CN111308715B - 显示设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种显示设备，该显示设备包括：光学成像装置，包括被配置为光路对准的图像源元件，分光元件和反射元件；以及吸收元件，该吸收元件的形状以及在显示设备中的布置位置使得吸收元件吸收待显示场景下的非成像光线，且不遮挡用于生成待显示场景的显示图像的成像光线。在该显示设备中，吸收元件对待显示场景下的非成像光线进行吸收，减少显示设备中的非成像光线，进而降低非成像光线对待显示场景的影响，提高待显示场景的显示图像的显示质量。

Description

显示设备
技术领域
本公开涉及光学工程技术领域，具体地，涉及一种显示设备。
背景技术
VR(Virtual Reality，虚拟现实)和AR(Augmented Reality，增强现实)是应用较广泛的技术，目前已应用于教育、医疗和设计等多个领域中。VR是基于计算机、电子信息以及仿真技术等于一体，其实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。AR是将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的增强。
VR设备和AR设备都是由若干个光学元件组成的，这些光学元件通过一定的组合方式进行组装以实现光学成像。
发明内容
鉴于上述，本公开提供了一种显示设备。该显示设备包括：光学成像装置，包括被配置为光路对准的图像源元件、分光元件和反射元件；以及吸收元件，该吸收元件的形状以及在显示设备中的布置位置使得所述吸收元件吸收待显示场景下的非成像光线，且不遮挡用于生成待显示场景的显示图像的成像光线。在该显示设备中，吸收元件对待显示场景下的非成像光线进行吸收，减少显示设备中的非成像光线，进而降低非成像光线对待显示场景的影响，提高待显示场景的显示图像的显示质量。
根据本公开的一个方面，提供了一种显示设备，包括：光学成像装置，包括被配置为光路对准的图像源元件，分光元件和反射元件；以及吸收元件，所述吸收元件的形状以及在所述显示设备中的布置位置使得所述吸收元件吸收待显示场景下的非成像光线，且不遮挡用于生成所述待显示场景的显示图像的成像光线。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述吸收元件包括第一吸收元件，所述第一吸收元件附接在所述图像源元件的靠近人眼位置的边缘部分并朝向所述分光元件延伸，其中，所述人眼位置和所述反射元件分别位于所述分光元件两侧，且所述反射元件能够将成像光线反射至所述人眼位置。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述第一吸收元件与所述分光元件表面附接，并且在所述分光元件上的表面附接区域与所述成像光线在所述分光元件的覆盖区域不重叠。
可选地，在上述方面的一个示例中，表面附接区域的外缘与覆盖区域的外缘至少部分重合，其中，所述表面附接区域是所述第一吸收元件与所述分光元件表面附接的区域，所述覆盖区域是所述成像光线覆盖在所述分光元件表面的区域。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述第一吸收元件的靠近所述分光元件一侧的表面与所述分光元件的表面平行，所述第一吸收元件的靠近所述图像源元件一侧的表面与所述图像源元件的表面平行。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述第一吸收元件不与所述分光元件表面附接，以使得所述第一吸收元件能够吸收边缘非成像光线，其中，所述边缘非成像光线是所述图像源元件中生成图像的远离所述人眼位置的边缘发出的投射至所述人眼位置的非成像光线。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述第一吸收元件的靠近所述分光元件一侧的吸收层边缘遮挡所述边缘非成像光线，并且所述第一吸收元件的靠近所述图像源元件一侧的表面不遮挡所述成像光线。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述吸收元件还包括第二吸收元件，所述第二吸收元件附接在所述图像源元件的远离人眼位置的边缘部分上并朝向所述分光元件延伸。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述第二吸收元件的靠近所述分光元件一侧的吸收层边缘与相交位置相邻接触但不重合，所述相交位置是所述图像源元件发出的成像光线中远离所述人眼位置的边缘成像光线与真实场景的边缘成像光线相交得到的，所述第二吸收元件不遮挡针对真实场景的成像光线。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述第二吸收元件的靠近针对真实场景的成像光线区域一侧的表面与所述真实场景下的边缘成像光线平行。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述第二吸收元件的吸收层表面与所述图像源元件发出的离所述第二吸收元件最近的边缘成像光线平行。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述显示设备是增强现实显示设备，所述待显示场景的显示图像包括虚拟场景图像和真实场景图像。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述吸收元件包括基底层和吸收层，所述吸收层的表面被设置为朝向所述图像源元件发出的光线。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述吸收层被形成为平面结构或者凹陷结构。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述吸收层被形成为微结构阵列分布，微结构阵列中的相邻两个微结构中形成凹陷。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述微结构阵列中的微结构包括三角形、平行四边形、梯形以及矩形中的至少一种结构。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述吸收层的平面结构或凹陷结构表面具有吸收涂层。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述吸收涂层的吸收波段包括所述图像源元件的发光波段和/或整个可见光波段。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述图像源元件包括像差校正器，所述像差校正器用于对所述图像源元件发出的成像光线的像差进行校正处理并将校正后的成像光线发射至所述分光元件。
可选地，在上述方面的一个示例中，各个吸收元件的靠近所述分光元件的边缘与所述图像源元件的距离被设置为1mm至90mm范围内的一个长度，各个吸收元件与水平面形成的朝向成像光线的夹角被设置为50°至120°范围内的一个角度。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述光学成像装置还包括贴合或靠近所述图像源元件的朝向所述分光元件一侧的圆偏光片，所述分光元件包括偏振片和贴合在所述偏振片朝向所述反射元件一侧的波片，所述反射元件包括半反半透元件，其中，所述图像源元件发出的虚拟场景图像的成像光线经过所述圆偏光片透射至所述分光元件，经所述分光元件反射至所述半反半透元件，所述半反半透元件反射虚拟场景图像的成像光线并经过所述分光元件透射至人眼位置，真实场景图像的成像光线依次透射所述半反半透元件和所述分光元件透射至人眼位置。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述光学成像装置还包括贴合或靠近所述图像源元件的朝向所述分光元件一侧的第一偏振片，所述分光元件包括半反半透元件，所述反射元件包括第二偏振片，其中，所述图像源元件发出的虚拟场景图像的成像光线经过所述第一偏振片透射至所述半反半透元件，经所述半反半透元件反射至所述第二偏振片，所述第二偏振片反射虚拟场景图像的成像光线并经过所述半反半透元件透射至人眼位置，真实场景图像的成像光线依次透射所述第二偏振片和所述半反半透元件至人眼位置。
可选地，在上述方面的一个示例中，所述图像源元件、所述分光元件以及所述反射元件组成复合空导结构；或者，所述图像源元件、所述分光元件以及所述反射元件构成自由曲面棱镜系统。
附图说明
通过参照下面的附图，可以实现对于本公开内容的本质和优点的进一步理解。在附图中，类似组件或特征可以具有相同的附图标记。附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开的实施例，但并不构成对本公开的实施例的限制。在附图中：
图1示出了由多个光学元件组装的AR设备的一个示例的示意图；
图2示出了本公开的实施例的显示设备的一个示例的示意图；
图3示出了本公开的实施例的图像源元件的图像投射区域为圆形的一个示例的示意图；
图4示出了本公开的实施例的图像源元件的图像投射区域为长方形的一个示例的示意图；
图5示出了本公开的实施例的显示设备的另一个示例的示意图；
图6示出了本公开的实施例的显示设备中的非成像光线的一个示例的示意图；
图7示出了本公开的实施例的吸收元件的吸收层为平面结构的一个示例的示意图；
图8示出了本公开的实施例的吸收元件的吸收层为凹形结构的一个示例的示意图；
图9示出了本公开的实施例的被形成为微结构阵列分布的吸收层的微结构的一个示例的示意图；
图10示出了本公开的实施例的显示设备中第一吸收元件的一个示例的示意图；
图11示出了本公开的实施例的显示设备中第一吸收元件的另一个示例的示意图；
图12示出了本公开的实施例的第一吸收元件在分光元件上的表面附接区域的外缘与成像光线在分光元件的覆盖区域的外缘至少部分重合的一个示例的示意图；
图13示出了本公开的实施例的显示设备中第一吸收元件的另一个示例的示意图；
图14示出了本公开的实施例的显示设备中第一吸收元件的另一个示例的示意图；
图15示出了本公开的实施例的第一吸收元件的高度和夹角的一个示例的示意图；
图16示出了本公开的实施例的显示设备中第一吸收元件的另一个示例的示意图；
图17示出了本公开的实施例的显示设备中第二吸收元件的一个示例的示意图；
图18示出了本公开的实施例的显示设备中第二吸收元件的另一个示例的示意图；
图19示出了本公开的实施例的显示设备中第二吸收元件的另一个示例的示意图；
图20示出了本公开的实施例的显示设备中第二吸收元件的另一个示例的示意图；
图21示出了本公开的实施例的显示设备包括第一吸收元件和第二吸收元件的一个示例的示意图；和
图22示出了本公开的实施例的包括相差校正器的显示设备的一个示例的示意图。
具体实施方式
以下将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其它例子中也可以进行组合。
如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。
VR和AR是应用较广泛的技术，目前已应用于教育、医疗和设计等多个领域中。VR是基于计算机、电子信息以及仿真技术等于一体，其实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。AR是将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的增强。
VR设备和AR设备都是由若干个光学元件组成的，这些光学元件通过一定的组合方式进行组装以实现光学成像。图1示出了由多个光学元件组装的AR设备的一个示例的示意图。如图1所示，AR设备100包括图像源元件110、分光元件120以及反射元件130。AR设备100处理的成像光线包括针对图像源元件110发出的成像光线和真实场景下的成像光线。
针对图像源元件110发出的成像光线(例如图1中实线所表示的光线)，图像源元件110发出的成像光线经过分光元件120反射至反射元件130，然后该成像光线经由反射元件130反射至分光元件120，再由分光元件120透射至人眼140，这样人眼就能看见图像源元件投射的图像。
针对真实场景下的成像光线(例如图1中虚线所表示的光线)，该成像光线经由反射元件130透射至分光元件120，再由分光元件120透射至人眼140，这样人眼140可以看到相应的真实场景。
然而，图像源元件110发出的光线除了成像光线以外，还包括非成像光线(又称为杂散光)，非成像光线是偏离成像光路以外的非期望的光线。非成像光线会影响成像图像的显示质量，并且非成像光线越多，导致成像图像的显示质量越差。因此，如何消除非成像光线是针对由光学元件组装成的光学设备的亟待解决的问题。
为了解决上述问题，本公开提供了一种显示设备。该显示设备包括：光学成像装置，包括被配置为光路对准的图像源元件、分光元件和反射元件；以及吸收元件，该吸收元件的形状以及在显示设备中的布置位置使得所述吸收元件吸收待显示场景下的非成像光线，且不遮挡用于生成待显示场景的显示图像的成像光线。在该显示设备中，吸收元件对待显示场景下的非成像光线进行吸收，减少显示设备中的非成像光线，进而降低非成像光线对待显示场景的影响，提高待显示场景的显示图像的显示质量。
下面将结合附图来详细描述根据本公开的显示设备。
图2示出了本公开的实施例的显示设备的一个示例的示意图。需要说明的是，显示设备是立体结构，图2所示的示意图是一个视角的平面示意图。例如，显示设备以三维坐标(比如xyz坐标系)作为参考系，则图2所示的示意图以yz坐标系作为参考系。在本说明书实施例中，显示设备可以是头戴式的，还可以是非头戴式等其他形式的。
如图2所示，显示设备可以包括光学成像装置，该光学成像装置包括被配置为光路对准的图像源元件110、分光元件120和反射元件130。光路对准是将多个光学元件组合成一个系统以使得光线按照设定路线传播进而实现既定功能。在本说明书实施例中，经过光路对准的图像源元件110、分光元件120和反射元件130可以相互配合将显示图像的成像光线投射至人眼140，进而使得人眼140能够看见被投射的显示图像。
以图2为例，图2所示的实线表示图像源元件110发出的成像光线：2001成像光线和2002成像光线，图像源元件110发出的2001成像光线和2002成像光线经过分光元件120反射至反射元件130，然后该2001成像光线和2002成像光线经由反射元件130反射至分光元件120，再由分光元件120透射至人眼140。
在一个示例中，图像源元件110、分光元件120以及反射元件130组成复合空导结构，组成复合空导结构的各个光学元件之间是中空的，各个光学元件之间传播光线的介质是空气，复合空导结构包括birdbath结构。在复合空导结构中，图像源元件110发出光线并投射至分光元件120，分光元件120将一部分光线反射至反射元件130，反射元件130再将光线进行反射，并经由分光元件120透射至人眼位置；环境光线依次透射反射元件130和分光元件120至人眼位置。在另一个示例中，图像源元件110、分光元件120以及反射元件130构成自由曲面棱镜系统。自由曲面棱镜系统的各个光学元件之间传播光线的介质是光学元件本身的材质，其光路走向与复合空导结构类似。
图像源元件110可以用于生成显示图像，该光学成像装置被配置为将显示图像投射至人眼140，以使得佩戴显示设备的用户能够看到显示图像。为了使得显示图像能够完整的呈现给人眼140，显示图像的边缘光线也能够投射至人眼140。
如图2所示，图像源元件110中的P1和P2表示图像投射区域的边缘，图像投射区域用来生成并投射显示图像，图像投射区域的边缘是显示图像的一部分。因此，该边缘发出的成像光线也被投射至人眼104。P1位置是最边缘的位置，P1位置发出的成像光线是2001成像光线，P2也是最边缘的位置，P2位置发出的成像光线是2002成像光线，2001成像光线与2002成像光线之间的光线是成像光线。
图像源元件110的图像投射区域可以是指定的形状，比如，图像投射区域可以是长方形、正方形以及圆形等形状中的一种。以图3为例，图3示出了本公开的实施例的图像源元件110的图像投射区域为圆形的一个示例的示意图。如图3所示，图像源元件110的图像投射区域为圆形，该圆形区域内可以生成圆形的显示图像，此时，P1位置是圆形区域内离人眼140最近的边缘点，P2位置是圆形区域内离人眼140最远的边缘点。
以图4为例，图4示出了本公开的实施例的图像源元件110的图像投射区域为长方形的一个示例的示意图。如图4所示，图像源元件110的图像投射区域为长方形，该长方形区域内可以生成长方形的显示图像，此时，P1位置是离人眼140最近的一侧边(图中粗实线所示)上的边缘位置，P2位置是离人眼140最远的一侧边(图中粗实线所示)上的边缘位置。下面以图像源元件110的图像投射区域是长方形为例进行介绍。
在一个示例中，图像投射区域的边缘发出的成像光线是边缘成像光线，图像源元件110发出的成像光线中的边缘成像光线可以是设置的，比如，2001成像光线和2002成像光线是可以设置的。例如，在人眼140位置处设置一个指定长度的孔，通过该孔并投射至人眼140的光线是成像光线，合理设置该指定长度以使2001成像光线和2002成像光线从该孔的边缘投射至人眼140，这样2001成像光线和2002成像光线成为边缘成像光线。
在另一个示例中，图像源元件110发出的成像光线在分光元件120上的反射点、在反射元件130上的反射点、在分光元件120上的透射点以及到达人眼140的入射点中存在至少一个点属于元件或人眼视野范围的边缘位置，则可以确定该成像光线是边缘成像光线。以图2为例，2001成像光线在分光元件120上的反射点是点B，在反射元件130上的反射点是点C，在分光元件120上的透射点是点D，以及到达人眼140的入射点是点E，当点B和/或点D在分光元件120的边缘位置，点C在反射元件130的边缘位置，和/或点E在人眼140的视野范围的边缘位置时，可以确定2001成像光线是边缘成像光线。
在本公开实施例中，显示设备可以是虚拟现实设备、增强现实设备等中的一种设备。虚拟现实设备可以参考上述图2对应的描述，增强现实设备可以以图5为例。图5示出了本公开的实施例的显示设备的另一个示例的示意图，如图5所示，人眼140除了可以接收图像源元件110投射的显示图像以外，还可以接收真实场景的成像光线，这些真实场景的成像光线可以将真实场景呈现给人眼140。这样，人眼140能同时看到由显示图像形成的虚拟场景以及真实场景，这样达到了增强现实的作用。
真实场景的成像光线包括边缘成像光线，边缘成像光线用于限定呈现给人眼140的真实场景的范围。如图5所示，真实场景的边缘成像光线是5001成像光线和5002成像光线，5001成像光线和5002成像光线之间的部分即为呈现给人眼140的真实场景。在一个示例中，真实场景的边缘成像光线可以是设置的，比如，使用显示设备的外壳可以限制真实场景的可视范围，5001成像光线和5002成像光线分别是该可视范围的最上边缘成像光线和最下边缘成像光线。
图像源元件110发出的光线中除了成像光线以外，还包括有非成像光线，非成像光线是偏离成像光路以外的非期望的光线。在一个示例中，图像源元件110发出的成像光线都按照分光元件120、反射元件130和分光元件120的顺序投射至人眼140。在本公开中，图像源元件110发出的光线中未按照该顺序投射至人眼140的光线可以认为是非成像光线。
图6示出了本公开的实施例的显示设备中的非成像光线的一个示例的示意图。如图6所示，虚线所表示的光线是非成像光线，6001非成像光线是从P1位置发出的并经过分光元件120直接透射至人眼140，6002非成像光线是从P2位置发出的并经过分光元件120直接透射至人眼140。6003非成像光线是从图像投射区域内的一个位置发出的并经由反射元件130反射至分光元件120，再由该分光元件120透射至人眼140。
在本说明书的一个示例中，光学成像装置还可以包括贴合或靠近图像源元件110的朝向分光元件120一侧的圆偏光片，分光元件120包括偏振片和贴合在偏振片朝向反射元件130一侧的波片，该波片可以是1/4波片。反射元件130可以包括半反半透元件。
其中，图像源元件110发出的虚拟场景图像的成像光线经过圆偏光片透射至分光元件120，经分光元件120反射至半反半透元件，半反半透元件反射虚拟场景图像的成像光线并经过分光元件透射至人眼位置，真实场景图像的成像光线依次透射半反半透元件和分光元件120透射至人眼位置。
在本说明书的一个示例中，光学成像装置还包括贴合或靠近图像源元件110的朝向分光元件一侧的第一偏振片，分光元件120包括半反半透元件，反射元件130包括第二偏振片。
其中，图像源元件110发出的虚拟场景图像的成像光线经过第一偏振片透射至半反半透元件，经半反半透元件反射至第二偏振片，第二偏振片反射虚拟场景图像的成像光线并经过半反半透元件透射至人眼位置，真实场景图像的成像光线依次透射第二偏振片和半反半透元件至人眼位置。
显示设备还包括吸收元件，该吸收元件的形状以及在显示设备中的布置位置使得该吸收元件吸收待显示场景下的非成像光线，且不遮挡用于生成待显示场景的显示图像的成像光线。
在本公开实施例中，当显示设备是虚拟现实设备时，待显示场景是针对图像源元件110生成的显示图像的虚拟场景。此时，吸收元件不遮挡图像源元件110生成的成像光线(比如2001和2002成像光线)。
当显示设备是增强现实设备时，待显示场景包括真实场景和虚拟场景。此时，吸收元件不遮挡图像源元件110生成的成像光线(比如2001和2002成像光线)以及真实场景的成像光线(比如5001和5002成像光线)。
在一个示例中，吸收元件可以包括基底和吸收层。吸收层可以位于基底表面以构成一个吸收元件，吸收层可以用于对投射到该吸收层的光线进行吸收。吸收元件的基底和吸收层都不遮挡用于生成待显示场景的显示图像的成像光线。
在一个示例中，吸收层可以被形成为平面结构或者凹形结构。图7示出了本公开的实施例的吸收元件的吸收层为平面结构的一个示例的示意图，如图7所示，吸收元件包括吸收层150-1和基底150-2，吸收层150-1为平面结构，吸收层150-1和基底150-2结合在一起构成一个吸收元件。
图8示出了本公开的实施例的吸收元件的吸收层为凹形结构的一个示例的示意图，如图8所示，吸收元件包括的吸收层150-1为凹形结构，吸收层150-1向基底150-2的那一侧凹陷进去。
下面以吸收层为平面结构为例进行说明。
在一个示例中，吸收层被形成为微结构阵列分布，微结构阵列中的相邻两个微结构中形成凹陷。吸收层中的微结构可以是指定的。在一个示例中，微结构阵列中的微结构可以包括三角形、平行四边形、梯形以及矩形等结构中的至少一种结构。
图9示出了本公开的实施例的被形成为微结构阵列分布的吸收层的微结构的一个示例的示意图。如图9所示，图(1)中示出的微结构是三角形，图(2)中示出的微结构是平行四边形，图(3)中示出的微结构是梯形，以及图(4)中示出的微结构是矩形。
在一个示例中，微结构的阵列分布也可以是指定的，不同的微结构的阵列分布可以不同。例如，三角形结构的阵列分布是间隔10微米，即相邻两个三角形结构间隔10微米。平行四边形的阵列分布是间隔20微米，即相邻两个平行四边形结构间隔20微米。
在该示例中，微结构阵列分布的吸收层可以对光线进行多次反射，并且在每次反射过程中可以进行一次吸收，在经过多次反射后可以将该光线基本上消除甚至完全消除。
在一个示例中，吸收层的平面结构或凹陷结构表面具有吸收涂层。在该示例中，吸收层的凹陷结构表面包括微结构的表面。当光线被投射至吸收层时，该光线在微结构的表面进行多次反射，微结构的表面(即吸收层的内表面)具有吸收涂层，在多次反射过程中吸收涂层对该光线进行多次吸收，以达到吸收光线的目的。
以图9为例，当微结构为三角形结构时，三角形结构表面具有吸收涂层，光线在相邻两个三角形结构表面进行多次反射，该两个三角形结构表面的吸收涂层对该光线进行多次吸收，直至将该光线完全吸收。
在一个示例中，吸收涂层的吸收波段包括图像源元件110的发光波段和/或整个可见光波段。
在本公开的一个示例中，吸收元件可以包括第一吸收元件，第一吸收元件附接在图像源元件110中的靠近人眼140位置的边缘部分并朝向分光元件延伸。其中，人眼140位置和反射元件130分别位于分光元件120两侧，且反射元件130能够将成像光线反射至人眼140位置。
在该示例中，附接可以是第一吸收元件与图像源元件110相接触，还可以是第一吸收元件与图像源元件110连接。边缘部分是边缘周边的区域，靠近人眼140位置的边缘部分包括图像源元件110中的靠近人眼140位置的边缘周边的一部分区域。
以图4为例，图4所示的图像源元件110是矩形的，该图像源元件110中靠近人眼140位置的边缘是左边的一条边，此时的边缘部分可以包括该条边与P1所属的边(图4中粗实线)之间的部分。
在该示例中，吸收元件可以是多边形结构，吸收元件的至少一端附接在图像源元件110中的靠近人眼140位置的边缘部分，其他各端则不遮挡用于生成待显示场景的显示图像的成像光线。
在一个示例中，第一吸收元件与分光元件120表面附接，并且在分光元件120上的表面附接区域与成像光线在分光元件120的覆盖区域不重叠。
在该示例中，成像光线在分光元件120的覆盖区域是对成像光线进行反射和透射的区域，这里的成像光线包括图像源元件110发出的成像光线以及真实场景的成像光线。以图5为例，图像源元件110发出的成像光线包括2001成像光线与2002成像光线之间的成像光线，真实场景的成像光线包括5001成像光线与5002成像光线之间的成像光线。
覆盖区域的边缘是由图像源元件110发出的边缘成像光线在分光元件120上的反射点和透射点，以及真实场景的边缘成像光线在分光元件120上的透射点共同来确定的。在一个示例中，在图像源元件110发出的边缘成像光线在分光元件120上的反射点和透射点以及真实场景的边缘成像光线在分光元件120上的透射点中确定出离分光元件120的边缘最近的点，则可以确定该点是覆盖区域的边缘所包括的若干点中的一个点。
以图5为例，如图5所示，图像源元件110发出的2001成像光线在分光元件120上的反射点是点B，透射点是点D，真实场景的5001成像光线在分光元件120上的透射点是点E。若该三个点中离分光元件120的边缘最近的点是点B，则可以确定点B属于覆盖区域的边缘的点，点D和点E均属于覆盖区域内的点。
图10示出了本公开的实施例的显示设备中第一吸收元件的一个示例的示意图。如图10所示，第一吸收元件150与分光元件120表面附接，2001成像光线在分光元件120上的反射点属于成像光线在分光元件120的覆盖区域边缘的点。第一吸收元件150的表面附接区域与成像光线在分光元件120的覆盖区域不重叠，该第一吸收元件150的吸收层可以吸收从图像源元件110发出的非成像光。
在一个示例中，在第一吸收元件150的表面附接区域与成像光线在分光元件120的覆盖区域不重叠的情况下，图像源元件110的P2位置发出的投射至人眼140的非成像光线可以被第一吸收元件150的边缘部分吸收。如图10所示，P2位置发出的投射至人眼140的非成像光线是6002非成像光线(图中虚线表示)，该6002非成像光线被第一吸收元件150的下端边缘部分的吸收层所吸收。
在上述示例中，第一吸收元件150与分光元件120表面附接可以使得第一吸收元件150在显示设备中的位置固定。
在一个示例中，第一吸收元件150在分光元件120上的表面附接区域的外缘与成像光线在分光元件120的覆盖区域的外缘至少部分重合。
图11示出了本公开的实施例的显示设备中第一吸收元件150的另一个示例的示意图。如图11所示，2001成像光线在分光元件120上的反射点属于成像光线在分光元件120的覆盖区域边缘的点。第一吸收元件150的表面附接区域的外缘与成像光线在分光元件120的覆盖区域的外缘至少部分重合，其中，该重合的外缘部分不属于吸收层，第一吸收元件150不会对2001成像光线进行吸收。
图12示出了本公开的实施例的第一吸收元件150在分光元件120上的表面附接区域的外缘与成像光线在分光元件120的覆盖区域的外缘至少部分重合的一个示例的示意图。图12的视角是垂直于分光元件120的视角。
如图12所示，在分光元件120的表面，第一吸收元件150在分光元件120上的表面附接区域是圆形，成像光线在分光元件120的覆盖区域是梯形，该梯形的上底作为覆盖区域的外缘包括P1位置，下底作为覆盖区域的外缘包括P2位置。圆形的表面附接区域与梯形的上底相切，即存在至少部分重合。
在一个示例中，在确定第一吸收元件150在头戴式显示装置中的布置位置后，可以进一步地确定第一吸收元件150的形状，以使得该第一吸收元件150不遮挡用于生产待显示场景的显示图像的成像光线。
第一吸收元件150的形状可以包括基底的形状和吸收层的形状。在一个示例中，当吸收层在基底的表面很薄时，可以不考虑吸收层的厚度，这样可以不考虑吸收层的形状。
在一个示例中，第一吸收元件150的靠近分光元件120一侧的表面与分光元件120的表面平行，第一吸收元件150的靠近图像源元件110一侧的表面与图像源元件110的表面平行。
在另一个示例中，第一吸收元件150的吸收层为平面结构时，该吸收层的平面可以与图像源元件110的平面形成不同夹角，比如，直角等。
在一个示例中，第一吸收元件150不与分光元件120表面附接，使得第一吸收元件150能够吸收边缘非成像光线，该边缘非成像光线是图像源元件110中生成图像的远离人眼140位置的边缘发出的投射至该人眼140位置的非成像光线。
以图10为例，图像源元件110中生成图像的远离人眼140位置的边缘包括P2位置，P2位置发出的投射至人眼140位置的非成像光线是6002非成像光线(图10中虚线所表示的光线)。在该示例中，第一吸收元件150能够吸收该6002非成像光线。
图13示出了本公开的实施例的显示设备中第一吸收元件150的另一个示例的示意图。如图13所示，第一吸收元件150不与分光元件120表面附接，第一吸收元件150的下端边缘部分可以吸收6002非成像光线，第一吸收元件150上吸收6002非成像光线的位置与最近的边缘相距指定距离。
在一个示例中，第一吸收元件150的靠近分光元件120一侧的吸收层边缘与边缘非成像光线重合。在该示例中，吸收层边缘属于第一吸收元件150的吸收层，该吸收层边缘可以用来吸收非成像光线。
图14示出了本公开的实施例的显示设备中第一吸收元件150的另一个示例的示意图。如图14所示，第一吸收元件150的靠近分光元件120一侧是第一吸收元件150的下侧，该下侧的吸收层边缘与6002非成像光线重合，即该吸收层边缘可以吸收该6002非成像光线。
在该示例中，第一吸收元件150的靠近图像源元件110一侧的表面不遮挡成像光线。以图14为例，该表面可以被设置为与分光元件120平行，这样不会遮挡成像光线，这里不会遮挡的成像光线包括图像源元件110发出的成像光线以及真实场景的光线。
在一个示例中，第一吸收元件150的靠近分光元件120的边缘与图像源元件110的距离可以被设置为1mm至90mm范围内的一个长度，第一吸收元件150与水平面形成的朝向成像光线的夹角被设置为50°至120°范围内的一个角度。
图15示出了本公开的实施例的第一吸收元件150的高度和夹角的一个示例的示意图。如图15所示，虚线为水平面，第一吸收元件150与水平面的夹角为θ，该θ可以被设置为50°至120°范围内任一个角度。第一吸收元件150的靠近分光元件120的边缘与图像源元件110的距离为H，该H可以被设置为1mm至90mm范围内的任一个长度。设置的θ和H可以确定第一吸收元件150在显示设备中的位置。
在一个示例中，第一吸收元件150的吸收层被设置为朝向图像源元件110发出的光线，以用来吸收图像源元件110发出的非成像光线。例如，如图10、11、13以及14所示，第一吸收元件150的吸收层都朝向图像源元件110发出的光线，比如，6002非成像光线。
在本公开的一个示例中，第一吸收元件150不与图像源元件110附接，也能够使得该第一吸收元件150吸收待显示场景下的非成像光线，且不遮挡用于生成待显示场景的显示图像的成像光线。
在该示例中，第一吸收元件150在显示设备中的支撑点可以是该显示设备中的支架，还可以是分光元件120，即第一吸收元件150与分光元件120附接。支撑点用于固定第一吸收元件150在显示设备中的布置位置。
图16示出了本公开的实施例的显示设备中第一吸收元件150的另一个示例的示意图。如图16所示，第一吸收元件150水平放置，且该第一吸收元件150的吸收层朝上，以用来吸收来自于图像源元件110的非成像光线。第一吸收元件150的吸收层的面积至少要使得第一吸收元件150可以吸收边缘非成像光线6001和6002。
在一个示例中，以图16为参考，第一吸收元件150的右边的吸收层边缘可以吸收6002非成像光线，左边的吸收层边缘可以吸收6001非成像光线。
在本公开的一个示例中，吸收元件还可以包括第二吸收元件，该第二吸收元件可以附接在图像源元件110的远离人眼140位置的边缘部分上并朝向分光元件120延伸。
在该示例中，远离人眼140位置的边缘部分包括图像源元件110中的远离人眼140位置的边缘的一部分区域。以图4为例，图4所示的图像源元件110是矩形的，该图像源元件110中远离人眼140位置的边缘是右边的一条边，此时的边缘部分可以包括该条边与P2所属的边(图4中粗实线)之间的部分。
在该示例中，第二吸收元件的吸收层被设置为朝向图像源元件110发出的光线。第二吸收元件可以吸收的非成像光线包括图像源元件110发出的未经过分光元件120反射而直接到达反射元件130并经由反射元件130反射至人眼140的非成像光线。
以图17为例，图17示出了本公开的实施例的显示设备中第二吸收元件160的一个示例的示意图。如图17所示，图像源元件110发出的一束6003非成像光线未直接投射到分光元件120上，而是直接投射到反射元件130上，再经由反射元件130反射至分光元件120，并经由分光元件120透射至人眼140。该6003非成像光线可以被第二吸收元件160吸收。
在一个示例中，在第二吸收元件160不遮挡待显示场景的显示图像的成像光线的前提下，第二吸收元件160的形状可以是指定的。
以图17和图18为例，图18示出了本公开的实施例的显示设备中第二吸收元件160的另一个示例的示意图。图17和图18中的第二吸收元件160的吸收层被设置为其所在的平面与边缘成像光线2002平行，此时吸收层的面积可以用第二吸收元件160的下端边缘到图像源元件110的距离高度来表示。图17中的第二吸收元件160的形状与图18中的第二吸收元件160的形状不同。图17中的第二吸收元件160的距离高度为h，图18中的第二吸收元件160的距离高度为h’，h大于h’，表示图17中的第二吸收元件160的面积大于图18中的第二吸收元件160的面积。图17和图18中的第二吸收元件160都可以吸收待显示场景下的非成像光线，且不遮挡用于生成待显示场景的显示图像的成像光线。
在一个示例中，第二吸收元件160的靠近分光元件120的边缘与图像源元件110的距离被设置为1mm至90mm范围内的一个长度，第二吸收元件160与水平面形成的朝向成像光线的夹角被设置为50°至120°范围内的一个角度。
在一个示例中，第二吸收元件160的靠近分光元件120一侧的吸收层边缘与相交位置相邻接触但不重合，相交位置是图像源元件110发出的成像光线中远离人眼140位置的边缘成像光线与真实场景的边缘成像光线相交得到的。
图19示出了本公开的实施例的显示设备中第二吸收元件160的另一个示例的示意图。如图19所示，图像源元件110发出的成像光线中远离人眼140位置的边缘成像光线包括2002成像光线，真实场景的边缘成像光线包括5001成像光线，该示例中的相交位置包括2002成像光线与5001成像光线相交的位置G，第二吸收元件160的靠近分光元件120一侧的吸收层边缘与相交位置相邻接触但不重合可以使得2002成像光线和5001成像光线在经过该相交位置时不会被第二吸收元件160遮挡或吸收。
该示例中的第二吸收元件160的布置位置，可以较大程度地吸收图像源元件110发出的投射至反射元件130的非成像光线，进而减少非成像光线，提高待显示场景的显示图像的显示质量。
在一个示例中，第二吸收元件160的吸收层的表面被设置为朝向图像源元件110发出的光线，以用来吸收图像源元件110发出的非成像光线。例如，如图17和18所示，第二吸收元件160的吸收层的表面都朝向图像源元件110发出的光线，比如，6003非成像光线。在一个示例中，第二吸收元件的吸收层表面可以与图像源元件发出的离第二吸收元件最近的边缘成像光线平行。
第二吸收元件160不遮挡针对真实场景的成像光线。在一个示例中，第二吸收元件160的靠近针对真实场景的成像光线区域一侧的表面在不遮挡真实场景的光线的情况下可以是指定的形状。例如，图17所示的第二吸收元件160的靠近针对真实场景的成像光线区域一侧的表面与水平面平行，且边缘与5001成像光线相邻但不遮挡。图18所示的第二吸收元件160的靠近成像光线区域一侧的表面与水平面平行，且与5001成像光线相隔一段距离。图19所示的第二吸收元件160的靠近成像光线区域一侧的表面与真实场景的边缘成像光线(即5001成像光线)平行。
在另一个示例中，第二吸收元件160不与图像源元件110附接，也能够使得该第二吸收元件160吸收待显示场景下的非成像光线，且不遮挡用于生成待显示场景的显示图像的成像光线。
在该示例中，第二吸收元件160在显示设备中的支撑点可以是该显示设备中的支架，支架上的支撑点用于固定第二吸收元件160在显示设备中的位置。
图20示出了本公开的实施例的显示设备中第二吸收元件160的另一个示例的示意图。如图20所示，第二吸收元件160不与图像源元件110附接，且该第二吸收元件160的吸收层朝向图像源元件110发出的光线。第二吸收元件160与支架(图中未示出)连接以固定位置。
在本公开的一个示例中，吸收元件包括第一吸收元件150和第二吸收元件160。图21示出了本公开的实施例的显示设备包括第一吸收元件150和第二吸收元件160的一个示例的示意图。如图21所示，第一吸收元件150位于左边，第二吸收元件160位于右边。第一吸收元件150和第二吸收元件160都可以吸收带显示场景下的非成像光线。
在本公开的一个示例中，图像源元件110可以包括像差校正器，该像差校正器用于对图像源元件110发出的成像光线的像差进行校正处理并将校正后的成像光线发射至分光元件120。
图22示出了本公开的实施例的包括相差校正器的显示设备的一个示例的示意图。如图22所示，相差校正器170位于图像源元件110发出成像光线的一侧，使得图像源元件110发出的成像光线都会经过相差校正器170的校正处理。
在整个本说明书中使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。
以上结合附图详细描述了本公开的实施例的可选实施方式，但是，本公开的实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的实施例的技术构思范围内，可以对本公开的实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的实施例的保护范围。
本公开内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，将本文所定义的一般性原理应用于其它变型。因此，本公开内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (17)

1.一种显示设备，包括：
光学成像装置，包括被配置为光路对准的图像源元件，分光元件和反射元件；以及
吸收元件，所述吸收元件的形状以及在所述显示设备中的布置位置使得所述吸收元件吸收待显示场景下的非成像光线，且不遮挡用于生成所述待显示场景的显示图像的成像光线，
其中，所述吸收元件包括第一吸收元件，所述第一吸收元件附接在所述图像源元件的靠近人眼位置的边缘部分并朝向所述分光元件延伸，
其中，所述人眼位置和所述反射元件分别位于所述分光元件两侧，且所述反射元件能够将成像光线反射至所述人眼位置，
其中，所述第一吸收元件与所述分光元件表面附接，并且在所述分光元件上的表面附接区域与所述成像光线在所述分光元件的覆盖区域不重叠，所述表面附接区域的外缘与所述覆盖区域的外缘至少部分重合；
其中，所述第一吸收元件的靠近所述分光元件一侧的表面与所述分光元件的表面平行，所述第一吸收元件的靠近所述图像源元件一侧的表面与所述图像源元件的表面平行。
2.如权利要求1所述的显示设备，其中，所述吸收元件还包括第二吸收元件，所述第二吸收元件附接在所述图像源元件的远离人眼位置的边缘部分上并朝向所述分光元件延伸。
3.如权利要求2所述的显示设备，其中，所述第二吸收元件的靠近所述分光元件一侧的吸收层边缘与相交位置相邻接触但不重合，所述相交位置是所述图像源元件发出的成像光线中远离所述人眼位置的边缘成像光线与真实场景的边缘成像光线相交得到的，
所述第二吸收元件不遮挡针对真实场景的成像光线。
4.如权利要求3所述的显示设备，其中，所述第二吸收元件的靠近针对真实场景的成像光线区域一侧的表面与所述真实场景下的边缘成像光线平行。
5.如权利要求3所述的显示设备，其中，所述第二吸收元件的吸收层表面与所述图像源元件发出的离所述第二吸收元件最近的边缘成像光线平行。
6.如权利要求1所述的显示设备，其中，所述显示设备是增强现实显示设备，所述待显示场景的显示图像包括虚拟场景图像和真实场景图像。
7.如权利要求1所述的显示设备，其中，所述吸收元件包括基底层和吸收层，所述吸收层的表面被设置为朝向所述图像源元件发出的光线。
8.如权利要求7所述的显示设备，其中，所述吸收层被形成为平面结构或者凹陷结构。
9.如权利要求8所述的显示设备，其中，所述吸收层被形成为微结构阵列分布，微结构阵列中的相邻两个微结构中形成凹陷。
10.如权利要求9所述的显示设备，其中，所述微结构阵列中的微结构包括三角形、平行四边形、梯形以及矩形中的至少一种结构。
11.如权利要求8所述的显示设备，其中，所述吸收层的平面结构或凹陷结构表面具有吸收涂层。
12.如权利要求11所述的显示设备，其中，所述吸收涂层的吸收波段包括所述图像源元件的发光波段和/或整个可见光波段。
13.如权利要求1所述的显示设备，其中，所述图像源元件包括像差校正器，所述像差校正器用于对所述图像源元件发出的成像光线的像差进行校正处理并将校正后的成像光线发射至所述分光元件。
14.如权利要求1所述的显示设备，其中，各个吸收元件的靠近所述分光元件的边缘与所述图像源元件的距离被设置为1mm至90mm范围内的一个长度，各个吸收元件与水平面形成的朝向成像光线的夹角被设置为50°至120°范围内的一个角度。
15.如权利要求6所述的显示设备，其中，所述光学成像装置还包括贴合或靠近所述图像源元件的朝向所述分光元件一侧的圆偏光片，所述分光元件包括偏振片和贴合在所述偏振片朝向所述反射元件一侧的波片，所述反射元件包括半反半透元件，
其中，所述图像源元件发出的虚拟场景图像的成像光线经过所述圆偏光片透射至所述分光元件，经所述分光元件反射至所述半反半透元件，所述半反半透元件反射虚拟场景图像的成像光线并经过所述分光元件透射至人眼位置，
真实场景图像的成像光线依次透射所述半反半透元件和所述分光元件透射至人眼位置。
16.如权利要求6所述的显示设备，其中，所述光学成像装置还包括贴合或靠近所述图像源元件的朝向所述分光元件一侧的第一偏振片，所述分光元件包括半反半透元件，所述反射元件包括第二偏振片，
其中，所述图像源元件发出的虚拟场景图像的成像光线经过所述第一偏振片透射至所述半反半透元件，经所述半反半透元件反射至所述第二偏振片，所述第二偏振片反射虚拟场景图像的成像光线并经过所述半反半透元件透射至人眼位置，
真实场景图像的成像光线依次透射所述第二偏振片和所述半反半透元件至人眼位置。
17.如权利要求1所述的显示设备，其中，所述图像源元件、所述分光元件以及所述反射元件组成复合空导结构；或者
所述图像源元件、所述分光元件以及所述反射元件构成自由曲面棱镜系统。
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