TW201732370A - 多光束繞射格柵式抬頭式顯示器 - Google Patents

多光束繞射格柵式抬頭式顯示器 Download PDF

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Abstract

本發明提供的一種抬頭式顯示器以及一種三維抬頭式顯示系統，係在適眼區提供一影像的複數個視像與實體環境的景象結合而成的結合視像以供使用者觀看。抬頭式顯示器係包括用於提供不同視像的一多光束繞射格柵式顯示器，以及用於將該些不同視像與實體環境景象一起轉送至適眼區的一光學結合器。三維抬頭式顯示系統提供的該些不同視像係代表一三維影像的不同立體視像。

Description

多光束繞射格柵式抬頭式顯示器
本發明屬於一種顯示器；特別是一種抬頭式顯示器。
對於種類廣泛的裝置及產品的使用者而言，電子顯示器是一個幾乎無處不在的媒體，用於傳播資訊給使用者。其中最常見的電子顯示器是陰極射線管（cathode ray tube, CRT）、電漿顯示面板（plasma display panels ,PDP）、液晶顯示器（liquid crystal displays, LCD）、電致發光顯示器（electroluminescent displays, EL）、有機發光二極體（organic light emitting diode, OLED）和主動式有機發光二極體（active matrix OLEDs, AMOLED）顯示器、電泳顯示器（electrophoretic displays, EP），以及各種採用機電或電流體光調變（例如，數位微鏡裝置、電潤濕顯示器等等）的顯示器。在一般情況下，電子顯示器可以分為主動顯示器（即，會發光的顯示器）或被動顯示器（即，調變由另一個光源提供的光的顯示器）的其中一者。在主動顯示器的分類中，最明顯的例子是CRTs、PDPs及OLEDs/AMOLEDs。在上述以發射光進行分類的情況下，LCDs及EP顯示器一般是被歸類在被動顯示器的分類中。被動顯示器雖然經常表現出包括但不限於如固有的低功率消耗等具有吸引力的性能特徵，但由於其缺乏發光的能力，被動顯示器在許多實際應用中可能有使用上的限制。
抬頭式顯示器是一種用於顯示影像或其他的一般資訊的電子顯示器，並且可以供使用者在觀看抬頭式顯示器遠方的實體環境的同時觀看該抬頭顯示器所顯示的影像或資訊。更具體來說，抬頭式顯示器會創造由抬頭式顯示器所產生的影像與實體環境景象疊加的一結合視像。此外，使用者可以以俗稱「抬頭」的型態來觀看抬頭式顯示器（例如，不需要往下或者往遠離實體環境的方向觀看的型態）。相較於習知的顯示器，各種不同的抬頭式顯示器與抬頭式顯示系統可以在許多的應用中提供更為身歷其境的體驗。
下文的實施例與範例係依據本發明的原理，提供了一種抬頭式的影像顯示器。尤其，根據與本說明書中所描述的原理的各個實施例，本發明係提供了一種採用多視角顯示器的抬頭式顯示器，藉此產生一影像的多個視像。該些不同的視像係被投射或被排列到一適眼區中的不同位置，其中，該抬頭式顯示器所顯示的影像係在該適眼區中供使用者觀看。此外，抬頭式顯示器係提供實體環境的景象以及包含多個不同視像的影像的疊加視像。根據本發明的各個實施例，該些不同的視像可以包括一三維影像的不同立體視像。舉例來說，該三維影像的該些不同三維視像，可以讓使用者在該實體環境中以不同表觀深度感受到三維影像中的元件。
根據本發明的各個實施例，多視角顯示器係包括一多光束繞射格柵式背光板。所述的多光束繞射格柵式背光板係利用一多光束繞射格柵將光從導光體中繞射耦合出來，藉此產生對應於該些不同視像的光束。在某些實施例中，該些不同視像可以大致類似於根據某些實施例之基於多光束繞射格柵式背光板的一三維電子顯示器（例如，立體顯示器或「裸眼」的三維電子顯示器）所產生的不同視像。因此，多視角顯示器又可以稱為多光束繞射格柵式顯示器。
根據各個實施例，多光束繞射格柵式顯示器具有多光束繞射格柵的陣列。多光束繞射格柵係用於從一導光體中耦合光，並且用於提供對應於多光束繞射格柵式顯示器的像素的耦合出光束，或者用於提供所顯示之影像的不同視像的等同像素。尤其，根據本發明的各個實施例，耦合出光束係具有彼此不同的主要角度方向（為了方便進行說明，在本說明書中又稱為「具有不同定向」）。此外，在某些實施例中，這些由多光束繞射格柵所產生之具有不同定向的光束，可以經調變後做為對應於所顯示之影像的不同視像的像素。
在本說明書中，「影像」係被定義為文字與圖像等形式的其中之一的資訊。此外，在本文中，「導光體」被定義為一種在其結構中使用全內部反射來引導光的結構。尤其，導光體可包括一核心，在導光體的操作波長中，該核心基本上是透明的。「導光體」一詞一般指的是一介電質的光波導，其係利用全內部反射在導光體的介電質的物質和圍繞導光體的物質或介質之間的界面引導光。根據定義，全內部反射的條件是，該導光體的折射率大於相鄰於導光體物質表面的周圍介質的折射率。在某些實施例中，導光體可以在利用上述的折射率差之外另外包括一塗層，或者利用塗層取代前述的折射率差，藉此進一步促成全內部反射。舉例來說，該塗層可以是反射塗層。導光體可以是數種導光體中的任一種，其可以包括但不限於，一平板或厚板的導光體及一條狀導光體的其中一者或兩者。
此外，在本文中，當「平板」一詞被應用於導光體中時，如「平板導光體」，其係被定義為一片狀、一差異平面層狀或一薄片，並且在某些情況中被稱為「薄片」導光體。尤其，一平板導光體係被定義為在由導光體的上表面及下表面（換言之，兩個相對的表面）所界定的兩個大致正交的方向上引導光的一導光體。此外，在本說明書的定義中，上表面及下表面兩者間彼此分離，並且根據本發明的某些實施例，至少在區隔的意義上兩者為大致彼此平行的表面。也就是說，在平板導光體的任何不同的小區域內，上表面和下表面是大致上為平行或共面的表面。
在某些實例中，一平板導光體可以具有大致為平坦的結構（即，限制在一個平面上），因而使平板導光體成為平面導光體。在其它實施例中，平板導光體可以具有在一個或兩個正交維度中為彎曲的結構。例如，平板導光體可以具有在一單一維度中為彎曲的結構，以形成圓柱形的平板導光體。然而，任何曲率都需具有足夠大的曲率半徑，以確保平板導光體中能保持全內部反射來引導光。
在此，「繞射格柵」，更具體來說「多光束繞射格柵」，通常被定義為複數個結構特徵（即，繞射結構特徵），用於提供入射於繞射格柵之光的繞射。在某些實施例中，複數個結構特徵可以以週期性或準週期性的方式設置。舉例來說，繞射格柵可以包括設置在一個一維陣列中之複數個結構特徵（例如，在材料表面的複數個凹槽）。在其他實例中，繞射格柵可以是結構特徵的二維陣列。舉例來說，繞射格柵可以是在材料表面上的凸部或者在材料表面中的孔洞的二維陣列。
因此，如本說明書中的定義，「繞射格柵」為一種結構，其可以提供入射於繞射格柵之光的繞射。如果光是由一導光體入射到繞射格柵上，其所提供的繞射或者繞射地散射可能導致並且因此可以被稱為「繞射耦合」，繞射耦合可以藉由繞射的方式將光耦合離開導光體。繞射格柵也藉由繞射的方式（即，以一繞射角度）重新定向或改變光的角度。尤其，由於繞射的緣故，離開繞射格柵的光（即，繞射光）通常具有與入射於繞射格柵的光（即，入射光）的傳導方向不同的傳導方向。藉由繞射產生之光的傳導方向上的變化於本文中被稱為「繞射地重新定向」。因此，繞射格柵可被理解為經由繞射方式將入射在繞射格柵上的光重新定向之具有繞射特徵的結構，以及，如果光是由導光體射出，繞射格柵也可將來自導光體的光繞射地耦合出。
此外，如本說明書中的定義，繞射格柵的特徵係被稱為「繞射結構特徵」，並且可以是位在一表面、在一個表面之內或在一個表面之上（換言之，「表面」所指的是兩個材料之間的一邊界）的一個以上的繞射結構特徵。該表面可以是平板導光體的一個表面。繞射結構特徵可包括任何種類的光繞射結構，其可以包含但不限於：在表面、在表面內或在表面上的一個以上的凹槽、脊部、孔洞和凸起。例如，繞射格柵可以包括​​在材料表面內的複數個平行的凹槽。在另一實例中，繞射格柵可以包括自材料表面上升突出的複數個平行的脊部。繞射結構特徵（不論是凹槽、脊部、孔洞、凸部等）可以具有得以提供繞射功能之各種橫截面形狀或輪廓中的任一者，該些橫截面形狀或輪廓係包括但不限於：一正弦狀輪廓、一矩形輪廓（例如，一二元化繞射格柵）、一三角形輪廓和一鋸齒輪廓（例如，一閃耀光柵）的其中一個或多個。
根據本說明書中的定義，「多光束繞射格柵」是產生由包括複數條光束的耦合出光束的繞射格柵。此外，如本說明書中之定義，由多光束繞射格柵所產生的該等光束係具有彼此不同的主要角度方向。更詳而言之，如本發明的定義，由於多光束繞射格柵對入射光進行繞射耦合以及繞射地重新定向的緣故，該等光束中的一光束係具有與該等光束中的另一光束不同的一預定主要角度方向。該等光束可以代表一光場。舉例來說，該等光束可能會包括具有八種不同主要角度方向的八條光束。舉例來說，該八條光束的結合（即，該等光束）可以代表一光場。根據本發明的各個實施例，各條光束的不同的主要角度方向，是由以下兩個因素的結合所決定，該兩個因素分別為格柵柵距或間隔，以及多光束繞射格柵的繞射結構特徵在各個光束的起始點相對於入射在多光束繞射格柵上的光線的傳導方向的方向性或轉動。
具體而言，根據本文中之定義，由該多光束繞射格柵產生之一光束具有一由角度分量{θ ,f }給出之主要角度方向。角度分量θ 在本文中係稱作光束之「仰角分量（elevation component）」或「仰角（elevation angle）」。在本文中，角度分量f 係稱作光束之「方位分量（azimuth component）」或「方位角（azimuth angle）」。根據定義，仰角θ 係為一垂直平面（例如，垂直於多光束繞射格柵之一平面）中之一角度，而方位角f 係為一水平平面（例如，平行於多光束繞射格柵平面）中之一角度。第1圖顯示了根據本文所述原理之一實例的具有一特定主要角度方向之一光束10之角度分量{θ ,f }。另外，根據本文中之定義，光束10係自一特定點發射或散發。即，根據定義，光束10具有與多光束繞射格柵內之一特定起點相關聯之一中心射線。第1圖也顯示了光束的起點O 。在第1圖中，入射光的傳導方向的範例是以指向起點O 的粗體箭頭12所顯示。
根據本發明的各個實施例，可透過多光束繞射格柵與其結構特徵（即，「繞射特徵」）之特性來控制下列各項其中之一或二者：光束之角度方向性，及多光束繞射格柵相對於一個以上的光束的波長或色彩選擇性。可用於控制角度方向性及波長選擇性之特性包含但不限於如下各項其中之一或多者：格柵長度、格柵間距（結構特徵間隔）、結構特徵的形狀、特徵的尺寸（例如，凹槽或脊部的寬度），以及格柵的定向。在某些實例中，各種用於控制之特性可為在一光束之起點附近局部處之特性。
根據本說明書中所描述的各個實施例，由繞射格柵（例如，多光束繞射格柵）耦合出導光體的光係代表了電子顯示器的像素。尤其，具有多光束繞射格柵並且用於產生具有不同主要角度方向之光束的導光體，可以是電子顯示器的背光板的一部分，或者，可以是結合電子顯示器一起使用的背光板的一部分。其中，所述的電子顯示器可以包括但不限於多視角顯示器及「裸眼」的三維電子顯示器（又稱為「全像」電子顯示器，或者稱為立體顯示器）。由此可知，透過多光束繞射格柵將導光從導光體中耦合出而產生的具有不同定向的光束，可以是或可以代表所顯示的影像（例如，「三維影像」）的不同視像。此外，該些不同定向的光束係具有對應於不同影像的不同觀看角度的方向。
在本文中，「準直器」係被定義為任何用於準直光的光學元件或裝置。舉例來說，準直器可以包括但不限於，一準直鏡或反射器、一準直透鏡以及上述各種準直器的組合。在某些實施例中，準直器係包括一準直反射器，該準直反射器的反射表面可以具有拋物線曲線或拋物線形狀的特徵。在另一實例中，準直反射器可以為類拋物線形的反射器。「類拋物線形」在此係指拋物線形反射器的曲形反射表面與「真正」的拋物線曲線有所偏離，藉以達到預定的反射特質（例如，準直度）。類似地，準直透鏡可以包括球形的表面（例如，雙凸球面透鏡）。
在某些實施例中，準直器可以為連續的反射器或連續的透鏡（即，具有大致平滑且連續的反射表面或透鏡），而在其他的實施例中，準直反射器或準直透鏡可以包括大致不連續的表面，如用於提供光線準直的菲涅耳反射器（Fresnel reflector）或菲涅耳反射鏡（Fresnel mirror），但其並不受限於此。根據本發明的各個實施例，由準直器所提供的準直量可以在預定的準直程度或準直量之間根據不同的實施例而有所不同。此外，準直器可以被配置為提供一個或兩個正交方向上的準直（例如，一垂直方向以及一水平方向）。換句話說，根據本發明的各個實施例，準直器可以具有在一個或兩個正交方向上的拋物線形或類拋物線形。
在本文中，「光源」一詞係被定義為光的來源（例如，提供並且發出光線的裝置或元件）。舉例來說，光源可以為當啟動時會發出光線的發光二極體（light emitting diode, LED）。在此，光源可以為任何一種來源的光或光發射器，其係包括但不限於，一個以上的LED、一雷射、一有機發光二極體（organic light emitting diode, OLED）、高分子發光二極體、等離子光發射器、日光燈、白熾燈，以及任何其他視覺可見的燈光來源。由光源所產生的光線可以具有顏色，或者可以具有一定範圍的波長。由此，「具有不同顏色的多個光源」在本說明書中係被明確地定義為一組或者一群光源，其中，該些光源中的至少一個光源所產生的光的顏色或等同的波長，與該些光源中的至少另一個光源所產生的顏色或波長不同。此外，只要該些光源中有兩個不同顏色的光源（即，在至少兩個光源之間產生不同顏色的光），「具有不同顏色的多個光源」可以包括具有相同或大致類似的顏色的一個以上的光源。因此，根據本文中的定義，具有不同顏色的多個光源可以包括了產生第一顏色的第一光源以及產生第二顏色的第二光源，其中，第一顏色不同於第二顏色。
在本說明書使用的「調視」一詞，係指藉由改變眼睛的光學能量來聚焦在一物品或影像元件上的過程。換言之，調視係指眼睛聚焦的能力。在本文中，「調視範圍」或等同的「調視距離」係被定義為與眼睛有相距一距離的並且能達成聚焦的距離範圍。雖然每個個體的調視範圍可能會有所不同，作為範例而非限制，在本文中係以簡單的方式將最小的「正常」調視距離設定為大約等於25公分。據此，當一物品在所述的「正常調視範圍」中時，一般應理解為該物品位在距離眼睛超過25公分以外的位置。
在本說明書中，「適眼區」係指使用者可以觀看顯示器或其他光學系統（例如，透鏡系統）所形成的影像的區域或空間。換言之，適眼區界定了為了觀看由顯示系統所產生的影像，使用者的眼睛在空間中適合放置的位置。在某些實施例中，適眼區代表了二維的空間區域（例如，具有長度與寬度但沒有實際深度的區域），然而在其他實施例中，適眼區可以包括三維的空間區域（例如，具有長度、寬度以及深度的區域）。此外，當在本說明書中提到「區」時，適眼區並不受限於具有四邊形的區域。舉例來說，在某些實施例中，適眼區可以是圓柱形的空間區域。
此外，在本說明書中所使用的冠詞「一」具有專利領域中的普遍含義，即，意指「一個或多個」。例如，「一格柵」指一個或多個格柵，更確切來說，「該格柵」於此意指「該（等）格柵」。此外，任何本文所指的「頂部」、「底部」、「上部」、「下部」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、或「右」並非意使其成為任何限制。本文中，當應用到一個值時，除非有另外特別說明，「大約」一詞一般是指用於產生該值的設備的公差範圍內，或在一些實施例中，是指正負10%，或正負5%，或正負1%。此外，舉例來說，「大致」一詞在本文中代表了大多數、幾乎全部或全部，或者代表落於大約51%至大約100%之間的範圍中的值。再者，本說明書中的實施例旨在對本發明進行說明，並且是為了討論之目的呈現，而不應用於限制本發明。
根據與本說明書中所描述的原理一致的某些實施例，本發明係提供了一種抬頭式顯示器。第2圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一抬頭式顯示器100的範例的方塊圖。抬頭式顯示器100係被配置為在抬頭式顯示器100的一適眼區102提供一影像（即，所顯示的影像）。更具體來說，抬頭式顯示器100可以用於提供所顯示影像的複數個不同視像104。
在某些實施例中，該些不同視像104是被提供在適眼區102中的不同位置。根據本發明的各個實施例，在適眼區102中提供在不同位置的不同視像104係用於將焦深提示提供給抬頭式顯示器100的使用者。舉例來說，焦深提示可以讓使用者能夠基於焦深提示察覺出所顯示影像的深度或距離。由抬頭式顯示器100所提供給使用者的焦深提示可以包括調視與視網膜模糊等提示，但其並不受限於此。
如第2圖所示，抬頭式顯示器100係包括一多光束繞射格柵式顯示器110。多光束繞射格柵式顯示器110係用於提供所顯示影像的複數個不同視像104。根據本發明的各個實施例，可以提供任何數量的視像作為該些不同視像104。舉例來說，所顯示影像的該些不同視像104的數量，可以包括兩個、三個、四個、五個、六個、七個、八個或更多個的不同視像。在其他範例中，所顯示影像的不同視像104係包括相對大數量的不同視像，該些不同視像的數量可以包括十六個、三十二個、六十四個、一百二十八個或兩百五十六個不同視像，但該些不同視像的數量並不受限於此。在某些實施例中，該些不同視像104係包括至少四個不同視像。
在某些實施例中，抬頭式顯示器100所提供或所顯示的影像，係包括一三維影像或該三維影像的某些部分。舉例來說，所顯示的影像可以是完整的三維或「多視角」影像。在另一實例中，顯示的影像可以包括部分三維影像以及部分二維影像。當所顯示的影像包括三維影像時，該些不同視像104可以代表三維影像的不同立體視像（即，「三維視像」）。根據與本說明書中所描述的原理，作為範例，該些不同視像（例如，三維視像）可以透過調視或視網膜模糊的方式，增進使用者在所顯示的影像中對於景深的感知。此外，根據某些實施例，抬頭式顯示器100可以具有自動立體顯示器或「全像」顯示器的功能，或者可以是自動立體顯示器或「全像」顯示器（即，俗稱的「裸眼」三維顯示器）。
在某些實施例中，多光束繞射格柵式顯示器110係包括用於以一非零值傳導角度引導一準直光束的一平板導光體。在某些實施例中，多光束繞射格柵式顯示器110係進一步包括位於或者相鄰於平板導光體的一表面的一多光束繞射格柵陣列。根據本發明的各個實施例，多光束繞射格柵陣列係用於將經引導的準直光束的一部分繞射耦合出成為具有不同主要角度方向的複數條耦合出光束，其中，該些不同主要角度方向係對應於所顯示影像的不同視像104的不同觀看方向。
第3A圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一多光束繞射格柵式顯示器110的範例的剖視圖。第3B圖為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了一多光束繞射格柵式顯示器110的範例的剖視圖。根據本發明的各個實施例，第3A圖-第3B圖中顯示的多光束繞射格柵式顯示器110係用於產生「方向性」的光，即，用於產生包含具有不同主要角度方向的光線或光束的光。
舉例來說，如第3A圖至第3B圖所示，多光束繞射格柵式顯示器110係用於提供或產生以箭頭顯示，並且往外並遠離多光束繞射格柵式顯示器110的方向以不同預定主要角度方向定向的多條光束（例如，一光場）。接著，如下文中所述，可以對該些光束進行調變，以達到資訊的顯示，即，一影像的不同視像（例如，所顯示影像）。在某些實施例中，具有不同預定主要角度方向的光束，係形成多光束繞射格柵式顯示器110所顯示的一三維影像的多個三維視像。此外，根據本發明的某些實施例，多光束繞射格柵式顯示器110可以是俗稱為「裸眼」三維電子顯示器（例如，多視角、「全像」或自動立體顯示器）。尤其，相對於近眼顯示器100而言，不同的預定主要角度方向係形成所顯示影像的不同視像（例如，如第2圖中所示的不同視像104）。
如第3A圖及第3B圖所示，多光束繞射格柵式顯示器110係包括一平板導光體112。平板導光體112係用於將光束引導為導光束（如下文中進一步所述，圖中顯示為在平板導光體112中傳導的延伸箭頭）。舉例來說，平板導光體112可以包括被配置為光波導的介電材料。所述的介電材料具有一第一折射係數，環繞介電光波導的一介質具有一第二折射係數，其中，第一折射係數係大於第二折射係數。作為示例，透過兩個材料的折射係數的差異，可以讓導光根據平板導光體112之一個以上的引導模式達到完全內部反射。
根據本發明的各個實施例，光係由平板導光體112沿著平板導光體112的長度引導。此外，平板導光體112係用於將光以非零值傳導角度引導為導光束。作為範例，導光束係透過完全內部反射在平板導光體112中以非零值傳導角度引導。尤其，導光束係藉由反射或「彈跳」的方式在平板導光體112的上表面與下表面之間以非零值傳導角度引導（例如，在圖中顯示為延長、具有角度的箭頭係代表導光束的光線）。
根據本說明書中的定義，「非零值傳導角度」係指相對於平板導光體112的一表面（例如，上表面或下表面）的角度。此外，根據本發明的各個實施例，非零值傳導角度係大於零，並且同時小於平板導光體中的完全內部反射的關鍵角度。舉例來說，導光束的非零值傳導角度可以介於大約10度與大約50度之間；或者，在某些實例中，可以介於大約20度以及大約40度之間；或者，可以介於大約25度以及大約35度之間。舉例來說，所述的非零值傳導角度可以為大約30度。在其他的實例中，所述的非零值傳導角度可以大約為20度，或者大約為25度，或者大約為35度。
作為平板導光體112中的導光束的導光可以被以非零值傳導角度（例如，大約30-35度）引入或耦合進入平板導光體112中。舉例來說，可以透過一個以上的透鏡、一鏡子或相似的反射器（例如，傾斜準直反射器）以及稜鏡（未顯示）來將光以非零值傳導角度耦合進入平板導光體112的輸入端成為光束。在耦合進入平板導光體112後，導光束係在平板導光體112中沿著大致遠離輸入端的方向傳導（例如，如第3A圖-第3B圖中沿著x軸指向的粗箭頭所示）。
此外，根據本發明的各個實施例，經由耦合進入平板導光體112而產生的導光束可以為一準直光束。更具體來說，本文中的「準直光束」是指導光束中的光線在導光束中係大致與彼此平行。根據本說明書中的定義，從導光束的準直光束發散或散發的光線不屬於準直光束的一部分。為了產生準直的導光束而對光線進行的準直過程可以由準直器提供，而該準直器可以包括如上文中所述之用於將光耦合進入平板導光體112的透鏡或鏡子（例如，傾斜準直反射器等），然而其並不受限於此。
在某些實施例中，平板導光體112可以是片狀或板狀的光波導，且該光波導可以包括一加長且大致為平面薄板狀的光學透明介電材料。所述之大致為平面薄板狀的介電材料，係透過完全內部反射來引導導光束。根據本發明的各個實施例，平板導光體112的光學透明材料可以包括各種不同的介電材料或者可以由各種不同的介電材料所形成，其中，該等介電材料可以包括但不限於，一種以上之各種種類的玻璃（例如，矽玻璃、鹼性矽酸鋁玻璃、硼矽玻璃等），以及大致為光學透明的塑膠或高分子材料（例如，聚甲基丙烯酸甲酯或「壓克力玻璃」、聚碳酸等）。在某些實例中，平板導光體112可以進一步包括設置於平板導光體112的一表面（例如，上表面以及下表面兩者的其中之一或者同時設置於上述兩者上）的至少一部分上的一披覆層（未顯示於圖中）。根據本發明的某些實例，披覆層可以被用於進一步促成上述的完全內部反射。
在第3A圖以及第3B圖中，多光束繞射格柵式顯示器110進一步包括多光束繞射格柵114的陣列。如第3A圖-第3B圖所示，多光束繞射格柵114係位於平板導光體112的一表面上（例如，上表面或前表面）。在其他的實例中（未顯示），一個以上的多光束繞射格柵114可以位在平板導光體112中。在其他進一步的實例中（未顯示），一個以上的多光束繞射格柵114可以位於平板導光體112的下表面或後表面，或者位在平板導光體112的下表面或後表面上（即，與圖中所示的多光束繞射格柵114的表面相對的表面）。結合起來，平板導光體112以及多光束繞射格柵114的陣列係提供或者作為多光束繞射格柵式顯示器110的多光束繞射格柵式背光板。
根據本發明的各個實施例，多光束繞射格柵114的陣列係用於將導光束的一部分散射或繞射耦合出成為具有不同主要角度方向的複數條光束，其中，該些不同主要角度方向係對應於多光束繞射格柵式顯示器110的不同視像。舉例來說，導光束的該些部分可以由多光束繞射格柵114通過平板導光體表面（例如，通過平板導光體112的上表面）繞射耦合出。此外，多光束繞射格柵114係被配置為將導光束的部分繞射耦合出成為耦合出光束，並且將該些耦合出光束往遠離平板導光體表面的方向定向。如上文中所述，該些耦合出光束中的每一者皆具有不同的預定主要角度方向，且該些預定主要角度方向係由多光束繞射格柵114的繞射結構特徵的特性所決定。
更具體來說，多光束繞射格柵114的陣列係包括用於提供繞射效果的複數個繞射結構特徵。所提供的繞射效果係負責將導光束的該部分繞射耦合出平板導光體112。舉例來說，多光束繞射格柵114係包括在平板導光體112的一表面上設置有凹槽，或者在平板導光表面上設置有突出的脊部的兩種繞射結構特徵的其中一者，或可以兩者一起並用。凹槽以及脊部可以是以彼此平行或者彼此大致平行的方式設置，並且，至少在某些位置點與被多光束繞射格柵114耦合出來的導光束的傳導方向垂直。
在某些實例中，該些凹槽或脊部是透過蝕刻、銑銷或者模製方式形成或者施加在該表面上。如此一來，多光束繞射格柵114的材料可以包括平板導光體112的材料。如第3A圖所示，舉例來說，多光束繞射格柵114係包括穿入平板導光體112表面並大致平行的凹槽。在第3B圖中，多光束繞射格柵114係包括從平板導光體112的表面突出之彼此大致平行的脊部。在其他的實例中（未顯示於圖中），多光束繞射格柵114可以包括貼附於導光表面上的薄膜或貼層。
根據本發明的某些實施例，多光束繞射格柵114可以是或者可以包括一啁啾式繞射格柵。根據本說明書中的定義，「啁啾式」繞射格柵（“chirped” diffraction grating）係展現或者具有隨著該啁啾式繞射格柵的一定幅度或長度而改變之繞射結構特徵的繞射間隔，如第3A圖以及第3B圖所示。在此，隨之改變的繞射間隔係被稱為「啁啾」。如此一來，導光束被繞射耦合出平板導光體112的部分係離開或者從啁啾式繞射格柵被以不同的繞射角度發射出並成為耦合出光束，其中，該等繞射角度係指對應於橫跨多光束繞射格柵114的該啁啾式繞射格柵上不同起點的繞射角度。由本文中啁啾的定義可知，啁啾式繞射格柵係對上述之該些光束的耦合出光束的預定且不同的主要角度方向。
在某些實例中，多光束繞射格柵114的啁啾式繞射格柵可能具有或者可能會展示出隨著距離而線性變化之啁啾的繞射間隔。如此一來，根據本說明書中的定義，此種啁啾式繞射格柵是「線性」啁啾式繞射格柵。第3A圖-第3B圖中以範例而非限制的方式顯示了作為線性啁啾式繞射格柵的多光束繞射格柵114。更具體來說，如圖所示，相較於多光束繞射格柵114的第一端來說，繞射結構特徵在多光束繞射格柵114的第二端彼此之間係更為靠近。此外，如圖所示，圖中所示的繞射結構特徵的繞射間隔係從第一端到第二端線性變化。
在另一實例中（未顯示），多光束繞射格柵114的啁啾式繞射格柵可以展現出繞射間隔的非線性啁啾。用於實現多光束繞射格柵114的各種非線性啁啾可以包括但不限於，指數啁啾、對數啁啾，或者隨之改變的啁啾、大致不平均，或者隨機但以單調的方式分布之啁啾。本發明中使用的非單調式的啁啾可以包括正弦啁啾、三角啁啾或鋸齒啁啾，但其並不受限於此。本發明中亦可以使用上述任何種類之啁啾的組合。
根據本發明的某些實施例，多光束繞射格柵114可以包括彎曲及啁啾式的繞射結構特徵中的其中之一，或者可以同時包括兩種繞射結構特徵。第3C圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示多光束繞射格柵114的範例的立體圖。如第3C圖所示，多光束繞射格柵114是位於平板導光體112的一表面中、位於平板導光體112的一表面或者位於平板導光體112的一表面上。此外，圖中所示的多光束繞射格柵114係同時包括彎曲以及啁啾式的兩種繞射結構特徵（即，第3C圖中的多光束繞射格柵114為彎曲與啁啾式的繞射格柵）。
如第3C圖所示，導光束具有相對於多光束繞射格柵114的入射方向，在圖中係以粗箭頭顯示於多光束繞射格柵114的第一端。圖中也在平板導光體112的表面以遠離多光束繞射格柵114的箭頭顯示了複數條耦合出光束或射出光束。該些光束係往多個預定的不同主要角度方向射出。尤其，如圖中所示，射出光束的預定的不同主要角度方向之仰角以及方位角都不同。根據本發明的各個實例，繞射結構特徵之預先定義的啁啾以及繞射結構特徵的曲度，皆對射出光束的不同的預定主角度方向做出貢獻。
尤其，在沿著繞射結構特徵的曲線上的不同點處，多光束繞射格柵114中與彎曲的繞射結構特徵相關聯的「底層繞射格柵」係具有不同的方位角。在本說明書中，「底層繞射格柵」係指疊加設置的多個非彎曲繞射格柵中的繞射格柵，產生了多光束繞射格柵114的彎曲的繞射結構特徵。在沿著繞射結構特徵之曲線上的一定點處，該曲線會具有與沿著該等繞射結構特徵之曲線上的另一點大致不同的特定方位角。此外，該特定方位角會造成從該點發出的光束的主要角度方向之對應的方位分量。在某些實例中，繞射結構特徵（例如，凹槽、脊部等）的曲線係代表了一圓形的區段。該圓形可以與導光體表面共面。在其他的實例中，舉例來說，曲線亦可以代表與導光體表面共面的一橢圓形或者其他彎曲形狀的一區段。
根據本發明的某些實施例，多光束繞射格柵式顯示器110係進一步包括光閥的陣列或一光閥陣列116。光閥陣列116可以被配置以選擇性地將該些耦合出光束調變為對應於所顯示影像的不同視像的像素的複數個像素（即，調變像素）。舉例來說，參照第3A圖-第3B圖，光閥陣列116在圖中係顯示為相鄰於平板導光體表面。根據本發明的各個實施例，光閥陣列116係用於調變對應於所顯示影像的不同視像之具有不同定向的光束（即，來自多光束繞射格柵114的具有不同的預定主要角度方向的該些光束）。尤其，該些光束中的光束係通過光閥陣列116的各個光閥，並且係由光閥陣列116的各個光閥進行調變。根據本發明的各個實施例，根據耦合出光束的不同定向，經調變後具有不同定向的光束可以代表所顯示影像的不同視像的像素。在各個實施例中，光閥陣列116中可以採用不同種類的光閥，該些光閥可以包括但不限於，一種以上的液晶光閥、電泳光閥以及電潤濕式的光閥。
根據本發明的某些實施例（例如，如第3A圖-第3B圖所示），多光束繞射格柵式顯示器110可以進一步包括一光源118。光源118係用於將準直光束提供至平板導光體112。尤其，光源118可以位在相鄰於平板導光體112的入口表面或入口端（輸入端）。在本發明的各個實施例中，光源118可以包括大致任何種類的光源（例如，光發射器），該些光源係包括一個以上的LED或雷射（例如，雷射二極體），但其並不受限於此。在某些實施例中，光源118可以包括一光發射器，用於產生代表特定顏色之具有窄頻光譜的基本上為單色的光。尤其，單色光的顏色可以是特定色彩空間或色彩模型（例如，紅-綠-藍（RGB）色彩模型）的主要顏色。在某些實施例中，光源118可以包括複數個不同的光發射器，用於提供不同顏色的光。不同的光發射器可以被配置以提供具有不同且顏色特定的非零值傳導角度的準直光束的光，其中，該些準直光束係對應於各個不同顏色的光。
在某些實施例中，光源118可以進一步具有一準直器（如第5A圖-第5B圖中的陰影區域所示）。準直器可以用於接收來自光源的一個以上的光發射器的非準直光。準直器係進一步用於將該些非準直光轉換為準直光束。更具體來說，根據本發明的某些實施例，準直器可以提供在兩個大致正交的方向上準直的一準直光束。此外，當採用了不同顏色的光發射器時，準直器可以提供具有不同、顏色特定與非零值傳導角度的準直光束。準直器係進一步將準直光束傳達給平板導光體112，藉此以上文中所述的方式將其傳導為具有非零值傳導角度的準直導光束。
請再次參照第2圖，抬頭式顯示器100係進一步包括一光學結合器120。根據各個實施例，光學結合器120係用於將該影像的該等不同視像轉送至抬頭式顯示器100的適眼區102。根據本發明的各個實施例，光學結合器120係進一步配置為將光學結合器120遠處的實體環境106的景象（或者，等同的「實體環境景象」）提供於適眼區102。在此，「遠處」一詞指的實體環境的景象，是使用者在相對於光學結合器120的一側看得到的實體環境的景象。據此，根據本說明書中的定義，在光學結合器120遠處的實體環境106的景象指的是「透過」光學結合器120所看到的景象。
作為本發明的範例而非限制，第2圖以錐形、長方形盒體以及圓柱形的形式作為實體環境106的代表。更具體來說，光學結合器120係用於將多光束繞射格柵式顯示器110提供的所顯示影像（即，包含多個不同視像104）與實體環境景象結合成為結合視像108，並且將結合視像108提供於適眼區102。根據本發明的各個實施例，使用者可以在適眼區102中觀看包括實體環境景象以及所顯示影像的該些不同視像104的結合視像108。舉例來說，使用者觀看到的結合視像108可以是包含不同視像104的所顯示影像與實體環境景象的疊加。
根據本發明的某些實施例，光學結合器120係包括用於將該影像的不同視像104反射至適眼區102的部分反射表面。在本發明的各個實施例中，部分反射表面基本上可以是提供入射光的部分反射的任何表面。舉例來說，部分反射表面可以是半鍍銀鏡、分束器或任何等同的元件。在其他的實例中，部分反射表面可以是大致透明的介電材料的表面（以塗層或其他方式形成），並且可以相鄰於空氣或另一介電材料（即，可以透過改變表面折射率的方式來提供部分反射表面）。部分反射表面可以進一步允許或促成使用者觀看光學結合器120遠處的實體環境106的景象。如此，部分反射表面同時也具有部分光透明的特性（例如，對來自實體環境106的來自另一方向的光）。更具體來說，根據本發明的各個實施例，來自實體環境106的一部分的光可以通過部分反射表面，並且可以與代表該些不同視像104的光結合成為適眼區102的結合視像108。在其他的實施例中，光學結合器120可以是其他種類的光學結合器，該些光學結合器係包括光波導或導光體光學結合器，但其並不受限於此。
第4圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一光學結合器120的範例的剖視圖。尤其，第4圖中顯示的光學結合器120係包括一部分反射表面122。從多光束繞射格柵式顯示器110入射於部分反射表面122的光104’（未顯示於第4圖中）以及代表所顯示影像的該些不同視像104，係由部分反射表面122往遠離部分反射表面122的方向的箭頭所指的方向反射（即，朝向適眼區102（未顯示於第4圖中）的方向）。此外，如圖所示，來自實體環境106的代表實體環境106的景象（包含影像）的光106’係通過部分反射表面122並且與經反射的入射光104’結合成為結合光108’。結合光108’係形成結合視像108（例如，如第2圖所示，在適眼區中）。如上文中所述，結合視像108是所顯示影像的該些不同視像104與實體環境景象的視像的疊加。
在某些實施例中，光學結合器120可以包括交通工具的視埠、窗戶或擋風屏蔽的一部分，在此，交通工具可以包括汽車、休閒車、工具車、軍用車、飛機、太空船或者如船、艇等海洋交通工具等等，但其並不受限於此。更具體來說，在交通工具為車輛的實施例中，抬頭式顯示器100又可以被稱為車輛抬頭式顯示器100。在本說明書中是為了方便進行說明而使用「車輛」以及「擋風屏蔽」等詞語，但其並不應對本發明的範疇造成限制。在某些實施例中，擋風屏蔽的部分可以為擋風屏蔽自身的材料（例如，擋風屏蔽的玻璃、壓克力玻璃、聚碳酸脂等材料）。在其他的實施例中，擋風屏蔽的部分可以是施加或貼附在擋風屏蔽的表面上的層或材料膜。舉例來說，包含部分反射表面122的光學結合器120可以包括沉積在擋風屏蔽材料的表面上的部分反射金屬層（例如，鋁、銀、金等）。在另一實例中，部分反射表面122可以是施加在擋風屏蔽材料的表面上並且作為光學結合器120的部分反射膜（例如，部分金屬化的聚酯樹脂膜（Mylar® film））。Mylar®是由美國特拉華洲威爾明頓市的杜邦公司（Dupont De Nemours and Company Corporation）所註冊的商標。
第5圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一車輛抬頭式顯示器100的範例的示意圖。車輛抬頭式顯示器100係包括了用於產生該影像的不同視像104的多光束繞射格柵式顯示器110。車輛抬頭式顯示器100係進一步包括了一光學結合器120。如圖所示，光學結合器120係包括了一車輛（未顯示於圖中）的擋風屏蔽124作為或者包括部分反射表面122的一部分。代表不同視像104的光104’係從多光束繞射格柵式顯示器110被轉送至位於車輛的擋風屏蔽124的光學結合器120。光學結合器120係將光104’朝向適眼區102反射。此外，來自車輛外側的實體環境106的光106’（即，通過擋風屏蔽所看到的景象）係與光學反射器120所反射的光104’結合成為適眼區102的結合視像108。使用者（例如，車輛的駕駛員或乘客）可以在適眼區102中看到結合視像108。結合視像108係包括來自實體環境106的景象以及代表來自多光束繞射格柵式顯示器110的不同視像104的影像之間的疊加。
根據與本說明書中所描述的原理一致的某些實施例，本發明係提供一種三維抬頭式顯示系統。第6圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一三維抬頭式顯示系統200的範例的方塊圖。三維抬頭式顯示系統200係用於在適眼區202中提供給使用者觀看的三維影像。根據本發明的各個實施例，三維影像係包括多個不同三維視像204（例如，不同的立體視像）。此外，使用者可以在適眼區202中觀看三維影像與實體環境的景象（或者，等同的「實體環境景象」206）結合而成的結合視像208。再者，根據本發明的各個實施例，使用者可以透過俗稱的「抬頭」方式來觀看結合視像208。
如第6圖所示，三維抬頭式顯示系統200係包括一多光束繞射格柵式顯示器210。多光束繞射格柵式顯示器210係用於提供包含不同三維視像204的三維影像。更具體來說，作為範例，多光束繞射格柵式顯示器210可以是用於提供三維影像的多視角或自動立體顯示器。在某些實施例中，多光束繞射格柵式顯示器210可以大致相似於上文中針對抬頭式顯示器100所述多光束繞射格柵式顯示器110。
尤其，如圖所述，多光束繞射格柵式顯示器210係包括一平板導光體212。平板導光體212係用於引導一準直光束。作為範例，可以透過一非零值傳導角度引導準直光束。根據本發明的某些實施例，平板導光體212可以大致相似於上文中針對多光束繞射格柵式顯示器110所述的平板導光體112。
此外，第6圖中所示的多光束繞射格柵式顯示器210係包括一多光束繞射格柵陣列214。多光束繞射格柵陣列214係用於將經引導的準直光束的一部分繞射耦合出成為具有對應於不同三維視像204的主要角度方向的複數條耦合出光束。在某些實施例中，多光束繞射格柵陣列214中的一多光束繞射格柵，可以大致相似於上文中針對多光束繞射格柵式顯示器110所描述的多光束繞射格柵114。舉例來說，多光束繞射格柵陣列可以包括一啁啾式繞射格柵。在某些實施例中，啁啾式繞射格柵可以包括彎曲的繞射結構特徵。此外，舉例來說，啁啾式繞射格柵可以為線性啁啾式繞射格柵。在某些實施例中，多光束繞射格柵的位置是相鄰於平板導光體212的表面。
如第6圖所示，在某些實施例中，多光束繞射格柵式顯示器210可以進一步包括一光源216以及一光閥陣列218。舉例來說，光源216可以用於提供準直光束。在某些實施例中，光源216可以包括用於發出光的光發射器，以及用於將所發射出的光轉換為準直光束的準直器。在某些實施例中，光源216可以包括用於提供不同顏色的光的複數個不同的發光二極體（為了方便說明，以下將稱為「不同顏色的LED」）。在某些實施例中，不同顏色的LED可以與彼此偏移（例如，橫向偏移），或者可以與準直器結合配置，以在平板導光體212中提供準直光束的不同、顏色特定的非零值傳導角度。此外，不同、顏色特定的非零值傳導角度可以對應於光源216所提供的各個不同顏色的光。
在某些實施例中（未顯示於圖中），不同顏色的光可以包括紅-綠-藍色彩模型中的紅色、綠色以及藍色。此外，平板導光體212可以以不同的顏色相關的非零值傳導角度在平板導光體212中將不同顏色引導為準直光束。舉例來說，根據本發明的某些實施例，可以以第一顏色相關的非零值傳導角度引導第一導光束（例如，紅色光束），以第二顏色相關的非零值傳導角度引導第二導光束（例如，綠色光束），並且以第三顏色相關的非零值傳導角度引導第三導光束（例如，藍色光束）。
根據本發明的某些實施例，光閥陣列218可以選擇性地將耦合出光束調變為對應於所提供的三維影像的該些不同三維視像204的三維像素。光閥陣列218可以包括任何種類的光閥，該些種類的光閥可以包括液晶光閥以及電濕潤光閥，但其並不受限於此。
第6圖中顯示的三維抬頭式顯示系統200係進一步包括一光學結合器220。光學結合器220係用於將三維影像轉送至抬頭式顯示系統200的適眼區202。此外，光學結合器係用於將包含三維影像以及實體環境景象206（例如，光學結合器220遠處的景象）的結合視像208提供於適眼區202。換言之，光學結合器220係用於將包含不同三維視像204的三維影像與實體環境景象206結合，並且將結合視像208提供至適眼區202。在某些實施例中，光學結合器220可以大致相似於上文中針對抬頭式顯示器100所述的光學結合器120。
尤其，在某些實施例中，光學結合器220係包括部分反射表面以及大致透明導光體的其中之一，其中，部分反射表面及大致透明導光體係用於將所提供的三維影像轉送至抬頭式顯示系統200的適眼區202。根據本發明的各個實施例，部分反射表面及大致透明導光體可以讓使用者分別透過部分反射表面及大致透明導光體觀看實體環境。在某些實施例中，光學結合器220可以包括交通工具的擋風屏蔽的一部分。舉例來說，所述的交通工具可以包括車輛、飛機及船隻，但其並不受限於此。據此，根據本發明的某些實施例，抬頭式顯示系統200可以是車輛抬頭式顯示系統。根據本發明的各個實施例，例如，抬頭式顯示系統200可以是車輛抬頭式顯示系統、飛機抬頭式顯示系統或其他類似的抬頭式顯示系統。
在某些實施例中（例如，如第6圖所示），三維抬頭式顯示系統200係進一步包括一中繼透鏡230。中繼透鏡230可以位於多光束繞射格柵式顯示器210以及光學結合器220之間。中繼透鏡230係用於將三維影像（例如，包括並且在圖中顯示為不同三維視像204）的光或者對應於三維影像的光從多光束繞射格柵式顯示器210轉送至光學結合器220。在某些實施例中，中繼透鏡230係包括準直透鏡，例如，可以包括透鏡及反射器的其中一者或可以同時包括兩者，但其並不受限於此。作為範例，透鏡與反射器可以用於轉送及準直來自多光束繞射格柵式顯示器210的光。如此一來，用於提供準直的中繼透鏡230的透鏡及反射器，可以分別被稱為準直透鏡及準直反射器。作為範例，光線的準直可以在適眼區202提供代表不同三維視像204的光的聚焦。
根據與本說明書中所描述的其他實施例一致的原理，本發明係提供一種三維抬頭式顯示器的操作方法。第7圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一抬頭式顯示器的操作方法300的流程圖。如第7圖所示，抬頭式顯示器的操作方法300係包括一步驟310，在導光體中以非零值傳導角度引導準直光束。根據本發明的各個實施例，可以在平板導光體中以大致相似於上文中針對抬頭式顯示器100的平板導光體112所描述的方式引導準直光束。此外，在步驟310中，可以透過與上文中針對抬頭式顯示器100所述的方式以非零值傳導角度引導準直光束。
三維抬頭式顯示器的操作方式300係進一步包括一步驟320，利用多光束繞射格柵將經引導的準直光束從導光體中繞射耦合出，以產生往遠離導光體的方向以不同主要角度方向定向的複數條耦合出光束。該些耦合出光束的不同的主要角度方向係形成一光場。根據本發明的各個實施例，光場係提供對應於耦合出光束的不同主要角度方向的三維影像（例如，所顯示影像）的複數個不同三維視像。更具體來說，根據本發明的各個實施例，耦合出光束係形成包括複數個不同三維視像的三維影像。
在某些實施例中，多光束繞射格柵係大致相似於上文中針對抬頭式顯示器100所描述的多光束繞射格柵114。更具體來說，在步驟310中使用來引導準直光束的導光體，以及在步驟320中用來將準直光束的一部分繞射耦合出的多光束繞射格柵，可以是與上文中針對抬頭式顯示器100所描述的多光束繞射格柵式顯示器110相似的多光束繞射格柵式顯示器的一部分。
在某些實施例中（未顯示於第7圖中），抬頭式顯示器的操作方法係進一步包括利用光閥的陣列調變該些耦合出光束中的光束。舉例來說，調變的光束可以形成三維影像的三維像素。根據本發明的某些實施例，可以透過光閥陣列來提供調變。舉例來說，光閥陣列可以大致相似於上文中針對抬頭顯示器100的多光束繞射格柵式顯示器110所描述的光閥陣列116。
如第7圖所示，三圍抬頭式顯示器的操作方法300係進一步包括一步驟330，利用光學結合器將三維影像的該些不同三維視像與實體環境的景象結合，以形成一結合視像。更具體來說，實體環境是在光學結合器遠處並且透過光學結合器所看到的景象。在某些實施例中，光學結合器可以大致相似於上文中針對抬頭式顯示器100所描述的光學結合器120。舉例來說，光學結合器可以包括一部分反射表面（例如，擋風屏蔽的部分反射表面部分）。
如第7圖所示，三維抬頭式顯示系統的操作方法300係進一步包括一步驟340，將結合視像（或者，等同的「結合影像」）轉送至一適眼區。適眼區可以大致相似於如上文中所述的抬頭顯示器100的適眼區102。尤其，適眼區可以位在使用者觀看步驟340轉送的結合視像的位置，其中，結合視像係同時包括實體環境景象以及三維影像的不同三維視像。根據本發明的各個實施例，觀看結合視像的使用者可能會同時感知到三維影像以及實體環境的景象，或者，可能會感知到兩者疊加而成的結合視像。
因此，本發明中提供了抬頭式顯示器、三維抬頭式顯示系統以及三維抬頭式顯示器的操作方法的實例與實施例，其中，該些裝置與方法係採用了多光束繞射格柵式顯示器以提供一影像的多個不同視像，並且進一步提供實體環境景象與一影像的不同視像的疊加。熟知該領域的技術人士應當瞭解，上文中所敘述的實例僅為代表本發明之原理的眾多實例與實施例中的說明性範例。顯然地，熟知該領域的技術人士可以在不脫離本發明的申請專利範圍所限定之範疇的條件下做出多種其他的配置。
10‧‧‧光束
12‧‧‧傳導方向
100‧‧‧抬頭式顯示器/車輛抬頭式顯示器
102‧‧‧適眼區
104‧‧‧不同視像
104’‧‧‧光/入射光
106‧‧‧實體環境
106’‧‧‧光
108‧‧‧結合視像
108’‧‧‧結合光
110‧‧‧多光束繞射格柵式顯示器
112‧‧‧平板導光體
114‧‧‧多光束繞射格柵
116‧‧‧光閥陣列
118‧‧‧光源
120‧‧‧光學結合器
122‧‧‧部分反射表面
124‧‧‧擋風屏蔽
200‧‧‧三維抬頭式顯示系統/抬頭式顯示系統
202‧‧‧適眼區
204‧‧‧三維視像
206‧‧‧實體環境景象
208‧‧‧結合視像
210‧‧‧多光束繞射格柵式顯示器
212‧‧‧平板導光體
214‧‧‧多光束繞射格柵陣列
216‧‧‧光源
218‧‧‧光閥陣列
220‧‧‧光學結合器
230‧‧‧中繼透鏡
300‧‧‧抬頭式顯示器的操作方法
310~340‧‧‧步驟
O‧‧‧起點
{θ,f}‧‧‧角度分量/主要角度方向
f‧‧‧方位角/角度分量
θ‧‧‧仰角/角度分量
按照此說明書中所描述的原理之各種示例性特徵，在參考附圖並結合下面的詳細描述下可以被更容易地理解，其中，相似的標號表示相似的結構元件，且該些附圖包括： 第1圖為根據與本發明所描述的原理一致的一範例，顯示了具有主要角度方向的一光束的角度分量{q ,f }的示意圖； 第2圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一抬頭式顯示器的範例的方塊圖； 第3A圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一多光束繞射格柵式顯示器的範例的剖視圖； 第3B圖為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了一多光束繞射格柵式顯示器的範例的剖視圖； 第3C圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一多光束繞射格柵的範例的立體圖； 第4圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一光學結合器的範例的剖視圖； 第5圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一車輛抬頭式顯示器的範例的示意圖； 第6圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一三維抬頭式顯示系統的範例的方塊圖；以及 第7圖為根據與本發明所描述的原理一致的實施例，顯示了一抬頭式顯示器的操作方法的流程圖。 某些特定的例子可能會具有其他相較於上述圖式中的特徵而言相同、額外或者可以將之取代的特徵。在下文中將參照圖式針對這些特徵以及其他的特徵進行詳細說明。
100‧‧‧抬頭式顯示器
102‧‧‧適眼區
104‧‧‧不同視像
106‧‧‧實體環境
108‧‧‧結合視像
110‧‧‧多光束繞射格柵式顯示器
120‧‧‧光學結合器

Claims (22)

  1. 一種抬頭式顯示器，包括： 一多光束繞射格柵式顯示器，用以提供一影像的複數個不同視像；以及 一光學結合器，用以將該影像的該等不同視像轉送至該抬頭式顯示器的一適眼區中，該光學結合器係進一步於該適眼區提供一結合視像，該結合視像係包含該影像與一實體環境的一景象。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的抬頭式顯示器，其中，該影像係包括一三維影像，且該等不同視像中的不同視角係代表該三維影像的不同立體視像。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的抬頭式顯示器，其中，該多光束繞射格柵式顯示器係包括： 一平板導光體，用以以一非零值傳導角度引導一準直光束；以及 一多光束繞射格柵陣列，設置於該平板導光體的一表面，該多光束繞射格柵陣列中的一多光束繞射格柵係用以將經引導的該準直光束的一部分繞射耦合出成為具有不同主要角度方向的複數條耦合出光束，其中，該等不同主要角度方向係對應於該影像的該等不同視像的觀看方向。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述的抬頭式顯示器，其中，該多光束繞射格柵係包括一線性啁啾式繞射格柵。
  5. 根據申請專利範圍第3項所述的抬頭式顯示器，其中，該多光束繞射格柵式顯示器係進一步包括： 一光源，用以將該準直光束提供至該平板導光體；以及 一光閥陣列，相鄰於該平板導光體的表面，該光閥陣列係選擇性地將該等耦合出光束調變為對應於該影像的該等不同視像之像素的複數個像素。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述的抬頭式顯示器，其中，該光源係包括： 一光學源，用以提供光；以及 一準直器，用以將來自該光學源的光準直，並且將該準直光束提供至該平板導光體。
  7. 根據申請專利範圍第5項所述的抬頭式顯示器，其中，該光源係包括用以提供不同顏色的光的複數個不同光學源，該等不同光學源係彼此互相偏移，其中，該等不同光學源的偏移係被配置為提供對應於各個不同顏色的光的該等準直光束的不同、顏色特定的非零值傳導角度。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的抬頭式顯示器，其中，該光學結合器係包括一部分反射表面，用於將該影像的該等不同視像朝向該適眼區反射，並且進一步用於將該實體環境的該景象通過該部分反射表面傳遞至該適眼區。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的抬頭式顯示器，其中，該光學結合器係包括用於引導該影像的該等不同視像的一導光體。
  10. 根據申請專利範圍第1項所述的抬頭式顯示器，其中，該光學結合器係包括一車輛的一擋風屏蔽的一部分，該抬頭顯示器為一車輛抬頭式顯示器。
  11. 一三維抬頭顯示系統，包括： 一多光束繞射格柵式顯示器，用以提供包括複數個不同三維視像的一三維影像，該多光束繞射格柵式顯示器係包括一平板導光體以及一多光束繞射格柵陣列，其中，該平板導光體係用於引導一準直光束，該多光束繞射格柵陣列係用於將該準直光束的一部分繞射耦合出成為複數條耦合出光束，且該等耦合出光束係具有對應於該等不同三維視像的主要角度方向； 一光學結合器，用於將該三維影像轉送至該抬頭式顯示系統的一適眼區，該光學結合器係進一步在該適眼區提供該三維影像及一實體環境的景象的一結合視像。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述的三維抬頭式顯示系統，其中，該多光束繞射格柵陣列中的一多光束繞射格柵係包括具有彎曲的繞射結構特徵的一啁啾式繞射格柵。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述的三維抬頭式顯示系統，其中，該啁啾式繞射格柵是一線性啁啾式繞射格柵。
  14. 根據申請專利範圍第11項所述的三維抬頭式顯示系統，其中，該多光束繞射格柵式顯示器係進一步包括： 一光源，用以提供該準直光束；以及 一光閥陣列，用以選擇性地將該等耦合出光束調變為對應於該三維影像的該等不同三維視像的複數個三維像素； 其中，該平板導光體係以一非零值傳導角度將該準直光束引導為一準直光束，且該多光束繞射格柵陣列中的一多光束繞射格柵係相鄰於該平板導光體的一表面。
  15. 根據申請專利範圍第14項所述的三維抬頭式顯示系統，其中，該光閥陣列係包括複數個液晶光閥。
  16. 根據申請專利範圍第11項所述的三維抬頭式顯示系統，其中，該光學結合器係包括用於將所提供的該三維影像轉送至該適眼區的一部分反射表面以及一大致透明導光體的其中之一，該部分反射表面以及該大致透明導光體係分別透過該部分反射表面以及該大致透明導光體的其中之一促進該實體環境的觀看。
  17. 根據申請專利範圍第11項所述的三維抬頭式顯示系統，其中，該光學結合器係包括一交通工具的一擋風屏蔽的一部分，該抬頭式顯示系統為一交通工具抬頭式顯示系統。
  18. 根據申請專利範圍第11項所述的三維抬頭式顯示系統，進一步包括設置於該多光束繞射格柵式顯示器以及該光學結合器之間的複數個中繼透鏡，該等中繼透鏡係將對應於該三維影像的光從該多光束繞射格柵式顯示器轉送至該光學結合器。
  19. 一種三維抬頭式顯示器的操作方法，該方法包括以下步驟： 在一平板導光體中以一非零值傳導角度引導一準直光束； 利用一多光束繞射格柵陣列將經引導的該準直光束的一部分從該平板導光體繞射耦合出以產生複數條耦合出光束，該等耦合出光束係構成包括複數個不同三維視像的一三維影像； 利用一光學結合器將該三維影像的該等不同三維視像與一實體環境的一景象結合以形成一結合視像，該實體環境係在遠處並且係透過該光學結合器所觀看；以及 將該結合視像轉送至一適眼區。
  20. 根據申請專利範圍第19項所述的三維抬頭式顯示器的操作方法，其中，該多光束繞射格柵陣列中的一多光束繞射格柵係將經引導的該準直光束的一部分繞射耦合出成為該等耦合出光束，該等耦合出光束係具有彼此不同的主要角度方向，且不同的該等主要角度方向係對應於該三維影像的該等不同三維視像的不同觀看方向。
  21. 根據申請專利範圍第19項所述的三維抬頭式顯示器的操作方法，進一步包括利用一光閥陣列調變該等耦合出光束中的光束，其中，經調變的光束係形成該三維影像的三維像素。
  22. 根據申請專利範圍第19項所述的三維抬頭式顯示器的操作方法，其中，該光學結合器係包括一交通工具的一擋風屏蔽的一部分。
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