本公開涉及增強現實技術領域，尤其涉及一種顯示器。

背景技術：

ar(augmentedreality，增強現實)技術可以將虛擬信息應用到真實世界中，以使虛擬的物體和真實的環(huán)境能夠實時地疊加到同一畫面或同一空間中而同時存在。目前，ar技術已經被應用到例如醫(yī)療和軍事訓練、工程設計和原型、遠程操作和遠程呈現、以及個人娛樂系統等多個領域。

以基于ar技術的透視頭戴顯示器為例，其可以將顯示器產生的虛擬圖像與現實場景的真實圖像結合到一起，其融合圖像的期望效果如圖1所示，即虛擬小汽車101可將其背后的真實物理平臺102遮擋起來，從而提供一種真實協調的融合效果。但在現有技術中，透視頭戴顯示器實際產生的融合效果如圖2所示，即虛擬小汽車101并未遮擋住其背后的真實物理場景，這樣不僅影響了虛擬圖像的顯示效果，還影響了虛擬圖像融入真實物理場景的融合效果。

需要說明的是，在上述背景技術部分公開的信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

技術實現要素：

本公開的目的在于提供一種顯示器，進而至少在一定程度上克服由于相關技術的限制和缺陷而導致的一個或者多個問題。

本公開的其他特性和優(yōu)點將通過下面的詳細描述變得顯然，或部分地通過本公開的實踐而習得。

根據本公開的一個方面，提供一種顯示器，包括：

物鏡單元，用于接收外部場景的真實圖像；

微顯示器，用于生成虛擬圖像；

分束器，用于接收所述真實圖像和所述虛擬圖像，并將所述真實圖像和所述虛擬圖像合并以產生組合圖像；

第一偏光器，設于所述物鏡單元與所述分束器之間，用于控制所述真實圖像的光線在進入所述分束器前呈第一偏振態(tài)；

第二偏光器，設于所述微顯示器與所述分束器之間，用于控制所述虛擬圖像的光線在進入所述分束器前呈第二偏振態(tài)；以及，

第三偏光器，設于所述分束器的出射光光路上，所述第三偏光器包括第一偏光區(qū)和第二偏光區(qū)，用于控制自所述分束器出射后的具有不同偏振態(tài)的光線分別對應所述第一偏光區(qū)和所述第二偏光區(qū)出射。

本公開的一種示例性實施例中，所述第一偏光區(qū)位于所述第三偏光器的中心，所述第二偏光區(qū)位于所述第三偏光器的邊緣；

其中，所述第一偏光區(qū)用于控制所述虛擬圖像的光線通過且所述真實圖像的光線截斷，所述第二偏光區(qū)用于控制所述真實圖像的光線通過且所述虛擬圖像的光線截斷。

本公開的一種示例性實施例中，所述微顯示器生成的所述虛擬圖像的光為準直光，且所述第一偏光區(qū)與所述微顯示器呈現的虛擬像的大小一致。

本公開的一種示例性實施例中，所述外部場景的真實圖像經過所述物鏡單元后的成像位置至所述分束器的距離與所述微顯示器至所述分束器的距離相等。

本公開的一種示例性實施例中，所述第一偏光器為第一線偏光片，所述第二偏光器為第二線偏光片，所述第三偏光器為第三線偏光片；

其中，所述第三線偏光片的第一偏光區(qū)和第二偏光區(qū)的透過軸相互垂直，所述第一線偏光片的透過軸與所述第三線偏光片的第二偏光區(qū)的透過軸相互平行，所述第二線偏光片的透過軸與所述第三線偏光片的第一偏光區(qū)的透過軸相互平行。

本公開的一種示例性實施例中，所述真實圖像的光線自所述分束器出射后呈所述第一偏振態(tài)，所述虛擬圖像的光線自所述分束器出射后呈所述第二偏振態(tài)。

本公開的一種示例性實施例中，所述第一偏光器包括第一線偏光片和λ/4波長相位延遲片，所述第二偏光器包括第二線偏光片和λ/4波長相位延遲片，所述第三偏光器包括第三線偏光片和λ/4波長相位延遲片；

其中，所述第三線偏光片的第一偏光區(qū)和第二偏光區(qū)的透過軸相同且分別與所述λ/4波長相位延遲片的光軸呈π/4夾角和3π/4夾角，所述第一線偏光片的透過軸與所述λ/4波長相位延遲片的光軸以及所述第二線偏光片的透過軸與所述λ/4波長相位延遲片的光軸均呈π/4夾角或者均呈3π/4夾角。

本公開的一種示例性實施例中，所述真實圖像的光線自所述分束器出射后呈第三偏振態(tài)，所述虛擬圖像的光線自所述分束器出射后呈所述第二偏振態(tài)；

其中，所述第一偏振態(tài)和所述第二偏振態(tài)均為左旋偏振態(tài)，所述第三偏振態(tài)為右旋偏振態(tài)；

或者，所述第一偏振態(tài)和所述第二偏振態(tài)均為右旋偏振態(tài)，所述第三偏振態(tài)為左旋偏振態(tài)。

本公開的一種示例性實施例中，所述顯示器還包括：

目鏡單元，設于所述第三偏光器與所述顯示器的出瞳位置之間，用于放大所述組合圖像。

本公開的一種示例性實施例中，所述顯示器還包括：

第一反射器，設于所述物鏡單元的入射光光路上，用于接收所述外部場景的入射光以反射至所述物鏡單元；

第二反射器，設于所述物鏡單元與所述分束器之間，用于接收所述物鏡單元的出射光以反射至所述分束器；

第三反射器，設于所述目鏡單元的出射光光路上，用于接收所述目鏡單元的出射光以反射至所述顯示器的出瞳位置。

本公開示例性實施方式所提供的顯示器，通過第一偏光器使得真實圖像的光線具有第一偏振態(tài)，通過第二偏光器使得虛擬圖像的光線具有第二偏振態(tài)，二者經過分束器合并而產生組合圖像后，自分束器出射的真實圖像的光線與虛擬圖像的光線會呈現出兩種不同的偏振態(tài)，且該兩種不同偏振態(tài)的偏振光只能分別對應第三偏光器的不同偏光區(qū)出射，即每個偏光區(qū)只會對應出射一種圖像的光線。這樣一來，在虛擬圖像的光線出射區(qū)域不會看到真實圖像，且在真實圖像的光線出射區(qū)域也不會看到虛擬圖像，其效果相當于虛擬圖像遮擋住了對應位置處的真實圖像，從而不僅可以獲得良好的虛擬圖像顯示效果，同時還可為用戶提供一種真實的圖像融合效果。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本公開的實施例，并與說明書一起用于解釋本公開的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本公開的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1示意性示出頭戴顯示器期望產生的融合圖像效果圖；

圖2示意性示出頭戴顯示器實際產生的融合圖像效果圖；

圖3示意性示出本公開實施例中頭戴顯示器的結構原理圖一；

圖4示意性示出本公開實施例中第三偏光器的平面結構示意圖；

圖5示意性示出本公開實施例中頭戴顯示器的結構原理圖二；

圖6示意性示出本公開實施例中第一至第三圓偏光器的剖面結構示意圖。

附圖標記：

101-虛擬小汽車；102-真實物理平臺；301-物鏡單元；302-微顯示器；303-分束器；304-目鏡單元；305-第一偏光器；306-第二偏光器；307-第三偏光器；308-第一反射器；309-第二反射器；310-第三反射器；401-第一偏光區(qū)；402-第二偏光區(qū)；501-線偏光片；502-1/4波長相位延遲片。

具體實施方式

現在將參考附圖更全面地描述示例實施例。然而，示例實施例能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的范例；相反，提供這些實施例使得本公開將更加全面和完整，并將示例實施例的構思全面地傳達給本領域的技術人員。所描述的特征、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施例中。在下面的描述中，提供許多具體細節(jié)從而給出對本公開的實施例的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本公開的技術方案而省略所述特定細節(jié)中的一個或更多，或者可以采用其它的方法、組元、裝置、步驟等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知技術方案以避免使本公開的各方面變得模糊。

此外，附圖僅為本公開的示意性圖解，并非一定是按比例繪制。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的部分，因而將省略對它們的重復描述。附圖中所示的一些方框圖是功能實體，不一定必須與物理或邏輯上獨立的實體相對應?？梢圆捎密浖问絹韺崿F這些功能實體，或在一個或多個硬件模塊或集成電路中實現這些功能實體，或在不同網絡和/或處理器裝置和/或微控制器裝置中實現這些功能實體。

本示例實施方式提供了一種顯示器，該顯示器可以是光學透視頭戴顯示器，用于實現虛擬圖像和真實圖像的融合。但容易理解的是，在本公開的其他示例性實施例中，該顯示器也可以表現為其他形式，如耳掛形式等，即本公開對于顯示器的最終表現形式不做特殊限定。如圖3所示，所述光學透視頭戴顯示器可以包括：

物鏡單元301，用于接收外部場景的真實圖像；

微顯示器302，用于生成虛擬圖像；

分束器303，用于接收真實圖像和虛擬圖像并將二者合并以產生組合圖像；

目鏡單元304，用于放大組合圖像；

第一偏光器305，設于物鏡單元301與分束器303之間，用于控制真實圖像的光線在進入分束器303前呈第一偏振態(tài)；

第二偏光器306，設于微顯示器302與分束器303之間，用于控制虛擬圖像的光線在進入分束器303前呈第二偏振態(tài)；

第三偏光器307，設于分束器303的出射光光路上例如分束器303與目鏡單元304之間，如圖4所示，該第三偏光器307可以包括第一偏光區(qū)401和第二偏光區(qū)402，用于控制自分束器303出射后的具有不同偏振態(tài)的光線分別對應第一偏光區(qū)401和第二偏光區(qū)402出射。

其中，所述外部場景的真實圖像的光線傳播路徑為經由物鏡單元301、第一偏光器305、分束器303、第三偏光器307、以及目鏡單元304而到達所述頭戴顯示器的出瞳位置；所述虛擬圖像的光線傳播路徑為經由第二偏光器306、分束器303、第三偏光器307、以及目鏡單元304而到達所述頭戴顯示器的出瞳位置。

需要說明的是：所述真實圖像的光線和所述虛擬圖像的光線在進入分束器303之前分別呈第一偏振態(tài)和第二偏振態(tài)，該兩個偏振態(tài)可以為相同的偏振態(tài)或者為不同的偏振態(tài)，本示例實施方式對此不作限定，只需保證所述真實圖像的光線和所述虛擬圖像的光線在自分束器303出射后具有不同的偏振態(tài)即可。

本公開示例性實施方式所提供的光學透視頭戴顯示器，通過第一偏光器305使得真實圖像的光線具有第一偏振態(tài)，通過第二偏光器306使得虛擬圖像的光線具有第二偏振態(tài)，二者經過分束器303合并而產生組合圖像后，自分束器303出射的真實圖像的光線與虛擬圖像的光線會呈現出兩種不同的偏振態(tài)，且該兩種不同偏振態(tài)的偏振光只能分別對應第三偏光器307的不同偏光區(qū)出射，即每個偏光區(qū)只會對應出射一種圖像的光線。這樣一來，在虛擬圖像的光線出射區(qū)域不會看到真實圖像，且在真實圖像的光線出射區(qū)域也不會看到虛擬圖像，其效果相當于虛擬圖像遮擋住了對應位置處的真實圖像，從而不僅可以獲得良好的虛擬圖像顯示效果，同時還可為用戶提供一種真實的圖像融合效果。

基于上述描述，為了確保虛擬圖像遮擋真實圖像的效果，可將第一偏光區(qū)401設于第三偏光器307的中心，將第二偏光區(qū)402設于第三偏光器307的邊緣；其中，第一偏光區(qū)401可以用于控制虛擬圖像的光線通過且真實圖像的光線截斷，第二偏光區(qū)402可以用于控制真實圖像的光線通過且虛擬圖像的光線截斷。

這樣一來，對應第一偏光區(qū)401位置出射的圖像只是虛擬圖像，對應第二偏光區(qū)402出射的圖像只是真實圖像，則其融合效果即為虛擬圖像遮擋住了其背后的真實圖像，例如圖1所示的虛擬小汽車101遮擋住了其背后的真實物理平臺102。

考慮到圖像融合之后的比例，所述微顯示器302生成的虛擬圖像的光可以為準直光，且第一偏光區(qū)401可與微顯示器302呈現的虛擬像的大小一致。其中，所述微顯示器302可以是采用準直光源作為背光源的液晶顯示器、或者是可發(fā)射準直光的有機發(fā)光二極管顯示器、又或者是可發(fā)射準直光的等離子體顯示器pdp等。本實施例對于微顯示器302的具體類型不做限定。

優(yōu)選的，為了保證外部場景的真實圖像與微顯示器302生成的虛擬圖像能夠同時進入分束器303以實現圖像的融合，可使外部場景的真實圖像經過物鏡單元301后的成像位置到分束器303的距離與微顯示器302至分束器303的距離相等。

在本示例實施方式中，所述真實圖像的光線傳播路徑以及所述虛擬圖像的光線傳播路徑可以通過由多個反射器件構成的光路控制模塊進行控制。具體而言，參考圖3所示，所述光路控制模塊可以包括：

第一反射器308，設于物鏡單元301的入射光光路上例如外部場景進入該頭戴顯示器的入瞳位置與物鏡單元301之間，用于接收外部場景的入射光以反射至物鏡單元301；

第二反射器309，設于物鏡單元301與分束器303之間，用于接收物鏡單元301的出射光以反射至分束器303；

第三反射器310，設于目鏡單元304的出射光光路上例如目鏡單元304與該頭戴顯示器的出瞳位置之間，用于接收目鏡單元304的出射光以反射至頭戴顯示器的出瞳位置即人眼所處的觀看位置。

其中，所述第一至第三反射器例如可以為平面反射鏡，其設置角度可以與入射至反射面上的光線呈π/4夾角，從而可將入射光線的傳播方向改變π/2。

需要說明的是：該光路控制模塊可以不止包括上述的三個反射器，且該三個反射器的設置角度也不限于此。在本實施例中，只要能夠利用反射器形成真實圖像的光線傳播路徑以及虛擬圖像的光線傳播路徑即可，至于反射器的具體數量以及設置角度不做特殊限定。但需注意的是，由于本公開技術方案的實現是基于不同偏振態(tài)的光線自第三偏光器307的不同偏光區(qū)出射，因此無論所述反射器如何設置，均應以不改變入射至第三偏光器307的兩種偏振光的偏振態(tài)為基準。

下面結合附圖以兩個具體的實施例對所述光學透視頭戴顯示器的工作原理進行說明。

在實施例一中，如圖3所示，第一偏光器305、第二偏光器306、以及第三偏光器307分別為第一至第三線偏光片，且第三線偏光片的第一偏光區(qū)401和第二偏光區(qū)402的透過軸相互垂直；其中，第一線偏光片的透過軸與第三線偏光片的第二偏光區(qū)402的透過軸相互平行，第二線偏光片的透過軸與第三線偏光片的第一偏光區(qū)401的透過軸相互平行。

基于此，來自于外部場景的真實圖像的光線首先進入該頭戴顯示器，并經過第一反射器308的反射后通過物鏡單元301，自物鏡單元301出射的光線經過第二反射器309反射后成像于第一線偏光片與分束器303之間，且由于該光線經過了第一線偏光片，因此來自于外部場景的自然光會轉變?yōu)榫哂械谝黄駪B(tài)的第一線偏振光，其偏振方向例如可以垂直于紙面方向；與此同時，來自于微顯示器302的虛擬圖像的光線經過第二線偏光片會轉變?yōu)榫哂械诙駪B(tài)的第二線偏振光，其偏振方向例如可以平行于紙面且呈水平方向；這樣一來，真實圖像的光線和虛擬圖像的光線在進入分束器303之前便會成為偏振方向相互垂直的兩束線偏振光。

在此基礎上，由于外部場景的真實圖像的成像位置到分束器303的距離與微顯示器302到分束器303的距離相等，因此真實圖像與虛擬圖像可以同時進入到分束器303內部以進行圖像的融合，且經過分束器303的兩束線偏振光的偏振狀態(tài)不發(fā)生變化，即真實圖像的光線自分束器303出射后仍呈第一偏振態(tài)，虛擬圖像的光線自分束器303出射后也仍呈第二偏振態(tài)，其所產生的組合圖像在通過第三偏光器307時分區(qū)通過，即虛擬圖像的偏振光對應第一偏光區(qū)401出射，真實圖像的偏振光對應第二偏光區(qū)402出射，由此便可使第一偏光區(qū)401僅出射虛擬圖像的光線，而第二偏光區(qū)402僅出射真實圖像的光線，從而達到虛擬圖像遮擋其背后真實圖像的效果。

進一步的，經過虛實融合的組合圖像在經過目鏡單元304時可以實現組合圖像的放大，該放大圖像經過第三反射器310反射后便會進入人眼，以將組合圖像呈現給用戶。

在實施例二中，如圖5和圖6所示，第一偏光器305、第二偏光器306、以及第三偏光器307分別為第一至第三圓偏光器，即分別由線偏光片501與λ/4波長相位延遲片502組成，第三線偏光片的第一偏光區(qū)401和第二偏光區(qū)402的透過軸相同且分別與λ/4波長相位延遲片502的光軸呈π/4夾角和3π/4夾角；其中，第一線偏光片的透過軸與λ/4波長相位延遲片502的光軸以及第二線偏光片的透過軸與λ/4波長相位延遲片502的光軸均呈π/4夾角或者均呈3π/4夾角。

基于此，來自于外部場景的真實圖像的光線首先進入該頭戴顯示器，并經過第一反射器308的反射后通過物鏡單元301，自物鏡單元301出射的光線經過第二反射器309反射后成像于第一圓偏光器與分束器303之間，且由于該光線經過了第一圓偏光器，因此來自于外部場景的自然光會轉變?yōu)榫哂械谝黄駪B(tài)的第一圓偏振光例如左旋偏振光；與此同時，來自于微顯示器302的虛擬圖像的光線經過第二圓偏光器會轉變?yōu)榫哂械诙駪B(tài)的第二圓偏振光例如左旋偏振光；這樣一來，真實圖像的光線和虛擬圖像的光線在進入分束器303之前便會成為偏振方向相同的兩束圓偏振光。

在此基礎上，由于外部場景的真實圖像的成像位置到分束器303的距離與微顯示器302到分束器303的距離相等，因此真實圖像與虛擬圖像可以同時進入到分束器303內部以進行圖像的融合，且自分束器303出射后第一圓偏振光的偏振狀態(tài)會發(fā)生變化例如成為具有第三偏振態(tài)的右旋偏振光，第二圓偏振光的偏振狀態(tài)不發(fā)生變化例如仍為具有第二偏振態(tài)的左旋偏振光，其所產生的組合圖像在通過第三偏光器307時分區(qū)通過，即虛擬圖像的偏振光對應第一偏光區(qū)401出射，真實圖像的偏振光對應第二偏光區(qū)402出射，由此便可使第一偏光區(qū)401僅出射虛擬圖像的光線，而第二偏光區(qū)402僅出射真實圖像的光線，從而達到虛擬圖像遮擋其背后真實圖像的效果。

進一步的，經過虛實融合的組合圖像在經過目鏡單元304時可以實現組合圖像的放大，該放大圖像經過第三反射器310反射后便會進入人眼，以將組合圖像呈現給用戶。

需要說明的是：本實施例是以第一偏振態(tài)和第二偏振態(tài)為左旋偏振態(tài)、第三偏振態(tài)為右旋偏振態(tài)為例進行說明的，但實際也可以是第一偏振態(tài)和第二偏振態(tài)為右旋偏振態(tài)、第三偏振態(tài)為左旋偏振態(tài)。

此外，在形成圓偏振光時，線偏光片的透過軸與λ/4波長相位延遲片的光軸之間的關系也不限于上述情況，只要可使真實圖像的光線和虛擬圖像的光線在入射分束器303之前具有相同的偏振態(tài)，以及可使自分束器303出射的具有不同偏振態(tài)的兩束光線分區(qū)通過即可，其它不做具體限定。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本公開的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本公開的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本公開的一般性原理并包括本公開未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本公開的真正范圍和精神由所附的權利要求指出。

應當理解的是，本公開并不局限于上面已經描述并在附圖中示出的精確結構，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本公開的范圍僅由所附的權利要求來限制。