JP7153666B2 - 多層マルチビューディスプレイおよび方法 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
この出願は、２０１７年４月４日に出願された米国仮特許出願第６２／４８１，６２８号の優先権を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。
連邦政府による資金提供を受けた研究または開発に関する記載
該当なし
ディスプレイ、特に「電子」ディスプレイは、様々なデバイスや製品の情報をユーザに伝達するためのほぼどこにでもある媒体である。例えば、電子ディスプレイは、携帯電話（スマートフォンなど）、時計、タブレットコンピュータ、モバイルコンピュータ（ラップトップコンピュータなど）、パーソナルコンピュータおよびコンピュータモニタ、自動車ディスプレイコンソール、カメラディスプレイ、他の様々なモバイルおよび実質的に非モバイルのディスプレイアプリケーション、ならびにデバイスなどの様々なデバイスおよびアプリケーションで使用されるが、これらに限定されない。電子ディスプレイは一般に、ピクセル強度の差分パターンを使用して、伝達されている画像または同様の情報を表現または表示する。差分ピクセル強度パターンは、パッシブ電子ディスプレイの場合のように、ディスプレイに入射する光を反射することにより提供される。あるいは、電子ディスプレイは、光を提供または放射して、差分ピクセル強度パターンを提供してもよい。光を放射する電子ディスプレイは、しばしばアクティブディスプレイと呼ばれる。
本開示は以下の［１］から［２４］を含む。
［１］多層静的マルチビューディスプレイであって、
第１のマルチビュー表示層であって、上記第１のマルチビュー表示層内のガイド光ビームの放射状パターンからの回折散乱光によって第１のマルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射するように構成された第１のマルチビュー表示層と、
第２のマルチビュー表示層であって、上記第２のマルチビュー表示層内のガイド光ビームの放射状パターンからの回折散乱光によって第２のマルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射するように構成された第２のマルチビュー表示層とを含み、
上記第２のマルチビュー表示層が、上記第１のマルチビュー表示層の放射面に隣接し、上記第１のマルチビュー画像に対して透明であるように構成される、多層静的マルチビューディスプレイ。
［２］上記第１のマルチビュー表示層および上記第２のマルチビュー表示層の一方または両方が、
上記ガイド光ビームの放射状パターンに合わせて構成された光ガイドと、
上記光ガイド上の入力位置にある光源であって、上記光源が、上記光ガイド内に互いに異なる半径方向を有する複数のガイド光ビームを上記ガイド光ビームの放射状パターンとして提供するように構成されている光源と、
上記指向性光ビームを放射するように構成された複数の回折格子であって、各回折格子が、上記複数のガイド光ビームのガイド光ビーム（a guided light beam of the guided light beam plurality）の一部から、上記第１または第２のマルチビュー画像の１つのビューピクセルの強度およびビュー方向に対応する強度およ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複数の回折格子とを含む、上記［１］に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
［３］上記光源の上記入力位置が、上記光ガイドの側面のほぼ中間点にある、上記［２］に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
［４］上記回折格子の格子特性が、上記強度および上記主角度方向を決定するように構成され、上記格子特性が、上記光ガイドの表面上の上記回折格子の位置と上記光ガイドの側面上の上記光源の上記入力位置との両方の関数である、上記［２］に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
［５］上記格子特性が、上記回折格子の格子ピッチおよび上記回折格子の格子方向の一方または両方を含み、上記格子特性が、上記回折格子によって提供される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る、上記［４］に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
［６］上記格子特性が、上記回折格子によって提供される上記指向性光ビームの上記強度を決定するように構成された格子深さを含む、上記［４］に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
［７］上記複数の指向性光ビームの指向性光ビーム（a directional light beam of the directional light beam plurality）の放射パターンが、上記複数のガイド光ビームの伝播方向に平行な方向において、上記複数のガイド光ビームの上記伝播方向に垂直な方向よりも広い、上記［２］に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
［８］上記光源と上記光ガイドとの間にコリメータをさらに備え、上記コリメータが、上記光源によって放射される光をコリメートするように構成され、上記複数のガイド光ビームがコリメート光ビームを含む、上記［２］に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
［９］上記第１のマルチビュー表示層と上記第２のマルチビュー表示層との間にスペーサをさらに備え、上記スペーサが、上記第１および第２のマルチビュー表示層の上記それぞれの光ガイドの屈折率よりも低い屈折率を有する、上記［２］に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
［１０］上記第１のマルチビュー表示層が、第１の時間間隔中に上記第１のマルチビュー画像を表示するように構成され、上記第２のマルチビュー表示層が、第２の時間間隔中に上記第２のマルチビュー画像を表示するように構成される、上記［１］に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
［１１］上記第１のマルチビュー表示層が第１の色の光を含む指向性光ビームを放射するように構成され、上記第２のマルチビュー表示層が第２の色の光を含む指向性光ビームを放射するように構成され、上記第１のおよび第２の色が互いに異なる、上記［１］に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
［１２］第３のマルチビュー表示層をさらに備え、上記第３のマルチビュー表示層が上記第３のマルチビュー表示層内のガイド光ビームの放射状パターンからの回折散乱光によって第３のマルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射するように構成され、上記第２のマルチビュー表示層が、上記第３のマルチビュー表示層と上記第１のマルチビュー表示層との間にあり、上記第３のマルチビュー表示層が、上記第１のマルチビュー画像および上記第２のマルチビュー画像の両方に対して透明になるように構成される、上記［１］に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
［１３］上記第１のマルチビュー表示層が赤色光を含む指向性光ビームを放射するように構成され、上記第２のマルチビュー表示層が緑色光を含む指向性光ビームを放射するように構成され、上記第３のマルチビュー表示層が青色光を含む指向性光ビームを放射するように構成され、上記多層静的マルチビューディスプレイが、上記第１のマルチビュー画像、上記第２のマルチビュー画像、および上記第３のマルチビュー表示層によって提供される第３のマルチビュー画像の合成を含むカラーマルチビュー画像を表示するように構成される、上記［１２］に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
［１４］マルチビューディスプレイであって、
複数のマルチビュー画像を提供するように構成された複数のマルチビュー表示層であって、各マルチビュー表示層がマルチビューピクセルの配列を有する光ガイドを含む、複数のマルチビュー表示層と、
複数の光源であって、上記複数の光源の各光源が、上記マルチビュー表示層の異なる１つの上記光ガイド内でガイド光ビームの放射状パターンを提供するように構成される、複数の光源とを含み、
マルチビューピクセル配列のマルチビューピクセルが、上記複数のマルチビュー画像のマルチビュー画像（a multiview image of the multiview image plurality）のビューピクセルを表す複数の指向性光ビームとして、上記ガイド光ビームの放射状パターンからの光を回折散乱するように構成された複数の回折格子を含む、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回折格子（a diffraction grating of the diffraction grating plurality）によって提供される指向性光ビームの主角度方向が、上記マルチビュー表示層の上記回折格子および上記光源の相対位置の関数である格子特性によって決定される、上記［１４］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１６］上記格子特性が、上記回折格子の格子ピッチおよび格子方向の一方または両方を含む、上記［１５］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１７］上記マルチビュー表示層の上記光ガイドが、上記光ガイド内の上記ガイド光ビームの放射状パターンの伝播方向に直交する方向に透明である、上記［１４］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１８］上記複数の光源が異なる色の光源を備え、上記複数のマルチビュー画像が、上記異なる色を有するマルチビュー画像を含む合成カラーマルチビュー画像を表す、上記［１４］に記載のマルチビューディスプレイ。
［１９］多層静的マルチビュー表示動作の方法であって、
第１のマルチビュー表示層内のガイド光ビームの放射状パターンからの回折散乱光によって第１の静的マルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射するステップと、
第２のマルチビュー表示層内のガイド光ビームの放射状パターンからの回折散乱光によって第２の静的マルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射するステップとを含み、
上記第２のマルチビュー表示層が上記第１のマルチビュー表示層の放射面に隣接し、上記第１の静的マルチビュー画像を表す上記放射された指向性光ビームが、上記第２のマルチビュー表示層を通過する、多層静的マルチビュー表示動作の方法。
［２０］上記第１の静的マルチビュー画像および上記第２の静的マルチビュー画像の一方または両方を表す指向性光ビームを放射するステップが、
共通の原点および互いに異なる半径方向を有する複数のガイド光ビームを光ガイド内でガイドするステップと、
複数の回折格子を使用して複数の指向性光ビームとして上記光ガイドからの上記光を回折散乱させるステップであって、上記複数の回折格子の回折格子（a diffraction grating of the diffraction grating plurality）が、上記第１または第２の静的マルチビュー画像の１つの対応するビューピクセルの強度および主角度方向を有する上記複数の指向性光ビームの指向性光ビーム（a directional light beam of the directional light beam plurality）として、複数のガイド光ビームからの光を回折的に結合するステップと、を含み
上記放射指向性光ビームの上記強度および主角度方向が、上記共通の原点に対する上記回折格子の位置に基づく上記回折格子の格子特性によって制御される、上記［１９］に記載の多層静的マルチビュー表示動作の方法。
［２１］上記主角度方向を制御する格子特性が、上記回折格子の格子ピッチおよび格子方向の一方または両方を含む、上記［２０］に記載の多層静的マルチビュー表示動作の方法。
［２２］上記強度を制御する上記格子特性が、上記回折格子の格子深さを含む、上記［２０］に記載の多層静的マルチビュー表示動作の方法。
［２３］光源を使用して上記複数のガイド光ビームとしてガイドされる光を提供するステップをさらに含み、上記光源が上記光ガイドの側面に位置し、上記光源の位置が上記複数のガイド光ビームの上記共通の原点である、上記［２０］に記載の多層静的マルチビュー表示動作の方法。
［２４］上記第１のマルチビュー表示層を使用して、上記第１の静的マルチビュー画像を表す第１の色の指向性光ビームを放射し、第２のマルチビュー表示層を使用して、上記第２の静的マルチビュー画像を表す第２の色の指向性光ビームを放射することによって合成カラーマルチビュー画像を提供するステップをさらに含み、上記第１および第２の静的マルチビュー画像を組み合わせて上記合成カラーマルチビュー画像を提供する、上記［１９］に記載の多層静的マルチビュー表示動作の方法。
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、類似の参照番号は類似の構造要素を示す。
本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、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。 本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、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図形表現を示す。 本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例における回折格子の断面図を示す。 本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例における多層静的マルチビューディスプレイの断面図を示す。 本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例における多層静的マルチビューディスプレイの斜視図を示す。 本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビュー表示層の平面図を示す。 本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビュー表示層の一部の断面図を示す。 本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビュー表示層の斜視図を示す。 本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビュー表示層の平面図を示す。 本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビュー表示層の平面図を示す。 本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、別の例における図６Ａのマルチビュー表示層の平面図を示す。 本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビュー表示層の回折格子の平面図を示す。 本明細書で説明される原理と一致する別の実施形態による、一例においてマルチビュー表示層のマルチビューピクセルとして編成された回折格子のセットの平面図を示す。 本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイのブロック図を示す。 本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例における多層マルチビュー表示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、上記で参照し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。
本明細書で説明される原理による例および実施形態は、多層マルチビューディスプレイを使用した複数の三次元（３Ｄ）またはマルチビュー画像の表示を提供する。特に、説明される原理と一致する実施形態は、指向性光ビームを提供するように構成された複数のマルチビュー表示層を使用してマルチビュー画像を表示する。複数の指向性光ビームの指向性光ビームの個々の強度および方向は、次に、表示されているマルチビュー画像のビュー内の様々なビューピクセルに対応する。様々な実施形態によれば、個々の強度、および一部の実施形態では、指向性光ビームの個々の方向は、実質的に所定または「固定」であってもよい。したがって、一部の実施形態では、表示されるマルチビュー画像は、静的または準静的なマルチビュー画像であり得る。
様々な実施形態によれば、多層静的マルチビューディスプレイのマルチビュー表示層は、光ガイドに光学的に接続された回折格子を備えて、個々の指向性光ビーム強度および方向を有する指向性光ビームを提供する。回折格子は、複数のガイド光ビームとしてガイドされる、光ガイド内からガイドされる光の回折結合または散乱により、またはそれに従って指向性光ビームを放射または提供するように構成される。さらに、複数のガイド光ビームのガイド光ビームは、互いに異なる半径方向で光ガイド内にガイドされる。そのため、複数の回折格子の回折格子は、回折格子に入射するガイド光ビームの特定の半径方向を説明する、またはその関数である格子特性を含む。特に、格子特性は、回折格子とガイド光ビームを提供するように構成された光源との相対位置の関数であり得る。様々な実施形態によれば、格子特性は、回折格子によって提供される放射指向性光ビームと表示されているマルチビュー画像の様々なビューに関連するビューピクセルとの間の対応を保証するために、ガイド光ビームの半径方向を考慮するように構成される。
本明細書において、「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またはディスプレイシステムとして定義される。「静的マルチビューディスプレイ」とは、たとえ複数の異なるビューとしてであっても、所定のまたは固定された（つまり、静的な）マルチビュー画像を表示するように構成されたマルチビューディスプレイとして定義される。本明細書では、「準静的マルチビューディスプレイ」は、通常は時間の関数として、異なる固定マルチビュー画像間で切り替えることができる静的マルチビューディスプレイとして定義される。異なる固定マルチビュー画像間で切り替えると、例えば、初歩的な形式のアニメーションが提供される。さらに、本明細書で定義されるように、準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一種である。したがって、このような区別を適切に理解するために必要な場合を除き、純粋に静的なマルチビューディスプレイまたは画像と準静的なマルチビューディスプレイまたは画像とは区別されない。
図１Ａは、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、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１６内のビュー１４（または同等にはマルチビューディスプレイ１０のビュー１４）にビューピクセルを表示するように構成されたスクリーン１２上に回折格子を含む。スクリーン１２は、例えば、自動車のディスプレイ画面、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、または実質的にその他のデバイスの電子ディスプレイであってもよい。
マルチビューディスプレイ１０は、スクリーン１２に対して異なるビュー方向１８（すなわち、異なる主角度方向）でマルチビュー画像１６の異なるビュー１４を提供する。ビュー方向１８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、矢印の終端に影の付いた多角形ボックスとして示されている（すなわち、ビュー方向１８を描いている）。したがって、マルチビューディスプレイ１０が（例えば、図１Ａに示されるように）ｙ軸を中心に回転すると、視聴者は異なるビュー１４を見る。一方（図のように）、図１Ａのマルチビューディスプレイ１０がｘ軸を中心に回転すると、（図のように）視聴者の目に光が届かなくなるまで、表示画像は変化しない。
異なるビュー１４はスクリーン１２の上にあるように示されているが、ビュー１４は、マルチビュー画像１６がマルチビューディスプレイ１０に表示され、視聴者によって見られるとき、実際にはスクリーン１２上またはその近くに現れることに留意されたい。図１Ａのようにスクリーン１２上にマルチビュー画像１６のビュー１４を描くことは、説明を簡単にするためだけに行われ、特定のビュー１４に対応するビュー方向１８のそれぞれ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。さらに、図１Ａでは、３つのビュー１４および３つのビュー方向１８のみが示されているが、すべて例示であり、限定ではない。
ビュー方向または同等には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。本明細書では、角度成分θは、光ビームの「仰角成分」または「仰角」と称する。角度成分φは、光ビームの「方位角成分」または「方位角」と呼ばれる。定義により、仰角θは垂直面の角度（例えば、マルチビューディスプレイ画面の平面に垂直）であり、方位角φは水平面の角度（例えば、マルチビューディスプレイ画面の平面に平行）である。
図１Ｂは、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、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１８）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｝の図形表現を示す。加えて、光ビーム２０は、本明細書の定義により、特定の点から放射または発出される。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ビームを有する。図１Ｂは、光ビーム（またはビュー方向）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」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、または複数のビューのビュー間の角度視差を含む複数のビューとして定義される。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つ以上の異なるビュー（すなわち、最低３つのビューおよび一般に４つ以上のビュー）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、シーンまたは画像を表すために異なるビューを２つだけ含む立体ディスプレイとは明確に区別される。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３つ以上のビューが含まれる可能性があるが、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つだけを選択して立体画像のペアとして（例えばマルチビューディスプレイで）一度に見ることができる（例えば、１つの目につき１つのビュー）。
マルチビューディスプレイにおいて、「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ビューのそれぞれのピクセルを表すセットまたは複数のビューピクセルとして定義される。同様に、マルチビューピクセルは、マルチビューディスプレイによって表示されるマルチビュー画像の異なるビューのそれぞれのピクセルに対応する、またはそれを表す個々のビューピクセルを有してもよい。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、ビューピクセルのそれぞれが、異なるビューの対応するビューの所定のビュー方向に関連付けられるという点で、いわゆる「方向ピクセル」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ビューピクセルによって表される異なるビューピクセルは、異なるビューの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には、マルチビュー画像の異なるビューのそれぞれの｛ｘ１、ｙ１｝にあるビューピクセルに対応する個別のビューピクセルがあり、第２のマルチビューピクセルには、異なるビューのそれぞれのビューの｛ｘ２、ｙ２｝にあるビューピクセルに対応する個別のビューピクセルがあり、以下同様である。
一部の実施形態では、マルチビューピクセル内のビューピクセルの数は、マルチビューディスプレイのビューの数に等しくてもよい。例えば、マルチビューピクセルは、８つの異なるビューを有するマルチビューディスプレイに関連付けられた８つのビューピクセルを提供してもよい。あるいは、マルチビューピクセルは、６４個の異なるビューを有するマルチビューディスプレイに関連付けられた６４個のビューピクセルを提供してもよい。別の例では、マルチビューディスプレイは８×４のビューの配列（つまり３２個のビュー）を提供することができ、マルチビューピクセルは３２個のビューピクセル（つまり、各ビューに１つ）を含むことができる。さらに、一部の実施形態によれば、マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルの数は、マルチビューディスプレイの選択されたビューを構成するピクセルの数と実質的に等しくてもよい。
本明細書では、「光ガイド」は、全内部反射を使用して構造内の光をガイドする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において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、光ガイドの誘電体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ガイド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、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ことである。一部の実施形態では、光ガイドは、全内部反射をさらに容易にするために、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、プレートまたはスラブガイドのうちの一方または両方およびストリップガイドを含むいくつかの光ガイドのいずれかであり得るが、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、区分的または差動的に平面の層またはシートとして定義される。特に、プレート光ガイドは、光ガイドの上面および底面（すなわち、対向面）によって境界を定められた実質的に直交する２方向に光をガイドする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、プレート光ガイドの差動的に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。
一部の実施形態では、プレート光ガイドは実質的に平坦であり（すなわち、平面に限定されている）、したがって、プレート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、プレート光ガイドは、円柱状のプレート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。しかしながら、いかなる曲率も、光をガイドするために全内部反射がプレート光ガイド内で維持されることを保証するのに十分に大きい曲率半径を有する。
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。一部の例では、複数の特徴部は、特徴部の対の間に１つ以上の格子間隔を有する周期的または準周期的方法で配置されてもよい。例えば、回折格子は、一次元（１Ｄ）配列に配置された複数の特徴部（例えば、材料表面の複数の溝または***）を含み得る。他の例では、回折格子は、特徴部の二次元（２Ｄ）配列であってもよい。回折格子は、例えば、材料表面上のバンプまたは穴の２Ｄ配列であってもよい。様々な実施形態および例によれば、回折格子は、回折格子によって回折される光の波長よりも短い格子間隔または隣接する回折特徴部間の距離を有するサブ波長格子であってもよい。
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の光を結合するという意味で、「回折結合」となり、そう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）光の方向を変えたり角度を変えたりする。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、材料表面のある部分、内部および表面（すなわち、２つの材料間の境界）の１つ以上であり得る。表面は、例えば、光ガイドの表面であり得る。回折特徴部は、表面のある部分、内部、または表面上の溝、***、穴、および突起のうちの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んでもよい。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んでもよい。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***を含んでもよい。回折特徴部（例えば、溝、***、穴、突起など）は、正弦波プロファイル、長方形プロファイル（例えば、バイナリ回折格子）、三角形プロファイルおよび鋸歯状プロファイル（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。
以下でさらに説明するように、本明細書の回折格子は、特徴部間隔またはピッチ、方位、およびサイズ（回折格子の幅または長さなど）のうちの１つ以上を含む格子特性を有し得る。さらに、格子特性は、回折格子への光ビームの入射角、光源からの回折格子の距離、またはその両方の関数になるように選択することができる。特に、一部の実施形態によれば、回折格子の格子特性は、光源の相対位置および回折格子の位置に依存するように選択されてもよい。回折格子の格子特性を適切に変更することにより、回折格子によって回折される（例えば、光ガイドから回折的に結合される）光ビーム（すなわち「指向性光ビーム」）の強度および主角度方向の両方は、マルチビュー画像のビューピクセルの輝度およびビュー方向に対応する。
本明細書で説明する様々な例によれば、回折格子（例えば、以下で説明するようなマルチビューピクセルの回折格子）を使用して、光ガイド（例えば、プレート光ガイド）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、式（１）によって次のように与えられる。
Figure 0007153666000001
 ここで、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、回折次数が正である（例えば、ｍ＞０）式（１）によって与えられてもよい。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、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、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、光ガイド４０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３０に入射する光ビーム（または光ビームの集合）５０を示している。光ビーム５０は、光ガイド４０内のガイド光ビームである。また、図２には、入射光ビーム２０の回折の結果として回折格子３０によって回折的に生成および結合された結合出力光ビーム（または光ビームの集合）６０が示されている。結合された光ビーム６０は、式（１）によって与えられるような回折角θｍ（または本明細書では「主角度方向」）を有する。結合された光ビーム６０は、例えば、回折格子３０の回折次数「ｍ」に対応してもよい。
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）、方向、および特徴部間隔のうちの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る光ビームは、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。
本明細書では、「コリメート光」または「コリメート光ビーム」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として定義される（例えば、光ガイド内のガイド光ビーム）。さらに、本明細書の定義により、コリメートされた光ビームから広がるまたは散乱される光ビームは、コリメートされた光ビームの一部とはみなされない。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または装置として定義される。
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、コリメートされた光ビーム内の光ビームの角度広がりを定義する。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ビームの大部分が特定の角度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角度方向を中心として±σ度）。一部の例によれば、コリメート光ビームの光ビーム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によって決定される角度であってもよい。
本明細書において、「光源」は、光の源（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、起動またはオンにされると光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光エミッタを備えてもよい。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）、レーザー、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、および実質的にその他の光源のうちの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発光体を含むことができる。光源によって生成された光は、色を有している場合があり（すなわち、特定の波長の光を含む場合がある）、または、ある範囲の波長（例えば、白色光）にすることもできる。一部の実施形態では、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セットまたはグループを含んでいてもよく、少なくとも１つの光エミッタは、セットまた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または波長とは異なる色または同等には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。
さらに、本明細書で使用される場合、冠詞「ａ」は、特許分野におけるその通常の意味、すなわち「１つ以上」を有することを意図している。例えば、「回折格子」とは、１つ以上の回折格子を意味し、したがって、「回折格子」とは本明細書の「回折格子」を意味する。また、「上部」、「下部」、「上方」、「下方」、「上」、「下」、「前」、「後」、「第１」、「第２」、「左」または「右」は、本明細書においては限定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、通常、値を生成するために使用される機器の許容範囲内を意味し、特に明記しない限り、プラスまたはマイナス１０％、あるいはプラスまたはマイナス５％、あるい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、議論の目的で提示されている。
本明細書で説明する原理の一部の実施形態によれば、マルチビュー画像、より具体的には静的マルチビュー画像を提供するように構成された多層マルチビューディスプレイ（すなわち、多層静的マルチビューディスプレイ）が提供される。図３Ａは、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例における多層静的マルチビューディスプレイ１００の断面図を示す。図３Ｂは、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例における多層静的マルチビューディスプレイ１００の斜視図を示す。一部の実施形態によれば、図示された多層静的マルチビューディスプレイ１００は、純粋に静的マルチビュー画像を提供するように構成され、一方、他の場合、多層静的マルチビューディスプレイ１００は、複数のマルチビュー画像を（例えば、時系列で）提供するように構成され得るので、準静的マルチビューディスプレイとして機能する（または準静的マルチビューディスプレイである）。例えば、多層静的マルチビューディスプレイ１００は、以下で説明するように、異なる固定マルチビュー画像間または同等に複数のマルチビュー画像状態間で切り替え可能であってもよい。さらに、一部の実施形態によれば、多層静的マルチビューディスプレイ１００は、カラー静的または準静的マルチビュー画像を表示するように構成されてもよい。
図示されるように、多層静的マルチビューディスプレイ１００は、第１のマルチビュー表示層１１０を含む。第１のマルチビュー表示層１１０は、第１のマルチビュー画像を表す指向性光ビーム１０２を放射するように構成される。様々な実施形態によれば、指向性光ビーム１０２は、第１のマルチビュー表示層１１０内のガイド光ビームの放射状パターンを回折散乱することにより放射される。特に、指向性光ビーム１０２は、第１のマルチビュー画像の異なるビューを表す複数の異なる方向（すなわち、異なるビュー方向）に放射されてもよい。
多層静的マルチビューディスプレイ１００は、第２のマルチビュー表示層１２０をさらに備える。第２のマルチビュー表示層１２０は、第２のマルチビュー画像を表す指向性光ビーム１０２’を放射するように構成される。様々な実施形態によれば、指向性光ビーム１０２’は、第２のマルチビュー表示層１２０内のガイド光ビームの放射状パターンを回折散乱することにより放射される。図示されるように、第２のマルチビュー表示層１２０は、第１のマルチビュー表示層１１０の放射面に隣接している。
さらに、様々な実施形態によれば、第２のマルチビュー表示層１２０は、第１のマルチビュー画像に対して透明になるように構成される。例えば、第２のマルチビュー表示層１２０は、第１のマルチビュー表示層１１０によって放射される指向性光ビーム１０２に対して透明または少なくとも実質的に透明であってもよい。したがって、指向性光ビーム１０２は、第２のマルチビュー画像の視認を容易にするために、第２のマルチビュー表示層１２０を通過または透過してもよい。
図３Ａでは、限定ではなく例として、第１のマルチビュー表示層１１０からの指向性光ビーム１０２によって提供される、またはそれを使用して表示する第１のマルチビュー画像１６ａの異なるビュー１４ａを示す。同様に、限定ではなく例として、第２のマルチビュー画像１６ｂの異なるビュー１４ｂは、第１のマルチビュー表示層１１０からの指向性光ビーム１０２によって提供されるかまたはそれを使用して表示されるように示されている。異なるビュー１４ａ、１４ｂは、異なるビュー１４ａ、１４ｂの異なるビュー方向により、多層静的マルチビューディスプレイ１００のビューゾーン内で異なる位置を有する。一部の実施形態では、第１および第２のマルチビュー画像１６ａ、１６ｂそれぞれの異なるビュー１４ａ、１４ｂの異なる位置は、互いに位置合わせされ得る（すなわち、ビューゾーン内で同じ位置を有する）。例えば、異なるビュー１４ａ、１４ｂまたは同等に第１および第２のマルチビュー画像１６ａ、１６ｂは、同じマルチビュー画像の異なるカラーバージョンを表してもよい。したがって、第１および第２のマルチビュー画像１６ａ、１６ｂの組み合わせは、カラーマルチビュー画像を提供し得る。他の実施形態では、異なる位置は互いにシフトされるかオフセットされてもよい。第１および第２のマルチビュー画像１６ａ、１６ｂを選択的に表示することは、アニメーション化されたまたは準静的なマルチビュー画像の提供を容易にし得る。例えば、選択的表示は、第１および第２のマルチビュー表示層１１０、１２０の時系列動作を含むことができる。
本明細書で説明される原理の一部の実施形態によれば、マルチビュー表示層が提供される。図４Ａは、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビュー表示層２００の平面図を示す。図４Ｂは、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビュー表示層２００の一部の断面図を示す。特に、図４Ｂは、図４Ａのマルチビュー表示層２００の一部の断面を示しており、断面はｘ‐ｚ平面にある。図４Ｃは、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビュー表示層２００の斜視図を示す。様々な実施形態によれば、マルチビュー表示層２００は、第１のマルチビュー表示層１１０および第２のマルチビュー表示層１２０の一方または両方を表してもよい。例えば、第１のマルチビュー表示層１１０および第２のマルチビュー表示層１２０は互いに実質的に同様であり、それぞれがマルチビュー表示層２００を含む。
様々な実施形態によれば、図４Ａ～４Ｃに示されるマルチビュー表示層２００は、複数の指向性光ビーム２０２を提供するように構成され、複数の指向性光ビーム２０２のそれぞれは、強度および主角度方向を有する。同時に、複数の指向性光ビーム２０２は、マルチビュー表示層２００が提供または表示するように構成されたマルチビュー画像のビューのセットの様々なビューピクセルを表す。一部の実施形態では、ビューピクセルをマルチビューピクセルに編成して、マルチビュー画像の様々な異なるビューを表すことができる。さらに、本明細書で提供されるように、複数の指向性光ビーム２０２は、第１のマルチビュー表示層１１０の指向性光ビーム１０２または第２のマルチビュー表示層１２０の指向性光ビーム１０２’の一方または両方を等しく表し得る。
図示されるように、マルチビュー表示層２００は、光ガイド２１０を含む。光ガイドは、例えば、プレート光ガイド（図示）であってもよい。光ガイド２１０は、光ガイド２１０の長さに沿って、光をガイド光として、より具体的にはガイド光ビーム２１２としてガイドするように構成される。例えば、光ガイド２１０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２１０の１つ以上のガイドモードによってガイド光ビーム２１２の全内部反射を容易にするように構成される。
一部の実施形態では、光ガイド２１０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またはプレート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ガイド光ビーム２１２をガイドするように構成される。様々な例によれば、光ガイド２１０の光学的に透明な材料は、１つ以上の様々なタイプのガラス（例えば、シリカガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、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）を含む様々な誘電体材料を含むか、またはそれらで構成され得る。一部の例では、光ガイド２１０は、光ガイド２１０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、一部の例によれば、全内部反射をさらに容易にするために使用されてもよい。
様々な実施形態によれば、光ガイド２１０は、光ガイド２１０の第１の表面２１０’（例えば、「前面」表面）と第２の表面２１０’’（例えば、「背面」または「底面」表面）との間の非ゼロ伝播角度での全反射によってガイド光ビーム２１２をガイドするように構成される。特に、ガイド光ビーム２１２は、光ガイド２１０の第１の表面２１０’と第２の表面２１０’’との間を非ゼロ伝播角度で反射または「跳ね返る」ことにより伝播する。説明を簡単にするために、図４Ｂでは非ゼロ伝播角度は明示的に描かれていないことに注意されたい。しかしながら、図４Ｂは、光ガイド長に沿ったガイド光ビーム２１２の一般的な伝播方向２０３を示す図の平面を指す矢印を示している。
本明細書で定義されるように、「非ゼロ伝播角度」は、光ガイド２１０の表面（例えば、第１の表面２１０’または第２の表面２１０’’）に対する角度である。さらに、様々な実施形態によれば、非ゼロ伝播角度は、ゼロより大きく、かつ光ガイド２１０内の全内部反射の臨界角より小さい。例えば、ガイド光ビーム２１２の非ゼロ伝播角度は、約１０度から約５０度の間、または一部の例では、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、非ゼロ伝播角度は約３０度である。他の例では、非ゼロ伝播角度は約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度が光ガイド２１０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度が（例えば、任意に）選択されてもよい。
図４Ａおよび４Ｃに示されるように、マルチビュー表示層２００は、光源２２０をさらに含む。光源２２０は、光ガイド２１０上の入力位置２１６に配置されている。例えば、光源２２０は、図示のように、光ガイド２１０の縁部または側面２１４に隣接して配置されてもよい。光源２２０は、複数のガイド光ビーム２１２として光ガイド２１０内に光を提供するように構成される。さらに、光源２２０は、複数のガイド光ビームの個々のガイド光ビーム２１２が互いに異なる半径方向２１８を有するように光を提供する。
特に、光源２２０によって放射された光は、光ガイド２１０に入り、複数のガイド光ビーム２１２として、入力位置２１６から離れ、光ガイド２１０の長さ方向に沿って放射状に伝播するように構成される。さらに、複数のガイド光ビームの個々のガイド光ビーム２１２は、入力位置２１６から離れる伝播の放射状パターンにより互いに異なる半径方向を有する。例えば、光源２２０は側面２１４に突合わせ結合されてもよい。突合わせ結合された光源２２０は、例えば、個々のガイド光ビーム２１２の異なる半径方向を提供するために、扇形パターンでの光の導入を容易にし得る。一部の実施形態によれば、光源２２０は、ガイド光ビーム２１２が異なる半径方向２１８に沿って伝播するように（すなわち、複数のガイド光ビーム２１２として）、入力位置２１６における「点」光源であるか、少なくともほぼ「点」光源である。
一部の実施形態では、光源２２０の入力位置２１６は、光ガイド２１０の側面２１４上にあり、側面２１４の中心付近または中央付近にある。特に、図４Ａおよび図４Ｃでは、光源２２０は、光ガイド２１０の側面２１４（すなわち「入力側面」）のほぼ中心（例えば、中央）にある入力位置２１６に示されている。代替として（図示せず）、入力位置２１６は、光ガイド２１０の側面２１４の中央から離れていてもよい。例えば、入力位置２１６は、光ガイド２１０の角にあってもよい。例えば、光ガイド２１０は、（例えば、図示のような）長方形の形状を有してもよく、光源２２０の入力位置２１６は、長方形の光ガイド２１０の角（例えば、入力側面２１４の角）にあってもよい。
様々な実施形態において、光源２２０は、１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザー（例えば、レーザーダイオード）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。一部の実施形態では、光源２２０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、特定の色空間または色モデル（例えば、ＲＧＢ色モデル）の原色であってもよい。他の例では、光源２２０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実質的に広帯域の光源であり得る。例えば、光源２２０は白色光を提供してもよい。一部の実施形態では、光源２２０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ガイド光の異なる色固有の非ゼロ伝播角度を有する光を提供するように構成されてもよい。
一部の実施形態では、光源２２０からの光を光ガイド２１０に結合することにより生成されるガイド光ビーム２１２は、非コリメートまたは少なくとも実質的に非コリメートであってもよい。他の実施形態では、ガイド光ビーム２１２はコリメートされてもよい（すなわち、ガイド光ビーム２１２はコリメート光ビームであってもよい）。したがって、一部の実施形態では、マルチビュー表示層２００は、光源２２０と光ガイド２１０との間にコリメータ（図示せず）を備えてもよい。あるいは、光源２２０は、コリメータをさらに備えてもよい。コリメータは、光ガイド２１０内にコリメートされたガイド光ビーム２１２を提供するように構成される。特に、コリメータは、光源２２０の１つ以上の発光体から実質的に非コリメート光を受け取り、実質的に非コリメート光をコリメート光に変換するように構成される。一部の例では、コリメータは、ガイド光ビーム２１２の伝播方向に実質的に垂直な平面（例えば「垂直」平面）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、コリメーションは、例えば、光ガイド２１０の表面（例えば、第１の表面２１０’または第２の表面２１０’’）に垂直な平面内で比較的狭い角度広がりを有するコリメートされたガイド光ビーム２１２を提供し得る。様々な実施形態によれば、コリメータは、レンズ、リフレクタまたはミラー（例えば、傾斜コリメータリフレクタ）、または例えば光源２２０からの光をコリメートするように構成された回折格子（例えば、回折格子ベースのバレルコリメータ）を含むがこれらに限定されない任意の様々なコリメータを含み得る。
一部の実施形態では、コリメート光または非コリメート光の使用は、マルチビュー表示層２００によって提供され得るマルチビュー画像に影響を与え得る。例えば、ガイド光ビーム２１２が光ガイド２１０内でコリメートされる場合、放射指向性光ビーム１０２は、少なくとも２つの直交方向に比較的狭いまたは限定された角度広がりを有し得る。したがって、マルチビュー表示層２００は、２つの異なる方向（例えば、ｘ方向およびｙ方向）を有する配列で複数の異なるビューを有するマルチビュー画像を提供し得る。しかしながら、ガイド光ビーム２１２が実質的にコリメートされていない場合、マルチビュー画像はビュー視差を提供し得るが、異なるビューの完全な二次元配列を提供し得ない。特に、ガイド光ビーム２１２が（例えばｚ軸に沿って）コリメートされていない場合、マルチビュー画像は、（例えば、図１Ａに示すように）ｙ軸を中心に回転したときに「視差３Ｄ」を示す異なるマルチビュー画像を提供する。他方、例えば、マルチビュー表示層２００がｘ軸を中心として回転する場合、マルチビュー画像およびそのビューは、複数の指向性光ビームの指向性光ビーム２０２のｙｚ平面内での角度範囲が広いので、実質的に不変または同一のままであり得る。したがって、提供されるマルチビュー画像は「視差のみ」であり、２方向ではなく１方向のみのビューの配列を提供する。
図４Ａ～図４Ｃに示すマルチビュー表示層２００は、複数の指向性光ビームのうちの指向性光ビーム２０２を放射するように構成された複数の回折格子２３０をさらに含む。上述のように、および様々な実施形態によれば、複数の回折格子２３０によって放射される指向性光ビーム２０２は、マルチビュー画像を表してもよい。特に、複数の回折格子２３０によって放射される指向性光ビーム２０２は、情報、例えば３Ｄコンテンツを有する情報を表示するためにマルチビュー画像を作成するように構成され得る。さらに、以下でさらに説明するように、回折格子２３０は、光源２２０によって光ガイド２１０が側面２１４から照明されると、指向性光ビーム２０２を放射することができる。
様々な実施形態によれば、複数の回折格子の回折格子２３０は、複数のガイド光ビームのガイド光ビーム２１２の一部から複数の指向性光ビームの指向性光ビーム２０２を提供するように構成される。さらに、回折格子２３０は、マルチビュー画像のビューピクセルの強度およびビュー方向に対応する強度および主角度方向の両方を有する指向性光ビーム２０２を提供するように構成される。一部の実施形態では、一部の実施形態によれば、複数の回折格子の回折格子２３０は一般に、互いに交差したり、重なり合ったり、その他の方法で互いに触れたりしない。すなわち、様々な実施形態によれば、複数の回折格子の各回折格子２３０は、一般的に別個であり、回折格子２３０の他のものから分離されている。
図４Ｂに示すように、指向性光ビーム２０２は、少なくとも部分的に、光ガイド２１０内のガイド光ビーム２１２の平均または一般的な伝播方向２０３とは異なる方向に伝播し、一部の実施形態では直交する方向に伝搬する。例えば、図４Ｂに示されるように、一部の実施形態によれば、回折格子２３０からの指向性光ビーム２０２は、実質的にｘ‐ｚ平面に限定され得る。
様々な実施形態によれば、複数の回折格子の各回折格子２３０は、関連する格子特性を有する。各回折格子の関連する格子特性は、光源２２０から回折格子に入射するガイド光ビーム２１２の半径方向２１８に依存するか、それによって定義されるか、またはその関数である。さらに、一部の実施形態では、関連する格子特性は、回折格子２３０と光源２２０の入力位置２１６との間の距離によってさらに決定または定義される。例えば、関連する特性は、図４Ａに示されるように、回折格子２３０ａと入力位置２１６との間の距離Ｄと、回折格子２３０ａに入射するガイド光ビーム２１２の半径方向２１８ａとの関数であり得る。言い換えると、複数の回折格子２３０内の回折格子２３０の関連する格子特性は、光源の入力位置２１６と、入力位置２１６に対する光ガイド２１０の表面上の回折格子２３０の特定の位置に依存する。
図４Ａは、異なる空間座標（ｘ１、ｙ１）および（ｘ２、ｙ２）を有する２つの異なる回折格子２３０ａおよび２３０ｂを示し、これらはさらに、回折格子２３０に入射する光源２２０からの複数のガイド光ビーム２１２の異なる半径方向２１８ａおよび２１８ｂを補償または償う異なる格子特性を有する。同様に、２つの異なる回折格子２３０ａおよび２３０ｂの異なる格子特性は、異なる空間座標（ｘ１、ｙ１）および（ｘ２、ｙ２）によって決定される光源入力位置２１６からのそれぞれの回折格子２３０ａ、２３０ｂの異なる距離を償う。
図４Ｃは、マルチビュー表示層２００によって提供され得る複数の指向性光ビーム１０２の例を示している。特に、図示のように、互いに異なる主角度方向を有する指向性光ビーム２０２を放射する複数の回折格子の異なるセットの回折格子２３０が示されている。様々な実施形態によれば、異なる主角度方向は、マルチビュー表示層２００の異なるビュー方向に対応し得る。例えば、回折格子２３０の第１のセットは、マルチビュー表示層２００の第１のビュー方向（または第１のビュー）に対応する第１の主角度方向を有する指向性光ビーム２０２’の第１のセットを提供するために、入射ガイド光ビーム２１２（破線で図示）の一部を回折的に結合し得る。同様に、図示のように、マルチビュー表示層２００の第２のビュー方向（または第２のビュー）および第３のビュー方向（または第３のビュー）にそれぞれ対応する主角度方向を有する第２の指向性光ビーム２０２’’および第３の指向性光ビーム２０２’’’は、回折格子２３０のそれぞれの第２および第３のセットによる入射ガイド光ビーム２１２の部分からの回折結合によって提供され得る。また、図４Ｃには、マルチビュー表示層２００により提供され得るマルチビュー画像１６の第１のビュー１４’、第２のビュー１４’’および第３のビュー１４’’’も示されている。図示された第１のビュー１４’、第２のビュー１４’’、および第３のビュー１４’’’は、オブジェクトの異なる斜視図を表し、集合的に表示されるマルチビュー画像１６である（例えば、図１Ａに示されるマルチビュー画像１６と同等である）。
一般に、回折格子２３０の格子特性は、回折格子の回折特徴部間隔またはピッチ、格子方向、および格子サイズ（または範囲）のうちの１つ以上を含むことができる。さらに、一部の実施形態では、回折格子結合効率（回折格子領域、溝の深さまたは***の高さなど）は、入力位置２１６から回折格子までの距離の関数であってもよい。例えば、回折格子の結合効率は、距離の関数として増加して、部分的に、放射状の広がりおよび他の損失因子に関連するガイド光ビーム２１２の強度の一般的な減少を補正または補償するように構成され得る。したがって、一部の実施形態によれば、回折格子２３０によって提供され、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２０２の強度は、回折格子２３０の回折結合効率によって部分的に決定され得る。
図５は、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビュー表示層２００の平面図を示す。図５では、光ガイド２１０の側面２１４における光源２２０の入力位置２１６から距離Ｄである角度空間内の照明ボリューム２３４が示されている。複数のガイド光ビーム２１２の伝播の半径方向がｙ軸から離れてｘ軸に向かって角度が変化するにつれて、照明ボリュームはより広い角度サイズを有することに留意されたい。例えば、図示のように、照明ボリューム２３４ｂは照明ボリューム２３４ａよりも広い。
再び図４Ｂを参照すると、複数の回折格子２３０は、図示のように、光ガイド２１０の光ビーム放射面である光ガイド２１０の第１の表面２１０’にまたはそれに隣接して配置することができる。例えば、回折格子２３０は、指向性光ビーム２０２として、第１の表面２１０’を通してガイド光部分を回折的に結合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、複数の回折格子２３０は、光ガイド２１０の光ビーム放射面（すなわち、第１の表面２１０’）の反対側の第２の表面２１０’’にまたはそれに隣接して配置することができる。特に、回折格子２３０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２３０は、ガイド光部分を回折し、回折されたガイド光部分を第１の表面２１０’に向けて反射して、回折的に散乱または結合出力された指向性光ビーム２０２として第１の表面２１０’を通って出すように構成される。他の実施形態（図示せず）では、回折格子２３０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２１０の表面間に配置されてもよい。
本明細書で説明される一部の実施形態では、指向性光ビーム２０２の主角度方向は、光ガイド面で光ガイド２１０を出る指向性光ビーム２０２による屈折の効果を含むことができる。限定ではなく例として、例えば、回折格子２３０が第２の表面２１０’’にまたはそれに隣接して配置される場合、指向性光ビーム２０２が第１の表面２１０’を横断するときに屈折率の変化のために、指向性光ビーム２０２は屈折する（すなわち曲がる）ことがある。
一部の実施形態によれば、マルチビュー表示層２００は、互いに横方向にオフセットされた複数の光源２２０を含むことができる。複数の光源の光源２２０の横方向のオフセットは、個々の回折格子２３０で、または個々の回折格子２３０の間で、様々なガイド光ビーム２１２の半径方向における差をもたらし得る。この差は、一部の実施形態によれば、表示されるマルチビュー画像のアニメーションを提供することを容易にし得る。したがって、一部の実施形態では、マルチビュー表示層２００は、準静的マルチビュー表示層であってもよい。
図６Ａは、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビュー表示層２００の平面図を示す。図６Ｂは、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、別の例における図６Ａのマルチビュー表示層２００の平面図を示す。図６Ａおよび図６Ｂに示されるマルチビュー表示層２００は、複数の回折格子２３０を備えた光ガイド２１０を含む。加えて、マルチビュー表示層２００は、図示のように、互いに横方向にオフセットされ、互いに異なる半径方向２１８を有するガイド光ビーム２１２を別々に提供するように構成された複数の光源２２０をさらに含む。
特に、図６Ａおよび図６Ｂは、光ガイド２１０の側面２１４上の第１の入力位置２１６Ａにある第１の光源２２０ａおよび第２の入力位置２１６Ｂにある第２の光源２２０ｂを示している。第１の入力位置２１６Ａおよび第２の入力位置２１６Ｂは、それぞれの第１の光源２２０ａおよび第２の光源２２０ｂの横方向オフセットを提供するために、側面２１４に沿って（すなわち、ｘ方向に）互いに横方向にオフセットまたはシフトされる。さらに、複数の光源２２０の第１の光源２２０ａおよび第２の光源２２０ｂのそれぞれは、互いにそれぞれ異なる半径方向を有する異なる複数のガイド光ビーム２１２を提供する。例えば、図６Ａおよび図６Ｂにそれぞれ示されるように、第１の光源２２０ａは、異なる半径方向２１８ａの第１のセットを有する第１の複数のガイド光ビーム２１２ａを提供し、第２の光源２２０ｂは、異なる半径方向２１８ｂの第２のセットを有する第２の複数のガイド光ビーム２１２ｂを提供し得る。さらに、第１の複数のガイド光ビーム２１２ａおよび第２の複数のガイド光ビーム１１２ｂは、図示のように、一般に、第１の光源２２０ａおよび第２の光源２２０ｂの横方向のオフセットにより、セットとして互いに異なっている異なる半径方向２１８ａ、２１８ｂのセットを有する。
したがって、複数の回折格子２３０は、ビュー空間内で互いにシフトされる（例えば、ビュー空間内で角度的にシフトされる）異なるマルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射する。したがって、第１の光源２２０ａおよび第２の光源２２０ｂを切り替えることにより、マルチビュー表示層２００は、時系列アニメーションなどのマルチビュー画像の「アニメーション」を提供することができる。特に、異なる連続時間間隔または期間中に第１の光源２２０ａおよび第２の光源２２０ｂを連続的に照明することにより、マルチビュー表示層２００は、例えば、異なる期間中にマルチビュー画像の見かけの位置をシフトするように構成され得る。アニメーションによって提供される見かけの位置のこのシフトは、一部の実施形態によれば、マルチビュー表示層２００を準静的マルチビュー表示層として動作させて複数のマルチビュー画像状態を提供する例を表し得る。
図４Ａ～図４Ｃに関して上述したように、様々な実施形態によれば、マルチビュー表示層２００の指向性光ビーム２０２は、回折を使用して（例えば、回折散乱または回折結合によって）放射される。一部の実施形態では、複数の回折格子２３０はマルチビューピクセルとして編成され、各マルチビューピクセルは、複数の回折格子からの１つ以上の回折格子２３０を含む回折格子２３０のセットを含む。さらに、上記で議論したように、回折格子２３０は、光ガイド２１０上の半径方向位置の関数である回折特性を有し、さらに、回折格子２３０によって放射される指向性光ビーム２０２の強度および方向の関数である。
再び図３Ｂを参照すると、限定ではなく例として、第１のマルチビュー表示層１１０および第２のマルチビュー表示層１２０のそれぞれにそれぞれ関連付けられた光源１１２、１２２が示されている。一部の実施形態によれば、光源１１２、１２２は、上述のマルチビュー表示層２００の光源２２０と実質的に同様であってもよい。特に、図示のように、光源１１２、１２２は、第１のマルチビュー表示層１１０および第２のマルチビュー表示層１２０のそれぞれの共通側面にある。さらに、光源１１２、１２２は、互いに垂直に整列している。他の実施形態（図示せず）では、光源１１２、１２２は共通側面にあってもよいが、互いに横方向にオフセットされていてもよい。一部の例では、光源１１２、１２２はすぐ隣に隣接していないので、光源１１２、１２２の横方向のオフセットは、より良い熱管理を提供し得る。他の実施形態（図示せず）では、光源１１２、１２２は、それぞれ第１のマルチビュー表示層１１０および第２のマルチビュー表示層１２０の異なる側面にあってもよい。例えば、光源１１２、１２２は、第１のマルチビュー表示層１１０および第２のマルチビュー表示層１２０の対向側面または直交側面に配置されてもよい。互いに直交する第１のマルチビュー表示層１１０および第２のマルチビュー表示層１２０の側面に光源１１２、１２２を配置することにより、例えば、第１のマルチビュー表示層１１０および第２のマルチビュー表示層１２０のそれぞれに対して異なる（例えば、ｙ方向およびｘ方向）表示マルチビュー画像視差を提供することができる。
図７Ａは、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビュー表示層２００の回折格子２３０の平面図を示す。図７Ｂは、本明細書で説明される原理と一致する別の実施形態による、一例においてマルチビュー表示層２００のマルチビューピクセル２４０として編成された回折格子２３０のセットの平面図を示す。図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、回折格子２３０のそれぞれは、回折特徴部間隔（「格子間隔」と呼ばれることもある）または格子ピッチに従って互いに離間した複数の回折特徴部を含む。回折特徴部の間隔または格子ピッチは、光ガイド内からのガイド光部分の回折結合または散乱を提供するように構成されている。図７Ａ～図７Ｂでは、回折格子２３０は、マルチビューディスプレイの光ガイド２１０の表面（例えば、図４Ａ～図４Ｃに示されているマルチビュー表示層２００）上にある。
様々な実施形態によれば、回折格子２３０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、ガイド光ビーム２１２の波長未満）であり得る。図７Ａおよび図７Ｂは、説明を簡単にするために、単一または均一の格子間隔（すなわち、一定の格子ピッチ）を有する回折格子２３０を示していることに留意されたい。様々な実施形態では、以下で説明するように、回折格子２３０は、複数の異なる格子間隔（例えば、２つ以上の格子間隔）または可変回折特徴部間隔または格子ピッチを含み、例えば図４Ａ～図６Ｂに様々に示される指向性光ビーム２０２を提供し得る。したがって、図７Ａおよび図７Ｂは、単一の格子ピッチが回折格子２３０の排他的な実施形態であることを暗示するものではない。
一部の実施形態によれば、回折格子２３０の回折特徴部は、互いに離間した溝および***の一方または両方を備えてもよい。溝または***は、光ガイド２１０の材料を含んでもよく、例えば、溝または***は、光ガイド２１０の表面に形成されてもよい。別の例では、溝または***は、光ガイド材料以外の材料、例えば、光ガイド２１０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。
先に説明した図７Ａに示すように、回折特徴部の構成は、回折格子２３０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２３０によって提供される指向性光ビーム１０２の強度を決定するように構成されてもよい。代替的または追加的に、先に説明した図７Ａ～図７Ｂに示すように、格子特性は、回折格子２３０の格子ピッチおよび格子方向（例えば、図７Ａに示す格子方向γ）の一方または両方を含む。ガイド光ビームの入射角に関連して、これらの格子特性は、回折格子２３０によって提供される指向性光ビーム２０２の主角度方向を決定する。
一部の実施形態（図示せず）では、指向性光ビームを提供するように構成された回折格子２３０は、格子特性として可変またはチャープ回折格子を含む。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。一部の実施形態では、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を有するか、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、マルチビューピクセル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、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非単調チャープも使用できるが、これらに限定されない。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。
他の実施形態では、指向性光ビーム２０２を提供するように構成された回折格子２３０は、複数の回折格子（例えば、サブ格子）であるかそれを含む。例えば、回折格子２３０の複数の回折格子は、指向性光ビーム２０２の赤色部分を提供するように構成された第１の回折格子を備えてもよい。さらに、回折格子２３０の複数の回折格子は、指向性光ビーム２０２の緑色部分を提供するように構成された第２の回折格子を備えてもよい。さらになお、回折格子２３０の複数の回折格子は、指向性光ビーム２０２の青色部分を提供するように構成された第３の回折格子を備えてもよい。一部の実施形態では、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、例えば配列として互いに隣接して配置された別個の回折格子であってもよい。
より一般的には、マルチビュー表示層２００は、複数の回折格子２３０からの回折格子２３０のセットをそれぞれ含むマルチビューピクセル２４０の１つ以上のインスタンスを含むことができる。図７Ｂに示すように、マルチビューピクセル２４０を構成するセットの回折格子２３０は、異なる格子特性を有し得る。マルチビューピクセルの回折格子２３０は、例えば、異なる格子方向を有し得る。特に、マルチビューピクセル２４０の回折格子２３０は、マルチビュー画像の対応するビューのセットによって決定または規定される異なる格子特性を有し得る。例えば、マルチビューピクセル２４０は、マルチビュー表示層２００の８つの異なるビューに順に対応する８つの回折格子２３０のセットを含むことができる。さらに、マルチビュー表示層２００は、複数のマルチビューピクセル２４０を含むことができる。例えば、回折格子２３０のセットを備えた複数のマルチビューピクセル２４０があってもよく、各マルチビューピクセル２４０は、８つの異なるビューのそれぞれの２０４８×１０２４ピクセルの異なるピクセルに対応する。
一部の実施形態では、マルチビュー表示層２００は透明または実質的に透明であってもよい。特に、一部の実施形態では、光ガイド２１０および離間した複数の回折格子２３０により、光は第１の表面２１０’および第２の表面２１０’’の両方に直交する方向に光ガイド２１０を通過することができる。したがって、光ガイド２１０、より一般的にはマルチビュー表示層２００は、複数のガイド光ビーム２１２のガイド光ビーム２１２の一般的な伝播方向２０３に直交する方向に伝播する光に対して透明であり得る。さらに、回折格子２３０の実質的な透明性により、少なくとも部分的に透明性を高めることができる。
再び図３Ａ～図３Ｂを参照すると、多層静的マルチビューディスプレイ１００は、第１のマルチビュー表示層１１０と第２のマルチビュー表示層１２０との間にスペーサ１３０をさらに備えてもよい。スペーサ１３０は、例えば、第１および第２のマルチビュー表示層１１０の光ガイド間の干渉（例えば、光漏れ）を防ぐのに役立ち得る。特に、スペーサ１３０は、一部の実施形態によれば、第１のマルチビュー表示層１１０および第２のマルチビュー表示層１２０のそれぞれの光ガイド（例えば、光ガイド２１０）の屈折率よりも低い屈折率を有し得る。例えば、スペーサ層は、空気、低屈折率光学テープ、または同様の光学接着剤のうちの１つ以上を含むことができる。一部の実施形態では、上述のように、多層静的マルチビューディスプレイ１００は、カラーマルチビュー画像を提供するように構成され得る。特に、第１のマルチビュー表示層１１０は、第１の色の光を含む指向性光ビーム１０２を放射するように構成され、第２のマルチビュー表示層は、第２の色の光を含む指向性光ビーム１０２’を放射するように構成される。さらに、第１および第２の色は互いに異なる。指向性光ビーム１０２、１０２’は、例えば、カラーマルチビュー画像（例えば、以下で説明するように、おそらく第３の色を有する）を提供するように組み合わされてもよい。他の例では、指向性光ビーム１０２、１０２’は、異なる色のマルチビュー画像が異なる時間間隔で提供されることを可能にする時系列で提供されてもよい。
一部の実施形態（図示せず）では、多層静的マルチビューディスプレイ１００は、第３のマルチビュー表示層をさらに含むことができる。これらの実施形態によれば、第３のマルチビュー表示層は、第３のマルチビュー層内のガイド光ビームの放射状パターンからの回折散乱光によって第３のマルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射するように構成された指向性光ビームを放射するように構成されてもよい。一部の実施形態では、第２のマルチビュー表示層１２０は、第３のマルチビュー表示層と第１のマルチビュー表示層１１０との間に配置されてもよい。例えば、第３のマルチビュー表示層は、図３Ａ～図３Ｂに示される多層静的マルチビューディスプレイ１００の第２のマルチビュー表示層１２０の発光面に隣接して配置されてもよい。さらに、一部の実施形態では、第３のマルチビュー表示層は、第２のマルチビュー表示層１２０と実質的に同様であってもよい。例えば、第３のマルチビュー表示層は、例えば第３のマルチビュー表示層を通して第１および第２のマルチビュー画像を見ることを容易にするために、第１のマルチビュー画像および第２のマルチビュー画像の両方に対して透明になるように構成されてもよい。
第３のマルチビュー層を含む一部の実施形態では、３つのマルチビュー層のそれぞれは、色モデル（例えば、ＲＧＢ色モデル）の異なる色を有する指向性光ビームを放射するように構成され得る。例えば、第１のマルチビュー表示層は赤色光を含む指向性光ビームを放射するように構成され、第２のマルチビュー表示層は緑色光を含む指向性光ビームを放射するように構成され、第３のマルチビュー表示層は青色光を含む指向性光ビームを放射するように構成される。したがって、多層静的マルチビューディスプレイ１００は、第１のマルチビュー画像、第２のマルチビュー画像、および第３のマルチビュー層によって提供される第３のマルチビュー画像の合成を含むカラーマルチビュー画像を表示するように構成される。
本明細書で説明される原理の一部の実施形態によれば、マルチビューディスプレイが提供される。図８は、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例におけるマルチビューディスプレイ３００のブロック図を示す。図示するように、マルチビューディスプレイ３００は、複数のマルチビュー画像３０６の複数の異なるビュー３０４を表す指向性光ビーム３０２を提供するように構成される。様々な実施形態によれば、複数の異なるビュー３０４は、マルチビューディスプレイ３００のビューゾーン内で異なるビュー方向および関連する異なるビュー位置を有する。一部の例では、複数の異なるビュー３０４は、マルチビューディスプレイ３００によって表示されている複数のマルチビュー画像のマルチビュー画像３０６内で情報の「眼鏡なし」（例えば、自動立体視）表現を提供し得る。さらに、一部の例では、マルチビューディスプレイ３００は、例えば複数のマルチビュー画像のマルチビュー画像３０６の組み合わせまたは合成として、カラーマルチビュー画像を提供するように構成され得る。さらに、一部の例では、マルチビューディスプレイ３００は、アニメーション化されたまたは準静的のいずれかである複数のマルチビュー画像のマルチビュー画像３０６を提供するように構成され得る。
特に、マルチビューディスプレイ３００によって放射される複数の指向性光ビーム３０２は、異なるビュー３０４のピクセル（すなわち、ビューピクセル）に対応し得る。様々な実施形態によれば、指向性光ビーム３０２は、静的または準静的（すなわち、能動的に変調されない）であってもよく、異なる色の光を含んでもよい。例えば、マルチビューディスプレイ３００は、指向性光ビーム３０２を提供しても提供しなくてもよい。さらに、様々な実施形態によれば、提供された指向性光ビーム３０２の強度は、それらの指向性光ビーム３０２の方向とともに、マルチビューディスプレイ３００（例えば、静的マルチビューディスプレイ）によって表示されるマルチビュー画像３０６のビューピクセルを定義し得る。
図８に示すように、マルチビューディスプレイ３００は、複数のマルチビュー表示層３１０を含む。マルチビュー表示層３１０は、複数のマルチビュー画像３０６を提供するように構成される。様々な実施形態によれば、各マルチビュー表示層３１０は、マルチビューピクセル３１４の配列を有する光ガイド３１２を含む。次に、マルチビューピクセル配列のマルチビューピクセル３１４は、１セットまたは複数の回折格子を含む。マルチビューピクセル３１４の複数の回折格子は、光ガイド３１２内のガイド光ビーム３１６の放射状パターンからの光を回折的に散乱するように構成される。様々な実施形態によれば、光は、指向性光ビーム３０２の複数の指向性光ビーム３０２として回折格子によって回折散乱され、複数のマルチビュー画像のマルチビュー画像３０６のビューピクセルを表す。
一部の実施形態では、複数のマルチビュー表示層のマルチビュー表示層３１０は、上述のマルチビュー表示層２００と同様に、多層静的マルチビューディスプレイ１００に関して上述した第１および第２のマルチビュー表示層１１０、１２０と実質的に同様であってもよい。特に、一部の実施形態では、マルチビュー表示層３１０の光ガイド３１２は光ガイド２１０と実質的に同様であってもよく、マルチビューピクセル３１４の回折格子は回折格子２３０と実質的に同様であってもよい。さらに、一部の実施形態では、マルチビューピクセル３１４は、マルチビュー表示層２００に関して上述したマルチビューピクセル２４０と実質的に同様であってもよい。
特に、複数の回折格子のうちの回折格子によって提供される指向性光ビーム３０２の主角度方向は、回折格子の格子特性によって決定され得る。格子特性は、例えば、回折格子の格子ピッチおよび格子方向の一方または両方を含んでもよい。さらに、格子特性は、回折格子の相対位置、およびマルチビュー表示層３１０内のガイド光ビーム３１６の放射状パターンの原点の関数であってもよい。例えば、原点は、例えば、上述の光ガイド２１０の側面２１４と実質的に同様の、光ガイド３１２の側面上にあってもよい。
一部の実施形態では、マルチビュー表示層３１０の光ガイド３１２は、光ガイド内のガイド光ビーム３１６の放射状パターンの伝播方向に直交する方向に透明であってもよい。例えば、複数のマルチビュー表示層のマルチビュー表示層３１０は、他のマルチビュー表示層３１０によって提供される指向性光ビーム３０２に対して透明または少なくとも実質的に透明であり、マルチビュー表示層３１０の厚さを通る指向性光ビーム３０２の伝送と、これらの指向性光ビーム３０２によって表されるマルチビュー画像の表示とを容易にすることができる。
図８に示すマルチビューディスプレイ３００は、複数の光源３２０をさらに備える。様々な実施形態によれば、複数の光源の各光源３２０は、マルチビュー表示層の異なる１つの光ガイド内にガイド光ビーム３１６の放射状パターンを提供するように構成される。一部の実施形態では、光源３２０は、上述のマルチビュー表示層２００の光源２２０と実質的に同様であってもよい。さらに、光源３２０は、例えば、光ガイド２１０上の入力位置２１６に位置する光源２２０に関して上述したように、ガイド光ビーム３１６の放射状パターンの原点を表してもよい。特に、提供された光（例えば、図８の光源３２０から発する矢印によって示される）は、複数のガイド光ビーム３１６として光ガイド３１２によってガイドされる。様々な実施形態によれば、複数のガイド光ビームのガイド光ビーム３１６は、光ガイド３１２内で互いに異なる半径方向を有する。例えば、光源３２０は、光ガイド３１２の入力端に突合わせ結合されてもよい。光源３２０は、異なる放射方向を有する複数のガイド光ビーム３１６を提供するために、扇形または放射状パターンで光を放射してもよい。さらに、複数の光源３２０は、異なる色の光源３２０を備えてもよく（すなわち、異なる色の光を提供するように構成されてもよく）、複数のマルチビュー画像は、異なる色を有するマルチビュー画像（例えば、静的マルチビュー画像）を含む合成カラーマルチビュー画像を表してもよい。
本明細書で説明する原理の他の実施形態によれば、多層マルチビュー表示動作の方法が提供される。一部の実施形態では、多層マルチビュー表示動作の方法は、多層静的マルチビュー表示の動作を提供し得る。図９は、本明細書で説明される原理と一致する実施形態による、一例における多層静的マルチビュー表示動作の方法４００のフローチャートを示す。多層静的マルチビュー表示動作の方法４００は、様々な実施形態によると、複数の静的マルチビュー画像、準静的マルチビュー画像、およびカラー静的マルチビュー画像のうちの１つ以上を提供するために使用され得る。
図９に示すように、多層静的マルチビュー表示動作の方法４００は、第１のマルチビュー層内のガイド光ビームの放射状パターンからの回折散乱光によって第１のマルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射するステップ４１０を含む。多層静的マルチビュー表示動作の方法４００は、第２のマルチビュー表示層内のガイド光ビームの放射状パターンからの回折散乱光によって第２の静的マルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射するステップ４２０をさらに含む。様々な実施形態によれば、第２のマルチビュー表示層は第１のマルチビュー表示層の放射面に隣接し、第１のマルチビュー画像を表す放射指向性光ビームは第２のマルチビュー表示層を通過する。
様々な実施形態によれば、第１のマルチビュー画像および第２のマルチビュー画像の一方または両方を表す指向性光ビームを放射するステップ４１０、４２０は、共通の原点および互いに異なる半径方向を有する複数のガイド光ビームを光ガイド内でガイドするステップを含むことができる。特に、複数のガイド光ビームのガイド光ビームは、定義により、複数のガイド光ビームの別のガイド光ビームとは異なる半径方向の伝播方向を有する。さらに、複数のガイド光ビームの各ガイド光ビームは、定義により、共通の原点を有する。一部の実施形態では、原点は、仮想の原点（例えば、ガイド光ビームの実際の原点を超える点）であってもよい。例えば、原点は光ガイドの外側にあってもよく、そのため仮想の原点になる。一部の実施形態によれば、光がそれに沿ってガイドされる光ガイドならびにその中をガイドされるガイド光ビームは、マルチビュー表示層２００に関して上述したように、それぞれ光ガイド２１０およびガイド光ビーム２１２と実質的に同様であってもよい。
様々な実施形態によれば、第１のマルチビュー画像および第２のマルチビュー画像の一方または両方を表す指向性光ビームを放射するステップ４１０、４２０は、複数の回折格子を使用して複数の指向性光ビームとして光ガイドからの光を回折散乱させるステップをさらに含み得る。複数の回折格子の回折格子は、第１または第２の静的マルチビュー画像のいずれかの対応するビューピクセルの強度および主角度方向を有する複数の指向性光ビームの指向性光ビームとして、複数のガイド光ビームからの光を回折結合または散乱させる。様々な実施形態によれば、放射指向性光ビームの強度および主角度方向は、共通の原点に対する回折格子の位置に基づく回折格子の格子特性によって制御される。
一部の実施形態において、複数の回折格子の各回折格子は、マルチビュー画像の１つのビューの特定のビューピクセルに対応する、単一の主角度方向であり単一の強度を有する単一の指向性光ビームを提供する（例えば、回折散乱により放射する４１０、４２０）。一部の実施形態において、回折格子は、複数の回折格子（例えば、サブ格子）を含む。さらに、一部の実施形態では、回折格子のセットは、静的マルチビューディスプレイのマルチビューピクセルとして配置されてもよい。
様々な実施形態において、放射された４１０、４２０指向性光ビームの強度および主角度方向は、共通の原点に対する回折格子の位置に基づく（すなわち、関数である）回折格子の格子特性によって制御される。特に、複数の回折格子の格子特性は、回折格子に入射するガイド光ビームの半径方向、回折格子からガイド光ビームを提供する光源までの距離またはその両方に基づいて、または同等にはその関数として変化させることができる。
一部の実施形態によれば、複数の回折格子は、上述のマルチビュー表示層２００の複数の回折格子２３０と実質的に同様であってもよい。さらに、一部の実施形態では、放射された４１０、４２０指向性光ビームは、これも上述した複数の指向性光ビーム１０２、２０２と実質的に同様であってもよい。例えば、主角度方向を制御する格子特性は、回折格子の格子ピッチおよび格子方向の一方または両方を含んでもよい。さらに、回折格子によって提供され、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の強度は、回折格子の回折結合効率によって決定され得る。すなわち、強度を制御する格子特性は、一部の例では、回折格子の格子深さ、格子のサイズなどを含み得る。
一部の実施形態では、多層静的マルチビュー表示動作の方法４００は、光源を使用して、複数のガイド光ビームとしてガイドされる光を提供するステップをさらに含む。特に、光は、光源を使用して、伝播の複数の異なる放射方向を有するガイド光ビームとして光ガイドに提供される。様々な実施形態によれば、光を提供する際に使用される光源は光ガイドの側面に配置され、光源の位置は、複数のガイド光ビームの共通の原点である。一部の実施形態では、光源は、上述のマルチビュー表示層２００の光源２２０と実質的に同様であってもよい。特に、光源は、光ガイドの縁部または側面に突合わせ結合されてもよい。さらに、一部の実施形態では、光源は、共通の原点を表す点光源に近接してもよい。
一部の実施形態（図示せず）では、静的マルチビュー表示動作の方法は、第１の期間中に第１の複数のガイド光ビームをガイドし、第２の期間中に第２の複数のガイド光ビームをガイドすることにより、マルチビュー画像をアニメーション化するステップをさらに含む。複数の第１のガイド光ビームは、第２の複数のガイド光ビームの共通の原点とは異なる共通の原点を有してもよい。例えば、光源は、例えば上述のようにアニメーションを提供するように構成された複数の横方向にオフセットされた光源を備えてもよい。一部の実施形態によれば、アニメーションは、第１および第２の期間中に、マルチビュー画像の見かけ上の位置のシフトを含み得る。
一部の実施形態では、提供される光は実質的にコリメートされていない。他の実施形態では、提供された光はコリメートされていてもよい（例えば、光源はコリメータを備えてもよい）。様々な実施形態において、提供される光は、光ガイドの表面間の光ガイド内で非ゼロ伝播角度で異なる半径方向を有するガイドであってもよい。光ガイド内でコリメートされると、提供された光はコリメーション係数に従ってコリメートされて、光ガイド内でガイド光の所定の角度広がりを確立する。
一部の実施形態（図示せず）では、多層静的マルチビュー表示動作の方法４００は、合成カラーマルチビュー画像を提供するステップをさらに含む。合成カラーマルチビュー画像を提供するステップは、第１のマルチビュー層を使用して第１のマルチビュー画像を表す第１の色の指向性光ビームを放射するステップ４１０と、第２のマルチビュー層を使用して第２のマルチビュー画像を表す第２の色の指向性光ビームを放射するステップ４２０とを含むことができる。第３のマルチビュー層は、第３の色の放射指向性光ビームを提供するために使用され得る。第１、第２、および第３の色は、例えば、（例えば、ＲＧＢカラーモデルの）赤、緑、および青を表してもよい。第１および第２のマルチビュー画像の合成を提供するステップは、第１および第２（および存在する場合は第３）のマルチビュー画像を合成して、合成カラーマルチビュー画像を提供するステップをさらに含む。
このように、複数のマルチビュー表示層に回折格子を有する多層静的マルチビューディスプレイ、および静的マルチビュー表示動作の方法の例および実施形態について説明してきたが、回折格子は、互いに異なる半径方向を有するガイド光ビームからの静的または準静的マルチビュー画像を表す複数の指向性光ビームを提供するように構成される。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 (22)

  1. 多層静的マルチビューディスプレイであって、
    第１のマルチビュー表示層であって、前記第１のマルチビュー表示層内のガイド光ビームの放射状パターンからの回折散乱光によって第１のマルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射するように構成された第１のマルチビュー表示層と、
    第２のマルチビュー表示層であって、前記第２のマルチビュー表示層内のガイド光ビームの放射状パターンからの回折散乱光によって第２のマルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射するように構成された第２のマルチビュー表示層とを含み、
    前記第２のマルチビュー表示層が、前記第１のマルチビュー表示層の放射面に隣接し、前記第１のマルチビュー画像に対して透明であるように構成され、
    前記第１のマルチビュー表示層および前記第２のマルチビュー表示層の一方または両方が、
    前記ガイド光ビームの放射状パターンに合わせて構成された光ガイドと、
    前記光ガイド上の入力位置にある光源であって、前記光源が、前記光ガイド内に互いに異なる半径方向を有する複数のガイド光ビームを前記ガイド光ビームの放射状パターンとして提供するように構成されている光源と、
    前記指向性光ビームを放射するように構成された複数の回折格子であって、各回折格子が、前記複数のガイド光ビームの１つのガイド光ビームの一部から、前記第１または第２のマルチビュー画像の１つのビューピクセルの強度およびビュー方向に対応する強度およ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複数の回折格子とを含む、多層静的マルチビューディスプレイ。
  2. 前記光源の前記入力位置が、前記光ガイドの側面のほぼ中間点にある、請求項１に記載の多層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が、前記強度および前記主角度方向を決定するように構成され、前記格子特性が、前記光ガイドの表面上の前記回折格子の位置と前記光ガイドの側面上の前記光源の前記入力位置との両方の関数である、請求項１または２に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
  4. 前記格子特性が、前記回折格子の格子ピッチおよび前記回折格子の格子方向の一方または両方を含み、前記格子特性が、前記回折格子によって提供される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る、請求項３に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
  5. 前記格子特性が、前記回折格子によって提供される前記指向性光ビームの前記強度を決定するように構成された格子深さを含む、請求項３または４に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
  6. 前記複数の指向性光ビームの１つの指向性光ビームの放射状パターンが、前記複数のガイド光ビームの伝播方向に平行な方向において、前記複数のガイド光ビームの前記伝播方向に垂直な方向よりも広い、請求項１から５のいずれか一項に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
  7. 前記光源と前記光ガイドとの間にコリメータをさらに備え、前記コリメータが、前記光源によって放射される光を前記光ガイドの表面に実質的に垂直な平面内でコリメートするように構成され、前記複数のガイド光ビームがコリメート光ビームを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
  8. 前記第１のマルチビュー表示層と前記第２のマルチビュー表示層との間にスペーサをさらに備え、前記スペーサが、前記第１および第２のマルチビュー表示層の前記それぞれの光ガイドの屈折率よりも低い屈折率を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
  9. 前記第１のマルチビュー表示層が、第１の時間間隔中に前記第１のマルチビュー画像を表示するように構成され、前記第２のマルチビュー表示層が、第２の時間間隔中に前記第２のマルチビュー画像を表示するように構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
  10. 前記第１のマルチビュー表示層が第１の色の光を含む指向性光ビームを放射するように構成され、前記第２のマルチビュー表示層が第２の色の光を含む指向性光ビームを放射するように構成され、前記第１のおよび第２の色が互いに異なる、請求項１から９のいずれか一項に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
  11. 第３のマルチビュー表示層をさらに備え、前記第３のマルチビュー表示層が前記第３のマルチビュー表示層内のガイド光ビームの放射状パターンからの回折散乱光によって第３のマルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射するように構成され、前記第２のマルチビュー表示層が、前記第３のマルチビュー表示層と前記第１のマルチビュー表示層との間にあり、前記第３のマルチビュー表示層が、前記第１のマルチビュー画像および前記第２のマルチビュー画像の両方に対して透明になるように構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
  12. 前記第１のマルチビュー表示層が赤色光を含む指向性光ビームを放射するように構成され、前記第２のマルチビュー表示層が緑色光を含む指向性光ビームを放射するように構成され、前記第３のマルチビュー表示層が青色光を含む指向性光ビームを放射するように構成され、前記多層静的マルチビューディスプレイが、前記第１のマルチビュー画像、前記第２のマルチビュー画像、および前記第３のマルチビュー表示層によって提供される第３のマルチビュー画像の合成を含むカラーマルチビュー画像を表示するように構成される、請求項１１に記載の多層静的マルチビューディスプレイ。
  13. マルチビューディスプレイであって、
    複数のマルチビュー画像を提供するように構成された複数のマルチビュー表示層であって、各マルチビュー表示層がマルチビューピクセルの配列を有する光ガイドを含む、複数のマルチビュー表示層と、
    複数の光源であって、前記複数の光源の各光源が、前記マルチビュー表示層の異なる１つの前記光ガイド内でガイド光ビームの放射状パターンを提供するように構成される、複数の光源とを含み、
    マルチビューピクセル配列のマルチビューピクセルが、前記複数のマルチビュー画像の１つのマルチビュー画像のビューピクセルを表す複数の指向性光ビームとして、前記ガイド光ビームの放射状パターンからの光を回折散乱するように構成された複数の回折格子を含む、マルチビューディスプレイ。
  14. 前記複数の回折格子のうちの１つの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が、前記マルチビュー表示層の前記回折格子および前記光源の相対位置の関数である格子特性によって決定される、請求項１３に記載のマルチビューディスプレイ。
  15. 前記格子特性が、前記回折格子の格子ピッチおよび格子方向の一方または両方を含む、請求項１４に記載のマルチビューディスプレイ。
  16. 前記マルチビュー表示層の前記光ガイドが、前記光ガイド内の前記ガイド光ビームの放射状パターンの伝播方向に直交する方向に透明である、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のマルチビューディスプレイ。
  17. 前記複数の光源が異なる色の光源を備え、前記複数のマルチビュー画像が、前記異なる色を有するマルチビュー画像を含む合成カラーマルチビュー画像を表す、請求項１３から１６のいずれか一項に記載のマルチビューディスプレイ。
  18. 多層静的マルチビュー表示動作の方法であって、
    第１のマルチビュー表示層内のガイド光ビームの放射状パターンからの回折散乱光によって第１の静的マルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射するステップと、
    第２のマルチビュー表示層内のガイド光ビームの放射状パターンからの回折散乱光によって第２の静的マルチビュー画像を表す指向性光ビームを放射するステップとを含み、
    前記第２のマルチビュー表示層が前記第１のマルチビュー表示層の放射面に隣接し、前記第１の静的マルチビュー画像を表す前記放射された指向性光ビームが、前記第２のマルチビュー表示層を通過し、
    前記第１の静的マルチビュー画像および前記第２の静的マルチビュー画像の一方または両方を表す指向性光ビームを放射するステップが、
    共通の原点および互いに異なる半径方向を有する複数のガイド光ビームを光ガイド内でガイドするステップと、
    複数の回折格子を使用して複数の指向性光ビームとして前記光ガイドからの前記光を回折散乱させるステップであって、前記複数の回折格子の１つの回折格子が、前記第１または第２の静的マルチビュー画像の１つの対応するビューピクセルの強度および主角度方向を有する前記複数の指向性光ビームの１つの指向性光ビームとして、複数のガイド光ビームからの光を回折的に結合するステップと、を含み
    前記放射指向性光ビームの前記強度および主角度方向が、前記共通の原点に対する前記回折格子の位置に基づく前記回折格子の格子特性によって制御される、多層静的マルチビュー表示動作の方法。
  19. 前記主角度方向を制御する格子特性が、前記回折格子の格子ピッチおよび格子方向の一方または両方を含む、請求項１８に記載の多層静的マルチビュー表示動作の方法。
  20. 前記強度を制御する前記格子特性が、前記回折格子の格子深さを含む、請求項１８または１９に記載の多層静的マルチビュー表示動作の方法。
  21. 光源を使用して前記複数のガイド光ビームとしてガイドされる光を提供するステップをさらに含み、前記光源が前記光ガイドの側面に位置し、前記光源の位置が前記複数のガイド光ビームの前記共通の原点である、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の多層静的マルチビュー表示動作の方法。
  22. 前記第１のマルチビュー表示層を使用して、前記第１の静的マルチビュー画像を表す第１の色の指向性光ビームを放射し、第２のマルチビュー表示層を使用して、前記第２の静的マルチビュー画像を表す第２の色の指向性光ビームを放射することによって合成カラーマルチビュー画像を提供するステップをさらに含み、前記第１および第２の静的マルチビュー画像を組み合わせて前記合成カラーマルチビュー画像を提供する、請求項１８から２１のいずれか一項に記載の多層静的マルチビュー表示動作の方法。


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