特許 7126939 ヘッドトラッキングを備えたマルチビューディスプレイ

(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】

(24)【登録日】2022-08-19

(45)【発行日】2022-08-29

(54)【発明の名称】ヘッドトラッキングを備えたマルチビューディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   H04N 13/366 20180101AFI20220822BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20220822BHJP

   G02B 30/33 20200101ALI20220822BHJP

   G09F 9/40 20060101ALI20220822BHJP

   H04N 13/302 20180101ALI20220822BHJP

   H04N 13/351 20180101ALI20220822BHJP

【ＦＩ】

H04N13/366

G02B5/18

G02B30/33

G09F9/40 302

H04N13/302

H04N13/351

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2018511752

(86)(22)【出願日】2016-09-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2018-11-08

(86)【国際出願番号】 US2016050321

(87)【国際公開番号】W WO2017041073

(87)【国際公開日】2017-03-09

【審査請求日】2019-07-09

【審判番号】

【審判請求日】2021-07-02

(31)【優先権主張番号】62/214,979

(32)【優先日】2015-09-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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

(72)【発明者】

【氏名】ファッタル，デイビッド エー．

【合議体】

【審判長】五十嵐 努

【審判官】樫本 剛

【審判官】田中 啓介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２３７４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１０３６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５０７０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０４４６０１１５（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１５－８９１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６９８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－８３７４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５２５４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－７６７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６３８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９４２５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H04N 13/00

G02B 30/33

G02B 5/18

F21V 8/00

F21S 2/00

G09G 5/00

(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ビュー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バックライトと、
前記複数の光線のうちの光線（light beams）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（the multiview image）として提供するように構成された光弁アレイであり、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、光弁アレイとを含み、
前記マルチビームバックライトがマルビチーム要素のアレイを含み、前記マルチビーム要素のアレイの隣接するマルチビーム要素間の要素間距離が、隣接するマルチビューピクセル（adjacent multiview pixels）間のピクセル間距離と実質的に等しく、マルチビューピクセル（a multiview pixel）が、個々のマルチビーム要素に対応する前記光弁アレイ内の光弁のセット（a set of light valves）を表し、
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】

前記マルチビームバックライトが、
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、
前記光導波路の長さに沿って互いに離間した複数のマルチビーム要素であり、前記複数のマルチビーム要素のうちのマルチビーム要素（a multibeam element）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外部結合するように構成される、複数のマルチビーム要素とを含み、
前記マルチビーム要素（the multibeam element）のサイズが、前記光弁アレイの光弁（a light valve）のサイズと同等である、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】

前記マルチビーム要素の前記サイズが、前記光弁のサイズの５０％から２００％の間である、請求項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】

前記マルチビーム要素が、前記誘導光の前記一部分を前記複数の光線として回折的に外部結合するように構成された回折格子を含む、請求項２または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】

前記マルチビーム要素が、マイクロ反射要素およびマイクロ屈折要素のうちの一方または両方を含み、前記マイクロ反射要素が、前記誘導光の一部分を反射的に外部結合するように構成され、前記マイクロ屈折要素が、前記誘導光の一部分を屈折的に外部結合するように構成される、請求項２から４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6】

前記マルチビーム要素が、前記光導波路の第１の表面および第２の表面の一方または両方に位置し、前記マルチビーム要素が、前記第１の表面を通して前記誘導光の位一部分を外部結合するように構成される、請求項２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】

前記マルチビーム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、非ゼロ伝搬角を有し、かつ／または所定のコリメーション因子に従ってコリメートされた誘導光として前記マルチビーム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２から６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8】

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７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9】

請求項１から８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前記ユーザの場所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の場所にいるときには、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の場所にいるときには、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10】

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場所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９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11】

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（a multiview image）として提供するように構成されたマルチビューディスプレイであり、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、
前記マルチビューディスプレイに対するユーザの場所を決定するように構成されたヘッドトラッカとを含み、
前記マルチビューディスプレイがマルチビーム要素のアレイを含み、前記マルチビーム要素のアレイの隣接するマルチビーム要素間の要素間距離が、隣接するマルチビューピクセル（adjacent multiview pixels）間のピクセル間距離と実質的に等しく、マルチビューピクセル（a multiview pixel）が、個々のマルチビーム要素に対応する前記光弁アレイ内の光弁のセット（a set of light valves）を表し、
決定された第１の場所にいるときには、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の場所にいるときには、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12】

前記マルチビューディスプレイが、
前記複数のビューの異なるビュー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バックライトと、
前記複数の光線を変調して、前記複数のビューを提供するように構成された光弁アレイとを含む、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】

前記マルチビームバックライトが、
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、
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要素のアレイであり、前記マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素が、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外部結合するように構成される、マルチビーム要素のアレイとを含み、
前記マルチビーム要素のサイズが、前記光弁アレイの光弁のサイズと同等である、請求項１２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】

前記マルチビーム要素が、前記光導波路に光学的に接続されて前記誘導光の前記一部分を外部結合する回折格子、マイクロ反射要素、およびマイクロ屈折要素のうちの１つまたは複数を含む、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場所を決定するように構成された画像プロセッサとを含み、
前記決定された場所が、前記第１の場所および前記第２の場所のうちの一方に対応する、請求項１１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】

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場所に向かって選択的に傾斜させるように構成された光源をさらに含む、請求項１１から１５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17】

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り、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場所を決定するステップであり、前記マルチビューディスプレイが、前記ユーザが第１の場所にいると決定されたときには前記１次ビューセットを選択的に提供し、前記ユーザが第２の場所にいると決定されたときには拡張ビューセットを選択的に提供する、ステップとを含み、
前記マルチビューディスプレイがマルチビーム要素のアレイを含み、前記マルチビーム要素のアレイの隣接するマルチビーム要素間の要素間距離が、隣接するマルチビューピクセル（adjacent multiview pixels）間のピクセル間距離と実質的に等しく、マルチビューピクセル（a multiveiw pixel）が、個々のマルチビーム要素に対応する前記光弁アレイ内の光弁のセットを表し、
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18】

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、
前記マルチビーム要素のアレイのマルチビーム要素（a multibeam element）を用いて前記誘導光の一部分を前記光導波路から外部結合して、前記マルチビューディスプレイのそれぞれ異なるビュー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、
複数の光弁を用いて前記複数の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とを含み、
前記マルチビーム要素のサイズが、前記複数の光弁の光弁のサイズと同等である、請求項１７に記載のマルチビュー表示動作の方法。

【請求項19】

前記マルチビーム要素が、前記誘導光の前記一部分を外部結合するように前記光導波路に光学的に接続された回折格子、マイクロ反射要素、およびマイクロ屈折要素のうちの１つまたは複数を含む、請求項１８に記載のマルチビュー表示動作の方法。

【請求項20】

前記ユーザの場所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確立するステップであり、前記確立される位置が、前記決定された第１の場所および前記決定された第２の場所のうちの一方に対応する、ステップとを含む、請求項１７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。

【請求項21】

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場所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１７から２０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［２２］を含む。
［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ビュー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バックライトと、
上記複数の光線のうちの光線を変調して、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光弁アレイであり、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、光弁アレイとを含み、
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］上記マルチビームバックライトが、
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複数のマルチビーム要素であり、上記複数のマルチビーム要素のうちのマルチビーム要素が、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外部結合するように構成される、複数のマルチビーム要素とを含み、
上記マルチビーム要素のサイズが、上記光弁アレイの光弁のサイズと同等である、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。
［３］上記マルチビーム要素の上記サイズが、上記光弁のサイズの５０％から２００％の間である、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］上記マルチビーム要素が、上記誘導光の上記一部分を上記複数の光線として回折的に外部結合するように構成された回折格子を含む、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。
［５］上記マルチビーム要素が、マイクロ反射要素およびマイクロ屈折要素のうちの一方または両方を含み、上記マイクロ反射要素が、上記誘導光の一部分を反射的に外部結合するように構成され、上記マイクロ屈折要素が、上記誘導光の一部分を屈折的に外部結合するように構成される、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］上記マルチビーム要素が、上記光導波路の第１の表面および第２の表面の一方または両方に位置し、上記マルチビーム要素が、上記第１の表面を通して上記誘導光の位一部分を外部結合するように構成される、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。
［７］上記マルチビーム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、非ゼロ伝搬角を有し、かつ／または所定のコリメーション因子に従ってコリメートされた誘導光として上記マルチビーム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［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。
［８］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［７］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。
［９］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上記ユーザの場所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の場所にいるときには、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の場所にいるときには、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。
［１０］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場所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［９］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。
［１１］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ューディスプレイであり、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、
上記マルチビューディスプレイに対するユーザの場所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の場所にいるときには、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の場所にいるときには、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。
［１２］上記マルチビューディスプレイが、
上記複数のビューの異なるビュー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バックライトと、
上記複数の光線を変調して、上記複数のビューを提供するように構成された光弁アレイとを含む、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］上記マルチビームバックライトが、
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要素のアレイであり、上記マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素が、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外部結合するように構成される、マルチビーム要素のアレイとを含み、
上記マルチビーム要素のサイズが、上記光弁アレイの光弁のサイズと同等である、上記［１２］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］上記マルチビーム要素が、上記光導波路に光学的に接続されて上記誘導光の上記一部分を外部結合する回折格子、マイクロ反射要素、およびマイクロ屈折要素のうちの１つまたは複数を含む、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］上記マルチビーム要素アレイの隣接するマルチビーム要素間の要素間距離が、隣接するマルチビューピクセル間のピクセル間距離に対応し、マルチビューピクセルが、個々のマルチビーム要素に対応する上記光弁アレイ内の光弁のセットを表す、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。
［１６］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場所を決定するように構成された画像プロセッサとを含み、
上記決定された場所が、上記第１の場所および上記第２の場所のうちの一方に対応する、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。
［１７］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場所に向かって選択的に傾斜させるように構成された光源をさらに含む、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。
［１８］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り、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場所を決定するステップであり、上記マルチビューディスプレイが、上記ユーザが第１の場所にいると決定されたときには上記１次ビューセットを選択的に提供し、上記ユーザが第２の場所にいると決定されたときには拡張ビューセットを選択的に提供する、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。
［１９］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、
マルチビーム要素を用いて上記誘導光の一部分を上記光導波路から外部結合して、上記マルチビューディスプレイのそれぞれ異なるビュー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、
複数の光弁を用いて上記複数の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み、
上記マルチビーム要素のサイズが、上記複数の光弁の光弁のサイズと同等である、上記［１８］に記載のマルチビュー表示動作の方法。
［２０］上記マルチビーム要素が、上記誘導光の上記一部分を外部結合するように上記光導波路に光学的に接続された回折格子、マイクロ反射要素、およびマイクロ屈折要素のうちの１つまたは複数を含む、上記［１９］に記載のマルチビュー表示動作の方法。
［２１］上記ユーザの場所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確立するステップであり、上記確立される位置が、上記決定された第１の場所および上記決定された第２の場所のうちの一方に対応する、ステップとを含む、上記［１８］に記載のマルチビュー表示動作の方法。
［２２］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場所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［１８］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ビュー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5A-B】［図５Ａ］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５Ｂ］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平面図である。

【図5C】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斜視図である。

【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要素を含むマルチビームバックライトの一部分を示す断面図である。

【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要素を含むマルチビームバックライトの一部分を示す断面図である。

【図7A】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要素を含むマルチビームバックライトの一部分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別の実施形態による、実施例におけるマルチビーム要素を含むマルチビームバックライトの一部分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別の実施形態による、実施例におけるマルチビーム要素を含むマルチビームバックライトの一部分を示す断面図である。

【図9】［図９Ａ］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９Ｂ］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９Ａ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10】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11】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、ユーザ位置または「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、ユーザの位置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の場所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の場所に移動するとき、または第２の場所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ビュー方向を表す。ユーザの異なる位置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、ユーザの場所または位置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、ユーザの位置は、ユーザの頭部の位置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ビュー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に対する様々なビュー方向１６に提供する。ビュー方向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（すなわちビュー方向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つのビュー方向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、これらのビュー方向１６のうち特定のビュー１４に対応する各ビュー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（a perspective of the scene）を表す、すなわち２次ビュー方向１６’を有する。

【0011】

マルチビューディスプレイのビュー方向、すなわちビュー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ビュー方向（例えば図１Ａのビュー方向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（またはビュー方向）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ビュー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位置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ビュー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、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、回折格子が光導波路から出る光を回折によって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、光導波路からの光を回折的に外部結合する（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要素の回折格子）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、「マルチビーム要素」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。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、バックライトの光導波路に光学的に結合されて（optically coupled to a light guide）、光導波路内を誘導される光の一部分を外部結合することによって複数の光線を提供することができる。他の実施形態では、マルチビーム要素は、これらの光線として発出される光を生成することができる（例えば光源を含むことがある）。さらに、マルチビーム要素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、これに限定されるわけではないが、マルチビーム要素のサイズ（例えば長さ、幅、面積など）などの特徴によって決定される。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、本明細書の定義では、「拡張された点光源」、すなわちマルチビーム要素の範囲にわたって分布した複数の点光源と考えることができる。さらに、マルチビーム要素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、「コリメーション因子」は、光がコリメートされる程度として定義される。特に、コリメーション因子は、本明細書の定義では、コリメートされた光線内の光放射線の角度幅を定義する。例えば、コリメーション因子σは、コリメートされた光線内の光放射線の大部分が特定の角度幅（例えばコリメート光線の中心または主要角度方向の周りの±σ度）内にあるように指定することができる。コリメートされた光線の光放射線は、角度についてガウス分布を有することがあり、角度幅は、いくつかの実施例によれば、コリメートされた光線のピーク強度の２分の１によって決まる角度であることがある。

【0029】

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。

【0030】

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、「マルチビーム要素」は、１つまたは複数のマルチビーム要素を意味し、したがって「このマルチビーム要素」も、本明細書では「この（１つまたは複数の）マルチビーム要素」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。

【0031】

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ーム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、対応する複数のビュー方向に提供される。図３では、ビュー方向、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。

【0032】

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次ビュー方向に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次ビュー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ビュー方向を表す。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ビュー方向に対応する。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。

【0033】

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、マルチビームバックライト１１０を含む。マルチビームバックライト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、様々なビュー方向に対応する、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、すなわち様々なビュー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。

【0034】

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ビュー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次ビュー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。

【0035】

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、光弁アレイ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、液晶光弁、電気泳動光弁、およびエレクトロウェッティングに基づく光弁のうち１つまたは複数を含む、様々な異なるタイプの光弁のいずれでも、光弁アレイ１２０の光弁として利用することができる。

【0036】

光弁アレイ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、光弁アレイ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位置に基づく。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位置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、光弁アレイ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。

【0037】

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、マルチビームバックライト１１０と、光弁アレイ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。さらに、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の位置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の位置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）の位置または場所は、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。

【0038】

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の両方のビュー方向は、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のビューすなわちビュー方向を表し、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次ビュー方向を表している。さらに、図４Ａ～図４Ｂでは、様々なビューまたはビュー方向は、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。

【0039】

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の場所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の場所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の場所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。

【0040】

図４Ｂに示すように、ユーザが第２の場所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の場所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の場所「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位置の方向の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、オフサイドユーザ位置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。

【0041】

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」から場所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の場所Ｂにいるときに、１次ビューセット１０２ａに存在する視点（場所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、ユーザの位置を第１の場所および第２の場所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つの場所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場所を含むものとして意図されている。

【0042】

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ビュー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任意のバックライトを使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、マルチビームバックライト１１０は、マルチビーム回折格子に基づくことがある。他の実施形態では、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００のマルチビームバックライト１１０は、マルチビーム要素を含む。マルチビームバックライト１１０は、以下で述べるように、光導波路と、複数のマルチビーム要素とを含むことがある。

【0043】

図５Ａ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５Ｂ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を示す平面図である。図５Ｃ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を示す斜視図である。図５ｃの斜視図は、本明細書における説明を容易にするために、部分的に切り欠いて示してある。図５Ａから図５Ｃは、以下でさらに述べるように、マルチビームバックライト１１０の上方に位置決めされた光弁アレイ１２０も示している。

【0044】

図５Ａから図５Ｃに示すマルチビームバックライト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、図５Ａおよび図５Ｃ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のそれぞれのビュー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、外部結合光線１１２を（例えば本明細書で述べるように光弁アレイ１２０の光弁を使用して）変調して、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００による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。

【0045】

図５Ａから図５Ｃに示すように、マルチビームバックライト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。

【0046】

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。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。

【0047】

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５Ａから図５Ｃには示していないことに留意されたい。

【0048】

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。

【0049】

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５Ａ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。

【0050】

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、本明細書に記載する原理によれば、コリメート光線である。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。誘導光１０４は、様々な実施形態では、コリメーション因子σに従って、またはコリメーション因子σを有するようにコリメートすることができる。

【0051】

いくつかの実施形態では、光導波路１１４は、誘導光１０４を「リサイクル」するように構成されることがある。特に、光導波路の全長に沿って誘導された誘導光１０４は、その長さに沿って太字矢印１０３’で示す別の異なる伝搬方向に方向変更されることがある。例えば、光導波路１１４は、光源に隣接する入力端部の反対側の光導波路１１４の端部に反射器（図示せず）を含むことがある。反射器は、誘導光１０４をリサイクル誘導光として入力端部に向かって反射して戻すように構成することができる。このように誘導光をリサイクルすることによって、誘導光１０４を以下で述べるようにマルチビーム要素が複数回利用できるようにすることにより、マルチビームバックライト１１０の輝度（例えば外部結合光線１１２の強度）を高めることができる。

【0052】

図５Ａでは、リサイクル誘導光の別の伝搬方向を示す太字矢印１０３’（例えば負のｘ方向に向く）は、前述の入力端部から光導波路１１４に導入された光導波路１１４内のリサイクル誘導光の全体としての伝搬方向を示している。あるいは（例えばリサイクル誘導光に対して）、またはリサイクル誘導光に加えて、いくつかの実施形態では、例えば太字矢印１０３が示す伝搬方向を有する前述の入力端部からの誘導光１０４に加えて、他の伝搬方向（すなわち負のｘ方向に向いた太字矢印１０３’）を有する前述の入力端部に対向する端部で光を光導波路１１４に導入することもできる。

【0053】

図５Ａから図５Ｃに示すように、マルチビームバックライト１１０は、光導波路の全長（ｘ方向）に沿って互いに離間した複数のマルチビーム要素１１６をさらに含む。特に、この複数の要素のマルチビーム要素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要素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、この複数の要素のマルチビーム要素１１６は、いくつかの実施形態によれば、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、この複数の要素の各マルチビーム要素１１６は、一般に、別個のものであり、他のマルチビーム要素１１６から分離している。

【0054】

いくつかの実施形態によれば、この複数の要素のマルチビーム要素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要素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要素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、マルチビーム要素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、マルチビーム要素１１６間の要素間距離は、アレイを横切る方向（ｙ方向）および光導波路１１４の全長に沿った方向（ｘ方向）の一方または両方で変化することもある。

【0055】

様々な実施形態によれば、複数の要素のマルチビーム要素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５Ａおよび図５Ｃ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。さらに、様々な実施形態によれば、マルチビーム要素１１６のサイズは、マルチビューピクセル中の「サブピクセル」のサイズと同等である、すなわち光弁アレイ１２０中の光弁のサイズと同等である。本明細書では、「サイズ」は、これらに限定されるわけではないが、長さ、幅、または面積などを含む様々なかたちのいずれかで定義することができる。例えば、光弁（または「サブピクセル」）のサイズは、その長さであることがあり、マルチビーム要素１１６のそれと同等であるサイズも、マルチビーム要素１１６の長さであることがある。別の例では、マルチビーム要素１１６の面積が光弁（または「サブピクセル」）の面積と同等であることができるように、「サイズ」が面積を指すこともある。

【0056】

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素のサイズがサブピクセルのサイズの約５０％と約２００％の間になるように、マルチビーム要素１１６のサイズが光弁のサイズと同等である。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素のサイズを「ｓ」で表し、サブピクセルのサイズを「Ｓ」で表した場合（例えば図５Ａに示す）に、マルチビーム要素のサイズｓは、数式（２）で与えることができる。

【0057】

【数2】

いくつかの例では、マルチビーム要素のサイズは、サブピクセルのサイズの約６０％以上、サブピクセルのサイズの約７０％以上、サブピクセルのサイズの約８０％以上、またはサブピクセルのサイズの約９０％以上である。いくつかの例では、マルチビーム要素は、サブピクセルのサイズの約１８０％以下、サブピクセルのサイズの約１６０％以下、サブピクセルのサイズの約１４０％以下、またはサブピクセルのサイズの約１２０％以下である。いくつかの実施形態では、「同等であるサイズ」により、マルチビーム要素のサイズは、サブピクセルのサイズの約７５％以上、約１５０％以下とすることができる。別の実施形態では、マルチビーム要素のサイズがサブピクセルのサイズの約１２５％以下、約８５％以上である場合に、マルチビーム要素１１６のサイズがサブピクセルと同等であるとすることができる。いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素１１６および光弁の同等であるサイズは、マルチビューディスプレイのビュー間の重複を低減する、またはいくつかの実施形態では最小限に抑えながら、それと同時にマルチビューディスプレイのビュー間の暗領域を低減する、またはいくつかの実施形態では最小限に抑えるように選択されることがある。

【0058】

上述のように、図５Ａから図５Ｃは、マルチビームバックライト１１０の上方に位置決めされた光弁アレイ１２０をさらに示している。このように位置決めされた光弁アレイ１２０は、複数の外部結合光線１１２を変調するように構成されている。図５Ｃでは、光弁アレイ１２０を部分的に切り欠いて、光弁アレイ１２０の下にある光導波路１１４およびマルチビーム要素１１６が見えるようにしてある。

【0059】

図５Ａから図５Ｃに示すように、様々な主要角度方向を有する外部結合光線１１２の異なるそれぞれは、光弁アレイ１２０中のそれぞれ異なる光弁を通過し、それによって変調することができる。さらに、光弁アレイ１２０の光弁は、サブピクセルに対応し、これらの光弁のセットが、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ１００のマルチビューピクセルに対応する。特に、光弁アレイ１２０の光弁の異なるセットは、マルチビーム要素１１６の異なるそれぞれから外部結合光線１１２を受光してそれを変調する、すなわち、図５Ａから図５Ｃに示すように、各マルチビーム要素１１６ごとに、１つの一意的な光弁のセットがある。

【0060】

図５Ａに示すように、第１の光弁セット１２０ａは、第１のマルチビーム要素１１６ａから外部結合光線１１２を受光して変調するように構成され、第２の光弁セット１２０ｂは、第２のマルチビーム要素１１６ｂから外部結合光線１１２を受光して変調するように構成される。さらに、光弁アレイ１２０中の各光弁セット（例えば第１の光弁セット１２０ａおよび第２の光弁セット１２０ｂ）は、それぞれことなるマルチビューピクセル１０８（図５Ｂ参照）に対応し、光弁セット１２０ａ、１２０ｂの個々の光弁は、図５Ａから図５Ｃに示すようにそれぞれことなるマルチビューピクセル１０８のサブピクセルに対応している。

【0061】

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１１６と対応するマルチビューピクセル１０８（例えば光弁のセット１２０ａ、１２０ｂ）の間の関係は、１対１の関係であることがある。すなわち、マルチビューピクセル１０８とマルチビーム要素１１６とが同数ずつ存在することがある。図５Ｂに、例示を目的として１対１の関係を示すが、ここでは、各マルチビューピクセル１０８（異なる光弁またはサブピクセルのセットを含む）が破線で囲まれるものとして示してある。他の実施形態（図示せず）では、マルチビューピクセルの数とマルチビーム要素の数が互いに異なることもある。

【0062】

いくつかの実施形態では、一対の隣接するマルチビーム要素１１６間の要素間距離（例えば中心間距離）は、例えば光弁セットで表される、対応する隣接する一対のマルチビューピクセル１０８間のピクセル間距離（例えば中心間距離）に等しいことがある。例えば、図５Ａに示すように、第１のマルチビーム要素１１６ａと第２のマルチビーム要素１１６ｂの間の中心間距離ｄは、第１の光弁セット１２０ａと第２の光弁セット１２０ｂの間の中心間距離Ｄと実質的に等しい。他の実施形態（図示せず）では、マルチビーム要素１１６と対応する光弁セットの複数の対の相対中心間距離が異なることがあり、例えば、マルチビーム要素１１６が、マルチビューピクセルを表す光弁セット間の間隔（すなわち中心間距離Ｄ）より大きい、または小さい要素間間隔（すなわち中心間距離ｄ）を有することがある。

【0063】

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１１６の形状は、マルチビューピクセル１０８の形状に類似している、すなわちマルチビューピクセル１０８に対応する光弁アレイ１２０中の光弁のセット（または「サブアレイ」）の形状に類似している。例えば、マルチビーム要素１１６は、実質的に正方形の形状を有することがあり、マルチビューピクセル１０８（または対応する光弁のセットの配列）は、実質的に正方形であることがある。別の例では、マルチビーム要素１１６は、実質的に長方形の形状を有することがある、すなわち、幅または横方向寸法より大きな長さまたは長手方向寸法を有することがある。この例では、このマルチビーム要素１１６に対応するマルチビューピクセル１０８は、実質的に類似した長方形の形状を有することがある。図５Ｂは、正方形のマルチビーム要素１１６と、例えば破線で輪郭を示す光弁の正方形のセットを含むそれに対応する正方形のマルチビューピクセルとを示す上面図または平面図である。さらに他の例（図示せず）では、マルチビーム要素１１６および対応するマルチビューピクセルは、これらに限定されるわけではないが、三角形、六角形、および円形を含む、または少なくともこれらによって近似される、様々な形状を有する。

【0064】

様々な実施形態によれば、マルチビーム要素１１６は、誘導光１０４の一部分を外部結合するように構成されたいくつかの異なる構造のうちのいずれかを含むことができる。例えば、これらの異なる構造は、これらに限定されるわけではないが、回折格子、マイクロ反射要素、マイクロ屈折要素、またはそれらの様々な組合せを含み得る。いくつかの実施形態では、回折格子を含むマルチビーム要素１１６は、誘導光１０４の一部分を、様々な主要角度方向を有する複数の外部結合光線１１２として回折的に光導波路１１４から外部結合するように構成される。別の実施形態では、マイクロ反射要素を含むマルチビーム要素１１６は、誘導光の一部分を、複数の外部結合光線１１２として光導波路１１４から反射的に外部結合するように構成される。他の実施形態では、マイクロ屈折要素を含むマルチビーム要素１１６は、誘導光の一部分を、複数の外部結合光線１１２として光導波路１１４から、屈折によって、または屈折を用いて外部結合する（すなわち誘導光の一部分を屈折的に外部結合する）ように構成される。

【0065】

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要素１１６を含むマルチビームバックライト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要素１１６を含むマルチビームバックライト１１０の一部分を示す断面図である。特に、図６Ａから図６Ｂは、光導波路１１４内に回折格子を含むマルチビームバックライト１１０のマルチビーム要素１１６を示している。回折格子は、誘導光１０４の一部分を、複数の外部結合光線１１２として光導波路１１４から回折的に外部結合するように構成される。回折格子は、回折フィーチャ間隔あるいは回折フィーチャまたは格子ピッチ（すなわち回折格子の回折フィーチャのピッチまたは間隔）だけ互いに離間した複数の回折フィーチャを含む。この間隔またはピッチは、誘導光の一部分の回折的な外部結合を提供するように構成される。様々な実施形態によれば、回折格子の回折フィーチャの間隔または格子ピッチは、波長未満である（すなわち誘導光１０４の波長未満である）ことがある。

【0066】

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１１６の回折格子は、光導波路１１４の表面に位置する、またはその表面に隣接して位置することがある。例えば、回折格子は、図６Ａに示すように、光導波路１１４の第１の表面１１４’にある、または第１の表面１１４’に隣接していることがある。光導波路の第１の表面１１４’に位置する回折格子は、誘導光の一部分を第１の表面１１４’を通して外部結合光線１１２として回折的に外部結合するように構成された伝送モード回折格子とすることができる。別の例では、図６Ｂに示すように、回折格子は、光導波路１１４の第２の表面１１４’’に位置する、または第２の表面１１４’’に隣接して位置することがある。第２の表面１１４’’に位置するときには、回折格子は、反射モード回折格子とすることができる。反射モード回折格子として、回折格子は、誘導光の一部分を回折し、かつ回折した誘導光の一部分を第１の表面１１４’に向かって反射して、回折的に外部結合された光線１１２として第１の表面１１４’を通して発出するように構成される。他の実施形態（図示せず）では、回折格子は、例えば伝送モード回折格子および反射モード回折格子の一方または両方として、光導波路１１４の表面の間に位置することがある。なお、本明細書に記載するいくつかの実施形態では、外部結合光線１１２の主要角度方向は、光導波路の表面で光導波路１１４から出る外部結合光線１１２による屈折の影響を含むことがあることに留意されたい。例えば、図６Ｂは、限定ではなく例示を目的として、外部結合光線１１２が第１の表面１１４’を通って出るときの屈折率の変化による外部結合光線１１２の屈折（すなわち屈曲）を示している。また、以下で述べる図７Ａおよび図７Ｂも参照されたい。

【0067】

いくつかの実施形態によれば、回折格子の回折フィーチャは、互いに離間した溝およびリッジの一方または両方を含むことがある。溝またはリッジは、光導波路１１４の材料を含み、例えば、光導波路１１４の表面に形成されることがある。別の例では、溝またはリッジは、例えば光導波路１１４の表面上の別の材料の膜または層など、光導波路の材料以外の材料で構成されることもある。

【0068】

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１１６の回折格子は、回折フィーチャの間隔が回折格子全体にわたって実質的に一定または不変である、一様な回折格子である。他の実施形態では、回折格子は、チャープ回折格子である。定義では、「チャープ」回折格子は、チャープ回折格子の幅または長さにわたって変化する回折フィーチャの回折間隔（すなわち格子ピッチ）を示す、または有する、回折格子である。いくつかの実施形態では、チャープ回折格子は、距離と共に線形に変化する回折フィーチャの間隔のチャープを有する、または示すことがある。したがって、チャープ回折格子は、定義では、「線形チャープ」回折格子である。他の実施形態では、マルチビーム要素１１６のチャープ回折格子は、回折フィーチャ間隔の非線形チャープを示すことがある。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、また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など、様々な非線形チャープを使用することができる。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利用することもできる。

【0069】

図７Ａ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要素１１６を含むマルチビームバックライト１１０の一部分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別の実施形態による、実施例におけるマルチビーム要素１１６を含むマルチビームバックライト１１０の一部分を示す断面図である。特に、図７Ａおよび図７Ｂは、マイクロ反射要素を含むマルチビーム要素１１６の様々な実施形態を示す図である。マルチビーム要素１１６として使用される、またはマルチビーム要素１１６内で使用されるマイクロ反射要素は、これらに限定されるわけではないが、反射材料または反射材料層（例えば反射性金属）を利用する反射器、あるいは全反射（ＴＩＲ）に基づく反射器を含み得る。いくつかの実施形態（例えば例示を目的として図７Ａから図７Ｂに示す）によれば、マイクロ反射要素を含むマルチビーム要素１１６は、光導波路１１４の表面（例えば第２の表面１１４’’）に位置する、またはその表面に隣接して位置することがある。他の実施形態（図示せず）では、マイクロ反射要素は、光導波路１１４内で第１の表面１１４’と第２の表面１１４’’の間に位置することがある。

【0070】

例えば、図７Ａは、光導波路１１４の第２の表面１１４’’に隣接して位置する、例えばプリズムのファセットと同様であることもある反射ファセットを有するマイクロ反射要素（例えば「プリズム状」マイクロ反射要素）を含むマルチビーム要素１１６を示している。図示のプリズム状マイクロ反射要素のファセットは、誘導光１０４の一部分を光導波路１１４から出るように反射する（すなわち反射的に結合する（reflectively couple））ように構成される。ファセットは、誘導光１０４の伝搬方向に対して斜めである、または傾斜していて（すなわち傾斜角を有する）、例えば誘導光の一部分を光導波路１１４から出るように反射することができる。ファセットは、様々な実施形態によれば、（例えば図７Ａに示すように）光導波路１１４内に反射性材料を使用して形成されることもあるし、あるいは第２の表面１１４’’のプリズム状空洞の表面であることもある。プリズム状空洞を利用するときには、いくつかの実施形態では、空洞の表面における屈折率の変化が反射（例えばＴＩＲ反射）をもたらすこともあるし、あるいはファセットを形成する空洞表面を反射性材料でコーティングして反射をもたらすこともある。

【0071】

別の例では、図７Ｂは、これに限定されるわけではないが、半球状マイクロ反射要素など、湾曲表面を有するマイクロ反射要素を含むマルチビーム要素１１６を示している。いくつかの例では、マイクロ反射要素の湾曲表面は、実質的に平滑であることがある。マイクロ反射要素の特定の表面湾曲は、例えば誘導光１０４が接触する湾曲表面上の入射点に応じて様々な方向に誘導光の一部分を反射するように構成することができる。図７Ａおよび図７Ｂに示すように、光導波路１１４から反射的に外部結合される誘導光の一部分は、第１の表面１１４’から出る、または発出される。図７Ａのプリズム状マイクロ反射要素と同様に、図７Ｂのマイクロ反射要素は、限定ではなく例示を目的として図７Ｂに示すように、光導波路１１４内の反射性材料、または第２の表面１１４’’に形成された空洞（例えば半球状空洞）とすることができる。図７Ａおよび図７Ｂは、限定ではなく例示を目的として、矢印１０３、１０３’で示す２つの伝搬方向を有する誘導光１０４も示している。誘導光１０４の２つの伝搬方向を使用することにより、例えば、複数の外部結合光線１１２に実質的に対称な主要角度方向の分布を与えることを容易にすることができる。

【0072】

図８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要素１１６を含むマルチビームバックライト１１０の一部分を示す断面図である。特に、図８は、マイクロ屈折要素を含むマルチビーム要素１１６を示している。様々な実施形態によれば、マイクロ屈折要素は、光導波路１１４から誘導光１０４の一部分を屈折的に外部結合するように構成される。すなわち、マイクロ屈折要素は、図８に示すように、（例えば回折または反射に対して）屈折を利用して、誘導光の一部分を外部結合光線１１２として光導波路１１４から外部結合するように構成される。マイクロ屈折要素は、これらに限定されるわけではないが、半球形、長方形、プリズム形（すなわち傾斜したファセットを有する形状）など、様々な形状を有することができる。様々な実施形態によれば、マイクロ屈折要素は、例えば図示のように光導波路１１４の表面（例えば第１の表面１１４’）から延びる、または突出することもあるし、あるいは表面の空洞（図示せず）であることもある。さらに、マイクロ屈折要素は、いくつかの実施形態では、光導波路１１４の材料を含むこともある。他の実施形態では、マイクロ屈折要素は、光導波路の表面に隣接する、またはいくつかの例では光導波路の表面と接触する、別の材料を含むこともある。

【0073】

図５Ａおよび図５Ｃを再度参照すると、マルチビームバックライト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。他の例では、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。

【0074】

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σ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。

【0075】

いくつかの実施形態では、誘導光の非ゼロ伝搬角およびコリメーション因子のうちの一方または両方が、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の場所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の場所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９Ａから図９Ｂ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。

【0076】

特に、図９Ａ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９Ｂ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９Ａ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９Ａおよび図９Ｂ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９Ａから図９Ｂ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、マルチビームバックライト１１０、および光弁アレイ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５Ａから図５Ｃ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、マルチビームバックライト１１０は、図９Ａから図９Ｂ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を光弁アレイ１２０に提供するように構成される。

【0077】

図９Ａでは、ユーザは、光弁アレイ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の場所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の場所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９Ａに示すように、発出パターンを第１の場所Ａに向ける、または方向付けることができる。

【0078】

図９Ｂでは、ユーザは、場所Ａと比較して光弁アレイ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の場所に移動している、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の場所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の場所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９Ｂに示すように、第２の場所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。

【0079】

様々な実施形態では、第１の場所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の場所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）に対応する第２の光線１１２’’とを含むことができる。この傾斜発出パターンは、上述のように、拡張ビューセットを表すことができる。

【0080】

いくつかの実施形態では、マルチビームバックライト１１０は、誘導光１０４の伝搬方向（すなわち太字矢印１０３、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要素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。透明度は、少なくとも部分的には、マルチビーム要素１１６の比較的小さなサイズ、およびマルチビーム要素１１６の比較的大きな要素間間隔（例えばマルチビューピクセルと１対１の対応）の両方によって高めることができる。

【0081】

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位置または場所（例えば頭部の位置）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。

【0082】

図１０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、異なるビュー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、すなわち異なるビュー方向は、図１０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。

【0083】

図１０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、マルチビューディスプレイ２１０を含む。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１０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。

【0084】

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のマルチビューディスプレイ２１０は、１次ビューセット、および２次ビューのうちの１つまたは複数の両方を提供するように構成することができる様々な異なるマルチビューディスプレイのうちのいずれを実質的に含むこともできる。例えば、マルチビューディスプレイ２１０は、これらに限定されるわけではないが、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ、またはレンズ状またはレンズアレイ型マルチビューディスプレイなどのマルチビューディスプレイとすることができる。本明細書では、定義では、「マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ」は、マルチビーム回折格子のアレイを利用するマルチビーム回折格子型のバックライトを含むマルチビューディスプレイである。また、本明細書の定義では、レンズ状またはレンズアレイ型マルチビューディスプレイは、異なるビュー方向のビューを提供するレンズアレイを含むマルチビューディスプレイである。

【0085】

他の実施形態では、マルチビューディスプレイ２１０は、マルチビーム要素形マルチビューディスプレイであることもある。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の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、マルチビューディスプレイ２１０は、複数のビューの異なるビュー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バックライトを含むことができる。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光弁アレイをさらに含むこともある。さらに、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。

【0086】

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のマルチビームバックライトは、上述のマルチビームバックライト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要素のアレイをさらに含むこともある。マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素は、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。マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素は、マルチビーム要素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。

【0087】

いくつかの実施形態では、マルチビーム要素のサイズは、光弁アレイの光弁のサイズと同等であることがある。さらに、光弁は、ディスプレイのマルチビューピクセルのサブピクセルのサイズと実質的に同等であることがある。さらに、マルチビーム要素は、光導波路に光学的に接続されて誘導光の一部分を外部結合する回折格子、マイクロ反射要素、およびマイクロ屈折要素のうちの１つまたは複数を含むことがある。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素アレイの隣接するマルチビーム要素間の要素間距離は、隣接するマルチビューピクセル間のピクセル間距離に対応する。さらに、マルチビューピクセルは、個々のマルチビーム要素に対応する光弁アレイ内の光弁のセットを表す。

【0088】

再度図１０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、マルチビューディスプレイ２１０に対するユーザの場所を決定するように構成される。第１の決定された場所では、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の決定された場所では、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１０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）の位置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。

【0089】

様々な実施形態によれば、ヘッドトラッキング（すなわちユーザの場所のトラッキング）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場所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。決定された場所は、例えば、上述した第１の決定された場所Ａおよび第２の決定された場所Ｂのうちの一方に対応することもある。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場所は、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、マルチビューディスプレイ２１０の動作（例えば光弁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場所を、マルチビューディスプレイ２１０のプロセッサおよび光弁ドライバ（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、マルチビューディスプレイ２１０からの発出パターンをユーザの場所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。

【0090】

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１０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ことがあり、いくつかの実施形態では、例えば、コリメーション因子に従ってコリメートされて、光導波路内の誘導光の所定の角度幅を提供する。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場所に対応する。例えば、光源は、マルチビーム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。

【0091】

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１１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１１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。

【0092】

様々な実施形態によれば、複数のビューを提供する（３１０）マルチビューディスプレイは、１次ビューのセットおよび２次ビューの両方を提供することができる実質的に任意のマルチビューディスプレイまたはマルチビューディスプレイシステムとすることができる。例えば、このマルチビューディスプレイは、これらに限定されるわけではないが、マルチビーム要素型マルチビューディスプレイ、マルチビーム回折格子型マルチビューディスプレイ、あるいはレンズ上またはレンズアレイ型マルチビューディスプレイなどのマルチビューディスプレイとすることができる。いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイは、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と実質的に同様であってもよい。

【0093】

特に、いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイは、光導波路と、マルチビーム要素と、複数の光弁とを含むことがある。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。複数のビューを提供するステップ（３１０）はマルチビーム要素を用いて誘導光の一部分を光導波路から外部結合して、マルチビューディスプレイのそれぞれの異なるビュー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をさらに含むこともある。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、光導波路に光学的に接続されて誘導光の一部分を外部結合する回折格子、マイクロ反射要素、およびマイクロ屈折要素のうちの１つまたは複数を含むことがある。マルチビーム要素は、例えばマルチビーム要素のアレイの一部であってもよい。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、複数の光弁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。光弁は、例えば、マルチビーム要素の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。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素のサイズは、光弁アレイの光弁のサイズと同等である。

【0094】

図１１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場所を決定するステップ（３２０）と、決定したユーザの場所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の場所に対して選択され、拡張ビューセットは、決定されたユーザの第２の場所に対して選択される。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による決定した場所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。

【0095】

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）ユーザの場所を決定する（３２０）。マルチビュー表示動作の方法３００は、ユーザが第１の場所にいると決定されるか第２の場所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の場所（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の場所にいる（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）したユーザの場所に応じて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。

【0096】

いくつかの実施形態では、ユーザの場所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、ユーザの場所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位置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、この確立される位置が、決定（３２０）される場所である。例えば、確立される位置は、決定された第１の場所および決定された第２の場所のうちの一方に対応することがある。

【0097】

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場所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の場所のユーザに実質的に向くように、または決定された第２の場所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の場所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の場所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、ユーザの場所を決定する（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。

【0098】

以上、１次ビューのセット、ならびに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の両方を利用する、ヘッドトラッキングマルチビューディスプレイ、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】

【0099】

１０ マルチビューディスプレイ
１２ スクリーン
１４ ビュー
１６ ビュー方向
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
１０８ マルチビューピクセル
１１０ マルチビームバックライト
１１２ 光線
１１４ 光導波路
１１６ マルチビーム要素
１２０ 光弁アレイ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A-B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】