具有子HOGEL的光学超表面的制作方法

本公开涉及三维光场显示技术，更具体地，涉及用于光场显示器的由单色子hogel组成的三维全息像素(hogel)。

背景技术：

1、光学超表面是用于操纵波前的工程表面。光学超表面通常由柱型结构的二维晶格组成，该柱型结构与入射波阵面相互作用，其中晶格常数和结构尺寸相对于结构设计为相互作用的电磁波长范围具有亚波长厚度。为了获得所需的光学性能，亚表面中的柱尺寸和柱间距的设计是不同的。光学超表面可以塑造电磁束的振幅、相位和偏振。在光场显示技术中使用亚表面可以创造出几乎平坦的光学器件，可以提高光学元件的性能，并且可以操纵光以提供具有新性能的光学系统。在光场显示技术的发展中，元表面作为可以将多种功能组合到单个设备中的轻质和薄型光学组件显示出了很有前途的潜力。

2、在光学元表面的一个例子中，lin的美国专利申请公开第20170219739号描述了一种随机空间复用的元表面，其中多个光学元件交错在单个元表面上，以单独地利用所有光学元件的元表面的全孔径，因为它们只占据总面积的一小部分。使用这种设计的消色差金属透镜的目的是为交织的每个颜色通道提供一个专用透镜。来自所有颜色通道的光通过所有三个透镜，使得对于每个透镜，三分之一的光聚焦在预期的消色差焦点，三分之二的光聚焦到其他地方。

3、在光学超表面的另一个例子中，lin的美国专利申请公开号为20170146806描述了一种空间复用金属透镜阵列，其可以用于光场显示器而不分离颜色通道。子元件的尺寸可以具有不同的编码孔径，lin描述了基于修改波前相位的孔径的实现。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种用于高清晰度光场显示器的子hogel配置。本发明的另一个目的是提供一种三维光场显示器，更具体地说，提供一种包括用于光场显示器的由单色子hogel组成的三维全息像素(hogel)的光学元表面。

2、在一个方面中，提供了一种光学器件，包括：hogel阵列，包括多个hogel，hogel阵列，包括多个hogel，每个hogel被分区为多个单色子hogel，每个单色子hogel包括多个单色子像素；和定向光学元件，用于引导来自所述子像素的光，所述定向光学元件被分区为多个颜色区域，每个颜色区域被设计为引导特定颜色的光，所述单色子像素和所述多个颜色区域被配置为使得所述多个单色子像素与被设计为引导单色子像素的特定颜色的光的定向光学元件的颜色区域对准。

3、在实施方案中，所述定向光学元件是元表面。

4、在另外实施方案中，所述元表面包括纳米结构。

5、在另外实施方案中，所述纳米结构包括二氧化钛。

6、在另外实施方案中，所述单色子像素中的每一个是可单独寻址的。

7、在另外实施方案中，所述多个单色子hogel包括至少一个单色红子hogel、至少一个单色绿子hogel和至少一个单色蓝子hogel。

8、在另外实施方案中，每个单色子hogel包括比人眼能够单独辨别的更少的单色子像素。

9、在另外实施方案中，每个单色子hogel具有2到144个单色子像素。

10、在另外实施方案中，每个子像素小于10pm2。

11、在另外实施方案中，每个单色子hogel中的单色子像素以正方形配置、矩形配置或径向配置排列。

12、在另外实施方案中，所述定向光学元件是几何元表面、pancharatnam-berry元表面、逆向设计元表面、色散相位补偿元表面或其组合。

13、在另外实施方案中，光学器件是光场显示器。

14、在另一个方面，提供了一种用于设计分区光学元表面的方法，包括:定义所述元表面的相位函数；指定用于所述元表面中的纳米结构的材料；确定制造配置，使得所述元表面被分区为多个颜色区域；确定每个颜色区域的纳米结构参数；基于所述纳米结构参数生成所述元表面的透射图；基于所述纳米结构参数和所述透射图设计每个颜色区域以实现所述相函数，每个颜色区域被设计为引导特定光学带宽的光；计算所设计的元表面的品质因数；和生成用于所述元表面的输出元表面设计。

15、在实施方案中，每个颜色区域的纳米结构参数是不同的。

16、在另外实施方案中，所述纳米结构的材料是二氧化钛。

17、在另外实施方案中，所述元表面被分区为红色区域、绿色区域和蓝色区域。

18、在另外实施方案中，该方法进一步包括在计算所设计的元表面的品质因数之后，调整所述纳米结构参数并重新计算所述品质因数。

19、在另外实施方案中，用于每个颜色区域的纳米结构的参数包括纳米结构高度、纳米结构形状、晶胞间距、共振边界参数或其组合。

20、在另外实施方案中，所述纳米结构在所述颜色区域上具有一致的高度。

21、在另外实施方案中，所述元表面是几何元表面、pancharatnam-berry元表面、逆向设计元表面、色散相位补偿元表面或其组合。

22、在另一个方面，提供了一种用于显示光场的方法，包括:将积分图像子划分为多个元素图像，每个元素图像表示与一对方向坐标相关联的角度描述符的二维阵列；将每个元素图像分解为多个颜色通道特定的元素图像；将每个元素图像发送到hogel，每个hogel包括多个子像素，并被分区为包括多个子单色像素的单色子hogel，其中所述颜色通道特定的元素图像被发送到相同颜色的单色子hogel；和从而创建用于显示的光场。

23、在实施方案中，所述单色子像素在所述单色子hogel中彼此相邻。

24、在另外实施方案中，所述多个元素图像中的每个元素图像的大小相等。

25、在另外实施方案中，所述颜色通道特定的元素图像包括红色通道、绿色通道和蓝色通道。

26、在另外实施方案中，该方法进一步包括单独寻址所述子像素。

27、在另一个方面，提供了一种光学显示器件，包括hogel阵列，包括多个hogel，每个hogel被分区为多个单色子hogel，每个单色子hogle包括多个单色子像素。

技术特征：

1.一种光学器件，包括：

2.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述定向光学元件是元表面。

3.根据权利要求2所述的光学器件，其中所述元表面包括纳米结构。

4.根据权利要求3所述的光学器件，其中所述纳米结构包括二氧化钛。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的光学器件，其中所述单色子像素中的每一个是可单独寻址的。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的光学器件，其中所述多个单色子hogel包括至少一个单色红子hogel、至少一个单色绿子hogel和至少一个单色蓝子hogel。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的光学器件，其中每个单色子hogel包括比人眼能够单独辨别的更少的单色子像素。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的光学器件，其中每个单色子hogel具有2到144个单色子像素。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的光学器件，其中每个子像素小于10pm2。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的光学器件，其中每个单色子hogel中的单色子像素以正方形配置、矩形配置或径向配置排列。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的光学器件，其中所述定向光学元件是几何元表面、pancharatnam-berry元表面、逆向设计元表面、色散相位补偿元表面或其组合。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的光学器件，其中所述光学器件是紧场显示器。

13.一种用于设计分区光学元表面的方法，包括：

14.根据权利要求13所述的方法，其中每个颜色区域的纳米结构参数是不同的。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述纳米结构的材料是二氧化钛。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的方法，其中所述元表面被分区为红色区域、绿色区域和蓝色区域。

17.根据权利要求13-16中任一项所述的方法，还包括在计算所设计的元表面的品质因数之后，调整所述纳米结构参数并重新计算所述品质因数。

18.根据权利要求13-17中任一项所述的方法，其中用于每个颜色区域的纳米结构的参数包括纳米结构高度、纳米结构形状、晶胞间距、共振边界参数或其组合。

19.根据权利要求13-18中任一项所述的方法，其中所述纳米结构在所述颜色区域上具有一致的高度。

20.根据权利要求13-19中任一项所述的方法，其中所述元表面是几何元表面、pancharatnam-berry元表面、逆向设计元表面、色散相位补偿元表面或其组合。

21.一种用于显示光场的方法，包括：

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述单色子像素在所述单色子hogel中彼此相邻。

23.根据权利要求21或22所述的方法，其中所述多个元素图像中的每个元素图像的大小相等。

24.根据权利要求21-23中任一项所述的方法，其中所述颜色通道特定的元素图像包括红色通道、绿色通道和蓝色通道。

25.根据权利要求21-24中任一项所述的方法，还包括单独寻址所述子像素。

技术总结
一种用于高清晰度光场显示器的子hogel配置。还描述了一种光学器件和三维光场显示技术，更具体地，描述了由单色子hogel和设计的元表面组成的三维全息像素(hogel)，用作光场显示器的定向光学元件。所描述的子hogel结构设计和方法适用于消色差元表面，以为多视图光场彩色显示器提供方向像素。

技术研发人员：A·巴特利特,J·佩克汉姆
受保护的技术使用者：阿瓦龙全息照相技术股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15