CN217639772U - 一种图像组合器及近眼显示*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种图像组合器及近眼显示***，其中，该图像组合器包括：多功能超表面；多功能超表面包括至少一个多功能相变单元；多功能相变单元包括：基于相变材料的纳米结构和氧化钒层；多功能相变单元能够根据施加在氧化钒层的第一激励，透射环境光或者反射投影光；且能够根据施加在纳米结构的第二激励，对投影光或者环境光进行像差矫正。通过本实用新型实施例提供的图像组合器，基于第一激励可改变多功能超表面对入射光的透反状态，从而在一个工作状态下只需处理单路光，故其无需被配置成需要同时兼顾两个工作状态的复杂结构，其可以分别在不同工作状态下针对性地施加第二激励，通过改变相位便可矫正当前所处理的单路光所产生的像差。

Description

一种图像组合器及近眼显示***

技术领域

本实用新型涉及近眼显示光学技术领域，具体而言，涉及一种图像组合器及近眼显示***。

背景技术

现有的MR(Mix reality，混合现实)/AR(Augmented Reality，增强现实)主要包括自由曲面型的图像组合器和光波导型的图像组合器。而上述两种传统的图像组合器，其投影光路与外在环境光路均是同一时间进入人眼，导致该图像组合器需要在处理投影光路的近眼显示光的同时，还需矫正环境光光路的像差，方可使人眼看到二者叠加的图像；因此，能够同时兼顾上述两种功能的传统图像组合器通常都具有较为复杂的结构，并且效果不佳。例如，光波导型的图像组合器不仅需要使用斜齿光栅等复杂结构，还很难矫正“彩虹效应”；而自由曲面型的图像组合器其设计困难，中心厚度也很难降低，容易导致佩戴舒适度低。

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图像组合器及近眼显示***。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种图像组合器，包括：多功能超表面；所述多功能超表面包括至少一个多功能相变单元；所述多功能相变单元包括：基于相变材料的纳米结构和氧化钒层；所述多功能相变单元能够根据施加在所述氧化钒层的第一电压，透射环境光或者反射投影光；所述多功能相变单元能够根据施加在所述纳米结构的第二电压，对所述投影光或者所述环境光进行像差矫正。

可选地，多功能相变单元还包括：第一电极层、第二电极层、第三电极层和加热电阻；所述第一电极层、所述第二电极层和所述第三电极层在工作波段透明，且所述多功能相变单元为一体结构；所述氧化钒层与所述加热电阻设置于所述第三电极层的一侧，所述加热电阻与所述氧化钒层在所述第三电极层上的投影为至少部分不重叠；在所述氧化钒层与所述加热电阻远离所述第三电极层的一侧设置有所述第二电极层；所述第二电极层与所述第三电极层用于对所述加热电阻施加所述第一电压；所述加热电阻能够改变所述氧化钒层的温度，使所述氧化钒层在不同温度下呈现导体态或者半导体态；在所述第二电极层远离所述氧化钒层与所述加热电阻的一侧设置有所述纳米结构，在所述纳米结构远离所述第二电极层的一侧设置有所述第一电极层；所述第一电极层与所述第二电极层用于对所述纳米结构施加所述第二电压，所述纳米结构根据所施加的第二电压实现晶态与非晶态的转换。

可选地，在所述氧化钒层呈现半导体态的情况下，所述纳米结构根据所述第二电压改变所述多功能超表面的相位，所述相位为常数相位；或者，所述相位满足：

其中，f₁表示所述多功能超表面的焦距；λ表示所述环境光的波长；r表示所述纳米结构在所述多功能超表面的位置。

可选地，在所述氧化钒层呈现导体态的情况下，所述纳米结构根据所述第二电压，使所述多功能超表面被配置为连续波长色差矫正超透镜，或者，至少三种离散波长色差矫正超透镜。

可选地，连续波长色差矫正超透镜的最大口径满足：

其中，d_max表示所述最大口径，Δn_eff表示所述连续波长色差矫正超透镜对应的等效折射率区间，h表示所述连续波长色差矫正超透镜中所述纳米结构的高度，f₂表示所述连续波长色差矫正超透镜的焦距。

可选地，至少三种离散波长色差矫正超透镜对每种不同离散波长的投影光具有相同的相位响应，所述相同的相位响应表示所述至少三种离散波长色差矫正超透镜能够将以不同入射角度射入的不同离散波长的投影光，调制向同一位置会聚；所述至少三种离散波长色差矫正超透镜的相位响应满足：

且

其中，n表示所述离散波长色差矫正超透镜所对应的离散波长种类个数，n≥3；r表示不同离散波长的投影光的入射位置；f₃表示所述离散波长色差矫正超透镜的焦距；λ_i表示射入的投影光的波长，θ_i表示射入的投影光的入射角度，i＝1,2,…,n。

可选地，多功能超表面的调制频率大于或等于成像的最低帧频的二倍。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种近眼显示***，包括：上述任一图像组合器、中继光学***以及显示器；所述显示器用于生成投影光，所述投影光能够生成所述显示器的实像；所述中继光学***设置于所述显示器的出光侧，用于将所述投影光投影至所述图像组合器的多功能超表面；所述图像组合器能够在透射环境光或者反射所述投影光之间切换。

可选地，显示器包括：发光二极管显示器；所述发光二极管显示器用于生成所述投影光。

可选地，显示器包括：初始光源和图像生成器；所述初始光源用于发射初始光；所述图像生成器设置于所述初始光源的出光侧，用于对所述初始光进行调制，生成所述投影光。

可选地，初始光源包括：N个不同中心波长的单色窄带激光器以及N-1个分光镜；N大于或等于3；N-1个所述单色窄带激光器产生的激光经相应的分光镜分束后，与一个未经过所述分光镜分束的所述单色窄带激光器产生的激光合并，生成所述初始光，且N个所述单色窄带激光器产生的光包括蓝光、绿光和红光；或者，所述初始光源包括：两个蓝色激光器、荧光材料转盘和两个分光镜；一个所述蓝色激光器用于产生蓝光；另一个所述蓝色激光器用于照射所述荧光材料转盘以激发生成两个波长大于所述蓝光的光；所述蓝光和所述两个波长大于所述蓝光的光，经所述分光镜分束后生成所述初始光；或者，所述初始光源包括：N个不同中心波长的单色窄带发光二极管以及N-1个分光镜；N大于或等于3；N-1个所述单色窄带发光二极管产生的光经所述分光镜分束后生成所述初始光，与一个未经过所述分光镜分束的所述单色窄带发光二极管产生的光束合并，且N个所述单色窄带发光二极管产生的光包括蓝光、绿光和红光。

可选地，分光镜包括二向色镜。

可选地，图像生成器包括：N个不同中心波长对应的数字微镜器件；每个所述数字微镜器件依据要投影的所述实像的信息，将所述初始光中对应中心波长的光进行处理，得到所述投影光，并将所述投影光射向所述中继光学***。

可选地，初始光源还包括：波束放大器；所述波束放大器用于对所述初始光进行扩束。

可选地，图像生成器包括：空间光调制器；所述空间光调制器设置在所述波束放大器的出光侧，用于依据要投影的所述实像的信息，将扩束后的初始光处理生成所述投影光，并将所述投影光射向所述中继光学***。

可选地，中继光学***包括：光线偏折元件；所述光线偏折元件用于改变所述投影光的光路，并将所述投影光投影至所述图像组合器的多功能超表面。

本实用新型实施例上述第一方面提供的方案中，能够通过第一激励的施加，改变具有多功能相变单元的多功能超表面对入射光(如环境光或投影光)的透反状态，从而在一个工作状态(透射或反射)下只需处理单路光(如环境光或投影光)，因此，该图像组合器无需被配置成需要同时兼顾两个工作状态的复杂结构，其可以分别在不同工作状态下针对性地向多功能相变单元施加第二激励，通过改变相位便可矫正当前所处理的单路光(如环境光或投影光)所产生的像差，本实用新型实施例中的图像组合器，其分别针对每种单路光像差的矫正效果好，结构也不复杂，整体更加轻薄。

本实用新型实施例上述第二方面提供的方案中，因该近眼显示***具有可以切换透射或反射的不同工作状态的图像组合器，可以基于视觉停留效应，使人眼能够看到与环境光相叠加的投影光所生成的实像；此外，环境光与投影光各自所产生的像差能够在不同的工作状态下，分别被纳米结构所提供的相位所矫正。该近眼显示***体量轻薄、结构简单且对不同光路的像差矫正效果更好。

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一种图像组合器中，多功能相变单元的剖视图；

图2示出了本实用新型实施例所提供的图像组合器中，多功能超表面包括多个多功能相变单元的示意图；

图3示出了本实用新型实施例所提供的图像组合器中，多功能相变单元包括多个纳米结构的示意图；

图4示出了本实用新型实施例所提供的图像组合器的使用效果示意图；

图5示出了本实用新型实施例所提供的图像组合器反射投影光的示意图；

图6示出了本实用新型实施例所提供的图像组合器中，多功能相变单元的氧化钒层与加热电阻的第一种位置关系的俯视图；

图7示出了本实用新型实施例所提供的图像组合器中，多功能相变单元的氧化钒层与加热电阻的第二种位置关系的俯视图；

图8示出了本实用新型实施例所提供的图像组合器中，多功能相变单元的氧化钒层与加热电阻的第三种位置关系的俯视图；

图9示出了本实用新型实施例所提供的图像组合器中，多功能超表面包括离散波长色差矫正超透镜的效果示意图；

图10示出了本实用新型实施例提供的近眼显示***的示意图；

图11示出了本实用新型实施例提供的近眼显示***中，显示器包括发光二极管显示器的结构示意图；

图12示出了示出了本实用新型实施例所提供的近眼显示***中，另一种显示器的结构示意图；

图13示出了本实用新型实施例所提供的近眼显示***中，初始光源包括N个不同中心波长的单色窄带激光器，且图像生成器包括数字微镜器件的示意图；

图14示出了本实用新型实施例所提供的近眼显示***中，初始光源包括两个蓝色激光器，且图像生成器包括数字微镜器件的示意图；

图15示出了本实用新型实施例所提供的近眼显示***中，初始光源包括N个不同中心波长的单色窄带发光二极管，且图像生成器包括数字微镜器件的示意图；

图16示出了本实用新型实施例所提供的近眼显示***中，初始光源包括N个不同中心波长的单色窄带激光器和波束放大器，图像生成器包括空间光调制器的示意图；

图17示出了本实用新型实施例所提供的近眼显示***中，初始光源包括两个蓝色激光器和波束放大器，图像生成器包括空间光调制器的示意图；

图18示出了本实用新型实施例所提供的近眼显示***中，初始光源包括N个不同中心波长的单色窄带发光二极管和波束放大器，图像生成器包括空间光调制器的示意图；

图19示出了本实用新型实施例所提供的近眼显示***中，包括空间光调制器的整体结构示意图。

图标：

1-图像组合器、2-中继光学***、3-显示器、11-多功能超表面、111-多功能相变单元、1111-纳米结构、1112-氧化钒层、1113-第一电极层、1114-第二电极层、1115-第三电极层、1116-加热电阻、21-光线偏折元件、211-折射透镜、212-超透镜、213-反射镜、31-发光二极管显示器、32-初始光源、33-图像生成器、321-单色窄带激光器、322-分光镜、323-蓝色激光器、324-荧光材料转盘、325-单色窄带发光二极管、326-波束放大器、327-棱镜、331-数字微镜器件、332-空间光调制器。

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。

本实用新型实施例提供了一种图像组合器，参见图1和图2所示，该图像组合器包括：多功能超表面11；多功能超表面11包括至少一个多功能相变单元111；多功能相变单元111包括：基于相变材料的纳米结构1111和氧化钒层1112；图1为在该多功能超表面11包括一个多功能相变单元111的情况下，该多功能相变单元111沿法线所在平面剖开后的主视图(一种剖视图)。该多功能相变单元111能够根据施加在氧化钒层1112的第一激励，透射环境光或者反射投影光；多功能相变单元111能够根据施加在纳米结构1111的第二激励，对投影光或者环境光进行像差矫正。

本实用新型实施例中，图像组合器所包括的多功能超表面11可以包括一个或多个多功能相变单元111；图1示出了该多功能超表面11包括一个多功能相变单元111的情况；图2示出了该多功能超表面11包括多个相变单元111的情况。如图1所示，该多功能相变单元111所包括的氧化钒层1112是一种能够根据所施加的第一激励(如光热激励或者电热激励等)改变自身状态，从而改变其功能的结构层，例如，在第一激励的作用下，该氧化钒层1112可以从半导体态转变为导体态，进而可以使其功能由原本透射入射光，转变为反射入射光；或者，在第一激励的作用下，该氧化钒层1112也可以从导体态转变为半导体态，进而可以使其功能由原本反射入射光，转变为透射入射光。

本实用新型实施例中，该多功能相变单元111中所包括的纳米结构1111可以是一个也可以是多个，图1示出了多功能相变单元111仅包括一个纳米结构1111的情况；图3示出了该多功能相变单元111包括多个纳米结构1111的情况。其中，该纳米结构1111是基于相变材料制成的，具体地，该纳米结构1111所选用的相变材料可以是锗锑碲(GST，GeSbTe)，例如，Ge₂Sb₂Te₅。锗锑碲具有实现相变能量要求低、相变可逆等特点。在第二激励的作用下，该纳米结构1111可以实现晶态和非晶态间的可逆相变。并且，纳米结构1111的晶化比例可通过控制晶化过程(由非晶态转化为晶态的过程可以称作晶化过程)的物理参数获得，例如，对非晶态的纳米结构1111施加第二激励(如光热激励或电热激励等)，在该纳米结构1111晶化过程中，其晶化比例可通过改变第二激励的强度或时间来调控，以获得不同的折射率，实现由非晶态向晶态逐步转化的效果(如具有部分晶化的过程)，使该纳米结构1111能够对入射光的相位进行连续调控。

在本实用新型实施例所提供的图像组合器中，参见图4所示，图4为该图像组合器的使用效果示意图。可以使注视该图像组合器的使用者的瞳孔位于远离该图像组合器(多功能超表面11/多功能相变单元111)设有氧化钒层1112的一侧(如图1所示多功能相变单元111的上方，或者如图4所示多功能超表面11的下方)，令环境光从该图像组合器(多功能超表面11/多功能相变单元111)远离使用者瞳孔的一侧(即该图像组合器设有氧化钒层1112的一侧，如图1所示多功能相变单元111的下方，或者如图4所示多功能超表面11的上方)射入；并使投影光从该图像组合器(多功能超表面11/多功能相变单元111)靠近使用者瞳孔的一侧(即该图像组合器设有纳米结构1111的一侧，如图1所示多功能相变单元111的上方，或如图4所示多功能超表面11的下方)射入；综上所示，本实用新型实施例中，环境光与投影光能够从图像组合器(多功能超表面11/多功能相变单元111)的两侧分别射入。

其中，如图1所示，在针对多功能超表面11中的多功能相变单元111施加一种第一激励的情况下，该多功能相变单元111中的氧化钒层1112可以使射入其中的环境光透射出去，即令环境光透射向该图像组合器远离该氧化钒层1112的一侧(如图1所示的上方，且透过纳米结构1111)，如射向注视该图像组合器的使用者的瞳孔中；该多功能相变单元111中的氧化钒层1112也能将从该图像组合器的另一侧射入其中的投影光(图1中未示出)，透射向不干扰该图像组合器成像的一侧，如该图像组合器远离使用者的瞳孔的一侧；并且可以针对该多功能相变单元111施加一种第二激励，使得纳米结构1111能够对所透射的环境光的相位进行调制，以矫正所透射的环境光的像差。

或者，参见图5所示，在针对多功能超表面11中的多功能相变单元111施加另一种第一激励的情况下，该多功能相变单元111中的氧化钒层1112可以使射入其中的投影光反射出去(并且所反射的投影光经过纳米结构1111)，如射向注视该图像组合器的使用者的瞳孔中，而该多功能相变单元111无法使从该图像组合器另一侧射入其中的环境光透过(图5中未示出)，如无法使环境光透射向注视该图像组合器的使用者的瞳孔中，以避免干扰所反射的投影光的成像；此时，可以对该多功能相变单元111施加另一种第二激励，使得纳米结构1111能够对所反射的投影光的相位进行调制，以矫正所反射的投影光的像差。而由于该图像组合器可以基于第一激励在两种工作状态(透射环境光或反射投影光)之间切换，因此，其可以利用视觉停留效应使环境光所呈现的外界环境与投影光所显示的图像能够被使用者同时看到。

本实用新型实施例所提供的图像组合器，能够通过第一激励的施加，改变具有多功能相变单元111的多功能超表面11的透反状态，即可以改变对入射光(如环境光或投影光)的透反特性，从而在一个工作状态(透射或反射)下只需处理单路光(如环境光或投影光)，因此，该图像组合器无需被配置成需要同时兼顾两个工作状态的复杂结构，其可以分别在不同工作状态下针对性地向多功能相变单元111施加第二激励，通过改变相位便可矫正当前所处理的单路光(如环境光或投影光)所产生的像差，本实用新型实施例中的图像组合器，其分别针对每种单路光像差的矫正效果好，结构也不复杂，整体更加轻薄。

可选地，参见图1所示，多功能相变单元111还包括：第一电极层1113、第二电极层1114、第三电极层1115和加热电阻1116；第一电极层1113、第二电极层1114和第三电极层1115在工作波段透明，且多功能相变单元111为一体结构；第一激励包括第一电压，第二激励包括第二电压；氧化钒层1112与加热电阻1116设置于第三电极层1115的一侧，加热电阻1116与氧化钒层1112在第三电极层1115上的投影为至少部分不重叠；在氧化钒层1112与加热电阻1116远离第三电极层1115的一侧设置有第二电极层1114；第二电极层1114与第三电极层1115用于对加热电阻1116施加第一电压；加热电阻1116能够改变氧化钒层1112的温度，使氧化钒层1112在不同温度下呈现导体态或者半导体态；在第二电极层1114远离氧化钒层1112与加热电阻1116的一侧设置有纳米结构1111，在纳米结构1111远离第二电极层1114的一侧设置有第一电极层1113；第一电极层1113与第二电极层1114用于对纳米结构1111施加第二电压，纳米结构1111根据所施加的第二电压实现晶态与非晶态的转换。

在本实用新型实施例所提供的图像组合器中，可以通过电热激励控制多功能超表面11所包括的多功能相变单元111，即第一激励可以是第一电压，第二激励可以是第二电压，第一电压与第二电压可以是不同的两个电压。其中，参见图1所示，在该多功能相变单元111中，还包括由上至下依次为相互间隔设置的第一电极层1113、第二电极层1114以及第三电极层1115，其中，对于该多功能相变单元111而言，上述三个电极层都是在工作波段透明的结构层，即上述三个电极层均对工作波段的光线具有高透过率，该工作波段为该多功能相变单元111所调制的光的波段，例如，该工作波段可以是可见光波段。并且，第一电极层1113、第二电极层1114和第三电极层1115的材料可以为氧化铟锡(ITO，Indium tinoxide)，其比较适用于制作成电极层并设置于多功能相变单元111中。其中，在第一电极层1113与第二电极层1114之间设置有与该两个电极层相互接触的纳米结构1111；该第一电极层1113与该第二电极层1114可以对二者之间的纳米结构1111施加第二电压(第二激励)，例如，该第一电极层1113的输入电压为V₁，第二电极层1114的输入电压为V₂，此时，该纳米结构1111所接受的第二电压可以表示为ΔV₂，且ΔV₂＝|V₁-V₂|。本实用新型实施例中，由于该纳米结构1111为相变材料制成的，因此其在接受到不同第二电压时，例如调控第一电极层1113或第二电极层1114分别对应地输入电压V₁或V₂时，能够使该纳米结构1111所接受的第二电压ΔV₂发生改变，从而可以使基于相变材料的纳米结构1111实现晶态与非晶态的转换。例如，使该纳米结构1111在第二电压ΔV₂的作用下升温转化为晶态从而产生相变，改变通过该纳米结构1111的入射光的相位，从而实现对入射光的像差的矫正。

如图1所示，在第二电极层1114和第三电极层1115之间设置有氧化钒层1112以及与该两个电极层相互接触的加热电阻1116，其中，该氧化钒层1112与该加热电阻1116到该第三电极层1115上的投影是至少部分不重叠的，换句话说，该氧化钒层1112与该加热电阻1116在垂直于该第三电极层1115的方向上(如图1中第三电极层1115的上侧)不完全重叠。例如，可以如图6所示，在该氧化钒层1112垂直于第三电极层1115的侧面环绕设置加热电阻1116；或者，也可以如图7所示，在该氧化钒层1112的内部设置加热电阻1116；再或者，还可以如图8所示，采用多个在水平方向开口的U型加热电阻1116，以半包围形式在该氧化钒层1112垂直于第三电极层1115的侧面将该氧化钒层1112包围，该氧化钒层1112与该加热电阻1116满足到第三电极层1115上的投影为部分重叠，但不是完全重叠的条件。本实施例中氧化钒层1112与加热电阻1116的具体设置方式只要满足二者在第三电极层1115表面的投影不完全重叠即可。本实用新型实施例只需令氧化钒层1112与加热电阻1116到第三电极层1115上的投影为至少部分不重叠的情况，便可以使射入该多功能相变单元111的入射光不会因加热电阻1116的阻挡而无法射入氧化钒层1112，保证了加热电阻1116不会将氧化钒层1112与射入该多功能相变单元111的入射光隔开。

其中，该第二电极层1114与该第三电极层1115可以对二者之间的加热电阻1116施加第一电压(第一激励)，例如，该第二电极层1114的输入电压为V₂，第三电极层1115的输入电压为V₃，此时，该加热电阻1116所接受的第一电压可以表示为ΔV₁，且ΔV₁＝|V₂-V₃|。在本实用新型实施例中，由于加热电阻1116根据所接受的第一电压能够改变自身温度，从而可以影响氧化钒层1112的温度，使该氧化钒层1112的温度发生相应地改变；因此，当该氧化钒层1112的温度由小于某阈值升高至该阈值(如阈值为68度)时，该氧化钒层1112能够由半导体态转换为导体态。即在该氧化钒层1112的温度小于阈值的情况下，该氧化钒层1112为半导体态，在该氧化钒层1112的温度大于阈值的情况下，该氧化钒层1112为导体态。

如图1所示，在氧化钒层1112为半导体态的情况下，由第三电极层1115远离氧化钒层1112一侧射入的环境光(图1中由下向上射入的入射光，或者，如图像组合器远离使用者瞳孔的一侧射入的入射光)能够透过该氧化钒层1112，并经过纳米结构1111，从第一电极层1113远离纳米结构1111的一侧(图1中第一电极层1113的上侧，或者，如图像组合器靠近使用者的瞳孔的一侧)射出，其中，图1中以实线表示射入该氧化钒层1112的环境光，以虚线表示从该氧化钒层1112射出的环境光；并且，由于该多功能相变单元111为同时包括纳米结构1111与氧化钒层1112的一体结构，因此，在该氧化钒层1112为半导体态的情况下，若纳米结构1111在第二电压的作用下于非晶态与晶态之间转换，则在该转换过程中，出射的环境光的相位会发生相应地变化，以实现对所透射出去的环境光的像差进行矫正的功能。

并且，参见图5所示，在氧化钒层1112为导体态的情况下，由第一电极层1113远离纳米结构1111一侧射入的投影光能够在该氧化钒层1112的表面实现反射，图5中以实线表示射入该氧化钒层1112的投影光，虚线表示经氧化钒层1112反射后的投影光；并且，由于该多功能相变单元111为同时包括纳米结构1111与氧化钒层1112的一体结构，因此，在该氧化钒层1112为导体态的情况下，若纳米结构1111在第二电压的作用下于非晶态与晶态之间转换，则在该转换过程中，出射的投影光(如图5中的虚线)的相位会发生相应地变化，以实现对所反射出去的投影光的像差进行矫正的功能。

本实用新型实施例所提供的多功能相变单元111不仅可以通过施加第一电压改变该氧化钒层1112的温度，进而改变该氧化钒层1112的状态，以实现将入射光进行反射与透射的两种不同功能之间的切换，还可以通过改变纳米结构1111的状态，对反射或透射出该多功能相变单元111的出射光的相位进行高自由度的调控，以实现针对性矫正所反射或透射的入射光的像差的功能。

可选地，在氧化钒层1112呈现半导体态的情况下，纳米结构1111根据第二电压改变多功能超表面11的相位，相位为常数相位；或者，相位满足：

其中，f₁表示多功能超表面11的焦距；λ表示环境光的波长；r表示纳米结构1111在多功能超表面11的位置。

本实用新型实施例中，在氧化钒层1112呈现半导体态的情况下，即在该氧化钒层1112可以使射入其中的环境光透过并经该纳米结构1111射出的情况下，该纳米结构1111可以基于所施加的第二电压(如由第一电极层1113与第二电极层1114所施加的第二电压)，改变该多功能超表面11(多功能相变单元111)的相位。当该相位是常数相位(如

可以是π或2π等)时，经过该常数相位所调制射出的环境光将不改变该环境光的光路，使得该图像组合器适用于视力正常的使用者；或者，当该相位满足关系式

的情况下，即透过氧化钒层1112经纳米结构1111所调制的相位满足该关系式时，该图像组合器可以适用于矫正使用者的屈光不正，例如，近视、散光、远视、老花或其任意组合；其中，λ表示可见光的波长；f₁表示该多功能超表面11(多功能相变单元111)的焦距；r表示环境光所经过的纳米结构1111与该多功能超表面11的中心之间的距离，即该纳米结构1111在该多功能超表面11的具***置。例如，当一个人为400度近视时，基于眼镜的度数等于它的焦距(以米为单位)的倒数乘100，可以确定该多功能超表面11(多功能相变单元111)的焦距为-250mm，所以该纳米结构1111基于第二电压所施加在该环境光上的矫正视力的相位便可根据上述关系式进一步确定，以实现矫正该具有400度近视的使用者的屈光不正。

本实用新型实施例所采用的图像组合器，在氧化钒层1112可以使环境光透射的情况下，即该氧化钒层1112为半导体态时，通过控制施加在纳米结构1111上的第二电压，可以使透射出去的环境光适用于视力正常的使用者，或者也可以适用于需矫正屈光不正的使用者。

可选地，在氧化钒层1112呈现导体态的情况下，纳米结构1111根据第二电压，使多功能超表面11被配置为连续波长色差矫正超透镜，或者，至少三种离散波长色差矫正超透镜。

其中，由于投影光可以为多波长混合复色光(如多个单色光混合的光，或者可见光波长对应的光)，为矫正该投影光的像差(如色差)，在该氧化钒层1112呈现导体态的情况下，即在该氧化钒层1112可以使射入其中的投影光反射并经该纳米结构1111射出的情况下，该纳米结构1111可以基于所施加的第二电压(如由第一电极层1113与第二电极层1114所施加的第二电压)，将该多功能超表面11配置为连续波长色差矫正超透镜，即该多功能超表面11是能够消除相应可见光波段的光束(投影光)所产生的色差的超透镜；或者，将该多功能超表面11配置为至少三种离散波长色差矫正超透镜，即该多功能超表面11能够矫正如包括RGB(红绿蓝)三种波长所混合的投影光所产生的色差。

可选地，连续波长色差矫正超透镜的最大口径满足：

其中，d_max表示最大口径，Δn_eff表示连续波长色差矫正超透镜对应的等效折射率区间，h表示连续波长色差矫正超透镜中纳米结构1111的高度，f₂表示连续波长色差矫正超透镜的焦距。

其中，连续波长色差矫正超透镜(多功能超表面11)所包含的多个周期排列的纳米结构1111，是可以从无色差库中选取的合适的纳米结构，进而设计出该连续波长色差矫正超透镜。在连续波长色差矫正超透镜无色差的情况下，该连续波长色差矫正超透镜对应的等效折射率区间Δn_eff(无色差库中纳米结构的最大等效折射率与最小等效折射率之间的差值)与连续波长色差矫正超透镜的口径的最大值d_max之间的关系满足下式(1)，即连续波长色差矫正超透镜的口径小于或等于该最大值d_max时，该连续波长色差矫正超透镜能够矫正色差。

其中，h表示连续波长色差矫正超透镜中的纳米结构1111的高度，f₂表示该连续波长色差矫正超透镜的焦距(多功能超表面11的焦距)。

可选地，至少三种离散波长色差矫正超透镜对每种不同离散波长的投影光具有相同的相位响应，相同的相位响应表示至少三种离散波长色差矫正超透镜能够将以不同入射角度射入的不同离散波长的投影光，调制向同一位置会聚；

至少三种离散波长色差矫正超透镜的相位响应满足：

且

其中，n表示离散波长色差矫正超透镜所对应的离散波长种类个数，n≥3；r表示不同离散波长的投影光的入射位置(即入射位置(x,y)坐标到该离散波长色差矫正超透镜中心点的距离)；f₃表示离散波长色差矫正超透镜的焦距；λ_i表示射入的投影光的波长，θ_i表示射入的投影光的入射角度，i＝1,2,…,n。

本实用新型实施例中，该至少三种离散波长色差矫正超透镜(多功能超表面11)分别对于每种(至少三种中的每一种)波长的投影光的相位响应是相同的，即在至少三种不同波长的投影光分别以不同入射角度射入该至少三种离散波长色差矫正超透镜的情况下，该至少三种离散波长色差矫正超透镜能够将每种波长的投影光调制向同一位置会聚，进而投影成具有至少三个波长的无色差的显示图像(彩色)。

如图9所示，图9为该离散波长色差矫正超透镜(多功能超表面11)的效果示意图；当波长为λ₁的投影光以入射角度θ₁射入该离散波长色差矫正超透镜，波长为λ₂的光以角度θ₂射入该离散波长色差矫正超透镜，且波长为λ₃的光以角度θ₃射入该离散波长色差矫正超透镜时，三种不同波长的光会会聚到同一位置，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，即投影成无色差的图像。图9为了分别示出三条不同波长的反射光，将这三条反射光以基本重叠的形式示出，实际可以确定这三条反射光可以是会聚向同一位置的，即可以是重合的。

可选地，多功能超表面11的调制频率大于或等于成像的最低帧频的二倍。

本实用新型实施例中，为了使注视该图像组合器的使用者能够观看到流畅的连续图像，该使用者所感知到的环境光与投影光均需是连续且无停顿感的，而为了呈现上述效果，该多功能超表面11的调制频率(如该图像组合器在1秒内所切换透射或反射的次数)至少为成像的最低帧频的二倍，该成像的最低帧频也可以解释为图像无停顿感时的最低显示帧速率。例如，通常情况下，若要使人眼观看到单路光(如环境光或者投影光)所呈现出的连续且无停顿感的图像，该单路光显示帧速率可以为30Hz，即该单路光成像的最低帧频为30Hz，如环境光或投影光的成像的最低帧频均为30Hz，故该多功能超表面11的调制频率应大于或等于60Hz(30Hz投影光+30Hz环境光)。进一步地，在该投影光为复色光的情况下，如该投影光包括三种不同离散波长的光(投影光A、投影光B和投影光C)，该多功能超表面11的调制频率应大于或等于120Hz(30Hz投影光A+30Hz投影光B+30Hz投影光C+30Hz环境光)。

本实用新型实施例还提供了一种近眼显示***，参见图10所示，该近眼显示***包括：上述任意一种图像组合器1、中继光学***2以及显示器3；显示器3用于生成投影光，投影光能够生成显示器3的实像；中继光学***2设置于显示器3的出光侧，用于将投影光投影至图像组合器1的多功能超表面11；图像组合器1能够在透射环境光或者反射投影光之间切换。

如图10所示，该近眼显示***可以应用于MR/AR眼镜等可穿戴设备，其中，显示器3与中继光学***2可以设置于眼镜框的镜腿位置，图像组合器1可以设置于该眼镜框的镜片位置，该中继光学***2设置在显示器3与图像组合器1之间，可以利用该中继光学***2能够调整投影光的光路方向。且图像组合器1中的多功能超表面11可以位于该图像组合器1的中心位置，其面积可以大于或等于1mm²，如该多功能超表面11可以位于该可穿戴设备中镜片的中心位置。

其中，投影光(图10中以实线示出)是由显示器3生成的光束，该投影光用于构成显示器3的实像；中继光学***2设置在显示器3的出光侧，使得显示器3所发射的投影光能够射入该中继光学***2，并经该中继光学***2射向位于镜片位置的图像组合器1中。具体地，该投影光会被射向该图像组合器1中的多功能超表面11(图10示出了该多功能超表面11中包括多个多功能相变单元111的情况)，该多功能超表面11中的每个多功能相变单元111能够同时改变各自氧化钒层1112的状态，如同时将各自氧化钒层1112由导体态转换为半导体态，从而使该多功能超表面11能够从反射投影光的工作状态切换为透射环境光；或者，如该多功能超表面11中的每个多功能相变单元111同时将各自氧化钒层1112由半导体态转换为导体态，从而使该多功能超表面11能够从透射环境光的工作状态切换为反射投影光。

本实用新型实施例所采用的近眼显示***，因其具有可以切换透射或反射的不同工作状态的图像组合器1，可以基于视觉停留效应，使人眼能够看到与环境光相叠加的投影光所生成的实像；此外，环境光与投影光各自所产生的像差能够在不同的工作状态下，分别被纳米结构1111所提供的相位所矫正。该近眼显示***体量轻薄、结构简单且对不同光路的像差矫正效果更好。

可选地，图11所示，显示器3包括：发光二极管显示器31；发光二极管显示器31用于生成所述投影光。

其中，显示器3可以是发光二极管显示器31，例如，其可以是微型发光二极管显示器(MicroLED)，或者微型发光二极管显示器(MicroLED)阵列，以生成投影光；本实用新型实施例选用上述发光二极管显示器31作为显示器3，其整体结构较小，属于微型显示器，更加适用于该近眼显示***。

可选地，参见图12所示，显示器3包括：初始光源32和图像生成器33；初始光源32用于发射初始光；图像生成器33设置于初始光源32的出光侧，用于对初始光进行调制，生成投影光。其中，初始光源32所生成的初始光可以是多个波长的光，使得该初始光在射向图像生成器33后，进一步调制得到的投影光也是复色光。

可选地，参见图13所示，初始光源32包括：N个不同中心波长的单色窄带激光器321以及N-1个分光镜322；N大于或等于3；N-1个单色窄带激光器321产生的激光经相应的分光镜322分束后，与一个未经过分光镜322分束的单色窄带激光器321产生的激光合并，生成初始光，且N个单色窄带激光器321产生的光包括蓝光、绿光和红光。

其中，该初始光源32中存在N个可以发射单色窄带激光的激光器，且每个单色窄带激光器321所能发射的激光的颜色不同(如波长不同)，使得该近眼显示***为复色近眼显示***。在该初始光源32中还包括能够与其中N-1个单色窄带激光器321一一对应的分光镜322(N-1个)，每个分光镜322能够将相应的单色窄带激光器321(N-1个)所产生的光进行分束，并与一个未被任何分光镜322分束的单色窄带激光器321所发出的单色激光合并，最终得到初始光；如图13所示，该单色窄带激光器321所发射的光束可以直接射向该初始光源32的出光侧，与经分光镜322分别分束后的光束形成初始光。例如，参见图13所示，该初始光源32包括三个单色窄带激光器321，这三个单色窄带激光器321分别用于发射蓝色激光、绿色激光和红色激光；可选地，该分光镜322包括二向色镜，即相对于其中两个单色窄带激光器321所设置的两个分光镜322可以是能够满足将需要反射的相应波长的光进行反射、将需要透射的相应波长的光进行透射的二向色镜。其中，蓝色激光的中心波长为450nm，带宽为2nm，带宽与中心波长的比值为0.44％；绿色激光的中心波长为525nm，带宽为2nm，带宽与中心波长的比值为0.38％；红色激光的中心波长为635nm，带宽为1nm，带宽与中心波长的比值为0.16％。

或者，参见图14所示，初始光源32包括：两个蓝色激光器323、荧光材料转盘324和两个分光镜322；一个蓝色激光器323用于产生蓝光；另一个蓝色激光器323用于照射荧光材料转盘324以激发生成两个波长大于蓝光的光；蓝光和两个波长大于蓝光的光，经分光镜322分束后生成初始光；

其中，该初始光源32所包括的两个蓝色激光器323，是能够发射蓝色激光的激光器。在其中一个蓝色激光器323的出光侧依次设置两个分光镜322，在另一个蓝色激光器323的出光侧设置荧光材料转盘324。如图14所示，该分光镜322可以是符合需求的二向色镜；其中，靠近相应蓝色激光器323的分光镜322，可以将波长为蓝色光波长的激光进行透射，并将波长大于蓝色光波长的激光(如绿色激光)进行反射；而远离该蓝色激光器323的分光镜322，可以将波长为蓝色光波长的激光以及波长为绿色光波长的激光进行透射，并将波长大于绿色光波长的激光(如红色激光)进行反射。

在本实用新型实施例中，对应设置两个分光镜322的蓝色激光器323用于产生蓝色激光，该蓝色激光分别经两个分光镜322分束后，以窄带光的形式从最后一个分光镜322射出。另一个蓝色激光器323将所发射的蓝色激光照射向荧光材料转盘324，以激发其他颜色(例如红色和绿色)的激光。其他颜色的激光分别经分光镜322分束后射出，最终从设置在该初始光源32最后位置处(如靠近该初始光源32出光侧)的分光镜322中射出初始光(如具有三种颜色的激光的混合光)。该种初始光源32因具有荧光材料转盘324，可以减少单色光源(如蓝色激光器323)的个数，节约成本，使整体结构更加轻薄紧凑。

或者，参见图15所示，初始光源32包括：N个不同中心波长的单色窄带发光二极管325以及N-1个分光镜322；N大于或等于3；N-1个单色窄带发光二极管325产生的光经分光镜322分束后生成初始光，与一个未经过分光镜322分束的单色窄带发光二极管325产生的光束合并，且N个单色窄带发光二极管325产生的光包括蓝光、绿光和红光。

其中，该初始光源32中存在N个可以发射单色窄带普通光的光源，且N个单色窄带发光二极管325所能发射的普通光的颜色不同(如所发射的普通光的波长不同)，使得该近眼显示***为复色近眼显示***。在该初始光源32中还包括能够与N-1个单色窄带发光二极管325一一对应的分光镜322(N-1个)，每个分光镜322能够将相应的单色窄带发光二极管325(N-1个)所产生的光进行分束，并与一个未被任何分光镜322分束的单色窄带发光二极管325所直接发出的单色光束合并，最终得到初始光；如图15所示，该单色窄带发光二极管325所发射的光束可以直接射向该初始光源32的出光侧，与经分光镜322分别分束后的光束形成初始光。例如，参见图15所示，该初始光源32包括三个单色窄带发光二极管325，这三个单色窄带发光二极管325分别用于发射蓝光、绿光和红光；相对于其中两个单色窄带发光二极管325所设置的两个分光镜322可以是符合需求的二向色镜。

可选地，参见图13至图15所示，图像生成器33包括：N个不同中心波长对应的数字微镜器件331；每个数字微镜器件331依据要投影的实像的信息，将初始光中对应中心波长的光进行处理，得到投影光，并将投影光射向中继光学***2。

其中，该图像生成器33包括N个数字微镜器件331(DMD，Digital MicromirrorDevice)，能够接收初始光，需要说明的是，图13至图15中分别以一个数字微镜器件331代表本实施例中所有数字微镜器件331示出。例如，所包含的数字微镜器件331的数量与单色窄带激光器321(或者单色窄带发光二极管325)的数量一致，且每个数字微镜器件331分别对应一个中心波长的窄带光，如蓝色激光(或普通蓝光)、绿色激光(或普通绿光)或者红色激光(或普通红光)。本实用新型实施例中，可以依据图像信息(如所要投影的显示器3的实像的信息)，控制数字微镜器件331中相应位置的镜片偏转，按照时间顺序或按比例将射入的初始光中，对应中心波长的窄带光(如蓝色激光/普通蓝光、绿色激光/普通绿光或者红色激光/普通红光)依次反射出去，使得所反射的光能够形成投影光，并将该投影光反射至该近眼显示***中的中继光学***2，且具有该数字微镜器件331的显示器3是基于实际图像源的显示器。其中，可以在该数字微镜器件331出光侧设置棱镜327，用于与初始光源32所发射的初始光进行转向和分光。

可选地，参见图16至图18所示，该初始光源32还包括：波束放大器326；波束放大器326用于对初始光进行扩束。

本实用新型实施例所提供的近眼显示***中，其初始光源32中均可以包括波束放大器326，设置在该初始光源32的最后位置(如初始光源32最靠近其出光侧的位置)，用于将初始光进行扩束，得到更适用于该近眼显示***的初始光。

可选地，参见图19所示，图像生成器33包括：空间光调制器332；空间光调制器332设置在波束放大器326的出光侧，用于依据要投影的实像的信息，将扩束后的初始光处理生成投影光，并将投影光射向中继光学***2。

其中，该空间光调制器332是一类能将信息(如深度信息)加载于一维或两维的光学数据场上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互连能力的器件。在本实用新型实施例中，该空间光调制器332设置在波束放大器326的出光侧，如图19所示，图19为包括空间光调制器332的一种近眼显示***的整体示意图；该空间光调制器332能够对入射其中的扩束后的初始光进行波前调制(如计算并加载具有深度信息的显示图像)，射出投影光，使得所射出的投影光能够射向中继光学***2。其中，该空间光调制器332可以包括液晶空间光调制器，或者基于超表面的空间光调制器，采用基于超表面的空间光调制器332可以进一步使近眼显示***更加纤薄，结构简单。本实用新型实施例中，经空间光调制器332所生成的投影光可以生成清晰的三维立体图像，即该显示器3是基于全息显示的显示***。

可选地，参见图10所示，中继光学***2包括：光线偏折元件21；光线偏折元件21用于改变投影光的光路，并将投影光投影至图像组合器1的多功能超表面11。

本实用新型实施例中，在该近眼显示***应用至AR眼镜等可穿戴设备时，由于可穿戴设备体积有限，为有效利用该可穿戴设备的结构框架，可以利用光线偏折元件21对显示器3发出的投影光进行调整。例如，如图10所示，该光线偏折元件21可以包括折射透镜211和/或超透镜212，或者还可以包括反射镜213，以能够对成像光线进行调整，将该投影光的光路改变为射向与显示器3不共轴设置的图像组合器1的多功能超表面11中；或者，该光线偏折元件21也为4f镜组，可以实现将投影光所成实像进行放大投影的功能。

实施例1：

如图10所示，实施例1的显示器3为发光二极管显示器31(MicroLED阵列)，中继光学***2为可矫正像差的光学偏折元件21构成的光学***，该光学偏折元件21包括折射透镜211、超透镜212和反射镜213；多功能超表面11对于反射的投影光可以不添加额外相位(即此时该多功能超表面11为平面镜作用)，对于透射的环境光可以通过施加第二电压改变相位，进而可以矫正使用者的屈光不正。

实施例2：

如图19所示，实施例2的显示器3为三个不同中心波长的单色窄带激光器321；图像生成器33为空间光调制器332；中继光学***2为基于多波长色差像差矫正的超透镜光学***(图19中以反射镜213示出，该部分仅为示意，即采用反射镜213代表中继光学***2)；多功能超表面11可以通过施加的第二电压改变相位，对于其所反射的投影光添加一个调制相位，用于矫正投影光的像差；对于其所透射的环境光添加另一个调制相位，可以用于矫正使用者的屈光不正。

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的技术方案，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种图像组合器，其特征在于，包括：多功能超表面(11)；所述多功能超表面(11)包括至少一个多功能相变单元(111)；所述多功能相变单元(111)包括：基于相变材料的纳米结构(1111)和氧化钒层(1112)；

所述多功能相变单元(111)能够根据施加在所述氧化钒层(1112)的第一激励，透射环境光或者反射投影光；

所述多功能相变单元(111)能够根据施加在所述纳米结构(1111)的第二激励，对所述投影光或者所述环境光进行像差矫正。

2.根据权利要求1所述的图像组合器，其特征在于，所述多功能相变单元(111)还包括：第一电极层(1113)、第二电极层(1114)、第三电极层(1115)和加热电阻(1116)；所述第一电极层(1113)、所述第二电极层(1114)和所述第三电极层(1115)在工作波段透明，且所述多功能相变单元(111)为一体结构；所述第一激励包括第一电压，所述第二激励包括第二电压；

所述氧化钒层(1112)与所述加热电阻(1116)设置于所述第三电极层(1115)的一侧，所述加热电阻(1116)与所述氧化钒层(1112)在所述第三电极层(1115)上的投影为至少部分不重叠；在所述氧化钒层(1112)与所述加热电阻(1116)远离所述第三电极层(1115)的一侧设置有所述第二电极层(1114)；所述第二电极层(1114)与所述第三电极层(1115)用于对所述加热电阻(1116)施加所述第一电压；所述加热电阻(1116)能够改变所述氧化钒层(1112)的温度，使所述氧化钒层(1112)在不同温度下呈现导体态或者半导体态；

在所述第二电极层(1114)远离所述氧化钒层(1112)与所述加热电阻(1116)的一侧设置有所述纳米结构(1111)，在所述纳米结构(1111)远离所述第二电极层(1114)的一侧设置有所述第一电极层(1113)；所述第一电极层(1113)与所述第二电极层(1114)用于对所述纳米结构(1111)施加所述第二电压，所述纳米结构(1111)根据所施加的第二电压实现晶态与非晶态的转换。

3.根据权利要求2所述的图像组合器，其特征在于，在所述氧化钒层(1112)呈现半导体态的情况下，所述纳米结构(1111)根据所述第二电压改变所述多功能超表面(11)的相位，所述相位为常数相位；或者，所述相位满足：

其中，f₁表示所述多功能超表面(11)的焦距；λ表示所述环境光的波长；r表示所述纳米结构(1111)在所述多功能超表面(11)的位置。

4.根据权利要求2所述的图像组合器，其特征在于，在所述氧化钒层(1112)呈现导体态的情况下，所述纳米结构(1111)根据所述第二电压，使所述多功能超表面(11)被配置为连续波长色差矫正超透镜，或者，至少三种离散波长色差矫正超透镜。

5.根据权利要求4所述的图像组合器，其特征在于，所述连续波长色差矫正超透镜的最大口径满足：

其中，d_max表示所述最大口径，Δn_eff表示所述连续波长色差矫正超透镜对应的等效折射率区间，h表示所述连续波长色差矫正超透镜中所述纳米结构(1111)的高度，f₂表示所述连续波长色差矫正超透镜的焦距。

6.根据权利要求4所述的图像组合器，其特征在于，所述至少三种离散波长色差矫正超透镜对每种不同离散波长的投影光具有相同的相位响应，所述相同的相位响应表示所述至少三种离散波长色差矫正超透镜能够将以不同入射角度射入的不同离散波长的投影光，调制向同一位置会聚；

所述至少三种离散波长色差矫正超透镜的相位响应满足：

且

其中，n表示所述离散波长色差矫正超透镜所对应的离散波长种类个数，n≥3；r表示不同离散波长的投影光的入射位置；f₃表示所述离散波长色差矫正超透镜的焦距；λ_i表示射入的投影光的波长，θ_i表示射入的投影光的入射角度，i＝1,2,…,n。

7.根据权利要求1所述的图像组合器，其特征在于，所述多功能超表面(11)的调制频率大于或等于成像的最低帧频的二倍。

8.一种近眼显示***，其特征在于，包括：如上述权利要求1-7任一所述的图像组合器(1)、中继光学***(2)以及显示器(3)；

所述显示器(3)用于生成投影光，所述投影光能够生成所述显示器(3)的实像；

所述中继光学***(2)设置于所述显示器(3)的出光侧，用于将所述投影光投影至所述图像组合器(1)的多功能超表面(11)；

所述图像组合器(1)能够在透射环境光或者反射所述投影光之间切换。

9.根据权利要求8所述的近眼显示***，其特征在于，所述显示器(3)包括：发光二极管显示器(31)；所述发光二极管显示器(31)用于生成所述投影光。

10.根据权利要求8所述的近眼显示***，其特征在于，所述显示器(3)包括：初始光源(32)和图像生成器(33)；

所述初始光源(32)用于发射初始光；

所述图像生成器(33)设置于所述初始光源(32)的出光侧，用于对所述初始光进行调制，生成所述投影光。

11.根据权利要求10所述的近眼显示***，其特征在于，所述初始光源(32)包括：N个不同中心波长的单色窄带激光器(321)以及N-1个分光镜(322)；N大于或等于3；

N-1个所述单色窄带激光器(321)产生的激光经相应的分光镜(322)分束后，与一个未经过所述分光镜(322)分束的所述单色窄带激光器(321)产生的激光合并，生成所述初始光，且N个所述单色窄带激光器(321)产生的光包括蓝光、绿光和红光；

或者，所述初始光源(32)包括：两个蓝色激光器(323)、荧光材料转盘(324)和两个分光镜(322)；

一个所述蓝色激光器(323)用于产生蓝光；另一个所述蓝色激光器(323)用于照射所述荧光材料转盘(324)以激发生成两个波长大于所述蓝光的光；

所述蓝光和所述两个波长大于所述蓝光的光，经所述分光镜(322)分束后生成所述初始光；

或者，所述初始光源(32)包括：N个不同中心波长的单色窄带发光二极管(325)以及N-1个分光镜(322)；N大于或等于3；

N-1个所述单色窄带发光二极管(325)产生的光经所述分光镜(322)分束后生成所述初始光，与一个未经过所述分光镜(322)分束的所述单色窄带发光二极管(325)产生的光束合并，且N个所述单色窄带发光二极管(325)产生的光包括蓝光、绿光和红光。

12.根据权利要求11所述的近眼显示***，其特征在于，所述分光镜(322)包括二向色镜。

13.根据权利要求11或12所述的近眼显示***，其特征在于，所述图像生成器(33)包括：N个不同中心波长对应的数字微镜器件(331)；

每个所述数字微镜器件(331)依据要投影的所述实像的信息，将所述初始光中对应中心波长的光进行处理，得到所述投影光，并将所述投影光射向所述中继光学***(2)。

14.根据权利要求11或12所述的近眼显示***，其特征在于，所述初始光源(32)还包括：波束放大器(326)；所述波束放大器(326)用于对所述初始光进行扩束。

15.根据权利要求14所述的近眼显示***，其特征在于，所述图像生成器(33)包括：空间光调制器(332)；

所述空间光调制器(332)设置在所述波束放大器(326)的出光侧，用于依据要投影的所述实像的信息，将扩束后的初始光处理生成所述投影光，并将所述投影光射向所述中继光学***(2)。

16.根据权利要求8所述的近眼显示***，其特征在于，所述中继光学***(2)包括：光线偏折元件(21)；所述光线偏折元件(21)用于改变所述投影光的光路，并将所述投影光投影至所述图像组合器(1)的多功能超表面(11)。

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