JP6987240B2 - バックライト付き透明ディスプレイ、透明ディスプレイシステム、および方法 - Google Patents

バックライト付き透明ディスプレイ、透明ディスプレイシステム、および方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
なし
連邦政府により資金提供された研究または開発に関する声明
なし
本発明は、バックライト付き透明ディスプレイ、透明ディスプレイシステム、および方法に関する。
電子ディスプレイは、様々なデバイスや製品の使用者に情報を伝達するためのほぼ至る所にある媒体である。最も一般的に採用されている電子ディスプレイには、ブラウン管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、エレクトロルミネセントディスプレイ（ＥＬ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、およびアクティブマトリックスＯＬＥＤ（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ（ＥＰ）および電気機械式または電気流体式の光変調を使用する様々なディスプレイ（例えばデジタルマイクロミラーデバイス、エレクトロウェッティングディスプレイなど）が含まれる。一般に、電子ディスプレイは、アクティブディスプレイ（つまり、光を放射するディスプレイ）またはパッシブディスプレイ（つまり、別の光源から提供される光を変調するディスプレイ）に分類できる。アクティブディスプレイの最も明白な例には、ＣＲＴ、ＰＤＰ、ＯＬＥＤ／ＡＭＯＬＥＤがある。放射された光を考慮するときに一般的にパッシブとして分類されるディスプレイは、ＬＣＤとＥＰディスプレイである。パッシブディスプレイは、本質的に低消費電力を含むがこれに限定されない魅力的なパフォーマンス特性を示すことがよくあるが、光を放射する能力がないことを考えると、多くの実際の適用で、使用が幾分制限される。
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が外部光源に結合されている。結合された光源は、それらの結合しなければパッシブなディスプレイが光を発し、実質的にアクティブなディスプレイとして機能することを可能にし得る。そのような結合される光源の例は、バックライトである。バックライトは、パッシブディスプレイを照らすために、結合しなければパッシブなディスプレイの背後に配置される光源（多くの場合、パネルバックライト）として機能できる。例えば、バックライトはＬＣＤまたはＥＰディスプレイに接続できる。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射する。放射された光は、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイによって変調され、変調された光は次にＬＣＤまたはＥＰディスプレイから放射される。多くの場合、バックライトは白色光を放射するように構成されている。次に、カラーフィルタを使用して、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、例えば、ＬＣＤまたはＥＰディスプレイの出力（あまり一般的ではない）、またはバックライトとＬＣＤまたはＥＰディスプレイとの間に配置することができる。
本開示は、以下の［１］から［２１］を含む。
［１］バックライト付き透明ディスプレイであって、
光ガイドの長さに沿って導波光として光を誘導するように構成される光ガイド、
上記光ガイドに沿ってまた横切って互いに間隔を空けて配置される複数の散乱要素であって、上記導波光の一部を放射光として散乱させるように構成される複数の散乱要素、および
上記放射光を表示画像として変調するように構成されたライトバルブのアレイであって、上記複数の散乱要素の散乱要素のサイズが、上記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズよりも小さいライトバルブのアレイ
を含み、
上記バックライト付き透明ディスプレイの透明度が、上記バックライト付き透明ディスプレイを通して背景シーンを見ることができるように構成される、バックライト付き透明ディスプレイ。
［２］上記複数の散乱要素が、上記放射光を拡散光として提供するように構成され、上記表示画像は、上記バックライト付き透明ディスプレイを通して上記背景シーンのビューに重畳される、上記［１］に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
［３］上記複数の散乱要素の上記散乱要素が、上記光ガイドの第１の表面および第２の表面の一方に位置し、上記散乱要素が、上記ライトバルブアレイに隣接している上記第１の表面を通して上記導波光部分を散乱させるように構成されている、上記［１］に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
［４］上記複数の散乱要素の散乱要素が、上記放射光として上記導波光の上記一部を回折的に散乱させるように構成された回折格子を含む、上記［１］に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
［５］上記複数の散乱要素が、マイクロ反射散乱要素およびマイクロ屈折散乱要素の一方または両方を備え、上記マイクロ反射散乱要素は、上記導波光の一部を反射的に散乱するように構成され、上記マイクロ屈折散乱要素は、上記導波光の一部を屈折的に散乱するように構成される、上記［１］に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
［６］上記複数の散乱要素の散乱要素が一方向散乱要素を含む、上記［１］に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
［７］上記一方向散乱要素が逆プリズム散乱要素を含む、上記［６］に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
［８］上記複数の散乱要素が、上記背景シーンの方向に光を放射するようにさらに構成され、上記背景シーンに向けられた上記放射光は、上記背景シーンを照らすように構成される、上記［１］に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
［９］上記ライトバルブのアレイが液晶ライトバルブを含む、上記［１］に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
［１０］上記［１］に記載のバックライト付き透明ディスプレイを備える透明ディスプレイシステムであって、上記光ガイドの入力端部に光学的に結合された光源をさらに備え、上記光源は、非ゼロ伝播角を有することと、所定のコリメーション係数に従ってコリメートされることの１つまたは双方で上記導波光を提供するように構成される、透明ディスプレイシステム。
［１１］透明ディスプレイシステムであって、
放射光を変調して表示画像を提供するように構成されたライトバルブのアレイ、および
複数の散乱要素を有する光ガイドと、上記光ガイドの縁部に結合された光源とを備える透明バックライトであって、上記光源が、上記光ガイド内で誘導される光を導波光として提供するように構成され、上記複数の散乱要素が上記ライトバルブアレイと背景シーンの一方または両方に向かう方向を有する上記放射光として上記導波光の一部を散乱させるように構成される透明バックライト
を含み、
上記透明ディスプレイシステムが、上記透明ディスプレイシステムを通して見える上記背景シーンに重畳されたものとして上記表示画像を提供するように構成される、透明ディスプレイシステム。
［１２］上記背景シーンに向けられた上記放射光が上記背景シーンの照明源として機能し、上記ライトバルブアレイが上記背景シーンによって反射された上記放射光を変調するように構成される、上記［１１］に記載の透明ディスプレイシステム。
［１３］上記複数の散乱要素の散乱要素が、上記光ガイドに光学的に接続され、上記導波光の上記部分を散乱させる、回折格子、マイクロ反射散乱要素、およびマイクロ屈折散乱要素のうちの１つまたはそれ以上を含む、上記［１１］に記載の透明ディスプレイシステム。
［１４］上記複数の散乱要素の散乱要素の密度は、上記光源が結合される上記光ガイドの上記縁部からの距離の関数として変動するように構成され、上記密度が上記光ガイド内の上記導波光の強度の変動を補償する距離の関数として変動する、上記［１１］に記載の透明ディスプレイシステム。
［１５］上記散乱要素のサイズは、上記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズよりも小さく、上記表示画像は二次元（２Ｄ）コンテンツを表し、上記透明ディスプレイシステムは２Ｄ透明ディスプレイシステムである、上記［１１］に記載の透明ディスプレイシステム。
［１６］上記複数の散乱要素は、複数のマルチビーム要素を備え、上記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素は、マルチビュー画像のそれぞれの異なる見る方向に対応する異なる主要角度方向を有する複数の方向性光ビームとして上記導波光の一部を散乱させるように構成され、上記透明ディスプレイシステムはマルチビュー透明ディスプレイシステムであり、上記表示画像はマルチビュー画像である、上記［１１］に記載の透明ディスプレイシステム。
［１７］上記マルチビーム要素のサイズが、上記ライトバルブのアレイのライトバルブのサイズの５０パーセントから２００パーセントの間である、上記［１６］に記載の透明ディスプレイシステム。
［１８］上記複数の散乱要素が、偏光維持散乱要素、角度維持散乱要素、および一方向散乱要素のうちの１つまたはそれ以上を備える、上記［１１］に記載の透明ディスプレイシステム。
［１９］透明ディスプレイ動作の方法であって、
導波光として光ガイドの長さに沿って光を誘導すること、
複数の散乱要素を使用して、放射光として上記光ガイドから上記導波光の一部を散乱させること、および
上記放射光を表示画像として変調するように構成された透明なライトバルブのアレイを使用して上記放射光を変調すること
を含み、
上記光ガイド、上記複数の散乱要素、および上記透明ディスプレイの上記透明ライトバルブアレイの組み合わせにより、背景シーンを上記透明ディスプレイを通して見ることができ、上記表示画像は上記目に見える背景シーンに重畳される
透明ディスプレイ動作の方法。
［２０］上記複数の散乱要素の散乱要素のサイズが、上記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズよりも小さく、上記複数の散乱要素は、上記光ガイドに光学的に接続される、回折格子、マイクロ反射散乱要素、およびマイクロ屈折散乱要素のうちの１つまたはそれ以上を含む、上記［１９］に記載の透明ディスプレイ動作の方法。
［２１］上記放射光は、上記透明ライトバルブアレイおよび上記背景シーンの一方または両方に向けられ、上記背景シーンに向けられた上記放射光は、上記背景シーンに照明を提供するように構成される、上記［１９］に記載の透明ディスプレイ動作の方法。
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、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り、より容易に理解することができ、添付の図面において類似の参照番号は類似の構造要素を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるマルチビューディスプレイの見る方向に対応する特定の主要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実施形態による、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実施形態による、例におけるバックライト付き透明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実施形態による、例におけるバックライト付き透明ディスプレイの断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるバックライト付き透明ディスプレイの別の斜視図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例における散乱要素を含むバックライト付き透明ディスプレイの一部の断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、例における散乱要素を含むバックライト付き透明ディスプレイの一部の断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例における複数のサブ格子を含む回折格子の断面図を示す。
本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、例における、図５Ａに示される複数の回折格子の平面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例における対の散乱要素の平面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、例における散乱要素を含むバックライト付き透明ディスプレイの一部の断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、例における散乱要素を含むバックライト付き透明ディスプレイの一部の断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する別の実施形態による、例における散乱要素を含むバックライト付き透明ディスプレイの一部の断面図を示す。
本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例における透明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実施形態による、例における透明ディスプレイ動作の方法のフローチャートを示す。
特定の例および実施形態は、上記で参照された図に示された特徴に加えて、およびその代わりの１つである他の特徴を有する。これらの機能およびその他の機能については、上記で参照した図を参照して以下で詳しく説明する。
本明細書で説明する原理による例および実施形態は、透明ディスプレイを通して背景シーンを見ることができる透明ディスプレイおよび透明ディスプレイシステムを提供する。さらに、本明細書で説明する原理と一致する様々な実施形態に従うと、透明ディスプレイによって表示される画像は、背景シーンに重ねて、それらと共に表示することができる。本明細書に記載されるいくつかの実施形態で、透明ディスプレイのライトバルブのアレイを照らすためのバックライトとして光ガイドおよび複数の散乱要素を使用する透明ディスプレイが提供される。いくつかの実施形態によれば、散乱要素は、表示画像を二次元（２Ｄ）の画像として提供するように構成された拡散光を提供し得る。他の実施形態では、透明ディスプレイは、表示画像としてマルチビュー画像を提供するように構成されたマルチビュー透明ディスプレイであってもよい。本明細書で説明する透明ディスプレイの使用には、様々なディスプレイ例えば拡張現実感ディスプレイの用途が含まれるが、これらに限定されない。
本明細書では、「二次元ディスプレイ」または「２Ｄディスプレイ」は、画像を見る方向に関係なく（すなわち、所定の角度以内で見るか２Ｄディスプレイの範囲）、実質的に同じ画像の見え方をもたらすように構成されるディスプレイとして定義される。スマートフォンやコンピュータのモニタに見出せる従来の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、２Ｄディスプレイの例である。対照的に、本明細書において、「マルチビューディスプレイ」は、異なった方向で見てマルチビュー画像の異なる見え方をもたらすように構成された電子ディスプレイまたはディスプレイシステムとして定義される。特に、異なる見え方は、マルチビュー画像のシーンまたはオブジェクトの異なる透視図を表し得る。
マルチビューディスプレイの見る方向に対応する方向を有する見る方向または同等の光ビームは、一般に、本明細書の定義により、角度成分｛θ，φ｝によって得られる主要角度方向を有する。角度成分θは、光ビームの「仰角成分」または「仰角」と呼ばれ得る。角度成分φは、光ビームの「方位角成分」または「方位角」と呼ばれ得る。定義により、仰角θは垂直面の角度（例えば、ディスプレイ画面の平面に垂直）であり、一方で方位角φは水平面の角度（例えば、ディスプレイ画面の平面に平行）である。
図１は、特定の主要角度方向または単に「方向」を有する光ビーム１０の角度成分｛θ、φ｝のグラフ表示を示している。光ビーム１０の主要角度方向は、例えば、マルチビューディスプレイの見る方向に対応してもよい。加えて、光ビーム１０は、本明細書の定義により、特定の点から放射または発散する。すなわち、定義により、光ビーム１０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１は、光ビーム（または見る方向）の原点Ｏも示している。
本明細書では、「マルチビュー画像」および「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、または複数の見え方のうちの見え方同士の間の角度の差を含む、複数の見え方として定義される。さらに、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、明示的に３つ以上の異なる見え方（すなわち、最低３つの見え方および一般に４つ以上の見え方）を含む。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、シーンまたは画像を表すために２つの異なる見え方のみを含む立体ディスプレイと、明確に区別される。ただし、マルチビュー画像およびマルチビューディスプレイには、本明細書での定義により、３つ以上の見え方が含まれ得るが、マルチビュー画像は、マルチビューの見え方のうち一度に見る２つ（例えば、片目に１つのビュー）だけを選択することによって、立体画像のペアとして見る（例えば、マルチビューディスプレイで）ことができることに留意されたい。
「マルチビューピクセル」は、本明細書では、マルチビューディスプレイの同様の複数の異なる見え方のそれぞれにおけるサブピクセル、すなわち「ビュー」ピクセルのセットとして定義される。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それぞれのビューピクセルに対応する、またはビューピクセルを表す個々のビューピクセルを有することができる。さらに、マルチビューピクセルのビューピクセルは、本明細書の定義により、各ビューピクセルが異なる見え方の対応する見え方の所定の見る方向に関連付けられているという点で、いわゆる「方向性ピクセル」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異なるビューピクセルは、異なる見え方のそれぞれにおいて同等または少なくとも実質的に同様の位置または座標を有し得る。例えば、第１の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それぞれの｛ｘ１，ｙ１｝にある個別のビューピクセルを有することができ、一方で第２のマルチビューピクセルは、異なる見え方のそれぞれの｛ｘ２，ｙ２｝にある個別のビューピクセルを有することができる、などである。
本明細書では、「光ガイド」は、全内部反射、すなわち「ＴＩＲ」を使用して構造内で光を導く構造として定義される。特に、光ガイドは、光ガイドの動作波長で実質的に透明なコアを含んでもよい。様々な例では、「光ガイド」という用語は一般に、全内部反射を使用して、光ガイドの誘電材料と、その光ガイドを囲む材料または媒体との間の界面で、光を導く誘電体光導波路を指す。定義により、全内部反射の条件は、光ガイドの屈折率が、光ガイド材料の表面に隣接する周囲の媒体の屈折率よりも大きいということである。いくつかの実施形態では、光ガイドは、前述の屈折率差に加えて、またはその代わりにコーティングを含んで、全内部反射をさらに促進してもよい。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。光ガイドは、いくつかの光ガイドのいずれかであり得、プレートまたはスラブガイドおよびストリップガイドの一方または両方を含むがこれらに限定されない。
さらに本明細書において、「プレート状光ガイド」のように光ガイドに適用される場合の「プレート」という用語は、「スラブ」ガイドと呼ばれることもある、区分的または差別的に平面の層またはシートとして定義される。特に、プレート状光ガイドは、光ガイドの上面および底面（すなわち、反対側の面）によって境界を定められた実質的に直交する２つの方向に光を導くように構成された光ガイドとして定義される。さらに、本明細書の定義により、上面および底面は両方とも互いに分離されており、少なくとも差動的な意味で互いに実質的に平行であってもよい。すなわち、プレート状光ガイドの任意の異なる小さなセクション内では、上面と底面は実質的に平行または同一平面上にある。
いくつかの実施形態では、プレート状光ガイドは実質的に平坦（すなわち、平面に限定）であり得、したがって、プレート状光ガイドは平面光ガイドである。他の実施形態では、プレート状光ガイドは、１つまたは２つの直交する次元で湾曲していてもよい。例えば、プレート状光ガイドは、円柱状のプレート状光ガイドを形成するために一次元で湾曲していてもよい。しかし、任意の曲率は、光を導くためのプレート状光ガイド内で全内部反射が維持されるのを保証するのに十分に大きい曲率半径を備える。
本明細書において、「角度維持散乱特徴部」、「角度維持散乱要素」または同等に「角度維持散乱体」は、特徴部または散乱体に入射する光の角度の広がりを散乱光で実質的に維持するように光を散乱するように構成された任意の特徴部または散乱体である。特に、定義により、角度維持散乱要素によって散乱される光の角度の広がりσｓは、入射光の角度の広がりσの関数である（つまり、σｓ＝ｆ（σ））。一部の実施形態では、散乱光の角度の広がりσｓは、入射光の角度の広がりまたはコリメーション係数σの一次関数である（例えば、σｓ＝ａ・σであり、式中ａは整数である）。すなわち、角度維持散乱要素によって散乱される光の角度の広がりσｓは、入射光の角度の広がりまたはコリメーション係数σに実質的に比例し得る。例えば、散乱光の角度の広がりσｓは、入射光の角度の広がりσに実質的に等しくてもよい（例えば、σｓ≒σ）。均一な回折格子（すなわち、実質的に均一または一定の回折特徴部の間隔または格子ピッチを有する回折格子）は、角度維持散乱要素の例である。対照的に、ランバートの散乱体またはランバートの反射体および一般的なディフューザ（例えば、ランバートの散乱を有するまたは近似する）は、本明細書の定義により、角度維持散乱体ではない。
本明細書において、「偏光維持散乱特徴部」、「偏光維持散乱要素」、または同等の「偏光維持散乱体」は、散乱光において、特徴部または散乱体に入射する光の偏向、または偏向の少なくとも１つの程度を実質的に維持する様式で光を散乱するように構成された任意の特徴部または散乱体である。したがって、「偏光維持散乱要素」は、特徴部または散乱体に入射する光の偏向度が散乱光の偏向度と実質的に等しい任意の特徴部または散乱体である。さらに、定義により、「偏光維持散乱」は、散乱される光の所定の偏光を維持または実質的に維持する散乱（例えば、導波光の散乱）である。散乱される光は、例えば、偏向光源によって提供される偏光であり得る。
本明細書において、「回折格子」は一般に、回折格子に入射する光の回折を提供するように配置された複数の特徴部（すなわち、回折特徴部）として定義される。いくつかの例で、複数の特徴部は周期的または準周期的に配置されてもよい。例えば、回折格子は、一次元（１Ｄ）のアレイに配置された複数の特徴部（例えば、材料の表面の複数の溝または隆起）を含み得る。他の例では、回折格子は、特徴部の二次元（２Ｄ）のアレイであってもよい。回折格子は、例えば、材料表面上のバンプまたは穴の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提供する構造である。光が光ガイドから回折格子に入射する場合、提供された回折または回折散乱は、回折格子が回折によって光ガイドから光を結合出力できるという点で、「回折結合」に至り、そのため「回折結合」と呼ばれることがある。回折格子はまた、回折により（すなわち、回折角で）光を方向転換または光の角度を変更する。特に、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「回折方向転換」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転換する回折特徴部を含む構造であると理解することができ、光が光ガイドから入射する場合、回折格子はまた、光ガイドからの光を回折的に結合出力し得る。
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、材料の表面における、表面内、および表面上（すなわち、２つの材料間の境界）のうちの１つまたはそれ以上であり得る。表面は、例えば、光ガイドの表面であり得る。回折特徴部は、表面における、表面内、または表面上の溝、隆起、穴、およびバンプのうちの１つまたはそれ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んでもよい。例えば、回折格子は、材料の表面に複数の実質的に平行な溝を含んでもよい。別の例では、回折格子は、材料の表面から立ち上がった状態である、複数の平行な隆起を含んでもよい。回折特徴部（例えば、溝、隆起、穴、バンプなど）は、１つまたはそれ以上の正弦波プロファイル、長方形のプロファイル（例えば、バイナリ回折格子）、三角形のプロファイルおよび鋸歯状のプロファイル（例えば、ブレーズド（blazed）格子）を含むがこれらに限定されない回折を提供する様々な断面形状またはプロファイルのいずれかを有してもよい。
本明細書で説明する様々な例によれば、回折格子（例えば、以下で説明する散乱要素またはマルチビーム要素の回折格子）を使用して、光ガイド（例えば、プレート状光ガイド）からの光を光ビームとして回折的に散乱または結合することができる。特に、局所周期回折格子の回折角θｍまたはそれによって提供される回折角は、次のような式（１）によって得られる。
Figure 0006987240
 式中、λは光の波長、ｍは回折次数、ｎは光ガイドの屈折率、ｄは回折格子の特徴部間の距離または間隔、θｉは回折格子への光の入射角である。簡単にするために、式（１）は、回折格子が光ガイドの表面に隣接し、光ガイドの外側の材料の屈折率が１に等しい（つまり、ｎｏｕｔ＝１）と仮定している。一般に、回折次数ｍは整数で得られる。回折格子によって生成される光ビームの回折角θｍは、回折次数が正である（例えば、ｍ＞０）式（１）によって得ることができる。例えば、回折次数ｍが１に等しい場合（つまり、ｍ＝１）、１次回折が提供される。
図２は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例における回折格子２０の断面図を示す。例えば、回折格子２０は、光ガイド３０の表面に配置されてもよい。加えて、図２は、入射角θｉで回折格子２０に入射する光ビーム４０を示している。入射光ビーム４０は、光ガイド３０内の導波光のビーム（すなわち、導波光ビーム）であってもよい。また、入射光ビーム４０の回折の結果として、回折格子２０によって回折的に生成されて結合出力（coupled-out）される方向性光ビーム５０が示されている。方向性光ビーム５０は、式（１）によって得られるような回折角θｍ（または本明細書では「主要角度方向」）を有する。回折角θｍは、回折格子２０の回折次数「ｍ」、例えば、回折次数ｍ＝１（すなわち、第１の回折次数）に対応し得る。
本明細書の定義により、「マルチビーム要素」は、複数の光ビームを含む光を生成するバックライトまたはディスプレイの構造または要素である。いくつかの実施形態において、マルチビーム要素は、バックライトの光ガイドに光学的に結合されて、光ガイド内で誘導される光の一部を結合出力または散乱することにより、複数の光ビームを提供し得る。さらに、マルチビーム要素によって生成される複数の光ビームのうちの光ビームは、本明細書の定義により、互いに異なる主要角度方向を有する。特に、定義により、複数の光ビームは、複数の光ビームの他の光ビームとは異なる所定の主要角度方向を有する。したがって、本明細書の定義により、光ビームは「方向性光ビーム」と呼ばれ、複数の光ビームは「複数の方向性光ビーム」と呼ばれることがある。さらに、複数の方向性光ビームは光照射野を表してもよい。例えば、複数の方向性光ビームは、実質的に円錐形の空間領域に限定されるか、複数の光ビーム内の光ビームの異なる主要角度方向を含む所定の角度の広がりを有し得る。したがって、組み合わされた光ビーム（すなわち、複数の光ビーム）の所定の角度の広がりは、光照射野を表せる。
様々な実施形態によれば、様々な複数の方向性光ビームの異なる主要角度方向は、マルチビーム要素のサイズ（例えば、長さ、幅、面積など）を含むがこれらに限定されない特性によって決定される。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素は、本明細書の定義により、「拡張した点光源」、すなわちマルチビーム要素の範囲全体に分布する複数の点光源と見なされ得る。さらに、マルチビーム要素によって生成される方向性光ビームは、本明細書の定義により、図１に関して上述したように、角度成分｛θ，φ｝により与えられる主要角度方向を有する。
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または装置として定義される。例えば、コリメータは、コリメーティングミラーまたはリフレクタ、コリメーティングレンズ、回折格子、テーパ付き光ガイド、およ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。様々な実施形態によれば、コリメータによって提供されるコリメーションの量は、所定の程度または量で実施形態ごとに変動してもよい。さらに、コリメータは、２つの直交する方向（例えば、垂直方向および水平方向）の一方または両方でコリメーションを提供するように構成されてもよい。すなわち、いくつかの実施形態によれば、コリメータは、光コリメーションを提供する２つの直交方向の一方または両方において特徴的な形状または類似したコリメート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、光がコリメーションされる度合いとして定義される。特に、コリメーション係数は、本明細書の定義により、コリメート光ビーム内にある光線の角度の広がりを規定する。例えば、コリメーション係数σは、コリメート光のビーム内の光線の大部分が特定の角度の広がり内にあることを指定する場合がある（例えば、コリメート光ビームの中心または主要角度方向を中心として＋／−σ度）。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することがあり、角度の広がりはコリメート光ビームのピーク強度の半分によって決定される角度であり得る。
本明細書において、「光源」は、光源（例えば、光を生成および放射するように構成された光エミッタ）として定義される。例えば、光源は、光エミッタ例えば活性化またはオンにされると光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでもよい。特に、本明細書では、光源は、実質的に任意の光源であるか、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、および実質的に任意の他の光源のうちの１つまたはそれ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むことができる。光源によって生成された光は、色を有していても（つまり、特定の波長の光を含んでも）、ある範囲の波長（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含んでもよい。例えば、光源は、光エミッタのセットまたはグループを含むことができ、光エミッタのうちの少なくとも１つが、セットまたはグループのうちの少なくとも１つの他の光エミッタによって生成される光の色または波長とは異なる色または同等に波長を有する光を生成する。異なる色には、例えば原色（例えば、赤、緑、青）が含まれる場合がある。本明細書では、「偏向」光源は、所定の偏向を伴う光を生成または提供する実質的に任意の光源として定義される。例えば、偏向光源は、光源の光エミッタの出力部に偏光子を備えているのであってもよい。
さらに、本明細書で使用される場合、冠詞「ａ」は、特許技術におけるその通常の意味、すなわち「１つまたはそれ以上の」という意味を有することを意図している。例えば、「散乱要素」とは、１つまたはそれ以上の散乱要素を意味し、したがって、「散乱要素」とは、本明細書の「散乱要素（複数可）」を意味する。また、「上（top）」、「下（bottom）」、「上（upper）」、「下（lower）」、「上（up）」、「下（down）」、「前（front）」、「後ろ（back）」、「第１（first）」、「第２（second）」、「左（left）」または「右（right）」に対する本明細書のいずれの言及も、本明細書では制限を意図するものではない。本明細書において、「約」という用語は、値に適用される場合、他に明示的に記していない限り、通常、値を生じるために使用される機器の許容範囲内であることを意味し、または、プラスまたはマイナス１０％、プラスまたはマイナス５％、またはプラスまたはマイナス１％を意味する場合がある。さらに、本明細書で使用される「実質的に」という用語は、過半数、またはほぼすべて、またはすべて、または約５１％から約１００％の範囲内の量を意味する。さらに、本明細書の例は、例示のみを目的とするものであり、限定目的ではなく、論じる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、バックライト付き透明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、例におけるバックライト付き透明ディスプレイ１００の斜視図を示す。図３Ｂは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるバックライト付き透明ディスプレイ１００の断面図を示す。図３Ｃは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例におけるバックライト付き透明ディスプレイ１００の別の斜視図を示す。図３Ｃの斜視図は、本明細書での論述を促すだけのために、部分的に切欠いた状態で示されている。
図３Ａ〜図３Ｃに示されるバックライト付き透明ディスプレイ１００は、表示画像を表すために後で変調される放射光１０２を提供するように構成される。特に、バックライト付き透明ディスプレイ１００によって提供される放射光１０２は、様々な実施形態に従って、バックライト付き透明ディスプレイ１００から離れて、見る者および背景シーン１０１の一方または両方に向けられる。さらに、放射光１０２は、表示された画像を提供または「表示」するために変調される（例えば、以下で説明するようなライトバルブのアレイを使用する）。様々な実施形態によれば、見る者に向けられた放射光１０２は、表示画像を表すために直接変調されてもよく（例えば放射後に）、一方で背景シーン１０１に向けられた放射光１０２は、背景シーン１０１またはその中のオブジェクトによって反射された後にのみ、表示画像を表すために変調されてもよい。例えば、放射光１０２は、背景シーン１０１の照明源として機能し得る。次に、背景シーン１０１によって反射される放射光１０２は、その後、例えば、表示された画像を表すために変調され得る。いくつかの実施形態では、表示された画像は二次元（２Ｄ）コンテンツを含んでもよく、したがって２Ｄ画像を表してもよく、または２Ｄ画像であってもよい。他の実施形態では、表示される画像は、三次元（３Ｄ）コンテンツ（例えば、使用者から見たときに３Ｄオブジェクトとして表示される異なる透視図で表される仮想オブジェクト）を含むことができ、したがって３Ｄ画像を表すか、３Ｄ画像であり得る。
さらに、バックライト付き透明ディスプレイ１００は、バックライト付き透明ディスプレイ１００を通して背景シーン１０１を見ることができるように構成される。すなわち、バックライト付き透明ディスプレイ１００により、使用者は、バックライト付き透明ディスプレイ１００によって提供される表示画像と背景シーン１０１の両方を同時に見ることができるようになり得る。さらに、バックライト付き透明ディスプレイ１００を通して背景シーン１０１を見ると、見る者にとって、表示画像が提供されている、または背景シーン１０１に重ねられている、または「シーン内にある」ように見える場合がある。したがって、一部の実施形態によれば、バックライト付き透明ディスプレイ１００は、使用者に拡張現実感（ＡＲ）体験を提供することができ、それにおいて、２Ｄおよび３Ｄの仮想オブジェクトの一方または両方が背景シーン１０１の中または一部であるように見える。
図３Ａに示すように、使用者は、位置または領域Ａからバックライト付き透明ディスプレイ１００を見ることができ、背景シーン１０１は、領域Ａの側からバックライト付き透明ディスプレイ１００の反対側、例えば領域Ｂに位置することができる。例えば、使用者は、太字の矢印と破線で示される方向に、バックライト付き透明ディスプレイ１００の「前」側を（すなわち、領域Ａから）見ることができる。次に、背景シーン１０１は、領域Ｂのバックライト付き透明ディスプレイ１００の後ろに位置してもよい。また図３Ａは、放射光１０２を、限定するものではなく例として、領域Ａの見る者と、領域Ｂの背景シーン１０１の両方に向けるものとして示している。
図３Ａ〜図３Ｃに示されるバックライト付き透明ディスプレイ１００は、光ガイド１１０を含む。いくつかの実施形態によれば、光ガイド１１０はプレート状光ガイドであってもよい。光ガイド１１０は、光を導波光１０４として光ガイド１１０の長さに沿って導くように構成される。例えば、光ガイド１１０は、光導波路として構成された誘電材料を含むことができる。誘電材料は、誘電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の屈折率を有してもよい。屈折率の差は、例えば、光ガイド１１０の１つまたはそれ以上のガイドモードに従って導波光１０４の全内部反射を促進するように構成される。
特に、光ガイド１１０は、光学的に透明な誘電材料の延長された実質的に平面のシートを含むスラブまたはプレート状光導波路であってもよい。誘電材料の実質的に平面のシートは、全内部反射を使用して導波光１０４を誘導するように構成される。様々な例によれば、光ガイド１１０の光学的に透明な材料は、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）および実質的に光学的に透明なプラスチックまたはポリマー（例えばポリ（メチルメタクリレート）または「アクリルガラス」、ポリカーボネートなど）のうちの１つまたはそれ以上を含むが、これらに限定されない様々な誘電材料のいずれかを含むか、それらから構成されてもよい。いくつかの例では、光ガイド１１０は、光ガイド１１０の表面（例えば、上面および底面の一方または両方）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。クラッド層は、いくつかの例によれば、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、いくつかの実施形態によれば、光ガイド１１０は、図３Ｂに示すように、光ガイド１１０の第１の表面１１０’（例えば、「前側の」表面または面）と第２の表面１１０”（例えば、「後ろ側の」表面または面）との間の非ゼロ伝播角での全内部反射に従って導波光１０４を誘導するように構成される。特に、導波光１０４は、光ガイド１１０の第１の表面１１０’と第２の表面１１０’’との間を非ゼロ伝播角で反射または「跳ね返る」ことにより伝播する。いくつかの実施形態では、導波光１０４は、異なる色の光の複数の導波光ビームを含む。複数の導波光ビームの光ビームは、異なる、色固有の、非ゼロ伝播角のそれぞれで光ガイド１１０によって誘導され得る。わかりやすくするために、非ゼロ伝播角は示されていないことに留意されたい。しかし、伝播方向１０３を示す太い矢印は、図３Ｂの光ガイドの長さに沿った導波光１０４の一般的な伝播方向を示している。
本明細書で定義されるように、「非ゼロ伝播角」は、光ガイド１１０の表面（例えば、第１の表面１１０’または第２の表面１１０’’）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、ゼロより大きく、かつ光ガイド１１０内の全内部反射の臨界角より小さい。例えば、導波光１０４の非ゼロ伝播角は、約１０度から約５０度の間、またはいくつかの例では、約２０度から約４０度の間、または約２５度から約３５度の間であり得る。例えば、非ゼロ伝播角は約３０度である。他の例では、非ゼロ伝播角は約２０度、または約２５度、または約３５度であり得る。さらに、特定の非ゼロ伝播角が、光ガイド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選択されてもよい（例えば、任意に）。
光ガイド１１０内の導波光１０４は、非ゼロ伝播角（例えば、約３０〜３５度）で光ガイド１１０に導入または結合され得る。レンズ、ミラーまたは同様のリフレクタ（例えば、傾斜コリメートリフレクタ）、回折格子、およびプリズム（図示せず）のうちの１つまたはそれ以上は、例えば、非ゼロ伝播角での導波光１０４として光ガイド１１０の入口端部への光の結合を促進し得る。光ガイド１１０に結合されると、導波光１０４は、光ガイド１１０に沿って、概して入口端部から離れる方向に伝播する（例えば、図３Ｂのｘ軸に沿って指す太い矢印で示される）。
さらに、いくつかの実施形態によれば、光を光ガイド１１０に結合することにより生成される導波光１０４または同等の導波光１０４は、コリメート光であってもよい。本明細書において、「コリメート光」または「コリメート光ビーム」は、一般に、光として、より具体的には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、導波光１０４）として定義される。さらに、コリメート光ビームから発散または散乱される光線は、本明細書の定義により、コリメート光ビームの一部とは見なされない。様々な実施形態において、導波光１０４として光ガイド１１０内に誘導されるコリメート光は、コリメーション係数σに従って、またはコリメーション係数σを有してコリメーションされてもよい。
いくつかの実施形態では、光ガイド１１０は、導波光１０４を「再利用」するように構成されてもよい。特に、光ガイドの長さに沿ってガイドされた導波光１０４は、伝播方向とは異なる別の伝播方向１０３でその長さに沿って元に戻されてもよい。例えば、光ガイド１１０は、導波光１０４の供給源に隣接する入口端部の反対側の光ガイド１１０の端部に、リフレクタ（図示せず）を含むことができる。リフレクタは、導波光１０４を再利用導波光として入口端部に向かって反射して戻すように構成することができる。このように導波光１０４を再利用すると、後述するように、例えば散乱要素に導波光を２回以上利用可能にすることにより、バックライト付き透明ディスプレイ１００の輝度を高める（例えば、放射光１０２の強度を高める）ことができる。
図３Ｂ〜図３Ｃに示されるように、バックライト付き透明ディスプレイ１００は、光ガイドの長さに沿って互いに間隔を空けた複数の散乱要素１２０をさらに含む。特に、複数の散乱要素の散乱要素１２０は、有限の空間によって互いに分離されており、図示のように、光ガイドの長さに沿った個々の別個の散乱要素を表している。すなわち、本明細書の定義により、複数の散乱要素１２０は、有限（すなわち、非ゼロ）の要素間の距離（例えば、有限の中心間距離）に従って互いに間隔を空けられている。さらに、いくつかの実施形態によれば、複数の散乱要素の散乱要素１２０は一般に、互いに交差したり、重なり合ったり、さもなければ互いに接触したりしない。すなわち、各散乱要素１２０は概して別個であり、複数の散乱要素の中の散乱要素１２０の他のものから分離されている。
いくつかの実施形態によれば、複数の散乱要素１２０は、一次元（１Ｄ）アレイまたは二次元（２Ｄ）アレイのいずれかに配置されてもよい。例えば、複数の散乱要素１２０は、線形１Ｄアレイとして配置されてもよい。別の例では、複数の散乱要素１２０は、長方形の２Ｄアレイまたは円形の２Ｄアレイとして配置されてもよい。いくつかの実施形態では、アレイ内の散乱要素１２０の配置は、ランダムまたは少なくとも擬似ランダムであり得る。すなわち、光ガイド１１０を横切る、またはアレイを均等に横切る異なる箇所で、隣接する散乱要素１２０の間に異なる間隔が存在し得る。いくつかの実施形態では、隣接する散乱要素１２０間の間隔または等価に散乱要素１２０の局所密度は、光ガイド１１０を横切る距離、または等価にアレイを横切る距離の関数として変動し得る。さらに他の実施形態では、アレイ（すなわち、１Ｄまたは２Ｄのアレイ）内の散乱要素の分布は、規則的または実質的に均一であってもよい。特に、散乱要素１２０間の要素間の距離（例えば、中心間の距離または間隔）は、アレイにわたって実質的に均一または一定であり得る。
様々な実施形態によれば、複数の散乱要素の散乱要素１２０は、放射光１０２として導波光１０４の一部を結合出力または散乱するように構成される。特に、図３Ｂは、散乱要素１２０によって光ガイド１１０の第１（または前側）の表面１１０’から離れるように方向付けられているように描かれた複数の分岐する矢印として放射光１０２を示している。いくつかの実施形態によれば、複数の分岐する矢印は、拡散する散乱光を表すことがあり、放射光１０２は拡散光または実質的に拡散光であってもよい。
他の実施形態（図３Ａ〜図３Ｃには示されていない）では、放射光１０２は実質的に方向性であり得る。特に、散乱要素１２０は、導波光１０４の一部を、マルチビュー画像のそれぞれの異なる見る方向に対応する異なる主要角度方向を有する複数の方向性光ビームとして散乱させるように構成されたマルチビーム要素を含み得る。これらの実施形態では、放射光１０２は複数の方向性光ビームを含む。例えば、これらの実施形態のいくつかによれば、放射光１０２の方向性光ビームは光照射野を表し得る。
図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、バックライト付き透明ディスプレイ１００は、ライトバルブ１３０のアレイをさらに含む。ライトバルブ１３０のアレイは、散乱要素１２０によって供与される放射光１０２を変調するように構成される。具体的には、ライトバルブアレイは、バックライト付き透明ディスプレイ１００によって表示されている画像例えば表示画像として放射光１０２を変調するか、それを供与するように構成されてもよい。図３Ｃにおいて、ライトバルブ１３０のアレイは、ライトバルブアレイの下にある光ガイド１１０および散乱要素１２０の視覚化を可能にするために部分的に切り取られている。様々な実施形態では、液晶ライトバルブ、電気泳動ライトバルブ、およびエレクトロウェッティングに基づくまたはそれを採用するライトバルブのうちの１つまたはそれ以上を含むがこれらに限定されない、ライトバルブアレイのライトバルブ１３０として、多様な異なるタイプのライトバルブのいずれかを使用することができる。図３Ｂにおいて、ライトバルブアレイを出る放射光１０２は、変調を強調するために破線の矢印を使用して示されている。
いくつかの実施形態では、散乱要素１２０のサイズは、バックライト付き透明ディスプレイ１００のライトバルブアレイのライトバルブ１３０のサイズ以下である。例えば、散乱要素のサイズが「ｓ」で示され、ライトバルブのサイズが「Ｓ」で示される場合（例えば図３Ｂに示すように）、散乱要素のサイズｓは式（２）で求められる。
ｓ≦Ｓ （２）
本明細書では、「サイズ」は、長さ、幅、または面積を含むがこれらに限定されない様々な様式のいずれかで定義され得る。例えば、ライトバルブ１３０のサイズＳはその長さであってもよく、散乱要素１２０のサイズｓはまた、散乱要素１２０の長さであってもよい。別の例では、サイズは、散乱要素１２０の面積およびライトバルブ１３０の面積などの面積を示し得る。ライトバルブ１３０の「面積」は、いくつかの例では、その開口部または開口を示し得る。いくつかの実施形態では、散乱要素１２０のサイズは、ライトバルブのサイズの約９０パーセント（９０％）未満であり得る。他の実施形態において、散乱要素のサイズは、ライトバルブのサイズの約８０パーセント（８０％）未満、またはライトバルブのサイズの約７０パーセント（７０％）未満、またはライトバルブのサイズの約６０パーセント（６０％）未満、またはライトバルブのサイズの約５０パーセント（５０％）未満であってもよい。
様々な実施形態によれば、散乱要素１２０は、導波光１０４の一部を結合出力するように構成されたいくつかの異なる構造のいずれかを備えてもよい。例えば、異なる構造には、回折格子、マイクロ反射散乱要素、マイクロ屈折散乱要素（例えば、逆マイクロプリズム（inverted microprism））、およびそれらの様々な組み合わせが含まれ得るが、これらに限定されない。様々な実施形態において、回折格子を含む散乱要素１２０は、導波光部分を放射光１０２として回折的に散乱または結合出力するように構成される。マイクロ反射散乱要素を含む散乱要素１２０は、放射光１０２として導波光部分を反射で散乱または結合出力するように構成され、マイクロ屈折散乱要素を含む散乱要素１２０は、屈折による、または屈折を使用して放射光１０２として導波光部分を散乱または結合出力する（すなわち、導波光部分を屈折的に結合出力する）ように構成され得る。いくつかの実施形態では、散乱要素１２０は、実質的に単一の方向に光を散乱するように構成された一方向散乱要素であってもよい。いくつかの実施形態では、散乱要素１２０は、角度維持散乱要素および偏光維持散乱要素の一方または両方であってもよい。
図４Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例における散乱要素１２０を含むバックライト付き透明ディスプレイ１００の一部の断面図を示す。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、例における散乱要素１２０を含むバックライト付き透明ディスプレイ１００の一部の断面図を示す。特に、図４Ａ〜図４Ｂは、回折格子１２２を含むバックライト付き透明ディスプレイ１００の散乱要素１２０を示している。回折格子１２２は、複数の放射光１０２として導波光１０４の一部を回折的に結合出力するように構成される。回折格子１２２は、導波光部分の回折結合出力を提供するように構成された回折特徴部の間隔または回折特徴部または格子ピッチによって互いに離れた複数の回折特徴部を含む。様々な実施形態によれば、回折格子１２２内の回折特徴部の間隔または格子ピッチは、サブ波長（すなわち、導波光の波長未満）であり得る。
いくつかの実施形態では、散乱要素１２０の回折格子１２２は、光ガイド１１０の表面に、またはそれに隣接して配置されてもよい。例えば、回折格子１２２は、図４Ａに示されるように、光ガイド１１０の第１の表面１１０’にあっても、それに隣接していてもよい。光ガイドの第１の表面１１０’における回折格子１２２は、放射光１０２として第１の表面１１０’を通して導波光部分を回折的に結合出力するように構成される透過モード回折格子であってもよい。透過モード回折格子は、例えば回折格子１２２の上下の２つの方向に回折散乱をもたらすことができる。
別の例では、図４Ｂに示されるように、回折格子１２２は、光ガイド１１０の第２の表面１１０’’にまたはそれに隣接して配置され得る。第２の表面１１０’’に位置する場合、回折格子１２２は反射モード回折格子であり得る。反射モード回折格子として、回折格子１２２は、導波光部分を回折し、回折導波光部分を第１の表面１１０’に向かって反射し、回折的放射光１０２として第１の表面１１０’から出るように構成される。反射モード回折格子は、一方向散乱要素の例である。特に、反射モード回折格子は、一方向のみ、例えば、回折格子１２２の上に回折散乱をもたらすように構成されてもよい。他の実施形態（図示せず）では、回折格子は、例えば、透過モード回折格子および反射モード回折格子の一方または両方として、光ガイド１１０の表面間に配置されてもよい。
いくつかの実施形態によれば、回折格子１２２の回折特徴部は、互いに離間した溝および隆起の一方または両方を備えてもよい。溝または隆起は、光ガイド１１０の材料を含んでもよく、例えば、光ガイド１１０の表面に形成されてもよい。別の例では、溝または隆起は、光ガイド材料以外の材料、例えば、光ガイド１１０の表面上の別の材料のフィルムまたは層から形成されてもよい。
いくつかの実施形態では、散乱要素１２０の回折格子１２２は、回折特徴部の間隔が回折格子１２２全体にわたって実質的に一定または不変である均一な回折格子である。他の実施形態では、回折格子１２２はチャープ回折格子であってよい。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または長さにわたって変化する回折特徴部の回折間隔（すなわち、格子ピッチ）を示す、また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、距離とともに直線的に変化する回折特徴部間隔の「チャープ」または変化を有する、または示すことがある。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、散乱要素１２０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得る。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。正弦波チャープまたは三角形または鋸歯状チャープなどの、これらに限定されない、非単調チャープも使用できる。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できる。
いくつかの実施形態では、回折格子１２２は、複数の回折格子または同等に複数のサブ格子を含むことができる。図５Ａは、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例における複数のサブ格子を含む回折格子１２２の断面図を示す。図５Ｂは、本明細書に記載の原理に一致する実施形態による、例において、図５Ａに示される複数の回折格子１２２の平面図を示す。図５Ａの断面図は、例えば、図５Ｂに示される回折格子１２２のサブ格子の最下列を通して左から右に得られる断面を表し得る。図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、複数のサブ格子は、光ガイド１１０の表面（例えば、図示の第２の表面１１０”）の散乱要素１２０の回折格子１２２内にある第１のサブ格子１２２ａおよび第２のサブ格子１２２ｂを含む。散乱要素１２０のサイズｓは、図５Ａおよび図５Ｂの両方に示されるが、散乱要素１２０の境界は、破線を使用して図５Ｂに示されている。
いくつかの実施形態によれば、複数の散乱要素の異なる散乱要素１２０間の回折格子１２２内のサブ格子の示差的な密度は、それぞれの異なる散乱要素１２０によって回折的に散乱される放射光１０２の相対的な強度を制御するように構成され得る。言い換えれば、散乱要素１２０は、その中に異なる密度の回折格子１２２を有してもよく、異なる密度（すなわち、サブ格子の示差的な密度）は、放射光１０２の相対的な強度を制御するように構成されてもよい。特に、回折格子１２２内のサブ格子がより少ない散乱要素１２０は、比較的多くのサブ格子を有する別の散乱要素１２０よりも低い強度（またはビームの密度）を有する放射光１０２を生成し得る。サブ格子の示差的な密度は、例えば、サブ格子を欠く、または持たない散乱要素１２０内にある、図５Ｂに示される位置１２２’などの位置を使用して提供できる。
図６は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例における対の散乱要素１２０の平面図を示す。図示のように、対の第１の散乱要素１２０ａは、対の第２の散乱要素１２０ｂに存在するよりも回折格子１２２内のサブ格子の密度が高い。特に、第２の散乱要素１２０ｂは、第１の散乱要素１２０ａよりもサブ格子が少なく、サブ格子のない位置１２２’が多い回折格子１２２を有する。いくつかの実施形態では、第１の散乱要素１２０ａにおける高密度のサブ格子は、第２の散乱要素１２０ｂによって提供される複数の方向性光ビームの強度よりも高い強度を有する複数の方向性光ビームを提供し得る。いくつかの実施形態によれば、図６に示す示差的なサブ格子密度によって提供される各々の複数の方向性光ビームのより強い強度とより弱い強度を使用して、伝播距離の関数として光ガイド内の導波光の光強度の変化を補償することができる。限定ではなく例として、図６はまた、湾曲した回折特徴部を有するサブ格子の回折格子１２２を示している。
図７Ａ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、例における散乱要素１２０を含むバックライト付き透明ディスプレイ１００の一部の断面図を示す。図７Ｂ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、例における散乱要素１２０を含むバックライト付き透明ディスプレイ１００の一部の断面図を示す。特に、図７Ａおよび図７Ｂは、マイクロ反射散乱要素を含む散乱要素１２０の様々な実施形態を示している。散乱要素１２０として、または散乱要素１２０で使用されるマイクロ反射散乱要素は、反射材料またはその層（例えば、反射金属）を使用するリフレクタ、または全内部反射（ＴＩＲ）に基づくリフレクタを含み得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態によれば（例えば、図７Ａおよび図７Ｂに示すように）、マイクロ反射散乱要素を含む散乱要素１２０は、光ガイド１１０の表面（例えば、第２の表面１１０’’）に、またはそれに隣接して配置されてもよい。他の実施形態（図示せず）では、マイクロ反射散乱要素は、第１の表面１１０’と第２の表面１１０’’との間の光ガイド１１０内に配置されてもよい。
例えば、図７Ａは、光ガイド１１０の第２の表面１１０’’に隣接して配置された反射ファセット（例えば「プリズム」マイクロ反射散乱要素）を有するマイクロ反射散乱要素１２４を含む散乱要素１２０を示す。図示されたプリズム状マイクロ反射散乱要素１２４のファセットは、放射光１０２として光ガイド１１０から導波光１０４の一部を反射する（すなわち、反射的に散乱する）ように構成される。ファセットは、例えば、導波光１０４の伝播方向に対して勾配または傾斜（すなわち、傾斜角を有する）して、導波光部分を光ガイド１１０から反射させることができる。ファセットは、様々な実施形態によれば、光ガイド１１０内の反射材料を使用して形成されてもよく（例えば、図７Ａに示されるように）、または第２の表面１１０’’のプリズムキャビティの表面であってもよい。いくつかの実施形態では、プリズムキャビティが使用される場合、キャビティ表面での屈折率の変化が反射を提供するか（ＴＩＲ反射など）、ファセットを形成するキャビティ表面が反射材料でコーティングされて反射を提供する。
別の例では、図７Ｂは、半球状のマイクロ反射散乱要素１２４を含むがこれに限定されない、実質的に滑らかな曲面を有するマイクロ反射散乱要素１２４を含む散乱要素１２０を示している。マイクロ反射散乱要素１２４の特定の表面の湾曲は、例えば、導波光１０４が接触する曲面の入射点に応じて、異なる方向に導波光部分を反射するように構成されてもよい。図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、限定ではなく例として、光ガイド１１０から反射的に散乱される導波光部分は、第１の表面１１０’から出るか、放射される。図７Ａのプリズムのマイクロ反射散乱要素１２４と同様に、図７Ｂのマイクロ反射散乱要素１２４は、光ガイド１１０内の反射材料、または例として限定するものではない図７Ｂに示される、第２の表面１１０’’に形成された空洞（例えば、半円形の空洞）のいずれかであり得る。
図８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、例における散乱要素１２０を含むバックライト付き透明ディスプレイ１００の一部の断面図を示す。特に、図８は、マイクロ屈折散乱要素１２６を含む散乱要素１２０を示している。様々な実施形態によれば、マイクロ屈折散乱要素１２６は、光ガイド１１０から導波光１０４の一部を屈折的に結合出力または散乱するように構成される。すなわち、マイクロ屈折散乱要素１２６は、屈折（例えば、回折または反射とは対照的）を利用して、光ガイド１１０から導波光部を、放射光１０２として結合出力または散乱するように構成される。いくつかの実施形態では、マイクロ屈折散乱要素１２６は、例えば図８に示され、以下で説明されるように、導波光部分を散乱させる際に反射をさらに使用することができる。
様々な実施形態によれば、マイクロ屈折散乱要素１２６は、半球の形状、長方形の形状、またはプリズムの形状（すなわち、傾斜したファセットを有する形状）を含むがこれらに限定されない様々な形状を有してもよい。マイクロ屈折散乱要素１２６は、図示されるように、光ガイド１１０の表面（例えば、第１の表面１１０’）から延在または突出してもよく、表面の空洞（図示せず）であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、マイクロ屈折散乱要素１２６は、光ガイド１１０の材料を含んでもよい。他の実施形態では、マイクロ屈折散乱要素１２６は、光ガイドの表面に隣接する別の材料を含むことができ、またいくつかの例では、それと接触する別の材料を含むことができる。
特に、図８に示すマイクロ屈折散乱要素１２６は、限定ではなく例として、逆マイクロプリズムを含む。図示されているように、マイクロ屈折散乱要素１２６の逆マイクロプリズムは、入力開口１２７、傾斜側壁１２８、および出力開口１２９を備えた円錐台または角柱形状を有する。いくつかの実施形態では、マイクロ屈折散乱要素１２６は、例えばマイクロ屈折散乱要素１２６のサイズｓ内にある複数の逆マイクロプリズムを備えてもよい。
マイクロ屈折散乱要素１２６の逆マイクロプリズムは、導波光１０４の一部を散乱または結合出力する（またはより一般的には受け取る）ように構成される。具体的には、逆マイクロプリズムは、入力開口１２７で、または入力開口１２７を介して導波光１０４を受け取り、受け取った導波光を逆マイクロプリズムの傾斜側壁（複数可）１２８で反射することにより、出力開口１２９で放射光１０２として光を提供または「放射」するように構成されている。本明細書では、入力開口１２７を介して導波光部分を受け取ることは、定義により、それが入力開口１２７の両側の材料の屈折率のみを含むため、屈折散乱である。
様々な実施形態において、逆マイクロプリズム要素は、円錐台、角錐台、および他の様々な多面構造に類似または実質的に類似した形状を有してもよい。さらに、逆マイクロプリズム要素１２６の特定の形状ならびにその傾斜側壁１２８の所定の傾斜角は、放射光１０２の他の態様と同様に、角の形状または角の強度を制御するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、傾斜側壁１２８は、反射層または反射材料（例えば、傾斜側壁１２８の外面上の反射材料層）をさらに含むことができる。反射層は、逆マイクロプリズムの内面で反射を提供または増強するように構成されてもよい。あるいは、傾斜側壁の内面での反射は、全内部反射によってもたらされ、反射層の必要性をなくすことができる。本明細書で説明する原理の様々な実施形態によれば、逆マイクロプリズムを含むマイクロ屈折散乱要素１２６は、一方向散乱要素の別の例である。
再び図３Ｂを参照すると、バックライト付き透明ディスプレイ１００は、光源１４０をさらに含むことができる。様々な実施形態によれば、光源１４０は、光ガイド１１０内で誘導される光を提供するように構成される。特に、光源１４０は、光ガイド１１０の入射面または端部（入力端部）に隣接して配置することができる。様々な実施形態において、光源１４０は、１つまたはそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザ（例えば、レーザダイオード）を含むがこれらに限定されない実質的に任意の光源（例えば、光エミッタ）を備えてもよい。いくつかの実施形態では、光源１４０は、特定の色で示される狭帯域スペクトルを有する実質的に単色の光を生成するように構成された光エミッタを備えてもよい。特に、単色光の色は、特定の色の空間または色のモデル（例えば、赤緑青（ＲＧＢ）の色のモデル）の原色である場合がある。他の例では、光源１４０は、実質的に広帯域または多色の光を提供するように構成された広帯域の光源であり得る。例えば、光源１４０は白色光を提供してもよい。いくつかの実施形態では、光源１４０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。異なる光エミッタは、光の異なる色のそれぞれに対応する、異なる、色固有の、非ゼロ伝播角を有する光を提供するように構成されてもよい。
いくつかの実施形態では、光源１４０は、コリメータ（図示せず）をさらに備えてもよい。コリメータは、光源１４０の光エミッタの１つまたはそれ以上から実質的にコリメートされていない光を受け取り、実質的にコリメートされていない光をコリメートされている光に変換するように構成されてもよい。特に、いくつかの実施形態によれば、コリメータは、非ゼロ伝播角を有し、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光を提供することができる。さらに、異なる色の光エミッタが使用される場合、コリメータは、異なる、色固有の、非ゼロ伝播角の一方または両方を有し、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光を提供するように構成され得る。コリメータはさらに、コリメート光を光ガイド１１０に伝達して、上述の導波光１０４として伝播するように構成される。
様々な実施形態では、バックライト付き透明ディスプレイ１００は、導波光１０４の伝播方向１０３に直交する光ガイド１１０を通る方向の光に対して実質的に透明になるように構成される。特に、光ガイド１１０および複数の散乱要素の離間した散乱要素１２０は、光が第１の表面１１０’および第２の表面１１０’’の両方を通って光ガイド１１０を通過することができる。少なくとも部分的に、散乱要素１２０のサイズが比較的小さいことと、散乱要素１２０の要素間間隔が比較的大きいことの両方により、透明性が促進され得る。さらに、特に散乱要素１２０が回折格子を含む場合、いくつかの実施形態において、散乱要素１２０は、光ガイド表面１１０’、１１０’’に直交して伝播する光に対して実質的に透明であってもよい。さらに、少なくともいくつかの場合（例えば、ライトバルブがクリアまたは「白色光」の状態に設定されている場合）、ライトバルブ１３０のアレイは、直交伝播する光に対しても透明になるように構成される。したがって、様々な実施形態によると、例えば、背景シーン１０１からの光は、複数の散乱要素を備えた光ガイド１１０と、ライトバルブアレイのライトバルブ１３０の少なくともいくつかとを直交方向に通過して、バックライト付き透明ディスプレイ１００を介して背景シーン１０１を見ることを促進することができる。
本明細書に記載の原理のいくつかの実施形態によれば、透明ディスプレイシステムが提供される。透明ディスプレイシステムは、透明ディスプレイ上または透明ディスプレイによって表示される画像のピクセルとして変調光を放射するように構成されている。さらに、様々な実施形態によれば、透明ディスプレイシステムは、背景シーンを透明ディスプレイシステムを通して見ることができるように構成される。
いくつかの実施形態では、透明ディスプレイは、比較的広いが実質的に無方向性の見る角度を有する変調光を放射するように構成された二次元（２Ｄ）透明ディスプレイシステムであってもよい。すなわち、２Ｄ透明ディスプレイシステムは、表示画像のピクセルとして、例えば「２Ｄ」画像として変調光を放射することができる。さらに、２Ｄ画像として、表示された画像は、表示された画像の同じビューを、広範の見る角度内の実質的に任意の場所にいる見る者に提供するように構成される。様々な実施形態によれば、透明ディスプレイシステムによって提供される表示画像は、背景シーンの上または中に重畳されて見えることがある。
他の実施形態では、透明ディスプレイシステムは、放射された変調光が、透明マルチビューディスプレイシステムの複数の見る方向に優先的に向けられる、放射された変調方向性光ビームを含む透明マルチビューディスプレイシステムであってもよい。透明なマルチビューディスプレイシステムの実施形態に関して、表示される画像は、変調された方向性光ビームの方向に対応する方向を有する方向性ピクセルを含む三次元（３Ｄ）またはマルチビュー画像であり得る。特に、放射された変調方向性光ビームの異なるものは、マルチビュー画像に関連付けられた異なる「ビュー」の個々の方向性ピクセルに対応し得る。異なるビューは、例えば、透明なマルチビューディスプレイシステムによって表示されているマルチビュー画像内の情報の「眼鏡なし」（例えば、自動立体視）での表現の見る体験を提供し得る。さらに、２Ｄ画像と同様に、様々な実施形態によれば、透明なマルチビュー表示システムによって提供されるマルチビュー画像は、背景シーンの上または中に重畳されて見えることがある。
図９は、本明細書に記載の原理と一致する実施形態による、例における透明ディスプレイシステム２００のブロック図を示す。様々な実施形態によれば、透明ディスプレイシステム２００は、透明ディスプレイシステム２００の見る者または使用者に、背景シーン２０１（すなわち、透明ディスプレイシステム２００の背後にあるまたはそれを介して見られるシーン）に重畳されるように見える画像を表示するように構成される。特に、透明ディスプレイシステム２００は、透明ディスプレイシステム２００を通して見える背景シーン２０１に重ねられた表示画像を提供するように構成される。
上述の様々な実施形態では、表示される画像は、２Ｄ画像またはマルチビュー画像であってもよい。特に、透明ディスプレイシステム２００によって提供される変調された放射光２０２は、表示画像のピクセル（すなわち、２Ｄピクセルおよびマルチビュー／３Ｄピクセルの一方または両方）に対応する。さらに、いくつかの実施形態では、透明ディスプレイシステム２００からの変調された放射光２０２は、２Ｄ画像が表示されるときのように、拡散するか、比較的見る角度を広くすることができる。他の実施形態では、変調された放射光２０２は、変調された方向性光ビームであり得、したがって、表示されたマルチビュー画像の異なるビューの方向性ピクセルに対応し得る。変調された放射光２０２は、図９の透明ディスプレイシステム２００を発する矢印として示されている。破線は、限定ではなく例としてその変調を強調するために、変調された放射光２０２の矢印に使用される。
図９に示される透明ディスプレイシステム２００は、ライトバルブ２１０のアレイを含む。ライトバルブ２１０のアレイは、放射光２０４を変調して、表示画像（すなわち、表示画像のピクセル）を表す変調された放射光２０２を提供するように構成される。一部の実施形態では、ライトバルブ２１０のアレイは、上述のバックライト付き透明ディスプレイ１００のライトバルブ１３０のアレイと実質的に同様であってもよい。
図９に示される透明ディスプレイシステム２００は、透明バックライト２２０をさらに備える。様々な実施形態によれば、透明バックライト２２０は、複数の散乱要素２２４を有する光ガイド２２２を含む。透明バックライト２２０は、様々な実施形態において、光ガイド２２２の縁部に結合された光源２２６をさらに含む。光源２２６は、光ガイド２２２内で誘導される光として誘導される光を提供するように構成される。複数の散乱要素２２４は、導波光の一部を放射光２０４として散乱させるように構成される。様々な実施形態によれば、放射光２０４は、ライトバルブアレイおよび背景シーン２０１の一方または両方に向かう方向を有することができる。さらに、様々な実施形態によれば、透明バックライト２２０とライトバルブ２１０のアレイとの組み合わせの透明度は、背景シーン２０１が透明ディスプレイシステム２００を通して見えるようにするように構成される。
いくつかの実施形態において、透明バックライト２２０の光ガイド２２２および複数の散乱要素２２４は、上述のバックライト付き透明ディスプレイ１００の光ガイド１１０および複数の散乱要素１２０とそれぞれ実質的に同様であってもよい。例えば、複数の散乱要素２２４は、偏光維持散乱要素、角度維持散乱要素、および一方向散乱要素のうちの１つまたはそれ以上を備えてもよい。さらに、様々な実施形態において、複数の散乱要素のうちの散乱要素２２４は、図４Ａ〜図８に示され、図４Ａ〜図８に関して説明された散乱要素１２０のいずれかを含むことができる。すなわち、複数の散乱要素の散乱要素２２４は、光ガイド２２２に光学的に接続され、導波光の部分を散乱させるように構成された回折格子、マイクロ反射散乱要素、およびマイクロ屈折散乱要素のうちの１つまたはそれ以上を含み得る。さらに、いくつかの実施形態では、散乱要素２２４のサイズは、ライトバルブアレイのライトバルブ２１０のサイズより小さくてもよい。
他の実施形態では、複数の散乱要素２２４は、複数のマルチビーム要素を備えてもよい。これらの実施形態によれば、複数のマルチビーム要素のうちのマルチビーム要素は、異なる主要角度方向を有する複数の方向性光ビームとして導波光の一部を散乱させるように構成され得る。特に、複数の方向性光ビームの様々な方向性光ビームの異なる主要角度方向は、マルチビュー画像のそれぞれ異なる見る方向に対応し得る。したがって、透明ディスプレイシステム２００は、マルチビュー透明ディスプレイシステムであってもよく、表示される画像は、マルチビュー画像であっても、それを表してもよい。いくつかの実施形態では、マルチビーム要素のサイズは、ライトバルブ２１０のアレイのライトバルブ２１０のサイズの約５０パーセントから約２００パーセントの間である。
いくつかの実施形態では、複数の散乱要素の散乱要素２２４の密度は、光源２２６が結合される光ガイド２２２の端部からの距離の関数として変化するように構成され得る。密度は、例えば、光ガイド２２２内の導波光の強度の変動を補償するために距離の関数として変動してもよい。
さらに、いくつかの実施形態によれば、透明バックライト２２０の光源２２６は、上述のように、バックライト付き透明ディスプレイ１００の光源１４０と実質的に同様であってもよい。例えば、光源２２６は、非ゼロの伝播角を有することと、所定のコリメーション係数に従ってコリメートされることの一方または両方の導波光を提供するように構成されてもよい。光源２２６は、例えば、所定のコリメーション係数を有するコリメート導波光として導波光を提供するように構成されたコリメータを備えてもよい。
いくつかの実施形態では、ライトバルブ２１０のアレイは、背景シーン２０１に隣接する第２の表面の反対側の光ガイド２２２の第１の表面に隣接してもよい。散乱要素２２４はさらに、第２の表面を通って光ガイドから導波光の別の部分を散乱させるように構成されてもよい。散乱要素２２４によって散乱される導波光の他の部分は、例えば、背景シーン２０１を照明する（または照明源として機能する）ために使用されてもよい。図９は、背景シーン２０１に向かう矢印として、導波光の他の部分から透明バックライト２２０の散乱要素２２４によって提供される放射光２０４を示している。図９に明示的に示されていないが、これらの実施形態では、ライトバルブアレイは、背景シーン２０１によって反射された放射光２０４を変調するように構成され得る。
いくつかの実施形態では、光源２２６は、所定の偏光を有する光を提供するように構成され得る。例えば、光源２２６は、偏光子または偏光光学エミッタを備えてもよい。これらの実施形態では、複数の散乱要素２２４は、偏光維持散乱を提供するように構成されてもよく、放射光２０４は、例えば、ライトバルブ２１０のアレイの入力偏光と一致するように構成される偏光を有してもよい。
本明細書に記載の原理の他の実施形態によれば、透明ディスプレイ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実施形態による、例における透明ディスプレイ動作の方法３００のフローチャートを示す。図１０に示すように、透明ディスプレイ動作の方法３００は、導波光として光ガイドの長さに沿って光を誘導すること３１０を含む。いくつかの実施形態では、光は、非ゼロ伝播角で誘導３１０されてもよい。さらに、導波光は、所定のコリメーション係数に従ってコリメーションされてもよい。さらになお、導波光は偏光されていても、所定の偏光を有していてもよい。いくつかの実施形態によれば、光ガイドは、バックライト付き透明ディスプレイ１００に関して上述した光ガイド１１０と実質的に同様であってもよい。
図１０に示されるように、透明ディスプレイ動作の方法３００は、複数の散乱要素を使用して、放射光として光ガイドから導波光の一部を散乱させること３２０をさらに含む。いくつかの実施形態では、複数の散乱要素は、バックライト付き透明ディスプレイ１００に関して上述した複数の散乱要素１２０と実質的に同様である。
図１０に示される透明ディスプレイ動作の方法３００は、透明なライトバルブのアレイを使用して放射光を変調すること３３０をさらに含む。ライトバルブの透明アレイは、放射光を表示画像として変調するように構成されている。様々な実施形態によれば、光ガイド、複数の散乱要素、および透明ディスプレイの透明ライトバルブアレイの組み合わせにより、背景シーンを透明ディスプレイを通して見ることが可能になる。さらに、様々な実施形態によれば、表示画像は、透明な表示動作によって目に見える背景シーンに重畳させてもよい。一部の実施形態では、ライトバルブの透明なアレイは、上述のバックライト付き透明ディスプレイ１００のライトバルブ１３０のアレイと実質的に同様であってもよい。
一部の実施形態では、散乱させること３２０で使用される複数の散乱要素の散乱要素のサイズは、ライトバルブアレイのライトバルブのサイズより小さい。いくつかの実施形態では、複数の散乱要素は、光ガイドに光学的に接続された回折格子、マイクロ反射散乱要素、およびマイクロ屈折散乱要素のうちの１つまたはそれ以上を含む。一部の実施形態では、放射光は、透明ライトバルブアレイおよび背景シーンの一方または両方に向けられ、背景シーンに向けられた放射光は、背景シーンに照明を提供するように構成される。
いくつかの実施形態（図示せず）では、透明ディスプレイ動作の方法３００は、光源を使用して光ガイドに光を提供することをさらに含む。提供される光は、一方または両方が光ガイド内で非ゼロ伝播角を持ち、コリメート係数に従って光ガイド内でコリメートされ、光ガイド内で導波光の所定の角度の広がりを提供する導波光であり得る。いくつかの実施形態では、光源は、上述のバックライト付き透明ディスプレイ１００の光源１４０と実質的に同様であってもよい。
このように、バックライト付き透明ディスプレイ、透明ディスプレイシステム、およびバックライト付き透明ディスプレイ動作の方法の例および実施形態が説明されており、背景シーンを透明ディスプレイを通して見ることができ、表示画像を目に見える背景シーンに重ねることができる。上記の例は、本明細書に記載の原理を表す多くの特定の例の一部を単に例示するものであることを理解されたい。明らかに、当業者は、添付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、多数の他の構成を容易に考案することができる。

Claims (21)

  1. バックライト付き透明ディスプレイであって、
    光ガイドの長さに沿って導波光として光を誘導するように構成される光ガイド、
    前記光ガイドに沿ってまた横切って互いに間隔を空けて配置される複数の散乱要素であって、前記導波光の一部を放射光として散乱させるように構成される複数の散乱要素、および
    前記放射光を表示画像として変調するように構成されたライトバルブのアレイであって、前記複数の散乱要素の散乱要素のサイズが、前記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズよりも小さいライトバルブのアレイ
    を含み、
    前記バックライト付き透明ディスプレイの透明度が、前記バックライト付き透明ディスプレイを通して背景シーンを見ることができるように構成される、バックライト付き透明ディスプレイ。
  2. 前記複数の散乱要素が、前記放射光を拡散光として提供するように構成され、前記表示画像は、前記バックライト付き透明ディスプレイを通して前記背景シーンのビューに重畳される、請求項１に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
  3. 前記複数の散乱要素の前記散乱要素が、前記光ガイドの第１の表面および第２の表面の一方に位置し、前記散乱要素が、前記ライトバルブアレイに隣接している前記第１の表面を通して前記導波光部分を散乱させるように構成されている、請求項１に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
  4. 前記複数の散乱要素の散乱要素が、前記放射光として前記導波光の前記一部を回折的に散乱させるように構成された回折格子を含む、請求項１に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
  5. 前記複数の散乱要素が、マイクロ反射散乱要素およびマイクロ屈折散乱要素の一方または両方を備え、前記マイクロ反射散乱要素は、前記導波光の一部を反射的に散乱するように構成され、前記マイクロ屈折散乱要素は、前記導波光の一部を屈折的に散乱するように構成される、請求項１に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
  6. 前記複数の散乱要素の散乱要素が一方向散乱要素を含む、請求項１に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
  7. 前記一方向散乱要素が逆プリズム散乱要素を含む、請求項６に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
  8. 前記複数の散乱要素が、前記背景シーンの方向に光を放射するようにさらに構成され、前記背景シーンに向けられた前記放射光は、前記背景シーンを照らすように構成される、請求項１に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
  9. 前記ライトバルブのアレイが液晶ライトバルブを含む、請求項１に記載のバックライト付き透明ディスプレイ。
  10. 請求項１に記載のバックライト付き透明ディスプレイを備える透明ディスプレイシステムであって、前記光ガイドの入力端部に光学的に結合された光源をさらに備え、前記光源は、非ゼロ伝播角を有することと、所定のコリメーション係数に従ってコリメートされることの１つまたは双方で前記導波光を提供するように構成される、透明ディスプレイシステム。
  11. 透明ディスプレイシステムであって、
    放射光を変調して表示画像を提供するように構成されたライトバルブのアレイ、および
    複数の散乱要素を有する光ガイドと、前記光ガイドの縁部に結合された光源とを備える透明バックライトであって、前記光源が、前記光ガイド内で誘導される光を導波光として提供するように構成され、前記複数の散乱要素が前記ライトバルブアレイと背景シーンの一方または両方に向かう方向を有する前記放射光として前記導波光の一部を散乱させるように構成される透明バックライト
    を含み、
    前記透明ディスプレイシステムが、前記透明ディスプレイシステムを通して見える前記背景シーンに重畳されたものとして前記表示画像を提供するように構成される、透明ディスプレイシステム。
  12. 前記背景シーンに向けられた前記放射光が前記背景シーンの照明源として機能し、前記ライトバルブアレイが前記背景シーンによって反射された前記放射光を変調するように構成される、請求項１１に記載の透明ディスプレイシステム。
  13. 前記複数の散乱要素の散乱要素が、前記光ガイドに光学的に接続され、前記導波光の前記部分を散乱させる、回折格子、マイクロ反射散乱要素、およびマイクロ屈折散乱要素のうちの１つまたはそれ以上を含む、請求項１１に記載の透明ディスプレイシステム。
  14. 前記複数の散乱要素の散乱要素の密度は、前記光源が結合される前記光ガイドの前記縁部からの距離の関数として変動するように構成され、前記密度が前記光ガイド内の前記導波光の強度の変動を補償する距離の関数として変動する、請求項１１に記載の透明ディスプレイシステム。
  15. 前記散乱要素のサイズは、前記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズよりも小さく、前記表示画像は二次元（２Ｄ）コンテンツを表し、前記透明ディスプレイシステムは２Ｄ透明ディスプレイシステムである、請求項１１に記載の透明ディスプレイシステム。
  16. 前記複数の散乱要素は、複数のマルチビーム要素を備え、前記複数のマルチビーム要素のマルチビーム要素は、マルチビュー画像のそれぞれの異なる見る方向に対応する異なる主要角度方向を有する複数の方向性光ビームとして前記導波光の一部を散乱させるように構成され、前記透明ディスプレイシステムはマルチビュー透明ディスプレイシステムであり、前記表示画像はマルチビュー画像である、請求項１１に記載の透明ディスプレイシステム。
  17. 前記マルチビーム要素のサイズが、前記ライトバルブのアレイのライトバルブのサイズの５０パーセントから２００パーセントの間である、請求項１６に記載の透明ディスプレイシステム。
  18. 前記複数の散乱要素が、偏光維持散乱要素、角度維持散乱要素、および一方向散乱要素のうちの１つまたはそれ以上を備える、請求項１１に記載の透明ディスプレイシステム。
  19. 透明ディスプレイ動作の方法であって、
    導波光として光ガイドの長さに沿って光を誘導すること、
    複数の散乱要素を使用して、放射光として前記光ガイドから前記導波光の一部を散乱させること、および
    前記放射光を表示画像として変調するように構成された透明なライトバルブのアレイを使用して前記放射光を変調すること
    を含み、
    前記光ガイド、前記複数の散乱要素、および前記透明ディスプレイの前記透明ライトバルブアレイの組み合わせにより、背景シーンを前記透明ディスプレイを通して見ることができ、前記表示画像は前記目に見える背景シーンに重畳される
    透明ディスプレイ動作の方法。
  20. 前記複数の散乱要素の散乱要素のサイズが、前記ライトバルブアレイのライトバルブのサイズよりも小さく、前記複数の散乱要素は、前記光ガイドに光学的に接続される、回折格子、マイクロ反射散乱要素、およびマイクロ屈折散乱要素のうちの１つまたはそれ以上を含む、請求項１９に記載の透明ディスプレイ動作の方法。
  21. 前記放射光は、前記透明ライトバルブアレイおよび前記背景シーンの一方または両方に向けられ、前記背景シーンに向けられた前記放射光は、前記背景シーンに照明を提供するように構成される、請求項１９に記載の透明ディスプレイ動作の方法。
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