Оптическая система и дисплей
Оптическая система предназначена для изменения формы поверхности, на которой воспринимается изображение, и содержит первый и второй разнесенные друг от друга частичные отражатели, по меньшей мере один из которых выполнен с возможностью избирательного переключения между неплоской первой формой и по меньшей мере одной второй формой, отличающейся от первой формы, и для обеспечения светового пути для света, падающего на первый отражатель. На указанном световом пути обеспечивается по меньшей мере частичное пропускание света через первый отражатель в направлении второго отражателя, по меньшей мере частичное отражение света от второго отражателя обратно в направлении первого отражателя, по меньшей мере частичное отражение света от первого отражателя в направлении второго отражателя и по меньшей мере частичное пропускание света через второй отражатель. В дисплее первый отражатель расположен между устройством отображения для модулирования света изображением и вторым отражателем. Технический результат - обеспечение преобразования плоского или неплоского изображения в соответственно неплоское, например в искривленное или наклоненное изображение, или плоское. 2 н. и 45 з.п. ф-лы, 50 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к оптической системе для модификации внешнего вида изображения, например для преобразования плоского изображения в неплоское изображение или неплоского изображения в другое неплоское изображение. Настоящее изобретение также относится к дисплею для формирования неплоского изображения. Такой дисплей может использоваться, например, для получения изогнутого внешнего вида отображаемого изображения. Такой дисплей может, например, использоваться в качестве информационного дисплея, используемого, например, в автомобиле (например, для отображения приборной панели), для рекламы, в телевидении, в играх или в других приложениях для развлечений, в качестве дисплея, обеспечивающего полный эффект присутствия, и в любых приложениях, где для пользователя может быть желательным обеспечить улучшенное эстетическое восприятие.
Уровень техники
Известно, что в транспортных средствах, таких как автомобили и самолеты, устанавливают электронные дисплеи, предоставляющие изображение, например комбинации приборов вместо отдельных механических или электрических шкал. Однако такие дисплеи обычно эстетически ограничены из-за их неспособности формировать изображения, которые отличаются от стандартных двумерных (2D) изображений, отображаемых в плоскости дисплея. В дополнение к ухудшению эстетического восприятия таких дисплеев неспособность получения изображений, которые не выглядят плоскими, может обеспечить ограниченный реализм таких дисплеев. Хотя стереоскопические и автостереоскопические дисплеи известны и позволяют сформировать впечатление трехмерного изображения, такие дисплеи могут привести к чрезмерному напряжению зрения, и проблемам, связанным с головной болью, из-за потенциально ограниченной свободы положения обзора и проблем с фокусировкой,
Также известно использование в качестве рекламных дисплеев, например, дисплеев с большой площадью для публичного представления в торговых центрах и цифровых рекламных щитов на автострадах, предназначенных для привлечения максимального внимания. Хотя такие дисплеи получают все большее применение, они обычно не включают в себя какие-либо эстетически привлекательные свойства, помимо их большого размера, что помогло бы выделить их среди ординарной окружающей среды и способствовать их восприятию. Преодоление неспособности таких дисплеев формировать изображения, отличающиеся от стандартных плоских 2D изображений, отображаемых в плоскости дисплея, поэтому может способствовать их широкому распространению.
Также известно использование в качестве устройств для развлечения, например, устройств для игры пачинко, использование электронных дисплеев, в центре которых обеспечивается, например, предоставление кинофильмов, анимации или цифрового слот-автомата. Хотя такие устройства для развлечения представляют все более привлекательные свойства с использованием механически движущихся частей и обилия мигающих световых индикаторов, как правило, они ограничены дисплеем, который неспособен формировать привлекательные изображения, которые отличаются от стандартных плоских 2D-изображений, отображаемых в плоскости дисплея. Преодоление этой проблемы с использованием также дисплея, который выделяется среди ординарной окружающей среды, поэтому могло бы способствовать повышению энтузиазма и степени увлеченности для игроков.
В первом общем классе предшествующего уровня техники представлено, как получить стереоскопические и автостереоскопические отображения из одной панели. Например, на фиг.1 на прилагаемых чертежах иллюстрируется переключаемый 2D/3D (двумерный/трехмерный) дисплей на основе использования параллаксационного барьера, как раскрыто в ЕР 0829744 (18-3-1998, MOSELEY Richard Robert; WOODGATE Graham John; JACOBS Adrian; HARROLD Jonathan; EZRA David). Параллаксационный барьер содержит слой 100 модификации поляризации с чередующимися областями 101 апертуры и барьерными областями 102, и поляризатор в виде поляризационного листа 103, который может быть отключен. Параллаксационный элемент обеспечивает возможность работы дисплея в 2D режиме широкого обзора с полной разрешающей способностью или в направленном 3D автостереоскопическом режиме. Однако такое устройство формирует пару стереоизображений для генерирования 3D изображения, вместо изображения с изогнутым внешним видом. Недостатки таких автостереоскопических дисплеев включают в себя ограниченную свободу движений головы и несоответствие между 3D восприятием стереоизображения и другими сигналами (движение головы, фокус), что приводит к замешательству пользователя и иногда к чрезмерному напряжению зрения и головной боли.
Второй общий класс предшествующего уровня техники связан с искривленными или конформными дисплеями. Например, на фиг.2, на приложенных чертежах представлен дисплей такого типа, как раскрыт в WO 94/11779 (26-5-1994, GROSS Hyman Abraham Moses; ARTLEY Richard John; CLARK Michael George; HAYTHORNTHWAITE Arthur; WILKINSON Peter; WALLIS Miles). Искривленный жидкокристаллический дисплей изготовлен путем размещения слоя 104 жидких кристаллов между двумя искривленными предварительно сформованными прозрачными пластиковыми подложками 105 или между двумя гибкими подложками.
Как показано на фиг.3 приложенных чертежей в US 2006/0098153 A1 (11-5-2006, SLIKKERVEER Peter J; BOUTEN Petrus Comelis P; CIRKEL Peter А), раскрыт дисплей такого же типа, но в данном случае искривленный дисплей сформирован путем изготовления плоского слоя 106 отображения панели и последующего изгиба самого слоя отображения в результате наклеивания дополнительной пленки 107 на него. Дополнительная пленка может, например, быть предварительно растянута, и сила сокращения, которая в ней высвобождается после наклеивания на дисплей, приводит к изгибу дисплея.
Хотя такие искривленные дисплеи аналогично гибким дисплеям выполнены с возможностью генерировать искривленные изображения, все они основаны на дисплеях, которые были физически искривлены для получения требуемой кривизны. Такие искривленные дисплеи имеют множество недостатков, таких как очень высокая стоимость, ограничения по эффективности материалов и по разнообразию материалов, а также большие трудности при изготовлении. Кроме того, конструкция дисплеев такого типа очень ограниченна, поскольку ограниченно количество физически возможных искривленных поверхностей, и после того, как дисплей был изготовлен с определенной кривизной, ее нельзя изменить. Кроме того, искривленные дисплеи еще не готовы для массового производства, поскольку каждую линию производства потребовалось бы адаптировать для конкретной искривленной конструкции.
Третий класс предшествующего уровня техники относится к дисплеям, в которых используется проекция на искривленные поверхности. Например, US 6727971 (27-4-2004, LUCAS Walter А) и US 6906860 (14-6-2005, STARKWEATHER Gary К), раскрыт дисплей такого типа, как представлен па фиг.4а и 4b соответственно приложенных чертежей. В обоих случаях дисплей содержит, по меньшей мере, один проектор 108 и искривленный экран 109, на который проецируется изображение.
Такие дисплеи хорошо известны по их применению в публичных местах и используются во множестве вариантов применения, таких как реконфигурируемый дисплей производства компании Digital Dash или дисплеи, обеспечивающие полный эффект присутствия. Однако они имеют недостатки, связанные с тем, что требуют большого пространства и ограничены только проекционной технологией. Кроме того, они обычно определены, как составляющие дисплей, если их рассматривать вместе с системой проецирования, ассоциированной с искривленным экраном, а не как проекционная система сама по себе.
Последний класс предшествующего уровня техники относится к применениям дисплея, закрепляемого на голове. В дисплеях для таких вариантов применения обычно используется оптическая система, тщательно разработанная для фокусирования света из дисплея на сетчатку глаза наблюдателя с использованием как можно более компактного устройства.
Например, на фиг.5 приложенных чертежей иллюстрируется дисплей, используемый в качестве дисплея, закрепляемого на голове, как раскрыто в US 6304303 (16-10-2001, YAMANAKA Atsushi). В этом дисплее используется технология изломанного оптического пути с двумя отражающими поверхностями 110 и 111 для уменьшения размера и веса дисплея и расширения угла его видимости. Однако такие дисплеи направлены на получение высококачественного изображения без кривизны.
Как показано на фиг.6 приложенных чертежей, в US 5515122 (7-5-1996, MORISHIMA Hideki; MATSUMURA Susumu; TANIGUCHI Naosato; YOSHINAGA& Yoko; KOBAYASHI Shin; SUDO Toshiyuki; KANEKO Tadashi; NANBA Norihiro; AKIYAMA Takeshi) раскрыт дисплей такого же типа, но в котором в результате использования сильно отличающейся технологии на основе системы 112 линз, скомбинированной с отражающими слоями 113 и 114, генерируется виртуальное искривленное изображение 115 для улучшения эффекта присутствия и реализма изображения для наблюдателя.
В GB 2437553 (31-10-2007, EVANS Allan; CURD Alistair Paul; WYNNE-POWELL Thomas Matthew), раскрыто семейство дисплеев двойной и множественной глубины, где изображение с множественной глубиной генерируют в панели с одним дисплеем. Оптические элементы размещены на коротком расстоянии перед панелью дисплея для получения эффектов различной глубины на основе разных оптических путей. В результате использования эффектов поляризации и частичного отражения различные изображения ассоциируются с путями света разной длины, и они выглядят, как происходящие из разных планов. В результате отображения этих изображений последовательно по времени или с чередованием в пространстве достигается эффект множественной глубины.
Вариант осуществления из GB 2437553 показан на фиг.7а и 7b приложенных чертежей. Первый и второй частичные отражатели 115 и 116 размещены перед панелью 114 жидкокристаллического дисплея (LCD) с оптическими средствами 117 модификации поляризации, расположенными между первым и вторым частичными отражателями 115 и 116. Первый и второй частичные отражатели 115 и 116 отделены друг от друга соответствующим промежутком для получения изображения со сдвигом глубины. Свет от двух разных изображений, отображаемых панелью 114 LCD, проходит по разным путям распространения света в направлении зрителя. Свет, кодирующий первое изображение, проходит непосредственно в результате его пропускания через оптическую систему в область обзора, как показано па фиг.7b, в то время как свет, кодирующий второе изображение, следует изломанному оптическому пути 118 перед тем, как он достигнет зрителя, как показано на фиг.7а. В результате разной длины разных путей 118 и 119 первое изображение выглядит, как расположенное в местоположении LCD 114, в то время как второе изображение 120 LCD сдвинуто по глубине так, что оно выглядит, как находящееся под LCD. Зритель, таким образом, наблюдает изображения в разных планах по глубине.
Дисплеи такого типа обладают очевидными преимуществами по сравнению с дисплеями с множественной глубиной, в которых используется множество панелей дисплея, например, с учетом стоимости, яркости и размеров. Однако основное назначение этих дисплеев состоит в том, чтобы формировать два или больше изображения, разделенных по глубине. Кроме того, частичные отражатели в оптической системе таких дисплеев расположены параллельно друг другу и к поверхности отображения дисплея.
Когда два изображения должны быть представлены независимо для зрителя с использованием одного и того же основного дисплея, происходит некоторая утечка или взаимное влияние между видами, которое может быть скорректировано путем модификации данных изображения, подаваемых в дисплей. Взаимное влияние может быть эффективно устранено, но при этом также происходит потеря контраста.
В ЕР 0953962 (3-11-1999, JONES Graham; HOLLIMAN Nicolas) раскрыта коррекция взаимного влияния в дисплеях 3D и в дисплеях двойного обзора. Для этих двух типов дисплеев взаимное влияние стремится быть симметричным и независимым от цвета. Другими словами, утечка из изображения 1 в изображение 2 является такой же, как и утечка из изображения 2 в изображение 1, а также одинаковой для красного, зеленого и синего компонентов изображения.
В GB 2437553 раскрыт тот же основной принцип коррекции взаимного влияния, но применяемый к дисплеям с двойной глубиной. Для такого типа дисплея взаимное влияние склонно зависеть от того, с какой плоскости происходит утечка, а также от цвета.
В GB 2449682 (3-12-2008, GAY Gregory; WALTON Harry Garth) описана оптическая система для преобразования стандартного плоского изображения в неплоское изображение. В ней используется технология изломанного оптического пути света на основе отражающих слоев 121, 122, по меньшей мере, один из которых является искривленным, и дополнительной однородной переключаемой LC ячейки, которая обеспечивает электрическое переключение между стандартным плоским режимом изображения и неплоским режимом изображения. Вариант осуществления из GB 2449682 показан на фиг.8а и 8b приложенных чертежей. Когда дополнительную переключаемую полуволновую пластину 123 отключают, свет проходит непосредственно в результате пропускания через оптическую систему в область обзора, как показано на фиг.8а. Когда дополнительную переключаемую полуволновую пластину 123 включают, свет следует пути 124 света с двойным отражением, как показано на фиг.8b. Благодаря пути 124 света с двойным отражением и искривленной форме, заданной для отражающего поляризатора 122, путь оптического света является более длинным в направлении края дисплея, и отображаемое изображение наблюдается в искривленном виде 125.
Дисплеи такого типа могут обеспечивать неплоское отображение в обычном плоском дисплее с возможностью электрического переключения между стандартным 2D режимом и режимом с искривленным отображением. Однако дополнительная LC ячейка, требуемая для переключения, приводит к дополнительному повышению затрат и ухудшает качество изображения дисплея благодаря увеличению взаимного влияния в обоих режимах изображения. Кроме того, поскольку отражающие пленки являются фиксированными на месте, кривизна изображения, отображаемого в режиме с искривленным отображением, должна быть определена на этапе производства и будет фиксированной после этого.
Раскрытие изобретения
Любой элемент системы, описанной ниже, как "плоский", означает, что он является планарным и параллельным устройству отображения. Любая другая альтернатива, например планарный, но наклоненный относительно устройства отображения или частично либо непрерывно искривленный в одном или более направлениях, будет называться ниже "не плоским".
В соответствии с первым аспектом изобретения предусмотрена оптическая система для изменения формы поверхности для восприятия изображения, причем оптическая система содержит первый и второй разнесенные друг от друга частичные отражатели, по меньшей мере один из которых выполнен с возможностью избирательного переключения между неплоской первой формой и по меньшей мере одной второй формой, отличающейся от первой формы, и для обеспечения пути света для света, падающего на первый отражатель, причем первый путь света содержит по меньшей мере частичное пропускание через первый отражатель в направлении второго отражателя, по меньшей мере частичное отражение от второго отражателя обратно в направлении первого отражателя, по меньшей мере частичное отражение от первого отражателя в направлении второго отражателя и по меньшей мере частичное пропускание через второй отражатель.
Оптическая система выполнена с возможностью по существу препятствовать испусканию от второго отражателя света, не отраженного при отражении первым и вторым отражателями, при этом свет, падающий на второй частичный отражатель в первый раз, не выходит из оптической системы.
Поддерживая неизменным путь света, но изменяя его оптическую длину в разных положениях путем изменения формы по меньшей мере одного из частичных отражателей, оптическую систему можно переключать между режимом плоского изображения и режимом неплоского изображения или между режимом неплоского изображения и другим режимом неплоского изображения.
Вторая форма может быть плоской. В качестве альтернативы вторая форма может быть неплоской.
Указанный по меньшей мере один из первого и второго отражателей, который является избирательно переключаемым, может включать в себя один из первого и второго отражателей, а другой из первого и второго отражателей может иметь фиксированную форму. Фиксированная форма может быть плоской. В качестве альтернативы фиксированная форма может быть неплоской.
Другой из первого и второго отражателей выполнен с возможностью избирательного переключения между неплоской третьей формой и четвертой формой, отличающейся от третьей формы. Четвертая форма может быть плоской. В качестве альтернативы четвертая форма может быть неплоской. Третья форма может представлять собой зеркальное отображение первой формы. Четвертая форма может представлять собой зеркальное отображение второй формы.
Первая и/или третья форма могут быть непрерывно искривлены по меньшей мере в одном направлении для получения вогнутого или выпуклого изображения.
Первая и/или третья форма могут быть частично искривлены по меньшей мере в одном направлении.
Первая и/или третья форма могут иметь извилистое поперечное сечение.
Первая и/или третья форма могут содержать множество плоских сегментов, причем сегменты, которые расположены рядом друг с другом, примыкают друг к другу вдоль края и охватывают угол больше чем 0° и меньше чем 180°.
Первая и/или третья форма может быть плоской, но наклоненной по меньшей мере в одном направлении.
Первая и/или третья форма может иметь плоские и неплоские области.
Первая и/или третья форма может содержать множество плоских и/или неплоских областей, которые являются некомпланарными.
Первая и третья формы могут представлять собой, по меньшей мере, аналогичную форму и во всех местах могут быть параллельны друг другу.
Оптическая система может быть выполнена с возможностью изменения поляризации света при его прохождении вдоль пути света. Оптическая система может быть выполнена с возможностью изменения поляризации света во время его прохождения вдоль пути света между падением на второй частичный отражатель и отражением от первого частичного отражателя.
Система может включать в себя систему линз по меньшей мере для частичной коррекции искажения изображения.
Система может содержать по меньшей мере одну четвертьволновую пластину. Четвертьволновая пластина или вторая из четвертьволновых пластин может быть расположена между первым и вторым частичными отражателями. Четвертьволновая пластина или первая из четвертьволновых пластин может быть расположена со стороны первого частичного отражателя, противоположного второму частичному отражателю.
Первый частичный отражатель может содержать первое частично пропускающее зеркало. Первое частично пропускающее зеркало может содержать структурированное зеркало. Первое частично пропускающее зеркало может содержать структурированное зеркало, ассоциированное с массивом собирающих линз. Четвертьволновая пластина или вторая из четвертьволновых пластин и структурированное зеркало могут формировать интегрированную ячейку. Четвертьволновая пластина или вторая из четвертьволновых пластин могут быть структурированы и могут иметь замедляющие участки, расположенные в отражающих областях структурированного зеркала, и не замедляющие участки, расположенные в прозрачных областях структурированного зеркала.
Первый частичный отражатель может содержать первый отражающий поляризатор.
Второй частичный отражатель может содержать второй отражающий поляризатор. Второй отражающий поляризатор может содержать холестерический отражатель. Второй отражающий поляризатор может быть неплоским, а система может содержать первую призматическую пленку, выполненную с возможностью перенаправления света от первого частичного отражателя так, чтобы он падал по существу нормально на второй отражающий поляризатор. Система может содержать вторую призматическую пленку, выполненную с возможностью перенаправления света от второго отражающего поляризатора в направлении света, падающего на первую пленку с призмами.
Второй частичный отражатель может содержать второе частично пропускающее зеркало.
Система может содержать фарадеевский вращатель. Фарадеевский вращатель может быть выполнен с возможностью обеспечения поворота поляризации на 45°.
Система может содержать входной линейный поляризатор.
Система может содержать выходной линейный поляризатор.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предусмотрен дисплей, содержащий:
устройство отображения, предназначенное для модуляции света изображением или последовательностью изображений на поверхности отображения изображения в устройстве; и оптическую систему в соответствии с первым аспектом изобретения, причем первый частичный отражатель расположен между устройством и вторым частичным отражателем.
Устройство отображения может содержать жидкокристаллическое устройство или устройство проекционного отображения, или устройство на органических светоизлучающих диодах, или плазменное устройство излучения света, или электронно-лучевая трубка.
Дисплей может содержать (например, автомобильный) инструментальный дисплей, и/или рекламный дисплей, и/или дисплей, обеспечивающий полный эффект присутствия, развлекательный дисплей, телевизионный дисплей и/или любой другой дисплей, в котором улучшенные эстетические свойства и дополнительный реализм могут быть желательными для пользователя.
Дисплей может содержать блок обработки изображения для перераспределения пикселей изображения для коррекции по меньшей мере частично искажений изображения указанным или каждым неплоским одним из первого и второго отражателей.
Дисплей может содержать процессор изображения, предназначенный для перераспределения каналов цветности пикселей изображения для коррекции, по меньшей мере, частично света, выходящего из оптической системы вдоль непредусмотренного пути света.
Дисплей может содержать блок обработки изображения для манипуляции уровнями серого пикселей изображения для повышения, по меньшей мере частично, видимой яркости по меньшей мере части изображения.
Оптическая система может содержать съемное крепление, закрепленное на устройстве.
Дисплей может включать в себя сенсорную панель.
Таким образом, становится возможным обеспечить конструкцию, которая позволяет изменять форму "поверхности", на которой воспринимается изображение. Например, можно использовать обычное или немодифицированное устройство отображения, и плоское или по существу плоское изображение, формируемое таким устройством, может быть преобразовано в неплоское изображение, например в искривленное изображение или наклоненное изображение. Такое неплоское изображение может быть дополнительно модифицировано для получения другого неплоского изображения или плоского изображения.
Также возможно обеспечить конструкцию, которая позволяет создавать плоское изображение из неплоского изображения относительно простым способом. Например, можно использовать гибкое или искривленное устройство отображения, и неплоское изображение, формируемое таким устройством, может быть преобразовано в плоское изображение, которое может быть дополнительно модифицировано в неплоское изображение.
Это может быть достигнуто с использованием общедоступных и относительно дешевых оптических элементов. Свобода просмотра и разрешающая способность изображения могут быть такими же или, по существу, такими же, как и в основном устройстве отображения. Таким образом, может быть обеспечено эстетически требуемое или более впечатляющее представление.
Описанные выше и другие цели, свойства и преимущества изобретения будут более понятными при рассмотрении следующего подробного описания изобретения, которое следует рассматривать совместно с приложенными чертежами.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана схема, иллюстрирующая известную технологию для создания автостереоскопического дисплея, переключаемого между 2D режимом и 3D режимом;
на фиг.2 показана схема, иллюстрирующая известный тип искривленного дисплея;
на фиг.3 показана схема, иллюстрирующая известный способ создания искривленного дисплея;
на фиг.4а и 4b показаны схемы, иллюстрирующие известные типы дисплеев, в которых используются проекции на искривленные поверхности;
на фиг.5 показана схема, иллюстрирующая известный тип дисплея, крепящегося на голове;
на фиг.6 показана схема, иллюстрирующая другой известный тип дисплея, крепящегося на голове;
на фиг.7а и 7b показаны схемы, иллюстрирующие известный дисплей с двойной глубиной;
на фиг.8а и 8b показаны схемы, иллюстрирующие электрически переключаемый дисплей с искривленным отображением, как раскрыто в GB 2449682;
на фиг.9а и 9b показаны схемы, иллюстрирующие дисплей, представляющий обобщенный вариант осуществления изобретения;
на фиг.10а и 10b показаны схемы, иллюстрирующие дисплей, представляющий первый вариант осуществления изобретения;
на фиг.11а и 11b показаны схемы, иллюстрирующие структуру и работу дисплея, показанного на фиг.10а;
на фиг.12а и 12b показаны схемы, иллюстрирующие структуру и работу дисплея, показанного на фиг.10b;
на фиг.13а и 13b показаны схемы, иллюстрирующие модифицированную структуру и работу другого примера первого варианта осуществления изобретения, такого, как показанного на фиг.10а;
на фиг.14а и 14b показаны схемы, иллюстрирующие модифицированную структуру и работу другого примера первого варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.10b;
на фиг.15 показана схема, иллюстрирующая дополнительную модифицированную структуру и работу еще одного примера первого варианта осуществления изобретения;
на фиг.16а-16с показаны схемы, иллюстрирующие обычные примеры форм отражателя для использования в вариантах осуществления изобретения;
на фиг.17а-17с показаны схемы, иллюстрирующие более сложные примеры форм отражателя для использования в вариантах осуществления изобретения;
на фиг.18а-18с показаны схемы, иллюстрирующие другие примеры форм отражателя для использования в вариантах осуществления изобретения;
на фиг.19 показана схема, иллюстрирующая дополнительную модифицированную структуру и работу еще одного примера первого варианта осуществления изобретения;
на фиг.20 показана схема, иллюстрирующая дисплей, представляющий еще один модифицированный пример первого варианта осуществления изобретения;
на фиг.21а и 21b показаны схемы, иллюстрирующие дисплей, представляющие второй вариант осуществления изобретения;
на фиг.22а и 22b показаны схемы, иллюстрирующие модифицированную структуру и работу другого примера второго варианта осуществления изобретения;
на фиг.23а и 23b показаны схемы, иллюстрирующие дисплей, представляющий третий вариант осуществления изобретения;
на фиг.24 показана схема, иллюстрирующая дисплей, представляющий четвертый вариант осуществления изобретения;
на фиг.25а и 25b показаны схемы, иллюстрирующие дисплей, представляющий пятый вариант осуществления изобретения;
на фиг.26а и 26b показаны схемы, иллюстрирующие дисплей, представляющий шестой вариант осуществления изобретения;
на фиг.27а и 27b показаны схемы, иллюстрирующие механизм взаимного влияния и конструкцию для уменьшения такого взаимного влияния; и
на фиг.28а и 28b показаны схемы, иллюстрирующие переключаемый отражатель соответственно в его плоском и неплоском состояниях.
Одинаковыми номерами ссылочных позиций и знаками обозначены одинаковые элементы на всех чертежах.
Осуществление изобретения
Все чертежи, относящиеся к вариантам осуществления изобретения, иллюстрируют только пути лучей, которые попадают к зрителю. Дополнительные лучи, которые не вносят вклад в основную функцию дисплея, исключены для улучшения ясности чертежей.
Кроме того, R используется для обозначения света с правой круговой поляризацией, и L используется для обозначения света с левой круговой поляризацией. Символ ↔ используется на схеме для представления света, линейно поляризованного вектором электрического поля в плоскости чертежа, а символ ⊗ используется для представления линейной поляризации с электрическим полем, перпендикулярным плану чертежа.
Любой элемент системы, описанный как "плоский", означает, что он является плоским и параллельным устройству дисплея. Любая другая альтернатива, например плоский и наклоненный относительно устройства дисплея или частично либо непрерывно искривленный в одном или более направлениях называется ниже "неплоским".
Кроме того, термин "псевдоискривленный", используемый здесь, означает любую форму искажения от по существу плоского и параллельного панели дисплея. Например, термин "псевдоискривленный вид" также может относиться к "искривленному виду", "клиновидному виду", "синусоидальному виду", "ступенчатому виду" или "наклоненному виду ". Также термин "псевдоискривленное изображение" может относиться к частично или непрерывно искривленному изображению, наклоненному изображению или к изображению любого другого вида, которое не является плоским и параллельным дисплею.
Дисплей, показанный на фиг.9а и 9b, содержит устройство 1 отображения, выполненное с возможностью вывода света и имеющее поверхность отображения, которая, по существу, является плоской. Первый и второй частичные отражатели 3 и 5 расположены перед устройством 1 отображения (со стороны зрителя) с модифицирующими поляризацию оптическими средствами 2 и 4, которые расположены соответственно между устройством 1 отображения и первым частичным отражателем 3 и между частичными отражателями 3 и 5. Частичные отражатели 3 и 5 имеют соответствующую форму для получения изображения в псевдоискривленном виде.
Например, частичные отражатели 3 и 5 могут быть выполнены с возможностью отражения одного состояния поляризации света и передачи ортогонального состояния поляризации, или могут представлять собой частично отражающие зеркала (или комбинацию отражающих элементов) некоторого другого типа. Модифицирующие поляризацию оптические средства 2 и 4 расположены так, что они изменяют по меньшей мере одно состояние поляризации света, проходящего в любом или в обоих направлениях через оптические средства 2 и 4.
Дисплей может работать с переключением между режимом, в котором отображаются стандартные плоские 2D изображения, и режимом, в котором отображаются изображения в псевдоискривленном виде.
В псевдоискривленном режиме, или в режиме "неплоского изображения", показанном на фиг.9а, элементы 1-5 расположены таким образом, что свет от изображений или последовательностей изображений, отображаемых устройством 1 отображения, попадает в обширную область обзора, где могут быть расположены один или более зрителей 8. Свет по меньшей мере частично пропускается первым частичным отражателем 3 в направлении второго частичного отражателя 5. Второй частичный отражатель 5 отражает, по меньшей мере, часть этого света в направлении первого частичного отражателя 3, который отражает по меньшей мере часть падающего света обратно в направлении второго частичного отражателя 5. Второй частичный отражатель 5 пропускает по меньшей мере часть отраженного света в область обзора так, что свет изображения проходит по «дважды отраженному» световому пути перед тем, как он достигнет зрителя 8. Дисплей расположен таким образом, что свет, кодирующий изображение или последовательность изображений, не "излучается", то есть не проходит непосредственно к зрителю 8 в результате пропускания через частичные отражатели 3 и 5. Частичные отражатели 3 и 5 расположены таким образом, что свет, кодирующий изображение или последовательность изображений, не обязательно должен иметь ту же длину пути в разных положениях и описывает, предпочтительно, функцию с "псевдоискривленной" формой. Дисплей, таким образом, имеет псевдоискривленный вид, что позволяет зрителю 8 видеть неплоские изображения.
В стандартном режиме 2D или в режиме "плоского изображения", показанном на фиг.9b, свет от изображений или последовательностей изображений, отображаемых устройством 1 отображения, следует тому же «дважды отраженному» оптическому пути 6, что и в псевдоискривленном режиме. Однако форма, заданная для частичных отражателей 3 и 5, изменяется с псевдоискривленной на плоскую. Это влияет на путь, которому следует свет, излучаемый из устройства 1 отображения, и изображения выглядят плоскими. В таком варианте осуществления первый отражатель 3 избирательно переключается между первой неплоской формой (фигура 9а) и второй плоской формой (фигура 9b), а второй отражатель может избирательно переключаться между третьей неплоской формой (фигура 9а) и четвертой плоской формой (фигура 9b).
Если оба частичных отражателя 3 и 5 переместить достаточно близко друг к другу, длина «дважды отраженного» пути 6 света будет сокращаться во всех направлениях, и двойное отражение 7, возникающее между частичными отражателями 3 и 5, становится незначительным по сравнению с общим путем света. Свет выглядит таким, как если бы он прошел по прямому пути от устройства 1 отображения к области просмотра, а изображение выглядит плоским и, по существу, находящимся в местоположении устройства 1 отображения. В качестве альтернативы следует понимать, что если частичные отражатели 3 и 5 не перемещены достаточно близко друг к другу, чтобы двойное отражение 7 стало незначительным, изображение также выглядит плоским, но сдвигом в направлении глубины позади устройства 1 отображения.
Следует ли свет по «дважды отраженному» пути 6 для отображаемого изображения в стандартном 2D режиме или в псевдоискривленном режиме, зависит от формы, заданной обоим частичным отражателям 3 и 5, и ею можно управлять, используя множество различных способов. Примеры их будут описаны в дальнейшем подробном описании возможных вариантов осуществления изобретения.
Как в стандартном 2D режиме, так и в псевдоискривленном режиме оптическая система, содержащая элементы 2-5, выполнена таким образом, что свет, который не следует по «дважды отраженному» пути 6 света, не может быть пропущен вторым частичным отражателем 5 в направлении зрителя 8. Например, свет, который падает на второй частичный отражатель 5 в первый раз, например свет, излучаемый устройством 1 отображения, и частично пропускаемый первым частичным отражателем 3, не может выйти за пределы оптической системы. Конкретные примеры таких конструкций описаны подробно ниже.
Устройство 1 отображения может представлять собой любое из разных типов устройств и при этом выполнять ту же функцию. Такие типы включают в себя обычные дисплеи в виде плоской панели, гибкие дисплеи, искривленные дисплеи и конформные дисплеи. Дисплеи с пространственным модулятором света, такие как жидкокристаллические дисплеи (LCD) и системы проекционных дисплеев, а также излучающие дисплеи, такие как дисплеи па электронно-лучевой трубке (CRT), дисплей на плазменной панели (PDP) и дисплеи на органическом светоизлучающем диоде (OLED), все, но не исключительно, представляют собой примеры устройств отображения, которые могут соответствующим образом использоваться в качестве псевдоискривленных дисплеев. В случае пространственного модулятора света устройство отображения обычно включает в себя источник света.
На фиг.10а и 10b иллюстрируется дисплей такого типа, как показан на фиг.9а и 9b. В этом варианте осуществления устройство 1 отображения расположено под набором оптических слоев, как показано на фиг.10а и 10b. Как для псевдоискривленного режима, так и для стандартного 2D режима оптические компоненты, используемые в системе, являются одними и теми же. Имеются следующие последовательные слои.
Первый поглощающий "входной" линейный поляризатор 9 расположен перед устройством 1 отображения. Поглощающий линейный поляризатор представляет собой элемент, который передает одно состояние линейной поляризации света, например вертикально поляризованный свет, и поглощает ортогональное состояние, например горизонтально поляризованный свет.
Первая фиксированная четвертьволновая пластина 10 расположена над первым линейным поляризатором 9, и она вводит разность фаз, равную одной четверти периода между двумя состояниями линейной поляризации света, проходящего через нее. Такая пленка ориентирована таким образом, что она преобразует падающий линейно поляризованный свет в свет круговой поляризации, или наоборот. Хотя первая четвертьволновая пластина 10 может просто содержать пленку материала с двойным лучепреломлением соответствующей толщины, такая пленка выполняет четвертьволновую функцию точно только для одной длины волны. Первая четвертьволновая пластина 10 поэтому может вместо этого быть сформирована из множества слоев с двойным лучепреломлением для того, чтобы обеспечить элемент, который действует как более идеальная широкополосная четвертьволновая пластина для диапазона длин волн видимого спектра. Такие пленки изготовляют компании Nitto Denko Corporation of Japan, Sumitomo Denko Corporation of Japan, и другие компании.
Первый частичный отражатель 3 содержит множество частично отражающих и частично пропускающих зеркал. Первое частично пропускающее зеркало 3 также называется "50%-ным" зеркалом, поскольку оно отражает по существу половину падающего света и пропускает по существу половину падающего света.
Первое частично пропускающее зеркало 3 может быть реализовано путем нанесения покрытия из тонкого слоя металла, такого как алюминий, на прозрачную подложку, или путем нанесения покрытия из прозрачных диэлектрических слоев (также называется диэлектрическим зеркалом). Частичное отражение может быть достигнуто либо путем изготовления отражающего слоя однородно частично прозрачным или путем использования непрозрачного зеркала с прозрачными зазорами, или отверстиями. Если эти зазоры или отверстия выполнены в масштабе, меньшем чем видимый для глаза, такая структура отверстия или зазора не будут видимой, и зеркало будет казаться частично отражающим и частично пропускающим. Такие зазоры и отверстия могут быть сформированы либо в виде регулярной структуры, либо могут включать в себя по меньшей мере некоторую случайность в их конструкции и/или пространственном положении, для исключения возникновении муаровых интерференционных полос и потенциальной дифракции. Другая альтернатива состоит в том, чтобы сделать частично пропускающее зеркало с пространственно изменяющейся отражающей способностью для уменьшения возможности возникновения муаровых интерференционных полос из-за регулярной структуры. Отражающая способность частично пропускающего зеркала может изменяться в зависимости от положения или путем утончения слоя металла в соответствии с положением, или путем регулирования пространственной структуризации в соответствии с положением.
Для зеркал, изготовленных из металлических слоев, использование отверстий или зазоров может быть предпочтительным для однородного частичного отражателя по двум причинам: может быть трудно точно управлять толщиной слоя для достижения воспроизводимой и однородной отражающей способности однородного слоя, и зависимость отражающей способности от состояния поляризации может быть более слабой у зеркала с отверстиями, чем у зеркала с равномерным частичным отражением.
Однако во всех вариантах осуществления, описанных ниже, первый частичный отражатель 3 может представлять собой частично пропускающее зеркало любого ранее описанное типа, и доля света, пропущенного или отраженного от первого частично пропускающего зеркала 3, может изменяться для управления относительной яркостью изображения, требуемой для отображения.
Вторая четвертьволновая пластина 11 расположена над первым частичным отражателем 3. Эта вторая четвертьволновая пластина 11 может иметь те же оптические свойства, что и у первой четвертьволновой пластины 10. Однако обе четвертьволновые пластины 10 и 11 могут быть помещены в оптической системе с разной ориентацией их осей наибольшей скорости распространения света.
Второй частичный отражатель 5 содержит ("второй") отражающий линейный поляризатор. Отражающий поляризатор представляет собой оптический слой, который пропускает одно состояние линейной поляризации света путем отражения ортогонального состояния. Такой поляризатор может, например, содержать поляризатор в виде проволочной сетки такого типа, как изготовляет компания Moxtek Inc, или диэлектрический интерференционный набор с двойным лучепреломлением, такой как улучшенная пленка с двойным лучепреломлением (DBEF) производства компании ЗМ.
Конечный элемент в оптической системе представляет собой второй поглощающий "выходной" линейный поляризатор 12. Этот второй линейный поляризатор 12 используется как выходной поляризатор и имеет те же оптические свойства, что и первый поглощающий линейный поляризатор 9. Кроме того, этот второй поглощающий линейный поляризатор 12 используется как очищающий поляризатор для поглощения света с неправильным состоянием поляризации, утечка которого может происходить из отражающего поляризатора 5, вместо его отражения в случае идеального отражающего поляризатора 5. Такой линейный поляризатор 12 также используется для уменьшения отражения окружающего света от дисплея. Без поглощающего поляризатора 12 свет, поляризация которого ортогональна оси пропускания отражающего поляризатора 5, сильно отражается от верхней поверхности дисплея. Такой отраженный свет может создавать помеху просмотру отображения в ярких условиях освещения. Поглощающий поляризатор 12 предотвращает или существенно ослабляет такой отраженный свет. Для дополнительного ослабления такого отражения окружающего света антиотражающий слой покрытия может быть добавлен поверх выходного линейного поляризатора 12. Во всех вариантах осуществления, описанных ниже, выходной поляризатор 12 может быть исключен, поскольку его роль очищающего поляризатора не является необходимой для хорошей работы дисплея, а только рекомендована.
Линейный поляризатор 12 также может принимать неплоскую форму. Такая модификация не изменяет способ работы дисплея, но может обеспечить улучшенные эстетические свойства самого дисплея.
Например, воспринимаемое изображение 13 дисплея может быть параллельно передней поверхности дисплея. Такой воспринимаемый эффект может, например, быть желательным для применения в автомобилях, в частности в дисплеях приборной панели, для которых требуется, чтобы они следовали искривленной линии внутренней обстановки автомобиля. И, наоборот, воспринимаемое изображение 13 дисплея может не быть параллельным передней поверхности дисплея. Например, кривизна может быть обеспечена в противоположных направлениях. Такой воспринимаемый эффект может быть необычным и представлять сюрприз для зрителя 8 и может, таким образом, например, найти применение в рекламных дисплеях, в качестве эффекта, привлекающего взгляд зрителя.
Что касается всех вариантов осуществления, описанных ниже, оптические компоненты, составляющие оптическую систему псевдоискривленного дисплея, могут быть либо отделены друг от друга воздушной границей перехода, или могут находиться в контакте друг с другом посредством согласования коэффициентов преломления между слоями, используя элемент (такой как клеящая пленка, жидкость или полимер) с соответствующим показателем отражающей способности. Когда воздушный зазор не требуется, и в случае, когда разделение между слоями слишком велико, для заполнения его только элементом согласования показателя преломления дополнительная часть из полимера или стекла соответствующей формы и с соответствующим коэффициентом преломления может быть введена в систему. Хотя согласование коэффициента преломления между слоями является предпочтительным для уменьшения отражений Френеля в системе и поэтому снижения потенциальных потерь и проблем при формировании изображения, одна конструкция на практике может быть предпочтительной по сравнению с другой в соответствии с вариантом применения. В случае, когда воздушные зазоры используются в системе, может быть желательной противоотражающая пленка или покрытие на одной или более соседних поверхностях.
В первом варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает возможность в случае необходимости использовать устройство 1 отображения в качестве стандартного плоского дисплея или в качестве псевдоискривленного дисплея. Переключение из одного режима в другой, и наоборот не приводит к какому-либо фундаментальному изменению оптического пути света, но выполняется путем модификации формы по меньшей мере одного из частичных отражателей 3 и 5. Такая модификация формы может быть достигнута механически и будет более подробно описана ниже для различных примеров.
Например, такая возможность переключения может быть предпочтительной для рекламных дисплеев с большой площадью, которые могут работать, как обычные общеиспользуемые дисплеи в 2D режиме при отображении текстовой информации или обычных рекламных объявлений, но в которых могут использоваться преимущества улучшенного эстетического внешнего вида в результате переключения в псевдоискривленный режим при попытке привлечь внимание зрителей в отношении конкретного рекламного видеоизображения. Переключение между 2D режимом и псевдоискривленным режимом также может оказаться особенно полезным для дисплеев, предназначенных для развлечения, которые могут работать с изображениями, которые внезапно "выскакивают" из обычного плоского 2D изображения в псевдоискривленное изображение, когда пользователь выигрывает джек-пот, и предоставляя, таким образом, зрителю изображение, переполненное эффектом присутствия и реализмом.
Работа дисплея в соответствии с псевдоискривленным режимом показана па фиг.11а и 11b. Подробности состояний поляризации света и ориентации оптических осей большинства элементов оптической системы были представлены в качестве примера. Однако, хотя возможно множество других конфигураций, следует понимать, что на других чертежах для всех вариантов осуществления может быть представлена только одна возможная ориентация.
Линейный поляризатор 9 имеет ось 15 пропускания, ориентированную в плоскости чертежа, а первая четвертьволновая пластина 10 имеет ось 16 наибольшей скорости распространения, ориентированную под углом 45° к оси 15 пропускания. Свет, поступающий из устройства 1 отображения, проходит через линейный поляризатор 9 и поляризуется так, что его вектор электрического поля располагается в плоскости чертежа. Этот свет затем преобразуют в свет с левосторонней круговой поляризацией с помощью первой четвертьволновой пластины 10, и он попадает в частично пропускающее зеркало 3, которое пропускает половину света в направлении второй четвертьволновой пластины 11 и отражает половину света в направлении устройства 1 отображения.
В случае LCD, используемого в качестве устройства 1 отображения, свет, выходящий из дисплея, уже является линейно поляризованным, и поляризатор 9 может быть исключен. Это утверждение является верным, и его может применять в данном варианте осуществления и для всех других следующих вариантов осуществления, всякий раз, когда используется линейный поляризатор 9 в качестве входного поляризатора.
Частично пропускающее зеркало 3 вводит изменение фазы на 180° при отражении, изменяя отраженный свет с левосторонней круговой поляризацией на поляризованный свет с правосторонней круговой поляризацией. Этот свет затем преобразуют обратно в линейно поляризованный свет с помощью первой четвертьволновой пластины 10, но в этот раз в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа. Этот линейно поляризованный свет затем поглощается и, следовательно, блокируется линейным поляризатором 9, и его рассматривают как потерянный в системе.
Вторая четвертьволновая пластина 11 имеет ось 17 наибольшей скорости распространения света, по существу перпендикулярную оси 15 наибольшей скорости распространения света первой четвертьволновой пластины 10, при этом обе четвертьволновые пластины 10 и 11 являются поэтому вычитающими при пропускании. Пропущенный свет с левосторонней круговой поляризацией преобразуют с помощью второй четвертьволновой пластины 11 обратно в линейно поляризованный свет, так что его вектор электрического поля располагается в плоскости чертежа. В этом случае поступающий свет имеет то же состояние поляризации, что и свет, отраженный отражающим поляризатором 5, а затем отраженный обратно в направлении второй четвертьволновой пластины 11. Такой линейно поляризованный свет преобразуется обратно в свет с левосторонней круговой поляризацией с помощью четвертьволновой пластины 11, и он снова попадает на частично пропускающее зеркало 3.
Часть этого света, пропущенного частично пропускающим зеркалом 3, преобразуется первой четвертьволновой пластиной 10 в свет, который является линейно поляризованным в направлении, параллельном плоскости чертежа. Этот свет пропускается обратно в устройство 1 отображения линейным поляризатором 9, после чего он считается потерянным в системе.
Часть света, отраженного частично пропускающим зеркалом 3, претерпевает изменение фазы на 180° при отражении, что вызывает изменение направления круговой поляризации. В этом случае падающий свет с левосторонней линейной поляризацией меняется на свет с правосторонней круговой поляризацией. Такой отраженный свет с правосторонней круговой поляризацией проходит через вторую четвертьволновую пластину 11 и изменяется обратно на линейно поляризованный свет с вектором электрического поля, перпендикулярным плоскости чертежа. Оси 18 и 19 передачи как отражающего поляризатора 5, так и линейного поляризатора 12 ориентированы перпендикулярно плоскости чертежа. Поскольку падающий свет теперь имеет то же состояние поляризации, что и свет, пропущенный отражающим поляризатором 5 и поглощающим поляризатором 12, он может выйти из устройства и может попасть к зрителю 8.
Единственный свет, который проходит к зрителю 8, таким образом, представляет собой свет, который следует по «дважды отраженному» пути 6, как описано выше. Как показано на фиг.10а и 10b, и на фиг.11а и 11b, отражающий поляризатор 5 выполнен искривленным так, что он расположен ближе к устройству дисплея в центре дисплея, чем на краях дисплея. Путь света поэтому становится более длинным по мере того, как положения просмотра перемещаются в направлении края дисплея. Зритель 8 видит изображение устройства 1 отображения, которое выглядит искривленным и находящимся ниже его истинного положения.
Работа дисплея в стандартном 2D режиме представлена на фиг.12а и 12b. В системе используются те же компоненты, которые были описаны в псевдоискривленном режиме. Единственное отличие состоит в том, что отражающий поляризатор 5 расположен плоско в одной плоскости, которая параллельна устройству 1 отображения.
В таком режиме работы свет, поступающий из устройства 1 отображения, следует по тому же «дважды отраженному» пути 6 света, как и в псевдоискривленном режиме. Однако поскольку оба частичных отражателя 3 и 5 выполнены плоскими, двойное отражение 7 света имеет для всех углов обзора постоянную длину, независимо от положения на изображении. Зритель 8 видит изображение устройства 1 отображения, которое выглядит плоским.
Если разделение между частичными отражателями 3 и 5 будет достаточно малым, с тем чтобы сделать двойное отражение 7 незначительным по сравнению с общим путем света, свет достигает зрителя 8 и выглядит, как если бы он следовал прямому пути от устройства 1 отображения. Изображение выглядит плоским в стандартном 2D режиме, и его наблюдают, по существу, в той же плоскости 14, в которой находится устройство 1 отображения. В противном случае изображение также выглядит плоским в стандартном 2D режиме, но его наблюдают со сдвигом в направлении глубины позади устройства 1 отображения.
Альтернативный способ достижения 2D режима состоит в том, чтобы не делать оба частичных отражателя 3 и 5 плоскими, но выполнить их так, чтобы они в любом месте располагались параллельно друг другу. В этом случае дополнительная длина пути, вводимая двойным отражением 7, не зависит от положения в пределах изображения, и, таким образом, изображение выглядит плоским. Этот способ достижения 2D режима является наилучшим для всех углов обзора, когда отражающие пленки 3 и 5 находятся очень близко друг к другу. По мере того, как разделение между пленками увеличивается, будет уменьшаться величина угла обзора относительно нормали, при котором изображение может рассматриваться как плоское.
Переключение псевдоискривленного режима в стандартный 2D режим, или наоборот, может достигаться механически путем непосредственного изменения кривизны по меньшей мере одного из отражающих слоев 3 и 5. Например, такое механическое переключение может быть достигнуто путем использования управляемого воздействия при помощи механических, гидравлических; пневматических или магнитных элементов или просто вручную. Такие исполнительные элементы могут быть выполнены различными способами (известными специалистам в данной области техники), для того чтобы модифицировать форму по меньшей мере одной из отражающих пленок 3 и 5 по меньшей мере в одном из трехмерных направлений.
Другой способ достижения механического воздействия может подразумевать использование определенных материалов, для которых выполняют управляемую деформацию их формы, когда их подвергают управляемому изменению их температуры или приложенного к ним напряжения. Существует множество известных деформируемых материалов, которые могут быть пригодны для этого варианта применения. Некоторые типичные примеры представляют собой преобразующие пьезоэлектрические компоненты, которые преобразуют изменение электрического поля в механическое смещение, электроактивные полимеры, у которых также происходит деформация формы при приложении напряжения, и биметаллические компоненты, которые преобразуют изменение температуры в механическое смещение. Такие деформируемые материалы хорошо известны в данной области техники и раскрыты в стандартных ссылочных публикациях, посвященных исполнительным элементам, таких как "Emerging actuator technologies: a mecha-tronic approach", by Jose Pons, "Ionic Polymer-Metal Composites (IPMC) As Biomimetic Sensors and Actuators" by M.Shahinpoor, Y.Bar-Cohen, T.Xue, J.O.Simpson and J.Smith (SPIE's Proceedings on Smart Structures and Materials, 1998) and "Modeling MEMS and NEMS" by J.A.Pelesko and D.H.Bernstein.
В первом варианте осуществления и во всех следующих вариантах осуществления на основе аналогичной конфигурации детали и конфигурация системы отображения могут изменяться множеством способов для оптимизации рабочих характеристик для разных применений.
Например, как описано выше, частично пропускающее зеркало 3 отражает приблизительно 50% света, падающего на него, и пропускает приблизительно 50%. Это приводит к получению конечного воспринимаемого изображения 13 (показанного на фиг.10), которое видит зритель 8, и которое имеет яркость, составляющую приблизительно одну четверть ее исходной яркости, отображаемой устройством 1 отображения. Хотя значение яркости в одну четверть - это самый высокий достижимый уровень в конфигурации системы в данном варианте осуществления, следует понимать, что для дополнительного варианта осуществления настоящего изобретения оптические свойства частично пропускающего зеркала 3, например отношение отражающей способности/пропускания, можно изменять для выбора относительной яркости отображаемого изображения. Другими словами, частично пропускающее зеркало 3 может быть выполнено для получения оптимальных рабочих характеристик системы.
Отражающий поляризатор 5 также может быть заменен частично пропускающим зеркалом того же вида, что и частично пропускающее зеркало 3. Такая конструкция может не иметь каких-либо преимуществ с точки зрения общей яркости дисплея, но может улучшить качество изображения и потенциально снизить стоимость.
Некоторое изменение порядка и изменения ориентации оптических элементов также возможны без изменения существенного характера устройства и способа, в соответствии с которым работает дисплей. Например, первая и вторая четвертьволновые пластины 10 и 11 могут быть заменены друг на друга или могут быть повернуты, если только ориентация их осей наибольшей скорости распространения света будет оставаться по существу перпендикулярной. Точно так же линейные поляризаторы 9 и 12 могут быть заменены друг на друга или могут быть повернуты, если только их оси пропускания будут, по существу, перпендикулярными, и отражающий поляризатор 5 может быть повернут так, чтобы его ось пропускания была параллельна оси выходного поляризатора 12.
Альтернативные ориентации оптических элементов, которые выполняют функции несколько другими способами, также возможны. Оси 16 и 17 наибольшей скорости распространения света первой и второй четвертьволновых пластин 10 и 11 могут быть перпендикулярными или параллельными друг другу, если только оси 15, 18 и 19 передачи входного поляризатора 9, отражающего поляризатора 5 и выходного поляризатора 12 соответственно будут ориентированы в подходящих направлениях таким образом, чтобы работа дисплея не изменилась.
В другом альтернативном варианте осуществления используются те же оптические компоненты, но их порядок изменен на обратную конфигурацию. Псевдоискривленный режим показан на фиг.13а и 13b, а стандартный 2D режим показан на фиг.14а и 14b. Он также выполняет свою функцию несколько по-другому, чем конфигурация, показанная на фиг.11а и 11b и на фиг.12а и 12b, но сам дисплей по-прежнему выполняет ту же функцию.
Свет, выходящий из устройства 1 отображения, преобразуют в линейно поляризованный свет с помощью линейного поляризатора 9 (если он присутствует в системе). Этот свет проходит через ("первый") отражающий поляризатор 5, поскольку ось 18 пропускания этой пленки ориентирована в том же направлении, что и ось 15 пропускания входного поляризатора 9, расположенного под ней. Свет затем преобразуют в свет с левосторонней круговой поляризацией с помощью первой четвертьволновой пластины 10, и он попадает на ("второе") частично пропускающее зеркало 3. Половину света пропускают и поглощают выходным линейным поляризатором 12, в то время как для другой половины выполняют изменение фазы при отражении на 180° и преобразуют его в свет правосторонней круговой поляризацией. Такой отраженный свет снова проходит через первую четвертьволновую пластину 10 и становится линейно поляризованным так, что векторы электрического поля располагаются перпендикулярно плоскости чертежа. Он затем отражается тем же отражающим поляризатором 5 и преобразуется в свет с правосторонней круговой поляризацией при проходе через первую четвертьволновую пластину 10. Такой свет с правосторонней круговой поляризацией падает на частично пропускающее зеркало 3, и снова половина света отражается и возвращается обратно в устройство 1 отображения, в то время как другую половину пропускают. Этот пропущенный свет проходит через вторую четвертьволновую пластину 11 и изменяется на линейно поляризованный свет, который имеет то же состояние поляризации, как и у света, пропускаемого линейным поляризатором 12. Свет, таким образом, может выйти из системы и попасть к зрителю 8.
Как показано на фиг.13а и 13b, в псевдоискривленном режиме отражающий поляризатор 5 искривлен так, что он находится дальше от устройства дисплея в центре дисплея, чем на краях дисплея. Путь 6 «дважды отраженного» света является более длинным в этом направлении, и в области просмотра наблюдается изображение с псевдоискривленным отображением.
Как показано на фиг.14а и 14b, в стандартном 2D режиме свет, излучаемый из устройства 1 отображения, следует тем же путем 6 света «дважды отраженного» света, что и в псевдоискривленном режиме. Однако поскольку оба частичных отражателя 3 и 5 являются плоскими, зритель 8 видит изображение устройства 1 отображения, которое выглядит плоским. Если разделение между частичными отражателями 3 и 5 будет достаточно малым с тем, чтобы сделать двойное отражение 7 незначительным по сравнению с общим путем света, свет достигает зрителя 8 и выглядит как свет, следующий по прямому пути от устройства 1 отображения. Изображение выглядит плоским в стандартном 2D режиме и наблюдается по существу в той же плоскости, что и устройство 1 отображения. Если разделение между частичными отражателями 3 и 5 будет слишком велико и не позволяет считать двойное отражение 7 незначительным, изображение также выглядит плоским в стандартном 2D режиме, но наблюдается со сдвигом по глубине назад от устройства 1 отображения.
В принципе, эти различия в порядке оптических элементов не изменяют рабочие характеристики дисплея, но из-за отклонений оптических элементов от идеального поведения или из-за зависимости их свойств от длины волны и/или угла обзора на практике одна компоновка может быть предпочтительной по сравнению с другой.
Как показано на фиг.11а и 13а, псевдоискривленный режим в первом варианте осуществления был описан с отражающим поляризатором 5, искривленным так, что он располагается ближе к устройству дисплея в центре дисплея, чем на краях дисплея и поэтому формирует псевдоискривленное изображение устройства 1 отображения. Однако следует понимать, что изменение формы по меньшей мере одного из частичных отражателей 3 и 5 на любую другую псевдоискривленную форму не привела бы к изменению фундаментального способа, в соответствии с которым работает система отображения, а только приводит к тому, что изображение попадает к зрителю 8 с разным псевдоискривленным отображением.
На фиг.15 иллюстрируется псевдоискривленный режим дисплея, в котором оба частичных отражателя 3 и 5 имеют псевдоискривленную форму для усиления восприятия "псевдоискривленного представления" 13 устройства 1 отображения. Свет, излучаемый устройством 1 отображения, проходит через всю оптическую систему, как описано выше. И снова, возникают частичные отражения в пределах оптической системы, и свет следует по «дважды отраженному» пути 6. На сей раз, однако, поскольку как частично пропускающее зеркало 3, так и отражающий поляризатор 5 являются искривленными в противоположных направлениях так, что они располагаются ближе друг к другу в центре дисплея, чем на краях дисплея, оптический путь 6 света становится еще более длинным в направлении края дисплея, и псевдоискривленное представление, воспринимаемое в изображении, становится еще более заметным, чем если бы только один из частичных отражателей 3 и 5 был выполнен с использованием такой же псевдоискривленной формы.
В такой конфигурации частично пропускающее зеркало 3 и отражающий поляризатор 5 искривлены в противоположных направлениях так, что они располагаются ближе друг к другу в центре дисплея, чем на краях дисплея. Следует понимать, что для первого варианта осуществления и всех описанных ниже вариантов осуществления форма, в которой они могут быть деформированы, может изменяться в зависимости от предпочтительного псевдоискривленного представления, которое требуется для желаемого варианта применения. Альтернативные варианты осуществления показаны на фиг.16-18, но потенциальные возможности не ограничиваются только этими примерами.
Например, на фиг.16а показана конфигурация, в которой, как и частично пропускающее зеркало 3, так и отражающий поляризатор 5 искривлены в противоположных направлениях так, что они находятся дальше друг от друга в центре дисплея, чем на краях дисплея. На фиг.16b и 16с искривлено только частично пропускающее зеркало 3, в то время как отражающий поляризатор 5 выполнен плоским. В компоновках, показанных на фиг.16а-16с и в предыдущем описании такого первого варианта осуществления, частичные отражатели, которым придана псевдоискривленная форма, непрерывно искривлены, по меньшей мере, в одном направлении, для получения изображения, которое плавно становится выпуклым или вогнутым в направлении зрителя и которое выглядит, как находящееся позади устройства 1 отображения.
Псевдоискривленная форма, приданная, по меньшей мере, одной из отражающих пленок 3 и 5, может быть более сложной и поэтому может привести к более сложному представлению воспринимаемого изображения 13 па дисплее, как показано на фиг.17 и 18. На фиг.17а показан частичный отражатель, имеющий извилистое поперечное сечение для получения плавно или непрерывно искривленного частичного отражателя в виде волны. На фиг.17b показан частичный отражатель, содержащий множество плоских сегментов, причем соседние сегменты примыкают друг к другу вдоль края и охватывают угол, больший 0° и меньший 180°. Такие два типа частичного отражателя должны предоставлять зрителю изображение, которое имеет соответственно "волнистое представление" и "призматическое представление", и которое появляется в обоих случаях позади устройства 1 отображения.
Псевдоискривленная форма, приданная, по меньшей мере, одному из частичных отражателей 3 и 5, может быть выполнена таким образом, что изображение выглядит плоским, но под наклоном относительно устройства 1 отображения. Такая конфигурация может быть предпочтительной для зрителей, находящихся вне оси обзора, которые желали бы видеть изображение на дисплее так, как если бы они смотрели на него вдоль оси, то есть изображение, появляющееся в плоскости, перпендикулярной их линии зрения. На фиг.17с показан пример такой конфигурации, в случае, когда как частично пропускающее зеркало 3, так и отражающий поляризатор 5 наклонены относительно вертикальной оси дисплея, формируя, таким образом, изображение, которое выглядит под наклоном относительно устройства 1 отображения и также позади него.
Также возможен случай, когда требуемое представление дисплея является неплоским только в определенных областях области отображения. До тех пор, пока требуемая форма изображения составляет одну непрерывную поверхность, такое отображение все еще может быть сформировано из непрерывных отражающих пленок, но только часть, по меньшей мере, одной из отражающих пленок 3 и 5 изменяет форму под внешним воздействием. Это иллюстрируется на фиг.18а для случая, когда псевдоискривленная часть изображения наклонена относительно устройства 1 отображения, и она является непрерывной с плоской частью изображения. Требуемая форма, приданная отражающему поляризатору 5, поэтому представляет собой две плоскости, соединенные линейным перегибом.
Однако возможен случай, когда требуемая плоскость изображения не является непрерывной. На фиг.18b показан пример, в котором, хотя все части изображения являются плоскими и параллельными панели дисплея, не все они являются копланарными, то есть существуют переходы с разрывом по глубине изображения, воспринимаемые наблюдателем. Изображение выглядит как "ступенчатое по глубине" позади устройства 1 отображения. В таком конкретном примере центр изображения выглядит ближе к наблюдателю, чем остальная часть изображения. Для достижения такого псевдоискривленного внешнего вида необходимо, чтобы по меньшей мере одна из отражающих пленок 3 и 5 была изготовлена более чем из одной части, и эти части были размещены в разных плоскостях, как показано на фиг.18b. Кроме того, в случае комбинирования со способами активации, описанными выше, эти части отражающей пленки можно перемещать относительно друг друга и модифицировать их форму.
На фиг.18с показан другой частный пример псевдоискривленного дисплея, в котором оба частичных отражателя 3 и 5 имеют точно одинаковую форму и везде параллельны друг другу. Как отмечено выше, если бы эти две отражающие пленки находились на очень близком расстоянии друг от друга во всей области отображения, изображение выглядело бы плоским для зрителя под всеми углами обзора. Однако, когда разделение между пленками относительно велико, изображение выглядит плоским для зрителя, находящегося по оси, но принимает псевдоискривленное представление для зрителей, расположенных со сдвигом от оси.
Конечно, объем первого варианта осуществления не ограничен конкретными конструкциями, показанными на фиг.16а-18с. В случае комбинирования с переключающимися механизмами, описанными выше, любая из этих конкретных конфигураций пленки может стать плоской, наклоненной относительно устройства 1 отображения, искривленной или может иметь любую другую возможную псевдоискривленную конструкцию.
На фиг.16а, 17а и 17с также показаны примеры, в которых оба частичных отражателя 3 и 5 являются неплоскими и составляют зеркальные отображения друг друга в плоскости на полпути между частичными отражателями.
Вместо попытки достижения определенного псевдоискривленного представления в результате модификации формы одного частичного отражателя может быть предпочтительным комбинировать форму обоих частичных отражателей 3 и 5 для достижения того же требуемого псевдоискривленного представления. Например, отражающий поляризатор 5 может быть непрерывно искривлен в горизонтальном направлении, в то время как частично пропускающее зеркало 3 постоянно искривлено в вертикальном направлении, оба с конечным радиусом кривизны; такая комбинация формы могла бы привести к представлению куполообразной формы.
Дополнительное преимущество обеспечения, по меньшей мере, для одного отражающего слоя 3 и 5 возможности модификации его формы, в идеале от плоской до неплоской и, наоборот, и из неплоской в плоскую, состоит в том, что, поскольку может быть достигнуто множество комбинаций форм, становится возможным сделать вид отображения псевдоискривленным с множеством различных форм и также потенциально размещать отображение позади или перед плоскостью 14 устройства 1 отображения.
Первый вариант осуществления настоящего изобретения относится к псевдоискривленному дисплею, который обладает возможностью переключения между режимом плоского изображения и режимом неплоского изображения, или наоборот, или между разными режимами неплоского изображения. Это достигается путем активации, по меньшей мере, одного из частично отражающих слоев 3 и 5, по меньшей мере, в одном из трех пространственных направлений. Как будет понятно для специалиста в данной области техники, такую управляемую активацию, по меньшей мере, одного из частичных отражателей с переменной формой может обеспечить дисплей с возможностью отображения не только изображения, которое просто выглядит плоским, или изображения, которое просто выглядит неплоским, но также и изображения, представление которого может изменяться во времени.
Например, как показано на фиг.19, по меньшей мере, один из отражающих слоев 3 и 5 может быть активирован так, что он переходит из псевдоискривленной формы 1 в положении 1 в момент t0 в псевдоискривленную форму 2 в положении 2 в момент времени tn, причем оба положения отличаются друг от друга и описывают разные псевдоискривленные формы. Такое изменение во времени, таким образом, обеспечивает промежуточные положения и псевдоискривленные изображения в промежуточные моменты времени, одно из которых может выглядеть плоским для зрителя.
В конкретном примере такого первого варианта осуществления форма, заданная отражающему поляризатору 5, может изменяться относительно быстро во времени для получения управляемых колебаний, показанных на фиг.19. Отражающий поляризатор 5 показан, как искривленный, таким образом, что в момент времени t0 он располагается ближе к устройству 1 отображения в центре дисплея, чем на краях дисплея, и в момент времени tn он располагается дальше к устройству 1 отображения в центре дисплея, чем на краях дисплея.
Например, дисплей, работающий таким образом, может представлять интерес для улучшения эстетического представления рекламных дисплеев и привлекательности дисплеев, используемых для развлечения, в результате изменения с течением времени псевдоискривленного представления отображаемого изображения. Движение псевдоискривленного представления дисплея может, например, представлять собой привлекающий внимание эффект.
Как показано на фиг.10-19, только по меньшей мере один из частичных отражателей 3 и 5 имеет псевдоискривленную форму, когда дисплей работает в псевдоискривленном режиме. Другие элементы системы, например четвертьволновые пластины 10 и 11, всегда были описаны, как плоские. Однако следует понимать, что другие оптические элементы, кроме частичных отражателей 3 и 5, также могут быть модифицированы с применением псевдоискривленной формы, в частности, когда они приклеены или согласованы по коэффициенту преломления по меньшей мере с одним из частичных отражателей. Хотя, в конечном итоге, такие компоновки не влияют на принцип работы устройства, на практике в связи в отклонением элементов от их идеального поведения или в связи с зависимостью от длины волны или зависимостью от угла обзора, одна конфигурация может быть предпочтительной по сравнению с другой в отношении общих рабочих характеристик.
Однако некоторые конкретные конструкции, приданные отражающим слоям 3 и 5, могут привести к проблемам при формировании изображения. Например, если по меньшей мере одна из отражающих пленок была сформирована несколько неправильно, и/или если отражающие пленки не были расположены точно в требуемом положении относительно друг друга, могут возникать некоторые проблемы с формированием изображения, такие как увеличение, уменьшение размера или искажение отображаемых изображений. Для коррекции таких потенциально возможных проблем при формировании изображений тщательно подобранная система 20 линз может быть расположена в такой оптической системе, как показано на фиг.20, которая позволяет, по меньшей мере, частично корректировать увеличение или уменьшение размеров изображения и/или искажения,
Выбранная система 20 линз может быть расположена в любом месте в оптической системе, и она выполнена так, чтобы оптимизировать преимущество коррекции. Например, система 20 линз может быть размещена между верхним отражающим поляризатором 5 и выходным линейным поляризатором 12 и может содержать одну линзу, линзу Френеля или массив из микролинз.
В качестве конкретного примера отражающий поляризатор 5 может быть искривлен так, что он будет расположен дальше от устройства отображения в центре дисплея, чем на краях дисплея, как показано на фиг.20, в то время как частично пропускающее зеркало 3 по существу выполнено плоским. В таком случае и без использования дополнительной системы 20 линз в оптической системе изображение дисплея 13b, воспринимаемое зрителем 8, обычно будет увеличенным. При добавлении соответствующим образом выбранной системы 20 линз между отражающим поляризатором 5 и линейным поляризатором 12, работа дисплея до того, как свет пройдет через отражающий поляризатор 5, не меняется по сравнению с дисплеем, показанным на фиг.10. Однако свет увеличенного изображения, поступающий от отражающего поляризатора 5, проходит через систему 20 линз, которая исправляет увеличение изображения, регулируя путь света. С помощью такой системы 20 линз свет, выходящий из системы, следует правильному «дважды отраженному» пути 6 света, и изображение дисплея 13а, воспринимаемое зрителем 8, имеет ожидаемое псевдоискривленное представление.
Второй вариант осуществления изобретения иллюстрируется на фиг.21а и 21b. Единственный элемент в данном варианте осуществления, который также не описан в предыдущем варианте осуществления, представляет собой холестерический отражатель 21. Он представляет слой жидкого кристалла с естественной спиральной структурой, которая обеспечивает отражение им одного состояния круговой поляризации с пропусканием другого. Такие частичные отражатели хорошо известны и раскрыты в стандартных книгах по технологии жидких кристаллов, например "Liquid Crystal Displays: Addressing Schemes and Electro-optic Effects", by Ernst Lueder (Wiley-SID Series in Display Technology, 2001). В данном варианте осуществления такой частичный отражатель является фиксированным и непереключаемым. Слой жидкого кристалла может быть зафиксирован на месте путем полимеризации самих молекул жидких кристаллов или в результате полимеризации сопровождающего мономера.
В дисплее, показанном на фиг.21а и 21b, первый частичный отражатель содержит частично пропускающее зеркало 3, тогда как второй частичный отражатель содержит фиксированный холестерический отражатель 21. Такой холестерический слой 21 выбран таким образом, чтобы он отражал, например, свет с левосторонней круговой поляризацией и пропускал свет с правосторонней круговой поляризацией. Устройство 1 отображения расположено позади линейного поляризатора 9 так, что его ось 15 пропускания расположена параллельно плоскости формирования изображения, а четвертьволновая пластина 10 ориентирована так, что ее ось 16 наибольшей скорости распространения света расположена под углом 45° к оси 15 пропускания.
Свет, поступающий из устройства 1 отображения, проходит через входной линейный поляризатор 9 и является линейно поляризированным с вектором электрического поля, ориентированным параллельно плоскости формирования изображения. Свет затем изменяется на свет с левосторонней круговой поляризацией с помощью четвертьволновой пластины 10 и попадает на частично пропускающее зеркало 3. Частично пропускающее зеркало 3 пропускает часть света, тогда как другую часть отражает обратно в направлении устройства 1 отображения. В отраженном свете происходит изменение фазы на 180° при отражении в частично пропускающем зеркале 3, и он затем изменяется на свет с правосторонней круговой поляризацией, который преобразуется четвертьволновой пластиной 10 в свет с линейной поляризацией с вектором электрического поля, перпендикулярным плоскости формирования изображения и поглощается линейным поляризатором 9. Свет с левосторонней круговой поляризацией, пропускаемый частично пропускающим зеркалом 3, отражается фиксированным холестерическим отражателем 21 и поступает обратно в направлении частично пропускающего зеркала 3. И снова, участок этого света пропускается частично пропускающим зеркалом 3, преобразуется четвертьволновой пластиной 10 в линейно поляризованный свет с вектором электрического поля, расположенным в плоскости формирования изображения, и проходит через линейный поляризатор 9 обратно в устройство 1 отображения. Для части света, отраженного частично пропускающим зеркалом 3, происходит изменение фазы на 180° его поляризованного состояния. Этот оставшийся свет поэтому является светом с правосторонней круговой поляризацией, и он может проходить через фиксированный холестерический отражатель 21 в направлении области обзора.
Поскольку частично пропускающее зеркало 3 непрерывно искривлено так, что оно расположено ближе к холестерическому отражателю 21 в центре дисплея, чем по краям дисплея, «дважды отраженный» путь 6 света является более длинным в этом направлении, и изображение с выпуклым отображением наблюдается ниже устройства 1 отображения.
Как отмечено выше, разные порядки и разные ориентации могут быть заданы оптическим элементам дисплея без изменения существенных свойств устройства и способа, в соответствии с которым этот дисплей работает. Однако, даже если, в принципе, эти изменения не меняют принцип работы дисплея, на практике некоторые отклонения компонентов от идеального поведения могут привести к "наилучшему" порядку элементов в отношении рабочей характеристики дисплея в любом конкретном примере.
Дисплеи, которые выводят свет с круговой поляризацией, могут представлять уменьшенный коэффициент контрастности. Для коррекции этих ограничений может быть добавлена вторая четвертьволновая пластина 11, и выходной линейный поляризатор 12 поверх холестерического отражателя 21 для преобразования света с круговой поляризацией в свет с линейной поляризацией. Пример такого альтернативного варианта осуществления показан на фиг.22а и 22b. Вторая четвертьволновая пластина 11 ориентирована так, что ее ось 17 наибольшей скорости распространения света перпендикулярна оси 16 наибольшей скорости распространения света первой четвертьволновой пластины 10, и выходной линейный поляризатор 12 расположен так, что его ось 19 пропускания перпендикулярна плоскости формирования изображения. Хотя добавление этих двух компонентов 11 и 12 к оптической системе, в принципе, может улучшить рабочие характеристики дисплея, одна конфигурация может быть предпочтительной по сравнению с другой в любом примере приложения.
На фиг.21а и 22а показан дисплей с псевдоискривленным представлением, в котором частично пропускающее зеркало 3 искривлено так, что оно расположено ближе к холестерическому отражателю 21 в центре дисплея, чем на краях дисплея. Такой же псевдоискривленный эффект представления также может быть получен путем модификации формы холестерического отражателя 21, вместо частично пропускающего зеркала 3.
Как и в случае всех вариантов осуществления настоящего изобретения, в соответствии с применением и для генерирования требуемого псевдоискривленного представления форма по меньшей мере одного из отражающих слоев должна быть модифицирована с приданием ему псевдокривизны. Следует понимать, что хотя на большей части приложенных чертежей описан псевдоискривленный частичный отражатель, который непрерывно искривлен с приданием ему выпуклой или вогнутой формы, для того чтобы помочь пониманию системы отображения, по меньшей мере один из частичных отражателей может быть модифицирован и представлен в виде псевдоискривленной формы по меньшей мере в одном из трех направлений в пространстве. Кроме того, следует понимать, что любой из по меньшей мере одного из частичных отражателей также выполнен с возможностью его активации для изменения представления изображения с плоского на неплоское или переключения между разными неплоскими режимами.
Использование частичных отражателей приводит к значительным потерям яркости в системе. В теории, если яркость устройства 1 отображения в комбинации с линейным поляризатором 9 составляет 100%, тогда яркость дисплея, описанного в первом варианте осуществления, в лучшем случае составляет только 25% из-за способа, в соответствии с которым работает устройство.
Третий вариант осуществления изобретения показан на фиг.23а и 23b и содержит устройство, которое может обеспечить существенное улучшение эффективности использования света и, следовательно, существенное повышение общей яркости дисплея с псевдоискривленным отображением.
Дисплей, описанный в данном варианте осуществления, отличается от ранее описанного дисплея тем, что оптическая структура перед устройством 1 отображения содержит два отражающих поляризатора 22 и 5, между которыми расположен фиксированный фарадеевский вращатель 23. Входной линейный поляризатор 9 расположен ниже отражающего поляризатора 22, а выходной линейный поляризатор 12 расположен выше отражающего поляризатора 5. Например, оси 15 и 24 передачи линейного поляризатора 9 и отражающего поляризатора 22 расположены параллельно друг другу и ориентированы в плоскости чертежа, тогда как оси 18 и 19 передачи отражающего поляризатора 5 и линейного поляризатора 12 расположены параллельно друг другу и ориентированы под углом -45° относительно осей 15 и 24 передачи. Фарадеевский вращатель 23 поворачивает поляризацию линейно поляризованного света на +45° при проходе света в любом направлении через вращатель 23.
Оба линейных поляризатора 9 и 12 не являются необходимыми для хорошей работы системы, и их присутствие не изменяет существенные свойства системы. Например, в другом варианте осуществления дисплея могут быть исключены любой или оба из этих двух поглощающих поляризаторов 9 и 12, но при этом они все еще будут выполнять ту же функцию. В принципе, такие изменения не меняют рабочие характеристики дисплея и способ, в соответствии с которым он работает, но на практике одна компоновка может быть предпочтительной по сравнению с другой.
Фарадеевский вращатель 23 содержит слои материала, которые поворачивают состояние поляризации света, проходящего через него, на угол, пропорциональный магнитному полю, приложенному к слоям. Принцип работы таких устройств хорошо известен и описан в стандартных ссылочных текстах, например Optics by E.Hecht and A.Zajac, fourth edition, Addison Wesley, 2003.
Важное различие между фарадеевскими вращателями и другими элементами, которые поворачивают состояние поляризации света, состоит в том, что фарадеевские вращатели не являются обратимыми. Другими словами, если луч света передать через фарадеевский вращатель на зеркало и затем вернуть через фарадеевский вращатель, его поляризация будет в сумме повернута на угол 2θ, где θ представляет собой угол поворота, вызванный одним проходом через фарадеевский вращатель. Это отличает его от оптически активных материалов, таких как хиральные жидкие кристаллы, где суммарный результат после двух проходов через материал, и одно отражение привел бы к отсутствию изменений в состоянии поляризации.
Как показано на фиг.23а и 23b, свет, поступающий от устройства 1 отображения, проходит через входной линейный поляризатор 9 и является линейно поляризованным так, что его вектор электрического поля находится в плоскости чертежа. Оси 15 и 24 передачи линейного поляризатора 9 и нижнего отражающего поляризатора 22 также ориентированы параллельно плоскости чертежа так, что свет попадает на фиксированный фарадеевский вращатель 23. Плоскость поляризации затем поворачивают на +45° с помощью элемента 23 Фарадея, в результате чего свет отражается от верхнего отражающего поляризатора 5. При его втором проходе через фарадеевский вращатель 23 плоскость поляризации отраженного света поворачивается дополнительно на +45°, и ее вектор электрического поля ориентируется перпендикулярно плоскости чертежа так, что свет затем отражается нижним отражающим поляризатором 22 и проходит снова через фарадеевский вращатель 23, который поворачивает плоскость поляризации дополнительно на +45°, так что вектор электрического поля остающегося света ориентируется на -45°. Свет в конечном итоге пропускают через верхний отражающий поляризатор 5 и выходной линейный поляризатор 12.
Свет, который достигает зрителя 8, поэтому следует «дважды отраженным» путем 6 света. Оба отражающих поляризатора 22 и 5 непрерывно искривлены так, что они находятся ближе друг к другу в центре дисплея, чем по краям дисплея, путь 6 света с "двойным отражением" также является более длинным в направлении краев дисплея, и зритель 8 видит отображение в виде выпуклого изображения.
Преимущество такой конструкции состоит в том, что она предоставляет по существу изображения с полной яркостью, как в 2D режиме, так и в псевдоискривленном режиме. На практике происходят некоторые потери, поскольку свет проходит через различные оптические элементы или отражается от них. Однако при этом не происходит затухание из-за обычной работы оптических элементов, как в случае с первым и вторым вариантами осуществления.
Четвертый вариант осуществления изобретения иллюстрируется на фиг.24. Недостаток «дважды отраженного» пути 6 света, благодаря которому возникает псевдоискривленное отображение, состоит в том, что использование частичных отражателей генерирует значительные потери яркости в пределах системы. Теоретически, если яркость устройства 1 отображения в комбинации с линейным поляризатором 9 составляет 100%, тогда яркость дисплея, описанного в первом варианте осуществления, в лучшем случае составляет только 25% из-за принципиального способа работы такого дисплея.
Такой четвертый вариант осуществления представляет модификацию устройства, которая может обеспечить существенное улучшение эффективности использования света и, следовательно, существенное повышение общей яркости псевдоискривленного дисплея. В таком варианте осуществления вместе с устройством отображения используется массив 25 линз, который коллимирует выход 1 света, и высокоэффективное отражающее структурированное зеркало 26. Структурированное зеркало 26 выполнено таким образом, что оно в основном отражает и имеет малые прозрачные области. Структурированное зеркало 26 выполнено так, что оно по существу расположено в плоскости фокуса массива 25 линз.
Как показано на фиг.24, относительно коллимированный свет из устройства 1 отображения поступает по существу нормально к плоскости изображения и проходит через линейный поляризатор 9 перед тем, как он попадет в массив 25 линз. Линзы в массиве выполнены так, что они фокусируют свет через прозрачные области структурированного зеркала 26. Такая система, таким образом, обеспечивает высокую степень пропускания света через структурированное зеркало 26. Свет, отраженный от отражающего поляризатора 5, падает на структурированное зеркало 26. Поскольку структурированное зеркало 26 в основном является отражающим, может быть достигнута высокая отражающая способность.
Остальная часть системы работает аналогичным образом с предыдущим вариантом осуществления. Изображение с псевдоискривленным отображением генерируют благодаря «дважды отраженному» пути 6 света в системе и псевдоискривленной форме, приданной, по меньшей мере, одному из отражающих слоев 5 и 26.
В случае LCD, используемого в качестве устройства 1 отображения, свет, выходящий из дисплея, уже является линейно поляризованным, и поляризатор 9 может быть исключен из системы. Предполагая, что коллимированный свет из устройства 1 отображения, передают через структурированное зеркало 26 с эффективностью 90%, и он отражается от того же структурированного зеркала 26 с эффективностью 90%, теоретическая яркость псевдоискривленного изображения может быть повышена с 25% до 80%.
Линзы элемента 25 массива могут представлять собой сферически собирающие линзы или цилиндрические собирающие линзы. Однако оптические параметры линз выбирают таким образом, чтобы падающий коллимированный свет из устройства 1 отображения был фокусирован через отверстия в структурированном зеркале 26. Например, массив 25 линз может содержать массив цилиндрических или квадратных линз, но важно, чтобы система 25 линз была выполнена так, чтобы она фокусировала свет через отверстия структурированного зеркала 26.
Дисплей может работать с использованием любого из способов, описанных выше. По меньшей мере, один из отражающих слоев может быть неплоским в любом направлении, для того, чтобы генерировать требуемое псевдоискривленное представление в соответствии с областью применения. И снова, по меньшей мере один из частичных отражателей может быть выполнен с возможностью его активации таким способом, чтобы он осуществлял переключение между стандартными плоскими изображениями и другими изображениями с псевдоискривленным отображением. Кроме того, возможно некоторое изменение порядка и изменение ориентации оптических элементов без изменения существенных свойств дисплея и способа, в соответствии с которым он работает. Однако, даже если, в принципе, эти различия не меняют рабочие характеристики дисплея, на практике некоторые отклонения компонентов от идеального поведения могут привести к "наилучшему" порядку элементов в любом конкретном примере.
На фиг.25а и 25b иллюстрируется пятый вариант осуществления изобретения, в котором дисплей представляет собой тот же общий тип, который был описан в первом варианте осуществления, но где четвертьволновая функция 10 и 11 и функция 3 частичного зеркала на фиг.10а и 10b интегрированы вместе в одной интегрированной ячейке 31.
Структурированное зеркало 26 выполнено таким образом, что оно частично пропускает свет через малые прозрачные области и частично отражает свет, падающий на области с высокой отражающей способностью. Конструкция структурированного зеркала 26 оптимизирована для того, чтобы исключить краевые проблемы и обеспечить выравнивания на нем слоя жидкого кристалла.
Как показано на фиг.25а и 25b, структурированное зеркало 26 расположено между первой подложкой 27 и второй подложкой 28, которые могут быть стеклянными или пластиковыми подложками. Структурированный четвертьволновой замедлитель 30 расположен так, что его замедляющие участки находятся на всех областях с высокой отражающей способностью структурированного зеркала 26, в то время как блоки прозрачного незамедляющего материала 29 расположены на всех прозрачных областях структурированного зеркала 26. Например, структурированный четвертьволновой замедлитель 30 может представлять собой фиксированный слой жидкого кристалла и каждый блок прозрачного материала 29 внутри ячейки может представлять собой полимерную стенку, высота которой такова, что толщина области жидкого кристалла соответствует четвертьволновой пластине.
Свет, поступающий из устройства 1 отображения, проходит через входной линейный поляризатор 9 и поляризуется так, что его вектор электрического поля находится в плоскости чертежа. Часть света падает на отражающую область структурированного зеркала 26 и отражается обратно через устройство 1 отображения, в то время как другую часть пропускают через прозрачные области структурированного зеркала 26 и через блок прозрачного материала 29. Пропущенный свет затем отражается отражающим поляризатором 5 обратно в направлении этой интегрированной ячейки 31. Часть такого отраженного света проходит непосредственно через прозрачные области ячейки 31 и теряется в системе. Другая часть вначале проходит через структурированный четвертьволновой замедлитель 30, который преобразует свет из линейно поляризованного в поляризованный с левосторонней круговой поляризацией. Он затем отражается структурированным зеркалом 26, которое вносит изменение фазы на 180° в его состояние поляризации, преобразуя его в свет с правосторонней круговой поляризацией. Такой свет проходит обратно через структурированный четвертьволновой замедлитель 30 и выходит из интегрированной ячейки 31 так, что его состояние поляризации ориентировано перпендикулярно плоскости чертежа. Этот свет затем проходит через отражающий поляризатор 5 и выходной линейный поляризатор 12 и достигает зрителя 8.
Что касается предыдущих вариантов осуществления, комбинация «дважды отраженного» пути 6 света и формы, приданной отражающему поляризатору 5, диктует представление изображения, наблюдаемого зрителем 8.
Как показано на фиг.25а, частичный отражатель 5 может, например, быть искривленным так, что он находится ближе к устройству 1 отображения в центре дисплея, чем на краях дисплея. Такая компоновка позволяет получить отображаемое изображение, которое выглядит непрерывно выпуклым для зрителя 8. Однако когда псевдоискривленная форма не применяется к частичному отражателю 5, как показано на фиг.25b, изображение на дисплее выглядит плоским в его стандартном 2D режиме.
При использовании такой интегрированной ячейки 31 обеспечивается преимущество уменьшения количества оптических компонентов в системе и поэтому это может оказывать влияние на производственные затраты. При этом также уменьшается количество раз, которое свет должен пройти через замедлитель, что позволяет уменьшить потенциальные проблемы при формировании изображений из-за ошибок поляризации.
Фиксированные структурированные оптические замедлители, такие как замедлитель 30, показанный на фиг.25а и 25b, могут быть изготовлены различными способами. В первом способе используются жидкокристаллические элементы, как раскрыто, например, в US 6624683 (23-9-2003, JACOBS Adrian Marc Simon; ACOSTA Elizabeth Jane; HARROLD Jonathan; TOWLER Michael John; WALTON Harry Garth) и в WO/2003/062872 (31-7-2003, RYAN Timothy George; HARVEY Thomas Grierson). Например, жидкокристаллический материал может содержать полимеризуемый жидкокристаллический материал, такой как реактивный мезоген, производства компании Merck. Такие материалы могут быть полимеризованы во время производства для уменьшения чувствительности жидкокристаллической ячейки к влажности, температуре и механическим повреждениям.
В другом способе получения фиксированного структурированного замедлителя используется первоначально однородный замедляющий слой того же типа, что и замедляющие пленки 10 и 11, то есть пленки материала с двойным лучепреломлением соответствующей толщины. Функция замедлителя может быть разрушена в областях, в которых не требуется обеспечивать функцию замедления, или те области, в которых не требуется иметь функцию замедлителя, могут просто быть физически удалены в соответствии с требуемой структурой. Примеры способов разрушения или удаления замедляющего материала включают в себя экспозицию ультрафиолетовым облучением, химическое травление, фотолитографическое проявление, обработку лазером и стандартное фрезерование.
Шестой вариант осуществления изобретения иллюстрируется на фиг.26а и 26b. Этот вариант осуществления относится к другому типу применения псевдоискривленного дисплея, который формирует полный эффект присутствия для зрителя 8. Например, когда зритель 8 стоит достаточно близко к большой области псевдоискривленного дисплея 32 таким образом, что отображаемое изображение по существу охватывает поле зрения 33 зрителя, и когда дисплей с псевдоискривленным представлением предназначен для получения воспринимаемого изображения 13, которое выглядит изгибающимся в плоскости дисплея 14, тогда зритель 8 может ощущать сильный эффект присутствия, когда он смотрит па дисплей 32.
Во всех вариантах осуществления, описанных выше, некоторые проблемы формирования изображения могут возникать и нарушать представление псевдоискривленного изображения, формируемого дисплеем. Например, зритель 8 может перемещаться вверх и вниз при правильном восприятии отображаемых изображений. Однако возможно, что движения зрителя из стороны в сторону приведут к проблемам формирования изображений таким образом, что эффект искривленного представления изображения будет нарушен. Некоторые лучи света, которые должны следовать «дважды отраженному» пути 6 света, могут выходить непосредственно из оптической системы через путь прямого света и смешиваться с псевдоискривленным представлением отображаемого изображения. Такая утечка приводит к проблемам формирования изображений, называемым взаимным влиянием, которое должно быть уменьшено так, чтобы оно, по существу, не воспринималось зрителем 8. Основная причина, по которой такое взаимное влияние, вероятно, возникает, состоит в том, что используемые в системе оптические элементы, выполняющие манипуляцию с поляризацией, обычно не совершенны, в частности, не обеспечивают полное затухание внеосевого излучения. Например, линейные и отражающие поляризаторы обычно пропускают некоторое количество света с "неправильной поляризацией", замедлители проявляют поведение, которое зависит от ориентации, длины волны и условий обработки, и жидкокристаллические элементы обычно пропускают свет не только с правильным состоянием поляризации.
Первое возможное аппаратное решение для уменьшения такого рода взаимного влияния и улучшения характеристик псевдоискривленного дисплея может состоять в добавлении одной или больше компенсирующих пленок. Например, размещение пленок компенсации угла обзора над и/или под замедляющими пластинами 10 и 11 может улучшить свойства угла обзора псевдоискривленного дисплея.
Другой возможный способ коррекции такого типа взаимного влияния состоит в манипуляции исходными данными изображения для отображения. Например, если процент света, просачивающегося через прямой путь распространения света, будет мал и известен для каждого первичного цветного компонента, функция коррекции может быть применена к значениям данных изображения таким образом, чтобы изображение, формируемое в плоскости, не предназначенной для просмотра, выглядело бы слабым и практически не воспринимаемым зрителем 8. Такая функция коррекции может быть либо линейного типа, либо нелинейного типа в соответствии с уровнем требуемой коррекции. Например, процессор изображения можно использовать для повторного отображения цветных каналов пикселей изображения. Однако обратная сторона такого способа коррекции взаимного влияния состоит в том, что качество изображения дисплея, в частности коэффициент контрастности, может быть ухудшено.
Как отмечено выше, оптические элементы, выполняющие манипуляции с поляризацией, такие как отражающий поляризатор 5, не являются совершенными и могут проявлять плохие оптические характеристики за пределами оси. При использовании псевдоискривленной схемы даже входящий по оси свет 36 может попадать на отражающий поляризатор 5 под углом и поэтому может способствовать взаимному влиянию, как показано на фиг.27а. Как представлено на фиг.27b, взаимное влияние, получаемое из этого источника, может быть уменьшено благодаря использованию специально разработанных пленок 34 и 35 с призмами, расположенных на каждой стороне отражающего поляризатора 5, причем эти пленки модифицируют направление света через искривленный отражающий поляризатор 5. Эти пленки с призмами могут быть разработаны с разными или изменяющимися углами вершины и могут быть металлизированы на одной из сторон их призм для улучшения многократного использования света и его однородности. Первая пленка 34 с призмами используется для перенаправления входящего по оси света 36 так, чтобы он был, по существу, нормальным или близким к нормально падающему свету на отражающий поляризатор 5 в областях, где тот выполнен псевдоискривленным, а вторая пленка 35 с призмами перенаправляет свет так, чтобы он выходил из системы по существу в том же направлении, что и падающий свет 36, то есть по оси. Благодаря добавлению этих двух оптимизированных пленок 34 и 35 с призмами отражающий поляризатор 5 действует на осевой свет, как если бы он был выполнен идеальным, или, по меньшей мере, более плоским, так, что проблемы формирования изображений по оси уменьшаются. Остальная система работает, как описано выше. Изображение с псевдоискривленным внешним представлением генерируют благодаря использованию «дважды отраженного» пути 6 света в пределах системы, и псевдоискривленной форме, приданной, по меньшей мере, одному из отражающих слоев.
Другой пример проблемы формирования изображения, которая может возникнуть при использовании технологии псевдоискривленного отображения, относится к псевдоискривленной форме частичных отражателей. Как отмечено выше в первом варианте осуществления, некоторые конструкции, заданные отражающим слоям 3 и 5, могут привести к проблемам увеличения или уменьшения размеров отображаемого изображения. Коррекция такого типа проблем формирования изображения возможна благодаря модификации аппаратных средств оптической системы, такой как добавление системы линз, как показано на фиг.20. Однако более простой способ может быть основан на программном варианте осуществления.
Коррекция в процессоре изображения, управляемом программными средствами для изменения кривизны или искажения изображения, также может применяться множеством способов. Два примера представлены ниже.
В первом примере используется знание степени искажения для получения функции, которая описывает кривизну изображения, в идеале параметрически, в координатах "х" и "у" на выходной поверхности изображения. Для исключения образования "дыр" в скорректированном изображении, то есть не отображенных пикселей искаженного исходного изображения, обработку применяют для каждого пикселя на выходе. Функция, описывающая искажение, используется для получения местоположения на изображении источника, для выборки каждого выходного пикселя. Такой подход может привести к необходимости выборки ряда пикселей, находящихся в непосредственной близости друг к другу от обозначенного пикселя источника, для того, чтобы поддерживать качество изображения. Выходное изображение затем отображается в нормальном виде.
Во втором примере знание степени искажений или поверхности, вызывающей их, используют для формирования 3D объекта, представляющего искажение. Отображение текстуры в аппаратных средствах для обработки графических изображений в компьютере можно использовать для искривления входного изображения на поверхности так, что при правильной проекции на дисплее изображения выглядят как не имеющие искажения. Искривления могут возникать в результате проецирования изображения источника, как если бы из точки обзора кого-либо, наблюдающего отображение, на поверхность, представляющую искажение.
Таким образом, искажение изображения любым одним или каждым из неплоского одного из первого и второго частичных отражателей 3, 5 может быть, по меньшей мере, частично скорректировано путем повторного отображения пикселей изображения.
Как следствие фундаментального способа, в соответствии с которым работает дисплей, псевдоискривленный дисплей, описанный выше, в большинстве вариантов осуществления подвергают ограничению яркости. Теоретически, если яркость устройства 1 отображения в комбинации с входным линейным поляризатором 9 составляет 100%, тогда яркость устройства, как описано в первом варианте осуществления, составляет только 25% из-за частичных отражателей. Модификация исходного изображения с использованием программных средств может состоять в использовании для помощи при компенсации такой проблемы яркости.
Возможный способ помощи для коррекции такого типа проблемы яркости состоит в манипуляциях с данными исходного изображения, подаваемыми на дисплей. Функция коррекции линейного или нелинейного типа в соответствии с уровнем требуемой коррекции может быть применена к значениям данных изображения, по меньшей мере, части изображения или последовательности изображений. Например, технологию изображения, которая регулирует γ-значения исходного изображения, можно использовать для повышения видимой яркости псевдоискривленного отображения. γ-значение описывает соответствие между данными уровня серого на изображении и фактическими значениями напряжения, приложенными к дисплею и, следовательно, яркости, которая может быть отображена в конечном итоге. Таким образом, например, путем увеличения γ-значений отображаемая яркость средних серых уровней может быть увеличена, тогда как полностью черный и/или полностью белый уровни остаются неизменными. Процессор изображения может, таким образом, использоваться для манипуляции с уровнями серого пикселей изображения. Общий эффект приводит к увеличению видимой яркости изображения. Однако возможный недостаток такого увеличения видимой яркости может проявиться в том, что чрезмерно сильная коррекция может привести к ухудшению качества исходного изображения на дисплее.
Другое решение, которое помогает компенсировать такие проблемы яркости, может быть предоставлено с помощью аппаратных средств. Учитывая потенциальные проблемы формирования изображений, такие, как описаны выше, горизонтальные и/или вертикальные углы обзора дисплея с искривленным представлением изображения могут быть уменьшены по сравнению со стандартным дисплеем. Способы увеличения яркости поэтому могут использовать преимущества таких ограничений угла обзора. Например, повышение яркости может быть достигнуто в результате использования системы коллимированного или полуколлимированного освещения или путем ввода одной пленки улучшения яркости (ВЕF), или перекрещенных BEF в системе освещения устройства 1 отображения. BEF поставляют такие фирмы, как, например, 3М, Kodak, General Electric и другие азиатские компании. Эти пленки перенаправляют большую часть осевого света в осевом направлении, уменьшая яркость ненужных горизонтальных и/или вертикальных окоп обзора и приводя, таким образом, к более яркому виду общего отображения, когда его рассматривают по оси, но делая его более темным, когда его рассматривают вне оси. Остальная часть дисплея может работать любым из описанных выше способов, в котором форма, по меньшей мере, одного из отражающих слоев может быть модифицирована для генерирования требуемого псевдоискривленного представления в соответствии с вариантом применения.
В случае всех вариантов осуществления настоящего изобретения, в соответствии с применением для модификации существующего дисплея с плоской панелью в псевдоискривленный дисплей, оптические компоненты, составляющие оптическую систему псевдоискривленного дисплея, могут быть закреплены непосредственно на устройстве 1 отображения, например на части его корпуса, или могут быть расположены в отдельном модуле, который действует, как съемная приставка для дисплея. Конфигурация со съемной приставкой представляет множество преимуществ, например гибкость ее использования, возможность адаптации к разным дисплеям, учитывая тот факт, что она оставляет исходное устройство 1 отображения без модификации. Однако на практике одна компоновка может быть предпочтительной по сравнению с другой в соответствии с вариантом применения.
Псевдоискривленный дисплей предпочтительно может быть скомбинирован с сенсорной панелью для того, чтобы придать дополнительную интерактивную функциональность. Он может использоваться как сенсорная панель любого типа, например резистивного или емкостного типа, установленная перед системой отображения. В качестве альтернативы может быть предпочтительным использовать проецируемую сенсорную панель емкостного типа. Поскольку сенсорная панель такого типа детектирует приближение пальца и не требуется прямой контакт, она может быть, если это требуется, установлена под некоторыми из оптических пленок, используемых в системе с искривленным внешним представлением, или можно просто использовать свойства, по меньшей мере, одной из оптических пленок, уже присутствующих в системе, например поляризатор в виде проволочной сетки или структурированное зеркало.
В качестве конкретного примера на фиг.28а и 28b показана конкретная компоновка частичного отражателя, форму которого можно переключать. Такую компоновку можно использовать, как отражатель 3, когда он выполнен переключаемым, или как отражатель 5, как показано на чертеже. Отражатель 5 активируют механически с использованием автоматизированных пневматических насосов (не показаны). Для улучшения ясности представления показан только отражающий поляризатор 5; как предполагается, все другие оптические компоненты, необходимые для достижения псевдоискривленного эффекта, являются встроенными в устройство 40 отображения.
Отражающий поляризатор 5 поддерживают вдоль его продольного направления с помощью верхней зажимной рамки 41 и нижней зажимной рамки 42. Эти зажимные рамки 41 и 42 специально разработаны для закрепления отражателя 5 во время его активации. Кроме того, отражающий поляризатор 5 закреплен в устройстве 40 отображения, как с его левой, так и с его правой стороны, благодаря использованию специально разработанного центрального зажима 43 с каждой стороны. Пневматический активатор 44 расположен в каждом углу устройства 40 отображения и соединен либо с верхней зажимной рамкой 41, либо с нижней зажимной рамкой 42. Каждым пневматическим активатором 44 можно управлять по отдельности или вместе с использованием по меньшей мере одной внешней электронной системы управления, которая определяет его положение относительно нормальной оси устройства 40 отображения.
Как показано на фиг.28а, когда пневматические активаторы находятся в положении 0, верхняя зажимная рамка 41 и нижняя зажимная рамка 42 находятся в той же плоскости, что и передняя поверхность центральных фиксаторов 43. Отражающий поляризатор 5 располагается в виде плоской формы и параллельно перед устройством 40 отображения. Отображенное изображение выглядит плоским в его стандартном 2D режиме.
Переключение в разные формы основано на положениях пневматических активаторов 44. Как показано на фиг.28b, когда все четыре пневматических активатора 44 находятся в положении 1, как верхняя, так и нижняя зажимные рамки 41 и 42 выталкиваются от устройства 44 отображения. Верхний и нижний края отражающего поляризатора 5 поэтому физически перемещаются в направлении от устройства 40 отображения и приближаются достаточно близко к передней поверхности дисплея 45. В то время как центральная часть отражателя 5 всегда остается близкой к устройству 40 дисплея благодаря использованию центральных зажимов 43. Отражающий поляризатор 5 принимает искривленную форму, и наблюдается псевдоискривленное изображение.
Непосредственная модификация кривизны, по меньшей мере, одного из отражающих слоев 3 и 5 в результате механической активации может быть достигнута по-разному, но на основе аналогичного принципа. В зависимости от требуемой кривизны, местоположения зажимных частей и природы механизма активации переключение между разными формами выполняют в результате управляемого изменения положения по меньшей мере части по меньшей мере одного из отражающих слоев 3 и 5.
Таким образом, изобретение было описано выше, при этом очевидно, что оно может быть изменено различными способами. Такие изменения не следует рассматривать, как выход за пределы сущности и объема изобретения, и все такие модификации, как будет понятно для специалиста в данной области техники, могут быть включены в пределы объема следующей формулы изобретения.
1. Оптическая система для изменения формы поверхности, на которой воспринимается изображение, содержащая первый и второй разнесенные друг от друга частичные отражатели, по меньшей мере один из которых выполнен с возможностью избирательного переключения между неплоской первой формой и по меньшей мере одной второй формой, отличающейся от первой формы, и для обеспечения светового пути для света, падающего на первый отражатель, причем на указанном световом пути обеспечивается по меньшей мере частичное пропускание света через первый отражатель в направлении второго отражателя, по меньшей мере частичное отражение света от второго отражателя обратно в направлении первого отражателя, по меньшей мере частичное отражение света от первого отражателя в направлении второго отражателя и по меньшей мере частичное пропускание света через второй отражатель.
2. Система по п.1, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью, по существу, не допускать излучение от второго отражателя света, не отраженного при отражении первым и вторым отражателями, и не выпускать из оптической системы свет, падающий на второй частичный отражатель в первый раз.
3. Система по п.1 или 2, в которой вторая форма является плоской.
4. Система по п.1 или 2, в которой вторая форма является неплоской.
5. Система по п.1 или 2, в которой отражатель, выполненный с возможностью избирательного переключения, является первым или вторым отражателем, а другой из первого и второго отражателей имеет фиксированную форму.
6. Система по п.5, в которой фиксированная форма является плоской.
7. Система по п.5, в которой фиксированная форма является неплоской.
8. Система по п.1 или 2, в которой другой из первого и второго отражателей выполнен с возможностью избирательного переключения между неплоской третьей формой и четвертой формой, отличающейся от третьей формы.
9. Система по п.8, в которой четвертая форма является плоской.
10. Система по п.8, в которой четвертая форма является неплоской.
11. Система по п.8, в которой третья форма представляет собой зеркальное отображение первой формы.
12. Система по п.8, в которой четвертая форма представляет собой зеркальное отображение второй формы.
13. Система по п.1 или 2, в которой первая и/или третья форма непрерывно искривлены по меньшей мере в одном направлении для получения вогнутого или выпуклого изображения.
14. Система по п.1 или 2, в которой первая и/или третья форма содержат множество плоских сегментов, причем соседние сегменты примыкают друг к другу вдоль края и образуют угол более 0° и менее 180°.
15. Система по п.1 или 2, в которой первая и/или третья форма имеет извилистое поперечное сечение.
16. Система по п.1 или 2, в которой первая и/или третья форма является плоской, но наклоненной по меньшей мере в одном направлении.
17. Система по п.1 или 2, в которой первая и/или третья форма содержит плоские и неплоские области.
18. Система по п.1 или 2, в которой первая и/или третья форма содержит множество плоских и/или неплоских областей, причем указанные области являются некомпланарными.
19. Система по п.1 или 2, в которой первая и третья формы имеют по меньшей мере подобную форму и везде параллельны друг другу.
20. Система по п.1 или 2, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью изменения поляризации света при его прохождении по световому пути.
21. Система по п.20, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью изменения поляризации света при прохождении по световому пути между падением на второй отражатель и отражением от первого отражателя.
22. Система по п.1 или 2, дополнительно включающая в себя систему линз по меньшей мере для частичной коррекции искажений изображения.
23. Система по п.1 или 2, дополнительно содержащая по меньшей мере одну четвертьволновую пластину.
24. Система по п.23, в которой указанная четвертьволновая пластина или вторая пластина из указанных четвертьволновых пластин расположена между первым и вторым отражателями.
25. Система по п.23, в которой указанная четвертьволновая пластина или первая пластина из указанных четвертьволновых пластин расположена на стороне первого отражателя напротив второго отражателя.
26. Система по п.1 или 2, в которой первый отражатель содержит первое частично пропускающее зеркало.
27. Система по п.26, в которой первое частично пропускающее зеркало является структурированным зеркалом, связанным с массивом собирающих линз.
28. Система по п.26, в которой указанная четвертьволновая пластина или вторая пластина из указанных четвертьволновых пластин и структурированное зеркало формируют интегрированную ячейку.
29. Система по п.28, в которой указанная четвертьволновая пластина или вторая пластина из указанных четвертьволновых пластин является структурированной и имеет замедляющие участки, расположенные в отражающих областях структурированного зеркала, и не замедляющие участки, расположенные в прозрачных областях структурированного зеркала.
30. Система по п.1 или 2, в которой первый отражатель содержит первый отражающий поляризатор.
31. Система по п.1 или 2, в которой второй отражатель содержит второй отражающий поляризатор.
32. Система по п.31, в которой второй отражающий поляризатор содержит холестерический отражатель.
33. Система по п.31, в которой второй отражающий поляризатор является неплоским, при этом система содержит первую пленку с призмами, выполненную с возможностью перенаправления света от первого частичного отражателя так, чтобы он падал, по существу, по нормали на второй отражающий поляризатор.
34. Система по п.33, дополнительно содержащая вторую пленку с призмами, выполненную с возможностью перенаправления света от второго отражающего поляризатора в направлении света, падающего на первую пленку с призмами.
35. Система по п.1 или 2, в которой второй отражатель содержит второе частично пропускающее зеркало.
36. Система по п.1 или 2, дополнительно содержащая фарадеевский вращатель.
37. Система по п.36, в которой фарадеевский вращатель выполнен с возможностью обеспечивать поворот поляризации на 45°.
38. Система по п.1 или 2, дополнительно содержащая входной линейный поляризатор.
39. Система по п.1 или 2, дополнительно содержащая выходной линейный поляризатор.
40. Дисплей, содержащий: устройство отображения для модулирования света изображением или последовательностью изображений на поверхности отображения изображения указанного устройства; и оптическую систему по п.1 или 2, причем первый отражатель расположен между устройством и вторым отражателем.
41. Дисплей по п.40, в котором указанное устройство содержит жидкокристаллическое устройство, или устройство проекционного дисплея, или устройство на органических светоизлучающих диодах, или плазменное устройство излучения света, или электронно-лучевую трубку.
42. Дисплей по п.40, дополнительно содержащий приборную панель, и/или рекламный дисплей, и/или дисплей, обеспечивающий эффект присутствия, и/или развлекательный дисплей и/или телевизионный дисплей.
43. Дисплей по п.40, дополнительно содержащий процессор изображения для перераспределения пикселей изображения для коррекции, по меньшей мере частично, искажений изображения неплоским отражателем или каждым неплоским отражателем.
44. Дисплей по п.40, дополнительно содержащий процессор изображения для перераспределения каналов цветности пикселей изображения для коррекции, по меньшей мере частично, света, выходящего из оптической системы по непредусмотренному световому пути.
45. Дисплей по п.40, дополнительно содержащий процессор изображения для манипуляции уровнями серого пикселей изображения для повышения, по меньшей мере частично, видимой яркости по меньшей мере части изображения.
46. Дисплей по п.40, в котором оптическая система содержит съемное крепление, закрепленное на указанном устройстве.
47. Дисплей по п.40, дополнительно включающий в себя сенсорную панель.
