CN107203043A

CN107203043A - 透视型显示装置

Info

Publication number: CN107203043A
Application number: CN201710145272.4A
Authority: CN
Inventors: 李泓锡; 成基荣; 金允泰
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2017-09-26
Anticipated expiration: 2037-03-13
Also published as: US10409064B2; KR20170107750A; KR102530558B1; EP3220187B1; US20170269366A1; CN107203043B; EP3220187A1

Abstract

本公开提供了透视型显示装置。一种透视型显示装置可以包括：多路光学构件，沿多个路径传送多个图像到使用者的视觉器官；和各向异性光学构件，布置在多路光学构件和使用者的视觉器官之间。各向异性光学构件可以表现出基于入射光的偏振方向而变化的特性。例如，各向异性光学构件可以对于沿第一路径传播的光用作透镜并对于沿第二路径传播的光以与所述透镜不同的方式起作用。各向异性光学构件可以对于沿第二路径传播的光用作平坦的板。

Description

透视型显示装置

技术领域

示范性实施方式涉及一种显示装置，更具体地，涉及一种透视型(see-throughtype)显示装置。

背景技术

近来，随着能够实现虚拟现实(VR)的电子装置和显示装置的发展，对这样的装置的兴趣增加。作为VR的下一步，已经研究了用于实现增强现实(AR)和混合现实(MR)的技术或方法。

与完全基于虚拟世界的VR不同，AR是显示现实世界并在其上与虚拟物体或信息交叠(结合)的显示技术，从而进一步提高现实的效果。虽然VR通常被限于诸如游戏或虚拟体验的领域，但是AR的优点在于其可应用于各种现实环境。具体地，AR作为适于普遍存在的环境或物联网(IoT)环境的下一代显示技术而受到关注。AR可以是MR的示例，因为MR显示现实世界和额外信息(虚拟世界)的混合。

发明内容

提供了透视型显示装置，其可以应用于增强现实(AR)或混合现实(MR)的实现。

提供了具有优异性能的透视型显示装置。

提供了有利于确保宽的视角的透视型显示装置。

提供了具有相对简单的结构的透视型显示装置，其中主要元件是以无源方法可操作的。

提供了包括该透视型显示装置的电子设备。

额外的方面将在以下的描述中被部分地阐述，并将部分地从该描述而变得明显，或者可以通过实践给出的示范性实施方式而掌握。

根据示范性实施方式的一方面，一种透视型显示装置包括：多路光学构件，配置为通过使用沿第一路径传播的光而传送第一图像并通过使用沿第二路径传播的光而传送第二图像到使用者的视觉器官；以及各向异性光学构件，布置在多路光学构件和使用者的视觉器官之间并包括基于入射光的偏振方向而改变的至少一个特性，其中各向异性光学构件配置为对于沿第一路径传播的光用作透镜并配置为对于沿第二路径传播的光以与所述透镜不同的方式起作用。

各向异性光学构件可以对于沿第二路径传播的光用作平坦的板(flat plate)。

沿第一路径传播的光可以在第一方向上偏振并入射在各向异性光学构件上，并且沿第二路径传播的光可以在垂直于第一方向的第二方向上偏振并入射在各向异性光学构件上。

多路光学构件可以包括分束器或透反式膜。用于沿第一路径传播的光的第一偏振器可以提供在多路光学构件的第一入射面的一侧。用于沿第二路径传播的光的第二偏振器可以提供在多路光学构件的第二入射面的一侧。沿第一路径的光可以通过第一偏振器而在第一方向上偏振，沿第二路径的光可以通过第二偏振器而在垂直于第一方向的第二方向上偏振。

多路光学构件可以包括偏振分束器(PBS)。

当多路光学构件包括偏振分束器(PBS)时，该透视型显示装置还可以包括第一偏振器和第二偏振器中的至少一个，该第一偏振器提供在多路光学构件的第一入射面的一侧用于沿第一路径传播的光，该第二偏振器提供在多路光学构件的第二入射面的一侧用于沿第二路径传播的光。

第一图像可以是该透视型显示装置形成并提供的图像，该第二图像可以是使用者透过该透视型显示装置面对的外部图像。

该透视型显示装置还可以包括用于实现该第一图像的空间光调制器。

该透视型显示装置还可以包括布置在空间光调制器的前面或后面的至少一个透镜。

各向异性光学构件可以包括具有透镜形状的内部元件以及围绕该内部元件的外部元件。内部元件和外部元件中的一个可以具有根据偏振方向的各向异性特性。

内部元件可以包括液晶、各向异性聚合物和各向异性晶体中的至少一种。外部元件可以包括各向同性聚合物。

内部元件可以包括各向同性晶体或各向同性聚合物，外部元件可以包括各向异性聚合物。

内部元件可以为凸透镜型或凹透镜型。

各向异性光学构件可以包括多个所述内部元件。

各向异性光学构件可以包括体透镜(bulk lens)、菲涅耳透镜(Fresnel lens)、薄透镜(thin lens)和超表面透镜(metasurface lens)中的至少一个。

透视型显示装置可以具有大于或等于大约40°的视角。透视型显示装置可以具有大于或等于大约60°的视角、或大于或等于大约90°的视角。

透视型显示装置可以配置为实现增强现实(AR)或混合现实(MR)。

透视型显示装置的至少一部分可以构成可穿戴设备。

透视型显示装置可以是头戴式显示器(HMD)。

透视型显示装置可以是眼镜型显示器或护目镜型显示器。

根据另一示范性实施方式的一方面，一种透视型显示装置包括：透反式构件，包括光透射特性和光反射特性并配置为通过使用透射光传送外部图像以及通过使用反射光传送单独的图像到使用者的视觉器官；以及各向异性透镜结构，布置在透反式构件和使用者的视觉器官之间，其中各向异性透镜结构配置为对于反射光用作透镜并对于透射光用作平坦的板。

透反式构件可以包括分束器或透反式膜。第一偏振器可以提供在透反式构件的第一入射面的一侧。第二偏振器可以提供在透反式构件的第二入射面的一侧。通过第一偏振器在第一方向上偏振的光可以被透反式构件反射，通过第二偏振器在垂直于第一方向的第二方向上偏振的光可以传播经过透反式构件。

透反式构件可以包括偏振分束器(PBS)。

该透视型显示装置可以具有大于或等于约40°的视角。透视型显示装置可以具有大于或等于约60°的视角、或大于或等于约90°的视角。

附图说明

从以下结合附图对示范性实施方式的描述，这些和/或其它的方面将变得明显并更易于理解，附图中：

图1示意性地示出根据示范性实施方式的透视型显示装置；

图2A和图2B是用于说明图1的透视型显示装置的原理和功能的图；

图3A和图3B示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图4示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图5示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图6示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图7示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图8示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图9示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图10示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图11示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图12示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图13示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图14示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图15、图16、图17和图18示出根据示范性实施方式的可应用于透视型显示装置的各向异性光学构件的示例；

图19示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图20示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置；

图21是示意性地示出根据示范性实施方式的透视型显示装置的整个结构/系统的方框图；

图22是示意性地示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置的整个结构/系统的方框图；

图23是示意性地示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置的整个结构/系统的方框图；以及

图24、图25和图26示出根据示范性实施方式的透视型显示装置可应用到其的各种电子设备。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述各种示范性实施方式，附图中示出示范性实施方式。

将理解，当一元件被称为“连接”或“联接”到另一元件时，它可以直接连接或联接到另一元件，或者可以存在居间的元件。相反，当一元件被称为“直接连接”或“直接联接”到另一元件时，不存在居间的元件。如这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意和所有组合。

将理解，尽管这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分区别开。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而没有脱离示范性实施方式的教导。

为了便于描述，这里可以使用空间关系术语诸如“在……之下”、“在……下面”、“下”、“在……之上”、“上”等来描述一个元件或特征与另一个(些)元件或特征如附图所示的关系。将理解，除了附图中绘出的取向之外，空间关系术语旨在涵盖装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“之下”或“下面”的元件将会取向为“在”其它元件或特征“之上”。因此，示范性术语“在……下面”可以涵盖之上和之下两种取向。装置可以被另外地取向(旋转90度或处于其它的取向)，这里使用的空间关系描述语被相应地解释。

这里使用的术语仅是为了描述特定示范性实施方式的目的，而不旨在限制示范性实施方式。如这里使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外地清楚地表示。还将理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。

这里参照截面图描述了示范性实施方式，该截面图是示范性实施方式的理想化实施方式(和中间结构)的示意图。因而，由于例如制造技术和/或公差引起的图示形状的偏离是可预期的。因此，示范性实施方式不应被解释为限于这里示出的区域的特定形状，而是将包括例如由制造引起的形状偏离。例如，被示出为矩形的注入区将通常具有圆化或弯曲的特征和/或在其边缘处的注入浓度的梯度，而不是从注入区到非注入区的二元变化。同样地，通过注入形成的掩埋区可以导致在掩埋层与通过其发生注入的表面之间的区域中的一些注入。因此，附图中示出的区域在本质上是示意性的，它们的形状不旨在示出装置的区域的实际形状，并且不旨在限制示范性实施方式的范围。

除非另外地限定，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有与示范性实施方式所属的领域中的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将理解，术语(诸如在通用字典中定义的那些术语)应当被解释为具有与其在相关领域的背景中的含义一致的含义，而不应被解释为理想化或过度形式化的含义，除非这里明确地如此限定。

在下文，参照附图详细地描述根据示范性实施方式的透视型显示装置以及包括该透视型显示装置的电子设备。在附图中，为了说明书的清晰和描述的方便起见，层或区域的宽度和厚度可以被夸大至一程度。在本说明书的整个详细描述部分，相同的附图标记表示相同的构成元件。

图1示意性地示出根据示范性实施方式的透视型显示装置。

参照图1，根据本示范性实施方式的透视型显示装置可以包括多路光学构件M10。多路光学构件M10可以根据多个路径向使用者的视觉器官10(也就是，具有瞳孔5的眼睛)传送多个图像。多路光学构件M10可以根据多个路径向使用者的瞳孔5传送多个图像。例如，多路光学构件M10可以通过沿第一路径传播的光L1朝向视觉器官10传送/引导第一图像，并通过沿第二路径传播的光L2朝向视觉器官10传送/引导第二图像。当沿第一路径传播的光L1可以是从多路光学构件M10反射的光时，沿第二路径传播的光L2可以是透射穿过多路光学构件M10的光。因此，多路光学构件M10可以是具有光透射特性和光反射特性两者的透反式构件。在具体的示例中，多路光学构件M10可以包括分束器BS或透反式膜。尽管图1示出其中多路光学构件M10是分束器的情形，但是这样的结构可以以多种方式改变。

本示范性实施方式的透视型显示装置可以包括布置在多路光学构件M10和使用者的视觉器官10之间的各向异性光学构件A10。各向异性光学构件A10可以表现出根据入射在其上的光(入射光)的偏振方向而变化的不同特性。在这方面，各向异性光学构件A10可以对于沿第一路径传播的光L1用作透镜并对于沿第二路径传播的光L2用作与所述透镜不同的一个。各向异性光学构件A10可以对于沿第二路径传播的光L2用作平坦的板(透明介质)。平坦的板是与透镜相对的概念，并可以是基本上不会聚或发散入射光的光透射板。在示范性实施方式中，沿第一路径传播的光L1和沿第二路径传播的光L2可以具有彼此不同的偏振方向。

沿第一路径传播的光L1和沿第二路径传播的光L2可以以各种方法具有不同的偏振方向。例如，如在本示范性实施方式中，可以使用第一偏振器P10和第二偏振器P20。用于沿第一路径传播的光L1的第一偏振器P10可以提供在多路光学构件M10的第一入射面的一侧，而用于沿第二路径传播的光L2的第二偏振器P20可以提供在多路光学构件M10的第二入射面的一侧。沿第一路径传播的光L1可以通过第一偏振器P10在第一方向上偏振，而沿第二路径传播的光L2可以通过第二偏振器P20在不同于第一方向的第二方向上偏振。第二方向可以垂直于第一方向。因而，如上所述，各向异性光学构件A10可以对于具有不同偏振方向的光L1和L2表现出不同的特性。

通过沿第一路径传播的光L1传送的第一图像可以是由透视型显示装置形成和提供的图像。第一图像可以包括虚拟现实和/或虚拟信息，作为“显示图像”。通过沿第二路径传播的光L2传送的第二图像可以是使用者透过透视型显示装置面对的外部图像。第二图像可以包括使用者面对的前景图像(foreground image)以及特定的背景对象(backgroundsubject)。第二图像可以是现实世界的图像。因此，根据本示范性实施方式的透视型显示装置可以应用于增强现实(AR)或混合现实(MR)的实现。

在以下的描述中，参照图2A和图2B详细描述各向异性光学构件A10如何对于沿第一路径传播的光L1和沿第二路径传播的光L2不同地起作用。

如图2A所示，第一路径的光L11可以通过第一偏振器P10在第一方向(例如垂直于图纸的表面的方向)上偏振，并入射在各向异性光学构件A10上。各向异性光学构件A10可以对于第一路径的光L11用作透镜。视觉器官10可以通过用作透镜的各向异性光学构件A10看到由第一路径的光L11传送的显示图像。由于作为透镜的各向异性光学构件A10靠近视觉器官10布置，所以与透镜的直径D相比，透镜的焦距f可以相对较短。结果，可以容易地保证宽的视角或宽的视场。

如图2B所示，当由沿第二路径传播的光L21传送的第二图像将被看到时，各向异性光学构件A10可以用作“平坦的板”，而不是“透镜”。换言之，沿第二路径传播的光L21可以通过被第二偏振器P20在第二方向(例如，垂直于第一方向的方向)上偏振而入射在各向异性光学构件A10上。由于各向异性光学构件A10对于沿第二路径传播的光L21用作“平坦的板”，所以不会产生使第二图像变形的问题。因此，使用者可以看到没有变形的第二图像。

当第一图像是虚拟显示图像并且第二图像是现实世界的图像(外部图像)时，各向异性光学构件A10可以对于显示图像用作透镜，从而增大视角，而各向异性光学构件A10可以对于外部图像用作平坦的板，从而防止图像变形问题。这些效果可以由于各向异性光学构件A10的各向异性特性而同时获得。

对于一般的透视型显示装置，为了没有变形地以透视方式看到外部图像，透镜不应当设置在使用者的眼睛前面。换言之，使外部图像变形的透镜不应在使用者的眼睛和外部前景之间。因此，用于看到虚拟显示图像的透镜需要被布置为避开使用者的眼睛与外部前景之间的区域(避开布置)。然而，在这种情形下，由于使用者的眼睛和透镜之间的光路变得相对较长，所以会出现减小的视角的问题。例如，当透镜以传统方式布置时，视角可以为约20°，其非常窄。

然而，根据本示范性实施方式，由于各向异性光学构件A10布置在视觉器官10和多路光学构件M10之间，所以各向异性光学构件A10可以对于显示图像用作透镜并对于外部图像用作平坦的板。因此，由于视觉器官10和各向异性光学构件A10之间的光路缩短，所以可以容易地保证显示图像的宽的视角。此外，当各向异性光学构件A10用作平坦的板时，可以没有变形地看到外部图像。透视型显示装置可以具有大于或等于约40°或大于或等于约60°的视角。视角可以大于或等于约90°。

尽管在图1中第一路径的光L1和第二路径的L2的偏振方向通过使用第一偏振器P10和第二偏振器P20而被控制为彼此不同，但是光L1和L2的偏振方向可以通过使用另外的方法而被控制为彼此不同，而不使用第一偏振器P10和第二偏振器P20。例如，第一偏振器P10和第二偏振器P20的功能可以被并入多路光学构件M10中。具体地，当偏振分束器(PBS)用作多路光学构件M10时，可以去除第一偏振器P10和第二偏振器P20，图3A和图3B示出其示例。

参照图3A和图3B，偏振分束器(PBS)可以用作多路光学构件M15。偏振分束器(PBS)可以反射具有第一偏振方向的光并透射具有第二偏振方向的光。因此，当偏振分束器(PBS)被使用时，可以执行参照图2A和图2B描述的功能而不用单独的偏振器。图3A和图3B可以在功能上分别对应于图2A和图2B。

在图3A中，沿第一路径传播的光L12可以被多路光学构件M15反射并入射在各向异性光学构件A10上。此外，沿第一路径传播的光L12可以通过多路光学构件M15在第一方向上偏振。在图3B中，沿第二路径传播的光L22可以透射穿过多路光学构件M15并入射在各向异性光学构件A10上。此外，沿第二路径传播的光L22可以通过多路光学构件M15在第二方向上偏振。第二方向可以垂直于第一方向。

当如图3A和图3B中那样不使用单独的偏振器时，可以简化透视型显示装置的结构。然而，如果需要，即使在图3A和图3B的示范性实施方式中也可以使用图1的第一偏振器P10和第二偏振器P20中的至少一个。当在图3A和图3B的示范性实施方式中使用至少一个单独的偏振器时，可以提高偏振效率和偏振性能。例如，可以获得提高显示屏的对比度CR的效果。

在图1、图2A、图2B、图3A和图3B的示范性实施方式中，第一图像通过沿第一路径传播的光L1、L11和L12传送到视觉器官10，在第一路径中可以进一步提供用于形成第一图像的“图像形成器件”。在具体的示例中，图像形成器件可以包括空间光调制器(SLM)。图4示出其中空间光调制器(SLM)S10被添加到图1的透视型显示装置的结构的示例。

参照图4，空间光调制器(SLM)S10可以提供在沿第一路径传播的光L1从其穿过的区域中。SLM S10可以布置在面对多路光学构件M10的位置，使第一偏振器P10位于两者之间。然而，图4中的SLM S10的位置是示范性的并可以以多种方式变化。SLM S10可以是振幅调制SLM、相位调制SLM或调制振幅和相位两者的复合SLM。此外，SLM S10可以是透射光调制器、反射光调制器、或透反式光调制器。在具体的示例中，SLM S10可以包括硅上液晶(LCoS)面板、液晶显示(LCD)面板、或数字光处理(DLP)面板。DLP面板可以包括数字微反射镜器件(DMD)。图4是基于SLM S10为透射型的假设。当SLM S10是反射型或透反型时，SLM S10的位置或SLM S10相对于其它元件的相对布置关系可以改变。通过使用SLM S10实现的图像可以是二维(2D)图像或三维(3D)图像。3D图像可以是全息图像、立体图像、光场图像、或集成成像(IP)图像。

当SLM S10如在图4的示范性实施方式中那样使用时，可以进一步使用布置在SLMS10前面或后面的至少一个透镜，图5和图6示出其示例。

图5示出其中透镜LS10提供在SLM S10前面的情形，图6示出其中透镜LS10提供在SLM S10后面的情形。尽管图5和图6示出仅一个透镜LS10提供在SLM S10的一侧，但是可以提供两个或更多透镜，并且在一些情形下，单个透镜或多个透镜可以提供在SLM S10的前侧或后侧。由于各向异性光学构件A10对于沿第一路径传播的光L1用作透镜，所以参照图5和图6描述的透镜LS10可以是额外的透镜或辅助透镜。光学系统的焦距或数值孔径NA可以通过使用额外的透镜LS10调整。例如，当作为透镜的各向异性光学构件A10的屈光力弱时，焦距的增大可以通过另外地使用透镜LS10解决。换言之，通过另外地使用透镜LS10，可以使用具有减小的焦距的各向异性光学构件A10。在这种情形下，可以容易地增大视角。然而，使用额外的透镜LS10的目的不限于此，并可以以多种方式变化。此外，在图5和图6中另外使用的透镜LS10的形状仅是示例，并可以以多种方式变化。

参照图4至图6描述的SLM S10和透镜LS10可以应用于参照图3A和图3B描述的示范性实施方式，图7示出其示例。

参照图7，偏振分束器(PBS)可以被用作多路光学构件M15。在这种状态下，SLM S10和透镜LS10可以邻近多路光学构件M15提供。SLM S10和透镜LS10的功能可以与参照图4、图5和图6描述的那些基本上相同。SLM S10和透镜LS10的位置可以变化，并且在一些情形下，可以省略透镜LS10。

图8示出根据另一示范性实施方式的透视型显示装置。

参照图8，本示范性实施方式的透视型显示装置可以配置为形成SLM S11的“虚拟图像VS11”。例如，SLM S11的虚拟图像VS11可以通过使用中继光学系统RS10形成。在以下的描述中，SLM S11的虚拟图像VS11被称为虚拟SLM VS11。虚拟SLM VS11可以被称为“成像的SLM”。虚拟SLM VS11可以形成在邻近多路光学构件M10的区域中。

中继光学系统RS10可以包括例如第一中继透镜LS1、第二中继透镜LS2以及在第一中继透镜LS1和第二中继透镜LS2之间的空间滤波器SF1。第一中继透镜LS1可以具有第一焦距f1，第二中继透镜LS2可以具有第二焦距f2。空间滤波器SF1可以位于第一中继透镜LS1和第二中继透镜LS2的焦平面上或周围。空间滤波器SF1可以具有孔(aperture)诸如针孔(pinhole)并可以从穿过第一中继透镜LS1的光去除噪声。

第一中继透镜LS1的第一焦距f1和第二中继透镜LS2的第二焦距f2可以彼此相同或不同。虚拟SLM VS11的尺寸可以根据第一焦距f1和第二焦距f2的相对尺寸(例如比率)变化。例如，当第二焦距f2大于第一焦距f1时，虚拟SLM VS11可以大于现实SLM S11。当第一焦距f1大于第二焦距f2时，虚拟SLM VS11可以小于现实SLM S11。因此，虚拟SLM VS11的尺寸可以通过调整第一焦距f1和第二焦距f2而被控制为期望的水平。使用者可以看到通过虚拟SLM VS11获得的显示图像。然而，中继光学系统RS10的上述结构仅是示范性的并可以以多种方式变化。

根据另一示范性实施方式，图8的结构还可以包括至少一个额外的透镜，图9示出其示例。

参照图9，透镜LS11可以进一步提供在中继光学系统RS10和多路光学构件M10之间。虚拟SLM VS11可以形成在透镜LS11上或邻近透镜LS11的区域中。尽管图9示出其中虚拟SLM VS11形成在透镜LS11上的情形，但是虚拟SLM VS11可以形成在透镜LS11的前面或后面。光学系统的焦距或数值孔径NA可以通过使用额外的透镜LS11调整。

根据另一示范性实施方式，图8和图9的中继结构可以以多种方式变化，图10示出其示例。

参照图10，从中继光学系统RS10输出的光的路径可以通过使用反射构件R10改变。虚拟SLM VS11可以通过由反射构件R10反射的光形成。因此，本示范性实施方式的透视型显示装置可以具有折叠的结构。反射构件R10的上述结构是示范性的，并且可以使用具有不同结构的反射构件或多个反射构件。

尽管没有在图8、图9和图10中示出，但是可以进一步提供配置用于将光照射在现实SLM S11上的光源单元。光源单元可以包括例如光源和准直透镜。此外，尽管没有示出，但是可以进一步提供用于控制光源单元和现实SLM S11的控制器。此外，当使用反射型的现实SLM S11时，虚拟SLM VS11可以通过使用从现实SLM S11反射的光形成。

根据另一示范性实施方式，虚拟SLM VS11可以形成在多路光学构件M10的后面。例如，虚拟SLM VS11可以形成在多路光学构件M10和各向异性光学构件A10之间或在各向异性光学构件A10周围，图11和图12示出其示例。

参照图11和图12，在与图4的光学系统类似的光学系统的结构中，虚拟SLM VS11可以形成在各向异性光学构件A10的一侧。由于虚拟SLM VS11不是实际的SLM并用作向使用者提供显示图像的一个，所以使用者可以没有干扰地看到外部图像。

图13和图14示出其中图11和图12的虚拟SLM VS11被应用于与图7的光学结构类似的光学结构的情形，其中偏振分束器(PBS)被用作多路光学构件M15。

在以下的描述中，各向异性光学构件A10的原理和各种结构参照图15、图16、图17和图18被示范性地描述。

图15示出根据示范性实施方式的各向异性光学构件A11的示例，其可应用于透视型显示装置。

参照图15，各向异性光学构件A11可以包括具有透镜形状的内部元件N11以及围绕内部元件N11的外部元件E11。内部元件N11和外部元件E11中的一个可以根据入射光的偏振方向而具有各向异性特性。例如，内部元件N11可以具有各向异性特性，使得内部元件N11的折射率根据入射光的偏振方向变化。在这种情形下，外部元件E11可以具有与入射光的偏振方向无关的相同特性。换言之，外部元件E11可以具有各向同性特性。

当内部元件N11根据入射光的偏振方向而具有两个折射率n_{o_lens}和n_{e_lens}时，折射率n_{o_lens}可以是常态的折射率，折射率n_{e_lens}可以是非常态的折射率。外部元件E11可以具有与入射光的偏振方向无关的恒定的折射率n_outside。在这种情形下，可以满足以下条件。

*当各向异性光学构件A11用作透镜时，

(n_{o_lens}或n_{e_lens})≠n_outside

*当各向异性光学构件A11用作平坦的板时，

n_outside＝n_{o_lens}≠n_{e_lens},或

n_outside＝n_{e_lens}≠n_{o_lens}

当内部元件N11的折射率n_{o_lens}和n_{e_lens}彼此不同并且它们中的一个与外部元件E11的折射率n_outside相同时，各向异性光学构件A11根据入射光的偏振方向用作透镜或平坦的板。如果这些条件被满足，则内部元件N11的材料和外部元件E11的材料的任何组合都是可以的。

尽管图15示出其中内部元件N11具有凸透镜形状和各向异性特性的情形，但是它可以具有凹透镜形状并且没有各向异性特性。而是，外部元件E11可以具有各向异性特性。

图16示出其中各向异性光学构件A12的内部元件N12具有凹透镜形状的情形。外部元件E12的相反的表面(即，入射面和出射面)可以是平坦表面。即使当内部元件N12在结构上具有凹透镜形状时，内部元件N12也可以根据内部元件N12的折射率和外部元件E12的折射率之间的关系而用作凸透镜。内部元件N12和外部元件E12中的一个可以具有各向异性特性，而另一个可以具有各向同性特性。

在图15和图16中，内部元件N11和N12可以包括液晶、各向异性聚合物和各向异性晶体中的至少一种。在这种情形下，外部元件E11和E12可以包括各向同性聚合物。可选地，内部元件N11和N12可以包括各向同性晶体或各向同性聚合物，外部元件E11和E12可以包括各向异性聚合物。然而，未给出的其它材料可以应用于内部元件N11和N12或外部元件E11和E12。

此外，液晶可以在其中液晶的取向方向通过特定方法被固定的状态下被使用。例如，液晶的取向方向可以通过在施加电场的状态下使用紫外线、通过分配的照射(distributed illumination)方法、或通过其它的方法而被固定。此外，液晶的取向方向可以通过有源方式被控制。

尽管图15和图16示出使用一个内部元件N11或N12的情形，但是根据另一示范性实施方式，可以使用多个内部元件，图17和图18示出其示例。

参照图17，各向异性光学构件A20可以包括多个内部元件N21、N22和N23，并且还包括围绕内部元件N21、N22和N23的外部元件E20。内部元件N21、N22和N23可以彼此接合，总体上形成单个透镜形状。内部元件N21、N22和N23中的至少两个可以具有不同的折射率。内部元件N21、N22和N23的每个可以具有各向异性特性，外部元件E20可以具有各向同性特性。

参照图18，各向异性光学构件A30可以包括彼此间隔开的多个内部元件N31、N32和N33。可以进一步提供分别围绕内部元件N31、N32和N33的多个外部元件E31、E32和E33。内部元件N31、N32和N33可以具有不同的特性和/或不同的结构。内部元件N31、N32和N33的折射率可以彼此不同或相同。内部元件N31、N32和N33可以具有各向异性特性并且外部元件E31、E32和E33可以具有各向同性特性，反之亦然。外部元件E31、E32和E33可以形成一体。图17和图18中示出的内部元件N21～N23和N31～N33的形状和数量仅是示范性的并可以以多种方式变化。

尽管图15、图16、图17和图18示出其中一般的透镜结构被应用于各向异性光学构件A11、A12、A20和A30的情形，但是各向异性光学构件A11、A12、A20和A30的具体结构可以以多种方式改变。例如，各向异性光学构件A11、A12、A20和A30可以被改变为包括菲涅耳透镜结构或超表面透镜结构。因此，各向异性光学构件A11、A12、A20和A30可以包括各种结构诸如体透镜(即厚的透镜)结构、薄透镜结构、菲涅耳透镜结构和超表面透镜结构中的至少一种。例如，薄透镜的厚度可以是几毫米或更小，体透镜的厚度可以大于几毫米或大于几十毫米。

在图1至图14的示范性实施方式中，尽管分束器(BS)或偏振分束器(PBS)被主要地用作多路光学构件M10和M15，但是多路光学构件M10和M15的具体结构可以以多种方式改变。例如，如图19所示，可以采用膜或板的形式的多路光学构件M20。图19的多路光学构件M20具有透反功能并可以由玻璃或塑料形成。多路光学构件M20的倾斜角是示范性的并可以改变。

在图1至图14以及图19的示范性实施方式中，各向异性光学构件A10可以是无源元件。换言之，即使当没有外部电信号施加到各向异性光学构件A10时，各向异性光学构件A10的特性也可以根据入射光的偏振方向被自动地控制。因此，不需要施加电信号到各向异性光学构件A10，各向异性光学构件A10的位置或形状不需要被控制。在这种情形下，不需要安装对于各向异性光学构件A10的单独驱动器，因此，可以简化透射型显示装置的整个结构和操作方法。然而，各向异性光学构件A10不限于无源元件，并且在一些情形下，可以是有源元件。

尽管在以上示范性实施方式中多路光学构件M10、M15或M20和各向异性光学构件A10被分开地提供，但是在一些情形下，各向异性光学构件的特性可以被并入在多路光学构件中。换言之，可以采用具有各向异性透镜的特性的多路光学构件，图20示出其示例。

参照图20，多路光学构件MA10可以具有光路分开(optical path splitting)的特性并同时具有各向异性透镜的特性。例如，由于各向异性透镜部分AL1被包括在诸如分束器BS的光学元件中，所以可以实现具有各向异性透镜特性的多路光学构件MA10。在这种情形下，不需要提供单独的各向异性光学构件。如果图20的多路光学构件MA10具有偏振特性，例如偏振分束器(PBS)的特性，则不需要提供第一偏振器P10和第二偏振器P20中的至少一个。

图21是示意性地示出根据示范性实施方式的透视型显示装置的整个结构/系统的方框图。

参照图21，可以提供透视型光学系统100。可以提供配置用于向透视型光学系统100提供显示图像的图像形成单元200。可以提供配置用于照射光到图像形成单元200的光源单元300。此外，可以提供连接到光源单元300和图像形成单元200的控制器400。

透视型光学系统100可以包括以上描述的多路光学构件M10、M15或M20以及各向异性光学构件A10～A12、A20或A30。可选地，透视型光学系统100可以包括图20的具有各向异性透镜特性的多路光学构件MA10。图像形成单元200可以包括上述SLM S10或S11，并且如果需要，还包括中继光学系统RS10。光源单元300可以包括例如光源和准直透镜。控制器400可以通过与其连接而控制图像形成单元200和光源单元300。此外，控制器400还可以包括处理器，诸如，例如中央处理器(CPU)。尽管未示出，但是图21的透视型显示装置还可以包括用于用户界面的输入单元和输出单元。

图21的结构可以提供为左右对称(即，两侧对称)的一对，图22示出其示例。

参照图22，可以提供第一透视型光学系统100A以及对应于第一透视型光学系统100A的第一图像形成单元200A、第一光源单元300A和第一控制器400A。第二透视型光学系统100B可以与第一透视型光学系统100A间隔开地提供。可以提供对应于第二透视型光学系统100B的第二图像形成单元200B、第二光源单元300B和第二控制器400B。第一透视型光学系统100A可以布置为对应于使用者的左眼，而第二透视型光学系统100B可以布置为对应于使用者的右眼。因此，图22的结构可以应用于双目显示装置。

尽管图22示出第一控制器400A和第二控制器400B被提供为彼此分离的部件，但是第一控制器400A和第二控制器400B可以被集成到单个控制器中，图23示出其示例。参照图23，第一光源单元300A和第二光源单元300B以及第一图像形成单元200A和第二图像形成单元200B可以连接到单个控制器400C。此外，在一些情形下，控制器400C可以以无线的方式而不是有线的方式连接到第一光源单元300A和第二光源单元300B以及第一图像形成单元200A和第二图像形成单元200B。

根据各个示范性实施方式的透视型显示装置的至少部分可以构成可穿戴设备。换言之，透视型显示装置可以应用于可穿戴设备。在示例中，透视型显示装置可以应用于头戴式显示器(HMD)。此外，透视型显示装置可以应用于眼镜型显示器或护目镜型显示器。图24、图25和图26示出根据以上示范性实施方式的透视型显示装置可应用到其的各种电子设备。图24、图25和图26的电子设备是HMD、眼镜型显示器等的示例。图24、图25和图26中示出的可穿戴电子设备可以与智能手机相关联地操作或通过连接到手机而操作。

此外，根据各个示范性实施方式的透视型显示装置可以被提供在智能手机中，并且智能手机可以用作透视型显示装置。换言之，透视型显示装置可以应用于紧凑型电子设备或移动电子设备，而不是图24、图25和图26的可穿戴设备。根据以上示范性实施方式的透视型显示装置的应用领域可以以多种方式变化。此外，根据以上装置的透视型显示装置可以不仅用于实现增强现实或混合现实，而且应用于其它领域。换言之，示范性实施方式的技术思想可以不仅应用于增强现实或混合现实，而且可以应用于能够同时观看多个图像的多重图像显示器。

应当理解，这里描述的示范性实施方式应当仅以说明性的含义来理解，而不是为了限制的目的。对每个示范性实施方式内的特征或方面的描述应当通常被认为可用于其它示范性实施方式中的其它类似特征或方面。例如，对于本领域普通技术人员将是明显的，参照图1至图26描述的透视型显示装置的结构/系统可以以多种方式改变，透视型显示装置的应用领域可以以多种方式改变。

尽管已经参照附图描述了一个或多个示范性实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，可以在其中进行形式和细节上的各种变化，而没有脱离由权利要求书限定的精神和范围。

本申请要求于2016年3月16日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0031461号的优先权，其公开内容通过引用整体地结合于此。

Claims

1.一种显示装置，包括：

多路光学构件，配置为通过使用沿第一路径传播的光传送第一图像到使用者的视觉器官并通过使用沿第二路径传播的光传送第二图像到该使用者的该视觉器官；和

各向异性光学构件，布置在所述多路光学构件和所述使用者的所述视觉器官之间并包括基于入射光的偏振方向改变的至少一种特性，

其中所述各向异性光学构件配置为对于沿所述第一路径传播的所述光用作透镜并配置为对于沿所述第二路径传播的所述光以与所述透镜不同的方式起作用。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述各向异性光学构件进一步配置为对于沿所述第二路径传播的所述光用作平坦的板。

3.根据权利要求1所述的显示装置，其中沿所述第一路径传播的所述光在第一方向上偏振并入射在所述各向异性光学构件上，并且沿所述第二路径传播的所述光在垂直于所述第一方向的第二方向上偏振并入射在所述各向异性光学构件上。

4.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述多路光学构件包括分束器和透反式膜当中的一个，

用于沿所述第一路径传播的所述光的第一偏振器提供在所述多路光学构件的第一入射面的一侧，并且用于沿所述第二路径传播的所述光的第二偏振器提供在所述多路光学构件的第二入射面的一侧，并且

沿所述第一路径传播的所述光通过所述第一偏振器在第一方向上偏振，并且沿所述第二路径传播的所述光通过所述第二偏振器在垂直于所述第一方向的第二方向上偏振。

5.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述多路光学构件包括偏振分束器(PBS)。

6.根据权利要求5所述的显示装置，还包括第一偏振器和第二偏振器当中的至少一个，该第一偏振器提供在所述多路光学构件的第一入射面的一侧并用于沿所述第一路径传播的所述光，该第二偏振器提供在所述多路光学构件的第二入射面的一侧并用于沿所述第二路径传播的所述光。

7.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述第一图像包括由所述显示装置形成并提供的图像，所述第二图像包括由所述使用者透过所述显示装置可看到的外部图像。

8.根据权利要求1所述的显示装置，还包括配置为实现所述第一图像的空间光调制器。

9.根据权利要求8所述的显示装置，还包括布置在所述空间光调制器的前面或后面的至少一个透镜。

10.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述各向异性光学构件包括具有透镜形状的内部元件以及围绕所述内部元件的外部元件，其中所述内部元件和所述外部元件当中的一个具有根据偏振方向的各向异性特性。

11.根据权利要求10所述的显示装置，其中所述内部元件包括液晶、各向异性聚合物和各向异性晶体当中的至少一种，并且所述外部元件包括各向同性聚合物。

12.根据权利要求10所述的显示装置，其中所述内部元件包括各向同性晶体或各向同性聚合物，所述外部元件包括各向异性聚合物。

13.根据权利要求10所述的显示装置，其中所述内部元件为凸透镜型或凹透镜型。

14.根据权利要求10所述的显示装置，其中所述各向异性光学构件包括多个所述内部元件。

15.根据权利要求1所述的显示装置，其中

所述各向异性光学构件包括体透镜、菲涅耳透镜、薄透镜和超表面透镜当中的至少一个。

16.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述显示装置具有大于或等于40°的视角。

17.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述显示装置配置为实现增强现实(AR)和混合现实(MR)当中的至少一个。

18.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述显示装置的至少一部分构成可穿戴设备。

19.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述显示装置包括头戴式显示器(HMD)。

20.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述显示装置包括眼镜型显示器和护目镜型显示器当中的至少一个。

21.一种显示装置，包括：

透反式构件，包括光透射和光反射特性并配置为通过使用透射光传送外部图像到使用者的视觉器官以及通过使用反射光传送单独的图像到所述使用者的所述视觉器官；和

各向异性透镜结构，布置在所述透反式构件和所述使用者的所述视觉器官之间，

其中所述各向异性透镜结构配置为对于所述反射光用作透镜并对于所述透射光用作平坦的板。

22.根据权利要求21所述的显示装置，其中所述透反式构件包括分束器和透反式膜当中的至少一个，

第一偏振器提供在所述透反式构件的第一入射面的一侧，

第二偏振器提供在所述透反式构件的第二入射面的一侧，并且

通过所述第一偏振器在第一方向上偏振的光被所述透反式构件反射，并且通过所述第二偏振器在垂直于所述第一方向的第二方向上偏振的光传播经过所述透反式构件。

23.根据权利要求21所述的显示装置，其中所述透反式构件包括偏振分束器(PBS)。

24.根据权利要求21所述的显示装置，具有大于或等于40°的视角。