JP2007535004A - 積み重ね可能な導波路を有する光学パネルシステム - Google Patents

Abstract

積み重ね可能な導波路を有する光学パネルシステムが提供される。光学パネルシステムは、投影された光画像を表示し、積み重ねられた状態にある複数の平面状の光導波路を有する。光学パネルシステムは更に、複数の導波路を積み重ねられた状態において整列させ且つ支持するサポートシステムを有する。一実施態様では、サポートシステムは、少なくとも１つのロッドを有し、各導波路は少なくとも１つの穴を有し、各ロッドは各導波路内の対応する穴を通して配置される。他の実施態様では、サポートシステムは、少なくとも２つの対向端部構造体であって、それらの間に複数の導波路が配置される少なくとも２つの対向端部構造体を有し、各対向端部構造体は結合表面を有し、各導波路の向かい合う端部は対向端部構造体の結合表面と相補的である結合表面を有し、対向端部構造体の各結合表面は各導波路の向かい合う端部の対応する相補的な結合表面に係合する。

Description

連邦政府により支援された研究又は開発に関する説明
本発明は、エネルギー省によって与えられた契約番号ＤＥ−ＡＣ０２−９８ＣＨ１０８８６の下での政府支援を伴ってなされた。政府は本発明に一定の権利を有する。

発明の分野
本発明は、一般には、光学パネルの分野に関し、より詳細には、積み重ね可能な導波路を有する光学パネルシステムに関する。

発明の背景
広い開催地（現場，会場）、例えば、スタジアム（球場）、アリーナ（競技場）、シアター（劇場，映画館）、フィールド（グランド）などにおいては、例えば、スポーツイベント、演劇イベント、映画、コンサート、演説などのイベントに参加している観衆に対して種々の画像を表示するために、大きなジャンボトロン型のディスプレイスクリーン（表示画面）が広く用いられてきた。このような大きなディスプレイスクリーンは、膨大な数の人々に画像を表示する仕事を適当にこなすが、このディスプレイの大きなサイズは、開催地でのその組み立てを極めて困難とし、又時間のかかるものとする。更に、このようなディスプレイスクリーンの全体のサイズは、そのディスプレイスクリーンを開催地から開催地へと輸送するために、複雑且つ費用のかかる手順及び技術を必要とする。

このように、上述のような不都合を解消することが可能であり、安価且つ効率的な方法にて現場（in situ）で迅速且つ簡単に組み立てることができ、又その後輸送のために分解することができるディスプレイスクリーンを提供することが望まれる。

従って、広大な開催地状況において（任意の規模の開催地状況でも勿論）利用することができ、大きなディスプレイスクリーンによって経験される上述のような不利益を被ることのない、積み重ね可能な導波路を有する光学パネルシステムを提供することが望まれる。更に、これらの問題に取り組む一方で、本発明の積み重ね可能な導波路を有する光学パネルシステムは、高い周辺光の状況（又は任意の光状況）において望まれる優れた高コントラスト性を同時に提供することができる。

本発明のこれらの及びその他の利点は、以下の本発明の詳細な説明から、より完全に明らかになるだろう。

発明の要約
本発明は、投影された光画像を表示するための光学パネルシステムに関する。前記光学パネルシステムは、積み重ねられた状態にある複数の平面状の光導波路であって、各導波路は第１の端部と第２の端部とを有し、前記複数の第１の端部によって入口面が画成される、前記複数の平面状の光導波路を有する。前記光学パネルシステムはまた、前記複数の導波路が所定の構造となるように、前記複数の導波路を前記積み重ねられた状態において整列させ且つ支持するサポートシステムを有し、前記複数の導波路が前記所定の構造とされている時に、各導波路は、前記サポートシステムを用いて、隣接する導波路に対して所定の適正な位置に保持される。前記サポートシステムは少なくとも１つのロッドを有していてよく、各導波路は少なくとも１つの穴を有し、各ロッドは前記少なくとも１つの穴のうち対応する１つを通して配置され、これによって前記複数の導波路を前記所定の構造にて提供する。

別法として、前記サポートシステムは、少なくとも２つの対向端部構造体であって、それらの間に前記複数の導波路が配置される少なくとも２つの対向端部構造体を有していてよく、前記少なくとも２つの対向端部構造体は各導波路の向かい合う端部に係合し、これによって前記複数の導波路は前記所定の構造とされる。前記少なくとも２つの対向端部構造体のうち少なくとも１つはロッドであってよい。

前記少なくとも２つの対向端部構造体のうち少なくとも１つは結合表面を有していてよく、各導波路の前記向かい合う端部のうち少なくとも１つは前記少なくとも１つの対向端部構造体の前記結合表面と相補的である結合表面を有していてよく、前記少なくとも１つの対向端部構造体の各結合表面は、各導波路の前記向かい合う端部のうちの前記少なくとも１つの対応する相補的な結合表面に係合してよく、これによって前記複数の導波路は前記所定の構造とされる。前記少なくとも１つの対向端部構造体の少なくとも１つの結合表面は、実質的に蟻継ぎ形状、実質的にＬ字形状、又は実質的にＵ字形状であってよい。前記対向端部構造体は、各導波路を隣接する導波路から所定距離隔てて位置決めする複数の導波路位置決め要素を有していてよい。

前記導波路は第１の屈折率を有する材料で形成された透明なストリップを有していてよく、各前記ストリップは、前記複数の導波路が前記所定の構造とされている時に、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する空気によって取り囲まれる。空気によって取り囲まれた各前記ストリップの間に黒色ストリップが配置されてよい。

別法として、前記導波路は第１の屈折率を有する材料で形成された透明なストリップを有していてよく、各前記ストリップは、その各側面上に、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有するクラッド材料のコーティングを有する。各ストリップの前記クラッド材料コーティングの少なくとも１つは、その上に黒色層コーティングを有していてよい。

前記光学パネルシステムは更に、前記入口面に設けられ、これによって前記入口面に入射する画像光を再指向させる、少なくとも１つのカプラーを有していてよい。前記入口面を鋸歯状として、これによって前記入口面に入射する画像光を再指向させるように、前記導波路群の前記複数の第１の端部の各々は傾斜していてよい。

前記複数の第２の端部によって出口面が画成され、前記出口面を鋸歯状として、これによって前記出口面から放射される画像光を再指向させるように、前記導波路群の前記複数の第２の端部の各々は傾斜していてよい。

前記光学パネルシステムは更に、各導波路を隣接する導波路から所定距離隔てて位置決めする複数の導波路位置決め要素（これは上述の対向端部構造体の導波路位置決め要素とは異なる）を有していてよい。この実施態様における前記導波路位置決め要素は、前記複数の導波路が前記所定の構造とされている時に各導波路が空気によって取り囲まれるように、隣接する導波路の間に配置されてよい。これらの導波路位置決め要素は、微粒子を有していてよい。

一実施態様では、各導波路は複数の平面状の副導波路を有していてよく、各副導波路は各導波路内の隣接する副導波路に結合されていてよい。各副導波路は第１の屈折率を有する材料で形成された透明なストリップを有していてよく、前記ストリップは、その各側面上に、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有するクラッド材料のコーティングを有する。各導波路の各第１の端部によって副入口面が画成されてよく、前記光学パネルシステムは更に、各導波路の各副入口面に設けられ、これによって前記副入口面に入射する画像光を再指向させる、少なくとも１つのカプラーを有していてよい。

本発明が明確に理解され又容易に実施され得るように、本発明を添付の図面と併せて説明する。

好ましい実施態様の詳細な説明
本発明に関する図面及び説明は、本発明の明確な理解に関連する要素を例示するために単純化されていることがあり、一方で、明確さを期すために、典型的な光学パネルシステムにおいて見られるその他の要素が省略されていることを理解されたい。当業者は、本発明を実施するためにはその他の要素が望まれ且つ／或いは必要とされることがあることを認識するだろう。しかしながら、そのような要素は斯界にて周知であり、又それらが本発明のよりよい理解を助けることはないので、そのような要素の議論は本明細書では提供されない。又、本明細書に含まれる図面は、本発明の現時点で好ましい構造の模式的描写を提供しているに過ぎず、本発明の範囲内の構造はこれらの図面に示されるものとは異なる構造を含み得ることを理解されたい。各図面を参照すると、同様の構造には同様の参照番号が付されている。

図１には、本発明の典型的な実施態様に従う光学パネルシステム１０が示されている。このディスプレイは、任意の所望の用途のための、水平幅対垂直高さの任意の所望のアスペクト比を有する光学パネル１２を含む、構成部品群の組立品である。典型的な大型ビデオ画像光学パネルが示されており、これは、例えば、１５フィート（＝４５７．２ｃｍ）の対角線スクリーン長さを有していてよい。但し、より小さい又はより大きい対角線スクリーン長さも企図し得る。

光学パネル１２は、画像光１８をビームの形態でパネルを通して投影（投射）してパネルに面する観察者による直視のためにビデオ画像１８ａを生成するように適当に構成されたプロジェクタ（投影機）１６と協働する。プロジェクタ１６は、見える画像を投影することのできる任意の従来の形態をとることができる。

例えば、画像ビーム１８は、初め、明るい白熱電球、又はレーザー、或いは任意のその他の適当な光源であってよい適当な光源において、プレーンな、変調されていない光として発生される。この初期の光は単色光であっても、所望に応じて色彩を有していてもよい。

次いで、このプレーンな光は、所望のビデオ画像又はパターンを規定する個々の画素、即ち、ピクセルを作り出すように、モジュレータ（変調器）において空間的に変調される。モジュレータは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：liquid crystal display）又はデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Micromirror Device）などの任意の従来の形態をとることができる。

ＬＣＤは、選択されたピクセルにおいて選択的に光を遮るように選択的に不透明にされる部分を有する光透過型デバイスである。ＤＭＤは、光反射型デバイスであり、これは、対応するピクセルを規定するように、光をパネルに向けて又はパネルから遠ざけるように反射するために選択的に傾斜可能な個々のマイクロミラーを有する。

パネルを通して伝達（透過）するために、パネルの背面上で所望に応じて画像ビームを水平方向及び垂直方向に拡大縮小及び集束させるように、レンズを含む適当な結像光学系（結像光学部品）がパネルと光モジュレータとの間に光学的に整列されていてよい。光源、モジュレータ、及び結像光学系は、１つの全体的ユニットとして結合されていてもよいが、所望に応じてこれらの構成部品の各々の位置は異なっていてもよい。例えば、各構成部品は、いくらかの距離をおいて、互いに分離されていてよい。

光学パネル１２は、ポリマー、プラスチック、又はガラス、或いはこれらの組み合わせで形成されたコア／ストリップ（小板、細長片）３０ａを有する、複数の積み重ねられた光導波路３０から成る。好ましい一実施態様では、積み重ねられた導波路３０のコア３０ａのための好ましい材料として、プレキシガラス（登録商標）を選択することができる。図２は、導波路３０を形成するコア／ストリップ３０ａの１つの例示的な寸法（即ち、縮尺通りには描かれていない）を示しており、Ｓ１（長さ）＝１インチ（＝２．５４ｃｍ）、Ｓ２（幅）＝１０フィート（＝３０４．８ｃｍ）、及びＳ３（厚さ）＝１／４インチ（＝０．６３５ｃｍ）である。勿論、ストリップ３０ａの寸法及びサイズは、この例と異なっていてもよい。更に、個々のストリップ３０ａの各々のサイズ及び寸法は、実質的に同一であっても、同じ導波路３０の積層体内の他のストリップ３０ａと異なっていてもよい。導波路は、好ましくは、光学パネルの全体に沿って水平方向に連続的に延在する平面（即ち、平坦なリボンの形態）である。

各導波路３０は、第１の端部と第２の端部とを有し、複数の第１の端部によって入口面２０が画成され、又複数の第２の端部によって出口面２２が画成される。又、図１には、入口面２０に任意で設けられて、これにより入口面２０に入る画像光１８を再指向（リダイレクト）させる、光カプラー（結合器）１９が示されている。

一実施態様では、光学パネル１２は、光学的に透明なストリップ３０ａ（例えば、屈折率ｎ＝１．４９を有する）であって、各ストリップの間の空気（例えば、屈折率ｎ＝１を有する）によって取り囲まれた光学的に透明なストリップ３０ａを有する、複数の導波路３０から成る。空気の微小な層さえ提供すれば、各ストリップは互いの上に直接配置することができる。この場合、この空気の微小な層は、各ストリップを構成する材料と比較して相対的に屈折率の低い材料として機能するのに十分であり、これにより、結果的に、入口面２０から出口面２２への画像光１８の実質的な全反射（ＴＩＲ：total internal reflection）をもたらす。

他の実施態様では、光学パネル１２のコントラストを増大するために、黒色層（暗色又は黒色材料で形成されるが、本明細書ではこれら両方を「黒色」という）を、各透明ストリップの間に追加することができる。この黒色層は、周辺光を吸収することを助けることができる。これはまた、スクリーンを著しく暗く見えるようにすることができ、これによってコントラストを改善することができる。例えば、ポリマーで形成された薄い黒色層を、図１中の各ストリップの間に配置することができる。例えば、各透明ストリップは１／４インチ（＝０．６３５ｃｍ）（図２中のＳ３参照）であってよく、一方各黒色層は０．０００５インチ（＝０．００１２７ｃｍ）程度に薄くてよい。構成及び取り扱いの目的では、より厚い黒色層がより実用的であることがある。勿論、より小さい又はより大きい黒色層の厚さも企図し得る。黒色層は、好ましくは、ストリップのものと同一の長さ及び幅（即ち、それぞれ図２のＳ１及びＳ２）を有していてよい。

各ストリップの間の空気の微小な層に依存する代わりに、各ストリップは、複数の導波路位置決め要素（素子）の利用によって意図的に分離させることができ、これによって各ストリップは、積み重ねられた状態にある時に空気３０ｄによって取り囲まれる。これらの導波路位置決め要素は、隣接するストリップの間に提供することができ、又、例えば、ポリマー、プラスチック、ガラス、又はこれらの組み合わせを有する微粒子５１（図１６）から成っていてよい。

別の実施態様では、対向端部構造体（opposing edge structures）（後述する図１及び４〜８に示される５０、１５０、２５０、３５０、４５０）が、各ストリップ、即ち、導波路を隣接する導波路から所定距離隔てて位置決めするための複数の導波路位置決め要素を有していてよい。この実施態様では、導波路位置決め要素は、ビーズ、フック、インデント（きざみ，へこみ）、溝、突出部、ノッチ（切り欠き）、タブ（つまみ，つめ）、釘（つめ）、ねじ、ボルト、スパイク（大釘）、ピン、無頭釘、鋲、又はこれらの組み合わせから成る群から選択されるアイテムを有していてよい。例えば、タブ１５１（図１７：例えば、本棚において用いられるタイプのようなもの）を利用する場合、導波路は、導波路の端部のための棚（出っ張り）として機能するタブ１５１上に置くことができる（本棚のタブ上に置かれる本棚の棚と同様である）。導波路をそれに対応するタブ１５１上に積み重ねることを容易とするために、傾斜した対向端部構造体（群）５５０を任意に利用することができる。勿論、傾斜した対向端部構造体（即ち、少なくとも１つ、又はそれ以上）は、本開示における如何なる実施態様においても（例えば、導波路位置決め要素を有しない実施態様においてさえ）利用することができる。傾斜した対向端部構造体を利用する場合、複数の導波路の特定の積み重ね順序が重要なファクターになってくる。

より好ましい一実施態様では、低屈折率クラッドとして空気は利用されなくてよい。寧ろ、個々のストリップ３０ａは、図３に示されるように、各々が低屈折率クラッド材料３０ｂで、又任意に黒色層３０ｃでコーティング（被覆）されてよい。クラッド層３０ｂは、画像光がストリップ３０ａを通して伝達される時に画像光の実質的な全反射（ＴＩＲ）を提供するように、ストリップ３０ａのものよりも低い第２の屈折率を有する。クラッドは、例えば、適当なプラスチック又はエポキシであってよい。或いは、別個の黒色層３０ｃを用いる代わりに、クラッド材料３０ｂ自体が黒色であってもよい。黒色クラッドは、所望に応じて１つ以上のクラッド層において、黒色のスプレーペイント（噴霧塗料）又は隣接するコアを結合して一緒にするエポキシ接着剤中のカーボン粒子などの任意の適当な方法で形成することができる。

上述のように、ストリップの厚さ（Ｓ３）は１／４インチ（＝０．６３５ｃｍ）であってよく、一方低屈折率クラッド３０ｂと黒色層３０ｃとを合わせた厚さ（図３中のＳ４）は０．０００５インチ（＝０．００１２７ｃｍ）であってよい。この好ましい実施態様において、透明ストリップは、屈折率ｎ＝１．４９を有していてよく、一方クラッド層は屈折率ｎ＝１．４７（即ち、上述の実施態様における空気の１．０ではなく）を有していてよい。この好ましい実施態様において、屈折率を互いに非常に近い値に保つことによって、導波路の受け入れ角はプロジェクタからの画像光のみを受け入れるように限定され（即ち、プロジェクタが最適な角度に配置されている場合）、一方実質的に全ての周辺光を拒絶する。この構成は、スクリーンを更に黒色とするのを可能とし、これによって、結果的に、出口面２２にて表示される画像１８ａの著しく高いコントラストをもたらす。

複数の導波路３０を積み重ねられた状態において整列させ且つ支持するために、サポートシステム（支持系）が利用される。図１及び４に示される実施態様では、サポートシステムは２つのロッド（棒）５０を有し、これらは各導波路３０に設けられた対応する穴５０ａを通して配置され、これによってストリップ群を所定の構造とする。穴は、例えば、各導波路の向かい合う（反対側の）端部（端面）の近くに設けられていてよく、又、例えば、ドリル加工などの種々の技術によって形成されてよい。積層体を形成するためには、導波路を個々にロッド上に配置してもよいし、多数のストリップを同時にロッド上に配置してもよい。導波路は、好ましくは、互いの頂部上に垂直方向に積み重ねられて光学パネルの高さを形成し、又３００〜３０００本の解像線を提供するように合計約３００〜３０００個の導波路に達してよいが、所望に応じてより多くても、より少なくてもよい。

勿論、任意の数のロッド／穴を企図することができるが、それぞれ２つが最適な数である。ロッド５０は、ワイヤー（線材）の形態又はその他の形態をとることができる。ロッドは、例えば、プラスチック、ガラス、カーボンファイバー（炭素繊維）、木材、金属、又はこれらの組み合わせなどの任意の十分に堅い材料を有していてよい。ロッドは、好ましくは透明（例えば、実質的にストリップ３０ａのものと同じ屈折率を有する材料から成る）であってもよいし、不透明材料から成っていてもよい。ロッドは、断面円形であってもよいし、その他の任意の断面形状を有していてもよい。ロッドは、好ましくは、各々が、例えば、０．０５インチ（＝０．１２７ｃｍ）の直径を有するワイヤーの形態である。勿論、ロッドのサイズは、例えば、ディスプレイの全体のサイズ又は重量などのファクターに応じて異なっていてよい。

他の好ましい一実施態様では、サポートシステムは、少なくとも２つの対向端部構造体１５０を有し、複数の導波路３０がそれらの間に配置される。対向端部構造体１５０は、十分に堅い材料を有し、又好ましくは図５に示されるように蟻継ぎ形状の断面を有する。蟻継ぎ形状表面１５０ａは、各導波路３０の向かい合う端部（即ち、相補的な結合蟻継ぎ形状表面１５０ｂを有する）に係合し、これによって導波路群を所定の構造とする。結合表面（嵌合面，合わせ面）の形状は、端部構造体と導波路の端部との間の確実な係合が達成されるならば、図５に示された形状と異なっていてもよい。蟻継ぎ形状は、例えば、端部構造体の成形中などに、種々の技術を用いて端部構造体に形成することができる。同様に、相補的な蟻継ぎ形状は、例えば、所定の（積み重ねられた）構造にある時に導波路群を切断（のこ引き）するなどの、種々の技術を用いて導波路に形成することができる。

他のタイプのサポートシステムを企図することができる。例えば、サポートシステムは、図６に示されるように、導波路の角部において導波路の端部に係合する、Ｌ字形状の断面を有する対向端部構造体２５０を、代わりに利用することができる。他の一例として、サポートシステムは、図７に示されるように、導波路の端部に係合する、Ｕ字形状の断面を有する対向端部構造体３５０を、代わりに利用することができる。更に他の一例として、サポートシステムは、各々が、例えば、円形状の断面を有するロッドの形態の対向端部構造体４５０を、代わりに利用することができる。このロッドは、図８に示されるように、導波路の端部、前面、及び背面に係合する。勿論、図５〜８に示されるものよりも少ない又は多い数の端部構造体を利用してもよい。

所定の構造にある時に、導波路積層体が出口面と実質的に平行な入口面を有すると共に、図１に示されるように入口面及び出口面が各導波路内の画像光の方向に対して実質的に垂直であってよい。他の実施態様では、導波路積層体が出口面と実質的に平行な入口面を有すると共に、図９に示されるように入口面及び出口面が各導波路内の画像光の方向に対して傾斜して（角度を有して）いてよい。他の実施態様では、導波路積層体は、図１０及び１１に示されるように出口面に対して傾斜した（角度を有する）入口面を有していてよい。他の実施態様では、図１２に示されるように、出口面を鋸歯状にして、これによって出口面から放射される画像光を再指向させるように、導波路の複数の第２の端部の各々は傾斜している（斜角が付けられている）。他の実施態様では、図１３に示されるように、入口面を鋸歯状にして、これによって入口面に入射する画像光を再指向させるように、導波路の複数の第１の端部の各々は傾斜している（斜角が付けられている）。他の実施態様では、導波路積層体は、図１４に示されるように入口面及び出口面のうち少なくとも１つが湾曲していてよい。

他の好ましい一実施態様では、単独の、解放された、分離可能な導波路群を有する導波路積層体から成る光学パネル１２を提供する代わりに、図１５に示されるように、光学パネルは、複数のモジュール型導波路積層体セクション１２ａ、１２ｂ、１２ｃを用いて提供することができる。例えば、各個別のセクション１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、上述の実施態様において説明した導波路３０のものと実質的に同じように機能する複数の導波路３０（これを「副導波路（sub-waveguide）」という）を有する。これらの個別のセクション内の副導波路は、例えば、ビスカーディ（Biscardi）らに付与された米国特許第６，３０１，４１７号及びベリグダン（Veligdan）らに付与された米国特許第６，４８７，３５０号に記載されたものなどの公知の技術を用いて、一緒にラミネート（積層）されている。一旦形成されれば、これらのセクション１２ａ、１２ｂ、１２ｃは上述の実施態様において説明した如何なる個別の導波路３０又は複数の導波路３０をも置き換えることができ、又上述の如何なるサポートシステムとも一緒に、実質的に同じようにして用いることができる。図１５は、各セクション１２ａ、１２ｂ、１２ｃの間に任意で設けられる空気３０ｄの層を示している。この任意で設けられる空気３０ｄの層は、例えば、上述の如何なる導波路位置決め要素５１、１５１によっても設けることができる。

カプラーを、任意で、各セクション１２ａ、１２ｂ、１２ｃの副入口面（sub-inlet face）において用いることができ、これによって副入口面に入射する画像光を再指向させることができる。このカプラーは、各導波路セクション上に形成される追加のシート又は層の形態であってもよいし、各セクションを形成する積層工程の前に又は後に個々の副導波路の端部内に埋め込んでもよい。ディフューザ（拡散器）を、同様にして、副出口面（sub-outlet face）において組み込み、形成又は埋め込みすることができる。この実施態様において説明したカプラー及びディフューザの種々の形態／形成技術を、他の実施態様においても利用することができる。

米国特許第６，３０１，４１７号及び米国特許第６，４８７，３５０号は、上述の如何なる実施態様においても利用することができる導波路コア（ストリップ）、クラッド、黒色層、及びカプラーのための種々の材料及び形成技術を記載する。

上述の各実施態様では、光学パネルシステム１０を、画像光が入口面２０で受容され且つ出口面２２で表示されるタイプのもの（即ち、パス・スルー（透過）型画像投影装置）であるものとして説明している。しかしながら、上述の各実施態様において説明したサポートシステムは、別法として、例えば、ベリグダン（Veligdan）に付与された米国特許第６，５３５，６７４号に記載されるような前面投影型装置においても採用することができることを理解されたい。この前面投影型装置では、光は導波路積層体の入口面で受容され且つ導波路の背面に設けられた少なくとも１つのリフレクタ（反射器）によって反射される。このリフレクタは、画像光を、同時に出口面としても機能する入口面に向けて再指向させて戻す。

当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく上述の実施態様の種々の変更及び変形が可能であることを認識するだろう。例えば、１つの実施態様からの端部構造体（群）（例えば図５）を、他の実施態様（群）からの端部構造体（群）（例えば図７）と組み合わせて利用することができる。一例として、図５に示される蟻継ぎ係合構造を導波路積層体の１つの端部において利用することができ、一方導波路積層体の他の端部では図７に示されるＵ字形状係合構造を利用することができる。従って、本発明は上述の特定の実施態様に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって規定されるように、そのような変更及び変形を包含することを意図していることを理解されたい。

図１は、本発明の好ましい一実施態様に従う、光指向性フィルムを有する光学パネルシステムを示す、部分切り欠き等角図である。 図２は、本発明の好ましい一実施態様に従う導波路ストリップの等角図である。 図３は、本発明の好ましい一実施態様に従う、その各側面上がクラッド層及び黒色層でコーティングされた導波路ストリップの断面側面図である。 図４は、本発明の好ましい一実施態様に従う、各導波路内の穴を通して設けられた支持ロッドを有する、部分的に構成された光学パネルシステムの等角図である。 図５は、本発明の好ましい一実施態様に従う光学パネルシステムであって、蟻継ぎ結合表面を有する２つの対向端部支持構造体と、対向端部支持構造体の結合表面と相補的である結合表面を有する向かい合う端部を有する導波路の積層体と、を有する光学パネルシステムの分解平面図である。 図６は、本発明の好ましい一実施態様に従う光学パネルシステムであって、Ｌ字形状の結合表面を有する４つの対向端部支持構造体と、対向端部支持構造体の結合表面と相補的である結合表面を有する向かい合う端部を有する導波路の積層体と、を有する光学パネルシステムの平面図である。 図７は、本発明の好ましい一実施態様に従う光学パネルシステムであって、Ｕ字形状の結合表面を有する２つの対向端部支持構造体と、対向端部支持構造体の結合表面と相補的である結合表面を有する向かい合う端部を有する導波路の積層体と、を有する光学パネルシステムの平面図である。 図８は、本発明の好ましい一実施態様に従う光学パネルシステムであって、支持ロッドの形態の６つの対向端部支持構造体と、対向端部支持構造体と係合する向かい合う端部を有する導波路の積層体と、を有する光学パネルシステムの平面図である。 図９は、本発明の好ましい一実施態様に従う、平行な入口面と出口面との間に傾斜した導波路構造を有する導波路積層体の側面図である。 図１０は、本発明の好ましい一実施態様に従う、出口面に対し平行ではない入口面を有する導波路積層体の側面図である。 図１１は、本発明の好ましい一実施態様に従う、出口面に対し平行ではない入口面を有する台形形状の導波路積層体の側面図である。 図１２は、本発明の好ましい一実施態様に従う、出口面に光指向性の鋸歯形状（セレーション）を有する導波路積層体の側面図である。 図１３は、本発明の好ましい一実施態様に従う、入口面に光指向性のプリズムを有する導波路積層体の側面図である。 図１４は、本発明の好ましい一実施態様に従う、湾曲した入口面及び出口面を有する導波路積層体の等角図である。 図１５は、本発明の好ましい一実施態様に従う、各モジュール型セクションの各導波路内の穴を通して設けられた支持ロッドを有する３つのモジュール型セクションとして提供される光学パネルシステムの正面図である。 図１６は、本発明の好ましい一実施態様に従う、微粒子を有する導波路位置決め要素を有する光学パネルシステムの正面図である。 図１７は、本発明の好ましい一実施態様に従う、タブを有する導波路位置決め要素を有する光学パネルシステムの正面図である。

Claims (58)

1. 投影された光画像を表示するための光学パネルシステムにおいて、
   積み重ねられた状態にある複数の平面状の光導波路であって、各導波路は第１の端部と第２の端部とを有し、前記複数の第１の端部によって入口面が画成される、前記複数の平面状の光導波路と、
   前記複数の導波路が所定の構造となるように、前記複数の導波路を前記積み重ねられた状態において整列させ且つ支持するサポートシステムと、
   を有し、
   前記複数の導波路が前記所定の構造とされている時に、各導波路は、前記サポートシステムを用いて、隣接する導波路に対して所定の位置に保持される、
   ことを特徴とする光学パネルシステム。
2. 前記サポートシステムは少なくとも１つのロッドを有し、各導波路は少なくとも１つの穴を有し、各ロッドは前記少なくとも１つの穴のうち対応する１つを通して配置され、これによって前記複数の導波路は前記所定の構造とされることを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
3. 前記サポートシステムは２つのロッドから成り、各導波路は２つの穴を有し、各ロッドは前記穴のうち対応する１つを通して配置され、これによって前記複数の導波路は前記所定の構造とされることを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
4. 前記少なくとも１つのロッドのうち少なくとも１つはワイヤーであることを特徴とする請求項２に記載の光学パネルシステム。
5. 前記少なくとも１つのロッドのうち少なくとも１つは、透明であり、且つ、前記導波路のコアのものと実質的に等しい屈折率を有することを特徴とする請求項２に記載の光学パネルシステム。
6. 前記少なくとも１つのロッドのうち少なくとも１つは、プラスチック、ガラス、カーボンファイバー、木材、金属、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される材料から実質的に成ることを特徴とする請求項２に記載の光学パネルシステム。
7. 前記サポートシステムは、少なくとも２つの対向端部構造体であって、それら間に前記複数の導波路が配置される少なくとも２つの対向端部構造体を有し、前記少なくとも２つの対向端部構造体は各導波路の向かい合う端部に係合し、これによって前記複数の導波路は前記所定の構造とされることを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
8. 前記少なくとも２つの対向端部構造体のうち少なくとも１つはロッドであることを特徴とする請求項７に記載の光学パネルシステム。
9. 前記少なくとも２つの対向端部構造体のうち少なくとも１つは結合表面を有し、各導波路の前記向かい合う端部のうち少なくとも１つは前記少なくとも１つの対向端部構造体の前記結合表面と相補的である結合表面を有し、前記少なくとも１つの対向端部構造体の各結合表面は、各導波路の前記向かい合う端部のうちの前記少なくとも１つの対応する相補的な結合表面に係合し、これによって前記複数の導波路は前記所定の構造とされることを特徴とする請求項７に記載の光学パネルシステム。
10. 前記少なくとも１つの対向端部構造体の少なくとも１つの結合表面は、実質的に蟻継ぎ形状であることを特徴とする請求項９に記載の光学パネルシステム。
11. 前記少なくとも１つの対向端部構造体の少なくとも１つの結合表面は、実質的にＬ字形状であり、且つ、各導波路の角部に係合することを特徴とする請求項９に記載の光学パネルシステム。
12. 前記少なくとも１つの対向端部構造体の少なくとも１つの結合表面は、実質的にＵ字形状であることを特徴とする請求項９に記載の光学パネルシステム。
13. 前記サポートシステムは、少なくとも２つの対向端部構造体であって、それらの間に前記複数の導波路が配置される少なくとも２つの対向端部構造体を有し、各対向端部構造体は結合表面を有し、各導波路の向かい合う端部は前記対向端部構造体の前記結合表面と相補的である結合表面を有し、前記対向端部構造体の各結合表面は各導波路の前記向かい合う端部の対応する相補的な結合表面に係合し、これによって前記複数の導波路は前記所定の構造とされることを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
14. 前記対向端部構造体の前記結合表面のうち少なくとも１つは、実質的に蟻継ぎ形状であることを特徴とする請求項１３に記載の光学パネルシステム。
15. 前記サポートシステムは少なくとも１つのロッドを有し、各導波路は少なくとも１つの穴を有し、前記サポートシステムは更に端部構造体を有し、前記端部構造体は結合表面を有し、各導波路の端部は前記端部構造体の前記結合表面と相補的である結合表面を有し、前記端部構造体の前記結合表面は各導波路の前記端部の前記相補的な結合表面に係合し、前記少なくとも１つのロッドの各々は前記少なくとも１つの穴のうち対応する１つを通して配置され、これによって前記複数の導波路は前記所定の構造とされることを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
16. 前記端部構造体の前記結合表面は、実質的に蟻継ぎ形状であることを特徴とする請求項１５に記載の光学パネルシステム。
17. 前記複数の導波路が前記所定の構造とされている時に各前記導波路は隣接する導波路とは異なる幅を有し、前記少なくとも２つの対向端部構造体のうち少なくとも１つは、前記複数の導波路が前記所定の構造とされている時に前記変化する幅の導波路群に適合するように傾斜していることを特徴とする請求項７に記載の光学パネルシステム。
18. 前記対向端部構造体は、各導波路を隣接する導波路から所定距離隔てて位置決めする複数の導波路位置決め要素を有することを特徴とする請求項７に記載の光学パネルシステム。
19. 少なくとも１つの導波路位置決め要素は、ビーズ、フック、インデント、溝、突出部、ノッチ、タブ、釘、ねじ、ボルト、スパイク、ピン、無頭釘、鋲、及びこれらの組み合わせから成る群から選択されるアイテムを有することを特徴とする請求項１８に記載の光学パネルシステム。
20. 前記導波路は第１の屈折率を有する材料で形成された透明なストリップを有し、各前記ストリップは、前記複数の導波路が前記所定の構造とされている時に、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する空気によって取り囲まれることを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
21. 空気によって取り囲まれた各前記ストリップの間に黒色ストリップが配置されることを特徴とする請求項２０に記載の光学パネルシステム。
22. 前記導波路は第１の屈折率を有する材料で形成された透明なストリップを有し、各前記ストリップは、その各側面上に、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有するクラッド材料のコーティングを有することを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
23. 各ストリップの前記クラッド材料コーティングの少なくとも１つは、その上に黒色層コーティングを有することを特徴とする請求項２２に記載の光学パネルシステム。
24. 前記導波路は、ポリマー、プラスチック、ガラス、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される材料から成ることを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
25. 前記複数の第２の端部によって出口面が画成され、前記入口面は前記出口面と実質的に平行であり、前記入口面及び前記出口面は各前記導波路内の画像光の方向に対して実質的に垂直であることを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
26. 前記複数の第２の端部によって出口面が画成され、前記入口面は前記出口面と実質的に平行であり、前記入口面及び前記出口面は各前記導波路内の画像光の方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
27. 前記複数の第２の端部によって出口面が画成され、前記入口面は前記出口面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
28. 前記複数の第２の端部によって出口面が画成され、前記入口面及び前記出口面のうち少なくとも１つは湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
29. 更に、前記入口面に設けられ、これによって前記入口面に入射する画像光を再指向させる、少なくとも１つのカプラーを有することを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
30. 前記入口面を鋸歯状として、これによって前記入口面に入射する画像光を再指向させるように、前記導波路群の前記複数の第１の端部の各々は傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
31. 前記複数の第２の端部によって出口面が画成され、前記出口面を鋸歯状として、これによって前記出口面から放射される画像光を再指向させるように、前記導波路群の前記複数の第２の端部の各々は傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
32. 各導波路は、幅が少なくとも１０フィート（＝３０４．８ｃｍ）の透明なストリップを有することを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
33. 各導波路は、幅が少なくとも１０フィート（＝３０４．８ｃｍ）、厚さが少なくとも０．２５インチ（＝０．６３５ｃｍ）、長さが少なくとも１インチ（＝２．５４ｃｍ）の透明なストリップを有することを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
34. 前記複数の第２の端部によって出口面が画成され、少なくとも１つの導波路は、前記出口面を完全に横切って一方向に延在することを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
35. 前記光学パネルシステムは更に、各導波路を隣接する導波路から所定距離隔てて位置決めする複数の導波路位置決め要素を有することを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
36. 前記導波路位置決め要素は、前記複数の導波路が前記所定の構造とされている時に各導波路が空気によって取り囲まれるように、隣接する導波路の間に配置されることを特徴とする請求項３５に記載の光学パネルシステム。
37. 前記導波路位置決め要素は微粒子を有することを特徴とする請求項３６に記載の光学パネルシステム。
38. 前記微粒子は、ポリマー、プラスチック、ガラス、又はこれらの組み合わせから成ることを特徴とする請求項３７に記載の光学パネルシステム。
39. 前記導波路位置決め要素は隣接する導波路の間に配置され、且つ、前記導波路位置決め要素は微粒子を有することを特徴とする請求項３５に記載の光学パネルシステム。
40. 前記微粒子は、ポリマー、プラスチック、ガラス、又はこれらの組み合わせから成ることを特徴とする請求項３９に記載の光学パネルシステム。
41. 各導波路は、複数の平面状の副導波路を有することを特徴とする請求項１に記載の光学パネルシステム。
42. 各副導波路は、各導波路内の隣接する副導波路に結合されることを特徴とする請求項４１に記載の光学パネルシステム。
43. 各副導波路は第１の屈折率を有する材料で形成された透明なストリップを有し、前記ストリップは、その各側面上に、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有するクラッド材料のコーティングを有することを特徴とする請求項４２に記載の光学パネルシステム。
44. 各導波路は複数の平面状の副導波路を有し、各副導波路は各導波路内の隣接する副導波路に結合され、各副導波路は第１の屈折率を有する材料で形成された透明なストリップを有し、前記ストリップは、その各側面上に、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有するクラッド材料のコーティングを有することを特徴とする請求項２に記載の光学パネルシステム。
45. 各導波路は複数の平面状の副導波路を有し、各副導波路は各導波路内の隣接する副導波路に結合され、各副導波路は第１の屈折率を有する材料で形成された透明なストリップを有し、前記ストリップは、その各側面上に、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有するクラッド材料のコーティングを有することを特徴とする請求項７に記載の光学パネルシステム。
46. 各導波路は複数の平面状の副導波路を有し、各副導波路は各導波路内の隣接する副導波路に結合され、各副導波路は第１の屈折率を有する材料で形成された透明なストリップを有し、前記ストリップは、その各側面上に、前記第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有するクラッド材料のコーティングを有することを特徴とする請求項９に記載の光学パネルシステム。
47. 前記ストリップの前記クラッド材料コーティングの少なくとも１つは、その上に黒色層コーティングを有することを特徴とする請求項４３に記載の光学パネルシステム。
48. 前記複数の導波路が前記所定の構造とされている時に、各導波路は空気によって取り囲まれることを特徴とする請求項４３に記載の光学パネルシステム。
49. 各導波路の各第１の端部によって副入口面が画成され、前記光学パネルシステムは更に、各導波路の各副入口面に設けられ、これによって前記副入口面に入射する画像光を再指向させる、少なくとも１つのカプラーを有することを特徴とする請求項４３に記載の光学パネルシステム。
50. 前記ストリップの前記クラッド材料コーティングの少なくとも１つは、その上に黒色層コーティングを有することを特徴とする請求項４４に記載の光学パネルシステム。
51. 前記複数の導波路が前記所定の構造とされている時に、各導波路は空気によって取り囲まれることを特徴とする請求項４４に記載の光学パネルシステム。
52. 各導波路の各第１の端部によって副入口面が画成され、前記光学パネルシステムは更に、各導波路の各副入口面に設けられ、これによって前記副入口面に入射する画像光を再指向させる、少なくとも１つのカプラーを有することを特徴とする請求項４４に記載の光学パネルシステム。
53. 前記ストリップの前記クラッド材料コーティングの少なくとも１つは、その上に黒色層コーティングを有することを特徴とする請求項４５に記載の光学パネルシステム。
54. 前記複数の導波路が前記所定の構造とされている時に、各導波路は空気によって取り囲まれることを特徴とする請求項４５に記載の光学パネルシステム。
55. 各導波路の各第１の端部によって副入口面が画成され、前記光学パネルシステムは更に、各導波路の各副入口面に設けられ、これによって前記副入口面に入射する画像光を再指向させる、少なくとも１つのカプラーを有することを特徴とする請求項４５に記載の光学パネルシステム。
56. 前記ストリップの前記クラッド材料コーティングの少なくとも１つは、その上に黒色層コーティングを有することを特徴とする請求項４６に記載の光学パネルシステム。
57. 前記複数の導波路が前記所定の構造とされている時に、各導波路は空気によって取り囲まれることを特徴とする請求項４６に記載の光学パネルシステム。
58. 各導波路の各第１の端部によって副入口面が画成され、前記光学パネルシステムは更に、各導波路の各副入口面に設けられ、これによって前記副入口面に入射する画像光を再指向させる、少なくとも１つのカプラーを有することを特徴とする請求項４６に記載の光学パネルシステム。

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