(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間を定めるクロック回路と、
複数の入力平面光ビームを生成する複数の光源と、
前記複数の入力平面光ビームを導波するよう構成された指向性バックプレーンであって、前記指向性バックプレーンは、前記導波された複数の入力平面光ビームの一部を、前記指向性バックプレーンの表面から、３次元（３Ｄ）画像の異なる視界の方向に対応する複数の指向性光ビームへと散乱させる複数の指向性画素を有し、各指向性光ビームは、前記複数の指向性画素の１つの指向性画素の特性により制御された方向及び角拡散を有する、指向性バックプレーンと、
前記クロック回路から前記時間を受け取り、前記複数の指向性光ビームを変調して、前記３Ｄ画像として３Ｄの時間視界を生成するよう構成されたシャッタ層と、
を備える多視点３Ｄ腕時計。
【請求項２】
前記指向性バックプレーンの上に位置するスペーサ層を更に備える、請求項１に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項３】
前記シャッタ層は、前記スペーサ層の上に位置する、請求項２に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項４】
前記指向性バックプレーンは、実質的に平面状である透明材料のスラブを備え、前記複数の入力平面光ビームは、前記実質的に平面状の透明材料のスラブの面の中を伝播するよう構成されている、請求項１に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項５】
前記複数の指向性画素の各指向性画素は、パターニングされた回折格子を備え、前記パターニングされた回折格子は、複数の実質的に平行な溝を備える、請求項１に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項６】
１つの指向性画素の前記特性は、前記パターニングされた回折格子における回折格子の長さ、回折格子の幅、回折格子の配向、回折格子のピッチ、及び回折格子のデュ−ティサイクルを含む、請求項５に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項７】
前記パターニングされた回折格子における前記回折格子のピッチ及び前記回折格子の配向は、前記１つの指向性画素により散乱される指向性光ビームの前記方向を制御する、請求項６に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項８】
前記パターニングされた回折格子における前記回折格子の長さ及び前記回折格子の幅は、前記１つの指向性画素により散乱される指向性光ビームの前記角拡散を制御する、請求項６に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項９】
前記シャッタ層は、複数の変調器を備える、請求項１に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項１０】
前記指向性バックプレーンは、透明材料の多角形のスラブを備え、前記多角形のスラブは、三角形のスラブ及び六角形のスラブのうちの１つである、請求項１に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項１１】
前記指向性バックプレーンは、透明材料の円形のスラブを備える、請求項１に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項１２】
前記複数の指向性画素は、複数の多角形の指向性画素を備える、請求項１に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項１３】
前記複数の指向性画素は、複数の円形の指向性画素を備える、請求項１に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項１４】
多視点３Ｄ腕時計における３Ｄの時間視界を生成する方法であって、
前記腕時計により表示される時間を定め、
前記腕時計の複数の光源から、透明材料のスラブを備える指向性バックプレーン内に、複数の入力平面光ビームを導波し、
前記指向性バックプレーンの複数の指向性画素を用いて、前記導波された複数の入力平面光ビームの一部を、前記透明材料のスラブから散乱させることにより、複数の指向性光ビームを生成し、前記複数の指向性画素は、３Ｄ画像の異なる所定の視界に対応する所定の方向及び角拡散を有する複数の指向性光ビームを生成する複数のパターニングされた回折格子を備え、
前記定められた時間により制御されるシャッタ層を用いて前記複数の指向性光ビームを変調し、前記変調された複数の指向性光ビームを用いて、前記３Ｄ画像として、前記定められた時間の３Ｄの時間視界を提供する、
ことを含む方法。
【請求項１５】
各指向性光ビームは、前記指向性バックプレーンの複数の指向性画素の１つの指向性画素のパターニングされた回折格子の特性により制御された方向及び角拡散を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
時間を定めるクロック回路と、
複数の入力平面光ビームを生成する複数の光源と、
前記複数の入力平面光ビームを導波するよう構成された透明材料のスラブを備える指向性バックプレーンと、
前記複数の入力平面光ビームの一部を複数の指向性光ビームへと散乱させる前記指向性バックプレーンの複数の指向性画素であって、各指向性光ビームは、前記複数の指向性画素の１つの指向性画素の特性により制御された方向及び角拡散を有する、複数の指向性画素と、
前記クロック回路から前記時間を受け取り、前記複数の指向性光ビームを変調して、３Ｄの時間視界を提供するシャッタ層とを備え、
前記複数の指向性画素の各々は、パターニングされた回折格子を備え、前記変調された複数の指向性光ビームのうちの異なる指向性光ビームは、前記３Ｄの時間視界の異なる所定の視界を提供するよう制御された複数の方向及び複数の角拡散を有する、多視点３Ｄ腕時計。
【請求項１７】
前記パターニングされた回折格子は、複数の実質的に平行な溝を備える、請求項１６に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項１８】
１つの指向性画素の前記特性は、回折格子の長さ、回折格子の幅、回折格子の配向、回折格子のピッチ、及び回折格子のデュ−ティサイクルのうちの１つ以上を含む、請求項１６に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項１９】
前記特性は、回折格子のピッチ及び回折格子の方向を含み、前記回折格子のピッチ及び前記回折格子の方向は、１つの指向性光ビームの前記方向を制御するよう構成されている、請求項１６に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【請求項２０】
各指向性画素の前記パターニングされた回折格子は、単一の指向性光ビームを生成するよう構成されている、請求項１６に記載の多視点３Ｄ腕時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年４月２７日に出願された“Directional Pixel for Use in a Display Screen”という名称のＰＣＴ特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０３５５７３（代理人整理番号８２９６３２３８）と、２０１２年５月３１日に出願された“Directional Backlight”という名称のＰＣＴ特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０４０３０５（代理人整理番号８３０１１３４８）と、２０１２年６月１日に出願された“Directional Backlight with a Modulation Layer”という名称のＰＣＴ特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０４０６０７（代理人整理番号８２９６３２４２）と、２０１２年９月２８日に出願された“Directional Waveguide-Based Backlight with Integrated Hybrid Lasers for Use in a Multiview Display Screen”という名称のＰＣＴ特許出願番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０５８０２６（代理人整理番号８２９６３２４６）とに関連するものであり、本出願の譲受人に譲渡されており、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
腕時計は、１９２０年代に最初に普及し、何十年にもわたって人間の文化及び衣装の一部になっている。最初の数モデルは、戦時中には必要性から吊紐により所定の位置に保たれた単なる懐中時計であった。兵士にとっては、戦闘中にポケットから時計を引き寄せるのは非実用的であり、より頻繁に腕時計に頼り始めた。腕時計が普及するのにつれて、その設計は時間とともに改善され進化した。初期の設計は、完全に機械的なものであった。次の世代のモデルは、水晶発振器を有する電子的機構を用いるものであった。デジタル腕時計は、１９７０年代に商品になり、それ以来、消費者需要を拡大するために、計算器腕時計、防水腕時計、カメラ腕時計、ＧＰＳ腕時計などを含む様々なモデルが姿を現している。現在のファッション傾向は、腕時計が、スマートフォン及びその他の装置にいくらか地歩を奪われた後に復帰していることを示している。
【発明の概要】
【０００３】
本出願は、添付の図面とともに以下の詳細な説明と関連付けてより十分に理解することができ、添付の図面では、全体にわたって同様の参照符号は同様の部分を指している。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】様々な例により設計された腕時計の概略図を示す。
【図２】様々な例による指向性バックプレーン（directional backplane）を有する腕時計の概略図を示す。
【図３Ａ】図２による指向性バックプレーンの例示の上面図を示す。
【図３Ｂ】図２による指向性バックプレーンの例示の上面図を示す。
【図４Ａ】図２による指向性バックプレーンの他の例示の上面図を示す。
【図４Ｂ】図２による指向性バックプレーンの他の例示の上面図を示す。
【図５】三角形の形状を有する図２の例示の指向性バックプレーンを示す。
【図６】六角形の形状を有する図２の例示の指向性バックプレーンを示す。
【図７】円形の形状を有する図２の例示の指向性バックプレーンを示す。
【図８】本出願による多視点（multiview）３Ｄ腕時計を用いて３Ｄの時間視界を生成するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
多視点３Ｄ腕時計が開示される。多視点３Ｄ腕時計は、ユーザが時間を空間に浮いているかのように見ることができるように、時間を３Ｄで表示することができる。この腕時計は、複数の指向性光ビームの形で明視野（light field）を提供するために使用される独特な指向性バックプレーンを採用している。これらの指向性光ビームは、指向性バックプレーンの複数の指向性画素により散乱される。各指向性光ビームは、各種の１つの指向性画素から生じ、この指向性画素の特性に基づく所定の方向及び角拡散を有する。この顕著な指向性は、複数の指向性ビームを、複数の変調器（modulator）を使用して変調することを可能にし（即ち、オン／オフされるか又は明度が変化される）、様々な３Ｄの時間視界（time view）を生成することを可能にする。
【０００６】
様々な例において、複数の指向性画素は、複数の入力平面光ビーム（input planar lightbeam）が照射される指向性バックプレーンに設けられている。これらの指向性画素は、入力平面光ビームを受け取り、これらの一部（fraction）を複数の指向性光ビームへと散乱させる。必要に応じてこれらの指向性光ビームを変調するために、これらの指向性画素の上にシャッタ層（shutter layer）が配置される。シャッタ層は、アクティブ・マトリクス・アドレシングを用いる複数の変調器（例えば、液晶ディスプレイ（“ＬＣＤ”）セル、ＭＥＭＳ、流体、磁気、電気泳動など）を含んでもよく、各変調器は、単一の指向性画素からの単一の指向性光ビーム、又は１組の複数の指向性画素からの１組の複数の指向性光ビームを変調する。シャッタ層は、複数の３Ｄの時間視界を生成することを可能にし、各視界は、１組の複数の指向性光ビームにより提供される。これらの３Ｄの時間視界は、必要に応じて単一色でも多色でもよい。
【０００７】
様々な例において、指向性バックプレーンのこれらの指向性画素は、指向性バックプレーンの内部又は上部（top）に設けられた実質的に平行な複数の溝のパターニングされた複数の回折格子（grating）を有している。指向性バックプレーンは、例えば、入力平面光ビームを指向性画素内に導波（guide）する透明材料のスラブ（slab）でもよく、とりわけ例えば、窒化シリコン（“ＳｉＮ”）、ガラス又は水晶、プラスチック、インジウムスズ酸化物（“ＩＴＯ”）などの透明材料のスラブでもよい。パターニングされた回折格子は、指向性バックプレーンに直接エッチングされた溝、又は指向性バックプレーンの上部に堆積された材料（例えば、堆積されてエッチング又はリフトオフされ得る任意の材料であり、任意の誘電体又は金属を含む）で形成された溝から成り得る。これらの溝は、傾斜されてもよい。
【０００８】
本明細書でより詳細に以下で説明されるように、各指向性画素は、回折格子の長さ（即ち、入力平面光ビームの伝播軸に沿った寸法）、回折格子の幅（即ち、入力平面光ビームの伝播軸を横切る寸法）、溝の配向、ピッチ、及びデュ−ティサイクルにより規定することができる。各指向性画素は、溝の配向及び回折格子のピッチにより決定される方向と、回折格子の長さ及び幅により決定される角拡散とを有する１つの指向性光ビームを放射することができる。５０％程度のデュ−ティサイクルを用いることにより、パターニングされた回折格子の２番目のフーリエ係数が消滅し、これにより付加的な望ましくない方向への光の散乱を防止する。これは、各指向性画素から、その出力角度とは無関係に一方向の光ビームだけが出現することを保証する。
【０００９】
本明細書でより詳細に以下で説明されるように、指向性バックプレーンは、所定の３Ｄの時間視界を生成するように選択された特定の回折格子の長さ、回折格子の幅、溝の配向、ピッチ、及びデュ−ティサイクルを有する複数の指向性画素を用いて設計することができる。この３Ｄの時間視界は、複数の指向性画素により放射された複数の指向性光ビームから生成されてシャッタ層により変調され、１組の複数の指向性画素からの変調された複数の指向性光ビームが所定の画像の視界を生成する。
【００１０】
以下の説明において、実施形態の十分な理解をもたらすために、多数の特定の詳細が説明されることが理解される。しかしながら、これらの実施形態は、これらの特定の詳細に限定されることなく実施できることが理解される。他の例では、これらの実施形態の説明が不必要に不明瞭になることを回避するために、周知の方法及び構造は詳細には説明されないことがある。また、これらの実施形態は互いに組み合わされて用いられてもよい。
【００１１】
次に図１を参照して、様々な例により設計された腕時計の概略図が説明される。腕時計１００は、円形状の表示部（display）に時間を表示する多視点３Ｄ腕時計であり、円形状の表示部は、表示部のまわりに配置された複数の数を有している。腕時計１０５は、長方形状の表示部に時間を表示する多視点３Ｄ腕時計であり、長方形状の表示部は、時間を表示する複数の数字（number digit）を有している。腕時計１００及び１０５はいずれも、ユーザが時間を空間に浮いているかのように見ることができるように、複数の３Ｄの時間視界で時間を示す。ユーザの眼の位置次第で、各種の時間視界がユーザにより感知され得る。即ち、ユーザは、脳が実際の世界の３Ｄの視覚情報を感知するのによく似た自然で現実的な様式で、時間を見る。
【００１２】
腕時計１００及び１０５に示される複数の時間視界は、必要に応じて単一色又は多色でよいことが理解される。また、これらの３Ｄの時間視界は、別々の形状でもよいし、別々の効果を有していてもよいし、時間に加えて他の像を含んでもよいことが理解される。例えば、これらの３Ｄの時間視界は、明暗を付けられる（shade）、輪郭を描かれる（outline）、模様を付けられる（pattern）などされてもよい。腕時計の表示部は、長方形、円形、多角形、又は腕時計用に設計可能な任意の他の形状でもよい。また、時間視界は、腕時計のロゴ、バック画面（background picture）、及び表示される時間を補足するための他の画像も含んでもよい。以下で説明されるように、これらの３Ｄの時間視界は、３Ｄの時間視界に表示される時間（例えば、午前８：１３、午後１０：３４など）に従ってシャッタ層により変調される複数の指向性光ビームを生成することができる固有の指向性バックプレーンを用いて生成される。
【００１３】
次に図２を参照して、様々な例による指向性バックプレーンを有する腕時計の概略図が説明される。腕時計２００は、複数の光源から１組の複数の入力平面光ビーム２１０を受け取る指向性バックプレーン２０５を備えている。これらの複数の光源は、例えば発光ダイオード（“ＬＥＤ”）、レーザ（例えばハイブリッドレーザ）、又は腕時計の照明を提供するために使用される任意の他の光源など、約３０ｎｍ以下のスペクトル帯域幅を有する１つ又は複数の狭帯域幅（narrow-bandwidth）の光源を含んでいてもよい。これらの入力平面光ビーム２１０は、実質的に平面状に設計されている指向性バックプレーン２０５と実質的に同一の面を伝播する。
【００１４】
指向性バックプレーン２０５は、指向性バックプレーン２０５の内部又は上部に設けられた複数の指向性画素２１５ａ〜ｄを有する透明材料（例えば、ＳｉＮ、ガラス又は水晶、プラスチック、ＩＴＯなど）のスラブから成り得る。指向性画素２１５ａ〜ｄは、複数の入力平面光ビーム２１０の一部を複数の指向性光ビーム２２０ａ〜ｄへと散乱させる。様々な例において、各指向性画素２１５ａ〜ｄは、実質的に平行な複数の溝（例えば指向性画素２１５ａ用の溝２２５ａ）のパターニングされた複数の回折格子を有している。回折格子の溝の厚さは、すべての溝に関して実質的に同一とすることができ、実質的に平面状の設計をもたらす。これらの溝は、指向性バックプレーンにエッチング可能であり、又は指向性バックプレーン２０５の上部に堆積された材料（例えば、堆積されてエッチング又はリフトオフされ得る任意の材料であり、任意の誘電体又は金属を含む）で形成可能である。
【００１５】
各指向性光ビーム２２０ａ〜ｄは、対応する指向性画素２１５ａ〜ｄを形成するパターニングされた回折格子により決定される所定の方向及び角拡散を有する。具体的には、各指向性光ビーム２２０ａ〜ｄの方向は、パターニングされた回折格子の配向及び格子ピッチにより決定される。また、各指向性光ビームの角拡散は、パターニングされた回折格子の、回折格子の長さ及び幅により決定される。例えば、指向性光ビーム２１５ａの方向は、パターニングされた回折格子２２５ａの配向及び格子ピッチにより決定される。
【００１６】
この実質的に平面状の設計及び入力平面光ビーム２１０からの指向性光ビーム２２０ａ〜ｄの形成は、従来の回折格子（diffraction grating）よりも実質的に小さいピッチを有する回折格子を必要とすることが理解される。例えば、従来の回折格子は、実質的に回折格子の面にわたって伝播する光ビームが照射されると、光を散乱させる。本願において、各指向性画素２１５ａ〜ｄの回折格子は、指向性光ビーム２２０ａ〜ｄを生成する場合、入力平面光ビーム２１０と実質的に同一の平面上にある。
【００１７】
指向性光ビーム２２０ａ〜ｄは、回折格子の長さＬ、回折格子の幅Ｗ、溝の配向θ、及び回折格子のピッチΛを有する指向性画素２１５ａ〜ｄの回折格子の特性により正確に制御される。具体的には、次式のように、回折格子２２５ａの長さＬが、入力光の伝播軸に沿った指向性光ビーム２２０ａの角拡散ΔΘを制御し、回折格子の幅Ｗが、入力光の伝播軸を横切る指向性光ビーム２２０ａの角拡散ΔΘを制御する、
【数１】
0005917783.tif 000002
【００１８】
ただし、λは指向性光ビーム２２０ａの波長である。回折格子の配向角θにより規定される溝の配向と、Λにより規定される回折格子のピッチ又は周期とが、指向性光ビーム２２０ａの方向を制御する。
【００１９】
回折格子の長さＬ及び回折格子の幅Ｗは、０．１〜２００μｍの範囲のサイズで変化し得る。溝の配向角θ及び回折格子のピッチΛは、指向性光ビーム２２０ａの所望の方向を満たすように設定してもよく、例えば、溝の配向角θは約−４０〜＋４０度であり、回折格子のピッチΛは約２００〜７００ｎｍである。
【００２０】
様々な例において、指向性画素２１５ａ〜ｄにより分散された指向性光ビーム２２０ａ〜ｄを変調するために、シャッタ層２３０（例えば複数のＬＣＤセル）が、指向性画素２１５ａ〜ｄの上に位置している。指向性光ビーム２２０ａ〜ｄの変調は、それらの明度をシャッタ層２３０で制御すること（例えば、オン／オフすること、又は明度を変化させること）を伴う。例えば、シャッタ層２３０内の変調器は、指向性光ビーム２２０ａ及び２２０ｄをオンにして、指向性光ビーム２２０ｂ及び２２０ｃをオフにすることに使用されてもよい。
【００２１】
指向性光ビーム２２０ａ〜ｄを変調する能力は、時間視界２４０などの多数の異なる３Ｄの時間視界を生成することを可能にする。変調器は、クロック回路２４５により制御され、クロック回路（clock circuitry）２４５は、腕時計２００に表示される時間を定め（determine）、従って指向性光ビーム２２０ａ〜ｄのどれをオン又はオフにするかを判断して、腕時計２００に表示される時間（例えば午前０３：０７）に対応する時間視界２４０を生成する。
【００２２】
シャッタ層２３０は、スペーサ層２３５の上部に配置されてもよく、スペーサ層２３５は、１つの材料で形成されてもよいし、又は単に指向性画素２１５ａ〜ｄとシャッタ層２３０の変調器との間の間隔（即ち空気）からなるものでもよい。スペーサ層２３５は、例えば約０〜１００μｍといった幅を有していてもよい。
【００２３】
指向性バックプレーン２０５は、単に説明の目的のために、４つの指向性画素２１５ａ〜ｄを有して示されていることが理解される。様々な例による指向性バックプレーンは、指向性バックプレーンが使用される様子（例えば３Ｄの表示画面、３Ｄの腕時計、携帯機器など）に依存して、多数の（例えば１００個より多くの）指向性画素を有して設計可能である。指向性画素が、例えば円、楕円、多角形、又は他の幾何学的形状を含む任意の形状を有していてもよいことも理解される。
【００２４】
次に、図３Ａ〜図３Ｂが注目され、図３Ａ〜図３Ｂは、図２による指向性バックプレーンの上面図を示す。図３Ａでは、腕時計３００が、透明なスラブ内に設けられた複数の多角形の指向性画素（例えば指向性画素３１０）を含む指向性バックプレーン３０５を有して示されている。各指向性画素は、複数の入力平面光ビーム３１５の一部を１つの出力指向性光ビーム（output directional lightbeam）（例えば指向性光ビーム３２０）へと散乱させることができる。各指向性光ビームは、１つの変調器（例えば指向性光ビーム３２０用のＬＣＤセル３２５）により変調される。指向性バックプレーン３０５のすべての指向性画素により散乱されて複数の変調器（例えばＬＣＤセル３２５）により変調された複数の指向性光ビームは、組み合わされたとき、３Ｄの時間視界３６０を形成する複数の視界を表すことができる。
【００２５】
同様に、図３Ｂでは、腕時計３３０が、透明なスラブ内に設けられた複数の円形の指向性画素（例えば指向性画素３４０）を含む指向性バックプレーン３３５を有して示されている。各指向性画素は、複数の入力平面光ビーム３４５の一部を１つの出力指向性光ビーム（例えば指向性光ビーム３５０）へと散乱させることができる。各指向性光ビームは、１つの変調器（例えば指向性光ビーム３５０用のＬＣＤセル３５５）により変調される。指向性バックプレーン３３５のすべての指向性画素により散乱されて複数の変調器（例えばＬＣＤセル３５５）により変調された複数の指向性光ビームは、組み合わされたとき、３Ｄの時間視界３６５を形成する複数の視界を表すことができる。
【００２６】
様々な例において、単一の変調器は、１組の複数の指向性画素からの１組の複数の指向性光ビームを変調することに使用されてもよい。即ち、所定の変調器が、図３Ａ〜図３Ｂに示すように指向性画素ごとに単一の変調器を有する代わりに、１組の複数の指向性画素の上に配置されていてもよい。
【００２７】
次に図４Ａ〜図４Ｂを参照して、図２による指向性バックプレーンの上面図が説明される。図４Ａでは、腕時計４００が、透明なスラブ内に設けられた複数の多角形の指向性画素（例えば指向性画素４１０ａ）を含む指向性バックプレーン４０５を有して示されている。各指向性画素は、複数の入力平面光ビーム４１５の一部を１つの出力指向性光ビーム（例えば指向性光ビーム４２０ａ）へと散乱させることができる。１組の複数の指向性光ビーム（例えば指向性画素４１０ａ〜ｄにより分散された指向性光ビーム４２０ａ〜ｄ）が、１つの変調器（例えば指向性光ビーム４２０ａ〜ｄを変調するためのＬＣＤセル４２５ａ）により変調される。例えば、ＬＣＤセル４２５ａは、指向性画素４１０ａ〜ｄをオンにするように使用され、ＬＣＤセル４２５ｄは、指向性画素４３０ａ〜ｄをオフにするように使用される。指向性バックプレーン４０５のすべての指向性画素により散乱されてＬＣＤセル４２５ａ〜ｄにより変調された複数の指向性光ビームは、組み合わされたとき、３Ｄの時間視界４７５を形成する複数の視界を表すことができる。
【００２８】
同様に、図４Ｂでは、腕時計４４０は、透明なスラブ内に設けられた複数の円形の指向性画素（例えば指向性画素４５０ａ）を含む指向性バックプレーン４４５を有して示されている。各指向性画素は、複数の入力平面光ビーム４５５の一部を１つの出力指向性光ビーム（例えば指向性光ビーム３６０ａ）へと散乱させることができる。１組の複数の指向性光ビーム（例えば指向性画素４５０ａ〜ｄにより分散された指向性光ビーム４６０ａ〜ｄ）が、１つの変調器（例えば指向性光ビーム４６０ａ〜ｄを変調するためのＬＣＤセル４７０ａ）により変調される。例えば、ＬＣＤセル４７０ａは、指向性画素４５０ａ〜ｄをオンにするように使用され、ＬＣＤセル４７０ｄは、指向性画素４６５ａ〜ｄをオフにするように使用される。指向性バックプレーン４４５のすべての指向性画素により散乱されてＬＣＤセル４７０ａ〜ｄなどの複数の変調器により変調された複数の指向性光ビームは、組み合わされたとき、３Ｄの時間視界４８０を形成する複数の視界を表すことができる。
【００２９】
指向性バックプレーンは、例えば（図５に示すような）三角形、（図６に示すような）六角形、又は（図７に示すような）円形などの様々な形状を有するように設計してもよいことが理解される。図５において、指向性バックプレーン５０５は、３つの異なる空間方向からの複数の入力平面光ビーム（例えば入力平面光ビーム５１０〜５２０）を受け取る。この構成は、これらの入力平面光ビームが異なる色の光を表す（例えば、入力平面光ビーム５１０が赤色を表し、入力平面光ビーム５１５が縁色を表し、入力平面光ビーム５２０が青色を表す）ときに使用され得る。入力平面光ビーム５１０〜５２０の各々は、それらの光を１組の複数の指向性画素に合焦するように、三角形の指向性バックプレーン５０５の辺に配置されている。例えば、入力平面光ビーム５１０は、１組の指向性画素５２５〜５３５により複数の指向性光ビームへと散乱される。指向性画素５２５〜５３５のこのサブセット（subset）は、入力平面光ビーム５１５〜５２０からの光も受け取ってよい。しかしながら、設計により、この光は腕時計５００の意図された視界ゾーンでは散乱されない。
【００３０】
例えば、複数の入力平面光ビーム５１０は、指向性画素５２５〜５３５のサブセットＧＡにより、意図された視界ゾーンへと散乱されると想定する。意図された視界ゾーンは、法線から指向性バックプレーン５０４へと測定された最大光線角度θｍａｘにより規定されてもよい。また、これらの入力平面光ビーム５１０は、指向性画素ＧＢ５４０〜５５０のサブセットにより散乱され得るが、それらの望ましくない光線は、次式が満たされる限り、意図された視界ゾーンの外にある、
【数２】
0005917783.tif 000003
【００３１】
ただし、λＡは入力平面光ビーム５１０の波長であり、ｎｅｆｆＡは指向性バックプレーン５０５における入力平面光ビーム５１０の水平伝播の実効屈折率であり、λＢは（指向性画素５４０〜５５０により散乱される）入力平面光ビーム５２０の波長であり、ｎｅｆｆＢは指向性バックプレーン５０５における入力平面光ビーム５２０の水平伝播の実効屈折率である。実効屈折率及び波長が実質的に同一であれば、式２は次式へと変形される。
【数３】
0005917783.tif 000004
【００３２】
２を上回る屈折率ｎの指向性バックプレーンについては、入力平面光ビームが視射角（grazing angle）の近くで伝播すると、表示部の意図された視界ゾーンは、全空間へと拡張され得る（ｎｅｆｆ≧２及びｓｉｎθｍａｘ≒１）ことが分かる。ガラス（例えばｎ＝１．４６）などのより低い屈折率の指向性バックプレーンについては、意図された視界ゾーンはほぼθｍａｘ＜ａｒｃｓｉｎ（ｎ／２）（ガラスについては±４５°）に限定される。
【００３３】
各指向性光ビームは、１つの変調器（例えばＬＣＤセル５５５など）により変調されてもよいことが理解される。複数の指向性光ビームの方向及び角度の正確な制御が、指向性バックプレーン５０５の各指向性画素を用いて達成可能であり、かつ、複数の指向性光ビームが、複数のＬＣＤセルなどの複数の変調器により変調可能であるため、指向性バックプレーン５０５は、３Ｄ画像の多数の異なる視界を生成するように設計可能である。
【００３４】
図５に示す指向性バックプレーン５０５は、三角形のスラブの先端をカットして図６に示すような六角形の形状を実現できることで、よりコンパクトな設計に成形できることが更に理解される。指向性バックプレーン６０５は、３つの別々の空間方向から複数の入力平面光ビーム（例えば入力平面光ビーム６１０〜６２０）を受け取る。入力平面光ビーム６１０〜６２０の各々は、その光を指向性画素（例えば指向性画素６２５〜６３５）のサブセットに合焦するように、六角形の指向性バックプレーン６０５の１つおきの辺（alternating sides）に配置されている。様々な例において、六角形の指向性バックプレーン６０５は約１０〜３０ｍｍの範囲にあり得る辺長を有し、指向性画素のサイズは１０〜３０μｍ程度である。
【００３５】
腕時計６００は、複数の変調器の多数の構成と共に示されていることが理解される。例えば、１組の複数の指向性画素からの複数の指向性光ビームを変調するために、単一の変調器が使用されてもよいし（例えば指向性画素６２５〜６３５に対してＬＣＤセル６４０）、又は単一の指向性画素を変調するために、単一の変調器が使用されてもよい（例えば指向性画素６６０に対してＬＣＤセル６５５）。当業者は、複数の指向性画素により散乱された複数の指向性光ビームを変調するために、複数の指向性画素とともに使用される複数の変調器の任意の構成が使用可能であることを理解する。クロック回路（図示せず）は、シャッタ層内の複数の変調器を制御するために使用される。当業者は、複数の指向性光ビームを変調するために、任意のシャッタ層の構成が使用可能であることも理解する。
【００３６】
また、カラー入力平面光ビームとともに用いられる指向性バックプレーンは、三原色からの光が３つの別々の方向からもたらされる限り、三角形（図５）又は六角形（図６）の形状の他に任意の形状を有し得ることも理解される。例えば、指向性バックプレーンは、多角形、円、楕円、又は３つの異なる方向からの光を受け取ることができる別の形状でもよい。次に図７を参照して、円形の形状を有する指向性バックプレーンが説明される。腕時計７００の指向性バックプレーン７０５は、３つの異なる方向からの入力平面光ビーム７１０〜７２０を受け取る。各指向性画素は、円形の形状を有し（例えば指向性画素７２０）、１つの指向性光ビームを散乱させ、この指向性光ビームは、１つの変調器（例えばＬＣＤセル７２５）により変調される。各ＬＣＤセルは長方形の形状を有し、円形の指向性バックプレーン７０５は、複数の円形の指向性画素用（又は必要に応じて複数の多角形の指向性画素用）の複数の長方形のＬＣＤセルを収容（accommodate）するように設計されている。
【００３７】
本出願による多視点３Ｄ腕時計を用いて３Ｄの時間視界を生成するためのフローチャートが、図８に示されている。前述のように、多視点３Ｄ腕時計は、クロック回路により指向性バックプレーン及びシャッタ層コントローラを用いて、複数の３Ｄの時間視界を生成する。最初に、クロック回路は、表示される時間を定める（８００）。複数の狭帯域幅の光源からの光が、複数の入力平面光ビームの形で指向性バックプレーンに入力される（８０５）。次に、クロック回路は、表示される時間に応じて、シャッタ層を制御して、指向性バックプレーンの１組の複数の指向性画素を変調する（８１０）。最後に、３Ｄの時間視界が、指向性バックプレーンのこれらの指向性画素により散乱されて変調された複数の指向性光ビームから生成される（８１５）。
【００３８】
有利には、多視点３Ｄ腕時計は、ユーザが時間を空間に浮いているかのように見るように、３Ｄの時間視界を生成することを可能にする。複数の指向性画素により生成された複数の指向性光ビームは、生成される複数の時間視界に任意の所望の効果をもたらすように変調可能である。
【００３９】
開示された実施形態のこれまでの説明は、あらゆる当業者が本開示を製造又は使用することができるように提供されていることが理解される。これらの実施形態に対する様々な修正形態が当業者には容易に明らかになるはずであり、本明細書で定義された一般的な原理は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。従って、本開示は、本明細書で示された実施形態に限定されるように意図されたものではなく、本明細書で開示された原理及び斬新な特徴と整合する最も広い範囲を与えられるように意図されている。
【要約】
多視点３Ｄ腕時計が開示される。前記腕時計は、時間を定めるクロック回路と、複数の入力平面光ビームを生成する複数の光源とを有する。複数の指向性画素を有する指向性バックプレーンは、前記複数の入力平面光ビームを複数の指向性光ビームへと散乱させ、各指向性光ビームは、前記複数の指向性画素の１つの指向性画素の特性により制御された方向及び角拡散を有する。シャッタ層は、前記クロック回路から時間を受け取り、前記複数の指向性光ビームを変調して、３Ｄの時間視界を生成する。【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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