CN217639767U - 一种全息式近眼显示*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种全息式近眼显示***，其中，该全息式近眼显示***包括：光源模组、空间光调制器、第一超透镜、第二超透镜以及投影镜片；空间光调制器设置在光源模组的出光侧，用于生成成像光束；空间光调制器位于第一超透镜的物方焦面；第二超透镜设置于第一超透镜的出光侧，且第一超透镜的像方焦点与第二超透镜的物方焦点重合；第一超透镜的焦距大于第二超透镜的焦距；投影镜片设置于第二超透镜出光侧；成像光束依次穿过第一超透镜与第二超透镜，并在投影镜片的入瞳处生成实像；投影镜片用于将实像进行会聚。通过该全息式近眼显示***所采用的第一超透镜和第二超透镜，可以构成4f***，不仅扩大了视场角，还具备质量轻、整体厚度薄的优势。

Description

一种全息式近眼显示***

技术领域

本实用新型涉及近眼显示技术领域，具体而言，涉及一种全息式近眼显示***。

背景技术

目前，在传统全息式近眼显示***中，可以使用中继***(例如，包括两片传统镜片所组成的光学元件)将空间光调制器的像素大小进行缩小，从而扩大视场角。但现有的中继***中，传统镜片的厚度较大，难以达到较高的对准精度，很难大范围推广使用。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种全息式近眼显示***。

本实用新型实施例提供了一种全息式近眼显示***，包括：光源模组、空间光调制器、第一超透镜、第二超透镜以及投影镜片；所述光源模组用于发射初始光束；所述空间光调制器设置在所述光源模组的出光侧，用于对所述初始光束进行波前调制，生成成像光束；所述第一超透镜设置于所述空间光调制器的出光侧，且所述空间光调制器位于所述第一超透镜的物方焦面；所述第二超透镜设置于所述第一超透镜的出光侧，且所述第一超透镜的像方焦点与所述第二超透镜的物方焦点重合；所述第一超透镜的焦距大于所述第二超透镜的焦距；所述投影镜片设置于所述第二超透镜出光侧；所述成像光束依次穿过所述第一超透镜与所述第二超透镜，并在所述投影镜片的入瞳处生成实像；所述投影镜片用于将所述实像进行会聚。

可选地，全息式近眼显示***还包括：与所述第一超透镜和所述第二超透镜共轴设置的光阑；所述光阑位于在所述第一超透镜的像方焦面，以及所述第二超透镜的物方焦面；所述光阑用于使射出所述第一超透镜的成像光束，经所述光阑调制为主光线角小于8°，并射向所述第二超透镜，且所述光阑使射出所述第二超透镜的成像光束，在所述第二超透镜的像空间内主光线角小于8°。

可选地，全息式近眼显示***还包括：间隔层；所述间隔层设置在所述第一超透镜和所述第二超透镜之间，用于将所述第一超透镜和所述第二超透镜封装成一体结构。

可选地，全息式近眼显示***还包括：第一反射镜；所述第一反射镜设置于所述第一超透镜主光轴与所述第二超透镜主光轴的交点，且所述第一反射镜倾斜于所述第一超透镜的主光轴；所述第一反射镜用于使射出所述第一超透镜的成像光束的光路偏转，并使所述成像光束射入所述第二超透镜。

可选地，第一超透镜包括：第一基底和在所述第一基底一侧排布的第一纳米结构；所述第二超透镜包括：第二基底和在所述第二基底一侧排布的第二纳米结构；所述第一基底的一侧包括：所述第一基底的入光侧或者出光侧；所述第二基底的一侧包括：所述第二基底的入光侧或者出光侧。

可选地，光源模组包括：能够发射一种颜色光束的窄带激光器或窄带发光二极管；所述第一超透镜和所述第二超透镜包括用于消除单色像差的超透镜。

可选地，光源模组包括：N个不同中心波长的单色窄带激光器和 N-1分光镜；N大于等于3；N-1个所述单色窄带激光器产生的激光经相应的分光镜分束后，与一个未经过所述分光镜分束的所述单色窄带激光器产生的激光合并，生成所述初始光束，且N个所述单色窄带激光器产生的光束包括蓝色光束、绿色光束和红色光束；所述第一超透镜和所述第二超透镜包括离散波长色差矫正超透镜。

可选地，光源模组包括：N个不同中心波长的单色窄带激光器、一个第二反射镜和N-1个分光镜；N大于或等于3；N-1个所述单色窄带激光器产生的激光经相应的分光镜分束后，与一个经所述第二反射镜所反射的所述单色窄带激光器产生的激光合并，生成所述初始光束，且N 个所述单色窄带激光器产生的光束包括蓝色光束、绿色光束和红色光束；所述第一超透镜和所述第二超透镜包括离散波长色差矫正超透镜。

可选地，光源模组包括：两个蓝色激光器、荧光材料转盘和两个分光镜；一个所述蓝色激光器用于产生蓝色光束；另一个所述蓝色激光器用于照射所述荧光材料转盘以激发生成两个波长大于所述蓝色光束的光束；所述蓝色光束和所述两个波长大于所述蓝色光束的光束，经所述分光镜分束后生成所述初始光束；所述第一超透镜和所述第二超透镜包括离散波长色差矫正超透镜。

可选地，光源模组包括：N个单色窄带发光二极管和N-1个分光镜；N大于或等于3；N-1个所述单色窄带发光二极管产生的光束经所述分光镜分束后，与一个未经过所述分光镜分束的所述单色窄带发光二极管产生的光束合并，生成所述初始光束，且N个所述单色窄带发光二极管产生的光束包括蓝色光束、绿色光束和红色光束；所述第一超透镜和所述第二超透镜包括离散波长色差矫正超透镜。

可选地，光源模组包括：N个不同中心波长的单色窄带发光二极管、一个第二反射镜和N-1个分光镜；N大于或等于3；N-1个所述单色窄带发光二极管产生的激光经相应的分光镜分束后，与一个经所述第二反射镜所反射的所述单色窄带激光器产生的激光合并，生成所述初始光束，且N个所述单色窄带发光二极管产生的光束包括蓝色光束、绿色光束和红色光束；所述第一超透镜和所述第二超透镜包括离散波长色差矫正超透镜。

可选地，分光镜包括二向色镜。

可选地，光源模组还包括：波束放大器；所述波束放大器用于对所述初始光束进行扩束。

可选地，空间光调制器包括：透射式空间光调制器或者反射式空间光调制器。

可选地，投影镜片包括：消色差超透镜。

本实用新型实施例上述所提供的方案中，本实用新型实施例采用第一超透镜和第二超透镜，相比于使用传统透镜的全息式近眼显示***而言，该全息式近眼显示***具备了对准精度高、质量轻、整体厚度薄、***简单、价格更低以及产能高的优势，更符合市场需求。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例所提供的一种全息式近眼显示***的示意图；

图2示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***的局部放大示意图；

图3示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，光阑的位置示意图；

图4示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，间隔层的位置示意图；

图5示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，反射镜的位置示意图；

图6示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，第一纳米结构与第二纳米结构分别设置于第一基底与第二基底的出光侧的示意图；

图7示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，第一纳米结构与第二纳米结构相对设置的示意图；

图8示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，第一纳米结构与第二纳米结构分别设置于第一基底与第二基底的入光侧的示意图；

图9示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，第一纳米结构与第二纳米结构相反设置的示意图；

图10示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，能够发射一种颜色光束的光源模组的示意图；

图11示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，光源模组包括N个不同中心波长的单色窄带激光器和N-1个分光镜的示意图；

图12示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，光源模组包括N个不同中心波长的单色窄带激光器、N-1个分光镜和一个反射镜的示意图；

图13示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，光源模组包括两个蓝色激光器、荧光材料转盘和两个分光镜的示意图；

图14示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，光源模组包括N个窄带发光二极管和N-1个分光镜的示意图；

图15示出了本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，光源模组包括N个窄带发光二极管、N-1个分光镜及一个反射镜的示意图；

图16示出了本实用新型实施例所提供的一种全息式近眼显示***的整体结构示意图；

图17示出了本实用新型实施例所提供的另一种全息式近眼显示***的整体结构示意图。

图标：

1-光源模组、2-空间光调制器、3-第一超透镜、4-第二超透镜、5- 投影镜片、6-光阑、7-间隔层、8-第一反射镜、11-单色窄带激光器、12-分光镜、13-蓝色激光器、14-荧光材料转盘、16-单色窄带发光二极管、 18-波束放大器、19-第二反射镜、31-第一基底、32-第一纳米结构、41-第二基底、42-第二纳米结构。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供了一种全息式近眼显示***，参见图1所示，全息式近眼显示***包括：光源模组1、空间光调制器2、第一超透镜3、第二超透镜4以及投影镜片5；图1中以光源模组1的右侧为出光侧示出。

如图1所示，光源模组1用于发射初始光束；空间光调制器2设置在光源模组1的出光侧，用于对初始光束进行波前调制，生成成像光束；第一超透镜3设置于空间光调制器2的出光侧，且空间光调制器2位于第一超透镜3的物方焦面；第二超透镜4设置于第一超透镜 3的出光侧，且第一超透镜3的像方焦点与第二超透镜4的物方焦点重合；第一超透镜3的焦距大于第二超透镜4的焦距；投影镜片5设置于第二超透镜4出光侧；成像光束依次穿过第一超透镜3与第二超透镜4，并在投影镜片5的入瞳处生成实像；投影镜片5用于将实像进行会聚。

本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，光源模组1 能够向设置在其出光侧的空间光调制器2发射初始光束，该初始光束可以是单色光束或者复色光束(如多个单色光束混合的光束)，并且，该光源模组1可以是激光光源，或者其也可以是普通光源，本实用新型实施例对此不做限定，可根据实际需求进行相应地选择。其中，该空间调制器2是一类能将信息(如深度信息)加载于一维或两维的光学数据场上，以便有效的利用光的固有速度、并行性和互连能力的器件。在本实用新型实施例中，该空间调制器2能够对入射其中的初始光束进行波前调制(如计算并加载具有深度信息的显示图像)，射出成像光束，使得所射出的成像光束能够在该空间调制器2远离光源模组 1的一侧生成具有深度信息的显示图像，如三维立体图像。可选地，该空间调制器2可以包括透射式空间光调制器或者反射式空间光调制器。其中，透射式空间光调制器能够对入射光振幅进行逐像素点的控制，可广泛应用于各种要求高速振幅调制的领域，如光谱分析、图像处理与分析、投影与成像、可编程振幅掩膜、动态场景模拟等方面；反射式空间光调制器特点在于，其具备高的填充因子和高衍射效率，能够根据用户要求对光波实现精确的相位调制光学操控、波前校正，光镊，光束整形与控制、可编程相位掩膜，全息再现等领域。上述两种空间光调制器2均适用于本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***，具体可根据实际需求进行选择。其中，该空间光调制器2上的像素数可以大于800×600，单个像素大小可以小于30μm，以保证成像效果。

其中，在空间光调制器2的出光侧设置有第一超透镜3，且该空间光调制器2与该第一超透镜3的位置关系为：该空间光调制器2位于该第一超透镜3的物方焦面处，例如，该空间光调制器2可以在该第一超透镜3的物方焦面位置处生成成像光束，并在该第一超透镜3的物方焦面位置处得到具有深度信息的显示图像，该成像光束能够射入该第一超透镜3。

本实用新型实施例中，在第一超透镜3的出光侧设置有第二超透镜4，该第一超透镜3可以将射入其中的成像光束射向该第二超透镜 4中。其中，该第一超透镜3的像方焦点(像方的主焦点，第一超透镜3主光轴上的焦点)与该第二超透镜4的物方焦点(物方的主焦点，第二超透镜4主光轴上的焦点)重合，例如，该第一超透镜3与该第二超透镜4在各自主光轴上具有公共焦点。其中，该第一超透镜3的焦距f₁大于第二超透镜4的焦距f₂，如第一超透镜3至公共焦点的距离大于第二超透镜4至公共焦点的距离。当成像光束依次射入并通过第一超透镜3和第二超透镜4，该成像光束可以在第二超透镜4的出光侧生成实像，该实像是空间光调制器2所生成的具有深度信息的显示图像所对应的实像；其中，生成该实像的位置为该第二超透镜4的像方焦面。

本实用新型实施例中的第一超透镜3和第二超透镜4构成了4f***(一种线性光学信息处理***，参见图2所示)，可以令从该4f***的物方焦面位置处(如该第一超透镜3物方焦面位置处)所射入其中的成像光束，在该4f***的像方焦面位置处(如该第二超透镜4的像方焦面位置处)形成实像；并且，由于该第一超透镜3的焦距大于第二超透镜4的焦距，因此，该4f***可以将空间光调制器2所生成的具有深度信息的显示图像的像素进行缩小，且缩小为原像素大小的 f₂/f₁倍，其中，f₁表示第一超透镜3的焦距，f₂表示第二超透镜4的焦距。

如图1所示，本实用新型实施例中，投影镜片5设置在第二超透镜4的出光侧，且该第二超透镜4所生成的实像处于该投影镜片5的入瞳位置，即该第二超透镜4的像方焦面与该投影镜片5的入瞳位置重合。其中，该投影镜片5是能够实现聚焦功能的镜片，例如，该投影镜片5能够将第二超透镜4所生成的实像会聚至瞳孔。其中，参见图1所示，该投影镜片5可以是传统透镜；可选地，该投影镜片5包括消色差超透镜，例如，该投影镜片5可以是由两种不同材质的超透镜组合而成的超透镜组，且该投影镜片5能够把不同颜色的光聚焦到同一点，修正色像差。本实用新型实施例采用可消色差的超透镜作为投影镜片5，不仅使该全息式近眼显示***能够消除色差，还可使其结构更加纤薄，减轻整体重量。

在本实用新型实施例中，基于视场角公式

以及

可以确定，在θ、λ不变的情况下，通过减小p可以达到增大视场角FOV的目的；其中，λ表示初始光束的波长；p表示周期，如空间光调制器2所生成显示图像的像素；θ表示初始光束射入该空间光调制器2时的入射角度；M表示投影镜片5与瞳孔之间的d_eye与实像和投影镜片5之间的距离d_slm之间的比值。因此，本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***，可以利用第一超透镜3和第二超透镜4组合得到4f***，且该4f***可以使空间光调制器2所生成的显示图像(由成像光束构成)的像素p缩小，即生成像素减小后的该显示图像的实像，从而使视场角FOV得到扩大；并且，本实用新型实施例采用第一超透镜3和第二超透镜4，相比于使用传统透镜的全息式近眼显示***而言，该全息式近眼显示***还具备了对准精度高、质量轻、整体厚度薄、***简单、价格更低以及产能高的优势，更符合市场需求。

可选地，参见图3所示，该全息式近眼显示***还包括：与第一超透镜3和第二超透镜4共轴设置的光阑6；光阑6位于在第一超透镜3的像方焦面，以及第二超透镜4的物方焦面；图2中以第一超透镜3的右侧为其出光侧示出。

如图3所示，光阑6用于使射出第一超透镜3的成像光束，经光阑6调制为主光线角小于8°，并射向第二超透镜4，且该光阑6用于使射出第二超透镜4的成像光束，在第二超透镜4的像空间内主光线角小于8°。

由于在实际应用中，因第一超透镜3和第二超透镜4存在像差或畸变等误差，导致经第一超透镜3射出的成像光束的主光线(平行于该第一超透镜3主光轴的光线)，以及经第二超透镜4所射出的成像光束的主光线(平行于该第二超透镜4主光轴的光线)并不能与主光轴完美平行，通常会产生一定的偏离角度，使最终生成的实像也存在照度不均匀的问题。其中，该偏离角度是主光线偏离于主光轴的角度，即主光线角，例如，在本实用新型实施例中，第一超透镜3的主光线角可以是其像空间内的主光线角，即该第一超透镜3的像方焦点所处空间内的主光线角(从该第一超透镜3中射出的成像光束中的主光线偏离于主光轴的角度)；相应地，该第二超透镜4的主光线角也可以是其像空间内的主光线角，即该第二超透镜4的像方焦点所处空间内的主光线角(射出其中的成像光束中的主光线偏离于主光轴的角度)。超透镜所对应的主光线角越小，证明其所射出的主光线的平行度越好，越能矫正像差，最终所生成的实像也就越精确。

因此，为了矫正两超透镜的像差，本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***，在第一超透镜3与第二超透镜4之间设置光阑6，并且，该光阑6、第一超透镜3与第二超透镜4三者为共轴设置，即第一超透镜3的主光轴、该第二超透镜4的主光轴以及光阑6的主光轴是相互重合的。其中，该光阑6具体设置于第一超透镜3的像方焦面与第二超透镜4的物方焦面共同所处的平面，例如，该光阑6与该第一超透镜3之间的距离等于该第一超透镜3的焦距，该光阑6与该第二超透镜4之间的距离等于该第二超透镜4的焦距。

本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***，使得该第一超透镜3与第二超透镜4构成双侧远心超透镜，利用该光阑6对第一超透镜3所射出的成像光束的光量进行控制，并通过该光阑6分别配合第一超透镜3和第二超透镜4对成像光束相位的调制，令该第一超透镜3所射出的成像光束能够从光阑6中以其主光线角小于8°的角度射出，并且令该第二超透镜4所射出的成像光束也能以其主光线角小于8°的角度射出，即该光阑6可使该第一超透镜3和第二超透镜4 的主光线角变小，使第一超透镜3和第二超透镜4分别射出的成像光束的主光线更加平行于主光轴，进而消除该第一超透镜3和第二超透镜4具有的像差及畸变，使所成实像照度均匀，提高实像的精度。其中，像差矫正包括单色的轴外像差(如球差、彗差、像散、场曲和部分畸变)矫正，和/或多个离散波长的色差矫正。

可选地，参见图4所示，该全息式近眼显示***还包括：间隔层 7；间隔层7设置在第一超透镜3和第二超透镜4之间，用于将第一超透镜3和第二超透镜4封装成一体结构。

其中，可以采用间隔层7将第一超透镜3和第二超透镜4进行封装，例如，晶圆级封装。该间隔层7可以如图4所示，垂直设置于共轴的第一超透镜3与第二超透镜4之间，使二者构成一整体结构。本实用新型实施例中，被间隔层7所封装为一体结构的第一超透镜3和第二超透镜4之中，可以包括空气或者其他介质填充物，本实用新型实施例对此不做限定。本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***，因第一超透镜3与第二超透镜4被间隔层7所固定封装，使得其对准精度更高。

可选地，参见图5所示，该全息式近眼显示***还包括：第一反射镜8；第一反射镜8设置于第一超透镜3主光轴与第二超透镜4主光轴的交点，且第一反射镜8倾斜于第一超透镜3的主光轴；图5中以第一超透镜 3的右侧为其出光侧示出。该第一反射镜8用于使射出第一超透镜3的成像光束的光路偏转，并使成像光束射入第二超透镜4。

如图5所示，该第二超透镜4与第一超透镜3的主光轴不平行，例如，该第二超透镜4的主光轴与第一超透镜3的主光轴相互垂直，且该第二超透镜4的主光轴与第一超透镜3的主光轴之间的交点，是该第二超透镜4物方焦点与第一超透镜3像方焦点的重合位置，本实用新型实施例可以在该重合位置设置第一反射镜8，利用该第一反射镜8改变经该第一超透镜3所射出的成像光束的光路，使该成像光束转向，并能够射向与该第一超透镜3垂直设置的第二超透镜4中。其中，该第一超透镜3与第二超透镜4的主光轴沿该第一反射镜8的法线对称，使得平行于第一超透镜3主光轴被第一反射镜8反射后，形成平行于第二超透镜4的主光轴的光线。

本实用新型实施例可以利用第一反射镜8，改变射出第一超透镜3的成像光束的光路，使得第一超透镜3与第二超透镜4可以不共轴设置，例如，能够满足第一超透镜3与第二超透镜4相互垂直设置的结构，而这种结构可以更好的适用于实际应用中，例如，可以将该全息式近眼显示***的一部分(如光源模组1、空间光调制器2以及第一超透镜3)设置于眼镜镜腿上，并将其另一部分(如第二超透镜4、投影镜片5)设置于眼镜镜片位置处，节省设置空间，使该全息式近眼显示***更加紧凑。

可选地，参见图6至图9所示，第一超透镜3包括：第一基底31 和在第一基底31一侧排布的第一纳米结构32；第二超透镜4包括：第二基底41和在第二基底41一侧排布的第二纳米结构42；第一基底 31的一侧包括：第一基底31的入光侧或者出光侧；第二基底41的一侧包括：第二基底41的入光侧或者出光侧。

其中，第一超透镜3所具有的第一基底31与第二超透镜4所具有的第二基底41均可以选用石英玻璃、冕牌玻璃、火石玻璃等透明材料。在该第一基底31的任意一侧和第二基底41的任意一侧(如第一基底31的入光侧或出光侧、第二基底41的入光侧或出光侧)相应地设置有第一纳米结构32和第二纳米结构42，该第一纳米结构32和第二纳米结构42均可以是高度统一的纳米结构，且该第一纳米结构32 和第二纳米结构42均可以为全介质结构单元，在工作波段具有高透过率，这些纳米结构可选的材料包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓、非晶硅、晶体硅和氢化非晶硅等。

本实用新型实施例可以根据实际需求选择第一纳米结构32和第二纳米结构42的具体设置位置。如图6所示，该第一超透镜3所包括的第一纳米结构32设置在其第一基底31的出光侧(图6中该第一基底31的右侧)，该第二超透镜4所包括的第二纳米结构42设置在其第二基底41的出光侧(图6中该第二基底41的右侧)，使得该第一纳米结构32与第二纳米结构42的设置方向一致；或者，如图7所示，该第一超透镜3所包括的第一纳米结构32设置在其第一基底31 的出光侧(图7中该第一基底31的右侧)，该第二超透镜4所包括的第二纳米结构42设置在其第二基底41的入光侧(图7中该第二基底 41的左侧)，使得该第一纳米结构32与第二纳米结构42为相对设置；或者，如图8所示，该第一超透镜3所包括的第一纳米结构32设置在其第一基底31的入光侧(图8中该第一基底31的左侧)，该第二超透镜4所包括的第二纳米结构42设置在其第二基底41的入光侧 (图8中该第二基底41的左侧)，使得该第一纳米结构32与第二纳米结构42的设置方向一致；再或者，如图9所示，该第一超透镜3所包括的第一纳米结构32设置在其第一基底31的入光侧(图9中该第一基底31的左侧)，该第二超透镜4所包括的第二纳米结构42设置在其第二基底41的出光侧(图9中该第二基底41的右侧)，使得该第一纳米结构32与第二纳米结构42为相反设置，例如，二者相互背对设置。

可选地，参见图10所示，光源模组1包括：能够发射一种颜色光束的窄带激光器或窄带发光二极管；第一超透镜3和第二超透镜4包括用于消除单色像差的超透镜。

在本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，该光源模组1可以包括能够发射一种颜色光束的窄带激光器，或者能够发射一种颜色光束的窄带发光二极管，使得该全息式近眼显示***为单色全息式近眼显示***。如图10所示，该窄带激光器是单色性好的连续激光光源，其所发射的激光光束(如初始光束)对应的带宽较小，例如，一般为中心波长的5％以下；同样地，该窄带发光二极管也是单色性好的连续普通光源，其所发射的普通光束(如初始光束)对应的带宽较小，例如，一般为中心波长的5％以下。本实用新型实施例中，窄带激光器或者窄带发光二极管能够发射任意一种颜色的光束，例如蓝色光束、绿色光束或者红色光束，本实用新型实施例对此不做限定。此外，由于该全息式近眼显示***为单色全息式近眼显示***，该第一超透镜3和第二超透镜4相应为单色超透镜，例如，该第一超透镜3和第二超透镜4是能够消除某一种颜色的光束(如光源模组1所发射的初始光束)所产生的像差的超透镜。

可选地，参见图11所示，光源模组1包括：N个不同中心波长的单色窄带激光器11和N-1个分光镜12；N大于或等于3；N-1个个单色窄带激光器11产生的激光经相应的分光镜12分束后，与一个未经过分光镜12分束的单色窄带激光器11产生的激光重叠，生成初始光束，且N个单色窄带激光器11产生的光束包括蓝色光束、绿色光束和红色光束；第一超透镜3和第二超透镜4包括离散波长色差矫正超透镜。

在本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，该光源模组1包括：N个不同中心波长的单色窄带激光器11，即光源模组1中存在N个可以发射单色窄带激光光束的激光器，且每个单色窄带激光器11所能发射的激光光束的颜色不同(如波长不同)，使得该全息式近眼显示***为复色全息式近眼显示***。在该光源模组1中还包括能够与N-1个单色窄带激光器11一一对应的分光镜12(N-1个)，每个分光镜12能够将相应的单色窄带激光器11(N-1个)所产生的光束进行分束，并与一个未被任何分光镜12分束的单色窄带激光器11所直接发出的单色激光合并，最终得到初始光束；如图11所示，该单色窄带激光器11所发射的光束可以直接射向该光源模组1的出光侧，与经分光镜12分别分束后的光束形成初始光束。例如，参见图11所示，N等于3，该光源模组1包括三个单色窄带激光器11，这三个单色窄带激光器11分别用于发射蓝色激光光束、绿色激光光束和红色激光光束；可选地，该分光镜12包括二向色镜，即相对于其中两个单色窄带激光器11所设置的两个分光镜12可以是能够满足将需要反射的相应波长的光进行反射、将需要透射的相应波长的光进行透射的二向色镜。其中，蓝色激光光束的中心波长为450nm，带宽为2nm，带宽与中心波长的比值为0.44％；绿色激光光束的中心波长为525nm，带宽为2nm，带宽与中心波长的比值为0.38％；红色激光光束的中心波长为635nm，带宽为1nm，带宽与中心波长的比值为0.16％。

此外，由于该全息式近眼显示***为复色全息式近眼显示***，该第一超透镜3和第二超透镜4相应为离散波长色差矫正超透镜，例如，该第一超透镜3和第二超透镜4是能够消除相应可见光波段的光束(如光源模组1所发射的初始光束)所产生的色差的超透镜。

本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***，其光源模组1 可以包括多个能够发射离散波长光束的单色窄带激光器11，使得最终得到的初始光束为多个离散波长光束构成的复色光束，而对应设置的第一超透镜3与第二超透镜4能够消除该初始光束所产生的色差，使得该全息式近眼显示***能够具有较好的成像结果。

可选地，光源模组1包括：N个不同中心波长的单色窄带激光器 11、一个反射镜19和N-1个分光镜12；N大于或等于3；N-1个单色窄带激光器11产生的激光经相应的分光镜12分束后，与一个经第二反射镜19所反射的单色窄带激光器11产生的激光合并生成初始光束，且 N个单色窄带激光器11产生的光束包括蓝色光束、绿色光束和红色光束；第一超透镜3和第二超透镜4包括离散波长色差矫正超透镜。

本实用新型实施例中，在光源模组1所包括的N个单色窄带激光器11中，N-1个单色窄带激光器11分别与N-1个分光镜12一一对应，一个余下的单色窄带激光器11可以与第二反射镜19相互对应。如图 12所示，当N等于3时，即该光源模组1包括3个单色窄带激光器11，其中，一个单色窄带激光器11所发出的光束可以射向与之相对应的第二反射镜19，另两个单色窄带激光器11所发出的光束可以分别射向各自对应的分光镜12，该分光镜12可以是符合需求的二向色镜；经该分光镜12所分束后的光束能够与经第二反射镜19所反射的光束合并成为初始光束。

此外，由于该全息式近眼显示***为复色全息式近眼显示***，该第一超透镜3和第二超透镜4相应为离散波长色差矫正超透镜，例如，该第一超透镜3和第二超透镜4是能够消除相应可见光波段的光束(如光源模组1所发射的初始光束)所产生的色差的超透镜。

可选地，参见图13所示，该光源模组1包括：两个蓝色激光器 13、荧光材料转盘14和两个分光镜12；一个蓝色激光器13用于产生蓝色光束；另一个蓝色激光器13用于照射荧光材料转盘14以激发生成两个波长大于蓝色光束的光束；蓝色光束和两个波长大于蓝色光束的光束，经分光镜12分束后生成初始光束；第一超透镜3和第二超透镜4包括离散波长色差矫正超透镜。

在本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，该光源模组1所包括的两个蓝色激光器13，是能够发射蓝色激光光束的激光器。在其中一个蓝色激光器13的出光侧依次设置两个分光镜12，在另一个蓝色激光器13的出光侧设置荧光材料转盘14。如图13所示，该分光镜12可以是符合需求的二向色镜；其中，靠近相应蓝色激光器 13的分光镜12，可以将波长为蓝色光波长的激光光束进行透射，并将波长大于蓝色光波长的激光光束(如绿色激光光束)进行反射；而远离该蓝色激光器13的分光镜12，可以将波长为蓝色光波长的激光光束以及波长为绿色光波长的激光光束进行透射，并将波长大于绿色光波长的激光光束(如红色激光光束)进行反射。

在本实用新型实施例中，对应设置两个分光镜12的蓝色激光器 13用于产生蓝色激光光束，该蓝色激光光束分别经两个分光镜12分束后，以窄带光的形式从最后一个分光镜12射出。另一个蓝色激光器 13将所发射的蓝色激光光束照射向荧光材料转盘14，以激发其他颜色(例如红色和绿色)的激光。其他颜色的激光分别经分光镜12分束后射出，最终从设置在该光源模组1最后位置处(如靠近该光源模组1出光侧)的分光镜12中射出初始光束(如具有三种颜色的激光光束的混合光束)。

此外，由于本实用新型实施例所提供的该全息式近眼显示***为复色全息式近眼显示***，该第一超透镜3和第二超透镜4相应为离散波长色差矫正超透镜，例如，该第一超透镜3和第二超透镜4是能够消除相应可见光波段的光束(如光源模组1所发射的初始光束)所产生的色差的超透镜。

本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***，其光源模组1 因具有荧光材料转盘14，使得该光源模组1可以减少单色光源(如蓝色激光器13)的个数，节约成本，使整体结构更加轻薄紧凑。

可选地，参见图14所示，该光源模组1包括：N个单色窄带发光二极管16和N-1个分光镜12；N大于或等于3；N-1个单色窄带发光二极管16产生的光束经分光镜12分束后，与一个未经过分光镜12分束的单色窄带发光二极管16产生的光束合并，生成初始光束，且N个单色窄带发光二极管16产生的光束包括蓝色光束、绿色光束和红色光束；第一超透镜3和第二超透镜4包括离散波长色差矫正超透镜。

在本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，该光源模组1可以包括：N个单色窄带发光二极管16，即光源模组1中存在N 个可以发射单色窄带普通光束的光源，且N个单色窄带发光二极管16 所能发射的普通光束的颜色不同(如所发射的普通光束的波长不同)，使得该全息式近眼显示***为复色全息式近眼显示***。在该光源模组1中还包括能够与N-1个单色窄带发光二极管16一一对应的分光镜12(N-1个)，每个分光镜12能够将相应的单色窄带发光二极管16 (N-1个)所产生的光束进行分束，并与一个未被任何分光镜12分束的单色窄带发光二极管16所直接发出的单色光束合并，最终得到初始光束；如图14所示，该单色窄带发光二极管16所发射的光束可以直接射向该光源模组1的出光侧，与经分光镜12分别分束后的光束形成初始光束。例如，参见图14所示，N等于3；该光源模组1包括三个单色窄带发光二极管16，这三个单色窄带发光二极管16分别用于发射蓝色光束、绿色光束和红色光束；相对于其中两个单色窄带发光二极管16所设置的两个分光镜12可以是符合需求的二向色镜。此外，由于该全息式近眼显示***为复色全息式近眼显示***，该第一超透镜3和第二超透镜4相应为离散波长色差矫正超透镜，例如，该第一超透镜3和第二超透镜4是能够消除相应可见光波段的光束(如光源模组1所发射的初始光束)所产生的色差的超透镜。

本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***，其光源模组1 可以包括多个能够发射离散波长光束的单色窄带发光二极管16，使得最终得到的初始光束为多个离散波长光束构成的复色光束，而对应设置的第一超透镜3与第二超透镜4能够消除该初始光束所产生的色差，使得该全息式近眼显示***能够具有较好的成像结果。

可选地，参见图15所示，光源模组1包括：N个不同中心波长的单色窄带发光二极管16、一个第二反射镜19和N-1个分光镜12；N大于或等于3；N-1个单色窄带发光二极管16产生的激光经相应的分光镜 12分束后，与一个经第二反射镜19所反射的单色窄带激光器11产生的激光合并生成初始光束，且N个单色窄带发光二极管16产生的光束包括蓝色光束、绿色光束和红色光束；第一超透镜3和第二超透镜4包括离散波长色差矫正超透镜。

本实用新型实施例中，在光源模组1所包括的N个单色窄带发光二极管16中，N-1个单色窄带发光二极管16分别与N-1个分光镜12 一一对应，一个余下的单色窄带发光二极管16可以与第二反射镜19相互对应。如图15所示，当N等于3时，即该光源模组1包括3个单色窄带发光二极管16，其中，一个单色窄带发光二极管16所发出的光束可以射向与之相对应的第二反射镜19，另两个单色窄带发光二极管16 所发出的光束可以分别射向各自对应的分光镜12，该分光镜12可以是符合需求的二向色镜；经该分光镜12所分束后的光束能够与经第二反射镜19所反射的光束合并成为初始光束。

此外，由于该全息式近眼显示***为复色全息式近眼显示***，该第一超透镜3和第二超透镜4相应为离散波长色差矫正超透镜，例如，该第一超透镜3和第二超透镜4是能够消除相应可见光波段的光束(如光源模组1所发射的初始光束)所产生的色差的超透镜。

可选地，参见图10至图15所示，该光源模组1还包括：波束放大器18；波束放大器18用于对所述初始光束进行扩束。

本实用新型实施例所提供的全息式近眼显示***中，无论是单色还是复色，其光源模组1中均可以包括波束放大器18，设置在该光源模组1的最后位置(如光源模组1最靠近其出光侧的位置)，用于将初始光束进行扩束，得到更适用于该全息式近眼显示***的初始光束，有利于生成更清晰的三维立体图像。

实施例1

本申请实施例提供了一种如图16所示的全息式近眼显示***，具体参数如表1所示，根据表1中的参数，分别代入视场角公式

且

计算可知，此***的全视场角为107°，符合全视场角大于90°的沉浸式近眼投影需求。其中，中心波长与带宽比中心波长的比值为480nm(2％)表示：初始光束的波长范围为 470.4nm-489.6nm。

表1

实施例2

本申请实施例提供了一种如图17所示的全息式近眼显示***，具体参数如表2所示，根据表2中的参数，分别代入视场角公式

且

计算可知，此***的全视场角为107°，符合全视场角大于90°的沉浸式近眼投影需求。其中，中心波长与带宽比中心波长的比值为480nm(2％)表示：初始光束的波长范围为 470.4nm-489.6nm。

表2

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种全息式近眼显示***，其特征在于，包括：光源模组(1)、空间光调制器(2)、第一超透镜(3)、第二超透镜(4)以及投影镜片(5)；所述光源模组(1)用于发射初始光束；所述空间光调制器(2)设置在所述光源模组(1)的出光侧，用于对所述初始光束进行波前调制，生成成像光束；

所述第一超透镜(3)设置于所述空间光调制器(2)的出光侧，且所述空间光调制器(2)位于所述第一超透镜(3)的物方焦面；

所述第二超透镜(4)设置于所述第一超透镜(3)的出光侧，且所述第一超透镜(3)的像方焦点与所述第二超透镜(4)的物方焦点重合；所述第一超透镜(3)的焦距大于所述第二超透镜(4)的焦距；

所述投影镜片(5)设置于所述第二超透镜(4)出光侧；所述成像光束依次穿过所述第一超透镜(3)与所述第二超透镜(4)，并在所述投影镜片(5)的入瞳处生成实像；所述投影镜片(5)用于将所述实像进行会聚。

2.根据权利要求1所述的全息式近眼显示***，其特征在于，还包括：与所述第一超透镜(3)和所述第二超透镜(4)共轴设置的光阑(6)；所述光阑(6)位于在所述第一超透镜(3)的像方焦面，以及所述第二超透镜(4)的物方焦面；

所述光阑(6)用于使射出所述第一超透镜(3)的成像光束，经所述光阑(6)调制为主光线角小于8°，并射向所述第二超透镜(4)，且所述光阑(6)用于使射出所述第二超透镜(4)的成像光束，在所述第二超透镜(4)的像空间内主光线角小于8°。

3.根据权利要求1所述的全息式近眼显示***，其特征在于，还包括：间隔层(7)；所述间隔层(7)设置在所述第一超透镜(3)和所述第二超透镜(4)之间，用于将所述第一超透镜(3)和所述第二超透镜(4)封装成一体结构。

4.根据权利要求1所述的全息式近眼显示***，其特征在于，还包括：第一反射镜(8)；所述第一反射镜(8)设置于所述第一超透镜(3)主光轴与所述第二超透镜(4)主光轴的交点，且所述第一反射镜(8)倾斜于所述第一超透镜(3)的主光轴；

所述第一反射镜(8)用于使射出所述第一超透镜(3)的成像光束的光路偏转，并使所述成像光束射入所述第二超透镜(4)。

5.根据权利要求1-4任一所述的全息式近眼显示***，其特征在于，所述第一超透镜(3)包括：第一基底(31)和在所述第一基底(31)一侧排布的第一纳米结构(32)；所述第二超透镜(4)包括：第二基底(41)和在所述第二基底(41)一侧排布的第二纳米结构(42)；

所述第一基底(31)的一侧包括：所述第一基底(31)的入光侧或者出光侧；所述第二基底(41)的一侧包括：所述第二基底(41)的入光侧或者出光侧。

6.根据权利要求1所述的全息式近眼显示***，其特征在于，所述光源模组(1)包括：能够发射一种颜色光束的窄带激光器或窄带发光二极管；所述第一超透镜(3)和所述第二超透镜(4)包括用于消除单色像差的超透镜。

7.根据权利要求1所述的全息式近眼显示***，其特征在于，所述光源模组(1)包括：N个不同中心波长的单色窄带激光器(11)和N-1个分光镜(12)；N大于或等于3；

N-1个所述单色窄带激光器(11)产生的激光经相应的分光镜(12)分束后，与一个未经过所述分光镜(12)分束的所述单色窄带激光器(11)产生的激光合并，生成所述初始光束，且N个所述单色窄带激光器(11)产生的光束包括蓝色光束、绿色光束和红色光束；

所述第一超透镜(3)和所述第二超透镜(4)包括离散波长色差矫正超透镜。

8.根据权利要求1所述的全息式近眼显示***，其特征在于，所述光源模组(1)包括：N个不同中心波长的单色窄带激光器(11)、一个第二反射镜(19)和N-1个分光镜(12)；N大于或等于3；

N-1个所述单色窄带激光器(11)产生的激光经相应的分光镜(12)分束后，与一个经所述第二反射镜(19)所反射的所述单色窄带激光器(11)产生的激光合并生成所述初始光束，且N个所述单色窄带激光器(11)产生的光束包括蓝色光束、绿色光束和红色光束；

所述第一超透镜(3)和所述第二超透镜(4)包括离散波长色差矫正超透镜。

9.根据权利要求1所述的全息式近眼显示***，其特征在于，所述光源模组(1)包括：两个蓝色激光器(13)、荧光材料转盘(14)和两个分光镜(12)；

一个所述蓝色激光器(13)用于产生蓝色光束；另一个所述蓝色激光器(13)用于照射所述荧光材料转盘(14)以激发生成两个波长大于所述蓝色光束的光束；

所述蓝色光束和所述两个波长大于所述蓝色光束的光束，经所述分光镜(12)分束后生成所述初始光束；

所述第一超透镜(3)和所述第二超透镜(4)包括离散波长色差矫正超透镜。

10.根据权利要求1所述的全息式近眼显示***，其特征在于，所述光源模组(1)包括：N个单色窄带发光二极管(16)和N-1个分光镜(12)；N大于或等于3；

N-1个所述单色窄带发光二极管(16)产生的光束经所述分光镜(12)分束后，与一个未经过所述分光镜(12)分束的所述单色窄带发光二极管(16)产生的光束合并，生成所述初始光束，且N个所述单色窄带发光二极管(16)产生的光束包括蓝色光束、绿色光束和红色光束；

所述第一超透镜(3)和所述第二超透镜(4)包括离散波长色差矫正超透镜。

11.根据权利要求1所述的全息式近眼显示***，其特征在于，所述光源模组(1)包括：N个不同中心波长的单色窄带发光二极管(16)、一个第二反射镜(19)和N-1个分光镜(12)；N大于或等于3；

N-1个所述单色窄带发光二极管(16)产生的激光经相应的分光镜(12)分束后，与一个经所述第二反射镜(19)所反射的所述单色窄带发光二极管(16)产生的激光合并生成所述初始光束，且N个所述单色窄带发光二极管(16)产生的光束包括蓝色光束、绿色光束和红色光束；

所述第一超透镜(3)和所述第二超透镜(4)包括离散波长色差矫正超透镜。

12.根据权利要求7-11任一所述的全息式近眼显示***，其特征在于，所述分光镜(12)包括二向色镜。

13.根据权利要求6-11任一所述的全息式近眼显示***，其特征在于，所述光源模组(1)还包括：波束放大器(18)；所述波束放大器(18)用于对所述初始光束进行扩束。

14.根据权利要求1所述的全息式近眼显示***，其特征在于，所述空间光调制器(2)包括：透射式空间光调制器或者反射式空间光调制器。

15.根据权利要求1所述的全息式近眼显示***，其特征在于，所述投影镜片(5)包括：消色差超透镜。

Images