示例实施方式涉及显示装置，更具体地，涉及多图像显示装置和透视(see-through)型显示装置。
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已经被开发，对这样的装置的兴趣已经增加。作为vr的下一步，已经研究了实现增强现实(ar)和混合现实(mr)的技术和方法。
与基于完全的虚拟世界的vr不同，ar是显示现实世界以及与其相关的重叠的(结合的)虚拟对象和/或信息的显示技术，从而进一步增强现实的效果。ar的有利之处在于其可以应用于各种现实环境，而vr仅有限地适用于诸如游戏或虚拟体验的领域。特别地，ar作为适合于泛在环境或物联网(iot)环境的下一代显示技术正在引起关注。ar可以是mr的一示例，因为它显示了现实世界与附加信息(虚拟世界)的混合。
技术实现要素：
一个或更多个示例实施方式提供了可以应用于增强现实(ar)或混合现实(mr)的实现的显示装置(即多图像显示装置和透视型显示装置)。
一个或更多个示例实施方式还提供了具有优秀性能的显示装置(即多图像显示装置和透视型显示装置)。
一个或更多个示例实施方式还提供了有利于确保宽视角的显示装置(即多图像显示装置和透视型显示装置)。
一个或更多个示例实施方式还提供了可以防止或减少色散/色差问题的显示装置(即多图像显示装置和透视型显示装置)。
一个或更多个示例实施方式还提供了具有紧凑构造的显示装置(即多图像显示装置和透视型显示装置)。
一个或更多个示例实施方式还提供了包括显示装置的电子设备。
额外的方面将在以下描述中被部分地阐述且部分将自该描述明显，或者可以通过所给出的示例实施方式的实践被了解。
根据一示例实施方式的一方面，一种多图像显示装置包括：图像生成器，其被构造为生成第一图像；以及多图像传输光学系统，其被构造为经由第一路径将第一图像传送到使用者的视觉器官并且经由不同于第一路径的第二路径将不同于第一图像的第二图像传送到使用者的视觉器官，其中多图像传输光学系统包括其每个具有基于入射光的偏振状态而变化的各自的焦距的至少两个偏振相关透镜，所述至少两个偏振相关透镜的组合相对于第一图像具有第一光学特性并且相对于第二图像具有不同于第一光学特性的第二光学特性。
所述至少两个偏振相关透镜的组合可以被构造为增强相对于第一图像的屈光力并抵消相对于第二图像的屈光力。
所述至少两个偏振相关透镜的组合可以被构造为相对于第一图像具有正(+)焦距并且相对于第二图像具有无穷大或基本上无穷大的焦距。
所述至少两个偏振相关透镜可以包括第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜，与第一图像对应的光可以穿过第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜的每个，并且第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜的每个可以相对于与第一图像对应的光具有正(+)焦距。
所述至少两个偏振相关透镜可以包括第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜，与第一图像对应的光可以穿过第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜当中的一个两次，并且在第一次穿过和第二次穿过的每次期间，与第一图像对应的光穿过其两次的透镜可以相对于与第一图像对应的光具有正(+)焦距。
所述至少两个偏振相关透镜可以包括第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜，与第二图像对应的光可以穿过第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜的每个，并且第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜中的一个可以相对于与第二图像对应的光具有正(+)焦距，并且第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜中的另一个可以相对于与第二图像对应的光具有负(－)焦距。
所述至少两个偏振相关透镜的每个可以是几何相位透镜。
多图像传输光学系统可以是透视型光学系统，并且第二图像可以是穿过多图像传输光学系统对使用者可见的外部图像。
多图像传输光学系统可以包括多路径光学构件、布置在多路径光学构件与使用者的视觉器官之间的所述至少两个偏振相关透镜、以及布置在所述至少两个偏振相关透镜当中的两个之间或者在所述至少两个偏振相关透镜外部的至少一个偏振器和/或至少一个波片。
多图像传输光学系统可以包括：第一偏振相关透镜，其布置在多路径光学构件与视觉器官之间；第二偏振相关透镜，其布置在第一偏振相关透镜与多路径光学构件之间；第一线偏振器，其布置在第一偏振相关透镜与第二偏振相关透镜之间；以及第一四分之一波片(qwp)，其布置在第一偏振相关透镜与第一线偏振器之间。
多路径光学构件可以包括偏振分束器(pbs)，并且多图像传输光学系统还可以包括布置在第二偏振相关透镜与多路径光学构件之间的第二qwp。
多路径光学构件可以包括分束器或透反膜，并且多图像传输光学系统还可以包括顺序地布置在多路径光学构件的入射面的一侧的第二qwp和第二线偏振器。
多路径光学构件可以包括分束器或透反膜，并且多图像传输光学系统还可以包括：第二qwp，其布置在第二偏振相关透镜与多路径光学构件之间；第二线偏振器，其布置在多路径光学构件的第一入射面的一侧；以及第三线偏振器，其布置在多路径光学构件的第二入射面的一侧。
第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜的每个可以具有光学上相同的方向性。
多图像传输光学系统可以包括：顺序地布置为面对视觉器官的第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜；半反射镜，其布置在第一偏振相关透镜与第二偏振相关透镜之间；以及布置在半反射镜与第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜之间或者在半反射镜及第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜外部的至少一个偏振器和/或至少一个波片。
多图像传输光学系统可以包括：第一四分之一波片(qwp)，其布置在第一偏振相关透镜与半反射镜之间；第二qwp，其布置在半反射镜与第二偏振相关透镜之间；第一线偏振器，其与第二偏振相关透镜间隔开；以及第三qwp，其布置在第二偏振相关透镜与第一线偏振器之间。
多图像传输光学系统还可以包括布置在使用者的视觉器官与第一偏振相关透镜之间的分束器或透反膜。
多图像传输光学系统还可以包括：偏振分束器(pbs)，其布置在使用者的视觉器官与第一偏振相关透镜之间；以及第四qwp，其布置在偏振分束器与第一偏振相关透镜之间。
第一偏振相关透镜可以具有第一光学方向性，并且第二偏振相关透镜可以具有与第一光学方向性相反的第二光学方向性。
图像生成器可以包括空间光调制器(slm)。
多图像显示装置还可以包括布置在图像生成器前面或后面的至少一个额外透镜。
所述至少一个额外透镜可以被构造为减少多图像传输光学系统中的相对于第一图像的色散。
多图像显示装置还可以包括连接到图像生成器的图像信号处理器，其中图像信号处理器被构造为减少多图像传输光学系统中的相对于第一图像的色散。
多图像显示装置可以具有大于等于约15°的视角。多图像显示装置可以具有大于等于约40°的视角。多图像显示装置可以具有大于等于约60°的视角或大于等于约100°的视角。
多图像显示装置可以被构造为实现增强现实(ar)和/或混合现实(mr)。
多图像显示装置的至少一部分可以包括可穿戴设备。
多图像显示装置可以包括头戴显示器(hmd)。
多图像显示装置可以包括眼镜型显示器或护目镜型显示器。
根据另一示例实施方式的一方面，一种透视型显示装置包括：图像生成器，其被构造为生成第一图像；以及透视型光学系统，其被构造为将第一图像和不同于第一图像的第二图像传送到使用者的视觉器官，其中透视型光学系统包括其每个具有基于入射光的偏振方向而变化的各自的焦距的第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜，其中第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜的每个相对于第一图像具有正(+)焦距，或者与第一图像对应的光穿过第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜中的相对于第一图像具有正(+)焦距的一个两次，第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜中的一个相对于第二图像具有正(+)焦距并且第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜中的另一个相对于第二图像具有负(－)焦距。
透视型光学系统可以包括多路径光学构件、布置在多路径光学构件与使用者的视觉器官之间的第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜、以及布置在第一偏振相关透镜与第二偏振相关透镜之间或者在第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜两者外部的至少一个偏振器和/或至少一个波片。
透视型光学系统可以包括：透反构件，其布置在第一偏振相关透镜与第二偏振相关透镜之间；以及布置在透反构件与第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜之间或者在透反构件及第一偏振相关透镜和第二偏振相关透镜两者外部的至少一个偏振器和/或至少一个波片。
透视型显示装置可以具有大于等于约15°的视角。透视型显示装置可以具有大于等于约40°的视角。透视型显示装置可以具有大于等于约60°的视角或大于等于约100°的视角。
透视型显示装置可以被构造为实现增强现实(ar)和/或混合现实(mr)。
透视型显示装置的至少一部分可以包括可穿戴设备。
透视型显示装置可以包括头戴显示器(hmd)。
透视型显示装置可以包括眼镜型显示器或护目镜型显示器。
附图说明
这些和/或另外的方面将由以下结合附图的对示例实施方式的描述变得明显且更易理解，附图中：
图1示意性地示出根据一示例实施方式的显示装置；
图2a和2b是用于说明图1的显示装置的原理和功能的图；
图3示意性地示出根据另一示例实施方式的显示装置；
图4a和4b是用于说明根据一示例实施方式的适用于显示装置的透镜系统的偏振相关(polarization-dependent)透镜的特性的图；
图5a和5b是用于说明根据一示例实施方式的适用于显示装置的具有多个偏振相关透镜的组合的透镜系统的特性的图；
图6是示出根据一示例实施方式的适用于显示装置的偏振相关透镜的构造的一示例的俯视图；
图7示出根据一示例实施方式的显示装置的构造；
图8示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造；
图9示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造；
图10是用于说明根据一示例实施方式的适用于显示装置的多个偏振相关透镜的方向性的图；
图11示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造；
图12示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造；
图13示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造；
图14示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造；
图15示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造；
图16是用于说明根据另一示例实施方式的适用于显示装置的多个偏振相关透镜的方向性的图；
图17示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造；
图18是显示根据一比较示例的透镜部分的色散问题的实验结果；
图19是显示根据一示例实施方式的透镜系统的色散减少效果的实验结果；
图20示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造；
图21示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造；
图22示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造；
图23示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造；
图24示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造；
图25是示出根据一示例实施方式的显示装置的整体构造/系统的示意性框图；
图26是示出根据另一示例实施方式的显示装置的整体构造/系统的示意性框图；
图27是示出根据另一示例实施方式的显示装置的整体构造/系统的示意性框图；以及
图28、29和30示出根据示例实施方式的显示装置可以适用于其的各种各样的电子设备。
具体实施方式
现在将参照其中显示了示例实施方式的附图更全面地描述各种各样的示例实施方式。
将理解，当一元件被称为“连接”或“联接”到另外的元件时，它可以直接连接或联接到所述另外的元件，或者可以存在居间元件。相反，当一元件被称为“直接连接”或“直接联接”到另外的元件时，没有居间元件存在。术语“和/或”当在此使用时，包括相关所列举项目中的一个或更多个的任何和所有组合。
将理解，虽然术语“第一”、“第二”等可以在此用于描述各种元件、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、层或部分与另外的元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的第一元件、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，而不背离示例实施方式的教导。
为了描述的容易，诸如“在……之下”、“在……下面”、“下部”、“在……之上”、“上部”等的空间关系术语可以在此用于描述如图中所示的一个元件或特征的与另外的元件(们)或特征(们)的关系。将理解，除图中所绘的取向之外，空间关系术语旨在还涵盖装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为“在”另外的元件或特征“下面”或“之下”的元件将被取向“在”所述另外的元件或特征“之上”。因此，示例性术语“在……下面”能涵盖上和下两个方向。装置可以被另行取向(旋转90度或处于另外的取向)且在此使用的空间关系描述语被相应地解释。
在此使用的术语仅是为了描述具体示例实施方式的目的，并且不旨在成为对示例实施方式的限制。单数形式“一”和“该”当在此使用时，也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地另行指示。还将理解，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时，指明所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个另外的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
在这里参照剖视图描述了示例实施方式，所述剖视图是示例实施方式的理想化实施方式(以及中间结构)的示意图。照这样，将预期到作为例如制造技术和/或公差的结果的相对于图示的形状的变化。因此，示例实施方式不应被解释为限于在此示出的区域的特别形状，而将包括例如由制造引起的形状的偏离。例如，被示为矩形的注入区将通常在其边缘处具有圆化的或弯曲的特征和/或注入浓度的梯度，而非从注入区到非注入区的二元变化。同样地，由注入形成的埋入区可以引起埋入区与注入通过其发生的表面之间的区域中的某些注入。因此，图中所示的区域本质上是示意性的，并且它们的形状不旨在示出器件的区域的实际形状，且不旨在限制示例实施方式的范围。
除非另有定义，在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与示例实施方式所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将理解，诸如通用词典中定义的术语的术语应被解释为具有与在相关领域的背景下的它们的含义相一致的含义，并且将不在理想化或过度形式化的意义上被解释，除非在这里明确地如此界定。
在下文中，参照附图详细描述了根据示例实施方式的显示装置(多图像显示装置和透视型显示装置)以及包括该显示装置的电子设备。在图中，为了说明书的清楚以及为了描述的方便，层或区域的宽度和厚度可能在一定程度上被夸大。在本公开的详细描述部分通篇，相同的附图标记表示相同的构成元件。
图1示意性地示出根据一示例实施方式的显示装置。根据本示例实施方式的显示装置可以是多图像显示装置或透视型显示装置。
参照图1，根据本示例实施方式的显示装置可以包括用于生成第一图像的图像形成器件(在这里也被称为“图像生成器”)d10。显示装置可以包括用于将第一图像和不同于第一图像的第二图像传输到使用者的视觉器官10的多图像传输光学系统st10。多图像传输光学系统st10可以是一种透视型光学系统。视觉器官10可以是使用者的具有瞳孔5的眼睛。多图像传输光学系统st10可以经由不同的各个路径将多个图像即第一图像和至少第二图像的每个传送到使用者的视觉器官10。例如，多图像传输光学系统st10可以通过沿着第一路径传播的光l10(即第一路径光l10)将第一图像传送/引导至使用者的视觉器10；并且多图像传输光学系统st10可以通过沿着第二路径传播的光l20(即第二路径光l20)将第二图像传送/引导至使用者的视觉器官10。沿着第一路径传播的光l10可以由图像形成器件d10生成(或者通过图像形成器件d10传送)，并且可以对应于第一图像。沿着第二路径传播的光l20可以是通过多图像传输光学系统st10传输的外部光，并且可以对应于第二图像。
多图像传输光学系统st10可以包括构造为提供光学多路径功能的多路径光学构件m10。沿着第一路径传播的光l10可以例如通过从多路径光学构件m10被反射而行进，而沿着第二路径传播的光l20可以例如通过传播穿过多路径光学构件m10而行进。在这种情况下，多路径光学构件m10可以是透反构件。在一详细示例中，多路径光学构件m10可以包括偏振分束器(pbs)、分束器(bs)和/或透反膜中的任何一个。
多图像传输光学系统st10可以包括至少两个偏振相关透镜ln10和ln20，每个具有基于入射光的偏振状态而变化的各自的焦距。在本示例实施方式中，提供了两个偏振相关透镜ln10和ln20，即第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20。第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20可以布置在使用者的视觉器官10前方，即在视觉器官10与多路径光学构件m10之间。第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20的每个可以具有根据入射到其上的光即入射光的偏振状态(例如偏振方向)而变化的各自的焦距。在这方面，第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20的每个可以被称为“偏振相关聚焦透镜”。
两个偏振相关透镜ln10和ln20的组合可以相对于沿着第一路径传播的光l10和沿着第二路径传播的光l20表现出光学上不同的特性。换言之，两个偏振相关透镜ln10和ln20的组合可以相对于第一图像和第二图像表现出光学上不同的特性。详细地，两个偏振相关透镜ln10和ln20的组合可以被构造为增强相对于第一图像即沿着第一路径传播的光l10的屈光力，并且抵消相对于第二图像即沿着第二路径传播的光l20的屈光力。此外，两个偏振相关透镜ln10和ln20的组合可以被构造为相对于第一图像即沿着第一路径传播的光l10具有正(+)焦距，并且相对于第二图像即沿着第二路径传播的光l20具有无穷大(∞)的焦距或基本上无穷大(∞)的焦距。
在本示例实施方式中，第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20的每个可以相对于沿着第一路径传播的光l10具有正(+)焦距。因此，第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20的组合可以相对于沿着第一路径传播的光l10用作具有强的或相对强的正(+)屈光力的“凸透镜”。相对于沿着第二路径传播的光l20，第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20中的一个可以具有正(+)焦距并且另一个可以具有负(－)焦距。虽然图1示出，相对于沿着第二路径传播的光l20，第一偏振相关透镜ln10具有正(+)焦距并且第二偏振相关透镜ln20具有负(－)焦距，但是这些符号可以被反转。第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20的组合可以相对于沿着第二路径传播的光l20具有“0”或基本上“0”屈光力(抵消屈光力)。换言之，第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20的组合可以具有无穷大(∞)或基本上无穷大(∞)的焦距。在这种情况下，第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20的组合可以相对于沿着第二路径传播的光l20用作“平板”(透明介质)。作为与透镜的概念对比的概念的平板可以是基本上不会聚且不发散入射光的板(半透明板)。
通过沿着第一路径传播的光l10传送的第一图像可以是由显示装置中的图像形成器件d10形成和提供的图像。第一图像可以是包括虚拟现实信息或虚拟信息的“显示图像”。通过沿着第二路径传播的光l20传送的第二图像可以是使用者通过显示装置面对的外部图像(即对使用者可见的外部图像)。第二图像可以包括使用者面对的前景图像以及一定的背景主体。第二图像可以是现实世界的图像。因此，根据本示例实施方式，显示装置(多图像型/透视型显示装置)可以应用于增强现实(ar)和/或混合现实(mr)的实现。在这种情况下，显示装置可以是近眼ar显示装置。
图像形成器件d10可以包括例如空间光调制器(slm)。slm可以是透射光调制器、反射光调制器或透反光调制器中的任何一个。在一详细示例中，slm可以包括硅上液晶(lcos)面板、液晶显示(lcd)面板或数字光投影(dlp)面板中的任何一个。dlp面板可以包括数字微镜器件(dmd)。图1示出了图像形成器件d10包括透射光调制器的情况。虽然未示出，但是还可以提供构造为朝图像形成器件d10发射光的光源单元。图像形成器件d10可以布置在光源单元与多图像传输光学系统st10之间。在一些情况下，图像形成器件d10可以包括发光二极管(led)显示器件或有机led(oled)显示器件。通过使用图像形成器件d10呈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、光场图像或积分摄影(ip)图像中的任何一个。图像形成器件d10可以是显示器件或微显示器件中的一种，其构造不限于以上描述并且可以以各种方式中的任何一种被改变。
在下面的描述中，参照图2a和2b，详细描述了偏振相关透镜ln10和ln20的组合相对于沿着第一路径传播的光l10和沿着第二路径传播的光l20不同地起作用的方式。在图2a和2b中，偏振相关透镜ln10和ln20的组合被指示为一个透镜系统lt10。
如图2a中所示，沿着第一路径传播的光l10可以通过顺序地穿过第二偏振相关透镜ln20和第一偏振相关透镜ln10而被传送到视觉器官10。第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20的每个可以相对于沿着第一路径传播的光l10具有正(+)焦距。因此，第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20的组合可以用作相对于沿着第一路径传播的光l10具有正(+)屈光力的透镜，即一种凸透镜。相对于与沿着第一路径传播的光l10对应的第一图像的屈光力可以由第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20增强。由于透镜ln10和ln20的组合，即透镜系统lt10，使用者的视觉器官10可以看到由沿着第一路径传播的光l10形成的显示图像，即第一图像。因为透镜系统lt10相对靠近视觉器官10布置，所以与透镜系统lt10的直径相比，透镜系统lt10的焦距可以较短。当第一偏振相关透镜ln10的焦距为+f且第二偏振相关透镜ln20的焦距为+f时，透镜系统lt10的焦距可以为+f/2。照此，由于透镜系统lt10相对靠近视觉器官10布置并且透镜系统lt10的焦距与透镜系统lt10的直径相比相对较短，因此可以容易地确保宽视角(视场)。
如图2b中所示，沿着第二路径传播的光l20可以通过顺序地穿过第二偏振相关透镜ln20和第一偏振相关透镜ln10而被传送到视觉器官10。当第一偏振相关透镜ln10和第二偏振相关透镜ln20中的一个可以具有正(+)焦距时，另一个可以具有负(－)焦距。因此，透镜ln10和ln20的组合即透镜系统lt10可以相对于沿着第二路径传播的光l20具有无穷大(∞)或基本上无穷大(∞)的焦距。换言之，透镜ln10和ln20的组合可以具有“0”(即零)或基本上“0”屈光力。透镜系统lt10可以相对于沿着第二路径传播的光l20用作平板。当第二图像通过沿着第二路径传播的光l20被看到时，透镜系统lt10可以用作平板，因而通过透镜系统lt10的第二图像可以不失真。因此，使用者可以看到没有失真的第二图像。
此外，因为在图2b中使用了两个偏振相关透镜ln10和ln20，所以可以防止或减少沿着第二路径传播的光l20的色散/色差。因为第一偏振相关透镜ln10的色散/色差和第二偏振相关透镜ln20的色散/色差彼此抵消(或补偿)，所以可以防止或减少整个透镜系统lt10中的色散/色差。随着两个偏振相关透镜ln10和ln20之间的距离减小，可以改善色散/色差的抵消的性能。因此，为了改善防色散效果，两个偏振相关透镜ln10和ln20之间的距离可以被设定为约10mm或更小或者约5mm或更小。
当第一图像是虚拟显示图像且第二图像是现实世界的图像(即外部图像)时，透镜系统lt10可以相对于显示图像用作透镜(即具有正屈光力的透镜)以致增大视角，并且可以相对于外部图像用作平板以致防止图像的失真。此外，可以防止或减少色散/色差问题。
在普通透视型显示装置中，为了以透视方式看到外部图像而没有失真，透镜可以不设置在使用者的眼睛前方。换言之，使外部图像失真的透镜可以不布置在使用者的眼睛与外部前景之间。因此，使得使用者能够看到虚拟显示图像的透镜需要通过回避使用者的眼睛与外部前景之间的区域而被布置(回避放置)。然而，在这种情况下，因为使用者的眼睛与透镜之间的光路增大，所以视角会减小。例如，当透镜如现有技术中那样被布置时，视角会变得非常窄到约15°或约20°的程度。
然而，根据一示例实施方式，由于透镜系统lt10布置在使用者的视觉器官10与多路径光学构件m10之间，因此透镜系统lt10可以被构造为相对于显示图像用作透镜例如凸透镜，并且相对于外部图像用作平板(即透明介质)。因此，由于使用者的视觉器官10与透镜系统lt10之间的光路被缩短，因而可以容易地确保宽视角。此外，由于透镜系统lt10用作平板，因而可以没有失真地看到外部图像。显示装置可以具有大于等于约40°或大于等于约60°的视角。视角可以为大约100°或更大。
图3示意性地示出根据另一示例实施方式的显示装置。本示例实施方式的显示装置可以是多图像显示装置或透视型显示装置。
参照图3，显示装置可以包括构造为形成或生成第一图像的图像形成器件(在这里也被称为“图像生成器”)d15。显示装置可以包括构造为将第一图像和不同于第一图像的第二图像传送到使用者的视觉器官10的多图像传输光学系统st15。多图像传输光学系统st15可以是透视型光学系统。
多图像传输光学系统st15可以包括至少两个偏振相关透镜ln15和ln25。在本示例实施方式中，提供了两个偏振相关透镜ln15和ln25，即第一偏振相关透镜ln15和第二偏振相关透镜ln25。第一偏振相关透镜ln15和第二偏振相关透镜ln25的每个可以具有基于入射光的偏振状态例如偏振方向的不同的各自的焦距。多图像传输光学系统st15可以包括布置在第一偏振相关透镜ln15与第二偏振相关透镜ln25之间的多路径光学构件m15。多路径光学构件m15可以是透反构件。例如，多路径光学构件m15可以是半反射镜或透反膜，或者多路径光学构件m15可以是分束器或偏振分束器。
由图像形成器件d15形成的第一图像可以通过沿着第一路径传播的光l15被传送到使用者的视觉器官10。例如，沿着第一路径传播的光l15可以穿过第一偏振相关透镜ln15，可以被多路径光学构件m15反射，并且可以穿过第一偏振相关透镜ln15，以致被传送到视觉器官10。对应于第二图像的沿着第二路径传播的光l25可以通过穿过多图像传输光学系统st15从多图像传输光学系统st15的外部被传送到视觉器官10。沿着第二路径传播的光l25可以通过顺序地穿过第二偏振相关透镜ln25、多路径光学构件m15和第一偏振相关透镜ln15而被传送到视觉器官10。
当沿着第一路径传播的光l15通过在不同方向上穿过第一偏振相关透镜ln15两次而被传送到视觉器官10时，对于沿着第一路径传播的光l15穿过第一偏振相关透镜ln15时的两次，第一偏振相关透镜ln15可以相对于光l15具有正(+)焦距+f。因此，相对于沿着第一路径传播的光l15的屈光力可以被增强两次。换言之，焦距可以被减小一半(1/2)(即减少50％)。当第一偏振相关透镜ln15和第二偏振相关透镜ln25中的一个可以相对于沿着第二路径传播的光l25具有正(+)焦距+f时，另一个可以具有负(－)焦距－f。因此，相对于沿着第二路径传播的光l25的屈光力可以被抵消。换言之，相对于沿着第二路径传播的光l25的焦距可以无穷大或基本上无穷大。对沿着第一路径传播的光l15和沿着第二路径传播的光l25的影响可以与图1及图2a和2b中描述的影响相同或基本相同。因此，相对于通过沿着第一路径传播的光l15传送的第一图像可以增大视角，并且可以防止通过沿着第二路径传播的光l25传送的第二图像的失真。此外，可以防止或减少色散/色差。
在下面的描述中，参照图4a和4b及图5a和5b，详细描述了偏振相关透镜ln1(例如图1的偏振相关透镜ln10或ln20)的特性、以及偏振相关透镜ln1和ln2(例如ln10和ln20)的组合的透镜系统的特性。图4a和4b示出偏振相关透镜ln1的特性。图5a和5b示出偏振相关透镜ln1和ln2的组合的透镜系统的特性。
图4a和4b是用于说明根据一示例实施方式的适用于显示装置的透镜系统的偏振相关透镜ln1的特性的图。
参照图4a，偏振相关透镜ln1可以相对于具有第一偏振方向的入射光具有正(+)焦距+f。焦距+f可以被称为第一焦距f1。因此，偏振相关透镜ln1可以用作相对于具有第一偏振方向的入射光具有正(+)屈光力的透镜，即凸透镜。第一偏振方向可以是例如右旋圆偏振(rcp)。右旋圆偏振(rcp)的光可以在穿过偏振相关透镜ln1的同时被改变成左旋圆偏振(lcp)的光。
参照图4b，偏振相关透镜ln1可以相对于具有第二偏振方向的入射光具有负(－)焦距－f。焦距－f可以被称为第二焦距f2。因此，偏振相关透镜ln1可以用作相对于具有第二偏振方向的入射光具有负(－)屈光力的透镜，即凹透镜。第二偏振方向可以是与第一偏振方向正交的方向。例如，第二偏振方向可以是左旋圆偏振(lcp)。左旋圆偏振(lcp)的光可以在穿过偏振相关透镜ln1的同时被改变成右旋圆偏振(rcp)的光。第二焦距f2的绝对值可以与第一焦距f1的绝对值相同或基本相同。因此，偏振相关透镜ln1可以相对于具有第一偏振方向的入射光和具有第二偏振方向的入射光具有拥有相反符号和相同大小的焦距。
参照图4a和4b描述的偏振相关透镜ln1可以包括例如形成一定图案的多个非线性材料元件。偏振相关透镜ln1可以通过非线性材料元件的图案表现出图4a和4b中所示的特性。非线性材料元件可以包括例如液晶聚合物。下面参照图6详细描述非线性材料元件。
虽然图4a和4b示出了偏振相关透镜ln1相对于rcp入射光具有正(+)焦距并且相对于lcp入射光具有负(－)焦距的情况，但这是示例性的，并且显示正(+)焦距或负(－)焦距的偏振方向可以变化。具体地，显示正(+)焦距或负(－)焦距的偏振方向可以基于偏振相关透镜ln1被如何构造而变化。在一些情况下，偏振相关透镜ln1可以相对于lcp入射光具有正(+)焦距并且相对于rcp入射光具有负(－)焦距，或者相对于第一线偏振光具有正(+)焦距并且相对于与第一线偏振光正交的第二线偏振光具有负(－)焦距。当第一偏振方向和第二偏振方向彼此正交时，偏振相关透镜ln1可以相对于第一偏振方向和第二偏振方向中的任何一个具有正(+)焦距并且相对于第一偏振方向和第二偏振方向中的另一个具有负(－)焦距。
图5a和5b是用于说明根据一示例实施方式的适用于显示装置的具有多个偏振相关透镜的组合的透镜系统的特性的图。在本示例实施方式中，偏振相关透镜可以包括第一偏振相关透镜ln1和第二偏振相关透镜ln2，并且第一偏振相关透镜ln1和第二偏振相关透镜ln2的每个可以具有参照图4a和4b描述的偏振相关透镜ln1的特性。
参照图5a，第一偏振相关透镜ln1和第二偏振相关透镜ln2的每个可以相对于一定的第一入射光具有正(+)焦距+f。因此，具有第一偏振相关透镜ln1和第二偏振相关透镜ln2的组合的透镜系统(即复合透镜或组合透镜)可以相对于第一入射光具有+f/2的焦距。具体地，透镜系统的总焦距ftotal可以是+f/2。这可以对应于第一偏振相关透镜ln1和第二偏振相关透镜ln2的每个的各自的焦距+f的一半(1/2)。在屈光力方面，可以说屈光力被增强两次。照此，因为具有第一偏振相关透镜ln1和第二偏振相关透镜ln2的组合的透镜系统可以相对于第一入射光具有与第一偏振相关透镜ln1或第二偏振相关透镜ln2的屈光力的两倍对应的强屈光力(短焦距)，所以相对于第一入射光的视角增大效果可以非常高。在这方面，如图1中所示的显示装置的视角可以为约40°或更大、约60°或更大、或者约100°或更大。此外，当图5a的透镜系统被应用于图1的显示装置时，视觉器官10与透镜系统之间的间隔可以为例如约10mm到约40mm。考虑到间隔，透镜系统的焦距可以为约10mm到约40mm。然而，这仅是示例性的，并且透镜系统的焦距可以为约10mm或更小或者约40mm或更大。
参照图5b，相对于一定的第二入射光，第一偏振相关透镜ln1和第二偏振相关透镜ln2中的一个可以具有正(+)焦距+f并且第一偏振相关透镜ln1和第二偏振相关透镜ln2中的另一个可以具有负(－)焦距－f。因此，包括第一偏振相关透镜ln1和第二偏振相关透镜ln2的组合的透镜系统(即复合透镜或组合透镜)可以相对于第二入射光具有无穷大(∞)或基本上无穷大(∞)的焦距。在这方面，透镜系统的总焦距ftotal可以无穷大(∞)或基本上无穷大(∞)。可以说透镜系统具有零(0)的屈光力或者基本上具有零(0)的屈光力。因此，透镜系统可以相对于第二入射光用作平板(透明介质)。此外，因为第一偏振相关透镜ln1的色散效果和第二偏振相关透镜ln2的色散效果彼此抵消/补偿，所以包括以上组合透镜的透镜系统可以有效地防止或减少色散问题。
图6是示出根据一示例实施方式的适用于显示装置的第一偏振相关透镜ln1的构造的一示例的俯视图。
参照图6，偏振相关透镜ln1可以包括形成一定图案的多个非线性材料元件n1。非线性材料元件n1可以包括例如液晶聚合物。然而，这仅是示例性的，并且非线性材料元件n1的详细材料可以变化。非线性材料元件n1可以形成平面(二维)图案。在一些情况下，图案可以形成在偏振相关透镜ln1的厚度方向上。由于非线性材料元件n1的这样的图案阵列，偏振相关透镜ln1可以表现出基于入射光的偏振方向而变化的特性。具体地，偏振相关透镜ln1可以相对于具有第一偏振方向的入射光具有第一正(+)焦距，并且相对于具有第二偏振方向的入射光具有第二负(－)焦距。在该状态下，第一焦距的绝对值和第二焦距的绝对值可以相同或基本相同。
偏振相关透镜ln1可以具有例如几毫米到几十毫米的长度和宽度，以及约几毫米或更小的相对薄的厚度。作为一示例，偏振相关透镜ln1的厚度可以小于约1mm。此外，偏振相关透镜ln1可以具有平坦的结构，并且当作为单个透镜操作时可以不产生球面像差。此外，偏振相关透镜ln1可以具有柔性特性。偏振相关透镜ln1的焦距+f可以是几毫米到几百毫米。例如，偏振相关透镜ln1的焦距+f可以是约10mm到约100mm。然而，偏振相关透镜ln1的上述尺寸和特性是示例性的并且可以变化。
参照图4a和4b、图5a和5b及图6描述的第一偏振相关透镜ln1和第二偏振相关透镜ln2可以是几何相位(gp)透镜。第一偏振相关透镜ln1和第二偏振相关透镜ln2的功能可以通过经由利用非线性材料元件n1的图案控制光的衍射条件而被实现。gp透镜可以应用于参照图1、2a、2b和3描述的偏振相关透镜ln10、ln15、ln20和ln25。
图7示出根据一示例实施方式的显示装置的构造。本示例实施方式的显示装置可以是图1的构思的实施方式的一示例。显示装置可以是多图像显示装置或透视型显示装置。此外，显示装置可以是近眼显示装置。
参照图7，显示装置可以包括用于形成或生成第一图像的图像形成器件(在这里也被称为“图像生成器”)d11。显示装置可以包括用于沿着不同的路径将不同于由图像形成器件d11形成的第一图像的第二图像传送到使用者的视觉器官10的偏振分束器pt11。偏振分束器pt11可以是多路径光学构件的一示例。第一图像可以通过沿着第一路径传播的光l11被传送，第二图像可以通过沿着第二路径传播的光l21被传送。
显示装置可以包括布置在偏振分束器pt11与视觉器官10之间的至少两个偏振相关透镜ln11和ln21。例如，两个偏振相关透镜ln11和ln21可以是第一偏振相关透镜ln11和第二偏振相关透镜ln21。第一偏振相关透镜ln11和第二偏振相关透镜ln21中的至少一个可以对应于以上参照图1至6描述的偏振相关透镜ln1、ln2、ln10、ln15、ln20和ln25。此外，显示装置还可以包括布置在两个偏振相关透镜ln11和ln21之间或者在其外部的至少一个偏振器和/或至少一个波片。在一详细示例中，第一线偏振器lp11可以布置在第一偏振相关透镜ln11与第二偏振相关透镜ln21之间；第一四分之一波片(qwp)wp11可以布置在第一偏振相关透镜ln11与第一线偏振器lp11之间；并且第二qwpwp21可以布置在第二偏振相关透镜ln21与偏振分束器pt11之间。
沿着第一路径传播的光l11可以通过被偏振分束器pt11反射而在第一—1方向上线偏振。第一—1方向可以是例如与图纸正交的方向。沿着第一路径传播的光l11可以通过第二qwpwp21在第二—1方向上圆偏振(即右旋圆偏振；rcp)，通过第二偏振相关透镜ln21在第二—2方向上圆偏振(即左旋圆偏振；lcp)，通过第一线偏振器lp11在第一—1方向上线偏振，通过第一qwpwp11在第二—1方向上圆偏振(rcp)，以及通过第一偏振相关透镜ln11在第二—2方向上圆偏振(lcp)。在该过程中，第二偏振相关透镜ln21可以相对于沿着第一路径传播的光l11具有正(+)焦距，并且第一偏振相关透镜ln11可以相对于沿着第一路径传播的光l11具有正(+)焦距。因此，第一偏振相关透镜ln11和第二偏振相关透镜ln21的组合可以增强相对于沿着第一路径传播的光l11的屈光力。
在穿过偏振分束器pt11的同时，沿着第二路径的光l21在第一—2方向上例如在与第一—1方向正交的方向上线偏振。沿着第二路径传播的光l21可以通过第二qwpwp21在第二—2方向上圆偏振(lcp)，通过第二偏振相关透镜ln21在第二—1方向上圆偏振(rcp)，通过第一线偏振器lp11在第一—1方向上线偏振，通过第一qwpwp11在第二—1方向上圆偏振(rcp)，以及通过第一偏振相关透镜ln11在第二—2方向上圆偏振(lcp)。在该过程中，第二偏振相关透镜ln21可以相对于沿着第二路径传播的光l21具有负(－)焦距，并且第一偏振相关透镜ln11可以相对于沿着第二路径传播的光l21具有正(+)焦距。因此，第一偏振相关透镜ln11和第二偏振相关透镜ln21的组合可以抵消相对于沿着第二路径传播的光l21的屈光力。
第一偏振相关透镜ln11和第二偏振相关透镜ln21的组合可以增大相对于第一图像的视角并防止相对于第二图像的失真。此外，第一偏振相关透镜ln11和第二偏振相关透镜ln21的组合可以防止或减少相对于第二图像的色散/色差问题。
图8示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造。在本示例实施方式中，使用了不具有固有偏振功能的透反构件t11而非图7的偏振分束器pt11。
参照图8，透反构件t11可以用作多路径光学构件。透反构件t11可以不具有固有偏振功能。透反构件t11可以是例如分束器或透反膜。在这种情况下，第二线偏振器lp21可以进一步布置在透反构件t11与图像形成器件d11之间，并且第三线偏振器lp31可以进一步布置为相对于插置在第三线偏振器lp31与第二qwpwp21之间的透反构件t11面对第二qwpwp21。第二线偏振器lp21可以布置在与透反构件t11的第一入射面相邻的一侧，第三线偏振器lp31可以布置在与透反构件t11的第二入射面相邻的一侧。
在第一路径上传播的光l12可以通过经由第二线偏振器lp21在第一—1方向上线偏振并由透反构件t11反射而被传送到第二qwpwp21。在第二路径上传播的光l22可以通过经由第三线偏振器lp31在第一—2方向上线偏振并穿过透反构件t11而被传送到第二qwpwp21。分别沿着第一路径和第二路径从第二qwpwp21传播到视觉器官10的光l12和l22的变化可以与参照图7描述的变化相同。当难以使用图7的偏振分束器pt11时，可以使用普通的非偏振分束器作为透反构件t11。
图9示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造。本示例实施方式的构造是对图8的构造的修改。
参照图9，透反构件t11可以用作多路径光学构件，并且第二qwpwp22和第二线偏振器lp22可以被提供在与透反构件t11的入射面(第二入射面)相邻的一侧。第二qwpwp22可以布置在透反构件t11与第二线偏振器lp22之间。在这种情况下，在透反构件t11与第二偏振相关透镜ln21之间可以不使用例如qwp的波片。
沿着第二路径传播的光l23可以通过经由第二线偏振器lp22在第一—2方向上线偏振、经由第二qwpwp22在第二—2方向上圆偏振(lcp)、以及穿过透反构件t11而被传送到第二偏振相关透镜ln21。沿着第二路径从第二偏振相关透镜ln21传播到视觉器官10的光l23的变化可以与以上参照图7描述的变化相同。
沿着第一路径传播的光l13可以在沿着第二—2方向圆偏振(lcp)的状态下入射到透反构件t11上，并且从透反构件t11被反射。在从透反构件t11被反射的同时，光l13可以在第二—1方向上圆偏振(rcp)。当被反射时，圆偏振光可以被转换成在相反方向上圆偏振的光。因此，沿着第一路径传播的光l13可以在沿着第二—1方向圆偏振(rcp)的状态下被传送到第二偏振相关透镜ln21。从第二偏振相关透镜ln21到视觉器官10的光l13的转换可以与以上参照图7描述的转换相同。
虽然未示出，但是至少一个波片和/或至少一个偏振器可以进一步布置在透反构件t11与图像形成器件d11之间。在第二—2方向上的圆偏振(lcp)可以通过使用波片和偏振器得到。在一些情况下，从图像形成器件d11发射的光即光l13可以被构造为具有在第二—2方向上的圆偏振(lcp)。
在图7、8和9的示例实施方式中，第一偏振相关透镜ln11和第二偏振相关透镜ln21可以具有光学上相同的方向性，这在下面参照图10被描述。
参照图10，第一偏振相关透镜ln11和第二偏振相关透镜ln21可以具有光学上相同的特性。第一偏振相关透镜ln11和第二偏振相关透镜ln21可以是光学上彼此等同的透镜。此外，第一偏振相关透镜ln11的第一表面a和第二表面b的位置可以与第二偏振相关透镜ln21的第一表面a和第二表面b的位置相同。在偏振相关透镜ln11和ln21的情况下，特性即焦距+f或－f可以基于透镜ln11和ln21的布置方向即光入射方向而变化。当第一偏振相关透镜ln11和第二偏振相关透镜ln21具有与如图10中所示的相同的方向性时，特性可以如以上参照图7、8和9所述地被获得。然而，在图7、8和9中，第一偏振相关透镜ln11和第二偏振相关透镜ln21可以具有相反的方向性。在这种情况下，波片和/或偏振器的构造、位置和数量可以被改变。
虽然在图7、8和9的示例实施方式中，布置在使用者的视觉器官10与多路径光学构件即pt11和t11之间的元件，例如ln11、wp11、lp11、ln21和wp21，被示为彼此间隔开许多，但是元件可以实际上布置为彼此相对靠近或者彼此接触，并且其示例在图11中被示出。
参照图11，第一偏振相关透镜ln11、第一qwpwp11、第一线偏振器lp11、第二偏振相关透镜ln21和第二qwpwp21可以布置为彼此相对靠近，或者它们中的至少一些可以彼此接触。可以说元件即ln11、wp11、lp11、ln21和wp21可以构成单个光学系统s11。偏振相关透镜ln11和ln21的每个可以具有几毫米或更小的厚度，例如约1mm或更小。第一qwpwp11、第一线偏振器lp11和第二qwpwp21可以具有膜形状并且可以具有相对薄的厚度。光学系统s11可以具有几毫米或更小的厚度，例如约5mm或更小、或者约3mm或更小。因此，光学系统s11可以具有紧凑的构造。然而，在一些情况下，光学系统s11可以具有约10mm或更大的厚度。
此外，根据图7、8和9的示例实施方式中所使用的波片即wp11、wp21或wp22的详细构造，偏振特性/方向可以以其它方式被改变。此外，根据偏振器即lp11、lp21、lp22或lp31的详细构造，偏振特性/方向可以以其它方式被改变。在一示例中，第一—1方向或第一—2方向上的线偏振可以通过使用一定的偏振器得到，第二—1方向或第二—2方向上的圆偏振可以通过使用一定的波片得到。因此，以上参照图7、8和9描述的光的偏振特性/方向的变化是示例性的并且可以变化，这同样适用于图12、13、14和15的下述示例实施方式。
图12示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造。本示例实施方式的显示装置可以是图3的构思的实施方式的一示例。显示装置可以是多图像显示装置或透视型显示装置。此外，显示装置可以是近眼显示装置。
参照图12，显示装置可以包括用于形成或生成第一图像的图像形成器件(在这里也被称为“图像生成器”)d16。显示装置可以包括经由不同的路径将第一图像和不同于由图像形成器件d16形成的第一图像的第二图像传送到使用者的视觉器官10的多图像传输光学系统。多图像传输光学系统可以包括第一偏振相关透镜ln16和第二偏振相关透镜ln26、以及布置在第一偏振相关透镜ln16与第二偏振相关透镜ln26之间的半反射镜hm16。第一偏振相关透镜ln16、半反射镜hm16和第二偏振相关透镜ln26可以从视觉器官10的侧面起被顺序地布置。半反射镜hm16可以是透反构件的一示例。
多图像传输光学系统还可以包括布置在半反射镜hm16与第一偏振相关透镜ln16和第二偏振相关透镜ln26之间或者在其外部的至少一个波片和/或至少一个偏振器。在一详细示例中，第一qwpwp16可以布置在第一偏振相关透镜ln16与半反射镜hm16之间；第二qwpwp26可以布置在半反射镜hm16与第二偏振相关透镜ln26之间；第一线偏振器lp16可以布置在第二偏振相关透镜ln26外部；并且第三qwpwp36可以布置在第二偏振相关透镜ln26与第一线偏振器lp16之间。
沿着第一路径传播的光l16可以在沿着第二—1方向圆偏振(rcp)的状态下穿过第一偏振相关透镜ln16(第一次穿过)。在这种状态下，光l16可以通过第一偏振相关透镜ln16在第二—2方向上圆偏振(lcp)。沿着第一路径传播的光l16可以从半反射镜hm16被反射，然后再次穿过第一偏振相关透镜ln16(第二次穿过)。由于从半反射镜hm16反射的效果即被改变成相反的线偏振的效果、以及随着光l16穿过第一qwpwp16两次所产生的效果彼此抵消，因此在沿着第二—2方向圆偏振(lcp)的状态下沿着第一路径传播的光l16可以穿过第一偏振相关透镜ln16(第二次穿过)。在该状态下，沿着第一路径传播的光l16可以通过第一偏振相关透镜ln16在第二—1方向上圆偏振(rcp)。在“第一次穿过”期间，第一偏振相关透镜ln16可以相对于沿着第一路径传播的光l16具有正(+)焦距。在“第二次穿过”期间，第一偏振相关透镜ln16也可以相对于沿着第一路径传播的光l16具有正(+)焦距。因此，第一偏振相关透镜ln16可以增强相对于沿着第一路径传播的光l16的屈光力。
沿着第二路径传播的光l26可以通过第一线偏振器lp16在第一—1方向上线偏振，通过第三qwpwp36在第二—1方向上圆偏振(rcp)，通过第二偏振相关透镜ln26在第二—2方向上圆偏振(lcp)，以及通过第二qwpwp26在第一—1方向上再次线偏振。在穿过半反射镜hm16之后，沿着第二路径传播的光l26可以通过第一qwpwp16在第二—1方向上圆偏振(rcp)并且通过第一偏振相关透镜ln16在第二—2方向上圆偏振(lcp)。在该过程中，第二偏振相关透镜ln26可以相对于沿着第二路径传播的光l26具有正(+)焦距，并且第一偏振相关透镜ln16可以相对于沿着第二路径传播的光l26具有负(－)焦距。因此，第一偏振相关透镜ln16和第二偏振相关透镜ln26的组合可以抵消相对于沿着第二路径传播的光l26的屈光力。
第一偏振相关透镜ln16和第二偏振相关透镜ln26的组合可以增大相对于与沿着第一路径传播的光l16对应的第一图像的视角，并防止相对于与沿着第二路径传播的光l26对应的第二图像的失真。此外，第一偏振相关透镜ln16和第二偏振相关透镜ln26的组合可以防止或减少相对于第二图像的色散/色差问题。
根据另一示例实施方式，在图12的构造中，一定的多路径光学构件(透反构件)可以进一步布置在视觉器官10与第一偏振相关透镜ln16之间。其示例在图13、14和15中被示出。图13、14和15示出了根据各种各样另外的示例实施方式的显示装置的构造。
参照图13，偏振分束器pt16可以被提供在视觉器官10与第一偏振相关透镜ln16之间。在这种情况下，第四qwpwp46可以进一步布置在偏振分束器pt16与第一偏振相关透镜ln16之间。
沿着第一路径传播的光l17可以通过经由偏振分束器pt16在第一—1方向上线偏振并经由第四qwpwp46在第二—1方向上圆偏振(rcp)而被传送到第一偏振相关透镜ln16。接着，光l17可以通过穿过第一偏振相关透镜ln16和第一qwpwp16、通过从半反射镜hm16被反射、以及通过顺序地穿过第一qwpwp16、第一偏振相关透镜ln16和第四qwpwp46而被传送到视觉器官10。在该过程中，沿着第一路径传播的光l17的变化可以类似于以上关于图12的描述。沿着第二路径传播的光l27可以通过从第一线偏振器lp16穿过到第四qwpwp46而被传送到视觉器官10。在该过程中，沿着第二路径传播的光l27的变化可以类似于图12中的描述。
图14示出了在图12的构造中在视觉器官10与第一偏振相关透镜ln16之间应用了不具有固有偏振功能的透反构件t16的情况。透反构件t16可以是例如分束器或透反膜。由于透反构件t16不具有偏振功能，因此除透反构件t16之外的构造可以与以上关于图12描述的构造相同。然而，光l18和l28的传播路径可以被透反构件t16部分地改变。
图15示出了对图14的构造的修改。具体地，图15示出了在图14的构造中在透反构件t16与第一偏振相关透镜ln16之间添加了第四qwpwp46并且在透反构件t16的入射面侧的一侧(图中的上侧)进一步添加了第二线偏振器lp26的情况。图15的构造可以说是将不具有偏振功能的透反构件t16而非偏振分束器pt16、以及第二线偏振器lp26应用于图13的构造的情况。光l19和l29的路径和变化可以类似于以上参照图13和14描述的光的路径和变化。
在图13、14和15的示例实施方式中，多路径光学构件即pt16或t16可以应用在视觉器官10与第一偏振相关透镜ln16之间。在这种情况下，随着视觉器官10与第一偏振相关透镜ln16之间的距离增大，增大相对于第一图像的视角的效果会相对较小。因此，在这种情况下，相对于第一图像的视角可以为约15°或更大、或者约20°或更大。然而，因为透镜ln16和ln26可以布置为面对视觉器官10，所以可以提高设计的自由度。此外，可以防止或减少色散/色差问题。可以使从第一偏振相关透镜ln16到第一线偏振器lp16的构造或者从第四qwpwp46到第一线偏振器lp16的构造相对紧凑。
在图12、13、14和15的示例实施方式中，第一偏振相关透镜ln16和第二偏振相关透镜ln26可以具有光学上相反的方向性，这在下面参照图16被描述。
参照图16，第一偏振相关透镜ln16和第二偏振相关透镜ln26可以具有光学上相同的特性。第一偏振相关透镜ln16和第二偏振相关透镜ln26可以是光学上等同的透镜。然而，第一偏振相关透镜ln16的第一表面a和第二表面b的位置可以与第二偏振相关透镜ln26的第一表面a和第二表面b的位置相反。如图16中所示，当第一偏振相关透镜ln16和第二偏振相关透镜ln26具有相反的方向性时，可以出现参照图12、13、14和15描述的特性。然而，在一些情况下，在图12、13、14和15中，第一偏振相关透镜ln16和第二偏振相关透镜ln26可以被构造为具有相同的方向性。在这种情况下，波片和/或偏振器的构造、位置或数量可以被改变。
虽然在图12、13、14和15的示例实施方式中，布置在使用者的视觉器官10前面的元件(wp46、ln16、wp16、hm16、wp26、ln26、wp36和lp16)被示为彼此间隔开相当多，但实际上，元件可以相对紧密地布置或者彼此接触，并且其示例在图17中被示出。
参照图17，第一偏振相关透镜ln16、第一qwpwp16、半反射镜hm16、第二qwpwp26、第二偏振相关透镜ln26、第三qwpwp36和第一线偏振器lp16可以布置为彼此相对靠近，或者元件中的至少一些可以彼此接触。元件(即ln16、wp16、hm16、wp26、ln26、wp36和lp16)可以说形成单个光学系统s16。偏振相关透镜ln16和ln26的每个可以具有几毫米或更小例如约1mm或更小的厚度。第一qwpwp16、第二qwpwp26、第三qwpwp36和第一线偏振器lp16每个可以具有膜形状并且可以形成为具有相对薄的厚度。半反射镜hm16可以具有膜形状或者可以是涂覆膜，并且可以具有薄的厚度。光学系统s16可以具有约10mm或更小的厚度，例如约5mm或更小、或者约3mm或更小。因此，紧凑的构造可以是可行的。具体地，在图17的情况下，因为不使用偏振分束器或分束器，所以构造可以被进一步简化从而紧凑。因此，可以减小显示装置的重量和体积。然而，光学系统s16的厚度不限于以上描述，并且在一些情况下，光学系统s16可以具有约10mm或更大的厚度。
图18是显示根据一比较示例的透镜部分的色散问题的实验结果。根据比较示例的透镜部分具有彼此接合的一个gp透镜和一个普通折射透镜的构造。图18的图像显示了外部图像当通过透镜部分被观察时如何呈现。
参照图18，可以看到，当使用根据比较示例的透镜部分时，出现相对大量的色散。在这方面，当gp透镜和普通折射透镜彼此接合时，会出现大量的色散。具体地，色散问题会朝着图像的边缘变得更加严重。
图19是显示根据一示例实施方式的透镜系统的色散减少效果的实验结果。根据本示例实施方式的透镜系统可以包括两个偏振相关透镜。两个偏振相关透镜是gp透镜。透镜系统可以对应于图2a和2b的透镜系统lt10，或者对应于图11的光学系统s11或图17的光学系统s16。
参照图19，可以看到，当使用根据本示例实施方式的透镜系统时，大大减少了色散问题。这是因为两个偏振相关透镜的色散效果彼此抵消。因此，由于使用了根据本示例实施方式的透镜系统，因而可以防止或减少色散问题。
在图7、8和9、图11和12以及图17的示例实施方式中，相对于第一图像即显示图像的视角可以为约40°或更大。相对于第一图像的视角可以为约60°或更大、或者约100°或更大。在图13、14和15的示例实施方式中，相对于第一图像即显示图像的视角可以为约15°或更大、或者约20°或更大。因此，在全部示例实施方式中，相对于第一图像即显示图像的视角可以为约15°或更大，并且在一些情况下，可以为约40°或更大。
在图1至3、图7至9、图11至15和图17的示例实施方式中，至少一个透镜(额外透镜)可以被进一步提供在图像形成器件d10、d11和d16前面或后面，并且其示例在图20中被示出。
图20示出透镜ls11被进一步提供在图11的构造中的情况。透镜ls11可以布置在图像形成器件d11后面。因此，透镜ls11可以布置在图像形成器件d11与偏振分束器pt11之间。虽然未示出，但是光源单元可以进一步布置在图像形成器件d11前面(图中的上侧)。透镜ls11可以是额外透镜或辅助透镜。通过使用额外透镜ls11，可以调节整体光学系统的焦距或数值孔径na。虽然图20示出了透镜ls11布置在图像形成器件d11后面的情况，但是透镜ls11可以布置在图像形成器件d11前面(图中的上侧)。具体地，图像形成器件d11可以布置在透镜ls11与偏振分束器pt11之间。一个或更多个透镜可以布置在图像形成器件d11前面和后面的位置的每个处。图20中所示的额外透镜ls11的形状仅是示例性的，并且可以以各种方式被改变。此外，透镜ls11可以是普通透镜，即体透镜或gp透镜。
通过使用如图20中所示的至少一个额外透镜ls11，可以防止或减少相对于由图像形成器件d11形成的第一图像的色散/色差问题。在光学系统s11中，可以通过使用额外透镜ls11抵消或减少可能相对于第一图像即沿着第一路径传播的光l11产生的色散/色差问题。例如，在光学系统s11中，当色散相对于沿着第一路径传播的光l11在正(+)方向上发生时，可以通过经由使用额外透镜ls11允许色散相对于光l11在负(－)方向上发生而抵消色散效果。为此，普通透镜或gp透镜可以用作额外透镜ls11。对于沿着第二路径传播的光l21，光学系统s11本身可以防止色散问题的发生。可能难以进一步提供相对于沿着第二路径传播的光l21具有普通形状的额外透镜(普通透镜)。
图21示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造。
参照图21，本示例实施方式的显示装置可以被构造为形成图像形成器件d12的“虚拟图像”vd12。例如，通过使用一定的中继光学系统rs10，图像形成器件d12的虚拟图像vd12可以被形成。在下面的描述中，图像形成器件d12的虚拟图像vd12可以被称为“虚拟图像形成器件”vd12。虚拟图像形成器件vd12可以是“所成像的slm”。虚拟图像形成器件vd12可以形成在与偏振分束器pt11相邻的区域中。
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、以及布置在第一中继透镜ls1与第二中继透镜ls2之间的空间滤光器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。空间滤光器sf1可以放置在第一中继透镜ls1和第二中继透镜ls2的焦平面上或者紧密靠近第一中继透镜ls1和第二中继透镜ls2的焦平面放置。空间滤光器sf1可以具有一定的孔，诸如针孔，并且可以从传播穿过第一中继透镜ls1的光中去除噪声。
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可以彼此相同或彼此不同。虚拟图像形成器件vd12的尺寸可以基于第一焦距f1和第二焦距f2的相对尺寸即比率而变化。例如，当第二焦距f2大于第一焦距f1时，虚拟图像形成器件vd12可以大于其为实际器件的图像形成器件d12。当第一焦距f1大于第二焦距f2时，虚拟图像形成器件vd12可以小于其为实际器件的图像形成器件d12。因此，通过调节第一焦距f1和第二焦距f2，虚拟图像形成器件vd12的尺寸可以被控制到期望的级别。使用者可以看到通过使用虚拟图像形成器件vd12所获得的显示图像。然而，中继光学系统rs10的构造仅是示例性的，并且可以以各种方式被改变。在一示例中，从中继光学系统rs10发射的光的路径可以通过使用一定的反射构件(未示出)被改变。虚拟图像形成器件vd12可以通过由反射构件反射的光被形成。在这种情况下，中继光学系统rs10与偏振分束器pt11之间的布置关系可以由图21中所示的布置关系被改变。
根据另一示例实施方式，至少一个额外透镜可以被进一步提供在图21的构造中，并且其示例在图22中被示出。
参照图22，透镜ls12可以进一步布置在中继光学系统rs10与偏振分束器pt11之间。虚拟图像形成器件vd12可以形成在透镜ls12的位置处或者在与透镜ls12相邻的区域中。虽然图22示出了虚拟图像形成器件vd12形成在透镜ls12处的情况，但是虚拟图像形成器件vd12可以形成在透镜ls12前面或后面。通过使用其为额外透镜的透镜ls12，可以调节光学系统的焦距或数值孔径na。此外，通过使用其为额外透镜的透镜ls12，可以防止或减少相对于沿着第一路径传播的光l11的色散/色差问题。
在图1至3、图7至9、图11至15和图17的示例实施方式中，还可以提供连接到图像形成器件d10、d11和d16的图像信号处理器，并且其示例在图23中被示出。
图23示出图像信号处理器p11被进一步提供在图11的构造中的情况。图像信号处理器p11可以连接到图像形成器件d11。图像信号处理器p11可以被构造为减少光学系统s11中的相对于第一图像即与沿着第一路径传播的光l11对应的图像的色散/色差。例如，在光学系统s11中，当红—绿—蓝(rgb)色散相对于沿着第一路径传播的光l11在向前方向上发生时，rgb通过图像信号处理器p11在相反方向上分散以便将图像信号输入到图像形成器件d11，从而抵消色散效果。在这方面，当信号通过使用图像信号处理器p11被输入到图像形成器件d11时，对rgb的每个颜色放大/缩小即重新按比例缩放图像的方法可以被使用。或者，当信号通过使用图像信号处理器p11被输入到图像形成器件d11时，对rgb的每个颜色相对地移动图像即使图像移位的方法可以被使用。此外，图像信号处理器p11可以被构造为执行普通显示装置的所有信号处理功能。虽然未在图23中示出，但是至少一个额外透镜可以被提供在图像形成器件d11前面的位置和后面的位置中的至少一个处。
图24示出根据另一示例实施方式的显示装置的构造。
参照图24，根据本示例实施方式的显示装置可以包括用于形成第一图像的透明图像形成器件(或半透明图像形成器件)td14。透明图像形成器件td14可以是构造为形成图像的器件并且还可以具有透射光的特性。在这种情况下，透明图像形成器件td14可以布置在使用者的视觉器官10与使用者所面对的外部前景之间。透明图像形成器件td14可以包括例如发光二极管(led)显示器件和/或有机led(oled)显示器件。透明图像形成器件td14可以是自发光器件。此外，透明图像形成器件td14可以被构造为发射在特定方向上偏振的光。为此，透明图像形成器件td14可以包括一定的偏振层或偏振元件。
显示装置可以包括布置在视觉器官10与透明图像形成器件td14之间的至少两个偏振相关透镜ln14和ln24。例如，显示装置可以包括第一偏振相关透镜ln14和第二偏振相关透镜ln24。第二偏振相关透镜ln24可以布置在第一偏振相关透镜ln14与透明图像形成器件td14之间。
由透明图像形成器件td14产生的光l14可以被称为沿着第一路径传播的光l14，从透明图像形成器件td14的外部透射穿过透明图像形成器件td14的光l24可以被称为沿着第二路径传播的光l24。因为沿着第一路径传播的光l14和沿着第二路径传播的光l24具有相似的传播方向，但是具有不同的产生位置和不同的整体路径，所以可以说沿着第一路径传播的光l14和沿着第二路径传播的光l24具有不同的路径。
第一偏振相关透镜ln14和第二偏振相关透镜ln24的每个可以相对于沿着第一路径传播的光l14具有正(+)焦距。第一偏振相关透镜ln14和第二偏振相关透镜ln24中的一个可以相对于沿着第二路径传播的光l24具有正(+)焦距并且另一个可以相对于沿着第二条路径传播的光l24具有负(－)焦距。因此，第一偏振相关透镜ln14和第二偏振相关透镜ln24的组合可以增强相对于沿着第一路径传播的光l14的屈光力，并抵消相对于沿着第二路径传播的光l24的屈光力。因此，相对于与沿着第一路径传播的光l14对应的第一图像可以确保宽视角，并且相对于与沿着第二路径传播的光l24对应的第二图像可以防止失真问题。
此外，当透明图像形成器件td14如在本示例实施方式中那样被使用时，多图像传输光学系统(透视型光学系统)的构造可以被简化，因而显示装置可以被小型化。因此，可以实现具有紧凑构造的显示装置。虽然未示出，但是至少一个波片和/或至少一个偏振器可以进一步布置在第一偏振相关透镜ln14与透明图像形成器件td14之间或者在第一偏振相关透镜ln14和透明图像形成器件td14外部。波片和偏振器的构造和功能可以类似于参照图7、8和9或图12、13、14和15描述的波片和偏振器的构造和功能。
图25是示出根据一示例实施方式的显示装置的整体构造/系统的示意性框图。
参照图25，透视型光学系统100可以被提供。用于将一定的显示图像供应到透视型光学系统100的图像形成单元200可以被提供。图像形成单元200可以包括图像形成器件(在这里也被称为“图像生成器”)和光源单元。此外，连接到图像形成单元200的控制器300可以被提供。透视型光学系统100可以被取向为使得使用者的视觉器官10布置为面对透视型光学系统100。
透视型光学系统100可以包括上述多路径光学构件(例如m10或m15)和至少两个偏振相关透镜(例如ln10、ln20、ln15或ln25)。图像形成单元200可以包括上述图像形成器件(例如d10或d15)。如果需要，图像形成单元200可以包括中继光学系统rs10。图像形成单元200还可以包括一定的光源单元。光源单元可以包括例如光源和准直透镜。控制器300可以连接到图像形成单元200并且被构造为控制图像形成单元200的元件。控制器300还可以包括诸如中央处理单元(cpu)的处理器。虽然未示出，但是图25的显示装置还可以包括用于用户界面的输入单元(在这里也被称为“输入器件”)和输出单元(在这里也被称为“输出器件”)。
图25的构造可以被提供为具有左右对称性的一对，并且其示例在图26中被示出。
参照图26，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和第一控制器300a可以被提供。第二透视型光学系统100b可以布置为与第一透视型光学系统100a间隔开，并且对应于第二透视型光学系统100b的第二图像形成单元200b和第二控制器300b可以被提供。第一透视型光学系统100a可以布置为对应于使用者的第一视觉器官10a，第二透视型光学系统100b可以布置为对应于使用者的第二视觉器官10b。第一视觉器官10a可以是使用者的左眼，第二视觉器官10b可以是使用者的右眼。因此，图26的构造可以应用于双目显示装置。
在图26中，第一控制器300a和第二控制器300b可以合并成一个控制器，而不是被单独提供，并且其示例在图27中被示出。参照图27，第一图像形成单元200a和第二图像形成单元200b可以连接到一个控制器300c。此外，在一些情况下，控制器300c可以以无线方式而不是有线方式连接到图像形成单元200a和200b。
根据各种示例实施方式的显示装置(多图像/透视型显示装置)的至少一部分可以构成可穿戴设备。具体地，显示装置可以应用于可穿戴设备。作为一示例，显示装置可以应用于头戴显示器(hmd)。此外，显示装置可以应用于眼镜型显示器或护目镜型显示器。图28、29和30示出了根据示例实施方式的显示装置适用于其的各种各样的电子设备。图28、29和30的电子设备是hmd或眼镜型显示器的示例。图28、29和30的可穿戴电子设备可以通过构造为与智能电话相互作用或连接到智能电话而被操作。
此外，根据各种示例实施方式的显示装置可以被提供在智能电话中，并且智能电话可以用作透视型显示装置。在这方面，透视型显示装置可以应用于小型电子设备或移动电子设备，而不应用于图28、29和30的可穿戴设备。根据以上示例实施方式的显示装置的应用领域可以以各种方式变化。此外，根据以上示例实施方式的显示装置不仅可以用于实现增强现实(ar)或混合现实(mr)，而且可以应用于其它领域。具体地，本发明构思的技术构思不仅可以应用于ar或mr，而且可以应用于能够同时显示多个图像的多图像显示器。
应理解，在此描述的示例实施方式应仅在描述性的意义上被考虑，并且不是为了限制的目的。对每个示例实施方式内的特征或方面的描述通常应被认为可用于其它示例实施方式中的其它类似特征或方面。例如，本领域普通技术人员可以看出，参照图1至17和图20至24描述的光学系统(透镜系统)和包括其的显示装置的构造可以以各种方式被修改。在一详细示例中，光学系统(透镜系统)可以包括两个或更多个偏振相关透镜，例如四个或更多个偏振相关透镜，1/2波片(半波片)可以用作波片，并且偏振器的构造可以被改变。此外，波片和偏振器的数量、位置和特性可以以各种方式被改变。此外，可以使用具有不同特性的多个偏振相关透镜，并且除gp透镜之外的透镜可以用作偏振相关透镜。此外，虽然已经参照附图描述了一个或更多个示例实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，可以在其中作出形式和细节上的各种改变而不背离如由所附权利要求限定的精神和范围。
本申请要求享有2017年1月23日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0010683号的优先权，其公开通过引用全文合并于此。