增强现实显示光学系统及增强现实显示方法与流程

本发明涉及光学显示技术领域，具体而言，涉及一种增强现实显示光学系统及增强现实显示方法。

背景技术：

目前增强现实显示光学系统一般是将显示屏置于聚焦透镜(如球面透镜或非球面透镜或菲涅尔透镜)的焦面位置，配合使用半反半透平面镜，焦内的点物经聚焦透镜后成的放大的虚像通过半反半透平面镜传输到人眼，在用户眼前投射显示屏的放大正立的虚像，同时外界环境光线经过半反半透平面镜被人眼接收，实现对真实世界的增强显示。采用此方法的增强现实显示设备需将显示屏放置在聚焦透镜的近焦面处，体积较大、重量较重佩戴舒适性较差。并且，对于近视或远视用户需要佩戴近视或远视校正眼镜才能看清该增强现实显示设备的显示内容，或者需要在该增强现实显示设备增加额外的调焦镜片才能使近视或远视用户不佩戴近视或远视校正眼镜也能看清该增强现实显示设备的显示内容。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种体积小、重量轻且能使近视或远视用户不佩戴校正眼镜也能看清显示内容的增强现实显示光学系统及增强现实显示方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明较佳实施例提供一种增强现实显示光学系统，包括：光源模组、光导模组、空间光调制器和具有平面波转换为球面波的光调制功能的电控光学相位调制模组，所述光导模组包括水平光导和垂直光导，所述空间光调制器为透明的透射式的；

所述光源模组位于所述垂直光导的入射光路上，所述水平光导位于所述垂直光导的出射光路上，所述空间光调制器位于所述水平光导的出射光路上，所述电控光学相位调制模组位于所述空间光调制器的出射光路上；

当所述电控光学相位调制模组和所述空间光调制器处于工作状态时，所述光源模组提供的准直或近准直照明光束分别经过所述垂直光导和水平光导进行垂直方向和水平方向地传输与扩展后，形成准直宽光束或近准直宽光束，所述空间光调制器根据待显示图像信息对所述准直宽光束或近准直宽光束进行光能量的像素级地调制，得到与待显示图像像素点对应的准直细光束或近准直细光束，所述电控光学相位调制模组对所述与待显示图像像素点对应的准直细光束或近准直细光束进行会聚在人眼视网膜上直接成像；

当所述电控光学相位调制模组和所述空间光调制器处于非工作状态时，真实环境光线透过所述水平光导、空间光调制器和电控光学相位调制模组后进入人眼被接收成像于视网膜上。

可选地，所述光源模组包括光发射单元、光准直器、光合束器、耦合光纤和准直镜组。

可选地，所述光源模组还包括消散斑器件。

可选地，所述水平光导包括至少两个的倾斜棱镜，或者包括至少两个倾斜排列的可透可反平面镜。

可选地，所述水平光导由反射元件和衍射元件构成，所述衍射元件位于所述反射元件和空间光调制器之间。

可选地，所述水平光导还包括可透可反层，所述可透可反层位于所述反射元件和衍射元件之间。

可选地，所述水平光导由基底和衍射元件构成，所述基底远离衍射元件的一侧起反射作用。

可选地，所述增强现实显示光学系统还包括缩小光束出射角度的角控微结构元件。

本发明另一较佳实施例提供一种增强现实显示方法，应用于上述的增强现实显示光学系统，所述方法包括：

对每帧待显示图像信息进行色差预校正；

将预设的一帧所述待显示图像的显示时间划分为第一时间段和第二时间段；

在第一时间段，发送一帧所述待显示图像信息至所述空间光调制器，控制所述电控光学相位调制模组、所述光源模组和所述空间光调制器处于工作状态；

在第二时间段，控制控制所述电控光学相位调制模组和所述空间光调制器处于非工作状态。

本发明另一较佳实施例提供一种增强现实显示方法，应用于上述的增强现实显示光学系统，所述方法包括：

将预设的一帧待显示图像的显示时间划分为第一时间段和第二时间段；

将预设的一帧待显示图像预先处理为与所述光源模组输出的多种波长的光束对应的多帧单色图像；

将所述第一时间段划分为多个子时间段，每个子时间段控制所述光源模组输出一种波长的光束，发送一帧与该种波长的光束对应的单色图像至所述空间光调制器，控制所述电控光学相位调制模组处于一种工作状态，使每个子时间段经过所述电控光学相位调制模组会聚后的会聚光束的会聚点在同一位置；

在第二时间段，控制控制所述电控光学相位调制模组和所述空间光调制器处于非工作状态。

本发明提供的增强现实显示光学系统通过对光源模组、光导模组、空间光调制器和电控光学相位调制模组的巧妙集成与设计，使得空间光调制器(显示屏)无需放置在电控光学相位调制模组(聚焦透镜)的近焦面处，结构更紧凑、体积更小、重量更轻，佩戴更舒适；及基于视网膜成像原理，能够在整个显示视场范围内清晰成像，对于近视或远视用户而言不需要佩戴近视或远视校正眼镜都可清晰地接收到待显示图像信息。

本发明提供的增强现实显示方法应用于上述增强现实显示光学系统，因而具有类似的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明较佳实施例提供的一种增强现实显示光学系统的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例提供的一种光源模组的结构示意图。

图3为本发明较佳实施例提供的一种水平光导的结构示意图。

图4为本发明较佳实施例提供的另一种水平光导的结构示意图。

图5为图4所示的水平光导对光线进行传输和扩展的原理图。

图6为本发明较佳实施例提供的另一种水平光导的结构示意图。

图7为图6所示的水平光导对光线进行传输和扩展的原理图。

图8为本发明较佳实施例提供的另一种水平光导的结构示意图。

图9为待显示图像的显示区域与图1所示的光导模组的结构关系图。

图10为非矩形的待显示图像显示区域的尺寸示意图。

图11本发明较佳实施例提供的一种增强现实显示光学系统与传统增强现实显示光学系统的对比图。

图12当对电控光学相位调制模组施加同一电压或电流时，虚拟图像存在色差的原理图。

图13为本发明较佳实施例提供的另一种增强现实显示光学系统的结构示意图。

图14为本发明较佳实施例提供的另一种增强现实显示光学系统的结构示意图。

图15为本发明较佳实施例提供的另一种增强现实显示光学系统的结构示意图。

图16为图15所示的增强现实显示光学系统进行人眼虚像成像的光路示意图。

图17为本发明较佳实施例提供的一种增强现实显示方法的流程图。

图18为本发明较佳实施例提供的另一种增强现实显示方法的流程图。

图标:1-增强现实显示光学系统；10-光源模组；20-光导模组；30-空间光调制器；40-电控光学相位调制模组；11-光发射单元；12-光准直器；13-光合束器；14-耦合光纤；15-准直镜组；16-消散斑器件；21-垂直光导；22-水平光导；221-倾斜棱镜；222-可透可反平面镜；223-反射元件；224-衍射元件；225-可透可反层；226-基底；50-角控微结构元件；60-红外发射装置；70-红外摄像模组；80-红外衍射元件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种增强现实显示光学系统1的结构示意图。如图1所示，所述增强现实显示光学系统1包括：光源模组10、光导模组20、空间光调制器30和电控光学相位调制模组40。

光源模组10位于光导模组20的入射光路上，为光导模组20提供准直或近准直照明光束。可选地，请参阅图2，在本实施例中，光源模组10包括光发射单元11、光准直器12、光合束器13、耦合光纤14和准直镜组15。光发射单元11可以采用激光光源、led光源等。可选的，在本实施例中，该光发射单元11为ld激光光源，如激光发生装置。该激光发射装置可以包快红色激光发射单元11、绿色激光发生单元和蓝色激光发射单元11。在其它实施方式中，激光发生装置中各个激光发生单元的颜色可以根据实际需要进行设置，以满足实际情况的需要，在此不做限制。光准直器12可以选用公知技术中的为光学准直透镜，用于缩小由激光发生装置发射的光束的发散角。光合束器13可以选用公知技术中的合光棱镜，在此不做具体说明。耦合光纤14可以是多模光纤或单模光纤。耦合光纤14的输入端可以熔融球透镜，用于增大耦合光纤14能够耦合的激光光束的口径，使得经过光合束器13后的合束光束易于耦合进耦合光纤14中。耦合光纤14的输出端可以加工成锥形，用于减小输出端出射光束的束腰半径，增大出射光束的数值孔径，使得耦合光纤14输出小光斑大出射角的光束。准直镜组15用于对耦合光纤14输出的小光斑大出射角的光束进行准直，以获得方向性较好的准直光束或近准直光束。通常情况下，经过准直镜组15后，可以获得出射角度在0°～0.5°范围内的准直光束或近准直光束。在具体实施中，设置耦合光纤14输出的光束的束腰位于准直镜组15的焦平面位置或附近，从而获得准直光束或近准直光束。

当发射单元为激光光源时，光源模组10还可以包括消散斑器件16。消散斑器件16通过改变激光的瞬时相位从而干扰激光束的相干特性，从而削弱激光存在的散斑效应，使得光源模组10提供的光束能量分布更均匀。消散斑器件16可以选用公知技术中的液晶相位调制器或振动相位板，在此不做限制。

光导模组20包括垂直光导21和水平光导22。垂直光导21用于对进入所述垂直光导21的光束进行垂直方向地传输与扩展。水平光导22用于对进入水平光导22的光束进行水平方向地传输与扩展。光源模组10输出的准直光束或近准直光束通过垂直光导21和水平光导22分别进行垂直方向和水平方向的扩展后形成准直宽光束或近准直宽光束。

水平光导22可以包括至少两个的倾斜棱镜221，如图1所示。或者如图3所示，水平光导22可以包括至少两个倾斜排列的可透可反平面镜222。每个倾斜排列的可透可反平面镜222可以通过一些透明的安装件固定。或者水平光导22可以同时包括倾斜棱镜221和倾斜排列的可透可反平面镜222。

上述水平光导22包括至少两个倾斜面，真实环境光线透过上述水平光导22时，水平光导22的倾斜面会对真实环境光线的传输造成影响，例如使真实环境在人眼形成的图像被切割为多道。为了解决上述问题，水平光导22还可以是如图4、图6和图8所示的结构。

如图4所示，水平光导22可以是由反射元件223和衍射元件224构成，所述衍射元件224位于所述反射元件223和空间光调制器30之间。图5为图4所示的水平光导22对光线进行传输和扩展的原理图。如图5所示，进入水平光导22的光线被反射元件223反射到衍射元件224，一部分光线被衍射元件224透射衍射进入空间光调制器30，另一部分光线被衍射元件224反射到反射元件223后，再次被反射元件223反射到衍射元件224。再次被反射元件223反射到衍射元件224的光线的一部分被衍射元件224透射衍射进入空间光调制器30，另一部分被衍射元件224反射到反射元件223。以此类推，进入水平光导22的光束就实现了水平方向地传输和扩展。

如图6所示，水平光导22还包括可透可反层225，所述可透可反层225位于所述反射元件223和衍射元件224之间。图7为图6所示的水平光导22对光线进行传输和扩展的原理图。如图7所示，进入水平光导22的光线被反射元件223反射到可透可反层225，一部分光线穿过可透可反层225进入衍射元件224，另一部分光线被可透可反层225反射到反射元件223。进入衍射元件224的光线被衍射元件224透射衍射进入空间光调制器30。被可透可反层225反射到反射元件223的光线被反射元件223再次反射到可透可反层225后，一部分光线穿过可透可反层225进入衍射元件224，另一部分光线被可透可反层225反射到反射元件223。进入衍射元件224的光线被衍射元件224透射衍射进入空间光调制器30。以此类推，进入水平光导22的光束就实现了水平方向地传输和扩展。

如图8所示，水平光导22还可以是由基底226和衍射元件224构成。该衍射元件224可以是刻在基底226朝向空间光调制器30一侧的具有衍射功能的图案。或者该衍射元件224是在透明基板上刻蚀有衍射图案的元件，该衍射元件224和基底226光学胶合。此时，基底226远离所述衍射元件224的一侧起反射作用，与图4中的反射元件223类似。由于进入该水平光导22的光线的传输和扩展原理与图4类似，因此在此不作更多说明。

可选地，在图4、图6、图8所示的水平光导22中，衍射元件224的出射光轴和空间光调制器30的光轴实质上共轴或平行，使得电控光学相位调制模组40易于设计。实质上平行或共轴是指接近平行或共轴。当衍射元件224的出射光轴和空间光调制器30的光轴在可接受范围内有小角度的偏差，也是实质上平行或共轴。

垂直光导21的结构可以与水平光导22的结构相同，放置方式不同。即垂直光导21的结构可以是如图1、图2、图4、图6、图8所示，或是由倾斜棱镜221和倾斜排列的可透可反平面镜222共同组成。由于真实环境光线在进入人眼时，可以不穿过垂直光导21，因此当垂直光导21为图1、图2所示的结构或由倾斜棱镜221和倾斜排列的可透可反平面镜222共同组成时，不会使真实环境在人眼形成的图像被切割为多道。

当水平光导22和垂直光导21为图1或图2所示的结构时，水平光导22和垂直光导21所包括的倾斜棱镜221或倾斜排列的可透可反平面镜222的数量分别由预先设定的待显示图像的显示区域在水平方向和垂直方向的尺寸，及水平光导22和垂直光导21的高度决定。例如，如图9所示，预先设定的待显示图像的显示区域的形状为矩形，其长边为a和宽边为b。其中，定义水平方向为矩形的长边方向，垂直方向为矩形的宽边方向。水平光导22的高度为h1，垂直光导21的高度为h2。则水平光导22所包括的倾斜棱镜221或倾斜排列的可透可反平面镜222的数量应不少于a/h1，垂直光导21所包括的倾斜棱镜221或倾斜排列的可透可反平面镜222的数量应不少于b/h2。垂直光导21和水平光导22的高度很大程度上决定了增强现实显示光学系统1的的尺寸和体积，垂直光导21和水平光导22的高度越小，增强现实显示光学系统1的的尺寸和体积越小，所需要的倾斜棱镜221或倾斜排列的可透可反平面镜222的数量越多，制造、加工、装配等工艺要求也越高。在实际实施过程中，垂直光导21和水平光导22的高度和所包括的倾斜棱镜221或倾斜排列的可透可反平面镜222的数量可以根据关注重点不同进行综合选择。

需要说明的是，预先设定的待显示图像的显示区域并没有限制为矩形，其还可以是圆形、椭圆形或别的形状，如图10所示。对于横截面形状为非矩形的情况，上述的垂直方向和水平方向的尺寸是指能够完全包络该横截面形状的最小矩形的长边a和宽边b。

由于使用了光导模组20对光源模组10输出的光束进行垂直和水平两个方向的光束口径的扩展，因此光源模组10无需输出准直宽光束或近准直宽光束，使得光源模组10的光学系统结构更简单。同时，如图11所示，与传统增强现实显示光学系统1相比，本发明提供的增强现实显示光学系统1无需将空间光调制器30(显示屏)放置在电控光学相位调制模组40(聚焦透镜)的近焦面处，因此结构更紧凑、体积更小、重量更轻，提升佩戴舒适性。图11中，2表示传统增强现实显示光学系统1，a表示显示屏，b表示聚焦透镜。

请再次参考图1，空间光调制器30用于根据待显示图像信息对光导模组20输出的准直宽光束或近准直宽光束进行光能量的像素级地调制，得到与待显示图像像素点对应的准直细光束或近准直细光束。所述空间光调制器30为透明的透射式的像素级的光调制器件。当光源模组10输出单波长光束时，空间光调制器30主要由垂直偏光片、tft玻璃、液晶和水平偏光片构成。当光源模组10输出多种波长(例如红、绿、蓝三种波长)的光束时，空间光调制器30主要由垂直偏光片、tft玻璃、液晶、彩色滤光片和水平偏光片构成。空间光调制器30的每一个像素由与每种波长对应的子像素(例如由红、绿、蓝三个子像素)组成，彩色滤光片包含了每种波长对应颜色滤光片(例如包含了红、绿、蓝三种颜色滤光片)，分别对光源模组10输出的多种(例如三种)波长的合束光束取样后进行混色形成彩色显示画面。

电控光学相位调制模组40可通过电驱动进行控制，使其具有或不具有将平面波转换为球面波的光调制功能。例如，当施加电压或电流时，处于工作状态，具有平面波转换为球面波的光调制功能。当撤去电压或电流时，处于非工作状态，不具有光调制功能。当电控光学相位调制模组40处于工作状态时，具有了平面波转换为球面波的光调制功能，对空间光调制器30调制后的与待显示图像像素点对应的准直细光束或近准直细光束进行会聚，使与待显示图像像素点对应的准直细光束或近准直细光束具有不同的会聚角度。具有不同的会聚角度的与待显示图像像素点对应的准直细光束或近准直细光束在人眼视网膜上直接成像。

当电控光学相位调制模组40处于非工作状态时，可以控制空间光调制器30也处于非工作状态，以防止空间光调制器30对真实环境光线进行调制，影响人眼对真实环境的观察。当电控光学相位调制模组40和空间光调制器30均处于非工作状态时，真实环境光线透过水平光导22、空间光调制器30和电控光学相位调制模组40后进入人眼被接收成像于视网膜上。在此阶段，当所述光源模组10仍然处于工作状态时，由于光调制器不会对光束进行能量调制，光源模组10输出的光束被扩展后进入人眼，此时人眼接收到的是均匀的光能量，形成具有均匀亮度的背景，降低外界环境的对比度，但并不影响人眼对真实环境光线的接收。当光源模组10处于非工作状态时，不会影响人眼接收的真实环境的对比度。

由于空间光调制器30对承载了待显示图像信息的准直宽光束的像素级的调制、电控光学相位调制模组40对空间光调制器30调制后的像素级准直细光束的会聚及电控光学相位调制模组40会聚后的会聚光束在人眼的成像过程是一种视网膜成像，因此在整个显示视场范围内可以清晰成像。并且，对于近视或远视用户而言不需要佩戴近视或远视校正眼镜都可清晰地接收到待显示图像信息，提高了佩戴舒适性。

可选地，在本实施例中，电控光学相位调制模组40还可以通过改变电压或电流，使其能够对不同波长的光束具有等效光调制能力，使得多个波长对应的准直宽光束被调制后的会聚光束的会聚点在同一位置，消除虚拟图像的色差。例如，如图12所示，当光源模组10输出红、绿、蓝三种波长的光束时，如果电控光学相位调制模组40采用同一电压或电流，由于液晶介质对不同波长具有的折射率是不同的，因此每一个波长对应的准直细光束被调制后的球面波的会聚位置不相同，图中or为红色波段光束会聚点，ob为蓝色波段光束会聚点，og为绿色波段光束会聚点，人眼接收三束具有不同相位的会聚光束在视网膜成的像存在一定的色差，即人眼所观察到的虚拟图像存在色差。因此，可以对电控光学相位调制模组40施加不同的电压或电流以消除色差。

应理解，在其它实施方式中，消除虚拟图像的色差还可以通过对待显示图像进行色差预校正，而不通过改变电控光学相位调制模组40的电压或电流。例如，预先存储所述电控光学相位调制模组40在工作状态下对所述光源模组10输出的多波长光波的色差数据，待显示图像信息被发送至所述空间光调制器30之前依据所述预先存储的色差数据进行待显示图像信息的色差预矫正。

电控光学相位调制模组40可以是电控液晶透镜或电控液晶相位光栅或其任意组合。可选的，本实施例中，电控光学相位调制模组40为电控液晶透镜。

如图13所示，上述增强现实显示光学系统1还可以包括角控微结构元件50。角控微结构元件50是一种对入射角度敏感的光学元件，当光束的入射矢量与角控微结构元件50的工作平面的法线的夹角符合设计角度值时，光束才可以穿过角控微结构元件50。光源模组10输出的准直光束或近准直光束并不只有一个方向(例如如上所述输出的是0°～0.5°范围内的准直光束或近准直光束)，会影响到人眼接收到的虚拟显示图像的分辨率。通过设置角控微结构元件50可以缩小经过角控微结构元件50的光束的出射角度，从而提高虚拟显示图像的分辨率。例如，角控微结构元件50设计的角度范围为-0.1°～0.1°，实际实施过程中，角控微结构元件50的角度设计值可以根据实际应用对视觉效果的要求进行设计选取。显而易见，角控微结构元件50可以设置在光源模组10到电控光学相位调制模组40之间的任一位置处。例如，将角控微结构元件50设置在光源模组10和垂直光导21之间，用于对光源模组10输出的光束进行选取；将角控微结构元件50设置在垂直光导21和水平光导22之间，用于对垂直光导21输出的光束进行选取；将角控微结构元件50设置在水平光导22和空间光调制器30之间，用于对水平光导22输出的光束进行选取；将角控微结构元件50设置在空间光调制器30和电控光学相位调制模组40之间，用于对空间光调制器30输出的光束进行选取。可选地，在本实施例中，角控微结构元件50设置在水平光导22和空间光调制器30之间。

同理，角控微结构元件50还可以不止一个，例如两个、三个、四个等。当角控微结构元件50不止一个时，每个角控微结构元件50可以间隔设置。例如，所述角控微结构元件50有两个，其中一个角控微结构元件50设置于所述水平光导22和空间光调制器30之间，另一个角控微结构元件50设置于垂直光导21和水平光导22之间。

在实际实施过程中，角控微结构元件50可以是先制作具有微结构图案的母版，将母版上的图案以图形转印方法将微结构图案转印到特制的软膜上，再将软膜形式的角控微结构元件50以光学胶贴覆在光源模组10、水平光导22、垂直光导21、空间光调制器30或光学相位调制模组等的平面上，降低角控微结构元件50的装配复杂程度。例如，当角控微结构元件50设置在水平光导22和空间光调制器30之间时，可以将角控微结构元件50贴服在水平光导22靠近空间光调制器30一侧的平面上。

如图14所示，在一种可能实现的方式中，上述增强现实显示光学系统1还包括红外发射装置60和红外摄像模组70。红外发射装置60可以是红外led光源或红外ld光源等红外光源，在此不做限制。红外发射装置60可放置于显示光学系统的任何一处。实际实施过程中，只需确保红外发射装置60发出的光束可以覆盖人眼范围且不会对投影成像的视野及预设的外界环境观察视野造成遮挡即可。红外摄像模组70用于接收人眼红外图像并对图像数据进行存储。红外摄像模组70还可以与处理器相连，处理器能够根据存储的数据进行眼球检测，识别出眼球所处的位置、注视方向状态等，并根据眼球的注视方向等信息执行不同的眼控操作。例如，如果识别到人眼在设定的时间内注视点保持在图像界面的某个控件位置，进行此控件对应的系统操作等。

如图15所示，在另一种可能实现的方式中，上述增强现实显示光学系统1还包括红外衍射元件80，红外衍射元件80设置于所述电控光学相位调制模组40靠近人眼的一侧，同时，设置红外摄像模组70的光轴lk与红外衍射元件80的出射光轴og实质上平行或共轴。通过设置红外衍射元件80及使红外摄像模组70的光轴lk与红外衍射元件80的出射光轴og实质上平行或共轴，以形成人眼虚像，并使该人眼虚像距外摄像模组的距离落在外摄像模组的工作范围内，以被外摄像模组获取，如图16所示。从而实现了外摄像模组不用正对人眼就可以获得清晰的正眼图像，不干扰用户对真实世界环境光线的接收，可用于眼球跟踪、虹膜识别身份验证等。其中，正眼图像是指等效于以正对人眼的拍摄角度拍摄的人眼图像。

为了满足某些特定的功能需求，可选择性的对上述增强现实显示光学系统1的部件进行增镀增透膜，加硬膜，防雾膜等功能性膜层，在此不做限制。并且，当增强现实显示光学系统1应用于增强现实眼镜时，该增强现实眼镜还包括佩戴的部件(如镜腿)及将上述增强现实显示光学系统1所包括的元器件连接起来的结构件。

请参阅图17，本发明实施例还提供一种增强现实显示方法，应用于上述增强现实显示光学系统1。所述方法包括：步骤s110、步骤s130和步骤s150。

步骤s110，将预设的一帧待显示图像的显示时间划分为第一时间段和第二时间段。

步骤s130，在第一时间段，发送一帧所述待显示图像信息至所述空间光调制器30，控制所述电控光学相位调制模组40、所述光源模组10和所述空间光调制器30处于工作状态。

经过前文分析可知，在第一时间段，待显示图像经放大投影至人眼形成虚拟图像信息。

步骤s150，在第二时间段，控制所述电控光学相位调制模组40和所述空间光调制器30处于非工作状态。

经过前文分析可知，在第二时间段，真实环境光线透过水平光导22、空间光调制器30和电控光学相位调制模组40后进入人眼被接收成像于视网膜上。在第二时间段，对于光源模组10，其可以处于工作状态，也可以处于非工作状态，在此不作限定。

其中，第一时间段和第二时间段的持续时间可以相同，也可以不同。例如，预设的一帧待显示图像的刷新率为60hz，其显示时间设置为1/60s，可以设置第一时间段为1/120s、1/180s或其它，对应地，第二时间段为1/120s、1/90s或其它。第一时间段的持续时间只需确保在此时间阶段内，所述空间光调制器30能够完成液晶分子的翻转达到对光束能量进行调制的目的，及所述电控光学相位调制模组40能够完成工作状态和非工作状态的转换。

可选地，当光源模组10输出多种波长的光束时，在每帧所述待显示图像信息被发送至所述空间光调制器30之前，所述方法还包括步骤s170。

步骤s170，对每帧待显示图像信息进行色差预校正。

经过前文分析可知，当光源模组10输出多种波长的光束时，如果电控光学相位调制模组40采用同一电压或电流，则每种波长的光束被所述电控光学相位调制模组40调制后的球面波的会聚位置不同，会导致人眼所观察到的虚拟图像会存在色差。为了消除色差，可以预先存储所述电控光学相位调制模组40在工作状态下对所述光源模组10输出的多波长光波的色差数据，在所述待显示图像信息被发送至所述空间光调制器30之前，依据所述预先存储的色差数据对所述待显示图像信息进行色差预校正。

请参阅图18，本发明实施例还提供一种增强现实显示方法，应用于上述增强现实显示光学系统1。当光源模组10输出多种波长的光束时，所述方法包括：步骤s210、步骤s230、步骤s250和步骤s270。

步骤s210，将预设的一帧待显示图像的显示时间划分为第一时间段和第二时间段。

同理，第一时间段和第二时间段的持续时间可以相同，也可以不同。例如，预设的一帧待显示图像的刷新率为60hz，其显示时间设置为1/60s，可以设置第一时间段为1/120s、1/180s或其它，对应地，第二时间段为1/120s、1/90s或其它。

步骤s230，将预设的一帧待显示图像预先处理为与所述光源模组10输出的多种波长的光束对应的多帧单色图像。

其中，所述单色图像的帧数与所述光源模组10输出的光束的波长的种数相同。例如，当光源模组10输出红、绿、蓝三种波长的光束时，将预设的一帧待显示图像预先处理为与红、绿、蓝三种波长的光束分别对应的三帧单色图像，记为第一帧单色图像、第二帧单色图像和第三帧单色图像。

步骤s250，将所述第一时间段划分为多个子时间段，每个子时间段控制所述光源模组10输出一种波长的光束，发送一帧与该种波长的光束对应的单色图像至所述空间光调制器30，控制所述电控光学相位调制模组40处于一种工作状态，使每个子时间段经过所述电控光学相位调制模组40会聚后的会聚光束的会聚点在同一位置。

例如，将所述第一时间段划分为三个子时间段，记为第一子时间段、第二子时间段和第三子时间段。第一子时间段控制所述光源模组10输出红波长的光束，发送第一帧单色图像至所述空间光调制器30，控制所述电控光学相位调制模组40处于第一种工作状态。第二子时间段控制所述光源模组10输出绿波长的光束，发送第二帧单色图像至所述空间光调制器30，控制所述电控光学相位调制模组40处于第二种工作状态。第三子时间段控制所述光源模组10输出蓝波长的光束，发送第三帧单色图像至所述空间光调制器30，控制所述电控光学相位调制模组40处于第三种工作状态。其中，所述电控光学相位调制模组40在第一种工作状态、第二种工作状态和第三种工作状态时，经过所述电控光学相位调制模组40会聚后的会聚光束的会聚点在同一位置，消除虚拟图像的色差。同理，每个子时间段的持续时间可以相同，也可以不同。即，第一子时间段、第二子时间段和第三子时间段的持续时间可以相同，也可以不同。

步骤s270，在第二时间段，控制控制所述电控光学相位调制模组40和所述空间光调制器30处于非工作状态。

同理，在第二时间段，真实环境光线透过水平光导22、空间光调制器30和电控光学相位调制模组40后进入人眼被接收成像于视网膜上。在第二时间段，对于光源模组10，其可以处于工作状态，也可以处于非工作状态，在此不作限定。

本发明实施例提供的增强现实显示光学系统1通过对光源模组10、光导模组20、空间光调制器30和电控光学相位调制模组40的巧妙集成与设计，使得空间光调制器30(显示屏)无需放置在电控光学相位调制模组40(聚焦透镜)的近焦面处，结构更紧凑、体积更小、重量更轻，佩戴更舒适；及基于视网膜成像原理，能够在整个显示视场范围内清晰成像，对于近视或远视用户而言不需要佩戴近视或远视校正眼镜都可清晰地接收到待显示图像信息。同时，本发明实施例提供的增强现实显示光学系统1还可以包括红外发射装置60和红外摄像模组70，以获得人眼红外图像；以及通过设置红外衍射元件80，使外摄像模组不用正对人眼就可以获得清晰的正眼图像，不干扰用户对真实世界环境光线的接收，可用于眼球跟踪、虹膜识别身份验证等。

应理解，本发明实施例提供的增强现实显示方法应用于上述增强现实显示光学系统1，因而具有类似的有益效果。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。