近眼显示系统作为将来可穿戴设备中的主力军,是近年来电子设备领域的重点研究方向之一。这种头戴式显示设备的应用非常广泛,不管是在军事演练、工业生产,还是教育教学、生活娱乐领域中都能人们带来极大收益。其中虚拟现实型近眼显示系统能带给用户强烈的沉浸感,增强现实型近眼显示系统则是在真实环境上叠加显示信息,两者都对显示设备的轻量化和小型化提出了相当高的要求。超微结构表面是一种亚波长量级的人工周期性超微结构阵列,通过设计平面上微结构的尺寸、材料、位置等参数就可以精确地调制电磁波的相位、振幅、偏振等特性,从而实现一些传统几何光学难以实现的功能。它可以仅用一个厚度为亚波长量级的表面,实现与一个或几个传统光学元件相同的功能,为减小光学设备的体积提供了新思路。本文将超微结构表面与近眼显示系统结合,提出了一种体积小,重量轻的增强现实型彩色近眼显示系统。该系统结构简单,仅由一个超微结构表面和一个微显示器组成,外观接近普通的眼镜,并有与普通近视眼镜集成的可能。全介电的超微结构表面仅放置在距离眼睛15 mm的位置,与普通眼镜的位置接近,并且表面的半反半透特性能够实现增强现实的功能。基于视网膜显示技术的结构设计,使用户在观察外界环境引起眼睛焦距变化时,图像始终能够清晰的呈现在视网膜上。使用Zemax对整个系统进行几何光学的仿真,其中超微结构表面产生的作用使用设置表面特性来代替,得到理想状况眼睛接收到的图像畸变仅有0.0004%,达到非常好的成像效果。设计了表面上的微结构阵列,并使用COMSOL探究几何相位型超微结构表面的基本单元在斜入射情况下的特性。使用FDTD方法对真实的微结构表面构成的系统进行仿真,由多个单色高斯光源组成的图形可以在眼睛中很好的复现,并通过红绿蓝三色光的叠加将系统扩展到彩色显示,能够将彩色图像较好的复现。