特許 6851369 ヘッドトラッキングを備えたマルチビーム回折格子型ディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6851369

(24)【登録日】2021年3月11日

(45)【発行日】2021年3月31日

(54)【発明の名称】ヘッドトラッキングを備えたマルチビーム回折格子型ディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/33 20200101AFI20210322BHJP

   H04N 13/302 20180101ALI20210322BHJP

   H04N 13/376 20180101ALI20210322BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20210322BHJP

   G02B 27/42 20060101ALI20210322BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20210322BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20210322BHJP

   G02F 1/13357 20060101ALI20210322BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20210322BHJP

   F21Y 115/30 20160101ALN20210322BHJP

【ＦＩ】

   G02B30/33

   H04N13/302

   H04N13/376

   G02B5/18

   G02B27/42

   F21S2/00 433

   G02F1/13 505

   G02F1/13357

   F21Y115:10

   F21Y115:30

【請求項の数】20

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2018-511632(P2018-511632)

(86)(22)【出願日】2016年9月4日

(65)【公表番号】特表2018-533047(P2018-533047A)

(43)【公表日】2018年11月8日

(86)【国際出願番号】US2016050320

(87)【国際公開番号】WO2017041072

(87)【国際公開日】20170309

【審査請求日】2019年7月5日

(31)【優先権主張番号】62/214,979

(32)【優先日】2015年9月5日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】514274546

【氏名又は名称】レイア、インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＬＥＩＡ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100092783

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100093676

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 純子

(74)【代理人】

【識別番号】100120134

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 規雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126354

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100104282

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 康仁

(72)【発明者】

【氏名】ファッタル，デイビッド エー．

【審査官】 堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１５−５２５３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１５−５２５４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００３６０６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 欧州特許出願公開第０２８０２１４８（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３７６２０７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 EDWARDS, Thomas G. et al，Approaches to Mon-Glasses-Based 3D Displays，SMPTE ANNUAL TECH CONFERENCE & EXPO，２００９年１０月 １日，pages 1-16

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ３０／００ − ３０／６０

Ｈ０４Ｎ １３／３０ − １３／３９８

Ｇ０２Ｂ ５／１８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイであって、
マルチビュー画像の異なる視像方向に対応する異なる主要角度方向を有する複数の光線を提供するように構成されたマルチビーム回折格子型バックライトと、
前記複数の光線を変調して、シーンの複数のビューを前記マルチビュー画像として提供するように構成されたライトバルブアレイであって、前記複数のビューが、１次ビューのセット、および前記１次ビューセットに角度的に隣接する前記シーンの視点ビューを表す２次ビューを含む、ライトバルブアレイとを含み、
前記マルチビーム回折格子型バックライトが、
光を誘導するように構成された光導波路と、
前記光導波路の表面のマルチビーム回折格子であって、前記マルチビーム回折格子が、前記異なる主要角度方向を有する前記複数の光線として前記誘導光の一部分を前記光導波路から回折的に外部結合するように構成される、マルチビーム回折格子とを含み、
前記ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイが、ユーザのトラッキングされた場所に応じて、前記１次ビューセット、または前記２次ビューおよび前記１次ビューセットのビューのサブセットを含む拡張ビューセットのいずれかを選択的に提供するように構成される、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。

【請求項2】

前記マルチビーム回折格子型バックライトが、
前記光導波路の前記表面において互いに離間した複数のマルチビーム回折格子であって、前記複数のマルチビーム回折格子のうちのマルチビーム回折格子（a multibeam diffraction grating）が、前記異なる主要角度方向を有する前記複数の光線として前記誘導光の一部分を前記光導波路から回折的に外部結合するように構成される、複数のマルチビーム回折格子とを含む、請求項１に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。

【請求項3】

前記マルチビーム回折格子が、チャープ回折格子を含む、請求項１または２に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。

【請求項4】

前記チャープ回折格子が、線形チャープを有する、請求項３に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。

【請求項5】

前記マルチビーム回折格子が、前記光導波路の表面に隣接する湾曲した回折フィーチャを含み、前記湾曲した回折フィーチャが、前記光導波路の表面において互いに離間した複数の溝および複数のリッジのうちの一方を含む、請求項１または２に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。

【請求項6】

前記マルチビーム回折格子型バックライトの入力に光学的に結合される光源をさらに含み、前記光源が、非ゼロ伝搬角を有するコリメート光として前記マルチビーム回折格子型バックライト内を誘導される光を提供するように構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。

【請求項7】

前記非ゼロ伝搬角が、前記複数の光線の発出パターンを前記ユーザに向かって傾斜させるように設定される、請求項６に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイを含むヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステムであって、前記マルチビューディスプレイに対するユーザの頭部の位置を決定するように構成されたヘッドトラッカをさらに含み、決定された第１の位置にいるときには、前記ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイが、前記１次ビューセットを選択的に提供するように構成され、決定された第２の位置にいるときには、前記ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイが、前記拡張ビューセットを提供するように構成される、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。

【請求項9】

前記ヘッドトラッカが、
前記ユーザの画像を取り込むように構成されたカメラと、
前記取り込まれた画像内の前記ユーザの位置を決定するように構成された画像プロセッサとを含む、請求項８に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。

【請求項10】

ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステムであって、
シーンの複数のビューをマルチビュー画像として提供するように構成されたマルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイであって、前記複数のビューが、前記シーンの１次ビューのセット、および前記１次ビューセットに角度的に隣接するシーン視点を表す２次ビューを含む、マルチビューディスプレイと、
前記マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイに対するユーザの頭部の位置を決定するように構成されたヘッドトラッカとを含み、決定された第１の位置にいるときには、前記マルチビューディスプレイが、前記１次ビューセットを提供するように構成され、決定された第２の位置にいるときには、前記マルチビューディスプレイが、前記２次ビューおよび前記１次ビューセットのビューのサブセットを含む拡張ビューセットを提供するように構成され、
前記マルチビーム回折格子ベースのマルチビューディスプレイが、
光導波路の長さに沿った伝播方向に光を誘導するように構成された前記光導波路と、
前記光導波路の表面のマルチビーム回折格子であって、前記マルチビーム回折格子が、互いに異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線として前記誘導光の一部分を前記光導波路から回折的に外部結合するように構成されたマルチビーム回折格子とを含む、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。

【請求項11】

前記マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイが、
前記光導波路の長さに沿って互いに離間したマルチビーム回折格子のアレイであって、前記アレイのマルチビーム回折格子（a multibeam diffraction grating）が、互いに異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線として前記誘導光の一部分を前記光導波路から回折的に外部結合するように構成される、マルチビーム回折格子のアレイと、
前記複数の外部結合光線を変調して前記複数のビューを提供するように構成されたライトバルブアレイとを含む、請求項１０に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。

【請求項12】

前記マルチビーム回折格子のアレイのマルチビーム回折格子が、湾曲した回折フィーチャを有するチャープ回折格子を含む、請求項１１に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。

【請求項13】

前記光導波路の入力に光学的に結合される光源をさらに含み、前記光源が、非ゼロ伝搬角を有するコリメート光として前記誘導光を提供するように構成される請求項１０から１２のいずれか一項に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。

【請求項14】

前記非ゼロ伝搬角が、前記複数の外部結合光線を、前記ヘッドトラッカから提供される前記ユーザの決定された位置に向かって選択的に傾斜させるように設定される、請求項１３に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。

【請求項15】

前記ヘッドトラッカが、
前記ユーザの画像を取り込むように構成されたカメラと、
前記取り込まれた画像内の前記ユーザの位置を決定するように構成された画像プロセッサとを含み、
前記決定された位置が、前記第１の位置および前記第２の位置のうちの一方に対応する、請求項１０から１４のいずれか一項に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。

【請求項16】

ヘッドトラッキングを利用したマルチビュー表示動作の方法であって、
マルチビーム回折格子のアレイを含むマルチビューディスプレイを用いてシーンの複数のビューを提供するステップであって、前記複数のビューが、前記シーンの１次ビューのセット、および前記１次ビューセットに角度的に隣接するシーン視点を表す２次ビューを含む、ステップと、
前記マルチビューディスプレイに対するユーザの位置を決定するステップであって、前記マルチビューディスプレイが、前記ユーザが第１の位置にいると決定されたときには前記１次ビューセットを提供し、前記ユーザが第２の位置にいると決定されたときには拡張ビューセットを提供する、ステップとを含み、
前記複数のビューを提供するステップが、
光導波路の長さに沿った伝搬方向に光を誘導するステップと、
前記マルチビーム回折格子アレイのマルチビーム回折格子（a multibeam diffraction grating）を用いて前記誘導光の一部分を前記光導波路から回折的に外部結合して、前記マルチビューディスプレイのそれぞれ異なる視像方向に対応する異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線を提供するステップとを含み、
前記拡張ビューセットが、前記２次ビュー、および前記１次ビューセットのビューのサブセットを含む、方法。

【請求項17】

複数のビューを提供するステップが、
複数のライトバルブを用いて前記外部結合光線を変調して、前記シーンの前記複数のビューをマルチビュー画像として提供するステップをさらに含む、請求項１６に記載のマルチビュー表示動作の方法。

【請求項18】

前記アレイのマルチビーム回折格子が、湾曲した回折フィーチャを有するチャープ回折格子を含む、請求項１６または１７に記載のマルチビュー表示動作の方法。

【請求項19】

前記ユーザの位置を決定するステップが、
カメラを用いて前記ユーザの画像を取り込むステップと、
画像プロセッサを用いて前記取り込まれた画像内の前記ユーザの位置を決定するステップであって、前記決定される位置が、前記第１の位置および前記第２の位置のうちの一方に対応する、ステップとを含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載のマルチビュー表示動作の方法。

【請求項20】

前記マルチビューディスプレイから発出される光の発出パターンを、前記ユーザの前記決定された位置に対応するように傾斜させるステップをさらに含む、請求項１６から１９のいずれか一項に記載のマルチビュー表示動作の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本願は、参照によりその全体を本明細書に組み込む、２０１５年９月５日出願の米国仮特許出願第６２／２１４９７９号の優先権を主張するものである。

【0002】

連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
なし

【背景技術】

【0003】

電子ディスプレイは、幅広い様々なデバイスおよび製品のユーザに情報を通信するためのほぼどこにでもある媒体である。最も一般的に利用される電子ディスプレイは、陰極線管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセンスディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびアクティブマトリクスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）、ならびに電気機械的または電気流体的光変調を利用する様々なディスプレイ（例えばデジタルマイクロミラーデバイス、エレクトロウェッティングディスプレイなど）を含む。一般に、電子ディスプレイは、アクティブディスプレイ（すなわち光を発出するディスプレイ）またはパッシブディスプレイ（すなわち別の光源から供給される光を変調するディスプレイ）のいずれかに分類することができる。アクティブディスプレイの最も分かりやすい例としては、ＣＲＴ、ＰＤＰ、およびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。発出光を考慮したときに通常パッシブに分類されるディスプレイは、ＬＣＤおよびＥＰディスプレイである。パッシブディスプレイは、限定されるわけではないが本質的に低消費電力であるなどの魅力的な性能特性を示すことが多いが、発光する能力がないために、多くの実用的な応用分野においてある程度使用が制限されることがある。

【0004】

発光に関連するパッシブディスプレイの制限を克服するために、多くのパッシブディスプレイは、外部光源に結合される（coupled to an external light source）。結合された光源（coupled light source）によって、本来パッシブであるこれらのディスプレイが光を発出し、実質的にアクティブディスプレイとして機能することができることもある。このような結合される光源の例は、バックライトである。バックライトは、本来パッシブであるディスプレイの背後に配置されてそのパッシブディスプレイを照明する光源（パネルバックライトであることが多い）として機能することができる。例えば、バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイに結合することができる（a backlight may be coupled to an LCD or an EP display）。バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイを通過する光を発出する。発出された光は、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイによって変調され、この変調された光が、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイから発出される。バックライトは、白色光を発出するように構成されることが多い。この場合には、カラーフィルタを使用して、白色光をディスプレイで使用される様々な色に変換する。カラーフィルタは、例えば、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイの出力に配置してもよいし（それほど一般的ではない）、あるいはバックライトとＬＣＤまたはＥＰディスプレイの間に配置してもよい。

【発明の概要】

【0005】

本開示は以下の［１］から［２０］を提供する。
［１］ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイであって、
マルチビュー画像の異なる視像方向に対応する異なる主要角度方向を有する複数の光線を提供するように構成されたマルチビーム回折格子型バックライトと、
上記複数の光線を変調して、シーンの複数のビューを上記マルチビュー画像として提供するように構成されたライトバルブアレイであって、上記複数のビューが、１次ビューのセット、および上記１次ビューセットに角度的に隣接する上記シーンの視点ビューを表す２次ビューを含む、ライトバルブアレイとを含み、
上記ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイが、ユーザのトラッキングされた場所に応じて、上記１次ビューセット、または上記２次ビューおよび上記１次ビューセットのビューのサブセットを含む拡張ビューセットのいずれかを選択的に提供するように構成される、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。
［２］上記マルチビーム回折格子型バックライトが、
光を誘導するように構成された光導波路と、
上記光導波路の表面において互いに離間した複数のマルチビーム回折格子であって、上記複数のマルチビーム回折格子のうちのマルチビーム回折格子（a multibeam diffraction grating）が、上記異なる主要角度方向を有する上記複数の光線として上記誘導光の一部分を上記光導波路から回折的に外部結合するように構成される、複数のマルチビーム回折格子とを含む、上記［１］に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。
［３］上記マルチビーム回折格子が、チャープ回折格子を含む、上記［２］に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。
［４］上記チャープ回折格子が、線形チャープを有する、上記［３］に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。
［５］上記マルチビーム回折格子が、上記光導波路の表面に隣接する湾曲した回折フィーチャを含み、上記湾曲した回折フィーチャが、上記光導波路の表面において互いに離間した複数の溝および複数のリッジのうちの一方を含む、上記［２］に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。
［６］上記マルチビーム回折格子型バックライトの入力に光学的に結合される光源をさらに含み、上記光源が、非ゼロ伝搬角を有するコリメート光として上記マルチビーム回折格子型バックライト内を誘導される光を提供するように構成される、上記［１］に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。
［７］上記非ゼロ伝搬角が、上記複数の光線の発出パターンを上記ユーザに向かって傾斜させるように設定される、上記［６］に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ。
［８］上記［１］に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイを含むヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステムであって、上記マルチビューディスプレイに対するユーザの頭部の位置を決定するように構成されたヘッドトラッカをさらに含み、決定された第１の位置にいるときには、上記ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイが、上記１次ビューセットを選択的に提供するように構成され、決定された第２の位置にいるときには、上記ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイが、上記拡張ビューセットを提供するように構成される、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。
［９］上記ヘッドトラッカが、
上記ユーザの画像を取り込むように構成されたカメラと、
上記取り込まれた画像内の上記ユーザの位置を決定するように構成された画像プロセッサとを含む、上記［８］に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。
［１０］ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステムであって、
シーンの複数のビューをマルチビュー画像として提供するように構成されたマルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイであって、上記複数のビューが、上記シーンの１次ビューのセット、および上記１次ビューセットに角度的に隣接するシーン視点を表す２次ビューを含む、マルチビューディスプレイと、
上記マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイに対するユーザの頭部の位置を決定するように構成されたヘッドトラッカとを含み、決定された第１の位置にいるときには、上記マルチビューディスプレイが、上記１次ビューセットを提供するように構成され、決定された第２の位置にいるときには、上記マルチビューディスプレイが、上記２次ビューおよび上記１次ビューセットのビューのサブセットを含む拡張ビューセットを提供するように構成される、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。
［１１］上記マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイが、
その長さに沿った伝搬方向に光を誘導するように構成された光導波路と、
上記光導波路の長さに沿って互いに離間したマルチビーム回折格子のアレイであって、上記アレイのマルチビーム回折格子が、互いに異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線として上記誘導光の一部分を上記光導波路から回折的に外部結合するように構成される、マルチビーム回折格子のアレイと、
上記複数の外部結合光線を変調して上記複数のビューを提供するように構成されたライトバルブアレイとを含む、上記［１０］に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。
［１２］上記マルチビーム回折格子のアレイのマルチビーム回折格子が、湾曲した回折フィーチャを有するチャープ回折格子を含む、上記［１１］に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。
［１３］上記光導波路の入力に光学的に結合される光源をさらに含み、上記光源が、非ゼロ伝搬角を有するコリメート光として上記誘導光を提供するように構成される上記［１１］に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。
［１４］上記非ゼロ伝搬角が、上記複数の外部結合光線を、上記ヘッドトラッカから提供される上記ユーザの決定された位置に向かって選択的に傾斜させるように設定される、上記［１３］に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。
［１５］上記ヘッドトラッカが、
上記ユーザの画像を取り込むように構成されたカメラと、
上記取り込まれた画像内の上記ユーザの位置を決定するように構成された画像プロセッサとを含み、
上記決定された位置が、上記第１の位置および上記第２の位置のうちの一方に対応する、上記［１０］に記載のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム。
［１６］ヘッドトラッキングを利用したマルチビュー表示動作の方法であって、
マルチビーム回折格子のアレイを含むマルチビューディスプレイを用いてシーンの複数のビューを提供するステップであって、上記複数のビューが、上記シーンの１次ビューのセット、および上記１次ビューセットに角度的に隣接するシーン視点を表す２次ビューを含む、ステップと、
上記マルチビューディスプレイに対するユーザの位置を決定するステップであって、上記マルチビューディスプレイが、上記ユーザが第１の位置にいると決定されたときには上記１次ビューセットを提供し、上記ユーザが第２の位置にいると決定されたときには拡張ビューセットを提供する、ステップとを含み、
上記拡張ビューセットが、上記２次ビュー、および上記１次ビューセットのビューのサブセットを含む、方法。
［１７］複数のビューを提供するステップが、
光導波路の長さに沿った伝搬方向に光を誘導するステップと、
上記マルチビーム回折格子アレイのマルチビーム回折格子を用いて上記誘導光の一部分を上記光導波路から回折的に外部結合して、上記マルチビューディスプレイのそれぞれ異なる視像方向に対応する異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線を提供するステップと、
複数のライトバルブを用いて上記外部結合光線を変調して、上記シーンの上記複数のビューをマルチビュー画像として提供するステップとを含む、上記［１６］に記載のマルチビュー表示動作の方法。
［１８］上記アレイのマルチビーム回折格子が、湾曲した回折フィーチャを有するチャープ回折格子を含む、上記［１６］に記載のマルチビュー表示動作の方法。
［１９］上記ユーザの位置を決定するステップが、
カメラを用いて上記ユーザの画像を取り込むステップと、
画像プロセッサを用いて上記取り込まれた画像内の上記ユーザの位置を決定するステップであって、上記決定される位置が、上記第１の位置および上記第２の位置のうちの一方に対応する、ステップとを含む、上記［１６］に記載のマルチビュー表示動作の方法。
［２０］上記マルチビューディスプレイから発出される光の発出パターンを、上記ユーザの上記決定された位置に対応するように傾斜させるステップをさらに含む、上記［１６］に記載のマルチビュー表示動作の方法。
本明細書に記載する原理による実施例および実施形態の様々な特徴は、以下の詳細な説明を添付の図面と関連付けて参照すれば、より容易に理解することができる。これらの図面では、同じ参照番号は同じ構造要素を示している。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】［図１Ａ］本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビューディスプレイを示す斜視図である。［図１Ｂ］本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビューディスプレイの視像方向に対応する特定の主要角度方向を有する光線の角度成分を表す図である。

【図2】本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における回折格子を示す断面図である。

【図3】本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるヘッドトラッキングマルチビューディスプレイを示す断面図である。

【図4】［図４Ａ］本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるヘッドトラッキングマルチビューディスプレイを示す断面図である。［図４Ｂ］本明細書に記載する原理による実施形態による、別の実施例における図４Ａのヘッドトラッキングマルチビューディスプレイを示す断面図である。

【図5】本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビーム回折格子型バックライトを含むヘッドトラッキングマルチビューディスプレイを示す断面図である。

【図6A】本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビーム回折格子を備えるマルチビーム回折格子型バックライトの一部分を示す断面図である。

【図6B-C】［図６Ｂ］本明細書に記載する原理による別の実施形態による、実施例におけるマルチビーム回折格子を備えるマルチビーム回折格子型バックライトの一部分を示す断面図である。［図６Ｃ］本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビーム回折格子を含む図６Ａまたは図６Ｂのいずれかのマルチビーム回折格子型バックライトの一部分を示す斜視図である。

【図7】［図７Ａ］本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるヘッドトラッキングマルチビューディスプレイを示す断面図である。［図７Ｂ］本明細書に記載する原理による実施形態による、別の実施例における図７Ａのヘッドトラッキングマルチビューディスプレイを示す断面図である。

【図8】本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステムを示すブロック図である。

【図9】本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるヘッドトラッキングを利用するマルチビュー表示動作の方法を示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

特定の実施例および実施形態は、上述の図面に示す特徴に加えて、またはそれらの代わりに、他の特徴を有する。以下、それらの特徴およびその他の特徴について、上記の図面を参照して説明する。

【0008】

本明細書に記載する原理による実施例および実施形態は、ユーザの場所（location）または「ヘッドトラッキング」を利用するマルチビューまたは３次元（３Ｄ）画像ディスプレイを提供する。本明細書に記載する原理による実施形態は、マルチビューディスプレイを利用して、ユーザの場所に応じてマルチビュー画像によって表現されるシーンの様々なビューの様々なセットを提供することができる。特に、ユーザが第１の位置（position）に位置しているときに、１次ビューのセットを提供することができる。このビューの１次セットは、ある視野角内でユーザにマルチビュー画像を提供するように構成される。さらに、ユーザが第２の位置に移動するとき、または第２の位置に位置しているときに、ビューの拡張セットを提供することができる。拡張ビューセットは、１次ビューおよび２次ビューのサブセットを含む。２次ビューは、ビューの１次セットの角度範囲に角度的に隣接するが実質的にその角度範囲の外にあるシーンの視方向または視像方向を表す。ユーザの異なる場所に対応する異なるビューセットを提供することにより、表示されているマルチビュー画像の有効視野（ＦＯＶ）角を増大させることができる。ＦＯＶ角を増大させることにより、例えば斜めの角度でマルチビュー画像を見るときに起こる可能性があるマルチビューまたは３次元（３Ｄ）画像の知覚のいわゆる「ジャンプ」または「反転視」を低減または緩和することができる。

【0009】

様々な実施形態では、ヘッドトラッキングによって、ユーザの位置または場所をマルチビューディスプレイに提供することができる。すなわち、ユーザの場所は、ユーザの頭部の場所をトラッキングすることによって決定または推測することができる。したがって、限定を目的とするわけではないが、説明を容易にするために、本明細書に記載する実施形態を、例えばヘッドトラッキングを利用する「ヘッドトラッキング」マルチビューディスプレイ、システム、および方法と呼ぶこともある。

【0010】

本明細書では、「マルチビューディスプレイ」は、マルチビュー画像の様々なビューを様々な視像方向で提供するように構成された電子ディスプレイまたはディスプレイシステムとして定義される。図１Ａは、本明細書に記載する原理による実施形態による、１実施例のマルチビューディスプレイ１０を示す斜視図である。図１Ａに示すように、マルチビューディスプレイ１０は、見る対象のマルチビュー画像を表示するスクリーン１２を含む。マルチビューディスプレイ１０は、このマルチビュー画像の様々なビュー１４を、スクリーン１２に対する様々な視像方向１６に提供する。視像方向１６は、スクリーン１２から様々な異なる主要角度方向に延びる矢印として示してあり、様々なビュー１４は、それらの矢印（すなわち視像方向１６を示す矢印）の終端に網掛けした多角形として示してあり、また、４つのビュー１４と４つの視像方向１６しか示していないが、全て例示を目的としてものであり、限定を目的としたものではない。なお、図１Ａでは様々なビュー１４がスクリーンの上方にあるものとして示してあるが、マルチビュー画像がマルチビューディスプレイ１０に表示されたとき、これらのビュー１４は、実際にはスクリーン１２上、またはスクリーン１２の近傍に見えることに留意されたい。ビュー１４をスクリーン１２の上方に示しているのは、単に説明を簡略にするためであり、これらの視像方向１６のうち特定のビュー１４に対応する各視像方向からマルチビューディスプレイ１０を見ていることを表すためのものである。図１Ａは、また、「２次ビュー１４’」も示している。図示の２次ビュー１４’は、ビュー１４（すなわちビュー１４の１次セット）の角度範囲に角度的に隣接するが実質的にその角度範囲の外にある、このシーンの視点を表す、すなわち２次視像方向１６’を有する。

【0011】

マルチビューディスプレイの視像方向、すなわち視像方向に対応する方向を有する光線は、一般に、本明細書の定義では角度成分｛θ、φ｝で与えられる主要角度方向を有する。角度成分θは、本明細書では、光線の「高度成分」または「仰角」と呼ぶ。角度成分φは、光線の「方位成分」または「方位角」と呼ぶ。定義では、仰角θは、垂直平面（例えばマルチビューディスプレイスクリーンの平面に対して直交する面）内の角度であり、方位角φは、水平面（例えばマルチビューディスプレイスクリーン平面に対して平行な面）内の角度である。図１Ｂは、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビューディスプレイの視像方向（例えば図１Ａの視像方向１６）に対応する特定の主要角度方向を有する光線２０の角度成分｛θ、φ｝の図示である。さらに、光線２０は、本明細書の定義では、特定の点から発出される、または放射する。すなわち、定義では、光線２０は、マルチビューディスプレイ内の特定の原点に関連付けられた中心放射線を有する。図１Ｂは、光線（または視像方向）の原点Ｏも示している。

【0012】

さらに、本明細書では、「マルチビュー画像」および「マルチビューディスプレイ」という用語で使用する「マルチビュー」という用語は、様々な視点を表す、またはその複数のビューのうちのビュー間で角度のばらつきを含む複数のビューとして定義される。さらに、本明細書では、「マルチビュー」という用語は、本明細書の定義では、２つを超える異なるビュー（すなわち最低で３つのビューであり、一般的には３つを超えるビュー）を明示的に含む。したがって、本明細書で利用する「マルチビューディスプレイ」は、シーンまたは画像を表すために異なるビューを２つしか含まない立体視ディスプレイとは明示的に区別される。ただし、マルチビュー画像およびマルチビューディスプレイは本明細書の定義では２つを超えるビューを含むが、マルチビュー画像は、それらのマルチビュービューのうちの２つのみ（すなわち各眼あたり１つのビュー）を一度に見るように選択することにより、画像の立体視対として見る（すなわちマルチビューディスプレイ上で）ことができる。

【0013】

「マルチビューピクセル」は、本明細書では、マルチビューディスプレイの同様の複数の異なるビューのそれぞれの「ビュー」ピクセルを表すサブピクセルのセットとして定義される。特に、マルチビューピクセルは、マルチビュー画像の様々なビューのそれぞれのビューピクセルに対応する、またはマルチビュー画像の様々なビューのそれぞれのビューピクセルを表す、個々のサブピクセルを有することができる。さらに、マルチビューピクセルのサブピクセルは、本明細書の定義では、各サブピクセルが様々なビューのうちの対応するビューの所定の視像方向と関連付けられるので、いわゆる「方向ピクセル」である。さらに、様々な実施例および実施形態によれば、マルチビューピクセルのサブピクセルによって表される様々なビューピクセルは、様々なビューのそれぞれにおいて、等価な、または少なくとも実質的には同様の場所または座標を有することができる。例えば、第１のマルチビューピクセルは、マルチビュー画像の様々なビューのそれぞれにおいて｛ｘ_１、ｙ_１｝に位置するビューピクセルに対応する個々のサブピクセルを有することがあり、第２のマルチビューピクセルは、様々なビューのそれぞれにおいて｛ｘ_２、ｙ_２｝に位置するビューピクセルに対応する個々のサブピクセルを有することがある、などである。

【0014】

いくつかの実施形態では、マルチビューピクセル中のサブピクセルの数が、マルチビューディスプレイのビューの数と等しいことがある。例えば、マルチビューピクセルは、６４個の異なるビューを有するマルチビューディスプレイと関連付けられた６４個のサブピクセルを提供することがある。別の例では、マルチビューディスプレイがビューの８×４アレイ（すなわち３２個のビュー）を提供し、マルチビューピクセルが、３２個のサブピクセル（すなわち各ビュー当たり１つ）を含むこともある。さらに、それぞれの異なるサブピクセルは、例えば上記の例では６４個の異なるビューに対応する、または３２個の異なるビューに対応する視像方向のうちの異なる１つに対応する関連する方向（すなわち光線の主要角度方向）を有することができる。さらに、いくつかの実施形態によれば、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルの数は、マルチビューディスプレイのビュー中の「ビュー」ピクセル（すなわち選択されたビューを構成するピクセル）の数と実質的に等しいことがある。例えば、ビューが６４０×４８０個のビューピクセル（すなわち６４０×４８０ビュー解像度）を含む場合には、マルチビューディスプレイは、３０７２００個のマルチビューピクセルを有することができる。別の例では、ビューが１００×１００個のビューピクセルを含む場合には、マルチビューディスプレイは、総数で１００００（すなわち１００×１００＝１００００）個のマルチビューピクセルを含むことができる。

【0015】

本明細書では、「光導波路」は、全反射を用いてその内部で光を誘導する構造として定義される。特に、光導波路は、光導波路の動作波長で実質的に透明なコアを含むことができる。「光導波路」という用語は、一般に、全反射を利用して光導波路の誘電体材料とその光導波路を取り囲む材料または媒質との間の界面で光を誘導する、誘電体光学導波路を指す。定義では、全反射のための条件は、光導波路の屈折率が光導波路材料の表面に隣接する周囲の媒質の屈折率より大きいことである。いくつかの実施形態では、全反射をさらに促進するために、光導波路は、上述の屈折率の差に加えて、またはその代わりに、コーティングを含むこともできる。このコーティングは、例えば反射性コーティングとすることができる。光導波路は、これらに限定されるわけではないが、平板導波路またはスラブ導波路、およびストリップ導波路のうちの一方または両方を含むいくつかの光導波路のうちの任意のものにすることができる。

【0016】

さらに、本明細書では、「平板光導波路」など光導波路に用いられるときの「平板」という用語は、「スラブ」導波路と呼ばれることもある、区分的または微分的に平面状の層またはシートとして定義される。特に、平板光導波路は、その光導波路の頂面および底面（すなわち対向する表面）によって画定される２つの実質的に直交する方向に光を誘導するように構成された光導波路として定義される。さらに、本明細書の定義では、頂面および底面は互いに分離されており、少なくとも微分的な意味では実質的に互いに平行であることがある。すなわち、平板光導波路の任意の微分小区画内では、頂面と底面は実質的に平行である、または同一平面状にある。

【0017】

いくつかの実施形態では、平板光導波路は、実質的に平坦であり（すなわち平面に制限され）、したがって、平板光導波路は、平面光導波路である。他の実施形態では、平板光導波路は、１つの次元、または２つの直交する次元に湾曲していてもよい。例えば、平板光導波路を１つの次元に湾曲させて、円筒形の平板光導波路を形成することもできる。ただし、いかなる湾曲も、光導波路内で全反射が維持されて光を誘導することを保証するのに十分に大きな曲率半径を有する。

【0018】

本明細書では、「回折格子」は、一般に、その回折格子に入射する光の回折をもたらすように配置された複数のフィーチャ（すなわち回折フィーチャ）として定義される。いくつかの実施例では、複数のフィーチャは、周期的または準周期的に配置されることがある。例えば、回折格子は、１次元（１Ｄ）アレイに配置された複数のフィーチャ（例えば材料表面の複数の溝またはリッジ）を含むことがある。他の例では、回折格子は、フィーチャの２次元（２Ｄ）アレイとすることもできる。回折格子は、例えば材料表面のバンプまたは穴の２Ｄアレイとすることもできる。

【0019】

したがって、本明細書の定義では、「回折格子」は、その回折格子に入射する光の回折をもたらす構造である。光が光導波路から回折格子に入射すると、それによりもたらされる回折または回折的散乱は、回折格子が回折によって光導波路から光を外へ結合することができる（the diffraction grating may couple light out of the light guide by diffraction）という「回折結合（diffractive coupling）」を生じることがあるので、この回折または回折的散乱は、「回折結合」と呼ばれることもある。回折格子は、また、回折によって（すなわち回折角で）、光を方向変更する、または光の角度を変化させる。特に、回折の結果として、回折格子を出る光は、一般に、回折格子に入射した光（すなわち入射光）の伝搬方向とは異なる伝搬方向を有する。回折による光の伝搬方向の変化を、本明細書では、「回折的方向変更」と呼ぶ。したがって、回折格子は、回折格子に入射した光を回折的に方向変更する回折フィーチャを含む構造であると理解することができ、光が光導波路から入射した場合に、回折格子は、回折により光を光導波路の外へ結合する（diffractively couple out）こともできる。

【0020】

さらに、本明細書の定義では、回折格子のフィーチャは、「回折フィーチャ」と呼ばれ、材料表面（すなわち２つの材料の間の境界）にある、材料表面内にある、材料表面上にある、のうちの１つまたは複数である可能性がある。この表面は、例えば光導波路の表面であることもある。回折フィーチャは、これらに限定されるわけではないが、表面の、表面中の、または表面上の、溝、リッジ、穴、およびバンプのうちの１つまたは複数など、光を回折させる様々な構造のうちのいずれを含むこともできる。例えば、回折格子は、材料表面中の複数の実質的に平行な溝を含むこともある。別の例では、回折格子は、材料表面から隆起する複数の平行なリッジを含むこともある。回折フィーチャ（例えば溝、リッジ、穴、バンプなど）は、これらに限定されるわけではないが、正弦波形プロフィル、方形プロフィル（例えばバイナリ型回折格子）、３角形プロフィル、および鋸歯形プロフィル（例えばブレーズド回折格子）のうちの１つまたは複数を含む、回折をもたらす様々な断面形状またはプロフィルのうちのいずれを有することもできる。

【0021】

本明細書に記載する様々な実施例によれば、回折格子（例えば、以下で述べるようにマルチビーム回折格子の回折格子）を利用して、光を光線として光導波路（例えば平板光導波路）から回折的に散乱させる、または外部結合することができる。特に、局所的に周期的な回折格子の、または局所的に周期的な回折格子によって提供される、回折角θ_ｍは、数式（１）で与えることができる。

【0022】

【数1】

ここで、λは、光の波長であり、ｍは、回折次数であり、ｎは、光導波路の屈折率であり、ｄは、回折格子のフィーチャ間の距離または間隔であり、θ_１は、回折格子への光の入射角である。簡潔にするために、数式（１）は、回折格子が光導波路の表面に隣接しており、光導波路の外部の材料の屈折率が１に等しい（すなわちｎ_ｏｕｔ＝１である）ものと仮定している。一般に、回折次数ｍは、整数で与えられる。回折格子によって生成される光線の回折角θ_ｍは、回折次数が正である（例えばｍ＞０である）場合には、数式（１）で与えることができる。例えば、回折次数ｍが１に等しい（すなわちｍ＝１である）ときには、１次の回折がもたらされる。

【0023】

図２は、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例における回折格子３０を示す断面図である。例えば、回折格子３０は、光導波路４０の表面上に位置することがある。さらに、図２は、入射角θ_１で回折格子３０に入射する光線２０を示している。光線２０は、光導波路４０内の誘導光（例えば誘導光線）である。また、図２には、入射光線２０の回折の結果として回折格子３０によって回折的に生成されて外部に結合される外部結合光線５０も示されている。外部結合光線５０は、数式（１）で与えられる回折角θｍ（または本明細書では「主要角度方向」）を有する。回折角θｍは、例えば回折格子３０の回折次数「ｍ」に対応することがある。

【0024】

本明細書の定義では、「マルチビーム回折格子」は、複数の光線を含む光を生成するバックライトまたはディスプレイの構造または要素である。さらに、マルチビーム回折格子によって生成される複数の光線の光線は、本明細書の定義では、互いに異なる主要角度方向を有する。特に、定義では、複数の光線のうちの１つは、その複数の光線のうちの別の光線とは異なる所定の主要角度方向を有する。さらに、この複数の光線は、ライトフィールドを表すことができる。例えば、複数の光線は、実質的に円錐形の空間領域に制限されることがある、またはその複数の光線の様々な主要角度方向を含む所定の角度幅を有することがある。したがって、これらの光線の合計の所定の角度幅（すなわち複数の光線）が、ライトフィールドを表すことができる。

【0025】

様々な実施形態によれば、この複数の光線の様々な光線の様々な主要角度方向は、回折格子のピッチまたは間隔と、マルチビーム回折格子に入射する光の伝搬方向に対するそれぞれの光線の原点におけるマルチビーム回折格子の回折フィーチャの配向または回転との組合せによって決定される。さらに、マルチビーム回折格子によって生成される光線は、本明細書の定義では、図１Ｂを参照して上述したように、角度成分｛θ、φ｝で与えられる主要角度方向を有する。

【0026】

本明細書では、「コリメータ」は、光をコリメートするように構成された実質的に任意の光学デバイスまたは装置として定義される。例えば、コリメータは、これらに限定されるわけではないが、コリメートミラーまたは反射器、コリメートレンズ、あるいはそれらの様々な組合せを含む可能性がある。いくつかの実施形態では、コリメート反射器を含むコリメータは、放物曲線または放物形を特徴とする反射表面を有することがある。別の例では、コリメート反射器は、成形放物線状反射器を含むことがある。「成形放物線状」とは、その成形放物線状反射器の湾曲した反射表面が、所定の反射特性（例えばコリメーション度）を実現するように決定されるように「真の」放物曲線から逸脱していることを意味する。コリメートレンズは、球形表面（例えば両凸球面レンズ）を含むことがある。

【0027】

様々な実施形態によれば、コリメータによって提供されるコリメーション量は、実施形態によって所定の程度または量において変化することがある。さらに、コリメータは、２つの直交する方向（例えば垂直方向および水平方向）の一方または両方にコリメーションを提供するように構成することができる。すなわち、コリメータは、いくつかの実施形態によれば、光のコリメーションを提供する２つの直交する方向のうちの一方または両方の形状を含むことがある。

【0028】

本明細書では、「光源」は、光の源（例えば光を生成して発出するように構成された発光体）として定義される。例えば、光源は、起動時またはオン時に光を発出する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光体を含むことがある。特に、本明細書では、光源は、これらに限定されるわけではないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマ型発光体、蛍光灯、白熱灯、および実質的に任意のその他の光源などのうちの１つまたは複数を含む、実質的に任意の発光体である、またはそうした実質的に任意の発光体を含むことができる。光源によって生成される光は、色を有することもある（すなわち特定の波長の光を含むこともある）し、あるいはある範囲の波長（例えば白色光）を含むこともある。いくつかの実施形態では、光源は、複数の発光体を含むことがある。例えば、光源は、そのうちの少なくとも１つの発光体が、そのうちの少なくとも１つの他の発光体が生成する光の色または波長とは異なる色すなわち波長を有する光を生成する、複数の発光体のセットまたはグループを含むことがある。これらの異なる色は、例えば原色（例えば赤、緑、青）を含むことがある。

【0029】

さらに、本明細書で使用する冠詞「ａ」は、特許技術におけるその通常の意味、すなわち「１つまたは複数」の意味を有するものと意図されている。例えば、「マルチビーム回折格子」は、１つまたは複数のマルチビーム回折格子を意味し、したがって「このマルチビーム回折格子」も、本明細書では「この（１つまたは複数の）マルチビーム回折格子」を意味している。また、本明細書で「頂」、「底」、「上側」、「下側」、「上」、「下」、「前」、「後」、「第１」、「第２」、「左」、または「右」について言及している場合、それらはいずれも、本明細書では限定を意図しているわけではない。本明細書では、値に対して用いられるときの「約」という用語は、一般に、その値を生じるために使用される機器の許容範囲内を意味するか、あるいは、特に明示的に指定がない限り、プラスマイナス１０％、プラスマイナス５％、またはプラスマイナス１％を意味する可能性がある。さらに、本明細書で使用される「実質的に」という用語は、大部分、ほぼ全て、全て、または約５１％から約１００％の範囲内の量を意味する。さらに、本明細書における実施例は、例示のみを目的としたものであり、限定のためではなく、説明のために示したものである。

【0030】

本明細書に記載する原理のいくつかの実施形態によれば、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイが提供される。図３は、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００を示す断面図である。ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００は、シーンの複数のビューをマルチビュー画像すなわち表示マルチビュー画像として提供するように構成される。特に、この複数のビューは、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００によって、対応する複数の視像方向に提供される。図３では、視像方向、すなわち複数のビューは、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００から延びる様々な角度方向を指す矢印１０２で示されている。

【0031】

様々な実施形態によれば、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００によって提供される複数のビューは、１次ビューのセットを含む。例えば、図３の実線矢印１０２’は、１次ビューのセット、すなわち１次ビューの方向のセットを表すことができる。ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００によって提供される複数のビューは、さらに、２次視像方向に２次ビューを含む。例えば、図３の破線矢印１０２’’は、２次ビューまたは２次視像方向を表すことができる。様々な実施形態によれば、本明細書の定義では、２次ビューは、１次ビューのセットの角度範囲に角度的に隣接するがその角度範囲の実質的に外にある、シーンの視点または視像方向を表す。特に、２次ビューは、本明細書の定義では、１次ビューセットによって画定される角度範囲、例えば図３の実線矢印１０２’によって画定される角度範囲の外部にある視野角を有する視像方向に対応する。いくつかの実施形態では、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００は、複数の２次ビューを提供することができる。様々な実施形態によれば、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００は、１次ビューセットまたはビューの拡張セットのいずれかを選択的に提供するように構成される。ビューの拡張セットは、２次ビューと、１次ビューセットのビューのサブセットとを含む。

【0032】

図３を参照すると、図示のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００は、マルチビーム回折格子型バックライト１１０を含む。マルチビーム回折格子型バックライト１１０は、様々な主要角度方向を有する複数の光線１１２を提供するように構成される。特に、光線１１２は、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００の、すなわちヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００によって表示されるマルチビュー画像の、様々な視像方向に対応する、様々な主要角度方向を有することができる。例えば、図３の矢印１０２は、マルチビーム回折格子型バックライト１１０によって提供される光線１１２、すなわち様々な視像方向に対応する光線１１２の様々な主要角度方向を表すこともできる。

【0033】

さらに、図３に示すように、複数の光線１１２は、第１のセットの光線１１２’と、第２のセットの光線１１２’’とを含む。図３では、第１のセットの光線１１２’は、実線矢印（すなわち実線矢印１０２’）を用いて示され、第２のセットの光線１１２’’は、破線矢印（すなわち破線矢印１０２’’）を用いて示されている。第１のセットの光線１１２’は、１次ビューのセットの視像方向に対応する主要角度方向を有する複数の光線の光線１１２を表す。第２のセットの光線１１２’’は、例えば、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００の様々な２次視像方向に対応する主要角度方向を有する複数の光線の光線１１２を表す。

【0034】

図３に示すヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００は、ライトバルブアレイ１２０をさらに含む。様々な実施形態では、これらに限定されるわけではないが、液晶ライトバルブ、電気泳動ライトバルブ、およびエレクトロウェッティングに基づくライトバルブのうち１つまたは複数を含む、様々な異なるタイプのライトバルブのいずれでも、ライトバルブアレイ１２０のライトバルブとして利用することができる。

【0035】

ライトバルブアレイ１２０は、複数の光線１１２を変調して、シーンのビューをマルチビュー画像として提供するように構成される。特に、ライトバルブアレイ１２０は、光線１１２を変調し、１次ビューセットと２次ビューを含む拡張ビューセットとを選択的に提供するように構成される。様々な実施形態によれば、１次ビューセットを提供するか、拡張ビューセットを提供するかの選択は、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００のユーザまたは見ている人の場所に基づく。例えば、ビューセットの選択は、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００に対するユーザの頭部の場所に基づくことがある。ビューセットの選択は、例えばプロセッサ（例えばグラフィックプロセッサユニット）またはそれに類する回路の指示下で、ライトバルブアレイ１２０のドライバ（例えばドライバ回路）によって制御することができる。

【0036】

図４Ａは、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００を示す断面図である。図４Ｂは、本明細書に記載する原理による実施形態による、別の実施例における図４Ａのヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００を示す断面図である。図４Ａおよび図４Ｂに示すヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００は、例えば図３について上述したように、マルチビーム回折格子型バックライト１１０と、ライトバルブアレイ１２０とを含む。特に、図４Ａは、ビュー１０２ａの１次セットを選択的に提供するように構成されたヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００を示している。図４Ｂは、ビュー１０２ｂの拡張セットを選択的に提供するように構成されたヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００を示している。図４Ａは、第１の場所Ａにいるユーザ（またはユーザの頭部）も示し、図４Ｂは、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００に対して第２の場所Ｂにいるユーザまたはユーザの頭部も示している。ユーザ（またはユーザの頭部）の場所または位置は、例えば本明細書でさらに説明するように、トラッキング可能である、またはトラッキングされている。

【0037】

図３を参照して上述したように、様々なビュー、すなわち１次ビューセット１０２ａおよび拡張ビューセット１０２ｂの両方の視像方向は、矢印１０２で表してある。具体的には、図４Ａおよび図４Ｂでは、実線矢印１０２’は、１次ビューセット１０２ａのビューすなわち視像方向を表し、破線矢印１０２’’は、例えば拡張ビューセット１０２ｂ内の２次ビューすなわち２次視像方向を表している。さらに、図４Ａ〜図４Ｂでは、様々なビューまたは視像方向は、左から右に向かって順番に大きくなる文字で特定され、文字「ａ」は第１のビューを表し、文字「ｂ」は第２のビューを表す、というようになっている。図示のように、図４Ａでは、１次ビューセット１０２ａは、「ａ」から「ｈ」で標識された８個のビューを含む。２次ビューは、図４Ｂでは、このシーンの９番目のビューを表し、「ｉ」で標識されている。

【0038】

図４Ａに示すように、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００は、ユーザが第１の位置Ａに位置しているときには、１次ビューセット１０２ａ（すなわち「ａ」から「ｈ」で標識された実線矢印１０２’）を選択的に表示することができる。第１の位置Ａは、例えば実質的にヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００の前方の領域とすることができる。ユーザが第１の位置Ａにいるときには、ユーザは、例えばヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００によって表示されるシーンの「通常」マルチビュー画像（例えば「３Ｄ画像」）を見ることができる。特に、「通常」または前向きマルチビュー画像は、図４Ａに示すように「ａ」から「ｈ」で標識されたビューを含む１次ビューセット１０２ａを含むように定義される。

【0039】

図４Ｂに示すように、ユーザが第２の位置Ｂに位置しているときには、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００は、拡張ビューセット１０２ｂを選択的に表示することができる。特に、図４Ｂは、第２の位置Ｂに移動した、または位置しているユーザを示している。第２の位置「Ｂ」は、図４Ｂに示すように、例えば、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００の片側に実質的にずれている（すなわち「オフサイド」である）ことがある。拡張ビューセット１０２ｂは、図示のように、１次ビューセット１０２ａのビューのうちの７つ（すなわち実線矢印１０２’「ｂ」〜「ｈ」）のサブセットと、ユーザのオフサイド場所の方向の２次ビュー「ｉ」（すなわち「ｉ」で標識された破線矢印１０２’’）とを含む。拡張ビューセット１０２ｂは、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００に対するオフサイドユーザ場所からマルチビュー画像のビューが見えやすくなるように、１次ビューのサブセット（すなわち「ａ」以外のサブセット）および２次ビューｉの両方を含む。

【0040】

特に、本明細書に記載する原理によれば、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００は、２次ビュー（すなわち「ｂ」から位置Ｂの方向の「ｉ」）を拡張ビューセット１０２ｂに含めた結果として、ユーザが第２の位置Ｂにいるときに、１次ビューセット１０２ａに存在する視点（位置Ａ）以外の視点（すなわち２次ビューで表される視点）からマルチビュー画像内のシーンの一部分を見ることができるようにする。さらに、本明細書に記載する原理によれば、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００によって提供される２次ビューを含めることにより、ユーザが例えばヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００の「通常」視野角または前向き視野角の実質的に外部の角度からマルチビュー画像を見るときに発生する可能性があるいわゆる「ジャンプ」を低減する、または実質的に解消することもできる。なお、本明細書では、ユーザの場所を第１の位置および第２の位置に関連して説明しているが、本明細書に記載する原理の範囲は、ユーザ（すなわちユーザの頭部）の２つの位置のみに限定されるわけではないことに留意されたい。本明細書の原理の範囲は、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００のユーザの任意数の異なる位置を含むものとして意図されている。

【0041】

本明細書に記載する原理の様々な実施形態によれば、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００は、実質的にいかなるマルチビーム回折格子型バックライトでも含む
ことができる。特に、様々な実施形態によれば、マルチビュー画像の様々な視像方向に対応する様々な主要角度方向を有する複数の光線１１２を提供するように構成されたマルチビーム回折格子を有する任意のバックライトを使用することができる。例えば、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００は、以下で述べるように、光導波路と複数のマルチビーム回折格子とを含むマルチビーム回折格子型バックライト１１０を含むことがある。

【0042】

図５は、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビーム回折格子型バックライト１１０を含むヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００を示す断面図である。図５に示すマルチビーム回折格子型バックライト１１０は、互いに異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線１１２を（例えばライトフィールドとして）提供するように構成される。特に、示すように、提供される複数の外部結合光線１１２は、様々な実施形態によれば、マルチビーム回折格子型バックライト１１０から離れるように、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００のそれぞれの視像方向に対応する様々な主要角度方向に向けられる。さらに、上述のように、外部結合光線１１２をライトバルブアレイ１２０（やはり図示してある）のライトバルブを使用して変調して、３Ｄコンテンツを有する情報のマルチビュー画像としての表示を容易にすることができる。

【0043】

図５に示すように、マルチビーム回折格子型バックライト１１０は、光導波路１１４を含む。光導波路１１４は、いくつかの実施形態によれば、平板光導波路とすることができる。光導波路１１４は、光を、その光導波路１１４の長さに沿って、例えば太字矢印１０３で示す方向を有する誘導光１０４として誘導するように構成される。光導波路１１４は、例えば光学導波路として構成される誘電体材料を含むことができる。誘電体材料は、誘電体光学導波路を取り囲む媒質の第２の屈折率より大きい第１の屈折率を有することができる。この屈折率の差は、光導波路１１４の１つまたは複数の導波モードに応じて誘導光１０４の全反射を促進するように設定される。

【0044】

いくつかの実施形態では、光導波路１１４は、光学的に透明な誘電体材料の延展された実質的に平面状のシートを含むスラブまたは平板光学導波路とすることができる。様々な実施例によれば、光導波路１１４の光学的に透明な材料は、これらに限定されるわけではないが、様々な種類のガラス（例えばシリカガラス、アルミノケイ酸アルカリガラス、ホウケイ酸ガラスなど）のうちの１つまたは複数、１つまたは複数の実質的に光学的に透明なプラスチックまたはポリマー（例えばポリメタクリル酸メチルまたは「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）、あるいはそれらの組合せなど、様々な誘電体材料のうちのいずれかを含む、またはいずれかで構成することができる。いくつかの実施例では、光導波路１１４は、光導波路１１４の表面（例えば頂面および底面の一方または両方）の少なくとも一部分の上にクラッディング層（図示せず）をさらに含むことがある。いくつかの実施例によれば、クラッディング層を使用して、全反射をさらに促進することができる。

【0045】

さらに、いくつかの実施形態によれば、光導波路１１４は、光導波路１１４の第１の表面１１４’（例えば「前」面または側）と第２の表面１１４’’（例えば「後」面または側）の間で非ゼロ伝搬角で誘導光１０４を誘導するように構成される。誘導光１０４は、光導波路１１４の第１の表面１１４’と第２の表面１１４’’の間で非ゼロ伝搬角で反射または「バウンド」することによって伝搬することができる（ただし伝搬方向は太字矢印１０３が示す伝搬方向である）。いくつかの実施形態では、様々な色の光を含む誘導光１０４の複数の光線を、様々な色に固有の非ゼロ伝搬角のそれぞれ対応する角度で、光導波路１１４によって誘導することができる。なお、図示を簡潔にするために、非ゼロ伝搬角は、図５には示していないことに留意されたい。

【0046】

本明細書で定義する「非ゼロ伝搬角」は、光導波路１１４の表面（例えば第１の表面１１４’または第２の表面１１４’’）に対する相対的な角度γである。さらに、非ゼロ伝搬角は、本明細書に記載する原理によれば、ゼロより大きく、かつ光導波路１１４内の全反射の臨界角未満である。例えば、誘導光１０４の非ゼロ伝搬角は、約１０度から約５０度の間とすることができ、いくつかの例では約２０度から約４０度の間とすることができ、あるいは約２５度から約３５度の間とすることができる。例えば、非ゼロ伝搬角は、約３０度とすることができる。他の例では、非ゼロ伝搬角は、約２０度、または約２５度、または約３５度とすることができる。さらに、特定の実施態様では、その非ゼロ伝搬角が光導波路１１４内の全反射の臨界角未満になるように選択されている限り、特定の非ゼロ伝搬角を（例えば任意に）選択することができる。

【0047】

光導波路１１４内の誘導光１０４は、非ゼロ伝搬角（例えば約３０〜３５度）で光導波路１１４に導入または結合する（coupled into）ことができる。レンズ、ミラーまたはそれに類する反射器（例えば傾斜コリメート反射器）、およびプリズム（図示せず）のうちの１つまたは複数によって、例えば非ゼロ伝搬角で光を誘導光１０４として光導波路１１４の入力端部に結合する（coupling … into）のを容易にすることができる。誘導光１０４は、光導波路１１４に結合される（coupled into）と、一般に入力端部から離れることができる方向（例えば図５のｘ軸に沿った向きの太字矢印１０３で示す方向）に光導波路１１４に沿って伝搬する。

【0048】

さらに、光を光導波路１１４に結合することによって生成される誘導光１０４すなわち誘導光線は、いくつかの実施形態によれば、コリメート光線であることがある。本明細書では、「コリメート光」または「コリメート光線」は、一般に、その放射線がその光線（例えば誘導光１０４）内で互いに実質的に平行である光線として定義される。さらに、コリメート光線から発散または散乱する光放射線は、本明細書の定義では、コリメート光線の一部とはみなされない。いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子型バックライト１１０は、上述のようにレンズ、反射器またはミラーなどのコリメータ（例えば傾斜コリメート反射器）を含んで、例えば光源からの光をコリメートすることができる。いくつかの実施形態では、光源がコリメータを含む。光導波路１１４に供給されるコリメート光は、誘導されるコリメート光線である。

【0049】

図５に示すように、マルチビーム回折格子型バックライト１１０は、光導波路の全長に沿って互いに離間した複数のマルチビーム回折格子１１６をさらに含む。特に、この複数のマルチビーム回折格子のマルチビーム回折格子１１６は、有限の間隔で互いに分離されており、光導波路の全長に沿って個々の別個の要素を表している。すなわち、本明細書の定義では、この複数のマルチビーム回折格子のマルチビーム回折格子１１６は、有限（すなわち非ゼロ）の要素間距離（例えば有限の中心間距離）に従って互いに離間している。さらに、この複数のマルチビーム回折格子のマルチビーム回折格子１１６は、一般に交差したり重なり合ったりするなどして互いに接触しない。すなわち、この複数のマルチビーム回折格子の各マルチビーム回折格子１１６は、一般に、別個のものであり、他のマルチビーム回折格子１１６から分離している。

【0050】

いくつかの実施形態によれば、この複数のマルチビーム回折格子のマルチビーム回折格子１１６は、１次元（１Ｄ）アレイまたは２次元（２Ｄ）アレイのいずれかで配置されることがある。例えば、この複数のマルチビーム回折格子１１６は、線形の１Ｄアレイとして配置することができる。別の例では、この複数のマルチビーム回折格子１１６は、長方形の２Ｄアレイまたは円形の２Ｄアレイとして配置することができる。さらに、このアレイ（すなわち１Ｄまたは２Ｄアレイ）は、いくつかの例では、一定または一様なアレイとすることができる。特に、マルチビーム回折格子１１６間の要素間距離（例えば中心間距離または間隔）は、アレイ全体にわたって実質的に一様または一定にすることができる。他の例では、マルチビーム回折格子１１６間の要素間距離は、アレイを横切る方向および光導波路１１４の全長に沿った方向の一方または両方で変化することもある。

【0051】

本明細書に記載する原理によれば、複数のマルチビーム回折格子のマルチビーム回折格子１１６は、誘導光１０４の一部分を複数の外部結合光線１１２として外部結合するように構成される。特に、図５は、外部結合光線１１２を、光導波路１１４の第１の表面（または前面）１１４’から離れる向きに示す複数の発散する矢印として示している。

【0052】

図５に示すように、マルチビーム回折格子型バックライト１１０は、いくつかの実施形態では、光源１１８をさらに含むことがある。光源１１８は、非ゼロ伝搬角で光導波路１１４内を誘導される光を提供するように構成される。特に、光源１１８は、光導波路１１４の入口表面または端部（入力端部）に隣接して位置することがある。様々な実施形態では、光源１１８は、例えば上述したように、これらに限定されるわけではないが、１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザ（例えばレーザダイオード）など、実質的に任意の光の源を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源１１８は、特定の色で表される狭帯域スペクトルを有する実質的に単色の光を生成するように構成された発光体を含むことができる。特に、単色光の色は、特定の色空間または色モデル（例えば赤／緑／青（ＲＧＢ）色モデル）の原色とすることができる。他の実施形態では、光源１１８は、実質的に広帯域または多色の光を提供するように構成された実質的に広帯域の光源であることもある。例えば、光源１１８は、白色光を提供することができる。いくつかの実施形態では、光源１１８は、異なる色の光を提供するように構成された複数の異なる発光体を含むことがある。これらの異なる発光体は、その異なる色の光のそれぞれに対応する、誘導光１０４の異なる色固有の非ゼロ伝搬角を有する光を提供するように構成することができる。

【0053】

いくつかの実施形態では、光源１１８は、コリメータをさらに含むことがある。コリメータは、光源１１８の発光体のうちの１つまたは複数から実質的にコリメートされていない光を受光するように構成されることがある。コリメータは、この実質的にコリメートされていない光をコリメート光に変換するようにさらに構成される。特に、いくつかの実施形態では、コリメータは、非ゼロ伝搬角を有し、所定のコリメーション因子に従ってコリメートされたコリメート光を提供することができる。さらに、様々な色の発光体を利用するときには、コリメータは、様々な色固有の非ゼロ伝搬角のうちの１つまたは両方を有し、かつ様々な色固有のコリメーション因子を有するコリメート光を提供するように構成することができる。コリメータは、上述のように、コリメート光線を光導波路１１４に伝達して誘導光１０４として伝搬するようにさらに構成される。

【0054】

図６Ａは、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビーム回折格子１１６を備えるマルチビーム回折格子型バックライト１１０の一部分を示す断面図である。図６Ｂは、本明細書に記載する原理による別の実施形態による、実施例におけるマルチビーム回折格子を備えるマルチビーム回折格子型バックライト１１０の一部分を示す断面図である。図６Ｃは、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビーム回折格子を含む図６Ａまたは図６Ｂのいずれかのマルチビーム回折格子型バックライトの一部分を示す斜視図である。図６Ａに示すマルチビーム回折格子１１６は、限定ではなく例示を目的として、光導波路１１４の表面に溝を含む。図６Ｂは、光導波路の表面から突出するリッジを含むマルチビーム回折格子１１６を示している。複数の光線１１２（すなわち回折的に外部結合された光線）および太字矢印１０３で示す方向に伝搬する誘導光１０４も、図６Ａから図６Ｃに様々に示してある。

【0055】

図６Ａから図６Ｃに示すように、マルチビーム回折格子１１６は、チャープ回折格子である。特に、図６Ａから図６Ｂに示すように、マルチビーム回折格子１１６の第１の端部１１６’における回折フィーチャ１１６ａの方が、第２の端部１１６’’における回折フィーチャ１１６ａより、互いに接近している。さらに、図示の回折フィーチャ１１６ａの回折間隔ｄは、第１の端部１１６’から第２の端部１１６’’に向かって変化する。いくつかの実施例では、マルチビーム回折格子１１６のチャープ回折格子は、距離とともに線形に変化する回折間隔ｄのチャープを有する、または示すことがある。したがって、マルチビーム回折格子１１６のチャープ回折格子は、「線形チャープ」回折格子と呼ばれることもある。

【0056】

別の実施例（図示せず）では、マルチビーム回折格子１１６のチャープ回折格子は、回折間隔ｄの非線形チャープを示すことがある。チャープ回折格子を実現するために使用することができる様々な非線形チャープは、これらに限定されるわけではないが、指数チャープ、対数チャープ、あるいは別の実質的に不均一または無作為ではあるが単調に変化するチャープを含む。これらに限定されるわけではないが、正弦波形チャープあるいは三角形または鋸歯形チャープなどの非単調チャープを利用することもできる。これらのタイプのチャープのいずれかの組合せを、マルチビーム回折格子１１６で利用することもできる。

【0057】

例示を目的として図６Ｃに示すように、マルチビーム回折格子１１６は、チャープであり、かつ湾曲している、光導波路１１４の表面内の、表面における、または表面上の回折フィーチャ１１６ａ（例えば溝またはリッジ）を含む（すなわち、マルチビーム回折格子１１６は、図示のように湾曲したチャープ回折格子である）。光導波路１１４内を誘導される誘導光は、図６Ｃ（ならびに図６Ａおよび図６Ｂ）の太字矢印１０３が示すように、マルチビーム回折格子１１６および光導波路１１４に対する入射方向を有する。また、光導波路１１４の表面でマルチビーム回折格子１１６から離れる向きの複数の外部結合光線１１２または発出光線１１２も示してある。図示の光線１１２は、複数の異なる所定の主要角度方向に発出される。特に、発出光線１１２のこれらの異なる所定の主要角度方向は、図示のように、方位角および仰角が両方とも異なる（例えばライトフィールドを形成する）。

【0058】

様々な実施形態によれば、回折フィーチャ１１６ａの既定のチャープおよび回折フィーチャ１１６ａの湾曲の一方または両方が、発出光線１１２のそれぞれの複数の異なる所定の主要角度方向の原因となることがある。例えば、回折フィーチャの湾曲により、マルチビーム回折格子１１６内の回折フィーチャ１１６ａは、光導波路１１４内を誘導される誘導光１０４の入射方向に対して様々な配向を有することがある。特に、マルチビーム回折格子１１６内の第１の点または場所における回折フィーチャ１１６ａの配向は、誘導光の入射方向に対する別の点または場所における回折フィーチャ１１６ａの配向と異なることがある。外部結合光線１１２または発出光線１１２については、いくつかの実施形態によれば、光線１１２の主要角度方向｛θ、φ｝の方位角成分φは、光線１１２の原点における（すなわち入射誘導光１０４が外部結合される点における）回折フィーチャ１１６ａの方位配向角φ_ｆによって決定される、またはこれに対応することがある。したがって、マルチビーム回折格子１１６内の回折フィーチャ１１６ａの様々な配向により、少なくともそれぞれの方位成分φについては異なる主要角度方向｛θ、φ｝を有する様々な光線１１２が生成される。

【0059】

特に、回折フィーチャ１１６ａの湾曲に沿った異なる点では、湾曲した回折フィーチャ１１６ａに関連するマルチビーム回折格子１１６の「基礎回折格子」が、異なる方位配向角φ_ｆを有する。「基礎回折格子」とは、複数の湾曲していない回折格子の回折格子が重なり合って、マルチビーム回折格子１１６の湾曲した回折フィーチャ１１６ａを生じることを意味する。したがって、湾曲した回折フィーチャ１１６ａに沿った所与の点において、湾曲は、湾曲した回折フィーチャ１１６ａに沿った別の点における方位配向角φ_ｆとは一般に異なる特定の方位配向角φ_ｆを有する。さらに、この特定の方位配向角φｆが、その所与の点から発出される光線１１２の主要角度方向｛θ、φ｝の対応する方位成分φを
生じる。いくつかの実施例では、回折フィーチャ１１６ａ（例えば、溝、リッジなど）の湾曲は、円の一部を表すこともある。この円は、光導波路の表面と同一平面であることがある。他の実施例では、この湾曲は、例えば、光導波路の表面と同一平面の楕円または別の湾曲形状の一部を表すこともある。

【0060】

他の実施例（図示せず）では、マルチビーム回折格子１１６は、「区分的に」湾曲した回折フィーチャ１１６ａを含むことがある。特に、回折フィーチャ１１６ａが、それ自体は実質的に平滑または連続的な湾曲を示さないが、マルチビーム回折格子１１６内のその回折フィーチャ１１６ａに沿った異なる点で、その回折フィーチャ１１６ａが依然として誘導光１０４の入射方向に対して異なる角度に配向されていることがある。例えば、回折フィーチャ１１６ａは、複数の実質的に直線的な区間を含む溝であり、各区間が、隣接する区間とは異なる配向を有することもある。また、様々な実施形態によれば、これらの区間の異なる角度が、湾曲（例えば円の一部）に近いこともある。さらに他の実施例では、回折フィーチャ１１６ａは、特定の湾曲（例えば、円、楕円、または双曲線型の湾曲）に近づくことなく、単にマルチビーム回折格子１１６内の異なる場所において誘導光の入射方向に対して異なる配向を有するだけであることもある。

【0061】

いくつかの実施形態では、誘導光の非ゼロ伝搬角が、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００の複数の光線１１２の発出パターンを調節するように設定することができる。特に、非ゼロ伝搬角は、発出パターンをユーザに向かって傾斜させる（または選択的に向ける）ように設定することができる。例えば、第１の非ゼロ伝搬角は、第１の位置Ａのユーザに向かって実質的に向けられた光線１１２の発出パターンを提供するように構成することができ、第２の非ゼロ伝搬角は、例えば図４Ａから図４Ｂを参照して上述したように、第２の位置Ｂのユーザに向かって発出パターンを向けるように構成することができる。図７Ａから図７Ｂは、ヘッドトラッキング発出パターンの別の例を与える図である。

【0062】

図７Ａは、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００を示す断面図である。図７Ｂは、本明細書に記載する原理による実施形態による、別の実施例における図７Ａのヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００を示す断面図である。図７Ａおよび図７Ｂは、マルチビームバックライトの光導波路内の誘導光の異なる非ゼロ伝搬角に基づく外部結合光線１１２の異なる発出パターンの例を示している。図７Ａから図７Ｂでは、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００は、マルチビーム回折格子型バックライト１１０、およびライトバルブアレイ１２０を含む。いくつかの実施形態では、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００は、図５を参照して上述したヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００と実質的に同様である。例えば、マルチビーム回折格子型バックライト１１０は、図７Ａから図７Ｂに示すように、破線で描写する発出パターンを有する複数の光線１１２をライトバルブアレイ１２０に提供するように構成される。

【0063】

図７Ａでは、ユーザは、ライトバルブアレイ１２０またはヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００の中心の実質的に前方にある（すなわちその中心に対して中心に位置する）第１の位置Ａに位置している。ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００からの発出パターンは、第１の位置Ａのユーザを実質的に（例えば傾斜なしで）指すように構成される。例えば、マルチビーム回折格子型バックライト１１０の光導波路１１４内の誘導光１０４は、第１の非ゼロ伝搬角γ_１で伝搬して、図７Ａに示すように、発出パターンを第１の位置Ａに向ける、または方向付けることができる。

【0064】

図９Ｂでは、ユーザは、位置Ａと比較してライトバルブアレイ１２０またはヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００の中心の片側に（例えば傾斜角で）実質的にずれている（すなわちその中心に対して中心に位置していない）第２の位置に移動している、または位置している。図９Ｂに示す複数の光線１１２の発出パターンは、第１の位置Ａに関する発出パターンと比較して傾斜しているので、第２の位置Ｂのユーザを実質的に指すように構成される。この例では、光導波路１１４内の誘導光１０４は、第２の非ゼロ伝搬角γ_２で伝搬して、図７Ｂに示すように、第２の位置Ｂに向かって発出パターンに傾斜を与えることができる。

【0065】

様々な実施形態では、第１の位置Ａに向けられた発出パターンは、１次ビューセット（すなわち誘導光の第１の非ゼロ伝搬角γ_１によって提供される１次ビューセット）に対応する光線１１２’の第１のセットを含む。さらに、第２の位置Ｂに向かって傾斜した傾斜発出パターンは、１次ビューセットに対応する光線１１２’の第１のセットのサブセットと、２次ビュー（すなわち誘導光の第２の非ゼロ伝搬角γ_２によって提供される２次ビュー）に対応する光線１１２’’とを含むことができる。この傾斜発出パターンは、上述の、拡張ビューセットを表すことができる。

【0066】

いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子型バックライト１１０は、誘導光１０４の伝搬方向（すなわち太字矢印１０３）に対して直交する光導波路１１４を通る方向の光に対して実質的に透明になるように構成される。特に、いくつかの実施形態では、光導波路１１４および離間した複数のマルチビーム回折格子１１６が、光が光導波路１１４、具合的には第１の表面１１４’および第２の表面１１４’’の両方を通過することを可能にする（例えば図５参照）。透明度は、少なくとも部分的には、マルチビーム回折格子１１６の比較的小さなサイズ、およびマルチビーム回折格子１１６の比較的大きな要素間間隔の両方によって高めることができる。

【0067】

本明細書に記載する原理のいくつかの実施形態によれば、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステムが提供される。このヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステムは、シーンを表す３Ｄ画像またはマルチビュー画像を提供する、または「表示する」ように構成される。特に、マルチビュー画像は、そのマルチビュー画像に関連付けられた複数の異なる「ビュー」として提供される。この異なるビューが、例えば、表示されているマルチビュー画像中に情報の「裸眼」（例えば自動立体視）表現を提供することができる。さらに、様々な実施形態によれば、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステムのユーザの異なる場所または位置（例えば頭部の場所）に対して異なるビューのセットを提供することができる。

【0068】

図８は、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム２００を示すブロック図である。ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム２００は、異なる視像方向の異なるビューに従ってマルチビュー画像を表示するように構成される。特に、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム２００から発出される光線を使用して、マルチビュー画像を表示し、この光線は、異なるビューのピクセル（すなわち異なるビューピクセル）に対応することができる。異なるビュー、すなわち異なる視像方向は、図８では、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム２００から出る矢印２０２として示してある。以下で述べるように、矢印２０２は、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム２００から発出される光線も表している。

【0069】

図８に示すヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム２００は、マルチビュー回折格子型マルチビューディスプレイ２１０を含む。マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０は、シーンの複数のビュー（例えば矢印２０２）をマルチビュー画像として提供するように構成される。様々な実施形態によれば、この複数のビューは、シーンの１次ビューのセットと、この１次ビューセットに角度的に隣接するシーン視点
を表す２次ビューとを含む。本明細書で述べているように、２次ビュー（またはいくつかの実施形態では複数の２次ビュー）を１次ビューセットのビューのサブセットと組み合わせて、拡張ビューセットを提供することができる。さらに、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム２００の１次ビューセット、２次ビューセット、および拡張ビューセットは、いくつかの実施形態によれば、上述したヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００に関連して上述した対応するビューセットおよびビューと実質的に同様であることがある。図８では、１次ビューは、実線矢印２０２’で示してあり、２次ビューは、破線矢印２０２’’で示してある。

【0070】

いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０は、いくつかの実施形態によれば、上述のヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００と実質的に同様であってよい。例えば、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０は、複数のビューの異なる視像方向に対応する異なる主要角度方向を有する複数の発出または回折外部結合された光線を提供するように構成されたマルチビーム回折格子型バックライトを含むことができる。マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０は、例えば複数の外部結合光線を変調して複数のビューを提供するように構成されたライトバルブアレイをさらに含むこともある。さらに、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０は、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００に関連して上述した光源１１８などの光源をさらに含むこともある。

【0071】

これらの実施形態のいくつかによれば、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム２００のマルチビーム回折格子型バックライトは、上述のマルチビーム回折格子型バックライト１１０と実質的に同様であってよい。例えば、マルチビーム回折格子型バックライトは、光導波路の長さに沿った伝搬方向に光を誘導するように構成された光導波路を含むことがあり、光導波路の長さに沿って互いに離間したマルチビーム回折格子のアレイをさらに含むこともある。マルチビーム回折格子アレイのマルチビーム回折格子は、誘導光の一部分を、異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線として光導波路から回折外部結合するように構成することができる。マルチビーム回折格子アレイのマルチビーム回折格子は、マルチビーム回折格子１１６と実質的に同様であってよく、光導波路は、例えば光導波路１１４と実質的に同様であってよい。

【0072】

再度図８を参照すると、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム２００は、ヘッドトラッカ２２０をさらに含む。ヘッドトラッカ２２０は、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０に対するユーザの位置を決定するように構成される。第１の決定された位置では、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０は、１次ビューのセットを提供するように構成される。さらに、第２の決定された位置では、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０は、２次ビューと、１次ビューセットのビューのサブセットとを含む拡張ビューセットを提供するように構成される。図８に示すように、ヘッドトラッカ２２０は、一点鎖線で示すマルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０の前方の領域２２２のユーザ（例えばユーザの頭部）の場所をトラッキングするように構成することができる。「の前方」は、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０の発光表面または画像ビュースクリーンに隣接していることを意味する。

【0073】

様々な実施形態によれば、ヘッドトラッキング（すなわちユーザの位置のトラッキング）を提供する様々なデバイス、システム、および回路のうちのいずれでも、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム２００のヘッドトラッカ２２０として利用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、ヘッドトラッカ２２０は、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０のビュースクリーンに対してユーザの画像を取り込むように構成されたカメラを含むことがある。さらに、ヘッドトラッカ２２０は、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０のビュースクリーンに対して取り込まれた画像内のユーザの位置を決定するように構成された画像プロセッサ（または画像プロセッサとしてプログラムされた汎用コンピュータ）を含むこともある。決定された位置は、例えば、上述した第１の決定された位置Ａおよび第２の決定された位置Ｂのうちの一方に対応することもある。マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０のビュースクリーンに対するユーザの位置は、これらに限定されるわけではないが、例えば画像認識またはパターンマッチングなどの様々な技術を使用して、取り込まれた画像から画像プロセッサが決定することができる。ヘッドトラッカ２２０の出力を使用して、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０の動作（例えばライトバルブアレイによる光線の変調）を修正することができる。例えば、決定されたユーザの位置を、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０のプロセッサおよびライトバルブドライバ（例えばドライバ回路）のうちの一方または両方に提供して、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０からの発出パターンをユーザの位置に対応するように調整することもできる。ヘッドトラッカ２２０の実施態様のその他の例は、これらに限定されるわけではないが、ＫＩＮＥＣＴ（登録商標）オブジェクトトラッキングシステムなど、様々な２次元（２Ｄ）および３次元（３Ｄ）オブジェクトトラッキングシステムのうちの任意のものを含み得る。ＫＩＮＥＣＴ（登録商標）は、米国ワシントン州ＲｅｄｍｏｎｄのＭｉｃｒｏｓｏｆｔ社の登録商標である。

【0074】

上述のように、いくつかの実施形態では、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム２００のマルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０は、光源をさらに含むこともある。光源は、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０のための光の源として作用するように構成される。特に、これらの実施形態のいくつか（図８には図示せず）では、光源は、非ゼロ伝搬角で光導波路に光を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、光源は、ヘッドトラッカ２２０からの入力に応答して、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０から発出される光の発出パターンをユーザに向かって傾斜させるようにさらに構成されることもある。発出パターンの傾斜、すなわち発光の「傾斜角」は、これらの実施形態では、ヘッドトラッカ２２０によって決定されたユーザの位置に対応する。例えば、光源は、マルチビーム回折格子型バックライトの光導波路を照明するために使用される光源であることもある。光源から提供される光導波路内を伝搬する光の角度が、マルチビーム回折格子型バックライトから発出される光線の傾斜角を決定することもある。この発出角の傾斜により、いくつかの実施形態によれば、２次ビューの生成を容易にする、または強化することもできる。

【0075】

本明細書に記載する原理の他の実施形態によれば、ヘッドトラッキングを利用したマルチビュー表示動作の方法が提供される。図９は、本明細書に記載する原理による実施形態による実施例におけるヘッドトラッキングを利用したマルチビュー表示動作の方法３００を示す流れ図である。図９に示すように、ヘッドトラッキングを利用したマルチビュー表示動作の方法３００は、マルチビューディスプレイを使用してシーンの複数のビューを提供するステップを含む。様々な実施形態によれば、この複数のビューは、シーンの１次ビューのセットと、その１次ビューセットに角度的に隣接するシーン視点を表す２次ビューとを含む。

【0076】

複数のビューを提供するステップ（３１０）で使用されるマルチビューディスプレイは、光導波路に光学的に結合されたマルチビーム回折格子アレイを含む。いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイは、いくつかの実施形態でヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム２００に関連して上述したマルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ２１０と実質的に同様であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子アレイのマルチビーム回折格子は、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００に関連して上述したマルチビーム回折格子１１６と実質的に同様であってもよい。例えば、マルチビーム回折格子は、チャープ回折格子を含むこともある。マルチビーム回折格子は、例えば、湾曲した回折フィーチャを有することもある。

【0077】

いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイは、さらに光導波路を含む。これらの実施形態では、複数のビューを提供するステップ（３１０）は、光導波路の長さに沿った伝搬方向に光を誘導するステップを含むことがある。光導波路は、例えば平板光導波路とすることができる。これらの実施形態では、マルチビーム回折格子アレイは、光導波路に光学的に結合される。複数のビューを提供するステップ（３１０）は、マルチビーム回折格子を使用して誘導光の一部分を光導波路の外部に回折的に結合して、マルチビューディスプレイの異なる視像方向にそれぞれ対応する異なる主要角度方向を有する複数の外部結合光線を提供するステップをさらに含む。

【0078】

いくつかの実施形態では、複数のビューを提供するステップ（３１０）は、複数のライトバルブを使用して外部結合光線を変調して、シーンの複数のビューをマルチビュー画像として提供するステップをさらに含む。例えば、マルチビューディスプレイは、複数のライトバルブをさらに含むこともある。ライトバルブは、例えば、マルチビーム回折格子アレイを備える光導波路の表面に隣接してアレイ状に配列することができる。ライトバルブは、いくつかの実施形態では、上述したヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００のライトバルブアレイ１２０のライトバルブと実質的に同様であってもよい。いくつかの実施形態では、この複数のライトバルブのライトバルブは、例えば液晶ライトバルブを含むこともある。

【0079】

図９に示すように、ヘッドトラッキングを利用したマルチビュー表示動作の方法３００は、マルチビューディスプレイに対するユーザの位置を決定するステップ（３２０）と、決定したユーザの位置に応じてユーザに対して表示または提供するビューセットを選択するステップとをさらに含む。様々な実施形態によれば、１次ビューセットは、決定されたユーザの第１の位置に対して選択され、拡張ビューセットは、決定されたユーザの第２の位置に対して選択される。本明細書の定義では、拡張ビューセットは、２次ビューと、１次ビューセットのビューのサブセットとを含む。マルチビューディスプレイは、ヘッドトラッキングを利用したマルチビュー表示動作の方法３００による決定した位置およびビュー選択に従って、１次ビューセットおよび拡張ビューセットを提供する。

【0080】

換言すれば、マルチビュー表示動作の方法３００は、マルチビューディスプレイに対する（あるいはマルチビューディスプレイのスクリーン、またはマルチビューディスプレイによって提供されるビューに対する）ユーザの位置を決定する（３２０）。マルチビュー表示動作の方法３００は、ユーザが第１の位置にいると決定されるか第２の位置にいると決定されるか（３２０）に応じて、１次ビューセットまたは拡張ビューセットを選択的に提供する。特に、ユーザが第１の位置（例えばマルチビューディスプレイの前方）にいると決定されたときには、マルチビューディスプレイは、１次ビューのセットを提供する。さらに、ユーザが第２の位置にいる（例えばマルチビューディスプレイの片側に実質的にずれている）と決定された（３２０）ときには、マルチビューディスプレイは、２次ビューを含む拡張ビューセットを提供する。したがって、マルチビューディスプレイは、決定（３２０）したユーザの位置に応じて１次ビューセットまたは拡張ビューセットを含むように提供（３１０）した複数のビューを適合または調整する。

【0081】

いくつかの実施形態では、ユーザの位置を決定するステップ（３２０）は、ヘッドトラッカを使用することを含む。これらの実施形態のいくつかでは、ヘッドトラッカは、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム２００のヘッドトラッカ２２０と実質的に同様であってよい。例えば、ヘッドトラッカは、カメラおよび画像プロセッサを含むことがある。この例では、ユーザの位置を決定するステップ（３２０）は、カメラを用いてユーザの画像を取り込むステップと、画像プロセッサを用いて取り込んだ画像内のユーザの場所を確立するステップとを含むことがある。様々な実施形態によれば、この確立される場所が、決定（３２０）される位置である。例えば、確立される場所は、決定された第１の位置および決定された第２の位置のうちの一方に対応することがある。

【0082】

いくつかの実施形態（図示せず）では、マルチビュー表示動作の方法３００は、マルチビューディスプレイから発出される光の発出パターンを、ユーザの決定された位置に対応するように傾斜させる（または選択的に向ける）ステップをさらに含む。発出パターンは、例えば１次ビューセットまたは拡張ビューセットなど、特定のビューのセットに対応する光線を含むことがある。発出パターンは、決定された第１の位置のユーザに実質的に向くように、または決定された第２の位置のユーザに実質的に向くように傾斜させることができる。いくつかの実施形態では、発出パターンの傾斜は、マルチビューディスプレイの光導波路内の光の非ゼロ伝搬角を選択的に制御することによって行うことができる。例えば、第１の非ゼロ伝搬角は、第１の位置のユーザに実質的に向けられた光線の発出パターンを提供することがあり、第２の非ゼロ伝搬角は、第２の位置のユーザに実質的に向蹴られた発出パターンを提供することがある。上述のように、ユーザの位置を決定する（３２０）ことができ、したがって、非ゼロ伝搬角の制御または選択は、例えばヘッドトラッカの出力を用いて行うことができる。さらに、いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイから発出される光の発出パターンを傾斜させるステップは、光源およびコリメータの一方または両方を使用して、光をそれぞれの非ゼロ伝搬角で光導波路に誘導光として提供することを含む。いくつかの例では、光源は、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００に関連して上述した光源１１８と実質的に同様である。

【0083】

以上、マルチビーム回折格子型ディスプレイを利用して１次ビューのセットおよび拡張ビューセットの両方をユーザに提供する、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム、およびヘッドトラッキングを利用したマルチビュー表示動作の方法の実施例および実施形態について説明した。上述の実施例は、単に本明細書に記載する原理を表現する多数の具体的な実施例のうちの一部の例示に過ぎないことを理解されたい。当業者なら、以下の特許請求の範囲によって定義される範囲を逸脱することなく、多数のその他の構成を容易に考案することができることは明らかである。

【符号の説明】

【0084】

１０ マルチビューディスプレイ
１２ スクリーン
１４ ビュー
１６ 視像方向
２０ 光線
３０ 回折格子
４０ 光導波路
５０ 外部結合光線
１００ ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ
１０２’ １次ビューセット
１０２’’ ２次ビュー
１１０ マルチビーム回折格子型バックライト
１１２ 光線
１１４ 光導波路
１１６ マルチビーム回折格子
１２０ ライトバルブアレイ
２００ ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイシステム
２１０ マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ
２２０ ヘッドトラッカ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B-C】

【図7】

【図8】

【図9】