CN218585023U - 基于超透镜的ar隐形眼镜 - Google Patents

Abstract

本公开涉及隐形眼镜技术领域，具体公开了一种基于超透镜的AR隐形眼镜。包括：隐形眼镜本体；彩色显示装置，彩色显示装置嵌入隐形眼镜本体中；超透镜，超透镜在彩色显示装置的光路上，设置在彩色显示装置的下游，其中超透镜包括基底和设置于基底上的超透镜结构单元，超透镜结构单元分别包括纳米结构，并且通过设置纳米结构的几何参数和/或布置方式，超透镜能够进行消色差。本公开技术方案实现了AR隐形眼镜虚拟像的彩色显示，进一步地，能够以偏振复用的方式避免或减轻视觉辐辏调节冲突产生的症状。

Description

基于超透镜的AR隐形眼镜

技术领域

本公开涉及隐形眼镜技术领域，具体公开了一种基于超透镜的AR隐形眼镜。

背景技术

随着电子技术的微型化，已经实现了集成有AR显示功能的隐形眼镜，在此，AR隐形眼镜可以虚拟图像投影直接投射到视网膜上，人眼适当调节后就可以在视网膜上看到真实世界和虚拟图像的叠加。

例如在US20210255483A1中已经公开一种具有AR显示功能的隐形眼镜***。

然而，如在，现有的AR隐形眼镜仅能以单一颜色显示，并且通常重量较重且体积较大，佩戴者眼睛的舒适度较差，不利于长时间使用。

此外，现有的AR隐形眼镜在使用过程中会产生视觉辐辏调节冲突(vergence-accommodation conflict)的问题，即在AR隐形眼镜中眼睛晶状体聚焦距离(Vergencedistance)与眼球会聚距离(Accommodation distance)不同，用户会出现眩晕、头痛和呕吐等症状，进一步影响使用舒适度。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种基于超透镜的AR隐形眼镜。

本实用新型第一方面提供一种基于超透镜的AR隐形眼镜的技术方案，包括：

隐形眼镜本体；

彩色显示装置，所述彩色显示装置嵌入所述隐形眼镜本体中；

超透镜，所述超透镜在所述彩色显示装置的光路上，设置在所述彩色显示装置的下游；

其中，所述超透镜包括基底和设置于所述基底上的超透镜结构单元，所述超透镜结构单元分别包括纳米结构，并且通过设置所述纳米结构的几何参数和/或布置方式，所述超透镜能够进行消色差。

可选地，所述纳米结构为偏振无关结构，所述超透镜结构单元能够沿所述基底中心位置至边缘位置的方向形成多个环状区域，或者所述超透镜结构单元能够沿径向方向形成多个扇形区域，或者所述超透镜结构单元能够阵列状排列。

可选地，所述纳米结构为纳米柱结构，所述纳米柱结构包括负纳米圆柱、负纳米圆柱、中空纳米柱结构、方纳米柱结构和拓扑纳米柱结构中的一种。

可选地，所述纳米柱结构的光相位与所述纳米结构的高度、深宽比、横截面的形状以及所述纳米结构的材质相关。

可选地，所述超透镜表面的多个圆环区域之间对入射光的中心波长和两个边缘波长在所述超透镜的焦平面上干涉增强。

可选地，所述超透镜结构单元能够为正六边形或正方形。

可选地，所述隐形眼镜还包括偏振调制单元，所述偏振调制单元用于将来自彩色显示装置的光调制成不同的偏振态，并且所述偏振调制单元设置在所述彩色显示装置和所述超透镜之间，其中借助于所述超透镜还能够对经所述偏振调制单元调制过的光实现各向异性的光学响应，从而将来自所述彩色显示装置的光成像在不同的像面上。

可选地，所述超透镜的相位分布满足：

其中，

为超透镜的对于右旋偏振光的相位分布，

为超透镜的对于左旋偏振光的相位分布，x为所述纳米结构在第一轴方向至所述基底中心的距离，y为纳米结构在第二轴方向至所述基底中心的距离，f_RCP为超透镜的对于右旋偏振光的对应焦距，f_LCP为超透镜的对于左旋偏振光对应的焦距。

可选地，所述超透镜装置的相位分布满足：

其中，

为通过几何相位确定的相位分布；

为通过传输相位确定的相位分布；x和y为所述超透镜对应点位置到中心点的距离，f为所述超透镜的焦距，λ_max为波长范围的最大值。

可选地，所述纳米结构包括偏振相关结构。

可选地，所述偏振相关结构包括纳米鳍和/或椭圆柱。

可选地，所述纳米结构为环形排列或扇形排列或***式排列。

可选地，所述偏振调制单元是基于圆偏振***的偏振旋转器连同四分之一波片或是基于线性偏振***的偏振旋转器。

可选地，所述彩色显示装置包括发光二极管显示器、有机发光二极管显示器、数字微镜器件、基于微机电***的激光束扫描显示器、MicroLED阵列。

可选地，所述隐形眼镜本体能够具备矫正视力的功能和/或美容效果的功能。

本实用新型提供的AR隐形眼镜至少能够实现如下有益效果：

通过将超透镜集成到AR隐形眼镜中，可以对色差进行校正，由此实现了AR隐形眼镜虚拟像的彩色显示，此外，借助该超透镜同时可以以偏振复用的方式避免或减轻视觉辐辏调节冲突产生的症状，此外，由于超透镜具有轻且薄的特性，进一步提高了用户在使用根据本申请的基于超透镜的AR隐形眼镜时的舒适度。

为了能更进一步了解本实用新型的特征以及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为基于超透镜的AR隐形眼镜示意图；

图2为本实用新型基于超透镜AR隐形眼镜的示意图；

图3为左旋偏振光和右旋偏振光可选的聚焦示意图

图4为几何相位示意图；

图5为广义几何相位示意图；

图6为传输相位示意图；

图7为复合相位一种可选纳米结构的示意图；

图8为复合相位一种可选纳米结构的侧视示意图；

图9为复合相位一种可选纳米结构的正视示意图；

图10为复合相位一种可选纳米结构的俯视示意图；

图11为复合相位一种可选纳米结构的俯视示意图；

图12为基于超透镜的、具有美容效果的AR隐形眼镜的示意图；

图13为本实用新型的超透镜的纳米结构的一种可选的透视示意图；

图14为本实用新型的超透镜的纳米结构的又一种可选的透视示意图；

图15为本实用新型提供超透镜的纳米结构的第一种可选的布置方式；

图16为本实用新型提供超透镜的纳米结构的第二种可选的布置方式；

图17为本实用新型提供超透镜的纳米结构的第三种可选的布置方式；

附图标记：

1、隐形眼镜本体；2、超透镜；203、第二像面；204、第一像面；3、彩色显示装置；301、左旋偏振光和右旋偏振光的混合光束；302、左旋偏振光会聚焦点；303、右旋偏振光会聚焦点；4、偏振调制单元；401、隐形眼镜中心区域；402、色彩/图案区域；5、介质柱。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

以上，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，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权利要求的保护范围为准。

本公开提供了一种基于超透镜的AR隐形眼镜，参见图1所示，该AR隐形眼镜包括：

隐形眼镜本体1，其中，隐形眼镜本体1能够贴合眼球，其可以具有不同的功能，例如矫正视力的功能，或者具有美容效果的功能，或者两者兼具；

彩色显示装置3，其中，彩色显示装置3嵌入隐形眼镜本体1中，例如可以处于隐形眼镜本体1的中央位置，在此，彩色显示装置可以包括但不限于：发光二极管显示器、有机发光二极管、数字微镜器件、基于微机电***的激光束扫描显示器、MicroLED阵列等；在此需要说明的是，该彩色显示装置的尺寸应优选地设计成，使得其对用户观察环境仅产生微小的影响或者优选不产生任何影响。

超透镜2，其中超透镜在彩色显示装置3的光路上，设置在彩色显示装置3和眼球之间，用于对所述彩色显示装置的光进行调制。使彩色显示装置3发出的带有图像信息的光线能够于人眼视网膜成像，以使使用者能够辨识出叠加于现实景物的图像信息。

在此，超透镜2用于对由彩色显示装置发射的虚拟图像消色差，并且包括基底和设置于基底上的超透镜结构单元，超透镜结构单元分别包括纳米结构，并且通过设置纳米结构的几何参数和/或布置方式，其中纳米结构的几何参数例如包括纳米结构的高度、长度、宽度、直径、形状等等，布置方式则可以包括纳米结构的旋向、纳米结构在基底上的排布方式。

具体而言，超透镜结构单元呈阵列状排列，每个超透镜结构单元的中心位置，或者每个超透镜结构单元的中心位置和顶点位置分别设有纳米结构；多个超透镜结构单元的基底一面形成超透镜2的表面，在一个设计方案中，为了进行色差校正，超透镜的表面沿半径方向分成多个同心圆环区域，入射宽谱光在每个圆环区域能够形成无色差聚焦；具有该纳米结构的超透镜对入射光的偏振无关。可选地，超透镜的表面还可以沿径向方向形成多个扇形区域，或者还可以阵列状排列。

优选地，在该设计方案中，纳米结构为纳米柱结构，所述纳米柱结构包括负正纳米圆柱、负纳米圆柱、中空纳米柱结构、方纳米柱结构和拓扑纳米柱结构中的一种；优选为负方纳米柱结构、负中空方纳米柱结构或中空方纳米柱结构。

纳米柱结构可以通过以下加工方式中的一种加工在基底上：大口径高速激光直写加工方式、光刻加工方式以及纳米压印加工方式，但不限于上述加工方式。

优选地，超透镜2表面的多个圆环区域之间对入射光的中心波长和两个边缘波长在超透镜的焦平面上干涉增强。

其中，超透镜2不同位置的纳米结构不同波长下的光相位不同，以限定超透镜2在不同波长下的光相位分布。其表面沿半径方向分成多个同心圆环区域，入射宽谱光在每个圆环形成无色差聚焦，各个圆环之间对入射光的中心波长和两个边缘波长在超透镜的焦平面上干涉增强。

优选地，纳米柱结构的光相位与纳米柱结构的高度、深宽比、横截面的形状、纳米柱的以及纳米柱结构的材质相关；

其中，纳米柱结构的最大深宽比，即纳米柱结构的高度与超透镜中纳米柱结构最小直径的比值。

例如，相邻纳米柱结构中心之间的间距为404.15nm；纳米柱横截面直径、边长和/或相邻的两个纳米柱结构间的最小间距等大于或等于80nm，并小于或等于330nm；纳米柱结构的最大深宽比，即纳米柱结构的高度与超透镜中纳米柱结构最小直径的比值，小于或等于20。

纳米柱在940nm波长处的光相位与纳米柱直径之间的关系；在940nm波长处内，纳米柱结构透过率与纳米柱直径之间的关系。可以理解的，纳米柱结构的几何排列和尺寸可以为其它满足探测需求和加工条件的选择。

在此，在本实施方案中的用于消色差的超透镜中，超透镜表面的圆环按照超透镜沿半径方向的群时延周期性排列，其中需要说明的是：群时延即超透镜在某频率处的相位对于频率的变化率；在此，群时延周期为纳米结构库中的最大群时延减去最小群时延；优选地，入射宽谱光离散成N个特征波长，超透镜表面沿半径方向r₀处的纳米结构在N个特征波长处的相位与理论相位的绝对值之和最小，按照如下公式优化可得：

其中，

为超透镜表面沿半径方向r₀处纳米结构在特征波长λ_i的相位，i＝1,2,…,N；

为超透镜表面沿半径方向r₀处的特征波长λ_i的理论相位。

根据以上相位关系，本领域技术人员可以确定超透镜的纳米结构的几何参数和布置方式，从而实现对来自彩色显示装置的光进行消色差。

在根据本申请的AR隐形眼镜工作时，由彩色显示装置发射的虚拟像的不同颜色的光通过超透镜色差校正之后，连同来自环境的环境光一起都会聚到视网膜上，而没有形成弥散斑，从而精确地、彩色地将虚拟像成像在视网膜上。

此外，需要说明的是：在本申请中所采用的彩色显示装置和超透镜的面积均小于隐形眼镜表面积的百分之二，几乎不影响环境光入射人眼，也不影响隐形眼镜本身的功能。

在本公开另外一个实施例中，在基于超透镜的AR隐形眼镜中，除了消色差的功能之外，还可以同时解决调焦冲突问题，即减轻或解决VAC(视觉辐辏调节冲突,VergenceAccommodation Conflict)问题的功能。具体而言，在AR眼镜的使用中，虽然能通过AR眼镜看到赋予现实世界的虚拟图像，而实际上人眼与镜片的距离是不变的，这就导致不能同日常一样随辐辏功能(即双眼球通过向内或向外转动，调整物象位置，将两个物像综合为一个物象)在相同距离对焦，使得辐辏与调焦(即眼睛根据物体远近自动调节焦距，从而使物体影响清晰落在视网膜上)位置发生分离，即辐辏调节冲突。

而在该实施例中，通过采用偏振复用来解决VAC问题。在偏振复用的解决方案中，可以通过使用偏振调制单元产生两束不同偏振态的光，然后通过超透镜将这两束光聚焦到不同的位置，可以实现同时多个平面显示，从而使得辐辏与调焦相匹配，进而减轻VAC产生的晕眩。

具体地，参见图2，在根据本申请的AR隐形眼镜的另一实施例中，除了在根据上述实施例的AR隐形眼镜中说明的组件之外，该AR隐形眼镜还包括偏振调制单元4，偏振调制单元4用于来自彩色显示装置的光调制成包括有不同的偏振态的光线，在此，偏振调制单元4设置在彩色显示装置3和超透镜2之间，其中借助于超透镜2，使光线中不同偏振态的部分成像于不同的位置，也就是说，将来自彩色显示装置的虚拟光成像于两个不同距离的像面，使得辐辏与调焦相匹配，进而减轻VAC产生的晕眩。

优选地，上述超透镜2能够对经偏振调制单元4调制过的光实现各向异性的光学响应的同时进行消色差。

如下实施例提供了能够实现上述将两束光聚焦到不同的位置的超透镜的具体实施方式。

如图3所示，本实施例中的超透镜为一种轴向多焦点超透镜，旨在将不同偏振态的光汇聚到不同的焦点上，从而对于加载到不同偏振态的光的图像有着不同的焦距，进而存在多个且可调的像面。图中301为入射的混合有左旋偏振光(LCP)和右旋偏振光(RCP)的光束，示例性的，对应前述实施例则为被偏振调制单元4调制后的虚拟光。但本申请不限于圆偏振光，多焦点超透镜也可以对混合有不同线性偏振态的入射光进行调制。

在图3中，302和303指出的即为多焦点超透镜调制后不同偏振态光线的会聚焦点。示例性的，302为LCP(左旋偏振光)的会聚焦点，303为RCP(右旋偏振光)的会聚焦点。但本申请不限于此，根据超表面的配置，右旋偏振光(RCP)也可以会聚于距离超表面较近处，相对的左旋偏振光(LCP)会聚于较远处。

示例性的，可以以几何相位的形式构成多焦点超透镜，对于圆偏振***的多焦点超透镜，其相位分布可以满足如下：

其中，x为纳米结构在与基底水平方向垂直的第一轴方向至基底中心的距离，y为纳米结构在基底水平方向垂直的第二轴方向至基底中心的距离，f_RCP为超透镜的右旋圆偏振光图像对应的焦距，f_LCP为超透镜的左旋圆偏振光图像对应的焦距。

根据以上相位关系，本领域技术人1员可以确定多焦点超透镜的纳米结构的几何参数和布置方式。

进一步地，对于在同一片超透镜上满足上述两种相位关系，可以将符合上述两种相位关系的纳米结构相互***式排列，也可以以分别设置于不同的环形的形式排列。

示例性地，可以以传播相位的形式构成多焦点超透镜，对于圆偏振***的多焦点超透镜，其相位分布可以满足如下：

其中n为整数，目的为满足0到2π的相位分布。

根据本申请的实施方式，多焦点超透镜的相位公式可以与具体工作波长λ无关，通过设计多焦点超透镜的几何相位来获得对应的相位分布，如图4，以实现对不同偏振光有不同的焦距。

对于彩色显示装置3，尤其微型彩色显示装置和超透镜2在隐形眼镜本体1中的设置位置，以及相对于隐形眼镜本体1的尺寸比例，旨在尽可能地减小对人眼效能的影响，所述人眼效能具体包括视场角、颜色感知能力、立体视觉能力和实时反应等。

示例性的，彩色显示装置3和超透镜2设置在隐形眼镜本体1中心区域；优选地，彩色显示装置3和超透镜2所占用的面积均小于隐形眼镜本体1面积的百分之二，不影响自然光的入射，同样也不会影响隐形眼镜本体1的屈光矫正度数。

超透镜2的功能和具体的结构设计如上文所述，在此不再赘述。

根据本申请的实施方式，偏振调制单元4可以将虚拟光进行偏振态的调制，形成特定的偏振态光，偏振调制单元4接收的虚拟光可以是基于线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光中的一种。应理解，线偏振光是指光矢量端点的轨迹为直线的光；椭圆偏振光是指光矢量端点的轨迹为一椭圆的光；圆偏振光是指光矢量端点的轨迹为一圆的光。

具体地，如图2所示，彩色显示装置3显示的像面包括第一像面204和第二像面203，左旋偏振光在此例如成像于第一像面204，而右旋偏振光成像于第二像面203。

对于左旋偏振光和/或右旋偏振光的波前独立调控，做出如下具体说明：其中，通过琼斯矩阵解释上述实施例中几何相位的原理，异性结构对应u-v坐标系，超透镜对应x-y坐标系，两坐标系的夹角为θ；此时，各向异性超构表面的琼斯矩阵可表示为：

其中，t_u和t_v分别表示各向异性结构沿其快轴和慢轴方向的复振幅，R(θ)为旋转矩阵，可表示为：

将(2)式带入(1)式，化简后可得：

当圆偏振光[1,-iσ]T入射时(其中σ＝±1表示圆偏振光旋向)，出射光场可表示为：

其中E_xo和E_yo分别为出射光的x和y偏振分量。由(4)式可知，出射光场中既包含同偏振分量，又产生了携带附加几何相位-2σθ的正交偏振分量。

此外，对于经典几何相位理论，产生几何相位的必要条件是纳米结构具有各向异性，指纳米结构的全部或部分性质随着方向的改变而有所变化，在不同的方向上呈现出差异的性质。波片中传播速度慢的光矢量(Light vector)方向为慢轴，波片中传播速度快的光矢量方向为快轴，其快慢轴具有不同的复振幅响应(t_u和t_v不同)。

优选地，如图5，通过晶格效应可以使各向异性结构产生高阶几何相位，且它的角度不再局限于2倍旋转角，轴向多焦点的相位分布为广义几何相位。

在本实施例中，超透镜的相位公式可以与具体工作波长λ相关，通过传输相位和/或复合相位超表面的设计方法去设计相位分布以实现消色差，如图6，复合相位即传输相位和几何相位同时利用，复合相位超透镜在自旋、材料方面不同的相关性，有效解决了该种超透镜功能单一和可调性差的问题。

具体地，传输相位是指光束在传播过程中产生的相位延迟，可表达为β＝(2π/λ0)nd，其中n和d分别是透镜的折射率和传播距离。因此，传输相位通常与偏振或自旋态无关，但与入射光波长和材料折射率有关。由于超表面的结构厚度相同，需要通过改变等效折射率，调节传输相位。

在复合相位的超透镜中是指在同一超透镜结构单元引入传输相位和几何相位，同时改变亚波长结构的尺寸和旋向。为了便于理解，例如，各向异性结构振幅为1且沿其快慢轴方向引入的相位延迟为β±δ/2，相应的复振幅可表示为tu＝exp(iβ-iδ/2)和tv＝exp(iβ+iδ/2)。

根据(4)式可知，当圆偏振光[1,-iσ]T入射时对应的出射光场为：

其中，从(5)式可知，正交偏振分量中同时携带了传输相位β和几何相位-2σθ，从而得到复合相位β-2σθ。为了同时独立调控传输相位和几何相位，常用的结构形式如图7-图11所示，即高折射率介质柱5。利用该类型结构的截断波导效应，能够将光场束缚在介质柱5内，抑制单元结构之间的耦合，进而使得传输相位和几何相位之间的相互影响产生的误差可忽略不计。

在针对多焦点超透镜其结构单元进行传输相位与几何相位的协同调控中，优选地，相位公式还可以为：

其中，

为通过几何相位超透镜的设计方法获得的对应相位分布；

为通过传输相位超透镜的设计方法获得的相位；x和y为超透镜对应点位置到中心点的距离，f为超透镜的焦距，λ_max为波长范围的最大值。

可选地，还可以基于超表面隐形眼镜超结构色的原理来实现加入结构色的具有美容效果的隐形眼镜，如图12，其中，中心区域可以为彩色显示装置3和/或超透镜2，除去隐形眼镜中心区域401的区域均可加入超表面的结构色。

可选地，超结构色在超透镜的表面上的结构色为微米级别的像素点，图案包括彩色及单色图案，在本方式中可以通过人工画师定制的办法来实现隐形眼镜的色彩/图案区域402的绘制。

优选地，在超透镜中所使用纳米结构的一个透视图。如图13和图14，可选地，超透镜上各纳米结构之间可填充空气或在工作波段透明或半透明的其他材料。根据本申请的实施方式，所填充的材料的折射率与纳米结构的折射率之间的差值的绝对值应大于或等于0.5。如图13所示，纳米结构可以是偏振相关结构，此类结构对入射光施加一个几何相位。例如，椭圆柱形、中空椭圆柱形、椭圆孔形、中空椭圆孔形、长方柱形、长方孔形、中空长方柱形和中空长方孔等结构。如图14所示，纳米结构可以是偏振不敏感结构，此类结构对入射光施加一个传播相位。例如，圆柱形、中空圆柱形、圆孔形、中空圆孔形、正方柱形、正方孔形、中空正方柱形和中空正方孔等结构。

优选地，如图15所示，根据本申请的实施方式，超结构单元可以布置成扇形。如图16所示，根据本申请的实施方式，超结构单元可以布置成正六边形的阵列。此外，如图17所示，根据本申请的实施方式，超结构单元可以布置成正方形的阵列。本领域技术人员应认识到，纳米结构层中包括的超结构单元还可以包括其他形式的阵列布置，所有这些变型方案均含盖于本申请的范围内。

可选地超结构单元的周期大于或等于0.3λ_c，并且小于或等于2λ_c；其中，λ_c为工作波段的中心波长；当工作波段为多波段时，λ_c为最短波长工作波段的中心波长。可选地，超透镜上不同位置的超结构单元的周期至少部分相同。

根据本申请的实施方式，纳米结构是全介质结构单元。纳米结构的材质为在该多焦点超透镜中工作波段高透过率的材料。可选地，纳米结构的材质对工作波段的辐射的消光系数小于0.01。示例性地，纳米结构的材质包括熔融石英、石英玻璃、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石、晶体硅、非晶硅、氢化非晶硅等材料中的一种或多种。

在一种可选的实施方式中，基底的材质与纳米结构的材质相同。在又一种可选的实施方式中，基底的材质与纳米结构的材质不同。基底的材质为本申请实施例提供的投影***工作波段高透过率的材料。可选地，基底对工作波段的辐射的消光系数小于0.01。示例性地，基底材料可以是熔融石英、石英玻璃、冕牌玻璃、火石玻璃、蓝宝石、晶体硅、非晶硅、氢化非晶硅等材料中的一种或多种。

综上所述，在本申请实施例中提供的基于超透镜的AR隐形眼镜，通过彩色显示并校正色差，使虚拟图像在视网膜上聚焦时具有不同的焦面，并且，还减轻视觉辐辏调节冲突产生的症状，使用超透镜的AR隐形眼镜整体轻薄，视界清晰。

以上所述，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例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申请实施例披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，包括：

隐形眼镜本体；

彩色显示装置，所述彩色显示装置嵌入所述隐形眼镜本体中；

超透镜，所述超透镜在所述彩色显示装置的光路上，设置在所述彩色显示装置的下游；

其中，所述超透镜包括基底和设置于所述基底上的超透镜结构单元，所述超透镜结构单元分别包括纳米结构，并且通过设置所述纳米结构的几何参数和/或布置方式，所述超透镜能够进行消色差。

2.根据权利要求1所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述纳米结构为偏振无关结构，所述超透镜结构单元能够沿所述基底中心位置至边缘位置的方向形成多个环状区域，或者所述超透镜结构单元能够沿径向方向形成多个扇形区域，或者所述超透镜结构单元能够阵列状排列。

3.根据权利要求1所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述纳米结构为纳米柱结构，所述纳米柱结构包括负纳米圆柱、负纳米圆柱、中空纳米柱结构、方纳米柱结构和拓扑纳米柱结构中的一种。

4.根据权利要求3所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述纳米柱结构的光相位与所述纳米结构的高度、深宽比、横截面的形状以及所述纳米结构的材质相关。

5.根据权利要求2或4所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述超透镜表面的多个圆环区域之间对入射光的中心波长和两个边缘波长在所述超透镜的焦平面上干涉增强。

6.根据权利要求5所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述超透镜结构单元为正六边形或正方形。

7.根据权利要求1所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述隐形眼镜还包括偏振调制单元，所述偏振调制单元用于将来自彩色显示装置的光调制成不同的偏振态，并且所述偏振调制单元设置在所述彩色显示装置和所述超透镜之间，其中借助于所述超透镜还能够对经所述偏振调制单元调制过的光实现各向异性的光学响应，从而将来自所述彩色显示装置的光成像在不同的像面上。

8.根据权利要求7所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述超透镜的相位分布满足：

其中，

为所述超透镜的对于右旋偏振光的相位分布，

为所述超透镜的对于左旋偏振光的相位分布，x为所述纳米结构在第一轴方向至所述基底中心的距离，y为纳米结构在第二轴方向至所述基底中心的距离，f_RCP为所述超透镜的对于所述右旋偏振光的对应焦距，f_LCP为所述超透镜的对于所述左旋偏振光对应的焦距。

9.根据权利要求7所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述超透镜装置的相位分布满足：

其中，

为通过几何相位确定的相位分布；

为通过传输相位确定的相位分布；x和y为所述超透镜对应点位置到中心点的距离，f为所述超透镜的焦距，λ_max为波长范围的最大值。

10.根据权利要求7所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述纳米结构包括偏振相关结构。

11.根据权利要求10所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述偏振相关结构包括纳米鳍和/或椭圆柱。

12.根据权利要求8所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述纳米结构为环形排列或***式排列。

13.根据权利要求7所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述偏振调制单元是基于圆偏振***的偏振旋转器连同四分之一波片或是基于线性偏振***的偏振旋转器。

14.根据权利要求1所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述彩色显示装置包括发光二极管显示器、有机发光二极管显示器、数字微镜器件、基于微机电***的激光束扫描显示器、MicroLED阵列。

15.根据权利要求1所述的基于超透镜的AR隐形眼镜，其特征在于，所述隐形眼镜本体能够具备矫正视力的功能和/或美容效果的功能。

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