專利名稱：顯示器、儀表盤、光學(xué)系統(tǒng)和光學(xué)儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示器。例如，這種顯示器可用于提供景深印象或 變景深印象。例如，這種顯示器可用于包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、游戲和電 視在內(nèi)的信息顯示應(yīng)用，以及需要警告或其他消息突出于背景的應(yīng)用。 本發(fā)明還涉及一種包含這種顯示器的儀表盤。本發(fā)明還涉及一種光學(xué)系 統(tǒng)，以及包含這種光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)儀器。
背景技術(shù)：
眾所周知，諸如機(jī)動(dòng)車和飛機(jī)等交通工具可以包含電子顯示器，以 提供比如用于替代分立機(jī)械或電子表盤的儀表組圖像。然而，由于這種 顯示器無法產(chǎn)生位于相對(duì)于顯示裝置的不同景深位置的圖像，因而通常 它們提供的真實(shí)感十分有限。這種顯示器除了真實(shí)感有限，其無法產(chǎn)生 位于不同景深的圖像的缺陷還降低了圖像的可見性或可理解性。雖然立 體和自動(dòng)立體顯示器已為人們所知，并且能夠使人產(chǎn)生三維圖像的印 象，然而這種顯示器無法產(chǎn)生真實(shí)景深的印象，無法正確再現(xiàn)聚焦信息。 此外，這種顯示器的觀察位置的自由度可能十分有限，因而可能導(dǎo)致用 戶感到困惑甚至眼睛疲勞和頭疼。
附圖中的圖1示出了在US 4，736，214中公開的一種顯示器，用于
顯示具有不同景深的背景和前景圖像。該顯示器包括投影機(jī)l，用于投 影投影膠片2 (由被分為若干幀，每一幀均提供背景圖像3以及前景圖 像4)所承載的圖像。投影機(jī)1將每一幀的圖像同時(shí)投射在光學(xué)系統(tǒng)上， 所述光學(xué)系統(tǒng)包括背投屏幕5、鏡6和7、以及部分透射鏡8。背景和 前景圖像通過不同長度的光路進(jìn)行投影，以便產(chǎn)生具有兩個(gè)深度面的運(yùn) 動(dòng)圖像。雖然這種裝置能夠向觀眾9顯示具有不同景深的圖像，但由于 其尺寸相對(duì)較大并且使用了相對(duì)比較昂貴的器材，因此應(yīng)用范圍十分有 限。附圖中的圖2示出了在W0 9942889、 W0 03040820、 WO 04001488、 WO 04002143和WO 0400822中公開的顯示器。這種類型的顯示器具有雙 屏結(jié)構(gòu)，包括由空間光調(diào)制器11和12所覆蓋的背光10。空間光調(diào)制器 11和12用一對(duì)圖像或圖像序列對(duì)來自背光10的光進(jìn)行調(diào)制，從而顯示 位于不同景深的圖像或序列。然而，這種配置具有若干缺陷。例如，空 間光調(diào)制器11和12可能具有同一規(guī)則圖案的黑色覆蓋物，這將導(dǎo)致莫 爾條紋(Moir6 fringe)的出現(xiàn)，需要額外的光學(xué)元件13以減少這種 條紋的出現(xiàn)。此外，使用兩個(gè)(或兩個(gè)以上)的空間光調(diào)制器會(huì)導(dǎo)致較 低的透光性，因此為了達(dá)到觀看所需或所期望的圖像亮度需要亮度極高 的背光10。
這種配置是"削光性"的，因此比如為了使觀察者能夠看到第二調(diào) 制器12中的視線范圍內(nèi)的像素，第一調(diào)制器11中的像素必須是"有光 的"或透光的。因此，無法顯示出黑暗背景下的淺色物體。此外，由于 光線必須穿過兩個(gè)有間隔的調(diào)制器11和12，在圖像的邊界處可能產(chǎn)生 視差效應(yīng)。 r
同使用單個(gè)空間光調(diào)制器的傳統(tǒng)顯示器相比，使用多個(gè)空間光調(diào)制 器大大提高了這種顯示器的成本。為了增加景深面的數(shù)量，必須增加空 間光調(diào)制器的數(shù)量，這導(dǎo)致成本隨景深面數(shù)量的增加而線性增加，感覺 到的亮度隨景深面數(shù)量的增加而降低。此外，這種配置需要對(duì)多個(gè)空間 光調(diào)制器進(jìn)行同步控制。
US 2， 402， 9626也公開了一種旨在用于賭博游戲裝置的類似種類的 多面板顯示器。
EP 01059626和EP 0454423公開了一種多層顯示器，這種多層顯 示器具有用于諸如手表或掌上游戲機(jī)等特定應(yīng)用的固定電極圖案。EP 1265097公開了一種用于機(jī)動(dòng)車儀表組的顯示器，包括以帶有圖案的、 用于顯示特定交通工具功能的顯示器覆蓋的矩陣可尋址顯示器。這種顯 示器具有同上述多面板顯示器一樣的缺陷，此外，僅能顯示取決于電極 圖案的有限圖像。
EP 1093008、 JP 0226211、 W0 0911255、 JP 62235929和US 22105516
公開了基于多層散射和無偏振片顯示面板的立體顯示器。這種顯示器旨在相對(duì)于吸光面板提高顯示圖像的亮度。然而，這種顯示器具有多種缺 陷。例如，非散射狀態(tài)可以產(chǎn)生暗態(tài)，使光線被傳入外部環(huán)境。這種情 況在諸如機(jī)動(dòng)車顯示器等許多應(yīng)用中都是不希望看到的，在夜間駕駛時(shí) 尤其如此。此外，這種多顯示器相對(duì)比較昂貴。此外，這類顯示器通常 具有相對(duì)較慢的開關(guān)時(shí)間，不適用于較大的溫度范圍，例如可能存在于 機(jī)動(dòng)車環(huán)境下的溫度范圍。
附圖中的圖3示出了一種如同US 4333715、 US 22163482和US 4670744所公開的，已知類型的時(shí)序投影立體顯示器。不同面板的圖像 由投影機(jī)15順序顯示，并被投射至多個(gè)投影屏16。投影屏16是有源的， 并且與圖像投影機(jī)15的投影同步每次啟用一個(gè)投影屏，所述圖像是要 在投影屏位置上看到的圖像。投影屏16在打開的情況下是反射或散射 型的，在關(guān)閉時(shí)基本是透明的。然而由于這種顯示器需要較大的體積， 因此這種顯示器用途有限。此外，由于這種顯示器需要使投影屏的激活 與由投影器投影的圖像保持同步，因此十分不便。
2003東京汽車展上亮相的戴姆勒-克萊斯勒F500概念車實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?公開了一種儀表組，該儀表組利用半鍍銀鏡覆蓋標(biāo)準(zhǔn)儀表組和液晶顯示 器(LCD)面板。然而，這種配置需要相當(dāng)大的空間，以便容納兩個(gè)彼 此必須成一定角度放置的顯示器。此外，如上文所述，使用多顯示器使 這種系統(tǒng)相對(duì)比較昂貴。
附圖中的圖4至6示出了 W0 09810584所公開的顯示器。圖4所示 的顯示器包括外殼20，外殼20中包含光束合成元件，后者采用了部分 反射光學(xué)元件21的形式。外殼20具有取景孔22以及顯示設(shè)備23和 24所位于的開孔，所述顯示設(shè)備23和24分別用于顯示前景和背景圖像。 從觀察者到顯示設(shè)備23和24的光路是不同的，因此顯示設(shè)備23看似 位于在其實(shí)際位置，而顯示設(shè)備24看似位于顯示設(shè)備23之后，從而提 供了虛背景圖像25。
附圖中的圖5所示的顯示器包括單個(gè)顯示設(shè)備30,該顯示設(shè)備30 被分為用于顯示如31和32所示的交錯(cuò)的前景和背景圖像的相對(duì)較大的 區(qū)域。來自各前景元件31的光線穿過部分反射鏡33和光學(xué)擴(kuò)展元件34 直接到達(dá)視區(qū)，而來自各背景元件32的光線被鏡35和部分反射鏡33
8反射，因而需要經(jīng)過更長的光路才能到達(dá)視區(qū)。
附圖中的圖6示出了另一顯示器，該顯示器包括投影機(jī)40以及
轉(zhuǎn)桿41，轉(zhuǎn)桿41上安裝著第一和第二投影屏42和43。投影機(jī)以與分 別位于投影機(jī)前的投影屏42和43同步的方式投影第一和第二圖像或圖 像序列。
圖4所示的顯示器的缺陷在于，由于使用了多個(gè)顯示設(shè)備，因此占 用相對(duì)較大的空間并且相對(duì)比較昂貴。圖5所示的顯示器的缺陷在于， 顯示設(shè)備30的交錯(cuò)部分相對(duì)較大，因此需要附加的擴(kuò)展元件34以使圖 像填滿整個(gè)顯示區(qū)。由于元件34的光圈值(f-number)的緣故，這種 元件的存在導(dǎo)致觀察者的運(yùn)動(dòng)自由度有所下降。元件34需要精確地對(duì) 準(zhǔn)顯示設(shè)備30的區(qū)域，這在制造過程中是十分不便的，并且增加了開 銷。顯示設(shè)備的每個(gè)背景部分需要兩個(gè)鏡元件，這增加了尺寸和制造成 本。元件34的任何像差都將導(dǎo)致當(dāng)觀察者相對(duì)于顯示器移動(dòng)時(shí)發(fā)生圖 像失真，即使對(duì)軸向觀測進(jìn)行了完美的補(bǔ)償也無濟(jì)于事。
附圖中的圖6所示的顯示器占據(jù)了相對(duì)較大的體積，并且需要機(jī)械 系統(tǒng)以提供不同的圖像景深。此外，該顯示器的不便之處在于，需要用 于在機(jī)械組件的旋轉(zhuǎn)位置和投影圖像間提供同步的裝置。
US 2005/0156813公開了一種如附圖中的圖7所示的顯示器。該顯 示器包括LCD面板45，所述LCD面板45具有用于顯示前景圖像的部分 46以及用于顯示背景圖像的部分47。面板45提供用兩組圖像調(diào)制的光 線，所述兩組圖像具有附圖中圖7平面中的偏振方向。來自部分46的 光線穿過反射偏振片48到達(dá)顯示器的視區(qū)。
來自部分47的光線穿過延遲器49，延遲器使光的偏振方向改變 90°，使其垂直于附圖中圖7的平面。結(jié)果光線由鏡50反射至反射偏振 片48，以便反射光能夠再次被偏振片48反射至視區(qū)。
雖然這種顯示器能夠由單個(gè)LCD面板提供不同的圖像景深，但為了 形成兩幅圖像需要面板的各單獨(dú)部分，因此，為了創(chuàng)建給定尺寸的多景 深圖像，需要大得多的顯示面板。此外，鏡50的存在極大地限制了顯 示器的視角。此外這還限制了像平面的方向，使像平面無法垂直于觀察 方向。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，用于提供光路長度 大于所述光學(xué)系統(tǒng)的物理長度的第一光路，所述光學(xué)系統(tǒng)包括隔開一定 距離的第一和第二部分反射器，并為入射于第一反射器上的第一光線提 供第一光路，所述第一光路包括至少部分透過第一反射器到達(dá)第二反 射器，至少部分被第二反射器反射到達(dá)第一反射器，至少部分被第一反 射器反射到達(dá)第二反射器，以及至少部分透過第二反射器，所述光學(xué)系 統(tǒng)被配置為，基本能夠防止在被第一和第二反射器反射的過程中未被反 射的第一光線從第二反射器出射，其中，第一次入射于第二部分反射器 上的光線不離開所述光學(xué)系統(tǒng)。
這樣做可以提供相對(duì)比較簡單、制造成本相對(duì)較低的光學(xué)系統(tǒng)。該 光學(xué)系統(tǒng)能夠提供比光學(xué)系統(tǒng)物理長度更長的光路。這樣的配置存在多 種應(yīng)用，包括在距離圖像顯示設(shè)備更遠(yuǎn)的顯示器中提供圖像，以及縮短 光學(xué)儀器的長度。
所述光學(xué)系統(tǒng)可以被配置用于，在第一光線沿第一路徑傳播的過程 中改變第一光線的偏振。所述光學(xué)系統(tǒng)可以被配置用于，在第一光線沿 第一路徑的從入射至第二反射器到被第一反射器反射間的部分傳播的 過程中改變第一光線的偏振。
所述光學(xué)系統(tǒng)可以被配置用于提供光路長度不同于第一光路的光 路長度的第二光路。所述第二光路可以包括至少部分透過第一反射器 到達(dá)第二反射器，以及至少部透過第二反射器。所述光學(xué)系統(tǒng)可以被 配置為，基本能夠防止未透過第二反射器的第二光線從第二反射器出 射。所述光學(xué)系統(tǒng)可以在第一模式和第二模式間切換，在所述第一模式 下第一光線沿第一光路傳播，在所述第二模式下光線沿第二光路傳播。
還可以提供一種光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)具有不同光路長度的兩條 光路，兩條光路的不同光路長度中的至少一個(gè)不同于所述光學(xué)系統(tǒng)的物 理長度。所述系統(tǒng)仍然相對(duì)比較緊湊，制造成本相對(duì)較低。當(dāng)同直視顯 示設(shè)備一起使用時(shí)，可以提供一種直視顯示器，該直視顯示器含有多幅 距觀察者距離不同的圖像，其中至少一幅圖像從顯示設(shè)備的物理位置開始沿深度方向發(fā)生位移。
所述第一和第二反射器可以基本是平面的。 所述第一和第二反射器可以是基本平行的。
所述第一和第二反射器可以分別包括反射線偏振片和部分透射 鏡，并且所述光學(xué)系統(tǒng)可以包括圓偏振片、設(shè)置于第一和第二反射器 間的四分之一波片、以及設(shè)置于第一反射器和圓偏振片間的可切換二分 之一波片，并且所述第二反射器設(shè)置在所述第一反射器和所述圓偏振片 之間。
所述第一和第二反射器可以分別包括部分透射鏡、和至少一個(gè)反 射圓偏振片。所述光學(xué)系統(tǒng)可以包括四分之一波片。所述光學(xué)系統(tǒng)可以 包括可切換二分之一波片。所述第一和第二反射器可以包括反射偏振 片，所述光學(xué)系統(tǒng)可以包括可切換方向性二分之一波片。
所述第一和第二反射器可以包括反射線偏振片，且所述光學(xué)系統(tǒng)可 以包括法拉第旋轉(zhuǎn)器和可切換二分之一波片。
根據(jù)本發(fā)明第二方案，提供了一種包括根據(jù)本發(fā)明第一方案的系統(tǒng) 的光學(xué)儀器。
所述儀器可以包括具有光學(xué)倍率的至少一個(gè)折射、反射或衍射元 件。舉例而言，所述儀器可以包括望遠(yuǎn)鏡、單筒望遠(yuǎn)鏡、雙筒望遠(yuǎn)鏡 或攝像機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方案，提供能夠了一種顯示器，包括顯示設(shè)備， 用于以第一圖像或圖像序列調(diào)制第一光線；以及光學(xué)系統(tǒng)，被配置用于 增加第一圖像或序列位置的感知景深，所述光學(xué)系統(tǒng)包括隔開一定距離 的第一和第二部分反射器，并為第一光線提供從所述顯示設(shè)備到視區(qū)的 第一光路，所述第一光路包括至少部分透過第一反射器到達(dá)第二反射 器、至少部分被第二反射器反射到達(dá)第一反射器，至少部分被第一反射 器反射到達(dá)第二反射器，以及至少部分透過第二反射器到達(dá)視區(qū)。
所述光學(xué)系統(tǒng)可以被配置為，基本能夠防止在被第一和第二反射器 反射的過程中未被反射的第一光線傳入視區(qū)。
所述光學(xué)系統(tǒng)可以被配置用于，在第一光線沿第一路徑傳播的過程 中改變第一光線的偏振。所述光學(xué)系統(tǒng)可以被配置用于，在第一光線沿
11第一路徑的從入射至第二反射器到被第一反射器反射間的部分傳播的 過程中改變第一光線的偏振。
所述顯示設(shè)備可以被配置用于用第二圖像或圖像序列調(diào)制第二光 線，并且所述光學(xué)系統(tǒng)可以被配置用于，提供從所述顯示設(shè)備到視區(qū)的、 光路長度不同于第一光路的光路長度的第二光路，從而提供與第一圖像 或序列位置的感知景深不同的第二圖像或序列位置的感知景深。所述第 二光路可以包括至少部分透過第一反射器到達(dá)第二反射器，以及至少 部分透過第二反射器到達(dá)視區(qū)。所述光學(xué)系統(tǒng)可以被配置為，基本能夠 防止未透過第二反射器的第二光線傳入視區(qū)。
所述顯示器可以在第一模式和第二模式間切換，以改變圖像位置的 感知景深，所述第一模式顯示第一圖像或序列，所述第二模式顯示第二 圖像或序列。
所述顯示器可以被配置用于同時(shí)或按時(shí)間順序顯示第一和第二圖 像或序列，使得看上去第一和第二圖像或序列之一覆蓋在第一和第二圖 像或序列中的另一圖像或序列之上。所述顯示器可以包括圖像發(fā)生器， 用于為所述另一圖像或序列產(chǎn)生表示刻度的圖像數(shù)據(jù)，并為所述圖像或 序列之一產(chǎn)生表示指針的圖像數(shù)據(jù)。所述圖像或序列之一的圖像數(shù)據(jù)可 以表示可見警告。
所述第一和第二反射器可以基本是平面的。
所述第一和第二反射器可以是基本平行的。所述第一和第二反射器 可以基本平行于所述顯示設(shè)備的顯示表面。
所述顯示設(shè)備可以是發(fā)光設(shè)備。
所述顯示設(shè)備可以包括透射空間光調(diào)制器。所述調(diào)制器可以包括液
晶設(shè)備°
所述第一和第二反射器可以基本覆蓋所述顯示設(shè)備的整個(gè)圖像顯示區(qū)。
所述第一和第二反射器分別包括設(shè)置于所述顯示設(shè)備和圓偏振片 間的反射線偏振片和部分透射鏡，并且所述光學(xué)系統(tǒng)包括設(shè)置于第一 和第二反射器間的四分之一波片、以及設(shè)置于第一反射器和圓偏振片間 的可切換二分之一波片。所述第一和第二反射器可以包括反射偏振片，所述光學(xué)系統(tǒng)可以包 括可切換方向性二分之一波片。
所述第一和第二反射器可以包括反射線偏振片，所述光學(xué)系統(tǒng)可以 包括法拉第旋轉(zhuǎn)器和可切換二分之一波片。
所述第一和第二反射器可以分別包括部分透射鏡和反射線偏振 片，并且所述光學(xué)系統(tǒng)可以包括設(shè)置于第一和第二反射器之間的四分 之一波片、以及設(shè)置于第一反射器和所述顯示設(shè)備間的帶有圖案的延遲 器或偏振旋轉(zhuǎn)器。
所述顯示器可以包括用于所述顯示設(shè)備的出射線偏振片或所述顯 示設(shè)備的出射線偏振片。
所述顯示器可以包括準(zhǔn)直背光，以及所述光學(xué)系統(tǒng)可以包括漫射 器。所述部分透射鏡包括帶有孔陣列的鏡，并且所述漫射器包括與孔對(duì) 齊的透鏡陣列。所述透鏡可以是會(huì)聚透鏡。
所述帶有圖案的延遲器或旋轉(zhuǎn)器可切換至均勻的不帶圖案的狀態(tài)。
所述帶有圖案的延遲器或旋轉(zhuǎn)器可以包括帶有圖案的四分之一波片。
所述帶有圖案的延遲器或旋轉(zhuǎn)器可以包括均勻的四分之一波片、 和帶有圖案的二分之一波片或帶有圖案的90。偏振旋轉(zhuǎn)器。
所述帶有圖案的延遲器或旋轉(zhuǎn)器包括液晶單元。所述液晶單元可以 包括帶有圖案的電極配置結(jié)構(gòu)。
所述顯示設(shè)備可以進(jìn)行掃描刷新，且所述光學(xué)系統(tǒng)可以包括分段 可切換偏振影響元件，該元件的分段被配置用于，在由所述設(shè)備所顯示 的圖像的相關(guān)部分己被刷新時(shí)發(fā)生切換。
所述調(diào)制器可以進(jìn)行掃描刷新，且所述顯示設(shè)備可以包括被配置 用于在連續(xù)的成對(duì)幀刷新間發(fā)光的背光。
根據(jù)本發(fā)明的第四方案，提供了一種用于交通工具的儀表盤，包括 根據(jù)本發(fā)明第三方案所述的顯示器。
因此，可以提供相對(duì)比較便宜的顯示器。使用多顯示器面板通常是 沒有必要的，并且這樣做可以降低成本。這還可以避免發(fā)生己知多顯示 設(shè)備配置存在的光通量相對(duì)較低的問題?？梢酝ㄟ^產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)虛像的方式避免與用于產(chǎn)生景深立體錯(cuò)覺的3D顯示器相關(guān)的視覺疲勞。此 外，在整個(gè)相對(duì)較寬的視區(qū)內(nèi)均可以觀察到所述顯示器，這為觀察者提 供了相當(dāng)大的觀測自由度。
當(dāng)用于實(shí)現(xiàn)多圖像或多序列顯示器的目的時(shí)，這種配置是"加性 的"，以致明亮物體可以看似位于黑色背景之前。此外，同各種已知多 顯示器面板配置相比，莫爾效應(yīng)通常有所減小。未用于顯示圖像或圖像 序列的光線可以在顯示器內(nèi)部被吸收，而不會(huì)傳入外界環(huán)境。
這種配置無需活動(dòng)部件，并且在許多實(shí)施例中，無需在制造過程中 對(duì)齊光學(xué)元件。這種配置可以同發(fā)射或透射顯示設(shè)備一起使用。
還可以提供光路長度大于系統(tǒng)物理長度的光學(xué)系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)可 用于比如光學(xué)儀器，從而是該光學(xué)儀器體積更小。除了縮短所述儀器的 長度之外，所述系統(tǒng)不必具有更寬的寬度。不必將光路向側(cè)向偏轉(zhuǎn)，而 可以有效地"將光路折疊"，從而可以縮短長度而不會(huì)增加寬度，也不 需要兩個(gè)以上、沿側(cè)向分開的光路部分。
圖1是一幅剖面示意圖，示出了傳統(tǒng)多圖像景深顯示器的示例； 圖2是一幅剖面示意圖，示出了傳統(tǒng)多圖像景深顯示器的示例； 圖3是一幅剖面示意圖，示出了傳統(tǒng)多圖像景深顯示器的示例； 圖4是一幅剖面示意圖，示出了傳統(tǒng)多圖像景深顯示器的示例； 圖5是一幅剖面示意圖，示出了傳統(tǒng)多圖像景深顯示器的示例； 圖6是一幅剖面示意圖，示出了傳統(tǒng)多圖像景深顯示器的示例； 圖7是一幅剖面示意圖，示出了傳統(tǒng)多圖像景深顯示器的示例； 圖8 (a)和8 (b)示出了構(gòu)成本發(fā)明的一般化實(shí)施例的顯示器，
并分別示出了景深增加模式和"無景深"模式；
圖9 (a)至圖9 (c)示出了構(gòu)成本發(fā)明第一實(shí)施例的顯示器； 圖10 (a)至10 (d)示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的工作方式； 圖11示出了構(gòu)成本發(fā)明的經(jīng)修改的第一實(shí)施例的顯示器； 圖12 (a)和12 (b)構(gòu)成本發(fā)明第二實(shí)施例的顯示器的結(jié)構(gòu)以及
工作方式；圖13 (a)至13 (c)示出了構(gòu)成本發(fā)明第三實(shí)施例的顯示器(圖
13 (a)和13 (b))以及經(jīng)修改的顯示器(圖13 (c));
圖14 (a)和14 (b)示出了構(gòu)成本發(fā)明第四實(shí)施例的顯示器的結(jié)
構(gòu)以及工作方式；
圖15 (a)和15 (b)分別示出了濾色器性能以及構(gòu)成第四實(shí)施例
的另 一示例的經(jīng)修改的顯示器；
圖16示出了構(gòu)成本發(fā)明第五實(shí)施例的顯示器；
圖17 (a)和17 (b)示出了構(gòu)成本發(fā)明第六實(shí)施例的顯示器；
圖18 (a)和18 (b)示出了第一景深模式下圖17 (a)和17 (b)
的顯示器的工作方式；
圖19 (a)和19 (b)示出了第二景深模式下圖17 (a)和17 (b)
的顯示器的工作方式；
圖20 (a)和20 (b)示出了構(gòu)成本發(fā)明第七實(shí)施例的顯示器； 圖21 (a)和21 (b)示出了對(duì)圖20 (a)和20 (b)所示的顯示器
的一種修改形式；
圖22示出了對(duì)圖20 (a)和20 (b)的顯示器的另一修改形式； 圖23 (a)至23 (e)示出了用于本發(fā)明的隔行掃描圖像實(shí)施例的 光學(xué)元件的示例；
圖24 (a)和24 (b)示出了構(gòu)成本發(fā)明第八實(shí)施例的顯示器； 圖25 (a)和25 (b)示出了構(gòu)成本發(fā)明第九實(shí)施例的顯示器； 圖26示出了構(gòu)成本發(fā)明第九實(shí)施例的顯示器； 圖27 (a)和27 (b)示出了圖25 (a)、 25 (b)和26所示的顯示
器的一種修改形式；
圖28示出了圖25 (a)、 25 (b)和26所示的顯示器的其他修改形
式；
圖29示出了圖25 (a)、 25 (b)和26所示的顯示器的其他修改形
式；
圖30示出了圖25 (a)、 25 (b)和26所示的顯示器的其他修改形
式；
圖31示出了圖25 (a)、 25 (b)和26所示的顯示器的其他修改形
15式；
圖32示出了圖25 (a)、 25 (b)和26所示的顯示器的其他修改形
式；
圖33示出了圖25 (a)、 25 (b)和26所示的顯示器的其他修改形
式；
圖34示出了圖25 (a)、 25 (b)和26所示的顯示器的其他修改形
式；
圖35是一幅顯示亮度相對(duì)于灰度或值關(guān)系的曲線圖，示出了修正 的伽馬函數(shù)；
圖36示出了適用于顯示器的LCD像素配置；
圖37示出了適用于顯示器的LCD像素配置；
圖38示出了構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例的顯示器的應(yīng)用；
圖39和40示出了構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例的顯示器的工作方式；
圖41 (a)和41 (b)示出了可應(yīng)用于本發(fā)明的某些實(shí)施例的修改
方案；
圖42 (a)至42 (d)示出了可應(yīng)用于本發(fā)明的某些實(shí)施例的串?dāng)_
校正；
圖43 (a)和43 (b)示出了用于仿真控制按鈕的顯示器的應(yīng)用；
圖44示出了一種已知類型的天文望遠(yuǎn)鏡；
圖45示出了構(gòu)成本發(fā)明第十實(shí)施例的天文望遠(yuǎn)鏡；
圖46示出了構(gòu)成本發(fā)明第十一實(shí)施例的地上望遠(yuǎn)鏡；
圖47示出了一種已知類型的數(shù)碼相機(jī)；以及
圖48示出了構(gòu)成本發(fā)明第十二實(shí)施例的數(shù)碼相機(jī)。
具體實(shí)施例方式
圖8 (a)和8 (b)示出了一種顯示器的結(jié)構(gòu)以及該顯示器的兩種 工作模式。該顯示器包括設(shè)置于空間光調(diào)制器(SLM)之后的背光60， 所述空間光調(diào)制器(SLM)具有液晶設(shè)備(LCD) 61的形式。第一和第二 部分反射器62和63設(shè)置于LCD61之前(在觀察者側(cè))，偏振修正光學(xué) 器件64設(shè)置于反射器62和63之間。反射器62和63彼此隔開適當(dāng)?shù)木嚯x以產(chǎn)生景深移位圖像，并且反射器62和63彼此平行還和LCD 61 的像面平行。例如，部分反射器62和63可以被配置用于反射光的一種 偏振態(tài)，而透射其正交偏振態(tài)，還可以是其他類型的部分反射鏡(或反 射元件的組合)。偏振光學(xué)器件64被配置用于改變沿兩方向中任一方向 或沿兩方向通過光學(xué)器件64的光的至少一種偏振態(tài)。
元件61至64被配置為，使來自LCD 61所顯示的第一和第二圖像 或圖像序列的光沿不同光路到達(dá)一個(gè)或多個(gè)觀察者可能位于的擴(kuò)展視 區(qū)。65和66分別示出了第一和第二圖像或序列的不同光路的示例。對(duì) 于第一圖像或序列，光線至少部分透過第一反射器62到達(dá)第二反射器 63。第二反射器63至少將上述光線的一部分反射至第一反射器62，第 一反射器62將入射光的至少一部分反射回第二反射器63。第二反射器 63將反射光的至少一部分傳入視區(qū)，因此以第一圖像或序列進(jìn)行編碼的 光線在到達(dá)觀察者所在位置前沿Z字形路徑傳播。顯示器被配置為，使 以第一圖像或序列進(jìn)行編碼的光線不會(huì)直接通過反射器62和63到達(dá)觀 察者所在位置。
如光路66所示，以第二圖像或序列進(jìn)行編碼的光線至少部分透過 反射器62和63，從而沿基本筆直的路徑進(jìn)入視區(qū)。由于不同路徑65 和66的緣故，特別是由于它們的不同長度，第二圖像或序列看似基本 上位于LCD 61的位置，而第一圖像或序列在深度上發(fā)生移位，以至看 似位于位置67。因此，顯示器作為雙景深顯示器使觀察者能夠看到位于 不同景深面的圖像。
可以按照多種不同方式?jīng)Q定光線是沿路徑65還是路徑66傳播。這 些方式的示例包括在不同時(shí)間或由不同顏色或由LCD 61不同部分發(fā) 出的光線使用路徑65和66。
這種顯示器可以不同于雙景深顯示器的方式工作(在雙景深顯示器 中觀察者可有效地同時(shí)看到不同景深面內(nèi)的圖像)。例如，可以操作顯 示器，使光線沿路徑65而不是沿路徑66傳播。在這種情況下，顯示器 作為景深移位顯示器使圖像看似來自于比LCD 61到觀察者的距離更遠(yuǎn) 的面。這種配置使顯示器能夠顯示看上去距離更遠(yuǎn)以及位于不可能或不 便安裝顯示器的位置處的圖像。還可以操作顯示器，使其在不同景深的像平面間切換。例如，游戲 機(jī)可以在正常工作期間顯示看似位于像平面67的圖像。而當(dāng)玩家贏得 獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)，可以切換景深面，使圖像看似跳到前面。
如果像操作雙景深顯示器那樣操作該顯示器，則可以按時(shí)間順序顯
示不同景深面的圖像。如此一來，LCD61交替顯示第一和第二圖像，并 且，在必要時(shí)同步切換偏振光學(xué)器件64，以便來自第一圖像的光線沿光 路65傳播，而來自第二圖像的光線沿光路66傳播。假設(shè)圖像間切換的 執(zhí)行足夠迅速以至于人眼感知不到閃爍，那么觀察者可以看到位于所期 望的不同景深面的圖像。
這種工作方式的優(yōu)點(diǎn)在于，所有圖像都是以LCD 61的全彩色和全 分辨率顯示的。然而，這種工作方式需要LCD 61能夠以足夠高的幀速 率(比如約100Hz以上的幀速率)工作，以防止出現(xiàn)閃爍。工作于這種 幀速率下的LCD是不存在的。然而，該顯示器不局限于使用LCD SLM， 還可以使用其他適宜的設(shè)備，包括發(fā)光設(shè)備以及帶有背光的光衰減設(shè) 備。例如，可以使用的其他類型的顯示設(shè)備包括陰極射線管、等離子 顯示設(shè)備、投影顯示系統(tǒng)以及有機(jī)發(fā)光二極管(0LED)顯示設(shè)備。
作為一候選方案，雙景深顯示器可以基于偏振光學(xué)器件以及對(duì)不同 波長的光具有不同效果的反射器。例如，反射器62和63以及光學(xué)器件 64可以被配置為，使某些波長的光，例如紅光，沿路徑66傳播，而其 他波長的光，如藍(lán)光和綠光，沿路徑65傳播。此時(shí)，觀察者將可以看 到不同顏色看似位于不同景深面內(nèi)的圖像。
這種工作方式無需時(shí)序顯示器的較高的幀速率。此外，圖像可以用 諸如LCD 61等顯示設(shè)備的全空間分辨率予以顯示。然而，無法在不同 的景深面內(nèi)顯示全彩色圖像，除非為每種原色(紅、綠、藍(lán))選擇足夠 窄的波段，以至其能夠被分為兩個(gè)波段，其中一個(gè)沿光路65傳播，另 一個(gè)沿光路66傳播。
在另一適用于雙景深顯示器的工作模式下，第一和第二圖像在空間 上交錯(cuò)地顯示在LCD 61。此時(shí)，反射器62和63以及光學(xué)器件64被配 置為，使顯示第一圖像的像素沿路徑65傳播，顯示第二圖像的像素沿 路徑66傳播。圖像可以是按行或列交錯(cuò)地顯示在LCD61上的。這種配置無需較高的幀速率，并且可以全彩色顯示圖像。然而，圖像的分辨率 小于LCD 61的基本空間分辨率；對(duì)于雙景深顯示器，顯示各圖像所采
用的分辨率是LCD 61的基本分辨率的一半。
圖9 (a)和9 (b)示出了圖8 (a)和8 (b)所示類型的顯示器。 在該實(shí)施例中，第一部分反射器62包括反射偏振片，后者可以透過光 線的一種線偏振態(tài)，并反射其正交偏振態(tài)。這種偏振片可以比如包括由 Moxtek公司制造的類型的線柵偏振片，或由3M制造的DBEF (方向性增 亮膜)。如果LCD 61需要出射偏振片，可以將反射偏振片62用作出射 偏振片，或者也可以額外提供出射偏振片。
固定的四分之一波片68設(shè)置于反射偏振片62上方，并進(jìn)行定向以 實(shí)現(xiàn)線偏振光和圓偏振光間的切換。雖然四分之一波片68可以僅包括 具有適當(dāng)厚度的由雙折射材料形成的薄膜，然而這種薄膜只精確地對(duì)唯 一一種波長實(shí)現(xiàn)四分之一波長的功能。四分之一波片68可以由多個(gè)雙 折射層形成，以提供一種元件作為對(duì)于整個(gè)可見光譜波長范圍的理想四 分之一波片。這種薄膜可以從日本寶來技術(shù)株式會(huì)社(Polatechno Limited)或日本住友化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社購得。
可切換二分之一波片69設(shè)置于四分之一波片68上方。這種可切換 二分之一波片可以包括能夠以電方式接通和關(guān)閉的液晶單元。適用于該 應(yīng)用的此類單元的示例包括垂直取向向列(VAN)單元、Freedericksz 單元以及7i單元或光學(xué)補(bǔ)償雙折射(0CB)單元。此類單元已為人們所熟 知，且公開于有關(guān)液晶顯示器的標(biāo)準(zhǔn)參考出版物，如Ernst Lueder的 "Liquid Crystal Displays: Addressing Schemes and Electro-Optic Effects" ， Wiley—SID Series in Display Technology 2001中。由于 兀單元能夠在開關(guān)狀態(tài)間迅速切換，因此非常適于該應(yīng)用。
在可切換二分之一波片69上設(shè)置隔板，隔板的形式為一層玻璃70 或?qū)Υ┩父舭宓墓獾钠駪B(tài)基本不產(chǎn)生影響的其他透明材料。隔板70 是可選的，可配備用以實(shí)現(xiàn)期望的明顯景深增加。
第二部分反射器63包括部分反射部分透射鏡。鏡63被標(biāo)識(shí)為 "50%"鏡，反射約一半的入射光，并透射約一半的入射光。然而，可 以選擇透射或反射光的比例，從而實(shí)現(xiàn)以不同景深顯示的圖像的期望相
19對(duì)亮度。
可以通過在透明基片上鍍上鋁等金屬的薄層的方式制造上述鏡，或 者上述鏡可以包括透明介質(zhì)層(介質(zhì)鏡)。部分反射可以通過使反射層 均勻地部分透明，或利用帶有透明縫隙或孔的全反射鏡予以實(shí)現(xiàn)。如果 這些孔或縫隙小于人眼可見的孔或縫隙，就不會(huì)看到孔或縫隙的圖案， 并且這種鏡看上去將是部分反射部分透明的。
對(duì)于由金屬層構(gòu)造的鏡，同均勻的部分反射器相比，優(yōu)選使用孔或 縫隙，這主要是由于以下兩個(gè)原因精確控制層的厚度以在均勻的層中 實(shí)現(xiàn)可再現(xiàn)的并且均勻的反射率可能是十分困難的；在帶孔的鏡中反射 率對(duì)偏振態(tài)的依賴性小于在均勻的部分反射鏡中反射率對(duì)偏振態(tài)的依
圓偏振片71設(shè)置于鏡63的上方。圓偏振片透射左旋圓偏振光并吸 收旋圓偏振光?？梢栽诓桓淖冿@示器工作方式的前提下調(diào)整光學(xué)元件的
順序。例如，玻璃層70可以設(shè)置于反射偏振片62和部分反射鏡63間 的任何位置。此外，四分之一波片68和可切換二分之一波片69的位置 可以交換。
圖10 (a)和10 (b)示出了景深移位模式下顯示器的工作方式。 偏振片62具有透光軸73，其取向位于附圖平面內(nèi)，四分之一波片68 具有快光軸74，其取向同透光軸73成45°角。來自LCD 61的光是偏 振光，其電場矢量在附圖平面(《今)內(nèi)，從而來自LCD 61的光穿過 反射偏振片62。四分之一波片68將線性偏振光轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光R， 后者由鏡63部分反射部分透射。在該模式下，二分之一波片69關(guān)閉， 因此在圖(10)的(a)中省去了二分之一波片69。
透射光被圓偏振片71吸收，因而被阻擋，而反射光被轉(zhuǎn)換為左旋 圓偏振光L。四分之一波片68將光轉(zhuǎn)換為垂直于附圖平面的方向( ) 的線偏振態(tài)。該光線由反射偏振片62反射，并由四分之一波片68轉(zhuǎn)換 為左旋圓偏振光。透過鏡64的上述部分光線還透過圓偏振片71，傳播 至顯示器的視區(qū)。經(jīng)鏡63反射的部分光線被轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光，后 者由四分之一波片68轉(zhuǎn)換為平行于附圖平面方向的線偏振光。該線偏 振光線透過偏振片62返回LCD 61。在該工作模式下，傳入視區(qū)的光線僅為由部分反射器62和63反射 的光線。因此，如前所述，如圖9 (a)所示，觀察者看到位于位置67 的LCD 61的圖像。該圖像實(shí)際上以其實(shí)際位置為基礎(chǔ)發(fā)生了向下的位 移，移動(dòng)距離大約是部分反射器62和63間隔距離的兩倍，實(shí)際位移還 取決于顯示器各元件的折射率。
圖10 (c)和10 (d)示出了二分之一波片69開啟時(shí)顯示器的工作 方式。如圖IO (d)所示，二分之一波片69的快光軸可以是任意方向。 然而，實(shí)際上，比如說，由于用于顯示器的光學(xué)元件中的不理想因素， 或者由于光學(xué)元件屬性對(duì)于視角的依賴，可能存在優(yōu)選方向。在此應(yīng)用 中，二分之一波片實(shí)現(xiàn)右旋圓偏振光R和左旋圓偏振光L間的轉(zhuǎn)換。
如圖10 (c)所示，偏振方向位于附圖平面內(nèi)的線偏振光透過反射 偏振片62，并被四分之一波片68轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光。二分之一波片 69將上述光線轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光，鏡63對(duì)后者進(jìn)行部分透射部分反 射。透射光穿過圓偏振片71到達(dá)顯示器的視區(qū)。反射光被轉(zhuǎn)換為右旋 圓偏振光，后者再由二分之一波片69轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光。四分之一 波片68將該光線轉(zhuǎn)換為垂直于附圖平面方向的線偏振光。該線偏振光 經(jīng)反射偏振片62反射，并被四分之一波片68轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光。
二分之一波片69將該光線轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光，鏡63透射一部分 右旋圓偏振光，反射一部分右旋圓偏振光。透射光被圓偏振片71吸收， 因而被圓偏振片71阻擋并被阻止傳入視區(qū)。反射光被轉(zhuǎn)換為左旋圓偏 振光，后者由二分之一波片69轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光。四分之一波片68 將上述光線轉(zhuǎn)換為平行于附圖平面方向的線偏振光，上述線偏振光透過 反射偏振片62返回LCD 61。
為了在雙景深模式下操作圖9 (a)、 9 (b)和10 (a)至10 (d) 所示的顯示器，依時(shí)序操作顯示器。因此，LCD61交替顯示需要景深移 位和不需要景深移位的圖像。當(dāng)顯示需要進(jìn)行景深移位的圖像時(shí)，關(guān)閉 二分之一波片，顯示器按圖IO (a)所示的方式工作。當(dāng)顯示下一個(gè)非 景深移位圖像時(shí)，打開二分之一波片，顯示器按圖10 (c)所示的方式 工作。為了使觀察者感覺到極小的或感覺不到閃爍，二分之一波片69 和LCD 61需要以足夠高的開關(guān)或幀速率工作?？梢允褂?0至120Hz間的幀速率，實(shí)際速率取決于圖像的亮度以及環(huán)境因素。
如果鏡63反射約50%的入射光并透射約50%的入射光，且第一和第 二圖像的顯示時(shí)間基本等同，那么在觀察者看來景深移位圖像的亮度約 為LCD 61所顯示的圖像的原始亮度的四分之一，而非移位圖像的亮度 大約為LCD 61所顯示的原始亮度的一半。因此，顯示器的總時(shí)間平均 亮度約為LCD61所顯示的亮度的3/8。然而，可以改變圖像的顯示時(shí)段 以及鏡64的反射率/透射率，從而選擇圖像的相對(duì)亮度以及顯示器的總 時(shí)間平均亮度。比如，如果景深移位的顯示時(shí)間是非移位圖像持續(xù)時(shí)間 的兩倍，那么圖像的表觀亮度(視亮度)基本相等，而實(shí)現(xiàn)平均亮度變 為LCD亮度的1/3。此外，如果鏡63的透射增至50%以上，那么非移位 圖像亮度的增加大于景深移位圖像亮度的減小，因此總顯示器亮度增 加。
如前所述，可以在不改變顯示器工作方式的前提下調(diào)整光學(xué)元件的 順序。然而，由于元件實(shí)際性能同理想性能的偏差或波長相關(guān)，在任意 特定示例中可能存在"最佳"的元件順序。光學(xué)元件順序的交換還有可 能導(dǎo)致工作方式略微不同。比如，如圖9 (c)所示，可以將可切換二分 之一波片69設(shè)置于鏡63和圓偏振片71之間。在這種配置下，光線僅 穿過可切換二分之一波片69 —次，從而減小了可切換二分之一波片工 作時(shí)任意非理想特性的影響。
如前所述，在這種顯示器中可以使用任何類型的透射或發(fā)光顯示設(shè) 備。舉例而言，圖9 (c)示出了使用陰極射線管(CRT) 72代替背光60 和LCD 61。
如果將液晶單元用作可切換二分之一波片69，可以通過添加一個(gè) 或多個(gè)補(bǔ)償膜來改進(jìn)性能。比如，當(dāng)將電壓施加于液晶單元的液晶層兩 端，名義上關(guān)閉液晶單元時(shí)，液晶單元的關(guān)閉可能存在一定的殘余延遲。 舉例而言，如果液晶單元的開關(guān)延遲被設(shè)計(jì)為在零延遲和275nm的延遲 之間，當(dāng)開關(guān)液晶單元以提供名義上的零延遲時(shí)，可以存在50nm的殘 余延遲。這種殘余延遲可能導(dǎo)致圖像景深面間的串?dāng)_比較明顯。這基本 可以通過配置液晶單元以使其在"開啟"狀態(tài)下具有325 nm的延遲， 并配備同液晶單元串聯(lián)的、其快光軸垂直于液晶單元的快光軸的、延遲為50腦的固定延遲器來去除。此時(shí)，"開啟"狀態(tài)下的總延遲達(dá)到了
期望的275 nm，并且在"關(guān)閉"狀態(tài)下消除了殘余延遲，以提供零延遲。 此外，可以通過改變施加電壓的方式調(diào)節(jié)兩種狀態(tài)下的實(shí)際延遲，以實(shí) 現(xiàn)期望或最佳性能。
某些元件同垂直于顯示平面方向的軸的相對(duì)方向可能不同于圖10 (b)和IO (d)給出的示例。比如，可以將四分之一波片68旋轉(zhuǎn)90。， 使穿過四分之一波片68的光的偏振態(tài)垂直于圖10 (a)和10 (c)所示 的狀態(tài)。這導(dǎo)致當(dāng)二分之一波片69開啟時(shí)景深移位圖像可見，當(dāng)二分 之一波片69關(guān)閉時(shí)非移位圖像可見。此外，圓偏振片71可以是透射右 旋圓偏振而反射或吸收左旋圓偏振的圓偏振片。理論上可以旋轉(zhuǎn)二分之 一波片69而不會(huì)對(duì)性能造成影響，然而，由于實(shí)際性能同理想性能的 偏差或波長相關(guān)性，實(shí)際上可能存在優(yōu)選方向。
如前所述，雖然LCD具有發(fā)出偏振光從而使得當(dāng)光線穿過反射偏振 片62時(shí)能量損失相對(duì)較少的優(yōu)勢，但顯示設(shè)備并非必須是LCD。然而， 為了提供無閃爍的時(shí)序顯示器而高速驅(qū)動(dòng)LCD往往更加困難，因此可以 使用更加快速的顯示設(shè)備，如背投顯示器、陰極射線管、等離子顯示器 以及有機(jī)LED顯示器等。
雖然圖中所示的反射器62和63彼此平行，且平行于LCD 61的像 面，但這并不是必須的。比如，可能存在需要景深移位和非移位圖像看 似彼此不相平行的應(yīng)用，在這種情況下，反射器可以適當(dāng)取向以實(shí)現(xiàn)這 一目的。
顯示器的某些元件可以由兩個(gè)以上的部分構(gòu)成，所述部分可以設(shè)置 于與圖9 (a)至9 (c)中的所示位置不同的位置。比如，圓偏振片71 包括四分之一波片和線偏振片，且這兩個(gè)元件可以彼此分離。比如，線 偏振片可以位于所示的圓偏振片的位置，四分之一波片可以位于線偏振 片下方，并由玻璃層70或可切換二分之一波片69同線偏振片隔開。
雖然圖9 (a)至9 (c)和10 (a)至10 (d)的顯示器被描述為提 供用于同時(shí)觀察的位于不同景深面的圖像，然而，正如此處所述的所有 其他顯示器一樣，還可以按照前述任意一種方式操作顯示器。比如，圖 像可以被配置為從一平面切換至另一平面以便看上去發(fā)生了向前或向后的移動(dòng)。在前述的游戲機(jī)的示例中，當(dāng)玩家可以贏得獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)可以控制 圖像使其跳到前面，以吸引玩家的注意。此外，可以將顯示區(qū)分割為兩 個(gè)以上的、可以獨(dú)立控制的部分，從而比如可以按照各部分彼此獨(dú)立的 方式為各部分選擇表觀景深(視景深)。
圖9 (a)至9 (c)和10 (a)至10 (d)所示的實(shí)施例能夠顯示不 同景深的兩個(gè)像平面內(nèi)的圖像。然而，還可以采用同樣的技術(shù)創(chuàng)建兩個(gè) 以上、相對(duì)于顯示器景深不同的像平面，圖ll示出了這種情況的示例。
圖ll所示的顯示器包括屬于同一類型、并且具有與圖9a和9b所 示的相對(duì)位置相同的相對(duì)位置的元件60至63和68至71。在附圖中元 件62、 63以及68至71被稱為"堆1"，設(shè)置于LCD 61上方。在圖11 中另一組元件被稱為"堆2"，設(shè)置于堆1上方，包括反射偏振片62'、 固定四分之一波片68'、可切換二分之一波片69'、玻璃隔板70'、 "50%"鏡63'、以及圓偏振片71'。堆2中的元件同堆1的元件種類一 樣，并且除了玻璃隔板70'的厚度與玻璃隔板70的厚度有所不同，兩 組元件基本相同。因此，該種配置能夠顯示位于相對(duì)于顯示器的四個(gè)不 同景深的像平面的圖像。
當(dāng)同時(shí)開啟二分之一波片69和69'時(shí)，光線沿"路徑1"直接穿過 各層到達(dá)視區(qū)，因而在感覺上所顯示的圖像基本是從LCD 61的圖像產(chǎn) 生平面的實(shí)際位置發(fā)出的。當(dāng)二分之一波片69'開啟，二分之一波片69 關(guān)閉時(shí)，光線沿"路徑2"傳播，在鏡63和反射偏振片62的位置發(fā)生 反射。所顯示的圖像看似位于像平面67b。當(dāng)二分之一波片69'關(guān)閉， 二分之一波片69開啟時(shí)，光線沿"路徑3"傳播，在鏡63'和反射偏振 片62'的位置發(fā)生反射。所顯示的圖像看似位于像平面67a。當(dāng)二分之 一波片69和69'同時(shí)關(guān)閉時(shí)，光線沿"路徑4"傳播，在鏡63、反射偏 振片62以及鏡63'和反射偏振片62'的位置發(fā)生反射。因此，所顯示的 圖像看似位于像平面67c。
為了實(shí)現(xiàn)期望的效果，可以按前述任意一種方式操作圖11的顯示 器。比如，通過依時(shí)序顯示四幅圖像或四個(gè)序列，并以同步方式控制可 切換二分之一波片69和69'的方式，觀察者可有效地同時(shí)觀察到位于四 個(gè)不景深的像平面的圖像。可選地，可以切換像平面，從而使觀察者感
24覺發(fā)生了逼近或遠(yuǎn)離觀察者的運(yùn)動(dòng)。
圖12 (a)和12 (b)所示的顯示器包括背光(未示出)、作為顯
示設(shè)備的LCD61，然而正如此處說明的所有實(shí)施例的情況一樣，還可以 使用適合的顯示設(shè)備。在本實(shí)施例中，第一部分反射器62包括部分反 射鏡，在本例中，部分反射鏡被配置為用于透射約50%的入射光并反射 約50%的入射光(忽略光損耗)。此外，第二部分反射器63包括透射一 種圓偏振態(tài)(在本例中為右旋R)而反射其正交圓偏振態(tài)(在本例中為 左旋L)的膽甾型反射器。膽甾型反射器63包括具有天然螺旋結(jié)構(gòu)的 液晶層。這種反射器已為人們所熟知，且公開于比如前述Lueder等人 所作的參考文獻(xiàn)中。這種反射器可以被配置為通過施加電場的方式予以 關(guān)閉，或者可以是固定且不可切換的，在這種情況下，可通過聚合來固 定液晶層。
在圖12 (a)和12 (b)所示的顯示器中，固定的四分之一波片68 設(shè)置于LCD 61和鏡62之間。LCD 61具有帶有透光軸73的出射偏振片， 且選擇四分之一波片68的方向，使其快光軸74同透光軸73成45°。 同前一實(shí)施例一樣，顯示器包括位于反射器62和63間的可切換二分 之一波片69，其快光軸可以指向任何期望方向。
圖12 (a)和12 (b)示出了圖像顯示器的景深移位模式下的工作 方式。四分之一波片68將電場矢量方向平行于附圖平面的線偏振光轉(zhuǎn) 換為右旋圓偏振光R。上述光線約有一半透過鏡62，另外約有一半經(jīng)反 射，被四分之一波片68轉(zhuǎn)換為電場矢量垂直于附圖平面的線偏振光， 并被LCD61的出射偏振片吸收。二分之一波片69啟用，將透射光轉(zhuǎn)換 為左旋圓偏振光L。該偏振態(tài)經(jīng)膽甾型反射器63的反射，轉(zhuǎn)換為右旋 圓偏振光R。上述光線約有一半透過鏡62，被四分之一波片68轉(zhuǎn)換為 電場矢量垂直于附圖平面的線偏振光，并被LCD61的出射偏振片吸收。 在鏡62上一半入射光被反射并被轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光L。左旋圓偏振 光L被二分之一波片69轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振態(tài)R，并通過膽甾型反射器 63傳入視區(qū)。
在非景深移位工作模式下(附圖中未示出)，二分之一波片69關(guān)閉， 因而基本不會(huì)對(duì)通過它的光的偏振態(tài)產(chǎn)生影響。如前所述，LCD61發(fā)出的光被轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光，右旋圓偏振光透過關(guān)閉的二分之一波片
69，其偏振不會(huì)發(fā)生任何實(shí)質(zhì)變化，并經(jīng)膽甾型反射器63透射到達(dá)視區(qū)。
為了在圖像的感知景深方面提供期望的移位，將反射器62和63 分開適當(dāng)?shù)木嚯x，并且可以借助于透明隔板(比如由玻璃制成)(未示 出)對(duì)該距離加以調(diào)整。此外，元件的順序可以與圖12 (a)和12 (b) 所示的順序有所不同。比如，二分之一波片69可以設(shè)置于四分之一波 片68和鏡62之間，或者鏡62和膽甾型反射器63的位置可以互換。還 可以用包括四分之一波片和反射偏振片在內(nèi)的組合代替膽甾型反射器 63。
圖13 (a)和13 (b)所示的顯示器與圖12 (a)和12 (b)所示的 顯示器的不同之處在于，省去了可切換二分之一波片69，且膽甾型反射 器63是可切換型的，當(dāng)膽甾型反射器關(guān)閉時(shí)，無論光線的偏振態(tài)如何 都透射光線，當(dāng)膽甾型反射器開啟時(shí)，透射左旋圓偏振光L并反射右旋 圓偏振光R。圖13 (a)示出了總體配置以及景深移位模式下的工作方 式，圖13 (b)示出了四分之一波片以及LCD 61的出射偏振片的取向。
在景深移位模式下，膽甾型反射器63開啟。LCD61發(fā)出電場矢量 方向位于附圖平面內(nèi)的線偏振光。四分之一波片68將該線偏振光轉(zhuǎn)換 為右旋圓偏振光R，大約一半的右旋圓偏振光R透過鏡62，偏振態(tài)不發(fā) 生任何實(shí)質(zhì)變化，右旋圓偏振光R的另外大約一半被反射至四分之一波 片68。四分之一波片68將反射光轉(zhuǎn)換為電場矢量垂直于附圖平面的線 偏振光，該線偏振光被LCD 61的出射偏振片吸收。
透過鏡62的光線被膽甾型反射器63反射。反射光線的一半透過鏡 68，同前述一樣被出射偏振片吸收。光線的反射部分被轉(zhuǎn)換為左旋圓偏 振態(tài)，透過反射器63到達(dá)視區(qū)。
在非移位模式下，膽甾型反射器63關(guān)閉。因此，由LCD61發(fā)出并 透過鏡62的部分光線透過反射器63到達(dá)視區(qū)。
可切換膽留型反射器可以被制成工作于相對(duì)較窄、典型值約為 lOOnm的波段內(nèi)。因此，有必要將可切換膽甾型反射器63實(shí)現(xiàn)為此類可 切換反射器堆。比如，為了選擇性地反射三原色(紅、綠和藍(lán))，可以配備三個(gè)這樣的反射器。M. 0kada等人的"Reflective multicolour displaying using cholesteric liquid crystals" ， SID 1997 Digest 以及D. Davies等人的"Multiple color high resolution reflective cholesteric crystal displays" ， SID 1997 Digest中公開了此類反 射器。在這樣的配置中，三種顏色可以彼此獨(dú)立地切換，因此不同顏色 可以工作于不同的模式。通過使顏色在不同時(shí)刻進(jìn)行模式間切換，可以 降低閃爍的可見性。
可以對(duì)此類顯示器加以改進(jìn)，以顯示兩個(gè)以上的景深面。比如，圖 13 (c)示出了一種能夠顯示三個(gè)不同景深面的此類顯示器。該顯示器 與圖13 (a)所示的顯示器的差異在于，可切換膽甾型反射器63被兩個(gè) 彼此分開的膽甾型反射器63a和63b所替代。當(dāng)反射器63a和63b均關(guān) 閉時(shí)，光線沿"直接"路徑66傳播，因此所顯示的圖像基本不發(fā)生景 深移位。當(dāng)反射器63a開啟，反射器63b關(guān)閉時(shí)，顯示器按照?qǐng)D13 (a) 所示的方式工作，光線沿較長的路徑65a傳播，從而提供顯示圖像的相 對(duì)較大的景深移位。當(dāng)反射器63b開啟，反射器63a關(guān)閉時(shí)，光線沿路 徑65b傳播，從而提供另一景深移位后的像平面。
圖14 (a)和14 (b)示出了一種同圖13 (a)至13 (c)所示的顯 示器相類似的顯示器，其間的區(qū)別僅在于可切換膽甾型反射器或反射器 被一對(duì)固定的"單色"膽甾型反射器63c和63d所替代。反射器63c和 63d被設(shè)置為彼此緊鄰，兩者之間只存在極小的間隔。反射器63c反射 紅色右旋圓偏振光并透射所有其他光線，相反反射器63d反射藍(lán)色右旋 圓偏振光并透射所有其他光線。
四分之一波片68將LCD 61發(fā)出的綠光轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振光R，約 一半的右旋圓偏振光R透過鏡62，約一半的右旋圓偏振光R被鏡62反 射。反射光返回并穿過四分之一波片68，并像如前所述的那樣在LCD61 中被吸收。透射光沿直線光路66穿過反射器63c和63d到達(dá)視區(qū)。
類似地，四分之一波片68將LCD 61發(fā)出的紅光和藍(lán)光轉(zhuǎn)換為右旋 圓偏振光R，右旋圓偏振光R的一部分透過鏡62。反射器63c將紅光反 射回鏡62，反射器63d將藍(lán)光反射回鏡62，在鏡62的位置光線的一部 分被透射吸收，另一部分被反射回來。經(jīng)上述反射，反射回來的紅光和藍(lán)光的偏振態(tài)變化為左旋圓偏振態(tài)L，并沿光路65透過反射器63c和 63d。
因此，對(duì)于不同的顏色而言，光路65和66具有不同的長度。因此， 觀察者看到具有兩個(gè)景深面的圖像，景深較深的圖像包含紅光和藍(lán)光， 景深較淺的圖像包含綠光。
使用紅色和藍(lán)色的膽甾型反射器僅僅是示例性的，還可以使用其他 顏色組合的反射器。此外，比如，反射器可以相互分開，位于不同的平 面中，從而在不同的像平面中顯示三原色。當(dāng)使用這種反射器時(shí)，還可 以在不同的時(shí)間切換不同的顏色。比如，雙景深顯示器可以迅速地在狀 態(tài)A和狀態(tài)B間切換。在狀態(tài)A下，顯示"前"景深面的紅色和藍(lán)色分 量以及"后"景深面的綠色分量。在狀態(tài)B下，顯示后景深面的紅色和 藍(lán)色分量以及前景深面的綠色分量。
圖15 (b)示出了與圖14 (a)所示的顯示器屬于同一大類的顯示 器，然而圖15 (b)所示的顯示器在兩個(gè)不同景深提供"全彩色"圖像。 顯示器包括膽甾型反射器堆63，后者被配置用于在相對(duì)較窄的紅光波段 Rl，相對(duì)較窄的綠光波段G2和相對(duì)較窄的藍(lán)光波段B1反射右旋圓偏振 光。LCD61的像素具有濾色器，用于像如圖15 (a)所示的那樣透射波 段R1、 R2、 Gl、 G2、 B1和B2中的光線。比如，LCD61可以包括具有重 復(fù)圖案的濾色器排列(例如行或列排列)用于透射諸如Rl、 Gl、 Bl、 R2、 G2、 B2等重復(fù)圖案。膽甾型反射器堆63可以包括三個(gè)反射器，每個(gè)反 射器反射相應(yīng)顏色的一個(gè)波段。然而，還可以配備兩個(gè)具有如圖15 U) 中的Cl和C2所示的反射譜的膽甾型反射器，使得一個(gè)反射器反射波段 Bl，另一個(gè)反射器反射波段G2和R1。
LCD 61將兩幅圖像顯示為空間復(fù)用或交錯(cuò)的條帶， 一幅圖像用Rl、 G2和B1波段內(nèi)的光進(jìn)行編碼，另一幅圖像用R2、 G1和B2波段內(nèi)的光 進(jìn)行編碼。對(duì)上述第一圖像進(jìn)行編碼的光沿光路65傳播，對(duì)上述第二 圖像進(jìn)行編碼的光沿光路66傳播。如此一來，就可以按照不同的感知 景深來顯示兩幅全彩色或接近于全彩色的圖像或序列。
可以對(duì)這種顯示器加以改進(jìn)，將其與背光一起使用，所述背光可控 制用于依次以各波段內(nèi)的光照亮LCD 61。在這種配置中，LCD 61無需
28任何濾色器，并且可以被操作用于按時(shí)間順序并以與由背光照亮的顏色 同步的方式，顯示兩幅圖像的紅、綠和藍(lán)色部分?？蛇x地，可以將圖15
(a)和15 (b)所示的濾色器排列結(jié)構(gòu)同背光一起使用，所示背光在交 替的圖像幀中提供不同的紅色、綠色和藍(lán)色波段的光，以便按時(shí)間順序 并以與背光的工作狀況相同步的方式，顯示兩個(gè)圖像或序列。
圖16所示的顯示器與前述實(shí)施例的不同之處在于，設(shè)置于LCD 61 之前的光學(xué)配置結(jié)構(gòu)包括用作部分反射器的反射偏振片62和63、以 及可切換方向性二分之一波長延遲器69。反射偏振片被配置用于透射電 場矢量方向位于附圖平面內(nèi)的光線，并反射其正交偏振態(tài)?？汕袚Q方向 性延遲器69可以在"關(guān)閉"狀態(tài)和"開啟"狀態(tài)間切換，在"關(guān)閉" 狀態(tài)下，基本不對(duì)通過它的光的偏振態(tài)產(chǎn)生任何影響。在"開啟"狀態(tài) 下，延遲器69對(duì)以與顯示平面的法線成+30。角的方向傳播的光線起二 分之一波片的作用，并且基本不對(duì)以與顯示平面的法線成-30。角的方向 傳播的光線的偏振態(tài)產(chǎn)生任何影響。例如，延遲器69可以包括GB 2 405 516中公開的液晶單元。
圖16示出了在延遲器69開啟的景深移位模式下顯示器的工作方 式。觀察條件是觀察者以接近于+30。角的方向觀察顯示器。
從LCD 61發(fā)出的光是線偏振的，其電場矢量位于附圖平面內(nèi)。延 遲器69將以+30°角透過自身的光線的偏振方向加以旋轉(zhuǎn)，使電場矢量 垂直于附圖平面。該光線經(jīng)反射偏振片63反射，并以-30。角穿過延遲 器69，因此其偏振態(tài)不受影響。然后，光線被反射偏振片62反射，并 以+30°角穿過延遲器69，因此其偏振方向被旋轉(zhuǎn)90。。結(jié)果光線透過反 射偏振片63到達(dá)視區(qū)。
當(dāng)延遲器69關(guān)閉時(shí)，對(duì)不會(huì)對(duì)穿過自身的光的偏振態(tài)產(chǎn)生影響。 因此，由于反射偏振片62和63的透光軸相互平行，由LCD 61發(fā)出并 穿過偏振片62的光線也將穿過偏振片63。
這種配置的優(yōu)勢在于，在兩種工作模式下都提供幾乎全亮度的圖 像。實(shí)際上，當(dāng)光線穿過或被各光學(xué)元件反射時(shí)將發(fā)生一些損耗。然而， 由于光學(xué)元件按預(yù)期方式工作，不會(huì)產(chǎn)生衰減。
圖17 (a)和17 (b)所示的顯示器與前述顯示器的不同之處在于，LCD61之前的光學(xué)配置結(jié)構(gòu)包括反射偏振片62和63，在反射偏振片 62和63之間設(shè)置了固定的法拉第旋轉(zhuǎn)器75和可切換二分之一波片69。 偏振片62的透光軸73的取向位于附圖平面內(nèi)，反射偏振片63的透光 軸76的取向與透光軸73成45。角。當(dāng)二分之一波片69開啟時(shí)，二分 之一波片69的快光軸77垂直于透光軸73。當(dāng)光線沿任意方向穿過旋 轉(zhuǎn)器75時(shí)，法拉第旋轉(zhuǎn)器將線偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)+45°。
法拉第旋轉(zhuǎn)器包括若干材料層，所述材料層將穿過自身的光線的偏 振方向旋轉(zhuǎn)一角度，這個(gè)角度同對(duì)材料層施加的磁場成正比。這種設(shè)備 是己知的，例如，在"Optics" , E. Hecht et al， fourth edition, Addison Wesley (2003)等標(biāo)準(zhǔn)參考文本中有所說明。
圖18 (a)和18 (b)示出了景深移位模式下圖17 (a)和17 (b) 的顯示器的工作方式，其中二分之一波片69關(guān)閉，對(duì)穿過它的光線的 偏振態(tài)基本不產(chǎn)生影響。來自LCD 61的線偏振光透過反射偏振片62， 其電場矢量的方向位于附圖平面內(nèi)。旋轉(zhuǎn)器對(duì)電場矢量加以旋轉(zhuǎn)，使其 方向成+45°，反射偏振片63將光線反射回來。光線再次穿過旋轉(zhuǎn)器75， 且其電場矢量方向垂直于附圖平面。光線由偏振片62反射并穿過旋轉(zhuǎn) 器75，旋轉(zhuǎn)器旋轉(zhuǎn)偏振面，使電場矢量的方向變?yōu)?45°。光線透過反射 偏振片63到達(dá)視區(qū)。
圖19 (a)和19 (b)示出了非移位模式下的工作方式。在該模式 下，二分之一波片69開啟。電場矢量方向位于附圖平面內(nèi)光線穿過旋 轉(zhuǎn)器75，旋轉(zhuǎn)器將其偏振面加以旋轉(zhuǎn)，使其電場矢量方向變?yōu)?45°。 二 分之一波片69進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)該光線的偏振面，使穿過它的光線的電場矢 量方向變?yōu)?45°。該光線穿過反射器偏振片63到達(dá)視區(qū)。
正如在前一實(shí)施例中那樣，由于各光學(xué)元件的工作方式的緣故，光 能并未損耗。因此，所顯示的圖像在景深移位模式和非移位模式下都相 對(duì)比較明亮。
圖20 (a)和20 (b)示出了一種顯示器，其中LCD61通過空間復(fù) 用方式同時(shí)顯示將要以不同的有效景深顯示的成對(duì)圖像。用按行列排列 的像素對(duì)LCD 61進(jìn)行像素化。圖像被顯示為交錯(cuò)的行或列，比如，用 "D像素"顯示景深移位圖像的垂直條帶，用"T像素"顯示非移位圖像的垂直條帶?？蛇x地，可以使用棋盤圖案。LCD具有入射和出射偏振
片80和81，出射偏振片81的透光軸83的方向位于附圖平面以內(nèi)。
帶有圖案的四分之一波長延遲器82設(shè)置于出射偏振片81上方，并 包括快光軸彼此交替的四分之一波長延遲器區(qū)。因此，D像素上方的諸 如84等延遲器部分令其快光軸取向能夠?qū)像素發(fā)出的光線轉(zhuǎn)換為右 旋圓偏振光R。設(shè)置于T像素上方的諸如85等延遲器部分令其快光軸取 向能夠?qū)像素發(fā)出的光線轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振光L。
"50%"鏡62設(shè)置于帶有圖案的四分之一波長延遲器82的上方。 四分之一波片68設(shè)置于鏡62上方，其快光軸74方向與出射偏振片81 的透光軸83成45°角。反射偏振片63設(shè)置于四分之一波片68的上方， 其透光軸76平行于透光軸83。
來自D和T像素的光線穿過出射偏振片81和四分之一波片82，從 而被分別轉(zhuǎn)換為右旋和左旋圓偏振光。約一半的光線經(jīng)鏡62反射，有 效地?fù)p耗在系統(tǒng)之中。約一半的入射光透過鏡62到達(dá)四分之一波片68。 來自D像素的光線被轉(zhuǎn)換為線偏振光，后者的電場矢量方向垂直于附圖 平面。該光線被反射偏振片63反射回來穿過四分之一波片68，在四分 之一波片中偏振被轉(zhuǎn)換為右旋圓偏振態(tài)R。來自四分之一波片的光線的 一部分透過鏡62有效地?fù)p耗在系統(tǒng)之中。入射鏡62的光線的一部分經(jīng) 反射，并被轉(zhuǎn)換為左旋圓偏振態(tài)L。四分之一波片68將此光線轉(zhuǎn)換為電 場矢量平行于附圖平面的線偏振態(tài)，該光線透過偏振片63到達(dá)視區(qū)。
四分之一波片68將來自T像素透過鏡62的光線轉(zhuǎn)換為電場矢量平 行于附圖平面的線偏振光。因此，該光線透過反射偏振片63到達(dá)視區(qū)。
顯示圖像的LCD 61內(nèi)的平面與帶有圖案的延遲器82間的任何實(shí)質(zhì) 間隔都將導(dǎo)致視差效應(yīng)，從而限制了顯示器的正常觀測視區(qū)，進(jìn)而限制 了觀察者的運(yùn)動(dòng)自由。比如，如果圖像被顯示為交錯(cuò)的若干列，區(qū)域84 和85沿列方向延伸，那么觀察者可以在向上和向下運(yùn)動(dòng)時(shí)正確感知所 顯示的圖像。然而，觀察者左右運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致交錯(cuò)圖像間的串?dāng)_，從而破 壞多景深的效果。類似地，如果圖像被顯示為交錯(cuò)的若干行，那么觀察 者在左右運(yùn)動(dòng)時(shí)仍然可以正確感知所顯示的圖像，然而上下運(yùn)動(dòng)將再次 導(dǎo)致串?dāng)_。
31圖21 (a)示出了一種改進(jìn)型顯示器，前者與圖20所示的顯示器 的差異在于，背光60是準(zhǔn)直型背光，漫射器90設(shè)置于帶有圖案的延遲 器82和鏡62之間。準(zhǔn)直背光使光以基本垂直于像平面的方式通過LCD 61。準(zhǔn)直背光是眾所周知的，在如"Proceedings of the International Display Workshops" ， Fukuoka, Japan, December 2004， p即er FMC 10-4中有所公開。適當(dāng)?shù)谋彻饪梢詮谋热鐨W姆龍(0mron)公司購得。
為了使得能夠在相對(duì)較寬的觀察范圍內(nèi)觀察到顯示圖像，需要釆用 漫射器90。漫射器90的類型應(yīng)使得漫射器不會(huì)對(duì)穿過它的光的偏振產(chǎn) 生影響。這種漫射器的一示例被稱為"GRIN薄膜"，可以從比如英國 Microsharp公司購得。
還可以通過減小帶有圖案的延遲器82和LCD61的像平面間的間隔 的方式減小視差的不良影響。比如，可以將帶有圖案的延遲器82和出 射偏振片8設(shè)置于LCD基片間的LCD61內(nèi)。可選地，與偏振片81和延 遲器82相鄰的LCD基片可以被制造得相對(duì)較薄，偏振片81可以形成在 基片或相對(duì)較薄的基片上。
圖21 (b)示出了另一改進(jìn)型顯示器，前者與圖21 (a)所示的顯 示器的差異在于，省去了出射偏振片81、帶有圖案的延遲器82以及漫 射器90且四分之一波片91設(shè)置于LCD61和鏡62之間。由于沒有出射 偏振片，LCD 61的獨(dú)立像素控制著調(diào)制光的偏振態(tài)，因此LCD 61控制 著像素所在的景深面。當(dāng)像素開啟時(shí)，對(duì)偏振態(tài)加以旋轉(zhuǎn)，使得穿過像 素的光線直接通過顯示器，使用該光線的圖像或圖像序列的圖像景深基 本位于LCD 61的顯示表面。相反，對(duì)于關(guān)閉的像素，經(jīng)過調(diào)制的光線 沿較長的光路65傳播，因此相應(yīng)的圖像看似位于移位后的像平面。在 這種配置下，LCD 61決定像素圖像景深，而不利用圖像對(duì)光進(jìn)行調(diào)制。 因此，顯示器看上去具有兩個(gè)像平面，在一個(gè)像平面上顯示的圖像是在 另一像平面上顯示的圖像的"負(fù)像"。這種顯示器的顯示效果十分令人 震驚，可應(yīng)用于廣告和信息顯示。比如，可以在"前"像平面內(nèi)在黑色 背景上顯示明亮的細(xì)節(jié)，使這些細(xì)節(jié)看上去投影在"后"像平面上。
為了顯示全控圖像，可以在入射偏振片80和準(zhǔn)直背光60間設(shè)置另 一個(gè)諸如LCD等的空間光調(diào)制器。該另一LCD (未示出)具有入射和出射偏振片以及同LCD 61 —樣的像素對(duì)齊了的像素配置。該另一 LCD的 出射偏振片可以由圖21 (a)和21 (b)所示的入射偏振片80予以提供。
圖22示出了對(duì)21 (a)和21 (b)的剩余部分所示顯示器的改進(jìn)方 案。根據(jù)該改進(jìn)方案，用在基片101上形成的組合元件代替50%鏡62 和漫射器90。該元件包括嵌入于基片IOI內(nèi)的透鏡陣列102，透鏡102 的焦平面與基片101的上表面重合。在基片101的上表面鍍上反射率極 高的鏡層，以形成反射元件62。在球面會(huì)聚透鏡的情況下，在鏡層中透 鏡102的焦點(diǎn)位置形成縫隙103?？蛇x地，透鏡102可以包括圓柱型會(huì) 聚透鏡，此時(shí)縫隙103形成于透鏡的焦線位置。這樣一來，縫隙就只占 據(jù)基片101的上表面區(qū)域的相對(duì)較小的一部分。
如104所示，當(dāng)經(jīng)過LCD的來自準(zhǔn)直背光的準(zhǔn)直光入射于組合元件 時(shí)，被透鏡102會(huì)聚，通過縫隙103，從而像105所示的那樣去除平行 并繼續(xù)傳播。相反，如106所示，當(dāng)來自反射偏振片63的反射光線入 射于鏡層62時(shí)，多數(shù)入射光被反射回去。
這種組合元件的使用極大的改進(jìn)了光的利用效率，因此極大的極高 了顯示器的亮度。圖21 (a)所示的顯示器使用了 50%鏡62，不考慮發(fā) 生在實(shí)際實(shí)施例中的損耗，非移位圖像的亮度降低至LCD 61所提供的 圖像亮度的大約50%，反之，景深移位圖像的亮度降低至所顯示的圖像 亮度的大約25%。通過使用圖22所示的組合元件，準(zhǔn)直光104的透射效 率相對(duì)較高，比如可以達(dá)到大約909L類似地，被鏡層62的反射光106 的反射效率也相對(duì)較高，仍可以達(dá)到大約90%。因此，非移位圖像的亮 度可以達(dá)到LCD 61所顯示的圖像亮度的大約90%，而景深移位圖像的亮 度可以達(dá)到LCD 61所顯示的圖像亮度的大約819L
可以用各種方式制造帶有圖案的延遲器，如圖20所示的延遲器82 以及下文將予以說明的實(shí)施例所示的各種延遲器，圖23 (a)至23 (e) 示出了此類延遲器的若干示例。比如，如圖23 (a)所示，可以在無需 提供延遲器功能的區(qū)域中破壞延遲器功能。雖然圖23 (a)至23 (e) 只涉及二分之一波長延遲器，但是可以將同樣的原理用于四分之一波長 或其他延遲器。這樣一來，諸如107等區(qū)域保留其延遲器功能，而諸如 108等區(qū)域通過比如暴露于紫外(UV)輻射的方式破壞其延遲器功能。因此，首先在透明基片109上形成均勻的延遲層，然后利用適當(dāng)?shù)母采w 物覆蓋均勻的延遲層并將其暴露于紫外輻射中，。從而提供帶有圖案的
延遲器。作為一種可選方案，如圖23 (b)所示，可以去除無需延遲器
功能的區(qū)域。去除延遲器材料的方法的示例包括蝕刻以及激光加工。
還可以用液晶材料形成帶有圖案的延遲器，圖23 (c)示出了第一 示例。帶有圖案的延遲器形成于玻璃基片IIO之間，包括與透明的樹脂 或光阻材料條帶U2交錯(cuò)或交替的液晶材料條帶111。為了使雙折射軸 對(duì)準(zhǔn)期望方向，為玻璃基片110的接觸面提供適當(dāng)?shù)娜∠驅(qū)?。這種取向 層(未示出)可以屬于任意適當(dāng)類型，取向方向可由已知的取向?qū)幽χ?工藝或其他適當(dāng)技術(shù)予以提供。
如果需要用帶有圖案的延遲器來旋轉(zhuǎn)光的線偏振電場矢量，可以用 線偏振旋轉(zhuǎn)配置代替延遲器。比如，可以將液晶材料111以及相鄰的取 向?qū)优渲糜糜谔峁┡まD(zhuǎn)向列單元，以便提供90。角或其他期望旋轉(zhuǎn)角度 的偏振旋轉(zhuǎn)。
可能需要這個(gè)帶有圖案的層能夠在帶有圖案的和不帶圖案的配置 間切換，圖23 (d)示出了可以實(shí)現(xiàn)此需求的一個(gè)示例。在這種情況下， 為下基片配備比如由銦錫氧化物(ITO)制成的均勻透明電極113，而上 基片具有由同一材料形成的帶有圖案的電極112。在形成于電極上的取 向?qū)娱g配備液晶層111。該設(shè)備所采用的液晶模式為，當(dāng)沒有在均勻電 極113和帶有圖案的電極112間施加電壓時(shí)，液晶單元起均勻的二分之 一波長或其他波長延遲器的作用。當(dāng)在電極間施加電壓時(shí)，與帶有圖案 的電極相鄰的液晶分子基本垂直于液晶層平面，因此這些區(qū)域基本不存 在延遲，反之臨近帶有圖案的電極的縫隙的液晶層的部分基本不受影 響，并繼續(xù)提供期望的延遲。
圖23 (d)所示的配置還可用于提供可切換式的帶有圖案的偏振旋 轉(zhuǎn)器。比如，當(dāng)未在電極間施加電壓時(shí)，液晶可以被調(diào)整為扭轉(zhuǎn)向列模 式，從而起偏振旋轉(zhuǎn)器的作用。當(dāng)在電極間施加電壓時(shí)，在帶有圖案的 電極的區(qū)域112內(nèi)不再具有扭轉(zhuǎn)向列結(jié)構(gòu)，從而形成帶有圖案的偏振旋 轉(zhuǎn)器。
在整個(gè)元件區(qū)域內(nèi)都需要帶有圖案的延遲器或偏振旋轉(zhuǎn)器的實(shí)施例中，可以像圖23 (e)所示的那樣使光軸帶有圖案。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目 的，可以使任一取向?qū)踊騼蓚€(gè)取向?qū)佣紟в袌D案。在這種情況下，為帶 有圖案的上下取向?qū)?14和115提供相同的取向方向圖案，從而使液晶 區(qū)域A沿同一方向?qū)R，液晶區(qū)域B沿另一方向?qū)R。制造這種帶有圖 案的取向?qū)拥姆椒ㄊ且阎模诒热鏓P 0 887 667中公開了制造方法 若干示例。
這種帶有圖案的延遲器可以用于比如圖21 (a)所示的顯示器中， 其中需要帶有圖案的延遲器在整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)提供不同的延遲或偏振 旋轉(zhuǎn)。然而，圖23 (e)所示類型的延遲器還可以用于某些只需為部分 區(qū)域提供延遲的實(shí)施例中。比如，如果帶有圖案的延遲器是二分之一波 片，那么無需提供延遲的區(qū)域可以取向?yàn)?，使其光軸平行或垂直于線偏 振光的電場矢量，反之使需要提供延遲的區(qū)域的光軸取向?yàn)榱硪粋€(gè)、適 合于特定應(yīng)用的角度。
如果帶有圖案的延遲器使用液晶材料作為"有源"延遲元件，那么 可以利用液晶材料的電控可切換光學(xué)效應(yīng)關(guān)閉雙重(或多重)效果。比 如，在圖23c所示的示例中，可以為兩基片IIO配備均勻的透明電極。 對(duì)整個(gè)液晶材料111施加電場將使液晶分子的取向基本垂直于元件平 面，使液晶材料基本不影響垂直入射光的偏振態(tài)。此時(shí)，元件的整個(gè)區(qū) 域基本不對(duì)偏振產(chǎn)生影響，因此所有像素顯示同一平面內(nèi)的圖像。由于 在多數(shù)實(shí)施例中該平面可以提供更加明亮的圖像，因此可以作為非移位 像平面。由于當(dāng)不施加任何電場時(shí)，整個(gè)液晶層lll處于同一狀態(tài)，因 此圖23 (d)所示的示例具有單面圖像顯示器的功能。還可以通過在兩 基片IIO上配備均勻電極，以便使全部液晶分子基本垂直于層面從而提 供均勻?qū)拥姆绞剑箞D23 (e)所示的示例具備這種功能。
在使用液晶材料提供帶有圖案的延遲器(或偏振旋轉(zhuǎn)器)而無需切 換為單景深顯示器的功能的實(shí)施例中，可以在制造過程中安裝液晶材 料，從而免去對(duì)整個(gè)液晶材料施加電場的需要。比如，液晶材料可以包 括諸如由Merck制造的反應(yīng)型液晶基元等可聚合液晶材料。可以在制造 過程中聚合這些材料，以減少液晶單元對(duì)濕度、溫度以及機(jī)械損傷的敏 感性。在圖20 (a)、 20 (b)、 21 (a)和21 (b)所示類型的顯示器中， 在雙景深顯示器的情況下，以LCD 61的實(shí)際空間分辨率的一半顯示各 圖像。這可能會(huì)使觀察者感知到所顯示的圖像中的條帶?？梢酝ㄟ^獨(dú)立 交錯(cuò)圖像的不同顏色分量的方式減輕所述條帶的可見性。比如，可以用 顯示器的偶數(shù)行顯示非移位圖像的紅色和綠色分量，而用顯示器的奇數(shù) 行顯示景深移位圖像的紅色和綠色分量以及非移位圖像的藍(lán)色分量。這 可以通過比如向顯示器元件插入波長相關(guān)延遲器的方式予以實(shí)現(xiàn)，其中 波長相關(guān)延遲器對(duì)紅光和綠光起二分之一波長延遲器的作用，對(duì)藍(lán)光基 本不產(chǎn)生影響。US 6,273,571中公開了這種波長相關(guān)延遲器的示例。
圖24 (a)和24 (b)所示的顯示器與同20 (a)和20 (b)所示的 顯示器的區(qū)別在于，帶有圖案的四分之一波長延遲器82被均勻的四分 之一波片120和帶有圖案的二分之一波長延遲器121所代替?？旃廨S 123垂直于四分之一波片68的快光軸74。帶有圖案的延遲器121包括 諸如124等區(qū)域以及諸如125的區(qū)域，前者基本不對(duì)光的偏振態(tài)產(chǎn)生影 響，后者起二分之一波長延遲器的作用，其快光軸126基本同四分之一 波片120的快光軸123相平行。
圖24 (a)和24 (b)中的四分之一波片120和帶有圖案的二分之 一波長延遲器121的組合對(duì)光偏振態(tài)的影響基本上等同于圖20 (a)和 20 (b)中的帶有圖案的四分之一波長延遲器82對(duì)光偏振態(tài)的影響。因 此，穿過諸如延遲器121的125等區(qū)域的光線沿光路65傳播，穿過諸 如124等區(qū)域的光線沿光路66傳播。如圖23所示，帶有圖案的延遲器 121可以包括前述元件中的任意一種。
圖25 (a)、 25 (b)和26示出了同圖24 (a)和24 (b)所示的顯 示器類型相似的顯示器。在該實(shí)施例中，帶有圖案的二分之一波片121 是用圖23 (d)中所示類型的液晶設(shè)備予以實(shí)現(xiàn)的。在帶有圖案的延遲 器121和LCD 61上配備了黑色覆蓋區(qū)128，使觀察者無法看到無用的偽 像。具體而言，這種偽像可能出現(xiàn)在帶有圖案的電極112的邊緣，因此 黑色覆蓋部分將這些邊緣隱藏起來，使觀察者無法看到這些邊緣。將補(bǔ) 償膜129設(shè)置于帶有圖案的延遲器121的上方，以改迸顯示器的視角特 性。這種補(bǔ)償膜是液晶技術(shù)領(lǐng)域中的現(xiàn)有技術(shù)，前述Lueder的參考文獻(xiàn)中說明了這種補(bǔ)償膜的若干示例。
該顯示器同圖24 (a)和24 (b)的區(qū)別還在于，50%鏡62被70% 鏡所替代，反射偏振片63的透光軸76方向被旋轉(zhuǎn)了90。，并在反射偏 振片63上方設(shè)置了另一個(gè)透光軸同軸76平行的吸收偏振片130。吸收 偏振片130減少了來自顯示器表面的環(huán)境光的反射。當(dāng)不存在這樣的偏 振片時(shí)，偏振態(tài)同反射偏振片63的透光軸相正交的入射光被反射回去， 比如反射回給觀察者。吸收偏振片103的存在阻擋或極大地衰減了這樣 的反射光。
鏡62被配置用于透射約70%的入射光并反射約30%的入射光。這樣 的鏡提高了由顯示器提供的圖像的整體亮度。具體而言，使用50%鏡， 非移位圖像的亮度理論上(忽略損耗)等于LCD61處的圖像亮度的50%， 而景深移位圖像的亮度理論上降低至25%。使用70%鏡使非移位圖像的 亮度增至70%，景深移位圖像的亮度降低至21% (只降低了相對(duì)較小的
圖25 (a)和25 (b)示出了雙景深模式下的顯示器，其中在延遲 器121的均勻電極113和帶有圖案的電極112之間施加一個(gè)電壓。在與 帶有圖案的電極112相鄰的液晶區(qū)域中，液晶分子的方向受施加電場的 影響基本垂直于液晶層平面，因而基本不對(duì)穿過該區(qū)域的光的偏振態(tài)產(chǎn) 生影響。與帶有圖案的電極112間的縫隙相鄰的液晶區(qū)域不受施加電場 的作用，因而其方向仍由取向?qū)記Q定。因此，液晶材料的這些區(qū)域起二 分之一波片的作用，其快光軸方向平行于四分之一波片120的快光軸 123。如此一來，來自D像素并穿過這些區(qū)域的光線就直接傳入視區(qū)， 而來自T像素的光線穿過"切換"液晶區(qū)域，沿較長的路徑65到達(dá)視 區(qū)。
如前所述，液晶單元配置結(jié)構(gòu)可以為，當(dāng)不存在施加電場時(shí)，使液 晶材料處于扭轉(zhuǎn)向列模式，起偏振旋轉(zhuǎn)器的作用，用于將線偏振光的電 場矢量旋轉(zhuǎn)90。角。因此，由于扭轉(zhuǎn)向列結(jié)構(gòu)被與帶有圖案的電極112
相鄰的液晶區(qū)域內(nèi)的施加電場所破壞，顯示器將按上述方式工作。
圖26示出了可選的單景深工作模式下圖25 (a)和25 (b)的顯示 器。在該工作模式下，電極112和113之間未施加電場，因此液晶模式取決于取向?qū)雍鸵壕Р牧?。在這種情況下，元件121起均勻二分之一波 片或偏振旋轉(zhuǎn)器的作用，因此所有經(jīng)圖像或圖像序列調(diào)制的光都沿直接 路徑66傳播至視區(qū)，圖像作為非移位圖像顯示。
在25 (a)和25 (b)所示的設(shè)備的變形中，使用了圖23 (e)所 示的具有帶有圖案的排列的液晶單元。圖23 (e)中的液晶區(qū)域A-B-A-B 起取向交替的四分之一波片的作用，因此四分之一波片120不是必不可 少的。如果連補(bǔ)償膜129都不使用，那么可以通過用諸如鋁或銀等反射 材料制造黑色覆蓋物128的方式，合并鏡62和黑色覆蓋物128的功能。
圖27 (a)和27 (b)示出了圖25 (a)、 25 (b)和26所示的顯示 器的修改形式。具體而言，省去了黑色覆蓋物128和補(bǔ)償膜129。圖27 (a)和27 (b)的顯示器的工作方式和圖25 (a)、 25 (b)和26的顯 示器的工作方式基本相同，因此不再對(duì)其予以說明。
圖28示出了被配置用于提高圖像亮度的顯示器。該顯示器與圖25 (a)所示的顯示器在許多方面都不相同。在液晶單元lll和出射偏振 片81間設(shè)置四分之一波片120。液晶單元lll上的黑色覆蓋物128的 一部分執(zhí)行部分鏡62的功能，并包括帶有圖案的金屬反射器，帶有圖 案的金屬反射器可以具有比如鋁Ul)或銀的薄層的形式。由于鏡62 的非透射部分使幾乎沒有光線穿過的區(qū)域變暗，因而配置部分鏡的反射 部分使其與LCD 61中非透射黑色覆蓋區(qū)128相對(duì)應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)整體亮 度的增加。在該配置中，需要液晶單元lll起二分之一波片的作用，而 非處于導(dǎo)波模式，并且液晶單元lll可以用Freedericksz單元予以實(shí) 現(xiàn)。
圖29示出了一種顯示器，該顯示器同圖28所示的顯示器的區(qū)別在 于用反射密度隨空間變化的金屬鏡作為鏡62。在該示例中，存在具有不 同反射/透射密度的反射區(qū)62a和62b?？梢酝ㄟ^比如使反射層變薄或小 規(guī)模地形成空間圖案的方式改變密度。這種配置對(duì)于減少由規(guī)則圖案與 其他顯示器內(nèi)變化結(jié)構(gòu)相互作用所引起的莫爾條紋。
圖30示出了與圖28所示的顯示器類型相似的顯示器，只是在該顯 示器中將四分之一波片68的功能并入液晶單元中。用透明的聚合物臺(tái) 階llla為液晶單元形成空間圖案。例如，臺(tái)階llld沿液晶單元厚度方
38向貫穿整個(gè)液晶單元，而臺(tái)階Ule從下表面向上(按圖30所示的方向) 擴(kuò)展，并在其上表面形成反射器62的反射區(qū)。臺(tái)階llle上方的液晶單 元的區(qū)域和反射區(qū)的厚度使液晶材料起四分之一波片lllc的作用。區(qū) 域llle及其頂端反射區(qū)的厚度或深度限定了能夠提供二分之一波片 lllb的液晶單元。
這種配置所需要的獨(dú)立組件的數(shù)量有所減少，這對(duì)至少某些應(yīng)用而 言可能是有優(yōu)勢的。此外，來自"上"方或前方像素的光路無須穿過任 何波片，因此經(jīng)歷的損耗以及由偏振誤差引起的串?dāng)_有所減小。然而， 在一可選實(shí)施例中，可以用液晶材料以及用于對(duì)整個(gè)液晶材料施加適當(dāng) 電壓的電極替代透明聚合物區(qū)。
圖31示出了一種顯示器，該顯示器同圖28所示的顯示器的區(qū)別在 于，四分之一波片68包括設(shè)置于帶有圖案的鋁制區(qū)域上方的區(qū)域。四 因此，四分之一波片區(qū)域68能透過沿路徑65傳播的光，從而可以減少 由偏振誤差導(dǎo)致的損耗和串?dāng)_。
在前述實(shí)施例中，前和后(或上和下)圖像是以基本相同的空間分 辨率來顯示的，舉例而言，交替圖像的條帶是通過LCD 61交替的像素 行予以顯示的。然而，這并不是必須的，可以不同的空間分辨率顯示器 上下圖像。圖32針對(duì)圖27 (a)中所示類型的顯示器示出了上述情況。 在這種情況下，為下部圖像分配的行數(shù)是為上部圖像分配的行數(shù)的兩 倍，為下部圖像每行分配的像素?cái)?shù)是為上部圖像每行分配的像素?cái)?shù)的兩 倍。這樣的配置為下部圖像提供了更高的分辨率和更強(qiáng)的亮度。然而， 還可以根據(jù)需要針對(duì)任何特定應(yīng)用來分配像素?cái)?shù)和行數(shù)。
圖33示出了一顯示器，該顯示器同圖27 (a)所示的區(qū)別在于， 二分之一波片121設(shè)置于四分之一波片120和液晶單元111之間。四 分之一波片120和二分之一波片121的組合所執(zhí)行的功能基本上和圖 27 (a)的顯示器中的四分之一波片120本身所執(zhí)行的功能相同。然而， 波片組合可以提供更強(qiáng)的消色差響應(yīng)，這對(duì)于減輕串?dāng)_和彩色偽像而言 可能十分有用。
在顯示器中可以會(huì)出現(xiàn)各種有害偽像，這些偽像可能會(huì)導(dǎo)致性能下 降。比如，在顯示器組件間的分界面上可能存在菲涅耳反射。這種反射可能出現(xiàn)在如圖32所示的顯示器中的四分之一波片68和部分鏡62間， 部分鏡62和四分之一波片120之間，以及四分之一波片120和液晶單 元111之間。這種反射可能引入損耗并增加串?dāng)_?？梢酝ㄟ^比如匹配組 件間折射率或在一個(gè)以上的組件表面上應(yīng)用防反射膜的方式減小上述 反射。
典型的顯示器背光通常被設(shè)計(jì)用于在相對(duì)較寬的角度范圍內(nèi)提供 均勻照明，以提供較大的視區(qū)。然而，由于液晶單元以及顯示器的其他 組件間的視差的緣故，此處公開的顯示器通常具有更有限的視角范圍。 因此，可以利用部分準(zhǔn)直背光提供一個(gè)比較窄的顯示器照明角范圍。對(duì) 于給定的輸入功率，這種配置可以提供更強(qiáng)的圖像亮度。
在此處公開的至少某些顯示器中，可以采用一種可選的液晶模式。 具體而言，除了傳統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)向列配置以外，還可以使用較厚的液晶層， 使之工作于已知的Mauguin區(qū)。這種配置可以在軸向以及較大的角度上 提供更低的偏振誤差，因而可以降低串?dāng)_。
為了在可以使用"單圖像模式"的情況下提高該模式下的亮度，可 以將部分鏡62切換為透明無反射模式。US 6961105中公開了適當(dāng)類型
的電控可切換鏡。
圖34示出了如何將此處公開的類型的顯示器安裝在箱體131形式 的外殼中。在圖34所示的配置中，組件80、 61、 81、 111、 112、 120、 62和68被安裝在箱體131中。反射偏振片63和吸收偏振片130安裝在 箱體外透明窗的上方，因此箱體是一個(gè)用于將反射偏振片53和部分鏡 62分開，從而提供更強(qiáng)的景深效果的十分方便的裝置。
圖35示出了可以同此處公開的顯示器一起使用從而提高顯示器表 觀亮度(視亮度)的圖像處理技術(shù)。這對(duì)于在"下平面"內(nèi)形成的圖像 而言可能特別有用。該技術(shù)依賴于調(diào)節(jié)圖像內(nèi)的伽馬值。伽馬值指圖像 內(nèi)的灰度級(jí)數(shù)據(jù)同對(duì)LCD施加的實(shí)際電壓(也就是最終顯示亮度)間的 對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖35示出了顯示亮度與灰度值間的關(guān)系，還示出了一個(gè)線 性關(guān)系。圖35還示出了中等灰度級(jí)的顯示亮度有所提高而全黑和全白 級(jí)別的顯示亮度保持不變的"增強(qiáng)伽馬"函數(shù)。這樣做可以使圖像表觀 亮度(視亮度)增加。圖36在140的位置示出了已知LCD面板的典型像素布局。黑色區(qū) 域是無法透射的，覆蓋以黑色材料從而形成覆蓋層，如晶體管、電容器、 以及面板的控制線。在該配置中所有像素都具有相同的孔徑比。這種像 素配置可用于此處公開的顯示器中。然而，還可以改變布局，如141所 示，使用于顯示下平面圖像的像素L比用于顯示上平面圖像的像素U具 有更大的孔徑比。這樣的配置能夠使下平面圖像的亮度增加。
圖37在142的位置示出了另一像素配置，同時(shí)依然將傳統(tǒng)配置示 于140的位置。在配置142中，像素的行間非透射區(qū)域增加，像素的列 間區(qū)域減小，因而總孔徑率保持不變。這樣的配置可用于增加顯示器的 觀察自由度。
圖38示出了前述類型的顯示器的另一種可能應(yīng)用。在該應(yīng)用中， 顯示器可以在窄視角或"個(gè)人"模式以及寬視角或"公共"觀看模式 間切換。在個(gè)人觀看模式下，顯示器提供受限的視角范圍，因此位于中 央的觀察者132能夠看到顯示圖像，反之對(duì)于偏離軸向的觀察者133而 言顯示圖像是不可見的。在個(gè)人模式下，可以操作顯示器使圖像看上去 位于LCD "后"的景深移位位置67。該模式可用于比如顯示金融或其他 不希望被公眾看到的敏感信息。當(dāng)顯示希望能夠被公眾看到的信息時(shí)， 可以使顯示器工作于非移位模式，使得圖像看似基本位于LCD 61的顯 示表面。為了在公共模式下提供足夠?qū)挼囊暯欠秶?，可以將偏振光學(xué)器 件62 64制造得比LCD 61的顯示表面寬。
每次從上至下更新或刷新LCD的一行從而更新一個(gè)完整的幀對(duì)于 前述LCD 61而言是十分有用的。就依時(shí)序工作的顯示器而言，LCD 61 交替顯示第一和第二圖像或序列，逐行發(fā)生圖像間切換。圖39示出了 所得到的顯示圖像的一個(gè)示例。在這種情況下，圖像每16毫秒(LCD 的幀速率)改變一次。
這可能會(huì)給顯示器帶來這樣的問題，即LCD前的光學(xué)配置結(jié)構(gòu)中的 一個(gè)或多個(gè)元件的開關(guān)必須與圖像序列同步。比如，對(duì)于圖像或序列中 的一幅圖像而言需要打開圖9 (a)的實(shí)施例中的二分之一波片，而對(duì)于 圖像或序列中的另一幅圖像而言需要關(guān)閉所述二分之一波片。
為了減小LCD的逐行刷新的影響，舉例而言可以將相關(guān)的可切換光學(xué)元件劃分為多個(gè)獨(dú)立的可切換段，以便使各段覆蓋LCD的多個(gè)像素行。 然后順次地、以與LCD的全部下方像素行的切換同步的方式切換所述獨(dú) 立段，從而使任意像素的更新和所述像素上方的獨(dú)立段的切換間的時(shí)間 差相對(duì)較小。圖40示出了這種情況，其中將切換至光學(xué)元件多種狀態(tài) 之一的光學(xué)元件的各段以陰影表示，所述光學(xué)元件具有四個(gè)這樣的段。
圖41 (a)和41 (b)示出了這樣的分段可切換光學(xué)元件，后者所 采用的形式為具有三個(gè)獨(dú)立可切換平行段93、 94和95的液晶單元。光 學(xué)元件包括玻璃基片96和97,兩者間限定了含有一層液晶材料98的液 晶單元。下基片97帶有一個(gè)單獨(dú)的覆蓋整個(gè)光學(xué)元件的電極，上基片 96帶有三個(gè)電極99，這三個(gè)電極限定了光學(xué)元件的三個(gè)部分。獨(dú)立電 極99可以獨(dú)立尋址，從而使得光學(xué)元件的各段能夠獨(dú)立切換。電極98 和99帶有適合光學(xué)元件液晶模式的取向?qū)?00。
另一種用于減小LCD的逐行刷新的影響的技術(shù)在于，提高連續(xù)幀刷 新間的時(shí)間間隔。這使得可以減小用于執(zhí)行刷新的幀刷新時(shí)間段的比 例，從而降低由逐行刷新引起的同步誤差。
還可以利用背光60減小逐行刷新的影響，所述背光在行刷新時(shí)關(guān) 閉，在連續(xù)幀刷新時(shí)間段之間打開。某些類型的背光，如冷陰極熒光燈， 不立即開啟和關(guān)閉。然而，將照明時(shí)間減少至幀周期的一部分會(huì)減小同 步誤差從而減小觀察者感知到的圖像間的串?dāng)_。舉例而言，可以僅僅在 連續(xù)幀刷新間的"等待期"內(nèi)以及各幀刷新時(shí)間段開始和結(jié)束時(shí)的幾 毫秒內(nèi)開啟這樣的背光。所述或各可切換光學(xué)元件在背光關(guān)閉時(shí)切換狀 態(tài)。雖然這將對(duì)接近屏幕頂部和頂部的像素造成較小的同步誤差，但對(duì) LCD 61的大多數(shù)像素基本不會(huì)產(chǎn)生影響，因而改進(jìn)了串?dāng)_性能。
在所有前述實(shí)施例中，有可能不同景深像平面間的圖像分離并不理 想。預(yù)期位于景深移位平面D的圖像的一部分可能會(huì)泄露到真實(shí)景深面 T中，而T圖像的一部分可能會(huì)泄露到平面D中。這種泄露可以導(dǎo)致串 擾，而串?dāng)_應(yīng)被減小使觀察者基本覺察不到它的存在。比如，如果T圖 像是黑暗背景上的明亮數(shù)字，并且D圖像主要是黑色的，那么觀察者可 能看到疊加在D圖像的明亮數(shù)字的微弱的軌跡。
由于多種原因，這樣的串?dāng)_可能是從D圖像串?dāng)_至T圖像的也可能
42是從T圖像串?dāng)_至D圖像的。偏振控制光學(xué)元件通常不是理想的。比如， 實(shí)際偏振片通常允許透過一部分"不正確的偏振"光，延遲器的行為依 賴于方向、波長和加工條件，并且(在時(shí)序顯示器中)液晶元件切換時(shí) 間有限，這都將導(dǎo)致產(chǎn)生光線看似同時(shí)來自于平面T和D的時(shí)段。
多數(shù)串?dāng)_機(jī)制導(dǎo)致T和D圖像亮度同原始圖像數(shù)據(jù)間近似線性相
關(guān)。這是由于在特定時(shí)間使顯示設(shè)備中特定像素的亮度加倍將導(dǎo)致，來 自于預(yù)期景深面中的像素的光線和與此同時(shí)來自于所述像素的泄露到 非預(yù)期景深面中的泄露部分加倍。
因此可以用矩陣公式來描述串?dāng)_問題。在下文將對(duì)時(shí)序型顯示器說 明這種技術(shù)，然而類似的技術(shù)還可用于依賴于交錯(cuò)圖像以及波長復(fù)用的 顯示器。假定發(fā)送至顯示設(shè)備的數(shù)據(jù)值正比于顯示設(shè)備的像素所顯示亮 度。然而，如果實(shí)際情況不是這樣，就必須考慮實(shí)際"傳輸函數(shù)"。比 如，陰極射線管設(shè)備通常具有冪律響應(yīng)，其中顯示亮度正比于信號(hào)輸入 端電壓的冪。
令y表示一個(gè)向量，該向量具有兩個(gè)分量，這兩個(gè)分量是在顯示器
分別處于模式D和T的情況下在時(shí)序成像周期內(nèi)發(fā)送至顯示設(shè)備(CRT、 LCD或其他設(shè)備)的特性像素的數(shù)據(jù)。假設(shè)數(shù)據(jù)值的取值范圍在0、 1 之間。向量b包含所述特定像素的兩個(gè)景深面內(nèi)可以被觀察者看到的圖 像亮度。由于上述線性關(guān)系的緣故，可以用一個(gè)2x2矩陣#關(guān)聯(lián)這兩 個(gè)向量。
B = Md.
當(dāng)使用該顯示器時(shí)，有必要指定亮度^并計(jì)算需要被發(fā)送至顯示 器以顯示指定亮度的數(shù)據(jù)J'。因此，有必要對(duì)矩陣求逆并根據(jù)下式計(jì) 算,。
<formula>formula see original document page 43</formula>。
理論上，這種運(yùn)算可以調(diào)節(jié)串?dāng)_，迸而可以顯示非失真圖像。不幸的是，這種運(yùn)算還可能導(dǎo)致cT分量的值超出允許范圍[O， l]。有必要使 用可以避免超出可用范圍的亮度6'的范圍。
矩陣的分量都是正數(shù)
M = [a "] d]。
如果景深面1的亮度主要受數(shù)據(jù)分量cl,控制，景深面2的亮度主 要受分量d2控制，則" > 辨卩5〉 ；k。如圖30 (a)所示，圖像數(shù)據(jù)的所 有可能值都位于單位正方形以內(nèi)。圖30 (b)示出了6的可能值的結(jié)果 范圍(以實(shí)線圍成的四邊形)。
如果P 〈 b, 〈 a并且;K 〈 b2 〈 &那么兩組亮度可以獨(dú)立變化而不 會(huì)導(dǎo)致d'的值超出允許范圍。這將^的取值范圍限制為矩形B。由 于亮度的最小值不等于0，因此存在對(duì)比度的損失。
實(shí)際上，利用以下縮放運(yùn)算將原始數(shù)據(jù)^映射為亮度范圍B: b， ， =+ (a--)山 b，2 = g+ (d-》d2
然后對(duì)將逆矩陣NT作用于b'，算得校正數(shù)據(jù)^。
圖42 (a)和42 (d)示出了該過程的示例。圖42 (c)中的下方
的圖形示出了發(fā)送至雙景深顯示器的未經(jīng)串?dāng)_校正的一行圖像數(shù)據(jù)。坐 標(biāo)x用于度量至屏幕表面的距離。在該示例中，M的分量為
M =
。
圖42 (c)中上方的圖像示出了位于兩個(gè)景深面內(nèi)的圖像的亮度。 在x=12的位置在分量b,中存在一個(gè)邊沿，而在數(shù)據(jù)山中不存在邊沿。 這是由串?dāng)_引起的。
圖42 (d)示出了串?dāng)_校正過程。亮度6'是根據(jù)數(shù)據(jù)d通過將分 量映射至允許亮度范圍的方式計(jì)算得到的。然后，通過將逆矩陣?yán)k作 用于6'的方式計(jì)算校正數(shù)據(jù)t/'。雖然去除了由串?dāng)_引起的圖像中的 非期望特征，但是由于零亮度不再可用，因而對(duì)比度有所損失。矩陣#可能取決于光的顏色(紅、綠或藍(lán))還可能取決于像素在顯 示器上的位置?？梢岳萌Q于顏色和/或位置的系數(shù)值來進(jìn)行串?dāng)_校正。
i/還可能取決于環(huán)境因素。具體而言，溫度可以影響液晶單元的切 換時(shí)間，進(jìn)而影響串?dāng)_。因此，顯示器可以包括環(huán)境傳感器，后者將信 息饋送給串?dāng)_校正方法，串?dāng)_校正方法對(duì)環(huán)境的變化予以響應(yīng)從而改變 系數(shù)。
可以使用反饋方法控制串?dāng)_校正所用的系數(shù)。比如，可以用光電二 極管來監(jiān)控顯示器的一角內(nèi)的像素(可能隱藏在覆蓋層的后面)，光電 二極管所成的角度使得它們可以獨(dú)立檢測來自兩個(gè)景深面的光線。然 后，將這些光電二極管測得的亮度用于校正串?dāng)_校正系數(shù)。
在某些情況下，串?dāng)_可能不服從以上給出的線性模型，比如，圖像
D的圖像強(qiáng)度加倍不會(huì)使得串?dāng)_至圖像T的強(qiáng)度加倍，或者串?dāng)_至圖像 T的強(qiáng)度取決于圖像T的亮度。在這種情況下，仍然可以應(yīng)用串?dāng)_校正， 但是，為了使所采用的校正對(duì)兩平面內(nèi)的所有亮度值均能產(chǎn)生良好效 果，必須對(duì)平面D和平面T內(nèi)的大量圖像亮度值進(jìn)行串?dāng)_測量
圖43 (a)和43 (b)示出了用于表示控制按鈕及其操作的上下像 平面內(nèi)的圖像。舉例而言，可以在顯示器前配置一觸摸面板，使用戶按 壓的顯示器上位置可以被觸摸面板檢測到。圖43 (a)表示己被按下的 控制按鈕。按鈕的"頂端"顯示于上方像平面內(nèi)155的位置，而按鈕的 邊緣或外緣顯示于下方像平面內(nèi)156的位置。圖43 (b)示出了按下按 鈕時(shí)的圖像。在這種情況下，控制按鈕的頂端155以及邊緣156都顯示 于下方像平面內(nèi)。這種配置可以使人感覺到按鈕更像是真正的可以在按 壓時(shí)做出反應(yīng)的物理控制按鈕。這種配置的應(yīng)用的一個(gè)示例在于，用于 控制車內(nèi)娛樂系統(tǒng)或衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車中央控制臺(tái)。
在前述實(shí)施例中，為了提供能夠改變像平面景深或顯示位于兩個(gè)以 上不同景深面的圖像，已將光學(xué)系統(tǒng)和顯示設(shè)備一同使用。然而，所述 光學(xué)系統(tǒng)還可用于其他目的。比如可以使用所述光學(xué)系統(tǒng)，通過提供比 光學(xué)系統(tǒng)物理長度更長的光學(xué)路徑或光路的方式，縮短光學(xué)儀器的長 度。比如，可以將這樣的光學(xué)系統(tǒng)用于望遠(yuǎn)鏡或其他類似的儀器。附圖
中的圖44示出了一種已知類型的天文或開普勒望遠(yuǎn)鏡。這種望遠(yuǎn)鏡包 括焦距為f。b的物鏡140以及焦距為f。。的目鏡141。透鏡140和141 具有重合的焦平面142，且角放大率為f。b/f。。。
為了提供較高的放大率，應(yīng)將物鏡140的焦距f。b制作得相對(duì)較大 禾口/或?qū)⒛跨R141的焦距f。。制作得相對(duì)較小。由目鏡141產(chǎn)生的光學(xué) 像差將最小焦距f。。限定為幾個(gè)透鏡直徑的長度。相應(yīng)地，為了獲得相 對(duì)較高的放大率，需要物鏡140具有較長的焦距f。b。透鏡間望遠(yuǎn)鏡的 總長度等于焦距之和，因此，較高的放大率需要較長的望遠(yuǎn)鏡的物理長 度。
圖45示出了天文望遠(yuǎn)鏡，該天文望遠(yuǎn)鏡包括圖9 (a)中所示類型 的光學(xué)系統(tǒng)，并且包括反射偏振片62、四分之一波片68、 50%鏡63 以及圓偏振片71。該光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)置于透鏡140和141之間，工作于單 一模式下，因此光學(xué)系統(tǒng)提供延長了的光路65。通過設(shè)置同物鏡140 相鄰的反射偏振片62以及同目鏡141相鄰的鏡63，對(duì)于同樣的放大系 數(shù)，可以將望遠(yuǎn)鏡的物理長度縮短至近似于圖44所示的己知望遠(yuǎn)鏡物 理長度的三分之一。因此，可以提供具有同樣放大性能但卻緊湊得多的 儀器。
可以在透鏡140和141間使用用于產(chǎn)生光路65的前述任一光學(xué)系 統(tǒng)。此外，還可以將圖45所示的光學(xué)系統(tǒng)以及任一其他實(shí)施例中的光 學(xué)系統(tǒng)用于其他應(yīng)用，以在保持光路長度不變的同時(shí)縮短儀器長度。比 如，為了提供陸地望遠(yuǎn)鏡或類似的儀器，必須將由圖44和45中所示類 型的天文望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生的倒像反轉(zhuǎn)過來，這通常是通過鏡、附加鏡或棱鏡 予以實(shí)現(xiàn)的。在圖46所示的陸地望遠(yuǎn)鏡中，用鏡143來實(shí)現(xiàn)像反轉(zhuǎn)。 在圖45中所示類型的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中插入鏡143，并將其設(shè)置于四分之一 波片68和反射偏振片62之間。這使得可以將給定放大系數(shù)的陸地望遠(yuǎn) 鏡制作得緊湊得多。
圖47示出了一種己知類型的數(shù)碼相機(jī)。該攝像機(jī)包括復(fù)合透鏡 145，用于在圖像傳感器147的傳感面形成物體146的像。復(fù)合透鏡145 可以沿?cái)z像機(jī)的縱軸148運(yùn)動(dòng)，從而可以對(duì)由距攝像機(jī)距離不同的物體所形成的像進(jìn)行正確對(duì)焦。從復(fù)合透鏡145到圖像傳感器147的距離至 少部分取決于透鏡145的焦距。
如圖48所示，可以通過在圖像傳感器和復(fù)合透鏡間設(shè)置任一前述 類型光學(xué)系統(tǒng)的方式縮短攝像機(jī)的物理長度。舉例而言，圖48示出了 圖45中所示類型的光學(xué)系統(tǒng)。在臨近復(fù)合透鏡145內(nèi)端的位置設(shè)置反 射偏振片62。將鏡63和圓偏振片71附在圖像傳感器147的正面。這樣 就可以針對(duì)給定的復(fù)合透鏡145焦距制造出"小"得多的攝像機(jī)。因此， 可以將這種配置應(yīng)用于需要小尺寸攝像機(jī)的情況，如含有攝像機(jī)特征的 移動(dòng)或"蜂窩"電話中。
權(quán)利要求
1. 一種光學(xué)系統(tǒng)，用于提供光路長度大于所述光學(xué)系統(tǒng)的物理長度的第一光路，所述光學(xué)系統(tǒng)包括隔開一定距離的第一和第二部分反射器，并為入射于第一反射器上的第一光線提供第一光路，所述第一光路包括至少部分透過第一反射器到達(dá)第二反射器，至少部分被第二反射器反射到達(dá)第一反射器，至少部分被第一反射器反射到達(dá)第二反射器，以及至少部分透過第二反射器，所述光學(xué)系統(tǒng)被配置為，基本能夠防止在被第一和第二反射器反射的過程中未被反射的第一光線從第二反射器出射，其中，第一次入射于第二部分反射器上的光線不離開所述光學(xué)系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)被配置用于， 在第一光線沿第一路徑傳播的過程中改變第一光線的偏振。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)被配置用于， 在第一光線沿第一路徑的從入射至第二反射器到被第一反射器反射間 的部分傳播的過程中改變第一光線的偏振。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)被配置用于， 提供光路長度不同于第一光路的光路長度的第二光路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述第二光路包括至少 部分透過第一反射器到達(dá)第二反射器，以及至少部分透過第二反射器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)被配置為， 基本能夠防止未透過第二反射器的第二光線從第二反射器出射。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)可在第一模 式和第二模式間切換，在所述第一模式下第一光線沿第一光路傳播，在 所述第二模式下光線沿第二光路傳播。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二反射器基 本是平面的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二反射器基本是平行的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二反射器分 別包括反射線偏振片和部分透射鏡，并且所述光學(xué)系統(tǒng)包括圓偏振 片、設(shè)置于第一和第二反射器間的四分之一波片、以及設(shè)置于第一反射 器和圓偏振片間的可切換二分之一波片，并且所述第二反射器設(shè)置在所 述第一反射器和所述圓偏振片之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二反射器分 別包括部分透射鏡、和至少一個(gè)反射圓偏振片。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括四分 之一波片。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括可切換二分之一波片。
14. 一種光學(xué)儀器，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的儀器，包括望遠(yuǎn)鏡、單筒望遠(yuǎn)鏡、雙筒望遠(yuǎn)鏡和攝像機(jī)中的任意一種。
16. —種顯示器，包括顯示設(shè)備，用于以第一圖像或圖像序列調(diào) 制第一光線；以及光學(xué)系統(tǒng)，被配置用于增加第一圖像或序列位置的感 知景深，所述光學(xué)系統(tǒng)包括隔開一定距離的第一和第二部分反射器，并 為第一光線提供從所述顯示設(shè)備到視區(qū)的第一光路，所述第一光路包括至少部分透過第一反射器到達(dá)第二反射器，至少部分被第二反射器反射到達(dá)第一反射器，至少部分被第一反射器反射到達(dá)第二反射器，以 及至少部分透過第二反射器到達(dá)視區(qū)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的顯示器，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)被配置 為，基本能夠防止在被第一和第二反射器反射的過程中未被反射的第一 光線傳入視區(qū)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的顯示器，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)被配置 用于，在第一光線沿第一路徑傳播的過程中改變第一光線的偏振。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的顯示器，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)被配置 用于，在第一光線沿第一路徑的從入射至第二反射器到被第一反射器反 射間的部分傳播的過程中改變第一光線的偏振。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的顯示器，其中，所述顯示設(shè)備被配置 用于對(duì)第二圖像或圖像序列進(jìn)行調(diào)制，并且所述光學(xué)系統(tǒng)被配置用于， 提供從所述顯示設(shè)備到視區(qū)的、光路長度不同于第一光路的光路長度的 第二光路，從而提供與第一圖像或序列位置的感知景深不同的第二圖像 或序列位置的感知景深。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的顯示器，其中，所述第二光路包括 至少部分透過第一反射器到達(dá)第二反射器，以及至少部分透過第二反射 器到達(dá)視區(qū)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的顯示器，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)被配置 為，基本能夠防止未透過第二反射器的第二光線傳入視區(qū)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的顯示器，其中，所述顯示器可在第一 模式和第二模式間切換，以改變圖像位置的感知景深，所述第一模式顯 示第一圖像或序列，所述第二模式顯示第二圖像或序列。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的顯示器，其中，所述顯示器被配置用 于同時(shí)或按時(shí)間順序顯示第一和第二圖像或序列，使得看上去第一和第 二圖像或序列之一覆蓋在第一和第二圖像或序列中的另一圖像或序列 之上。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的顯示器，其中，所述第一和第二反射 器基本是平面的。
26. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的顯示器，其中，所述第一和第二反射 器基本是平行的。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的顯示器，其中，所述第一和第二反射 器基本平行于所述顯示設(shè)備的顯示表面。
28. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的顯示器，其中，所述顯示設(shè)備包括液 晶設(shè)備。
29. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的顯示器，其中，所述第一和第二反射 器基本覆蓋所述顯示設(shè)備的整個(gè)圖像顯示區(qū)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的顯示器，其中，所述第一和第二反射 器分別包括設(shè)置于所述顯示設(shè)備和圓偏振片間的反射線偏振片和部分 透射鏡，并且所述光學(xué)系統(tǒng)包括設(shè)置于第一和第二反射器間的四分之一波片、以及設(shè)置于第一反射器和圓偏振片間的可切換二分之一波片。
31. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的顯示器，其中，所述第一和第二反射器分別包括部分透射鏡、和至少一個(gè)反射圓偏振片。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的顯示器，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括四分之一波片。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的顯示器，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括可 切換二分之一波片。
34. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的顯示器，其中，所述第一和第二反射器分別包括部分透射鏡和反射線偏振片，并且所述光學(xué)系統(tǒng)包括設(shè)置于第一和第二反射器之間的四分之一波片、以及設(shè)置于第一反射器和 所述顯示設(shè)備間的帶有圖案的延遲器或偏振旋轉(zhuǎn)器。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的顯示器，包括準(zhǔn)直背光，并且所述光 學(xué)系統(tǒng)包括漫射器。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的顯示器，其中，所述部分透射鏡包括 帶有孔陣列的鏡，并且所述漫射器包括與孔對(duì)齊的透鏡陣列。
37，根據(jù)權(quán)利要求33所述的顯示器，其中，所述帶有圖案的延遲 器或旋轉(zhuǎn)器可切換至均勻的不帶圖案的狀態(tài)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的顯示器，其中，所述帶有圖案的延遲 器或旋轉(zhuǎn)器包括帶有圖案的四分之一波片。
39. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的顯示器，其中，所述帶有圖案的延遲器或旋轉(zhuǎn)器包括均勻的四分之一波片、和帶有圖案的二分之一波片或 帶有圖案的90。偏振旋轉(zhuǎn)器。
40. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的顯示器，其中，所述帶有圖案的延遲 器或旋轉(zhuǎn)器包括液晶單元。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的顯示器，其中，所述液晶單元包括帶 有圖案的電極配置結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種用于顯示位于不同景深的圖像的多景深顯示器，包括用于顯示全部圖像的單一顯示設(shè)備(61)。在所述顯示設(shè)備(61)前，設(shè)置光學(xué)系統(tǒng)(62、63、64)。所述光學(xué)系統(tǒng)包括隔開一定距離的第一和第二部分反射器(62、63)；以及偏振光學(xué)器件(64)，用于為所述顯示設(shè)備(61)所顯示的第一和第二圖像或圖像序列提供第一和第二光路。所述第一光路(65)包括至少部分透過第一反射器(62)，至少部分被第二反射器(63)反射，至少部分被第一反射器(62)反射，以及至少部分透過第二反射器(65)到達(dá)視區(qū)。
文檔編號(hào)G09F9/00GK101432789SQ20078001538
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者南珊·史密斯, 埃瑪·沃爾頓, 托馬斯·威納-鮑維爾, 格里格雷·蓋伊, 阿蘭·伊文斯, 阿利斯代爾·科德, 阿德瑞恩·雅克布斯 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社