CN217639770U - 一种图像组合器和ar近眼显示光学*** - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种图像组合器和AR近眼显示光学***，通过在图像组合器中设置的消色差离轴超透镜阵列中的离轴超透镜，对被耦入光波导的三原色光线中入射到离轴超透镜的部分三原色光线进行相位调制，相位调制后的部分三原色光线被耦出光波导，并形成组成图像点源阵列的图像点源，从而形成小孔成像式近眼显示装置能够使用的图像组合器，利用离轴超透镜替代了比较厚重的传统光学器件，由于离轴超透镜具备的轻薄优势，有利于小孔成像式近眼显示装置往微型化的方向发展，还可以将单个光波导内传播的三原色光线汇聚到光波导外形成图像点源，无须使用三个光波导就可实现彩色图像的图像显示。

Description

一种图像组合器和AR近眼显示光学***

技术领域

本申请涉及超透镜应用技术领域，具体而言，涉及一种图像组合器和AR近眼显示光学***。

背景技术

目前，虚拟现实(Virtual Reality，VR)和增强现实(Augmented Reality，AR)技术通过创造具有体验感的三维模拟环境或将虚拟信息叠加在真实环境中。AR设备除了常见的自由曲面式和波导式AR光学***，小孔成像式近眼显示装置由于其光能利用率高和更深的景深被广泛研究。但小孔成像式近眼显示装置使用的光学器件比较厚重，不利于小孔成像式近眼显示装置往微型化的方向发展。

实用新型内容

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器和AR近眼显示光学***。

第一方面，本申请实施例提供了一种图像组合器，包括：光波导、消色差离轴超透镜阵列和耦入模块；

所述消色差离轴超透镜阵列，包括：多个离轴超透镜；

多个所述离轴超透镜中的各离轴超透镜间隔设置在所述光波导的同一表面上；

所述耦入模块设置在所述光波导上，将用于成像的三原色光线以相同的倾斜角度耦入所述光波导中，被耦入的所述三原色光线在所述光波导内进行全内反射；

离轴超透镜对入射的所述三原色光线中的部分三原色光线进行相位调制，相位调制后的所述部分三原色光线被离轴超透镜耦出光波导，并形成组成图像点源阵列的图像点源；

所述图像点源，位于所述离轴超透镜的焦点位置。

第二方面，本申请实施例还提供了一种AR近眼显示光学***，其特征在于，包括：图像显示器、中继镜以及上述第一方面所述的图像组合器；

所述中继镜将所述图像显示器发出的用于成像的三原色光线投影或者放大投影到所述图像组合器中。

本申请实施例上述第一方面至第二方面提供的方案中，通过在图像组合器中设置的消色差离轴超透镜阵列中的离轴超透镜，对被耦入光波导的三原色光线中入射到离轴超透镜的部分三原色光线进行相位调制，相位调制后的部分三原色光线被耦出光波导，并形成组成图像点源阵列的图像点源，从而形成小孔成像式近眼显示装置能够使用的图像组合器，与相关技术中小孔成像式近眼显示装置中使用比较厚重的传统光学器件的方式相比，利用离轴超透镜替代了比较厚重的传统光学器件，由于离轴超透镜具备的轻薄优势，可以大大降低小孔成像式近眼显示装置的图像组合器的重量和厚度，有利于小孔成像式近眼显示装置往微型化的方向发展，提高佩戴舒适度；而且，利用消色差离轴超透镜阵列就可以将单个光波导内传播的三原色光线汇聚到光波导外形成图像点源，无须使用三个光波导就可实现彩色图像的图像显示，使图像组合器的结构更加简单，易于制造和推广使用。

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

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。

图1示出了本申请实施例所提供的一种基于透射式离轴超透镜的图像组合器的结构示意图；

图2示出了本申请实施例所提供的一种基于反射式离轴超透镜的图像组合器的结构示意图；

图3示出了本申请实施例所提供的一种图像组合器中，离轴超透镜的一种在衬底上设置第二纳米结构、第三纳米结构和第四纳米结构的结构示意图；

图4示出了本申请实施例所提供的一种图像组合器中，离轴超透镜的另一种在衬底上设置第二纳米结构、第三纳米结构和第四纳米结构的结构示意图；

图5示出了本申请实施例所提供的一种图像组合器中，透射式离轴超透镜的工作原理示意图；

图6示出了本申请实施例所提供的一种图像组合器中，反射式离轴超透镜的工作原理示意图；

图7示出了本申请实施例所提供的一种图像组合器中，包含多个超表面结构单元的离轴超透镜的示意图；

图8示出了本申请实施例所提供的一种AR近眼显示光学***的结构示意图。

图标：10、耦入模块；100、光波导；200、透射式离轴超透镜；202、反射式离轴超透镜；300、第二纳米结构；302、第三纳米结构；304、第四纳米结构；306、衬底；800、图像显示器；802、中继镜；804、图像组合器。

具体实施方式

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。

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。

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。

目前，VR和AR技术通过创造具有体验感的三维模拟环境或将虚拟信息叠加在真实环境中。AR设备除了常见的自由曲面式和波导式AR光学***，小孔成像式近眼显示装置由于其光能利用率高和更深的景深被广泛研究。但小孔成像式近眼显示装置使用的光学器件比较厚重，不利于小孔成像式近眼显示装置往微型化的方向发展。

基于此，本申请实施例提出一种图像组合器和AR近眼显示光学***，通过在图像组合器中设置的消色差离轴超透镜阵列中的离轴超透镜，对被耦入光波导的三原色光线中入射到离轴超透镜的部分三原色光线进行相位调制，相位调制后的部分三原色光线被耦出光波导，并形成组成图像点源阵列的图像点源，从而形成小孔成像式近眼显示装置能够使用的图像组合器，利用离轴超透镜替代了比较厚重的传统光学器件，由于离轴超透镜具备的轻薄优势，可以大大降低小孔成像式近眼显示装置的图像组合器的重量和厚度，有利于小孔成像式近眼显示装置往微型化的方向发展，提高佩戴舒适度；而且，利用消色差离轴超透镜阵列就可以将单个光波导内传播的三原色光线汇聚到光波导外形成图像点源，无须使用三个光波导就可实现彩色图像的图像显示。

在对本申请提出的实施例进行描述之前，先给出如下定义：

所述三原色光线，就是包含红绿蓝三种颜色的光线，由于在可见光波段中，红色光的波长是632纳米，绿色光的波长是532纳米，蓝色光的波长是473纳米，红绿蓝三种颜色的光线的波长各不相同。那么在本申请以下实施例中，所述三原色光线就是包括：具有第一波长的光线、具有第二波长的光线以及具有第三波长的光线的一束光线。

其中，第一波长、第二波长和第三波长，可以分别是红色光的波长、绿色光的波长、蓝色光的波长的任意排列组合，在本实施例中不作限定。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对本申请做进一步详细的说明。

实施例

本实施例提出的图像组合器，用于小孔成像式近眼显示装置。

参见图1所示的一种基于透射式离轴超透镜的图像组合器的结构示意图和参见图2所示的一种基于反射式离轴超透镜的图像组合器的结构示意图，本实施例提出一种图像组合器，包括：光波导100、消色差离轴超透镜阵列和耦入模块10。

所述消色差离轴超透镜阵列，包括：多个离轴超透镜。

多个所述离轴超透镜中的各离轴超透镜间隔设置在所述光波导的同一表面上。

所述耦入模块设置在所述光波导上，将用于成像的三原色光线以相同的倾斜角度耦入所述光波导中，被耦入的所述三原色光线在所述光波导内进行全内反射。

离轴超透镜对入射的所述三原色光线中的部分三原色光线进行相位调制，相位调制后的所述部分三原色光线被离轴超透镜耦出光波导，并形成组成图像点源阵列的图像点源。

所述图像点源，位于所述离轴超透镜的焦点位置。

在使用上述图像组合器的过程中，由所述三原色光线耦出光波导的各部分三原色光线汇聚后形成的各图像点源所组成的图像点源阵列将成像光线显示到真实环境中，将成像光线所呈现的虚拟信息与真实环境相融合，实现增强现实的效果。

所述耦入模块，采用但不限于：全息光学元件、超构光栅、衍射光栅或者超表面。

所述超表面，将用于成像的三原色光线按照相同角度耦入光波导的过程，是现有技术，不再本实施例的讨论范围内。

为了对三原色光线进行相位调制，所述离轴超透镜，包括：衬底306和设置在所述衬底上的纳米结构。

但单个离轴超透镜受到尺寸和容纳的纳米结构数量的限制，只能对入射的所述三原色光线中的部分三原色光线进行相位调制。所以，本实施例提出的图像组合器，需要使用包括多个离轴超透镜的消色差离轴超透镜阵列，才能对耦入光波导的三原色光线各部分三原色光线进行相位调制并耦出光波导，形成多个图像点源以组成图像点源阵列，在真实环境中融合虚拟信息。

在本实施例中，所述图像点源，为实现小孔成像的点光源，是离轴超透镜将三原色光线中的部分三原色光线通过汇聚或者反射的方式，将该部分三原色光线耦出到位于所述光波导外部的离轴超透镜焦点位置进行成像而得到的。

所述离轴超透镜，将三原色光线中的部分三原色光线汇聚到离轴超透镜的同一焦点位置得到图像点源，以此达到了消除色差的目的。

为了将三原色光线汇聚到光波导外形成图像点源，所述离轴超透镜中的纳米结构对三原色光线的调制相位满足以下公式1至公式3：

其中，(x，y)表示纳米结构相对于离轴超透镜中心的位置坐标；

表示位于离轴超透镜中(x，y)位置的纳米结构对三原色光线中具有一波长λ₁的光线的调制相位；

表示位于离轴超透镜中(x，y)位置的纳米结构对三原色光线中具有第二波长λ₂的光线的调制相位；

表示位于离轴超透镜中(x，y)位置的纳米结构对三原色光线中具有第三波长λ₃的光线的调制相位；f表示离轴超透镜的焦距；θ表示三原色光线耦入光波导的倾斜角度。

在一个实施方式中，可以直接从纳米数据库中寻找同时满足上述公式1至公式3的第一纳米结构，那么，在本实施例提出的图像组合器中，所述纳米结构，包括：第一纳米结构。

所述第一纳米结构，能够对三原色光线中的具有第一波长的光线、具有第二波长的光线和具有第三波长的光线均进行相位调制。使相位调制后的各部分三原色光线被分别耦出光波导，并形成组成图像点源阵列的图像点源。

在一个实施方式中，若从纳米数据库中寻找同时满足上述公式1至公式3的第一纳米结构的难度较大，那么可以降低纳米结构的设计难度，从纳米数据库中找出分别满足上述公式1至公式3的三种不同的纳米结构，通过三种不同的纳米结构对三原色光线中的具有第一波长的光线、具有第二波长的光线和具有第三波长的光线分别进行相位调制，在本实施例提出的图像组合器中，所述纳米结构，包括：第二纳米结构、第三纳米结构和第四纳米结构。

所述第二纳米结构，能够对三原色光线中的所述具有第一波长的光线进行相位调制。

所述第三纳米结构，能够对三原色光线中的所述具有第二波长的光线进行相位调制。

所述第四纳米结构，能够对三原色光线中的所述具有第三波长的光线进行相位调制。

所述第二纳米结构、所述第三纳米结构和所述第四纳米结构为形状、周期和/或者尺寸并不相同的纳米结构。

可选地，所述第二纳米结构、所述第三纳米结构和所述第四纳米结构使用的材料也可以是不同的。

参见图3所示的离轴超透镜的一种在衬底上设置第二纳米结构、第三纳米结构和第四纳米结构的结构示意图，在本实施例提出的图像组合器中，为了将第二纳米结构300、第三纳米结构302和第四纳米结构304设置到所述衬底上，可以采用如下方式：所述衬底306被划分为多个相位调制区域。

多个所述相位调制区域中的各相位调制区域中分别设置有所述第二纳米结构、所述第三纳米结构或者所述第四纳米结构。

如图3所示，将衬底划分为多个扇形的相位调制区域，第一纳米结构是截面为正方形的纳米结构、第二纳米结构是截面为三角形的纳米结构、第三纳米结构是截面为圆形的纳米结构，从图3中可以看出，各相位调制区域中分别设置有所述第二纳米结构、所述第三纳米结构或者所述第四纳米结构。

图3所示的离轴超透镜的结构中将衬底划分为多个扇形的相位调制区域仅为示例，在将所述衬底划分为多个相位调制区域时，不限于划分为扇形的相位调制区域，还可以按照环形以及其他任意形状将衬底划分为多个相位调制区域，这里不再一一赘述。

图3所示的离轴超透镜的结构中的所述第二纳米结构的截面形状、所述第三纳米结构的截面形状以及所述第四纳米结构的截面形状仅为示例，所述第二纳米结构的截面形状、所述第三纳米结构的截面形状和所述第四纳米结构的截面形状还可以是其他任何在纳米材料库中可供选择的纳米材料的截面形状，这里不再一一赘述。

可选地，参见图4所示的离轴超透镜的另一种在衬底上设置第二纳米结构、第三纳米结构和第四纳米结构的结构示意图，在本实施例提出的图像组合器中，为了将第二纳米结构300、第三纳米结构302和第四纳米结构304设置到所述衬底上，还可以采用如下方式：所述第二纳米结构、所述第三纳米结构和所述第四纳米结构交错的设置在所述衬底上。

在得到满足上述公式1至公式3要求的纳米结构后，可以采用汇聚的方式，使所述三原色光线中的部分三原色光线耦出到光波导外的离轴超透镜的同一焦点位置，形成组成图像点源阵列的图像点源，在一个实施方式中，参见图5所示的透射式离轴超透镜的工作原理示意图，在本实施例提出的图像组合器中，所述离轴超透镜，采用透射式离轴超透镜200。

所述透射式离轴超透镜，将入射的三原色光线中的具有第一波长的光线、具有第二波长的光线以及具有第三波长的光线汇聚到所述透射式离轴超透镜的焦点位置。

如图1所示，所述透射式离轴超透镜，与所述耦入模块设置在所述光波导的同一表面上。

所述透射式离轴超透镜对入射的所述三原色光线中的部分三原色光线进行相位调制，相位调制后的所述部分三原色光线被所述透射式离轴超透镜汇聚到光波导的外部，得到所述部分三原色光线的图像点源。

通过透射式离轴超透镜对入射的所述三原色光线的部分三原色光线进行相位调制，使得相位调制后的该部分三原色光线不再满足在光波导内进行全反射的传播条件，而被透射式离轴超透镜汇聚到光波导的外部，从而将所述三原色光线中的该部分三原色光线耦出光波导，形成图像点源。

可选地，还可以采用反射的方式，使所述三原色光线中的部分三原色光线耦出到光波导外的离轴超透镜的同一焦点位置，形成组成图像点源阵列的图像点源，参见图6所示的反射式离轴超透镜的工作原理示意图，在本实施例提出的图像组合器中，所述离轴超透镜，采用反射式离轴超透镜202。

如图2所示，所述反射式离轴超透镜，设置在所述光波导中远离所述耦入模块一侧的表面上。

所述反射式离轴超透镜对入射的所述三原色光线中的部分三原色光线进行相位调制，相位调制后的所述部分三原色光线被反射式离轴超透镜反射到所述光波导的外部，得到所述部分三原色光线的图像点源。

通过反射式离轴超透镜对入射的所述三原色光线的部分三原色光线进行相位调制，使得相位调制后的该部分三原色光线不再满足在光波导内进行全反射的传播条件，而被反射式离轴超透镜反射到光波导的外部，从而将所述三原色光线中的该部分三原色光线耦出光波导，形成图像点源。

为了保证相位调制后的所述部分三原色光线被反射式离轴超透镜反射到所述光波导的外部，所述反射式离轴超透镜的焦距应大于所述光波导的厚度。

具体地，为了实现反射式离轴超透镜的功能，在本实施例提出的图像组合器中，除了衬底和纳米结构外，所述反射式离轴超透镜，还包括：金属反射膜层和介质膜层。

所述金属反射膜层覆盖在所述衬底上，所述介质膜层覆盖在所述金属反射膜层上，所述纳米结构设置在所述介质膜层上。

所述介质膜层，能够透过可见光波段的光线。

其中，所述金属反射膜层的厚度在30纳米至3000纳米之间。

置于金属反射膜上的介质膜层的厚度在100纳米至1000纳米之间，所述介质膜层的制作材料，包括但不限于：氮化硅、氧化钛、氧化硅和氧化铝。

当消色差离轴超透镜阵列中包含n个离轴超透镜时，为了保证n个离轴超透镜的出光量相同，人眼看到图像亮度的均一性，n个离轴超透镜中的各离轴超透镜中，设置的纳米结构排布方式相同且纳米结构数量相同，从而保证n个离轴超透镜中的各离轴超透镜的出光量是整体出光量的1/n。

参见图7所示的包含多个超表面结构单元的离轴超透镜的示意图，每个超表面结构单元均能够调制入射光，纳米结构可以直接调控光的相位等特性；本实施例中，纳米结构是全介质结构单元，其至少在可见光波段具有高透过率，可选的材料包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓和氢化非晶硅等。其中，多个纳米结构呈阵列排布，从而能够划分出超表面结构单元；该超表面结构单元可以为正六边形、正方形、扇形等，每个超表面结构单元的中心位置，或者每个超表面结构单元的中心位置和顶点位置分别设有一个纳米结构。其中，所有的纳米结构可以位于柔性曲面透明基底的同一侧，或者，部分纳米结构位于柔性曲面透明基底的一侧，另一部分纳米结构位于柔性曲面透明基底的另一侧，本实施例对此不作限定。

需要说明的是，离轴超透镜的衬底为整体的层结构，离轴超透镜中的多个超表面结构单元可以是人为划分出来的，即在衬底上布设多个纳米结构，从而可以划分出包含一个或多个纳米结构的超表面结构单元，或者说，多个超表面结构单元可以形成一体式结构的离轴超透镜。

在通过以上内容对本实施例提出的图像组合器介绍完成后，继续通过以下内容对本实施例提出的AR近眼显示光学***进行说明。

参见图8所示的一种AR近眼显示光学***的结构示意图，本实施例提出的AR近眼显示光学***，是小孔成像式近眼显示装置的一种实现方式，该AR近眼显示光学***包括：图像显示器800、中继镜802以及上述的图像组合器804。

所述中继镜将所述图像显示器发出的用于成像的三原色光线投影或者放大投影到所述图像组合器中。

在一个实施方式中，所述中继镜，采用转向棱镜或者超透镜。

所述超透镜，对入射光线进行投影或者放大投影的方式是现有技术，不在本实施例的讨论范围内。

在一个实施方式中，所述图像显示器，采用基于微机电***的激光束扫描显示器。

如图8所示，AR近眼显示光学***以AR眼镜为例，所述图像显示器和中继镜设置在所述AR眼镜的同一个眼镜腿上，所述图像组合器与AR眼镜的镜片一体设置。所述图像组合器将得到的用于成像的三原色光线以图像点源阵列的方式呈现到真实环境中，将成像光线所呈现的虚拟信息与真实环境相融合，实现增强现实的效果。

图8所示的AR眼镜仅为AR近眼显示光学***的一个示例，AR近眼显示光学***还有其他很多的实现形式，这里不再一一赘述。

将具备消色差离轴超透镜阵列用作波导式图像组合器的耦出装置构建小孔成像式近眼显示装置。消色差离轴超透镜阵列厚度较薄，使包含其的AR近眼显示光学***整体较薄，提高佩戴舒适度；而且，采用消色差离轴超透镜阵列，不再需要三层波导，整体结构更加简单，量产成本更低。

综上所述，本实施例提出一种图像组合器和AR近眼显示光学***，通过在图像组合器中设置的消色差离轴超透镜阵列中的离轴超透镜，对被耦入光波导的三原色光线中入射到离轴超透镜的部分三原色光线进行相位调制，相位调制后的部分三原色光线被耦出光波导，并形成组成图像点源阵列的图像点源，从而形成小孔成像式近眼显示装置能够使用的图像组合器，与相关技术中小孔成像式近眼显示装置中使用比较厚重的传统光学器件的方式相比，利用离轴超透镜替代了比较厚重的传统光学器件，由于离轴超透镜具备的轻薄优势，可以大大降低小孔成像式近眼显示装置的图像组合器的重量和厚度，有利于小孔成像式近眼显示装置往微型化的方向发展，提高佩戴舒适度；而且，利用消色差离轴超透镜阵列就可以将单个光波导内传播的三原色光线汇聚到光波导外形成图像点源，无须使用三个光波导就可实现彩色图像的图像显示，使图像组合器的结构更加简单，易于制造和推广使用。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种图像组合器，其特征在于，包括：光波导、消色差离轴超透镜阵列和耦入模块；

所述消色差离轴超透镜阵列，包括：多个离轴超透镜；

多个所述离轴超透镜中的各离轴超透镜间隔设置在所述光波导的同一表面上；

所述耦入模块设置在所述光波导上，将用于成像的三原色光线以相同的倾斜角度耦入所述光波导中，被耦入的所述三原色光线在所述光波导内进行全内反射；

离轴超透镜对入射的所述三原色光线中的部分三原色光线进行相位调制，相位调制后的所述部分三原色光线被离轴超透镜耦出光波导，并形成组成图像点源阵列的图像点源；

所述图像点源，位于所述离轴超透镜的焦点位置。

2.根据权利要求1所述的图像组合器，其特征在于，所述离轴超透镜，包括：衬底和设置在所述衬底上的纳米结构。

3.根据权利要求2所述的图像组合器，其特征在于，所述离轴超透镜中的纳米结构对三原色光线的调制相位满足以下公式1至公式3：

其中，(x,y)表示纳米结构相对于离轴超透镜中心的位置坐标；

表示位于离轴超透镜中(x,y)位置的纳米结构对三原色光线中具有第一波长λ₁的光线的调制相位；

表示位于离轴超透镜中(x,y)位置的纳米结构对三原色光线中具有第二波长λ₂的光线的调制相位；

表示位于离轴超透镜中(x,y)位置的纳米结构对三原色光线中具有第三波长λ₃的光线的调制相位；f表示离轴超透镜的焦距；θ表示三原色光线耦入光波导的倾斜角度。

4.根据权利要求3所述的图像组合器，其特征在于，所述纳米结构，包括：第一纳米结构；

所述第一纳米结构，能够对三原色光线中的具有第一波长的光线、具有第二波长的光线和具有第三波长的光线均进行相位调制。

5.根据权利要求3所述的图像组合器，其特征在于，所述纳米结构，包括：第二纳米结构、第三纳米结构和第四纳米结构；

所述第二纳米结构，能够对三原色光线中的所述具有第一波长的光线进行相位调制；

所述第三纳米结构，能够对三原色光线中的所述具有第二波长的光线进行相位调制；

所述第四纳米结构，能够对三原色光线中的所述具有第三波长的光线进行相位调制；

所述第二纳米结构、所述第三纳米结构和所述第四纳米结构为形状、周期和/或者尺寸并不相同的纳米结构。

6.根据权利要求5所述的图像组合器，其特征在于，所述衬底被划分为多个相位调制区域；

多个所述相位调制区域中的各相位调制区域中分别设置有所述第二纳米结构、所述第三纳米结构或者所述第四纳米结构。

7.根据权利要求5所述的图像组合器，其特征在于，所述第二纳米结构、所述第三纳米结构和所述第四纳米结构交错的设置在所述衬底上。

8.根据权利要求2-7任一项所述的图像组合器，其特征在于，所述离轴超透镜，采用透射式离轴超透镜；

所述透射式离轴超透镜，与所述耦入模块设置在所述光波导的同一表面上；

所述透射式离轴超透镜对入射的所述三原色光线中的部分三原色光线进行相位调制，相位调制后的所述部分三原色光线被所述透射式离轴超透镜汇聚到光波导的外部，得到所述部分三原色光线的图像点源。

9.根据权利要求2-7任一项所述的图像组合器，其特征在于，所述离轴超透镜，采用反射式离轴超透镜；

所述反射式离轴超透镜，设置在所述光波导中远离所述耦入模块一侧的表面上；

所述反射式离轴超透镜对入射的所述三原色光线中的部分三原色光线进行相位调制，相位调制后的所述部分三原色光线被反射式离轴超透镜反射到所述光波导的外部，得到所述部分三原色光线的图像点源。

10.根据权利要求9所述的图像组合器，其特征在于，所述反射式离轴超透镜，还包括：金属反射膜层和介质膜层；

所述金属反射膜层覆盖在所述衬底上，所述介质膜层覆盖在所述金属反射膜层上，所述纳米结构设置在所述介质膜层上；

所述介质膜层，能够透过可见光波段的光线。

11.根据权利要求1所述的图像组合器，其特征在于，所述耦入模块，采用全息光学元件、超构光栅、衍射光栅或者超表面。

12.一种AR近眼显示光学***，其特征在于，包括：图像显示器、中继镜以及权利要求1-11任一项所述的图像组合器；

所述中继镜将所述图像显示器发出的用于成像的三原色光线投影或者放大投影到所述图像组合器中。

13.根据权利要求12所述的AR近眼显示光学***，其特征在于，所述中继镜，采用转向棱镜或者超透镜。

14.根据权利要求12所述的AR近眼显示光学***，其特征在于，所述图像显示器，采用基于微机电***的激光束扫描显示器。

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