CN114252991A - 一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器 - Google Patents
一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114252991A CN114252991A CN202210019355.XA CN202210019355A CN114252991A CN 114252991 A CN114252991 A CN 114252991A CN 202210019355 A CN202210019355 A CN 202210019355A CN 114252991 A CN114252991 A CN 114252991A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano
- super
- surface micro
- micro
- lens group
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 title claims abstract description 30
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 77
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 13
- 210000000695 crystalline len Anatomy 0.000 claims description 161
- 239000002061 nanopillar Substances 0.000 claims description 21
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 14
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 9
- 230000002207 retinal effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N niobium pentoxide Chemical compound O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 229910004541 SiN Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000003464 asthenopia Diseases 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000004418 eye rotation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 210000001747 pupil Anatomy 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/01—Head-up displays
- G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0081—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. enlarging, the entrance or exit pupil
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/0006—Arrays
- G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
- G09F9/00—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements
- G09F9/30—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements in which the desired character or characters are formed by combining individual elements
- G09F9/33—Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements in which the desired character or characters are formed by combining individual elements being semiconductor devices, e.g. diodes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器。包括透明微显示像源、超表面微纳聚焦透镜组和超表面微纳补偿透镜组。超表面微纳聚焦透镜组包含超表面微纳聚焦基底层、超表面微纳聚焦透镜层和超表面微纳聚焦保护层。超表面微纳补偿透镜组包含超表面微纳补偿基底层、超表面微纳补偿透镜层和超表面微纳补偿保护层。利用超表面结构形成的微纳透镜阵列与透明微显示像源结合，代替原有视网膜显示技术中的激光光源和笨重的光学透镜，实现超薄超清无辐辏聚焦矛盾的近眼显示。
Description
技术领域
本发明属于近眼显示器领域，尤其涉及一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器。
背景技术
近眼显示器(Near-eye display，NED)是一种将微显示像源的影像通过光学系统放大，使其直接呈现在使用者眼前的先进装备。近眼显示器颠覆了传统的视觉体验，利用小型的显示设备呈现大视场全景视觉体验，小巧、轻薄、舒适，且可随身携带，满足人们对未来社会的各种遐想。
阻碍近眼显示器发展的主要技术问题是辐辏聚焦矛盾，用户长时间佩戴NED会产生视觉疲劳并引发其它不适问题，极大影响用户体验。而视网膜显示技术具有较长的景深，能够克服辐辏聚焦矛盾带来的不适问题。不同于传统的显示技术，视网膜显示技术基于麦克斯韦观察法，将携带图像信息的细光束聚焦于人眼晶状体光心或人眼转动中心，然后投影到视网膜上不同的位置形成图像视觉，这种显示方法由于全部细光束都经过人眼晶状体光心，因此晶状体的调焦不影响细光束的传播，因此虚拟图像可以独立于晶状体的调焦而清晰显示，具有较长的景深，避免了辐辏聚焦矛盾。
传统的视网膜显示技术采用激光光源，因为需要将光线聚焦在晶状体光心上，激光光源的安全性是需要慎之又慎的问题。同时滤波和投影系统中都采用了普通的光学透镜，系统庞大笨重，无法满足近眼显示轻薄的要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器,以解决传统的视网膜显示技术需要将激光聚焦在晶状体光心上安全性存在问题和无法满足近眼显示轻薄要求的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：
一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器，包括透明微显示像源、超表面微纳聚焦透镜组和超表面微纳补偿透镜组；所述超表面微纳聚焦透镜组依次与透明微显示像源和超表面微纳补偿透镜组密接在一起；
所述超表面微纳聚焦透镜组从左到右依次包括超表面微纳聚焦基底层、超表面微纳聚焦透镜层和超表面微纳聚焦保护层；
所述超表面微纳补偿透镜组从右到左依次包括超表面微纳补偿基底层、超表面微纳补偿透镜层和超表面微纳补偿保护层；
所述超表面微纳聚焦透镜组在靠近人眼一侧；
所述超表面微纳补偿透镜组在朝向真实物体一侧；
所述透明微显示像源在超表面微纳聚焦透镜组与超表面微纳补偿透镜组中间；
所述超表面微纳聚集透镜组将透明微显示像源的图像聚焦在人眼的晶状体光心，并最终成像在视网膜上；
所述超表面补偿透镜组抵消超表面微纳聚焦透镜组的聚焦作用，使得真实物体发射的光线经超表面微纳补偿透镜组和超表面微纳聚焦透镜组后无透镜作用正常进入人眼。
进一步的，所述的超表面微纳聚集透镜组，将透明微显示像源带有图像信息的光束按照像素所在位置设计相位分布，将该像素发射的光束信息聚焦在人眼的晶状体光心，并最终到达视网膜成像；
所述的超表面微纳聚焦透镜层由纳米柱阵列组成，该纳米柱阵列的周期、长度、宽度、高度及旋转角度均根据所设计的相位面分布进行调节，多个自由度同时调节传输相位和几何相位，匹配聚焦相位面。
进一步的，所述的超表面微纳补偿透镜层由纳米柱阵列组成，对该层的相位进行调节，达到抵消超表面微纳聚焦透镜层的作用。
进一步的，一个透明微显示像源的像素由红绿蓝三个子像素构成，超表面微纳聚焦透镜层上的单个像素的纳米柱阵列与一个透明微显示像源的像素相对应，对应红绿蓝子像素的相位分布分别为：
其中(x1,y1)为红子像素区域的坐标，(x2,y2)为绿子像素区域的坐标，(x3,y3)为蓝子像素区域的坐标，
是红子像素区域的坐标处与红光波长相对应的相位突变值，
是绿子像素区域的坐标处与绿光波长相对应的相位突变值，
是蓝子像素区域的坐标处与蓝光波长相对应的相位突变值，fs为超表面微纳聚焦透镜的焦距；λR为红光的波长，λG为绿光的波长，λB为蓝光的波长。
进一步的，所述的超表面微纳补偿透镜层单个像素的纳米柱阵列与一个透明微显示像源的像素相对应，它对应红绿蓝子像素的相位分布分别为：
其中
是超表面微纳补偿透镜层红子像素区域的坐标处与红光波长相对应的相位突变值，
是超表面微纳补偿透镜层绿子像素区域的坐标处与绿光波长相对应的相位突变值，
是超表面微纳补偿透镜层蓝子像素区域的坐标处与蓝光波长相对应的相位突变值，fc为超表面微纳补偿透镜的焦距。
进一步的，所述透明微显示像源单个像素尺寸为1μm到20μm；所述的超表面微纳聚焦透镜层的单个像素纳米柱阵列的尺寸为1μm到20μm；所述的超表面微纳补偿透镜层的单个像素纳米柱阵列的尺寸为1μm到20μm；所述纳米柱的长度和宽度为50nm到900nm；所述纳米柱的高度在10nm到700nm。
进一步的，所述超表面微纳聚焦基底层和超表面微纳补偿基底层，超表面微纳聚焦保护层和超表面微纳补偿保护层材料为Al2O3、TiO2、SiO2或聚甲基丙烯酸甲脂透明基底材料。
进一步的，所述超表面微纳聚焦透镜层和超表面微纳补偿透镜层的材料为Si、SiO2、SiN、Si3N4、TiO2、Nb2O5、HfO2、GaN或GaP材料。
进一步的，所述透明微显示像源采用有机发光二极管显示(OLED)、微米级无机发光二极管显示(Micro-LED)或纳米级无机发光二极管显示(Nano-LED)。
本发明的一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器，具有以下优点：
1、本发明的近眼显示器利用超表面结构形成的微纳透镜阵列与透明微显示像源结合，代替原有视网膜显示技术中的激光光源和笨重的光学透镜，实现超薄超清无辐辏聚焦矛盾的近眼显示。
2、本发明的近眼显示器将透明微显示像源的像素位置和超表面微纳聚焦透镜相配合，实现按一个或多个像素聚焦，避免为实现细光束成像必须要采用激光扫描显示。
3、本发明采用视网膜显示和透射显示技术，将超表面微纳聚焦透镜组放在靠近人眼一侧，将超表面微纳补偿透镜组放在朝向真实物体一侧；将透明微显示像源在超表面微纳聚焦透镜组与超表面微纳补偿透镜组中间位置。本发明的超表面微纳近眼显示器整体可置于校正眼镜靠近人眼的一侧，减小出瞳距离，有利于实现大视场角显示。
附图说明
图1为本发明的一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器示意图；
图2为本发明的超表面微纳聚焦透镜层的单个像素的纳米柱阵列分布示意图；
图3(a)为本发明的超表面微纳聚焦透镜组的聚焦作用示意图；
图3(b)为本发明的超表面微纳补偿透镜组的补偿作用示意图；
图3(c)为本发明的超表面微纳聚焦透镜组和超表面补偿透镜组的综合作用示意图。
图中标记说明：1、人眼；2、晶状体；3、透明微显示像源；31、超表面微纳聚焦透镜组；32、超表面微纳补偿透镜组；4、超表面微纳聚焦基底层；5、超表面微纳聚焦透镜层；6、超表面微纳聚焦保护层；7、超表面微纳补偿基底层；8、超表面微纳补偿透镜层；9、超表面微纳补偿保护层；10、虚拟图像信息；11、第一位置；12、第二位置；13、第一成像；14、真实物体；15、第二成像。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器做进一步详细的描述。
如图1所示为本发明的基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器示意图，包括透明微显示像源3、超表面微纳聚焦透镜组31和超表面微纳补偿透镜组32；所述超表面微纳聚焦透镜组31依次与透明微显示像源3和超表面微纳补偿透镜组32密接在一起。所述超表面微纳聚焦透镜组31从左到右依次包括超表面微纳聚焦基底层4、超表面微纳聚焦透镜层5和超表面微纳聚焦保护层6。超表面微纳聚焦透镜组32从右到左依次包括超表面微纳补偿基底层7、超表面微纳补偿透镜层8和超表面微纳补偿保护层9。其中透明微显示像源3和超表面聚焦透镜组31在靠近人眼一侧，而超表面微纳补偿透镜组32在远离人眼一侧，即朝向真实物体14一侧。所述透明微显示像源3中包含虚拟图像信息10，虚拟图像信息10的光束经超表面微纳聚焦透镜组31聚焦在人眼1的晶状体2的光心，并在视网膜上形成第一成像13。因虚拟图像信息10是经人眼1的晶状体2的光心直接在视网膜上形成第一成像13，因此其实际成像位置是可根据人眼聚焦位置而浮动的，可聚焦在任意位置处比如第一位置11或第二位置12处。当人眼聚焦外界真实物体14时，该虚拟图像信息在真实物体14位置处成虚拟像，此时真实物体14和虚拟图像信息10在视网膜上成像均是清晰的。虚拟图像信息10在视网膜上形成第一成像13，真实物体14在视网膜上形成第二成像15。
所述的超表面微纳聚集透镜组31，将透明微显示像源3带有图像信息的光束按照像素所在位置设计相位分布，实现将该像素发射的光束信息聚焦在人眼晶状体光心，并最终到达视网膜成像。透明微显示像源3像素位置和超表面微纳聚集透镜组31相配合，实现按一个或多个像素聚焦，避免为实现细光束成像必须要采用激光扫描显示。
所述的超表面微纳补偿透镜组32，可以抵消超表面微纳聚焦透镜组31的聚焦作用，使得外界真实环境中的物体发射的光线经超表面微纳补偿透镜组和超表面微纳聚焦透镜组后无透镜作用正常进入人眼1。
所述的超表面微纳聚焦透镜层5由纳米柱阵列组成，该纳米柱阵列的周期、长度、宽度、高度及旋转角度均根据所设计的相位面分布进行调节，多个自由度同时调节传输相位和几何相位，匹配聚焦相位面。
图2所示为超表面微纳聚焦透镜层5的单个像素的纳米柱阵列分布示意图。假设一个透明微显示像源3的像素由红(R)绿(G)蓝(B)三个子像素构成，超表面微纳聚焦透镜层5上的单个像素的纳米柱阵列与一个透明微显示像源3的像素相对应，对应红绿蓝子像素的相位分布分别为：
其中(x1,y1)为红子像素区域的坐标，(x2,y2)为绿子像素区域的坐标，(x3,y3)为蓝子像素区域的坐标，
是红子像素区域的坐标处与红光波长相对应的相位突变值，
是绿子像素区域的坐标处与绿光波长相对应的相位突变值，
是蓝子像素区域的坐标处与蓝光波长相对应的相位突变值，fs为超表面微纳聚焦透镜的焦距。λR为红光的波长，λG为绿光的波长，λB为蓝光的波长。
所述的超表面微纳补偿透镜层8由纳米柱阵列组成，对该层的相位进行调节，达到抵消超表面微纳聚焦透镜层5的作用。
所述的超表面微纳补偿透镜层8单个像素的纳米柱阵列与一个透明微显示像源3的像素相对应，它对应红(R)绿(G)蓝(B)子像素的相位分布分别为：
其中
是超表面微纳补偿透镜层8红子像素区域的坐标处与红光波长相对应的相位突变值，
是超表面微纳补偿透镜层8绿子像素区域的坐标处与绿光波长相对应的相位突变值，
是超表面微纳补偿透镜层8蓝子像素区域的坐标处与蓝光波长相对应的相位突变值，fc为超表面微纳补偿透镜的焦距。
图3所示为超表面微纳聚焦透镜组31和超表面微纳补偿透镜组32对光线的作用，图3(a)所示为超表面微纳聚焦透镜组31的聚焦作用；图3(b)所示为超表面微纳补偿透镜组32的补偿作用；图3(c)所示为超表面微纳聚焦透镜组31和超表面补偿透镜组32的综合作用。由图(3)可以看出，经过超表面微纳聚焦透镜组31和超表面微纳补偿透镜组32的综合作用，可以使得外界真实环境中的物体发射的光线经超表面微纳补偿透镜组和超表面微纳聚焦透镜组后无透镜作用正常进入人眼。
所述透明微显示像源3单个像素尺寸为1μm-20μm，则对应的超表面微纳聚焦透镜层5的单个像素纳米柱阵列的尺寸也为1μm-20μm；所述的超表面微纳补偿透镜层8的单个像素纳米柱阵列的尺寸为1μm到20μm；所述纳米柱的长度和宽度为50nm-900nm；所述纳米柱的高度在10nm-700nm。
所述超表面微纳聚焦基底层4和超表面微纳补偿基底层7，超表面微纳聚焦保护层6和超表面微纳补偿保护层9材料为Al2O3，TiO2，SiO2,聚甲基丙烯酸甲脂等透明基底材料。
所述超表面微纳聚焦透镜层5和超表面微纳补偿透镜层8的材料为Si，SiO2,SiN，Si3N4，TiO2，Nb2O5，HfO2，GaN，GaP等材料。
所述透明微显示像源3采用有机发光二极管显示(OLED)或微米级无机发光二极管显示(Micro-LED)或纳米级无机发光二极管显示(Nano-LED)。
第一实施例：
本实施例中的超表面微纳近眼显示器的结构如图1和图2所示。其中透明微显示像源3的像素尺寸为9μm，则超表面微纳聚焦透镜组31和超表面微纳补偿透镜组32单个像素纳米阵列的尺寸也为9μm。红光的波长设计为λR＝640nm，蓝光的波长设计为λG＝525nm，蓝光的波长设计为λB＝440nm。所述超表面微纳聚焦透镜组31和超表面补偿透镜组32的基底层和保护层材料均为SiO2，厚度为500μm，所述超表面微纳聚焦透镜层5和超表面微纳补偿透镜层8的材料为TiO2。所述TiO2纳米柱阵列的长度根据波长和相位设计需要在300nm-700nm之间变化，宽度在100nm-500nm之间变化，角度可以0-180度旋转变化。为制作方便，高度可固定在200nm。透明微显示像源3的厚度为1mm。
超表面微纳聚焦透镜组31的焦距fs设计为20mm，超表面微纳补偿透镜组32的焦距fc设计为18mm，超表面微纳聚焦透镜层5和超表面微纳补偿透镜层8之间的距离为2mm。
透明微显示像源3发出的带有图像信息的光束经超表面微纳聚集透镜组31后聚焦在人眼晶状体光心，实现视网膜成像。外部真实物体14发出的光束经超表面微纳补偿透镜组32和超表面微纳聚焦透镜组31后实现光线无透镜作用正常进入人眼。
本发明的超表面微纳聚焦透镜组31和超表面微纳补偿透镜组32可以使用电子束蒸发和电子束刻蚀技术进行制备。超表面微纳聚焦透镜组31的制作流程如下：首先在基底层上利用电子束旋涂抗蚀剂，然后利用电子束光刻制作超表面阵列图案。然后沉积TiO2在图案上，此时TiO2不光沉积在抗蚀剂上也沉积在基底表面上。接着我们在离子蚀刻处理后采用剥离技术在基底层上获得超表面聚焦透镜层。随后在其上覆盖同样的基底材料进行保护。
超表面微纳补偿透镜组32的制作流程和以上相同，仅超表面阵列图案不同。随后将超表面微纳聚焦透镜组31和透明微显示像源3和超表面微纳补偿透镜组32在显微镜下进行对准固定粘接。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (9)
1.一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器，其特征在于，包括透明微显示像源(3)、超表面微纳聚焦透镜组(31)和超表面微纳补偿透镜组(32)；所述超表面微纳聚焦透镜组(31)依次与透明微显示像源(3)和超表面微纳补偿透镜组(32)密接在一起；
所述超表面微纳聚焦透镜组(31)从左到右依次包括超表面微纳聚焦基底层(4)、超表面微纳聚焦透镜层(5)和超表面微纳聚焦保护层(6)；
所述超表面微纳补偿透镜组(32)从右到左依次包括超表面微纳补偿基底层(7)、超表面微纳补偿透镜层(8)和超表面微纳补偿保护层(9)；
所述超表面微纳聚焦透镜组(31)在靠近人眼(1)一侧；
所述超表面微纳补偿透镜组(32)在朝向真实物体(14)一侧；
所述透明微显示像源(3)在超表面微纳聚焦透镜组(31)与超表面微纳补偿透镜组(32)中间；
所述超表面微纳聚集透镜组(31)将透明微显示像源(3)的图像聚焦在人眼(1)的晶状体(2)光心，并最终成像在视网膜上；
所述超表面补偿透镜组(32)抵消超表面微纳聚焦透镜组(31)的聚焦作用，使得真实物体(14)发射的光线经超表面微纳补偿透镜组和超表面微纳聚焦透镜组后无透镜作用正常进入人眼(1)。
2.根据权利要求1所述的基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器，其特征在于，所述的超表面微纳聚集透镜组(31)，将透明微显示像源(3)带有图像信息的光束按照像素所在位置设计相位分布，将该像素发射的光束信息聚焦在人眼(1)的晶状体(2)光心，并最终到达视网膜成像；
所述的超表面微纳聚焦透镜层(5)由纳米柱阵列组成，该纳米柱阵列的周期、长度、宽度、高度及旋转角度均根据所设计的相位面分布进行调节，多个自由度同时调节传输相位和几何相位，匹配聚焦相位面。
3.根据权利要求1所述的基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器，其特征在于，所述的超表面微纳补偿透镜层(8)由纳米柱阵列组成，对该层的相位进行调节，达到抵消超表面微纳聚焦透镜层(5)的作用。
4.根据权利要求2所述的基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器，其特征在于，一个透明微显示像源(3)的像素由红绿蓝三个子像素构成，超表面微纳聚焦透镜层(5)上的单个像素的纳米柱阵列与一个透明微显示像源(3)的像素相对应，对应红绿蓝子像素的相位分布分别为：
其中(x1,y1)为红子像素区域的坐标，(x2,y2)为绿子像素区域的坐标，(x3,y3)为蓝子像素区域的坐标，
是红子像素区域的坐标处与红光波长相对应的相位突变值，
是绿子像素区域的坐标处与绿光波长相对应的相位突变值，
是蓝子像素区域的坐标处与蓝光波长相对应的相位突变值，fs为超表面微纳聚焦透镜的焦距；λR为红光的波长，λG为绿光的波长，λB为蓝光的波长。
5.根据权利要求3所述的基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器，其特征在于，所述的超表面微纳补偿透镜层(8)单个像素的纳米柱阵列与一个透明微显示像源(3)的像素相对应，它对应红绿蓝子像素的相位分布分别为：
其中
是超表面微纳补偿透镜层(8)红子像素区域的坐标处与红光波长相对应的相位突变值，
是超表面微纳补偿透镜层(8)绿子像素区域的坐标处与绿光波长相对应的相位突变值，
是超表面微纳补偿透镜层(8)蓝子像素区域的坐标处与蓝光波长相对应的相位突变值，fc为超表面微纳补偿透镜的焦距。
6.根据权利要求1所述的基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器，其特征在于，所述透明微显示像源(3)单个像素尺寸为1μm到20μm；所述的超表面微纳聚焦透镜层(5)的单个像素纳米柱阵列的尺寸为1μm到20μm；所述的超表面微纳补偿透镜层(8)的单个像素纳米柱阵列的尺寸为1μm到20μm；所述纳米柱的长度和宽度为50nm到900nm；所述纳米柱的高度在10nm到700nm。
7.根据权利要求1所述的基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器，其特征在于，所述超表面微纳聚焦基底层(4)和超表面微纳补偿基底层(7)，超表面微纳聚焦保护层(6)和超表面微纳补偿保护层(9)材料为Al2O3、TiO2、SiO2或聚甲基丙烯酸甲脂透明基底材料。
8.根据权利要求1所述的基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器，其特征在于，所述超表面微纳聚焦透镜层(5)和超表面微纳补偿透镜层(8)的材料为Si、SiO2、SiN、Si3N4、TiO2、Nb2O5、HfO2、GaN或GaP材料。
9.根据权利要求1所述的基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器，其特征在于，所述透明微显示像源(3)采用OLED、Micro-LED或Nano-LED。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210019355.XA CN114252991A (zh) | 2022-01-10 | 2022-01-10 | 一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210019355.XA CN114252991A (zh) | 2022-01-10 | 2022-01-10 | 一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114252991A true CN114252991A (zh) | 2022-03-29 |
Family
ID=80796349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210019355.XA Pending CN114252991A (zh) | 2022-01-10 | 2022-01-10 | 一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114252991A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116088086A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-05-09 | 福州京东方光电科技有限公司 | 光波导及近眼显示装置 |
| CN116661158A (zh) * | 2023-07-31 | 2023-08-29 | 歌尔光学科技有限公司 | 光机照明模组、投影显示系统以及投影设备 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103852891A (zh) * | 2012-12-03 | 2014-06-11 | 纬创资通股份有限公司 | 头戴式显示装置 |
| CN108375840A (zh) * | 2018-02-23 | 2018-08-07 | 苏州耐德佳天成光电科技有限公司 | 基于小型阵列图像源的光场显示单元及使用其的三维近眼显示装置 |
| CN110515215A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-11-29 | 深圳惠牛科技有限公司 | 一种超薄光学模组及超薄显示装置 |
| US20210080730A1 (en) * | 2017-06-01 | 2021-03-18 | NewSight Reality, Inc. | Transparent optical module using pixel patches and associated lenslets |
| CN113341567A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-09-03 | 北京理工大学 | 一种双焦面光波导近眼显示光学系统 |
| CN113504650A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-15 | 东南大学 | 一种用于隐形眼镜显示器的光学调制层结构 |
| CN113640992A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-12 | 北京京东方技术开发有限公司 | 显示系统及头戴式显示设备 |
-
2022
- 2022-01-10 CN CN202210019355.XA patent/CN114252991A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103852891A (zh) * | 2012-12-03 | 2014-06-11 | 纬创资通股份有限公司 | 头戴式显示装置 |
| US20210080730A1 (en) * | 2017-06-01 | 2021-03-18 | NewSight Reality, Inc. | Transparent optical module using pixel patches and associated lenslets |
| CN108375840A (zh) * | 2018-02-23 | 2018-08-07 | 苏州耐德佳天成光电科技有限公司 | 基于小型阵列图像源的光场显示单元及使用其的三维近眼显示装置 |
| CN110515215A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-11-29 | 深圳惠牛科技有限公司 | 一种超薄光学模组及超薄显示装置 |
| CN113341567A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-09-03 | 北京理工大学 | 一种双焦面光波导近眼显示光学系统 |
| CN113504650A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-15 | 东南大学 | 一种用于隐形眼镜显示器的光学调制层结构 |
| CN113640992A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-12 | 北京京东方技术开发有限公司 | 显示系统及头戴式显示设备 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116088086A (zh) * | 2023-03-02 | 2023-05-09 | 福州京东方光电科技有限公司 | 光波导及近眼显示装置 |
| CN116661158A (zh) * | 2023-07-31 | 2023-08-29 | 歌尔光学科技有限公司 | 光机照明模组、投影显示系统以及投影设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10585290B2 (en) | Systems and methods for augmented near-eye wearable displays | |
| WO2020173342A1 (zh) | 增强现实显示设备和增强现实眼镜 | |
| US10983350B2 (en) | Augmented/virtual reality near-eye displays with edge imaging lens comprising a plurality of display devices | |
| CN114252991A (zh) | 一种基于视网膜显示的超表面微纳近眼显示器 | |
| US8503087B1 (en) | Structured optical surface | |
| CN113589535B (zh) | 光学成像系统及头戴式显示设备 | |
| US11867903B2 (en) | Device and method for the near-eye display of computer generated images | |
| US6751026B2 (en) | Head-mounted display | |
| CN110446963A (zh) | 用于光纤扫描投影仪的方法和系统 | |
| JP5496166B2 (ja) | 表示装置 | |
| TWI778407B (zh) | 頭戴式顯示裝置 | |
| WO2023045410A1 (zh) | 补偿器及其制备方法、图像显示装置、显示设备 | |
| CN113640992B (zh) | 显示系统及头戴式显示设备 | |
| CN116830020A (zh) | 利用微型led像素阵列和超表面多透镜阵列的3d光场显示器 | |
| JP2021517653A (ja) | Ｖｒレンズ構造および表示装置 | |
| US20180275406A1 (en) | Head mounted display device | |
| JP7183611B2 (ja) | 虚像表示装置 | |
| CN109116577B (zh) | 一种全息隐形眼镜及其应用 | |
| TWI691739B (zh) | 具有多重景深顯像的近眼顯示方法 | |
| JP2020034722A (ja) | 虚像表示装置 | |
| CN207336935U (zh) | 视场拼接式头戴显示装置 | |
| JP7475751B1 (ja) | コリメート機能付きコンタクトレンズおよびｘｒグラス | |
| WO2019044501A1 (ja) | ヘッドマウントディスプレイ | |
| WO2022227025A1 (zh) | 双栅线阵列基板、显示面板 | |
| TWI832581B (zh) | 眼鏡上的頭戴式擴增實境立體視覺光學膜 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |