(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を受けるための入力端と、前記入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る導波路と、
該導波路の前記入力端に渡って横方向に異なる入力位置に配置された光源のアレイと、
を備える指向性バックライト装置であって、
前記導波路は、該入力端と該反射端との間に伸長した、光を前記導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有し、
前記導波路は、前記入力端に渡って異なる入力位置にある複数の光源からの入力光を、反射端での反射の後で、出力方向にあり、横方向に入力位置に依存するように分布する、それぞれ対応する複数の光学窓に向けて反射するように構成され、
前記指向性バックライト装置は、
光を選択可能な複数の視野窓に配向するために、前記複数の光源を選択的に作動するように構成されているコントロールシステム、
を備え、
前記反射端は、前記導波路の光軸からずれた位置の複数の光源からの光が反射した反射光が、前記導波路の外側部を照らすことができないように、前記反射光を収束させ、
前記導波路は、入力端と反射端との間、及び前記ガイド面間に伸長した両側部をさらに有し、
該両側部は、
前記第１ガイド面及び前記第２ガイド面を連結する前記導波路のエッジ面を規定し、
前記複数の光源からの光を反射するように構成された平坦な面であり、
前記コントロールシステムは、第１の光源が、光を視野窓に配向するように選択的に作動されると、同時に、前記反射端で、次に前記導波路の前記両側部の一方で反射された光を、前記第１の光源が照らすことができない、前記導波路の前記外側部に配向するように第２の光源を作動するように構成されている、
指向性バックライト装置。
【請求項２】
前記第２の光源が、前記第１の光源と同じ視野窓に光を配向するように選択される、
請求項１に記載の指向性バックライト装置。
【請求項３】
前記導波路の前記両側部は互いに平行な、
請求項１又は２に記載の指向性バックライト装置。
【請求項４】
前記導波路の前記両側部は、前記入力端から前記反射端へ向かってその間が広がっている、
請求項１又は２に記載の指向性バックライト装置。
【請求項５】
前記導波路の前記両側部は、前記入力端から前記反射端へ向かってその間が狭まっている、
請求項１又は２に記載の指向性バックライト装置。
【請求項６】
前記導波路の前記両側部は、前記複数の光源からの光を内部全反射によって反射するように構成されている、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。
【請求項７】
前記導波路の前記両側部は、反射性のコーティングを有する、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。
【請求項８】
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が、出力光として、前記第１ガイド面を通って出射することを可能にする方向に、導波路をガイドされて通る光を反射するよう配向された複数の光抽出面部を含む、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。
【請求項９】
前記複数の光抽出面部は、前記第２ガイド面の複数の小面である、
請求項８に記載の指向性バックライト装置。
【請求項１０】
前記第２ガイド面は、前記複数の小面と、前記複数の小面間にあり、光を抽出することなく、前記導波路を通じて配向するように構成された中間領域と、を有する段付きの形状を有する、
請求項９に記載の指向性バックライト装置。
【請求項１１】
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が実質的に平坦で、光を前記第１ガイド面を通して出力するために、内部全反射を崩す方向に光を反射するようなある角度で傾斜し、
前記導波路の前記第１ガイド面に渡って伸長している偏向素子が、光を前記第１ガイド面の法線に向けて偏向させる、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置と、
前記指向性バックライト装置から出力される光を変調するために、前記指向性バックライト装置に渡って伸長している透過性空間光変調器と、
を備えるディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記透過性空間光変調器が、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って設けられている、
請求項１２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
自動立体ディスプレイ装置であり、
前記コントロールシステムが、前記透過性空間光変調器を、時間的に多重化された左目用の画像及び右目用の画像を表示するように制御し、観察者の左目及び右目それぞれに対応する位置の複数の視野窓内に光を配向するよう前記複数の光源を同期して作動するように制御するように構成されている、
請求項１２又は１３に記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
観察者の、前記ディスプレイ装置に対する相対的位置を検知するように構成されているセンサーシステムをさらに備え、
前記コントロールシステムは、その検知された観察者の位置に依存して、前記観察者の左目と右目に対応する位置にある複数の視野窓に向けて表示される画像を配向するようになっている、
請求項１４に記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
入力光を受けるための入力端と、前記入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る導波路と、
前記導波路の前記入力端に渡って横方向に異なる入力位置に配置された光源のアレイと、
を備え、
前記導波路は、該入力端と該反射端との間に伸長した、光を前記導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有し、
前記導波路は、前記入力端に渡って異なる入力位置にある複数の光源からの入力光を、反射端での反射の後で、出力方向にあり、横方向に入力位置に依存するように分布する、それぞれ対応する複数の光学窓に向けて反射するように構成され、
前記反射端は、前記導波路の光軸からずれた位置の複数の光源からの光が反射した反射光が、前記導波路の外側部を照らすことができないように前記反射光を収束させ、
前記導波路は、前記入力端と前記反射端との間、及び複数の前記ガイド面間に伸長した両側部をさらに有し、
該両側部は、
前記第１ガイド面及び前記第２ガイド面を連結する前記導波路のエッジ面を規定し、
光源から入射した光を、該光源によっては照らされない、前記導波路の前記外側部に反射するように構成されている、
指向性バックライト。
【請求項１７】
前記両側部がそれぞれ、反射性小面のアレイを備えている、
請求項１６に記載の指向性バックライト。
【請求項１８】
前記両側部がそれぞれ、ホログラフィックフィルムを備えている、
請求項１６に記載の指向性バックライト。
【請求項１９】
前記両側部が、光源から入射する光を、該光源からの光であって、前記導波路の前記反射端から反射された光の方向と同じ方向に反射するように構成されている、
請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
【請求項２０】
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が、出力光として、前記第１ガイド面を通って出射することを可能にする方向に、導波路をガイドされて通る光を反射するよう配向された複数の光抽出面部を含む、
請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
【請求項２１】
前記複数の光抽出面部は、前記第２ガイド面の複数の小面である、
請求項２０に記載の指向性バックライト。
【請求項２２】
前記第２ガイド面は、前記複数の小面と、前記複数の小面間にあり、光を抽出することなく、前記導波路を通じて配向するように構成された中間領域と、を有する段付きの形状を有する、
請求項２１に記載の指向性バックライト。
【請求項２３】
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が実質的に平坦で、光を前記第１ガイド面を通して出力するために、内部全反射を崩す方向に光を反射するようなある角度で傾斜し、
前記指向性バックライトが、光を前記第１ガイド面の法線に向けて偏向させるために、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って伸長している偏向素子をさらに備える、
請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
【請求項２４】
請求項１６〜２３のいずれか一項に記載の指向性バックライトと、
前記指向性バックライトから出力される光を変調するために、前記指向性バックライトに渡って伸長している透過性空間光変調器と、
を備えるディスプレイデバイス。
【請求項２５】
前記透過性空間光変調器が、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って設けられている、
請求項２４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２６】
請求項２４又は２５に記載のディスプレイデバイスと、
光を選択可能な複数の視野窓に配向するために、前記複数の光源を選択的に作動するように構成されているコントロールシステムと、
を備えるディスプレイ装置。
【請求項２７】
自動立体ディスプレイ装置であり、
前記コントロールシステムが、前記透過性空間光変調器を、時間的に多重化された左目用の画像及び右目用の画像を表示するように制御し、観察者の左目及び右目それぞれに対応する位置の複数の視野窓内に光を配向するよう前記複数の光源を同期して作動するように制御するように構成されている、
請求項２６に記載のディスプレイ装置。
【請求項２８】
観察者の、前記ディスプレイデバイスに対する相対的位置を検知するように構成されているセンサーシステムをさらに備え、
前記コントロールシステムは、その検知された前記観察者の位置に依存して、前記観察者の左目と右目に対応する位置にある複数の視野窓に向けて表示される画像を配向するようになっている、
請求項２７に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的に、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光源から広範囲の照明を提供するための光ガイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
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及び第２セットとして配列した画像のアレイと整列させる。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各方向に配向し、ディスプレイの前に第１視野窓及び第２視野窓を提供する。観察者は、第１視野窓に置いた目から、ピクセルの第１セットからの光で第１画像を見ることができ、第２視野窓に置いた目から、ピクセルの第２セットからの光で第２画像を見ることができる。
【０００３】
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に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関数によって決定される。電極などのピクセル間のすき間は一般に、不均一な視野窓を生成する。このようなディスプレイには、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が生じ、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、観察者に対する視覚疲労が増す。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減少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。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示によれば、指向性照明装置は、光を配向するための結像指向性バックライト、結像指向性バックライトに光を提供するための照明器アレイ、及び実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供するために結像指向性バックライトの光学システムを変更するような追加的光学素子を備えてもよい。結像指向性バックライトは、光をガイドするための導波路を備えてもよい。導波路は、第１光誘導面、及び第１光誘導面に対向する第２光誘導面を備えてもよい。
【０００５】
ディスプレイのバックライトには一般的に、導波路及び端部発光源が用いられる。特定の結像指向性バックライトは、ディスプレイパネルを通して照明を複数の視野窓に配向する追加機能を有する。結像システムは、複数のソースと各窓画像との間に形成することができる。結像指向性バックライトの１つの例として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あげられ、したがってこれは、折りたたみ式結像指向性バックライトの１つの例でもあり得る。光は光学弁を通して、一方向に実質的にロス無く伝搬することができ、同時に対向伝搬光は、内容全体を参照によって本明細書に引用したものとする米国特許出願第１３／３００，２９３号に記述されるように、傾斜小面での反射によって抽出することができる。
【０００６】
指向性バックライトは、導波路を通じた照明に、複数の視野窓に結像されるような、導波路内での方向性を与える。入力端にある光源から放射し、導波路内を伝搬する光は、導波路の反射端にある曲面状の反射鏡によって、そのビームの開きが狭くされ（通常はコリメートされ）、さらに、光抽出曲面部又はフレネルレンズのようなレンズによって、視野窓に向けて結像される。オン軸の視野窓については、コリメートされた光が矩形の導波路の縁部に実質的に平行であり、そのため光は導波路の全域に渡って、視野窓に向かって出力される。オフ軸の位置については、コリメートされた光の向きは矩形の導波路の縁部と平行ではなく、ゼロではない角度で傾いている。それによって、照明されていない（あるいはボイドの）外側部（三角形状である場合があり得る部分）が、コリメートされたビームの１つの縁部と、導波路の対応する縁部との間に形成される。外側部の中からは、対応する視野窓に光が向かわないので、ディスプレイデバイスのこの領域は暗く見える。オフ軸の視覚位置に対して、導波路のより多くの領域が空間光変調器を照明するのに使えるように暗い外側部の出現を減らすことは望ましく、そうすることで、好都合にシステムのサイズ及びコストを削減することができる。
【０００７】
高角度での歪みのために、本結像指向性バックライトシステム及び関連技術の結合指向性バックライトシステムでは一般に、バックライトエリアの全体が利用可能なわけではない場合がある。ボイドとなっている領域に光を導入することでシステムを修正すれば、こうした制約を是正することが可能である。そのような修正された照明装置の実施形態は、明るさ、局所的な独立した照明、及び指向性能について向上させることが可能である。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、入力光を受けるための入力端と、入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る導波路と、導波路の入力端に渡って横方向に異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を備える指向性バックライト装置であって、導波路は、入力端と反射端との間に伸長した、光を導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有し、導波路は、入力端に渡って異なる入力位置にある複数の光源からの入力光を、反射端での反射の後で、出力方向にあり、横方向に入力位置に依存するように分布する、それぞれ対応する複数の光学窓に向けて反射するように構成され、指向性バックライト装置は、光を選択可能な複数の視野窓に配向するために、複数の光源を選択的に作動するように構成されているコントロールシステムを備え、反射端は、導波路の光軸からずれた位置の複数の光源からの光が反射した反射光が、導波路の外側部を照らすことができないように反射光を収束させ、導波路は、入力端と反射端との間、及びガイド面間に伸長した両側部をさらに有し、両側部は、複数の光源からの光を反射するように構成された平坦な面であり、コントロールシステムは、第１の光源が、光を視野窓に配向するように選択的に作動されると、同時に、反射端で、次に導波路の一側部で反射された光を、第１の光源が照らすことができない、導波路の外側部に配向するように第２の光源を作動するように構成されている、指向性バックライト装置が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、入力光を受けるための入力端と、入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る導波路と、導波路の入力端に渡って横方向に異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を備え、導波路は、入力端と反射端との間に伸長した、光を導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有し、導波路は、入力端に渡って異なる入力位置にある複数の光源からの入力光を、反射端での反射の後で、出力方向にあり、横方向に入力位置に依存するように分布する、それぞれ対応する複数の光学窓に向けて反射するように構成され、反射端は、導波路の光軸からずれた位置の複数の光源からの光が反射した反射光が、導波路の外側部を照らすことができないように反射光を収束させ、導波路は、入力端と反射端との間、及び複数のガイド面間に伸長した両側部をさらに有し、両側部は、光源から入射した光を、光源によっては照らされない、導波路の外側部に反射するように構成されている、指向性バックライトが提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、入力光を受けるための入力端と、入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る導波路と、導波路の入力端に渡って横方向に異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を備える指向性バックライトであって、導波路は、入力端と反射端との間に伸長した、光を導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有し、導波路は、入力端に渡って異なる入力位置にある複数の光源からの入力光を、反射端での反射の後で、出力方向にあり、横方向に入力位置に依存するように分布する、それぞれ対応する複数の光学窓に向けて反射するように構成され、反射端は、導波路の光軸からずれた位置の複数の光源からの光が反射した反射光が、導波路の外側部を照らすことができないように反射光を収束させ、指向性バックライトは、入力端と反射端との間、及び複数のガイド面間を伸長している導波路のそれぞれの側部に沿って設けられ、導波路の前記外側部に光を供給するように構成された、第２の光源のアレイをさらに備える指向性バックライトが提供される。
【００１１】
本発明の第４の態様によれば、入力光を受けるための入力端と、入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る導波路と、導波路の入力端に渡って横方向に異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を備えるディスプレイデバイスであって、導波路は、入力端と反射端との間に伸長した、光を導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有し、導波路は、入力端に渡って異なる入力位置にある複数の光源からの入力光を、反射端での反射の後で、出力方向にあり、横方向に入力位置に依存するように分布する、それぞれ対応する複数の光学窓に向けて反射するように構成され、ディスプレイデバイスは、導波路から出力される光を変調するために、導波路に渡って伸長した透過性空間光変調器を備え、空間光変調器は、導波路のエリアの一部にのみ渡って伸長している、ディスプレイデバイスが提供される。
【００１２】
本発明の第５の態様によれば、指向性バックライトであって、入力光を受けるための入力端と、入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る指向性導波路であって、入力端と反射端との間に伸長した、光を指向性導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２を有する指向性導波路を備え、第２ガイド面が、反射端に面する複数の光抽出面部を有し、光抽出面部は、入力端に渡って存在する異なる入力位置から、入力位置に依存する異なる方向に、第１ガイド面を通じてガイドされた光であって、反射端から指向性導波路を通じてガイドされて戻ってくる光を反射するよう構成され、指向性バックライトは、指向性導波路の入力端に渡って存在する異なる入力位置で、指向性導波路を照らすように構成された光源のアレイを備え、反射端は、反射された光を、指向性導波路の光軸からずれた位置の複数の光源からの光が反射した光が、指向性導波路の外側部が照らすことができないように収束させ、指向性バックライトは、指向性導波路の第２ガイド面に渡って伸長するよう配置され、ずれた位置の複数の光源では照らされることができない外側部を含む指向性導波路を通じて照明を提供するように構成されるバックライト構造体を備える指向性バックライトが提供される。
【００１３】
このように、本発明の第１〜第５の態様のそれぞれは、それがなければ光源によって照らすことができない、導波路の外側部に照明を提供する構造を提供している。本発明の第１〜第５の態様は、一緒に、どのような組み合わせででも用いることができる。
【００１４】
本発明の第６の態様によれば、ピクセルのアレイを備え、ピクセルのすべての上に表示された画像を、異なる位置にある選択可能な複数の視野窓に配向するように制御可能なディスプレイデバイスと、３Ｄの動作モード及び２Ｄの動作モードで動作可能なコントロールシステムであって、３Ｄの動作モードにおいては、ディスプレイデバイスに、時間的に多重化された左用画像及び右用画像を表示させ、かつ、表示された画像を、観察者の左目及び右目に対応する横方向の位置にある複数の視野窓に同期して配向させるように制御し、２Ｄの動作モードにおいては、ディスプレイデバイスに、継続する２Ｄ画像を表示させるように制御するように構成されたコントロールシステムと、を備え、ディスプレイデバイスは、ディスプレイデバイスに渡って伸長している角度依存式拡散器フィルムをさらに備え、角度依存式拡散器フィルムは、フィルムの法線周りに横方向で第１の範囲にある角度で入射する光は、角度的に拡散されず、横方向で前記第１の範囲の外側にある第２の範囲にある角度で入射する光は、角度的に拡散されるという特性を持つ、自動立体ディスプレイ装置が提供される。
【００１５】
さらに本発明の第６の態様によれば、入力光を受けるための入力端と、入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る導波路であって、入力端と反射端との間に伸長した、光を導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有する導波路であって、入力端に渡って横方向に異なる入力位置からの入力光が反射端で反射された後の入力光を、入力位置に依存して横方向に分配された、出力方向に、反射するように構成されている導波路と、導波路に渡って伸長している角度依存式拡散器フィルムであって、フィルムの法線周りに横方向で第１の範囲にある角度で入射する光は、角度的に拡散されず、横方向で前記範囲の外側にある第２の範囲にある角度で入射する光は、角度的に拡散されるという特性を持つ角度依存式拡散器フィルムと、を備える導波路構造体が提供される。
【００１６】
本発明の第６の態様にしたがう拡散器フィルムは、時分割多重化技術を用いて、３Ｄの動作モードを提供することも可能な装置において、比較的低いコストで２Ｄの動作モードにおけるビューアングルを拡大することができる。
【００１７】
本発明の第６の態様は、本発明の第１〜第５の態様のいずれとも組み合わせて用いることが可能であり、本発明の第１〜第５の態様のいかなるいずれか複数の組み合わせとも組み合わせて用いることができる。
【００１８】
本発明の第７の態様によれば、光を配向するための結像指向性バックライトであって、第１光誘導面と、第１光誘導面に対向する、第２光誘導面と、をさらに有する、光をガイドするための導波路を備える結像指向性バックライトと、結像指向性バックライトに光を提供するための照明器アレイと、結像指向性バックライトの光学システムを、実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供させるように変更する追加的光学素子と、を備える指向性照明装置が提供される。
【００１９】
本発明の第８の態様によれば、光をガイドするための段付き導波路であって、第１光誘導面と、第１光誘導面に対向する第２光誘導面であって、少なくとも１つのガイド面部、及び光を段付き導波路から出すように配向する複数の抽出面部を有する第２光誘導面と、第１光誘導面及び第２光誘導面の間に位置し、第１の光源のアレイからの光を受けるように動作可能である、第１の照明入力表面と、を備える段付き導波路と、段付き結像指向性バックライトに光を提供するための照明器アレイと、段付き結像指向性バックライトの光学システムを、実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供させるように変更する追加的光学素子と、を備える段付き結像指向性バックライト装置が提供される。
【００２０】
本発明の第９の態様によれば、導波路の第１の端部に位置する入力側部と、導波路の第２の端部に位置する反射側部と、導波路の入力側部と反射側部との間に位置する、第１の光配向側部及び第２の光配向側部であって、第２の光配向側部は、複数のガイド面部および複数の抽出面部を有する、第１の光配向側部及び第２の光配向側部と、実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供するために結像指向性バックライトの光学システムを変更するような追加的光学素子であって、発光素子、結像小面端部、または代替的光路の、少なくとも１つであるような追加的光学素子と、を備える結像指向性バックライトが提供される。
【００２１】
本発明の第１０の態様によれば、実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供する折りたたみ式結像指向性バックライトシステムであって、照明器アレイからの光を受けるように動作可能な、光をガイドするための第１の導波路と、第１の導波路と光学的に接続され、照明器アレイからの光を受けるように動作可能な第２の導波路と、を有する折りたたみ式結像指向性バックライトを備え、第１の導波路は、複数の縁部小面を有する第１の縁部を有し、第２の導波路は、複数の縁部小面を有する第２の縁部を有し、さらに、複数の縁部小面が、実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供する、折りたたみ式結像指向性バックライトシステムが提供される。
【００２２】
本発明のいかなる態様も、いかなる組み合わせによっても用いることができる。
【００２３】
本明細書に記述される実施形態は、指向性ビューと従来の２Ｄとの両立を可能とする広角のビューを提供する自動立体ディスプレイを提供することができる。広角ビューモードは、観察者追跡型自動立体３Ｄディスプレイ、観察者追跡型２Ｄディスプレイ（例えば、プライバシー重視又は電力節約用途）、広角ビュー２Ｄディスプレイ、又は、ワイドビューアングル立体３Ｄディスプレイで用いることが可能である。更に、実施形態は、効率的な自動立体ディスプレイを目的とする、制御された照明器を提供することができる。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。また、実施形態は、指向性バックライト装置および、指向性バックライト装置に組み込まれる指向性ディスプレイにも関連する場合がある。そのような装置は、立体ディスプレイ、プライバシー重視ディスプレイ、マルチユーザディスプレイ、及びその他の指向性ディスプレイ用に用いることができる。
【００２４】
実施形態において、指向性バックライトの光学的機能は、多結像方向バックライトシステムによって提供されることができるが、そのようなシステムにおいて、端部の照明器が照らすはずの側部のボイド領域にも光を回すことができる。好都合に、そのような構成は、それぞれの光学弁としての機能に加え、光学的機能を提供することができるが、それぞれの光学弁の持つ、高い効率性、大きな後方作業距離、および小さいフォームファクタといった利点を残すことができる。
【００２５】
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を目的とする制御された照明器を提供することができる。
【００２６】
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よく、又はこれらと共に動作してもよい。本開示の態様は、光学機器及び電気機器、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、視覚的なかつ／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、光学機器で用いることができる。
【００２７】
詳細に開示する種々の実施形態に進む前に、開示は、他の実施形態例が可能であるので、用途又は作製において示す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、開示の態様が、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、説明の目的のためのものであって、限定するためのものではない。
【００２８】
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ＬＥＤ光源の調整を通して一般的に制御された、実質的に出力表面全体から発散される照明に渡る制御を提示する。照射光指向性分布の制御は、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渡ってのみ照明が提供されてい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並びに自動立体ディスプレイの閲覧、及び低コストを実現できる。
【００２９】
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渡って読むことで、当業者にとって明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
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。
【図１Ａ】本開示にしたがう、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。
【図１Ｂ】本開示にしたがう、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。
【図２Ａ】本開示にしたがう、指向性ディスプレイデバイスの他の実施形態における光伝搬の上面図を示す略図である。
【図２Ｂ】本開示にしたがう、図２Ａの指向性ディスプレイデバイスの正面図に光伝搬を示す略図である。
【図２Ｃ】本開示にしたがう、図２Ａの指向性ディスプレイデバイスの側面図に光伝搬を示す略図である。
【図３】本開示にしたがう、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。
【図４Ａ】本開示にしたがう、光抽出曲面部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に示す略図である。
【図４Ｂ】本開示にしたがう、光抽出曲面部を含む指向性ディスプレイデバイスにおける第１及び第２視野窓の生成を正面図に示す略図である。
【図５】本開示にしたがう、光抽出線形面部を含む指向性ディスプレイデバイスにおける第１視野窓の生成を示す略図である。
【図６Ａ】本開示にしたがう、第１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１視野窓の生成の一実施形態を示す略図である。
【図６Ｂ】本開示にしたがう、第２タイムスロットでの、時分割多重化結像指向性ディスプレイデバイスにおける第２視野窓の生成の別の実施形態を示す略図である。
【図６Ｃ】本開示にしたがう、時分割多重化結像指向性ディスプレイデバイスにおける第１及び第２視野窓の生成の別の実施形態を示す略図である。
【図７】本開示にしたがう、観察者トラッキング自動立体指向性ディスプレイ装置を示す略図である。
【図８】本開示にしたがう、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。
【図９】本開示にしたがう、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。
【図１０】本開示にしたがう、時分割多重化指向性ディスプレイデバイスの構造の側面図を示す略図である。
【図１１Ａ】本開示にしたがう、指向性ディスプレイデバイス及びコントロールシステムを備える指向性ディスプレイ装置を示す略図である。
【図１１Ｂ】本開示にしたがう、指向性バックライトの右側にオフ軸して見る際の、左側の照明不足領域を示す略図である。
【図１２Ａ】本開示にしたがう、指向性バックライトの左側にオフ軸して見る際の、右側の照明不足領域を示す略図である。
【図１２Ｂ】本開示にしたがう、ボイドの外側部を見えにくくするように配置された指向性バックライトの上面図を示す略図である。
【図１２Ｃ】本開示にしたがう、指向性バックライト及び、縁部光源によって実現される、外側領域の更に外のエリアの空間光変調器を備える指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。
【図１２Ｄ】本開示にしたがう、指向性バックライト及び、縁部光源によって実現される、外側領域の更に外のエリアの空間光変調器を備える指向性ディスプレイデバイスであって、該指向性バックライトがテーパー形状をしている、指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。
【図１３Ａ】本開示にしたがう、不要な光線を導波路から出すことを可能としながら、光源のペア間のボイド領域へ光を向けるための光沢のある伝導縁部を有する導波路を備える指向性バックライトを示す略図である。
【図１３Ｂ】本開示にしたがう、不要な光線を導波路から出すことを可能としながら、光源のペア間のボイド領域へ光を向けるための光沢のある伝導縁部を有する導波路を備える指向性バックライトを示す略図である。
【図１４Ａ】本開示にしたがう、照明エリアを増やすために対の光源を有する指向性バックライトの動作を示す略図である。
【図１４Ｂ】本開示にしたがう、照明エリアを増やすために対の光源を有する指向性バックライトの動作を示す略図である。
【図１４Ｃ】本開示にしたがう、照明エリアを増やすために対の光源を有する指向性バックライトの動作を示す略図である。
【図１５】本開示にしたがう、コントロールシステム、光源アレイ、及び指向性導波路であって、第１の光源によって形成されるボイドの外側領域に、第２の光源で照らすことで光を回すことを実現するように配置された反射側部を有する指向性導波路を備える一実施形態を示す略図である。
【図１６Ａ】本開示にしたがう、段付き導波路を備える指向性ディスプレイデバイスの上面図を示す略図である。
【図１６Ｂ】本開示にしたがう、段付き導波路を備える指向性ディスプレイデバイスの上面図を示す略図である。
【図１６Ｃ】本開示にしたがう、光をコリメートしない反射端を有する指向性ディスプレイデバイスの上面図を示す略図である。
【図１６Ｄ】本開示にしたがう、段付き導波路を備える指向性ディスプレイデバイスの上面図を示す略図である。
【図１６Ｅ】本開示にしたがう、光源の外側列を有する指向性ディスプレイ装置の正面図を示す略図である。
【図１７Ａ】本開示にしたがう、一側にある指向性ディスプレイ装置のビュー領域の縁部に現れる２つのアーチファクトを示す略図である。
【図１７Ｂ】本開示にしたがう、図１７Ａの場合とは反対の側にある指向性ディスプレイ装置のビュー領域の縁部に現れる２つのアーチファクトを示す略図である。
【図１７Ｃ】本開示にしたがう、指向性ディスプレイ装置において現れるボイド部を補償するための１つの方法を示す略図である。
【図１７Ｄ】本開示にしたがう、指向性ディスプレイ装置において現れるボイド部を補償するための別の方法を示す略図である。
【図１７Ｅ】本開示にしたがう、指向性ディスプレイ装置において現れるボイド部を補償するための別の方法を示す略図である。
【図１８Ａ】本開示にしたがう、指向性バックライトシステムのボイド領域に光が向かうように光の向きを変えるために、側部反射性小面が導入された指向性バックライトを示す略図である。
【図１８Ｂ】本開示にしたがう、指向性バックライトシステムのボイド領域に光が向かうように光の向きを変えるために、側部反射性小面が導入された別の指向性バックライトを示す略図である。
【図１８Ｃ】本開示にしたがう、指向性バックライトシステムのボイド領域に光が向かうように光の向きを変えるために、側部反射性小面が導入されたさらに別の指向性バックライトを示す略図である。
【図１９】本開示にしたがう、指向性バックライトシステムのボイド領域に光が向かうように光の向きを変えるために、側部ホログラフィックフィルムが導入された別の指向性バックライトを示す略図である。
【図２０Ａ】本開示にしたがう、光を光学弁の側部に導入するために追加的光源が用いられている指向性バックライトを示す略図である。
【図２０Ｂ】本開示にしたがう、光を光学弁の側部に導入するために追加的光源が用いられている他の指向性バックライトを示す略図である。
【図２０Ｃ】本開示にしたがう、光を光学弁の側部に導入するために追加的光源が用いられている他の指向性バックライトを示す略図である。
【図２１】本開示にしたがう、光源の局所的アレイが、広角で均一なビューが得られるように光を制御された角度で発し、独立した窓の制御を備えるような、他の指向性バックライトを示す略図である。
【図２２Ａ】本開示にしたがう、バックライトが光学弁に隣り合って配置されている別の指向性バックライトを示す略図である。
【図２２Ｂ】本開示にしたがう、バックライトが光学弁に隣り合って配置されている別の指向性バックライトを示す略図である。
【図２２Ｃ】本開示にしたがう、バックライトが光学弁に隣り合って配置されている別の指向性バックライトを示す略図である。
【図２３】本開示にしたがう、光源のアレイがその位置を、隣り合うバックライトの間で変える別の指向性バックライトを示す略図である。
【図２４】本開示にしたがう、光が照明バックライトシステム間で切り替えられる指向性バックライトを示す略図である。
【図２５Ａ】本開示にしたがう、結像指向性バックライトから垂直に向かってくる光線よりも高角度で来る光線の方をより広い範囲に拡散させるために、角度依存式拡散器を用いる指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。
【図２５Ｂ】本開示にしたがう、角度依存式拡散器の側面図を示す略図である。
【図２５Ｃ】本開示にしたがう、角度依存式拡散器の側面図を示す略図である。
【図２５Ｄ】本開示にしたがう、広角のビューを実現するように、自動立体指向性ディスプレイデバイスに配置されている角度依存式拡散器の配置を示す略図である。
【図２６】本開示にしたがう、照明光が、切り替え可能な拡散素子を用いて拡散される指向性バックライトを示す略図である。
【図２７】本開示にしたがう、ガイドされた光が、拡散反射素子を有する指向性バックライトの底面に光学的に接触することによって拡散された形で抽出され得る指向性バックライトを示す略図である。
【図２８】本開示にしたがう、ガイドされた光が、拡散反射素子を有する指向性バックライトの底面に、電鋳された表面材料を介して光学的に接触することによって拡散された形で抽出され得る指向性バックライトを示す略図である。
【図２９】本開示にしたがう、エレクトロウェッティング材料が、反射性小面の背後から結像指向性バックライトのガイド領域に移動させられ、光を拡散表面から出射させたり、拡散表面で反射させたりする指向性バックライトを示す略図である。
【図３０】本開示にしたがう、ボイド部が見えにくくすることを実現するように配置されている、ウェッジタイプ指向性バックライトの上面図を示す略図である。
【図３１】本開示にしたがう、ウェッジタイプ指向性バックライトの側面図を示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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タイムスロットにおいては第１視野窓に、第２タイムスロットにおいては全ピクセルを第２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及び第２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全体に渡ってフルな解像度画像を見る。時分割多重化ディスプレイは、指向性光学素子が照明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して照明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。
【００３２】
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にすることができる。このようなディスプレイは、観察者の動きに対して、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。
【００３３】
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照明器素子は、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。
【００３４】
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のアレイといった、巨視的照明器と共に都合よく実現できる。しかし、照明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幅の照明器は、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得る。
【００３５】
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。記述されるものは視覚位置又は窓の一次元アレイであり、これは異なる画像を通常は水平の第１方向に表示できるが、通常は垂直の第２方向に動く場合も同じ画像を含む。
【００３６】
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といった光源から端部照明を有する。しかし、当然のことながら、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、及び作用における多くの基本的相違がある。
【００３７】
一般的には、例えば、本開示にしたがい、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して、複数の各視野窓に少なくとも１軸に配向するよう配列されている。それぞれの視野窓は、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軸における１画像として実質的に形成されている。結像システムは、複数の光源と各窓画像との間に形成することができる。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、各視野窓外にある観察者の目からは不可視である。
【００３８】
対比的に、従来の非結像バックライト又は光ガイディングプレート（ＬＧＰ）は２Ｄディスプレイの照明用に使用されている。例えば、カリル・カランタル他「二面発光のバックライトユニット」国際情報ディスプレイ学会誌、第１２巻、第４号（２００４年１２月）、３７９〜３８７頁を参照。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して、複数の光源それぞれに対して実質的に共通の視覚ゾーンに配向し、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配列されている。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、視覚ゾーンに渡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からのＢＥＦ（商標）といったブライトネスエンハンスメント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、各光源それぞれに対して実質的に同じとなり得る。したがって、上記理由その他により、従来の非結像バックライトは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面部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。
【００３９】
本明細書に使用されるように、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、光ガイディング構造又はデバイスの１種類とすることができる光学構造である。本開示においては、光学弁は空間光変調器とは別物である（ただし、当該分野においては、空間光変調器が「光バルブ」と一般に呼ばれることが時にある）。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、光学弁を通し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、この特許の内容全体を参照によって本明細書に引用したものとする米国特許出願第１３／３００，２９３号に記述されるように、光が反射傾斜光抽出面部によって抽出され、視野窓に配向され得るよう、反伝搬することができる。
【００４０】
更に、本明細書に使用されるように、段付き導波路結像指向性バックライトは少なくとも１つの光学弁とすることができる。段付き導波路は、光をガイドするための導波路を含み、第１光誘導面、及び第１光誘導面に対向する第２光誘導面を更に含み、ステップとして配列された、複数の抽出面部がちりばめられた複数の光ガイディング面部を更に含む結像指向性バックライト用の導波路である。
【００４１】
作用においては、光は、模範的な光学弁内を第１方向に、入力側から反射側に伝搬でき、実質的にロス無く伝搬することができる。光は反射側にて反射でき、実質的に第１方向に相対する第２方向に伝搬することができる。光の第２方向への伝搬にしたがって、光は、光学弁外に光を再配向するよう作用可能な光抽出面部に入射することができる。つまり、光学弁は一般的に光が第１方向に伝搬可能にし、第２方向へ伝搬している間に光を抽出可能にする。
【００４２】
光学弁は、大型ディスプレイ面積の時系列指向性照明を実現することができる。さらに、光を巨視的照明器から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伝搬する光を抽出するよう配列された光抽出面部のアレイを使用することができる。
【００４３】
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、それらのすべてはこの特許の内容全体を参照によって本明細書に引用したものとする、３Ｍによる例えば米国特許第７，５２８，８９３号、ＲｅａｌＤによって本明細書に「ウェッジタイプ指向性バックライト」と参照される、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」と参照され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ている。
【００４４】
本開示は、光が、第１の側部、及び面部の第１のセットを含むことができる例えば段付き導波路の内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さに渡って伝達するが、光は第１の側部及び表面の第１のセットに対する入射角度を実質的に変化させず、これら内面での媒体の臨界角には到達できない。光の抽出は、（段の「踏面」に相当する）表面の第１のセットに対して傾斜している（段の「蹴込」に相当する）表面の第２のセットによって、好都合に実現可能である。表面の第２のセットは、段付き導波路の光ガイディング作用の一部とできないものの、導波路の構造体から光の抽出が可能となるように配列し得ることに留意すべきである。一方、ウェッジタイプ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ガイド可能にすることができる。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。
【００４５】
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。
【００４６】
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を、ｘｙ平面状に示した正面図であり、段付き導波路１を照らすために用いることができる照明器アレイ１５を含む。照明器アレイ１５は、照明器素子１５ａ〜照明器素子１５ｎ（「ｎ」は１より大きい整数）を含む。１つの例においては、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。照明素子１５ａ〜１５ｎは、発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる光源である。ＬＥＤは本明細書にて照明器素子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光源を使用することができる。さらに、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照明器アレイ１５、ＳＬＭ  ４８、抽出面部１２、ガイディング面部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の照明器アレイ１５は互いに対応し、図１Ａ及び１Ｂの段付き導波路１は互いに対応することができる。
【００４７】
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を通して戻す反射端４との間に伸長する。入力端２の導波路に渡る横方向の長さは、入力端２の高さより大きい。照明器素子１５ａ〜１５ｎは、入力端２に渡る横方向の異なる入力位置に配置されている。
【００４８】
導波路１は、入力端２と反射端４との間に伸長する、光を導波路１に沿って前後にガイドするための第１及び第２の相対するガイド面を有する。第２ガイド面は、反射端４に向いている複数の光抽出面部１２を有する。光抽出面部１２は、入力端に渡って存在する異なるさまざまな入力位置から、その入力位置に依存して異なるさまざまな方向に第１ガイド面を通じて発した光で、反射端から導波路１を通じてガイドされて戻ってくる光の少なくとも一部を反射するように配列されている。
【００４９】
この例では、他の反射面部を使用できたとしても、光抽出面部１２は反射性小面である。光抽出面部１２は導波路を通して光をガイドしないことに対し、光抽出面部１２の中間の第２ガイド面の中間領域は、光を抽出することなくガイドする。第２ガイド面のこれらの領域は平面であり、第１ガイド面に平行、又は相対的に低い傾斜で伸長してもよい。光抽出面部１２は、第２ガイド面が光抽出面部１２及び中間領域を含み得る段付き形状を有することができるように、それら領域に横方向に伸長する。光抽出面部１２は、光源からの光を、第１ガイド面を通して、反射端４からの反射後に反射するよう配向されている。
【００５０】
光抽出面部１２は、入力位置によって決まる第１ガイド面に相対的な異なる方向の入力端に渡る横方向の異なる入力位置からの入力光を配向するよう配列されている。照明素子１５ａ〜１５ｎが異なるさまざまな入力位置に配列されるので、それぞれの照明素子１５ａ〜１５ｎからの光は、異なるさまざまな方向へと反射される。このようにして、照明素子１５ａ〜１５ｎのそれぞれは、入力位置に依存して決まる、横方向に分布するさまざまな出力方向の、それぞれに対応する光学窓に光を配向する。入力位置が分配されている入力端２に渡る横方向は、第１ガイド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。入力端２にて、及び出力光に関して定義されるような横方向は、反射端４及び第１ガイド面での偏向が一般的に横方向に対して直交している本実施形態では平行に維持される。コントロールシステムの制御下では、照明器素子１５ａ〜１５ｎは、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。光学窓は、視野窓として、個別にまたはグループで用いることができる。
【００５１】
ＳＬＭ  ４８は、導波路に渡って伸長しており、導波路から出力される光を変調する。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、この照明器が反射して作用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ガイド面に渡って配置されており、光抽出面部１２からの反射後に第１ガイド面を通して光出力を変調する。
【００５２】
視野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作動を図１Ａの正面図に示し、その側面プロファイルを図１Ｂに示す。図１Ａ及び１Ｂでの作用において、光は、段付き導波路１の薄い端部側（ｘ＝０）、の表面に沿って異なる位置（ｙ）、に配置された照明器素子１５ａ〜１５ｎのアレイといった照明器アレイ１５から照射されることができる。光は、段付き導波路１内を第１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、遠い側の湾曲した端部側４に到達すると、おおむね又は全体的に湾曲した端部側４を満たすことができる。伝搬中、光は、ｘｚ面にてガイド材の臨界角以下の一連の角度に広がることができる。段付き導波路１の底側のガイディング面部１０をリンクする抽出面部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方向における＋ｘに沿って伝搬する実質的にすべての光は、抽出面部１２を外れて伝播することができ、実質的にロスの無い前方伝搬が確保される。
【００５３】
図１Ａ及び１Ｂの考察を続けると、段付き導波路１の湾曲した端部側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。光はしたがって、第２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度の傾斜抽出面部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角拡散を伴う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、光が屈折を通して段付き導波路１を出ることで増大することができるが、抽出面部１２の反射特性によって多少減少する場合がある。
【００５４】
未コーティングの抽出面部１２を伴う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。しかし、銀コーティング又は金属化での抽出面部を有する他の実施形態においては、広い角拡散及び中央法線方向を保持することができる。銀コーティングでの抽出面部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、照明器アレイ１５内の各照明器素子１５ａ〜１５ｎのｙ位置に比例して、法線からずれて配向されることができる。入力縁部２に沿って独立した照明器素子１５ａ〜１５ｎを有することにより、図１Ａに示すように、光は光配向側６の全体から出射可能となり、異なる外角で伝搬可能となる。
【００５５】
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の照射は、上面図又は図２Ａにおける照明器アレイ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上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の背後に配置することができる。これに同期して、照明器アレイ１５の特定の照明器素子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、照明器アレイ１５の照明器素子の各セットは共にオンとなり、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、水平方向の幅は制限されているものの垂直方向に伸長する光学瞳孔、及び、両目、並びに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。このようにして、視聴者の頭部がほぼ中央に整列された場合に３Ｄを見ることができる。中央位置から側方へ離れる動作は、シーンを２Ｄ画像に収縮することができる。
【００５６】
反射端４は、導波路に渡る横方向へのポジティブな光強度を有することができる。反射端４がポジティブな光強度を通常有する実施形態においては、光軸は、例えば反射端４の湾曲の中心を通り、ｘ軸周りの端部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の光抽出面部１２といった光強度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軸周りの側部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、球状プロファイルを含むことができ、オン軸及びオフ軸の視覚位置に対する能力を最適化する。他のプロファイルも使用することができる。
【００５７】
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、透過的材料とすることができる段付き導波路１の作用の側面図をさらに詳細に示す。段付き導波路１は、照明器入力側２、反射側４、実質的に平面にすることができる第１光ガイド側６、及びガイディング面部１０並びに光抽出面部１２を含む第２ガイド側８を含むことができる。作用においては、例えばＬＥＤのアドレス化が可能なアレイにすることができる、照明器アレイ１５（図３では非表示）の照明器素子１５ｃからの光線１６は、第１光ガイド側６による内部全反射及びガイディング面部１０による内部全反射を用いて、鏡面とすることができる反射側４へ、段付き導波路１内でガイドすることができる。反射側４は鏡面として光を反射することができるが、実施形態によっては、光が反射側４を透過するようにすることも可能である。
【００５８】
図３の考察を続けると、反射側４にて反射した光線１８は、反射側４での内部全反射によって段付き導波路１内を更にガイドされ、抽出面部１２によって反射されることができる。抽出面部１２における入射である光線１８は、段付き導波路１のガイディング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、側部６を通して、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孔に配向することができる。視野窓２６の幅は、少なくとも照明器のサイズ、出力設計距離、及び側部４並びに抽出面部１２における光強度によって決定することができる。視野窓の高さは、抽出面部１２の反射円錐角、及び側部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、空間光変調器４８の表面法線方向に対する、名目上の視覚距離にある平面と交差する別々の出力方向のある範囲を表す。
【００５９】
図４Ａは、光抽出曲面部を含め、第１照明器素子によって示すことができ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、照明器アレイ１５の照明器素子１５ｃからの光線の段付き導波路１への更なるガイディングを正面図に示す。それぞれの出力光線は、各照明器１４から同じ視野窓２６に向けて配向されている。したがって、光線３０は窓２６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、光抽出面部１２は長いものであることができ、光配向側部８（光配向側部８は図３に表示されているが、図４Ａには表示されていない）の第１領域３４における光抽出面部１２の方向は、光配向側部８の第２領域３６における光抽出面部１２の方向とは異なることができる。
【００６０】
図４Ｂは、第２照明器素子によって照射されることができる光学弁を正面図に示す略図である。更に、図４Ｂは、照明器アレイ１５の第２照明器素子１５ｈからの光線４０、４２を示す。側部４の反射端部の湾曲及び光抽出面部１２は、照明器素子１５ｈからの光線によって、視野窓２６から横方向に分離された第２視野窓４４を協調して生成する。
【００６１】
図４Ｂに示す配列は、図４Ａに示すような、反射側部４における光強度及び領域３４と３６との間の延長光抽出面部１２の異なる方向から生じることができる光強度との協調により実像を好都合に形成することができる視野窓２６にて、照明器素子１５ｃの実像を提供することができる。図４Ｂの配列は、視野窓２６内での横方向位置への照明器素子１５ｃの結像の改良した収差を実現することができる。収差の改良は、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自由度の拡張を実現できる。
【００６２】
図５は、実質的に光抽出線形面部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、光抽出面部１２が実質的に線形であり、互いに平行であるという違いの１つを伴う、（同様の対応する素子を伴う）図１と同様のコンポーネントの配列を示す。このような配列は、ディスプレイ表面に渡る実質的に均一な照明を好都合に提供でき、図４Ａ及び図４Ｂの湾曲した抽出面部よりも製造により適している場合がある。
【００６３】
図６Ａは、第１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器具内の第２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及び第２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からの照明窓２６の生成を略図的に示す。照明器アレイ１５内の照明器素子グループ３１は、視野窓２６に向かって配向された光円錐１７を提供できる。図６Ｂは、照明窓４４の生成を略図的に示す。照明器アレイ１５内の照明器素子グループ３３は、視野窓４４に向かって配向された光円錐１９を提供することができる。時分割多重化ディスプレイとの協調にて、窓２６及び４４は、図６Ｃに示すような順序にて提供されることができる。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、適切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。同様の操作は、本明細書にて記述するすべての指向性バックライトにて実現できる。照明器素子グループ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つ又は複数の照明素子を含むことに注意されたい。
【００６４】
図７は、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に沿った選択的な照明器素子１５ａ〜１５ｎのオン及びオフは、視野窓の指向性制御を提供する。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、照明器アレイ１５の適切な照明器素子は、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、同じ左目用画像及び右目用画像をそれぞれの視聴者の左目及び右目それぞれに提供し、すべての視聴者に３Ｄを提供することができる。ここでも同様の操作が、本明細書にて記述するすべての指向性バックライトにて実現できる。
【００６５】
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、それぞれの視聴者は異なる画像を空間光変調器４８上に見ることができる。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ソースに伴って連続し、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つの画像が空間光変調器４８上に、第１のフェーズにおいて提示され、別の画像が空間光変調器４８上に、第１のフェーズとは異なる第２のフェーズにおいて提示される。第１及び第２フェーズに対応して、第１及び第２視野窓２６、４４をそれぞれ提供するよう出力照明は調整されている。両目が窓２６にある観察者は第１画像を認識し、同時に両目が窓４４にある観察者は第２画像を認識する。
【００６６】
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に示すように光が第１視聴者４５の両目に主に配向されることができる指向性バックライティングを、安全上及び効率上の目的から使用することができる。更に、図９に示すように、第１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視聴者４７に向けて配向されていない。したがって、第２視聴者４７は、デバイス５０上の画像を見ることができない。本開示のそれぞれの実施形態は、自動立体、デュアル画像、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。
【００６７】
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示す略図である。さらに図１０は、自動立体指向性ディスプレイデバイスを側面図に示す。この自動立体指向性ディスプレイデバイスは、段付き導波路１の出力表面に渡る実質的にコリメートされた出力のために、空間光変調器から名目上の視覚距離にある窓平面１０６内の視野窓２６を提供するように配置された、段付き導波路１及びフレネルレンズ６２を備えることができる。垂直拡散器６８は、窓２６の高さを更に伸長するよう配列することができる。そうすることで光は、空間光変調器４８を通して結像する。照明器アレイ１５は、例えば、蛍光体変換青色ＬＥＤ又は個別のＲＧＢ  ＬＥＤとすることができる発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができる。代替的に、照明器アレイ１５内の照明器素子は、個別の照明領域を提供するよう配列された均一光源及び空間光変調器４８を含むことができる。代替的に、照明器素子は（単一又は複数の）レーザー光源を含むことができる。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器上に配向することができる。１つの例においては、レーザー光はしたがって、適切な出力角度での実質的に均一な光源を提供し、更に、スペックルの減少を提供するために、照明器アレイ１５にて適切な照明器素子を提供することができる。代替的に、照明器アレイ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つの例においては、拡散器は、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波長変換蛍光体とすることができる。
【００６８】
他のウェッジタイプ指向性バックライトが、その特許の内容全体を参照によって本明細書に引用したものとする米国特許第７，６６０，０４７号にて、一般的に考察されている。ウェッジタイプ指向性バックライト及び光学弁は、光線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。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側部に渡るポイントから、入力角によって決まる出力角にて出力する。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好都合に必要としなくてよく、入力の角度不均一性は、ディスプレイ表面に渡る不均一性を提供することができない。
【００６９】
図１〜１０の構造に基づき、これらを内含するいくつかの導波路、指向性バックライト、及び指向性ディスプレイデバイスについて以下に記述する。以降に記述する調整及び／又は追加的機能を除き、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するが、簡潔にするために繰り返さない。以下に記述する導波路は、上に説明したような指向性バックライト又は指向性ディスプレイデバイスに組み込まれることが出来る。同様に、以下に記述する指向性バックライトは、上に説明したような指向性バックライト又は指向性ディスプレイデバイスに組み込まれることが出来る。
【００７０】
図１１Ａは、指向性ディスプレイデバイス及びコントロールシステムを含む指向性ディスプレイ装置を示す略図である。コントロールシステムの配列及び作動を以降に記述するが、それらは必要に応じて変更されて、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。指向性バックライトは、導波路１及び上述のように配列された照明素子１５ａ〜１５ｎのアレイ１５を備える。コントロールシステムは、選択可能な視野窓に向けて光を配向するために、照明素子１５ａ〜１５ｎを選択的に作動するように構成されている。
【００７１】
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と協調するように構成することができ、視野面に複数の視野窓を実現する。透過性空間光変調器４８は、指向性バックライトからの光を受けるように構成することができる。ＳＬＭ  ４８上に表示される画像は、アレイ１５の光源の照明と同期して提示されることができる。
【００７２】
コントロールシステムは、ディスプレイデバイス１００に対する、観察者９９の相対位置を検出するよう配列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、観察者４０８の位置を判定するように構成されたカメラのような位置センサー４０６と、例えばコンピュータビジョン画像処理システムを含むことができる頭部位置測定システム４０４と、を備える。図１１Ｂにおいては、位置センサー４０６は、観察者の顔の位置を検知するように構成されたカメラ及び画像処理ユニットを備えるセンサーを含む既知のセンサーを備えることができる。位置センサー４０６は、単眼のカメラに対して、長手方向の位置を測定する能力を改善するように構成される立体センサーをさらに備えていてもよい。代替的には、位置センサー４０６には、指向性ディスプレイのタイルから、それぞれ対応する視野窓のアレイが離れて位置することが必要かを決定する基準を提供するために、目の間隔を測定させることができる。
【００７３】
コントロールシステムは、頭部位置測定システム４０４により供給される観察者の検知された位置が双方に供給される照明コントローラ及び画像コントローラ４０３を、さらに備えることができる。
【００７４】
照明コントローラは、アレイ１５中のどの光源が、観察者の対応する目に光を、導波路１と協調して配向するために切り替えられるべきかを決定するように構成されるＬＥＤコントローラ４０２、及び、光源アレイ１５中の光源の作動を、駆動ライン４０７を用いて制御するように構成されるＬＥＤドライバ４００を備える。照明コントローラ７４は、光が配向される視野窓２６が観察者９９の左目及び右目それぞれに対応する位置に配置されるよう、頭部位置測定システム７２によって検知された観察者の位置にしたがって操作される照明器素子１５を選択する。このようにして、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。
【００７５】
画像コントローラ４０３は、画像を表示するようにＳＬＭ  ４８を制御するように構成される。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４０３及び照明コントローラは以下のように作動することができる。画像コントローラ４０３は、時間的に多重化された左及び右目用画像を表示するように、ＳＬＭ  ４８を制御する。また、ＬＥＤコントローラ４０２は、左及び右目用画像の表示と同期するように、観察者の左及び右目に対応する位置にある視野窓に光を配向するように、光源１５を作動させる。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。１つの例においては、駆動ライン４１０を介して（１つ以上のＬＥＤを備え得る）光源４０９を作動することで単一の視野窓が照明されることができる。ただし、本明細書の他の場所に説明されるように、この際に他の駆動ラインは駆動されていない。
【００７６】
頭部位置測定システム４０４は、ディスプレイデバイス１００に対する、観察者の相対位置を検知する。ＬＥＤコントローラ４０２は、光が配向される視野窓が観察者の左目及び右目それぞれに対応する位置に配置されるよう、頭部位置測定システム４０４によって検知された観察者の位置にしたがって、作動される光源１５を選択する。このようにして、１の画像が、第１のフェーズにおいて観察者の右目に配向され、第２のフェーズにおいては観察者の左目に配向され得るように、視聴者の位置に対応した、導波路１の出力配向が実現され得る。
【００７７】
図１１Ｂは、指向性バックライトの右側にオフ軸して見る際の、左側の照明不足領域を示す略図である。照明不足領域は、ボイド領域又は外側部１２０と以下で呼ぶこともある。図１２Ａは、指向性バックライトの左側にオフ軸して見る際の、右側の照明不足領域を示す略図である。さらに、図１１Ｂ及び１２Ａは、右側及び左側にオフ軸の位置にある光源から発する光線であって、対応するオフ軸の視野窓２６を光学弁に対して形成するためにガイドから離れて伝搬する光線の、拡散、反射又は屈折、及び抽出を示す。このように、指向性バックライトは、上述のように構成される導波路１を備える。
【００７８】
アレイ１５の光源２４３は、（側部４の垂れ下がりを無視すると）実質的に矩形の出力エリアを有する導波路１の光軸２３８上に配置されてもよい。光源２４３からの拡散する光線は、反射側面４によって収束させられて、導波路内に、導波路１の側面２４４、２４６と平行な光線２４５、２４７で、コリメートされたビームを生成する。このように、光源２４３については、光は導波路１の全幅に渡る部分から出力されることができる。
【００７９】
側部４は、光源導波路の光軸からずれた光源が導波路の外側部を照明することができないように、反射した光を収束する反射端を備える。反射端の収束とは、それぞれの光源から入射してくる光のビームに適用される収束効果のことである。その収束は、光のビームが収束することを指してはいない。このように、反射端から反射されてくる光のビームは、コリメートされまたは収束され得るが、拡散もし得る。ただし、その際のビームの開き加減は、反射端に入射してくる光のビームの開き加減よりも小さくなっている。このように反射端は、光源導波路の光軸からずれた光源からの反射光が導波路１の外側部１２０を照明することができないように、反射した光を収束する。
【００８０】
２つのシステムで結像ミラー／レンズでこれら光線の方向を変えることの効果は、ボイド領域を、実質的に光のない抽出領域内の外側部１２０に、作り出すことである。照明器の左側から見ると、三角形のボイド領域が右側に現れることがある。そして、視聴者がより軸からずれる方向に動くと、三角形のボイド領域はそのサイズを拡大することがある。右側に位置する視聴者には、同様の三角形の部分１２０が、対称的に左側に見えることがある。視聴者には、これらの部分１２０は薄暗く見える。これらの光の不足した部分がディスプレイパネルのアクティブ領域に被ることを避けるようにするために、場合によっては、抽出領域（面部１０、１２を含む）をより大きくすることが効果的である。こうした抽出領域のサイズを大きくすることなしで、あらゆるビューアングルに対して、抽出領域全体に渡る光不足及びそれに伴う明るさの不均一性を回避すること、並びに／又は、従来の２Ｄ照明に匹敵するような高角度性能を実現することは、より望ましい。
【００８１】
図１２Ｂは、ボイドの外側部１２０を見えにくくするように配置された指向性バックライトの上面図を示す略図である。コリメートされた出力のための、側部４にある反射端は、符号２５１で示されるような形状をしている。しかしながら、符号２５３で示すような形状に、反射端の曲率半径を大きくすることもできる。側部４をそのような形状にすると、反射した後、導波路１内で拡散するような光のビームが生成され、側部２４６に隣り合うような位置の光線２５５は、側部２４６に平行になるか、平行に近くなる。そうすると、部分１２０は、そのサイズが縮小するか、または消滅することになる。さらに、側部４は平面形状であってもよい。そのような構成にすると、ある所与の表示エリアとビューアングルに対して必要な導波路のサイズを、好都合に減らすことができる。不都合なことには、最適な視野窓の距離が、導波路１の長さにまで短くなってしまう。視野窓の性能に関するそのような変化は、導波路の垂直方向の結像性を変化させ、その結果、クロストーク、動いている観察者にとっての画像のちらつき、及び明るさが、垂直方向で変化するという恐れがある。
【００８２】
以下の装置は、図１〜１０に示される構造体に基づいており、それらを組み込んでいる。したがって、以降に記述する修正及び／又は追加的機能を除き、上の記述は、以下の装置に等しく適用するが、簡潔にするために繰り返さない。
【００８３】
図１２Ｃは、上述のような指向性バックライトと、導波路１のエリアの一部にのみ渡って伸長する空間光変調器４８と、を備える指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。このように、ＳＬＭ  ４８の全体が、縁部光源１４によって照明されない外側部１２０、２２３の外側にある。好都合には、境界２２１を持つＳＬＭ  ４８は、視野窓２６に向かっている場合には、光を部分１２０から受けないので、視聴者には部分１２０、２２３を見ることができない。
【００８４】
図１２Ｄは、上述のような指向性バックライトと、導波路１のエリアの一部にのみ渡って伸長する空間光変調器４８と、を備える指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。このように、ＳＬＭ  ４８の全体が、縁部光源１４によって照明されない外側部の外側にある。この例では、導波路１の、入力端２と反射端４との間に伸長する側部２２５、２２７は、入力端２から反射端４に向かって広がっていて、導波路１はテーパー形状になっている。このように、端部４の幅は端部２の幅よりも大きい。ＳＬＭ  ４８は、非導波路領域が見えないようにするために、導波路１のエリアの内側にある境界２２１を有する。好都合には、導波路１のサイズは小さくなるので、電子部品のような追加的部品２２９がその領域に導入できるが、その領域は、そうした部品が設けられなければ、空いたままになる領域である。
【００８５】
図１２Ｃ及び１２Ｄに示される実施形態は、指向性ディスプレイデバイスのサイズを大きくするので、以下の実施形態に記述されるような他の方法で、その部分を埋めることが望ましい。
【００８６】
図１３Ａは、上述のような導波路１を含む結像指向性バックライトを示す略図である。図中、導波路１の、入力端２と反射端４との間、及び両ガイディング表面の間に、側部２３４、２３６が伸長している。両側部は平坦な表面であり、光源１４により形成されるボイド部１２０に光を反射して入れるように構成されている。さらに、図１３Ａは、導波路１の側部２３４及び２３６は光沢があり、さらに広帯域反射防止（ＢＢＡＲ）コーティングによりコートされていてもよい、一実施形態を示す。側部２３４及び２３６は、反射性のコーティングが施されていてよく、又は、内部全反射によって反射をするようになっていてもよい。後者の場合、両側部２３４及び２３６には、反射性のコーティングを施す必要はない。部分１２０には、もともと位置２４９にある光源１４（第１の光源と呼ぶこともある）から発し、端部４で反射して戻ってくる照明光線が実質的に当たっていない場合がある。この例では、側部２３４及び２３６は互いに平行であり、導波路の光軸とも平行である。
【００８７】
光源１４（第１の光源と呼ぶ）が作動すると、光軸２３８を挟んで光源１４とは反対側に位置し、その位置２６１は位置２４９と光軸２３８からほぼ等距離にある光源２３２（第２の光源と呼ぶ）が、第１の光源１４と同じ視野窓に向けて光を配向するために同時に作動されてよい。光線１６２は、部分１２０に近い側部２３４で反射する。この反射は、側部２３４に施された金属コーティング又は、好ましくは内部全反射によって実現されるとよい。こうすると、導波路１の内部で、光線２３３は、光線２３５と平行となり得る。そして、所望の方向性を有する光線が、光源１４により形成されるボイド領域内を伝搬するように構成され得る。このように、第１の光源１４及び第２の光源２３２からの光線が、同じ視野窓に配向され、所与のオフ軸位置に対して、視野窓に光を配向する導波路エリアが増える。さらに、側部４は、導波路内でコリメートされた光を実現するように構成することができ、導波路の結像性能は、あらゆる垂直方向の位置に関して実質的に同じになる。好都合には、ＳＬＭ  ４８の所与のサイズに対して、導波路の幅を縮小できるため、ベゼル部のサイズを小さくし、コストを削減することが可能になる。
【００８８】
このように、光源１４及び２３２は、ＳＬＭ上に１つの画像が提供されるタイミングに同期して発光するように構成されていてよい。このように、光源１４及び２３２は、例えば、左目用照明光源であってよい。さらに、アレイ１５の光源は、それぞれ複数の発光素子を備えていてよく、光源間の隙間は実質的に減少され、又は隙間そのものがなくなってもよい。
【００８９】
そのようなディスプレイは、導波路のエリアの大部分又はすべてを照明して、自動立体照明を、広いビューアングルで実現するように構成されてもよい。
【００９０】
さらに、照明器アレイ１５のすべての光源をオンにすることで、ボイド部１２０が実質的にほぼない又は全くないという状態にすることができ、広角２Ｄ照明を実現することができる。
【００９１】
図１３Ｂは、不要な光線を導波路から出すことを可能としながら、光源のペア１４、２３２間のボイド領域へ実質的に光を向けるための光沢のある伝導縁部を有する導波路１を備える折りたたみ式結像指向性バックライトを示す略図である。さらに、図１３Ｂは、光源１４から発して側部２３４に反射した光線２３９が、側部２３６を通じて、システムから出ることができ、その結果、迷光によるシステムの汚染を避けることができ、好都合に画像のクロストーク及び表示の均一性を減少させることができることを示す。
【００９２】
図１４Ａは、照明エリアを増やすために対の光源を有する折りたたみ式結像指向性バックライトの動作を示す略図である。さらに図１４Ａは、対の光源２４２及び２４３を用いて、ボイド領域２４７および２４８に対称的に光を入れる様子を示す。この対になった作動により、あらゆるボイド領域の発生を実質的に防ぐことができ、自動立体ディスプレイデバイスのような指向性照明の用途に用いることができる。例えば、図１４Ｂにおいては、光源２４４４は左目用画像の照明のために、光源２４５は右目用画像の照明のために用いられることができる。図１４Ｂは、導波路上の照明エリアを増やすために対の光源を有する指向性バックライトの動作を示す略図である。さらに、光源のペア２４２、２４３が実質的に重ならないような状況のほとんど全てでこのような構成は実現できる。
【００９３】
図１４Ｃは、オン軸のビューのための結像指向性バックライトの動作を示す略図である。中央の視覚位置において、それぞれが左目用と右目用の光源２６３、２６５が、通常光軸２３８のそれぞれ片側に配置される。部分２６７を照明するために光源２６３を発光させて、部分２６９を照明するために光源２６５を発光させるのが望ましい。しかしながら、そのような光源は、第１の光源と第２の光源として動作する時には、互いに逆のフェーズにあるため、３Ｄモードでは、クロストークが発生する。そして、そのような構成では、外側部２６７、２６９に２Ｄでは光を回すことが好都合にできるものの、３Ｄで動作する際には、ボイド領域がいくらか残ってしまう。それゆえ、部分２６７、２６９が見えなくなるように、導波路１のサイズをＳＬＭ  ４８に対してわずかに大きくして、空間光変調器４８が、上に述べたように、導波路１のエリアの一部のみに渡って伸長するようにすることが望ましい。
【００９４】
このように、単一の光源２４６４、２４７を用いさせ、ボイド領域２４６を存在させるような実質的に完全な重複が起こり得る。しかしながら、高角度での対になった作動によって、ほぼ垂直のビューアングルの場合に見られるボイド領域よりも大きなボイド領域を生み出すことなく、立体的ビューアングルを増やすことができる。
【００９５】
装置は上述したような図１１Ａに示されるコントロールシステムにより作動されることができる。図１５は、第２の光源２３２を第１の光源１４と協働させてさらに駆動するための、コントロールシステムの動作を示す略図である。
【００９６】
図１５は、コントロールシステム４０６、４０４、４０２、４００、及び指向性ディスプレイデバイスであって、光源アレイ１５と、指向性導波路１であって、第１の光源１４によって形成されるボイドの外側部１２０に、第２の光源２３２で照らすことで光を回すことを実現するように配置された反射側部２３４、２３６とを有する指向性導波路１と、を備える指向性ディスプレイデバイスを備える指向性ディスプレイ装置を示す略図である。このように、駆動ライン４１１は、光源１４を発光させるように駆動され、外側部１２０が生成される。部分１２０はライン４１２によって駆動される光源２３２からの照明を受けてもよい。光源２３４からの光線２３３は、側部４にある収束用ミラーに向けて配向され、側部２３４に向けて反射され、側部２３４の表面で反射されて、光線２３５と平行に配向される。このように、同じ出力方向性を持つ（そして、同じ視野窓に配向される）光線が、光源１４によって形成される部分１２０において実現される。好都合には、導波路１は、観察者には、それぞれの視野窓２６において、導波路１の全エリアに渡り光を発しているように見える。照明されるエリアのサイズがこのように大きくなり、ＳＬＭ  ４８の所与のサイズに対する導波路１のサイズが小さくできるので、ベゼルのサイズが小さくできて、デバイスのコストを削減することができる。さらに、照明の均一性も改善され、視覚的自由度も拡大することができる。
【００９７】
このように、指向性バックライトは、導波路１、光源１５のアレイ、およびコントロールシステムを備える。導波路１は、入力光を受けるための入力端２と、入力光を反射して導波路を通じて戻すための反射側部４との間に伸長する。導波路１は、第１ガイド面と、第１ガイド面と対向する第２ガイド面（それぞれ、側部６と、面部１０、１２と、を含む）とを有し、両ガイド面は、導波路１に沿って光を前後にガイドするために、入力端２と反射側部４との間に伸長する。第２ガイド面は、反射端４に向いた複数の光抽出面部１２を有し、光抽出面部１２は、入力端２に渡る異なるさまざまな入力位置から、入力位置に依存してさまざまに異なる方向に、第１ガイド面６を通じて発する光で、導波路１をガイドされて反射側部４から戻ってくる光を反射するように配置される。光源１５のアレイは、導波路１の入力端２に渡り、異なるさまざまな入力位置にある。コントロールシステムは、選択可能な視野窓２６に光を配向するために、光源１４、２３２を選択的に作動させるように構成される。反射端４は、導波路の光学軸からずれた位置にある複数の光源１４からの光が反射した光が、導波路１の外側部１２０を照明することができないように、反射された光を収束させる。導波路は、入力端２と反射端４との間かつ両ガイディング表面の間を伸長し、光源２３２からの光を反射するように配置される平坦な表面である、側部２３４、２３６をさらに有する。コントロールシステム４０６、４０４、４０２、４００は、光を複数の視野窓２６に配向するために第１の光源１４が選択的に作動されると、第２の光源２３２を同時に作動し、そこから光が、まず反射端４で、次に導波路１の側部２３４で反射され、第１の光源１４では照明されなかった導波路１の外側部１２０に配向されるようにする。
【００９８】
第２の光源２３２は、第１の光源１４と同じ視野窓２６に光を配向するように選択されるようにしてもよい。導波路１の側部２３４、２３６は互いに平行であってよい。導波路１の側部２３４、２３６は、光源からの光を内部全反射により反射するように構成されてもよい。導波路１の側部２３４、２３６は、反射性コーディングを有してもよい。
【００９９】
さらに、ディスプレイ装置は、指向性バックライト装置と、指向性バックライト装置から出力される光を変調するための透過性空間光変調器４８であって、指向性バックライト装置に渡って伸長している透過性空間光変調器４８と、を備えていてよい。空間光変調器４８は、導波路１の第１ガイド面６に渡って伸長している。ディスプレイ装置は、コントロールシステムが空間光変調器４８を、時間的に多重化された左目用の画像及び右目用の画像を表示するように制御し、観察者４０８の左目及び右目それぞれに対応する位置の視野窓内に光を配向するよう光源を同調して作動するように制御するように構成されている、自動立体ディスプレイ装置であってよい。ディスプレイは、観察者４０８の、ディスプレイデバイスに対する相対的位置を検知するように構成されているセンサーシステムをさらに備えていてよく、コントロールシステムは、その検知された観察者の位置に依存して、観察者４０８の左目と右目に対応する位置にある視野窓２６に向けて表示される画像を配向するようになっている。
【０１００】
導波路１の側部２４４、２４６が互いに平行ではない実施形態は、第１の光源１４及び第２の光源２３２の相対的位置２４９、２６１に望ましい差を好都合に実現することができる。
【０１０１】
図１６Ａは、その側部２４４、２４６が、入力端２から反射端４に向かってある角度２５５で広がっている段付き導波路１を備える指向性ディスプレイデバイスの上面図を示す略図である。すなわち、位置２６１は位置２４９より光軸２３８から短い距離にある。そして第２の光源２３２からの光線１６２は、側部２４４で反射された後に、部分１２０内に入るように配向され、反射光線２３３は、第１の光源１４から出た反射光線２３５と平行になり、同じ視野窓に配向される。好都合に、導波路はテーパー領域を有し、電子部品又はその他の部品２２９をテーパー領域に配置できるようになり、ディスプレイのベゼルの外側のエリアのうち、導波路１によって使われる部分を減らすことができる。軸２３８に対する光源２３２の相対位置を制御することで、ボイド部１２０に光を回すことができる。さらに、光源２３２が光軸２３８に近づくと、以下に説明するように、第２の光源２３２からの照明の明るさの出力は、第１の光源からの照明の明るさにより近くマッチするようになる。
【０１０２】
図１６Ｂは、その側部２４４、２４６が、入力端２から反射端４に向かってある角度２５５で広がっている段付き導波路１を備える指向性ディスプレイデバイスの上面図を示す略図である。オン軸の視覚位置については、画像のクロストークを発生させることなく、図１６Ａに図示された光源２３２のような補償用光源を設けることは可能でない場合がある。例えば、右目用視野窓のための補償用光源は、左目用視野窓を実現するための光源と同じ光源である場合がある。このように、補償することで望ましくないクロストークが発生する。このような光源は、補償不可能な光源と呼ぶことができる。それゆえ、補償不可能な光源５００の縁部からの光線５０４は、側部４によってボイド領域５０２を形成するように配向される。そのようなボイド領域に、補償用光源によって光を回すことは、光源５０１が発光する時に起こるような、前記補償用光源が画像のクロストークを発生させないかぎり不可能である。それゆえ、空間光変調器４８の幅に対して、段付き導波路１はそれぞれの側部で距離５０６の分だけ大きい最小幅を有することが必要である。
【０１０３】
もし端部４の反射器が、アレイ１５の中の単一の光源からのコリメートされた光を提供するように構成されると、入力側部２の幅は、距離５０６の分だけ大きくされるとよく、そうすることで、短い距離分だけオフ軸の光源を、空間光変調器４８の開口部に光を回すように配置することができるようになる。その短い距離とは、例えば、窓平面１０６内に、６５ｍｍ〜９０ｍｍずれているような視野窓を提供するような、軸２３８からの距離であってよい。好都合に、左目のボイド領域は右側フェーズにある補償用光源による照明を回避でき、その逆も可能である。
【０１０４】
好都合に、段付き導波路１のサイズを大きくすることで、ディスプレイの光軸に近い視覚位置に対して、均一な照明を実現できる。
【０１０５】
図１６Ｃは、光をコリメートしない反射端４を有する指向性ディスプレイデバイスの上面図を示す略図である。図１２Ｂに対して述べられたのと同様に、光源５００からの光が反射をした後でコリメートされる出力を提供するような端部４の形状２５１（少なくとも、半径および円すい定数を有する）は、光源５００からの光線５０４が反射した後で広がるような出力を提供するような形状２５３（半径２５１より大きい半径を有する）によって置き換えられる。さらに、側部２４６は角度２５５がつけられており、光源５００よりもさらにオフ軸の光源に対し、ボイドに光を回すことを可能にする。図１２Ｂと比較すると、広角の視覚特性を実現するために、光源アレイが入力側部２の幅全体に渡って設けられる必要がない。好都合に、図１６Ｂのボイド領域５０２は消滅し、サイズを大きくする分の距離５０６はより短くでき、又はそれを不要とできる。さらに、図１２Ｂのような両側部が平行であるような構成に比べて、光源アレイ１５のコストが削減できる。
【０１０６】
図１６Ｄは、その側部２４４、２４６が、入力端２から反射端４に向かってある角度２５７で狭くなっているテーパー形状の導波路１を備える指向性ディスプレイデバイスの上面図を示す略図である。
【０１０７】
すなわち、位置２６１は位置２４９より光軸２３８から長い距離にある。そして第２の光源２３２からの光線１６２は、側部２４４で反射された後に、部分１２０内に入るように配向され、反射光線２３３は、第１の光源１４から出た反射光線２３５と平行になり、同じ視野窓に配向される。好都合に、導波路１はテーパー領域を有し、電子部品又はその他の部品２２９をテーパー領域に配置できるようになり、ディスプレイのベゼルの外側のエリアのうち、導波路１によって使われる部分を減らすことができる。軸２３８に対する光源２３２の相対位置を制御することで、ボイド部１２０に光を回すことができる。さらに、光源２３２が光軸２３８からさらに遠ざかるにつれて、光軸に近い視覚位置に対する、図１４Ｃに示されるようなゾーン２６７、２６９のサイズは縮小される。それは、第２の光源２３２をオンさせても、より小さいオフ軸の視覚位置で、望ましくない画像のクロストークを発生させることがないからである。好都合に、ベゼルのサイズを縮小でき、導波路のコストを削減できる。
【０１０８】
図１６Ｅは、光源の外側列を有する指向性ディスプレイ装置の正面図を示す略図である。ＬＥＤドライバ４００は、上述のように、光源のアレイ１５を独立して駆動するように構成されている例えば２Ｄ領域にある、視覚自由度の縁部にある領域に対して、ＬＥＤを駆動するためのコストを削減することは望ましい。さらに、駆動ライン４５４によって駆動され得る光源４５２であって、例えばＬＤＥ列として構成され得る光源４５２は、アレイ１５の縁部に配置されてよく、複数のＬＥＤが単一のドライバ４５０で駆動できるようになっていてよい。アレイ１５の光源と比べると、入力用開口部の単位長さあたりより少ない数の光源４５２を使うことが可能である。好都合に例えば拡散器２５６との協働によって、広角での動作が実現でき、独立して駆動されるアレイ１５の光源と比べて、光源のためのコスト及びドライバのためのコストが削減できる。
【０１０９】
図１７Ａは、カメラ５２０２および観察者位置検知システム（不図示）が発光素子照明器アレイ１５と協働して、サブ窓アレイ５２０４を生成するような、追跡型指向性ディスプレイ装置の一実施形態を示す。観察者は、サブ窓アレイ５２０４の端部近くに、右目５２０６の位置がくるように位置することができる。発光素子照明器アレイ１５からの照明は、光学弁５２００の表面上で見られると、以下の２つのアーチファクトを示す場合がある。暗い、三角形の部分５２１０（主として、オフ軸の位置に対して光を配向した際に、光学弁の側部４が結像することによる）、及び、暗い帯状のアーチファクト５２０８（主として、窓平面から長手方向に離れた位置から見られた際に、発光素子のアレイが結像することによる）である。暗い帯状のアーチファクト５２０８は、窓平面においては見えない場合もあり、部分５２１０は、窓平面においても窓平面から離れても見える場合がある。好都合に、主として観察者の位置に依存する、これらのアーチファクトの視認性は、カメラ５２０２及び観察者位置検知／追跡システムの一方あるいは両方により検知することができる。検知後に、アーチファクト５２０８、５２１０の視認性を最小化するため、本明細書に述べるような適切な行動がとられるとよい。
【０１１０】
図１７Ｂは、観察者の目の位置５２０６が、窓アレイ５２０４の反対側にあり、部分５２１０及び黒い帯状のアーチファクト５２０８が図１７Ａに対して逆になっているような、追跡型指向性ディスプレイ装置の一実施形態を示す略図である。
【０１１１】
図１７Ｃは、黒い部分５２１０の出現が、照明器アレイ１５のそれぞれの発光素子１４、２３２のアドレスを指定することで追加的サブ窓５２１４をオンすることによって補償され得るような、指向性ディスプレイ装置の一実施形態を示す略図である。右目５２０６の位置がサブ窓アレイ５２０４の右側にある観察者に対しては、それぞれのサブ窓５２１４が縁部５２１６によって反射され、位置５２１８で実質的に重なっているように見える。このようなサブ窓５２１４は、このようにして部分５２１０を照らす。好都合に、暗い三角形５２１０の出現は、サブ窓照明器５２１４により補償され、又は光が回されることができる。観察者には、サブ窓照明器５２１４が、位置５２１８において反射しているように、主として又は単に見えるのである。好都合に、サブ窓アレイ５２０４の残りの直接的移動と比べた際の、縁部５２１６での反射に続いて異なる経路を移動した結果としての光学的損失は、サブ窓５２１４又は５２０４の強度を調整することにより、主として補償することができる。さらに、コマ収差のような収差は、それぞれのサブ窓５２１４の位置を調整することで、補償され得る。
【０１１２】
図１７Ｄは、部分５２１０が、それぞれの三角形領域におけるＳＬＭ  ５２２０の照明を調節することで補償され得る、指向性ディスプレイ装置の他の実施形態を示す略図である。観察者の目５２０６が既知の位置にある場合、部分５２１０の位置と形状は決定でき、そして、画像はそれに対応して更新され得る。照明５２００の残りの部分と比べた際の、三角形５２１０における強度の差は、ＳＬＭ  ５２２０の透過性を調節することで補償され得る。具体的には、その効果が、ＳＬＭ  ５２２０の全体に渡って見られる強度にマッチするように、ＳＬＭ  ５２２０に対する画像データは、領域５２２２に対しては領域５２２４に対するものよりわずかに減衰させたものとするとよい。図１７Ｃおよび１７Ｄに示される補償方法は、ディスプレイシステムのビュー領域を改善するために、個々に用いても、組み合わせて用いてもよい。好都合に、部分５２１０への補償により、観察者の視覚自由度は拡大できる。
【０１１３】
図１７Ｅは、指向性ディスプレイ装置の別の実施形態を示す。サブ窓５２１４における照明及びサブ窓アレイ５２０４の縁部における照明は、領域５２１０と５２００との間の移行を混ぜ合わせ、そして好都合に、観察者がサブ窓５２０４に見る照明の均一性を向上させるように調整され得る。ＳＬＭ  ５２２０の領域５２２２と領域５２２４との間の境界のいずれかの側の透過性を混ぜることも示されている。そのように混ぜることは、強度及び／又は色の混ぜ合わせを含みうる。好都合に、これらの２つの方法は、ディスプレイの均一性を向上するために、単独で用いても、組み合わせて用いてもよい。
【０１１４】
図１８Ａは、指向性バックライトシステムのボイド領域１２０に光が向かうように光の向きを変えるために、側部反射性小面１７２が導入された指向性バックライトを示す略図である。さらに図１８Ａは、追加的反射性小面１７２を指向性バックライト構造体に用いることができる一実施形態を示す。小面１７２は、光源１４からの光線１７４を反射することができる。光源１４からの光線１７４は、小面１７２での反射がなければ、縁部により吸収され、既に述べたように、照明光の届かない領域を作り出す。反射光１６５の角度は、結像表面４からの反射光線２３５のそれとちょうどマッチすることはないが、照明器アレイ１５の光源全体からの光線を組み合わせた光線は、高角度の照明に対して適切な拡がり角度で、部分１２０に回ることができる。影になる表面１７６は、入射する光線１７８からの望ましくない反射を実質的に抑制するために、光を吸収するようにすることができる。
【０１１５】
図１８Ｂは、導波路１の、入力端２及び反射端４の間、並びに両ガイディング表面の間に伸長している側部が、光源からそこに入射する光を反射して、導波路の、光源が照らすことができない外側部に回すように構成されている別の指向性バックライトを示す略図である。特に、それぞれの側部は、指向性バックライトシステムのボイド部１２０に、光の方向を変えて光を回す、反射性小面のアレイを備える。さらに、図１８Ｂは、図１８Ｃの指向性バックライトに関連した指向性バックライトであって、下向きの小面が実質的に透明であってよく、望ましくない光線１７７がシステムから出射するのを可能にするような指向性バックライトを示す。そのような光線は、システム内の迷光を減らすため、外部の部品（不図示）により吸収されてよい。
【０１１６】
図１８Ｃは、指向性バックライトシステムのボイド部１２０に光が向かうように光の向きを変えるために、側部反射性小面１７３が導入された他の指向性バックライトを示す略図である。さらに、図１８Ｃは、側部反射性小面の角度を設計するための幾何学的形状を示す。ディスプレイシステムによっては、光源１７０４及び１７０６が、２Ｄ照明用であって、光源１７０２が３Ｄおよびその他の方向性ビュー用に高品質の窓を提供する場合があり得る。その場合に、小面角は、光源１７０２グループの中の最も外側の光源からの光を正しく反射することができるように設計すると、もっとも好ましく設計され得る。およその幅Ｗで長さがＬの光学弁システムの中心から約ｙだけ離れた位置にある外側の光源を考えると、およその小面角は、φ度で、側部に沿ったおよその位置ｘが以下の式で得られる。
【０１１７】
【数１】
0006305987.tif 000002
【０１１８】
本実施形態においては、湾曲した端部４はさらにフレネルミラー（単一の表面のものと実質的に同じ曲率を有するミラー）を有していてよく、フレネルミラーは、小面を、さらにその厚みを減らすために有している。
【０１１９】
図１８Ｃを参照すると、別のディスプレイバックライトの導波路１において、側部２４６は小面部を有していてよいが、小面角φは、角２５５が（９０−φ）となるように決められる。好都合に、導波路１の幅は狭くすることができ、その結果、ベゼルのサイズはそれに合わせて小さくすることができる。
【０１２０】
もし、アレイ１５が発光素子と入力側部２との間に空隙があるように構成されると、導波路１内においてｘ軸周りの照明角は臨界角に制限される。例えば、導波路内部では、±４２度である。そのような構成では、オフ軸のポイントより高角度の照明を必要とするオフ軸のポイントに対する、適切な照明の均一性を実現できない場合がある。屈折率の整合する素材で、アレイ１５を入力側部に取り付けることで、導波路内での光の円すい角は大きくすることができ、そうして導波路内でｘ軸周りに、実質的にランバーシャンな照明プロファイルを提供する。
【０１２１】
図１９は、指向性バックライトシステムのボイド部１２０に光が向かうように光の向きを変えるために、側部ホログラフィックフィルムが導入された別の指向性バックライトを示す略図である。さらに図１９は、図１８Ａ〜１８Ｃの実施形態に関連し、反射性小面１７３が、反射性小面と同じ光学的機能を有するホログラフィックフィルム１８２に置き換えられ得る実施形態である。そして、ホログラフィックフィルム１８２は、照明エリアに回り得る光線１８４を正しく反射することができ、望ましくない光線１８８をシステムからそらせて出すこともできる。
【０１２２】
図２０Ａは、光を、導波路１を備える光学弁のような結像指向性バックライトの側部に導入するために追加的光源１３０が用いられている指向性バックライトを示す略図である。さらに、図２０Ａは、第２の光源として作動する追加的発光素子１３０のアレイを通じて、均一な２Ｄ照明器が提供され得る一実施形態を示す。追加的発光素子１３０は、導波路１の、入力端２と反射端４との間に伸長するそれぞれの側部に沿って配置され、オフ軸のビューに対して適切な角度で、導波路１の外側部１２０に光を供給するように構成される。光源１４からの光は、図示される光学弁システムにおいて最も右側にある視野窓に対する照明を提供することができる。反射光線１３４は、関連する右側の照明不足部１２０の境界線をなし得る。１６：９のＨＤ照明ディスプレイシステムにおいて端にあるボイド部１２０を規定する角度１３８は、約４２度であってよい。これらの領域を実質的に照らすために、アレイ１３０内のＬＥＤが、約±２１度より大きい光線錐を以て、光を導波路に投入することができる。光源１３２から部分１２０に投入される最も端の光線１３６は、角度１３８とマッチし、最も端の視野角で抽出され得る。
【０１２３】
外側の視野角は、高い屈折率のガイディング材から抽出される際の屈折により、内側の伝搬角１３８より大きくしてもよい。通常のバックライトのアスペクト比は、例えば１６：９であるが、この比率では、角の光源１４によって照明される最も端の窓が、ほぼ１８０度のオフノーマル視野となる。完全な照明器アレイ１５を備えるシステムにおいて、照明のボイド部１２０に、ＬＥＤアレイ１３０によって側方から投入される光を回すことで、広角照明を提供することが可能である。
【０１２４】
図２０Ｂは、光を、光学弁の側部に導入するために追加的光源１３０が用いられている他の指向性バックライトを示す略図である。図２０Ｃは、光を光学弁導波路１の側部に導入するために追加的光源が用いられている他の実施形態を示す略図である。さらに、図２０Ｂ及び２０Ｃは、光を外部の光源のアレイ１３０から導波路に入れるのを助けるように導波路の側面が変更されている、関連する実施形態である。図２０Ｂにおいては、側部はコーティング１３９で、反射防止コートが施されていてよい。他方図２０Ｃにおいては、導波路１の側部は、第２の光源１３０に向いた小面１３００のアレイを有し、そうして入射する光線に対してより垂直な表面を提供するように、ギザギザの形状になっている。図２０Ｃの例においては、照明器アレイ１５内の光源から側面に入射する光線は、導波路から出射して視野窓間での汚染を回避することができるようになっている。
【０１２５】
図２１は、光源の局所的アレイが、広角で均一なビューが得られるように光を制御された角度で発し、独立した窓の制御を備えるような指向性バックライトを示す略図である。特に、導波路の側部がレンズ１３０２のアレイを有し、レンズ１３０２がそれぞれ対応する第２の光源１３０４と整列させてあり、第２の光源１３０４から供給される光の向きを制御するように構成されている。すなわち、図２１は、投入された光１３０８が、レンズ１３０２によって、その光源１３０６からの方向と広がる角度を、実質的に制御され得るような一実施形態である。それぞれ独立してアドレスを付された光源のアレイ１３０４は、入力照明器アレイ１５の光源と同様にしてオンオフすることができる。そうすることで、窓の形成が、端のビューアングルにおいても精密に行えるようになり、そこから均一な照明が観察できるようになる。
【０１２６】
図２２Ａは、バックライトが光学弁に隣り合って配置されている、別の指向性バックライトを示す略図であり、図２２Ｂは、バックライト構造体１５３が、導波路１の背後におかれているような側面図を示す略図である。バックライト構造体１５３は、指向性導波路１の第２ガイド面に渡って伸長し、オフセットの光源１４によって照らされることができない外側部１２０を含む、指向性導波路１全体に照明を提供するように構成されている。さらに、図２２Ｂ及び２２Ｃは、それぞれ正面図と側面図に、バックライト構造体１５３が導波路１の背後におかれているような他の実施形態を示す。これらの装置のそれぞれにおいては、好都合に、結像指向性バックライト構造体の導波路１の透明性が、追加的光源からの照明光が、実質的に垂直に最小の影響で通過することを可能にしている。２ＤのＬＣＤバックライトシステム１５３をすぐ背後におき、独立した光源１５２を設けると、独立した指向性とランバーシャンな照明が得られるように、それぞれの構造体からの照明を分離することができる。
【０１２７】
図２２Ｂは、バックライト構造体１５３を、それぞれの部品を分離して示している。システムの部品には、ウェッジ形状のバックライト導波路１５４に光を投入することができる光源アレイ１５２を含みうる。光源アレイ１５２からの光は、バックライト導波路１５４に、ウェッジ形状の導波路１５４の厚みが大きい方の端部にある入口表面から入ることができる。光は導波路を通って、光線が構造１５５で反射される際に、ＬＣＤに向かって拡散され得る。同じ構造でディスプレイから離れるように屈折した光は、バックライト導波路１５４の、指向性導波路１とは反対側に設けられるランバーシャン反射器１５６で反射されて戻ってくることがあり得るようになっている。直交プリズムのフィルム１５７及び１５８は、拡散用フィルム１５９とともに、均一な明るい照明が得られるように光を条件付けることが可能な、条件付け用のフィルムである。図２２Ｂに示す構造は、いくつかの点で指向性システムと類似して見えるだけかもしれないが、図２２Ｂに示す構造は、光源の結像を通じた視野窓の独立した制御を提供しなくてもよい。
【０１２８】
図２２Ｃは、バックライトが光学弁の背後に配置されている別の指向性バックライトを示す略図である。図２２Ｃは、バックライトシステム１５３及び光源アレイ１５２を含む。また、図２２Ｃは、入力照明器アレイ１５および抽出面部１５００を示す。さらに、図２２Ｃは、光学弁の抽出面部１５００は、透明性を実質的に維持しながら、光が、下のフィルムに漏れ出るのを防ぐように反射材でコーティングされていてよい一実施形態を示す。
【０１２９】
図２３は、図２２Ａ及び２２Ｂに示したような２つの別々の独立した光源アレイが、図２３に示されるような単一のアレイ１５２で置き換えられているような別の指向性バックライトを示す略図である。単一のアレイ１５２は、結像指向性バックライト（図２３に示されているのは、光学弁構造である）の入口と、従来のバックライトユニット１５３との間を物理的に動かされ得る。特に、光源のアレイ１５２は、上の図に示される位置であって、光源が指向性導波路１の入力端２を照らすような位置と、下の図に示される位置であって、光源がバックライト導波路１５４を照らすような位置との間を動くことができる。このように、ディスプレイ装置は、指向性バックライト１を照らすのと同じ光源のアレイ１５２を用いてバックライト導波路１５４を照らすように構成される。そのような物理的動きは、アクチュエータ又はその他の手段により実現できる。
【０１３０】
図２４は、ディスプレイ装置が、指向性バックライト１を照らすのと同じ、光源のアレイ１５２を用いて、照明バックライトシステム間で切り替えられる光によってバックライト導波路１５４を照らすように構成されるような、指向性バックライトを示す略図である。バックライト装置は、光源のアレイ１５から光を、指向性導波路１の入力端、又はバックライト導波路１５４に、選択的に配向するように構成されている光学的構造を備える。特に、単一の光源のアレイ１５２からの光の経路は、偏光スイッチングによって変えることができる。発せられた光は、液晶（ＬＣ）スイッチ１６６で偏光において変調される前に、線偏光シート１６４のような偏光素子によって偏光されることができる。指向性照明を実現する目的においては、垂直方向に偏光された光は次に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１６８を通過することができ、光学弁へと入ることができる。別の変調状態においては、スイッチ１６６は、光が水平方向に偏光されるようにしてよく、その結果、光はＰＢＳ  １６８及びミラー１６９からそれてから、２Ｄ照明用バックライトに入る。図２４の実施形態と関連する実施形態が、他のビーム偏向方法及び／または電気的に制御可能なミラー若しくは電気的に変形できる偏向素子に基づくミラーのようなデバイスを用いることができる。
【０１３１】
図２５Ａは、高角度の光線を結像指向性バックライトから垂直に配向される光線よりも広い範囲に拡散するために、導波路１に渡って伸長する角度依存式拡散器フィルム２５６が用いられるような、導波路構造体を含む指向性ディスプレイデバイスを示す略図である。さらに、図２５Ａは、ボイド部１２０を有する導波路を示し、ボイド部１２０には、追加的な、角度依存式拡散器フィルム２５６を用いて上に述べた実施形態のいずれか１つによって光を回すことができている。拡散器フィルム２５６は、フィルムの法線周りに横方向に第１の範囲の角度で入射する光を角度的に拡散しないが、より高角度で、すなわち横方向に、第１の範囲の外にある第２の範囲の角度で入射する光を角度的に拡散するような特性を持ち得る。このように、拡散器フィルムは、垂直に近い角度で入射する光に対しては、透明又は非錯乱的である。こうして、オン軸の結像に対して視野窓２６が実現される。他方、オフ軸の結像に対しては、より大きな横方向を持つ視野窓２５８が実現される。好都合に、ディスプレイの、２Ｄのビューに対するビューアングルを大きくすることができる。
【０１３２】
図２５Ｂは、角度依存式拡散器フィルム２５６を横方向に対して垂直な方向で見た側面図を示し、角度依存式拡散器フィルム２５６の作用を示す略図である。図２５Ａの実施形態と類似のシステムにおいて、この部品は、高角度の光線を混ぜて２Ｄのビュー性能を提供するように動作してよく、他方で、３Ｄ自動立体ビューのような目的で、垂直に近い光では正確な結像が実質的に維持されている。
【０１３３】
図２５Ｃは、高角度拡散器の実施形態の１つの例を示す略図である。フィルム２５６は、高屈折率の領域２５１６とそれらとの間で交互になっている低屈折率の傾斜領域２５１４と、を伴う単量体混合物を含む、それらの上に形成された層２５１２を有する支持層２５１０を含む。領域２５１４及び２５１６は、フィルム２５６の法線に対して傾斜している。本例は、異なる屈折率の２５１４及び２５１６の２つの領域を含むが、通常は、異なる屈折率の追加的領域がある場合がある。領域２５１４、２５１６の傾斜角度に近い入射である光線２５０８は、層２５１４、２５１６との間の内部全反射によるものと考えられる散乱を生じる場合があり、同時に、領域２５１４、２５１６の傾斜角度から離れた入射である光線２５０４は、直接伝わることができる。複数の散乱方向は、中央のクリヤーな窓が外部拡散領域を伴って水平方向又は水平及び垂直方向に実現できるよう、互いに傾斜して配列されたフィルムを積み重ねることで実現できる。非常に高い入射角度では、フィルムは光を散乱させることはできない。したがってフィルム２５６は、この例においてはフィルム２５６に対する法線に対して０度〜２５度である第１範囲において実質的に透過的にすることができ、この例においてはフィルム２５６に対する法線に対して２５度〜５５度である第２範囲において実質的に散乱することができる。
【０１３４】
高角度拡散器フィルムの１つの例は、住友化学株式会社により、商標製品名「Ｌｕｍｉｓｔｙ」にて提供されている。
【０１３５】
図２５Ｄは、広角のビューを実現するように、自動立体指向性ディスプレイデバイスに配置されている角度依存式拡散器の配置を示す略図である。拡散器２５６は、ディスプレイ装置に渡って、フレネルレンズ６２と非対称拡散器６８との間に伸長するように配置されている。拡散器２５６は、第１の層及び第２の層を備えていてよい。第１の層２５６１は、拡散器２５６の法線に対して横方向に＋２５度〜＋５５度のサブ範囲にある光を角度的に拡散するが、この入力光線角度の円すいの外部の光を実質的に角度的に拡散しないように構成される。第２の層２５６１は、拡散器２５６の法線に対して横方向に−２５〜−５５度のサブ範囲にある光を角度的に拡散するように構成される。その結果、拡散器２５６は、法線に対して２５度〜５５度の第２の範囲にある光を拡散し、このビューイングコーンの外にあり、法線に対して２５度以内の第１の範囲ある光を実質的に拡散しない。必要に応じて、垂直方向の拡散を提供するために、別の層を追加することができる。
【０１３６】
上述のように、コントロールシステムは、３Ｄ動作モードにおいては、例えば時分割多重化技術を用いて、選択的に光源を作動して、観察者の左目及び右目の位置に対応する視野窓に光を配向するように構成されている。コントロールシステムはまた、例えば、継続的に同じ画像をＳＬＭ  ４８に渡り表示することで、２Ｄ動作モードで動作するように構成されている。好都合に、フィルムは、低コストの薄い層で、２Ｄ動作モードでのビューアングルを増大することができる。その動作においては、追跡されている観察者４０８がオン軸の位置の近くにあると、ディスプレイは、自動立体ディスプレイとして動作し、フィルム２５６は、ディスプレイの出力特性に対して、実質的に何の効果も持たない。観察者がより高角度の位置に行くと、追跡システムは、自動立体動作はもう必要ではないと判定し、２Ｄ動作に切り替わることができる。この場合、アレイ１５のすべての光源が、発光させられてよい。２５度よりも大きな照明方向においては、拡散器が、間をあけて設けられている光源に対するビューアングルを増大させることができる。このことは、個別に制御可能なアレイ１５光源および（もしあれば）縁部光源１３０４の数、並びに強度及び色のマッチング細い指定を減らすことができ、光源及びコントロールシステムにかかるコストを好都合に減らすことができる。好都合に層６２、２５６、６８は、単一の構造体にまとめることができ、光のロスおよび複雑さを軽減できる。
【０１３７】
すなわち、自動立体ディスプレイ装置は、ディスプレイデバイスと、コントロールシステムと、を備えていてよい。ディスプレイデバイスは、ピクセルのアレイを備えるＳＬＭ  ４８を備える。ディスプレイデバイスは、全てのピクセルの上に表示された画像を、選択可能な視野窓２６であって、さまざまな異なる位置をとる視野窓２６に配向するように制御される。コントロールシステムは、３Ｄ動作モード及び２Ｄ動作モードで動作する。３Ｄ動作モードにおいては、コントロールシステムは、時間的に多重化された左と右の画像をディスプレイデバイスに表示させるように制御するように構成される。表示された画像を、観察者４０８の左目と右目に対応する位置にある視野窓２６に同期して、配向するように構成されている。また、２Ｄ動作モードにおいては、コントロールシステムは、連続する２Ｄ画像を表示するようにディスプレイデバイスを制御する。ディスプレイデバイス４８は、ディスプレイデバイス４８に渡って伸長している角度異存型拡散器フィルム２５６をさらに備える。角度異存型拡散器フィルム２５６は、フィルム２５６の法線周りに第１の範囲の角度で入射する光を角度的に拡散することはないが、前記第１の範囲の外にある第２の範囲の角度で入射する光を角度的に拡散するような特性を持っている。
【０１３８】
図２５Ｄの実施形態は、本明細書に記述されているその他の広角の実施形態のいずれと組み合わせることもできる。一般に、このような拡散器フィルムは、時分割多重化技術を用いて３Ｄ動作モードで動作可能であり、かつ２Ｄ動作モードでも動作可能な、どんなタイプの自動立体ディスプレイ装置に渡って伸長するように適用されても、同様の利点を実現し得る。
【０１３９】
図２６は、照明光が切り替え可能な拡散素子を用いて拡散される指向性バックライトを示す略図である。さらに、図２６は、切り替え可能な拡散器を用いて、結像光線の向きを変え得る一実施形態を示す略図である。光線１９４は、結像指向性バックライト構造体から発せられ、指向性照明のために、窓平面内に光源の画像を形成し得る。高分子分散液晶デバイス１９２のような切り替え可能な拡散器は、第１の状態の光線には最小限の効果しか発揮しないようにすることができる。第１の状態を、それとは異なる拡散するような状態に電気的に変化させると、結像するための条件が破られ、光１９６は実質的に均一に広がり、広角２Ｄビューが実現されるようになる。
【０１４０】
図２７は、ガイドされた光が、拡散反射素子２０２を有する指向性バックライトの底面に光学的に接触することによって拡散された形で抽出され得る指向性バックライトを示す略図である。拡散反射素子２０２は、面部２０３、２０５を有する構造化されたサイドと、拡散表面２０９を有する拡散用サイドを有している。さらに、図２７は、拡散器を導入することで、結像指向性バックライトの結像するための条件が破られ得る別の実施形態である。図２７において、反射拡散素子２０２が、１つの状態においては光学的に分離され、他の状態においては光抽出面部と光学的に接触しているようにされることができる。第１の状態では、光は拡散素子２０２と相互に作用しないでよい。素子２０２を物理的に導波路に向けて動かして、光学的接触状態にすると、光抽出領域１２において、内部全反射の条件が崩れ、光が拡散器の構造体に進入することができるようになる。第２の状態では、傾斜した側面２０３、２０５、１０、１２によって、空隙２０７が提供され、導波路１を第１の方向に通り抜けるように光をガイドできるようになる。その結果生成される拡散光２０６は、望ましい広角２Ｄ照明を提供することができる。
【０１４１】
図２８は、ガイドされた光が、拡散反射素子を有する結像指向性バックライトの底面に、電鋳された表面材料を介して光学的に接触することによって拡散された形で抽出され得る指向性バックライトを示す略図である。図２９は、エレクトロウェッティング材料が、反射性小面の背後から光学弁のガイド領域に移動させられ、光を拡散表面から出射させたり、拡散表面で反射させたりするような、更に他の実施形態を示す略図である。下の反射性拡散素子と結像指向性バックライトとの間の光学的接触を実現する代替的な方法が考えられる。例えば、図２８及び２９にそれぞれ図示されている、電鋳された高分子２１４又はエレクトロウェッティング材料２１８である。
【０１４２】
上記の実施形態では、完全指向性バックライトは、追加的なフレネル素子及び拡散素子を含むことができると理解される。
【０１４３】
図３０は、ウェッジタイプ指向性バックライトを備え、斜めに角度をつけた側部１２４４、１２４６を有する自動立体ディスプレイデバイスの正面図を示す略図である。図３１は、横長方向及び縦長方向に配置し得るウェッジタイプ指向性バックライトを備える自動立体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、その内容を参照によって本明細書に引用したものとする米国特許第７，６６０，０４７号に記述されている。光学的ウェッジ１１０４は、入力端並びに、第１及び第２の、互いに対向するガイド面１１０６を有する導波路である。両ガイド面１１０６は、光を光学的ウェッジ１１０４に沿ってガイドする、ともに平坦な表面である。光学的ウェッジ１１０４は、光源アレイ１１０１によって照らされ、光はウェッジの媒体１１０４内をガイド面１１０６での内部全反射で伝搬する。光学的ウェッジ１１０４は反射端１１０２を有し、反射端１１０２は入力端を向いた波型ミラーによって形成され、入力端からの光を反射して光学的ウェッジ１１０４を通じて戻す。第２ガイド面は所定の角度で傾斜しており、反射端１１０２で反射した後の光を、第１ガイド面の内部全反射を崩す方向に反射するようになっている。その結果、光は第１ガイド面で屈折し、出射する。
【０１４４】
段付き結像指向性バックライトと比較すると、光抽出面部が設けられていない。しかしながら、光学的ウェッジ１１０４が、入力端に渡るさまざまな異なる入力位置にある、光源アレイ１１０１の光源から入力光を、第１ガイド面の法線に対する、出力方向に向けるが、その出力方向は、入力位置に依存して決まるという点で、その動作は類似している。上に図１１Ａおよび１１Ｂを参照しながら説明したコントロールシステムは、観察者の左目と右目にそれぞれ対応する位置にある視野窓に光を配向するように、選択的に光源を作動するように構成されている。
【０１４５】
光学的ウェッジ１１０４は、透過性空間光変調器１１１０に渡って伸長し、上記の出力された光は、透過性空間光変調器１１１０に供給される。空間光変調器１１１０は、光を変調するピクセルのアレイを備え、ピクセルは、開口部に、鏡面対象の二本の垂直な軸を持つ形で配列されている。光が光学的ウェッジ１１０４から、高い屈折角度で出力されるので、光学的ウェッジ１１０４の第１ガイド面に渡って伸長するプリズム素子１１０８が、光を空間光変調器１１１０の法線方向に向けて偏向させる偏向素子として動作する。
【０１４６】
傾斜した側部１２４４、１２４６は、ボイド部１２０に光を回すためには、図２８に示されるのと同様に配置されるとよい。
【０１４７】
段付き導波路指向性バックライトに関連する実施形態は、本明細書に記述されたような修正を必要に応じて施して、ウェッジタイプ指向性バックライトに適用することができる。
【０１４８】
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。そのような、業界で受け入れられる許容範囲は、ゼロの場合から１０％の場合まであり、それを構成する値、角度、その他に応じて決まるが、それに限られない。項目間のそのような相対性は、約ゼロ％〜約１０％までにわたる。
【０１４９】
本明細書に開示される原理による、様々な実施形態が上述されてきたが、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、上述した模範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、上記有利な点及び特徴は、記載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。
【０１５０】
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」に記載された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慮されるべきでない。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。全ての例において、これらの請求項の範囲は、本開示に照らして、固有の利点が考慮されるべきであり、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。
［項目１］
入力光を受けるための入力端と、前記入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る導波路と、
該導波路の前記入力端に渡って横方向に異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を備える指向性バックライト装置であって、前記導波路は、該入力端と該反射端との間に伸長した、光を前記導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有し、前記導波路は、前記入力端に渡って異なる入力位置にある複数の光源からの入力光を、反射端での反射の後で、出力方向にあり、横方向に入力位置に依存するように分布する、それぞれ対応する複数の光学窓に向けて反射するように構成され、
前記指向性バックライト装置は、光を選択可能な複数の視野窓に配向するために、前記複数の光源を選択的に作動するように構成されているコントロールシステムを備え、
前記反射端は、前記導波路の光軸からずれた位置の複数の光源からの光が反射した反射光が、前記導波路の外側部を照らすことができないように前記反射光を収束させ、
前記導波路は、入力端と反射端との間、及び前記ガイド面間に伸長した両側部をさらに有し、該両側部は、前記複数の光源からの光を反射するように構成された平坦な面であり、
前記コントロールシステムは、第１の光源が、光を視野窓に配向するように選択的に作動されると、同時に、前記反射端で、次に前記導波路の一側部で反射された光を、前記第１の光源が照らすことができない、前記導波路の前記外側部に配向するように第２の光源を作動するように構成されている、指向性バックライト装置。
［項目２］
前記第２の光源が、前記第１の光源と同じ視野窓に光を配向するように選択される、項目１に記載の指向性バックライト装置。
［項目３］
前記導波路の前記両側部は互いに平行な、項目１又は２に記載の指向性バックライト装置。
［項目４］
前記導波路の前記両側部は、前記入力端から前記反射端へ向かってその間が広がっている、項目１又は２に記載の指向性バックライト装置。
［項目５］
前記導波路の前記両側部は、前記入力端から前記反射端へ向かってその間が狭まっている、項目１又は２に記載の指向性バックライト装置。
［項目６］
前記導波路の前記両側部は、前記複数の光源からの光を内部全反射によって反射するように構成されている、項目１〜５のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。
［項目７］
前記導波路の前記両側部は、反射性のコーティングを有する、項目１〜５のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。
［項目８］
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が、出力光として、前記第１ガイド面を通って出射することを可能にする方向に、導波路をガイドされて通る光を反射するよう配向された複数の光抽出面部を含む、項目１〜７のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。
［項目９］
前記複数の光抽出面部は、前記第２ガイド面の複数の小面である、項目８に記載の指向性バックライト装置。
［項目１０］
前記第２ガイド面は、前記複数の小面と、前記複数の小面間にあり、光を抽出することなく、前記導波路を通じて配向するように構成された中間領域と、を有する段付きの形状を有する、項目９に記載の指向性バックライト装置。
［項目１１］
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が実質的に平坦で、光を前記第１ガイド面を通して出力するために、内部全反射を崩す方向に光を反射するようなある角度で傾斜し、
前記ディスプレイデバイスが、光を前記空間光変調器の法線に向けて偏向させるために、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って伸長している偏向素子をさらに備える、項目１〜７のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置。
［項目１２］
項目１〜１１のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置と、
前記指向性バックライトから出力される光を変調するために、前記指向性バックライト装置に渡って伸長している透過性空間光変調器と、を備えるディスプレイ装置。
［項目１３］
前記空間光変調器が、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って設けられている、項目１２に記載のディスプレイ装置。
［項目１４］
自動立体ディスプレイ装置であり、前記コントロールシステムが、前記空間光変調器を、時間的に多重化された左目用の画像及び右目用の画像を表示するように制御し、観察者の左目及び右目それぞれに対応する位置の複数の視野窓内に光を配向するよう前記複数の光源を同期して作動するように制御するように構成されている、項目１２又は１３に記載のディスプレイ装置。
［項目１５］
観察者の、前記ディスプレイデバイスに対する相対的位置を検知するように構成されているセンサーシステムをさらに備え、前記コントロールシステムは、その検知された観察者の位置に依存して、前記観察者の左目と右目に対応する位置にある複数の視野窓に向けて表示される画像を配向するようになっている、項目１４に記載のディスプレイ装置。
［項目１６］
入力光を受けるための入力端と、前記入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る導波路と、
前記導波路の前記入力端に渡って横方向に異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を備え、前記導波路は、該入力端と該反射端との間に伸長した、光を前記導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有し、前記導波路は、前記入力端に渡って異なる入力位置にある複数の光源からの入力光を、反射端での反射の後で、出力方向にあり、横方向に入力位置に依存するように分布する、それぞれ対応する複数の光学窓に向けて反射するように構成され、
前記反射端は、前記導波路の光軸からずれた位置の複数の光源からの光が反射した反射光が、前記導波路の外側部を照らすことができないように前記反射光を収束させ、
前記導波路は、前記入力端と前記反射端との間、及び複数の前記ガイド面間に伸長した両側部をさらに有し、該両側部は、光源から入射した光を、該光源によっては照らされない、前記導波路の前記外側部に反射するように構成されている、指向性バックライト。
［項目１７］
前記両側部がそれぞれ、反射性小面のアレイを備えている、項目１６に記載の指向性バックライト。
［項目１８］
前記両側部がそれぞれ、ホログラフィックフィルムを備えている、項目１６に記載の指向性バックライト。
［項目１９］
前記両側部が、光源から入射する光を、該光源からの光であって、前記導波路の前記反射端から反射された光の方向と同じ方向に反射するように構成されている、項目１６〜１８のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目２０］
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が、出力光として、前記第１ガイド面を通って出射することを可能にする方向に、導波路をガイドされて通る光を反射するよう配向された複数の光抽出面部を含む、項目１６〜１９のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目２１］
前記複数の光抽出面部は、前記第２ガイド面の複数の小面である、項目２０に記載の指向性バックライト。
［項目２２］
前記第２ガイド面は、前記複数の小面と、前記複数の小面間にあり、光を抽出することなく、前記導波路を通じて配向するように構成された中間領域と、を有する段付きの形状を有する、項目２１に記載の指向性バックライト。
［項目２３］
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が実質的に平坦で、光を前記第１ガイド面を通して出力するために、内部全反射を崩す方向に光を反射するようなある角度で傾斜し、
前記指向性バックライトが、光を前記空間光変調器の法線に向けて偏向させるために、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って伸長している偏向素子をさらに備える、項目１６〜１９のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目２４］
項目１６〜２３のいずれか一項に記載の指向性バックライトと、
前記指向性バックライト装置から出力される光を変調するために、前記指向性バックライト装置に渡って伸長している透過性空間光変調器と、を備えるディスプレイデバイス。
［項目２５］
前記空間光変調器が、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って設けられている、項目２４に記載のディスプレイデバイス。
［項目２６］
項目２４又は２５に記載のディスプレイデバイスと、光を選択可能な複数の視野窓に配向するために、前記複数の光源を選択的に作動するように構成されているコントロールシステムと、を備えるディスプレイ装置。
［項目２７］
自動立体ディスプレイ装置であり、前記コントロールシステムが、前記空間光変調器を、時間的に多重化された左目用の画像及び右目用の画像を表示するように制御し、観察者の左目及び右目それぞれに対応する位置の複数の視野窓内に光を配向するよう前記複数の光源を同期して作動するように制御するように構成されている、項目２６に記載のディスプレイ装置。
［項目２８］
観察者の、前記ディスプレイデバイスに対する相対的位置を検知するように構成されているセンサーシステムをさらに備え、前記コントロールシステムは、その検知された前記観察者の位置に依存して、前記観察者の左目と右目に対応する位置にある複数の視野窓に向けて表示される画像を配向するようになっている、項目２７に記載のディスプレイ装置。
［項目２９］
入力光を受けるための入力端と、前記入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る導波路と、
前記導波路の前記入力端に渡って横方向に異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を備える指向性バックライトであって、前記導波路は、前記入力端と前記反射端との間に伸長した、光を前記導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有し、前記導波路は、前記入力端に渡って異なる入力位置にある複数の光源からの入力光を、反射端での反射の後で、出力方向にあり、横方向に入力位置に依存するように分布する、それぞれ対応する複数の光学窓に向けて反射するように構成され、
前記反射端は、前記導波路の光軸からずれた位置の複数の光源からの光が反射した反射光が、前記導波路の外側部を照らすことができないように前記反射光を収束させ、
前記指向性バックライトは、前記入力端と前記反射端との間、及び複数の前記ガイド面間を伸長している前記導波路のそれぞれの側部に沿って設けられ、前記導波路の前記外側部に光を供給するように構成された、第２の光源のアレイをさらに備える指向性バックライト。
［項目３０］
前記導波路の複数の側部は、前記第２の光源に面する小面のアレイを有する、項目２９に記載の指向性バックライト。
［項目３１］
前記導波路の複数の側部は、それぞれ対応する第２の光源に対して整列しており、前記第２の光源から供給される光の方向を制御するように構成されているレンズのアレイを備える、項目３０に記載の指向性バックライト。
［項目３２］
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が、出力光として、前記第１ガイド面を通って出射することを可能にする方向に、導波路をガイドされて通る光を反射するよう配向された複数の光抽出面部を含む、項目２９〜３１のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目３３］
前記複数の光抽出面部は、前記第２ガイド面の複数の小面である、項目３２に記載の指向性バックライト。
［項目３４］
前記第２ガイド面は、前記複数の小面と、前記複数の小面間にあり、光を抽出することなく、前記導波路を通じて配向するように構成された中間領域と、を有する段付きの形状を有する、項目３３に記載の指向性バックライト。
［項目３５］
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が実質的に平坦で、光を前記第１ガイド面を通して出力するために、内部全反射を崩す方向に光を反射するようなある角度で傾斜し、
前記ディスプレイデバイスが、光を前記空間光変調器の法線に向けて偏向させるために、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って伸長している偏向素子をさらに備える、項目２９〜３１のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目３６］
項目２９〜３５のいずれか一項に記載の指向性バックライトと、
前記指向性バックライトから出力される光を変調するために、前記指向性バックライト装置に渡って伸長している透過性空間光変調器と、を備えるディスプレイ装置。
［項目３７］
前記空間光変調器が、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って設けられている、項目３８に記載のディスプレイデバイス。
［項目３８］
項目３６又は３７に記載のディスプレイデバイスと、光を選択可能な視野窓に配向するために、前記複数の光源を選択的に作動するように構成されているコントロールシステムと、を備えるディスプレイ装置。
［項目３９］
自動立体ディスプレイ装置であり、前記コントロールシステムが、前記空間光変調器を、時間的に多重化された左右の目用の画像を表示するように制御し、観察者の左右の目に対応する位置の複数の視野窓内に光を配向するよう前記複数の光源を同期して作動するように制御するように構成されている、項目３８に記載のディスプレイ装置。
［項目４０］
観察者の、前記ディスプレイデバイスに対する相対的位置を検知するように構成されているセンサーシステムをさらに備え、前記コントロールシステムは、その検知された前記観察者の位置に依存して、前記観察者の左目と右目に対応する位置にある複数の視野窓に向けて表示される画像を配向するようになっている、項目３９に記載のディスプレイ装置。
［項目４１］
入力光を受けるための入力端と、前記入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る導波路と、
前記導波路の前記入力端に渡って横方向に異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を備えるディスプレイデバイスであって、前記導波路は、前記入力端と前記反射端との間に伸長した、光を前記導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有し、前記導波路は、前記入力端に渡って異なる入力位置にある複数の光源からの入力光を、反射端での反射の後で、出力方向にあり、横方向に入力位置に依存するように分布する、それぞれ対応する複数の光学窓に向けて反射するように構成され、
前記ディスプレイデバイスは、前記導波路から出力される光を変調するために、前記導波路に渡って伸長した透過性空間光変調器を備え、前記空間光変調器は、前記導波路のエリアの一部にのみ渡って伸長している、ディスプレイデバイス。
［項目４２］
前記反射端は、それぞれの光源からの光が反射した反射光が、前記空間光変調器がそれに渡って伸長している前記導波路のすべての部分を照らすように前記反射光を収束する、項目４１に記載のディスプレイデバイス。
［項目４３］
前記導波路の両側部は、前記入力端と前記反射端との間に伸長しているが、前記入力端から前記反射端へ向かってその間が広がっている、項目４１又は４２に記載のディスプレイデバイス。
［項目４４］
前記空間光変調器が、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って設けられている、項目４１〜４３のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
［項目４５］
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が、出力光として、前記第１ガイド面を通って出射することを可能にする方向に、導波路をガイドされて通る光を反射するよう配向された複数の光抽出面部を含む、項目４１〜４４のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
［項目４６］
前記複数の光抽出面部は、前記第２ガイド面の複数の小面である、項目４５に記載のディスプレイデバイス。
［項目４７］
前記第２ガイド面は、前記複数の小面と、前記複数の小面間にあり、光を抽出することなく、前記導波路を通じて配向するように構成された中間領域と、を有する段付きの形状を有する、項目４６に記載のディスプレイデバイス。
［項目４８］
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が実質的に平坦で、光を前記第１ガイド面を通して出力するために、内部全反射を崩す方向に光を反射するようなある角度で傾斜し、
前記ディスプレイデバイスが、光を前記空間光変調器の法線に向けて偏向させるために、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って伸長している偏向素子をさらに備える、項目４１〜４４のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
［項目４９］
項目４１〜４８のいずれか一項に記載のディスプレイデバイスと、光を選択可能な複数の視野窓に配向するために、前記複数の光源を選択的に作動するように構成されているコントロールシステムと、を備えるディスプレイ装置。
［項目５０］
自動立体ディスプレイ装置であり、前記コントロールシステムが、前記空間光変調器を、時間的に多重化された左目用の画像及び右目用の画像を表示するように制御し、観察者の左目及び右目それぞれに対応する位置の複数の視野窓内に光を配向するよう前記複数の光源を同期して作動するように制御するように構成されている、項目４９に記載のディスプレイ装置。
［項目５１］
観察者の、前記ディスプレイデバイスに対する相対的位置を検知するように構成されているセンサーシステムをさらに備え、前記コントロールシステムは、その検知された前記観察者の位置に依存して、前記観察者の左目と右目に対応する位置にある複数の視野窓に向けて表示される画像を配向するようになっている、項目５０に記載のディスプレイ装置。
［項目５２］
指向性バックライトであって、
入力光を受けるための入力端と、前記入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る指向性導波路であって、該入力端と該反射端との間に伸長した、光を前記指向性導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有する該指向性導波路を備え、
第２ガイド面が、前記反射端に面する複数の光抽出面部を有し、該光抽出面部は、入力端に渡って存在する異なる入力位置から、入力位置に依存する異なる方向に、前記第１ガイド面を通じてガイドされた光であって、前記反射端から前記指向性導波路を通じてガイドされて戻ってくる光を反射するよう構成され、
前記指向性バックライトは、前記指向性導波路の入力端に渡って存在する異なる入力位置で、前記指向性導波路を照らすように構成された光源のアレイを備え、前記反射端は、前記反射された光を、前記指向性導波路の光軸からずれた位置の複数の光源からの光が反射した光が、前記指向性導波路の外側部が照らすことができないように収束させ、
前記指向性バックライトは、前記指向性導波路の前記第２ガイド面に渡って伸長するよう配置され、ずれた位置の複数の光源では照らされることができない前記外側部を含む前記指向性導波路を通じて照明を提供するように構成されるバックライト構造体を備える指向性バックライト。
［項目５３］
前記バックライト構造体は、バックライト導波路を備える、項目５２に記載の指向性バックライト。
［項目５４］
前記バックライト導波路は、ウェッジ形状である、項目５３に記載の指向性バックライト。
［項目５５］
前記バックライト構造体は、前記バックライト導波路の、前記指向性導波路とは反対側に設けられるランバーシャン反射器をさらに備える、項目５３又は５４に記載の指向性バックライト。
［項目５６］
前記バックライト構造体は、前記バックライト導波路と前記指向性導波路との間に配置される少なくとも１つの条件付けフィルムを、さらに備える、項目５２〜５５のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目５７］
前記指向性バックライトは前記バックライト導波路を、前記指向性導波路を照らすように構成された前記光源のアレイで照らすように構成される、項目５２〜５６のいずれか一項に記載の指向性バックライト。
［項目５８］
前記光源のアレイは、前記指向性導波路の前記入力端を照らす際の位置と、前記バックライト導波路を照らす際の位置との間を移動可能である、項目５７に記載の指向性バックライト。
［項目５９］
前記光源のアレイからの光を、前記指向性導波路の前記入力端又は前記バックライト導波路に、選択的に配向するように構成されている光学的構造をさらに備える、項目５８に記載の指向性バックライト。
［項目６０］
ピクセルのアレイを備え、前記ピクセルのすべての上に表示された画像を、異なる位置にある選択可能な複数の視野窓に配向するように制御可能なディスプレイデバイスと、
３Ｄの動作モード及び２Ｄの動作モードで動作可能なコントロールシステムであって、３Ｄの動作モードにおいては、前記ディスプレイデバイスに、時間的に多重化された左用画像及び右用画像を表示させ、かつ、前記表示された画像を、観察者の左目及び右目に対応する横方向の位置にある複数の視野窓に同期して配向させるように制御し、２Ｄの動作モードにおいては、前記ディスプレイデバイスに、継続する２Ｄ画像を表示させるように制御するように構成された該コントロールシステムと、を備え、
前記ディスプレイデバイスは、前記ディスプレイデバイスに渡って伸長している角度依存式拡散フィルムをさらに備え、該角度依存式拡散フィルムは、該フィルムの法線周りに横方向で第１の範囲にある角度で入射する光は、角度的に拡散されず、横方向で該第１の範囲の外側にある第２の範囲にある角度で入射する光は、角度的に拡散されるという特性を持つ、自動立体ディスプレイ装置。
［項目６１］
前記角度依存式拡散フィルムは、互いに異なる屈折率を持つ素材からなる、複数の互い違いになっている領域であって、前記フィルムの法線に対して傾いている領域を有する層を有する、項目６０に記載の自動立体ディスプレイ装置。
［項目６２］
前記ディスプレイデバイスが、
入力光を受けるための入力端と、前記入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る導波路と、
前記導波路の入力端に渡って横方向に異なる入力位置に配置された光源のアレイと、を備え、前記導波路が、前記入力端と前記反射端との間に伸長した、光を該導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有し、前記導波路は、前記入力端に渡って存在する異なる入力位置にある複数の光源からの入力光であって、前記反射端で反射された後の光を、出力方向にあり、入力位置に依存して横方向に分配されたそれぞれ対応する複数の光学窓に向けて反射するように構成されており、
前記ディスプレイデバイスが、前記ピクセルのアレイを備え、前記導波路を出射した光を変調するように構成されている透過性空間光変調器と、
前記３Ｄの動作モードにおいては、前記複数の光源を選択的に作動させ、観察者の左目及び右目に対応する位置にある複数の視野窓に光を向かわせるように構成されるコントロールシステムと、を備える、項目６０又は６１に記載の自動立体ディスプレイ装置。
［項目６３］
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が、出力光として、前記第１ガイド面を通って出射することを可能にする方向に、前記導波路をガイドされて通る光を反射するよう配向された複数の光抽出面部を含む、項目６２に記載の自動立体ディスプレイ装置。
［項目６４］
前記複数の光抽出面部は、前記第２ガイド面の複数の小面である、項目６３に記載の自動立体ディスプレイ装置。
［項目６５］
前記第２ガイド面は、前記複数の小面と、前記複数の小面間にあり、光を抽出することなく、前記導波路を通じて配向するように構成された中間領域と、を有する段付きの形状を有する、項目６４に記載の自動立体ディスプレイ装置。
［項目６６］
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が実質的に平坦で、光を前記第１ガイド面を通して出力するために、内部全反射を崩す方向に光を反射するようなある角度で傾斜し、
前記自動立体ディスプレイ装置は、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って伸長し、前記空間光変調器の法線に向かって光を偏向させるための偏向素子をさらに備える、項目６２に記載の自動立体ディスプレイ装置。
［項目６７］
観察者の位置を検知するように構成されているセンサーシステムをさらに備え、前記コントロールシステムは、その検知された前記観察者の位置に依存して、前記観察者の左目と右目に対応する位置にある視野窓に向けて表示される画像を配向するように構成されている、項目６２〜６６のいずれか一項に記載の自動立体ディスプレイ装置。
［項目６８］
入力光を受けるための入力端と、前記入力光を反射するための反射端との間に伸長し、反射した入力光が通って戻る導波路であって、前記入力端と前記反射端との間に伸長した、光を前記導波路に沿って前後にガイドするための、互いに対向する第１ガイド面及び第２ガイド面を有する前記導波路であって、前記入力端に渡って横方向に異なる入力位置からの入力光が前記反射端で反射された後の入力光を、入力位置に依存して横方向に分配された、出力方向に、反射するように構成されている前記導波路と、
前記導波路に渡って伸長している角度依存式拡散フィルムであって、該フィルムの法線周りに横方向で第１の範囲にある角度で入射する光は、角度的に拡散されず、横方向で該範囲の外側にある第２の範囲にある角度で入射する光は、角度的に拡散されるという特性を持つ該角度依存式拡散フィルムと、を備える導波路構造体。
［項目６９］
前記角度依存式拡散フィルムは、互いに異なる屈折率を持つ素材からなる、複数の互い違いになっている領域であって、前記フィルムの法線に対して傾いている領域を有する層を有する、項目６８に記載の導波路構造体。
［項目７０］
前記角度依存式拡散フィルムは前記導波路の全体に渡って伸長している、項目６８又は６９に記載の導波路構造体。
［項目７１］
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が、出力光として、前記第１ガイド面を通って出射することを可能にする方向に、導波路をガイドされて通る光を反射するよう配向された複数の光抽出面部を含む、項目６８〜７０のいずれか一項に記載の導波路構造体。
［項目７２］
前記複数の光抽出面部は、前記第２ガイド面の複数の小面である、項目７１に記載の導波路構造体。
［項目７３］
前記第２ガイド面は、前記複数の小面と、前記複数の小面間にあり、光を抽出することなく、前記導波路を通じて配向するように構成された中間領域と、を有する段付きの形状を有する、項目７２に記載の導波路構造体。
［項目７４］
前記第１ガイド面が、内部全反射により光をガイドするよう構成されており、前記第２ガイド面が実質的に平坦で、光を前記第１ガイド面を通して出力するために、内部全反射を崩す方向に光を反射するようなある角度で傾斜し、
前記自動立体ディスプレイ装置が、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って伸長し、前記空間光変調器の法線に向かって光を偏向させるための偏向素子をさらに備える、項目６８〜７０のいずれか一項に記載の導波路構造体。
［項目７５］
項目６８〜７４のいずれか一項に記載の導波路構造体と、前記導波路の入力端に渡って存在する異なる入力位置にある光源のアレイと、を備え、前記反射端がその反射光を、前記導波路の光軸からずれた位置の複数の光源からの光の反射光が、前記導波路の外側部を照らすことができないように収束させる、指向性バックライト。
［項目７６］
項目６８〜７５のいずれか一項に記載の指向性バックライト装置と、
前記指向性バックライトから出力される光を変調するために、前記指向性バックライト装置に渡って伸長している透過性空間光変調器と、を備えるディスプレイデバイス。
［項目７７］
前記空間光変調器が、前記導波路の前記第１ガイド面に渡って設けられている、項目７６に記載のディスプレイデバイス。
［項目７８］
項目７６又は７７に記載のディスプレイデバイスを備え、３Ｄの動作モードにおいては、前記空間光変調器を、時間的に多重化された左目用の画像及び右目用画像を表示させるように制御し、観察者の左目及び右目それぞれに対応する位置の複数の視野窓内に光を配向するように前記光源を同期して作動するように構成されているコントロールシステムをさらに備える自動立体ディスプレイ装置である、ディスプレイ装置。
［項目７９］
観察者の、前記ディスプレイデバイスに対する相対的位置を検知するように構成されているセンサーシステムをさらに備え、前記コントロールシステムは、前記３Ｄの動作モードにおいては、検知された前記観察者の位置に依存して、前記観察者の左目と右目に対応する位置にある複数の視野窓に向けて表示される画像を配向するようになっている、項目７８に記載のディスプレイ装置。
［項目８０］
光を配向するための結像指向性バックライトであって、
光をガイドするための導波路であって、
第１光誘導面と、
第１光誘導面に対向する、第２光誘導面と、をさらに有する導波路を備える結像指向性バックライトと、
前記結像指向性バックライトに光を提供するための照明器アレイと、
前記結像指向性バックライトの光学システムを、実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供させるように変更する追加的光学素子と、を備える指向性照明装置。
［項目８１］
前記追加的光学素子は、少なくとも１つの発光素子をさらに含む、項目８０に記載の指向性照明装置。
［項目８２］
前記追加的光学素子は、少なくとも１つの結像小面端部をさらに含む、項目８０に記載の指向性照明装置。
［項目８３］
前記追加的光学素子は、少なくとも１つの代替的光路をさらに含む、項目８０に記載の指向性照明装置。
［項目８４］
前記追加的光学素子は、発光素子、結像小面端部、及び代替的光路、の少なくとも１つをさらに含む、項目８０に記載の指向性照明装置。
［項目８５］
前記実質的に均一な２Ｄモードは、実質的に均一なランバーシャン照明モードである、項目８０に記載の指向性照明装置。
［項目８６］
前記導波路は光学弁である、項目８０に記載の指向性照明装置。
［項目８７］
前記導波路は、光学的インライン型指向性バックライトである、項目８０に記載の指向性照明装置。
［項目８８］
前記照明器アレイの照明器素子以外の追加的照明器素子をさらに備える、項目８０に記載の指向性照明装置。
［項目８９］
前記追加的照明器素子は、前記導波路の第１の側部及び第２の側部に光を提供するように構成されている、項目８８に記載の指向性照明装置。
［項目９０］
前記追加的照明器素子は、約±２１度よりも大きい角度の光線錐で、光を前記導波路に配向することができる、項目８９に記載の指向性照明装置。
［項目９１］
前記導波路の前記第１の側部及び前記第２の側部が、前記追加的照明器素子からの光を前記導波路につなぐように変更される、項目８９に記載の指向性照明装置。
［項目９２］
前記導波路の第１の側部及び第２の側部が反射防止コーティングされていてよい、項目９１に記載の指向性照明装置。
［項目９３］
前記導波路の第１の側部及び第２の側部が、波型になっていてよい、項目９１に記載の指向性照明装置。
［項目９４］
前記導波路の第１の側部及び第２の側部に設けられる照明器光源の局所的アレイをさらに備え、該照明器光源の局所的アレイは、独立した窓制御を提供する、
項目８０に記載の指向性照明装置。
［項目９５］
前記照明器光源の局所的アレイから投入される光は、その方向および広がる角度を、レンズ素子によって実質的に制御されていてよい、
項目９４に記載の指向性照明装置。
［項目９６］
前記照明器光源の局所的アレイは、独立してアドレス化された光源である、項目９５に記載の指向性照明装置。
［項目９７］
光をガイドするための段付き導波路であって、
第１光誘導面と、
前記第１光誘導面に対向する第２光誘導面であって、少なくとも１つのガイド面部、及び光を前記段付き導波路から出すように配向する複数の抽出面部を有する前記第２光誘導面と、
前記第１光誘導面及び第２光誘導面の間に位置し、第１の光源のアレイからの光を受けるように動作可能である、第１の照明入力表面と、
を備える段付き導波路と、
前記段付き結像指向性バックライトに光を提供するための照明器アレイと、
前記段付き結像指向性バックライトの光学システムを、実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供させるように変更する追加的光学素子と、を備える段付き結像指向性バックライト装置。
［項目９８］
前記段付き導波路は、光線が広がることを可能にするように動作する第１のセクションをさらに有する、
項目９７に記載の段付き結像指向性バックライト装置。
［項目９９］
前記複数の抽出面部は、光が第１の方向に伝搬している際に、実質的に低いロスで光が通過するように光を配向し、光が第２の方向に伝搬している際に、光が前記段付き導波路から出るように光を配向する、
項目９７に記載の段付き結像指向性バックライト装置。
［項目１００］
前記段付き導波路は光学弁である、項目９７に記載の段付き結像指向性バックライト装置。
［項目１０１］
導波路の第１の端部に位置する入力側部と、
前記導波路の第２の端部に位置する反射側部と、
前記導波路の前記入力側部と前記反射側部との間に位置する、第１の光配向側部及び第２の光配向側部であって、該第２の光配向側部は、複数のガイド面部および複数の抽出面部を有する、第１の光配向側部及び第２の光配向側部と、
実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供するために結像指向性バックライトの光学システムを変更するような追加的光学素子であって、発光素子、結像小面端部、または代替的光路の、少なくとも１つであるような追加的光学素子と、を備える結像指向性バックライト。
［項目１０２］
光線が広がることを可能にするように動作可能で、抽出面部を有さない第１のセクションをさらに備える、項目１０１に記載の結像指向性バックライト。
［項目１０３］
前記導波路は段付き導波路である、項目１０２に記載の結像指向性バックライト。
［項目１０４］
前記結像指向性バックライトは光学弁である、項目１０２に記載の結像指向性バックライト。
［項目１０５］
実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供する折りたたみ式結像指向性バックライトシステムであって、
折りたたみ式結像指向性バックライトであって、
照明器アレイからの光を受けるように動作可能な、光をガイドするための第１の導波路と、
該第１の導波路と光学的に接続され、前記照明器アレイからの光を受けるように動作可能な第２の導波路と、を有する折りたたみ式結像指向性バックライトを備え、前記第１の導波路は、複数の縁部小面を有する第１の縁部を有し、前記第２の導波路は、複数の縁部小面を有する第２の縁部を有し、さらに、前記複数の縁部小面が、実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供する、折りたたみ式結像指向性バックライトシステム。
［項目１０６］
前記第１および第２の縁部の前記複数の縁部小面は複数の反射性小面である、項目１０５に記載の
実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供する折りたたみ式結像指向性バックライトシステム。
［項目１０７］
前記第１および第２の導波路は、段付き導波路である、
項目１０６に記載の
実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供する折りたたみ式結像指向性バックライトシステム。
［項目１０８］
前記折りたたみ式結像指向性バックライトは光学弁である、
項目１０５に記載の
実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供する折りたたみ式結像指向性バックライトシステム。
［項目１０９］
前記第１および第２の導波路は、ウェッジタイプ指向性バックライトである、
項目１０６に記載の
実質的に均一な２Ｄ照明モードを提供する折りたたみ式結像指向性バックライトシステム。
【図１Ａ】
0006305987.tif 000003
【図１Ｂ】
0006305987.tif 000004
【図２Ａ】
0006305987.tif 000005
【図２Ｂ】
0006305987.tif 000006
【図２Ｃ】
0006305987.tif 000007
【図３】
0006305987.tif 000008
【図４Ａ】
0006305987.tif 000009
【図４Ｂ】
0006305987.tif 000010
【図５】
0006305987.tif 000011
【図６Ａ】
0006305987.tif 000012
【図６Ｂ】
0006305987.tif 000013
【図６Ｃ】
0006305987.tif 000014
【図７】
0006305987.tif 000015
【図８】
0006305987.tif 000016
【図９】
0006305987.tif 000017
【図１０】
0006305987.tif 000018
【図１１Ａ】
0006305987.tif 000019
【図１１Ｂ】
0006305987.tif 000020
【図１２Ａ】
0006305987.tif 000021
【図１２Ｂ】
0006305987.tif 000022
【図１２Ｃ】
0006305987.tif 000023
【図１２Ｄ】
0006305987.tif 000024
【図１３Ａ】
0006305987.tif 000025
【図１３Ｂ】
0006305987.tif 000026
【図１４Ａ】
0006305987.tif 000027
【図１４Ｂ】
0006305987.tif 000028
【図１４Ｃ】
0006305987.tif 000029
【図１５】
0006305987.tif 000030
【図１６Ａ】
0006305987.tif 000031
【図１６Ｂ】
0006305987.tif 000032
【図１６Ｃ】
0006305987.tif 000033
【図１６Ｄ】
0006305987.tif 000034
【図１６Ｅ】
0006305987.tif 000035
【図１７Ａ】
0006305987.tif 000036
【図１７Ｂ】
0006305987.tif 000037
【図１７Ｃ】
0006305987.tif 000038
【図１７Ｄ】
0006305987.tif 000039
【図１７Ｅ】
0006305987.tif 000040
【図１８Ａ】
0006305987.tif 000041
【図１８Ｂ】
0006305987.tif 000042
【図１８Ｃ】
0006305987.tif 000043
【図１９】
0006305987.tif 000044
【図２０Ａ】
0006305987.tif 000045
【図２０Ｂ】
0006305987.tif 000046
【図２０Ｃ】
0006305987.tif 000047
【図２１】
0006305987.tif 000048
【図２２Ａ】
0006305987.tif 000049
【図２２Ｂ】
0006305987.tif 000050
【図２２Ｃ】
0006305987.tif 000051
【図２３】
0006305987.tif 000052
【図２４】
0006305987.tif 000053
【図２５Ａ】
0006305987.tif 000054
【図２５Ｂ】
0006305987.tif 000055
【図２５Ｃ】
0006305987.tif 000056
【図２５Ｄ】
0006305987.tif 000057
【図２６】
0006305987.tif 000058
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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