[发明专利]显示系统及头戴式显示设备

说明书

本发明公开了一种显示系统及头戴式显示设备，包括显示模组、聚焦超透镜以及波束控制器，其中，聚焦超透镜包括分别针对显示模组中各像素单元设置的多个超透镜结构，每个超透镜结构包括按照预设聚焦相位分布设置的多个第一纳米结构，用于对相应像素单元出射的单色光场进行准直后透射；波束控制器包括与聚焦超透镜中各超透镜结构对应设置的多个波前调控超表面，每个波前调控超表面用于控制相应超透镜结构透射光场的波前方向偏转角度，以使得显示模组显示的彩色目标对象对应的三基色光汇聚到人眼上成像。由于聚焦超透镜以及波束控制器均采用亚波长结构设计，体积小，重量轻，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，尤其涉及一种显示系统及头戴式显示设备。

背景技术

随着成像技术发展，光学透镜已经被广泛应用在电子设备如智能手机中。与电子学中的摩尔定理不同，当前的光学透镜的物理原理依然如尼姆鲁德透镜一样，利用传播相位聚集实现折射透镜的光聚焦，因此，透镜的厚度随着直径的变大而变厚。为了得到更轻薄的透镜，科学家设计了菲涅尔透镜，但是由于菲涅尔透镜的其他设置以及色散效应，会导致成像质量被大大降低。

近年来，虚拟现实(Virtual Reality，VR)/增强现实(Augmented Reality，AR)技术由于其沉浸式体验，成为人们关注的热点。然而，受限于成像目镜体积大、重以及折中的显示能力，VR/AR产品难以普及使用。因此，实现轻薄化是VR/AR产品的重要发展方向。

发明内容

本发明实施例通过提供一种显示系统及头戴式显示设备，有利于实现头戴式显示设备的轻薄化。

第一方面，本发明实施例提供了一种显示系统，包括：

显示模组，包括三基色的像素单元，用于显示彩色目标对象；

聚焦超透镜，包括第一基板以及设置在所述第一基板表面的多个超透镜结构，所述多个超透镜结构对应于所述显示模组中的各像素单元设置，每个像素单元位于相应超透镜结构的焦点处，每个超透镜结构包括按照预设聚焦相位分布设置的多个第一纳米结构，用于对相应像素单元出射的单色光场进行准直后透射；

波束控制器，包括第二基板以及设置在所述第二基板表面的多个波前调控超表面，所述多个波前调控超表面与所述聚焦超透镜中各超透镜结构对应设置，每个波前调控超表面用于控制相应超透镜结构透射光场的波前方向偏转角度，以使得所述彩色目标对象对应的三基色光汇聚到人眼上成像。

进一步地，所述波前调控超表面包括周期性排布的相位梯度结构，所述相位梯度结构包括呈一维阵列分布的多个第二纳米结构，且所述多个第二纳米结构的相位呈梯度分布。

进一步地，所述多个第一纳米结构呈周期性排布，周期在150nm-350nm之间。

进一步地，所述多个第一纳米结构均为圆柱形纳米柱，高度在400nm-800nm之间，底面直径分布在50nm-200nm之间。

进一步地，所述显示模组出射的光为第一线偏振光，所述显示系统还包括光学合波片，所述光学合波片设置在所述波束控制器的透射光传输路径上，用于反射经所述每个波前调控超表面透射的第一线偏振光，且用于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，

所述光学合波片包括第三基板以及呈周期性排布在所述第三基板表面的多个第三纳米结构，所述第三纳米结构的横截面为非中心对称结构。

进一步地，在可见光波段范围内，所述多个第三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，所述第三纳米结构包括两个不同尺寸纳米柱。