显示系统及头戴式显示设备.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113640992A(43)申请公布日2021.11.12(21)申请号202110955542.4(22)申请日2021.08.19(71)申请人北京京东方技术开发有限公司地址100176北京市大兴区北京经济技术开发区地泽路9号1幢407室申请人京东方科技集团股份有限公司(72)发明人周健(74)专利代理机构北京众达德权知识产权代理有限公司11570代理人李娇(51)Int.Cl.G02B27/01(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图7页(54)发明名称显示系统及头戴式显示设备(57)摘要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。CN113640992ACN113640992A权利要求书1/2页1.一种显示系统，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述多个第一纳米结构呈周期性排布，周期在150nm‑350nm之间。4.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，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。5.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，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。6.根据权利要求5所述的显示系统，其特征在于，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。7.根据权利要求5所述的显示系统，其特征在于，所述第三纳米结构包括两个不同尺寸纳米柱。8.根据权利要求7所述的显示系统，其特征在于，所述纳米柱的横截面为方形，其中一个纳米柱的横截面长度在70nm‑150nm之间，宽度在40nm‑70nm之间，另一个纳米柱的横截面长度在60nm‑140nm之间，宽度在10nm‑40nm之间。9.根据权利要求5所述的显示系统，其特征在于，所述第三纳米结构为金属粒子或介质粒子。10.根据权利要求5所述的显示系统，其特征在于，所述第三基板包括第一超表面区域和第二超表面区域，所述多个第三纳米结构设置于所述第一超表面区域，所述光学合波片还包括：周期性排布于所述第二超表面区域的多个第四纳米结构；所述显示系统还包括：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2CN113640992A权利要求书2/2页到所述第二超表面区域，所述多个第四纳米结构用于透过外界环境的可见光，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。11.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于