CN115826109B - 一种透镜和近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种透镜和近眼显示装置，其中透镜包括：第一表面，所述第一表面包括第一成像区和至少一个第二成像区，所述第一成像区与所述第二成像区混合分布于所述第一表面，所述第一成像区与所述第二成像区适于分别完整的成像，所述第一成像区的成像与所述第二成像区的成像不同。

Description

一种透镜和近眼显示装置

技术领域

本申请实施例涉及光学显示领域，具体涉及一种透镜和近眼显示装置。

背景技术

透镜包括曲率半径保持不变的球面透镜和曲率半径随着中心轴而变化的非球面透镜。非球面透镜通过随中心轴改变曲率半径，可以消除透镜边缘的像差等球面透镜的缺点，从而改进光学效果，可应用于多种光学领域，例如：近眼显示领域。近眼显示领域是指将人眼近处的图像源的图像呈现在人眼可观看范围的技术领域。

但现有的透镜，不论是球面透镜还是非球面透镜，其保持不变的曲率半径或随中心轴变化的曲率半径的特点，都限制了透镜在光学领域所能达到的显示效果，尤其是在近眼显示领域，这使得近眼显示装置的显示效果不佳。因此，如何提供一种透镜，为改善透镜在光学领域的显示效果提供基础，成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

为实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种透镜，包括：第一表面，所述第一表面包括第一成像区和至少一个第二成像区，所述第一成像区与所述第二成像区混合分布于所述第一表面，所述第一成像区与所述第二成像区适于分别完整的成像，所述第一成像区的成像与所述第二成像区的成像不同。

第二方面，本申请实施例还提供一种近眼显示装置，包括：如第一方面所述的透镜。

这样，本申请实施例所提供的透镜，包括：第一表面，所述第一表面包括第一成像区和至少一个第二成像区，所述第一成像区与所述第二成像区混合分布于所述第一表面，所述第一成像区与所述第二成像区适于分别完整的成像，所述第一成像区的成像与所述第二成像区的成像不同。可见，本申请实施例所提供的透镜包括为完整成像而混合分布于第一表面的第一成像区和第二成像区，可以分别成不同像，实现更复杂的光学功能，从而为改善透镜在各光学领域中的应用效果提供基础。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为一成像示意图；

图2为另一成像示意图；

图3为本申请实施例所提供的透镜的具有不同光学功能的第一表面一示意图；

图4为本申请实施例所提供的透镜的剖面结构和正面的一示意图；

图5为本申请实施例所提供的透镜的正面的另一示意图；

图6为本申请实施例所提供的透镜的又一示意图；

图7为本申请实施例所提供的近眼显示装置的剖面结构的一示意图；

图8为本申请实施例所提供的近眼显示装置的剖面结构的另一示意图；

图9为本申请实施例所提供的近眼显示装置的剖面结构的再一示意图；

图10为本申请实施例所提供的近眼显示装置的剖面结构的又一示意图；

图11为本申请实施例所提供的近眼显示装置的剖面结构的又另一示意图；

图12为本申请实施例所提供的近眼显示装置的剖面结构的又再一示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有做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。

如背景技术所述，现有的透镜限制了各光学领域所能达到的显示效果。因此，为改善透镜在各光学领域的显示效果提供基础，本申请实施例提供一种透镜，包括：第一表面，所述第一表面包括第一成像区和至少一个第二成像区，所述第一成像区与所述第二成像区混合分布于所述第一表面，所述第一成像区与所述第二成像区适于分别完整的成像，所述第一成像区的成像与所述第二成像区的成像不同。

可见，本申请实施例提供的透镜中，在同一表面有第一成像区和第二成像区等不同的至少两个成像区，成像区是指可以单独完整成像的第一表面的区域，为便于理解成像区，请参考图1和图2，图1为一成像示意图；图2为另一成像示意图。

如图1所示，图1中设置有路灯C、透镜D和人眼E，其中透镜为反射镜，路灯C无法通过透镜D成像于人眼。在透镜D设置一透光的D1单元，D1单元可以透射光线，则由于人眼E与透镜D之间的距离，以及透镜D与路灯C之间的距离，路灯C中的C1部分可以通过D1单元成像于人眼E，其余部分（例如路灯的灯）的光虽然也可以通过D1单元，但无法被人眼E所接收，从而无法成像。

如图2所示，为了可以看到路灯C的其它部分（例如看到路灯的灯），可以在透镜D新设置D2单元，使得路灯的C2部分可以通过D2单元成像于人眼E。值得注意的是，通过图中可知，在只设置D1单元和D2单元时，在C1部分和C2部分之间的C3部分，仍然无法成像于人眼，因此此时人所感知的路灯C的图像是残缺不完整的，并非完整成像。

影响是否完整成像的因素包括单元的大小、单元之间的间距、以及单元的数目等。通过在透镜D中合理设置单元大小、单元之间的间距、单元数目（例如包含D1至Dn-1的单元）、形状等，可以使得完整的路灯C可以通过D1单元至Dn-1成像于人眼E。

在上述例子中，D1至Dn-1分别起到成像路灯C某一部分的像于人眼E的功能，所有的D1至Dn-1单元共同成像完整的图像。因此，所有的D1至Dn-1单元共同组成一成像区。

通过上述图1和图2的说明可知，完整图像是指所成图像的各部分是可以完整拼接为一整体，不存在导致无法拼接的未成像部分。值得注意的是，完整成像并不意味着在成像一物体时必须将该物体的所有部分成像，而是指所所成像的部分必须是可完整拼接的，仍以图2为例，当成像的C1部分和C2部分之间存在未成像的C3部分，致使C1部分和C2部分无法拼接为完整图像时，即为不完整的成像；而假设在D1单元和D2单元之间设置D3区域（未图示），使得C3部分可以通过D3区域成像于人眼E时，由于C1部分、C2部分和C3部分可以拼接为完整图像，因此为完成成像，即使此时C1之下的路灯部分，以及C2之上的非路灯的景色都没有成像于人眼。

本申请实施例所提供的透镜中，所述第一成像区和所述第二成像区混合设置于第一表面，混合设置是为了使第一成像区和第二成像区可以分别完整成像。在一些实施例中，可以是第一成像区由相距一定距离的成像单元构成，所述成像单元是指组成第一成像区或第二成像区的基本单元（例如图2所示的D1单元和D2单元），而在第一成像区各区域之间的部分，由第二成像区填充（例如图2中D1单元和D2单元之间的透镜区域）；或者，第二成像区由相距一定距离的成像单元构成，而第二成像区各区域之间的部分，由第一成像区填充；在另一些实施例中，所述第一成像区和第二成像区可以为相同的旋涡状，例如，可以参考两个分别成旋涡状，且盘结在一起的蚊香。

“所述第一成像区的成像与所述第二成像区的成像不同”是指第一成像区和第二成像区的曲率并非完全相同，也并非组合为一个完整的曲率随中心轴变化的非球面透镜。其中，第一成像区和第二成像区的曲率完全相同包括都为相同曲率，也包括曲率的变化和空间分布相同。在曲率并非完全相同的基础上，第一成像区和第二成像区可以都成实像，或都成虚线；当然，也可以一者成实像，另一者成虚像。

可见，本申请实施例所提供的透镜包括为完整成像而混合分布于第一表面的第一成像区和第二成像区，可以分别成不同像，实现更复杂的光学功能，从而为改善透镜在各光学领域中的应用效果提供基础。

分别完整成像的第一成像区和第二成像区可以具有不同的光学功能，在一具体实施方式中，请参考图3，图3为本申请实施例所提供的透镜的具有不同光学功能的第一表面一示意图。

为便于区分第一成像区R1和第二成像区R2，本申请实施例中第一成像区R1表示为深色，第二成像区R2表示为浅色。所述第一表面S1可以是透镜的任一面。

如图所示，透镜中第一成像区R1可以起透射光线的光学功能，第二成像区R2可以起反射光线的光学功能。这样，在第一成像区R1和第二成像区R2单独成像的基础上，进一步设置不同的光学功能，可以为改善透镜在各种光学领域的显示效果提供基础。具体在近眼显示领域，可以通过第一成像区R1透射自然界的自然光成自然界实像，通过第二成像区R2反射图像源的光线，作用于人眼，使得人眼呈现距离合适的虚像，从而使人眼同时观察到自然界的像和图像源的像，更好的进行虚实结合；并且，通过使人可以在观察图像源的像的同时得以观察自然界，注意到自然界发生的危险，从而提高了近眼显示时使用者的安全性。

在一具体实施方式中，所述第一成像区R1的屈光度可以为0，适于透射射向第一表面的光线。这样，当光线通过第一成像区R1从第一表面S1透射出时，不会被屈光，导致人眼成像变形；在另一具体实施方案中，由于在现实中很多人具有近视眼或远视眼，为了避免无法看清远处物体通过第一成像区R1的成像，或者避免还需要额外佩戴视力矫正眼镜，所述第一成像区R1的屈光度为负或正，适于发散或聚焦射向所述第一表面S1的光线，用于视力矫正。这样，第一成像区R1发挥眼镜的功能，使得远处物体的光线在穿过第一成像区R1时会被散射或聚焦，从而使仅凭本申请所提供的菲涅尔透镜，不佩戴眼镜就可看清物体。

为了使所成虚像可以出现在尽可能远的远处，从而提升近眼显示的成像效果，在一具体实施方式中，所述第二成像区R2的屈光度为正，还适于准直射向所述第一表面S1的光线。这样，形成图像的光线被准直为平行光，反向延长线不交汇，从而使得人眼中所成虚像为无穷远，提升了近眼显示装置的成像效果。

为了便于混合设置第一成像区R1和第二成像区R2，在一具体实施方式中，请参考图4，图4为本申请实施例所提供的透镜的剖面结构和正面的一示意图。

如图所示，所述成像单元为环形结构的环形单元；在所述第一表面S1，所述第一成像区R1的成像单元和所述第二成像区R2的成像单元交错相套。通过设置第一成像区R1和第二成像区R2的成像单元为环形单元，可以便于生产。

由于第一成像区R1和第二成像区R2的功能不同，分别为透射自然界的自然光成实像和反射图像源的光成虚像，因此达到完整成像时，环形结构的大小限制也不同，在一些实施例中，所述第一成像区R1的环形单元的外径与内径之差不大于100毫米；所述第二成像区R2的环形单元的外径与内径之差不小于0.1微米，且不大于4毫米。这样，可以在成像单元为环形结构时，实现第一成像区R1和第二成像区R2的完整成像。

在另一具体实施方式中，所述第一成像区R1的至少两个成像单元，和/或，所述第二成像区R2的至少两个成像单元离散分布于所述第一表面。以其中第一成像区包括至少两个成像单元，为例进行说明，具体请参考图5，图5为本申请实施例所提供的透镜的正面的另一示意图。

如图所示，为使第一成像区R1的离散单元和第二成像区R2在完整成像的同时不会造成亮度差异，在一些实施例中，所述成像单元为不重叠且无空隙拼接的密铺图形结构，所述密铺图形结构的形状包括矩形、正六边形和正八边形中的至少一种。

亮度差异的原因是，被成像物体的同一部分通过多个成像单元进行成像，多个成像单元同时透过该部分的光于人眼，使得该部分成像的光多于其他部分成像的光，从而造成该部分的像亮度较高。通过设置成像单元为密铺图形，可以使被成像物体的每一部分只通过一个成像单元成像，从而可以降低所成虚像或实像具有亮度差异。

为了便于生产，在一些实施例中，所述成像单元为圆形结构。这样，可以便于透镜的生产。

值得注意的是，由于成像单元并非密铺图形，因此成像单元为圆形结构则可能带来上述亮度差异的问题，为了在便于生产的同时降低亮度差异，在一些实施例中，可以使所述圆形结构的成像单元密铺分布于所述第一表面，所述密铺分布包括矩形分布、正六边形分布和正八边形分布中的至少一种。这样，可以在便于生产的同时减少所成实像或虚像的亮度差异。

为了在第一成像区R1完整成像的同时，防止过多的成像单元影响第二成像区R2的成像，在一些实施例中，所述第一成像区R1的至少两个成像单元的中心间距不小于0.1微米，以及不大于8毫米。这样，第一成像区R1的成像单元以不小于0.1微米，不大于8毫米的中心间距大小离散分布于第一表面，可以防止在完整成像的同时，分布的过于密集，导致第二成像区R2所成虚像亮度过暗；在另一些实施例中，为了不影响第一成像区R1的成像，第二成像区R2的成像单元的中心间距也需要不小于0.1微米，不大于8毫米。进一步地，为了更好地完整成像，在一些实施例中，单个所述第二成像单元的面积不小于0.03平方微米，且不大于50平方毫米。

本申请实施例所提供的透镜在实际的产品生产中，可以通过预先设置好具有第一成像区R1和第二成像区R2的模具，然后注塑或压制后生产得到本申请实施例的透镜。但为了便于理解，可以将第一表面S1近似认为是两个不同透镜（第一透镜和第二透镜）的表面融合而成。即第一透镜表面的部分位置被第二透镜部分位置的表面取代，构成第一表面S1。

为了减轻近眼显示装置的重量，从而减轻长时佩戴近眼显示装置对头部和颈椎造成的负担，目前大部分的近眼显示装置中都会使用去除中间介质的菲涅尔透镜。值得注意的是，去除透镜的中间介质并不会影响透镜的光学功能，因为光线只在两种不同折射率的介质的表面发生折射，透镜的内部介质只起到传导光的作用，因此透镜的光学功能主要是由具有一定屈光度的弯曲的透镜表面实现的。因此为了减轻透镜的重量且不破坏透镜的光学功能，可以去除透镜的中间介质。由于透镜的正面呈现螺纹状，因此上述具有不连续曲面和连续曲率的透镜又称螺纹透镜或菲涅尔透镜。可以通过设置螺纹状的模具，生产所述菲涅尔透镜。在一些实施例中，本申请所述提供的透镜，都可以为菲涅尔透镜，以减轻透镜的重量。

在另一些实施例中，本申请所提供的透镜可以为第一表面为超表面的超透镜（Metalenses），超透镜是使用超表面来聚焦光线的平面透镜，超表面是一系列人工天线，可操纵入射光的光学响应，包括其幅度相位和偏振。

为了进一步提高成像质量，在一具体实施例中，请参考图6，图6为本申请实施例所提供的透镜的又一示意图，如图所示，本申请实施例所提供的透镜，第一表面S1紧密连接平坦层R3，所述平坦层R3的折射率与所述透镜的折射率的差值小于空气的折射率与所述透镜的折射率的差值。

值得注意的是，当透镜为菲涅尔透镜或超透镜时，第一表面S1会呈齿状，而齿状的侧面F会反射和折射入射光线，从而对成像有消极影响，因此为了提高成像质量，可以设置与第一表面S1紧密连接的平坦层R3，由于平坦层R3与透镜的折射率的差值较小，从而降低光线在侧面F处的反射和折射，提高成像质量。进一步，在一具体实施方式中，所述平坦层R3的折射率可以与透镜的折射率相同。具体的，平坦层R3可以是镜片或其它光学介质。

本申请实施例还提供了一种近眼显示装置，该近眼显示装置包括如上述所述的透镜。为了更深刻的理解本申请实施例所提供的透镜对近眼显示装置的显示效果的提升，首先对包含所述透镜的近眼显示装置进行介绍。具体请参考图7，图7为本申请实施例所提供的近眼显示装置的剖面结构的一示意图。

如图所示，本申请实施例所提供的近眼显示装置包括：

图像源1，用于发射显示图像的第一偏振光；

偏振反射镜2，适于反射所述图像源1发射的第一偏振光，并透射第二偏振光，所述第二偏振光与所述第一偏振光具有第一偏振态差；

相位延迟器3，适于延迟光线的相位，转换偶数次穿过相位延迟器3的所述第一偏振光为所述第二偏振光；

透镜4，所述透镜为本申请实施例所提供的透镜。

本申请实施例所提供的近眼显示装置，具体的，可以是增强现实（AR）显示装置或虚拟显示（VR）显示装置等。本申请实施例中，图像源包括激光图像源、LED图像源、OLED图像源或micro-LED图像源等。

其中，近眼显示装置中图像源1发射的光线在人眼成像的原理为：所述图像源1发射显示图像的第一偏振态的第一偏振光至所述偏振反射镜2，所述第一偏振光被所述偏振反射镜2反射至所述相位延迟器3，所述第一偏振光穿过所述相位延迟器3时，通过相位延迟成为第三偏振态的第三偏振光；所述第三偏振光从所述相位延迟器3出射至所述透镜4的第一表面，被所述第一表面的第二成像区R2反射；所述第二成像区R2反射的第三偏振光返回所述相位延迟器3，并在穿过所述相位延迟器3时，通过延迟相位成为第二偏振态的第二偏振光；所述第二偏振光穿过所述偏振反射镜2，用于人眼成像。

其中，第一偏振态、第二偏振态和第三偏振态分别为不同的偏振态，偏振态的不同可以是指线偏振、椭圆偏振、圆偏振等偏振类型的不同，或者指属于同偏振类型，但相位不同。

这样，图像源1的光线虽然在人眼近处，但经过第二成像区的反射后可以在眼睛舒适聚焦的远距离处成像；同时通过屈光作用可以放大图像，使人眼可以看到放大后的图像，从而可以提升观看效果；当所述第一成像区R1具有正屈光度，可以准直图像源发射的光线时，还可以使图像源的光线成像于无穷远处。

为了安全以及更好的虚拟成像于现实世界，人眼在接受图像源1的光线成像的同时，还需要观察外界现实世界，即接收自然界的自然光，其中，自然界自然光的成像原理为：自然光从所述第一表面的第一成像区R1透射并穿过所述透镜4，并经过所述相位延迟器3的过滤，过滤后自然界中的第二偏振态的第二偏振光射至所述偏振反射镜2，用于人眼观察外界。

值得注意的是，所述第一偏振光是指第一偏振态的偏振光，而非特指图像源发射的光，在自然光是包含各个偏振态的偏振光，因此同样有第一偏振态的第一偏振光，所述第二偏振光和第三偏振光同理。

这样，人眼不仅可以看到第二偏振光形成的虚拟图像，还可以看到现实物体反射的第二偏振光，即可以透过显示装置看到现实物体，从而可以看到虚实结合的图像。

值得注意的是，由于第一成像区R1与第二成像区R2分别完整成像，互不影响，因此第一成像区R1的屈光度和第二成像区R2的屈光度可以分别设置，不需要在设置用于准直反射图像源的光线的第二成像区R2时，考虑较大的屈光度对自然光的影响，因此可以设置较小屈光度的第一成像区R1和较大屈光度的第二成像区R2，从而使得近眼显示装置更加小型化的同时（第二成像区R2屈光度越大，透镜和图像源的水平距离就可以越小），避免自然光穿过第一成像区R1时被过度屈光，使得人眼观察到的外界大小和距离被拉近变形，造成安全隐患以及较差的显示效果。在一些实施例中，所述第一成像区R1的屈光度可以为零，在另一些实施例中，所述第一成像区R1的屈光度可以为负或正，具体请参考上述关于透镜的描述。

在一些实施例中，所述第一偏振态和所述第二偏振态的相位差为90度相位，所述相位延迟器为45度相位延迟器。这样，第一偏振光和第二偏振光的偏振方向垂直（水平偏振光和垂直偏振光），可以使得偏振反射镜2最大化的反射第一偏振光和透射第二偏振光。

值得注意的是，虽然偏振反射镜2可以在透射第二偏振光的同时反射第一偏振光，但自然界中的第一偏振光可能会通过偏振反射镜2反射至人眼，具体请参考图7中的自然界自然光a，该部分光线射入偏振反射镜2的近眼一侧，从而其中的第一偏振光被反射至人眼，该自然光a并非是通过透镜4第一成像区R1的自然光，因此不属于第一成像区所成像，因此会模糊干扰第一成像区R1和第二成像区R2所成像，降低近眼显示装置的显示效果。

为了防止上述经过偏振反射镜2反射至人眼的自然光模糊近眼显示装置的成像，请参考图8和图9，图8为本申请实施例所提供的近眼显示装置的剖面结构的另一示意图；图9为本申请实施例所提供的近眼显示装置的剖面结构的再一示意图。

如图所示，本申请实施例所提供的近眼显示装置，还包括：抗反射偏振器5，设置于人眼与偏振反射器之间，用于透射所述第二偏振光，并消除从所述近眼显示装置的近眼一侧射向所述偏振反射镜的第一偏振光。所述抗反射偏振器5用于吸收第一偏振光，透射第二偏振光。这样，可以减少传入人眼的第一偏振光，提高图像源成像质量。

为了使抗反射偏振器5可以拦截传入人眼的第一偏振光，在一些实施例中，所述抗反射偏振器5可以设置于近眼显示装置中靠近人眼的一侧，在人眼与偏振反射器2之间的任意位置（如图8所示）；在另一些实施例中，所述抗反射偏振器5可以设置于所述偏振反射镜2的第一侧面，所述第一侧面为所述偏振反射镜在所述近眼显示装置中的近眼一侧（如图9所示）。

值得注意的是，为了减轻近眼显示装置的重量，在一些实施例中，所述近眼显示装置中可以不额外设置光波导介质，如图7所示。而在另一些实施例中，为了减小光学像差，限制图像源发射的光线以及通过第一成像区R1入射的自然光在给定的路径中传播，本申请实施例所提供的近眼显示装置还可以包括：

第一光波导介质，所述第一光波导介质设置于所述偏振反射镜和所述透镜之间；

第二光波导介质，所述第二光波导介质设置于所述偏振反射镜的第一侧面，所述第一侧面为所述偏振反射镜在所述近眼显示装置中的近眼一侧。

所述第一光波导介质和所述第二光波导介质具体可以为棱镜（示于图8，棱镜71和棱镜72）或楔形镜（示于图9，楔形镜81和楔形镜82）。这样，通过设置第一光波导介质和第二光波导介质，可以减小光学像差。

请继续参考图8，在一些实施例中，为了进一步提高图像显示的质量，减小光学像差，本申请实施例所提供的近眼显示装置还可以在图像源和第一光波导介质之间设置透镜组73。

请继续参考图9，当所述第一光波导介质和第二光波导介质为楔形镜时，图像源入射的光线只有在与第一光波导介质（楔形镜81）和第二光波导介质（楔形镜82）的表面呈一定预设出射夹角时，才会射出第一光波导介质和第二光波导介质，否则会在第一光波导介质和第二光波导介质中一直折射传播。值得注意的是，根据介质表面的反射定律（反射定律），光线只会在具有折射率变化的介质的表面发生折射，而相位延迟器3和第一光波导介质的折射率可能相近，因此为了在一些实施例中，可以使第一光波导介质与相位延迟器3之间具有一定空气间隙，从而防止在第一光波导介质与相位延迟器3紧密相连时，非预设出射夹角的光线从第一光波导介质中出射至相位延迟器3。

在另一些实施例中，具体请参考图10，图10为本申请实施例所提供的近眼显示装置的剖面结构的又一示意图。本申请实施例可以进一步在第一光波导介质和相位延迟器3之间设置角度敏感反射器6，所述角度敏感反射器6可以设置为在预设出射夹角反射，在其他夹角透射，具体的，可以为全息反射器或多层介质反射器。这样，通过角度敏感反射器6自身的性质进行反射，可以进一步防止非预设出射夹角的光线从第一光波导介质中出射。

在一具体实施方式中，为了进一步降低近眼显示装置的重量，以及便于近眼显示装置的生产，请参考图11，图11为本申请实施例所提供的近眼显示装置的剖面结构的又另一示意图。

如图11所示，本申请实施例还提供一种近眼显示装置，包括：

图像源1，用于发射显示图像的光线；

半反半透镜7，用于透射部分光线以及反射另一部分光线；

透镜4，所述透镜为本申请实施例所提供的透镜。

具体的，半反半透镜7可以是指采用表面镀膜的透镜，通镀膜使得50％的光线可以透射，50％的光线会被反射。

其中，近眼显示装置中图像源1发射的光线在人眼成像的原理为：所述图像源1发射显示图像的光线至所述半反半透镜7，所述图像源1发射的部分光线被所述半反半透镜7反射至所述透镜4的第一表面；射向第一表面的光线被所述第一表面的第二成像区R2反射，返回所述半反半透镜7；返回所述半反半透镜的光线部分透射所述半反半透镜7，用于人眼成像；自然光从所述第一表面的第一成像区R1透射至所述半反半透镜7；透射至所述半反半透镜的自然光中的部分光线透射所述半反半透镜7，用于人眼观察外界。

这样，可以去除相位延迟器，进一步减轻近眼显示装置的重量。

为了增大显示的视角，提升近眼显示的效果，请参考图12，图12为本申请实施例所提供的近眼显示装置的剖面结构的又再一示意图。如图所示，本申请实施例所提供的近眼显示装置，具有多个功能对称单元8（图中虚框所示）；所述图像源1、透镜4、所述偏振反射镜2、所述相位延迟器3和所述抗反射偏振器5设置于所述功能对称单元；多个所述功能对称单元8用于对称拼接扩大视角。这样，通过拼接多个功能对称单元，扩大了图像显示的视角，使人眼可以看到更宽广的图像源画面，提升了近眼显示的效果。

上文描述了本申请实施例提供的多个实施例方案，各实施例方案介绍的各可选方式可在不冲突的情况下相互结合、交叉引用，从而延伸出多种可能的实施例方案，这些均可认为是本申请实施例披露、公开的实施例方案。虽然本申请实施例披露如上，但本申请并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (18)

1.一种近眼显示装置，其特征在于，包括：透镜、图像源，偏振反射镜和相位延迟器；

所述透镜包括：第一表面，所述第一表面包括第一成像区和至少一个第二成像区，所述第一成像区与所述第二成像区混合分布于所述第一表面，所述第一成像区包括分布于所述第一表面的至少两个成像单元，和，所述第二成像区包括分布于所述第一表面的至少两个成像单元，所述成像单元是指组成第一成像区或第二成像区的基本单元，所述第一成像区与所述第二成像区适于分别完整的成像，所述完整的成像是指所成图像的各部分是完整拼接为一整体，所述第一成像区的成像与所述第二成像区的成像不同是指所述第一成像区和第二成像区的曲率并非完全相同，并且第一成像区表面的部分位置被第二成像区部分位置的表面取代，或者第二成像区表面的部分位置被第一成像区部分位置的表面取代，构成第一表面；

其中，所述第一成像区的屈光度为0，适于透射射向第一表面的光线；或者，所述第一成像区的屈光度为负或正，适于发散或聚焦射向所述第一表面的光线，以用于视力矫正；

所述近眼显示装置中的图像源发射的光线通过透镜在人眼成像的过程为：所述图像源发射显示图像的第一偏振态的第一偏振光至所述偏振反射镜，所述第一偏振光被所述偏振反射镜反射至所述相位延迟器，所述第一偏振光穿过所述相位延迟器时，通过相位延迟成为第三偏振态的第三偏振光；所述第三偏振光从所述相位延迟器出射至所述透镜的第一表面，被所述第一表面的第二成像区反射；所述第二成像区反射的第三偏振光返回所述相位延迟器，并在穿过所述相位延迟器时，通过延迟相位成为第二偏振态的第二偏振光；所述第二偏振光穿过所述偏振反射镜，用于人眼成像。

2.如权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第二成像区的屈光度为正，还适于准直射向所述第一表面的光线。

3.如权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述成像单元为环形结构的环形单元；在所述第一表面，所述第一成像区的成像单元和所述第二成像区的成像单元交错相套。

4.如权利要求3所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一成像区的环形单元的外径与内径之差不大于100毫米；所述第二成像区的环形单元的外径与内径之差不小于0.1微米，且不大于4毫米。

5.如权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一成像区的至少两个成像单元，和/或，所述第二成像区的至少两个成像单元离散分布于所述第一表面。

6.如权利要求5所述的近眼显示装置，其特征在于，所述成像单元为不重叠且无空隙拼接的密铺图形结构，所述密铺图形结构的形状包括矩形、正六边形和正八边形中的至少一种。

7.如权利要求5所述的近眼显示装置，其特征在于，所述成像单元为圆形结构。

8.如权利要求7所述的近眼显示装置，其特征在于，所述成像单元密铺分布于所述第一表面，所述密铺分布包括矩形分布、正六边形分布和正八边形分布中的至少一种。

9.如权利要求5所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一成像区的至少两个成像单元的中心间距不小于0.1微米，以及不大于8毫米，和/或，所述第二成像区的至少两个成像单元的中心间距不小于0.1微米，以及不大于8毫米。

10.如权利要求5所述的近眼显示装置，其特征在于，单个第二成像区的成像单元的面积不小于0.03平方微米，且不大于50平方毫米。

11.如权利要求1至10任一项所述的近眼显示装置，其特征在于，所述透镜为菲涅尔透镜或超透镜。

12.如权利要求1至10任一项所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一表面紧密连接平坦层，所述平坦层的折射率与所述透镜的折射率的差值小于空气的折射率与所述透镜的折射率的差值。

13.如权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，自然光从所述第一表面的第一成像区透射并穿过所述透镜，经过所述相位延迟器的过滤后，第二偏振态的第二偏振光穿过所述偏振反射镜，用于人眼观察外界。

14.如权利要求1或者13所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一偏振态和所述第二偏振态的相位差为90度相位，所述相位延迟器为45度相位延迟器。

15.如权利要求1或者13所述的近眼显示装置，其特征在于，还包括：

抗反射偏振器，设置于人眼与偏振反射器之间，用于透射所述第二偏振光，并消除从所述近眼显示装置的近眼一侧射向所述偏振反射镜的第一偏振光。

16.如权利要求15所述的近眼显示装置，其特征在于，所述抗反射偏振器设置于所述偏振反射镜的第一侧面，所述第一侧面为所述偏振反射镜在所述近眼显示装置中的近眼一侧。

17.如权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，还包括：

第一光波导介质，所述第一光波导介质设置于所述偏振反射镜和所述透镜之间；

第二光波导介质，所述第二光波导介质设置于所述偏振反射镜的第一侧面，所述第一侧面为所述偏振反射镜在所述近眼显示装置中的近眼一侧。

18.如权利要求16所述的近眼显示装置，其特征在于，所述近眼显示装置具有多个功能对称单元；所述图像源、所述透镜、所述偏振反射镜、所述相位延迟器和所述抗反射偏振器设置于所述功能对称单元中；多个所述功能对称单元用于对称拼接扩大视角。

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