(57)【要約】  マルチビューバックライトおよびマルチビューディスプレイは、マルチビューディスプレイの複数のビューの異なる視野方向に対応する異なる主極大角度方向を有する複数の傾斜光線を提供するように構成されたマルチビーム要素を利用する。さらに、この複数の傾斜光線は、マルチビューディスプレイの視野ゾーンの中心に向かう傾斜を有して、収束ビューを提供する。マルチビューバックライトは、光導波路と、マルチビーム要素のアレイとを含む。マルチビューディスプレイは、傾斜および異なる主極大角度方向を有する複数の傾斜光線を変調するビューピクセルを含むマルチビューピクセルをさらに含む。
2019506712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビューバックライトであって、
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、前記アレイの各マルチビーム要素が、前記誘導光の一部分を、マルチビューディスプレイの複数のビューの異なる視野方向にそれぞれ対応する異なる主極大角度方向を有する複数の傾斜光線として前記光導波路から外部結合するように構成された、マルチビーム要素のアレイとを含み、
前記複数の傾斜光線が、前記マルチビューディスプレイの視野ゾーンの中心に向かう傾斜を有して収束ビューを提供し、複数の傾斜光線の中心軸が、前記傾斜によって前記視野ゾーンの中心と交差するように設定される、マルチビューバックライト。
【請求項２】
前記マルチビーム要素のアレイのマルチビーム要素の、前記マルチビューディスプレイの対応するマルチビューピクセルの位置に対する側方ずれが、前記視野ゾーンの中心に向かう前記複数の傾斜光線の前記傾斜を提供するように設定され、前記ずれが、前記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルの対応する対の間のピクセル間距離より大きい前記マルチビーム要素のアレイのマルチビーム要素の対の間の要素間距離によって提供される、請求項１に記載のマルチビューバックライト。
【請求項３】
前記マルチビーム要素のアレイの各マルチビーム要素が、前記複数の傾斜光線を前記視野ゾーンの中心に向かってさらに傾斜させるように設定された対応する散乱特性を有し、前記マルチビーム要素の前記対応する散乱特性が、前記光ガイドの長さに沿った前記アレイ内の各マルチビーム要素の位置に応じて変化する、請求項２に記載のマルチビューバックライト。
【請求項４】
前記マルチビーム要素が、回折格子を含み、前記対応する散乱特性が、前記回折格子にわたる距離に応じて変化する回折フィーチャの間隔によって提供される回折的散乱特性を含む、請求項３に記載のマルチビューバックライト。
【請求項５】
前記マルチビューディスプレイの前記複数のビューの異なるビューが、前記視野ゾーン内のそれぞれの視位置を有し、前記異なるビューのそれぞれに対応する前記複数の傾斜光線のうちの光線が、前記傾斜によって、それぞれの視位置で前記視野ゾーンと交差して前記収束ビューを提供するように設定される、請求項１に記載のマルチビューバックライト。
【請求項６】
前記マルチビーム要素のサイズが、前記マルチビューディスプレイのビューピクセルのサイズと同等であり、前記マルチビーム要素が、前記ビューピクセルのサイズの５０パーセントから２００パーセントの間である、請求項１に記載のマルチビューバックライト。
【請求項７】
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傾斜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１に記載のマルチビューバックライト。
【請求項８】
前記回折格子が、マルチビーム回折格子を含む、請求項７に記載のマルチビューバックライト。
【請求項９】
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１に記載のマルチビューバックライト。
【請求項１０】
前記光導波路の入力に光学的に結合された光源をさらに含み、前記光源が、前記誘導光を提供するように構成される、請求項１に記載のマルチビューバックライト。
【請求項１１】
非ゼロ伝搬角を有する、または所定の視準因子に従って視準される、あるいはその両方である、誘導光が、前記光源によって提供される、請求項１０に記載のマルチビューバックライト。
【請求項１２】
請求項１に記載のマルチビューバックライトを含むマルチビューディスプレイであって、前記マルチビューディスプレイが、前記複数の傾斜光線のうちの光線を変調するように構成された光弁のアレイをさらに含み、前記アレイの光弁が、ビューピクセルに対応し、前記光弁のアレイの光弁のセットが、前記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルに対応する、マルチビューディスプレイ。
【請求項１３】
マルチビューディスプレイであって、
前記マルチビューディスプレイの複数の異なるビューを収束ビューとして提供する構成されたマルチビューピクセルのアレイであり、マルチビューピクセルが、前記異なるビューの視野方向に対応する異なる主極大角度方向を有する複数の傾斜光線を変調するように構成された複数の光弁を含む、マルチビューピクセルのアレイと、
光を誘導するように構成された光導波路と、
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のアレイの各マルチビーム要素が、前記誘導光の一部分を前記複数の傾斜光線として外部結合するように構成された、マルチビーム要素のアレイとを含み、
前記複数の傾斜光線の傾斜が、前記複数の傾斜光線の中心軸を、前記マルチビューディスプレイの視野ゾーンの中心に向けるように設定される、マルチビューディスプレイ。
【請求項１４】
前記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルの対応する対の間のピクセル間距離より大きいマルチビーム要素の対の間の要素間距離が、前記複数の傾斜光線の傾斜を提供するように構成される、請求項１３に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１５】
前記マルチビーム要素のアレイ内のマルチビーム要素の位置に応じて変化する前記マルチビーム要素のそれぞれの散乱特性が、前記複数の傾斜光線の前記傾斜を提供するようにさらに設定される、請求項１４に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１６】
前記マルチビーム要素のサイズが、複数の光弁のうちの光弁のサイズの２分の１より大きく、前記光弁のサイズの２倍より小さい、請求項１３に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１７】
前記光導波路によって誘導される光を提供するように構成された光源をさらに含み、前記誘導光が、非ゼロ伝搬角を有し、視準因子に従って視準されて、前記光導波路内で前記誘導光の所定の角度の拡散を提供する、請求項１３に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１８】
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つを含む、請求項１３に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１９】
請求項１３に記載のマルチビューディスプレイを含むモバイルデバイスであって、前記モバイルデバイスが、携帯電話、自動車のディスプレイコンソール、モバイルコンピュータ、タブレットコンピュータ、または腕時計のうちの１つである、モバイルデバイス。
【請求項２０】
マルチビューバックライトの動作方法であって、
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使用し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、マルチビューディスプレイの異なる視野方向にそれぞれ対応する異なる主極大角度方向を有する複数の傾斜光線を提供するステップとを含み、
前記複数の傾斜光線が、前記マルチビューディスプレイの視野ゾーンの中心に向かう傾斜を有して収束ビューを提供し、複数の傾斜光線の中心軸が、前記傾斜によって前記視野ゾーンの中心と交差するように設定される、方法。
【請求項２１】
前記マルチビーム要素のサイズが、前記マルチビューディスプレイの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とである、請求項２０に記載のマルチビューバックライトの動作方法。
【請求項２２】
前記マルチビーム要素が、前記光導波路に光学的に結合されて前記誘導光の一部分を回折的に外部結合する回折格子を含む、請求項２０に記載のマルチビューバックライトの動作方法。
【請求項２３】
前記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルの対応する対の間のピクセル間距離より大きいマルチビーム要素の対の間の要素間距離を選択すること、および／または前記より大きい要素間距離を選択し、かつ前記光導波路の長さに沿って配列されたマルチビーム要素のアレイ中のマルチビーム要素の散乱特性を前記マルチビーム要素のアレイ内のマルチビーム要素の位置に応じて変化させることによって、前記複数の傾斜光線の前記傾斜を提供するステップをさらに含む、請求項２０に記載のマルチビューバックライトの動作方法。
【請求項２４】
光源を使用して前記光導波路に光を提供するステップをさらに含み、前記提供される光が、前記光導波路内で非ゼロ伝搬角を有する、または視準因子に従って視準されて前記誘導光の所定の角度の拡散を提供する、あるいはその両方である、誘導光である、請求項２０に記載のマルチビューバックライトの動作方法。
【請求項２５】
前記マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルとして構成された複数の光弁を使用して、前記複数の傾斜光線のうちの光線を変調するステップをさらに含む、請求項２０に記載のマルチビューバックライトの動作方法。
【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、２０１６年１月３０日出願の米国仮特許出願第６２／２８９２３９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。
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。結合された光源によって、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。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】
【０００４】
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】
【０００５】
【図１Ａ−Ｂ】［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野方向に対応する特定の主極大角度方向（principal angular direction）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３Ａ】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バックライトを示す断面図である。
【図３Ｂ−Ｃ】［図３Ｂ］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バックライトを示す平面図である。［図３Ｃ］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バックライトを示す斜視図である。
【図４】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バックライトを示す断面図である。
【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要素を含むマルチビューバックライトの一部分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ューライトの一部分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ュー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ューバックライトの一部分を示す断面図である。
【図７】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ュー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、実施例におけるマルチビューバックライト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】
【０００６】
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。
【０００７】
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、マルチビューまたは３次元（３Ｄ）ディスプレイと、収束ビューを有する、または提供するマルチビューディスプレイに応用される、マルチビューバックライティングを提供する。特に、本明細書に記載する原理による実施形態は、複数の異なる主極大角度方向を有する光線を提供するように構成されたマルチビーム要素を利用するマルチビューバックライティングを提供する。様々な実施形態によれば、マルチビューバックライトのマルチビーム要素によって提供される光線のこれらの異なる主極大角度方向は、マルチビューディスプレイの様々な異なるビューの異なる方向に対応している。さらに、様々な実施形態によれば、各マルチビーム要素によって提供される複数の光線はマルチビューディスプレイの視野ゾーン中心に向かって傾斜している。マルチビューバックライティングがマルチビューディスプレイと共に利用されるときには、複数の光線の視野ゾーン中心への傾斜が、視野ゾーンにわたる対応する様々な位置に収束する表示画像の様々なビューをもたらす（すなわち、収束ビューをもたらす）。収束ビューを有するマルチビューバックライティングを利用するマルチビューディスプレイの用途は、限定されるわけではないが、携帯電話（例えばスマートフォン）、腕時計、タブレットコンピュータ、モバイルコンピュータ（例えばラップトップコンピュータ）、パーソナルコンピュータおよびコンピュータモニタ、自動車のディスプレイコンソール、カメラのディスプレイ、ならびにその他の様々なモバイルおよび実質的に非モバイルの表示アプリケーションおよびデバイスを含む。
【０００８】
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（例えば様々な視点のビュー）を様々な視野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電子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。スクリーン１２は、電話（例えば携帯電話、スマートフォンなど）、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータのコンピュータモニタ、カメラのディスプレイ、またはその他の実質的に任意のデバイスの電子ディスプレイの表示画面とすることができる。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に対する様々な視野方向１６に提供する。視野方向１６は、スクリーン１２から様々な異なる主極大角度方向に延びる矢印として示してある。様々なビュー１４は、それらの矢印（すなわち視野方向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る。図１Ａでは、また、４つのビュー１４と４つの視野方向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、これらの視野方向１６のうち特定のビュー１４に対応する各視野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。
【０００９】
マルチビューディスプレイの「視野方向」、すなわち視野方向に対応する方向を有する光線（すなわち指向性光線）は、一般に、本明細書の定義では角度成分｛θ、φ｝で与えられる主極大角度方向を有する。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。
【００１０】
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野方向（例えば図１Ａの視野方向１６）に対応する特定の主極大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（または視野方向）の原点Ｏも示している。図示の光線２０は、指向性光線を表すことがある。
【００１１】
さらに、「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、複数のビューとして定義される。複数のビューは、いくつかの実施形態では、様々な視点を表す、あるい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こともある。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ことができる。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（例えば各眼あたり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（例えばマルチビューディスプレイ上で）ことができる。
【００１２】
「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画像ピクセルを表すピクセルまたは「ビューピクセル」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画像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画像ピクセルを表す、個々のビューピクセルを有する。さらに、マルチビューピクセルのビューピクセルは、本明細書の定義では、各ビュー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野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ビュー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｛ｘ１、ｙ１｝に位置する画像ピクセルに対応する個々のビュー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｛ｘ２、ｙ２｝に位置する画像ピクセルに対応する個々のビューピクセルを有することがある、などである。
【００１３】
いくつかの実施形態では、マルチビューピクセル中のビューピクセルの数が、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個のビュー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個のビューピクセル（すなわち各ビュー当たり１つ）を含むこともある。さらに他の実施例では、マルチビューディスプレイのいくつかのビューは、２つ以上のビューから実質的に任意の部分に及ぶことができ、実質的に任意の配列（例えば長方形、円形など）で配列することができる。したがって、マルチビューピクセル中のビューピクセルは、いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイのビューの数および配列と同様の数および同様の配列を有することができる。さらに、異なるビューピクセルのそれぞれは、異なるビュー（例えば６４個の異なるビュー）に対応する視野方向のうちの異なる１つに対応する関連する方向（すなわち光線の主極大角度方向）を有する。
【００１４】
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様々な個々のビュー中のピクセル（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（すなわちビューは６４０×４８０ビュー解像度を有する）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】
本明細書の定義では、マルチビューディスプレイの「収束ビュー」とは、特定のビューを構成するビューピクセルが、マルチビューディスプレイの視野ゾーン（または収束面）内の所定の位置に収束するような方向を有する、ビューのセットまたは複数のビューを指す。例えば、ビューピクセルは、変調光線を含むことがある。収束ビューでは、特定の収束ビューのビューピクセルに対応する全ての変調光線が、視野ゾーンの所定の位置に収束する方向を有する。収束ビューは、この特定のビューの実質的に全てのピクセルをユーザに提供することができる。すなわち、ユーザの眼が特定の収束ビューに対応する視野ゾーン内のある位置に配置されているときには、ユーザの眼は、マルチビューディスプレイの収束ビューの結果として、実質的にそのビューのみに関連するピクセルを受光し、その他のビューに関連するピクセルは受光しないことがある。
【００１６】
さらに、定義では、「視野ゾーン」は、マルチビューディスプレイによって表示される画像を見ることができる、通常はマルチビューディスプレイの前方の空間領域であり、例えば、ユーザの眼が表示されている画像を知覚することができる、すなわち「見る」ことができる領域である。通常は、この空間領域は、マルチビューディスプレイから所定の距離（すなわち視距離ｆ）にある、例えばマルチビューディスプレイのスクリーンから距離ｆにある平面である、または少なくともその平面に対応することがある。
【００１７】
本明細書に記載する原理による様々な実施形態では、収束ビューを有するマルチビューディスプレイの前方の視野ゾーンの視距離ｆまたは視位置は、マルチビューディスプレイの特定の適用分野または用途によって決まる、またはこれらに基づいて選択されることがある。例えば、収束ビューを有するマルチビューディスプレイを携帯電話（例えばスマートフォン）のディスプレイとして使用するときには、視距離ｆは、マルチビューディスプレイのスクリーンから、またはマルチビューディスプレイのスクリーンの前方の、約２０センチメートル（〜２０ｃｍ）から約４０センチメートル（〜４０ｃｍ）の間とすることができる。他の実施例では、視距離ｆは、限定されるわけではないが、マルチビューディスプレイがコンピュータのモニタ（例えばデスクトップモニタ）として使用されるときなどには、約４０センチメートル（〜４０ｃｍ）から約８０センチメートル（〜８０ｃｍ）の間とすることができる。他の適用分野（例えば自動車のダッシュボードディスプレイ）では、視距離ｆは、約７０センチメートル（〜７０ｃｍ）から約１００センチメートル（〜１００ｃｍ）の間、またはそれ以上にすることができる。
【００１８】
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。様々な実施例では、「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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、平板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。
【００２１】
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。
【００２２】
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という「回折結合」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こともできる。
【００２３】
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。
【００２４】
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θｍは、数式（１）で与えることができる。
【００２５】
【数１】
2019506712.tif 000003
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、θ１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ｎｏｕｔ＝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θｍ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。
【００２６】
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θ１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光線５０も示されている。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「主極大角度方向」）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。
【００２７】
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、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、互いに異なる主極大角度方向を有する。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極大角度方向を有する。
【００２８】
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極大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。様々な実施形態によれば、様々な光線の様々な主極大角度方向は、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｝で与えられる主極大角度方向を有する。
【００２９】
本明細書における定義では、「マルチビーム回折格子」は、複数の光線を生成する回折格子である。いくつかの実施例では、マルチビーム回折格子は、「チャープ」回折格子である、または「チャープ」回折格子を含むことがある。マルチビーム回折格子によって生成される複数の光線は、上述のように角度成分｛θ、φ｝で表される異なる主極大角度方向を有することがある。特に、様々な実施例によれば、マルチビーム回折格子による入射光の回折結合および回折的方向変更の結果として、これらの光線のそれぞれが、所定の主極大角度方向を有することがある。例えば、マルチビーム回折格子は、８つの異なる主要方向に８つの光線を生成することもある。様々な実施例によれば、様々な光線の異なる主極大角度方向は、格子のピッチまたは間隔と、マルチビーム回折格子への入射光の伝搬方向に対する各光線の原点におけるマルチビーム回折格子の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。
【００３０】
本明細書では、「コリメータ」は、光を視準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、および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（例えば視準度）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。同様に、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。
【００３１】
いくつかの実施形態では、コリメータは、連続反射器または連続レンズ（すなわち実質的に平滑な連続表面を有する反射器またはレンズ）とすることができる。他の実施形態では、コリメート反射器またはコリメートレンズは、限定されるわけではないが、光の視準を提供するフレネル反射器またはフレネルレンズなど、実質的に不連続な表面を含むこともある。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視準量は、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視準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、光の視準を提供する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。
【００３２】
本明細書では、「視準因子」は、光が視準される程度として定義される。特に、視準因子は、本明細書の定義では、視準された光線内の光放射線の角度幅を定義する。例えば、視準因子σは、視準された光線内の光放射線の大部分が特定の角度幅（例えば視準光線の中心または主極大角度方向の周りの±σ度）内にあるように指定することができる。視準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、視準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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、マルチビューバックライトが提供される。図３Ａ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バックライト１００を示す断面図である。図３Ｂ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バックライト１００を示す平面図である。図３Ｃ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バックライト１００を示す斜視図である。図３Ｃ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。
【００３６】
図３Ａから図３Ｃに示すマルチビューバックライト１１０は、互いに異なる主極大角度方向を有する複数の傾斜光線（外部結合光線）１０２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。提供される複数の傾斜光線１０２は、様々な実施形態によれば、マルチビューバックライト１００から離れるように、マルチビューディスプレイの複数のビューのそれぞれの視野方向に対応する異なる主極大角度方向に向けられる。いくつかの実施形態では、複数の傾斜光線１０２のうちの複数の光線１０２を（例えば以下で述べるように光弁を使用して）変調して、３Ｄコンテンツを有する情報の表示を容易にすることができる。
【００３７】
さらに、様々な実施形態によれば、複数の傾斜光線１０２は、マルチビューディスプレイの視野ゾーンの中心に向かう傾斜を有する。この傾斜は、例えばマルチビューバックライト１００の表面に対して直交する方向に対する、またはこの方向から離れる傾斜角で定義する、または特徴付けることができる。この視野ゾーンの中心に向かう傾斜は、視野ゾーン内に、または視野ゾーンに、マルチビューディスプレイの収束ビューを提供するように設定される。いくつかの実施形態によれば、複数の傾斜光線１０２の中心軸は、視野ゾーンの中心と交差するようにこの傾斜によって設定される。特に、マルチビューバックライト１００によって提供される複数の傾斜光線１０２のそれぞれの中心軸は、複数の傾斜光線１０２のそれぞれの傾斜によって、視野ゾーンの中心に向けることができるので、これと交差することができる。
【００３８】
図３Ａから図３Ｃに示すように、マルチビューバックライト１１０は、光導波路１１０を含む。光導波路１１０は、例えば、平板光導波路とすることができる。光導波路１１０は、光を、その光導波路１１０の長さに沿って、誘導光１０４として誘導するように構成される。例えば、光導波路１１０は、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、例えば、光導波路１１０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。
【００３９】
いくつかの実施形態では、光導波路１１０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。誘電体材料の実質的に平面状のシートは、全反射を用いて誘導光１０４を誘導するように構成される。様々な実施例によれば、光導波路１１０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、および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）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１１０は、光導波路１１０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。
【００４０】
さらに、いくつかの実施形態によれば、光導波路１１０は、光導波路１１０の第１の表面１１０’（例えば「前」面または側）と第２の表面１１０’’（例えば「後」面または側）の間で非ゼロ伝搬角で全反射によって誘導光１０４を誘導するように構成される。特に、誘導光１０４は、光導波路１１０の第１の表面１１０’と第２の表面１１０’’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。いくつかの実施形態では、様々な色の光を含む複数の誘導光線１０４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１１０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３Ａから図３Ｃには示していないことに留意されたい。ただし、伝搬方向１０３を示す太矢印は、図３Ａの光導波路の全長に沿った誘導光１０４の大凡の伝搬方向を示すものである。
【００４１】
本明細書で定義する「非ゼロ伝搬角」は、光導波路１１０の表面（例えば第１の表面１１０’または第２の表面１１０’’）に対する相対的な角度である。さらに、非ゼロ伝搬角は、様々な実施形態によれば、ゼロより大きく、かつ光導波路１１０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１１０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。
【００４２】
光導波路１１０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１１０に導入または結合することができる。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１１０の入力端部に導入または結合するのを容易にすることができる。誘導光１０４は、光導波路１１０に導入されると、一般に入力端部から離れることができる方向（例えば図３Ａのｘ軸に沿った向きの太字矢印で示す方向）に光導波路１１０に沿って伝搬する。
【００４３】
さらに、誘導光１０４、すなわち光導波路１１０に光を入射させることによって生成される誘導光１０４は、様々な実施形態によれば、視準光線であってもよい。本明細書では、「視準光」または「視準光線」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、視準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、視準光線の一部とはみなされない。いくつかの実施形態では、マルチビューバックライト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視準することができる。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１１０に供給される視準光は、視準される誘導光１０４である。誘導光１０４は、様々な実施形態では、上述のように、視準因子に従って、または視準因子を有するように視準することができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、光導波路１１０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、その長さに沿って伝搬方向１０３とは異なる別の伝搬方向１０３’に方向変更されることがある。例えば、光導波路１１０は、光源に隣接する入力端部の反対側の光導波路１１０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１０４をリサイクルすることによって、誘導光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、マルチビューバックライト１１０の輝度（例えば光線１０２の強度）を高めることができる。
【００４５】
図３Ａでは、リサイクル誘導光の別の伝搬方向を示す太字矢印（例えば負のｘ方向に向く）は、光導波路１１０内のリサイクル誘導光の全体としての伝搬方向１０３’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）、（例えば伝搬方向１０３を有する誘導光１０４に加えて）他の伝搬方向１０３’で光導波路１１０に光を導入することによって、他の伝搬方向１０３’に伝搬する誘導光１０４を提供することもできる。
【００４６】
図３Ａから図３Ｃに示すように、マルチビューバックライト１００は、光導波路１１０の長さに沿って、例えば図示のように誘導光１０４の伝搬方向に互いに離間した、複数のマルチビーム要素１２０をさらに含む。特に、この複数のマルチビーム要素１２０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１２０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要素１２０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。したがって、この複数の各マルチビーム要素１２０は、一般に、別個のものであり、他のマルチビーム要素１２０から分離している。
【００４７】
いくつかの実施形態によれば、この複数のマルチビーム要素１２０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１２０は、線形の１Ｄアレイとして配置することができる。別の実施例では、複数のマルチビーム要素１２０は、長方形の２Ｄアレイ、円形の２Ｄアレイ、２Ｄの六角形アレイなど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１２０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１２０間の要素間距離は、アレイを横切る方向および光導波路１１０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。
【００４８】
様々な実施形態によれば、複数のマルチビーム要素１２０は、誘導光１０４の一部分を複数の傾斜光線１０２として外部結合するように構成される。特に、図３Ａおよび図３Ｃは、複数の傾斜光線１０２を、光導波路１１０の第１の表面（または前面）１１０’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、上述し、図３Ａに示すように、マルチビーム要素１２０によって外部結合される複数の傾斜光線１０２は、視野ゾーンの中心または中心部分に複数の傾斜光線を向ける傾斜を有する。図３Ａでは、この傾斜は、傾斜角φで示してある。なお、各マルチビーム要素１２０に関連する複数の傾斜光線１０２は、それぞれの複数の傾斜光線を視野ゾーン中心に向ける異なる傾斜を有することに留意されたい。したがって、この傾斜または傾斜角φは、例えば図３Ａに示すように、マルチビューバックライト１００の中央点またはその付近のマルチビーム要素１２０の場合の実質的にゼロから、マルチビューバックライトの中央から離れた両側におけるゼロ超まで変化する、またはその範囲に及ぶことがある。
【００４９】
図３Ａから図３Ｃは、複数の傾斜光線の光線１０２を変調するように構成された光弁１０８のアレイもさらに示している。光弁アレイは、例えばマルチビューバックライトを利用するマルチビューディスプレイの一部とすることができ、図３Ａから図３Ｃでは、本明細書の説明を容易にするためにマルチビューバックライト１００と共に示してある。上述のように、図３Ｃに示す光弁１０８のアレイは、光弁アレイの下にある光導波路１１０およびマルチビーム要素１２０が見えるように、部分的に切り欠いてある。
【００５０】
図３Ａから図３Ｃに示すように、様々な主極大角度方向を有する複数の傾斜光線の光線１０２の異なるそれぞれは、光弁アレイ中のそれぞれ異なる光弁１０８を通過し、それらによって変調することができる。さらに、示すように、アレイの光弁１０８は、ビューピクセル１０６’に対応し、これらの光弁１０８のセットが、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル１０６に対応する。特に、光弁アレイの光弁１０８の異なるセットは、マルチビーム要素１２０の異なるそれぞれから複数の傾斜光線１０２を受光してそれを変調する、すなわち、示すように、各マルチビーム要素１２０ごとに、１つの一意的な光弁１０８のセットがある。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を、光弁アレイの光弁１０８として利用することができる。
【００５１】
図３Ａでは、第１の光弁セット１０８ａは、第１のマルチビーム要素１２０ａから複数の傾斜光線１０２を受光して変調するように構成され、第２の光弁セット１０８ｂは、第２のマルチビーム要素１２０ｂから複数の傾斜光線１０２を受光して変調するように構成される。したがって、光弁アレイ中の各光弁セット（例えば第１の光弁セット１０８ａおよび第２の光弁セット１０８ｂ）は、それぞれ異なるマルチビューピクセル１０６に対応し、光弁セットの個々の光弁１０８は、それぞれのマルチビューピクセル１０６のビューピクセル１０６’に対応している。
【００５２】
様々な実施形態では、複数のマルチビーム要素１２０と対応するマルチビューピクセル１０６（例えば光弁のセット１０８）との間の関係は、１対１の関係である。すなわち、マルチビューピクセル１０６とマルチビーム要素１２０とが同数ずつ存在する。図３Ｂに、例示を目的として１対１の関係を示すが、ここでは、異なる光弁１０８のセットを含む各マルチビューピクセル１０６を破線で囲んで示してある。他の実施形態（図示せず）では、マルチビューピクセル１０６の数とマルチビーム要素１２０の数が互いに異なることもある。
【００５３】
さらに（例えば図３Ａに示すように）、各マルチビーム要素１２０は、複数の傾斜光線１０２をただ１つのマルチビューピクセル１０６のみに提供するように構成することができる。特に、マルチビーム要素１２０のうちの所与の１つについて、マルチビューディスプレイの異なるビューに対応する異なる主極大角度方向を有する複数の傾斜光線の光線１０２は、図３Ａに示すように、実質的に、単一の対応するマルチビューピクセル１０６およびそのビューピクセル１０６’に、すなわちそのマルチビーム要素１２０に対応する単一の光弁１０８のセットに制限される。したがって、マルチビューバックライト１００の各マルチビーム要素１２０は、マルチビューディスプレイの異なるビューに対応する異なる主極大角度方向のセットを有する対応する複数の傾斜光線１０２を提供する（すなわち、このセット、または複数の傾斜光線１０２は、異なる視野方向のそれぞれに対応する方向を有する光線を含む）。
【００５４】
様々な実施形態によれば、マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素１２０の、対応するマルチビューピクセル１０６の位置に対するずれ（例えば側方ずれ）は、複数の傾斜光線１０２の傾斜を提供するように設定される。特に、１対のマルチビーム要素１２０の間の要素間距離（例えば中心間距離）は、マルチビューディスプレイの対応するマルチビューピクセル１０６の対の間のピクセル間距離（例えば中心間距離）より大きいことがある。ピクセル間距離より要素間距離の方が大きいことにより、対応するマルチビューピクセル１０６に対するマルチビーム要素１２０のずれを提供することができる。換言すれば、要素間距離とピクセル間距離の比は、視野ゾーン中心に向かう複数の傾斜光線１０２の傾斜を提供するように設定することができる。
【００５５】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１のマルチビーム要素１２０ａと第２のマルチビーム要素１２０ｂの間の中心間距離ｄ（すなわち要素間距離）は、第１の光弁セット１０８ａと第２の光弁セット１０８ｂの間の中心間距離Ｄ（すなわちピクセル間距離）より大きい（すなわちｄ＞Ｄ）。なお、図３Ａおよび図３Ｂでは、光弁セット１０８ａ、１０８ｂは、マルチビーム要素１２０ａ、１２０ｂに対応するマルチビューピクセル１０６の対を表すことに留意されたい。ピクセル間距離Ｄより要素間距離ｄの方が大きいことにより、マルチビーム要素１２０の、対応するマルチビューピクセル１０６に対するずれが生じる。このずれが、図３Ａに示すように、複数の傾斜光線１０２の傾斜を提供する（すなわち傾斜角φを生じる）。したがって、傾斜または傾斜角φは、様々な実施形態によれば、このずれを適当に選択することによって直接制御することができる。
【００５６】
いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１２０は、視野ゾーン中心への複数の傾斜光線１０２の傾斜を提供するように構成された散乱特性を有する。例えば、マルチビーム要素アレイの各マルチビーム要素１２０は、マルチビーム要素１２０の発出パターンを調節し、傾斜を提供する、すなわちマルチビーム要素１２０の傾斜発出パターンを提供するように設定された対応する散乱特性を有することがある。この散乱特性は、これらに限定されるわけではないが、例えば回折（例えば回折格子の間隔またはピッチによって提供される）、反射、マルチビーム要素１２０によって提供される屈折を含む可能性がある。各マルチビーム要素１２０の対応する散乱特性は、例えば光導波路の全長に沿ったアレイ内の各マルチビーム要素１２９の位置に応じて変化する可能性がある。
【００５７】
いくつかの実施形態では、位置に応じて変化する対応する散乱特性は、複数の傾斜光線を、上述のずれによって提供される傾斜に加えて、視野ゾーン中心に向かってさらに傾斜させるように設定される。他の実施形態（図示せず）では、この傾斜は、マルチビーム要素１２０の散乱特性によってもたらされ、マルチビーム要素１２０の対および対応する光弁セットまたはマルチビューピクセル１０６の相対的な中心間距離は、実質的に等しいことがあり、例えば、マルチビーム要素１２０は、マルチビューピクセル１０６を表す光弁セット間の間隔（すなわち中心間距離Ｄ）とほぼ同じ要素間間隔（すなわち中心間距離ｄ）を有することがある。さらに、位置によって変化する散乱特性によって提供される傾斜（例えば発出パターン傾斜）が、マルチビューバックライト１００の、例えば複数の傾斜光線１０２の光線１０２の、またはそれらの光線１０２内の、輝度均一性の向上および色均一性の向上の一方または両方をもたらす可能性がある。
【００５８】
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複数のビューの内の異なるビューは、視野ゾーン内にそれぞれの視野位置を有する。すなわち、異なるビューはそれぞれ、視野ゾーン内の異なる位置に現れる可能性がある。さらに、異なるビューのそれぞれに対応する複数の光線のうちの光線は、傾斜によって、それぞれの視野位置で視野ゾーンと交差して収束ビューを提供するように設定することができる。収束ビューは、ビュー間の移行に対応する空間虹および暗縞などの光学収差または視覚アーチファクトを軽減する、または実質的に解消することができる。収束ビューは、マルチビューディスプレイによって表示されるマルチビュー画像を表すビューの均一性を提供することもできる。
【００５９】
図４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バックライト１００を示す断面図である。特に、図４に示すマルチビューバックライト１００は、光導波路１１０と、マルチビーム要素１２０とを含む。マルチビューピクセル１０６に分割される光弁１０８のアレイ１０９も示してある。光弁アレイ１０９から距離ｆのところにある破線は、例えばマルチビューディスプレイの視野ゾーン１４０を表している。光弁アレイ１０９から視野ゾーン１４０までの距離ｆは、光弁アレイ１０９およびマルチビューバックライト１００を含むマルチビューディスプレイの目標視距離であることがある。さらに、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨで示される位置のマルチビューディスプレイのビューは、視野ゾーン１４０内に示してある。
【００６０】
いくつかの実施形態によれば、目標視距離は、収束ビューを有するバックライト１００を内蔵するマルチビューディスプレイの適用分野によって決まる最適な視距離であることがある。特に、目標視距離または距離ｆは、マルチビューディスプレイを見るためにユーザの眼が配置されると予想される位置とすることができる。いくつかの実施例では、例えばマルチビューディスプレイが、これらに限定されるわけではないが、携帯電話（例えばスマートフォン）またはタブレットコンピュータなどのモバイルデバイスで使用されるときには、距離ｆは、約２０ｃｍから約４０ｃｍの間とすることができる。他の実施例では、例えば、これらに限定されるわけではないが、コンピュータモニタまたは自動車用ディスプレイ（例えば自動車のダッシュボードまたはコンソールのディスプレイ）などの適用分野では、距離ｆは、３０ｃｍから約１２０ｃｍの間とすることができる。
【００６１】
図４に示すように、複数の傾斜光線１０２の光線１０２は、光導波路１１０から外部結合され、マルチビューピクセル１０６を通過して、これによって変調される。傾斜角φの破線は、図４において、複数の傾斜光線１０２の中心軸を表している。図示のように、複数の傾斜光線１０２の中心軸は、視野ゾーン中心１４２で視野ゾーン１４０と交差する。さらに、図示のように、第１のビュー（例えば位置Ａの第１のビュー）に対応するマルチビーム要素１２０のそれぞれからの第１の光線１０２ａは、位置Ａで視野ゾーン１４０と交差する。同様に、図４に示すように、第２のビューに対応するマルチビーム要素１２０のそれぞれからの第２の光線１０２ｂは、位置Ｂで視野ゾーン１４０と交差し、第３のビューに対応するマルチビーム要素１２０のそれぞれからの第３の光線１０２ｃは、位置Ｃで視野ゾーン１４０と交差し、以下同様になっている。交差する光線１０２ａ、１０２ｂ、および１０２ｃは、視野ゾーン１４０内で、それぞれ位置Ａ、Ｂ、Ｃで収束ビューを形成する。したがって、これらの収束ビューは、視野ゾーン１４０内で様々な視位置に目を配置することによって見ることができる。また、図４には、複数の傾斜光線１０２の中心軸
【００６２】
いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素１２０の形状は、マルチビューピクセル１０６の形状に類似している、すなわちマルチビューピクセル１０６に対応する光弁１０８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１２０は、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１０６（または対応する光弁１０８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１２０は、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実施例では、マルチビーム要素１２０に対応するマルチビューピクセル１０６（すなわち光弁１０８のセットの配列）は、類似した長方形の形状を有することがある。図３Ｂは、正方形のマルチビーム要素１２０と、光弁１０８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１０６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１２０および対応するマルチビューピクセル１０６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。
【００６３】
さらに、図３Ａから図３Ｃを再度参照して、いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素１２０のサイズは、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル１０６中のビューピクセル１０６’のサイズと同等であることがある。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、ビューピクセル１０６’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１２０のそれと同等であるサイズも、マルチビーム要素１２０の長さであることがある。別の例では、マルチビーム要素１２０の面積がビューピクセル１０６’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。
【００６４】
いくつかの実施形態では、マルチビーム要素のサイズがビュー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１２０のサイズがビューピクセルのサイズと同等である。例えば、マルチビーム要素のサイズを「ｓ」で表し、ビューピクセルのサイズを「Ｓ」で表した場合（例えば図３Ａから図３Ｃに示す）に、マルチビーム要素のサイズｓは、数式（１）で与えることができる。
０．５Ｓ≦ｓ≦２Ｓ  （１）
他の実施例では、マルチビーム要素のサイズは、ビューピクセルのサイズの約６０％超、ビューピクセルのサイズの約７０％超、ビューピクセルのサイズの約８０％超、またはビューピクセルのサイズの約９０％超であり、マルチビーム要素は、ビューピクセルのサイズの約１８０％未満、ビューピクセルのサイズの約１６０％未満、ビューピクセルのサイズの約１４０％未満、またはビューピクセルのサイズの約１２０％未満である。例えば、「同等であるサイズ」により、マルチビーム要素のサイズは、ビューピクセルのサイズの約７５％から約１５０％の間とすることができる。別の実施例では、マルチビーム要素のサイズがビューピクセルのサイズの約１２５％から約８５％の間である場合に、マルチビーム要素１２０のサイズがビューピクセル１０６’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１２０およびビューピクセル１０６’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例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例では最小限に抑えるように選択されることがある。
【００６５】
なお、図３Ａに示すように、ビューピクセル１０６’のサイズは、光弁アレイ中の光弁１０８のサイズに対応することがある。他の実施例では、ビューピクセルのサイズは、光弁アレイの隣接する光弁１０８間の距離（例えば中心間距離）として定義されることもある。例えば、光弁１０８は、光弁アレイ中の光弁１０８間の中心間距離より小さいこともある。ビューピクセルのサイズは、例えば、光弁１０８のサイズ、または光弁１０８間の中心間距離に対応するサイズのいずれとして定義することもできる。
【００６６】
様々な実施形態によれば、マルチビーム要素１２０は、誘導光１０４の一部分を外部結合するまたは外部散乱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１２０は、誘導光の一部分を、様々な主極大角度方向を有する複数の傾斜光線１０２として回折的に外部結合するように構成される。他の実施形態では、マイクロ反射要素を含むマルチビーム要素１２０は、誘導光の一部分を、複数の傾斜光線１０２として反射的に外部結合するように構成され、あるいはマイクロ屈折要素を含むマルチビーム要素１２０は、誘導光の一部分を、複数の傾斜光線１０２として、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。
【００６７】
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要素１２０を含むマルチビューバックライト１００の一部分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別の実施形態による、実施例におけるマルチビーム要素１２０を含むマルチビューバックライト１００の一部分を示す断面図である。特に、図５Ａから図５Ｂは、回折格子１２２を含むマルチビューバックライト１００のマルチビーム要素１２０を示している。回折格子１２２は、誘導光１０４の一部分を、複数の傾斜光線１０２として回折的に外部結合するように構成される。回折格子１２２は、誘導光の一部分の回折的外部結合を提供するように構成された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のピッチだけ互いに離間した複数の回折フィーチャを含む。様々な実施形態によれば、回折格子１２２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（すなわち誘導光の波長未満である）ことがある。
【００６８】
いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１２０の回折格子１２２は、光導波路１１０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１２２は、図５Ａに示すように、光導波路１１０の第１の表面１１０’にある、または第１の表面１１０’に隣接していることがある。光導波路の第１の表面１１０’に位置する回折格子１２２は、誘導光の一部分を第１の表面１１０’を通して光線１０２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５Ｂに示すように、回折格子１２２は、光導波路１１０の第２の表面１１０’’に位置する、または第２の表面１１０’’に隣接して位置することがある。第２の表面１１０’’に位置するときには、回折格子１２２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１２２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１１０’に向かって反射して、回折的に外部結合された光線１０２として第１の表面１１０’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１１０の表面の間に位置することがある。
【００６９】
なお、本明細書に記載するいくつかの実施形態では、複数の傾斜光線１０２の主極大角度方向は、光導波路の表面で光導波路１１０から出る複数の傾斜光線１０２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５Ｂは、限定ではなく例示を目的として、複数の傾斜光線１０２が第１の表面１１０’を通って出るときの屈折率の変化による複数の傾斜光線１０２の屈折（すなわち屈曲）を示している。また、以下で述べる図６Ａおよび図６Ｂも参照されたい。
【００７０】
いくつかの実施形態によれば、回折格子１２２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１１０の材料を含み、例えば、光導波路１１０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１１０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。
【００７１】
いくつかの実施形態では、マルチビーム要素１２０の回折格子１２２は、回折フィーチャの間隔が回折格子１２２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１２２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。
【００７２】
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１２０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。
【００７３】
いくつかの実施形態（図示せず）では、マルチビーム要素１２０の回折格子は、マルチビーム回折格子を含むことがある。いくつかの実施形態では、この回折格子は、複数の回折格子を含むことがある。定義では、回折格子（例えば回折格子１２２）を含むマルチビーム要素１２０の散乱特性は、回折格子による、回折格子からの、または回折格子を通した、回折（例えば回折的結合または回折的散乱）を含む。例えば、位相関数（例えば格子ピッチまたは回折フィーチャ間隔）は、回折的結合による光の発出パターンを視野ゾーン中心に向かって誘導する、または傾斜させるように設定または調整することができる。換言すれば、複数の傾斜光線１０２の傾斜は、回折格子１２２の適当な回折的散乱特性を選択することによって、提供（または制御）することができる。図５Ａから図５Ｂは、回折格子１２２を含むマルチビーム要素１２０の散乱特性（例えば回折的散乱）によって傾斜が提供される様子の一例を示す図である。
【００７４】
図６Ａ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１２０を含むマルチビューバックライト１００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１２０を含むマルチビューバックライト１００の一部分を示す断面図である。特に、図６Ａおよび図６Ｂは、マイクロ反射要素を含むマルチビーム要素１２０の様々な実施形態を示す図である。マルチビーム要素１２０として使用される、またはマルチビーム要素１２０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（例えば図６Ａから図６Ｂ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１２０は、光導波路１１０の表面（例えば第２の表面１１０’’）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１１０内で第１の表面１１０’と第２の表面１１０’’の間に位置することがある。
【００７５】
例えば、図６Ａは、光導波路１１０の第２の表面１１０’’に隣接して位置する、反射ファセットを有するマイクロ反射要素１２４（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１２０を示している。図示のプリズム状マイクロ反射要素１２４のファセットは、誘導光１０４の一部分を光導波路１１０から出るように反射する（すなわち反射的に結合する）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１１０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６Ａに示すように）光導波路１１０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１１０’’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。
【００７６】
さらに、図６Ａには、１対のマイクロ反射要素１２４が示してある。マイクロ反射要素対の第１のマイクロ反射要素１２４ａは、複数の傾斜光線１０２にゼロより大きい傾斜、すなわち「非ゼロ傾斜」を提供するように設定された散乱特性（例えば反射）を有する。例えば、第１のマイクロ反射要素１２４ａは、非ゼロ傾斜を提供する非対称ファセットを有するものとして示してある。また、対称ファセットを有する第２のマイクロ反射要素１２４ｂも示してある。第２のマイクロ反射要素１２４ｂの対称ファセットは、図示のように、例えばゼロに実質的に等しい複数の傾斜光線１０２の傾斜を提供するように設定することができる。
【００７７】
別の例では、図６Ｂ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１２４など、実質的に平滑な湾曲表面を有するマイクロ反射要素１２４を含むマルチビーム要素１２０を示している。マイクロ反射要素１２４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。
【００７８】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、光導波路１１０から反射的に外部結合される誘導光の一部分は、限定ではなく例示を目的として、第１の表面１１０’から出る、または発出される。図６Ａのプリズム状マイクロ反射要素１２４と同様に、図６Ｂのマイクロ反射要素１２４は、限定ではなく例示を目的として図６Ｂに示すように、光導波路１１０内の反射性材料、または第２の表面１１０’’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６Ｂは、限定ではなく例示を目的として、２つの伝搬方向１０３、１０３’（すなわち太矢印で示す）を有する誘導光１０４も示している。ただし、伝搬方向１０３’を有する誘導光１０４は、任意選択である。さらに、定義では、マイクロ反射要素（例えばマイクロ反射要素１２４）を含むマルチビーム要素１２０の散乱特性は、そのマイクロ反射要素からの反射を含む。図６Ｂには、限定のためではなく、説明を容易にするために、複数の傾斜光線１０２の傾斜または傾斜角は、実質的にゼロに等しいものとして示してある。
【００７９】
図７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１２０を含むマルチビューバックライト１００の一部分を示す断面図である。特に、図７は、マイクロ屈折要素１２６を含むマルチビーム要素１２０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１２６は、光導波路１１０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１２６は、図７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、誘導光の一部分を複数の傾斜光線１０２として光導波路１１０から外部結合するように構成される。
【００８０】
マイクロ屈折要素１２６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１２６は、例えば図示のように光導波路１１０の表面（例えば第１の表面１１０’）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１２６は、いくつかの実施形態では、光導波路１１０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１２６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。定義では、マイクロ屈折要素（例えばマイクロ屈折要素１２６）を含むマルチビーム要素１２０の散乱特性は、そのマイクロ屈折要素による屈折を含む。図７には、限定のためではなく、説明を容易にするために、複数の傾斜光線１０２の傾斜または傾斜角は、実質的にゼロに等しいものとして示してある。
【００８１】
図３Ａを再度参照すると、マルチビューバックライト１００は、いくつかの実施形態では、光源１３０をさらに含むことがある。様々な実施形態によれば、光源１３０は、非ゼロ伝搬角で光導波路１１０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１３０は、光導波路１１０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１３０は、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１３０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／青または「ＲＧＢ」色モデル）の原色とすることができる。他の例では、光源１３０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１３０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１３０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。
【００８２】
いくつかの実施形態では、光源１３０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１３０の発光体のうちの１つまたは複数から実質的に視準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、この実質的に視準されていない光を視準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、所定の視準因子に従って視準された視準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視準因子を有する視準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、視準光線を光導波路１１０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。
【００８３】
いくつかの実施形態では、マルチビューバックライト１００は、誘導光１０４の伝搬方向１０３、１０３’に対して直交する光導波路１１０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１１０および離間した複数のマルチビーム要素１２０が、光が光導波路１１０、具合的には第１の表面１１０’および第２の表面１１０’’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１２０の比較的小さなサイズ、およびマルチビーム要素１２０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１０６と１対１の対応）の両方によって高めることができる。さらに、いくつかの実施形態によれば、特にマルチビーム要素１２０が回折格子を含むとき、マルチビーム要素１２０は光導波路表面１１０’、１１０’’に対して直交して伝搬する光に対して実質的に透明になることもできる。
【００８４】
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、マルチビューディスプレイが提供される。マルチビューディスプレイは、マルチビューディスプレイのピクセルとして変調光線を発出するように構成される。さらに、発出される変調光線は、複数の視野方向に向かって、またより詳細にはマルチビューディスプレイの複数の収束ビュー中に優先的に向けることができる。いくつかの実施例では、マルチビューディスプレイは、３Ｄ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。様々な実施例によれば、変調された異なる向きの光線の異なるそれぞれは、マルチビュー画像に関連する異なる「ビュー」の個々のピクセルに対応することがある。この異なるビューが、例えば、マルチビューディスプレイによって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。
【００８５】
図８は、本明細書に記載する原理による実施形態による、実施例におけるマルチビューディスプレイ２００を示すブロック図である。様々な実施形態によれば、マルチビューディスプレイ２００は、異なる視野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、マルチビューディスプレイ２００から発出される変調光線２０２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（すなわちビューピクセル）に対応することができる。変調光線２０２は、図８では、マルチビューピクセル２１０から出る矢印として示してある。限定ではなく例示を目的として、それが変調されていることを強調するために、発出される変調光線２０２の矢印には破線を使用している。
【００８６】
図８に示すマルチビューディスプレイ２００は、マルチビューピクセル２１０のアレイを含む。このアレイのマルチビューピクセル２１０は、マルチビューディスプレイ２００の複数の異なるビューを収束ビューとして提供するように構成される。特に、複数の傾斜光線の傾斜は、複数の傾斜光線の中心軸（すなわち中心光線）をマルチビューディスプレイの視野ゾーンの中心に向けるように構成される。様々な実施形態によれば、このアレイのマルチビューピクセル２１０は、複数の傾斜光線２０４を変調して発出変調光線２０２を生成するように構成された、複数の光弁、すなわち複数のビューピクセルを含む。発出変調光線２０２は、マルチビューディスプレイ２００の収束ビューを表す。
【００８７】
いくつかの実施形態では、マルチビューピクセル２１０は、マルチビューバックライト１００に関連して上述した光弁１０８のアレイの光弁１０８のセットと実質的に同様である。特に、マルチビューピクセル２１０のビューピクセルは、上述の光弁１０８と実質的に同様であることがある。すなわち、マルチビューディスプレイ２００のマルチビューピクセル２１０は、光弁のセット（例えば光弁１０８のセット）を含むことがあり、マルチビューピクセル２１０のビューピクセルは、そのセットの光弁（例えば単一の光弁１０８）を含むことがある。
【００８８】
図８に示すように、マルチビューディスプレイ２００は、光導波路２２０をさらに含む。光導波路２０は、光導波路２２０の長さに沿って光を誘導光として誘導するように構成される。いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイ２００の光導波路２２０は、マルチビューバックライト１００に関連して上述した光導波路１１０と実質的に同様であることがある。特に、光導波路１１０は、全反射によって光を誘導するように構成される。光導波路２２０は、いくつかの実施形態では、平板光導波路とすることができる。
【００８９】
様々な実施形態によれば、図８に示すマルチビューディスプレイ２００は、マルチビーム要素２３０のアレイをさらに含む。このアレイの各マルチビーム要素２３０は、誘導光の一部分を対応する複数の傾斜光線２０４として外部結合する（または外部散乱する）ように構成される。特に、マルチビーム要素２３０を光導波路に光学的に結合して、誘導光の一部分を外部結合することができる。さらに、複数の傾斜光線２０４が、各マルチビーム要素によって対応するマルチビューピクセル２１０に提供される。複数の傾斜光線２０４の光線２０４は、互いに異なる主極大角度方向を有する。さらに、光線２０４のこれらの異なる主極大角度方向は、マルチビューディスプレイ２００の異なる収束ビューの異なる視野方向に対応する。様々な実施形態では、マルチビューディスプレイ２００の複数のビューの異なるビューは、視野ゾーン内にそれぞれの視位置を有することがある。異なるビューのそれぞれに対応する複数の傾斜光線２０４の光線は、いくつかの実施形態によれば、傾斜によって、それぞれの視位置で視野ゾーンと交差して、収束ビューを提供するように構成することができる。
【００９０】
様々な実施形態によれば、複数の傾斜光線２０４の傾斜は、マルチビーム要素２３０の散乱特性、およびマルチビューピクセル２１０間のピクセル間距離または間隔に対するマルチビーム要素間の要素間距離または間隔のうちの一方または両方によって提供する、または制御することができる。特に、マルチビューバックライト１００に関連して上述したように、いくつかの実施形態では、１対のマルチビーム要素２３０の間の要素間距離は、マルチビューディスプレイ２００の対応する対のマルチビューピクセル２１０の間のピクセル間距離より大きいことがある。ピクセル間距離より大きい要素間距離は、複数の傾斜光線２０４の傾斜または傾斜角を提供するように設定（例えば選択）される。これに加えて、または別法として、マルチビーム要素２３０の散乱特性は、マルチビーム要素アレイ内のマルチビーム要素２３０の位置によって変化するように設定することができる。この変化する散乱特性は、いくつかの実施形態によれば、複数の傾斜光線２０４の傾斜または傾斜角を提供する、または少なくとも増大させるように設定することができる。特に、いくつかの実施形態では、ピクセル間距離に対するピクセル間距離の比と、マルチビーム要素２３０の位置によって変化する散乱特性の両方が組み合わさって、傾斜を提供する。
【００９１】
いくつかの実施形態では、マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素２３０のサイズは、複数のビューピクセルのビューピクセルのサイズと同等である。例えば、マルチビーム要素２３０のサイズは、いくつかの実施形態では、ビューピクセルのサイズの２分の１より大きく、ビューピクセルのサイズの２倍より小さいことがある。さらに、マルチビューピクセルアレイのマルチビューピクセル２１０と、マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素２３０との間に、１対１の対応があることがある。したがって、マルチビューピクセル２１０中の各ビューピクセルは、対応するマルチビーム要素２３０によって提供される複数の傾斜光線２０４のうちの異なる１つを変調するように構成されることがある。さらに、各マルチビューピクセル２１０は、様々な実施形態によれば、ただ１つのマルチビーム要素２３０だけから光線２０４を受光して、これを変調するように構成されることがある。
【００９２】
いくつかの実施形態では、マルチビーム要素アレイのマルチビーム要素２３０は、上述したマルチビューバックライト１００のマルチビーム要素１２０と実質的に同様であることがある。例えば、マルチビーム要素２３０は、上述して図５Ａから図５Ｂに示した回折格子１２２と実質的に同様の回折格子を含むことがある。いくつかの実施形態では、この回折格子は、マルチビーム回折格子、または複数の回折格子を含むことがある。別の実施例では、マルチビーム要素２３０は、上述して図６Ａから図６Ｂに示したマイクロ反射要素１２４と実質的に同様のマイクロ反射要素を含むことがある。さらに別の実施例では、マルチビーム要素２３０は、マイクロ屈折要素を含むことがある。マイクロ屈折要素は、上述して図７に示したマイクロ屈折要素１２６と実質的に同様であることがある。
【００９３】
さらに、これらの実施形態のうちのいくつか（図８には図示せず）では、マルチビューディスプレイ２００は、光源をさらに含むことがある。この光源は、非ゼロ伝搬角を有する光導波路に光を提供し、いくつかの実施形態では、視準因子に従って視準された光を提供して、例えば光導波路２２０内で誘導光の所定の角度の拡散を生じるように構成されることがある。いくつかの実施形態によれば、光源は、上述したマルチビューバックライト１００の光源１３０と実質的に同様であることがある。
【００９４】
本明細書に記載する原理の他の実施形態によれば、マルチビューバックライト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マルチビューバックライト動作の方法３００を示す流れ図である。図９に示すように、マルチビューバックライトの動作方法３００は、光導波路の長さに沿って光を誘導するステップ（３１０）を含む。いくつかの実施形態では、光は、非ゼロ伝搬角で誘導される（３１０）ことができる。さらに、誘導光は、所定の視準因子に従って視準することによって誘導することができる。いくつかの実施形態によれば、光導波路は、マルチビューバックライト１００に関連して上述した光導波路１１０と実質的に同様であることがある。
【００９５】
図９に示すように、マルチビューバックライトの動作方法３００は、マルチビーム要素を使用して誘導光の一部分を光導波路から外部結合して（３２０）、互いに異なる主極大角度方向を有する複数の傾斜光線を提供するステップをさらに含む。様々な実施形態では、複数の傾斜光線の主極大角度方向は、マルチビューディスプレイのそれぞれの視野方向に対応する。複数の傾斜光線は、さらに、マルチビューディスプレイの視野ゾーンの中心に向かう傾斜を有して、収束ビューを提供する。複数の傾斜光線の中心軸は、様々な実施形態によれば、傾斜によって、視野ゾーン中心と交差するように設定される。本明細書における定義では、例えば複数の傾斜光線に中心光線そのものが存在しないときには、複数の傾斜光線の中心軸が、中心光線を表す、またはこれと等価であるものとすることができる。
【００９６】
いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、上述したマルチビューバックライト１００のマルチビーム要素１２０と実質的に同様である。例えば、マルチビーム要素は、複数のマルチビーム要素、またはマルチビーム要素のアレイの一部であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、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。特に、いくつかの実施形態によれば、誘導光を外部結合する（３２０）際に使用されるマルチビーム要素は、光導波路に光学的に結合されて誘導光の一部分を回折的に外部結合する（３２０）回折格子を含むことがある。この回折格子は、例えば、マルチビーム要素１２０の回折格子１２２と実質的に同様であることがある。別の実施形態では、マルチビーム要素は、光導波路に光学的に結合されて誘導光の一部分を反射的に外部結合する（３２０）マイクロ反射要素を含むことがある。例えば、マイクロ反射要素は、マルチビーム要素１２０に関連して上述したマイクロ反射要素１２４と実質的に同様であることがある。さらに別の実施形態では、マルチビーム要素は、光導波路に光学的に結合されて誘導光の一部分を屈折的に外部結合する（３２０）マイクロ屈折要素を含むことがある。マイクロ屈折要素は、上述したマルチビーム要素１２０のマイクロ屈折要素１２６と実質的に同様であることがある。
【００９７】
いくつかの実施形態によれば、マルチビーム要素のサイズは、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセル中のビューピクセルのサイズと同等である。例えば、マルチビーム要素は、ビューピクセルのサイズの２分の１より大きく、ビューピクセルのサイズの２倍より小さいことがある。
【００９８】
いくつかの実施形態（図示せず）では、マルチビューバックライトの動作方法３００は、マルチビューディスプレイの対応する対のマルチビューピクセルの間のピクセル間距離より大きい（例えばマルチビーム要素のアレイ中の）１対のマルチビーム要素間の要素間距離を選択することによって、複数の傾斜光線の傾斜を提供するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、マルチビューバックライトの動作方法３００は、光導波路の長さに沿って配置されたマルチビーム要素のアレイ中のマルチビーム要素の散乱特性を、マルチビーム要素アレイ内のマルチビーム要素の位置に応じて変化させることによって、複数の傾斜光線の傾斜を提供するステップをさらに含むことがある。いくつかの実施形態では、この方法３００は、ピクセル間距離より大きくなるように要素間距離を選択することと、光導波路に沿った位置に応じてマルチビーム要素の散乱特性を変化させることとの両方によって、複数の傾斜光線の傾斜を提供するステップを含む。
【００９９】
いくつかの実施形態（図示せず）では、マルチビューバックライトの動作方法３００は、光源を使用して光導波路に光を提供するステップをさらに含む。提供される光は、光導波路内で非ゼロ伝搬角を有する、または視準因子に従って光導波路内で視準されて光導波路内で誘導光の所定の角度の拡散を提供する、あるいはその両方である、誘導光であることがある。いくつかの実施形態では、光源は、上述したマルチビューバックライト１００の光源１３０と実質的に同様であることがある。
【０１００】
いくつかの実施形態では、マルチビューバックライトの動作方法３００は、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルとして構成された光弁を使用して、複数の傾斜光線を変調するステップ（３３０）をさらに含む。いくつかの実施形態によれば、複数の光弁または光弁のアレイの光弁は、マルチビューピクセルのビューピクセルに対応する。すなわち、マルチビーム要素は、例えば、光弁のサイズ、または複数の光弁の光弁間の中心間間隔と同等のサイズを有することがある。いくつかの実施形態によれば、複数の光弁は、図３Ａから図３Ｃを参照して上述した光弁１０８のアレイおよびマルチビューバックライト１００と実質的に同様であることがある。特に、上述のように第１および第２の光弁セット１０８ａ、１０８ｂが異なるマルチビューピクセル１０６に対応するのと同様にして、光弁の異なるセットが異なるマルチビューピクセルに対応することがある。さらに、図３Ａから図３Ｃの上述の説明において光弁１０８がビューピクセル１０６’に対応するのと同様に、光弁アレイの個々の光弁が、マルチビューピクセルのビューピクセルに対応することがある。
【０１０１】
以上、マルチビューバックライト、マルチビューバックライトの動作方法、およびビューピクセルを含むマルチビューピクセルを有するマルチビューディスプレイの実施例および実施形態について説明した。このマルチビューバックライト、方法、およびマルチビューディスプレイは、マルチビーム要素を利用して、マルチビュー画像の異なるビューに対応する複数の傾斜光線を提供する。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】
【０１０２】
１０  マルチビューディスプレイ
１２  スクリーン
１４  ビュー
１６  視野方向
２０  光線
３０  回折格子
４０  光導波路
５０  外部結合光線
１００  マルチビューバックライト
１０２  光線
１０６  マルチビューピクセル
１０８  光弁
１１０  光導波路
１２０  マルチビーム要素
１２２  回折格子
１２４  マイクロ反射要素
１２６  マイクロ屈折要素
１３０  光源
２００  マルチビューディスプレイ
【図１Ａ−Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ−Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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