(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板ライトガイドに二方向にコリメートされた光を提供するための二方向光学コリメータであって、
放物形状を有する光学反射体を備え、光を垂直方向にコリメートするように構成された垂直コリメータと、
放物形状を有する光学反射体を備え、前記垂直方向に実質的に直交する水平方向に光をコリメートするように構成された水平コリメータであって、前記水平コリメータの入力部が前記垂直コリメータの出力部に光学的カップリングが可能なように隣接して位置付けられて、前記垂直コリメータからの垂直方向にコリメートされた光を水平方向にコリメートして、前記二方向光学コリメータの出力部において二方向にコリメートされた光を提供する水平コリメータとを備え、
前記二方向にコリメートされた光を、前記水平方向に対応した水平平面に対して非ゼロの伝播角度で提供するように構成され、前記平板ライトガイドの表面が前記水平平面に平行である、二方向光学コリメータ。
【請求項２】
前記垂直コリメータが、放物形状および傾斜角度を有する光学反射体を備え、前記傾斜角度が、前記二方向にコリメートされた光の前記非ゼロの伝播角度を提供するように構成された、請求項１に記載の二方向光学コリメータ。
【請求項３】
前記光学反射体が、前記二方向光学コリメータの出力アパーチャに実質的にまたがるように構成され、前記二方向にコリメートされた光が、前記出力アパーチャにわたって実質的に均一な分布を有するように構成された、請求項１に記載の二方向光学コリメータ。
【請求項４】
前記水平コリメータが、組み合わされた状態で前記二方向光学コリメータの出力アパーチャに実質的にまたがるように構成された複数のサブ反射体であって、それぞれのサブ反射体が放物形状の反射面を備える複数のサブ反射体を有する光学反射体を備える、請求項１に記載の二方向光学コリメータ。
【請求項５】
前記光学反射体がフレネル反射体である、請求項４に記載の二方向光学コリメータ。
【請求項６】
前記複数のサブ反射体のうちの第１のサブ反射体が、前記水平コリメータの第１の縁部に位置付けられた第１の垂直コリメータからの前記垂直方向にコリメートされた光を受けるように構成され、前記複数のサブ反射体のうちの第２のサブ反射体が、前記水平コリメータの第２の縁部に位置付けられた第２の垂直コリメータからの垂直方向にコリメートされた光を受けるように構成され、前記第２の縁部が、前記水平方向に対応した前記水平平面において前記第１の縁部の反対側にある、請求項４に記載の二方向光学コリメータ。
【請求項７】
前記垂直コリメータが、前記水平コリメータと一体であり前記水平コリメータの材料を備える、請求項１に記載の二方向光学コリメータ。
【請求項８】
請求項１に記載の前記二方向光学コリメータを備えるバックライトであって、
前記二方向光学コリメータの前記出力部にカップリングされた平板ライトガイドであって、前記二方向にコリメートされた光を前記非ゼロの伝播角度で受け、導波するように構成された平板ライトガイドをさらに備え、
前記平板ライトガイドが、前記導波される二方向にコリメートされた光の一部分を、前記平板ライトガイドの表面から放射するようにさらに構成された、バックライト。
【請求項９】
前記二方向光学コリメータに光を提供するように構成された光源をさらに備え、前記光源が、前記垂直コリメータに隣接して位置付けられ、前記垂直コリメータの入力部に前記光を提供するように構成された、請求項８に記載のバックライト。
【請求項１０】
前記光源が、異なる光色を提供するように構成された複数の異なる光学源を備え、前記異なる光学源が互いにずれており、前記異なる光学源の前記ずれが、前記異なる光色のそれぞれに対応した、前記二方向にコリメートされた光の異なる色固有の非ゼロの伝播角度を提供するように構成された、請求項９に記載のバックライト。
【請求項１１】
前記導波される二方向にコリメートされた光の一部分を回折によりカップリングして、前記平板ライトガイド表面から放射される複数の光ビームとして前記平板ライトガイドから外へ出すように構成されたマルチビーム回折格子をさらに備え、前記複数の光ビームのうちの１つの光ビームが、前記複数の光ビームのうちの他の光ビームの主角度方向とは異なる主角度方向を有する、請求項８に記載のバックライト。
【請求項１２】
請求項１１に記載の前記バックライトを備える３次元（３Ｄ）電子ディスプレイであって、前記３Ｄ電子ディスプレイが、
前記複数の光ビームのうちの１つの光ビームを変調するためのライトバルブであって、前記マルチビーム回折格子に隣接しているライトバルブをさらに備え、
前記光ビームの前記主角度方向が、前記３Ｄ電子ディスプレイの視認方向に対応しており、前記変調された光ビームが、前記視認方向における前記３Ｄ電子ディスプレイの画素を表す、３Ｄ電子ディスプレイ。
【請求項１３】
３次元（３Ｄ）電子ディスプレイであって、
放物形状を有する光学反射体を備える垂直コリメータ、および前記垂直コリメータの出力部にその入力部が光学的カップリングが可能なように隣接して位置付けられた、放物形状を有する光学反射体を備える水平コリメータを備える二方向光学コリメータであって、垂直コリメーションと水平コリメーションの両方を有する二方向にコリメートされた光を、水平平面に対して非ゼロの伝播角度で提供するように構成された二方向光学コリメータと、
前記二方向にコリメートされた光を導波光ビームとして前記非ゼロの伝播角度で導波するように構成された平板ライトガイドであって、前記水平平面が、前記平板ライトガイドの水平平面に対応する、平板ライトガイドと、
前記平板ライトガイドの表面にあるマルチビーム回折格子のアレイであって、前記アレイのマルチビーム回折格子が、前記導波光ビームの一部分を回折によりカップリングして、前記３Ｄ電子ディスプレイの異なる３Ｄ視像の方向に対応した異なる主角度方向を有する複数のカップリングして外へ出される光ビームとして、外へ出すように構成された、アレイと、を備える、３Ｄ電子ディスプレイ。
【請求項１４】
前記垂直コリメータが、放物形状および傾斜角度を有する光学反射体を備え、前記傾斜角度が、前記二方向光学コリメータの出力部における前記二方向にコリメートされた光の前記非ゼロの伝播角度を決定するように構成された、請求項１３に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
【請求項１５】
前記水平コリメータの前記光学反射体が、前記二方向光学コリメータの出力アパーチャに実質的にまたがり、前記出力アパーチャにわたって実質的に均一に分布した前記二方向にコリメートされた光を提供するように構成された、請求項１３に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
【請求項１６】
前記水平コリメータが、第１の縁部、および前記第１の縁部の反対側の第２の縁部を有し、前記水平コリメータが、組み合わされた状態で前記二方向光学コリメータの出力アパーチャに実質的にまたがるように構成された複数のサブ反射体を備える光学反射体を備え、前記複数のサブ反射体のうちの第１のサブ反射体が、前記水平コリメータの前記第１の縁部にある第１の垂直コリメータからの垂直方向にコリメートされた光を受けるように構成され、前記複数のサブ反射体のうちの第２のサブ反射体が、前記水平コリメータの前記第２の縁部にある第２の垂直コリメータからの垂直方向にコリメートされた光を受けるように構成された、請求項１３に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
【請求項１７】
前記マルチビーム回折格子のアレイが、曲線状回折特徴部を有するチャープ回折格子を備える、請求項１３に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
【請求項１８】
前記チャープ回折格子が、線形チャープ回折格子である、請求項１７に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
【請求項１９】
前記二方向光学コリメータの入力部に光を提供するように構成された光源と、
前記複数のカップリングして外へ出された光ビームを、前記３Ｄ電子ディスプレイの前記異なる３Ｄ視像に対応した３Ｄ画素として選択的に変調するように構成されたライトバルブアレイとをさらに備える、請求項１３に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
【請求項２０】
前記ライトバルブアレイが、複数の液晶ライトバルブを備える、請求項１９に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
【請求項２１】
前記光源が、異なる光色を提供するように構成された複数の異なる発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、前記異なるＬＥＤが互いにずれており、前記異なるＬＥＤの前記ずれが、前記二方向にコリメートされた光の異なる色固有の非ゼロの伝播角度を提供するように構成され、異なる色固有の非ゼロの伝播角度が、前記異なる光色のそれぞれに対応している、請求項１９に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
【請求項２２】
平板ライトガイドに二方向にコリメートされた光を提供するための、二方向コリメーションの方法であって、
垂直方向にコリメートされた光を提供するために、放物形状を有する光学反射体を備える垂直コリメータを用いて光を垂直方向にコリメートするステップと、
放物形状を有する光学反射体を備える水平コリメータを用いて、前記垂直方向にコリメートされた光を水平方向にさらにコリメートするステップであって、前記水平コリメータの入力部が前記垂直コリメータの出力部に光学的カップリングが可能なように隣接して位置付けられ、垂直方向にコリメートされかつ水平方向にコリメートされた二方向にコリメートされた光を生成する、ステップと、
前記二方向にコリメートされた光において非ゼロの伝播角度を作り出すステップであって、前記非ゼロの伝播角度が、前記水平方向に対応した前記平板ライトガイドの水平平面に対する角度である、作り出すステップとを備える、二方向光コリメーションの方法。
【請求項２３】
前記垂直コリメータが、放物形状および傾斜角度を有する光学反射体を備え、前記傾斜角度が、前記二方向にコリメートされた光の前記非ゼロの伝播角度を提供し、前記水平コリメータが、別の放物形状を有し、前記水平コリメータの出力アパーチャにまたがっている別の光学反射体を備え、前記出力アパーチャにわたって前記二方向にコリメートされた光の均一な分布を生成する、請求項２２に記載の二方向光コリメーションの方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の二方向光コリメーションの方法を備える３次元（３Ｄ）電子ディスプレイの動作方法であって、
前記二方向にコリメートされた光を、前記非ゼロの伝播角度で前記平板ライトガイド内で導波するステップと、
３Ｄ電子ディスプレイの異なる３Ｄ視像の方向に対応した複数の異なる主角度方向に、前記平板ライトガイドから離れるように方向付けられた複数の光ビームを生成するために、前記導波される二方向にコリメートされた光の一部分を、前記平板ライトガイドの表面にあるマルチビーム回折格子を用いて回折によりカップリングして外へ出すステップと、
前記複数の光ビームのうちの光ビームを、ライトバルブのアレイを用いて変調するステップであって、前記変調された光ビームが、前記３Ｄ視像方向において前記３Ｄ電子ディスプレイの３Ｄ画素を形成する、変調するステップとをさらに備える、３Ｄ電子ディスプレイの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
該当なし
【０００２】
連邦政府資金による研究開発の記載
該当なし
【背景技術】
【０００３】
電子ディスプレイは、多種多様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至る所にある媒体である。最も一般的に見られる電子ディスプレイには、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）、電子発光ディスプレイ（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）、ならびに電気機械または電気流体光変調（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）を使用した様々なディスプレイがある。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、光を放射するディスプレイ）またはパッシブディスプレイ（すなわち、別の発生源により提供された光を変調するディスプレイ）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明らかな例には、ＣＲＴ、ＰＤＰ、およびＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放射される光を考慮したときにパッシブとして通常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、多くの場合、本質的に消費電力が低いことを含めて、これだけに限らず魅力的な性能特性を呈するが、光を放射する能力がないことを考えれば、多くの実用的な用途においていくらか使用が制限される場合がある。
【０００４】
光の放射に関連するパッシブディスプレイの利用可能性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連結される。連結された光源は、通常ならばパッシブ型のこれらのディスプレイが光を放射し、実質的にアクティブディスプレイとして機能することを可能にし得る。このような連結された光源の例は、バックライトである。バックライトは、通常ならばパッシブ型のディスプレイの裏側に、このパッシブディスプレイを照射するように配置された光源（多くの場合、いわゆる「パネル」光源）である。例えば、バックライトはＬＣＤまたはＥＰディスプレイに連結されてもよい。バックライトは光を放射し、この光がＬＣＤまたはＥＰディスプレイを通過する。バックライトによって放射された光は、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイにより変調され、変調された光はその後、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイから放射される。多くの場合、バックライトは白色光を放射するように構成される。その場合、白色光を、ディスプレイで用いられる様々な色に変換するために、カラーフィルタが用いられる。例えばカラーフィルタは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイの出力部に配置されてもよく（あまり一般的ではない）、またはバックライトと、ＬＣＤもしくはＥＰディスプレイとの間に配置されてもよい。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、以下の［１］〜［２４］を含む。
［１］二方向光学コリメータであって、
光を垂直方向にコリメートするように構成された垂直コリメータと、
上記垂直方向に実質的に直交する水平方向に光をコリメートするように構成された水平コリメータであって、上記垂直コリメータの出力部に隣接して位置付けられて、上記垂直コリメータからの垂直方向にコリメートされた光を水平方向にコリメートして、上記二方向光学コリメータの出力部において二方向にコリメートされた光を提供する水平コリメータとを備え、
上記二方向にコリメートされた光を、上記水平方向に対応した水平平面に対して非ゼロの伝播角度で提供するように構成された、二方向光学コリメータ。
［２］上記垂直コリメータが、放物形状および傾斜角度を有する光学反射体を備え、上記傾斜角度が、上記二方向にコリメートされた光の上記非ゼロの伝播角度を提供するように構成された、上記［１］に記載の二方向光学コリメータ。
［３］上記水平コリメータが、放物形状を有する光学反射体を備え、上記光学反射体が、上記二方向光学コリメータの出力アパーチャに実質的にまたがるように構成され、上記二方向にコリメートされた光が、上記出力アパーチャにわたって実質的に均一な分布を有するように構成された、上記［１］に記載の二方向光学コリメータ。
［４］上記水平コリメータが、組み合わされた状態で上記二方向光学コリメータの出力アパーチャに実質的にまたがるように構成された複数のサブ反射体であって、それぞれのサブ反射体が放物形状の反射面を備える複数のサブ反射体を有する光学反射体を備える、上記［１］に記載の二方向光学コリメータ。
［５］上記光学反射体がフレネル反射体である、上記［４］に記載の二方向光学コリメータ。
［６］上記水平コリメータの複数のサブ反射体のうちの第１のサブ反射体が、上記水平コリメータの第１の縁部に位置付けられた第１の垂直コリメータからの上記垂直方向にコリメートされた光を受けるように構成され、上記水平コリメータの複数のサブ反射体のうちの第２のサブ反射体が、上記水平コリメータの第２の縁部に位置付けられた第２の垂直コリメータからの垂直方向にコリメートされた光を受けるように構成され、上記第２の縁部が、上記水平方向に対応した上記水平平面において上記第１の縁部の反対側にある、上記［４］に記載の二方向光学コリメータ。
［７］上記垂直コリメータが、上記水平コリメータと一体であり上記水平コリメータの材料を備える、上記［１］に記載の二方向光学コリメータ。
［８］上記［１］に記載の上記二方向光学コリメータを備えるバックライトであって、
上記二方向光学コリメータの上記出力部にカップリングされた平板ライトガイドであって、上記二方向にコリメートされた光を上記非ゼロの伝播角度で受け、導波するように構成された平板ライトガイドをさらに備え、
上記平板ライトガイドが、上記導波される二方向にコリメートされた光の一部分を、上記平板ライトガイドの表面から放射するようにさらに構成された、バックライト。
［９］上記二方向光学コリメータに光を提供するように構成された光源をさらに備え、上記光源が、上記垂直コリメータに隣接して位置付けられ、上記垂直コリメータの入力部に上記光を提供するように構成された、上記［８］に記載のバックライト。
［１０］上記光源が、異なる光色を提供するように構成された複数の異なる光学源を備え、上記異なる光学源が互いにずれており、上記異なる光学源の上記ずれが、上記異なる光色のそれぞれに対応した、上記二方向にコリメートされた光の異なる色固有の非ゼロの伝播角度を提供するように構成された、上記［９］に記載のバックライト。
［１１］上記平板ライトガイドの表面にあるマルチビーム回折格子をさらに備え、上記マルチビーム回折格子が、上記導波される二方向にコリメートされた光の一部分を回折によりカップリングして、上記平板ライトガイド表面から放射される複数の光ビームとして上記平板ライトガイドから外へ出すように構成され、上記複数の光ビームのうちの１つの光ビームが、上記複数の光ビームのうちの他の光ビームの主極大角度方向とは異なる主極大角度方向を有する、上記［８］に記載のバックライト。
［１２］上記［１１］に記載の上記バックライトを備える３次元（３Ｄ）電子ディスプレイであって、上記３Ｄ電子ディスプレイが、
上記複数の光ビームのうちの１つの光ビームを変調するためのライトバルブであって、上記マルチビーム回折格子に隣接しているライトバルブをさらに備え、
上記光ビームの上記主極大角度方向が、上記３Ｄ電子ディスプレイの視認方向に対応しており、上記変調された光ビームが、上記視認方向における上記３Ｄ電子ディスプレイの画素を表す、３Ｄ電子ディスプレイ。
［１３］３次元（３Ｄ）電子ディスプレイであって、
垂直コリメータ、および上記垂直コリメータの出力部に隣接して位置付けられた水平コリメータを備える二方向光学コリメータであって、垂直コリメーションと水平コリメーションの両方を有する二方向にコリメートされた光を、水平平面に対して非ゼロの伝播角度で提供するように構成された二方向光学コリメータと、
上記二方向にコリメートされた光を導波光ビームとして上記非ゼロの伝播角度で導波するように構成された平板ライトガイドと、
上記平板ライトガイドの表面にあるマルチビーム回折格子のアレイであって、上記アレイのマルチビーム回折格子が、上記導波光ビームの一部分を回折によりカップリングして、上記３Ｄ電子ディスプレイの異なる３Ｄ視像の方向に対応した異なる主極大角度方向を有する複数のカップリングして外へ出される光ビームとして、外へ出すように構成された、アレイと、を備える、３Ｄ電子ディスプレイ。
［１４］上記垂直コリメータが、放物形状および傾斜角度を有する光学反射体を備え、上記傾斜角度が、上記二方向光学コリメータの出力部における上記二方向にコリメートされた光の上記非ゼロの伝播角度を決定するように構成された、上記［１３］に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
［１５］上記水平コリメータが、放物形状を有する光学反射体を備え、上記水平コリメータの上記光学反射体が、上記二方向光学コリメータの出力アパーチャに実質的にまたがり、上記出力アパーチャにわたって実質的に均一に分布した上記二方向にコリメートされた光を提供するように構成された、上記［１３］に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
［１６］上記水平コリメータが、第１の縁部、および上記第１の縁部の反対側の第２の縁部を有し、上記水平コリメータが、組み合わされた状態で上記二方向光学コリメータの出力アパーチャに実質的にまたがるように構成された複数のサブ反射体を備える光学反射体を備え、上記複数のサブ反射体のうちの第１のサブ反射体が、上記水平コリメータの上記第１の縁部にある第１の垂直コリメータからの垂直方向にコリメートされた光を受けるように構成され、上記複数のサブ反射体のうちの第２のサブ反射体が、上記水平光学コリメータの上記第２の縁部にある第２の垂直コリメータからの垂直方向にコリメートされた光を受けるように構成された、上記［１３］に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
［１７］上記マルチビーム回折格子のアレイが、曲線状回折特徴部を有するチャープ回折格子を備える、上記［１３］に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
［１８］上記チャープ回折格子が、線形チャープ回折格子である、上記［１７］に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
［１９］上記二方向光学コリメータの入力部に光を提供するように構成された光源と、
上記複数のカップリングして外へ出された光ビームを、上記３Ｄ電子ディスプレイの上記異なる３Ｄ視像に対応した３Ｄ画素として選択的に変調するように構成されたライトバルブアレイとをさらに備える、上記［１３］に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
［２０］上記ライトバルブアレイが、複数の液晶ライトバルブを備える、上記［１９］に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
［２１］上記光源が、異なる光色を提供するように構成された複数の異なる発光ダイオード（ＬＥＤ）を備え、上記異なるＬＥＤが互いにずれており、上記異なるＬＥＤの上記ずれが、上記二方向にコリメートされた光の異なる色固有の非ゼロの伝播角度を提供するように構成され、異なる色固有の非ゼロの伝播角度が、上記異なる光色のそれぞれに対応している、上記［１９］に記載の３Ｄ電子ディスプレイ。
［２２］垂直方向にコリメートされた光を提供するために、垂直コリメータを用いて光を垂直方向にコリメートするステップと、
垂直方向にコリメートされかつ水平方向にコリメートされた二方向にコリメートされた光を生成するために、上記垂直方向にコリメートされた光を、上記垂直コリメータの出力部に隣接して位置付けられた水平コリメータを用いて、水平方向にさらにコリメートするステップと、
上記二方向にコリメートされた光において非ゼロの伝播角度を作り出すステップであって、上記非ゼロの伝播角度が、上記垂直方向に対応した垂直平面における角度である、作り出すステップとを備える、二方向光コリメーションの方法。
［２３］上記垂直コリメータが、放物形状および傾斜角度を有する光学反射体を備え、上記傾斜角度が、上記二方向にコリメートされた光の上記非ゼロの伝播角度を提供し、上記水平コリメータが、別の放物形状を有する別の光学反射体を備え、上記水平コリメータの光学反射体が、上記出力アパーチャにわたって上記二方向にコリメートされた光の実質的に均一な分布を生成するために、上記水平コリメータの出力アパーチャに実質的にまたがっている、上記［２２］に記載の二方向光コリメーションの方法。
［２４］上記［２２］に記載の二方向光コリメーションの方法を備える３次元（３Ｄ）電子ディスプレイの動作方法であって、
上記二方向にコリメートされた光を、上記非ゼロの伝播角度で平板ライトガイド内で導波するステップと、
３Ｄ電子ディスプレイの異なる３Ｄ視像の方向に対応した複数の異なる主極大角度方向に、上記平板ライトガイドから離れるように方向付けられた複数の光ビームを生成するために、上記導波される二方向にコリメートされた光の一部分を、上記平板ライトガイドの表面にあるマルチビーム回折格子を用いて回折によりカップリングして外へ出すステップと、
上記複数の光ビームのうちの光ビームを、ライトバルブのアレイを用いて変調するステップであって、上記変調された光ビームが、上記３Ｄ視像方向において上記３Ｄ電子ディスプレイの３Ｄ画素を形成する、変調するステップとをさらに備える、３Ｄ電子ディスプレイの動作方法。
本明細書で説明する原理による例および実施形態の様々な特徴は、添付の図面と併せて以下の発明を実施するための形態を参照することにより、より容易に理解することができ、図面では同様の参照番号が同様の構造要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本明細書で説明する原理の一例による、特定の主角度方向を有する光ビームの角度成分｛θ，φ｝のグラフィック図である。
【図２Ａ】本明細書で説明する原理の一実施形態による、一例における二方向光学コリメータの斜視図である。
【図２Ｂ−Ｃ】［図２Ｂ］本明細書で説明する原理の一実施形態による、一例における二方向光学コリメータの上面図である。［図２Ｃ］本明細書で説明する原理の一実施形態による、図２Ｂに示される二方向光学コリメータの断面図である。
【図３】本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における傾斜を有する光学反射体の概略的な描写を示す図である。
【図４Ａ】本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における二方向光学コリメータの上面図である。
【図４Ｂ−Ｃ】［図４Ｂ］本明細書で説明する原理と一致した別の実施形態による、一例における二方向光学コリメータの上面図である。     ［図４Ｃ］本明細書で説明する原理と一致したさらに別の実施形態による、一例における二方向光学コリメータの上面図である。
【図５Ａ−Ｂ】［図５Ａ］本明細書で説明する原理の原理と一致した一実施形態による、一例におけるバックライトの上面図である。［図５Ｂ］本明細書で説明する原理の原理と一致した一実施形態による、一例におけるバックライトの断面図である。
【図５Ｃ】本明細書で説明する原理の原理と一致した実施形態による、一例におけるバックライト２００の一部分の断面図を示す。
【図６Ａ】本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子を有するバックライトの一部分の断面図である。
【図６Ｂ−Ｃ】［図６Ｂ］本明細書で説明する原理と一致した別の実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子を有するバックライトの一部分の断面図である。［図６Ｃ］本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子を含む図６Ａまたは図６Ｂのいずれかのバックライト部分の斜視図である。
【図７】本明細書で説明する原理の一実施形態による、一例における３次元（３Ｄ）電子ディスプレイのブロック図である。
【図８】本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における二方向光コリメーションの方法のフローチャートである。
【図９】本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における３次元（３Ｄ）電子ディスプレイの動作方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
いくつかの例は、上記で参照した図に示される特徴に対する追加および代替のうちの１つである他の特徴を有する。これらおよび他の特徴は、上記で参照した図を参照して以下で詳述される。
【０００８】
本明細書で説明する原理による実施形態および例では、二方向コリメーション、および二方向コリメーションを用いたディスプレイ背面照明が提供される。特に本明細書で説明する原理の実施形態では、垂直方向と水平方向において別々に光をコリメートすることを含む二方向光コリメーションが提供される。さらにいくつかの実施形態では、光は垂直方向にコリメートされ、その後、垂直方向にコリメートされた光が別に水平方向にコリメートされてもよい。加えて、本明細書で説明する二方向コリメーションは、垂直方向に対応した垂直平面において所定の非ゼロの伝播角度を有する二方向にコリメートされた光を提供する。
【０００９】
様々な実施形態によれば、二方向コリメーションは、水平コリメータ（例えば水平コリメーション反射体）への出力部にカップリングされた垂直コリメータ（例えば垂直コリメーション反射体）を備える二方向コリメータによって提供される。光源（例えば複数のＬＥＤ）からの光は、二方向コリメータにカップリングして入れられて、二方向コリメーションがなされてもよい。いくつかの実施形態によれば、二方向コリメータからの二方向にコリメートされた光は、電子ディスプレイで用いられるバックライトのライトガイド（例えば平板ライトガイド）に、カップリングして入れられてもよい。例えばバックライトは、マルチビーム回折格子を有する格子ベースのバックライトを含むがこれに限定されない格子ベースのバックライトとすることができる。いくつかの実施形態では、電子ディスプレイは、３Ｄ情報を表示するために用いられる３次元（３Ｄ）電子ディスプレイ、例えばオートステレオスコピックなまたは「裸眼」の３Ｄ電子ディスプレイとすることができる。
【００１０】
特に３Ｄ電子ディスプレイは、マルチビーム回折格子のアレイを有する格子ベースのバックライトを使用してもよい。マルチビーム回折格子を用いて、ライトガイドからの光をカップリングし、３Ｄ電子ディスプレイの画素に対応した、カップリングして外へ出される光ビームを提供することができる。例えば、カップリングして外へ出される光ビームは、互いに異なる主角度方向を有してもよい（「異なる方向に向けられた光ビーム」とも呼ばれる）。いくつかの実施形態によれば、マルチビーム回折格子によって生成されたこれらの異なる方向に向けられた光ビームは、変調され、３Ｄ情報を表示するための「裸眼」の３Ｄ電子ディスプレイの３Ｄ視像に対応した３Ｄ画素として機能してもよい。これらの実施形態では、二方向コリメータによって提供される二方向コリメーションは、ライトガイド内で実質的に均一である（すなわちストライピングのない）出力される二方向にコリメートされた光を生成するために用いられてもよい。次いで、マルチビーム回折格子の均一な照明が、本明細書で述べた原理にしたがって提供されてよい。
【００１１】
本明細書において「ライトガイド」は、内部全反射を用いて構造体内で光を導波する構造体として定義される。特にライトガイドは、ライトガイドの動作波長において実質的に透明であるコアを含んでもよい。様々な例において、「ライトガイド」という用語は全般的に、ライトガイドの誘電体材料と、そのライトガイドを取り囲む材料または媒体との間の境界面において光を導波するために内部全反射を使用する誘電体光導波路を指す。定義上、内部全反射のための条件は、ライトガイドの屈折率が、ライトガイド材料の表面に隣接する周囲の媒体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、ライトガイドは、内部全反射をさらに容易にするために、上述の屈折率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、例えば反射コーティングであってもよい。ライトガイドは、平板またはスラブガイド、およびストリップガイドのうち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ライトガイドのうちの任意のものとすることができる。
【００１２】
さらに本明細書において、「平板」という用語は、「平板ライトガイド」のようにライトガイドに適用される場合は、区分的または個別的に平面状の層またはシートとして定義され、それらはときに「スラブ」ガイドと呼ばれる。特に、平板ライトガイドは、ライトガイドの上面と下面（すなわち、対向する表面）により境界を画された２つの実質的に直交する方向に光を導波するように構成されたライトガイドとして定義される。さらに、本明細書における定義上、上面および下面はともに互いに隔てられ、少なくとも個別的な意味で互いに実質的に平行であってもよい。すなわち、平板ライトガイドのいずれの個別的に小さな領域内でも、上面および下面は実質的に平行であるかまたは同一平面上にある。
【００１３】
いくつかの実施形態では、平板ライトガイドは、実質的に平坦（例えば平面に制限される）であってよく、したがって平板ライトガイドは平面状ライトガイドである。他の実施形態では、平板ライトガイドは、１つまたは２つの直交する次元において曲線状であってもよい。例えば、平板ライトガイドは、円筒形状の平板ライトガイドを形成するように、単一の次元において曲線状であってもよい。しかし、いずれの曲率も、光を導波するために平板ライトガイド内での内部全反射が維持されることを確実にするように、十分大きな曲率半径を有する。
【００１４】
本明細書で説明する様々な実施形態によれば、光をライトガイド（例えば平板ライトガイド）から光ビームとして散乱させるまたはカップリングして外へ出すために回折格子（例えばマルチビーム回折格子）が使用され得る。本明細書において、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折を実現するように配置された複数の特徴部（すなわち、回折特徴部）として全般的に定義される。いくつかの例では、複数の特徴部は、周期的にまたは準周期的に配置されてもよい。例えば、回折格子の複数の特徴部（例えば材料表面の複数の溝）は、１次元（１Ｄ）アレイに配置されてもよい。他の例では、回折格子は、特徴部の２次元（２Ｄ）アレイであってもよい。例えば、回折格子は、材料表面の突起または穴の２Ｄアレイであってもよい。
【００１５】
このように、また本明細書における定義上、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折を実現する構造体である。光がライトガイドから回折格子に入射すると、そこで実現される回折または回折散乱は回折カップリングを生じ得、したがってそれは「回折カップリング」と呼ばれるが、それは回折格子が回折によりライトガイドから光をカップリングして外へ出すことができるからである。回折格子はまた、回折により光の角度を（すなわち回折角度で）方向変更する、または変化させる。特に、回折の結果として、回折格子を出る光（すなわち、回折された光）は、概して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。本明細書では、回折による光の伝播方向の変化は、「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する回折特徴部を含む構造体であると理解することができ、光がライトガイドから入射する場合には、回折格子はライトガイドからの光を回折によりカップリングして外へ出すこともできる。
【００１６】
さらに、本明細書における定義上、回折格子の特徴部は、「回折特徴部」と呼ばれ、表面、表面内、および表面上のうちの１つまたは複数にあるものとすることができる（すなわち「表面」は、２つの材料間の境界を指す）。表面は、平板ライトガイドの表面とすることができる。回折特徴部は、溝、隆線、穴、および突起のうちの１つまたは複数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体のうちの任意のものを含むことができ、これらの特徴部は、表面、表面内、または表面上のうちの１つまたは複数にあるものとすることができる。例えば回折格子は、材料表面内の複数の平行な溝を含んでもよい。別の例では、回折格子は、材料表面から立ち上がった複数の平行な隆線を含んでもよい。（溝、隆線、穴、突起などのいずれであろうと）回折特徴部は、正弦波輪郭、長方形輪郭（例えば、バイナリ回折格子）、三角形輪郭、および鋸歯状輪郭（例えば、ブレーズ化格子）のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない、回折を実現する様々な断面形状または輪郭のうちの任意のものを有することができる。
【００１７】
本明細書における定義上、「マルチビーム回折格子」は、複数の光ビームを含むカップリングして外へ出される光を生成する回折格子である。さらに、マルチビーム回折格子により生成される複数の光ビームは、本明細書における定義上、互いに異なる主角度方向を有する。特に、定義上、マルチビーム回折格子による入射光の回折カップリングおよび回折方向変更の結果として、複数の光ビームのうちの１つの光ビームは、複数の光ビームのうちの別の光ビームとは異なる所定の主角度方向を有する。複数の光ビームは、光照射野を表すことができる。例えば、複数の光ビームは、８つの異なる主角度方向
を有する８つの光ビームを含んでもよい。例えば、組み合わされた８つの光ビーム（すなわち、複数の光ビーム）が、光照射野を表してもよい。様々な実施形態によれば、様々な光ビームの異なる主角度方向は、それぞれの光ビームの原点でマルチビーム回折格子の回折特徴部の格子ピッチまたは間隔と、配向または回転とを組み合わせることによって、マルチビーム回折格子に入射する光の伝播方向に対して決定される。
【００１８】
特に、マルチビーム回折格子によって生成される光ビームは、本明細書における定義上、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、本明細書において、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、本明細書において、光ビームの「方位角成分」または「方位角」と呼ばれる。定義上、仰角θは、（例えばマルチビーム回折格子の平面に垂直な）垂直平面における角度であり、方位角φは、（例えばマルチビーム回折格子の平面に平行な）水平平面における角度である。図１は、本明細書で説明する原理の一例による、特定の主角度方向を有する光ビーム１０の角度成分｛θ，φ｝を示す。加えて、本明細書における定義上、光ビーム１０は特定の点から放射または発散される。すなわち定義上、光ビーム１０は、マルチビーム回折格子内の特定の原点に関連付けられた中心光線を有する。図１は、光ビームの原点Ｏも示す。入射光の例示的な伝播方向は、図１において太線の矢印１２を用いて示される。
【００１９】
様々な実施形態によれば、マルチビーム回折格子の特性、およびその特徴は、光ビームの角度指向性、および光ビームのうちの１つもしくは複数に対するマルチビーム回折格子の波長もしくは色選択性のうちの一方または両方を制御するために用いられてもよい。角度指向性および波長選択性を制御するために用いられ得る特性は、格子長さ、格子ピッチ（特徴部の間隔）、特徴部の形状、特徴部のサイズ（例えば溝もしくは隆線幅）、および格子の配向のうちの１つまたは複数を含むが、これらに限定されない。いくつかの例では、制御のために用いられる様々な特性は、光ビームの原点の近傍に対して局所的な特性であってもよい。
【００２０】
本明細書で説明する様々な実施形態によれば、回折格子（例えばマルチビーム回折格子）によりライトガイドからカップリングして外へ出される光は、電子ディスプレイの画素を表す。特に、異なる主角度方向を有する複数の光ビームを生成するためのマルチビーム回折格子を有するライトガイドは、「裸眼」３次元（３Ｄ）電子ディスプレイ（マルチビューもしくは「ホログラフィック」電子ディスプレイ、またはオートステレオスコピックディスプレイとも呼ばれる）などであるがこれらに限定されない電子ディスプレイのバックライト、またはそれらの電子ディスプレイと併せて用いられるバックライトの一部とすることができる。したがって、マルチビーム回折格子を用いてライトガイドから導波光をカップリングして外へ出すことにより生成される異なる方向に向けられた光ビームは、３Ｄ電子ディスプレイの「３Ｄ画素」とすることができる、または「３Ｄ画素」を表すことができる。さらに３Ｄ画素は、３Ｄ電子ディスプレイの異なる３Ｄ視像または３Ｄ視像角度に対応する。
【００２１】
本明細書において、「コリメーション」反射体（collimating reflector）は、コリメーション反射体（例えばコリメーションミラー）によって反射される光をコリメートするように構成された曲線形状を有する反射体として定義される。例えば、コリメーション反射体は、放物曲線または放物形状を特徴とする反射面を有してもよい。別の例では、コリメーション反射体は、形成された放物面反射体を備えてもよい。「形成された放物面」とは、形成された放物面反射体の曲線状の反射面が、所定の反射特性（例えばコリメーションの程度）を達成するように決定された態様で、「真の」放物曲線から逸脱していることを意味する。いくつかの実施形態では、コリメーション反射体は連続した反射体（すなわち実質的に滑らかな連続した反射面を有する）とすることができ、他の実施形態では、コリメーション反射体は、光のコリメーションを実現するフレネル反射体またはフレネルミラーを備えてもよい。様々な実施形態によれば、コリメーション反射体によって実現されるコリメーションの量は、実施形態に応じて所定の程度または量で変化してもよい。さらに、コリメーション反射体は、２つの直交する方向（例えば垂直方向および水平方向）のうちの一方または両方へのコリメーションを実現するように構成されてもよい。すなわちいくつかの実施形態によれば、コリメーション反射体は、２つの直交する方向のうちの一方または両方において放物面形状を含んでもよい。
【００２２】
本明細書において「光源」は、光の発生源（例えば光を放射する装置またはデバイス）として定義される。例えば光源は、作動されたときに光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。本明細書において、光源は、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、プラズマに基づく光学エミッタ、蛍光ランプ、白熱ランプ、および事実上任意の他の光の発生源のうちの１つまたは複数を含むが、これらに限定されない実質的に任意の光の発生源、または光学エミッタとすることができる。光源によって生成される光は色を有してもよく、または特定の光の波長を含んでもよい。したがって、「異なる色の複数の光源」は、本明細書において明示的に、光源のうちの少なくとも１つが、複数の光源のうちの少なくとも１つの他の光源によって生成される光の色または波長とは異なる色、または同じことであるが波長を有する光を生成する光源のセットまたはグループとして定義される。さらに、「異なる色の複数の光源」は、複数の光源のうちの少なくとも２つの光源が異なる色の光源でありさえすれば（すなわち、少なくとも２つの光源間で異なる光色を生成しさえすれば）、同じまたは実質的に同様の色の２つ以上の光源を含んでもよい。したがって本明細書による定義上、異なる色の複数の光源は、第１の光色を生成する第１の光源と、第２の光色を生成する第２の光源とを含んでもよく、第２の色は第１の色とは異なる。
【００２３】
さらに、本明細書で用いられるとき、冠詞「ａ（１つ）」は、特許技術における通常の意味、すなわち、「１つまたは複数（one or more）」を有することを意図するものである。本明細書では例えば、「（１つの）格子（a grating）」は１つまたは複数の格子を意味し、したがって「その（１つの）格子（the grating）」は「その１つまたは複数の格子（the grating(s)）」を意味する。また、本明細書における「上部（top）」、「下部（bottom）」、「上側（upper）」、「下側（lower）」、「上向き（up）」、「下向き（down）」、「前面（front）」、「背面（back）」、「第１の」、「第２の」、「左」、または「右」に対するいずれの参照も、本明細書では限定を意図するものではない。本明細書では、「約」という用語は、値に適用されたときは全般的にその値を生成するために用いられる機器の許容差範囲内を意味し、または他に明示的に指定されない限り、±１０％、または±５％、または±１％を意味し得る。さらに、本明細書で用いられるとき「実質的に」という用語は、大多数、またはほとんどすべて、またはすべて、または例えば約５１％〜約１００％の範囲内の量を意味する。さらに本明細書における例は、例示的にすぎず、考察の目的で示され、限定のためのものではないことが意図される。
【００２４】
いくつかの実施形態によれば、二方向光学コリメータが提供される。図２Ａは、本明細書で説明する原理の一実施形態による、一例における二方向光学コリメータ１００の斜視図を示す。図２Ｂは、本明細書で説明する原理の一実施形態による、一例における二方向光学コリメータ１００の上面図を示す。図２Ｃは、本明細書で説明する原理の一実施形態による、図２Ｂに示される二方向光学コリメータ１００の一部分の断面図を示す。特に図２Ｃに示される断面は、図２Ｂにおいて示されている。様々な実施形態によれば、二方向光学コリメータ１００は、受けた光を、少なくとも２つの異なる方向にまたはそれらの方向に対して、コリメートするように構成される。
【００２５】
特に図２Ａおよび図２Ｃに示されるように、二方向光学コリメータ１００は、光１０２を受けるように構成される。いくつかの例では、二方向光学コリメータ１００によって受けられる光１０２は、実質的にコリメートされていない光であってもよい。例えば光１０２は、実質的にコリメートされていない光源（図示せず）によって提供され、したがってその光源から受けられてもよい。別の例では、受けられる光１０２は、（例えばレンズを含む光源によって提供される、または何らかの他の部分的なコリメーション手段を用いて）部分的にコリメートされた光であってもよい。
【００２６】
図２Ａ〜図２Ｃに示される二方向光学コリメータ１００は、受けた光１０２をコリメートし、二方向光学コリメータ１００の出力部（例えば出力ポート、出力平面、出力面など）においてコリメートされた光１０４を提供するように構成される。様々な実施形態によれば、二方向光学コリメータの出力において提供されるコリメートされた光１０４は、少なくとも２つの方向にコリメートされる、または少なくとも実質的にコリメートされる。したがってコリメートされた光１０４は、「二方向」にコリメートされた光１０４と呼ばれてもよい。
【００２７】
特に本明細書における定義上、二方向にコリメートされた光１０４は、二方向にコリメートされた光１０４の伝播方向に概して直交している２つの方向にコリメートされる。さらに定義上、２つのコリメーション方向は、互いに相互に直交している。例えば二方向にコリメートされた光１０４は、水平方向（例えばｘ−ｙ平面）に、またはそれに対してコリメートされるとともに、垂直方向（例えばｚ方向）にも、またはそれに対してもコリメートされ得る。本明細書において、二方向光学コリメータ１００によって提供される二方向にコリメートされた光１０４は、水平方向にコリメートされかつ垂直方向にコリメートされている、または同じことであるが、水平方向と垂直方向の両方にコリメートされていると言われるが、これらは例であり、限定ではない（すなわち、水平および垂直方向は、例えば、任意の参照フレームに対して決定され得るからである）。
【００２８】
さらに様々な実施形態によれば、二方向光学コリメータ１００は、二方向にコリメートされた光１０４を、二方向光学コリメータの出力部において非ゼロの伝播角度で提供するように構成される。例えば非ゼロの伝播角度は、二方向光学コリメータ１００の水平平面に対する、またはそれに対して画成される角度とすることができる。本明細書において定義されるように「非ゼロの伝播角度」は、平面（例えば水平なまたはｘ−ｙ平面）に対する、または同じことであるが、本明細書で説明されるライトガイドの表面に対する角度である。いくつかの例では、二方向にコリメートされた光１０４の非ゼロの伝播角度は、約１０度〜約５０度、またはいくつかの例では約２０度〜約４０度、または約２５度〜約３５度とすることができる。例えば非ゼロの伝播角度は約３０度とすることができる。他の例では、非ゼロの伝播角度は約２０度、または約２５度、または約３５度とすることができる。さらにいくつかの実施形態によれば、非ゼロの伝播角度はゼロよりも大きく、かつ、以下で説明するようにライトガイド内の内部全反射の臨界角よりも小さい。
【００２９】
図２Ａ〜図２Ｃに示されるように、二方向光学コリメータ１００は、垂直コリメータ１１０を備える。垂直コリメータ１１０は、光を垂直方向に（すなわちｚ方向に）コリメートするように構成される。図２Ｃは、本明細書における原理の一実施形態による、一例における垂直コリメータ１１０の断面図を示す。さらに図２Ｃは、受けられる光１０２を、例えば垂直コリメータ１１０の入力部において、垂直コリメータ１１０に入る矢印として示す。垂直方向にコリメートされた後で「垂直方向に」コリメートされた光１０４’として垂直コリメータ１１０から出る光も、別の矢印（すなわち図２Ｂと図２Ｃの両方における破線の矢印）として図２Ｃに示される。様々な実施形態によれば、垂直コリメータ１１０は、コリメーション光学反射体、コリメーションレンズ、およびコリメーションを提供するように構成された回折格子を含むがこれらに限定されない様々なコリメータのタイプのうちの任意のものを備えてもよい。
【００３０】
特に図２Ｃに示されるように、垂直コリメータ１１０は、放物形状を有する光学反射体１１２を備えてもよい。光学反射体１１２の放物形状は、垂直方向のコリメーションを提供するように構成される。いくつかの実施形態では、光学反射体１１２の放物形状は、いわゆる「純粋な」放物形状を有してもよい。他の実施形態では、光学反射体１１２の放物形状は、光学反射体１１２のコリメーション特性を強めるまたは微調整するように調整、最適化、または他の態様で「成形」されてもよい。例えば光学反射体１１２の放物形状は、何らかの指向性のゆがみまたは（非理想的もしくは望ましくないものであるが）部分的なコリメーションを含む光源から受ける光１０２の垂直コリメーションを最適化するように、成形された放物状反射体として微調整されてもよい。したがって、光学反射体１１２は「成形された」放物状反射体１１２と呼ばれてもよい。さらに成形された放物状反射体１１２は、（例えば垂直コリメーションを制御または最適化するために）垂直方向および水平方向の両方において成形または形状最適化されてもよい。例えば垂直方向に成形されることに加えて、成形された放物状反射体１１２は、垂直方向にコリメートされた光１０４’の分布（例えば幅または広がり）を、水平方向において決定または制御するために、水平方向において形状最適化されてもよい。それでも本明細書での考察を容易にするために、垂直コリメータ１１０の光学反射体１１２は、適切な理解のために明確な区別が必要でない限り、光学反射体１１２が純粋な放物形状を有するか成形された放物状反射体１１２であるかに関わらず、「放物形状」を有するものとして全般的に参照される。
【００３１】
さらにいくつかの実施形態では（例えば図２Ｃに示されるように）、垂直コリメータ１１０の光学反射体１１２は、傾斜角度を含んでよい（すなわち光学反射体１１２は、傾斜角度だけ傾斜していてもよい）。傾斜角度は、垂直方向にコリメートされた光１０４’の非ゼロの伝播角度を提供するように、ひいては二方向にコリメートされた光１０４の非ゼロの伝播角度（または少なくともその一部分）を提供するように構成されてもよい。言い換えれば、光学反射体１１２自体が傾斜していてもよい。いくつかの例では、傾斜角度は、光学反射体１１２自体を実際にもしくは物理的に傾斜させる代わりにまたはそれに加えて、成形された放物状反射体１１２の「成形」によって提供されてもよい。さらに別の例では、傾斜角度は、受けられる光１０２を提供する光源の位置を、光学反射体１１２の放物線の焦点に対してシフトさせることによって、提供されてもよい。それに加えて、様々な実施形態によれば、別のタイプのコリメータ（例えばコリメーションレンズまたは回折格子）が使用される場合には、他のコリメータのタイプが、傾斜角度を提供するように「傾斜」されてもよい。
【００３２】
図３は、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における傾斜を有する光学反射体の概略的な描写を示す。特に図３に示されるように、光学反射体１１２は、非ゼロの伝播角度θ’を有する垂直方向にコリメートされた光１０４’に対応した、またはそれを提供するように構成された傾斜角度で、下向きに傾斜している。図３は、非ゼロの伝播角度θ’が画成される水平平面Ｈを表す破線も示している。さらに図３は、傾斜した光学反射体１１２の傾斜角度θ’を示すために、傾斜していない例示的な光学反射体１１２’を、別の（例えば太線の）破線を用いて示している。示されるように、傾斜した光学反射体１１２の傾斜角度θ’と非ゼロの伝播角度θ’は、例として限定ではなく、互いに等しいことに留意されたい。光学反射体１１２の焦点Ｆの近傍で光源から受ける光１０２は、光学反射体１１２に入射している１対の発散光線（すなわち実線の矢印）として図３に示される。同様に、光学反射体１１２から出る垂直方向にコリメートされた光１０４’は、互いに実質的に平行な１対の光線（すなわち破線の矢印）として示される。さらに垂直方向にコリメートされた光線１０４’は、光学反射体の傾斜角度によって提供される非ゼロの伝播角度θ’を有して示される。
【００３３】
図２Ａ〜図２Ｂを再び参照すると、二方向光学コリメータ１００は、水平コリメータ１２０をさらに備える。水平コリメータ１２０は、垂直方向（すなわち示されるようにｚ方向）に実質的に直交する水平方向（すなわち示されるようにｘ−ｙ平面）において光をコリメートするように構成される。様々な実施形態によれば、水平コリメータ１２０は、垂直方向にコリメートされた光１０４’を垂直コリメータ１１０から受けるように位置付けられる。特に図２Ａ〜図２Ｂに示されるように、水平コリメータ１２０は、垂直コリメータ１１０の出力部に隣接して位置付けられる。水平コリメータ１２０は、垂直コリメータ１１０からの垂直方向にコリメートされた光１０４’を水平方向にコリメートして、二方向光学コリメータ１００の出力部において、二方向にコリメートされた光１０４を提供するように構成される。
【００３４】
図２Ｂは水平コリメータ１２０の上面図であり、垂直方向にコリメートされた光１０４’を、垂直コリメータ１１０から出て水平コリメータ１２０に突き当たる光線（すなわち破線の矢印）として描いている。二方向にコリメートされた（すなわち水平方向にも垂直方向にもコリメートされた）光１０４として水平コリメータ１２０から出る光は、水平コリメータ１２０から離れるように伝播する複数の実質的に平行な光線として示される。様々な実施形態によれば、水平コリメータ１２０は、コリメーション光学反射体、コリメーションレンズ、およびコリメーションを提供するように構成された回折格子を含むがこれらに限定されない様々なコリメーションのタイプのうちの任意のものを備えてもよい。
【００３５】
特に図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、水平コリメータ１２０は、放物形状を有する光学反射体１２２を備えてもよい。光学反射体１２２の放物形状は、水平方向のコリメーションを提供するように構成される。垂直コリメータ１１０の光学反射体１１２と同様に、いくつかの実施形態では、水平コリメータ１２０の光学反射体１２２の放物形状は、いわゆる「純粋な」放物形状を有してもよい。他の実施形態では、放物形状は、光学反射体１２２のコリメーション特性を強めるまたは微調整するように調整、最適化、または他の態様で「成形」されてもよい。例えば光学反射体１２２の放物形状は、垂直コリメータ１１０から受ける垂直方向にコリメートされた光１０４’の水平コリメーションを最適化するように、成形された放物状反射体として微調整されてもよい。特に微調整され成形された放物状光学反射体１２２は、垂直方向にコリメートされた光１０４’の何らかの指向性のゆがみ、または他の非理想的なもしくは望ましくないコリメーションのアーチファクトを、水平方向にコリメートするように最適化されてもよい。したがって、水平コリメータ１２０の光学反射体１２２は、「成形された」放物状反射体１２２と呼ばれてもよい。本明細書での考察を容易にするために、水平コリメータ１２０の光学反射体１２２は、適切な理解のために明確な区別が必要でない限り、光学反射体１２２が純粋な放物形状を有するか成形された放物状反射体１２２であるかに関わらず、「放物形状」を有するものとして全般的に参照される。
【００３６】
さらにいくつかの実施形態では（図示せず）、水平コリメータ１２０の光学反射体１２２は、傾斜角度を有してもよい。いくつかの実施形態では、傾斜角度は、二方向にコリメートされた光１０４の非ゼロの伝播角度を提供するように構成されてもよい。他の実施形態では、傾斜角度は、非ゼロの伝播角度の一部分を提供して、垂直コリメータ１１０によって提供された非ゼロの伝播角度の一部分を増大させるように構成されてもよい。言い換えれば、光学反射体１２２それ自体が、または同じことであるが光学反射体１２２の放物形状が、傾斜していてもよい。いくつかの例では、傾斜角度は、光学反射体１２２を実際にもしくは物理的に傾斜させる代わりに、またはそれに加えて、成形された放物状反射体１２２の「成形」によって提供されてもよい。さらに別の例では、傾斜角度は、垂直コリメータ１１０の位置を、水平コリメータ１２０光学反射体１２２の放物線の焦点に対してシフトさせることによって、提供されてもよい。それに加えて、様々な実施形態によれば、別のタイプのコリメータ（例えばコリメーションレンズまたは回折格子）が使用される場合には、他のコリメータのタイプが、傾斜角度を提供するように「傾斜」されてもよい。
【００３７】
図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、水平コリメータ１２０の光学反射体１２２は、二方向光学コリメータ１００の出力アパーチャに実質的にまたがるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、水平コリメータ１２０は、出力アパーチャにわたって実質的に均一な分布を有する二方向にコリメートされた光１０４を提供するように構成される。特に光学反射体１２２は、二方向にコリメートされた光１０４の実質的に均一な分布を提供するように、出力アパーチャにまたがっていてもよい。
【００３８】
いくつかの実施形態では、水平コリメータ１２０の光学反射体１２２は、複数のサブ反射体１２２’を備えてもよい。特にサブ反射体１２２’は、組み合わされた状態で、二方向光学コリメータ１００の出力アパーチャに実質的にまたがるように構成されてもよい。様々な実施形態によれば、それぞれのサブ反射体１２２’は、放物形状の反射面を備えてもよい。例えば光学反射体１２２は、フレネル反射体とすることができる。
【００３９】
図４Ａは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における二方向光学コリメータ１００の上面図を示す。特に図４Ａは、水平コリメータ１２０の光学反射体１２２を、複数のサブ反射体１２２’を有するフレネル反射体として示す。垂直コリメータ１１０は、二方向にコリメートされた光１０４とともに図４Ａに示される。
【００４０】
図４Ｂは、本明細書で説明する原理と一致した別の実施形態による、一例における二方向光学コリメータ１００の上面図を示す。特に図４Ｂは、複数の垂直コリメータ１１０に加えて、複数のサブ反射体１２２’を有する水平コリメータ１２０を備える二方向光学コリメータ１００を示す。図４Ｂに示されるように、水平コリメータの複数のサブ反射体のうちの第１のサブ反射体１２２’ａは、水平コリメータ１２０の第１の縁部１２０ａに位置付けられた複数の垂直コリメータのうちの第１の垂直コリメータ１１０ａからの垂直方向にコリメートされた光１０４’を受けるように構成される。さらに水平コリメータの複数のサブ反射体のうちの第２のサブ反射体１２２’ｂは、水平コリメータ１２０の第２の縁部１２０ｂに位置付けられた複数の垂直コリメータのうちの第２の垂直コリメータ１１０ｂからの垂直方向にコリメートされた光１０４’を受けるように構成される。示されるように、第２の縁部１２０ｂは、水平方向に対応した水平平面において、第１の縁部１２０ａの反対側にある。図４Ｂにも示されるように、二方向にコリメートされた光１０４の例示的な光線が、二方向光学コリメータ１００の出力アパーチャから出ている様子が示される。
【００４１】
図４Ｃは、本明細書で説明する原理と一致したさらに別の実施形態による、一例における二方向光学コリメータ１００の上面図を示す。特に図４Ｃは、複数の垂直コリメータ１１０に加えて、複数のサブ反射体１２２’を有する水平コリメータ１２０を備える二方向光学コリメータ１００を示す。図４Ｃに示されるように、複数のサブ反射体のうちの第１のサブ反射体１２２’ａは、第１のサブ反射体１２２’ａとは反対側の、水平コリメータ１２０の第２の縁部１２０ｂに位置付けられた、複数の垂直コリメータのうちの第２の垂直コリメータ１１０ｂからの垂直方向にコリメートされた光１０４’を受けるように構成される。さらに、複数のサブ反射体のうちの第２のサブ反射体１２２’ｂは、図４Ｃに示されるように、第２のサブ反射体１２２’ｂとは反対側の第１の縁部１２０ａに位置付けられた、複数の垂直コリメータのうちの第１の垂直コリメータ１１０ａからの垂直方向にコリメートされた光１０４’を受けるように構成される。言い換えれば、図４Ｃのサブ反射体１２２’ａ、１２２’ｂは、図４Ｂに示される二方向光学コリメータ１００と比較して、水平コリメータ１２０のそれぞれ反対側の縁部からの垂直方向にコリメートされた光１０４’を受けるように構成される。さらに図４Ｃの二方向光学コリメータ１００は、図４Ｃにおいてさらに示されるように、二方向にコリメートされた光１０４を、二方向光学コリメータ１００の出力アパーチャに向かって提供するように構成される。
【００４２】
明示的には示されていないが、二方向光学コリメータ１００は、３つ以上のサブ反射体１２２’を有する複数のサブ反射体を含んでもよい。同様に、垂直コリメータ１１０は、３つ以上の個々の垂直コリメータ１１０を含む複数の垂直コリメータ１１０を備えてもよい。例えば図４Ａ〜図４Ｃの２つのサブ反射体１２２’、１２２’ａ、１２２’ｂのそれぞれが、２つ以上のサブ反射体（例えば複数のサブ−サブ反射体）にさらに分割されてもよい。さらに垂直方向にコリメートされた光１０４’を３つ以上のサブ反射体に提供するために、３つ以上の個々の垂直コリメータ１１０を含む複数の垂直コリメータ１１０を用いてもよい（例えば各サブ−サブ反射体に対して１つの垂直コリメータ）。さらに、水平コリメータ１２０の光学反射体１２２（すなわち、サブ反射体１２２’を含む）に、垂直方向にコリメートされた異なる色の光１０４’を提供するために、受けられる光１０２の異なる色に対して異なる垂直コリメータ１１０が使用されてもよい。
【００４３】
特に本明細書で説明する原理の範囲から逸脱することなく、いくつかの異なるサブ反射体／垂直コリメータ構成のうちの任意のものが使用されてもよい。さらにいくつかの実施形態によれば、様々な異なるサブ反射体／垂直コリメータ構成を用いることによって、出力アパーチャにわたる二方向にコリメートされた光１０４の走査を容易することができ、また、二方向にコリメートされた光１０４の増大した明るさを（例えば複数の光源を用いて）実現することができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、垂直コリメータ１１０および水平コリメータ１２０の一方または両方が、実質的に光学的に透明な材料を備えてもよい。それに加えていくつかの実施形態では、垂直コリメータ１１０と水平コリメータ１２０との間、ならびに水平コリメータ１２０と二方向光学コリメータ１００の出力アパーチャとの間にある、二方向光学コリメータ１００の一部分は、実質的に光学的に透明な材料を備えてもよい。光学的に透明な材料は、様々なタイプのガラス（例えば石英ガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラスなど）、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（メチルメタクリレート）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない様々な誘電体材料のうちの任意のものを含んでもよく、またはそれから構成されてもよい。例えば垂直コリメータ１１０および水平コリメータ１２０のうちの一方または両方は、放物形状面を有するように形成された光学的に透明な材料を備えてもよい。次に放物形状面は、例えば光学反射体１１２、１２２を提供するように、金属処理されてもよく、または他の態様で反射材料によりコーティングされてもよい。放物形状面をコーティングするために用いられる反射材料は、例えばアルミニウム、クロム、ニッケル、銀、および金を含んでもよいが、これらに限定されない。さらにいくつかの実施形態によれば、垂直コリメータ１１０は、水平コリメータ１２０と一体であってもよく、水平コリメータ１２０の材料を備えてもよい。図２Ａは、例として限定ではなく、共通の光学的に透明な材料から形成された一体型の垂直および水平コリメータ１１０、１２０を有する二方向光学コリメータ１００を示す。
【００４５】
いくつかの実施形態では、二方向光学コリメータ１００の材料は、内部全反射によって光を導波するためのライトガイドとして機能してもよい。いくつかの実施形態によれば、ライトガイドは、垂直コリメータ１１０と水平コリメータ１２０との間で光を導波することができる。図２Ｃは、垂直方向にコリメートされた光１０４’が、垂直コリメータ１１０に隣接した二方向光学コリメータ１００の材料と、その材料の外側の別の材料（例えば空気）との間の境界において、内部全反射を用いて反射する様子を示す。示される反射は、図２Ｃに示される二方向光学コリメータ１００の一部分の中を、垂直コリメータ１１０の光学反射体１１２から水平コリメータ１２０（図２Ｃには示さず）に向かう方向に、垂直方向にコリメートされた光１０４’を導波する様子を表している。いくつかの実施形態では（例えば図２Ａに示されるように）、材料は、水平コリメータ１２０（例えば光学反射体１２２）から出力アパーチャに延在してもよい。材料は、垂直方向にコリメートされた光１０４’および二方向にコリメートされた光１０４を、出力アパーチャに導波するためのライトガイドとして構成される。
【００４６】
本明細書で説明する原理のいくつかの実施形態によれば、二方向コリメーションを使用するバックライトが提供される。図５Ａは、本明細書で説明する原理の原理と一致した一実施形態による、一例におけるバックライト２００の上面図を示す。図５Ｂは、本明細書で説明する原理の原理と一致した一実施形態による、一例におけるバックライト２００の断面図を示す。図５Ａ〜図５Ｂに示されるように、バックライト２００は、二方向光学コリメータ２１０を備える。
【００４７】
いくつかの実施形態では、二方向光学コリメータ２１０は、上述した二方向光学コリメータ１００と実質的に同様であってもよい。特に二方向光学コリメータ２１０は、垂直コリメータ２１２および水平コリメータ２１４を備え、そのそれぞれは、二方向光学コリメータ１００の垂直コリメータ１１０および水平コリメータ１２０の対応するものと、実質的に同様であってもよい。例えば図５Ａの二方向光学コリメータ２１０に関連付けられた破線輪郭は、図４Ｂに示される二方向光学コリメータ１００に類似していてもよい。様々な実施形態によれば、二方向光学コリメータ２１０は、図５Ｂに示される（例えば以下で説明する光源２３０からの）光２０２を受け、二方向光学コリメータ２１０の出力部において二方向にコリメートされた光２０４を提供するように構成される。さらに二方向にコリメートされた光２０４は、水平なｘ−ｙ平面に対して非ゼロの伝播角度を有して提供される。
【００４８】
図５Ａ〜図５Ｂに示されるように、バックライト２００は、二方向光学コリメータ２１０の出力部にカップリングされた（例えば光学的にカップリングされた）平板ライトガイド２２０をさらに備える。図５Ｂに示されるように、平板ライトガイド２２０は、二方向にコリメートされた光２０４を受け、非ゼロの伝播角度でそれを導波するように構成される。様々な実施形態によれば、平板ライトガイド２２０は、導波される二方向にコリメートされた光２０４の一部分を平板ライトガイド２２０の表面から放射するようにさらに構成される。図５Ｂでは、放射される光２０６は、平板ライトガイド表面から離れるように伸びる複数の光線（矢印）として示される。
【００４９】
いくつかの実施形態では、平板ライトガイド２２０は、実質的に光学的に透明な誘電体材料の、長い平面状のシートを備えるスラブまたは平板の光導波路とすることができる。誘電体材料の平坦なシートは、二方向光学コリメータ２１０からの二方向にコリメートされた光２０４を、内部全反射を用いて導波光ビーム２０４として導波するように構成される。誘電体材料は、誘電体の光導波路を囲む媒体の第２の屈折率よりも大きい第１の屈折率を有し得る。屈折率の差は、例えば平板ライトガイド２２０の１つまたは複数の導波モードに応じて、導波光ビーム２０４の内部全反射を促進するように構成される。
【００５０】
様々な例によれば、平板ライトガイド２２０の実質的に光学的に透明な材料は、様々なタイプのガラス（例えば石英ガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラスなど）、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（メチルメタクリレート）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）のうちの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない様々な誘電体材料のうちの任意のものを含んでもよく、またはそれから構成されてもよい。いくつかの例では、平板ライトガイド２２０は、平板ライトガイド２２０（図示せず）の表面（例えば、上面および下面の一方または両方）の少なくとも一部分上にクラッド層をさらに含んでもよい。いくつかの例によれば、クラッド層は、内部全反射をさらに促進するために用いられ得る。
【００５１】
いくつかの実施形態では（例えば図５Ａに示されるように）、平板ライトガイド２２０は二方向光学コリメータ２１０と一体であってもよい。特に平板ライトガイド２２０および二方向光学コリメータ２１０は、同じ材料から形成されてもよく、したがって同じ材料を備えてもよい。例えば平板ライトガイド２２０は、水平コリメータと二方向光学コリメータ２１０の出力アパーチャとの間に延在するまたはそれらを連結するライトガイドの延長部であってもよい。他の実施形態では（例えば図５Ｂに示されるように）、二方向光学コリメータ２１０と平板ライトガイド２２０は別々であり、それらのカップリング（例えば光学的カップリングおよび機械的カップリングの一方または両方）は、出力アパーチャと平板ライトガイド２２０の入力部との間の糊、接着層、別の境界材料、またはさらには空気によって提供される。例えば二方向光学コリメータ２１０は、ポリマーまたはプラスチック材料を備えてもよく、平板ライトガイド２２０はガラスを備えてもよい。二方向光学コリメータ２１０および平板ライトガイド２２０は、例えば図５Ｂに示されるように、適切な接着層２２２（例えば光学的に適合性のある糊）を用いて互いに付着されてもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態によれば、バックライト２００は光源２３０をさらに備えてもよい。光源２３０は、二方向光学コリメータ２１０に光を提供するように構成される。特に光源２３０は、二方向光学コリメータ２１０の垂直コリメータ２１２に隣接して（例えば図５Ｂに示されるように下側に）位置付けられ、光２０２を、受けられる光２０２として垂直コリメータ２１２の入力部に提供するように構成される。様々な実施形態では、光源２３０は、１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むがこれに限定されない実質的に任意の光の発生源を備えてもよい。いくつかの例では、光源２３０は、特定の色により表される狭帯域の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学エミッタを備えてもよい。特に単色光の色は、特定の色空間または色モデル（例えば赤−緑−青（ＲＧＢ）色モデル）の原色とすることができる。
【００５３】
いくつかの実施形態では、光源２３０は、異なる光色を提供するように構成された複数の異なる光学源（すなわち「異なる色の」光学源）を備えてもよい。異なる光学源は、例えば互いにずれていてもよい。いくつかの実施形態によれば、異なる光学源のずれは、異なる光色のそれぞれに対応した二方向にコリメートされた光２０４の、異なる色固有の非ゼロの伝播角度を提供するように構成されてもよい。特にずれによって、例えば二方向コリメータ２１０によって提供される非ゼロの伝播角度に、さらなる非ゼロの伝播角度成分が加えられてもよい。
【００５４】
図５Ｃは、本明細書で説明する原理の原理と一致した実施形態による、一例におけるバックライト２００の一部分の断面図を示す。例えば、図５Ｃに示されるバックライト２００の一部分は、図２Ｃに示される二方向コリメータの一部分と実質的に同様であってもよい。特に図５Ｃは、複数の異なる光学源を備える光源２３０に加えて、垂直コリメータ２１２を含むバックライト２００の一部分を示す。図５Ｃに示されるように、光源２３０の複数の異なる光学源は、第１の色の光（例えば赤色光）を提供するように構成された第１の光学源２３２と、第２の色（例えば緑色）の光を提供するように構成された第２の光学源と、第３の色（例えば青色）の光を提供するように構成された第３の光学源２３６を含む。例えば光源２３０の第１、第２、および第３の光学源２３２、２３４、２３６は、それぞれ赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤを備えてもよい。光源２３０の異なる光学源２３２、２３４、および２３６のそれぞれは、示されるように互いにずれている。
【００５５】
具体的には、異なる光学源２３２、２３４、および２３６は、垂直方向にコリメートされた光２０４’の伝播方向において互いに横向きにずれているものとして図５Ｃに示される。ひいてはこのずれによって、垂直方向にコリメートされた光２０４’として垂直コリメータ２１２から出る際に異なる非ゼロの伝播角度を有する、異なる光学源２３２、２３４、および２３６によって生成された光２０２がもたらされる。示される光学源２３２、２３４、および２３６のそれぞれが異なる色の光を生成することから、垂直方向にコリメートされた光２０４’は３つの異なる光ビームを備え、それぞれの光ビームが、図５Ｃに示されるように異なる色固有の非ゼロの伝播角度を有する。図５Ｃでは、異なる線のタイプ（例えば、破線、実線など）が、異なる光色２０２、２０４’を示すことに留意されたい。
【００５６】
いくつかの実施形態によれば（例えば図５Ｂに示されるように）、バックライト２００は、平板ライトガイド２２０の表面にマルチビーム回折格子２４０をさらに備えてもよい。マルチビーム回折格子２４０は、導波される二方向にコリメートされた光２０４の一部分を回折によりカップリングして、複数の光ビーム２０６として平板ライトガイド２２０から外へ出すように構成される。複数の光ビーム２０６（すなわち図５Ｂに示される複数の光線（矢印））は、放射される光２０６を表す。様々な実施形態では、複数の光ビームのうちの１つの光ビーム２０６は、複数の光ビームのうちの他の光ビーム２０６の主角度方向とは異なる主角度方向を有する。
【００５７】
いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子２４０は、マルチビーム回折格子２４０のアレイの要素である、またはそのアレイに配置されている。いくつかの実施形態では、バックライト２００は、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイのバックライトであり、光ビーム２０６の主角度方向は、３Ｄ電子ディスプレイの視認方向に対応している。
【００５８】
図６Ａは本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子２４０を有するバックライト２００の一部分の断面図を示す。図６Ｂは、本明細書で説明する原理と一致した別の実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子２４０を有するバックライト２００の一部分の断面図を示す。図６Ｃは、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例におけるマルチビーム回折格子２４０を含む図６Ａまたは図６Ｂのいずれかのバックライトの一部分の斜視図を示す。図６Ａに示されるマルチビーム回折格子２４０は、例として限定ではなく、平板ライトガイド２２０の表面に溝を備える。図６Ｂは、平板ライトガイド表面から突出した隆線を備えるマルチビーム回折格子２４０を示す。
【００５９】
図６Ａ〜図６Ｂに示されるように、マルチビーム回折格子２４０はチャープ回折格子である。特に回折特徴部２４０ａは、マルチビーム回折格子２４０の第１の端部２４０’においては、第２の端部２４０’’においてよりも互いに近くにある。さらに、示される回折特徴部２４０ａの回折間隔ｄは、第１の端部２４０’から第２の端部２４０”まで変化する。いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子２４０のチャープ回折格子は、距離に伴って線形に変化する回折間隔ｄのチャープを有してもよくまたはそれを呈してもよい。したがって、マルチビーム回折格子２４０のチャープ回折格子は、「線形チャープ」回折格子と呼ばれてもよい。
【００６０】
別の実施形態では、マルチビーム回折格子２４０のチャープ回折格子は、回折間隔ｄの非線形チャープを呈してもよい。チャープ回折格子を実現するために用いることができる様々な非線形チャープは、指数関数チャープ、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であるが依然として単調に変化するチャープを含むが、これらに限定されない。正弦波チャープ、または三角形もしくは鋸歯状チャープなどであるが、これらに限定されない非単調なチャープも使用可能である。これらのタイプのチャープの任意の組み合わせを、マルチビーム回折格子２４０に用いることもできる。
【００６１】
図６Ｃに示されるように、マルチビーム回折格子２４０は、平板ライトガイド２２０の表面内に、表面に、または表面上にともに曲線状のかつチャープされた回折特徴部２４０
ａ（例えば溝または隆線）を含む（すなわち、示されるように、マルチビーム回折格子２４０は曲線状のチャープ回折格子である）。平板ライトガイド２２０内を導波される導波光ビーム２０４は、図６Ａ〜図６Ｃに太線の矢印によって示されるように、マルチビーム回折格子２４０および平板ライトガイド２２０に対する入射方向を有する。また図には、平板ライトガイド２２０の表面でマルチビーム回折格子２４０から離れる方向を指すカップリングして外へ出されるまたは放射される複数の光ビーム２０６も示される。示される光ビーム２０６は、複数の異なる所定の主角度方向に放射される。特に、放射される光ビーム２０６の異なる所定の主角度方向は、（例えば光照射野を形成するように）方位角と仰角の両方において異なる。
【００６２】
様々な例によれば、回折特徴部２４０ａの事前定義されたチャープと回折特徴部２４０ａの曲線との両方が、放射される光ビーム２０６のそれぞれの複数の異なる所定の主角度方向に寄与し得る。例えば、回折特徴部が曲線状であることによって、マルチビーム回折格子２４０内の回折特徴部２４０ａは、平板ライトガイド２２０内で導波される光ビーム２０４の入射方向に対して異なった配向を有することができる。特に、導波光ビームの入射方向に対する、マルチビーム回折格子２４０内の第１の点または位置における回折特徴部２４０ａの配向は、別の点または位置における回折特徴部２４０ａの配向とは異なり得る。カップリングして外へ出されるまたは放射される光ビーム２０６に関して、光ビーム２０６の主角度方向｛θ，φ｝の方位角成分φは、光ビーム２０６の原点における（すなわち入射する導波される光２０４がカップリングして外へ出される点における）回折特徴部２４０ａの方位配向角度（azimuthal orientation angle）φｆによって決められ得る、またはそれに対応し得る。したがって、回折特徴部２４０ａの配向がマルチビーム回折格子２４０内で異なっていることによって、少なくとも光ビーム２０６のそれぞれの方位角成分φに関しては、異なる主角度方向（θ，φ）を有する異なる光ビーム２０６が生成される。
【００６３】
特に、回折特徴部２４０ａの曲線に沿った異なる点においては、曲線状回折特徴部２４０ａに関連するマルチビーム回折格子２４０の「下にある回折格子」が、異なる方位配向角度φｆを有する。「下にある回折格子」とは、重なっている複数の非曲線状回折格子のうちの１つの回折格子が、マルチビーム回折格子２４０の曲線状回折特徴部２４０ａを生成することを意味する。したがって、曲線状回折特徴部２４０ａに沿った所与の点において、曲線は、曲線状回折特徴部２４０ａに沿った別の点における方位配向角度φｆとは概して異なる特定の方位配向角度φｆを有する。さらに、特定の方位配向角度φｆは、所与の点から放射される光ビーム２０６の主角度方向｛θ，φ｝の対応する方位角成分φをもたらす。いくつかの例では、回折特徴部２４０ａ（例えば溝、隆線など）の曲線は、円の一区分を表してもよい。円は、ライトガイド表面と同一平面上にあってもよい。他の例では、曲線は、例えば平板ライトガイド表面と同一平面上にある楕円または別の曲線形状の一区分を表してもよい。
【００６４】
他の実施形態では、マルチビーム回折格子２４０は、「区分的に」曲線状の回折特徴部２４０ａを含んでもよい。特に、回折特徴部２４０ａは、マルチビーム回折格子２４０内の回折特徴部２４０ａに沿った異なる点において、実質的に滑らかなまたは連続した曲線それ自体を描かないかもしれないが、回折特徴部２４０ａはそれでもなお、導波される光ビーム２０４の入射方向に対して異なる角度で配向され得る。例えば、回折特徴部２４０ａは、複数の実質的に直線状の区分であって、それぞれの区分が、隣接する区分とは異なる配向を有する直線状の区分を含む溝であってもよい。様々な実施形態によれば、複数の区分の異なる角度を合わせると、曲線（円の一区分）に近似することができる。さらに他の例では、回折特徴部２４０ａは、特定の曲線（例えば円または楕円）を近似することなく、単に、マルチビーム回折格子２４０内の異なる位置において導波光の入射方向に対して異なる配向を有するだけであってもよい。
【００６５】
いくつかの実施形態では、回折特徴部２４０ａを形成する溝または隆線は、平板ライトガイド表面内にエッチング、ミリング、またはモールドされてもよい。したがって、マルチビーム回折格子２４０の材料は、平板ライトガイド２２０の材料を含み得る。例えば図６Ｂに示されるように、マルチビーム回折格子２４０は、平板ライトガイド２２０の表面から突出した隆線を含み、隆線は互いに実質的に平行であってもよい。図６Ａ（および図５Ｂ）では、マルチビーム回折格子２４０は、平板ライトガイド２２０の表面に入り込んだ溝を含み、溝は互いに実質的に平行であってもよい。他の例では（図示せず）、マルチビーム回折格子２４０は、ライトガイド表面に塗布または付着されたフィルムまたは層を備えてもよい。マルチビーム回折格子２４０によって提供される異なる主角度方向の複数の光ビーム２０６は、電子ディスプレイの視認方向に光照射野を形成するように構成される。特に二方向コリメーションを使用したバックライト２００は、電子ディスプレイの画素に対応した情報、例えば３Ｄ情報を提供するように構成される。
【００６６】
本明細書で説明する原理のいくつかの実施形態によれば、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイが提供される。図７は、本発明で説明する原理の一実施形態による、一例における３次元（３Ｄ）電子ディスプレイ３００のブロック図を示す。様々な実施形態によれば、３Ｄ電子ディスプレイ３００は、異なる主角度方向、いくつかの実施形態ではさらに複数の異なる色、を有する光ビームを備える変調された指向性の光を生成するように構成される。例えば３Ｄ電子ディスプレイ３００は、異なる所定の主角度方向に（例えば光照射野として）３Ｄ電子ディスプレイ３００から出て行くように方向付けられた複数の異なる光ビーム３０６を提供または生成することができる。さらに異なる光ビーム３０６は、異なる光色のまたは異なる光色を有する光ビーム３０６を含んでもよい。次いで、（例えば光ビーム３０６がカラー光ビームであるときに）色情報を含む情報の表示を促進するために、複数の光ビーム３０６は、変調された光ビーム３０６’として変調されてもよい。
【００６７】
いくつかの実施形態では、異なる所定の主角度方向を有する変調された光ビーム３０６’は、３Ｄ電子ディスプレイ３００の複数の画素を形成する。いくつかの例では、３Ｄ電子ディスプレイ３００は、３Ｄ電子ディスプレイ３００の異なる「視像」に関連付けられた画素に、変調された光ビーム３０６’が対応しているいわゆる「裸眼」の３Ｄカラー電子ディスプレイ（例えばマルチビュー、「ホログラフィック」、またはオートステレオスコピックディスプレイ）であってもよい。例として、変調された光ビーム３０６’は、図７において破線の矢印３０６’を用いて示され、変調前の異なる光ビーム３０６は、実線の矢印として示される。
【００６８】
図７に示される３Ｄ電子ディスプレイ３００は、二方向光学コリメータ３１０を備える（図７では「二方向コリ」と略されている）。二方向光学コリメータ３１０は、垂直なコリメーションと水平なコリメーションの両方を有する二方向にコリメートされた光を提供するように構成される。特に垂直および水平なコリメーションは、二方向光学コリメータ３１０の垂直方向（例えばｚ方向）または垂直平面（例えばｙ−ｚ平面）、および水平方向（例えばｘ方向）または水平平面（ｘ−ｙ平面）に対するものである。さらに二方向光学コリメータ３１０は、二方向にコリメートされた光を、二方向コリメータ３１０の水平平面に対する非ゼロの伝播角度で提供するように構成される。
【００６９】
いくつかの実施形態では、二方向光学コリメータ３１０は、上述した二方向光学コリメータ１００と実質的に同様である。特に二方向コリメータ３１０は、垂直コリメータ、および水平コリメータを備える。水平コリメータは、垂直コリメータの出力部に隣接して位置付けられる。さらにいくつかの実施形態によれば、垂直コリメータは、二方向光学コリメータ１００に関して記述した垂直コリメータ１１０と実質的に同様であってもよく、水平コリメータは、水平コリメータ１２０と実質的に同様であってもよい。
【００７０】
例えば、二方向コリメータ３１０の垂直コリメータは、放物形状および傾斜角度を有する光学反射体を備えてもよい。傾斜角度は、二方向光学コリメータの出力部における二方向にコリメートされた光の非ゼロの伝播角度を決定するように構成されてもよい。さらに例えば、二方向コリメータ３１０の水平コリメータは、放物形状を有する光学反射体を備えてもよい。例えば水平コリメータの光学反射体は、二方向光学コリメータの出力アパーチャに実質的にまたがり、出力アパーチャにわたって実質的に均一に分布した二方向にコリメートされた光を提供するように構成されてもよい。加えて二方向コリメータ３１０は、例えば二方向光学コリメータ１００の垂直コリメータ１１０および水平コリメータ１２０に関して上述したように、サブ反射体および複数の垂直コリメータを含む様々な他の構成に配置された垂直および水平コリメータを備えてもよい。
【００７１】
図７に示されるように、３Ｄ電子ディスプレイ３００は、平板ライトガイド３２０をさらに備える。平板ライトガイド３２０は、二方向にコリメートされた光を、非ゼロの伝播角度で導波光ビームとして導波するように構成される。特に導波光ビームは、平板ライトガイド３２０の表面（例えば上面および下面の一方または両方）に対して非ゼロの伝播角度で導波されてもよい。いくつかの実施形態では、表面は水平平面に平行であってもよい。いくつかの実施形態によれば、平板ライトガイド３２０は、バックライト２００に関して上述した平板ライトガイド２２０と実質的に同様であってもよい。
【００７２】
様々な実施形態によれば、および図７に示されるように、３Ｄ電子ディスプレイ３００は、平板ライトガイド３２０の表面に位置付けられたマルチビーム回折格子３３０のアレイをさらに備える。いくつかの実施形態によれば、アレイのマルチビーム回折格子３３０は、バックライト２００に関して上述したマルチビーム回折格子２４０と実質的に同様であってもよい。特にアレイのマルチビーム回折格子３３０は、導波光ビームの一部分を、異なる主角度方向を有し光ビーム３０６を表すカップリングして外へ出される複数の光ビームとして、回折によりカップリングして外へ出すように構成される。さらに様々な実施形態によれば、マルチビーム回折格子３３０によってカップリングして外へ出された光ビーム３０６の異なる主角度方向は、３Ｄ電子ディスプレイ３００の異なる３Ｄ視像に対応する。いくつかの実施形態では、マルチビーム回折格子３３０は、曲線状回折特徴部を有するチャープ回折格子を備える。いくつかの実施形態では、チャープ回折格子のチャープは、線形チャープである。
【００７３】
いくつかの実施形態では、（例えば図７に示されるような）３Ｄ電子ディスプレイ３００は、二方向光学コリメータ３１０の入力部に光を提供するように構成された光源３４０をさらに備える。いくつかの実施形態では、光源３４０は、上述したバックライト２００の光源２３０と実質的に同様であってもよい。特に光源３４０は、異なる光色を提供するように構成された複数の異なる発光ダイオード（ＬＥＤ）（考察をわかりやすくするために「異なる色のＬＥＤ」と呼ばれる）を備えてもよい。いくつかの実施形態では、異なる色のＬＥＤは、互いにずれて（例えば横方向にずれて）いてもよい。異なる色のＬＥＤのずれは、二方向光学コリメータ３１０からの二方向にコリメートされた光の異なる色固有の非ゼロの伝播角度を提供するように構成される。さらに、異なる色固有の非ゼロの伝播角度は、光源３４０によって提供される異なる光色のそれぞれに対応してもよい。
【００７４】
いくつかの実施形態では（図示せず）、異なる光色は、赤−緑−青（ＲＧＢ）色モデルの赤色、緑色、および青色を備えてもよい。さらに平板ライトガイド３２０は、平板ライトガイド３２０内で、異なる色依存性の伝播角度の光ビームとして、異なる色を導波するように構成されてもよい。いくつかの実施形態によれば、例えば第１の導波カラー光ビーム（例えば赤光ビーム）は、第１の色依存性の伝播角度で導波されてもよく、第２の導波カラー光ビーム（例えば緑光ビーム）は、第２の色依存性の伝播角度で導波されてもよく、第３の導波カラー光ビーム（例えば青光ビーム）は、第３の色依存性の伝播角度で導波されてもよい。
【００７５】
図７に示されるように、３Ｄ電子ディスプレイ３００は、ライトバルブアレイ３５０をさらに備えてもよい。様々な実施形態によれば、ライトバルブアレイ３５０は、複数の光ビームのうちのカップリングして外へ出された光ビーム３０６を、３Ｄ電子ディスプレイ３００の異なる３Ｄ視像に対応した３Ｄ画素を形成するまたはその３Ｄ画素として機能するための変調された光ビーム３０６’として変調するように構成される。いくつかの実施形態では、ライトバルブアレイ３５０は複数の液晶ライトバルブを備える。他の例では、例えばライトバルブアレイ３５０は、エレクトロウェッティングライトバルブ、電気泳動ライトバルブ、それらの組み合わせ、または液晶ライトバルブと別のタイプのライトバルブとの組み合わせを含むがこれらに限定されない別のライトバルブを備えてもよい。
【００７６】
本明細書で説明する原理の他の実施形態によれば、二方向光コリメーションの方法が提供される。図８は、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における二方向光コリメーションの方法４００のフローチャートを示す。図８に示されるように、二方向光コリメーションの方法４００は、垂直方向にコリメートされた光を提供するために、垂直コリメータを用いて光を垂直方向にコリメートするステップ４１０を備える。いくつかの実施形態では、垂直コリメータは、二方向光学コリメータ１００に関して上述した垂直コリメータ１１０と実質的に同様である。例えば光をコリメートするステップ４１０で用いられる垂直コリメータは、放物形状を有する光学反射体を備えてもよい。
【００７７】
二方向光コリメーションの方法４００は、垂直方向にコリメートされかつ水平方向にコリメートされた二方向にコリメートされた光を生成するために、垂直方向にコリメートされた光を、垂直コリメータの出力部に隣接して位置付けられた水平コリメータを用いて、水平方向にさらにコリメートするステップ４２０をさらに備える。いくつかの実施形態では、水平コリメータは、二方向光学コリメータ１００に関して上述した水平コリメータ１２０と実質的に同様である。例えば垂直方向にコリメートされた光をさらにコリメートするステップ４２０において用いられる水平コリメータは、別の放物形状を有する別の光学反射体を備えてもよい。いくつかの実施形態では、出力アパーチャにわたって二方向にコリメートされた光の実質的に均一な分布を生成するために、水平コリメータの光学反射体は、水平コリメータの出力アパーチャに実質的にまたがっていてもよい。
【００７８】
図８に示される二方向光コリメーションの方法４００は、二方向にコリメートされた光において非ゼロの伝播角度を作り出すステップ４３０をさらに備え、非ゼロの伝播角度は、垂直方向に対応した垂直平面における角度（または同じことであるが、水平平面に対する角度）である。非ゼロの伝播角度は、例えば二方向光学コリメータ１００に関して上述した非ゼロの伝播角度と実質的に同様であってもよい。特にいくつかの実施形態では、非ゼロの伝播角度は、垂直コリメータおよび水平コリメータの一方または両方の光学反射体の傾斜角度によって提供されてもよい。
【００７９】
本明細書で説明する原理のさらに他の実施形態によれば、３次元（３Ｄ）電子ディスプレイの動作方法が提供される。図９は、本明細書で説明する原理と一致した一実施形態による、一例における３Ｄ電子ディスプレイの動作方法５００のフローチャートを示す。図９に示されるように、３Ｄ電子ディスプレイの動作方法５００は、非ゼロの伝播角度を有する二方向にコリメートされた光を提供するステップ５１０を備える。様々な実施形態によれば、二方向にコリメートされた光は、二方向コリメータを用いて提供５１０されてもよい。二方向コリメータは、上述した二方向光学コリメータ１００と実質的に同様であってもよい。いくつかの実施形態では、二方向にコリメートされた光は、上述した二方向光コリメーションの方法４００により提供５１０されてもよい。例えば二方向にコリメートされた光を提供するステップ５１０は、垂直コリメータを使用した後に、垂直コリメータの出力部にある水平コリメータを使用してもよい。
【００８０】
３Ｄ電子ディスプレイの動作方法５００は、二方向にコリメートされた光を平板ライトガイド内で導波するステップ５２０をさらに備える。特に二方向にコリメートされた光は、平板ライトガイド内で非ゼロの伝播角度で導波５２０される。いくつかの実施形態によれば、平板ライトガイドは、上述したようなバックライト２００の平板ライトガイド２２０と実質的に同様であってもよい。
【００８１】
図９の３Ｄ電子ディスプレイの動作方法５００は、複数の光ビームを生成するために、導波される二方向にコリメートされた光の一部分を、マルチビーム回折格子を用いて回折によりカップリングして外へ出すステップ５３０をさらに備える。いくつかの実施形態によれば、マルチビーム回折格子は、平板ライトガイドの表面に位置付けられる。様々な実施形態によれば、導波される二方向にコリメートされた光の一部分を回折によりカップリングして外へ出すステップ５３０は、複数の異なる主角度方向で、平板ライトガイドから離れるように方向付けられた複数の光ビームを提供するように構成される。特に、複数の異なる主角度方向は、３Ｄ電子ディスプレイの異なる３Ｄ視像の方向に対応する。いくつかの実施形態によれば、マルチビーム回折格子は、マルチビーム回折格子２４０と実質的に同様であり、複数の光ビームのうちの回折によりカップリングして外へ出された５３０光ビームは、バックライト２００または３Ｄ電子ディスプレイ３００の光ビーム３０６に関して上述した光ビーム２０６に対応する。
【００８２】
様々な実施形態によれば、図９に示される３Ｄ電子ディスプレイの動作方法５００は、複数の光ビームのうちの光ビームを、ライトバルブのアレイを用いて変調するステップ５４０をさらに備える。様々な実施形態によれば、変調された５４０光ビームは、３Ｄ視像方向における３Ｄ電子ディスプレイの３Ｄ画素を形成する。いくつかの実施形態では、ライトバルブのアレイは、３Ｄ電子ディスプレイ３００に関して上述したライトバルブアレイ３５０と実質的に同様であってもよい。
【００８３】
いくつかの実施形態（図示せず）では、３Ｄ電子ディスプレイの動作方法５００は、二方向にコリメートされることになる光を提供するステップをさらに備える。例えば、二方向にコリメートされた光を提供するステップ５１０において用いられ得る二方向コリメータなどの二方向光学コリメータに提供される光は、コリメートされていない光であってもよい。例えば光は、垂直コリメータの入力部において光源を用いて提供されてもよい。さらにいくつかの実施形態では、光源は、バックライト２００に関して上述した光源２３０と実質的に同様であってもよい。
【００８４】
このように、二方向光学コリメータ、二方向光学コリメータを使用したバックライトおよび３Ｄ電子ディスプレイ、二方向コリメーションの方法、ならびに二方向コリメーションを使用した３Ｄ電子ディスプレイの動作方法の例が説明された。上述した例は、本明細書で説明する原理を表す多数の特定の例のいくつかを単に例示するものであることが理解されるべきである。明らかに当業者は、以下の特許請求の範囲により定義されるような範囲から逸脱せずに数多くの他の構成を容易に考案することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１０  光ビーム
１２  矢印
１００  二方向光学コリメータ
１０２  光
１０４  光
１０４’  光
１１０  垂直コリメータ
１１０ａ  垂直コリメータ
１１０ｂ  垂直コリメータ
１１２  光学反射体
１１２’  光学反射体
１２０  水平コリメータ
１２０ａ  第１の縁部
１２０ｂ  第２の縁部
１２２  反射体
１２２’  サブ反射体
１２２’ａ  サブ反射体
１２２’ｂ  サブ反射体
２００  バックライト
２０２  光
２０４  コリメートされた光
２０４’  コリメートされた光
２０６  光ビーム
２１０  二方向光学コリメータ
２１２  垂直コリメータ
２１４  垂直コリメータ
２２０  平板ライトガイド
２２２  接着層
２２４  入力アパーチャ
２３０  光源
２３２  光学源
２３４  光学源
２３６  光学源
２４０  マルチビーム回折格子
２４０’  第１の端部
２４０’’  第２の端部
２４０ａ  回折特徴部
３００  ３Ｄ電子ディスプレイ
３０６  光ビーム
３０６’  変調された光ビーム
３１０  二方向光学コリメータ
３２０  平板ライトガイド
３３０  マルチビーム回折格子
３４０  光源
３５０  ライトバルブアレイ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ−Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ−Ｃ】
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【図５Ａ−Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ−Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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