TWI639854B

TWI639854B - 具有頭部追蹤功能的多視角顯示器、系統及方法

Info

Publication number: TWI639854B
Application number: TW106127168A
Authority: TW
Inventors: 大衛 A. 費圖
Original assignee: 美商雷亞有限公司
Priority date: 2015-09-05
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2018-11-01
Also published as: CN108351512A; CN107950024A; TW201812389A; JP6851369B2; PT3345036T; EP3345036A1; ES2907502T3; US10551546B2; EP3345390A4; JP2018533262A; CA2996967A1; JP7126939B2; KR102274752B1; JP2018533047A; EP3345036A4; TWI652524B; CA2992307C; EP3345036B1; EP3345390B1; KR20180039051A

Abstract

本發明的頭部追蹤多視角顯示器及系統，係選擇性地提供一主要視像組以及一第二視像，該第二視像係代表景觀的立體視像並且在角度上相鄰於該主要視像組。頭部追蹤多視角顯示器係包括一多光束背光板以及一光閥陣列，其中，多光束背光板係用於提供對應於多視角影像的不同觀看方向的複數條光束，光閥陣列係用於調變該些光束以提供包括主要視像組以及第二視像的複數個視像。頭部追蹤多視角顯示系統進一步包括用於判定使用者的位置的一頭部追蹤器。頭部追蹤多視角顯示器在判定的第一位置係提供主要視像組，而頭部追蹤多視角顯示器在判定的第二位置係提供增強視像組。

Description

具有頭部追蹤功能的多視角顯示器、系統及方法

本發明係關於一種顯示器，特別是指一種具有頭部追蹤功能的多視角顯示器、多視角顯示系統以及多視角顯示器的操作方法。

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，用於傳導資訊給使用者。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)和主動式矩陣有機發光二極體(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。另一方面，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，在許多實際應用中被動顯示器可能有使用上的限制。

為了克服被動顯示器與發射光相關聯的使用限制，許多被動顯示器係與一外部光源耦合。耦合光源可使這些被動顯示器發光，並使這些被動顯示器基本上發揮主動顯示器的功能。背光板即為這種耦合光源的例子之一。背光板是放在被動顯示器後面以照亮被動顯示器的光源(通常是面板光源)。舉例來說，背光板可以與LCD或EP顯示器耦合。背光板會發出可以穿過LCD或EP顯示器的光。發出的光會由LCD或EP顯示器調節，且經調節後的光會隨後依序地由LCD或EP顯示器射出。通常背光板係配置為用以發出白色光。濾色器接著會將白光轉化成顯示器中使用的各種顏色的光。舉例來說，濾色器可以被設置在LCD或EP顯示器的輸出處(不太常見的配置)，或者可以被設置在背光板和LCD或EP顯示器之間。

根據與本發明所描述的原理一致的多個例子及多個實施例，本發明係提供了一種採用使用者定位或「頭部追蹤」的多視角或三維影像顯示器。與本說明書中所描述的原理一致的實施例，可以採用多視角顯示器根據使用者的位置提供由一多視角影像所代表之景觀的不同組視像。更具體來說，當使用者位於一第一位置時，可以提供一主要視像組。主要視像組被配置為在一個觀看角度的範圍中將多視角影像提供給使用者。此外，當使用者移動至或位於第二位置時，可以提供一增強視像組。增強視像組係包括主要視像組的一子視像組以及一第二視像。第二視像係代表景觀與主要視像組的角度範圍在角度上相鄰但大致在角度範圍之外的透視視像或觀看方向。對應於使用者的不同位置而提供不同的視像組的方式，可以增加所顯示的多視角影像的有效角度視野(Field-of-View,FOV)。增加的角度視野可以降低或減緩多視角影像或三維影像中俗稱的「跳像」(“jumps”)或「倒置視像」等現象，舉例來說，這些現象可能會在從斜角觀看多視角影像時發生。

在本發明的各個實施例中，頭部追蹤可以將使用者的定位或位置提供給多視角顯示器。換言之，可以藉由追蹤使用者頭部的位置來判定或推斷使用者的位置。據此，為了方便進行說明而並非對本發明做出限制，舉例來說，本說明書中所描述的實施例中係將採用頭部追蹤的顯示器、系統及方法稱為「頭部追蹤」多視角顯示器、系統及方法。

在本說明書中，「多視角顯示器」之定義是被配置為在不同的觀看方向上提供多視角影像的不同視像的電子顯示器或顯示器系統。圖1A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一多視角顯示器10的範例的剖視圖。如圖1A所示，多視角顯示器10包括一螢幕12，用於顯示供使用者觀看的多視角影像。多視角顯示器10是在相對於螢幕12的不同的觀看方向16上提供多視角影像的不同視像14。觀看方向16在圖中是顯示為從螢幕12往各個不同的主要角度方向延伸的箭頭；不同視像14是顯示為位在箭頭(即，代表觀看方向16的箭頭)末端的陰影多邊形區域；以及，作為本發明的範例而非限制，圖中僅顯示了四個視像14以及四個觀看方向16。需注意的是，雖然圖1A中顯示的不同視像14是位在螢幕上方，當多視角影像顯示於多視角顯示器10上時，視像14實際會出現在螢幕12上或螢幕12的附近。將視像14繪於螢幕12上方的表示方法的目的僅在於保持圖式清晰性，其目的在於表現從對應於特定的視像14的各個觀看方向16觀看多視角顯示器10。圖1A中也顯示了一「第二」視像14’。所顯示的第二視像14’代表了景觀的視角，或者等同的，具有一第二觀看方向16’，第二觀看方向16’與視像14角度相鄰但大致在視像14的角度範圍(即，主要的視像14組)之外。

根據本說明書中的定義，觀看方向或等同的具有對應於多視角顯示器的觀看方向之方向的光束，一般會具有由角度分量{q ,f }所給出的主要角度方向。角度分量q 在此被稱為光束之「仰角分量(elevation component)」或「仰角(elevation angle)」。角度分量f 被稱作光束之「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，垂直於多視角顯示器的螢幕的平面)中之一角度，而方位角f 係為一水平平面(例如，平行於多視角顯示器的螢幕的平面)中之一角度。圖1B為根據與本發明所描述的原理一致的一範例，顯示具有一特定主要角度方向的一光束20的角度分量{θ ,f }的示意圖，其中，主要角度方向係對應於一多視角顯示器的觀看方向(例如，圖1A中顯示的觀看方向16)。另外，根據本文中之定義，光束20係自一特定點發射或散發。即，根據定義，光束20具有與多視角顯示器內之一特定起點相關聯之一中心射線。圖1B也顯示了光束(或觀看方向)的起點O。

在本文中，在「多視角影像」以及「多視角顯示器」等詞語中所使用的「多視角」一詞，係被定義為代表不同視角的複數個視像，或包括該些視像之間的角視差的視像。此外，根據定義，「多視角」一詞明確地包括了兩個以上的視角(即，最少有三個視角且通常係指超過三個以上的視角)。據此，作為範例，本文中所使用的「多視角」一詞語是要明確的與僅包含兩個不同視角來代表一景觀的立體視像做出區隔。值得一提的是，雖然多視角影像與多視角顯示器係包括兩個以上的視角，但根據本說明書的定義，在一時間點可以僅選擇兩個視像(例如，一個眼睛一個視像)將其作為一對立體影像來觀看(例如，在一多視角顯示器上)。

「多視角像素」在本說明書中是被定義為一組子像素，該些子像素代表了多視角顯示器的複數個不同視像的各個視像中的「視像」像素。更具體來說，一多視角像素可以具有對應於或代表多視角影像的各個不同視像的視像像素之個別的子像素。此外，根據本說明書中的定義，多視角像素的子像素又被稱為「方向像素」，其中，每一個子像素與該些不同視像中的對應一者的預定觀看方向相關聯。再者，根據本發明的各個範例與實施例，由多視角像素的子像素所代表的不同視像像素，在各個不同視像中可以具有等同或至少大致相似的位置或座標。舉例來說，第一多視角像素的個別子像素可以對應於位在多視角影像的各個不同視像的{x₁ , y₁ }座標處的視像像素，而第二多視角像素的個別子像素可以對應於位在多視角影像的各個不同視像的{x₂ , y₂ }座標處的視像像素，並且可以依此類推。

在某些實施例中，一個多視角像素中的子像素的數量，可以等同於多視角顯示器的不同視像的數量。舉例來說，對於具有六十四個不同視像的多視角顯示器來說，多視角像素可以提供六十四(64)個子像素。在另一範例中，多視角顯示器可以提供八比四陣列的視像(即，三十二個視像)，而多視角像素可以包含三十二(32)個子像素(即，每一個子像素對應一個視像)。此外，作為範例，每一個不同的子像素的關聯方向(例如，光束的主要角度方向)可以對應於六十四個視像的觀看方向中的不同者，或對應於上述範例中的三十二個不同視像的觀看方向中的不同者。再者，根據本發明的某些實施例，多視角顯示器的多視角像素的數量可以大致等同於多視角顯示器的視像中的「視像」像素(即，構成選定視像的像素)的數量。舉例來說，如果一個視像包括六百四十比四百八十的視像像素(即，640 x 480的視像解析度)，多視角顯示器可以包括三十萬七千兩百個(307,200)多視角像素。在另一範例中，當視像包括一百比一百的像素時，多視角顯示器總共可以包括一萬個多視角像素(即，100x100=10,000)。

在本文中，「導光體」被定義為一種在其結構中利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，一平板或薄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，根據本說明書的定義，上表面及下表面兩者間彼此分離，並且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。

在某些實施例中，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。在其它的實施例中，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」被廣義地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或脊部)。在其他的範例中，繞射格柵可以是二維陣列的結構特徵。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。

據此，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，繞射格柵的結構特徵係被稱為「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，兩個材料之間的邊界)的一個以上的繞射結構特徵。舉例來說，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(例如，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。

根據本說明書中所描述的各個範例，可以採用繞射格柵(例如，繞射多光束元件的繞射格柵，如下文所述)將光從導光體(例如，一平板導光體)繞射地散射或耦合出成為一光束。尤其，由局部週期性繞射格柵所提供的繞射角度q _m 可以由下列的方程式得出：(1) 其中，l 是光的波長，m 是繞射級數，n 是導光體的折射係數，d 是繞射格柵的結構特徵之間的距離或間隔，而q _i 是入射在繞射格柵上的光的入射角度。為了簡易性，方程式(1)中假設繞射格柵是相鄰於導光體的一表面，且導光體外的材料的折射係數等於一(即，n_out =1)。一般來說，繞射級數m 為整數。由繞射格柵產生之光束的繞射角度q _m 可以由方程式(1)給出，其中，繞射級數為正數(例如，m ＞ 0)。舉例來說，當繞射級數等於一時（即，m =1），繞射格柵係提供第一級的繞射。

圖2為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一繞射格柵30的範例的剖視圖。舉例來說，繞射格柵30可以位在導光體40的一表面上。此外，圖2顯示了光束20以一入射角度q _i 入射於繞射格柵30上。光束20是導光體40中的導光。圖2中還顯示了由繞射格柵30繞射地產生並且耦合出的一耦合出光束50，耦合出光束50為入射光束20的繞射產物。耦合出光束50具有由方程式(1)給出的繞射角度q _m (或本說明書中的「主要角度方向」)。舉例來說，繞射角度q _m 可以對應於繞射格柵30的繞射級數「m 」。

根據本說明書中的定義，「多光束元件」是背光板或顯示器中用於產生包括複數條光束的的光的結構或元件。在某些實施例中，多光束元件可以被光學性地耦接於背光板的導光體，藉以透過將導光體中的部分導光耦合出來而提供該些光束。在其他的實施例中，多光束元件可以產生被射出成為光束的光(例如，可以包含一光源)。此外，根據本說明書中的定義，由多光束元件所產生的該些光束中的光束具有彼此不同的主要角度方向。更具體來說，根據定義，該些光束的其中一光束具有與該些光束中的另一光束不相同的預定主要角度方向。再者，該些光束可以代表一光場。舉例來說，該些光束可以被侷限在大致為錐形的空間區域中，或者具有包括在該些光束中的光束的不同主要角度方向的預定角分散。如此一來，這些光束(即，該些光束)的預定角分散結合起來可以代表光場。

根據本發明的各個實施例，該些光束中的各個光束的不同主要角度方向可以由多光束元件的尺寸(例如，長度、寬度、面積等)特性決定，但其並不受限於此。在某些實施例中，根據本說明書中的定義，多光束元件可以被視為一「延伸點光源」，即，橫跨多光束元件的範圍分散的複數個點狀光源。此外，根據本說明書中的定義，並且如同上文中針對圖1B的說明所述，由多光束元件產生的光束具有由角度分量{q ,f }所給出的主要角度方向。

在本說明書中，「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)。準直透鏡可以包括球形的表面(例如，雙凸球面透鏡)。

根據本發明的各個實施例，由準直器提供的準直量在各個實施例中會有預定程度或預定量的不同。此外，準直器可以被配置為在兩個正交方向(例如，垂直方向以及水平方向)的其中一個方向或同時在兩個方向上提供準直。換言之，根據本發明的某些實施例，準直器可以具有在兩個正交方向中的其中一方向或同時在兩個方向上提供準直的形狀。

在本說明書中，「準直因子」一詞係被定義為光被準直的程度。更具體來說，根據本說明書中的定義，準直因子定義了光的準直束中的光線的角分散。舉例來說，準直因子s可以表示準直光束中的大部分光線都在特定的角分散中(例如，圍繞準直光束的主要角度方向或中心的±s度)。根據本發明的某些範例，準直光束的光線在角度方面可以具有高斯分布，且其角分散可以是由準直光束的峰直強度的二分之一所決定的角度。

在本說明書中，「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)。尤其，在本說明書中，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(即，可以具有特定波長的光)，或者可以具有一定範圍的波長(例如，白光)。在某些實施例中，光源可以包括複數個光發射器。舉例來說，光源可以包括一組或一群的光發射器，其中，至少一光發射器會產生與該組或該群的光發射器中的至少另一光發射器不同的顏色的光，或者該光發射器會產生與該組或該群的光發射器中的至少另一光發射器不同波長的光。作為範例，不同的顏色可以為主要顏色(例如，紅色、綠色、藍色)。

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，「一多光束元件」係指一個以上的多光束繞射格柵，更確切來說，「該多光束元件」於此意指「該（等）多光束元件」。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，本發明提供了一種頭部追蹤多視角顯示器。圖3為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了頭部追蹤多視角顯示器100的範例的剖視圖。頭部追蹤多視角顯示器100係用於將景觀的複數個視像提供為一多視角影像，即，所顯示的多視角影像。更具體來說，頭部追蹤多視角顯示器100係在對應的複數個觀看方向上提供該些視像。在圖3中，觀看方向或等同的該些視像中的視像，在圖中是由從頭部追蹤多視角顯示器100開始往不同的角度方向延伸的箭頭102所表示。

根據本發明的各個實施例，由頭部追蹤多視角顯示器100提供的該些視像係包括一主要視像組。舉例來說，圖3中的實線箭頭102’可以代表所述的主要視像組，或代表等同的主要視像的方向組。由頭部追蹤多視角顯示器100提供的該些視像進一步包括在第二觀看方向上的第二視像。舉例來說，圖3中的虛線箭頭102”可以代表第二視像或第二觀看方向。根據本說明書中的定義以及根據本發明的各個實施例，第二視像代表了與主要視像組的角度範圍在角度上相鄰但大致在該角度範圍之外的景觀的視角或觀看方向。更具體來說，第二視像對應的觀看方向具有對著本說明書中定義的主要視像組的角度範圍外的觀看角度，其中，舉例來說，主要視像組的角度範圍可以是圖3中對著實線箭頭102’的角度範圍。在某些實施例中，頭部追蹤多視角顯示器100可以提供複數個第二視像。根據本發明的各個實施例，頭部追蹤多視角顯示器100被配置為選擇性地提供所述的主要視像組或一增強視像組。增強視像組係包括第二視像以及主要視像組的一子視像組。

請參照圖3，圖中顯示的頭部追蹤多視角顯示器100包括了一多光束背光板110。多光束背光板110係用於提供具有不同主要角度方向的複數條光束112。更具體來說，光束112可以具有對應於頭部追蹤多視角顯示器100的不同觀看方向的不同主要角度方向，或者，具有等同於在頭部追蹤多視角顯示器100上顯示的多視角影像的不同主要角度方向。舉例來說，圖3中的箭頭102同時也代表了由多光束背光板110提供的光束112，或者，等同的對應於不同觀看方向的光束112的不同主要角度方向。

此外，如圖3所示，該些光束112係包括一第一組光束112’以及一第二組光束112”。在圖3中，第一組光束112’是由實線箭頭所表示(即，實線箭頭102’)，而第二組光束112”是由虛線箭頭所表示(即，虛線箭頭102”)。代表該些光束的光束112的第一組光束112’具有對應於主要視像組的觀看方向的主要角度方向。舉例來說，代表該些光束中的光束112的第二組光束112”係具有對應於頭部追蹤多視角顯示器100的各個第二觀看方向的主要角度方向。

圖3中顯示的頭部追蹤多視角顯示器100進一步包括了一光閥陣列120。在各個實施例中，可以採用不同種類的光閥中的任一種來作為光閥陣列120中的光閥，光閥的種類可以包括液晶光閥、電泳光閥以及電濕潤式的光閥，但光閥的種類並不受限於此。

光閥陣列120係用於調變該些光束112，以將景觀的視像提供為多視角影像。更具體來說，光閥陣列120係用於調變光束112，並且選擇性地提供主要視像組以及包括第二視像的增強視像組。根據本發明的各個實施例，提供主要視像組及提供增強視像組的選擇，是基於頭部追蹤多視角顯示器100的使用者或觀看者的位置所決定。舉例來說，可以基於使用者的頭部相對於頭部追蹤多視角顯示器100的位置來選擇視像組。例如，可以在處理器(例如，圖形處理單元)或相似的電路的指示下由光閥陣列120的驅動器(例如，驅動電路)來控制視像組的選擇。

圖4A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了頭部追蹤多視角顯示器100的範例的剖視圖。圖4B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了圖4A中的頭部追蹤多視角顯示器100的另一範例的剖視圖。圖4A與圖4B中顯示的頭部追蹤多視角顯示器100係包括多光束背光板110以及光閥陣列120，例如，如上文針對圖3的說明所述。更具體來說，圖4A顯示了頭部追蹤多視角顯示器100被配置為選擇性地提供主要視像組102a。圖4B顯示了頭部追蹤多視角顯示器100被配置為選擇性地提供增強視像組102b。圖4A也顯示了相對於頭部追蹤多視角顯示器100在第一位置A 之前的使用者(或使用者的頭部)，而圖4B也顯示了相對於頭部追蹤多視角顯示器100在第二位置B 前方的使用者或使用者的頭部。使用者(或使用者的頭部)的位置或定位可以被追蹤或正被追蹤，例如，在下文中的進一步說明所述。

相對於上文中針對圖3的說明所述，主要視像組102a以及增強視像組102b的各個視像或等同的觀看方向係由箭頭102所表示。特別在圖4A及圖4B中，實線箭頭102’代表主要視像組102a的視像或等同的觀看方向，以及，虛線箭頭102”代表了例如在增強視像組102b中的第二視像或等同的第二觀看方向。此外，在圖4A~圖4B中，各個視像或觀看方向是由從左至右依照順序的字母所標示，其中，字母「a 」代表了第一視像，字母「b」代表了第二視像，依此類推。如圖中所示，主要視像組102a在圖4A中包括了由「a 」標示到「h 」的八個視像。第二視像在圖4B中代表景觀的第九個視像並且係被標視為「i 」。

如圖4A所示，當使用者位在第一位置A 時，頭部追蹤多視角顯示器100可以選擇性地顯示主要視像組102a(即，標示為「a 」到「h 」的實線箭頭102’)。舉例來說，第一位置A 可以是大致位於頭部追蹤多視角顯示器100的前方的區域。當使用者位在第一位置A 中時，使用者可以看到由頭部追蹤多視角顯示器100顯示的景觀的「正常」多視角影像(例如，「3D影像」)。更具體來說，「正常」或正面的多視角影像被定義為包括主要視像組102a，其包含了圖4A中所顯示並且被標示為「a 」到「h 」的視像。

如圖4B所示，當使用者位於第二位置B 時，頭部追蹤多視角顯示器100可以選擇性地顯示增強視像組102b。更具體來說，圖4B顯示了使用者移動到或位在第二位置B 時的情形。舉例來說，第二位置「B 」可以大致位在頭部追蹤多視角顯示器100的側邊的位置(即，側邊)，如圖4B所示。如圖中所示，增強視像組102b係包括主要視像組102a中的七個視像的主要視像組102a(即，實線箭頭102’ 「b 」~「h 」)，以及位在使用者的側邊位置的方向上的一第二視像「i 」(即，標示為「i 」的虛線箭頭102”)。增強視像組102係包括主要視像的子視像組(即，不包括「a 」的子視像組)以及第二視像i ，藉此在相對於頭部追蹤多視角顯示器100的使用者的側邊位置形成多視角影像的視像。

更具體來說，根據本說明書中描述的原理，由於在增強視像組102b包括了第二視像(即，在位置B 的方向上的「b 」到「i 」)的緣故，除了在主要視像組102a的視點(位置A )以外，頭部追蹤多視角顯示器100在第二位置B 時係提供使用者能夠從別的視點在多視角影像中看見景觀的一部分的能力。此外，根據本說明書中描述的原理，頭部追蹤多視角顯示器100所提供的包含第二視像，可以減少或甚至大致排除俗稱「跳像」的現象，跳像通常是在當使用者從頭部追蹤多視角顯示器100的「正常」或正面觀看角度以外的角度觀看多視角影像時所發生的現象。值得一提的是，雖然本說明書中是以第一位置以及第二位置來描述的使用者的位置，但本發明中所描述的原理的範疇並不僅受限於使用者(或使用者的頭部)的兩個位置。本發明的原理的範疇意在包含頭部追蹤多視角顯示器100的使用者的任何數量的不同位置。

根據本說明書中所描述的原理的各個實施例，頭部追蹤多視角顯示器100可以包括大致任何的多光束繞射格柵式背光板。更具體來說，根據本發明的各個實施例，可以採用任何具有多光束繞射格柵，並且被配置為提供具有對應於多視角影像的不同觀看方向的不同主要角度方向的該些光束112的背光板。舉例來說，在某些實施例中，多光束背光板110可以是基於多光束繞射格柵。在其他的實施例中，頭部追蹤多視角顯示器100的多光束背光板110係包括一多光束元件。如下文中所述，多光束背光板110可以包括一導光體以及複數個多光束元件。

圖5A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了包括多光束背光板110的頭部追蹤多視角顯示器100的範例的剖視圖。圖5B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了包括多光束背光板110的頭部追蹤多視角顯示器100的範例的平面圖。圖5C為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了包括多光束背光板110的頭部追蹤多視角顯示器100的範例的立體圖。為了方便進行說明，圖5C中的立體圖為局部的立體剖視圖。下文中所述，圖5A~圖5C也顯示了位在多光束背光板110上方的光閥陣列120。

圖5A~圖5C所示的多光束背光板110係被配置為提供彼此具有不同主要角度方向的複數條耦合出光束112(例如，作為一光場)。更具體來說，根據本發明的各個實施例，所提供的該些耦合出光束102在遠離多光束背光板110的方向上被往對應於頭部追蹤多視角顯示器100的各個觀看方向的不同主要角度方向定向。此外，可以對耦合出光束112進行調變(例如，如上文中所述，利用光閥陣列120的光閥)，藉此將具有3D內容的資訊顯示為多視角影像。

如圖5A~圖5C所示，多光束背光板110係包括一導光體114。根據本發明的某些實施例，導光體114可以是平板導光體。導光體114被配置為沿著導光體114的長度將光引導為導光104，舉例來說，導光104可以具有由粗箭頭103所表示的方向。作為範例，導光體114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，環繞介電光波導的介質係具有一第二折射係數，其中，第一折射係數可以大於第二折射係數。作為範例，折射係數之間的差異係被配置為根據導光體114的一個以上的引導模式促成導光104的完全內部反射。

在某些實施例中，導光體114可以是板片或平板的光波導，其可以包括實質上為平面板片並且為光學性透明的延伸的介電材料。根據本發明的各個實施例，導光體114的光學性透明材料，可以包括或者可以由各種介電材料形成，該些材料包括一種以上的玻璃(例如，石英玻璃、鹼鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃等等)，以及實質上為光學透明的塑膠或聚合物(例如，聚甲基丙烯酸甲酯或「丙烯酸玻璃」、聚碳酸脂等等)，但其並不受限於此。在某些範例中，導光體114可以進一步具有位在導光體114的一表面(例，上表面與下表面的其中之一，或者同時位在兩個表面上)的至少一一部分上的一披覆層(未顯示於圖中)。根據本發明的某些範例，可以透過該批覆層進一步促進完全內部反射。

此外，根據本發明的某些實施例，導光體114係利用完全內部反射在導光體114的一第一表面114’(例如，「前」表面或「前」側)以及一第二表面114”(例如，「後」表面或「後」側)之間以非零值傳導角度引導導光104。導光104是藉由在導光體114的第一表面114’與第二表面114”之間反射或「彈跳」而以非零值傳導角度傳導(儘管是在由粗箭頭103所表示的傳導方向上)。在某些實施例中，包括不同顏色的光的複數條導光104的光束，可以由導光體114以各個不同、顏色特定的非零值傳導角度傳導。值得一提的是，為了圖式的清晰起見，圖5A~圖5C中並未顯示所述的非零值傳導角度。

根據本說明書中的定義，「非零值傳導角度」是相對於導光體114的表面(例如，第一表面114’或第二表面114”)的角度。此外，根據本說明書中所描述的原理，非零值傳導角度是同時大於零並且小於導光體114中的完全內部反射的關鍵角度。舉例來說，導光104的非零值傳導角度可以介於10度到大約50度之間，或者，在某些範例中，介於20度到大約40度之間，或者介於25度至大約35度之間。舉例來說，非零值傳導角度可以大約為30度。在其他的範例中，非零值傳導角度可以大約為20度，或大約為25度，或大約為35度。此外，只要非零值傳導角度是小於導光體114中的完全內部反射的關鍵角度，可以針對特定的實施方式選定(例如，任意地選定)特定的非零值傳導角度。

導光體114中的導光104可以被以非零值傳導角度(例如，大約30~35度)引入或耦合進入導光體114。作為範例，可以透過透鏡、鏡子或類似的反射器(例如，傾斜準直反射器)、繞射格柵以及稜鏡(未顯示)等耦合結構中的一種以上的結構，將光於導光體114的輸入端以非零值傳導角度耦合進入而成為導光104。當被耦合進入導光體114之後，導光104會沿著導光體114往大致遠離輸入端的方向(例如，在圖5A中由沿著x軸線指向的粗箭頭103表示)傳導。

此外，根據本說明書中所描述的原理，透過將光耦合進入導光體114產生的導光104或等同的導光束可以是準直光束。在本說明書中，「準直光」或「準直光束」是被定義為光束中的光線在光束中大致彼此平行的光束（例如，導光104）。此外，根據本說明書中的定義，從準直光中散發或散射出來的光線，並不被視為準直光束的一部分。在某些實施例中，多光束繞射格柵式背光板110可以包括一準直器，如上文中所述的透鏡、反射器或鏡子(例如，傾斜準直反射器)，來準直例如來自光源的光。在某些實施例中，光源可以包括準直器。被提供至導光體114的準直光是即將被引導的準直光束。在各個實施例中，可以根據準直因子s來準直導光104，或準直的導光可以具有準直因子s。

在某些實施例中，導光114可以被配置為對導光104進行「回收」。更具體來說，沿著導光體長度引導的導光104可以往由粗箭頭103’所表示的另一個不同的傳導方向上被沿著長度重新引導回來。舉例來說，導光體114可以包括位在與相鄰於光源的輸入端相對的導光體114的一端部的一反射器(未顯示)。反射器可以用於將導光104反射回輸入端而成為回收的導光。透過這種回收導光的方式，舉例來說，可以使導光對於多光束元件而言可以被存取一次以上，進而能夠增加多光束背光板110的亮度(例如，耦合出光束112的強度)，如下文中所述。

在圖5A中，代表了回收導光的另一傳導方向的粗箭頭103’(例如，往負x方向定向)，顯示了從上述的輸入端被引入導光體114並且在導光體114中的回收導光的大略傳導方向。作為回收導光的替代方案(例如，相對於回收導光)，或者作為回收導光的額外方案，在某些實施例中，例如，在從上述具有由粗箭頭103所表示的傳導方向的輸入端引入的導光104以外，可以從與上述具有另一傳導方向(即，往負x方向定向的粗箭頭103’)的相對於輸入端的端部將光引入導光體。

如圖5A~圖5C所示，多光束背光板110進一步包括了複數個多光束元件116，該些多光束元件116是沿著導光體的長度(x方向)以彼此間隔開來的方式設置。更具體來說，該些多光束元件116彼此間是以有限的空間分隔開來，並且沿著導光體的長度代表單獨、獨特的元件。換句話說，根據本說明書中的定義，該些多光束元件116是根據有限的(即，非零值)元件間距離(例如，有限的中心對中心的距離)彼此間隔開來。此外，根據某些實施例，該些多光束元件116一般不會與彼此相交、重疊或接觸。換言之，該些多光束元件116中的每一者與多光束元件116中的其他者一般為不同且彼此分離的元件。

根據本發明的某些實施例，該些多光束元件116可以被設置為一一維陣列，或者可以被設置為一二維陣列。舉例來說，多光束元件116可以被設置為線性的一維陣列。在另一範例中，多光束元件116可以被設置為四邊形的二維陣列，或者可以被設置為圓形的二維陣列。此外，在某些範例中，該陣列(即，一維或二維陣列)可以是規律或均勻的陣列。尤其，多光束元件116之間的元件間距離(例如，中心至中心的距離或間隔)在整個陣列中可以大致為一致或不變的數值。在其他的範例中，多光束元件116之間的元件間距離可以橫跨整個陣列(y方向)改變，或者可以沿著導光體114的長度(x方向)改變，或可以同時隨著上述兩個條件改變。

根據本發明的各個實施例，該些多光束元件116中的其中一個多光束元件116係被配置為將導光104的一部分耦合出來成為該些耦合出光束112。更具體來說，圖5A與圖5C顯示了被繪製為複數個發散箭頭的耦合出光束112被往遠離導光體114的第一(或前)表面114’的方向定向。此外，根據本發明的各個實施例，多光束元件116的尺寸係可比較於多視角像素中的「子像素」的尺寸，或者等同地，可比較於光閥陣列120中的其中一光閥的尺寸。在本說明書中，可以以各種不同的方式定義「尺寸」，包括長度、寬度或面積，但其並不受限於此。舉例來說，光閥(或「子像素」)的尺寸可以是其長度，而多光束元件116的可比較尺寸也可以是多光束元件116的長度。在其他的範例中，尺寸指的可以是面積，在此情況中，多光束元件116的面積係可以比較於光閥(或「子像素」)的面積。

在某些實施例中，多光束元件116的尺寸係可以比較於光閥的尺寸，使得多光束元件的尺寸係介於子像素的尺寸的百分之五十(50%)至百分之兩百(200%)之間。在某些實施例中，如果多光束元件的尺寸被標示為「s 」，且子像素的尺寸被標示為「S 」(例如，如圖5A所示)，則多光束元件的尺寸s 可以由下列的方程式(2)給出(2) 在某些範例中，多光束元件的尺寸係大約等同於或者大於子像素的尺寸的百分之六十(60%)，或者，大約等同於或大於子像素尺寸的百分之七十(70%)，或者，大約等同於或大於子像素尺寸的百分之八十(80%)，或者，大約等同於或大於子像素尺寸的百分之九十(90%)。在某些範例中，多光束元件係大約等同於或者小於子像素的尺寸的百分之一百八十(180%)，或者，大約等同於或者小於子像素的尺寸的百分之一百六十(160%)，或者，大約等同於或者小於子像素的尺寸的百分之一百四十(140%)，或者，大約等同於或者小於子像素的尺寸的百分之一百二十(120%)。在某些實施例中，「可比較的尺寸」代表了多光束元件的尺寸可以大約介於子像素尺寸的百分之七十五(75%)至大約百分之一百五十(150%)之間，並且包含該兩個數值。在另一實施例中，多光束元件116與子像素之間可比較的尺寸，代表多光束元件的尺寸可以大約介於子像素的尺寸的百分之一百二十五(125%)到大約百分之八十五(85%)之間，並且包含該兩個數值。根據本發明的某些實施例，可以以減少多視角顯示器的視像之間的暗區域為目的，或者在某些實施例中將暗區域最小化為目的，來選擇多光束元件116與光閥的可比較尺寸，並且在此同時減少多視角顯示器的視像之間的重疊，或在某些實施例中將視像間的重疊最小化。

如上文所述，圖5A~圖5C中進一步顯示了光閥陣列120係位在多光束背光板110上方。以此方式設置的光閥陣列120係用於調變該些耦合出光束112。在圖5C中，透過局部剖開的光閥陣列120可以看到位於光閥陣列120下方的導光體114以及多光束元件116。

如圖5A~圖5C所示，具有不同主要角度方向的耦合出光束112中的不同者係通過光閥陣列120中的各個不同的光閥，並且由該些不同的光閥調變。此外，光閥陣列120中的一光閥係對應於一子像素，而一組光閥係對應於頭部追蹤多視角顯示器100的一個多視角像素。更具體來說，光閥陣列120中的不同組的光閥係用於接收並且調變來自不同的多光束元件116的耦合出光束112，即，如圖5A~圖5C所示，對於每一個多光束元件116來說都有一組獨特的光閥。

如圖5A所示，一第一光閥組120a係用於接收並且調變來自一第一多光束元件116a的耦合出光束112，一第二光閥組120b係用於接收並且調變來自一第二多光束元件116b的耦合出光束。此外，在光閥陣列120中的每一個光閥組(例如，第一光閥組120a以及第二光閥組120b)係分別對應於不同的多視角像素108(請參見圖5B)，且光閥組120a、120b的個別的光閥係對應於各個不同的多視角像素108的子像素，如圖5A~圖5C所示。

在某些實施例中，多光束元件116以及對應的多視角像素108(例如，光閥組120a、120b)之間的關係可以是一對一的關係。換言之，多視角像素108以及多光束元件116具有等同的數量。在圖5B中是以範例的方式示出了一對一的關係，其中，每一個多視角像素108(包括不同組的光閥或子像素)在圖中是由一虛線所圍繞。在其他的實施例中(未顯示於圖中)，多視角像素以及多光束元件的數量可以與彼此不同。

在某些實施例中，一對相鄰的多光束元件116之間的元件間距離(例如，中心至中心的距離)，可以等同於對應的一對多視角像素108之間的像素間距離(例如，中心至中心的距離)，例如由光閥組所代表的多視角像素。舉例來說，如圖5A所示，第一多光束元件116a以及第二多光束元件116b之間的中心至中心距離d ，係大致等同於第一光閥組120a以及第二光閥組120b之間的中心至中心距離D 。在其他的實施例中(未顯示於圖中)，成對的多光束元件116以及對應的光閥組之間相對的中心至中心距離可以不同，舉例來說，多光束元件116之間的元件間距離(即，中心至中心距離d )，可以大於或是小於代表多視角像素的光閥組之間的間隔(即，中心至中心距離D )。

在某些實施例中，多光束元件116的形狀係可對比於多視角像素108的形狀，或者等同地，可對比於對應於多視角像素108的光閥陣列120中的光閥組(或「子陣列」)的形狀。舉例來說，多光束元件116可以具有大致為正方形的形狀，而多視角像素108(或對應的光閥組的配置)可以大致為正方形。在其他的範例中，多光束元件116可以具有大致為四邊形的形狀，即，其長度或縱向尺寸可以大於寬度或橫向尺寸。在此範例中，對應於多光束元件116的多視角像素108可以具有大致對比的四邊形形狀。圖5B中的俯視或平面圖顯示了正方形形狀的多光束元件116，以及包括正方形的光閥組之對應的正方形形狀的多視角像素，例如，由虛線所勾畫出的形狀。在進一步的其他範例中(未顯示於圖中)，多光束元件116以及對應的多視角像素可以具有各種的形狀，該些形狀包括並且至少近似於三角形、六邊形以及圓形，但其並不受限於此。

根據本發明的各個實施例，多光束元件116可以包括任何數量之用於將部分的導光104耦合出來的不同結構。舉例來說，不同的結構可以包括繞射格柵、微反射元件、微折射元件或各種該些元件的結合，但其並不受限於此。在某些實施例中，包括繞射格柵的多光束元件116係被配置為將導光體114中部分的導光104繞射耦合出來成為具有不同主要角度方向的耦合出光束112。在另一實施例中，包括微反射元件的多光束元件116係用於將部分的導光反射地耦合離開導光體114而成為該些耦合出光束112。在其他的實施例中，包括微折射元件的多光束元件116係被配置為透過或利用折射的方式將部分的導光從導光體114中耦合出來成為該些耦合出光束112(即，折射地耦合出部分的導光)。

圖6A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了包括多光束元件116的多光束背光板110的一部分的範例的剖視圖。圖6B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了包括多光束元件116的多光束背光板110的一部分的範例的剖視圖。更具體來說，圖6A~圖6B顯示了在導光體114中包括繞射格柵的多光束背光板110的多光束元件116。繞射格柵被配置為將導光104的一部分從導光體114中繞射耦合出成為該些耦合出光束112。繞射格柵係包括複數個繞射結構特徵，且該些繞射結構特徵彼此之間係以一繞射結構特徵間隔或繞射結構特徵或格柵間距間隔開來(即，繞射格柵中的繞射結構特徵的間隔或間距)。所述的間隔或間距係被配置為提供將部分的導光繞射耦合出來的效果。根據本發明的各個實施例，繞射格柵中的繞射結構特徵的間隔或格柵間距可以是次波長(即，小於導光104的波長)。

在某些實施例中，多光束元件116的繞射格柵可以位於或相鄰於導光體114的表面。舉例來說，如圖6A所示，繞射格柵可以位於或相鄰於導光體114的第一表面114’。位在導光體的第一表面114’的繞射格柵可以是傳輸模式繞射格柵，並且係用於將部分的導光通過第一表面114’繞射耦合出來成為耦合出光束112。在另一範例中，如圖6B所示，繞射格柵可以位於或相鄰於導光體114的第二表面114”。當位於第二表面114”時，繞射格柵可以是反射模式繞射格柵。作為反射模式繞射格柵，繞射格柵被配置為對部分的導光進行繞射，並且將繞射的部分的導光朝向第一表面114’反射，藉此讓導光通過第一表面114’離開成為繞射的耦合出光束112。在其他的實施例中(未顯示於圖中)，繞射格柵可以位在導光體114的表面之間，例如，作為傳輸模式繞射格柵以及反射模式繞射格柵的其中之一，或同時作為上述兩種繞射格柵。值得一提的是，在本說明書中所描述的某些實施例中，由於耦合出光束112是從導光體的表面離開導光體114，耦合出光束112的主要角度方向可以包括繞射的效果。舉例來說，作為本發明的範例而非限制，圖6B顯示了由於耦合出光束112在通過第一表面114’離開時的折射係數改變的緣故所產生的繞射效果(即，彎折)。同時參見圖7A及圖7B，如下文所述。

根據本發明的某些實施例，繞射格柵的繞射結構特徵包括以彼此間隔開來的方式設置的凹槽與脊部的其中之一，或同時包括上述兩種結構。凹槽或脊部可以包括導光體114的材料，例如，可以被形成在導光體114的表面中。在另一範例中，可以透過與導光體材料不同的材料形成凹槽或脊部，例如，在導光體114的表面上的薄膜或一層其他材料。

在某些實施例中，多光束元件116的繞射格柵是均勻的繞射格柵，其中，繞射結構特徵間隔在整個繞射格柵中是以不變或沒有變化的方式分佈。在他的實施例中，繞射格柵是啁啾式繞射格柵。根據本說明書中的定義，「啁啾式」繞射格柵的繞射格柵係展現或具有沿著啁啾式繞射格柵的長度或範圍改變的繞射結構特徵的繞射結構間隔(即，格柵間距)。在某些實施例中，啁啾式繞射格柵可以具有或展現隨著距離線性變化的繞射結構特徵間隔的啁啾。據此，根據本說明書中的定義，啁啾式繞射格柵是「線性啁啾」繞射格柵。在其他的實施例中，多光束元件116的啁啾式繞射格柵可以展現非線性啁啾的繞射結構特徵間隔。可以採用各種非線性的啁啾，包括指數啁啾、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，但啁啾的種類並不受限於此。可採用的非單調式的啁啾包括正弦啁啾、三角啁啾或鋸齒啁啾，但其並不受限於此。本發明中亦可以採用上述任何種類之啁啾的組合。

圖7A為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了包括多光束元件116的多光束背光板110的一部分的範例的剖視圖。圖7B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了包括多光束元件116的多光束背光板110的一部分的範例的剖視圖。更體來說，圖7A與圖7B顯示了包括微反射元件的多光束元件116的各種實施例。在多光束元件116中使用的或被用做為多光束元件116的微反射元件包括了採用反射材料或反射層(例如，反射材料)的反射器，或者基於完全內部反射的反射器，但其並不受限於此。根據本發明的某些實施例(例如，如圖7A~圖7B中以範例而非限制的方式所示)，包括微反射元件的多光束元件116可以位在或相鄰於導光體114的表面(例如，第二表面114”)。在其他的實施例中(未顯示於圖中)，微反射元件可以位在導光體114中並且介於第一表面114’及第二表面114”之間。

舉例來說，圖7A顯示了包括具有反射平面的微反射元件的多光束元件116，例如，該反射平面可以相似於稜鏡的平面(例如，「稜鏡型」的微反射元件)，且該多光束元件116係位在相鄰於導光體114的第二表面114”的位置。所顯示的稜鏡型微反射元件的平面係用於將部分的導光104反射離開導光體114。舉例來說，該平面可以相對於導光104的傳導方向傾斜(即，具有一傾斜角度)，藉此將部分的導光反射離開導光體114。根據本發明的各個實施例，可以利用導光體114中的反射材料形成該平面(例如，如圖7A所示)，或者，該平面可以是第二表面114”中的稜鏡型腔室的表面。當採用稜鏡型腔室時，可以透過腔室表面的折射係數改變來提供反射效果(例如，完全內部反射)，或者，在某些實施例中，可以在構成該平面的腔室表面上塗佈反射材料來提供反射效果。

在另一範例中，圖7B顯示了包括具有彎曲表面的微反射元件的多光束元件116，例如半球型的微反射元件，但其並不受限於此。在某些範例中，微反射元件的彎曲表面為大致平滑的表面。作為範例，根據導光104進行接觸並且入射在彎曲表面上的點，可以將微反射元件配置為具有特定的表面曲率，以將部分的導光往不同方向反射。如圖7A及圖7B所示，被反射地耦合離開導光體114的導光部分係從第一表面114’離開或射出。相對於圖7A中顯示的稜鏡型微反射元件，圖7B中的微反射元件可以是導光體114中的反射材料，或形成在第二表面114”的腔室(例如，半圓形腔室)，如圖7B中以範例而非限制的方式所示。圖7A與圖7B也以範例而非限制的方式顯示了具有由箭頭103、103’所表示的兩個傳導方向的導光104。作為範例，利用導光104的兩個傳導方向，可以提供具有大致對稱分佈的主要角度方向的該些耦合出光束112。

圖8為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了包括多光束元件116的多光束背光板110的一部分的範例的剖視圖。更具體來說，圖8顯示了包括微折射元件的多光束元件116。根據本發明的各個實施例，微折射元件係被配置為將部分的導光104從導光體114中折射地耦合出來。換言之，如圖8所示，微折射元件被配置為利用折射的方式(例如，相對於繞射或反射)將部分的導光從導光體114中耦合出來成為耦合出光束112。微折射元件可以具有各種的形狀，包括半球形、四邊形或稜鏡形(即，具有斜度的平面之形狀)，但其並不受限於此。根據本發明的各個實施例，微折射元件可以從導光體114的表面(例如，第一表面114’)延伸或凸出，例如如圖中所示，或者可以是表面中的腔室(未顯示於圖中)。此外，在某些實施例中，微折射元件可以包括導光體114的材料。在其他的實施例中，微折射元件可以包括相鄰於導光體表面的另一材料，並且在某些範例中與該導光體的表面接觸。

請再次參照圖5A與圖5C，在某些實施例中，多光束背光板110可以進一步包括一光源118。光源118係被配置為以非零值傳導角度提供在導光體114中被引導的光。更具體來說，光源118可以位在與導光體114的入光表面或端部(輸入端)相鄰的位置。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，包括上文中所述的LED或雷射(例如，雷射二極體)中的一種以上的光源，但其並不受限於此。在某些實施例中，光源118可以包括用於產生具有較窄光譜並且由特定顏色所表示之實質上為單色的光。更具體來說，單色光的顏色可以是主要色彩空間或色彩模型(例如，紅-綠-藍(red-green-blue, RGB)色彩模型)中的一主要顏色。在其他的範例中，光源118可以是實質為寬頻的光源，用於提供實質上為寬頻或多色的光。舉例來說，光源118可以提供白色的光。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為提供對應於各個不同顏色的光之具有不同、顏色特定之非零值傳導角度的導光104。

在某些實施例中，光源118可以進一步包括一準直器。準直器可以被配置為從光源118的一個以上的光發射器接收大致未準直的光。準直器進一步被配置為將大致未準直的光轉換為準直光。尤其，根據本發明的某些實施例，準直器提供的準直光可以具有非零值傳導角度，並且可以根據預定準直因子s被準直。此外，當採用不同顏色的光發射器時，準直器可以被配置為提供具有不同、顏色特定的非零值傳導角度的準直光，以及提供具有不同的顏色特定的準直因子的準直光，或可以被配置為同時提供具有上述兩種特性的準直光。準直器係進一步被配置為將準直光束傳輸至導光體114，以讓該些光束被做為導光104傳導，如上文所述。

在某些實施例中，導光的準直因子與非零值傳導角度的其中之一或該兩個因素可以被配置來調整頭部追蹤多視角顯示器100的該些光束112的射出圖案。更具體來說，非零值傳導角度可以將射出圖案朝向使用者傾斜(或選擇性傾斜)。舉例來說，第一非零值傳導角度在第一位置A 可以將光束112的射出圖案大致朝向使用者定向，而第二非零值傳導角度可以在第二位置B 將射出圖案朝向使用者定向，例如，如上文中針對圖4A~圖4B的說明所述。圖9A~圖9B中提供了頭部追蹤射出圖案的另一範例。

更具體來說，圖9A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了頭部追蹤多視角顯示器100的範例的剖視圖。圖9B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了圖9A中的頭部追蹤多視角顯示器100的另一範例的剖視圖。圖9A~圖9B係基於多光束背光板的導光體中的導光的不同非零值傳導角度，顯示了耦合出光束112的不同射出圖案的範例。在圖9A~圖9B中，頭部追蹤多視角顯示器100係包括一多光束繞射格柵式背光板110以及一光閥陣列120。在某些實施例中，頭部追蹤多視角顯示器100係大致相似於上文中針對圖5A~圖5C所述的頭部追蹤多視角顯示器100。舉例來說，多光束繞射格柵式背光板110係用於將該些光束112提供給光閥陣列120，且該些光束112具有如圖9A~圖9B所示的由虛線描繪的射出圖案。

在圖9A中，使用者係位在第一位置A 處，且第一位置A 係大致位在光閥陣列120前方或位在頭部追蹤多視角顯示器100的中心前方(即，位置的中心點相對於陣列或顯示器的中心點)。頭部追蹤多視角顯示器100的射出圖案係大致朝向(例如，沒有傾斜的狀態)位在第一位置A 的使用者處。舉例來說，在多光束繞射格柵式背光板110的導光體114中的導光104可以以第一非零值傳導角度γ₁ 傳導，藉此將射出圖案朝向第一位置A 指向或定向，如圖9A所示。

在圖9B中，使用者係移動到或位於第二位置B，其中，第二位置B相較於第一位置A(例如，以一斜角)係大致位在光閥陣列120或頭部追蹤多視角顯示器100的中心之側邊的位置(即，位置的中心點不相對於陣列或顯示器的中心點)。圖9B中顯示的該些光束112的射出圖案相對於第一位置A的射出圖案來說為傾斜的，並且因此係大致指向位於第二位置B的使用者。在此範例中，導光體114中的導光104可以以第二非零值傳導角度γ₂傳導，藉此提供朝向第二位置B傾斜的射出圖案，如圖9B所示。

在各個實施例中，朝向第一位置A的射出圖案包括對應於主要視像組的第一組光束112’(即，由導光的第一非零值傳導角度γ₁所提供)。此外，朝向第二位置B的傾斜射出圖案可以包括與主要視像組對應的第一組光束112’的子光束組，以及與第二視像對應的第二組光束112”(即，由導光的第二非零值傳導角度γ₂提供)。傾斜的射出圖案可以代表上文中所描述的增強視像組。

在某些實施例中，多光束背光板110被配置為在穿過導光體114與導光104的傳導方向(即，粗箭頭103、103’)正交的方向上大致為光學性透明的。更具體來說，在某些實施例中，導光體114以及間隔開來的該些多光束元件116允許光通過導光體114，並且特別是通過第一表面114’以及第二表面114”。由於多光束元件116的相較小型的尺寸，以及多光束元件116相較來說較大的元件間間隔的關係，可以至少局部實現透明性。

根據本說明書中所描述的原理的某些實施例，本發明係提供一種頭部追蹤多視角顯示系統。頭部追蹤多視角顯示系統係用於提供或「顯示」代表一景觀的三維或多視角影像。更具體來說，多視角影像被提供為與多視角影像相關聯的複數個不同「視像」。所述的不同視像可以在所顯示的多視角影像中提供「裸眼」(例如，自動立體)的資訊表示。此外，根據本發明的各個實施例，可以為頭部追蹤多視角顯示系統的使用者在不同位置或定位(例如，頭部位置)提供不同組的視像。

圖10為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了頭部追蹤多視角顯示系統200的範例的方塊圖。頭部追蹤多視角顯示系統200係根據不同觀看方向上的不同視線顯示一多視角影像。更具體來說，由頭部追蹤多視角顯示系統200所射出的光束係被用於顯示多視角影像，並且可以對應於不同視像的像素(即，視角像素)。不同視像或等同的不同觀看方向在圖10中是以從頭部追蹤多視角顯示系統200發出的箭頭202所表示。如下文中所述，箭頭202也代表了由頭部追蹤多視角顯示系統200所射出的光束。

圖10中顯示的頭部追蹤多視角顯示系統200係包括一多視角顯示器210。多視角顯示器210係用於將景觀的複數個視像(例如，箭頭202)提供為多視角影像。根據本發明的各個實施例，該些視像係包括景觀的主要視像組，以及代表主要視像組在角度上相鄰的立體景觀的第二視像。第二視像(或者在某些實施例中，複數個第二視像)可以與主要視像組的一子視像組結合，藉此提供如本說明書中所描述的一增強視像組。此外，根據本明的某些實施例，頭部追蹤多視角顯示系統200的主要視像組、第二視像以及增強視像組可以大致相似於上文中針對所述的頭部追蹤多視角顯示器100所描述的對應視像組與視像。在圖10中，主要視像組是由實線箭頭202’所表示，而第二視像是由虛線箭頭202”所表示。

頭部追蹤多視角顯示系統200的多視角顯示器210可以包括大致任何種類之用於提供主要視像組以及一個以上的第二視像的不同的多視角顯示器。舉例來說，多視角顯示器可以是如多光束繞射格柵式多視角顯示器，或者，凸鏡或透鏡陣列式的多視角顯示器等等的多視角顯示器，但其並不受限於此。在本說明書中，根據定義，「多光束繞射格柵式多視角顯示器」是指包括採用多光束繞射格柵陣列的多光束繞射格柵式背光板的多視角顯示器。同樣根據本說明書中的定義，凸鏡或透鏡陣列式多視角顯示器是包括用於在不同觀看方向上提供視像的透鏡陣列的多視角顯示器。

在其他的實施例中，多視角顯示器210可以是多光束元件式視角顯示器。更具體來說，根據本發明的某些實施例，頭部追蹤多視角顯示系統200的多視角顯示器可以大致相似於上文中所描述的頭部追蹤多視角顯示器100。舉例來說，多視角顯示器210可以包括一多光束背光板，用於提供對應於該些視像的不同觀看方向之具有不同主要角度方向的複數條射出或繞射的耦合出光束。作為範例，多視角顯示器210可以進一步包括一光閥陣列，用於調變該些耦合出光束以提供該些視像。此外，多視角顯示器210可以進一步包括一光源，例如上文中針對頭部追蹤多視角顯示器100所描述的光源118。

根據本說明書中的某些實施例，頭部追蹤多視角顯示系統200的多光束背光板可以大致相似於上文中所描述的多光束背光板110。舉例來說，多光束背光板可以包括一導光體，被配置為在沿著導光體的長度的傳導方向上引導光，並且進一步包括沿著導光體長度彼此間隔開來的多光束元件陣列。多光束元件陣列中的其中一多光束元件可以將部分的導光從導光體中繞射耦合出來，而成為具有不同主要角度方向的該些耦合出光束。作為範例，多光束元件陣列中的多光束元件可以大致相似於多光束元件116，而導光體可以大致相似於導光體114。

在某些實施例中多光束元件的尺寸可以比較於光閥陣列中的光閥的尺寸。此外，光閥的尺寸大致可以與顯示器的多視角像素中的子像素相比較。再者，多光束元件可以包括繞射格柵、微反射元件以及微折射元件中的一種以上的元件，且該些元件係光學性地連接於導光體，以將部分的導光耦合出來。在某些實施例中，多光束元件陣列中相鄰的多光束元件之間的元件間距離，係對應於相鄰的多視角像素之間的像素間距離。此外，多視角像素代表了在光閥陣列中對應於個別的多光束元件的一組光閥。

請再次參照圖10，頭部追蹤多視角顯示系統200係進一步包括一頭部追蹤器220。頭部追蹤器220係用於判定使用者相對於多視角顯示器210的位置。在判定的第一位置處，多視角顯示器210係提供主要視像組。此外，在判定的第二位置處，多視角顯示器210係提供一增強視像組，該增強視像組係包括第二視像以及主要視像組的一子視像組。如圖10所示，頭部追蹤器220可以被配置為在多視角顯示器210前方由虛線所描繪的區域222中追蹤使用者(例如，使用者頭部)的位置。在此，「前方」指的是與多視角顯示器210的發光表面或影像觀看螢幕相鄰的位置。

根據本發明的各個實施例，各種用於提供頭部追蹤功能(或等同的追蹤使用者位置的功能)的裝置、系統以及電路中的任一種都可以被用作為頭部追蹤多視角顯示系統200的頭部追蹤器220。舉例來說，在某些實施例中，頭部追蹤器220可以包括一攝像機，用於捕捉相對於多視角顯示器210的觀看螢幕的使用者的影像。此外，頭部追蹤器220可以包括一影像處理器(或被編程為影像處理器之通用目的之計算機)，用於判定所捕捉的影像中的使用者相對於多視角顯示器210的觀看螢幕的位置。作為範例，所判定的位置可以對應於判定的第一位置A 以及判定的第二位置B 的其中之一，如上文中所述。使用者相對於多視角顯示器210的觀看螢幕的位置，可以由影像處理器利用各種技術從所捕捉的影像中判定，舉例來說，該些技術可以包括影像識別或圖案比對，但並不受限於此。頭部追蹤器220的輸出可以被用於更改多視角顯示器210的運作(例如，利用光閥陣列對光束的調變)。舉例來說，所判定的使用者位置可以被提供給多視角顯示器210的處理器及光閥驅動器的其中之一或同時提供給該二個元件，藉此調整多視角顯示器210的射出圖案並使其對應於使用者的位置。頭部追蹤器220的實施方式的其他範例可以包括各種二維及三維的物體追蹤系統中的任一種，例如KINECT^® 物體追蹤系統，但其並不受限於此。KINECT^® 是華盛頓州雷德蒙德市的微軟公司的註冊商標。

如上文中所述，在某些實施例中，頭部追蹤多視角顯示系統200的多視角顯示器210可以進一步包括一光源。所述的光源係作為多視角顯示器210的光的來源。更具體來說，在本說明書中的某些實施例中(未顯示於圖10)，作為範例，光源可以用於將光以非零值傳導角度提供給導光體。在某些實施例中，光源可以被配置為進一步將多視角顯示器210發出的光的射出圖案朝向使用者傾斜，以作為對頭部追蹤器220的輸入的回應。射出圖案的傾斜，或等同的射出光的「傾斜角度」，在這些實施例中係對應於頭部追蹤器220所判定的使用者位置。舉例來說，光源可以是用於照亮多光束背光板的導光體的光源。由光源所提供之在導光體中的光的傳導角度，可以接著決定多光束背光板所射出的光的傾斜角度。根據本發明的某些實施例，射出角度的傾斜可以促進或增強第二視像的產生。

根據本說明書中所描述的原理的其他實施例，本發明係提供一種採用頭部追蹤的多視角顯示器的操作方法。圖11為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了採用頭部追蹤的多視角顯示器的操作方法300的流程圖。如圖11所示，多視角顯示器的操作方法300包括了步驟310，利用多視角顯示器提供景觀的複數個視像。根據本發明的各個實施例，該些視像係包括景觀的一主要視像組，以及代表與主要視像組角度相鄰的立體景觀的一第二視像。

根據本發明的各個實施例，步驟310中用於提供該些視像的多視角顯示器，可以是任何能夠提供主要視像組以及第二視像的大致任何的多視角顯示器或多視角顯示系統。舉例來說，多視角顯示器可以是如多光束元件式多視角顯示器、多光束繞射格柵式多視角顯示器，或者，凸鏡或透鏡陣列式多視角顯示器等多視角顯示器，但其並不受限於此。在某些實施例中，多視角顯示器可以大致相似於上文中所描述的頭部追蹤多視角顯示器100。

更具體來說，在某些實施例中，多視角顯示器可以包括一導光體、一多光束元件以及複數個光閥。在這些實施例中，提供複數個視像的步驟310可以包括沿著導光體的長度在傳導方向上引導光的步驟。作為範例，導光體可以是一平板導光體。提供複數個視像的步驟310可以進一步包括利用多光束元件將導光的一部分耦合離開導光體，藉此提供具有對應於多視角顯示器的各個觀看方向之不同主要角度方向的複數條耦合出光束。在某些實施例中，多光束元件可以包括與導光體光學性連接的繞射格柵、微反射元件以及微折射元件等元件中的一種以上的元件，藉此將部分的導光耦合出來。作為範例，多光束元件可以是多光束元件陣列中的其中一構件。在這些實施例中，提供複數個視像的步驟310進一步包括利用複數個光閥調變該些耦合出光束，藉此將景觀的該些視像提供為多視角影像。作為範例，光閥可以被以陣列的形式設置與多光束元件陣列一同設置在相鄰於導光體表面的位置。在某些實施例中，多光束元件的尺寸可以與光閥陣列中的其中一光閥的尺寸相比較。

如圖11所示，採用頭部追蹤的多視角顯示器的操作方法300進一步包括步驟320，判定使用者相對於多視角顯示器的位置，並且根據所判定的使用者位置選擇所顯示或提供給使用者的視像組。根據本發明的各個實施例，在判定的使用者的第一位置係選擇主要視像組，而在判定的使用者的第二位置係選擇一增強視像組。根據本說明書中的定義，增強視像組係包括第二視像以及主要視像組的一子視像組。多視角顯示器係根據所判定的位置提供主要視像組及增強視像組，並且根據採用頭部追蹤的多視角顯示器的操作方法300進行視像選擇。

換言之，多視角顯示器的操作方法300在步驟320中判定使用者相對於多視角顯示器的位置(或相對於多視角顯示器的螢幕或其所提供的視像的位置)。多視角顯示器的操作方法300係根據步驟320中判斷使用者位於第一位置或第二位置的結果，選擇性地提供主要視像組或增強視像組。更具體來說，當使用者被判定位於第一位置時(例如，在多視角顯示器前方)，多視角顯示器係提供主要視像組。此外，當步驟320判定使用者位於第二位置時(例如，大致位於多視角顯示器的側邊)，多視角顯示器係提供包括第二視像的增強視像組。因此，多視角顯示器對步驟310中提供的該些視像進行調適或調整，並且根據步驟320中判定的使用者位置使該些視像包含主要視像組或增強視像組。

在某些實施例中，判定使用者位置的步驟320係包括使用一頭部追蹤器。在本說明書中的某些實施例中，頭部追蹤器可以大致相似於頭部追蹤多視角顯示系統200的頭部追蹤器220。舉例來說，頭部追蹤器可以包括一攝像機以及一影像處理器。在此範例中，判定使用者位置的步驟320可以包括利用攝像機捕捉使用者的影像，並且利用影像處理器建立使用者在所捕捉的影像中的位置。根據本發明的各個實施例，所建立的位置即是步驟320中判定的位置。舉例來說，所建立的位置可以對應於判定的第一位置以及判定的第二位置的其中之一。

在某些實施例中(未顯示於圖中)，多視角顯示器的操作方法300進一步包括將多視角顯示器射出的光的射出圖案傾斜，使其對應於使用者的判定位置。射出圖案可以包括對應於特定的視象組的光束，例如，主要視像組或增強視像組。射出圖案可以被傾斜，以大致指向位於判定的第一位置的使用者，或大致指向位於判定的第二位置的使用者。在某些實施例中，可以透過選擇性地控制多視角顯示器的導光體中的光的非零值傳導角度來提供射出圖案的傾斜。舉例來說，第一非零值傳導角度可以使光束的射出圖案大致朝向第一位置的使用者定向，而第二非零值傳導角度可以使射出圖案大致朝向第二位置的使用者定向。如上文中所述，步驟320中係對使用者的位置進行判定，因此，舉例來說，可以利用頭部追蹤器的輸出來控制或選擇非零值傳導角度。此外，在某些實施例中，將多視角顯示器的射出光的射出圖案傾斜的步驟，係包括利用光源及準直器的其中之一或同時利用該二個元件將光以個別的非零值傳導角度提供至導光體作為導光。在某些範例中，光源係大致相似於上文中針對頭部追蹤多視角顯示器100所描述的光源118。

因此，本發明中提供了頭部追蹤多視角顯示器、頭部追蹤多視角顯示系統以及使用多光束繞射格柵式顯示器並採用頭部追蹤的多視角顯示器的操作方法，藉此為使用者提供主要視像組及增強視像組的實例與實施例。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‧‧‧多視角顯示器

12‧‧‧螢幕

14‧‧‧視像/不同視像

14’‧‧‧第二視像

16‧‧‧觀看方向

16’‧‧‧第二觀看方向

20‧‧‧光束

30‧‧‧繞射格柵

40‧‧‧導光體

50‧‧‧耦合出光束

100‧‧‧頭部追蹤多視角顯示器

102‧‧‧箭頭

102’‧‧‧實線箭頭

102”‧‧‧虛線箭頭

102a‧‧‧主要視像組

102b‧‧‧增強視像組

103‧‧‧箭頭/粗箭頭

103’‧‧‧箭頭/粗箭頭

104‧‧‧導光

108‧‧‧多視角像素

110‧‧‧多光束背光板 / 多光束繞射格柵式背光板

112‧‧‧光束/耦合出光束

112’‧‧‧第一組光束

112”‧‧‧第二組光束

114‧‧‧導光體

114’‧‧‧第一表面

114”‧‧‧第二表面

116‧‧‧多光束元件

116a‧‧‧第一多光束元件

116b‧‧‧第二多光束元件

118‧‧‧光源

120‧‧‧光閥陣列

120a‧‧‧第一光閥組/光閥組

120b‧‧‧第二光閥組/光閥組

200‧‧‧頭部追蹤多視角顯示系統

202‧‧‧箭頭

202’‧‧‧實線箭頭

202”‧‧‧虛線箭頭

210‧‧‧多視角顯示器

220‧‧‧頭部追蹤器

222‧‧‧區域

300‧‧‧多視角顯示器的操作方法

310‧‧‧步驟

320‧‧‧步驟

A‧‧‧第一位置

B‧‧‧第二位置

D‧‧‧中心至中心距離

O‧‧‧起點

d‧‧‧中心至中心距離

q‧‧‧角度分量/仰角

q _i ‧‧‧入射角度

q _m ‧‧‧繞射角度

f‧‧‧角度分量/方位角/方位分量

s‧‧‧準直因子

γ‧‧‧角度

γ₁‧‧‧第一非零值傳導角度

γ₂‧‧‧第二非零值傳導角度

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：圖1A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了一多視角顯示器的範例的立體圖；圖1B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了具有主要角度方向的光束的角分量之範例的示意圖，其中，光束的主要角度方向係對應於多視角顯示器的觀看方向；圖2為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了繞射格柵的範例的剖視圖；圖3為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了頭部追蹤多視角顯示器的範例的剖視圖；圖4A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了頭部追蹤多視角顯示器的範例的剖視圖；圖4B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了圖4A中的頭部追蹤多視角顯示器的另一範例的剖視圖；圖5A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了包括多光束背光板的頭部追蹤多視角顯示器的範例的剖視圖；圖5B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了包括多光束背光板的頭部追蹤多視角顯示器的範例的平面圖；圖5C為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了包括多光束背光板的頭部追蹤多視角顯示器的範例的立體圖；圖6A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了包括多光束元件的多光束背光板的一部分的範例的剖視圖；圖6B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了包括多光束元件的多光束背光板的一部分的範例的剖視圖；圖7A為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了包括多光束元件的多光束背光板的一部分的範例的剖視圖；圖7B為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了包括多光束元件的多光束背光板的一部分的範例的剖視圖；圖8為根據與本發明所描述的原理一致的另一實施例，顯示了包括多光束元件的多光束背光板的一部分的範例的剖視圖；圖9A為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了頭部追蹤多視角顯示器的範例的剖視圖；圖9B為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了圖9A中的頭部追蹤多視角顯示器的另一範例的剖視圖；圖10為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了頭部追蹤多視角顯示系統的範例的方塊圖；以及圖11為根據與本發明所描述的原理一致的一實施例，顯示了採用頭部追蹤的多視角顯示器的操作方法的範例的流程圖。

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。

Claims

一種頭部追蹤多視角顯示器，包括：一多視角背光板，用於提供複數條光束，該等光束具有對應於一多視角影像的不同觀看方向的不同主要角度方向；一光閥陣列，用於調變該等光束以將一景觀的複數個視像提供為該多視角影像，該等視像包括一主要視像組以及一第二視像，該第二視像代表該景觀與該主要視像組角度相鄰的透視視像；其中，該頭部追蹤多視角顯示器被配置為根據一使用者的一追蹤位置選擇性地提供該主要視像組或一增強視像組，該增強視像組包括了該第二視像以及該主要視像組的一子視像組。
根據申請專利範圍第1項的頭部追蹤多視角顯示器，其中，該多光束背光板係包括：一導光體，用於將光沿著導光體的長度在傳導方向上引導；複數個多光束元件，沿著該導光體的長度彼此間隔開來設置，該等多光束元件中的其中一多光束元件係用於將該導光體中的導光的一部分耦合出來成為具有不同主要角度方向的該等光束；其中，該多光束元件的尺寸係可比較於該光閥陣列的一光閥的尺寸。
根據申請專利範圍第2項的頭部追蹤多視角顯示器，其中，該多光束元件的尺寸係介於該光閥的尺寸的百分之五十到百分之兩百之間。
根據申請專利範圍第2項的頭部追蹤多視角顯示器，其中，該多光束元件係包括一繞射格柵，該繞射格柵係用於將部分的導光繞射耦合出成為該等光束。
根據申請專利範圍第2項的頭部追蹤多視角顯示器，其中，該多光束元件係包括一微反射元件以及一微折射元件的其中之一，該微反射元件係用於將導光的一部分反射耦合出來，該微折射元件係用於將導光的一部分折射耦合出來。
根據申請專利範圍第2項的頭部追蹤多視角顯示器，其中，該多光束元件係位在該導光體的一第一表面以及一第二表面的其中之一或同時位於該兩個表面上，該多光束元件被配置為通過該第一表面將部分的導光耦合出來。
根據申請專利範圍第2項的頭部追蹤多視角顯示器，進一步包括光學性地耦接於該多光束背光板的一輸入部的一光源，該光源係用於提供在該多光束背光板中被引導的導光，且提供的導光包括具有一非零值傳導角度以及根據一預定準直因子被準直的其中一特性或同時包括上述兩個特性。
根據申請專利範圍第7項的頭部追蹤多視角顯示器，其中，該非零值傳導角度被配置為將該等光束的一射出圖案朝向該使用者傾斜。
一種頭部追蹤多視角顯示系統，包括申請專利範圍第1項所述的頭部追蹤多視角顯示器，該頭部追蹤多視角顯示系統進一步包括用於判定該使用者的頭部相對於該多視角顯示器的位置的一頭部追蹤器，其中該頭部追蹤多視角顯示器在判定的一第一位置係選擇性提供該主要視像組，且該頭部追蹤多視角顯示器在判定的一第二位置係提供該增強視像組。
根據申請專利範圍第9項的頭部追蹤多視角顯示系統，其中該頭部追蹤器係包括：一攝像機，用於捕捉該使用者的一影像；以及一影像處理器，用於判定該使用者在所捕捉的該影像中的位置。
一種頭部追蹤多視角顯示系統，包括：一多視角顯示器，用於提供一景觀的複數個視像以作為一多視角影像，該等視像包括該景觀的一主要視像組以及一第二視像，該第二視像代表與該主要視像組角度相鄰的透視視像；以及一頭部追蹤器，用於判定一使用者的頭部相對於該多視角顯示器的位置，該多視角顯示器在判定的一第一位置係提供該主要視像組並且在判定的一第二位置係提供一增強視像組，該增強視像組係包括該第二視像以及該主要視像組的一子視像組。
根據申請專利範圍第11項的頭部追蹤多視角顯示系統，其中，該多視角顯示器包括：一多光束背光板，用於提供複數條光束，該等光束具有對應於該等視像的不同觀看方向的不同主要角度方向；以及一光閥陣列，用於調變該等光束以提供該等視像。
根據申請專利範圍第12項的頭部追蹤多視角顯示系統，其中，該多光束背光板係包括：一導光體，被配置為沿著該導光體的長度在一傳導方向上引導光；以及一多光束元件陣列，以沿著該導光體的長度彼此間隔開來的方式設置，該多光束元件陣列中的一多光束元件係用於將部分的導光從該導光體中耦合出來成為具有不同主要角度方向的該等光束；其中，該多光束元件的尺寸係可比較於該光閥陣列的一光閥的尺寸。
根據申請專利範圍第13項的頭部追蹤多視角顯示系統，其中，該多光束元件係包括一繞射格柵、一微反射元件以及一微折射元件等元件中的一個以上的元件，該繞射格柵、該微反射元件及該微折射元件係光學性地連接於該導光體以將部分的導光從該導光體中耦合出來。
根據申請專利範圍第13項的頭部追蹤多視角顯示系統，其中，該多光束元件陣列的相鄰的多光束元件之間的一元件間距離係對應於相鄰的多視角像素之間的一像素間距離，一多視角像素代表在該光閥陣列中對應於個別的多光束元件的一光閥組。
根據申請專利範圍第11項的頭部追蹤多視角顯示系統，其中，該頭部追蹤器係包括：一攝像機，用於捕捉該使用者的一影像；一影像處理器，用於判定該使用者在所捕捉的該影像中的位置；以及其中，判定的位置係對應於該第一位置及該第二位置的其中之一。
根據申請專利範圍第11項的頭部追蹤多視角顯示系統，進一步包括一光源，該光源被配置為選擇性地將該多視角顯示器射出的光的射出圖案朝向該頭部追蹤器提供的該使用者的判定位置傾斜。
一種採用頭部追蹤的多視角顯示器的操作方法，包括以下步驟：利用一多視角顯示器提供一景觀的複數個視像，該等視像係包括該景觀的一主要視像組以及一第二視像，該第二視像係代表與該主要視像組角度相鄰的透視視像；以及判別一使用者相對於該多視角顯示器的位置，當判別該使用者位於一第一位置時該多視角顯示器係選擇性地提供該主要視像組，當判別該使用者位於一第二位置時係選擇性地提供一增強視像組；其中，該增強視像組係包括該第二視像以及該主要視像組的一子視像組。
根據申請專利範圍第18項所述的多視角顯示器的操作方法，其中，提供該等視像的步驟係包括：沿著一導光體的長度在一傳導方向上引導光；以及利用一多光束元件將導光的一部分從該導光體中耦合出來以提供複數條耦合出光束，該等耦合出光束具有對應於該多視角顯示器的各個不同觀看方向的不同主要角度方向；以及利用複數個光閥調變該等耦合出光束，以將該景觀的該等視像提供為一多視角影像；其中，該多光束元件的尺寸係可比較於該光閥陣列的一光閥的尺寸。
根據申請專利範圍第19項所述的多視角顯示器的操作方法，其中，該多光束元件係包括一繞射格柵、一微反射元件以及一微折射元件等元件中的一個以上的元件，該繞射格柵、該微反射元件及該微折射元件係光學性地連接於該導光體以將部分的導光從該導光體中耦合出來。
根據申請專利範圍第18項所述的多視角顯示器的操作方法，其中，判別該使用者的位置的步驟係包括：利用一攝像機捕捉該使用者的一影像；以及利用一影像處理器建立該使用者在所捕捉的該影像中的位置，所建立的位置係對應於判定的該第一位置及判定的該第二位置的其中之一。
根據申請專利範圍第18項所述的多視角顯示器的操作方法，進一步包括將該多視角顯示器射出的光的一射出圖案傾斜，使其對應於所判定的該使用者的判定位置。