本申请提出一种图像组合装置和近眼投影显示设备，该图像组合装置包括：自由曲面棱镜和曲面超表面；曲面超表面包括：多个超表面结构单元，多个超表面结构单元设置在自由曲面棱镜的曲侧面上；多个超表面结构单元中的各超表面结构单元，能够对透过各超表面结构单元的光线进行相位补偿；射向曲面超表面的光线的入射方向，与光线依次透过所述超表面结构单元和自由曲面棱镜后的出射方向相同。通过本申请提出的图像组合装置和近眼投影显示设备，利用曲面超表面替代了补偿棱镜，减少了图像组合装置的厚度，实现近眼投影显示设备的轻薄化，方便用户使用。户使用。户使用。
【技术实现步骤摘要】
一种图像组合装置和近眼投影显示设备
[0001]本申请涉及超表面应用
，具体而言，涉及一种图像组合装置和近眼投影显示设备。
技术介绍
[0002]目前，增强现实(Augmented Reality，AR)是一种将虚拟信息与真实世界场景巧妙融合的技术。用户可以使用AR眼镜等AR设备来观看到被虚拟信息“增强”后的真实场景图像。
[0003]AR眼镜体积大、重量沉，极大影响了AR眼镜的佩戴舒适度。
技术实现思路
[0004]为解决上述问题，本申请实施例的目的在于提供一种图像组合装置和近眼投影显示设备。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种图像组合装置，包括：自由曲面棱镜和曲面超表面；
[0006]所述曲面超表面包括：多个超表面结构单元，多个所述超表面结构单元设置在所述自由曲面棱镜的曲侧面上；
[0007]多个超表面结构单元中的各所述超表面结构单元，能够对透过各超表面结构单元的光线进行相位补偿；射向所述曲面超表面的光线的入射方向，与所述光线依次透过所述超表面结构单元和所述自由曲面棱镜后的出射方向相同。
[0008]第二方面，本申请实施例提供了一种近眼投影显示设备，包括上述第一方面所述的图像组合装置。
[0009]本申请实施例上述第一方面至第二方面提供的方案中，通过图像组合装置中设置的曲面超表面中的超表面结构单元对光线进行相位补偿，使得射向补偿元件的光线的入射方向，与该光线透过自由曲面棱镜后的出射方向相同，与相关技术中图像组合装置采用补偿棱镜对进入自由曲面棱镜的光线进行相位补偿的方式相比，利用曲面超表面替代了补偿棱镜，由于曲面超表面的厚度较小，且设置在自由曲面棱镜接收环境光一侧的自由曲面上，最大限度地减少了图像组合装置的厚度，该图像组合装置能够应用到近眼投影显示设备中，从而能够实现近眼投影显示设备的轻薄化，方便用户使用。
[0010]为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1示出了本申请实施例所提供的图像组合装置的结构示意图；
[0013]图2示出了本申请实施例所提供的图像组合装置中，光线经过自由曲面棱镜的示意图；
[0014]图3示出了本申请实施例所提供的图像组合装置中，光线经过图像组合装置传播产生相位变化量的示意图；
[0015]图4示出了本申请实施例所提供的图像组合装置中，曲面超表面的结构示意图；
[0016]图5示出了本申请实施例所提供的图像组合装置中，超表面结构单元对入射光线进行相位调制的示意图
[0017]图6示出了本申请实施例所提供的图像组合装置中，超表面结构单元的结构示意图；
[0018]图7示出了本申请实施例所提供的图像组合装置中，曲面超表面填充有填充物的图像组合装置的结构示意图；
[0019]图8示出了本申请实施例所提供的图像组合装置中，具有保护镜片的图像组合装置的结构示意图；
[0020]图9示出了本申请实施例所提供的以AR眼镜为示例的近眼投影显示设备的结构示意图。
[0021]图标：10、自由曲面棱镜；11、透射面；12、透反面；13、分光面；20、曲面超表面；30、像源；201、柔性曲面透明基底；202、纳米结构；40、第一相位面；50、第二相位面；60、填充物；70、保护镜片；72、固定件；100、近眼投影显示设备；102、图像组合装置；M、成像光线；A、光线A；B、光线B；C、光线C；D、光线D；E、环境光E；F、光线F；G、光线G。
具体实施方式
[0022]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0023]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0024]在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0025]目前，AR是一种将虚拟信息与真实世界场景巧妙融合的技术。用户可以使用AR眼镜等AR设备来观看到被虚拟信息“增强”后的真实场景图像。AR眼镜体积大、重量沉，极大影
响了AR眼镜的佩戴舒适度。
[0026]基于此，本申请提出一种图像组合装置和近眼投影显示设备，通过图像组合装置中设置的曲面超表面中的超表面结构单元对光线进行相位补偿，使得射向补偿元件的光线的入射方向，与该光线透过自由曲面棱镜后的出射方向相同，利用曲面超表面替代了补偿棱镜，由于曲面超表面的厚度较小，且设置在自由曲面棱镜接收光线一侧的自由曲面上，最大限度地减少了图像组合装置的厚度，该图像组合装置能够应用到近眼投影显示设备中，从而能够实现近眼投影显示设备的轻薄化，方便用户使用。
[0027]为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请做进一步详细的说明。
[0028]实施例
[0029]参见图1所示的一种图像组合装置的结构示意图，本实施例提出一种图像组合装置，包括：自由曲面棱镜10和曲面超表面20。
[0030]所述曲面超表面包括：多个超表面结构单元，多个所述超表面结构单元设置在所述自由曲面棱镜的曲侧面上。其中，该曲侧面是自由曲面棱镜中接收光线一侧的自由曲面。所述光线包括：环境光。
[0031]多个超表面结构单元中的各所述超表面结构单元，能够对透过各超表面结构单元的光线进行相位补偿；射向所述曲面超表面20的光线的入射方向，与所述光线依次透过所述超表面结构单元和所述自由曲面棱镜10后的出射方向相同。
[0032]所述自由曲面棱镜为用于成像的棱镜，为了能够形成放大的像，该自由曲面棱镜至少有一个面是自由曲面，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种图像组合装置，其特征在于，包括：自由曲面棱镜和曲面超表面；所述曲面超表面包括：多个超表面结构单元，多个所述超表面结构单元设置在所述自由曲面棱镜中的曲侧面上；所述曲侧面是自由曲面棱镜中接收光线一侧的自由曲面；多个超表面结构单元中的各所述超表面结构单元，能够对透过各超表面结构单元的光线进行相位补偿；射向所述曲面超表面的光线的入射方向，与所述光线依次透过所述超表面结构单元和所述自由曲面棱镜后的出射方向相同。2.根据权利要求1所述的图像组合装置，其特征在于，所述光线经过图像组合装置传播后会产生相位变化量；入射所述图像组合装置不同位置的光线分别经过所述图像组合装置传播后产生的相位变化量之间的差值为相位差所述相位差为常量。3.根据权利要求2所述的图像组合装置，其特征在于，所述相位变化量包括：所述光线经过所述超表面结构单元产生的相位补偿量与所述光线透过所述自由曲面棱镜的过程中产生的多个相位延时的和。4.根据权利要求3所述的图像组合装置，其特征在于，光线经过图像组合装置产生的相位变化量满足如下公式：其中，(x0，y0)表示所述曲面超表面上第i个超表面结构单元的位置坐标，Ψ
i
′
为所述光线进入所述自由曲面棱镜(10)前产生的第一相位延时，Ψ
i
″
为所述光线经过所述自由曲面棱镜(10)传播时产生的第二相位延时，Ψ
i
″′
为所述光线从所述自由曲面棱镜(10)射出后产生的第三相位延时，为所述曲面超表面上第i个超表面结构单元对入射光线产生的相位补偿量，为光线经过曲面超表面上第i个超表面结构单元产生的相位变化量，且入射所述图像组合装置不同位置的光线分别经过所述图像组合装置传播后产生的相位变化量之间的差值为相位差满足如下公式：其...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭凤泽，朱瑞，郝成龙，朱健，
申请(专利权)人：深圳迈塔兰斯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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