(57)【要約】  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異なるビュー方向に対応する異なる主角度方向を有する指向性光ビームを提供するように構成されたマルチビーム素子のアレイを利用する。また、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によって表示されるマルチビュー画像として指向性光ビームを変調するように構成されたライトバルブのアレイを備え、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルは、複数マルチビーム素子のマルチビーム素子に対応し、マルチビーム素子からの指向性光ビームを変調するように構成されている、ライトバルブアレイのライトバルブのセットを備える。さらに、マルチビューピクセルの形状は、動的視野（ＦＯＶ）を有するマルチビュー画像を提供するように、動的に再構成可能である。ＦＯＶは、マルチビューディスプレイの監視された配向、マルチビューディスプレイに対するユーザの監視された位置、または両方に基づいて修正され得る。
2021529343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビューディスプレイであって、
互いに離間し、前記マルチビューディスプレイの異なるビュー方向に対応する異なる主角度方向を有する指向性光ビームを提供するように構成された複数のマルチビーム素子と、
前記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として前記指向性光ビームを変調するように構成されたライトバルブのアレイであって、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は、前記複数マルチビーム素子のマルチビーム素子に対応する前記ライトバルブアレイのライトバルブのセットを備え、前記マルチビーム素子からの指向性光ビームを変調するように構成されている、ライトバルブのアレイと
を備え、
前記マルチビューピクセルの形状は、動的視野（ＦＯＶ）を有する前記マルチビュー画像を提供するように動的に再構成可能である、マルチビューディスプレイ。
【請求項２】
光導波路であって、導波光として、前記光導波路に沿った伝播方向に光を誘導するように構成された、光導波路をさらに備え、前記複数マルチビーム素子のマルチビーム素子は、複数の前記指向性光ビームとして前記導波光の一部を散乱させるように構成されており、前記マルチビーム素子のサイズは、前記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズに相当する、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項３】
前記マルチビーム素子は、前記導波光部分を散乱させるように構成された、回折格子、マイクロ反射素子、およびマイクロ屈折素子のうちの１つまたはそれ以上を備える、請求項２に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項４】
前記光導波路の入力と光学的に結合された光源をさらに備え、前記光源は、前記光導波路に前記光を提供するように構成されており、前記導波光は、非ゼロ伝播角度を有するか、または所定のコリメーション係数にしたがってコリメートされるか、の一方または両方である、請求項２に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項５】
前記マルチビューピクセル形状は、前記ライトバルブアレイ上でタイル化可能である、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項６】
タイル化可能な前記マルチビューピクセル形状は、菱形、正方形、水平長方形、垂直長方形、または階段形状のうちの１つを備える、請求項５に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項７】
前記マルチビューディスプレイは、前記マルチビューディスプレイに対するユーザの位置を監視するように構成されており、前記マルチビューピクセル形状は、前記監視された位置に基づいて動的に再構成可能である、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項８】
前記マルチビューディスプレイは、前記マルチビューディスプレイの配向を監視するように構成されており、前記マルチビューピクセルは、前記監視された配向に基づいて動的に再構成される、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項９】
前記マルチビューピクセル形状は、前記マルチビューディスプレイによって表示される前記マルチビュー画像のコンテンツに基づいて動的に再構成される、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１０】
前記マルチビューピクセル形状は、長さよりも大きい幅を有する第１の長方形と、長さよりも小さい幅を有する第２の長方形との間で動的に再構成可能であり、前記第１の長方形は、水平方向により多くのビューを提供するように構成されており、前記第２の長方形は、垂直方向により多くのビューを提供するように構成されている、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１１】
マルチビューディスプレイであって、
光導波路であって、導波光として前記光導波路の長さに沿って光を誘導するように構成された、光導波路と、
前記マルチビューディスプレイの異なるビュー方向に対応する異なる主角度方向を有する指向性光ビームとして前記導波光の一部を前記光導波路から散乱させるように構成された複数のマルチビーム素子と、
マルチビュー画像として前記指向性光ビームを変調するように構成されたライトバルブのセットを備える複数のマルチビューピクセルであって、前記複数マルチビューピクセルのマルチビューピクセルの形状は、前記マルチビューディスプレイの条件に基づいて動的視野（ＦＯＶ）を有する前記マルチビュー画像を提供するように、動的に再構成可能である、複数のマルチビューピクセルと
を備える、マルチビューディスプレイ。
【請求項１２】
前記マルチビューディスプレイは、前記マルチビューディスプレイに対するユーザの位置を監視するか、前記マルチビューディスプレイの配向を監視するか、の一方または両方を行うように構成されており、前記マルチビューピクセル形状は、前記監視された位置および配向の一方または両方に基づいて動的に再構成される、請求項１１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１３】
前記マルチビーム素子のサイズは、前記ライトバルブのセットのライトバルブのサイズに相当し、前記マルチビーム素子は、前記導波光部分を散乱させるように構成された、回折格子、マイクロ反射素子、およびマイクロ屈折素子のうちの１つまたはそれ以上を備える、請求項１１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１４】
前記マルチビューピクセル形状は、前記マルチビューディスプレイによって表示される前記マルチビュー画像のコンテンツに基づいて動的に再構成される、請求項１１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１５】
マルチビューディスプレイ動作の方法であって、前記方法は、
互いに離間した複数のマルチビーム素子を使用して、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角度方向を有する指向性光ビームを提供するステップと、
ライトバルブのアレイを使用して前記マルチビュー画像を表示するために前記指向性光ビームを変調するステップであって、前記ライトバルブアレイのライトバルブのセットは、マルチビューピクセルとして配置された前記複数マルチビーム素子のマルチビーム素子に対応し、前記マルチビーム素子からの指向性光ビームを変調するように構成されている、ステップと、
条件に基づいて動的視野（ＦＯＶ）を有する前記マルチビュー画像を提供するための前記マルチビューディスプレイの前記条件にしたがって、前記マルチビューピクセルの形状を動的に再構成するステップと
を含む、マルチビューディスプレイ動作の方法。
【請求項１６】
導波光として、光導波路に沿って光を誘導するステップをさらに含み、前記複数マルチビーム素子のマルチビーム素子は、複数の前記指向性光ビームとして前記光導波路からの前記導波光の一部を散乱させるように構成されており、前記マルチビーム素子のサイズは、前記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズに相当する、請求項１５に記載のマルチビューディスプレイ動作の方法。
【請求項１７】
前記マルチビューピクセル形状は、前記ライトバルブアレイ上でタイル化可能である、請求項１５に記載のマルチビューディスプレイ動作の方法。
【請求項１８】
前記マルチビューディスプレイ条件を提供するために、前記マルチビューディスプレイの配向を監視するステップ、および前記マルチビューディスプレイに対するユーザの位置を監視するステップ、の一方または両方をさらに含み、前記マルチビューピクセル形状を動的に再構成するステップは、前記マルチビュー画像の前記動的ＦＯＶを決定するために、前記監視された配向および前記監視されたユーザ位置の一方または両方を利用する、請求項１５に記載のマルチビューディスプレイ動作の方法。
【請求項１９】
前記マルチビューディスプレイ条件は、前記マルチビューディスプレイ上に表示されている前記マルチビュー画像のコンテンツによって決定される、請求項１５に記載のマルチビューディスプレイ動作の方法。
【請求項２０】
前記マルチビューピクセル形状を動的に再構成するステップは、長さよりも大きい幅を有する第１の長方形と、長さよりも小さい幅を有する第２の長方形との間で切り換えるステップを含み、前記第１の長方形は、水平方向により多くのビューを提供し、前記第２の長方形は、垂直方向により多くのビューを提供する、請求項１５に記載のマルチビューディスプレイ動作の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
なし
【０００２】
連邦政府資金による研究開発の記載
なし
【背景技術】
【０００３】
電子ディスプレイは、様々なデバイスおよび製品のユーザに情報を伝達するための、ほぼどこにでもある媒体である。最も一般的に使用されてい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トディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびアクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）、および電気機械または電気流体光変調を利用する様々なディスプレイ（たとえば、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、光を放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、別の光源によって提供された光を変調するディスプレイ）のいずれかに分類され得る。アクティブディスプレイの最もわかりやすい例には、ＣＲＴ、ＰＤＰ、およびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放出光を考慮したときに通常パッシブとして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、本質的に低消費電力を含むがこれに限定されない魅力的な性能特性をしばしば呈するが、光を放出する能力が欠如しているので、多くの実際の用途での使用は幾分制限される場合がある。
【０００４】
放出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が外部光源に結合されている。結合された光源は、これらの他のパッシブディスプレイに光を放出され、実質的にアクティブディスプレイとして機能させ得る。このような結合された光源の例は、バックライトである。バックライトは、パッシブディスプレイを照明するために他のパッシブディスプレイの背後に配置される光源（多くの場合、パネルバックライト）として機能し得る。たとえば、バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイに結合され得る。バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイを透過する光を放出する。放出された光はＬＣＤまたはＥＰディスプレイによって変調され、変調された光はその後、やはりＬＣＤまたはＥＰディスプレイから放出される。多くの場合、バックライトは白色光を放出するように構成されている。次に、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ために、カラーフィルタが使用される。カラーフィルタは、たとえば、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイの出力に（あまり一般的ではない）、またはバックライトとＬＣＤまたはＥＰディスプレイとの間に配置され得る。あるいは、原色などの異なる色を使用するディスプレイの面順次照明によって、様々な色が実現されてもよい。
【０００５】
本明細書に記載される原理による例および実施形態の様々な特徴は、類似の参照番号が類似の構造要素を指定する以下の添付図面と併せて、以下の詳細な説明を参照することで、より容易に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイの斜視図を示す。
【０００７】
【図１Ｂ】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一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角度方向を有する光ビームの角度成分の図表示を示す。
【０００８】
【図２】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例における回折格子の断面図を示す。
【０００９】
【図３Ａ】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイの断面図を示す。
【００１０】
【図３Ｂ】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイの平面図を示す。
【００１１】
【図３Ｃ】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイの斜視図を示す。
【００１２】
【図４Ａ】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例における動的に再構成可能な形状を有するマルチビューピクセルの平面図を示す。
【００１３】
【図４Ｂ】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、別の例における動的に再構成可能な形状を有するマルチビューピクセルの平面図を示す。
【００１４】
【図４Ｃ】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、別の例における動的に再構成可能な形状を有するマルチビューピクセルの平面図を示す。
【００１５】
【図４Ｄ】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、別の例における動的に再構成可能な形状を有するマルチビューピクセルの平面図を示す。
【００１６】
【図５Ａ】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例における動的に再構成可能な形状を有するマルチビューピクセルの平面図を示す。
【００１７】
【図５Ｂ】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、別の例における動的に再構成可能な形状を有するマルチビューピクセルの平面図を示す。
【００１８】
【図６Ａ】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビーム素子の断面図を示す。
【００１９】
【図６Ｂ】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、別の例におけるマルチビーム素子の断面図を示す。
【００２０】
【図６Ｃ】本明細書に記載される原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム素子の断面図を示す。
【００２１】
【図６Ｄ】本明細書に記載される原理と一致する別の実施形態による、さらに別の例におけるマルチビーム素子の断面図を示す。
【００２２】
【図７】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイのブロック図を示す。
【００２３】
【図８】本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ動作の方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
特定の例および実施形態は、上記で参照された図に示される特徴に追加されるかまたはこれに代わる別の特徴を有する。これらおよび別の特徴は、上記で参照された図を参照して、以下で詳述される。
【００２５】
本明細書に記載される原理による例および実施形態は、動的に再構成可能なマルチビューピクセルを利用するマルチビューまたは三次元（３Ｄ）ディスプレイを提供する。具体的には、本明細書に記載される原理と一致する実施形態は、マルチビューディスプレイの異なるビュー方向に対応する異なる主角度方向を有する指向性光ビームを提供するように構成されたマルチビーム素子のアレイを利用するマルチビューディスプレイを提供する。様々な実施形態によれば、マルチビーム素子は各々、回折格子、マイクロ反射素子、およびマイクロ屈折素子のうちの１つまたはそれ以上を備える。また、様々な実施形態によれば、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によって表示されるマルチビュー画像として指向性光ビームを変調するように構成されたライトバルブのアレイを備え、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルは、複数マルチビーム素子のマルチビーム素子に対応し、マルチビーム素子からの指向性光ビームを変調するように構成されている、ライトバルブアレイのライトバルブのセットを備える。さらに、様々な実施形態によれば、マルチビューピクセルの形状は、動的視野（ＦＯＶ）を有するマルチビュー画像を提供するように、動的に再構成可能である。たとえば、ＦＯＶは、マルチビューディスプレイの監視された配向、マルチビューディスプレイに対するユーザの監視された位置、または両方に基づいて修正され得る。
【００２６】
本明細書において、「マルチビューディスプレイ」は、異なるビュー方向のマルチビュー画像の異なるビューを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、本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ１０の斜視図を示す。図１Ａに示されるように、マルチビューディスプレイ１０は、視聴すべきマルチビュー画像を表示するためのスクリーン１２を備える。マルチビューディスプレイ１０は、スクリーン１２に対して異なるビュー方向１６のマルチビュー画像の異なるビュー１４を提供する。ビュー方向１６は、スクリーン１２から様々な異なる主角度方向に延在する矢印として示され、異なるビュー１４は、矢印の終端（すなわち、ビュー方向１６を表す）における多角形ボックスとして示され、また、４つのビュー１４および４つのビュー方向１６のみが示されており、いずれも例示であって限定ではない。なお、異なるビュー１４は図１Ａにおいてスクリーンより上に示されているが、ビュー１４は実際には、マルチビュー画像がマルチビューディスプレイ１０上に表示されているときにはスクリーン１２上またはその近傍に現れることに留意されたい。スクリーン１２の上方にビュー１４を描いているのは、単に説明を簡潔にするためであり、特定のビュー１４に対応するビュー方向１６のそれぞれからマルチビューディスプレイ１０を見ることを表すことを意味している。
【００２７】
ビュー方向、または同等にマルチビューディスプレイのビュー方向に対応する方向を有する光ビームは、一般に、本明細書の定義では、角度成分｛θ、φ｝によって与えられる主角度方向を有する。角度成分θは、本明細書では、光ビームの「仰角成分」または「仰角」と呼ばれる。角度成分φは、光ビームの「方位角成分」または「方位角」と呼ばれる。定義では、仰角θは垂直平面（たとえば、マルチビューディスプレイスクリーンの平面に対して垂直）内の角度であり、その一方で方位角φは、水平平面（たとえば、マルチビューディスプレイスクリーンの平面と平行）内の角度である。図１Ｂは、本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイのビュー方向（たとえば、図１Ａのビュー方向１６）に対応する特定の主角度方向を有する光ビーム２０の角度成分｛θ、φ｝の図表示を示す。加えて、光ビーム２０は、本明細書の定義では、特定の点から放出され、または発する。つまり、定義では、光ビーム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線を有する。図１Ｂは、光ビーム（またはビュー方向）の原点Ｏも示している。
【００２８】
さらに本明細書では、用語「マルチビュー画像」および「マルチビューディスプレイ」において使用される用語「マルチビュー」は、異なる視点を表す、または複数ビューのビュー間の角度の相違を含む、複数のビューとして定義される。加えて、本明細書で用語「マルチビュー」は明確に、本明細書の定義では、３つ以上の異なるビュー（すなわち、最低３つのビューであって通常は４つ以上のビュー）を含む。したがって、本明細書で使用される「マルチビューディスプレイ」は、場面または画像を表す２つのみの異なるビューを含む立体ディスプレイとは明確に区別される。しかしながら、マルチビュー画像およびマルチビューディスプレイは３つ以上のビューを含むものの、本明細書の定義では、マルチビュー画像は、同時に見るためにマルチビュービューのうちの２つのみ（たとえば、片目につき１つのビュー）を選択することによる立体画像のペアとして（たとえば、マルチビューディスプレイ上で）視聴され得ることに、留意されたい。
【００２９】
「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複数の異なるビューの各ビューにおける「ビュー」ピクセルを表すサブピクセル（ライトバルブなど）のセットまたはグループとして定義される。具体的には、マルチビューピクセルは、マルチビュー画像の異なるビューの各々のビューピクセルに対応するかまたはこれを表す個々のサブピクセルを有し得る。また、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、サブピクセルの各々が、異なるビューの対応する１つの所定のビュー方向に関連付けられている点において、いわゆる「指向性ピクセル」である。さらに、様々な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た異なるビューピクセルは、異なるビューの各々において同等または少なくとも類似の位置または座標を有し得る。たとえば、第１のマルチビューピクセルは、マルチビュー画像の異なるビューの各々の｛ｘ１，ｙ１｝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でき、その一方で第２のマルチビューピクセルは、異なるビューの各々の｛ｘ２，ｙ２｝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できる、などである。
【００３０】
いくつかの実施形態では、マルチビューピクセル内のサブピクセルの数は、マルチビューディスプレイの異なるビューの数に等しくてもよい。たとえば、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に関連付けられた６４個のサブピクセルを提供し得る。別の例では、マルチビューディスプレイは、８×４のビューのアレイ（すなわち、３２個のビュー）を提供し、マルチビューピクセルは３２個のサブピクセル（すなわち、各ビューに１つずつ）を含み得る。加えて、各異なるサブピクセルは、たとえば、６４個の異なるビューに対応するビュー方向の異なる１つに対応する関連の方向（たとえば、光ビーム主角度方向）を有し得る。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ビューにおける「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くてもよい。たとえば、ビューが６４０×４８０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、マルチビューディスプレイは、３０万７千２百個（３０７，２００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ピクセルを含むとき、マルチビューディスプレイは合計１万個（すなわち、１００×１００＝１０，０００個）のマルチビューピクセルを含み得る。
【００３１】
以下の説明では、マルチビューピクセルの形状は、たとえば、マルチビューディスプレイの監視された配向、マルチユーディスプレイに対するユーザの監視された位置、およびマルチビューディスプレイ上に表示されたコンテンツのうちの１つまたはそれ以上に基づいて、動的に構成され得る。その結果、マルチビューピクセルは、ライトバルブの個別のアレイに実装され得る任意の形状（たとえば、任意の階段形状）を有し得る。
【００３２】
本明細書では、「光導波路」は、全内反射を使用して構造内の光を誘導する構造として定義される。具体的には、光導波路は、光導波路の動作波長で実質的に透明のコアを含み得る。様々な例では、用語「光導波路」は一般に、光導波路の誘電体材料とこの光導波路を包囲する材料または媒体との間の界面で光を誘導するために全内反射を利用する、誘電体光導波部を指す。定義では、全内反射の条件は、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体の屈折率よりも高いことである。いくつかの実施形態では、光導波路は、全内反射をさらに促進するために、上述の屈折率の差に加えて、またはその代わりに、コーティングを含んでもよい。コーティングは、たとえば反射コーティングであってもよい。光導波路は、板状またはスラブガイドおよびストリップガイドの一方または両方を含むがこれらに限定されない、いくつかの光導波路のいずれであってもよい。
【００３３】
さらに本明細書では、「導光板」と同様に光導波路に適用されるときの用語「板」は、区分的または特異的に平坦な層またはシートとして定義され、「スラブ」ガイドと呼ばれることもある。特に、導光板は、光導波路の上面および底面（すなわち、対抗する面）によって区切られた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、上面および底面は両方とも互いに分離されており、少なくとも特異的な意味において互いに実質的に平行であってもよい。つまり、導光板のあらゆる特異的に小さいセクション内で、上面および底面は、実質的に平行または同一平面上にある。
【００３４】
いくつかの実施形態では、導光板は、実質的に平坦（すなわち、平面に限定）であってもよく、したがって、導光板は平面光導波路である。別の実施形態では、導光板は、１つまたは２つの直交する次元で湾曲していてもよい。たとえば、導光板は、円筒形の導光板を形成するために、一次元で湾曲していてもよい。しかしながら、いずれの曲率も、光を誘導するために導光板内で全内反射が維持されることを保証するのに十分に大きい曲率半径を有する。
【００３５】
本明細書では、「回折格子」は大まかに、回折格子に入射する光の回折を提供するように構成された複数の機能部（すなわち、回折機能部）として定義される。いくつかの例では、複数の機能部は、周期的にまたは準周期的に構成され得る。別の例では、回折格子は、複数の回折格子を含む混合周期回折格子であってもよく、複数のうちの各回折格子は、異なる周期的構成の機能部を有する。さらに、回折格子は、一次元（１Ｄ）アレイに構成された複数の機能部（たとえば、材料表面の複数の溝またはリッジ）を含み得る。あるいは、回折格子は、機能部の二次元（２Ｄ）アレイ、または二次元で定義された機能部のアレイを備えてもよい。回折格子は、たとえば材料表面のバンプまたは穴の２Ｄアレイであってもよい。いくつかの例では、回折格子は、第１の方向または次元では実質的に周期的であり、回折格子を横切るかまたはこれに沿った別の方向では実質的に非周期的（たとえば、一定、ランダムなど）であり得る。
【００３６】
したがって、本明細書の定義では、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折を提供する構造である。光が光導波路から回折格子に入射する場合、提供される回折または回折散乱は、回折格子が回折によって光導波路からの光を結合することがあり、その点において「回折結合」と呼ばれ得る。回折格子はまた、回折によって（すなわち、回折角度で）光の角度を方向変更または変化させる。特に、回折の結果として、回折格子を離れる光は一般に、回折格子に入射する光（すなわち、入射光）の伝播方向とは異なる伝播方向を有する。回折による光の伝播方向の変化は、本明細書では「回折方向変更」と呼ばれる。したがって、回折格子は、回折格子に入射する光を回折により方向変更させる回折機能部を含む構造であると理解されてもよく、光が光導波路から入射する場合、回折格子は、光導波路からの光を回折により結合することもできる。
【００３７】
さらに、本明細書の定義では、回折格子の機能部は、「回折機能部」と呼ばれ、たとえば、光導波路の表面（すなわち、２つの材料間の境界）の、その中の、および上の１つまたはそれ以上であり得る。表面は、たとえば、光導波路の表面であってもよい。回折機能部は、表面の、その中の、またはその上の、溝、リッジ、穴、およびバンプのうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、光を回折する様々な構造のいずれかを含み得る。たとえば、回折格子は、材料表面の複数の実質的に平行な溝を含んでもよい。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んでもよい。回折機能部（たとえば、溝、リッジ、穴、バンプなど）は、正弦波プロファイル、長方形プロファイル（たとえば、バイナリ回折格子）、三角形プロファイル、および鋸歯状プロファイル（たとえば、ブレーズド格子）のうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、回折を提供する様々な断面形状またはプロファイルのいずれかを有し得る。
【００３８】
本明細書に記載される様々な例によれば、回折格子（たとえば、以下で説明されるような、回折マルチビーム素子の回折格子）は、光ビームとして光導波路（たとえば、導光板）からの光を回折により散乱または結合するために利用され得る。具体的には、極所周期回折格子の、またはこれにより提供される回折角θｍは、以下の式（１）によって与えられる。
【数１】
2021529343.tif 000003
ここで、λは光の波長、ｍは回折次数、ｎは光導波路の屈折率、ｄは回折格子の機能部間の距離または間隔、θｉは回折格子への光の入射角である。簡潔にするために、式（１）は、回折格子が光導波路の表面に隣接し、光導波路の外側の材料の屈折率が１に等しい（すなわち、ｎｏｕｔ＝１）と仮定している。一般に、回折次数ｍは整数で与えられる（すなわち、ｍ＝±１，±２，．．．）。回折格子によって生成された光ビームの回折角θｍは、式（１）によって与えられてもよい。一次回折、またはより具体的には一次回折角θｍは、回折次数ｍが１に等しい（すなわち、ｍ＝１）ときに提供される。
【００３９】
図２は、本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例における回折格子３０の断面図を示す。たとえば、回折格子３０は、光導波路４０の表面上に位置してもよい。加えて、図２は、入射角θｉで回折格子３０に入射する光ビーム２０を示す。光ビーム２０は、光導波路４０内の誘導光ビームであってもよい。また、図２には、入射光ビーム２０の回折の結果として回折格子３０によって回折により生成または結合または散乱された、指向性光ビーム５０も示されている。指向性光ビーム５０は、式（１）で与えられるような回折角θｍ（または本明細書では「主角度方向」）を有する。指向性光ビーム５０は、たとえば、回折格子３０の回折次数「ｍ」に対応し得る。
【００４０】
さらに、いくつかの実施形態によれば、回折機能部は湾曲していてもよく、光の伝播方向に対して所定の配向（たとえば、傾斜または回転）を有してもよい。回折機能部の湾曲および回折機能部の配向の一方または両方は、たとえば、回折格子によって散乱される光の方向を制御するように構成され得る。たとえば、指向性光の主角度方向は、入射光の伝播方向に対する、光が回折格子に入射する点における回折機能部の角度の関数であり得る。
【００４１】
本明細書の定義では、「マルチビーム素子」は、複数の光ビーム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素子である。「回折」マルチビーム素子は、定義では、回折結合によって、またはこれを使用して複数の光ビームを生成するマルチビーム素子である。具体的には、いくつかの実施形態では、回折マルチビーム素子は、光導波路内で誘導された光の一部を回折により結合することによって複数の光ビームを提供するために、バックライトの光導波路と光学的に結合されてもよい。さらに、本明細書の定義では、回折マルチビーム素子は、マルチビーム素子の境界または範囲内に複数の回折格子を備える。マルチビーム素子によって生成された複数の光ビーム（「複数光ビーム」）のうちの光ビームは、本明細書の定義では、互いに異なる主角度方向を有する。具体的には、定義では、複数光ビームのうちの光ビームは、複数光ビームの別の光ビームとは異なる所定の主角度方向を有する。様々な実施形態によれば、回折マルチビーム素子の回折格子内の回折機能部の間隔または格子ピッチは、サブ波長（すなわち、導波光の波長未満）であってもよい。
【００４２】
以下の説明では、複数の回折格子を有するマルチビーム素子が説明例として使用されるが、いくつかの実施形態では、マイクロ反射素子およびマイクロ屈折素子のうちの少なくとも１つなど、別の部品がマルチビーム素子内で使用されてもよい。たとえば、マイクロ反射素子は、三角形のミラー、台形のミラー、ピラミッド型のミラー、長方形のミラー、半球形のミラー、凹面鏡、および／または凸面鏡を含み得る。いくつかの実施形態では、マイクロ屈折素子は、三角形の屈折素子、台形の屈折素子、ピラミッド型の屈折素子、長方形の屈折素子、半球形の屈折素子、凹状の屈折素子、および／または凸状の屈折素子を含み得る。
【００４３】
様々な実施形態によれば、複数光ビームは、明視野を表してもよい。たとえば、複数光ビームは、空間の実質的に円錐形の領域に閉じ込められるか、または複数光ビームにおいて異なる主角度方向の光ビームを含む所定の角度広がりを有してもよい。したがって、所定の角度広がりの光ビームの組み合わせ（すなわち、複数光ビーム）は、明視野を表すことができる。
【００４４】
様々な実施形態によれば、複数光ビームにおける様々な光ビームの異なる主角度方向は、回折マルチビーム素子のサイズ（たとえば、長さ、幅、面積などのうちの１つまたはそれ以上）、ならびに回折マルチビーム素子内の「格子ピッチ」または回折機能部間隔および回折格子の配向を含むがこれらに限定されない特性によって決定される。いくつかの実施形態では、回折マルチビーム素子は、本明細書の定義では、「拡張点光源」、すなわち、回折マルチビーム素子の範囲全体に分布する複数の点光源と見なされてもよい。さらに、回折マルチビーム素子によって生成された光ビームは、本明細書の定義では、図１Ｂを参照して上記で説明したように、角度成分｛θ、φ｝によって与えられる主角度方向を有する。
【００４５】
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、実質的にあらゆる光学デバイスまたは装置として定義される。たとえば、コリメータは、コリメートミラーまたは反射器、コリメートレンズ、またはこれらの様々な組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、コリメート反射器を備えるコリメータは、放物線状の曲線または形状を特徴とする反射面を有し得る。別の例では、コリメート反射器は、成形放物線状反射器を備えてもよい。「成形放物線状」とは、成形放物線状反射器の湾曲した反射面が、所定の反射特性（たとえば、コリメーションの程度）を実現するように決定された方法で「真の」放物曲線から逸脱することを意味する。同様に、コリメートレンズは、球形の表面（たとえば、両凸球面レンズ）を備えてもよい。
【００４６】
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する表面を有する反射器またはレンズ）であり得る。別の実施形態では、コリメート反射器またはコリメートレンズは、光コリメーションを提供するフレネル反射器またはフレネルレンズなどの、ただしこれらに限定されない、実質的に不連続な表面を備えてもよい。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の量は、実施形態ごとに所定の程度または量で異なってもよい。さらに、コリメータは、２つの直交する方向（たとえば、垂直方向および水平方向）の一方または両方でコリメーションを提供するように構成されてもよい。つまり、コリメータは、いくつかの実施形態によれば、光コリメーションを提供する２つの直交する方向の一方または両方の形状を含むことができる。
【００４７】
本明細書では、σで指定される「コリメーション係数」は、光がコリメートされる度合として定義される。具体的には、本明細書の定義では、コリメーション係数は、コリメートされた光のビーム内の光線の角度広がりを定義する。たとえば、コリメーション係数σは、コリメート光のビーム内の光線の大部分が特定の角度広がり（たとえば、コリメート光ビームの中心または主角度方向から＋／−σ度）の範囲内であることを指定し得る。いくつかの例によれば、コリメート光ビームの光線は、角度に関してガウス分布を有してもよく、角度広がりは、コリメート光ビームのピーク強度の半分において決定された角度であってもよい。
【００４８】
本明細書では、「光源」は、光の供給源（たとえば、光を生成および放出するように構成された光エミッタ）として定義される。たとえば、光源は、起動またはオンにされたときに光を放出する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光エミッタを備え得る。特に、本明細書では、光源は、実質的にいずれの光の供給源であってもよく、または発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、ポリマー発光ダイオード、プラズマベース光エミッタ、蛍光灯、白熱灯、および事実上その他の光の供給源の１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、実質的にあらゆる光エミッタを備え得る。光源によって生成された光は、色を有してもよく（すなわち、特定の波長の光を含んでもよく）、またはある波長の範囲（たとえば、白色光）であってもよい。いくつかの実施形態では、光源は、複数の光エミッタを備えてもよい。たとえば、光源は、光エミッタのうちの少なくとも１つが、セットまたはグループの少なくとも１つの別の光エミッタによって生成された光の色または波長とは異なる、色、言い替えると波長を有する光を生成する、光エミッタのセットまたはグループを含んでもよい。異なる色は、たとえば原色（たとえば、赤、緑、青）を含み得る。
【００４９】
さらに、本明細書で使用される際に、冠詞「ａ」は、特許技術におけるその通常の意味、すなわち「１つまたはそれ以上」を有するように意図される。たとえば、「素子（ａｎ  ｅｌｅｍｅｎｔ）」は１つまたはそれ以上の素子を意味し、したがって「素子（ｔｈｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）」は本明細書では「（１つまたは複数の）素子」を意味する。また、本明細書における「上」、「底」、「上部」、「下部」、「上方」、「下方」、「前」、「後」、「第１」、「第２」、「左」、または「右」のあらゆる言及は、本明細書における限定を意図するものではない。本明細書では、ある値に適用されるときの用語「約」は一般に、その値を生成するために使用された機器の公差範囲内を意味し、または別途明確に指定されない限り、プラスマイナス１０％、またはプラスマイナス５％、またはプラスマイナス１％を意味し得る。さらに、本明細書で使用される用語「実質的に」は、大部分、またはほぼ全て、または全て、または約５１％から約１００％までの範囲内の量を意味する。また、本明細書の例は、説明のみを意図しており、限定ではなく議論の目的で提示されている。
【００５０】
本明細書に記載され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。図３Ａは、本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ１００の断面図を示す。図３Ｂは、本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ１００の平面図を示す。図３Ｃは、本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ１００の斜視図を示す。図３Ｃの斜視図は、本明細書での議論を容易にするためにのみ、部分的に切り取られて示されている。
【００５１】
図３Ａから図３Ｃに示されるマルチビューディスプレイ１００は、互いに異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビーム１０２を（たとえば、明視野として）提供するように構成されている。具体的には、様々な実施形態によれば、提供された複数の指向性光ビーム１０２は、マルチビューディスプレイのそれぞれのビュー方向に対応する異なる主角度方向で散乱され、マルチビューディスプレイ１００から離れる方に向けられる。いくつかの実施形態では、指向性光ビーム１０２は、マルチビューコンテンツを有する情報、たとえばマルチビュー画像の表示を容易にするために、（たとえば、以下に記載されるように、ライトバルブを使用して）変調されてもよい。図３Ａから図３Ｃはまた、サブピクセルおよびライトバルブ１３０のアレイを備えるマルチビューピクセル１０６も示しており、これらは以下でさらに詳細に記載される。なお、マルチビューピクセル１０６のサブピクセルは、図示されるように、ライトバルブアレイのライトバルブ１３０と同等であることに留意されたい。
【００５２】
図３Ａから図３Ｃに示されるように、マルチビューディスプレイ１００は、光導波路１１０を備える。光導波路１１０は、導波光１０４（すなわち、誘導光ビーム１０４）として、光導波路１１０の長さに沿って光を誘導するように構成されている。たとえば、光導波路１１０は、光導波部として構成された誘電体材料を含み得る。誘電体材料は、誘電体光導波部の周りの媒体の第２の屈折率よりも高い第１の屈折率を有し得る。屈折率の差は、たとえば、光導波路１１０の１つまたはそれ以上の誘導モードにしたがって、導波光１０４の全内反射を促進するように構成されている。
【００５３】
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、延伸された実質的に平坦なシートを含む、スラブまたは板状の光導波部（すなわち、導光板）であってもよい。誘電体材料の実質的に平坦なシートは、全内反射を使用して誘導光ビーム１０４を誘導するように構成されている。様々な例によれば、光導波路１１０の光学的に透明な材料は、様々なタイプのガラス（たとえば、シリカガラス、アルカリアルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラスなど）の１つまたはそれ以上、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（たとえば、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）のいずれかを含むかまたはこれらにより構成されてもよい。いくつかの例では、光導波路１１０は、光導波路１１０の表面（たとえば、上面および底面の一方または両方）の少なくとも一部に、クラッド層（図示せず）をさらに含んでもよい。クラッド層は、いくつかの例によれば、全内反射をさらに促進するために使用され得る。
【００５４】
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表面１１０’（たとえば、「前」面または側）と第２表面１１０”（たとえば、「後」面または側）との間の非ゼロ伝播角度での全内反射にしたがって誘導光ビーム１０４を誘導するように構成されている。具体的には、誘導光ビーム１０４は、非ゼロ伝播角度で光導波路１１０の第１表面１１０’と第２表面１１０”との間を反射または「跳ね返る」ことによって伝播する。いくつかの実施形態では、異なる色の光を備える複数の誘導光ビーム１０４は、異なる色固有の非ゼロ伝播角度のそれぞれで、光導波路１１０によって誘導され得る。なお、説明を簡潔にするために、非ゼロ伝播角度は図３Ａから図３Ｃには示されていないことに留意されたい。しかしながら、伝播方向１０３を示す太矢印は、図３Ａの光導波路長に沿った導波光１０４の一般的な伝播方向を示している。
【００５５】
本明細書で定義される際に、「非ゼロ伝播角度」は、光導波路１１０の表面（たとえば、第１表面１１０’または第２表面１１０”）に対する角度である。さらに、非ゼロ伝播角度は、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内の全内反射の臨界角よりも小さい。たとえば、誘導光ビーム１０４の非ゼロ伝播角度は、約１０度から約５０度の間、またはいくつかの例では、約２０度から約４０度の間、または約２５度から約３５度の間であってもよい。たとえば、非ゼロ伝播角度は、約３０度であってもよい。別の例では、非ゼロ伝播角度は、約２０度、または約２５度、または約３５度であってもよい。また、特定の非ゼロ伝播角度が光導波路１１０内の全内反射の臨界角よりも小さくなるよう選択される限り、特定の非ゼロ伝播角度は、特定の実施について（たとえば任意に）選択されてもよい。
【００５６】
光導波路１１０の誘導光ビーム１０４は、非ゼロ伝播角度（たとえば、約３０〜３５度）で光導波路１１０内に導入または結合され得る。いくつかの例では、レンズ、ミラー、または類似の反射器（たとえば、傾斜コリメート反射器）、回折格子、およびプリズム（図示せず）、ならびにそれらの様々な組み合わせなどの、ただしこれらに限定されない結合構造は、非ゼロ伝播角度で誘導光ビーム１０４として光導波路１１０の入力端に光を結合することを容易にし得る。別の例では、光は、結合構造を使用せずに、またはほとんど使用せずに、光導波路１１０の入力端に直接導入され得る（すなわち、直接または「突き合わせ」結合が利用され得る）。光導波路１１０に結合されると、誘導光ビーム１０４は、入力端から全体的に離れる伝播方向１０３で光導波路１１０に沿って伝播する（たとえば、図３Ａのｘ軸に沿って指し示す太い矢印で示される）。
【００５７】
さらに、様々な実施形態によれば、導波光１０４、言い替えると光導波路１１０に光を結合することによって生成された誘導光ビーム１０４は、コリメート光ビームであってもよい。本明細書では、「コリメート光」または「コリメート光ビーム」は、一般に、光ビームの光線が光ビーム（たとえば、誘導光ビーム１０４）内で実質的に平行な光のビームとして定義される。やはり本明細書の定義では、コリメート光ビームから発散または散乱する光線は、コリメート光ビームの一部と見なされない。いくつかの実施形態（図示せず）では、マルチビューディスプレイ１００は、たとえば光源からの光をコリメートするために、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（たとえば、傾斜コリメート反射器）を含み得る。いくつかの実施形態では、光源自体がコリメータを備える。光導波路１１０に提供されるコリメート光は、コリメートされた誘導光ビーム１０４である。様々な実施形態では、誘導光ビーム１０４は、コリメーション係数σにしたがってコリメートされ、またはこれを有してもよい。あるいは、別の実施形態では、誘導光ビーム１０４はコリメートされなくてもよい。
【００５８】
いくつかの実施形態では、光導波路１１０は、導波光１０４を「再利用」するように構成されてもよい。具体的には、光導波路長に沿って誘導された導波光１０４は、伝播方向１０３とは異なる別の伝播方向１０３’に、その長さに沿って戻るように方向変更され得る。たとえば、光導波路１１０は、光源に隣接する入力端の反対側の光導波路１１０の端部に、反射器（図示せず）を含み得る。反射器は、再利用された導波光として入力端に向けて導波光１０４を反射するように構成され得る。いくつかの実施形態では、（たとえば、反射器を使用する）光の再利用の代わりに、またはこれに加えて、別の光源が別の伝播方向１０３’に導波光１０４を提供してもよい。別の伝播方向１０３’を有する導波光１０４を提供するために、導波光１０４を再利用することおよび別の光源を使用することの一方または両方は、たとえば、以下に記載される、マルチビーム素子にとって導波光を２回以上利用可能にすることによって、マルチビューディスプレイ１００の輝度を増加させる（たとえば、指向性光ビーム１０２の強度を増加させる）ことができる。
【００５９】
図３Ａでは、（たとえば、負のｘ方向に向けられた）再利用された導波光の伝播方向１０３’を示す太い矢印は、光導波路１１０内の再利用された導波光の一般的な伝播方向を示す。あるいは（たとえば、導波光の再利用とは対照的に）、別の伝播方向１０３’に伝播する導波光１０４は、（たとえば、伝播方向１０３を有する導波光１０４に加えて）別の伝播方向１０３’を有する光導波路１１０内に光を誘導することによって提供され得る。
【００６０】
図３Ａから図３Ｃに示されるように、マルチビューディスプレイ１００は、光導波路長に沿って互いに離間した複数のマルチビーム素子１２０を、さらに備える。具体的には、複数のうちのマルチビーム素子１２０は、有限の空間によって互いに分離され、光導波路の長さに沿って別個の異なる素子を表し得る。つまり、本明細書の定義では、複数のうちのマルチビーム素子１２０は、有限の（すなわち、非ゼロ）素子間距離（たとえば、有限の中心間距離）にしたがって互いに離間している。さらに、いくつかの実施形態によれば、複数のうちのマルチビーム素子１２０は一般に、互いに交差、重複、または別途接触しない。つまり、複数のうちの各マルチビーム素子１２０は一般に、マルチビーム素子１２０の他のものとは異なり、分離している。
【００６１】
いくつかの実施形態によれば、複数のうちのマルチビーム素子１２０は、一次元（１Ｄ）アレイまたは二次元（２Ｄ）アレイのいずれかで配置され得る。たとえば、複数のうちのマルチビーム素子１２０は、線形の１Ｄアレイとして構成されてもよい。別の例では、マルチビーム素子１２０は、長方形の２Ｄアレイまたは円形の２Ｄアレイとして構成されてもよい。さらに、アレイ（すなわち、１Ｄまたは２Ｄアレイ）は、いくつかの例では、規則的または均一なアレイであってもよい。具体的には、マルチビーム素子１２０間の素子間距離（たとえば、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均一または一定であり得る。別の例では、マルチビーム素子１２０間の素子間距離は、アレイ全体にわたって、および光導波路１１０の長さに沿っての一方または両方で、異なってもよい。
【００６２】
様々な実施形態によれば、複数マルチビーム素子のマルチビーム素子１２０は、複数の指向性光ビーム１０２として、導波光１０４の一部を提供、結合、または散乱するように構成されている。たとえば、様々な実施形態によれば、導波光部分は、回折散乱、反射散乱、および屈折散乱または結合のうちの１つまたはそれ以上を使用して、結合または散乱し得る。図３Ａおよび図３Ｃは、光導波路１１０の第１（または前）表面１１０’から離れる方に向けられるように描かれた複数の広がる矢印として、指向性光ビーム１０２を示している。さらに、様々な実施形態によれば、マルチビーム素子１２０のサイズは、上記で定義され、以下でさらに説明されて図３Ａから図３Ｃに示されるように、マルチビューピクセル１０６のサブピクセル（または同等にライトバルブ１３０）のサイズに相当する。本明細書では、「サイズ」は、長さ、幅、または面積を含むがこれらに限定されないような様々な方法のいずれかで定義され得る。たとえば、サブピクセルまたはライトバルブ１３０のサイズはその長さであってもよく、マルチビーム素子１２０の相当するサイズもまた、マルチビーム素子１２０の長さであってもよい。別の例では、サイズは、マルチビーム素子１２０の面積がサブピクセル（またはライトバルブ１３０）の面積に相当するように、面積を指してもよい。
【００６３】
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２０のサイズは、マルチビーム素子サイズがサブピクセルサイズの約５０パーセント（５０％）から約２００パーセント（２００％）の間となるように、サブピクセルサイズに相当する。たとえば、（たとえば図３Ａに示されるように）マルチビーム素子サイズが「ｓ」で示されてサブピクセルが「Ｓ」で示されるときには、マルチビーム素子サイズｓは以下によって得ることができる。
【数２】
2021529343.tif 000004
別の例では、マルチビーム素子サイズは、サブピクセルの約６０パーセント（６０％）超、またはサブピクセルサイズの約７０パーセント（７０％）超、またはサブピクセルサイズの約８０パーセント（８０％）超、またはサブピクセルサイズの約９０パーセント（９０％）超であり、マルチビーム素子は、サブピクセルサイズの約１８０パーセント（１８０％）未満、またはサブピクセルサイズの約１６０パーセント（１６０％）未満、またはサブピクセルサイズの約１４０パーセント（１４０％）未満、またはサブピクセルサイズの約１２０パーセント（１２０％）未満の範囲内である。たとえば、「相当するサイズ」では、マルチビーム素子サイズは、サブピクセルサイズの約７５パーセント（７５％）から約１５０パーセント（１５０％）の間であってもよい。別の例では、マルチビーム素子１２０は、マルチビーム素子サイズがサブピクセルサイズの約１２５パーセント（１２５％）から約８５パーセント（８５％）の間となるサブピクセルのサイズに相当し得る。いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２０およびサブピクセルの相当するサイズは、マルチビューディスプレイのビューの間のダークゾーンを減少させるように、またはいくつかの例では最小限に抑えるように、選択され得る。また、マルチビーム素子１２０およびサブピクセルの相当するサイズは、マルチビューディスプレイのビュー（またはビューピクセル）の間の重複を減少させるように、およびいくつかの例では最小限に抑えるように、選択され得る。
【００６４】
図３Ａから図３Ｃに示されるマルチビューディスプレイ１００は、複数指向性光ビームのうちの指向性光ビーム１０２を変調するように構成されたライトバルブ１３０のアレイをさらに備える。図示されるように、異なる主角度方向を有する指向性光ビーム１０２のうちの異なるものは、ライトバルブアレイ内のライトバルブ１３０のうちの異なるものを通過し、これらによって変調され得る。さらに、図示されるように、アレイのライトバルブ１３０はマルチビューピクセル１０６のサブピクセルに対応し、ライトバルブ１３０のセット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に対応する。具体的には、ライトバルブアレイのライトバルブ１３０の異なるセットは、マルチビーム素子１２０の対応するものから指向性光ビーム１０２を受け取って変調するように構成され、すなわち、図示されるように、各マルチビーム素子１２０に１つの固有のライトバルブ１３０のセットがある。様々な実施形態では、ライトバルブアレイのライトバルブ１３０として、液晶ライトバルブ、電気泳動ライトバルブ、およびエレクトロウェッティングに基づくライトバルブのうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、異なるタイプのライトバルブが利用され得る。
【００６５】
図３Ａに示されるように、第１のライトバルブセット１３０ａは、第１のマルチビーム素子１２０ａからの指向性光ビーム１０２を受信および変調するように構成されている。さらに、第２のライトバルブセット１３０ｂは、第２のマルチビーム素子１２０ｂからの指向性光ビーム１０２を受信および変調するように構成されている。したがって、図３Ａに示されるように、ライトバルブアレイ内のライトバルブセット（たとえば、第１のライトバルブセット１３０ａおよび第２のライトバルブセット１３０ｂ）の各々は、それぞれ異なるマルチビーム素子１２０（たとえば、素子１２０ａ、１２０ｂ）、および異なるマルチビューピクセル１０６の両方に対応し、ライトバルブセットの個々のライトバルブ１３０は、それぞれのマルチビューピクセル１０６のサブピクセルに対応する。
【００６６】
なお、図３Ａに示されるように、マルチビューピクセル１０６のサブピクセルのサイズは、ライトバルブアレイ内のライトバルブ１３０のサイズに対応し得る。別の例では、サブピクセルサイズは、ライトバルブアレイの隣接するライトバルブ１３０間の距離（たとえば、中心間距離）として定義されてもよい。たとえば、ライトバルブ１３０は、ライトバルブアレイにおけるライトバルブ１３０間の中心間距離より小さくてもよい。サブピクセルまたはライトバルブサイズは、たとえば、ライトバルブ１３０のサイズ、またはライトバルブ１３０間の中心間距離に対応するサイズのいずれかとして定義され得る。
【００６７】
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２０と対応するマルチビューピクセル１０６（すなわち、サブピクセルのセットと対応するライトバルブ１３０のセット）との関係は、一対一の関係であってもよい。つまり、同数のマルチビューピクセル１０６およびマルチビーム素子１２０があってもよい。図３Ｂは、例として、ライトバルブ１３０（および対応するサブピクセル）の異なるセットを備える各マルチビューピクセル１０６が破線で囲まれて示されている、一対一の関係を明確に示している。別の実施形態（図示せず）では、マルチビューピクセル１０６の数およびマルチビーム素子１２０の数は、互いに異なってもよい。
【００６８】
いくつかの実施形態では、複数のうちのマルチビーム素子１２０のペア間の素子間距離（たとえば、中心間距離）は、たとえばライトバルブセットによって表される、マルチビューピクセル１０６の対応するペア間のピクセル間距離（たとえば、中心間距離）と等しくてもよい。たとえば、図３Ａに示されるように、第１のマルチビーム素子１２０ａと第２のマルチビーム素子１２０ｂとの間の中心間距離ｄは、第１のライトバルブセット１３０ａと第２のライトバルブセット１３０ｂとの間の中心間距離Ｄと実質的に等しい。別の実施形態（図示せず）では、マルチビーム素子１２０のペアおよび対応するライトバルブセットの相対的な中心間距離は異なってもよく、たとえば、マルチビーム素子１２０は、マルチビューピクセル１０６を表すライトバルブセット間の間隔（すなわち、中心間距離Ｄ）よりも大きいかまたは小さい素子間間隔（すなわち、中心間距離ｄ）を有してもよい。
【００６９】
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２０の形状は、マルチビューピクセル１０６の形状、言い替えると、マルチビューピクセル１０６に対応するライトバルブ１３０のセット（または「サブアレイ」）の形状に類似し得る。たとえば、マルチビーム素子１２０は正方形の形状を有してもよく、マルチビューピクセル１０６（またはライトバルブ１３０の対応するセットの構成）は実質的に正方形であってもよい。別の例では、マルチビーム素子１２０は長方形の形状を有してもよく、すなわち、幅または横寸法よりも大きい長さまたは縦寸法を有してもよい。この例では、マルチビーム素子１２０に対応するマルチビューピクセル１０６（言い替えるとライトバルブ１３０のセットの構成）は、類似の長方形の形状を有し得る。図３Ｂは、正方形のマルチビーム素子１２０、およびライトバルブ１３０の正方形のセットを含む対応する正方形のマルチビューピクセル１０６の上面図または平面図を示す。さらに別の例（図示せず）では、マルチビーム素子１２０および対応するマルチビューピクセル１０６は、三角形、六角形、および円形を含むかまたは少なくともこれらに近似するがこれらに限定されない、様々な形状を有する。また、前述され、以下でさらに説明されるように、マルチビューピクセル１０６（すなわち、サブピクセルのセット）の形状は、動的ＦＯＶを提供するために動的に再構成可能であり得る。したがって、これらの実施形態では、一般に、マルチビーム素子１２０の形状とマルチビューピクセル１０６の形状との間に関係がない場合がある。
【００７０】
さらに（たとえば、図３Ａに示されるように）、各マルチビーム素子１２０は、いくつかの実施形態によれば、特定のマルチビューピクセル１０６に現在割り当てられているサブピクセルのセットに基づいて、所与の時間に唯一のマルチビューピクセル１０６に指向性光ビーム１０２を提供するように構成されている。マルチビーム素子１２０の所与のもの、および特定のマルチビューピクセル１０６へのサブピクセルのセットの現在の割り当てについて、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角度方向を有する指向性光ビーム１０２は、図３Ａに示されるように、単一の対応するマルチビューピクセル１０６およびそのサブピクセル、すなわちマルチビーム素子１２０に対応するライトバルブ１３０の単一のセットに実質的に閉じ込められる。したがって、マルチビューディスプレイ１００の各マルチビーム素子１２０は、マルチビューディスプレイの現在の異なるビューに対応する異なる主角度方向のセットを有する指向性光ビーム１０２の対応するセットを提供する（すなわち、指向性光ビーム１０２のセットは、現在の異なるビュー方向の各々に対応する方向を有する光ビームを含む）。サブピクセルのセットをマルチビューピクセル１０６に、したがって特定のビュー方向に動的かつ選択的に割り当てることによって、マルチビューディスプレイ１００は、ＦＯＶを動的かつ選択的に変更することができる。たとえば、マルチビューディスプレイ１００が横向きであるとき、ＦＯＶは、比較的幅広で短くなるように、選択的に変更され得る。さらに、マルチビューディスプレイ１００が縦向きであるとき、ＦＯＶは比較的細く長くなるように、選択的に変更され得る。
【００７１】
様々な実施形態によれば、マルチビューディスプレイ１００は、動的に再構成可能な形状を有する複数のマルチビューピクセル１０６を備える。具体的には、複数マルチビューピクセルのマルチビューピクセル１０６は、マルチビュー画像を提供するために指向性光ビームを変調するように構成されたライトバルブ１３０のセットを備える。加えて、複数マルチビューピクセルのマルチビューピクセル１０６は、様々な実施形態によれば、マルチビューディスプレイ１００の条件に基づいて動的ＦＯＶを有するマルチビュー画像を提供するように動的に再構成可能な個々の形状を有する。
【００７２】
図４Ａから図４Ｄは、本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、例における動的に（リアルタイムまたは「オンザフライ」などで）再構成可能な形状１３２（形状１３２の輪郭を描くために破線を使用して示されている）を有するマルチビューピクセル１０６の平面図を示す。具体的には、図４Ａから図４Ｄにおいて例として、ただし限定ではなく、マルチビューピクセル１０６の各々は、マルチビーム素子１２０からの散乱光を変調し、３２個のビューを提供する。しかしながら、ライトバルブ１３０のセットの形状１３２、およびマルチビューピクセル１０６によって提供される対応するＦＯＶは、図４Ａから図４Ｄに示される様々なマルチビューピクセル１０６の各々において互いに異なっている。また、異なるＦＯＶは、使用中、マルチビューディスプレイ１００の異なる配向またはその他の条件に関して有用であり得る。たとえば、図４Ａの形状１３２（たとえば、長さ１３６よりも大きい幅１３４を有する）は、マルチビューディスプレイが横向きであるかまたは横向きモードで使用されているときに、使用され得る。具体的には、マルチビューピクセル１０６のこの構成は、ｙ軸（垂直方向など）に沿ったよりもｘ軸（水平または縦方向など）に沿った方が広いＦＯＶを提供し得る。さらに、この広いＦＯＶは、ｘ軸に対応する方向に、またはこの方向に沿って、すなわち視聴者がｙ軸を中心に視線を回転させるのに連れて、より多くのビューまたはビュー方向を含み得る。あるいは、図４Ｂの形状１３２（長さ１３６よりも小さい幅１３４を有する）は、マルチビューディスプレイが縦向きであるかまたは縦向きモードで使用されているときに、使用され得る。マルチビューピクセル１０６のこの構成は、ｘ軸に沿ったよりもｙ軸に沿った方が広いＦＯＶを提供し得る。以前のように、広いＦＯＶは、ただしこの例ではｙ軸に沿って、すなわち視聴者がｘ軸を中心に視線を回転させるのに連れて、より多くのビューまたはビュー方向を含み得る。また、マルチビューディスプレイは、いくつかの実施形態によれば、形状１３２およびＦＯＶの両方の動的な再構成を提供するための動作中に、図４Ａおよび図４Ｂの各々の形状１３２の間で切り替わるように構成され得る。
【００７３】
一般に、長方形の形状１３２の代わりに、マルチビューピクセル１０６は、任意の階段形状または同等のタイル化可能な形状を有し得る。これは、限定ではなく例として、図４Ｃおよび図４Ｄに示されている。具体的には、図４Ｃおよび図４Ｄは、本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、例における動的に再構成可能な形状１３２を有するマルチビューピクセル１０６の平面図を示す。
【００７４】
いくつかの実施形態では、マルチビューピクセル１０６の形状１３２は、たとえば、マルチビューディスプレイ１００が横向きまたは縦向きであるときなど、ｘ軸およびｙ軸の各々に沿った異なるビューに平衡または類似のＦＯＶを提供するために使用され得る。図５Ａは、本明細書に記載される原理と一致する別の実施形態による、一例における動的に再構成可能な形状１３２（上記のように、破線を使用して示されている）を有するマルチビューピクセル１０６の平面図を示す。具体的には、図５Ａに示されるマルチビューピクセル１０６は、対称的な菱形形状１３２を有する。なお、図５Ａに示されるマルチビューピクセル１０６の対称的な菱形形状１３２は、マルチビューディスプレイ内のライトバルブ１３０のうちの少なくともいくつかのグレースケールまたはデューティサイクル変調によって実現され得ることに留意されたい。したがって、マルチビューピクセル１０６内のサブピクセルを動的に再割り当てまたは再構成することによって、異なる形状１３２、したがって異なるＦＯＶを得ることができる。あるいは、対称的な菱形形状１３２は、タイル化可能な近似を使用して実現され得る。図５Ｂは、本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例における近似として実現された動的に再構成可能な形状１３２を有するマルチビューピクセル１０６の平面図を示す。図示されるように、近似または同等の階段形状１３２は、図５Ａに示される対称的な菱形形状１３２の実際の実装を提供し得る。
【００７５】
上述され図４Ａから図５Ｂに示されるように、マルチビューピクセル１０６の形状１３２は、マルチビューディスプレイの平面内でタイル化可能であり、すなわちマルチビューピクセル１０６は、隣接するマルチビューピクセル１０６の間に空間を空けずに互いに隣接して配置され得る。図４Ａから図５Ｂには特定の形状１３２が示されているが、形状１３２は、菱形、正方形、水平長方形、垂直長方形、または階段形状を含み得る。
【００７６】
様々な実施形態によれば、マルチビューピクセル１０６、したがってＦＯＶの動的適応または再構成は、マルチビューディスプレイ１００の条件に基づいてもよい。条件は、少なくとも部分的に、マルチビューディスプレイ１００に対するユーザまたは視聴者の位置、ユーザの視線方向、またはユーザの頭部の頭部追跡のうちの１つまたはそれ以上を含み得る。たとえば、マルチビューディスプレイ１００、またはマルチビューディスプレイ１００を含む電子デバイスは、マルチビューディスプレイ１００に対するユーザの位置を追跡または監視し得る。いくつかの実施形態では、追跡は、１つまたはそれ以上の画像の分析を伴う。代替的または付加的に、監視は、超音波、無線信号、または別のタイプの計量学を使用して実行することであり得る。
【００７７】
また、いくつかの実施形態では、マルチビューピクセル１０６、したがってＦＯＶの動的適応または再構成は、少なくとも部分的に、マルチビューディスプレイの監視された配向を含む条件に基づいてもよい。たとえば、配向は、ジャイロスコープ、加速度計、および別のタイプの方向測定（カメラまたは画像センサを使用して取得される画像の分析など）のうちの１つまたはそれ以上を使用して決定され得る。したがって、動的ＦＯＶは、少なくとも部分的に、少なくともマルチビューディスプレイ１００に含まれるセンサまたはマルチビューディスプレイ１００に含まれる電子デバイスを使用して実行される測定に基づいて再構成され得る。
【００７８】
さらに、いくつかの実施形態では、マルチビューピクセル１０６、したがってＦＯＶの動的適応または再構成は、少なくとも部分的に、マルチビューディスプレイ１００上に提示されるマルチビュー画像のコンテンツを含む条件に基づいてもよい。たとえば、コンテンツが広い幅または軸を有するパノラマシーンを含む場合、動的ＦＯＶは、幅または軸に沿ってより多くのビューを提供するように再構成されてもよい。より一般的には、コンテンツは、１つまたはそれ以上の異なる軸（長さおよび幅など）に沿った情報空間密度を決定するために分析されてもよく、動的ＦＯＶは、最も高い情報空間密度を有する軸に沿ってより多くのビューを提供するように再構成されてもよい。
【００７９】
再び図３Ａを参照すると、マルチビューディスプレイ１００は、光源１４０をさらに備えてもよい。様々な実施形態によれば、光源１４０は、光導波路１１０内に誘導される光を提供するように構成されている。具体的には、光源１４０は、光導波路１１０の入射面または入射端（入力端）に隣接して配置され得る。様々な実施形態では、光源１４０は、ＬＥＤ、レーザー（たとえば、レーザーダイオード）、またはこれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない、実質的にいずれの光源（たとえば、光エミッタ）も含み得る。いくつかの実施形態では、光源１４０は、特定の色によって示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光エミッタを備えてもよい。具体的には、単色光の色は、特定の色空間または色モデル（たとえば、赤緑青（ＲＧＢ）カラーモデル）の原色であり得る。別の例では、光源１４０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ってもよい。たとえば、光源１４０は、白色光を提供し得る。いくつかの実施形態では、光源１４０は、異なる色の光を提供するように構成された、複数の異なる光エミッタを備えてもよい。異なる光エミッタは、異なる色の光の各々に対応する導波光の、異なる色固有の非ゼロ伝播角度を有する光を提供するように構成され得る。
【００８０】
いくつかの実施形態では、光源１４０は、コリメータをさらに備えてもよい。コリメータは、光源１４０の光エミッタのうちの１つまたはそれ以上から実質的にコリメートされていない光を受け取るように構成され得る。コリメータは、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、さらに構成されている。いくつかの実施形態によれば、具体的には、コリメータは、非ゼロ伝播角度を有するとともに、所定のコリメーション係数にしたがってコリメートされた、コリメート光を提供し得る。また、異なる色の光エミッタが利用されるとき、コリメータは、異なる色固有の非ゼロ伝播角度のうちの１つまたはそれ以上を有し、かつ異なる色固有のコリメーション係数を有する、コリメート光を提供するように構成され得る。コリメータは、上述のように、導波光１０４として伝播するためにコリメート光ビームを光導波路１１０に伝達するように、さらに構成されている。
【００８１】
いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイ１００は、導波光１０４の伝播方向１０３、１０３’に直交する（または実質的に直交する）光導波路１１０を通る方向の光を実質的に透過するように構成されている。具体的には、光導波路１１０および離間したマルチビーム素子１２０は、いくつかの実施形態では、光が第１表面１１０’および第２表面１１０’の両方を通じて光導波路１１０を透過できるようにする。透明性は、少なくとも部分的に、マルチビーム素子１２０の比較的小さいサイズ、およびマルチビーム素子１２０の比較的大きい素子間間隔（たとえば、マルチビューピクセル１０６との一対一対応）の両方により、促進され得る。さらに、いくつかの実施形態によれば、マルチビーム素子１２０の回折格子１２２もまた、光導波路表面１１０’、１１０’’に直交して伝播する光を実質的に透過させ得る。
【００８２】
様々な実施形態によれば、マルチビーム素子１２０は、導波光１０４の一部を散乱させるように構成された、いくつかの異なる構造のいずれかを備え得る。たとえば、異なる構造は、回折格子、マイクロ反射素子、マイクロ屈折素子、またはこれらの様々な組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、回折格子を備えるマルチビーム素子１２０は、異なる主角度方向を有する複数の指向性光ビーム１０２として導波光部分を回折により結合するように構成されている。別の実施形態では、マイクロ反射素子を備えるマルチビーム素子１２０は、複数の指向性光ビーム１０２として導波光部分を反射により結合するように構成され、またはマイクロ屈折素子を備えるマルチビーム素子１２０は、屈折によって、または屈折を使用して、複数の指向性光ビーム１０２として導波光部分を結合するように構成されている（すなわち、屈折により導波光部分を結合する）。
【００８３】
図６Ａは、本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビーム素子１２０の断面図を示す。図６Ｂは、本明細書に記載される原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム素子１２０の断面図を示す。具体的には、図６Ａから図６Ｂは、回折格子１２２を備えるマルチビューディスプレイ１００のマルチビーム素子１２０を示す。回折格子１２２は、複数の指向性光ビーム１０２として、導波光１０４（白色光またはＲＧＢであり得る）の一部を回折により結合または散乱させるように構成されている。なお、回折格子１２２は、回折機能部間隔（「格子間隔」と呼ばれることもある）によって互いに離間した複数の回折機能部、もしくは導波光部分からの回折結合を提供するように構成された回折機能部または格子ピッチを備えることに留意されたい。様々な実施形態によれば、回折格子１２２内の回折機能部の間隔または格子ピッチは、サブ波長（すなわち、導波光の波長未満）であってもよい。図６Ａから図６Ｂは、説明を簡潔にするために、単一の格子間隔（すなわち、一定の格子ピッチ）を有する回折格子１２２を示していることに留意されたい。様々な実施形態では、回折格子１２２は、図６Ａから図６Ｂに示される指向性光ビームを提供するために、複数の異なる格子間隔（たとえば、２つ以上の格子間隔）、または可変格子間隔またはピッチを含み得る。
【００８４】
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２０の回折格子１２２は、光導波路１１０の表面に、またはこれと隣接した位置にあってもよい。たとえば、回折格子１２２は、図６Ａに示されるように、光導波路１１０の第１表面１１０’に、またはこれと隣接していてもよい。第１表面１１０’の回折格子１２２は、散乱された複数の指向性光ビーム１０２として第１表面１１０’を通る導波光部分を回折により結合または散乱させるように構成された、透過モード回折格子であってもよい。別の例では、図６Ｂに示されるように、回折格子１２２は、光導波路１１０の第２表面１１０”に、またはこれと隣接した位置にあってもよい。第２表面１１０”に位置するとき、回折格子１２２は反射モード回折格子であり得る。反射モード回折格子として、回折格子１２２は、回折散乱された複数の指向性光ビーム１０２として第１表面１１０’を通じて出射するために、導波光部分を回折し、かつ回折した導波光部分を第１表面１１０’に向けて反射するように構成されている。
【００８５】
別の実施形態（図示せず）では、回折格子は、たとえば透過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の表面の間に位置してもよい。なお、本明細書に記載されるいくつかの実施形態では、複数の指向性光ビーム１０２の主角度方向は、光導波路表面で光導波路１１０を出る複数の指向性光ビーム１０２による屈折の影響を含み得ることに留意されたい。たとえば、図６Ｂは、限定ではなく例として、散乱された複数の指向性光ビーム１０２が第１表面１１０’を横切るときの屈折率の変化による、散乱された複数の指向性光ビーム１０２の屈折（すなわち、屈曲）を示している。
【００８６】
いくつかの実施形態によれば、回折格子１２２の回折特徴は、互いに離間した溝およびリッジの一方または両方を備えてもよい。溝またはリッジは、光導波路１１０の材料を備えてもよく、たとえば、光導波路１１０の表面に形成されてもよい。別の例では、溝またはリッジは、光導波路材料以外の材料、たとえば、光導波路１１０の表面上の別の材料の膜または層から形成されてもよい。マルチビーム素子１２０が光導波路１１０の裏面または第２表面１１０’’上に配置され、反射モード回折格子として構成された複数の回折格子１２２を備えるとき（たとえば、図６Ｂに示されるように）、複数格子の個々の回折格子は、エッチングによって第２表面１１０’’に形成され、反射は、回折格子を被覆してその回折機能部（たとえば、溝）を実質的に埋めるために、光導波路１１０の第２表面１１０’’に塗布される銀を備える反射層を使用して、増強され得る。具体的には、図６Ｂに示されるように、回折格子１２２は、回折格子１２２ａおよび反射層１２２ｂを備え得る。反射層１２２ｂは、反射金属層などの、ただしこれに限定されない、反射材料または層を備え得る。なお、回折格子の格子特性（格子ピッチ、溝深さ、リッジ高さなど）および／または密度は、いくつかの実施形態によれば、伝播距離の関数としての光導波路１１０内の導波光１０４の光強度の変化を補償するために使用され得ることに留意されたい。
【００８７】
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子１２０の回折格子１２２は、回折機能部間隔が回折格子１２２全体にわたって実質的に一定または不変である、均一な回折格子である。いくつかの実施形態（図示せず）では、指向性光ビーム１０２を提供するように構成された回折格子１２２は、可変またはチャープ回折格子であるか、またはこれを備える。定義では、「チャープ」回折格子は、チャープ回折格子の範囲または長さにわたって変化する回折機能部の回折間隔（すなわち、格子ピッチ）を呈するか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、距離とともに直線的に変化する回折機能部間隔のチャープを有するかまたは呈してもよい。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。別の実施形態では、マルチビーム素子１２０のチャープ回折格子は、回折機能部間隔の非線形チャープを呈し得る。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ランダムだが依然として単調な方法で変化するチャープを含むがこれらに限定されない、様々な非線形チャープが使用され得る。正弦波チャープまたは三角形または鋸歯状チャープなどの、ただしこれらに限定されない、非単調チャープもまた利用され得る。これらのタイプのチャープのいずれかの組み合わせもまた利用され得る。
【００８８】
上記の議論は回折格子としてマルチビーム素子１２０を示したが、別の実施形態では、指向性光ビーム１０２を生成するために、マイクロ反射要素および／またはマイクロ屈折要素を含む、様々な光学要素が使用される。たとえば、マイクロ反射要素は、三角形のミラー、台形のミラー、ピラミッド型のミラー、長方形のミラー、半球形のミラー、凹面鏡、および／または凸面鏡を含み得る。なお、これらの光学要素は、光導波路１１０の第１表面１１０’および／または第２表面１１０’’上に配置され得ることに留意されたい。また、光学要素は、第１表面１１０’、第２表面１１０’’、または第１表面１１０’と第２表面１１０’’との間に設けられてもよい。さらに、光学要素は、第１表面１１０’および／または第２表面１１０’’から突起する「正の機能部」であってもよく、またはこれは第１表面１１０’および／または第２表面１１０’’内にくぼんだ「負の機能部」であってもよい。
【００８９】
図６Ｃは、本明細書に記載される原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム素子１２０の断面図を示す。具体的には、図６Ｃは、マイクロ反射素子１２４を備えるマルチビーム素子１２０の様々な実施形態を示す。マルチビーム素子１２０として使用される、またはこれに含まれるマイクロ反射素子は、反射材料もしくはその層（たとえば、反射金属）を利用する反射器、または全内反射（ＴＩＲ）に基づく反射器を含み得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態によれば（たとえば、図６Ｃに示されるように）、マイクロ反射素子１２４を備えるマルチビーム素子１２０は、光導波路１１０の表面（たとえば、第２表面１１０”）に、またはこれと隣接した位置にあってもよい。別の実施形態（図示せず）では、マイクロ反射素子１２４は、第１表面１１０’および第２表面１１０”の間の光導波路１１０内に位置してもよい。
【００９０】
たとえば、図６Ｃは、光導波路１１０の第２表面１１０”に隣接した位置にある反射ファセットを有するマイクロ反射素子１２４（たとえば、「プリズム」マイクロ反射素子）を備えるマルチビーム素子１２０を示す。図示されるプリズムマイクロ反射素子１２４のファセットは、光導波路１１０からの導波光１０４の一部を反射（すなわち、反射により結合）するように構成されている。ファセットは、たとえば、光導波路１１０からの導波光部分を反射するために、導波光１０４の伝播方向に対して偏向または傾斜していてもよい（すなわち、傾斜角を有する）。ファセットは、様々な実施形態によれば、（たとえば、図６Ｃに示されるように）光導波路１１０内で反射材料を使用して形成されてもよく、または第２表面１１０”のプリズムキャビティの表面であってもよい。いくつかの実施形態では、プリズムキャビティが利用されるとき、キャビティ表面における屈折率変化が反射（たとえば、ＴＩＲ反射）を提供してもよく、もしくはファセットを形成するキャビティ表面が、反射を提供するために反射材料で被覆されてもよい。図６Ｃはまた、限定ではなく例として、２つの伝播方向１０３、１０３’（すなわち、太い矢印で示される）を有する導波光１０４も示す。２つの伝播方向１０３、１０３’を使用することで、たとえば、対称な主角度方向を有する複数の指向性光ビーム１０２を提供することを容易にし得る。別の例（図示せず）では、マイクロ反射素子は、半球状のマイクロ反射素子１２４などの、ただしこれに限定されない、実質的に平滑な曲面を有し得る。
【００９１】
図６Ｄは、本明細書に記載される原理と一致する別の実施形態による、一例におけるマルチビーム素子１２０の断面図を示す。具体的には、図６Ｄは、マイクロ屈折素子１２６を備えるマルチビーム素子１２０を示す。様々な実施形態によれば、マイクロ屈折素子１２６は、光導波路１１０からの導波光１０４の一部を屈折により結合するように構成されている。つまり、マイクロ屈折素子１２６は、図６Ｄに示されるように、指向性光ビーム１０２として光導波路１１０からの導波光部分を結合するために、屈折（たとえば、回折または反射とは対照的に）を利用するように構成されている。マイクロ屈折素子１２６は、半球形、長方形、または角柱形（すなわち、傾斜したファセットを有する形状）を含むがこれらに限定されない、様々な形状を有し得る。様々な実施形態によれば、マイクロ屈折素子１２６は、図示されるように、光導波路１１０の表面（たとえば、第１表面１１０’）から延伸もしくは突起してもよく、または表面内のキャビティ（図示せず）であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、マイクロ屈折素子１２６は、光導波路１１０の材料を備えてもよい。別の実施形態では、マイクロ屈折素子１２６は、光導波路表面に隣接し、いくつかの例では接触している、別の材料を備えてもよい。
【００９２】
本明細書に記載され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、変調された光ビームをマルチビューディスプレイのピクセルとして放出するように構成されている。放出および変調された光ビームは、異なる主角度方向を有する（本明細書では、「異なる方向の光ビーム」とも呼ばれる）。さらに、放出および変調された光ビームは、マルチビューディスプレイの複数の視野方向に向けて優先的に配向され得る。非限定的な例では、マルチビューディスプレイは、対応する数のビュー方向を有する、４×４（４×４）、４×８（４×８）、または８×８（８×８）のビューを含み得る。いくつかの例では、マルチビューディスプレイは、マルチビュー画像を提供または「表示」するように構成されている。変調された異なる方向の光ビームの異なるものは、様々な例によれば、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し得る。異なるビューは、たとえば、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内の情報の「眼鏡不要」（たとえば、自動立体視）表現を提供し得る。
【００９３】
さらに、様々な実施形態によれば、マルチビューディスプレイは、動的に再構成可能な形状を有する複数のマルチビューピクセルを備える。具体的には、複数マルチビューピクセルのマルチビューピクセルは、マルチビュー画像を提供するために指向性光ビームを変調するように構成されたライトバルブのセットを備える。加えて、複数マルチビューピクセルのマルチビューピクセルは、様々な実施形態によれば、マルチビューディスプレイの条件に基づいて動的ＦＯＶを有するマルチビュー画像を提供するように動的に再構成可能な個々の形状を有する。
【００９４】
図７は、本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ２００のブロック図を示す。様々な実施形態によれば、図示されるマルチビューディスプレイ２００は、異なるビュー方向の異なるビューを有するマルチビュー画像を提供または表示するように構成されている。具体的には、マルチビューディスプレイ２００によって放出された変調された光ビーム２０２は、マルチビュー画像を表示するために使用されてもよく、異なるビューのピクセル（すなわち、ビューピクセル）に対応し得る。変調された光ビーム２０２は、図７のマルチビューディスプレイ２００から発する矢印として示されている。破線は、限定ではなく例として、その変調を強調するために、放出および変調された光ビーム２０２の矢印に使用されている。
【００９５】
図７に示されるマルチビューディスプレイ２００は、動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０のアレイを備える。アレイの動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０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提供するように構成されている。様々な実施形態によれば、アレイの動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０は、複数の光ビーム２０４を変調し、放出および変調された光ビーム２０２を生成するように構成された、複数のサブピクセルを備える。いくつかの実施形態では、アレイの動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０は、マルチビューディスプレイ１００に関して上述された、サブピクセルのセットを備えるマルチビューピクセル１０６と実質的に類似している。さらに、いくつかの実施形態では、動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０は、マルチビューディスプレイ１００に関して上述された、ライトバルブ１３０のアレイのライトバルブ１３０のセットと実質的に類似している。具体的には、動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０のサブピクセルは、上述のライトバルブ１３０と実質的に類似しているライトバルブを備え得る。つまり、様々な実施形態によれば、マルチビューディスプレイ２００の動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０は、ライトバルブのセット（たとえば、ライトバルブ１３０のセット）を備えてもよく、動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０のサブピクセルは、セットのライトバルブ（たとえば、単一のライトバルブ１３０）を備えてもよい。
【００９６】
図７に示されるように、マルチビューディスプレイ２００は、光導波路２１０をさらに備える。光導波路２１０は、光を誘導するように構成されている。様々な実施形態では、光は、全内反射にしたがって、たとえば誘導光ビームとして誘導され得る。たとえば、光導波路２１０は、その光入力エッジからの光を誘導光ビームとして案内するように構成された導光板であってもよい。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２１０は、マルチビューディスプレイ１００に関して上述された光導波路１１０と実質的に類似していてもよい。
【００９７】
様々な実施形態によれば、図７に示されるマルチビューディスプレイ２００は、マルチビーム素子２２０のアレイをさらに備える。アレイの各マルチビーム素子２２０は、対応する動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０に複数の光ビーム２０４を提供するように構成されている。具体的には、マルチビーム素子は、複数の光ビーム２０４として、光導波路からの導波光の一部を結合または散乱するように構成されている。複数光ビームの光ビーム２０４は、互いに異なる主角度方向を有する。さらに、光ビーム２０４の異なる主角度方向は、様々な実施形態によれば、マルチビューディスプレイ２００の異なるビューのそれぞれの異なるビュー方向に対応する。
【００９８】
様々な実施形態によれば、マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子２２０のサイズは、動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０内の複数サブピクセルにおけるサブピクセルのサイズに相当する。たとえば、マルチビーム素子２２０のサイズは、いくつかの実施形態では、サブピクセルサイズの半分より大きく、サブピクセルサイズの２倍より小さくてもよい。加えて、マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子２２０の間の素子間距離は、いくつかの実施形態によれば、マルチビューピクセルアレイの動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０の間のピクセル間距離に対応し得る。さらに、マルチビューピクセルアレイの動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０とマルチビーム素子アレイのマルチビーム素子２２０との間には一対一対応があり得る。具体的には、いくつかの実施形態では、マルチビーム素子２２０間の素子間距離（たとえば、中心間）は、動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０間のピクセル間距離（たとえば、中心間）と実質的に等しくてもよい。したがって、動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０内の各サブピクセルは、対応するマルチビーム素子２２０によって提供された複数の光ビーム２０４の光ビーム２０４のうちの異なるものを変調するように構成され得る。さらに、各動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０は、いくつかの実施形態によれば、唯一のマルチビーム素子２２０からの光ビーム２０４を受信および変調するように構成され得る。
【００９９】
いくつかの実施形態では、マルチビーム素子アレイのマルチビーム素子２２０は、上述の、マルチビューディスプレイ１００のマルチビーム素子１２０と実質的に類似していてもよい。たとえば、マルチビーム素子２２０は、上述の複数の回折格子１２２と実質的に類似の複数の回折格子を備えてもよい。具体的には、マルチビーム素子２２０は、様々な実施形態によれば、光導波路２１０と光学的に結合され、マルチビューピクセルアレイの対応する動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０に提供される複数の光ビーム２０４として光導波路からの導波光の一部を結合または散乱するように構成されてもよい。
【０１００】
また、いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイ内の動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０の形状は、動的ＦＯＶを有するマルチビュー画像を提供するように動的に再構成可能であり得る。たとえば、動的に再構成可能なマルチビューピクセル２３０の形状は、上述の形状１３２と実質的に類似していてもよい。いくつかの実施形態では、ＦＯＶは、マルチビューディスプレイの監視された配向、マルチビューディスプレイに対するユーザの監視された位置、または両方に基づいて修正され得る。代替的または付加的に、ＦＯＶは、マルチビューディスプレイ上に表示される、または表示される予定のコンテンツに基づいて、修正され得る。
【０１０１】
これらの実施形態のいくつか（図７には図示せず）では、マルチビューディスプレイ２００は、光源をさらに備え得る。光源は、非ゼロ伝播角度で光導波路２１０に光を提供するように構成されてもよく、いくつかの実施形態では、たとえば、光導波路２１０内の導波光の所定の角度広がりを提供するために、コリメーション係数にしたがってコリメートされる。いくつかの実施形態によれば、光源は、マルチビューディスプレイ１００に関して上記で説明した光源１４０と実質的に類似していてもよい。いくつかの実施形態では、複数の光源が利用され得る。たとえば、光導波路２１０に光を提供するために、光導波路２１０の２つの異なるエッジまたは端部（たとえば、両端）で１対の光源が使用されてもよい。いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイ２００は、マルチビューディスプレイ１００を備える。
【０１０２】
本明細書に記載される原理の別の実施形態によれば、マルチビューディスプレイ動作の方法が提供される。図８は、本明細書に記載される原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ動作の方法３００のフローチャートを示す。図８に示されるように、マルチビューディスプレイ動作の方法３００は、互いに離間した複数のマルチビーム素子を使用して、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角度方向を有する指向性光ビームを提供するステップ３１０を含む。とりわけ、複数マルチビーム素子のマルチビーム素子は、複数の指向性光ビームとして光導波路からの導波光の一部を散乱させるように構成され得る。いくつかの実施形態では、マルチビーム素子は、上述のように、マルチビューディスプレイ１００のマルチビーム素子１２０と実質的に類似していてもよい。たとえば、マルチビーム素子１２０は、上述のマルチビューディスプレイ１００の回折格子１２２、マイクロ反射素子１２４、およびマイクロ屈折素子１２６と類似している、回折格子、マイクロ反射素子、またはマイクロ屈折素子のうちの１つまたはそれ以上を備え得る。
【０１０３】
図８に示されるマルチビューディスプレイ動作の方法３００は、ライトバルブのアレイを使用してマルチビュー画像を表示するために指向性光ビームを変調するステップ３２０を含む。とりわけ、ライトバルブアレイのライトバルブのセットは、マルチビューピクセルとして配置された複数マルチビーム素子のマルチビーム素子に対応し、マルチビーム素子からの指向性光ビームを変調するように構成され得る。いくつかの実施形態によれば、ライトバルブのアレイのライトバルブは、マルチビューピクセルのサブピクセルに対応する。つまり、ライトバルブは、たとえば、サブピクセルのサイズに相当するサイズ、またはマルチビューピクセルのサブピクセル間の中心間間隔に相当するサイズを有し得る。いくつかの実施形態によれば、複数のライトバルブは、マルチビューディスプレイ１００について図３Ａから図３Ｃで上述されたライトバルブ１３０のアレイと実質的に類似していてもよい。具体的には、ライトバルブの異なるセットは、上述のように、異なるマルチビューピクセル１０６に対する第１のライトバルブセット１３０ａおよび第２のライトバルブセット１３０ｂの対応と類似の方法で、異なるマルチビューピクセルに対応し得る。さらに、ライトバルブアレイの個々のライトバルブは、図３Ａから図３Ｃの上記の議論において上述のライトバルブ１３０がサブピクセルに対応するように、マルチビューピクセルのサブピクセルに対応し得る。
【０１０４】
図８に示されるように、マルチビューディスプレイ動作の方法３００は、条件に基づいて動的ＦＯＶを有するマルチビュー画像を提供するためのマルチビューディスプレイの条件にしたがって、マルチビューピクセルの形状を動的に再構成するステップ３３０をさらに含む。様々な実施形態によれば、マルチビューピクセルは、複数のサブピクセルを含み得る。いくつかの実施形態では、マルチビューピクセルの形状は、上述の形状１３２の１つと実質的に類似している。たとえば、マルチビューピクセル形状を動的に再構成するステップは、長さよりも大きい幅を有する第１の長方形と、長さよりも小さい幅を有する第２の長方形との間で切り換えるステップを含み得る。第１の長方形は、水平方向により多くのビューを提供し、第２の長方形は、垂直方向により多くのビューを提供し得る。なお、マルチビューピクセル形状は、ライトバルブアレイ上でタイル化可能であり得ることに留意されたい。
【０１０５】
いくつかの実施形態（図示せず）では、マルチビューディスプレイ動作の方法３００は、マルチビューディスプレイ条件を提供するために、マルチビューディスプレイの配向を監視するステップ、およびマルチビューディスプレイに対するユーザの位置を監視するステップの一方または両方を含み、マルチビューピクセル形状を動的に再構成するステップは、マルチビュー画像の動的ＦＯＶを決定するために、監視された配向および監視されたユーザ位置の一方または両方を利用する。代替的または付加的に、マルチビューディスプレイ条件は、マルチビューディスプレイ上に表示されているマルチビュー画像のコンテンツによって決定され得る。
【０１０６】
いくつかの実施形態（図示せず）では、マルチビューディスプレイ動作の方法は、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。提供された光は、光導波路内で非ゼロ伝播角度を有し得る。さらに、導波光はコリメートされ、たとえば所定のコリメーション係数にしたがってコリメートされ得る。いくつかの実施形態によれば、光導波路は、マルチビューディスプレイ１００に関して上記で説明した光導波路１１０と実質的に類似していてもよい。具体的には、様々な実施形態によれば、光は、光導波路内で、全内反射にしたがって誘導され得る。
【０１０７】
いくつかの実施形態（図示せず）では、マルチビューディスプレイ動作の方法は、導波光として光導波路に沿って光を誘導するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、光は、非ゼロ伝播角度で誘導され得る。さらに、導波光はコリメートされ、たとえば所定のコリメーション係数にしたがってコリメートされ得る。いくつかの実施形態によれば、光導波路は、マルチビューディスプレイ１００に関して上記で説明した光導波路１１０と実質的に類似していてもよい。具体的には、様々な実施形態によれば、光は、光導波路内で、全内反射にしたがって誘導され得る。
【０１０８】
このように、マルチビューディスプレイ、マルチビューディスプレイ動作の方法、およびマルチビュー画像を提供するために動的に再構成可能なマルチビューピクセルを利用するマルチビューディスプレイの例および実施形態が記載されてきた。上記の例が、単に本明細書に記載される原理を表す多くの具体例のいくつかを表すに過ぎないことは、理解されるべきである。明らかに、当業者は、以下の請求項で定義される範囲を逸脱することなく、他の多くの構成を容易に考案することができる。
【図１Ａ】
2021529343.tif 000005
【図１Ｂ】
2021529343.tif 000006
【図２】
2021529343.tif 000007
【図３Ａ】
2021529343.tif 000008
【図３Ｂ】
2021529343.tif 000009
【図３Ｃ】
2021529343.tif 000010
【図４Ａ】
2021529343.tif 000011
【図４Ｂ】
2021529343.tif 000012
【図４Ｃ】
2021529343.tif 000013
【図４Ｄ】
2021529343.tif 000014
【図５Ａ】
2021529343.tif 000015
【図５Ｂ】
2021529343.tif 000016
【図６Ａ】
2021529343.tif 000017
【図６Ｂ】
2021529343.tif 000018
【図６Ｃ】
2021529343.tif 000019
【図６Ｄ】
2021529343.tif 000020
【図７】
2021529343.tif 000021
【図８】
2021529343.tif 000022
【国際調査報告】
2021529343.tif 000023
2021529343.tif 000024
2021529343.tif 000025