本發(fā)明涉及顯示設備技術領域，更具體地說，涉及一種應用納米透鏡波導鏡片的單片全息衍射波導三維顯示裝置。

背景技術：

隨著虛擬現實和增強現實技術的發(fā)展，近眼式顯示設備得到快速發(fā)展，例如谷歌的Google Glass和微軟的Hololens。增強現實的近眼式顯示是一種將光場成像在現實空間的技術，并且可以同時兼顧虛擬和現實的操作。利用傳統(tǒng)光學波導元件耦合圖像光進入人眼的方式已經被采用，包括使用棱鏡、反射鏡、半透半反光波導、全息及衍射光柵。波導顯示系統(tǒng)是利用全反射原理實現光波傳輸，結合衍射元件，實現光線的定向傳導，進而將圖像光導向人眼，使用戶可以看到投影的圖像。

美國專利US008014050B2公開了一種用于三維顯示或光開關的光學全息相位板。所描述相位板包含一個體衍射光柵結構和一種光敏材料。通過電極陣列可控制單個像素單元的衍射效率和位相延遲，從而實現光場相位的快速調控。然而這種利用電極陣列實現相位調控的方法遇到了單個像素難以微小化的制約，其顯示效果難以滿足當前消費者對顯示精細度和舒適度的要求。CN201620173623.3提出一種近眼顯示系統(tǒng)及頭戴顯示設備，光源向導光系統(tǒng)輸入照明光束，導光系統(tǒng)將光束進行傳輸擴展照射到圖像顯示系統(tǒng)所顯示的全息圖，以透射方式激活全息圖。微軟在專利WO2014/210349 A1中提出采用濾色進行顯示效率優(yōu)化，通過減少至少一種顏色的色彩帶寬并將變窄的色彩帶寬與可視光譜中鄰近的顏色的帶寬耦合到同一層衍射波導。

然而，還未見國內外有一個簡單易行的佩戴式三維顯示方案，可兼顧三維顯示器件的視場范圍和器件實現難易度。本發(fā)明旨在基于空間復用和全息光學原理，將微投影系統(tǒng)與納米透鏡波導相結合，實現寬視角三維顯示方案和裝置。

技術實現要素：

在三維空間增添定位虛擬物體是AR系統(tǒng)的主要目的，然而，目前的三維顯示系統(tǒng)具有視場角小的缺點，并且，已有解決方案均難以實現寬視角，例如大于60度的三維顯示。另外，目前彩色波導鏡片設計過于復雜，不利于器件集成化。

本專利主要特點是基于空間復用，設計單片彩色納米透鏡波導鏡片，優(yōu)化制備工藝。并且，利用納米透鏡波導鏡片的成像功能，結合微投影系統(tǒng)，給頭戴式三維顯示裝置提供更多的光學設計可能，提升整體光學系統(tǒng)的成像特性。例如，擴大虛像視場角，優(yōu)化成像的像質，增大出瞳距離，擴大可觀察范圍等。

本發(fā)明提供了一種單片全息衍射波導三維顯示裝置，包括：

微投影裝置；

納米透鏡波導鏡片，所述納米透鏡波導鏡片包括一片納米透鏡波導鏡片單元，所述納米透鏡波導鏡片單元包括：

波導；

位于波導上表面或下表面的具有透明光學成像和波導折彎功能的功能性區(qū)域；所述功能性區(qū)域包括入射功能性區(qū)域和出射功能性區(qū)域。

微投影裝置微生成的圖像光信息耦合進入波導的入射功能性區(qū)域，經入射功能性區(qū)域及波導傳導過來的圖像光傳導到出射功能性區(qū)域。

采用該納米透鏡波導鏡片構建的三維顯示裝置，通過具有透明光學成像和波導折彎功能的功能性區(qū)域及波導的配合，可以大大降低構建三維顯示裝置時的厚度及體積，并且經過各功能性區(qū)域中由納米衍射光柵構成的納米透鏡進行圖像視角的第二次或多次放大，可以獲得較傳統(tǒng)三維顯示裝置大得多的可視視角。

優(yōu)選的，所述微投影裝置包括光源裝置和圖像信息生成裝置。

優(yōu)選的，所述圖像信息生成裝置包括至少一片顯示元件，所述顯示元件包括LCOS顯示屏和DMD數字微鏡陣列，或LCD顯示屏。

優(yōu)選的，所述圖像信息生成裝置與入射功能性區(qū)域之間設有耦合透鏡裝置。

優(yōu)選的，所述納米透鏡波導鏡片為兩個，分別對應人體的左眼和右眼進行設置。

優(yōu)選的，各功能性區(qū)域均設有像素型納米衍射光柵。

優(yōu)選的，各功能性區(qū)域分布于波導的同一平面上的不同位置。

優(yōu)選的，所述微投影裝置設有兩個，并分別與對應左右眼的納米透鏡波導鏡片的入射功能性區(qū)域對應設置。

充分考慮雙目視差特性，在左右兩個納米透鏡波導鏡片上匹配左右眼相應視點對應的納米光柵結構分布和位置，以及匹配對應的輸出視圖信息，可獲得符合自然習慣的三維顯示體驗。

優(yōu)選的，所述功能性區(qū)域還包括用于將經入射功能性區(qū)域及波導傳導過來的圖像光信息改變方向再經波導傳導到出射功能性區(qū)域的中繼功能性區(qū)域。

對于近眼三維顯示裝置來說，所述圖像光耦合至納米透鏡波導鏡片，首先耦合入射功能性區(qū)域，滿足波導全反射，光線沿入射功能性區(qū)域和中繼功能性區(qū)域方向傳導，耦合中繼功能性區(qū)域，改變光線走向，光線沿中繼功能性區(qū)域和出射功能性區(qū)域方向傳導，出射功能性區(qū)域設有構成納米透鏡的納米衍射光柵，聚焦輸出光線至人眼視網膜，使人眼看到逼真的虛擬立體圖像。

優(yōu)選的，各功能性區(qū)域均包括多個結構單元像素，每一結構單元像素至少包括三個結構子單元像素，各結構子單元像素對應耦合不同基色圖像光信息。

當微投影裝置或空間光調制裝置發(fā)出的圖像光耦合進入射功能性區(qū)域時，例如以三基色彩色顯示為例，藍色及綠色圖像光入射至對應紅色圖像光的結構子單元像素時，衍射角不滿足波導內全反射要求，從而無法繼續(xù)在波導內傳輸；紅色及綠色圖像光入射至對應藍色圖像光的結構子單元像素時，衍射角不滿足波導內全反射要求，從而無法繼續(xù)在波導內傳輸；因此每個結構子單元像素有對應的顏色圖像光，不會形成光線干擾。最終各基色對應的圖像光經過對應的結構子單元像素及波導的傳播，最終經出射功能性區(qū)域出射在納米透鏡波導鏡片上方的空間中，形成彩色的虛擬圖像。從而實現彩色顯示。

優(yōu)選的，所述結構子單元像素包括分別與紅色、綠色、藍色圖像光耦合的紅色圖像光子單元像素、綠色圖像光子單元像素和藍色圖像光子單元像素。

優(yōu)選的，入射功能性區(qū)域的結構單元像素包括具有波長選擇性的體全息光柵或斜光柵。

優(yōu)選的，出射功能性區(qū)域的結構單元像素包括像素型結構子單元像素，每個結構子單元像素內設有的納米衍射光柵周期和取向不同，所有像素組合形成具有光學成像功能的納米透鏡。

優(yōu)選的，所述結構單元像素包括所述像素型納米衍射光柵，像素型納米衍射光柵的周期及取向由入射光線的波長、入射角、衍射光線的衍射角和衍射方位角決定。

優(yōu)選的，所述單片全息衍射波導三維顯示裝置設有用于將不同焦面的位相圖像光信息依次刷新的位相型時序刷新裝置。

本發(fā)明所涉及的技術術語如下：

增強現實：Augmented Reality，AR。

虛擬現實：Virtual Reality，VR。

頭戴式可視設備：head mounted device，HMD。

指向性導光板(薄膜)：含有納米光柵及結構的功能薄膜，納米光柵結構的分布控制出光特性。

光場鏡片(本發(fā)明涉及的納米透鏡波導鏡片也是其中一種)：由至少一層或者多層導光薄膜(波導)構成，通過分層波導結構和照明方式匹配，形成對會聚光場的視點位置(方位、聚焦點)進行調控，以符合人眼對不同景深、不同視角的3D成像的觀察習慣，減少視覺疲勞。

左右光場鏡片：產生具有雙目視差的會聚光場的鏡片(本發(fā)明涉及的納米透鏡波導鏡片也是其中一種)。

三維顯示裝置：一般包含左右兩個光場鏡片、微投影器件(空間光調制器件，例如液晶顯示面板LCOS、LCD)、照明成像系統(tǒng)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例技術中的技術方案，下面將對實施例技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為單片納米透鏡波導鏡片實現三維顯示的剖面結構示意圖；

圖2是納米透鏡波導鏡片單元的平面結構示意圖；

圖3a-圖3c是本發(fā)明的單片衍射波導鏡片的結構單元像素及結構單元子像素的平面結構示意圖；

圖4是本發(fā)明實施方式下的出射能性區(qū)域的平面結構分布示意圖

圖5a和圖5b是結構尺度在納米級別的納米衍射光柵在XZ平面和XY平面下的結構圖；

圖5c是斜光柵(傾斜的納米衍射光柵)剖面示意圖；

圖6-7是本發(fā)明實現寬視角三維顯示的示例示意圖；

圖8是本發(fā)明實現寬視角彩色三維顯示裝置的示例示意圖；

圖9是本發(fā)明實現寬視角三維顯示裝置的示例示意圖；

圖10是本發(fā)明實現雙眼近眼三維顯示裝置的示例示意圖；

圖11是本發(fā)明實現一種多景深三維顯示裝置的示例示意圖；

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖2所示，一種納米透鏡波導鏡片，用于制備單片全息衍射波導三維顯示裝置，包括納米透鏡波導鏡片單元，所述納米透鏡波導鏡片包括一片納米透鏡波導鏡片單元，或由至少兩片納米透鏡波導鏡片單元疊加組成，所述納米透鏡波導鏡片單元包括：

波導130；

位于波導130上表面或下表面的具有透明光學成像和波導折彎功能的功能性區(qū)域(圖2中，如果定義圖像光信息出射的一面為上表面，則圖2的示例中，三個功能性區(qū)域設于波導130的下表面上)；所述功能性區(qū)域包括用于將圖像光信息耦合進入波導130的入射功能性區(qū)域201，和用于將經入射功能性區(qū)域201及波導130傳導過來的圖像光信息投射到納米透鏡波導鏡片上方空間中的出射功能性區(qū)域203。

本納米透鏡波導鏡片，通過具有透明光學成像和波導折彎功能的功能性區(qū)域及波導的配合，可以大大降低構建三維顯示裝置時的厚度及體積，并且經過各功能性區(qū)域中由納米衍射光柵構成的納米透鏡進行圖像視角的第二次或多次放大，可以獲得較傳統(tǒng)三維顯示裝置大得多的可視視角。

在實際應用中，各功能性區(qū)域均設有像素型納米衍射光柵。

優(yōu)選的，各功能性區(qū)域分布于波導的同一平面上的不同位置。

優(yōu)選的，所述功能性區(qū)域還包括用于將經入射功能性區(qū)域201及波導傳導過來的圖像光信息改變方向再經波導130傳導到出射功能性區(qū)域203的中繼功能性區(qū)域202。在實際應用中，為了在較小的波導130上獲得足夠光學視角放大效果及其它需求，在入射功能性區(qū)域201和出射功能性區(qū)域203之間的光信息傳播路徑上，設置中繼功能性區(qū)域202，如圖2所示，中繼功能性區(qū)域202可以是一個，也可以是兩個及兩個以上，以需要而定，原理相同，這里不再贅述。

圖1為利用上述納米透鏡波導鏡片構建三維顯示的剖面結構示意圖，圖1中的各功能性區(qū)域設置在波導130的出光面上，即設置于波導130的下表面，圖像光從微投影裝置100發(fā)出，具備一定擴散角，耦合至波導130，波導上表面設有入射功能性結構區(qū)域201和出射功能性區(qū)域203，圖像光首先耦合至入射功能性區(qū)域201，然后經波導130全反射直接傳導至出射功能性區(qū)域203，或經過中繼功能性區(qū)域202改變圖像光的傳導方向，最后傳導至出射功能性區(qū)域203，經過出射功能性區(qū)域203的衍射及會聚作用，輸出光線聚焦至人眼1，使得人眼1看到虛擬的三維圖像。

如圖3a-c所示，各功能性區(qū)域均包括多個結構單元像素，每一結構單元像素至少包括三個結構子單元像素，各結構子單元像素對應耦合不同基色圖像光信息。圖3是以紅綠藍三基色系統(tǒng)為例，每個結構單元像素30均包括紅色結構子單元像素301、綠色結構子單元像素302、藍色結構子單元像素303三個結構子單元像素。例如，入射功能性區(qū)域201的結構單元像素及結構子單元像素如圖3所示，當微投影裝置或空間光調制裝置發(fā)出的圖像光耦合進入射功能性區(qū)域201時，藍色及綠色圖像光入射至對應紅色圖像光的紅色結構子單元像素301時，衍射角不滿足波導內全反射要求，從而無法繼續(xù)在波導內傳輸；藍色及紅色圖像光入射至對應綠色圖像光的綠色色結構子單元像素302時，衍射角不滿足波導內全反射要求，從而無法繼續(xù)在波導內傳輸；紅色及綠色圖像光入射至對應藍色圖像光的藍色結構子單元像素303時，衍射角不滿足波導內全反射要求，從而無法繼續(xù)在波導內傳輸；因此每個結構子單元像素有對應的顏色圖像光，不會形成光線干擾。最終各基色對應的圖像光經過對應的結構子單元像素及波導的傳播，最終經出射功能性區(qū)域出射在納米透鏡波導鏡片上方的空間中，形成彩色的虛擬圖像。從而實現彩色顯示。

其中，圖3a是每個結構像素單元30呈四方連續(xù)排布，且紅色結構子單元像素301、綠色結構子單元像素302、藍色結構子單元像素303三個結構子單元像素為水平并列，各結構單元像素30橫排縱列均一一對齊。當然，也可以進行錯位排布，如果需要的話。

圖3b是每個結構單元像素30中的紅色結構子單元像素301、綠色結構子單元像素302、藍色結構子單元像素303三個結構子單元像素呈品字形排列，然后各結構單元像素30相互嵌套排布。

圖3c是將結構單元像素30及紅色結構子單元像素301、綠色結構子單元像素302、藍色結構子單元像素303三個結構子單元像素呈傾斜狀態(tài)的排布方式。

通過上述排布方式的示例說明，根據實際需要，各結構單元像素30及紅色結構子單元像素301、綠色結構子單元像素302、藍色結構子單元像素303三個結構子單元像素的排列方式是多樣性的，并不僅僅限于上述示例。

各結構子單元像素精確對準，可以避免結構子單元像素縫隙不對準導致的色散效應影響成像效果。

在實際應用中，出射功能性區(qū)域的結構單元可以包括像素型結構子單元像素，每個結構子單元像素內設有的納米衍射光柵周期和取向不同，所有像素組合形成具有光學成像功能的納米透鏡。圖4是本發(fā)明實施方式下的出射功能性區(qū)域203的平面結構分布示例示意圖。優(yōu)選地，其納米結構相當于單個離軸納米菲涅爾透鏡結構，可以使圖像匯聚于人眼。其結構單元像素30包括三個結構子單元像素，分別對應不同顏色光(如紅色結構子單元像素301、綠色結構子單元像素302、藍色結構子單元像素303三個結構子單元像素)。多個機構子單元像素構成了不同焦點的離軸菲涅爾透鏡結構(即納米透鏡)。此外，通過設計單個像素復雜納米結構，可優(yōu)化透過納米透鏡的光場分布。傳統(tǒng)光柵波導結構具有固定的光柵周期和取向，可達到光路折疊、將虛擬景象與現實景象融合的目的。而納米透鏡除了實現光路折疊和圖像融合外，還對特定入射角度的光線具有成像功能，通過設計每個像素的光柵周期與取向，成像效果可相當于單個理想球面鏡，或非球面(自由曲面)透鏡，從而達到優(yōu)化系統(tǒng)成像的目的，例如，可以通過設計納米透鏡，增大增強現實顯示系統(tǒng)的視場角、出瞳距離或者觀察范圍。此外，圖上像素不限于矩形像素，也可以是圓形，菱形，六邊形等像素結構組成。圖上像素亦可互相分立，適當設計像素間距，可使之滿足照明空隙要求。此外，通過調節(jié)圖上各像素的像素大小、結構或槽深等結構參數依空間分布變化，可使各像素點獲得理想的衍射效率，達到均勻照明的目的。單個子像素的納米光柵周期在100nm-1000nm范圍內。另外，對應不同的紅綠藍顏色的納米透鏡子像素具有不同的衍射角度和焦距，以滿足放大成像和彩色合成的要求。

采用基于衍射光學效應、由含有納米光柵的像素組成納米透鏡。單個納米結構與光相互作用，改變其相位。參見圖5a和圖5b，圖5a和圖5b是結構尺度在納米級別的衍射光柵在XZ平面和XY平面下的結構圖。衍射光柵像素的周期、取向角滿足光柵方程。換言之，在規(guī)定好入射光線波長、入射角以及衍射光線衍射角和衍射方位角之后，就可以根據光柵方程計算出所需的納米光柵的周期(空頻)和取向角。如，650nm波長紅光以60°角在波導中入射，光的衍射角為10°、衍射方位角為45°，對應的納米衍射光柵周期為550nm，取向角為-5.96°。

按照上述原理，將每一個納米光柵視為一個像素。該光柵的取向和周期共同決定了光場角度和光譜的調制特性。納米結構的周期(空頻)和取向在各亞像素之間的按照設計需求，連續(xù)變化，實現對光場的調控和變換。含有納米光柵的像素尺寸范圍5微米-200微米。

在一些實施例中，功能性區(qū)域的結構子單元像素的空間復用排布，巧妙的利用光柵衍射方程，互相之間不干擾，在波導內有序傳導，最終耦合光束至人眼，實現彩色顯示。

對于近眼三維顯示裝置來說，所述圖像光耦合至納米透鏡波導鏡片，首先耦合入射功能性區(qū)域201，滿足波導130全反射，光線沿入射功能性區(qū)域201和中繼功能性區(qū)域202方向傳導，耦合中繼功能性區(qū)域202，改變光線走向，光線沿中繼功能性區(qū)域202和出射功能性區(qū)域203方向傳導，出射功能性區(qū)域203設有構成納米透鏡的納米衍射光柵，聚焦輸出光線至人眼視網膜，使人眼看到逼真的虛擬立體圖像。

在使用納米透鏡波導鏡片構建三維顯示裝置時，照明裝置的光源可以采用包括紅、綠、藍三基色點光源或者平行光源，或者白光點光源或平行光源。波導130上的功能性區(qū)域的形狀方位不同，以采用入射功能性區(qū)域201、中繼功能性區(qū)域202、出射功能性區(qū)域203三個功能性區(qū)域為例，入射功能性區(qū)域201的形狀可為圓形或者矩形，中繼功能性區(qū)域202形狀可為三角形或者矩形，出射功能性區(qū)域203可為矩形。所述功能性區(qū)域可位于鏡片上表面或下表面，功能性區(qū)域所設置的結構單元至少包括衍射光柵，具備衍射及指向功能。納米衍射光柵可采用全息干涉技術、光刻技術或納米壓印技術制備而成。

如上所述，對于紅綠藍三基色彩色系統(tǒng)而言，所述結構子單元像素包括分別與紅色、綠色、藍色圖像光耦合的紅色圖像光子單元像素、綠色圖像光子單元像素和藍色圖像光子單元像素，級紅色結構子單元像素301、綠色結構子單元像素302、藍色結構子單元像素303三個結構子單元像素。

因此，采用本發(fā)明的方案，單片納米透鏡波導鏡片單元即可實現彩色顯示。

在一些實施例中，入射功能性區(qū)域201的結構單元像素包括具有波長選擇性的體全息光柵或斜光柵。斜光柵(傾斜結構的納米衍射光柵)的剖面圖如圖5c所示?？刹捎眯惫鈻胚M行分光，通過控制斜光柵的傾斜角度及周期，實現不同顏色波段的光通過對應結構子單元像素。

在上述實施例中，所述結構單元像素包括像素型納米衍射光柵，像素型納米衍射光柵的周期及取向由入射光線的波長、入射角、衍射光線的衍射角和衍射方位角決定。

在一些實施例中，為了使圖像信息生成裝置發(fā)出的圖像光信息更好的與入射功能性區(qū)域耦合，在圖像信息生成裝置與入射功能性區(qū)域之間設置耦合透鏡或一套光學系統(tǒng)，如圖6所示，圖像信息生成裝置發(fā)射出的圖像光信息光線601和602從顯示屏101發(fā)出，本身具備一定的擴散角，經過耦合透鏡后，圖像光信息光線601和602以不同入射角入射入射功能性區(qū)域201，光束602和603以一定擴散角耦合波導120，β1(x)和β2(x)分別是光束602和601經過入射功能性區(qū)域201衍射產生的衍射角，光線610和611在波導120內滿足全反射，反射至中繼功能性區(qū)域202，如圖7所示，光束沿X方向擴展；γ1(x)和γ2(x)分別是光束602和601經過中繼功能性區(qū)域202的衍射式反射角，光束602和601經過中繼功能性區(qū)域202改變方向后，形成光束701和702在波導120內傳播，滿足波導120全反射條件，光束701和702的全反射光線703和704耦合至出射功能性區(qū)域203，光束沿Y軸方向擴展。最后圖像光信息經出射功能性區(qū)域會聚于納米透鏡波導鏡片的上方空間中，使人眼看到虛擬的三維景象。

在上述實施例中，還可以利用功能性區(qū)域的結構子單元的空間復用排布，巧妙的利用光柵衍射方程，互相之間不干擾，在波導內有序傳導，最終耦合光束至人眼，實現彩色顯示。

圖8示出了中繼功能性區(qū)域202和出射功能性區(qū)域203的單片彩色化剖面結構示意圖；801、802和803分別是中繼功能性區(qū)域空間復用的紅綠藍三色光柵結構子單元，804、805和806分別是出射功能性區(qū)域空間復用的紅綠藍三色光柵結構子單元。通過空間復用結構子單元，實現顏色光空間傳播，互不干擾。

圖9是本專利利用納米透鏡波導鏡片實現寬視角顯示裝置的結構示意圖。光源裝置提供的光源照射在圖像信息生成裝置的空間光調制器(如LCOS顯示屏或LCD顯示屏等)上，空間光調制器生成的圖像光信息通過投影光學系統(tǒng)(即耦合透鏡或成套光學系統(tǒng))和空間傳播進行一次成像，形成放大實像。從投影光學系統(tǒng)出射的光路耦合入射到入射功能性區(qū)域，再經波導、中繼功能性區(qū)域、波導、出射功能性區(qū)域耦合進入人眼。各功能性區(qū)域上周期和取向變化的納米衍射光柵構成的納米透鏡在彎折光路的同時，將投影光學系統(tǒng)所成實像進一步放大，并優(yōu)化像質，在人眼觀察舒適的范圍內進行二次成像，形成放大虛像。虛擬圖像的視場角由微投影光學系統(tǒng)和納米透鏡波導鏡片的納米透鏡組的成像系統(tǒng)共同決定。此外，在系統(tǒng)優(yōu)化像差時，需綜合考慮投影光學系統(tǒng)的透鏡組和納米透鏡波導鏡片的納米透鏡組，進行整體優(yōu)化和性能分析，從而，實現最小像差和最優(yōu)成像特性。如幾何光學透鏡可通過改變局部曲面曲率對像差矯正，納米透鏡組可通過改變單個像素納米結構的周期與取向達到矯正像差的目的。通過微投影系統(tǒng)與納米透鏡共同成像，可將顯示裝置視場擴大到60度以上。優(yōu)選地，納米透鏡數值孔徑NA大于0.6，納米透鏡的結構分布可以根據整體光學系統(tǒng)的像差補償的設計要求，形成非球面功能的納米結構分布。

圖10是由左右納米透鏡波導鏡片和微投影系統(tǒng)構成的近眼三維顯示裝置，左右納米透鏡波導鏡片分別對應左眼和右眼，用于傳輸光線至左右眼；所述微投影系統(tǒng)包括光源、光學系統(tǒng)及圖像信息裝置，用于輸出圖像光。其中，圖像信息裝置設置為至少一片顯示元件，顯示元件包括LCOS顯示屏和DMD數字微鏡陣列。顯示屏101出射圖像光，經過透鏡聚焦，圖像光耦合至波導120，經過波導及光柵衍射，輸出至人眼150。對稱設置對應左右眼的彩色顯示裝置，可同時使人眼接收來自對應單片納米透鏡波導鏡片的耦合圖像光，利用雙眼視差，實現三維顯示。

本實施例提供的三維顯示裝置，光線直接在單層納米透鏡波導鏡片中耦合傳導，無需采用復雜的波導的結構，并且采用空間復用方式分配結構子單元，無需采用雙層甚至多層波導來分色導光實現彩色，在制備工藝及技術成本上面更有優(yōu)勢。并且，結合微投影系統(tǒng)和納米透鏡波導鏡片，實現視場角的多次放大，進一步擴大了虛像視場角，優(yōu)化顯示效果。

作為近眼三維顯示裝置而言，一般設有微投影裝置；所述納米透鏡波導鏡片為兩個，分別對應人體的左眼和右眼進行設置。

充分考慮雙目視差特性，在左右兩個納米透鏡波導鏡片上匹配左右眼相應視點對應的納米光柵結構分布和位置，以及匹配對應的輸出視圖信息，可獲得符合自然習慣的三維顯示體驗。

在一些實施例中，還可以構建多景深三維顯示裝置，包括一微投影裝置，所述微投影裝置設有用于將不同焦面的位相圖像光信息依次刷新的位相型時序刷新裝置。

如圖11所示，通過結合位相型LCOS微投影裝置100，位相型時序刷新裝置配合時序刷新，僅采用一層納米透鏡波導鏡片單元構成納米透鏡波導鏡片便可實現多景深顯示。其中，LCOS時序刷新不同景深圖像源，帶有不同位相信息，通過波導鏡片傳輸，不同位相圖像源聚聚焦的虛像面位置不同，實現不同景深增強現實顯示。人眼1即可觀察到不同景深的虛擬三維景象顯示。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發(fā)明將不會被限制與本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。