[发明专利]光学成像系统及头戴式显示设备

权利要求书

1.一种光学成像系统，其特征在于，包括：显示模组、设置于所述显示模组的出光面一侧的超透镜、合波片、光源模块以及探测模块；

所述显示模组用于显示目标对象，且所述显示模组中的像素单元位于所述超透镜的焦点位置；

所述超透镜用于对所述显示模组显示所述目标对象时发出的第一线偏振光进行准直并成像到人眼上；

其中，所述超透镜包括第一基板以及按照预设旋转规律排布在所述第一基板表面的多种超结构单元，所述预设旋转规律基于聚焦透镜的基础相位分布条件确定，每种所述超结构单元在可见光波段的补偿相位与入射光角频率满足线性关系，从所述超透镜的中心位置到边缘位置，不同超结构单元对应的所述线性关系的斜率依次降低；

所述合波片包括：第二基板，所述第二基板表面包括第一超表面区域和第二超表面区域，所述第一超表面区域设置有周期性排布的多个第二纳米结构，用于反射经所述超透镜准直后的第一线偏振光且透过外界环境的可见光，以使得所述第一线偏振光以及所述外界环境的可见光均成像到人眼上，所述第二超表面区域设置有周期性排布的多个第三纳米结构，每个所述第二纳米结构的横截面均为非中心对称结构，所述第二纳米结构与所述第三纳米结构的分布周期以及材料均不同；

所述光源模块用于发出近红外光照射到人眼上，并使得所述人眼反射的近红外光入射到所述第二超表面区域，所述多个第三纳米结构用于透过外界环境光，并将入射的近红外光反射到所述探测模块；所述探测模块用于对所述人眼反射的近红外光进行成像，以根据成像结果对人眼注视位置进行跟踪。

2.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述多种超结构单元包括五种不同斜率的超结构单元，每种超结构单元包括至少两个第一纳米结构。

3.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，在可见光波段范围内，所述多个第二纳米结构对所述第一线偏振光的反射率大于或等于30％且小于或等于50％，对第二线偏振光的透过率大于或等于90％，所述第二线偏振光为偏振方向与所述第一线偏振光垂直的偏振光。

4.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第二纳米结构的周期位于200nm-350nm之间。

5.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第二纳米结构为横截面为方形的柱状结构，所述第二纳米结构的长度在70nm-120nm之间，宽度在20nm-60nm之间，高度在60nm-90nm之间。

6.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第二纳米结构为金属粒子或介质粒子。

7.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第三纳米结构的周期在520nm-800nm之间。

8.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第三纳米结构为圆柱状结构，所述第三纳米结构的底面半径在160nm-200nm之间，高度在450nm-700nm之间。

9.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述第三纳米结构的材料为二氧化钛。

10.根据权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述超结构单元的材料为氮化硅、二氧化钛、氮化镓或单晶硅。

11.一种头戴式显示设备，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的光学成像系统。