用于光高效显示面板的消色差射束偏转器的制作方法

本申请总体上涉及近眼显示系统。更具体地，但非限制性地，本文公开的技术涉及用于将来自近眼显示系统中的光源阵列的光更高效地和消色差地耦合到用户眼睛的超结构(meta-structure)。

背景技术：

1、人工现实系统(例如，头戴式显示器(head-mounted display，hmd)或平视显示器(heads-up display，hud)系统)通常包括呈头戴式设备(headset)或一副眼镜形式的近眼显示系统，该近眼显示系统被配置成经由用户眼睛前方例如约10mm至20mm内的电子显示器或光学显示器向用户呈现内容。近眼显示系统可以显示虚拟对象或将真实对象的图像与虚拟对象的图像进行组合，如在虚拟现实(virtual reality，vr)应用、增强现实(augmentedreality，ar)应用或混合现实(mixed reality，mr)应用中那样。例如，在ar系统中，用户可以例如通过透视透明的显示眼镜或透镜(通常称为光学透视)或者观看由摄像头采集的周围环境的显示图像(通常称为视频透视)来观看虚拟对象的图像(例如，计算机生成的图像(computer-generated image，cgi))和周围环境的图像这两者。显示系统通常包括一个或多个光源，该一个或多个光源被驱动以输出各种亮度级别的光。

技术实现思路

1、根据第一方面，提供了一种设备，该设备包括：光源阵列，该光源阵列被配置成发射光束；以及超表面(metasurface)，该超表面包括多个纳米结构并且被配置成接收并偏转由该光源阵列发射的光束，其中，该超表面包括多个区域；并且该多个区域中的不同区域中的纳米结构被配置成将光束的中心光线(例如，具有峰值强度)偏转到不同方向而射向目标。该光源阵列可以被配置成发射两种或更多种颜色的光束，并且该多个区域中的每个区域中的纳米结构可以被配置成将两种或更多种不同颜色的光束的中心光线偏转到同一方向或相似方向(例如，差异小于约5％、2％或1％)而射向该目标。

2、该超表面可以包括一个或多个层。该一个或多个层中的每一层可以包括该多个纳米结构中的一组纳米结构。在一些示例中，每一层中的一组纳米结构的特性可以在于相同的高度和不同的横截面积。每一层中的一组纳米结构可以具有不同的高度。该超表面还可以被配置成准直、聚焦或发散由该光源阵列发射的光束。该多个纳米结构可以包括半导体材料、介电材料、有机材料或它们的组合，并且该超表面还可以包括低折射率材料，该低折射率材料的特性在于折射率低于该多个纳米结构的折射率。

3、该多个纳米结构的特性可以在于一致的高度或不同的高度。该多个纳米结构中的每个纳米结构的特性可以在于多边形的横截面形状、圆形的横截面形状、椭圆形的横截面形状、环形的横截面形状、带孔多边形的横截面形状或不规则形状的横截面形状。该多个纳米结构中的每个纳米结构的特性可以在于横截面尺寸与由该光源阵列发射的光束的波长相当(comparable to)或横截面尺寸小于由该光源阵列发射的光束的波长。该多个区域中的不同区域中的纳米结构的特性可以在于不同的横截面形状、不同的大小、不同的间距、不同的取向或它们的组合。该多个区域中的每个区域可以具有以下的相位分布：透镜、透镜阵列、离轴透镜、棱镜、光栅、自由形状(freeform)光学部件或它们的组合。

4、该多个区域中的每个区域中的纳米结构可以被配置成将不同颜色的入射光以相似的衍射角衍射成不同的相应衍射级。该多个区域中的不同区域中的纳米结构的特性可以在于不同的群延时。在一些实施例中，该光源阵列可以包括发光二极管(light emittingdiode，led)、微型led、有机led(organic led，oled)、量子点led(quantum dot led，qdled)、量子点电致发光(quantum dot electro luminescent，qdel)器件和钙钛矿led(perovskite led，peled)或包括多个滤色器的液晶显示面板。该光源阵列的特性可以在于最小间距小于约100μm、小于约20μm、小于约10μm或小于约5μm。例如，该光源阵列可以具有在该光源阵列的中心可以较小、而在该光源阵列的外围可以较大的可变间距。

5、根据第二方面，提供了一种近眼显示器，该近眼显示器包括：第一方面的设备；以及显示光学器件，该显示光学器件被配置成收集由该光源阵列发射的光束并且将光束朝向该近眼显示器的适眼区投射；其中，该显示光学器件是该目标；并且该超表面位于该光源阵列与该显示光学器件之间，并且被配置成将该光源阵列发射的光束朝向该显示光学器件偏转。换言之，第二方面提供了一种近眼显示器，该近眼显示器包括：光源阵列，该光源阵列被配置成发射光束；显示光学器件，该显示光学器件被配置成收集该光源阵列发射的光束并且将光束朝向该近眼显示器的适眼区投射；以及超表面，该超表面位于该光源阵列与该显示光学器件之间；其中，该超表面包括多个纳米结构，并且可以被配置成接收该光源阵列发射的光束并且将光束朝向该显示光学器件偏转；并且该超表面包括多个区域，并且该多个区域中的不同区域中的纳米结构可以被配置成将光束的中心光线偏转到不同方向而射向该显示光学器件。该光源阵列可以包括例如led、微型led、oled、qdled、qdel器件、peled或包括多个滤色器的液晶显示面板。

6、在近眼显示器的一些实施例中，该光源阵列可以被配置成发射两种或更多种颜色的光束，并且该多个区域中的每个区域中的纳米结构可以被配置成将两种或更多种颜色的光束的中心光线偏转到大致同一方向(例如，差异小于约5％、2％或1％)而射向该显示光学器件。在一些示例中，该超表面可以包括一个或多个层。该一个或多个层中的每一层可以包括该多个纳米结构中的一组纳米结构。每一层中的一组纳米结构的特性可以在于相同的高度和不同的横截面积，或者特性可以在于不同的高度。在一些示例中，该超表面还可以被配置成准直、聚焦或发散由该光源阵列发射的光束。在一些实施例中，该多个区域中的每个区域中的纳米结构可以被配置成将不同颜色的入射光以近似相同的衍射角(例如，差异小于约10％、5％、2％或1％)衍射成不同的相应衍射级。在一些示例中，该多个区域中的不同区域中的纳米结构的特性可以在于不同的群延时。

7、本技术实现要素：既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。应当参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或全部附图以及每个权利要求来理解本主题。在下文中，在以下说明书、权利要求和附图中，将更详细地描述前述内容连同其它特征和示例。

技术特征：

1.一种设备，所述设备包括：

2.根据权利要求1所述的设备，其中，

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，

4.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述超表面还被配置成准直、聚焦或发散由所述光源阵列发射的所述光束。

5.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，

6.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述多个纳米结构的特性在于一致的高度。

7.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述多个纳米结构中的每个纳米结构的特性在于横截面尺寸与由所述光源阵列发射的所述光束的波长相当或横截面尺寸小于由所述光源阵列发射的所述光束的波长。

8.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述多个纳米结构中的每个纳米结构的特性在于多边形的横截面形状、圆形的横截面形状、椭圆形的横截面形状、环形的横截面形状、带孔多边形的横截面形状或不规则形状的横截面形状。

9.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述多个区域中的不同区域中的纳米结构的特性在于不同的横截面形状、不同的大小、不同的间距、不同的取向或它们的组合。

10.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述多个区域中的每个区域的特性在于以下项的相位分布：透镜、透镜阵列、离轴透镜、棱镜、光栅、自由形状光学部件或它们的组合。

11.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述多个区域中的每个区域中的纳米结构被配置成将不同颜色的入射光以相同的衍射角或相似的衍射角衍射成不同的相应衍射级。

12.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述多个区域中的不同区域中的纳米结构的特性在于不同的群延时。

13.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述光源阵列包括发光二极管(led)、微型led、有机led(oled)、量子点led(qdled)、量子点电致发光(qdel)器件、钙钛矿led(peled)或包括多个滤色器的液晶显示面板。

14.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述光源阵列的特性在于小于100μm的最小间距。

15.一种近眼显示器，所述近眼显示器包括：

技术总结一种设备包括：光源阵列，该光源阵列被配置成发射光束；以及超表面，该超表面包括多个纳米结构并且被配置成接收并偏转由该光源阵列发射的光束。该超表面包括多个区域。该多个区域中的不同区域中的纳米结构被配置成将光束的中心光线(具有峰值强度)偏转到不同方向而射向目标，该目标例如为近眼显示器的显示光学器件。在一些实施例中，该多个区域中的每个区域中的纳米结构被配置成将两种或更多种不同颜色的光束的中心光线偏转到同一方向或相似方向而射向该目标。技术研发人员：彭枫琳,刘钊呈,施竹君,锡志民受保护的技术使用者：元平台技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27