CN217821091U - 投影系统及相应的ar和vr近眼显示装置和ar眼镜 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种投影系统及相应的AR和VR近眼显示装置和AR眼镜，用于投影出彩色图像。通过对三种颜色的投影入射光的入射角进行设计，使得三种颜色的投影出射光沿同一方向射出，进而当三种颜色的投影出射光分别投影到目标位置时，不会出现投影位置的错位，进而能够重合在一起并进行色彩还原。并且，本实施方式的投影系统中的投影超透镜无需进行特殊的消色差设计，因此避免了透射率下降的问题。进而降低了整个设备的功耗，也可以从另一方面避免由于大功率光源所带来的设备大型化。

Description

投影系统及相应的AR和VR近眼显示装置和AR眼镜

技术领域

本申请涉及一种投影系统，特别涉及一种通过超透镜来进行投影的投影系统及相应的AR和VR近眼显示装置和AR眼镜。

背景技术

随着超透镜技术的不断发展，出现了用超透镜来替代传统透镜进行彩色图像的投影的技术。与传统的光学投影设备相比，使用超透镜的投影设备在设备的小型化以及制造成本方面都有着极大优势。通常，在这样的技术中，通过数字微镜器件(DMD)基于彩色图像的信息分别将三原色的激光调制成为适当的比例和强度，被调制后的三原色的激光被投影超透镜所接收，进而将彩色图像投影至目标位置。然而，由于三原色的激光的波长不同，投影超透镜对三原色的激光所产生的折射作用的程度各不相同，进而造成所投影出的彩色图像出现色差。为了消除投影图像的色差，现有技术中需要对投影超透镜进行特殊的消色差设计。

实用新型内容

本实用新型的发明人对上述这样经过特殊的消色差设计的超透镜进行了研究，然而发现通过这样的消色差设计，虽然可以较好地解决投影图像的色差问题，但是投影图像的亮度却明显下降了。本实用新型的发明人进一步地深入研究，对投影超透镜消色差设计不断地进行优化，试图解决投影图像亮度下降的问题。然而，经过反复研究确定，对投影超透镜进行消色差设计后，不可避免地使光透射率大幅度下降，进而造成了投影图像亮度下降。为了维持投影图像的亮度，就不得不采用更大功率的光源。很显然，这将进一步带来能耗高以及光源设备大型化的问题。

特别是，在将这样的投影超透镜应用于便携式虚拟现实(VR)和增强现实 (AR)设备时，这一问题尤为突出。

为解决上述问题，本实用新型的发明人大胆地摒弃了通过对投影超透镜本身的优化设计来消除色差这样的传统思维，以逆向思维的方式，在不对投影超透镜进行特殊的消色差设计的情况下，实现了改善投影图像的色差的效果。

本申请提供一种投影系统，用于投影出彩色图像，包括：

入射光投射装置，其能投射出至少三种颜色的投影入射光，所述至少三种颜色的投影入射光的比例和强度分别基于所要投影出的所述彩色图像调制而成；

投影超透镜，其能够接收所述至少三种颜色的投影入射光而分别投射出相应的至少三种颜色的投影出射光，并且所述至少三种颜色的投影出射光汇合在一起投影出所述彩色图像，并且，所述至少三种颜色的投影入射光入射至所述投影超透镜的入射角各不相同，从而抑制所述彩色图像的色差。

可选地，所述投影系统其中，所述至少三种颜色的投影出射光从所述投影超透镜被投射出的出射角彼此相同。

可选地，任意所述投影系统其中，所述入射光投射装置包括：至少三种颜色的光源，能分别输出不同颜色的源色光；以及图像显示元件，其能基于所述彩色图像分别对各所述源色光进行调制而分别输出至少三种颜色的图像光，并且，所述至少三种颜色的投影入射光源自所述至少三种颜色的所述图像光，并且，所述投影入射光的所述入射角由所述图像显示元件调制。

可选地，任意所述投影系统其中，所述入射光投射装置还包括：方向调制元件，其在光传播路径上介于所述图像显示元件与所述投影超透镜之间，用于对源自所述图像显示元件的所述图像光进行方向调制，以使所述至少三种颜色的投影入射光的所述入射角由所述方向调制元件调制。

根据本申请的投影系统，通过将三种颜色的投影入射光的入射角设定为各不相同，使得三种颜色的投影出射光沿同一方向射出，进而当三种颜色的投影出射光分别投影到目标位置时，不会出现投影位置的错位，进而能够重合在一起并进行色彩还原。由此，抑制了投影图像的色差。并且，本实施方式的投影系统中的投影超透镜无需进行特殊的消色差设计，因此避免了透射率下降的问题。进而降低了整个设备的功耗，也可以从另一方面避免由于大功率光源所带来的设备大型化。

本申请还提供一种VR近眼显示装置，包括所述任意所述的投影系统，并且，所述投影系统投影出的所述彩色图像被用作虚拟现实图像。

本申请实施例提供了一种VR近眼显示装置，通过将三种颜色的投影入射光的入射角设定为各不相同，使得三种颜色的投影出射光经过投影超透镜的折射后沿同一方向射出，进而当三种颜色的投影出射光投影到目标位置时，也同样不会出现投影位置的错位，进而能够重合在一起并进行色彩还原。由此，抑制了投影图像的色差。

本申请提供一种AR近眼显示装置，包括：如上述任意所述的投影系统；以及图像合成元件，其用于将所述投影系统投影出的所述彩色图像与实景图像合成在一起而生成增强现实图像。

优选地，所述AR近眼显示装置中的所述图像合成元件为分束器。

本申请提供一种AR近眼显示装置，包括：如上述任意所述的投影系统；以及图像合成元件，其用于将所述投影系统投影出的所述彩色图像与实景图像合成在一起而生成增强现实图像；并且，所述入射光投射装置包括：至少三种颜色的光源，能分别输出不同颜色的源色光；以及图像显示元件，其能基于所述彩色图像分别对各所述源色光进行调制而分别输出至少三种颜色的图像光；光波导元件；以及耦入元件，其能将所述至少三种颜色的所述图像光以不同的耦入角和不同的耦入位置导入所述光波导元件；并且，所述至少三种颜色的所述图像光在所述光波导元件中传播后成为所述投影入射光，并且，所述入射角由所述耦入角和耦入位置调制。

本申请提供一种AR眼镜，包括：所述的AR近眼显示装置，其中，所述图像合成元件为设置在镜片位置的分束器，并且所述分束器能将所述彩色图像反射至目标位置，所述入射光投射装置设置在镜框或镜腿上，并且，所述实景光能够透过所述分束器形成实景图像。

本申请提供一种AR眼镜，包括：所述的AR近眼显示装置，其中，所述光源、所述图像显示元件设置在镜腿上，所述耦入元件、所述光波导元件以及所述投影超透镜设置在镜片上，并且，在镜腿上还设置有中继元件，其在光传播路径上介在于所述图像显示元件与所述耦入元件之间，用于将所述图像光引导至所述耦入元件，并且，实景光能够透过所述光波导元件与投影超透镜形成实景图像。

附图说明

为更清楚地说明本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。

图1为本申请实的投影系统的一个具体实施方式的示意图；

图2为本申请的投影系统的另一具体实施方式的示意图；

图3为本申请的VR近眼显示装置的一个具体实施方式的示意图；

图4为本申请的AR近眼显示装置的一个具体实施方式的示意图；

图5为本申请的AR近眼显示装置的另一具体实施方式的示意图；

图6为本申请的AR近眼显示装置的另一具体实施方式的示意图；

图7为本申请的AR近眼显示装置的另一具体实施方式的示意图；

图8为本申请的AR眼镜的一个具体实施方式的说明图。

10：入射光投射装置

100：投影超透镜 104：基底 103：纳米结构单元

200：投影超透镜 204：基底

432：耦入元件 434：光波导元件

702：分束器 802：分束器

902：图像生成装置 904：中继元件906：图像合成元件

具体实施方式

然而，本公开可以许多不同的方式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施方式。相反，这些实施方式被提供使得本公开将是详尽的和完整的，并且将向本领域技术人员全面传达本公开的范围。通篇相同的附图标记表示相同的部件。再者，在附图中为了清楚地说明，部件的厚度、比率和尺寸被放大。

本文使用的术语仅用于描述具体实施方式的目的，而非旨在成为限制。除非上下文清楚地另有所指，否则如本文使用的“一”、“一个”、“该”和“至少之一”并非表示对数量的限制，而是旨在包括单数和复数二者。例如，除非上下文清楚地另有所指，否则“一个部件”的含义与“至少一个部件”相同。“至少之一”不应被解释为限制于数量“一”。“或”意指“和/或”。术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或多个的任何和全部组合。

除非另有限定，否则本文使用的所有术语，包括技术术语和科学术语，具有与本领域技术人员所通常理解的含义相同的含义。如共同使用的词典中限定的术语应被解释为具有与相关的技术上下文中的含义相同的含义，并且除非在说明书中明确限定，否者不在理想化的或者过于正式的意义上将这些术语解释为具有正式的含义。

“包括”或“包含”的含义指明了性质、数量、步骤、操作、部件、部件或它们的组合，但是并未排除其他的性质、数量、步骤、操作、部件、部件或它们的组合。

图1为说明本实用新型的一个实施方式的投影系统1的示意图。其中，标号 10表示入射光投射装置，标号100表示投影超透镜，标号Lr，Lg，Lb分别表示红(波长λ1＝632nm)、绿(波长λ2＝532nm)和蓝(波长λ3＝473nm)三种颜色的投影入射光，θ1，θ2，θ3表示投影入射光Lr，Lg，Lb相对于投影超透镜 100的法线N的角度，在本文中将该角度称为投影入射光入射至所述投影超透镜的入射角。为了说明上的便利，以下仅以入射至投影超透镜100上的一个基本结构单元(一个纳米结构单元103)上的光为例进行说明，而省略对整个投影图像的光的说明。应当理解，入射到多个纳米结构单元上的光被投射出去后，组合在一起就形成了投影图像。

入射光投射光装置10用于投射出投影入射光Lr，Lg，Lb，其具体的实施方式并不对本实用新型构成限定。投影入射光Lr，Lg，Lb是基于所要投影的图像的颜色和亮度分别按照特定比例调制而成的。如图1所示，三种颜色的投影入射光Lr，Lg，Lb以不同的入射角θ1，θ2，θ3分别入射至同一点(必然也是同一个纳米结构单元103)，进而三种颜色的投影入射光Lr，Lg，Lb分别经过纳米结构单元103的折射后成为投影出射光Kr，Kg，Kb并沿同一方向被投射出，进而投影成为一个彩色图像点。

投影超透镜100包括基底104和周期性排布于基底104表面上的多个纳米结构单元103。多个纳米结构单元103的相位分布被配置为能够对投影入射光 Lr，Lg，Lb进行投影即可，并不需要特别设计来消除投影图像的色差。也就是说，如果对于按照同一方向入射的三种颜色的投影入射光而言，投影超透镜 100投影出的图像将是有色差的。

这里，对于没有经过特殊的消色差设计的投影超透镜100而言，不同波长投影入射光Lr，Lg，Lb所产生的折射率的不同的，因此要使投影出射光Kr， Kg，Kb沿同一方向射出，相应的θ1，θ2，θ3需要通过下面的公式来分别确定：

其中，(x,y)是超透镜100上投影入射光的入射位置到中心点的距离，f 为超透镜的焦距，λ为入射光束的波长。Φ(x,y)是纳米结构单元103的相位响应。

在本实施方式中，投影超透镜100为透射式超透镜，其纳米结构单元103 优选为全介质结构单元，这样可以在可见光波段具有高透过率。可选地，材料可以包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓、非晶硅、晶体硅和氢化非晶硅等。并且，纳米结构单元103为呈周期性的阵列排布，例如周期性的阵列可以为正六边形和/或正方形，纳米结构单元103可以设置在每个周期性阵列的中心位置或者顶点位置。应当理解的是，对于纳米结构单元 103相位响应Φ(x,y)配置以及如何通过纳米单元103的材料、结构以及排布设计来实现相应的相位响应而言，其具体的实施方式并不对本实用新型构成限定，在此省略其详细说明。

根据本实施方式的投影系统1，如图1所示，通过将三种颜色的投影入射光 Lr，Lg，Lb的入射角设定为各不相同，使得三种颜色的投影出射光Kr，Kg，Kb 沿同一方向射出，进而当三种颜色的投影出射光Kr，Kg，Kb分别投影到目标位置T时，不会出现投影位置的错位，进而能够重合在一起并进行色彩还原。由此，抑制了投影图像的色差。

并且，本实施方式的投影系统1中的投影超透镜100无需进行特殊的消色差设计，因此避免了透射率下降的问题。进而降低了整个设备的功耗，也可以从另一方面避免由于大功率光源所带来的设备大型化。

图2为说明本实用新型的另一个实施方式的示意图。其中，与上一实施方式相同或等价的部分采用相同的标号，并相简化了相应的描述。以下针对本实施方式与上一实施方式的区别进行详细说明。

如图2所示，本实施方式的投影系统2中所采用的投影超透镜200与超透镜100有所不同，为反射式超透镜。即，投影入射光Lr，Lg，Lb与投影出射光Kr，Kg，Kb位于投影超透镜的同侧。此时，例如可以采用如下构造：投影超透镜200的基底204可以由透光或不透光的材料构成，并且在基底204 上覆盖有用于对投影入射光Lr，Lg，Lb进行反射的金属反射膜206(未图示)。在金属反射膜206上进一步形成对可见光透明的介质膜层208(未图示)，而多个纳米结构单元203则形成在介质膜层208上。其中，纳米结构单元203的相位分布与透射式的投影超透镜100相同，投影入射光Lr，Lg，Lb的入射角θ1，θ2，θ3也与投影系统10相同。

根据本实施方式的投影系统2，如图2所示，通过将三种颜色的投影入射光Lr，Lg，Lb的入射角设定为各不相同，能够使得三种颜色的投影出射光Kr， Kg，Kb经过投影超透镜200的反射后沿同一方向射出，进而当三种颜色的投影出射光Kr，Kg，Kb投影到目标位置T时，也同样不会出现投影位置的错位，进而能够重合在一起并进行色彩还原。由此，抑制了投影图像的色差。

应当理解的是，上述实施方式中的投影入射光的入射角度是优选值，并不构成对本实用新型的限定，只要在投影图像的色差(劣化)被抑制，而达到可接受的范围即可。

以下，结合不同的应用场景对本实用新型的应用示例进行进一步说明。需要说明的是，下文介绍中给出的实现方式仅作为示例性的说明，并不代表本申请实施例的全部实现方式。同样，与之前的说明相同或等价的部分采用相同的标号，并相简化了相应的描述。

图3为应用本实用新型的一种VR近眼显示装置3的示意图。如图3所示，VR近眼显示装置3主要包括入射光投射装置30和投影超透镜100。

其中，入射光投射装置30主要包括用于分别产生三种颜色的光源光(红：波长λ1＝632nm，绿：波长λ2＝532nm，蓝：波长λ3＝473nm)的三个激光光源Sr，Sg，Sb和分别对应于三个激光光源Sr，Sg，Sb的三个数字微镜元件 (DMD)Dr，Dg，Db(作为图像显示元件的一组例子)。三个数字微镜元件Dr， Dg，Db分别接收到三个激光光源Sr，Sg，Sb所产生的光源光后，根据所要投射的图像点的信息(例如颜色和亮度)分别通过调制比例和强度，将光源光调制成三种颜色的图像光Ir，Ig，Ib，三种颜色的图像光Ir，Ig，Ib经传导后成为投影入射光Lr，Lg，Lb以不同的入射角θ1，θ2，θ3分别入射至投影超透镜100上的同一点(必然也是同一纳米结构单元103)。进而，三种颜色的投影入射光Lr，Lg，Lb分别经过纳米结构单元103的折射后成为投影出射光Kr，Kg，Kb并沿同一方向射出，最后在人眼E的瞳孔(目标位置T)处投影成为一个彩色图像点。

根据本实施方式的投影系统3，如图3所示，通过将三种颜色的投影入射光Lr，Lg，Lb的入射角θ1，θ2，θ3设定为各不相同，使得三种颜色的投影出射光Kr，Kg，Kb经过投影超透镜100的折射后沿同一方向射出，进而当三种颜色的投影出射光Kr，Kg，Kb投影到目标位置T时，也同样不会出现投影位置的错位，进而能够重合在一起并进行色彩还原。由此，抑制了投影图像的色差。

应当理解的是，虽然在本应用场景中，作为图像显示元件的一个具体实施例选用了DMD，然而本实用新型并不受限于此，也可以采用例如LCD(通过利用液晶的光电效应，来影响最终所折射出的透光率或反射率，从而产生具有不同灰度层次和颜色的投影画面)，只要能够基于所要投影的图像信息对光源光的比例和强度进行调制即可。

另外，在本应用场景中，是通过DMD来确定投影入射光Lr，Lg，Lb的入射角的，然而也不限于此，例如可以在DMD与投影超透镜100之间增设一个用于调节光的行进方向的方向调节超元件(例如超透镜等)，以使投影入射光以所需的入射角θ1，θ2，θ3入射至投影超透镜100。或者，为了具体的设计需求，在光源与投影超透镜之间也可以设置其它光学元件，例如反射元件、透射或分束元件等。

图4为应用本实用新型的一种AR近眼显示装置4的原理示意图。如图4 所示，AR近眼显示装置4主要包括入射光投射装置40和投影超透镜100。其中，入射光投射装置40主要包括用于分别产生红色光、绿色光和蓝色光的三个激光光源Sr，Sg，Sb(省略图示)、分别对应于三个激光光源Sr，Sg，Sb的三个数字微镜元件(DMD)Dr，Dg，Db(省略图示)、耦入元件432、光波导元件434、以及投影超透镜100。其中，三个数字微镜元件(DMD)Dr，Dg，Db射出的三种颜色的光经由耦入元件432分别以耦入角θ11，θ22，θ33和不同的耦入位置导入至光波导元件434而成为导入光Lir，Lig，Lir，进而三种颜色的导入光Lir，Lig，Lir进一步以全内反射的方式在光波导元件434中进行传播，然后成为投影入射光Lr、Lg、Lb分别以不同的入射角θ1，θ2，θ3 分别入射至投影超透镜100上的同一点(必然也是同一纳米结构单元103)。进而，三种颜色的投影入射光Lr、Lg和Lb分别经过纳米结构单元103的折射后成为投影出射光Kr、Kg和Kb并沿同一方向射出，最后在人眼E的瞳孔处(目标位置)投影成为一个彩色图像点。

其中，耦入元件432可以采用几何反射的方式，也可以采用光栅衍射的方式等，并不对本实用新型构成限定，只要能以所需的耦入角和耦入位置将光导入光波导元件即可。

另外，在本应用场景中，投影超透镜100也同时作为光波导元件434的耦合出模块在发挥作用。即，将投影入射光Lr，Lg，Lb(也就是导入光Lir， Lig，Lir)导出光波导元件434。但也不限于此，也可以设置单独的耦合出模块将导入光Lir，Lig，Lir导出成为投影入射光Lr，Lg，Lb，再由投影超透镜进行投影。

这里，为了使导入光Lir，Lig，Lir在光波导元件434中经过多次全反射而最终作为投影入射光Lr、Lg、Lb分别以不同的入射角θ1，θ2，θ3入射至投影超透镜100上的同一点，需要注意一下几点：

首先，必须使耦入角θ11，θ22，θ33分别等于入射角θ1，θ2，θ3。并且，这样的耦入角θ11，θ22，θ33还必须满足光波导元件434的全内反射条件，即耦入角θ11，θ22，θ33需要大于或等于临界。在这里，临界角θ_c可以由下式计算得出：

其中，n1是光疏介质的折射率，n2光密介质的折射率。

另外，导入光Lir，Lig，Lir的导入光波导元件的导入位置需要特别设置，以使导入光Lir，Lig，Lir经多次全反射后能射在投影超透镜100上的同一点。这个导入位置基于耦入角θ11、θ22、θ33、光波导元件434的厚度以及全反射的次数等通过几何计算即可得出。在此不再做详细说明。

通过这样设置，如图4所示，不同波长的导入光Lir，Lig，Lir最终以投射于同一点的方式被导出光波导元件434，因此，避免了光波导传导中出现的彩虹效应(即不同波长组成的复色光再光波导元件被传播后，会产生分离成为多个单色光的效应)。

另一方面，光波导元件434和透射式投影超透镜100还作为图像合成元件发挥作用。具体而言，实景光透过光波导元件434和透射式投影超透镜100 在人眼E的瞳孔处(目标位置T)形成实景图像。进而，从投影超透镜100中投影出的彩色图像作为虚拟图像和实景图像在瞳孔处合成为增强现实图像。

图5表示出了应用本实用新型的另一种AR近眼显示装置5的原理示意图例。其中，主要区别在于，没有采用透射式的投影超透镜100，而是取而代之采用了反射式的投影超透镜200。如图5所示，从投影超透镜200中投射出的投影出射光Kr，Kg，Kb还将穿过光波导元件434后到达人眼E的瞳孔(目标位置T)。由于在穿过光波导元件434的过程中，投影出射光Kr，Kg，Kb的行进方向不会受到光波导元件434的影响而改变方向。

类似地，光波导元件434和反射式投影超透镜200还作为图像合成元件发挥作用。具体而言，实景光透过光波导元件434和透射式投影超透镜200中的无光焦度区域(无纳米结构单元103的区域)在人眼E的瞳孔处(目标位置T)形成实景图像。进而，从投影超透镜200中投影出的彩色图像作为虚拟图像和实景图像在瞳孔处合成为增强现实图像。

根据应用场景的AR近眼显示装置，如图4和图5所示，通过将三种颜色的导入光Lir，Lig，Lir以设定的位置和角度导入光波导元件434，进而使得导入光Lir，Lig，Lir以入射角θ1，θ2，θ3分别入射至投影超透镜100(或 200)上的同一点(必然也是同一纳米结构单元103)。进而，三种颜色的投影入射光Lr、Lg和Lb分别经过纳米结构单元103的折射后成为投影出射光Kr、 Kg和Kb并沿同一方向射出，最后在人眼E的瞳孔处(目标位置)投影成为一个彩色图像点。因此，同样不会出现投影位置的错位，进而能够重合在一起并进行色彩还原。由此，抑制了投影图像的色差。

以上对采用光波导元件的AR近眼显示装置进行了说明，然而在采用分束器的AR近眼显示装置中也可以应用本实用新型的投影系统。图6为应用本实用新型的投影系统的另一AR近眼显示装置7的原理示意图。

如图6所示，AR近眼显示装置7主要包括入射光投射装置10、透射式的投影超透镜100、以及作为图像合成元件的分束器702。从入射光投射装置10 投射出的射出投影入射光Lr，Lg，Lb到达投影超透镜100后，被投影超透镜100折射成为沿同一方向射出的投影出射光Kr，Kg，Kb，并且，投影射光Kr， Kg，Kb进一步经过分束器702的反射而投射至人眼E的瞳孔处(目标位置T) 而形成彩色图像(虚拟图像)，另一方面分束器702也能使实景图像光LA透过，而在瞳孔处形成实景图像。进而，虚拟图像和实景图像在瞳孔处合成为增强现实图像。

同样，此处投射式的投影超透镜100也可以替换为反射式的投影超透镜 200。图7表示出了采用反射式的投影超透镜200的AR近眼显示装置8的原理示意图。如图7所示，从入射光投射装置10投射出的射出投影入射光Lr， Lg，Lb到达投影超透镜200后，被反射成为沿同一方向射出的投影出射光Kr， Kg，Kb，投影出射光Kr，Kg，Kb进一步被分束器802(图像合成元件的一例) 反射至人眼E的瞳孔处(目标位置T)而投影成为彩色图像(虚拟图像)。另一方面，实景图像光LA则透过分束器802射入瞳孔处，并在瞳孔处形成实景图像。进而，虚拟图像和实景图像在瞳孔处合成为增强现实图像。

这里，需要注意的是，如图6和7所示，从光的传播路径来看，在AR近眼显示装7中，投射式的投影超透镜100设置在入射光投射装置10与分束器 702之间。而在AR近眼显示装置8中，从图中平面来看，投影入射光Lr，Lg， Lb与分束器802相干涉，但实际上在与图面垂直的方向上是相互错开且相互不干涉的，因此反射式的投影超透镜200也设置在入射光投射装置10与分束器702之间。所不同的是，为了能将投影出射光Kr，Kg，Kb反射至人眼E的瞳孔处(目标位置T)，投影分束器802的设置角度与分束器702的设置角度各不相同。

根据这样的AR近眼显示装置7和8，通过将三种颜色的投影入射光Lr， Lg，Lb的入射角θ1，θ2，θ3设定为各不相同，使得三种颜色的投影出射光Kr，Kg，Kb经过投影超透镜100(或200)后沿同一方向射出，进而抑制了色差的产生。当三种颜色的投影出射光Kr，Kg，Kb进一步到达分束器702(或 802)之后，不会因为反射而产生新的色差，因此，经分束器702(或802)反射而被投影到人眼E的瞳孔处(目标位置T)时，也同样不会出现投影位置的错位，进而能够重合在一起并进行色彩还原。由此，抑制了投影图像的色差。

以下对应用上述各AR近眼显示装置的AR眼镜的实施例进行说明。

首先，图8为表示应用AR近眼显示装置4和5的AR眼镜9的原理说明图。其中，902为设置在镜腿上的图像生成装置，904为设置在镜腿上的中继元件，906为图像合成元件。这里图像合成元件906可以为带透射式超透镜 100和光波导元件434，也可以是反射式的投影超透镜200和光波导元件434。这里，图像生成装置902主要包括光源Sr，Sg，Sb以及图像显示元件(DMD)，中继元件904将图像显示元件DMD所输出的图像光引导至耦入元件432，进而在光波导元件434中传导后，经投影超透镜100在成人眼E的瞳孔处(目标位置T)投影为彩色图像(虚拟图像)。另一方面，实景光则透过图像合成元件906射入瞳孔处，并在瞳孔处形成实景图像。由此，虚拟图像和实景图像在瞳孔处合成为增强现实图像。

另外，对于应用AR近眼显示装置7和8的AR眼镜而言，其中，图像合成元件例如可以为设置在镜片位置的分束器702(或802)，并且所述分束器能将所述彩色图像反射至目标位置，入射光投射装置10例如可以设置在镜框或镜腿上。由此，实景光能够透过分束器702(或802)与虚拟图像一起合成增强现实图像。在此不再赘述，并省略图示。

应当理解的是，虽然在上述实施方式以及各应用场景中，投影入射光选用了三原色的方案，但其颜色以及数量并不对本实用新型构成限制，只要能通过配色合成彩色图像即可，例如也可以选用四色或六色的方案。另外，投影入射光的波长也并不限定为某一特定值，可以是以在某一波长范围内的窄带光，只要其所产生的投影图像的劣化在可接受范围内即可。并且，对于光源也没有特别的限定，可以为常用的激光或LED光源，也可以为其它光源。另外，对于多色投影入射光而言，可以分别源自独立的光源，也可以由单一的光源通过例如荧光轮(即所谓的ALPD技术)等进行分时序激发出多色投影入射光，然后再利用人眼的视觉暂留来形成彩色图像。

本说明书中的各种系统、装置以及元元件等并不受到其具体形态的限制，在满足本实用新型功能的情况下，既可以是单个部件或元元件，也可以是多个部件或元元件的组合。

尽管参照本公开的示例性实施方式描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，在权利要求所涵盖的范围内，可以进行各种修改和变化。

Claims (10)

1.一种投影系统，用于投影出彩色图像，其特征在于，包括：

入射光投射装置，其能投射出至少三种颜色的投影入射光，所述至少三种颜色的投影入射光的比例和强度分别基于所要投影出的所述彩色图像调制而成；

投影超透镜，其能够接收所述至少三种颜色的投影入射光而分别投射出相应的至少三种颜色的投影出射光，并且所述至少三种颜色的投影出射光汇合在一起为所述彩色图像；

并且，所述至少三种颜色的投影入射光入射至所述投影超透镜的入射角各不相同，从而抑制所述彩色图像的色差。

2.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，其中：

所述至少三种颜色的投影出射光从所述投影超透镜被投射出的出射角彼此相同。

3.根据权利要求1或2所述的投影系统，其特征在于，其中：

所述入射光投射装置包括：

至少三种颜色的光源，能分别输出不同颜色的源色光；以及

图像显示元件，其能基于所述彩色图像分别对各所述源色光进行调制而分别输出至少三种颜色的图像光，

并且，所述至少三种颜色的投影入射光源自所述至少三种颜色的所述图像光；

并且，所述投影入射光的所述入射角由所述图像显示元件调制。

4.根据权利要求3所述的投影系统，其特征在于，其中：

所述入射光投射装置还包括：

方向调制元件，其在光传播路径上介于在于所述图像显示元件与所述投影超透镜之间，用于对源自所述图像显示元件的所述图像光进行方向调制，以使所述至少三种颜色的投影入射光的所述入射角由所述方向调制元件调制。

5.一种VR近眼显示装置，其特征在于，包括如权利要求1～4中任意一项所述的投影系统，

并且，所述投影系统投影出的所述彩色图像被用作虚拟现实图像。

6.一种AR近眼显示装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至4中任意一项所述的投影系统；以及

图像合成元件，其用于将所述投影系统投影出的所述彩色图像与实景图像合成在一起而生成增强现实图像。

7.如权利要求6所述的AR近眼显示装置，其特征在于，包括：

所述图像合成元件为分束器。

8.一种AR近眼显示装置，其特征在于，包括：

如权利要求1或2所述的投影系统；

并且，所述入射光投射装置包括：

至少三种颜色的光源，能分别输出不同颜色的源色光；以及

图像显示元件，其能基于所述彩色图像分别对各所述源色光进行调制而分别输出至少三种颜色的图像光；

光波导元件；以及

耦入元件，其能将所述至少三种颜色的所述图像光以不同的耦入角和不同的耦入位置导入所述光波导元件；

并且，所述至少三种颜色的所述图像光在所述光波导元件中传播后成为所述投影入射光，

并且，所述入射角由所述耦入角和耦入位置调制，

并且，实景光能透过所述光波导元件和所述投影超透镜形成实景图像，进而，所述投影系统投影出的所述彩色图像与所述实景图像合成在一起而生成增强现实图像。

9.一种AR眼镜，其特征在于，包括：

如权利要求6所述的AR近眼显示装置，

其中，所述图像合成元件为设置在镜片位置的分束器，并且所述分束器能将所述彩色图像反射至目标位置，

所述入射光投射装置设置在镜框或镜腿上，

并且，实景光能够透过所述分束器形成所述实景图像。

10.一种AR眼镜，其特征在于，包括：

如权利要求8所述的AR近眼显示装置，

其中，所述光源、所述图像显示元件设置在镜腿上，所述耦入元件、所述光波导元件以及所述投影超透镜设置在镜片上，

并且，在镜腿上还设置有中继元件，其在光传播路径上介在于所述图像显示元件与所述耦入元件之间，用于将所述图像光引导至所述耦入元件，

并且，所述实景光能够透过所述光波导元件和所述投影超透镜形成所述实景图像。

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