CN109416431A - 广角成像定向背光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成像定向背光源设备，所述成像定向背光源设备包括波导和光源阵列，以从局部光源提供大面积导向照明。所述波导可包括阶梯式结构，并且所述阶梯还可包括提取特征结构，所述提取特征结构光学隐藏至在前向方向上传播的引导光。在后向方向上传播的返回光可被所述特征结构折射、衍射或反射，以提供从所述波导的顶表面离开的离散照明束。观察窗通过使单独光源成像而形成，并限定系统元件和光线路径的相对位置。所述成像定向背光源设备还包括控制系统，所述控制系统用于根据来自安装在所述车辆上的传感器的所述输出来控制汽车或车辆环境中的所述光输出定向分布。所述控制系统被布置成控制与所述车辆协同定位的便携式定向显示器的所述光输出定向分布。

Description

广角成像定向背光源

技术领域

本公开整体涉及光调制装置的照明，并且更具体地讲，涉及对用于自动化应用和光导的定向显示器的控制，以用于从2D、防窥、夜间模式、3D和/或自动立体显示装置中使用的局部光源提供大面积照明。

背景技术

空间多路复用自动立体显示器通常使视差部件(诸如透镜状屏幕或视差屏障)与图像阵列对准，所述图像阵列被布置成在空间光调制器(例如LCD)上的至少第一组像素和第二组像素。视差部件将来自所述组像素中的每组像素的光导向到不同的相应方向，以在显示器前面提供第一观察窗和第二观察窗。观察者将眼睛置于第一观察窗中用来自第一组像素的光可看到第一图像；而将眼睛置于第二观察窗中用来自第二组像素的光可看到第二图像。

与空间光调制器的原始分辨率相比，此类显示器具有降低的空间分辨率，并且此外，观察窗的结构由像素孔形状和视差部件成像功能决定。像素之间的间隙(例如对于电极而言)通常产生不均匀的观察窗。不期望的是，当观察者相对于显示器横向移动时，此类显示器呈现图像闪烁，因此限制了显示器的观察自由度。此类闪烁可通过使光学元件散焦而减少；然而，此类散焦导致图像串扰程度加大并增加观察者的视觉疲劳。此类闪烁可通过调整像素孔的形状而减少，然而，此类改变可降低显示器亮度并且可使得对空间光调制器中的电子设备的寻址受到损害。

发明内容

根据本公开，定向照明设备可包括用于导向光的成像定向背光源和用于向成像定向背光源提供光的照明器阵列。成像定向背光源可包括用于引导光的波导。波导可包括第一光引导表面以及与第一光引导表面相对的第二光引导表面。

显示器背光源通常采用波导和边缘发光源。某些成像定向背光源具有将照明导向穿过显示器面板到观察窗中的另外的能力。成像系统可在多个源和相应的窗图像之间形成。成像定向背光源的一个示例是可采用折叠式光学系统的光学阀，因此也可以是折叠式成像定向背光源的示例。光可在基本上无损耗的情况下在一个方向上传播穿过光学阀，同时反向传播光可通过反射离开倾斜小平面而被提取，如美国专利申请13/300,293(现为美国专利9,519,153)中所述，该专利全文以引用方式并入本文。

定向背光源提供穿过波导的照明，所述照明以波导内的多个方向成像至观察窗。来自输入端处的光源并在波导内传播的发散光提供有减小的发散度，并且通常通过波导反射端处的弯曲反射镜而准直，并且通过弯曲光提取特征结构或透镜诸如菲涅耳透镜朝向观察窗成像。对轴向观察窗而言，准直光基本上平行于矩形形状的波导的边缘，因此光跨越波导的整个区域朝向观察窗输出。对于离轴位置而言，准直光的方向并不平行于矩形波导的边缘，但以非零的角度倾斜。因此，在准直光束的一个边缘和波导的相应边缘之间形成未被照明的(或空隙)外部(其可为三角形形状)。在理想情况下，没有光从外部内导向到相应观察窗，并且显示器在该区域看起来黑暗。期望减少离轴观察位置的黑暗外部的出现，使得更多的波导区域可用于照明空间光调制器，从而有利地减小系统尺寸和成本。

一般来讲，利用这种系统和相关的成像定向背光源系统，由于高角处的光晕，并非所有背光源区域均为可用的。对系统的修改可通过将光引入空隙区域而克服此限制。此类经修改的照明设备实施方案可导致增加的亮度、局部独立照明和定向能力。

根据本公开的第一方面，可提供有一种显示设备，该显示设备包括：用于车辆中、被布置成显示图像的定向显示装置，该定向显示装置具有可变的角输出光分布；以及控制系统，该控制系统被布置成改变定向显示装置的角输出光分布。

有利的是，该显示设备可使得到达驾驶员的杂散光减少以用于在低光条件下操作，例如，在夜间驾驶期间。与常规背光源相比，其可增加显示区域，同时提供等量的杂散光。显示图像的镜面反射可从玻璃区域(诸如，侧窗或挡风玻璃)减小，并且落在车辆表面(诸如，车内装饰或顶篷)上的显示器光的照明度可减小。

所述控制系统可被布置成基于设置在车辆上的车辆传感器系统的输出来改变定向显示装置的角输出光分布。有利的是，定向显示器输出可与所感测的车辆操作条件配合，以实现在低照明度(夜间驾驶)或高照明度(在明亮的阳光下驾驶)下的最优化操作。

车辆传感器系统可包括注视传感器系统，该注视传感器系统被布置成检测车辆的乘员的注视，控制系统可被布置成基于暗度传感器系统的输出成角度地扩大定向显示装置的角输出光分布，暗度传感器系统的输出指示乘员的注视导向定向显示装置处。车辆传感器系统还可包括暗度传感器系统，该暗度传感器系统被布置成检测黑暗环境条件，控制系统可被布置成基于暗度传感器系统的输出成角度地限制定向显示装置的角输出光分布，暗度传感器系统的输出指示已经检测到黑暗环境条件。

有利的是，一些车辆显示器的功能和内容可导向具有仅在驾驶员看向其时才向驾驶员显示内容的相同显示器的乘客。分散驾驶员注意力的光的量减少了。

控制系统可被进一步布置成基于暗度传感器系统的输出来降低定向显示装置的亮度和/或调整定向显示装置的色彩平衡以用于在黑暗环境条件中进行观察，暗度传感器系统的输出指示已经检测到黑暗环境条件。

车辆传感器系统可包括亮度传感器系统，该亮度传感器系统被布置成检测明亮环境条件，控制系统可被布置成基于亮度传感器系统的输出限制定向显示装置的角输出光分布，亮度传感器系统的输出指示已经检测到明亮环境条件。

有利的是，与常规背光源相比，可为驾驶员改善车辆显示器在明亮环境条件下的可视性，而不会增加总体电力消耗。有利的是，降低的电力消耗可延长车辆的操作时间或者可降低车辆上的交流发电机负载，从而提高其效率。

控制系统可被进一步布置成基于暗度传感器系统的输出来增大定向显示装置的亮度和/或调整定向显示装置的色彩平衡以用于在明亮环境条件中进行观察，暗度传感器系统的输出指示已经检测到明亮环境条件。

车辆传感器系统可包括车辆运动传感器系统，该车辆运动传感器系统被布置成检测车辆的运动，控制系统被布置成基于车辆运动传感器系统的输出扩大定向显示装置的角输出光分布，车辆运动传感器系统的输出指示车辆在指定时间内静止。

有利的是，驾驶员和乘客可在车辆停放时或者在静止的交通流中时从内置车辆显示器中享受到娱乐或其他内容。

车辆传感器系统可包括乘员传感器系统，该乘员传感器系统被布置成识别车辆的乘员，控制系统可被布置成基于乘员传感器系统的输出朝向乘员导向定向显示装置的角输出光分布。

有利的是，控制系统可被布置成识别驾驶员以及将其便携式装置(例如，电话装置)链接到驾驶员所看到的视图。乘客的电话装置可自动地链接到乘客视图。

显示设备还可包括取向传感器和控制系统，该取向传感器被布置成检测定向显示装置的取向，控制系统可被布置成基于取向传感器的输出改变定向显示装置的角输出光分布。

有利的是，乘客的具有定向显示器的便携式电话、平板电脑和装置可被布置成避免或减少来自车辆玻璃区域的反射，这些反射可以是驾驶员可见的或者可分散驾驶员的注意力。

取向传感器可包括惯性传感器。有利的是，惯性传感器可响应与随后处理的相机图像相比具有相对较低滞后或延迟的便携式装置的移动。

取向传感器可包括相机系统和分析系统，该分析系统被布置成检测车辆的窗或玻璃区域在由相机系统捕获的图像中的位置。

有利的是，相机系统可不经受可在惯性传感器系统中积累的漂移或集成错误。有利的是，使用惯性和相机系统可改善玻璃反射预测系统的总体性能，并且减少分散驾驶员注意力的反射。

定向显示装置可安装到车辆或者可内置在车辆中。

定向显示装置可安装到车辆的中心控制台。

定向显示装置可被布置成显示由图像捕获系统(诸如，面向车辆后方(向后)的相机)捕获的图像。有利的是，可控制合成反射镜显示器的定向输出以避免分散注意力的反射，该显示器模仿常规车辆反射镜的功能。当驾驶员看向此类显示器时，此类显示器可进一步变亮或更改其输出显示方向，从而降低舱中在夜间的杂散光水平。

定向显示设备可为便携式设备，定向显示设备的控制系统被布置成与车辆的处理系统通信。

有利的是，可请求或强制要求车辆中的便携式装置控制其定向输出和亮度，以避免驾驶员可见的分散人注意力的镜面反射或者以在夜间减少车辆中的环境光水平。

车辆的处理系统可被布置成将车辆内部布局或几何结构信息传送给辨识车辆的内部布局的定向显示设备的控制系统，该控制系统可被布置成基于布局信息改变定向显示装置的角输出光分布。

有利的是，便携式定向显示装置能够接收包括例如玻璃区域或窗的位置的车辆布局信息，而无需计算或建模窗或玻璃的可能位置。

与车辆的处理系统的通信可为无线通信。

有利的是，便携式定向显示装置不需要物理连线到车辆以接收关于车辆的信息。

显示设备控制系统可被布置成通过可减少入射到车辆的窗上的光的方式改变定向显示装置的角输出光分布。

有利的是，减小了玻璃中反射的光对驾驶员的注意力分散影响。改善了车辆外部物体透过玻璃表面的可见性。

显示设备控制系统还可被布置成改变显示在定向显示装置上的图像的亮度、对比度、色彩平衡和内容中的至少一者。

有利的是，因镜面反射以及漫反射或散射反射对驾驶员造成的注意力分散减小。

定向显示装置可包括：定向背光源，该定向背光源被布置成将光导向到可选择观察窗中；并且还可包括空间光调制器，该空间光调制器被布置成调制由定向背光源输出的光，其中控制系统可被布置成通过选择光导向到其中的观察窗来改变定向显示装置的角输出光分布。

有利的是，乘客和驾驶员可看到图像，而不会过度地分散驾驶员的注意力或者造成车舱内高背景照明水平或者造成分散人注意力的窗或玻璃表面反射。

定向背光源可包括：光源阵列；以及定向波导，该定向波导被布置成将来自每个光源的光导向到相应的观察窗中，其中控制系统可被布置成通过选择操作哪些光源来改变定向显示装置的角输出光分布。

定向波导可包括：相对的第一引导表面和第二引导表面，第一引导表面和第二引导表面用于沿波导引导来自光源的输入光；以及反射端，该反射端用于沿波导反射回输入光，其中第二引导表面可被布置成将从反射端反射的光作为输出光偏转穿过第一引导表面。

第一引导表面可被布置成通过全内反射来引导光，并且第二引导表面可包括多个光提取特征结构和位于光提取特征结构之间的中间区域，该多个光提取特征结构被取向为在允许作为输出光离开穿过第一引导表面的方向上导向由反射端反射的光，并且该中间区域被布置成沿波导引导光。

本公开的任一方面均可以任何组合应用。

本文的实施方案可提供自动立体显示器，该自动立体显示器提供可允许定向观察和常规2D兼容性的宽视角。广角观察模式可用于观察者跟踪自动立体3D显示器、观察者跟踪2D显示器(例如用于防窥或节能应用)、用于宽视角2D显示器或用于宽视角立体3D显示器。此外，实施方案可提供受控照明器以便得到高效的自动立体显示器。此类部件可用于定向背光源中，以提供包括自动立体显示器的定向显示器。另外，实施方案可涉及定向背光源设备以及可结合该定向背光源设备的定向显示器。此类设备可用于自动立体显示、防窥显示、多用户显示以及可实现例如节能操作和/或高照明度操作的其他定向显示应用。

本文的实施方案可提供具有大面积和薄型结构的自动立体显示器。另外，如将描述，本公开的光学阀可实现具有较大后工作距离的薄型光学部件。此类部件可用于定向背光源中，以提供包括自动立体显示器的定向显示器。此外，实施方案可提供受控照明器以便得到高效的自动立体显示器。

本公开的实施方案可用于各种光学系统中。实施方案可包括或利用各种投影仪、投影系统、光学部件、显示器、微型显示器、计算机系统、处理器、独立成套的投影仪系统、视觉和/或视听系统以及电和/或光学装置。实际上，本公开的方面可以几乎跟与光学和电气装置、光学系统、演示系统有关的任何设备，或者可包括任何类型的光学系统的任何设备一起使用。因此，本公开的实施方案可用于光学系统、视觉和/或光学演示中使用的装置、视觉外围设备等，并且可用于多种计算环境。

在详细讨论所公开的实施方案之前，应当理解，本公开并不将其应用或形成限于所示的具体布置的细节，因为本公开能够采用其他实施方案。此外，可以不同的组合和布置来阐述本公开的各个方面，以限定实施方案在其本身权利内的独特性。另外，本文使用的术语是为了说明的目的，而非限制。

定向背光源通常通过调制布置在光学波导的输入孔侧的独立LED光源，来提供对从基本上整个输出表面发出的照明的控制。控制发射光定向分布可实现安全功能的单人观察，其中显示器可仅被单个观察者从有限角度范围看到；可实现高电效率，其中主要在小角度定向分布内提供照明；可实现对时序立体显示器和自动立体显示器的左右眼交替观察；以及可实现低成本。

本领域普通技术人员在阅读本公开的全文后，本公开的这些和其他优点以及特征将变得显而易见。

附图说明

实施方案通过示例的方式在附图中示出，其中类似的附图标号指示类似的部件，并且其中：

图1A是根据本公开的示意图，其示出了定向显示装置的一个实施方案中的光传播的前视图；

图1B是根据本公开的示意图，其示出了图1A的定向显示装置的一个实施方案中的光传播的侧视图；

图2A是根据本公开的示意图，其示出了定向显示装置的另一个实施方案中的光传播的顶视图；

图2B是根据本公开的示意图，其示出了图2A的定向显示装置的前视图中的光传播；

图2C是根据本公开的示意图，其示出了图2A的定向显示装置的侧视图中的光传播；

图3是根据本公开的示意图，其示出了定向显示装置的侧视图；

图4A是根据本公开的示意图，其示出了包括弯曲光提取特征结构的定向显示装置中的观察窗的生成的前视图；

图4B是根据本公开的示意图，其示出了包括弯曲光提取特征结构的定向显示装置中的第一观察窗和第二观察窗的生成的前视图；

图5是根据本公开的示意图，其示出了包括线性光提取特征结构的定向显示装置中的第一观察窗的生成；

图6A是根据本公开的示意图，其示出了在第一时隙中时间多路复用定向显示装置中第一观察窗的生成的一个实施方案；

图6B是根据本公开的示意图，其示出了在第二时隙中时间多路复用定向显示装置中的第二观察窗的生成的另一个实施方案；

图6C是根据本公开的示意图，其示出了在时间多路复用定向显示装置中的第一观察窗和第二观察窗的生成的另一个实施方案；

图7是根据本公开的示意图，其示出了观察者跟踪自动立体定向显示装置；

图8是根据本公开的示意图，其示出了多观察者定向显示装置；

图9是根据本公开的示意图，其示出了防窥定向显示装置；

图10是根据本公开的示意图，其示出了时间多路复用定向显示装置的结构的侧视图；

图11是根据本公开的示意图，其示出了包括定向显示装置和控制系统的定向显示设备；

图12是根据本公开的示意图，其示出了通过定向波导形成光学窗的透视图；

图13是根据本公开的示意图，其示出了包括光楔的定向显示器的侧视图；

图14是根据本公开的示意图，其示出了通过光学阀形成光学窗的透视图；

图15是根据本公开的示意图，其示出了包括光学阀的定向显示器的侧视图；

图16是根据本公开的示意图，其示出了定向显示器在车舱中的位置的侧视图；

图17是根据本公开的示意图，其示出了定向显示器在正交于横向方向的轴上的照明度分布曲线；

图18是根据本公开的示意图，其示出了来自车辆风挡的显示器的光的反射的侧视图；

图19A和图19B是根据本公开的示意图，其示出了针对纵向和横向显示取向而言来自定向显示器的光相对于乘员和车辆位置的角分布；

图20A、图20B和图20C是根据本公开的示意图，其示出了从定向显示器朝向乘员的角输出光分布锥的侧视图；

图21A和图21B是根据本公开的示意图，其示出了汽车舱的顶视图；

图22A和图22B是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了第一操作模式和第二操作模式下的汽车舱以及来自中心控制台定向显示器的相应的角输出光分布；

图23是根据本公开的示意图，其以前视图示出了汽车舱和来自定向显示器和侧窗的相应角输出光分布；

图24A、图24B和图24C是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了第一操作模式、第二操作模式和第三操作模式下的汽车舱和来自乘客定向显示器的相应的角输出光分布；

图25A和图25B是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了第一操作模式和第二操作模式下的汽车舱和来自另外安装的定向显示器的相应角输出光分布；

图26A和图26B是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了第一操作模式和第二操作模式下的汽车舱和来自另外的便携式定向显示器的相应角输出光分布，其中还包括显示控制通信装置；

图27是根据本公开的流程图，其示出了对图26A至图26B的便携式定向显示器的定向照明控制以用于夜间操作模式；

图28是根据本公开的流程图，其示出了对图26A至图26B的便携式定向显示器的定向照明控制以用于日间操作模式；

图29A和图29B是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了汽车舱和来自用于面向后部的乘员位置的便携式显示器的相应角输出光分布；

图30是根据本公开的流程图，其示出了对图26A至图26B的便携式定向显示器的定向照明控制以用于夜间操作模式，该夜间操作模式被布置成定位从定向显示器经由玻璃表面到达驾驶员眼睛的反射，其中玻璃表面的相对位置和驾驶员位置广播到相应的便携式移动装置；

图31A、图31B和图31C是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了汽车舱和便携式显示器，便携式显示器被布置成收集车辆的内部布局信息以检测从玻璃表面到驾驶员的直接反射；

图32是根据本公开的流程图，其示出了对图26A至图26B的便携式定向显示器的定向照明控制以用于夜间操作模式，该夜间操作模式被布置成定位从定向显示器经由玻璃表面到达驾驶员眼睛的反射，其中玻璃表面的相对位置和驾驶员位置由相应的便携式移动装置检测；

图33A和图33B和图33C是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了汽车舱和便携式显示器，其中便携式显示器被布置成检测车辆的内部布局以检测从玻璃表面到驾驶员的直接反射；

图34A和图34B是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了汽车舱以及对便携式定向移动显示器的方向性的控制使得从显示器经由玻璃表面到达驾驶员的反射最小化；

图35是根据本公开的示意图，其以侧视图示出了阳光从定向显示器到车舱中的乘员的反射；

图36A和图36B是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了汽车舱以及响应于阳光对定向显示器的方向性的控制；

图37是根据本公开的流程图，其示出了对定向显示器的定向照明控制，以响应于由所述定向显示器向车辆乘员反射明亮外部源的位置而提供非常高的照明度输出；

图38是根据本公开的流程图，其示出了对定向显示器的定向照明控制，以响应于当车辆乘员未直接看向显示器时由所述定向显示器向所述乘员反射明亮外部源的位置而提供非常高的照明度输出；

图39A和图39B是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了汽车舱以及响应于乘员注视方向对定向显示器的方向性的控制；

图40A和图40B是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了夜间操作模式下的汽车舱以及响应于驾驶员注视方向对定向显示器的方向性的控制；

图41是根据本公开的流程图，其示出了对定向显示器的定向照明控制，以响应于驾驶员注视方向提供对显示器方向性的控制；

图42是根据本公开的示意图，其以前视图示出了汽车舱和来自驾驶员功能定向显示器的相应角输出光分布；

图43A、图43B、图43C和图43D是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了汽车舱以及响应于静止车辆对定向显示器的方向性的控制；

图44是根据本公开的流程图，其示出了对定向显示器的定向照明控制，以响应于静止车辆提供对显示器方向性的控制；

图45是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了汽车舱以及响应于车辆碰撞对定向显示器的方向性的控制；

图46是根据本公开的流程图，其示出了对定向显示器的定向照明控制，以响应于车辆碰撞提供对显示器方向性的控制；

图47是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了汽车舱以及至少两个定向显示装置的注册；

图48是根据本公开的流程图，其示出了包括至少两个定向显示装置的注册的定向照明控制；并且

图49A和图49B是根据本公开的示意图，其以顶视图示出了用于包括定向显示器的自动驾驶车辆的汽车舱。

具体实施方式

时间多路复用自动立体显示器可通过以下方法有利地改善自动立体显示器的空间分辨率：在第一时隙中将来自空间光调制器所有像素的光导向到第一观察窗，并在第二时隙中将来自所有像素的光导向到第二观察窗。因此，眼睛被布置成接收第一观察窗和第二观察窗中的光的观察者将通过多个时隙看到遍及整个显示器的全分辨率图像。时间多路复用显示器可有利地通过使用定向光学元件将照明器阵列导向穿过基本上透明的时间多路复用空间光调制器而实现定向照明，其中定向光学元件在窗平面中基本上形成照明器阵列的图像。

观察窗的均匀度可有利地与空间光调制器中像素的布置方式无关。有利的是，此类显示器可提供具有低闪烁的观察者跟踪显示器，并且对于移动观察者的串扰水平较低。

为了在窗平面中实现高均匀度，期望提供具有高空间均匀度的照明元件阵列。可例如通过尺寸为大约100微米的空间光调制器的像素与透镜阵列的组合，提供时序照明系统的照明器元件。然而，此类像素会遭受对于空间多路复用显示器而言的类似的难题。另外，此类装置可具有较低效率和较高成本，从而需要另外的显示部件。

可便利地用宏观照明器(例如，LED阵列)与通常具有1mm或更大尺寸的均匀化和漫射光学元件的组合来实现高窗平面均匀度。然而，照明器元件的尺寸增加意味着定向光学元件的尺寸成比例地增加。例如，成像到65mm宽观察窗的16mm宽的照明器可需要200mm的后工作距离。因此，光学元件的厚度增加可妨碍有效应用于例如移动显示器或大面积显示器。

为了解决上述缺点，如共同拥有的美国专利申请13/300,293(现为美国专利9,519,153)中所述的光学阀有利地可与快速切换透射式空间光调制器组合布置，以在薄型封装中实现时间多路复用自动立体照明，同时提供高分辨率图像及无闪烁观察者跟踪和低串扰水平。描述了观察位置或窗的一维阵列，其可在第一(通常水平)方向上显示不同图像，但在第二(通常竖直)方向上移动时包括相同图像。

常规的非成像显示背光源通常采用光学波导并且具有来自光源诸如LED的边缘照明。然而，应当理解，此类常规的非成像显示背光源与本公开中所讨论的成像定向背光源之间在功能、设计、结构和操作方面存在许多根本差异。

一般来讲，例如，根据本公开，成像定向背光源被布置成将来自多个光源的照明在至少一条轴上导向穿过显示器面板到达相应的多个观察窗。每个观察窗通过成像定向背光源的成像系统在光源的至少一条轴上基本上形成为图像。成像系统可形成于多个光源和相应的窗图像之间。以此方式，来自多个光源中的每一个的光对于处于相应观察窗之外的观察者眼睛而言基本上不可见。

相比之下，常规的非成像背光源或光引导板(LGP)用于2D显示器的照明。参见例如，et al.,Backlight Unit With Double Surface Light Emission,J.Soc.Inf.Display,Vol.12,Issue 4,pp.379-387(Dec.2004)( 等人，双面发光的背光源单元，《国际信息显示学会会志》，第12卷，第4期，第379-387页，2004年12月)。非成像背光源通常被布置成将来自多个光源的照明导向穿过显示器面板进入对于多个光源中的每一个而言基本上共用的观察区内，以实现宽视角和高显示均匀度。因此，非成像背光源不形成观察窗。以此方式，来自多个光源中的每一个的光对于处于跨观察区的基本上所有位置的观察者眼睛而言可以是可见的。此类常规非成像背光源可具有一定方向性，例如，以便与朗伯型照明相比增加屏幕增益，这可通过增亮膜(诸如，来自3M的BEF^TM)提供。然而，此类方向性对于相应光源中的每一个而言可基本上相同。因此，出于这些原因以及对于普通技术人员应当显而易见的其他原因，常规非成像背光源不同于成像定向背光源。边缘照明式非成像背光源照明结构可用于液晶显示系统，诸如2D膝上型计算机、监视器和电视中看到的液晶显示系统。光从有损耗波导的边缘传播，该波导可包括稀疏特征结构；通常为引导件的表面中的局部压痕，所述局部压痕使得无论光的传播方向为何均导致光损耗。

如本文所用，光学阀是这样的光学结构，其可以是称为例如光阀、光学阀定向背光源和阀定向背光源(“v-DBL”)的光引导结构或装置的类型。在本公开中，光学阀不同于空间光调制器(即便空间光调制器有时在本领域中可一般称为“光阀”)。成像定向背光源的一个示例为可采用折叠式光学系统的光学阀。光可在基本上无损耗的情况下在一个方向上传播穿过光学阀，可入射到成像反射器上，并且可反向传播，使得光可通过反射离开倾斜的光提取特征结构而被提取，并导向到观察窗，如美国专利申请13/300,293(现为美国专利9,519,153)中所述，该专利全文以引用方式并入本文。

另外，如本文所用，阶梯式波导成像定向背光源可为光学阀中的至少一个。阶梯式波导是用于成像定向背光源的波导，其包括用于引导光的波导，还包括：第一光引导表面；和与第一光引导表面相对的第二光引导表面，还包括散布有被布置成阶梯的多个提取特征结构的多个光引导特征结构。

在操作中，光可在示例性光学阀内在第一方向上从输入侧传播到反射侧并且可在基本上无损耗的情况下透射。光可在反射侧反射并且在与第一方向基本上相对的第二方向上传播。当光在第二方向上传播时，光可入射到光提取特征结构上，所述光提取特征结构可操作以将光重新导向到光学阀之外。换句话说，光学阀一般允许光在第一方向上传播并且可允许光在第二方向上传播时被提取。

光学阀可实现大显示区域的时序定向照明。另外，可采用比光学元件后工作距离更薄的光学元件以将来自宏观照明器的光导向到窗平面。此类显示器可使用光提取特征结构阵列，所述光提取特征结构阵列被布置成提取在基本上平行的波导中反向传播的光。

用于与LCD一起使用的薄型成像定向背光源实现方式已由以下各方提出和说明：3M公司(3M)的例如美国专利7,528,893；微软公司(Microsoft)的例如美国专利7,970,246，其在本文可称为“wedge type directional backlight”(楔型定向背光源)；RealD的例如美国专利申请13/300,293(现为美国专利9,519,153)，其在本文可称为“optical valve”(光学阀)或“optical valve directional backlight”(光学阀定向背光源)，上述所有专利全文以引用方式并入本文。

本公开提供了阶梯式波导成像定向背光源，其中光可在例如阶梯式波导的内面之间来回反射，该阶梯式波导可包括第一侧面和第一组特征结构。在光沿着阶梯式波导的长度行进时，光可基本上不改变相对于第一侧面和第一组表面的入射角，且因此在这些内面处不能达到介质的临界角。光提取可有利地由第二组表面(阶梯“立板”)实现，所述第二组表面斜向于第一组表面(阶梯“踏板”)。应当注意，第二组表面可不为阶梯式波导的光引导操作的部分，但可被布置成从该结构提供光提取。相比之下，楔型成像定向背光源可允许在具有连续内表面的楔形轮廓波导内引导光。因此，光学阀不是楔型成像定向背光源。

图1A是示意图，其示出了定向显示装置的一个实施方案中的光传播的前视图，图1B是示意图，其示出了图1A的定向显示装置中的光传播的侧视图。

图1A示出了定向显示装置的定向背光源的xy平面中的前视图，并且包括可用于照明阶梯式波导1的照明器阵列15。照明器阵列15包括照明器元件15a至照明器元件15n(其中n是大于1的整数)。在一个示例中，图1A的阶梯式波导1可为阶梯式的、显示器尺寸的波导1。照明元件15a至照明元件15n是可为发光二极管(LED)的光源。虽然LED在本文作为照明器元件15a-15n来讨论，但可使用其他光源，诸如但不限于二极管源、半导体源、激光源、局域场致发射源、有机发射器阵列等。另外，图1B示出了在xz平面中的侧视图，并且包括如图所示布置的照明器阵列15、SLM48、提取特征结构12、引导特征结构10和阶梯式波导1。图1B中提供的侧视图为图1A中所示的正视图的替代视图。因此，图1A和图1B的照明器阵列15彼此对应，并且图1A和图1B的阶梯式波导1可彼此对应。

另外，在图1B中，阶梯式波导1可具有较薄的输入端2和较厚的反射端4。因此，波导1在接收输入光的输入端2与将输入光反射回穿过波导1的反射端4之间延伸。输入端2在跨波导的横向方向上的长度大于输入端2的高度。将照明器元件15a-15n设置在跨输入端2的横向方向上的不同输入位置。

波导1具有相对的第一引导表面和第二引导表面，该引导表面在输入端2与反射端4之间延伸以用于沿波导1来回引导光。第二引导表面具有面向反射端4的多个光提取特征结构12，并且被布置成跨越不同方向上的输入端从不同输入位置穿过第一引导表面反射穿过波导1从反射端引导回的光的至少一些，所述不同方向取决于输入位置。

在此示例中，光提取特征结构12是反射小平面，但可使用其他反射特征结构。光提取特征结构12不引导光穿过波导，而第二引导表面的介于光提取特征结构12中间的中间区域引导光，而不提取光。第二引导表面的那些区域是平坦的并且可平行于第一引导表面或以相对较低的倾角延伸。光提取特征结构12横向延伸至那些区域，使得第二引导表面具有阶梯式形状，所述阶梯式形状可包括光提取特征结构12和中间区域。光提取特征结构12被取向为使来自光源的光在从反射端4反射后反射穿过第一引导表面。

光提取特征结构12被布置成将来自在跨输入端的横向方向上的不同输入位置的输入光在相对于第一引导表面的不同方向上导向，所述不同方向取决于输入位置。由于照明元件15a-15n被布置在不同输入位置处，所以来自相应照明元件15a-15n的光在那些不同方向上反射。这样，照明元件15a-15n中的每个照明元件在分布在横向方向中的输出方向上将光导向到各自的光学窗中，所述输出方向取决于输入位置。对于输出光而言，跨输入位置分布在其中的输入端2的横向方向对应于第一引导表面法线的横向方向。如输入端2处限定且对于输出光而言的横向方向在该实施方案中保持平行，其中反射端4和第一引导表面处的偏转一般与横向方向正交。在控制系统的控制下，照明器元件15a-15n可被选择性地操作以将光导向到可选择的光学窗中。光学窗可单独或成组地用作观察窗。

SLM 48延伸跨过波导并且调制从其中输出的光。虽然SLM 48可为液晶显示器(LCD)，但这仅仅作为示例，并且可使用其他空间光调制器或显示器，包括LCOS、DLP装置等，因为该照明器可以反射方式工作。在此示例中，SLM 48跨波导的第一引导表面而设置并调制在从光提取特征结构12反射后穿过第一引导表面的光输出。

在图1A中示出可提供一维观察窗阵列的定向显示装置的操作的前视图，其侧面轮廓在图1B中示出。在操作中，在图1A和图1B中，光可从照明器阵列15，诸如照明器元件15a至15n的阵列发出，其沿着阶梯式波导1的薄端侧2的表面x＝0位于不同位置y。光可在阶梯式波导1内在第一方向上沿着+x传播，与此同时，光可在xy平面中成扇形射出并且在到达远处弯曲端侧4后可基本上或完全填充弯曲端侧4。在传播时，光可在xz平面中展开成一组角度，该组角度高达但不超过引导材料的临界角。链接阶梯式波导1的底侧的引导特征结构10的提取特征结构12可具有大于临界角的倾斜角，并且因此在第一方向上沿着+x传播的基本上所有光都可能错过该提取特征结构12，从而确保了基本上无损耗的前向传播。

继续讨论图1A和图1B，可使阶梯式波导1的弯曲端侧4具反射性，例如通常通过用反射材料(诸如银)涂覆而实现，但也可采用其他反射技术。光因此可在第二方向上重新导向，顺着引导件在–x方向上返回并且可在xy或显示器平面中基本上准直。角展度可在围绕主要传播方向的xz平面中基本上保持，这可允许光撞击立板边缘并从引导件反射出来。在具有大约45度倾斜的提取特征结构12的实施方案中，可大约垂直于xy显示器平面有效地导向光，其中相对于传播方向基本上保持xz角展度。当光通过折射离开阶梯式波导1时此角展度可增加，但依据提取特征结构12的反射特性，可略有减小。

在具有未涂覆的提取特征结构12的一些实施方案中，当无法进行全内反射(TIR)时反射可减少，从而挤压xz角轮廓并偏离法线。然而，在涂覆有银或金属化的提取特征结构的其他实施方案中，可保留增大的角展度和中心法线方向。继续描述具有涂覆有银的提取特征结构的实施方案，在xz平面中，光可大约准直地离开阶梯式波导1，并且可与照明器阵列15中的相应照明器元件15a–15n离输入边缘中心的y位置成比例地导向偏离法线。沿着输入边缘2具有独立照明器元件15a–15n于是使光能够从整个第一光导向侧面6离开并以不同外角传播，如图1A中所示。

用此类装置照明空间光调制器(SLM)48(诸如，快速液晶显示器(LCD)面板)可实现自动立体3D，如图2A中的顶视图或从照明器阵列15端观察的yz平面、图2B中的前视图以及图2C中的侧视图所示。图2A是以顶视图示出光在定向显示装置中的传播的示意图，图2B是以正视图示出光在定向显示装置中的传播的示意图，而图2C是以侧视图示出光在定向显示装置中的传播的示意图。如图2A、图2B和图2C所示，阶梯式波导1可位于显示顺序右眼图像和左眼图像的快速(例如，大于100Hz)LCD面板SLM 48的后方。在同步中，可选择性打开和关闭照明器阵列15的具体照明器元件15a至15n(其中n是大于一的整数)，从而借助系统的方向性提供基本上独立地进入右眼和左眼的照明光。在最简单的情况下，一起打开照明器阵列15的多组照明器元件，从而提供在水平方向上具有有限宽度但在竖直方向上延伸的一维观察窗26或光瞳，其中水平分开的两只眼均可观察到左眼图像；并提供另一个观察窗44，其中两只眼均可主要观察到右眼图像；并提供中心位置，其中两只眼均可观察到不同图像。以此方式，当观察者的头部大约居中对准时可观察到3D。远离中心位置朝侧面的移动可导致场景塌缩在2D图像上。

反射端4在跨波导的横向方向上可具有正光焦度。在通常反射端4具有正光焦度的实施方案中，光轴可参照反射端4的形状限定，例如为穿过反射端4的曲率中心的线并且与端4围绕x轴的反射对称的轴重合。在反射表面4平坦的情况下，光轴可相对于具有光焦度的其他部件(例如光提取特征结构12，如果它们是弯曲的话)或下文所述的菲涅耳透镜62类似地限定。光轴238通常与波导1的机械轴重合。在通常在端4处包括基本上圆柱形反射表面的本发明实施方案中，光轴238为穿过端4处的表面的曲率中心的线并且与侧面4围绕x轴的反射对称轴重合。光轴238通常与波导1的机械轴重合。端4处的圆柱形反射表面可通常包括球形轮廓以优化同轴和离轴观察位置的性能。可使用其他轮廓。

图3是示意图，其示出了定向显示装置的侧视图。此外，图3示出了可为透明材料的阶梯式波导1的操作的侧视图的另外细节。阶梯式波导1可包括照明器输入侧面2、反射侧面4、可基本上平坦的第一光导向侧面6、以及包括引导特征结构10和光提取特征结构12的第二光导向侧面8。在操作中，来自可例如为可寻址LED阵列的照明器阵列15(图3中未示出)的照明器元件15c的光线16可通过第一光导向侧面6的全内反射和引导特征结构10的全内反射在阶梯式波导1中被引导至可为镜面的反射侧面4。虽然反射侧面4可为镜面且可反射光，但在一些实施方案中光也可能穿过反射侧面4。

继续讨论图3，由反射侧面4反射的光线18可进一步通过反射侧面4处的全内反射在阶梯式波导1中引导，并且可被提取特征结构12反射。入射在提取特征结构12上的光线18可基本上远离阶梯式波导1的引导模式偏转并且可如光线20所示导向穿过侧面6到达可形成自动立体显示器的观察窗26的光瞳。观察窗26的宽度可至少由照明器的尺寸、侧面4和提取特征结构12中的输出设计距离和光焦度确定。观察窗的高度可主要由提取特征结构12的反射锥角和输入侧面2处输入的照明锥角确定。因此，每个观察窗26代表相对于与标称观察距离处的平面相交的空间光调制器48的表面法线方向而言的一系列单独的输出方向。

图4A是示意图，其示出了定向显示装置的前视图，该定向显示装置可由第一照明器元件照明并且包括弯曲的光提取特征结构。此外，图4A以正视图示出了在阶梯式波导1中进一步引导来自照明器阵列15的照明器元件15c的光线。输出光线中的每一个从相应照明器14朝相同观察窗26导向。因此，光线30可与光线20相交于窗26中，或在窗中可具有不同高度，如光线32所示。另外，在各种实施方案中，波导1的侧面22和侧面24可为透明表面、镜面或涂黑表面。继续讨论图4A，光提取特征结构12可为细长的，并且光提取特征结构12在光导向侧面8(光导向侧面8在图3中示出，但在图4A未中示出)的第一区域34中的取向可不同于光提取特征结构12在光导向侧面8的第二区域36中的取向。

图4B是示意图，其示出了光学阀的前视图，该光学阀可由第二照明器元件照明。此外，图4B示出了来自照明器阵列15的第二照明器元件15h的光线40、42。侧面4和光提取特征结构12上的反射端的曲率与来自照明器元件15h的光线协作地产生与观察窗26横向分开的第二观察窗44。

有利的是，图4B中所示的布置方式可在观察窗26处提供照明器元件15c的实像，其中反射侧面4中的光焦度与可由细长光提取特征结构12在区域34与36之间的不同取向所引起的光焦度配合形成实像，如图4A中所示。图4B的布置可实现照明器元件15c至观察窗26中横向位置的成像的改善的像差。改善的像差可实现自动立体显示器的扩展的观察自由度，同时实现低串扰水平。

图5是示意图，其示出了定向显示装置的实施方案的前视图，该定向显示装置具有基本上线性的光提取特征结构。另外，图5示出了与图1类似的部件布置(其中对应的元件是类似的)，其中一个差异是光提取特征结构12为基本上线性的且彼此平行。有利的是，此类布置可跨显示表面提供基本上均匀的照明，并且与图4A和图4B的弯曲提取特征结构相比制造起来可更方便。

图6A是示意图，其示出了在第一时隙中时间多路复用成像定向显示装置中的第一观察窗的生成的一个实施方案，图6B是示意图，其示出了在第二时隙中时间多路复用成像定向背光源设备中的第二观察窗的生成的另一个实施方案，并且图6C是示意图，其示出了时间多路复用成像定向显示装置中的第一观察窗和第二观察窗的生成的另一个实施方案。此外，图6A示意性地示出了由阶梯式波导1生成照明窗26。照明器阵列15中的照明器元件组31可提供朝向观察窗26导向的光锥17。图6B示意性地示出了照明窗44的生成。照明器阵列15中的照明器元件组33可提供朝向观察窗44导向的光锥19。在与时间多路复用显示器的协作中，窗26和44可按顺序提供，如图6C中所示。如果与光方向输出对应地调整空间光调制器48(图6A、图6B、图6C中未示出)上的图像，则对于处于适当位置的观察者而言可实现自动立体图像。用本文所述的所有定向背光源可实现类似的操作。应当注意，照明器元件组31和33各自包括来自照明元件15a至15n的一个或多个照明元件，其中n为大于一的整数。

图7是示意图，其示出了观察者跟踪自动立体定向显示装置的一个实施方案。如图7所示，沿着轴29选择性地打开和关闭照明器元件15a至15n提供了观察窗的定向控制。可利用相机、运动传感器、运动检测器或任何其他适当的光学、机械或电气装置来监控头部45位置，并且可打开和关闭照明器阵列15的适当照明器元件以向每只眼睛提供基本上独立的图像而不考虑头部45位置。头部跟踪系统(或第二头部跟踪系统)可提供对不止一个头部45、47(头部47在图7中未示出)的监控，并且可向每个观察者的左眼和右眼提供相同的左眼图像和右眼图像，从而向所有观察者提供3D。同样地，用本文所述的所有定向背光源可实现类似的操作。

图8是示意图，其示出了多观察者定向显示装置(作为示例，包括成像定向背光源)的一个实施方案。如图8中所示，至少两幅2D图像可朝一对观察者45、47导向，使得每个观察者可观看空间光调制器48上的不同图像。图8的这两幅2D图像可以与相对于图7所述类似的方式生成，因为这两幅图像将按顺序且与源同步显示，所述源的光朝这两个观察者导向。一幅图像在第一阶段中呈现于空间光调制器48上，并且第二图像在不同于第一阶段的第二阶段中呈现于空间光调制器48上。与第一阶段和第二阶段对应，调整输出照明以分别提供第一观察窗和第二观察窗26、44。两只眼处于窗26中的观察者将感知到第一图像，而两只眼处于窗44中的观察者将感知到第二图像。

图9是示意图，其示出了包括成像定向背光源的防窥定向显示装置。2D显示系统也可出于安全和效率目的而利用定向背光源，其中光可主要导向于第一观察者45的眼睛，如图9中所示。另外，如图9中所示，虽然第一观察者45可以能够观察到装置50上的图像，但光不朝第二观察者47导向。因此，防止了第二观察者47观察到装置50上的图像。本公开的实施方案中的每一个可有利地提供自动立体、双重图像或防窥显示功能。

图10是示意图，其以侧视图示出了时间多路复用定向显示装置(作为示例，包括成像定向背光源)的结构。另外，图10以侧视图示出了自动立体定向显示装置，其可包括阶梯式波导1和菲涅耳透镜62，其被布置成对于跨越阶梯式波导1输出表面的基本上准直的输出提供距空间光调制器标称观察距离处的窗平面106中的观察窗26。竖直漫射体68可被布置成进一步延伸窗26的高度。然后可通过空间光调制器48对光成像。照明器阵列15可包括发光二极管(LED)，其可例如为磷光体转换的蓝色LED，或可为单独的RGB LED。另选地，照明器阵列15中的照明器元件可包括被布置成提供单独照明区域的均匀光源和空间光调制器。另选地，照明器元件可包括一个或多个激光源。激光输出可通过扫描，例如使用振镜扫描器或MEMS扫描器，导向到漫射体上。在一个示例中，激光可因此用于提供照明器阵列15中的适当照明器元件以提供具有适当输出角度的基本上均匀的光源，并且进一步提供散斑的减少。另选地，照明器阵列15可为激光发射元件的阵列。另外，在一个示例中，漫射体可为波长转换磷光体，使得照明可在不同于可见输出光的波长处。

另一个楔型定向背光源由美国专利7,660,047大体讨论，该专利全文以引用方式并入本文。楔型定向背光源和光学阀进一步以不同方式处理光束。在楔型波导中，在适当角度下输入的光将在主表面上的限定位置处输出，但光线将以基本上相同的角度并且基本上平行于主表面而离开。相比之下，以一定角度输入至光学阀的阶梯式波导的光可从跨第一侧面的点输出，其中输出角由输入角确定。有利的是，光学阀的阶梯式波导可不需要另外的光重新导向膜以朝观察者提取光，并且输入的角不均匀度可能不会提供跨显示表面的不均匀度。

现在将描述基于并且包含上述图1至图10的结构的一些波导、定向背光源和定向显示装置。除了现在将描述的修改形式和/或另外的特征结构，上述描述同样适用于以下波导、定向背光源和显示装置，但为了简洁起见将不再重复。下文所述的波导可结合到如上文所述的定向背光源或定向显示装置中。类似地，下文所述的定向背光源可结合到如上文所述的定向显示装置中。

图11是示意图，其示出了包括定向显示装置和控制系统的定向显示设备。控制系统的布置方式和操作现在将被描述并且在必要时加以更改的情况下可适用于本文所公开的显示装置中的每个显示装置。定向背光源包括波导1和如上所述布置的照明元件15a-15n的阵列15。控制系统被布置用于选择性地操作照明元件15a-15n以将光导向到可选择观察窗中。

反射端4会聚反射光。菲涅耳透镜62可被布置成与反射端4配合以在观察平面处实现观察窗。透射空间光调制器48可被布置成接收来自定向背光源的光。在SLM 48上显示的图像可与阵列15的光源的照明同步呈现。

控制系统可包括传感器系统，其被布置成检测观察者99相对于显示装置100的位置。传感器系统包括位置传感器406，诸如被布置成确定观察者408的位置的相机；以及头部位置测量系统404，该头部位置测量系统可例如包括计算机视觉图像处理系统。位置传感器406可包括已知的传感器，这些传感器包括具有被布置用于检测观察者脸部位置的相机和图像处理单元的传感器。位置传感器406还可包括立体传感器，其被布置成相比于单视场相机改善对纵向位置的测量。另选地，位置传感器406可包括对眼睛间距的测量以给出对来自定向显示器拼片的观察窗的相应阵列的要求位置的测量。

控制系统还可包括照明控制器和图像控制器403，这两者均提供有由头部位置测量系统404提供的观察者的检测位置。

照明控制器包括LED控制器402，该LED控制器被布置成与波导1配合来确定阵列15的哪些光源应被转换以将光导向到观察者408的相应眼睛；以及LED驱动器400，该LED驱动器被布置成通过驱动线407控制对光源阵列15的光源的操作。照明控制器74根据头部位置测量系统72所检测到的观察者的位置来选择要操作的照明器元件15，使得光导向进入的观察窗26位于对应于观察者99的左眼和右眼的位置。这样，波导1的横向输出方向性对应于观察者位置。

图像控制器403被布置成控制SLM 48以显示图像。为提供自动立体显示器，图像控制器403和照明控制器可按照如下方式操作。图像控制器403控制SLM 48以显示时间上多路复用的左眼图像和右眼图像并且LED控制器402操作光源15以将光导向进入观察窗中对应于观察者的左眼和右眼的位置，并同步地显示左眼和右眼图像。这样，使用时分多路复用技术实现了自动立体效果。在一个示例中，通过用驱动线410对光源409(其可包括一个或多个LED)的操作可照明单个观察窗，其中其他驱动线并未如别处所述被驱动。

头部位置测量系统404检测观察者相对于显示装置100的位置。LED控制器402根据头部位置测量系统404所检测到的观察者的位置来选择要操作的光源15，使得光导向进入其中的观察窗处于对应于观察者的左眼和右眼的位置。这样，可实现对应于观察者位置的波导1的输出方向性，使得在第一阶段第一图像可被导向到观察者的右眼，而在第二阶段导向到观察者的左眼。

图12是示意图，其示出了具有后反射器300的定向显示装置的侧视图。该定向显示装置可包括定向背光源和透射式空间光调制器。后反射器300可包括反射小平面310阵列。该阵列为线性阵列，因为其在线性方向上(例如，在图12中，竖直地)重复。从波导1的光提取特征结构12反射的光线304导向到观察窗26中的竖直观察位置，在方向320上具有角分布。在不存在后反射器300的情况下，透射穿过特征结构12的光线306在系统中损失或者可与显示器和散射后面的材料相互作用以在相应的观察窗之间产生非期望的串扰。

在本公开中，光学窗是指窗平面中单个光源的图像。通过比较的方式，观察窗26是窗平面106中的某个区域，在该区域中提供光并且该区域可包括来自整个显示区域的基本上相同的图像的图像数据。因此，观察窗可由多个光学窗形成。通常，观察窗具有小的横向范围(y轴方向)并且在正交于横向范围的竖直方向上具有大的范围(x轴方向)。

在本发明的实施方案中，透射穿过特征结构12的光线306入射到后反射器300的反射小平面上。因此，光线306朝向观察窗26重新导向。对于阵列15的给定光源来说，光线304,306的相应光学窗的横向范围和位置基本上相同；然而，对于通过在结构特征12处的反射或透射而导向的光线束来说，光在竖直方向上的分布可不同。

定向背光源因此可包括波导和光源阵列，该光源阵列设置在跨波导输入端的横向方向上的不同输入位置处。波导可具有输入端、可包括用于沿着波导引导光的相对的第一引导表面和第二引导表面、以及面向输入端的用于将输入光穿过波导反射回去的反射端。第一引导表面可被布置用于通过全内反射引导光，并且第二引导表面可具有阶梯式形状，该阶梯式形状可包括多个小平面，这些小平面被取向为将来自光源的光在从反射端反射后反射穿过第一引导表面，在输出方向上进入光学窗中。输出方向可取决于输入位置而分布在第一引导表面的法线的横向方向上，并且在小平面之间的中间区域中，中间区域被布置用于将光导向穿过波导而不提取光。定向背光源还可包括后反射器，该后反射器可包括反射小平面的线性阵列，这些反射小平面被布置用于将来自光源的透射穿过波导的多个小平面的光穿过波导反射回去，以穿过第一引导表面离开，进入光学窗中。

定向显示装置因此还可包括定向背光源和透射式空间光调制器，该透射式空间光调制器被布置成用于接收来自第一引导表面的输出光。显示设备因此还可包括定向显示装置和控制系统，该控制系统被布置成选择性地操作光源以将光导向进入对应于输出方向的观察窗中。显示设备可为自动立体显示设备，其中控制系统被进一步布置成控制显示装置以显示时间上多路复用的左图像和右图像，并且同步地将显示的图像导向进入在对应于观察者的左眼和右眼的位置的观察窗中。控制系统还可包括传感器系统，该传感器系统被布置用于检测显示装置对面的观察者的位置。控制系统可被布置用于根据被检测到的观察者的位置将显示图像导向进入对应于观察者的左眼和右眼的位置的观察窗中。

有利的是，由光线304、306实现的光学窗和观察窗26可基本上在横向方向上重叠。因此，可基本上保持显示器的串扰。另外，可提高导向到观察窗26的光线的总强度并且可提高显示器亮度。移动显示装置的电池寿命可增加，并且对于所需亮度级来说，光源的成本和数量可减少。由不希望的透射穿过结构特征12的光所产生的其他串扰得以减少或消除。另外，可使反射器300以可安装在显示系统外壳中的薄膜的形式形成，因而使得成本和厚度最小化。另选地，可例如通过将反射器300的结构模制为显示器外壳的一部分并且随后涂覆有金属化层，来使反射器300的结构形成在背光源的后外壳上。有利的是，这可提供坚硬且平坦的结构，从而使得从反射器300反射的观察窗26实现高的窗质量。

图13是示意图，其示出了包括楔型定向背光源的定向显示装置的结构的侧视图，该楔型定向背光源包括具有小平面反射镜端1102的楔型波导1104。波导1104的第一引导表面1105被布置成通过全内反射来引导光，并且第二引导表面1106是基本上平坦的，并以一定角度倾斜以在打破全内反射的方向上导向光，以用于穿过第一引导表面1105输出光。显示装置还包括偏转元件1108，该偏转元件跨波导1104的第一引导表面1105延伸，以用于将光从光源阵列1101朝第一引导表面1105的法线偏转。另外，波导1104还可包括反射端1102，该反射端用于将输入光反射回穿过波导1104，第二引导表面1106被布置成从反射端1102反射后，将光作为输出光偏转穿过第一引导表面1105。例如，反射端以类似于图5所示反射端的方式在横向方向(y轴)上具有正光焦度。另外，反射端1102的小平面在波导1104内偏转反射光锥，以实现输出耦合在返回路径上。因此，观察窗以类似于图8中所示的方式产生。另外，定向显示器可包括空间光调制器1110和与空间光调制器1110对齐的视差元件1100，该视差元件进一步布置用于提供光学窗。类似于图11中所示的控制系统72可布置成提供对定向照明的控制，从而提供来自视差元件和对齐的空间光调制器的观察窗26和窗109。

因此，第一引导表面可被布置成通过全内反射来引导光，并且第二引导表面可为基本上平坦的并以一定角度倾斜，从而在破坏该全内反射的方向上导向光以用于通过第一引导表面输出光，并且显示装置还可包括跨波导的第一引导表面延伸的偏转元件以用于使光朝第一引导表面的法线偏转。

图14是示意图，其示出了通过光学阀形成光学窗的透视图。光源15e可被布置成在波导1中传播之后提供光学窗26e。光源15e可被布置成当从光学窗26e的位置观察时其位于光轴199的右侧。另外的光源17e也可被布置成基本上照明光学窗26e。当从前面观察时，空隙校正光源17e位于光轴199的左侧。在实践中，光学像差将使得光学窗26a-n与不相同但类似的源15a-n和源17a-n、19a-n(在17a-n的相对侧上且未示出)重叠。多个源的照明提供了具有期望角度和空间均匀度特性的最终均匀照明波导。

图15是示意图，其以侧视图示出了包括布置有空间光调制器48的波导1的定向显示器。反射端4可由菲涅耳镜提供。锥形区域2204可被布置在波导1的输入处，以增加来自照明器元件阵列15中光源15a-15n的输入耦合效率，并增大照明均匀度。具有孔2203的遮蔽层2206可被布置成用于隐藏在波导1边缘处的光散射区域。后反射器2200可包括小平面2202，这些小平面可弯曲并布置成用于从阵列15的成像光源提供的光学窗组向窗平面106提供观察窗26。光学叠堆2208可包括反射偏振器、延迟层和漫射体。后反射器2200和光学叠堆2208进一步描述于2014年2月21日提交的名称为“Directional backlight”(定向背光源)的美国专利申请14/186,862中(美国专利公开2104-0240828，代理人案卷号355001)，该专利全文以引用方式并入本文。

空间光调制器48可包括液晶显示器，该液晶显示器可包括输入偏振器2210、TFT玻璃基板2212、液晶层2214、滤色器玻璃基板2216和输出偏振器2218。可将红色像素2220、绿色像素2222和蓝色像素2224成阵列地布置在液晶层2214处。还可在液晶层中布置白色像素、黄色像素、附加的绿色像素或其他颜色像素(未示出)，以增加透射效率、色域或感知的图像分辨率。

在图15的实施方案中，将输入光注入到波导中沿长边缘进行。阵列15的LED封装以及来自波导和靠近输入端2的其他表面的散射的物理尺寸限制可实现的最小边框宽度。期望减小侧边框沿波导的长边缘的宽度。

图16是示意图，其示出了车舱401中的显示器的位置的侧视图。一些显示器诸如502安装到或者内置到车辆400。来自此类显示器的输出可导向到驾驶员504，但也可在来自挡风玻璃406的反射506中可见。舱401还可包括座椅靠背显示器508和便携式电话602或者未固定到车辆但“协同定位”的平板电脑装置604。在车辆400中此类显示器的情况下，舱401总体照明度以及来自玻璃例如406、404和402的反射均可在夜间分散驾驶员的注意力并且显示器输出中的蓝光和绿光的量可损害驾驶员的夜间视觉适应性，从而降低车辆操作的安全性。

在以下段落中，相对于图16中所示的乘客车辆进行描述；然而，本公开不限于此类车辆并且可应用于五座汽车、两座汽车、摩托车、自行车、卡车、公交车、火车、船、飞机以及其他车辆，而没有限制。

图17是示意图，其示出了定向显示器在正交于横向方向的轴(即，竖直的轴)上的照明度分布曲线；从所示曲线可看出，+/-45度处的照明度为在峰值亮度下照明度的约20％。

图18是示意图，其示出了来自车辆的风挡或挡风玻璃(这两个术语均用于本说明书中)的显示器的光的反射的侧视图。在层压挡风玻璃406的情况下，光输出在+/-45度(510)处的反射可为约8％，使得对于在方向504上具有例如250尼特的峰值输出的显示器502，反射到乘员600的光511将为约4尼特。

图19A至图19B是示意图，其示出了针对纵向和横向显示取向而言来自定向显示器的光相对于乘员和车辆挡风玻璃的角分布；图19A示出了定向显示装置的角输出光分布，其中输出光锥被控制在挡风玻璃方向上，使得区域702指示为最大输出光704的20％或以上的输出光的角空间或角锥。如本说明书的其他附图中所解释的那样，可进一步电控制和动态控制(例如，减小)在水平方向上的角展度。

图19B与图19A的不同之处在于，产生了角输出光分布区域706，其中输出光是峰值光输出708的强度的20％或以上。如本说明书中所解释的那样，可进一步控制竖直(风挡-搁脚空间轴)上的角展度。

图20A至图20C是示意图，其以侧视图示出了从定向显示器朝向乘员600的光锥。对于可为LCD、OLED或LED显示器的常规显示器502，光可在竖直方向上发射，如参考图17所述。在图20A中，出于例示性目的示出来自显示器502的输出，如照明锥522表示在例如+/-45度内的光输出。峰值照明度在垂直于显示器502的方向520上并且导向乘员600。

有利的是，图20B示出了竖直角输出光分布锥524可如何向下倾斜，使得乘员600仍然看到显示器，但挡风玻璃(未示出)反射减小。

图20C示出了从显示器法线520向下倾斜并且缩小的照明或角输出光分布锥526。

有利的是，窄角输出光分布锥保持显示器对乘员600的可见性但减少对搁脚空间区域的照明，并且因此可减少舱背景照明，这有助于避免夜间分散注意力并且使得显示器能够使用更少的电力。减少辅助装置诸如显示器的电力使用有助于减少对车辆交流发电机的需求、提高燃料效率或者对于电动车辆扩大车辆范围。

图21A至图21B是示出典型车舱401的顶视图的示意图。舱401可包括安装到车辆的显示器，诸如驾驶员信息显示器(DID)或仪表盘显示器(未标注)，主要供座椅424中的驾驶员使用。舱401还可包括便携式个人装置，诸如，供例如座椅420中的乘客使用的手机、平板电脑或视频播放器。所有这些显示器有可能在图21B中阴影线所示的车辆玻璃例如406、402和422中产生不想要的且分散人注意力的反射。

图22A至图22B是示意图，其示出了第一操作模式和第二操作模式下典型车舱401和来自中心叠堆定向显示器532的相应的角输出光分布536、538的顶视图。

汽车显示器可不同于常规的移动显示器应用，不同之处在于，可期望汽车显示器在非常高的照明度条件下(例如，在明亮的阳光下)和非常低的照明度条件下(诸如，在夜间)提供清晰的可读性。在日间操作中，期望增加显示器照明度，而不会显著增加显示器电力消耗。对于夜间操作，未导向到乘员眼睛的光可通过(i)来自风挡的显示表面的反射以及(ii)提供可与外部照明物体竞争的背景照明的来自车辆中非镜面的反射来降低驾驶员的外部视觉，从而降低驾驶员夜间视觉。将更多和更大的显示器装配到其中挡风玻璃角度减小(以改善空气动力学效率)的车辆的趋势全部可有助于降低驾驶员外部视觉。

期望减少来自显示器(诸如，中心叠堆显示器(CSD)532，其内置或安装到车辆)的光从镜面(诸如，玻璃表面，包括窗404和挡风玻璃406)的反射。特别期望使得CSD 532的尺寸能够增加，同时实现诸如来自玻璃表面的镜面反射的低可见性。

在第一操作模式下，中心叠堆显示器532可被布置成提供具有被示出为在正交于显示器532的方向537上的锥角尺寸541的角宽度的角输出光分布536。为了说明方便起见，使用角输出光分布(诸如，536和538)来示出在参考角度541、543处显示器(在CSD 532的情况下)的角照明度输出的程度，在上述角度处，显示器角输出下降至例如峰值照明度输出的20％。角输出光分布锥536、538的长度表示显示器532的相对峰值照明度。在图22A中，角输出光分布536被配置成使得显示器可便于让驾驶员、乘客和其他乘员(未示出)看到。在图22B中所示的第二操作模式下，诸如用于具有低环境照明水平的环境中，可提供具有方向539、减小的锥角尺寸543和降低的照明度的角输出光分布538。如图所示，角输出光分布538具有较小长度，这指示低显示器照明度。

显示器532可通过来自控制器534的信号在第一模式与第二模式之间自动切换，该控制器还可接收来自车辆传感器诸如环境光传感器、GPS位置传感器和时间时钟的信号。也可在手动控制下完成模式之间的切换。

有利的是，包括镜面(诸如，玻璃窗404、406)和非镜面(诸如，座椅和顶篷)的舱的总照明度减小。

有利的是，可降低显示器电力消耗，从而提高车辆效率。有利的是，可减少来自舱401的玻璃区域的反射。

图23是示出汽车舱的一部分的前视图的示意图。来自显示器502的光可直接经由路径1018到达乘员600，或者还可通过沿路径1016、1014反射离开侧窗玻璃404而到达乘员600。

期望减少侧玻璃404处分散人注意力的反射。有利的是，如本文所述的可改变角输出角度的定向显示器可减少侧窗反射。此类显示器还可调整图像的强度和图像对比度以减少分散人注意力的反射。

图24A至图24C是示意图，其以顶视图示出了第一操作模式、第二操作模式和第三操作模式下的汽车舱和来自乘客定向显示器的相应的角输出光分布。

现代车辆可装配有供乘客使用的大17"-对角线(或更多)显示器。来自这些显示器的角输出光分布并非旨在用于由驾驶员观察并且可请求阻止驾驶员观察来自这些显示器的角输出光分布。此外，这些大显示器可在侧窗中产生大量的反射，该反射特别是在夜间会分散驾驶员的注意力。

如果在从显示器输出的光方向可改变以适应不同的环境光水平条件，这将是期望的。

图24A示出了乘客特定显示器540的第一操作模式，其中该乘客特定显示器发射以乘客方向544对称的角输出光分布542。在日间操作中，角输出光分布朝向驾驶员的一侧处的较低强度和在侧窗546处的反射可能不会造成干扰或分散人注意力。图24B示出了乘客特定显示器540的第二操作模式，该操作模式用于立法或驾驶员要求显示器540对于驾驶员完全不可见的情况。这可通过倾斜来自显示器540的角输出光分布548使得其远离驾驶员倾斜来实现。这具有可能增加侧窗处的反射的副作用，然而，在明亮阳光或日光下，这可能不会分散驾驶员的注意力。图24C示出了适用于夜间操作的显示器540的第三操作模式。缩小来自显示器540的角输出光分布550，使得没有显著的光落在侧窗玻璃上并且驾驶员无法直接看见显示器。在这种情况下，角输出光分布550可导向乘客并且其强度也可减小。还可将显示器白点的颜色温度改变为使得人们在夜间观察时更舒适的更暖的颜色。

在这些图中，显示器角输出光分布锥被示出为在水平方向上改变了方向和/或宽度，然而，可在竖直方向上另外改变显示锥，如参考图20A至图20C所解释的，其中来自挡风玻璃的反射可减少或消除。类似地，可减少来自车内装饰的漫反射。

有利的是，乘客可在夜间继续使用显示器540，而不干扰驾驶员的夜间视线或者产生分散人注意力的反射。有利的是，在夜间不可请求关闭显示器540。有利的是，当发射窄角输出光分布550时，显示器540可消耗较少的电力，这提高了车辆的电效率。

图25A至图25B是示意图，其以顶视图示出了第一操作模式和第二操作模式下的汽车舱和来自另外的车辆安装的定向显示器的相应角输出光分布。

驾驶员信息显示器(DID，557)通常为电子显示器，并且必须在包括明亮阳光和夜间在内的所有照明条件下清晰可见。现在，现代车辆可设置有“合成”门反射镜显示器556，其体现为电子显示器，诸如放置在车辆内部并且由信号驱动的LCD面板，该电子显示器使用来自提供类似于常规翼或门反射镜所提供的车辆的外部视图的小相机或其他传感器的数据。不装配笨重门反射镜可改善车辆的空气动力学效率，并且因此还改善燃料效率或电池范围。

期望此类显示器可控以发射角输出光分布，该角输出光分布根据驾驶员命令和/或操作环境(包括车辆外部的光线水平)而改变。

图25A示出了第一操作模式，其中驾驶员仪表显示器(DID 557)和合成反射镜显示器556、555与角输出光分布552、554和558一起操作。在明亮的阳光或日光下，鉴于外部(“outside”或“exterior”)照明水平，这些显示器在窗玻璃中产生的反射可能不会分散人注意力。图25B示出了适用于夜间或低水平外部照明的第二操作模式。缩小DID显示器557的角输出光分布562，以减少玻璃表面反射。还缩小合成反射镜显示器556的角输出光分布564，以减少玻璃反射。合成反射镜555与角输出光分布568一起示出，与图25A中的角输出光分布558相比，该角输出光分布568可在相同方向上，但强度减小。也可减小角输出光分布562和564中的光的强度，以匹配驾驶员的偏好。

有利的是，减少了玻璃反射。有利的是，舱中来自车内装饰、顶蓬或其他内容物的背景照明可减小。有利的是，驾驶员在高外部照明水平和低外部照明水平下的视觉舒适水平可得到改善。有利的是，较小的角输出光分布562、564可消耗更少的电力，并且因此可提高车辆效率。

车辆还可包括其他显示器，诸如座椅靠背显示器，或者乘客可使用智能手机和平板电脑显示器。期望减少来自协同定位到车辆的这些便携式移动装置的反射。反射可经由玻璃表面到达驾驶员的眼睛。不同于安装到车辆的内置显示器，这些装置的屏幕可在使用时移动或者甚至独立地移动。

期望在夜间操作期间减少车辆内来自表面诸如车内装饰和顶篷的散射反射。

图26A至图26B是示意图，其以顶视图示出了第一操作模式和第二操作模式下的汽车舱和来自另外的便携式定向显示器的相应角输出光分布，其中还包括显示控制通信装置。

图26A示出了适用于日光的第一操作模式，其中座椅靠背显示器508正在发射角输出光分布576，并且其他乘客正在使用装置诸如发射角输出光分布570和572的平板电脑606、608和发射角输出光分布574的智能手机610。在明亮的阳光或日光下，所示的角输出光分布的发射可不在车辆玻璃中产生干扰驾驶员或者分散驾驶员注意力的反射。协同定位的便携式移动装置可经由天线535和通信协议(诸如，蓝牙或WiFi)与控制器534通信。通过这种方式，可告知装置车辆状态，例如，其处于日间模式还是夜间模式。设置为夜间模式可取决于车辆的外部照明。

图26B示出了适用于夜间操作的第二操作模式。座椅靠背显示器508具有角度和亮度减小的角输出光分布586，并且协同定位的便携式定向显示装置也在减小的亮度和角输出光分布下操作，如角输出光分布580、582、584所指示。装置606、608、508、610可通过控制器534和天线535以及通信协议诸如蓝牙或Wifi来接收进入窄角输出光分布和低亮度第二模式的指令。进入第二模式的指令可以是自动的或者可由驾驶员命令。

有利的是，可减小舱内便携式定向显示装置的亮度和角发射，使得显示器玻璃反射也减少。此外，可减少舱中来自非镜面的反射，使得背景照明水平保持在低水平以便保持驾驶员的夜间视觉适应性。

图27是流程图，其示出了对安装到图24A至图24C和图25A至图25C的车辆的显示器以及图26A至图26B的便携式定向显示器的定向照明控制，以切换到夜间操作模式。可用于车辆的数据源可包括日期和时间(1060)、车辆位置并且具体地来源于全球定位系统(GPS，1062)的纬度。车辆还可具有暗度传感器系统1064，该暗度传感器系统被布置成检测车辆外部的黑暗环境条件。车辆还能够通过语音、手势或车辆的用户界面(诸如，按钮、拨号或触摸屏)的方式来处理来自驾驶员的命令。可由车辆控制器534处理(1100)这些数据源，以便确定(1102)车辆是否应该请求或命令安装到车辆的定向显示器(例如，图24A至图24C中的540)和协同定位的便携式定向显示器(图26B，606、608、610和508)切换到夜间模式。根据显示器606、608、610和508的能力以及处理的数据1100，可请求显示器缩小或限制其输出光发射角(1110)，改变夜间模式的屏幕颜色和照明度(1112)，并且可请求协同定位的便携式装置(例如，图26B，606、608、610和508)切换到夜间模式(1114)，这可包括改变颜色、对比度、亮度和角输出光分布锥宽度。

有利的是，可用于车辆和内部处理的传感器可使得车辆中的显示器自动地或者基于驾驶员的命令进入夜间模式，从而在夜间或者在低光条件下(诸如，黄昏时刻或者在地下停车场)改善驾驶员的视觉舒适度。

图28是流程图，其示出了对安装到图24A至图24C和图25A至图25C的车辆的显示器以及图26A至图26B的便携式定向显示器的定向照明控制，以用于日间操作模式。可用于车辆的数据源可包括日期和时间(1060)、车辆位置并且具体地来源于全球定位系统(GPS，1062)的纬度。车辆还可具有被布置成检测明亮或黑暗环境条件的暗度传感器1064。车辆还能够通过语音、手势或车辆的用户界面(诸如，按钮、拨号或触摸屏)的方式来处理来自驾驶员的命令。可由车辆控制器534处理(1100)这些数据源，以便确定(1104)车辆是否应该请求或命令安装到车辆的定向显示器(例如，图24A至图24C中的540)和协同定位的便携式定向显示器(图26B，606、608、610和508)切换到日间模式。根据显示器606、608、610和508的能力以及处理的数据1100，可请求显示器取消对其发射角的限制(1120)，改变日间模式的屏幕颜色和照明度(1122)，并且可允许协同定位的便携式装置(例如，图26B，606、608、610和508)切换到日间模式(1124)，这可包括更改颜色、对比度、亮度和角显示器角输出光分布宽度。

有利的是，通过使得乘客的显示器能够在驾驶员交感日间模式和夜间模式之间切换而不需要用户交互或中断其工作或娱乐来提高乘客的便利性。

具有后向座椅的车辆可对驾驶员造成另外的玻璃反射问题，因为后向座椅离后窗玻璃的距离短而不会遮挡座椅靠背。期望降低由后向乘员操作的装置的可见性。

图29A至图29B是示意图，其以顶视图示出了第一操作模式和第二操作模式下的汽车舱和来自由后向座椅乘员使用的另外的便携式定向显示器的相应角输出光分布，其中还包括显示控制通信装置。

图29A示出了第一操作模式，其中便携式定向显示器620由后向座椅的乘员操作并且产生角输出光分布588。对在该第一模式下操作的允许可通过经由天线535和无线协议(诸如，蓝牙或WiFi)与控制器534通信来确认。需注意，角输出光分布588被示出在水平平面中，但其也在竖直方向上延伸，如参考图17和图18所解释的那样。

图29B示出了第二操作模式，其中便携式定向显示器620由后向座椅的乘员操作并且产生具有较小角展度的角输出光分布590，并且还可采用减小的强度。在该第二模式下操作的指令可通过经由天线535和无线协议(诸如，蓝牙或WiFi)与控制器534通信来接收。

有利的是，可减小由后向乘员操作的装置对驾驶员的可见性。有利的是，还可减少便携式定向显示器620的电力消耗，从而延长其操作时间，或者如果使用由车辆供应的电力来操作，则还可减小对车辆交流发电机的负载或对车辆电池的消耗。减小对车辆电池的消耗对于静止(诸如，在交通堵塞中)的车辆可能是重要的。

图30是流程图，其示出了对图26A至图26B以及图29A至图29B的便携式定向显示器的定向照明控制以用于夜间操作模式，其中车辆将车辆的内部布局(包括车辆玻璃区域(1068)的布局位置和形状或几何结构以及驾驶员的位置)传送或广播给便携式定向显示器。便携式定向显示器可被布置成限制其角输出光分布，以最小化镜面反射和漫反射(1110)。另外的便携式定向显示器可将其颜色和照明度(1112)改变为夜间模式，如参考图27所述。便携式定向显示装置可结合其自身惯性传感器以及任选地其自身的前或后(向后)向相机(1114)使用车辆内部布局信息来定位或预测经由玻璃表面的反射。响应于该预测，可在角方向或角宽度上改变显示器角输出光分布，这包括将角输出角度改变为零，即关闭。便携式定向显示装置还可使用其惯性传感器和其相机来预测将分散驾驶员注意力的反射，并且可忽略驾驶员将无法看到的反射(1116)。响应于该预测，可在角方向或角宽度上改变显示器角输出光分布，这包括将角输出角度改变为零，即关闭。

有利的是，可计算或预测经由来自玻璃表面的镜面反射从显示器到驾驶员的光线路径。可通过响应于所述计算或预测的光线路径而控制方向性来减少导向到驾驶员的光。

图31A至图31C是示意图，其以顶视图示出汽车舱和便携式显示器，该便携式显示器被布置成接收车辆的内部布局，这包括玻璃区域的位置或形状以及驾驶员占用的座椅，以便检测从玻璃表面到驾驶员的直接反射。图31A示出了经由天线535和无线协议(诸如，WiFi或蓝牙)从控制器534传送到便携式定向显示装置622的内部车辆布局信息。另选地，车辆可传送其型号类型或序列号，并且内部布局信息可从便携式定向显示器内部的数据库访问，或者可从车辆外部的数据库访问，例如从网站访问。

图31B示出了示例，其中具有先前接收的车辆内部布局信息的便携式定向显示器622能够从其惯性传感器和/或内置相机预测当前选择的角输出光分布596将在驾驶员的方向上产生干扰反射594。

图31C示出了具有检测的或预测的干扰反射的显示装置622，改变其角输出光分布598使得反射在计算出不会干扰驾驶员的新方向595上。还可减小显示强度。显示器输出角分布角度可减小至零。

有利的是，可预测光线路径并且可调整其方向性，以在夜间驾驶时减少显示器对驾驶员的非需要可见性和反射，从而提高安全性。

图32是流程图，其示出了对图26A至图26B的便携式定向显示器的定向照明控制以用于夜间操作模式，该夜间操作模式被布置成定位从定向显示器经由玻璃表面到达驾驶员眼睛的反射，其中玻璃表面的相对位置和驾驶员位置由相应的便携式定向显示装置检测。

期望便携式定向显示装置用减少的车辆输入来计算所述光线路径。具体地讲，不需要从车辆或外部源接收车辆的内部布局。在该示例中，无论便携式定向显示器处于日间模式还是夜间模式下，内部惯性传感器(诸如，加速度计和内置相机)(1078)可配合以建立车辆内部布局的模型和表面的反射率。这可在不知道车辆的型号类型或名称的情况下完成。可将由便携式显示装置捕获的数据与通用内部车辆内部布局进行比较，以便确定实际内部车辆布局(1080)，而不必依赖外部数据库或者车辆本身提供或传送的内部布局信息。可在日间期间的背景中捕获此类数据，以便在需要切换到夜间模式之前准备模型。另选地，可在内置到个人定向显示器中的相机、惯性传感器和IR光源的辅助下，在夜间模式期间捕获内部布局信息，使得可在夜间获得反射数据，而不会产生干扰驾驶员的反射。

一旦捕获车辆内部布局，则可结合惯性传感器和相机使用个人装置的位置信息(1202)来预测移动并且因此预测反射对驾驶员的干扰(1024)。预测到的干扰可用于确定显示器定向角度变化或减小的组合，其包括任选地调暗显示器或者甚至使显示器以零角度发射(1206)。如果在取向显示器以产生干扰反射时将显示器的角度减少到零，则用户将很快了解如何握持该装置以避免发生这种状况。

有利的是，惯性传感器的低延迟可提供对便携式显示装置位置和取向的准确短期预测，并且相机系统可提供较长期的漂移校正以及对内部布局特征结构(诸如，玻璃、顶篷车内装饰和乘员)的辨识。从而最小化对驾驶者的干扰，同时允许其他乘员继续使用其便携式装置。

图33A至图33C是示意图，其以顶视图示出汽车舱和便携式显示器，该便携式显示器被布置成检测车辆的内部布局，以便检测或预测从玻璃表面到驾驶员的直接反射。图33A不同于图31A，不同之处在于，便携式定向显示装置622可自主地捕获车辆中镜面和反射表面的位置，并且不需要车辆控制器534或其他通信装置提供内部布局信息。图33B示出了光输出分布596，该光输出分布在驾驶员594的方向上产生潜在的反射干扰。图33C示出了可如何修改输出光分布598以减小或消除在方向594上对驾驶员的反射干扰。车辆仍可将进入夜间模式的指令或请求传送到便携式定向显示装置，在该夜间模式下，镜面反射和来自漫反射的总体照明干扰减少。

有利的是，该方法还可处理“变量”，诸如，穿戴浅色衣服或包的乘客或者浅色或反射的临时车辆内容物。因此，可改善减少反射干扰的可靠性。

有利的是，可收集光线路径并且可调整其方向性，以在夜间驾驶时减少显示器对驾驶员的非需要可见性，从而提高安全性。

图34A至图34B是示意图，其以顶视图示出了汽车舱以及对便携式定向移动显示器的方向性的控制使得从显示器经由玻璃表面到达驾驶员的反射最小化。便携式定向显示装置624可自主地改变其光输出定向分布，从其中存在从后玻璃到驾驶员的反射的输出定向分布626改变到其中可存在窗反射但驾驶员无法看到该反射或者该反射不对驾驶员造成干扰的输出定向分布628。设备624可使用其自身的暗度传感器系统来指示已检测到黑暗环境条件，可使用其自身的相机来识别镜面反射表面，可使用其自身的处理来确定其相对于车辆和驾驶员的位置，并且可使用其自身的处理来确定是否预测到对驾驶员的干扰反射并且采取缓解动作。类似地，发射角光输出分布640的便携式显示装置可检测与装置622类似的条件，但如果该装置不具有可控的定向显示器，则该装置可减小其亮度以缓解对驾驶员的干扰。便携式定向装置630可计算不存在以下方向：在该方向上，可调整其角定向输出632而不对驾驶员产生干扰。在这种情况下，装置可选择将其角分布角度变为零638，从而有效地关闭显示器。一旦装置630检测到其已被物理地重新取向使得不可能出现干扰反射，则显示器角分布角度可被重新设置为不为零的角宽度。对于发射显示器诸如OLED和LED和LCD而言，在非常高的环境阳光条件下或者其中存在阳光反射从显示器的表面直接导向到驾驶员的情况下保持足够可读性可能尤其成问题。

图35是示意图，其以侧视图示出了阳光从定向显示器到车舱中乘员的反射。使用由GPS单元提供的车辆的纬度和前进方向信息并且已知当天的时刻，可计算或预测太阳644的位置和从安装到车辆的显示器朝向驾驶员眼睛的反射路径646。内置到车辆中的暗度传感器系统还可指示已经检测到明亮环境条件，即非阴天或雨天。

期望在明亮的直射阳光下保持显示器对驾驶员的可见性，同时在低照明度条件下不会使驾驶员目眩并且最小化照明安装到车辆的显示器所需的电力。

图36A至图36B是示意图，其以顶视图示出了汽车舱以及响应于明亮环境或者对从显示器到驾驶员眼睛线的阳光反射的预测而对安装到车辆的定向显示器的方向性进行的控制。

图36A示出了来自安装到车辆的CSD定向显示器532和安装到车辆的乘客定向显示器540的正常日光使用角输出分布648、650。传感器检测明亮环境光以及来自集成到车辆或者通过无线网络连接到车辆的GPS系统的时间和车辆方向的信息，控制器534可计算到显示器532、540的可见性被太阳的直接表面反射降低或损害。响应于此类传感器，定向显示器532和540可将其角光输出定向分布改变成图36B中所示的那些。驾驶员可看到由角输出光分布652指示的输出定向分布，其中该较窄角分布中的光输出可增加到超过648的光输出，而不必增大显示器532的总体显示电力消耗。类似地，乘客定向显示器540可将其角光输出分布从650改变到654。

有利地是，在高或非常高的环境光条件下，乘客定向显示器540和CSD定向显示器532的可读性提高，而不需要从显示器背光源系统消耗更多的电力。有利的是，将来自显示器540、532的角输出集中可减少对车辆电池的消耗或者车辆交流发电机上的负载。这可提高车辆的效率。

图37是流程图，其示出了对定向显示器的角输出光分布控制，以响应于非常高的环境光水平或者由所述定向显示器将明亮外部源诸如太阳反射到车辆乘员而提供定向高照明度输出。车辆可处理来自传感器的数据(1100)，该传感器包括指示存在明亮环境条件的暗度传感器系统(1064)。车辆还可处理源自GPS系统的日期和时间(1060)和纬度(1062)的数据(1100)。任选地，驾驶员可选择超驰(1066)传感器值，以迫使系统切换到高环境阳光模式(1104)。在阳光模式下，定向显示器的角输出可变窄并且可径直导向驾驶员(1124)。这可使得显示器在相同的电力消耗下能够变得更亮，因为仅照亮较窄范围的角空间。需注意，可在水平、竖直或两个轴上调整定向显示器的角输出。任选地，可修改屏幕颜色选择和显示对比度设置(1122)，以增强高环境条件下的可视性和清晰度。

有利的是，可响应于直射阳光从显示器的反射的位置来调整显示器照明度。更有利的是，可针对驾驶员显示器和/或乘客显示器完成该调整。更有利的是，可增大定向显示器的亮度，同时最小化背光源系统所需的电力，从而提高车辆的电池范围或效率。

由于所显示信息的性质，CSD显示器532可仅需要驾驶员偶尔或零星的关注，并且当驾驶员未看到该信息时，可针对乘客在角度和内容方面优化显示器。在明亮环境条件下，这意味着显示器在任何一个时间处仅产生一个超亮角输出光分布，但该角输出的方向性响应于驾驶员的注视而改变。

图38是流程图，其示出了对安装到车辆的定向显示器的角输出照明控制，以响应于当车辆乘员未直接看向显示器时由所述定向显示器向所述乘员反射明亮外部源的位置而提供增大的照明度输出。如果设定或自动选择阳光模式(1070)，内置到车辆中并且靠近显示区域或者在显示区域中的相机可检测驾驶员的注视(1072)。连同环境光传感器(1064)和用户超驰控件(1066)，此类信息可用于确定(1106)在高环境下或者在太阳反射离开显示器的情况下驾驶员是否正看向显示器。在这种情况下，可将定向显示器(诸如，安装到车辆的CSD 532)的角输出(参见图39A)移动(1130)到驾驶员的眼睛。可针对高环境光下的可视性优化屏幕颜色、对比度和照明度(1132)。此外，可将显示内容更改(1134)成允许驾驶员观察的默认视图，或者更改为驾驶员通过例如语音命令(例如“显示外部温度”或“显示油温”)请求的默认视图。如果驾驶员未看向定向显示器诸如CSD 532，则可将角输出照明方向移动(1136)到乘客方向或默认方向。可针对适用于乘客所请求的显示内容(1140)的高环境光观察来优化屏幕颜色、对比度和照明度(1138)。

图39A至图39B是示意图，其以顶视图示出了汽车舱以及响应于驾驶员658注视方向对安装到车辆的定向显示器CSD 532的方向性的控制。在图39A中，可通过相机664检测驾驶员的注视，并且在看向CSD 532时，可针对高环境光或阳光反射条件下的驾驶员优化角输出光分布656以及内容和亮度、显示图像对比度。在图39B中，可通过相机664检测驾驶员的注视，并且在未看向CSD 532时，可针对观察的乘客662优化角输出照明方向660以及内容和亮度、显示图像对比度。

有利的是，驾驶员和乘客可分享在非常明亮的环境中可视的显示器。有利的是，由于当驾驶员未看向显示器时用于驾驶员的角输出光分布未照亮，这降低了显示器的电力消耗。

图40A至图40B是示意图，其以顶视图示出了低环境光水平下或夜间操作模式下的汽车舱以及响应于驾驶员注视方向对定向显示器的方向性的控制。在图40A中，可通过相机664检测驾驶员的注视，并且在看向CSD 532时，可针对低环境光条件下的驾驶员优化角输出光分布666以及内容和亮度、显示图像对比度。在图40B中，可通过相机664检测驾驶员的注视，并且在未看向CSD 532时，可针对观察的乘客662优化角输出照明方向668以及内容和亮度、显示图像对比度，或者可采用被设计成最小化镜面玻璃反射和舱漫反射率的默认夜间模式角输出照明方向锥(未示出)。

有利的是，安装到车辆的显示器可提供角光输出方向，该角光输出方向通常不会分散驾驶员的注意力，但该显示器在驾驶员看向其时可对驾驶员清晰可见。

图41是流程图，其示出了对定向显示器的定向照明控制，以在低环境光条件下或夜间模式下响应于驾驶员注视方向提供对显示器方向性的控制。如果设定或自动选择夜间模式(1071)，内置到车辆中并且靠近显示区域或者在显示区域中的相机可检测驾驶员的注视(1072)。可在车舱内提供红外照明(未示出)，以改善低环境光水平下的注视检测。红外光对驾驶员是不可见的，因此不会产生分散人注意力的反射。连同环境光传感器(1064)和用户超驰控件(1066)，此类信息可用于确定(1106)在低环境条件下驾驶员是否正看向显示器。在这种情况下，可将定向显示器(诸如，安装到车辆的CSD 532)的角输出(参见图40A)移动(1150)到驾驶员的眼睛。屏幕照明度可略微增大(1152)但仍然处于不会干扰驾驶员的水平上。此外，可将显示内容更改(1154)成允许驾驶员观察的默认视图，或者更改为驾驶员通过例如语音命令(例如“显示外部温度”或“显示油温”)请求的默认视图。如果驾驶员未看向定向显示器诸如CSD 532，则可将角输出照明方向移动(1156)到乘客方向或默认方向。屏幕照明度(1158)可减小，以进一步减少车舱内的镜面反射和漫反射，并且显示内容(1140)可恢复为默认内容或乘客请求的内容。

有利的是，可响应于驾驶员的注视方向调整显示器角光输出方向。更有利的是，可使用大信息显示器，而不在车辆玻璃中产生恼人的或分散人注意力的镜面反射或因离开顶篷、车内装饰等的漫反射而显著增大背景舱照明。驾驶员仅通过看向显示器或在显示器的方向上即可看到需要的信息。

期望朝向驾驶员导向功能显示器照明度。

图42是示意图，其以前视图示出了汽车舱1000和来自驾驶员功能定向显示器的相应角输出光分布。如果这些显示器可减少在夜间操作中产生的光污染，这将是期望的。

图42示出了发射定向显示器1042和1044，其可改变角输出光分布，从而提供车辆外部的侧视图和后视图的功能。显示器的图像信号可由车辆的后向(向后)或侧向相机所捕获的数据提供。所显示的图像还可包括数字覆盖数据，诸如警告。类似地，1040为可改变角输出光分布的发射定向显示器，并且提供后视图显示功能。在夜间模式下，来自此类显示器的角输出可缩小，或者可导向成远离驾驶员以减小注意力分散。此外，当驾驶员看向显示器时，结合注视识别相机664(未示出)，来自显示器的输出可更改其角度和任选地亮度。此外，如果车辆相机和传感器检测到需要注意的条件，则显示器可自动地改变其朝向驾驶员的角输出光分布。

有利的是，缓解了夜间安装到车辆的显示器分散驾驶员注意力的情况。

期望响应于静止车辆来控制显示器方向性。

图43A至图43D是示意图，其以顶视图示出了汽车舱以及响应于静止车辆对定向显示器的方向性的控制。图43A示出了定向显示装置，诸如安装到车辆的CSD 532。当车辆静止一段时间(例如，两分钟或五分钟)时，可将角输出光分布设定为宽角输出光分布670，以使得驾驶员和乘客能够观察。观察的图像可包括娱乐，诸如电视节目。图43B示出了当车辆移动时，可将角输出光分布设定为适于乘客观察的角输出光分布672。图43C不同于图43A，不同之处在于，当车辆静止时，角输出光分布674由乘客显示器540产生。图43D不同于图43B，不同之处在于，当车辆移动时，显示器输出角光分布676由乘客显示器540产生。

有利的是，车辆乘员可充分利用安装到车辆的娱乐显示器，而当车辆运动时，驾驶员无法看到娱乐图像。

图44是流程图，其示出了对定向显示器的定向照明控制，以响应于静止车辆提供对显示器方向性的控制。车辆的速度传感器(1080)或位置传感器(1082)可用于确定车辆是否静止了一段时间。如果静止(1160)，则安装到车辆的显示器可将其角输出光分布改变为宽角度模式(1162)。另外，可改变显示器的内容(1164)，以便在车辆运动时防止驾驶员观察娱乐内容，从而符合某些国家的法律。

有利的是，车辆乘员可充分利用安装到车辆的娱乐显示器，而当车辆运动时，驾驶员无法看到娱乐内容。

期望响应于碰撞或紧急情况来控制显示器方向性。

图45是示意图，其以顶视图示出了汽车舱以及响应于紧急情况或车辆碰撞而对定向显示器的方向性的控制。例如，当在夜间检测到碰撞时，例如通过参照正在部署的安全气囊，定向显示器(诸如，安装到车辆的CSD532)可在宽角度模式和窄角度模式(未示出)之间切换其角输出光分布678。窄角度可为零。输出光可实现识别的紧急信号，诸如莫尔斯代码SOS模式中的切换角度。类似地，可指示座椅靠背显示器508和协同定位的便携式定向显示器在SOS或“信标”模式下操作。如果乘客座椅被占用，则乘客显示器540可不在SOS模式下操作。

如果通过监测GPS系统检测到车辆突然离开高速公路或者进入地图上标记为水的区域，也可操作SOS模式。车辆还可指示内置通信模块以及具有独立通信功能的协同定位的便携式定向显示装置进行紧急呼叫或者在车辆因碰撞而断电之前发送消息。车辆本身的照明系统可因碰撞而无法操作，这可因损坏而直接造成或者因断开电路电系统和电力来降低着火的可能性而间接造成。

图46是流程图，其示出了对定向显示器的定向照明控制，以响应于车辆碰撞提供对显示器方向性的控制。可监测传感器(诸如，加速度计(1090))以及信号(诸如，一个或多个安全气囊的部署(1092)和GPS位置和速度数据(1080))，以便自动检测车辆紧急情况(1186)并且通过安装到车辆的定向装置(1188)或便携式定向显示装置(1190)来触发SOS或信标模式。车辆乘员也可手动触发或取消信标模式(1066)。

有利的是，在车辆离开道路的事件中，尤其是在夜间，车辆可能更容易被行人和紧急事件工作人员注意到。

由于个人装置诸如电话可与车辆同步或链接，因此期望多于一个的便携式定向显示器注册到车辆或者与车辆同步。

图47是示意图，其以顶视图示出了汽车舱以及至少两个便携式个人显示装置(任选地设置有定向显示器)注册到CSD 532的定向显示器。例如，驾驶员的手机1194可链接到定向显示器CSD 532，其可产生适合由驾驶员观察的输出角光分布1192。乘客的手机或平板电脑1198也可链接到定向显示器CSD 532，其可产生适合由乘客观察的输出角光分布锥1196。如本说明书中其他实施方案中所解释的那样，此类光锥1192、1198可同时呈现或者可被控制。另外，车辆系统还可根据适用的法律将内容的显示限制在相应的锥1192、1196中，例如，可禁止驾驶员观察娱乐图像。

图48是流程图，其示出了包括至少两个个人显示装置的注册的定向照明控制。可在任何时间通过相机系统辨识驾驶员(1098)，该相机系统包括面部识别软件并且链接到电话号码及其注册的所有者的数据库。因此，该系统可决定(1170)哪个为驾驶员的电话并将该装置链接到驾驶员的视图显示器(1172)。驾驶员的视图显示器可使得电话功能或内容的子集能够启用。类似地，其他电话或平板电脑装置可链接到乘客的显示器(1176)，并且可启用另外的或额外的功能(1178)。

有利的是，该系统可将驾驶员和乘客装置自动链接到其在安装到车辆的定向显示器中的相应视图，并且可管理可显示的允许内容。该系统可例如在长途旅行期间对驾驶员和乘客互换自动做出反应。

期望提供具有响应乘员位于车辆的哪一侧的定向显示器数据的自主车辆。

图49A至图49B是示意图，其以顶视图示出了包括定向显示器的自主车辆的汽车舱。

期望在操作能够自主操作的车辆时，驾驶员可选择用于就座和“驾驶”的座椅。

图49A示出了就座以用于左侧驾驶的驾驶员658。安装到车辆的定向显示器CSD532产生适用于前述实施方案中所述的驾驶员的角输出光分布682。图49B示出了就座于相同车辆中的驾驶员，但现在采用了用于右手驾驶的驾驶座椅。安装到车辆的定向显示器CSD532产生适用于前述实施方案中所述的驾驶员659的角输出光分布684。需注意，车辆超驰控件是电操作的而不是机械操作的，并且也可轻易地从左侧驾驶改变成右侧驾驶。这由图中出现的两个方向盘示出。

有利的是，在操作自主控制的车辆时，驾驶员可选择就座于哪个座椅上。当阳光例如主要从车辆一侧上的侧窗进入时，这可能是有帮助的。更有利的是，当从右侧驾驶国家(诸如，英国)跨越到左侧驾驶国家(诸如，法国)时，该特征可能是有用的。

与阶梯式波导定向背光源相关的实施方案可在必要时加以更改以应用于本文所述的楔形定向背光源。

如在本文中所用，术语“基本上”和“大约”为其相应术语和/或术语之间的相对性提供业内可接受的公差。此类业内可接受的公差在0％至10％的范围内，并对应于但不限于分量值、角度等。在各项之间的此相对性在大约0％至10％的范围内。

虽然上文描述了符合本文公开原理的各种实施方案，但应当理解，这些实施方案仅以示例性而非限制性方式示出。因此，本公开的广度和范围不应受到上述任何示例性实施方案的限制，而应该仅根据本公开发布的任何权利要求及其等同物来限定。另外，所描述的实施方案中提供了上述优点和特征结构，但不应将发布的这些权利要求的应用限于实现任何或全部上述优点的方法和结构。

另外，本文章节标题是为符合37CFR 1.77的建议而提供，或者用于提供组织线索。这些标题不应限制或表征可产生于本公开的任何权利要求中所列出的一个或多个实施方案。具体来说并且以举例的方式，虽然标题是指“技术领域”，但权利要求书不应受到在该标题下选择用于描述所谓的领域的语言的限制。另外，“背景技术”中对技术的描述不应被理解为承认某些技术对本公开中的任何一个或多个实施方案而言是现有技术。“发明内容”也并非要被视为是对发布的权利要求书中所述的一个或多个实施方案的表征。此外，本公开中对单数形式的“发明”的任何引用不应用于辩称在本公开中仅有单一新颖点。可以根据产生于本公开的多项权利要求的限制来阐述多个实施方案，并且此类权利要求因此限定由其保护的一个或多个实施方案和它们的等同物。在所有情况下，应根据本公开基于所述权利要求书本身的特点来考虑其范围，而不应受本文给出的标题的约束。

Claims (24)

1.一种显示设备，所述显示设备包括：

用于车辆中、被布置成显示图像的定向显示装置，所述定向显示装置具有可变的角输出光分布；以及

控制系统，所述控制系统被布置成改变所述定向显示装置的所述角输出光分布。

2.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述控制系统被布置成基于设置在车辆上的车辆传感器系统的输出来改变所述定向显示装置的所述角输出光分布。

3.根据权利要求2所述的显示设备，其中所述车辆传感器系统包括注视传感器系统，所述注视传感器系统被布置成检测所述车辆的乘员的注视，所述控制系统被布置成基于暗度传感器系统的输出成角度地扩大所述定向显示装置的所述角输出光分布，所述暗度传感器系统的所述输出指示所述乘员的注视导向所述定向显示装置处。

4.根据权利要求2或3所述的显示设备，其中所述车辆传感器系统包括暗度传感器系统，所述暗度传感器系统被布置成检测黑暗环境条件，所述控制系统被布置成基于所述暗度传感器系统的输出成角度地限制所述定向显示装置的所述角输出光分布，所述暗度传感器系统的所述输出指示已经检测到黑暗环境条件。

5.根据权利要求4所述的显示设备，其中所述控制系统被进一步布置成基于所述暗度传感器系统的所述输出来降低所述定向显示装置的亮度和/或调整所述定向显示装置的色彩平衡以用于在黑暗环境条件中进行观察，所述暗度传感器系统的所述输出指示已经检测到黑暗环境条件。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的显示设备，其中所述车辆传感器系统包括亮度传感器系统，所述亮度传感器系统被布置成检测明亮环境条件，所述控制系统被布置成基于所述亮度传感器系统的输出限制所述定向显示装置的所述角输出光分布，所述亮度传感器系统的所述输出指示已经检测到明亮环境条件。

7.根据权利要求6所述的显示设备，其中所述控制系统被进一步布置成基于所述暗度传感器系统的输出来增大所述定向显示装置的亮度和/或调整所述定向显示装置的色彩平衡以用于在明亮环境条件中进行观察，所述暗度传感器系统的所述输出指示已经检测到明亮环境条件。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的显示设备，其中所述车辆传感器系统包括车辆运动传感器系统，所述车辆运动传感器系统被布置成检测所述车辆的运动，所述控制系统被布置成基于所述车辆运动传感器系统的输出扩大所述定向显示装置的所述角输出光分布，所述车辆运动传感器系统的所述输出指示所述车辆在指定时间内静止。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的显示设备，其中所述车辆传感器系统包括乘员传感器系统，所述乘员传感器系统被布置成识别所述车辆的乘员，所述控制系统被布置成基于所述乘员传感器系统的输出朝向乘员导向所述定向显示装置的所述角输出光分布。

10.根据前述权利要求中任一项所述的显示设备，其中所述显示设备还包括取向传感器和控制系统，所述取向传感器被布置成检测所述定向显示装置的取向，所述控制系统被布置成基于所述取向传感器的输出改变所述定向显示装置的所述角输出光分布。

11.根据权利要求10所述的显示设备，其中所述取向传感器包括惯性传感器。

12.根据权利要求10或11所述的显示设备，其中所述取向传感器包括相机系统和分析系统，所述分析系统被布置成检测所述车辆的窗在由所述相机系统捕获的图像中的位置。

13.根据前述权利要求中任一项所述的显示设备，其中所述定向显示装置安装到所述车辆。

14.根据权利要求13所述的显示设备，其中所述定向显示装置安装到所述车辆的中心控制台。

15.根据权利要求13或14所述的显示设备，其中所述定向显示装置被布置成显示由面向所述车辆后方的图像捕获系统捕获的图像。

16.根据权利要求1至12中任一项所述的显示设备，其中所述定向显示设备为便携式设备，所述定向显示设备的所述控制系统被布置成与所述车辆的处理系统通信。

17.根据权利要求16所述的显示设备，其中所述车辆的所述处理系统被布置成将布局信息传送给辨识所述车辆的内部布局的所述定向显示设备的所述控制系统，所述控制系统被布置成基于所述布局信息改变所述定向显示装置的所述角输出光分布。

18.根据权利要求16所述的显示设备，其中与所述车辆的所述处理系统的所述通信通过无线方式进行。

19.根据前述权利要求中任一项所述的显示设备，其中所述控制系统被布置成通过减少入射到所述车辆的窗上的光的方式改变所述定向显示装置的所述角输出光分布。

20.根据前述权利要求中任一项所述的显示设备，其中所述控制系统还被布置成改变显示在所述定向显示装置上的所述图像的亮度、对比度、色彩平衡或内容中的至少一者。

21.根据前述权利要求中任一项所述的显示设备，其中所述定向显示装置包括：

定向背光源，所述定向背光源被布置成将光导向到可选择观察窗中；以及

空间光调制器，所述空间光调制器被布置成调制所述定向背光源输出的所述光，

其中所述控制系统被布置成通过选择光导向到其中的所述观察窗来改变所述定向显示装置的所述角输出光分布。

22.根据权利要求21所述的显示设备，其中所述定向背光源包括：

光源阵列；以及

定向波导，所述定向波导被布置成将来自每个光源的光导向到相应的观察窗中，

其中所述控制系统被布置成通过选择操作哪些光源来改变所述定向显示装置的所述角输出光分布。

23.根据权利要求22所述的显示设备，其中所述定向波导包括：

相对的第一引导表面和第二引导表面，所述第一引导表面和第二引导表面用于沿所述波导引导来自所述光源的输入光；以及

反射端，所述反射端用于沿所述波导反射回输入光，

其中所述第二引导表面被布置成将从所述反射端反射的光作为输出光偏转穿过所述第一引导表面。

24.根据权利要求23所述的显示设备，其中所述第一引导表面被布置成通过全内反射来引导光，并且所述第二引导表面包括多个光提取特征结构和位于所述光提取特征结构之间的中间区域，所述光提取特征结构被取向成在允许作为所述输出光穿过所述第一引导表面离开的方向上导向由所述反射端反射的光，所述中间区域被布置成沿所述波导引导光。