窄擴散角均勻投射，形成一均光指向性光束； 一背光式顯示面板，置於該反射式窄角擴散片的投射光路上，該背光式顯示面板顯示一影像，該均光指向性光束穿透該背光式顯示面板，形成一均光指向性影像光束投射到一投射區域； 一眼睛追蹤模組； 一追蹤運算控制模組，從該眼睛追蹤模組接收一位置訊息並形成一眼睛座標，當該眼睛座標偏離該投射區域的中心時，該追蹤運算控制模組根據偏離的該眼睛座標計算出一校正投射區域，並控制該驅動模組驅動該反射式窄角擴散片以該轉軸為軸心轉動，以改變該光源模組的該光線投射至該反射式窄角擴散片的角度，讓該均光指向性影像光束投射在該校正投射區域。
  2. 如請求項1所述的具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，其中，該眼睛追蹤模組偵測一雙眼位置，該追蹤運算控制模組根據該雙眼位置計算出該眼睛座標的一中間座標，當該中間座標偏離該投射區域的中心時，該追蹤運算控制模組根據偏離的該中間座標計算出該校正投射區域。
  3. 如請求項1所述的具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，其中，該眼睛座標偏離該投射區域的中心且偏離值大於一設定門檻值時，該追蹤運算控制模組根據偏離的該眼睛座標計算出該校正投射區域。
  4. 如請求項1所述的具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，其中，該反射式窄角擴散片與該驅動模組安裝於一基座，該基座具有一第二轉軸且受控於一第二驅動模組。
  5. 如請求項4所述的具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，其中，該反射式窄角擴散片同時沿著該轉軸與該第二轉軸為軸心轉動。
  6. 如請求項1所述的具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，其中，該均光指向性影像光束的投射光路上包含一擋風玻璃。
  7. 如請求項6所述的具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，其中，該均光指向性影像光束的投射光路上包含一凹面鏡，該凹面鏡設置於該擋風玻璃與該背光式顯示面板之間的光路上。
  8. 如請求項1所述的具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，其中，該反射式窄角擴散片具有一輸入齒輪與該驅動模組的一輸出齒輪組嚙合。
  9. 如請求項1所述的具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，其中，該反射式窄角擴散片具有一輸入帶輪，該驅動模組透過一輸出帶輪與一撓性傳動件驅動該輸入帶輪。
  10. 如請求項4所述的具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，其中，該基座具有一第二輸入齒輪與該第二驅動模組的一第二輸出齒輪組嚙合。
  11. 如請求項4所述的具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，其中，該基座具有一第二輸入帶輪，該第二驅動模組透過一第二輸出帶輪與一第二撓性傳動件驅動該第二輸入帶輪。
  12. 如請求項1所述的具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，其中，該位置訊息包含二個紅外線影像訊號。
  13. 如請求項1所述的具有眼睛追蹤功能的指向性背光顯示器裝置，其中，該位置訊息包含一紅外線影像訊號以及一距離訊號。
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