1.本公开总体上涉及光学系统和方法，更具体地，涉及用于提供扩展视场的光学系统和方法。
背景技术：
2.近眼显示器(“ned”，near-eye display)和平视显示器(“hud”，head-up display)已经广泛地在诸如视频播放、游戏和体育等各种各样的应用中实施。ned和hud已经用于实现虚拟现实(“vr”，virtual reality)、增强现实(“ar”，augmented reality)或混合现实(“mr”，mixed reality)。用于ar应用和/或mr应用的ned和hud显示被叠加在真实世界图像或透视图像上的虚拟图像。具有衍射性耦合结构的光瞳扩展式波导显示系统是用于ned和hud的有前景的设计，这些设计可以潜在地提供太阳眼镜/目镜形状要素、适度大的视场(“fov”，field of view)、高透射率和大的适眼区(eye-box)。波导显示系统包括生成表示虚拟图像的图像光的光源组件、以及与衍射性耦合结构耦接以将图像光引导到波导显示系统的适眼区的波导。用作耦出元件的衍射性耦合结构在波导的输出侧处复制虚拟图像以扩展有效的光瞳。
技术实现要素：
3.根据本公开的第一方面，提供了一种设备，该设备包括：波导；以及多个光栅组，该多个光栅组与该波导耦合，并且该多个光栅组被配置成在多个时间段期间将多个输入图像光耦入到该波导中并且从该波导耦出作为多个输出图像光，其中，该多个输入图像光具有基本上相同的输入视场(“fov”)，该输入fov具有基本上相同的对称轴线，并且其中，该多个输出图像光的组合输出fov(combined output fov)大于该输入fov。
4.该输入fov的对称轴线可以与该波导的表面法线基本平行。
5.在该多个光栅组中的至少一个光栅组中，与多个光栅相关联的多个光栅矢量的多个平面内投影的矢量和可以为非零矢量。
6.该多个光栅组中的至少一个光栅组可以包括耦入光栅和耦出光栅。该耦入光栅或该耦出光栅中的至少一者可以是可直接切换的光栅或可间接切换的光栅。
7.该设备还可以包括光源组件，该光源组件包括：显示元件，该显示元件被配置成在多个时间段期间基于该虚拟图像的多个图像部分来生成多个光，其中，该多个图像部分具有基本上相同的图像部分大小，并且该多个光中的每一个光由该显示元件的全发光区域生成；以及透镜，该透镜被配置成将从该显示元件输出的多个光转换为多个输入图像光，该多个输入图像光表示该多个图像部分并具有该输入fov。
8.该组合输出fov的角度大小可以是该输入fov的角度大小的倍数，该倍数可以对应于该虚拟图像的多个图像部分的数量，并且该倍数可以至少为2。该组合fov可以是与该多个输出图像光相对应的多个单独输出fov的组合。该多个单独输出fov中的至少一个单独输出fov可以相对于该输入fov旋转。
9.该显示元件的全发光区域的大小可以基本上等于该显示元件中所包括的显示面板的大小。可替代地或附加地，该显示元件的全发光区域的大小可以由该显示元件中所包括的扫描器的扫描范围确定。
10.该多个光栅组可以包括多个耦出光栅和至少一个耦入光栅。该设备还可以包括控制器，该控制器被配置成：在该多个时间段中的每个时间段期间控制该光源组件生成该多个输入图像光中的表示该多个图像部分中的一个图像部分的一个输入图像光，控制该多个耦出光栅中的一个耦出光栅在衍射状态下运行以将该多个输入图像光中的一个输入图像光从该波导耦出作为该多个输出图像光中的一个输出图像光，并且控制该多个耦出光栅中的其余的一个或多个耦出光栅在非衍射状态下运行。
11.该控制器可以被配置成：在第一时间段期间，控制该光源组件生成第一输入图像光，控制第一耦出光栅在衍射状态下运行以将该第一输入图像光从该波导耦出作为具有第一输出fov的第一输出图像光，并且控制第二耦出光栅在非衍射状态下运行，其中，该第一输出fov的对称轴线与该波导的表面法线形成正角度。该控制器还可以被配置成：在第二时间段期间，控制该光源组件生成第二输入图像光，控制第二耦出光栅在衍射状态下运行以将该第二输入图像光从该波导耦出作为具有第二输出fov的第二输出图像光，并且控制该第一耦出光栅在非衍射状态下运行，其中，该第二输出fov的对称轴线与该波导的表面法线形成负角度。
12.该第一耦出光栅或该第二耦出光栅中的至少一者可以是可直接切换的光栅。该设备还可以包括电源，该电源被配置成向该可直接切换的光栅提供电场。该控制器可以被配置成控制该电源以控制该可直接切换的光栅在衍射状态或非衍射状态下运行。
13.该第一耦出光栅或该第二耦出光栅中的至少一者可以是可间接切换的光栅。该设备还可以包括偏振开关和电源，该偏振开关与该可间接切换的光栅光学耦合，该电源与该偏振开关电耦接。该控制器可以被配置成控制该电源来控制该偏振开关，从而控制该可间接切换的光栅在衍射状态或非衍射状态下运行。
14.该第一耦出光栅和该第二耦出光栅分别可以是可直接切换的光栅和可间接切换的光栅。
15.该多个光栅组可以包括至少一个耦入光栅、第一耦出光栅、第二耦出光栅和第三耦出光栅。该设备还可以包括控制器，该控制器被配置成：在第一时间段期间，控制该光源组件生成表示第一图像部分的第一输入图像光，控制该第一耦出光栅在衍射状态下运行以将该第一输入图像光从该波导耦出作为具有第一输出fov的第一输出图像光，并且控制该第二耦出光栅和该第三耦出光栅在非衍射状态下运行，该第一输出fov的第一对称轴线与该波导的表面法线形成正角度。该控制器可以被配置成：在第二时间段期间，控制该光源组件生成表示第二图像部分的第二输入图像光，控制该第二耦出光栅在衍射状态下运行以将该第二输入图像光从该波导耦出作为具有第二输出fov的第二输出图像光，并且控制该第一耦出光栅和该第三耦出光栅在非衍射状态下运行，该第二输出fov的第二对称轴线与该表面法线基本平行。该控制器可以被配置成：在第三时间段期间，控制该光源组件生成表示第三图像部分的第三输入图像光，控制该第三耦出光栅在衍射状态下运行以将该第三输入图像光从该波导耦出作为具有第三输出fov的第三输出图像光，并且控制该第一耦出光栅和该第二耦出光栅在非衍射状态下运行，该第三输出fov的第三对称轴线相对于该表面法
线形成负角度。
16.该波导可以包括多个波导。该多个光栅组可以包括多个耦出光栅和至少一个耦入光栅。该设备还可以包括控制器，该控制器被配置成：在第一时间段期间，控制该光源组件生成表示第一图像部分的第一输入图像光，控制第一耦出光栅以将该第一输入图像光从第一波导耦出作为具有第一输出fov的第一输出图像光，该第一输出fov的第一对称轴线与该第一波导的表面法线形成正角度。该控制器可以被配置成：在第二时间段期间，控制该光源组件生成表示第二图像部分的第二输入图像光，控制第二耦出光栅以将该第二输入图像光从第二波导耦出作为具有第二输出fov的第二输出图像光，该第二输出fov的第二对称轴线与该第二波导的表面法线基本平行。该控制器可以被配置成：在第三时间段期间，控制该光源组件生成表示第三图像部分的第三输入图像光，控制第三耦出光栅以将该第三输入图像光从第三波导耦出作为具有第三输出fov的第三输出图像光，该第三输出fov的第三对称轴线相对于该第三波导的表面法线形成负角度。
17.可替代地，该控制器可以被配置成：在多个第一时间段期间，控制该光源组件生成以第一颜色表示虚拟图像的多个第一图像部分的多个第一输入图像光，并且控制第一耦出光栅将该多个第一输入图像光从第一波导耦出作为具有组合输出fov的多个第一输出图像光。该控制器可以被配置成：在多个第二时间段期间，控制该光源组件生成以第二颜色表示该虚拟图像的多个第二图像部分的多个第二输入图像光，并且控制第二耦出光栅将该多个第二输入图像光从第二波导耦出作为具有该组合输出fov的多个第二输出图像光。该控制器可以被配置成：在多个第三时间段期间，控制该光源组件生成以第三颜色表示该虚拟图像的多个第三图像部分的多个第三输入图像光，并且控制第三耦出光栅将该多个第三输入图像光从第三波导耦出作为具有该组合输出fov的多个第三输出图像光。
18.该多个光栅组可以包括多个耦出元件和至少一个耦入光栅。该控制器可以被配置成：在多个第一时间段期间，控制该光源组件生成以第一颜色表示该虚拟图像的多个第一图像部分的多个第一输入图像光，并且控制第一耦出光栅以将该多个第一输入图像光从该波导耦出作为具有该组合输出fov的多个第一输出图像光。该控制器可以被配置成：在多个第二时间段期间，控制该光源组件生成以第二颜色表示该虚拟图像的多个第二图像部分的多个第二输入图像光，并且控制第二耦出光栅以将该多个第二输入图像光从该波导耦出作为具有该组合输出fov的多个第二输出图像光。该控制器可以被配置成：在多个第三时间段期间，控制该光源组件生成以第三颜色表示该虚拟图像的多个第三图像部分的多个第三输入图像光，并且控制第三耦出光栅以将多个该第三输入图像光从该波导耦出作为具有该组合输出fov的多个第三输出图像光。
19.根据本公开的第二方面，提供了一种方法，该方法包括：通过光源组件在多个时间段期间生成表示虚拟图像的多个图像部分的多个输入图像光，该多个输入图像光具有基本相同的输入视场(“fov”)，该输入fov具有基本上相同的对称轴线；以及在该多个时间段期间，通过多个光栅组将该多个输入图像光耦入到波导中并从该波导耦出作为多个输出图像光，其中，该多个输出图像光的组合输出fov大于该输入fov。
20.该输入fov的对称轴线可以与该波导的表面法线基本平行。
21.在该多个光栅组中的至少一个光栅组中，与多个光栅相关联的多个光栅矢量的多个平面内投影的矢量和可以为非零矢量。
22.通过该光源组件顺序地生成表示该虚拟图像的多个图像部分的多个输入图像光可以包括：通过显示元件在该多个时间段期间基于该虚拟图像的多个图像部分生成多个光，该多个图像部分具有基本上相同的图像部分大小，并且该多个光中的每一个光由该显示元件的全发光区域生成；以及通过透镜将从该显示元件输出的多个光转换为多个输入图像光，该多个输入图像光表示该多个图像部分并具有该输入fov。
23.本领域技术人员根据本公开的说明书、权利要求书和附图可以理解本公开的其它方面。
附图说明
24.描绘各种示例的附图是为了说明的目的，而不是旨在限制本公开的范围。在附图中：
25.图1a展示了在近眼显示器(“ned”)中实施的传统波导光学系统的示意图；
26.图1b展示了图1a中所示的波导以及与该波导耦接的耦入光栅和耦出光栅的示意截面图；
27.图2展示了被配置成提供扩展fov的波导显示组件的示意图；
28.图3a和图3b分别展示了光栅处于衍射状态和非衍射状态的示意图；
29.图4a和图4b分别展示了光栅处于非衍射状态和衍射状态的示意图；
30.图5a和图5b分别展示了光栅处于衍射状态和非衍射状态的示意图；
31.图6a和图6b分别展示了光栅处于衍射状态和非衍射状态的示意图；
32.图6c和图6d分别展示了光栅处于衍射状态和非衍射状态的示意图；
33.图7a至图7c展示了被配置成提供扩展fov的光学系统的示意图；
34.图8a至图8c展示了被配置成提供扩展fov的光学系统的示意图；
35.图9a至图9c展示了被配置成提供扩展fov的光学系统的示意图；
36.图10a至图10c展示了被配置成提供扩展fov的光学系统的示意图；
37.图11a至图11d展示了被配置成提供扩展fov的光学系统的示意图；
38.图12a至图12d展示了被配置成提供扩展fov的光学系统的示意图；
39.图13展示了被配置成提供扩展fov的光学系统的示意图；
40.图14是展示了用于提供扩展fov的方法的流程图；
41.图15a展示了近眼显示器(“ned”)的示意图；以及
42.图15b展示了图15a中所示的ned的一半的示意截面图。
具体实施方式
43.将参考各附图描述与本公开一致的示例，这些附图仅仅是用于说明的目的的示例，并不旨在限制本公开的范围。在可能的情况下，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件，并且可以省略对这些相同或相似的部件的详细描述。
44.此外，在本公开中，所公开的实施例和示例与所公开的实施例和示例的特征可以进行组合。所描述的实施例和示例是本公开的一些但不是全部的可能实施例。基于所公开的实施例和示例，本领域普通技术人员可以获得与本公开一致的其它实施例。例如，可以基于所公开的实施例和示例进行修改、改编、替换、添加或其它变化。这种变化仍然在本公开
的范围内。因此，本公开不限于所公开的实施例或示例。而是，本公开的范围由所附权利要求限定。
45.如本文所使用的，术语“耦合”、“耦接”或“联接”等可以包括光学耦合、机械联接、电耦接、电磁耦合或其任何组合。两个光学元件之间的“光学耦合”是指两个光学元件以光学串联的方式进行布置并且来自一个光学元件的光输出可以直接或间接地由另一光学元件接收的构造。光学串联是指多个光学元件在光路中的光学定位，使得来自一个光学元件的光输出可以由其它多个光学元件中的一个或多个光学元件透射、反射、衍射、转换、修改或以其它方式处理或操纵。在一些实施例和示例中，布置多个光学元件的顺序可能影响多个光学元件的总体输出，或者可能不影响多个光学元件的总体输出。耦合可以是直接耦合、或间接耦合(例如，通过中间元件耦合)。
46.短语“a或b中的至少一者”可以涵盖a和b的所有组合，例如仅a、仅b、或者a和b。同样，短语“a、b或c中的至少一者”可以涵盖a、b和c的所有组合，例如仅a、仅b、仅c、a和b、a和c、b和c、或者a和b和c。短语“a和/或b”可以以类似于短语“a或b中的至少一者”的方式来解释。例如，短语“a和/或b”可以涵盖a和b的所有组合，例如仅a、仅b、或者a和b。同样，短语“a、b和/或c”的含义类似于短语“a、b或c中的至少一者”的含义。例如，短语“a、b和/或c”可以涵盖a、b和c的所有组合，例如仅a、仅b、仅c、a和b、a和c、b和c、或者a和b和c。
47.当第一元件被描述为“附接”、“提供”、“形成”、“粘附”、“安装”、“固定”、“连接”、“结合”、“记录”或“设置”到第二元件、在第二元件上、在第二元件处、或至少部分地在第二元件中时，第一元件可以使用任何合适的机械或非机械方式(例如，沉积、涂覆、刻蚀、结合、胶合、螺纹连接、压配合、卡扣配合、夹持等)“附接”、“提供”、“形成”、“粘附”、“安装”、“固定”、“连接”、“结合”、“记录”或“设置”到第二元件、在第二元件上、在第二元件处、或至少部分地在第二元件中。此外，第一元件可以与第二元件直接接触，或者在第一元件与第二元件之间可以有中间元件。第一元件可以设置在第二元件的任何合适的侧面(例如左侧、右侧、前侧、后侧、顶侧或底侧)处。
48.当第一元件被示出或描述为设置或布置在第二元件“上”时，术语“上”仅用于指示第一元件与第二元件之间的示例性相对取向。应当理解的是，术语“上”可能不一定暗示第一元件在竖直、重力方向上位于第二元件上方。第一元件可以相对于第二元件以任何合适的取向设置或布置(例如，第一元件在第二元件上方或上面、在第二元件下方或下面、在第二元件左侧、在第二元件右侧、在第二元件后面、在第二元件前面等)。当第一元件被描述为设置在第二元件“上”时，第一元件可以直接或间接地设置在第二元件上。
49.本文所使用的术语“处理器”可以涵盖任何合适的处理器，例如中央处理单元(“cpu”，central processing unit)、图形处理单元(“gpu”，graphics processing unit)、专用集成电路(“asic”，application-specific integrated circuit)、可编程逻辑器件(“pld”，programmable logic device)、或其任何组合。也可以使用上面未列出的其它处理器。处理器可以被实现为软件、硬件、固件、或它们的任何组合。术语“控制器”可以包括被配置成生成用于控制设备、电路、光学元件等的控制信号的任何合适的电子电路、软件或处理器。“控制器”可以被实现为软件、硬件、固件或其任何组合。例如，控制器可以包括处理器，或者可以被包括以作为处理器的一部分。术语“非暂时性计算机可读介质”可以包括用于存储、传送、通信、广播或发送数据、信号或信息的任何合适的介质。例如，非暂时性计算机可
读介质可以包括存储器、硬盘、磁盘、光盘、磁带等。存储器可以包括只读存储器(“rom”，read-only memory)、随机存取存储器(“ram”，random-access memory)、闪存等。术语“通信耦合”或“通信连接”表示各相关项目通过诸如有线或无线通信信道等通信信道耦合或连接。
50.线性偏振器可以被配置成选择性地透射具有第一线偏振的线偏振光，并且选择性地阻挡具有与第一线偏振正交的第二线偏振的线偏振光。线性偏振器可以是例如反射偏振器(例如，双重亮度增强膜、溶致液晶层、线栅偏振器、棱镜偏振器等)或吸收偏振器(例如，二向色偏振器)。线性偏振器可以在一平面方向上具有透光轴和与该透光轴正交的吸光轴。在一些实施例和示例中，线性偏振器的偏振效率可以小于50％。在一些实施例和示例中，线性偏振器的偏振效率大于约50％，例如60％、70％、80％、90％或95％等。
51.如在“正交偏振”中使用的术语“正交”、或如在“正交地偏振”中使用的术语“正交地”是指表示两种偏振的两个矢量的内积基本上为零。例如，具有正交偏振的两个光或两个正交地偏振光可以为在两个正交方向(例如，笛卡尔坐标系中的x轴方向和y轴方向)上具有偏振的两个线偏振光，或者可以为具有相反旋向性的两个圆偏振光(例如，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光)。
52.从耦出元件衍射出的光线的输出角度可以被定义为该光线与耦出元件的表面的法线、或耦出元件所耦接到的波导的表面的法线之间的角度。根据光线与耦出元件的表面的法线或波导的表面的法线之间的角度关系，输出角度可以被定义为正或负。出于讨论的目的，当光线从法线开始成顺时针方向时，可以将输出角度定义为正，而当光线从法线开始成逆时针方向时，可以将输出角度定义为负。具有倾斜微结构的光栅(也称为倾斜光栅)的倾斜角度可以根据微结构的倾斜方向与光栅的表面的法线(也称为表面法线)之间的角度关系被定义为正或负。出于讨论的目的，当微结构的倾斜方向从表面法线开始成顺时针方向时，倾斜角度可以被定义为正，而当微结构的倾斜方向从表面法线开始成逆时针方向时，倾斜角度可以被定义为负。
53.光栅的(或与光栅相关联的)光栅矢量表示对光栅特性的定量描述。光栅矢量可以被定义为具有与光栅的各线(或光栅中的各恒定折射率平面)正交的方向和2π/λ的幅度(magnitude)的矢量，其中λ是光栅周期(或间距(pitch))。光栅矢量的“平面内投影”是指光栅矢量在光栅的平面(例如，光栅的表面平面，或平行于光栅的表面平面的平面)中、或对应于光栅所附接到的波导的表面的平面中的投影。在一些实施例和示例中，平面内投影可以具有与光瞳扩展方向平行或反平行的方向。在一些实施例和示例中，平面内投影可以具有不与光瞳扩展方向平行或反平行的方向。光瞳扩展方向是指光瞳被复制或扩展的方向。
54.图1a展示了传统的波导显示系统100的示意图。波导显示系统100可以包括光源组件105、波导110和控制器115。光源组件105可以向波导110输出具有输入视场(“fov”)133的输入图像光130。光源组件105可以包括显示元件120和准直透镜125。显示元件120可以生成图像光129，该图像光表示具有预定图像大小的虚拟图像150，该预定图像大小可以受限于显示元件120中包括的显示面板的线性尺寸或激光扫描器的扫描范围。虚拟图像150可以是扩展图像，并且预定图像大小当与准直透镜125的大小相比时不可忽略。准直透镜125可以调节图像光129，并且向波导110输出具有输入fov 133的输入图像光130。准直透镜125可以将显示面板的像素的线性分布变换或转换为像素的角度分布。波导显示系统100可以包括
与波导110耦接的耦入光栅135和耦出光栅145。耦入光栅135可以经由衍射将输入图像光130耦入到波导110中以作为耦入图像光131。耦入图像光131可以通过全内反射(“tir”，total internal reflection)在波导110内朝向耦出光栅145传播。耦出光栅145可以经由衍射将耦入图像光131从波导110耦出作为具有输出fov 134的输出图像光132。
55.图1b展示了波导110以及与波导110耦接的耦入光栅135和耦出光栅145的x-y截面图。如图1b所示，耦入光栅135的光栅矢量可以被配置成幅度为2π/λi，其中λi是光栅的周期。光栅矢量的方向可以与耦入光栅135的周期性方向平行或相同。耦出光栅145的光栅矢量可以被配置成幅度为2π/λo，其中λo是耦出光栅145的周期。光栅矢量的方向可以与耦出光栅145的周期性方向相同。光栅矢量(例如，)可以指示光栅对输入图像光的衍射效应。光栅矢量和光栅矢量在光瞳扩展方向(例如，x轴方向)上的投影的矢量和可以是零矢量。
56.光栅矢量(例如，)在光瞳扩展方向(例如，x轴方向)上的投影可以被称为光栅矢量的平面内投影。也就是说，可以将光栅矢量投影到包括光瞳扩展方向的平面上。该平面可以平行于光栅的表面。光栅矢量的平面内投影的方向和光栅矢量的平面内投影的方向可以基本上是反平行的，并且光栅矢量的平面内投影的幅度和光栅矢量的平面内投影的幅度可以基本上相同。例如，如图1b所示，耦入光栅135和耦出光栅145可以是具有沿y轴方向延伸的非倾斜光栅微结构的光栅(例如，非倾斜光栅)。因此，光栅矢量的平面内投影和光栅矢量的平面内投影可以分别等于光栅矢量和光栅矢量换句话说，光栅矢量的方向和光栅矢量的方向可以基本上是反平行的，并且光栅矢量的幅度和光栅矢量的幅度可以基本上相同。
57.在这种构造中，由于光栅矢量和的对称构造，具有输出fov 134的输出图像光132可以不相对于具有输入fov 133的输入图像光130旋转。如图1a所示，输入fov 133和输出fov 134中的每一者可以具有与波导110的表面法线平行的对称轴线，并且输出fov 134的角度大小可以基本上等于输入fov 133的角度大小。图像光的fov的对称轴线是指视锥的对称轴线，图像光的光线被限制在该视锥中。图像光的fov可以指视锥的角度大小。输入fov 133和输出fov 134两者都可以具有由角度α表示的角度大小。相应地，接收输出图像光132的眼睛160所感知的图像155可以与虚拟图像150基本相同(或者可以具有与虚拟图像150的图像内容相同的图像内容)。增加显示元件120的大小(或者，当显示元件120是激光扫描显示面板时，增加扫描器(例如，激光扫描器)的扫描范围或区域)，可以增加传统的波导显示系统100的输出fov 134的角度大小。然而，准直透镜125的大小可能需要增加。增加显示元件120的大小(或者，当显示元件120是激光扫描显示面板时，增加扫描器(例如，激光扫描器)的扫描范围或区域)和增加准直透镜125的大小可能导致更大的形状要素、更重的重量和更高的成本。
58.本公开提供了一种光学系统(例如，波导显示系统)，该光学系统被配置成提供与输入fov相比增大或扩展的总输出fov，而不增加光学系统的形状要素、显示元件的发光显示屏(或面板)的大小(或者当显示元件包括激光扫描显示面板时，不增加激光扫描器的扫描范围或区域)、且不增加准直透镜的大小。波导显示系统可以包括波导和与该波导耦接的
多个光栅组。该多个光栅组可以被配置成在多个时间段期间将多个输入图像光耦入到波导中以在波导内部传播，并且将在波导内传播的该多个输入图像光从波导耦出作为多个输出图像光。多个输入图像光可以具有基本上相同的输入视场(“fov”)，输入fov具有基本上相同的对称轴线。多个输出图像光的组合输出fov(该组合输出fov是在整个时间段或一帧时间内整合的fov)大于输入fov。
59.在一些实施例和示例中，输入fov的对称轴线可以与波导的表面法线基本平行。在一些示例中，每个光栅组可以包括多个光栅。在一些示例中，在多个光栅组中的至少一个光栅组中，在该至少一个光栅组中所包括的所有光栅的多个光栅矢量的多个平面内投影的矢量和可以是非零矢量。在一些示例中，至少一个光栅组可以包括耦入光栅和耦出光栅，并且耦入光栅或耦出光栅中的至少一者可以是可直接切换的光栅或可间接切换的光栅。在一些示例中，至少一个光栅组可以包括耦入光栅、耦出光栅和折叠光栅，并且耦入光栅、耦出光栅或折叠光栅中的至少一者可以是可直接切换的光栅或可间接切换的光栅。
60.在一些示例中，波导显示系统可以包括至少一个波导、以及与该至少一个波导耦接的至少一个耦入元件和至少一个耦出元件。在一些示例中，可以包括多个耦出元件。在一些示例中，每个耦出元件可以包括一个或多个耦出光栅。至少一个耦入元件可以被配置成在两个时间段(例如，两个连续的子帧)期间分别将具有基本上相同的输入fov的两个输入图像光耦入到至少一个波导中。在一些示例中，波导显示系统可以包括控制器，该控制器被配置成控制多个耦出光栅在衍射状态下运行，以在两个时间段期间分别将输入图像光从至少一个波导耦出作为两个输出图像光。
61.两个输出图像光的两个输出fov可以具有相当窄或小的重叠区域(或重叠fov部分)，并且重叠fov部分的角度大小可以小于两个输出fov中的每一个输出fov的预定百分比。例如，两个输出fov中的每一个输出fov的预定百分比可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。两个输出fov的组合输出fov可以大于输入fov。在一些示例中，输出图像光的至少一个(例如，每个)输出fov可以基本上等于输入fov。在一些示例中，组合输出fov的角度大小可以为输入fov的角度大小的至少两倍(例如，两倍、三倍或四倍等)。
62.在一些示例中，多个耦出光栅中的至少一个耦出光栅可以是与电源电耦接的可直接切换的光栅，该电源可以向该可直接切换的光栅提供电压。控制器可以控制电源以将可直接切换的光栅配置成在衍射状态或非衍射状态下运行。在一些示例中，多个耦出光栅中的至少一个耦出光栅可以是与偏振开关光学耦合的可间接切换的光栅。控制器可以经由与偏振开关电耦接的电源来控制偏振开关在切换状态或非切换状态下运行，从而将可间接切换的光栅配置成在衍射状态或非衍射状态下运行。
63.在一些示例中，耦出光栅可以包括可直接切换的光栅和可间接切换的光栅。电源可以分别与可直接切换的光栅和偏振开关电耦接，该偏振开关可选地与可间接切换的光栅光学耦合。控制器可以控制电源(该电源分别与可直接切换的光栅和偏振开关电耦接)，以控制可直接切换的光栅和可间接切换的光栅在衍射状态或非衍射状态下运行。
64.在一些示例中，具有相同输入fov的两个输入图像光可以包括第一输入图像光和第二输入图像光。两个时间段可以包括第一时间段和第二时间段。两个输出图像光可以包括具有第一输出fov的第一输出图像光和具有第二输出fov的第二输出图像光。在第一时间
段期间，至少一个耦入元件可以被配置成将具有输入fov的第一输入图像光耦入到至少一个波导中。控制器可以将第一耦出光栅配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将第一输入图像光从至少一个波导耦出作为具有第一输出fov的第一输出图像光。控制器可以将第二耦出光栅配置成在非衍射状态(衍射基本上为零或可忽略不计，或者衍射效率低于预定值)下运行。
65.在第二时间段期间，至少一个耦入元件可以被配置成将具有输入fov的第二输入图像光耦入到至少一个波导中。控制器可以将第二耦出光栅配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将第二输入图像光从至少一个波导耦出作为具有第二输出fov的第二输出图像光。控制器可以将第一耦出光栅配置成在非衍射状态下运行。在一些示例中，第一输出fov的角度大小可以与第二输出fov的角度大小基本相同，并且可以与输入fov的角度大小基本相同。
66.在一些示例中，光学系统可以包括光源组件，该光源组件被配置成生成表示虚拟图像的图像部分的输入图像光。输入图像光可以具有预定的输入视场(“fov”)。虚拟图像可以具有图像大小。光源组件可以包括显示元件和透镜，该显示元件被配置成基于图像部分生成图像光，该透镜被配置成将图像光转换为具有输入fov的输入图像光。输入fov可以由角度大小表示。
67.可以通过显示元件的全发光区域来显示图像部分。也就是说，与图像部分对应的图像光可以由显示元件的全发光区域生成。每个图像部分可以具有与显示元件的全发光区域的大小基本相同的图像部分大小。因此，可以基于由显示元件的全发光区域生成的光来生成输入图像光。虚拟图像的图像大小可以大于显示元件的全发光区域的大小(也称为显示元件的大小)。在一些示例中，虚拟图像的图像大小可以是显示元件的全发光区域的大小的两倍、三倍或四倍等。在一些示例中，虚拟图像可以在空间上被划分(例如，等分)为多个图像部分(例如，第一图像部分和第二图像部分)，每个图像部分具有图像部分大小(例如，对角线长度)。对于多个图像部分，图像部分大小可以基本相同。在一些示例中，显示元件的全发光区域的大小可以基本上等于显示元件中所包括的显示面板的大小。在一些示例中，当显示元件包括激光扫描显示面板时，显示元件的全发光区域的大小可以包括激光扫描器的全扫描范围或区域，对应于激光扫描器的全扫描范围或区域，或由激光扫描器的全扫描范围或区域确定。在一些示例中，虚拟图像的显示帧可以被划分为多个(例如，两个)子帧(这些子帧为示例性两个时间段)。
68.在第一子帧期间，控制器可以控制光源组件生成并输出表示虚拟图像的第一图像部分(例如，左半部分)的第一输入图像光。至少一个耦入元件可以将具有输入fov的第一输入图像光耦入到至少一个波导中。控制器可以将第一耦出光栅配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将第一输入图像光从至少一个波导耦出作为具有第一输出fov的第一输出图像光。控制器可以将第二耦出光栅配置成在非衍射状态下运行。在第二子帧期间，控制器可以控制光源组件生成并输出表示虚拟图像的第二图像部分(例如，右半部分)的第二输入图像光。至少一个耦入元件可以将具有输入fov的第二输入图像光耦入到至少一个波导中。控制器可以将第二耦出光栅配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将第二输入图像光从至少一个波导耦出作为具有第二输出fov的第二输出图像光。控制器可以将第一耦出光栅配置成在非衍射状态下运行。
69.在一些示例中，至少一个耦入元件可以包括耦入光栅。光栅(例如，耦入光栅、第一耦出光栅、第二耦出光栅等)的光栅矢量在光瞳扩展方向(例如，x轴方向)上的投影可以被称为光栅矢量的平面内投影。光栅矢量的平面内投影也可以是具有方向和幅度的矢量。光栅矢量的平面内投影的方向可以由光栅矢量的方向确定，并且光栅矢量的平面内投影的幅度可以由光栅矢量的幅度和光栅的倾斜角度来确定。
70.耦入光栅和第一耦出光栅两者的光栅矢量的平面内投影的第一矢量和可以是非零矢量，并且耦入光栅和第二耦出光栅两者的光栅矢量的平面内投影的第二矢量和可以是非零矢量。换句话说，耦入光栅的光栅矢量的平面内投影和第一耦出光栅的光栅矢量的平面内投影可以彼此不相等，并且耦入光栅的光栅矢量的平面内投影和第二耦出光栅的光栅矢量的平面内投影可以彼此不相等。在一些示例中，第一矢量和的方向与第二矢量和的方向可以彼此不同，例如，第一矢量和的方向与第二矢量和的方向可以反平行。例如，第一矢量和、以及第二矢量和中的一者可以是具有正方向(例如，正方向可以是 x轴方向)的矢量，而另一者可以是具有负方向(例如，负方向可以是-x轴方向)的矢量。在一些示例中，第一矢量和的幅度与第二矢量和的幅度可以彼此不同。在一些示例中，第一矢量和的幅度和第二矢量和的幅度可以基本上相同。在一些示例中，第一矢量和的幅度与第二矢量和的幅度可以彼此不同。
71.在一些示例中，第一耦出光栅或第二耦出光栅中的至少一者(例如，每者)可以是具有倾斜角度的带倾斜微结构的光栅(也称为倾斜光栅)。第一耦出光栅的光栅矢量的平面内投影和第二耦出光栅的光栅矢量的平面内投影可以在方向或幅度中的至少一者上不同。
72.在一些示例中，第一耦出光栅的光栅矢量的平面内投影的方向和第二耦出光栅的光栅矢量的平面内投影的方向可以基本上彼此平行，并且第一耦出光栅的光栅矢量的平面内投影的幅度和第二耦出光栅的光栅矢量的平面内投影的幅度可以彼此不同。在一些示例中，第一耦出光栅的光栅周期和第二耦出光栅的光栅周期可以彼此不同，并且第一耦出光栅的倾斜角度和第二耦出光栅的倾斜角度可以基本相同。在一些示例中，耦入光栅的光栅周期、第一耦出光栅的光栅周期和第二耦出光栅的光栅周期可以彼此不同。例如，第一耦出光栅和第二耦出光栅中的一者的光栅周期可以大于耦入光栅的光栅周期，而第一耦出光栅和第二耦出光栅中的另一者的光栅周期可以小于耦入光栅的光栅周期。在一些示例中，第一耦出光栅的光栅周期和第二耦出光栅的光栅周期可以基本相同，并且第一耦出光栅的倾斜角度和第二耦出光栅的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相同的符号。在一些示例中，耦入光栅的倾斜角度、第一耦出光栅的倾斜角度和第二耦出光栅的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相同的符号。例如，第一耦出光栅和第二耦出光栅中的一者的倾斜角度可以大于耦入光栅的倾斜角度，而第一耦出光栅和第二耦出光栅中的另一者的倾斜角度可以小于耦入光栅的倾斜角度。
73.在一些示例中，第一耦出光栅的光栅矢量的平面内投影的方向和第二耦出光栅的光栅矢量的平面内投影的方向可以基本上彼此反平行，并且第一耦出光栅的光栅矢量的平面内投影的幅度和第二耦出光栅的光栅矢量的平面内投影的幅度可以基本相同。在一些示例中，第一耦出光栅的光栅周期和第二耦出光栅的光栅周期可以基本相同，并且第一耦出光栅的倾斜角度和第二耦出光栅的倾斜角度可以具有基本上相同的绝对值和相反的符号。例如，第一耦出光栅和第二耦出光栅中的一者的倾斜角度可以是正倾斜角度(例如， β)，而
第一耦出光栅和第二耦出光栅中的另一者的倾斜角度可以是负倾斜角度(例如，-β)。在一些示例中，第一耦出光栅的光栅矢量的平面内投影的方向和第二耦出光栅的光栅矢量的平面内投影的方向可以基本上彼此反平行，并且第一耦出光栅的光栅矢量的平面内投影的幅度和第二耦出光栅的光栅矢量的平面内投影的幅度可以彼此不同。例如，第一耦出光栅的光栅周期和第二耦出光栅的光栅周期可以基本相同，并且第一耦出光栅的倾斜角度和第二耦出光栅的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相反的符号。
74.第一耦出光栅可以经由衍射将第一输入图像光从波导耦出作为朝向波导的表面法线的第一侧(例如，左侧或顺时针侧)传播的第一输出图像光。第二耦出光栅可以经由衍射将第二输入图像光从波导耦出作为朝向该表面法线的第二侧(例如，右侧或逆时针侧)传播的第二输出图像光。也就是说，第一耦出光栅和第二耦出光栅可以向表面法线的不同侧传送第一输出图像光和第二输出图像光。换句话说，第一耦出光栅和第二耦出光栅可以相对于输入fov沿不同方向(例如，顺时针方向和逆时针方向)旋转第一输出fov和第二输出fov。在一些示例中，第一输出fov和第二输出fov中的每一者的角度大小可以基本上等于输入fov的角度大小。在一些示例中，第一输出fov和第二输出fov可以具有相当窄或小的重叠区域(或重叠fov部分)，并且重叠fov部分的角度大小可以小于第一输出fov(或第二输出fov)的预定百分比。例如，第一输出fov(或第二输出fov)的预定百分比可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。因此，在显示帧期间，组合输出fov的角度大小可以基本上是输入fov的角度大小的两倍。
75.图2展示了用于提供增大或扩展的输出fov的光学系统或设备200的示意图。光学设备200也可以被称为波导显示系统200。如图2所示，波导显示系统200可以包括光源组件205、波导210和控制器215。波导210可以与耦入元件235和耦出元件245耦接。光源组件205可以生成具有输入fov 233的输入图像光230并且朝向波导210输出该输入图像光。波导显示系统200可以将输入图像光230引导至波导显示系统200的适眼区265以作为输出图像光232。眼睛260可以位于适眼区265内以接收输出图像光232。与输入fov 233相比，输出图像光232可以具有增大或扩展的总输出fov 234。如图2所示，输入图像光230的输入fov 233可以具有由角度α表示的角度大小，并且输出图像光232的输出fov 234可以具有由角度β表示的角度大小。输出fov 234可以大于输入fov 233，即β》α。在一些示例中，输出fov 234可以是输入fov 233的两倍、三倍、四倍等，即，β＝2α、或β＝3α、或β＝4α等。输入fov 233的对称轴线可以与输出fov 234的对称轴线平行。
76.光源组件205可以包括光源220和光调节系统225。光源220也可以被称为显示元件220。显示元件220可以包括显示面板，诸如液晶显示(“lcd”，liquid crystal display)面板、硅基液晶(“lcos”，liquid-crystal-on-silico)显示面板、有机发光二极管(“oled”，organic light-emitting diode)显示面板、微型发光二极管(“微型led”，micro light-emitting diode)显示面板、激光扫描显示面板、数字光处理(“dlp”，digital light processing)显示面板、或它们的组合。在一些示例中，显示元件220可以包括自发光面板，诸如oled显示面板或微型led显示面板。在一些示例中，显示元件220可以包括由外部光源照明的显示面板，诸如lcd面板、lcos显示面板或dlp显示面板。外部光源的示例可以包括激光二极管、垂直腔面发射激光器、发光二极管或它们的组合。在时间段(例如，子帧)期间，显
示元件220可以显示虚拟图像的图像部分。图像部分可以具有图像部分大小，该图像部分大小可以是虚拟图像的图像大小的一部分。例如，显示元件220可以输出表示虚拟图像的图像光229。在一些示例中，虚拟图像的图像部分的图像部分大小可以基本上等于显示元件220的全发光区域(或显示区域)的大小，或者当显示元件220包括激光扫描显示面板时，虚拟图像的图像部分的图像部分大小可以基本上等于激光扫描器的全扫描范围或区域。在一些示例中，虚拟图像的图像大小可以是扩展后的大小，该扩展后的大小可能是不可忽略的，因此虚拟图像可以不被视为点光源图像。
77.光调节系统225可以包括被配置成调节由光源220生成的光的一个或多个光学部件。在一些示例中，光调节系统225可以由控制器215控制，以对光源220生成的光进行各种调节。对光的调节可以包括例如使光透射、使光衰减、对光进行扩展、对光进行准直、和/或调节光的取向。在一些示例中，光调节系统225可以包括透镜(例如，准直透镜)，该透镜被配置成调节来自显示元件220的图像光229并向波导210输出具有输入fov 233的输入图像光230。该透镜可以将具有预定图像大小的虚拟图像中的像素的线性分布转换为具有输入fov 233的图像光230中的像素的角度分布。例如，该透镜可以将表示位于虚拟图像的最右边缘的像素的(在图像光229中的)光线229a变换为图像光230的最右光线230a，将表示位于虚拟图像的最左边缘的像素的(在图像光229中的)光线229b变换为图像光230的最左光线230b，并且将表示位于虚拟图像的中心的(或虚拟图像的图像部分)的像素的(在图像光229中的)光线229c变换为图像光230的中心光线230c。输入fov 233可以对应于由图像光230的最左光线230b和最右光线230a界定的角度区域。输入fov 233可以由角度大小(例如，角度)表示。
78.在一些示例中，耦入元件235可以设置在波导210的第一部分(例如，输入部分)处。耦入元件235可以将图像光230耦入到波导210内部的全内反射(“tir”)路径中以作为耦入图像光231。耦入图像光231可以通过tir在波导210内部传播，因此也可以被称为tir传播光231。波导210可以经由tir将来自耦入元件235的tir传播图像光231引导到与波导210耦接的耦出元件245。例如，耦出元件245可以设置在波导210的第二部分(例如，输出部分)处。第一部分和第二部分可以位于波导210的不同位置处。耦出元件245可以被配置成将tir传播图像光231从波导210耦出作为朝向眼睛260的输出图像光232。在一些示例中，当tir传播图像光231入射到耦出元件245的不同位置上时，耦出元件245可以在耦出元件245的不同位置处连续地将tir传播图像光231从波导210耦出。因此，耦出元件245可以在波导210的输出侧复制图像光230，以扩展波导显示系统200的有效光瞳。在一些示例中，波导210还可以接收来自真实世界环境的光255，并且可以将光255与输出图像光232组合，并且将组合后的光传送到眼睛260。
79.在一些示例中，耦入元件235可以作为耦接到波导210的独立元件而形成或设置在(例如，固定到)波导210的第一表面210-1或第二表面210-2处，或者耦入元件235可以整体形成为波导210的一部分。在一些示例中，耦出元件245可以整体形成为波导210的一部分，或者可以是耦接到波导210的独立元件。在一些示例中，耦入元件235和/或耦出元件245可以包括一个或多个衍射光栅、一个或多个级联反射器、一个或多个棱镜表面元件、和/或全息反射器阵列、或它们的任何组合。
80.波导210可以包括一种或多种被配置成促进tir传播图像光231的tir的材料。波导
210可以包括例如塑料、玻璃和/或聚合物。波导210可以具有相对较小的形状要素。在一些示例中，波导显示系统200可以包括被配置成重定向、折叠和/或扩展tir传播图像光231的附加元件。例如，如图2所示，一个或多个重定向元件/折叠元件240可以耦接到波导210，从而引导图像光230沿预定方向在波导210内传播。在一些示例中，重定向元件240和耦出元件245可以设置在波导210的相同表面或不同表面处。在一些示例中，重定向元件240可以单独形成并设置在(例如，固定到)第一表面210-1或第二表面210-2，或者可以整体形成为波导210的一部分。在一些示例中，重定向元件240可以被配置成在第一方向(例如，图2中的y轴方向)上扩展tir传播图像光231。重定向元件240可以将扩展后的tir传播图像光231重定向到耦出元件245。耦出元件245可以将tir传播的图像光231从波导210耦出，并在第二方向(例如，图2中的x轴方向)上扩展tir传播图像光231。因此，可以在波导210的输出侧提供图像光230的二维(“2d”)扩展。在一些示例中，可以将诸如耦出图像光230、重定向图像光230、折叠图像光230和/或扩展图像光230等多个功能组合到单个元件(例如耦出元件245)中，因此可以省略重定向元件240。
81.尽管出于说明的目的，将波导210、耦入元件235和耦出元件245示出为具有平坦表面，但是在本文公开的这些波导、耦入元件、耦出元件和重定向元件中的任何波导、耦入元件、耦出元件和重定向元件可以包括一个或多个弯曲表面或可以具有弯曲形状。控制器215可以与光源组件205通信耦合，并且控制器215可以控制光源组件205的运行以生成输入图像光。控制器215还可以控制耦入元件235、耦出元件245和/或重定向元件240的运行状态(例如，衍射状态或非衍射状态)。控制器215可以包括处理器或处理单元201。控制器215可以包括存储设备202。存储设备202可以是用于存储数据、信息和/或计算机可执行程序指令或代码的非暂时性计算机可读介质(例如，存储器、硬盘等)。
82.在一些示例中，耦入元件235、耦出元件245或重定向元件240中的至少一者可以是如下的衍射元件，该衍射元件包括一个或多个衍射光栅，例如填充有液晶(“lc”)的表面浮雕光栅(“srg”，surface relief grating)、全息聚合物分散液晶(“h-pdlc”，holographic polymer-dispersed liquid crystal)光栅、体全息图、偏振选择性光栅、偏振体全息图(“pvh”，polarization volume hologram)、超表面光栅、或它们的任何组合。出于讨论的目的，包括在耦入元件235中的衍射光栅可以被称为耦入光栅235。出于讨论的目的，包括在耦出元件245中的衍射光栅可以被称为耦出光栅245。出于讨论的目的，包括在重定向元件240中的衍射光栅可以被称为折叠光栅或重定向光栅240。耦入光栅235的周期可以被配置成使得耦入光栅235可以经由衍射将输入图像光230耦合作为通过tir在波导210内部传播的tir传播图像光231。耦出光栅245的周期可以被配置成使得耦出光栅245可以经由衍射将tir传播图像光231从波导210耦出作为输出图像光232。
83.在一些示例中，耦入光栅235的光栅矢量可以被配置成具有2π/λi的幅度，其中λi是耦入光栅235的周期。光栅矢量的方向可以是耦入光栅235的周期性方向。在一些示例中，耦出光栅245的光栅矢量可以被配置成具有2π/λo的幅度，其中λo是耦出光栅245的周期。光栅矢量的方向可以是耦出光栅245的周期性方向。在一些示例中，折叠光栅240的光栅矢量可以被配置成具有2π/λf的幅度，其中λf是折叠光栅240的周期。光栅矢量的方向可以与折叠光栅240的周期性方向相同。光栅矢量(例如，或)可以指示光
栅对输入光(例如，输入图像光)的衍射效应。
84.在一些示例中，波导显示系统200可以包括一个或多个耦入光栅235和一个或多个耦出光栅245，并且可以不包括一个或多个折叠光栅240。在衍射状态下运行以将图像光230引入波导210的耦入光栅235和从波导引出图像光230的耦出光栅245可以被称为一个耦合光栅组。在一个耦合光栅组中，光栅矢量和的平面内投影的矢量和可以是非零矢量。在一些示例中，波导显示系统200可以包括多个耦合光栅组，其中至少一个耦合光栅组包括满足上述关系的耦入光栅矢量和耦出光栅矢量的平面内投影。在一些示例中，一个耦合光栅组可以包括一个耦入光栅235、一个耦出光栅245和一个折叠光栅240。在一些示例中，光栅矢量和的平面内投影的矢量和可以是非零矢量。在一些示例中，波导显示系统200可以包括多个耦合光栅组。在至少一个耦合光栅组中(例如，在每个耦合光栅组中)，光栅矢量和的平面内投影可以具有上述关系。由于至少一个耦合光栅组(例如，每个耦合光栅组)中的光栅矢量的平面内投影的矢量和是非零矢量，因此光栅的色散可能不会相互补偿。因此，在一些示例中，为了减少或消除色散伪影，可以使用诸如激光器等窄波段光源作为光源组件205中的光源。
85.在一些示例中，耦入光栅235可以是可切换的光栅或不可切换的光栅，耦出光栅245可以是可切换的光栅，折叠光栅240可以是可切换的光栅。可切换的光栅可以直接或间接地被控制或切换，例如通过控制器215在如下情况之间进行控制或切换：在衍射状态下运行以使入射光衍射，以及在非衍射状态下运行以使入射光透射而衍射基本上为零或可忽略不计。在一些示例中，与波导210耦接的可切换的光栅可以由控制器215单独或独立地控制或配置，以在衍射状态或非衍射状态下运行。不可切换的光栅不能直接或间接地被控制或切换，例如不能通过控制器215在如下情况之间进行控制或切换：在衍射状态下运行以使入射光衍射，以及在非衍射状态下运行以使入射光透射而衍射基本上为零或可忽略不计。取而代之的是，不可切换的光栅可以被固定配置成在预定波长范围和预定入射角度范围内的图像光的衍射状态下运行。
86.在一些示例中，可切换的光栅可以是可经由外部场直接切换的可直接切换的光栅，该外部场例如为被施加到可直接切换的光栅中所包括的电极、或与可直接切换的光栅耦接的电极的外部电场。可直接切换的光栅可以是有源光栅，例如基于有源液晶(“lc”)制造的有源光栅。有源光栅包括分子，这些分子的物理和/或光学属性(例如，取向)可以通过外部场(例如，外部电场)来改变。有源光栅可以是偏振敏感的(或偏振选择性的)，或者可以是偏振不敏感的(或偏振非选择性的)。有源且偏振敏感(或选择性)光栅的示例可以包括但不限于全息聚合物分散液晶(“h-pdlc”)光栅、设置有(例如，填充有)有源lc的表面浮雕光栅、pancharatnam-berry相位(“pbp”)光栅、基于有源lc的偏振体全息图(“pvh”)等。有源且偏振不敏感(或偏振非选择性)光栅的示例可以包括两个堆叠的具有正交配向方向的有源且偏振选择性lc光栅。在一些示例中，当可直接切换的光栅在衍射状态下运行时，可以通过例如改变外部电场来调节可直接切换的光栅的衍射效率。
87.在一些示例中，可切换的光栅可以是可经由耦接到可间接切换的光栅的偏振开关(该偏振开关可以由控制器215控制)来间接切换的可间接切换的光栅。可间接切换的光栅可以是有源且偏振敏感的(或偏振选择性的)光栅，或者是无源且偏振敏感的(或偏振选择
性的)光栅。无源且偏振选择性的光栅的示例可以包括例如基于无源lc的pvh光栅、提供有(例如，填充有)无源lc的表面浮雕光栅。无源光栅可以包括分子，当在正常运行中受到外部场(例如，外部电场)时，分子的物理和/或光学属性(例如，取向)基本上保持不变。
88.由于可间接切换的光栅的偏振敏感性(或偏振选择性)，可间接切换的光栅可以衍射具有第一偏振的图像光，或者透射(衍射基本上为零或可忽略不计)具有与第一偏振不同(例如，与第一偏振正交)的第二偏振的图像光。因此，当偏振开关被配置成在图像光入射到可间接切换的光栅上之前控制(例如，切换或维持)图像光的偏振时，可间接切换的光栅可以针对具有第一偏振的图像光在衍射状态下运行，或者针对具有第二偏振的图像光在非衍射状态下运行。
89.偏振开关可以由控制器215控制以在切换状态与非切换状态下运行，以切换或维持入射图像光的偏振。当可间接切换的光栅被描述为由控制器215控制或配置成在衍射状态或非衍射状态下运行时，这意味着相关联的偏振开关由控制器215控制或配置以在图像光入射到可间接切换的光栅上之前改变(例如，切换)或维持图像光的偏振。
90.在一些示例中，为了控制偏振开关，控制器215可以控制与偏振开关电耦接的电源。控制器215可以控制从电源输出到偏振开关的电压，从而控制偏振开关在切换状态(当第一电压被供应给偏振开关时)或非切换状态(当第二电压被供应给偏振开关时)下运行。在切换状态下，偏振开关可以在图像光入射到可间接切换的光栅上之前，改变或切换图像光的偏振，例如，从第一偏振改变或切换到第二偏振，或从第二偏振改变或切换到第一偏振。在非切换状态下，偏振开关可以在图像光入射到可间接切换的光栅上之前，维持图像光的偏振。通过由偏振开关控制入射图像光的偏振，可间接切换的光栅可以被配置成针对具有第一偏振的入射光在衍射状态下运行，或者针对具有第二偏振的入射光在非衍射状态下运行。
91.在一些示例中，波导显示系统200可以包括以堆叠构造设置的多个波导210(图2中未示出)。多个波导210中的至少一个(例如，每个)波导可以耦接到或包括一个或多个衍射元件(例如，耦入元件、耦出元件、和/或重定向元件或折叠元件)，该一个或多个衍射元件可以被配置成将输入图像光230引导为与输入fov 233相比具有增大的总输出fov 234的输出图像光232。在一些示例中，堆叠构造中的多个波导210可以被配置成输出多色图像光(例如，包括多种颜色分量的全色图像光)。
92.在一些示例中，波导显示系统200可以包括与一个或多个波导210耦接的一个或多个光源组件205。在一些示例中，这些光源组件205中的至少一个(例如，每个)可以被配置成发射对应于原色(例如，红色、绿色或蓝色)和输入fov的特定波段的单色图像光。在一些示例中，波导显示系统200可以包括三个波导210，这三个波导用于以任何合适的顺序或同时地传送一个分量彩色图像(例如，一个原色图像)，例如分别传送红光、绿光和蓝光。这三个波导210中的至少一个(例如，每个)波导可以耦接到或者包括一个或多个衍射元件(例如，耦入元件、耦出元件和/或重定向元件)。在一些示例中，波导显示系统200可以包括两个波导，这两个波导被配置成通过以任何合适的顺序或同时地耦入并随后耦出来传送多个分量彩色图像(例如，多个原色图像)，例如分别传送红光和绿光的组合及绿光和蓝光的组合。
93.图3a至图6d展示了示例性的可切换的衍射性光学元件(例如，光栅)，该可切换的衍射性光学元件可以在本文公开的光学元件、设备和系统中实施，例如作为上述和其它附
图中所示的用于提供增大或扩展的总输出fov的光栅，例如图2或其它附图中所示的或结合图2或其它附图描述的那些光栅。可切换的衍射性光学元件(例如，光栅)可以被实现为耦入元件、耦出元件或折叠元件。图3a和图3b分别展示了衍射性光学元件(或衍射元件)301处于衍射状态和非衍射状态的示意图。衍射性光学元件301可以是可由控制器215控制的可直接切换的光栅。
94.电源340可以与衍射性光学元件301电耦接。电源340可以向衍射性光学元件301提供电场。控制器215可以(例如，通过有线连接或无线连接)与电源340电耦接，并且可以控制电源340的电压和/或电流的输出。如上所述，可直接切换的光栅可以是有源的偏振选择性/敏感的光栅，或者是有源的偏振非选择性/不敏感的光栅。为了说明的目的，将衍射性光学元件301示为有源偏振选择性光栅。当控制器215控制电源340在衍射性光学元件301中生成合适的电场时，衍射性光学元件301可以直接在衍射状态与非衍射状态之间切换。
95.如图3a和图3b所示，衍射性光学元件301可以包括彼此相对(例如，面对)布置的上衬底310和下衬底315。在一些示例中，上衬底310或下衬底315中的至少一者(例如，每一者)可以在衬底的表面(例如，内表面)处设置有用于向衍射性光学元件301供应电场的透明电极，例如氧化铟锡(“ito”，indium tin oxide)电极。电源340可以与透明电极耦接以供应用于向衍射性光学元件301供应电场的电压。
96.在一些示例中，衍射性光学元件301可以包括表面浮雕光栅(“srg”)305，该表面浮雕光栅设置在下衬底315的面向上衬底310的表面处(例如，粘合到下衬底315的面向上衬底310的表面、或形成于下衬底315的面向上衬底310的表面上)。srg 305可以包括多个大小为微米级或纳米级的微结构305a，这些微结构限定或形成多个凹槽306。微结构305a示意性地示出为实心黑色纵向结构，并且凹槽306示出为实心黑色部分之间的白色部分。凹槽306的数量可以由光栅周期和srg 305的大小来确定。凹槽306可以至少部分地设置有(例如，填充有)光学各向异性材料350。光学各向异性材料350的分子320可以具有长形形状(由图3a和图3b中的白色棒状部表示)。分子320可以在凹槽306内进行配向，例如垂直配向(homeotropically aligned)、水平配向(homogeneously aligned)、或两者兼有。光学各向异性材料350可以具有沿凹槽306的凹槽方向(例如，y轴方向、长度方向或纵向方向)的第一主折射率(例如，n
ean
)。光学各向异性材料350可以具有沿垂直于srg 305的凹槽方向的平面内方向(例如，x轴方向、宽度方向或横向方向)的第二主折射率(例如，n
oan
)。
97.当凹槽306具有基本矩形的棱柱形状或纵向形状时，凹槽方向可以是凹槽长度方向。在一些示例中，凹槽306可以具有其它形状。相应地，凹槽方向可以是其它合适的方向。光学各向异性材料350可以是有源的、光学各向异性的材料，例如具有可以由外部场(例如，由电源340供应的电场)重定向的lc指向矢的有源液晶(“lc”)。光学各向异性材料350的分子320也可以称为lc分子320。有源lc可以具有正的或负的介电各向异性。
98.srg 305可以基于有机材料制造，该有机材料例如是无定形或液晶聚合物、或可交联单体(包括具有lc属性(反应性介晶(“rm”，reactive mesogen))的那些交联型单体)。在一些示例中，srg 305可以基于无机材料制造，该无机材料例如是用于制造超表面的金属或氧化物。srg 305的材料可以是各向同性的或各向异性的。在一些示例中，srg 305可以为光学各向异性材料350提供配向。也就是说，srg 305可以用作对光学各向异性材料350进行配向的配向层。在一些示例中，分子320可以通过诸如机械力(例如，拉伸)、光(例如，通过光配
向)、电场、磁场或它们的组合等合适的配向方法在凹槽306内进行配向。
99.为了说明的目的，图3a和图3b示出了srg 305可以是具有周期性矩形轮廓的二元非倾斜光栅。也就是说，srg 305的凹槽306的截面轮廓可以具有周期性的矩形。在一些示例中，srg 305可以是这样的二元倾斜光栅：在该二元倾斜光栅中，微结构305a以一倾斜角度倾斜。在一些示例中，srg305的倾斜角度可以连续变化。在一些示例中，srg 305的凹槽306的截面轮廓可以是非矩形的，例如正弦曲线形、三角形、平行四边形(例如，当微结构305a倾斜时)或锯齿形。
100.在一些示例中，光学各向异性材料350的配向可以由一个或多个配向结构(例如，配向层)来提供，而非由srg 305提供。可以在衬底310和/或衬底315处设置配向结构(例如，可以在衬底310和衬底315各自的相反表面处设置两个配向层)。在一些示例中，在衬底310和衬底315两者处设置的配向结构可以提供平行平面配向或混合配向。例如，设置在衬底310和衬底315中的一者处的配向结构可以被配置成提供平面配向，而设置在衬底310和衬底315中的另一者处的配向结构可以被配置成提供垂直配向。在一些示例中，光学各向异性材料350的配向可以由srg 305和设置在衬底310和/或315处的一个或多个配向结构(例如，配向层)这两者来提供。
101.在一些实施例中，如图3a所示，光学各向异性材料350可以包括具有正各向异性的有源lc，例如向列型液晶(“nlc”，nematic liquid crystal)。光学各向异性材料350的lc分子320可以在凹槽306内沿凹槽方向(例如，y轴方向)水平配向。第二主折射率(例如，n
oan
)可以与srg 305的折射率ng基本匹配，并且第一主折射率(例如，n
ean
)可以不与srg 305的折射率ng匹配。衍射性光学元件301可以是线偏振相关的。
102.例如，参考图3a，当沿凹槽方向(例如，y轴方向)偏振的线偏振入射光330入射到衍射性光学元件301上时，由于n
ean
与ng之间的折射率差异，入射光330可以经历折射率在衍射性光学元件301中的周期性调制。结果，衍射性光学元件301可以将入射光330衍射为光335。由于折射率n
oan
与ng之间的基本匹配，衍射性光学元件301可以针对在垂直于凹槽方向(例如，y轴方向)的平面内方向(例如，x轴方向)上偏振的线偏振入射光用作基本光学均匀的板。也就是说，衍射性光学元件301可以不对在垂直于凹槽方向的平面内方向上线偏振的入射光进行衍射。而是，衍射性光学元件301可以使在平面内方向上偏振的入射光透射而衍射基本上为零或可忽略不计。
103.在一些示例中，衍射性光学元件301可以是可以通过外部场(例如，由电源340提供的外部电场)在衍射状态(或激活状态)与非衍射状态(或去激活状态)之间直接切换的有源光栅。例如，衍射性光学元件301可以包括设置在上衬底310和下衬底315处的电极(未示出)，并且电源340可以与电极电耦接以向衍射性光学元件301提供电场。控制器215可以控制电源340的输出(例如，电压和/或电流)。出于讨论的目的，使用电压作为电源340的示例性输出。通过控制电源340输出的电压，控制器215可以控制衍射性光学元件301在衍射状态与非衍射状态之间的切换。例如，控制器215可以控制由电源340供应的电压，以在衍射状态与非衍射状态之间切换衍射性光学元件301。当衍射性光学元件301在衍射状态下运行时，控制器215可以调节由电源340供应给电极的电压以调节衍射效率。
104.在一些示例中，控制器215可以将电源340供应的电压控制成低于或等于阈值电压，从而将衍射性光学元件301配置成在衍射状态(或激活状态)下运行。在一些示例中，阈
值电压可以由衍射性光学元件301的物理参数确定。当电压低于或等于阈值电压时，由所供应的电压生成的电场可能不足以使lc分子320重定向。当控制器215将所供应的电压控制成高于阈值电压(并且足够高)以将lc分子320重定向成基本上遵循(例如，平行于)电场的方向时，衍射性光学元件301可以在非衍射状态(或去激活态)下运行。
105.如图3a所示，当控制器215针对沿srg 305的凹槽方向(例如，y轴方向)偏振的线偏振入射光330，控制电源340供应低于或等于阈值电压的电压时(例如，当电源340供应基本上为零的电压时)，由于折射率n
ean
与ng之间的差异，光330在穿过衍射性光学元件301传播时可能经历折射率在衍射性光学元件301中的周期性调制。结果，衍射性光学元件301可以将光330衍射为光335。也就是说，控制器215可以控制电源340供应低于或等于阈值电压的电压，从而将衍射性光学元件301配置成在衍射状态下运行以衍射线偏振入射光330。在一些示例中，由在衍射状态下运行的衍射性光学元件301针对沿凹槽方向偏振的入射光330提供的折射率nm(即，n
ean
与ng之间的差异)的调制可以大于由在非衍射状态下运行的衍射性光学元件301针对光330提供的调制。当衍射性光学元件301在衍射状态下运行时，衍射效率可以是可调谐的(或可调节的)。控制器215可以调谐(或调节)所供应的电压的大小，以调谐衍射性光学元件301的衍射效率。
106.如图3b所示，当向衍射性光学元件301供应电压时，可以在平行的衬底310与衬底315之间生成(例如，沿着z轴线方向的)电场。当电压高于阈值电压并且逐渐增加时，(具有正介电各向异性的lc的)lc分子320可能趋向于被电场重定向(例如，可以逐渐变得平行于电场方向定向)。随着电压的改变，针对沿凹槽方向(例如，y轴方向)偏振的线偏振入射光330，由衍射性光学元件301针对光330提供的折射率nm(即，n
ean
与ng之间的差异)的调制可以相应地改变，这进而可以改变衍射效率。
107.当电压足够高时，如图3b所示，(具有正介电各向异性的lc的)lc分子320的指向矢可以被重定向成与电场方向(例如，z轴线方向)平行。由于折射率n
oan
与ng之间的基本匹配，衍射性光学元件301可以针对沿凹槽方向偏振的入射光330用作基本光学均匀的板。衍射性光学元件301可以在非衍射状态下运行，从而使穿过该衍射性光学元件的光330透射为光390，而延伸基本上为零或可忽略不计。
108.在图3a和图3b所示的示例中，当电源340供应的电压低于或等于阈值电压时，衍射性光学元件301在衍射状态下运行，而当电压足够高于阈值电压时，衍射性光学元件301在非衍射状态下运行。在其它示例中，通过对lc分子320的初始取向进行不同地配置，衍射性光学元件301可以被配置成：在电压足够高于阈值电压时，在衍射状态下运行；而在电压低于或等于阈值电压时，在非衍射状态下运行。
109.图4a和图4b分别展示了衍射性光学元件401处于非衍射状态和衍射状态的示意图。衍射性光学元件401可以是可间接切换的光栅。偏振开关470可以设置在衍射性光学元件401的光入射侧处。电源480可以与偏振开关470电耦接以提供在偏振开关470中的电场。控制器215可以控制电源480的输出以控制偏振开关470中的电场，从而控制衍射性光学元件401的衍射状态或非衍射状态。
110.衍射性光学元件401可以被实施为本文公开的用于提供增大或扩展的总输出fov的各种光学元件、设备和系统中的光栅。可间接切换的衍射性光学元件401可以是偏振敏感(或选择性)的有源光栅，或者可以是偏振敏感(或选择性)的无源光栅。衍射性光学元件401
可以是线性或圆偏振相关的(或偏振选择性的或敏感的)。为了说明的目的，将衍射性光学元件401示为线偏振相关的。
111.例如，衍射性光学元件401可以被配置成衍射具有第一偏振的线偏振光并且透射具有与第一偏振正交的第二偏振的线偏振光。因为衍射性光学元件401不可直接切换，所以控制器215可以通过控制入射到衍射性光学元件401上的图像光的偏振来间接地将衍射性光学元件401切换成针对具有第一偏振的图像光在衍射状态下运行，或者针对具有第二偏振的图像光在非衍射状态下运行。为了控制入射到衍射性光学元件401上的图像光的偏振，控制器215可以控制设置在衍射性光学元件401的光入射侧处的偏振开关470。偏振开关470可以在图像光入射到衍射性光学元件401上之前控制图像光的偏振。
112.衍射性光学元件401可以包括与图3a和图3b所示的衍射性光学元件301中所包括的元件相似或相同的元件。例如，衍射性光学元件401可以包括彼此面对设置并且可以类似于衬底310和衬底315的上衬底410和下衬底415。衍射性光学元件401可以包括srg 405，srg 405设置在下衬底415的面向上衬底410的表面处(例如，结合到下衬底415的面向上衬底410的表面、或形成在下衬底415的面向上衬底410的表面上)。srg 405可以是图3a和图3b中所示的srg 305的示例。图4a和图4b示出了srg 405的截面图(该截面图可以是srg 305的截面图)。srg 405可以包括限定或形成多个凹槽406的多个微结构405a，这些微结构405a和凹槽406可以类似于srg 305中所包括的微结构305a和凹槽306。多个凹槽406中的至少一个(例如，每一个)凹槽可以至少部分地设置(例如，填充)有光学各向异性材料450，光学各向异性材料450可以类似于光学各向异性材料350。光学各向异性材料450的分子420(分子420可以类似于分子320)可以在凹槽406内配向。与srg 305类似，srg 405可以用作对分子420进行配向的配向结构。
113.当光学各向异性材料450包括有源lc或可重定向lc时，衍射性光学元件401可以是有源的，类似于衍射性光学元件301。如上所述，有源且偏振敏感的(或选择性的)光栅可以是可直接切换的或可间接切换的。当光学各向异性材料450包括无源lc或不可重定向lc时，衍射性光学元件401可以是无源的。无源lc或不可重定向lc可能不能通过外部场(例如，电场)直接切换。可以通过偏振开关470间接切换具有无源lc的无源且偏振敏感的光栅。无源lc可以包括例如光学各向异性聚合物，光学各向异性聚合物由可聚合的预聚合组合物或可聚合的lc前体聚合而成。在一些示例中，可聚合的lc前体可以包括rm，rm是光学性质类似于lc分子的光学性质的可聚合分子。
114.光学各向异性材料450可以具有沿着多个凹槽406的凹槽方向(例如，y轴方向)的第一主折射率(例如，n
ean
)和沿着垂直于凹槽方向的平面内方向(例如，x轴方向)的第二主折射率(例如，n
oan
)。出于讨论的目的，分子420被示为在凹槽406内沿凹槽方向(例如，y轴方向)水平配向。第二主折射率(例如，n
oan
)可以与srg 405的折射率ng基本匹配，并且第一主折射率(例如，n
ean
)可以与srg 405的折射率ng不匹配。
115.在一些示例中，在图像光入射到衍射性光学元件401上之前，控制器215可以控制偏振开关470改变或维持图像光的偏振。当切换或维持入射到衍射性光学元件401上的图像光的偏振时，当入射光具有第一偏振时，衍射性光学元件401可以在衍射状态下运行，或者当入射光具有第二偏振时，衍射性光学元件401可以在非衍射状态下运行。
116.控制器215可以控制施加到偏振开关470的电场。例如，控制器215可以控制与偏振
开关470电耦接的电源480以向偏振开关470供应不同的电压。当向偏振开关470供应不同的电压时，偏振开关470可以被配置成在切换状态或非切换状态下运行。例如，当电压低于或等于预定电压值时(例如，当供应零电压时)，偏振开关470可以在切换状态下运行，如图4a所示。当电压高于预定电压值时(例如，当供应诸如5v、10v等非零电压时)，偏振开关470可以在非切换状态下运行。在切换状态下，偏振开关470可以将图像光425的偏振从第一偏振426(例如，在y轴方向上的偏振)切换到第二偏振431(例如，在x轴方向上的偏振)，如图4a所示。在非切换状态下，偏振开关470可以维持光425的第一偏振426，如图4b所示。
117.偏振开关470可以是任何合适的偏振开关。在一些示例中，偏振开关470可以包括基于lc的偏振开关，例如90
°
扭曲向列型液晶(“tnlc”，twist-nematic liquid crystal)单元。tnlc单元可以具有光入射表面和光出射表面，光入射表面和光出射表面提供lc指向矢的基本上正交的配向方向。由tnlc单元的光入射表面提供的配向方向可以被定向成基本上平行于入射到tnlc单元的线偏振光425的偏振方向(例如，第一偏振426)，从而当tnlc单元在切换状态下运行时将光425的偏振旋转约90
°
，或者当tnlc单元在非切换状态下运行时维持入射到tnlc单元的光425的偏振。在一些示例中，如图4a所示，当电源480供应的电压低于或等于预定阈值电压值时，tnlc单元可以在切换状态下运行，或者如图4b所示，当该电压高于预定阈值电压值(并且足够高)以沿电场方向重定向lc指向矢时，tnlc单元可以在非切换状态下运行。
118.在一些示例中，偏振开关470可以包括可切换半波片(“shwp”，switchable half-wave plate)。在切换状态下运行的shwp可以将线偏振入射光425的偏振切换到正交偏振。在非切换状态下运行的shwp可以保持线偏振入射光425的偏振。在一些示例中，shwp可以包括lc层，并且外部电场(例如，电压)可以被施加到lc层以改变lc的取向，从而控制偏振开关470在切换状态或非切换状态下运行。例如，如图4a所示，当施加的电压低于或等于预定电压值时，shwp可以在切换状态下运行，或者如图4b所示，当电压高于预定电压值(并且足够高)以沿电场方向重定向lc指向矢时，shwp可以在非切换状态下运行。
119.出于讨论的目的，假设偏振开关470包括tnlc单元。由tnlc单元的光入射表面提供的配向方向可以与光425的偏振方向(例如，y轴方向)平行。电源480可以与tnlc单元中所包括的电极电耦接以提供电场。控制器215可以与电源480电耦接，并且可以控制电源480的输出(例如，电压和/或电流)。在下面的描述中，电压用作电源480的控制参数的示例。
120.例如，如图4a所示，当施加的电压低于阈值电压时(例如，当电压为零时)，tnlc单元可以在切换状态下运行。当具有第一偏振426的图像光425离开偏振开关470时，该图像光425的偏振方向可以被tnlc单元的扭曲结构旋转约90
°
。因此，偏振开关470中所包括的tnlc单元可以将入射光425的偏振从第一偏振426(例如，图4a中的y轴方向上的偏振)切换到垂直于第一偏振426的第二偏振431(例如，图4a中的x轴方向上的偏振)。由于光学各向异性材料450的折射率n
oan
与srg 405的ng之间的基本匹配，衍射性光学元件401可以针对光430用作基本光学均匀的板。也就是说，衍射性光学元件401可以在非衍射状态下运行，以将具有第二偏振431的图像光425透射穿过该衍射性光学元件(衍射基本上为零或可忽略不计)作为具有第二偏振431的图像光430。也就是说，对于图像光425，衍射性光学元件401的衍射效应可以基本上为零。
121.偏振开关470中所包括的tnlc单元的扭曲结构可能由于外力(诸如由电源480提供
的电场)而变得不扭曲。结果，穿过偏振开关470传播的图像光425的偏振可以不受影响、或得以维持。如图4b所示，当施加的电压高于预定阈值电压值(并且足够高)时，tnlc单元可以在非切换状态下运行。当电场增加到足够强时，tnlc单元中的lc分子可以被电场重定向并且趋向于(例如，逐渐变得)与电场方向平行。因此，tnlc单元的扭曲结构可以变为不扭曲，并且tnlc单元可以在不影响偏振的情况下将具有第一偏振426的图像光425透射。由于折射率n
ean
与ng之间的差异，穿过衍射性光学元件401传播的图像光425可以经历折射率在衍射性光学元件401中的周期性调制。结果，衍射性光学元件401可以将具有第一偏振426的图像光425衍射为具有第一偏振426的图像光445。
122.tnlc单元的切换时间可以是毫秒(“ms”)量级，例如3ms至5ms。在一些示例中，为了进一步提高衍射性光学元件401的切换速度，可以采用基于铁电液晶(“flc”，ferroelectric liquid crystal)的偏振开关，例如基于flc的shwp。切换时间可以减少到微秒(“μs”)量级，例如小于100μs。此外，当衍射性光学元件401通过外部偏振开关470在衍射状态与非衍射状态之间间接切换时，可以省略电极，从而可以显著抑制不期望的光吸收、以及折射率的修改。
123.图5a和图5b分别展示了衍射性光学元件(或衍射元件)501处于衍射状态和非衍射状态的示意图。衍射性光学元件501可以是可由控制器215控制的可直接切换的光栅。电源540可以与衍射性光学元件501电耦接以向衍射性光学元件501提供电场。控制器215可以(例如，通过有线连接或无线连接)与电源540电耦接，并且可以控制来自电源540的电压和/或电流的输出。衍射性光学元件501可以被实施为本文公开的用于提供增大或扩展的总输出fov的光学元件、设备和系统中的光栅，例如图2或其它附图中示出的或结合图2或其它附图描述的那些光栅。如上所述，可直接切换的光栅可以是有源的偏振选择性/敏感的光栅，或者是有源的偏振非选择性/不敏感的光栅。为了说明的目的，将衍射性光学元件501示为有源偏振选择性光栅。当控制器215控制电源540以生成合适的电场时，衍射性光学元件501可以直接在衍射状态与非衍射状态之间切换。
124.衍射性光学元件501可以是h-pdlc光栅501，h-pdlc光栅可以通过在激光干涉照射下聚合单体和lc的各向同性光敏液体混合物来制造。如图5a所示，h-pdlc光栅501可以包括多个lc液滴502层，该多个lc液滴层嵌入在设置在两个衬底506之间的聚合物基质504中。每个衬底506可以设置有透明导电电极508，例如ito电极。两个电极506中的至少一个电极可以设置有配向层(未示出)，该配向层可以被配置成沿预定的配向方向(例如，图5a中的x轴方向)使lc分子520水平(homogeneously或horizontally)配向。lc液滴502内的lc的寻常折射率no可充分接近聚合物基质504的材料的折射率n
p
，而lc液滴502内的lc的非常折射率ne可以与聚合物基质504的材料的折射率n
p
基本上不同。由于lc的非常折射率ne与聚合物基质504的材料的折射率n
p
之间的折射率差异，lc的空间调制可以产生平均折射率的调制，从而产生光学相位光栅。
125.h-pdlc光栅501可以是线偏振相关的。例如，参考图5a，当沿预定配向方向(例如，x轴方向)偏振的线偏振入射光530入射到衍射性光学元件501上时，由于ne与n
p
之间的折射率差异，光530可以经历折射率在衍射性光学元件501中的周期性调制。结果，h-pdlc光栅501可以将光530衍射为光535。lc液滴502通常很小(尺寸在亚波长范围内)，从而可以最小化由于lc和聚合物的折射率失配引起的散射，并且相位调制可以起主要作用。换句话说，h-pdlc
可能属于一类纳米pdlc(nano-pdlc)。由于折射率n0与ng之间的基本匹配，h-pdlc光栅501可以针对在垂直于h-pdlc光栅501的预定配向方向(例如，x轴方向)的方向(例如，y轴方向)上偏振的线偏振入射光用作基本光学均匀的板。也就是说，h-pdlc光栅501可以不对在垂直于预定配向方向(例如，x轴方向)的方向(例如，y轴方向)上线偏振的入射光进行衍射。而是，h-pdlc光栅501可以使在垂直于预定配向方向的方向上线偏振的入射光透射而衍射基本上为零或可忽略不计。
126.在一些示例中，h-pdlc光栅501可以是可以通过外部场(例如，由电源540提供的外部电场)在衍射状态(或激活状态)与非衍射状态(或去激活状态)之间直接切换的有源光栅。控制器215可以控制电源540的输出(例如，电压和/或电流)。例如，通过控制电源540输出的电压，控制器215可以控制h-pdlc光栅501在衍射状态与非衍射状态之间切换。当h-pdlc光栅501在衍射状态下运行时，控制器215可以调节由电源540供应的电压以调节衍射性光学元件501的衍射效率。
127.在一些示例中，控制器215可以通过将电源540供应的电压控制成低于或等于阈值电压而将衍射性光学元件501配置成在衍射状态(或激活状态)下运行。当电压低于或等于阈值电压时，由所供应的电压生成的电场可能不足以重定向lc液滴502中的lc分子520。在一些示例中，控制器215可以通过将所供应的电压控制成高于阈值电压(并且足够高)以将lc分子520重定向为平行于电场的方向，将h-pdlc光栅501配置成在非衍射状态(或去激活状态)下运行。
128.如图5a所示，当控制器215针对沿预定配向方向(例如，x轴方向)偏振的线偏振入射光530，控制电源540供应低于或等于阈值电压的电压时(例如，当电源540供应基本上为零的电压时)，由于折射率ne与ng之间的差异，光530在传播穿过h-pdlc光栅501时可以经历折射率在h-pdlc光栅501中的周期性调制。结果，光530可以被衍射性光学元件501衍射为光535。也就是说，控制器215可以控制电源540供应低于或等于阈值电压的电压，从而将h-pdlc光栅501配置成在衍射状态下运行以衍射线偏振入射光530。
129.如图5b所示，当向h-pdlc光栅501供应电压时，可以在两个相对设置的衬底506之间生成(例如，沿z轴线方向的)电场。当电压高于阈值电压并且逐渐增加时，(具有正介电各向异性的lc的)lc分子520可以趋向于被电场重定向(例如，可以逐渐变得平行于电场方向定向)。当电压足够高时，如图5b所示，(具有正介电各向异性的lc的)lc分子520的指向矢可以被重定向成与电场方向(例如，z轴线方向)平行。由于折射率n0与ng之间的基本匹配，h-pdlc光栅501可以针对入射光530用作基本光学均匀的板。也就是说，h-pdlc光栅501可以针对在预定配向方向(例如，x轴方向)上偏振的光530，在非衍射状态下运行，并且h-pdlc光栅501可以使光530透射穿过该h-pdlc光栅作为光590而衍射基本上为零或可忽略不计。
130.在图5a和图5b所示的示例中，h-pdlc光栅501被配置成：当电源540供应的电压低于或等于阈值电压时，在衍射状态下运行，而当该电压足够高于阈值电压时，在非衍射状态下运行。在其它示例中，通过对lc分子520的初始取向(例如，具有负介电各向异性的垂直配向lc)进行不同地配置，当电源540供应的电压足够高于阈值电压时，h-pdlc光栅501可以在衍射状态下运行，而当电源540供应的电压低于或等于阈值电压时，h-pdlc光栅501可以在非衍射状态下运行。
131.图6a和图6b分别展示了透射型可间接切换的光栅605处于衍射状态和非衍射状态
的示意图。控制器215可以通过控制偏振开关620来间接切换光栅605。电源621可以与偏振开关620电耦接。控制器215可以控制电源621以控制偏振开关620。偏振开关620可以类似于偏振开关470。控制偏振开关以间接切换可间接切换的光栅的详细描述可以参考结合图4a和图4b所呈现的上述描述。偏振开关620可以设置在光栅605的光入射侧处。偏振开关620可以被配置成切换或维持入射到光栅605上的图像光的偏振，从而当入射图像光具有第一偏振时，间接地将光栅605切换成在衍射状态下运行，或者当入射图像光具有第二偏振时，间接地将光栅切换成在非衍射状态下运行。
132.图6c和图6d分别展示了反射型可间接切换的光栅650处于衍射状态和非衍射状态的示意图。偏振开关620可以设置在光栅650的光入射侧处。控制器215可以控制电源621以控制偏振开关620。偏振开关620可以切换或维持入射到光栅650上的图像光的偏振。通过切换或维持入射到光栅650上的图像光的偏振，控制器215可以间接地将光栅650在如下情况之间进行切换：当入射图像光具有第一偏振时在衍射状态下运行、以及当入射图像光具有第二偏振时在非衍射状态下运行。第一偏振和第二偏振可以是正交的线偏振或圆偏振。为了说明的目的，第一偏振和第二偏振在图6a至图6d中示出为具有相反旋向性的正交圆偏振。
133.在图6a至图6d所示的示例中，控制器215可以控制由电源621供应给偏振开关620的电压。对控制电压以控制偏振开关620的切换状态和非切换状态的控制器215的描述可以参考上文与偏振开关470相关的描述。可间接切换的光栅605和650可以在本文公开的各种设备、系统和组件中实施，包括上述和其它附图中所示的用于提供增大的总输出fov的那些光栅。光栅605和650可以是圆偏振选择性的(或敏感的、相关的)，并且可以是有源的或无源的。
134.在一些示例中，图6a和图6b中所示的可间接切换的透射型光栅605可以是透射型pvh光栅，图6c和图6d中所示的可间接切换的反射型光栅650可以是反射型pvh光栅。pvh光栅可以包括pvh层(或膜)，该pvh层(或膜)具有以三维(“3d”)取向图案排列的光学各向异性分子(例如，lc分子)。pvh层可以被配置成通过布拉格衍射来衍射入射图像光。pvh层可以基于pvh层中螺旋扭曲的旋向性而被称为左旋pvh或右旋pvh。pvh层可以被配置成基本上衍射旋向性与pvh层中螺旋扭曲的旋向性相同的圆偏振光，并且基本上透射旋向性与pvh层中螺旋扭曲的旋向性相反的圆偏振光。例如，左旋pvh层可以被配置成基本衍射左旋圆偏振(“lhcp”，left-handed circularly polarized)光，并基本透射右旋圆偏振(“rhcp”，right-handed circularly polarized)光。右旋pvh层可以被配置成基本上衍射rhcp光束并基本上透射lhcp光。出于讨论的目的，图6a和图6b中所示的光栅605可以包括右旋透射性pvh层，图6c和图6d中所示的光栅650可以包括右旋反射性pvh层。
135.在一些示例中，偏振开关620可以包括shwp。如图6a所示，控制器215可以将电源621供应给偏振开关620的电压控制成高于预定电压值(并且足够高)，从而控制偏振开关620在非切换状态下运行。在非切换状态下，偏振开关620可以在不影响旋向性的情况下将rhcp光625透射为rhcp光630。包括右旋透射性pvh层的光栅605可以将rhcp光630基本上向前衍射成例如 1级，作为lhcp光640。也就是说，右旋透射性pvh层可以衍射rhcp光630，并将偏振的旋向性切换为左旋性。如图6b所示，控制器215可以将电源621供应给偏振开关620的电压控制成低于或等于预定电压值，从而控制偏振开关620在切换状态下运行。在切换状态
下，偏振开关620可以将rhcp光625的旋向性反转为左旋性。因此，从偏振开关620输出的图像光635可以是lhcp光635。包括右旋透射性pvh层的光栅605可以基本上将lhcp光635透射成0级，作为lhcp光645。也就是说，右旋透射性pvh层可以在不影响偏振的旋向性的情况下透射lhcp光635。
136.如图6c所示，控制器215可以将由电源621供应给偏振开关620的电压控制成高于预定电压值(并且足够高)，从而控制偏振开关620在非切换状态下运行。当在非切换状态下运行时，偏振开关620可以在不影响旋向性的情况下将rhcp光625透射为rhcp光630。包括右旋反射性pvh层的光栅650可以基本上将rhcp光630后向衍射成例如 1级，作为rhcp光660。如图6d所示，控制器215可以将由电源621供应给偏振开关620的电压控制成低于或等于预定电压值，从而控制偏振开关620在切换状态下运行。当在切换状态下运行时，偏振开关620可以反转rhcp光625的旋向性，并且将rhcp光625透射为lhcp光635。包括右旋反射性pvh层的光栅650可以基本上将lhcp光635透射成0级，作为lhcp光665。
137.在下文将描述用于提供扩展的总输出fov的示例性波导显示系统。在一些示例中，当耦入图像光在一个或多个波导内传播时，该耦入图像光的偏振可能发生改变。延迟膜(例如，偏振校正膜)可以邻近相应波导设置或设置在相应波导上，以抵消偏振的变化，从而在耦入的图像光在一个或多个波导内传播时保持耦入图像光的偏振。因此，出于讨论的目的，假定耦入图像光(或tir传播光)的偏振在该耦入图像光(或tir传播光)在一个或多个波导内传播时不受影响。为了说明的目的，将用于(例如，在x轴方向上的)一维(“1d”)光瞳扩展和fov扩展的各种波导显示系统用作解释fov扩展(或提供扩展的fov)的原理的示例，例如图7a至图13所示的那些示例。
138.在一些示例中，可以通过引入附加的衍射性光学元件(例如，折叠元件或重定向元件)来实现(例如，在x轴方向和y轴方向上)的二维(“2d”)光瞳扩展和fov扩展，该附加的衍射性光学元件使耦入的图像光朝向耦出元件折叠90
°
。在一些示例中，图7a至图13中所示的耦出元件可以包括折叠功能，并且可以省略重定向元件。因此，尽管(例如，在x轴方向的)1d光瞳扩展和fov扩展被用于解释图7a至图13中所示的示例的原理，但是图7a至图13中包括的波导显示系统可以提供2d光瞳扩展和fov扩展。为了说明的目的，在一些示例中，用于提供扩展的总输出fov的波导显示系统被假定包括线偏振选择性或相关光栅，不过也可以使用其它合适的偏振选择性或相关光栅，例如圆偏振选择性或相关光栅。针对包括线偏振选择性或相关光栅的波导显示组件的相同或相似的设计原理可以适用于包括圆偏振相关光栅的波导显示组件。
139.图7a至图7c展示了被配置成提供增大或扩展的总输出fov的光学系统700的示意图。光学系统700可以是波导显示系统700。光学系统700可以包括与在本文公开并在其它附图中示出的其它光学系统中包括的元件相似或相同的元件。其它附图中示出的特征，即使为了讨论的简洁性没有在下面明确描述，也可以适用于图7a至图7c中示出的示例。对相同或相似的元件或特征的描述可以参考以上相应的描述，包括结合图2至图6d呈现的那些描述。
140.类似于图2所示的光学系统(或波导显示系统)200，光学系统700可以包括光源组件205、波导210和控制器215。光源组件205可以包括光源220和光调节系统225。光源220也可以被称为显示元件220。耦入元件735和耦出元件745可以耦接到波导210。耦入元件735可
以是本文公开的这些耦入元件中的任何耦入元件，例如图2中所示的耦入元件235。耦出元件745可以是本文公开的这些耦出元件中的任何耦出元件，例如图2中所示的耦出元件245。在图7a至图7c所示的示例中，耦入元件735可以包括一个耦入光栅(出于讨论的目的也称为735)，该耦入光栅可以是可切换的光栅或不可切换的光栅。耦出元件745可以包括第一耦出光栅745-1和第二耦出光栅745-2，第一耦出光栅745-1和第二耦出光栅745-2中的至少一者(例如，每一者)可以是可直接切换的光栅。
141.耦入光栅735的光栅矢量的平面内投影和第一耦出光栅745-1的光栅矢量的平面内投影的第一矢量和可以是非零矢量，并且耦入光栅735的光栅矢量的平面内投影和第二耦出光栅745-2的光栅矢量的平面内投影的第二矢量和可以是非零矢量。换句话说，耦入光栅735的光栅矢量的平面内投影和第一耦出光栅745-1的光栅矢量的平面内投影可以彼此不相等，并且耦入光栅735的光栅矢量的平面内投影和第二耦出光栅745-2的光栅矢量的平面内投影可以彼此不相等。在一些示例中，第一矢量和的方向与第二矢量和的方向可以彼此不同，例如，第一矢量和的方向与第二矢量和的方向可以反平行。例如，第一矢量和与第二矢量和中的一者可以是具有正方向(例如，在 x轴方向上)的矢量，而另一者可以是具有负方向(例如，在-x轴方向上)的矢量。在一些示例中，第一矢量和的幅度与第二矢量和的幅度可以彼此不同。在一些示例中，第一矢量和的幅度和第二矢量和的幅度可以基本上相同。
142.在一些示例中，第一耦出光栅745-1或第二耦出光栅745-2中的至少一者(例如，每一者)可以是具有倾斜微结构的光栅(例如，倾斜光栅)。第一耦出光栅745-1的光栅矢量的平面内投影和第二耦出光栅745-2的光栅矢量的平面内投影可以在方向或幅度中的至少一者上不同。在一些示例中，第一耦出光栅745-1的光栅矢量的平面内投影的方向和第二耦出光栅745-2的光栅矢量的平面内投影的方向可以基本上彼此平行，并且第一耦出光栅745-1的光栅矢量的平面内投影的幅度和第二耦出光栅745-2的光栅矢量的平面内投影的幅度可以彼此不同。在一些示例中，第一耦出光栅745-1的光栅周期和第二耦出光栅745-2的光栅周期可以彼此不同，并且第一耦出光栅745-1的倾斜角度和第二耦出光栅745-2的倾斜角度可以基本相同。
143.在一些示例中，耦入光栅735的光栅周期、第一耦出光栅745-1的光栅周期和第二耦出光栅745-2的光栅周期可以彼此不同。例如，第一耦出光栅745-1和第二耦出光栅745-2中的一者的光栅周期可以大于耦入光栅735的光栅周期，而第一耦出光栅745-1和第二耦出光栅745-2中的另一者的光栅周期可以小于耦入光栅735的光栅周期。在一些示例中，第一耦出光栅745-1的光栅周期和第二耦出光栅745-2的光栅周期可以基本相同，并且第一耦出光栅745-1的倾斜角度和第二耦出光栅745-2的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相同的符号。在一些示例中，耦入光栅735的倾斜角度、第一耦出光栅745-1的倾斜角度和第二耦出光栅745-2的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相同的符号。例如，第一耦出光栅745-1和第二耦出光栅745-2中的一者的倾斜角度可以大于耦入光栅735的倾斜角度，并且第一耦出光栅745-1和第二耦出光栅745-2中的另一者的倾斜角度可以小于耦入光栅735的倾斜角度。
144.在一些示例中，第一耦出光栅745-1的光栅矢量的平面内投影的方向和第二耦出光栅745-2的光栅矢量的平面内投影的方向可以基本上彼此反平行，并且第一耦出光栅745-1的光栅矢量的平面内投影的幅度和第二耦出光栅745-2的光栅矢量的平面内投影的
幅度可以基本上相同。在一些示例中，第一耦出光栅745-1的光栅周期和第二耦出光栅745-2的光栅周期可以基本相同，并且第一耦出光栅745-1的倾斜角度和第二耦出光栅745-2的倾斜角度可以具有基本上相同的绝对值和相反的符号。例如，第一耦出光栅745-1和第二耦出光栅745-2中的一者的倾斜角度可以是正倾斜角度(例如， β)，而第一耦出光栅745-1和第二耦出光栅745-2中的另一者的倾斜角度可以是负倾斜角度(例如，-β)。
145.在一些示例中，第一耦出光栅745-1的光栅矢量的平面内投影的方向和第二耦出光栅745-2的光栅矢量的平面内投影的方向可以基本上彼此反平行，并且第一耦出光栅745-1的光栅矢量的平面内投影的幅度和第二耦出光栅745-2的光栅矢量的平面内投影的幅度可以彼此不同。例如，第一耦出光栅的光栅周期和第二耦出光栅的光栅周期可以基本相同，并且第一耦出光栅的倾斜角度和第二耦出光栅的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相反的符号。
146.对于耦入元件735或耦出元件745中所包括的可直接切换的光栅，可以将电源与可直接切换的光栅电耦接，以向可直接切换的光栅中所包括的电极提供电压，以用于切换可直接切换的光栅。对于耦入元件735或耦出元件745中所包括的可间接切换的光栅，偏振开关可以与可间接切换的光栅耦合，以针对具有第一偏振的入射光将该光栅切换成在衍射状态下运行，或者针对具有与第一偏振不同的第二偏振的入射光将该光栅切换成在非衍射状态下运行。可直接切换的光栅可以是任何合适的可直接切换的光栅，例如图3a和图3b所示的衍射性光学元件301，或者图5a和图5b所示的衍射性光学元件501。
147.在图7a至图7c中，为了说明的目的，耦入元件735和耦出元件745被示为分别设置在波导210的第一表面210-1和第二表面201-2处。第一耦出光栅745-1和第二耦出光栅745-2在图7a至图7c中被示为堆叠在一起，不过在其它示例中，这些耦出光栅可以并排设置。第一耦出光栅745-1和第二耦出光栅745-2可以与电源(未示出)电耦接，该电源可以由控制器215控制以独立地向第一耦出光栅745-1和第二耦出光栅745-2提供电压，以独立地将各个耦出光栅切换成针对入射光在衍射状态或非衍射状态下运行。
148.在一些示例中，光源组件205可以生成具有预定图像大小的虚拟图像750。出于讨论的目的，光源220可以被称为显示元件220。显示元件220可以包括被配置成至少显示虚拟图像的图像部分的显示面板。虚拟图像750的图像大小可以大于显示元件220的全发光区域的大小。例如，虚拟图像750的图像大小可以是显示元件220的大小的两倍、三倍或四倍等。虚拟图像750可以在空间上被划分为两个图像部分(例如，第一图像部分750l和第二图像部分750r)。第一图像部分750l和第二图像部分750r中的每一者可以具有图像部分大小(例如，对角线长度)。在一些示例中，第一图像部分750l的图像部分大小和第二图像部分750r的图像部分大小可以不同。
149.在一些示例中，第一图像部分750l的图像部分大小和第二图像部分750r的图像部分大小可以相等(或相同)。在一些示例中，相等的图像部分大小(例如，对角线长度)可以基本上等于显示元件220中所包括的显示面板的全发光区域的大小(例如，对角线长度)(或者当显示元件220包括激光扫描显示面板时，相等的图像部分大小可以包括激光扫描器的全扫描范围或区域，对应于激光扫描器的全扫描范围或区域，或者被激光扫描器的全扫描范围或区域确定)。也就是说，每个图像部分可以由显示元件220基于显示面板的全发光区域(或激光扫描器的全扫描范围或区域)来显示。也就是说，可以通过显示元件的全发光区域
来生成基于每个图像部分的图像光。可以通过光源组件205中所包括的透镜(例如，准直透镜)将每个图像光转换成每个输入图像光。
150.出于说明的目的，在图7a至图7c中，第一图像部分750l可以是虚拟图像750的左图像部分(或左半部分)，而第二图像部分750r可以是虚拟图像750的右图像部分(或右半部分)。显示元件220可以在每个时间段(例如，显示帧的每个子帧)期间显示虚拟图像750的一个图像部分。因此，显示元件220可以在显示帧的多个子帧期间显示虚拟图像750的多个图像部分。在每个子帧期间，显示元件220的基本上整个(或全)发光区域可以基于(例如，对应于)虚拟图像750的单个图像部分(例如，第一图像部分或第二图像部分)来生成图像光。可以通过光调节系统225中所包括的透镜(例如，准直透镜)将图像光转换成具有输入fov的输入图像光。换句话说，在每个子帧期间，光源组件205可以输出一输入图像光，该输入图像光表示由显示元件220的全发光区域生成的、虚拟图像750的一个图像部分。
151.用于显示虚拟图像750的显示帧可以包括两个连续的子帧。在第一子帧期间，如图7a所示，控制器215可以控制光源组件205输出第一输入图像光730，该第一输入图像光表示第一图像部分750l并且具有朝向波导210的输入区域的第一输入fov 733。例如，控制器215可以控制显示元件220以通过显示元件220的全发光区域生成第一图像光739，并将第一图像光739输出到光调节系统225，该第一图像光对应于、基于或表示具有图像部分大小(例如，虚拟图像750的图像大小的1/2)的第一图像部分750l。第一图像光739可以是非偏振图像光或偏振图像光。
152.光调节系统225(其可以包括准直透镜)可以对第一图像光739进行调节(例如，准直)，并且输出第一输入图像光730，该第一输入图像光表示第一图像部分750l并且具有朝向波导210的输入区域的第一输入fov 733。光调节系统225可以将具有图像部分大小的第一图像部分750l中的像素的线性分布转换为具有第一输入fov 733的第一输入图像光730中的像素的角度分布。在一些示例中，第一输入fov 733可以具有由角度α表示的角度大小。具有第一输入fov 733的第一输入图像光730可以由第一输入光线730a和730b界定。例如，第一输入光线730a可以是第一输入图像光730的最右光线，而第一输入光线730b可以是第一输入图像光730的最左光线。
153.耦入光栅735可以被配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将具有第一输入fov733的第一输入图像光730耦入到波导210中，作为由第一耦入光线731a和731b界定的第一耦入图像光731。在一些示例中，当耦入光栅735是可切换的光栅时，控制器215可以将耦入光栅735配置成在衍射状态下运行。在一些示例中，当耦入光栅735是不可切换的光栅时，耦入光栅735可以固定地在衍射状态下运行。第一耦入图像光731可以经由tir朝向波导210的输出区域传播。
154.控制器215可以将第一耦出光栅745-1配置成在衍射状态下运行以经由衍射将第一耦入图像光731从波导210耦出，作为由第一输出光线732a和732b界定的第一输出图像光732。第一输出光线732a可以以第一输出角度(或第一衍射角度)输出，第一输出光线732b可以以第二输出角度(或第二衍射角度)输出。在一些示例中，耦入光栅735的光栅矢量(例如，光栅矢量的相对方向)和第一耦出光栅745-1的光栅矢量(例如，光栅矢量的相对方向)可以被配置成使得第一耦出光栅745-1可以在衍射状态下运行，以经由衍射将第一耦入图像光731从波导210耦出，作为朝向波导210的表面法线780的第一侧(例如，左侧)传播的第一输
出图像光732。
155.在一些示例中，第一输出图像光732可以具有对应于由第一输出光线732a和732b界定的角度区域的第一输出fov 734。例如，第一输出光线732a的第一输出角度(或第一衍射角度)可以约为(或接近)零，并且第一输出光线732b的第二输出角度(或第二衍射角度)可以约为 α。在一些示例中，第一输出fov 734可以具有由角度α表示的角度大小。在一些示例中，第一输出fov 734的对称轴线781可以相对于波导210的表面法线780具有 α/2的角度。也就是说，在第一子帧期间，控制器215可以将第一耦出光栅745-1配置成在衍射状态下运行，以朝向波导210的表面法线780的第一侧(例如，左侧)传送第一输出fov(例如，α)734。
156.此外，控制器215可以将第二耦出光栅745-2配置成在非衍射状态下运行，以使第一输出图像光732透射朝向眼睛260而衍射基本上为零或可忽略不计。由于第一输出fov(例如，α)734基本上等于第一输入fov(例如，α)733，因此在第一子帧期间，眼睛260可以感知第一图像755l，该第一图像具有与由显示元件220显示的第一图像部分750l(例如，虚拟图像750的左半部分)的内容(和大小)基本相同的内容(和大小)。
157.在第二子帧期间，如图7b所示，控制器215控制光源组件205朝向波导210的输入区域输出具有第二输入fov 763的第二输入图像光760。第二图像部分750r的图像部分大小和第一图像部分750l的图像部分大小可以相同或不同。例如，控制器215可以控制显示元件220输出第二图像光769，该第二图像光对应于、基于或表示具有图像部分大小(例如，虚拟图像750的图像大小的1/2)的第二图像部分750r。与第一图像光739类似，第二图像光769可以由显示元件220的全发光区域生成。第二图像光769可以是非偏振图像光或偏振图像光。
158.光调节系统225(其可以包括准直透镜)可以对第二图像光769进行调节，并且朝向波导210的输入区域输出具有第二输入fov 763的第二输入图像光760。光调节系统225中所包括的准直透镜可以被配置成将具有图像部分大小的第二图像部分750r(例如，虚拟图像750的右半部分)中的像素的线性分布变换或转换为具有第二输入fov 763的第二输入图像光760中的像素的角度分布。在一些示例中，第二输入fov 763可以具有由角度α表示的角度大小。具有第二输入fov 763(例如，α)的第二输入图像光760可以由第二输入光线730a和730b界定。例如，第二输入光线760a和760b可以是第二输入图像光760的最右光线和最左光线。
159.耦入光栅735可以被配置成在衍射状态下运行以经由衍射将具有第二输入fov(例如，α)763的第二输入图像光760耦入到波导210中，作为由第二耦入光线761a和761b界定的第二耦入图像光761。例如，耦入光栅735可以经由衍射将第二输入光线760a耦入到波导210中作为第二耦入光线761a，并且将第二输入光线760b耦入到波导210中作为第二耦入光线761b。第二耦入图像光761可以经由tir朝向波导210的输出区域传播。
160.控制器215可以将第一耦出光栅745-1配置成在非衍射状态下运行，从而使第二耦入图像光761透射朝向第二耦出光栅745-2而衍射基本上为零或可忽略不计。控制器215可以将第二耦出光栅745-2配置成在衍射状态下运行以经由衍射将第二耦入图像光761从波导210耦出，作为由第二输出光线762a和762b界定的第二输出图像光762。例如，控制器215可以将第二耦出光栅745-2配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将第二耦入光线761a以第三输出角度(或第三衍射角度)从波导210耦出作为第二输出光线762a，并且将第二耦入光线761b以第四输出角度(或第四衍射角度)从波导210耦出作为第二输出光线762b。
161.在一些示例中，耦入光栅735的光栅矢量(例如，光栅矢量的相对方向)和第二耦出光栅745-2的光栅矢量(例如，光栅矢量的相对方向)可以被配置成使得第二耦出光栅745-2可以在衍射状态下运行，以经由衍射将第二耦入图像光761从波导210耦出，作为朝向波导210的表面法线780的第二侧(例如，右侧)传播的第二输出图像光762。在一些示例中，第二输出图像光762可以具有对应于由第二输出光线762a和762b界定的角度区域的第二输出fov 764。例如，第二输出光线762a的第三输出角度(或第三衍射角度)可以约为-α，并且第二输出光线762b的第四输出角度(或第四衍射角度)可以约为(或接近)零。
162.在一些示例中，第二输出fov 764可以具有由角度α表示的角度大小。在一些示例中，第二输出fov 764的对称轴线782可以相对于波导210的表面法线780具有-α/2的角度。也就是说，控制器215可以将第二耦出光栅745-2配置成在衍射状态下运行，以朝向波导210的表面法线780的第二侧(例如，右侧)传送第二输出fov(例如，α)764。由于第二输出fov(例如，α)764基本上等于第二输入fov 763(例如，α)，因此在第二子帧期间，眼睛260可以感知第二图像755r，该第二图像具有与显示元件220所显示的虚拟图像750的第二图像部分750r(例如，右半部分)的内容(和大小)基本相同的内容(和大小)。
163.如图7c所示，输入图像光730和输入图像光760可以具有基本上相同的输入fov。也就是说，输入图像光730的输入fov的对称轴线和输入图像光760的输入fov的对称轴线可以相同，并且输入图像光730的输入fov的角度大小和输入图像光760的输入fov的角度大小可以相同。输入图像光730的输入fov的对称轴线和输入图像光760的输入fov的对称轴线可以垂直于耦入元件735。在第一子帧期间通过第一耦出光栅745-1朝向波导210的表面法线780的第一侧传送的输出图像光732的第一输出fov 734、以及在第二子帧期间由第二耦出光栅745-2朝向波导210的表面法线780的第二侧传送的输出图像光762的第二输出fov 764可以具有基本上窄的重叠区域(或重叠fov部分)。重叠fov部分的角度大小可以小于第一输出fov 734(或第二输出fov 764)的预定百分比。例如，第一输出fov 734(或第二输出fov 764)的预定百分比可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。
164.因此，在由显示元件220显示的虚拟图像750的显示帧期间，总(或组合)输出fov 770可以基本上等于第一输出fov 734(例如，α)和第二输出fov 764(例如，α)的组合。与第一输入fov 732(例如，α)或第二输入fov 762(例如，α)相比，组合输出fov 770可以加倍。相应地，在虚拟图像750的显示帧期间，眼睛260可以感知由第一图像755l和第二图像755r形成的图像755，该第一图像对应于图像755的第一图像部分(例如，左半部分)，该第二图像对应于图像755的第二图像部分(例如，右半部分)。与传统的波导显示系统(例如，图1a中所示的传统的波导显示系统100)(其中，输出fov 134基本上等于输入fov 133)相比，通过配置耦接到波导210的耦入光栅和耦出光栅的光栅矢量(例如，光栅矢量的相对方向)，所公开的光学系统700可以提供与输入fov相比扩展的总输出fov，例如，总输出fov 770可以是输入fov 733或763的两倍。
165.图8a至图8c展示了被配置成提供增大的总输出fov的光学系统800的示意图。光学系统800可以是波导显示系统800。光学系统800可以包括与在本文公开并在其它附图中示出的其它光学系统中包括的元件相似或相同的元件。其它附图中所示的特征，即使为了讨论的简洁性在下面没有明确描述，也可以适用于图8a至图8c中所示的示例。对相同或相似
的元件或特征的描述可以参考以上相应的描述，包括结合图2至图7c呈现的那些描述。
166.如图8a至图8c所示，光学系统800可以包括光源组件205，该光源组件可以包括光源220和光调节系统225。光学系统800还可以包括波导210和控制器215。波导210可以与耦入元件835和耦出元件845耦接。在图8a至图8c所示的示例中，耦入元件835可以包括第一耦入光栅835-1和第二耦入光栅835-2。第一耦入光栅835-1和第二耦入光栅835-2中的至少一者(例如，每一者)可以是可间接切换的光栅。耦出元件845可以包括第一耦出光栅845-1和第二耦出光栅845-2。第一耦出光栅845-1和第二耦出光栅845-2中的至少一者(例如，每一者)可以是可间接切换的光栅。每个可间接切换的光栅可以是图4a和图4b、图6a和图6b、或图6c和图6d中所示的可间接切换的光栅。在一些示例中，耦入光栅元件835可以包括单个耦入光栅(例如，835-1或8355-2)，该耦入光栅可以是偏振非选择性的。
167.在图8a至图8c所示的示例中，耦入光栅835-1和耦入光栅835-2可以被配置成分别衍射具有不同偏振(例如，正交线偏振或正交圆偏振)、即具有相反旋向性的偏振的图像光。耦出光栅845-1和耦出光栅845-2可以被配置成分别衍射具有不同(例如，正交)偏振的图像光。耦入光栅835-1和耦入光栅835-2中的一者可以与耦出光栅845-1和耦出光栅845-2中的一者具有相同的偏振选择性，而耦入光栅835-1和耦入光栅835-2中的另一者可以与耦出光栅845-1和耦出光栅845-2中的另一者具有相同的偏振选择性。
168.出于讨论和说明的目的，假定第一耦入光栅835-1和第一耦出光栅845-1具有相同的偏振敏感性(或选择性)，并且假定第二耦入光栅835-2和第二耦出光栅845-2具有相同的偏振敏感性(或选择性)。例如，当入射光具有第一偏振870a时，第一耦入光栅835-1和第一耦出光栅845-1可以被配置成针对具有第一偏振870a的入射光在衍射状态下运行，并且第二耦入光栅835-2和第二耦出光栅845-2可以被配置成针对具有第一偏振870a的入射光在非衍射状态下运行。当入射光具有第二偏振870b(与第一偏振870a正交)时，第一耦入光栅835-1和第一耦出光栅845-1可以被配置成针对具有第二偏振870b的入射光在非衍射状态下运行，并且第二耦入光栅835-2和第二耦出光栅845-2可以被配置成针对具有第二偏振870b的入射光在衍射状态下运行。
169.在一些示例中，在衍射状态下运行的第一耦入光栅835-1和第一耦出光栅845-1可以形成第一耦合光栅组，并且在衍射状态下运行的第二耦入光栅835-2和第二耦出光栅845-2可以形成第二耦合光栅组。第一耦合光栅组中的第一耦入光栅835-1的光栅矢量的平面内投影和第一耦合光栅组中的第一耦出光栅845-1的光栅矢量的平面内投影的第一矢量和可以是非零矢量，并且第二耦入光栅835-2的光栅矢量的平面内投影和第二耦出光栅845-2的光栅矢量的平面内投影的第二矢量和可以是非零矢量。换句话说，第一耦入光栅835-1的光栅矢量的平面内投影和第一耦出光栅845-1的光栅矢量的平面内投影可以彼此不相等，并且第二耦入光栅835-2的光栅矢量的平面内投影和第二耦出光栅845-2的光栅矢量的平面内投影可以彼此不相等。
170.在一些示例中，第一矢量和的方向与第二矢量和的方向可以彼此不同，例如，第一矢量和的方向与第二矢量和的方向可以反平行。例如，第一矢量和与第二矢量和中的一者可以是具有正方向的矢量，而另一者可以是具有负方向的矢量。在一些示例中，第一矢量和的幅度与第二矢量和的幅度可以彼此不同。在一些示例中，第一矢量和的幅度和第二矢量和的幅度可以基本上相同。
171.在一些示例中，第一耦出光栅845-1或第二耦出光栅845-2中的至少一者(例如，每一者)可以是具有倾斜微结构的光栅(例如，倾斜光栅)。第一耦出光栅845-1的光栅矢量的平面内投影和第二耦出光栅845-2的光栅矢量的平面内投影可以在方向或幅度中的至少一者上不同。在一些示例中，第一耦出光栅845-1的光栅矢量的平面内投影的方向和第二耦出光栅845-2的光栅矢量的平面内投影的方向可以基本上彼此平行，并且第一耦出光栅845-1的光栅矢量的平面内投影的幅度和第二耦出光栅845-2的光栅矢量的平面内投影的幅度可以彼此不同。在一些示例中，第一耦出光栅845-1的光栅周期和第二耦出光栅845-2的光栅周期可以彼此不同，并且第一耦出光栅845-1的倾斜角度和第二耦出光栅845-2的倾斜角度可以基本相同。
172.在一些示例中，耦入光栅835-1或835-2的光栅周期、第一耦出光栅845-1的光栅周期和第二耦出光栅845-2的光栅周期可以彼此不同。例如，第一耦出光栅845-1和第二耦出光栅845-2中的一者的光栅周期可以大于耦入光栅835-1或835-2的光栅周期，而第一耦出光栅845-1和第二耦出光栅845-2中的另一者的光栅周期可以小于耦入光栅835-1或835-2的光栅周期。在一些示例中，第一耦出光栅845-1的光栅周期和第二耦出光栅845-2的光栅周期可以基本相同，并且第一耦出光栅845-1的倾斜角度和第二耦出光栅845-2的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相同的符号。在一些示例中，耦入光栅835-1或835-2的倾斜角度、第一耦出光栅845-1的倾斜角度和第二耦出光栅845-2的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相同的符号。例如，第一耦出光栅845-1和第二耦出光栅845-2中的一者的倾斜角度可以大于耦入光栅835-1或835-2的倾斜角度，而第一耦出光栅845-1和第二耦出光栅845-2中的另一者的倾斜角度可以小于耦入光栅835-1或835-2的倾斜角度。
173.在一些示例中，第一耦出光栅845-1的光栅矢量的平面内投影的方向和第二耦出光栅845-2的光栅矢量的平面内投影的方向可以基本上彼此反平行，并且第一耦出光栅845-1的光栅矢量的平面内投影的幅度和第二耦出光栅845-2的光栅矢量的平面内投影的幅度可以基本上相同。在一些示例中，第一耦出光栅845-1的光栅周期和第二耦出光栅845-2的光栅周期可以基本相同，并且第一耦出光栅845-1的倾斜角度和第二耦出光栅845-2的倾斜角度可以具有基本上相同的绝对值和相反的符号。例如，第一耦出光栅845-1和第二耦出光栅845-2中的一者的倾斜角度可以是正倾斜角度(例如， β)，而第一耦出光栅845-1和第二耦出光栅845-2中的另一者的倾斜角度可以是负倾斜角度(例如，-β)。
174.在一些示例中，第一耦出光栅845-1的光栅矢量的平面内投影的方向和第二耦出光栅845-2的光栅矢量的平面内投影的方向可以基本上彼此反平行，并且第一耦出光栅845-1的光栅矢量的平面内投影的幅度和第二耦出光栅845-2的光栅矢量的平面内投影的幅度可以彼此不同。例如，第一耦出光栅的光栅周期和第二耦出光栅的光栅周期可以基本相同，并且第一耦出光栅的倾斜角度和第二耦出光栅的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相反的符号。
175.光学系统800可以包括设置在耦入元件835的光入射侧处的偏振开关852。偏振开关852可以是图4a和图4b所示的偏振开关470、或者图6a至图6d所示的偏振开关620的示例。控制器215可以控制偏振开关852的运行状态(例如，切换状态或非切换状态)，以配置耦入光栅835-1和835-2以及耦出光栅845-1和845-2的运行状态(衍射状态或非衍射状态)。通过控制偏振开关852的运行状态(切换状态或非切换状态)，控制器215可以间接地控制入射到
耦入光栅835-1和835-2上的图像光的偏振(以及因此入射到耦出光栅845-1和845-2上的图像光的偏振)。相应地，控制器215可以控制耦入光栅835-1和835-2以及耦出光栅845-1和845-2的运行状态(衍射状态或非衍射状态)。控制器215可以(例如，通过有线连接或无线连接)与光源组件205和偏振开关852电耦接。例如，控制器215可以与电源电连接，该电源与偏振开关852耦接。为了说明的简洁性，控制器215与其它元件之间的有线或无线电连接和通信没有在图8a和图8b中示出。
176.在一些示例中，控制器215可以控制或配置光源组件205发射非偏振图像光。光学系统800可以包括设置在光源组件205与偏振开关852之间的偏振器851。偏振器851可以被配置成根据偏振器851的透射轴线，将光源组件205生成的非偏振图像光转换为具有第一偏振870a或第二偏振870b中的一者的偏振图像光。出于讨论的目的，在图8a和图8b中，假设偏振器851是线性偏振器，该线性偏振器被配置成将非偏振图像光转换为具有第一偏振870a(例如，在y轴方向上的线偏振)的线偏振图像光803a。
177.由显示元件220显示的虚拟图像850的显示帧可以包括两个连续的子帧、或可以被划分为两个连续的子帧。在第一子帧期间，如图8a所示，控制器215可以被配置成控制显示元件220显示具有图像部分大小(例如，虚拟图像850的图像大小的1/2)的第一图像部分850l。例如，控制器215可以控制显示元件220输出第一图像光839，该第一图像光对应于、基于或表示第一图像部分850l。第一图像光839可以由显示元件220的全发光区域生成。在一些示例中，第一图像光839可以是非偏振图像光。光调节系统可以调节第一图像光839、并输出具有第一输入fov 833(例如，该第一输入fov具有由角度α表示的角度大小)的第一非偏振图像光838。光调节系统225可以被配置成将具有图像部分大小的第一图像部分850l中的像素的线性分布转换为具有第一输入fov 833的第一非偏振图像光838中的像素的角度分布。
178.偏振器851可以被配置成将第一非偏振图像光838转换为具有第一偏振870a的第一线偏振图像光837。控制器215可以控制偏振开关852在非切换状态下运行。结果，具有第一偏振870a的第一线偏振图像光837可以透射穿过偏振开关852以作为具有第一偏振870a的第一输入图像光830。第一输入图像光830可以与第一非偏振图像光838具有相同的fov(即，第一输入fov 833)。
179.第一耦入光栅835-1可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光，并且透射具有第二偏振870b的图像光而衍射基本上为零或可忽略不计；并且第二耦入光栅835-2可以被配置成衍射具有第二偏振870b的图像光，并且透射具有第一偏振870a的图像光而衍射基本上为零或可忽略不计。因此，第一耦入光栅835-1可以例如由控制器215配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将具有第一输入fov 833(例如，α)的第一输入图像光830耦入到波导210中，作为由第一耦入光线831a和831b界定的第一耦入图像光831。出于讨论的目的，假设当第一耦入图像光831在波导210内传播时，保持第一耦入图像光831的第一偏振870a。
180.第二耦出光栅845-2可以被配置成衍射具有第二偏振870b的图像光，并且透射具有第一偏振870a的图像光而衍射基本上为零或可忽略不计。第二耦出光栅845-2可以针对具有第一偏振870a的第一耦入图像光831用作光学均匀的板，并且第二耦出光栅845-2可以将具有第一偏振870a的第一耦入图像光831透射朝向第一耦出光栅845-1而衍射基本上为零或可忽略不计。第一耦出光栅845-1可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光，并且
透射具有第二偏振870b的图像光而衍射基本上为零或可忽略不计。第一耦出光栅845-1可以被配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将具有第一偏振870a的第一耦入图像光831从波导210耦出，作为由第一输出光线832a和832b界定的第一输出图像光832。例如，第一耦出光栅845-1可以被配置成经由衍射将第一耦入光线831a以第一输出角度(或第一衍射角度)从波导210耦出作为第一输出光线832a，并且将第一耦入光线831b以第二输出角度(或第二衍射角度)从波导210耦出作为第一输出光线832b。第一输出角度和第二输出角度可以具有相同的绝对值和相反的符号。
181.在一些示例中，第一耦入光栅835-1的光栅矢量(例如，光栅矢量的相对方向)和第一耦出光栅845-1的光栅矢量(例如，光栅矢量的相对方向)可以被配置成使得第一耦出光栅845-1可以经由衍射将第一耦入图像光831从波导210耦出，作为朝向波导210的表面法线880的第一侧(例如，左侧)传播的第一输出图像光832。例如，第一输出光线832a的第一输出角度(或第一衍射角度)可以约为零，并且第一输出光线832b的第二输出角度(或第二衍射角度)可以约为 α。在一些示例中，第一输出图像光832可以具有第一输出fov 834，该第一输出fov对应于由第一输出光线832a和832b界定的角度区域。在一些示例中，第一输出fov 834可以具有由角度α表示的角度大小。在一些示例中，第一输出fov 834的对称轴线881可以相对于波导210的表面法线880具有 α/2的角度。也就是说，控制器215可以将第一耦出光栅845-1配置成在衍射状态下运行，以向波导210的表面法线880的第一侧(例如，左侧)传送具有第一输出fov(例如，α)834的输出图像光832。由于第一输出fov(例如，α)834基本上等于第一输入fov 833(例如，α)，所以在第一子帧期间，眼睛260可以感知第一图像855l，该第一图像具有与显示元件220所显示的虚拟图像850的第一图像部分850l(例如，左半部)的内容(和大小)基本相同的内容(和大小)。
182.在第二子帧期间，如图8b所示，控制器215可以被配置成控制显示元件220显示具有图像部分大小(例如，虚拟图像850的图像大小的1/2)的第二图像部分850r。例如，控制器215可以控制显示元件220输出第二图像光869，该第二图像光对应于、基于或表示第二图像部分850r。第二图像光869可以由显示元件220的全发光区域生成。例如，第二图像光869可以是非偏振图像光。光调节系统225可以对第二图像光869进行调节并输出具有第二输入fov 863(例如，该第二输入fov具有由角度α表示的角度大小)的第二非偏振图像光868。光调节系统225可以被配置成将具有图像部分大小的第二图像部分850r中的像素的线性分布转换为具有第二输入fov 863的第二非偏振图像光868中的像素的角度分布。偏振器851可以被配置成将第二非偏振图像光868转换为具有第一偏振870a的第二线偏振图像光867。控制器215可以控制偏振开关852在切换状态下运行。结果，具有第一偏振870a的第二线偏振图像光867可以透射穿过偏振开关852以作为具有第二偏振870b的第二输入图像光860。第二输入图像光860可以与第二非偏振图像光868具有相同的fov(即，第二输入fov 863)。
183.由于第一耦入光栅835-1可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光，并且透射具有第二偏振870b的图像光而衍射基本上为零或可忽略不计，所以第一耦入光栅835-1可以以将具有第二偏振870b的第二输入图像光860透射朝向第二耦入光栅835-2而衍射基本上为零或可忽略不计。由于第二耦入光栅835-2可以被配置成衍射具有第二偏振870b的图像光，并且透射具有第一偏振870a的图像光而衍射基本上为零或可忽略不计，所以第二耦入光栅835-2可以在衍射状态下运行，以经由衍射将具有第二输入fov 863(例如，α)的第
二输入图像光860耦入到波导210中，作为由第二耦入光线861a和861b界定的第二耦入图像光861。出于讨论的目的，假设当第二耦入图像光861在波导210内传播时，保持第二耦入图像光861的第二偏振870b。
184.由于第二耦出光栅845-2可以被配置成衍射具有第二偏振870b的图像光，并且透射具有第一偏振870a的图像光而衍射基本上为零或可忽略不计，所以第二耦出光栅845-2可以被配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将具有第二偏振870b的第二耦入图像光861从波导210耦出，作为由第二输出光线862a和862b界定的第二输出图像光862。例如，第一耦出光栅845-1可以被配置成经由衍射将第一耦入光线861a以第三输出角度(或第三衍射角度)从波导210耦出作为第二输出光线862a，并且将第一耦入光线861b以第四输出角度(或第四衍射角度)从波导210耦出作为第二输出光线862b。可以假定第二输出图像光862具有第二偏振870b。由于第一耦出光栅845-1可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光，并且透射具有第二偏振870b的图像光而衍射基本上为零或可忽略不计，所以第一耦出光栅845-1可以将具有第二偏振870b的第二输出图像光862透射朝向眼睛260而衍射基本上为零或可忽略不计。
185.在一些示例中，第二耦入光栅835-2的光栅矢量(例如，光栅矢量的方向)和第二耦出光栅845-2的光栅矢量(例如，光栅矢量的方向)可以被配置成使得第二耦出光栅845-2可以经由衍射将第二耦入图像光861从波导210耦出，作为朝向波导210的表面法线880的第二侧(例如，右侧)传播的第二输出图像光862。例如，第二输出光线862a的第三输出角度(或第三衍射角度)可以约为-α，第二输出光线862b的第四输出角度(或第四衍射角度)可以约为零。在一些示例中，第二输出图像光862的传播方向可以相对于波导210的表面法线880具有-α/2的角度。在一些示例中，第二输出图像光862可以具有第二输出fov 864，该第二输出fov对应于由第二输出光线862a和862b界定的角度区域。在一些示例中，第二输出fov 864可以具有由角度α表示的角度大小。在一些示例中，第一输出fov 834的对称轴线882可以相对于波导210的表面法线880具有-α/2的角度。也就是说，控制器215可以将第二耦出光栅845-2配置成在衍射状态下运行，以朝向波导210的表面法线880的第二侧(例如，右侧)传送具有第二输出fov 864(例如，α)的第二输出图像光862。由于第二输出fov 864(例如，α)基本上等于第二输入fov 863(例如，α)，因此在第二子帧期间，眼睛260可以感知第二图像855r，该第二图像具有与由显示元件220显示的虚拟图像850的第二图像部分850r(例如，右半部分)的内容(和大小)基本相同的内容(和大小)。
186.如图8c所示，输入图像光830和输入图像光860可以具有基本相同的输入fov，例如，输入图像光830的输入fov的对称轴线和输入图像光860的输入fov的对称轴线可以相同，并且输入图像光830的输入fov的角度大小和输入图像光860的输入fov的角度大小可以相同。此外，输入图像光830的输入fov的对称轴线和输入图像光860的输入fov的对称轴线可以垂直于耦入元件835。在由显示元件220显示的虚拟图像850的显示帧期间，在第一子帧期间由第一耦出光栅845-1朝向波导210的表面法线880的第一侧传送的具有第一输出fov 834的第一输出图像光832、以及在第二子帧期间由第二耦出光栅845-2朝向波导210的表面法线880的第二侧传送的具有第二输出fov 864的第二输出图像光862可以具有基本上窄的重叠区域(或重叠fov部分)。重叠fov部分的角度大小可以小于第一输出fov 834(或第二输出fov 864)的预定百分比。例如，第一输出fov 834(或第二输出fov 864)的预定百分比可
以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。
187.因此，在由显示元件220显示的虚拟图像850的显示帧期间，总组合输出fov 875可以基本上等于第一输出fov 834(例如，α)和第二输出fov 864(例如，α)的组合。在一些示例中，与图8a所示的输入fov(例如，α)833或者图8b所示的输入fov(例如，α)863相比，总输出fov 875可以加倍。相应地，在由显示元件220显示的虚拟图像850的显示帧期间，眼睛260可以感知由在第一子帧期间传送的第一图像855l和在第二子帧期间传送的第二图像855r形成的图像855，该第一图像对应于图像855的第一图像部分(例如，左半部分)，该第二图像对应于图像855的第二图像部分(例如，右半部分)。
188.参考图8a至图8c，与传统的波导显示系统(例如，图1a中所示的传统的波导显示系统100)(其中输出fov 134基本上等于输入fov 133)相比，通过配置耦接到波导210的耦入光栅的光栅矢量(例如，光栅矢量的相对方向)和耦接到波导210的耦出光栅的光栅矢量(例如，光栅矢量的相对方向)，光学系统800可以被配置成提供与输入fov相比扩展的总输出fov。例如，总输出fov 875可以是输入fov 833或863的两倍。在一些示例中，光源组件205可以发射具有第一偏振870a或第二偏振870b的线偏振图像光，并且可以省略偏振器851。因此，可以提高光学系统800的功率效率。
189.图9a至图9c展示了被配置成提供增大的总输出fov的光学系统900的示意图。光学系统900可以包括波导显示系统。光学系统900可以包括与在本文公开并在其它附图中示出的其它光学系统中包括的元件相似或相同的元件。其它附图中所示的特征，即使为了讨论的简单性在下面没有明确描述，也可以适用于图9a至图9c中所示的示例。对相同或相似的元件或特征的描述可以参考以上相应的包括结合图2至图8c呈现的那些描述。
190.如图9a至图9c所示，光学系统900可以包括光源组件205，该光源组件可以包括光源220和光调节系统225。光学系统900还可以包括波导堆叠体901和控制器215。波导堆叠体901可以包括堆叠在一起的多个波导，并且波导堆叠体901可以被配置成以时分复用方式传送不同颜色的单色图像。为了说明的目的，示出了三个波导910a、910a和910c。可以使用其它适当数量的波导，例如两个、四个、五个、六个等等。在一些示例中，对于在波导中出现的波导现象，可以通过气隙来隔开这些波导。在一些示例中，相邻波导之间的气隙可以至少部分地填充有折射率低于这些波导的折射率的材料(例如，液体胶)。至少一个(例如，每个)波导(910a、910b和910c)可以与耦入元件(935、937或939)和耦出元件(945、947或949)耦接。
191.耦入元件(935、937或939)可以被配置成将从光源组件205接收的图像光耦入到波导中以作为耦入图像光。耦出元件(945、947或949)可以被配置成将耦入图像光从波导耦出以朝向眼睛260。耦入元件(935、937和939)中的至少一个(例如，每个)耦入元件可以包括一个在本文公开的可直接切换的光栅。耦出元件(945、947和949)中的至少一个(例如，每个)耦出元件可以包括多个在本文公开的可直接切换的光栅。波导(910a、910b或910c)、设置在波导处的对应的耦入元件(935、937或939)和耦出元件(945、947或949)可以形成波导显示组件。在图9a至图9c所示的示例中，光学系统900可以包括三个波导显示组件。
192.在一些示例中，与相应波导(910a、910b或910c)耦接的光栅可以被配置用于相应的运行波长范围。例如，波导910a可以与被配置用于与第一原色(例如，蓝色)相对应的波段的一个耦入光栅935和两个耦出光栅945-1和945-2耦接。波导910b可以与被配置用于与第
二原色(例如，绿色)相对应的波段的一个耦入光栅937和两个耦出光栅947-1和947-2耦接。波导910c可以与被配置用于与第三原色(例如，红色)相对应的波段的一个耦入光栅939和两个耦出光栅949-1和949-2耦接。
193.光学系统900可以被配置成将具有扩展的总输出fov的多色图像(例如，全色图像)传送到光学系统900的适眼区。在一些示例中，通过光源组件205生成的多色图像的显示图像可以包括六个子帧。多色图像可以是虚拟图像。多色图像可以被划分成三个单色图像950b、950g和950r。控制器215可以控制显示元件220以时分复用方式(例如，在连续的子帧中)显示不同原色(例如，红色、绿色和蓝色)的单色图像950b、950g和950r。每个单色图像950b、950g或950r可以在空间上被划分为具有基本相同(或相等)大小的第一图像部分(例如，左半部分)和第二图像部分(例如，右半部分)。第一图像部分和第二图像部分可以与具有基本相同的输入fov(例如，输入fov)的多个输入图像光相关联。此外，当显示预定原色(例如，红色、绿色或蓝色)的单色图像950b、950g或950r时，控制器215可以控制显示元件220以时分复用方式(即，在两个连续的子帧中)显示单色图像950b、950g或950r的第一图像部分和第二图像部分，这类似于以上结合图7a至图7c描述的示例。
194.类似于图7a至图7c中所示的虚拟图像750的第一图像部分750l和第二图像部分750r在两个连续子帧中顺序透射的运行原理，在图9a至图9c所示的示例中，通过配置相应耦合光栅组中的耦入光栅的光栅矢量和耦出光栅的光栅矢量，相应波导显示组件(相应波导和对应的耦合光栅组)可以被配置成在相应组的两个连续子帧期间，将相应原色(例如，红色、绿色或蓝色)的并具有扩展(例如，与输入fov相比加倍)的总输出fov的单色图像950b、950g或950r传送到光学系统900的适眼区。例如，在第一组的两个连续子帧期间，(由波导910a、以及耦合光栅935和945组形成的)第一波导显示组件可以被配置成将第一原色(例如，蓝色)的并具有扩展(例如，与输入fov相比加倍)的总输出fov的单色图像950b传送到适眼区。
195.在第二组的两个连续子帧(例如，第三子帧和第四子帧)期间，(由波导910b、以及耦合光栅937和947组形成的)第二波导显示组件可以被配置成将第二原色(例如，绿色)的并具有扩展(例如，与输入fov相比加倍)的总输出fov的单色图像950g传送到适眼区。在第三组的两个连续子帧(例如，第五子帧和第六子帧)期间，(由波导910c、以及耦合光栅939和949组形成的)第三波导显示组件可以被配置成将第三原色(例如，红色)的并具有扩展的总输出fov的单色图像950r传送到适眼区。因此，在包括第一子帧到第六子帧的整个显示帧期间，具有扩展(例如，与输入fov相比加倍)的总输出fov的多色图像(例如，全色图像)可以被传送到适眼区。
196.例如，如图9a所示，在第一子帧和第二子帧期间，显示元件220可以显示第一原色(例如，蓝色)的单色图像950b。在第一子帧期间，控制器215可以控制显示元件220显示具有图像部分大小(例如，蓝色图像950b的图像大小的1/2)的第一图像部分950b-l。光源组件205可以输出具有输入fov(例如，该输入fov具有由角度α表示的角度大小)的第一图像光930b。第一图像光930b可以由显示元件220的全发光区域生成。
197.控制器215可以将与波导910a耦接的耦入光栅935和耦出光栅945-1配置成在衍射状态下运行，并且将其余的耦入光栅和耦出光栅配置成在非衍射状态下运行。因此，耦入光栅935可以经由衍射将第一输入图像光930b耦入到波导910a中作为第一耦入图像光931b。
耦出光栅945-1可以将第一耦入图像光931b从波导910a耦出，作为朝向波导910a的表面法线980的第一侧(例如，左侧)传播的第一输出图像光932b。在一些示例中，第一输出图像光932b可以具有输出fov，该输出fov的角度大小基本上等于第一输入图像光930b的输入fov的角度大小。例如，第一输出图像光932b的输出fov可以具有由角度α表示的角度大小。
198.在第二子帧期间，控制器215可以被配置成控制显示元件220显示具有图像部分大小(例如，蓝色图像950b的图像大小的1/2)的第二图像部分950b-r。光源组件205可以输出具有与第一图像光930b的输入fov相同的输入fov(例如，该输入fov具有由角度α表示的角度大小)的第二图像光960b。第二图像光960b可以由显示元件220的全发光区域生成。控制器215可以将与波导910a耦接的耦入光栅935和耦出光栅945-2配置成在衍射状态下运行，并且将其余的耦入光栅和耦出光栅配置成在非衍射状态下运行。因此，耦入光栅935可以经由衍射将第二输入图像光960b耦入到波导910a中作为第二耦入图像光961b。耦出光栅945-2可以将第二耦入图像光961b从波导910a耦出，作为朝向波导910a的表面法线980的第二侧(例如，右侧)传播的第二输出图像光962b。在一些示例中，第二输出图像光962b可以具有输出fov，该输出fov的角度大小基本上等于第二输入图像光960b的输入fov的角度大小。例如，第二输出图像光962b的输出fov可以具有由角度α表示的角度大小。
199.因此，在第一子帧和第二子帧期间，第一输出图像光932b和第二输出图像光962b的组合可以经由耦入光栅935、波导910a、以及耦出光栅945-1和945-2传送到适眼区。与输入fov相比，作为第一输出图像光932b和第二输出图像光962b的组合的总输出fov可以加倍。眼睛260可以感知与具有增大(例如，与输入fov相比加倍)的总输出fov的输出图像光相关联的单色(蓝色)图像955b。
200.如图9b所示，在第三子帧和第四子帧期间，显示元件220可以显示第二原色(例如，绿色)的单色图像950g。在第三子帧期间，控制器215可以控制显示元件220显示具有图像部分大小(例如，绿色图像950g的图像大小的1/2)的第一图像部分950g-l。光源组件205可以输出具有输入fov(例如，该输入fov具有由角度α表示的角度大小)的第三图像光930g。第三图像光930g可以由显示元件220的全发光区域生成。
201.控制器215可以将与波导910b耦接的耦入光栅937和耦出光栅947-1配置成在衍射状态下运行，并且将其余的耦入光栅和耦出光栅配置成在非衍射状态下运行。因此，耦入光栅937可以经由衍射将第三输入图像光930g耦入到波导910b中作为第三耦入图像光931g。耦出光栅947-1可以将第三耦入图像光931g从波导910b耦出，作为朝向波导910b的表面法线980的第一侧(例如，左侧)传播的第三输出图像光932g。在一些示例中，第三输出图像光932g可以具有输出fov，该输出fov的角度大小基本上等于第三输入图像光930g的输入fov的角度大小。例如，第三输出图像光932g的输出fov可以具有由角度α表示的角度大小。
202.在第四子帧期间，控制器215可以被配置成控制显示元件220显示具有图像部分大小(例如，绿色图像950g的图像大小的1/2)的第二图像部分950g-r。光源组件205可以输出具有输入fov(例如，该输入fov具有由角度α表示的角度大小)的第四图像光960g。第四图像光960g可以由显示元件220的全发光区域生成。控制器215可以将与波导910b耦接的耦入光栅937和耦出光栅947-2配置成在衍射状态下运行，并且将其余的耦入光栅和耦出光栅配置成在非衍射状态下运行。因此，耦入光栅937可以经由衍射将第四输入图像光960g耦入到波导910b中作为第四耦入图像光961g。耦出光栅947-2可以将第四耦入图像光961g从波导
910b耦出，作为朝向波导910b的表面法线980的第二侧(例如，右侧)传播的第四输出图像光962g。在一些示例中，第四输出图像光962g可以具有输出fov，该输出fov的角度大小基本上等于第四输入图像光960g的输入fov的角度大小。例如，第四输出图像光962g的输出fov可以具有由角度α表示的角度大小。
203.因此，在第三子帧和第四子帧期间，第三输出图像光932g和第四输出图像光962g的组合可以经由耦入光栅937、波导910b、以及耦出光栅947-1和947-2传送到适眼区。与输入fov相比，作为第三输出图像光932g和第四输出图像光962g的组合的总输出fov可以加倍。眼睛260可以感知与具有增大的总输出fov(例如，与输入fov相比加倍)的输出图像光相关联的单色(绿色)图像955g。
204.如图9c所示，在第五子帧和第六子帧期间，显示元件220可以显示第三原色(例如，红色)的单色图像950r。在第五子帧期间，控制器215可以控制显示元件220显示具有图像部分大小(例如，红色图像950r的图像大小的1/2)的第一图像部分950r-l。光源组件205可以输出具有输入fov(例如，该输入fov具有由角度α表示的角度大小)的第五图像光930r。第五图像光930r可以由显示元件220的全发光区域生成。控制器215可以将与波导910c耦接的耦入光栅939和耦出光栅949-1配置成在衍射状态下运行，并且将其余的耦入光栅和耦出光栅配置成在非衍射状态下运行。因此，耦入光栅939可以经由衍射将第五输入图像光930r耦入到波导910c中作为第五耦入图像光931r。耦出光栅949-1可以将第五耦入图像光931r从波导910c耦出，作为朝向波导910c的表面法线980的第一侧(例如，左侧)传播的第五输出图像光932r。在一些示例中，第五输出图像光932r可以具有输出fov，该输出fov的角度大小基本上等于第五输入图像光930r的输入fov的角度大小。例如，第五输出图像光932r的输出fov可以具有由角度α表示的角度大小。
205.在第六子帧期间，控制器215可以被配置成控制显示元件220显示具有图像部分大小(例如，红色图像950r的图像大小的1/2)的第二图像部分950r-r。光源组件205可以输出具有输入fov(例如，该输入fov具有由角度α表示的角度大小)的第六图像光960r。第六图像光960r可以由显示元件220的全发光区域生成。控制器215可以将与波导910c耦接的耦入光栅939和耦出光栅949-2配置成在衍射状态下运行，并且将其余的耦入光栅和耦出光栅配置成在非衍射状态下运行。因此，耦入光栅939可以经由衍射将第六输入图像光960r耦入到波导910c中作为第六耦入图像光961r。耦出光栅949-2可以将第六耦入图像光961r从波导910c耦出，作为朝向波导910c的表面法线980的第二侧(例如，右侧)传播的第六输出图像光962r。在一些示例中，第六输出图像光962r可以具有输出fov，该输出fov的角度大小基本上等于第六输入图像光960r的输入fov的角度大小。例如，第六输出图像光962r的输出fov可以具有由角度α表示的角度大小。
206.因此，在第五子帧和第六子帧期间，第五输出图像光932r和第六输出图像光962r的组合可以经由耦入光栅939、波导910c、以及耦出光栅949-1和949-2传送到适眼区。与输入fov相比，作为第五输出图像光932r和第六输出图像光962r的组合的总输出fov可以加倍。眼睛260可以感知与具有增大的总输出fov(例如，与输入fov相比加倍)的输出图像光相关联的单色(红色)图像955r。
207.参考图9a至图9c，在包括第一子帧到第六子帧的整个显示帧期间，可以实现不同颜色(例如，蓝色、绿色、红色)的图像光的顺序透射和扩展的总输出fov。最终图像可以被眼
睛260感知为具有扩展的总输出fov的多色图像。在一些示例中，与一个波导(例如，910a、910b或910c)耦接的光栅的运行波长光谱可以被配置成与另一个波导(例如，910a、910b或910c)耦接的光栅的运行波长光谱基本上不重叠。例如，耦接到波导910a的光栅(例如，耦入光栅935、以及耦出光栅945-1和945-2)、耦接到波导910b的光栅(例如，耦入光栅937、以及耦出光栅947-1和947-2)、以及耦接到波导910c的光栅(例如，耦入光栅939、以及耦出光栅949-1和949-2)的运行波长光谱可以基本上彼此不重叠，使得可以最小化或减少各耦出光栅之间的串扰和各耦入光栅之间的串扰。也就是说，在一些示例中，耦出光栅(945-1和945-2、947-1和947-2、949-1和949-2)和耦入光栅(935、937和939)可以各自具有预定的波长选择性，例如，这些光栅可以在预定波段或预定波长范围内使入射光衍射，而在预定波段之外使入射光透射而衍射基本上为零或可忽略不计。例如，耦出光栅(945-1和945-2、947-1和947-2、949-1和949-2)和耦入光栅(935、937和939)中的每一者可以被制造成在布拉格方案下运行以具有预定的波长选择性。
208.在一些示例中，当耦入光栅(935、937和939)基本上是波长选择性的时，不可切换的光栅可以用作光学系统900中的耦入光栅(935、937和939)。在一些示例中，当耦出光栅(945-1和945-2、947-1和947-2、949-1和949-2)和耦入光栅(935、937和939)是波长选择性的时，光学系统900可以被配置成在第一子帧中同时传送不同颜色的单色图像(例如，950b、905g和950r)的第一图像部分(例如，950b-l、905g-l和950r-l)，并且在第二子帧中同时传送不同颜色的单色图像(例如，950b、905g和950r)的第二图像部分(例如，950b-r，905g-r和950r-r)。也就是说，由单色图像950b、950g和950r形成的多色图像的显示帧可以被划分成两个子帧。因此，在两个子帧期间，具有增大的总输出fov的多色图像光可以被输出到适眼区以被眼睛265感知。当显示帧被划分成的子帧的数量从六个减少到两个时，可以使用切换速度较慢的耦出光栅(945-1和945-2、947-1和947-2、949-1和949-2)。
209.在一些示例中，耦入光栅935、937和939可以被堆叠并且被附接到共用(例如，单个)波导，而不是设置在波导堆叠体901中的相应波导处，而耦出光栅945-1和945-2、947-1和947-2、949-1和949-2可以被堆叠并且被附接到同一共用波导。图10a至图10c中示出了示例性结构。耦入光栅的堆叠体和耦出光栅的堆叠体都可以设置在共用的单个波导1010的第一表面或第二表面处，或者耦入光栅的堆叠体和耦出光栅的堆叠体可以分别设置在第一表面和第二表面处。与输入fov相比，对用于实现不同颜色的图像光的时序透射和扩展的总输出fov的操作方案的描述可以参考上面结合图9a至图9c所呈现的描述。图9a至图10c所示的示例可以用于提供单色图像光。对于彩色图像，不同颜色的图像光可以在空间和/或时间上被多路复用。在一些示例中，堆叠体中的波导数量可以从三个减少到两个。对于不同颜色的图像光的单独透射，一个波导可以被配置成用于红色和绿色，而另一个波导可以被配置成用于绿色和蓝色。
210.图7a至图10c展示了提供增大的总输出fov(例如，输入fov的两倍)的原理。以使输入fov加倍为例来描述了该原理。同样的原理可以应用于三倍、四倍等输入fov来获得增大的输出fov。图11a至图11d展示了被配置成提供增大的总输出fov的光学系统1100的示意图。光学系统1100可以称为波导显示系统1100。光学系统1100可以包括与在本文公开并在其它附图中示出的其它光学系统中包括的元件相似或相同的元件。其它附图中所示的特征，即使为了讨论的简洁性在下面没有明确描述，也可以适用于图11a至图11d中所示的示
例。对相同或相似的元件或特征的描述可以参考以上对应的描述，包括结合图2至图10c呈现的那些描述。
211.如图11a至图11d所示，光学系统1100可以包括光源组件205、波导210和控制器215。光源组件205可以包括光源220和光调节系统225。耦入元件1135和耦出元件1145可以耦接到波导210。在图11a至图11d所示的示例中，耦入元件1135可以包括一个耦入光栅(出于讨论的目的也称为1135)，该耦入光栅可以是可切换的光栅或不可切换的光栅。耦出元件1145可以包括堆叠在一起的第一耦出光栅1145-1、第二耦出光栅1145-2和第三耦出光栅1145-3，第一耦出光栅、第二耦出光栅和第三耦出光栅中的至少一者(例如，每一者)可以是可直接切换的光栅。
212.在衍射状态运行以将图像光引入和引出波导210的耦入光栅1135和耦出光栅1145-1、1145-2或1145-3可以被称为一个耦合光栅组。在一些示例中，耦入光栅1135和第一耦出光栅1145-1可以形成第一耦合光栅组。耦入光栅1135和第二耦出光栅1145-2可以形成第二耦合光栅组。耦入光栅1135和第三耦出光栅1145-3可以形成第三耦合光栅组。也就是说，第一耦合光栅组到第三耦合光栅组可以共享一个共用的耦入光栅1135。
213.与第一耦合光栅组的耦入光栅1135和第一耦出光栅1145-1相关联的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是第一矢量和。与第二耦合光栅组的耦入光栅1135和第二耦出光栅1145-2相关联的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是第二矢量和。与第三耦合光栅组的耦入光栅1135和第三耦出光栅1145-3相关联的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是第三矢量和。第一矢量和、第二矢量和、或第三矢量和中的至少一者可以是非零矢量。在一些示例中，第一矢量和、第二矢量和、或第三矢量和中的至少两者可以是非零矢量，并且第一矢量和、第二矢量和、或第三矢量和中的剩余一者可以是零矢量。例如，在图11a至图11d所示的示例中，第一矢量和与第三矢量和可以是非零矢量。换句话说，耦入光栅1135的光栅矢量的平面内投影和第一耦出光栅1145-1的光栅矢量的平面内投影可以彼此不相等，并且耦入光栅1135的光栅矢量的平面内投影和第三耦出光栅1145-3的光栅矢量的平面内投影可以彼此不相等。
214.在一些示例中，第一矢量和的方向与第三矢量和的方向可以彼此不同，例如，第一矢量和的方向与第三矢量和的方向可以反平行。例如，第一矢量和与第三矢量和中的一者可以是具有正方向(例如， x轴方向)的矢量，而另一者可以是具有负方向(例如，-x轴方向)的矢量。在一些示例中，第一矢量和的幅度与第三矢量和的幅度可以彼此不同。在一些示例中，第一矢量和的幅度与第三矢量和的幅度可以基本上相同。在一些示例中，第二矢量和可以是零矢量。换句话说，耦入光栅1135的光栅矢量的平面内投影和第二耦出光栅1145-2的光栅矢量的平面内投影可以具有反平行的方向和基本上相同的幅度。
215.在一些示例中，第一耦出光栅1145-1、第二耦出光栅1145-2或第三耦出光栅1145-3中的至少两者可以是具有倾斜微结构的光栅(例如，倾斜光栅)。例如，第一耦出光栅1145-1和第三耦出光栅1145-3可以是具有倾斜微结构的光栅，并且第二耦出光栅1145-2可以是具有非倾斜微结构的光栅。在一些示例中，耦入光栅1135可以是具有非倾斜微结构的光栅(例如，非倾斜光栅)。第一耦出光栅1145-1的光栅矢量的平面内投影、第二耦出光栅1145-2的光栅矢量的平面内投影和第三耦出光栅1145-3的光栅矢量的平面内投影可以在方向或幅度中的至少一者上不同。
216.在一些示例中，第一耦出光栅1145-1的光栅矢量的平面内投影的方向、第二耦出光栅1145-2的光栅矢量的平面内投影的方向和第三耦出光栅1145-3的光栅矢量的平面内投影的方向可以基本上彼此平行，并且第一耦出光栅1145-1的光栅矢量的平面内投影的幅度、第二耦出光栅1145-2的光栅矢量的平面内投影的幅度和第三耦出光栅1145-3的光栅矢量的平面内投影的幅度可以彼此不同。例如，第一耦出光栅1145-1的光栅周期、第二耦出光栅1145-2的光栅周期和第三耦出光栅1145-3的光栅周期可以彼此不同，并且第一耦出光栅1145-1的倾斜角度、第二耦出光栅1145-2的倾斜角度和第三耦出光栅1145-3的倾斜角度可以基本相同。
217.在一些示例中，耦入光栅1135的光栅周期和第二耦出光栅1145-2的光栅周期可以基本相同，并且耦入光栅1135的光栅周期、第一耦出光栅1145-1的光栅周期和第三耦出光栅1145-3的光栅周期可以彼此不同。例如，第一耦出光栅1145-1和第三耦出光栅1145-3中的一者的光栅周期可以大于耦入光栅1135的光栅周期，而第一耦出光栅1145-1和第三耦出光栅1145-3中的另一者的光栅周期可以小于耦入光栅1135的光栅周期。
218.在一些示例中，第一耦出光栅1145-1的光栅周期、第二耦出光栅1145-2的光栅周期和第三耦出光栅1145-3的光栅周期可以基本相同，并且第一耦出光栅1145-1的倾斜角度、第二耦出光栅1145-2的倾斜角度和第三耦出光栅1145-3的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相同的符号。在一些示例中，耦入光栅1135的倾斜角度、第一耦出光栅1145-1的倾斜角度和第三耦出光栅1145-3的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相同的符号。例如，第一耦出光栅1145-1和第三耦出光栅1145-3中的一者的倾斜角度可以大于耦入光栅1135的倾斜角度，第一耦出光栅1145-1和第三耦出光栅1145-3中的另一者的倾斜角度可以小于耦入光栅1135的倾斜角度。
219.在一些示例中，第一耦出光栅1145-1的光栅矢量的平面内投影的方向、第二耦出光栅1145-2的光栅矢量的平面内投影的方向和第三耦出光栅1145-3的光栅矢量的平面内投影的方向中的至少两个方向可以彼此不同。例如，第一耦出光栅1145-1的光栅矢量的平面内投影的方向和第三耦出光栅1145-3的光栅矢量的平面内投影的方向可以彼此反平行。第二耦出光栅1145-2的光栅矢量的平面内投影方向可以基本上平行于第一耦出光栅1145-1和第三耦出光栅1145-3中的一者的光栅矢量的平面内投影的方向，并且反平行于第一耦出光栅1145-1和第三耦出光栅1145-3中的另一者的光栅矢量的平面内投影的方向。在一些示例中，第二耦出光栅1145-2的光栅矢量的平面内投影的方向可以与耦入光栅1135的光栅矢量的平面内投影的方向反平行。
220.在一些示例中，第一耦出光栅1145-1的光栅矢量的平面内投影的幅度、第二耦出光栅1145-2的光栅矢量的平面内投影的幅度和第三耦出光栅1145-3的光栅矢量的平面内投影的幅度中的至少两个幅度可以彼此不同。例如，第一耦出光栅1145-1的光栅矢量的平面内投影的幅度和第三耦出光栅1145-3的光栅矢量的平面内投影的幅度可以基本上相同、并且可以不同于耦入光栅1135的光栅矢量的平面内投影的幅度。第二耦出光栅1145-2的光栅矢量的平面内投影的幅度可以与耦入光栅1135的光栅矢量的平面内投影的幅度基本相同。
221.在一些示例中，第一耦出光栅1145-1的光栅矢量的平面内投影的幅度、第二耦出光栅1145-2的光栅矢量的平面内投影的幅度和第三耦出光栅1145-3的光栅矢量的平面内
投影的幅度可以彼此不同。例如，第二耦出光栅1145-2的光栅矢量的平面内投影的幅度可以与耦入光栅1135的光栅矢量的平面内投影的幅度基本相同，第一耦出光栅1145-1的光栅矢量的平面内投影的幅度可以小于耦入光栅1135的光栅矢量的平面内投影的幅度，并且第三耦出光栅1145-3的光栅矢量的平面内投影的幅度可以大于耦入光栅1135的光栅矢量的平面内投影的幅度。
222.在一些示例中，第一耦出光栅1145-1的光栅周期、第二耦出光栅1145-2的光栅周期和第三耦出光栅1145-3的光栅周期可以基本相同，并且第一耦出光栅1145-1的倾斜角度、第二耦出光栅1145-2的倾斜角度和第三耦出光栅1145-3的倾斜角度可以彼此不同。在一些示例中，第一耦出光栅1145-1的倾斜角度和第三耦出光栅1145-3的倾斜角度可以具有基本上相同的绝对值和相反的符号。例如，第一耦出光栅1145-1和第三耦出光栅1145-3中的一者的倾斜角度可以是正倾斜角度(例如， β)，而第一耦出光栅1145-1和第三耦出光栅1145-3中的另一者的倾斜角度可以是负倾斜角度(例如，-β)。
223.在一些示例中，第二耦出光栅1145-2的倾斜角度的绝对值可以与耦入光栅1135的倾斜角度的绝对值基本相同，并且第一耦出光栅1145-1(或第三耦出光栅1145-3)的倾斜角度的绝对值可以不同于耦入光栅1135的倾斜角度的绝对值。在一些示例中，第一耦出光栅1145-1的倾斜角度和第三耦出光栅1145-3的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相反的符号。例如，第二耦出光栅1145-2的倾斜角度的绝对值可以与耦入光栅1135的倾斜角度的绝对值基本相同，第一耦出光栅1145-1和第三耦出光栅1145-3中的一者的倾斜角度的绝对值可以大于耦入光栅1135的倾斜角度的绝对值，并且第一耦出光栅1145-1和第三耦出光栅1145-3中的另一者的倾斜角度的绝对值可以小于耦入光栅1135的倾斜角度的绝对值。
224.显示元件220可以被配置成显示虚拟图像1150的多个图像部分。虚拟图像1150可以在空间上被划分(例如，平均划分)为三个图像部分(例如，第一或左图像部分1150l、第二或中间图像部分1150m、以及第三或右图像部分1150r)。在一些示例中，第一图像部分1150l、第二图像部分1150m和第三图像部分1150r中的每一者可以具有预定相等的图像部分大小(例如，相等的对角度长度)。在一些示例中，第一图像部分1150l、第二图像部分1150m或第三图像部分1150r的图像部分大小可以基本上对应于显示元件220的全发光区域(例如，显示元件220中所包括的显示面板的全发光区域；或者当显示元件220包括激光扫描显示面板时，激光扫描器的全扫描范围或区域)的大小。
225.由显示元件220显示的虚拟图像1150的显示帧可以被划分为三个连续的子帧、或可以包括三个连续的子帧。在第一子帧期间，如图11a所示，控制器215可以控制光源组件205输出第一输入图像光1130，该第一输入图像光表示第一图像部分1150l并且具有朝向波导210的输入区域的第一输入fov 1133。第一图像部分1150l可以具有图像部分大小(例如，虚拟图像1150的图像大小的1/3)。例如，控制器215可以控制显示元件220输出第一图像光1139，该第一图像光对应于、基于或表示第一图像部分1150l。第一图像光1139可以由显示元件220的全发光区域生成。第一图像光1139可以是非偏振图像光或偏振图像光。光调节系统225可以将虚拟图像1150的第一图像部分1150l中的像素的线性分布转换为像素的角度分布，并且光调节系统225向波导210的输入区域输出具有第一输入fov 1133的第一输入图像光1130。在一些示例中，第一输入fov 1133可以具有由角度α表示的角度大小。具有第一输入fov 1133(例如，α)的第一输入图像光1130可以被第一输入光线1130a和1130b界定。例
如，第一输入光线1130a可以是第一输入图像光1130的最右光线，而第一输入光线1130b可以是第一输入图像光1130的最左光线。
226.耦入光栅1135可以被配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将具有第一输入fov 1133(例如，α)的第一输入图像光1130耦入到波导210中，作为由第一耦入光线1131a和1131b界定的第一耦入图像光1131。例如，耦入光栅1135可以经由衍射将第一输入光线1130a耦入到波导210中作为第一耦入光线1131a，并且将第一输入光线1130b耦入到波导210中作为第一耦入光线1131b。在一些示例中，当耦入光栅1135是可切换的光栅时，控制器215可以将耦入光栅1135配置为在衍射状态下运行。在一些示例中，当耦入光栅1135是不可切换的光栅时，耦入光栅1135可以固定地在衍射状态下运行。第一耦入图像光1131可以经由tir朝向波导210的输出区域传播。
227.控制器215可以将第一耦出光栅1145-1配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将第一耦入图像光1131从波导210耦出，作为由第一输出光线1132a和1132b界定的第一输出图像光1132。例如，控制器215可以将第一耦出光栅1145-1配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将第一耦入光线1131a以第一输出角度(或第一衍射角度)从波导210耦出作为第一输出光线1132a，并且将第一耦入光线1131b以第二输出角度(或第二衍射角度)从波导210耦出作为第一输出光线1132b。在一些示例中，耦入光栅1135的光栅矢量和第一耦出光栅1145-1的光栅矢量可以被配置成使得第一耦出光栅1145-1可以在衍射状态下运行，以经由衍射将第一耦入图像光1131从波导210耦出，作为朝向波导210的表面法线1180的第一侧(例如，左侧)传播的第一输出图像光1132。
228.在一些示例中，第一输出图像光1132可以具有对应于由第一输出光线1132a和1132b界定的角度区域的第一输出fov 1134。例如，第一输出光线1132a的第一输出角度(或第一衍射角度)可以约为 α/2，第一输出光线1132b的第二输出角度(或第二衍射角度)可约为 3α/2。在一些示例中，第一输出fov 1134可以具有由角度α表示的角度大小。在一些示例中，第一输出fov 1134的对称轴线1181可以相对于波导210的表面法线1180具有 α的角度。也就是说，控制器215可以将第一耦出光栅1145-1配置成在衍射状态下运行，以朝向波导210的表面法线1180的第一侧(例如，左侧)传送第一输出fov(例如，α)1134。换句话说，控制器215可以将第一耦出光栅1145-1配置成在衍射状态下运行，以相对于波导210的表面法线1180将第一输出fov(例如，α)1134旋转 α角度。
229.此外，控制器215可以将第二耦出光栅1145-2和第三耦出光栅1145-3配置成在非衍射状态下运行，以透射第一输出图像光1132朝向眼睛260而衍射基本上为零或可忽略不计。由于第一输出fov(例如，α)1134基本上等于第一输入fov(例如，α)1133，因此在第一子帧期间，眼睛260可以感知第一图像1155l，该第一图像具有与由显示元件220显示的虚拟图像1150的第一图像部分1150l(例如，左图像部分)的内容(和大小)基本相同的内容(和大小)。
230.在第二子帧期间，如图11b所示，控制器215可以控制显示元件220显示具有图像部分大小(例如，虚拟图像1150的图像大小的1/3)的第二图像部分1150m。例如，控制器215可以控制显示元件220输出对应于第二图像部分1150m的第二图像光1169。第二图像光1169可以由显示元件220的全发光区域生成。第二图像光1169可以是非偏振图像光或偏振图像光。光调节系统225可以将虚拟图像1150的第二图像部分1150m(例如，中间图像部分)中的像素
的线性分布转换为像素的角度分布，并且向波导210的输入区域输出具有第二输入fov 1163的第二输入图像光1160。在一些示例中，第二输入fov 1163可以具有由角度α表示的角度大小，即，第二输入fov 1163与第一输入fov 1133具有相同的角度大小。具有第二输入fov(例如，α)1163的第二输入图像光1160可以由第二输入光线1160a和1160b界定。例如，第二输入光线1160a可以是第二输入图像光1160的最右光线，而第二输入光线1160b可以是第二输入图像光1160的最左光线。
231.耦入光栅1135可以被配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将具有第二输入fov(例如，α)1163的第二输入图像光1160耦入到波导210中，作为由第二耦入光线1161a和1161b界定的第二耦入图像光1161。例如，耦入光栅1135可以经由衍射将第二输入光线1160a耦入到波导210中作为第二耦入光线1161a，并且将第二输入光线1160b耦入到波导210中作为第二耦入光线1161b。第二耦入图像光1161可以经由tir朝向波导210的输出区域传播。
232.控制器215可以将第一耦出光栅1145-1配置成在非衍射状态下运行，从而透射第二耦入图像光1161朝向第二耦出光栅745-2而衍射基本上为零或可忽略不计。控制器215可以将第二耦出光栅1145-2配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将第二耦入图像光1161从波导210耦出，作为由第二输出光线1162a和1162b界定的第二输出图像光1162。例如，控制器215可以将第二耦出光栅1145-2配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将第二耦入光线1161a以第三输出角度(或第三衍射角度)从波导210耦出作为第二输出光线1162a，并且将第二耦入光线1161b以第四输出角度(或第四衍射角度)从波导210耦出作为第二输出光线1162b。
233.在一些示例中，耦入光栅1135的光栅矢量的平面内投影的方向和第二耦出光栅1145-2的光栅矢量的平面内投影的方向可以彼此反平行，并且耦入光栅1135的光栅矢量的平面内投影的幅度和第二耦出光栅1145-2的光栅矢量的平面内投影的幅度可以基本相同，使得第二耦出光栅1145-2可以在衍射状态下运行，以经由衍射将第二耦入图像光1161从波导210耦出作为第二输出图像光1162。在一些示例中，第二输出图像光1162可以具有对应于由第二输出光线1162a和1162b界定的角度区域的第二输出fov 1164。例如，第二输出光线1162a的第三输出角度(或第三衍射角度)可以约为-α/2，第二输出光线1162b的第四输出角度(或第四衍射角度)可以约为 α/2。在一些示例中，第二输出fov 1164可以具有由角度α表示的角度大小，即，第二输出fov 1164与输入fov 1163具有相同的角度大小。
234.也就是说，控制器215可以将第二耦出光栅1145-2配置成在衍射状态下运行，以将第二输出fov(例如，α)1164传送到适眼区而不会使第二输出fov 1164相对于第二输入fov 1163旋转。换句话说，第二输出fov 1164的对称轴线可以基本上平行于波导210的表面法线1180。此外，控制器215可以将第三耦出光栅1145-3配置成在非衍射状态下运行，从而透射第二输出图像光1162朝向眼睛260而衍射基本上为零或可忽略不计。由于第二输出fov(例如，α)1164基本上等于第二输入fov(例如，α)1163，因此在第二子帧期间，眼睛260可以感知第二图像1155r，该第二图像具有与由显示元件220显示的虚拟图像1150的第二图像部分1150m(例如，中间图像部分)的内容(和大小)基本相同的内容(和大小)。
235.在第三子帧期间，如图11c所示，控制器215可以控制显示元件220显示具有图像部分大小(例如，虚拟图像1150的图像大小的1/3)的第三图像部分1150r。例如，控制器215可
以控制显示元件220输出第三图像光1199，该第三图像光对应于、基于或表示第三图像部分1150r。第三图像光1199可以由显示元件220的全发光区域生成。第三图像光1199可以是非偏振图像光或偏振图像光。光调节系统225可以将第三图像部分1150r(例如，虚拟图像1150的右半部分)中的像素的线性分布转换为像素的角度分布，并且朝向波导210的输入区域输出具有第三输入fov 1193的第三输入图像光1190。在一些示例中，第三输入fov 1193可以具有由角度α表示的角度大小，即，第三输入fov 1193与第一输入fov 1133和第二输入fov 1163具有相同的角度大小。具有第三输入fov(例如，α)1193的第三输入图像光1190可以被第三输入光线1190a和1190b界定。例如，第三输入光线1190a可以是第三输入图像光1190的最右光线，第三输入光线1190b可以是第三输入图像光1190的最左光线。
236.耦入光栅1135可以被配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将具有第三输入fov(例如，α)1193的第三输入图像光1190耦入到波导210中，作为由第三耦入光线1191a和1191b界定的第三耦入图像光1191。例如，耦入光栅1135可以经由衍射将第三输入光线1190a耦入到波导210中作为第三耦入光线1191a，并且将第三输入光线1190b耦入到波导210中作为第三耦入光线1191b。第三耦入图像光1191可以经由tir朝向波导210的输出区域传播。
237.控制器215可以将第一耦出光栅1145-1和第二耦出光栅1145-2配置成在非衍射状态下运行，以透射第三耦入图像光1191朝向第三耦出光栅1145-3而延伸基本上为零或可忽略不计。控制器215可以将第三耦出光栅1145-3配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将第三耦入图像光1191从波导210耦出，作为由第三输出光线1192a和1192b界定的第三输出图像光1192。例如，控制器215可以将第三耦出光栅1145-3配置成在衍射状态下运行，以经由衍射将第三耦入光线1191a以第五输出角度(或第五衍射角度)从波导210耦出作为第三输出光线1192a，并且将来自波导210的第三耦入光线1191b以第六输出角度(或第六衍射角度)从波导210耦出作为第三输出光线1192b。
238.在一些示例中，耦入光栅1135的光栅矢量(例如，光栅矢量的相对方向)和第三耦出光栅1145-3的光栅矢量(例如，光栅矢量的相对方向)可以被配置成使得第三耦出光栅1145-3可以在衍射状态下运行，以经由衍射将第三耦入图像光1191从波导210耦出，作为朝向波导210的表面法线1180的第二侧(例如，右侧)传播的第三输出图像光1192。在一些示例中，第三输出图像光1192可以具有对应于由第三输出光线1192a和1192b界定的角度区域的第三输出fov 1194。例如，第三输出光线1192a的第五输出角度(或第五衍射角度)可以约为-3α/2，第三输出光线1192b的第六输出角度(或第六衍射角度)可以约为-α/2。在一些示例中，第三输出fov 1194可以具有由角度α表示的角度大小，即，第三输出fov 1194与第三输入fov 1193具有相同的角度大小。
239.在一些示例中，第三输出fov 1194的对称轴线1183可以相对于波导210的表面法线1180具有-α的角度。也就是说，控制器215可以将第三耦出光栅1145-3配置成在衍射状态下运行以向波导210的表面法线1180的第二侧(例如，右侧)传送第三输出fov(例如，α)1194。换句话说，控制器215可以将第三耦出光栅1145-3配置成在衍射状态下运行，以使第三输出fov(例如，α)1194相对于波导210的表面法线1180旋转-α的角度。由于第三输出fov(例如，α)1194基本上等于第三输入fov(例如，α)1193，因此在第三子帧期间，眼睛260可以感知第三图像1155r，该第三图像具有与由显示元件220显示的虚拟图像1150的第三图像部
分1150r(例如，右图像部分)的内容(和大小)基本相同的内容(和大小)。
240.如图11d所示，输入图像光1130、1160和1190可以具有基本上相同的输入fov。例如，输入图像光1130、1160和1190的输入fov的对称轴线可以相同，并且输入图像光1130、1160和1190的输入fov的角度大小可以相同。输入图像光1130、1160和1190的输入fov的对称轴线可以垂直于耦入元件1135。此外，输入图像光1130、1160和1190的中心光线的传播方向可以彼此平行、并且可以垂直于耦入元件1135。在由显示元件220显示的虚拟图像1150的显示帧期间，第一耦出光栅1145-1在第一子帧期间传送的第一输出fov 1134(例如，α)、第二耦出光栅1145-2在第二子帧期间传送的第二输出fov 1164(例如，α)、以及第三耦出光栅1145-3在第三子帧期间传送的第三输出fov 1194(例如，α)可以具有基本上窄的重叠区域(或重叠fov部分)。
241.重叠fov部分的角度大小可以小于第一输出fov 1134(或第二输出fov 1164或第三输出fov 1194)的预定百分比。例如，第一输出fov 1134(或第二输出fov 1164或第三输出fov 1194)的预定百分比可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。在由显示元件220显示的虚拟图像1150的显示帧期间，总组合输出fov 1170可以基本上等于第一输出fov 1134、第二输出fov 1164和第三输出fov 1194的组合。例如，总输出fov 1170可以是输入fov(例如，第一输入fov 1133、第二输入fov 1163或第三输入fov 1193)的三倍。因此，在由显示元件220显示的虚拟图像1150的显示帧期间，眼睛260可以感知图像1155，该图像由分别对应于图像1155的第一图像部分(例如，左图像部分)的第一图像1155l、对应于图像1155的第二图像部分(例如，中间图像部分)的第二图像1155m和对应于图像1155的第三图像部分(例如，右图像部分)的第三图像1155r形成。
242.与传统的波导显示系统(例如，图1a中所示的传统的波导显示系统100)(其中输出fov 134基本上等于输入fov 133)相比，通过对一个耦合光栅组中的耦入光栅和耦出光栅的光栅矢量(例如，光栅矢量的相对方向和幅度)进行配置，图11a至图11d中所示的公开的光学系统1100可以被配置成提供与输入fov相比扩展的总输出fov。图11a至图11d示出了将具有扩展的总输出fov的单色图像传送到适眼区的构造和操作方案。将具有扩展的总输出fov(例如，与输入fov相比增大了三倍)的多色图像(例如，全色图像)传送到适眼区可以基于与以上结合图9a至图9c或图10a至图10c描述的机制类似的机制。
243.图12a至图12d展示了被配置成提供增大的总输出fov的光学系统1200的示意图。光学系统1200可以被称为波导显示系统。光学系统1200可以包括与在本文公开并在其它附图中示出的其它光学系统中包括的元件相似或相同的元件。其它附图中所示的特征，即使为了讨论的简洁性在下面没有明确描述，也可以适用于图12a至图12d中所示的示例。对相同或相似的元件或特征的描述可以参考以上对应的描述，包括结合图2至图11d呈现的那些描述。
244.光学系统1200可以包括光源组件205、波导堆叠体1201、以及控制器215(图12a至图12d未示出)。光源组件205可以包括显示元件220和光学耦合到显示元件220的光调节系统225。显示元件220和光调节系统225未在图12a至图12d中示出。对显示元件220和光调节系统225的描述可以参考结合图7a至图11d呈现的上文的对应描述。
245.波导堆叠体1201可以包括堆叠在一起的多个波导。为了说明的目的，示出了三个
波导1210a、1210a和1210c。可以使用其它适当数量的波导，例如两个、四个、五个、六个等等。在一些示例中，对于在波导中出现的波导现象，可以通过气隙来分开这些波导。在一些示例中，相邻波导之间的气隙可以至少部分地填充有折射率低于波导的折射率的材料(例如，液体胶)。至少一个(例如，每个)波导(1210a、1210a和1210c)可以与耦入元件(1235、1237或1239)和耦出元件(1245、1247或1249)耦接。耦入元件(1235、1237或1239)可以被配置成将从光源组件205接收的图像光耦入到波导中以作为耦入图像光。耦出元件(1245、1247或1249)可以被配置成将耦入图像光从波导耦出以朝向眼睛260。耦入元件(1235、1237和1239)中的至少一个(例如，每个)耦入元件可以包括如上所述并在其它图中所示的一个或多个可间接切换的光栅。耦出元件(1245、1247和1249)中的至少一个(例如，每个)耦出元件可以包括如上所述并在其它附图中示出的一个或多个可间接切换的光栅。波导(1210a、1210b或1210c)可以形成波导显示组件，该波导显示组件具有耦接到波导的相应的耦入元件(1235、1237或1239)和耦出元件(1245、1247或1249)。
246.在图12a至图12d所示的示例中，光学系统1200包括三个波导显示组件。每个耦入元件1235、1237或1239可以包括可间接切换的耦入光栅(出于讨论的目的也称为1235、1237或1239)，并且每个耦出元件1245、1247或1249可以包括可间接切换的耦出光栅(出于讨论的目的也称为1245、1247或1249)。在衍射状态下运行以将图像光衍射进出波导1210a、1210b或1210c的耦入光栅1235、1237或1239和耦出光栅1245、1247或1249可以被称为一个耦合光栅组。在一些示例中，与波导1210a耦接的第一耦入光栅1235和第一耦出光栅1245可以形成第一耦合光栅组。与波导1210b耦接的第二耦入光栅1237和第二耦出光栅1247可以形成第二耦合光栅组。与波导1210c耦接的第三耦入光栅1239和第三耦出光栅1249可以形成第三耦合光栅组。
247.第一耦合光栅组的第一耦入光栅1235的光栅矢量的平面内投影和第一耦合光栅组的第一耦出光栅1245的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是第一矢量和。第二耦合光栅组的第二耦入光栅1237的光栅矢量的平面内投影和第二耦合光栅组的第二耦出光栅1247的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是第二矢量和。第三耦合光栅组的第三耦入光栅1239的光栅矢量的平面内投影和第三耦合光栅组的第三耦出光栅1249的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是第三矢量和。第一矢量和、第二矢量和、或第三矢量和中的至少一者可以是非零矢量。在一些示例中，第一矢量和、第二矢量和、或第三矢量和中的至少两者可以是非零矢量，并且第一矢量和、第二矢量和或第三矢量和中的剩余一者可以是零矢量。
248.例如，在图12a至图12d所示的示例中，第一矢量和与第三矢量和可以是非零矢量。换句话说，第一耦入光栅1235的光栅矢量的平面内投影和第一耦出光栅1245的光栅矢量的平面内投影可以彼此不相等，并且第三耦入光栅1239的光栅矢量的平面内投影和第三耦出光栅1249的光栅矢量的平面内投影可以彼此不相等。在一些示例中，第一矢量和的方向与第三矢量和的方向可以彼此不同，例如，第一矢量和的方向与第三矢量和的方向可以反平行。例如，第一矢量和与第三矢量和中的一者可以是具有正方向的矢量，而另一者可以是具有负方向的矢量。在一些示例中，第一矢量和的幅度与第三矢量和的幅度可以彼此不同。在一些示例中，第一矢量和的幅度与第三矢量和的幅度可以基本上相同。在一些示例中，第二矢量和可以是零矢量。换句话说，第二耦入光栅1237的光栅矢量的平面内投影和第二耦出光栅1247的光栅矢量的平面内投影可以具有反平行的方向和基本上相同的幅度。
249.在一些示例中，第一耦出光栅1245、第二耦出光栅1247或第三耦出光栅1249中的至少两者可以是具有倾斜微结构的光栅(例如，倾斜光栅)。例如，第一耦出光栅1245和第三耦出光栅1249可以是具有倾斜微结构的光栅(例如，倾斜光栅)，而第二耦出光栅1247可以是具有非倾斜微结构的光栅(例如，非倾斜光栅)。在一些示例中，耦入光栅1235、1237和1239中的每一个耦入光栅可以是具有非倾斜微结构的光栅(例如，非倾斜光栅)。在一些示例中，耦入光栅1235、1237和1239的光栅矢量的平面内投影可以基本上相同。第一耦出光栅1245的光栅矢量的平面内投影、第二耦出光栅1247的光栅矢量的平面内投影和第三耦出光栅1249的光栅矢量的平面内投影可以在方向或幅度中的至少一者上不同。
250.在一些示例中，第一耦出光栅1245的光栅矢量的平面内投影的方向、第二耦出光栅1247的光栅矢量的平面内投影的方向和第三耦出光栅1249的光栅矢量的平面内投影的方向可以基本上彼此平行，并且第一耦出光栅1245的光栅矢量的平面内投影的幅度、第二耦出光栅1247的光栅矢量的平面内投影的幅度和第三耦出光栅1249的光栅矢量的平面内投影的幅度可以彼此不同。例如，第一耦出光栅1245的光栅周期、第二耦出光栅1247的光栅周期和第三耦出光栅1249的光栅周期可以彼此不同，并且第一耦出光栅1245的倾斜角度、第二耦出光栅1247的倾斜角度和第三耦出光栅1249的倾斜角度可以基本相同。在一些示例中，耦入光栅1235、1237或1239的光栅周期、第一耦出光栅1245的光栅周期和第三耦出光栅1249的光栅周期可以彼此不同。例如，第一耦出光栅1245和第三耦出光栅1249中的一者的光栅周期可以大于耦入光栅1235、1237或1239的光栅周期，而第一耦出光栅1245和第三耦出光栅1249中的另一者的光栅周期可以小于耦入光栅1235的光栅周期。
251.在一些示例中，耦入光栅1235、1237或1239的光栅周期和第二耦出光栅1247的光栅周期可以基本相同。在一些示例中，第一耦出光栅1245的光栅周期、第二耦出光栅1247的光栅周期和第三耦出光栅1249的光栅周期可以基本相同，并且第一耦出光栅1245的倾斜角度、第二耦出光栅1247的倾斜角度和第三耦出光栅1249的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相同的符号。在一些示例中，耦入光栅1235、1237或1239的倾斜角度、第一耦出光栅1245的倾斜角度和第三耦出光栅1249的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相同的符号。例如，第一耦出光栅1245和第三耦出光栅1249中的一者的倾斜角度可以大于耦入光栅1235、1237或1239的倾斜角度，而第一耦出光栅1245和第三耦出光栅1249中的另一者的倾斜角度可以小于耦入光栅1235、1237或1239的倾斜角度。
252.在一些示例中，第一耦出光栅1245的光栅矢量的平面内投影的方向、第二耦出光栅1247的光栅矢量的平面内投影的方向和第三耦出光栅1249的光栅矢量的平面内投影的方向中的至少两个方向可以彼此不同。例如，第一耦出光栅1245的光栅矢量的平面内投影的方向和第三耦出光栅1249的光栅矢量的平面内投影的方向可以彼此反平行。第二耦出光栅1247的光栅矢量的平面内投影的方向可以基本上平行于第一耦出光栅1245和第三耦出光栅1249中的一者的光栅矢量的平面内投影的方向，并且第二耦出光栅1247的光栅矢量的平面内投影的方向与第一耦出光栅1245和第三耦出光栅1249中的剩余一者的光栅矢量的平面内投影的方向反平行。在一些示例中，第二耦出光栅1247的光栅矢量的平面内投影的方向可以与耦入光栅1237的光栅矢量的平面内投影的方向反平行。
253.在一些示例中，第一耦出光栅1245的光栅矢量的平面内投影的幅度、第二耦出光栅1247的光栅矢量的平面内投影的幅度和第三耦出光栅1249的光栅矢量的平面内投影的
幅度中的至少两个幅度可以彼此不同。例如，第一耦出光栅1245的光栅矢量的平面内投影的幅度和第三耦出光栅1249的光栅矢量的平面内投影的幅度可以基本相同，并且可以不同于耦入光栅1235或1239的光栅矢量的平面内投影的幅度。第二耦出光栅1247的光栅矢量的平面内投影的幅度可以与耦入光栅1237的光栅矢量的平面内投影的幅度基本相同。在一些示例中，第一耦出光栅1245的光栅矢量的平面内投影的幅度、第二耦出光栅1247的光栅矢量的平面内投影的幅度和第三耦出光栅1249的光栅矢量的平面内投影的幅度可以彼此不同。例如，第二耦出光栅1247的光栅矢量的平面内投影的幅度可以与耦入光栅1237的光栅矢量的平面内投影的幅度基本相同。第一耦出光栅1245的光栅矢量的平面内投影的幅度可以小于耦入光栅1235的光栅矢量的平面内投影的幅度。第三耦出光栅1249的光栅矢量的平面内投影的幅度可以大于耦入光栅1239的光栅矢量的平面内投影的幅度。
254.在一些示例中，第一耦出光栅1245的光栅周期、第二耦出光栅1247的光栅周期和第三耦出光栅1249的光栅周期可以基本相同，并且第一耦出光栅1245的倾斜角度、第二耦出光栅1247的倾斜角度和第三耦出光栅1249的倾斜角度可以彼此不同。在一些示例中，第一耦出光栅1245的倾斜角度和第三耦出光栅1249的倾斜角度可以具有基本上相同的绝对值和相反的符号。例如，第一耦出光栅1245和第三耦出光栅1249中的一者的倾斜角度可以是正倾斜角度(例如， β)，而第一耦出光栅1245和第三耦出光栅1249中的另一者的倾斜角度可以是负倾斜角度(例如，-β)。
255.在一些示例中，第二耦出光栅1247的倾斜角度的绝对值可以与耦入光栅1237的倾斜角度的绝对值基本相同，并且第一耦出光栅1245(或第三耦出光栅1249)的倾斜角度的绝对值可以不同于耦入光栅1235或1239的倾斜角度的绝对值。在一些示例中，第一耦出光栅1245的倾斜角度和第三耦出光栅1249的倾斜角度可以具有不同的绝对值和相反的符号。例如，第二耦出光栅1247的倾斜角度的绝对值可以与耦入光栅1237的倾斜角度的绝对值基本相同，第一耦出光栅1245和第三耦出光栅1249中的一者的倾斜角度的绝对值可以大于耦入光栅1235或1239的倾斜角度的绝对值，并且第一耦出光栅1245和第三耦出光栅1249中的剩余的一者的倾斜角度的绝对值可以小于耦入光栅1235或1239的倾斜角度的绝对值。
256.在一些示例中，耦入光栅(例如，1235、1237或1239)中的至少一个(例如，每个)耦入光栅可以与偏振开关(例如，1252a、1252b或1252c)相关联。在一些示例中，偏振开关(例如，1252a、1252b或1252c)可以设置在对应的耦入光栅(例如，1235、1237或1239)的光入射侧处。在图像光入射到耦入元件上之前，图像光可以穿过偏振开关。偏振开关(例如，1252a、1252b或1252c)可以由控制器215控制以在切换状态或非切换状态下运行。在控制器215的控制下，偏振开关(例如，1252a、1252b或1252c)可以在图像光入射到耦入光栅(例如，1235、1237或1239)上之前控制图像光的偏振，从而将耦入光栅(例如，1235、1237或1239)切换成针对该图像光在衍射状态或非衍射状态下运行。
257.在一些示例中，耦出光栅(例如，1245、1247或1249)中的至少一个(例如，每个)耦出光栅可以与偏振开关(例如，1257a、1257b或1257c)耦接。例如，偏振开关1257a可以与耦出光栅1247相关联，偏振开关1257b可以与耦出光栅1249相关联。偏振开关1257c可以不与耦出光栅相关联。在一些示例中，可以省略偏振开关1257c。如图12a所示，耦出光栅1245可以不与偏振开关相关联。在一些示例中，耦出光栅1245可以与设置在波导1210a与耦出光栅1245之间的偏振开关相关联。为了说明的简洁性，省略了可以与耦出光栅1245相关联的偏
振开关。
258.波导堆叠体1201的耦入光栅1235、1237和1239以及耦出光栅1245、1247和1249可以是具有相同偏振选择性或不同偏振选择性的偏振选择性光栅。在一些示例中，耦入光栅1235和耦出光栅1245可以具有相同的偏振选择性。在一些示例中，耦入光栅1237和耦出光栅1247可以具有相同的偏振选择性。在一些示例中，耦入光栅1239和耦出光栅1249可以具有相同的偏振选择性。出于讨论的目的，在图12a至图12d中，波导堆叠体1201的耦入光栅1235、1237和1239以及耦出光栅1245、1247和1249可以被配置成具有相同的偏振选择性。例如，耦入光栅1235、1237和1239以及耦出光栅1245、1247和1249可以衍射具有相同偏振(例如，第一偏振870a)的图像光，并且透射具有不同偏振(例如，与第一偏振870a正交的第二偏振870b)的图像光而衍射基本上为零或可忽略不计。线偏振870a和870b被用作示例偏振。在一些示例中，具有相反旋向性的圆偏振可以分别用作第一偏振870a和第二偏振870b。
259.光源组件205可以例如由控制器215配置或控制以发射非偏振图像光。光学系统1200可以包括设置在光源组件205与波导堆叠体1201之间的偏振器1251。偏振器1251可以被配置成将非偏振图像光转换为具有第一偏振870a或第二偏振870b的偏振图像光。出于讨论的目的，将偏振器1251示为被配置成将非偏振图像光转换为具有第二偏振870b的线偏振图像光的线性偏振器。
260.类似于图11a至图11d中所示的光学系统1100，显示元件220(未示出)可以被配置成显示具有预定图像大小的虚拟图像1250。虚拟图像1250可以在空间上被划分(例如，等分)为三个图像部分，每个图像部分具有图像部分大小(例如，对角线长度)，这三个图像部分例如是第一(左)图像部分1250l、第二(中间或中心)图像部分1250m和第三(右)图像部分1250r。在一些示例中，每个图像部分的图像部分大小可以基本上对应于显示元件220中所包括的显示面板的全发光区域(或者当显示元件220包括激光扫描显示面板时，激光扫描器的全扫描范围或区域)的大小。光调节系统225(未示出)中所包括的准直透镜可以将具有基本相同的图像部分大小的第一图像部分1250l、第二图像部分1250m和第三图像部分1250r变换为具有基本相同的输入fov的图像光。
261.由显示元件220显示的虚拟图像1250的显示帧可以包括三个连续的子帧、或可以被划分为三个连续的子帧。在第一子帧期间，如图12a所示，控制器215可以控制或配置偏振开关1252a、1252b和1257a在切换状态下运行，以及控制或配置偏振开关1252c、1257b和1257c在非切换状态下运行。出于说明的目的，将在切换状态下运行的偏振开关描绘为填充有黑色的矩形，而将在非切换状态下运行的偏振开关描绘为填充有白色的矩形(或未填充的矩形)。
262.控制器215可以控制显示元件220显示具有图像部分大小(例如，虚拟图像1250的图像大小的1/3)的第一图像部分1250l。例如，控制器215可以控制显示元件220输出对应于第一图像部分1250l的第一图像光。第一图像光可以由显示元件220的全发光区域生成。例如，第一图像光可以是非偏振图像光。光调节系统225(未示出)可以将虚拟图像1250的第一图像部分1250l中的像素的线性分布转换为像素的角度分布，并输出具有预定fov 1233(例如，该预定fov具有由角度α表示的角度大小)的第一非偏振图像光1238。偏振器1251可以将第一非偏振图像光1238转换为具有第二偏振870b的第一线偏振图像光1237。在切换状态下运行的偏振开关1252a可以将具有第二偏振870b的第一线偏振图像光1237透射为具有第一
偏振870a的第一输入图像光1230。第一输入图像光1230可以具有与第一非偏振图像光1238的预定fov 1233基本相同的fov(称为第一输入fov)。出于讨论的目的，第一输入fov也称为1233。
263.由于耦入光栅1235可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光，并且透射具有第二偏振870b的图像光而衍射基本上零或可忽略不计，所以耦入光栅1235可以经由衍射将具有第一偏振870a的第一输入图像光1230耦入到波导1210a中作为第一耦入图像光1231。假设当第一耦入图像光1231在波导1210a内通过tir朝向耦出光栅1245传播时，保持第一耦入图像光1231的第一偏振870a。
264.耦出光栅1245可以被配置成经由衍射将具有第一偏振870a的第一耦入图像光1231从波导1210a耦出，作为由第一输出光线1232a和1232b界定的第一输出图像光1232。假设第一输出图像光1232具有第一偏振870a。在一些示例中，耦入光栅1235的光栅矢量和耦出光栅1245的光栅矢量可以被配置成使得在衍射状态下运行的耦出光栅1245可以经由衍射将第一耦入图像光1231从波导1210a耦出，作为朝向波导1210a的表面法线1280的第一侧(例如，左侧)传播的第一输出图像光1232。
265.在一些示例中，第一输出图像光1232可以具有对应于由第一输出光线1232a和1232b界定的角度区域的第一输出fov 1234。例如，第一输出光线1232a的第一输出角度(或第一衍射角度)可以约为 α/2，第一输出光线1232b的第二输出角度(或第二衍射角度)可以约为 3α/2。在一些示例中，第一输出fov 1234可以具有由角度α表示的角度大小，即，第一输出fov 1234与输入fov 1233具有相同的角度大小。在一些示例中，第一输出fov 1234的对称轴线1281可以相对于波导1210a的表面法线1280具有 α的角度。
266.也就是说，控制器215可以将耦出光栅1245配置成在衍射状态下运行，以向波导1210a的表面法线1280的第一侧(例如，左侧)传送第一输出fov(例如，α)1234。换句话说，控制器215可以将耦出光栅1245配置成在衍射状态下运行，以相对于波导1210a的表面法线1280将第一输出fov(例如，α)1234旋转 α角度。
267.在波导堆叠体1201的耦出侧处，在切换状态下运行的偏振开关1257a可以将具有第一偏振870a的第一输出图像光1232转换为具有第二偏振870b的图像光1236b。由于耦出元件1247可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光、并透射具有第二偏振870b的图像光，所以从偏振开关1257a输出的具有第二偏振870b的图像光1236b可以行进穿过波导1210b和耦出元件1247而不被衍射(即，衍射可以基本上为零或可忽略不计)。在非切换状态下运行的偏振开关1257b可以在不影响图像光1236b的偏振的情况下透射具有第二偏振870b的图像光1236b。从偏振开关1257b输出的图像光可以表示为具有第二偏振870b的图像光1236c。
268.由于耦出元件1249可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光并且透射具有第二偏振870b的图像光，所以具有第二偏振870b的图像光1236c可以行进穿过波导1210c和耦出光栅1249而不被衍射。从耦出光栅1249输出的图像光可以表示为具有第二偏振870b的图像光1236d。在非切换状态下运行的偏振开关1257c可以在不影响偏振的情况下透射具有第二偏振870b的图像光1236d。从偏振开关1257c输出的图像光1236d可以朝向波导1210c的表面法线1280的第一侧(例如，左侧)传播，并且图像光1236d具有与由耦出光栅1245耦出的第一输出图像光1232的第一输出fov 1234基本相同的fov。由于第一输出fov(例如，α)1234
基本上等于第一输入fov(例如，α)1233，因此在第一子帧期间，眼睛260可以感知第一图像1255l，该第一图像具有与虚拟图像1250的第一图像部分1250l(例如，左图像部分)的内容(和大小)基本相同的内容(和大小)。
269.在一些示例中，在波导堆叠体1201的耦入侧处，第一输入图像光1230的具有第一偏振870a的部分1206a可以不被耦入光栅1235耦入到波导1210a中。而是，该部分1206a可以穿过波导1210a朝向波导1210b行进。在切换状态下运行的偏振开关1252b可以将具有第一偏振870a的部分1206a转换为具有第二偏振870b的图像光1206b。由于耦入光栅1237可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光、并且透射具有第二偏振870b的图像光，所以从偏振开关1252b输出的具有第二偏振870b的图像光1206b可以不被耦入光栅1237耦入到波导1210b中。而是，图像光1206b可以穿过耦入光栅1237和波导1210b朝向波导1210c行进。在非切换状态下运行的偏振开关1252c可以在不影响偏振的情况下透射具有第二偏振870b的图像光1206b。由于耦入光栅1239可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光、并且透射具有第二偏振870b的图像光，所以从偏振开关1252c输出的具有第二偏振870b的图像光1206b可以不被耦入光栅1239耦入到波导1210c中。而是，图像光1206b可以穿过耦入光栅1239和波导1210c行进。
270.在第二子帧期间，如图12b所示，控制器215可以控制或配置偏振开关1252a、1257a和1257c在非切换状态下运行，并且控制或配置偏振开关1252b、1252c和1257b在切换状态下运行。控制器215可以控制显示元件220显示具有图像部分大小(例如，虚拟图像1250的图像大小的1/3)的第二图像部分1250m。例如，控制器215可以控制显示元件220输出对应于第二图像部分1250m的第二图像光。第二图像光可以由显示元件220的全发光区域生成。第二图像光可以是非偏振图像光或偏振图像光。光调节系统225(未示出)可以将虚拟图像1250的第二图像部分1250m中的像素的线性分布转换为像素的角度分布，并且输出具有输入fov 1263(例如，该输入fov具有由角度α表示的角度大小)的第二非偏振图像光1268，该输入fov 1263可以与输入fov 1233相同。偏振器1251可以将第二非偏振图像光1268转换为具有第二偏振870b的第二线偏振图像光1267。在非切换状态下运行的偏振开关1252a可以将具有第二偏振870b的第二线偏振图像光1267透射为具有第二偏振870b的第二输入图像光1260。第二输入图像光1260可以具有与第二非偏振图像光1268的fov 1263相同的fov(例如，第二输入fov)。出于讨论的目的，第二输入fov也称为1263。
271.由于耦入光栅1235可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光并且透射具有第二偏振870b的图像光，所以具有第二偏振870b的第二输入图像光1260可以不被耦入光栅1235耦入到波导1210a中。而是，具有第二偏振870b的第二输入图像光1260可以穿过耦入光栅1235和波导1210a朝向波导1210b行进。在切换状态下运行的偏振开关1252b可以将第二输入图像光1260的偏振从第二偏振870b改变为第一偏振870a。因此，第二输入图像光1260可以具有第一偏振870a。
272.由于耦入光栅1237可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光并且透射具有第二偏振870b的图像光，所以耦入光栅1237可以将具有第一偏振870a的第二输入图像光1260耦入到波导1210b中作为第二耦入图像光1261。假定第二耦入图像光1261具有第一偏振870a，当第二耦入图像光1261在波导1210b内通过tir向耦出光栅1247传播时，假定保持第一偏振870a。具有第一偏振870a的第二耦入图像光1261可以通过耦出光栅1247从波导
1210b耦出，作为由第二输出光线1262a和1262b界定的第二输出图像光1262。假定第二输出图像光1262具有第一偏振870a。
273.在衍射状态下运行的耦出光栅1247可以经由衍射将第二耦入图像光1261从波导1210a耦出作为第二输出图像光1262。在一些示例中，第二输出图像光1262可以具有对应于由第二输出光线1262a和1262b界定的角度区域的第二输出fov 1264。例如，第二输出光线1262a的第三输出角度(或第三衍射角度)可以约为-α/2，第二输出光线1262b的第四输出角度(或第四衍射角度)可约为 α/2。在一些示例中，第二输出fov 1264可以具有由角度α表示的角度大小，即，第二输出fov 1264与输入fov 1263具有相同的角度大小。第二输出fov 1264的对称轴线可以具有与波导1210b的表面法线1280基本平行或重合的方向。也就是说，控制器215可以将耦出光栅1247配置成在衍射状态下运行，以将第二输出fov(例如，α)1264传送到适眼区，而不使第二输出fov 1264相对于波导1210b的表面法线1280旋转。
274.在切换状态下运行下的偏振开关1257b可以将从耦出光栅1247输出的具有第一偏振870a的第二输出图像光1262转换为具有第二偏振870b的图像光1266b。由于耦出光栅1249可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光并且透射具有第二偏振870b的图像光，所以具有第二偏振870b的图像光1266b可以穿过波导1210c和耦出光栅1249朝向偏振开关1257c行进。在非切换状态下运行的偏振开关1257c可以使具有第二偏振870b的图像光1266b透射朝向适眼区以作为具有相同偏振的图像光1266c。图像光1266c可以在基本上平行于表面法线1280的方向上传播。图像光1266c的fov可以基本上与第二输出fov 1264相同。由于第二输出fov 1264(例如，α)基本上等于第二输入fov 1263(例如，α)，因此在第二子帧期间，眼睛260可以感知第二图像1255m，该第二图像具有与由显示元件220显示的虚拟图像1250的第二图像部分1250m(例如，中间图像部分)的内容(和大小)基本相同的内容(和大小)。
275.返回参考波导堆叠体1201的耦入侧，如图12b所示，第二输入图像光1260的具有第一偏振870a的部分1206c可以不被耦入到波导1210b中。而是，该部分1206c(也称为图像光1206c)可以穿过波导1210b朝向偏振开关1252c行进。在切换状态下运行下的偏振开关1252c可以将具有第一偏振870a的图像光1206c转换为具有第二偏振870b的图像光1207c。由于耦入光栅1239被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光并透射具有第二偏振870b的图像光，所以具有第二偏振870b的图像光1207c可以不被耦入光栅1239耦入到波导1210c中。而是，图像光1207c可以穿过耦入光栅1239和波导1210c行进。
276.在第三子帧期间，如图12c所示，控制器215可以控制或配置偏振开关1252a、1252b、1257a和1257b在非切换状态下运行，并且控制或配置偏振开关1252c和1257c在切换状态下运行。控制器215可以控制显示元件220显示具有图像部分大小(例如，虚拟图像1250的图像大小的1/3)的第三图像部分1250r。例如，控制器215可以控制显示元件220输出第三图像光，该第三图像光对应于、基于或表示第三图像部分1250r。第三图像光可以由显示元件220的全发光区域生成。第三图像光可以是非偏振图像光或偏振图像光。
277.光调节系统225(未示出)可以将虚拟图像1250的第三图像部分1250r中的像素的线性分布转换为像素的角度分布，并且输出具有输入fov 1293(例如，该输入fov具有由角度α表示的角度大小)的第三非偏振图像光1298，输入fov 1293可以与输入fov 1233和输入fov 1263相同。偏振器1251可以将第三非偏振图像光1298转换为具有第二偏振870b的第三
线偏振图像光1297。在非切换状态下运行的偏振开关1252a可以将具有第二偏振870b的第三线偏振图像光1297透射为具有第二偏振870b的第三输入图像光1290。第三输入图像光1290可以具有与第三非偏振图像光1298的输入fov 1293基本相同的fov(称为第三输入fov)。出于讨论的目的，第三输入fov也称为1293。
278.由于耦入光栅1235可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光并且透射具有第二偏振870b的图像光，所以具有第二偏振870b的第三输入图像光1290可以不被耦入光栅1235耦入到波导1210a中。而是，具有第二偏振870b的第三输入图像光1290可以穿过耦入光栅1235和波导1210a朝向波导1210b行进。在非切换状态下运行的偏振开关1252b可以在不影响偏振的情况下透射具有第二偏振870b的第三输入图像光1290。由于耦入光栅1237可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光并且透射具有第二偏振870b的图像光，所以从偏振开关1252b输出的具有第二偏振870b的第三输入图像光1290可以不被耦入光栅1237耦入到波导1210b中。而是，具有第二偏振870b的第三输入图像光1290可以穿过耦入光栅1237和波导1210b行进而不被衍射朝向波导1210c。
279.在切换状态下运行下的偏振开关1252c可以将第三输入图像光1290的偏振从第二偏振870b改变为第一偏振870a。因此，第三输入图像光1290可以具有第一偏振870a。由于耦入光栅1239可以被配置成衍射具有第一偏振870a的图像光并且透射具有第二偏振870b的图像光，所以耦入光栅1239可以将具有第一偏振870a的第三输入图像光1290耦入到波导1210c中作为第三耦入图像光1291。假定第三耦入图像光1291具有第一偏振870a，当第三耦入图像光1291在波导1210c内通过tir朝向耦出光栅1249传播时，可以保持第一偏振870a。
280.耦出光栅1249可以被配置成经由衍射将具有第一偏振870a的第三耦入图像光1291从波导1210c耦出，作为由第三输出光线1292a和1292b界定的第三输出图像光1292。假定第三输出图像光1292具有第一偏振870a。在一些示例中，耦入光栅1239的光栅矢量和耦出光栅1249的光栅矢量可以被配置成使得在衍射状态下运行的耦出光栅1249可以经由衍射将第三耦入图像光1291从波导1210c耦出，作为朝向波导1210c的表面法线1280的第二侧(例如，左侧)传播的第三输出图像光1292。
281.在一些示例中，第三输出图像光1292可以具有对应于由第三输出光线1292a和1292b界定的角度区域的第三输出fov 1294。例如，第三输出光线1292a的输出角度(或衍射角度)可以约为-3α/2，第三输出光线1292b的输出角度(或衍射角度)可以约为-α/2。在一些示例中，第三输出fov 1294可以具有由角度α表示的角度大小，即，第三输出fov 1294与输入fov 1293具有相同的角度大小。在一些示例中，第三输出图像光1292的对称轴线1283可以相对于波导1210c的表面法线1280具有-α的角度。也就是说，控制器215可以将耦出光栅1249配置成在衍射状态下运行以向波导1210c的表面法线1280的第二侧(例如，右侧)传送第三输出fov 1294(例如，α)。换句话说，控制器215可以将耦出光栅1249配置成在衍射状态下运行，以相对于波导1210c的表面法线1280将第三输出fov 1294(例如，α)逆时针旋转-α角度。
282.在切换状态下运行的偏振开关1257c可以将具有第一偏振870a的第三输出图像光1292转换为具有第二偏振870b的图像光1296b。图像光1296b可以向波导1210c的表面法线1280的第二侧(例如，右侧)传播。图像光1296b可以具有与由耦出光栅1249耦出的第三输出图像光1292的第三输出fov 1294基本相同的fov。由于第三输出fov 1294(例如，α)基本上
等于第三输入fov 1293(例如，α)，所以在第三子帧期间，眼睛260可以感知第三图像1255r，该第三图像具有与由显示元件220显示的虚拟图像1250的第三图像部分1250r的内容(和大小)基本相同的内容(和大小)。
283.如图12d所示，输入图像光1230、1260和1290可以具有基本上相同的输入fov。也就是说，输入图像光1230、1260和1290的输入fov的对称轴线可以相同，并且输入图像光1230、1260和1290的输入fov的角度大小可以相同。输入图像光1230、1260和1290的输入fov的对称轴线可以垂直于耦入元件1235(或1237、1239)。此外，输入图像光1230、1260和1290的中心光线的传播方向可以彼此平行，并且可以垂直于耦入元件1235(或1237、1239)。
284.在由显示元件220生成的虚拟图像1250的显示帧期间，由耦出光栅1245传送的第一输出fov 1234、由耦出光栅1247传送的第二输出fov 1264和由第三耦出光栅1249传送的第三输出fov 1294可以具有基本上窄的重叠区域(或重叠fov部分)。重叠fov部分的角度大小可以小于第一输出fov 1234(或第二输出fov 1264或第三输出fov 1294)的预定百分比。例如，第一输出fov 1234(或第二输出fov 1264或第三输出fov 1294)的预定百分比可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。
285.在虚拟图像1250的显示帧期间，总输出fov 1270可以基本上等于第一输出图像光1232的第一输出fov 1234、第二输出图像光1262的第二输出fov 1264和第三输出图像光1292的第三输出fov 1294的组合。与输入fov(例如，第一输入fov 1233、第二输入fov 1263或第三输入fov 1293)相比，总输出fov 1270可以被扩展(例如，三倍)。因此，在虚拟图像1250的显示帧期间，眼睛260可以感知由图像1255的第一图像1255l、第二图像1255m和第三图像1255r形成的图像1255。
286.与传统的波导显示系统(例如，图1a中所示的传统的波导显示系统100)(其中输出fov 134基本上等于输入fov 133)相比，通过对耦合光栅组中的耦入光栅和耦出光栅的光栅矢量(例如，光栅矢量的相对方向)进行配置，如图12a至图12d所示的公开的光学系统1200可以被配置成提供与输入fov相比增大的总输出fov。图12a至图12d展示了将具有扩展的总输出fov的单色图像传送到适眼区的构造和操作方案。将具有扩展的总输出fov(例如，与输入fov相比增大了三倍)的多色图像(例如，全色图像)传送到适眼区可以基于类似于以上结合图9a至图9c或图10a至图10c所描述的机制的机制。参考图12a至图12d，在一些示例中，光源组件205可以发射具有第一偏振870a或第二偏振870b的线偏振图像光，并且可以省略偏振器1251。省略偏振器1251可以提高光学系统1200的功率效率。
287.在一些示例中，耦入光栅1235、1237和1239以及对应的偏振开关1252a、1252b和1252c可以被堆叠并且被附接到共用(例如，单个)波导，并且耦出光栅1245、1247和1249和对应的偏振开关1257a、1257b和1257c可以被堆叠并且被附接到共用波导，而不是设置在波导堆叠体1201中的相应个波导处。图13中示出了示例性的波导显示系统1300。耦入光栅和对应的偏振开关的堆叠体、以及耦出光栅和对应的偏振开关的堆叠体可以都设置在共用波导1310的同一表面(例如，第一表面或第二表面)处，或者可以分别设置在共用波导1310的不同表面(例如，第一表面和第二表面)处。对用于提供三倍于输入fov的增大的总输出fov的操作方案的描述可以参考上面结合图12a至图12d所呈现的描述。
288.在一些示例中，总输出fov可以是输入fov的其它合适的倍数(例如，四倍、五倍或
六倍等)。光学系统可以包括合适数量的耦入光栅和耦出光栅，以在显示帧的多个子帧(例如，四个子帧、五个子帧、第六个子帧等)中将虚拟图像的多个图像部分(例如，四个图像部分、五个图像部分、六个图像部分等)传送到适眼区。可以对耦入光栅的光栅矢量(例如，光栅矢量的方向)和耦出光栅的光栅矢量(例如，光栅矢量的方向)进行配置，使得多个输出光(例如，四个输出光、五个输出光、第六个输出光等)各自具有预定输出fov(该输出fov可以与输入fov基本相同)，并且该多个输出光可以在相对于与波导(或波导堆叠体)正交的表面的多个不同方向(例如，四个不同方向、五个不同方向、六个不同方向等)上被传送到多个不同的空间区域。
289.在多个子帧期间传送的预定输出fov可以具有基本上窄的重叠区域(或重叠fov部分)。重叠fov部分的角度大小可以小于预定输出fov的预定百分比。例如，预定输出fov的预定百分比可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。在显示帧期间传送的总输出fov可以是在多个子帧期间传送的输出fov的组合。在一些示例中，在多个子帧期间传送的相邻输出fov可以部分地(例如，基本上略微)重叠以在眼睛260处形成连续的fov。
290.为了说明的目的，图7a至图13示出了光学系统中所包括的耦入光栅和耦出光栅可以是可间接切换的光栅或可直接切换的光栅。在一些示例中，当光学系统包括一个入射耦合光栅时，该入射光栅可以是非切换光栅。在一些示例中，耦入光栅可以包括至少一个可间接切换的光栅和至少一个可直接切换的光栅，和/或耦出光栅可以包括至少一个可间接切换的光栅和至少一个可直接切换的光栅。
291.为了说明的目的，图7a至图13示出了被配置用于在光瞳复制方向(即x轴方向)上进行1d光瞳扩展和fov扩展的波导显示系统。在图7a至图13所示的示例中，可以将光栅(例如，耦入光栅、耦出光栅)的光栅矢量在x轴方向上的投影称为该光栅的光栅矢量的平面内投影。在被配置成在衍射状态下运行以使输出fov相对于输入fov旋转(例如，输出fov的对称轴线相对于输入fov的对称轴线旋转)的耦合光栅组中，耦入光栅的光栅矢量的平面内投影和耦出光栅的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是非零矢量。在被配置成在衍射状态下运行而不使输出fov相对于输入fov旋转的耦合光栅组中，所有光栅的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是零矢量。
292.尽管未示出，但是在一些示例中，波导显示系统可以被配置用于在光瞳复制方向(即，y轴方向)上进行1d光瞳扩展和fov扩展。在这种情况下，可以将光栅的光栅矢量在y轴方向上的投影称为光栅的光栅矢量的平面内投影。在被配置成在衍射状态下运行以使输出fov相对于输入fov旋转的耦合光栅组中，光栅(例如，耦入光栅和耦出光栅)的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是非零矢量。在被配置成在衍射状态下运行而不使输出fov相对于输入fov旋转的耦合光栅组中，所有光栅的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是零矢量。
293.尽管未示出，但是在一些示例中，波导显示系统可以被配置用于在两个不同的光瞳复制方向(例如，x轴方向和y轴方向)上进行2d光瞳扩展和fov扩展。在这种情况下，一个耦合光栅组可以包括至少三个光栅，例如，一个耦入光栅、一个折叠光栅和一个耦出光栅。光栅的光栅矢量的平面内投影可以是在光栅的平面(例如，光栅的表面平面、或平行于光栅的表面平面的平面)中的投影，或者是在与光栅所附接到的波导的表面相对应的平面中的
投影。在一些示例中，在被配置成在衍射状态下运行以使输出fov相对于输入fov旋转的耦合光栅组中，所有光栅的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是非零矢量。在被配置成在衍射状态下运行而不使输出fov相对于输入fov旋转的耦合光栅组中，所有光栅的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是零矢量。
294.图14是展示了用于提供增大的总输出fov的方法1400的流程图。方法1400可以由控制器215和/或包括在本文公开的光学系统中的光学元件来执行。在一些示例中，要由所公开的光学系统显示的虚拟图像可以被划分成多个图像部分。方法1400可以包括通过光源组件在多个时间段期间生成表示虚拟图像的多个图像部分的多个输入图像光，输入图像光具有基本上相同的输入视场(“fov”)，该输入视场具有基本上相同的对称轴线(步骤1410)。可以在多个时间段期间顺序地生成输入图像光。在一些示例中，光源组件可以包括显示元件和光调节系统，该光调节系统包括透镜(例如，准直透镜)。在一些示例中，时间段可以是虚拟图像的显示帧的多个子帧。在一些示例中，多个输入图像光可以对应于在连续时间段中由投影显示器生成的多个图像部分。
295.方法1400还可以包括在多个时间段期间，通过多个光栅组将多个输入图像光耦入到波导中、且从波导耦出作为多个输出图像光，多个输出图像光的组合输出fov大于输入fov(步骤1420)。在一些示例中，在每个时间段期间，多个输入图像光中的一个输入图像光可以通过多个光栅组中的一组光栅组耦入到波导中并且从波导中耦出作为多个输出图像光中的一个输出图像光。因此，多个输入图像光可以通过相应的光栅组顺序地耦入到波导中并且从波导中耦出作为多个输出图像光。在一些示例中，输出图像光可以在空间上被引导到在波导的输出侧处的并排空间区域。在一些示例中，多个输入图像光中的每一个输入图像光可以具有相同的输入fov。在一些示例中，多个输入图像光中的每一个输入图像光可以基于由显示元件的全发光区域生成的图像光。在一些示例中，多个输出图像光中的每个输出图像光可以具有相同的输出fov，该输出fov可以基本上与输入fov相同。
296.在一些示例中，输出fov可以具有基本上窄的重叠区域(或重叠fov部分)。重叠fov部分的角度大小可以小于输出fov的预定百分比。例如，输出fov的预定百分比可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。在一些示例中，组合输出fov(该组合输出fov为输出图像光的多个输出fov的组合)的角度大小可以是输入fov的角度大小的预定数量的倍数。在一些示例中，预定数量可以对应于虚拟图像被划分成的图像部分的数量。
297.在一些示例中，光栅组可以被配置成分别将来自波导的输入侧的组合输出fov的多个部分透射到波导的输出侧。在一些示例中，每个光栅组可以包括多个光栅，诸如一个耦入光栅和一个耦出光栅。在一些示例中，每个光栅组可以包括一个耦入光栅、一个耦出光栅和一个折叠光栅。在多个光栅组中的至少一个光栅组中，在该至少一个光栅组中所包括的所有光栅的平面内投影的矢量和可以是非零矢量。在一些示例中，预定数量可以是偶数，并且各个光栅组中所包括的所有光栅的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是非零矢量。在一些示例中，预定数量可以是奇数。在多个光栅组中的一个光栅组中，在该光栅组中所包括的所有光栅的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是零矢量。其余光栅组中的每一个光栅组中的所有光栅的光栅矢量的平面内投影的矢量和可以是沿着光瞳复制方向的非零矢量。
298.在一些示例中，光栅组可以包括至少两个可以在衍射状态与非衍射状态之间直接
或间接地切换的耦出光栅(例如，第一耦出光栅和第二耦出光栅)，以及至少一个耦入光栅。在一些示例中，第一耦出光栅或第二耦出光栅中的至少一者可以包括可直接切换的光栅，并且方法1400还可以包括由控制器控制电源以供应电压，以将可直接切换的光栅配置成在衍射状态或非衍射状态下运行。在一些示例中，第一耦出光栅或第二耦出光栅中的至少一者可以包括可间接切换的光栅，并且方法1400还可以包括由控制器控制与可间接切换的光栅光学耦合的偏振开关在切换状态或非切换状态下运行，以将可间接切换的光栅配置成在衍射状态或非衍射状态下运行。
299.在一些示例中，虚拟图像可以被划分成两个相等的图像部分。在虚拟图像的显示帧的第一子帧期间，光源组件可以生成表示虚拟图像的第一图像部分的第一输入图像光。在一些示例中，显示元件可以基于显示元件的全发光区域来生成表示虚拟图像的第一图像部分的第一图像光，并且透镜可以将第一图像光转换为具有输入fov的第一输入图像光。耦入光栅可以将第一输入图像光耦入到波导中，并且至少两个耦出光栅中的第一耦出光栅可以将第一输入图像光从波导耦出作为第一输出图像光。在虚拟图像的显示帧的第二子帧期间，显示元件可以基于显示元件的全发光区域来生成表示虚拟图像的第二图像部分的第二图像光，并且透镜可以将第二图像光转换为具有输入fov的第二输入图像光。耦入光栅可以将第二输入图像光耦入到波导中，并且至少两个耦出光栅中的第二耦出光栅可以将第二输入图像光从波导耦出作为第二输出图像光。第一输出图像光和第二输出图像光可以在空间上并排布置，并且可以稍微重叠。输出图像光可以提供具有角度大小的组合输出fov，该角度大小基本上是第一输入图像光和第二输入图像光中的每一者的输入fov的角度大小的两倍。
300.在一些示例中，虚拟图像可以被划分为三个或更多个图像部分。虚拟图像的显示帧可以被划分成三个或更多个子帧。光源组件可以生成多个输入图像光(例如，第一输入图像光、第二输入图像光和第三输入图像光)，每个输入图像光表示虚拟图像的图像部分并且具有基本上相同的输入fov。可以基于由显示元件的全发光区域生成的图像光来生成每个输入图像光。例如，显示元件可以基于显示元件的整个全发光区域来生成图像光，并且透镜(例如，准直透镜)可以将图像光转换为输入图像光。
301.耦入光栅可以在相应的子帧期间将每个输入图像光(例如，第一输入图像光、第二输入图像光或第三输入图像光)耦入到波导中。系统可以包括三个或更多个耦出光栅，每个耦出光栅被配置成在相应的子帧期间将输入图像光从波导耦出。在显示帧期间，可以从波导顺序地输出三个或更多个输出光，每个输出光具有大小基本上等于输入图像光的输入fov的大小的输出fov。三个或更多个输出图像光可以并排布置在波导的输出侧处。输出fov可以具有基本上窄的重叠区域(或重叠fov部分)。重叠fov部分的角度大小可以小于输出fov的预定百分比。例如，输出fov的预定百分比可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％。(由三个或更多个输出图像光形成的)总输出图像光的组合或总输出fov的角度大小可以是每个输入图像光的输入fov的角度大小的三倍或更多倍。
302.在一些示例中，当虚拟图像被划分成预定数量的图像部分时，光源组件可以生成与预定数量的图像部分相对应的预定数量的输入图像光。可以基于由显示元件的全发光区域生成的图像光来生成每个输入图像光。虚拟图像的显示帧可以被划分成预定数量的子
帧。在每个子帧中，对应于虚拟图像的图像部分的输入图像光可以通过耦入元件耦入到波导中，并且通过耦出元件从波导耦出作为输出图像光。因此，在多个子帧期间，可以从波导顺序地输出预定数量的输出图像光。预定数量的输出图像光可以在空间上并排布置。输出图像光的组合的总输出fov的角度大小可以是每个输入图像光的输入fov的角度大小的预定数量的倍数。
303.所公开的用于提供增大的总输出fov的光学系统(例如，波导显示系统)和方法可以在各种系统中实现，这些系统例如为近眼显示器(“ned”，near-eye display)、平视显示器(“hud”，head-up display)、头戴式显示器(“hmd”，head-mounted display)、智能电话、膝上型计算机或电视等。此外，图中所示的波导显示系统用于说明的目的，来解释用于提供可能是输入fov两倍、三倍或四倍等的增大的总输出fov的机制。用于增大的总输出fov的机制可以适用于不同于所公开的波导显示系统的任何合适的显示系统。本文所示出和所公开的光栅是为了说明的目的。遵循本文关于光栅描述的相同或类似的设计原理，任何合适的光偏转元件(例如，不可切换的光偏转元件、可间接切换的光偏转元件和/或可直接切换的光偏转元件)可以被使用和配置成提供增大的总输出fov。
304.例如，光偏转元件可以包括偏振选择性光栅或全息元件，该偏振选择性光栅或全息元件包括亚波长结构、液晶、光折变全息材料或它们的组合。在一些示例中，作为偏振非选择性元件的光偏转元件也可以被实现和配置为提供增大的总输出fov。在一些示例中，光偏转元件可以包括衍射光栅、级联反射器、棱镜表面元件和/或全息反射器阵列，或它们的组合。控制器可以被配置成将光偏转元件配置成在光偏转状态下运行以偏转输入光(例如，改变输入光的传播方向)，或者在光非偏转状态下运行，在该光非偏转状态中，光偏转元件可以不改变输入光的传播方向。
305.图15a展示了近眼显示器(“ned”)1500的示意图。在一些示例中，ned 1500可以被称为头戴式显示器(“hmd”)。ned 1500可以向用户呈现例如一副或多副图像、一个或多个视频、一个或多个音频、或它们的组合等媒体内容。ned 1500可以作为vr设备、ar设备、mr设备、或它们的组合来运行。
306.如图15a所示，ned 1500可以包括框架1510、左显示系统1520l和右显示系统1520r。框架1510可以包括合适类型的安装结构，该安装结构被配置成将左显示系统1520l和右显示系统1520r安装到用户的身体部位(例如，头部)(例如，用户的眼睛附近)。在一些示例中，框架1510可以代表眼镜框架。左显示系统1520l和右显示系统1520r可以被配置成使用户能够观看由ned 1500呈现的虚拟内容和/或观看现实世界物体的图像。例如，在一些示例中，左显示系统1520l和右显示系统1520r中的每一者可以包括透视光学元件。在一些示例中，左显示系统1520l和右显示系统1520r可以包括被配置成生成光(例如，对应于虚拟图像的图像光)并将图像光引导至用户的眼睛的任何合适的显示组件(未示出)。在一些示例中，ned 1500可以包括投射系统1535，该投射系统1535可以包括投射器。
307.图15b是图15a中所示的ned 1500的截面图。图15b示出了与ned 1500的左显示系统1520l相关联的截面图。右显示系统1520r的截面图可以类似于针对左显示系统1520l所示的截面图。如图15b所示，对于眼睛260，左显示系统1520l可以包括用于向适眼区1565提供增大的总输出fov的光学设备1515。在一些示例中，光学设备1515可以包括公开的波导显示系统，例如图7a至图7c中所示的波导显示系统700、图8a至图8c中所示的波导显示系统
800、图9a至图9c中所示的波导显示系统900、图10a至图10c中所示的波导显示系统1000、图11a至图11d中所示的波导显示系统1100、图12a至图12d中所示的波导显示系统1200或图13中所示的波导显示系统1300。
308.出射光瞳1525可以是适眼区1565内的空间区域或位置，当用户佩戴ned 1500时，眼睛260可以被定位成在该空间区域或位置处接收由波导显示系统1515传送的光。为了说明的目的，图15b示出了与单只眼睛260和单个波导显示系统1515相关联的截面图。在一些示例中，可以包括与图15b中所示的波导显示系统1515分开并类似的另一波导显示系统，以向位于出射光瞳处的另一只眼睛提供图像光。如图15b所示，可以为用户的一只眼睛260提供波导显示系统1515。用于一只眼睛的波导显示器系统1515可以与用于另一只眼睛的类似的波导显示组件分开或部分地分开。在某些示例中，单个波导显示系统1515可以用于用户的双眼。
309.在一些示例中，ned 1500可以包括设置在波导显示系统1515与眼睛260之间的一个或多个光学元件(未示出)。光学元件可以被配置成例如校正从波导显示系统1515生成的图像光的像差，放大从波导显示系统1515生成的图像光，或者对从波导显示系统1515生成的图像光执行另一种类型的光学调节。一个或多个光学元件的示例可以包括光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器、影响图像光的任何其它合适的光学元件、或它们的组合。在一些实施例中，ned 1500可以包括自适应调光元件1530，该自适应调光元件可以动态地调节来自真实世界环境的真实世界光的透射率，从而在vr设备与ar设备之间或者在vr设备与mr设备之间切换ned 1500。在一些实施例中，随着在ar/mr设备与vr设备之间的切换，自适应调光元件1530可以用于ar和/或mr设备中，以减轻真实对象与虚拟对象的亮度差异。
310.本文描述的这些步骤、操作或过程中的任何步骤、操作或过程可以单独地或与其它设备相结合地使用一个或多个硬件和/或软件模块执行或实施。在一个示例中，用计算机程序产品实施软件模块，该计算机程序产品包括包含计算机程序代码的计算机可读介质，该计算机程序代码可由计算机处理器执行以用于执行所描述的这些步骤、操作或过程中的任何一个或全部。在一些实施例中，硬件模块可以包括硬件部件，例如设备、系统、光学元件、控制器、电子电路、逻辑门等。
311.本公开的实施例和示例还可以涉及用于执行本文中的操作的装置。该装置可以为所需目的而专门构造，和/或该装置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，或者可以存储在适合于存储电子指令的任何类型的介质中，该介质可以耦接到计算机系统总线。非暂时性计算机可读存储介质可以是可以存储程序代码的任何介质，例如磁盘、光盘、只读存储器(“rom”，read-only memory)或随机存取存储器(“ram”，random access memory)、电可编程只读存储器(“eprom”，electrically programmable read only memory)、电可擦除可编程只读存储器(“eeprom”，electrically erasable programmable read only memory)、寄存器、硬盘、固态盘驱动器、智能媒体卡(“smc”，smart media card)、安全数字(“sd”，secure digital)卡、闪存卡等。此外，说明书中描述的任何计算系统可以包括单个处理器，或者可以是采用多个处理器以提高计算能力的体系结构。处理器可以为中央处理单元(“cpu”，central processing unit)、图形处理单元(“gpu”，graphics processing unit)或被配置成处理数据和/或基于数据执行计算的任何
处理设备。处理器可以包括软件部件和硬件部件。例如，处理器可以包括硬件部件，诸如专用集成电路(“asic”，application-specific integrated circuit)、可编程逻辑器件(“pld”，programmable logic device)或其任何组合。pld可以是复杂可编程逻辑器件(“cpld”，complex programmable logic device)、现场可编程门阵列(“fpga”，field-programmable gate array)等。
312.此外，当附图中所示的一个示例示出单个元件时，应当理解，该示例或附图中未示出但在本公开的范围内的另一示例可以包括多个这种元件。同样地，当附图中示出的一个示例示出了多个这种元件时，应当理解，该示例或附图中未示出但在本公开的范围内的另一示例可以仅包括一个这种元件。附图中示出的元件的数量仅用于说明的目的，并且不应当被解释为限制示例的范围。此外，除非另有说明，否则附图中示出的多个示例不是相互排斥的，并且该多个示例可以以任何合适的方式组合。例如，在一个附图/示例中示出但未在另一个附图/示例中示出的元件仍然可以被包括在另一个附图/示例中。在本文公开的包括一个或多个光学层、膜、板或元件的任何光学设备中，附图中所示的层、膜、板或元件的数量仅用于说明的目的。在附图中未示出但仍在本公开的范围内的其它示例中，在相同或不同的附图/示例中示出的相同或不同的层、膜、板或元件可以以各种方式组合或重复以形成堆叠体。
313.已经描述了各种示例，以示出示例性实施方式。基于所公开的示例，本领域普通技术人员可以在不脱离本公开的范围的情况下，做出各种其它改变、修改、重新布置和替换。因此，尽管已经参考以上实施例和示例详细描述了本公开，但是本公开不限于上述实施例和示例。在不脱离本公开的范围的情况下，本公开可以以其它等同形式来体现。本公开的范围在所附权利要求中限定。
再多了解一些
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