TWI383178B - 用於一二維及/或三維圖像的顯示裝置及追蹤一觀察者平面的至少一虛擬觀察者視窗的方法 - Google Patents

Description

用於一二維及/或三維圖像的顯示裝置及追蹤一觀察者平面 的至少一虛擬觀察者視窗的方法

本案為一種用來追蹤一個二維與/或三維重組顯示的顯示裝置與方法，它包含了至少一個光源與至少一個光調校模組裝置。另外，本案所提出的裝置和方法可以在一個觀察者平面中追蹤一個虛擬的觀察者視窗，其中觀察者視窗裡要存在有至少一個觀察者。

本案所提出的方法與裝置可以應用在用來將三維物件顯示給一或多個觀察者的顯示裝置中，特別是全像影像顯示裝置。然而，本案也可以被用在自動立體顯示裝置裡。

以前曾經公開過的文獻主要在說明具有光調校模組裝置的全像影像顯示裝置，其中全像影像的富利葉轉換會呈像在觀察者的眼睛瞳孔裡。而這些顯示裝置的出口瞳孔也因此而與眼睛的瞳孔一致並且會參照一個觀察者視窗。一個最後的光學元件，即可以在光線行進的方向中被觀察得到的元件，會位於觀察者之前的顯示裝置之位置以扮演一個螢幕的工作。如此是假設此一螢幕為一聚焦光學元件。

如果在全像影像顯示裝置裡觀察者視窗與眼睛的瞳孔一致，則觀察者將可以在一個重組集合中看建一個物件的重組後外觀， 它會在觀察者視窗與螢幕之間展延。無論如何，如果觀察者以側向或順著顯示裝置的光學軸作移動，則觀察者視窗將不再與觀察者的眼睛瞳孔一致。如此將導致產生一個重組後外觀的插圖影像，它也將因此而只能被看到局部的影像或完全不能被看到。

藉由以前所公開提出的方案，為了避免當觀察者以側面移動時產生上述的重組後外觀之插圖影像，我們需要一個位置偵測系統以偵測觀察者眼睛的確實位置。藉由一個追蹤元件之助，觀察者視窗可以在觀察者移動到另外一個位置的時候追蹤到觀察者的眼睛。觀察者視窗也將因此而在觀察者平面中以側面的方向被追蹤到。其實在之前就已經有很多文獻公開討論這樣的方案。然而順著顯示裝置的光學軸來追蹤觀察者視窗，也就是指向螢幕或離開螢幕，將需要一個與側面追蹤不同的方式。它必需能確定觀察者視窗會順著光學軸而作移動，因為不然的話重組後的外觀將會變成插圖影像。另外，光調校模組裝置的影像也必需以相同的方式永遠地被呈像在螢幕中且不作任何的改變，不論觀察者與螢幕之間的距離是否有所異動。這表示說光調校模組裝置的影像，即例如將一觀察者位置a局部化地在螢幕上，必需在螢幕上特別標示出一觀察者位置b。

在日本第09068674號專利申請文件中已經敘述過一種可以用來追蹤的方法，包括結合的圖示。在這篇文件中，詳細說明了一個藉由二個空間光調校模組之助來顯示一個三維外觀之電子 全像影像顯示器，它描述一個用來將來自光調校模組之光投影到觀察者眼睛的可傾斜鏡片元件。每一個具有相對應之全像影像的光調校模組會依觀察者眼睛而作展延。三維外觀則會在可傾斜鏡片元件的週圍或其上做重組。任何觀察者的移動會藉由位置偵測系統而被偵測得知，且此一可傾斜鏡片元件也會圍繞著其水平或垂直軸被轉動以使得它能跟隨觀察者眼睛的新位置。在此同時，對應於新觀察者位置的三維外觀其影像將會顯現在全像影像中。還有，為了作光線的側面追蹤，在圖示裡還特別說明了延著顯示的光學軸作追蹤的方法。光線會順著離開三維外觀的方向繼續追蹤下去，並穿透觀察者眼睛的新位置。這樣的追蹤會藉由修正一個順著兩個光調校模組之側面距離來達成。所以它會在光線確實落在想要到達的眼睛時完成此一目的。藉由觀察者眼睛的位置，其中新的眼睛位置會利用位置偵測系統而被偵測到，將使得彼此有關係的光調校模組會作側面方向的顯示，而且光線也會順著光學軸的方向而被追蹤，所以重組後的外觀將永遠可以被觀察者的眼睛所看見。

如果使用上述的追蹤方法，則插圖影像的問題將不會再發生，這是因為重組後的影像將會變得很小很小。如果我們需要一個較大的重組後影像，則必然會發生前述的插圖影像問題，所以此一專利所提出的方法將不能被實際使用。另外，在此一日本第09068674號專利申請文件中並沒有產生形成任何的觀察者視窗， 所以它是可以被追蹤但其餘可見區域卻將會被綁縛隱藏住。系統的瞳孔將無法與眼睛的瞳孔同步，但卻會位於眼睛與重組後外觀之間。

所以，本案將針對上述的缺點提出一種改良方式，提出一種用來在顯示裝置裡追蹤一個虛擬觀察者視窗以達成二維與/或三維重組顯示的顯示裝置與方法，特別是延著一個顯示裝置的光學軸，而此一方法與裝置將能讓觀察者視窗的追蹤變的非常簡單而且方便。

本案所提出的專利構想如申請專利範圍第1項與第7項所述。

本案所達成之目標係為如申請專利範圍第1項所述，一種用於二維與/或三維圖像而用以追蹤一虛擬觀察者視窗的顯示裝置，其使用下列手段。根據本案所提出之顯示裝置包含了至少一個光源，至少一個光調校模組裝置，一個螢幕，以及一用以追蹤一觀察者平面的虛擬觀察者視窗的裝置，其中至少一觀察者位於該觀察者平面。此裝置包含了一個用來在觀察者平面中偵測至少一個觀察者的眼睛位置的位置偵測系統，一個追蹤單元，以及一個啟動和控制此追蹤單元的控制單元，其中該裝置位於光調校模組裝置與該螢幕之間。根據本發明，當沿著該顯示裝置的光 學軸追蹤該觀察者視窗時，追蹤單元的光學系統之影像側主要平面與影像側焦距係維持常數值。

然而，沿著光學軸來追蹤內含了至少一個觀察者的觀察者視窗，也就是朝向該螢幕或離開該螢幕的方向來追蹤觀察者視窗，可以利用此裝置在避免三維影像出現插圖影像的協助下來達成。此一裝置將使得追蹤觀察者視窗的工作變的非常簡單而方便，且具有較少的元件和成本。另外，三維的呈像會從螢幕之後的任何位置完整不變地被重組呈現出來，並且在光線發射行進的方向上被看見，而此方向也是觀察者所在的位置。如果觀察者有所移動，他可以用近似實體的情形下看到三維的呈像外觀。此一方法允許以不拘形式的方法來看到近似實體的三維外觀，只要有一般的眼睛與大腦就可以了。藉由本案所提出之申請專利範圍第7項中所述為追蹤移動之觀察者視窗的可行方法。另外，藉由本案所提出之具體實施範例，本發明所達成之目標如申請專利範圍第7項所述，一種用來追蹤至少一個虛擬觀察者視窗的方法。其進行的程序如以下的步驟，其中至少一個觀察者位在一觀察者平面裡。當觀察者的位置有所改變時，一個位置偵測系統會偵測或記錄觀察者平面中觀察者眼睛之位置的改變，並且將所偵測到的新觀察者眼睛位置之值提供或傳送給一個控制單元。該控制單元將因此而能在顯示裝置中啟動一個追蹤單元。該追蹤單元位於一個用來作為螢幕的光學元件的前方，並且在光 線行進的方向中得以被看見。一旦新的觀察者眼睛位置被確定，追蹤單元將會藉由在控制單元的協助控制下，依據觀察者眼睛位置而沿著顯示裝置的光學軸來追蹤至少一虛擬觀察者視窗。觀察者視窗得以被追蹤以使得追蹤單元的一個光學系統其影像側主要平面，以及追蹤單元的光學系統其影像側焦距都能維持常數且不變。

藉由本案所提出之具體實施範例，追蹤的動作只會沿著顯示裝置的光學軸方向來進行，其中理所當然地觀察者平面也只會沿著此一光學軸來作平移。一個觀察者視窗的側面追蹤並不在本案所提出申請闡述的擴充範圍之內。然而它卻也可能在顯示裝置中來影響側面的追蹤，進而影響到整個軸向的追蹤。觀察者視窗的側面追蹤有許多已知的方法與已經公開法表過的文件。這就是為什麼本案將不對觀察者視窗的側面追蹤多作細節的說明。

藉由本案所提出之具體實施範例的裝置與方法將能有極大的優點與進步，這是因為它能避免三維影像在呈像時出現插圖影像，特別是重組後的影像，透過觀察者視窗可以讓觀察者得以無限地看見三維外觀，即使他向著觀察者視窗的方向移動或離開，這是因為整個系統的離開瞳孔將永遠地與眼睛的瞳孔同步一致。另外，三維影像會完全無誤地從螢幕後的任何地方被看見，也就是在光線行進的方向上，即觀察者所在的位置。如果觀察者有所 位移，他也可以看到近似實體的整個三維影像呈現。如此將允許實體的三維外觀在任何的條件裝置中都能被看見，只要觀察者具有正常的眼睛與大腦即可。

除此之外，我們特別希望用來追蹤觀察者視窗的追蹤單元其功能會被改變以使得追蹤單元其光學系統的物件側之理論平面會沿著光學軸被顯示出來。這個狀況會藉由在追蹤單元中改變光學元件的焦距，或藉由改變個別光學元件之間的距離而受到影響。然而，它也可能讓整合了一個在顯示裝置中之光學元件的用來追蹤觀察者視窗之至少一個光調校模組被沿著光學軸而顯示出來。

如果位於追蹤單元之前或位在追蹤單元的整個系統之物件側的理論平面上的元件都被沿著光學軸而顯示出來，則呈現在螢幕上的影像將不會被干擾，這是因為光束的集合會在追蹤單元之前被調整平行化，並且在光線的行進方向中被看見。然而，如此的取代將導致顯示裝置的離開瞳恐其替代會沿著從其光學軸一路到觀察者眼睛的瞳孔。

藉由本案所提出之另一具體實施範例，另外還包括一個空間頻率濾波器，它位於一個顯示裝置的富利葉平面中，用來發射傳送一個選定之全像影像的富利葉頻譜之週期。

藉由本案所提出之具體實施範例，對於具有光調校模組裝置的全像影像顯示裝置中的追蹤單元其另外一種建議的應用為空間 頻率濾波器，特別是針對光圈為最主要且重要的應用，這是因為加碼於畫素中之一維或二維的全像影像會在富利葉平面裡產生一個富利葉頻譜的週期性延續，其中的畫素都被安排配置在富利葉平面中。為了隱藏或去除這些週期，我們需要在平面(富利葉平面)中安排一個只發射選定之繞射階的空間頻率濾波器來作濾除的工作。

在本案所提出之另一具體實施範例裡還定義了其他相關的專利申請範圍。在本案所提出之具體實施範例中做了如以下章節的詳細說明與各種圖示。

大部份的顯示裝置，特別是全像影像顯示裝置，會將所產生的富利葉轉換FT之呈像作重組之後顯示在觀察者眼睛瞳孔。這樣的顯示裝置其離開瞳孔將會落在觀察者眼睛瞳孔上且會參考到一個觀察者視窗。為了能看到一個重組後的外觀，我們必需讓觀察者眼睛的瞳孔與虛擬觀察者視窗同步一致。如果我們不考慮重組後的外觀其所伴隨產生的插圖影像也會被觀察到的話。當然，這並不是我們所期待需要的。

這也是為什麼觀察者視窗需要追隨在觀察者眼睛之後的原因。一個用來追蹤觀察者視窗的裝置也因此需要而產生。觀察者視窗將會沿著險示裝置的光學軸1(軸向追蹤)來作追蹤。 圖.1與後續的圖示只顯示了顯示裝置的細節，而用來追蹤觀察者視窗的裝置2，即所謂的包含了整合一作為螢幕的光學元件3之追蹤單元22的裝置，將扮演如以下說明的螢幕工作。追蹤單元22包含了至少兩個光學元件，例如鏡片與/或鏡面，但最好是三個並未在圖中顯示的三個光學元件。在圖中只顯示了追蹤單元22的整個系統之兩個理論平面H與H’。追蹤單元22的物件側F焦距為f而影像側F’的焦距為f’，而且螢幕(光學元件3)將位於影像側的焦距平面中，並未在圖中顯示的至少一個光調校模組裝置，它包含了一個全像影像，將位於於追蹤單元22之前，且可以在光線行進的方向中被看見並在全像養像顯示裝置之中。光調校模組裝置將因此調校入射的光線，並藉由光學元件之助而重組整個外觀。光調校模組的影像將會產生於追蹤單元22之前，並可在光線行進的方向中被看見，而我們所需要的三維外觀重組將會調整落在追蹤單元22上之影像的集合光束以讓它們平行前進。調整後的平行集合光束其光學路徑4在圖中以一虛線來表示。光調校模組裝置的影像將因此而呈像在螢幕(光學元件3)之上。在影像重組的過程中，將會同時產生一個富利葉轉換FT並形成光調校模組裝置的影像。此時的富利葉轉換將利用光學元件而呈像在顯示裝置裡。富利葉轉換FT的多重影像的最後呈像會穿透螢幕3而落到觀察者平面6。與富利葉轉換FT相關的光學路徑5如圖中的實線所示。

另外，追蹤觀察者視窗7的裝置包含了一個位置偵測系統8以在觀察者平面6中偵測觀察者眼睛的位置。位置偵測系統8將與追蹤單元22整合在一起。而由位置偵測系統所偵測到的觀察者眼睛位置其所定義之值將會提供給控制單元9，它會啟動並控制整個追蹤單元22以使得觀察者視窗7可以在觀察者改變其位置時被延著顯示裝置的光學軸1的方向作追蹤。所以觀察者平面6也將會沿著光學軸1被顯示出來。

如圖.2所示為沿著光學軸1的方向來追蹤觀察者視窗7的具體實施範例。藉由本案所提出之構想，光學系統的物件側之理論平面H，或是追蹤單元22的整個系統將會以軸向安排配置在一個新的位置H_N ，所以沿著光學軸1來追蹤觀察者視窗7將會依賴於觀察者眼睛的位置。但是此方法的必要先決條件是光學路徑4中的集合光束會在追蹤單元22之前作平行修正調整，並且可以在光線行進的方向上被看見，或位於追蹤單元22之前的光調校模組裝置其影像其實是來自無限遠的距離。在此情形下，沿著光學軸1的理論平面H其替代將不會影響螢幕3上光調校模組的影像。但必須注意的是，雖然理論平面H’與追蹤單元22的影像側焦距f’會在追蹤觀察者視窗7的過程中保持常數且不變。沿著光學軸1來替代理論平面H的優點為光學路徑5將會改變，並藉由光學平面5’的幫助在追蹤的過程中被發射出來。這表示當替代理論平面H時，例如相對於 光線行進的方向，將會左轉到H_N ，而富利葉轉換FT的影像也會相對地被替代到左側而到F_N 。觀察者視窗7經因此而呈像在一個觀察者平面6’，也就是它會被追蹤到觀察者。經過追蹤之後，一個新的觀察者視窗7’會在觀察者平面6’中被產生出來並且位於觀察者視窗7之後，且能在光線行進的方向中被看見。或者是說，理論平面H也可以被替代到右邊去，在光線行進的方向中被看見，將沿著光學軸1的方向讓觀察者視窗7移動到螢幕3。

理論平面H的軸向替代會藉由修正追蹤單元22的光學系統之特性而被啟動。舉例來說，就如同追蹤單元22裡光學元件上的距離是可以被改變的。當然焦距或至少一個光學元件的折射功率也可能作改變，例如藉由改變由鏡面所構成之光學元件的表面曲率。另外，具有可控式焦距的鏡片，如液態鏡片，也可能被用來作為光學元件以替代理論平面H。

當觀察者的眼睛位置被偵測到時，如以上所描述，可藉由一個位置偵測系統8的幫助以及由控制單元9所控制之追蹤單元22，將可以用來追蹤觀察者視窗7。

如圖.3所示為本案所提出之另一具體實施範例中沿著光學軸1來追蹤觀察者視窗7。藉由本案所提出之具體實施範例，並不是理論平面H會沿著顯示裝置的光學軸1而被替代，而是位於裝置2之前的系統元件，就如同一個光調校模組裝置11。 光調校模組裝置11將會由光源10所發射出來，此時這兩個系統元件都會落在追蹤元件22之前，並可在光線行進的方向中被看見。其他用來作為呈像與重組的光學元件，將會被安排配置在顯示裝置的中間區域內，並藉由光學軸1上的三個點所定義.然而，這些元件在本案所提出的申述概念裡並不是必需的，所以我們將不再作進一步的贅述。至於觀者視窗7的追蹤則可以藉由上述的程序來達成。如果光調校模組裝置11被替代了，理論平面H與H’以及焦距f’都會在追蹤的過程中保持常數不變。而在追蹤觀察者視窗7之前的光學路徑5以及追蹤觀察者視窗7之後到視窗7’的光學路徑5’將會在光學軸1的相同位置與追蹤單元22的理論平面H相互交錯.也由於替換了追蹤單元22之前的元件使得富利葉轉換FT的影像也可以沿著光學軸1而被替代(即從FT變成了FT’)。然而，光調校模組裝置11卻只會永遠地呈像在相同的位置，即螢幕3，如圖中以斷線所表示的光學路徑4。

在本案所提出之上述兩種用來追蹤觀察者視窗7的具體實施辦法中，說明了無需借助於將螢幕3上光調校模組裝置11的影像作移動或擴大就可以作追蹤的方法。如圖中所示，觀察者視窗7的維度將會與觀察者視窗7和螢幕3之間的距離成正比，或者說觀察者視窗7的維度會依賴於此一距離。

如圖.4所示為針對圖.1中的追蹤單元22所作的更詳細解說，其中它是顯示裝置的一個部份。此時顯示裝置的細節只顯示在和追蹤單元22，螢幕3，以及光調校模組裝置11的影像11’(並未顯示於圖中)整合在一起的裝置2中。藉由本案所提出之此一具體實施範例，追蹤單元22包含了三個光學元件12,13,14，它們可以是類似鏡片，鏡面，或其他相似的元件。光學元件12與13因此形成一無聚焦系統(Afocal System)。光學元件14係位於光學元件13的焦距f₁₃ ’之處。螢幕3則會位於光學元件14的焦距f₁₄ ’之處。至於另外一個焦距為f₁₅ ’的光學元件15，它可能也是一片鏡片，鏡子，或類似元件，將會位於追蹤單元22之前並且可以在光線行進的方向中被看見。

所以，前述的這個顯示裝置其功能特性如下。並未顯示於圖中的光調校模組裝置11將會利用光源10所發射出來的光所發散出來，並且將此一光線調整修正成為與被重組之外觀的全像影像一致，也就是將會被加碼於其上。並未顯示於圖中之由其他更多的光學元件所呈像的光調校模組裝置11，在此案中將類似於光調校模組裝置11的一個影像11’將會被產生在光學元件15之前。在此同時，並未顯示於圖中的一個富利葉轉FT將會被產生在光學元件15之前的顯示裝置裡，並且可以在光線行進的方向中被看見。之後光調校模組裝置11的影像11’ 將會藉由光學元件15而呈像到一個無限遠的地方，而且藉由光學元件12則會呈像到其影像側的聚焦平面上。富利葉轉換FT將因此而藉由光學元件15而呈像到其聚焦平面上，且之後利用追蹤單元22的光學元件12和13來呈像到光學元件13的影像側之聚焦平面上。藉由本案所提出之具體實施範例，光學元件14將會安排配置在此一平面裡。在此一同時扮演著呈像裝置的螢幕3接著將會把富利葉轉換FT呈像到觀察者平面6。藉由穿越在觀察者平面6的觀察者視窗7中所形成的富利葉轉換FT，觀察者將可以看見重組後的外觀。在此同時富利葉轉換FT將會被呈像顯示出來，而光調校模組裝置11的影像11’也將會利用來自光於元件12的聚焦平面之光學元件13和14呈像顯示到螢幕3。

圖.5與圖.6所示為追蹤觀察者視窗7的詳細說明。

圖.5所示為追蹤單元22的詳細說明。圖.5中的顯示裝置其一般設計將如同圖.4中所說明的裝置設計。然而，本案所提出之此一具體實施範例說明了觀察者視窗7如何沿著光學軸1來被追蹤。藉由在光學軸1上替代追蹤單元22的光學元件12與13將可以完成此一追蹤，但此時其方向將會與光線行進的方向相反。而光學元件12與13的新位置將如圖中所分別標示的12’和13’，且光學元件12與13之前的位置將以斷線所表示。如此一來，如圖.2所說明，追蹤元件22的 理論平面H將會被替代，而此時焦距f₁₄ ’與理論平面H’卻都將保持常數不變。在此具體實施範例中說明了光學元件14一定不能被替代以確保光調校模組裝置11的影像11’可以永遠地呈像在螢幕3上。替代光學元件12與13會影響追蹤單元22內光調校模組裝置11的影像替代(從SLM到SLM’)，特別是沿著光學軸1的富利葉轉換FT之替代，將會藉由螢幕3而呈像到觀察者平面6中並且被替代到位置FT’，而觀察者視窗7也將會隨著被替代，這是因為它也是利用富利葉轉換FT來作重組顯示。新的觀察者視窗7’如今將會隨著新的觀察者眼睛的位置而位於新的觀察者平面6’中。

無論如何，將這兩個光學元件12與13沿著光學軸1一起作替代是一件非常重要的工作.如此將會把光調校模組裝置11的影像顯示在螢幕3上且不用作任何的改變。

另外，顯示裝置裡還需要一個空間頻率濾波器16，特別是在本案所提出的具體實施範例裡的一個全像影像顯示裝置，更需要一個空間頻率濾波器16來將所選定之富利葉頻譜的週期發射傳送出來(即空間頻率頻譜)。空間頻率濾波器16可以具有一個光圈，且它可以位於光學元件12與15之間，特別是在富利葉平面裡，此時將會位在光學元件15的焦距上。空間頻率濾波器16在具有畫素結構的光調校模組裝置裡是最主要的元件，這是因為加碼於其上的全像影像會在富利葉平面中發射出一個富 利葉頻譜的連續週期。而空間頻率濾波器16將因此而位於富利葉平面中以壓縮或展延整個週期。所以空間頻率濾波器16將會被設計來讓它只能發射傳送所使用過的繞射階。

本案所提出之具體實施範例還有另外一項優點，就是可以降低到某個繞射階的富利葉頻譜，且此繞射階和對應之空間頻率濾波器16的影像將會如同觀察者視窗一樣來避免任何的雜訊干擾，這類的雜訊干擾在利用具有矩陣結構之光調校模組裝置來作影像重組時總是會伴隨產生。如此一來將可以讓影像在不受雜訊干擾的情形下完成另外的多工處理程序並且同時呈像到觀察者的左眼與右眼。還有，同時提供多工處理服務給多個使用者也將變成可能。

圖.6所示為本案所提出之另一用來沿著光學軸1來追蹤觀察者視窗7的具體實施範例。藉由本案所提出之此一具體實施範例，顯示裝置將如圖.4中所描述。藉由本案所提出之此一具體實施範例，我們將不再需要兩個沿著顯示裝置之光學軸1來被替代的光學元件12和13，而只需要一個光學元件15和空間頻率濾波器16。這兩個元件15和16也會在光線行進的方向裡沿著光學軸1來被替代，此時觀察者視窗7也一樣會在光線行進的方向中被替代。新的觀察者視窗7’如今將會位在一個比觀察者視窗7距離螢幕3更遠的地方。如果觀察者的位置離螢幕3比較近，則我們必需在與光線行進相反的方向上 替代光學元件15與空間頻率濾波器16，以使得觀察者視窗7可以向螢幕3靠攏讓觀察者的眼睛能透過觀察者視窗7看到重組後的外觀。

因為光學元件15被替代了，連帶使得對應的物件側焦點也隨著被替代，此時光調校模組裝置11的影像11’也會一起被替代。由於影像11’會在一個無限遠的地方，如今將會從其他的平面呈像顯示在螢幕3上以讓影像11’’能對應到光學軸1。在圖.6中屬於影像11’的呈像之光學路徑將會隨著被修正到光學元件15之前，並且在光線行進的方向中被看見，如圖中的兩路光學路徑4與4’。然而表示富利葉轉換FT的呈像之光學路徑5與5’是不同的，這也是為什麼光學軸1上富利葉轉換FT的影像其位置會被改變或替代。如以上所述，觀察者視窗7也將因此而跟著被替代。如此一來，如果觀察者延著顯示裝置的光學軸移動時也將能持續追蹤觀察者視窗7。

當富利葉轉換FT被呈像到螢幕3上時我們也可以將光調校模組裝置11直接呈像到觀察者眼睛上的觀察者平面6。

當然觀察者視窗7的側向追蹤也可以同理地適用於顯示裝置中。但此時需要額外的其他元件且必需對追蹤元件22作適度的修正。

藉由本案所提出之具體實施範例裡的裝置和方法，我們將能在觀察者延著螢幕3的方向作前進或背離的移動時提供-甚 至是離開瞳孔或觀察者視窗7的側向追蹤-一個軸向追蹤，進而避免重組外觀的插圖影像之產生。

本案所提出之一種用來在顯示裝置裡追蹤一個虛擬觀察者視窗以達成二維與/或三維重組顯示的顯示裝置與方法包含了顯示裝置，將涵蓋了個人或工作環境中二維與/或三維的全像影像投影裝置，例如個人電腦螢幕，頭戴式顯示器，手機螢幕，電視機，電子遊樂器，汽車工業等的顯示資訊，或其他在娛樂產業，醫療工程，或甚至軍規工程等等的表面資訊重組。當然，本案所提出之裝置除了上述的各種形式與應用之外，也可以應用在其他的領域中，只要是確定需要追蹤裝置的離開瞳孔的裝置，都在本案所申請保護的範圍之內。

本案所揭露之技術，得由熟習本技術人士據以實施，而其前所未有之作法亦具備專利性，爰依法提出專利之申請。惟上述之實施例尚不足以涵蓋本案所欲保護之專利範圍，因此，提出申請專利範圍如附。

1‧‧‧光學軸

2‧‧‧追蹤觀察者視窗的裝置

3‧‧‧光學元件

4‧‧‧光學路徑

5‧‧‧光學路徑

6‧‧‧觀察者平面

7‧‧‧追蹤觀察者視窗

8‧‧‧位置偵測系統

9‧‧‧控制單元

22‧‧‧追蹤單元

f‧‧‧物件側焦距

f’‧‧‧影像側的焦距

F‧‧‧物件側

F’‧‧‧影像側

H,H’‧‧‧理論平面

FT‧‧‧富利葉轉換

5’‧‧‧光學平面

6’‧‧‧觀察者平面

7’‧‧‧觀察者視窗

H_N ‧‧‧新的位置

F_N ‧‧‧新的物件側位置

10‧‧‧光源

11‧‧‧光調校模組裝置

11’‧‧‧影像

12‧‧‧光學元件

13‧‧‧光學元件

14‧‧‧光學元件

15‧‧‧光學元件

SLM‧‧‧光調校模組裝置

16‧‧‧空間頻率濾波器

本案得以藉由下列圖示及詳細說明，俾得一更深入之了解：圖.1所示為本案所提出之一種用來在全像影像顯示裝置裡追蹤一觀察者視窗的顯示裝置與方法的功能架構圖；圖.2所示為本案所提出之圖.1裡用來追蹤觀察者視窗時顯示裝置的功能架構圖；圖.3所示為本案所提出之另一具體實施範例的觀察者視窗追蹤架構圖；圖.4所示為本案所提出之圖.1裡顯示裝置的追蹤單元之詳細內容架構圖；圖.5所示為本案所提出之圖.2裡用來追蹤觀察者視窗時顯示裝置的詳細內容架構圖；圖.6所示為本案所提出之圖.3裡用來追蹤觀察者視窗時顯示裝置的追蹤單元之詳細內容架構圖。

1‧‧‧光學軸

2‧‧‧追蹤觀察者視窗的裝置

3‧‧‧光學元件

4‧‧‧光學路徑

5‧‧‧光學路徑

6‧‧‧觀察者平面

7‧‧‧追蹤觀察者視窗

8‧‧‧位置偵測系統

9‧‧‧控制單元

22‧‧‧追蹤單元

f‧‧‧物件側焦距

f’‧‧‧影像側的焦距

F‧‧‧物件側

F’‧‧‧影像側

H,H’‧‧‧理論平面

FT‧‧‧富利葉轉換

Claims (14)

1. 一種用於一二維及/或三維圖像的顯示裝置，包含至少一光源(10)，至少一光調校模組裝置(11)，一螢幕(3)，以及用以追蹤一觀察者平面(6)的一虛擬觀察者視窗(7)的一裝置(2)，其中至少一觀察者位於該觀察者平面(6)，其中該裝置(2)包含了用於在該觀察者平面(6)中的至少一觀察者的眼睛位置之偵測的一位置偵測系統(8)，一追蹤單元(22)，以及用於啟動和控制該追蹤單元(22)的一控制單元(9)，其中該裝置(2)係位於該光調校模組裝置(11)與該螢幕(3)之間，且其中為了沿著該顯示裝置的一光學軸(1)追踨該觀察者視窗(7)，該追蹤單元(22)的一光學系統之影像側焦距(f’)係保持不變。
2. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中該追蹤單元(22)之該光學系統的該影像側焦距(F’)位於該螢幕(3)上。
3. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該追蹤單元(22)的該光學系統包含至少二個光學元件(12,13,14)。
4. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中一空間頻率濾波器(16)係位於包含該顯示裝置之光調校模組裝置(11)的富利葉光譜的一平面中。
5. 如申請專利範圍第4項所述的裝置，其中該空間頻率濾波器(16)係位於該追蹤單元(22)的前方，並且在光線進行的方向上被觀察。
6. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該觀察者視窗(7)的維度係依該觀察者平面(6)與該螢幕(3)之間的距離而定。
7. 一種追蹤一觀察者平面的至少一虛擬觀察者視窗的方法，至少一觀察者位於該觀察者平面，若觀察者的位置改變，該方法以前述申請專利範圍第1項到第6項所述的顯示裝置來進行並包含下列步驟：- 在該觀察者平面(6)中利用一位置偵測系統(8)偵測該至少一觀察者的眼睛位置；- 將位置資訊傳送至一控制單元(9)；- 利用該控制單元(9)來啟動一追蹤單元(22)；- 利用該追蹤單元(22)沿著一顯示裝置的一光學軸(1)來追蹤該至少一虛擬觀察者視窗(7)，以使得該追蹤單元(22)之一光學系統的一影像側焦距(f’)保持不變。
8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中平行的光束(4)係落在該追蹤單元(22)上，其位於一光學元件(3)的前方，該光學元件(3)係作為一螢幕之用，並且在光線進行的方向上被觀察。
9. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中為了追蹤該追蹤單元(22)的觀察者視窗(7)的特性，特別是個別的光學元件當中的焦距與距離被改變，以使得該追蹤單元(22)的該光學系統的一物件側主要平面(H)沿著一光學軸(1)被移置。
10. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中為了追蹤該觀察者視窗(7)，至少一光調校模組裝置(11)沿著該光學軸(1)被移置且在該顯示裝置裡和一光學元件(15)相結合。
11. 如申請專利範圍第7或第10項所述的方法，其中一光調校模組裝置(11)係呈像於一光學元件(3)上，其係作為一螢幕之 用。
12. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中在一光調校模組裝置(11)上的全像影像之富利葉轉換(FT)係呈像在該觀察者之至少一眼睛上，且於其中形成該觀察者視窗(7)。
13. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中一空間頻率濾波器(16)係位於該顯示裝置的一富利葉平面中，並傳送一全像影像的富利葉光譜的一被選定的週期間距。
14. 如申請專利範圍第7或第13項所述的方法，其中為了追蹤該觀察者視窗(7)，該光調校模組裝置(11)之一影像(11’)、一光學元件(15)及一空間頻率濾波器(16)本身被移置在一起，其中該光學元件(15)係位於該光調校模組裝置(11)的該影像(11’)與該空間頻率濾波器(16)之間。