CN114690414A - 基于波导的增强现实装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种基于波导的增强现实装置及其方法。该基于波导的增强现实装置包括：用于发射图像光的一图像源组件；具有并排布置的耦入区域和耦出区域的一波导组件，其中该波导组件的该耦入区域对应于该图像源组件；以及被设置于该图像源组件和该波导组件之间的光路中的一平面折叠光组件，其中该平面折叠光组件具有光焦度，并且该平面折叠光组件包括相互叠置的多个平面光学元件，以通过该多个平面光学元件可选择偏转角度地折叠该图像源组件和该波导组件之间的光路，用于使来自该图像源组件的该图像光在该平面折叠光组件内被多次折返的同时被会聚或发散之后，先从该波导组件的该耦入区域耦入，再从该波导组件的该耦出区域耦出。

Description

基于波导的增强现实装置及其方法

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，特别是涉及一种基于波导的增强现实装置及其方法。

背景技术

近年来，微型显示芯片技术的出现，使得小型化和高分辨率的投影显示成为可能。随着投影显示技术的不断发展以及市场需求，可穿戴的微投影系统越来越受到重视，尤其是在现如今发展火热的增强现实(Augmented reality,AR)等领域。增强现实又称扩增现实或混合现实，是一种将虚拟物体叠加到真实环境并进行互动的技术，通过将虚拟物体的图像以及真实环境的图像透射到用户眼中，使用户获得虚拟与现实融合的体验。

目前，虽然市场上存在多种AR光学系统方案，但真正能够面向消费者的产品仍然存在很多不足，比如，亮度低、视场角小、尺寸大、成本高、设备笨重等。特别是随着自发光显示芯片作为图像显示源的折反式光学系统出现，因其在控制成本、减小体积以及降低难度上具有一定优势而备受青睐。如图1所示，现有的折反式增强现实设备10P通常包括图像源组件11P、透镜12P、半反半透镜13P以及曲面反射镜14P，通过该图像源组件11P发射的图像光线，在经由该透镜12P聚焦后，再经由该半反半透镜13P和该曲面反射镜14P反射至人眼中以呈现放大的虚像，而人眼能够透过该半反半透镜13P和该曲面反射镜14P看到真实物体，使得虚拟图像与真实世界叠加即可完成增强交互。

然而，现有的折反式增强现实设备10P虽然能够通过折返图像光而增加光程，但会因采用的半反半透镜13P和曲面反射镜14P均为曲面元件而导致设备前端的整体尺寸却比较大；与此同时，图像源组件11P和透镜12P均位于设备的前端，造成设备前端的重量也比较重。

而随着波导技术的发展，波导技术也逐渐被广泛应用到增强现实领域，以替代现有的折返式增强现实设备10P中的半反半透镜13P和曲面反射镜14P。例如，如图2所示，现有的基于波导的增强现实设备20P通常包括图像源组件21P、透镜组件22P以及波导23P，这样通过该图像源组件21P发射的图像光线，在经由该透镜组件22P聚焦后，再经由该波导23P传导至人眼中以呈现放大的虚像，而人眼能够透过该波导23P看到真实物体，使得虚拟图像与真实世界叠加即可完成增强交互。

然而，该现有的基于波导的增强现实设备20P虽然能够解决设备前端尺寸较大、重量较重的问题，但因为该现有的基于波导的增强现实设备20P失去了折返光路而不得不增大该透镜组件22P中的透镜数量来延长光程，以确保图像光线具有足够的光程而形成质量较高的虚拟图像，这样该透镜组件22P的体积和重量将急剧变大，导致该现有的基于波导的增强现实设备20P的整体尺寸和重量也将变大，更难以接受的是该现有的基于波导的增强现实设备20P的大部分重量将集中到该透镜组件22P以造成重量分布不均匀，进而影响用户的佩戴舒适度。

发明内容

本发明的一优势在于提供一基于波导的增强现实装置及其方法，其能够在保证图像光具有足够的光程的同时，减小装置的尺寸和重量，有助于改善用户的佩戴舒适度。

本发明的另一优势在于提供一基于波导的增强现实装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述基于波导的增强现实装置能够采用平面折叠技术在较小的物理空间内增加图像光的光程，有助于提高装置结构的紧凑性，降低装置的尺寸和重量。

本发明的另一优势在于提供一基于波导的增强现实装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述基于波导的增强现实装置能够在波导的边缘对平面折叠光组件进行封装，以在简化封装工艺、提高封装质量的同时，避免对波导的耦入区域和耦出区域产生干扰。

本发明的另一优势在于提供一基于波导的增强现实装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述基于波导的增强现实装置能够整体地封装所述平面折叠光组件和所述波导，以便降低所述平面折叠光组件的投影区域与所述波导的耦入区域的对准难度。

本发明的另一优势在于提供一基于波导的增强现实装置及其方法，其中，在本发明的一实施例中，所述基于波导的增强现实装置能够利用所述平面折叠光组件的显影区域对光线进行会聚或发散，以替代曲面的远视或近视镜片，有助于使远视或近视用户直接使用所述基于波导的增强现实装置就能够看到清晰的虚拟图像和真实物体，从而获得良好的增强现实体验。

本发明的另一优势在于提供一基于波导的增强现实装置及其方法，其中为了达到上述目的，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一解决方案，不只提供一基于波导的增强现实装置及其方法，同时还增加了所述基于波导的增强现实装置及其方法的实用性和可靠性。

为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，本发明提供了一基于波导的增强现实装置，包括：

一图像源组件，用于发射图像光；

一波导组件，其中所述波导组件具有并排布置的耦入区域和耦出区域，并且所述波导组件的所述耦入区域对应于所述图像源组件；以及

一平面折叠光组件，其中所述平面折叠光组件被设置于所述图像源组件和所述波导组件之间的光路中，其中所述平面折叠光组件具有光焦度，并且所述平面折叠光组件包括相互叠置的多个平面光学元件，以通过所述多个平面光学元件可选择偏转角度地折叠所述图像源组件和所述波导组件之间的光路，用于使来自所述图像源组件的该图像光在所述平面折叠光组件内被多次折返的同时被会聚或发散之后，先从所述波导组件的所述耦入区域耦入，再从所述波导组件的所述耦出区域耦出。

根据本申请的一实施例，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件包括具有光焦度的一第二光学元件、一第三光学元件以及一第四光学元件，其中所述第二光学元件用于透射第一偏振图像光，且可选择角度地反射第二偏振图像光；其中所述第三光学元件用于将该第一偏振图像光和该第二偏振图像光与第三偏振图像光和第四偏振图像光相互转换；其中所述第四光学元件用于反射该第三偏振图像光，且透射该第四偏振图像光；其中该第一偏振图像光与该第二偏振图像光相互正交地偏振，并且该第三偏振图像光与该第四偏振图像光相互正交地偏振。

根据本申请的一实施例，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件进一步包括一第一光学元件，其中所述第一光学元件用于将来自所述图像源组件的该图像光起偏为该第一偏振图像光，并且所述第一光学元件、所述第二光学元件、所述第三光学元件以及所述第四光学元件依次被叠置于所述图像源组件和所述波导组件之间的光路。

根据本申请的一实施例，所述第一光学元件为一圆偏振件，其中所述圆偏振件用于将该图像光起偏为圆偏振光。

根据本申请的一实施例，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件进一步包括一第一光学元件，其中所述第一光学元件用于将来自所述图像源组件的该图像光起偏为该第四偏振图像光，并且所述第一光学元件、所述第四光学元件、所述第三光学元件以及所述第二光学元件依次被叠置于所述图像源组件和所述波导组件之间的光路。

根据本申请的一实施例，所述第一光学元件为一线偏振件，其中所述线偏振件用于将该图像光起偏为线偏振光。

根据本申请的一实施例，所述第二光学元件为一偏振体全息件，用于透射左旋圆偏振图像光和右旋圆偏振图像光中的一种，并可选择角度地反射该左旋圆偏振图像光和该右旋圆偏振图像光中的另一种；其中所述第三光学元件为一1/4波片；其中所述第四光学元件为一偏振反射件，用于透射P偏振图像光和S偏振图像光中的一种，并反射该P偏振图像光和该S偏振图像光中的另一种。

根据本申请的一实施例，所述第二光学元件与所述第三光学元件被间隔地叠置，以在所述第二光学元件和所述第三光学元件之间形成一透光间隙。

根据本申请的一实施例，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件进一步包括一平面透光元件，其中所述平面透光元件被设置于所述透光间隙，并且所述平面透光元件的折射率大于空气的折射率。

根据本申请的一实施例，所述平面折叠光组件与所述波导组件的所述耦入区域相匹配地设置。

根据本申请的一实施例，所述平面折叠光组件同时与所述波导组件的所述耦入区域和所述耦出区域相匹配地设置。

根据本申请的一实施例，所述平面折叠光组件同时与所述波导组件的所述耦入区域和所述耦出区域相匹配地设置，并且所述平面折叠光组件中的所述第一光学元件仅与所述波导组件的所述耦入区域相匹配地对应。

根据本申请的一实施例，所述平面折叠光组件中的所述第二光学元件具有并排布置的第一光学区域和第二光学区域，其中所述第二光学元件的所述第一光学区域对应于所述波导组件的所述耦入区域，用于透射该第一偏振图像光，且可选择角度地反射该第二偏振图像光；其中所述第二光学元件的所述第二光学区域对应于所述波导组件的所述耦出区域，用于透射该第二偏振图像光，且可选择角度地反射该第一偏振图像光。

根据本申请的一实施例，所述第二光学元件包括偏振敏感方向相反的第一偏振体全息件和第二偏振体全息件，其中所述第一偏振体全息件和所述第二偏振体全息件被并排地设置以分别提供所述第一光学区域和所述第二光学区域。

根据本申请的一实施例，所述波导组件为SRG衍射波导或二维阵列波导。

根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了基于波导的增强现实装置的制造方法，包括步骤：

对应地设置用于发射图像光的一图像源组件于一波导组件的耦入区域；和

设置具有光焦度的一平面折叠光组件于该图像源组件和该波导组件之间的光路中，其中所述平面折叠光组件包括相互叠置的多个平面光学元件，以通过所述多个平面光学元件可选择偏转角度地折叠所述图像源组件和所述波导组件之间的光路，用于使来自所述图像源组件的该图像光在所述平面折叠光组件内被多次折返的同时被会聚或发散之后，先从所述波导组件的所述耦入区域耦入，再从所述波导组件的所述耦出区域耦出。

根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了近眼显示方法，包括步骤：

发射一图像光；

可选择偏转角度地多次折返该图像光以会聚或发散该图像光；以及

全反射地传导被会聚或发散后的该图像光至人眼以成像。

根据本申请的一实施例，所述可选择偏转角度地多次折返该图像光以会聚或发散该图像光的步骤，包括步骤：

起偏该图像光以形成一第一偏振图像光；

透射该第一偏振图像光以转换为一第三偏振图像光；

反射回该第三偏振图像光以转换为一第二偏振图像光，其中该第二偏振图像光与该第一偏振图像光相互正交地偏振；

可选择角度地反射回该第二偏振图像光以发散或会聚该第二偏振图像光；以及

转换该第二偏振图像光以形成一第四偏振图像光，其中该第四偏振图像光与该第三偏振图像光相互正交地偏振。

根据本申请的一实施例，所述可选择偏转角度地多次折返该图像光以会聚或发散该图像光的步骤，包括步骤：

起偏该图像光以形成一第四偏振图像光；

透射该第四偏振图像光以转换为一第二偏振图像光；

可选择角度地反射回该第二偏振图像光以发散或会聚该第二偏振图像光；

转换该第二偏振图像光以形成一第三偏振图像光，其中该第三偏振图像光与该第四偏振图像光相互正交地偏振；以及

反射回该第三偏振图像光以转换为一第一偏振图像光，其中该第一偏振图像光与该第二偏振图像光相互正交地偏振。

根据本申请的一实施例，所述全反射地传导被会聚或发散后的该图像光至人眼以成像的步骤，包括步骤：

耦入该第四偏振图像光；

全反射地传导被耦入的该第四偏振图像光；以及

耦出被全反射地传导的该第四偏振图像光。

根据本申请的一实施例，所述全反射地传导被会聚或发散后的该图像光至人眼以成像的步骤，进一步包括步骤：

透射被耦出的该第四偏振图像光以转换为该第一偏振图像光；

可选择角度地反射回该第一偏振图像光以发散或会聚该第一偏振图像光；

转换该第一偏振图像光以形成该第三偏振图像光；以及

反射回该第三偏振图像光以转换为该第二偏振图像光而传播至人眼成像。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1示出了现有的折反式增强现实设备的结构示意图。

图2示出了现有的基于波导的增强现实设备的结构示意图。

图3是根据本发明的一第一实施例的基于波导的增强现实装置的结构示意图。

图4示出了根据本发明的上述第一实施例的所述基于波导的增强现实装置的平面折叠光组件的光路示意图。

图4A示出了根据本发明的上述第一实施例的所述平面折叠光组件的第一示例。

图4B示出了根据本发明的上述第一实施例的所述平面折叠光组件的第二示例。

图5示出了根据本发明的上述第一实施例的所述平面折叠光组件的一第一变形实施方式。

图6示出了根据本发明的上述第一实施例的所述平面折叠光组件的一第二变形实施方式。

图7示出了根据本发明的上述第一实施例的所述平面折叠光组件的一第三变形实施方式。

图8是根据本发明的一第二实施例的基于波导的增强现实装置的结构示意图。

图9和图10是根据本发明的一第三实施例的基于波导的增强现实装置的结构示意图。

图11是根据本发明的一实施例的基于波导的增强现实装置的制造方法的流程示意图。

图12是根据本发明的一实施例的近眼显示方法的流程示意图。

图13A示出了根据本发明的上述实施例的所述近眼显示方法中步骤之一的一个示例。

图13B示出了根据本发明的上述实施例的所述近眼显示方法中所述步骤之一的另一个示例。

图14示出了根据本发明的上述实施例的近眼显示方法中步骤之二的流程示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本发明的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连结。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

近年来，随着增强现实技术的飞速发展，能够实现增强现实的设备或装置也越来越受到人们的欢迎和使用。但如图1所示，现有的折反式增强现实设备10P虽然能够通过折返图像光而增加光程，但会因采用的半反半透镜13P和曲面反射镜14P均为曲面元件而导致设备前端的整体尺寸却比较大；与此同时，图像源组件11P和透镜12P均位于设备的前端，造成设备前端的重量也比较重；而如图2所示，该现有的基于波导的增强现实设备20P虽然能够解决设备前端尺寸较大、重量较重的问题，但因为该现有的基于波导的增强现实设备20P失去了折返光路而不得不增大该透镜组件22P中的透镜数量来延长光程，以确保图像光线具有足够的光程而形成质量较高的虚拟图像，这样该透镜组件22P的体积和重量将急剧变大，导致该现有的基于波导的增强现实设备20P的整体尺寸和重量也将变大，更难以接受的是该现有的基于波导的增强现实设备20P的大部分重量将集中到该透镜组件22P以造成重量分布不均匀，进而影响用户的佩戴舒适度。

因此，为了解决上述问题，参考附图3至图4B所示，本发明的第一实施例提供了一种基于波导的增强现实装置，其能够在保证图像光具有足够的光程的同时，减小装置的尺寸和重量，有助于改善用户的佩戴舒适度。

具体地，如图3和图4所示，所述基于波导的增强现实装置1可以包括用于发射图像光100的一图像源组件10、一波导组件20以及一平面折叠光组件30。所述波导组件20具有并排布置的耦入区域201和耦出区域202，并且所述波导组件20的所述耦入区域201对应于所述图像源组件10。所述平面折叠光组件30被设置于所述图像源组件10和所述波导组件20之间的光路中，其中所述平面折叠光组件30具有光焦度，并且所述平面折叠光组件30包括相互叠置的多个平面光学元件300，以通过所述多个平面光学元件300可选择偏转角度地折叠所述图像源组件10和所述波导组件20之间的光路，用于使来自所述图像源组件10的该图像光100在所述平面折叠光组件30内被多次折返的同时被会聚或发散之后，先从所述波导组件20的所述耦入区域201耦入，再从所述波导组件20的所述耦出区域202耦出，以导入人眼成像而观看到与所述图像光100对应的虚像。与此同时，外部的环境光线在透过所述波导组件20的所述耦出区域202后也能够导入人眼成像而观看到与环境光线对应的实像，从而获得增强现实体验。可以理解的是，本申请的该图像光100可以被实施为带有一定角度且携带图像信息的光线。

值得注意的是，由于本发明的上述第一实施例的所述基于波导的增强现实装置1通过所述平面折叠光组件30可选择偏转角度地折叠所述光路，使得所述图像光100在所述平面折叠光组件30内沿着被折叠的所述光路多次折返且被会聚或发散，以在有限的空间内延长所述图像光100的光程的同时选择性地改变所述图像光100的会聚或发散角度，因此在提供同样长的光程和相同的会聚或发散效果时，所述平面折叠光组件30的厚度和尺寸将远远小于传统的透镜组(如图2所示的透镜组件22P)的厚度和尺寸，也就是说，所述平面折叠光组件30的体积和重量都远小于透镜组的体积和重量，进而使得整个装置的体积和重量均得以减小，有助于改善用户的佩戴舒适度。特别地，由于所述平面折叠光组件30的多个平面光学元件300均具有平整表面，且相互叠置，因此相比于现有的折返式增强现实设备10P中均具有弯曲表面的半反半透镜13P和曲面反射镜14P，本申请的基于波导的增强现实装置1在尺寸和紧凑程度上均优于现有的折返式增强现实设备10P，并且所述平面折叠光组件30更容易组装，极大地降低了所述基于波导的增强现实装置1的组装成本。

更具体地，如图3和图4所示，所述基于波导的增强现实装置1的所述平面折叠光组件30中的所述多个平面光学元件300可以包括一第一光学元件301、具有光焦度的一第二光学元件302、一第三光学元件303以及一第四光学元件304，并且所述第一光学元件301、所述第二光学元件302、所述第三光学元件303以及所述第四光学元件304被依次叠置于所述图像源组件10和所述波导组件20之间的光路中。所述第一光学元件301用于将该图像光100起偏为第一偏振图像光101。所述第二光学元件302用于透射该第一偏振图像光101，并且可选择角度地反射第二偏振图像光102。所述第三光学元件303用于将该第一偏振图像光101和该第二偏振图像光102与第三偏振图像光103和第四偏振图像光104相互转换。所述第四光学元件304用于反射该第三偏振图像光103，并且透射该第四偏振图像光104。可以理解的是，所述第二偏振图像光102在被所述第二光学元件302反射时，其入射角可以不等于反射角，而是按照预先设定的特定角度来反射所述第二偏振图像光102，以实现根据需要会聚或发散所述第二偏振图像光103。

这样，如图4所示，首先，来自所述图像源组件10的所述图像光100传播至所述第一光学元件301以被所述第一光学元件301起偏为所述第一偏振图像光101；接着，所述第一偏振图像光101传播至所述第二光学元件302以在透过所述第二光学元件302后被所述第三光学元件303转换为所述第三偏振图像光103；然后，所述第三偏振图像光103传播至所述第四光学元件304以在被所述第四光学元件304反射回所述第三光学元件303后被所述第三光学元件303转换为所述第二偏振图像光102；之后，所述第二偏振图像光102传播至所述第二光学元件302以在被所述第二光学元件302可选择偏转角度地反射回所述第三光学元件303后被所述第三光学元件303转换为所述第四偏振图像光104；最后，所述第四偏振图像光104传播至所述第四光学元件304以透过所述第四光学元件304而传播至所述波导组件20的所述耦入区域201以从所述耦入区域201耦入所述波导组件20。可以理解的是，由于各种偏振态的图像光在所述平面折叠光组件30中的所述第二光学元件302和所述第四光学元件304之间来回折返，使得所述图像源组件10和所述波导组件20之间的光路在所述平面折叠光组件30内被折叠以实现在有限空间内延长光程的效果。

值得注意的是，所述第一偏振图像光101与所述第二偏振图像光102相互正交地偏振，并且所述第三偏振图像光103与所述第四偏振图像光104相互正交地偏振，以在确保折叠光路以延长光程的同时，使得所述第一光学元件301、所述第二光学元件302、所述第三光学元件303以及所述第四光学元件304能够利用现有的光学元件就能够实现上述功效，有助于降低所述平面折叠光组件30的制造难度。

优选地，如图4所示，所述平面折叠光组件30中的所述第一光学元件301被实施为一圆偏振件31，其中所述圆偏振件31用于将图像光起偏为圆偏振光，例如，来自所述图像源组件10的所述图像光100能够被所述圆偏振件31起偏为左旋圆偏振图像光(即具有左旋圆偏振态的图像光)或右旋圆偏振图像光(即具有右旋圆偏振态的图像光)。特别地，所述圆偏振件31可以但不限于被实施为一圆偏振膜，有助于降低所述第一光学元件301的制造和组装难度。可以理解的是，所述圆偏振件31还可以被实施为诸如圆偏振片等其他形式的光学元件，只要能够将来自所述图像源组件10的所述图像光100起偏为所述第一偏振图像光101即可，本申请对此不再赘述。

如图4所示，所述平面折叠光组件30中的所述第二光学元件302优选地被实施为一偏振体全息件32，其中所述偏振体全息件32被设计，用于透射所述左旋圆偏振图像光和所述右旋圆偏振图像光中的一种，并且可选择角度地反射所述左旋圆偏振图像光和所述右旋圆偏振图像光中的另一种。特别地，所述偏振体全息件32可以但不限于被实施为一偏振体全息膜，有助于降低所述第二光学元件302的制造和组装难度。

值得注意的是，所述偏振体全息件32是一种用全息技术制作的各向异性光学元件，一般为液晶排列形成的螺旋状光聚合物形成的光栅阵列结构，其具有角度选择性和偏振选择性，以在不同位置按照不同偏转角度来发射光线，使得所述偏振体全息件32的平面结构具有光焦度，以实现与曲面透镜一样的会聚或发散光线的功能。可以理解的是，所述偏振体全息件32也可以被实施为诸如偏振体全息片等其他形式的光学元件，只要能够透射所述第一偏振图像光101，并且反射所述第二偏振图像光102即可，本申请对此不再赘述。

如图4所示，所述平面折叠光组件30中的所述第三光学元件303优选地被实施为一1/4波片33，其中所述1/4波片33用于将线偏振光(如P偏振图像光或S偏振图像光)与圆偏振光(如所述左旋圆偏振图像光或所述右旋圆偏振图像光)相互转换。

如图4所示，所述平面折叠光组件30中的所述第四光学元件304优选地被实施为一偏振反射件34，其中所述偏振反射件34用于反射所述S偏振图像光和所述P偏振图像光中的一种，并透射所述S偏振图像光和所述P偏振图像光中的另一种。特别地，所述偏振反射件34可以但不限于被实施为一偏振反射膜，用于反射所述S偏振图像光，并透射所述P偏振图像光，有助于降低所述第四光学元件304的制造和组装难度。可以理解的是，所述偏振反射件34也可以被实施为诸如偏振分光片等其他形式的光学元件，只要能够透射所述第四偏振图像光104，并且反射所述第三偏振图像光103即可，本申请对此不再赘述。

示例性地，在本申请的第一示例中，如图4A所示，所述第一偏振图像光101和所述第二偏振图像光102可以依次被实施为具有左旋圆偏振态的图像光(简称左旋圆偏振图像光)和具有右旋圆偏振态的图像光(简称右旋圆偏振图像光)，并且所述第三偏振图像光103和所述第四偏振图像光104对应地依次被实施为具有S偏振态的图像光(简称S偏振图像光)和具有P偏振态的图像光(简称P偏振图像光)。

与此同时，在本申请的上述第一示例中，如图4A所示，所述平面折叠光组件30中的所述圆偏振件31用于将所述图像光100起偏为所述左旋圆偏振图像光；所述偏振体全息件32用于透射所述左旋圆偏振图像光，并可选择偏转角度地反射所述右旋圆偏振图像光；所述1/4波片33用于将所述P偏振图像光和所述S偏振图像光与所述左旋圆偏振图像光和右旋圆偏振图像光相互转换；所述偏振反射件34用于透射所述P偏振图像光，并反射所述S偏振图像光。

这样，如图4A所示，首先，来自所述图像源组件10的所述图像光100传播至所述圆偏振件31以被所述圆偏振件31起偏为所述左旋圆偏振图像光；接着，所述左旋圆偏振图像光传播至所述偏振体全息件32以在透过所述偏振体全息件32后被所述1/4波片33转换为所述S偏振图像光；然后，所述S偏振图像光传播至所述偏振反射件34以在被所述偏振反射件34反射回所述1/4波片33后被所述1/4波片33转换为所述右旋圆偏振图像光；之后，所述右旋圆偏振图像光传播至所述偏振体全息件32以在被所述偏振体全息件32可选择偏转角度地反射回所述1/4波片33后被所述1/4波片33转换为所述P偏振图像光；最后，所述P偏振图像光传播至所述偏振反射件34以透过所述偏振反射件34而传播至所述波导组件20的所述耦入区域201以从所述耦入区域201耦入所述波导组件20，使得所述图像源组件10和所述波导组件20之间的光路在所述平面折叠光组件30内被可选择偏转角度地折叠以在实现在有限空间内延长光程的效果的同时，还能够根据需要会聚或发散图像光。

值得注意的是，在本申请的第二示例中，如图4B所示，所述第一偏振图像光101和所述第二偏振图像光102也可以依次被实施为右旋圆偏振图像光和左旋圆偏振图像光，并且所述第三偏振图像光103和所述第四偏振图像光104仍然依次被实施为S偏振图像光和P偏振图像光。

与此同时，在本申请的上述第二示例中，如图4B所示，所述平面折叠光组件30中的所述圆偏振件31用于将所述图像光100起偏为所述右旋圆偏振图像光；所述平面折叠光组件30中的偏振体全息件32’被设计，用于透射所述右旋圆偏振图像光，并可选择偏转角度地反射所述左旋圆偏振图像光；所述1/4波片33用于将所述P偏振图像光和所述S偏振图像光与所述左旋圆偏振图像光和右旋圆偏振图像光相互转换；所述偏振反射件34用于透射所述P偏振图像光，并反射所述S偏振图像光。

这样，如图4B所示，首先，来自所述图像源组件10的所述图像光100传播至所述圆偏振件31以被所述圆偏振件31起偏为所述右旋圆偏振图像光；接着，所述右旋圆偏振图像光传播至所述偏振体全息件32’以在透过所述偏振体全息件32’后被所述1/4波片33转换为所述S偏振图像光；然后，所述S偏振图像光传播至所述偏振反射件34以在被所述偏振反射件34反射回所述1/4波片33后被所述1/4波片33转换为所述左旋圆偏振图像光；之后，所述左旋圆偏振图像光传播至所述偏振体全息件32’以在被所述偏振体全息件32’可选择偏转角度地反射回所述1/4波片33后被所述1/4波片33转换为所述P偏振图像光；最后，所述P偏振图像光传播至所述偏振反射件34以透过所述偏振反射件34而传播至所述波导组件20的所述耦入区域201以从所述耦入区域201耦入所述波导组件20，仍能够使得所述图像源组件10和所述波导组件20之间的光路在所述平面折叠光组件30内被可选择偏转角度地折叠以在实现在有限空间内延长光程的效果的同时，还能够根据需要会聚或发散图像光。

当然，在本申请的其他示例中，所述第三偏振图像光103和所述第四偏振图像光104也可以依次被实施为P偏振图像光和S偏振图像光。此时，相比于上述第一示例和上述第二示例，只需要将所述偏振反射件34调整为用于透射所述S偏振图像光，并反射所述P偏振图像光即可，本申请对此不再赘述。

值得一提的是，根据本申请的上述第一实施例，所述波导组件20可以但不限于被实施为SRG(表面浮雕光栅)衍射波导或二维阵列波导等等，本申请对此不在赘述。

所述图像源组件10可以不限于被实施为自发光的OLED或Micro LED；也可以被实施为背光的LCD或LCOS，并利用LED或激光进行照明，本申请对此不再赘述。可以理解的是，当所述图像源组件10所发射的所述图像光100本身就为所述第一偏振图像光101时，所述平面折叠组件30中的所述第一光学元件301可以被省去，以便进一步减小所述平面折叠组件30的厚度。

在本申请的上述实施例中，所述第二光学元件302和所述第三光学元件303优选地被间隔地叠置，以在所述第二光学元件302和所述第三光学元件303之间形成一透光间隙3000，使得所述第二光学元件302与所述第四光学元件304之间的距离变大，有助于增加所述平面折叠光组件30内的光程。

更优选地，如图3所示，所述透光间隙3000被实施为一空气间隙3001，以在保证所述平面折叠光组件30的整体重量不增加的情况下，增加所述平面折叠光组件30内的光程；换言之，在所述第二光学元件302和所述第三光学元件303之间不设置其他光学元件，以在所述第二光学元件302和所述第三光学元件303之间形成所述空气间隙3001。此时，所述第一光学元件301与所述第二光学元件302可以相互紧贴，并且所述第三光学元件303与所述第四光学元件304可以相互紧贴。

值得注意的是，附图5示出了根据本发明的上述第一实施例的所述基于波导的增强现实装置1的第一变形实施方式。相比于根据本发明的上述第一实施例，根据本发明的所述第一变形实施方式的所述基于波导的增强现实装置1的不同之处在于：所述第三光学元件303和所述第四光学元件304被间隔地叠置，以在所述第三光学元件303和所述第四光学元件304之间形成所述透光间隙3000，仍能够使得所述第二光学元件302与所述第四光学元件304之间的距离变大，有助于增加所述平面折叠光组件30内的光程。此时，所述第一光学元件301、所述第二光学元件302以及所述第三光学元件303可以相互紧贴。

附图6示出了根据本发明的上述第一实施例的所述基于波导的增强现实装置1的第二变形实施方式。相比于根据本发明的上述第一实施例，根据本发明的所述第二变形实施方式的所述基于波导的增强现实装置1的不同之处在于：所述平面折叠光组件30可以进一步包括一平面透光元件305，其中所述平面透光元件305被设置于所述透光间隙3000，并且所述平面透光元件305的折射率大于空气的折射率，以便在提供相同光程的情况下，所述平面透光元件305的厚度可以比所述空气间隙3001的厚度更薄，有助于进一步减小所述平面折叠光组件30的厚度。

优选地，如图6所示，所述平面透光元件305被实施为一平面透镜35，其中所述平面透镜35具有一上平整表面351和一下平整表面352，并且所述第二光学元件302和所述第三光学元件303分别被对应地贴合于所述平面透镜35的所述上平整表面351和所述下平整表面352，以在保证所述第二光学元件302和所述第三光学元件303的平整度的同时，降低所述平面折叠光组件30的组装难度。

示例性地，当所述第二光学元件302为所述偏振体全息膜时，所述偏振体全息膜可以被镀于所述平面透镜35的所述上平整表面351，以确保所述偏振体全息膜具有较高的平整度。

当然，在本申请的其他示例中，所述第一光学元件301和所述第四光学元件304也可以分别被对应地贴合于所述第二光学元件302和所述第三光学元件303，以进一步降低所述平面折叠光组件30的组装难度。

附图7示出了根据本发明的上述第一实施例的所述基于波导的增强现实装置1的第三变形实施方式。相比于根据本发明的上述第一实施例，根据本发明的所述第三变形实施方式的所述基于波导的增强现实装置1的不同之处在于：所述第二光学元件302与所述第四光学元件304的位置相互调换，并且所述第一光学元件301’用于将该图像光100起偏为所述第四偏振图像光104。换言之，所述平面折叠光组件30中的所述第一光学元件301’、所述第四光学元件304、所述第三光学元件303以及所述第二光学元件302依次被叠置于所述图像源组件10和所述波导组件20之间。

优选地，如图7所示，所述第一光学元件301’被实施为一线偏振件31’，用于将该图像光100起偏为线偏振光，如P偏振图像光。当然，在本申请的其他示例中，所述线偏振件31’也可以用于将该图像光100起偏为S偏振图像光，此时所述第四光学元件304将透射S偏振图像光且反射P偏振图像光。

这样，如图7所示，首先，来自所述图像源组件10的所述图像光100传播至所述线偏振件31’以被所述线偏振件31’起偏为所述P偏振图像光(即所述第四偏振图像光104)；接着，所述P偏振图像光传播至所述偏振反射件34以在透过所述偏振反射件34后被所述1/4波片33转换为所述左旋圆偏振图像光(即所述第二偏振图像光102)；然后，所述左旋圆偏振图像光传播至所述偏振体全息件32以在被所述偏振体全息件32可选择偏转角度地反射回所述1/4波片33后被所述1/4波片33转换为所述S偏振图像光(即第三偏振图像光103)；之后，所述S偏振图像光传播至所述偏振反射件34以在被所述偏振反射件34反射回所述1/4波片33后被所述1/4波片33转换为所述右旋圆偏振图像光(即第一偏振图像光101)；最后，所述右旋圆偏振图像光传播至所述偏振体全息件32以透过所述偏振体全息件32而传播至所述波导组件20的所述耦入区域201以从所述耦入区域201耦入所述波导组件20，仍能够使得所述图像源组件10和所述波导组件20之间的光路在所述平面折叠光组件30内被可选择偏转角度地折叠以在实现在有限空间内延长光程的效果的同时，还能够根据需要会聚或发散图像光。

值得一提的是，在本发明的上述第一实施例及其变形实施方式的所述基于波导的增强现实装置1中：所述平面折叠光组件30与所述波导组件20的所述耦入区域201相匹配地设置，也就是说，所述平面折叠光组件30对应于所述波导组件20的所述耦入区域201，使得经由所述平面折叠光组件30会聚或发散后的图像光与所述波导组件20的所述耦入区域201相匹配，以被从所述波导组件20的所述耦入区域201耦入所述波导组件20。

然而，由于所述平面折叠光组件30与所述波导组件20的所述耦入区域201相匹配，使得所述平面折叠光组件30只能被组装于在所述波导组件20的所述耦入区域201，因此这会给所述基于波导的增强现实装置1的组装带来诸多不便，如所述平面折叠光组件30与所述波导组件20的所述耦入区域201难以精准地对齐。特别地，当所述平面折叠光组件30中的所述透光间隙3000为所述空气间隙3001时，所述平面折叠光组件30则先需要利用组装支架进行单独地组装，以支撑所述多个平面光学元件300而保持足够的平整度，再将组装好的所述平面折叠光组件30安装于所述波导组件20的所述耦入区域201，但这样不仅会增加组装工序、增大组装难度，而且所述平面折叠光组件30的所述组装支架将遮挡用户的视线以影响用户的舒适体验。

为了解决上述问题，本发明的第二实施例提供了一种基于波导的增强现实装置。具体地，如图8所示，相比于根据本申请的上述第一实施例，根据本申请的所述第二实施例的所述基于波导的增强现实装置1的不同之处在于：所述平面折叠光组件30同时与所述波导组件20的所述耦入区域201和所述耦出区域202相匹配地设置，也就是说，所述平面折叠光组件30同时对应于所述波导组件20的所述耦入区域201和所述耦出区域202，以便将所述平面折叠光组件30与所述波导组件20可以利用同一组装支架进行整体地组装，使得所述基于波导的增强现实装置1在外观上看起来和普通眼镜类似，即几毫米厚的平板，结构更紧凑，而不必担心所述组装支架影响用户的视线。

这样，与本申请的上述第一实施例相同的是：来自所述图像源组件10的所述图像光100经由所述平面折叠光组件30多次折返并转化为所述第四偏振图像光104以从所述波导组件20的所述耦入区域201耦入并从所述耦出区域202耦出所述波导组件20。而与本申请的上述第一实施例不同的是：从所述耦出区域202耦出的所述第四偏振图像光104将在透过所述第四光学元件304后传播至所述第三光学元件303以被转化为所述第一偏振图像光101；之后，所述第一偏振图像光101依次透过所述第二光学元件302和所述第一光学元件301以传播至人眼中形成虚像，仍能够使用户获得增强现实体验。可以理解的是，与本申请的上述第一实施例中的第一示例相同，本申请的所述第二实施例中所述第四偏振图像光104可以被实施为P偏振图像光，并且所述第一偏振图像光101被对应地实施为左旋圆偏振图像光。

值得注意的是，由于从所述波导组件20的所述耦入区域201耦入所述波导组件20的图像光束通常是平行光，以确保所述图像光束在所述波导组件20内传导的光程保持一致，因此从所述波导组件20的所述耦出区域202耦出的图像光束因在所述平面折叠光组件30内未被可选择角度地反射而在入射至用户眼睛时仍然保持为平行光。而这些平行的图像光束虽然在导入视力正常的用户眼睛时形成清晰的虚像，但如果导入近视或远视用户的眼睛时却无法形成清晰的虚像，这就要求近视或远视用户在使用所述基于波导的增强现实装置1时不得不佩戴自己的近视或远视眼镜，很大程度地限制了近视或远视人群的使用和舒适体验。

为了解决上述问题，本发明的第三实施例提供了一种基于波导的增强现实装置1，其能够满足近视或远视人群的需求，使其在无需佩戴近视或远视眼镜的情况下就能够获得较好的增强现实体验。具体地，如图9和图10所示，相比于根据本发明的上述第二实施例，根据本发明的所述第三实施例的所述基于波导的增强现实装置1A的不同之处在于：所述平面折叠光组件30A的所述第二光学元件302A具有并排布置的第一光学区域3021A和第二光学区域3022A，其中所述第二光学元件302A的所述第一光学区域3021A对应于所述波导组件20的所述耦入区域201，用于透射所述第一偏振图像光101，并可选择角度地反射所述第二偏振图像光102；其中所述第二光学元件302A的所述第二光学区域3022A对应于所述波导组件20的所述耦出区域202，用于透射所述第二偏振图像光102，并可选择角度地反射所述第一偏振图像光101。与此同时，所述平面折叠光组件30A的所述第一光学元件301A仅与所述波导组件20的所述耦入区域201相匹配地对应。

这样，与本申请的上述第二实施例类似的是：如图9和图10所示，首先，来自所述图像源组件10的所述图像光100传播至所述第一光学元件301以被所述第一光学元件301起偏为所述第一偏振图像光101；接着，所述第一偏振图像光101传播至所述第二光学元件302A的所述第一光学区域3021A以在透过所述第二光学元件302A的所述第一光学区域3021A后被所述第三光学元件303转换为所述第三偏振图像光103；然后，所述第三偏振图像光103传播至所述第四光学元件304以在被所述第四光学元件304反射回所述第三光学元件303后被所述第三光学元件303转换为所述第二偏振图像光102；之后，所述第二偏振图像光102传播至所述第二光学元件302A的所述第一光学区域3021A以在被所述第二光学元件302A的所述第一光学区域3021A可选择偏转角度地反射回所述第三光学元件303后被所述第三光学元件303转换为所述第四偏振图像光104；最后，所述第四偏振图像光104传播至所述第四光学元件304以透过所述第四光学元件304而传播至所述波导组件20的所述耦入区域201以从所述耦入区域201耦入所述波导组件20，进而在被所述波导组件20传导后从所述波导组件20的所述耦出区域202耦出所述波导组件20。

而与本申请的上述第二实施例不同的是：如图9和图10所示，首先，从所述耦出区域202耦出的所述第四偏振图像光104传播至所述第四光学元件304以在透过所述第四光学元件304后被所述第三光学元件303转化为所述第一偏振图像光101；其次，所述第一偏振图像光101传播至所述第二光学元件302A的所述第二光学区域3022A以在被所述第二光学元件302A的所述第二光学区域3022A反射回所述第三光学元件303后被所述第三光学元件303转换为所述第三偏振图像光103；之后，所述第三偏振图像光103传播至所述第四光学元件304以在被所述第四光学元件304反射回所述第三光学元件303后被所述第三光学元件303转换为所述第二偏振图像光102；最后，所述第二偏振图像光102先传播至所述第二光学元件302A的所述第二光学区域3022A以透过所述第二光学元件302A的所述第二光学区域3022A后，再传播至人眼中形成虚像，以使用户获得增强现实体验。

值得注意的是，相比于根据本申请的上述第二实施例，根据本申请的所述第三实施例的所述基于波导的增强现实装置1A的所述平面折叠光组件30A在对从所述耦出区域202耦出的图像光束进行多次折返的同时，还会可选择角度地反射该图像光束以发散或会聚光线，也就是说，与所述波导组件20的所述耦出区域202对应的所述平面折叠光组件30A利用折叠光路来实现光束的会聚或发散，使得从所述波导组件20的所述耦出区域202耦出的平行光束在通过所述平面折叠光组件30A之后形成会聚光束(如图9所示)或发散光束(如图10所示)以导入人眼成像，有助于使远视或近视人群在不佩戴远视或近视眼镜的情况下就能够看到清晰的虚像。与此同时，环境光线在穿过所述基于波导的增强现实装置1A时也会被会聚或发散，使得远视或近视人群在不佩戴远视或近视眼镜的情况下也能够看到清晰的环境实像，从而能够很好地满足远视或近视人群的需求，使其在无需佩戴远视或近视眼镜的情况下就能够获得较好的增强现实体验。

示例性地，如图9和图10所示，所述平面折叠光组件30A中所述第二光学元件302A包括偏振敏感方向相反的第一偏振体全息件321A和第二偏振体全息件322A，其中所述第一偏振体全息件321和所述第二偏振体全息件322A被并排地设置以分别提供所述第一光学区域3021A和所述第二光学区域3022A，其中所述第一偏振体全息件321A与上述偏振体全息件32相同，用于透射所述左旋圆偏振图像光，并可选择偏转角度地反射所述右旋圆偏振图像光；其中所述第二偏振体全息件322A与上述偏振体全息件32’相同，用于透射所述右旋圆偏振图像光，并可选择偏转角度地反射所述左旋圆偏振图像光。

优选地，所述第二光学元件302A中的所述第一偏振体全息件321A一体地连接于所述第二偏振体全息件322A，以简化所述平面折叠光组件30A的组装。当然，在本申请的其他示例中，所述第二光学元件302A中的所述第一偏振体全息件321A也可以与所述第二偏振体全息件322A被间隔地布置，以便分别制作所述第一偏振体全息件321A和所述第二偏振体全息件322A。

值得注意的是，在本发明的上述实施例中，由于所述基于波导的增强现实装置1A的屈光度是由所述第二光学元件302A的光焦度(即反射角度)来决定的，因此，所述基于波导的增强现实装置1A通过选用具有不同光焦度的所述第二光学元件302A来获得不同的屈光度，以满足不同的近视或远视人群的需求。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了基于波导的增强现实装置的制造方法。具体地，如图11所示，所述基于波导的增强现实装置的制造方法，可以包括步骤：

S110：对应地设置用于发射图像光的一图像源组件于一波导组件的耦入区域；和

S120：设置具有光焦度的一平面折叠光组件于该图像源组件和该波导组件之间的光路中，其中所述平面折叠光组件包括相互叠置的多个平面光学元件，以通过所述多个平面光学元件可选择偏转角度地折叠所述图像源组件和所述波导组件之间的光路，用于使来自所述图像源组件的该图像光在所述平面折叠光组件内被多次折返的同时被会聚或发散之后，先从所述波导组件的所述耦入区域耦入，再从所述波导组件的所述耦出区域耦出。

值得注意的是，在所述基于波导的增强现实装置的制造方法的所述步骤S120中：依次叠置一第一光学元件、一第二光学元件、一第三光学元件以及一第四光学元件以形成所述平面折叠光组件。

值得一提的是，根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了一种近眼显示方法。具体地，如图12所示，所述近眼显示方法，可以包括步骤：

S210：发射一图像光；

S220：可选择偏转角度地多次折返该图像光以会聚或发散该图像光；以及S230：全反射地传导被会聚或发散后的该图像光至人眼以成像。

在本申请的一示例中，如图13A所示，所述近眼显示方法的所述步骤S220，可以包括步骤：

S221：起偏该图像光以形成一第一偏振图像光；

S222：透射该第一偏振图像光以转换为一第三偏振图像光；

S223：反射回该第三偏振图像光以转换为一第二偏振图像光，其中该第二偏振图像光与该第一偏振图像光相互正交地偏振；

S224：可选择角度地反射回该第二偏振图像光以发散或会聚该第二偏振图像光；以及

S225：转换该第二偏振图像光以形成一第四偏振图像光，其中该第四偏振图像光与该第三偏振图像光相互正交地偏振。

在本申请的另一示例中，如图13B所示，所述近眼显示方法的所述步骤S220，可以包括步骤：

S221’：起偏该图像光以形成一第四偏振图像光；

S222’：透射该第四偏振图像光以转换为一第二偏振图像光；

S223’：可选择角度地反射回该第二偏振图像光以发散或会聚该第二偏振图像光；

S224’：转换该第二偏振图像光以形成一第三偏振图像光，其中该第三偏振图像光与该第四偏振图像光相互正交地偏振；以及

S225’：反射回该第三偏振图像光以转换为一第一偏振图像光，其中该第一偏振图像光与该第二偏振图像光相互正交地偏振。

值得注意的是，如图14所示，所述近眼显示方法的所述步骤S230，可以包括步骤：

S231：耦入该第四偏振图像光；

S232：全反射地传导被耦入的该第四偏振图像光；以及

S233：耦出被全反射地传导的该第四偏振图像光。

优选地，如图14所示，所述近眼显示方法的所述步骤S230，进一步包括步骤：

S234：透射被耦出的该第四偏振图像光以转换为该第一偏振图像光；

S235：可选择角度地反射回该第一偏振图像光以发散或会聚该第一偏振图像光；

S236：转换该第一偏振图像光以形成该第三偏振图像光；以及

S237：反射回该第三偏振图像光以转换为该第二偏振图像光而传播至人眼成像。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (21)

1.一基于波导的增强现实装置，其特征在于，包括：

一图像源组件，用于发射图像光；

一波导组件，其中所述波导组件具有并排布置的耦入区域和耦出区域，并且所述波导组件的所述耦入区域对应于所述图像源组件；以及

一平面折叠光组件，其中所述平面折叠光组件被设置于所述图像源组件和所述波导组件之间的光路中，其中所述平面折叠光组件具有光焦度，并且所述平面折叠光组件包括相互叠置的多个平面光学元件，以通过所述多个平面光学元件可选择偏转角度地折叠所述图像源组件和所述波导组件之间的光路，用于使来自所述图像源组件的该图像光在所述平面折叠光组件内被多次折返的同时被会聚或发散之后，先从所述波导组件的所述耦入区域耦入，再从所述波导组件的所述耦出区域耦出。

2.如权利要求1所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件包括具有光焦度的一第二光学元件、一第三光学元件以及一第四光学元件，其中所述第二光学元件用于透射第一偏振图像光，且可选择角度地反射第二偏振图像光；其中所述第三光学元件用于将该第一偏振图像光和该第二偏振图像光与第三偏振图像光和第四偏振图像光相互转换；其中所述第四光学元件用于反射该第三偏振图像光，且透射该第四偏振图像光；其中该第一偏振图像光与该第二偏振图像光相互正交地偏振，并且该第三偏振图像光与该第四偏振图像光相互正交地偏振。

3.如权利要求2所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件进一步包括一第一光学元件，其中所述第一光学元件用于将来自所述图像源组件的该图像光起偏为该第一偏振图像光，并且所述第一光学元件、所述第二光学元件、所述第三光学元件以及所述第四光学元件依次被叠置于所述图像源组件和所述波导组件之间的光路。

4.如权利要求3所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述第一光学元件为一圆偏振件，其中所述圆偏振件用于将该图像光起偏为圆偏振光。

5.如权利要求2所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件进一步包括一第一光学元件，其中所述第一光学元件用于将来自所述图像源组件的该图像光起偏为该第四偏振图像光，并且所述第一光学元件、所述第四光学元件、所述第三光学元件以及所述第二光学元件依次被叠置于所述图像源组件和所述波导组件之间的光路。

6.如权利要求5所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述第一光学元件为一线偏振件，其中所述线偏振件用于将该图像光起偏为线偏振光。

7.如权利要求2至6中任一所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述第二光学元件为一偏振体全息件，用于透射左旋圆偏振图像光和右旋圆偏振图像光中的一种，并可选择角度地反射该左旋圆偏振图像光和该右旋圆偏振图像光中的另一种；其中所述第三光学元件为一1/4波片；其中所述第四光学元件为一偏振反射件，用于透射P偏振图像光和S偏振图像光中的一种，并反射该P偏振图像光和该S偏振图像光中的另一种。

8.如权利要求2至6中任一所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述第二光学元件与所述第三光学元件被间隔地叠置，以在所述第二光学元件和所述第三光学元件之间形成一透光间隙。

9.如权利要求8所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件中的所述多个平面光学元件进一步包括一平面透光元件，其中所述平面透光元件被设置于所述透光间隙，并且所述平面透光元件的折射率大于空气的折射率。

10.如权利要求1至6中任一所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件与所述波导组件的所述耦入区域相匹配地设置。

11.如权利要求1至4中任一所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件同时与所述波导组件的所述耦入区域和所述耦出区域相匹配地设置。

12.如权利要求3或4所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件同时与所述波导组件的所述耦入区域和所述耦出区域相匹配地设置，并且所述平面折叠光组件中的所述第一光学元件仅与所述波导组件的所述耦入区域相匹配地对应。

13.如权利要求3或4所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述平面折叠光组件中的所述第二光学元件具有并排布置的第一光学区域和第二光学区域，其中所述第二光学元件的所述第一光学区域对应于所述波导组件的所述耦入区域，用于透射该第一偏振图像光，且可选择角度地反射该第二偏振图像光；其中所述第二光学元件的所述第二光学区域对应于所述波导组件的所述耦出区域，用于透射该第二偏振图像光，且可选择角度地反射该第一偏振图像光。

14.如权利要求13所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述第二光学元件包括偏振敏感方向相反的第一偏振体全息件和第二偏振体全息件，其中所述第一偏振体全息件和所述第二偏振体全息件被并排地设置以分别提供所述第一光学区域和所述第二光学区域。

15.如权利要求1至6中任一所述的基于波导的增强现实装置，其中，所述波导组件为SRG衍射波导或二维阵列波导。

16.基于波导的增强现实装置的制造方法，其特征在于，包括步骤：

对应地设置用于发射图像光的一图像源组件于一波导组件的耦入区域；和

设置具有光焦度的一平面折叠光组件于该图像源组件和该波导组件之间的光路中，其中所述平面折叠光组件包括相互叠置的多个平面光学元件，以通过所述多个平面光学元件可选择偏转角度地折叠所述图像源组件和所述波导组件之间的光路，用于使来自所述图像源组件的该图像光在所述平面折叠光组件内被多次折返的同时被会聚或发散之后，先从所述波导组件的所述耦入区域耦入，再从所述波导组件的所述耦出区域耦出。

17.一近眼显示方法，其特征在于，包括步骤：

发射一图像光；

可选择偏转角度地多次折返该图像光以会聚或发散该图像光；以及

全反射地传导被会聚或发散后的该图像光至人眼以成像。

18.如权利要求17所述的近眼显示方法，其中，所述可选择偏转角度地多次折返该图像光以会聚或发散该图像光的步骤，包括步骤：

起偏该图像光以形成一第一偏振图像光；

透射该第一偏振图像光以转换为一第三偏振图像光；

反射回该第三偏振图像光以转换为一第二偏振图像光，其中该第二偏振图像光与该第一偏振图像光相互正交地偏振；

可选择角度地反射回该第二偏振图像光以发散或会聚该第二偏振图像光；以及

转换该第二偏振图像光以形成一第四偏振图像光，其中该第四偏振图像光与该第三偏振图像光相互正交地偏振。

19.如权利要求17所述的近眼显示方法，其中，所述可选择偏转角度地多次折返该图像光以会聚或发散该图像光的步骤，包括步骤：

起偏该图像光以形成一第四偏振图像光；

透射该第四偏振图像光以转换为一第二偏振图像光；

可选择角度地反射回该第二偏振图像光以发散或会聚该第二偏振图像光；

转换该第二偏振图像光以形成一第三偏振图像光，其中该第三偏振图像光与该第四偏振图像光相互正交地偏振；以及

反射回该第三偏振图像光以转换为一第一偏振图像光，其中该第一偏振图像光与该第二偏振图像光相互正交地偏振。

20.如权利要求18所述的近眼显示方法，其中，所述全反射地传导被会聚或发散后的该图像光至人眼以成像的步骤，包括步骤：

耦入该第四偏振图像光；

全反射地传导被耦入的该第四偏振图像光；以及

耦出被全反射地传导的该第四偏振图像光。

21.如权利要求20所述的近眼显示方法，其中，所述全反射地传导被会聚或发散后的该图像光至人眼以成像的步骤，进一步包括步骤：

透射被耦出的该第四偏振图像光以转换为该第一偏振图像光；

可选择角度地反射回该第一偏振图像光以发散或会聚该第一偏振图像光；

转换该第一偏振图像光以形成该第三偏振图像光；以及

反射回该第三偏振图像光以转换为该第二偏振图像光而传播至人眼成像。

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