CN217821111U - 基于光波导式的时间复用显示装置及ar眼镜 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于光波导式的时间复用显示装置及AR眼镜，涉及增强现实的技术领域，本申请旨在解决现有的时间复用技术无法有效缓解VAC现象，本申请包括：图像源，用于投射图像；光波导；耦入元件，其能够将来自所述图像源的光耦入至所述光波导中；耦出元件，其能够将由环境光和光波导中传播的光构成的组合光从所述光波导耦出；变焦装置，在所述图像源的光路上，设置在所述耦入元件与所述图像源之间；其中，所述图像源与所述变焦装置相互配合，使得能够以时间复用的方式将所述图像源的图像显示在不同的像面上，本申请通过可调超透镜在不同时刻调制图像光线，进而耦出光线能够产生不同的深度，实现有效缓解VAC现象的目的。

Description

基于光波导式的时间复用显示装置及AR眼镜

技术领域

本申请涉及增强现实的技术领域，具体是基于光波导式的时间复用显示装置及AR眼镜。

背景技术

基于现有增强现实(即AR)设备中存在的VAC现象，也即调焦冲突，其是由于光学元件将微型显示器上的图像投影放大后呈现至人眼，人的左眼和右眼转动适当角度，同时大脑将眼睛所观察到的两个二维图像组合，形成三维图像。然而，现实中的成像设备均依托于屏幕，人的双眼均聚焦于屏幕来观察图像，且图像实际发光位置与人的左眼和右眼的聚焦位置并不一致，同时左眼和右眼的聚焦位置具有间隔，由此便导致了人眼的晶状体聚焦于屏幕，而大脑的视觉系统迫使眼球聚焦于虚拟3D物体上，造成了人眼的适应距离和辐辏距离不匹配，人长时间聚焦于屏幕上便会感到眩晕。人们使用AR设备时的眩晕感会比日常生活时更加明显，VAC现象带来的眩晕感是领域内的难题。

实用新型内容

为解决上述问题，即现有的时间复用技术无法有效缓解VAC现象的问题，本申请提出了一种基于光波导式的时间复用显示装置，其包括：

图像源，用于投射图像；

光波导；

耦入元件，其能够将来自所述图像源的光耦入至所述光波导中；

耦出元件，其能够将由环境光和光波导中传播的光构成的组合光从所述光波导耦出；

变焦装置，在所述图像源的光路上，设置在所述耦入元件与所述图像源之间；

其中，所述图像源与所述变焦装置相互配合，使得能够以时间复用的方式将所述图像源的图像显示在不同的像面上。

通过采用上述技术方案，变焦装置在不同时刻调制由图像源发射的图像光，使虚拟像呈现在不同的焦平面上，从而产生不同的深度，同时变焦装置通过高于人眼帧数的时间复用方式来实现显示装置的切换变焦调控，使得观察者无法观察到图像焦点的变化，从而有效缓解VAC现象。

在本申请的进一步的设计方案中，变焦装置包括驱动装置和超透镜或光学透镜，其中借助驱动装置驱动图像源或所述超透镜或光学透镜或者同时驱动这两者沿图像源的光轴方向往复移动。

通过采用上述技术方案，驱动装置可以控制图像源和/或变焦装置距光波导的距离，从而由此改变虚拟像的位置，从而减轻调焦冲突。

在本申请中需要说明的是：超透镜为亚波长的人工纳米结构层，可根据其上的超结构单元来调制入射光。其中，超结构单元包含例如纳米柱，可直接调控光的相位、幅度和偏振等特性。亚波长结构是指特征尺寸与工作波长相当(或略大于)或更小的结构，可直接调控光的相位、幅度和偏振等特性，通常为纳米量级(例如几十到几百纳米)。

在本申请的另一设计方案中，变焦装置可以仅为驱动装置，用于驱动图像源沿图像源的光轴方向往复移动，以改变虚拟像的位置。

在本申请的进一步的设计方案中，所述变焦装置包括可调超透镜和/或是可调超透镜，其中可调超透镜的焦距可以随时间变化。

通过采用上述技术方案，可调超透镜能够实时调节焦距，使得光波导的耦出光会聚至不同位置。

在本申请的进一步的设计方案中，所述变焦装置和所述耦入元件一体地构成。

通过采用上述技术方案，变焦装置和耦入元件这两者作为一个器件提供，从而进一步减小装置的体积和重量，其中变焦装置为基于电控方式的可调超透镜，并且其相位分布满足：

其中，ψ为所述变焦装置的相位，θ为耦入角，θ大于全反射角，V为电压。

本申请的进一步设置为：在所述耦出元件具有光焦度的情况下，在光波导的耦出元件所处的区域中且在耦出元件朝向环境光的一侧上设置有相位补偿器，所述相位补偿器包括超透镜或由超透镜构成，所述相位补偿器用于对环境光进行补偿，使得环境光可以无像差地从耦出元件射出。

通过采用上述技术方案，耦出元件具有光焦度，可以将耦出元件的焦距和各个元器件的位置关系设置成：使得可以更好地实现像差校正，使虚拟像不失真，也可以同时增大虚拟像的成像远近的距离范围，使得画面更多样化。与此同时，借助于相位补偿器可以调节环境光的出射相位，即补偿由于耦出元件的光焦度所引起的环境光的像差，从而可以使环境光无像差地射出。

在本申请的进一步的设计方案中，所述耦出元件包括超透镜或由超透镜构成，所述耦出元件的相位分布满足：

其中，θ为耦出角且等于耦入角。

在此，相位补偿器的相位分布满足：

其中，

为所述相位补偿器的相位，

为所述耦出元件的相位。

通过采用上述技术方案，使得相位补偿器与耦出元件处于同一位置处的相位差为定值。

在本申请的进一步的设计方案中，时间复用显示装置还包括偏振调制单元，所述偏振调制单元在所述图像源的光路上，设置在所述图像源与所述耦入元件之间。

通过采用上述技术方案，图像源的光经偏振调制单元形成具有不同偏振态的光，且上述光通过超透镜后能够会聚到不同的焦点上，从而缓解VAC问题，同时偏振调制单元能够有效减小显示装置的调制速率要求。

在本申请的进一步的设计方案中，所述耦入元件为偏振型耦入元件，所述偏振型耦入元件的相位分布满足：

其中，θ为耦入角，且θ大于全反射角，φ为变焦装置的纳米结构旋转角度。

通过采用上述技术方案，偏振型耦入元件可为几何相位超透镜器件或者传播相位性超透镜，同时耦出元件只对偏振光呈现光焦度，环境光能够直接透过耦出元件，无需另设相位补偿器。

在本申请的进一步的设计方案中，所述偏振型耦入元件和所述变焦装置一体地构成。

本申请还提出了一种AR眼镜，其包括：

上述的基于光波导式的时间复用显示装置。

本申请的有益效果为：

1、本申请在图像源与耦入元件之间设置变焦装置，通过可调超透镜能在不同时刻对图像光的焦距进行调节，以调制时间复用显示装置中的耦入光，从而实现图像光线耦出光波导后的不同焦距，由此本申请的显示系统能够产生不同的深度(也即像距)，使得人眼观察到的图像呈三维化，以此缓解VAC现象；

2、本申请中的可调超透镜与耦入元件实现节省空间占用的作用；

3、本申请的耦出元件引入光焦度，其对于耦出光线进行进一步调节，相位补偿器对于环境光进行补偿，同时，耦出元件与相位补偿器组合后形成对于环境光的无焦系统，使得图像不失真的同时，增大图像的成像距离范围，使得图像多样化；

4、本申请通过采用偏振调制单元，与本申请的时间复用方式相结合，能够进一步减小系统的调制速率要求。

附图说明

为了能更进一步了解本实用新型的特征以及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

图1为本申请的基于光波导式的时间复用显示装置的实施例1的结构示意图。

图2为本申请的基于光波导式的时间复用显示装置的其中一个结构示意图。

图3为本申请的基于光波导式的时间复用显示装置的其中一个结构示意图。

图4为本申请的基于光波导式的时间复用显示装置的其中一个结构示意图。

图5为本申请的基于光波导式的时间复用显示装置的其中一个结构示意图。

图6为本申请的基于光波导式的时间复用显示装置的其中一个结构示意图。

图7为本申请的基于光波导式的时间复用显示装置的其中一个结构示意图。

图8示出本申请的可调超透镜的其中一个实施例的示意图。

图9示出本申请的可调超透镜的其中一个实施例的示意图。

图10为本申请的基于光波导式的时间复用显示装置的其中一种结构示意图。

图11示出本申请的AR眼镜的结构示意图。

附图标记：1、图像源；2、耦入元件；3、变焦装置；4、耦出元件；5、相位补偿器；6、偏振调制模块；101、第一电极；102、第二电极；103、连接层；201、纳米结构一；502、第一绝缘层；504、第二绝缘层；60、填充物；70、基底；82、超透镜；821、基底；822、纳米结构二；823、相变材料层；824、第一电极层；825、第二电极层。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

针对光波导式AR设备，可以使用时间复用技术来克服VAC现象，时间复用技术可以采用几何光栅或者衍射光栅，但由于上述光栅均不具备光焦度，在基于时间复用技术的系统中，系统的焦距是固定的，若需要缓解VAC现象，仅能通过周期性移动图像源来实现，但此种方式效率较低，无法对系统的焦距进行快速且有效的调节，由此该时间复用技术不能有效缓解VAC现象。

发明人发现用于调焦的超透镜能够解决现有的时间复用方式中存在的弊端，特别地，会存在像差，使得影响虚拟像的成像质量。为了解决这种问题，因此，在本申请中提出一种基于光波导式的时间复用显示装置。

实施例1：

参见图1，本实施例提出了一种基于光波导式的时间复用显示装置，包括：

图像源1，用于投射出图像；

光波导，图像光的传播介质；

耦入元件2，其能够将来自图像源的光耦入至光波导内；

耦出元件4，其能够将环境光以及光波导内的耦入光构成的组合光耦出至光波导外；

变焦装置3，包括可调超透镜或是可调超透镜，在图像源的光路上，可调超透镜设置在图像源1与耦入元件2之间，其能够将通过其的图像源的光调制，并将调制后的光通过耦入元件耦入至光波导内；

其中，图像源1与变焦装置3相互配合，使得能够以时间复用的方式将图像显示在不同的像面上，例如，在不同时刻改变可调超透镜的焦距，使得图像呈现在不同像面上，产生不同深度的清晰图像。

在本申请中，图像源可以包括发光二极管显示器、有机发光二极管显示器、硅基液晶显示器、数字微镜器件、基于微机电系统的激光束扫描显示器、MicroLED阵列、基于数字微镜器件的三色激光投影系统、基于数字微镜器件和荧光转盘的蓝色激光投影系统和基于数字微镜器件的窄带LED中的至少一种。

对于可调超透镜，在一个实施例中，可调超透镜采用电压的调控方式。例如，可调超透镜上设置有调控电压，可调超透镜的超透镜结构单元采用相变材料，相变材料通过在外加激励(如热、激光、外加电压)下改变物质内部的晶格,可以大幅度地改变介电常数。

GST作为常用的相变材料，其由锗(Ge)、锑(Sb)和碲(Te)三种元素组成,在可重写光盘技术上被广泛应用。固态GST有晶态和非晶态两种相态,两态的介电常数存在较大的差别。

当非晶态GST温度超过结晶温度(多为160℃)时,非晶态会首先相变为亚稳态的面心立方晶体结构,类似于NaCl。如果温度继续升高,亚稳态晶体结构会变为稳态的六方结构。非晶态到晶态的相变过程可通过把GST放置于加热板上加热、使用激光脉冲照射、外加电压等手段来实现。

相反地,把晶态GST加热超过其熔点(多为640℃)并液化,后经急速冷却可形成非晶态GST。整个冷却凝固过程需要在10ns内急速完成,如果凝固时间过长,液态GST有充足时间重组为晶态结构。在应用激光的情况下,GST从晶态到非晶态的相变往往需要较大功率的短脉冲(脉宽<10ns)激光。

GST晶态或非晶态的相变过程一旦完成,即使撤去外部激励并回到室温环境,GST仍可长时间保持相变后的晶态或非晶态。GST的晶化比例可通过控制晶化过程的物理参数获得，例如,对非晶态GST进行加热,晶化比例可通过改变加热温度或加热时间来调控,以获得不同的折射率。

本实施例中如可调超透镜采用电控调节方式，其相位分布满足以下公式：

其中，ψ为变焦装置中可调超透镜的相位，θ为耦入角，θ大于全反射角，V为电压。

替选地，在其中一个实施例中，可调超透镜采用机械调控方式。例如，超透镜的基底采用可拉伸材质，如液晶，超透镜的纳米结构加工完成后固定在基底上，通过外部机械设备拉伸或压缩基底，改变超透镜上纳米结构的间距，从而改变纳米结构单元的排列周期，进而改变光的相位。

上述的纳米结构为全介质结构单元，在工作波段(如可见光波段)具有高透过率。纳米结构按照正六边形、正方形、扇形等周期性的阵列排布，例如，纳米结构可以位于一个周期的中心位置和/或顶点位置。

通过将控制光聚焦在相应的纳米结构处，可以激励该纳米结构，从而改变超透镜的相位。

在图8中示出本申请的可调超透镜的一个纳米结构，即相变单元的示意图。在此，相变单元是透射式的相变单元，其中所述相变单元、即所述纳米结构具有基底70。可以直接利用相变元件实现导电并加热。如图8中的(1)所示，第一电极101与纳米结构一201的下侧电连接，第二电极102与纳米结构一201的上侧电连接。在两个电极的作用下，由相变材料制成的纳米结构一201直接导电发热，实现相变态的改变。在此，第一电极和第二电极的材料在工作波段透明，以避免降低光线的透过率。

在此，该第二电极102可以直接与纳米结构一201电连接；或者，如图8中的(1)所示，该相变单元还包括：连接层103，且连接层103在工作波段透明。该连接层103位于纳米结构一201远离第一电极101的一侧，并与纳米结构一201电连接；第二电极102位于第一电极101与连接层103之间，并与连接层103电连接。本申请的实施例中，该层状的第一电极101和连接层103均采用导电且透明的材料，例如，可以使用ITO制作而成。

例如，为了避免间隔设置的第一电极101与第二电极102之间漏电，参见图8中的(1)所示，该相变单元还包括：第一绝缘层502；第一绝缘层502位于第一电极101与第二电极102之间，并抵接第一电极101、第二电极102。可选地，该相变单元还可包括与纳米结构一201并列设置的第二绝缘层504，在能够支撑部分电极的情况下，也可实现绝缘。如图9所示，该第二绝缘层504可以起到支撑连接层103的作用。

参见图8中的(2)所示，该相变单元也可以包括：填充物60，该填充物60在工作波段透明；填充物60填充在纳米结构一201之间。本发明实施例中，在纳米结构一201周围填充有透明材料，即填充物60；该填充物60在工作波段具有较高的透过率，并且，填充物60的折射率与相变材料的折射率相比，二者之间的差值不小于0.5，以能够保证纳米结构一201的调制效果。

在本申请中，如图8中的(1)和(2)所示，相变单元为透射式的，其中光线A射入至相变单元，该相变单元对光线A进行相位调制，并出射调制后的光线B，该光线B为透射光。

在可调超透镜的另一设计方案中，如图9所示，超透镜82包括基底821、纳米结构二822、相变材料层823、第一电极层824以及第二电极层825；基底821的一侧设置有多个纳米结构二822，第一电极层824填充于纳米结构二822的周围，第一电极层824的高度低于纳米结构二822的高度；相变材料层823设置在第一电极层824远离基底821的一侧，且填充于纳米结构二822的周围，第一电极层824与相变材料层823的高度之和大于或等于纳米结构二822的高度；第二电极层825设置于相变材料层823远离基底821的一侧；第一电极层824以及第二电极层825用于对相变材料层823加载电压，相变材料层823能够根据所加载的电压改变超透镜82的焦距。

在该可调超透镜中不仅包含有基底821和纳米结构二822，还针对性地选取了相变材料层823作为填充材料填充于该纳米结构二822的周围，利用了该相变材料层823在受到电压的影响后能够相应地改变相变状态的特质，从而改变该超透镜的焦距，采用第一电极层824与第二电极层825对填充在纳米结构二822周围的相变材料层823施加一定的电压，当该相变材料层823接收到电压时，该相变材料层823即可改变该超透镜的焦距，此时的焦距与未施加电压时的焦距不同。

可选地，相变材料层823在所加载的电压发生变化时，能够改变相变材料层823的折射率。在当前的设计方案中，相变材料层823是填充在该超透镜所具有的多个纳米结构二822周围，因此，当该相变材料层823的折射率发生变化时，能够改变包含该相变材料层823的超透镜的焦距。

在其中一个实施例中，可调超透镜的纳米结构的材料还可以采用光热敏材料，其可以将光能转换为热能，以提高相变速度和效率。

需要说明的是，图1中的其中一条光线，如由图像源引出的线条，其是基于可调超透镜的其中一个焦距设置下的光线；另一条光线，如由可调超透镜引出的线条，是基于可调超透镜的在不同时刻的另一焦距设置下的光线。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中的可调超透镜与耦入元件一体地构成以形成可调超透镜耦入器，例如，在其中一个实施例中，可调超透镜与耦入元件作为一个器件提供，例如参见图3和图4的右侧，从而进一步减小装置的体积和重量。

实施例3

如图2和图3所示，在实施例1或实施例2的基础上，本实施例中，耦出元件4具有光焦度，其中可以将耦出元件4的焦距和各个器件的位置关系设置成，使得可以更好地实现像差校正，使虚拟像不失真，也可以同时增大虚拟像的成像远近的距离范围，使得画面更多样化。由于具有光焦度的耦出元件能够对光产生偏折，本实施例还包括相位补偿器5，其可以设置在光波导的耦出元件4所处区域中，且位于耦出元件4朝向环境光的一侧。

相位补偿器5包括超透镜或者由超透镜构成，相应地，耦出元件包括超透镜或者由超透镜构成。

其中，耦出元件的相位分布满足以下公式：

其中，θ为耦出角且等于耦入角。

相位补偿器的相位分布满足以下公式：

其中，

为所述相位补偿器的相位，

为所述耦出元件的相位。

通过上述公式，相位补偿器与耦出元件处于同一位置的相位差为定值φ₀，通过相位补偿器能够对光进行补偿。

实施例4

如图5所示，在实施例1、实施例2或实施例3的基础上，本实施例还包括驱动装置(未示出)，例如机械马达，驱动装置能够沿图像源的光轴方向往复移动图像源1和/或变焦装置3，使得装置的焦距周期性改变，从而缓解VAC问题。优选地，驱动装置能够同时驱动图像源1和变焦装置3，从而可以进一步提高调节速度，以更好地缓解VAC问题。

实施例5

对于时间复用系统，其调制率速率要求是N倍的显示帧速率(N为图像平面的数量)。为了进一步降低调制速率的要求，在本实施例中还可以结合偏振复用系统，其例如可以由偏振相关透镜和像素偏振态调制层(PPML)组成，所述偏振复用系统用于将两个正交偏振态的光聚焦到不同的位置，从而可以实现同时多个平面显示，进而减缓VAC问题。

因此，在本申请的一个优选的设计方案中，时间复用显示装置还包括偏振调制模块6，偏振调制模块6包括偏振调制单元以及光学透镜，在光路上偏振调制单元设置在光学透镜朝向显示单元的一侧，其中光学透镜可以采用偏振相关透镜或者超透镜，偏振调制单元可以将不同偏振态的光汇聚到不同的焦点上，即偏振调制单元对于不同偏振态呈现不同焦距，以缓和甚至消除调焦冲突。因此，在设置偏振调制模块的情况下，通过时间复用和偏振复用的结合，可以将调制速率要求降低1/2。

在一个设计方案中，偏振调制单元可以是基于线性偏振系统(所用正交偏振态为线偏光)的偏振旋转器，也可以是基于圆偏振系统(所用正交偏振态为左旋/右旋圆偏振光)的偏振旋转器和四分之一波片。

在一个设计方案中，光学透镜可以是轴向多焦点超透镜，其能够将不同偏振态的光会聚至不同的焦点上，从而对于加载到不同偏振态的光的图像产生不同的焦距，进而存在多个可调的像面，以此缓解VAC现象。在图6所示的实施例中，偏振调制模块6，在图像源的光路上，设置在图像源1与变焦装置3之间。在此，耦入元件2可以为偏振型耦入元件，耦出元件4同样为偏振型耦出元件，其中偏振型耦入元件的相位分布满足以下公式：

其中，θ为耦入角，且θ大于全反射角，φ为变焦装置的纳米结构旋转角度。

需要说明的是，由于偏振型耦出元件只对偏振光呈现光焦度，对于非偏振的环境光则可以直接透过，所以在本实施例中无需另设相位补偿器。

对于变焦装置3，其可以为几何相位型超透镜(通过设计纳米结构的旋向来实现)，或者其可以为传播相位型超透镜(通过设置纳米结构的尺寸来实现)，或者也可以为复合相位超透镜，即在同一超透镜中同时引入传输相位和几何相位。

实施例6

如图7所示，本实施例与实施例5的区别在于：本实施例的可调超透镜与耦入元件2一件式地构成，从而进一步减小装置的体积和重量。

实施例7

如图10所示，本实施例与实施例5的区别在于：变焦装置构成为驱动装置(未示出)，例如机械马达，用于驱动图像源1沿图像源1和/或偏振调制模块6的光轴方向往复移动，从而改变成像焦平面进而缓解VAC问题。

实施例8

如图11所示，本申请还提出了一种AR眼镜，其包括：

上述实施例1-7中任意一个的基于光波导式的时间复用显示装置。因此，根据本申请的AR眼镜同样具有上述根据实施例1-7的时间复用显示装置技术效果和有益效果。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种基于光波导式的时间复用显示装置，其特征在于，包括：

图像源，用于投射图像；

光波导；

耦入元件，其能够将来自所述图像源的光耦入至所述光波导中；

耦出元件，其能够将由环境光和光波导中传播的光构成的组合光从所述光波导耦出；

变焦装置，在所述图像源的光路上，设置在所述耦入元件与所述图像源之间；

其中，所述图像源与所述变焦装置相互配合，使得能够以时间复用的方式将所述图像源的图像显示在不同的像面上。

2.根据权利要求1所述的基于光波导式的时间复用显示装置，其特征在于，所述变焦装置包括驱动装置和超透镜或光学透镜，其中借助所述驱动装置驱动所述图像源和/或所述超透镜或光学透镜沿所述图像源的光轴方向往复移动。

3.根据权利要求1所述的基于光波导式的时间复用显示装置，其特征在于，所述变焦装置为驱动装置，用于驱动所述图像源沿所述图像源的光轴方向往复移动。

4.根据权利要求1所述的基于光波导式的时间复用显示装置，其特征在于，所述变焦装置包括可调超透镜或是可调超透镜，其中所述可调超透镜的焦距能够随时间变化。

5.根据权利要求4所述的基于光波导式的时间复用显示装置，其特征在于，所述变焦装置和所述耦入元件一体地构成。

6.根据权利要求5所述的基于光波导式的时间复用显示装置，其特征在于，所述变焦装置为基于电控方式的可调超透镜，其相位分布满足：

其中，ψ为所述变焦装置的相位，θ为耦入角，θ大于全反射角，V为电压。

7.根据权利要求3或4或5所述的基于光波导式的时间复用显示装置，其特征在于，所述时间复用显示装置还包括偏振调制单元，所述偏振调制单元在所述图像源的光路上，设置在所述图像源与所述耦入元件之间。

8.根据权利要求7所述的基于光波导式的时间复用显示装置，其特征在于，所述耦入元件为偏振型耦入元件，所述偏振型耦入元件的相位分布满足：

其中，θ为耦入角，且θ大于全反射角，φ为变焦装置的纳米结构旋转角度。

9.根据权利要求8所述的基于光波导式的时间复用显示装置，其特征在于，所述偏振型耦入元件和所述变焦装置一体地构成。

10.根据权利要求1或2或3所述的基于光波导式的时间复用显示装置，其特征在于，在所述耦出元件具有光焦度的情况下，在所述光波导的耦出元件所处的区域中且在所述耦出元件朝向环境光的一侧上设置有相位补偿器，所述相位补偿器包括超透镜或由超透镜构成，所述相位补偿器用于对环境光进行补偿，使得环境光能够无像差地从所述耦出元件射出。

11.根据权利要求10所述的基于光波导式的时间复用显示装置，其特征在于，所述耦出元件包括超透镜或由超透镜构成，所述耦出元件的相位分布满足：

其中，θ为耦出角且等于耦入角。

12.根据权利要求11所述的基于光波导式的时间复用显示装置，其特征在于，所述相位补偿器的相位分布满足：

其中，

为所述相位补偿器的相位，

为所述耦出元件的相位。

13.一种AR眼镜，其特征在于，包括：

如权利要求1-12中任意一项所述的基于光波导式的时间复用显示装置。

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