[发明专利]补偿器及其制备方法、图像显示装置、显示设备

说明书

本发明提供了一种补偿器及其制备方法、图像显示装置、显示设备，其中，该补偿器包括：棱镜基底和能够被分出多个超表面结构单元的补偿元件；补偿元件的超表面结构单元用于对透过超表面结构单元的光线的相位进行补偿；射向补偿器的光线的入射方向，与光线透过超表面结构单元、棱镜基底以及位于棱镜基底的出光侧的自由曲面棱镜后的出射方向相同。通过本发明实施例提供的技术方案，光线能够无焦且不失真地透过补偿器以及自由曲面棱镜，人眼透过补偿器和自由曲面棱镜后，可以正常观看外部事物。并且，超表面结构单元的厚度较小，棱镜基底也可以做到具有较小的厚度，能够实现轻薄化，方便用户使用。

技术领域

本发明涉及成像器件技术领域，具体而言，涉及一种补偿器及其制备方法、图像显示装置、显示设备。

背景技术

虚拟现实(VR，Virtual Reality)和增强现实(AR，Augmented Reality) 的概念提出以来，基于VR或者AR模式的头戴式图像显示装置取得了长足的发展。

在像源不遮挡人眼的前提下，为了在人眼前方成像，一般需要经过设计的自由曲面光学元件实现成像；而外部事物的环境光透过该自由曲面光学元件时会发生成像变形，导致人眼看到的外部事物存在像差。此时还需要具有自由曲面面型的透镜来控制像差，使得人眼可以正常地观看外部事物。目前，基于自由曲面的头戴式图像显示装置厚度较大，一般大于8mm，甚至大于10mm，产品笨重，用户使用不方便，也不利于推广。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种补偿器及其制备方法、图像显示装置、显示设备。

第一方面，本发明实施例提供了一种补偿器，包括：棱镜基底和能够被分出多个超表面结构单元的补偿元件；

所述补偿元件设置在所述棱镜基底的一侧；

所述补偿元件的所述超表面结构单元用于对透过所述超表面结构单元的光线的相位进行补偿；射向所述补偿器的光线的入射方向，与所述光线透过所述超表面结构单元、所述棱镜基底以及位于所述棱镜基底的出光侧的自由曲面棱镜后的出射方向相同。

在一种可能的实现方式中，所述超表面结构单元在多个目标波长下的相位误差符合误差最小条件，所述相位误差为所述超表面结构单元在所述目标波长下的实际补偿相位与在相同的所述目标波长下所述超表面结构单元需要补偿的理论相位之间的差值。

在一种可能的实现方式中，所述误差最小条件为多个所述相位误差的加权和最小，多个所述相位误差的加权和为：

其中，(x,y)表示所述超表面结构单元的位置坐标，m为所述超表面结构单元(x,y)在结构数据库中的编号，λ_i为第i个所述目标波长， c_i为所述目标波长λ_i的权重系数；为所述超表面结构单元 (x,y)在所述目标波长λ_i下的实际补偿相位，为所述超表面结构单元(x,y)在所述目标波长λ_i下需要补偿的理论相位，且：

其中，n₁为所述棱镜基底的折射率，t_x,y为在所述超表面结构单元 (x,y)对应的光线传播方向上所述棱镜基底的厚度，n₂为所述自由曲面棱镜的折射率，T_x,y为在所述超表面结构单元(x,y)对应的光线传播方向上所述自由曲面棱镜的厚度。

在一种可能的实现方式中，所述目标波长包括可见光波段内的波长，且所述目标波长至少包括黄色光、绿色光、红色光、紫色光对应的波长；

所述黄色光和所述绿色光的所述权重系数中的较小值不小于所述红色光和所述紫色光的所述权重系数中的较大值。

在一种可能的实现方式中，所述补偿元件包括透明基底层和多个纳米结构。