包括体布拉格光栅的透镜组件和显示设备的制作方法

技术特征：
1.一种光学组件，包括：基板，具有第一表面和与所述第一表面相对并基本上平行的第二表面；反射器，耦合到所述基板；以及体布拉格光栅，耦合到所述基板，其中：所述体布拉格光栅被配置为透射以第一预定角度范围内的入射角入射到所述体布拉格光栅上的光，并且反射以不同于所述第一角度范围的第二预定角度范围内的入射角入射到所述体布拉格光栅上的光；以及所述光学组件被配置为：在从所述第二表面输出在所述第一表面处接收的第一光之前，在包括在所述反射器处和在所述体布拉格光栅处的反射的光路中透射所述第一光；以及透射在所述第一表面处接收的第二光，以使得所述第二光从所述第二表面输出而没有在所述反射器或所述体布拉格光栅处经历反射。2.根据权利要求1所述的光学组件，其中：所述体布拉格光栅被布置在所述第一表面上，并且所述反射器被布置在所述第二表面上；在所述第一表面处接收的所述第一光以所述第一预定角度范围内的入射角入射到所述体布拉格光栅上；以及从所述反射器反射的所述第一光以所述第二预定角度范围内的入射角入射到所述体布拉格光栅上。3.根据权利要求2所述的光学组件，其中：所述第一光具有第一偏振；以及所述第二光具有与所述第一偏振正交的第二偏振。4.根据权利要求3所述的光学组件，其中所述体布拉格光栅是偏振选择性的，并且被配置为透射具有与所述第一偏振不同的偏振的光，而不管所述光的入射角如何。5.根据权利要求1所述的光学组件，其中：所述反射器包括偏振敏感全息图；所述体布拉格光栅被布置在所述第二表面上，并且所述反射器被布置在所述第一表面上；被透射通过所述第一表面和所述反射器的所述第一光以所述第二预定角度范围内的入射角被入射到所述体布拉格光栅上；以及从所述反射器被反射的所述第一光以所述第一预定角度范围内的入射角被入射到所述体布拉格光栅上。6.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述第一表面和所述第二表面是平面表面。7.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述第一表面和所述第二表面具有相同的曲率半径。8.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述第二光被透射而没有显著光学像差。9.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述光学组件被配置为：以第一光功率输出所述第一光；以及以小于所述第一光功率的第二光功率透射所述第二光。
10.根据权利要求9所述的光学组件，其中所述第二光功率为零。11.一种显示设备，包括：显示器，被配置为输出图像光并且透射环境光；以及光学组件，所述光学组件包括：基板，具有第一表面和与所述第一表面相对并且基本上平行的第二表面；反射器，耦合到所述基板；以及体布拉格光栅，耦合到所述基板，其中：所述体布拉格光栅被配置为透射以第一预定角度范围内的入射角入射到所述体布拉格光栅上的光，并且反射以不同于所述第一角度范围的第二预定角度范围内的入射角入射到所述体布拉格光栅上的光；以及所述光学组件被配置为：在从所述第二表面输出在所述第一表面处接收的第一光之前，在包括在所述反射器处和在所述体布拉格光栅处的反射的光路中透射所述第一光；以及透射在所述第一表面处接收的第二光，使得所述第二光从所述第二表面输出而没有在所述反射器或所述体布拉格光栅处经历反射。12.根据权利要求11所述的显示设备，其中：所述体布拉格光栅被布置在所述第一表面上，并且所述反射器被布置在所述第二表面上；在所述第一表面处接收的所述第一光以所述第一预定角度范围内的入射角入射到所述体布拉格光栅上；以及从所述反射器反射的所述第一光以所述第二预定角度范围内的入射角入射到所述体布拉格光栅上。13.根据权利要求12所述的显示设备，其中：所述第一光具有第一偏振；以及所述第二光具有与所述第一偏振正交的第二偏振。14.根据权利要求13所述的显示设备，其中所述体布拉格光栅是偏振选择性的，并且被配置为透射具有与所述第一偏振不同的偏振的光，而不管所述光的入射角如何。15.根据权利要求11所述的显示设备，其中：所述反射器包括偏振敏感全息图；所述体布拉格光栅被布置在所述第二表面上，并且所述反射器被布置在所述第一表面上；被透射通过所述第一表面和所述反射器的所述第一光以所述第二预定角度范围内的入射角被入射到所述体布拉格光栅上；以及从所述反射器被反射的所述第一光以所述第一预定角度范围内的入射角被入射到所述体布拉格光栅上。16.根据权利要求11所述的显示设备，其中所述第一表面和所述第二表面是平面表面。17.根据权利要求11所述的显示设备，其中所述第一表面和所述第二表面具有相同的曲率半径。18.根据权利要求11所述的显示设备，其中所述第二光被透射而没有显著光学像差。
19.根据权利要求11所述的显示设备，其中所述光学组件被配置为：以第一光功率输出所述第一光；以及以小于所述第一光功率的第二光功率透射所述第二光。20.一种通过光学组件透射光的方法，所述方法包括：透射图像光，包括：在基板的第一表面处接收所述图像光，所述基板包括：第二表面，与所述第一表面相对并且基本上平行；反射器；以及体布拉格光栅，所述体布拉格光栅被配置为：透射以第一预定角度范围内的入射角入射到所述体布拉格光栅上的光；以及反射以不同于所述第一角度范围的第二预定角度范围内的入射角入射到所述体布拉格光栅上的光；以及经由包括在所述反射器处和在所述体布拉格光栅处的反射的光路以第一光功率从所述第二表面输出所述图像光；在不同于所述第一光路的第二光路中透射环境光，所述透射包括：在所述第一表面处接收所述环境光；以及经由不包括在所述反射器或所述体布拉格光栅处的反射的光路，以第二光功率从所述第二表面输出所述环境光，所述第二光功率小于所述第一光功率。21.一种显示设备，包括：一个或多个投射器，被配置为投射图像光投射器；显示器，具有第一表面和第二表面，所述显示器被配置为：从所述一个或多个投射器接收所述图像光；从所述第一表面输出漫射图像光；以及在所述第二表面处接收环境光，并且从所述第一表面输出所述环境光；以及光学组件，所述光学组件包括：基板，具有基本上均匀的厚度；分束器，耦合到所述基板；以及反射器，耦合到所述基板，其中所述光学组件被配置为：接收所述漫射图像光，并且经由包括在所述反射器处和在所述分束器处的反射的光路，以第一光功率透射从所述显示器的所述第一表面输出的所述漫射图像光的一部分；以及接收所述环境光并以第二光功率将所述环境光的一部分透射通过所述光学组件而不在所述反射器处反射，所述第二光功率小于所述第一光功率。22.根据权利要求21所述的显示设备，其中所述光学组件被配置为：利用第一光功率透射所述漫射图像光；以及以不同于所述第一光功率的第二光功率透射所述环境光。23.根据权利要求21所述的显示器，其中所述显示器还包括：漫射表面，位于所述第一表面与所述第二表面之间；第一显示部分，位于所述第一表面与所述漫射表面之间，具有第一折射率；以及
第二显示部分，位于所述漫射表面与所述第二表面之间，具有等于所述第一折射率的第二折射率，其中所述漫射表面被配置为漫射所述图像光。24.根据权利要求21所述的显示设备，其中所述显示器被布置在所述光学组件的图像平面处。25.根据权利要求24所述的显示器，其中所述一个或多个投射器被布置在相对于所述显示器的光轴的离轴位置处。26.根据权利要求25所述的显示器，其中所述一个或多个投射器中的每个投射器在其任何维度上都小于2英寸。27.根据权利要求25所述的显示器，其中所述一个或多个投射器位于距离所述显示器小于2英寸的位置。28.根据权利要求21所述的显示器，其中：所述显示器包括波导和耦合到所述波导的输出表面的光学漫射器，并且所述波导的至少一部分被布置在所述第一表面和所述第二表面之间；所述一个或多个投射器被配置为将光投射到所述波导的输入表面上；所述波导被配置为：接收来自所述一个或多个投射器的图像光；经由全内反射朝向所述光学漫射器传播所述图像光；以及从所述波导的所述输出表面输出所述图像光；以及所述光学漫射器被配置为响应于接收到从所述波导输出的所述图像光而漫射所述图像光。29.根据权利要求28所述的显示器，其中所述第一表面相对于所述第二表面形成角度。30.根据权利要求21所述的显示器，其中：所述显示器包括位于所述第一表面和所述第二表面之间的多个纳米颗粒；以及所述多个纳米颗粒被配置为散射来自所述一个或多个投射器的所述图像光，使得所述漫射图像光从所述显示器的所述第一表面输出。31.根据权利要求30所述的显示器，其中：所述一个或多个投射器包括被配置为发射具有第一波长的第一图像光的第一投射器；所述多个纳米颗粒包括具有第一尺寸的纳米颗粒；以及具有所述第一尺寸的所述纳米颗粒被配置为散射入射到所述第一表面上的所述第一图像光，使得从所述显示器的所述第一表面输出漫射的第一图像光。32.根据权利要求31所述的显示器，其中：所述一个或多个投射器包括与所述第一投射器不同的第二投射器，所述第二投射器被配置为输出具有第二波长的第二图像光；所述第二波长不同于所述第一波长；所述多个纳米颗粒包括具有第二尺寸的纳米颗粒；具有所述第二尺寸的所述纳米颗粒被配置为散射入射到所述显示器的所述第一表面上的所述第二图像光，使得从所述显示器的所述第一表面输出漫射的第二图像光；具有所述第二尺寸的所述纳米颗粒对于所述第一图像光是透明的；以及具有所述第一尺寸的所述纳米颗粒对于所述第二图像光是透明的。
33.根据权利要求32所述的显示器，其中：所述第一图像光和所述第二图像光是可见光；以及所述纳米颗粒被配置为对红外光是透明的。34.根据权利要求30所述的显示器，其中所述纳米颗粒被配置为散射小于或等于40纳米的光谱带宽内的图像光。35.根据权利要求34所述的显示器，其中所述纳米颗粒被配置为透射环境光，使得小于8％的所述环境光被所述纳米颗粒散射。36.一种显示一个或多个图像的方法，所述方法包括：从一个或多个投射器投射图像光；在显示器处接收从所述一个或多个投射器投射的所述图像光；在所述显示器处漫射所述图像光；从所述显示器的第一表面输出漫射图像光；在所述显示器的第二表面处接收环境光，所述第二表面与所述第一表面相对；从所述显示器的所述第一表面输出环境光；在光学组件处接收所述图像光和所述环境光中的任一者；在包括一个或多个折叠的第一光路中透射所述图像光；以及在不同于所述第一光路的第二光路中透射所述环境光。37.根据权利要求36所述的方法，其中：所述显示器包括：漫射表面，位于所述第一表面与所述第二表面之间；第一显示部分，位于所述第一表面与所述漫射表面之间并且具有第一折射率；以及第二显示部分，位于所述漫射表面与所述第二表面之间并且具有等于所述第一折射率的第二折射率；以及在所述显示器处漫射所述图像光包括在所述漫射表面处漫射所述图像光。38.根据权利要求36所述的方法，其中：所述一个或多个投射器被布置在相对于所述显示器的光轴的离轴位置处；以及所述一个或多个投射器位于距离所述显示器小于2英寸的位置。39.根据权利要求36所述的方法，其中所述显示器包括波导和耦合到所述波导的输出表面的光学漫射器，并且所述波导的至少一部分被布置在所述第一表面和所述第二表面之间，所述方法还包括：在所述波导的输入表面处接收来自所述一个或多个投射器的图像光；经由全内反射朝向所述光学漫射器传播所述图像光；以及从所述波导的所述输出表面输出所述图像光，其中从所述一个或多个投射器投射所述图像光包括将所述图像光投射到所述显示器的所述输入表面上；以及在所述显示器处漫射所述图像光包括响应于接收到从所述波导输出的所述图像光而在所述光学漫射器处漫射所述图像光。40.根据权利要求36所述的方法，其中：所述显示器包括位于所述第一表面和所述第二表面之间的多个纳米颗粒；以及
在所述显示器处漫射所述图像光包括由所述多个纳米颗粒散射来自所述一个或多个投射器的图像光。41.一种显示设备，包括：显示器，包括：前表面；后表面，与所述前表面相对；以及第一光学各向异性分子，被布置在所述前表面和所述后表面之间，其中所述显示器可配置为：在所述前表面处接收图像光，并且漫射所述图像光以从所述前表面输出漫射图像光；或者在所述后表面处接收环境光，并且从所述前表面输出所述环境光；以及光学组件，所述光学组件包括：光学组件基板，具有基本上均匀的厚度；反射器，耦合到所述光学组件基板；以及分束器，耦合到所述光学组件基板，其中所述光学组件可配置为：经由包括在所述反射器处和在所述分束器处的反射的光路，以第一光功率透射所述漫射图像光的一部分；以及以第二光功率透射从所述显示器的所述前表面输出的所述环境光的一部分而不在所述反射器处反射，所述第二光功率小于所述第一光功率。42.根据权利要求41所述的显示设备，还包括：快门组件，所述快门组件包括第一快门基板、第二快门基板和被布置在所述第一快门基板和所述第二快门基板之间的第二光学各向异性分子，其中：在所述显示器的所述后表面处接收的所述环境光被透射通过所述快门组件；所述第二光学各向异性分子可配置为调制所述环境光；以及所述显示器被布置在所述快门组件和所述光学组件之间。43.根据权利要求42所述的显示设备，其中所述显示设备被配置为在第一模式和第二模式之间交替，并且其中：在所述第一模式中，所述快门组件被配置为阻挡所述环境光被透射通过所述快门组件，并且所述显示器被配置为漫射所述图像光；以及在所述第二模式中，所述快门组件被配置为以可变强度透射所述环境光，并且所述显示器被配置为透射所述环境光。44.根据权利要求42所述的显示设备，其中：所述显示器还包括耦合到所述前表面的前电极和耦合到所述后表面的后电极；所述前电极和所述后电极可操作地耦合到第一电压源；所述第一光学各向异性分子被配置为当所述第一电压源关断时漫射所述图像光；所述第一光学各向异性分子被配置为当所述第一电压源被设置为第一电压时透射所述环境光；所述快门组件还包括耦合到所述第一快门基板的第一电极和耦合到所述第二快门基板的第二电极；以及
所述第一电极和所述第二电极可操作地耦合到具有可调整电压的第二电压源，所述可调整电压允许通过调整所述可调整电压来调制所述环境光的强度。45.根据权利要求42所述的显示设备，其中：所述快门组件包括多个快门，所述多个快门中的每个相应的快门独立地可配置为调制被透射通过相应的快门的所述环境光的相应部分的强度，所述相应的快门包括：相应的第一电极；相应的第二电极；以及所述相应的第一电极和所述相应的第二电极被耦合到相应的可调整电压源。46.根据权利要求42所述的显示设备，其中所述环境光被调制以匹配从所述显示器输出的所述漫射图像光的强度。47.根据权利要求42所述的显示设备，其中所述快门组件还包括以下各项中的任一项：(i)染料，被布置在所述第一快门基板和所述第二快门基板之间，其中所述第二光学各向异性分子和所述染料相互散布；(ii)聚合物基质，被布置在所述第一快门基板和所述第二快门基板之间，其中所述第二光学各向异性分子是悬浮在所述聚合物基质中的域中组织的液晶分子；(iii)聚合物网络，被布置在所述第一快门基板和所述第二快门基板之间，其中所述第二光学各向异性分子由所述聚合物网络稳定；或者(iv)液晶，被布置在所述第一快门基板和所述第二快门基板之间，其中所述液晶在所述第一快门基板和所述第二快门基板之间形成90度扭转。48.根据权利要求41所述的显示设备，其中：所述显示器还包括被布置在所述前表面和所述后表面之间的聚合物基质；以及所述第一光学各向异性分子是悬浮在所述聚合物基质中的液晶域。49.根据权利要求41所述的显示设备，其中：所述显示器还包括被布置在所述前表面和所述后表面之间的聚合物网络；以及所述第一光学各向异性分子由所述聚合物网络稳定。50.一种操作显示设备的方法，所述方法包括：以第一模式操作所述显示设备，包括：在显示器的前表面处接收图像光；漫射所述图像光以从所述前表面输出漫射图像光；以及经由第一光路以第一光功率将所述漫射图像光的一部分透射通过光学组件，所述第一光路包括至少一个折叠；以及以第二模式操作所述显示设备，包括：在与所述显示器的所述前表面相对的后表面接收环境光；将所述环境光透射通过所述显示器；以及经由第二光路以第二光功率将所述环境光的一部分透射通过所述光学组件，其中：所述第二光功率小于所述第一光功率；以及所述第二光路不包括折叠。51.根据权利要求50所述的方法，其中：所述显示器还包括：
前电极，耦合到所述前表面；后电极，耦合到所述后表面；以及光学各向异性分子，被布置在所述前表面和所述后表面之间；所述前电极和所述后电极可操作地耦合到第一电压源；以所述第一模式操作所述显示设备包括关断所述第一电压源；以及以所述第二模式操作所述显示设备包括将所述第一电压源设置为第一电压。52.根据权利要求51所述的方法，其中所述环境光被透射通过快门组件，所述快门组件包括第一快门基板、第二快门基板和被布置在所述第一快门基板和所述第二快门基板之间的光学各向异性分子，所述方法还包括：通过配置所述光学各向异性分子来调制所述环境光。53.根据权利要求52所述的方法，其中：所述快门组件还包括耦合到所述第一快门基板的第一电极和耦合到所述第二快门基板的第二电极；所述第一电极和所述第二电极可操作地耦合到具有可调整电压的第二电压源；以及调制所述环境光包括调整所述第二电压源的所述可调整电压。54.根据权利要求52所述的方法，还包括：调整所述第二电压源的所述可调整电压，以改变被透射通过所述快门组件的所述环境光的强度以匹配从所述显示器输出的所述漫射图像光的强度。55.根据权利要求52所述的方法，其中：所述快门组件包括多个快门，所述多个快门中的每个快门独立地可配置为调制被透射通过相应的快门的所述环境光的相应部分，所述相应的快门包括：相应的第一电极；相应的第二电极；以及所述相应的第一电极和所述相应的第二电极耦合到相应的可调整电压源。56.根据权利要求52所述的方法，其中：在所述第一模式中，所述快门组件被配置为阻挡所述环境光并且所述显示器被配置为漫射所述图像光；以及在所述第二模式中，所述快门组件被配置为透射所述环境光的至少一部分并且所述显示器被配置为透射所述环境光而不漫射所述环境光。57.根据权利要求52所述的方法，其中所述快门组件还包括以下各项中的任一项：(i)染料，被布置在所述第一快门基板和所述第二快门基板之间，其中所述第二光学各向异性分子和所述染料相互散布；(ii)聚合物基质，被布置在所述第一快门基板和所述第二快门基板之间，其中所述第二光学各向异性分子是在所述聚合物基质中组织的液晶域；(iii)聚合物网络，被布置在所述第一快门基板和所述第二快门基板之间，其中所述第二光学各向异性分子由所述聚合物网络稳定；或者(iv)液晶，被布置在所述第一快门基板和所述第二快门基板之间，其中所述液晶在所述第一快门基板和所述第二快门基板之间形成90度扭转。58.根据权利要求50所述的方法，其中所述显示器还包括：
聚合物基质，被布置在所述前表面和所述后表面之间；以及液晶域，悬浮在所述聚合物基质中。59.根据权利要求50所述的方法，其中所述显示器还包括：光学各向异性分子，被布置在所述前表面和所述后表面之间；以及聚合物网络，被布置在所述前表面和所述后表面之间，其中所述光学各向异性分子由所述聚合物网络稳定。60.根据权利要求50所述的方法，还包括：检测所述显示设备是否正在运行增强现实应用；响应于检测到所述显示设备正在运行增强现实应用，通过在所述第一模式和所述第二模式之间交替来操作所述显示设备；以及响应于检测到所述显示设备未正在运行增强现实应用，以所述第一模式操作所述显示设备。

技术总结
一种光学组件(700)，包括具有第一表面(710-1)和与第一表面相对并基本上平行的第二表面(710-2)的基板(710)、反射器(712)和体布拉格光栅(VBG)。VBG(714)被配置为透射以第一预定角度范围内的入射角入射到VBG上的光，并且反射以不同于第一角度范围的第二预定角度范围内的入射角入射到VBG上的光。光学组件被配置为在包括在反射器处和在VBG处反射的光路中透射在第一表面处接收的第一光(492)。光学组件还被配置为透射在第一表面处接收的第二光(490)，使得第二光从第二表面输出而没有在反射器或VBG处经历反射。反射器或VBG处经历反射。反射器或VBG处经历反射。


技术研发人员：Y
受保护的技术使用者：脸谱科技有限责任公司
技术研发日：2020.09.14
技术公布日：2022/3/4