CN102203660B - 光学系统和显示器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种和显示装置(1)一起使用的光学系统，所述光学系统用于改变由显示装置(1)显示的图像在其中被感知的表面的形状。所述光学系统包括隔开的第一和第二半透反射体(3，5)，所述第一和第二半透反射体中的至少一个可在非平面的第一形状，和不同的第二形状之间切换，第二形状可以是平面或非平面。反射体(3，5)和偏振光学器件(2，4)一起提供光路(6)，以使来自显示装置(1)的光至少部分被第一反射体(3)透射，部分被第二反射体(5)反射，部分被第一反射体(3)反射，并部分被第二反射体(5)透射。可防止未沿着光路(6)而行的光离开光学系统。
Description
技术领域
本发明涉及改变图像的外观，例如把平面图像转换成非平面图像，或者把非平面图像转换成不同的非平面图像的光学系统。本发明还涉及产生非平面图像的显示器。这样的显示器可用于向显示的图像提供弯曲的外观。例如，这样的显示器可以用在信息显示应用中，包括汽车(例如作为仪表显示)，广告，电视，游戏或者其它娱乐应用，沉浸式显示应用，和增强的美观性合乎用户的需要的任何应用中。
背景技术
对交通工具，比如汽车和飞机来说，已知包括提供用于替代离散的机械或电动转盘的组合仪表的图像的电子显示器。不过，从美学角度来说，这样的显示器通常存在局限性，因为它们不能产生与显示在显示器的平面中的标准二维(2D)图像有区别的图像。除了降低这种显示器的美观性之外，不具有产生看起来非平面的图像的能力也限制了这种显示器的真实性。尽管立体显示器和自由立体显示器已为人们所知，能够产生三维图像的印象，不过由于观看位置的自由度可能受到限制，以及聚焦问题，这样的显示器会产生眼睛疲劳和头痛问题。
就广告显示器来说，另外已知的是购物中心中的大面积公共显示器，和高速公路上的数字标志显示器，目的在于获得最多的关注。尽管这样的显示器变是越来越常见，不过除了尺寸大之外，它们通常不包括使它们从普通显示器中突出出来，和使它们更容易被接受的任何有吸引力的美学特征。于是，克服这种显示器不能产生与显示在显示器的平面中的标准平面2D图像有区别的图像的问题有助于这些显示器的广泛接受。
另外对娱乐设备，例如弹球盘机器来说，已知包括在其布局的中央的，提供例如电影、动画或数字老虎机的电子显示器。尽管这样的娱乐设备利用机械运动部件和大量的闪光，表现出越来越多有吸引力的特征，不过，它们通常局限于不能产生与显示在显示器的平面中的标准平面2D图像有区别的动人图像的显示器。于是，同样通过使显示器从普通显示器中突出出来，克服这个问题，有助于提高玩家的积极性和乐趣。
第一类现有技术教导如何用单一面板形成立体显示器或自由立体显示器。例如，附图中的图1图解说明在EP0829744(1998年3月18日，MOSELEY Richard Robert；WOODGATE Graham John；JACOBSAdrian；HARROLD Jonathan；EZRA David)中公开的以视差屏障的使用为基础的可切换2D/3D(二维/三维)显示器。视差屏障包括具有交替的孔径区101和屏障区102的偏振改变层100，和呈可被禁用的偏振片103形式的起偏器。视差元件提供按宽视角全分辨率2D模式，或者按定向3D自由立体模式操作显示器的可能性。不过，这种设备产生立体图像对，以生成3D图像，而不是具有弯曲外观的图像。自由立体显示器的缺陷包括头部自由度有限，和来自立体图像的3D感觉和来自其它暗示(头部运动，聚焦)的3D感觉之间的不一致性，从而导致用户感到混淆，有时导致眼睛疲劳和头痛。
第二类现有技术涉及弯曲或者保形显示器。例如，附图中的图2表示在WO94/11779(1994年5月26日，GROSS Hyman Abraham Moses；ARTLEY Richard John；CLARK Michael George；HAYTHORNTHWAITE Arthur；WILKINSON Peter；WALLIS Miles)中公开的这种显示器。通过把液晶层104夹在两个预先成形的透明塑料基板105之间，或者夹在两个柔性基板之间，制造弯曲的液晶显示器。
如附图中的图3中所示，US2006/0098153A1(2006年5月11日，SLIKKERVEER Peter J；BOUTEN Petrus Cornelis P；CIRKEL Peter A)公开一种相同类型的显示器，不过弯曲的显示器是通过制造平板显示层106，之后通过把附加薄膜107附着在平板显示层106上，弯曲显示层本身形成的。附加薄膜107被预先拉伸，在附着在显示层上之后，附加薄膜107释放的收缩力导致显示层弯曲。
类似于柔性显示器，尽管这些弯曲的显示器能够产生弯曲的图像，不过为了产生期望的弯曲，它们都依赖于已被物理弯曲的显示器。这种弯曲的显示器存在许多缺陷，比如成本非常高，材料效率和材料多样性有限，和极其难以制造。此外，这种显示器在其设计方面非常受限，因为可行的弯曲形状的多样性受到限制，从而一旦以特定的曲率制造了显示器，曲率就不能被改变。另外，弯曲的显示器仍然不能大规模生产，因为每条生产线需要适应于特定的弯曲设计。
第三类现有技术涉及利用在弯曲表面上的投影的显示器。例如，US6727971(2004年4月27日，LUCAS Walter A)和US6906860(2005年6月14日，STARKWEATHER Gary K)公开分别在附图中的图4a和4b中图解说明的那种显示器。在这两种情况下，显示器包含至少一个投影器108，和弯曲的屏幕109，图像被投影到所述弯曲的屏幕109上。
这样的显示器在公众场合是众知的，并被用于许多应用，比如Digital Dash的可重构显示器，或者沉浸式显示器。不过，这种显示器存在需要较大的空间，和仅仅局限于投影技术的缺点。另外，这种显示器通常被定义成当将投影系统与弯曲屏幕一起考虑时，构成显示器，而不是由投影系统独自构成显示器。
最后一类现有技术涉及平视(head-up)显示器应用。用于这种应用的显示器通常利用仔细设计的光学系统，借助尽可能小型的设备把来自显示器的光聚焦到观看者的视网膜上。
例如，附图中的图5图解说明如在US6304303(2001年10月16日，YAMANAKA Atsushi)中公开的用于平视显示器的显示器。该显示器利用具有两个反射面110和111的折叠光路技术，以便减小显示器的尺寸和重量，和加宽其可视角。不过，这种显示器目的在于提供无弯曲的高质量图像。
如在附图中的图6中所示，US5515122(1996年5月7日，MORISHIMA Hideki；MATSUMURA Susumu；TANIGUCHI Naosato；YOSHINAGA Yoko；KOBAYASHI Shin；SUDO Toshiyuki；KANEKOTadashi；NANBA Norihiro；AKIYAMA Takeshi)公开一种相同类型的显示器，不过其中通过利用以与反射层113和114结合的透镜系统112为基础的完全不同的技术，产生虚拟弯曲图像115，以便相对于观看者增强图像的存在感和真实性。
GB2437553(2007年10月31日，EVANS Allan；CURD Alistair Paul；WYNNE-POWELL Thomas Matthew)公开一系列的双深度和多深度显示器，其中用单个显示面板生成多深度图像。在显示面板前面近距离地布置光学元件，以便用不同的光路产生不同深度的效果。通过利用偏振效果和半透反射，不同的图像与不同长度的光路相联系，看起来来源于不同的平面。通过时间顺序地或者空间交错地显示这些图像，获得多深度效果。
附图中的图7a和7b中表示了GB2437553的一个实施例。第一和第二半透反射体(partial reflector)115和116被放置在液晶显示器(LCD)面板114前面，偏振改变光学器件117被布置在第一和第二半透反射体115和116之间。第一和第二半透反射体115和116相互隔开适当的间距，以便产生深度偏移图像。来自由LCD面板114显示的两个不同图像的光沿着不同的光路传播到观看者。编码第一图像的光直接透射通过光学系统，到达观看区，如图7b中所示，而编码第二图像的光在到达观看者之前，沿折叠的光路118而行，如图7a中所示。由于不同光路118和119的长度不同，第一图像看起来在LCD 114的位置，而LCD的第二图像120在深度方面发生偏移，从而看起来在LCD下面。于是，观看者看到在不同深度的平面中的图像。
与利用多个显示面板的多深度(multiple-depth)显示器相比，这种显示器具有明显的优点，比如在成本、亮度和体积方面的优点。不过，这些显示器的主要用途是产生在深度方面分离的两个以上的图像。另外，这种显示器的光学系统中的半透反射体相互平行，并与显示器的像面平行。
当必须从相同的基础显示器向观看者独立呈现两个图像时，在视图之间存在一定的泄漏或串扰，通过修改发送给显示器的图像数据，可以校正所述泄漏或串扰。串扰能够被有效地除去，不过还存在对比度的损失。
EP0953962(1999年11月3日，JONES Graham；HOLLIMANNicolas)公开3D和双视显示器中的串扰校正。对这两种显示器来说，串扰往往是对称的，并且与颜色无关。换句话说，从图像1到图像2的泄漏与从图像2到图像1的泄漏相同，并且对图像的红色、绿色和蓝色分量来说也是相同的。
GB2437553公开串扰校正的相同基本原理，不过应用于双深度显示器。对这种显示器来说，串扰往往取决于泄漏起源于哪个平面，以及取决于颜色。
GB2449682(2008年12月3日，GAY Gregory；WALTON HarryGarth)公开一种把标准的平面图像转换成非平面图像的光学系统。它利用以反射层121，122(其中的至少一个是弯曲的)，和附加的均匀的可切换液晶盒为基础的折叠光路技术，提供标准平面图像模式和非平面图像模式之间的电气切换。附图的图8a和8b中表示了GB2449682的一个实施例。当附加的可切换的半波长板123被关闭时，光直接透射通过光学系统，到达观看区，如图8a中图解所示。当附加的可切换的半波长板123被开启时，光沿着双重反射光路124而行，如图8b中所示。由于双重反射光路124，和赋予反射起偏器122的弯曲形状，因此，朝着显示器的边缘的方向，光路较长，从而观察到具有弯曲外观125的显示图像。
这种显示器能够用具有在标准2D模式和弯曲外观模式之间电切换的能力的常规平面显示器，提供非平面图像。不过，对切换来说必需的附加液晶盒增加了额外的成本，并且由于增大了这两种图像模式下的串扰，降低了显示器的图像质量。另外，由于反射膜被固定就位，因此以弯曲外观模式显示的图像曲率必须在制造时被确定，之后将是固定不变的。
发明内容
系统的下面被描述成“平面”的任意元件意味它是平面的，并且与显示设备平行。下面将把例如平面的但是相对于显示设备倾斜的，或者沿一个或多个方向部分或连续弯曲的任意其它替换物称为“非平面的”。
按照本发明的第一方面，提供一种光学系统，用于改变图像在其中被感知的表面的形状，所述光学系统包括隔开的第一和第二半透反射体，所述第一和第二半透反射体中的至少一个能够有选择地在非平面的第一形状，和不同于第一形状的至少一个第二形状之间切换，所述光学系统为入射在第一反射体上的光提供光路，第一光路包括通过第一反射体到第二反射体的至少部分透射，从第二反射体回到第一反射体的至少部分反射，从第一反射体到第二反射体的至少部分反射，和通过第二反射体的至少部分透射。
所述光学系统可基本上被配置成防止在第一和第二反射体的反射期间未被反射的光从第二反射体射出，其中首次入射到第二半透反射体的光不会离开光学系统。
通过保持光路不变，同时通过改变半透反射体中的至少一个的形状，改变光路在不同位置的光程，光学系统可在平面图像模式和非平面图像模式之间，或者在非平面图像模式和不同的非平面图像模式之间切换。
第二形状可以是平面的。作为一种备选方案，第二形状可以是非平面的。
第一和第二反射体中的所述至少一个可选择地切换的反射体可包括第一和第二反射体之一，第一和第二反射体中的另一个可以具有固定的形状。所述固定形状可以是平面的。作为一种备选方案，所述固定形状可以是非平面的。
第一和第二反射体中的另一个反射体可有选择地在非平面的第三形状和不同于第三形状的第四形状之间切换。第四形状可以是平面的。作为一种备选方案，第四形状可以是非平面的。第三形状可以是第一形状的镜像。第四形状可以是第二形状的镜像。
第一和/或第三形状可沿至少一个方向连续弯曲，以产生凹陷或凸出的图像。
第一和/或第三形状可沿至少一个方向部分弯曲。
第一和/或第三形状具有蛇形截面。
第一和/或第三形状可包含多个平直片段，其中相邻的片段沿着边缘相互邻接，并且对着大于0°，小于180°的角。
第一和/或第三形状可以是平面的，不过沿至少一个方向倾斜。
第一和/或第三形状可以具有平面区域和非平面区域。
第一和/或第三形状可包含非共面的多个平面和/或非平面区域。
第一和第三形状可以为至少类似的形状，并且处处相互平行。
光学系统可被配置成改变沿着光路通过期间的光的偏振。光学系统可被配置成改变在入射到第二半透反射体和从第一半透反射体反射之间，沿着光路通过期间的光的偏振。
系统可包括用于至少部分校正图像失真的透镜装置。
系统包含至少一个四分之一波长板。四分之一波长板或者第二个四分之一波长板可被布置在第一和第二半透反射体之间。四分之一波长板或者第一个四分之一波长板可在布置在第一半透反射体的与第二半透反射体相反的一侧。
第一半透反射体可包含第一半透反射镜。第一半透反射镜可包含图案化反射镜。第一半透反射镜可包含与一组会聚透镜相关的图案化反射镜。四分之一波长板或者第二个四分之一波长板和图案化反射镜可形成集成盒(integrated cell)。四分之一波长板或者第二个四分之一波长板可被图案化，并且具有布置在图案化反射镜的反射区的延迟部分，和布置在图案化反射镜的透明区的非延迟部分。
第一半透反射体可包含第一反射起偏器。
第二半透反射体可包含第二反射起偏器。第二反射起偏器可包含胆甾型反射体。第二反射起偏器可以是非平面的，所述系统可包含第一棱镜膜，第一棱镜膜被配置成把来自第一半透反射体的光重定向成大体垂直地入射到第二反射起偏器。所述系统还可包含第二棱镜膜，第二棱镜膜被配置成把来自第二反射起偏器的光重定向为入射到第一棱镜膜的光的方向。
第二半透反射体可包含第二半透反射镜。
系统可包含法拉第旋光器。法拉第旋光器可被配置成提供45°的偏振旋转。
系统可包含输入线起偏器。
系统可包含输出线起偏器。
按照本发明的第二方面，提供一种显示器，包括：在其图像显示面，用图像或图像序列调制光的显示设备；和按照本发明的第一方面的光学系统，第一半透反射体被布置在显示设备和第二半透反射体之间。
显示设备可包含液晶设备，投影显示设备，有机发光二极管设备，等离子体发光设备和阴极射线管之一。
显示器可包括(例如汽车)仪表显示器，广告显示器，沉浸式显示器，娱乐显示器，电视显示器，或者增强的美观性和增大的真实性合乎用户的需要的任何其它显示器中的至少一个。
显示器可包括重新映射图像像素，以用第一和第二反射体中的非平面反射体或者每个非平面反射体至少部分校正图像失真的图像处理器。
显示器可包括重新映射图像像素的颜色通道，以至少部分校正沿着非预定光路离开光学系统的光的图像处理器。
显示器可包含用于处理图像像素的灰度级，以至少部分增大至少部分图像的表观亮度的图像处理器。
光学系统可包含附着在显示设备上的可拆卸附件。
显示器可包括触摸面板。
从而能够提供一种装置，所述装置允许改变图像在其中被感知的“表面”的形状。例如，可以使用常规的或者未修改的显示设备，由这种设备产生的平面或者大体平面的图像可被转换成非平面图像，例如弯曲图像或倾斜图像。这种非平面图像可被进一步改变，从而产生不同的非平面图像或者平面图像。
还可提供一种装置，所述装置允许用较简单的方式，从非平面图像产生平面图像。例如，可以使用柔性或弯曲的显示设备，由这种设备产生的非平面图像可被转换成平面图像，所述平面图像可被进一步改变成非平面图像。
这可用通常可获得的成本较低的光学元件来实现。观看自由度和图像分辨率与基本显示设备相同或者大体相同。从而可提供美学上合乎需要或者更引人注目的外观。
参考结合附图进行的本发明的下述详细说明，将更易于理解本发明的上述及其它目的、特征和优点。
附图说明
图1是图解说明产生可在2D模式和3D模式之间切换的自由立体显示器的已知技术的示图；
图2是图解说明一种已知类型的弯曲显示器的示图；
图3是图解说明产生弯曲显示器的已知方法的示图；
图4a和4b是图解说明已知的各种利用对弯曲表面进行投影的显示器的示图；
图5是图解说明一种已知类型的平视显示器的示图；
图6是图解说明另一种已知类型的平视显示器的示图；
图7a和7b是图解说明已知的双深度显示器的示图；
图8a和8b是图解说明在GB2449682中公开的可电气切换的弯曲外观显示器的示图；
图9a和9b是图解说明构成本发明的一般化实施例的显示器的示图；
图10a和10b是图解说明构成本发明的第一实施例的显示器的示图；
图11a和11b是图解说明如图10a中所示的显示器的结构和操作的示图；
图12a和12b是图解说明如图10b中所示的显示器的结构和操作的示图；
图13a和13b是图解说明如图10a中所示的本发明的第一实施例的另一个例子的改进结构和操作的示图；
图14a和14b是图解说明如图10b中所示的本发明的第一实施例的另一个例子的改进结构和操作的示图；
图15是图解说明本发明的第一实施例的再一个例子的另一种改进结构和操作的示图；
图16a-16c是图解说明供在本发明的实施例中使用的反射体形状的常规例子的示图；
图17a-17c是图解说明供在本发明的实施例中使用的反射体形状的更复杂例子的示图；
图18a-18c是图解说明供在本发明的实施例中使用的反射体形状的其它例子的示图；
图19是图解说明本发明的第一实施例的再一个例子的另一种改进结构和操作的示图；
图20是图解说明构成本发明的第一实施例的另一个改进例子的显示器的示图；
图21a和21b是图解说明构成本发明的第二实施例的显示器的示图；
图22a和22b是图解说明本发明的第二实施例的另一个例子的改进结构和操作的示图；
图23a和23b是图解说明构成本发明的第三实施例的显示器的示图；
图24是图解说明构成本发明的第四实施例的显示器的示图；
图25a和25b是图解说明构成本发明的第五实施例的显示器的示图；
图26a和26b是图解说明构成本发明的第六实施例的显示器的示图；
图27a和27b是图解说明串扰机理，和降低这种串扰的方案的示图；
图28a和28b是分别图解说明在平面状态和非平面状态下的可切换反射体的示图。
附图中，相同的附图标记指的是相同的部件。
具体实施方式
涉及本发明的实施例的所有附图仅仅图解说明了到达观看者的光路。为了提高附图的清晰性，省略了无助于显示器的主要操作的其它光线。
另外，R表示右旋圆偏振光，L表示左旋圆偏振光。附图中使用符号表示其电场矢量在附图平面中的线偏振光，使用符号表示电场垂直于附图平面的线偏振。
描述成“平面”的系统的任何元件意味它是平面的，并且平行于显示设备。下面把例如平面的但是相对于显示设备倾斜的，或者沿一个或多个方向部分或连续弯曲的任意其它替换物称为“非平面的”。
另外，这里使用的术语“伪弯曲”意味从大致的平面并且平行于显示面板的任意形式的变形。例如，术语“伪弯曲外观”也称为“弯曲外观”，“楔形外观”，“正弦形外观”，“台阶形外观”或者“倾斜外观”。另外，术语“伪弯曲图像”可以指的是部分或者连续弯曲的图像，倾斜的图像，或者非平面的，并且不平行于显示器的任何其它种类的图像。
图9a和9b中所示的显示器包括能够输出光，并且具有基本上为平面的显示面的显示设备1。第一和第二半透反射体3和5被布置在显示设备1前面(在显示设备1的观看者一侧)，偏振改变光学器件2和4分别被布置在显示设备1和第一半透反射体3之间，和半透反射体3和5之间。按照适当的方式形成半透反射体3和5的形状，以便产生具有伪弯曲外观的图像。
例如，半透反射体3和5可被配置成反射光的一个偏振状态，和透射正交状态，或者可以是某种其它类型的半透反射镜(或者反射元件的组合)。偏振改变光学器件2和4被配置成改变沿两个方向任意之一或者此两个方向通过光学器件2和4的光的至少一个偏振状态。
可按照在显示标准的平面2D图像的模式和显示具有伪弯曲外观的图像的模式之间切换的方式，操作所述显示器。
在图9a中所示的伪弯曲模式，或者说“非平面图像模式”下，元件1-5被布置成以使来自显示设备1显示的图像或图像序列的光传播到一个或多个观看者8所位于的广大观看区。光至少部分被第一半透反射体3透射到第二半透反射体5。第二半透反射体5把至少一部分的所述光反射到第一半透反射体3，第一半透反射体3把至少一部分的入射光反射回第二半透反射体5。第二半透反射体5把至少一部分的反射光透射到观看区，以使在到达观看者8之前，图像光沿“双重反射”光路6而行。所述显示器被布置成以使编码图像或图像序列的光不是“发射的”，即，不直接透射通过半透反射体3和5，到达观看者8。半透反射体3和5被布置成以使编码图像或图像序列的光在不同的位置不具有相同的光路长度，并且最好描述“伪弯曲”形状函数。从而，显示器具有伪弯曲外观，使观看者8可以看到非平面图像。
在图9b中所示的标准的2D模式，或者说“平面图像模式”下，来自显示设备1显示的图像或图像序列的光沿着和伪弯曲模式下相同的“双重反射”光路6而行。不过，赋予半透反射体3和5的形状从伪弯曲形状被改变成平面形状。这影响了从显示器1发出的光行进的光路，图像看起来是平面的。在本实施例中，第一半透反射体3可有选择地在第一非平面形状(图9a)和第二平面形状(图9b)之间切换，第二半透反射体5可有选择地在第三非平面形状(图9a)和第四平面形状(图9b)之间切换。
如果把半透反射体3和5移动到相互足够接近，那么在所有各个方向，“双重反射”光路6的长度被缩短，与总光路相比，在半透反射体3和5之间发生的双重反射7变得可以忽略。光表现为好像沿从显示器1到观看区的直接路径而行，图像看起来是平面的，并且基本上在显示设备1的位置。另一方面，要认识到，如果不考虑到可以忽略的双重反射，把半透反射体3和5移动到相互足够接近，那么图像看起来也是平面的，不过在深度方面被偏移到显示设备1之后。
光是否沿“双重反射”光路6而行，从而以标准2D模式显示图像，还是以伪弯曲模式显示图像取决于赋予两个半透反射体3和5的形状，并且可按照多种不同的方式来控制。这些不同方式的例子将在本发明的可能实施例的进一步详细说明中描述。
在标准的2D模式和伪弯曲模式下，包括元件2-5的光学系统都被布置成避免不沿“双重反射”光路6而行的光被第二半透反射体5透射到观看者8。例如，防止首次入射到第二半透反射体5的光，例如，由显示设备1发出，并且由第一半透反射体3半透射的光离开光学系统。这种配置的具体例子将在下面详细说明。
显示设备1可以是不同类型，但是仍然实现相同功能的任意一种显示设备。这样的类型包括常规的平板显示器，柔性显示器，弯曲显示器和保形显示器(conformal display)。适合于用作伪弯曲显示器的显示设备的例子包括(但不限于)空间光调制器显示器，比如液晶显示器(LCD)和投影显示系统，和发光显示器，比如阴极射线管显示器(CRT)，等离子体显示器(PDP)和有机发光二极管显示器(OLED)。就空间光调制器来说，显示设备通常包括光源。
图10a和10b图解说明在图9a和9b中表示的那种显示器。在这个实施例中，显示设备1被布置在一组光学层之下，如图10a和10b中所示。对伪弯曲模式和标准的2D模式来说，系统中使用的光学组件都相同。连续的各层如下所述。
第一吸收“输入”线起偏器9被布置在显示设备1前面。吸收线起偏器是透射光的一个线偏振状态，例如，垂直偏振光，和吸收正交状态，例如，水平偏振光的元件。
第一固定四分之一波长板10被布置在第一线起偏器9之上，在通过它的光的两个线偏振状态之间产生四分之一周期的相差。使第一四分之一波长板10取向，以便把输入的线偏振光转换成圆偏振光，或者把输入的圆偏振光转换成线偏振光。尽管第一四分之一波长板10可以仅仅包含适当厚度的双折射材料薄膜，不过这种薄膜只对单一波长实现四分之一波长功能。于是，第一四分之一波长板10可改为由多个双折射层构成，以便提供起可见光谱内的一系列波长的更理想的宽带四分之一波长板作用的元件。这种薄膜可由日本的Nitto DenkoCorporation，日本的Sumitomo Denko Corporation，和其它公司制造。
第一半透反射体3包含半反射半透射镜。第一半透反射镜3也被称为“50％”反射镜，因为它反射大体一半的入射光，和透射大体一半的入射光。
通过在透明基板上涂覆薄层金属，比如铝，或者通过涂覆透明电介质层(也被称为电介质镜)，可实现第一半透反射镜3。通过使反射层均匀地部分透明，或者通过利用具有透明间隙或小孔的不透明反射镜，可实现半透反射。如果这些间隙或小孔的尺度小于眼睛可视的尺度，那么小孔或间隙图案是看不见的，反射镜好像是半反射半透明的。可以规则的图案产生这些间隙和小孔，或者这些间隙和小孔在其设计和/或空间位置方面包含至少一定的随机性，以避免摩尔条纹和可能的衍射。另一种备选方案是产生反射率空间变化的半透反射镜，以帮助减小由规则的图案结构引起的可能的摩尔条纹。通过按照位置使金属层变薄，或者通过按照位置调整空间图案结构，可以使半透反射镜的反射率随着位置变化。
对用金属层构成的反射镜来说，由于下述两个原因，小孔或间隙的使用优于均匀的半透反射体：难以精确地控制层厚，以在均匀的一层中获得可再现并且一致的反射率，和与均匀的半透反射镜相比，在具有小孔的反射镜中，反射率对偏振状态的依赖性较弱。
不过，在下面说明的所有实施例中，第一半透反射体3可以是前面说明的任意种类的半透反射镜，从第一半透反射镜3透射或反射的光的百分率可被改变，以控制要显示的期望图像的相对亮度。
第二四分之一波长板11被布置在第一半透反射体3之上。第二四分之一波长板11可具有与第一四分之一波长板10相同的光学性质。不过，四分之一波长板10和11可在其快轴的取向不同的情况下被布置在光学系统中。
第二半透反射体5包括(“第二”)反射线起偏器。反射起偏器是透过光的一个线偏振状态，同时反射正交状态的光学层。例如，这样的起偏器可以包括由Moxtek Inc.制造的那种线栅起偏器，或者双折射介质干涉叠层，比如由3M制造的反射式增亮膜(DBEF)。
光学系统中的最后一个元件是第二吸收“输出”线起偏器12。第二线起偏器12被用作输出起偏器，它具有和第一线起偏器9相同的光学性质。另外，第二吸收线起偏器12被用作清洁起偏器，用于吸收可能从反射起偏器5漏出的，而不是在反射起偏器5是理想的反射起偏器的情况下理应被反射的偏振状态错误的光。线起偏器12还被用于减小环境光从显示器的反射。在没有吸收起偏器12的情况下，会从显示器的顶部强烈反射其偏振正交于反射起偏器5的透射轴的光。在明亮的状况下，该反射光会干扰显示器的观看。吸收起偏器12防止或极大地衰减这样的反射光。为了进一步衰减这种环境光反射，可在输出线起偏器12上面增加抗反射涂层。在下面说明的所有实施例中，可以省略输出起偏器12，因为对显示器的可靠工作来说，其作为清洁起偏器的作用不是必需的，相反只是推荐的。
线起偏器12还可采用非平面形状。这种变化不会改变显示器工作的方式，不过它可增强显示器本身的美观性。
例如，显示器的感知图像13可以平行于显示器的正面。对要求遵循汽车内部的曲线的汽车应用，尤其是仪表板显示来说，这种感知效果是合乎需要的。相反，显示器的感知图像13可不平行于显示器的正面。例如，弯曲可以在相反的方向上。这样的感知效果与众不同，对观看者8来说是不可思议的，从而可作为引人注目的效果应用在广告显示中。
至于下面说明的所有实施例，构成伪弯曲显示器的光学系统的光学组件可以用空气界面相互分开，或者通过利用具有适当折射率的元件(例如，胶膜，流体或聚合物)，借助层间折射率匹配相互接触。在不需要气隙的情况下，和在层间间隔太大，以至于不能仅仅用折射率匹配元件填充的情况下，可在系统中加入具有适当形状和折射率的另一块聚合物或玻璃。尽管为了减少系统内的菲涅耳反射，从而减少可能的损耗和成像问题，层间折射率匹配更优选，不过在实践中，随应用的不同，一种方案可能优于另一种方案。当在系统中使用气隙时，一个或多个相邻表面上的抗反射膜或涂层是合乎需要的。
本发明的第一实施例提供可选地利用显示设备1作为标准的平面显示器，或者作为伪弯曲显示器的能力。在一种模式和另一种模式之间的来回切换都不涉及光路的任何根本变化，而是通过改变半透反射体3和5的至少一个的形状实现的。这种形状改变可以机械方式实现，并将在下面参考各个例子更详细地说明。
例如，这种切换能力可能有益于大面积广告显示器，当显示文本信息或者普通的横幅广告时，所述广告显示器可像普通的常规显示器那样按2D模式工作，不过当试图促使观看者注意特定的广告视频时，所述广告显示器可以通过切换到伪弯曲模式，利用增强的美感外观。2D模式到伪弯曲模式的切换也特别有益于娱乐显示器，当用户赢得累积奖金时，所述显示器可控制图像突然从常规的平面2D图像“跳到”伪弯曲图像，从而向观看者提供充满存在感和真实感的图像。
图11a和11b中图解说明了伪弯曲模式下的显示器的工作。作为例子，给出了光的偏振状态和光学系统的多数元件的光轴取向的细节。尽管许多其它的结构也是可能的，不过要认识到下面的所有实施例的其它附图仅仅图解说明了一种可能的取向。
线起偏器9具有在附图平面中取向的透射轴(transmission axis)15，第一四分之一波长板10具有相对于透射轴15成45°取向的快轴16。从显示设备1中射出的光通过线起偏器9，并被偏振，其电场矢量在附图平面中。该光随后被第一四分之一波长板10转换成左旋圆偏振光，并入射到半透反射镜3，半透反射镜3把一半的入射光透射到第二四分之一波长板11，并把一半的入射光反射回显示设备1。
在LCD用作显示设备1的情况下，射出显示器的光已被线偏振，从而可以省略起偏器9。这种陈述是正确的，并且可应用于本实施例和后面的所有其它实施例，只要线起偏器9被用作输入起偏器。
半透反射镜3对反射给予180°相变，从而导致左旋圆偏振反射光被改变成右旋圆偏振光。所述右旋圆偏振光随后被第一四分之一波长板10变回线偏振光，不过此时在与附图平面垂直的方向上。所述线偏振光随后被线起偏器9吸收，从而被阻挡，从而视为在系统内损失掉。
第二四分之一波长板11具有大体上与第一四分之一波长板10的快轴15正交的快轴17，于是，两个四分之一波长板10和11在透射方面是相减的。透射的左旋圆偏振光被第二四分之一波长板11变回线偏振光，其电场矢量在附图的平面中。这种情况下，输入光的偏振状态与被反射起偏器5反射回的光的偏振状态相同，从而被反射回第二四分之一波长板11。该线偏振光被四分之一波长板11变回左旋圆偏振光，再次入射到半透反射镜3。
由半透反射镜3透射的那部分光被第一四分之一波长板10转换成在与附图平面平行的方向被线偏振的光。该光被线起偏器9透射回到显示设备1，从而被视为在系统内损失掉。
被半透反射镜3反射的那部分光在反射时经历180°的相变，从而导致圆偏振的方向发生变化。这种情况下，入射的左旋圆偏振光被改变成右旋圆偏振光。该反射的右旋圆偏振光通过第二四分之一波长板11，被变回线偏振光，其电场矢量垂直于附图的平面。反射起偏器5和线起偏器12使它们的透射轴18和19都垂直于附图平面取向。由于输入光现在具有与反射起偏器5和吸收起偏器12透射的光相同的偏振状态，因此它能够脱离显示设备，从而到达观看者8。
于是，传到观看者8的唯一光是沿如上所述的“双重反射”光路6而行的光。如在图10a和10b及图11a和11b中所示，反射起偏器5被弯曲，以使与在显示器的边缘相比，在显示器的中心，反射起偏器5更接近于显示设备。于是，当观看位置转到显示器的边缘时，光路变长。观看者8看到的显示设备1的图像好像弯曲，并且在其真实位置之下。
图12a和12b中图解说明了在标准2D模式下的显示器的操作。系统利用和在伪弯曲模式下说明的相同组件。唯一的区别在于反射起偏器5平面放置在与显示设备1平行的单一平面中。
在这种操作模式下，从显示设备1射出的光沿和伪弯曲模式下相同的“双重反射”光路6而行。不过，由于两个半透反射体3和5都是平面的，因此对所有视角来说，该光经历的双重反射7具有随在图像内的位置而变化的恒定长度。观看者8看到好像平面的显示设备1的图像。
如果半透反射体3和5之间的间隔足够小，以使与总光路相比，使双重反射7可以忽略，那么光到达观看者8，看起来好像从显示设备1沿直接路径而行。在其标准2D模式下，图像看起来好像是平面的，并观察到在大体和显示设备1相同的平面14中。否则，在其标准2D模式下，图像也看起来好像是平面的，不过观察到在深度方面偏移到显示设备1之后。
实现2D模式的一种备选方式是不使两个半透反射体3和5都是平面的，不过对半透反射体3和5来说，处处都是相互平行的。在这种情况下，由双重反射7引入的额外光程长度与图像内的位置无关，从而图像看起来好像是平面的。当反射膜3和5极其接近时，在所有视角，这种实现2D模式的方法都是最佳的。随着反射膜3和5之间的间隔增大，从法向入射起的能够认为图像是平面的视角的大小将减小。
通过直接改变反射层3和5的至少之一的曲率，可机械地实现从伪弯曲模式到标准2D模式的切换，或者从标准2D模式到伪弯曲模式的切换。例如，可通过电机传动、液压、气动或磁性元件，或者仅仅用手，利用受控驱动实现这种机械切换。可用(本领域的技术人员已知的)不同方式巧妙地实现这样的驱动器，以便沿三维方向至少之一，改变反射膜3和5的至少一个的形状。
实现这种机械驱动的另一种方式涉及特殊材料的使用，当其温度，或者在其两端施加的电压发生受控变化时，其形状发生受控变形。适合于这种应用的公知的可变形材料有许多。一些典型的例子是把电场的变化转换成机械位移的逆压电组件，在施加的电压之下导致形状变形的电活化聚合物，和把温度变化转换成机械位移的双金属组件。这样的可变形材料在本领域中是公知的，并且公开在关于驱动器的权威参考出版物中，比如Jose Pons的“Emerging actuator technologies：amecha-tronic approach”，M.Shahinpoor，Y.Bar-Cohen，T.Xue，J.O.Simpson和J.Smith的“Ionic Polymer-Metal Composites(IPMC)AsBiomimetic Sensors and Actuators”(SPIE’s Proceedings on SmartStructures and Materials，1998)，及J.A.Pelesko和D.H.Bernstein的“Modeling MEMS and NEMS”。
在第一实施例和基于相似结构的所有后面的实施例中，可按照多种方式改变显示系统的细节和结构，以优化不同应用的性能。
例如，如上所述，半透反射镜3反射入射到其上的约50％的光，和透射约50％的光。这导致观看者8看到的最后的感知图像13(示于图10中)具有约为显示设备1显示的图像的原始亮度的四分之一的亮度。尽管四分之一的亮度值是本实施例的系统结构能够获得的最高值，不过要认识到对本发明的其它实施例来说，可以改变半透反射镜3的光学性质，例如，反射率/透射率比值，以选择显示图像的相对亮度。换句话说，可为系统的最佳性能而设计半透反射镜3。
反射起偏器5也可被类型与半透反射镜3相同的半透反射镜替换。这种配置不会在显示器的总亮度方面带来任何好处，不过它可提高图像质量，并且可能降低成本。
光学元件的某些重排序和重取向也是可能的，而不改变设备的基本性质和显示器的工作方式。例如，可以交换或旋转第一和第二四分之一波长板10和11，只要它们的快轴的取向保持大体垂直。同样地，可以交换或旋转线起偏器9和12，只要它们的透射轴大体垂直，和反射起偏器5被旋转，以使其透射轴与输出起偏器12的透射轴平行。
按照稍微不同的方式起作用的光学元件的备选取向也是可能的。第一和第二四分之一波长板10和11的快轴16和17可以相互垂直或者平行，只要输入起偏器9，反射起偏器5和输出起偏器12的透射轴15，18和19分别沿着适当的方向取向，以使显示操作不被改变。
另一种备选利用相同的、不过按照颠倒的结构重新排序的光学组件。伪弯曲模式示于图13a和13b中，标准2D模式示于图14a和14b中。这种结构同样按照稍微不同于图11a和11b及图12a和12b中所示结构的方式起作用，不过显示器本身仍然实现相同的功能。
从显示设备1射出的光被线起偏器9(如果存在于系统中的话)转换成线偏振光。当反射起偏器5的透射轴18沿与在下面的输入起偏器9的透射轴相同的方向取向时，该光通过(“第一”)反射起偏器5。光随后被第一四分之一波长板10变换成左旋圆偏振光，并入射到(“第二”)半透反射镜3。一半的光被透射，并被输出线起偏器12吸收，而另一半在反射时经历180°的相变，从而被变换成右旋圆偏振光。反射光再次通过第一四分之一波长板10，变成线偏振光，同时其电场矢量垂直于附图的平面。该线偏振光随后被反射起偏器5反射，并且当通过第一四分之一波长板10时，被转换成右旋圆偏振光。所述右旋圆偏振光入射到半透反射镜3，再一次地，一半的光被反射，从而返回显示设备1，而另一半的光被透射。透射光通过第二四分之一波长板11，变成具有与线起偏器12透射的光相同的偏振状态的线偏振光。于是，光能够离开系统，从而到达观看者8。
如在图13a和13b中图解所示，在伪弯曲模式下，反射起偏器5被弯曲，以使与在显示器的边缘相比，反射起偏器5在显示器的中心更远离显示设备。朝着该方向，“双重反射”光路6更长，在观看区观察到具有伪弯曲外观的图像。
如在图14a和14b中图解所示，在标准2D模式下，从显示设备1射出的光沿和伪弯曲模式下相同的“双重反射”光路6而行。不过，由于半透反射镜3和5都是平面的，因此观看者8看到显示设备1的图像好像是平面的。如果半透反射体3和5之间的间隔足够小，从而与总光路相比，双重反射7可以忽略，那么光到达观看者8，看起来好像从显示设备1沿直接路径而行。在其标准2D模式下，图像看起来好像是平面的，并在大体和显示设备1相同的平面14中被观察到。如果半透反射体3和5之间的间隔足够大，从而认为双重反射7不可以忽略，那么在其标准2D模式下，图像同样看起来好像是平面的，不过观察到在深度方面偏移到显示设备1之后。
原则上，光学元件的排序方面的这些变化不改变显示器的性能，不过由于光学元件偏离其理想行为，或者由于光学元件的性质取决于波长和/或视角，因此在实践中，一种方案可能优于另一种方案。
如在图11a和13a中所示，在反射起偏器5被弯曲，从而与在显示器的边缘相比，在显示器的中心，反射起偏器5更接近显示设备，于是产生显示设备1的伪弯曲图像的情况下，说明了第一实施例中的伪弯曲模式。不过，要认识到把半透反射体3和5的至少一个的形状改变成任意其它伪弯曲形状不会改变显示系统的基本工作方式，而是仅仅赋予到达观看者8的图像不同的伪弯曲外观。
图15图解说明其中半透反射体3和5都被赋予伪弯曲形状，以便增大感知的显示设备1的伪弯曲外观13的显示器的伪弯曲模式。从显示设备1射出的光如前所述通过整个光学系统。同样地，在光学系统内发生半透反射，光沿着“双重反射”光路6而行。不过这一次，由于半透反射镜3和反射起偏器5都是弯曲的，并且方向相反，从而与在显示器的边缘相比，在显示器的中心，它们相互更接近，因此朝着显示器的边缘，光路6变得更长，从而与如果只有半透反射体3或5被赋予相同的伪弯曲形状相比，在图像中感知的伪弯曲外观更显著。
在这种结构中，半透反射镜3和反射起偏器5是弯曲的，并且方向相反，从而与在显示器的边缘相比，在显示器的中心，它们相互更接近。要认识到对第一实施例和下面的所有实施例来说，半透反射镜3和反射起偏器5可被变形成的形状可随着期望的应用所要求的优选伪弯曲外观而变化。图16-18中图解说明了备选的实现，不过潜在的可能性并不仅仅局限于这些例子。
例如，图16a表示一种结构，其中半透反射镜3和反射起偏器5都是弯曲的，并且方向相反，以使与在显示器的边缘相比，在显示器的中心，它们相互更远离。在图16b和16c中，只有半透反射镜3是弯曲的，而反射起偏器5是平面的。在图16a-16c中所示的配置中，以及在第一实施例的前述说明中，被赋予伪弯曲形状的半透反射体至少在一个方向上是连续弯曲的，以提供朝着观看者平滑地凸起或凹陷的，并且看起来好像在显示设备1之后的图像。
赋予反射膜3和5的至少一个的伪弯曲形状可以更复杂，于是导致显示器的感知图像13的更复杂的外观，如在图17和18中所示。图17表示的半透反射体，具有蛇形截面，从而形成平滑或连续弯曲的波形半透反射体。图17b表示包括多个平面片段的半透反射体，其中相邻片段沿着边缘相互邻接，并且对着大于0°，小于180°的角。这两种半透反射体会向观看者提供分别具有“波形外观”和“棱状外观”，并且在这两种情况下，看起来都在显示设备1之后的图像。
可以这样产生赋予半透反射体3和5的至少一个的伪弯曲形状，以使图像看起来是平面的，但是相对于显示设备1倾斜。对离轴观看者希望仿佛在同轴观看似地观看显示图像，即，希望看到出现在与观看者的视线垂直的平面中的图像来说，这种结构是有益的。图17c表示这种结构的一个例子，其中半透反射镜3和反射起偏器5都关于显示器的垂直轴倾斜，从而产生看起来相对于显示设备1倾斜，并且在显示设备1之后的图像。
另外，期望的显示外观也可以只在显示区的某些区域中是非平直的。只要期望的图像形状是一个连续的表面，那么这仍可用连续的反射膜来实现，不过仅仅一部分的反射膜3和/或5在驱动之下改变形状。图18a中关于图像的伪弯曲部分相对于显示设备1倾斜的情况对此进行了图解说明，伪弯曲部分与图像的平直部分连续。于是，赋予反射起偏器5的要求形状是用线性铰链接合的两个平面。
但是，期望的图像平面可以不是连续的。图18b中图解说明了一个例子，其中尽管图像的所有部分都是平直的，并且平行于显示面板，不过它们并不都是共面的，即，在观察者感知的图像的深度方面存在不连续的跳跃。图像看起来好像在显示设备1后面是“在深度上交错的”。在这个特殊的例子中，图像的中心看起来好像比图像的剩余部分更接近观看者。为了实现这样的伪弯曲外观，必须使反射膜3和5的至少一个由不止一块组成，并把所述不止一块放置在不同的平面中，如图18b中所示。此外，当与前面说明的驱动方法结合时，可以使所述多块反射膜彼此相对移动，从而使它们的形状被改变。
图18c表示了伪弯曲显示器的另一个特殊例子，其中半透反射体3和5具有完全相同的形状，并且处处相互平行。如前所述，如果在整个显示区内，这两个反射膜极其接近，那么对观看者来说，在所有视角图像看起来都是平面的。不过，当膜之间的间隔较大时，对同轴观看者来说，图像看起来是平面的，不过当观察者移动到离轴位置时，图像采取伪弯曲外观。
当然，第一实施例的范围并不局限于在图16a-18c中图解说明的特定设计。当与上面说明的切换机构结合时，这些特殊的膜结构任意之一可以变成平直的，相对于显示设备1倾斜的，弯曲的，或者具有其它可能的伪弯曲设计。
图16a、17a和17c还表示了其中半透反射体3和5都是非平面的，并就在半透反射体之间的中间平面来说互为镜像。
胜于试图通过修改单一半透反射体的形状，获得特殊的伪随机外观，可取的是结合两个半透反射体3和5的形状来获得期望的相同伪弯曲外观。例如，可以使反射起偏器5沿水平方向连续弯曲，而使半透反射镜3沿垂直方向连续弯曲，两者都具有有限的曲率半径；这种形状结合会导致穹顶形外观。
使反射层3和5的至少一个具有使其形状理想地从平面变成非平面，和从非平面变成平面，以及从非平面变成非平面的能力的另一个优点在于由于可以实现形状的多种组合，因此能够使显示器看起来好像呈各种不同形状地伪弯曲，并且另外可能在显示设备1下面或者前面。
本发明的第一实施例涉及一种具有在平面图像模式和非平面图像模式之间来回切换，或者在不同的非平面图像模式之间切换的能力的伪弯曲显示器。这是通过沿三维方向至少之一，驱动半透反射层3和5的至少一个实现的。对本领域的技术人员来说，显然这些可变形状半透反射体至少之一的受控驱动可向显示器提供不仅显示仅仅看起来好像平面的图像，或者仅仅看起来好像非平面的图像，而且显示其外观可随时间改变的图像的能力。
例如，如图19中图解所示，反射层3和5的至少一个可被驱动，以使它从时刻t0，在位置1的伪弯曲形状1移动到在时刻tn，在位置2的伪弯曲形状2，位置1和2不同，并且描述不同的伪弯曲形状。随着时间的这种变化从而提供在中间时间的中间位置和伪弯曲图像，所述伪弯曲图像之一对观看者来说可看起来好像是平面的。
在第一实施例的一个特殊例子中，可随时间较快地改变赋予反射起偏器5的形状，以获得图19中所示的受控振荡。反射起偏器5被表示成是这样弯曲的，使得在时刻t0，与在显示器的边缘相比，在显示器的中心，反射起偏器5更靠近显示设备1，在时刻tn，与在显示器的边缘相比，在显示器的中心，反射起偏器5更远离显示设备1。
例如，对通过随时间改变显示图像的伪弯曲外观，增强广告显示器的美学外观，和娱乐显示器的吸引力来说，按照这种方式工作的显示器是有意义的。例如，显示器的伪弯曲外观的运动是引人入胜的效果。
如图10-19中图解所示，当显示器按照伪弯曲模式工作时，只有半透反射体3和5的至少一个具有伪弯曲形状。系统的其它元件，例如四分之一波长板10和11总是被描述成平面的。不过，要认识到不同于半透反射体3和5的光学元件也可被改变成伪弯曲形状，尤其是当它们胶合到至少一个半透反射体，或者与至少一个半透反射体折射率匹配时。尽管原则上这种配置不会影响设备的工作原理，不过在实践中，由于元件偏离其理想行为，或者由于波长相关性或视角相关性，因此，就总体性能来说，一种结构可能优于另一种结构。
不过，赋予反射层3和5的一些特殊配置会导致成像问题。例如，如果按稍微不正确的方式加工成形反射膜至少之一，和/或如果反射膜未被正确地布置在相对于彼此所要求的位置，那么会出现一些成像问题，比如显示图像的放大、缩小或失真。为了纠正这种潜在的成像问题，仔细选择的透镜系统20可被布置在光学系统内，如图20中图解所示，可以至少部分校正图像放大或缩小和/或失真。
选择的透镜系统20可被布置在光学系统内的任意地方，并被设计成优化校正受益。例如，透镜系统20可被布置在上面的反射起偏器5和输出线起偏器12之间，可包括单透镜，菲涅尔透镜或微透镜阵列。
作为特殊的例子，反射起偏器5可以是弯曲的，以使与在显示器的边缘相比，在显示器的中心，反射起偏器5更远离显示设备，如图20中所示，而半透反射镜3是平面的。在这种情况下，并且当在光学系统中没有任何额外透镜系统20时，观看者8感知的显示器13b的图像通常会被放大。当在反射起偏器5和线起偏器12之间增加恰当选择的透镜系统20时，相对于图10中所示的显示器，在光通过反射起偏器5之前的显示器的工作没有变化。不过，从反射起偏器5射出的放大光通过透镜系统20，透镜系统20通过调整光路，矫正图像放大。借助透镜系统20，离开系统的光沿着校正后的“双重反射”光路6而行，观看者8感知的显示器13a的图像具有预期的伪弯曲外观。
图21a和21b中图解说明了本发明的第二实施例。本实施例中的未在前一实施例中描述的唯一元件是胆甾型反射体21。胆甾型反射体21是具有天然螺旋结构的液晶层，所述天然螺旋结构使胆甾型反射体21反射一种圆偏振状态，同时透射另一种圆偏振状态。这种半透反射体是公知的，并公开在关于液晶技术的权威书籍中，例如，Ernst Lueder的“Liquid Crystal Displays：Addressing Schemes and Electro-opticEffects”(Wiley-SID Series in Display Technology，2001)。在这个实施例中，这样的半透反射体是固定和不可切换的。借助液晶分子本身的聚合，或者借助附随单体的聚合，液晶层已被固定就位。
在图21a和21b中所示的显示器中，第一半透反射体包含半透反射镜3，而第二半透反射体包含固定的胆甾型反射体21。选择该胆甾层21，以使它反射例如左旋圆偏振光，透射右旋圆偏振光。显示设备1被放置在线起偏器9之下，透射轴15平行于附图的平面，四分之一波长板10被取向成其快轴16与透射轴15成45°。
从显示设备1射出的光通过输入线起偏器9，并被线偏振化，其电场矢量平行于附图平面取向。光随后被四分之一波长板10变成左旋圆偏振光，入射到半透反射镜3。一部分的光被半透反射镜3透射，而另一部分的光被反射回显示设备1。当在半透反射镜3反射时，反射光经历180°的相变，从而被改变成右旋圆偏振光，所述右旋圆偏振光被四分之一波长板10转换成其电场矢量垂直于附图平面的线偏振光，并被线起偏器9吸收。由半透反射镜3透射的左旋圆偏振光被固定的胆甾型反射体21反射，从而回到半透反射镜3。再一次地，该光的一部分被半透反射镜3透射，被四分之一波长板10转换成其电场矢量在附图平面中的线偏振光，并通过线起偏器9回到显示设备1。被半透反射镜3反射的那部分光经历偏振状态的180°相应。于是，这部分剩余的光被右旋圆偏振，能够沿观看区的方向通过固定的胆甾型反射体21。
由于半透反射镜3被连续弯曲，以使与在显示器的边缘相比，在显示器的中心，半透反射镜3更接近胆甾型反射体21，因此朝着该方向，“双重反射”光路6更长，在显示设备1下面观察到具有凸出外观的图像。
如前所述，可向显示器的光学元件赋予不同的顺序和其它取向，而不改变设备的基本性质，和显示器的工作方式。不过，即使原则上这些变化不改变显示器的工作原理，在实践中，在任何具体例子中，组件偏离理想行为可能导致就显示性能论“最佳”的元件顺序。
输出圆偏振光的显示器可能存在对比度降低的缺点。为了校正这种限制，可在胆甾型反射体21上面增加第二四分之一波长板11和输出线起偏器12，以把圆偏振光变换成线偏振光。图22a和22b中表示了这种备选实现的一个例子。第二四分之一波长板11被取向成其快轴17垂直于第一四分之一波长板10的快轴16，输出线起偏器12使其透射轴19垂直于附图的平面。尽管在光学系统中增加这两个组件11和12原则上可提高显示器的性能，不过在任何应用例子中，一种结构可能优于另一种结构。
图21a和22a表示了一种伪弯曲外观显示器，其中半透反射镜3被弯曲，从而与在显示器的边缘相比，在显示器的中心，半透反射镜3更接近胆甾型反射体21。通过改变胆甾型反射体21的形状，而不是改变半透反射镜3的形状，也可获得相同的伪弯曲外观效果。
和本发明的所有实施例的情况一样，按照应用和为了产生期望的伪弯曲外观，必须按照伪弯曲方式改变至少一个反射层的形状。要认识到，尽管多数附图描述了成凸出或凹陷形状连续弯曲的伪弯曲半透反射体，以便于显示系统的理解，不过至少一个半透反射体可沿三维方向至少之一，被改变成任意伪弯曲形状。另外，要明白所述至少一个半透反射体中的任意一个也具有被驱动，从而把图像外观从平面改变成非平面，或者在不同的非平面模式之间变化的能力。
半透反射体的使用会在系统内导致较大的亮度损失。理论上，如果与线起偏器9结合的显示设备1的亮度为100％，那么由于显示设备的工作方式的缘故，在第一实施例中描述的显示器的亮度最多仅仅为25％。
图23a和23b中表示了本发明的第三实施例，第三实施例包括可以明显提高光的利用效率，从而显著增大伪弯曲外观显示器的总亮度的设备。
第三实施例中说明的显示器与前面说明的显示器的不同之处在于在显示设备1前面的光学装置包括两个反射起偏器22和5，固定的法拉第旋光器23被布置在它们之间。输入线起偏器9被布置在反射起偏器22之下，输出线起偏器12被布置在反射起偏器5之上。例如，线起偏器9和反射起偏器22的透射轴15和24相互平行，并取向于附图的平面中，而反射起偏器5和线起偏器12的透射轴18和19相互平行，并相对于透射轴15和24成-45°取向。当光沿两个方向任意之一通过法拉第旋光器23时，法拉第旋光器23把线偏振光的偏振旋转+45°。
线起偏器9和12都不是系统实现的良好工作所必需的，它们的存在不会改变系统的基本性质。例如，显示器的另一种实现可以省略起偏器9和/或12，但是仍然实现相同的功能。原则上，这些变化不改变显示器的性能，和显示器的工作方式，不过在实践中，一种配置可能优于另一种配置。
法拉第旋光器23包括多层材料，所述多层材料把通过其的光的偏振状态旋转与施加于所述多层材料的磁场成正比的角度。这种设备的工作原理是公知的，在权威的参考书，比如E.Hecht和A.Zajac的Optics(第四版，Addison Wesley，2003)中说明了这种设备的工作原理。
法拉第旋光器23和旋转光的偏振状态的其它元件之间的重要区别在于法拉第旋光器是非交互的(单向的)。换句话说，如果一束光通过法拉第旋光器射到反射镜上，随后通过法拉第旋光器返回，那么其偏振被旋转总共2θ，其中θ是通过一次法拉第旋光器造成的旋转角度。这与诸如手性液晶之类的光学活性材料形成对比，在所述光学活性材料中，两次通过该材料和一次反射之后的最终结果会是偏振状态没有变化。
如图23a和23b中图解所示，从显示设备1射出的光通过输入线起偏器9，并被线偏振化，其电场矢量在附图的平面中。线起偏器9和下面的反射起偏器22的透射轴15和24也被取向成与附图的平面平行，以使光到达固定的法拉第旋光器23。偏振面从而被法拉第旋光器23旋转+45°，使光从上面的反射起偏器5反射。当其第二次通过法拉第旋光器23时，反射光的偏振面被进一步旋转45°，因而在其电场向量垂直于附图平面的情况下射出，以使光随后被下面的反射起偏器22反射，从而再次通过法拉第旋光器23，法拉第旋光器23再把偏振面旋转+45°，以使余光的电场矢量成-45°取向。光最后透过上面的反射起偏器5和输出线起偏器12。
于是，到达观看者8的光沿“双重反射”光路6而行。由于反射起偏器22和5都是连续弯曲的，以使与在显示器的边缘相比，在显示器的中心，它们相互更接近，因此朝着显示器的边缘，“双重反射”光路6也更长，从而观看者8看到具有凸出外观的显示器。
这种配置的一个优点在于在2D模式和伪弯曲模式下，它可提供全亮度的图像。在实践中，当光通过各个光学元件，或者被各个光学元件反射时，会发生一些损失。不过，不会像第一和第二实施例那样，由于光学元件的预定操作而发生任何衰减。
图24中图解说明了本发明的第四实施例。起源于伪弯曲显示器的“双重反射”光路6的缺点在于半透反射体的使用会在系统内产生较大的亮度损失。理论上，如果与线起偏器9结合的显示设备1的亮度为100％，那么由于显示设备的基本工作方式的缘故，在第一实施例中描述的显示器的亮度最多仅仅为25％。
第四实施例图解说明对显示设备的一种改进，所述改进显著提高光的利用效率，从而显著增大伪弯曲显示器的总亮度。在这个实施例中，和具有准直光输出1的显示设备及高反射图案化反射镜26一起使用透镜阵列25。图案化反射镜26被设计成以使它主要是反射性的，同时具有较小的透明区域。图案化反射镜26被设计成大体在透镜阵列25的焦平面中。
如图24中图解所示，来自显示设备1的相对准直光大体垂直于像面射出，在通过线起偏器9之后入射到透镜阵列25。透镜阵列中的透镜用于使光聚焦通过图案化反射镜26的透明区域。从而，这种系统使光高度透射通过图案化反射镜26。从反射起偏器5反射的光入射到图案化反射镜26。由于图案化反射镜26主要是反射性的，因此能够获得高反射率。
系统的其他部分按照与前述实施例相似的方式工作。由于系统内的“双重反射”光路6，和赋予反射层5和26的至少一个的伪弯曲形状，产生具有伪弯曲外观的图像。
在LCD被用作显示设备1的情况下，离开显示器的光已被线偏振化，从而能够从系统中省略起偏器9。假定来自显示设备1的准直光以90％的效率透过图案化反射镜26，和以90％的效率从图案化反射镜26反射，那么伪弯曲图像的理论亮度会从25％增大到80％。
透镜阵列25的透镜可以是球形会聚透镜或者圆柱形会聚透镜。不过，选择透镜的光学参数，以使来自显示设备1的入射准直光聚焦通过图案化反射镜26中的小孔。例如，透镜阵列25可包括一列柱面透镜(cylindrical lens)或切割球面透镜(square lens)，不过重要的是把透镜系统25设计成使光聚焦通过图案化反射镜26的孔径。
可按照前面说明的任意方式操作显示器。至少一个反射层可在任意方向上是非平面的，以便产生与应用相符的期望的伪弯曲外观。同样，至少一个半透反射体能够按照这样的方式被驱动，从而能够在标准的平面图像和不同的伪弯曲外观图像之间切换。另外，光学元件的某些重排序和重取向也是可能的，而不改变显示器的基本性质和显示器的工作方式。不过，即使原则上这些变化不改变显示器的性能，在实践中，组件背离理想行为可能在任何具体例子中导致元件的“最佳”顺序。
图25a和25b图解说明本发明的第五实施例，其中显示器是和第一实施例中说明的显示器相同的普通类型的显示器，不过图10a和10b中的四分之一波长板10和11的功能，以及半透反射镜3的功能被集成到单一的集成盒31中。
图案化反射镜26被设计成它部分使光透过较小的透明区，和部分反射入射到高反射区的光。优化图案化反射镜26的设计，以避免条纹问题，并使得能够在其上实现液晶层的对准。
如图25a和25b中所示，图案化反射镜26被布置在第一基板27和第二基板28之间，第一基板27和第二基板28可以是玻璃或塑料基板。随后布置图案化的四分之一波长延迟器30，使延迟部分在图案化反射镜26的所有高反射区之上，而各块透明的非延迟材料29被布置在图案化反射镜26的所有透明区域上。例如，图案化的四分之一波长延迟器30可以是固定的液晶层，盒内的每块透明材料29可以是聚合物墙，其高度使得液晶区域的厚度对应于四分之一波长板。
从显示设备1射出的光通过输入线起偏器9，并被偏振化，其电场矢量在附图的平面之中。一部分的光入射到图案化反射镜26的反射区，被反射回显示设备1，而另一部分光透过图案化反射镜26的透明区，并透过透明材料块29。透过的光随后被反射起偏器5反射回集成盒31。一部分的反射光直接通过盒31的透明区，在系统内损失掉。另一部分反射光首先通过图案化的四分之一波长延迟器30，该图案化的四分之一波长延迟器30把光从线偏振转换成左旋圆偏振。这部分光随后被图案化反射镜26反射，该图案化反射镜26对这部分光的偏振状态给予180°的相变，从而将其转换成右旋圆偏振光。所述光传输回图案化的四分之一波长延迟器30，从而离开集成盒31，其偏振状态垂直于附图平面取向。该光随后被反射起偏器5和输出线起偏器12透射，从而到达观看者8。
和前面的实施例一样，“双重反射”光路6和赋予反射起偏器5的形状的结合支配观看者8观察到的图像外观。
如图25a中所示，半透反射体5可被这样弯曲，以使与在显示器的边缘相比，半透反射体5在显示器的中央更接近显示设备1。这种配置产生看起来好像相对于观看者8连续凸出的显示器的图像。不过，当未对半透反射体5应用任何伪弯曲形状时，如图25b中图解所示，在其标准2D模式下，显示器的图像看起来是平面的。
利用这种集成的液晶盒31的优点在于减少系统内的光学组件的数目，于是可影响制造成本。它还减少光必须通过延迟器的次数，从而有助于减少由偏振误差引起的潜在成像问题。
可用各种方式产生固定的图案化光学延迟器，比如图25a和25b中所示的延迟器30。第一种方法使用例如在US6624683(2003年9月23日，JACOBS Adrian Marc Simon；ACOSTA Elizabeth Jane；HARROLD Jonathan；TOWLER Michael John；WALTON HarryGarth)和WO/2003/062872(2003年7月31日，RYAN TimothyGeorge；HARVEY Thomas Grierson)中公开的液晶元件。例如，液晶材料可包含可聚合的液晶材料，比如Merck生产的活性液晶基元(reactive mesogen)。这样的材料可在制造过程中被聚合，以便降低液晶盒对湿度、湿度和机械损伤的敏感性。
产生固定的图案化延迟器的另一种方法利用类型与延迟膜10和11相同的初始均匀的延迟层，即，厚度适当的双折射材料膜。在不要求提供任何延迟功能的区域中，可以破坏延迟器功能，或者可以简单地按照期望的图案，物理地除去不要求具有延迟器功能的那些区域。破坏或除去延迟器材料的方法的例子包括暴露在紫外线辐射之下，化学蚀刻，光刻显影，激光加工和标准切割。
图26a和26b中图解说明本发明的第六实施例。第六实施例涉及伪弯曲显示器的另一种应用，所述伪弯曲显示器对观看者8产生沉浸感觉。例如，当观看者8站得离大面积伪弯曲显示器32足够近，以使显示的图像基本上覆盖观看者的视角33，并且当伪弯曲外观显示器被设计成产生看起来好像弯曲到显示器的平面14中的感知图像13时，观看者8观看液晶显示器32会感受到强烈的沉浸感。
在前面说明的所有实施例中，会出现一些成像问题，这些成像问题会干扰显示器产生的伪弯曲图像的外观。例如，观看者8可一边前后移动，一边正确地感知显示的图像。不过，观看者从一侧移动到另一侧可能导致成像问题，以使弯曲外观效果受损。预定沿着“双重反射”光路6而行的一些光会经直接光路直接从光学系统泄漏出，混淆显示图像的伪弯曲外观。这种泄漏导致称为串扰的成像问题，串扰应被减小，以便观看者8基本上感觉不到。可能发生这种串扰的主要原因在于系统中使用的偏振处理光学元件通常并不完美，尤其对于不是离轴的。例如，线起偏器和反射起偏器通常透射一些“错误的偏振”，延迟器具有取决于取向、波长和处理条件的行为，液晶元件通常并不仅仅透射具有正确的偏振状态的光。
降低这种串扰和提高伪弯曲显示器性能的第一种可能的硬件解决方案是增加一个或多个补偿膜。例如，在延迟板10和11之上和/或之下布置视角补偿膜可提高伪弯曲显示器的视角性质。
校正这种串扰的另一种可能方法是处理给显示器的原始图像数据。例如，如果从直接光路漏出的光的百分率较小，并且就每种基色分量来说是已知的，那么可对图像数据值应用校正函数，以使在并不想要看见的平面中形成的图像变得微弱，近乎不能被观看者8感觉到。按照所需要的校正水平，这种校正函数可以是线性校正或者非线性校正。例如，图像处理器可被用于重新映射图像像素的颜色通道。不过，这种串扰校正方法的不利方面在于显示器的图像质量，尤其是对比度会降低。
如前所述，诸如反射起偏器5之类的偏振处理光学元件并不完美，会表现出较差的离轴光学性能。当伪弯曲时，即使同轴输入光36也会成一定角度地入射到反射起偏器5，于是促成串扰，如图27a中所示。如图27b中图解所示，通过利用位于反射起偏器5两侧的设计的棱镜膜34和35，可降低起因于这种来源的串扰，所述棱镜膜改变光通过弯曲的反射起偏器5的方向。这些棱镜膜可被设计成具有不同或者变化的顶角，可在其棱镜侧面之一上被金属化，以便改进光循环和均匀性。第一棱镜膜34被用于重定向同轴输入光36，以便同轴输入光36在反射起偏器5被伪弯曲的区域中，垂直地入射或者接近垂直地入射到反射起偏器5，第二棱镜膜35重定向光，从而以和入射光36基本相同的方向，即同轴地离开系统。通过增加这两个优化的棱镜膜34和35，反射起偏器5好像完全平直地，或者至少更平直地作用于同轴光，以减小同轴成像问题。系统的其它部分按照如前所述的方式工作。由于系统内的“双重反射”光路6，和赋予至少一个反射层的伪弯曲形状，产生具有伪弯曲外观的图像。
由于伪弯曲外观显示技术而产生的成像问题的另一个例子与半透反射体的伪弯曲形状有关。如前面在第一实施例中所述，赋予反射层3和5的一些配置会导致显示图像的放大或缩小问题。利用光学系统的硬件修改，比如图20中所示的增加透镜系统，可以校正这种成像问题。不过，更简单的方法可以基于软件实现。
也可用多种方式应用由软件控制的图像处理器中的对图像弯曲或失真的校正。下面给出两个例子。
在第一个例子中，对失真的认识被用于获得一个函数，用输出图像表面上的“x”和“y”坐标，理想地参数化描述图像弯曲。为了避免校正图像中的“小孔”，即，未从失真的原始图像映射的像素，对每个输出像素应用这种处理。描述失真的函数被用于提供在源图像上的位置，以对每个输出像素采样。这涉及对在指示的源像素附近的许多像素采样，以便保持图像质量。随后正常显示输出图像。
在第二个例子中，对失真，或者导致失真的表面的认识被用于创建代表所述失真的3D对象。计算机图形硬件中的纹理映射可被用于使输入图像变形到所述表面上，从而当被正确地投影到显示器上时，图像看起来没有任何失真。通过好像从观察显示器的某人的视点，把源图像投影到代表所述失真的表面上，可产生所述变形。
从而，通过重新映射图像像素，可至少部分校正由第一和第二半透反射体3，5中的非平面半透反射体或者每个非平面半透反射体引起的图像失真。
由于显示器的基本工作方式的结果，在下面的多数实施例中描述的伪弯曲显示器亮度有限。理论上，如果与输入线起偏器9结合的显示设备1的亮度为100％，那么由于半透反射体的缘故，在第一实施例中描述的显示器的亮度最多仅仅为25％。利用软件修改原始图像可用于帮助补偿这种亮度问题。
帮助校正这种亮度问题的一种可能方法是处理提供给显示器的原始图像数据。可对图像或图像序列的至少一部分的图像数据值应用与期望的校正水平相应的线性或非线性校正函数。例如，调整原始图像中的γ值的图像处理技术可被用于增大伪弯曲显示器的表观亮度。γ值描述图像中的灰度级数据和施加于显示器的实际电压之间的对应性，从而描述最终显示的亮度。从而，例如通过增大γ值，中间灰度值的显示亮度可被增大，而全黑和/或全白灰度级的显示亮度保持不变。从而，图像处理器可被用于处理图像像素的灰度级。总体效果导致图像的表观亮度的增大。不过，这种表观亮度增大的一个可能缺陷在于较大的校正会导致显示器的原始图像质量的恶化。
帮助补偿这种亮度问题的另一种解决方案可用硬件来实现。由于潜在的成像问题，比如前面说明的成像问题，与标准显示器相比，弯曲外观显示器的水平和/或垂直视角减小。于是，亮度增大方法利用这些视角限制。例如，通过利用准直或半准直照明系统，或者通过在显示设备1的照明系统中引入单一的增亮膜(BEF)或者交叉的BEF，可以实现亮度增大。这样的BEF可从3M，Kodak，General Electric和其它亚洲公司获得。这将把大部分的离轴光重定向到同轴方向，从而降低不必要的水平和/或垂直观察窗中的亮度，于是使整个显示器在同轴观看时显得更明亮，不过在离轴观看时显得更暗淡。显示器的其它部分可按照上面说明的任意方式工作，至少一个反射层能够使其形状被改变，以便产生与应用相符的期望的伪弯曲外观。
就本发明的所有实施例来说，按照应用和为了把现有的平板显示器改变成伪弯曲显示器，构成伪弯曲显示器的光学系统的光学组件可作为显示设备1的壳体的一部分，被直接固定到显示设备1上，或者可被布置在独立的单元中，所述独立单元充当显示器的可拆卸附件。可拆卸的附件结构带来许多优点，比如使用的灵活性，对不同显示器的适应性，和使原始的显示设备1保持不变。不过在实践中，按照应用，一种配置可能优于另一种配置。
有利的是，伪弯曲显示器可以与触摸面板结合，以便提供附加的互动功能。这可使用安装在显示系统的正面的任意类型的触摸面板，例如电阻式或电容式触摸面板。另一方面，最好使用投射电容式触摸面板。由于这种触摸面板检测手指的接近，并且不需要直接接触，如果需要的话，那么它可被安装在弯曲外观系统中使用的一些光学膜之下，或者它可以仅仅利用已存在于系统中的光学膜中的至少一个光学膜，例如线栅起偏器或图案化反射镜的性质。
作为特殊的例子，图28a和28b表示其形状可切换的半透反射体的具体结构。这样的结构可用作反射体3(当可切换时)，或者可用作反射体5，如图所示。反射体5由自动化的气动泵(未示出)机械驱动。为了清楚起见，只表示了反射起偏器5；实现伪弯曲效果所必需的所有其它光学组件被假定成内置在显示设备40内。
用顶部的夹紧框41和底部的夹紧框42，沿反射起偏器5的纵向方向保持反射起偏器5。专门设计这些夹紧框41和42，以便当被驱动时，夹紧反射体5。另外，通过在左侧和右侧利用专门设计的中部夹具43，在两侧把反射起偏器5固定到显示设备40上。气动驱动器44位于显示设备40的每个角落，并与顶部的夹紧框41或底部的夹紧框42连接。每个气动驱动器44可由至少一个外部驱动电子系统单独或一起控制，所述外部驱动电子系统定义气动驱动器44相对于显示设备40的法轴的位置。
如图28a中图解所示，当气动驱动器在位置0时，顶部的夹紧框41和底部的夹紧框42在与中部夹紧框43的正面相同的平面中。反射起偏器5平放在显示设备40前面，并且平行于显示设备40。在其标准2D模式下，显示的图像看起来是平面的。
切换到不同的形状是以气动驱动器44的位置为基础的。如图28b中所示，当所有四个气动驱动器在位置1时，顶部和底部的夹紧框41和42被推离显示设备44。于是，反射起偏器5的上缘和下缘物理移离显示设备40，停止在非常接近显示器45的正面之处。而由于中部夹具43的缘故，反射体5的中央部分保持接近于显示设备40。反射起偏器5描述弯曲形状，观察到伪弯曲图像。
可不同地但是仍然基于相似的原理，借助机械驱动，直接修改反射层3和5的至少一个的曲率。取决于期望的曲率，夹紧部件的位置和驱动机构的性质，不同形状之间的切换与反射层3和5的至少一个的至少一部分的位置的受控变化有关。
上面说明了本发明，显然可按照多种方式改变同一方法。这样的变化不应被视为偏离本发明的精神和范围，所有这种对本领域的技术人员来说明显而易见的修改包括在下述权利要求的范围之内。
Claims (47)
1.一种光学系统，用于改变图像在其中被感知的表面的形状，所述光学系统包括隔开的第一和第二半透反射体，所述第一和第二半透反射体中的至少一个可有选择地在非平面的第一形状，和不同于该第一形状的至少一个第二形状之间切换，所述光学系统为入射在所述第一半透反射体上的光提供光路，
所述光路包括通过所述第一半透反射体到所述第二半透反射体的至少部分透射，从所述第二半透反射体回到所述第一半透反射体的至少部分反射，从所述第一半透反射体到所述第二半透反射体的至少部分反射，和通过所述第二半透反射体的至少部分透射。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光学系统被配置成基本上防止在被所述第一和第二半透反射体反射期间未被反射的光从所述第二半透反射体射出，其中首次入射到所述第二半透反射体的光不离开所述光学系统。
3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中所述第二形状是平面。
4.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中所述第二形状是非平面。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一和第二半透反射体中的一个半透反射体可有选择地在非平面的第一形状和不同于该第一形状的至少一个第二形状之间切换，所述第一和第二半透反射体中的另一个半透反射体具有固定的形状。
6.根据权利要求5所述的光学系统，其中所述固定形状是平面。
7.根据权利要求5所述的光学系统，其中所述固定形状是非平面。
8.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一和第二半透反射体中的一个半透反射体可有选择地在非平面的第一形状和不同于该第一形状的至少一个第二形状之间切换，所述第一和第二半透反射体中的另一个半透反射体可有选择地在非平面的第三形状和不同于所述第三形状的第四形状之间切换。
9.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述第四形状是平面。
10.根据权利要求8所述的光学系统，其中第四形状是非平面。
11.根据权利要求8或10所述的光学系统，其中所述第三形状是所述第一形状的镜像。
12.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述第四形状是所述第二形状的镜像。
13.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述第一和／或第三形状沿至少一个方向连续弯曲，以产生凹陷或凸出的图像。
14.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述第一和／或第三形状包含多个平直的片段，其中相邻的片段沿着边缘相互邻接，并且对着大于0°、小于180°的角。
15.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述第一和／或第三形状具有蛇形截面。
16.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述第一和／或第三形状是平面的形状，但沿至少一个方向倾斜。
17.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述第一和／或第三形状具有平面区域和非平面区域。
18.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述第一和／或第三形状包含非共面的多个平面区域和／或非平面区域。
19.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述第一和第三形状至少是相似的形状，并且处处相互平行。
20.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光学系统被配置成改变光在沿着所述光路通过期间的偏振。
21.根据权利要求20所述的光学系统，其中所述光学系统被配置成改变沿着在入射到所述第二半透反射体和从所述第一半透反射体反射之间的所述光路通过期间的光的偏振。
22.根据权利要求1所述的光学系统，包括用于至少部分校正图像失真的透镜装置。
23.根据权利要求1所述的光学系统，包括至少一个四分之一波长板。
24.根据权利要求23所述的光学系统，其中所述四分之一波长板或者第二个所述四分之一波长板被布置在所述第一和第二半透反射体之间。
25.根据权利要求23或24所述的光学系统，其中所述四分之一波长板或者第一个所述四分之一波长板被布置在所述第一半透反射体的与所述第二半透反射体相反的一侧。
26.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一半透反射体包含第一半透反射镜。
27.根据权利要求26所述的光学系统，其中所述第一半透反射镜包含与一组会聚透镜相关的图案化反射镜。
28.根据权利要求26或27所述的光学系统，包括至少一个四分之一波长板，其中所述四分之一波长板或者第二个所述四分之一波长板被布置在所述第一和第二半透反射体之间，所述四分之一波长板或者第二个所述四分之一波长板和图案化反射镜形成集成盒。
29.根据权利要求28所述的光学系统，其中所述四分之一波长板或者第二个所述四分之一波长板被图案化，并且具有布置在所述图案化反射镜的反射区的延迟部分，和布置在所述图案化反射镜的透明区的非延迟部分。
30.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第一半透反射体包含第一反射起偏器。
31.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第二半透反射体包含第二反射起偏器。
32.根据权利要求31所述的光学系统，其中所述第二反射起偏器包含胆甾型反射体。
33.根据权利要求31或32所述的光学系统，其中所述第二反射起偏器是非平面的，所述光学系统包含第一棱镜膜，该第一棱镜膜被配置成将来自所述第一半透反射体的光重新定向成大体垂直地入射到所述第二反射起偏器。
34.根据权利要求33所述的光学系统，包含第二棱镜膜，该第二棱镜膜被配置成将来自所述第二反射起偏器的光重新定向为入射到所述第一棱镜膜的光的方向。
35.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第二半透反射体包含第二半透反射镜。
36.根据权利要求1所述的光学系统，包含法拉第旋光器。
37.根据权利要求36所述的光学系统，其中所述法拉第旋光器被配置成提供45°的偏振旋转。
38.根据权利要求1所述的光学系统，包含输入线起偏器。
39.根据权利要求1所述的光学系统，包含输出线起偏器。
40.一种显示器，包括：显示装置，在该显示装置的图像显示面用图像或图像序列对光进行调制；和根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其中所述第一半透反射体被布置在所述显示设备和所述第二半透反射体之间。
41.根据权利要求40所述的显示器，其中所述显示装置包含液晶装置、投影显示装置、有机发光二极管装置、等离子体发光装置和阴极射线管之一。
42.根据权利要求40或41所述的显示器，包括仪表显示器、广告显示器、沉浸式显示器、娱乐显示器和电视显示器中的至少一个。
43.根据权利要求40所述的显示器，包括图像处理器，该图像处理器重新映射图像像素，以用所述第一和第二半透反射体中的所述非平面反射体或者每个非平面反射体来至少部分校正图像失真。
44.根据权利要求40所述的显示器，包括图像处理器，该图像处理器重新映射图像像素的颜色通道，以至少部分校正沿着非预定光路离开所述光学系统的光。
45.根据权利要求40所述的显示器，包括图像处理器，该图像处理器用于处理图像像素的灰度级，以至少部分增大至少部分图像的表观亮度。
46.根据权利要求40所述的显示器，其中所述光学系统包含附装在所述显示装置上的可拆卸附件。
47.根据权利要求40所述的显示器，包括触摸面板。
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