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CN115903232A - 透视型显示装置和包括透视型显示装置的电子设备 - Google Patents

透视型显示装置和包括透视型显示装置的电子设备 Download PDF

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CN115903232A
CN115903232A CN202211165438.6A CN202211165438A CN115903232A CN 115903232 A CN115903232 A CN 115903232A CN 202211165438 A CN202211165438 A CN 202211165438A CN 115903232 A CN115903232 A CN 115903232A
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metalens
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see
refractive power
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CN202211165438.6A
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韩承勋
阿米尔·阿巴比
朴贤圣
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Samsung Electronics Co Ltd
University of Massachusetts Amherst
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
University of Massachusetts Amherst
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Abstract

一种透视型显示装置包括：图像投影仪，被配置为输出图像光；波导，被配置为接收从图像投影仪输出的图像光，并将图像光传输到用户视角；以及具有负屈光力的第一透镜和具有正屈光力的第二透镜，该第一透镜和第二透镜布置在波导的两个表面上。第一透镜和第二透镜中的每一个包括一个或多个超颖透镜，并且被配置成操作为具有几乎无色差的透镜，从而实现具有良好图像质量的薄光学系统。

Description

透视型显示装置和包括透视型显示装置的电子设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年9月30日在美国专利局递交的美国临时申请No.63/250,506和2022年6月15日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2022-0073056的权益，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及透视型显示装置和包括透视型显示装置的电子设备。
背景技术
近来，对用作用于实现虚拟现实设备、增强现实设备等的可穿戴显示设备的超紧凑显示装置越来越感兴趣。
已不断寻求使超紧凑显示装置更轻和更薄同时保持针对用户眼睛的图像质量的解决方案，并且基于光波导的光学系统已被用作其示例。
发明内容
提供了一种具有薄且易于佩戴的结构的透视型显示装置。
附加方面部分地将在以下描述中阐述，且部分地将通过以下描述而变得清楚明白，或者可以通过实践所呈现的实施例来获知。
根据本公开的一方面，一种透视型显示装置可以包括：图像投影仪，被配置为输出图像光；波导，被配置为接收从图像投影仪输出的图像光，并将图像光传输到用户视角，该波导包括用于输出图像光的第一表面和与第一表面相对的第二表面；第一透镜，设置在波导的第一表面上，第一透镜具有负屈光力，并且包括一个或多个超颖透镜；以及第二透镜，设置在波导的第二表面上，第二透镜具有正屈光力。
第一透镜可以包括：第一超颖透镜，设置在波导的第一表面上，第一超颖透镜具有负屈光力；第二超颖透镜，与第一超颖透镜间隔开第一距离，第二超颖透镜具有正屈光力；以及第三超颖透镜，与第二超颖透镜间隔开第二距离，第三超颖透镜具有负屈光力。
第一透镜还可以包括：第一间隔物，设置在第一超颖透镜和第二超颖透镜之间，第一间隔物具有与第一距离相对应的厚度；以及第二间隔物，设置在第二超颖透镜和第三超颖透镜之间，第二间隔物具有与第二距离相对应的厚度。
第一间隔物和第二间隔物可以具有相同的折射率和相同的厚度。
第一透镜可以包括：第一超颖透镜，设置在波导的第一表面上，第一超颖透镜具有正屈光力；第二超颖透镜，与第一超颖透镜间隔开第一距离，第二超颖透镜具有负屈光力；以及第三超颖透镜，与第二超颖透镜间隔开第二距离，第三超颖透镜具有正屈光力。
第二透镜的一个表面可以是凸折射透镜。
第二透镜可以包括一个或多个超颖透镜。
第二透镜可以包括：第一超颖透镜，具有正屈光力；第二超颖透镜，与第一超颖透镜间隔开第一距离，第二超颖透镜具有负屈光力；以及第三超颖透镜，与第二超颖透镜间隔开第二距离，第三超颖透镜具有正屈光力。
第二透镜还可以包括：第一间隔物，设置在第一超颖透镜和第二超颖透镜之间，第一间隔物具有与第一距离相对应的厚度；以及第二间隔物，设置在第二超颖透镜和第三超颖透镜之间，第二间隔物具有与第二距离相对应的厚度。
第一间隔物和第二间隔物可以具有相同的折射率和相同的厚度。
第一距离和第二距离可以为dmin或更大，其中，dmin可以由以下等式表示，其中，f可以为第二透镜的焦距，D可以为第二透镜的有效直径，ng可以为第一间隔物和第二间隔物的折射率，并且θmax可以为第一超颖透镜对入射光的最大偏转角：
Figure BDA0003861159680000021
第二透镜还可以包括阻挡构件，该阻挡构件被配置为阻挡入射到第二透镜上的光穿过第二超颖透镜的中心。
阻挡构件可以设置在第一超颖透镜的中心部分。
阻挡构件可以设置在第二超颖透镜的中心部分。
阻挡构件可以具有Domin或更大的直径，其中，Domin可以由以下等式表示，其中，f可以为第二透镜的焦距，D可以为第二透镜的有效直径，ng可以为第一间隔物和第二间隔物的折射率，并且θmax可以为第一超颖透镜对入射光的最大偏转角：
Figure BDA0003861159680000031
第一透镜的负屈光力的绝对值可以不同于第二透镜的正屈光力的绝对值。
透视型显示装置还可以包括视觉校正透镜，该视觉校正透镜可拆卸地与第一透镜相邻设置。
视觉校正透镜可以包括超颖透镜。
根据本公开的另一方面，一种电子设备包括上述透视型显示装置中的一种、以及被配置为控制透视型显示装置输出用户观看的附加图像的处理器。
透视型显示装置可以包括可佩戴在眼睛上的设备。
附图说明
根据下面结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得明确并且更容易理解，在附图中：
图1是示出了根据实施例的透视型显示装置的配置的示意概念图；
图2是示出了根据比较例的透视型显示装置的配置的示意概念图；
图3是示出了根据实施例的透视型显示装置中的第一透镜的结构和具有无色差的负屈光力的光路的示意概念图；
图4是示出了形成图3的第一透镜的三个超颖透镜的相位轮廓的示例的图；
图5是示出了根据实施例的透视型显示装置中的第一透镜的另一示例的结构和具有无色差的负屈光力的光路的示意概念图；
图6是示出了根据实施例的透视型显示装置中的第二透镜的结构的示意概念图；
图7是示出了形成图6的第二透镜的三个超颖透镜的相位轮廓的示例的曲线图；
图8是示出了相对于图6的第二透镜中的第一超颖透镜造成的各种最大偏转角，间隔物的厚度和焦距之间的关系的曲线图；
图9是示出了相对于图6的第二透镜中的第一超颖透镜造成的各种最大偏转角，阻挡构件的直径和焦距之间的关系的曲线图；
图10是示出了根据实施例的透视型显示装置中的第二透镜的另一示例的结构的示意概念图；
图11是示出了根据实施例的透视型显示装置中的超颖透镜的结构的示意平面图；
图12和图13是图11的超颖透镜的截面图；
图14是示出了根据另一实施例的透视型显示装置的结构的示意概念图；
图15是示出了根据另一实施例的透视型显示装置的结构的示意概念图；
图16是示出了根据实施例的增强现实设备的结构的示意概念图；
图17和图18示出了采用根据实施例的透视型显示装置的各种电子设备的外观；以及
图19是根据实施例的电子设备的框图。
具体实施方式
现在详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，示例性实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文中所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施例，以解释各个方面。如本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。称为“……中的至少一个”之类的表述在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。
在下文中，以下参考附图详细描述实施例。此外，由于以下描述的实施例是示例性的，因此可以根据实施例产生其他修改。贯穿附图，类似的附图标记表示类似的元件，并且为了便于说明和清楚起见，附图中的组件的尺寸可能被放大。
在下文中，当构成元件设置在另一构成元件“上方”或“上”时，该构成元件可以直接在另一构成元件上或以非接触方式在其他构成元件上方。
本文中使用诸如“第一”和“第二”之类的术语，仅用于描述各种构成元件，但是构成元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个构成元件与另一构成元件相区分的目的。这些术语不限制构成元件的材料或结构彼此不同。
除非在上下文中另外明确指定，否则本说明书中的单数表达包括复数表达。还应理解，在本文中使用的术语“包括”和/或“包含”表明存在所陈述的特征或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征或组件。
此外，说明书中所陈述的诸如“……部分”、“……单元”、“……模块”和“……块”之类的术语可以表示处理至少一个功能或操作的单元，并且该单元可以由硬件、软件或硬件和软件的组合来体现。
在描述本公开的上下文中使用术语“一”、“一个”和“该”及类似指代词应被解释为涵盖单数和复数两种情况。
此外，可以按照任何适当顺序执行本文中描述的所有方法的步骤，除非本文中另外指出或者上下文另外明确地相反指示。本公开不限于所描述的步骤顺序。此外，本文中提供的任何和所有示例或语言(例如，“诸如”)的使用仅意在更好地阐述本公开且不对本公开的范围施加限制，除非另外要求。
图1是示出了根据示例实施例的透视型显示装置1000的配置的示意概念图。
参考图1，透视型显示装置1000可以包括用于输出图像光L1的图像投影仪100、用于将图像光L1传输到用户视角的波导400、具有负屈光力且被布置为与波导400的第一表面400a(即，光出射表面)相邻的第一透镜600、以及具有正屈光力且被布置为与面向第一表面400a的第二表面400b相邻的第二透镜200。
透视型显示装置1000是用于将来自图像投影仪100的图像光L1与包含用户前方的真实环境的环境光L2组合、并将组合光提供给用户的装置。用户可以在透视型显示装置1000上观看由图像投影仪100提供的第一图像I1和显示真实环境的第二图像I2。
波导400用作用于将图像光L1与环境光L2组合并将组合光提供给用户眼睛的光耦合器，该波导400对于沿平行于第一方向(Z方向)的方向朝向用户视角入射的环境光L2是透明的，并且将沿与第一方向不同的方向入射的图像光L1的路径改变为平行于第一方向(Z方向)的方向，以朝向用户视角行进。
由图像投影仪100提供的图像光L1在波导400内行进并通过第一表面400a输出，并且穿过第一透镜600以传输到用户视角。在这种情况下，图像光L1被用户识别为来自具有负屈光力的第一透镜600的特定虚拟表面(即，例如，在第一透镜600的焦距F的位置处)的第一图像I1。
第二透镜200可以具有抵消第一透镜600的负屈光力的量的正屈光力，使得包含作为用户前方的真实环境的第二图像I2在内的环境光L2被传输到用户视角而不需要屈光力的作用。
备选地，第一透镜600的负屈光力的绝对值可以大于第二透镜200的正屈光力的绝对值。在这种情况下，第一透镜600可以用作校正近视用户的视觉的透镜。
备选地，第一透镜600的负屈光力的绝对值可以小于第二透镜200的正屈光力的绝对值。在这种情况下，第一透镜600可以用作校正远视用户的视觉的透镜。
换句话说，第一透镜600和第二透镜200的综合屈光力可以被设置为具有适合用户视觉的期望负值或正值。
在根据实施例的透视型显示装置1000中，第一透镜600和第二透镜200可以各自包括一个或多个超颖透镜。超颖透镜能够通过使用具有亚波长形状尺寸的多个纳米结构实现用于根据位置将入射光偏转不同角度的相位分布，来执行屈光力操作。亚波长是指小于透视型显示装置1000的操作波长(即，例如，来自图像投影仪100的图像光L1的波长范围的中心波长)的值。入射到具有与外围材料存在折射率差的多个纳米结构上的光在经历根据纳米结构的形状和布置的折射率分布的同时被相位延迟。相位延迟的程度根据折射率分布的位置而变化。因此，具有相同相位的波前连接点的形式与入射到纳米结构上之前的形式不同，即，入射光被偏转。包括在第一透镜600和第二透镜200中的超颖透镜可以包括多个纳米结构，该多个纳米结构具有实现适合于要由每个透镜实现的屈光力的相位分布的形状和布置。本说明书中的术语“相位”是指基于在经历由纳米结构形成的折射率分布之前，在刚穿过纳米结构之后的位置处的相对相位，即“相位延迟”。下面描述作为示例的第一透镜600和第二透镜200的详细结构，以及包括在第一透镜600和第二透镜200中的作为示例的超颖透镜的详细结构。
与通过调整曲面形状(即，凹入或凸出的程度和形状)来形成屈光力的普通折射透镜相比，超颖透镜可以具有非常薄的厚度。此外，可以设置详细配置，使得超颖透镜操作为几乎无色差的透镜(即，例如几乎消色差的透镜)。
例如，如图2所示，根据比较例的透视型显示装置1可以包括图像投影仪100、波导40、以及分别布置在波导40的两侧处的凸透镜20和凹透镜60。透视型显示装置1还可以包括视觉校正透镜70，该视觉校正透镜70在来自于凹透镜60的光朝向用户行进的路径上具有曲面。
具有弯曲形状并形成屈光力的透视型显示装置1的凹透镜60、凸透镜20和视觉校正透镜70的厚度越大，屈光力越大。所得总厚度TH'可以为几毫米到几厘米或更大。例如，当透视型显示装置1被实现为眼镜型装置时，上述厚度可能是佩戴眼镜型装置的不便因素。
根据实施例的透视型显示装置1000包括负屈光力的第一透镜600和正屈光力的第二透镜200。第一透镜600和第二透镜200不采用物理弯曲形状，并且用作视觉校正透镜的第一透镜600可以具有更薄的总厚度TH。例如，厚度TH可以为约8mm或更小。
返回参考图1，详细描述透视型显示装置1000的组件。
图像投影仪100可以包括：显示设备，用于通过根据要显示给观看者的图像信息调制光来形成图像光；以及一个或多个光学设备，用于向波导400传输由显示设备形成的图像光。
由图像投影仪100的显示设备形成的图像的类型不受特别限制。该图像可以是例如二维图像或三维图像。三维图像可以包括例如立体图像、全息图像、光场图像、积分摄影(IP)图像或通过多视点或超多视点方法形成的图像。
显示设备可以包括例如硅上液晶(LCoS)设备、液晶显示(LCD)设备、有机发光二极管(OLED)显示设备和数字微镜设备(DMD)。显示设备还可以包括下一代显示设备，例如微型LED、量子点(QD)LED等。当图像投影仪100中的显示设备是非发光型的显示设备(例如LCD设备)时，图像投影仪100还可以包括向显示设备提供用于形成图像的光的光源。
图像投影仪100还可以包括路径改变构件、透镜等，作为用于向波导400传输由显示设备形成的图像光L1的光学设备。例如，可以包括用于改变图像光L1的路径的分束器、用于放大或缩小图像光L1的中继透镜、用于去除噪声的空间滤波器等。然而，本公开不限于此，并且可以使用任何已知的各种光学系统。
波导400可以包括光学透明材料，例如玻璃或具有大于1的折射率的透明塑料材料作为示例。透明材料可以指在图像投影仪100中形成的图像光L1能够穿过的材料，该材料可以不具有100％的材料透明度，并且可以具有某种颜色。
波导400可以包括彼此面对的第一表面400a和第二表面400b。入射到波导400上的图像光L1在波导400内行进并在第一表面400a和第二表面400b之间被全反射。波导400还可以包括：输入耦合器，用于以图像光L1在波导400内被全反射的角度输入图像光L1；以及输出耦合器，用于通过中断在波导400内的全反射条件来输出图像光L1，并且图像光L1可以由输出耦合器通过第一表面400a输出。输入耦合器和输出耦合器可以形成在波导400的第一表面400a和第二表面400b上的适当位置处，并且可以分别形成在不同表面上，或者可以都形成在第一表面400a或第二表面400b上。在附图中，尽管图像投影仪100中的图像光L1被示出为入射到波导400的侧表面上，但这仅是为了方便，并且本公开不限于此。
图3是示出了根据实施例的透视型显示装置1000中的第一透镜600的结构和具有无色差的负屈光力的光路的示意概念图，并且图4是示出了形成图3的第一透镜600的三个超颖透镜的相位轮廓的示例的曲线图。
参考图3，第一透镜600可以包括第一超颖透镜610、第二超颖透镜620和第三超颖透镜630。第一超颖透镜610和第二超颖透镜620可以彼此间隔开距离d1，并且第二超颖透镜620和第三超颖透镜630可以彼此间隔开距离d2。具有厚度d1和折射率n1的第一间隔物650可以设置在第一超颖透镜610和第二超颖透镜620之间，并且具有厚度d2和折射率n2的第二间隔物660可以设置在第二超颖透镜620和第三超颖透镜630之间。d1可以与d2相同，并且n1可以与n2相同。然而，与示例性实施例一致的透镜布置不限于此。
第一透镜600通过使用具有色差的三个超颖透镜来实现几乎无色差(消色差)的负屈光力。换句话说，第一超颖透镜610、第二超颖透镜620和第三超颖透镜630具有色差，并且分别具有负屈光力、正屈光力和负屈光力。
具有由纳米结构形成的相位延迟分布的超颖透镜的色差为0。在示例实施例中，
Figure BDA0003861159680000091
为0。如图4所示，第一超颖透镜610、第二超颖透镜620和第三超颖透镜630各自的相位延迟
Figure BDA0003861159680000093
和
Figure BDA0003861159680000092
可以具有根据位置的相位轮廓。相位轮廓具有与波长无关的相同形状，或者具有在不同波长之间偏移了常数的形状(即，相位延迟分布的色散为0)。入射到具有色差的超颖透镜上的光以根据其波长的不同角度偏转，并在不同方向上出射。由超颖透镜指示的色差是焦距与波长成反比的负色差，并且该趋势与由焦距与波长成正比的普通折射透镜指示的正色差相反。
入射到第一透镜600上的光穿过第一超颖透镜610并由负屈光力偏转，并且在这种情况下，偏转程度根据波长而变化。光被分成红光R、绿光G和蓝光B并在不同方向上行进。波长越长，偏转角越大。例如，红光R具有最大的偏转角，然后，偏转角按照绿光G和蓝光B的顺序减小。如上分离的光穿过第二超颖透镜620并受到正屈光力操作的影响，然后穿过第三超颖透镜630并受到负屈光力操作的影响。当红光R穿过第二超颖透镜620时，红光R的偏转角最大，然后，偏转角按照绿光G和蓝光B的顺序减小，并且在以不同的入射角入射到第三超颖透镜630上并穿过第三超颖透镜630之后，红光R、绿光G和蓝光B在相同的方向上行进。
参考图3和图4描述的无色差的负屈光力的第一透镜600的配置的细节可以由以下等式来表示。
[等式1]
Figure BDA0003861159680000101
Figure BDA0003861159680000102
Figure BDA0003861159680000103
这里，f1、f2和f3分别表示第一超颖透镜610、第二超颖透镜620和第三超颖透镜630的焦距，其中d1＝d2＝d并且n1＝n2＝ng。F表示第一透镜600的焦距。
[等式2]
Figure BDA0003861159680000104
其中m＝1，2，3.
Figure BDA0003861159680000106
和
Figure BDA0003861159680000105
分别表示第一超颖透镜610、第二超颖透镜620、第三超颖透镜630的相位延迟，并且λ0表示第一透镜600的操作波段的中心波长。对于各个m(1,2,3)，r表示与第一超颖透镜610、第二超颖透镜620、第三超颖透镜630的中心相距的径向距离。
f1、f2和f3可以根据期望的F值从以上等式确定。
例如，在F＝-1m、d＝1mm并且ng＝1.46的情况下，f1＝-36.33mm、f2＝18.85mm并且f3＝-36.33mm，或者，f1＝37.70mm、f2＝-18.17mm并且f3＝37.73mm。
因此，可以看出通过与图3不同的屈光力组合来实现无色差的负屈光力。
图5是示出了根据实施例的透视型显示装置中的第一透镜601的另一示例的结构和具有无色差的负屈光力的光路的示意概念图。
参考图5，第一透镜601可以包括分别具有色差的第一超颖透镜611、第二超颖透镜621和第三超颖透镜631，并且第一超颖透镜611、第二超颖透镜621和第三超颖透镜631可以分别具有正屈光力、负屈光力和正屈光力。第一超颖透镜611和第二超颖透镜621可以彼此间隔开距离d1，并且第二超颖透镜621和第三超颖透镜631可以彼此间隔开距离d2。具有厚度d1和折射率n1的第一间隔物651可以设置在第一超颖透镜611和第二超颖透镜621之间，并且具有厚度d2和折射率n2的第二间隔物661可以设置在第二超颖透镜621和第三超颖透镜631之间。d1可以与d2相同，并且n1可以与n2相同。然而，与本公开一致的实施例不限于此。
图5的第一透镜601与图3的第一透镜600的不同之处在于第一超颖透镜611、第二超颖透镜621和第三超颖透镜631中的每一个的屈光力，并且由于上述配置，第一透镜601表现出几乎无色差的负屈光力，类似于图3的第一透镜600。
入射到第一透镜601上的光穿过第一超颖透镜611并由正屈光力偏转，并且在这种情况下，由于偏转程度根据波长而变化，因此光被分成红光R、绿光G和蓝光B，并在不同方向上行进。波长越长，偏转角越大，即红光R具有最大的偏转角，然后，偏转角按照绿光G和蓝光B的顺序减小。如上分离的光穿过第二超颖透镜621并受到负屈光力操作的影响，然后穿过第三超颖透镜631并受到正屈光力操作的影响。当穿过第二超颖透镜621时，红光R具有最大量的偏转角，并且偏转角按照绿光G和蓝光B的顺序减小。在以不同的入射角入射到第三超颖透镜631上并穿过第三超颖透镜631之后，红光R、绿光G和蓝光B在相同的方向上行进。
图6是示出了根据实施例的透视型显示装置中的第二透镜200的结构的示意概念图。图7是示出了形成图6的第二透镜200的三个超颖透镜的相位轮廓的示例的曲线图。
第二透镜200是具有几乎无色差的正屈光力的透镜。第二透镜200可以包括第一超颖透镜210、第二超颖透镜220和第三超颖透镜230。第一超颖透镜210、第二超颖透镜220和第三超颖透镜230可以分别具有正屈光力、负屈光力和正屈光力。第一超颖透镜210和第二超颖透镜220可以彼此间隔开距离d1，并且第二超颖透镜220和第三超颖透镜230可以彼此间隔开距离d2。具有厚度d1和折射率n1的第一间隔物250可以设置在第一超颖透镜210和第二超颖透镜220之间，并且具有厚度d2和折射率n2的第二间隔物260可以设置在第二超颖透镜220和第三超颖透镜230之间。d1可以与d2相同，并且n1可以与n2相同。然而，本公开不限于此。
第二透镜200还可以包括阻挡构件280。阻挡构件280的位置不受特别限制，只要能够防止入射到第二透镜200上的光穿过第二超颖透镜220的中心部分即可。阻挡构件280可以阻挡入射到第二透镜200上的光穿过第一超颖透镜210、第二超颖透镜220和第三超颖透镜230的中心部分。布置阻挡构件280的原因在于，如图7所示，在第一超颖透镜210、第二超颖透镜220和第三超颖透镜230的中心处存在屈光力的符号和量急剧改变的奇点，这可能中断连续的消色差光路条件并生成散射光噪声。如图所示，阻挡构件280可以设置在第一超颖透镜210的中心部分。
可以设置第一超颖透镜210、第二超颖透镜220和第三超颖透镜230的相位轮廓，使得第二透镜200具有几乎无色差的正屈光力。
第二透镜200的色差取决于第二透镜200的相位延迟分布(即dФ/dλ)，并且满足相位延迟分布轮廓的特定条件以具有消色差特性。
例如，当第一超颖透镜210和第三超颖透镜230的相位为
Figure BDA0003861159680000122
第二超颖透镜220的相位为
Figure BDA0003861159680000121
并且第二透镜200的相位为Ф(r,λ)时，可以满足以下等式。
[等式3]
Figure BDA0003861159680000131
这里，d＝d1＝d2，ng＝n1＝n2，并且k0＝2π/λ0。λ0表示操作波段的中心波长。
作为上述等式的解，可以获得图7所示的第一超颖透镜210、第二超颖透镜220和第三超颖透镜230的相位延迟轮廓
Figure BDA0003861159680000136
和
Figure BDA0003861159680000137
当第二透镜200的有效直径为D，第二透镜200的焦距为f时，假设最大相位延迟分布Δ(dФ/dλ)如下：
[等式4]
Figure BDA0003861159680000132
第一间隔物250和第二间隔物260的厚度最小值dmin如下。
[等式5]
Figure BDA0003861159680000133
阻挡构件280的最小直径Domin如下。
[等式6]
Figure BDA0003861159680000134
Domin可以表示如下。
[等式7]
Figure BDA0003861159680000135
这里，D表示第二透镜200的有效直径，f表示第二透镜200的焦距，并且θmax表示入射光经由第一超颖透镜210的最大偏转角。
假设θmax为45度，Domin如下：
[等式8]
Figure BDA0003861159680000141
例如，当D＝1cm，f＝5cm并且ng＝1.45时，Domin为0.4mm，并且dmin＝1.2mm。
图8是示出了相对于图6的第二透镜200中的第一超颖透镜造成的各种最大偏转角，间隔物的厚度和焦距之间的关系的曲线图。
该曲线图示出了在假设d1＝d2＝d的情况下，相对于θmax值从1°至15°，厚度d与焦距的关系。由于要实现的最大焦距根据给定的θmax而受到限制，因此可以根据该曲线图设置厚度d的有意义的最小值。
图9是示出了相对于图6的第二透镜200中的第一超颖透镜造成的各种最大偏转角，阻挡构件的直径和焦距之间的关系的曲线图。
该曲线图示出了在假设d1＝d2＝d的情况下，相对于θmax值从1°至15°，阻挡构件的焦距和直径Do的关系。由于要实现的最大焦距根据给定的θmax而受到限制，因此可以根据该曲线图设置直径Do的有意义的最小值。
图10是示出了根据实施例的透视型显示装置中的第二透镜201的另一示例的结构的示意概念图。
在本实施例中，第二透镜201与图6的第二透镜280的不同之处在于阻挡构件280的位置，并且其余配置与图6的第二透镜200基本上相同。如图所示，阻挡构件280可以设置在第二超颖透镜220的中心部分。
第一间隔物250和第二间隔物260的最小厚度dmin以及阻挡构件280的最小直径Domin可以满足上述等式。
如上所述，构成设置在透视型显示装置1000中的第一透镜600(601)和第二透镜200(201)的超颖透镜的每一个(即，例如第一透镜600(601)的第一超颖透镜610(611)、第二超颖透镜620(621)和第三超颖透镜630(631)以及第二透镜200的第一超颖透镜210、第二超颖透镜220和第三超颖透镜230)具有实现特定相位轮廓的结构，并且下面描述其示例结构。
图11是示出了根据实施例的透视型显示装置中的超颖透镜ML的结构的示意平面图。
超颖透镜ML可以包括多个纳米结构NS以显示相对于入射光的特定相位延迟轮廓。纳米结构NS可以设置在支撑层SP上。支撑层SP可以是图3、图5、图6和图10所示的间隔物中的任何一个。纳米结构NS可以具有小于操作波段的中心波长λ0的形状尺寸。纳米结构NS可以具有小于操作波段的最小波长λm的亚波长形状尺寸。操作波段可以是可见光波段。纳米结构NS具有与支撑层SP或其他外围材料的折射率不同的折射率。超颖透镜ML可以根据纳米结构NS的布置实现相对于入射光的各种相位轮廓，并且如上所述，可以用作第一透镜600(601)的第一超颖透镜610(611)、第二超颖透镜620(621)和第三超颖透镜630(631)，以及第二透镜200的第一超颖透镜210、第二超颖透镜220和第三超颖透镜230。
超颖透镜ML可以包括多个相位调制区域Rk，该多个相位调制区域Rk包括根据设定规则确定其形状、尺寸和布置形式的纳米结构NS。尽管为了方便，图11仅作为示例示出了几个纳米结构NS，但纳米结构NS被布置用于相位调制区域Rk中的每一个。
相位调制区域Rk可以布置在限定相位轮廓的特定方向上，并且如图所示，该方向可以是远离超颖透镜ML的中心C的径向方向r。然而，本公开不限于此。
针对超颖透镜ML的每个区域设置的规则应用于纳米结构NS的参数(例如，形状、尺寸(宽度、高度)、间隔、布置形式等)，并且这种规则可以根据旨在将超颖透镜ML作为整体实现的相位轮廓(例如，图4或图7所示的相位轮廓)来设置。
当光在Z方向上入射到超颖透镜ML上并穿过超颖透镜ML时，该光满足根据折射率与外围材料折射率不同的纳米结构NS的布置的折射率分布。在光行进路径上具有相同相位的波前连接点的位置在经历根据纳米结构NS的布置的折射率分布之前和之后是不同的，这被表示为相位延迟。在光刚穿过超颖透镜ML的纳米结构NS之后的位置处，相位延迟的程度根据与光行进方向(Z方向)垂直的表面上的位置(x，y坐标)而不同，并且形成超颖透镜ML的透射相位轮廓。当透射相位轮廓相对于穿过超颖透镜ML的中心C的Z轴具有特定角度的极对称或旋转对称时，相位轮廓可以被表示为距中心C的距离r的函数。可以根据期望的相位轮廓来为每个位置确定纳米结构NS的详细形状、尺寸、布置等。
相位调制区域Rk各自指示特定范围内的相位调制图案。相位调制区域Rk可以包括从超颖透镜ML的中心C沿径向方向r顺序布置的第一区域R1、第二区域R2、……、和第N区域RN。如图所示，第一区域R1可以是圆形的，而第二区域R2至第N区域RN可以是环形的。第一区域R1至第N区域RN是指示特定范围的相位延迟(例如，2π弧度的相位延迟)的区域。尽管上述区域分类未在图4和图7的相位轮廓图的水平轴上指示，但是可以看出，从横轴的中心开始，与其相对应的纵轴的相位范围为2π弧度的区域对应于相同的相位调制区域。
相位调制区域的总数N、每个区域的宽度(W1，Wk，……，WN)和每个区域中的相位轮廓可以是超颖透镜ML性能中的主要变量。
为了使超颖透镜ML用作具有屈光力的透镜，相位调制区域Rk中的每一个的宽度可以被设置为不规则的，例如，被设置为从中心C朝向外围部分减小或增加。彼此相邻的两个相位调制区域Rk和Rk+1是指示相同相位调制范围的区域，并且因为两个相位调制区域Rk和Rk+1在径向方向r上的宽度彼此不同，因此根据径向方向的相位改变的倾斜度彼此不同，并且倾斜度可以在每个区域中改变。因此，当入射光穿过超颖透镜ML的每个位置时，光可以在各个区域之间以及在一个区域内以不同角度偏转。因此，入射光在穿过超颖透镜ML之后受到会聚或发散的屈光力操作的影响。
相位调制区域Rk的数量和宽度的分布与超颖透镜ML的有效直径和屈光力的量(绝对值)有关，并且屈光力的符号可以根据相位调制区域Rk中的规则来确定。例如，随着屈光力增加，可以更多地使用具有更窄宽度的相位调制区域Rk，并且在相位调制区域Rk中的每一个中，可以通过纳米结构NS的尺寸在径向方向上减小的规则的布置(相位减小布置)来实现正屈光力，并且可以通过纳米结构NS的尺寸在径向方向上增加的规则的布置(相位增加布置)来实现负屈光力。
图12和图13是图11的超颖透镜ML沿线AA截取的截面图。
超颖透镜ML可以包括支撑层SP和设置在支撑层SP上的纳米结构NS。包括具有不同于纳米结构NS的折射率的材料在内的外围材料层EN可以形成在纳米结构NS之间。与附图不同，外围材料层EN可以形成在比纳米结构NS更高的高度处，并且覆盖纳米结构NS。纳米结构NS可以布置在如图12所示的单层中、如图13所示的双层中或者三层或更多层的多层中。
支撑层SP的特征在于相对于超颖透镜ML的操作波段的光为透明的，并且可以包括诸如玻璃(熔融石英、BK7等)、石英、聚合物(PMMA、SU-8等)和其他透明塑料之类的材料中的任何一种。
纳米结构NS可以包括与外围材料(例如外围材料层EN、支撑层SP等)具有折射率差的材料。例如，纳米结构NS可以具有高折射率(即，例如，与外围材料的折射率差为0.2或更大)或低折射率(即，例如，与外围材料的折射率差为0.2或更大)。折射率差可以为0.2或更大，或者0.5或更大。
当纳米结构NS包括折射率比外围材料的折射率高的材料时，纳米结构NS可以包括c-Si、p-Si和a-Si III-V化合物半导体(GaAs、GaP、GaN、GaAs等)、SiC、TiO2和SiN中的至少一种，并且低折射率的外围材料可以包括聚合物材料(例如SU-8、PMMA等)、SiO2或SOG。
当纳米结构NS包括折射率比外围材料的折射率低的材料时，纳米结构NS可以包括SiO2或空气，具有高折射率的外围材料可以包括c-Si、p-Si、和a-Si III-V化合物半导体(GaAs、GaP、GaN、GaAs等)、SiC、TiO2和SiN中的至少一种。
纳米结构NS可以具有小于透视型显示装置1000的操作波长(例如，由图像投影仪100形成的图像光的最小波长λm)的形状尺寸。例如，相邻纳米结构NS之间的布置间隔可以是最小波长λm的1/2或更大且2/3或更小。纳米结构NS的高度可以在0.5λm至7λm的范围内。
纳米结构NS可以具有圆柱形状、以及其他各种形状，例如多边形柱、椭圆柱等。
在图11至图13中，可以设置与要包括在设置于根据实施例的透视型显示装置1000中的第一透镜600(601)和第二透镜200(201)中的超颖透镜、以及适合于由每个超颖透镜实现的屈光力而设置的纳米结构的形状和布置相关的公共信息。
图14是示出了根据另一实施例的透视型显示装置1001的结构的示意概念图。
透视型显示装置1001可以包括用于输出图像光L1的图像投影仪100、用于将图像光L1传输到用户视角的波导400、具有负屈光力且被布置为与波导400的第一表面400a(即，光出射表面)相邻的第一透镜600、以及具有正屈光力且被布置为与面向第一表面400a的第二表面400b相邻的第二透镜300。
本实施例的透视型显示装置1001与图1的透视型显示装置1000的不同之处在于：第二透镜300为具有一个弯曲表面的折射透镜，而其他组件基本上相同。
图15是示出了根据另一实施例的透视型显示装置1002的结构的示意概念图。
透视型显示装置1002可以包括用于输出图像光L1的图像投影仪100、用于将图像光L1传输到用户视角的波导400、具有负屈光力且被布置为与波导400的第一表面400a(即，光出射表面)相邻的第一透镜600、以及具有正屈光力且被布置为与面向第一表面400a的第二表面400b相邻的第二透镜300。
透视型显示装置1002与图1的透视型显示装置1000的不同之处在于：还包括布置为与第一透镜600相邻的视觉校正透镜700，而其他组件基本上相同。
视觉校正透镜700可以是相对于透视型显示装置1002(例如，相对于第一透镜600)可拆卸的。视觉校正透镜700可以是上述超颖透镜ML。
视觉校正透镜700可以具有适合于用户视觉的屈光力，并且可以根据用户的选择被组装到第一透镜600。换句话说，本实施例的透视型显示装置1002可以包括图1的透视型显示装置1000以及可以组装到透视型显示装置1000的多种类型的视觉校正透镜700，并且多种类型的视觉校正透镜700中的一种由用户选择并组装到第一透镜600。
上述透视型显示装置可以应用于各种类型的电子设备。上述透视型显示装置可以应用于例如增强现实(AR)设备、多图像显示装置或用于车辆的平视显示装置。
图16是示出了根据实施例的AR设备2000的结构的示意概念图。
AR设备2000可以包括用于提供图像光L1的透视型显示装置1000、和用于控制透视型显示装置1000输出适合于用户观看的环境的附加图像的处理器1510。AR设备2000还可以包括：用于存储要由处理器1510执行的程序的代码、其他数据等的存储器1520，以及用于识别用户环境的传感器1530。
AR设备2000是组合并显示关于真实世界环境的虚拟对象或信息从而进一步增强现实效果的显示装置。例如，在观看者的位置处，与真实世界提供的环境相关的附加信息形成在图像投影仪100上，并提供给观看者。AR显示器可以应用于无处不在的环境或物联网(IoT)环境。
真实世界图像不限于真实环境，并且可以是例如由其他图像装置形成的图像。在这种情况下，AR设备2000可以被称为用于一起显示两个图像的多图像显示装置。
尽管AR设备2000被配置为针对单眼提供的光学系统，但是本公开不限于此，并且AR设备2000可以被实现为针对双眼单独提供的光学系统。
AR设备2000将图像光L1与环境光L2组合，并将组合光传输到观看者的视觉。在这种情况下，透视型显示装置1000可以由处理器1510控制，使得图像光L1包括适合于用户环境的添加信息。例如，传感器1530识别用户环境，并且考虑到识别的结果，可以通过透视型显示装置1000的图像投影仪100形成适合于其的添加信息图像。
尽管设置在AR设备2000中的透视型显示装置1000被示出为图1的透视型显示装置1000，但是本公开不限于此，并且可以采用根据另一实施例的透视型显示装置1001(1002)或从其修改的显示装置。
上述透视型显示装置可以以可穿戴形式来配置。透视型显示装置的所有或一些构成元件可以以可穿戴形式来配置。
图17和图18示出了采用根据实施例的透视型显示装置的各种电子设备的外观。
图17示出了采用根据实施例的透视型显示装置的电子设备(例如，AR设备)的外观。如图17所示，作为眼睛可佩戴设备的透视型显示装置可以应用于眼镜型显示器。然而，本公开不限于此，并且透视型显示装置可以应用于头戴式显示器(HMD)、护目镜型显示器等，并且可以具有类似于直接佩戴在眼球上的隐形眼镜的形式。
图17的眼镜型AR设备2000可以与诸如智能电话之类的电子设备相关联地操作，并且可以提供虚拟现实(VR)、AR或混合现实(MR)。
如图18所示，根据实施例的透视型显示装置可以应用于用于车辆的平视显示器(HUD)2100。
图19是根据实施例的电子设备的框图。
参考图19，在网络环境2200中，电子设备2201可以通过第一网络2298(短距离无线通信网络等)与另一电子设备2202通信，或通过第二网络2299(长距离无线通信网络等)与另一电子设备2204和/或服务器2208通信。电子设备2201可以通过服务器2208与电子设备2204通信。电子设备2201可以包括处理器2220、存储器2230、输入设备2250、音频输出设备2255、显示设备2260、音频模块2270、传感器模块2210、接口2277、触觉模块2279、相机模块2280、电力管理模块2288、电池2289、通信模块2290、用户识别模块2296和/或天线模块2297。在电子设备2201中，可以省略构成元件中的一些，或者可以添加其他构成元件。这些构成元件中的一些可以被实现为一个集成电路。例如，传感器模块2210中的指纹传感器、虹膜传感器、照度传感器等可以通过嵌入显示设备2260(显示器等)中来实现。
处理器2220可以通过执行软件(程序2240等)来控制连接到处理器2220的电子设备2201的一个或多个其他构成元件(硬件或软件构成元件等)，并执行各种数据处理或操作。作为数据处理或操作的一部分，处理器2220可以将从其他构成元件(传感器模块2210、通信模块2290等)接收的命令和/或数据加载到易失性存储器2232中，处理存储在易失性存储器2232中的命令和/或数据，并将所得数据存储在非易失性存储器2234中。处理器2220可以包括主处理器2221(中央处理单元、应用处理器等)和辅处理器2223(图形处理单元、图像信号处理器、传感器集线器处理器、通信处理器等)，其可以独立或一起操作。辅处理器2223可以消耗比主处理器2221少的电力，并且可以执行专用功能。
辅处理器2223可以在主处理器2221处于非活动状态(睡眠状态)时代替主处理器2221，或在主处理器2221处于活动状态(应用执行状态)时与主处理器2221一起，控制与电子设备2201的一些构成元件(显示设备2260、传感器模块2210、通信模块2290等)有关的功能和/或状态。辅处理器2223(图像信号处理器、通信处理器等)可以被实现为在功能上与其他构成元件(相机模块2280、通信模块2290等)有关的一部分。
存储器2230可以存储电子设备2201的构成元件(处理器2220、传感器模块2210等)所需的各种数据。该数据可以包括例如软件(程序2240等)和关于与其有关的命令的输入数据和/或输出数据。存储器2230可以包括易失性存储器2232和/或非易失性存储器2234。
程序2240可以作为软件被存储在存储器2230中，并且可以包括操作系统2242、中间件2244和/或应用2246。
输入设备2250可以从电子设备2201的外部(用户等)接收要在电子设备2201的构成元件(处理器2220等)中使用的命令和/或数据。输入设备2250可以包括麦克风、鼠标、键盘和/或数字笔(手写笔等)。
音频输出设备2255可以向电子设备2201的外部输出音频信号。音频输出设备2255可以包括扬声器和/或听筒。扬声器可以用于诸如多媒体播放或录音播放之类的一般目的，并且听筒可以用于接收来电。听筒可以组合为扬声器的一部分或实现为独立的单独设备。
显示设备2260可以可视地向电子设备2201的外部提供信息。显示设备2260可以包括显示器、全息设备或投影仪、以及用于控制这样的设备的控制电路。显示设备2260可以包括被设置为感测触摸的触摸电路和/或被设置为测量由触摸产生的力的强度的传感器电路(压力传感器等)。显示设备2260可以包括多个显示设备。显示设备2260中的一个可以包括透视型显示装置1000、1001和1002中的任何一种，或包括具有从其修改的结构的透视型显示装置。设置为显示设备2260的一部分的透视型显示装置可以具有与电子设备2201的主体物理地分离的配置，并且可以具有诸如眼镜型装置之类的形状。
音频模块2270可以将声音转换为电信号，或者相反地将电信号转换为声音。音频模块2270可以通过输入设备2250获得声音，或者通过音频输出设备2255和/或以有线或无线方式连接到电子设备2201的另一电子设备(电子设备2202等)的扬声器和/或耳机输出声音。
传感器模块2210可以感测电子设备2201的操作状态(电力、温度等)或外部环境状态(用户状态等)，并且生成与所感测的状态相对应的电信号和/或数据值。传感器模块2210可以包括指纹传感器、加速度传感器、位置传感器、3D传感器等，并且还可以包括虹膜传感器、陀螺仪传感器、大气压力传感器、磁性传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(IR)传感器、生物特征传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。
接口2277可以支持用于以有线或无线方式将电子设备2201连接到另一电子设备(电子设备2202等)的一个或多个指定协议。接口2277可以包括高清晰度多媒体接口(HDMI)、通用串行总线(USB)接口、SD卡接口和/或音频接口。
连接端子2278可以包括用于将电子设备2201物理地连接到另一电子设备(电子设备2202等)的连接器。连接端子2278可以包括HDMI连接器、USB连接器、SD卡连接器和/或音频连接器(耳机连接器等)。
触觉模块2279可以将电信号转换为机械刺激(振动、运动等)或用户可通过触觉或运动感觉感知的电刺激。触觉模块2279可以包括电机、压电器件和/或电刺激器件。
相机模块2280可以捕获静止图像和视频。相机模块2280可以包括：包括一个或多个透镜的透镜组件、图像传感器、图像信号处理器和/或闪光灯。
应用2246可以包括与显示设备2260相关联地执行的一个或多个应用。应用2246可以允许在显示设备2260上显示适合于用户环境的添加信息。例如，相机模块2280可以用作用于识别用户环境的传感器，并且可以根据识别的结果在显示设备2260上显示必要的添加信息。
电力管理模块2288可以管理供应给电子设备2201的电力。电力管理模块2288可以被实现为电力管理集成电路(PMIC)的一部分。
电池2289可以向电子设备2201的构成元件供应电力。电池2289可以包括不可再充电的原电池、可再充电的二次电池和/或燃料电池。
通信模块2290可以在电子设备2201和另一电子设备(电子设备2202、电子设备2204、服务器2208等)之间建立直接(有线)通信信道和/或无线通信信道，并支持通过所建立的通信信道进行通信。通信模块2290可以独立于处理器2220(应用处理器等)操作，并且可以包括支持有线通信和/或无线通信的一个或多个通信处理器。通信模块2290可以包括无线通信模块2292(蜂窝通信模块、短距离无线通信模块、全球导航卫星系统(GNSS)通信模块等)和/或有线通信模块2294(局域网(LAN)通信模块、电力线通信模块等)。在上述通信模块中，对应通信模块可以通过第一网络2298(诸如蓝牙、Wi-Fi直连或红外数据协会(IrDA)之类的短距离通信网络)或第二网络2299(诸如蜂窝网络、互联网或计算机网络(LAN、WAN等)之类的长距离通信网络)与另一电子设备通信。这些各种类型的通信模块可以集成到一个构成元件(单个芯片等)中，或者可以实现为多个分离的构成元件(多个芯片)。无线通信模块2292可以通过使用用户识别模块2296中存储的用户信息(国际移动用户身份(IMSI)等)在通信网络(例如第一网络2298和/或第二网络2299)中验证和认证电子设备2201。
天线模块2297可以向外部(另一电子设备等)发送信号和/或电力，或者从外部接收信号和/或电力。天线可以包括以导电图案形成在基板(印刷电路板(PCB)等)上的发射器。天线模块2297可以包括一个或多个天线。当天线模块2297包括多个天线时，通信模块2290可以从天线中选择用于在通信网络(例如第一网络2298和/或第二网络2299)中使用的通信方法的适当天线。可以通过所选择的天线在通信模块2290和另一电子设备之间发送或接收信号和/或电力。除了天线之外的其他部分(RFIC等)可以被包括为天线模块2297的一部分。
构成元件中的一些可以通过外围设备(总线、通用输入和输出(GPIO)、串行外围接口(SPI)、移动工业处理器接口(MIPI)等)之间的通信方法彼此连接，并且可以彼此交换信号(命令、数据等)。
可以通过与第二网络2299连接的服务器2208在电子设备2201和外部电子设备2204之间发送或接收命令或数据。电子设备2202和2204的类型可以与电子设备2201的类型相同或不同。在电子设备2201中执行的全部或部分操作可以在一个或多个电子设备2202和2204以及服务器2208中执行。例如，当电子设备2201需要执行功能或服务时，电子设备2201可以请求一个或多个电子设备执行整个功能或服务的一部分，而不是自己执行功能或服务。接收到请求的一个或多个电子设备可以执行与请求有关的附加功能或服务，并将执行的结果发送到电子设备2201。为此，可以使用云计算、分布式计算和/或客户端-服务器计算技术。
应当理解的是，本文所述的透视型显示装置和包括透视型显示装置的电子设备应仅被认为是描述性的而不是为了限制的目的。对每个实施例中的特征或方面的描述一般应当被看作可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已参照附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。
上述透视型显示装置可以基于波导和超颖透镜实现几乎无色差的薄光学系统。
上述透视型显示装置具有易于应用于可穿戴设备的结构，并且可以应用于各种电子设备，例如AR设备等。
本领域技术人员将理解，示例性实施例的各种修改将落入如权利要求及其等同物所描述的本公开的范围和精神内。

Claims (20)

1.一种透视型显示装置，包括：
图像投影仪，被配置为输出图像光；
波导，被配置为接收从所述图像投影仪输出的图像光，并将所述图像光传输到用户视角，所述波导包括用于输出所述图像光的第一表面、以及与所述第一表面相对的第二表面；
第一透镜，设置在所述波导的所述第一表面上，所述第一透镜具有负屈光力，并且包括一个或多个超颖透镜；以及
第二透镜，设置在所述波导的所述第二表面上，并且所述第二透镜具有正屈光力。
2.根据权利要求1所述的透视型显示装置，其中，所述第一透镜包括：
第一超颖透镜，设置在所述波导的所述第一表面上，所述第一超颖透镜具有负屈光力；
第二超颖透镜，与所述第一超颖透镜间隔开第一距离，所述第二超颖透镜具有正屈光力；以及
第三超颖透镜，与所述第二超颖透镜间隔开第二距离，所述第三超颖透镜具有负屈光力。
3.根据权利要求2所述的透视型显示装置，其中，所述第一透镜还包括：
第一间隔物，设置在所述第一超颖透镜和所述第二超颖透镜之间，所述第一间隔物具有与所述第一距离相对应的厚度；以及
第二间隔物，设置在所述第二超颖透镜和所述第三超颖透镜之间，所述第二间隔物具有与所述第二距离相对应的厚度。
4.根据权利要求3所述的透视型显示装置，其中，所述第一间隔物和所述第二间隔物具有相同的折射率和相同的厚度。
5.根据权利要求1所述的透视型显示装置，其中，所述第一透镜包括：
第一超颖透镜，设置在所述波导的所述第一表面上，所述第一超颖透镜具有正屈光力；
第二超颖透镜，与所述第一超颖透镜间隔开第一距离，所述第二超颖透镜具有负屈光力；以及
第三超颖透镜，与所述第二超颖透镜间隔开第二距离，所述第三超颖透镜具有正屈光力。
6.根据权利要求1所述的透视型显示装置，其中，所述第二透镜的一个表面是凸折射透镜。
7.根据权利要求1所述的透视型显示装置，其中，所述第二透镜包括一个或多个超颖透镜。
8.根据权利要求7所述的透视型显示装置，其中，所述第二透镜包括：
第一超颖透镜，具有正屈光力；
第二超颖透镜，与所述第一超颖透镜间隔开第一距离，所述第二超颖透镜具有负屈光力；以及
第三超颖透镜，与所述第二超颖透镜间隔开第二距离，所述第三超颖透镜具有正屈光力。
9.根据权利要求8所述的透视型显示装置，其中，所述第二透镜还包括：
第一间隔物，设置在所述第一超颖透镜和所述第二超颖透镜之间，所述第一间隔物具有与所述第一距离相对应的厚度；以及
第二间隔物，设置在所述第二超颖透镜和所述第三超颖透镜之间，所述第二间隔物具有与所述第二距离相对应的厚度。
10.根据权利要求9所述的透视型显示装置，其中，所述第一间隔物和所述第二间隔物具有相同的折射率和相同的厚度。
11.根据权利要求10所述的透视型显示装置，其中，所述第一距离和所述第二距离为dmin或更大，dmin由以下等式表示，其中，f为所述第二透镜的焦距，D为所述第二透镜的有效直径，ng为所述第一间隔物和所述第二间隔物的折射率，并且θmax为所述第一超颖透镜对入射光的最大偏转角：
Figure FDA0003861159670000031
12.根据权利要求10所述的透视型显示装置，其中，所述第二透镜还包括阻挡构件，所述阻挡构件被配置为阻挡入射到所述第二透镜上的光穿过所述第二超颖透镜的中心。
13.根据权利要求12所述的透视型显示装置，其中，所述阻挡构件设置在所述第一超颖透镜的中心部分。
14.根据权利要求12所述的透视型显示装置，其中，所述阻挡构件设置在所述第二超颖透镜的中心部分。
15.根据权利要求14所述的透视型显示装置，其中，所述阻挡构件具有Domin或更大的直径，Domin由以下等式表示，其中，f为所述第二透镜的焦距，D为所述第二透镜的有效直径，ng为所述第一间隔物和所述第二间隔物的折射率，并且θmax为所述第一超颖透镜对入射光的最大偏转角：
Figure FDA0003861159670000041
16.根据权利要求1所述的透视型显示装置，其中，所述第一透镜的负屈光力的绝对值不同于所述第二透镜的正屈光力的绝对值。
17.根据权利要求1所述的透视型显示装置，还包括视觉校正透镜，所述视觉校正透镜可拆卸地与所述第一透镜相邻设置。
18.根据权利要求17所述的透视型显示装置，其中，所述视觉校正透镜包括超颖透镜。
19.一种电子设备，包括：
透视型显示装置；以及
处理器，被配置为控制所述透视型显示装置输出用户观看的附加图像，
其中，所述透视型显示装置包括：
图像投影仪，被配置为输出图像光；
波导，被配置为接收从所述图像投影仪输出的图像光，并将所述图像光传输到用户视角，所述波导包括用于输出所述图像光的第一表面、以及与所述第一表面相对的第二表面；
第一透镜，设置在所述波导的所述第一表面上，所述第一透镜具有负屈光力，并且包括一个或多个超颖透镜；以及
第二透镜，设置在所述波导的所述第二表面上，所述第二透镜具有正屈光力。
20.根据权利要求19所述的电子设备，其中，所述透视型显示装置包括能够佩戴在眼睛上的设备。
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