阅读说明：本技术 显示设备 (Show equipment ) 是由 住尚树 于 2019-05-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种显示设备和一种用于操作显示设备的方法,该显示设备包括显示模块、光学调控器、眼动追踪模块及控制器。显示模块包括多个像素,光学调控器设置于显示模块上且将显示模块发射的光线调制至对应方向,眼动追踪模块追踪观看者双眼的位置。控制器定义穿过观看者双眼的位置的眼至眼直线,且根据眼至眼直线上的多个观看位置产生多个像素的影像数据。(The invention discloses a kind of display equipment and a kind of method for operating display equipment, which includes display module, optics modulator, eye movement tracing module and controller.Display module includes multiple pixels, and optics modulator is set on display module and modulates the light that display module emits to corresponding direction, and eye movement tracing module tracks the position of viewer's eyes.Controller defines the eye across the position of viewer's eyes to eye straight line, and the image data of multiple pixels is generated according to multiple viewing locations on eye to eye straight line.)

显示设备

技术领域

本发明是关于一种显示设备，特别是关于能呈现自动立体视觉效果的显示设备。

背景技术

光场显示器及超级多视角显示器(super multi-view displays)用以不使用眼镜而显示3维(three dimensional，3D)影像。例如当由光场显示器显示物体时，光场显示器能使用柱面透镜(lenticular lenses)将物体的不同视角影像引导至不同方向，使在不同位置的观看者能观看物体的不同视角。在这个例子中，藉由提供合适观看角度的影像至观看者的左右眼，使观看者能感觉到3D视觉影像。

在现有技术中，物体的观看角度及观看角度的数量是预先决定且有限的。然而观看者的站立位置及观看方向并无法预测，因此观看者常因为无法以合适方式观看显示器而感到困扰。例如若观看者在观看显示器时歪头(yaw)或摇头(roll)，观看者可能会看到不一致的影像，导致观看到欠佳的3D视觉影像，且会导致头痛或晕眩。

发明内容

本发明提出一种显示设备，包括显示模块、光学调控器、眼动追踪模块及控制器。显示模块包括多个像素，光学调控器设置于显示模块上且将显示模块发射的光线调制至对应方向，眼动追踪模块追踪观看者双眼的位置。控制器定义穿过观看者双眼的位置的眼至眼直线，且根据眼至眼直线上的多个观看位置产生多个像素的影像数据。

本发明另提出一种用于操作显示设备的方法，显示设备包括光学调控器、眼动追踪模块、控制器及具有多个像素的显示模块。方法包括眼动追踪模块追踪观看者双眼的位置，控制器定义穿过观看者双眼的位置的眼至眼直线，控制器根据眼至眼直线上多个观看位置产生多个像素的影像数据，控制器将影像数据显示于显示模块上，及光学调控器将显示模块发射的光线调制至对应方向。

附图说明

图1显示本发明实施例中的显示设备；

图2显示本发明实施例中的显示模块及光学调控器的观看图案；

图3显示本发明实施例显示设备的观看情境；

图4显示本发明实施例显示模块上的中央投射线；

图5显示本发明实施例显示模块要显示的场景S1；

图6显示本发明实施例显示模块要显示的场景S2；

图7显示本发明实施例用于操作显示设备的方法200的流程图；

图8显示步骤S230的流程图。

附图标记说明：100-显示设备；110-显示模块；120-光学调控器；130-眼动追踪模块；140-控制器；200-方法；S210至S250-步骤；S231至S235-步骤；B1、B2-图案区块；CPL1、CPL2-中央投射线；D1到D3-深度面；EL-眼至眼直线；P1到P9-像素；PA、PB-像素；PL1到PL3-观看线；RA-光线向量；S1、S2-场景；X-倾斜角；V-观看者；VC-中央位置；VPA、VPB-观看位置；VX1、VX2-体素。

具体实施方式

图1显示本发明实施例中的显示设备100。显示设备100可包括显示模块110、光学调控器120、眼动追踪模块130及控制器140。控制器140可耦接于眼动追踪模块130及显示模块110。

在某些实施例中，显示模块110可以是但不受限于有机发光二极管(organiclight emitting diode，OLED)显示模块、量子发光二极管(quantum light emittingdiode，QLED)显示模块、微型发光二极管(mini-LED)显示模块、微发光二极管(micro-LED)显示模块、及液晶显示(LCD)模块中至少一者。

光学调控器120可设置于显示模块110的上使光学调控器120将显示模块110发射的光线调制至对应方向。在某些实施例中，光学调控器120包括但不受限于透镜状薄膜(lenticular film)、液晶渐变折射率镜片(liquid crystal gradient index lenses)、视差光栅(parallax barriers)及液晶视差光栅中至少一者。

图2显示本发明实施例中的显示模块110及光学调控器120的观看图案。在图2中，显示模块110包括多个像素，且所述像素可分割成9组(P1到P9)，用以呈现9个不同观看角度的影像。例如像素P1用于呈现第一观看角度的影像，像素P2用于呈现第二观看角度的影像，依此类推。在图2中不同组像素被平行设置。例如观看线PL1、PL2及PL3互相平行且主要分别由像素P4、P5及P6形成。因此当观看者移动观看位置时，观看者可看到像素P4呈现的影像、像素P5呈现的影像、及像素P6呈现的影像。

本发明并不限于由显示模块110提供9种不同视角。在本发明某些实施例中，显示模块110可提供较少或较多视角，且可根据光学调控器120及显示模块110的规格提供不同的像素图案。另外在图2中，光学调控器120及显示模块110之间的倾斜角X可大于0度使不同观看角度的影像能扩散以减低不同视角之间的突然改变。即倾斜角X能根据系统需求来决定，且在某些实施例中可为0度。

光学调控器120能将像素发射的光线引导至对应方向。本实施例中，光学调控器120所调制的观看方向的顺序可与设置于显示模块110的观看线的顺序相反。例如于显示模块110，像素P1到像素P9形成的观看线设置为由左到右，但是当观看者由左至右移动时实际看到的会是依序由于光学调控器120的调制而由像素P9到像素P1所形成的影像。

因此若观看者由点A看显示模块110时，观看者可从他的右眼看到像素P1所提供的影像，且从他的左眼看到像素P4所提供的影像。相似地，若观看者由点B看显示模块110时，观看者可从他的右眼看到像素P6所提供的影像，且从他的左眼看到像素P9所提供的影像。

由于观看者的右眼和左眼能接收不同观看角度的影像，所以显示模块110能实现3D视觉效果。在现有技术中像素P1到P9所提供的观看角度是预先决定且有限的。因此在理想情况下，观看者可由右眼看到像素P1所提供的影像并由左眼看到像素P4所提供的影像，藉以正确地实现3D视觉效果。然而若观看者歪头(yaw)或摇头(roll)时，观看者可从他的右眼看到像素P2所提供的影像，且从他的左眼看到像素P3所提供的影像。在这个例子中由于像素P2和P3提供的观看角度可能太相近且不一致而无法形成3D视觉效果，观看者可感觉到不正确的深度信息且感到晕眩。

为了改进3D视觉效果及允许观看者轻松观看显示设备100而无须关心有限的观看角度，显示设备100能使用眼动追踪模块130追踪观看者眼睛的位置。同时控制器140将定义穿过所述观看者双眼的所述位置的眼至眼直线，且根据眼至眼直线上的多个观看位置产生显示模块110中像素的影像数据。因此显示设备100能以较佳质量及较少限制来呈现自动立体的视觉效果。

图3显示本发明实施例显示设备100的观看情境。在图3中观看者V稍微转动头(或or yawed))观看显示设备100。为了提供影像给观看者V，眼动追踪模块130能侦测观看者V的右眼和左眼位置。控制器140能根据观看者V双眼的位置导出观看者V双眼的中央位置VC。

接着请参考图1，控制器140能于显示模块110上定义对应观看者双眼的中央位置VC的中央投射线CPL1。中央投射线CPL1能表示透过光学调控器120从观看者双眼的中央位置VC所应看到的中央像素。图4显示本发明实施例显示模块110上的中央投射线。

由于中央投射线CPL1也和光学调控器120及显示模块110的放置位置相关，控制器140可根据与光学调控器120及显示模块110相关的参数定义中央投射线CPL1。例如，所述参数能包括光学调控器120的透镜间距、光学调控器120的曲率、及光学调控器120和显示模块110之间的倾斜角中至少一者。同时在某些例子中显示模块110和光学调控器120之间的光学间隙可为固定。在某些实施例中这些参数可于制造时决定，且能记录于控制器140的内存内。藉由所述所需参数，控制器140能根据观看者双眼的中央位置VC导出中央投射线CPL1。

在某些实施例中为了更正确导出中央投射线CPL1，控制器140也可使用校正时导出的参数。例如与光学调控器120及显示模块110相关且控制器140使用的参数可还包括观看者双眼及眼睛角度偏移值之间的距离。在实施例中，眼睛角度偏移值可以是显示模块110的水平方向及观看者的眼至眼直线之间的角度。因此在制造程序中所产生的误差及某些制造程序中默认条件所产生的误差可以被更正。

在某些实施例中显示模块110的像素设置于重复图案区块，且控制器140可找到对应不同中央投射线的多条中央投射线。例如如图3和图4所示，控制器140可针对图案区块B1导出中央投射线CPL1，且针对图案区块B2导出中央投射线CPL2。

中央投射线CPL1导出后，控制器140能更针对图案区块B1的像素，根据像素的参考点和对应中央投射线之间的距离导出每个调制器至像素(modulator-to-pixel)偏移值。即对于图案区块B1的每个像素都可以导出调控器至像素偏移值。在某些实施例中像素的参考点能够是但不受限于例如像素的中央点。

根据图案区块B1的像素的调控器至像素偏移值，控制器140能导出对应图案区块B1的像素的眼至眼直线EL上的观看位置。即对于图案区块B1的每个像素，控制器140皆能够导出眼至眼直线EL上的观看位置，从所述观看位置可观看所述像素。例如图3中控制器140可导出对应像素PA的观看位置VPA，且可导出对应像素PB的观看位置VPB。在这个例子中像素PA将会显示从观看位置VPA应该要看到的影像数据，以及像素PB将会显示从观看位置VPB应该要看到的影像数据。

由于眼至眼直线EL是藉由延伸观看者V双眼间的连接线而定义，当观看者V歪头或摇头时眼至眼直线EL会改变，因此藉由定义眼至眼直线EL上的观看位置，控制器140所产生且于像素上呈现的影像数据会匹配观看者V的实际观看方向，减低观看者看到的缺陷且增加视觉质量。

在本实施例中能采用光线追踪算法来产生要显示的场景影像。在这个例子中控制器140能根据观看位置导出对应像素的光线向量(ray vectors)，并藉由沿所导出的光线向量取样场景中的光强度(light intensities)来产生像素的影像数据。

图5显示本发明实施例显示模块110要显示的场景S1。在图5中，要显示的场景S1能由多个体素(voxels)形成，且每个体素包括颜色信息和亮度信息。在本例中，若观看位置VPA对应到光线向量RA，控制器140将会沿光线向量RA检查体素。例如图5中光线向量RA可通过体素VX1和VX2使控制器140得以处理体素VX1和VX2且像素PA得以显示体素VX1和VX2。在某些实施例中控制器140能藉由结合颜色及亮度信息来产生像素PA的影像数据，其中颜色及亮度信息以合适的权重储存于多个像素内。

然而在本发明某些实施例中，要显示的场景可以不同构造形成，例如可由多个深度面(depth planes)形成场景，且每个深度面能包括具有对应颜色信息、透明度信息和亮度信息的多个点。图6显示本发明实施例显示模块110要显示的场景S2。场景S2能够由深度面D1到D3形成。图6中若观看位置VPA对应到光线向量RA，控制器140将会沿光线向量RA检查深度面D1到D3上的点，且根据深度面D1到D3的点上记录的颜色信息、透明度信息和亮度信息来决定像素PA的颜色和亮度。

在某些实施例中，每个深度面D1到D3可具有透明区域和不透明区域。不透明区域能具有2D或3D表面，且将阻隔后方的面。例如深度面D1可包括前景的物体且深度面D3可包括背景的物体。因此显示于深度面D1的物体可阻隔显示于深度面D3的物体。由于深度面的构造相当简单，所以可以实时由3D渲染引擎产生。

因为显示设备100能使用眼动追踪模块130追踪观看者双眼的位置且针对每个像素根据眼至眼直线EL上的观看位置产生影像数据，显示模块110呈现的影像将符合观看者的观看位置及观看方向。即便观看者歪头或摇头时，观看者也永远能以对应的观看角度观看影像。于现有技术中，显示设备只会针对特定观看角度呈现影像，所以当观看者歪头或摇头时观看者可能会看到不一致观看角度的影像，因此3D视觉效果可能很差。因此相较于现有技术显示设备100能提供较佳的视觉质量，当观看者歪头或摇头时本发明的好处会更加明显。

另外由于控制器140能实时根据眼至眼直线判定要显示的观看角度，且现有技术只能提供预先决定且有限的观看角度，所以显示设备100能较现有技术提供较广的观看角度。在现有技术中显示设备只针对有限且预先决定的观看角度呈现影像，所以当观看者移动时，观看者将会看到重复观看角度的影像。使用本发明的显示设备100，控制器140能产生对应观看者位置的不同观看角度的影像，因此观看者能看到相同场景下较宽的观看角度。

另外于某些实施例中，若眼动追踪模块130侦测到观看者双眼位置的改变，控制器140可判定位置的改变是否大于临界值。若位置的改变相当小且不超过临界值，则控制器14可不产生新的影像数据；若位置的改变大于临界值，则控制器140将产生对应观看者眼睛位置的新影像数据，即当眼睛位置的改变大于观看者可感知的程度时，显示设备100能根据观看者的新眼睛位置产生新影像数据，若眼睛位置的改变很少时则减低运算量。

在本实施例中，虽然显示设备100是针对一观看者藉由追踪眼睛而提供不同观看角度的影像以产生3D视觉效果，若够靠近第一观看者且共享相同的眼至眼直线，第二观看者也能依据显示设备100提供的影像感觉到3D视觉效果。

图7显示本发明实施例用于操作显示设备100的方法200的流程图。方法200包括步骤S210至S250。

步骤S210:眼动追踪模块130追踪观看者双眼的位置；

步骤S220:控制器140定义穿过观看者双眼的位置的眼至眼直线；

步骤S230:控制器140根据眼至眼直线上多个观看位置产生多个像素的影像数据；

步骤S240:控制器140将影像数据显示于显示模块110上；及

步骤S250:光学调控器120将显示模块110发射的光线调制至对应方向。

根据眼动追踪模块130在步骤S210所追踪到的观看者双眼的位置，控制器140能更定义眼至眼直线。由于当观看者歪头或摇头时会改变观看方向并改变眼至眼直线，眼至眼直线能直接或间接帮助显示模块110上像素的正确观看位置。因此在步骤S230中，控制器140能根据眼至眼直线上的观看角度产生像素的影像数据。之后显示模块110能于步骤S240中显示控制器140产生的影像数据，且显示模块110能于步骤S250中将显示模块110发射的光线调制至对应方向。

图8显示步骤S230的流程图。在图8中步骤S230可包括步骤S231至S235。

步骤S231:控制器140根据与显示模块110及光学调控器相关120的参数，定义显示模块110上且对应观看者双眼的中央位置的至少一中央投射线；

步骤S232:控制器140根据参考像素点及对应中央投射线之间的距离，导出每个像素的调控器至像素偏移值；

步骤S233:控制器140根据调控器至像素偏移值导出对应像素的眼至眼直线EL上的观看位置；

步骤S234:控制器140根据对应像素的观看位置导出对应像素的光线向量；及

步骤S235:控制器140沿光线向量取样场景中的光强来产生像素的影像数据。

在步骤S231中，控制器140能定义显示模块110上的中央投射线，例如图3及图4的中央投射线CPL1及CPL2。中央投射线CPL1及CPL2能表示通过光学调控器120从观看者双眼的中央所应看到的中央像素。

之后在步骤S232中，控制器140将根据参考像素点及步骤S231中所导出的对应中央投射线之间的距离，导出像素的调控器至像素偏移值。使用调控器至像素偏移值，控制器140在步骤S233中能导出对应像素的眼至眼直线上的观看位置。

在步骤S234及S234中，步骤S233中导出的观看位置将用于根据光线追踪算法产生影像数据。

方法200能追踪观看者双眼的位置，并根据眼至眼直线上的观看位置针对每个像素产生影像数据，因此显示模块110将依据观看者的观看位置及观看方向来呈现影像，即使用方法200能提供同个场景更宽的观看视角及更佳的视觉质量。

本发明的显示设备及显示设备的操作方法能追踪观看者双眼的位置并根据眼至眼直线上的观看位置针对每个像素产生影像数据，因此显示模块110将依据观看者的观看位置及观看方向来呈现影像，产生更宽的观看视角及更佳的视觉质量。

同时为了判定本发明的显示设备是否遭到侵权，有侵权可能性的显示设备可用于显示3D立方体模型例如一个10cm乘10cm乘10cm的立方体。在这个例子中假眼球或真眼球可于几个角度以模拟歪头(yaw)、摇头(roll)或点头(pitch)，且3D图像或光场能于眼至眼直线上的每个位置获取。之后能分析及计算对应立方体的透视形状改变的虚拟摄影机的位置。若虚拟摄影机的位置动态改变，即若轴线沿眼至眼直线弹性改变时，有侵权可能性的显示设备便对本发明的显示设备造成侵权。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。