[发明专利]消色差的超表面透镜

说明书

消色差的超表面透镜包括滤色器阵列和靠近滤色器阵列而定位的超表面透镜。滤色器阵列包括用于不同颜色的光的多个滤色器元件。超表面透镜包括基于该滤色器阵列的纳米结构的多个对应子集。纳米结构的每个相应子集与对应的滤色器元件光学对准。例如，被配置为修改特定颜色的光的纳米结构的子集可以与过滤相同特定颜色的光的滤色器元件光学对准。消色差的超表面透镜可以被包含到诸如头戴式显示器的显示系统中。显示系统还可以包括窄带显示源，窄带显示源被调谐到滤色器阵列中的滤色器元件。

背景技术

传统上，聚焦光学元件通常地依赖于玻璃透镜，其基于根据斯涅尔定律的折射原理。虽然已经针对许多不同用途优化了玻璃透镜的使用，但是对于一些应用来说玻璃透镜可能太厚或太笨重。一种这样的应用是在诸如虚拟现实或增强现实头戴式耳机的头戴式显示器中的使用。因为头戴式显示器被附接到用户的头部，所以通常倾向于具有紧凑且重量轻的头戴式显示器。然而，使用传统的透镜不允许头戴式显示器的尺寸降至低于特定阈值。当使用传统光学元件时，诸如相机和投影单元等的其他光学元件也遭受类似的限制。

发明内容

本技术涉及消色差的超表面透镜，包含消色差的超表面透镜的显示系统，以及用于制造消色差的超表面透镜的方法。消色差的超表面透镜包括滤色器阵列和超表面透镜，该超表面透镜具有与滤色器阵列中的滤色器元件相对应的纳米结构的子集。例如，在一个示例中，滤色器阵列可以包括用于红色的滤色器元件、用于绿色的滤色器元件以及用于蓝色的滤色器元件。在这样的一个示例中，超表面透镜包括被配置为修改红色光的纳米结构的子集、被配置为修改绿色光的纳米结构的子集、以及被配置为修改蓝色光的纳米结构的子集。纳米结构的每个相应子集与对应的滤色器元件光学对准。例如，被配置为修改红色光的每个纳米结构的子集可以与红色滤色器元件光学对准。通过以这种方式配置消色差的超表面透镜的滤色器阵列和超表面透镜，可以避免传统上与超表面透镜相关联的色差。

消色差的超表面透镜可以被包含到诸如头戴式显示器的显示系统中。显示系统包括发射光的显示源，该光向消色差的的超表面透镜传播。超表面透镜诸如通过准直光来修改光。经准直的光然后向观察位置传播。在一些示例中，显示源可以是发射窄带光的窄带显示源，该窄带光被调谐到消色差的超表面透镜中的滤色器元件。例如，在滤色器元件被配置为分别过滤红色、绿色和蓝色的上述示例中，窄带显示源可以包括发射红色光、绿色光和蓝色光的窄带的发光体。通过使用这种窄带发光体，可以进一步减少显示系统中的色差。

消色差的超表面透镜可以通过光刻或其他合适的制造方法而被制造。例如，超表面透镜可以由针对消色差的的超表面透镜的纳米结构设计而被制造。纳米结构设计可以包括针对被配置为修改不同颜色的光的纳米结构的子集的设计。在一些示例中，滤色器阵列可以在超表面透镜的顶部上或靠近超表面透镜被制造，以创建消色差的超表面透镜。

提供本发明内容是为了以简化的形式介绍概念的选择，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步被描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的技术方案的范围。

附图说明

在所有附图中，相同的数字表示相同的元素或相同类型的元素。

图1A描绘了根据本技术的一个示例的具有显示源和消色差的超表面透镜的显示系统。

图1B描绘了根据本技术的一个示例的包含消色差的超表面透镜和窄带显示源的头戴式显示器。

图2A描绘了根据本技术的一个示例的包括多个滤色器元件的滤色器阵列。

图2B描绘了根据本技术的一个示例的样本滤色器的光谱灵敏度曲线图。

图3A描绘了根据本技术的一个示例的针对第一波长的光而设计的超表面透镜。

图3B描绘了根据本技术的一个示例的针对第二波长的光而设计的超表面透镜。

图3C描绘了根据本技术的一个示例的针对第三波长的光而设计的超表面透镜。