立体AR显示超构全息成像器件及其设计方法、可穿戴设备技术

本发明专利技术公开了一种立体AR显示超构全息成像器件及其设计方法、可穿戴设备，属于微纳光学和增强现实显示技术领域。设计方法包括：通过从待成像的三维目标虚像的光场推算全息平面处对应光场，替换其中振幅为超构全息成像器件的透射光振幅，再推算出三维目标虚像的光场，替换其振幅为目标虚像的振幅，再推算出全息平面对应光场U<subgt;h′</subgt;，如此循环至全息平面对应的光场U<subgt;h′</subgt;足够收敛，说明当前光场U<subgt;h′</subgt;中的相位分布已符合要求，能够在目标位置出形成所需虚像。通过该方法，当入射光入射至超构全息成像器件进行相位调控，在不借助额外的光学调控元件便能够在目标位置处形成三维目标虚像，实现与外界景物的共焦融合，提升了AR显示系统的紧凑性和轻便性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微纳光学和增强现实显示，更具体地，涉及一种立体ar显示超构全息成像器件及其设计方法、可穿戴设备。

技术介绍

1、增强现实(augmented reality,ar)显示是一种能够将虚拟图像叠加在现实场景中的新型显示技术，在导航、娱乐、医疗以及教育等领域有着广泛的应用前景，是“元宇宙”概念实现的硬件基础。全息技术能够重建立体图像，实现立体显示，因此可以为ar显示提供更好的沉浸式体验，在ar显示领域具有广阔的应用前景。

2、超构全息是一种基于超构表面的新型全息器件，利用亚波长结构单元对入射光进行调控，实现全息成像。相较于全息相位板等传统全息器件，超构全息器件具有多个显著优势，如结构尺寸小、成像质量高、视场角宽、信息编码容量大、调控方式灵活等，因此适合应用于对显示质量和结构尺寸要求较高的ar显示设备上，为ar显示提供高质量的立体图像。

3、ar显示系统投影的是虚像，即成像光线的反向延长线在目标距离处形成图像，虚拟图像与外界实景共焦面，满足视觉上虚实融合的条件。然而，现有的超构全息器件投影的是全息实像(三维或二维)，由调制光线本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于角谱理论的立体AR显示超构全息成像器件设计方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的立体AR显示超构全息成像器件设计方法，其特征在于，当超构全息成像器件的入射光设计为斜入射或者波导入射时，入射光入射至超构全息成像器件前的相位分布的计算公式为：

3.如权利要求1所述的立体AR显示超构全息成像器件设计方法，其特征在于，步骤S1中，将三维目标虚像拆分成n个不同成像平面处的平面目标虚像，包括：

4.如权利要求1所述的立体AR显示超构全息成像器件设计方法，其特征在于，

5.一种立体AR显示超构全息成像器件，其特征在于，利用权利要求1...

【技术特征摘要】

1.一种基于角谱理论的立体ar显示超构全息成像器件设计方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的立体ar显示超构全息成像器件设计方法，其特征在于，当超构全息成像器件的入射光设计为斜入射或者波导入射时，入射光入射至超构全息成像器件前的相位分布的计算公式为：

3.如权利要求1所述的立体ar显示超构全息成像器件设计方法，其特征在于，步骤s1中，将三维目标虚像拆分成n个不同成像平面处的平面目标虚像，包括：

4.如权利要求1所述的立体ar显示超构全息成像器件设计方法，其特征在于，

5.一种立体ar显示超构全息成像器件，其特征在于，利用权利要求1至4任一项所述的立体ar显示超构全息成像器件设计方法设计而成，包括透明衬底和位于所述透明衬底上的相位调控结构，用于对入射光施加相位调控，经调控后的透射光进入人眼，透射光的反向延长线形成三维目标虚像。

6.如权利要求5所述的立体ar显示超构全息成像器件，其特征在于，所述相位调控结构为尺寸统一并呈周期排布的各向异性纳米柱，各纳米柱的旋转角度α与相位调控量满足：符号由圆偏振入射光的电场旋转方向决定，根据纳米柱所在位置，的值由相位调控分布确定。

7.如权利要求5所述的立体ar显示超构全息成像器件，其特征在于，所述相位调控结构为旋转角固定并呈周期性排布的各向同性纳米柱，各纳米柱的设计与相位调控量满足：式中，k0为入射光的自由空间波矢，neff为与纳米柱形状、尺寸、材...

【专利技术属性】
技术研发人员：张诚，刘泽阳，高豪，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：