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龙图腾网获悉北京航空航天大学申请的专利一种基于超表面全息的变焦微投影仪获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120255248B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-30发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510458365.7，技术领域涉及：G03B21/14；该发明授权一种基于超表面全息的变焦微投影仪是由王迪;胡毅枭;黄倩;王琼华设计研发完成，并于2025-04-14向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于超表面全息的变焦微投影仪在说明书摘要公布了：本发明提出一种基于超表面全息的变焦微投影仪，该微投影仪包括激光器、透射式超表面和电润湿液体透镜。为了实现系统小型化，透射式超表面和电润湿液体透镜被集成到单个腔体中，电润湿液体透镜位于透射式超表面的后面。在超表面的制备过程中，提出了一种3D傅里叶变换算法来生成3D超表面全息图，从而制备出透射式超表面。液体透镜是基于电润湿原理进行设计的小孔径液体透镜，以配合透射式超表面实现变焦微投影。当激光器发出的激光照射透射式超表面时，超表面衍射出的3D图像经过电润湿液体透镜，3D图像的位置和尺寸可以根据液体透镜的电压进行调整，从而实现3D变焦投影效果。

本发明授权一种基于超表面全息的变焦微投影仪在权利要求书中公布了：1.一种基于超表面全息的变焦微投影仪，其特征在于，该微投影仪包括激光器、透射式超表面和电润湿液体透镜，为了实现系统小型化，透射式超表面和电润湿液体透镜被集成到单个腔体中，电润湿液体透镜位于透射式超表面的后面，在超表面的制备过程中，提出了一种3D傅里叶变换算法来生成3D超表面全息图，然后将3D超表面全息图编码到亚波长超表面单元结构上，从而制备出透射式超表面，所提出的液体透镜是基于电润湿原理进行设计的小孔径液体透镜，从而配合透射式超表面实现变焦微投影，当激光器发出的激光照射透射式超表面时，超表面衍射出的3D图像经过电润湿液体透镜，通过改变液体透镜的驱动电压U，3D图像被投射到不同的深度d处，3D图像的位置和尺寸可以根据液体透镜的电压进行调整，从而实现3D变焦投影效果； 变焦微投影仪中的电润湿液体透镜主要由机械外壳、两片窗口玻璃、疏水层、介电层、上电极、下电极、绝缘环、绝缘液体、导电液体和连接到驱动板的柔性电极所组成，为了确保液体透镜具有大的光学与机械孔径比，设计了直筒式圆柱形腔体结构来减少液体透镜的腔体厚度，从而确保变焦微投影仪的紧凑性，此外，为了保证液体透镜具有大光焦度变化范围和良好的稳定性，开发了由不含水溶液的导电液体和具有低表面张力的绝缘液体组成的双相液体，通过调节液体透镜的驱动电压，导电液体和绝缘液体的润湿特性相应地发生变化，导致液-液界面的曲率和光功率产生变化，液体透镜的光焦度Φ表示为： 其中，γ12是导电液体和绝缘液体之间的界面张力，θ0是未施加电压时的初始接触角，C是涂有疏水层的介电层的单位面积总电容，D是液体透镜的光学孔径，Δn是导电液体和绝缘液体的折射率差，液体透镜的焦距fliquidlens为： 所提出的透射式超表面是基于Pancharatnam-Berry几何相位原理进行调控的，在不改变超表面结构物理尺寸的情况下精确控制相位分布，超表面的每个结构单元都是由制作在蓝宝石衬底上的矩形单晶硅纳米棒所组成，通过调整超表面每个单元结构的旋转角度，实现对3D图像每个像素相位的偏移和调控，Pancharatnam-Berry几何相位的调控过程与波长无关，当激光的波长改变时，所提出的透射式超表面能产生各种波长的重构图像，图像的大小与波长直接相关； 使用3D傅里叶变换算法来生成3D超表面全息图，该算法通过引入分数阶傅里叶变换和分数傅里叶逆变换，并分别在分数域和空间域添加迭代约束，以获得收敛的最终相位分布并生成3D超表面全息图；具体来说，对于一个3D物体，该算法首先对3D物体进行分层处理，对于每个层面，通过引入随机相位分布以生成空间域中的初始复振幅分布gx,y，然后，通过设计变换阶数a和使用分数阶傅里叶变换获得分数域中的复振幅分布Gu,v： 其中Fa表示变换阶数为a的分数阶傅里叶变换，x,y和u,v分别是光场在空间域和分数域中的位置坐标，j是虚数，λ是入射光的波长，dx和dy是空间域中的采样频率，fa是变换阶数为a时的焦距，从Wigner函数的旋转变换得出fa为： 其中f是在全息计算过程中选择的归一化焦距； 当变换阶数a设置为1时，任意焦距fa等于归一化焦距，引入变换阶数改变了Wigner函数的旋转角度，使得衍射距离与变换阶数相关，从而打破了传统傅里叶编码中衍射距离仅由焦距决定的限制，对分数域的复振幅分布Gu,v进行约束，仅保留相位信息： 其中|·|表示取模，表示分数域中的相位分布，使用分数傅里叶逆变换将转换成g’x,y： 其中Fa-1表示阶数为a的分数傅里叶逆变换，du和dv表示分数域中的采样频率，保留相位并替换3D物体的原始振幅信息A0x,y，获得空间域中的复振幅分布g1x,y： 当完成第一次循环迭代后，将g1x,y作为下一次循环的输入，直到分数域中的相位收敛到最佳时，提取相位得到最终的3D超表面全息图，最终相位分布T为： Tu,v＝|∑angleGu,v,2π| 其中angle·表示从复振幅分布中提取相位，Σ表示3D物体不同层面的相位之和，3D超表面全息图的相位信息T被记为n×n的矩阵，其中每个元素对应于超表面的一个单元结构，通过在亚波长结构上编码3D超表面全息图，制备出超表面。

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