CN210666314U

CN210666314U - 光线控制装置、像源、投影幕布、投影系统和成像系统

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Publication number: CN210666314U
Application number: CN201920712194.6U
Authority: CN
Inventors: 吴慧军; 徐俊峰; 方涛
Original assignee: Future Beijing Black Technology Co Ltd
Current assignee: Future Beijing Black Technology Co Ltd
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2020-06-02
Anticipated expiration: 2029-05-17

Abstract

本实用新型提供了一种光线控制装置、被动发光像源、投影幕布和成像系统，其中，该光线控制装置包括：光线控制装置，包括：光线汇聚元件和弥散元件；所述弥散元件设置在光线汇聚元件上；当有光线入射时，光线汇聚元件将光线沿所述光线的入射方向的相反方向反射至弥散元件；弥散元件将入射的光线扩散并形成光斑。通过本实用新型实施例提供的光线控制装置、被动发光像源、投影幕布和成像系统，可以提高光线的利用率。

Description

光线控制装置、像源、投影幕布、投影系统和成像系统

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，具体而言，涉及一种光线控制装置、被动发光像源、投影幕布和成像系统。

背景技术

光源是指能发出一定波长范围的电磁波(例如可见光、紫外线、红外线等)的物体，例如LED(Light Emitting Diode，发光二极管) 等；在照明以及显示成像等领域，光源是必不可少的器件。

现有包含光源的设备(例如照明设备、液晶显示器等)只是简单地利用光源发出的光线，而光源一般是点光源或近似点光源，即光源会向四周发出光线，传统光源设备对光源的利用率较低。

具体的，传统的照明设备(例如LED)在发出可见光的同时，还会发出不可见光(例如紫外线等)，该部分不可见光对照明功能是无用的。而某些显示成像设备(例如液晶显示器)利用背光源成像时，背光源发出的光线只有极少一部分用于成像，导致成像亮度较低。虽然可以通过提高光源功率来解决成像亮度低的问题，但这相应会带来光源功耗高、且发热量大的问题，从而增加了对光源设备的散热要求。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种光线控制装置、被动发光像源、投影幕布和成像系统。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种光线控制装置，包括：光线汇聚元件和弥散元件；所述弥散元件设置在所述光线汇聚元件上；

当有光线入射时，所述光线汇聚元件将所述光线沿所述光线的入射方向的相反方向反射至所述弥散元件；

所述弥散元件将入射的光线扩散并形成光斑。

第二方面，本实施例还提供了一种被动发光像源，包括：光源和上述第一方面描述的光线控制装置；

所述光源向所述光线控制装置发射光线；

所述光线控制装置将入射的所述光线沿所述光线的入射方向的相反方向反射，并在所述光线控制装置的表面形成实像。

第三方面，本实施例还提供了一种被动发光像源，包括：光源、反射装置和上述第一方面所述的光线控制装置；

所述反射装置将所述光源发射的光线反射至所述光线控制装置，并接收所述光线控制装置反射回的所述光斑，所述光斑在所述反射装置外形成虚像；

所述光线控制装置将入射的所述光线扩散形成光斑，并将所述光斑沿所述光线的入射方向的相反方向反射回所述反射装置。

第四方面，本实施例还提供了一种成像系统，包括：辅助成像设备和第二方面或者第三方面所述的被动发光像源；

所述被动发光像源呈现出错位的图像，并将所述错位的图像投射到所述辅助成像设备上；其中，所述错位的图像，包括相互交错的至少两个图像；

所述辅助成像设备，包括：至少两个图像处理区域，其中，至少所述两个图像处理区域中的一个图像处理区域用于透过所述错位的图像中的一个图像，至少所述两个图像处理区域中的另一个图像处理区域用于透过所述错位的图像中的另一个图像，使得佩戴所述辅助成像设备的观察者能够看到3D图像。

第五方面，本实施例还提供了一种投影幕布，包括：基材和第一方面所述的光线控制装置；

所述光线控制装置设置在所述基材上。

第六方面，本实施例还提供了一种投影系统，包括：光源和所述上述的投影幕布。

本实用新型实施例上述第一方面提供的方案中，通过在弥散元件上设置光线汇聚元件，利用光线汇聚元件将入射的光线沿光线的入射方向的相反方向将光线反射出去，从而对光线的反射方向进行控制，避免光线发散到各处，提高光线的利用率。

本实用新型实施例上述第二方面至第三方面提供的方案中，通过设置光线控制装置对入射光线的反射方向进行控制，从而可以避免光源发出的光发生漫反射而发散到各处，提高像源发出的图像亮度。

本实用新型实施例上述第四方面提供的方案中，通过成像系统中设置的被动发光像源发出高亮度的3D图像，使得佩戴立体眼镜的观察者就能够看到高清、高亮、色彩丰富、画质细腻的图像，提高观察者体验。

本实用新型实施例上述第五方面至第六方面提供的方案中，通过投影幕布上设置的光线控制装置对光源发出的光线的反射方向进行控制并汇聚，从而可以避免投影幕布反射的光发生漫反射而发散到各处，提高投影幕布的增益，使得投影幕布反射的光线能够更多的进入观察者眼中，提高亮度并降低功耗。

为使本实用新型的上述目的、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

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。

图1示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置的结构示意图；

图2a示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线经过弥散元件后形成矩形、圆形、以及椭圆形光斑的一种侧视图；

图2b示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线经过弥散元件后形成矩形、圆形、以及椭圆形光斑的另一种侧视图；

图2c示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线经过弥散元件后形成蝙蝠翼形状的光斑的俯视图；

图3a示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第一种实现方式的结构示意图；

图3b示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第二种实现方式的结构示意图；

图3c示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第三种实现方式的结构示意图；

图3d示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第四种实现方式的结构示意图；

图4a示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第五种实现方式的结构示意图；

图4b示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第六种实现方式的结构示意图；

图4c示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第七种实现方式的结构示意图；

图5a示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线传播示意图；

图5b示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线的反射与折射示意图；

图5c示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，采用庞加莱球描述电磁波偏振态及几何相位的示意图；

图5d示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，各向异性超材料绕垂直于XOY平面的Z轴旋转±90°，从坐标轴v的位置旋转到坐标轴u的位置时的示意图；

图6a示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第八种实现方式的结构示意图；

图6b示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第八种实现方式中光线汇聚层的第一种排布方式的示意图；

图6c示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第八种实现方式中光线汇聚层的第二种排布方式的示意图；

图7a示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第八种实现方式中光线汇聚层第三种排布方式的结构俯视图；

图7b示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第八种实现方式中光线汇聚层第三种排布方式的结构侧视图；

图7c示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第八种实现方式的光线汇聚层第三种排布方式中第五光线汇聚柱体的直径呈准线性排布规律的示意图；

图8a示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第八种实现方式中与光线汇聚层第三种排布方式对应的平面反射层的结构俯视图；

图8b示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第八种实现方式中与光线汇聚层第三种排布方式对应的平面反射层的结构侧视图；

图8c示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，光线汇聚元件的第八种实现方式中与光线汇聚层第三种排布方式对应的平面反射层中光线反射柱体呈准线性规律的排布示意图；

图9示出了本实用新型实施例所提供的光线控制装置中，聚合物材料SU-8的分子式示意图；

图10a示出了本实用新型实施例所提供的被动发光像源的一种实现方式的结构示意图；

图10b示出了本实用新型实施例所提供的被动发光像源的另一种实现方式的结构示意图；

图11示出了本实用新型实施例所提供的成像系统中，设置四台投影机让双观察者看到不同立体图像的场景示意图；

图12示出了本实用新型实施例所提供的成像系统中，一观察者看到3D图像的示意图；

图13示出了本实用新型实施例所提供的投影幕布的结构示意图。

附图标记：100-光线控制装置、104-光源、106-弥散元件、1061- 光斑、301-光线汇聚元件、302-对向反射颗粒、303-背纸、304-反光层、 305-透明材料、306-背胶、307-透明盖板层、308-固定层、309-第一隔离层、310-凸起部、311-凹陷部、3800-倒三角锥微结构、3802-支撑结构、3804-基板层、400-光线汇聚层、401-第二隔离层、402-平面反射层、404-衬底、500-光线汇聚单元、501-第五光线汇聚柱体、503-第一材料层、600-平面反射单元、601-光线反射柱体、602-第二材料层、700- 反射装置、2600-基材、2602-保护单元。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

实施例

参见图1所示的光线控制装置的结构示意图，本实施例提出一种光线控制装置100，包括：光线汇聚元件301和弥散元件106；所述弥散元件106设置在所述光线汇聚元件301上；

当有光线入射时，所述光线汇聚元件301将所述光线沿所述光线的入射方向的相反方向反射至所述弥散元件106；

所述弥散元件将入射的光线以及所述光线汇聚元件反射的光线扩散并形成光斑。

在一个实施方式中，上述光线控制装置的具体工作方式可以是：光线入射至弥散元件106后，经过弥散元件106后光线发生一次扩散，扩散后的光线入射至光线汇聚元件301，随后光线在光线汇聚元件301 上进行传播，最终以入射方向的相反方向出射至弥散元件106，发生二次弥散，光线弥散为特定形状的光斑1061，光斑1061的大小由两次弥散共同决定。

上述光线汇聚元件301上排布有微结构，光线汇聚元件301，用于通过该微结构对入射的光线进行对向反射，将入射的光线沿光线入射方向的相反方向射出，避免入射的光线发散到各处。

本实施例中，所述光线汇聚元件301中的术语“汇聚”，是指将入射的光线沿光线入射方向的相反方向射出，实质上是对向反射的含义。

根据反射定律，入射光平行于反射光意味着一个反射单元对一平行光的反射光也将是一束平行光，且由于光线汇聚元件上排布的微结构很小，所以可以认为反射光的光轴和入射光的光轴几乎重合，从而完成整个对向反射过程。

在本实施例中，沿光线入射方向的相反方向射出光线，就可以认为对光线进行了对向反射的操作。

所述弥散元件106，用于控制光线的扩散程度，光线弥散后的传播角度和光斑尺寸决定了最终成像的亮度及可视角，所述弥散元件 106的弥散角度越小，成像亮度越高，可视角也越小；所述弥散元件 106的弥散角度越大，成像亮度越小，可视角也越大。

所述弥散元件106，可以将经过光线汇聚元件301控制后所汇聚的光线以一定角度进行弥散，从而覆盖所需要的眼盒区域。

上述眼盒区域，是指观察者可以观察到光斑所呈现图像的区域。

所述弥散元件106，可以采用衍射光学元件，光线经过衍射光学元件之后，会弥散开来并且形成一个特定形状的光斑1061，该特定形状的光斑1061的大小和形状由衍射光学元件的微观结构所决定。

在一个实施方式中，上述衍射光学元件采用可以形成多种光斑 1061形状的光束整形器。

该光斑1061的多种形状，可以是但不限于：线形、圆形、椭圆形、正方形、长方形、以及蝙蝠翼形状。

参见图2a所示的光线经过弥散元件后形成矩形、圆形、以及椭圆形光斑的一种侧视图。其中，θ_V≈2α。

所述θ_V表示光线经过弥散元件后在垂直方向上两条最大视线轴之间的夹角。

上述α表示特征轴与最大视线轴在垂直方向上的夹角。所述特征轴就是图2a中所示的虚线。

参见图2b所示的光线经过弥散元件后形成矩形、圆形、以及椭圆形光斑的另一种俯视图。其中，θ_H≈2β。

所述θ_H表示光线经过弥散元件后在水平方向上两条最大视线轴之间的夹角。

上述β表示特征轴与最大视线轴在水平方向上的夹角。

参见图2c所示的光线经过弥散元件后形成蝙蝠翼形状的光斑的俯视图。为了将光线弥散到不同方向上，所述弥散元件106可以采用可以形成蝙蝠翼形状的光斑1061的衍射光学元件。

如图2c可以看出，光线经过弥散元件后，可以在2个方向上形成光斑，从而可以让2个方向上的观察者都可以看到光斑所呈现的图像。

为了对光线进行汇聚，上述光线汇聚元件301，可以采用如下多种方式实现：

参见图3a所示的光线汇聚元件301的第一种实现方式的结构示意图，上述光线汇聚元件301的表面可以是由倒三角锥微结构组成。上述倒三角锥微结构，可以是正三角形三角锥微结构。

当光线汇聚元件301采用正三角形三角锥微结构时，正三角形三角锥微结构的切面为正三角形，三个反射面为三个相互垂直的等腰三角形。光线可以经过正三角形三角锥微结构的三个面进行镜面反射后朝光线的入射方向的相反方向射出。

在一个实施方式中，上述光线汇聚元件301在排列方式上是把六个正三角形三角锥微结构连接成一个正六角形，上述光线汇聚元件 301的整个表面呈现出多个正六角形紧密排列的蜂窝状结构。使用这种结构制作的上述光线汇聚元件301，正面反射亮度非常高，而且没有方向性。

上述方向性，是指同一反光膜在同样的观测条件下，垂直放置和平行放置时的对向反射性能不一样。

参见图3b所示的光线汇聚元件301的第二种实现方式的结构示意图，上述三角锥微结构，可以是等腰三角形三角锥微结构。

为了提高出射效果，上述三角锥微结构，可以具有反光面，当然，上述三角锥微结构也可以不具有反光面。

当光线汇聚元件301采用等腰三角形三角锥微结构时，等腰三角形三角锥微结构的三个反射面也是相互垂直的，但这三个反射面不是都是等腰三角形。该等腰三角形三角锥微结构的排列方式也是连接六个三角锥单位成为一个六角形，但这个六角形是由等腰三角形组成的六角形。根据这种结构做出的光线汇聚元件301，正面亮度比上述采用正三角形三角锥微结构的光线汇聚元件301要低，但在大的入射角，也就是照射光线不和切面垂直时，反光亮度不会有很大的衰减。

参见图3c所示的光线汇聚元件301的第三种实现方式的结构示意图，上述光线汇聚元件301，可以采用立方体微结构将入射的光线沿光线入射方向的相反方向射出。

参见图3d所示的光线汇聚元件301的第四种实现方式的结构示意图，所述光线汇聚元件301，包括：倒三角锥微结构3800、支撑结构3802和基板层3804。

所述倒三角锥微结构3800设置在所述支撑结构3802上；所述支撑结构3802设置在所述基板层3804上。

所述倒三角锥微结构3800的折射率大于所述支撑结构3802的折射率。

所述倒三角锥微结构3800将入射光线中入射角大于临界角的光线以全反射的方式沿所述光线的入射方向的相反方向反射至所述弥散元件。

所述支撑结构3802，可以采用正三角锥微结构，使所述支撑结构 3802能够与所述倒三角锥微结构3800紧密贴合。

在一个实施方式中，在光线汇聚元件301的第三种实现方式中，所述光线汇聚元件301可以包括：倒三角锥微结构3800和支撑结构 3802，所述倒三角锥微结构3800设置在所述支撑结构3802上即可，并不需要设置所述基板层3804。

所述倒三角锥微结构3800可以采用现有的任何光密介质构成，所述支撑结构3802可以采用现有的相对于所述倒三角锥微结构3800 的任何光疏介质构成。本实施例中不再一一赘述。

参见图4a所示的光线汇聚元件301的第五种实现方式的结构示意图，上述光线汇聚元件301，可以采用对向反射颗粒将入射的光线沿光线入射方向的相反方向射出。

上述对向反射颗粒302，可以是透明的球状颗粒和椭球状颗粒。

在一个实施方式中，上述对向反射颗粒302，可以采用玻璃珠、透明树脂、高分子聚合物或其他与玻璃性质类似的材料制成的颗粒。

参见图4a所示的球状的对向反射颗粒的示意图，主要利用了球状的对向反射颗粒表面的金属反射层。当光线射向球状的对向反射颗粒时，在球状的对向反射颗粒表面P点发生折射，折射光在O点发生镜面反射，然后在Q点再发生折射，从而沿光线入射方向的相反方向射出。其中，为了不影响对向反射颗粒的对入射光线进行折射，金属反射层可以涂覆在对向反射颗粒对入射光线进行反射的部分表面上，如图4a所示的对向反射颗粒中，金属反射层可以涂覆在对向反射颗粒O 点附近的表面上。当然，球状的对向反射颗粒也可以不涂覆上述的金属反射层，也同样可以实现上述图4a所示的光路传播过程，只不过比表面涂覆金属反射层的球状的对向反射颗粒的光线传播效率低一些。

这里，球状的对向反射颗粒的大小对整个反光亮度几乎没有影响，但球状的对向反射颗粒的材质会对整个反光亮度有很大影响，主要体现在球状的对向反射颗粒的折射率，折射率会影响光线通过球状的对向反射颗粒时的焦点的位置，焦点的位置必须有金属反射层，才能让光线回到球状的对向反射颗粒内，实现光线的对向反射。如果考虑到入射光线之间的相差关系，球状的对向反射颗粒的焦点应该不是唯一的。球状的对向反射颗粒，为了让光线汇聚在一点(如图4a中的O 点)，对向反射颗粒应该由具有不同折射率的材料层叠而成，这样会使对向反射颗粒具有梯度折射率，从而将不同方向入射对向反射颗粒的光线汇聚在一点。

如图4a所示，上述球状的对向反射颗粒，可以直接排布在光线汇聚元件的放置板上。球状的对向反射颗粒上面没有保护膜而直接和空气接触，光线直接经过球状的对向反射颗粒的折射聚焦后，能量损失最少，光线受到的影响也最小，因此反光强度比较高。

进一步地，光线汇聚元件301使用球状的对向反射颗粒时，还可以在对向反射颗粒外表面涂覆金属反光层，提高反光效果。

参见图4b所示的光线汇聚元件301的第六种实现方式的结构示意图，所述光线汇聚元件301，包括：第一基板层和第一汇聚层。

所述第一汇聚层设置在所述第一基板层上。

上述第一基板层，包括：背纸303和设置在所述背纸上的背胶306；所述背胶的上表面与反光层304贴合。

所述第一汇聚层，包括：反光层304、透明材料305和设置在所述透明材料内部的对向反射颗粒302。

所述透明材料设置在所述反光层上。

所述对向反射颗粒302，利用所述反光层将所述光线沿所述光线的入射方向的相反方向反射至所述弥散元件。即光线入射到对向反射颗粒302后会透过对向反射颗粒302入射到所述反光层304，所述反光层304对入射的光线反射回对向反射颗粒302后，由对向反射颗粒 302将沿所述光线的入射方向的相反方向反射至所述弥散元件。

在一个实施方式中，上述透明材料305，可以采用透明树脂。所述对向反射颗粒302，可以是球状的对向反射颗粒。

将大小并不完全一致的球状的对向反射颗粒直接埋入在透明树脂里，由于球状的对向反射颗粒的大小并不是完全一致的，球状的对向反射颗粒和背后的反光层304的距离也不是一致的，在光线穿过球状的对向反射颗粒时，并不能保证该球状的对向反射颗粒的焦点就正好落在背后的反光层上，这时就不能反射光线再次通过玻璃珠回到光源，因此，使用图4b所示的光线汇聚元件301的对向反射亮度并不是很高。

参见图4c所示的光线汇聚元件301的第七种实现方式的结构示意图，所述光线汇聚元件301，包括：第二基板层和第二汇聚层。

所述第二汇聚层设置在所述第二基板层上。

与上述第一基板层的结构类似，第二基板层，包括：背纸303和设置在所述背纸上的背胶306；所述背胶的上表面与第二汇聚层贴合。

所述第二汇聚层，包括：固定层308和对向反射颗粒302；所述对向反射颗粒放置在所述固定层表面。所述固定层308远离对向反射颗粒的一侧与所述背胶306贴合。

所述对向反射颗粒具有反光表面。反光表面可以是对向反射颗粒中对入射光线进行反射的部分表面。该反光表面的性质与上述金属反光层的性质类似，这里不再赘述。

为了对设置在第二汇聚层内的对向反射颗粒进行保护，在上述光线汇聚元件301的第七种实现方式中，光线汇聚元件301还可以包括：透明盖板层307。所述透明盖板层307设置在第二汇聚层上。

所述对向反射颗粒远离所述固定层308的一侧与所述透明盖板层 307之间的空隙形成第一隔离层309。

所述第一隔离层的折射率小于所述透明盖板层、固定层以及所述对向反射颗粒的折射率。

在一个实施方式中，为了所述第一隔离层的折射率小于所述透明盖板层、固定层以及所述对向反射颗粒的折射率。第一隔离层309可以不使用任何介质而形成，那么所述第一隔离层309就是空气层。

在另一个实施方式中，第一隔离层309可以使用折射率非常接近空气的气凝胶填充，同样可以达到所述第一隔离层的折射率小于所述透明盖板层、固定层以及所述对向反射颗粒的折射率的目的。

所述固定层308具有多个凹陷部311，多个凹陷部中的每个凹陷部能够放置至少一个所述对向反射颗粒302。

所述固定层308中，为了区分出不同的凹陷部，各凹陷部之间可以通过凸起部310间隔。所述凸起部310，用于对所述透明盖板层307 进行支撑。

在一个实现方式中，对向反射颗粒的反光表面可以是将反光材料涂覆到对向反射颗粒上得到的。

如图4c所示的光线汇聚元件301，反光材料直接涂覆在球状的对向反射颗粒上，从而可以控制焦点能够落在球状的对向反射颗粒的外表面上，保证了所有从球状的对向反射颗粒折射到其外表面的光线都可以返回到球状的对向反射颗粒内。为了达到这个目的，光线只能从第一隔离层进入该球状的对向反射颗粒时才能保证该折射率有效。

所述固定层308是树脂制成的。所述透明盖板层307是透明树脂制成的。

上述对向反射颗粒302，采用椭球状颗粒时，可以使用暴露型椭球珠、密封型椭球珠、以及埋入型椭球珠。

其中，暴露型椭球珠的排布形式与图4a所示的球状的对向反射颗粒类似，就是将球状的对向反射颗粒替换为椭球状对向反射颗粒。

密封型椭球珠的排布形式与图4b所示的球状的对向反射颗粒类似，就是将球状的对向反射颗粒替换为椭球状对向反射颗粒。

埋入型椭球珠的排布形式与图4c所示的球状的对向反射颗粒类似，就是将球状的对向反射颗粒替换为椭球状对向反射颗粒。

上述光线汇聚元件301除了使用上述微结构实现光线的汇聚和对向反射功能外，本领域技术人员发现还可以使用超材料实现上述光线的汇聚和对向反射功能。

为了对超材料实现光线的汇聚和对向反射功能进行描述，先对超材料为何能实现光线的汇聚和对向反射功能进行说明：

本领域技术人员可知，电磁波通用表达式为：

其中，

式中：ω为角频率；f为频率；T为周期。

参见图5a的所示的光线传播示意图，设有两束光L₁和L₂，同时从P点出发，在折射率为n的介质中传播，传播的路径分别为r1和 r2。那么L₁和L₂的相位差

其中，n为介质折射率；D为几何路径差；l为光程差；

为真空中的波矢量，r₁表示光线L₁传播的几何路径，r₂表示光线L₂传播的几何路径，v表示L₁和L₂的传播频率，

表示L₁和L₂两束光分别到A和 B的相位差。

在通过以上内容对什么是光线的相位差介绍完毕后，继续对光的折射和反射进行描述。

对于光的折射情况来说，参见图5b所示的光线的反射与折射示意图，光由A点(x_A，y_A)出射，在O点发生反射，反射到B点(x_B， y_B)，光传播的几何路径为：

根据上文的相位差公式，则有：

其中，ψ_r(x)表示光线从A点经O点反射到B点后，A点与B点的累计相位差。

对x进行求导，有：

根据费马原理：

所以：

又因为：

所以：

sinθ_i＝sinθ_r

因此对于一般的材料而言，光在介质表面发生反射，入射角θ_i一定等于反射角θ_r。

而此时我们在O点处引入超材料，超材料会额外提供一个相位φ(x)，则：

对x进行求导，有：

根据费马原理：

所以：

又因为上述公式(23)和(24)：

所以：

因此，引入超材料后，反射角与入射角不再相等，即我们可以通过超材料对光的传播方向进行控制。

对于光的折射情况来说，光由折射率为n1的介质入射到折射率为n2的介质，由A点(x_A，y_A)出射，在O点发生折射，折射到C 点(x_c，y_c)，此时的相位差为ψ_t(x)：

其中，ψ_t(x)表示光线从A点经O点折射到C点后，A点与C点的累计相位差。

根据费马原理：

故：

又因为公式(24)以及以下公式(31)：

其中，θ_t表示折射角。

故：

从而得到入射角和折射角与折射率的关系：

因此对于一般的材料而言，入射角与折射角的关系是固定不变的，由两介质的折射率决定。

而引入超材料后，会引入额外的相位差，故此时的相位差为：

根据费马原理：

故：

又因为公式(7)以及公式(14)，故：

通过以上的描述可以看出，通过改变光线的相位，可以改变光线反射和折射时的传播方向。

上世纪80年代物理学界提出几何相位的概念。本领域技术人员可知，当一个绝热物理系统从初态沿着某一路径(一定的参数空间或者态空间)演变一个周期并回到初始状态时，其最终态与初始态并不等效，而需要增加一个额外的相位因子。该相位因子只与系统演变的几何路径相关，因此被称为几何相位。几何相位的利用最早出现在微波系统中。本领域技术人员通过研究得到电磁波在偏振态转化过程中会产生一个额外的相位。某一偏振态的电磁波，沿庞加莱球表面某一路径演变并回到初态，其终态与初始态相差一个相位因子，相位因子的值等于演变路径测地线所围闭合环路立体角的一半。

参见图5c所示的采用庞加莱球描述电磁波偏振态及几何相位的示意图。在一个单位半径的球面上，其表面的每一个点都对应了一种对应的偏振态。当光波的偏振态从庞加莱球的北极经赤道和南极重新返回北极后，光波的相位变化为闭合路径对应立体角的一半。

在图5c中，各参数的定义如下：S1、S2和S3为相互垂直的空间轴，球面上每个点都代表一个偏振态。C1代表初态光线演变路径。C2 代表终态光线演变路径。Ω为闭合环路立体角，为4Ψ。2Ψ为增加的相位，为闭合环路立体角的一半。

通过以上的描述可以看出，本领域技术人员可以设计一种超材料结构，来改变入射到超材料的光线的相位。

对于一个亚波长纳米单元结构，可以用线偏振入射光的琼斯矩阵来描述：

由琼斯矩阵可以推得纳米单元结构在圆偏振光入射情况下的传输矩阵为：

假设两个主轴方向的透射复振幅分别为t_u和t_v，则推导可得：

对于x偏振电磁波的入射，对应的电磁波输出为：

从式(41)可以发现，电磁波在与各向异性超材料相互作用后,出射电磁场除了含原有偏振态电磁波外，还激发产生了正交偏振的电磁分量，振幅为(t_u-t_v)sinζcosζ。参见40d所示的各向异性超材料绕垂直于XOY平面的Z轴旋转±90°，此时坐标轴u与X的夹角ζ为ζ±π/2，根据式(41)得到x偏振电磁波入射条件下的输出电场为：

此时，正交偏振电磁波振幅与式(25)相同，但相位相差π。

对于圆偏振光入射的情况，经过各向异性超材料后的输出电场表达式为：

其改变的相位为2δζ。

通过以上的内容可以看出，超材料具有各向异性的特性，可以对光线进行相位补偿，即通过改变入射到超材料的光线的相位，来改变光线的反射和折射方向，从而实现上述的光线汇聚和对向反射功能。而且，超材料的形状和尺寸与它所要实现的功能息息相关。

参见图6a所示的光线汇聚元件301的第八种实现方式的结构示意图，所述光线汇聚元件可以由超材料制成，所述光线汇聚元件，包括：在所述光线入射方向上依次设置的光线汇聚层400、第二隔离层 401、平面反射层402、以及衬底404。

所述平面反射层402位于所述光线汇聚层400的焦平面上。

所述光线汇聚层400和所述平面反射层402分别采用不同的超材料制成。

所述衬底404，用于对光线汇聚层400、第二隔离层401和平面反射层402起到支撑作用。

所述光线在超材料制成的光线汇聚元件的各部分：所述光线汇聚层400、所述第二隔离层401、所述平面反射层402、以及所述衬底404 的共同作用下相位累计改变π，超材料制成的光线汇聚元件对所述光线起到对向反射作用，使得所述光线能够沿所述光线的入射方向的相反方向反射出来。

在一个实现方式中，所述光线汇聚层400可以由高折射率材料制成。所述平面反射层402也可以由高折射率材料制成。

所述不同的超材料，是指具有不同尺寸、成份、形状、或者排布方式的材料。

所述高折射率材料，包括但不限于：钛酸锶、氧化铬、氧化铜、二氧化钛(金红石型)、二氧化钛(锐钛矿型)、非晶硒、氧化锌、氮化镓、碘晶体、非晶硅、以及单晶硅。

所述光线汇聚层400，通过改变入射的光线的相位，将入射的光线汇聚到所述平面反射层402上，并将所述平面反射层反射回的光线沿光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。

所述光线汇聚层400的作用类似于凸透镜，可看作是多个微凸透镜(该微凸透镜的尺寸为几百纳米级别)组合而成的微透镜阵列，可以将光线汇聚到相邻的多个点上。

所述第二隔离层401，用于使所述平面反射层402位于所述光线汇聚层400的焦平面上。

所述平面反射层402，能够改变所述光线汇聚层汇聚的光线的相位，并将相位改变后的光线反射至所述光线汇聚层。

所述衬底404，用于与所述光线汇聚层400、所述第二隔离层401、以及平面反射层402一起，形成一个可以改变入射光线相位的共振结构。

所述衬底404，可以采用聚合物材料制成。

超材料的尺寸和形状，由它所起到的功能决定。

参见图6b所示的光线汇聚元件301的第八种实现方式中光线汇聚层400的第一种排布方式的示意图，当所述光线为三原色光线时，所述光线汇聚层400，包括：长宽高分别与所透射的光线波长对应的第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体；所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体和所述第三光线汇聚柱体放置在第二隔离层上。

所述第一光线汇聚柱体，通过改变入射的三原色光线中第一颜色光线的相位，将三原色光线中第一颜色光线汇聚到所述平面反射层，并将所述平面反射层反射回的第一颜色光线沿第一颜色光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。

所述第二光线汇聚柱体，通过改变入射的三原色光线中第二颜色光线的相位，将三原色光线中第二颜色光线汇聚到所述平面反射层，并将所述平面反射层反射回的第二颜色光线沿第二颜色光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。

所述第三光线汇聚柱体，通过改变入射的三原色光线中第三颜色光线的相位，将三原色光线中第三颜色光线汇聚到所述平面反射层，并将所述平面反射层反射回的第三颜色光线沿第三颜色光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。

所述三原色光线，由红色光线、绿色光线、以及蓝色光线组成。

所述第一颜色光线、所述第二颜色光线、所述第三颜色光线可以是红色光线、绿色光线、以及蓝色光线的任意排列组合。这里不再赘述。

为了提高所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体和所述第三光线汇聚柱体对三原色光线的汇聚效率以及累积更多的几何相位，所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体和所述第三光线汇聚柱体可以排列成若干个同心环形。

在一个实施方式中，所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体的具体形状可以如图6b所示，当然也可以采用其他能够实现光线汇聚功能的形状，这里不再赘述。

红色光线、绿色光线、以及蓝色光线分别具有不同波长范围，为了将三原色光线都汇聚到所述平面反射层，需要使第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体的长宽高与所需要汇聚的颜色光线的波长对应。

可选地，为了使所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体隔开一定的距离，以及对所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体起支撑作用，所述光线汇聚层400，还包括第一衬底层；所述第一衬底层的上表面可以固定有第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体中的任一柱体，所述第一衬底层的下表面可以与所述第二隔离层401贴合。

为了放置所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体，所述第一衬底层可以被视作由多个相邻的衬底块组成，上述第一衬底层中的每个衬底块上均可以放置所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体中的任一柱体；所述第一衬底层的结构周期与所放置的所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体的尺寸相关。

在一个实施方式中，所述衬底块的形状是长方体，所述衬底块的上表面和下表面可以为正方形表面，所述衬底层的侧表面为矩形表面。

上述第一衬底层的结构周期，就是指所述衬底块的上表面和下表面的边长，该结构周期决定了排列在第一衬底层上的所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和所述第三光线汇聚柱体中的相邻柱体之间的间距。该间距会影响入射光的波长和相位调控。

红色光的波长范围是：622～760纳米；绿色光的波长范围是： 492～577纳米；蓝色光的波长范围是：405～450纳米。

所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体的尺寸与所要汇聚的三原色光线的波长成正比。

这里，所述尺寸，是指所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体的长宽高。

在一个实施方式中，当光源发出的三原色光线的波长分别是：蓝色光405纳米、绿色光532纳米以及红色光660纳米。

这里，设定第一光线汇聚柱体用于汇聚405纳米的蓝色光、第二光线汇聚柱体用于汇聚532纳米的绿色光、且第三光线汇聚柱体用于汇聚660纳米的红色光。

为了汇聚405纳米的蓝色光，第一光线汇聚柱体的尺寸为：高长度为600纳米，宽为40纳米，长为150纳米，且所述第一衬底层中放置所述第一光线汇聚柱体的衬底块的上表面和下表面的边长为200纳米。

为了汇聚532纳米的绿色光，第二光线汇聚柱体的尺寸为：高长度为600纳米，宽为95纳米，长为250纳米，且所述第一衬底层中放置所述第二光线汇聚柱体的衬底块的上表面和下表面的边长为325纳米。

为了汇聚660纳米的红色光，第三光线汇聚柱体的尺寸为：高长度为600纳米，宽为85纳米，长为410纳米，且所述第一衬底层中放置所述第三光线汇聚柱体的衬底块的上表面和下表面的边长为430纳米。

如图6b可以看出，在光线汇聚层400的第一种排布方式中，所述若干个同心环形中的每个同心环形中，所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和所述第三光线汇聚柱体在圆周方向上分布。所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和所述第三光线汇聚柱体在圆周方向上可以采用本领域技术人员能够想到的任何排布方式进行设置。

优选地，在同一圆环内，所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和所述第三光线汇聚柱体在圆周方向上可以均匀间隔设置，所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和所述第三光线汇聚柱体设置比例为1:1:1。

所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和所述第三光线汇聚柱体在圆周方向上的分布方式可以是所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和所述第三光线汇聚柱体之间是等距离分布，也可以是不等距离分布。

所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和所述第三光线汇聚柱体的分布方式，优选的是等间距排列，这样分布的所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和所述第三光线汇聚柱体对所汇聚光线的相位调制是精确和平滑的。但所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和所述第三光线汇聚柱体之间的分布也可以是非等间距排列。非等距排列所造成的影响，是相位调制不一定那么精确和平滑，但是也有一定的调制效果和光线汇聚功能。

所述平面反射层402的上表面具有准周期结构，所述平面反射层通过所述准周期结构将所述光线汇聚层汇聚的光线沿所述光线的入射方向的相反方向反射至所述弥散元件。

所述准周期结构，是由原严格周期性结构约化而得的短程有序周期性结构。

在光线汇聚元件301的使用过程中，所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体和所述第三光线汇聚柱体分别排成的每一个圆环依序旋转，逐渐改变角度，并最终达到对入射光线改变相位的目的。每一个环形对入射光线所造成的相位改变介于(0，2π)之间，累计相位，并最终导致相位对改变为2π，或者大于2π。

参见图6c所示的光线汇聚元件301的第八种实现方式中光线汇聚层400的第二种排布方式的示意图，所述光线汇聚层400，包括：长宽分别与所透射的光线的补偿相位对应的第四光线汇聚柱体；所述第四光线汇聚柱体放置在第二隔离层上。

所述第四光线汇聚柱体，通过改变入射的光线的相位，将任意波长的光线汇聚到所述平面反射层，并将所述平面反射层反射回的光线沿光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。

优选地，上述光线汇聚层400中的所述第四光线汇聚柱体为矩形柱体。

在一个实施方式中，所述光线汇聚层400可以通过GaN材料制成。

为了对不同波长的光线进行汇聚，第四光线汇聚柱体长和宽与对入射的光线补偿的相位的对应关系如表1所示。

表1

其中，L_P表示第四光线汇聚柱体的长度，W_P表示第四光线汇聚柱体的宽度。

为了提高所述第四光线汇聚柱体对光线的汇聚效率，多个所述第四光线汇聚柱体排列成若干个同心环形。如图6c可以看出，在光线汇聚层400的第二种排布方式中，多个所述第四光线汇聚柱体排列形成的所述若干个同心环形中的每个同心环形在圆周方向上分布。

所述第四光线汇聚柱体在圆周方向上的分布方式与上述的所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体、和所述第三光线汇聚柱体在圆周方向上的分布方式类似，这里不再赘述。

在光线汇聚层400的第二种排布方式中，所述光线汇聚层400还包括：第二衬底层；上述第四光线汇聚柱体放置到第二衬底层的上表面上，所述第二衬底层的下表面与所述第二隔离层贴合；具有不同长宽的第四光线汇聚柱体可以汇聚具有不同波长的光线。因此把具有不同长宽的第四光线汇聚柱体放置到第二衬底层上综合起来之后，就可以对任意波长的光线进行汇聚。

在光线汇聚层400的第二种排布方式中，所述衬底层也可以被视为由相邻的多个衬底块组成。该衬底块的形状与光线汇聚层400的第一种排布方式中描述的衬底块的形状类似。

对于光线汇聚单元的第八种实现方式中光线汇聚层400的第二种排布方式来说，所述第二衬底层的结构周期的大小，也决定了各相邻所述第四光线汇聚柱体之间的间距。该间距会影响入射光的波长和相位调控。

通过以上的描述可以看出，第四光线汇聚柱体能够对全波段光线进行汇聚。所以，第二衬底层的结构周期是固定的，比如：可以是100 纳米至150纳米之间的任意数值。优选地，放置第四光线汇聚柱体的衬底块的上表面和下表面的边长可以采用120纳米。

在上述光线汇聚元件301的第八种实现方式中，所述平面反射层 402的上表面的准周期结构的长宽高均小于入射光线的波长。

参见图7a所示的光线汇聚元件301的第八种实现方式中光线汇聚层第三种排布方式的结构俯视图和图7b所示的光线汇聚元件301 的第八种实现方式中光线汇聚层第三种排布方式的结构侧视图，所述光线汇聚层400，包括：第五光线汇聚柱体501和第一材料层503。

所述第一材料层503设置在所述第二隔离层401上，所述第五光线汇聚柱体501设置在所述第一材料层503内。

相邻的所述第五光线汇聚柱体501，是直径各不相同的硅圆柱体；所述第五光线汇聚柱体的直径小于可见光中任意光线的波长。

为了起到较好的光线汇聚作用，相邻所述第五光线汇聚柱体501 之间呈等距离排布。相邻所述第五光线汇聚柱体501之间的距离在300 纳米至600纳米之间。

这里，相邻所述第五光线汇聚柱体501之间呈等距离排布，是指任意相邻的两个第五光线汇聚柱体501中心之间的距离相等。

所述第五光线汇聚柱体501，通过改变入射的光线的相位，将入射的多路光线汇聚到所述平面反射层上，并将所述平面反射层反射回的光线沿光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。

在设计光线汇聚元件301的第八种实现方式中光线汇聚层第三种排布方式时，为了使各相邻所述第五光线汇聚柱体501之间呈等距离排布，可以将第五光线汇聚柱体501放置在呈蜂窝状排布的光线汇聚单元500中。

为了不使光线汇聚单元500之间出现缝隙，影响光线汇聚元件的性能，参见图7a所示的光线汇聚元件301的第八种实现方式中光线汇聚层第三种排布方式的结构俯视图和图7b所示的光线汇聚元件301 的第八种实现方式中光线汇聚层第三种排布方式的结构侧视图，在一个实施方式中，光线汇聚单元500可以采用六边体形状，光线汇聚单元500的截面为六角形。

在一个实现方式中第五光线汇聚柱体501可以是通过非晶硅制成。

在所述光线汇聚层的第三种排布方式中，通过控制所述第五光线汇聚柱体501的直径大小，比如让所述第五光线汇聚柱体501的直径在60纳米到300纳米之间呈准线性的规律的排布，就可以在0～2π的范围内调制入射的光线的相位。参见图7c所示的第五光线汇聚柱体的直径呈准线性排布规律的示意图。其中，图7c的横轴表示第五光线汇聚柱体501的直径长度，纵轴表示光线透射率。通过图7c可以看出，第五光线汇聚柱体501的直径在225纳米和260纳米时对光线的透射率较差，所以第五光线汇聚柱体501不采用直径225纳米和260纳米就可以实现光线汇聚功能。

其中，|t|²表示第五光线汇聚柱体对于光线的透射率；∠t/2π表示第五光线汇聚柱体对于透射光线相位的改变程度。

其中，所述第五光线汇聚柱体501的折射率相比第一材料层503 的折射率要高很多。

参见图8a所示的光线汇聚元件301的第八种实现方式中与光线汇聚层对应的平面反射层的结构俯视图和图8b所示的光线汇聚元件 301的第八种实现方式中与光线汇聚层对应的平面反射层的结构侧视图，所述平面反射层，包括：光线反射柱体601和第二材料层602。

从图8a和图8b可以看出，平面反射单元600中光线反射柱体601 与图7a和图7b中光线汇聚单元500中第五光线汇聚柱体501相比，光线反射柱体601和第五光线汇聚柱体501的直径范围一致，但排布方式并不一致。

其中，光线反射柱体601可以呈准线性的规律的排布，具体的排布规律如图8c所示。其中，图8c的横轴表示光线反射柱体601的直径长度，纵轴表示光线反射率。

其中，|r|²表示光线反射柱体对于光线的反射率；∠r/2π表示光线反射柱体对于反射光线相位的改变程度。

所述第二材料层602设置在所述第二隔离层401和所述衬底404 之间；所述光线反射柱体601设置在所述第二材料层602内。

相邻的所述光线反射柱体601，是直径各不相同的圆柱体；

所述光线反射柱体，能够在光线入射所述光线反射柱体和将光线反射回所述光线汇聚层时分别改变光线的相位，其中，入射的光线在所述光线反射柱体内传导后被所述光线反射柱体反射回所述光线汇聚层。

上述由光线反射柱体组成的平面反射单元可以由高折射率材料制成。

为了起到较好的光线反射作用，相邻所述第五光线汇聚柱体501 之间呈等距离排布。相邻所述第五光线汇聚柱体501之间的距离在300 纳米至600纳米之间。

这里，相邻所述光线反射柱体601之间呈等距离排布，是指任意相邻的两个光线反射柱体601中心之间的距离相等。

在设计光线汇聚元件301的第八种实现方式中的平面反射层时，为了使相邻所述光线反射柱体601之间呈等距离排布，可以将不同的所述光线反射柱体601放置在呈蜂窝状排布的各平面反射单元600中。

为了不使平面反射单元600之间出现缝隙，影响光线汇聚元件的性能，参见图8a所示的光线汇聚元件301的第八种实现方式中与光线汇聚层对应的平面反射层的结构俯视图和图8b所示的光线汇聚元件301的第八种实现方式中与光线汇聚层对应的平面反射层的结构侧视图，在一个实施方式中，平面反射单元600可以采用六边体形状，平面反射单元600的截面为六角形。

在所述光线汇聚层的第三种排布方式中，为了放置各平面反射单元600，所述衬底404可以被视作由多个形状为六边体的衬底块组成。每个衬底块上可以放置一个平面反射单元600。衬底的结构周期大小，决定了各相邻平面反射单元600中的光线反射柱体601之间的间距。该间距会影响光线反射柱体601对所反射光线的波长和相位调控。

在所述光线汇聚层的第三种排布方式中，衬底的结构周期，就是每个作为衬底块的六边体的边长。

在一个实施方式中，用于放置所述第二材料层602的衬底404的结构周期的大小为450纳米，光线反射柱体601和第五光线汇聚柱体 501的直径在0～300纳米之间变化时，其相位改变量为0～2π，光线反射柱体601和第五光线汇聚柱体501的直径与相位改变量之间呈准线性关系，具体分别如图7c和图8c所示。

第一材料层503和所述第二材料层602可以采用SU-8之类的聚合物材料制成。如图9所示为聚合物材料SU-8的结构式。

其中，SU-8的分子式为：C₈₇H₇₀O₁₆。

SU-8的折射率为1.57，与SU-8折射率相近的材料包括但不限于：

苯乙烯-丙烯腈共聚物(Styrene/acrylonitrile copolymer)、聚甲基丙烯酸苯酯(Poly(phenyl methacrylate))、聚邻甲苯丙烯酸甲酯(Poly (o-cresyl methacrylate))、聚邻苯二甲酸二烯丙酯(Poly(diallyl phthalate))、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Poly(ethylene terephthalate))、聚乙烯醇缩丁醛(Poly(vinyl benozoate))、聚甲基丙烯酸间硝基苄酯 (Poly(m-nitrobenzyl methacrylate))、聚碳酸酯(Polycarbonate)、双酚A聚碳酸酯(Bisphenol-A polycarbonate)、聚邻甲基苯乙烯(Poly (o-methyl styrene))以及聚苯乙烯(Polystyrene)。

上述这些材料都可以用来形成第一材料层503和所述第二材料层 602。

在上述光线汇聚单元的第八种实现方式中，为了使衬底具有一定的光线反射功能，所述衬底404采用金属薄膜或者半导体材料。

这样，在有些光线会透过平面反射单元600入射到衬底404上时，所述衬底就会将穿过所述平面反射层的光线反射回所述平面反射层。从而把穿过所述平面反射层的光线反射回到所述平面反射层的位置上，并再次穿透过所述平面反射层。这样所述平面反射层就可以对更多的入射的光线的相位累积调制，并达到对向反射的效果。

这里，上述光线汇聚元件301的第八种实现方式中光线汇聚层400 的第一种排布方式和第二种排布方式中采用的平面反射层的结构与上述图8a和图8b所示的平面反射层的结构类似，这里不再赘述。

综上所述，本实施例提出的光线控制装置，通过在弥散元件上设置光线汇聚元件，利用光线汇聚元件将入射的光线沿光线的入射方向的相反方向将光线反射出去，从而对光线的反射方向进行控制，避免光线发散到各处，提高光线的利用率。

参见图10a所示的被动发光像源的一种实现方式的结构示意图，本实施例还提出一种被动发光像源，包括：光源104和上述的光线控制装置100。

所述光源向所述光线控制装置100发射光线。

这里，所述光源向所述光线控制装置100发射光线，包含：所述光源向所述光线控制装置100发射光线的情况以及所述光源发出的光线经过其他器件反射后入射所述光线控制装置100的情况。

所述光线控制装置100将入射的所述光线沿所述光线的入射方向的相反方向反射，并在所述光线控制装置100的表面形成实像。

上述图10a中显示的图像是用户可以看到的图像，而真正的图像应该是在所述光线控制装置100的表面形成。

所述光源104，可以包括：相干光源和非相干光源。

所述相干光源，可以是但不限于：发射三原色光线的激光器和单色激光器。

所述非相干光源，包括但不限于：热辐射光源、气体放电光源和电致发光光源。

所述热辐射光源，可以是但不限于：白炽灯和卤钨灯。

所述气体放电光源，可以是但不限于：荧光灯、低压钠灯、高压汞灯、高压钠灯、以及卤素灯。

所述电致发光光源，可以是但不限于：发光二极管、以及有机发光二极管。当为了形成3D像源时，在一个实施方式中，所述光线可以包括：第一偏振光和第二偏振光；所述第一偏振光和所述第二偏振光的振动方向相互垂直。

除此之外，本实施例中的术语光源，还可以是能够发出显示图像的光线的广义光源。

所述广义光源，可以是但不限于：投影机和液晶显示器。

所述光源向所述光线控制装置分别发射第一偏振光和第二偏振光。

所述光线控制装置将入射的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别扩散出光斑，将所述第一偏振光的光斑沿所述第一偏振光的入射方向的相反方向反射出来，将所述第二偏振光的光斑沿所述第二偏振光的入射方向的相反方向反射出来，所述第一偏振光的光斑和所述第二偏振光的光斑在所述光线控制装置上叠加形成错位的实像。

这里，所述第一偏振光为满足第一琼斯矩阵的光线，所述第二偏振光为满足第二琼斯矩阵的光线。

所述第一琼斯矩阵为

所述第二琼斯矩阵为

θ表示光矢量与入射光线的矢量坐标系中X轴的夹角，n为整数。

通过以上的内容可以看出，所述满足第一琼斯矩阵的光线和满足第二琼斯矩阵的光线为相互垂直的线偏振光线。

为了使光源发射第一偏振光和第二偏振光，上述被动发光像源应具有一个发出第一偏振光的光源和一个发出第二偏振光的光源。

在另一个实施方式中，所述光线可以包括：第一三原色光线和第二三原色光线；所述第一三原色光线与所述第二三原色光线的波长不同。

所述光源向所述光线控制装置分别发射所述第一三原色光线和所述第二三原色光线。

所述光线控制装置将入射的所述第一三原色光线和所述第二三原色光线分别扩散出光斑，将所述第一三原色光线的光斑沿所述第一三原色光线的入射方向的相反方向反射出来，将所述第二三原色光线的光斑沿所述第二三原色光线的入射方向的相反方向反射出来，在所述光线控制装置上叠加形成错位的实像。

上述错位的实像，是相互交错的两个实像叠加而成，用于形成立体图像。

为了使光源发射所述第一三原色光线和所述第二三原色光线，上述被动发光像源应具有一个发出第一三原色光线的光源和一个发出第二三原色光线的光源。

可选地，第一三原色光线的波长为：蓝色光440纳米、绿色光550 纳米以及红色光660纳米。第二三原色光线的波长为：蓝色光450纳米、绿色光560纳米以及红色光670纳米。

上述3D像源发出错位的实像时，观察者可以通过佩戴立体眼镜观察该错位的实像，立体眼镜会对错位的实像进行处理，就可以让观察者看到立体图像。

参见图10b所示的被动发光像源的另一种实现方式的结构示意图，被动发光像源，还包括：反射装置700。

所述反射装置700将所述光源104发射的光线反射至所述光线控制装置100，并将所述光线控制装置100反射回的光斑在所述反射装置700外形成虚像。

所述光线控制装置100将入射的所述光线扩散形成光斑，并将所述光斑沿所述光线的入射方向的相反方向反射回所述反射装置。

为了形成3D像源，在一个实施方式中，所述光线包括：第一偏振光和第二偏振光；所述第一偏振光和所述第二偏振光的振动方向相互垂直；

所述反射装置将所述光源发射的所述第一偏振光和所述第二偏振光反射至所述光线控制装置，并接收所述光线控制装置反射回的所述第一偏振光的光斑和所述第二偏振光的光斑，所述第一偏振光的光斑和所述第二偏振光的光斑在所述反射装置外叠加形成错位的虚像；

所述光线控制装置将入射的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别扩散形成光斑，并将所述第一偏振光的光斑沿所述第一偏振光的入射方向的相反方向反射回所述反射装置、将所述第二偏振光的光斑沿所述第二偏振光的入射方向的相反方向反射回所述反射装置。

在另一个实施方式中，所述光线包括：第一三原色光线和第二三原色光线；所述第一三原色光线与所述第二三原色光线的波长不同；

所述反射装置将所述光源发射的所述第一三原色光线和所述第二三原色光线反射至所述光线控制装置，并接收所述光线控制装置反射回的所述第一三原色光线的光斑和所述第二三原色光线的光斑，所述第一三原色光线的光斑和所述第二三原色光线的光斑在所述反射装置外叠加形成错位的虚像。

所述光线控制装置将入射的所述第一三原色光线和所述第二三原色光线分别扩散形成光斑，并将所述第一三原色光线的光斑沿所述第一三原色光线的入射方向的相反方向反射回所述反射装置、将所述第二三原色光线的光斑沿所述第二三原色光线的入射方向的相反方向反射回所述反射装置。

形成3D立体虚像的具体工作原理与上述形成3D立体实像的具体工作原理类似，这里不再赘述。

为了直接得到3D像源，本实施例还提出一种被动发光像源，包括：光源104、反射装置700和上述的光线控制装置100。

所述反射装置700将所述光源104发射的光线反射至所述光线控制装置100，并将所述光线控制装置100反射回的光斑在所述反射装置外形成虚像。

所述光线控制装置100将入射的所述光线扩散形成光斑，并将所述光斑沿所述光线的入射方向的相反方向反射回所述反射装置700。

该被动发光像源的具体工作原理与上述形成错位的虚像的具体工作原理类似，这里不再赘述。

反射装置700，可以是但不限于：具有一定倾斜角度的透明或非透明介质，如交通工具的挡风玻璃、镀有不透明反射层的平面镜、透明的树脂板材。

当反射装置700为交通工具的挡风玻璃时，所述挡风玻璃内侧应涂覆透反膜，此透反膜可以使像源发出的光线高效反射。

当光线控制装置100使用蝙蝠翼形状的弥散元件时，就可以让2 个观察者看到2个完全相同的图像。

当设置多个像源时，就可以让多观察者都看到不同的图像。

为了使2个观察者看到不同的立体图像，可以使用两套被动发光像源，而且每套被动发光像源中均包括2个发出不同波长三原色光线的光源或者2个发出振动方向相互垂直的偏振光的光源。

综上所述，本实施例提出的被动发光像源，通过设置光线控制装置对入射光线的反射方向进行控制，从而可以避免光源发出的光发生漫反射而发散到各处，提高像源发出的图像亮度。

本实施例还提出一种成像系统，包括：辅助成像设备和上述的被动发光像源。

所述被动发光像源呈现出错位的图像，并将所述错位的图像投射到所述辅助成像设备上；其中，所述错位的图像，包括相互交错的至少两个图像。

当所述错位的图像中的一个图像是第一三原色光线形成、另一个图像是第二三原色光线形成时，所述辅助成像设备的一个图像处理区域用于反射所述第二三原色光线并透过除所述第二三原色光线之外的其他波长的光线，另一个图像处理区域用于反射所述第一三原色光线并透过除所述第一三原色光线之外的其他波长的光线，使得佩戴所述辅助成像设备的观察者能够看到3D图像。

在一个实施方式中，辅助成像设备可以是立体眼镜。两个图像处理区域，就是立体眼镜的两个镜片。

通过振动方向相互垂直的两束偏振光得到3D图像的方式为现有技术，这里不再赘述。

以下以投影机为光源、挡风玻璃为反射装置，对不同的成像方式进行描述。

方式一：

投影机发出的光线入射至挡风玻璃，反射后的光线入射至弥散元件，经过弥散元件后光线发生一次弥散，入射至光线汇聚元件，随后光线在光线汇聚元件上进行传播，最终以入射方向的相反方向出射，出射至弥散元件，发生二次弥散，光线弥散为特定形状的光斑，光斑的大小由两次弥散共同决定。弥散后的光线向挡风玻璃出射，在挡风玻璃上发生反射，反射后的光线向观察者方向出射，至少10％的光斑落入覆盖观察者的眼盒区域位置。所述弥散元件可将光线弥散为圆形、椭圆形、矩形、蝙蝠翼形的光斑。

方式二：

设置两台投影机，两台投影机发出的光线入射至挡风玻璃，反射后的光线入射至弥散元件，经过弥散元件后光线发生一次弥散，入射至光线汇聚元件，随后光线在光线汇聚元件上进行传播，最终以入射方向的相反方向出射，出射至弥散元件，发生二次弥散，光线弥散为特定形状的光斑，光斑的大小由两次弥散共同决定。弥散后的光线向挡风玻璃出射，在挡风玻璃上发生反射，来源于第一台投影机发出的光线向观察者1的方向出射，至少10％的光斑落入覆盖观察者1的眼盒区域；来源于第二台投影机发出的光线向观察者2的方向出射，至少10％的光斑落入覆盖观察者2的眼盒区域。

方式三：

设置两台投影机，投影机1发出的光线为线偏振光1，投影机2 发出的光线为与投影机1发出的线偏振光振动方向垂直的线偏振光2。两台投影机发出的光线均入射至挡风玻璃，反射后的光线入射至弥散元件，经过弥散元件后光线发生一次弥散，入射至光线汇聚元件，随后光线在光线汇聚元件上进行传播，最终以入射方向的相反方向出射，出射至弥散元件，发生二次弥散，光线弥散为特定形状的光斑，光斑的大小由两次弥散共同决定。弥散后的光线向挡风玻璃出射，在挡风玻璃上发生反射，反射后的光线向观察者方向出射，至少10％的光斑落入观察者眼盒区域。

观察者佩戴辅助成像设备，该辅助成像设备优选为立体眼镜；所述辅助成像设备具有偏振选择功能，对应左眼的部分可选择透过偏振光1，而对应右眼的部分可选择透过线偏振光2。观察者佩戴该设备后，左、右眼可分别接收到投影机1和投影机2发出的光线，接收到的图像经过观察者大脑的合成，此时可观看到3D立体影像。

方式四：

参见图11所示，场景中设置有投影机1、投影机2、投影机3和投影机4等四台投影机，投影机1和投影机2设置在挡风玻璃的一侧，投影机1发出的光线为线偏振光1，投影机2发出的光线为与投影机 1发出的线偏振光振动方向垂直的线偏振光2，投影机1和投影机2生成的图像对应，为影像1；投影机3和投影机4设置在挡风玻璃的另一侧，投影机3发出的光线为线偏振光1，投影机4发出的光线为与投影机3发出的线偏振光振动方向垂直的线偏振光2，投影机3和投影机4生成的图像一致，为影像2。观察者1位于靠近投影机1和投影机2的位置处，可以观察到投影机1和投影机2的发出的影像1；观察者2位于靠近投影机3和投影机4的位置处，可以观察到投影机 3和投影机4的发出的影像2。

四台投影机发出的光线均入射至挡风玻璃，在挡风玻璃上反射，反射光线入射至弥散元件，经过弥散元件后光线发生一次弥散，入射至光线汇聚元件，随后光线在光线汇聚元件上进行传播，最终以入射方向的相反方向出射，出射至弥散元件，发生二次弥散，光线弥散为特定形状的光斑，光斑的大小由两次弥散共同决定。弥散后的光线向挡风玻璃出射，在挡风玻璃上发生反射；从图11可以看出，反射后的光线向观察者方向出射，其中，设置在挡风玻璃一侧的投影机1和投影机2发出的光线向观察者1出射，至少10％的光斑落入观察者1的眼盒区域；设置在挡风玻璃另一侧的投影机3和投影机4发出的光线向观察者2出射，至少10％的光斑落入观察者2的眼盒区域。

观察者1、2均佩戴辅助成像设备，该辅助成像设备优选为立体眼镜；所述辅助成像设备具有偏振选择功能，对应左眼的部分可选择透过偏振光1，而对应右眼的部分可选择透过线偏振光2。观察者1佩戴该设备后，左、右眼可分别接收到投影机1和投影机2发出的光线，接收到的图像经过观察者大脑的合成，此时可观看到3D立体影像1；观察者2佩戴该设备后，左、右眼可分别接收到投影机3和投影机4 发出的光线，接收到的图像经过观察者大脑的合成，此时可观看到3D 立体影像2。

方式五：

设置两台投影机，投影机1发出的光线波长为第一波段，投影机 2发出的光线为第二波段，如投影机1发出光线的波长为450纳米、 550纳米、650纳米，投影机2发出的光线波长为455纳米、555纳米、655纳米。

两台投影机发出的光线均入射至挡风玻璃，在挡风玻璃上反射，反射光线入射至弥散元件，经过弥散元件后光线发生一次弥散，入射至光线汇聚元件，随后光线在光线汇聚元件上进行传播，最终以入射方向的相反方向出射，出射至弥散元件，发生二次弥散，光线弥散为特定形状的光斑，光斑的大小由两次弥散共同决定。弥散后的光线向挡风玻璃出射，在挡风玻璃上发生反射，反射后的光线向观察者方向出射，至少10％的光斑落入观察者眼盒区域。

观察者佩戴辅助成像设备，该辅助成像设备优选为立体眼镜；所述辅助成像设备具有滤波功能，对应左眼的部分可过滤第二波段的光线，而对应右眼的部分可过滤第一波段的光线。观察者佩戴该设备后，左、右眼可分别接收到投影机1和投影机2发出的光线，接收到的图像经过观察者大脑的合成，此时可观看到3D立体影像。

方式六：

设置四台投影机，投影机1发出的光线波长为第一波段，投影机 2发出的光线为第二波段，投影机1和投影机2生成的图像对应，为影像1；投影机3发出的光线波长为第一波段，投影机4发出的光线为第二波段，投影机3和投影机4生成的图像对应，为影像2。

四台投影机发出的光线均入射至挡风玻璃，在挡风玻璃上发生反射，反射光线入射至弥散元件，经过弥散元件后光线发生一次弥散，入射至光线汇聚元件，随后光线在光线汇聚元件上进行传播，最终以入射方向的相反方向出射，出射至弥散元件，发生二次弥散，光线弥散为特定形状的光斑，光斑的大小由两次弥散共同决定。弥散后的光线向挡风玻璃出射，在挡风玻璃上发生反射，反射后的光线向观察者方向出射，来源于投影机1和投影机2发出的光线向观察者1出射，至少10％的光斑落入观察者1的眼盒区域；来源于投影机3和投影机 4发出的光线向观察者2出射，至少10％的光斑落入观察者2的眼盒区域。

观察者1、2均佩戴辅助成像设备，该辅助成像设备优选为立体眼镜；所述辅助成像设备具有滤波功能，对应左眼的部分可过滤第二波段的光线，而对应右眼的部分可过滤第一波段的光线。观察者1佩戴该设备后，左、右眼可分别接收到投影机1和投影机2发出的光线，接收到的图像经过观察者大脑的合成，此时可观看到3D立体影像1；观察者2佩戴该设备后，左、右眼可分别接收到投影机3和投影机4 发出的光线，接收到的图像经过观察者大脑的合成，此时可观看到3D 立体影像2。

方式七：

一台投影机发出的光线入射至挡风玻璃，反射后的光线入射至弥散元件，经过弥散元件后光线发生一次弥散，入射至光线汇聚元件，随后光线在光线汇聚元件上进行传播，最终以入射方向的相反方向出射，出射至弥散元件，发生二次弥散，光线弥散为特定形状且尺寸较大的光斑，光斑的大小由两次弥散共同决定，尺寸较大的光斑可以覆盖多个观察者的眼盒区域。弥散后的光线向挡风玻璃出射，在挡风玻璃上发生反射，反射后的光线向多个观察者方向出射，至少10％的光斑落入覆盖多个观察者的眼盒区域位置，使得多个观察者可以看到一个相同的图像。所述弥散元件可将光线弥散为圆形、椭圆形、矩形、蝙蝠翼形的光斑。

方式八：

设置多台投影机，多台投影机1、2……n中的各投影机发出的光线分别入射至挡风玻璃，反射后的光线入射至弥散元件，经过弥散元件后光线发生一次弥散，入射至光线汇聚元件，随后光线在光线汇聚元件上进行传播，最终以入射方向的相反方向出射，出射至弥散元件，发生二次弥散，光线弥散为特定形状的光斑，光斑的大小由两次弥散共同决定。弥散后的光线向挡风玻璃出射，在挡风玻璃上发生反射，形成向多个观察者1、2……n中的每个观察者所在方向发出光线的像源，使得来源于第一台投影机发出的光线向观察者1的方向出射，至少10％的光斑落入覆盖观察者1的眼盒区域；来源于第二台投影机发出的光线向观察者2的方向出射，至少10％的光斑落入覆盖观察者2 的眼盒区域，……来源于第n台投影机发出的光线向观察者n的方向出射，至少10％的光斑落入覆盖观察者n的眼盒区域。其中，n为大于等于3的任何自然数。

方式九：

两台投影机发出的光线均入射至挡风玻璃，在挡风玻璃上反射，反射光线入射至弥散元件，经过弥散元件后光线发生一次弥散，入射至光线汇聚元件，随后光线在光线汇聚元件上进行传播，最终以入射方向的相反方向出射，出射至弥散元件，发生二次弥散，光线弥散为特定形状且尺寸较大的光斑，光斑的大小由两次弥散共同决定。弥散后的光线向挡风玻璃出射，在挡风玻璃上发生反射，反射后的光线向多个观察者所在的方向出射，至少10％的光斑落入多个观察者的眼盒区域。

多个观察者中的每个观察者均佩戴辅助成像设备，该辅助成像设备优选为眼镜；所述辅助成像设备具有滤波功能，对应左眼的部分可过滤第二波段的光线，而对应右眼的部分可过滤第一波段的光线。多个观察者中的每个观察者佩戴该设备后，左、右眼可分别接收到投影机1和投影机2发出的光线，接收到的图像经过观察者大脑的合成，此时可观看到3D立体影像。

方式十：

设置2n台投影机，投影机1发出的光线波长为第一波段，投影机 2发出的光线为第二波段，投影机1和投影机2生成的图像一致，为影像1；投影机3发出的光线波长为第一波段，投影机4发出的光线为第二波段，投影机3和投影机4生成的图像一致，为影像2；……投影机2n-1发出的光线波长为第一波段，投影机2n发出的光线为第二波段，投影机2n-1和投影机2n生成的图像一致。

2n台投影机发出的光线均入射至挡风玻璃，在挡风玻璃上发生反射，反射光线入射至弥散元件，经过弥散元件后光线发生一次弥散，入射至光线汇聚元件，随后光线在光线汇聚元件上进行传播，最终以入射方向的相反方向出射，出射至弥散元件，发生二次弥散，光线弥散为特定形状的光斑，光斑的大小由两次弥散共同决定。弥散后的光线向挡风玻璃出射，在挡风玻璃上发生反射，用于产生同一图像的两束光线经挡风玻璃反射后向多个观察者1、2……n中的一个观察者所在的方向出射。其中，来源于投影机1和投影机2发出的光线向观察者1出射，至少10％的光斑落入观察者1的眼盒区域；来源于投影机 3和投影机4发出的光线向观察者2出射，至少10％的光斑落入观察者2的眼盒区域；……来源于投影机2n-1和投影机2n发出的光线向观察者n出射，至少10％的光斑落入观察者n的眼盒区域。

观察者1、2……n均佩戴辅助成像设备，该辅助成像设备优选为立体眼镜；所述辅助成像设备具有滤波功能，对应左眼的部分可过滤第二波段的光线，而对应右眼的部分可过滤第一波段的光线。观察者 1佩戴该设备后，左、右眼可分别接收到投影机1和投影机2发出的光线，接收到的图像经过观察者大脑的合成，此时可观看到3D立体影像1；观察者2佩戴该设备后，左、右眼可分别接收到投影机3和投影机4发出的光线，接收到的图像经过观察者大脑的合成，此时可观看到3D立体影像2……观察者n佩戴该设备后，左、右眼可分别接收到投影机2n-1和投影机2n发出的光线，接收到的图像经过观察者大脑的合成，此时可观看到3D立体影像n。其中，n是大于3的自然数。

优选的，在上述的多种成像方式中，上述投影机使用的投影镜头是短焦镜头。

上述短焦镜头可以采用广角镜头。

当然，上述投影镜头还可以使用普通镜头或者长焦镜头，来发出影像。

为了使投影机发出线偏振光，所述投影机还可以在投影镜头前设置偏振片。

当然，以上十种成像方式所呈现的图像均为虚像。若被动发光像源中不设置挡风玻璃，那么光源发出的光线在经过光线控制装置后可以在光线控制装置上生成实像，具体实现方式这里不再赘述。

在观察者观看3D图像时，为了保证观察者能够看到比较好的3D 图像，可以按照以下分析的结果所对应的位置，在观察者位置固定的情况下，使得观察者能够看到特别清楚的3D图像。

这里，参见图12的以一观察者看到3D图像的示意图，用两台投影机分别将两个画面投放到同一屏幕上，图像中的A_l和A_r为交错图像中形成立体像的点，A_l和A_r出现在图中屏幕的不同位置，有一定的间距；再通过画面分离技术，如偏振分离或滤波分离，A_l只能被观察者的左眼看见，A_r只能被右眼看见，两眼视线交叉于A点，从而形成立体像A。观察者感知的A已不在屏幕上(即已“出屏”)，形成了一个有距离感的立体像A。

要得到屏幕上两个交错图像的间距A_lA_r，根据上图，有：

设立体图像A与人眼之间的距离为D，立体图像A到屏幕之间的距离为L，瞳距为S，则根据相似三角形原理，有：

即：

式中：S表示观察者的人眼瞳距，一般为6-7cm；L表示立体图像 A与屏幕之间的距离；D表示立体图像A与人眼之间的距离。

综上所述，本实施例提出的成像系统，通过被动发光像源发出高亮度的3D图像，使得佩戴立体眼镜的观察者就能够看到高清、高亮、色彩丰富、画质细腻的图像，提高观察者体验。

相关技术中，投影机投射到投影幕布的光线大部分在幕布上发生漫反射，导致现有投影幕布的增益太低，反射到观察者眼中的光线只有很少一部分。

基于此，参见图13所示的投影幕布的结构示意图，本实施例还提出一种投影幕布，包括：基材2600和上述的光线控制装置100；

所述光线控制装置100设置在所述基材2600上。

所述基材2600，可以是但不限于：柔性或非柔性的金属材料、高分子材料、玻璃纤维、织物以及复合材料。

所述投影幕布，还包括：保护单元2602；

所述保护单元2602覆盖在所述光线控制装置100上。

所述保护单元2602，可以是但不限于：纳米涂层、透明树脂涂层、以及高分子涂层。

所述光线控制装置100，包括：光线汇聚元件和设置在光线汇聚元件上面的弥散元件。

在一个实施方式中，所述保护单元为透明树脂。

本实施例提出的投影幕布的工作原理与上述的光线控制装置的工作原理类似，这里不再赘述。

本实施例还提出一种投影系统，包括：光源和上述的投影幕布。

通过以下内容，对投影系统的不同工作方式进行描述。

工作方式一：

光源发出的光线入射至所述投影幕布，光线经过保护单元后入射至弥散元件，经过弥散元件后光线发生一次弥散，入射至光线汇聚元件，随后光线在光线汇聚元件上进行传播，最终以入射方向的相反方向出射，出射至弥散元件，发生二次弥散，光线弥散为特定形状的光斑，光斑的大小由两次弥散共同决定，向观察者方向出射，至少10％的光斑落入覆盖观察者的眼盒区域位置。

工作方式二：

通过设置多台被动发光像源，可以使反射后的光线向特定观察者的方向弥散，这样就可以让不同观察者看到不同投影机投射出的图像。

比如：设置两台被动发光像源，两台被动发光像源发出的光线入射至所述投影幕布，光线经过保护单元后入射至弥散元件，经过弥散元件后光线发生一次弥散，入射至光线汇聚元件，随后光线在光线汇聚元件上进行传播，最终以入射方向的相反方向出射，出射至弥散元件，发生二次弥散，光线弥散为特定形状的光斑，第一个被动发光像源发出的光线经过幕布后，向观察者1的方向出射，至少10％的光斑落入覆盖观察者1的眼盒区域；第二个被动发光像源发出的光线经过幕布后，向观察者2的方向出射，至少10％的光斑落入覆盖观察者2 的眼盒区域。

综上所述，本实施例提出的投影幕布和投影系统，通过投影幕布上设置的光线控制装置对光源发出的光线的反射方向进行控制并汇聚，从而可以避免投影幕布反射的光发生漫反射而发散到各处，提高投影幕布的增益，使得投影幕布反射的光线能够更多的进入观察者眼中，提高亮度并降低功耗。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种光线控制装置，其特征在于，包括：光线汇聚元件和弥散元件；所述弥散元件设置在所述光线汇聚元件上；

所述弥散元件将入射的光线扩散并形成光斑。

2.根据权利要求1所述的光线控制装置，其特征在于，所述光线汇聚元件，包括：第一基板层和第一汇聚层；

所述第一汇聚层设置在所述第一基板层上；

所述第一汇聚层，包括：反光层、透明材料和设置在所述透明材料内部的对向反射颗粒；

所述透明材料设置在所述反光层上；

所述对向反射颗粒，利用所述反光层将所述光线沿所述光线的入射方向的相反方向反射至所述弥散元件。

3.根据权利要求1所述的光线控制装置，其特征在于，所述光线汇聚元件，包括：第二基板层和第二汇聚层；

所述第二汇聚层设置在所述第二基板层上；

所述第二汇聚层，包括：固定层和对向反射颗粒；所述对向反射颗粒放置在所述固定层表面；所述对向反射颗粒具有反光表面。

4.根据权利要求3所述的光线控制装置，其特征在于，所述固定层具有多个凹陷部，每个所述凹陷部可放置至少一个所述对向反射颗粒。

5.根据权利要求3所述的光线控制装置，其特征在于，所述光线汇聚元件，还包括：透明盖板层；

所述透明盖板层设置在所述第二汇聚层上；

所述对向反射颗粒远离所述固定层的一侧与所述透明盖板层之间的空隙形成第一隔离层，所述第一隔离层的折射率小于所述透明盖板层、所述固定层以及所述对向反射颗粒的折射率。

6.根据权利要求1所述的光线控制装置，其特征在于，所述光线汇聚元件，包括：倒三角锥微结构、支撑结构和基板层；

所述倒三角锥微结构设置在所述支撑结构上；所述支撑结构设置在所述基板层上；

所述倒三角锥微结构的折射率大于所述支撑结构的折射率；

所述倒三角锥微结构将入射光线中入射角大于临界角的光线，以全反射的方式沿所述光线的入射方向的相反方向反射至所述弥散元件。

7.根据权利要求1所述的光线控制装置，其特征在于，所述光线汇聚元件，还可以采用立方体微结构、正三角锥微结构和等腰三角形三角锥微结构。

8.根据权利要求1所述的光线控制装置，其特征在于，所述光线汇聚元件，包括：在光线的入射方向上依次设置的光线汇聚层、第二隔离层、平面反射层、以及衬底；

所述平面反射层位于所述光线汇聚层的焦平面上；

所述光线汇聚层和所述平面反射层分别采用不同的超材料制成；

所述光线汇聚层，通过改变入射的光线的相位，将入射的光线汇聚到所述平面反射层上，并将所述平面反射层反射回的光线沿光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向透射出去；

所述平面反射层，能够改变所述光线汇聚层汇聚的光线的相位，并将相位改变后的光线反射至所述光线汇聚层。

9.根据权利要求8所述的光线控制装置，其特征在于，所述光线汇聚层，包括：长宽高分别与所透射的光线波长对应的第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体、和第三光线汇聚柱体；所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体和所述第三光线汇聚柱体放置在第二隔离层上；

所述第一光线汇聚柱体，通过改变入射的三原色光线中第一颜色光线的相位，将三原色光线中第一颜色光线汇聚到所述平面反射层，并将所述平面反射层反射回的第一颜色光线沿第一颜色光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向透射出去；

所述第二光线汇聚柱体，通过改变入射的三原色光线中第二颜色光线的相位，将三原色光线中第二颜色光线汇聚到所述平面反射层，并将所述平面反射层反射回的第二颜色光线沿第二颜色光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向透射出去；

10.根据权利要求9所述的光线控制装置，其特征在于，所述第一光线汇聚柱体、所述第二光线汇聚柱体和所述第三光线汇聚柱体排列成若干个同心环形。

11.根据权利要求9所述的光线控制装置，其特征在于，所述光线汇聚层，还包括：第一衬底层；

所述第一衬底层的上表面固定有第一光线汇聚柱体、第二光线汇聚柱体和第三光线汇聚柱体；所述第一衬底层的下表面与所述第二隔离层贴合。

12.根据权利要求8所述的光线控制装置，其特征在于，所述光线汇聚层，包括：长宽分别与所透射的光线的补偿相位对应的第四光线汇聚柱体；所述第四光线汇聚柱体放置在第二隔离层上；

所述第四光线汇聚柱体，通过改变入射的光线的相位，将光线汇聚到所述平面反射层，并将所述平面反射层反射回的光线沿光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。

13.根据权利要求12所述的光线控制装置，其特征在于，多个所述第四光线汇聚柱体排列成若干个同心环形。

14.根据权利要求12所述的光线控制装置，其特征在于，所述光线汇聚层，还包括：第二衬底层；

所述第四光线汇聚柱体放置到所述第二衬底层的上表面上，所述第二衬底层的下表面与所述第二隔离层贴合。

15.根据权利要求8所述的光线控制装置，其特征在于，所述光线汇聚层，包括：第五光线汇聚柱体和第一材料层；

所述第一材料层设置在所述第二隔离层上，所述第五光线汇聚柱体设置在所述第一材料层内；

相邻的所述第五光线汇聚柱体，是直径各不相同的硅圆柱体；所述第五光线汇聚柱体的直径小于可见光中任意光线的波长；

所述第五光线汇聚柱体，通过改变入射的光线的相位，将入射的光线汇聚到所述平面反射层上，并将所述平面反射层反射回的光线沿光线入射所述光线汇聚层的方向的相反方向透射出去。

16.根据权利要求15所述的光线控制装置，其特征在于，相邻所述第五光线汇聚柱体之间呈等距离排布。

17.根据权利要求8、12或者15任一项所述的光线控制装置，其特征在于，所述平面反射层，包括：光线反射柱体和第二材料层；

所述第二材料层设置在所述第二隔离层和所述衬底之间；所述光线反射柱体设置在所述第二材料层内；

相邻的所述光线反射柱体，是直径各不相同的圆柱体；

18.根据权利要求17所述的光线控制装置，其特征在于，相邻所述光线反射柱体之间呈等距离排布。

19.根据权利要求18所述的光线控制装置，其特征在于，所述衬底采用金属薄膜或者半导体材料；

所述衬底，将穿过所述平面反射层的光线反射回所述平面反射层。

20.根据权利要求1所述的光线控制装置，其特征在于，所述弥散元件采用衍射光学元件。

21.一种被动发光像源，其特征在于，包括：光源和上述权利要求1至20任一项所述的光线控制装置；

所述光源向所述光线控制装置发射光线；

22.根据权利要求21所述的被动发光像源，其特征在于，所述光线包括：第一偏振光和第二偏振光；所述第一偏振光和所述第二偏振光的振动方向相互垂直；

所述光源向所述光线控制装置分别发射第一偏振光和第二偏振光；

23.根据权利要求21所述的被动发光像源，其特征在于，所述光线包括：第一三原色光线和第二三原色光线；所述第一三原色光线与所述第二三原色光线的波长不同；

所述光源向所述光线控制装置分别发射所述第一三原色光线和所述第二三原色光线；

24.根据权利要求21所述的被动发光像源，其特征在于，还包括：反射装置；

所述反射装置将所述光源发射的光线反射至所述光线控制装置，并将所述光线控制装置反射回的光斑在所述反射装置外形成虚像；

25.根据权利要求24所述的被动发光像源，其特征在于，所述光线包括：第一偏振光和第二偏振光；所述第一偏振光和所述第二偏振光的振动方向相互垂直；

26.根据权利要求24所述的被动发光像源，其特征在于，所述光线包括：第一三原色光线和第二三原色光线；所述第一三原色光线与所述第二三原色光线的波长不同；

所述反射装置将所述光源发射的所述第一三原色光线和所述第二三原色光线反射至所述光线控制装置，并接收所述光线控制装置反射回的所述第一三原色光线的光斑和所述第二三原色光线的光斑，所述第一三原色光线的光斑和所述第二三原色光线的光斑在所述反射装置外叠加形成错位的虚像；

27.一种被动发光像源，其特征在于，包括：光源、反射装置和上述权利要求1至20任一项所述的光线控制装置；

28.根据权利要求27所述的被动发光像源，其特征在于，所述光线包括：第一偏振光和第二偏振光；所述第一偏振光和所述第二偏振光的振动方向相互垂直；

所述光线控制装置将入射的所述第一偏振光和所述第二偏振光分别扩散形成光斑，并将所述第一偏振光的光斑沿所述第一偏振光的入射方向的相反方向反射回所述反射装置、所述第二偏振光的光斑沿所述第二偏振光的入射方向的相反方向反射回所述反射装置。

29.根据权利要求27所述的被动发光像源，其特征在于，所述光线包括：第一三原色光线和第二三原色光线；所述第一三原色光线与所述第二三原色光线的波长不同；

所述光线控制装置将入射的所述第一三原色光线和所述第二三原色光线分别扩散形成光斑，并将所述第一三原色光线的光斑沿所述第一三原色光线的入射方向的相反方向反射回所述反射装置、所述第二三原色光线的光斑沿所述第二三原色光线的入射方向的相反方向反射回所述反射装置。

30.一种成像系统，其特征在于，包括：辅助成像设备和所述权利要求22或者23所述的被动发光像源；

31.根据权利要求30所述的成像系统，其特征在于，当所述错位的图像中的一个图像是第一三原色光线形成、另一个图像是第二三原色光线形成时，所述辅助成像设备的一个图像处理区域用于反射所述第二三原色光线并透过除所述第二三原色光线之外的其他波长的光线，另一个图像处理区域用于反射所述第一三原色光线并透过除所述第一三原色光线之外的其他波长的光线，使得佩戴所述辅助成像设备的观察者能够看到3D图像。

32.一种投影幕布，其特征在于，包括：基材和上述权利要求1至20任一项所述的光线控制装置；

所述光线控制装置设置在所述基材上。

33.根据权利要求32所述的投影幕布，其特征在于，还包括：保护单元；

所述保护单元覆盖在所述光线控制装置上。

34.一种投影系统，其特征在于，包括：光源和所述权利要求32或者33所述的投影幕布。