[发明专利]一种用于隐形眼镜显示器的光学调制层结构

说明书

一种用于隐形眼镜显示器的光学调制层结构，包括依次设置的准直器、偏振器、1/4波片和超构透镜；所述准直器仅允许与准直器表面垂直的光线通过；所述偏振器和1/4波片用于将经过准直器准直后的光线调制成圆偏光；所述超构透镜用于使光线方向偏转后直接穿过晶状体光心，最终成像在视网膜上。

技术领域

本发明涉及一种便携式可穿戴的显示器，尤其涉及一种用于隐形眼镜显示器的光学调制层结构。

背景技术

随着信息时代的到来，人们对于信息获取的需求日益增大，而视觉作为人类获取信息最重要、最直接的方式之一，对显示技术的发展提出了较高的要求。隐形眼镜作为离人眼最近的可穿戴电子平台，有潜力成为下一代显示器件，用于虚拟现实(VR)、增强现实(AR)等新型显示应用。

近些年，MicroLED发展迅猛，单像素尺寸已可达纳米级，为显示器件的微型化提供了实现途径。但对于位于眼表的显示平台，仍有因人体生理因素而存在的问题需要解决。一方面，人眼看清物体依赖晶状体的调节能力，而晶状体存在弹力极限，无法聚焦距离眼球较近的物体，因此眼表的像素点会在视网膜上形成较大的光晕，彼此之间无法区分。另一方面，人眼具有利用双目视差捕捉距离信息的能力，从而使晶状体更好地聚焦在观察物体处，但显示器提供的二维图像缺少深度信息，因此辐辏和聚焦会产生剧烈的调节冲突，极易造成视疲劳。

针对这些问题，谷歌、苹果、微软等高新科技公司利用光波导、计算全息等技术，已经基本在智能眼镜上实现了可视化。但采用光波导、计算全息等技术通常需要较长的光路对显示单元出射光进行处理，而隐形眼镜显示器在瞳孔位置的厚度小于100μm，限制了复杂光路的设计与实现。Mojo Vision虽然利用Femtoprojector多元素镜片光学系统推出了自己的样机，但单颗近一亿美元的造价和极高的工艺要求限制了该技术的推广与发展。

发明内容

本发明针对生理因素造成的问题和现有技术存在的限制，提出了一种用于隐形眼镜显示器的光学调制层结构。

本发明的一种用于隐形眼镜显示器的光学调制层结构，包括依次设置的准直器、偏振器、1/4波片和超构透镜；

所述准直器仅允许与准直器表面垂直的光线通过；

所述偏振器和1/4波片用于将经过准直器准直后的光线调制成圆偏光；

所述超构透镜用于使光线方向偏转后直接穿过晶状体光心；

本发明的一种用于隐形眼镜显示器的光学调制层结构叠加在隐形眼镜显示器上，用于对隐形眼镜显示器发出的光线进行调制，使得光线经光学调制层调制后经过晶状体的光心，最终成像在视网膜上。

进一步的，所述准直器包括多个准直器单元，每个准直器单元对应隐形眼镜显示器的一个像素点；所述准直器单元包括环形结构的第一介质材料和圆形结构的第二介质材料，第二介质材料位于第一介质材料的环形结构中；第一介质材料为光疏材料，第二介质材料为光密材料，两种材料折射率分别为n₁和n₂。

圆形结构的第二介质材料直径满足仅允许与第二介质材料厚度方向一致的光线通过。

进一步的，所述的超构透镜包括多个超构透镜单元，每个超构透镜单元对应隐形眼镜显示器的一个像素点，所述超构透镜单元为硅纳米光栅单元，超构透镜上不同位置的硅纳米光栅单元有不同的光栅偏转角度。

经过准直器、偏振器和1/4波片后的圆偏光光线经过硅纳米光栅单元的出射角θ_t表示为：

从而得出硅纳米光栅单元的相位调制

其中，λ为射入超构透镜的光波长，f为超构透镜到晶状体光心的距离，(x,y)为该硅纳米光栅单元相对于超构透镜中心的坐标位置；硅纳米光栅单元的光栅偏转角度