JP2022516700A - マルチビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイ及び方法 - Google Patents

マルチビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイ及び方法 Download PDF

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Abstract

複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイは、静的マルチビューディスプレイのマルチビュー画像のビューに対して主角度方向を有する指向性光ビームを提供するように構成された回折格子を使用する。複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイは、光源からの光を誘導するライトガイドを含む。光源は、長手方向にオフセットされ得る光エミッタを含んでもよい。光源の光エミッタは、光エミッタの長手方向オフセットによって決定される伝播角を有するコリメートされた導波光ビームをライトガイド内に提供する。さらに、回折格子の異なるセットは、マルチビュー画像を表す異なる複数の指向性光ビームとして、コリメートされた導波光ビームの異なる部分を異なるビューゾーンに散乱又は回折させる。これらのビューゾーンは、ブランクゾーンによって分離され得る、異なる重なり合わない角度範囲を有することができる。

Description

関連出願の相互参照
該当なし
連邦政府による資金提供を受けた研究開発に関する記載
該当なし
電子ディスプレイは、多種多様なデバイス及び製品の情報をユーザに伝達するためのほぼユビキタスな媒体である。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、光を発するディスプレイ）又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）のいずれかに分類され得る。パッシブディスプレイは、本質的に低電力消費を含むがこれに限定されない魅力的な性能特性を示すことが多いが、発光能力がないことを考慮すると、多くの実用的な用途では幾分用途が限られる場合がある。放射光に関連するパッシブディスプレイの制限を克服するために、多くのパッシブディスプレイは、外部光源、例えば、バックライトなどに結合される。
本明細書に記載の原理による例及び実施形態の様々な特徴は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによってより容易に理解することができ、同様の参照番号は同様の構造要素を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイの斜視図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイのビュー方向に対応する特定の主角度方向を有する光ビームの角度成分のグラフ表示を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における回折格子の断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの断面図である。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの上面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの斜視図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ内の回折格子の上面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ内の回折格子の上面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における透過モード回折格子カプラの断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における反射モード回折格子カプラの断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における反射型回折格子カプラの斜視図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における放物面反射器カプラの断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における放物面反射器カプラの斜視図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイのブロック図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法のフローチャートを示す。
特定の例及び実施形態は、上記参照図面に示された特徴に加えて、及びその代わりのうちの一方である他の特徴を有する。これら及び他の特徴は、上に参照された図を参照して以下に詳述される。
本明細書に記載の原理による例及び実施形態は、マルチビュー画像又は３次元（３Ｄ）画像を表す指向性光ビームを放射する複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイを提供する。具体的には、本明細書に記載の原理と一致する実施形態は、光源からの光を誘導するライトガイドを有する複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイを提供する。光源は、長手方向にオフセットされた光エミッタを含むことができる。光源の光エミッタは、光エミッタの長手方向オフセットによって決定される伝播角を有するコリメートされた導波光ビームをライトガイド内に提供する。さらに、回折格子の異なるセットは、マルチビュー画像を表す異なる複数の指向性光ビームとして、コリメートされた導波光ビームの異なる部分を異なるビューゾーンに散乱又は回折させる。これらのビューゾーンは、ブランクゾーンによって分離され得る、異なる重なり合わない角度範囲を有することができる。さらに、マルチビュー画像の方向は、コリメートされた導波光ビームの色と伝播角の両方の関数である。なお、マルチビュー画像は互いに異なっていてもよい。
回折格子のセット内の回折格子の各々の格子特性は、ビューゾーン内の対応するマルチビュー画像のビューピクセルの強度及びビュー方向に対応する指向性光ビームの強度及び主角度方向を決定する。格子特性は、回折格子によって提供される指向性光ビームの主角度方向を決定する、回折格子の格子ピッチ若しくは特徴部間隔、回折格子の格子配向、又はその両方を含むことができる。さらに、格子特性は、回折格子によって提供される指向性光ビームの強度を決定する格子深さ、格子サイズ（長さ又は幅など）、又はその両方を含むことができる。さらに、回折格子のセット内の回折格子は、コリメートされた導波光ビームの一部が複数の指向性光ビームとして散乱されるライトガイドの放射面と同じ表面上に配置されてもよい。あるいは、回折格子のセット内の回折格子は、ライトガイドの放射面とは反対側のライトガイドの表面上に配置されてもよい。したがって、ライトガイド及び回折格子のセットは、長手方向に直交する垂直方向に伝播する光に対して透明である。さらに、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイは、ライトガイドの入力にコリメート光カプラを含むことができる。コリメート光カプラは、光源の光エミッタからの光をコリメートされた導波光ビームとしてライトガイドの入力部に光学的に結合し、光エミッタの長手方向オフセットは、コリメート光カプラに対する長手方向の光エミッタの位置である。例えば、コリメート光カプラは、円筒格子カプラ、例えば、反射モード回折格子又は透過モード回折格子などを含むことができる。
複数の指向性光ビームは強度及び主角度方向を有するので、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイは、マルチビュー画像を提供するように構成され得る。例えば、回折格子のセットは、異なる方向、したがってマルチビュー画像が見えるビューゾーン内の異なる角度範囲を有するマルチビュー画像を提供することができる。この機能により、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイは、異なるマルチビュー画像を異なる視聴者に同時に提供することができる。
いくつかの実施形態では、光源は、異なる色のコリメートされた導波光ビームによって提供されるマルチビュー画像のグループが角度範囲の合成マルチビュー画像をもたらすように選択された長手方向オフセットを有する異なる色を有する複数の光エミッタを含むことができる。合成マルチビュー画像は、異なる色と異なる光エミッタの相対照度との組み合わせを表す色を有することができる。
本明細書に記載の複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの使用には、携帯電話（例えば、スマートフォン）、時計、タブレットコンピュータ、モバイルコンピュータ（例えば、ラップトップコンピュータ）、パーソナルコンピュータ及びコンピュータモニタ、自動車ディスプレイコンソール、ヘッドアップディスプレイ、カメラディスプレイ、及び様々な他のモバイル並びに実質的に非モバイルのディスプレイアプリケーション及びデバイスが含まれるが、これらに限定されない。例えば、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイは、自動車のフロントガラス又は窓を通して静的ヘッドアップマルチビュー画像を提供することができる。したがって、前述したように、本議論における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイは、ライトガイド内の複数のコリメートされた導波光ビームのうちのコリメートされた導波光ビームの伝播方向と直交する方向に伝播する光に対して透明なライトガイドを備えることができ、回折格子のセットは、ビューゾーン内の角度範囲内のマルチビュー画像を表す指向性光ビームを操作又は提供するためにライトガイドの表面に配置される。
本明細書では、「マルチビューディスプレイ」は、異なるビュー方向でマルチビュー画像の異なるビューを提供するように構成された電子ディスプレイ又はディスプレイシステムとして定義される。図１Ａは、本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ１０の斜視図を示す。図１Ａに示すように、マルチビューディスプレイ１０は、マルチビュー画像内のビュー１４内にビューピクセルを表示するためのスクリーン１２上に回折格子を備える。スクリーン１２は、例えば、電話（例えば、携帯電話、スマートフォンなど）、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータのコンピュータモニタ、カメラディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、自動車ディスプレイ、又は実質的に任意の他のデバイスの電子ディスプレイの表示画面であってもよい。マルチビューディスプレイ１０は、スクリーン１２上の回折格子に対して異なるビュー又は主角度方向１６でマルチビュー画像の異なるビュー１４を提供する。ビュー方向１６は、スクリーン１２から様々な異なる主角度方向に延びる矢印として示されている。異なるビュー１４は、矢印の終端（すなわち、ビュー方向１６を示す）に多角形のボックスとして示されていて、限定ではなく例として、４つのビュー１４及び４つのビュー方向１６のみが示されている。図１Ａでは異なるビュー１４がスクリーン１２の上にあるように示されているが、マルチビュー画像がマルチビューディスプレイ１０に表示されると、ビュー１４は実際にはスクリーン１２上又はその近傍に現れることに留意されたい。スクリーン１２の上にビュー１４を描写することは、説明を簡単にするためだけであり、特定のビュー１４に対応するビュー方向１６の各々からマルチビューディスプレイ１０を見ることを表すことを意味する。同様に、図１４はｙ軸を中心とする円弧に沿って描かれているが、これも説明を簡単にするためのものであり、限定することを意図するものではない。
ビュー方向、すなわちマルチビューディスプレイのビュー方向に対応する方向を有する光ビームは、一般に、本明細書の定義により、角度成分｛θ、φ｝によって与えられる主角度方向を有する。角度成分θは、本明細書では光ビームの「仰角成分」又は「仰角」と呼ばれる。角度成分φは、光ビームの「方位角成分」又は「方位角」と呼ばれる。定義により、仰角θは、垂直面における角度である（例えば、マルチビューディスプレイ画面の平面に対して垂直）であるが、方位角φは水平面における角度である（例えば、マルチビューディスプレイ画面の平面に対して平行）。図１Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイのビュー方向（例えば、図１Ａのビュー方向１６）に対応する特定の主角度方向を有する光ビーム２０の角度成分｛θ、φ｝のグラフ表示を示す。追加で、光ビーム２０は、本明細書の定義により、特定の点から放射又は発散する。すなわち、定義により、光ビーム２０は、マルチビューディスプレイ内の特定の原点に関連付けられた中心光線を有する。図１Ｂは、光ビーム（又はビュー方向）の原点Ｏも示している。
さらに本明細書では、「マルチビュー画像」及び「マルチビューディスプレイ」という用語で使用される「マルチビュー」という用語は、異なる視点を表すか、又は複数のビューのビュー間の角度差を含む複数のビューとして定義される。追加で、本明細書では、「マルチビュー」という用語は、本明細書の定義により、３つ以上の異なるビュー（すなわち、最低３つのビュー、一般に３つを超えるビュー）を明示的に含む。したがって、本明細書で使用される「マルチビューディスプレイ」は、シーン又は画像を表すために２つの異なるビューのみを含む立体ディスプレイとは明確に区別される。しかしながら、マルチビュー画像及びマルチビューディスプレイは３つ以上のビューを含むが、本明細書の定義により、マルチビュー画像は、マルチビューのビューのうちの２つのみを選択して一度に見る（例えば、１つの眼につき１つのビュー）ことによって、画像の立体ペアとして見る（例えば、マルチビューディスプレイ上で）ことができることに留意されたい。
マルチビューディスプレイにおいて、複数の回折格子における回折格子は各々、マルチビュー画像におけるビューピクセルを構成してもよい。具体的には、回折格子は各々、マルチビューディスプレイによって提供されるマルチビュー画像の特定のビュー内のビューピクセルを表す（強度及び主角度方向を有する）光ビームを提供することができる。したがって、いくつかの実施形態では、回折格子は各々、マルチビュー画像のビューに寄与する光ビームを提供することができる。いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイは、６４０×４８０又は３０７，２００の回折格子を含む。他の実施形態では、マルチビューディスプレイは、１００×１００又は１万の回折格子を含む。
本明細書では、「ライトガイド」は、全内部反射を使用して構造体内で光を誘導する構造体として定義される。具体的には、ライトガイドは、ライトガイドの動作波長で実質的に透明なコアを含むことができる。様々な例において、「ライトガイド」という用語は、一般に、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又は媒体との間の界面で光を誘導するために全内部反射を使用する誘電体光導波路を指す。定義により、全内部反射の条件は、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媒体の屈折率よりも大きいことである。いくつかの実施形態では、ライトガイドは、全内部反射をさらに促進するために、前述の屈折率差に加えて、又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、限定はしないが、平板（plate）又はスラブ（slab）ガイド及びストリップ（strip）ガイドの一方又は両方を含むいくつかのライトガイドのいずれかであってもよい。
さらに本明細書では、「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の「平板」という用語は、「スラブ」ガイドと呼ばれることもある、区分的（piece-wise）又は個別的（differentially）に平坦な層又はシートとして定義される。具体的には、平板ライトガイドは、ライトガイドの上面及び底面（すなわち、対向面）によって境界を付けられた２つの実質的に直交する方向に光を誘導するように構成されたライトガイドとして定義される。さらに、本明細書の定義により、上面及び底面は両方とも互いに分離されており、少なくとも個別的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任意の個別的に小さな区画内で、上面及び底面は実質的に平行又は同一平面上にある。
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（すなわち、平面に限定される）であってもよく、したがって、平板ライトガイドは平面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つ又は２つの直交する寸法（dimension）内で湾曲していてもよい。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ために単一寸法内で湾曲していてもよい。しかしながら、いかなる曲率も、光を誘導するために平板ライトガイド内で全内部反射が維持されることを確実にするのに十分に大きい曲率半径を有する。
本明細書では、「回折格子」は、一般に、回折格子に入射する光の回折をもたらすように配置された複数の特徴部（すなわち、回折特徴部（diffractive features）として定義される。いくつかの例では、複数の特徴部は、対の特徴部の間に１つ又は複数の格子間隔を有する周期的又は準周期的な様式で配置されてもよい。例えば、回折格子は、一次元（１Ｄ）アレイに配置された複数の特徴部（例えば、材料表面の複数の溝又は隆起）を含むことができる。他の例では、回折格子は、特徴部の二次元（２Ｄ）アレイであってもよい。回折格子は、例えば、材料表面の突起（bump）又は穴の２Ｄアレイであってもよい。
したがって、本明細書の定義により、「回折格子」は、回折格子に入射する光の回折をもたらす構造体である。光がライトガイドから回折格子に入射する場合、提供される回折又は回折散乱は、回折格子が回折によってライトガイドからの光を結合することができるという点で、「回折結合」をもたらすことができ、したがって「回折結合」と呼ばれることができる。回折格子はまた、回折によって（すなわち、回折角において）光の角度を方向変更又は変化させる。具体的には、回折の結果として、回折格子を出る光は、一般に、回折格子に入射する光（すなわち、入射光）の伝播方向とは異なる伝播方向を有する。回折による光の伝播方向の変化は、本明細書では「回折的方向変更（diffractive redirection）」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的に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、回折格子はまた、ライトガイドからの光を回折的に結合して出射する（diffractively couple out）ことができる。
さらに、本明細書の定義により、回折格子の特徴部は、「回折特徴部」と呼ばれ、材料表面、材料表面内、及び材料表面上の１つ以上（すなわち、２つの材料間の境界）であり得る。表面は、例えば、ライトガイドの表面であってもよい。回折特徴部は、表面、表面内又は表面上の溝、隆起、穴、及び突起のうちの１つ以上を含むがこれらに限定されない、光を回折する様々な構造のいずれかを含むことができる。例えば、回折格子は、材料表面に複数の実質的に平行な溝を含むことができる。別の例では、回折格子は、材料表面から立ち上がる複数の平行な隆起を含むことができる。回折特徴部（例えば、溝、隆起、穴、突起など）は、正弦波プロファイル、矩形プロファイル（例えば、バイナリ回折格子）、三角形プロファイル及び鋸歯プロファイル（例えば、ブレーズド格子）のうちの１つ以上を含むがこれらに限定されない、回折をもたらす様々な断面形状又は輪郭のいずれかを有することができる。
図４Ａ及び図４Ｂを参照して以下でさらに説明するように、本明細書の回折格子は、特徴部間隔又はピッチ、向き、及びサイズ（回折格子の幅又は長さなど）のうちの１つ以上を含む格子特性を有することができる。図３Ａ～図３Ｃを参照して以下でさらに説明するように、格子特性は、コリメートされた導波光ビームの伝播角、コリメートされた導波光ビームの色、又はその両方の関数であってもよい。例えば、回折格子の格子特性は、光源内の光エミッタの長手方向オフセット及び回折格子の位置に依存し得る。回折格子の格子特性を適切に変化させることにより、回折格子によって回折される光ビーム（「指向性光ビーム」と呼ばれることもある）の強度及び主角度方向は、マルチビュー画像のビューピクセルの強度及びビュー方向に対応する。
本明細書に記載の様々な例によれば、回折格子（例えば、以下で説明するように、マルチビューディスプレイの回折格子）を使用して、ライトガイド（例えば、平板ライトガイド）からの光を光ビームとして回折的に散乱又は結合することができる。具体的には、局所的に周期的な回折格子の回折角θｍ又はこれによってもたらされる回折角θｍは、以下の式（１）によって与えられてもよい。
Figure 2022516700000002
式中、λは、（その色に対応する）光の波長であり、ｍは、回折次数であり、ｎは、ライトガイドの屈折率であり、ｄは、回折格子の特徴部間の距離又は間隔であり、θｉは、回折格子への光の入射角（すなわち、伝播角）である。簡単にするために、式（１）は、回折格子がライトガイドの表面に隣接し、ライトガイドの外側の材料の屈折率が１に等しい（すなわち、ｎｏｕｔ＝１である）と仮定する。一般に、回折次数ｍは整数で与えられる。回折格子によって生成される光ビームの回折角θｍは、回折次数が正（例えば、ｍ＞０）である式（１）によって与えられ得る。例えば、回折次数ｍが１に等しい（すなわち、ｍ＝１である）場合、一次回折がもたらされる。
図２は、本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における回折格子３０の断面図を示す。例えば、回折格子３０は、ライトガイド４０の表面に配置されてもよい。追加で、図２は、入射角θｉで回折格子３０に入射する光ビーム（又は光ビームの集合）５０を示す。光ビーム５０は、ライトガイド４０内のコリメートされた導波光ビームである。また、図２には、入射光ビーム５０の回折の結果として回折格子３０によって回折的に生成及び結合されて出射された光ビーム（又は光ビームの集合）６０が示されている。結合されて出射された光ビーム６０は、式（１）で与えられる回折角θｍ（又は本明細書では「主角度方向」）を有する。結合されて出射された光ビーム６０は、例えば、回折格子３０の回折次数「ｍ」に対応することができる。
様々な実施形態によれば、様々な光ビームの主角度方向は、これらに限定されないが、回折格子のサイズ（例えば、長さ、幅、面積など）、向き、特徴部間隔、及び格子深さのうちの１つ以上を含む格子特性によって決定される。さらに、回折格子によって生成された光ビームは、本明細書の定義により、図１Ｂに関して上述したように、角度成分｛θ、φ｝によって与えられる主角度方向を有する。
図３Ａ～図３Ｃを参照して以下でさらに説明するように、マルチビューディスプレイは、ライトガイドからの光を結合して出射する能力、具体的には、ライトガイド上の特定の位置で回折格子を使用してビューゾーン内の主角度方向に指向性光ビームを操作する能力に基づいてもよい。回折格子（強度及び主角度方向を有する）からの単一の指向性光ビームは、マルチビューディスプレイのマルチビュー画像の特定のビュー内のビューピクセルを表す。ライトガイド上の回折格子は、事実上、入射角に対する放射角が回折格子の式、すなわち式（１）によって決定される角度維持結合構造体である。したがって、回折格子に入射する単一の単色光ビームは、回折格子の特定の回折次数に対して単一の指向性光ビームを生成又は出力することができる。
いくつかの実施形態では、ライトガイド内の導波光は、長手方向、垂直方向、又はその両方に沿って少なくとも部分的にコリメートされる。例えば、光源は、少なくとも部分的にコリメートされた光を提供することができ、ライトガイドは、少なくとも部分的に、導波光をコリメートすることができ、及び／又はマルチビューディスプレイは、コリメータを備えることができる。したがって、いくつかの実施形態では、マルチビューディスプレイの１つ又は複数の構成要素は、コリメータの機能を実行する。
本明細書では、「コリメートされた光」又は「コリメートされた光ビーム」は、一般に、光ビームの光線が光ビーム内で互いに実質的に平行である光ビーム（例えば、ライトガイド内のコリメートされた導波光ビーム）として定義される。さらに、コリメートされた光ビームから発散又は散乱される光線は、本明細書の定義により、コリメートされた光ビームの一部とは見なされない。さらに、本明細書では、「コリメータ」は、光をコリメートするように構成された実質的に任意の光学デバイス又は装置として定義される。例えば、コリメータは、コリメートミラー又は反射器、コリメートレンズ、及びそれらの様々な組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、コリメート反射器を備えるコリメータは、放物線又は放物形状によって特徴付けられる反射面を有することができる。図６Ａ及び図６Ｂを参照して以下でさらに説明するように、別の例では、コリメート反射器は成形放物面反射器（shaped parabolic reflector）を含むことができる。「成形放物面」とは、成形放物面反射器の湾曲した反射面が、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方法で「真の」放物面曲線から逸脱することを意味する。同様に、コリメートレンズは、球形の表面（例えば、両凸球面レンズ）を含むことができる。
いくつかの実施形態では、コリメータは、連続反射器又は連続レンズ（すなわち、実質的に滑らかで連続的な表面を有する反射器又はレンズ）であってもよい。他の実施形態では、コリメート反射器又はコリメートレンズは、実質的に不連続な表面である、例えば、光コリメーションをもたらすフレネル反射器又はフレネルレンズなどを含むことができるがこれらに限定されない。様々な実施形態によれば、コリメータによってもたらされるコリメーションの量は、実施形態ごとに所定の程度又は量が変化し得る。さらに、コリメータは、２つの直交する方向（例えば、長手方向及び垂直方向）の一方又は両方においてコリメーションをもたらす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、コリメータは、光コリメーションをもたらす２つの直交する方向の一方又は両方の形状を含むことができる。
本明細書では、「コリメーション係数」は、光がコリメートされる程度として定義される。具体的には、コリメーション係数は、本明細書の定義により、コリメートされた光のビーム内の光線の角度広がりを定義する。例えば、コリメーション係数は、コリメートされた光のビーム内の光線の大部分が特定の角度広がり（例えば、コリメートされた光ビームの中心又は主角度方向の周りに＋／－σ度）内であることを指定することができる。いくつかの例によれば、コリメート光ビームの光線は、角度に関してガウス分布を有してもよく、角度広がりは、コリメート光ビームのピーク強度の半分で決定される角度であってもよい。
本明細書では、「光源」は、光の供給源（例えば、光を生成して放射するように構成された１つ又は複数の光エミッタ）として定義される。例えば、光源は、光エミッタ、例えば、起動又はオンにされると光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）などを備えてもよい。具体的には、本明細書では、光源は、実質的に任意の光の供給源であってもよく、又は、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エミッタ、蛍光灯、白熱灯、及び実質的に任意の他の光の供給源のうちの１つ以上を含むがこれらに限定されない、実質的に任意の光エミッタを含んでもよい。光源によって生成された光は、色を有してもよく（すなわち、特定の光の波長を含むことができる）、又は波長の範囲（例えば、白色光）であってもよい。いくつかの実施形態では、光源は、複数の光エミッタを備えてもよい。例えば、光源は、光エミッタの少なくとも１つが、セット又はグループの少なくとも１つの他の光エミッタによって生成される光の色又は波長とは異なる色又は同等の波長を有する光を生成する、光エミッタのセット又はグループを含んでもよい。異なる色は、例えば原色（例えば、赤色、緑色、青色）を含むことができる。
さらに、本明細書で使用される場合、冠詞「１つの（ａ）」は、特許分野におけるその通常の意味、すなわち「１つ又は複数の」を有することが意図されている。例えば、「１つの回折格子（a diffraction grating）」は、１つ又は複数の回折格子（one or more diffraction gratings）を意味し、したがって、「その回折格子（the diffraction grating）」は、本明細書では「その又は複数の回折格子（the diffraction 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（front）」、「後（back）」、「第１（first）」、「第２（second）」、「左（left）」又は「右（right）」への言及はいずれも、本明細書における限定を意図するものではない。本明細書では、「約」という用語は、値に適用される場合、一般に、値を生成するために使用される機器の許容差範囲内を意味するか、又は特に明記しない限り、プラスマイナス１０％、プラスマイナス５％、又はプラスマイナス１％を意味し得る。さらに、本明細書で使用される「実質的に」という用語は、大部分、又はほとんどすべて、又はすべて、又は約５１％～約１００％の範囲内の量を意味する。さらに、本明細書の例は、例示のみを意図しており、限定ではなく説明の目的で提示されている。
本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイが提供される。図３Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００の断面図を示し、図３Ｂは、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００の上面図を示し、図３Ｃは、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００の斜視図を示す。複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００は、ライトガイド１１０、例えば、平板ライトガイドなどを備えることができる。ライトガイド１１０は、ライトガイド１１０の長手方向１０８に沿って、コリメートされた導波光ビーム１１２として光を誘導することができる。例えば、ライトガイド１１０は、光導波路として構成された誘電体材料を含むことができる。誘電体材料は、誘電体光導波路を取り囲む媒体の第２の屈折率よりも大きい第１の屈折率を有することができる。屈折率の差は、例えば、ライトガイド１１０の１つ又は複数の導波モードに従って、コリメートされた導波光ビーム１１２の全内部反射を促進するように構成される。長手方向１０８は、コリメートされた導波光ビーム１１２の一般的な又は正味の伝播方向を画定することができることに留意されたい。
いくつかの実施形態では、ライトガイド１１０は、光学的に透明な誘電体材料の延長された実質的に平面のシートを含むスラブ又は平板光導波路であってもよい。誘電体材料の実質的に平面のシートは、全内部反射を使用してコリメートされた導波光ビーム１１２を誘導するように構成される。様々な例によれば、ライトガイド１１０の光学的に透明な材料は、これらに限定されないが、様々なタイプのガラス（例えば、シリカガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラスなど）及び実質的に光学的に透明なプラスチック又はポリマー（例えば、ポリ（メチルメタクリレート）又は「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）のうちの１つ以上を含む様々な誘電体材料のいずれかを含むか、又はそれらから構成されてもよい。いくつかの例では、ライトガイド１１０は、ライトガイド１１０の表面（例えば、上面及び底面の一方又は両方）の少なくとも一部にクラッド層（図示せず）をさらに含むことができる。いくつかの例によれば、クラッド層は、全内部反射をさらに促進するために使用されてもよい。
さらに、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００は、長手方向１０８に長手方向位置１１８を有し、かつライトガイド１１０に光学的に結合された光源１１４（光エミッタなど）を備えてもよい。光源１１４は、光源１１４の長手方向位置１１８によって決定される非ゼロ伝播角１２０を有するコリメートされた導波光ビーム１１２をライトガイド１１０内にもたらすことができる。いくつかの実施形態では、長手方向位置１１８はゼロである。さらに、光源１１４は、ライトガイド１１０の入射面又は端部（入力端）に隣接して配置されてもよく、光源１１４は、コリメートされた導波光ビーム１１２が非ゼロ伝播角１２０（例えば、約３０～３５度）を有し、かつ一般に長手方向１０８に沿って（例えば、図３Ａのｘ軸に沿って）入力端から離れるように伝播するように、コリメートされた光カプラ１２４によってライトガイド１１０に結合される光１２２をもたらしてもよい。
様々な実施形態では、光源１１４は、これらに限定されないが、１つ又は複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザ（例えば、レーザダイオード）を含む実質的に任意の光の供給源（例えば、光エミッタ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、光源１１４は、特定の色によって示される狭帯域スペクトルを有する実質的に単色光を生成するように構成される。具体的には、単色光の色は、特定の色空間又は色モデル（例えば、ＲＧＢ色モデル）の原色であってもよい。あるいは、いくつかの実施形態では、異なる色を有する光１２２を生成することができる異なる長手方向オフセット又は位置にある光源１１４内の複数の光エミッタがあってもよく、すなわち、異なる長手方向オフセット又は位置にある光エミッタからの光１２２の色は異なっていてもよい。したがって、光源１１４は、異なる色の光を提供するように構成された複数の異なる光エミッタを備えてもよい。さらに、異なる光エミッタは、異なる光の色の各々に対応するコリメートされた導波光ビーム１１２の異なる、色固有の、非ゼロ伝播角１２０を有する光１２２を提供するように構成されてもよい。
コリメートされた光カプラ１２４として使用することができる円筒格子カプラの実施形態を、図５Ａ～図６Ｂを参照して以下でさらに説明する。他の実施形態では、コリメートされた光カプラ１２４は、レンズ（円筒形レンズなど）、ミラー又は同様の反射器（例えば、傾斜コリメート反射器）のうちの１つを含むことができ、プリズム（図示せず）は、例えば、平均非ゼロ伝播角（average non-zero propatation angle）１２０でコリメートされた導波光ビーム１１２として光をライトガイド１１０の入力端に結合することを容易にすることができる。
ライトガイド１１０は、ライトガイド１１０の第１の表面１３６’（例えば、「前」表面携帯又は側面）と第２の表面１３６’’（例えば、「裏」表面又は側面）との間の平均非ゼロ伝播角１２０での全内部反射に従ってコリメートされた導波光ビーム１１２を誘導するように構成されている。具体的には、コリメートされた導波光ビーム１１２は、非ゼロ伝播角１２０でライトガイド１１０の第１の表面１３６’と第２の表面１３６’’との間でゼロ回以上反射又は「跳ね返る」ことによって伝播する。
本明細書で定義されるように、「非ゼロ伝播角」（伝播角１２０など）は、ライトガイド１１０の表面（例えば、第１の表面１３６’又は第２の表面１３６’’）に対する角度である。さらに、様々な実施形態によれば、非ゼロ伝播角は、ゼロよりも大きく、ライトガイド１１０内の全内部反射の臨界角よりも小さい。例えば、コリメートされた導波光ビーム１１２の平均非ゼロ伝播角１２０は、約１０度～約５０度、又はいくつかの例では、約２０度～約４０度、又は約２５度～約３５度であってもよい。例えば、非ゼロ伝播角は約３０度であり得る。他の例では、非ゼロ伝播角は、約２０度、又は約２５度、又は約３５度であってもよい。さらに、特定の非ゼロ伝播角がライトガイド１１０内の全内部反射の臨界角よりも小さくなるように選択される限り、特定の実装に対して特定の非ゼロ伝播角が（例えば、任意に）選択されてもよい。
図３Ｂに示すように、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００は、第１の表面１３６’上に回折格子１２８のセット、例えば、第１のセットの回折格子内の回折格子１２８ａ、第２のセットの回折格子内の回折格子１２８ｂ、及び第３のセットの回折格子内の回折格子１２８ｃなどを備えてもよい。これらの回折格子の組は、ライトガイド１１０の表面（表面１３６’など）上に空間的に散在していてもよく、又は互いに組み合わされていてもよい。例えば、１セットの回折格子内の回折格子は、等間隔に配置されてもよい。記載された実施形態は、３セットの回折格子１２８を有する複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００を示しているが、他の実施形態では、回折格子のセットがより少ないか、又はより多くてもよい。一般に、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００は、２つ以上のセットの回折格子１２８を含むことができる。図３Ａに戻って参照すると、回折格子１２８の組は、マルチビュー画像１３２（マルチビュー画像１３２ａ、１３２ｂ、及び１３２ｃなど）を表す指向性光ビーム１３０（指向性光ビーム１３０ａ、１３０ｂ及び１３０ｃなど）を放射する。マルチビュー画像１３２の各々は、中央ビュー方向１３４（例えば、中央ビュー方向１３４ａ、１３４ｂ、及び１３４ｃ）の関連付けられたものを有し、マルチビュー画像１３２内の他のビューは、中央ビュー方向１３４に関連することに留意されたい。さらに、マルチビュー画像１３２は、角度範囲１４６を有する対応する重複しないビューゾーン１４４でのみ見ることができる。したがって、角度範囲１４６は、相互に排他的であってもよく、マルチビュー画像は、対応するビューゾーンでのみ見ることができる。いくつかの実施形態では、隣接するビューゾーン１４４は、マルチビュー画像１３２を見ることができないブランクゾーン１４８によって分離される。ビューゾーン１４４内のマルチビュー画像１３２は、互いに異なっていてもよく、すなわち、異なるマルチビュー画像を、異なるビューゾーン１４４で見ることができることに留意されたい。
例えば、第１のセットの回折格子によって放射される指向性光ビーム１３０ａは、側面１２６から照明される透明なライトガイド１１０からマルチビュー画像１３２ａ（ビューゾーン１４４ａ内にビューｖ１、ｖ２、及びｖ３、並びに角度範囲１４６ａ内に中央ビュー方向１３４ａを有する）を生成してもよく、これにより、３Ｄコンテンツを有する情報の表示が容易になる。第１のセットの回折格子内の回折格子の各々は、複数のコリメートされた導波光ビーム１１２のコリメートされた導波光ビームの一部から、マルチビュー画像１３２ａのビューピクセルの強度及びビュー方向に対応する強度及び主角度方向を有する指向性光ビーム１３０内の指向性光ビームを提供する。いくつかの実施形態では、いくつかの実施形態によれば、回折格子１２８のセット内の回折格子は、一般に、互いに交差したり、重なり合ったり、その他の方法で接触したりしない。すなわち、回折格子１２８のセット内の各回折格子は、一般に別個であり、回折格子１２８のセット内の他の回折格子から分離されている。
指向性光ビーム１３０（指向性光ビーム１３０ａなど）は、少なくとも部分的に、長手方向１０８に直交する方向、すなわち、ライトガイド１１０内の複数のコリメートされた導波光ビーム１１２のコリメートされた導波光ビームの平均伝播方向に伝播することができる。具体的には、いくつかの実施形態では、ライトガイド１１０及び離間した回折格子１２８のセットは、光が第１の表面１３６’及び第２の表面１３６’’のいずれか又は両方を通ってライトガイド１１０を通過することを可能にする。したがって、ライトガイド１１０は、複数のコリメートされた導波光ビーム１１２のコリメートされた導波光ビームの平均伝播方向に直交する方向に伝播する光に対して透明である。透明性は、少なくとも部分的に、回折格子１２８のセット内の回折格子の実質的な透明性によって容易になり得る。単一の回折格子（回折格子１２８ａなど）からの指向性光ビームの強度及び主角度方向は、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００のビューゾーン１４４ａ内のマルチビュー画像１３２ａ内のビュー内のビューピクセルに対応し得ることに留意されたい。
前述したように、回折格子１２８のセット内の回折格子の各々は、回折格子によって回折的に結合されたコリメートされた導波光ビーム１１２の少なくとも一部の色及び伝播角に依存する関連付けられた格子特性を有する。別の言い方をすれば、回折格子１２８のセット内の回折格子に関連付けられた格子特性は、コリメートされた導波光ビーム１１２の少なくとも一部の色及び伝播角に依存する。
一般に、格子特性は、特徴部間隔又はピッチ、格子深さ、回折格子の向き及びサイズのうちの１つ以上を含むことができる。さらに、回折格子１２８のセットの各々における回折格子の変化する格子特性は、これらの回折格子が対応するマルチビュー画像１３２の同じ一致するビューに寄与することを確実にすることができる。これは、回折格子１２８のセットに入射する光源１１４からの複数のコリメートされた導波光ビーム１１２の異なる伝播方向を補償するための異なる格子特性を有する空間座標（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）及び（ｘ３、ｙ３）における回折格子１２８ａ、１２８ｂ及び１２８ｃによって図３Ｂに示されている。
いくつかの実施形態では、回折格子結合効率（例えば、回折格子領域、溝深さ又は隆起高さなど）は、側面１２６からの距離の関数として増加し、コリメートされた導波光ビーム１１２の強度の減少を補正する。したがって、回折格子１２８のセット内の回折格子によってもたらされ、対応するビューピクセルの強度に対応する指向性光ビーム１３０の強度は、回折格子１２８の回折結合効率によって決定される。
前述したように、コリメートされた導波光ビーム１１２、又は同じように、光をライトガイド１１０に結合することによって生成されたコリメートされた導波光ビーム１１２は、コリメートされた光ビームであってもよい。いくつかの実施形態では、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００は、例えば光源からの光をコリメートするために、コリメータ、例えば、上述のような、レンズ、反射器若しくはミラーなど、（例えば、傾斜コリメート反射器）を含むことができる。例えば、ライトガイド１１０は、コリメータを含んでもよく、又はコリメートされた導波光ビーム１１２を少なくとも部分的にコリメートしてもよい。いくつかの実施形態では、光源１１４は、コリメータ、例えば、ＬＥＤ上のレンズなどを含む。ライトガイド１１０に提供されるコリメートされた光は、光をライトガイド１１０に効率的に結合する光源１１４とライトガイド１１０との間のコリメータ、例えば、外部レンズ、反射器、放物面反射器、回折格子、バレルコリメータなどによるコリメートされた導波光ビーム１１２である。コリメートされた導波光ビーム１１２は、様々な実施形態において、上述したように、コリメーション係数に従って、又はコリメーション係数を有してコリメートされてもよい。
コリメータは、光源１１４から実質的にコリメートされていない光を受け取るように構成されてもよい。コリメータは、実質的にコリメートされていない光をコリメート光に変換するようにさらに構成される。具体的には、コリメータは、いくつかの実施形態によれば、非ゼロ伝播角１２０を有し、かつ所定のコリメーション係数に従ってコリメートされるコリメートされた光を提供することができる。
さらに、異なる色の複数の光エミッタが光源１１４に使用される場合、コリメータは、異なる、色固有の、非ゼロ伝播角の１つ以上を有し、異なる色固有のコリメーション係数を有するコリメートされた光を提供するように構成されてもよい。コリメータは、コリメートされた光ビームをライトガイド１１０に伝達して、上述のコリメートされた導波光ビーム１１２として伝播するようにさらに構成される。
図３Ａ～図３Ｃに示すように、回折格子１２８のセット内の回折格子は、ライトガイド１１０の光ビーム放射面である第１の表面１３６’に又はそれに隣接して配置されてもよい。例えば、回折格子１２８のセット内の回折格子は、第１の表面１３６’を通る導波光部分を指向性光ビーム１３０として回折的に結合して出射するように構成された透過モード回折格子であってもよい。あるいは、いくつかの実施形態では、回折格子１２８のセット内の回折格子は、ライトガイド１１０の光ビーム放射面（すなわち、第１の表面１３６’）の反対側の第２の表面１３６’’に又はそれに隣接して配置される。具体的には、回折格子１２８は、反射モード回折格子であってもよい。反射モード回折格子として、回折格子１２８は、導波光部分を回折させ、回折された導波光部分を第１の表面１３６’に向けて反射して、回折的に結合されて出射された指向性光ビーム１３０として第１の表面１３６’を通って出るように構成されている。他の実施形態（図示せず）では、回折格子１２８は、ライトガイド１１０の表面間に、例えば、透過モード回折格子及び反射モード回折格子の一方又は両方として配置されてもよい。本明細書に記載のいくつかの実施形態では、結合されて出射された指向性光ビーム１３０の主角度方向は、ライトガイド表面でライトガイド１１０を出る結合されて出射された指向性光ビーム１３０による屈折の効果を含むことができることに留意されたい。例えば、回折格子１２８が第２の表面１３６’’に又はそれに隣接して配置される場合、結合されて出射された指向性光ビーム１３０は、限定ではなく例として、結合されて出射された指向性光ビーム１３０が第１の表面１３６’を横切る際に屈折率の変化のために屈折され得る（すなわち、曲げられる）。
いくつかの実施形態では、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００の指向性光ビーム１３０は、回折を使用して、例えば回折格子１２８を使用して放射される。図４Ａは、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００内の第１のセットの回折格子内の回折格子１２８ａの上面図を示す。さらに、図４Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００内の回折格子１２８のセットの上面図を示す。具体的には、図４Ａ及び図４Ｂは、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００の回折格子１２８を示す。回折格子１２８は、コリメートされた導波光ビーム１１２の一部（単色光であってもよい）を複数の指向性光ビーム１３０内の指向性光ビームとして回折的に結合して出射するように構成される。さらに、回折格子は、前述したように、異なるビューゾーン１４４に対応するセット、例えば、第１のセットの回折格子１５０ａ、第２のセットの回折格子１５０ｂ、及び第３のセットの回折格子１５０ｃなどに分割されてもよい。
回折格子１２８の各々は、回折特徴部間隔（「格子間隔」と呼ばれることもある）、又は導波光部分からの回折結合を提供するように構成された回折特徴部若しくは格子ピッチだけ互いに離間した複数の回折特徴部を含むことに留意されたい。様々な実施形態によれば、回折格子１２８内の回折特徴部の間隔又は格子ピッチは、サブ波長（すなわち、コリメートされた導波光ビーム１１２の波長未満）であってもよい。図４Ａ及び図４Ｂは、説明を簡単にするために、単一の格子間隔（すなわち、一定の格子ピッチ）を有する回折格子１２８を示していることに留意されたい。様々な実施形態では、後述するように、回折格子１２８は、図３Ａ～図３Ｃの指向性光ビーム１３０を提供するために、複数の異なる格子間隔（例えば、２つ以上の格子間隔）又は可変格子間隔若しくはピッチを含むことができる。したがって、図４Ａ及び図４Ｂは、単一の格子ピッチが回折格子１２８の一実施形態であることを意味しない。
いくつかの実施形態によれば、回折格子１２８の回折特徴部は、互いに離間した溝及び隆起の一方又は両方を含むことができる。溝又は隆起は、ライトガイド１１０の材料を含んでもよく、例えば、ライトガイド１１０の表面に形成されてもよい。別の例では、溝又は隆起は、ライトガイド材料以外の材料、例えば、ライトガイド１１０の表面上の別の材料のフィルム又は層から形成されてもよい。
前述し図４Ａに示すように、回折特徴部の構成は、回折格子１２８ａの格子特性を含む。例えば、回折格子の格子深さは、回折格子１２８ａによって提供される指向性光ビームの強度を決定するように構成されてもよい。
代替的又は追加的に、前述し図４Ｂに示すように、格子特性は、回折格子１２８ａの格子ピッチ及び回折格子１２８ａの格子配向ｇの一方又は両方を含む。コリメートされた導波光ビーム１１２の入射角（すなわち、伝播角１２０）と共に、これらの格子特性は、回折格子１２８によって提供される指向性光ビームの主角度方向を決定する。
いくつかの実施形態（図示せず）では、指向性光ビーム１３０を提供するように構成された回折格子１２８は、可変又はチャープ回折格子であるか、又はそれを含む。定義により、「チャープ」回折格子は、チャープ回折格子の範囲又は長さにわたって変化する回折特徴部（すなわち、格子ピッチ）の回折間隔を示す又は有する回折格子である。いくつかの実施形態では、チャープ回折格子は、距離と共に直線的に変化する回折特徴部間隔のチャープを有するか、又は示すことができる。したがって、チャープ回折格子は、定義により、「線形チャープ」回折格子である。他の実施形態では、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００のチャープ回折格子は、回折特徴部間隔の非線形チャープを示してもよい。指数チャープ、対数チャープ、又は別の、実質的に不均一又はランダムであるが依然として単調な方法で変化するチャープを含むがこれらに限定されない様々な非線形チャープを使用することができる。非単調チャープ、例えば、正弦波チャープ又は三角形若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ものを使用することができる。これらのタイプのチャープのいずれかの組み合わせも使用することができる。
他の実施形態では、指向性光ビーム１３０を提供するように構成された回折格子１２８は、複数の回折格子であるか、又は複数の回折格子を含む。いくつかの実施形態では、複数の回折格子の個々の回折格子は、互いに重ね合わされてもよい。他の実施形態では、回折格子は、互いに隣接して配置された別個の回折格子、例えばアレイとしてなどであってもよい。
図４Ｂに示されるように、回折格子１５０のセットにおける回折格子１２８は、異なる格子特性を有する。例えば、回折格子１２８は、異なる格子配向を有する。
上述したように、前述の実施形態における回折格子１２８は、ライトガイド１１０の第１の表面１３６’及び／又は第２の表面１３６’’に位置してもよい。さらに、回折格子１２８は、第１の表面１３６’、第２の表面１３６’’又は第１の表面１３６’と第２の表面１３６’’との間に配置されてもよい。さらに、回折格子は、第１の表面１３６’及び／又は第２の表面１３６’’から突出する「正の特徴部」であってもよく、又は、第１の表面１３６’及び／又は第２の表面１３６’’内に窪んだ「負の特徴部」であってもよい。いくつかの実施形態では、回折格子の特徴部は、材料に直接エンボス加工され、例えば、別個のロールツーロールインプリントシートなどを使用して、ライトガイドの表面にスピンされ、ライトガイドの表面に積層される樹脂層にインプリントされる。
前述のように、いくつかの実施形態では、コリメートされた光カプラ１２４は円筒格子カプラである。図５Ａは、本明細書に記載の原理と一致する一例による透過モード回折格子カプラ１３８の断面図を示す。図５Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する別の例による、反射モード回折格子カプラ１４０の断面図を示す。図５Ｃは、本明細書に記載の原理と一致する別の例による、反射型回折格子カプラ１４０の斜視図を示す。図５Ａ～図５Ｃでは、格子結合された（grating-coupled）ライトガイド１１０は、光１２２をコリメートされた導波光ビーム１１２として格子結合されたライトガイド１１０に結合するように構成される。光１２２は、例えば、光源１１４（例えば、実質的にコリメートされていない光源）によって提供され得る。様々な例によれば、格子結合されたライトガイド１１０は、比較的高い結合効率を提供することができる。さらに、様々な例によれば、格子結合されたライトガイド１１０は、光１２２を、格子結合されたライトガイド１１０内の所定のコリメーション係数を有するコリメートされたガイド光１１２（例えば、導波光のビーム）に変換することができる。
具体的には、いくつかの例によれば、約２０％を超える結合効率が達成され得る。例えば、（後述する）透過構成では、格子結合されたライトガイド１１０の結合効率は、約３０％より大きくても、又は約３５％より大きくてもよい。例えば、最大約４０％の結合効率を達成することができる。反射構成では、格子結合されたライトガイド１１０の結合効率は、例えば、約５０％、又は約６０％、又はさらに約７０％と高くてもよい。
様々な例によれば、格子結合されたライトガイド１１０によって及びその中で提供される所定のコリメーション係数は、制御された又は所定の伝播特性を有するコリメートされた導波光ビーム１１２を提供することができる。具体的には、格子結合されたライトガイド１１０は、「垂直」方向、すなわち、格子結合されたライトガイド１１０の表面の平面に垂直な平面において、制御された又は所定のコリメーション係数を提供することができる。さらに、光１２２は、格子結合されたライトガイド平面に実質的に垂直な角度で光源１１４から受信され、次いで、格子結合されたライトガイド１１０内の平均非ゼロ伝播角１２０、例えば、格子結合されたライトガイド１１０内の全内部反射の臨界角と一致するか又はそれ未満の非ゼロ伝播角などを有するコリメートされた導波光ビーム１１２に変換され得る。
いくつかの例によれば、格子カプラは、透過格子カプラ１３８（すなわち、透過モード回折格子カプラ）であってもよいが、他の例では、格子カプラは、反射型回折格子カプラ１４０（すなわち、反射モード回折格子カプラ）であってもよい。具体的には、図５Ａに示すように、格子カプラ１３８は、光源１１４に隣接するライトガイド１１０の表面に透過モード回折格子を含むことができる。例えば、格子カプラ１３８の透過モード回折格子は、ライトガイド１１０の底面（又は第２の表面）１３６’’上にあってもよく、光源１１４は、格子カプラ１３８を底部から照らしてもよい。図５Ａに示すように、格子カプラ１３８の透過モード回折格子は、透過モード回折格子を透過又は通過する光１２２を回折的に方向変更するように構成される。光源１１４の相対位置を長手方向１０８に沿ってシフトさせると、回折角、したがってライトガイド１１０内の伝播角が変化することに留意されたい。
あるいは、図５Ｂに示すように、格子カプラ１４０は、光源１１４に隣接する表面の反対側のライトガイド１１０の表面に反射モード回折格子を有する反射型回折格子カプラ１４０であってもよい。例えば、格子カプラ１４０の反射モード回折格子は、ライトガイド１１０の上面（又は第１の表面）１３６’上にあってもよく、光源１１４は、ライトガイド１１０の底面（又は第２の表面）１３６’’の一部を通して格子カプラ１４０を照らしてもよい。反射モード回折格子は、図５Ｂに示すように、反射型回折（すなわち、反射及び回折）を使用して光１２２をライトガイド１１０に回折的に方向変更するように構成される。
様々な例によれば、格子カプラ１３８又は１４０の回折格子は、ライトガイド１１０の表面１３６’若しくは１３６’’上又はその中に形成又はその他の方法で設けられた回折格子の溝、隆起、又は同様の回折特徴部を含むことができる。例えば、溝又は隆起は、透過格子カプラ１３８の透過モード回折格子として機能するように、ライトガイド１１０の光源隣接面１３６’’（例えば、底面又は第２の表面）内又はその上に形成されてもよい。同様に、溝又は隆起は、例えば、反射型回折格子カプラ１４０の反射モード回折格子として機能するように、光源隣接面１３６’’とは反対側のライトガイド１１０の表面１３６’に形成されるか、又はその他の方法で設けられてもよい。
いくつかの例によれば、格子カプラ１３８又は１４０は、ライトガイド表面上又はライトガイド表面内に格子材料（例えば、格子材料の層）を含むことができる。いくつかの例では、格子材料は、ライトガイド１１０の材料と実質的に同様であってもよいが、他の例では、格子材料は、ライトガイド材料とは異なっていてもよい（例えば、異なる屈折率を有してもよい）。いくつかの例では、ライトガイド表面内の回折格子溝は、格子材料で充填されてもよい。例えば、透過格子カプラ１３８又は反射型回折格子カプラ１４０のいずれかの回折格子の溝は、ライトガイド１１０の材料とは異なる誘電体材料（すなわち、格子材料）で充填されていてもよい。いくつかの例によれば、格子カプラ１３８又は１４０の格子材料は、例えば、窒化シリコンを含むことができ、一方ライトガイド１１０はガラスであってもよい。酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を含むがこれに限定されない他の格子材料も使用することができる。
他の例では、透過格子カプラ１３８又は反射型回折格子カプラ１４０のいずれかは、特定の回折格子として機能するようにライトガイド１１０の各々の表面に堆積、形成、又はその他の方法で設けられる隆起、突起、又は同様の回折特徴部を含むことができる。隆起又は同様の回折特徴部は、例えば、ライトガイド１１０の各々の表面に堆積された誘電体材料層（すなわち、格子材料）に形成（例えば、エッチング、成型などによって）されてもよい。いくつかの例では、反射型回折格子カプラ１４０の格子材料は、反射金属を含むことができる。例えば、反射型回折格子カプラ１４０は、反射モード回折格子による反射を容易にするために、反射金属の層、例えばこれらに限定するものではないが、金、銀、アルミニウム、銅及びスズなどを含んでもよい。
なお、透過格子カプラ１３８及び反射型回折格子カプラ１４０における回折格子は、ｙ方向に沿って均一であってもよい。これは、本明細書に記載の原理と一致する別の例による反射モード回折格子カプラ１４０の斜視図を提供する図５Ｃに示されている。
図５Ａ～図５Ｃは、回折格子カプラの使用を示しているが、他の実施形態では、他のタイプの光カプラが使用されてもよい。例えば、図６Ａは、本明細書に記載の原理と一致する一例による放物面反射カプラ１４２の断面図を示す。図６Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する別の例による放物面反射カプラ１４２の斜視図を示す。図６Ｂに示すように、放物面反射カプラ１４２は、ｙ方向に沿って均一であってもよい。
本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイが提供される。複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイは、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイによって提供される複数の指向性光ビームを放射するように構成される。さらに、放射された指向性光ビームは、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイに含まれる回折格子のセットの格子特性に基づいて、異なるビューゾーン内の複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの複数のビューに優先的に向けられてもよい。さらに、１セットの回折格子内の回折格子は、指向性光ビームにおいて異なる主角度方向を生成することができ、これは、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイのビューゾーンにおけるマルチビュー画像の異なるビューの異なるビュー方向に対応する。いくつかの例では、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイは、２つ以上の３Ｄマルチビュー画像を提供又は「表示」するように構成される。様々な例によれば、指向性光ビームの異なるものは、異なるビューゾーン内のマルチビュー画像に関連付けられた、異なる「ビュー」の個々のビューピクセルに対応することができる。異なるビューは、例えば、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイによって表示されているマルチビュー画像内の情報の「眼鏡不要の」（例えば、自動立体視）表示を提供することができる。
図９は、本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００のブロック図を示す。様々な実施形態によれば、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００は、角度範囲２１８を有する相互に排他的なビューゾーン２１６にある、異なるビュー方向の異なるビューに従ってマルチビュー画像２３２を表示するように構成される。具体的には、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００によって放射された複数の指向性光ビーム２０２は、マルチビュー画像２３２を表示するために使用され、異なるビューゾーン２１６の異なるビュー（すなわち、ビューピクセル）のピクセルに対応することができる。指向性光ビーム２０２は、ライトガイド２０６内の回折格子２０４（回折格子のセットを含むことができる）から発する矢印として示されている。回折格子２０４に関連付けられた指向性光ビーム２０２は準静的（すなわち、変調されていない）であることに留意されたい。代わりに、回折格子２０４に関連付けられた指向性光ビーム２０２は、照明されているときに指向性光ビーム２０２を提供するか、又は照明されていないときに指向性光ビーム２０２を提供しない。いくつかの実施形態では、隣接するビューゾーン２１６は、マルチビュー画像２３２が視聴者に見えないブランクゾーン２２０によって分離される。
図９に示す複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００は、回折格子２０４を備える。回折格子２０４は、ビューゾーン２１６内の複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００のマルチビュー画像２３２の複数の異なるビューを提供するように構成される。様々な実施形態によれば、１セットの回折格子の一回折格子は、複数の指向性光ビーム２０２のうちの指向性光ビームを、ビューゾーン（ビューゾーン２１６ａなど）に対応する角度範囲（角度範囲２１８ａなど）に回折的に結合して出射又は放射するように構成される。複数の指向性光ビーム２０２は、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの異なるビューゾーン２１６におけるマルチビュー画像２３２の異なるビューの異なるビュー方向に対応する主角度方向を有することができる。また、回折格子２０４における回折格子の格子特性は、回折格子への入射光ビームの伝播角及び色（すなわち、コリメートされた光カプラ２１０によって提供されるコリメートされた導波光ビーム２０８）に基づいて変化してもよい。いくつかの実施形態では、回折格子２０４内の回折格子は、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００に関して上述した、例えば図４Ａ及び図４Ｂの回折格子１２８と実質的に同様である。
回折格子２０４を有する実施形態では、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００は、コリメートされた導波光ビーム２０８を誘導するように構成されたライトガイド２０６をさらに備えてもよい。回折格子２０４は、これらの実施形態によれば、ライトガイド２０６からのコリメートされた導波光２０８の一部を複数の指向性光ビーム２０２（すなわち、コリメートされた導波光２０８は、上述した入射光ビームであってもよい）として結合して出射するように構成されてもよい。具体的には、回折格子２０４内の回折格子は、コリメートされた導波光２０８の一部を結合して出射するためにライトガイドに光学的に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、回折格子２０４内の回折格子の格子特性は、回折格子に入射するコリメートされた導波光２０８の伝播角、コリメートされた導波光の色、又はその両方に基づいて変化し得る。このようにして、１セットの回折格子内の異なる回折格子からの指向性光ビーム２０２は、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００によって提供されるビューゾーンのマルチビュー画像の同じビューに対応することができる。いくつかの実施形態では、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００のライトガイド２０６は、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００に関して上述したライトガイド１１０と実質的に同様であってもよい。
さらに、これらの実施形態のいくつかでは、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００は、コリメートされた光カプラ２１０をさらに備えてもよい。コリメートされた光カプラ２１０は、光源２１４内の光エミッタから光ビーム２１２を受信するように構成されてもよく、入射光ビームをコリメートして、コリメートされた光ビーム２０８をライトガイド２０６に提供してもよい。したがって、いくつかの実施形態では、コリメートされた光カプラ２１０は、コリメーション係数に従って入射光ビーム２１２をコリメートして、ライトガイド２０６内でコリメートされた導波光２０８の所定の角度広がりを提供する。いくつかの実施形態によれば、コリメート光カプラ２１０は、上述の複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００内の光カプラ１２４と実質的に同様であってもよい。
追加で、これらの実施形態のいくつかでは、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００は、光源２１４をさらに備えてもよい。光源２１４は、光ビーム２１２をライトガイド２０６に提供するように構成されてもよく、これにより、光源２１４の光エミッタの長手方向オフセットに基づいて、コリメートされた導波光２０８の非ゼロ伝播角が得られる。いくつかの実施形態では、光源２１４によって提供される光ビーム２１２は、コリメーション係数に従ってコリメートされ、例えば、ライトガイド２０６内でコリメートされた導波光２０８の所定の角度広がりを提供する。いくつかの実施形態によれば、光源２１４は、上述した複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００の光源１１４と実質的に同様であってもよい。
本明細書に記載の原理の他の実施形態によれば、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法が提供される。図１０は、本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法３００のフローチャートを示す。図１０に示すように、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法３００は、第１のビューゾーンに見える第１のマルチビュー画像を表すために第１のセットの回折格子を使用して第１のビューゾーンに向けられた指向性光ビームとして、ライトガイドからのコリメートされた導波光ビームの一部を回折的に散乱させて出射する（diffractively scattering out）こと３２０を含む。さらに、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法３００は、第２のビューゾーンに見える第２のマルチビュー画像を表すために第２のセットの回折格子を使用して第２のビューゾーンに向けられた指向性光ビームとして、ライトガイドからのコリメートされた導波光ビームの別の部分を回折的に散乱させて出射すること３３０を含み、第１及び第２のビューゾーンは互いに異なる角度範囲を有する。さらに、第１のマルチビュー及び第２のマルチビュー画像は互いに異なっていてもよい。例えば、自動車内の乗客及び運転者は、第１及び第２のビューゾーンで異なるマルチビュー画像を見ることができる。追加で、第１のマルチビュー画像は、第１のビューゾーンでのみ見ることができ、第２のマルチビュー画像は、第２のビューゾーンでのみ見ることができる。いくつかの実施形態では、第１のビューゾーンは、ブランクゾーンによって第２のビューゾーンから分離されている。これは、プライバシーを提供することができ、必要なピクセルが少なくてよく、これにより空間角分解能を改善することができる。第１のセットの回折格子、第２のセットの回折格子及びビューゾーンは、上述した回折格子１５０のセット及び複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００のビューゾーン１４４と実質的に同様であってもよいことに留意されたい。
さらに、第１の回折格子のセット及び第２の回折格子のセットの回折格子によって回折的に散乱されて出射された指向性光ビームの主角度方向は、回折格子の格子ピッチ及び格子配向によって決定されてもよく、指向性光ビームの強度は、回折格子の格子深さによって決定されてもよい。さらに、第１の回折格子のセット及び第２の回折格子のセットの回折格子によって回折的に散乱されて出射された指向性光ビームの主角度方向は、コリメートされた導波光ビームの色及び伝播角の両方の関数であってもよい。具体的には、いくつかの実施形態によれば、導波光の一部を散乱させて出射すること３２０及び導波光の他の部分を散乱させて出射すること３３０に使用される回折格子は、コリメートされた導波光部分を１つ又は複数の指向性光ビームとして回折的に結合して出射するためにライトガイドに光学的に結合された回折格子を含むことができる。第１のセットの回折格子及び第２のセットの回折格子によって生成された複数の指向性光ビームは、第１のビューゾーン及び第２のビューゾーンにおけるマルチビュー画像の異なるビューに対応する異なる主角度方向を有することができることに留意されたい。回折格子の各々は、マルチビュー画像内のビューピクセルに対応する単一の主角度方向に単一の指向性光ビームを生成する。様々な実施形態では、複数の回折格子の格子特性は、回折格子へ入射するコリメートされた導波光ビームの伝播角及び色に基づいて変化し得る。このようにして、回折格子のセット内の異なる回折格子からの指向性光ビームは、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイによって提供されるマルチビュー画像のビューに対応することができる。
いくつかの実施形態では、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法３００は、ライトガイド内にコリメートされた導波光ビームを提供すること３１０をさらに含む。例えば、コリメートされた導波ビームを提供すること３１０は、光源内の光エミッタを使用して、ライトガイドに色を有する光を提供することを含むことができる。光エミッタは、長手方向にオフセットされてもよい。提供される光は単色であってもよい。提供された光は、ライトガイド内で非ゼロ伝播角を有するコリメートされた導波光ビームになり得る。具体的には、ライトガイド内の結果として生じるコリメートされた導波光ビームの伝播角は、光源内の光エミッタの長手方向オフセットに少なくとも部分的に基づいて決定され得る。提供された光は、コリメーション係数に従って（光カプラなどによって）ライトガイド内でコリメートされ、ライトガイド内でコリメートされた導波光ビームの所定の角度広がりを提供することができる。いくつかの実施形態では、光源は、上述の複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００の光源１１４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、コリメートされた導波ビームを提供すること３１０は、コリメート光カプラを使用して、光をコリメートされた導波光ビームとしてライトガイドに結合することを含むことができる。例えば、光源内の光エミッタからの光は、コリメートされた導波光ビームとしてライトガイドに結合されてもよい。さらに、コリメートされた導波光ビームは、光エミッタの長手方向オフセットによって決定される伝播角を有することができる。いくつかの実施形態では、光カプラは、光源からの入射光をコリメートする。さらに、光カプラは、上述した複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００の光カプラ１２４と実質的に同様であってもよい。
このように、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法、及び回折格子を有する複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの例及び実施形態を説明してきた。複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ、方法、及び複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイは、回折格子を使用して指向性光ビームを提供する。複数の指向性光ビームは、異なるビューゾーン内のマルチビュー画像のビューに対応する。さらに、回折格子のセットは、複数の指向性光ビームにおいて複数の主角度方向を提供するように構成される。主角度方向は、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイのビューゾーンに対応する角度範囲内のマルチビュー画像のビューに対応する。上述の例は、本明細書に記載の原理を表す多くの特定の例のいくつかの単なる例示であることを理解されたい。明らかに、当業者は、以下の特許請求の範囲によって定義される範囲から逸脱することなく、多数の他の装置を容易に考案することができる。
本開示は以下の［１］から［２０］を含む。
［１］複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイであって、
光を誘導するライトガイドと、
上記ライトガイド内にコリメートされた導波光ビームを提供するように構成された光源と、
上記ライトガイドにわたって分布される複数の回折格子であって、上記複数の回折格子のうちの第１のセットの回折格子は、第１のマルチビュー画像を表す指向性光ビームとして上記コリメートされた導波光ビームの一部を第１のビューゾーン内に散乱させて出射するように構成され、上記複数の回折格子のうちの第２のセットの回折格子は、第２のマルチビュー画像を表す指向性光ビームとして上記コリメートされた導波光ビームの別の部分を第２のビューゾーン内に散乱させて出射するように構成される、複数の回折格子と、を含む、複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
［２］上記第１及び第２の回折格子のセットのいずれかの上記複数の回折格子のうちの一回折格子は、上記第１及び第２のマルチビュー画像のうちの対応する１つのビューピクセルの強度及びビュー方向に対応する強度及び主角度方向を有する指向性光ビームを提供するように構成される、上記［１］に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
［３］上記回折格子の格子特性は、上記強度及び上記主角度方向を決定するように構成され、主角度方向を決定するように構成される上記格子特性が、上記回折格子の格子ピッチ及び上記回折格子の格子配向の一方又は両方を含む、上記［２］に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
［４］上記強度を決定するように構成された上記格子特性は、上記回折格子の格子深さを含む、上記［３］に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
［５］上記第１の回折格子のセット及び上記第２の回折格子のセットが、上記コリメートされた導波光ビームの上記一部が上記第１及び第２のマルチビュー画像を表す複数の指向性光ビームとして散乱されて出射される上記ライトガイドの放射面とは反対側の上記ライトガイドの表面に配置される、上記［１］に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
［６］上記ライトガイドの入力部にコリメート光カプラをさらに備え、上記コリメート光カプラは、上記光源からの光を上記コリメートされた導波光ビームとして上記ライトガイドの入力部に光学的に結合するように構成される、上記［１］に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
［７］上記コリメート光カプラは、円筒格子カプラを含み、上記光源は、上記ライトガイドのガイド表面に隣接して配置され、光源は、上記ガイド表面を通して光を放射するように構成される、上記［６］に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
［８］上記第１のビューゾーンは、第１の角度範囲を有するように構成され、上記第２のビューゾーンは、第２の角度範囲を有するように構成され、上記第１のビューゾーン及び第２のビューゾーンは、相互に排他的な角度範囲である、上記［１］に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
［９］上記第１のビューゾーン及び上記第２のビューゾーンは、上記第１のマルチビュー画像も上記第２のマルチビュー画像も見えないブランクゾーンによって互いに分離されている、上記［８］に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
［１０］上記第１のマルチビュー画像は、上記第２のマルチビュー画像とは異なる、上記［１］に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
［１１］上記ライトガイド及び上記回折格子のセットは、上記導波光ビームの伝播方向に対応する長手方向に直交する垂直方向に伝播する光に対して透明である、上記［１］に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
［１２］複数のビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイであって、
光源からの光を導波光として誘導するように構成されたライトガイドと、
上記複数のビューゾーン内で見ることができるマルチビュー画像を表す指向性光ビームとして上記導波光の一部を散乱させて出射するように構成された複数の回折格子であって、各マルチビュー画像は、上記複数の回折格子の異なるセットの回折格子の指向性光ビームに対応し、上記複数のビューゾーンの各ビューゾーンは、対応するマルチビュー画像が見ることができるように構成されている異なる角度範囲を有する、複数の回折格子と、を備える、複数のビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイ。
［１３］一対の異なるビューゾーンの各々に見える上記マルチビュー画像が互いに異なる、上記［１２］に記載の複数のビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイ。
［１４］上記複数のビューゾーンのうちの一ビューゾーンは、上記マルチビュー画像のいずれも見えないブランクゾーンによって隣接するビューゾーンから分離されている、上記［１２］に記載の複数のビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイ。
［１５］上記複数の回折格子のうちの一回折格子は、上記マルチビュー画像の対応する１つのビューピクセルの強度及びビュー方向に対応する強度及び主角度方向を有する上記指向性光ビームのうちの一指向性光ビームを提供するように構成され、上記回折格子の格子ピッチ及び格子配向は、上記指向性光ビームの上記主角度方向を決定するように構成され、上記回折格子の格子深さは、上記指向性光ビームの強度を決定するように構成される、上記［１２］に記載の複数のビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイ。
［１６］上記ライトガイドの入力部にコリメート光カプラをさらに備え、上記コリメート光カプラは、光源からの光をコリメーション係数に従ってコリメートされた導波光ビームとして上記ライトガイドの入力部に光学的に結合するように構成され、上記ライトガイド内に所定の伝播角を有する、上記［１２］に記載の複数のビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイ。
［１７］複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイの動作の方法であって、
ライトガイド内にコリメートされた導波光ビームを提供するステップと、
第１のビューゾーン内で見ることができる第１のマルチビュー画像を表すために第１のセットの回折格子を使用して上記第１のビューゾーン内に向けられた指向性光ビームとして上記導波光ビームの一部を回折的に散乱させて出射するステップと、
第２のビューゾーン内で見ることができる第２のマルチビュー画像を表すために第２のセットの回折格子を使用して上記第２のビューゾーン内に向けられた指向性光ビームとして上記導波光ビームの別の部分を回折的に散乱させて出射するステップと、を含み、
上記第１のビューゾーン及び第２のビューゾーンは、互いに異なる角度範囲を有する、複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイの動作の方法。
［１８］上記第１のマルチビュー及び第２のマルチビュー画像は互いに異なり、上記第１のマルチビュー画像は上記第１のビューゾーンでのみ見ることができ、上記第２のマルチビュー画像は上記第２のビューゾーンでのみ見ることができる、上記［１７］に記載の複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法。
［１９］上記第１のビューゾーンは、ブランクゾーンによって上記第２のビューゾーンから分離されている、上記［１７］に記載の複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法。
［２０］上記第１の回折格子のセット及び上記第２の回折格子のセットの回折格子によって回折的に散乱されて出射される指向性光ビームの主角度方向は、上記回折格子の格子ピッチ及び格子配向によって決定され、上記指向性光ビームの強度は、上記回折格子の格子深さによって決定される、上記［１７］に記載の複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法。
本明細書に記載の原理による例及び実施形態の様々な特徴は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによってより容易に理解することができ、同様の参照番号は同様の構造要素を示す。
本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における反射モード回折格子カプラの斜視図を示す。
図３Ｂに示すように、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００は、第１の表面１３６’上に回折格子１２８のセット、例えば、第１のセットの回折格子内の回折格子１２８ａ、第２のセットの回折格子内の回折格子１２８ｂ、及び第３のセットの回折格子内の回折格子１２８ｃなどを備えてもよい。これらの回折格子の組は、ライトガイド１１０の表面（表面１３６’など）上に空間的に散在していてもよく、又は互いに組み合わされていてもよい。例えば、１セットの回折格子内の回折格子は、等間隔に配置されてもよい。記載された実施形態は、３セットの回折格子１２８を有する複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００を示しているが、他の実施形態では、回折格子のセットがより少ないか、又はより多くてもよい。一般に、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００は、２つ以上のセットの回折格子１２８を含むことができる。図３Ａに戻って参照すると、回折格子１２８の組は、マルチビュー画像１３２（マルチビュー画像１３２ａ、１３２ｂ、及び１３２ｃなど）を表す指向性光ビーム１３０（指向性光ビーム１３０ａ及び１３０ｃなど）を放射する。マルチビュー画像１３２の各々は、中央ビュー方向１３４（例えば、中央ビュー方向１３４ａ、１３４ｂ、及び１３４ｃ）の関連付けられたものを有し、マルチビュー画像１３２内の他のビューは、中央ビュー方向１３４に関連することに留意されたい。さらに、マルチビュー画像１３２は、角度範囲１４６ａ、１４６ｂ、１４６ｃを有する対応する重複しないビューゾーン１４４ａ、１４４ｂ、１４４ｃでのみ見ることができる。したがって、角度範囲は、相互に排他的であってもよく、マルチビュー画像は、対応するビューゾーンでのみ見ることができる。いくつかの実施形態では、隣接するビューゾーンは、マルチビュー画像１３２を見ることができないブランクゾーン１４８ａ、１４８ｂによって分離される。ビューゾーン内のマルチビュー画像１３２は、互いに異なっていてもよく、すなわち、異なるマルチビュー画像を、異なるビューゾーンで見ることができることに留意されたい。
図４Ｂに示されるように、回折格子１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃのセットにおける回折格子１２８は、異なる格子特性を有する。例えば、回折格子１２８は、異なる格子配向を有する。
図７は、本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００のブロック図を示す。様々な実施形態によれば、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００は、角度範囲２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃを有する相互に排他的なビューゾーン２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃにある、異なるビュー方向の異なるビューに従ってマルチビュー画像２３２を表示するように構成される。具体的には、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００によって放射された複数の指向性光ビーム２０２は、マルチビュー画像２３２を表示するために使用され、異なるビューゾーン２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃの異なるビュー（すなわち、ビューピクセル）のピクセルに対応することができる。指向性光ビーム２０２は、ライトガイド２０６内の回折格子２０４（回折格子のセットを含むことができる）から発する矢印として示されている。回折格子２０４に関連付けられた指向性光ビーム２０２は準静的（すなわち、変調されていない）であることに留意されたい。代わりに、回折格子２０４に関連付けられた指向性光ビーム２０２は、照明されているときに指向性光ビーム２０２を提供するか、又は照明されていないときに指向性光ビーム２０２を提供しない。いくつかの実施形態では、隣接するビューゾーンは、マルチビュー画像２３２が視聴者に見えないブランクゾーン２２０ａ、２２０ｂによって分離される。
図７に示す複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００は、回折格子２０４を備える。回折格子２０４は、ビューゾーン２１６内の複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ２００のマルチビュー画像２３２の複数の異なるビューを提供するように構成される。様々な実施形態によれば、１セットの回折格子の一回折格子は、複数の指向性光ビーム２０２のうちの指向性光ビームを、ビューゾーン（ビューゾーン２１６ａなど）に対応する角度範囲（角度範囲２１８ａなど）に回折的に結合して出射又は放射するように構成される。複数の指向性光ビーム２０２は、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの異なるビューゾーン２１６におけるマルチビュー画像２３２の異なるビューの異なるビュー方向に対応する主角度方向を有することができる。また、回折格子２０４における回折格子の格子特性は、回折格子への入射光ビームの伝播角及び色（すなわち、コリメートされた光カプラ２１０によって提供されるコリメートされた導波光ビーム２０８）に基づいて変化してもよい。いくつかの実施形態では、回折格子２０４内の回折格子は、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００に関して上述した、例えば図４Ａ及び図４Ｂの回折格子１２８と実質的に同様である。
本明細書に記載の原理の他の実施形態によれば、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法が提供される。図８は、本明細書に記載の原理と一致する一実施形態による、一例における複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法３００のフローチャートを示す。図８に示すように、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法３００は、第１のビューゾーンに見える第１のマルチビュー画像を表すために第１のセットの回折格子を使用して第１のビューゾーンに向けられた指向性光ビームとして、ライトガイドからのコリメートされた導波光ビームの一部を回折的に散乱させて出射する（diffractively scattering out）こと３２０を含む。さらに、複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法３００は、第２のビューゾーンに見える第２のマルチビュー画像を表すために第２のセットの回折格子を使用して第２のビューゾーンに向けられた指向性光ビームとして、ライトガイドからのコリメートされた導波光ビームの別の部分を回折的に散乱させて出射すること３３０を含み、第１及び第２のビューゾーンは互いに異なる角度範囲を有する。さらに、第１のマルチビュー及び第２のマルチビュー画像は互いに異なっていてもよい。例えば、自動車内の乗客及び運転者は、第１及び第２のビューゾーンで異なるマルチビュー画像を見ることができる。追加で、第１のマルチビュー画像は、第１のビューゾーンでのみ見ることができ、第２のマルチビュー画像は、第２のビューゾーンでのみ見ることができる。いくつかの実施形態では、第１のビューゾーンは、ブランクゾーンによって第２のビューゾーンから分離されている。これは、プライバシーを提供することができ、必要なピクセルが少なくてよく、これにより空間角分解能を改善することができる。第１のセットの回折格子、第２のセットの回折格子及びビューゾーンは、上述した回折格子１５０のセット及び複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイ１００のビューゾーン１４４と実質的に同様であってもよいことに留意されたい。

Claims (20)

  1. 複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイであって、
    光を誘導するライトガイドと、
    前記ライトガイド内にコリメートされた導波光ビームを提供するように構成された光源と、
    前記ライトガイドにわたって分布される複数の回折格子であって、前記複数の回折格子のうちの第１のセットの回折格子は、第１のマルチビュー画像を表す指向性光ビームとして前記コリメートされた導波光ビームの一部を第１のビューゾーン内に散乱させて出射するように構成され、前記複数の回折格子のうちの第２のセットの回折格子は、第２のマルチビュー画像を表す指向性光ビームとして前記コリメートされた導波光ビームの別の部分を第２のビューゾーン内に散乱させて出射するように構成される、複数の回折格子と、を含む、複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
  2. 前記第１及び第２の回折格子のセットのいずれかの前記複数の回折格子のうちの一回折格子は、前記第１及び第２のマルチビュー画像のうちの対応する１つのビューピクセルの強度及びビュー方向に対応する強度及び主角度方向を有する指向性光ビームを提供するように構成される、請求項１に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
  3. 前記回折格子の格子特性は、前記強度及び前記主角度方向を決定するように構成され、主角度方向を決定するように構成される前記格子特性が、前記回折格子の格子ピッチ及び前記回折格子の格子配向の一方又は両方を含む、請求項２に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
  4. 前記強度を決定するように構成された前記格子特性は、前記回折格子の格子深さを含む、請求項３に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
  5. 前記第１の回折格子のセット及び前記第２の回折格子のセットが、前記コリメートされた導波光ビームの前記一部が前記第１及び第２のマルチビュー画像を表す複数の指向性光ビームとして散乱されて出射される前記ライトガイドの放射面とは反対側の前記ライトガイドの表面に配置される、請求項１に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
  6. 前記ライトガイドの入力部にコリメート光カプラをさらに備え、前記コリメート光カプラは、前記光源からの光を前記コリメートされた導波光ビームとして前記ライトガイドの入力部に光学的に結合するように構成される、請求項１に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
  7. 前記コリメート光カプラは、円筒格子カプラを含み、前記光源は、前記ライトガイドのガイド表面に隣接して配置され、光源は、前記ガイド表面を通して光を放射するように構成される、請求項６に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
  8. 前記第１のビューゾーンは、第１の角度範囲を有するように構成され、前記第２のビューゾーンは、第２の角度範囲を有するように構成され、前記第１のビューゾーン及び第２のビューゾーンは、相互に排他的な角度範囲である、請求項１に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
  9. 前記第１のビューゾーン及び前記第２のビューゾーンは、前記第１のマルチビュー画像も前記第２のマルチビュー画像も見えないブランクゾーンによって互いに分離されている、請求項８に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
  10. 前記第１のマルチビュー画像は、前記第２のマルチビュー画像とは異なる、請求項１に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
  11. 前記ライトガイド及び前記回折格子のセットは、前記導波光ビームの伝播方向に対応する長手方向に直交する垂直方向に伝播する光に対して透明である、請求項１に記載の複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイ。
  12. 複数のビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイであって、
    光源からの光を導波光として誘導するように構成されたライトガイドと、
    前記複数のビューゾーン内で見ることができるマルチビュー画像を表す指向性光ビームとして前記導波光の一部を散乱させて出射するように構成された複数の回折格子であって、各マルチビュー画像は、前記複数の回折格子の異なるセットの回折格子の指向性光ビームに対応し、前記複数のビューゾーンの各ビューゾーンは、対応するマルチビュー画像が見ることができるように構成されている異なる角度範囲を有する、複数の回折格子と、を備える、複数のビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイ。
  13. 一対の異なるビューゾーンの各々に見える前記マルチビュー画像が互いに異なる、請求項１２に記載の複数のビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイ。
  14. 前記複数のビューゾーンのうちの一ビューゾーンは、前記マルチビュー画像のいずれも見えないブランクゾーンによって隣接するビューゾーンから分離されている、請求項１２に記載の複数のビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイ。
  15. 前記複数の回折格子のうちの一回折格子は、前記マルチビュー画像の対応する１つのビューピクセルの強度及びビュー方向に対応する強度及び主角度方向を有する前記指向性光ビームのうちの一指向性光ビームを提供するように構成され、前記回折格子の格子ピッチ及び格子配向は、前記指向性光ビームの前記主角度方向を決定するように構成され、前記回折格子の格子深さは、前記指向性光ビームの強度を決定するように構成される、請求項１２に記載の複数のビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイ。
  16. 前記ライトガイドの入力部にコリメート光カプラをさらに備え、前記コリメート光カプラは、光源からの光をコリメーション係数に従ってコリメートされた導波光ビームとして前記ライトガイドの入力部に光学的に結合するように構成され、前記ライトガイド内に所定の伝播角を有する、請求項１２に記載の複数のビューゾーンを有する静的マルチビューディスプレイ。
  17. 複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイの動作の方法であって、
    ライトガイド内にコリメートされた導波光ビームを提供するステップと、
    第１のビューゾーン内で見ることができる第１のマルチビュー画像を表すために第１のセットの回折格子を使用して前記第１のビューゾーン内に向けられた指向性光ビームとして前記導波光ビームの一部を回折的に散乱させて出射するステップと、
    第２のビューゾーン内で見ることができる第２のマルチビュー画像を表すために第２のセットの回折格子を使用して前記第２のビューゾーン内に向けられた指向性光ビームとして前記導波光ビームの別の部分を回折的に散乱させて出射するステップと、を含み、
    前記第１のビューゾーン及び第２のビューゾーンは、互いに異なる角度範囲を有する、複数のビューゾーンの静的マルチビューディスプレイの動作の方法。
  18. 前記第１のマルチビュー及び第２のマルチビュー画像は互いに異なり、前記第１のマルチビュー画像は前記第１のビューゾーンでのみ見ることができ、前記第２のマルチビュー画像は前記第２のビューゾーンでのみ見ることができる、請求項１７に記載の複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法。
  19. 前記第１のビューゾーンは、ブランクゾーンによって前記第２のビューゾーンから分離されている、請求項１７に記載の複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法。
  20. 前記第１の回折格子のセット及び前記第２の回折格子のセットの回折格子によって回折的に散乱されて出射される指向性光ビームの主角度方向は、前記回折格子の格子ピッチ及び格子配向によって決定され、前記指向性光ビームの強度は、前記回折格子の格子深さによって決定される、請求項１７に記載の複数のビューゾーンのマルチビューディスプレイの動作の方法。
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