TWI688255B

TWI688255B - 包含具有共享的相機的相機子陣列之多視域相機陣列、多視域系統、及其操作方法

Info

Publication number: TWI688255B
Application number: TW107133263A
Authority: TW
Inventors: 大衛 A 費圖
Original assignee: 美商雷亞有限公司
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-03-11
Also published as: EP3692713A1; CA3075164A1; JP7178415B2; CA3075164C; KR102309395B1; JP2020536472A; EP3692713A4; CN111183638A; WO2019070317A1; US20200228782A1; US11310478B2; TW201924326A; CN111183638B; KR20200042020A

Abstract

一種多視域相機陣列及一種多視域系統，採用共同具有至少一相機的相機子陣列以拍攝顯示在一多視域顯示器上的一景象之一多視域影像。該多視域相機陣列包括一相機第一子陣列和一相機第二子陣列。該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之相機分別隔開一第一基線距離和一第二基線距離。該多視域系統進一步包括一多視域顯示器，被配置以顯示該多視域影像。一種拍攝多視域影像的方法包括使用該第一子相機陣列拍攝該景象之一第一複數個不同的視域以及使用該第二子相機陣列拍攝該景象之一第二複數個不同的視域。

Description

包含具有共享的相機的相機子陣列之多視域相機陣列、多視域系統、及其操作方法

本發明涉及多視域相機陣列、多視域系統、及其操作方法，尤其是，包含具有共享的相機的多視域相機陣列、多視域系統、及其操作方法。

電子顯示器是一種幾乎無所不在的媒介，用於向各種設備和產品的使用者傳達訊息。最常用的電子顯示器包括陰極射線管（CRT）、電漿顯示面板（PDP）、液晶顯示器（LCD）、電致發光顯示器（EL）、有機發光二極體（OLED）、和主動式矩陣有機發光二極體（AMOLED）顯示器、電泳顯示器（EP）、和使用機電或電流體光調變的各種顯示器（例如，數位微鏡裝置、電潤濕顯示器等等）。通常，電子顯示器可以被分類為主動顯示器（亦即，發光的顯示器）或被動顯示器（亦即，調變由另一個光源所提供的光的顯示器）。在主動顯示器中，最明顯的示例是CRTs、PDPs、和OLEDs/AMOLEDs。在以發射光進行分類的情況下，LCDs和EP顯示器通常被分類為被動顯示器。被動顯示器儘管經常表現出引人注目的性能特徵，包括但不限於固有的低功耗，但由於缺乏發光能力，在許多實際應用中可能會被發現存在有限的使用範圍。

影像拍攝，以及更特別地，三維影像（3D）拍攝典型地涉及拍攝的影像之基本的影像處理，以轉換拍攝的影像（例如，典型地，二維影像）為顯示在3D顯示器或多視域顯示器上的3D影像。上述影像處理可包括但不限於深度估計、影像內插、影像重建、或其他複雜的處理，其可產生從影像被拍攝的時刻至影像被顯示的時刻的顯著的時間延遲。

為了實現這些與其他優點並且根據本發明的目的，如本文所體現和廣泛描述的，提供有一種多視域相機陣列，包含：一相機第一子陣列，互相隔開一第一基線距離；以及一相機第二子陣列，互相隔開一第二基線距離，該第一基線距離係該第二基線距離之整數倍數，而且該相機第二子陣列之至少一相機係該相機第一子陣列之一部分，其中，該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之該等相機被配置以拍攝一景象之複數個影像，代表該景象之一多視域影像之不同的視域。

根據本發明一實施例，該相機第一子陣列之該等相機之數量等於該相機第二子陣列之該等相機之數量，以及該多視域影像之該等不同的視域之數量對應該等相機之數量。

根據本發明一實施例，該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之每一個係一線性陣列，以及該相機第二子陣列之該等相機沿著一共同線性軸被插入該相機第一子陣列之該等相機中。

根據本發明一實施例，該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之被選擇的一個之該等相機被配置以提供代表該等不同視域的該景象之該複數個影像。

根據本發明一實施例，該多視域相機陣列被配置以基於在該景象中的一物件與該多視域相機陣列之間的距離確定該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之該被選擇的一個。

根據本發明一實施例，該多視域相機陣列之該相機之一自動對焦被配置以基於一焦平面自動地確定該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之該被選擇的一個。

在本發明之另一態樣中，提供有一種多視域系統，包含：一多視域相機陣列，具有複數個相機子陣列，被配置以拍攝一景象之一多視域影像，該複數個相機子陣列中的該等相機子陣列被互相插入，而且該等相機子陣列中的至少二個共同地具有一相機；以及一多視域顯示器，被配置以顯示該多視域影像，該多視域影像之不同的視域之數量對應在該多視域相機陣列之該等相機子陣列中的相機之數量，其中，該等相機子陣列中的不同的相機子陣列中的鄰接的相機之間的基線距離互相為對方之一整數倍數。

根據本發明一實施例，該複數個相機子陣列之該等相機沿著一共同線性軸被佈置，以及該多視域相機陣列係一線性陣列。

根據本發明一實施例，該多視域影像之該等不同的視域對應由該複數個相機子陣列之一被選擇的相機子陣列之不同的相機拍攝的影像，以及該被選擇的相機子陣列係由使用者選擇及/或根據在該景象中的一物件與該多視域相機陣列之間的一距離自動地被選擇。

根據本發明一實施例，該距離係由該多視域相機陣列之一相機之一自動對焦條件確定。

根據本發明一實施例，該複數個相機子陣列之各相機子陣列具有相同數目的相機。

根據本發明一實施例，該多視域顯示器包含：一多視域背光件，包含一光導件；一多光束元件陣列，該等多光束元件互相隔開並且被配置以從該光導件散射出一引導的光作為一方向性發射的光，該方向性發射的光具有對應該多視域影像之視域方向的方向；以及一光閥陣列，被配置以調變該方向性發射的光以提供該多視域影像，其中，該多光束元件陣列之一多光束元件之尺寸相當於該光閥陣列之一光閥之尺寸，而且該多光束元件陣列之該多光束元件之形狀類似於關於該多光束元件的一多視域像素之形狀。

根據本發明一實施例，由該多光束元件陣列之一個別的多光束元件提供的該方向性發射的光包含複數條方向性光束，具有不同的主要角度方向，對應該多視域影像之視域方向。

根據本發明一實施例，該多光束元件陣列之該多光束元件包含一繞射光柵、一微反射元件、及一微折射元件之其中之一或更多者，光學地連接至該光導件以散射出該引導的光作為該方向性發射的光。

根據本發明一實施例，所述的多視域系統進一步包含一光源，光學地耦合至該多視域背光件之該光導件之一輸入端，該光源被配置以提供該引導的光，具有一非零傳播角度及/或根據一預定的準直因子被準直。

根據本發明一實施例，所述的多視域系統進一步包含一廣角背光件，被配置以在一第一模式期間提供一廣角發射的光，該多視域背光件被配置以在一第二模式期間提供該方向性發射的光，其中，該光閥陣列被配置以在該第一模式期間調變該廣角發射的光來提供一二維影像，以及在該第二模式期間調變該方向性發射的光來提供該多視域影像。

在本發明之另一態樣中，提供有一種拍攝多視域影像的方法，包含：使用一相機第一子陣列拍攝一景象之第一複數個不同的視域，該相機第一子陣列之相機互相隔開一第一基線距離；以及使用一相機第二子陣列拍攝該景象之第二複數個不同的視域，該相機第二子陣列之相機互相隔開一第二基線距離，該第一基線距離係該第二基線距離之一整數倍數，而且該相機第二子陣列之至少一相機係該相機第一子陣列之一部分，其中，該多視域影像包含使用該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之被選擇的一個所拍攝的該景象之該複數個不同的視域。

根據本發明一實施例，在該相機第一子陣列中的相機之數量等於在該相機第二子陣列中的相機之數量，該多視域影像之該等不同的視域對應該等相機之數量。

根據本發明一實施例，一使用者輸入確定該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之該被選擇的一個。

根據本發明一實施例，該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之一相機之一自動對焦基於該景象之一焦平面自動確定該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之該被選擇的一個。

與在本文中所描述的原理一致的實施例和示例提供有多視域（multiview）或「全像（holographic）」成像，其可對應多視域顯示器（multiview display）或結合多視域顯示器被使用。尤其，根據在本文中所描述的原理之各種實施例，一景象之多視域影像可由多視域相機陣列提供，多視域相機陣列包含複數個相機子陣列，各相機子陣列具有在該相機子陣列之相機之間的不同的基線（baseline）間隔。另外，至少二相機子陣列互相共同地具有一或更多相機。多視域相機陣列被配置以製造一景象之多視域影像，多視域影像根據不同的基線間隔具有從不同的角度或視角拍攝或記錄的複數個個別的影像。所述個別的影像一起體現可在多視域顯示器上被觀看的景象之多視域影像。另外，舉例而言，當在對應的多視域顯示器上觀看多視域影像可使得觀看者以在實體環境中的不同的外觀深度視覺地感受到多視域影像中的元素。如此，根據一些實施例，當在對應的多視域顯示器上被觀看時，多視域相機陣列可製造多視域影像以提供觀看者三維觀看體驗。另外，根據各種實施例，相對於使用沒有共享相機的相機子陣列，在相機子陣列之中共享相機可降低與拍攝多視域影像相關的成本和整體耗電量。

在本文中，「二維顯示器」或「2D顯示器」的定義為，不論從任何方向觀看影像(亦即，在2D顯示器的預定視角度或範圍中)，該種顯示器提供的影像的視域都基本上相同。在許多智慧型手機以及電腦螢幕上看到的習知的液晶螢幕顯示器（LCD）即為2D顯示器的示例。對照之下，在本文中，「多視域顯示器」被界定為一種電子顯示器或顯示系統，被配置以在不同視域方向（view directions）上或從不同視域方向提供多視域影像（multiview image）之不同的視域（views）。尤其，不同的視域可表示多視域影像之物體或景象之不同的立體視域。在一些示例中，多視域顯示器亦可稱為三維（3D）顯示器，亦即，同時觀看多視域影像之二不同的視域能提供觀看三維（3D）影像之感覺。在本文中所描述的可應用至多視域影像之顯示的多視域背光照明和多視域顯示器之使用包括但不限於行動電話（例如，智慧型手機）、手錶、平板電腦、行動電腦（例如，筆記型電腦）、個人電腦和電腦螢幕、車用顯示器中控臺、相機顯示器、以及各種其他行動或基本上非行動的顯示應用和裝置。

圖1A係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器10的立體圖。如圖所示，多視域顯示器10包含螢幕12以顯示要觀看的多視域影像。多視域顯示器10在相對於螢幕12的不同的視域方向16上提供多視域影像的不同的視域14。視域方向16被繪示為從螢幕12在各種不同的主要角度方向上延伸的箭頭，不同的視域14在箭頭終點處被顯示為陰影多邊形框框。作為本發明的示例而非限制，圖中僅顯示了四個視域14和四個視域方向16。要注意的是，儘管在圖1A中將不同的視域14顯示為位於螢幕上方，當在多視域顯示器10上顯示多視域影像時，視域14實際上出現在螢幕12上或其鄰近處。將視域14繪示在螢幕12上方的目的僅在於保持圖式簡單性，其目的在於代表從對應特定視域14的各個視域方向16中觀看多視域顯示器10。另外，多視域顯示器10之視域14和對應的視域方向16通常被組織或佈置為由多視域顯示器10之實施所要求的特別佈置。舉例而言，如在下面進一步提到的，視域14和對應的視域方向16可具有長方形佈置、矩形佈置、圓形佈置、六邊形佈置……等等，如特別的多視域顯示器之實施所要求的。

按照在本文中所定義的，視域方向或等同地具有與多視域顯示器的視域方向相對應的方向的光束通常具有由角度分量{q, f}給定的主要角度方向。角度分量q在這裡被稱為光束的「仰角分量」或「仰角」。角度分量f被稱為光束的「方位角分量」或「方位角」。根據定義，仰角q是垂直平面中的角度（例如，垂直於多視域顯示器的螢幕的平面），而方位角f是水平面內的角度（例如，平行於多視域顯示器的螢幕的平面）。

圖1B係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的具有與多視域顯示器的視域方向相對應的特定主要角度方向的光束20的角度分量{q, f}的示意圖。此外，根據在本文中的定義，光束20從特定點被發射或發出。換言之，根據定義，光束20具有與多視域顯示器內的特定起始點相關聯的中心射線。圖1B還顯示了原點O的光束（或視域方向）點。

在本文中，在術語「多視域影像」和「多視域顯示器」中使用的術語「多視域（multiview）」被定義為在複數個視域之中的視域之間代表不同視角或包括角度差異的複數個視域。另外，本文中「多視域」一詞明確地包括多於兩個不同視域（亦即，最少三個視域並且通常多於三個視域）。如此，舉例而言，在本文中採用的「多視域顯示器」明確地與僅包括代表景象或影像的兩個不同視域的立體顯示器區隔開。然而要注意的是，雖然多視域影像和多視域顯示器可以包括多於兩個視域，根據在本文中的定義，每次可以透過僅選擇多視域中的兩個視域（例如，在多視域顯示器上）來觀看作為一對立體影像的多視域影像（例如，每隻眼睛一個視域）。

「多視域像素（multiview pixel）」在本說明書中是被定義為代表在多視域顯示器之複數個不同的視域中的各個視域中的「視域」像素的一組或一群子像素（諸如光閥）。尤其，多視域像素可以具有對應或代表在多視域影像之每個不同視域中的視域像素的個別的視域像素。另外，根據在本文中的定義，多視域像素的視域像素是所謂的「方向性（directional）像素」，因為每個視域像素與不同視域中對應的一個之預定的視域方向相關聯。另外，根據各種示例和實施例，多視域像素之不同的視域像素可以在每個不同視域中具有等同的或至少基本上相似的位置或坐標。舉例而言，第一多視域像素可以具有對應位於多視域影像的每個不同視域中的{x₁ , y₁ }處的像素的個別視域像素，然而第二多視域像素可以具有對應位於每個不同視域中的{x₂ , y₂ }處的像素的個別的視域像素等等。

在一些實施例中，一多視域像素中的複數個子像素之數量可等於該多視域顯示器的不同的視域之數量。舉例而言，多視域像素可提供六十四（64）個子像素，所述64個子像素係關聯於具有64個不同的視域的多視域顯示器。在另一例子中，多視域顯示器可提供一八乘以四的複數個視域的陣列（亦即，32個視域），而且多視域像素可包括32個子像素（亦即，為每一個視域提供一個）。此外，舉例而言，不同子像素的每一個可包括一關聯方向（例如，光束主要角度方向），所述關聯方向對應相應於64個不同的視域的視域方向中的不同的一個。另外，根據一些實施例，多視域顯示器之複數個多視域像素之數量基本上可等於多視域顯示器之視域中的複數個「視域」像素之數量。舉例而言，如果一視域包括640乘以480個視域像素（亦即，640 x 480的視域解析度），則多視域顯示器可具有三十萬七千二百（ 307,200）個多視域像素。在另一例子中，當該等視域包括100乘以100個像素，則該多視域顯示器可包括總數為一萬（亦即，100 x 100 = 10,000）的多視域像素。

在本文中，「光導件」被定義為使用全內反射在結構內引導光的結構。尤其，光導件可以包括在光導件的工作波長處為基本上透明的芯。術語「光導件」通常是指採用全內反射在光導件的介電材料與圍繞該光導件的材料或介質之間的介面處引導光的介電光波導件。根據定義，全內反射的條件是光導件之折射率大於與光導材料的表面鄰接的周圍介質之折射率。在一些實施例中，光導件可以包括除了上述折射率差異之外的或替代上述折射率差異的塗層，以進一步促進全內反射。舉例而言，塗層可以是反射塗層。光導件可以是幾個光導件中的任何一個，包括但不限於板型或厚板型光導件和條狀光導件中的一個或兩個。

此外，在本文中，術語「板型」在應用於光導件時與「板型光導件」一樣被定義為分段的或微分地平面的層或片，其有時被稱為「厚板型」光導件。尤其，板型光導件被定義為光導件，所述光導件被配置以在由光導件之頂部表面和底部表面（亦即，相對的表面）界定的兩個基本上正交的方向上引導光。此外，根據在本文中的定義，頂部表面和底部表面都是彼此分離的，並且可以至少在微分的意義上基本上相互平行。換言之，在板型光導件的任何微分地小的部分內，頂面和底面基本上為平行的或共平面的。

在一些實施例中，板型光導件可以是基本上平坦的（亦即，侷限為平面），因此板型光導件是平面光導件。在其他實施例中，板型光導件可以在一個或兩個正交維度上彎曲。舉例而言，板型光導件可以以單一維度彎曲以形成圓柱形板型光導件。然而，任何曲率都具有足夠大的曲率半徑以確保在板型光導件內保持全內反射以引導光。

在本文中，「繞射光柵」通常被定義為佈置為提供入射在繞射光柵上的光之繞射的複數個特徵部（亦即，繞射特徵部）。在一些示例中，可以以週期性或準週期性的方式來佈置複數個特徵部。舉例而言，繞射光柵可為混合週期性光柵，其包括複數個繞射光柵，所述複數個繞射光柵中的每一個具有不同的特徵部之週期性佈置。另外，繞射光柵可以包括佈置成一維（1D）陣列的複數個特徵部（例如，材料表面中的複數個凹槽或脊部）。二擇一地，繞射光柵可包含二維（2D）陣列的特徵部或界定在二維中的特徵部之陣列。舉例而言，繞射光柵可以是材料表面上的凸塊或孔洞的二維陣列。在一些示例中，橫跨或沿著繞射光柵，繞射光柵可基本上地在第一方向或維度上為週期性的，並且基本上地在另一方向上為非週期性的（例如，恆定的、隨機的等等）。

如此，根據在本文中的定義，「繞射光柵」是提供入射在繞射光柵上的光之繞射的結構。如果光從光導件入射在繞射光柵上，則所提供的繞射或繞射散射可以導致並且因此被稱為「繞射耦合」，因為繞射光柵可以透過繞射將光耦合出光導件。繞射光柵還藉由繞射（亦即，以繞射角）重定向或改變光的角度。特別地，由於繞射，離開繞射光柵的光通常具有與入射在繞射光柵上的光（亦即，入射光）的傳播方向不同的傳播方向。藉由繞射的光的傳播方向的變化在這本文中被稱為「繞射重定向」。因此，繞射光柵可以理解為包括繞射特徵部的結構，繞射特徵部繞射地重定向入射在繞射光柵上的光，並且如果光從光導件入射，則繞射光柵也可以繞射地耦合出來自光導件的光。

另外，根據在本文中的定義，繞射光柵的特徵部被稱為「繞射特徵部」，並且可以是在材料表面（亦即，兩種材料之間的邊界）處、之中、和之上的狀況中的一種或更多種。所述表面可以是板型光導件之表面。繞射特徵部可以包括繞射光的各種結構中的任何一種，包括但不限於在表面處、表面中、或表面上的凹槽、脊部、孔洞、和凸塊中的一個或複數個。舉例而言，繞射光柵可以在材料表面中包括複數個基本上平行的凹槽。在另一個示例中，繞射光柵可以包括從材料表面上升起的複數個平行的脊部。繞射特徵部（例如，凹槽、脊部、孔洞、凸塊等等）可以具有提供繞射的各種橫截面形狀或輪廓中的任何一種，包括但不限於正弦曲線輪廓、矩形輪廓（例如，二元繞射光柵）、三角形輪廓、和鋸齒輪廓（例如，閃耀光柵）。

根據在本文中所述的各種示例，可以採用繞射光柵（例如，如下所述的繞射多光束元件之繞射光柵）來將光從光導件（例如，板型光導件）繞射地散射出或耦合出作為光束。特別地，局部週期性繞射光柵的繞射角度q_m 或由局部週期性繞射光柵提供的繞射角度q_m 可藉由等式（1）給定如下： q_m = sin^- ¹ (n sinq_i - mλ/d) （1）其中λ是光之波長，m是繞射階數，n是光導件之折射率，d是繞射光柵之特徵部之間的距離或間隔，q_i 是繞射光柵上的光入射角。為了簡單起見，等式（1）假設繞射光柵與光導件的表面鄰接並且光導件外部的材料的折射率等於1（亦即，n_out = 1）。通常，繞射階數m為整數（亦即，m = ±1、±2……）。由繞射光柵產生的光束之繞射角q_m 可以由等式（1）給定。當繞射階數m等於1（亦即，m = 1）時提供第一階繞射或更具體地第一階繞射角q_m 。

另外，根據一些實施例，在繞射光柵中的繞射特徵部可為彎曲的，或相對於光之傳播方向亦可具有預定的方位（例如，傾斜的或旋轉的）。舉例而言，繞射特徵部之彎曲和繞射特徵部之方位之其中之一或二者可被配置以控制由繞射光柵耦合出的光之方向。舉例而言，方向性光之主要角度方向可為相對於入射光之傳播方向的在光入射在繞射光柵上的點的繞射特徵部之角度之函數。

根據在本文中的定義，「多光束元件（multibeam element）」是產生包括複數條方向性光束的光的背光件或顯示器之結構或元件。根據定義，「繞射」多光束元件係藉由或使用繞射的耦合製造複數條光束。尤其，在一些實施例中，繞射多光束元件可光學地耦合或光學地連接至背光件之光導件，以藉由耦合出在光導件中被引導的光之一部分提供複數條光束。根據在本文中的定義，繞射多光束元件包含在所述多光束元件之邊界或範圍內的複數個繞射光柵。根據在本文中的定義，由多光束元件製造的複數條光束中的光束具有互相不同的主要角度方向。尤其，根據定義，複數條光束中的光束具有預定的主要角度方向，與複數條光束中的另外的光束不同。根據各種實施例，繞射光柵元件之繞射光柵中的繞射特徵部之間隔或光柵間距可為次波長（亦即，小於引導的光之波長）。

雖然在下面的討論中具有複數個繞射光柵的多光束元件可用為圖示性示例，在一些實施例中，其他元件可用於多光束元件中，諸如微反射元件和微折射元件之至少其中之一。舉例而言，微反射元件可包括三角形鏡、梯形鏡、角錐形鏡、長方形鏡、半球形鏡、凹面鏡、及/或凸面鏡。在一些實施例中，微折射元件可包括三角形折射元件、梯形折射元件、角錐形折射元件、長方形折射元件、半球形折射元件、凹面折射元件、及/或凸面折射元件。

根據各種實施例，複數條方向性光束可以表示為光場。舉例而言，複數條方向性光束可以被限制在基本上圓錐形的空間區域中，或者具有包括在複數條光束中的光束之不同的主要角度方向的預定的角展度（angular spread）。如此，組合中的光束（亦即，複數條方向性條光束）之預定的角展度可以代表光場。

根據各種實施例，複數條方向性光束中的各種方向性光束之不同的主要角度方向由特性所確定，包括但不限於繞射多光束元件的尺寸（例如，長度、寬度、面積等等之其中之一或更多個）、「光柵間距」或繞射特徵部間隔、及繞射多光束元件中的繞射光柵之方位。在一些實施例中，根據在本文中的定義，微稜鏡多光束元件可以被認為是「延伸的點光源」，亦即橫跨繞射多光束元件的範圍而分布的複數個點光源。另外，由繞射多光束元件產生的方向性光束可具有由角分量{q, f}給定的主要角度方向，如在本文中所定義，並且如上文關於圖1B所描述的。

在本文中，「準直器」被定義為基本上任何被配置以準直光的光學裝置或設備。舉例而言，準直器可以包括但不限於準直鏡或反射器、準直透鏡、準直繞射光柵、以及其各種組合。

在本文中，「準直因子」以s表示，被定義為光被準直的程度。尤其，根據在本文中的定義，準直因子定義準直光束內的光線的角展度（angular spread）。舉例而言，準直因子s可以指定準直光束中的大部分光線在特定的角展度內（例如，關於準直光束的中心或主要角度方向的+/-s度）。根據一些示例，準直光束的光線可以具有角度方面的高斯分布，並且角展度可以是由準直光束之峰值強度之一半所確定的角度。

在本文中，「光源」被定義為發出光的源頭（例如，被配置以產生和發射光的光學發射器）。舉例而言，光源可為發光二極體（LED），其在被啟動或開啟時發光。光源可以基本上是任何光源，或者基本上包括任何光學發射器，包括但不限於發光二極體（LED）、雷射、有機發光二極體（OLED）、聚合物發光二極體、電漿型的光學發射器、螢光燈、白熾燈、以及實際上任何其他光源。由光源產生的光可以具有顏色（亦即，可以包括特定波長的光），或者可以是波長範圍（例如，白光）。另外，「複數個不同顏色之光源」在本文中被明確界定為一組或一群光源，其中至少一個光源產生具有一顏色或等同波長的光，該顏色或等同波長不同於由該組或群的至少一個其它光源產生的光所具有的一顏色或一波長。舉例而言，不同的顏色可以包括例如原色（例如，紅色、綠色、藍色）。另外，「複數個不同顏色之光源」可包括大於一個相同或基本上相似顏色之光源，只要該複數個光源中的至少二光源為不同顏色的光源（亦即，該至少二光源產生不同的光之顏色）。因此，根據在本文中的定義，「複數個不同顏色之光源」可包括：第一光源，產生光之第一顏色；以及第二光源，產生光之第二顏色，其中，第一顏色與第二顏色不相同。

在本文中，「佈置」或「格局」被定義為元件之間的關係，其藉由元件之相對位置和元件之數量被定義。更具體而言，如在本文中所使用的，「佈置」或「格局」不被定義為元件之間的間隔或元件陣列之一側之尺寸。如在本文中所定義的，「正方形」佈置係一種元件之矩形佈置，其包括二個基本上正交的方向（例如，x方向和y方向）之各方向上具有相同的元件（例如，相機、視域……等等）之數量。另一方面，「長方形」佈置被定義為另一種矩形舉行佈置，其包括二個基本上正交的方向之各方向上具有不同的元件之數量。

在本文中，根據定義，陣列之元件之間的間隔或分隔被稱為「基線（baseline）」或等同地為「基線距離（baseline distance）」。舉例而言，相機陣列中的相機可互相隔開一基線距離，其界定相機陣列中的個別相機之間的間隔或距離。

另外，根據在本文中的定義，「廣角發射的光（broad-angle emitted light）」中的術語「廣角」被界定為具有大於多視域影像或多視域顯示器之視域之圓錐角的圓錐角的光。具體而言，在一些實施例中，廣角發射的光可具有大於大約六十度（60°）的圓錐角。在其他實施例中，廣角發射的光可具有大於大約五十度（50°）或大於大約四十度（40°）的圓錐角。舉例而言，廣角發射的光之圓錐角可以是大約一百二十度（120°）。作為另一方案，廣角發射的光相對於顯示器之法線方向可具有大於正負四十五度（±45°）的圓錐角。在其他實施例中，廣角發射的光之角度範圍可大於正負五十度（±50°）、或大於正負六十度（±60°）、或大於正負六十五度（±65°）。舉例而言，廣角發射的光之角度範圍可在顯示器之法線方向之任一側大於正負七十度（±70°）。根據本文中的定義，「廣角背光件」係被配置以提供廣角發射的光的一種背光件。

在一些實施例中，廣角發射的光之角度範圍被界定為與LCD電腦螢幕、LCD平板、LCD電視、或用於廣角觀看（例如，大約±40-65°）的類似的數位顯示器之視角相同。在其他實施例中，廣角發射的光之特性為或被描述為擴散光、本質擴散光、非方向性光（亦即，缺乏特定的或界定的方向性）、或具有單一或基本上均勻方向的光。

與在本文中所描素的原理一致的實施例可使用各種裝置及電路，包括但不限於積體電路（ICs）、超大型積體電路（VLSI）、特殊應用積體電路（ASIC）、現場可程式化邏輯閘陣列（FPGAs）、數位信號處理器（DSPs）、圖形處理器單元（GPU）……等等、韌體、軟體、及其二者或多者之組合之其中之一或更多者來被實施。舉例而言，下面所描述的圖形處理器或其他元件可被實施為在ASIC或VLSI電路中的電路元件。利用ASIC或VLSI電路的實施為硬體應用電路實施之示例。

在另一示例中，影像處理器之實施例可被實施為使用在操作環境下執行的電腦程式語言（例如，C/C++）的軟體或由電腦執行（例如，儲存在記憶體中並且被電腦之處理器或圖形處理器執行）的軟體應用塑造環境（例如，MATLAB®、MathWorks, Inc.、Natick、MA）。要注意的是，一或更多個電腦程式或軟體可構成電腦程式機制，而且程式語言可被編譯或翻譯（例如，可配置或被配置，在此討論中可交換地使用），以被電腦之處理器或圖形處理器執行。

在再另一示例中，在本文中所描述的設備、裝置、或系統（例如，影像處理器、相機……等等）之區塊、模組、或元件可使用真實或實體電路來被實施，而區塊、模組、或元件可在軟體或韌體中被實施。尤其，根據上面的定義，舉例而言，在本文中所描素的一些實施例可使用基本上硬體應用電路（例如，ICs、VLSI、ASIC、FPGA、DSP、韌體……等等）的方法或裝置來被實施，而其他實施例亦可被實施為軟體或使用電腦處理器或圖形處理器執行軟體的韌體。

另外，如本文所使用的，冠詞「一」旨在具有其在專利領域中的通常含義，即「一個或複數個」。舉例而言，「一相機」是指一個或更多個相機，如此，「該相機」在本文中是指「該（等）相機」。再者，本文中對「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「向上」、「向下」、「前」、「後」、「第一」、「第二」、「左」、或「右」等指稱並不意味著在作為限制。在本文中，術語「約」在應用於某個值時通常意味著在用於產生該值的設備的公差範圍內，或者可以表示加減10%、或加減5%、或加減1%，除非另有明確說明。另外，本文使用的術語「基本上」是指大部分、或幾乎全部、或全部、或在約51%至約100%的範圍內的量。而且，這裡的示例僅僅是說明性的，並且是為了討論的目的而不是為了限制。

根據在本文中所描述的原理的一些實施例，提供一種多視域相機陣列。圖2A係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域相機陣列100的立體圖。圖2B係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的圖2A之多視域相機陣列100的側視圖。圖2C係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在另一示例中的多視域相機陣列100的前視圖。多視域相機陣列100被配置以拍攝一景象102之多視域影像。尤其，多視域相機陣列100可被配置以拍攝一景象102之複數個影像104，其代表一景象102之多視域影像之不同的視域。另外，根據各種實施例，不同的視域可為景象102之不同視角的視域。至景象的距離f亦有被繪示出來（利如，在圖2B中）。距離f可被稱為多視域相機陣列100之「焦平面（focal plane）」。

如圖所示，多視域相機陣列100包含相機110第一子陣列，該等相機相隔第一基線距離b₁ 。也就是說，如圖所示，在相機110第一子陣列中的相鄰的一對相機110之相機100根據第一基線距離b₁ 互相隔開。在一些實施例中，相機110第一子陣列之各對相鄰的相機110之間的第一基線距離b₁ 係相等的或基本上相等的。相機110第一子陣列之相機110之間的第一基線距離b₁ 係被配置以提供相機110景象102之不同角度的視域。於是，不同角度的視域可代表多視域影像之不同的視域。如此，根據各種實施例，相機110第一子陣列之相機110被配置以拍攝景象102之複數個影像104，各該影像104代表該景象102之多視域影像之不同的視域。

圖2A~2C繪示的多視域相機陣列100進一步包含相機120第二子陣列，該等相機相隔第二基線距離b₂ 。如同相機110第一子陣列，如圖所示，在相機120第二子陣列中的相鄰的一對相機120之相機120根據第二基線距離b₂ 互相隔開。在一些實施例中，相機120第二子陣列之各對相鄰的相機120之間的第二基線距離b₂ 係相等的或基本上相等的。另外，如同相機110第一子陣列，相機120第二子陣列之相機120之間的第二基線距離b₂ 係被配置以提供相機120景象102之不同角度的視域。如此，根據各種實施例，相機120第二子陣列之相機120被配置以拍攝景象102之複數個影像104，各該影像104代表該景象102之多視域影像之不同的視域。

根據各種實施例，多視域相機陣列100包含超過二個（例如，三個或更多個）的相機110、120。另外，相機110第一子陣列和相機120第二子陣列中的每一個皆包含二或更多個相機110、120。根據各種實施例，第一基線距離係第二基線距離b₂ 之整數倍數（亦即，b₁ = n×b₂ ，其中n係整數）。此外，相機110第一子陣列和相機120第二子陣列之一或更多個相機110、120係共同的或各子陣列之一部分。尤其，如圖所示，相機120第二子陣列之至少一相機120係相機110第一子陣列之一部分。

在一些實施例中，在相機110第一子陣列中的相機110之數量係等於在相機120第二子陣列中的相機120之數量。在其他實施例中，相機110第一子陣列和相機120第二子陣列可分別具有不同的相機110、120之數量。在一些實施例中，多視域影像之不同的視域之數量可對應相機110第一子陣列和相機120第二子陣列之其中之一或二者之相機110、120之數量。在一些實施例中，相機110第一子陣列和相機120第二子陣列之其中之一或二者係線性陣列。也就是說，子陣列之相機110、120係沿著一共同線性軸被佈置。在其他實施例中，所述陣列可為曲線性的（亦即，相機110、120可沿著一彎曲軸被佈置）。在一些實施例中，相機120第二子陣列之相機120可被插入相機110第一子陣列之相機110中。舉例而言，相機110、120可沿著諸如共同線性軸的共同軸交叉設置。

舉例而言，圖2C繪示相機110第一子陣列和相機120第二子陣列中的每一個皆包含四（4）個相機110、120。另外，在圖2C中，相機110第一子陣列和相機120第二子陣列之相機110、120沿著由虛線所代表的共同線性軸被佈置。另外，依然在圖2C中，相機120第二子陣列之相機120沿著共同線性軸被插入相機110第一子陣列之相機110中。而且，如圖2A~2C中的每一個所示，至少一相機110、120在相機110第一子陣列和相機120第二子陣列之間係共同的。根據一些實施例，在相機110第一子陣列和相機120第二子陣列之間共享的相機110、120可減少在多視域相機陣列100中的相機110、120之全部數量。

在一些實施例中，相機110、120之不同的組合可以不同的方式被利用以藉由多視域相機陣列100拍攝多視域影像。舉例而言，相機110第一子陣列和相機120第二子陣列中被選擇的一個可被配置以提供代表不同的視域的景象102之複數個影像104。在各種實施例中，相機110第一子陣列和相機120第二子陣列中被選擇的一個可被確定，其基於第一基線b₁ 和第二基線b₂ 中的哪一個較適合在相關的距離f或焦平面處製造給定的景象102之多視域影像。

尤其，在一些實施例中，多視域相機陣列100被配置以在景象102中的物件與多視域相機陣列100之間的距離確定相機110第一子陣列和相機120第二子陣列中被選擇的一個。舉例而言，所述距離可由超音波或基於雷射的距離感測器測量。在其他實施例中，多視域相機陣列100之相機110、120之自動對焦可被配置以基於自動對焦之焦平面確定相機110第一子陣列和相機120第二子陣列中被選擇的一個。在又另一實施例中，相機110第一子陣列和相機120第二子陣列中被選擇的一個可由使用者選擇（例如，使用者輸入）。舉例而言，多視域相機陣列100之使用者可手動地選擇相機110第一子陣列和相機120第二子陣列中的一個，例如，藉由按壓實體按鈕或在使用者介面中啟動虛擬按鈕…等等。

在一些實施例中，僅相機110第一子陣列和相機120第二子陣列中被選擇的一個之相機110、120被利用以拍攝構成多視域影像的複數個影像104。舉例而言，相機110第一子陣列可被選擇，而且僅相機110第一子陣列之相機110被啟動並使用以拍攝構成多視域影像的複數個影像104。在另一實施例中，相機120第二子陣列可被選擇並使用以拍攝複數個影像104。在其他實施例中，來自相機110第一子陣列和相機120第二子陣列的相機110、120可被啟動並使用以拍攝影像。在這些實施例中，在拍攝後期間所提供的由相機110第一子陣列或相機120第二子陣列拍攝的影像之選擇可被使用以確定哪些拍攝的影像可被包括在多視域影像之複數個影像104中。

要注意的是，第一基線b₁ 和第二基線b₂ 可提供不同數量的複數個影像104之間的視差。舉例而言，基於與景象相隔的不同的距離f，不同數量的視差可產生具有所需要的品質的多視域影像。尤其，第一基線b₁ 和第二基線b₂ 可被使用以提供三維（3D）影像特性（影像視差），其係充分的以構成讓使用者感到較多或較少3D效果的給定的景象。舉例而言，較小的基線（諸如在圖2C中的第一基線b₁ ）可被使用以形成景象，所述景象具有相對接近相機110、120的物件（諸如鄰近多視域相機陣列100的一堆花瓶或一群人）。可選擇地，即使全部的相機110、120皆可聚焦在無窮遠處，較大的基線（諸如在圖2C中的第二基線b₂ ）可被使用以形成景象，所述景象具有相對遠離相機110、120的物件。

根據各種實施例，相機110第一子陣列和相機120第二子陣列中的相機110、120基本上可包含任何相機或相關的成像或影像拍攝裝置。尤其，相機110、120可為數位相機，被配置以拍攝數位影像。舉例而言，數位相機可包括數位影像感測器，諸如但不限於電荷耦合裝置（CCD）影像感測器、互補式金氧半導體（CMOS）影像感測器、或背面照射式CMOS（BSI-CMOS）感測器。另外，根據各種實施例，相機110、120可被配置以拍攝靜止的影像（例如，照片）和移動的影像（例如，視訊）。在一些實施例中，相機110、120拍攝在複數個影像中的相位資訊之振幅或強度。

根據在本文中所描述的原理的一些實施例，提供一種多視域系統。圖3係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域系統200的方塊圖。多視域系統200可被使用以拍攝或形成景象202作為所述景象202之一組或複數個方向性視域204。另外，根據各種實施例，多視域系統200可被配置以顯示代表被拍攝的景象202之複數個方向性視域204的多視域影像206。

如圖3所示，多視域系統200包含多視域相機陣列210。多視域相機陣列210包含複數個相機子陣列212，其被配置以拍攝景象202之多視域影像206。複數個相機子陣列212中的相機互相交錯配置。另外，相機子陣列212中的至少二者共同具有一相機，亦即，共享一共同的相機。在一些實施例中，多視域相機陣列210可基本上類似上述的多視域相機陣列100。另外，相機子陣列212可基本上類似相機110第一子陣列和相機120第二子陣列。尤其，根據各種實施例，在相機子陣列212中不同的數個中的鄰接的相機之間的基線距離為另一者之整數倍數。在一些實施例中，複數個相機子陣列212中的相機沿著共同線性軸被佈置，而多視域相機陣列210係線性陣列。

圖3繪示的多視域系統200進一步包含多視域顯示器220，其被配置以顯示多視域影像206。在一些實施例中，多視域影像206之不同的方向性視域204之數量可對應在多視域相機陣列210之相機子陣列212中的相機之數量。舉例而言，各相機子陣列212包括四（4）個相機，而且對應不同的方向性視域204之數量的影像之數量可等於四（4）。在另一實施例中，相機子陣列212包括六（6）個或八（8）個相機，而且可以有六（6）個或八（8）個在多視域影像206中的影像被多視域相機陣列210拍攝並被多視域顯示器220顯示。

在一些實施例中，多視域影像206之不同的方向性視域204對應由複數個相機子陣列212中被選擇的一個中的不同的相機所拍攝的影像。舉例而言，被選擇的相機子陣列212可由使用者選擇及/或根據在景象202中的物件與多視域相機陣列210之間的距離被自動地選擇。在一些實施例中，物件與多視域相機陣列210之間的距離可藉由多視域相機陣列210中的相機之自動對焦條件來確定。在一些實施例中，複數個相機子陣列212中的各相機子陣列212具有相同的相機之數量，而在其他實施例中相機之數量不同。

根據各種實施例，多視域顯示器220可以是任何多視域顯示器或能顯示多視域影像的顯示器。在一些實施例中，多視域顯示器220可以是一中顯示器，其利用光之方向性散射並隨後的散射的光之調變以提供或顯示多視域影像206。

圖4A係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器300的橫截面圖。圖4B係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器300的平面圖。圖4C係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器300的立體圖。在圖4中的立體圖以部分切除的方式繪示僅為了在本文中便於討論。根據一些實施例，多視域顯示器300可被利用作為多視域系統200之多視域顯示器220。

在圖4A~4C中所繪示的多視域顯示器300被配置以提供複數條方向性光束302，其具有互相不同的方向主要角度方向（例如，作為光場）。尤其，根據各種實施例，提供的複數條方向性光束302被配置以從多視域顯示器300在不同的主要角度方向上被散射出去並指引離開，所述不同的主要角度方向對應多視域顯示器300之分別的視域方向或等同地對應由多視域顯示器300顯示的多視域影像（例如，多視域影像206）之不同的視域方向（例如，方向性視域204）。

如圖4A~4C所示，多視域顯示器300包含光導件310。光導件310被配置以沿著光導件310之長度引導光作為引導的光304（亦即，引導的光束）。舉例而言，光導件310可具有介電材料，被配置為光學波導件。所述介電材料可具有第一折射係數，大於圍繞所述介電光學波導件的介質之第二折射率。舉例而言，折射率之差異根據一或更多個光導件310之引導模式被配置以促進引導的光304之全內反射。

在一些實施例中，光導件310可為厚板型或板型光學波導件（例如，板型光導件），包含光學透明的介電材料之延伸的、基本上平面的片材。介電材料之基本上平面的片材被配置以利用全內反射引導著引導的光304。根據各種實施例，光導件310之光學透明材料可包括任何各種介電材料或由其製成，包括但不限於各種類型的玻璃（例如，矽石玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、硼矽酸鹽玻璃……等等）和基本上透明的塑膠或聚合物（例如，聚甲基丙烯酸甲酯或「壓克力玻璃」、聚碳酸酯……等等）之其中之一或更多者。在一些示例中，光導件310可進一步包括電鍍層（圖中未示），在光導件310之表面之至少一部分（例如，頂表面和底表面之其中之一或二者）上。根據一些示例，所述電鍍層可被使用以進一步促進全內反射。

另外，根據一些實施例，光導件310被配置以在光導件310之第一表面310’（例如，「前」表面或側）與第二表面310”（例如，「後」表面或側）之間的非零傳播角度上根據全內反射引導著引導的光304。尤其，引導的光304被引導著，並因此藉由在非零傳播角度上在光導件310之第一表面310’與第二表面310”之間反射或「反彈」的方式被傳播。在一些實施例中，包含光的不同的顏色的引導的光304中的複數條引導的光束可藉由不同的顏色特定及非零傳播角度中的分別的一個的方式被光導件310引導。要注意的是，為了繪示之簡單性，非零傳播角度並未被繪示在圖4A~4C中。然而，表示傳播方向303的粗體箭頭繪示沿著圖4A中的光導件310之長度的引導的光304之大體的傳播方向。

如在本文中定義的，「非零傳播角度」係相對於光導件310之表面（例如，第一表面310’或第二表面310”）的角度。另外，根據各種實施例，非零傳播角度大於零並小於在光導件310中的全內反射之臨界角。舉例而言，引導的光304之非零傳播角度可介於大約十度（10°）與大約五十度（50°）之間、或，在一些實施例中，介於大約二十（20°）與大約四十度（40°）之間、或介於大約二十五（25°）與大約三十五度（35°）之間。舉例而言，非零傳播角度可為大約三十度（30°）。非零傳播角度可為大約二十度（20°）、或大約二十五度（25°）、或大約三十五度（35°）。而且，只要非零傳播角度被選擇為小於光導件310中的全內反射之臨界角，為了特別的實施，特定的非零傳播角度可被選擇（例如，任意地）。

在光導件310中的引導的光304可在非零傳播角度上（例如，大約30°~35°）被引入或耦合至光導件310中。在一些實施例中，諸如但不限於光柵、透鏡、反射鏡或較小的反射器（例如，傾斜的準直反射器）、繞射光柵、和稜鏡、和其各種組合的耦合結構可促使耦合的光在非零傳播角度進入光導件310之輸入端中作為引導的光304。在其他實施例中，光可被直接地引入光導件310之輸入端中而不需要或大致上不需要耦合結構之使用（例如，定向或「後」耦合可被利用）。一但被耦合進入光導件310中，引導的光304（例如，作為引導的光束）被配置以在傳播方向303上沿著光導件310傳播，所述傳播方向303可大體上遠離所述輸入端（例如，藉由指向圖4A中的x軸的粗體箭頭來繪示）。

另外，根據各種實施例，藉由耦合光進入光導件310中來形成的引導的光304，或等同地引導的光束，可為準直的光束。在本文中，「準直的光」或「準直的光束」通常定義為一種光束，其中在光束（例如，引導的光束）中基本上互相平行的光束之射線。亦根據在本文中的定義，從準直的光偏離或散射開的光之射線不被視為準直的光束之一部分。在一些實施例中（圖中未示），如上所述，多視域顯示器300可包括準直器，諸如光柵、透鏡、反射器或反射鏡，以準直光（例如，來自光源的）。在一些實施例中，光源本身包含準直器。在另一情況中，提供至光導件310的準直的光為準直的光束。在各種實施例中，引導的光304可根據準直因子s被準直或具有準直因子s。或者，在其他實施例中，引導的光304可不被準直。

在一些實施例中，光導件310可被配置以「回收再利用」引導的光304。尤其，已經沿著光導件310光導件之長度被引導的光304可在不同於傳播方向303的另一傳播方向303’上沿著所述長度被重定向回去。光導件310可在與鄰接的輸入端處相對的光源光導件310之一端處具有反射器（圖中未示）。反射器可被配置以反射引導的光304回到所述輸入端處作為回收再利用的引導的光。在一些實施例中，除了光的回收再利用（例如，使用反射器）之外，另外的光源可在其他的傳播方向303’上提供引導的光304。舉例而言，如下面要描述的，要提供具有其他的傳播方向303’的回收再利用引導的光304和使用另外的光源之其中之一或二者可藉由使得引導的光被使用不只一次至如下面要描述的多光束元件來增加多視域顯示器300之亮度（例如，增加方向性光束302之亮度）。

在圖4A中，表示回收再利用的引導的光之傳播方向303’ （例如，定向在負x方向）的粗體箭頭繪示在光導件310中回收再利用的引導的光之大體的傳播方向。二擇一地（例如，與回收再利用的引導的光相對的），在其他傳播方向303’傳播的引導的光304可藉由以其他傳播方向303’引入光至光導件310中來提供（例如，除了具有傳播方向303的引導的光304之外）。

如圖4A~4C所示，多視域顯示器300進一步包含複數個多光束元件320，其沿著光導件310之長度互相隔開。尤其，複數個多光束元件320中的多光束元件320互相隔開一有限間隔，並且沿著光導件310之長度代表個別的、不同的元件。也就是說，根據在本文中所定義的，複數個多光束元件320中的多光束元件320根據有限的（例如，非零）元件間的距離（例如，有限的中心至中心的距離）互相隔開。另外，根據一些實施例，複數個多光束元件320中的多光束元件320大體上並不交叉、重疊、或以其他方式互相接觸。也就是說，複數個多光束元件320中的多光束元件320的每一個大體上係不同的並且與其他多光束元件320隔開。

根據一些實施例，複數個多光束元件320中的多光束元件320可被佈置為一維（1D）陣列或二維（2D）陣列。舉例而言，多光束元件320可被佈置作為線性1D陣列。在另一示例中，多光束元件320可被佈置作為矩形2D陣列或圓形2D陣列。另外，在一些實施例中，所述陣列（例如，1D或2D陣列）可為規律的或均勻的陣列。尤其，在多光束元件320之間的元件間的距離（例如，中心至中心的距離或間隔）橫跨整個陣列可為基本上均勻的或恆定的。在其他示例中，橫跨整個陣列或沿著光導件310之長度，在多光束元件320之間的元件間的距離可變化。

根據各種實施例，複數個多光束元件320中的多光束元件320被配置以提供、耦合出、或散射出一部分引導的光304作為複數條方向性光束302。舉例而言，根據各種實施例，所述一部分引導的光304可藉由使用繞射地散射、反射地散射、折射地散射、和耦合之其中之一或更多者來被耦合出或散射出。圖4A和4C繪示複數條方向性光束302作為複數條發散的箭頭，其被繪示為被定向遠離導光件310之第一（或前）表面310’。另外，根據各種實施例，如上面所定義的或將於下面進一步描述的和在圖4A~4C中所繪示的，多光束元件320之尺寸相當於多視域像素306之子像素（或等同地光閥330）之尺寸。在本文中，「尺寸」可以以各種方式中的任何一種來定義，包括但不限於長度、寬度、或面積。舉例而言，子像素或光閥330之尺寸可以是其長度，而多光束元件320之相當尺寸也可以是多光束元件320之長度。在另一個示例中，尺寸可以指面積，使得多光束元件320之面積可以相當於子像素（或等同地光閥330）之面積。

在一些實施例中，多光束元件320之尺寸與子像素之尺寸相當，使得多光束元件之尺寸介於子像素之尺寸的大約百分之五十（50%）與大約百分之二百（200%）之間。舉例而言，如果多光束元件之尺寸被表示為「s」並且子像素之尺寸被表示為「S」（例如，如圖4A所示），則多光束元件之尺寸s可以由等式（1）表示如下：

（1）在其他示例中，多光束元件之尺寸在大於子像素之尺寸的大約百分之六十（60%）的範圍中，或大於子像素之尺寸的大約百分之七十（70%），或大於子像素之尺寸的大約百分之八十（80%），或大於子像素之尺寸的大約百分之九十（90%）；並且多光束元件小於子像素之尺寸的大約百分之一百八十（180%），或小於子像素之尺寸的大約百分之一百六十（160%），或小於子像素之尺寸的大約百分之四十（140%），或小於子像素之尺寸的大約百分之一百二十（120%）。舉例而言，根據「相當尺寸（comparable size）」，多光束元件之尺寸可以在子像素之尺寸的大約百分之七十五（75%）與大約一百五十（150%）之間。在另一個示例中，多光束元件320之尺寸可以與子像素之尺寸相當，其中多光束元件之尺寸係在子像素之尺寸的大約百分之一百二十五（125%）與大約百分之八十五（85%）之間。根據一些實施例，可以選擇多光束元件320和子像素306’之相當尺寸以減小或者在一些示例中最小化多視域顯示器之視域之間的暗區，同時減小或在一些示例中最小化多視域顯示器之視域之間的重疊情況。

圖4A~4C中所繪示的多視域顯示器300進一步包含光閥330陣列，其被配置以複數條方向性光束302中的方向性光束302。在各種實施例中，可以採用多種不同類型的光閥中的任何一種作為光閥陣列中的光閥330，包括但不限於液晶光閥、電泳光閥、和基於或採用電潤濕的光閥之其中之一或更多者。

具有不同的主要角度方向的方向性光束302中的不同的一個通過在光閥330陣列中的光閥330中的不同的一個並且由所述在光閥330陣列中的光閥330中的不同的一個調變。另外，如圖所示，光閥330陣列中的光閥330對應多視域像素306之子像素，而且一組光閥330對應多視域顯示器300之多視域像素306。尤其，光閥330陣列中的不同組的光閥330被配置以接收和調變來自多光束元件320中對應的一個的方向性光束302，亦即，如圖所示，存在有一獨一無二的一組光閥330用於各多光束元件320。

如圖4A所示，第一光閥組330a被配置以接收和調變來自第一多光束元件320a的方向性光束302。另外，第二光閥組330b被配置以接收和調變來自第二多光束元件320b的方向性光束302。因此，如圖4A所示，在光閥陣列中的各光閥組（例如，第一光閥組330a和第二光閥組330b）分別對應不同的多光束元件320（例如，第一多光束元件320a和第二多光束元件320b）和不同的多視域像素306，其中光閥陣列中的個別的光閥330對應分別的多視域像素306之子像素。

要注意的是，如圖4A所示，多視域像素306之子像素之尺寸可相當於在光閥陣列中的光閥330之尺寸。在其他示例中，子像素之尺寸可被定義為在光閥陣列中的鄰接的光閥330之間的距離（例如，中心至中心的距離）。舉例而言，光閥可小於在光閥陣列中的光閥330之間的中心至中心的距離。舉例而言，子像素之尺寸可被定義為光閥330之尺寸或對應光閥330之間的中心至中心的距離的尺寸。

在一些實施例中，多光束元件320與對應的多視域像素306（亦即，對應的一組子像素和對應的一組光閥330）之間的關係可為一對一的關係。也就是說，可以有相等數量的多視域像素306和多光束元件320。作為示例，圖4B明確地繪示出所述的一對一的關係，其中各多視域像素306包含不同組的光閥330，其被繪示為以虛線圍繞。在其他實施例中（圖中未示），多視域像素306之數量和多光束元件320之數量可互相不同。

在一些實施例中，複數個多光束元件320中的一對多光束元件320之間的元件間的距離（例如，中心至中心的距離）可相等於對應的一對多視域像素306（例如，由光閥組代表）之間的像素間的距離（例如，中心至中心的距離）。舉例而言，如圖4A所示，第一多光束元件320a與第二多光束元件320b之間的中心至中心的距離d基本上等於第一光閥組330a與第二光閥組330b之間的中心至中心的距離D。在其他實施例中（圖中未示），複數對多光束元件320和對應的光閥組的相對的中心至中心的距離可以不同，例如，多光束元件320可以具有元件間的間隔（亦即，中心至中心的距離d），其大於或小於表示多視域像素306的光閥組之間的間隔（亦即，中心至中心的距離D）。

在一些實施例中，多光束元件320之形狀類似多視域像素306之形狀，或者等同地類似對應多視域像素306的一組（或「子陣列」）光閥330之形狀。舉例而言，多光束元件320可具有正方形形狀，而且多視域像素306（或對應一組光閥330的佈置）可以是基本上正方形的。在另一示例中，多光束元件320可具有長方形形狀，亦即，可具有長度或縱向維度，大於寬度或橫向維度。在此示例中，對應多光束元件320的多視域像素306（或等同地一組光閥330之佈置）可具有類似的長方形形狀。圖4B繪示正方形形狀的多光束元件320和包含複數個正方形光閥330組的複數個對應的多視域像素306之俯視圖或平面圖。在又其他示例中（圖中未示），多光束元件320和對應的多視域像素306具有各種形狀，包括或至少近似但不限於三角形形狀、六邊形形狀、和圓形形狀。

另外（例如，如圖4A所示），根據一些實施例，多光束元件320被配置以基於被指定至特定的多視域像素306的子像素組在給定時間提供方向性光束302至一個並且是唯一的一個多視域像素306。尤其，如圖4A所示，為了多光束元件320中給定的一個和至特定的多視域像素306的子像素組之指定，具有對應多視域顯示器之不同的視域的不同的主要角度方向的方向性光束302係基本上被侷限於單一的對應的多視域像素306和其子像素，亦即，對應多光束元件320的單一組光閥330。如此，多視域顯示器300之多光束元件320提供對應的一組方向性光束302，其具有對應多視域顯示器之不同的視域的一組不同的主要角度方向（亦即，該組方向性光束302包含具有對應各不同的視域方向的方向的光束）。

多視域顯示器300可進一步包含光源340。根據各種實施例，光源340可被配置以提供光在光導件310中被引導。尤其，光源340可被裝設在鄰接光導件310之入口表面或端（輸入端）處。在各種實施例中，光源340可包含基本上任一光源（例如，光學發射器），包括但不限於LED、雷射（例如，雷射二極體）、及其組合。在一些實施例中，光源340可包含光學發射器，其被配置以製造具有表示特定顏色的窄頻帶頻譜的基本上單色的光。尤其，所述單色的光之顏色可為特定顏色空間或顏色模型（例如，紅綠藍（RGB）顏色空間）之原色。在其他實施例中，光源340可為基本上寬頻帶的光源，其被配置以提供基本上寬頻帶或多色的光。舉例而言，光源340可提供白色光。在一些實施例中，光源340可包含複數個不同的光學發射器，其被配置以提供不同的顏色的光。不同的光學發射器可被配置以提供具有對應各不同的顏色的光的引導的光之不同的、顏色特定的、非零的傳播角度的光。

在一些實施例中，光源340可進一步包含準直器。準直器可被配置以從光源340之一或更多個光學發射器接收基本上非準直的光。準直器進一步被配置以轉換基本上非準直的光為準直的光。尤其，根據一些實施例，準直器可提供準直的光，其具有非零傳播角度並且根據預定準直因子被準直。而且，當利用不同的顏色之光學發射器時，準直器可被配置以提供準直的光，其具有不同的、顏色特定的、非零的傳播角度及/或具有不同的顏色特定的準直因子。如上所述，準直器進一步被配置以將準直的光傳導至導光件310以傳播作為引導的光304。

在一些實施例中，多視域顯示器300可被配置以在通過光導件310正交於（或基本上正交於）引導的光304之傳播方向303、303’的方向上為透明的。尤其，在一些實施例中，光導件310和隔開的多光束元件320允許光經由第一表面310’和第二表面310”。至少部分地由於多光束元件320之相對小的尺寸和多光束元件320之相對大的元件間的間隔（例如，與多視域像素306的一對一的對應關係）。另外，根據一些實施例，多光束元件320可被配置以對於正交於光導件310之第一表面310’和第二表面310”傳播的光為基本上透明的。

根據各種實施例，廣泛的各種光學部件可被使用以產生方向性光束302，包括但不限於繞射光柵、微反射元件、及/或微折射元件，其光學地連接至導光件310以散射出引導的光304作為方向性光束302。要知道的是，這些部件可設置在光導件310之第一表面310’處、第二表面310”處、或甚至第一表面310’和第二表面310”之間。另外，根據一些實施例，光學部件可為「正型」，其從第一表面310’處或第二表面310”向外突出；或者可為「負型」，其從第一表面310’處或第二表面310”向內凹入。

在一些實施例中，光導件310、多光束元件320、光源340、及/或可選擇的準直器用作為多視域背光件。此多視域背光件可在多視域顯示器300（例如，像是多視域顯示器220）中與光閥陣列一起被使用。舉例而言，多視域背光件可用作為光源（通常作為面板背光件），用於光閥330陣列，其調變由多視域背光件所提供的方向性光束302以提供如上所述的多視域影像206之方向性視域204。

在一些實施例中，多視域顯示器300可進一步包含廣角背光件。尤其，除了如上所述的多視域背光件之外，多視域顯示器300（或多視域系統200之多視域顯示器220）可包括廣角背光件。舉例而言，廣角背光件可鄰接多視域背光件。

圖5係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的具有廣角背光件350的多視域顯示器300的橫截面圖。如圖所示，廣角背光件350被配置以在第一模式期間提供廣角發射的光352。根據各種實施例，多視域背光件（例如，光導件310、多光束元件320、及光源340）可被配置以在第二模式期間提供方向性發射的光作為方向性光束302。另外，光閥陣列可被配置以在第一模式期間調變廣角發射的光352以提供二維（2D）影像，而且在第二模式期間調方向性發射的光（或方向性光束302）以提供多視域影像。舉例而言，當在圖5中所繪示的多視域顯示器300被利用為多視域系統200之多視域顯示器220時，2D影像可被相機或多視域相機陣列210之相機拍攝。如此，根據一些實施例，2D影像可在第二模式期間簡單地代表景象202之方向性視域204之其中之一。

如在圖5左側所示，多視域影像（MULTIVIEW）可藉由使用多視域背光件來被提供，其中藉由啟動光源340來提供方向性光束302，而且所述方向性光束302係使用多光束元件320從光導件310被散射出。二擇一地，如在圖5右側所示，2D影像可藉由關閉光源340並且啟動廣角背光件350以提供廣角發射的光352至光閥330陣列的方式來被提供。如此，根據各種實施例，包括廣角背光件350的多視域顯示器300在顯示多視域影像與顯示2D影像之間被切換。

根據本文中描述的原理之一些實施例，提供有一種拍攝多視域影像的方法。圖6係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的拍攝多視域影像的方法（400）的流程圖。如圖6所示，拍攝多視域影像的方法（400）包含使用互相隔開第一基線距離的相機第一子陣列拍攝景象之第一複數個視域（410）。在一些實施例中，所述相機第一子陣列基本上類似在多視域相機陣列100中的相機110第一子陣列。同樣地，在一些實施例中，所述景象可基本上類似景象102。

圖6所示的拍攝多視域影像的方法（400）進一步包含使用互相隔開第二基線距離的相機第二子陣列拍攝景象之第二複數個視域（420）。根據各種實施例，第一基線距離係第二基線距離之整數倍數。另外，在各種實施例中，相機第二子陣列之至少一相機係相機第一子陣列之一部分。在一些實施例中，如上所述，所述相機第二子陣列基本上類似在多視域相機陣列100中的相機120第一子陣列。尤其，根據各種實施例，多視域影像包含使用相機第一子陣列和相機第二子陣列中被選擇的一者所拍攝景象之複數個視域。

在一些實施例中，在相機第一子陣列中的相機之數量等於在相機第二子陣列中的相機之數量。在一些實施例中，多視域影像之不同的視域之數量可對應相機之數量。在一些實施例中，使用者輸入可確定相機第一子陣列和相機第二子陣列中被選擇的一者。二擇一地，在一些實施例中，多視域相機陣列之相機之自動對焦可基於景象之焦平面確定相機第一子陣列和相機第二子陣列中被選擇的一者。

是以，已在本文中描述多視域相機陣列、拍攝多視域影像的方法、及包括多視域相機陣列和多視域顯示器的多視域系統之示例和實施例，其中相機子陣列共同包括至少一相機。要理解的是，上述示例僅說明一些表示在本文中所描述的原理的許多特定示例。顯而易見的是，所屬領域具有通常知識者可輕易設計各種其他佈置而不偏離如下面申請專利範圍所界定的範圍。

本申請主張於2017年10月2日提交的美國臨時專利申請案第62/567,138號以及於2018年7月3日提交的國際專利申請案第PCT/US2018/040819號之優先權，其全部內容藉由引用合併於此。

10‧‧‧多視域顯示器 12‧‧‧螢幕 14‧‧‧視域 16‧‧‧視域方向 20‧‧‧光束 100‧‧‧多視域相機陣列 102‧‧‧景象 104‧‧‧影像 110‧‧‧相機 120‧‧‧相機 200‧‧‧多視域系統 202‧‧‧景象 204‧‧‧視域 206‧‧‧多視域影像 210‧‧‧多視域相機陣列 212‧‧‧相機子陣列 220‧‧‧多視域顯示器 300‧‧‧多視域顯示器 302‧‧‧方向性光束 303‧‧‧傳播方向 303’‧‧‧傳播方向 304‧‧‧引導的光 306‧‧‧多視域像素 306’‧‧‧視域像素 310‧‧‧光導件 310’‧‧‧第一表面 310”‧‧‧第二表面 320‧‧‧多光束元件 320a‧‧‧第一多光束元件 320b‧‧‧第二多光束元件 330‧‧‧光閥 330a‧‧‧第一光閥組 330b‧‧‧第二光閥組 340‧‧‧光源 350‧‧‧廣角背光件 352‧‧‧廣角發射的光 400‧‧‧方法 410‧‧‧步驟 420‧‧‧步驟 b₁‧‧‧第一基線距離、第一基線 b₂‧‧‧第二基線距離、第二基線 D‧‧‧距離 d‧‧‧距離 f‧‧‧距離 O‧‧‧原點 S‧‧‧尺寸 s‧‧‧尺寸 s‧‧‧準直因子 f‧‧‧角度分量、方位角分量、方位角 q‧‧‧角度分量、仰角分量、仰角

根據在本文中描述的原理的示例和實施例的各種特徵可以參考以下結合附圖的詳細說明而更容易地理解，其中相同的附圖標記表示相同的結構元件，並且其中：圖1A係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器的立體圖。圖1B係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的具有對應多視域顯示器之視域方向的特定主要角度方向的光束的角分量的示意圖。圖2A係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域相機陣列的立體圖。圖2B係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的圖2A之多視域相機陣列的側視圖。圖2C係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在另一示例中的多視域相機陣列的前視圖。圖3係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域系統的方塊圖。圖4A係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器的橫截面圖。圖4B係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器的平面圖。圖4C係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的多視域顯示器的立體圖。圖5係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的具有廣角背光件的多視域顯示器的橫截面圖。圖6係根據與在本文中所描述的原理一致的一實施例說明在一示例中的拍攝多視域影像的方法的流程圖。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‧‧‧多視域相機陣列

102‧‧‧景象

104‧‧‧影像

110‧‧‧相機

120‧‧‧相機

f‧‧‧距離

Claims

一種多視域相機陣列，包含：一相機第一子陣列，互相隔開一第一基線距離；以及一相機第二子陣列，互相隔開一第二基線距離，該第一基線距離係該第二基線距離之整數倍數，而且該相機第二子陣列之至少一相機係該相機第一子陣列之一部分，其中，該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之該等相機被配置以拍攝一景象之複數個影像，代表該景象之一多視域影像之不同的視域。
依據申請專利範圍第1項所述的多視域相機陣列，其中，該相機第一子陣列之該等相機之數量等於該相機第二子陣列之該等相機之數量，以及該多視域影像之該等不同的視域之數量對應該等相機之數量。
依據申請專利範圍第1項所述的多視域相機陣列，其中，該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之每一個係一線性陣列，以及該相機第二子陣列之該等相機沿著一共同線性軸被插入該相機第一子陣列之該等相機中。
依據申請專利範圍第1項所述的多視域相機陣列，其中，該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之被選擇的一個之該等相機被配置以提供代表該等不同視域的該景象之該複數個影像。
依據申請專利範圍第4項所述的多視域相機陣列，其中，該多視域相機陣列被配置以基於在該景象中的一物件與該多視域相機陣列之間的距離確定該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之該被選擇的一個。
依據申請專利範圍第4項所述的多視域相機陣列，其中，該多視域相機陣列之該相機之一自動對焦被配置以基於一焦平面自動地確定該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之該被選擇的一個。
一種多視域系統，包含：一多視域相機陣列，具有複數個相機子陣列，被配置以拍攝一景象之一多視域影像，該複數個相機子陣列中的該等相機子陣列被互相插入，而且該等相機子陣列中的至少二個共同地具有一相機；以及一多視域顯示器，被配置以顯示該多視域影像，該多視域影像之不同的視域之數量對應在該多視域相機陣列之該等相機子陣列中的相機之數量，其中，該等相機子陣列中的不同的相機子陣列中的鄰接的相機之間的基線距離互相為對方之一整數倍數。
依據申請專利範圍第7項所述的多視域系統，其中，該複數個相機子陣列之該等相機沿著一共同線性軸被佈置，以及該多視域相機陣列係一線性陣列。
依據申請專利範圍第7項所述的多視域系統，其中，該多視域影像之該等不同的視域對應由該複數個相機子陣列之一被選擇的相機子陣列之不同的相機拍攝的影像，以及該被選擇的相機子陣列係由使用者選擇及/或根據在該景象中的一物件與該多視域相機陣列之間的一距離自動地被選擇。
依據申請專利範圍第9項所述的多視域系統，其中，該距離係由該多視域相機陣列之一相機之一自動對焦條件確定。
依據申請專利範圍第7項所述的多視域系統，其中，該複數個相機子陣列之各相機子陣列具有相同數目的相機。
依據申請專利範圍第7項所述的多視域系統，其中，該多視域顯示器包含：一多視域背光件，包含一光導件；一多光束元件陣列，該等多光束元件互相隔開並且被配置以從該光導件散射出一引導的光作為一方向性發射的光，該方向性發射的光具有對應該多視域影像之視域方向的方向；以及一光閥陣列，被配置以調變該方向性發射的光以提供該多視域影像，其中，該多光束元件陣列之一多光束元件之尺寸相當於該光閥陣列之一光閥之尺寸，而且該多光束元件陣列之該多光束元件之形狀類似於關於該多光束元件的一多視域像素之形狀。
依據申請專利範圍第12項所述的多視域系統，其中，由該多光束元件陣列之一個別的多光束元件提供的該方向性發射的光包含複數條方向性光束，具有不同的主要角度方向，對應該多視域影像之視域方向。
依據申請專利範圍第12項所述的多視域系統，其中，該多光束元件陣列之該多光束元件包含一繞射光柵、一微反射元件、及一微折射元件之其中之一或更多者，光學地連接至該光導件以散射出該引導的光作為該方向性發射的光。
依據申請專利範圍第12項所述的多視域系統，進一步包含一光源，光學地耦合至該多視域背光件之該光導件之一輸入端，該光源被配置以提供該引導的光，具有一非零傳播角度及/或根據一預定的準直因子被準直。
依據申請專利範圍第12項所述的多視域系統，進一步包含一廣角背光件，被配置以在一第一模式期間提供一廣角發射的光，該多視域背光件被配置以在一第二模式期間提供該方向性發射的光，其中，該光閥陣列被配置以在該第一模式期間調變該廣角發射的光來提供一二維影像，以及在該第二模式期間調變該方向性發射的光來提供該多視域影像。
一種拍攝多視域影像的方法，包含：使用一相機第一子陣列拍攝一景象之第一複數個不同的視域，該相機第一子陣列之相機互相隔開一第一基線距離；以及使用一相機第二子陣列拍攝該景象之第二複數個不同的視域，該相機第二子陣列之相機互相隔開一第二基線距離，該第一基線距離係該第二基線距離之一整數倍數，而且該相機第二子陣列之至少一相機係該相機第一子陣列之一部分，其中，該多視域影像包含使用該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之被選擇的一個所拍攝的該景象之該複數個不同的視域。
依據申請專利範圍第17項所述的方法，其中，在該相機第一子陣列中的相機之數量等於在該相機第二子陣列中的相機之數量，該多視域影像之該等不同的視域對應該等相機之數量。
依據申請專利範圍第17項所述的方法，其中，一使用者輸入確定該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之該被選擇的一個。
依據申請專利範圍第17項所述的方法，其中，該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之一相機之一自動對焦基於該景象之一焦平面自動確定該相機第一子陣列和該相機第二子陣列之該被選擇的一個。