CN113900263A - 一种合色装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种合色装置，包括：第一单色显示单元、第二单色显示单元、第三单色显示单元及合色棱镜，其中：第一单色显示单元用于提供第一单色光；第二单色显示单元用于提供第二单色光；第三单色显示单元用于提供第三单色光；合色棱镜设置在第一单色显示单元、第二单色显示单元及第三单色显示单元的光路上，用于调整第一单色光及第二单色光的出射方向，使得调整后的第一单色光和第二单色光与第三单色光的出射方向相同。通过实施本申请，可以实现三种单色光的组合，从而，当三个单色显示单元分别显示红、绿、蓝三种单色图像时，可以通过合色棱镜的反射，使得三种单色图像组合为彩色图像，从而可以实现基于显示单色图像的显示单元显示彩色图像。

Description

一种合色装置

技术领域

本申请涉及图像显示技术领域，尤其涉及一种合色装置。

背景技术

目前的彩色图像显示芯片主要有OLED芯片、液晶附硅(Liquid Crystal onSilicon，LCOS)芯片、数字微镜器件(DMD)芯片等。其中，OLED芯片亮度低，LCOS芯片和DMD芯片虽然可以达到很高的亮度，但是图像的对比度往往都很差。为了得到更好的显示效果，一种新型图像显示芯片、微型发光二极管(micro LED)芯片产生了，这种图像显示芯片亮度高，对比度高。但是，目前的micro LED芯片只能显示单色图像，如何基于micro LED芯片显示彩色图像是一个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例通过提供一种合色装置，以至少解决上述的技术问题。

为了解决上述问题，第一方面，本申请实施例提供了一种合色装置，包括：第一单色显示单元、第二单色显示单元、第三单色显示单元及合色棱镜，其中：第一单色显示单元用于提供第一单色光；第二单色显示单元用于提供第二单色光；第三单色显示单元用于提供第三单色光；合色棱镜设置在第一单色显示单元、第二单色显示单元及第三单色显示单元的光路上，用于调整第一单色光及第二单色光的出射方向，使得调整后的第一单色光和第二单色光与第三单色光的出射方向相同。

可选地，第一单色、第二单色、第三单色分别为红色、绿色和蓝色中的任意一种，且第一单色、第二单色、第三单色为不同的颜色。

可选地，合色棱镜还用于透射第三单色光。

可选地，合色棱镜包括：第一棱镜、第二棱镜及第三棱镜；第一棱镜用于调整第一单色光的光路，使第一单色光从出射方向射出；第一棱镜和第二棱镜用于调整第二单色光的光路，使第二单色光从出射方向射出；第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜用于透射第三单色光，使第三单色光从出射方向射出。

可选地，第一棱镜、第二棱镜及第三棱镜均为三棱镜。

可选地，第一棱镜用于调整第一单色光的出射方向，使第一单色光从出射方向射出，包括：第一棱镜的三个侧面分别为第一透射面、全反射面及第一分光面，第一分光面的表面镀有第一单色光反射膜；第一单色显示单元提供的第一单色光经过第一透射面透射至全反射面，经过全反射面反射至第一分光面，经过第一分光面反射至全反射面，经过全反射面的透射从出射方向射出。

可选地，第一棱镜和第二棱镜用于调整第二单色光的出射方向，使第二单色光从出射方向射出，包括：第二棱镜的三个侧面分别为第二透射面、第三透射面及第二分光面，第二分光面的表面镀有第二单色光反射膜；第二单色显示单元提供的第二单色光经过第二透射面透射至第二分光面，经过第二分光面反射至第三透射面，经过第三透射面透射至第一分光面，经过第一分光面透射至全反射面，经过全反射面的透射从出射方向射出。

可选地，第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜用于透射第三单色光，使第三单色光从出射方向射出，包括：第三棱镜的三个侧面分别为透射面，第三单色显示单元提供的第三单色光依次经过三个透射面的任意两个透射面透射至第二分光面，经过第二分光面透射至第三透射面，经过第三透射面透射至第一分光面，经过第一分光面透射至全反射面，经过全反射面的透射从出射方向射出。

可选地，第一棱镜与第一单色显示单元之间，和/或第二棱镜与第二单色显示单元之间，和/或第三棱镜与第三单色显示单元之间，具有透镜组，用于校正第一棱镜、第二棱镜和/或第三棱镜之间透射的光产生的像差。

可选地，第一棱镜和/或第二棱镜和/或第三棱镜中的至少一个侧面为非球面或自由曲面。

本申请实施例提供的合色装置，由于具有第一单色显示单元、第二单色显示单元、第三单色显示单元及合色棱镜，其中：第一单色显示单元用于提供第一单色光；第二单色显示单元用于提供第二单色光；第三单色显示单元用于提供第三单色光；合色棱镜设置在第一单色显示单元、第二单色显示单元及第三单色显示单元的光路上，用于调整第一单色光及第二单色光的出射方向，使得调整后的第一单色光和第二单色光与第三单色光的出射方向相同；从而可以通过三个单色显示单元分别提供红、绿、蓝三种单色光，并通过合色棱镜改变其中任意两种单色光的出射方向，使得改变出射方向后的两种单色光与剩余的另一种单色光的出射方向相同，从而实现红、绿、蓝三种单色光的组合，形成彩色光，从而，当三个单色显示单元分别显示红、绿、蓝三种单色图像时，可以通过合色棱镜的反射，使得三种单色图像组合为彩色图像，从而可以实现基于显示单色图像的显示单元显示彩色图像。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

图1为本申请实施例中一种合色装置的结构示意图；

图2为本申请实施例中另一合色装置的结构示意图；

图3为本申请实施例中另一合色装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

micro LED这种图像显示芯片亮度高，对比度高。在AR显示设备和VR显示设备中广泛使用。AR显示设备，包括可穿戴AR显示设备(包括AR眼镜)、手机、平板、PC、车载抬头显示器(Head-up Display，HUD)、AR智能互动设备等。VR显示设备包括移动端VR设备、一体式VR设备、外接式VR设备。AR显示设备和VR显示设备均包括图像源器件与显示光学器件，图像源器件产生图像并将图像投射到显示光学器件中，显示光学器件将图像反射到眼睛中。图像源器件一般指微显示器，也可以称微显示面板，对于使用micro LED芯片的AR显示设备和VR显示设备，图像源器件为该micro LED芯片。显示光学器件为棱镜、曲面反射镜或光波导等。

但是，目前的micro LED芯片只能显示单色图像。而使用micro LED芯片的AR显示设备和VR显示设备，通过micro LED芯片显示单色图像后，显示光学器件将单色图像反射到用户眼睛中，从而，用户使用micro LED芯片的AR显示设备和VR显示设备时，均只能观看到单色图像。为此，本申请实施例提供了一种合色装置，可以实现基于micro LED芯片的AR显示设备和VR显示设备提供彩色图像给用户观看。

本申请实施例提供的一种合色装置，可应用于AR显示设备和VR显示设备中，使得使用micro LED芯片的AR显示设备和VR显示设备，也能得到彩色图像。如图1所示，合色装置包括：第一单色显示单元100、第二单色显示单元200、第三单色显示单元300及合色棱镜400，其中：第一单色显示单元100用于提供第一单色光；第二单色显示单元200用于提供第二单色光；第三单色显示单元300用于提供第三单色光；合色棱镜400设置在第一单色显示单元、第二单色显示单元200及第三单色显示单元300的光路上，用于调整第一单色光及第二单色光的出射方向，使得调整后的第一单色光和第二单色光与第三单色光的出射方向相同。

在一个示例中，第一单色显示单元100、第二单色显示单元200及第三单色显示单元300均为微显示器，且显示的图像均为单色图像，每个单色显示单元显示的颜色不同。对于使用micro LED芯片的AR显示设备或VR显示设备，第一单色显示单元100、第二单色显示单元200及第三单色显示单元300均为micro LED芯片。第一单色显示单元100用于显示第一单色图像，从而提供第一单色光。第二单色显示单元200用于显示第二单色图像，从而提供第二单色光。第三单色显示单元300用于显示第三单色图像，从而提供第三单色光。第一单色光、第二单色光及第三单色光为不同单色的光。

其中，第一单色显示单元100、第二单色显示单元200和第三单色显示单元300可以显示相同的图像或视频等，该相同的图像或视频可以为彩色图像或视频、灰度图像或视频、二值图像或视频等。可以通过将图像或视频输入到AR显示设备中，也可以通过AR显示设备自带的图像采集装置获取图像或视频，然后通过复制图像或视频的方式将图像或视频分别提供给各单色显示单元，从而每个单色显示单元接收到的图像或视频为相同的图像或视频，也即第一单色图像、第二单色图像、第三单色图像为内容相同的图像，只是图像的颜色不同，从而可以实现将相同图像或视频的不同颜色的光进行组合，形成该图像或视频的彩色光。

合色棱镜400，用于将三种单色光(例如红、绿、蓝)进行组合，形成彩色光。对于使用micro LED芯片的AR显示设备或VR显示设备，合色棱镜为显示光学器件，用于将图像反射到用户眼睛中，从而经过合色棱镜反射到用户眼睛中的图像为彩色图像。合色棱镜结构如图1所示，它是由带有不同镀膜的棱镜，经粘合或不粘合后制成的。合色棱镜400对光具有分光和折射的作用。合色棱镜400设置在第一单色显示单元100、第二单色显示单元200和第三单色显示单元300的光路上，第一单色显示单元100、第二单色显示单元200和第三单色显示单元300设置在合色棱镜400的不同侧面。合色棱镜400可以对第一单色显示单元100、第二单色显示单元200和第三单色显示单元300提供的任意两种单色光进行折射，改变该任意两种单色光的光路，使得改变光路后的任意两种单色光的出射方向与剩余的一种单色光的出射方向相同，从而使得三种单色光组合，形成彩色光。

例如，合色棱镜400可以对第一单色显示单元100和第二单色显示单元200提供的第一单色光和第二单色光的光路进行调整，使得调整后的第一单色光和第二单色光与第三单色光的出射方向相同，而第三单色光可以通过透射的方式保持原有的光路，也可以通过合色棱镜400改变原有的光路，得到新的出射方向，但始终使得调整后的第一单色光和第二单色光的出射方向与第三单色光的出射方向相同。从而调整后的第一单色光和第二单色光，以及第三单色光可以组合，形成彩色光。

本申请实施例提供的合色装置，由于具有第一单色显示单元第一单色显示单元100、第二单色显示单元第二单色显示单元200、第三单色显示单元第三单色显示单元300及合色棱镜合色棱镜400，其中：第一单色显示单元第一单色显示单元100用于提供第一单色光；第二单色显示单元第二单色显示单元200用于提供第二单色光；第三单色显示单元第三单色显示单元300用于提供第三单色光；合色棱镜合色棱镜400设置在第一单色显示单元第一单色显示单元100、第二单色显示单元第二单色显示单元200及第三单色显示单元第三单色显示单元300的光路上，用于调整第一单色光及第二单色光的出射方向，使得调整后的第一单色光和第二单色光与第三单色光的出射方向相同；从而可以通过三个单色显示单元分别提供红、绿、蓝三种单色光，并通过合色棱镜400改变其中任意两种单色光的出射方向，使得改变出射方向后的两种单色光与剩余的另一种单色光的出射方向相同，从而实现红、绿、蓝三种单色光的组合，形成彩色光，从而，当三个单色显示单元分别显示红、绿、蓝三种单色图像时，可以通过合色棱镜合色棱镜400的反射，使得三种单色图像组合为彩色图像，从而可以实现基于显示单色图像的显示单元显示彩色图像。

颜色可分为非彩色与彩色两大类，颜色是非彩色与彩色的总称。非彩色指白色，黑色与各种深浅不同的灰色。由于三原色光模式(RGB color model)，又称RGB颜色模型或红绿蓝颜色模型，是一种加色模型，将红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三原色的色光以不同的比例相加，以产生多种多样的色光。因此，可以通过红色、绿色和蓝色三种单色，进行组合，就可以形成彩色光，因此在一个可选的实施例中，第一单色、第二单色、第三单色分别为红色、绿色和蓝色中的任意一种，且第一单色、第二单色、第三单色为不同的颜色。

在本申请实施例中，通过设置第一单色、第二单色、第三单色分别为红色、绿色和蓝色中的任意一种，且第一单色、第二单色、第三单色为不同的颜色，从而对第一单色光、第二单色光和第三单色光进行组合后，就可以得到彩色光。

在一个可选的实施例中，如图1所示，合色棱镜400还用于透射第三单色光。

具体地，透射第三单色光，即是不对第三单色光的光路进行调整，而是直接保持第三单色光原有的光路，但是通过透射第三单色光的方案，可以使得合色棱镜400的结构更加简单，而不会过于复杂，且通过透射第三单色光，可以使得调整后的第一单色光及第二单色光，及第三单色光同时从合色棱镜400的一个侧面射出，从而在合色棱镜400内，就直接实现了三个单色光的组合，无需其他的光束合束装置来实现三种单色光的组合，可以直接得到彩色光。

在一个可选的实施例中，如图1所示，合色棱镜400包括：第一棱镜1、第二棱镜2及第三棱镜3；第一棱镜1用于调整第一单色光的光路，使第一单色光从出射方向射出；第一棱镜1和第二棱镜2用于调整第二单色光的光路，使第二单色光从出射方向射出；第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3用于透射第三单色光，使第三单色光从出射方向射出。

具体地，合色棱镜400包括3个棱镜，3个棱镜可以粘连在一起或相互独立。三种单色光分别从不同的入射方向射入不同的棱镜。不同的棱镜对不同的单色光进行放大、准直后，从同一个棱镜的同一侧面射出。

第一单色光从第一棱镜1的一个侧面射入，然后经过第一棱镜1的反射后，改变第一单色光的光路，从第一棱镜1的另一个侧面射出，使得第一单色光从第三单色光的出射方向射出。

第二单色光从第二棱镜2的一个侧面射入，经过第二棱镜2的反射后，改变第二单色光的光路，使得第二单色光射入第一棱镜1，经过第一棱镜1的透射后，与第一单色光一同从第一棱镜1的另一个侧面射出，使得第二单色光从出射方向射出。

第三单色光从第三棱镜3的一个侧面射入，经过第三棱镜3的透射后，射入第二棱镜2，经过第二棱镜2的透射后，与第二单色光一同从第二棱镜2射出至第一棱镜1，经过第一棱镜1的透射后，与第一单色光一同从第一棱镜1的另一个侧面射出，使得第三单色光从出射方向射出。

在确定第一棱镜1、第二棱镜2及第三棱镜3的结构时：

首先，可以先根据AR显示设备或VR显示设备入射至用户眼睛的彩色光的入射方向，确定合色棱镜的光的出射方向(由于光从合色棱镜射出后直接射入用户的眼睛，因此，光射入用户眼睛的入射方向即为光从合色棱镜的出射方向)；

其次，根据光的出射方向可以确定三个棱镜的类型(三棱镜、五棱镜等)以及摆放位置，使得第一棱镜1调整第一单色光的光路，使第一单色光从出射方向射出，使得第一棱镜1和第二棱镜2调整第二单色光的光路，使第二单色光从出射方向射出，使得第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3透射第三单色光，使第三单色光从出射方向射出。即，在确定了三个棱镜的类型和摆放位置后，也就确定了第一单色光、第二单色光及第三单色光的光路以及每个棱镜的每个侧面的作用，例如，透射、反射等，同时也确定了第一单色显示单元、第二显示单元及第三单色显示单元的摆放位置，也即确定了三种单色光分别入射至合色棱镜的入射角位置。

在确定好三个棱镜及三个单色显示单元的摆放位置后，根据AR显示设备或VR显示设备的视场角、出瞳直径、出瞳距离、单色显示单元的尺寸等这些设计参数以及每个侧面的作用，可以调整每个棱镜的侧面的大小、侧面与侧面之间的夹角、侧面的面型等，从而确定了每个棱镜的结构。其中，关于棱镜侧面的面型，例如可为非球面、自由曲面等。

在本申请实施例中，第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3可以根据设计需要，以及根据AR显示设备或VR显示设备的结构特点，通过粘合胶进行粘合或非粘合的方式进行组合形成合色装置。

在本申请实施例中，通过设置3个棱镜，即可以实现对第一单色光和第二单色光的光路的调整，使得调整后的第一单色光及第二单色光的出射方向，与第三单色光的出射方向相同，实现三种单色光的组合，得到彩色光，可以使得合色棱镜400的结构简单。

棱镜是一种由两两相交但彼此均不平行的平面围成的透明物体，用以分光或使光束发生色散。棱镜包括三棱镜、直角棱镜、五角棱镜等。在本申请实施例中，第一棱镜1用于调整第一单色光的光路，因此，可选用的光路最简单的棱镜为三棱镜。同理，第二棱镜2用于调整第二单色光的光路，因此，可选用的光路最简单的棱镜为三棱镜。而第三棱镜3用于透射第三单色光，因此，第三棱镜3也可选用光路最简单的三棱镜。因此，在一个可选的实施例中，第一棱镜1、第二棱镜2及第三棱镜3可以均选择为三棱镜。

将第一棱镜1、第二棱镜2及第三棱镜3设置为三棱镜，既可以实现对第一单色光及第二单色光的光路进行调整，对第三单色光进行透射的目的，且三棱镜结构相对简单，从而可以使得合色装置的结构较简便。

在一个可选的实施方式中，第一棱镜1用于调整第一单色光的出射方向，使第一单色光从出射方向射出，如图2所示，包括：第一棱镜1的三个侧面分别为第一透射面12、全反射面11及第一分光面13，第一分光面13的表面镀有第一单色光反射膜；第一单色显示单元100提供的第一单色光经过第一透射面12透射至全反射面11，经过全反射面11反射至第一分光面13，经过第一分光面13反射至全反射面11，经过全反射面11的透射从出射方向射出。

具体地，如图2所示，如果第一单色光为红色，则第一棱镜1负责红色光的放大、准直和出射方向的改变。第一分光面13的表面镀有红光反射膜，红光反射膜可以反射红光(630nm附近)，透射蓝绿光。红光从第一透射面12射入，经过第一透射面12射至全反射面11，射至全反射面11的红光的入射角大于全反射面11的临界角，从而红光经过全反射面11反射至第一分光面13，然后反射至全反射面11，反射至全反射面11的红光的入射角小于全反射面11的临界角，从而红光从全反射面11透射出去，从而使得红光的出射方向被改变了，改变后的出射方向与经过第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3透射的第三单色光的出射方向相同。其中，第一透射面12、全反射面11及第一分光面13可以根据成像的需求设计成平面、非球面或者自由曲面。

在本申请实施例中，通过将第一单色显示单元100提供的第一单色光经过第一透射面12透射至全反射面11，经过全反射面11反射至第一分光面13，经过第一分光面13反射至全反射面11，经过全反射面11的透射从出射方向射出，从而可以改变第一单色光的出射方向，使得第一单色光、第二单色光及第三单色光均从出射方向射出，从而合成彩色光。

在一个可选的实施方式中，第一棱镜1和第二棱镜2用于调整第二单色光的出射方向，使第二单色光从出射方向射出，如图2所示，包括：第二棱镜2的三个侧面分别为第二透射面21、第三透射面22及第二分光面23，第二分光面23的表面镀有第二单色光反射膜；第二单色显示单元200提供的第二单色光经过第二透射面21透射至第二分光面23，经过第二分光面23反射至第三透射面22，经过第三透射面22透射至第一分光面13，经过第一分光面13透射至全反射面11，经过全反射面11的透射从出射方向射出。

具体地，如图2所示，如果第二单色光为蓝色，则第二棱镜2负责蓝色光的放大、准直和出射方向的改变。第二分光面23的表面镀有蓝光反射膜，蓝光反射膜可以反射蓝光(450nm附近)，透射红绿光。蓝光从第二透射面21射入第二棱镜2，经过第二透射面21射至第二分光面23，然后反射至第三透射面22，透射至第一棱镜1的第一分光面13，由于第一分光面13可以透射蓝绿光，因此，第一分光面13透射从第二分光面23射入的蓝光，然后射至第一棱镜1的全反射面11，从全反射面11透射出去，从而蓝光与红光均从全反射面11射出，均从出射方向射出。

在本申请实施例中，通过将第二单色显示单元200提供的第二单色光经过第二透射面21透射至第二分光面23，经过第二分光面23反射至第三透射面22，经过第三透射面22透射至第一分光面13，经过第一分光面13透射至全反射面11，经过全反射面11的透射从出射方向射出，从而可以改变第二单色光的出射方向，使得第一单色光、第二单色光及第三单色光均从出射方向射出，从而合成彩色光。

在一个可选的实施方式中，第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3用于透射第三单色光，使第三单色光从出射方向射出，如图2所示，包括：第三棱镜3的三个侧面分别为透射面31、透射面32及透射面33，第三单色显示单元300提供的第三单色光依次经过三个透射面的任意两个透射面(例如透射面33及透射面31)透射至第二分光面23，经过第二分光面23透射至第三透射面22，经过第三透射面22透射至第一分光面13，经过第一分光面13透射至全反射面11，经过全反射面11的透射从出射方向射出。

具体地，如图2所示，如果第三单色光为绿色，则第三棱镜3负责绿色光的放大、准直。由于第一棱镜1、第二棱镜2和第三棱镜3用于透射第三单色光，因此，第三棱镜3的三个侧面均为透射面。绿光从透射面33射入第三棱镜3，,经过透射面33射至透射面31，从透射面31透射至第二棱镜2的第二分光面23，由于第二分光面23透射红绿光，因此第二分光面23透射从第三棱镜3射至的绿光，然后射至第三透射面22，经过第三透射面22透射至第一棱镜1的第一分光面13，由于第一分光面13可以透射蓝绿光，因此，第一分光面13透射从第二分光面23射入的绿光，然后射至第一棱镜1的全反射面11，从全反射面11透射出去，从而蓝光、红光与绿光均从全反射面11射出，均从出射方向射出。为了防止漏光或者杂散光，第三棱镜3的透射面32进行涂黑处理。

在本申请实施例中，通过将第三单色光依次经过三个透射面的任意两个透射面透射至第二分光面23，经过第二分光面23透射至第三透射面22，经过第三透射面22透射至第一分光面13，经过第一分光面13透射至全反射面11，经过全反射面11的透射从出射方向射出，从而可以不改变第三单色光的出射方向，使得第一单色光、第二单色光及第三单色光均从出射方向射出，从而合成彩色光。

第一单色光、第二单色光及第三单色光经过合色棱镜400的组合之后，形成了彩色光射出。如果是穿戴式AR显示设备或VR显示设备，则彩色光需要直接被射入用户眼睛，从而得到彩色图像，如果合色棱镜400不能实现校正像差的作用，则还需要专门设置像差校正器件，那么会增加穿戴式AR显示设备或VR显示设备的设计和制造的复杂度。因此，在一个可选的实施例中，第一棱镜1和/或第二棱镜2和/或第三棱镜3中的至少一个侧面为非球面或自由曲面，以此来实现校正像差的作用，同时也降低了穿戴式AR显示设备或VR显示设备的设计和制造的复杂度。

具体地，非球面，顾名思义不是球面，在几何学上来讲，就是没有统一的球面半径，屈光学叫做曲率半径。非球面设计能够将合色棱镜400边缘像差减到最低，使视野更宽阔，视觉变形少，视物更逼真。

自由曲面即非旋转非对称，面型自由的曲面。自由曲面光学具有以下特点：突破传统光学成像的概念，根据现代光电信息技术对信息发送、接收、转换、传递与存储功能的特殊需要，光学面型可由非对称、不规则、复杂的自由曲面随意组合而成。自由曲面可以减少几何像差，通过平衡和控制，更好地改善光学性能(图像质量，景深，视场等)。

因此，在本申请实施例中，可以根据实际需要，将第一棱镜1和/或第二棱镜2和/或第三棱镜3中的至少一个侧面设置为非球面或自由曲面，第一棱镜1和/或第二棱镜2和/或第三棱镜3设置成非球面或自由曲面的侧面的数量根据实际需要进行设定。通过将第一棱镜1和/或第二棱镜2和/或第三棱镜3中的至少一个侧面设置为非球面或自由曲面，可以减少第一棱镜1、第二棱镜2和/或第三棱镜3之间透射的光产生的像差，提高AR显示设备的成像质量。

在一个可选的实施例中，由于实际的光学系统存在着各种像差。一个物点所成的像是综合各种像差的结果。因此，为了对第一棱镜1、第二棱镜2及第三棱镜3之间透射的光产生的像差进行进一步的校正，或是在第一棱镜1、第二棱镜2及第三棱镜3的侧面为平面的情况下，也即第一棱镜1、第二棱镜2及第三棱镜3未对像差进行校正的情况下，为了提高AR显示设备的成像质量，如图3所示，可以在第一棱镜1与第一单色显示单元100之间，和/或第二棱镜2与第二单色显示单元200之间，和/或第三棱镜3与第三单色显示单元300之间，设置透镜组500，用于校正第一棱镜1、第二棱镜2和/或第三棱镜3之间透射的光产生的像差。

具体地，透镜是光学系统中最常见的光学元件，单透镜是一种最简单的光学系统。透镜组500由多个单透镜组500成。透镜组500可以提高光学系统的性能，例如校正像差，因此，如图3所示，可以在第一棱镜1与第一单色显示单元100之间，和第二棱镜2与第二单色显示单元200之间，和第三棱镜3与第三单色显示单元300之间，均设置透镜组500，从而校正第一棱镜1、第二棱镜2和/或第三棱镜3之间透射的光产生的像差，提高成像质量。本实施例中仅以第一棱镜1与第一单色显示单元100之间，和第二棱镜2与第二单色显示单元200之间，和第三棱镜3与第三单色显示单元300之间，均设置透镜组500为例进行说明，但并不以此为限，具体设置时，可以根据实际需要设置。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种合色装置，包括：第一单色显示单元、第二单色显示单元、第三单色显示单元及合色棱镜，其中：

所述第一单色显示单元用于提供第一单色光；

所述第二单色显示单元用于提供第二单色光；

所述第三单色显示单元用于提供第三单色光；

所述合色棱镜设置在所述第一单色显示单元、所述第二单色显示单元及所述第三单色显示单元的光路上，用于调整所述第一单色光及所述第二单色光的出射方向，使得调整后的所述第一单色光和所述第二单色光与所述第三单色光的出射方向相同。

2.根据权利要求1所述的合色装置，

所述第一单色、所述第二单色、所述第三单色分别为红色、绿色和蓝色中的任意一种，且所述第一单色、所述第二单色、所述第三单色为不同的颜色。

3.根据权利要求1或2所述的合色装置，所述合色棱镜还用于透射所述第三单色光。

4.根据权利要求3所述的合色装置，所述合色棱镜包括：第一棱镜、第二棱镜及第三棱镜；

所述第一棱镜用于调整所述第一单色光的光路，使所述第一单色光从所述出射方向射出；

所述第一棱镜和第二棱镜用于调整所述第二单色光的光路，使所述第二单色光从所述出射方向射出；

所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜用于透射所述第三单色光，使所述第三单色光从所述出射方向射出。

5.根据权利要求4所述的合色装置，

所述第一棱镜、所述第二棱镜及所述第三棱镜均为三棱镜。

6.根据权利要求5所述的合色装置，所述第一棱镜用于调整所述第一单色光的出射方向，使所述第一单色光从所述出射方向射出，包括：

所述第一棱镜的三个侧面分别为第一透射面、全反射面及第一分光面，所述第一分光面的表面镀有第一单色光反射膜；

所述第一单色显示单元提供的第一单色光经过所述第一透射面透射至所述全反射面，经过所述全反射面反射至所述第一分光面，经过所述第一分光面反射至所述全反射面，经过所述全反射面的透射从所述出射方向射出。

7.根据权利要求6所述的合色装置，所述第一棱镜和第二棱镜用于调整所述第二单色光的出射方向，使所述第二单色光从所述出射方向射出，包括：

所述第二棱镜的三个侧面分别为第二透射面、第三透射面及第二分光面，所述第二分光面的表面镀有第二单色光反射膜；

所述第二单色显示单元提供的第二单色光经过所述第二透射面透射至所述第二分光面，经过所述第二分光面反射至所述第三透射面，经过所述第三透射面透射至所述第一分光面，经过所述第一分光面透射至所述全反射面，经过所述全反射面的透射从所述出射方向射出。

8.根据权利要求7所述的合色装置，所述第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜用于透射所述第三单色光，使所述第三单色光从所述出射方向射出，包括：

所述第三棱镜的三个侧面分别为透射面，所述第三单色显示单元提供的第三单色光依次经过三个所述透射面的任意两个透射面透射至所述第二分光面，经过所述第二分光面透射至所述第三透射面，经过所述第三透射面透射至所述第一分光面，经过所述第一分光面透射至所述全反射面，经过所述全反射面的透射从所述出射方向射出。

9.根据权利要求4所述的合色装置，

所述第一棱镜与所述第一单色显示单元之间，和/或所述第二棱镜与所述第二单色显示单元之间，和/或所述第三棱镜与所述第三单色显示单元之间，具有透镜组，用于校正所述第一棱镜、所述第二棱镜和/或所述第三棱镜之间透射的光产生的像差。

10.根据权利要求4所述的合色装置，

所述第一棱镜和/或所述第二棱镜和/或所述第三棱镜中的至少一个侧面为非球面或自由曲面。

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