CN108398793A - 增强现实显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种增强现实显示系统。该增强现实显示系统包括第一光源模组、第一偏振分光元件、第一图像显示器、第一反射放大元件、第一偏振转换元件、第二偏振分光元件、第二图像显示器、第一反射元件、第二反射元件和第二反射放大元件。第一图像显示器和第二图像显示器分别输出一待显示图像的第一束子图像光线和第二束子图像光线，并分别被第一反射放大元件和第二反射放大元件反射会聚在人眼分别形成第一待显示子图像和第二待显示子图像，并且在人眼分别形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为待显示图像。该增强现实显示系统具有大视场、高分辨率的特点，及相对于具有传统显示光学模组的增强现实显示系统体积较小。

Description

增强现实显示系统

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，具体而言，涉及一种增强现实显示系统。

背景技术

增强现实(AR，Augmented Reality)是利用虚拟物体或信息对真实场景进行现实增强的技术，广泛应用于科研、军事、工业、游戏、视频、教育等各领域。目前主流的增强现实显示系统，普遍采用微型图像显示器作为图像源，并配合传统显示光学模组(半反半透平面镜与传统目视光学系统)实现增强显示。受限于现有的技术和工艺水平，微型图像显示器的分辨率很难提高。并且，传统显示光学模组的显示视场与显示光学模组的体积密切相关。增大显示视场，传统显示光学模组的体积会随之剧增。因此，目前主流的增强现实显示系统具有分辨率低，以及视场小或体积大的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大视场高分辨率的紧凑型的增强现实显示系统，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系统，包括第一光源模组、第一偏振分光元件、第一图像显示器、第一反射放大元件、第一偏振转换元件、第二偏振分光元件、第二图像显示器、第一反射元件、第二反射元件和第二反射放大元件；

所述第一光源模组用于输出照明光束；

所述第一偏振分光元件设置于所述第一光源模组的出射光路上，用于对所述第一光源模组输出的照明光束中第一线性偏振方向的光束进行透射及对第二线性偏振方向的光束进行反射，所述第一线性偏振方向和第二线性偏振方向正交；

所述第一图像显示器设置于所述第一偏振分光元件的第一出射光路上，用于根据第一待显示子图像的灰度对被所述第一偏振分光元件反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第一束子图像光线并向所述第一偏振分光元件传输，其中，每幅待显示图像包括第一待显示子图像和第二待显示子图像，所述第一束子图像光线与第一待显示子图像对应；

所述第一反射放大元件设置于所述第一偏振分光元件的第二出射光路上，为偏振敏感型反射会聚元件，用于对透过所述第一偏振分光元件的第一线性偏振方向的第一束子图像光线进行反射会聚，以在人眼形成第一待显示子图像；

所述第一偏振转换元件设置于所述第一偏振分光元件的第三出射光路和第二偏振分光元件之间，用于将透过所述第一偏振分光元件的第一线性偏振方向的光束的偏振方向转换为第二线性偏振方向；

所述第二偏振分光元件设置于所述第一偏振转换元件的出射光路上，用于对第一线性偏振方向的光束进行透射及对第二线性偏振方向的光束进行反射；

所述第二图像显示器设置于所述第二偏振分光元件的第一出射光路上，用于对被所述第二偏振分光元件反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第二束子图像光线并向所述第二偏振分光元件传输；

所述第一反射元件和第二反射元件依次设置于所述第二偏振分光元件的第二出射光路，用于对透过所述第二偏振分光元件的第一线性偏振方向的第二束子图像光线进行反射至所述第二反射放大元件；

所述第二反射放大元件设置于所述第二反射元件的出射光路上，为偏振敏感型反射会聚元件，用于对被所述第二反射元件反射的第一线性偏振方向的第二束子图像光线进行反射会聚，以在人眼形成第二待显示子图像；

所述第一图像显示器和第二图像显示器分别输出完所述待显示图像的第一束子图像光线和第二束子图像光线后，在人眼形成的所述第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像；

真实世界环境光线穿过所述增强现实显示系统进入人眼形成环境图像。

可选地，所述第一反射元件和第二反射元件为平面反射元件。

可选地，所述第一反射元件为平面反射元件，所述第二反射元件为凹面反射元件。

可选地，所述第一反射元件和第二反射元件为凹面反射元件。

可选地，所述第一反射放大元件和第二反射放大元件为平面反射衍射元件。

可选地，所述第一反射放大元件和第二反射放大元件为凹面反射会聚元件。

可选地，所述第一偏振分光元件和第二偏振分光元件为棱镜式结构或片状结构。

本发明较佳实施例提供的增强现实显示系统通过对第一光源模组、第一偏振分光元件、第一图像显示器、第一反射放大元件、第一偏振转换元件、第二偏振分光元件、第二图像显示器、第一反射元件、第二反射元件和第二反射放大元件的巧妙集成与设计，使在人眼形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像在用户视觉上被拼接为所述待显示图像。因此，该增强现实显示系统的视场角等于第一反射放大元件和第二反射放大元件的视场角之和。并且，第一待显示子图像和第二待显示子图像的分辨率可以相同且等于待显示图像的分辨率。故，该增强现实显示系统具有大视场图像显示的同时具有高分辨率，且相对于具有传统显示光学模组的增强现实显示系统体积更小。并且，该增强现实显示系统采用第一图像显示器和第二图像显示器两个图像显示器进行显示，相较于采用一个图像显示器，降低了对图像显示器的要求，降低刷新率。同时，该增强现实显示系统基于反射成像原理的成像方法使得反射会聚后的图像无色差，且基于细光束的放大成像使得放大后的图像的中心和边缘具有一致清晰度。

本发明另一较佳实施例还提供一种增强现实显示系统，包括第二光源模组、第三偏振分光元件、第三图像显示器、会聚成像组件、第三反射元件、第三反射放大元件、第二偏振转换元件、第四偏振分光元件、第四图像显示器和第四反射放大元件；

所述第二光源模组用于输出照明光束；

所述第三偏振分光元件设置于所述第二光源模组的出射光路上，用于对所述第二光源模组输出的照明光束中第一线性偏振方向的光束进行透射及对第二线性偏振方向的光束进行反射，所述第一线性偏振方向和第二线性偏振方向正交；

所述第三图像显示器设置于所述第三偏振分光元件的第一出射光路上，用于根据第一待显示子图像的灰度对被所述第三偏振分光元件反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第一束子图像光线并向所述第三偏振分光元件传输，其中，每幅待显示图像包括第一待显示子图像和第二待显示子图像，所述第一束子图像光线与第一待显示子图像对应；

所述会聚成像组件设置于所述第三偏振分光元件的第二出射光路上，用于对透过所述第三偏振分光元件的第一线性偏振方向的第一束子图像光线进行会聚至所述第三反射元件；

所述第三反射元件设置于所述会聚成像组件的出射光路上，用于将被所述会聚成像组件会聚的第一线性偏振方向的第一束子图像光线反射至第三反射放大元件；

所述第三反射放大元件设置于所述第三反射元件的出射光路上，为具有对入射的发散光束反射会聚功能的偏振敏感型反射衍射元件，用于对被所述第三反射元件反射的第一线性偏振方向的第一束子图像光线进行反射会聚，以在人眼形成第一待显示子图像；

第二偏振转换元件设置于所述第三偏振分光元件的第三出射光路和第四偏振分光元件之间，用于将透过所述第三偏振分光元件的第一线性偏振方向的光束的偏振方向转换为第二线性偏振方向；

所述第四偏振分光元件设置于所述第二偏振转换元件的出射光路上，用于对第一线性偏振方向的光束进行透射及对第二线性偏振方向的光束进行反射；

所述第四图像显示器设置于所述第四偏振分光元件的第一出射光路上，用于对被所述第四偏振分光元件反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第二束子图像光线并向所述第四偏振分光元件传输；

所述第四反射放大元件设置于所述第四偏振分光元件的第二出射光路上，为偏振敏感型反射会聚元件，用于对透过所述第四偏振分光元件的第一线性偏振方向的第二束子图像光线进行反射会聚，以在人眼形成第二待显示子图像；

所述第三图像显示器和第四图像显示器分别输出完所述待显示图像的第一束子图像光线和第二束子图像光线后，在人眼形成的所述第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像；

真实世界环境光线穿过所述增强现实显示系统进入人眼形成环境图像。

可选地，所述述第三反射放大元件和第四反射放大元件为平面反射衍射元件。

可选地，所述述第三反射放大元件和第四反射放大元件为凹面反射会聚元件。

本发明较佳实施例提供的另一种增强现实显示系统通过对第二光源模组、第三偏振分光元件、第三图像显示器、会聚成像组件、第三反射元件、第三反射放大元件、第二偏振转换元件、第四偏振分光元件、第四图像显示器和第四反射放大元件的巧妙集成与设计，使在人眼形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像在用户视觉上被拼接为所述待显示图像。因此，该增强现实显示系统的视场角等于第三反射放大元件和第四反射放大元件的视场角之和。并且，第一待显示子图像和第二待显示子图像的分辨率可以相同且等于待显示图像的分辨率。故，该增强现实显示系统具有大视场图像显示的同时具有高分辨率，且相对于具有传统显示光学模组的增强现实显示系统体积更小。并且，该增强现实显示系统采用第三图像显示器和第四图像显示器两个图像显示器进行显示，相较于采用一个图像显示器，降低了对图像显示器的要求，降低刷新率。同时，该增强现实显示系统基于反射成像原理的成像方法使得反射会聚后的图像无色差，且基于细光束的放大成像使得放大后的图像的中心和边缘具有一致清晰度。

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为本发明实施例提供的一种增强现实显示系统的结构示意图。

图2为图1所示的增强现实显示系统显示待显示图像的一种光路示意图。

图3为另一实施方式中增强现实显示系统的结构示意图。

图4为另一实施方式中增强现实显示系统的结构示意图。

图5为另一实施方式中增强现实显示系统的结构示意图。

图6为另一实施方式中增强现实显示系统的结构示意图。

图7为本发明实施例提供的另一种增强现实显示系统的结构示意图。

图标:1-增强现实显示系统；11-第一光源模组；13-第一偏振分光元件；15-第一图像显示器；17-第一反射放大元件；19-第一偏振转换元件；21-第二偏振分光元件；23-第二图像显示器；25-第一反射元件；27-第二反射元件；29-第二反射放大元件；31-第二光源模组；33-第三偏振分光元件；35-第三图像显示器；37-会聚成像组件；39-第三反射元件；41-第三反射放大元件；43-第二偏振转换元件；45-第四偏振分光元件；47-第四图像显示器；49-第四反射放大元件。

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为本发明较佳实施例提供的一种增强现实显示系统1的结构示意图。该增强现实显示系统1可以应用于HMD(Head MountDisplay，头戴式可视设备)、智能眼镜等增强现实设备，在此不做限制。该增强现实显示系统1包括第一光源模组11、第一偏振分光元件13、第一图像显示器15、第一反射放大元件17、第一偏振转换元件19、第二偏振分光元件21、第二图像显示器23、第一反射元件25、第二反射元件27和第二反射放大元件29。

第一光源模组11用于提供照明光束。第一光源模组11可以包括照明光源和光束整形合束器。其中，照明光源可以采用激光光源、LED光源等。照明光源可以是单色光源也可以是多色光源。可选地，在本实施例中，照明光源采用多色LED光源。如，照明光源包括红色LED光源、绿色LED光源和蓝色LED光源。其中，LED光源中各个LED的颜色还可以根据实际需要进行设置，以满足实际情况的需要。光束整形合束器设置于照明光源的光路上，用于对照明光源发出的光束进行准直整形、合束处理。

第一偏振分光元件13设置于所述第一光源模组11的出射光路上，用于对第一线性偏振方向的光束进行透射及对第二线性偏振方向的光束进行反射，所述第一线性偏振方向和第二线性偏振方向正交。

第一图像显示器15设置于所述第一偏振分光元件13的第一出射光路上，用于根据第一待显示子图像的灰度对被所述第一偏振分光元件13反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第一束子图像光线并向所述第一偏振分光元件13传输。其中，待显示图像为增强现实显示系统1显示的虚拟图像，即对真实世界环境的人为附加信息的虚拟显示。每幅待显示图像包括第一待显示子图像和第二待显示子图像。为了提高显示效果，第一待显示子图像和第二待显示子图像的分辨率可以相同。而第一待显示子图像和第二待显示子图像的大小可以相同也可以不同。所述第一束子图像光线为与第一待显示子图像对应的准直平行光束。在实际实施时，第一图像显示器15可以是反射式LOCS显示源。

所述第一反射放大元件17设置于所述第一偏振分光元件13的第二出射光路上，为偏振敏感型反射会聚元件。所述第一反射放大元件17用于对透过所述第一偏振分光元件13的第一线性偏振方向的第一束子图像光线进行反射会聚，以在人眼形成第一待显示子图像。

所述第一偏振转换元件19设置于所述第一偏振分光元件13的第三出射光路和第二偏振分光元件21之间。具有线性偏振方向的子图像光线每经过第一偏振转换元件19能够增加π相位延迟，从而能够使得子图像光线的偏振方向转换为与之正交的偏振方向。例如，在本实施方式中，透过所述第一偏振分光元件13的第一线性偏振方向的光束经过第一偏振转换元件19后，其偏振方向被第一偏振转换元件19转换为第二线性偏振方向。

第二偏振分光元件21设置于所述第一偏振转换元件19的出射光路上，用于对第一线性偏振方向的光束进行透射及对第二线性偏振方向的光束进行反射。

第二图像显示器23设置于所述第二偏振分光元件21的第一出射光路上，用于对被所述第二偏振分光元件21反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第二束子图像光线并向所述第二偏振分光元件21传输。其中，所述第二束子图像光线为与第二待显示子图像对应的准直平行光束。在实际实施时，第一图像显示器15可以是反射式LOCS显示源。

所述第一反射元件25和第二反射元件27依次设置于所述第二偏振分光元件21的第二出射光路，用于对透过所述第二偏振分光元件21的第一线性偏振方向的第二束子图像光线进行反射至所述第二反射放大元件29。可选地，本实施例中，第一反射元件25和第二反射元件27为平面反射元件，只具有光路转折的功能，对从第二偏振分光元件21传来的子图像光线的尺寸无放大或缩小功能。

所述第二反射放大元件29设置于所述第二反射元件27的出射光路上，为偏振敏感型反射会聚元件。所述第二反射放大元件29用于对被所述第二反射元件27反射的第一线性偏振方向的第二束子图像光线进行反射会聚，以在人眼形成第二待显示子图像。可选地，在本实施例中，所述第一反射放大元件17和第二反射放大元件29为平面反射衍射元件。

本实施方式提供的增强现实显示系统1进行一次虚拟图像显示的过程如下：将一幅待显示图像在水平方向分为两幅待显示子图像，分别记为第一待显示子图像和第二待显示子图像。如图2所示，第一光源模组11输出照明光束至第一偏振分光元件13。第一偏振分光元件13对照明光束中第二线性偏振方向的光束进行反射至所述第一图像显示器15。第一图像显示器15根据第一待显示子图像的灰度对被所述第一偏振分光元件13反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第一束子图像光线并向所述第一偏振分光元件13传输。该具有第一线性偏振方向的第一束子图像光线透过所述第一偏振分光元件13后被第一反射放大元件17反射会聚，在人眼形成第一待显示子图像。同时，第一偏振分光元件13对照明光束中第一线性偏振方向的光束进行透过至第一偏振转换元件19。透过所述第一偏振分光元件13的第一线性偏振方向的光束经过第一偏振转换元件19后，其偏振方向被第一偏振转换元件19转换为第二线性偏振方向。该具有第二线性偏振方向的光束被第二偏振分光元件21反射至第二图像显示器23。第二图像显示器23根据第二待显示子图像的灰度对被所述第二偏振分光元件21反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第二束子图像光线并向所述第二偏振分光元件21传输。该具有第一线性偏振方向的第二束子图像光线透过所述第二偏振分光元件21后，依次被所述第一反射元件25和第二反射元件27反射至所述第二反射放大元件29。该具有第一线性偏振方向的第二束子图像光线被第二反射放大元件29反射会聚，在人眼形成第二待显示子图像。

在上述过程中，在人眼形成第一待显示子图像和第二待显示子图像的过程为视网膜成像，故在整个显示视场范围内可以清晰成像。可以通过调整所述第一图像显示器15和第二图像显示器23可以同步或略不同步地输出相应子图像光线，使在人眼分别形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像。

真实世界环境光线穿过所述增强现实显示系统1进入人眼形成环境图像。

本发明较佳实施例提供的增强现实显示系统1通过对第一光源模组11、第一偏振分光元件13、第一图像显示器15、第一反射放大元件17、第一偏振转换元件19、第二偏振分光元件21、第二图像显示器23、第一反射元件25、第二反射元件27和第二反射放大元件29的巧妙集成与设计，使在人眼形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像在用户视觉上被拼接为所述待显示图像。因此，该增强现实显示系统1的视场角等于第一反射放大元件17和第二反射放大元件29的视场角之和。并且，第一待显示子图像和第二待显示子图像的分辨率可以相同且等于待显示图像的分辨率。故，该增强现实显示系统1具有大视场图像显示的同时具有高分辨率，且相对于具有传统显示光学模组的增强现实显示系统体积更小。并且，该增强现实显示系统1采用第一图像显示器15和第二图像显示器23两个图像显示器进行显示，相较于采用一个图像显示器，降低了对图像显示器的要求，降低刷新率。同时，该增强现实显示系统1基于反射成像原理的成像方法使得反射会聚后的图像无色差，且基于细光束的放大成像使得放大后的图像的中心和边缘具有一致清晰度。

基于上述发明构思，增强现实显示系统1的具体结构还可以是，但不限于如图3至图6所示。如图3所示，图3为另一实施方式中增强现实显示系统1的结构图。与图1类似，不同的是：第二反射元件27是凹面反射元件，且第二反射放大元件29被设置为对入射的发散光束进行反射会聚的功能。具体实施时，第二反射元件27的反射工作面可以为凹面反射曲面或设置为具有凹面反射等效功能的反射衍射平面。可选地，在本实施方式中，第二反射元件27的反射工作面为凹面反射曲面。

如图4所示，图4为另一实施方式中增强现实显示系统1的结构图。与图1类似，不同的是：第一反射元件25和第二反射元件27是凹面反射元件。同理，具体实施时，第一反射元件25和第二反射元件27的反射工作面可以为凹面反射曲面或设置为具有凹面反射等效功能的反射衍射平面。可选地，在本实施方式中，第一反射元件25和第二反射元件27的反射工作面为凹面反射曲面。

需要说明的是，第一反射放大元件17和第二反射放大元件29可以不限于上述实施例提供的平面反射衍射元件，其还可以是凹面反射会聚元件。例如，将图1所示的增强现实显示系统1的第一反射放大元件17和第二反射放大元件29替换为凹面反射会聚元件，则该增强现实显示系统1的结构如图5所示。并且，第一偏振分光元件13和第二偏振分光元件21可以不限于上述实施例提供的片状结构，其还可以为棱镜式结构。例如，将图1所示的增强现实显示系统1的第一偏振分光元件13和第二偏振分光元件21都设置为棱镜式结构，则该增强现实显示系统1的结构如图6所示。第一偏振分光元件13和第二偏振分光元件21可以分别为棱镜式结构和片状结构，或片状结构和棱镜式结构。

请参阅图7，图7为本发明较佳实施例提供的另一种增强现实显示系统1的结构示意图。该增强现实显示系统1可以应用于HMD(Head Mount Display，头戴式可视设备)、智能眼镜等增强现实设备，在此不做限制。该增强现实显示系统1包括第二光源模组31、第三偏振分光元件33、第三图像显示器35、会聚成像组件37、第三反射元件39、第三反射放大元件41、第二偏振转换元件43、第四偏振分光元件45、第四图像显示器47和第四反射放大元件49。

第二光源模组31用于提供照明光束。第二光源模组31可以包括照明光源和光束整形合束器。其中，照明光源可以采用激光光源、LED光源等。照明光源可以是单色光源也可以是多色光源。可选地，在本实施例中，照明光源采用多色LED光源。如，照明光源包括红色LED光源、绿色LED光源和蓝色LED光源。其中，LED光源中各个LED的颜色还可以根据实际需要进行设置，以满足实际情况的需要。光束整形合束器设置于照明光源的光路上，用于对照明光源发出的光束进行准直整形、合束处理。

第三偏振分光元件33设置于所述第二光源模组31的出射光路上，用于对第一线性偏振方向的光束进行透射及对第二线性偏振方向的光束进行反射，所述第一线性偏振方向和第二线性偏振方向正交。

第三图像显示器35设置于所述第三偏振分光元件33的第一出射光路上，用于根据第一待显示子图像的灰度对被所述第三偏振分光元件33反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第一束子图像光线并向所述第三偏振分光元件33传输。其中，待显示图像为增强现实显示系统1显示的虚拟图像，即对真实世界环境的人为附加信息的虚拟显示。每幅待显示图像包括第一待显示子图像和第二待显示子图像。为了提高显示效果，第一待显示子图像和第二待显示子图像的分辨率可以相同。而第一待显示子图像和第二待显示子图像的大小可以相同也可以不同。所述第一束子图像光线为与第一待显示子图像对应的准直平行光束。在实际实施时，第三图像显示器35可以是反射式LOCS显示源。

会聚成像组件37设置于所述第三偏振分光元件33的第二出射光路上，用于对透过所述第三偏振分光元件33的第一线性偏振方向的第一束子图像光线进行会聚至所述第三反射元件39。会聚成像组件37可以为具有会聚功能的单个透镜，也可以为具有会聚功能的多个透镜的组合。

所述第三反射元件39设置于所述会聚成像组件37的出射光路上，用于将被所述会聚成像组件37会聚的第一线性偏振方向的第一束子图像光线反射至第三反射放大元件41。可选地，本实施例中，第三反射元件39为平面反射元件，只具有光路转折的功能。

所述第三反射放大元件41设置于所述第三反射元件39的出射光路上，为具有对入射的发散光束反射会聚功能的偏振敏感型反射衍射元件。所述第三反射放大元件41用于对被第三反射元件39反射的第一线性偏振方向的第一束子图像光线进行反射会聚，以在人眼形成第一待显示子图像。

第二偏振转换元件43设置于所述第三偏振分光元件33的第三出射光路和第四偏振分光元件45之间。具有线性偏振方向的子图像光线每经过第二偏振转换元件43能够增加π相位延迟，从而能够使得子图像光线的偏振方向转换为与之正交的偏振方向。例如，在本实施方式中，透过所述第三偏振分光元件33的第一线性偏振方向的光束经过第二偏振转换元件43后，其偏振方向被第二偏振转换元件43转换为第二线性偏振方向。

第四偏振分光元件45设置于所述第二偏振转换元件43的出射光路上，用于对第一线性偏振方向的光束进行透射及对第二线性偏振方向的光束进行反射，所述第一线性偏振方向和第二线性偏振方向正交。

第四图像显示器47设置于所述第四偏振分光元件45的第一出射光路上，用于对被所述第四偏振分光元件45反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第二束子图像光线并向所述第四偏振分光元件45传输。其中，所述第二束子图像光线为与第二待显示子图像对应的准直平行光束。在实际实施时，第三图像显示器35可以是反射式LOCS显示源。

所述第四反射放大元件49设置于所述第四偏振分光元件45的第二出射光路上，为偏振敏感型反射会聚元件。所述第四反射放大元件49用于对透过所述第四偏振分光元件45的第一线性偏振方向的第二束子图像光线进行反射会聚，以在人眼形成第二待显示子图像。可选地，在本实施例中，所述第三反射放大元件41和第四反射放大元件49为平面反射衍射元件。

本实施方式提供的增强现实显示系统1进行一次虚拟图像显示的过程如下：将一幅待显示图像在水平方向分为两幅待显示子图像，分别记为第一待显示子图像和第二待显示子图像。如图6所示，第二光源模组31输出照明光束至第三偏振分光元件33。第三偏振分光元件33对照明光束中第二线性偏振方向的光束进行反射至所述第三图像显示器35。第三图像显示器35根据第一待显示子图像的灰度对被所述第三偏振分光元件33反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第一束子图像光线并向所述第三偏振分光元件33传输。该具有第一线性偏振方向的第一束子图像光线透过所述第三偏振分光元件33后被会聚成像组件37会聚至第三反射元件39。第三反射元件39将被所述会聚成像组件37会聚的第一线性偏振方向的第一束子图像光线反射至第三反射放大元件41。第三反射放大元件41对被第三反射元件39反射的第一线性偏振方向的第一束子图像光线进行反射会聚，在人眼形成第一待显示子图像。同时，第三偏振分光元件33对照明光束中第一线性偏振方向的光束进行透过至第二偏振转换元件43。透过所述第三偏振分光元件33的第一线性偏振方向的光束经过第二偏振转换元件43后，其偏振方向被第二偏振转换元件43转换为第二线性偏振方向。该具有第二线性偏振方向的光束被第四偏振分光元件45反射至第四图像显示器47。第四图像显示器47根据第二待显示子图像的灰度对被所述第四偏振分光元件45反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第二束子图像光线并向所述第四偏振分光元件45传输。该具有第一线性偏振方向的第二束子图像光线透过所述第四偏振分光元件45后被第四反射放大元件49反射会聚，在人眼形成第二待显示子图像。

在上述过程中，在人眼形成第一待显示子图像和第二待显示子图像的过程为视网膜成像，故在整个显示视场范围内可以清晰成像。可以通过调整所述第三图像显示器35和第四图像显示器47可以同步或略不同步地输出相应子图像光线，使在人眼分别形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像。

真实世界环境光线穿过所述增强现实显示系统1进入人眼形成环境图像。

同理，本发明较佳实施例提供的另一种增强现实显示系统1通过对第二光源模组31、第三偏振分光元件33、第三图像显示器35、会聚成像组件37、第三反射元件39、第三反射放大元件41、第二偏振转换元件43、第四偏振分光元件45、第四图像显示器47和第四反射放大元件49的巧妙集成与设计，使在人眼形成的第一待显示子图像和第二待显示子图像在用户视觉上被拼接为所述待显示图像。因此，该增强现实显示系统1的视场角等于第三反射放大元件41和第四反射放大元件49的视场角之和。并且，第一待显示子图像和第二待显示子图像的分辨率可以相同且等于待显示图像的分辨率。故，该增强现实显示系统1具有大视场图像显示的同时具有高分辨率，且相对于具有传统显示光学模组的增强现实显示系统体积更小。并且，该增强现实显示系统1采用第三图像显示器35和第四图像显示器47两个图像显示器进行显示，相较于采用一个图像显示器，降低了对图像显示器的要求，降低刷新率。同时，该增强现实显示系统1基于反射成像原理的成像方法使得反射会聚后的图像无色差，且基于细光束的放大成像使得放大后的图像的中心和边缘具有一致清晰度。

同理，第三反射放大元件41和第四反射放大元件49可以不限于平面反射衍射元件，其还可以是凹面反射会聚元件。并且第三偏振分光元件33和第四偏振分光元件45可以不限于上述实施例提供的片状结构，其还可以都为棱镜式结构。第三偏振分光元件33和第四偏振分光元件45可以分别为棱镜式结构和片状结构，或片状结构和棱镜式结构。

应理解，为了便于描述，图1至图7所示的增强现实显示系统1均以单目的形式呈现。本领域技术人员可以根据图1至图7所示的结构推出增强现实显示系统1为双目时的结构。

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。

Claims (10)

1.一种增强现实显示系统，其特征在于，包括第一光源模组、第一偏振分光元件、第一图像显示器、第一反射放大元件、第一偏振转换元件、第二偏振分光元件、第二图像显示器、第一反射元件、第二反射元件和第二反射放大元件；

所述第一光源模组用于输出照明光束；

所述第一偏振分光元件设置于所述第一光源模组的出射光路上，用于对所述第一光源模组输出的照明光束中第一线性偏振方向的光束进行透射及对第二线性偏振方向的光束进行反射，所述第一线性偏振方向和第二线性偏振方向正交；

所述第一图像显示器设置于所述第一偏振分光元件的第一出射光路上，用于根据第一待显示子图像的灰度对被所述第一偏振分光元件反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第一束子图像光线并向所述第一偏振分光元件传输，其中，每幅待显示图像包括第一待显示子图像和第二待显示子图像，所述第一束子图像光线与第一待显示子图像对应；

所述第一反射放大元件设置于所述第一偏振分光元件的第二出射光路上，为偏振敏感型反射会聚元件，用于对透过所述第一偏振分光元件的第一线性偏振方向的第一束子图像光线进行反射会聚，以在人眼形成第一待显示子图像；

所述第一偏振转换元件设置于所述第一偏振分光元件的第三出射光路和第二偏振分光元件之间，用于将透过所述第一偏振分光元件的第一线性偏振方向的光束的偏振方向转换为第二线性偏振方向；

所述第二偏振分光元件设置于所述第一偏振转换元件的出射光路上，用于对第一线性偏振方向的光束进行透射及对第二线性偏振方向的光束进行反射；

所述第二图像显示器设置于所述第二偏振分光元件的第一出射光路上，用于对被所述第二偏振分光元件反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第二束子图像光线并向所述第二偏振分光元件传输；

所述第一反射元件和第二反射元件依次设置于所述第二偏振分光元件的第二出射光路，用于对透过所述第二偏振分光元件的第一线性偏振方向的第二束子图像光线进行反射至所述第二反射放大元件；

所述第二反射放大元件设置于所述第二反射元件的出射光路上，为偏振敏感型反射会聚元件，用于对被所述第二反射元件反射的第一线性偏振方向的第二束子图像光线进行反射会聚，以在人眼形成第二待显示子图像；

所述第一图像显示器和第二图像显示器分别输出完所述待显示图像的第一束子图像光线和第二束子图像光线后，在人眼形成的所述第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像；

真实世界环境光线穿过所述增强现实显示系统进入人眼形成环境图像。

2.根据权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第一反射元件和第二反射元件为平面反射元件。

3.根据权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第一反射元件为平面反射元件，所述第二反射元件为凹面反射元件。

4.根据权利要求1所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第一反射元件和第二反射元件为凹面反射元件。

5.根据权利要求1-4任一项所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第一反射放大元件和第二反射放大元件为平面反射衍射元件。

6.根据权利要求1-4任一项所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第一反射放大元件和第二反射放大元件为凹面反射会聚元件。

7.根据权利要求1-4任一项所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第一偏振分光元件和第二偏振分光元件为棱镜式结构或片状结构。

8.一种增强现实显示系统，其特征在于，所述增强现实显示系统包括第二光源模组、第三偏振分光元件、第三图像显示器、会聚成像组件、第三反射元件、第三反射放大元件、第二偏振转换元件、第四偏振分光元件、第四图像显示器和第四反射放大元件；

所述第二光源模组用于输出照明光束；

所述第三偏振分光元件设置于所述第二光源模组的出射光路上，用于对所述第二光源模组输出的照明光束中第一线性偏振方向的光束进行透射及对第二线性偏振方向的光束进行反射，所述第一线性偏振方向和第二线性偏振方向正交；

所述第三图像显示器设置于所述第三偏振分光元件的第一出射光路上，用于根据第一待显示子图像的灰度对被所述第三偏振分光元件反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第一束子图像光线并向所述第三偏振分光元件传输，其中，每幅待显示图像包括第一待显示子图像和第二待显示子图像，所述第一束子图像光线与第一待显示子图像对应；

所述会聚成像组件设置于所述第三偏振分光元件的第二出射光路上，用于对透过所述第三偏振分光元件的第一线性偏振方向的第一束子图像光线进行会聚至所述第三反射元件；

所述第三反射元件设置于所述会聚成像组件的出射光路上，用于将被所述会聚成像组件会聚的第一线性偏振方向的第一束子图像光线反射至第三反射放大元件；

所述第三反射放大元件设置于所述第三反射元件的出射光路上，为具有对入射的发散光束反射会聚功能的偏振敏感型反射衍射元件，用于对被所述第三反射元件反射的第一线性偏振方向的第一束子图像光线进行反射会聚，以在人眼形成第一待显示子图像；

第二偏振转换元件设置于所述第三偏振分光元件的第三出射光路和第四偏振分光元件之间，用于将透过所述第三偏振分光元件的第一线性偏振方向的光束的偏振方向转换为第二线性偏振方向；

所述第四偏振分光元件设置于所述第二偏振转换元件的出射光路上，用于对第一线性偏振方向的光束进行透射及对第二线性偏振方向的光束进行反射；

所述第四图像显示器设置于所述第四偏振分光元件的第一出射光路上，用于对被所述第四偏振分光元件反射的第二线性偏振方向的光束进行能量调制，得到第一线性偏振方向的第二束子图像光线并向所述第四偏振分光元件传输；

所述第四反射放大元件设置于所述第四偏振分光元件的第二出射光路上，为偏振敏感型反射会聚元件，用于对透过所述第四偏振分光元件的第一线性偏振方向的第二束子图像光线进行反射会聚，以在人眼形成第二待显示子图像；

所述第三图像显示器和第四图像显示器分别输出完所述待显示图像的第一束子图像光线和第二束子图像光线后，在人眼形成的所述第一待显示子图像和第二待显示子图像能在用户视觉上被拼接为所述待显示图像；

真实世界环境光线穿过所述增强现实显示系统进入人眼形成环境图像。

9.根据权利要求8所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第三反射放大元件和第四反射放大元件为平面反射衍射元件。

10.根据权利要求8所述的增强现实显示系统，其特征在于，所述第三反射放大元件和第四反射放大元件为凹面反射会聚元件。