用C板改善复消色差Pancharatnam-Berry相位部件的角度性能的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月15日提交的、序列号为62/643,691的、标题为“computergeneratedreality”的美国临时专利申请的优先权权益，并要求于2018年6月12日提交的、序列号为16/006,701的、标题为“angularperformanceofapochromaticpancharatnamberryphasecomponentsusingac-plate”的美国专利申请的优先权权益。这些申请的主题在此通过引用并入本文。

背景

各种实施例的领域

本公开的实施例总体上涉及近眼显示器，并且更具体地，涉及使用一个或更多个c板(c-plate)来改善复消色差(apochromatic)pancharatnam-berry相位部件的角度性能。

相关技术的描述

pancharatnam-berry相位(pbp)或几何相位部件可用于头戴式显示器(hmd)的光学组件中，头戴式显示器可以是例如虚拟现实(vr)系统、增强现实(ar)系统、混合现实(mr)系统或其某种组合的一部分。pbp部件可以由液晶(lc)或超材料制成。pbp部件可以实现为pbp光栅和/或pbp透镜。然而，这两种类型的pbp部件的操作对波长的依赖性相对较强。例如，pbp部件的衍射角或焦距根据光的波长而变化。这种特征可能会降低采用pbp部件并涉及多个波长或颜色通道的光学系统的图像质量。

概述

各种实施例阐述了一种近眼显示器(ned)，该近眼显示器包括被配置为输出图像光的电子显示器。此外，该ned包括复消色差光学元件，该复消色差光学元件包括多个pbp光学元件，这些pbp光学元件与一个或更多个c板相结合以改善光学角度性能。在一些示例中，复消色差光学元件可以被配置用于光束转向(例如，通过衍射)。在其他示例中，复消色差光学元件可以被配置为透镜。

c板可以减小由pbp液晶元件向入射到pbp元件上的有角度的离轴光引入的不期望的偏振相移。pbp元件的双折射产生这样的偏振相移。与pbp元件相邻并与光轴对准的c板向光提供了附加偏振相移。与pbp元件引入的偏振相移相反的附加偏振相移取决于入射到c板上的光相对于光轴的角度。因此，由c板引入的附加偏振相移至少部分地减小了由pbp元件引入的相移。

本文公开的技术的一个优点是复消色差光学元件可以用于在多个波长的光或多个颜色通道上工作，同时降低光学角度性能的衰退。

在涉及光学系统和头戴式显示器(hmd)的所附权利要求中具体公开了根据本发明的实施例，其中在一个权利要求类别(例如光学系统)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如hmd、ned、pbp或几何相位部件、vr系统、ar系统、mr系统、系统、存储介质、计算机程序产品和方法)中要求保护。所附权利要求中的从属关系或往回引用仅出于形式原因而选择。然而，也可以要求保护由对任何前面权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并可被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以要求保护的主题不仅包括所附权利要求中阐述的特征的组合，还包括权利要求中特征的任何其他组合，其中权利要求中提到的每个特征可以与权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的任何实施例和特征可以在单独的权利要求中和/或在与本文描述或描绘的任何实施例或特征或与所附权利要求的任何特征的任何组合中要求保护。

在一个实施例中，光学系统可以包括：

与光轴对准的几何相位元件，该几何相位元件的双折射向入射到几何相位元件上的与光轴离轴的光提供第一偏振相移；和

与几何相位元件相邻并与光轴对准的c板，该c板向光提供第二偏振相移，并且第二偏振相移至少部分取决于入射到c板上的光相对于光轴的角度，并且其中第一偏振相移与第二偏振相移相反。

光可以包括第一颜色通道和第二颜色通道，几何相位元件可以对应于第一颜色通道，并且光学系统可以包括：

对应于第二颜色通道的第二几何相位元件；和

与第二几何相位元件相邻的第二c板。

第一几何相位元件可以被配置为将光的与第一颜色通道相关联的第一部分聚焦在焦点处，并且第二几何相位元件可以被配置为将光的与第二颜色通道相关联的第二部分聚焦在特定焦点处。

几何相位元件可以以光束转向角引导光的与第一颜色通道相关联的第一部分，并且第二几何相位元件可以以特定的光束转向角引导光的与第二颜色通道相关联的第二部分。

在一个实施例中，光学系统可以包括与第一几何相位元件和第一c板相邻的第一颜色选择性波片，该第一颜色选择性波片对光的第一波长施加半波偏振偏移的倍数，并且对光的至少第二波长施加全波偏振偏移的倍数。

在一个实施例中，光学系统可以包括第二颜色选择性波片，该第二颜色选择性波片与第二几何相位元件和第二c板相邻，并且被配置为对光的第二波长施加半波偏振偏移的倍数，并且对光的至少第一波长施加全波偏振偏移的倍数。

第一几何相位元件和第一颜色选择性波片可以将光的与第一颜色通道相关联的第一部分聚焦在特定焦点处，并且第二几何相位元件和第二颜色选择性波片可以将光的与第二颜色通道相关联的第二部分聚焦在该特定焦点处。

第一几何相位元件和第一颜色选择性波片可以以光束转向角引导光的与第一颜色通道相关联的第一部分，并且第二几何相位元件和第二颜色选择性波片可以以特定的光束转向角引导光的与第二颜色通道相关联的第二部分。

c板可以是多层双折射膜，其角双折射与几何相位元件的角双折射相反。

几何相位元件可以是可电切换的，以调节与几何相位元件相关联的焦距。

几何相位元件可以是pancharatnam-berry相位(pbp)透镜。

几何相位元件可以是pancharatnam-berry相位(pbp)光栅。

光学系统可以被包含在头戴式设备中。

在一个实施例中，光学系统可以包括沿着光轴并且在光源和几何相位元件之间的液晶显示器(lcd)设备。

在一个实施例中，头戴式显示器(hmd)可以包括：

电子显示器，其被配置为发射包括红色、绿色和蓝色(rgb)颜色通道的图像光；和

光学堆叠，其被配置为在光轴上并围绕光轴接收图像光，该光学堆叠包括：

第一pancharatnam-berry相位(pbp)几何相位元件；

第一颜色选择性波片，其与第一pbp几何相位元件相邻，并且被配置为对rgb颜色通道中的第一rgb颜色通道施加大致半波偏振偏移的倍数，并且对rgb颜色通道中的至少第二rgb颜色通道施加大致全波偏振偏移的倍数；

c板，其与第一颜色选择性波片相邻，其中c板向rgb颜色通道中的第一rgb颜色通道提供第一偏振相移，并且其中第一偏振相移至少部分取决于入射到c板上的rgb颜色通道中的第一rgb颜色通道相对于光轴的角度，并且其中第一偏振相移至少部分补偿由第一颜色选择性波片产生的第二偏振相移；

第二pbp几何相位元件；和

第二颜色选择性波片，其邻近第二pbp几何相位元件，并且被配置为对rgb颜色通道中的第二rgb颜色通道施加大致半波偏振偏移的倍数，并且对rgb颜色通道中的至少第一rgb颜色通道施加大致全波偏振偏移的倍数。

第一pbp几何相位元件可以是具有第一栅距的第一pbp光栅，第二pbp几何相位元件可以是具有不同于第一栅距的第二栅距的第二pbp光栅。

第一pbp几何相位元件可以是第一pbp透镜，其被配置为将rgb颜色通道中的第一rgb颜色通道的光基本聚焦到第一位置，第二pbp几何相位元件可以是第二pbp透镜，其被配置为将rgb颜色通道中的第二rgb颜色通道的光基本聚焦到第一位置。

在一个实施例中，hmd可以包括在第一pbp几何相位元件和第二pbp几何相位元件之间的一个或更多个附加的c板。

第一pbp几何相位元件和第二pbp几何相位元件可以是可电切换的，以调节与第一pbp几何相位元件和第二pbp几何相位元件相关联的相应焦距。

c板的角双折射可能在c板的整个区域上不连续地变化。

在一个实施例中，光学系统可以包括：

电子显示器，其被配置为发射包括红色、绿色和蓝色(rgb)颜色通道的图像光；和

光学堆叠，其被配置为在光轴上并围绕光轴接收图像光，该光学堆叠包括：

第一pancharatnam-berry相位(pbp)几何相位元件，其用于对rgb颜色通道中的第一rgb颜色通道施加大致半波偏振偏移的倍数，并对rgb颜色通道中的至少第二rgb颜色通道施加大致全波偏振偏移的倍数；

c板，其与第一颜色选择性波片相邻，其中c板向rgb颜色通道中的第一rgb颜色通道提供第一偏振相移，并且其中第一偏振相移至少部分取决于入射到c板上的rgb颜色通道中的第一rgb颜色通道相对于光轴的角度，并且其中第一偏振相移至少部分补偿由第一pbp几何相位元件产生的第二偏振相移；和

第二pbp几何相位元件，其用于对rgb颜色通道中的第二rgb颜色通道施加大致半波偏振偏移的倍数，并且对rgb颜色通道中的至少第一rgb颜色通道施加大致全波偏振偏移的倍数。

在一个实施例中，一个或更多个计算机可读非暂时性存储介质体现软件，该软件在被执行时，可操作来在根据本发明或任何上述实施例的系统中执行。

在一个实施例中，一种计算机实现的方法使用根据本发明或任何上述实施例的系统。

在一个实施例中，优选地包括计算机可读非暂时性存储介质的计算机程序产品被用在根据本发明或任何上述实施例的系统中。

附图简述

为了能够详细理解各种实施例的上述特征的方式，可以参考各种实施例对上面简要概括的所公开的概念进行更具体的描述，其中一些实施例在附图中示出。然而，要注意的是，附图仅示出了所公开的概念的典型实施例，因此不应被认为是以任何方式限制范围，并且存在其他同等有效的实施例。

图1a是根据一个实施例的近眼显示器(ned)的图。

图1b是图1a所示的ned的实施例的前刚性主体的横截面。

图2a是根据一个实施例的实现为近眼显示器的hmd的图。

图2b是根据一个实施例的实现为近眼显示器的图2a的hmd的截面图。

图3示出了根据一个实施例的pbp光栅的示例。

图4示出了根据一个实施例的pbp透镜的示例。

图5示出了根据一个实施例的可能由pbp透镜产生的颜色色散焦点。

图6示出了根据一个实施例的用于各种颜色通道的复消色差pbp结构的公共焦点。

图7示出了根据一个实施例的c板对入射到pbp透镜上的离轴光的影响。

图8示出了根据一个实施例的包括c板的pbp透镜堆叠。

图9示出了根据一个实施例的包括单个多层c板的pbp透镜堆叠。

图10示出了根据一个实施例的包括颜色选择性滤光器的pbp透镜堆叠。

图11示出了根据一个实施例的包括c板和颜色选择性滤光器的pbp透镜堆叠。

图12示出了根据一个实施例的包括c板和颜色选择性滤光器的pbp光栅堆叠。

图13是控制台在其中操作的ned系统的实施例的框图。

详细描述

在以下描述中，阐述了许多具体细节，以提供对各种实施例的更彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说，显然可以在没有一个或更多个这些具体细节的情况下实践所公开的概念。

配置概述

本文公开的一个或更多个实施例涉及包括多个pbp元件和至少一个c板的pancharatnam-berry相位(pbp)结构的复消色差配置。pbp元件，也称为几何相位元件，可以包括例如使用光配向技术(photo-alignmenttechnology)布置的有源液晶或液晶聚合物。当设计为透镜时，pbp元件可以实现多个焦距或变化的焦距，或者当设计为转向元件(也称为“光栅”)时，pbp元件可以实现多个转向角。在一些实施例中，pbp元件可以用于显示设备的静态或活动操作。

c板可以至少部分地补偿对入射到被包括在pbp结构中的一个或更多个pbp元件上的离轴光强加的偏振相移。pbp元件通常将离轴光聚焦到一个点(或将离轴光转向一个角度)，取决于光入射到pbp元件上的角度。因此，对于与具有各种入射角的光(例如，会聚或发散的光锥)一起操作的pbp元件，这种依赖性不期望地导致图像具有降低的质量，例如图像包括重影和色差，除其他以外，这导致图像模糊和看起来不聚焦。

在一些实施例中，复消色差光学系统可以包括三个pbp元件、两个颜色选择性波片和三个c板，但是所要求保护的主题不限于此。在本文中，复消色差光学系统通常指具有一个或更多个光学元件的系统，该一个或更多个光学元件至少部分地校正由该系统形成的图像的色差。这种系统可以被配置为从像素化光阀(例如，诸如lcd显示器的电子显示器)接收沿着光轴的光。像素化光阀可以被可以产生至少部分相干的光的光源照射。在一些示例中，该系统可以被配置为对于可见光谱的不同部分的多个(例如，三个)颜色通道(例如，红色、绿色和蓝色通道)操作。在一些实现中，电子显示器可以被配置成发射包括多个颜色通道的图像光。在其他实现中，该系统可以包括用于各个颜色通道的电子显示器。

每个c板可以至少部分地补偿由复消色差光学系统中的一个或更多个其他光学元件对离轴光施加的过量双折射延迟。在一些示例中，一个或更多个c板可以被配置为补偿系统中特定光学元件的离轴双折射效应。在一些示例中，c板可以补偿三个pbp元件中的一个。在一些示例中，c板可以设置在pbp元件和颜色选择性波片之间。一个或更多个c板可以实现多层双折射膜。

在一些实施例中，各自与不同颜色通道相关联的多个pbp元件一起形成pbp结构(例如，pbp堆叠)，例如复消色差光栅结构或复消色差透镜结构。在各种实施例中，被包括在pbp结构中的每个pbp元件被配置为对于相应的颜色通道作为半波片工作，而对于其他颜色通道作为全波片工作(例如，不引入相位变化)。对于pbp光栅结构，光栅结构中包括的每个pbp元件被配置成使得相应颜色通道内的光被衍射到公共角度。对于pbp透镜结构，透镜结构中包括的每个pbp透镜被配置成使得相应颜色通道内的光被聚焦到一个点，该点对于所有颜色通道是公共的。经颜色校正的透镜可以用在例如头戴式显示器的光学元件中。经颜色校正的透镜可能有助于处理人工现实环境中的视觉辐辏调节冲突(vergence-accommodationconflict)。

为了便于讨论，以下描述涉及三个颜色通道，每个通道具有代表性(例如，中心)波长。然而，颜色通道可以包括连续的波长光谱。在本文中，为了简化描述，作为波片工作的pbp透镜在这种连续光谱上的精确效果被试探性地(heuristically)忽略，反而考虑相关联的颜色通道内的代表性波长。例如，红色通道可以用630纳米的波长表示，绿色通道可以用525纳米的波长表示，蓝色通道可以用490纳米的波长表示，但是本公开和权利要求的范围不限于此。

本公开的实施例可以包括人工现实系统或结合人工现实系统来实现。人工现实是在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(vr)系统、增强现实(ar)系统、混合现实(mr)系统、混合性现实(hybridreality)系统或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括但不限于完全生成的内容或生成的与捕获的(例如，真实世界)内容相结合的内容。人工现实内容可以包括但不限于视频、音频、触觉反馈或它们的某种组合。人工现实内容可以在单个通道或多个通道中呈现(例如向观看者产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实系统还可以与应用、产品、附件、服务或它们的某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务或它们的某种组合被用于例如在人工现实系统中创建内容和/或在人工现实系统中以其他方式被使用(例如，在人工现实系统中执行活动)。人工现实系统可以在各种平台上实现，包括耦合到主计算机系统的头戴式显示器(hmd)、独立的hmd、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。

系统概述

图1a是根据一些实施例的近眼显示器(ned)100的图。ned100包括前刚性主体105和带110。前刚性主体105包括电子显示器(未示出)的一个或更多个电子显示元件、惯性测量单元(imu)115、一个或更多个位置传感器120和定位器125。在图1a所示的实施例中，位置传感器120位于imu115内，并且imu115和位置传感器120对用户都不可见。以下参照图13详细讨论imu115、位置传感器120和定位器125。在各种实施例中，在ned100充当ar或mr设备的情况下，ned100的部分和/或其内部部件是至少部分透明的。

图1b是图1所示的ned100的实施例的前刚性主体105的横截面160。前刚性主体105包括电子显示器130和光学块135，它们一起向出射光瞳145提供图像光。出射光瞳145是前刚性主体105中用户的眼睛140可以位于的位置。出于说明的目的，图1b示出了与单只眼睛140相关联的横截面160，但是与光学块135分离的另一个光学块可以向用户的另一只眼睛提供改变的图像光。另外，ned100包括眼睛跟踪系统(未在图1b中示出)。眼睛跟踪系统可以包括照亮用户一只或两只眼睛的一个或更多个源。眼睛跟踪系统还可以包括一个或更多个相机，该一个或更多个相机捕获用户的一只或两只眼睛的图像以跟踪眼睛的位置。

电子显示器130向用户显示图像。在各种实施例中，电子显示器130可以包括单个电子显示器或多个电子显示器(例如，用户的每只眼睛对应一个显示器)。电子显示器130的示例包括：液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)显示器、有源矩阵有机发光二极管显示器(amoled)、qoled、qled、某种其它的显示器或它们的某种组合。

光学块135调节从电子显示器130发射的图像光的方向，使得电子显示器130出现在离用户特定虚像距离处。光学块135被配置成接收从电子显示器130发射的图像光，并将图像光引导至与出射光瞳145相关联的视窗(eye-box)。被引导到视窗的图像光在眼睛140的视网膜上形成图像。视窗是定义眼睛140向上/向下/向左/向右移动多少而不会显著降低图像质量的区域。在图1b的图示中，视场(fov)150是眼睛140在任何给定时刻看到的可观察世界的范围。

另外，在一些实施例中，光学块135放大接收到的光，校正与图像光相关联的光学误差，并将校正后的图像光呈现给眼睛140。光学块135可以包括光学系列中的一个或更多个光学元件155。光学元件155可以是光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器、波导、pbp透镜或光栅、颜色选择性滤光器、波片、c板或影响图像光的任何其他合适的光学元件155。此外，光学块135可以包括不同光学元件的组合。在一些实施例中，光学块135中的一个或更多个光学元件可以具有一个或更多个涂层，例如抗反射涂层。光学块135可以包括结合图5-12详细讨论的部件。

图2a是根据一个实施例的实现为近眼显示器的hmd162的图。在该实施例中，hmd162是一副增强现实眼镜的形式。hmd162向用户呈现计算机生成的媒体，并利用计算机生成的媒体来增强物理的、真实世界环境的视图。由hmd162呈现的计算机生成的媒体的示例包括一个或更多个图像、视频、音频或它们的某种组合。在一些实施例中，音频经由外部设备(例如，扬声器和头戴式耳机(headphone))呈现，该外部设备从hmd162、控制台(未示出)或两者接收音频信息，并基于音频信息呈现音频数据。在一些实施例中，hmd162可以被修改为也作为虚拟现实(vr)hmd、混合现实(mr)hmd或它们的某种组合来操作。hmd162包括框架175和显示器164。在该实施例中，框架175将近眼显示器安放到用户的头部，而显示器164向用户提供图像光。显示器164可以定制成各种形状和尺寸，以符合不同风格的眼镜框架。

图2b是根据一个实施例的实现为近眼显示器的图2a的hmd的横截面图。图2b示出了实现为近眼显示器的hmd162的横截面图。该视图包括框架175、显示器164(其包括显示组件180和显示块185)和眼睛170。显示组件180向眼睛170提供图像光。显示组件180容纳显示块185，在不同的实施例中，显示块185封装不同类型的成像光学器件和重定向结构。出于说明的目的，图2b示出了与单个显示块185和单只眼睛170相关联的横截面，但是在未示出的替代实施例中，与图2b所示的显示块185分离的另一个显示块向用户的另一只眼睛提供图像光。

如所示的，显示块185被配置成将来自局部区域的光与来自计算机生成的图像的光相结合，以形成增强的场景。显示块185还被配置为向视窗165提供该增强的场景，视窗165对应于用户眼睛170的位置。显示块185可以包括例如波导显示器、聚焦组件、补偿组件或它们的某种组合。如下文针对一些实施例所描述的，pbp结构可以放置在显示块185的一侧或两侧，以影响光学系统的各种参数(例如，焦距、光焦度(opticalpower)、图像质量等)。

hmd162可以在显示块185和眼睛170之间包括一个或更多个其他光学元件。这些光学元件可以用于，例如，校正从显示块185发射的图像光中的像差，放大从显示块185发射的图像光，对从显示块185发射的图像光进行某种其他光学调整，或者它们的某种组合。光学元件的示例可以包括光圈、菲涅尔透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器或影响图像光的任何其他合适的光学元件。显示块185可以包括一种或更多种材料(例如，塑料、玻璃等)，其具有一个或更多个折射率，有效地最小化重量并扩大hmd162的视场。在一些实施例中，显示块185的一个或更多个部件被实现为具有pbp板堆叠的pbp结构，这将在下面更详细地描述。

图3示出了根据各种实施例的pbp光栅300。相互正交的x轴和y轴310被示出以供参考。未示出的z轴垂直于x-y平面并沿着光栅300的光轴。

光栅300包括以线性重复图案取向的液晶320。在图3中，液晶被示为对齐的短线段，以便示意性地表示液晶的取向。例如，液晶320a在x方向上取向，而液晶320b在y方向上取向。320a和320b之间的液晶沿x方向和y方向中间的方向对齐。具有这种图案化取向的液晶由于光的光波通过液晶传播时的偏振演化而引起光的几何相移。在各种实施例中，对于光栅300的特定x-y平面，液晶沿x轴的取向是恒定的。此外，尽管未示出，但是在各种实施例中，液晶在垂直于x-y平面的方向(z轴)上的取向可以以旋转方式变化(例如，扭曲结构)。

光栅300的线性重复图案的栅距是图案的重复部分之间沿y轴的距离330的一半。栅距330部分决定了光栅300的光学特性。例如，沿着光轴入射到光栅300上的偏振光导致光栅输出包括分别对应于衍射级m＝+1、-1和0的初级光、共轭光和泄漏光。尽管m＝+1在本文被认为是初级，共轭级被认为是m＝-1级，但是级的指定可以颠倒或以其他方式改变。栅距决定了不同衍射级的光的衍射角(例如，光束转向角)。通常，对于给定波长的光，栅距越小，角度越大。

图4是根据各种实施例的示例pbp透镜400的俯视图。相互正交的x轴和y轴410被示出以供参考。未示出的z轴垂直于x-y平面并沿着透镜400的光轴。x-y平面中的r轴表示径向方向和距透镜400的中心420的距离。

透镜400包括以径向和周向重复图案取向的液晶430。在图中，液晶被示为对齐的短线段，以便示意性地表示液晶的取向。例如，对于离光轴的固定距离，液晶430a在周向方向上取向，而液晶430b在径向方向上取向。430a和430b之间的液晶沿周向和径向方向中间的方向对齐。作为另一个示例，沿着固定的径向方向，液晶440a在周向方向上取向，而液晶440b在径向方向上取向。440a和440b之间的液晶沿周向和径向方向中间的方向对齐。具有这种图案化取向的液晶由于光的光波通过液晶传播时的偏振演化而引起光的几何相移。尽管未示出，但是液晶在垂直于x-y平面的方向(z轴)上的取向可以以旋转方式变化(例如，扭曲结构)。

透镜400的径向重复图案具有节距(pitch)450，该节距是图案的重复部分之间沿r轴的距离。通常，节距450可以在径向方向上变化。例如，图案的重复部分之间沿r轴的距离可以随着r的增加而减小。因此，更靠近中心420，节距450可以更大。该节距部分地决定了透镜400的光学特性。例如，沿光轴入射到透镜400上的偏振光导致光的透镜输出对于特定波长的光具有特定焦距。节距决定了这样的焦距。通常，对于给定波长的光，节距越小，焦距越小。

传统上，光的波前是通过调节光程长度(opl)来控制的，对于各向同性材料，光程长度被定义为波的速度(取决于材料的折射率)和波通过材料的物理传播距离的乘积。对于经典透镜，由透镜曲面引起的空间上变化的opl导致波前的相移，从而影响透镜的焦距。相比之下，pbp透镜的几何相移来自光波通过pbp透镜的各向异性体积的演化。相移取决于各个光波通过各向异性的路径的几何形状，各向异性对光波进行变换。例如，pbp透镜中液晶的分子各向异性和纳米结构导致透射或反射光波的相移。这种相移与有效光轴的取向和各向异性液晶的取向成正比。

在一些实施例中，诸如pbp透镜400的pbp透镜可以是有源的(也称为“有源元件”)或无源的(也称为“无源元件”)。例如，有源pbp透镜具有三种光学状态：加性状态、中性状态和减性状态。加性状态向系统添加光焦度，中性状态不影响系统的光焦度，也不影响穿过有源pbp透镜的光的偏振，减性状态从系统中减去光焦度。

有源pbp透镜的状态由入射到有源pbp透镜上的光的偏振旋向性和施加到有源pbp透镜上的电压的量度来确定。例如，在一些实施例中，有源pbp透镜响应于具有右旋圆偏振的入射光和零(或更一般地，低于阈值电压值的)施加电压而工作在减性状态。在一些实施例中，有源pbp透镜响应于具有左旋圆偏振的入射光和零施加电压而工作在加性状态。在一些实施例中，响应于大于阈值电压的施加电压，有源pbp透镜工作在中性状态(与偏振无关)。大于阈值电压的施加电压使具有正介电各向异性的液晶沿与施加电压相关联的电场方向对齐。如果有源pbp透镜处于加性或减性状态，那么从有源pbp透镜输出的光具有与输入到有源pbp透镜的光的旋向性相反的旋向性。相比之下，如果有源pbp透镜处于中性状态，那么从有源pbp透镜输出的光与输入到有源pbp透镜的光具有相同的旋向性。

无源pbp透镜具有两种光学状态：加性状态和减性状态。无源pbp透镜的状态由入射到无源pbp透镜上的光的偏振旋向性决定。通常，无源pbp透镜输出的光的旋向性与输入到无源pbp透镜的光的旋向性相反。例如，在一些实施例中，无源pbp透镜响应于具有右旋偏振的入射光而工作在减性状态，并且响应于具有左旋偏振的入射光而工作在加性状态。

在一些实施例中，诸如300的pbp光栅可以是有源的(也称为“有源元件”)或无源的(也称为“无源元件”)。例如，有源pbp光栅具有三种光学状态，它们类似于有源pbp透镜的光学状态：加性状态、中性状态和减性状态。在加性状态下，有源pbp光栅将特定波长的光衍射到相对于减性状态的衍射角为正的角度。在减性状态下，有源pbp光栅将特定波长的光衍射到相对于加性状态的正角度为负的角度。另一方面，在中性状态下，pbp光栅不会导致光的衍射，也不会影响穿过有源pbp光栅的光的偏振。

有源pbp光栅的状态由入射到有源pbp光栅上的光的偏振旋向性和施加到有源pbp光栅上的电压的量度来确定。例如，在一些实施例中，有源pbp光栅响应于具有右旋圆偏振的入射光和零(或者更一般地，低于阈值电压值的)施加电压而工作在减性状态。在一些实施例中，pbp光栅响应于具有左旋圆偏振的入射光和零施加电压而工作在加性状态。在一些实施例中，pbp光栅响应于大于阈值电压的施加电压而工作在中性状态(与偏振无关)。大于阈值电压的施加电压将具有正介电各向异性的液晶沿着与施加电压相关联的电场方向对齐。如果有源pbp光栅处于加性或减性状态，那么从有源pbp光栅输出的光的旋向性与输入到有源pbp光栅的光的旋向性相反。如果有源pbp光栅处于中性状态，那么从有源pbp光栅输出的光与输入到有源pbp光栅的光具有相同的旋向性。

无源pbp光栅的状态由入射到无源pbp光栅上的光的偏振旋向性决定。例如，在一些实施例中，无源pbp光栅响应于具有右旋圆偏振的入射光而工作在减性状态。在一些实施例中，无源pbp光栅响应于具有左旋圆偏振的入射光而工作在加性状态。对于处于加性或减性状态的无源pbp光栅，从无源pbp光栅输出的光具有与输入到无源pbp光栅的光的旋向性相反的旋向性。

图5示出了根据各种实施例的将不同颜色通道的光聚焦到不同焦点的pbp透镜510。在图中，不同的颜色通道由具有不同虚线样式的线条表示。

pbp透镜510的图案化液晶的周期性或分布的影响取决于波长。因此，不同波长(或颜色通道)的入射光被pbp透镜510不同地聚焦。

如图5所示，pbp透镜510接收包括不同颜色通道的光的入射光550，每个颜色通道与不同的波长范围相关联(例如，红色、绿色和蓝色通道)。因为pbp透镜510的焦点的位置(例如，焦距)基于入射光550的波长，所以不同颜色通道不会聚焦在同一焦平面中。例如，透镜510可以在焦点520处聚焦红色通道(或者更准确地说，红色通道的光谱带的特定波长)的光。类似地，透镜510可以在焦点530处聚焦绿色通道(或者更准确地说，绿色通道的光谱带的特定波长)的光，并且可以在焦点530处聚焦蓝色通道(或者更准确地说，蓝色通道的光谱带的特定波长)的光。

结果，透镜510可能产生由于透镜未能将不同颜色通道的光聚焦到同一会聚点(例如焦点)而导致的效果。例如，在一些实施例中，不同颜色通道的不同焦距不期望地导致图像具有降低的质量，例如图像包括重影和色差，这导致图像模糊和看起来不聚焦。

图6示出了根据各种实施例的复消色差pbp透镜堆叠600。pbp透镜堆叠600包括第一pbp透镜610、第二pbp透镜620和第三pbp透镜630，每个pbp透镜都与不同的颜色通道(例如，红色、绿色和蓝色)相关联。在各种实施例中，透镜堆叠600被配置成解决与pbp透镜510对于不同波长具有不同焦距相关联的问题。

pbp透镜610、620和630中的每一个将相应颜色通道的输入光640的一部分聚焦到光轴660上的公共焦点650，同时对输入光640的对应于剩余颜色通道的部分基本透明。例如，pbp透镜610将红色通道的光665聚焦到焦点650，而pbp透镜620和630对红色通道的光基本上是透明的。类似地，pbp透镜620将绿色通道的光670聚焦到焦点650，而pbp透镜610和630对绿色通道的光基本上是透明的。最后，pbp透镜630将蓝色通道的光675聚焦到焦点650，而pbp透镜610和620对蓝色通道的光基本上是透明的。

如上所述，选择性颜色通道的聚焦由pbp透镜执行，该透镜被配置为表现为具有特定特性的波片。例如，pbp透镜610、620和630中的每一个，对于对应于其相应颜色通道的一种颜色表现为半波片并提供聚焦能力，但是分别对于两种颜色表现为全波片，并且不提供对应于其他颜色通道的聚焦能力。因此，pbp透镜610、620和630中的每一个都作为波片工作，该波片对于一个波长(例如，颜色通道)是启用的，但是对于其他两个波长(例如，颜色通道)是不启用的。

如上所述，对于垂直入射到透镜堆叠600上并与光轴660平行的输入光640，复消色差pbp透镜堆叠600将不同颜色通道的光聚焦到单个公共焦点650。这种光在本文被称为平行于轴的光(axis-parallellight)。图6还示出了相对于光轴660具有入射角685的离轴光680。pbp透镜610、620和630中的每一个都是双折射的，因此依赖于波长和入射角来表现。上面考虑并讨论了对波长的依赖性，并且通过将每个pbp透镜配置为表现为具有如上所述特性的波片来处理该依赖性。现在考虑并讨论对入射角的依赖性。

尽管pbp透镜610、620和630中的每一个被配置为对于一个颜色通道表现为半波片，并且对于另外两个颜色通道表现为全波片，但是这种配置仅适用于平行于轴的光640(或者基本上平行于轴的光)，而不适用于离轴光，例如离轴光680。例如，半波片向平行于轴的光640提供半波双折射，但是提供取决于角度685的增加的双折射项。这个增加的双折射项不利地影响了pbp透镜610、620和630对于一个颜色通道表现为半波片而对于另外两个颜色通道表现为全波片的行为。因此，对于离轴光680，复消色差pbp透镜堆叠600的不期望的额外焦点或重影图像可能在焦点690处，而不在期望的单个公共焦点650处。如下面所讨论的，可以向复消色差pbp透镜堆叠600添加一个或更多个c板，以补偿增加的双折射项，从而减少离轴光泄漏，并且大部分离轴光可以聚焦在公共焦点650处而不在焦点690处。

图7示出了根据各种实施例的c板710对入射到pbp透镜730上的离轴光720的影响，该pbp透镜730可以被配置为表现为半波片。c板710的双折射效应可以至少部分地补偿pbp透镜730对离轴光的双折射效应。例如，这种补偿可以提供离轴光与平行于轴的光一起聚焦在公共焦点(例如，650)处或聚焦得至少相对靠近公共焦点(与没有c板的情况相比)的益处。

在各种实施例中，例如，可以是由拉伸聚合物或lc材料制成的多层双折射膜的c板是光学双折射延迟器(retarder)，其具有沿着法向于(垂直于)基本平行的板的方向的光学对称轴。对于法向入射(例如，平行于轴的)光，c板延迟器不呈现任何净延迟。然而，非法向(例如，离轴)光引起光学各向异性，并且c板可以对这种光施加延迟。光学各向异性是由于非寻常光线的有效折射率不同于寻常光线的折射率。因此，c板向平行于轴的光提供零双折射，同时向离轴光提供非零双折射。特别地，非零双折射是离轴光相对于c板法线的角度的函数。可以将c板配置成具有双折射，该双折射具有与相邻pbp透镜的双折射相同的角度依赖性。此外，c板可以被配置为具有与相邻pbp透镜的双折射相反的双折射。以这种方式，c板的双折射效应可以至少部分地补偿pbp透镜对离轴光的双折射效应，反之亦然。

回到图7，只有pbp透镜730对平行于轴的光740提供双折射延迟，而c板710对平行于轴的光740提供零双折射。然而，c板710和pbp透镜730都对离轴光720提供双折射延迟。在一些实施例中，这些双折射效应彼此相反；pbp透镜730提供多于半波的双折射，而c板720提供相反的双折射，这正好抵消了来自pbp透镜730的额外双折射，使得堆叠提供的总双折射仍然是半波的双折射。这种抵消可以导致离轴光泄漏的减少，并确保大部分能量聚焦在与平行于轴的光的焦点相同的焦点处。

图8示出了根据各种实施例的复消色差pbp透镜堆叠800。如下所述，pbp透镜堆叠800类似于pbp透镜堆叠600，只是增加了c板805a、805b和805c。pbp透镜堆叠800包括第一pbp透镜810、第二pbp透镜820和第三pbp透镜830，每个pbp透镜都与不同的颜色通道(例如，红色、绿色和蓝色)相关联。

pbp透镜810、820和830中的每一个将平行于轴的输入光840的相应颜色通道的部分聚焦到光轴860上的公共焦点850，同时对平行于轴的输入光840的对应于剩余颜色通道的部分基本透明。例如，pbp透镜810将红色通道的光865聚焦到焦点850，而pbp透镜820和830对红色通道的光基本上是透明的。类似地，pbp透镜820将绿色通道的光870聚焦到焦点850，而pbp透镜810和830对绿色通道的光基本上是透明的。最后，pbp透镜830将蓝色通道的光875聚焦到焦点850，而pbp透镜810和820对蓝色通道的光基本上是透明的。

尽管pbp透镜810、820和830中的每一个都被配置为对于一个颜色通道表现为半波片，并且对于另外两个颜色通道表现为全波片，但是这种配置仅适用于平行于轴的光840(或者基本上平行于轴的光)，而不适用于离轴光，例如相对于光轴860具有入射角885的离轴光880。例如，半波片对平行于轴的光840提供半波双折射，但是提供取决于角度885的增加的双折射项。这个增加的双折射项不利地影响了pbp透镜810、820和830作为一个颜色通道的半波片和作为另外两个颜色通道的全波片的行为。因此，对于离轴光880，由于来自pbp透镜的非半波双折射的光泄漏，复消色差pbp透镜堆叠800的焦距可能在不同于期望的单个公共焦点850的焦点处。如下面所讨论的，可以将一个或更多个c板添加到复消色差pbp透镜堆叠800，以补偿增加的双折射项，使得每个颜色通道的大部分离轴光可以聚焦在公共焦点850处。

在各种实施例中，可以在复消色差pbp透镜堆叠中为每个颜色通道包括c板，以补偿由离轴输入光引起的增加的双折射。在图8的示例中，对于第一颜色通道，c板805a邻近pbp透镜810的输出侧。对于第二颜色通道，c板805b邻近pbp透镜820的输出侧。对于第三颜色通道，c板805c邻近pbp透镜830的输出侧。与平行于轴的光840相比，穿过pbp透镜810的离轴光880由于伴随非零入射角的光的附加双折射而经历附加相位项。因此，在pbp透镜810的输出侧，离轴光880包括针对第一颜色通道的附加相位项。随后，穿过c板805a的离轴光经历与pbp透镜810强加的附加相位项相等且相反的相位项。因此，在c板805a的输出侧，离轴光880不再包括先前由pbp透镜810强加的附加相位项。通过该过程，第一颜色通道的大部分离轴光880可以与平行于轴的光840聚焦在相同的焦点(例如，850)处。

类似于上述的pbp透镜810，与平行于轴的光840相比，穿过pbp透镜820的离轴光880由于伴随非零入射角的光的附加双折射而经历附加相位项。因此，在pbp透镜820的输出侧，离轴光880包括针对第二颜色通道的附加相位项。随后，穿过c板805b的离轴光经历与pbp透镜820强加的附加相位项相等且相反的相位项。因此，在c板805b的输出侧，离轴光880不再包括先前由pbp透镜820强加的附加相位项。通过该过程，第二颜色通道的离轴光880可以与平行于轴的光840聚焦相同的焦点(例如，850)处。最后，与平行于轴的光840相比，穿过pbp透镜830的离轴光880由于伴随非零入射角的光的附加双折射而经历附加相位项。因此，在pbp透镜830的输出侧，离轴光880包括针对第三颜色通道的附加相位项。随后，穿过c板805c的该离轴光经历与pbp透镜830强加的附加相位项相等且相反的相位项。因此，在c板805c的输出侧，离轴光880不包括先前由pbp透镜830强加的附加相位项。通过该过程，第三颜色通道的离轴光880可以与平行于轴的光840聚焦在相同的焦点(例如，850)处。

图9示出了根据各种实施例的包括单个多层c板的pbp透镜堆叠。pbp透镜堆叠900类似于pbp透镜堆叠600，只是增加了单个c板905，如下所述。pbp透镜堆叠900包括第一pbp透镜910、第二pbp透镜920和第三pbp透镜930，每个pbp透镜都与不同的颜色通道(例如，红色、绿色和蓝色)相关联。

pbp透镜910、920和930中的每一个将平行于轴的输入光940的相应颜色通道的部分聚焦到光轴960上的公共焦点950，同时对平行于轴的输入光940的对应于剩余颜色通道的部分基本透明。例如，pbp透镜910将红色通道的光965聚焦到焦点950，而pbp透镜920和930对红色通道的光基本上是透明的。类似地，pbp透镜920将绿色通道的光970聚焦到焦点950，而pbp透镜910和930对绿色通道的光基本上是透明的。最后，pbp透镜930将蓝色通道的光975聚焦到焦点950，而pbp透镜910和920对蓝色通道的光基本上是透明的。

尽管pbp透镜910、920和930中的每一个都被配置为对于一个颜色通道表现为半波片，并且对于另外两个颜色通道表现为全波片，但是这种配置仅适用于平行于轴的光940(或者基本上平行于轴的光)，而不适用于离轴光，例如相对于光轴960具有入射角985的离轴光980。例如，半波片对平行于轴的光940提供半波双折射，但是提供取决于角度985的增加的双折射项。这个增加的双折射项不利地影响了pbp透镜910、920和930作为一个颜色通道的半波片和作为另外两个颜色通道的全波片的行为。因此，对于离轴光980，复消色差pbp透镜堆叠900的焦距可能在不同于期望的单个公共焦点950的焦点处。如下面所讨论的，可以向复消色差pbp透镜堆叠900添加c板，以补偿增加的双折射项，使得每个颜色通道的离轴光可以聚焦在公共焦点950处。

在上面描述的并在图8中示出的示例实施例中，在复消色差pbp透镜堆叠800中为每个颜色通道包括了c板，以补偿由离轴输入光引起的增加的双折射。在诸如图9所示的各种实施例中，可以将单个c板905添加到复消色差pbp透镜堆叠900来代替多个c板。这种单个c板可以是多层c板，其可以(例如，与c板805中的每一个相比)是相对较厚的双折射膜堆叠。单个c板905可以具有可以基于pbp透镜910、920和930的光学特性的光学特性，例如双折射。

在图9的示例中，c板905在所有颜色通道上工作，并且与堆叠900中的最后一个pbp透镜(即pbp透镜930)的输出侧相邻。与平行于轴的光940相比，穿过pbp透镜910的离轴光980由于伴随非零入射角的光的附加双折射而经历附加相位项。因此，在pbp透镜910的输出侧，离轴光980包括针对第一颜色通道的附加相位项。穿过pbp透镜920的离轴光980由于伴随非零入射角的光的附加双折射也经历了附加相位项。因此，在pbp透镜920的输出侧，离轴光980包括针对第二颜色通道的附加相位项。穿过pbp透镜930的离轴光980由于伴随非零入射角的光的附加双折射而经历附加相位项。因此，在pbp透镜930的输出侧，离轴光980包括针对第三颜色通道的附加相位项。随后，针对每个颜色通道具有附加相位项的离轴光穿过c板905、经历相应的相位项，这些相位项与由pbp透镜910、920和930中的每一个强加的附加相位项相等且相反。因此，在c板905的输出侧，离轴光980不再包括先前由pbp透镜堆叠强加的附加相位项。通过这样的过程，所有颜色通道的大部分离轴光980可以与平行于轴的光940聚焦在相同的焦点(例如，950)处。

图10示出了根据各种实施例的复消色差pbp透镜堆叠1000。透镜堆叠1000被配置成消除与图5所示的pbp透镜510相关联的问题，该pbp透镜510对于不同的波长具有不同的焦距。pbp透镜堆叠1000包括第一pbp透镜1010、第二pbp透镜1020和第三pbp透镜1030，每个pbp透镜都与不同的颜色通道(例如，红色、绿色和蓝色)相关联。pbp透镜堆叠1000还包括颜色选择性滤光器1035a和1035b。

颜色选择性滤光器是一种多层双折射膜，对于一个颜色通道，它表现为半波片，而对于其他颜色通道，它表现为全波片。通常，半波片反转圆偏振光的旋向性(例如，右旋圆偏振光在透射通过半波片时变成左旋圆偏振光，反之亦然)。全波片不会强加这样的变化。

在一些实施例中，第一pbp透镜1010、第二pbp透镜1020和第三pbp透镜1030被配置为向左旋圆偏振光提供正光焦度(例如，增加光锥会聚)，并向右旋圆偏振光提供负光焦度(例如，减小光锥会聚)。此外，圆偏振光在穿过pbp透镜时，其旋向会发生切换(从右向左，反之亦然)。

在各种实施例中，在pbp透镜1010、1020和1030之间放置颜色选择性滤光器允许当相关联的光穿过相应的pbp透镜和颜色选择性滤光器时控制各个颜色通道的聚焦。例如，包括三个颜色通道(例如，红色、绿色和蓝色)的输入光1040透射通过第一pbp透镜1010，第一pbp透镜1010对光提供了依赖于波长的光焦度。因此，对于包括全部为左圆偏振的红色通道1065、绿色通道1070和蓝色通道1075的光1040，第一pbp透镜1010向红色通道提供第一光焦度，向绿色通道提供第二光焦度，向蓝色通道提供第三光焦度。三个通道的旋向切换到右圆偏振。接下来，所有三个通道的光穿过颜色选择性滤光器1035a。在该示例中，颜色选择性滤光器1035a被配置为对于红色通道表现为半波片，对于绿色通道和蓝色通道表现为全波片。因此，颜色选择性滤光器1035a将红色通道的旋向从右圆偏振改变为左圆偏振，而绿色通道和蓝色通道的旋向保持不变(右圆偏振)。第二pbp透镜1020基于颜色通道各自的旋向对颜色通道提供光焦度。因此，第二pbp透镜1020为红色通道提供正光焦度，并为绿色通道和蓝色通道提供负光焦度。以这种方式，第一pbp透镜1010、第二pbp透镜1020、第三pbp透镜1030以及颜色选择性滤光器1035a和1035b可以提供正和负光焦度的组合，使得最终结果是所有颜色通道都聚焦在公共焦点1050处。

如上所述，对于垂直入射到透镜堆叠1000上并与光轴1060平行的输入光1040，复消色差pbp透镜堆叠1000将不同颜色通道的光聚焦到单个公共焦点1050。图10还示出了相对于光轴1060具有入射角1085的离轴光1080。第一pbp透镜1010、第二pbp透镜1020、第三pbp透镜1030以及颜色选择性滤光器1035a和1035b中的每一个都是双折射的，因此依赖于波长和入射角来表现。上面考虑并讨论了对波长的依赖性，并且通过在pbp透镜堆叠1000中包括颜色选择性滤光器来处理该依赖性。现在考虑并讨论对入射角的依赖性。

尽管第一pbp透镜1010、第二pbp透镜1020、第三pbp透镜1030以及颜色选择性滤光器1035a和1035b的组合被配置为将所有颜色通道聚焦到公共焦点1050，但是这种配置依赖于输入光1040是平行于轴的光(或基本上平行于轴的光)而不是诸如例如离轴光1080的离轴光。例如，颜色选择性滤光器1035a和1035b可以向特定颜色通道的平行于轴的光1040提供半波双折射，但是提供取决于角度1085的增加的双折射项。增加的双折射项不利地影响了颜色选择性滤光器1035a和1035b对于各种颜色通道表现为半波片(或全波片)的行为。因此，对于离轴光1080，由于几何相位的非半波双折射效应引起的光泄漏，复消色差pbp透镜堆叠1000的不期望的额外焦距可能在不是期望的单个公共焦点1050的焦点1090处作为重影图像出现。如下面所讨论的，可以将一个或更多个c板添加到复消色差pbp透镜堆叠1000，以补偿增加的双折射项，使得大多数离轴光可以聚焦在公共焦点1050处。

图11示出了根据一个实施例的复消色差pbp透镜堆叠1100，其包括c板1105和颜色选择性滤光器1110。通过包括c板和颜色选择性滤光器，透镜堆叠1100被配置为消除与图5所示的pbp透镜510相关联的问题，该pbp透镜510对于不同波长和离轴光具有不同的焦距。pbp透镜堆叠1100包括第一pbp透镜1120、第二pbp透镜1130和第三pbp透镜1140，每个pbp透镜都与不同的颜色通道(例如，红色、绿色和蓝色)相关联。

pbp透镜堆叠1100类似于pbp透镜堆叠1000，如上所述，对于垂直入射到透镜堆叠1000上并与光轴1060平行的输入光1040，pbp透镜堆叠1000将不同颜色通道的光聚焦到单个公共焦点1050。类似地，对于垂直入射到透镜堆叠1100上并与光轴1160平行的输入光1145，pbp透镜堆叠1100将不同颜色通道的光聚焦到单个公共焦点1150。然而，在pbp透镜堆叠1000的实例中，为了将所有颜色通道聚焦到公共焦点1050，输入光需要是基本上平行于轴的光。相比之下，对于图11中的标号1180所示的离轴光，pbp透镜堆叠1100能够将不同颜色通道的光聚焦到单个公共焦点1150。

图11还示出了相对于光轴1160具有入射角1185的离轴光1180。第一pbp透镜1120、第二pbp透镜1130、第三pbp透镜1140以及颜色选择性滤光器1110a和1110b中的每一个都是双折射的，因此依赖于波长和入射角来表现。上面考虑并讨论了对波长的依赖性，并且通过在pbp透镜堆叠1100中包括颜色选择性滤光器来处理该依赖性。现在考虑并讨论对入射角的依赖性。

颜色选择性滤光器1110a和1110b可以对特定颜色通道的平行于轴的光1145提供半波双折射，但是向离轴光1180提供取决于角度1185的增加的双折射项。增加的双折射项不利地影响了颜色选择性滤光器对于各种颜色通道表现为半波片(或全波片)的行为。因此，对于离轴光1180的部分，复消色差pbp透镜堆叠1100的额外焦距可能在不同于期望的单个公共焦点1150的焦点处。c板1105a、1105b和1105c至少部分地补偿了增加的双折射项，使得大多数离轴光可以聚焦在公共焦点1050处。

在各种实施例中，可以在复消色差pbp透镜堆叠中为每个颜色通道包括c板，以补偿由离轴输入光引起的增加的双折射。在图11的示例中，对于第一颜色通道1165，c板1105a邻近pbp透镜1120和颜色选择性滤波器1110a的输出侧。对于第二颜色通道1170，c板1105b邻近pbp透镜1130和颜色选择性滤光器1110b的输出侧。对于第三颜色通道1175，c板1105c邻近pbp透镜1140的输出侧。与平行于轴的光1145相比，穿过pbp透镜1120和颜色选择性滤光器1110a的离轴光1180由于伴随非零入射角的光的附加双折射而经历附加相位项。因此，在pbp透镜1120和颜色选择性滤光器1110a的输出侧，离轴光1180包括针对第一颜色通道的附加相位项。随后，穿过c板1105a的离轴光经历一个相位项，该相位项与由pbp透镜1120和颜色选择性滤光器1110a强加的附加相位项的总和相等且相反。因此，在c板1105a的输出侧，离轴光1180不再包括先前由pbp透镜1120和颜色选择性滤光器1110a强加的附加相位项。通过这样的过程，第一颜色通道的大多数离轴光1180可以与平行于轴的光1145聚焦在相同的焦点(例如，1150)处。

类似于上述的pbp透镜1120和颜色选择性滤光器1110a，与平行于轴的光1145相比，穿过pbp透镜1130和颜色选择性滤光器1110b的离轴光1180由于伴随非零入射角的光的附加双折射而经历附加相位项。因此，在pbp透镜1130和颜色选择性滤光器1110b的输出侧，离轴光1180包括针对第二颜色通道的附加相位项。随后，穿过c板1105b的离轴光经历一个相位项，该相位项与由pbp透镜1130和颜色选择性滤光器1110b强加的附加相位项的总和相等且相反。因此，在c板1105b的输出侧，离轴光1180不再包括先前由pbp透镜1130和颜色选择性滤光器1110b强加的附加相位项。通过这样的过程，第二颜色通道的大多数离轴光1180可以与平行于轴的光1145聚焦在相同的焦点(例如，1150)处。最后，与平行于轴的光1145相比，穿过pbp透镜1140的离轴光1180由于伴随非零入射角的光的附加双折射而经历附加相位项。因此，在pbp透镜1140的输出侧，离轴光1180包括针对第三颜色通道的附加相位项。随后，穿过c板1105c的离轴光经历与pbp透镜1140强加的附加相位项相等且相反的相位项。因此，在c板1105c的输出侧，离轴光1180不再包括先前由pbp透镜1140强加的附加相位项。通过这样的过程，第三颜色通道的大多数离轴光1180可以与平行于轴的光1145聚焦在相同的焦点(例如，1150)处。

图12示出了根据一个实施例的复消色差pbp光栅堆叠1200，其包括c板1205和颜色选择性滤光器1210。通过包括c板和颜色选择性滤光器，光栅堆叠1200被配置为消除对于不同波长和离轴光的不同转向角和到0级衍射级的光泄漏的问题。pbp光栅堆叠1200包括第一pbp光栅1220、第二pbp光栅1230和第三pbp光栅1240，每个pbp光栅都与不同的颜色通道(例如，红色、绿色和蓝色)相关联。对于不同的波长和离轴光，pbp光栅堆叠1200能够从不同颜色通道的大部分输入光以单个公共转向角1250产生输出光1245。

第一pbp光栅1220、第二pbp光栅1230、第三pbp光栅1240以及颜色选择性滤光器1210a和1210b中的每一个都是双折射的，因此依赖于输入光的波长和入射角来表现。颜色选择性滤光器1210a和1210b可以对特定颜色通道的平行于轴的光1255提供半波双折射，但是提供取决于离轴光1280的入射角的增加的双折射项。增加的双折射项不利地影响颜色选择性滤光器对于各种颜色通道表现为半波片(或全波片)的行为。因此，对于离轴光1280，复消色差pbp光栅堆叠1200的转向角可以是不同于期望的单个公共角度1250的角度。c板1205a、1205b和1205c至少部分地补偿了增加的双折射项，使得大部分离轴光可以以公共角度1250被转向。

在各种实施例中，可以在复消色差pbp光栅堆叠中为每个颜色通道包括c板，以补偿由离轴输入光引起的增加的双折射。在图12的示例中，对于第一颜色通道，c板1205a邻近pbp光栅1220和颜色选择性滤光器1210a的输出侧。对于第二颜色通道，c板1205b邻近pbp光栅1230和颜色选择性滤光器1210b的输出侧。对于第三颜色通道，c板1205c邻近pbp光栅1240的输出侧。与平行于轴的光1255相比，穿过pbp光栅1220和颜色选择性滤光器1210a的离轴光1280由于伴随非零入射角的光的附加双折射而经历附加相位项。因此，在pbp光栅1220和颜色选择性滤光器1210a的输出侧，离轴光1280包括针对第一颜色通道的附加相位项。随后，穿过c板1205a的离轴光经历一个相位项，该相位项与由pbp光栅1220和颜色选择性滤光器1210a强加的附加相位项的总和相等且相反。因此，在c板1205a的输出侧，离轴光1280不再包括先前由pbp光栅1220和颜色选择性滤光器1210a强加的附加相位项。通过这样的过程，第一颜色通道的大多数离轴光1280可以与平行于轴的光1255以相同的角度(例如，1250)被转向。

类似于上述pbp光栅1220和颜色选择性滤光器1210a的情况，与平行于轴的光1255相比，穿过pbp光栅1230和颜色选择性滤光器1210b的离轴光1280由于伴随非零入射角的光的附加双折射而经历附加相位项。因此，在pbp光栅1230和颜色选择性滤光器1210b的输出侧，离轴光1280包括针对第二颜色通道的附加相位项。随后，穿过c板1205b的离轴光经历一个相位项，该相位项与由pbp光栅1230和颜色选择性滤光器1210b强加的附加相位项的总和相等且相反。因此，在c板1205b的输出侧，离轴光1280不再包括先前由pbp光栅1230和颜色选择性滤光器1210b强加的附加相位项。通过这样的过程，第二颜色通道的大多数离轴光1280可以与平行于轴的光1255以相同的角度(例如，1250)被转向。最后，与平行于轴的光1255相比，穿过pbp光栅1240的离轴光1280由于伴随非零入射角的光的附加双折射而经历附加相位项。因此，在pbp光栅1240的输出侧，离轴光1280包括针对第三颜色通道的附加相位项。随后，穿过c板1205c的离轴光经历了与pbp光栅1240强加的附加相位项相等且相反的相位项。因此，在c板1205c的输出侧，离轴光1280不再包括先前由pbp光栅1240强加的附加相位项。通过这样的过程，第三颜色通道的大多数离轴光1280可以与平行于轴的光1255以相同的角度(例如，1250)被转向。

图13是控制台1310在其中操作的近眼显示器(ned)系统1300的实施例的框图。ned系统1300可以在虚拟现实(vr)系统环境、增强现实(ar)系统环境、混合现实(mr)系统环境或它们的某种组合中运行。图13中所示的ned系统1300包括ned1305和耦合到控制台1310的输入/输出(i/o)接口1315。

虽然图13示出了包括一个ned1305和一个i/o接口1315的示例ned系统1300，但是在其他实施例中，ned系统1300中可以包括任意数量的这些部件。例如，可以有多个ned1305，每个ned1305具有相关联的i/o接口1315，其中每个ned1305和i/o接口1315与控制台1310通信。在替代构造中，不同的和/或附加的部件可以被包括在ned系统1300中。另外，在一些实施例中，被包括在ned1305、控制台1310和i/o接口1315内的各种部件可以以不同于结合图13描述的方式来分布。例如，控制台1310的一些或全部功能可以由ned1305提供。

ned1305可以是向用户呈现内容的头戴式显示器。该内容可以包括包括计算机生成的元素(例如，二维或三维图像、二维或三维视频、声音等)的物理、真实世界环境的虚拟和/或增强视图。在一些实施例中，ned1305还可以向用户呈现音频内容。ned1305和/或控制台1310可以通过i/o接口1315将音频内容传输到外部设备。外部设备可以包括各种形式的扬声器系统和/或头戴式耳机。在各种实施例中，音频内容与由ned1305显示的视觉内容同步。

ned1305可以包括一个或更多个刚性主体，它们可以刚性或非刚性地耦合在一起。刚性主体之间的刚性耦合导致耦合的刚性主体充当单个刚性实体。相比之下，在刚性主体之间的非刚性耦合允许刚性主体相对于彼此移动。

如图13所示，ned1305可以包括深度相机组件(dca)1320、显示器1325、光学组件1330、一个或更多个位置传感器1335、惯性测量单元(imu)1340、眼睛跟踪系统1345和变焦模块1350。在一些实施例中，显示器1325和光学组件1330可以一起集成到投影组件中。与上面列出的部件相比，ned1305的各种实施例可以具有附加的、更少的或不同的部件。另外，在各种实施例中，每个部件的功能可以部分或完全被一个或更多个其他部件的功能所涵盖。

dca1320捕获描述ned1305周围的区域的深度信息的传感器数据。传感器数据可以通过例如三角测量、结构光成像、飞行时间成像、激光扫描等的深度成像技术中的一种或组合来生成。dca1320可以使用传感器数据计算ned1305周围的区域的各种深度属性。附加地或替代地，dca1320可以将传感器数据传输到控制台1310进行处理。

dca1320包括照明源、成像设备和控制器。照明源将光发射到ned1305周围的区域上。在一个实施例中，发射的光是结构光。照明源包括多个发射器，每个发射器发射具有某些特性(例如，波长、偏振、相干性、时间特性等)的光。发射器之间的特性可以相同或不同，并且发射器可以同时或单独进行操作。在一个实施例中，多个发射器可以是例如激光二极管(例如，边发射器(edgeemitter))、无机或有机发光二极管(led)、垂直腔表面发射激光器(vcsel)或某种其他源。在一些实施例中，照明源中的单个发射器或多个发射器可以发射具有结构光图案的光。除了由多个发射器产生的从环境中的物体反射的光之外，成像设备捕获围绕ned1305的环境中的环境光。在各种实施例中，成像设备可以是红外相机或被配置为在可见光谱中操作的相机。控制器协调照明源如何发射光以及成像设备如何捕获光。例如，控制器可以确定发射的光的亮度。在一些实施例中，控制器还分析检测到的光以检测环境中的物体以及与这些物体相关的位置信息。

显示器1325根据从控制台1310接收的像素数据向用户显示二维或三维图像。在各种实施例中，显示器1325包括单个显示器或多个显示器(例如，用户的每只眼睛对应单独的显示器)。在一些实施例中，显示器1325包括单个或多个波导显示器。光可以通过例如液晶显示器(lcd)、有机发光二极管(oled)显示器、无机发光二极管(iled)显示器、有源矩阵有机发光二极管(amoled)显示器、透明有机发光二极管(toled)显示器、基于激光的显示器、一个或更多个波导、其他类型的显示器、扫描仪、一维阵列等耦合到单个或多个波导显示器中。此外，显示器类型的组合可以结合在显示器1325中，并且单独、并行和/或组合地使用。

光学组件1330放大从显示器1325接收的图像光，校正与该图像光相关联的光学误差，并将校正后的图像光呈现给ned1305的用户。光学组件1330包括多个光学元件。例如，光学组件1330中可以包括一个或更多个以下光学元件：光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器、反射表面、或偏转、反射、折射和/或以某种方式改变图像光的任何其他合适的光学元件。此外，光学组件1330可以包括不同光学元件的组合。在一些实施例中，光学组件1330中的一个或更多个光学元件可以具有一个或更多个涂层(例如部分反射的或抗反射的涂层)。光学组件1330可以集成到投影组件中，例如投影组件。在一个实施例中，光学组件1330包括光学块135。

在操作中，光学组件1330放大并聚焦由显示器1325产生的图像光。这样，与不使用光学组件1330的显示器相比，光学组件1330使得显示器1325在物理上更小、重量更轻并且消耗更少的功率。此外，放大可以增大显示器1325所呈现的内容的视场。例如，在一些实施例中，所显示的内容的视野部分地或完全地使用用户的视野。例如，所显示的图像的视场可以达到或超过1310度。在各种实施例中，可以通过添加或移除光学元件来调整放大量。

在一些实施例中，光学组件1330可以被设计成校正一种或更多种类型的光学误差。光学误差的示例包括桶形或枕形失真、纵向色差或横向色差。除了另外类型的光学误差之外，其他类型的光学误差还可以包括球面像差、色差或由于透镜场曲率、像散(astigmatism)引起的误差。在一些实施例中，传输到显示器1325的视觉内容被预失真，并且当来自显示器1325的图像光穿过光学组件1330的各种光学元件时，光学组件1330校正该失真。在一些实施例中，光学组件1330的光学元件集成到显示器1325中作为投影组件，该投影组件包括与一个或更多个光学元件耦合的至少一个波导。

imu1340是电子器件，其基于从一个或更多个位置传感器1335接收的测量信号和从dca1320接收的深度信息来生成指示ned1305位置的数据。在ned1305的一些实施例中，imu1340可以是专用硬件部件。在其他实施例中，imu1340可以是在一个或更多个处理器中实现的软件部件。在一个实施例中，imu1340是与图13a的imu1315相同的部件，并且位置传感器1335是与位置传感器1320相同的部件。

在操作中，位置传感器1335响应于ned1305的运动而产生一个或更多个测量信号。位置传感器1335的示例包括：一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、一个或更多个高度计、一个或更多个倾角仪和/或用于运动检测、漂移检测和/或误差检测的各种类型的传感器。位置传感器1335可以位于imu1340的外部、imu1340的内部或者这两个位置的某种组合。

基于来自一个或更多个位置传感器1335的一个或更多个测量信号，imu1340生成指示相对于ned1305的初始位置的ned1305的估计的当前位置的数据。例如，位置传感器1335包括测量平移运动(向前/向后、向上/向下、向左/向右)的多个加速度计和测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、和横滚)的多个陀螺仪。在一些实施例中，imu1340对测量信号进行快速采样，并根据所采样的数据来计算ned1305的估计的当前位置。例如，imu1340对从加速度计接收到的测量信号在时间上求积分以估计速度矢量，并对速度矢量在时间上求积分以确定在ned1305上的参考点的估计的当前位置。替代地，imu1340向控制台1310提供采样的测量信号，控制台1310分析采样数据以确定一个或更多个测量误差。控制台1310还可以向imu1340传输一个或更多个控制信号和/或测量误差，以配置imu1340来校正和/或减小一个或更多个测量误差(例如，漂移误差)。参考点是可以用来描述ned1305的位置的点。参考点通常可以被定义为空间中的点或者与ned1305的位置和/或定向相关的位置。

在各种实施例中，imu1340从控制台1310接收一个或更多个参数。该一个或更多个参数用于保持对ned1305的跟踪。基于接收到的参数，imu1340可以调整一个或更多个imu参数(例如，采样率)。在一些实施例中，某些参数导致imu1340更新参考点的初始位置，使得其对应于参考点的下一个位置。将参考点的初始位置更新为参考点的下一个校准位置有助于减小imu1340在检测当前位置估计时的漂移误差。

在一些实施例中，眼睛跟踪系统1345被集成到ned1305中。眼睛跟踪系统1345可以包括一个或更多个照明源和成像设备(相机)。在操作中，当用户佩戴ned1305时，眼睛跟踪系统1345生成并分析与用户眼睛相关的跟踪数据。眼睛跟踪系统1345可以进一步生成眼睛跟踪信息，该信息可以包括关于用户眼睛位置的信息，即，关于眼睛注视角度的信息。

在一些实施例中，变焦模块1350进一步被集成到ned1305中。变焦模块1350可以通信地耦合到眼睛跟踪系统1345，以便使变焦模块1350能够从眼睛跟踪系统1345接收眼睛跟踪信息。变焦模块1350可以基于从眼睛跟踪系统1345接收的眼睛跟踪信息，进一步修改从显示器1325发射的图像光的聚焦。因此，变焦模块1350可以减少当用户的眼睛分辨图像光时可能产生的视觉辐辏调节冲突。在各种实施例中，变焦模块1350可以与光学组件1330的至少一个光学元件通过接口连接(例如，机械地或电气地)。

在操作中，变焦模块1350可以调整光学组件1330中的一个或更多个光学元件的位置和/或定向，以便调整通过光学组件1330传播的图像光的聚焦。在各种实施例中，变焦模块1350可以使用从眼睛跟踪系统1345获得的眼睛跟踪信息来确定如何调整光学组件1330中的一个或更多个光学元件。在一些实施例中，变焦模块1350可以基于从眼睛跟踪系统1345获得的眼睛跟踪信息来执行图像光的注视点渲染(foveatedrendering)，以便调整由显示器1325发射的图像光的分辨率。在这种情况下，变焦模块1350将显示器1325配置为在用户眼睛注视的视网膜中央凹区(fovealregion)显示高像素密度，而在用户眼睛注视的其他区域中显示低像素密度。

i/o接口1315便于将动作请求从用户传送到控制台1310。此外，i/o接口1315便于将设备反馈从控制台1310传送给用户。动作请求是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束图像或视频数据的捕获的指令，或者是在应用内执行特定动作的指令，例如暂停视频回放、增加或减小音频回放的音量等。在各种实施例中，i/o接口1315可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备包括：键盘、鼠标、游戏控制器、操纵杆和/或用于接收动作请求并将动作请求传送到控制台1310的任何其他合适的设备。在一些实施例中，i/o接口1315包括imu1340，其捕获指示相对于i/o接口1315的初始位置的i/o接口1315的估计的当前位置的校准数据。

在操作中，i/o接口1315接收来自用户的动作请求，并将这些动作请求传送到控制台1310。响应于接收到动作请求，控制台1310执行相应的动作。例如，响应于接收到动作请求，控制台1310可以配置i/o接口1315以将触觉反馈发射到用户的手臂上。例如，控制台1315可以配置i/o接口1315，以在接收到动作请求时向用户传递触觉反馈。附加地或替代地，控制台1310可以配置i/o接口1315，以在控制台1310响应于接收到动作请求而执行动作时生成触觉反馈。

控制台1310向ned1305提供内容，用于根据从dca1320、ned1305和i/o接口1315中的一个或更多个接收的信息来进行处理。在图13所示的实施例中，控制台1310包括应用储存器1355、跟踪模块1360和引擎1365。在一些实施例中，与结合图13描述的模块和/或部件相比，控制台1310可以具有附加的、更少的或不同的模块和/或部件。类似地，下面进一步描述的功能可以以不同于结合图13描述的方式分布在控制台1310的部件中。

应用储存器1355存储用于由控制台1310执行的一个或更多个应用。应用是一组指令，该组指令当被处理器执行时，执行一组特定的功能，例如生成内容以呈现给用户。例如，应用可以响应于(例如，经由当用户移动他/她的头部时ned1305的移动，经由i/o接口1315等)接收到来自用户的输入而生成内容。应用的示例包括：游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。

跟踪模块1360使用一个或更多个校准参数校准ned系统1300。跟踪模块1360可以进一步调整一个或更多个校准参数，以减小在确定ned1305或i/o接口1315的位置和/或定向时的误差。例如，跟踪模块1360可以将校准参数传输到dca1320，以便调整dca1320的聚焦。因此，dca1320可以更准确地确定从环境中的物体反射的结构光元素的位置。跟踪模块1360还可以分析由imu1340生成的传感器数据，以确定要修改的各种校准参数。此外，在一些实施例中，如果ned1305失去对用户眼睛的跟踪，则跟踪模块1360可以重新校准ned系统1300中的一些或所有部件。例如，如果dca1320失去投射到用户眼睛上的至少阈值数量的结构光元素的视线，则跟踪模块1360可以将校准参数传输到变焦模块1350，以便重新建立眼睛跟踪。

跟踪模块1360使用来自dca1320、一个或更多个位置传感器1335、imu1340或它们的某种组合的信息来跟踪ned1305和/或i/o接口1315的移动。例如，跟踪模块1360可以根据对ned1305局部的区域的映射来确定ned1305的参考位置。跟踪模块1360可以基于从ned1305本身接收的信息生成该映射。跟踪模块1360还可以利用来自imu1340的传感器数据和/或来自dca1320的深度数据来确定ned1305和/或i/o接口1315的参考位置。在各种实施例中，跟踪模块1360生成对ned1305和/或i/o接口1315的后续位置的估计和/或预测。跟踪模块1360可以将预测的后续位置传输到引擎1365。

引擎1365基于从ned1305接收的信息生成ned1305周围的区域(即，“局部区域”)的三维映射。在一些实施例中，引擎1365基于从dca1320接收的深度数据(例如，局部区域中的对象的深度信息)来确定用于局部区域的三维映射的深度信息。在一些实施例中，引擎1365通过使用由dca1320生成的深度数据来计算ned1305的深度和/或位置。特别地，引擎1365可以实现用于计算ned1305的深度和/或位置的各种技术，例如基于立体的技术、结构光照明技术、飞行时间技术等等。在各种实施例中，引擎1365使用从dca1320接收的深度数据来更新局部区域的模型，并且部分基于更新后的模型来生成和/或修改媒体内容。

引擎1365还执行在ned系统1300内的应用，并从跟踪模块1360接收ned1305的位置信息、加速度信息、速度信息、所预测的未来位置或它们的某种组合。基于接收到的信息，引擎1365确定各种形式的媒体内容以传输到ned1305以呈现给用户。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则引擎1365为ned1305生成媒体内容，该媒体内容反映了用户在虚拟环境中或在用附加媒体内容增强局部区域的环境中的移动。因此，引擎1365可以生成和/或修改媒体内容(例如，视觉和/或音频内容)以呈现给用户。引擎1365可以进一步将媒体内容传输到ned1305。另外，响应于从i/o接口1315接收到动作请求，引擎1365可以在控制台1310上执行的应用内执行动作。当动作被执行时，引擎1305可以进一步提供反馈。例如，引擎1365可以配置ned1305以生成视觉和/或音频反馈，和/或配置i/o接口1315以生成对用户的触觉反馈。

在一些实施例中，基于从眼睛跟踪系统1345接收的眼睛跟踪信息(例如，用户眼睛的定向)，引擎1365确定提供给ned1305以在显示器1325上呈现给用户的媒体内容的分辨率。引擎1365可以至少部分基于从眼睛跟踪系统1345接收的用户注视的方向，通过配置显示器1325来执行视觉内容的注视点渲染，来调整提供给ned1305的视觉内容的分辨率。引擎1365向ned1305提供内容，在显示器1325上，该内容在用户注视的中央凹区中具有高分辨率，而在其他区域中具有低分辨率，从而降低ned1305的功耗。此外，在不影响用户视觉体验质量的情况下，使用注视点渲染减少了在渲染视觉内容中使用的计算周期的数量。在一些实施例中，引擎1365可以进一步使用眼睛跟踪信息来调整从显示器1325发射的图像光的聚焦，以便减少视觉辐辏调节冲突。

1.一种光学系统，包括几何相位元件和c板，所述几何相位元件与光轴对准，所述几何相位元件的双折射对入射到所述几何相位元件上的从所述光轴离轴的光提供第一偏振相移，所述c板与所述几何相位元件相邻并与所述光轴对准，c板对所述光提供第二偏振相移，并且所述第二偏振相移至少部分取决于入射到所述c板上的光相对于所述光轴的角度，并且其中所述第一偏振相移与所述第二偏振相移相反。

2.根据条款1所述的光学系统，其中所述光包括第一颜色通道和第二颜色通道，所述几何相位元件对应于所述第一颜色通道，并且所述光学系统还包括对应于所述第二颜色通道的第二几何相位元件，以及与所述第二几何相位元件相邻的第二c板。

3.根据条款1或2所述的光学系统，其中所述第一几何相位元件被配置为将所述光的与所述第一颜色通道相关联的第一部分聚焦在焦点处，并且所述第二几何相位元件被配置为将所述光的与所述第二颜色通道相关联的第二部分聚焦在所述特定焦点处。

4.根据条款1-3中任一项所述的光学系统，其中所述几何相位元件以光束转向角引导所述光的与所述第一颜色通道相关联的第一部分，并且所述第二几何相位元件以所述特定光束转向角引导所述光的与所述第二颜色通道相关联的第二部分。

5.根据条款1-4中任一项所述的光学系统，还包括与所述第一几何相位元件和所述第一c板相邻的第一颜色选择性波片，所述第一颜色选择性波片对所述光的第一波长施加半波偏振偏移的倍数，并对所述光的至少第二波长施加全波偏振偏移的倍数。

6.根据条款1-5中任一项所述的光学系统，还包括第二颜色选择性波片，所述第二颜色选择性波片邻近所述第二几何相位元件和所述第二c板，并且被配置为对所述光的第二波长施加半波偏振偏移的倍数，并且对所述光的至少第一波长施加全波偏振偏移的倍数。

7.根据条款1-6中任一项所述的光学系统，其中所述第一几何相位元件和所述第一颜色选择性波片将所述光的与所述第一颜色通道相关联的第一部分聚焦在特定焦点处，并且所述第二几何相位元件和所述第二颜色选择性波片将所述光的与所述第二颜色通道相关联的第二部分聚焦在所述特定焦点处。

8.根据条款1-7中任一项所述的光学系统，其中所述第一几何相位元件和所述第一颜色选择性波片以光束转向角引导所述光的与所述第一颜色通道相关联的第一部分，并且所述第二几何相位元件和所述第二颜色选择性波片以所述特定光束转向角引导所述光的与所述第二颜色通道相关联的第二部分。

9.根据条款1-8中任一项所述的光学系统，其中所述c板是多层双折射膜，其角双折射与所述几何相位元件的角双折射相反。

10.根据条款1-9中任一项所述的光学系统，其中所述几何相位元件是可电切换的，以调节与所述几何相位元件相关联的焦距。

11.根据条款1-10中任一项所述的光学系统，其中所述几何相位元件是pancharatnam-berry相位(pbp)透镜。

12.根据条款1-11中任一项所述的光学系统，其中所述几何相位元件是pancharatnam-berry相位(pbp)光栅。

13.根据条款1-12中任一项所述的光学系统，其中所述光学系统被包括在头戴式设备中。

14.根据条款1-13中任一项所述的光学系统，还包括沿着所述光轴并且在光源和所述几何相位元件之间的液晶显示器(lcd)设备。

15.一种头戴式显示器(hmd)，包括电子显示器和光学堆叠，所述电子显示器被配置为发射包括红色、绿色和蓝色(rgb)颜色通道的图像光，所述光学堆叠被配置为在光轴上并围绕所述光轴接收所述图像光，所述光学堆叠包括：第一pancharatnam-berry相位(pbp)几何相位元件；第一颜色选择性波片，其邻近所述第一pbp几何相位元件，并且被配置为对rgb颜色通道中的第一rgb颜色通道施加大致半波偏振偏移的倍数，并且对所述rgb颜色通道中的至少第二rgb颜色通道施加大致全波偏振偏移的倍数；邻近所述第一颜色选择性波片的c板，其中所述c板向所述rgb颜色通道中的所述第一rgb颜色通道提供第一偏振相移，并且其中所述第一偏振相移至少部分地取决于入射到所述c板上的所述rgb颜色通道中的所述第一rgb颜色通道相对于所述光轴的角度，并且其中所述第一偏振相移至少部分地补偿由所述第一颜色选择性波片产生的第二偏振相移；第二pbp几何相位元件；以及与所述第二pbp几何相位元件相邻的第二颜色选择性波片，其被配置为对所述rgb颜色通道中的所述第二rgb颜色通道施加大致半波偏振偏移的倍数，并且对所述rgb颜色通道中的至少所述第一rgb颜色通道施加大致全波偏振偏移的倍数。

16.根据条款15所述的hmd，其中所述第一pbp几何相位元件是具有第一栅距的第一pbp光栅，所述第二pbp几何相位元件是具有不同于所述第一栅距的第二栅距的第二pbp光栅。

17.根据条款15或16所述的hmd，其中所述第一pbp几何相位元件是第一pbp透镜，其被配置为将所述rgb颜色通道中的所述第一rgb颜色通道的光基本聚焦到第一位置，并且所述第二pbp几何相位元件是第二pbp透镜，其被配置为将所述rgb颜色通道中的所述第二rgb颜色通道的光基本聚焦到所述第一位置。

18.根据条款15-17中任一项的hmd，还包括在所述第一pbp几何相位元件和所述第二pbp几何相位元件之间的一个或更多个附加的c板。

19.根据条款15-18中任一项所述的hmd，其中，所述第一pbp几何相位元件和所述第二pbp几何相位元件是可电切换的，以调节与所述第一pbp几何相位元件和所述第二pbp几何相位元件相关联的相应焦距。

20.根据条款15-19中任一项所述的hmd，其中，所述c板的角双折射在所述c板的整个区域上不连续地变化。

21.一种光学系统，包括电子显示器和光学堆叠，所述电子显示器被配置为发射包括红色、绿色和蓝色(rgb)颜色通道的图像光，所述光学堆叠被配置为在光轴上并围绕所述光轴接收所述图像光，所述光学堆叠包括：第一pancharatnam-berry相位(pbp)几何相位元件，用于对rgb颜色通道中的第一rgb颜色通道施加大致半波偏振偏移的倍数，并对所述rgb颜色通道中的至少第二rgb颜色通道施加大致全波偏振偏移的倍数；与所述第一颜色选择性波片相邻的c板，其中所述c板向所述rgb颜色通道中的所述第一rgb颜色通道提供第一偏振相移，并且其中所述第一偏振相移至少部分地取决于入射到所述c板上的所述rgb颜色通道中的所述第一rgb颜色通道相对于所述光轴的角度，并且其中所述第一偏振相移至少部分地补偿由所述第一pbp几何相位元件产生的第二偏振相移；以及第二pbp几何相位元件，用于对所述rgb颜色通道中的所述第二rgb颜色通道施加大致半波偏振偏移的倍数，并且对所述rgb颜色通道中的至少所述第一rgb颜色通道施加大致全波偏振偏移的倍数。

在任何权利要求中叙述的任何权利要求元素和/或在本申请中描述的任何元素的任何和所有组合，以任何方式，都落在本发明和保护的设想的范围内。

本公开的实施例的前述描述为了说明的目的被提出；它并不意图为无遗漏的或将本公开限制到所公开的精确形式。相关领域中的技术人员可以认识到，按照上面的公开，许多修改和变化是可能的。

本描述的一些部分从对信息的操作的算法和符号表示方面描述了本公开的实施例。数据处理领域的技术人员通常使用这些算法描述和表示来向本领域的其他技术人员有效地传达他们工作的实质。这些操作虽然在功能上、计算上或逻辑上进行了描述，但应理解为将由计算机程序或等效电路、微代码等来实现。此外，将操作的这些布置称为模块有时候也被证明是方便的而不失一般性。所描述的操作和它们的相关联的模块可以体现在软件、固件、硬件或其任何组合中。

可以利用一个或更多个硬件或软件模块单独地或与其他设备组合地来执行或实现本文描述的任何步骤、操作或过程。在一个实施例中，利用包括计算机可读介质的计算机程序产品来实现软件模块，该计算机可读介质包含计算机程序代码，计算机程序代码可以由计算机处理器执行，用于执行所描述的任何或全部步骤、操作或过程。

本公开的实施例也可以涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可以被特别构造成用于所需的目的，和/或它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算设备。这种计算机程序可以存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质中，或者任何类型的适于存储电子指令的介质中，其可以耦合到计算机系统总线。此外，说明书中提到的任何计算系统可以包括单个处理器，或者可以是采用多处理器设计以提高计算能力的架构。

本公开的实施例也可以涉及由本文所述的计算过程产生的产品。这样的产品可以包括由计算过程产生的信息，其中信息被存储在非暂时性的、有形的计算机可读介质上且可以包括计算机程序产品或本文所述的其他数据组合的任何实施例。

最后，在说明书中使用的语言主要为了可读性和指导目的而被选择，并且它可以不被选择来描绘或限制创造性主题。因此，意图是本公开的范围不由该详细描述限制，而是由在基于其的申请上发布的任何权利要求限制。因此，实施例的公开意图对本公开的范围是说明性的，而不是限制性的，在所附权利要求中阐述了本公开的范围。

为了说明的目的，已经给出了各种实施例的描述，但是这些描述并不意图是无遗漏的或限制于所公开的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说将是明显的。

本实施例的方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开的方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或结合软件和硬件方面(这些方面在本文中通常都被称为“模块”或“系统”)的实施例的形式。此外，本公开的各方面可以采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品体现在一个或更多个计算机可读介质中，该计算机可读介质在其上体现有计算机可读程序代码。

可以利用一个或更多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是，例如但不限于，电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷举列表)将包括以下：具有一条或更多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、光存储设备、磁存储设备或前述的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是能够包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或结合指令执行系统、装置或设备来使用的程序的任何有形介质。

以上参考根据本公开的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的方面。应当理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或用于产生机器的其他可编程数据处理装置的处理器。当经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行时，这些指令能够实现流程图和/或框图的一个或更多个框中指定的功能/动作。这种处理器可以是但不限于通用处理器、专用处理器、应用特定处理器或现场可编程门阵列。

图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以表示模块、代码段或代码部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或更多个可执行指令。还应当注意，在一些替代实现中，框中提到的功能可以不按图中提到的顺序进行。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还将注意到，框图和/或流程图中的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统或者由专用硬件和计算机指令的组合来实现。

虽然前面针对本公开的实施例，但是在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以设计本公开的其他和进一步的实施例，并且本公开的范围由所附权利要求确定。