(57)【要約】  本開示は、横方向及び縦方向の広い視覚範囲にわたって、観察者にフリッカの低い指向性ディスプレイを提供することができる照明アレイの制御を実現するよう構成された、結像指向性バックライト、照明アレイ、及び観察者トラッキングシステムを含む光誘導弁装置を含む自動立体ディスプレイ装置である。
2015525366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通過光を変調するよう構成された画素アレイを含む透過型空間光変調器と、
入力端、及び前記空間光変調器にわたり、前記入力端から延びる導波路に沿って光を誘導するための、相対する第１の誘導面及び第２の誘導面を有する前記導波路と、
前記導波路の前記入力端にわたり横方向の異なる入力位置における光源のアレイと
を含む表示デバイスを備え、前記導波路が、前記入力位置によって決まる前記横方向に分布した出力方向の複数の光学窓のそれぞれの中に、前記入力端にわたる前記異なる入力位置の複数の光源からの入力光を出力光として、前記空間光変調器を通して供給するために前記第１の誘導面を通して方向づけるよう構成されている、自動立体ディスプレイ装置であって、
前記表示デバイスに対する観察者の位置を検出するよう構成されたセンサーシステムと、
前記空間光変調器及び前記複数の光源を制御するよう構成された制御システムと、を更に備え、
前記制御システムは、互いに入れ替わる左右の画像のフェーズ内に時間多重化された左右の画像を伴い、光を変調するよう、前記空間光変調器を制御するよう構成されており、
前記制御システムは、前記左右の画像を、観察者の左右の目に対応する位置に少なくとも１つの光学窓を含む複数の視野窓のそれぞれの中へ、検出された前記観察者の検出位置にしたがって選択的に方向づけるよう、前記左右の画像のフェーズ内の前記複数の光源を操作するよう構成されており、
前記制御システムは、前記複数の視野窓の前記位置が静止している場合、光束の時間平均が予め定められた値を有するように、単一フェーズにわたる個別の光源を操作するよう構成されており、
前記制御システムは、変化している前記観察者の前記検出位置に応じて前記複数の視野窓の前記位置を移動する場合、隣接する一対の左の画像のフェーズ及び右の画像のフェーズそれぞれにわたり、所定の光源の光束及び同じ又は異なる光源の前記光束の時間平均がゼロを超えており、かつ前記予め定められた値の２倍未満であるように、前記左右の画像のフェーズの一方では前記所定の光源の作動を停止し、前記左右の画像のフェーズの他方では前記同じ又は異なる光源の作動を開始することによって、互いに最も近い左右の視野窓の光学窓に対応する複数の光源を制御するよう構成されている、自動立体ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記制御システムが、変化している前記観察者の前記検出位置に応じて前記複数の視野窓の前記位置を移動する場合、前記左右の画像のフェーズの一方における作動のその最後の段階において、そのフェーズにわたり、光束の時間平均が前記予め定められた値未満であるように、前記所定の光源の前記作動を制御するよう、及び、前記左右の画像のフェーズの他方における作動のその最初の段階において、そのフェーズにわたり、光束の時間平均が前記予め定められた値であるように、前記同じ又は異なる光源の前記作動を制御するよう構成されている、請求項１に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記制御システムが、変化している前記観察者の前記検出位置に応じて前記複数の視野窓の前記位置を移動する場合、前記左右の画像のフェーズの前記一方の作動のその最後の段階において、そのフェーズにわたり、光束の時間平均が前記予め定められた値であるように、前記所定の光源の前記作動を制御するよう、及び、前記左右の画像のフェーズの前記他方の前記作動のその最初の段階において、そのフェーズにわたり、光束の時間平均が前記予め定められた値未満であるように、前記同じ又は異なる光源の前記作動を制御するよう構成されている、請求項１に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記制御システムが、変化している前記観察者の前記検出位置に応じて前記複数の視野窓の前記位置を移動する場合、前記左右の画像のフェーズの前記一方の作動のその最後の段階において、そのフェーズにわたり、光束の時間平均が前記予め定められた値未満であるように、前記所定の光源の前記作動を制御するよう、及び、前記左右の画像のフェーズの前記他方の作動のその最初の段階において、そのフェーズにわたり、光束の時間平均が前記予め定められた値未満であるように、前記同じ又は異なる光源の前記作動を制御するよう構成されている、請求項１に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記所定の光源の前記左右の画像のフェーズの前記一方の作動の前記最後の段階が、前記同じ又は異なる光源の前記左右の画像のフェーズの前記他方の作動の前記最初の段階の前である、請求項４に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項６】
前記所定の光源の前記左右の画像のフェーズの前記一方の作動の前記最後の段階が、前記同じ又は異なる光源の前記左右の画像のフェーズの前記他方の作動の前記最初の段階の後であり、前記左右の画像のフェーズの前記一方の作動の前記最後の段階にわたる光束の時間積分、及び、前記左右の画像のフェーズの前記他方の作動の前記最初の段階にわたる光束の前記時間平均のそれぞれが前記予め定められた値の半分未満である、請求項４に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項７】
前記同じ又は異なる光源が、前記所定の光源と同じ光源であるように、前記左の画像のフェーズにおいて操作された前記複数の光源が、前記右の画像のフェーズにおいて操作された前記複数の光源を含む光源のアレイに隣接している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項８】
前記同じ又は異なる光源が、前記所定の光源とは異なる光源であるように、前記左の画像のフェーズにおいて操作された前記複数の光源が、前記右の画像のフェーズにおいて操作された前記複数の光源を含む光源のアレイとは分離している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項９】
前記第１の誘導面が、全反射によって光を誘導するよう構成されており、前記第２の誘導面が、前記導波路を通して誘導された光を、前記第１の誘導面を通して出ることを許す方向に、前記出力光として反射するよう配向された複数の光抽出機能を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記第２の誘導面が、光を抽出することなく、前記導波路を通して光を方向づけるよう構成されている前記複数の光抽出機能の間に複数の中間領域を有する、請求項９に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記第２の誘導面が、前記複数の光抽出機能を構成する複数のファセット、及び前記複数の中間領域を含む段付き形状を有する、請求項１０に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記第１の誘導面が、全反射によって光を誘導するよう構成されており、前記第２の誘導面が実質的に平面であり、前記第１の誘導面を通して光を出力するために、前記全反射を遮断する方向に光を反射する角度に傾斜しており、
前記表示デバイスが、前記空間光変調器の法線に向けて光を偏向するために、前記導波路の前記第１の誘導面にわたって延びる偏向素子を更に含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項１３】
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して戻すために、前記入力端に対向する反射端を有し、前記導波路は、前記反射端からの反射後に、前記第１の誘導面を通して光を出力するよう構成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記反射端が、横方向に正の屈折力を有する、請求項１３に記載の自動立体ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的に、光変調素子の照明に関し、より詳しくは、二次元表示デバイス、三次元表示デバイス、及び／又は自動立体ディスプレイデバイスにおける利用向けの、局所的な光源から大面積用の照明を提供するための光ガイドに関する。
【背景技術】
【０００２】
空間多重化された自動立体ディスプレイは、通常、例えばＬＣＤ等の空間光変調器の上の少なくとも第１及び第２のセットの画素として配置された画像アレイに、レンチキュラースクリーン、又は視差バリア等の視差コンポーネントを位置合わせする。視差コンポーネントは、各画素セットからの光を、それぞれ異なる各方向に方向づけて、ディスプレイの正面に第１及び第２の視野窓を提供する。目が第１の視野窓内にある観察者は、第１のセットの画素からの光で第１の画像を見ることができ、目が第２の視野窓内にある観察者は、第２のセットの画素からの光で第２の画像を見ることができる。
【０００３】
これらディスプレイは、空間光変調器の元来の解像度と比較して低い空間解像度を有し、更に視野窓の構造は、画素のアパーチャ形状及び視差コンポーネントの結像機能によって決定される。画素間に、例えば電極用に、空隙があると、通常の場合、視野窓は不均一になる。これらディスプレイは、ディスプレイに対して横方向に観察者が動くと画像のフリッカを生じさせて、ディスプレイの視野の自由度を制限して、都合が悪い。フリッカを、光学素子の焦点をぼかすことによって低減させることはできるが、焦点をぼかしてしまうと、今度は画像のクロストークが強度になり、観察者の視覚疲労が増す。フリッカは、画素アパーチャの形状を調整することで低減することもできるが、このように変更することは、ディスプレイの輝度を低減させる可能性があり、空間光変調器にアドレス指定電子回路を組み込む必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の１つの態様によると、透過型空間光変調器を含む表示デバイスを含むことができる自動立体ディスプレイ装置を提供することができる。透過型空間光変調器は、通過光を変調するよう構成された画素アレイを含むことができる。表示デバイスはまた、入力端及び、導波路に沿って光を誘導する、相対する第１の誘導面及び第２の誘導面を有する導波路も含むことができる。相対する第１の誘導面及び第２の誘導面は、入力端から空間光変調器にわたり延在することができる。表示デバイスはまた、導波路の入力端にわたり横方向の異なる入力位置に光源のアレイを含むこともできる。導波路は、入力位置によって決まる横方向に分布した出力方向の複数の光学窓のそれぞれの中に、入力端にわたる異なる入力位置の複数の光源からの入力光を出力光として、空間光変調器を通して供給するために第１の誘導面を通して方向づけるよう構成することができる。自動立体ディスプレイ装置はまた、表示デバイスに対する観察者の位置を検出するよう構成することができるセンサーシステム、及び空間光変調器及び複数の光源を制御するよう構成することができる制御システムも含むことができる。制御システムは、互いに入れ替わる左右の画像のフェーズ内に時間多重化された左右の画像を伴い、光を変調するよう、空間光変調器を制御するよう構成することができる。加えて、制御システムは、左右の画像を、観察者の左右の目に対応する位置に少なくとも１つの光学窓を含むことができる複数の視野窓のそれぞれの中へ、検出された観察者の検出位置にしたがって選択的に方向づけるよう、左右の画像のフェーズ内の複数の光源を操作するよう構成することができる。制御システムは、複数の視野窓の位置が実質的に静止している場合、光束の時間平均が予め定められた値を有することができるように、単一フェーズにわたる個別の光源を操作するよう構成することができる。制御システムは、変化している観察者の検出位置に応じて複数の視野窓の位置を移動する場合、左右の画像のフェーズの一方では所定の光源の作動を停止し、左右の画像のフェーズの他方では同じ又は異なる光源の作動を開始することによって、互いに最も近い左右の視野窓の光学窓に対応する複数の光源を制御するよう構成することができる。これは、隣接する一対の左の画像のフェーズ及び右の画像のフェーズそれぞれにわたり、所定の光源の光束及び同じ又は異なる光源の光束の時間平均がゼロを超えており、かつ予め定められた値の２倍未満とすることができる手法により行うことができる。
【０００５】
左のフェーズと右のフェーズとの間の遷移範囲における発光素子照明アレイのＬＥＤに対する波形を処理することで、輝度アーチファクトを引き起こし得る条件を、観察者のトラッキング中に補正することができる。
【０００６】
本明細書に記述するように、ＬＥＤ駆動波形を変調することにより、観察者に対する輝度のフリッカの影響の出現を低減することができ、したがって、追跡した観察者に対するディスプレイの品質を向上することができる。更に、挿入されたパルスを、前のパルスと後のパルスとの間のおおよその等距離に一時的に配置することができるよう、波形を変調することができる。そのような一実施形態は、動いている観察者に対するフリッカアーチファクトの出現の更なる低減を実現することができる。
【０００７】
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、照明をディスプレイパネルを通して視野窓に方向づける追加機能を有する。結像システムは、複数の光源とそれぞれの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弁が挙げられ、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。光は実質的に、光弁を通して一方向に損失を伴わずに伝搬することができ、同時に対向伝搬光は、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米国特許出願１３／３００，２９３号に記述されるように、反射傾斜ファセットによって抽出することができる。
【０００８】
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第６，３７７，２９５号は一般的に、トラッキング制御における待ち時間による座標を修正するために、予測を使用することができることについて説明する。これは、機械的に移動する視差光学素子に適用されており、その位置は、常時又は連続して制御する必要がある。比較として、本実施形態は、トラッカーの待ち時間ではなく、ディスプレイ照明パルスによって設定された規定未来時における観察者の位置の予測生成を提供する。位置を連続して判定することには適さないが、代わりに照明の個別の未来時で判定することができ、好適である。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第５，９５９，６６４号は一般的に、ディスプレイＳＬＭの内容を調整することで、観察者の縦方向のトラッキング及び方向づけについて説明する。比較として、以下に記述する実施形態は、ディスプレイＳＬＭ上の画像を調整又はスライスすることなく、光弁の照明を調整することで、縦方向のトラッキングを実現することができる。
【０００９】
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、本開示の光弁は、大きな後方作動距離を有する薄型の光学部品を達成することができる。これら部品は指向性バックライトで使用されて、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ことができる。更に、実施形態は、効率のよい自動立体ディスプレイのために制御された照明器を提供することができる。
【００１０】
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、光学部品、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。
【００１１】
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、用途又は作成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。
【００１２】
指向性バックライトは、通常、光学導波路の入力アパーチャ側に配置された独立したＬＥＤ光源を調整することによって制御された、実質的に出力表面全体から発散される照明にわたる制御を提示する。放射光の指向性分布を制御することによって、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逐次的な立体ディスプレイ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。
【００１３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
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】指向性表示デバイスの一実施形態における光伝搬の正面を示す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａの指向性表示デバイスの一実施形態における光伝搬の側面を示す概略図である。
【図２Ａ】指向性表示デバイスの別の実施形態における光伝搬の上面を示す概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａの指向性表示デバイスの正面に光伝搬を示す概略図である。
【図２Ｃ】図２Ａの指向性表示デバイスの側面に光伝搬を示す概略図である。
【図３】指向性表示デバイスの側面を示す概略図である。
【図４Ａ】屈曲光抽出機能を含む指向性表示デバイスにおける視野窓の生成の正面を示す概略図である。
【図４Ｂ】屈曲光抽出機能を含む指向性表示デバイスにおける第１及び第２の視野窓の生成の正面を示す概略図である。
【図５】線光抽出機能を含む指向性表示デバイスにおける第１の視野窓の生成を示す概略図である。
【図６Ａ】第１のタイムスロットでの、時分割多重化された結像指向性表示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概略図である。
【図６Ｂ】第２のタイムスロットでの、時分割多重化された指向性表示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概略図である。
【図６Ｃ】時分割多重化された指向性表示デバイスにおける第１及び第２の視野窓の生成の別の実施形態を示す概略図である。
【図７】時分割多重化された指向性表示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を示す概略図である。
【図８】マルチビューアー指向性表示デバイスを示す概略図である。
【図９】プライバシー指向性表示デバイスを示す概略図である。
【図１０】時分割多重化された指向性表示デバイスの構造の側面図を示す概略図である。
【図１１Ａ】楔形指向性バックライトの正面を示す概略図である。
【図１１Ｂ】楔形指向性バックライトの側面を示す概略図である。
【図１２】表示デバイス及び制御システムを含む指向性ディスプレイ装置を示す概略図である。
【図１３】視野窓の構成を上面に示す概略図である。
【図１４Ａ】第１の視野窓の配置を正面に示す概略図である。
【図１４Ｂ】動いている観察者に対する第２の視野窓を正面に示す概略図である。
【図１５】観察者が動いている間の窓面に、図１４Ａの窓の外観を示す概略図である。
【図１６】観察者が動いている間の窓面に、更なる視野窓の外観を示す概略図である。
【図１７】照明フェーズ及び観察者の位置の更新のタイミングを示す概略図である。
【図１８】照明フェーズ及び非同期の観察者の位置の更新のタイミングを示す概略図である。
【図１９】照明フェーズ及び同期した観察者の位置の更新のタイミングを示す概略図である。
【図２０Ａ】グレースケールに対するパルス振幅変調を示す概略図である。
【図２０Ｂ】グレースケールに対するパルス幅変調を示す概略図である。
【図２１Ａ】弱いエミッターに適している完全照明パルスを示す概略図である。
【図２１Ｂ】高出力発光素子に適している切り取られた照明パルスを示す概略図である。
【図２１Ｃ】高出力発光素子に適している短いパルスを示す概略図である。
【図２１Ｄ】高出力発光素子に適している短いパルスを示す概略図である。
【図２２】位相化パルス位置変調を示す概略図である。
【図２３】観察者を照明する扇状の光線を提供し、観察者トラッキング機能を提供するよう構成された統合赤外線発光素子アレイを含む指向性表示デバイスの更なる実施形態を示す概略図である。
【図２４】追跡した観察者に対する１つの事例に発生する二重パルスを含む照明パルスの概略タイミング図である。
【図２５】追跡した観察者に対する１つの事例に発生する紛失パルスを含む照明パルスの概略タイミング図である。
【図２６】二重パルスの視覚効果を削減する更なる実施形態を示す照明パルスの概略タイミング図である。
【図２７】二重パルスの視覚効果を削減する更なる実施形態を示す照明パルスの概略タイミング図である。
【図２８】二重パルスの視覚効果を削減する更なる実施形態を示す照明パルスの概略タイミング図である。
【図２９】二重パルスの視覚効果を削減する更なる実施形態を示す照明パルスの概略タイミング図である。
【図３０】二重パルスの視覚効果を削減する更なる実施形態を示す照明パルスの概略タイミング図である。
【図３１】二重パルスの視覚効果を削減する更なる実施形態を示す照明パルスの概略タイミング図である。
【図３２】画像のフリッカを削減するよう調整された出力を伴うスイッチＬＥＤを駆動する制御方法を示す概略図である。
【図３３】第１の照明位置と第２の照明位置との間の第１のパターンにおけるＬＥＤアレイの切り替えに対する概略タイミング図である。
【図３４】第１の照明位置と第２の照明位置との間の第２のパターンにおけるＬＥＤアレイの切り替えに対する概略タイミング図である。
【図３５】第１の位置と第２の位置との間のＬＥＤアレイの均一な切り替えを実現する制御システムを示す概略図である。
【図３６】中央ＬＥＤ制御を伴わない、第１の照明位置と第２の照明位置との間の第２のパターンにおけるＬＥＤアレイの切り替えを示す概略図である。
【図３７】中央ＬＥＤ制御を伴わない、第１の照明位置と第２の照明位置との間の第２のパターンにおけるＬＥＤアレイの切り替えを示す概略図である。
【図３８】二重パルスの視覚効果を削減する照明パルスの略タイミング図である。
【図３９】二重パルスの視覚効果を削減する照明パルスの略タイミング図である。
【図４０】二重パルスの視覚効果を削減する照明パルスの略タイミング図である。
【図４１】二重パルスの視覚効果を削減する照明パルスの略タイミング図である。
【図４２】二重パルスの視覚効果を削減する照明パルスの略タイミング図である。
【図４３】切り替えＬＥＤグループを識別する制御方法を示す概略図である。
【図４４】第１の照明アレイにおける切り替えＬＥＤグループを識別する更なる制御方法を示す概略図である。
【図４５】第２の照明アレイにおける切り替えＬＥＤグループを識別する更なる制御方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
時分割多重化された自動立体ディスプレイは、空間光変調器の全ての画素からの光を、第１のタイムスロットの第１の視野窓へと方向づけて、全ての画素を、第２のタイムスロットの第２の視野窓に方向づけることで、自動立体ディスプレイの空間解像度を向上させることができるという利点を有する。したがって、第１及び第２の視野窓において光を受けるような位置に目を置いている観察者は、複数のタイムスロットによってディスプレイ全体で全解像度の画像を見ることができる。時分割多重化されたディスプレイは、指向性光学素子を利用して実質的に透明な時分割多重化された空間光変調器内を通るように照明アレイを方向づけて、指向性光学素子が実質的に窓平面の照明アレイの画像を形成するようにすることで、指向性のある照明を実現することができるという利点を有する。
【００１６】
視野窓の均一性は、空間光変調器内の画素の配置とは独立したものとすることができ、好適である。また、このようなディスプレイが、フリッカが少なく、移動中の観察者に対して、クロストークが低レベルであるように、観察者にトラッキング表示を提供することができ、好適である。
【００１７】
窓平面で高い均一性を実現するためには、高い空間均一性を有する照明素子アレイを提供することが望ましい。逐次的な照明システムの照明素子は、例えば、約１００マイクロメートルの空間光変調器の画素をレンズアレイと組み合わせて提供することができる。しかし、このような画素は、空間多重化された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効率が低くコストが高い場合があり、追加の表示部材を必要とする場合がある。
【００１８】
巨視的照明器（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アレイ）を利用することで、高い窓平面の均一性は都合よく実現できるかもしれない。しかし、照明素子の寸法を大きくすると、指向性光学素子の寸法もそれに比例して大きくなることが想定される。例えば、６５ｍｍ幅の視野窓に結像される１６ｍｍ幅の照明器が、２００ｍｍの後方作動距離になる場合がある。したがって、光学素子の厚みを大きくすると、例えば、移動体ディスプレイ、又は大面積のディスプレイなどへの有益な用途が妨げられてしまう可能性がある。
【００１９】
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号に記載されている光弁は、同時にフリッカのない観察者トラッキング及び低クロストークレベルを有する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された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配置することができ、好適である。記述されるものは視野の位置又は窓の一次元の配置であり、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も同じ画像を含む。
【００２０】
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等の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、本開示に記載される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。
【００２１】
一般的には、例えば、本開示によれば、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、少なくとも１軸における複数の各視野窓に方向づけるよう構成されている。各視野窓は、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。
【００２２】
対比的に、従来の非結像バックライト又は導光プレート（ＬＧＰ）は二次元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）を参照されたい。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帯に方向づけ、広い視野角及び高い表示均一性を実現するよう構成されている。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、視覚帯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）等の輝度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ゲインを上げるなどの、いくらかの指向性を有することができる。しかし、このような指向性は、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、二次元ラップトップ、モニター、及びＴＶに見られるような液晶表示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能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。
【００２３】
本明細書に使用されるように、光弁は、例えば、ライトバルブ、光弁指向性バックライト、及び弁指向性バックライト（「ｖ−ＤＢＬ」）と称される、光誘導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、光弁は、（時に「ライトバルブ」と呼ばれる）空間光変調器とは異なっている。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弁である。光は、光弁を通して実質的に損失を伴わずに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機能によって抽出され、視野窓に方向づけられ得るよう、対向伝搬することができる。
【００２４】
本明細書に使用されるように、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、楔形指向性バックライト、又は光弁を含む。
【００２５】
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光弁であってよい。段付き導波路は、光を誘導するための導波路を含み、第１の光誘導面、及び第１の光誘導面に対向する第２の光誘導面を含むことができ、ステップとして配置された、複数の抽出機能を含む複数の光誘導機能を更に含む結像指向性バックライト用の導波路である。
【００２６】
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、楔形指向性バックライト及び光弁のうちの少なくとも１つとすることができる。
【００２７】
作動中に、光は、例示的な光弁内で、入力端から反射端への第１の方向に、実質的に損失を伴わずに伝送してよい。光は反射端で反射されて、第１の方向とは実質的に反対の第２の方向に伝搬してよい。光が第２の方向に伝搬されると、光は光抽出機能に入射してよく、光抽出機能は、光弁の外へと光を再方向づけするように機能する。つまり、光弁は一般的に光を第１の方向に伝搬し、及び第２の方向に伝搬されている間に光を抽出することができる。
【００２８】
光弁は、大きな表示面積を有する逐次的な指向性照明器を実現することができる。更に、光を巨視的照明器から名目上の窓面へ方向づけるよう、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構成された一連の光抽出機能を使用することができる。
【００２９】
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、ＲｅａｌＤによって本明細書においては「楔形指向性バックライト」と称される、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔによる例えば米国特許第７，９７０，２４６号、本明細書において「光弁」又は「光弁指向性バックライト」と称される、例えば米国特許出願第１３／３００，２９３号において提示及び実証されており、これらはすべてその全体を参照目的で本明細書に引用されている。
【００３０】
本開示は、光が、第１の側面及び機能の第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さに沿って伝達するが、光は第１及び第２の誘導面に対する入射角度を実質的に変化させず、これら内側面での媒体の臨界角には到達できない。光抽出は、表面（ステップ「トレッド」）の第１のセットに傾斜している表面（ステップ「ライザー」）の第２のセットにより、達成することができ、好適である。表面の第２のセットは、段付き導波路の光誘導作用の一部とすることはできないものの、構造から光抽出を提供できるよう構成することができることに留意されたい。一方、楔形結像指向性バックライトは、連続的な内側表面を有する楔形のプロフィールが施された導波路内に光を誘導可能にすることができる。したがって、光弁はつまり、楔形結像指向性バックライトではない。
【００３１】
図１Ａは、指向性表示デバイスの一実施形態における光伝搬の正面を示す概略図であり、図１Ｂは、図１Ａの光弁構造における光伝搬の側面を示す概略図である。
【００３２】
図１Ａは、指向性表示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を照明するために使用することができる照明アレイ１５を含む。照明アレイ１５は、照明素子１５ａ〜照明素子１５ｎ（「ｎ」は１より大きい整数）を含む。一例では、図１Ａの段付き導波路１は、段付きの、表示サイズの導波路１とすることができる。照明素子１５ａ〜１５ｎ光源であり、発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。ＬＥＤは本明細書において照明素子１５ａ〜１５ｎとして記載されているが、他の光源、例えば、これらに限定されないが、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、図示のとおりに配置された照明アレイ１５、空間光変調器（ＳＬＭ）４８、抽出機能１２、誘導部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。
【００３３】
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との間に延びる。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。照明素子１５ａ〜１５ｎは、入力端２にわたる横方向の異なる入力位置に配置されている。
【００３４】
導波路１は、入力端２と反射端４との間に延びる相対する第１及び第２の誘導面を有し、全反射により光を導波路１に沿って前後に誘導する。第１の誘導面は平面である。第２の誘導面は、反射端４に対向し、反射端から導波路１を通して誘導されて戻される少なくともいくらかの光を、第１の誘導面における全反射を遮断し、ＳＬＭ４８に供給されている、例えば、図１Ｂにおける上方の第１の誘導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能１２を有する。
【００３５】
この例では、他の反射機能を使用することもできるが、光抽出機能１２は反射ファセットである。光抽出機能１２は導波路を通して光を誘導しないことに対し、光抽出機能１２の中間の第２の誘導面の中間領域は、光を抽出することなく誘導する。第２の誘導面のこれらの領域は平面であり、第１の誘導面に平行、又は相対的に低い傾斜で延びてもよい。光抽出機能１２は、第２の誘導面が光抽出機能１２及び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、それら領域に横方向に延びる。光抽出機能１２は、光源からの光を、第１の誘導面を通して、反射端４からの反射後に反射するよう配向されている。
【００３６】
光抽出機能１２は、入力位置によって決まる第１の誘導面に対して異なる方向の入力端にわたる横方向の異なる入力位置からの入力光を方向づけるよう構成されている。照明素子１５ａ〜１５ｎは異なる入力位置に配置されているため、各照明素子１５ａ〜１５ｎからの光はそれらの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、光を各光学窓に、入力位置にしたがって横方向に分配された出力方向に方向づける。入力位置が分配されている入力端２にわたる横方向は、第１の誘導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において、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の誘導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。制御システムの制御下では、照明素子１５ａ〜１５ｎは、光を選択可能な光学窓に方向づけるよう選択的に操作することができる。
【００３７】
本開示では、光学窓は、光学窓が表示デバイス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向上することができ、好適である。
【００３８】
比較として、視野窓は、表示領域の端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形成することができる。
【００３９】
導波路にわたって延びるＳＬＭ４８は透過型であり、そこを通る光を変調する。ＳＬＭ４８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、ＬＣＯＳ、ＤＬＰデバイスなどを含む、他の空間光変調器又はディスプレイを、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、ＳＬＭ４８は導波路の第１の誘導面にわたって配置されており、光抽出機能１２からの反射後に第１の誘導面を通して光出力を変調する。
【００４０】
視野窓の一次元アレイを提供することができる指向性表示デバイスの動作を図１Ａの正面図に示し、その側面プロフィールを図１Ｂに示す。図１Ａ及び１Ｂにおいて、作動中に、光は、段付き導波路１の薄い端部側面２、ｘ＝０、の表面に沿って異なる位置、ｙ、に配置された一連の照明素子１５ａ〜１５ｎ等の照明アレイ１５から放出され得る。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面において扇状に展開することができ、離れた、湾曲された端部側面４に到達すると、実質的に又は全体的に湾曲された端部側面４を満たすことができる。伝搬中、光は、ｘｚ面において誘導材料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の底部側の誘導部１０をリンクする抽出機能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されることができ、実質的に損失を伴わない順方向伝搬を確保する。
【００４１】
図１Ａ及び１Ｂの説明を続けると、段付き導波路１の湾曲された端部側面４は、通常は例えば銀等の反射材をコーティングすることによって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。したがって、光は第２の方向に再方向づけられ、−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度の傾斜抽出機能１２を有する一実施形態においては、光は、実質的に伝搬方向に対して維持されたｘｚ角拡散を有するｘｙディスプレイ面に対しておよそ垂直に効果的に方向づけることができる。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、抽出機能１２の反射特性によって多少減少する場合がある。
【００４２】
被覆されていない抽出機能１２を有する実施形態においては、全反射（ＴＩＲ）の失敗により反射が減少する場合があり、ｘｚ角度プロフィールを狭め、法線からのずれが生じる。しかし、銀で覆われた又は金属化された抽出機能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。銀で覆われた抽出機能を有する実施形態の記述を続けると、ｘｚ面では、ほぼコリメーションされた光は段付き導波路１から放出することができ、入力エッジの中心から、照明アレイ１５内の各照明素子１５ａ〜１５ｎのｙ位置に比例して、法線からずれて方向づけられ得る。入力端面２に沿って独立した照明素子１５ａ〜１５ｎを有することにより、図１Ａに示すように、光は第１の光方向づけ側面６の全体から放出可能となり、異なる外角に伝搬可能となる。
【００４３】
一実施形態において、表示デバイスは、全反射によって光を誘導するよう構成することができる、同様に第１の誘導面を含むことができる段付き導波路又はライトバルブを含むことができる。ライトバルブは、出力光として第１の誘導面を通して出ることを許す方向において、導波路を通して誘導された光を反射するよう傾斜された複数の光抽出機能を有することができる第２の誘導面を含むことができる。第２の誘導面はまた、光を抽出することなく、導波路を通して光を方向づけるよう構成することができる光抽出機能間の領域も含む。
【００４４】
別の実施形態において、表示デバイスは、少なくとも、全反射によって光を誘導するよう構成することができる第１の誘導面、及び、実質的に平面であり、第１の誘導面を通して光を出力するために全反射を遮断する方向に光を反射する角度で傾斜した第２の誘導面を有する導波路を含むことができる。表示デバイスは、ＳＬＭ４８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の誘導面にわたって延びる偏向素子を含むことができる。
【００４５】
更に別の実施形態において、表示デバイスは、入力光からの光を反射して導波路を通して戻すための、入力端に対向する反射端を有することができる導波路を含むことができる。導波路は、反射端からの反射後に、第１の誘導面を通して光を出力するよう更に構成されることができる。
【００４６】
そのようなデバイスを有する高速液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル等のＳＬＭ４８を照明することにより、図２Ａにおける上面図即ち照明アレイ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三次元を実現することができる。図２Ａは、光の指向性表示デバイス内での伝搬を上面図に示す概略図であり、図２Ｂは、光の指向性表示デバイス内での伝搬の正面を示す概略図であり、図２Ｃは、光の指向性表示デバイス内での伝搬の側面を示す概略図である。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ＳＬＭ４８の背後に配置することができる。これに同期して、照明アレイ１５の特定の照明素子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、システムの指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、照明アレイ１５の照明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、水平方向であるものの垂直方向に延びる限定幅の光学瞳孔、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位置合わせされた場合に三次元画像を見ることができる。中央位置から側方へ離れる動作により、シーンを二次元画像に収縮することができる。
【００４７】
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、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機能１２等の屈折力を有する他の部材、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。通常、端部４に実質的に円筒状の反射面を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軸周りの側面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での円筒状の反射表面は通常、軸上及び軸をずれた視野の位置に対する性能を最適化するために、球状プロフィールとすることができる。他のプロフィールも使用することができる。
【００４８】
図３は、指向性表示デバイスの側面を示す概略図である。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の作用の側面図を更に詳細に示す。段付き導波路１は、照明器入力端２、反射端４、実質的に平面にすることができる第１の光方向づけ側面６、及び誘導部１０並びに光抽出機能１２を含む第２の光方向づけ側面８を含むことができる。作動中に、例えばＬＥＤのアドレス可能なアレイであってよい、照明アレイ１５（図３では不図示）の照明素子１５ｃからの光線１６は、第１の光方向づけ側面６による全反射及び誘導機能１０による全反射によって、段付き導波路１を通り、鏡面であってよい反射端４に誘導されてよい。反射端４は鏡面であってよく、光を反射することができるが、実施形態によっては、光を反射端４に通すことも可能である。
【００４９】
図３の説明を続けると、光線１８は、反射端４によって反射されて、更に反射端４の全反射によって段付き導波路１内に誘導されてよく、抽出機能１２により反射されてよい。抽出機能１２に入射する光線１８は、段付き導波路１の誘導モードから実質的に離れるように偏向されてよく、光線２０が示すように、側面６を通り、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へと方向づけられてよい。視野窓２６の幅は、側面４及び抽出機能１２における少なくとも照明器のサイズ、出力設定距離、及び屈折力によって決定されてよい。視野窓の高さは、主に、抽出機能１２の反射円錐角、及び入力側面２の照明円錐角入力によって決定されてよい。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面と交差するＳＬＭ４８の表面法線方向に対して個別の出力方向の範囲を表す。
【００５０】
図４Ａは、第１の照明素子により照明され、湾曲した光抽出機能を含む、指向性表示デバイスを正面図で示す概略図である。図４Ａでは、指向性バックライトは、段付き導波路１及び光源照明アレイ１５を含むことができる。更に、図４Ａは、段付き導波路１内の照明アレイ１５の照明素子１５ｃからの光線が更に誘導されている様子を示す正面図である。各出力光線が、それぞれの照明器１４から同じ視野窓２６に向けて方向づけられている。したがって、光線３０は窓２６の光線２０を横切ってよく、又は光線３２が示すように窓の内部で異なる高さを有していてもよい。加えて、種々の実施形態において、導波路の側面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の説明を続けると、光抽出機能１２は細長くてよく、光方向づけ側面８（光方向づけ側面８は図３に示されているが、図４Ａには示されていない）に方向づけられた第１領域３４の光抽出機能１２の配向が、光方向づけ側面８の第２領域３６における光抽出機能１２の配向とは異なっていてもよい。
【００５１】
図４Ｂは、第２の照明素子が照明する指向性表示デバイスの正面図を示す概略図である。更に、図４Ｂは、照明アレイ１５の第２の照明素子１５ｈからの光線４０、４２を示す。側面４の反射表面の曲率と光抽出機能１２とが協働して、照明素子１５ｈからの光線を有する視野窓２６から横方向に分離された第２の視野窓４４を形成する。
【００５２】
図４Ｂに示す配置は、照明素子１５ｃの視野窓２６における実際の画像を提供することができ、実際の画像は、図４Ａに示すように、反射端４における屈折力及び領域３４と３６との間の細長い光抽出機能１２の異なる配向から生じ得る屈折力との間の協働によって形成することができ、好都合である。図４Ｂの配置は、照明素子１５ｃの視野窓２６の横方向の位置に対する結像の収差を向上させることができる。向上した収差によって、自動立体ディスプレイの視野の自由度が広がり、かつ、低いクロストークレベルを実現することができる。
【００５３】
図５は、実質的に線光抽出機能を有する導波路１を含む指向性表示デバイスの一実施形態の正面図を示す概略図である。更に、図５は、光抽出機能１２が線形であり、実質的に互いに平行であるという違いの１つを有する、（同様の対応する素子を有する）図１Ａと同様の部材の配置を示す。このような配置は、表示面にわたり実質的に均一な照明を提供でき、図４Ａ及び図４Ｂの湾曲した抽出機能よりも製造しやすく、好適である。
【００５４】
図６Ａは、第１のタイムスロットにおける、時分割多重化された結像指向性表示デバイス、すなわち光弁装置における第１の視野窓の生成の一実施形態を示す概略図である。図６Ｂは、第２のタイムスロットにおける、時分割多重化された結像指向性バックライト装置における第２の視野窓の生成の別の実施形態を示す概略図である。図６Ｃは、時分割多重化された結像指向性表示デバイスにおける第１及び第２の視野窓の生成の別の実施形態を示す概略図である。更に、図６Ａは、段付き導波路１からの照明窓２６の生成を模式的に示す。照明アレイ１５内の照明素子グループ３１は、視野窓２６に向かって方向づけられた光円錐１７を提供できる。図６Ｂは、照明窓４４の生成を模式的に示す。照明アレイ１５内の照明素子グループ３３は、視野窓４４に向かって方向づけられた光円錐１９を提供することができる。時分割多重化されたディスプレイと協働によって、窓２６及び４４は、図６Ｃに示すような順序で提供され得る。ＳＬＭ４８（図６Ａ、６Ｂ、６Ｃでは不図示）上の画像が光方向出力に応じて調整される場合、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、本明細書に記述するすべての指向性バックライト及び指向性表示デバイスで実現することができる。照明素子グループ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。
【００５５】
図７は、時分割多重化された指向性バックライトを含む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概略図である。図７に示すように、軸２９に沿った照明素子１５ａ〜１５ｎを選択的にオン及びオフすることにより、視野窓の方向づけ制御を提供する。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、照明アレイ１５の適切な照明素子は、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、同じ左目画像及び右目画像をそれぞれの視聴者の左右の目に提供し、すべての視聴者に三次元画像を提供することができる。かさねて、同様の操作は、本明細書に記述するすべての指向性バックライト及び指向性表示デバイスで実現することができる。
【００５６】
図８は、結像指向性バックライトを含む１つの例として、マルチビューアー指向性表示デバイスの一実施形態を示す概略図である。図８に示すように、少なくとも２つの二次元画像を、視聴者４５、４７のペアに向けて方向づけることができ、それによりそれぞれの視聴者は異なる画像をＳＬＭ４８上に見ることができる。図８の２つの二次元画像は、２つの画像が２人の視聴者に向けて方向づけられる光を有する光源に同期させて順番に表示される、図７に関する記述と同様に生成することができる。第１の画像が、第１のフェーズにあるＳＬＭ４８上に提示されており、第２の画像が、第１のフェーズとは異なる第２のフェーズにあるＳＬＭ４８上に提示されている。第１及び第２のフェーズに対応して、第１及び第２の視野窓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の画像を認識し、同時に両目が窓４４にある観察者は第２の画像を認識する。
【００５７】
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表示デバイスを示す概略図である。二次元画像表示システムもまた、図９に示すように光が第１視聴者４５の両目に主に方向づけられ得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に向けて方向づけられていない。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提供することができ、好適である。
【００５８】
図１０は、結像指向性バックライトを含む１つの例として、時分割多重化された指向性表示デバイスの構造の側面を示す概略図である。更に、図１０は、段付き導波路１の出力表面にわたり実質的に集束された出力のための視野窓２６を提供するよう配置された段付き導波路１及びフレネルレンズ６２を含むことができる自動立体指向性表ディスプレイデバイスの側面図である。垂直拡散器６８は、窓２６の高さを更に高くするよう配置することができる。光はその後、ＳＬＭ４８を通して結像され得る。照明アレイ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、照明アレイ１５内の照明素子は、個別の照明領域を提供するよう配置された均一の光源及びＳＬＭ４８を含むことができる。代替的に、照明素子は（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、スキャニングによって、例えばガルバノスキャナー又はＭＥＭＳスキャナーを使用して、拡散器上に方向づけることができる。一例では、レーザー光はしたがって、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、スペックルの減少を提供するために、照明アレイ１５の適切な照明素子を提供することができる。代替的に、照明アレイ１５は一連のレーザー発光素子とすることができる。加えて一例では、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であってよい。
【００５９】
図１１Ａは、楔形指向性バックライトとして示される別の結像指向性表示デバイスの正面を示す概略図であり、図１１Ｂは、同楔形指向性表示デバイスの側面を示す概略図である。楔形指向性バックライトは一般的に、米国特許第７，６６０，０４７号並びに表題「Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｌｅｎｓ」（この全体を参照目的で本明細書に引用したものとする）において記載されている。構造は、反射層１１０６で優先的にコーティングされることができる底面、及び、同様に反射層１１０６で優先的にコーティングされることができる端部波形面１１０２を有する楔形の導波路１１０４を含むことができる。図１１Ｂに示すように、光は局所的な光源１１０１から楔形の導波路１１０４に入ることができ、光は端面から反射する前に第１の方向に伝搬することができる。光は、その戻り路にある間に楔形の導波路１１０４を出ることができ、ディスプレイパネル１１１０を照明することができる。光弁と比較すると、光が出力表面上に臨界角で入射する場合にその光が放出され得るよう、楔形の導波路は伝搬光の入射角度を減らすテーパー形状による抽出を提供する。楔形の導波路内での臨界角で放出される光は、プリズムアレイ等の再方向づけ層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。楔形の導波路の出力表面上の誤差又は埃は臨界角を変化させる場合があり、迷光及び均一性エラーを生成する。更に、鏡を使用してビーム路を楔形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、楔形の導波路において光円錐方向に対して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造が複雑で、照明均一性エラー、同様に迷光をもたらす場合がある。
【００６０】
楔形指向性バックライト及び光弁は、光線を異なる方法で更に処理する。楔形の導波路では、適切な角度での光入力は主面上の規定位置で出力するが、光線は実質的に同じ角度及び実質的に主面に対して平行に放出する。これに比較して、光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。光弁の段付き導波路は、観察者に向かう光を抽出する光再方向づけフィルムを更に必要とせず、入力の角度不均一性は、ディスプレイ表面にわたる不均一性を提供することができず、好適である。
【００６１】
次に、指向性表示デバイスが、導波路及びＳＬＭを含む指向性バックライトを含む、指向性表示デバイス及び制御システムを含む種々の指向性ディスプレイ装置について記述する。以下の記述では、導波路、指向性バックライト、及び指向性表示デバイスは上記図１Ａ〜１１Ｂの構造に基づいており、これを包含している。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、及び表示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。
【００６２】
図１２は、表示デバイス１００及び制御システムを含む指向性ディスプレイ装置を示す概略図である。制御システムの配置及び作動を以降に記述し、必要に応じて変更を施した上で、本明細書に開示されるそれぞれの表示デバイスに適用することができる。図１２に示すように、指向性表示デバイス１００は、段付き導波路１及び光源照明アレイ１５をそれ自体に含むことができる指向性バックライト装置を含むことができる。図１２に示すように、段付き導波路１は、光方向づけ側面８、反射端４、誘導機能１０、及び光抽出機能１２を含む。指向性表示デバイス１００は更に、ＳＬＭ４８を含むことができる。
【００６３】
導波路１は、上に記述するように配置されている。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と協働するように配置することができ、観察者９９によって観察される視野面１０６に視野窓２６を実現する。ＳＬＭ４８は、指向性バックライトから光を受光するよう配置することができる。更に、拡散器６８は、導波路１とＳＬＭ４８並びにフレネルレンズ構造６２の画素との間のモワレ干渉を実質的に除去するために提供することができる。
【００６４】
制御システムは、表示デバイス１００に対する観察者９９の位置を検出するよう配置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、カメラ等の位置センサー７０、及び例えばコンピューター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及び画像コントローラー７６を含む。
【００６５】
照明コントローラー７４は照明素子１５を選択的に操作し、導波路１と協働して光を視野窓２６内に方向づける。照明コントローラー７４は、光が方向づけられる視野窓２６が観察者９９の左右の目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素子１５を選択する。このように、導波路１の横方向の出力指向性は観察者の位置に対応する。
【００６６】
画像コントローラー７６は、ＳＬＭ４８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は以下のように作動することができる。画像コントローラー７６はＳＬＭ４８を制御し、時間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それぞれの視野窓に光を方向づける。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。
【００６７】
図１３は、視野窓の構成を正面に示す概略図である。更に、図１３は、図１２の実施形態の上面図を示す。ディスプレイ１００は、扇状の光円錐１０２及び一連の視野窓１０４を、名目上の面である窓面１０６内に生成することができる。鼻の位置１１２を有する観察者９９は、ディスプレイ１００からの照明を見ることができる。左目１１０が窓１１６におおよそ位置合わせされ、右目１０８が窓１１４におおよそ位置合わせされ、窓１１４及び１１６に提示された画像データがステレオペアである場合、自動立体三次元画像が観察者によって認識され得る。窓１１４及び１１６は代替的に、表示デバイス１００が、二次元画像表示デバイスとして機能することができるように、実質的に同じデータを示すことができる。窓１１４及び１１６は、左右の目の画像データのパネル上の表示に同期して、別々のタイムスロットにおいて照明され得る。
【００６８】
視野窓の種々の配置を以下に記述する。これらはそれぞれ、制御システムの適切な操作によって、例えば、ＳＬＭ４８上の画像の表示に同期して視野窓２６内に光を方向づけるように照明素子１５を選択的に操作することによって、提供することができる。指向性ディスプレイ装置は、これら視野窓の配置のいずれか１つ、又は、同じ若しくは異なる時間で、例えば指向性ディスプレイ装置の異なる動作モードにおいて、これら視野窓の配置の任意の組み合わせを提供するよう操作可能としてもよい。
【００６９】
視野窓の配置を示す種々の図において、光学窓の構造は、種々の形態を取り、重複することができる実際の光分布ではなく、光学窓の名目上の位置を示す。
【００７０】
図１４Ａは、第１視野窓の配置を正面に示す概略図である。更に、図１４Ａは、図１２の実施形態を正面図に示す。観察者９９は、ディスプレイ１００のおおよその中心に垂直な面１１８から少し右に示されている。したがって、左右の目の視野窓１１４、１１６は、ディスプレイの少し右に生成されることができる。図１４Ｂでは、観察者９９は、方向１２０の右に再配置されて示されており、したがって窓１１４、１１６は、それに応じて右に向けられている。図１４Ｂは、動いている観察者に対する第２の視野窓を正面図に示す概略図である。観察者の左右の目には、観察者が動いている間に、左右の目の画像データを照明することができ、好適である。
【００７１】
窓の移動は、窓面１０６における観察者９９の移動に応じて、照明アレイ１５の機械的移動によって提供することができる。しかし、このような移動は複雑で高価である。したがって、制御システムの制御下にある個別の照明素子の切り替えを通して、コスト及び照明アレイ１５の照明素子の移動の複雑さの低減を実現することが好ましい。
【００７２】
図１５は、第１及び第２の、追跡した観察者の位置に対する窓面１０６における、図１４Ａの窓の外観を示す概略図である。更に、図１５は、視野窓の切り替え可能な配置を実現するよう構成することができる（補助窓として称することもできる）光学窓のアレイ１２１を模式的に示す。アレイ１２１のそれぞれの光学窓は、上記のように、照明アレイ１５の照明素子の図１２及び１３に示すような、窓面１０６内の画像に対応することができる。
【００７３】
窓面１０６内の光学窓のアレイ１２１の照明された構造は、図１４Ａに示すように、観察者９９の横方向の位置におおよそ対応することができる。本実施形態において、左目に対する視野窓１１６は、光学窓１２２及び光学窓アレイ１３４を含むことができる。右目の視野窓１１４は、光学窓１２４及び光学窓アレイ１３６を含むことができる。光学窓１２５、１２６、及び１２８は照明されないため、各照明素子は照明されない。
【００７４】
更に、図１５は、方向１２０に移動後の、図１４Ｂに示すような観察者９９の位置におおよそ対応する光学窓アレイ１２１の詳細を示す。窓境界１３１は、照明された光学窓の相対位置を示すようマークされている。左目の視野窓１１６は、光学窓１２６及び光学窓アレイ１３４を含むよう構成することができる。したがって、光学窓１２２は消灯することができる。同様に、右目の視野窓についても、右目の視野窓１１４が、光学窓１２８及び光学窓アレイ１３６を含むよう構成することができるように、光学窓１２８を点灯し、光学窓１２４を消灯することができる。窓１２５は、図に示すような観察者の動きに対して照明されないままとなっており、クロストークを削減する。
【００７５】
そのような実施形態は、観察者９９が動くにしたがい、非常に高い視覚的自由度を有する表示デバイス１００の外観を実現することができるよう、観察者の両目から離れた光学窓を消灯することができ、好適である。例えば両目間の位置におおよそ対応することができる光学窓１２５等の光学窓は、表示画像のクロストークを改善するために消灯することができる。低いクロストークは、三次元立体画像の認識品質を好都合に向上することができる。
【００７６】
更に、二次元又は三次元における観察者の位置、及び速度、加速度、方向、並びに頭の向き等の運動特性は、センサー７０及び制御ユニット７２から決定することができる。これは同様に、将来の照明タイムスロットにおけるおおよその観察者の目の位置を生成するために使用することができる。したがって、光学窓のアレイ１２１の適切に照明された構造は、所定の照明タイムスロットにおけるディスプレイ１００からの光の出力指向性を最適化するために決定することができ、そのタイムスロットに対する照明アレイ１５の各照明素子の照明構造を設定することにより決定することができる。
【００７７】
更に、ＳＬＭ４８上の画像データは、本明細書に記述するように、見回し機能、二次元画像、又は他の画像特性を好都合に実現するよう調整することができる。
【００７８】
図１６は、観察者が動いている間の窓面に、更なる視野窓の外観を示す概略図である。図１５と比較すると、観察者９９の両目間の光学窓は、すべての観察者の位置に対して照明され得る。動いている観察者のトラッキング中、光学窓１２７は、左目の光学窓から右目の光学窓に変更することができる。観察者の両目間に照明された光学窓の数を増やすことで、特に、照明されたＳＬＭ４８の端部にある領域に対して、及び窓面１０６から離れた観察者の位置に対して、動いている観察者９９が見る画像のフリッカを削減することができ、好適である。画像のフリッカの外観は、照明されていない軸間光学窓１２５によって実現することができるクロストークの改善よりも、より顕著な画像劣化のアーチファクトとなり得る。
【００７９】
本開示の時間多重化された実施形態においては、図１６に示すように、光学窓１２７は左目フェーズから右目フェーズに変わる。そのような変更は、以下に記述するように、望ましくないフリッカを生成し得る。
【００８０】
本明細書に記述されたディスプレイ装置に実施することができる、上記の制御システムによって有効となった制御の態様を、以下に記述する。
【００８１】
図１７は、特定の条件下での、制御システムにおける照明フェーズ及び観察者の位置の更新のタイミングを示す概略図である。特に、図１７は、制御システムによって以下の形態を取って照明素子に供給された制御信号の形態を示す。照明パルス３００１は、左画像のフェーズ中に、左目の視野窓内へ光を方向づけるために選択された照明素子に供給される。同様に、照明パルス３００２は、右画像のフェーズ中に、右目の視野窓内へ光を方向づけるために選択された照明素子に供給される。左画像のフェーズ及び右画像のフェーズは、等しい周期を有することができる。
【００８２】
更に、図１７は、表示デバイスが、例えば交互の左右の目の画像視野を有する１２０Ｈｚで運用されるＬＣＤであるＳＬＭを備えることができる一実施形態を示す。アレイ１５の所定の照明素子の本実施形態では、時間軸３０００上の照明パルス３００１、３００２は、ディスプレイの完全視野時間３００３より短くすることができ、ＬＣＤパネルが実質的に完全に応答している場合に、実質的にディスプレイ全体を照明する。本実施形態では、観察者の左右の目の位置が、照明パルスに対応する時に用いることができることを理解されよう。したがって、図１２におけるステアリングシステム７４は、観察者の目を照明することができ、同時にフリッカ及びクロストークを最小化する。また、図１２におけるトラッキングシステムセンサー７０が、時間軸３０１２における時間３００４、及び表示視野率３００３未満の率で分割された画像フレーム更新３００８、３０１０を生成することができるビデオカメラとして具体化することができることも理解されよう。この場合、図１２におけるコントローラー７２は、速度及び加速度等の観察者の運動パラメーターを決定するために、以前の位置及びそれら位置の時間を使用することができる。更に、このデータは、未来時での観察者の位置の予測に使用することができる。
【００８３】
本明細書で説明したように、完全視野時間は、連続アドレス指定方式における時間多重化された空間光変調器の画素のアドレス指定間の時間間隔と称することができる。照明素子は、空間光変調器のアドレス指定に同期して照明されるよう構成することができるため、通常の作動（照明フェーズの変更に関連した照明素子に対するもの以外）において、完全視野時間は、例えば隣接する照明間隔における各照明素子に対する各スイッチオンポイント間の時間である。表示デバイスにおいて正常であるように、視野時間は、残像による、通常の作動におけるフリッカを最小化するよう十分に短くなるよう選択されている。
【００８４】
本実施形態は、トラッキングセンサー７０それ自体によって生成されるものよりも多くの時間で観察者の位置を提供することができ、好適である。
【００８５】
予測位置を使用して、図１２のトラッキングセンサー及びコントローラー７０、７２と協働して、センサー７０から画像フレーム内の観察者の位置を判定するために、画像フレーム検索エリアを制限し、それによって処理又は検索されるデータ量を削減することができ、好適である。
【００８６】
図１８は、異なる条件下の、制御システムの照明フェーズ及び非同期の観察者の位置の更新のタイミングを示す概略図である。更に、図１８は、観察者の位置を、時間３００５及び任意の表示視野時間３００３内の１回又は好ましくは複数回で生成又は計算することができる一実施形態を示す。
【００８７】
これは、照明パルス３００１、３００２が生じた場合に、時間３００４で分割された更新のみを使用する場合と比較して、誤差を削減することができるよう、トラッキングシステムが、ステアリングシステムに対して観察者の位置を頻繁に更新することができる一実施形態を実現することができ、好適である。更新３００５がより頻繁であると、照明時間３００１、３００２での観察者の位置の誤差が減少することは容易に理解されよう。また、トラッキング及び位置生成システムは、画像表示システム７６又は照明７４に同期させる必要がないことも容易に理解することができる。生成とは、空間ではなく時間における位置の生成又は計算と称することができることに注意されたい。
【００８８】
図１９は、他の異なる条件下で、制御システムの照明フェーズ及び同期の観察者の位置の更新のタイミングを示す概略図である。更に、図１９は、トラッキングシステム７０、７２からの時間軸３０１２上の位置更新が、表示アドレス指定７６並びに、ステアリング及び照明システム７４に実質的に同期することができる点で、図１８の実施形態とは異なっている。これは、推定にあまり依存しない位置３００６が時間軸３０００上に、図１８の実施形態よりも多く必要とすることができ、観察者位置精度の誤差を削減することができることを意味し、好適である。時間３００６で生成位置を提供するために、トラッキングシステム７０、７２が全体時間間隔３００７を利用可能であり、好適である。
【００８９】
図１８及び１９の実施形態においてはまた、制御システム７２が、未来時に対して生成した観察者の位置を、誤差値を生成するために、その時間又はその付近の時間で続けて判定した実際の位置と比較することができることも理解することができる。システムは、この誤差値の大きさを「トラッキングロック度」の基準として使用することができ、システムは、図１５内の光学窓アレイ１２１における照明のサイズ又は特性を変えることを含むがこれに限定されない、この値に基づいて動作することができる。光学窓アレイ１２１内の照明は、例えば二次元モードに切り替えることができる。この作用は、最端部のみでなく、視認可能な視野内の任意の点で行うことができることに注意されたい。
【００９０】
例えばビデオカメラ等のセンサーは、カメラが認識している光検知器又は人の目等の、検出器の固定位置の数に対して、照明窓内の光を方向づける等の方法によって較正することができる。代替的に、検出器は、異なる照明素子アレイパターンによって定義された固定位置の数に移動及び位置合わせすることができる。更なる例において、カメラビジョンシステムは、それ自体が例えば観察者の顔上の照明素子アレイの光の棒状画像を見ることができ、それを正しい目の上になるように調整することができる。
【００９１】
トラッキングシステムからの出力座標値は、大幅な処理時間を要する場合があり、生成された座標値は、特定の遅延又は待ち時間を有する場合があることは、当業者には理解されるであろう。つまり、座標が生成された時間は、観察者が以前の短い時間に居た位置を反映することができる。この遅延又は待ち時間は、フリッカとして認識することができる、照明素子に誤差を示さない位置で観察者が動くことができる最大速度に影響する場合がある。
【００９２】
以前にサンプリングした位置を使用して、観察者の速度又は加速度を判定することができ、これらの値は、図１８に示すような現在時間３００５、又は、図１９に示すようなディスプレイ照明フェーズに対応する将来の必要な時間３００６での観察者の位置をより正確に報告するよう、待ち時間の情報によって処理することができ、好適である。システムは、単一の目の位置を生成する、又は、生成した鼻の位置及び眼の間隔の情報から両目の位置を判定することができ、好適である。眼の間隔は、カメラ画像よりそれぞれの特定の観察者に対して判定することができる。
【００９３】
上記の例において、照明素子に供給された照明パルス３００１、３００２は制御信号であり、それらに対して、照明パルス３００１、３００２のそれぞれの周期及び振幅によって決まる光束の周期と大きさを有する光のパルスを出力させる。すべての例において、上記の照明パルス３００１、３００２は同じ周期及び振幅を有するため、同じ周期と光束を有する光を光源に出力させる。視野時間は、残像によるフリッカを最小化するのに十分に短いため、観察者が認識した光度は、視野時間又は単一フェーズにわたる光束の時間平均によって決まると考えられる。これは、視野時間がフリッカを最小化するのに十分に短いという点で、最適である。
【００９４】
一般的に、制御システムは、フェーズにわたる光束の時間平均が予め定められた値を有するように、視野窓の位置が静止している場合に、個別の照明素子が単一フェーズ（右画像のフェーズ又は左画像のフェーズ）にわたって操作されるように構成することができる。結果として、観察者が認識する光度は時間と共に実質的に一定に維持され、これにより、視野時間がフリッカを最小化するのに十分短い程度にフリッカを最小化する。
【００９５】
上記の照明パルス３００１、３００２は、同じ周期及び振幅を有する照明パルス３００１、３００２の結果として、そのような制御が有効となっている一実施形態例である。予め定められた値は実質的に、観察者の動きが検出されていない期間に、個別の照明素子によって実現された光束の時間平均とすることができる。そのような予め定められた値は、指向性バックライト及びＳＬＭ４８を通して光を視野窓へ伝搬した後に、時間多重化されたＳＬＭ４８上に提供することができる画像データの表示と同期した照明素子の操作により、所望する表示輝度を実現するよう設定することができる。
【００９６】
照明パルスの形態、したがって、制御システムに適用することができる、照明素子による光出力の光束を変更する技法の例を以下に記述する。
【００９７】
図２０Ａは、グレースケールに対するパルス振幅変調を示す概略図である。更に、図２０Ａは、少し異なる性能特性を有することができる照明アレイ１５内の異なる照明素子に対する同じ周期１０００の照明パルスをどのように構成して、異なる振幅１００２、１００４を有するように振幅を調整し、相応に異なる大きさの光束を有する光のパルスを提供するかを示す。したがって、光束の時間平均は、これに応じて異なっている。これは、例えば振幅変調によって、光束マッチングを実現するために使用することができる。
【００９８】
図２０Ｂは、グレースケールに対するパルス幅変調を示す概略図である。更に、図２０Ｂは、照明アレイ１５内の異なる照明素子に対する同じ振幅１００２の照明パルスを、異なる周期１０００、１００６を有するよう、パルス幅によってどのように調整し、相応に異なる長さの周期を有する光のパルスを提供することができるかを示す。したがって、光束の時間平均は、これに応じて異なっている。
【００９９】
パルス振幅及びパルス幅変調の効果は、組み合わせることができる（図２０Ｂには不図示）。
【０１００】
これらのパルス振幅及び／又はパルス幅変調技法は、実質的に均一な光束の光学窓アレイ１２１を実現することができ、好適である。個別のＬＥＤの種々の性能特性は、実質的に一致させることができ、好適である。更に、そのようなマッチングは窓面１０６で較正することができ、表示デバイスの寿命にわたって定期的に実施することができ、好適である。更に、マッチングは、例えばカメラ等の観察者位置決定システム７０によって実現することができ、好適である。
【０１０１】
図２１Ａは、弱いエミッターに適している完全照明パルスを示す概略図である。更に、図２１Ａは、照明アレイ１５の素子に対する周期１００８のＬＥＤパルスを示す。そのようなパルスは、照明アレイ１５の最も弱い素子に適しているものとすることができる。
【０１０２】
図２１Ｂは、高出力照明素子に適している切り取られた照明パルスを示す概略図である。更に、図２１Ｂは、例えばグレースケール照明を実現するために又は光束を一致させるために、どのようにパルス幅変調を、端部ではなくパルス内で行うことができるかを示す。切り取り１０１０は、図２１Ａの弱い照明素子に関して実質的に同じ出力光束を実現することができる、照明アレイ１５のより強い照明素子の１つのパルス内で行うことができる。異なる切り取りを用いて、すべてのより強い照明素子を最も弱い照明素子に一致させることができる。これは、照明アレイ１５の大部分又はすべての照明素子に対して、実質的に同じ開始時間及び終了時間を実現することができ、好適である。表示デバイスは、任意のＳＬＭ４８応答時間中に、より均一に照明することができ、好適である。
【０１０３】
図２１Ｃは、高出力照明素子に適している時短パルスを示す概略図である。更に、図２１Ｃは、パルスの始まりのパルス切り取り１０１０を示す。
【０１０４】
図２１Ｄは、高出力照明素子に適している時短パルスを示す概略図である。更に、図２１Ｄは、パルスの終わりのパルス切り取り１０１０を示す。
【０１０５】
図２２は、位相化パルス位置変調を示す概略図である。更に、図２２は、パルス位置変調スキームを使用してどのように光束マッチングを行うことができるかを示す。それぞれの照明パルスは、櫛状の個別の照明サブパルス１０１２を含むことができる。更に、サブ照明パルスの位相は、サブパルス１０１２及び１０１４の２つのセットによって示されるように異なる時間で少なくとも一部の発光素子に対して生じる、実質的に「直交」となるよう構成することができる。これは、照明器電源（図２２には不図示）におけるピーク電流負荷を削減することができ、したがってコストを削減することができ、好適である。
【０１０６】
上記の実施形態においては、画像制御ユニット７６は、センサー７０及び制御ユニット７２からの観察者位置データを使用して、観察者９９の位置に応じて変化する画像表示を実現することができる。これは、例えばＳＬＭ４８上に表示された透視画像が観察者９９の動きに応じて変化し得る、「見回し」設備を提供するために使用することができ、好適である。そのような動きは、意図的に虚偽の透視画像を生成するよう増幅することができる。
【０１０７】
ＳＬＭ４８が液晶材料を使用し、各行毎にアドレス指定されている例示的実施形態においては、ＬＣ材料の電気光学的応答特性が重要となり得る。更に、パルス化された照明は、同じ元のデータでアドレス指定された場合でも、ＳＬＭ４８上の異なる空間的位置に配置された画素の異なる出現をもたらし得るように、走査及びＬＣ応答と相互作用することができる。この影響は、生の画像データを修正するために前処理することで解消することができる。画像データの調整はまた、左の視野と右の視野との間の前提となるクロストークを補正するためにも行うことができる。
【０１０８】
更に、観察者９９の位置の情報を用いて、上記の影響を補正するために、画像データのより効果的な調整をＳＬＭ４８に提供することができ、好適である。
【０１０９】
図２３に示すような更なる一実施形態において、発光素子の照明アレイ１５は、例えば赤外線ＬＥＤ等の、視覚照明を意図していないものの、センサー７０と協働するよう構成することができ、観察者９９の位置の検出を補助する、発光素子５１５の照明アレイと位置合わせすることができる。図２３は、観察者を照明する扇状の光線を提供し、観察者トラッキング機能を提供するよう構成された統合赤外線発光素子アレイを含む更なる一実施形態を示す概略図である。赤外線ＬＥＤは、網膜からの反射を通して観察者の瞳孔５９９の位置を容易に識別可能とすることができる。したがって、素子５１４は、ディスプレイ照明に関して同じ光学システムによって窓２６におおよそ位置合わせされた窓５２６に方向づけることができ、したがって、視野空間内に実質的に共同に配置することができる。各照明アレイ５１５及び発光素子照明アレイ１５の位置合わせ及び梱包コストを削減するために、ＬＥＤは同じパッケージに配置することができ、好適である。発光素子５１５の照明アレイは、照明アレイ１５から分離してアドレス指定可能とすることができ、好適である。そのような配置は、観察者面の照明を提供することができる自己整列扇状赤外線光線を実現することができ、好適である。扇状の光線は、光束において時間的にスキャンされ得るため、逆反射光線のタイミングを測定することができ、カメラセンサーに比較して低コストの測定システムを実現し、カメラ実施形態の間接費を処理する。代替的に、個別の赤外線検出器を使用して瞳孔位置を検出することができる。
【０１１０】
表示デバイス１００にわたり横方向に変化する観察者の検出位置に応じて、視野窓の位置が移動した場合の、制御システムの作動を以下に検討する。この場合、制御システムは、左右の画像のフェーズの１つにおける所定の照明素子の作動を停止し、左右の画像のフェーズの他の１つにおける同じ又は異なる照明素子の作動を開始することにより、互いに最も近い左右の視野窓の光学窓に対応する照明素子を制御する。
【０１１１】
図２４は、自動立体ディスプレイ装置の作動中に提供され得る、少なくとも１つの発光素子照明アレイ１５に供給され得るパルス波形５００２、５００４の一例を示す概略図である。左光学窓の照明に対応する左画像のフェーズにおける、この例示的実施形態ではＬＥＤである、照明素子の駆動に適した一波形例は５００２であり、右光学窓に対応する右画像のフェーズに対する一波形例は５００４である。したがって、点線は、左画像のフェーズに対応する、後続の左画像のフェーズの開始と、組み合わされた右画像のフェーズとの間の時間間隔５０２１を表す。
【０１１２】
この例及び本明細書に記述する以降の例では、左画像のフェーズでは作動が停止しており、右画像のフェーズでは作動が開始している。これは、表示デバイス１００にわたって右から左に動いている観察者９９の検出に応じて行われる。逆の制御、つまり右画像のフェーズにおける作動の停止、及び右画像のフェーズにおける作動の開始は、表示デバイス１００にわたり左から右に動いている観察者９９の検出に応じて行われる。観察者９９の異なる横方向の動きに応じた制御は完全に対称となっており、したがってこの例及び以降の例は、左右の画像のフェーズを反転させることにより、反対方向の観察者の動きに等しく適用することができる。したがって、反転制御は個別に記述せず、例示もしない。しかし、参照（ａ）左及び（ｂ）右は、（ａ）左又は右のいずれか１つ、及び（ｂ）左又は右の他の１つに一般化することができる。
【０１１３】
一般的に、左右の視野窓が分かれているか否かにより、波形５００２、５００４を、同じ照明素子又は異なる照明素子に適用することができる。つまり、左右の視野窓が分かれていない場合は、波形５００２、５００４は同じ照明素子に適用することができ、観察者９９の鼻の領域にある照明素子は、左画像のフェーズにおける作動を停止し、右画像のフェーズにおける作動を開始する。反対に、左右の視野窓が分かれている場合は、波形５００２、５００４は異なる照明素子に適用することができ、観察者９９の鼻の領域の後端側に対する照明素子は、左画像のフェーズにおける作動を停止し、観察者９９の鼻の領域の先端側に対する別の照明素子は、右画像のフェーズにおける作動を開始する。しかし、理解を容易にするため、左右の画像のフェーズにおけるパルスは、それらが同じ照明素子に適用されているか否かに関わらず、図２４の２つの波形５００２、５００４として分離される。
【０１１４】
時間間隔５０２１は、ＳＬＭ４８に対する左画像の更新レートによって決定される。波形５００２、５００４におけるパルス５００６、５０１２のタイミングは位相シフトしており、ＳＬＭ４８上の左画像及び右画像データの表示のタイミングに応じて配置されている。ＯＮ又は照明の長さは、パルス５００６をＳＬＭ４８の各視野長未満とすることができ、クロストークと表示画像のコントラストの改善を実現する。作動中に、照明素子の少なくとも１つのグループが、例えば波形５００２によって駆動され、左目に方向づけられ、照明素子の少なくとも１つのグループが、例えば波形５００４によって駆動され、右目に方向づけられる。例えば、以下に記述するように、左目グループと右目グループとの間の境界に対して特殊な処理を行うことは好適である。
【０１１５】
したがって、静止している観察者は左画像のフェーズにおけるパルス５００６によって照明された照明アレイ１５の各照明素子からの光を受光することができる。観察者が、右目が左目の元の位置に向かって動くように、窓２６に沿って移動する場合、（上記）制御システムは、各照明素子によって照明された窓２６を、左目画像ではなく、右目画像に実質的に同期させなければならないと判定することができる。本明細書で説明したように、図２４のそれぞれのパルス波形５００２、５００４の５００６、５０１２等のパルスはそれぞれ、左右の画像のフェーズと称することができる。したがって、ＳＬＭ４８の左画像のフェーズは左パルス５００６に同期しており、ＳＬＭ４８の右画像のフェーズは、右パルス５０１２に同期している。遷移領域の時間間隔は時間間隔５０２１と同じとすることができ、ＳＬＭ４８の更新タイミングによって判定することができる。
【０１１６】
したがって、各照明素子は、左画像との同期から右画像との同期へ照明フェーズを変えることができる。したがって、（上記のように）動いている観察者に対して、観察者の鼻の領域において左から右への遷移によって、光を正しい位置に向けることができる。照明波形は、照明の左右のフェーズを実線で、照明フェーズが切り替えフェーズを伴わなかったらどのようになっていたかを点線で図２４に示されている。したがって、最後の左パルスは時間５０１４に開始し、一方、最初の右パルスは時間５０１６に開始する。
【０１１７】
図２４は、左画像のフェーズにおける作動の最後の段階及び右画像のフェーズにおける作動の最初の段階が、隣接する一対の左右の画像のフェーズに発生している一例を示す。また、図２４は、観察者９９の一方向への動きにしたがって波形５００２、５００４（波形５００２、５００４が同じ照明素子に適用されている場合は、これは適用された波形に対応することに注意されたい）の適用からもたらされた、観察者９９が認識する光度を表す波形５０１８を示す。この波形は、左フェーズにおける照明から右フェーズにおける照明への遷移を示し、遷移領域５０２０においては、密接な空間のパルス又は二重パルス５０２２が発生し得ることに注意されたい。図２４における波形５０１８は、遷移領域５０２０において、明るい閃光として観察者９９が見ることができる、認識された輝度アーチファクトをもたらす場合がある。
【０１１８】
反対に、図２５は、図２４に類似しているものの、図２４の次に利用可能な右画像のフェーズに比較して、パルスが全く無い期間５０２３に隣接する一対の左右の画像のフェーズが存在するため、右画像のフェーズにおける作動の最初の段階が、遅延している一例を示す。したがって、遷移領域５０２０においては、広い空間のパルス又は紛失パルスが発生し得る。この場合、時間間隔５０２１と同じとすることができる時間間隔５０２５を伴う遷移領域５０２０においては、時間５０２４に起こったであろうパルスは発生せず、代わりに、次のパルスが時間５０２６に出現する。したがって、図２５における波形５０１８は、遷移領域５０２０において、暗い閃光として観察者９９が見ることができる、認識された輝度アーチファクトをもたらす場合がある。
【０１１９】
したがって、図２４及び２５の代替的な波形のいずれが適用されていても、明るい閃光又は暗い閃光のいずれかとして見ることができる、遷移領域５０２０における輝度アーチファクトを観察者は認識することができる。
【０１２０】
制御システムが実施する制御が、そのような輝度アーチファクトを削減するよう修正されているいくつかの実施形態を以下に記述し、例示する。
【０１２１】
図２６〜３１において、同じ照明素子が左画像のフェーズにおける作動を停止し、右画像のフェーズにおける作動を開始するように、左画像のフェーズにおいて操作された照明素子が、右画像のフェーズにおいて操作された照明素子を有する照明素子のアレイに隣接しているいくつかの実施形態が示されている。したがって、図２６〜３１は、上に記述するように、左右の画像のフェーズにおいて照明パルスを構成する、光を出力させるために所定の照明素子に供給された制御信号の波形を示す。
【０１２２】
図２６は、二重パルスの（明るい）アーチファクトに対する補正の一例を模式的に示す。照明素子に供給された制御信号は、領域５０２０において、左画像のフェーズにおける作動を停止させ、右画像のフェーズにおける作動を開始させる、波形５０３０を有する。この例では、図２４に示す波形５０１８と同様に、左画像のフェーズにおける作動の最後の段階は、パルス５０３２による右画像のフェーズにおける作動の最初の段階の前であり、左画像のフェーズにおける作動の最後の段階は、そのフェーズを超えると、光束の時間平均が予め定められた値になるような、通常のパルス間隔を有するパルスによるものである。しかし、図２４に示す波形５０１８とは反対に、右画像のフェーズにおける作動の最初の段階は、そのフェーズを超えると、光束の時間平均が予め定められた値未満となるような、短い期間を有するパルス５０３２によるものである。
【０１２３】
本実施形態では、左フェーズと右フェーズとの間の遷移領域における照明アレイ１５の照明素子に対する波形を処理することによって、輝度アーチファクトを引き起こし得る条件を補正することができ、好適である。
【０１２４】
図２７は、二重パルスの（明るい）アーチファクトに対する補正の更なる例を模式的に示す。照明素子に供給された制御信号は、領域５０２０において、左画像のフェーズにおける作動を停止させ、右画像のフェーズにおける作動を開始させる、波形５０３５を有する。この例では、図２４に示す波形５０１８と同様に、パルス５０３３による左画像のフェーズにおける作動の最後の段階は、そのフェーズを超えると、光束の時間平均が予め定められた値となるような、それ自体が通常のパルス間隔を有するパルスによる右画像のフェーズにおける最初の段階の前である。しかし、図２４に示す波形５０１８とは反対に、左画像のフェーズにおける作動の最後の段階は、そのフェーズを超えると、光束の時間平均が予め定められた値未満となるような、それ自体が短い間隔を有するパルス５０３３によるものである。したがって、パルス５０３３は、例えば、遷移中には左画像よりも右画像が見られるように、図２６のパルス５０３２に対して反対の画像のフェーズとなるよう構成することができる。そのような実施形態は、画像のフリッカの削減を実現することができ、好適である。
【０１２５】
図２８は、図２５に示すような、領域５０２０における元の波形５０１８内の紛失（暗い）パルスに対する補正の一例を模式的に示す。照明素子に供給された制御信号は、領域５０２８において、左画像のフェーズにおける作動を停止させ、右画像のフェーズにおける作動を開始させる波形５０３１を有する。この例では、波形５０３１は、図２７の波形５０３５に類似している。
【０１２６】
図２９は、中間パルス５０４０のセンタリングを含む更なる実施形態を示す概略図である。照明素子に供給された制御信号は、領域５０３８において、左画像のフェーズにおける作動を停止させ、右画像のフェーズにおける作動を開始させる、波形５０３６を有する。この例では、波形５０３６は、右画像のフェーズにおける作動の最初の段階において、図２９に示すような前のパルスと後のパルスとの間の同じ時間間隔５０４２と一時的におおよそ等距離に構成されるように移動しているパルス５０４０を除き、図２６の波形５０３０に類似している。そのような一実施形態は、動いている観察者に対するフリッカアーチファクトの出現の更なる削減を実現でき、好適である。
【０１２７】
図３０は、照明フェーズの開始前後の中間パルス５０４０の配置を含む更なる実施形態を示す概略図である。照明素子に供給された制御信号は、領域５０３８において、左画像のフェーズにおける作動を停止させ、右画像のフェーズにおける作動を開始させる、波形５０３７を有する。この例では、中間パルス５０４０は、右画像のフェーズにおける作動の最初の段階及び左画像のフェーズにおける作動の最後の段階によって効果的に形成されている。したがって、左画像のフェーズにおける作動の最後の段階は、右画像のフェーズにおける作動の最初の段階の後である。更に、左画像のフェーズにおける作動の最後の段階及び右画像のフェーズにおける作動の最初の段階はそれぞれ、各フェーズそれぞれにわたり、光束の時間平均が予め定められた値の半分となるように、通常周期の半分に短縮された周期を有するパルスによって行われる。図３０に記述するような駆動波形の修正は、遷移におけるＳＬＭ４８の左右の目の照明の混合を実現することができ、したがって、遷移照明素子からの光が可視であるディスプレイのそれらの部分におけるフリッカアーチファクトを削減することができ、好適である。
【０１２８】
上記例のすべてにおいて、図２４の種類の明るい閃光又は図２５の種類の暗い閃光の輝度アーチファクトは、図２４に比較した領域５０２０における光束の全体時間平均を減らし、図２５に比較した領域５０２０における光束の全体時間平均を増やすような方法で、制御信号の波形を変えることにより削減されている。他の波形を使用して、同様の効果を生成することができる。
【０１２９】
遷移は、隣接する一対の左画像のフェーズ及び右画像のフェーズが、上記予め定められた値の２倍である照明素子の光束の時間平均を有することを引き起こすため、図２４に示す状況が発生する。フリッカを削減する一般的な場合においては、隣接する一対の左画像のフェーズ及び右画像のフェーズのそれぞれにわたり、左画像のフェーズと右画像のフェーズとの間の作動から変更されている照明素子の光束の時間平均が、上記予め定められた値の２倍未満となるよう、制御信号が修正される。これは、図２６〜３０に示す波形のそれぞれによって実現される。
【０１３０】
同様に、遷移は、隣接する一対の左画像のフェーズ及び右画像のフェーズが、ゼロである照明素子の光束の時間平均を有することを引き起こすため、図２５に示す状況が生じる。フリッカを削減する一般的な場合においては、隣接する一対の左画像のフェーズ及び右画像のフェーズのそれぞれにわたり、左画像のフェーズと右画像のフェーズとの間の作動から変更されている照明素子の光束の時間平均がゼロを超えるよう、制御信号が修正される。これは、図２６〜３０に示す波形のそれぞれによって実現される。
【０１３１】
上記例のすべてにおいては、パルスの光束の時間平均は、パルスの周期を短くする、つまり時間変調によって予め定められた値未満になるように制御される。一般的に、そのようなパルスの光束の時間平均の制御は、例えばパルス５０３２の振幅、位置、及び／又は持続時間を変更することにより、図２０Ａ〜２１Ｄに示す技法のいずれか１つ又は任意の組み合わせを使用して行われ得る。
【０１３２】
図３１は、遷移領域５０２０において、増加したパルスの光束を提供することを含む更なる実施形態を示す概略図である。照明素子に供給された制御信号は、領域５０２０において、左画像のフェーズにおける作動を停止させ、右画像のフェーズにおける作動を開始させる、波形５０１８を有する。この例では、波形５０１８は、左画像のフェーズにおける作動の最後の段階及び右画像のフェーズにおける作動の最初の段階が、それらフェーズのそれぞれにわたり、光束の時間平均が予め定められた値を超えるよう、増加された振幅を有するパルス５０４３及び５０４５によってそれぞれ実施されていることを除き、図２５に示すものと同じである。したがって、遷移領域５０２０にわたる時間積分された光束は、他の時間で時間積分された光束と整合されており、これにより図２５に発生する暗い閃光の輝度アーチファクトを削減する。図３１に記述するような駆動波形の修正は、遷移照明素子からの光が可視であるディスプレイのそれらの部分におけるフリッカアーチファクトの削減を実現することができ、好適である。
【０１３３】
図２６〜３１に記述するような駆動波形の修正は、観察者に対する輝度のフリッカの影響の出現を削減することができ、したがって、追跡した観察者に対するディスプレイの品質を向上することができ、好適である。
【０１３４】
そのような制御の修正は、それにより生成された制御信号の形態を単に修正することにより、制御システムにおいて直接的に実施することができる。いくつかの可能な技法を以下に示す。
【０１３５】
図３２は、画像のフリッカを削減するよう修正された出力を伴うスイッチ照明素子を駆動する更なる制御方法を含む更なる実施形態を示す概略図である。
【０１３６】
第１の工程５００は、明るい又は暗いパルスのアーチファクトにより潜在的に影響され得る対象照明素子を識別するものである。これらの照明素子は、観察者の鼻の位置に対応する目と目との間の領域に対して物理的に結像されている領域にあるそれらに対応する。これは、例えば図４３に記述されるように行うことができる。
【０１３７】
次の工程５０２は、明るいパルス（パルスとパルスとの間の短いすき間）又は暗いパルス（パルスとパルスとの間の長いすき間）に対して修正が必要であるか否かを判定するものである。これは、例えば、図４４及び６０Ｃに例示された方法によって実現することができる。例えばカウンター／タイマー回路を伴うパルスのすき間のタイミングを取る又は測定する等、他の検出方法を使用することもできる。明るいパルスの場合は、影響を受ける照明素子に適用されるパルスを削減するために、イベントブロック５０６を使用する。パルスは、明るいパルスのアーチファクトの影響を減らすように、例えば以前に適用されたパルスの幅の５０％に長さを短くする、又は振幅を小さくする、若しくはそれら２つを組み合わせることができる。
【０１３８】
暗いパルスのアーチファクトの場合は、例えば標準的な照明パルス幅の長さの５０％のパルス等、短いパルスを挿入するために、ブロック５０４が使用される。パルスは代替的に、暗いパルスのアーチファクトを補正するために、振幅又は幅及び振幅の組み合わせ（の持つ値）を減らすことができる。修正した照明素子のパルス情報は続いて、照明素子アレイの駆動を制御するブロック５０８に受け渡される。
【０１３９】
図３３は、第１の照明位置と第２の照明位置との間の第１のパターンにおける照明素子アレイの切り替えを含む更なる一実施形態を示す概略図である。個別にアドレス指定可能な照明素子のアレイを含む照明アレイ４００は、照明されていない照明素子４０６、左フェーズが照明された照明素子４０２、及び右フェーズが照明された照明素子４０４と共に配置されている。観察者が動いた後は、照明素子４１０及び４１２が、４０２、４０４の代わりにそれぞれ使用されている。図２４及び２５に記述するように、そのような切り替え及び位置４１４はフリッカアーチファクトを引き起こす場合がある。同様であるものの、一般的に有害なアーチファクトの少ないものが、照明素子位置４１６、４１８に対して観察することができる。しかし、そのような位置は一般的に、位置４１４に比較して両目の位置から取り除かれており、深刻ではなくなっている。しかし、本明細書に記述する補正方法は、必要に応じて、照明素子４１６、４１８に対応する窓位置における光束変化を補正するために適用することができ、好適である。
【０１４０】
図３４は、第１の照明位置と第２の照明位置との間の第２のパターンにおける照明アレイの切り替えを含む更なる一実施形態を示す概略図である。本実施形態では、中央照明素子４２０は照明されない。そのような構成は、画像クロストークを改善することができ、好適である。しかし、位置４２４、４２６からの光は、左右の目の双方に広まることができる。そのような広まりは、２つの照明素子が切り替わっているとしても、図２４及び２５に記述するものと同様のフリッカアーチファクトを引き起こし得る。したがって、本実施形態の修正メカニズムは、隣接していない左右のＬＥＤ  ４０２、４０４を有する構成に適用することができ、好適である。
【０１４１】
図３５は、第１の位置と第２の位置との間の照明アレイの均一な切り替えを実現する制御システムを含む更なる一実施形態を示す概略図である。照明コントローラー７４は、観察者に関する位置情報を含むデータ入力部４４０、ディスプレイが作動している照明モードに基づいて照明素子の左右のフェーズ制御ライン４４２、４４４を判定する情報コントローラー４２８、潜在的なフリッカアーチファクトを識別し、それらを補正する遷移照明素子コントローラー４３０を含み、アレイ１５の照明素子に接続されたライン４４６を駆動するよう構成された照明素子ドライバー４３２を更に含むことができる。代替的に、遷移照明素子制御は、別々の予備調整制御素子としてではなく、制御ライン４４６によって行うことができる。そのような制御システムは、遷移照明素子の切り替えのリアルタイムでの修正を実現することができ、したがって、低コストかつ高速で画像のフリッカを削減することができ、好適である。
【０１４２】
照明素子のどのグループが左目フェーズから右目フェーズに切り替わることができ、したがって図２４及び２５で識別されたフリッカアーチファクトを生成しているかを識別可能であることが望ましい。そのような照明素子グループは、鼻の領域にあるそれら又は、照明素子若しくは近接した照明素子のフェーズが左目フェーズから右目フェーズに変わる他の領域とすることができる。そのような照明素子は、本明細書では遷移照明素子と称され得る。それらは照明アレイ１５の中央にある必要はなく、遷移照明素子は、観察者の位置と共に動くことに注意されたい。
【０１４３】
図３６は、中央照明素子制御を行わない第１の照明位置と第２の照明位置との間の第２のパターンにおける照明アレイの切り替えの工程を示す概略図である。図２４及び２５に示すものと同様に、第１の切り替えシーケンスにおいて、グループ４０３がグループ４０４に隣接して配置されるよう、右目グループ４０４の前に左目グループ４０２が移動することが分かる。これにより、グループ４０４がグループ４１２に移動する前の短い期間に窓と窓との間のすき間が取り除かれる。このようにして、より高い輝度のパルスが、対応する窓に表示されることとなる。
【０１４４】
図３７は、中央照明素子制御を行わない第１の照明位置と第２の照明位置との間の第２のパターンにおける照明アレイの切り替えの工程を示す概略図である。したがって、第２の切り替えシーケンスにおいては、グループ４０５が照明を伴わないグループ４２１と配置されるよう、左目グループ４０２が、右目グループ４０４の後に動く。これにより、グループ４０２がグループ４１０に移動する前の短い期間に窓と窓との間のすき間が２倍になる。このようにして、低い輝度のパルスが、対応する窓に表示されることとなる。
【０１４５】
したがって、中央照明素子の切り替えの制御が、照明素子の隣接している及び隣接していないグループ４０２、４０４の双方に対して必要であることを示すことができる。
【０１４６】
図２６〜３１は、左画像のフェーズにおける作動の停止にしたがって、同じ照明素子が右画像のフェーズにおける作動を開始する実施形態を示すと同時に、代替として、異なる照明素子が、左画像のフェーズにおける作動の停止にしたがって、右画像のフェーズにおける作動を開始してもよい実施形態を示す。これは、左右の画像のフェーズにおいて操作された照明素子が、異なる照明器のアレイに分離されている場合に引き起こされる。そのような制御において、左画像のフェーズにおいて作動を停止する照明素子及び右画像のフェーズにおいて作動を開始する照明器が、共通の制御信号ではなく、別々の制御信号によって制御されていることを除き、上記と同様の方法で輝度アーチファクトの削減を実現することができる。図３８〜４３のそれらと等価の実施形態は、それらにおいて示される制御信号をそのような別々の制御信号に分割することで実施することができる。２つの異なる照明素子が右画像のフェーズにおいては作動を開始し、左画像のフェーズにおいては作動を停止するいくつかの他の実施形態例を以下に示す。
【０１４７】
図３８及び３９は、図２４及び２５に示す制御信号と等価である、異なる照明アレイに適用された制御信号のパルス波形４２０、４２２であり、それぞれが左画像のフェーズと右画像のフェーズとの間の照明素子の切り替え中に明るい及び暗いフリッカアーチファクトを生成したであろうパルス波形４２０、４２２を示す概略図である。
【０１４８】
反対に、図４０及び４１は、輝度アーチファクトの視認性を減少させるものの、パネル照明を維持するために短縮された周期を有するパルス５０４７、５０４９をそれぞれ導入することによってそのような輝度アーチファクトを削減する異なる照明素子に適用された制御信号のパルス波形４２０、４２２を示す概略図である。
【０１４９】
図４０の場合、追加的パルス５０４７が、波形４２０を有する制御信号に提供されており、左画像のフェーズにおける作動の最後の段階を行う。結果は、以下のように、図２７のそれと同様である。波形４２０の制御信号によって提供されたパルス５０４７による左画像のフェーズにおける作動の最後の段階は、異なる照明素子に供給された波形４２２の制御信号によって提供された右画像のフェーズにおける作動の最初の段階の前である。右画像のフェーズにおける作動のその最初の段階は、そのフェーズを超えると、光束の時間平均が予め定められた値となるような、それ自体が通常のパルス周期を有する波形４２２におけるパルスによって行われる。しかし、左画像のフェーズにおける作動の最後の段階は、そのフェーズを超えると、光束の時間平均が予め定められた値未満になるような、短い周期を有する波形４２０におけるパルス５０４７によるものである。
【０１５０】
図４２は、図４２のパルス５０４９と同じ全幅を有する、１つ以上の照明時間を含むパルス５０５１が挿入されている、更なるパルス波形４２０、４２２を示す概略図である。挿入された照明パルスは、連続してアドレス指定されている空間光変調器の上部領域を超える照明と一致し、ＳＬＭ４８の領域にわたって均一に拡大するよう、構成することができ、好適である。図４３は、遷移ＬＥＤを識別するために制御システムにオプションとして実装することができる制御方法を示す概略図である。ＬＥＤを含む照明アレイについて述べられているが、同様の技法も他の種類の光源に適用することができる。
【０１５１】
システムコントローラー内ではなくＬＥＤ駆動システムに対して局所的に遷移ＬＥＤの制御を実施し、費用を削減して複雑さを排除することが望ましいであろう。図４３は、遷移ＬＥＤ、つまり、所定時間における遷移領域５０２０内のＬＥＤの局所的制御を実現する方法を記述する。遷移ＬＥＤは、例えば以下の方法により、照明アレイ制御回路において識別することができる。アレイ６０５０及び６０５２は、例えば第１の位置における照明されたＬＥＤに対応する、及び左右の目の照明それぞれに対応するグループ６０６０及び６０６２を含む。第１のステップでは、アレイ６０５４内のグループ６０６０は右に移動して、グループ６０６４と共にアレイ６０５４を実現し、同時に、グループ６０６２はアレイ６０５２内で左に移動して、グループ６０６６と共にアレイ６０５６を実現する。第２のステップでは、論理積演算をアレイ６０５４とアレイ６０５６との間で行って、遷移ＬＥＤを識別するグループ６０７２と共にアレイ６０７０を生成し、フリッカアーチファクトに対する修正をすることができ、好適である。
【０１５２】
例えば図８に示すような構成において、ＬＥＤアレイは、複数の照明されたＬＥＤグループを提供することができる。遷移ＬＥＤと同様の方法で切り替わる、複数のＬＥＤグループ間でそれぞれ切り替わるＬＥＤパターンを識別することが望ましいこととなり得る。動いている観察者に対する左目フェーズと右目フェーズとの間で切り替わっているＬＥＤアレイの領域に対するフリッカは、削減することができ、好適である。
【０１５３】
図４４は、明るいパルスのアーチファクトに対応する第１の照明アレイにおいて切り替えＬＥＤグループを識別する更なる制御方法を示す概略図である。図４５は、暗いパルスのアーチファクトに対応する切り替えＬＥＤグループを識別する更なる制御方法を示す概略図である。修正のメリットを享受する遷移ＬＥＤがどれであるかは、例えば図４４及び４５に示された以下の方法によって、照明アレイ制御回路に識別されることができる。（ＬＥＤアレイ等の）発光素子アレイ１５に適用された右目照明グループ６１００を伴う最後の照明アレイ６０８０及び左目グループ６１０２を伴う提示された次のアレイ６０８２は、共に論理ＸＮＯＲ（否定排他的論理和）であり、左照明フェーズと右照明フェーズとの間で状態を変更しなかったＬＥＤグループ６０８５を識別するアレイ６０８４を生成する。状態を変えないＬＥＤの多くがいずれのフェーズにおいても照明されなかったこと、及び、それらは、図４３を参照して記述された方法によって遷移ＬＥＤグループ６０７２を識別したアレイ６０７０を伴うアレイ６０８４を論理積演算することで識別することができることは明白であろう。
【０１５４】
アレイ６０８８は、フリッカアーチファクトを削減するために修正を適用することができるＬＥＤ  ６１０８を含む。アレイ６０８０を見ると、ＬＥＤ  ６１０８の元の状態はＯＮであり、したがって、明るい閃光のアーチファクトを修正するには、低輝度修正パルス（例えば幅を短縮したパルス）が適切となり得る。これは、図３０の制御フロー及び図３５の回路ブロックを参照して適用される。同様に、状態を変えないＬＥＤを表すアレイ６０９４を導くために、右目照明グループ６２００を伴うアレイ６０９０が、左目照明グループ６２０２を伴う提示された次のアレイ６０９２と否定排他的論理和演算された場合、及び、このグループがアレイ６０７０の遷移ＬＥＤグループ６０７２と論理積演算されている場合は、結果として得られるアレイ６０９８は、適用された修正のメリットを享受するＬＥＤ（この場合は６１１０）を含む。アレイ６０９０におけるこのＬＥＤの元の状態はＯＦＦであったため、暗い閃光のアーチファクトに対する修正には余剰パルスが必要である。
【０１５５】
図３６及び３７に示すアーチファクトの修正の実施は、切り替えられたＬＥＤを特徴づける前に、グループ４０２、４０４のデータシフトを挿入することにより実現することができる。このようにして、修正後にすき間を再挿入して同じプロセスを実現することができる。
【０１５６】
本実施形態は、例えば図３０のフロー図の実施等、ＡＳＩＣ及びＦＰＧＡを含むがこれに限定されない、電気回路による実施に対応しやすく、好適である。
【０１５７】
図２４〜４５の配置は、照明素子が、左窓画像から右窓画像に切り替わるようフェーズを変更するよう構成されている、時間多重化されたディスプレイに適用することができる。そのようなディスプレイは、光学弁指向性バックライト、フレネルレンズ、マイクロレンズアレイ、楔形照明システムなどを含むことができるがこれらに限定されない。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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したが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。
【０１６０】
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したがって、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したがって、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。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ−１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【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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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【国際調査報告】
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