(57)【要約】  マルチビューディスプレイは、複数のマルチビューピクセルを形成するために使用されるバックライトおよびスクリーンを含む。各マルチビューピクセルは、複数組のライトバルブを含む。バックライトは、複数のマルチビーム回折格子が構成される導光板に光学的に連結される光源を含む。各マルチビーム回折格子は、一組のライトバルブに対応し、かつ一組のライトバルブの中心に関して、マルチビューピクセルの中心に向けて空間的にオフセットされる。複数のマルチビーム回折格子はまた、カップリングにより外に出された光ビームの少なくとも一部がインターリーブしてマルチビューディスプレイの異なるビュー方向に伝播するように、導光板から異なる回折角および角度オフセットで光ビームを回折カップリングにより外へ出すように構成される。
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【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、
複数組のライトバルブを有するマルチビューピクセルと、
複数のマルチビーム回折格子を有する導光板であり、各マルチビーム回折格子が、前記マルチビューピクセルの異なる一組のライトバルブに対応し、かつ前記マルチビューピクセルの中心に向かって前記一組のライトバルブの中心に関する空間オフセットを有する、導光板とを備え、
前記複数の空間的にオフセットされたマルチビーム回折格子が、前記マルチビューディスプレイの視距離でマルチビュー画像の指向性ビューを生成するようにインターリーブする調光ビームを前記複数組のライトバルブが提供するように、異なる回折角、および対応する組のライトバルブの中心に関する角度オフセットを有する光を前記導光板から回折カップリングにより外へ出すように構成される、マルチビューディスプレイ。
【請求項２】
前記複数のマルチビーム回折格子が、前記導光板の表面に形成されるチャープマルチビーム回折格子を含む、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項３】
前記チャープマルチビーム回折格子が、線形チャープマルチビーム回折格子を含む、請求項２に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項４】
前記チャープマルチビーム回折格子が、非線形チャープマルチビーム回折格子を含む、請求項２に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項５】
前記マルチビーム回折格子のサイズが、ライトバルブのサイズより大きい、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項６】
前記一組のライトバルブの前記中心に関する前記空間オフセットが、ライトバルブのサイズの分数に等しい距離を含む、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項７】
前記マルチビーム回折格子が、透過モードマルチビーム回折格子を含む、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項８】
前記マルチビーム回折格子が、反射モードマルチビーム回折格子を含む、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項９】
マルチビューディスプレイであって、
複数のマルチビューピクセルを有するスクリーンであり、各マルチビューピクセルが、複数組のライトバルブを有する、スクリーンと、
複数のマルチビーム回折格子を有するバックライトであり、各マルチビーム回折格子が、一組のライトバルブに対応し、かつマルチビューピクセルの中心に向かって前記一組のライトバルブの中心に関する空間オフセットを有する、バックライトとを備え、
前記複数の空間的にオフセットされたマルチビーム回折格子が、前記マルチビューディスプレイの視距離でマルチビュー画像の指向性ビューを生成するようにインターリーブする調光ビームを前記複数組のライトバルブが提供するように、異なる回折角および角度オフセットを有する光を前記バックライトから回折カップリングにより外へ出すように構成される、マルチビューディスプレイ。
【請求項１０】
前記バックライトが、
前記複数のマルチビーム回折格子が導光板の表面に形成されている導光板と、
前記導光板のエッジに連結される光源であって、前記導光板内へ結合される光を発生する光源とを備え、
前記結合された光の一部が、前記マルチビーム回折格子によって前記導光板から回折カップリングにより外に出される、請求項９に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１１】
前記複数のマルチビーム回折格子が、導光板の表面に形成されるチャープマルチビーム回折格子を含む、請求項９に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１２】
前記一組のライトバルブの前記中心に関する前記空間オフセットが、ライトバルブの長さの分数に等しい距離を含む、請求項９に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１３】
マルチビュー画像を表示する方法であって、
導光板内へ光源によって発生される光を光学的に結合するステップと、
マルチビュー画像の一連の二次元（２Ｄ）画像のピクセル強度をマルチビューピクセルの複数組のライトバルブのライトバルブに割り当てるステップと、
前記光の一部を前記導光板の複数のマルチビーム回折格子から回折カップリングにより外へ出すステップであって、各マルチビーム回折格子が、一組のライトバルブに対応し、かつマルチビューピクセルの中心に向かって前記一組のライトバルブの中心に関する空間オフセットを有する、ステップと、
前記カップリングにより外に出された光部分を、割り当てられたピクセル強度に従って、前記マルチビューピクセルの前記複数組のライトバルブのライトバルブを使用して変調するステップであって、前記ライトバルブから出る調光ビームが、インターリーブして、複数組のライトバルブから視距離でマルチビュー画像の指向性ビューを生成する、ステップとを含む、方法。
【請求項１４】
前記マルチビュー画像の前記一連の２Ｄ画像の前記ピクセル強度を割り当てるステップが、
対応するピクセル座標を持つ前記２Ｄ画像のピクセルを前記マルチビューピクセルに割り当てるステップと、
連続する２Ｄ画像における前記対応するピクセル座標を持つ前記ピクセルのピクセル強度を、前記マルチビューピクセルの前記複数組のライトバルブのライトバルブに交互の順に割り当てるステップとを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記一連の２Ｄ画像の各２Ｄ画像が、１つまたは複数の三次元（３Ｄ）物体または３Ｄ場面の異なるビューである、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年９月５日出願の米国仮特許出願第６２／２１４，９７０号明細書の優先権を主張し、その内容全体が参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
電子ディスプレイは、多種多様な装置および製品のユーザに情報を伝達するためのほぼ遍在している媒体である。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）、電界発光ディスプレイ（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る光を変調するディスプレイ）に類別することができる。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。放出光を考えたとき通常パッシブであると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、本質的な低消費電力を含むがこれに限定されない魅力的な動作特性をしばしば呈するとはいえ、光を放出することができないことを考えると、多くの実際的応用ではいくぶん使用が限定される。
【０００３】
放出光に伴うパッシブディスプレイの限界を克服するために、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、これらのそれ以外の点ではパッシブであるディスプレイが光を放出して、実質的にアクティブディスプレイとして機能するようにすることができる。そのような連結される光源の例がバックライトである。バックライトは、それ以外の点ではパッシブであるディスプレイの背後に配置されてパッシブディスプレイを照明する光源（しばしばパネルバックライト）とすることができる。たとえば、バックライトは、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイに連結され得る。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放出する。放出光はＬＣＤまたはＥＰディスプレイによって変調され、そして今度は、調光がＬＣＤまたはＥＰディスプレイから放出される。しばしば、バックライトは、白色光を放出するように構成される。次いでカラーフィルタを使用し、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、たとえば、ＬＣＤもしくはＥＰディスプレイの出力に（一般的でない）、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得る。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書に記載の原理による例および実施形態の様々な特徴は、同様の参照数字が同様の構造要素を示す添付の図面に例示される例と併せて以下の詳細な記載を参照して、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】[図１Ａ]マルチビューディスプレイ例によって生成されるマルチビュー画像の透視図を例示する。［図１Ｂ］マルチビューディスプレイの一点から発する光ビームの角度成分の図形表現を例示する。
【図２Ａ−Ｂ】［図２Ａ］マルチビューディスプレイ例の等角図を例示する。［図２Ｂ］図２Ａに例示されるマルチビューディスプレイの線Ｉ−Ｉに沿った横断面図を例示する。
【図２Ｃ】図２Ａに例示されるマルチビューディスプレイの分解等角図を例示する。
【図３】図２Ｂに例示されるマルチビューディスプレイの、マルチビューディスプレイの導光板内へ光が結合されている横断面図を例示する。
【図４】全内部反射の例を例示する。
【図５Ａ−Ｂ】チャープ透過モードマルチビーム回折格子の例の横断面図を例示する。
【図６Ａ−Ｂ】チャープ反射モードマルチビーム回折格子の例の横断面図を例示する。
【図７】マルチビューディスプレイの複数組のライトバルブおよび対応する空間的にオフセットされるマルチビーム回折格子の平面図を例示する。
【図８Ａ−Ｂ】［図８Ａ］四組のライトバルブおよび対応する空間的にオフセットされるマルチビーム回折格子を備えるマルチビューピクセル例の平面図を例示する。［図８Ｂ］図８Ａに例示されるマルチビューピクセルの線ＩＩ−ＩＩに沿った横断面図を例示する。
【図９Ａ−Ｂ】［図９Ａ］三次元（３Ｄ）物体の例としての文字「Ｒ」を例示する。［図９Ｂ］図９Ａに例示される３Ｄ文字「Ｒ」の一連の二次元（２Ｄ）画像を例示する。
【図１０】図９Ｂにおける８つの異なる２Ｄ画像の領域に対応する複数組のピクセル例の拡大図を例示する。
【図１１】マルチビューディスプレイの３つの隣接するマルチビューピクセルの横断面図を例示する。
【図１２】マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルの複数組のライトバルブのライトバルブから発する指向性ピクセルを例示する。
【図１３】マルチビュー画像を表示する方法のフロー図を例示する。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
一定の例および実施形態は、上述した図に例示される特徴に加えて、およびそれらの代わりに存在するものである他の特徴を有することができる。これらおよび他の特徴は、上述した図を参照して下記される。
【０００７】
本明細書に記載の原理による例および実施形態は、シフトマルチビーム回折格子を使用したマルチビューディスプレイにおける角度サブピクセルレンダリングを提供する。本明細書に記載のように、マルチビューディスプレイは、マルチビュー画像の複数またはいくつかの異なるビューを異なるビュー方向に提供するように構成される電子ディスプレイまたはディスプレイシステムである。特に、用語「マルチビュー画像」に使用される用語「マルチビュー」は、異なる透視図を表す、または多くの異なるビューのビュー間の角度視差を含む複数またはいくつかのビューを指す。加えて、用語「マルチビュー」は、２つより多い異なるビュー（すなわち、最低でも３つのビューおよび一般に３つより多いビュー）を含む。このように、「マルチビューディスプレイ」は、２つの異なるビューを提供または表示して場面または画像を表すのみである立体ディスプレイから区別される。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が２つより多いビューを含むのに対して、マルチビュービューの２つのみを一度に見るように選択することによって（たとえば、１つの目につき１つのビュー）、マルチビュー画像は一対の立体画像として見ることができる（たとえば、マルチビューディスプレイ上で）ことに留意されたい。
【０００８】
様々な実施形態によれば、マルチビューディスプレイは、複数のマルチビューピクセルを持つスクリーンを備える。各マルチビューピクセルは、複数組のライトバルブを備える。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、複数のマルチビーム回折格子が構成される導光板に光学的に結合される光源を備えるバックライトを含む。各マルチビーム回折格子は、一組のライトバルブに対応する。加えて、各マルチビーム回折格子は、各対応する一組のライトバルブの中心に関して、マルチビューピクセルの中心に向けて空間的にオフセットされる。複数組のライトバルブは、対応するマルチビーム回折格子から回折カップリングにより外に出される光を変調する。マルチビーム回折格子の空間オフセットは、複数組のライトバルブから出る調光ビームの角度オフセットを生じさせる。各マルチビューピクセルと関連付けられる複数組のライトバルブから出る調光ビームはインターリーブして、スクリーンから視距離でマルチビュー画像を生じさせる。本明細書に記載の原理の様々な実施形態によれば、インターリーブ調光ビームを有す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「ネイティブ」解像度より高いと認められる解像度、すなわち、インターリーブ光ビームを伴わないマルチビューディスプレイの解像度より高い解像度を有するマルチビュー画像を提供することができる。特に、様々な実施形態によれば、ネイティブより高いと認められる解像度は、マルチビューディスプレイによって提供されるインターリーブ調光ビームに起因する角度サブピクセルレンダリングの結果である。
【０００９】
図１Ａは、マルチビューディスプレイ例１００によって生成されるマルチビュー画像の透視図を例示する。図１Ａに例示されるように、マルチビューディスプレイ１００は、複数の画像を同時に表示することができる。各画像は、異なるビュー方向または視点からの場面または物体の異なるビューを提供する。図１Ａにおいて、ビュー方向は、マルチビューディスプレイ１００から様々な異なる主角度方向に延びる矢印として例示される。異なるビューは、矢印の末端に陰影ポリゴンパネルとして例示される。たとえば、図１Ａにおいて、４つのポリゴンパネル１０２〜１０５が、異なる対応するビュー方向１０６〜１０９からのマルチビュー画像の４つの異なるビューを表す。マルチビューディスプレイ１００が、図９Ａ〜９Ｂに関して以下に例示されるように、物体、たとえば、三次元文字「Ｒ」のマルチビュー画像を表示するために使用されると仮定する。観察者がマルチビューディスプレイ１００を方向１０６に見ると、観察者には物体のビュー１０２が見える。しかしながら、観察者がマルチビューディスプレイ１００をビュー方向１０９から見ると、観察者には同じ物体の異なるビュー１０５が見える。例示の簡略化のため、異なるビューが、図１Ａにおいては、マルチビューディスプレイ１００の上方にあるとして例示されることに留意されたい。実際には、異なるビューがマルチビューディスプレイ１００のスクリーン上に実際に同時に表示され、観察者が単にマルチビューディスプレイ１００の自分のビュー方向を変更することによって異なるビュー方向から物体または場面を見ることを可能にしていることに留意されたい。
【００１０】
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、一般に角度成分（α，β）によって与えられる主角度方向を有する。角度成分αは、光ビームの「俯仰成分」または「仰角」と称される。角度成分βは、光ビームの「方位成分」または「方位角」と称される。仰角αは、垂直面（たとえば、マルチビューディスプレイのスクリーンの平面に垂直）内の角度である一方、方位角βは、水平面（たとえば、マルチビューディスプレイのスクリーンの平面と平行）内の角度である。
【００１１】
図１Ｂは、マルチビューディスプレイ１００上の一点から、図１Ａにおけるビュー方向１０８などのビュー方向に対応する特定の主角度方向に放出される、または発する光ビーム１１０の角度成分（α，β）の図形表現を例示する。光ビーム１１０は、マルチビューディスプレイ１００内の特定の原点「Ｏ」と関連付けられる中心線を有する。
【００１２】
図２Ａは、マルチビューディスプレイ例２００の等角図を例示する。図２Ｂは、図２Ａにおける線Ｉ−Ｉに沿ったマルチビューディスプレイ２００の横断面図を例示する。図２Ｃは、マルチビューディスプレイ２００の分解等角図を例示する。図２Ａ〜２Ｃに例示されるように、マルチビューディスプレイ２００は、バックライト２０２と、ライトバルブのアレイを備えるスクリーン２０４とを備える。ライトバルブのアレイにおけるライトバルブは、四角によって表される。たとえば、ライトバルブは、四角２０６によって表される。バックライト２０２は、導光板２０８と、導光板２０８のエッジに光学的に結合される光源２１０とを備える。光源２１０によって発生される光は、光源２１０に隣接した導光板２０８のエッジに沿って導光板２０８内へ結合される。
【００１３】
導光板２０８は、実質的に平面で平行な第１および第２の表面２１２および２１４をそれぞれ有するプレートまたはスラブ光導波路とすることができる。導光板２０８は、いくつかの異なる光学的に透明な材料のいずれか１つを含む、あるいは、石英ガラス、アルミノけい酸アルカリガラス、ほうけい酸ガラスなどの、様々な種類のガラス、ならびに、ポリ（メタクリル酸メチル）もしくはアクリルガラス、およびポリカーボネートなどの、実質的に光学的に透明なプラスチックもしくはポリマーの１つまたは複数を含むがこれらに限定されない各種の誘電材料のいずれかを含むことができる。いくつかの実施形態において、導光板２０８は、導光板２０８の表面の少なくとも一部上のクラッド層（例示せず）を含んで、全内部反射（ＴＩＲ）を促進することができる。
【００１４】
光源２１０は、１つまたは複数の光学放出体を備えることができる。光学放出体は、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、プラズマベースの光学放出体、蛍光ランプ、白熱電球、および何らかの他の光源とすることができる。光源２１０によって生成される光は、特定の波長とすることができ（すなわち、特定の色とすることができ）、または波長の範囲（たとえば、白色光）にわたる、またはそれを含むことができる。いくつかの実施形態において、光源２１０は、各組の光学放出体がその他の組の光学放出体によって生成される波長または波長の範囲と異なる特定の波長または波長の範囲の光を生成する複数組の光学放出体を含むことができる。たとえば、光源２１０は、１つまたは複数の各組の光学放出体が原色（たとえば、赤、緑および青）の１つを生成する複数組の光学放出体を備えることができる。
【００１５】
図２Ａ〜２Ｃに例示されるように、ライトバルブのアレイは、破線四角によって画定される複数組のライトバルブに仕切られる。図２Ａ〜２Ｃの例では、各組のライトバルブは、１６個のライトバルブの４×４サブアレイを含む。たとえば、一組のライトバルブ２１６は、破線四角によって画定されるライトバルブの４×４アレイを含む。各組のライトバルブは、導光板２０８のマルチビーム回折格子２１８に対応する。図２Ａ〜２Ｃの例では、マルチビーム回折格子２１８は、導光板２０８の第１の表面２１２上の陰影パッチによって表される。
【００１６】
マルチビューディスプレイの例および実施形態が、図２Ａ〜２Ｃに例示されるように、ライトバルブの４×４サブアレイ（すなわち、１６個のライトバルブのサブアレイ）を含む複数組のライトバルブを参照して本明細書に例示および記載されるが、複数組のライトバルブを形成するために使用されるライトバルブの数は、ライトバルブのＮ×Ｎサブアレイとすることができ、ここでＮが２以上の整数であることに留意されたい。複数組のライトバルブは、ライトバルブの矩形Ｎ×Ｍサブアレイとすることもでき、ここでＮは２以上の整数であり、Ｍは０以上の整数である。
【００１７】
複数組のライトバルブは、グループ化されてマルチビューピクセルのアレイのマルチビューピクセルを形成することができる。「マルチビューピクセル」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各々における「ビュー」ピクセルを表す複数組のライトバルブである。特に、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におけるビューピクセルに対応する、またはそれを表す一組のライトバルブを有することができる。その上、マルチビューピクセルの複数組のライトバルブは、複数組のライトバルブ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と関連付けられるという点で、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複数組のライトバルブによって表される異なるビューピクセルは、異なるビューの各々における同等の、または少なくとも実質的に同様の位置または座標を有することができる。たとえば、図２Ａおよび２Ｃに例示されるスクリーン２０４の２４組のライトバルブは、グループ化されて６つのマルチビューピクセルのアレイを形成することができ、各マルチビューピクセルが四組のライトバルブの２×２アレイを備える。図２Ｃにおいて、四組のライトバルブの２×２アレイを備えるマルチビューピクセル例が、破線四角２２０によって画定される。一定の実施形態において、マルチビューピクセルのアレイのマルチビューピクセルは、九組のライトバルブの３×３アレイ、１６組のライトバルブの４×４アレイ、および２５組のライトバルブの５×５アレイから形成することができる。他の実施形態において、マルチビューピクセルのアレイのマルチビューピクセルは、複数組のライトバルブの矩形アレイから形成することができる。一般に、マルチビューピクセルのアレイのマルチビューピクセルは、Ｋ×Ｌ組のライトバルブのＫ×Ｌアレイから形成することができ、ここでＫは２以上の整数であり、Ｌは１以上の整数である。
【００１８】
図３は、光源２１０によって生成される光３０２が導光板２０８に入力される、またはその中へ結合されるマルチビューディスプレイ２００の横断面図を例示する。光３０２は、導光板２０８の第１および第２の表面２１２および２１４に関して非ゼロ伝播角度（たとえば、約３０〜３５度）で導光板２０８内に結合される。マルチビューディスプレイ２００は、１つまたは複数のレンズ、ミラーまたは同様の反射体（たとえば、チルトコリメーティング反射体）を含むことができ、そして光源２１０によって生成される光を非ゼロ伝播角度で導光板２０８内へ結合するために、１つまたは複数のプリズム（例示せず）を使用することができる。光３０２は、コリメート光として導光板２０８に入力され得る。
【００１９】
導光板２０８は、導光板２０８の第１の表面２１２と第２の表面２１４との間でＴＩＲに従って非ゼロ伝播角度で光３０２を導く。図４は、導光板２０８内で伝播することができ、かつ導光板２０８の表面４０２（たとえば、表面４０２は第１の表面２１２または第２の表面２１４とすることができる）の同じ点に入射する２つの光線の軌跡を例示する。例示されるように、表面４０２は、導光板２０８と空気４０４との間の境界であり、導光板２０８より低い屈折率を有する。一点鎖線４０６は表面４０２に対する法線方向を表し、θｃは法線方向４０６に関する臨界角を示す。入射角は、法線方向４０６に関して測定される。臨界角θｃより大きい角度で表面４０２に入射する光はＴＩＲを受ける。たとえば、方向矢印４０８によって表される光は臨界角θｃより大きい角度で表面４０２に入射するので、方向矢印４１０によって表されるように、光は内部反射される。方向矢印４１２によって表されるように、臨界角θｃより小さい角度で表面４０２に入射する光は、方向矢印４１４によって表されるように透過される。
【００２０】
各マルチビーム回折格子２１８は、入射光を回折するように構成される複数の回析フィーチャを備える。いくつかの例では、複数の回析フィーチャは、周期的または準周期的に配列され得る。たとえば、マルチビーム回折格子は、一次元（１Ｄ）アレイに配列される複数の回析フィーチャ（たとえば、材料表面の複数の溝または稜）を含むことができる。他の例では、マルチビーム回折格子は、回析フィーチャの二次元（２Ｄ）アレイとすることができる。マルチビーム回折格子２１８は、導光板２０８の材料表面の隆起または穴の２Ｄアレイとすることができる。マルチビーム回折格子２１８は、ウェットエッチング、イオンミリング、フォトリソグラフィ、異方性エッチングおよびプラズマエッチングを含むがこれらに限定されない、多くの異なるマイクロ加工技術のいずれか１つを使用して形成することができる。
【００２１】
いくつかの実施形態によれば、マルチビーム回折格子２１８は、チャープまたは不均一回折格子とすることができる。チャープマルチビーム回折格子の回析フィーチャ間隔は、チャープマルチビーム回折格子の範囲または長さにわたって変化する。いくつかの実施形態において、チャープマルチビーム回折格子は、距離とともに線形に変化する回析フィーチャ間隔のチャープを有することができる。このように、チャープマルチビーム回折格子は、本明細書における定義によれば、「線形チャープ」マルチビーム回折格子である。他の実施形態において、チャープマルチビーム回折格子は、距離とともに非線形に変化する回析フィーチャ間隔のチャープを有することができる。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であるが、それでも単調に変化するチャープを含むがこれに限定されない、様々な非線形チャープを使用することができる。正弦波チャープまたは三角チャープまたはのこぎり波状チャープなどであるがこれに限定されない、非単調チャープが利用されることもできる。マルチビーム回折格子２１８は、異なる回折角で光を回折カップリングにより外へ出す（diffractively couple-out）何らかの１つまたは複数の線形および／または非線形チャープ格子の組合せとすることもできる。
【００２２】
マルチビーム回折格子２１８に入射する光は回折される。光が導光板２０８内からマルチビーム回折格子２１８に入射すると、マルチビーム回折格子２１８は、導光板２０８から光を回折カップリングにより外へ出すことによって透過回折を提供し、「透過モード」マルチビーム回折格子と称される。マルチビーム回折格子はまた、回折によって光を再方向付けする、またはその角度を変更する（すなわち、回析角度に）。特に、回折は、マルチビーム回折格子２１８からカップリングにより外に出される光を、マルチビーム回折格子に入射する光（すなわち、入射光）の伝播方向と異なる伝播方向に伝播するようにする。回折による光の伝播方向の変化は、「回析再方向付け」と称される。結果として、マルチビーム回折格子２１８は、マルチビーム回折格子２１８に入射する光を回折的に再方向付けする回析フィーチャを含む構造であると理解することができ、そして導光板２０８内で伝播する光がマルチビーム回折格子に入射する場合、マルチビーム回折格子は、同じく導光板２０８から光を回折カップリングにより外へ出すことができる。マルチビーム回折格子によって導光板２０８から回折散乱される光の形状は、回析フィーチャの構造および構成に依存する。
【００２３】
図５Ａ〜５Ｂは、導光板２０８の第１の表面２１２に形成されるチャープ透過モードマルチビーム回折格子の例の横断面図を例示する。図５Ａにおいて、マルチビーム回折格子５０２の回析フィーチャ間隔ｄは、ｘ方向への距離に関して変化する。この例では、フィーチャ間隔ｄが増加する一般的な方向５０４に光が伝播すると、回折カップリングされた光５０６がマルチビーム回折格子５０２から発散回折角で出る（すなわち、光５０６が広がる）。マルチビーム回折格子５０２に入射する光は、マルチビーム回折格子５０２を通して回折透過される、または導光板２０８から回折カップリングにより外に出される。
【００２４】
マルチビーム回折格子５０２と相互作用する特定の波長λの光を考える。光がマルチビーム回折格子５０２から出るときに、光は回析フィーチャによって透過され、および異なる方向に散乱されるが、しかし光波は異なる位相でマルチビーム回折格子５０２から出るので、波は建設的および破壊的に干渉し、波が建設的に干渉する光ビームを生じさせる。たとえば、隣接する回析フィーチャから出る波間の光路差が波長の半分（すなわち、λ／２）であるとき、波は位相を異にして出て、破壊的干渉を通じて相殺され得る。他方、隣接する回析フィーチャから出る波間の光路差が波長λに等しいとき、波は建設的に干渉して、最大強度で出る光ビームを生じさせる。マルチビーム回折格子５０２から最大強度で出る光は、図５Ａに方向矢印５０６によって表され、そして各光線がマルチビーム回折格子５０２から法線方向５０８に関して第１の表面２１２に出る回折角は、回折方程式に従って計算され得る。
【００２５】
【数１】
2018537698.tif 000003
式中
ｍは回折次数（すなわち、ｍ＝…−２，−１，０，１，２，…）であり、
ｎは導光板２０８の屈折率であり、
θｉは法線方向５０８に関する光の入射角であり、
θｍは導光板２０８から回折カップリングにより外に出されるｍ番目の光線の法線方向５０８に関する回折角である。
【００２６】
図５Ｂにおいて、マルチビーム回折格子５１０の回析フィーチャ間隔ｄもｘ方向に変化する。この例では、マルチビーム回折格子５１０に入射する光が、フィーチャ間隔ｄが減少する方向５０４に伝播すると、回折カップリングにより外に出された光５１２が収束域５１４に収束し、そして収束域５１４を過ぎて発散する。
【００２７】
図６Ａ〜６Ｂは、導光板２０８の第２の表面２１４に形成されるチャープ反射モードマルチビーム回折格子の例の横断面図を例示する。マルチビーム回折格子６０２および６０４は、導光板２０８の第２の表面２１４に形成されるチャープ回折格子パターンであり、マルチビーム回折格子６０２および６０４の溝および凹部に成膜される、銀またはアルミニウムなどであるがこれに限定されない、対応する反射材料６０６を有する。図６Ａにおいて、マルチビーム回折格子６０２の回析フィーチャ間隔ｄはｘ方向に変化する。この例では、フィーチャ間隔ｄが増加する方向６１０に光が伝播すると、回折光６１２が発散回折角で生じられ、そして反射材料６０６は回折光６１２を第１の表面２１２に向けて反射する。第１の表面２１２に沿って導光板２０８から出る光６１４は、導光板２０８および周囲空気の屈折率間の差のために屈折される。回析フィーチャ（たとえば、回析フィーチャ間隔ｄ）は、屈折の原因となるように構成され得る。図６Ｂにおいて、マルチビーム回折格子６０４の回析フィーチャ間隔ｄもｘ方向に変化する。この例では、フィーチャ間隔ｄが減少する方向６１０に光が伝播すると、回折光６１６が生じられ、そして反射材料６０８が光６１６を第１の表面２１２に向けて反射する。第１の表面２１２に沿って導光板２０８から出る光６１８は、屈折されて、収束域６２０に収束し、そして収束域６２０を過ぎて発散する。
【００２８】
図２Ｃを参照して上記したように、マルチビューピクセルのアレイは、複数組のライトバルブのアレイから形成することができる。様々な実施形態によれば、マルチビューピクセルの各組のライトバルブと関連付けられるマルチビーム回折格子は、マルチビューピクセルの中心に向けて空間的にオフセットされ得る。
【００２９】
図７は、マルチビューディスプレイ７００の１６組のライトバルブ例および対応するマルチビーム回折格子の平面図を例示する。例示されるように、マルチビューディスプレイ７００における各組のライトバルブは、ライトバルブの４×４アレイを含み、破線四角によって画定される。たとえば、一組のライトバルブ７０２は、ライトバルブの４×４アレイを含む。図７において、１６組のライトバルブ例は、グループ化されて４つのマルチビューピクセルを形成し、各マルチビューピクセルが四組のライトバルブの２×２アレイを備える。たとえば、四組のライトバルブ７０２〜７０５がグループ化されて、マルチビューピクセル７０６を形成する。図７は、四組のライトバルブ７０２〜７０５から形成されるマルチビューピクセル７０６の拡大図を含む。マルチビューピクセル７０６の拡大図は、対応する組のライトバルブ７０２〜７０５と関連付けられる４つのマルチビーム回折格子７０８〜７１１がマルチビューピクセル７０６の中心７１２に向けて空間的にオフセットされていることを表す。
【００３０】
図７の例では、各マルチビーム回折格子は、マルチビューピクセルの中心に向けて、ｘおよびｙ方向に距離ｄｘ／ｐだけ空間的にオフセットされ、ここでｄｘはライトバルブの長さであり、ｐは１より大きい数である。他の実施形態において、対応する一組のライトバルブの中心からの回折マルチビーム素子の空間オフセットの距離は、ｘおよびｙ方向の一方のみにあることができる。空間オフセットの距離は、ライトバルブの長さｄｘの任意の適切な分数とすることができる。たとえば、空間オフセットの距離は、ｄｘ／２、ｄｘ／３、ｄｘ／４、ｄｘ／５およびｄｘ／６などであるがこれらに限定されない、ライトバルブの長さの任意の整数分数とすることができる。マルチビューディスプレイ７００の平面図は、３つの他のマルチビューピクセル７１６〜７１８の四組のライトバルブに対応する４つのマルチビーム回折格子も、３つのマルチビューピクセル７１６〜７１８の中心に向けて空間的にオフセットされていることも表す。複数組のライトバルブ７０２〜７０６などの、４×４の組のライトバルブの各々は、１６個の異なるビューを生じさせる。結果として、マルチビューピクセル７０６、７１６〜７１８の各々は、おおよそ４×ｄｘの解像度を持つ６４個のビューを生じさせる。
【００３１】
いくつかの実施形態によれば、各マルチビーム回折格子２１８のサイズは、スクリーン２０４のライトバルブのサイズより大きい。サイズは、たとえば、長さ、幅または面積とすることができる。図７に例示されるように、各マルチビーム回折格子のサイズはライトバルブのサイズより大きい。図７において、マルチビーム回折格子のサイズは、マルチビーム回折格子の辺の長さＳによって、またはマルチビーム回折格子の面積Ｓ×Ｓによって与えられ得る。他方、ライトバルブのサイズは、ライトバルブの辺の長さｄｘによって、またはライトバルブの面積ｄｘ×ｄｘによって与えられ得る。各マルチビーム回折格子の長さＳまたは面積Ｓ×Ｓは、ライトバルブの各々の長さｄｘまたは面積ｄｘ×ｄｘより大きい。マルチビーム回折格子のサイズは、ライトバルブのサイズの倍数とすることができる。たとえば、図７において、マルチビーム回折格子の長さＳは、おおよそ２ｄｘである（すなわち、Ｓ＝２ｄｘ）。一般に、マルチビーム回折格子の長さＳは、Ｓ＝ｐ×ｄｘによって与えられ得、ここでｐは１より大きい数である。
【００３２】
マルチビューピクセルの対応する組のライトバルブに関するマルチビーム回折格子の空間オフセットは、導光板から異なる回折角で、かつ角度オフセット（またはチルト）で光を回折カップリングにより外へ出す。図８Ａは、破線四角によって識別される四組のライトバルブ８０２〜８０５および４つの対応するマルチビーム回折格子８０６〜８０９を備えるマルチビューピクセル例８００の平面図を例示する。図８Ｂは、図８Ａに例示される線ＩＩ−ＩＩに沿ったマルチビューピクセル８００の横断面図を例示する。図８Ａにおいて、マルチビーム回折格子８０６〜８０９は、導光板２０８から異なる回折角で光を回折カップリングにより外へ出すように構成され、かつ方向矢印８１２などの方向矢印によって示されるように、マルチビューピクセル８００の中心８１０に向けて空間的にオフセットされる、図５〜６を参照して上記したような、チャープ回折格子を備える。図８Ｂにおいて、導光板２０８内を伝播する光３０２は、方向矢印８１６および８１７によって表されるように、マルチビーム回折格子８０７および８０８に入射する。マルチビーム回折格子８０７および８０８は、図５〜６を参照して上記したように、異なる回折角で光を回折カップリングにより外へ出すように構成される。方向矢印８１８は、マルチビーム回折格子８０７から回折カップリングにより外に出された光の経路を表す。光８１８は、一組のライトバルブ８０３のライトバルブを通過する。方向矢印８１９は、マルチビーム回折格子８０８から回折カップリングにより外に出された光の経路を表す。光８１９は、一組のライトバルブ８０４のライトバルブを通過する。複数組のライトバルブを通過する光は、仮想光源８２０および８２１などの別々の仮想光源によって発生されたように見える。マルチビーム回折格子の（または、同等に仮想光源の）空間オフセットは、各組のライトバルブの中心に設けられるスクリーン２０４に対する法線方向に関して角度オフセットｄθを生じさせる。一般に、角度オフセットｄθは、特定の一組のライトバルブと関連付けられる光ビームのすべてに実質的に等しく当てはまる。たとえば、図８Ｂにおいて、一点鎖線８２２および８２３は、それぞれ、複数組のライトバルブ８０３および８０４の中心でスクリーン２０４に対する法線方向を表す。一点鎖線は、マルチビーム回折格子８０７の中心に対する法線方向を表す。光は、マルチビーム回折格子８０７から法線方向８２４に関して回折角θｍでカップリングにより外に出され、一組のライトバルブ８０３の法線方向８２２に関して角度オフセットｄθを含む。
【００３３】
図８Ｂに例示されるように、マルチビーム回折格子から回折カップリングにより外に出された光は、対応する一組のライトバルブのライトバルブを通過する。マルチビューピクセルの複数組のライトバルブから出る調光ビームが、スクリーン２０４を過ぎた距離でインターリーブする。複数組のライトバルブのライトバルブは、図１Ａを参照して上記したマルチビュー画像の異なるビューを生じさせるために変調され得るが、図９〜１２を参照して下記される。
【００３４】
図９〜１２は、マルチビューピクセルの複数組のライトバルブを使用してマルチビュー画像の異なるビューを投影することを例示する。図９Ａは、マルチビュー画像の異なるビューに投影されることになる三次元（３Ｄ）物体の例としての文字「Ｒ」を例示する。文字Ｒはｘｙ平面に在り、かつｚ方向に突出する。１〜８とラベル付けした方向矢印は、ｘｚ平面に在る曲線９０２に沿った３Ｄ文字Ｒの８つの異なるビュー方向を表す。図９Ｂは、１〜８とラベル付けした３Ｄ文字「Ｒ」の一連の８つの異なる二次元（２Ｄ）画像を例示する。各２Ｄ画像は、図９Ａに例示される文字Ｒの８つの異なるビューの１つを表示する。図９Ｂの画像１〜８は、観察者の目９０４が曲線９０２に沿って対応するビュー方向に３Ｄ文字Ｒを眺めたときに、観察者に見えるであろう文字Ｒの別個のビューを表す。言い換えれば、画像１〜８は、曲線９０２に沿って２Ｄ文字Ｒのマルチビュー画像を形成する。たとえば、図９Ｂの２Ｄ画像３は、図９Ａのビュー方向３の文字Ｒのビューを表示する。一連の画像１〜８は、連続的であるか、または図９Ａのビュー方向１〜８に対応する空間遷移で配列される。たとえば、図９Ｂにおける画像３から画像２または４いずれかへの観察者の注意の変化は、図９Ａにおけるビュー方向３からビュー方向２または４いずれかへの変化に同等である。
【００３５】
図９Ｂに例示される２Ｄ画像の各々は、一組のピクセルを含む。各ピクセルは、強度および画像における対応するアドレスまたは座標位置を有する（たとえば、ピクセルは（ｘ，ｙ，ピクセル強度）に等しい）。図１０は、図９Ｂの画像１〜８の領域９１１〜９１８に対応する八組のピクセル例１００１〜１００８の拡大図を例示する。たとえば、図１０の一組のピクセル１００１は、図９Ｂにおける画像１の領域９１１におけるピクセルの拡大図である。図１０において、複数組のピクセル１００１〜１００８は、図９Ｂの対応する画像１〜８における同じアドレスまたは座標位置を有する。たとえば、一組のピクセル１００１における１ａ、１ｂおよび１ｃとラベル付けした隣接するピクセルのトリプレットは、一組のピクセル１００５における５ａ、５ｂおよび５ｃとラベル付けした隣接するピクセルのトリプレットと同じ座標（ｘ，ｙ）を有する。簡略化のために、図１０の例では、ピクセルの強度は２値であり（すなわち、黒および白）、斜線を付したピクセルが図９Ｂの領域９１１〜９１８における文字Ｒのエッジに対応する。他の実施形態において、ピクセルは、赤、緑および青などのカラーピクセルとすることができ、そして強度は、各ピクセルから放出される光量を制御するために変調され得る。
【００３６】
図１１は、上記したマルチビューディスプレイ２００の３つの隣接するマルチビューピクセル１１０１〜１１０３の横断面図、およびマルチビューピクセルのライトバルブへの２Ｄ画像のピクセル強度の割当てを例示する。破線１１０４および１１０５は、マルチビューピクセル１１０１〜１１０３間の境界を表す。点線１１０６〜１１０８は、マルチビューピクセル１１０１〜１１０３を構成する複数組のライトバルブ間の境界を表す。たとえば、マルチビューピクセル１１０１は、一組のライトバルブ１１０９および一組のライトバルブ１１１０を備える。図１１は、マルチビューピクセル１１０１〜１１０３の複数組のライトバルブのライトバルブの行への図１０に例示される隣接するピクセルのトリプレットのピクセル強度の割当てを例示する。図１１に例示されるように、画像１〜８における同じ座標を持つ隣接するピクセルのトリプレットのピクセルは、同じマルチビューピクセル画像に割り当てられる。たとえば、図１１において、ピクセル１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、７ａおよび８ａは、図１０の画像１〜８における同じ座標を有し、マルチビューピクセル１１０１に割り当てられる。ピクセル１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂおよび８ｂは、画像１〜８における同じ座標を有し、マルチビューピクセル１１０２に割り当てられる。ピクセル１ｃ、２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃ、６ｃ、７ｃおよび８ｃは、画像１〜８における同じ座標を有し、マルチビューピクセル１１０３に割り当てられる。連続する画像における同じ座標を持つピクセルの強度は、マルチビューピクセルの複数組のライトバルブのライトバルブに交互の順に割り当てられる。方向矢印１１１２〜１１１５などの方向矢印は、マルチビューピクセル１１０２に割り当てられるピクセルの強度が二組のライトバルブ１１０９および１１１０のライトバルブに割り当てられる交互の順を表す。たとえば、方向矢印１１１２は、一組のライトバルブ１１０９における第１のピクセルへの画像１におけるピクセル１ｂのピクセル強度の割当てを表す。方向矢印１１１３は、一組のライトバルブ１１１０における第１のピクセルへの画像２（画像１に隣接）におけるピクセル２ｂのピクセル強度の割当てを表す。方向矢印１１１４は、一組のライトバルブ１１０９における第２のピクセルへの画像１におけるピクセル３ｂのピクセル強度の割当てを表す。方向矢印１１１５は、一組のライトバルブ１１１０における第２のピクセルへの画像２におけるピクセル４ｂのピクセル強度の割当てを表す。画像１〜８におけるピクセルの強度は、ライトバルブの強度を変調してピクセルの強度と実質的に一致させることによって、一組のライトバルブのライトバルブに割り当てられ得る。たとえば、複数組のライトバルブ１１０９および１１１０のライトバルブ１１１６および１１１７は、それぞれ、ピクセル１ｂおよび６ｂの強度に実質的に一致するように変調される。
【００３７】
導光板のマルチビーム回折格子から回折カップリングにより外に出された光は、対応する一組のライトバルブに伝播する。一組のライトバルブの変調されたライトバルブを通して透過された光は、マルチビューディスプレイ２００のスクリーン２０４から離れて伝播する調光ビームを生じさせる。図１１を参照して上記したようにマルチビューピクセルの複数組のライトバルブによって生じられた一定の調光ビームは、スクリーン２０４から離れてインターリーブし、それによってマルチビュー画像における画像の指向性ピクセルを生じさせる。
【００３８】
図１２は、図１１のマルチビューピクセル１１０２の複数組のライトバルブ１１０９および１１１０のライトバルブから発する指向性ピクセルを例示する。マルチビーム回折格子１２０１および１２０２は、図８Ａ〜８Ｂを参照して上記したように、対応する組のライトバルブ１１０９および１１１０から光を回折カップリングにより外へ出す。実線方向矢印１２０４は、図１１を参照して上記した一組のライトバルブ１１０９のライトバルブから調光ビームとして出る回折カップリングにより外に出された光を表す。破線方向矢印１２０６は、図１１を参照して上記した一組のライトバルブ１１１０のライトバルブから調光ビームとして出る回折カップリングにより外に出された光を表す。図１２に例示されるように、ピクセル２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂおよび７ｂに対応する指向性ピクセルは、視距離１２０８内で、またはその距離にてインターリーブする。ピクセル１ｂおよび８ｂに対応する調光ビームは、視距離１２０８内で複数組のライトバルブ１１０９および１１１０から出力されるその他の調光ビームとインターリーブすることはない。言い換えれば、一連の画像１〜８における最初および最後の画像のピクセルに対応する調光ビームは、視距離１２０８内で一連の画像２〜７における画像のピクセルに対応する調光ビームとインターリーブすることはない。複数組のライトバルブ１１０９および１１１０から出力される調光ビームのインターリーブは、ピクセルを並べ替えて、およそ視距離１２０８で画像１〜８の順序と一致させる。観察者の目１２１０がｘ方向にスクリーン２０４上を移動するにつれて、調光ビームからの光が一連の画像１〜８と同じ順序で観察者の目に入る。その他のマルチビューピクセルが同じように作動されると、観察者の目が視距離１２０８からスクリーン２０４上を移動するにつれて、観察者には画像１〜８が連続した順序で見え、図１Ａを参照して上記したマルチビュー画像体験を再現する。
【００３９】
図１３は、マルチビュー画像を表示する方法のフロー図を例示する。ブロック１３０１において、導光板に光学的に連結される光源によって発生される光が、図２および３を参照して上記したように、導光板内へ光学的に結合される。ブロック１３０２において、マルチビュー画像の一連の二次元（２Ｄ）画像のピクセル強度が、図１０および１１を参照して上記したように、マルチビューピクセルの複数組のライトバルブのライトバルブに割り当てられる。ブロック１３０３において、導光板内を伝播する光の一部が、図６を参照して上記したように、導光板の複数のマルチビーム回折格子から回折カップリングにより外に出される。調光ビームは、図８および１２を参照して上記したように、調光ビームをインターリーブするために、異なる回折角および角度オフセットを有する。ブロック１３０４において、カップリングにより外に出された光ビームが、図１２を参照して上記したように、割り当てられたピクセル強度に従ってマルチビューピクセルの複数組のライトバルブのライトバルブで変調される。インターリーブされ、かつ変調された光ビームは、マルチビュー画像の異なるビューに対応する指向性ピクセルである。
【００４０】
開示した実施形態の以上の記載が、いかなる当業者も本開示を製作または使用することを可能にするために提供されることが認識される。これらの実施形態に対する様々な変更は当業者にとって容易に明らかであろうし、本明細書に定義される一般的な原理は、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用することができる。したがって、本開示は、本明細書に例示される実施形態に限定されるものと意図されるのではなく、本明細書に開示される原理および新規な特徴と一貫した最も広い範囲を与えられるものとする。
【符号の説明】
【００４１】
１００  マルチビューディスプレイ
１０２〜１０５  ビュー
１０６〜１０９  ビュー方向
１１０  光ビーム
２００  マルチビューディスプレイ
２０２  バックライト
２０４  スクリーン
２０８  導光板
２１０  光源
２１２  第１の表面
２１４  第２の表面
２１６  一組のライトバルブ
２１８  マルチビーム回折格子
３０２  光
４０２  表面
４０４  空気
４０６  法線方向
５０２  マルチビーム回折格子
５０６  回折カップリングにより外に出された光
５０８  法線方向
５１０  マルチビーム回折格子
５１２  回折カップリングにより外に出された光
５１４  収束域
６０２  マルチビーム回折格子
６０４  マルチビーム回折格子
６０６  反射材料
６１２  回折光
６１６  回折光
６２０  収束域
７００  マルチビューディスプレイ
７０２〜７０５  ライトバルブの組
７０６  マルチビューピクセル
７０８〜７１１  マルチビーム回折格子
７１２  中心
７１６〜７１８  マルチビューピクセル
８００  マルチビューピクセル
８０２〜８０５  ライトバルブの組
８０６〜８０９  マルチビーム回折格子
８１０  中心
８２０〜８２１  仮想光源
８２２〜８２４  法線方向
９０２  曲線
９０４  観察者の目
９１１〜９１８  領域
１００１〜１００８  ピクセルの組
１１０１〜１１０３  マルチビューピクセル
１１０９〜１１１０  ライトバルブの組
１２０１〜１２０２  マルチビーム回折格子
１２０８  視距離
１２１０  観察者の目
【図１】
2018537698.tif 000004
【図２Ａ−Ｂ】
2018537698.tif 000005
【図２Ｃ】
2018537698.tif 000006
【図３】
2018537698.tif 000007
【図４】
2018537698.tif 000008
【図５Ａ−Ｂ】
2018537698.tif 000009
【図６Ａ−Ｂ】
2018537698.tif 000010
【図７】
2018537698.tif 000011
【図８Ａ−Ｂ】
2018537698.tif 000012
【図９Ａ−Ｂ】
2018537698.tif 000013
【図１０】
2018537698.tif 000014
【図１１】
2018537698.tif 000015
【図１２】
2018537698.tif 000016
【図１３】
2018537698.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月17日(2018.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、
複数組のライトバルブを有するマルチビューピクセルと、
複数のマルチビーム回折格子を有する導光板であり、各マルチビーム回折格子が、前記マルチビューピクセルの異なる一組のライトバルブに対応し、かつ前記マルチビューピクセルの中心に向かって前記一組のライトバルブの中心に関する空間オフセットを有する、導光板とを備え、
前記複数の空間的にオフセットされたマルチビーム回折格子が、前記マルチビューディスプレイの視距離でマルチビュー画像の指向性ビューを生成するようにインターリーブする調光ビームを前記複数組のライトバルブが提供するように、異なる回折角、および対応する組のライトバルブの中心に関する角度オフセットを有する光を前記導光板から回折カップリングにより外へ出すように構成される、マルチビューディスプレイ。
【請求項２】
前記複数のマルチビーム回折格子が、前記導光板の表面に形成されるチャープマルチビーム回折格子を含む、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項３】
前記チャープマルチビーム回折格子が、線形チャープマルチビーム回折格子を含む、請求項２に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項４】
前記チャープマルチビーム回折格子が、非線形チャープマルチビーム回折格子を含む、請求項２に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項５】
前記マルチビーム回折格子のサイズが、ライトバルブのサイズより大きい、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項６】
前記一組のライトバルブの前記中心に関する前記空間オフセットが、ライトバルブのサイズの分数に等しい距離を含む、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項７】
前記マルチビーム回折格子が、透過モードマルチビーム回折格子を含む、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項８】
前記マルチビーム回折格子が、反射モードマルチビーム回折格子を含む、請求項１に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項９】
マルチビューディスプレイであって、
複数のマルチビューピクセルを有するスクリーンであり、各マルチビューピクセルが、複数組のライトバルブを有する、スクリーンと、
複数のマルチビーム回折格子を有するバックライトであり、各マルチビーム回折格子が、一組のライトバルブに対応し、かつマルチビューピクセルの中心に向かって前記一組のライトバルブの中心に関する空間オフセットを有する、バックライトとを備え、
前記複数の空間的にオフセットされたマルチビーム回折格子が、前記マルチビューディスプレイの視距離でマルチビュー画像の指向性ビューを生成するようにインターリーブする調光ビームを前記複数組のライトバルブが提供するように、異なる回折角および角度オフセットを有する光を前記バックライトから回折カップリングにより外へ出すように構成される、マルチビューディスプレイ。
【請求項１０】
前記バックライトが、
前記複数のマルチビーム回折格子が導光板の表面に形成されている導光板と、
前記導光板のエッジに連結される光源であって、前記導光板内へ結合される光を発生する光源とを備え、
前記結合された光の一部が、前記マルチビーム回折格子によって前記導光板から回折カップリングにより外に出される、請求項９に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１１】
前記複数のマルチビーム回折格子が、導光板の表面に形成されるチャープマルチビーム回折格子を含む、請求項９に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１２】
前記一組のライトバルブの前記中心に関する前記空間オフセットが、ライトバルブの長さの分数に等しい距離を含む、請求項９に記載のマルチビューディスプレイ。
【請求項１３】
マルチビュー画像を表示する方法であって、
導光板内へ光源によって発生される光を光学的に結合するステップと、
前記マルチビュー画像の一連の二次元（２Ｄ）画像のピクセル強度をマルチビューピクセルの複数組のライトバルブのライトバルブに割り当てるステップと、
前記光の一部を前記導光板の複数のマルチビーム回折格子から回折カップリングにより外へ出すステップであって、各マルチビーム回折格子が、一組のライトバルブに対応し、かつマルチビューピクセルの中心に向かって前記一組のライトバルブの中心に関する空間オフセットを有する、ステップと、
前記回折カップリングにより外に出された光部分を、割り当てられたピクセル強度に従って、前記マルチビューピクセルの前記複数組のライトバルブのライトバルブを使用して変調するステップであって、前記ライトバルブから出る調光ビームが、インターリーブして、複数組のライトバルブから視距離で前記マルチビュー画像の指向性ビューを生成する、ステップとを含む、方法。
【請求項１４】
前記マルチビュー画像の前記一連の２Ｄ画像の前記ピクセル強度を割り当てるステップが、
対応するピクセル座標を持つ前記２Ｄ画像のピクセルを前記マルチビューピクセルに割り当てるステップと、
連続する２Ｄ画像における前記対応するピクセル座標を持つ前記ピクセルのピクセル強度を、前記マルチビューピクセルの前記複数組のライトバルブのライトバルブに交互の順に割り当てるステップとを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記一連の２Ｄ画像の各２Ｄ画像が、１つまたは複数の三次元（３Ｄ）物体または３Ｄ場面の異なるビューである、請求項１３に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
導光板２０８は、導光板２０８の第１の表面２１２と第２の表面２１４との間でＴＩＲに従って非ゼロ伝播角度で光３０２を導く。図４は、導光板２０８内で伝播することができ、かつ導光板２０８の表面４０２（たとえば、表面４０２は第１の表面２１２または第２の表面２１４とすることができる）の同じ点に入射する２つの光線の軌跡を例示する。
例示されるように、表面４０２は、導光板２０８と空気４０４との間の境界であり、導光板２０８より低い屈折率を有する。一点鎖線４０６は表面４０２に対する法線方向を表し、θｃは法線方向に関する臨界角を示す。入射角は、法線方向に関して測定される。臨界角θｃより大きい角度で表面４０２に入射する光はＴＩＲを受ける。たとえば、方向矢印４０８によって表される光は臨界角θｃより大きい角度で表面４０２に入射するので、方向矢印４１０によって表されるように、光は内部反射される。方向矢印４１２によって表されるように、臨界角θｃより小さい角度で表面４０２に入射する光は、方向矢印４１４によって表されるように透過される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図５Ａ〜５Ｂは、導光板２０８の第１の表面２１２に形成されるチャープ透過モードマルチビーム回折格子の例の横断面図を例示する。図５Ａにおいて、マルチビーム回折格子５０２の回析フィーチャ間隔ｄは、ｘ方向への距離に関して変化する。この例では、フィーチャ間隔ｄが増加する一般的な方向５０４に光が伝播すると、方向矢印５０６で表される回折カップリングされた光がマルチビーム回折格子５０２から発散回折角で出る（すなわち、光が広がる）。マルチビーム回折格子５０２に入射する光は、マルチビーム回折格子５０２を通して回折透過される、または導光板２０８から回折カップリングにより外に出される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
マルチビーム回折格子５０２と相互作用する特定の波長λの光を考える。光がマルチビーム回折格子５０２から出るときに、光は回析フィーチャによって透過され、および異なる方向に散乱されるが、しかし光波は異なる位相でマルチビーム回折格子５０２から出るので、波は建設的および破壊的に干渉し、波が建設的に干渉する光ビームを生じさせる。
たとえば、隣接する回析フィーチャから出る波間の光路差が波長の半分（すなわち、λ／２）であるとき、波は位相を異にして出て、破壊的干渉を通じて相殺され得る。他方、隣接する回析フィーチャから出る波間の光路差が波長λに等しいとき、波は建設的に干渉して、最大強度で出る光ビームを生じさせる。マルチビーム回折格子５０２から最大強度で出る光は、図５Ａに方向矢印５０６によって表され、そして各光線がマルチビーム回折格子５０２から法線方向（すなわち、一点鎖線５０８で表される）に関して第１の表面２１２に出る回折角は、回折方程式に従って計算され得る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
【数１】
2018537698.tif 000018
式中
ｍは回折次数（すなわち、ｍ＝…−２，−１，０，１，２，…）であり、
ｎは導光板２０８の屈折率であり、
θｉは法線方向に関する光の入射角であり、
θｍは導光板２０８から回折カップリングにより外に出されるｍ番目の光線の法線方向に関する回折角である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
マルチビューピクセルの対応する組のライトバルブに関するマルチビーム回折格子の空間オフセットは、導光板から異なる回折角で、かつ角度オフセット（またはチルト）で光を回折カップリングにより外へ出す。図８Ａは、破線四角によって識別される四組のライトバルブ８０２〜８０５および４つの対応するマルチビーム回折格子８０６〜８０９を備えるマルチビューピクセル例８００の平面図を例示する。図８Ｂは、図８Ａに例示される線ＩＩ−ＩＩに沿ったマルチビューピクセル８００の横断面図を例示する。図８Ａにおいて、マルチビーム回折格子８０６〜８０９は、導光板２０８から異なる回折角で光を回折カップリングにより外へ出すように構成され、かつ方向矢印８１２などの方向矢印によって示されるように、マルチビューピクセル８００の中心８１０に向けて空間的にオフセットされる、図５〜６を参照して上記したような、チャープ回折格子を備える。図８Ｂにおいて、導光板２０８内を伝播する光３０２は、方向矢印８１６および８１７によって表されるように、マルチビーム回折格子８０７および８０８に入射する。マルチビーム回折格子８０７および８０８は、図５〜６を参照して上記したように、異なる回折角で光を回折カップリングにより外へ出すように構成される。方向矢印８１８は、マルチビーム回折格子８０７から回折カップリングにより外に出された光の経路を表す。方向矢印８１８で表される、回折カップリングにより外へ出された光は、一組のライトバルブ８０３のライトバルブを通過する。方向矢印８１９は、マルチビーム回折格子８０８から回折カップリングにより外に出された光の経路を表す。方向矢印８１９で表される回折カップリングにより外に出された光は、一組のライトバルブ８０４のライトバルブを通過する。複数組のライトバルブを通過する、当該回折カップリングにより外に出された光は、仮想光源８２０および８２１などの別々の仮想光源によって発生されたように見える。マルチビーム回折格子の（または、同等に仮想光源の）空間オフセットは、各組のライトバルブの中心に設けられるスクリーン２０４に対する法線方向に関して角度オフセットｄθを生じさせる。一般に、角度オフセットｄθは、特定の一組のライトバルブと関連付けられる光ビームのすべてに実質的に等しく当てはまる。たとえば、図８Ｂにおいて、一点鎖線８２２および８２３は、それぞれ、複数組のライトバルブ８０３および８０４の中心でスクリーン２０４に対する法線方向を表す。一点鎖線８２４は、マルチビーム回折格子８０７の中心に対する法線方向を表す。光は、マルチビーム回折格子８０７から法線方向に関して回折角θｍでカップリングにより外に出され、一組のライトバルブ８０３の、一点鎖線８２２で表される法線方向に関して角度オフセットｄθを含む。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
図９〜１２は、マルチビューピクセルの複数組のライトバルブを使用してマルチビュー画像の異なるビューを投影することを例示する。図９Ａは、マルチビュー画像の異なるビューに投影されることになる三次元（３Ｄ）物体の例としての文字「Ｒ」を例示する。文字Ｒはｘｙ平面に在り、かつｚ方向に突出する。当該画像１〜８と対応してラベル付けした方向矢印は、ｘｚ平面に在る曲線９０２に沿った３Ｄ文字Ｒの８つの異なるビュー方向を表す。図９Ｂは、１〜８とラベル付けした３Ｄ文字「Ｒ」の一連の８つの異なる二次元（２Ｄ）画像を例示する。各２Ｄ画像は、図９Ａに例示される文字Ｒの８つの異なるビューの１つを表示する。図９Ｂの画像１〜８は、観察者の目９０４が曲線９０２に沿って対応するビュー方向に３Ｄ文字Ｒを眺めたときに、観察者に見えるであろう文字Ｒの別個のビューを表す。言い換えれば、画像１〜８は、曲線９０２に沿って２Ｄ文字Ｒのマルチビュー画像を形成する。たとえば、図９Ｂの２Ｄ画像３は、図９Ａの画像３のビュー方向の文字Ｒのビューを表示する。一連の画像１〜８は、連続的であるか、または図９Ａの画像１〜８のビュー方向に対応する空間遷移で配列される。たとえば、図９Ｂにおける画像３から画像２または４いずれかへの観察者の注意の変化は、図９Ａにおける画像３に対応するビュー方向から画像２または４のビュー方向いずれかへの変化に同等である。
【国際調査報告】
2018537698.tif 000019
2018537698.tif 000020