CN113767310A - 包括液晶聚合物膜的宽带光学器件 - Google Patents

Abstract

提供了一种光学波片。该光学波片包括第一双折射膜，该第一双折射膜包括被排列成形成第一扭转结构的光学各向异性分子。光学波片还包括第二双折射膜，该第二双折射膜包括被排列成形成第二扭转结构的光学各向异性分子，第二双折射膜与第一双折射膜堆叠。在第一双折射膜的邻近第一双折射膜和第二双折射膜之间的界面的第一部分处的光学各向异性分子被配置为具有第一方位角。在第二双折射膜的邻近该界面的第二部分处的光学各向异性分子被配置为具有第二方位角。第一方位角与第二方位角基本相同。

Description

包括液晶聚合物膜的宽带光学器件

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年4月25日提交的第62/838,890号美国申请和2020年4月17日提交的第16/851,874号美国申请的优先权。第62/838,890号美国申请和第16/851,874号美国申请的内容通过引用以其整体并入本文以用于所有目的。

技术领域

本公开总体上涉及光学器件，且更具体地，涉及具有液晶聚合物涂层的光学器件。

背景

波片是许多用于偏振控制的仪器和光学系统中的关键部件。波片通过相对于正交分量延迟(或拖延)偏振的分量(或偏振分量)来控制偏振。为了提高光学系统的性能，覆盖可见光(“VIS”)区、从VIS区到近红外(“NIR”)区中的波长的宽带或消色差波片(achromaticwaveplate)是理想的。

概述

本公开的一个方面提供了一种光学波片。该光学波片包括第一双折射膜，该第一双折射膜包括被排列成形成第一扭转结构的光学各向异性分子。光学波片还包括第二双折射膜，该第二双折射膜包括被排列成形成第二扭转结构的光学各向异性分子，第二双折射膜与第一双折射膜堆叠。在第一双折射膜的邻近第一双折射膜和第二双折射膜之间的界面的第一部分处的光学各向异性分子被配置为具有第一方位角。在第二双折射膜的邻近该界面的第二部分处的光学各向异性分子被配置为具有第二方位角。第一方位角与第二方位角基本相同。

本公开的另一方面提供了一种光学波片。该光学波片包括第一双折射膜，该第一双折射膜被配置有具有第一空间恒定定向的第一光轴。光学波片还包括第二双折射膜，该第二双折射膜被配置有具有第二空间恒定定向的第二光轴。光学波片还包括第三双折射膜，该第三双折射膜被配置有具有第三空间恒定定向的第三光轴。第一双折射膜、第二双折射膜和第三双折射膜堆叠在一起。第一空间恒定定向、第二空间恒定定向和第三空间恒定定向彼此不同。

本公开的另一方面提供了一种光学透镜组件。该光学透镜组件包括第一光学元件。光学透镜组件还包括第二光学元件，该第二光学元件光学耦合到第一光学元件，并且被配置为将从第一光学元件接收的具有第一偏振的光反射回第一光学元件，并且透射从第一光学元件接收的具有第二偏振的光。第一光学元件或第二光学元件中的至少一个设置有波片。该波片包括第一双折射膜，该第一双折射膜包括被排列成形成第一扭转结构的光学各向异性分子。波片还包括第二双折射膜，该第二双折射膜包括被排列成形成第二扭转结构的光学各向异性分子，第二双折射膜与第一双折射膜堆叠。在第一双折射膜的邻近第一双折射膜和第二双折射膜之间的界面的第一部分处的光学各向异性分子被配置为具有第一方位角。在第二双折射膜的邻近该界面的第二部分处的光学各向异性分子被配置为具有第二方位角。第一方位角与第二方位角基本相同。

鉴于本公开的描述、权利要求和附图，本领域技术人员可以理解本公开的其他方面。前面的总体描述和下面的详细描述仅仅是示例性和解释性的，而不是对权利要求的限制。

附图简述

根据多个公开的实施例，提供以下附图以用于说明目的，并且这些附图并不旨在限制本公开的范围。在附图中：

图1示出了根据本公开实施例的光学器件的示意图；

图2示出了根据本公开另一实施例的光学器件的示意图；

图3示出了根据本公开另一实施例的光学器件的示意图；

图4示出了传统配置的波长相关光泄漏和所公开配置的波长相关光泄漏的模拟结果；

图5示意性地示出了根据本公开实施例的所公开的光学器件在薄饼透镜组件(pancake lens assembly)中的实现方式；

图6示意性地示出了根据本公开实施例的图5所示的薄饼透镜组件的光路；

图7示出了根据本公开实施例的系统的示意框图；

图8A示出了根据本公开实施例的图7中示出的近眼显示器(“NED”)的示意图；以及

图8B是根据本公开实施例的图8A所示的NED的前主体的示意性剖视图。

详细描述

将参照附图描述与本公开一致的实施例，附图仅仅是用于说明性目的的示例，并不意欲限制本公开的范围。只要可能，相同的参考数字就在所有附图中用于指相同或相似的部分，而其详细描述可以被省略。

此外，在本公开中，所公开的实施例和所公开的实施例的特征可以组合。所描述的实施例是本公开的一些但不是全部实施例。基于所公开的实施例，本领域中的普通技术人员可以得到与本公开一致的其他实施例。例如，可以基于所公开的实施例来做出修改、改编、替换、添加或其他变化。所公开的实施例的这样的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。替代地，本公开的范围由所附权利要求限定。

如在本文所使用的，术语“耦合”、“被耦合”、“耦合的”或诸如此类可以包含光学耦合、机械耦合、电耦合、电磁耦合或它们的组合。在两个光学元件之间的“光学耦合”指以下配置：两个光学元件排列在一个光学系列中，以及来自一个光学元件的光输出可以被另一个光学元件直接或间接地接收。光学系列指多个光学元件在光路中的光学定位，使得从一个光学元件输出的光可以被其他光学元件中的一个或更多个透射、反射、衍射、转换、修改或以其他方式处理或操纵。在一些实施例中，多个光学元件被排列的顺序可以影响或可以不影响多个光学元件的总输出。耦合可以是直接耦合或间接耦合(例如，通过中间元件耦合)。

短语“A或B中的至少一个”可以包含A和B的所有组合，例如仅A、仅B、或A和B。同样，短语“A、B或C中的至少一个”可以包含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A和B和C。短语“A和/或B”可以以类似于对短语“A或B中的至少一个”解释的方式进行解释。例如，短语“A和/或B”可以包含A和B的所有组合，例如仅A、仅B、或A和B。同样，短语“A、B和/或C”具有与短语“A、B或C中的至少一个”的含义相似的含义。例如，短语“A、B和/或C”可以包含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A和B和C。

当第一元件被描述为被“附着(attached)”、“设置(provided)”、“形成(formed)”、“粘附(affixed)”、“安装(mounted)”、“固定(secured)”、“连接(connected)”、“键合(bonded)”、“记录(record)”或“布置(disposed)”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、蚀刻、键合、胶合、旋拧(screwing)、压配合、搭扣配合、夹紧等)被“附着”、“设置”、“形成”、“粘附”、“安装”、“固定”、“连接”、“键合”、“记录”或“布置”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，或者在第一元件和第二元件之间可以有中间元件。第一元件可以布置在第二元件的任何合适的侧(例如左边、右边、正面、背面、顶部或底部)处。

当第一元件被示出或描述为布置或排列在第二元件“上”时，术语“在……上”仅用于指示在第一元件和第二元件之间的示例相对定向。该描述可以基于在图中所示的参考坐标系，或者可以基于在附图中所示的当前视图或示例配置。例如，当在图中所示的视图被描述时，第一元件可以被描述为布置在第二元件“上”。应当理解，术语“在……上”可能不一定暗示第一元件在垂直重力方向上在第二元件的上方。例如，当第一元件和第二元件的组件旋转180度时，第一元件可以在第二元件“下方”(或者第二元件可以在第一元件“上”)。因此，应当理解，当附图显示第一元件在第二元件“上”时，该配置仅仅是说明性示例。第一元件可以相对于第二元件以任何合适的定向进行布置或排列(例如，在第二元件之上或上方、在第二元件之下或下方、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)。

本公开中提到的波长范围、光谱或波段是为了说明目的。所公开的光学器件、系统、元件、组件和方法可以应用于可见光波长范围以及其他波长范围，例如紫外(“UV”)波长范围、红外波长范围或它们的组合。

本文使用的术语“光学器件”应该广义地解释为包括所有类型的光学元件、光学膜、光学涂层、光学层、光学装置、光学系统、光学组件、波片、光学反射器、光学偏转器、光学偏振器等。

术语“设计波长”是指光学元件被设计或配置为执行光学功能的波长。术语“设计波长范围”是指光学元件被设计或配置为执行光学功能的波长范围。设计波长在设计波长范围内。术语“设计波长范围的中心波长”是指在设计波长范围的中心值处的波长。设计波长可以在中心波长处，或者可以是在中心波长范围的预定小范围(例如–20％到+20％、–10％到+10％、–5％到+5％、–3％到+3％，或者–2％到+2％等)内的波长，这可以基于特定的应用来定义。在一些实施例中，设计波长可以是设计波长范围内的任何合适的波长，其可以不在中心波长处或不邻近中心波长。在一些实施例中，设计波长范围可以是可见光波长范围(例如，约400nm至约700nm)、近红外波长范围(例如，约700nm至约950nm)、或可见光至近红外波长范围(例如，约400nm至约950nm)或它们的某种组合。例如，当设计波长范围是从400nm到700nm的可见光波长范围时，中心波长可以是550nm。在一些实施例中，当预定范围是–5％至+5％时，中心波长可以是在中心值550nm周围的预定小范围(例如522.5nm至577.5nm(包括522.5nm和577.5nm))内的波长。

传统的消色差波片通常通过物理层压数个延迟膜并控制延迟膜的相对定向来实现。例如，传统的消色差四分之一波片通常包括层压在一起的半波片和四分之一波片。这种消色差四分之一波片的制造工艺复杂，且制造成本高。此外，由于与在曲面上层压扁平膜(flat film)相关联的挑战，将这种消色差四分之一波片附着到具有高曲率的光学元件是困难的。所公开的具有液晶聚合物涂层的光学器件旨在解决传统光学技术的一个或更多个缺点。

本公开提供了一种光学波片，其被配置为在预定波长范围内提供基本恒定的延迟，从而在该预定波长范围内实现宽带光学波片。光学波片可以包括具有扭转结构的多个双折射层或膜的堆叠。在一些实施例中，每个双折射层或膜可以被配置为具有非零扭转角。扭转角表示双折射层的光轴在厚度方向上从双折射层的第一侧到双折射层的相对侧的面内(in-plane)定向的变化(或旋转)总量。出于讨论的目的，当光轴的定向在双折射层内基本上空间恒定(例如，扭转角为零)时，光轴的定向可以对应于双折射层中包括的光学各向异性分子的方位角。光学各向异性分子的方位角可以指光学各向异性分子的长轴在平行于布置有双折射层的基板的平面(例如，x-y平面)上的投影与该平面内的预定参考方向(例如，x-轴方向)之间的角度。当光轴的定向在双折射层中基本上空间恒定时，光学各向异性分子的方位角基本上相同，并且可以由单个方位角表示。当双折射层的光轴的定向是非恒定的(例如，扭转角非零)，即空间变化时，光轴的定向在空间上(例如，在双折射层的厚度方向上)变化(或改变)。当光轴的定向在双折射层内的空间中变化(或改变)时，光学各向异性分子的方位角沿着厚度方向从双折射层的第一侧向双折射层的第二侧改变。

在一些实施例中，光学波片可以包括至少三个双折射层。该至少三个双折射层中的每一个双折射层都可以被配置有具有空间恒定定向(例如，扭转角为零)的光轴。因此，可以有至少三个空间恒定定向，例如第一空间恒定定向、第二空间恒定定向和第三空间恒定定向。第一空间恒定定向、第二空间恒定定向和第三空间恒定定向可以彼此不同。在一些实施例中，光轴的空间恒定定向可以对应于每个双折射层中包括的一致定向的光学各向异性分子的方位角。因此，可以存在对应于该至少三个双折射层的光轴的至少三个方位角，例如第一方位角、第二方位角和第三方位角。第一方位角、第二方位角和第三方位角可以彼此不同。包括被配置有具有不同空间恒定定向的光轴的至少三个双折射层的光学波片可以在设计波长范围内提供基本恒定的延迟(例如，宽带延迟效应)。对于包括多于三个双折射层的实施例，至少三个双折射层的至少三个光轴的至少三个空间恒定定向可以彼此不同。在一些实施例中，双折射层的光轴的所有空间恒定定向可以彼此不同。

本公开还提供了一种光学透镜组件，其包括一个或更多个所公开的光学波片。光学透镜组件可以包括第一光学元件。光学透镜组件可以包括光学耦合到第一光学元件的第二光学元件。第二光学元件可以被配置为将从第一光学元件接收的具有第一偏振的光反射回第一光学元件，并且透射从第一光学元件接收的具有第二偏振的光。第一光学元件和第二光学元件中的一个可以设置有波片表面，该波片表面是所公开的光学波片中的任何一个。该光学透镜组件可以在例如用于虚拟现实(“VR”)、增强现实(“AR”)和/或混合现实(“MR”)应用的近眼显示器(“NED”)的光学系统中被实现。

图1是光学器件100的示意性框图。光学器件100可以包括多个双折射材料层(或双折射层或双折射膜)的堆叠。为了说明的目的，在光学器件100中示出了三个双折射层，第一双折射层111、第二双折射层112和第三双折射层113。双折射层的数量不限于三。在一些实施例中，双折射层的数量可以是1、2、4、5、6、7等。在一些实施例中，双折射层111、112和113中的每一个可以是包括一种或更多种双折射材料的薄膜。双折射层111、112和113中的双折射材料可以分别包括光学各向异性分子130、140、150。为了说明的目的，光学各向异性分子由图1中的小棒(small rod)表示，其中每个棒被描绘为具有纵轴(或长度方向轴)和横轴(或宽度方向轴)。双折射层111、112和113中的每一个都可以具有光轴，该光轴是透射光的光线不经历双折射的方向。双折射层的光轴也可以指被包括在双折射层中的双折射材料的光轴。双折射层111、112和113中的每一个的光轴在相对应的双折射层内可以具有空间恒定的定向。双折射层111、112和113的光轴可以被配置或排列成具有不同的空间恒定定向，使得光学器件100可以在设计波长范围内提供基本恒定的延迟。

例如，如图1所示，可以假设双折射层111、112和113中的每一个都包括光学各向异性分子(例如LC分子)的三个子层/部分(例如，底部层/部分、中间层/部分和顶部层/部分)。以第一双折射层111为例。第一双折射层111的在底部层/部分中的光轴、第一双折射层111的在中间层/部分中的光轴以及第一双折射层111的在顶部层/部分中的光轴可以被定向成在相同的方向上，例如相同的面内方向。也就是说，第一双折射层111的在底部层/部分、中间层/部分和顶部层/部分中的光轴的定向可以基本相同。换句话说，第一双折射层111的光轴在第一双折射层111内可以具有第一空间恒定定向，例如沿着相对于y轴方向形成第一角度的第一方向，如图1所示。第一角度可以对应于被包括在第一双折射层111中的光学各向异性分子的第一方位角。第二双折射层112的光轴在第二双折射层112内可以具有第二空间恒定定向，例如沿着相对于y轴方向形成第二角度的第二方向。第二角度可以对应于第二双折射层112中的光学各向异性分子的第二方位角。第三双折射层113的光轴在第三双折射层113内可以具有第三空间恒定定向，例如沿着相对于y轴方向形成第三角度的第三方向。第三角度可以对应于第三双折射层113中的光学各向异性分子的第三方位角。第一方向、第二方向、第三方向可以不同。换句话说，第一角度(或对应的第一方位角)、第二角度(或对应的第二方位角)和第三角度(或对应的第三方位角)可以不同。在一些实施例中，双折射层111、112和113的光轴中的每一个可以在基本上平行于基板105或者垂直于双折射层的厚度方向(例如z轴方向)的平面(例如x-y平面)中定向。

在一些实施例中，双折射层111、112和113中的每一个的光轴的空间恒定定向可以通过将被包括在双折射层中的光学各向异性分子配置为具有基本相同的方位角来实现。被包括在相应双折射层111、112和113中的光学各向异性分子的方位角可以被配置为具有不同的值，使得光学器件100可以为在设计波长范围内的光提供基本恒定的延迟。光学各向异性分子的方位角可以指纵轴在平行于基板105(或垂直于层的厚度方向)的平面(例如，x-y平面)上的投影与该平面内的预定参考方向(例如，y轴方向或x轴方向)之间的角度。出于讨论的目的，平面内的预定参考方向是图1中的y轴方向。

此外，被包括在每个双折射层111、112和113中的光学各向异性分子可以具有基本相同的倾斜角。倾斜角可以被定义为纵轴与层在厚度方向上的轴(例如z轴)之间的角度。在一些实施例中，倾斜角可以相对较小，例如在0°到10°的范围内或者在0°到-10°的范围内。在一些实施例中，三个双折射层111、112和113的光学各向异性分子可以具有基本相同的倾斜角。也就是说，被包括在双折射层111、112和113中的每个双折射层中的光学各向异性分子可以具有基本相同的定向(例如，基本相同的方位角和基本相同的倾斜角)。在一些实施例中，三个双折射层111、112和113的光学各向异性分子可以具有不同的倾斜角。例如，被包括在第一双折射层111中的光学各向异性分子可以具有第一倾斜角，被包括在第二双折射层112中的光学各向异性分子可以具有第二倾斜角，以及被包括在第三双折射层113中的光学各向异性分子可以具有第三倾斜角。在一些实施例中，第一倾斜角、第二倾斜角和第三倾斜角中的至少两个可以不同。在一些实施例中，所有第一倾斜角、第二倾斜角和第三倾斜角都可以彼此不同。

在一些实施例中，所有双折射层111、112和113可以包括相同的双折射材料。在一些实施例中，双折射层111、112和113中的至少一个可以包括不同于其他层的材料的双折射材料。在一些实施例中，双折射层111、112和113中的至少一个可以是包括两种或更多种双折射材料的薄膜。双折射层可以是涂层(或层、膜等)，其通过例如在基板上旋涂可聚合双折射材料前体的膜并聚合双折射材料前体而形成。可聚合双折射材料前体的示例可以包括混合液晶(“LC”)材料和可聚合单体、反应性液晶基元(reactive mesogens)等。在一些实施例中，LC材料可以包括向列LC(nematic LC)、扭转弯曲LC(twist-bend LC)或手性向列LC(chiral nematicLC)(或具有手性掺杂剂的LC)等。手性向列LC(或具有手性掺杂剂的LC)可以实现双折射层的双扭转或多扭转结构。LC材料可以具有正或负介电各向异性。出于讨论的目的，液晶聚合物(“LCP”)层被用作双折射层的示例。因此，第一双折射层111、第二双折射层112和第三双折射层113可以被称为第一LCP层111、第二LCP层112和第三LCP层113。

光学器件100可以包括基板105。基板105可以是任何合适的基板。

在一些实施例中，基板105可以是硅、二氧化硅、蓝宝石、塑料、聚合物或在可见光(“VIS”)波段(例如，约400纳米(nm)至700nm，或其一部分)中基本透明的某种其他半导体。在一些实施例中，基板105也可以在红外(“IR”)波段(例如，约700nm到1mm，或其一部分)中是透明的。在一些实施例中，基板105可以是柔性基板(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)、聚萘二甲酸乙二醇酯(“PEN”)或任何合适的柔性基板)。在一些实施例中，基板105可以是光学元件，例如凸透镜、凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等。在一些实施例中，基板105可以是光学元件或光学器件(例如，电子显示器)的一部分。在一些实施例中，光学器件100可以不包括基板105，因为在基板105上形成LCP涂层之后基板105可以被移除。

在一些实施例中，光学器件100可以包括两个或更多个LCP层。在图1所示的实施例中，光学器件100包括堆叠在一起的第一LCP层111、第二LCP层112和第三LCP层113，它们分别具有厚度d1、d2和d3。每个LCP层可以被配置有光轴，该光轴在LCP层内具有空间恒定的定向。也就是说，LCP层的光轴的定向在LCP层内可以是基本上空间恒定的。换句话说，LCP层的光轴可以在LCP层的厚度上不改变定向或方向(例如，可以不旋转)。光轴的旋转在LCP层的厚度上可以基本为零。例如，当第一LCP层111、第二LCP层112和第三LCP层113分别包括LC材料或LC分子130、140和150时，LC分子130、140和150的方位角可以分别是(例如，相对于y轴方向的)Φ1、Φ2和Φ3。因此，第一LCP层111、第二LCP层112和第三LCP层113的光轴的定向可以分别由Φ1、Φ2和Φ3表示。图中未显示聚合物网络。方位角Φ1、Φ2和Φ3可以彼此不同。在一些实施例中，当包括多于三个LCP层时，至少三个LCP层的方位角中的至少三个方位角可以彼此不同。

在一些实施例中，光学器件100还可以包括多个对齐结构，例如被配置为具有根据偏振光辐照被对齐的内部结构的光对齐(photo-alignment)材料(“PAM”)层。在一些实施例中，每个LCP层可以设置在PAM层上。PAM层可以至少部分地使每个LCP层中的LC分子以预定的方位角对齐。例如，与PAM层接触的LC分子可以通过PAM层被对齐成具有预定的方位角，并且LCP层中的剩余LC分子可以根据已经对齐的相邻LC分子进行对齐。在图1所示的实施例中，可以设置三个PAM层。例如，第一PAM层121可以设置在第一LCP层111的下侧，第二PAM层122可以设置在第二LCP层112的下侧，以及第三PAM层123可以设置在第三LCP层113的下侧。PAM层可以由能够在偏振光辐照下被对齐的光敏材料制成。例如，在暴露于具有在光敏材料的吸收波段中的波长的空间一致的线偏振光之后，PAM层中的光敏材料分子可以沿着空间一致的线偏振光的偏振方向空间一致地对齐。由于各向异性的界面相互作用，已经一致对齐的PAM层可以使双折射层中的LC分子对齐成在双折射层内具有基本相同的对齐。也就是说，双折射层中的LC分子可以被对齐成在双折射层内具有基本相同的方位角。因此，双折射层的光轴在双折射层内可以具有基本上空间恒定的定向。例如，第一PAM层121可以被配置为将LC分子130对齐成具有(例如，相对于y轴方向的)方位角Φ1，并且第一LCP层111的光轴的定向可以由Φ1表示。第二PAM层122可以被配置为将LC分子140对齐成具有(例如，相对于y轴方向的)方位角Φ2，并且第二LCP层112的光轴的定向可以由Φ2表示。第三PAM层123可以被配置为将LC分子150对齐成具有(例如，相对于y轴方向的)方位角Φ3，并且第三LCP层113的光轴的定向可以是Φ3。

在每个LCP层内，LCP层的光轴的定向可以在LCP层上是基本上空间恒定的(例如，在基本相同的方向上)。遍及堆叠中的不同LCP层，相邻LCP层之间可能存在时钟角。时钟角可以被定义为两个相邻LCP层的光轴的定向之间的差。例如，第一LCP层111和第二LCP层112之间的时钟角可以是Φ1和Φ2之间的差，以及在第二LCP层112和第三LCP层113之间的时钟角可以是Φ2和Φ3之间的差。两个相邻的LCP层可以被配置为具有非零的时钟角，这意味着两个相邻LCP层的光轴的定向可以改变或不同。换句话说，在两个相邻LCP层之间光轴可以围绕z轴(例如，厚度方向)相对于彼此旋转。

在图1所示的实施例中，LCP层的厚度d1、d2和d3可以相同，或者可以不同。LCP层的厚度可以由各种因素决定，例如LCP层中LC材料的双折射率、特定的光学功能以及光学器件的特定光学属性等。例如，当光学器件被设计作为设计(或预定)波长范围内的消色差波片时，每个LCP层可以被配置为具有预定的延迟和光轴定向，使得光学器件可以在设计波长范围内被设置有预定的延迟。例如，消色差四分之一波片的设计波长范围可以从约400nm到约700nm，这意味着消色差四分之一波片可以为波长从约400nm到约700nm的基本上垂直入射的光提供基本上恒定的四分之一波延迟。

LCP层提供的延迟可以被计算为d*Δn，其中d是LCP层的厚度，Δn是LCP层中LC材料的双折射率。延迟可以以度、波或纳米为单位来指定。一个完整的延迟波相当于360°，或感兴趣的波长处的纳米数。常用的延迟包括λ/4延迟、λ/2延迟和1λ延迟，但其他值也可用于各种应用。在公开的实施例中，具有特定延迟的每个LCP层可以与被称为“波长数”或“波数”的参数相关联，该参数被表示为d*Δn/λ，其中λ是设计波长范围的中心波长。在下面的描述中，设计波长范围的中心波长可以被称为设计波长。在一些实施例中，设计波长可以不是中心波长。例如，设计波长可以是中心波长的预定范围(例如±20％、±15％、±10％、±5％、±3％、±2％、±1％等)内的波长。

例如，对于设计波长(例如，当设计波长范围是约400nm至约700nm时，该设计波长范围的中心波长可以是550nm)，具有半波延迟的LCP层的波数是约0.5，以及对于设计波长(例如，550nm)，具有四分之一波延迟的LCP层的波数是约0.25。在传统技术中，在一些情况下，膜的厚度d可以基于设计波长λ、波数和LC材料的双折射率Δn来确定。例如，当绿光被用作参考光时，设计波长λ可以被选择为550nm，以用于确定LCP层的厚度d。

在一些实施例中，优化算法可用于计算包括多个LCP层(例如图1中的三个LC膜)的光学器件100的设计参数。在一个实施例中，光学器件100可以被设计作为消色差四分之一波片。设计参数可以是：Φ1＝59.77°，Φ2＝0°，Φ3＝75.65°，LCP层111的波数在λ＝550nm时可以是0.27，LCP层112的波数在λ＝550nm时可以是0.54，LCP层113的波数在λ＝550nm时可以是0.45。如设计参数所示，对于设计波长(例如，550nm)，LCP层的波数中的至少一个不对应于四分之一波(0.25)或半波(0.5)。换句话说，至少一个LCP层被配置为提供不同于四分之一波延迟或半波延迟的延迟。在上面的示例中，对于设计波长(例如，550nm)，所有三个波数都不对应于四分之一波(0.25)或半波(0.5)。换句话说，所有的LCP层被配置为提供不同于四分之一波延迟或半波延迟的相应延迟。作为比较，通过层压技术制造的现有消色差四分之一波片通常包括层压在一起的提供半波延迟的半波片(对于设计波长(例如，550nm)，波数是0.5)和提供四分之一波延迟的四分之一波片(对于设计波长(例如，550nm)，波数是0.25)。尽管以上示例示出了对于设计波长，所有三个波数都不对应于四分之一波(0.25)或半波(0.5)，但是在一些实施例中，光学器件100中的一层或多于一层可以对应于针对设计波长的四分之一波片或半波片。例如，对于以设计波长基本上垂直入射的光，波数中的一个、多于一个或所有可以对应于四分之一波(0.25)或半波(0.5)。

在一些实施例中，光学器件100可以通过以下工艺制造：第一PAM层121可以布置(例如，涂覆、形成、沉积、附着等)在基板105的表面(例如，上表面)处。然后，包括LC材料130的可聚合液晶前体的薄膜可以布置(例如，涂覆、形成、沉积、附着等)在PAM层121的上表面处，并被聚合以形成第一LCP层111。第二PAM层122可以布置(例如，涂覆、形成、沉积、附着等)在第一LCP层111的上表面处。包括LC材料140的可聚合液晶前体的薄膜可以布置(例如，涂覆、形成、沉积、附着等)在第二PAM层122的上表面处，并被聚合以形成第二LCP层112。第三PAM层123可以布置(例如，涂覆、形成、沉积、附着等)在第二LCP层112的上表面处。包括LC材料150的可聚合液晶前体的薄膜可以布置(例如，涂覆、形成、沉积、附着等)在第二PAM层123的上表面处并被聚合以形成第三LCP层113。在一些实施例中，在形成第三LCP层113之后，可以移除基板105。在一些实施例中，基板105可以被保留，即被包括在光学器件100中。在一些实施例中，三个PAM层中的至少一个(例如，PAM层121)可以被移除。

图2是光学器件200的示意图。光学器件200可以包括至少两个LCP层，并且至少一个LCP层可以具有与非零扭转角相关联的面内扭转结构。在一些实施例中，每个LCP层的扭转角和每个LCP层的厚度之间的比率(例如，每单位厚度的扭转角)在层与层之间(例如，遍及多个LCP层)可以不同。此外，LCP层的光轴的定向可以在膜与膜之间连续变化。例如，在LCP层内，该层的光轴的定向可能不是空间恒定的。也就是说，LCP层的光轴的定向可以在该层的厚度上空间变化。在两个相邻层之间，第一LCP层的光轴在第一LCP层和第二LCP层之间的界面处的定向可以与第二LCP层的光轴在该界面处的定向基本相同。换句话说，在两个相邻层之间，LCP层的光轴的定向可以是连续的。因此，时钟角可以不在两个相邻的LCP层之间被配置(或者可以基本为零)。在一些实施例中，光学器件200可以不包括布置在两个相邻LCP层之间的附加对齐膜。

如图2所示，光学器件200可以包括基板205、第一LCP层211和第二LCP层212。第一LCP层211可具有第一厚度d1，以及第二LCP层212可具有第二厚度d2。尽管LCP被用于两个层，但在一些实施例中，不同的双折射材料可以用于不同的层。在一些实施例中，两个LCP层211和212的光学各向异性分子的倾斜角可以相对较小，例如在0°到10°的范围内或者在0°到-10°的范围内。在一些实施例中，两个LCP层211和212的光学各向异性分子可以具有基本相同的倾斜角(例如，0°)。在一些实施例中，两个LCP层211和212的光学各向异性分子可以具有不同的倾斜角(例如，0°和2°)。

LCP层中的至少一个LCP层可以具有与非零扭转角相关联的面内扭转结构，其中LC分子可以沿着扭转结构的轴(例如，沿着z轴方向)旋转，并且LC分子的LC指向矢(director)可以基本垂直于扭转结构的轴。也就是说，图2所示的LCP层的光轴可以围绕厚度方向上的z轴旋转，而不是具有如图1所示的空间恒定的光轴。换句话说，LCP层的光轴的定向可以从LCP层的底部部分到顶部部分在厚度方向(例如，图2所示的z轴方向)上空间变化(例如，可以连续变化)预定的度数。光轴的定向在LCP层的顶部部分和底部部分之间的变化可以被称为扭转角。空间变化的光轴可以由LC的面内扭转引入。LC分子可以被定向在具有不同方位角的不同方向上，从而在层内产生具有非零扭转角的扭转结构，而不是在层内沿相同方向对齐。LC在LCP层内在厚度方向上的面内扭转可以通过向可聚合LC材料前体中加入手性掺杂剂来实现。此外，当光学器件包括各自具有面内扭转结构的两个或更多个LCP层时，该两个或更多个LCP层可以具有两个或更多个不同的每单位厚度的扭转角，这可以通过向可聚合LC材料前体中添加不同浓度的手性掺杂剂和/或添加具有不同螺旋扭转力(“HTP”)的手性掺杂剂来实现。尽管为了说明的目的示出了两个LCP层，但是光学器件200可以包括任何其他合适数量的层，例如三层、四层、五层等。在一些实施例中，当包括多于两个LCP层时，每个LCP层可以包括扭转结构，并且多于两个LCP层的扭转角可以彼此不同。在一些实施例中，多于两个扭转角中的至少两个扭转角可以彼此不同。

为了说明的目的，图2示出了光学器件200包括两个LCP层，每个LCP层具有面内扭转结构。在包括具有面内扭转结构的至少一个LCP层的光学器件200中，相邻LCP层的光轴在相邻LCP层之间的界面处的定向可以是连续的(例如，在界面处可以具有基本相同的定向)。例如，第一LCP层211的光轴在第一LCP层211的顶部部分处的定向可以与第二LCP层212的光轴在第二LCP层212的下部部分处的定向基本相同。

例如，如图2所示，可以假设LCP层211和212中的每一个包括光学各向异性分子(例如，LC分子)的三个子层/部分(例如，底部层/部分、中间层/部分和顶部层/部分)。以第一LCP层211为例。第一LCP层211在底部层/部分处的光轴、第一LCP层211在中间层/部分处的光轴和第一LCP层211在顶部层/部分处的光轴可以在不同的面内(x-y平面内)方向上被定向，从而实现第一LCP层211的面内扭转。换句话说，第一LCP层211的光学各向异性分子230在底部层/部分处的方位角、第一LCP层211的光学各向异性分子230在中间层/部分处的方位角、以及第一LCP层211的光学各向异性分子230在顶部层/部分处的方位角可以不同。

在一些实施例中，多个LCP层的光轴的整体连续定向可以通过邻近两个相邻LCP层之间的界面的光学各向异性分子配置为具有基本相同的方位角来实现。例如，第一LCP层211和第二LCP层212可以具有界面251。第一LCP层211的邻近界面251的第一部分(例如，顶部部分)处的光学各向异性分子230和第二LCP层212的邻近界面251的第二部分(例如，底部部分)处的光学各向异性分子240可以被配置为具有基本相同的方位角。因此，在界面251处，在两个LCP层211和212之间的方位角之间存在连续性。

如图2所示，第一LCP层211可以包括LC 230，并且第二LCP层212可以包括LC 240。虚线251和252仅用于表示可以单独形成的膜或层之间的界面，或者膜和环境空气之间的界面。光学器件200中包括的至少两个LCP层中的每一个LCP层可以具有与非零扭转角相关联的面内扭转结构。例如，第一LCP层211可以与第一扭转角(δt1)相关联，以及第二LCP层212可以与第二扭转角(δt2)相关联。第一扭转角(δt1)可以是在第一LCP层211的顶部部分和底部部分处的LC分子之间的方位角之间的差。第二扭转角(δt2)可以是在第二LCP层212的顶部部分和底部部分处的LC分子之间的方位角之间的差。对于每个膜，可以通过用扭转角除以厚度来计算比率(例如，每单位厚度的扭转角)。在一些实施例中，不同的膜的比率可以不同。例如，LCP层211的(δt1)/d1可以不同于LCP层212的(δt2)/d2。在一些实施例中，不同的膜或层的比率可以相同。

扭转角表示光轴的定向在LCP层的厚度上的总变化量。在一些实施例中，具有面内扭转结构的相邻LCP层中的光轴的定向在相邻LCP层的界面处可以是连续的。换句话说，界面处的光轴的定向可以基本相同。也就是说，在第二LCP层212的邻近界面251的底部部分处的第二LCP层212中的LC分子的方位角可以基本上等于在第一LCP层211的底部部分处的第一LCP层211中的LC分子的方位角与第一扭转角δt1的和。

在一些实施例中，光学器件200可以包括PAM层220，该PAM层220可以将第一LCP层211中的LC分子对齐成在靠近或位于PAM层220的顶表面的底部部分处具有方位角Φ1。也就是说，第一LCP层211可以在靠近或位于PAM层220的顶表面的底部部分处具有初始光轴定向(由Φ1表示)。第一扭转角δt1表示从PAM层220的顶表面处的初始光轴定向(Φ1)到第一LCP层211和第二LCP层212之间的界面251的总的角度变化(或光轴定向的总变化)。换句话说，在界面251(即，第一LCP层211的顶部部分)处，LC分子230的方位角可以是(Φ1+δt1)。因此，第一LCP层211的光轴在界面251(即，第一LCP层211的顶部部分)处的定向可以由(Φ1+δt1)表示。在一些实施例中，在第一LCP层211内的厚度d1上，光轴的定向可以从角度Φ1到角度Φ1+δt1(例如，线性或非线性地)连续变化(假设预倾角为0°)。

第二扭转角δt2表示从界面251(例如，第二LCP层212的底部部分)处的初始光轴定向(Φ2＝Φ1+δt1)到界面252(例如，第二LCP层212的顶部部分)的总的角度变化(或光轴定向的总变化)。换句话说，在界面251处，第二LCP层212中LC分子240的方位角可以是(Φ1+δt1)或基本上接近(Φ1+δt1)。换句话说，在界面251处，第二LCP层212中的LC分子240可以具有与第一LCP层211中的LC分子230基本相同的方位角。在界面252处，第二LCP层212的光轴的定向可以是(Φ1+δt1+δt2)或基本上接近(Φ1+δt1+δt2)。在第二LCP层212内，光轴的定向可以从第二LCP层212的底部部分到LCP层212的顶部部分(例如，线性或非线性地)连续变化。例如，光轴在第二LCP层212的厚度d2上的定向可以从(Φ1+δt1)连续变化到(Φ1+δt1+δt2)。通过特别配置手性掺杂剂或手性掺杂剂的浓度，使得第二LCP层212的LC分子240在界面251附近或界面251处的方位角可以与第一LCP层211的LC分子230在界面251附近或界面251处的方位角基本相同，第一LCP层211和第二LCP层212的光轴在界面251处的定向的连续性可以保持为基本相同。因此，LCP层的光轴的定向可以在光学器件200的厚度上连续变化，从Φ1到(Φ1+δt1+δt2)。

在一些实施例中，如图2所示的具有两个扭转LCP层的光学器件200可以被配置作为消色差四分之一波片。图2所示的具有两个扭转LCP层的光学器件的设计参数可以包括：Φ1＝14.3°，第一LCP层211的波数在λ＝550nm时可以是0.33，第一扭转角δt1＝0°，Φ2＝14.3°，第二LCP层212的波数在λ＝550nm时可以是0.32，第二扭转角δt2＝83.5°。如示例设计参数所示，两层中的至少一层不对应于设计波长λ(例如，550nm)的四分之一波片或半波片。例如，第一LCP层211的波数在λ＝550nm时为0.33，以及第二LCP层212的波数在λ＝550nm时为0.32，这两者都不对应于设计波长λ(例如，550nm)的四分之一波(波数为0.25)或半波(波数为0.50)。换句话说，两个LCP层中的至少一个(例如，两个)不对应于设计波长λ(例如，550nm)的四分之一波片或半波片，或者两个LCP层中的至少一个(例如，两个)提供不同于四分之一波延迟或半波延迟的延迟。要注意的是，尽管该示例示出了两个层都不对应于四分之一波片或半波片，但是在一些实施例中，一层或多于一层可以对应于四分之一波片或半波片。换句话说，在一些实施例中，对于设计波长的基本上垂直入射的光，层的一个或多于一个波数可以对应于四分之一波(波数是0.25)或半波(波数是0.5)。

第二光学器件200可以通过以下工艺制造：首先，PAM层220可以布置(例如，涂覆、形成、沉积、附着等)在基板205的顶表面处。包括LC230和引入第一扭转角δt1的手性掺杂剂(如果扭转角为0°，则没有掺杂剂可以被添加)的可聚合液晶前体的薄膜可以布置(例如，涂覆、形成、沉积、附着等)在PAM层220的顶表面处。包括混合的LC 230和手性掺杂剂的可聚合液晶前体涂层可以被聚合以形成第一LCP层211。然后，包括LC 240和引入第二扭转角δt2的手性掺杂剂(如果扭转角为0°，则没有掺杂剂可以被添加)的可聚合液晶前体的薄膜可以布置(例如，涂覆、形成、沉积、附着等)在第一LCP层211的顶表面处。包括混合的LC 230和手性掺杂剂的可聚合液晶前体涂层可以被聚合以形成第二LCP层212。在形成第二LCP层212之后，可以移除基板205。在一些实施例中，基板205可以被包括在光学器件200中。在一些实施例中，PAM 220可以被移除。如图2所示，可以不在第一LCP层211和第二LCP层212之间设置附加对齐膜(例如，附加PAM层)，并且可以不在第一LCP层211和第二LCP层212之间配置时钟角(例如，时钟角可以为零)。

图3是光学器件300的示意图。除了光学器件300可以包括至少一个第三LCP层之外，光学器件300可以具有类似于光学器件200的结构。在光学器件300中包括的相同或相似元件的详细描述可以参考结合光学器件200所呈现的以上描述。尽管为了说明的目的示出了三个层，但是在一些实施例中，可以包括多于三个的膜(例如，四个、五个、六个等)。类似于光学器件200的配置，LCP层中的至少一个LCP层可以具有与非零扭转角相关联的面内扭转结构。同样类似于光学器件200，LCP层的光轴的定向可以从一个膜(或层)到另一个膜(或层)在空间上连续变化。在两个相邻LCP层之间的任何界面处，下层在邻近界面的顶部部分处的光轴的定向可以与上层在邻近界面的底部部分处的光轴的定向基本相同。换句话说，假设预倾角基本相同，在两层之间的界面处或附近的LC分子的方位角可以基本相同。因此，可以保持多个LCP层中光轴的定向的连续性。

如图3所示，光学器件300可以包括基板305、第一LCP层311、第二LCP层312和第三LCP层313。PAM层320可以设置在基板305的顶表面处。具有LC分子330的第一LCP层311可以布置(例如，涂覆、形成、沉积、附着等)在PAM层320的顶表面处。第二LCP层312可以布置(例如，涂覆、形成、沉积、附着等)在第一LCP层311的顶表面处，并且第三LCP层313可以布置(例如，涂覆、形成、沉积、附着等)在第二LCP层312的顶表面处。每个层可以分别具有厚度d1、d2和d3。每个膜或层可以分别具有扭转角δt1、δt2和δt3。

PAM层320可以在PAM层320的顶表面附近或顶表面处使LC分子330以方位角Φ1对齐。第一LCP层311的光轴在PAM层320的顶表面附近或顶表面处的定向可以对应于Φ1。在第一LCP层311内，在厚度方向(例如，图3所示的z轴方向)上，光轴的定向可以在空间上连续变化(例如，线性连续地或非线性连续地变化)。也就是说，三个LCP层311、312和313的光轴的定向在厚度方向(例如，图3所示的z轴方向)上跨堆叠在空间上连续地(例如，线性连续地或非线性连续地)变化。例如，在第一LCP层311和第二LCP层312之间的第一界面351处，第一LCP层311的光轴的定向可以用Φ2表示，其中Φ2＝Φ1+δt1。在第一界面351处，第二LCP层312的光轴的定向可以与第一LCP层311的光轴的定向基本相同，即Φ2＝Φ1+δt1。因此，从第一LCP层311到第二LCP层312的光轴的定向的连续性在第一界面351处得以保持。在第二LCP层312和第三LCP层313之间的第二界面352处，第二LCP层312的光轴的定向可以用Φ3表示，其中Φ3＝Φ2+δt2。在第二界面352处，第三LCP层313的光轴的定向可以与第二LCP层312的光轴的定向基本相同，即Φ3＝Φ2+δt2。因此，从第二LCP层312到第三LCP层313的光轴的定向的连续性在第二界面352处得以保持。在第三界面353处，第三LCP层313的光轴的定向可以是Φ3+δt3。因此，在厚度上，LCP层311、312和313的光轴的定向可以在空间上(例如，线性或非线性地)连续变化。相邻层之间光轴的定向的连续性得以保持。

在一些实施例中，可以为光学器件300计算每个LCP层的扭转角与厚度之间的比率，即每单位厚度的扭转角。对于不同的LCP层，该比率可以不同(例如，至少两个比率可以彼此不同，或者所有三个比率可以不同)。例如，δt1/d1可以不同于δt2/d2。在一些实施例中，δt1/d1可以不同于δt3/d3。

在一些实施例中，δt2/d2可以不同于δt3/d3。在一些实施例中，三个比率中的至少一个比率可以不同于其他两个比率，而该其他两个比率可以相同。在一些实施例中，至少两个比率可以相同。在一些实施例中，所有三个比率可以相同。光学器件300的制造工艺可以类似于光学器件200的制造工艺，光学器件200的制造工艺在上文中结合光学器件200进行了描述。

在一些实施例中，光学器件300可以被配置作为设计波长范围内的消色差四分之一波片。光学器件300的设计参数可以包括：Φ1＝0°，第一LCP层311的波数在λ＝550nm时可以是0.52，第一LCP层311的扭转角δt1可以是11.4°，Φ2＝11.4°，第二LCP层312的波数在λ＝550nm时可以是0.50，第二LCP层312的扭转角δt2可以是42.3°，Φ3＝53.7°，第三LCP层313的波数在λ＝550nm时可以是0.23，以及第三LCP层313的扭转角δt3可以是83°。

如该示例设计所示，三个LCP层的三个波数中的至少一个不对应于设计波长λ(例如，550nm)的四分之一波(波数是0.25)或半波(波数是0.5)。换句话说，三个LCP层中的至少一个不对应于四分之一波片或半波片，或者三个LCP层中的至少一个提供不同于四分之一波延迟或半波延迟的延迟。在该示例中，在λ＝550nm时，第二LCP层312的波数是0.50，这对应于设计波长λ(例如，550nm)的半波，但是另外两个波数，第一LCP层311的波数(0.52)和第三LCP层313的波数(0.23)不对应于设计波长λ(例如，550nm)的四分之一波或半波。换句话说，除了第二LCP层312的波数可以对应于设计波长λ(例如，550nm)的半波片之外，第一LCP层311和第三LCP层313的波数不对应于设计波长λ(例如，550nm)的四分之一波片或半波片。换句话说，第一LCP层311和第三LCP层313被配置为各自提供不同于四分之一波延迟或半波延迟的延迟。

图4示出了将传统消色差四分之一波片与所公开的由LCP涂层或层形成的消色差四分之一波片进行比较的模拟结果。图4绘出了(以百分比测量的)光泄漏(light leakage)与垂直入射光的波长的关系。为了计算光泄漏，线偏振器、四分之一波片和圆偏振器被排列在光学系列中。线偏振器可以被配置为接收非偏振入射光。非偏振光在透射通过线偏振器之后可以变成线偏振光。线偏振光可以具有平行于线偏振器的偏振轴或透射轴的偏振轴。四分之一波片的偏振轴可以相对于线偏振器的偏振轴定向，以将线偏振光转换成朝向圆偏振器传播的具有左旋或右旋的圆偏振光。为了测量光泄漏，当由四分之一波片输出的圆偏振光具有左旋时，圆偏振器可以被配置为透射具有右旋的圆偏振光，并且阻挡具有左旋的圆偏振光。当由四分之一波片输出的圆偏振光具有右旋时，圆偏振器可以被配置为透射具有左旋的圆偏振光，并且阻挡具有右旋的圆偏振光。光泄漏可以被计算为透射通过圆偏振器的光的强度相对于入射到线偏振器上的光的强度的比率。

对于覆盖从400nm到700nm的设计波长范围，计算四分之一波片的光泄漏。设计波长(其可以是设计波长范围的中心波长)是550nm。在设计波长范围内较小的光泄漏表明四分之一波片的宽带性能较好。图4的曲线图评估了各种设计(包括传统设计)的宽带性能。比较了五种不同的设计。“单层-LCP”(也标记为“(a)”)和“2层不带扭转(2-layer w/otwist)”(也标记为“(b)”)是两种传统配置：一种包括单个LCP层，以及另一种包括两个LCP层，且对于两个LCP层中的每个LCP层没有面内扭转结构。其他三种配置是本公开的实施例：“3层不带扭转”(也标记为“(c)”)代表图1所示的实施例，“2层带扭转”(也标记为“(d)”)代表图2所示的实施例，以及“3层带扭转”(也标记为“(e)”)代表图3所示的实施例。除了单个LCP层配置外，其他四种配置的设计参数如下表所示。注意，在图4所示的示例模拟结果中，设计波长λ是550nm，以及设计波长范围是400nm至700nm。

表格：设计参数

如图4所示，对于具有单个LCP层配置(“标记为“单层-LCP”)的四分之一波片(这是一种传统技术)来说，光泄漏仅对于相对窄的带宽来说很小。例如，如果1.5％的光泄漏被用作阈值，则具有单个LCP层配置的四分之一波片可以在从约520nm到约580nm的波长范围(或者60nm的带宽)内提供基本恒定的延迟(即，可以是消色差的)。具有“2层不带扭转”配置的四分之一波片(其也是传统配置，其中每一层对应于设计波长550nm的四分之一波片(d*Δn/λ＝0.25)或半波片(d*Δn/λ＝0.50))可以在从约470nm至约680nm的波长范围(或约210nm的带宽)内提供基本恒定的延迟。相比之下，本公开的具有“3层不带扭转”配置的四分之一波片(其中三层中没有一层对应于设计波长550nm的四分之一波片或半波片)可以在从约420nm到超过700nm的波长范围(或大于280nm的带宽)内提供基本恒定的延迟。根据本公开的实施例的具有“2层带扭转”配置的四分之一波片(其中两层都不对应于设计波长550nm的四分之一波片或半波片)可以在从约440nm到670nm的波长范围(或大约230nm的带宽)内提供基本恒定的延迟。根据本公开的实施例的具有“3层带扭转”配置的四分之一波片(其中三层中的两层不对应于设计波长范围550nm的四分之一波片或半波片)可以在从小于400nm到超过700nm的波长范围(或大于300nm的带宽)内提供基本恒定的延迟。如图4所示，与具有传统技术配置的四分之一波片相比，具有根据本公开实施例的配置的四分之一波片可以具有改善的宽带性能。

如果将1％的光泄漏用作阈值，则具有单个LCP层配置的四分之一波片可以在从约525nm至575nm的波长范围(或约50nm的带宽)内提供基本恒定的延迟(即，可以是消色差的)。具有“2层不带扭转”配置的四分之一波片(其中每一层对应于设计波长550nm的四分之一波片(d*Δn/λ＝0.25)或半波片(d*Δn/λ＝0.50))可以在从约475nm至约663nm的波长范围(或约88nm的带宽)内提供基本恒定的延迟。相比之下，本公开的具有“3层不带扭转”配置的四分之一波片(其中三层中没有一层对应于设计波长550nm的四分之一波片或半波片)可以在从425nm到超过700nm的波长范围(或大于275nm的带宽)内提供基本恒定的延迟。根据本公开实施例的具有“2层带扭转”配置的四分之一波片(其中两层都不对应于四分之一波片或半波片)可以在从约450nm到约663nm的波长范围(或约213nm的带宽)内提供基本恒定的延迟。根据本公开的实施例的具有“3层带扭转”配置的四分之一波片(其中三层中的两层不对应于设计波长550nm的四分之一波片或半波片)可以在约400nm至超过700nm的波长范围(或大于300nm的带宽)内提供基本恒定的延迟。如图4所示，与具有传统技术配置的四分之一波片相比，具有根据本公开实施例的配置的四分之一波片可以具有改善的宽带性能。

与通过将半波片和四分之一波片层压在一起而制造的传统消色差四分之一波片相比，本公开中公开的消色差四分之一波片可以具有简化的制造工艺和降低的成本。除了扁平基板之外，基于LCP涂层(或层、膜等)制造的所公开的光学器件也可以在弯曲的基板表面上制造，这可以克服在弯曲表面上层压扁平膜的挑战，从而为光学器件设计提供更多的自由度。

所公开的基于LCP涂层制造的光学器件可以在许多领域中具有各种各样的应用，这些都在本公开的范围内。下面将解释增强现实(“AR”)、虚拟现实(“VR”)、混合现实(“MR”)领域或它们的一些组合中的一些示例性应用。近眼显示器(“NED”)已广泛应用于各种各样的应用，例如航空、工程、科学、医学、计算机游戏、视频、体育、培训和模拟。NED的一个应用是实现VR、AR、MR或它们的某种组合。NED的理想特性包括紧凑、重量轻、高分辨率、大视场(“FOV”)和小的形状因子。NED可以包括被配置成生成图像光的显示元件和被配置成将图像光导向用户眼睛的透镜系统。透镜系统可以包括多个光学元件，例如透镜、波片、反射器等，以用于将图像光聚焦到用户眼睛上。为了实现紧凑的尺寸和轻的重量，并保持令人满意的光学特性，NED可以在透镜系统中采用薄饼透镜组件来折叠光路，从而减小NED中的后焦距。薄饼透镜组件的焦点通常是强色的(strongly chromatic)。换句话说，从透镜系统输出的光具有色差特征，这降低了利用具有薄饼透镜的透镜系统和发射多波长或颜色通道的光的光源的成像设备的图像质量。所公开的光学膜，例如所公开的消色差四分之一波片，可以在薄饼透镜中实现，以减少色差，从而提高薄饼透镜的图像质量。

图5示出了根据本公开实施例的薄饼透镜组件或薄饼透镜500的示意图。如图5所示，薄饼透镜组件500可以包括排列在光学系列中的第一光学元件520和第二光学元件540。在一些实施例中，第一光学元件520和第二光学元件540可以通过粘合剂530耦合在一起。第一光学元件520可以接收光并向第二光学元件540输出光。与第一光学元件520耦合的第二光学元件540可以被配置为将从第一光学元件接收的具有第一偏振的光反射回第一光学元件，并且透射从第一光学元件接收的具有第二偏振的光。

在一些实施例中，第一光学元件520和第二光学元件540中的至少一个(例如，每个)可以包括一个或更多个光学透镜。薄饼透镜500可以被配置为接收由电子显示器510(或光源510)发射的图像光590，改变图像光590的一个或更多个属性，并且向位于视窗570处的用户的眼睛580提供具有改变的属性的图像光590。在一些实施例中，第一光学元件520可以包括面向电子显示器510并被配置为从电子显示器510接收图像光的第一表面520-1。第一光学元件520还可以包括面向眼睛580并被配置为输出改变的图像光的第二表面520-2。第一光学元件520还可以包括反射镜522和波片524，它们可以是布置在第一光学元件520的一个或更多个表面上的单独的膜、层或涂层。在一些实施例中，波片524可以布置(例如，键合、形成、沉积、附着)在第一光学元件520的第二表面520-2上，并且反射镜522可以布置(例如，键合、形成、沉积、附着)在第一光学元件520的第一表面540-1上。

反射镜522可以包括部分反射器，该部分反射器是部分反射的，以反射接收光的一部分。在一些实施例中，反射镜522可以被配置成透射约50％的入射光并反射约50％的入射光。这样的反射镜522通常被称为50/50反射镜。在一些实施例中，波片524可以包括被配置为改变接收光的偏振的四分之一波片(QWP)。四分之一波片包括偏振轴，并且QWP的偏振轴可以相对于线偏振入射光定向，以对于可见光谱和/或红外光谱，将线偏振光转换成圆偏振光。在一些实施例中，QWP可以将圆偏振光转换成线偏振光。在一些实施例中，波片524可以包括根据所公开的消色差四分之一波片的任何一个实施例的QWP，例如光学器件100、200或300。

第二光学元件540可以具有面向第一光学元件520的第一表面540-1和面向眼睛580的相对的第二表面540-2。薄饼透镜500可以包括反射偏振器542，该反射偏振器542可以是单独的膜、层或涂层。在一些实施例中，反射偏振器542可以布置(例如，键合、形成、沉积、附着)在第二光学元件540的第一表面540-1或第二表面540-2处。在一个实施例中，如图5所示，反射偏振器542可以布置(例如，键合、形成、沉积、附着)在第二光学元件540的第一表面540-1处。

反射偏振器542可以是部分反射镜，该部分反射镜被配置为反射具有第一线偏振的接收光并透射具有第二线偏振的接收光。例如，反射偏振器542可以反射在阻挡方向(例如，x轴方向)上偏振的光，并且透射在垂直方向(例如，y轴方向)上偏振的光。在所公开的实施例中，阻挡方向被称为反射偏振器542的阻挡轴的方向或阻挡轴方向，以及垂直方向被称为反射偏振器542的透射轴的方向或透射轴方向。

图5所示的薄饼透镜组件500的示意性配置是为了说明的目的。在一些实施例中，第一光学元件520的第一表面520-1和第二表面520-2以及第二光学元件540的第一表面540-1和第二表面540-2中的一个或更多个可以是扁平的或弯曲的。在其中布置反射镜522、波片524和反射偏振器542的位置仅用于说明目的。反射镜522、波片524和反射偏振器542可以被布置在薄饼透镜500的其他位置处。此外，反射镜522、第一光学元件520、波片524、粘合剂530、反射偏振器542和第二光学元件540在光学系列中的排列顺序仅用于说明目的。可以采用其他顺序。在一些实施例中，薄饼透镜组件500可以具有一个光学元件或多于两个光学元件。在一些实施例中，除了第一光学元件和第二光学元件之外，薄饼透镜组件500还可以包括其他光学元件，例如线偏振器、四分之一波片，这不受本公开的限制。在一些实施例中，四分之一波片可以是所公开的消色差四分之一波片的任何一个实施例。利用所公开的消色差四分之一波片，可以通过薄饼透镜组件抑制色差，可以提高薄饼透镜组件提供的图像质量。

此外，为了产生大的FOV，薄饼透镜组件中的光学元件通常具有高的光学曲率。然而，传统的波片通常是扁平的。由于与在曲面上层压扁平膜相关的挑战，在薄饼透镜组件中的高曲率光学元件上附着扁平波片可能是困难的。因此，传统薄饼透镜组件的设计自由度可能受到限制。所公开的基于LCP涂层制造的光学器件，例如所公开的消色差四分之一波片，可以被制造在弯曲的基板表面上，从而在用于AR/VR/MR NED的薄饼透镜设计中提供额外的自由度，通过该自由度可以实现大FOV和紧凑的薄饼透镜。因此，在AR/VR/MR NED中，可以实现复杂的成像功能、小的形状因子、大的FOV和/或大的视窗。

图6示出了图5所示的薄饼透镜组件500中的光传播路径600的示意图。在图6中，“s”表示s偏振光，“p”表示p偏振光，“R”表示右旋圆偏振光，以及“L”表示左旋圆偏振光。在光传播路径600中，为了说明的简单起见，省略了第一光学元件520和第二光学元件540，它们被假定为是可能不影响光的偏振的光学透镜。在一个实施例中，如图6所示，从电子显示器510发射的光181可以是左旋圆偏振光(“181L”)，并且传输到反射镜522。在反射镜522处，左旋圆偏振光181(“181L”)的第一部分可以被反射镜522反射，而左旋圆偏振光181(“181L”)的第二部分可以作为向波片524传播的光182被反射镜透射。透射通过反射镜522的光182可以保持为左旋圆偏振光(“182L”)。波片524可以是四分之一波片，其可以将左旋圆偏振光182(“182L”)转换成s偏振光183(“183s”)。

s偏振光183(“183s”)可以入射到反射偏振器542上，反射偏振器542可以反射在阻挡方向(例如，x轴方向)上偏振的光，并且透射在垂直方向(例如，y轴方向)上偏振的光。也就是说，反射偏振器542可以透射p偏振光并反射s偏振光。因此，来自波片524在正z方向上传播的s偏振光183(“183s”)可以被反射偏振器542反射为在负z方向上传播的s偏振光184(“184s”)。被反射的s偏振光184(“184s”)可以第二次透射通过波片524，并被转换成在负z方向上传播的左旋圆偏振光185(“185L”)。在负z方向上传播的左旋圆偏振光185(“185L”)可以被反射镜522反射为右旋圆偏振光186(“186R”)。右旋圆偏振光186(“186R”)可以透射通过波片524并被转换成p偏振光187(“187p”)。因为反射偏振器542可以透射p偏振光并反射s偏振光，所以p偏振光187(“187p”)可以作为p偏振光188(“188p”)透射通过反射偏振器542，p偏振光188(“188p”)可以被聚焦到视窗。

为了说明的目的，从电子显示器510发射的左旋圆偏振光181被用作示例。在一些实施例中，从电子显示器510发射的光可以是右旋圆偏振光。在一些实施例中，从电子显示器510发射的光可以是线偏振光，并且四分之一波片可以被排列在电子显示器510和反射镜522之间，或者布置在反射镜522的表面上，以将线偏振光转换成圆偏振光，然后该圆偏振光入射到反射镜522上。在一些实施例中，从电子显示器510发射的光可以是非偏振光，并且线偏振器和四分之一波片可以排列在电子显示器510和反射镜522之间，或者布置在反射镜522的表面上。线偏振器可以将从电子显示器510发射的非偏振光转换成线偏振光，并且四分之一波片可以相对于线偏振器定向，以将从线偏振器接收的线偏振光转换成圆偏振光，然后该圆偏振光入射到反射镜522上。

上述基于LCP涂层制造的光学器件在NED中的应用是为了说明的目的。此外，所公开的基于LCP涂层制造的光学器件可用于实现眼睛跟踪部件、显示分辨率增强部件(例如，用于增加像素密度)和光瞳控制元件等。基于LCP涂层制造的光学器件可以在NED中被实现作为多功能光学部件，以显著提高NED的光学性能。

图7根据本公开实施例示出了系统700的框图。如图7所示，系统700可以包括NED705、控制台710、成像设备735和输入/输出接口740。NED 705、成像设备735和输出/输出接口740可以耦合到控制台710。虽然图7示出了包括一个NED 705、一个成像设备735和一个输入/输出接口740的系统700，但是在一些实施例中，在系统700中可以包括任何其他合适数量的部件。例如，系统700可以包括多个NED 705，每个NED 705具有相关联的输入/输出接口740和一个或更多个成像设备735。在一些实施例中，每个NED 705、输入/输出接口740和成像设备735可以与控制台710通信。在一些实施例中，系统700中可以包括不同的和/或附加的部件。系统700可以在VR系统环境、AR系统环境、MR系统环境或它们的某种组合中操作。

NED 705可以是被配置为向用户呈现媒体内容的头戴式显示器。NED 705所呈现的媒体内容的示例包括一个或更多个图像、视频、音频或其某种组合。在一些实施例中，可以经由外部设备(例如，扬声器和/或头戴式耳机)来呈现音频，该外部设备被配置为从NED705、控制台710或两者接收音频信息。该外部设备可以基于所接收的音频信息来呈现音频数据。下面参照图8A和图8B进一步描述NED 705的示例。

NED 705可以包括可以刚性或非刚性地彼此耦合的一个或更多个主体。刚性主体之间的刚性耦合可以使所耦合的刚性主体充当单个刚性实体。相反，在刚性主体之间的非刚性耦合可以允许刚性主体相对于彼此移动。在一些实施例中，NED 705可以向用户呈现VR、AR、MR内容或其某种组合。在VR、AR和/或MR环境中，NED 705可以用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音等)来增强物理真实世界环境的视图。

如图7所示，NED 705可以包括电子显示器块715、薄饼透镜组件717、一个或更多个定位器720、一个或更多个位置传感器725和惯性测量单元(IMU)730。电子显示器块715可以根据从控制台710接收的数据向用户显示图像。在一些实施例中，电子显示器块715可以包括电子显示器和光学块。电子显示器可以生成图像光。在一些实施例中，电子显示器可以包括单个电子显示器或多个电子显示器(例如，用于用户的每只眼睛的显示器)。电子显示器的示例可以包括：液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、有源矩阵有机发光二极管显示器(AMOLED)、透明有机发光二极管显示器(TOLED)、某种其他显示器、投影仪或它们的组合。

光学块可以包括不同光学元件的组合。光学元件可以是光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器或可以影响从电子显示器发射的图像光的任何其他合适的光学元件。在一些实施例中，光学块中的一个或更多个光学元件可以具有一个或更多个涂层(例如抗反射涂层)。光学块对图像光的放大可以允许电子显示器的元件相比于更大的显示器具有减小的尺寸、减小的重量和消耗更少的功率。此外，放大可以增加所显示的媒体内容的视场。例如，所显示的媒体内容的视场可以被加宽或增加，使得可以使用用户的视场的大部分(例如，110度对角线)来呈现所显示的媒体内容。在一些实施例中，光学块可以被配置成具有大于到电子显示器的间距的有效焦距，从而放大由电子显示器投射的图像光。此外，在一些实施例中，可以通过添加或移除光学元件来调整放大倍数。

薄饼透镜组件717可以包括四分之一波片，诸如光学器件100、200或300。在一些实施例中，薄饼透镜组件717可以被配置为单片薄饼透镜组件，在薄饼透镜组件的光学元件之间没有任何气隙。例如，薄饼透镜组件717可以是薄饼透镜组件500的实施例。薄饼透镜组件717还可以放大从电子显示器接收的图像光，校正与图像光相关联的光学像差，使得可以将校正后的图像光呈现给NED 705的用户。

定位器720可以是相对于彼此以及相对于NED 705上的特定参考点位于NED 705上各个位置处的对象。定位器720可以是发光二极管(LED)、角立方体反射器、反光标记、与NED705的操作环境形成对比的一类光源、或它们的组合。在一些实施例中，当定位器720可以是有源(即，LED或其他类型的发光器件)元件时，定位器720可以发射在可见光波段(如约380nm至约750nm)中、在红外(IR)波段(如约750nm至约5mm)中、在紫外波段(如约50nm至约380nm)中、电磁波谱的其他部分或它们的某种组合的光。

在一些实施例中，定位器720可定位于NED 705的外表面之下，该外表面对于从定位器720发射或由定位器720反射的光是透明的。在一些实施例中，定位器720可以足够薄到基本上不减弱从定位器720发射或由定位器720反射的光的波长。在一些实施例中，NED 705的外表面或其他部分可以在可见光波段中是不透明的。因此，定位器720可以在外表面下发射在IR波段中的光，该外表面在IR波段中可以是透光的，但在可见光波段中可以是不透光的。

IMU 730可以是被配置为基于从一个或更多个位置传感器725接收的测量信号生成快速校准数据的电子设备。位置传感器725可以响应于NED 705的运动而生成一个或更多个测量信号。位置传感器725的示例可以包括：一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器、被配置用于IMU 730的误差校正的传感器或者它们的一种或更多种组合。位置传感器725可以位于IMU 730的外部、IMU 730的内部或者这两种位置的组合。

基于来自一个或更多个位置传感器725的一个或更多个测量信号，IMU 730可以生成快速校准数据，该快速校准数据指示NED 705相对于NED 705的初始位置的估计位置。例如，位置传感器725可以包括测量平移运动(向前/向后、向上/向下、向左/向右)的多个加速度计和测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、横滚)的多个陀螺仪。在一些实施例中，IMU 730可以对测量信号进行快速采样，并根据采样的数据计算NED 705的估计位置。例如，IMU 730可以对从加速度计接收的测量信号在时间上求积分以估计速度矢量，并对速度矢量在时间上求积分以确定NED 705上的参考点的估计位置。在一些实施例中，IMU 730可以向控制台710提供采样的测量信号，控制台可以确定快速校准数据。参考点可以是可以用来描述NED 705的位置的点。尽管参考点通常可以被定义为空间中的点；然而，在一些实施例中，参考点可以被定义为NED 705内的点(例如，IMU 730的中心)。

IMU 730可以从控制台710接收一个或更多个校准参数。如下面讨论的，一个或更多个校准参数可用于保持对NED 705的跟踪。基于接收到的校准参数，IMU 730可以调整一个或更多个IMU参数(例如，采样率)。在一些实施例中，一个或更多个校准参数可以使得IMU730更新参考点的初始位置，使得初始位置对应于参考点的下一个校准位置。将参考点的初始位置更新为参考点的下一个校准位置可以有助于减少与所确定的估计位置相关联的累积误差。累积误差(还称为漂移误差)可能导致参考点的估计位置随着时间的推移“漂移”离开参考点的实际位置。

成像设备735可以根据从控制台710接收的校准参数来生成慢速校准数据。慢速校准数据可以包括由成像设备735可检测到的显示定位器720的被观察的位置的一个或更多个图像。成像设备735可以包括一个或更多个照相机、一个或更多个摄像机、能够捕获图像的任何其他设备(包括一个或更多个定位器720)、或者其某种组合。另外，成像设备735可以包括一个或更多个滤波器(例如，用于增大信噪比)。成像设备735可以被配置为检测从成像设备735的视场中的定位器720发射或反射的光。

在一些实施例中，当定位器720包括无源元件(例如，回射器(retroreflector))时，成像设备735可以包括照亮一些或所有定位器720的光源，定位器720将光回射到成像设备735中的光源。慢速校准数据可从成像设备735传送到控制台710，并且成像设备735可以从控制台710接收一个或更多个校准参数，以调整一个或更多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、ISO、传感器温度、快门速度、光圈等)。

输入/输出接口740可以配置为从用户接收输入(诸如对控制台710或从控制台710接收的输出数据的动作请求)的设备。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。输入/输出接口740可以包括一个或更多个输入设备和/或输出设备。示例输入设备可以包括：键盘、鼠标、游戏控制器、或者用于接收动作请求并将接收的动作请求传送到控制台710的任何其他合适的设备。输出设备可以包括数据传输端口、显示器、视频/音频播放器等。由输入/输出接口740接收的动作请求可以被传送到控制台710，控制台可以执行对应于动作请求的动作。在一些实施例中，输入/输出接口740可以根据从控制台710接收的指令来向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求时可以提供触觉反馈，或控制台710可以向输入/输出接口740传送指令，使得输入/输出接口740在控制台710执行动作时生成触觉反馈。

控制台710可以根据从成像设备735、NED 705和输入/输出接口740中的一个或更多个接收到的信息来向NED 705提供媒体内容以用于呈现给用户。在一些实施例中，如图7所示，控制台710可以包括应用储存器745、跟踪模块750和虚拟现实(VR)引擎755。在一些实施例中，控制台710可以包括不同于图7中所示出的模块的模块。下面进一步描述的功能可以以不同于这里描述的方式分布在控制台710的部件当中。

应用储存器745可以存储用于由控制台710执行的一个或更多个应用。应用可以是一组指令，该组指令在由处理器执行时可以生成用于呈现给用户的内容。可以由应用生成的内容响应于经由NED 705的移动或输入/输出接口740而从用户接收的输入。应用的示例可以包括：游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。

跟踪模块750可以使用一个或更多个校准参数来校准系统700，并且可以调整一个或更多个校准参数以减少在NED 705的位置的确定中的误差。例如，跟踪模块750可以调整成像设备735的焦点以获得在NED 705上的观察到的定位器的更准确的位置。此外，由跟踪模块750执行的校准也可以考虑从IMU 730接收的信息。另外，当失去了对NED 705的跟踪时(例如，当成像设备735失去至少阈值数量的定位器720的视线时)，跟踪模块750可以重新校准系统700的部分或其全部。

跟踪模块750可以基于来自成像设备735的慢速校准数据或信息来跟踪NED 705的移动。跟踪模块750可以基于根据慢速校准信息的观察到的定位器720和NED 705的模型来确定NED 705的参考点的位置。跟踪模块750还可以基于来自快速校准数据或信息的位置信息来确定NED 705的参考点的位置。此外，在一些实施例中，跟踪模块750可以使用快速校准信息、慢速校准信息或其某种组合的部分来预测NED 705的未来位置。跟踪模块750可以向引擎755提供NED 705的估计或预测的未来位置。

引擎755可以执行在系统700内的应用，并从跟踪模块750接收NED 705的位置信息、加速度信息、速度信息、所预测的未来位置或其某种组合。基于接收到的信息，引擎755可以确定要提供给NED 705以用于呈现给用户的内容。例如，当接收到的信息指示用户已经向左看时，引擎755可以为NED 705生成反映用户在虚拟环境中的移动的内容。另外，引擎755可以响应于从输入/输出接口740接收的动作请求来执行在控制台710上执行的应用内的动作，并且向用户提供动作被执行的反馈。所提供的反馈可以是经由NED 705的视觉或听觉反馈或者经由输入/输出接口740的触觉反馈。

图8A示出了图7中的NED 705的图示。参考图8A和图7，NED 705可以包括前主体805和带810。前主体805可以包括电子显示器和光学块(图8A中未示出)的一个或更多个电子显示元件、IMU 730、一个或更多个位置传感器725和定位器720。在图8A所示的实施例中，位置传感器725可以位于IMU 730内。在一些实施例中，IMU 730和位置传感器725都对用户来说是不可见的。

定位器720可以相对于彼此并相对于参考点815位于前主体805上的固定位置。在图8A所示的实施例中，参考点815可以位于IMU 730的中心。定位器720中的每一个可以发射由成像设备735可检测到的光。定位器720或定位器720中的部分可以位于前刚性主体805的前侧820A、顶侧820B、底侧820C、右侧820D和左侧820E上。

图8B示出了图8A中所示的NED 705的前主体805的剖视图。如图8B所示，前主体805可以包括电子显示器828和被配置为向出射光瞳835提供改变的图像光的薄饼透镜组件717。出射光瞳835可以是用户的眼睛840可能所处的前主体805的位置。出于说明的目的，图8B示出了与单只眼睛840相关联的前主体805的横截面。与电子显示器828分离的另一个类似的电子显示器可以向用户的另一只眼睛提供由光学块改变的图像光。

本文使用的术语“处理器”可以包括任何合适的处理器，例如中央处理单元(“CPU”)、图形处理单元(“GPU”)、专用集成电路(“ASIC”)、可编程逻辑器件(“PLD”)或它们的组合。也可以使用上面没有列出的其他处理器。处理器可以被实现为软件、硬件、固件或它们的组合。

术语“控制器”可以包括被配置为生成用于控制设备、电路、光学元件等的控制信号的任何合适的电路、软件或处理器。“控制器”可以被实现为软件、硬件、固件或它们的组合。例如，控制器可以包括处理器，或者可以被包括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、传递、通信、广播或传输数据、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”)、随机存取存储器(“ROM”)、闪存等。

术语“单元”、“子单元”或“模块”可以包括硬件组件、软件组件或它们的组合。例如，“单元”、“子单元”或“模块”可以包括外壳、设备、传感器、处理器、算法、电路、电连接器或机械连接器等。

本描述的一些部分可以从对信息的操作的算法和符号表示方面描述本公开的实施例。这些操作虽然在功能上、计算上或逻辑上进行了描述，但这些操作可以由计算机程序或等效电路、微代码等来实现。此外，将操作的这些布置称为模块有时候也被证明是方便的而不失一般性。所描述的操作和它们的相关模块可以体现在软件、固件、硬件或它们的任何组合中。

可以利用一个或更多个硬件或软件模块单独地或与其他设备组合地来执行或实现本文描述的任何步骤、操作或过程。在一个实施例中，利用包括包含计算机程序代码的计算机可读介质的计算机程序产品来实现软件模块，该计算机程序代码可以由计算机处理器执行，以用于执行所描述的任何步骤、操作或过程或全部步骤、操作或过程。在一些实施例中，硬件模块可以包括硬件组件，例如设备、系统、光学元件、控制器、电路、逻辑门等。

本公开的实施例也可以涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可以被特别构造成用于特定的目的，和/或它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算设备。这种计算机程序可以存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质中，或者可以耦合到计算机系统总线的任何类型的适于存储电子指令的介质中。非暂时性计算机可读存储介质可以是能够存储程序代码的任何介质，例如，磁盘、光盘、只读存储器(“ROM”)或随机存取存储器(“RAM”)、电可编程只读存储器(“EPROM”)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、寄存器、硬盘、固态盘驱动器、智能媒体卡(“SMC”)、安全数字卡(“SD”)、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来提高计算能力的架构。处理器可以是中央处理单元(“CPU”)、图形处理单元(“GPU”)或被配置为处理数据和/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和硬件组件。例如，处理器可以包括硬件组件，例如专用集成电路(“ASIC”)、可编程逻辑器件(“PLD”)或它们的组合。PLD可以是复杂可编程逻辑器件(“CPLD”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)等。

本公开的实施例也可以涉及由本文所述的计算过程产生的产品。这样的产品可以包括从计算过程获得的信息，其中信息被存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质上并且可以包括本文所述的计算机程序产品或其他数据组合的任何实施例。

此外，当在附图中示出的实施例显示单个元件时，应当理解，该实施例可以包括多个这样的元件。同样，当在附图中示出的实施例显示多个这样的元件时，应当理解，该实施例可以仅包括一个这样的元件。在附图中示出的元件的数量仅用于说明目的，且不应被解释为限制实施例的范围。此外，除非另有说明，在附图中所示的实施例并不是相互排斥的，并且它们可以以任何合适的方式被组合。例如，在一个实施例中但不在另一个实施例中示出的元件仍然可以被包括在另一个实施例中。不同附图中所示的不同特征的这种组合也在本公开的范围内。

已经描述了各种实施例以说明示例性实现。基于所公开的实施例，本领域中的普通技术人员可以做出各种其他改变、修改、重新布置和替换而不偏离本公开的范围。因此，尽管参考上述实施例详细描述了本公开，但是本公开不限于上述实施例。本公开可以被体现在其他等效形式中而不偏离本公开的范围。本公开的范围在所附权利要求中被限定。

Claims (20)

1.一种光学波片，包括：

第一双折射膜，其包括被排列成形成第一扭转结构的光学各向异性分子；和

第二双折射膜，其包括被排列成形成第二扭转结构的光学各向异性分子，所述第二双折射膜与所述第一双折射膜堆叠，

其中，在所述第一双折射膜的邻近所述第一双折射膜和所述第二双折射膜之间的界面的第一部分处的光学各向异性分子被配置为具有第一方位角，

其中，在所述第二双折射膜的邻近所述界面的第二部分处的光学各向异性分子被配置为具有第二方位角，以及

其中，所述第一方位角与所述第二方位角基本相同。

2.根据权利要求1所述的光学波片，其中，所述第一扭转结构或所述第二扭转结构中的至少一个是面内扭转结构。

3.根据权利要求1所述的光学波片，其中，所述第一双折射膜或所述第二双折射膜中的至少一个包括一个或更多个液晶聚合物膜。

4.根据权利要求1所述的光学波片，其中，所述光学波片被配置为在设计波长范围内提供基本恒定的延迟。

5.根据权利要求4所述的光学波片，其中，

对于具有所述设计波长范围中的设计波长的基本上垂直入射的光，所述设计波长范围内的所述基本恒定的延迟是四分之一波延迟或半波延迟，以及

所述第一双折射膜或所述第二双折射膜中的至少一个被配置为对于具有所述设计波长范围的所述设计波长的基本上垂直入射的光提供不同于所述四分之一波延迟或所述半波延迟的延迟。

6.根据权利要求5所述的光学波片，其中，所述设计波长是所述设计波长范围的中心波长。

7.根据权利要求4所述的光学波片，其中，所述设计波长范围是从约400nm至约700nm。

8.根据权利要求1所述的光学波片，其中，所述第一双折射膜和所述第二双折射膜被配置为每单位厚度具有不同的扭转角。

9.一种光学波片，包括：

第一双折射膜，其配置有具有第一空间恒定定向的第一光轴；

第二双折射膜，其配置有具有第二空间恒定定向的第二光轴；和

第三双折射膜，其配置有具有第三空间恒定定向的第三光轴，

其中，所述第一双折射膜、所述第二双折射膜和所述第三双折射膜堆叠在一起，以及

其中，所述第一空间恒定定向、所述第二空间恒定定向和所述第三空间恒定定向彼此不同。

10.根据权利要求9所述的光学波片，其中，

所述第一空间恒定定向对应于所述第一双折射膜的光学各向异性分子相对于预定参考方向的第一恒定方位角，

所述第二空间恒定定向对应于所述第二双折射膜的光学各向异性分子相对于所述预定参考方向的第二恒定方位角，以及

所述第三空间恒定定向对应于所述第三双折射膜的光学各向异性分子相对于所述预定参考方向的第三恒定方位角。

11.根据权利要求10所述的光学波片，还包括：

第一光对齐材料膜，所述第一光对齐材料膜与所述第一双折射膜耦合并被配置为使所述第一双折射膜的光学各向异性分子在所述第一恒定方位角上至少部分地对齐；

第二光对齐材料膜，所述第二光对齐材料膜与所述第二双折射膜耦合并被配置为使所述第二双折射膜的光学各向异性分子在所述第二恒定方位角上至少部分地对齐；和

第三光对齐材料膜，所述第三光对齐材料膜与所述第三双折射膜耦合并被配置为使所述第三双折射膜的光学各向异性分子在所述第三恒定方位角上至少部分地对齐。

12.根据权利要求9所述的光学波片，其中，所述第一双折射膜、所述第二双折射膜或所述第三双折射膜中的至少一个包括一个或更多个液晶聚合物膜。

13.根据权利要求9所述的光学波片，其中，所述光学波片被配置为在设计波长范围内提供基本恒定的延迟。

14.根据权利要求13所述的光学波片，其中，

对于具有所述设计波长范围中的设计波长的基本上垂直入射的光，所述设计波长范围内的所述基本恒定的延迟是四分之一波延迟或半波延迟，以及

所述第一双折射膜、所述第二双折射膜或所述第三双折射膜中的至少一个被配置为对于具有所述设计波长的基本上垂直入射的光提供不同于所述四分之一波延迟或所述半波延迟的延迟。

15.根据权利要求14所述的光学波片，其中，所述设计波长是所述设计波长范围的中心波长。

16.根据权利要求13所述的光学波片，其中，所述设计波长范围是从约400nm至约700nm。

17.一种光学透镜组件，包括：

第一光学元件；和

第二光学元件，其光学耦合到所述第一光学元件并且被配置为将从所述第一光学元件接收的具有第一偏振的光反射回所述第一光学元件，并且透射从所述第一光学元件接收的具有第二偏振的光，

其中，所述第一光学元件或所述第二光学元件中的至少一个设置有波片，所述波片包括：

第一双折射膜，所述第一双折射膜包括被排列成形成第一扭转结构的光学各向异性分子；和

第二双折射膜，所述第二双折射膜包括被排列成形成第二扭转结构的光学各向异性分子，所述第二双折射膜与所述第一双折射膜堆叠，

其中，在所述第一双折射膜的邻近所述第一双折射膜和所述第二双折射膜之间的界面的第一部分处的光学各向异性分子被配置为具有第一方位角，

其中，在所述第二双折射膜的邻近所述界面的第二部分处的光学各向异性分子被配置为具有第二方位角，以及

其中，所述第一方位角与所述第二方位角基本相同。

18.根据权利要求17所述的光学透镜组件，其中，所述第一扭转结构或所述第二扭转结构中的至少一个是面内扭转结构。

19.根据权利要求17所述的光学透镜组件，其中，所述第一双折射膜和所述第二双折射膜被配置为每单位厚度具有不同的扭转角。

20.根据权利要求17所述的光学透镜组件，其中，所述第一双折射膜或所述第二双折射膜中的至少一个包括一个或更多个液晶聚合物膜。

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