JP2015525497A5 - - Google Patents

Description

それに加えて、本明細書においてセクションの見出しは、米国特許規則§１．７７の規定するところに従って、さもなくば、編成上の目印（organizational cue）として提供されるものである。これらの見出しは、本開示から生じ得る請求項に定める実施形態を限定したり又は特徴付けたりしないものとする。具体的には、単に例示ではあるが、「技術分野」という見出しがあるが、いわゆる分野（field）を説明するためにこの見出しの下に選択された表現によって、特許請求の範囲が限定されることはない。更に、「背景技術」に記載された技術に関する記述が、特定の技術が、本開示における任意の（複数の）実施形態に対する先行技術であることの承認として、解釈されるべきではない。「発明の概要」についても、公開される請求項で述べられる（複数の）実施形態を特徴づけるものとして考慮されるべきでない。更に、本開示においては、単数形での「発明（invention）」に対するいずれの言及も、本開示における新規な点が１つのみである、ということを主張するために使用されるべきではない。複数の実施形態は、本開示により、公開される複数の請求項の限定に従って、述べられる場合がある。したがって、これらの請求項は、この（複数の）実施形態及びそれらの同等物を定義することによって、それらを保護している。全ての例において、これらの請求項の範囲は、本開示に照らして、固有の利点が考慮されるべきであり、本明細書に述べる見出しによって制約されてはならない。
［請求項１］
指向性照明導波路配置であって、
入力端と、導波路に沿って光をガイドする第１のガイド面及び対向する第２のガイド面とを備え、前記第１のガイド面が内部全反射によって光をガイドするように配置され、前記第２のガイド面が、導波路を横切って横方向に延在すると共に、前記入力端からの入力光を前記第１のガイド面を通して出力光として反射するように配向された複数のファセットを備える、ステップ状の形状を有し、光を抽出することなく導波路を通して光を方向付けるように配置された前記複数のファセット間の複数の中間領域を備える、導波路と、
（ａ）横方向に配分した異なる複数の横方向位置から、及び（ｂ）横方向に対して垂直に配分した異なる複数の入力方向に、方向付けられた前記入力光を提供するように選択的に動作可能であり、前記第１のガイド面を通して出力される入力光が、（ａ）入力光の横方向位置に応じて、横方向の前記第１のガイド面に対する法線に対して配分される、及び（ｂ）入力光の入力方向に応じて、横方向に対して垂直方向の前記第１のガイド面に対する法線に対して配分される、出力方向に方向付けられる、照明システムと、を備える、導波路配置。
［請求項２］
前記照明システムが、複数の光源の二次元配列と、前記複数の光源の配列と前記導波路との間に配置された横方向に対して垂直な方向に正の光出力を有する集光光学素子とを備え、前記複数の光源の配列が、横方向に前記導波路の前記入力端を横切って配分されて、横方向に配分された、且つ垂直方向に配分された異なる複数の横方向位置からの入力光を提供して、横方向に垂直に配分された異なる複数の入力方向に入力光を提供する、請求項１に記載の導波路配置。
［請求項３］
前記複数の光源の二次元配列が前記集光光学素子の焦点面に配置される、請求項２に記載の導波路配置。
［請求項４］
前記複数の光源が離散的である、請求項２又は３に記載の導波路配置。
［請求項５］
前記照明システムがバックライト及び透過型区間光変調器を含む、請求項２又は３に記載の導波路配置。
［請求項６］
前記複数の光源の配列が横方向及び垂直方向に異なるピッチを有する、請求項２から５のいずれか一項に記載の導波路配置。
［請求項７］
前記集光光学素子がレンズ素子を含む、請求項２から６のいずれか一項に記載の導波路配置。
［請求項８］
前記レンズ素子が前記導波路の前記入力端上におけるレンズ面を含む、請求項７に記載の導波路配置。
［請求項９］
前記レンズ素子が、前記複数の光源の配列と前記導波路との間に配置された追加のレンズ素子を備える、請求項７に記載の導波路配置。
［請求項１０］
前記集光光学素子が反射素子を含む、請求項２から６のいずれか一項に記載の導波路配置。
［請求項１１］
前記集光光学素子が主にその光軸の片側に配置される、請求項２から１０のいずれか一項に記載の導波路配置。
［請求項１２］
前記複数の光源がエアギャップによって前記導波路の前記入力端から分離される、請求項２から１１のいずれか一項に記載の導波路配置。
［請求項１３］
前記照明システムが、
横方向に前記導波路の前記入力端全体にわたって配分され、横方向に配分された異なる複数の横方向位置から入力光を提供する複数の光源の一次元配列と、
前記複数の光源の配列と前記導波路との間に配置され、前記複数の光源の配列によって出力された光を横方向に対して垂直な異なる量で偏向して、横方向に対して垂直に配分された異なる複数の入力方向に入力光を提供するように選択的に動作可能である偏向素子と
を備える、請求項１に記載の導波路配置。
［請求項１４］
前記偏向素子が、前記複数の光源の配列によって出力された光を横方向に対して垂直な異なる量で偏向するように回転可能な反射素子である、請求項１３に記載の導波路配置。
［請求項１５］
前記複数の光源が光線状の光を出力するように配置され、前記導波路配置が、前記偏向素子と前記導波路との間に配設され、且つ主に横方向に光を拡散するように配置された拡散素子を更に備える、請求項１３又は１４に記載の導波路配置。
［請求項１６］
前記複数の光源と前記導波路との間に配置された、横方向に対して垂直な方向に正の光出力を有する集光光学素子を更に備える、請求項１３又は１４に記載の導波路配置。
［請求項１７］
前記導波路が、入力光からの光を反射して前記導波路を通して戻すための、前記入力端に面する反射端を更に備え、前記導波路の前記第２のガイド面の前記複数のファセットが、前記反射端から反射した後の光を反射するように配向される、請求項１から１６のいずれか一項に記載の導波路配置。
［請求項１８］
前記反射端が前記導波路を横切る横方向に正の光出力を有する、請求項１７に記載の導波路配置。
［請求項１９］
前記反射端が平面であり、前記複数のファセットが前記導波路を横切る横方向に正の光出力を有する、請求項１７に記載の導波路配置。
［請求項２０］
前記第２のガイド面の前記複数のファセットが、前記導波路の光軸に沿って変動する傾きを有する、請求項１から１９のいずれか一項に記載の導波路配置。
［請求項２１］
請求項１から２０のいずれか一項に記載の導波路配置と、
前記導波路の第１のガイド面を横切って延在し、中を通って出力される光を変調するように配置された、透過型空間光変調器と、を備える指向性ディスプレイデバイス。
［請求項２２］
請求項２１に記載の指向性ディスプレイデバイスと、
前記出力方向に対応して視野窓内へと光を方向付けるため、前記照明システムを選択的に動作させるように配置された制御システムと、を備えるディスプレイ装置。
［請求項２３］
前記制御システムが、時間多重化された左右の画像を表示すると共に、それと同期して、表示画像を観察者の左右の目に対応する位置にある視野窓内へと方向付けるため、前記ディスプレイデバイスを制御するように更に配置された、自動立体ディスプレイ装置である、請求項２２に記載のディスプレイ装置。
［請求項２４］
前記制御システムが、前記ディスプレイデバイス全体にわたって観察者の位置を検出するように配置されたセンサシステムを更に備え、
前記制御システムが、観察者の検出位置に応じて、前記表示画像を前記観察者の左右の目に対応する位置にある視野窓内へと方向付けるように配置される、請求項２３に記載の自動立体ディスプレイ装置。
［請求項２５］
請求項１から２０のいずれか一項に記載の導波路配置を備え、ヘッドマウント装置を着用したときにユーザの少なくとも片目を横切って延在するように前記導波路が配置された、ユーザの頭部に着用されるように適合されたヘッドマウント装置。
［請求項２６］
前記複数のファセットのピッチが不規則である、請求項２５に記載のヘッドマウント装置。
［請求項２７］
前記導波路の前記第２のガイド面を横切って延在すると共に、合致する形状を有する前記第２のガイド面に面する表面を有する補償光学素子を更に備える、請求項２５または２６に記載のヘッドマウント装置。
［請求項２８］
画像を表す画像データにしたがって、（ａ）異なる複数の横方向位置から、且つ（ｂ）異なる複数の入力方向に、方向付けられる入力光を提供するため、前記照明システムを操作するように配置された制御システムを更に備える、請求項２５から２７のいずれか一項に記載のヘッドマウント装置。
［請求項２９］
眼鏡を着用したときに前記ユーザの両目を横切って延在するように配置された複数のレンズを備える眼鏡である、請求項２５から２８のいずれか一項に記載のヘッドマウント装置。
［請求項３０］
前記複数のレンズが視力を補正するための光出力を有する複数の補正レンズである、請求項２９に記載の眼鏡。
［請求項３１］
前記複数の補正レンズが前記導波路とは別個の素子である、請求項３０に記載の眼鏡。
［請求項３２］
前記複数の補正レンズが前記導波路のガイド面によって形成される、請求項３０に記載の眼鏡。
［請求項３３］
画像データによって表されるコリメートされた画像を表示するニアアイディスプレイ装置であって、
請求項１から２０のいずれか一項に記載の導波路配置と、
前記画像データにしたがって、（ａ）異なる複数の横方向位置から、且つ（ｂ）異なる複数の入力方向に、方向付けられる入力光を提供するため、前記照明システムを操作する制御システムと、を備える、ニアアイディスプレイ装置。
［請求項３４］
前記照明システムが、
横方向に前記導波路の前記入力端全体にわたって配分され、横方向に配分された異なる複数の横方向位置から入力光を提供する複数の光源の一次元配列と、
前記複数の光源の配列と前記導波路との間に配置され、前記複数の光源の配列によって出力された光を横方向に対して垂直な異なる量で偏向して、方向に対して垂直に配分された異なる複数の入力方向に入力光を提供するように選択的に動作可能である偏向素子とを備え、
前記制御システムが、画像データの連続するラインを表示するように前記複数の光源の配列を操作し、それと同期して前記偏向素子を操作するように配置される、請求項３３に記載のニアアイディスプレイ装置。
［請求項３５］
出力光が表示されるべき画像をコリメートされた画像として表すように、前記画像にしたがって、（ａ）異なる複数の横方向位置から、且つ（ｂ）異なる複数の入力方向に、方向付けられる入力光を提供するように、前記照明システムを操作することと、
前記コリメートされた画像を観賞することと、を含む、請求項１から２０のいずれか一項に記載の導波路配置を使用してコリメート画像を表示する方法。
［請求項３６］
光を方向付けるための結像指向性バックライトを備え、
前記結像指向性バックライトは、
第１の光ガイド面と、前記第１の光ガイド面とは反対側の第２の光ガイド面とを更に含む導波路と、
前記第１の光ガイド面及び前記第２の光ガイド面の間に位置し、複数の照明素子の配列における各素子から、前記結像指向性バックライト内の個々の異なる指向性分布へと光を方向付けるように動作可能である入力光学系と
を有する、指向性照明装置。
［請求項３７］
前記導波路が、複数の照明素子の配列又は入力集光光学系の少なくとも１つと協働して、複数の視野窓の二次元配列を提供する、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項３８］
前記複数の照明素子の配列が複数のＬＥＤの二次元配列である、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項３９］
前記複数の照明素子の配列が段付きの前記導波路からエアギャップによって分離される、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項４０］
前記複数の照明素子の配列における前記複数の照明素子の角度付き出力が独立して変調されて、複数の視野窓の配列を提供する、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項４１］
前記入力光学系が、実質的に平面の出力面を有する円筒状の湾曲したプロファイルのレンズによって提供される、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項４２］
前記導波路が入力面を更に備え、更に前記入力光学系が、前記入力面に取り付けられると共に、前記入力面に対して平行に実質的に細長い、請求項４１に記載の指向性照明装置。
［請求項４３］
前記導波路と前記入力光学系との間に配置された光学フィルタを更に備える、請求項４２に記載の指向性照明装置。
［請求項４４］
前記複数の照明素子の配列が前記導波路及び前記入力光学系に対してほぼ整列される、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項４５］
前記複数の照明素子の配列の縁部と前記入力光学系との間に光バッフルを更に備える、請求項４４に記載の指向性照明装置。
［請求項４６］
前記入力光学系が前記複数の照明素子の配列に結合された細長いレンズである、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項４７］
空気表面の数が低減され、光損失が低減される、請求項４６に記載の指向性照明装置。
［請求項４８］
前記入力光学系が低屈折率材料である、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項４９］
前記低屈折率材料がフッ素化材料である、請求項４８に記載の指向性照明装置。
［請求項５０］
前記入力光学系の厚さを低減するように配置されたフレネルレンズ部品をさらに備える、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項５１］
前記入力光学系が屈折集光光学系である、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項５２］
湾曲し傾斜したミラーを更に備える、請求項５１に記載の指向性照明装置。
［請求項５３］
前記入力光学系が第１の集光区画及び第２の集光区画を更に備える、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項５４］
前記入力光学系が、垂直の視野窓それぞれに対して単一の照明素子を提供できるように配置されたハーフレンズ面を更に備える、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項５５］
傾斜式ミラーを更に備える、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項５６］
前記複数の照明素子の配列が、光を実質的に前記傾斜式ミラー上へと方向付けるレーザー光源配列である、請求項５５に記載の指向性照明装置。
［請求項５７］
ホログラム偏向素子を更に備える、請求項３６に記載の指向性照明装置。
［請求項５８］
段付き結像指向性バックライトであって、
前記段付き結像指向性バックライトの第１の端部に位置する入力側と、
前記段付き結像指向性バックライトの第２の端部に位置する反射側と、
前記段付き結像指向性バックライトの前記入力側と前記反射側との間に位置する第１の光指向側及び第２の光指向側と、
複数の照明素子の配列から、前記段付き結像指向性バックライト内の異なる複数の指向性分布のそれぞれへと光を方向付ける、前記第１の光指向側及び前記第２の光指向側の間に位置する入力光学系と
を備え、
前記第２の光指向側は、複数のガイド機能及び複数の抽出機能を更に有する、段付き結像指向性バックライト。
［請求項５９］
前記段付き結像指向性バックライトが複数の視野窓の二次元配列を提供する、請求項５８に記載の段付き結像指向性バックライト。
［請求項６０］
前記段付き結像指向性バックライトが、前記複数の照明素子の二次元配列及び入力集光光学系と協働して、複数の視野窓の二次元配列を提供する、請求項５８に記載の段付き結像指向性バックライト。
［請求項６１］
光学弁の第１の端部に位置する入力側と、
前記光学弁の第２の端部に位置する反射側と、
前記光学弁の前記入力側と前記反射側との間に位置する第１の光指向側及び第２の光指向側と、
複数の照明素子の配列から、前記光学弁内の異なる複数の指向性分布のそれぞれへと光を方向付ける、前記第１の光指向側及び前記第２の光指向側の間に位置する入力光学系と
を備え、
前記第２の光指向側は、複数のガイド機能及び複数の抽出機能を更に有する、光学弁。
［請求項６２］
前記光学弁が前記複数の照明素子の二次元配列及び入力集光光学系と協働して、複数の視野窓の二次元配列を提供する、請求項６１に記載の光学弁。
［請求項６３］
前記複数の照明素子の配列が複数のＬＥＤの二次元配列である、請求項６１に記載の光学弁。
［請求項６４］
光をガイドする光学弁であって、第１の光ガイド面と、複数のガイド機能及び複数の抽出機能を更に含み、前記複数の抽出機能によって、光が第１の方向に伝搬するときに実質的に損失なく光を通すことが可能になると共に、光が前記光学弁を出ることが可能になる前記第１の光ガイド面とは反対側の第２の光ガイド面と、を有する光学弁と、
複数の照明素子の配列のそれぞれから前記光学弁内の異なる複数の指向性分布のそれぞれ内へと光を方向付ける入力集光光学系と、
前記光学弁から光を受光するように動作可能な空間光変調器と、
前記空間光変調器に対する観察者位置を決定する制御ユニットと、
前記空間光変調器に対して適切な画像を提供する画像制御ユニットと、
前記観察者位置に部分的に基づいて、出力に対する適正な照明の位相及び方向を決定する照明コントローラと
を備える、複数の指向性分布を提供する指向性バックライトディスプレイシステム。
［請求項６５］
前記照明コントローラが、前記複数の照明素子の配列における前記複数の照明素子のうちどれを照明するかを決定する、請求項６４に記載の複数の指向性分布を提供する指向性バックライトディスプレイシステム。
［請求項６６］
前記光学弁と前記空間光変調器の複数のピクセルとの間で生じるモワレ干渉を実質的に低減する拡散器を更に備える、請求項６５に記載の複数の指向性分布を提供する指向性バックライトディスプレイシステム。

Claims (24)

1. 指向性照明導波路配置であって、
   入力端と、導波路に沿って光をガイドする第１のガイド面及び対向する第２のガイド面とを備え、前記第１のガイド面が内部全反射によって光をガイドするように配置され、前記第２のガイド面が、導波路を横切って横方向に延在すると共に、前記入力端からの入力光を前記第１のガイド面を通して出力光として反射するように配向された複数のファセットを備える、ステップ状の形状を有し、光を抽出することなく導波路を通して光を方向付けるように配置された前記複数のファセット間の複数の中間領域を備える、導波路と、
   （ａ）横方向に配分した異なる複数の横方向位置から、及び（ｂ）横方向に対して垂直に配分した異なる複数の入力方向に、方向付けられた前記入力光を提供するように選択的に動作可能であり、前記第１のガイド面を通して出力される入力光が、（ａ）入力光の横方向位置に応じて、横方向の前記第１のガイド面に対する法線に対して配分される、及び（ｂ）入力光の入力方向に応じて、横方向に対して垂直方向の前記第１のガイド面に対する法線に対して配分される、出力方向に方向付けられる、照明システムと、を備える、導波路配置。
2. 前記照明システムが、複数の光源の二次元配列と、前記複数の光源の配列と前記導波路との間に配置された横方向に対して垂直な方向に正の光出力を有する集光光学素子とを備え、前記複数の光源の配列が、横方向に前記導波路の前記入力端を横切って配分されて、横方向に配分された、且つ垂直方向に配分された異なる複数の横方向位置からの入力光を提供して、横方向に垂直に配分された異なる複数の入力方向に入力光を提供する、請求項１に記載の導波路配置。
3. 前記複数の光源の二次元配列が前記集光光学素子の焦点面に配置される、請求項２に記載の導波路配置。
4. 前記複数の光源が離散的である、請求項２又は３に記載の導波路配置。
5. 前記照明システムがバックライト及び透過型区間光変調器を含む、請求項２又は３に記載の導波路配置。
6. 前記複数の光源の配列が横方向及び垂直方向に異なるピッチを有する、請求項２から５のいずれか一項に記載の導波路配置。
7. 前記集光光学素子がレンズ素子を含む、請求項２から６のいずれか一項に記載の導波路配置。
8. 前記レンズ素子が前記導波路の前記入力端上におけるレンズ面を含む、請求項７に記載の導波路配置。
9. 前記レンズ素子が、前記複数の光源の配列と前記導波路との間に配置された追加のレンズ素子を備える、請求項７に記載の導波路配置。
10. 前記集光光学素子が反射素子を含む、請求項２から６のいずれか一項に記載の導波路配置。
11. 前記集光光学素子が主にその光軸の片側に配置される、請求項２から１０のいずれか一項に記載の導波路配置。
12. 前記複数の光源がエアギャップによって前記導波路の前記入力端から分離される、請求項２から１１のいずれか一項に記載の導波路配置。
13. 前記照明システムが、
    横方向に前記導波路の前記入力端全体にわたって配分され、横方向に配分された異なる複数の横方向位置から入力光を提供する複数の光源の一次元配列と、
    前記複数の光源の配列と前記導波路との間に配置され、前記複数の光源の配列によって出力された光を横方向に対して垂直な異なる量で偏向して、横方向に対して垂直に配分された異なる複数の入力方向に入力光を提供するように選択的に動作可能である偏向素子と
    を備える、請求項１に記載の導波路配置。
14. 前記偏向素子が、前記複数の光源の配列によって出力された光を横方向に対して垂直な異なる量で偏向するように回転可能な反射素子である、請求項１３に記載の導波路配置。
15. 前記複数の光源が光線状の光を出力するように配置され、前記導波路配置が、前記偏向素子と前記導波路との間に配設され、且つ主に横方向に光を拡散するように配置された拡散素子を更に備える、請求項１３又は１４に記載の導波路配置。
16. 前記複数の光源と前記導波路との間に配置された、横方向に対して垂直な方向に正の光出力を有する集光光学素子を更に備える、請求項１３又は１４に記載の導波路配置。
17. 前記導波路が、入力光からの光を反射して前記導波路を通して戻すための、前記入力端に面する反射端を更に備え、前記導波路の前記第２のガイド面の前記複数のファセットが、前記反射端から反射した後の光を反射するように配向される、請求項１から１６のいずれか一項に記載の導波路配置。
18. 前記反射端が前記導波路を横切る横方向に正の光出力を有する、請求項１７に記載の導波路配置。
19. 前記反射端が平面であり、前記複数のファセットが前記導波路を横切る横方向に正の光出力を有する、請求項１７に記載の導波路配置。
20. 前記第２のガイド面の前記複数のファセットが、前記導波路の光軸に沿って変動する傾きを有する、請求項１から１９のいずれか一項に記載の導波路配置。
21. 請求項１から２０のいずれか一項に記載の導波路配置と、
    前記導波路の第１のガイド面を横切って延在し、中を通って出力される光を変調するように配置された、透過型空間光変調器と、を備える指向性ディスプレイデバイス。
22. 請求項２１に記載の指向性ディスプレイデバイスと、
    前記出力方向に対応して視野窓内へと光を方向付けるため、前記照明システムを選択的に動作させるように配置された制御システムと、を備えるディスプレイ装置。
23. 前記制御システムが、時間多重化された左右の画像を表示すると共に、それと同期して、表示画像を観察者の左右の目に対応する位置にある視野窓内へと方向付けるため、前記ディスプレイデバイスを制御するように更に配置された、自動立体ディスプレイ装置である、請求項２２に記載のディスプレイ装置。
24. 前記制御システムが、前記ディスプレイデバイス全体にわたって観察者の位置を検出するように配置されたセンサシステムを更に備え、
    前記制御システムが、観察者の検出位置に応じて、前記表示画像を前記観察者の左右の目に対応する位置にある視野窓内へと方向付けるように配置される、請求項２３に記載の自動立体ディスプレイ装置。