[发明专利]光学成像系统及头戴式显示设备

说明书

本发明公开了一种光学成像系统及头戴式显示设备，包括显示模组以及超透镜，显示模组显示目标对象时发出的第一线偏振光经超透镜准直并成像到人眼上。其中，超透镜包括第一基板以及预设旋转规律排布在第一基板表面的多种超结构单元，每种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。相比于传统成像系统，有利于实现头戴式显示设备的轻薄化。

技术领域

本发明属于显示技术领域，尤其涉及一种光学成像系统及头戴式显示设备。

背景技术

随着虚拟现实(Virtual Reality，VR)/增强现实(Augmented Reality，AR)技术的发展，市场上的头戴式产品层出不穷。为了用户的使用体验，实现轻薄化是头戴式产品的重要发展方向。

然而，现有头戴式设备中成像系统大多采用折射型光学透镜，通过光程积累来调制光的波前，并且需要多种材料的镜头组合来实现透镜的消色差成像，极大地限制了产品尺寸的进一步缩小，即不利于实现头戴式设备的轻薄化。

发明内容

本发明实施例通过提供一种光学成像系统及头戴式显示设备，有利于改善上述问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种光学成像系统，包括：显示模组以及设置于所述显示模组的出光面一侧的超透镜，

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。

进一步地，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。

进一步地，所述光学成像系统还包括合波片，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。所述合波片包括：第二基板以及设置于所述第二基板表面的多个第二纳米结构，所述多个第二纳米结构呈周期性排布，且每个所述第二纳米结构的横截面均为非中心对称结构。

进一步地，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。

进一步地，所述第二纳米结构的周期位于200nm-350nm之间。

进一步地，所述第二纳米结构为方形柱状结构，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。

进一步地，所述第二纳米结构为金属粒子或介质粒子。

进一步地，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，所述多个第二纳米结构设置于所述第一超表面区域，所述合波片还包括：周期性排布于所述第二超表面区域的多个第三纳米结构，且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；

所述光学成像系统还包括：光源模块以及探测模块，其中：

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；