JP2015527597A - 指向性バックライトの複数の光源の制御 - Google Patents

Abstract

光源のアレイと、光源のアレイにわたって、横方向の光源のそれぞれに関連づけられた幅だけ逆にスケーリングされた光束の可変分布を提供するように構成された制御システムと、を含む、結像指向性バックライトが開示されている。複数の出力光学窓の配光を制御して、自動立体ディスプレイの窓面における所望の輝度分布を提供することができ、指向性ディスプレイは、広角２Ｄモード、プライバシーモード、及び低消費電力モードで動作することができる。画質を向上させ、消費電力を減少させることができる。

Description

本開示は、概して、空間光変調器の照明に関し、特に、２Ｄ、３Ｄ及び／又は自動立体ディスプレイデバイスで用いるために局所的な複数の光源から広範囲の照明を提供するための指向性バックライトに関する。

空間的に多重化された自動立体ディスプレイデバイスは、通常、レンズ状のスクリーン、又は視差バリヤーといった視差コンポーネントを、例えばＬＣＤといった、空間光変調器上のピクセルの少なくとも第１のセット及び第２のセットとして配列した画像のアレイと位置合わせする。視差コンポーネントは、ピクセルのそれぞれのセットからの光を異なるそれぞれの方向に配向し、ディスプレイの前に第１の視野窓及び第２の視野窓を提供する。観察者は、第１の視野窓に置いた目から、ピクセルの第１のセットからの光で第１の画像を見ることができ、第２の視野窓に置いた目から、ピクセルの第２のセットからの光で第２の画像を見ることができる。

このようなディスプレイデバイスは、空間光変調器の元来の解像度と比較して小さい空間解像度を有し、更に視野窓の構造は、ピクセルの開口部形状及び視差コンポーネント結像機能によって決定する。例えば電極のピクセル間の隙間は、通常、不均一な視野窓を生成する。このようなディスプレイは、観察者のディスプレイに対する横方向の動きに従って画像の不必要なちらつきを示し、ディスプレイの視覚的自由度を制限する。このようなちらつきは、光学素子の焦点をぼかすことで減少させることができるが、このように焦点をぼかすことで、画像のクロストークのレベルが上がり、観察者にとって視覚疲労が増す。このようなちらつきは、ピクセルの開口部の形状を調整することで低減させることができるが、このような変更は、ディスプレイの明るさを下げ、アドレス指定電子機器を空間光変調器内に含む場合がある。

本開示の第１の態様によれば、指向性バックライトの光源のアレイを制御する方法が提供される。指向性バックライトは、入力端を有する導波路を含んでもよく、光源のアレイは、導波路の入力端にわたる横方向に、異なる入力位置に配置されてもよい。導波路は、導波路に沿って光を導くための、相対する第１のガイド表面及び第２のガイド表面を有してもよい。導波路は、主として入力位置によって決まる第１のガイド表面に対する法線に対して横方向に分布した出力方向に、複数の光源からの入力光を出力光として、第１のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成することができる。方法は、複数の光源を選択的に操作して、光を出力方向に対応する変動する複数の光学窓内に配向することを含み、複数の光源は、横方向の複数の光源のそれぞれに関連づけられた幅だけ逆にスケーリングされ、光源のアレイにわたって変動する、光束を有する光を出力するよう制御することができる。

いくつかの実施形態において、視野角によるディスプレイ輝度の変動を修正して、光源のアレイにわたって、均一な光束を有する光源のアレイに照射されると、非ランバート性光出力特性を示す、導波路からのランバート特性を有するバックライトを実現することができる。好都合に、バックライトは、紙と同様の外観を有しているように見え、観察者のそれぞれの目で、同じ認識された画像の明るさを有する照明構造を認識し得るため、快適に見ることができる。

他の実施形態において、バックライトの輝度が、ランバート特性よりも速い速度でオフアクシスの視聴位置に対して低下するように構成することができる。比較として、このようなバックライトは、ランバート性出力バックライトと比較して、実質的に低い消費電力を実現することができる。

観察者がトラックされる実施形態において、バックライトは、所与の視聴位置に対するランバート性の照明外観を実現することができる一方、視聴位置による強度の変化は、非ランバート性の形で変動し得る。好都合に、画像をとても快適に見ることができる一方、ランバート性ディスプレイと比較して、バックライトの消費電力を低減することができる。

更なる実施形態において、バックライトの輝度は、視野窓にわたって変動するように構成することができ、動く観察者について画像ちらつきの許容レベルを実現しつつ、自動立体画像のクロストークを低減できる。

本開示の別の態様によれば、制御システムが、同様の方法を実施するように構成される、指向性ディスプレイ装置が提供されている。

本開示の別の態様によれば、指向性バックライトの光源のアレイを制御する方法が提供されている。指向性バックライトは、入力端を有する導波路と、導波路の入力端にわたる横方向に、異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を含むことができる。導波路は、導波路に沿って光を導くための、相対する第１のガイド表面及び第２のガイド表面と、複数の光源からの入力光を反射して導波路を通って戻すための、入力端に対向する反射端と、を更に含むことができる。導波路が、入力位置によって主として決まり得る第１のガイド表面に対する法線に対して横方向に分布した出力方向に、反射端からの反射後に、複数の光源からの入力光を出力光として、第１のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成することができる。方法は、複数の光源を選択的に操作して、出力方向に対応する変動する光学窓内に光を配向する駆動信号を、複数の光源に供給することと、反射端からの反射後に、複数の光源から入力端に入射した光を感知することと、を含むことができる。駆動信号は、入力端に入射した感知された光に応じて較正することができる。

光源アレイのスケーリングされた光束は、アレイの光源のそれぞれの間の輝度及び色度の不均一性により、空間的に変動してもよい。本実施形態は、光源のそれぞれの光束の間の変動の較正を好都合に実現することができ、これにより、観察者にとって均一な形で変動し得る、光源のスケーリングされた光束の制御を実現する、光出力を提供することができる。更に、スケーリングされた光束は、例えば、光源の経時効果により、時間とともに変動してもよい。本実施形態は、光源の経時効果のフィールド内補正を実現することができ、好都合にデバイス寿命の延長と出力の均一性をもたらす。較正工程の間、少数の検出器を使用して、アレイ全体を監視し、コストを削減することができる。

入力端に入射した光の感知において、横方向の光源のアレイの外側の入力端の領域に配列された複数のセンサー素子を使用することができる。別の例で、入力端に入射した光の感知において、光源のアレイの両側における横方向の光源のアレイの外側の入力端の領域に配列された複数のセンサー素子を使用することができる。更に他の例で、入力端に入射した光の感知において、同時的に操作されていないアレイの光源を使用してもよい。駆動信号のレベルを較正することができ、これにより、複数の光源は、光源のアレイにわたって、あらかじめ定められた分布を有する光束を有する光を出力する。

本開示の別の態様によれば、制御システムが、同様の方法を実施するように構成される、指向性バックライト装置が提供される。

本明細書の実施形態は、大面積及び薄型構造の自動立体ディスプレイを提供することができる。更に、以降に記述されるように、本開示の光学弁は、大きい後方作動距離を伴う薄い光学コンポーネントを実現できる。このようなコンポーネントは、指向性バックライトに使用でき、自動立体ディスプレイを含む指向性ディスプレイを提供する。更に、実施形態は、効率的な自動立体ディスプレイ及び効率的な２Ｄ画像ディスプレイを目的とする制御された光照射器を提供することができる。

本開示の実施形態は、種々の光学システムに使用することができる。実施形態は、種々のプロジェクタ、投影システム、光学コンポーネント、ディスプレイ、マイクロディスプレイ、コンピュータシステム、プロセッサ、自己内蔵型プロジェクタシステム、ビジュアルシステム及び／又はオーディオビジュアルシステム、並びに電気機器及び／又は光学機器を含んでもよく、又はこれらと共に作動してもよい。本開示の態様は、光学デバイス及び電気デバイス、光学システム、プレゼンテーションシステム、又は任意の種類の光学システムを包含し得る任意の装置に関連する、多種多様な装置に実質的に使用できる。したがって、本開示の実施形態は、視覚的かつ／又は光学的なプレゼンテーション、視覚的な周辺機器など、並びに、多数のコンピュータ環境において使用される、光学システム、光学デバイスで用いることができる。

詳細に開示する種々の実施形態に進む前に、開示は、他の実施形態が可能であるので、用途又は作製において、示される特定の構成の詳細に限定されないことを理解するべきである。更に、開示の態様は、独自の固有の実施形態を規定するために様々な組み合わせ及び構成で述べられてもよい。また、本明細書で使用する用語は、説明を目的とするものであって、限定を目的とするものではない。

指向性バックライトは、光学導波路の入力開口部側に配列された独立した複数のＬＥＤ光源の変調によって、通常、制御された出力表面の実質的に全体から放射される照明にわたる制御を行う。放射光線指向性分布の制御により、角度が限定された範囲から１人の視聴者のみによってディスプレイを見ることができる場合のセキュリティ機能の１人での閲覧、小さい角度の指向性分布にわたってのみ照明が提供される場合の高い電気的効率、左右の目を交互に入れ替えての時系列立体及び自動立体ディスプレイの閲覧、並びに低コストを実現できる。

本発明の種々の態様及び種々の特徴は、任意の組み合わせで一緒に利用されてもよい。

本開示の前述及び他の利点並びに特徴は、本開示をその全体にわたって読むことで、当業者にとって明白となるであろう。

例示のために、実施形態が添付の図面に示され、図面において、類似する参照符号は、同様の部分を示す。
本開示に従う、指向性ディスプレイデバイスの一実施形態における光伝搬の正面図を示す略図である。 本開示に従う、図１Ａの指向性ディスプレイデバイスの一実施形態における光伝搬の側面図を示す略図である。 本開示に従う、指向性ディスプレイデバイスの別の実施形態における光伝搬を平面図で示す略図である。 本開示に従う、図２Ａの指向性ディスプレイデバイスの正面図における光伝搬を示す略図である。 本開示に従う、図２Ａの指向性ディスプレイデバイスの側面図における光伝搬を示す略図である。 本開示に従う、指向性ディスプレイデバイスを側面図で示す略図である。 本開示に従う、複数の湾曲光抽出機構を含む指向性ディスプレイデバイスにおける視野窓の生成を正面図で示す略図である。 本開示に従う、複数の湾曲光抽出機構を含む指向性ディスプレイデバイスにおける第１の視野窓及び第２の視野窓の生成を正面図で示す略図である。 本開示に従う、複数の直線状光抽出機構を含む指向性ディスプレイデバイスにおける第１の視野窓の生成を示す略図である。 本開示に従う、時分割多重化指向性ディスプレイデバイスにおける第１の視野窓の生成の一実施形態を示す略図である。 本開示に従う、第２のタイムスロットでの、時分割多重化指向性ディスプレイデバイスにおける第２の視野窓の生成の別の実施形態を示す略図である。 本開示に従う、時分割多重化指向性ディスプレイデバイスにおける第１の視野窓及び第２の視野窓の生成の別の実施形態を示す略図である。 本開示に従う、観察者トラッキング自動立体指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。 本開示に従う、マルチビューアー指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。 本開示に従う、プライバシー指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。 本開示に従う、指向性ディスプレイデバイスの構造を側面図で示す略図である。 本開示に従う、ウェッジタイプ指向性バックライトの正面図を示す略図である。 本開示に従う、ウェッジタイプ指向性ディスプレイデバイスの側面図を示す略図である。 本開示に従う、観察者トラッキング指向性ディスプレイ装置のための制御システムを示す略図である。 本開示に従う、指向性バックライトを含む指向性ディスプレイの平面図を示す略図である。 本開示に従う、窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフを示す略図である。 本開示に従う、窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及びアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、光源のアレイに関する光束分布のグラフ、及びアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、図１５Ｂの詳細を示す略図である。 本開示に従う、光束分布のグラフ、及び光束分布と位置合わせされた指向性バックライトの正面図を示す略図である。 本開示に従う、自動立体ランバート性ディスプレイシステムに関する光束分布のグラフを示す略図である。 本開示に従う、１より大きいゲイン及びオンアクシス（on−axis）の視聴位置を有する自動立体ディスプレイシステムに関する光束分布のグラフを示す略図である。 本開示に従う、１より大きいゲイン及びオフアクシス（off−axis）の視聴位置を有する自動立体ディスプレイシステムに関する光束分布のグラフを示す略図である。 本開示に従う、１より大きいゲイン及びオフアクシスの視聴位置を有する自動立体ディスプレイシステムに関する光束分布の更なるグラフを示す略図である。 本開示に従う、光源アドレス指定装置を示す略図である。 本開示に従う、光学窓のアレイ及び光学窓のそれぞれに関する光度のグラフを示す略図である。 本開示に従う、複数の光源の均一な光度を含む導波路に関する視聴位置に対する光学窓光度のグラフを示す略図である。 本開示に従う、導波路の光抽出機構の上に第１の方向に入射した光線の斜視図を示す略図である。 本開示に従う、導波路の光抽出機構の上に第２の方向に入射した光線の斜視図を示す略図である。 本開示に従う、導波路の窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及びアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、光源のアレイに関する光束分布のグラフ、及び導波路に対するアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、導波路の窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及びアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、光源のアレイに関する光束分布のグラフ、及び導波路に対するアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及び左右の目の照明フェーズについてアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、導波路の窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及び右目の照明フェーズについてアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、左右の目の照明フェーズについての光源のアレイに関する光束分布のグラフ、及び右目の照明フェーズについて導波路に対するアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、導波路の窓面における視聴位置に対する光学窓光度のグラフを示す略図である。 本開示に従う、導波路の窓面における視聴位置に対する光学窓光度の更なるグラフを示す略図である。 本開示に従う、導波路の窓面における視聴位置に対する光学窓光度の更なるグラフを示す略図である。 本開示に従う、光源の効率低下を補正する、光源のアレイに関する光束分布のグラフを示す略図である。 本開示に従う、横長モードの指向性ディスプレイ装置の正面図を示す略図である。 本開示に従う、縦長モードの指向性ディスプレイ装置の正面図を示す略図である。 本開示に従う、図２７Ｂの構成のための導波路の窓面における視聴位置に対する光学窓光度の更なるグラフを示す略図である。 本開示に従う、観察者の動きに関する導波路及び視野窓の側面図を示す略図である。 本開示に従う、光源のアレイに関する光束分布のグラフ、及び図２８の視聴者の動きを伴う導波路に対してアレイにおける光源の光束を調整する方法を示す略図である。 本開示に従う、視聴位置の間で観察者が移動する間の視野窓の配列を示す略図である。 本開示に従う、視野窓の配列の強度分布を示す略図である。 本開示に従う、視野窓の配列の更なる強度分布を示す略図である。 本開示に従う、視野窓の配列の更なる強度分布を示す略図である。 本開示に従う、視野窓の配列の更なる強度分布を示す略図である。 本開示に従う、不均一な窓強度分布から生じるディスプレイ照明の不均一性を示す略図である。 本開示に従う、複数の光源からの不均一な光束分布を示す略図である。 本開示に従う、複数の光源からの不均一な光束分布を示す略図である。 本開示に従う、複数の光源からの不均一な光束分布を示す略図である。 本開示に従う、複数の光源からの不均一な光束分布を示す略図である。 本開示に従う、複数の光源からの不均一な光束分布を示す略図である。 本開示に従う、複数の光源からの不均一な光束分布を示す略図である。 本開示に従う、横長の向きの２Ｄ指向性ディスプレイを示す略図である。 本開示に従う、図４２のディスプレイに関する光源位置に対するスケーリングされた光束のグラフを示す略図である。 本開示に従う、縦長の向きの２Ｄ指向性ディスプレイを示す略図である。 本開示に従う、図４４のディスプレイに関する光源位置に対するスケーリングされた光束のグラフを示す略図である。 本開示に従う、指向性バックライト装置の制御システム及び正面図を示す略図である。 本開示に従う、指向性バックライト装置の制御システム及び正面図を示す略図である。 本開示に従う、較正動作モードのために光源を駆動する装置を示す略図である。 本開示に従う、較正動作モードの光源アレイを示す略図である。 本開示に従う、色補正を実現するように配列された光源アレイの正面図を示す略図である。 本開示に従う、色補正を実現するように配列された更なる光源アレイの正面図を示す略図である。 本開示に従う、光学窓の色度変動のグラフ、及び色度変動を補正する方法を示す略図である。 本開示に従う、光源アレイの正面図を示す略図である。 本開示に従う、光源アレイの正面図、及び光源故障を修正する方法を示す略図である。

時分割多重化自動立体ディスプレイは、空間光変調器の全ピクセルからの光を第１のタイムスロットにおいては第１の視野窓に、第２のタイムスロットにおいては全ピクセルを第２の視野窓に配向することで、自動立体ディスプレイの空間解像度を好都合に改良できる。したがって、第１の視野窓及び第２の視野窓にて光を受けるよう目を向けた観察者は、複数のタイムスロットからディスプレイの全体にわたってフル解像度の画像を見るであろう。時分割多重化ディスプレイは、指向性光学素子が、光照射器アレイの画像を窓面に実質的に形成する、指向性光学素子を用いる実質的に透過的な時分割多重化空間光変調器を通って光照射器アレイを配向することで、指向性照明を好都合に実現できる。

視野窓の均一性は、空間光変調器内のピクセルの配列からは好都合に独立することができる。このようなディスプレイによって、観察者の動きについて、低いクロストークレベルを伴う、ちらつきの少ない観察者トラッキングディスプレイを好都合に提供できる。

窓面での高い均一性を実現するため、高い空間的均一性を有する照明素子のアレイを提供することが望ましい。時系列照明システムの光照射器素子は、例えば、レンズアレイと組み合わせた約１００マイクロメートルのサイズの空間光変調器のピクセルによって提供することができる。しかし、このようなピクセルは、空間的多重化ディスプレイと同様の問題を抱える。更に、このようなデバイスは、低効率及び高コストとなり、追加的ディスプレイコンポーネントを必要とする場合がある。

高い窓面均一性は、例えば、通常は、サイズが１ｍｍ以上の均質化及び拡散化光学素子と組み合わせたＬＥＤのアレイなどの、巨視的光照射器と共に都合よく実現できる。しかし、光照射器素子のサイズの拡大は、指向性光学素子のサイズが比例して拡大することを意味する。例えば、６５ｍｍ幅の視野窓に結像する１６ｍｍ幅の光照射器は、２００ｍｍの後方作動距離を必要とする場合がある。したがって、光学素子の厚さが増すと、例えば、モバイルディスプレイ、又は大面積ディスプレイなどへの有益な応用を妨げる場合がある。

前述の欠点への対処として、共通に保有された米国特許出願第１３／３００，２９３号に記述されるような光学弁は、同時にちらつきの無い観察者トラッキング及び低クロストークレベルを伴う高解像度画像を提供する、薄いパッケージでの時分割多重化自動立体照明を実現するために、高速で切り替わる透過型空間光変調器と組み合わせて好都合に配列できる。視聴位置又は窓の一次元アレイが記載され、これは、異なる画像を通常は水平の第１の方向に表示できるが、通常は垂直の第２の方向に移動する場合、同じ画像を含有する。

従来の非結像ディスプレイバックライトは、一般的に光学導波路を用いており、ＬＥＤといった複数の光源からの端部照明を有する。しかし、このような従来の非結像ディスプレイバックライトと、本開示にて考察した結像指向性バックライトとの間には、機能、設計、構造、及び動作における多くの基本的相違があることを認識すべきである。

一般的には、例えば、本開示に従い、結像指向性バックライトは、複数の光源からの照明を、ディスプレイパネルを通って、複数の光学窓のそれぞれに少なくとも１つの軸において配向するように構成される。それぞれの光学窓は、結像指向性バックライトの結像システムによって、光源の少なくとも１つの軸における１つの画像として実質的に形成される。結像システムを形成して、複数の光源を視野窓のそれぞれに結像させることができる。このようにして、複数の光源それぞれからの光は、実質的に、視野窓のそれぞれの外にある観察者の目からは、見えない。

対比的に、従来の非結像バックライト又は導光板（ＬＧＰ）は、２Ｄディスプレイの照明用に使用されている。例えば、Ｋａｌｉｌ Ｋａｌａｎｔａｒ ｅｔ ａｌ．，Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ Ｗｉｔｈ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ，Ｊ．Ｓｏｃ．Ｉｎｆ．Ｄｉｓｐｌａｙ，Ｖｏｌ．１２，Ｉｓｓｕｅ ４，ｐｐ．３７９〜３８７（Ｄｅｃ．２００４）を参照。非結像バックライトは、通常、複数の光源からの照明を、ディスプレイパネルを通って、複数の光源それぞれに対して実質的に共通の視聴ゾーンに配向し、広い視野角及び高いディスプレイ均一性を実現するように構成されている。したがって、非結像バックライトは、視野窓を形成しない。このようにして、複数の光源それぞれからの光は、視聴ゾーンにわたる実質的にすべての位置にある観察者の目から見ることができる。このような従来の非結像バックライトは、３ＭのＢＥＦ（商標）などの明るさ上昇フィルムによって提供することができる、例えばランバート照明に比較してスクリーンのゲインを上げるなどの、いくらかの方向性を有することができる。しかし、このような方向性は、それぞれの光源のそれぞれに対して実質的に同じとなり得る。したがって、上記理由等により、従来の非結像バックライトが、結像指向性バックライトとは異なることは、当業者にとって明白であろう。端部点灯非結像バックライト照明構造は、２Ｄラップトップ、モニター、及びＴＶに見られるような液晶ディスプレイシステムに使用することができる。光は、光の伝搬方向に関わらず光を消失させるガイドの表面における、通常は、局所的な刻み目であるスパース機構（sparse features）を含むことができる、損失の多い導波路の端部から伝搬する。

本明細書において使用される際、光学弁は、例えば、光弁、光学弁指向性バックライト、及び弁指向性バックライト（「ｖ−ＤＢＬ」）と呼ばれる、導光構造又は導光デバイスの１種とすることができる光学構造である。（空間光変調器は、当該技術分野において、一般的に「光弁」と称することもあるが）本開示において、光学弁は、空間光変調器とは異なる。結像指向性バックライトの１つの例は、折りたたみ式光学システムを用いることができる光学弁である。光は、光学弁を通って実質的にロス無く一方向に伝搬することができ、結像反射器に入射することができ、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第１３／３００，２９３号に記述されるように、光が複数の反射傾斜光抽出機構（reflection off tilted light extraction features）によって抽出され、視野窓に配向され得るよう、反対方向に伝搬することができる。

本明細書において使用される際、結像指向性バックライトの例は、段付き導波路結像指向性バックライト、折りたたみ式結像指向性バックライト、ウェッジタイプ指向性バックライト、又は光学弁を含む。

更に、本明細書において使用される際、段付き導波路結像指向性バックライトは、光学弁とすることができる。段付き導波路は、光を導くための導波路を含み、第１の導光表面、及び第１の導光表面に相対する第２の導光表面を更に含み、ステップとして配列された、複数の抽出機構がちりばめられた複数の導光機構を更に含む結像指向性バックライト用の導波路である。

更に、使用されるように、折りたたみ式結像指向性バックライトは、ウェッジタイプ指向性バックライト又は光学弁の少なくとも１つとすることができる。

動作において、光は、例示的な光学弁内を第１の方向に、入力端から反射端に伝搬でき、実質的にロス無く伝達することができる。光は、反射端にて反射でき、実質的に第１の方向に相対する第２の方向に伝搬する。光の第２の方向への伝搬に従って、光は、光学弁外に光を再配向するよう動作可能な複数の光抽出機構に入射することができる。つまり、光学弁は、一般的に光を第１の方向に伝搬可能にし、第２の方向へ伝搬している間に光を抽出可能にする。

光学弁によって、大型ディスプレイエリアの時系列指向性照明を実現することができる。更に、光を巨視的光照射器から名目上の窓面へ配向するよう、光学素子の後方作動距離より薄い光学素子を用いることができる。このようなディスプレイは、実質的に平行な導波路内に反対方向に伝搬する光を抽出するように構成された光抽出機構のアレイを使用することができる。

ＬＣＤと共に使用する薄型結像指向性バックライトの実装は、３Ｍによる、例えば、米国特許第７，５２８，８９３号、本明細書に「ウェッジタイプ指向性バックライト」として参照される、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔによる、例えば、米国特許第７，９７０，２４６号、本明細書に「光学弁」又は「光学弁指向性バックライト」として参照される、ＲｅａｌＤによる、例えば、米国特許出願第１３／３００，２９３号にて提示及び実証され、それらのすべてが、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、光が、複数の光抽出機構と、複数の中間領域と、を含む、第１のガイド表面及び第２のガイド表面を含むことができる、例えば段付き導波路の内側面間を前後に反射することができる、段付き導波路結像指向性バックライトを提供する。光は、段付き導波路の長手方向に沿って移動するので、光は、第１のガイド表面及び第２のガイド表面に対する入射角を実質的に変化させず、これら内側表面での媒体の臨界角には到達できない。光抽出は、複数の中間領域（ステップ「トレッド」）に対して傾斜する第２のガイド表面（ステップ（「ライザー」）の複数のファセットとすることができる複数の光抽出機構によって、好都合に実現することができる。複数の光抽出機構は、段付き導波路の導光動作の一部とはできないものの、構造から光抽出を提供できるように構成することができることに留意すべきである。対照的に、ウェッジタイプの結像指向性バックライトは、連続的な内側表面を有するウェッジ形状が施された導波路内に光を導くことができる。したがって、段付き導波路（光学弁）は、つまり、ウェッジタイプ結像指向性バックライトではない。

図１Ａは、指向性ディスプレイデバイスの一実施形態における光伝搬の正面図を示す略図であり、図１Ｂは、図１Ａの指向性ディスプレイデバイスにおける光伝搬の側面図を示す略図である。

図１Ａは、指向性ディスプレイデバイスの指向性バックライトのｘｙ面における正面図を示し、段付き導波路１を照射するのに使用することができる光照射器アレイ１５を含む。光照射器アレイ１５は、光照射器素子１５ａ〜光照射器素子１５ｎ（「ｎ」は、１より大きい整数）を含む。１つの例において、図１Ａの段付き導波路１は、段付きの、ディスプレイサイズの導波路１とすることができる。複数の光照射器素子１５ａ〜１５ｎは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる複数の光源である。ＬＥＤは、本明細書にて複数の光照射器素子１５ａ〜１５ｎとして記述されているが、ダイオード源、半導体源、レーザー源、局所的電界放出源、有機エミッターアレイなどのこれらに限定しない他の複数の光源を使用することができる。更に、図１Ｂは、ｘｚ面における側面図を示し、図示のとおりに配列された光照射器アレイ１５、ＳＬＭ（空間光変調器）４８、複数の抽出機構１２、複数の中間領域１０、及び段付き導波路１を含む。図１Ｂに提供された側面図は、図１Ａに示す正面図の代替的な図である。したがって、図１Ａ及び１Ｂの光照射器アレイ１５は、互いに対応し、図１Ａ及び図１Ｂの段付き導波路１は、互いに対応することができる。

更に、図１Ｂでは、段付き導波路１は、薄い入力端２及び厚い反射端４を有することができる。したがって、導波路１は、入力光を受光する入力端２と、入力光を反射して導波路１を通って戻す反射端４との間に延在する。入力端２の導波路にわたる横方向の長さは、入力端２の高さより大きい。複数の光照射器素子１５ａ〜１５ｎは、入力端２にわたる横方向に、異なる入力位置に配置される。

導波路１は、入力端２と反射端４との間に延在する、内部全反射（ＴＩＲ）により光を導波路１に沿って前後に導くための、相対する第１のガイド表面及び第２のガイド表面を有する。第１のガイド表面は、平面である。第２のガイド表面は、反射端４に対向し、反射端から導波路１を通って導かれて戻される少なくともいくらかの光を、第１のガイド表面における内部全反射を変化させ、ＳＬＭ ４８に供給されている、例えば、図１Ｂにおける上方の第１のガイド表面を通した出力を可能にする方向に反射するために傾斜された複数の光抽出機構１２を有する。

この例では、他の反射機構を使用できたとしても、複数の光抽出機構１２は、複数の反射ファセットである。複数の光抽出機構１２は、導波路を通って光を導かないことに対し、複数の光抽出機構１２の中間の第２のガイド表面の複数の中間領域は、光を抽出することなく導く。第２のガイド表面のこれらの領域は、平面であり、第１のガイド表面に平行、又は相対的に低い傾斜で延在してもよい。複数の光抽出機構１２は、第２のガイド表面が複数の光抽出機構１２及び複数の中間領域を含む段付き形状を有することができるように、それらの領域に横方向に延在する。複数の光抽出機構１２は、複数の光源からの光を、第１のガイド表面を通って、反射端４からの反射後に反射するよう方向づけられている。

複数の光抽出機構１２は、入力位置によって決まる第１のガイド表面に相対的な異なる方向の入力端にわたる横方向に、異なる入力位置からの入力光を配向するように構成されている。複数の照明素子１５ａ〜１５ｎは、異なる入力位置に配列されているため、照明素子１５ａ〜１５ｎのそれぞれからの光は、それら異なる方向に反射されている。このようにして、それぞれの照明素子１５ａ〜１５ｎは、光を光学窓のそれぞれに、入力位置に従って横方向に分布された出力方向に配向する。入力位置が分布されている入力端２にわたる横方向は、第１のガイド表面に対する法線に対して横方向に、出力光に関して対応する。反射端４及び第１のガイド表面での偏向が、概ね横方向に対して直交している本実施形態では、入力端２にて、かつ出力光に関して定義されるような横方向は、平行に維持される。制御システムの制御下では、複数の光照射器素子１５ａ〜１５ｎを、光を選択可能な光学窓に配向するよう選択的に操作することができる。複数の光学窓は、個別に使用しても、視野窓としてグループで使用してもよい。

本開示では、光学窓は、複数の光学窓がディスプレイデバイスの全体にわたって形成する、名目上の面である窓面における単一光源の画像に対応することができる。代替的に、光学窓は、共に投影される光源グループの画像に対応することができる。このような光源グループは、アレイ１２１の光学窓の均一性を好都合に向上することができる。

比較として、視野窓は、ディスプレイエリアからの実質的に同じ画像の画像データを含む、光が提供される窓面における領域である。したがって、視野窓は、単一の光学窓又は複数の光学窓から、制御システムの制御下にて形成することができる。

導波路にわたって延在するＳＬＭ ４８は、透過型であり、そこを通過する光を変調する。ＳＬＭ ４８は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）とすることができるが、これは、単に例を表すものであり、他の空間光変調器又はディスプレイを、ＬＣＯＳ、ＤＬＰデバイスなどを含めて、この光照射器が反射して作動できるように使用することができる。この例では、ＳＬＭ ４８は、導波路の第１のガイド表面にわたって配置されており、複数の光抽出機構１２からの反射後に第１のガイド表面を通って光出力を変調する。

光学窓の一次元アレイを提供することができる指向性ディスプレイデバイスの動作を図１Ａの正面図に示し、その側面の概要を図１Ｂに示す。図１Ａ及び１Ｂにおいて、動作の際、光は、段付き導波路１の入力端２、ｘ＝０、の表面に沿って異なる位置、ｙ、に位置した光照射器素子１５ａ〜１５ｎのアレイといった光照射器アレイ１５から出射される。光は、段付き導波路１内を第１の方向における＋ｘに沿って伝搬することができ、同時に、光は、ｘｙ面にて扇状に展開することができ、横方向の正の屈折力を有するよう湾曲した反射端４に到達すると、およそ又は完全に湾曲端側４に充満することができる。伝搬中、光は、ｘｚ面にてガイド材の臨界角以下の一組の角度に広がることができる。段付き導波路１の第２のガイド表面の複数の中間領域１０をリンクする複数の抽出機構１２は、臨界角を超える傾斜角度を有することができ、したがって、第１の方向における＋ｘに沿って伝搬する実質的にすべての光によって除外することができ、実質的にロスの無い前方伝搬を確保する。

図１Ａ及び１Ｂの考察を続けると、段付き導波路１の反射端４は、通常は、例えば銀といった反射材でのコーティングによる反射性を付することができるが、他の反射技術も用いることができる。それによって、光は、第２の方向に再配向され、−ｘの方向のガイドに戻り、実質的にｘｙ又はディスプレイ面に集束することができる。角拡散は、実質的にｘｚ面における主伝搬方向に対して維持され、これにより光は、ライザーの端部に当たり、ガイドの外に反射することができる。約４５度の複数の傾斜抽出機構１２を伴う一実施形態においては、光は、実質的に伝搬方向に相対的に維持されたｘｚ角拡散を伴い、ｘｙディスプレイ面に対するおおよその法線に効果的に配向することができる。この角拡散は、光が、屈折によって段付き導波路１を出ることで増大する場合があり、複数の抽出機構１２の反射特質によって多少減少する場合がある。

複数の未コーティングの抽出機構１２を伴う、いくつかの実施形態においては、内部全反射（ＴＩＲ）の不足により反射が減少する場合があり、ｘｚ角度プロファイルを狭め、法線からのずれが生じる場合がある。しかしながら、銀コーティング又は金属コーティングされた抽出機構を有する他の実施形態においては、増大した角拡散及び中央の法線方向を保持することができる。銀コーティングの抽出機構を伴う実施形態の記述を続けると、ｘｚ面では、光は、段付き導波路１をおおよそ集束して出射することができ、入力エッジの中心から、光照射器アレイ１５内の光照射器素子１５ａ〜１５ｎのそれぞれのｙ位置に比例して、法線からずらして配向することができる。入力端２に沿って独立した光照射器素子１５ａ〜１５ｎを有することにより、図１Ａに示すように、光は、第１のガイド表面６の全体から出射可能となり、異なる外角に伝搬可能となる。

そのようなデバイスを伴う高速液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルといった空間光変調器（ＳＬＭ）４８を照射することによって、平面図又は図２Ａにおける光照射器アレイ１５の端部から見たｙｚ面、図２Ｂにおける正面図、及び図２Ｃにおける側面図に示すような自動立体３Ｄを実現することができる。図２Ａは、光の指向性ディスプレイデバイス内での伝搬を平面図にて示す略図であり、図２Ｂは、光の指向性ディスプレイデバイス内での伝搬を正面図にて示す略図であり、図２Ｃは、光の指向性ディスプレイデバイス内での伝搬を側面図にて示す略図である。図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃに示すように、段付き導波路１は、連続的な右目画像及び左目画像を表示する高速（例えば１００Ｈｚ超）ＬＣＤパネルＳＬＭ ４８の背後に位置することができる。これに同期して、光照射器アレイ１５の特定の光照射器素子１５ａ〜１５ｎ（「ｎ」は、１より大きい整数）は、選択的にオン及びオフにすることができ、システムの方向性によって実質的に独立して右目及び左目に入る照明光を提供する。最も簡単な場合には、光照射器アレイ１５の光照射器素子のセットのそれぞれは、共にオンとなり、水平方向に離れた両目が左目画像を見ることができる、一次元の視野窓２６、又は水平方向の幅は、限定されるものの、垂直方向に延在する光学瞳、並びに両目、及び両目が異なる画像を見ることができる中央位置により右目画像を主に見ることができる別の視野窓４４を提供する。視野窓２６は、光学窓２６０のアレイを含むことができ、視野窓４４は、光学窓４４０のアレイを含むことができ、光学窓のそれぞれは、アレイ１５の単一の光照射器によって形成される。したがって、複数の光照射器を配列して、視野窓２６及び４４を形成することができる。図２Ａにおいて、視野窓２６は、単一の光照射器１５ａによって形成されるとして示されるため、単一の光学窓２６０を含むことができる。同様に、視野窓４４は、単一の光照射器１５ｎによって形成されるとして示されるため、単一の光学窓４４０を含むことができる。このようにして、視聴者の頭部がほぼ中央に位置合わせされた場合に３Ｄを見ることができる。中央位置から側方へ離れる動きにより、シーンを２Ｄ画像に収縮することができる。

反射端４は、導波路にわたる横方向への正の屈折力を有することができる。反射端４が正の屈折力を通常有する実施形態において、光軸は、例えば反射端４の湾曲の中心を通り、ｘ軸を中心とした端部４の鏡映対称の軸に一致するラインであるといった、反射端４の形状を参照して定義することができる。反射面４が平面である場合は、光軸は、例えば湾曲されている場合、複数の光抽出機能１２といった屈折力を有する他のコンポーネント、又は以下に記述するフレネルレンズ６２に関して同様に定義することができる。光軸２３８は、通常、導波路１の機械軸と一致している。端部４に実質的に円筒状の反射面を通常含む本実施形態においては、光軸２３８は、端部４の表面の湾曲の中心を通り、ｘ軸を中心とした側部４の鏡映対称の軸に一致するラインである。光軸２３８は、通常、導波路１の機械軸と一致している。端部４での円筒状の反射面は、通常、球状の外形であってもよく、オンアクシス及びオフアクシスの視聴位置に対する能力を最適化する。他の外形も使用することができる。

図３は、指向性ディスプレイデバイスを側面図に示す略図である。更に、図３は、透過材料とすることができる段付き導波路１の動作の側面図を更に詳細に示す。段付き導波路１は、光照射器入力端２と、反射端４と、実質的に平面であってもよい第１のガイド表面６と、複数の中間領域１０及び複数の光抽出機構１２を含む第２のガイド表面８と、を含んでもよい。動作においては、例えばＬＥＤのアドレス指定が可能なアレイであってもよい光照射器アレイ１５（図３では、非表示）の光照射器素子１５ｃからの光線１６は、第１のガイド表面６による内部全反射及び第２のガイド表面８の複数の中間領域１０による内部全反射によって、段付き導波路１内で、鏡面であってもよい反射端４へ、導くことができる。反射端４は、鏡面であってもよく、光を反射してもよいが、実施形態によっては、光が反射端４を通過してもよい。

図３の考察を続けると、反射端４にて反射した光線１８は、反射端４での内部全反射によって段付き導波路１内に更に導かれ、複数の抽出機構１２によって反射することができる。複数の抽出機構１２に入射する光線１８は、段付き導波路１の導光モードから実質的に偏向することができ、光線２０によって示されるように、第１のガイド表面６を通って、自動立体ディスプレイの視野窓２６を形成することができる光学瞳に配向することができる。視野窓２６の幅は、反射端４及び複数の抽出機構１２における少なくとも光照射器のサイズ、照射される光照射器素子１５ｎの数、出力設計距離、及び屈折力によって決定することができる。視野窓の高さは、複数の抽出機構１２の反射円錐角、及び入力端２での照明円錐角入力によって主に決定することができる。したがって、それぞれの視野窓２６は、名目上の視覚距離での窓面１０６と交差する空間光変調器４８の表面法線方向に対して個別の出力方向の範囲を表す。

図４Ａは、複数の湾曲光抽出機構を含む、第１の光照射器素子によって照射される指向性ディスプレイデバイスを正面図で示す略図である。更に、図４Ａは、光照射器アレイ１５の光照射器素子１５ｃからの光線の、光軸２８を有する段付き導波路１への更なる導光を正面図に示す。図４Ａでは、指向性バックライトは、段付き導波路１と、光源光照射器アレイ１５と、を含んでもよい。出力光線のそれぞれは、光照射器１５ｃのそれぞれの入力端２から、同じ光学窓２６０に向けて配向される。図４Ａの光線は、段付き導波路１の反射端４から出射することができる。図４Ａに示すように、光線１６を、光照射器素子１５ｃから反射端４に向けて配向することができる。次に、光線１８は、光抽出機構１２から反射し、反射端４から光学窓２６０に向けて出射することができる。したがって、光線３０は、光学窓２６０内で光線２０と交差するか、又は光線３２によって示されるように視野窓内に異なる高さを有することができる。加えて、種々の実施形態において、導波路１の側部２２及び２４は、透過面、鏡面、又は黒化した表面とすることができる。図４Ａの考察を続けると、複数の光抽出機構１２は、延長することができ、第２のガイド表面８（図３に示しているが、図４Ａには、示していない）の第１の領域３４における複数の光抽出機構１２の向きは、第２のガイド表面８の第２の領域３６における複数の光抽出機構１２の向きとは異なってもよい。本明細書にて考察した他の実施形態と同様、例えば、図３に示すように、図４Ａの複数の光抽出機構は、複数の中間領域１０と交互になってもよい。図４Ａに示すように、段付き導波路１は、反射端４上に反射表面を含むことができる。一実施形態において、段付き導波路１の反射端は、段付き導波路１にわたる横方向の正の屈折力を有することができる。

別の実施形態において、指向性バックライトのそれぞれの複数の光抽出機構１２は、導波路にわたる横方向の正の屈折力を有することができる。

別の実施形態において、指向性バックライトのそれぞれは、第２のガイド表面の複数のファセットであり得る複数の光抽出機構１２を含むことができる。第２のガイド表面は、光を実質的に抽出することなく、導波路を通ってその光を配向するように構成されてもよい複数のファセットと交互になる領域を有することができる。

図４Ｂは、第２の光照射器素子によって照射することができる指向性ディスプレイデバイスを正面図に示す略図である。更に、図４Ｂは、光照射器アレイ１５の第２の光照射器素子１５ｈからの光線４０、４２を示す。反射端４及び複数の光抽出機構１２上の反射表面の湾曲は、光照射器素子１５ｈからの光線にて光学窓２６０から横方向に分離された第２の光学窓４４０を協働して生成する。

図４Ｂに示す構成により、図４Ａに示すような、反射端４における屈折力及び領域３４と領域３６との間の複数の延長光抽出機構１２の異なる向きから生じることができる屈折力との協働により実像を形成することができる光学窓２６０にて、光照射器素子１５ｃの実像を好都合に提供することができる。図４Ｂの構成により、光学窓２６０内の横方向の位置への光照射器素子１５ｃの結像の収差を改善することができる。収差の改善により、低クロストークレベルを実現しながらも、自動立体ディスプレイに対する視覚的自由度の拡張を実現できる。

図５は、実質的な複数の直線状光抽出機構を有する指向性ディスプレイデバイスの一実施形態を正面図にて示す略図である。更に、図５は、複数の光抽出機構１２が実質的に直線状であり、互いに平行であるという違いの１つを伴い、（同様の対応する素子を伴う）図１と同様の構成要素の構成を示す。このような配列は、ディスプレイ表面にわたって実質的に均一な照明を好都合に提供でき、図４Ａ及び図４Ｂの複数の湾曲抽出機構よりも製造により都合がよい。指向性導波路１の光軸３２１は、反射端４における表面の光軸方向であってもよい。反射端４の屈折力は、光軸方向を横切るように構成され、したがって、反射端４に入射した光線は、光軸３２１からの入射光線の横方向オフセット３１９によって変動する角偏向を有することになる。

図６Ａは、第１のタイムスロットにおける時分割多重化結像指向性ディスプレイデバイス内の第１の視野窓の生成の一実施形態を示す略図であり、図６Ｂは、第２のタイムスロットにおける時分割多重化結像指向性バックライト装置内の第２の視野窓の生成の別の実施形態を示す略図であり、図６Ｃは、時分割多重化結像指向性ディスプレイデバイス内の第１の視野窓及び第２の視野窓の生成の別の実施形態を示す略図である。更に、図６Ａは、段付き導波路１からの視野窓２６の生成を模式的に示す。光照射器アレイ１５における光照射器素子グループ３１は、（単一の光学窓２６０又は光学窓２６０のアレイを含むことができる）視野窓２６に向けて配向される光円錐１７を提供し得る。図６Ｂは、視野窓４４の生成を模式的に示す。光照射器アレイ１５における光照射器素子グループ３３は、（単一の光学窓４４０又は光学窓４４０のアレイを含むことができる）視野窓４４に向けて配向される光円錐１９を提供し得る。時分割多重化ディスプレイとの協働にて、視野窓２６及び４４は、図６Ｃに示すような順序にて提供することができる。空間光変調器４８（図６Ａ、６Ｂ、６Ｃでは、非表示）上の画像が光方向出力に応じて調整されると、好適に配置された視聴者に対して自動立体画像を実現することができる。本明細書に記述のすべての結像指向性バックライトにより、同様の動作を実現し得る。光照射器素子グループ３１、３３は、それぞれ、照明素子１５ａ〜１５ｎ（「ｎ」は、１より大きい整数）からの１つ又は２つ以上の照明素子を含むことに注意されたい。

図７は、時分割多重化指向性ディスプレイデバイスを含む観察者トラッキング自動立体ディスプレイ装置の一実施形態を示す略図である。図７に示すように、軸２９に沿った選択的な光照射器素子１５ａ〜１５ｎのオン及びオフにより、視野窓２６、４４の指向性を制御することができる。頭部４５の位置は、カメラ、モーションセンサー、モーションディテクター、又は任意の他の適切な光学的、機械的、又は電気的手段を用いてモニターすることができ、光照射器アレイ１５の複数の適切な光照射器素子は、頭部４５の位置に関わりなく、それぞれの目に実質的に独立した画像を提供するようオン及びオフすることができる。頭部トラッキングシステム（又は第２の頭部トラッキングシステム）は、頭部４５、４７（頭部４７は、図７には、非表示）の１つを超えるモニタリングを提供することができ、同じ左目画像及び右目画像をそれぞれの視聴者の左右の目に供給し、すべての視聴者に３Ｄを提供することができる。ここでも、本明細書に記述のすべての結像指向性バックライトにより、同様の動作を実現し得る。

図８は、結像指向性バックライトを含む例としての、マルチビューアー指向性ディスプレイデバイスの一実施形態を示す略図である。図８に示すように、少なくとも２つの２Ｄ画像を、視聴者４５、４７のペアに向けて配向することができ、これにより、それぞれの視聴者は、空間光変調器４８上の異なる画像を見ることができる。図８の２つの２Ｄ画像は、２つの画像が２人の視聴者に向けて配向される光を有する複数の光源に連続して、かつ同期して表示される、図７に関する記述と同様に生成することができる。１つの画像は、第１のフェーズにおける空間光変調器４８上で提示され、第２の画像は、第１のフェーズとは異なる第２のフェーズにおける空間光変調器４８上で提示される。第１のフェーズ及び第２のフェーズに対応して、第１の視野窓２６及び第２の視野窓４４をそれぞれ提供するよう出力照明は、調整されている。両目が視野窓２６にある観察者は、第１の画像を認識し、同時に両目が視野窓４４にある観察者は、第２の画像を認識する。

図９は、結像指向性バックライトを含むプライバシー指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。２Ｄディスプレイシステムもまた、図９に示すように光を第１の視聴者４５の両目に主に配向することができる指向性バックライティングを、安全性及び効率の目的で使用することができる。更に、図９に示すように、第１の視聴者４５は、デバイス５０の画像を見ることができるが、光は、第２の視聴者４７に向けて配向されていない。したがって、第２の視聴者４７は、デバイス５０上の画像を見ることを妨げられる。本開示のそれぞれの実施形態は、自動立体機能、デュアル画像機能、又はプライバシーディスプレイ機能を好都合に提供することができる。

図１０は、結像指向性バックライトを含む例としての、時分割多重化指向性ディスプレイデバイスの構造を側面図にて示す略図である。更に、図１０は、段付き導波路１の出力表面にわたる実質的に集束された出力のための視野窓２６を提供するように構成された段付き導波路１と、フレネルレンズ６２と、を含むことができる自動立体指向性ディスプレイデバイスを側面図にて示す。縦型拡散体６８は、視野窓２６の高さを更に伸長するよう、かつ、横方向（ｙ軸）の方向へのブレを最小限にしつつ、縦方向（Ｘ軸に平行）の方向へのブレを実現するよう、配列することができる。次に、光は、空間光変調器４８を通って結像することができる。光照射器アレイ１５は、例えば、蛍光体変換青色ＬＥＤ又は個別のＲＧＢ ＬＥＤであってもよい複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでもよい。代替的に、光照射器アレイ１５内の光照射器素子は、個別の照明領域を提供するように構成された均一光源と、空間光変調器と、を含んでもよい。代替的に、光照射器素子は、（複数の）レーザー光源を含んでもよい。レーザー出力は、例えば検流計スキャナー又はＭＥＭＳスキャナーを使用してのスキャニングの手段を用いて拡散体上に配向することができる。したがって、１つの例において、レーザー光を用いて、適切な出力角度を有する実質的に均一な光源を提供し、更に、スペックルを減少させるために、光照射器アレイ１５にて複数の適切な光照射器素子を提供することができる。代替的に、光照射器アレイ１５は、レーザー発光素子のアレイとすることができる。加えて１つの例において、拡散体は、波長変換蛍光体であってもよく、その結果、照明を可視出力光までの異なる波長にすることができる。

したがって、図１〜１０は、導波路１、そのような導波路１及び光照射器アレイ１５を含む指向性バックライト、並びにそのような指向性バックライト及びＳＬＭ ４８を含む指向性ディスプレイデバイスを種々に説明する。図１〜１０を参照して上記に開示されるこのような種々の機構は、任意の組み合わせにて組み合わせることができる。

図１１は、ウェッジタイプ指向性バックライトとして示される別の結像指向性バックライトの正面図を示す略図であり、図１２は、同様のウェッジタイプ指向性ディスプレイデバイスの側面図を示す略図である。ウェッジタイプ指向性バックライトは、概ね、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，６６０，０４７号、発明の名称「Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｌｅｎｓ」にて考察されている。構造は、反射層１１０６にて優先的にコーティングすることができる底面、及び同様に反射層１１０６にて優先的にコーティングすることができる端部波形面１１０２を有するウェッジタイプ導波路１１０４を含むことができる。

一実施形態において、指向性ディスプレイデバイスは、入力端と、導波路に沿って光を導くための、相対する第１のガイド表面及び第２のガイド表面と、入力光からの光を反射して導波路を通って戻すための入力端に対向する反射端と、を有する、導波路を含んでもよい。指向性ディスプレイデバイスは、導波路の入力端にわたって異なる入力位置に配置された光源のアレイを含んでもよい。導波路は、入力位置によって主として決まり得る、第１のガイド表面に対する法線に対する出力方向に、反射端からの反射後に、複数の光源からの入力光を出力光として、第１のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成されてもよい。指向性ディスプレイデバイスはまた、第１のガイド表面からの出力光を受光するように構成され、かつ、第１の偏光を有する出力光の第１の偏光コンポーネントを変調するように構成された、透過型空間光変調器を含んでもよい。

ウェッジタイプ指向性バックライトの一実施形態において、第１のガイド表面が、内部全反射によって光を導くように構成されてもよく、第２のガイド表面が、実質的に平面であり、第１のガイド表面を通って光を出力するための内部全反射を変化させる方向に光を反射する角度に傾斜してもよい。ウェッジタイプ指向性バックライトは、指向性ディスプレイデバイスの一部であり得る。指向性ディスプレイデバイスはまた、空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるための導波路の第１のガイド表面にわたって延在する偏向素子を含んでもよい。

図１２に示すように、光は、複数の局所光源１１０１からウェッジタイプ導波路１１０４に入ることができ、光は、端面に反射する前に第１の方向に伝搬することができる。光は、その帰路にある間にウェッジタイプ導波路１１０４を出ることができ、ディスプレイパネル１１１０を照射することができる。光学弁との比較として、光が出力表面上に臨界角で入射する場合にエスケープすることができるよう、ウェッジタイプ導波路は、伝搬光の入射角を小さくするテーパーによる抽出を行うことができる。ウェッジタイプ導波路内において臨界角でエスケープする光は、プリズムアレイなどの再配向層１１０８によって偏向されるまで、実質的に表面に対して平行に伝搬する。ウェッジタイプ導波路の出力表面上の誤差又はダストは、臨界角を変化させる場合があり、迷光及び均一性誤差を生じさせる場合がある。更に、鏡を使用してビーム路をウェッジタイプ指向性バックライト内に折り返す結像指向性バックライトは、光円錐方向に対してウェッジタイプ導波路内にバイアスをかけるファセットミラーを用いることができる。このようなファセットミラーは、一般的に製作が複雑で、照明均一性誤差、並びに迷光をもたらす場合がある。

ウェッジタイプ指向性バックライト及び光学弁は、光ビームを異なる方法で更に処理する。ウェッジタイプ導波路では、適切な角度での光入力は、主要表面上の規定位置にて出力するが、光線は、実質的に同じ角度及び実質的に主要表面に対して平行に出射するであろう。これに比較して、光学弁の段付き導波路への特定の角度での光入力は、第１の側部にわたる点から、入力角によって決まる出力角で出力する。好都合なことに、光学弁の段付き導波路は、観察者に向かう光を抽出する光再配向フィルムを更に必要とせず、入力角不均一性により、ディスプレイ表面にわたって不均一性となるわけではない。

しかし、本開示においては、通常、ウェッジタイプ導波路１１０４といったウェッジタイプ導波路を指向性バックライトに使用することができ、段付き導波路１を、上記の図１〜１０に示す種々の構造及び以下に記述する構造に置き換えることができる。

続いて、指向性ディスプレイデバイスと、指向性ディスプレイデバイスが、導波路と、ＳＬＭと、を含む、指向性バックライトを含む制御システムと、を含む、いくつかの指向性ディスプレイ装置を記述する。以下の記述では、導波路、指向性バックライト、及び指向性ディスプレイデバイスは、上記の図１〜１０の構造に基づいており、これらを内含するが、上記のように、段付き導波路１をウェッジタイプ導波路にて置き換えた場合も、同様に適応するであろう。以降に記述する修正及び／又は追加的特徴を除き、上の記述は、以下の導波路、指向性バックライト、及びディスプレイデバイスに等しく適用されるが、簡潔にするために繰り返さない。

図１３は、ディスプレイデバイス１００と、制御システムと、を含む、指向性ディスプレイ装置を示す略図である。制御システムの構成及び動作を以降に記述し、必要に応じて変更し、本明細書に開示されるそれぞれのディスプレイデバイスに適用することができる。

指向性ディスプレイデバイス１００は、導波路１と、上記のように配列された光照射器素子１５ｎのアレイ１５と、を含む、指向性バックライトを含む。制御システムは、照明素子１５ａ〜１５ｎを選択的に操作して、光を選択可能な複数の光学窓に配向するように構成されている。

導波路１は、上記のように構成されている。反射端４は、反射した光を収束させる。フレネルレンズ６２は、反射端４と協働するように構成することができ、観察者９９によって観察される窓面１０６に複数の視野窓２６を実現する。透過型空間光変調器（ＳＬＭ）４８は、指向性バックライトからの光を受光するように構成することができる。更に、拡散体６８は、導波路１とＳＬＭ ４８並びにフレネルレンズ６２のピクセルとの間のモワレ干渉を実質的に除去するよう設けられる。

制御システムは、ディスプレイデバイス１００に対して観察者９９の位置を検出するように構成されたセンサーシステムを含むことができる。センサーシステムは、カメラなどの位置センサー７０と、例えば、コンピュータービジョン画像処理システムと、を含むことができる、頭部位置測定システム７２を含む。制御システムは、更に、頭部位置測定システム７２から供給された観察者の検出位置が双方に供給される照明コントローラー７４と、画像コントローラー７６と、を含む。照明コントローラー７４は、駆動信号を光照射器素子１５ｎに供給する。駆動信号を制御することにより、照明コントローラー７４は、光照射器素子１５ｎを選択的に操作し、導波路１と協働して光を視野窓２６内に配向する。照明コントローラー７４は、頭部位置測定システム７２によって検出された観察者の位置に従って操作される光照射器素子１５を選択し、その結果、光が配向される視野窓２６が観察者９９の左右の目に対応する位置に来る。このように、導波路１の横方向の出力方向性は、観察者の位置に対応する。

照明コントローラー７４は、光照射器素子１５のそれぞれに供給された駆動信号を変動させて、光の階調と称し得る、アレイ１５の光源のそれぞれが発した光の光束を制御するように構成することができる。光源の光束は、光源が発した屈折力の尺度であり、ルーメンで測定される。

光束の制御は、制限なく、電圧変調、電流変調、パルス幅変調、光源と入力端２との間に設けられた空間光変調器の制御、又は他の既知の階調駆動方式を含む任意の好適な駆動方式によってもたらすことができる。更に、光照射器素子１５ｎのそれぞれが発した光束は、アドレス指定可能なデバイスのそれぞれに流れる電流を変えること、あるいは、残像により観察者が認識する明るさを変動させるため、１つ又は２つ以上のパルスの長さを変更するパルス幅変調方式により変動させ得る。これら２つの効果を合わせて所望の明るさ制御を実現することも可能である。

画像コントローラー７６は、ＳＬＭ ４８を制御して画像を表示する。自動立体ディスプレイを提供するため、画像コントローラー７６及び照明コントローラー７４は、以下のように動作することができる。画像コントローラー７６は、ＳＬＭ ４８を制御し、一時的に多重化された左目画像及び右目画像を表示する。照明コントローラー７４は、複数の光源１５を操作し、左目画像及び右目画像の表示に同期して観察者の左右の目に対応する位置にある複数の視野窓に光を配向する。複数の視野窓の位置は、観察者の検出された位置によって主に決まり得る。このようにして、自動立体効果は、時分割多重化技術を用いて実現されている。

以下に記述するように、ユーザー又は自動制御の下で動作している光束コントローラー５８０は、照明コントローラー７４を制御して、横方向の光照射器素子１５ｎのそれぞれに関連づけられた幅だけ逆にスケーリングされ、光照射器素子のアレイ１５にわたって変動する光束を有する光を出力するよう指向性バックライトの光照射器素子１５ｎを制御する方法を実施させることができる。

アレイ１５にわたって変動する光束の量は、スケーリングされた個々の光照射器１５の光束である。スケーリングは、逆であり、その幅は、横方向の光照射器素子１５ｎのそれぞれと関連づけられている。そのスケーリングの目的は、アレイ１５にわたる光照射器素子１５のピッチの任意の変動を考慮することである。したがって、光照射器素子１５ｎが、導波路１の入力端４にわたって、横方向の一定のピッチで異なる入力位置にて配置されるという単純な場合では、スケーリングが一定であるため、スケーリングされた光束は、単に複数の光照射器素子１５ｎの実際の光束である。横方向の光照射器素子１５ｎのピッチが可変である場合、スケーリングされた光束は、その変動するピッチを考慮する。

よって、スケーリングされた光束は、複数の光源と出力のそれぞれの光束にわたる不均一性との間のずれを考慮することができる。したがって、光照射器素子１５ｎに関連づけられた幅は、検討されている光照射器素子１５ｎにおける複数のアレイ光照射器素子１５ｎのピッチと解釈することができる。同様に、光照射器素子１５ｎに関連づけられた幅は、複数の光照射器素子１５ｎ間の隙間の中間点の間の幅と解釈することができる。図５３を参照し、スケーリングされた光束について更に説明する。

ここで、スケーリングされた光束が考えられるが、その理由は、以下で更に説明するように、ディスプレイデバイス１００において、この量が、出力光の光度に影響するためである。ディスプレイデバイスの光度は、ディスプレイデバイスが、単位立体角度あたりの、特定の方向に発する力の尺度である。よって、スケーリングされた光束は、制御されて、所望の光度を提供する。

これは、好都合であるが、理由は、観察者９９が認識するディスプレイデバイス１００の明るさが、所与の方向に進む光の単位面積あたりの光度の測光尺度である輝度によって引き出されるからである。したがって、光束線密度の変動により、認識される明るさを制御することができ、例えば、観察者９９の異なる位置について認識される明るさ（輝度）を変動させることができ、かつ／又は所与の認識される明るさについて消費電力を最小にすることができる。

検討される光束は、発せられた全光束である。これは、横方向に対して垂直の方向にわたって複数の光照射器素子１５が発した光束を統合することによって得ることができる。

いくつかの実施形態において、光束コントローラー５８０は、光束を制御して、横方向の位置に対して固定された光束分布における光照射器素子１５ｎのアレイにわたって変動させることができる。

他の実施形態において、光束コントローラー５８０は、光束を制御して、センサーシステムにより検出されたように、観察者９９の検出された位置に従い、光照射器素子１５ｎのアレイにわたって変動させることができる。

光束コントローラー５８０が、光束を制御して、光照射器素子１５ｎのアレイにわたって変動させる、いくつかの具体的方法について、以下で説明する。

まず、光束コントローラー５８０が、スケーリングされた光束を制御して、横方向の位置に対して固定された光束分布における光照射器素子１５ｎのアレイにわたって変動させることができる、いくつかの実施形態について説明する。これには、ディスプレイデバイス１００が操作されて、自動立体モードなどの指向性動作モードと比較して、広角から視聴可能な２Ｄ画像を表示するとき、特定の利点がある。その場合、すべての光照射器素子１５ｎは、同時に操作することができ、この場合、センサーシステムを使用しなくても、あるいは省略してもよい。

あるいは、照明コントローラー７４は、複数の光源１５を操作して、観察者の検出された位置に従い、両目で見ることができる単一の視野窓に、光を配向することができ、ＳＬＭ ４８は、プライバシー動作モード及び高効率動作モードの２Ｄ視聴のために、単一のフェーズにおいて動作するように構成されている。このような視野窓は、観察者の左右の目両方で見られるよう、十分に広い。あるいは、ディスプレイデバイスを操作して、自動立体３Ｄディスプレイを提供するとき、固定された光束分布を適用してもよい。

図１４Ａは、導波路１と、窓面１０６に光学窓２６０のアレイを設ける光照射器素子１５ｎのアレイと、を含む、指向性バックライトの平面図を示す略図であり、出力方向、よって、光学窓２６０のそれぞれの窓面における名目上の横方向の位置は、アレイ１５における光照射器のそれぞれの横方向の位置により決まる。したがって、窓面１０６を横切る横（ｙ軸）方向の位置２６２に対応する角度θにおいて、複数の光学窓２６０から見えるディスプレイの光度は、（示されたように、右目位置５６０及び左目位置５６２の）観察者９９の位置によって変動し得る。ランバート性であるディスプレイ光度の変動を実現するのが望ましく、これにより、ディスプレイは、観察者９９のそれぞれの目に等しく明るく見え、つまり、ディスプレイの輝度は、横方向の視覚的自由度の範囲内で実質的に同じである。あるいは、オフアクシスの視聴位置の輝度を低くして節電の利点を実現する、ディスプレイ光度の変動を実現することが望ましい。

光照射器素子１５ｎのアレイ１５の素子のそれぞれと光学窓のアレイの光学窓２６０のそれぞれとの間の移動機能は、アレイ１５と窓面１０６との間に設けられた光学コンポーネントの散乱、拡散、回折、及び結像特質の効果を含むことになる。したがって、複数の光学窓２６０は、複数の光照射器素子１５ｎの完全な画像ではない。しかし、複数の光学窓２６０の横方向の位置２６２は、通常、アレイ１５における光照射器素子１５ｎの横方向の位置２６１に直接関係することになる。

したがって、光束コントローラー５８０は、スケーリングされた光束を制御して、光照射器素子１５の入力位置を横方向にして、光束分布における光照射器素子１５ｎのアレイにわたって変動させることができ、これにより、出力方向の角度を有する出力光の光度の変動を表す、所望の配光を生成するが、その例について、以下で説明する。

図１４Ｂは、出力方向の角度θに対応する窓面１０６における視聴位置２６２に対する出力光の光度２６４のグラフを示す略図である。配光２６６は、ランバート性であり、ディスプレイの観察された輝度が、複数の視野窓内の視聴位置５００から視聴位置５０２にかけて一定である一方、視野角θの余弦、よって、ディスプレイにわたる光度が変動し得る際に、変動する光度を有する。

本実施形態においては、ランバートエミッターは、観察者の画角とは独立した表面の同じ外見上の輝度を実現する。したがって、表面は、等方性の輝度（カンデラ毎メートル^２、又はルーメン毎ステラジアン毎メートル^２で測定）を有し、光度（カンデラ、又はルーメン毎ステラジアンで測定）２６４の変動は、理想的な拡散放射器から観測された光度が、観察者の視線と面法線との間の角度θの余弦に正比例するランバートの余弦則に従う。本実施形態において、ランバート性は、例えば、ディスプレイの複数の光学窓の全幅など、画定された角度範囲にわたるディスプレイの発光を説明するのに使用される。したがって、複数の光学窓の幅の外側の窓面における位置にて、配光は、非ランバート性の形で動くことができる。

光度は、例えば、ＳＬＭ ４８の中心に対応する点など、通常、バックライト上の点に関して検討される。ディスプレイシステムの輝度（単位面積あたりの光度）は、出力の不均一性により、ディスプレイエリアにわたって変動することができ、単位面積のそれぞれの定められた視野角により、更に変動することになる。

図１４Ｂは、１より大きいゲインを有する配光２７２に関する配光を更に示す。より詳細には、配光２７２は、光束分布の最大値に対応する最大光度を有し、それは、ランバート性である配光２６６よりも大きく、２つの配光２６６及び配光２７２の全パワーは、出力方向５００から出力方向５０２のすべてにわたって同じである。したがって、ピーク光度は、オンアクシスの位置でより大きく、ランバート性である配光２６６よりも速い速度で低下する。したがって、ディスプレイ輝度は、オフアクシスの視聴位置で低下する。配光２７２の輝度対配光２６６のピーク輝度の割合は、ディスプレイシステムのゲインと称することが多い。

以下のように、光束コントローラー５８０は、スケーリングされた光束を制御して、ランバート性である配光２６６を伴う、又は１より大きいゲインを有する配光２７２を伴う出力光を提供する光束分布における光照射器素子１５ｎのアレイにわたって変動させることができる。

図１５Ａは、光軸２３８に関して出力方向の横方向角度θに対応する窓面１０６における視聴位置２６２に対する出力光の光度のグラフ、並びに、アレイ１５のスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。配光２６６及び配光２７２を示すが、それらのピーク光度は一致しており、これにより、オンアクシスの輝度は一致し、オンアクシスの視聴位置について、ディスプレイは等しく明るく見える。

一実施形態において、実質的に同じスケーリングされた光束出力を有するよう、アレイ１５の光照射器素子のすべてを制御することにより、ランバート性である配光２６６を実現することができる。

配光２７２を実現するために、矢印２７０が示すように、オフアクシスの位置の光度を、配光２６６と比較して低くすることができる。このことは、以下のように、複数の光照射器素子のスケーリングされた光束を制御して、光束分布の中のアレイ１５にわたって変動することにより、実現することができる。

図１５Ｂは、光照射器素子のアレイについての光束分布のグラフ、及びアレイ１５のスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。したがって、スケーリングされた光束２６３を、導波路１の入力端２にわたる横方向の、横方向の位置２６１に対して描いてもよい。複数の光抽出機構１２が反射する導波路１の構築において、スケーリングされた光束２６３は、一定の光束分布２６９を有し、ランバート性である配光２６６を提供する。矢印２７１は、一定の光束分布２６９と比較して、光学窓位置２６２のそれぞれで矢印２７０に対応する光源のそれぞれについて、スケーリングされた光束の低下を示し、１より大きいゲインを有する配光２７２を提供する、非線形の光束分布２７３を得ることができる。したがって、光束分布２７３は、光束の最大値５０８を有し、最大値５０８の両側で減少する。最大値５０８は、導波路１の光軸と位置合わせされた複数の光照射器素子に関して生じる。一実施形態において、アレイ１５の光照射器素子は、制御され、これにより、該光照射器素子のスケーリングされた光束は、非線形の光束分布２７３に従って変動し、これによって、１より大きいゲインを有する配光２７２を伴うディスプレイデバイス１００を提供する。すなわち、出力光の光度２６４は、ランバート性である概念的配光２６６よりも大きい実際の配光２７２における出力方向の角度２６２により変動し、すべての出力方向にわたる合計光度が実際の配光２７２と同じである。

図１５Ｃは、図１５Ｂの詳細を示す略図であるが、ｙ軸が、横方向に対して垂直の方向にわたって統合された実際の光束２６５を描いている。上述のように、入力端２にわたって所与の横方向の位置２６１における実際の光束２６５は、横方向に対して垂直、すなわち、ｚ軸に平行の切片において、導波路によって捕捉された光の積分である。光源のそれぞれからのすべての光が、導波路１によって捕捉されると仮定すると、実際の光束２６５は、ｚ軸における光源の切片の統合された束の出力と同じである。図１５Ｂの詳細２９３に関して図１５Ｃに示すように、アレイ１５の光源は、通常、光源間の隙間と光源内の構造により、横方向（ｙ軸）に、実際の光束２６５の実質的に不均一な分布を有する。例えば、図５０及び図５１において説明するように、光源は、青色及び黄色発光領域を有するＬＥＤを含むことができる。入力端２の厚みにわたって統合されたときの、異なる実際の光束２６５及び色度の横方向の出力は、このように実現することができる。この目的のため、複数の光源は、段階的に配列することができ、これにより、光源数５０４は、光束分布２７３を伴うスケーリングされた光束を提供する所与の光束５０６に関係する。したがって、光束分布２７３を、単一の光照射器素子１５ｎに関連づけられた横方向の幅にわたって平均された実際の光束２６５によって提供することができる。動作において、光照射器素子１５ｎは、窓面１０６において正確に結像されず、これにより、複数の視野窓は、横方向に拡散した重なる複数の光学窓を含むことができる。したがって、光束分布２７３から配光２７２への変換は、複数の視野窓２６内の隣接する複数の光学窓２６０の間のブレを更に考慮することができ、所望の配光２６２を実現するように構成することができる。

好都合に、ディスプレイの出力輝度をオンアクシスの視聴位置に対して維持することができ、オフアクシスの視聴位置に対して低下させることができる。したがって、ディスプレイの消費電力を、複数の、より不都合な視聴位置に対して低減し、ディスプレイ効率、充電期間を改善し、ディスプレイのコストを低減することができる。

図１５Ｄは、光束分布のグラフ、及び光束分布と位置合わせされた指向性バックライトの正面図を示す略図である。例示の便宜上、横方向の位置２６１を有するスケーリングされた光束２６３の光束分布２７３を、アレイ１５の光照射器素子のそれぞれと位置合わせして示す。したがって、光照射器素子５１４、５１６は、導波路１の光軸２３２と位置合わせされた分布２７３の最大値５０８を含むスケーリングされた光束５１０、５１２のそれぞれを有する。分布２７３は、５０１の位置２６１と、５０３の位置２６１との間に設けられる。したがって、束分布の最大値は、導波路の光軸２３２と位置合わせされた複数の光照射器素子に関するものであり得る。束分布の最大値は、導波路１の光軸２３２と位置合わせされた複数の光照射器素子５１４、５１６に関するものであり得る。好都合に、出力のピーク光度は、光軸２３２と位置合わせされ得るディスプレイ法線１０７に対するオンアクシスでもたらされる。したがって、輝度は、１より大きいゲインを有するディスプレイのオンアクシスの位置に対して、最大である。オンアクシスの位置は、通常、望ましい視聴位置であり、特に携帯ディスプレイなどにとって望ましい視聴位置であるため、ディスプレイは、オフアクシスの視聴位置に関して消費電力の低減を実現する一方、最適の視聴条件において最も明るく見える。

光束分布の最大値５０８は、導波路１の光軸２３２と位置合わせされた光照射器素子５１４、５１６に関するものである。このような配列は、光度２６４の最大値２５９を実現することができ、これは、導波路１の光軸２３２と位置合わせされた光学窓のそれぞれについて、あり得る。

図１５Ｄの実施形態は、広角２Ｄ視聴のための光照射器素子の一配列を示し、つまり、複数の光照射器素子は、継続的に、又は単一のフェーズで動作することができ、空間光変調器４８は、単一の２Ｄ画像を含むことができる。すべての光照射器素子１５ｎを同時に操作することができるため、センサーシステムを使用しなくても、又は省略してもよい。オフアクシスの視聴位置に関する自動立体モードにおいて増加したディスプレイゲインの節電の利点を提供することが、更に望ましい。

図１５Ｅ〜図１５Ｆは、自動立体ランバート性ディスプレイシステムに関する光束分布のグラフを示す略図である。この場合、スケーリングされた光束は、横方向の位置に対して固定された光束分布の中の光照射器素子１５ｎのアレイにわたって変動するが、ディスプレイデバイスを操作して、一時的に多重化された左右の目の画像を表示するＳＬＭ ４８、及び左右の目の画像のディスプレイに同期して、観察者の左右の目に対応する位置の複数の視野窓に配向される光によって、上記の自動立体３Ｄディスプレイを提供する。

図１５Ｅは、一定の光束分布２６９を使用して、図１４Ｂに示すように、ランバート性である配光２６６を提供する例を示す。左目フェーズに関するサブアレイ５２０、及び右目フェーズにおけるサブアレイ５２２における複数の光照射器素子の照明から、複数の視野窓２６を形成することができる。観察者９９の目がオフアクシスで動くと、スケーリングされた光束は、一定の値を有することができ、ディスプレイは、視野角によりランバート性外観（Lambertian appearance）を維持することができる。好都合に、照射される光照射器素子の数は、図１５Ｄの配列と比較して、かなり低減されている。それぞれの目にとっての輝度は、実質的に一定となり、自動立体視聴における深度誤差の外観を低減し、視聴者の快適性を増大する。

図１５Ｆ及び図１５Ｇは、非線形の光束分布２７３を使用して、１より大きいゲインを有する配光２７２を提供する例を示す。したがって、複数の光照射器素子を制御して、観察者９９の検出された位置に従い、複数の光照射器素子にわたって変動するスケーリングされた光束２６３を有する光を出力することができる。例えば、図１５Ｆは、観察者の検出された位置を光軸と位置合わせした場合を示し、図１５Ｆは、観察者の検出された位置をオフセットする場合を示す。左右の目に対する複数の光照射器素子のサブアレイ５２０、５２２を選択的に操作して、観察者の検出された位置により変化させる。複数の光照射器素子のサブアレイ５２０、５２２は、その幅にわたって変動する光度を有し、ゲインを得る。したがって、複数の光照射器素子を制御して、１より大きいゲインを有する配光２７２における出力光の角度２６２により変動する出力光の光度２６４を生成する形で、観察者９９の検出された位置に従い、複数の光照射器素子にわたって変動するスケーリングされた光束２６３を有する光を出力することができる。光照射器素子のすべてを任意のある時間に操作するわけではないため、好都合に、光照射器素子のアレイ１５の消費電力を、図１５Ｅの配列と比較して低減する。

好都合に、オフアクシスの消費電力を、オンアクシスの位置と比較して低減し、消費電力を更に低減することができる。

図１５Ｈは、１より大きいゲイン及びオフアクシスの視聴位置を有する自動立体ディスプレイシステムに関する光束分布の更なるグラフを示す略図である。本実施形態において、光照射器素子のアレイ５２０、５２２は、位置５２４におけるスケーリングされた光束に一致させることによって示される分布２７３をトラックするように配列されるが、サブアレイ５２０及び５２２にわたって等しい光束線密度を有する。したがって、スケーリングされた光束は、複数の光照射器素子の横方向の位置に対して固定されていないが、観察者の検出された位置に従い変動する、光束分布における光照射器素子１５ｎのアレイにわたって変動する。より詳細には、これは、１より大きいゲインを有する配光２７２における観察者の検出された位置の角度２６２により変動する出力光の光度２６４を生成する形で制御される。

したがって、左右の目の視野窓は、光度２６４の分布により構成され、光度のランバート性分布の形で、それぞれの目について、実質的に等しい輝度を実現することができる。ここでも、光照射器素子のすべてを任意のある時間に操作するわけではないため、光照射器素子のアレイ１５の消費電力を、図１５Ｅの配列と比較して低減する。オフアクシスの消費電力を、オンアクシスの位置と比較して低減することができ、それぞれの目は、実質的に等しく、自動立体視聴における深度誤差を低減し、視聴者の快適性を増大する、画像輝度を認識することができる。

図１６は、光照射器素子アドレス指定装置を示す略図である。このように、照明コントローラー７４は、光照射器素子のアレイに駆動信号を与える駆動ライン２４４によって、アレイ１５の光照射器素子２４３にアドレス指定するように構成することができる。他の箇所に記述の通り、アレイ１５にわたる位置２６１において、光照射器素子２４３は、変動するスケーリングされた光束を有することができる。動作において、照明コントローラー７４及び制御システムによって、光源２４３のそれぞれに入る電流を制御することで、スケーリングされた光束の変動を実現することができる。例えば、電流制御又は電圧制御によって、光束分布の制御を実現することができる。更に、ユーザー要求に従い、変動を調整することができ、したがって、ユーザーは、ハイゲイン、低消費電力モードを選択するか、又は広い視野モードを選択することができる。

本実施形態において、光照射器素子のアレイ１５は、例えば、図１３に示すように、導波路１の入力端２において、配列することができ、又は図１２に示すように、ウェッジ導波路１１０４の入力端１１０３にあることができる。

図１７は、上記のように、ディスプレイデバイスを操作して、自動立体３Ｄディスプレイを設け、スケーリングされた光束が、観察者の検出された位置に従い、光照射器素子１５ｎのアレイにわたって変動する更なる例において、光学窓のアレイ及び光学窓のそれぞれについての光度のグラフを示す略図である。したがって、アレイ１５の光照射器素子は、一定のスケーリングされた光束を提供することができ、このような条件の光学システムは、窓面における光度のランバート性プロファイルを実現することができる。アレイ１５の光源のそれぞれは、窓面１０６に光学窓２４９を設けることができる。左右の目の照明フェーズにおいて、それぞれ、左目視野窓２４７は、左目光学窓のアレイ５３０によって設けられ、右目視野窓２５１は、右目光学窓のアレイ５３２によって設けられる。左目視野窓２４７及び右目視野窓２５１は、観察者の検出された位置に従い、生成される。スケーリングされた光束は、配光２６７における出力方向の角度により変動する複数の光学窓において、出力光の光度を生成する光束分布に従い、光照射器素子１５ｎのアレイにわたって変動する。これにより、配光２６６における横方向の観察者の検出された位置の角度により変動する光学窓アレイ５３０、５３２に加え、視野窓２４７、２５１において出力光の光度を生成する。したがって、実質的にランバート性の出力外観により、ディスプレイデバイス１００を実現することができる。したがって、配光２６６、２６７は、ランバート性であり得る。本明細書に記述の実施形態において、複数の光学窓から複数の視野窓の同様の形成が提供される。光学窓２４９のアレイを組み合わせることによって、ランバート性以外の視野窓２６に対する異なる配光が、更に提供される。

図１８は、導波路１の別の構造において、アレイ１５における複数の光照射器素子の均一な光度を含む導波路１のための視聴位置２６２に対する光学窓光度２６４のグラフを示す略図である。上記の実施形態では、光束分布２６９について、実質的にランバート性の配光２６６が実現されることを想定している。図１９Ａ〜図１９Ｂを参照して説明するように、導波路１の実施形態において、導波路１によって、非ランバート性動作を示すことができる。特に、ホーン型の機構５４０、５４２を含む導波路１によって、配光２６８を実現することができる。したがって、一致したオンアクシスの光度５０７について、オフアクシスの光度は、ランバート性出力光エミッタンス分布２６６が提供するものよりも実質的に高く、つまり、ディスプレイの輝度は、いくつかのオフアクシスの視聴位置に対して増大し得る。配光２６８の補正によって２Ｄモードで動作するとき、光照射器素子のアレイ１５における消費電力を低減することが望ましい。

図１９Ａは、光抽出機構１２が反射しないかわりに、ＴＩＲによって光を反射する代替の構造の導波路１の光抽出機構に向けた第１の方向で入射する光線の斜視図を示す略図である。導波路１の表面８は、複数の中間領域１０と、本明細書において複数の光抽出ファセットと称する場合もある複数の光抽出機構１２と、を含むことができる。機構１２に対する法線３０４に対する角度３０７における、複数の機構１０に平行なオンアクシスの光線３００は、光線３０２に沿った機構１２における内部全反射によって反射される。しかし、複数の機構１２の表面法線３０４に対してより小さい角度３０７の光線３００と同じｘ−ｚ面に残る光線３０１を、光線３０５に伝えることができる。したがって、光線３０５は、出力配光から失われ得る。

図１９Ｂは、図１９Ａと同じ構造の導波路１の光抽出機構への第２の方向に入射した光線の斜視図を示す略図である。オフアクシスの光線３０８は、オフアクシスのアレイ１５の光照射器素子によって提供することができ、ｘ−ｙ面のオンアクシスの光線に角度３０８で入射する。機構１２によって伝えられるであろうオンアクシスの入射に対する光線３０９は、角度３０７よりも大きな分解角度を有し、したがって、機構１２において内部全反射を経る法線３０４に対する角度３１２で入射する。したがって、光線３１１は、伝達されるよりも、むしろ反射される。このことは、機構１２によって反射された出力光の光束が、入力光の光束の一部として、異なる光照射器素子１５ｎに対して変動することを意味する。このことは、窓面のオフアクシスの位置２６２のそれぞれにおける光度２６４の増大に寄与し、ホーン型機構５４０、５４２を生成する。以下のように、制御システムは、複数の光照射器素子を制御して、複数のファセットによって反射された出力光の光束におけるこの変動を補正する形で、光照射器素子のアレイにわたって変動するスケーリングされた光束を有する光を出力するように構成されている。

図２０Ａは、導波路の窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及び複数の光照射器素子１５ｎのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。ランバート性である配光２６６を実現するために、配光を矢印２７０に示すように修正することができる。このことは、以下のように、複数の光照射器素子１５ｎのスケーリングされた光束を制御して、光束分布におけるアレイ１５にわたって変動することによって、実現することができる。

図２０Ｂは、光照射器素子のアレイに関する光束分布のグラフ、及び導波路１に対する複数の光照射器素子１５ｎのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。矢印２７１は、光学窓位置２６２のそれぞれにおいて矢印２７０に対応する光源のそれぞれについて、一定の光束分布２６９と比較した、スケーリングされた光束の低下を示し、ランバート性である配光２６６を提供する非線形の光束分布２７７に到達する。したがって、同等の位置２６２、２６１のそれぞれ、及び光束分布２７７について、矢印２７０の長さに比例して同等の長さを有し得る矢印２７１を提供することができる。したがって、光束分布２７７は、光束の最大値５０８を有し、アレイ１５にわたって提供された、最大値５０８の両側で減少する。最大値５０８は、導波路１の光軸と位置合わせされた複数の光照射器素子に関して生じる。光束分布２７７は、「逆ホーン型」機構５４４、５４６も有しており、配光２６８におけるホーン型機構を補正する。

更に、図１３の観察者トラッキング構成と組み合わせて、観察者９９から見えない、複数の光学窓に対応するアレイ１５の光照射器素子を消して、好都合に消費電力を低減することができ、したがって、光照射器素子を、制御して、ランバート性である配光２６６における、観察者９９の検出された位置の角度２６２により変動する出力光の光度２６４を生成する形で、観察者９９の検出された位置に従い、複数の光照射器素子にわたって変動するスケーリングされた光束２６３を有する光を出力することができる。

好都合に、導波路１の非ランバート性光度出力を補正して、ディスプレイの視野角にわたって、実質的に均一な輝度を実現することができる。

図２１Ａは、導波路の窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及び複数の光照射器素子１５ｎのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。別の実施形態において、配光２６８を調整して、１より大きいゲインを有する配光２７２を実現することができる。より詳細には、矢印２７０に示す通り、配光を修正することができる。このことは、以下のように、複数の光照射器素子のスケーリングされた光束を制御して、光束分布の中のアレイ１５にわたって変動することにより、実現することができる。

図２１Ｂは、光照射器素子のアレイに関する光束分布のグラフ、及び導波路１に対する複数の光照射器素子１５ｎのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。したがって、図２０Ｂについて説明したのと同様の形で、光束分布２７５を実現することができる。矢印２７１は、一定の光束分布２６９と比較して、光学窓位置２６２のそれぞれで矢印２７０に対応する光源のそれぞれについて、スケーリングされた光束の低下を示し、１より大きいゲインを有する配光２７２をもたらす、非線形の光束分布２７５に到達する。したがって、光束分布２７５は、スケーリングされた光束の最大値５０８を有し、アレイ１５にわたって提供された、最大値５０８の両側で減少する。最大値５０８は、導波路１の光軸と位置合わせされた複数の光照射器素子に関して生じる。光束分布２７７は、「逆ホーン型」機構５４４、５４６も有しており、配光２６８におけるホーン型機構を補正する。

更に、アレイ１５は、分布５５０が示すように変動する一定の駆動電流のための光束分布を含むことができる。矢印２７１が示す補正を適用する前の分布５５０の知識によって、非線形の光束分布２７５により説明されるスケーリングされた光束を補正する間、このような変動を除去することができる。したがって、曲線２７２下の合計光度は、曲線２６６下の合計光度と同じであり得る。

一実施形態において、アレイ１５の光照射器素子は、制御され、これにより、該光照射器素子のスケーリングされた光束は、非線形の光束分布２７３に従って変動し、これによって、１より大きいゲインを有する配光２７２を伴うディスプレイデバイス１００を提供する。すなわち、出力光の光度２６４は、ランバート性である概念的配光２６６よりも大きい実際の配光２７２における出力方向の角度２６２により変動し、すべての出力方向にわたる合計光度が実際の配光２７２と同じである。

例示的実施形態において、それぞれが、空気中で配列された光照射器素子のランバート性分布において、１６ルーメン毎ステラジアンのＣＷモードの光出力を実現することができる、８６個の光照射器素子のアレイ１５を含む導波路１により、３９．６ｃｍ（１５．６"）の空間光変調器を照射することができる。光束分布２６９が提供された場合、このような光照射器素子のそれぞれを３５０ｍＷの電力で駆動して、３０Ｗの合計アレイ消費電力を実現することができる。同じオンアクシスの光度（したがって、輝度）について、また、配光２７２を光度に、したがって、分布２７５と同様の光束分布に適用することで、アレイ１５の合計消費電力を１６Ｗに低減することができる。自動立体動作モードにおいて、例えば、２５％の使用率、及び５０％の電流オーバードライブにより、複数の光照射器素子をパルスモードで動作させると、複数の光照射器素子は、ＣＷモードと比較して、実質的に５０％の合計輝度を有することができる。２Ｄ及び３Ｄのオンアクシスの光度を一致させることにより、アレイ１５の合計消費電力を８Ｗに低減することができる。

図２２は、ディスプレイデバイスを操作して、上記の自動立体３Ｄディスプレイを提供する例における、横方向の出力光の角度に対応する、窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及び左右の目の照明フェーズについて光照射器素子１５ｎのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。

図２２において、１より大きいゲインに対する配光２７２には、印が付けられ、左目５６０及び右目５６２の位置には、様々な視聴位置の観察者９９について印が付けられている。光軸の右に動く観察者９９について、左目の位置は、配光２７２を追うことが示されている。等しいディスプレイ輝度について、ディスプレイは、ランバート性である観察者の左右の目の間の光度の違いを実現しなければならない。したがって、ランバート性の配光２６６は、左目５６０を通過して、窓面１０６の位置２６２にわたる右目の位置５６２において所望の光度５６４を提供するように構成することができる。したがって、点５６４を右目に対する窓面にわたって補間して、右目配光２８０を提供することができる。光軸の左に動く観察者９９について、右目は、配光２７２を追うことができ、一方、左目は、同様に配光２８２を提供することができる。

図２３Ａは、導波路１の窓面の視聴位置に対する光学窓光度のグラフ、及び右目照明フェーズについて複数の光照射器素子１５ｎのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。したがって、矢印が示す補正の後、右目５６２について、導波路配光２６８を修正して、配光２７２を光軸の左の位置に、配光２８０を光軸の右にすることができる。同様に、左目５６０について、導波路配光２６８を修正して、配光２７２を光軸の右の位置に、配光２８２を光軸の左にすることができる。以下のように、このことは、複数の光照射器素子１５ｎのスケーリングされた光束を制御して、観察者の検出された位置に従い、また、出力光が左又は右の画像のいずれによって変調されるかに従い、アレイ１５にわたって変動することにより実現することができる。

図２３Ｂは、左右の目の照明フェーズについての光照射器素子のアレイに関する光束分布のグラフ、及び右目の照明フェーズについて導波路１に関する複数の光照射器素子１５ｎのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。したがって、右目光束分布２７９は、左目光束分布２８１と異なる場合もある。矢印２７１は、一定の光束分布２６９と比較して、光学窓位置２６２のそれぞれで矢印２７０に対応する光源のそれぞれについて、スケーリングされた光束における低下を示し、出力光が右画像によって変調されると、右目光束分布２７９に到達し、出力光が左画像によって変調されると、左目光束分布２８１に到達する。

好都合に、左右の目の間に等しい輝度を保ち、したがって、ディスプレイ輝度を改善しつつ、アレイ１５の消費電力を、２Ｄモードにおいて実質的に低減することができる。同様に、自動立体ディスプレイ、プライバシーディスプレイ、又は高効率２Ｄモードディスプレイのための観察者トラッキングディスプレイは、左右の目の画像についてディスプレイの快適な輝度特質を維持しつつ、低消費電力を実現することができる。

上記の例において、スケーリングされた光束の制御により、ランバート性である配光２６６、又は１より大きいゲインを有する配光２７２を提供することができる。しかし、これは限定的ではなく、スケーリングされた光束を制御して、他の形状の配光を提供することができる。ここで、いくつかの例を示す。

図２４は、出力方向の角度に対応する導波路１の窓面における視聴位置に対する光学窓光度のグラフを示す略図である。配光を更に修正することが望ましい場合もあり、例えば、オンアクシスの位置の近くでランバート性動作（Lambertian behaviour）の領域を広くするが、オフアクシスの位置において、配光２７２と比較して配光２７４の傾斜を増加させる。好都合に、ディスプレイは、実質的にランバート性動作をオンアクシスで有することができ、オフアクシスの視聴の低消費電力を実現しつつ、オフアクシスの視聴について十分な光を有することができる。

図２５は、出力方向の角度に対応する導波路１の窓面における視聴位置に対する光学窓光度の更なるグラフを示す略図である。したがって、配光２７６は、非常に狭い中央領域を有し、背景照明のプロファイル（background illumination profile）へ急下降し得る。

例えば、ユーザー選択、又は、例えば、図１３に示す光束コントローラー５８０を用いた制御システムによる自動選択によって、配光２６６、２７２、２７４又は２７６を制御することができる。好都合に、ディスプレイの特質を修正して、電池残量、プライバシー要件、複数の視聴者、ディスプレイの明るさ環境、ユーザー経験、及び他のユーザー要件に合わせることができる。

図２６Ａは、出力方向の角度に対応する導波路１の窓面における視聴位置に対する光学窓光度の更なるグラフを示す略図であり、図２６Ｂは、光源の効率低下を補正する、光照射器素子のアレイに関する光束分布のグラフを示す略図である。窒化ガリウム青色エミッター及び黄色蛍光体を含むＬＥＤなどの光照射器素子は、スケーリングされた光束及び色度が使用により変動し得る経時変化を経てもよい。より詳細には、光束発散度において不均一な効率低下をもたらし得る複数のオフアクシスの光照射器素子よりも頻繁に、複数のオンアクシスの光照射器素子を使用することができる。光照射器素子のそれぞれからのスケーリングされた光束の分布２７９が示すように、このような誤差を補正することができる。好都合に、デバイスの寿命がある間、ディスプレイの輝度分布を維持することができる。

図２７Ａは、横長モードの指向性ディスプレイ装置の正面図を示す略図である。したがって、ディスプレイ２９０は、複数の垂直の視野窓２９２を提供することができる。図２７Ｂは、縦長モードの指向性ディスプレイ装置の正面図を示す略図である。したがって、ディスプレイ２９０を回転させると、このようなディスプレイをプライバシーモード又はグリーンモードで使用した場合に、複数の視野窓２９２は、水平になり、図２７Ｃに示すように、配光を調整することが望ましい場合もある。図２７Ｃは、図２７Ｂの構成のための導波路１の窓面における視聴位置に対する光学窓光度の更なるグラフを示す略図である。したがって、配光２９４を、オンアクシスの位置からオフセットして、好ましい垂直視聴位置に対して高度な明るさを実現する一方、他の視野角について低消費電力を実現しつつ、可視のディスプレイを維持することができる。

図２８は、導波路１から同じ距離の横方向に対して垂直の（以下、「垂直」という）、かつ／又は導波路１の第１のガイド表面に対する法線に沿った、方向の、観察者の動きに関する導波路１及び視野窓２６の側面図を示す略図である。図２９は、図２８の観察者の動きによる、光照射器素子のアレイ１５に関する光束分布のグラフ、及び導波路１に対する複数の光照射器素子１５ｎのスケーリングされた光束を調整する方法を示す略図である。この場合、上記のセンサーシステムが検出した観察者の位置に従って、スケーリングされた光束を制御して、横方向の観察者の検出された位置の角度により変動し、観察者の垂直位置及び／又は導波路１の第１のガイド表面に対する法線に沿った観察者の位置によっても変動する、出力光の光度を提供する。第１の実施形態において、垂直視聴位置６０１、６０３、６０５について、光束分布６００、６０２、６０４のそれぞれを提供することができる。好都合に、観察者が、好ましい垂直視聴位置から離れると、それに従い、出力光束分布を調整することができる。ここで、分布６００、６０２、６０４のプロファイルが、異なる形状であるものとして示し、分布の形状を修正して、例えば、好ましい垂直視野角に対する高品質のランバート性出力を実現することができるが、異なる視野角に対するゲイン性能がより高いため、これらの方向からの視聴について節電する。同様に、窓面１０６から離れる面６０７に向けての視聴者の動きを利用して、アレイ１５にわたる光束分布を修正することができる。

観察者トラッキングディスプレイは、動く観察者について画像ちらつきが問題になる場合がある。ほぼ窓面にいる観察者にとって、ディスプレイ全体において、窓面における統合された光学窓アレイ１２１の不均一性により、強度を同時に変化させ得る。観察者が窓面から離れた場合、又は照明システム出力が常軌を逸した場合、ディスプレイ表面の様々な領域が、様々な量だけちらつくように見える。トラッキング及び照明ステアリングシステムが協働して、動く観察者に対するちらつきを除去することが望ましく、このことは、認識された強度の変動の振幅を低減することによって、実現することができる。

例えば、照射されていない光学窓に向けて動く目は、ディスプレイ上で大きな強度の変動を見る場合がある。動きの前に、この窓の強度を高めることが望ましく、これにより、フリッカーアーティファクト（flicker artefact）を低減することができる。しかし、複数の光学窓の強度、特に観察者の目の間に位置する眼間の複数の光学窓の強度を高めると、画像クロストークを増やす場合があり、３Ｄの画質を劣化させる場合がある。観察者が実質的に静止しているとき、低いクロストークが望ましいとき、及び観察者が動いているとき、低いちらつきが望ましいときに窓強度を更に高めると、結果としてフリッカーアーティファクトが加わることになり得る。

図３０は、ディスプレイデバイスを操作して、上記の自動立体３Ｄディスプレイを提供する例において、視聴位置の間で観察者が移動する間の視野窓の配列を示す略図である。更に、図３０は、観察者が動く間の、画像クロストークの低減を実質的に維持しつつ、ディスプレイのちらつきを低減するように配列された、光学窓のアレイ７２１の他の切り替え配列を示す。

図３０において、複数の光照射器素子１５ｎを制御して、観察者の検出された位置に従い、観察者の左右の目に対応する位置において、それぞれが、複数の光学窓を含む左視野窓７３０及び右視野窓７３２に、光を配向する。本例において、左視野窓７３０と右視野窓７３２との間に１つの光学窓の隙間があるが、あるいは、隙間がなくてもよく、又は隙間が大きくてもよい。本例において、左視野窓７３０及び右視野窓７３２のそれぞれは、５つの光学窓を含むが、一般的に、視野窓は、任意の数の光学窓を含み得る。

視野窓が、少なくとも２つの光学窓を含む場合、複数の光照射器素子１５ｎを制御して、左視野窓７３０及び右視野窓７３２のそれぞれにわたって変動するスケーリングされた光束を有する光を出力することができる。図３０の例において、左視野窓７３０及び右視野窓７３２のそれぞれにわたってスケーリングされた光束の分布は、以下の通りである。

分布は、左視野窓７３０及び右視野窓７３２の中央である、光学窓７３０及び７３４について最大値を有する。加えて、左右の視野窓７３０についての分布は、最大値の両側、つまり、左視野窓７３０の光学窓７２２及び７２６、並びに右視野窓７３２の光学窓７２４及び７２８で減少する。図３０の例は、低減されスケーリングされた光束を有する光学窓アレイ７３０のそれぞれの側における単一の光学窓７２２、７２４、７２６、７２８を示すが、一般的に、１つ又は２つ以上の光学窓が、同じ又は異なるレベルの、低減されスケーリングされた光束を有することができる。光学窓７２２、７２４、７２６、７２８の、低減されスケーリングされた光束は、照明レベル、パルス幅、若しくはパルスパターン、又はこれらの任意の組み合わせの変化によって、実現することができる。

好都合に、図３０の光束切り替えを用いることで、低いクロストークを実質的に維持することにより、表示品質を改善することができる一方、観察者によるちらつきの認識を低減することができる。このような実施形態により、隣接する、又は眼間の光学窓の強度を高めることによる、ちらつきの影響を低減しつつ、静止した観察者、及び動いている観察者の双方にとって好適な窓を実現することができる。より詳細には、もう一方の視野窓に隣接する視野窓の側で、すなわち、右視野窓７３２の側の光学窓７２６における左視野窓７３０について、スケーリングされた光束を低減することにより、ちらつきは、低減され、また、同様に右視野窓７３２について、左視野窓７３０の側の光学窓７２４において、最大値を下回る。

好都合に、例えば、電池駆動機器において、照射された光学窓の数を減らすことができ、これにより、電池の動作時間を伸ばすことができる。照射された光学窓の数を減らすことにより、認識されるちらつきが増える場合がある。

図３１〜図３５は、窓面における左右の視野窓にわたって適用することができるスケーリングされた光束のいくつかの他の分布を示し、横方向（ｙ方向）の入力位置７０２に対する光度７００の概略グラフである。

図３１は、観察者ｉの左目１１０及び右目１０８についての分布７０８、７１０を示す。次に、目の位置７０４、７０６を使用して、窓面にわたる所与の場所で、強度及びクロストークを判定することができる。図３１の配列は、ほぼ完ぺきな窓についてであり、これにより、クロストークは観察されないが、このような窓は、通常、存在しない。

図３２は、目に、隣接する視野窓から、いくらかの光が見え、望ましくない画像クロストーク及びユーザーの視覚疲労を引き起こすような、傾斜した側部を有する分布７１２、７１４を示す。

図３３は、例えば、左視野窓７３０、右視野窓７３２を実現する光照射器素子が、実質的に同じスケーリングされた光束を有する照明によって実現されるであろう、図３２と同様であるが、より広く離間した分布７１２、７１４を示す。好都合に、クロストークは、低減される。しかし、観察者の小さな動きにより、観察者がトラックされるディスプレイにおける動く観察者に対するちらつきを生じさせるディスプレイ強度を低減することができる。

図３４は、図３０の配列において実現されるであろう分布と同様の分布７１６、７１８を示す。このような配列により、動いている観察者に対する観察者の鼻の近くの窓の強度は高まるが、静止した観察者に対する画像クロストークを低減した。

図３５は、不均一な窓強度分布から生じるディスプレイ均一性の不均一性を示す、右目についての分布７１４を示す。観察者の右目１０８を、窓面１０６とディスプレイデバイス７２０との間の距離７４６に、位置づけることができる。したがって、表示領域７４２から目１０８に配向される光線は、窓７１４の均一な部分７２３に配向された光線であり、表示領域７２４からの光線は、窓７１４の不均一な部分７２５に配向された光線である。このように、不均一な窓構造は、結果的に、窓面にいない観察者に対し、ディスプレイ不均一性を生じさせ、これにより、ディスプレイ７２０の領域７４２及び７４４は、異なる強度プロファイルを有する。したがって、「硬い」（急勾配の）窓境界を減らし、ディスプレイ面におけるアーティファクトの可視性を低くすることが望ましい。したがって、図３０の階調配列により、画像クロストークの低減を実現しつつ、動いている観察者、及び動いていない観察者について、均一な可視性の性能改善を、好都合に、実現することができる。

図３６〜図４１は、窓面における左右の視野窓にわたって適用し得る、いくつかの更なる不均一な光束分布を示す略図であり、横方向に（ｙ方向）の入力位置２６１に対するスケーリングされた光束２６３の概略グラフである。それぞれの場合において、左目視野窓７３０は、光束分布７７２を有する複数の光学窓７７０を含み、右目視野窓７３２は、光束分布７７４を有する複数の光学窓７７１を含む。それぞれの場合において、左視野窓７３０、右視野窓７３２のそれぞれの内部で、光束分布７７２、７７４は、それぞれ、最大値７７３、７７５を有して不均一であり、これら最大値７７３、７７５の両側で減少する。これらの例において、左視野窓７３０及び右視野窓７３２のそれぞれは、５つの光学窓を含むが、一般的に、最大値の両側で減少する同様の分布は、少なくとも３つの光学窓のうち任意の数を含む複数の視野窓に提供され得る。

光照射器素子の最大値７７３、７７５は、センサーシステムを使用して得た観察者９９の検出された位置に従い、光学システムによって、観察者がトラックされるディスプレイにおける観察者の瞳孔に向けて配向され得る。最大値７７３、７７５は、例えば、観察者９９の測定された鼻の位置のそれぞれの側３２ｍｍに位置づけられるよう、配列することができる。

図３６の光束分布は、光学窓配列及び視野窓配列の同様のプロファイルを実質的に実現するが、光学システム内部の拡散及び散乱は、図３６の分布と比較して、このような窓配列を不鮮明にするよう作用し得ることがわかる。

実質的に一定の光束分布を有する視野窓と比較すると、特にディスプレイエリアの中央領域で、観察された画像の明るさを得ることができる。システムに存在する光の量を減らすことができ、したがって、迷光からのクロストークを最小化することができる。同様の又はより低いクロストークに対して、より広い合計窓幅を提供することにより、動いている観察者に対するフリッカーアーティファクトの可視性を更に低めることができる。更に、装置の合計消費電力を低減して、効率を高め、コストを削減することができる。

図３６は、観察者９９の検出された位置を、導波路１の光軸２３２と位置合わせした状況を示すが、図３７は、導波路１の光軸２３２に対して横方向に動いた観察者９９の状況を示す。したがって、複数の視野窓にわたる強度の変動を維持しつつ、観察者９９の検出された位置に従い、左視野窓７３０及び右視野窓７３２の光束分布７７２、７７４を、横方向に変位することができる。好都合に、視野窓について複数の均一なスケーリングされた光束光照射器素子と比較して、複数の外側の光学窓の強度の変化を低減し、動いている観察者９９のちらつきを低減することができる。

図３８は、導波路１の光軸２３２に対して横方向に動いた観察者に対する左視野窓７３０及び右視野窓７３２の代替形態を示す。この場合、最大値７７３、７７５は、光束分布７７７、７７９に従い、複数の光学窓のランバート性配光を実現するように構成することができ、例えば、配光７６９をトラックすることができる。これに従い、最大値７７３、７７５にない光照射器素子７７０、７７１を、スケーリングされた光束において修正することができる。好都合に、ディスプレイは、クロストーク、ちらつき、及び電力消費の低減を実現しつつ、視野角の範囲から等しく明るく見え得る。あるいは、オフアクシスの視聴位置に対するディスプレイ輝度を更に低めることにより、更なる節電特性を実現することができる。配光７６９を修正して、ディスプレイのゲインを増やし、オフアクシスの位置に対する消費電力を更に低減することができる。

図３９は、図３６と比較して、導波路１の光軸２３２に沿って、すなわち、導波路１の第１のガイド表面に対する法線に沿って、長手方向に動いた観察者に対する左視野窓７３０及び右視野窓７３２の代替形態を示す。この場合、検出された長手方向の位置に従って、スケーリングされた光束も変動し、本例において、より平坦な光束分布を含む光学窓及び視野窓のそれぞれを提供する。図３５に示すように、複数の光学窓にわたる光度の変動により、ディスプレイの均一性の変動を提供し得る。観察者がディスプレイに対して長手方向に動くと、ディスプレイエリアにわたって、より多くの光学窓を捕捉し得るにつれ、不均一性が増大し得る。したがって、複数の光学窓にわたる強度の変動を低減することが望ましい。

更に、ユーザーは、ディスプレイ全体に対する好ましいゲイン特性を選択して、窓内で、効率、クロストーク、均一性及び画像ちらつき、並びに測定された目の間隔について、個人の好みに合わせることができる。

図４０及び図４１は、左視野窓７３０及び右視野窓７３２の代替形態を示す。ここで、観察者の目の間の複数の光学窓に配向され、したがって、最大値７７３と最大値７７５との間に位置する複数の光照射器素子のスケーリングされた光束は、最大値７７３、７７５の外側に位置する複数の光照射器素子のスケーリングされた光束の低減分よりも少なく低減する。このような配列により、ディスプレイの中央の領域について比較的均一な明るさを実現しつつ、窓面１０６から離れた観察者９９のためにディスプレイの端部に向けて、いくらかの光を提供する。好都合に、認識された画像ちらつきを低減しつつ、ディスプレイの均一性が維持される。

上記の例においては、ディスプレイデバイスを操作して、自動立体３Ｄディスプレイを提供するが、ディスプレイデバイスを操作して、２Ｄ画像を表示し、制御システムにより複数の光源１５を操作して、観察者９９の検出された位置に従い、単一の視野窓に光を配向する場合では、視野窓にわたってスケーリングされた光束の同様の変動を適用することができる。この一例を以下に記述する。

図４２は、横長の向きの２Ｄ指向性ディスプレイを示す略図である。ディスプレイデバイス１００は、横方向の観察者９９の検出された位置に従い、単一の視野窓７９０を提供するように構成されている。複数の光源は、光源のアレイにわたって変動するスケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御され、観察者９９の右目７９１及び左目７９２と実質的に位置合わせされた最大値７７３、７７５を有する配光７９３における観察者の検出された位置の角度により変動する光度を提供する。アレイ１５は、複数の照射しない光照射器素子７９７、及び視野窓７９０において最大値７７３、７７５を実現するアレイ１５の複数の光照射器素子の照射されたグループ８０４により、配列される。実質的に一定のピッチ８０３によりアレイ１５を配列して、ディスプレイにおける非対称の拡散体６８及び他の散乱する構成要素と組み合わせて結像するとき、視野窓における不均一性を最小化することができる。

したがって、光照射器素子のアレイ１５を、導波路の入力端にわたる横方向に、異なる入力位置２６１に一定のピッチ８０３で配置することができ、これによって、スケーリングされた光束は、複数の光照射器素子１５ｎの実際の光束となる。

更に、オンアクシスの視聴位置の複数の光照射器素子と比較して、より大きなピッチ及び／又はより低いスケーリングされた光束を有するオフアクシスの視聴位置に対応して、複数の光照射器素子８０２を提供することができる。より多くのオンアクシスの位置に対する複数の光照射器素子のスケーリングされた光束を制御することと組み合わせて、このような複数の光照射器素子は、所望の光学窓出力を妥協することなく、光照射器素子のアレイのコストを削減することができる。

図４３は、図４２のディスプレイに関する入力位置に対するスケーリングされた光束のグラフを示す略図である。したがって、２Ｄディスプレイの照明は、ランバート性の照射されたディスプレイと比較して、消費電力を低減するように構成することができる。ディスプレイの動作は、図３６〜図４１に示すものと同様であるが、グループ８０４は、両目について単一のフェーズにおいて照射されるように配列されており、継続的な動作を提供し得る。好都合に、デバイスの消費電力を低減することができる一方、窓面における観察者について、ディスプレイの中央で実質的に同じ明るさを実現し、かつ、動いている観察者について、ディスプレイのちらつきを最小にすることができる。更に、空間光変調器４８は、左右の目の照明フェーズと同期するよりもむしろ継続的に動作して、空間光変調器４８のコストを削減することができる。

図４４は、縦長の向きの２Ｄ指向性ディスプレイを示す略図である。目が、複数の視野窓７９５のｘ軸における範囲で平行に配列される際、縦長の向きの（横方向の）窓７９５の高さ８０８を、横長の向きの（横方向の）窓の幅８０６と比較して低くして、配光７９６を提供することができる。したがって、図４２の構成と比較して、消費電力を、好都合に、更に低減し得る。

図４５は、図４４のディスプレイに関する入力位置に対するスケーリングされた光束のグラフを示す略図である。したがって、複数の光学窓８１２の光束分布８００は、視野窓７９４を形成するために、図４４の構成より幅が狭くてもよく、単一の最大値８１０を提供し得ることにより、好都合に、窓面から離れたオンアクシスの視聴位置について、ディスプレイの中心を最適に照射する。視野窓７９４は定常であってもよく、観察者９９の検出された位置に対応して調整されてもよい。

したがって、光照射器素子を選択的に操作して、前記出力方向に対応する変動する複数の光学窓に、光を配向する工程を実施して、少なくとも２つの同時に照射される光学窓８１２を含む少なくとも１つの視野窓７９４に光を配向することができ、複数の光照射器素子は、観察者９９の検出された位置に従い変動し、更に前記少なくとも１つの視野窓７９４の複数の光学窓８１２にわたって変動する光束線密度２６３を有する光を出力するよう制御されている。

図４６は、導波路１と、光照射器素子のアレイ１５と、を含む、上記の指向性バックライトを含む指向性バックライト装置の制御システム及び正面図を示す略図である。指向性バックライト装置は、以下のように、駆動信号の較正を行う複数の光照射器素子１５ｎを制御する方法を実施する上記の制御システムを含む。

光照射器素子２１６からの光線２１０は、反射端４に配向され、反射され、入力端２に配向して戻される。光源２１６からの光の一部は、複数の光抽出機構１２によって抽出されることになり、一方、光の一部は、入力端２の少なくとも一部に入射することになる。センサー素子２０８、２１４は、アレイ１５の両側の、アレイ１５の横方向範囲の外側における領域２０９、２１５の入力端に配列することができる。領域２１２において、照明の空所が存在することにより、光源２１６からの光は、センサー２１４に実質的に入射しないことになるが、光源２１６からの光線は、センサー２０８に入射することになる。センサー２０８、２１４のそれぞれは、光度測定センサーを含むことができる。図４６に示すように、センサー２０８、２１４が、光学フィルター２０２、２０６及び光度センサー２００、２０４を含み得ることが好ましい。このような構成により、光源２１６からの光について、光度の両方の測定と、色座標の測定と、を好都合に提供することができる。同様に、光源２１８からの光線２２０は、センサー２０８に入射し得ないが、センサー２１４に入射することになる。オンアクシスの測定について、センサー２０８、２１４は、共に、オンアクシスの光照射器素子２１７のそれぞれから光を検出する。

駆動ライン２４４に階調制御を行い、光照射器素子のアレイに駆動信号を提供する電流ドライバーであり得る光照射器素子ドライバー２３３を使用して、センサー２０８、２１４から測定された信号を、アレイ１５の光照射器素子を駆動する照明コントローラー７４に渡すことができる。照明コントローラー７４は、以下のように、感知された光を表す測定された信号に応じて、複数の光照射器素子１５ｎに供給された駆動信号を較正する。

アレイ光束分布コントローラー２２４は、例えば、図２１Ｂの分布５５０について、光束分布データを含む、製造時に提供することができる、画面測定の前からの、記憶された参照階調プロファイル２３０を含むことができる。これにより、制御システムは、光源のアレイにわたるあらかじめ定められた分布を有する、スケーリングされた光束を出力し、例えば、上記のようにスケーリングされた光束を変動させることができる。

例えば、光束分布コントローラー２２４の内部のルックアップテーブル２２６にデータを提供することができる較正測定システム２２２に、センサー２０８、２１４からのデータを提供することができる。配光の更なる選択（例えば、配光２６６、２７２、２７４、２７６、２９４から選択する）を、選択コントローラー２２８によって提供することができる。選択コントローラーは、ユーザー入力、又はディスプレイ視聴条件の感知により判定される自動入力を有することができる。例えば、視聴者の数、部屋の輝度、ディスプレイの向き、画質設定、及び／又は節電モードの設定を使用して、選択された分布を変動させることができる。

デバイスの製造において、アレイ１５の光源のそれぞれに応じたセンサー２０８、２１４の出力を、ディスプレイの窓面に置かれたカメラ又は検出器からの信号と比較することができる。これにより、窓面における光に対する内部センサーの初期較正又は参照を実現する。このような較正を、ルックアップテーブル、又は同様のものに記憶することができる。

較正モードの動作において、アレイ１５の単一の光照射器素子が、照射され、センサー２０８、２１４は、前記光照射器素子のための信号を測定することができる。前記光照射器素子が、消され、アレイの次の光源が、操作され、測定が行われる。一連の測定値の出力を工場較正と比較して、これにより、所与の光束分布についての出力光度を補間することができる。次に、所望の光束分布を実現するよう適切に構成されたコントローラー２２４及び光照射器素子コントローラー２３３によって、要求された配光のための適切な光束分布を引き出す。

好都合に、センサー２０８、２１４の組み合わせにより、アレイ１５全体からの光を測定することができ、所望の配光を実現することができる。

したがって、入力端２に入射した光の前記感知において、横方向の光照射器素子のアレイ１５の外側における入力端２の領域２０９に配列された複数のセンサー素子２０８を使用することができる。入力端２に入射した光の前記感知において、光照射器素子のアレイの両側において横方向の光照射器素子のアレイ１５の外側における入力端２の領域２０９、２１５に配列されたセンサー素子２０８、２１４を使用することができる。

センサーシステムは、特徴づける目的でディスプレイの製作の間のみ導波路１を有して構成することができ、製品製作完了後に取り外される。センサーシステムを、通常動作の間、導波路１を有して構成することが望ましい。ディスプレイ電源投入の間、フィールド内較正フェーズを適用することができる。空間光変調器は、較正の間、黒い画像を有して構成されてもよく、較正フェーズのユーザーに対して可視性をなくすことができる。較正フェーズを、例えば、日次、週次、又は月次で実施し、図２６Ａ〜図２６Ｂに示す、経時的なアーティファクトを補正することができる。

図４７は、図４７と同様、指向性バックライト装置の制御システム及び正面図を示す略図であるが、後述の通り、感知モードのアレイ１５の光照射器素子を使用することにより、センサー２０８、２１４を取り外して取り替えるという以下の修正を伴う。したがって、較正動作モードにおいて、光照射器素子は、照射され、他の光照射器素子のすべては、光を発するよりもむしろ光を感知するように構成される。入力端で感知された光を、図４６を参照して説明したのと同様に使用する。

複数の光照射器素子１５ｎを使用して光を感知する際、積分強度測定を行い、検出された強度の合計を平均する。したがって、複数の光照射器素子により、個々に高品質の測定を提供することはできないが、アレイの信号対ノイズ比により、性能を改善することができる。一旦、性能の較正が行われ、工場設定と比較されると、図４６を参照して説明したように、要求された配光を実現することができる。好都合に、センサーのコストを削減する、又はなくすことができ、入力端の広範囲の位置にわたって感知を行い、光学性能を平均化することができる。

図４８は、較正動作モードのために光照射器素子を駆動する装置を示す略図である。この場合、光照射器素子は、複数のＬＥＤ ２４８であり、逆バイアスで複数のＬＥＤ ２４８を操作することにより、光の感知を行う。図４８は、第１の順方向バイアスの光照射器素子として操作することができ、光検出器として逆バイアスで操作することもできるＬＥＤ ２４８を含む半導体ｐ−ｎ接合デバイスを示す。順方向バイアスで動作中、ＬＥＤ ２４８は、駆動増幅器２４４から駆動され、該駆動増幅器２４４は、信号入力２４３及びイネーブル入力２５１を有し、これにより、スイッチ２５３がＧＮＤ位置２５４にあるとき、増幅器２４４がイネーブルされ、ＬＥＤ ２４８が、信号入力２４３に応じて、光２５２を発する。

スイッチ２５３は、位置２５６にあるとき、正の電圧が、ＬＥＤ ２４８のカソードに印加され、これにより、逆バイアスで配列される。逆バイアスで、ＬＥＤ ２４８は、動作して、光増幅器２４６と協働して光２５０を検出する。よって、回路２４０により、ＬＥＤ又は光検出器として、ｐ−ｎ接合デバイス２４８を操作することができる。

好都合に、これにより、同じＬＥＤアレイ１５をイネーブルして、好適な回路２４０を有する光検出器アレイとして機能する。アレイの光源のそれぞれは、図４８の配列を有することができ、アレイ１５におけるそれぞれの個々のｐ−ｎ接合デバイスは、自身の光増幅器２４６を有することができる。

図４９は、較正動作モードの光照射器素子アレイを示す略図である。また、図４９に示すように、駆動増幅器２４４によるＬＥＤが、スイッチ２４９により検出器として駆動されるｐ−ｎ接合から分離し得る際、アレイ１５のｐ−ｎ接合は、順方向バイアスで駆動され得る。同様のスイッチを、アレイ１５における他の位置で構成し得る。好都合に、光増幅器２４６の仮想接地入力において、複数のｐ−ｎ接合デバイス２４８の電流出力を合計することができる。好都合に、検出の感度を改善することができ、光増幅器２４６の数を減らすことができる。

光照射器素子は、通常、複数の白色ＬＥＤ、より詳細には、窒化ガリウム青色発光チップと、通常は、青色光の一部を黄色光に変換するように構成された蛍光体である波長変換層と、を含む、複数のＬＥＤを含むことができる。青色光及び黄色光を組み合わせると、白色光出力を実現し得る。動作において、青色発光素子及び黄色発光素子は、異なる速度で出力を変化させることができ、したがって、白色光出力の色温度は、経時変化し得る。色の変動により、複数の光学窓の色度変動、したがって、視野窓における認識された輝度及び色度の変化が生じる場合がある。このような変化により、動いている観察者に対するディスプレイのちらつきが増え、ディスプレイエリアにわたる不均一性を実現する場合がある。このような色度変化について、複数の光照射器素子の出力を補正することが望ましい。

図５０は、色補正を実現するように配列された光照射器素子アレイの正面図を示す略図である。光照射器素子アレイ４００は、導波路１の入力端４０２と位置合わせして配列することができる。アレイの光照射器素子パッケージ４１２のそれぞれは、第１の窒化ガリウムチップ４０４及び第２の窒化ガリウムチップ４０８と、それぞれ位置合わせされた蛍光体４０６、４１０と、を含み得、この対は、入力開口部４０２に対して、縦長の配列に位置合わせされる。個々の駆動ライン４０５、４０７は、光照射器素子のアレイ１５にわたって所望の光束分布を提供するように配列される。蛍光体は、希土類の巨視的な蛍光体、又は量子ドット蛍光体であり得る。

図５１は、色補正を実現するように配列された光照射器素子の更なるアレイの正面図を示す略図である。パッケージは、入力端４０２に対して横長の向きで配列することができ、したがって、入力端の高さが低くなっている場合があり、より高い効率を実現することができる。このような配列において、窓面１０６における隣接する光学窓は、異なる色度の外観を有することができるが、横方向の複数の光学窓の非対称拡散体６８による拡散は、窓面における色度変動を低減するように構成することができる。好都合に、この配列は、図５０の配列と比較して、反射端４の所与の高さについて、導波路１の高効率化とクロストークの低減を実現し得る。

図５２は、光学窓の色度変動のグラフ、及び色度変動を補正する方法を示す略図である。したがって、スペクトル軌跡４２０及び白色点軌跡４２６を有するＣＩＥ １９３１のｘ−ｙ色度図において、（２つの光源４０４、４０６及び２つの光源４０８、４１０の平均である）色度座標の工場設定を、点４２２として提供することができる。経時変化の後、平均色度は、点４２４への方向４３０に移動することができる。図４６に示すように、このような色度は、センサー及びフィルター素子２０４、２０６及び２００、２０２によって、それぞれ、測定することができる。図４６の制御システムは、光照射器素子のそれぞれに対する、駆動ライン４０５、４０７に沿った異なる補正された駆動信号を更に提供して、出力色度における前記変動を補正し、点４２２に戻る方向４２８に色度座標を移動することができる。

更に、色度及び複数の光照射器素子の出力は、温度によって変動し得る。したがって、オンアクシスの位置用など、アレイ１５の使用頻度が高い部分における複数の光照射器素子は、該アレイの使用頻度がより低い部分よりも高い温度で動作することができる。したがって、動作において、複数の光照射器素子の輝度は、温度の影響により、時間とともに変動し得る。センサー２０８、２１４は、ディスプレイ動作の間に動作して、上記の制御システムにより前記温度の変動を補正するように構成することができる。したがって、動作していない光照射器素子又は別個のセンサーは、出力輝度を継続的に監視して、光照射器素子の出力の調整を動的に提供するように構成することができる。

図５３は、光照射器素子のアレイの正面図を示す略図であり、図５４は、光照射器素子のアレイの正面図、及び光照射器素子の故障を修正する方法を示す略図である。動作において、視野窓２６は、隣接する光学窓２４９からの光を含む場合もあり、これにより、窓面における所与の視聴位置について、視野窓は、例えば、少なくとも２つの、好ましくは領域５６０に示す通り、３つ以上の光照射器素子からの光を含む。光照射器素子の故障は、結果的に、視野窓プロファイルの低下につながる場合があり、図４６に示すような感知システムによって検出され得る。このような故障は、更に複数の近くの光照射器素子への駆動ライン５６６、５６８への駆動を増やし、駆動ライン５６４への駆動を除くことによって、上記のように補正され得る。

光照射器素子１５ｎのアレイ１５の光源４２０のピッチ４２１は、青色光を多く含むＧａＮチップエリアを含む幅４２４と比較して、主として蛍光体発光のために黄色光を多く含む光の幅４２２、４２６を含み得る。更に、（光源の機械的、熱的、及び電気的パッケージの一部を含むことができる）隙間４２８は、発光を有しなくてもよい。したがって、スケーリングされた光束は、ピッチ４２１にわたる平均光束の尺度である。ピッチ４２１は、光照射器素子１５ｎのアレイ１５の横方向の幅にわたって変動することができる。

本明細書で使用されるとき、「実質的に」及び「およそ（ほぼ）」という用語は、それに対応する用語及び／又は項目間の相対性に対して、業界で受け入れられる許容範囲を付与するものである。このような、業界で受け入れられる許容範囲は、０パーセント〜１０パーセントの範囲であり、成分値、角度などが該当するが、これらに限定されない。このような、項目間の相対性は、約０パーセント〜１０パーセントの範囲である。

本明細書に開示する原理による、種々の実施形態が上述されているが、これらの実施形態は、ただ例示の目的のためにのみ示されたのであり、限定するために示されたのではないことに留意されたい。それ故、この開示の広さ及び範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても制限されてはならず、請求項のいずれか、及び本開示に由来するそれらの同等物に従ってのみ規定されるべきである。更に、上記の有利な点及び特徴は、記述された実施形態で提供されるが、かかる公開される特許請求の範囲の用途を、上記の有利な点の一部又は全部を実現する方法及び構造に制限するものではない。

加えて、本明細書においてセクションの見出しは、米国特許規則§１．７７の規定するところに従って、さもなくば、編成上の目印（organizational cue）として提供されるものである。これらの見出しは、本開示から生じ得る請求項に定める実施形態を制限したりかつ特徴づけたりしないものとする。具体的には、単に例示ではあるが、「技術分野」という見出しがあるが、いわゆる分野（field）を説明するために、この見出しの下に選択された表現によって、特許請求の範囲が限定されることはない。更に、「背景技術」における技術に関する記述が、特定の技術が、本開示における任意の（複数の）実施形態に対する先行技術であることの承認として、解釈されるべきではない。「発明の概要」についても、公開される請求項で述べられる（複数の）実施形態を特徴づけるものとして考えられるべきでない。更に、本開示においては、単数形での「発明（invention）」に対するいずれの言及も、本開示における新規な点が１つのみである、ということを主張するために使用されるべきではない。複数の実施形態は、本開示により、公開される複数の請求項の限定に従って、述べられる場合がある。したがって、これらの請求項は、この（複数の）実施形態及びそれらの同等物を定義することによって、それらを保護している。すべての例において、これらの請求項の範囲は、本開示に照らして、固有の利点が考えられるべきであり、本明細書に述べる見出しによって制約されてはならない。

Claims (77)

1. 入力端を有する導波路と、該導波路の該入力端にわたる横方向に、異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を含む、指向性バックライトの該光源のアレイを制御する方法であって、
   該導波路が、該導波路に沿って光を導くための、相対する第１のガイド表面及び第２のガイド表面を更に含み、該導波路が、該入力位置によって決まる該第１のガイド表面に対する法線に対して横方向に分布した出力方向に、複数の該光源からの入力光を出力光として、該第１のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成されており、
   該方法は、該複数の光源を選択的に操作して、光を変動する複数の光学窓内に配向することを含み、該複数の光源は、該横方向の該複数の光源のそれぞれに関連づけられた幅だけ逆にスケーリングされ、該光源のアレイにわたって変動する、光束を有する光を出力するよう制御される、方法。
2. 前記複数の光源が、最大値を有し、かつ該最大値の両側で減少する、前記入力端にわたる前記入力位置を有する光束分布において、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項１に記載の方法。
3. 前記光束分布の前記最大値が、前記導波路の光軸と位置合わせされた前記複数の光源に関するものである、請求項２に記載の方法。
4. 前記複数の光源が、ランバート性である配光における前記出力方向の角度によって変動する前記出力光の光度を生成する前記入力位置を有する光束分布において、該複数の光源によって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記複数の光源が、ランバート性であり、かつすべての出力方向にわたる合計光度が実際の配光と同じである概念的配光よりも大きい、光束分布の前記最大値に対応する最大光度を有する該実際の配光において、前記出力方向の角度によって変動する前記出力光の光度を生成する前記入力位置を有する光束分布において、該光源によって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記指向性バックライトが、前記第１のガイド表面からの前記出力光を受光し、かつ前記出力光を変調して画像を表示するように構成された透過型空間光変調器を更に含むディスプレイデバイスの一部であって、前記方法は、該ディスプレイデバイスにわたって観察者の位置を検出することを更に含み、前記複数の光源を選択的に操作して光を複数の光学窓内に配向する前記工程が、該観察者の該検出された位置に従い、光を複数の光学窓内に配向するよう実施され、前記複数の光源が、該観察者の該検出された位置に従い、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項１に記載の方法。
7. 前記複数の光源が、ランバート性である配光において、前記横方向の、前記観察者の前記検出された位置の前記角度によって変動する前記出力光の光度を生成する形で、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記複数の光源にわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項６に記載の方法。
8. 前記複数の光源が、ランバート性であり、かつすべての出力方向にわたる合計光度が実際の配光と同じである概念的配光よりも大きい最大光度を有する該実際の配光において、前記横方向の、前記観察者の前記検出された位置の前記角度によって変動する前記出力光の光度を生成する形で、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記複数の光源にわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項６に記載の方法。
9. 前記複数の光源が、前記横方向の、前記観察者の前記検出された位置の前記角度、及び前記第１のガイド表面に対する法線に沿った方向の、前記観察者の前記検出された位置によって変動する、前記出力光の光度を生成する形で、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記複数の光源にわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項６に記載の方法。
10. 前記複数の光源を選択的に操作して光を前記出力方向に対応する変動する複数の光学窓内に配向する前記工程が、少なくとも２つの同時に照射される光学窓を含む少なくとも１つの視野窓内に光を配向するよう実施され、前記複数の光源が、前記観察者の前記検出された位置に従い変動し、前記少なくとも１つの視野窓の該複数の光学窓にわたって更に変動する、前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの視野窓が、少なくとも３つの同時に照射される光学窓を含み、前記複数の光源が、最大値を有し、該最大値の両側で減少する、視野窓分布における該少なくとも３つの同時に照射される光学窓にわたって変動する、前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記空間光変調器を制御して、一時的に多重化された左右の画像を表示することを更に含み、前記複数の光源の選択的操作が、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記観察者の左右の目に対応する複数の光学窓内に、前記表示された左右の画像を配向するのに同期して実施される、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記出力光が、左又は右の画像のいずれによって変調されるかに従い、前記複数の光源が、前記光源のアレイにわたって変動する光束線密度を有する光を出力するよう制御される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記複数の光源が、ランバート性である光度が異なる、前記横方向の、前記観察者の前記左右の目の角度によって変動する、前記出力光の光度を生成する形で、前記出力光が、左又は右の画像のいずれによって変調されるかに従い、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記複数の光源を選択的に操作して、前記出力方向に対応する変動する複数の光学窓内に光を配向する前記工程が、少なくとも２つの同時に照射される左光学窓を含む左視野窓内、及び少なくとも２つの同時に照射される右光学窓を含む右視野窓内に、光を配向するよう実施され、該複数の光源が、該左右の視野窓のそれぞれの該少なくとも２つの光学窓にわたって更に変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 前記複数の光源が、最大値を有し、前記右視野窓に隣接する該最大値の側で減少する左視野窓分布において、前記少なくとも２つの同時に照射される左光学窓にわたって変動し、かつ最大値を有し、該左視野窓に隣接する該最大値の側で減少する視野窓分布において、前記少なくとも２つの同時に照射される右光学窓にわたって変動する、前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記左視野窓分布が、前記最大値の両側で減少し、かつ前記右視野窓分布が、前記最大値の両側で減少する、請求項１６に記載の方法。
18. 前記指向性バックライトが、前記第１のガイド表面からの前記出力光を受光し、かつ該出力光を変調して画像を表示するように構成された透過型空間光変調器を更に含むディスプレイデバイスの一部であり、
    前記方法は、該空間光変調器を制御して、一時的に多重化された左右の画像を表示することを更に含み、前記複数の光源の選択的操作が、少なくとも２つの同時に照射される左光学窓を含む左視野窓内、及び少なくとも２つの同時に照射される右光学窓を含む右視野窓内に光を配向するのに同期して実施され、前記複数の光源が、該左右の視野窓のそれぞれの該少なくとも２つの光学窓にわたって更に変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項１に記載の方法。
19. 前記第１のガイド表面が、内部全反射により光を導くように構成され、前記第２のガイド表面が、前記出力光として前記第１のガイド表面を通って出射することを可能にする方向に、前記導波路を通って案内される光を反射するよう方向づけられた複数の光抽出機構と、光を抽出することなく、前記導波路を通って光を配向するように構成される該複数の光抽出機構の間の複数の中間領域と、を含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記第２のガイド表面が、前記複数の光抽出機構である複数のファセットと、複数の中間領域と、を含む、段付き形状を有する、請求項１９に記載の方法。
21. 前記第２のガイド表面の前記複数のファセットが、内部全反射により光を反射するように構成され、これによって、該複数のファセットにより反射された前記出力光の前記光束が、前記入力光の前記光束の割合として、異なる複数の光源に対する変動を有し、前記複数の光源が、該複数のファセットにより反射された前記出力光の前記光束における前記変動を補正する形で、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１のガイド表面が、内部全反射によって光を導くように構成され、前記第２のガイド表面が、実質的に平面であり、前記第１のガイド表面を通って光を出力するための該内部全反射を変化させる方向に光を反射する角度に傾斜し、
    前記ディスプレイデバイスが、前記空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるための前記導波路の前記第１のガイド表面にわたって伸長する偏向素子を更に含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記導波路が、前記入力光からの光を反射して前記導波路を通って戻すための、前記入力端に対向する反射端を更に含み、前記導波路が、前記複数の光源からの入力光を、前記反射端からの反射後に、前記第１のガイド表面を通る出力光として配向するように構成される、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記反射端が、前記導波路にわたる横方向の正の屈折力を有する、請求項２３に記載の方法。
25. 前記光源のアレイが、前記導波路の前記入力端にわたる前記横方向に、一定のピッチで異なる入力位置に配置され、これによって、前記スケーリングされた光束は、前記複数の光源の実際の光束である、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 指向性ディスプレイ装置であって、
    ディスプレイデバイスであって、
    入力端を有する導波路と、
    該導波路の該入力端にわたる横方向に、異なる入力位置に配置され、該導波路が、該導波路に沿って光を導くための、相対する第１のガイド表面及び第２のガイド表面を更に含み、該導波路が、該入力位置によって決まる該第１のガイド表面に対する法線に対して横方向に分布した出力方向に、複数の光源からの入力光を出力光として、該第１のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成されている、光源のアレイと、
    該第１のガイド表面からの該出力光を受光し、該出力光を変調して画像を表示するように構成された透過型空間光変調器と、を含む、ディスプレイデバイスと、
    該複数の光源を選択的に操作して、変動する複数の光学窓内に光を配向し、かつ該複数の光源を制御して、該横方向の該各光源に関連づけられた幅だけ逆にスケーリングされ、該光源のアレイにわたって変動する光束を有する光を出力するように構成された制御システムと、を含む、指向性ディスプレイ装置。
27. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、最大値を有し、かつ該最大値の両側で減少する、前記入力端にわたる前記入力位置を有する光束分布において、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項２６に記載の指向性ディスプレイ装置。
28. 前記光束分布の前記最大値が、前記導波路の前記光軸と位置合わせされた前記複数の光源に関するものである、請求項２７に記載の指向性ディスプレイ装置。
29. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、ランバート性である配光における前記出力方向の角度によって変動する前記出力光の光度を生成する前記入力位置を有する光束分布において、該複数の光源によって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項２６〜２８のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。
30. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、ランバート性であり、かつすべての出力方向にわたる合計光度が実際の配光と同じである概念的配光よりも大きい、光束分布の前記最大値に対応する最大光度を有する該実際の配光において、該出力方向の角度によって変動する前記出力光の光度を生成する前記入力位置を有する光束分布において、該複数の光源によって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項２６〜２８のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。
31. 前記制御システムが、前記ディスプレイデバイスにわたって観察者の位置を検出するように構成されたセンサーシステムを更に含み、前記制御システムが、前記光源を選択的に操作して、該観察者の該検出された位置に従い、複数の光学窓内に光を配向するように構成され、前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、該観察者の該検出された位置に従い、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項２６に記載の指向性ディスプレイ装置。
32. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、ランバート性である配光における前記横方向の、前記観察者の前記検出された位置の角度によって変動する前記出力光の光度を生成する形で、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記複数の光源にわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項３１に記載の指向性ディスプレイ装置。
33. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、ランバート性であり、かつすべての出力方向にわたる合計光度が実際の配光と同じである概念的配光よりも大きい最大光度を有する該実際の配光において、前記横方向の、前記観察者の前記検出された位置の角度によって変動する、前記出力光の光度を生成する形で、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記複数の光源にわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項３１に記載の指向性ディスプレイ装置。
34. 前記複数の光源が、前記横方向の、前記観察者の前記検出された位置の前記角度、及び前記第１のガイド表面に対する法線に沿った方向の、前記観察者の前記検出された位置によって変動する、前記出力光の光度を生成する形で、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記複数の光源にわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するよう制御される、請求項３１に記載の指向性ディスプレイ装置。
35. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、少なくとも２つの同時に照射される光学窓を含む少なくとも１つの視野窓内に光を配向し、前記観察者の前記検出された位置に従い変動し、かつ前記少なくとも１つの視野窓の該複数の光学窓にわたって更に変動する、前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項３１〜３４のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。
36. 前記少なくとも１つの視野窓が、少なくとも３つの同時に照射される光学窓を含み、前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、最大値を有し、かつ該最大値の両側で減少する、視野窓分布における該少なくとも３つの同時に照射される光学窓にわたって変動する、前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項３５に記載の指向性ディスプレイ装置。
37. 自動立体ディスプレイ装置であって、前記制御システムが、前記空間光変調器を制御して、一時的に多重化された左右の画像を表示し、前記観察者の前記検出された位置に従い、前記観察者の左右の目に対応する複数の光学窓内に、該表示された左右の画像を配向するのに同期して、前記複数の光源を選択的に操作するように構成される、請求項３１〜３３のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。
38. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、前記出力光が、左又は右の画像のいずれによって変調されるかに従い、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項３７に記載の指向性ディスプレイ装置。
39. 前記制御システムが、前記光源を制御して、ランバート性である光度が異なる、前記横方向の、前記観察者の前記左右の目の角度によって変動する、前記出力光の光度を生成する形で、前記出力光が、左又は右の画像のいずれによって変調されるかに従い、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項３８に記載の指向性ディスプレイ装置。
40. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、少なくとも２つの同時に照射される左光学窓を含む左視野窓内、及び少なくとも２つの同時に照射される右光学窓を含む右視野窓内に、光を配向するように構成され、前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、該左右の視野窓のそれぞれの該少なくとも２つの光学窓にわたって更に変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項３８又は３９に記載の指向性ディスプレイ装置。
41. 前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、最大値を有し、前記右視野窓に隣接する該最大値の側で減少する、左視野窓分布において、前記少なくとも２つの同時に照射される左光学窓にわたって変動し、かつ最大値を有し、前記左視野窓に隣接する該最大値の側で減少する、視野窓分布において、前記少なくとも２つの同時に照射される右光学窓にわたって変動する、前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項４０に記載の指向性ディスプレイ装置。
42. 前記左視野窓分布が、前記最大値の両側で減少し、前記右視野窓分布が、該最大値の両側で減少する、請求項４１に記載の指向性ディスプレイ装置。
43. 自動立体ディスプレイ装置であって、
    前記制御システムが、前記空間光変調器を制御して、一時的に多重化された左右の画像を表示するように構成され、前記制御システムが、少なくとも２つの同時に照射される左光学窓を含む左視野窓内、及び少なくとも２つの同時に照射される右光学窓を含む右視野窓内に、光を配向するのに同期して、前記複数の光源を制御するように構成され、該制御システムが、該複数の光源を制御して、該左右の視野窓のそれぞれの該少なくとも２つの光学窓にわたって更に変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項２６に記載の指向性ディスプレイ装置。
44. 前記第１のガイド表面が、内部全反射により光を導くように構成され、前記第２のガイド表面が、前記出力光として前記第１のガイド表面を通って出射することを可能にする方向に、前記導波路を通って導かれる光を反射するよう方向づけられた複数の光抽出機構と、光を抽出することなく、前記導波路を通ってその光を配向するように構成される該複数の光抽出機構の間の複数の中間領域と、を含む、請求項２６〜４３のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。
45. 前記第２のガイド表面が、前記複数の光抽出機構である複数のファセットと、前記複数の中間領域と、を含む、段付き形状を有する、請求項４４に記載の指向性ディスプレイ装置。
46. 前記第２のガイド表面の前記複数のファセットが、内部全反射により光を反射するように構成され、これによって、前記複数のファセットによって反射された前記出力光の前記光束が、前記入力光の前記光束の割合として、異なる複数の光源に対して変動し、前記制御システムが、前記複数の光源を制御して、前記複数のファセットにより反射された前記出力光の前記光束における前記変動を補正する形で、前記光源のアレイにわたって変動する前記スケーリングされた光束を有する光を出力するように構成される、請求項４５に記載の指向性ディスプレイ装置。
47. 前記第１のガイド表面が、内部全反射によって光を導くように構成され、前記第２のガイド表面が、実質的に平面であり、前記第１のガイド表面を通って光を出力するための該内部全反射を変化させる方向に光を反射する角度に傾斜し、前記ディスプレイデバイスが、前記空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるための前記導波路の前記第１のガイド表面にわたって伸長する偏向素子を更に含む、請求項２６〜４３のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。
48. 前記導波路が、前記入力光からの光を反射して前記導波路を通って戻すための、前記入力端に対向する反射端を更に含み、前記導波路が、前記複数の光源からの入力光を、該反射端からの反射後、前記第１のガイド表面を通る出力光として配向するように構成される、請求項２６〜４７のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。
49. 前記反射端が、前記導波路にわたる横方向の正の屈折力を有する、請求項４８に記載の指向性ディスプレイ装置。
50. 前記光源のアレイが、前記導波路の前記入力端にわたる前記横方向に、一定のピッチで異なる入力位置に配置され、これによって、前記スケーリングされた光束が、前記複数の光源の実際の光束である、請求項２６〜４９のいずれか一項に記載の指向性ディスプレイ装置。
51. 入力端を有する導波路と、該導波路の該入力端にわたる横方向に、異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を含む、指向性バックライトの該光源のアレイを制御する方法であって、
    該導波路が、該導波路に沿って光を導くための、相対する第１のガイド表面及び第２のガイド表面と、複数の該光源からの入力光を反射して該導波路を通って戻すための、該入力端に対向する反射端と、を更に含み、該導波路が、該入力位置によって決まる該第１のガイド表面に対する法線に対して横方向に分布した出力方向に、該反射端からの反射後に、該複数の光源からの入力光を出力光として、該第１のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成されており、
    該方法は、
    該複数の光源を選択的に操作して、前記出力方向に対応する変動する光学窓内に光を配向する駆動信号を、該光源に供給することと、
    該反射端からの反射後、該光源から該入力端に入射した光を感知し、該駆動信号が、該入力端に入射した該感知された光に応じて較正されることと、を含む、方法。
52. 前記入力端に入射した光の前記感知において、前記横方向の前記光源のアレイの外側の前記入力端の領域で配列されたセンサー素子を使用する、請求項５１に記載の方法。
53. 前記入力端に入射した光の前記感知において、前記光源のアレイの両側における、前記横方向の前記光源のアレイの外側の前記入力端の領域で配列されたセンサー素子を使用する、請求項５２に記載の方法。
54. 前記入力端に入射した光の前記感知において、同時に操作されない前記アレイの光源を使用する、請求項５１に記載の方法。
55. 前記複数の光源が、複数の発光ダイオードであり、前記入力端に入射した光の前記感知において、逆バイアスで操作される前記アレイの光源を使用する、請求項５４に記載の方法。
56. 前記複数の光源が、前記光源のアレイにわたってあらかじめ定められた分布を有する光束を有する光を出力するように前記駆動信号のレベルが較正される、請求項５１〜５５のいずれか一項に記載の方法。
57. 前記第１のガイド表面が、内部全反射により光を導くように構成され、前記第２のガイド表面が、前記出力光として前記第１のガイド表面を通って出射することを可能にする方向に、前記導波路を通って導かれる光を反射するよう方向づけられた複数の光抽出機構と、光を抽出することなく、前記導波路を通って光を配向するように構成される該複数の光抽出機構の間の複数の中間領域と、を含む、請求項５１〜５６のいずれか一項に記載の方法。
58. 前記第２のガイド表面が、前記複数の光抽出機構である複数のファセットと、前記複数の中間領域と、を含む、段付き形状を有する、請求項５７に記載の方法。
59. 前記第１のガイド表面が、内部全反射によって光を導くように構成され、前記第２のガイド表面が、実質的に平面であり、前記第１のガイド表面を通って光を出力するための該内部全反射を変化させる方向に光を反射する角度に傾斜し、前記ディスプレイデバイスが、前記空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるための前記導波路の前記第１のガイド表面にわたって伸長する偏向素子を更に含む、請求項５１〜５８のいずれか一項に記載の方法。
60. 前記反射端が、前記導波路にわたる横方向の正の屈折力を有する、請求項５１〜５９のいずれか一項に記載の方法。
61. 前記指向性バックライトが、前記第１のガイド表面からの前記出力光を受光し、該出力光を変調して画像を表示するように構成された透過型空間光変調器を更に含むディスプレイデバイスの一部である、請求項５１〜６０のいずれか一項に記載の方法。
62. 前記ディスプレイデバイスを制御して、一時的に多重化された左右の画像を表示することを更に含み、前記複数の光源の選択的操作が、観察者の左右の目に対応する位置にて、光学窓内に、該表示された左右の画像を配向するのに同期して実施される、請求項６１に記載の方法。
63. 前記ディスプレイデバイスにわたって観察者の位置を検出することを更に含み、観察者の左右の目に対応する位置にて、複数の光学窓内に、前記表示された左右の画像を配向する前記複数の光源の前記選択的操作が、該観察者の該検出された位置に従い実施される、請求項６２に記載の方法。
64. 指向性バックライト装置であって、
    入力端を有する導波路と、
    該導波路の該入力端にわたる横方向に、異なる入力位置に配置され、該導波路が、該導波路に沿って光を導くための、相対する第１のガイド表面及び第２のガイド表面と、光源からの入力光を反射し、該導波路を通って戻るための、該入力端に対向する反射端と、を更に含み、該導波路が、該入力位置によって決まる該第１のガイド表面に対する法線に対して横方向に分布した出力方向に、該反射端からの反射後、該光源からの入力光を出力光として、該第１のガイド表面を通って複数の光学窓内に配向するように構成されている、光源のアレイと、
    複数の該光源を選択的に操作して、前記出力方向に対応する変動する複数の光学窓内に光を配向する駆動信号を、該複数の光源に供給するように構成された制御システムであって、該制御システムが、該反射端からの反射後に、該複数の光源から該入力端に入射した光を感知し、該駆動信号を、該入力端に入射した該感知された光に応じて較正するように構成される、制御システムと、を含む、指向性バックライト装置。
65. 前記制御システムが、光の前記感知を行う、前記入力端に配列された複数のセンサー素子を更に含む、請求項６４に記載の指向性バックライト装置。
66. 前記複数のセンサー素子が、前記横方向の前記光源のアレイの外側の前記入力端の領域に配列される、請求項６５に記載の指向性バックライト装置。
67. 前記複数のセンサー素子が、前記光源のアレイの両側で、前記横方向の前記光源のアレイの外側の前記入力端の領域で配列される、請求項６６に記載の指向性バックライト装置。
68. 前記制御システムが、同時に操作されない前記アレイの光源を使用する、前記入力端に入射した光の前記感知を行うように構成される、請求項６４に記載の指向性バックライト装置。
69. 前記複数の光源が、複数の発光ダイオードであり、前記制御システムが、逆バイアスで操作される前記アレイの光源を使用する、前記入力端に入射する光の前記感知を行うように構成される、請求項６８に記載の指向性バックライト装置。
70. 前記制御システムが、前記複数の光源に供給された駆動信号を較正するように構成され、これにより、前記複数の光源が、前記光源のアレイにわたってあらかじめ定められた分布を有する光束を有する光を出力する、請求項６４〜６９のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。
71. 前記第１のガイド表面が、内部全反射により光を導くように構成され、前記第２のガイド表面が、前記出力光として前記第１のガイド表面を通って出射することを可能にする方向に、前記導波路を通って導かれる光を反射するよう方向づけられた複数の光抽出機構と、光を抽出することなく、前記導波路を通って光を配向するように構成される該複数の光抽出機構の間の複数の中間領域と、を含む、請求項６４〜７０のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。
72. 前記第２のガイド表面が、前記複数の光抽出機構である複数のファセットと、前記複数の中間領域と、を含む、段付き形状を有する、請求項７１に記載の指向性バックライト装置。
73. 前記第１のガイド表面が、内部全反射によって光を導くように構成され、前記第２のガイド表面が、実質的に平面であり、前記第１のガイド表面を通って光を出力するための該内部全反射を変化させる方向に光を反射する角度に傾斜し、前記指向性バックライト装置が、前記空間光変調器に対する法線に向けて光を偏向させるための前記導波路の前記第１のガイド表面にわたって伸長する偏向素子を更に含む、請求項６４〜７２のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。
74. 前記反射端が、前記導波路にわたる横方向の正の屈折力を有する、請求項６４〜７３のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。
75. ディスプレイ装置であって、
    請求項６４〜７４のいずれか一項に記載の指向性バックライトと、
    前記第１のガイド表面からの前記出力光を受光し、前記出力光を変調して画像を表示するように構成された透過型空間光変調器と、を含む、ディスプレイ装置。
76. 自動立体ディスプレイ装置であって、前記制御システムが、前記ディスプレイデバイスを制御して、一時的に多重化された左右の画像を表示し、かつ該表示された左右の画像を、観察者の左右の目に対応する位置にて複数の光学窓内に配向するのに同期して、前記複数の光源を選択的に操作するように構成される、請求項７５に記載のディスプレイ装置。
77. 前記制御システムが、前記ディスプレイデバイスにわたって観察者の位置を検出するように構成されたセンサーシステムを更に含み、前記制御システムが、前記複数の光源を選択的に操作して、該観察者の該検出位置に従い、前記表示された左右の画像を、観察者の左右の目に対応する位置にて、複数の光学窓内に配向するように構成される、請求項７５又は７６に記載の自動立体ディスプレイ装置。

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