[发明专利]具有可变聚焦的增强现实显示系统

权利要求书

1.一种支持包括虚拟图像和现实世界对象的图像的光学显示系统，包括：

被配置成将来自现实世界对象的光滤波成第一偏振态的偏振滤波器；

可调谐LC透镜，所述可调谐LC透镜被配置成对具有第二偏振态的光施加可变聚焦，所述第二偏振态与所述第一偏振态正交；以及

包括用于将光输出耦合到所述可调谐LC透镜的输出耦合元件的波导，所述波导包括正面的现实世界侧和背面的眼睛侧，所述可调谐LC透镜位于所述波导的所述眼睛侧，所述偏振滤波器位于所述波导的所述现实世界侧，

其中所述输出耦合元件被配置成对所述第二偏振态敏感，使得仅处于所述第二偏振态下的虚拟图像作为第一输入被输出耦合到所述可调谐LC透镜并遭受可变聚焦，而处于所述第一偏振态下的来自现实世界对象的作为第二输入被输出耦合到所述可调谐LC透镜的光不遭受可变聚焦。

2.如权利要求1所述的光学显示系统，其特征在于，所述波导包括：

第一衍射光学元件，所述第一衍射光学元件具有输入表面并被配置成输入耦合光栅以从成像器接收具有第二偏振态的一个或多个光束作为输入，

第二衍射光学元件，所述第二衍射光学元件被配置用于沿着第一方向对所述一个或多个光束进行光瞳扩展，以及

第三衍射光学元件，所述第三衍射光学元件具有输出表面并被配置用于沿着第二方向对所述一个或多个光束进行光瞳扩展，并且进一步被配置为输出耦合光栅，将具有相对于所述输入被扩展的光瞳的一个或多个光束输出耦合，以作为从所述输出表面到所述可调谐LC透镜的输出。

3.如权利要求2所述的光学显示系统，其特征在于，至少一个衍射光学元件中的光栅特征根据光栅非对称性、光栅深度、或光栅填充因子中的一者或多者被配置，以便对所述第二偏振态施加偏振敏感性。

4.如权利要求1所述的光学显示系统，其特征在于，所述波导是衍射波导、折射波导、反射波导、全息波导、棱镜波导或其组合中的一者，并且所述输出耦合元件是衍射光学元件、二向色反射镜、偏振选择的涂层、或棱镜中的一者，并进一步包括被配置成将光输入耦合到所述波导中的输入耦合元件，其中，所述输入耦合元件是衍射光学元件、二向色反射镜、偏振选择的涂层、或棱镜中的一者。

5.如权利要求1所述的光学显示系统，其特征在于，所述偏振滤波器被设置在所述光学显示系统的来自所述现实世界对象的光在其上发生碰撞的面向前的部分上，并且所述可调谐LC透镜被设置在所述光学显示系统的在所述波导和用户的眼睛之间的一部分中。

6.一种支持包括虚拟图像和现实世界对象的图像的增强现实体验的电子设备，包括：

数据处理单元；

光学引擎，所述光学引擎可操作地连接到所述数据处理单元以便从所述数据处理单元接收图像数据并产生虚拟图像；

被配置成将来自现实世界对象的光滤波成第一偏振态的偏振滤波器；

电调制可调谐LC透镜，所述可调谐LC透镜被配置成对具有与所述第一偏振态正交的第二偏振态的光施加可变聚焦；以及

响应于并入所述虚拟图像的一个或多个输入光束的出射光瞳扩展器，所述出射光瞳扩展器包括其上设置有多个衍射光学元件的波导，所述波导包括正面的现实世界侧和背面的眼睛侧，所述可调谐LC透镜位于所述波导的所述眼睛侧，所述偏振滤波器位于所述波导的所述现实世界侧，

其中所述出射光瞳扩展器被配置为使用所述衍射光学元件中的一个或多个衍射光学元件提供一个或多个输出耦合光束作为具有扩展出射光瞳的近眼显示器，

其中所述衍射光学元件中的至少一个衍射光学元件具有被配置为对偏振敏感的部分，使得所述出射光瞳扩展器在所述输出耦合光束中将具有所述第二偏振态的所述虚拟图像作为第一输入输出到所述LC透镜，以及

其中对所述可调谐LC透镜的第二输入包括来自所述现实世界对象的处于所述第一偏振态的光。

7.如权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述出射光瞳扩展器在两个方向上提供光瞳扩展。