CN117980798A - 用于近眼显示器的颜色偏移光学系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于在近眼显示器中生成图像的方法，该方法可以包括操作光源以发射图像作为入射光。光源可以被配置成使得由光反射元件接收的入射光补偿光反射元件的色彩反射比。该方法可以包括将入射光耦合到光传输基板中，从而通过全内反射将光捕获在光传输基板的第一主表面与第二主表面之间，并且通过具有色彩反射比的光反射元件将光耦出基板。

Description

用于近眼显示器的颜色偏移光学系统
近眼显示器(Near-eye display，NED)现在是各种应用中的主要产品。例如，诸如增强现实显示器的头戴式显示器(head mounted displays，HMD)通常包括近眼透明或半透明显示器，通过近眼透明或半透明显示器，用户可以看到周围环境，同时还看到呈现为周围环境的一部分和/或叠加在周围环境上的虚拟对象(例如，文本、图形、视频等)。
消费者对更好和更舒适的人机接口的需求已经产生了对具有更小形状因子、更宽视场FOV(field of view)、更长电池寿命、日间清晰的增强图像等的HMD的需求。HMD通常利用光学波导来再现用户可能在增强现实环境中看到的所显示的虚拟图像。消费者的需求已经导致波导几何形状越来越复杂，并且导致负责对通过光学波导传播的光进行反射和透射的小平面涂层越来越复杂。随着形状因子、可制造性、强度、消色差和图像一致性要求的增加，涂层需求对设计和制造变得越来越具有挑战性。
因此，在本领域中需要具有改进的形状因数、可制造性、强度、消色差和图像一致性并且减轻涂层需求的NED。
发明内容
本公开内容涉及一种用于在NED中使用的光学系统，该光学系统采用设计方法，该设计方法使用非白平衡的光源和互补白色规范化的部分反射小平面涂层。操纵光源颜色和匹配小平面反射比的能力使得能够实现附加的设计自由度，这使得可制造性更好、光通量更高效并且整体形状因数更小。
根据实施方式，一种光学系统可以包括：光导光学元件(light guide opticalelement,LOE)，该光导光学元件包括光传输基板，该光传输基板具有：彼此平行的第一主表面和第二主表面；一个或更多个光输入耦合元件，其被配置成将入射光耦合到光传输基板中，从而通过全内反射将光捕获在第一主表面与第二主表面之间；以及一个或更多个光反射元件，其被配置成将光耦出基板，一个或更多个光反射元件具有用于将光耦合为进一步沿着基板或将光耦出基板的色彩反射比(chromatic reflectance)。系统还可以包括光源，光源被配置成发射入射光，使得由一个或更多个光反射元件接收的入射光补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在一个实施方式中，光源包括光投影仪，该光投影仪被配置成色彩地(chromatically)发射入射光，以补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在另一实施方式中，光源包括光投影仪，该光投影仪被配置成发射入射光，使得组成光投影仪的不同光元件的相对强度补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在又一实施方式中，光源包括RGB投影仪，该RGB投影仪被配置成发射入射光，使得组成RGB投影仪的红、绿和蓝光源的相对强度补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在一个实施方式中，光源包括：光投影仪，该光投影仪被配置成消色地发射光；以及镜，该镜具有色彩反射比，并且因此被配置成接收来自光投影仪的发射光并且反射发射光，以补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在另一实施方式中，光源包括：光投影仪，该光投影仪被配置成消色地发射光；以及滤光器，该滤光器具有色彩透射比，并且因此被配置成接收来自光投影仪的发射光并且透射发射光，以补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在又一实施方式中，光源包括：光投影仪，该光投影仪被配置成色彩地发射光；以及镜，该镜具有色彩反射比，并且因此被配置成接收来自光投影仪的发射光并且反射发射光，以补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在又一实施方式中，光源包括：光投影仪，该光投影仪被配置成色彩地发射光；以及滤光器，该滤光器具有色彩透射比，并且因此被配置成接收来自光投影仪的发射光并且透射发射光，以补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在一个实施方式中，光源包括光投影仪，该光投影仪被配置成发射入射光，使得组成光投影仪的不同光元件的相对强度补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比，不同光元件的相对强度被选择成使光投影仪的总体效率最大化。
在另一实施方式中，光源包括光投影仪，该光投影仪被配置成发射入射光，使得由光投影仪投射的不同像素的相对强度补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在一个实施方式中，一个或更多个光反射元件包括具有色彩反射比的涂层。
在另一实施方式中，一个或更多个光反射元件包括具有色彩反射比和消色透射比的涂层。
根据另一实施方式，一种用于在近眼显示器中生成图像的方法可以包括：操作光源以产生图像作为入射光；将入射光耦合到光传输基板中，从而通过全内反射将光捕获在光传输基板的第一主表面与第二主表面之间；以及通过具有色彩反射比的一个或更多个光反射元件将光耦出基板。光源被配置成色彩地产生入射光，使得由一个或更多个光反射元件接收的入射光补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在一个实施方式中，光源产生入射光，使得组成光源的不同光元件的相对强度补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在另一实施方式中，光源产生入射光，使得组成光源的红、绿和蓝光源的相对强度补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在一个实施方式中，操作光源以产生图像作为入射光包括：消色地发射光；以及使用具有色彩反射比的镜来反射所发射的光，以补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在另一实施方式中，操作光源以产生图像作为入射光包括：消色地发射光；以及使用具有色彩透射比的滤光器过滤所发射的光，以补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在又一实施方式中，操作光源以产生图像作为入射光包括：色彩地发射光；以及使用具有色彩反射比的镜来反射所发射的光，以补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在又一实施方式中，操作光源以产生图像作为入射光包括：色彩地发射光；以及使用具有色彩透射比的滤光器过滤所发射的光，以补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
在一个实施方式中，光源发射入射光，使得：(a)组成光源的不同光元件的相对强度补偿一个或更多个光反射元件的色彩反射比，并且(b)不同光元件的相对强度使光源的总体效率最大化。
在另一实施方式中，光源发射入射光，使得由光源投射的不同像素的相对强度补偿一个或更多个光输出耦合元件的色彩反射比。
结合在说明书中并且构成说明书一部分的附图示出了各种示例系统、方法等，它们示出了本发明的各方面的各种示例实施方式。将理解的是，图中所示出的元件边界(例如，框、框的组或其他形状)表示边界的一个示例。本领域普通技术人员将理解，可以将一个元件设计为多个元件，或者可以将多个元件设计为一个元件。可以将被示为另一元件的内部部件的元件实现为外部部件，反之亦然。此外，元件可以不按比例绘制。
附图说明
图1A示出了用于近眼显示器(NED)的示例性光学系统的示意图。
图1B示出了用于近眼显示器(NED)的另一示例性光学系统的示意图。
图2A示出了针对550nm波长光的作为入射角的函数的百分率反射比的示例性曲线图。
图2B示出了示出作为入射角的函数的透射和反射颜色坐标的示例性表格。
图3A和图3B示出了用于近眼显示器(NED)的示例性光学系统的示意图。
图4A示出了指定对于具有针对反射比的偏移颜色坐标和针对透射比的白平衡坐标的涂层的要求的示例性表格。
图4B和图4C示出了示出在42°至72°的角度范围内的示例性反射颜色坐标和在74°至85°的角度范围内的透射颜色坐标的CIE 1931XYZ颜色空间色域的一部分。
图5A和图5B示出了分别示出针对光源的白平衡和颜色偏移的RGB源的示例性强度的绘图。
图5C示出了色彩涂层的作为波长的函数的示例性百分率反射比的曲线图。
图5D和图5E示出了当分别由白平衡的RGB光源和颜色偏移的RGB光源照射时，颜色偏移的涂层的所产生的反射光和透射光的示例性颜色空间绘图。
图6示出了用于NED的另一示例性光学系统的示意图。
图7示出了用于NED的又一示例性光学系统的示意图。
图8示出了用于在NED中生成图像的示例性方法的流程图。
图9示出了用于设计光导光学元件的小平面的涂层的示例性方法的示意图。
图10示出了用于设计光导光学元件的小平面的涂层的示例性方法的流程图。
图11A示出了用于设计光导光学元件的小平面的涂层的示例性方法的示意图。
图11B和图11C分别示出了图11A的用于设计光导光学元件的小平面的涂层的示例性方法的作为入射角的函数的对应透射比和反射率。
具体实施方式
图1A示出了用于近眼显示器(NED)的示例性光学系统100的示意图。
光学系统100包括光导光学元件(LOE)50，也称为波导或光导。LOE 50的示例在例如Amitai的美国专利第7,643,214号和第7,724,442号中有相当详细的描述。图1A示出了LOE 50的截面图。LOE 50包括光传输基板52，该光传输基板具有彼此平行的第一主表面52a和第二主表面52b以及边缘52c、边缘52d。
LOE 50还包括不平行于第一主表面52a和第二主表面52b的平面表面54。表面54将入射到其上的光(由光线30表示)耦合到光传输基板52中。表面54可以是反射或衍射的，并且因此可以反射或衍射光30(由光线32表示的反射)，从而通过全内反射将光捕获在第一主表面52a与第二主表面52b之间。尽管在所示出的实施方式中，表面54用作光输入耦合元件，但是在其他实施方式中，可以使用不同于诸如表面54的反射或衍射表面的光输入耦合元件或者除了反射或衍射表面之外还使用光输入耦合元件将光耦合到LOE 50中。例如，边缘52c、边缘52d可以用作光输入耦合元件。即，光可以在边缘52c、边缘52d中的一个或更多个处或者使用棱镜或类似结构直接注入到LOE 50中。在另一示例中，可以使用折射技术将光耦合到LOE 50中，并且因此，光输入耦合元件可以包括折射元件。
LOE 50还可以包括一个或更多个光反射元件。在所示出的实施方式中，LOE 50包括多个部分反射表面56作为光反射元件，多个部分反射表面不平行于第一主表面52a和第二主表面52b。表面56是将光32耦出基板52(由光线33表示的输出光)的光输出耦合元件。LOE 50可以包括多组小平面56，但是为了简单起见，仅示出一组小平面。本公开内容在光输出耦合元件56的上下文中描述了光反射元件和施加至光反射元件的反射涂层。然而，应当清楚的是，光反射元件可以是LOE 50中的将光耦合为进一步沿着LOE 50或从LOE 50出去的光输出耦合元件或其他反射或部分反射元件。例如，在本文中描述的光反射元件可以包括第一波导的将光反射到第二波导中的部分反射表面，如公布为US2019/0064518的美国专利申请第16/172,897号中所公开的，该美国专利申请通过引用并入本文中。
示例性系统100还包括投影光学装置(projecting optical device，POD)60，投影光学装置60可以包括空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)例如液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、硅上液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)调制器、或数字光处理(Digital Light Processing，DLP)系统的数字微镜装置、有机发光二极管(OLED)阵列、或无机发光二极管(LED)阵列。替选地，示例性系统100可以包含激光束扫描系统(Laser Beam Scanning，LBS)。POD 60可以生成准直到无限远的准直图像，即，每个图像像素的光是平行光束，其中角方向对应于图像内的像素位置。因此，图像照明跨越与二维角视场对应的角度范围，所有图像照明可以通过内反射被捕获在LOE 50内，并且然后被耦出。POD 60包括至少一个光源，通常为LED或激光器，至少一个光源可以被部署成对SLM例如LCOS芯片进行照射。SLM调制图像的每个像素的投射强度，从而生成图像。
系统100可以呈现在眼动框(Eye Motion Box，EMB)70的前面，该眼动框70对应于用户的眼睛相对于其中安装有系统100的NED的位置。
在操作中，POD 60投射光(由光线30表示)。POD 60将沿许多方向(视场)上照射光束，但是为了简化说明，示出了单条光线30。光30被注入到LOE 50中并且通过反射表面54耦合到LOE 50中，反射表面54反射要通过全内反射进行引导的图像32，图像32由上行光线32a和下行光线32b表示。当图像32在LOE 50内传播时，它射在部分反射器56上。该入射以两个角度(例如，对应于上行光线32a的第一角度和对应于下行光线32b的第二角度)进行，从而生成两种反射。虚线箭头34表示不期望的反射。在一些实施方式中，不期望的反射可以处于浅角度(在该示例中，从顶点起成74度至85度)，而在其他实施方式中，不期望的反射可以处于非浅角度。透射的图像继续以不同的角度射在小平面56上(在该示例中，从顶点起成42度至72度)，小平面56将图像33(点划线箭头)从LOE 50反射出去到达EMB 70。
因此，第一小平面56a将图像32的部分从LOE 50反射出去，作为到达EMB 70的图像33a。第一小平面56a还透射图像32的部分并且以不期望的角度反射部分34a。小平面56b将图像32的部分从LOE 50反射出去，作为到达EMB 70的图像33b。小平面56b还透射图像32的部分并且以不期望的角度反射部分34b。小平面56c将图像32的部分从LOE 50反射出去，作为到达EMB 70的图像33c。小平面56c还透射图像32的部分并且以不期望的角度反射部分34c，以此类推。
尽管本文中在LOE 50即具有反射小平面的1维扩展波导的上下文中公开了本发明的原理，但是系统100也可以使用例如诸如具有全息光栅或衍射光栅的波导、液晶波导、在多于一个维度上扩展FOV的波导、或用于NED的任何其他方法的其他类型的波导来实现。
图1B示出了用于近眼显示器(NED)的示例性光学系统150的示意图。系统150包括类似于LOE 50但是具有如下所述的附加/不同元件的光导光学元件(LOE)或波导51。系统150类似于系统100，并且因此，此处不详细描述系统150的一些部件以及光传播。
在示例性系统150中，使用耦合棱镜22代替系统100的耦入表面54(图1A)，以将来自POD 60的图像耦入到LOE 51中。
系统150还包括光学混合器14，在这种情况下光学混合器14实现为与基板53的主外表面53a、主外表面53b平行的半反射表面14a。混合器14分割在波导中传播的光束，并且将分割的光束引导至未被POD 60填充的波导区域。表面14a可以实现为非吸收表面，其对于在LOE 51内传播的光具有约50％的反射率，并且对于从系统150外部进入波导的光具有相对低的反射率，使得显示器透明度不降低。混合器14定位在耦入边缘53d与小平面56所在的光提取区域之间。
通常，诸如混合器14的光学混合器对应于具有n个内部平面分束器(其中n是正整数)的对称光束倍增器区域。每个分束器在LOE 51的内部并且平行于主表面53a、主表面53b。n个分束器将主表面53a、主表面53b之间的LOE 51的厚度细分成相等厚度的(n+1)层。LOE 51和/或图像投影仪60到LOE 51的耦合部(例如，棱镜22)可以被配置成使得进入对称光束倍增器区域14的图像照明：(i)在没有准直图像的共轭的情况下利用与准直图像对应的图像照明填充各层中的至少两层，或者在没有准直图像的情况下利用准直图像的共轭填充各层中的至少两层，或者(ii)利用与准直图像和准直图像的共轭两者对应的图像照明填充各层中的仅一层。在例如Ronen等人的美国专利申请第17/420,675号(公布为公布号US2022/0099885)中非常详细地描述了诸如混合器14的光学混合器的示例。因此，此处不额外详细地描述诸如混合器14的光学混合器。
射在小平面56上的光束可以具有各种角度。来自小平面56的反射也可以具有由小平面的涂层规定的各种角度。光束可以被引导或不被引导。
应当注意，耦入表面、耦合棱镜、光学混合器、部分反射耦出小平面等的使用不限于此处描述的任何特定系统，而是实际上也可以并入到本文献中描述的其他实施方式中。
在常规的波导设计中，白平衡的RGB或白色LED光源被用于POD 60，并且POD 60的输出光30在被注入到LOE 51中时是白平衡的。这种常规的设计方法要求所有的光输出元件(例如，部分反射小平面56)经涂覆以具有某些角度范围内的消色反射比和透射比。
图2A和图2B示出了在使用嵌入波导内的部分反射小平面的常规系统中对于550nm波长光作为入射角的函数的百分率反射比。如图2A所示，以42°至72°的角度入射的光以高比率反射(反射图像，与上行光线32a相关联)以控制图像33的输出耦合。以74°至85°的角度入射的光以低比率反射(透射图像，与下行光线32b相关联)，目的是使不期望的反射34最少化。如图2B所示，在常规方法中，对于42°至72°的角度范围，透射比被限定为在CIE 1931XYZ颜色空间或色域中位于相对于纯反射的白色(即，消色)色点(0.333,0.333)的预定义颜色半径(例如，0.01、0.02、0.03、0.04、0.05等)内。对于74°至85°的角度范围，反射比被类似地限定为位于相对于纯透射的白色(即，消色)色点(0.333,0.333)的预定义颜色半径(例如，0.01、0.02、0.03、0.04、0.05等)内。
然而，如果可能的话，通常难以实现这些要求。因此，可能有益的是以仍然可以由POD 60合理地补偿的方式放宽对小平面56的消色反射比的严格要求。在系统100、150中，小平面56的涂层可以被设计成部分色彩性的，但是仍然允许色域的高效照明。
尽管此处主要在部分反射元件56的上下文中公开了本发明，但是本文中描述的技术也适用于其他反射元件，例如光学混合器元件14。此外，尽管在此处聚焦于嵌入在波导内的反射元件，但是在本文中公开的技术也适用于嵌入在波导内的其他元件。例如，衍射元件可以通过其作为入射角和波长的函数的衍射效率来表征，并且衍射效率将具有可以以与反射元件类似的方式呈现的色彩属性。
返回至图1A，光输出耦合元件56具有用于将光耦出LOE 50的色彩反射比(chromatic reflectance)。POD 60色彩地发射入射光30，使得由一个或更多个光输出耦合元件56接收的入射光32补偿光输出耦合元件56的色彩反射比。
为了理解本文中公开的技术的基本原理，简单起见考虑图3A中由RGB照明模块60照射的单个部分反射表面。如果表面56的反射率不依赖于波长，则将涂层称为是白平衡的，并且涂层保持照明模块60的整个色域。具体地，如果照明模块60中的红色R、绿色G和蓝色B源的相对强度被设置为产生白色图像，则这样的系统的输出(即，从部分反射表面56反射的照明)可以是白色的。然而，如果表面56的反射率是依赖于波长的(R＝R(λ)，其中λ是波长)，则表面56不再是消色的或白平衡的，并且它不保持照明模块60的色域。即使如此，如果组成照明模块60的RGB光源的相对强度补偿表面56的波长相关反射比R(λ)，则可以从表面56反射白色图像。此外，由于不同颜色的光源的效率变化，使用这样的方法甚至可以改进具有平均反射率<R>的这样的反射模块。例如，蓝色LED通常比红色LED或绿色LED具有更高的效率，因此，在低波长下具有较低反射比的平均反射率为<R>的表面通常将产生更高的总体效率。
如果以不同的入射角照射表面56，则也感兴趣的是反射比与入射角的相关性(其中/>是入射角)。如果色彩属性随入射角而变化，则可以通过针对不同的入射角调整RGB模块60的相对强度(例如，通过改变基于LED的模块中的LCOS的RGB反射率或调制激光扫描模块中的RGB源的强度)来再次补偿图像。然而，这将以较低的效率和/或降低的对比度为代价。为了保持高效率，本发明的一个实施方式假设涂层的色彩属性不应当依赖于入射角(或至少在相关光谱和角度范围内微弱地依赖于入射角)。
接下来，考虑图3B的更复杂的情况，一系列若干这样的部分反射表面56a至56N是共同平行的并且由RGB照明模块60照射。从第N个表面(其中N>1)反射的光被第N-1个表面56透射。如果涂层的反射率是消色的或白平衡的，则透射比也是白平衡的，并且从表面56中的任何表面反射的图像在颜色上(但不一定在强度上)是相同的。如果表面的反射是色彩性的或非白平衡的(R＝R(λ))，则从一个表面56反射的图像将在颜色上不同于从另一表面56反射的图像。补偿从一个表面56反射的光与从另一个表面56反射的光的颜色差异的一种方式是对各个表面56使用不同的涂层。然而，实际上，如果反射率足够低，则透射比仍然可以足够地白平衡，并且从具有相同涂层的表面56中的任何表面反射的图像的颜色将近似相同。在这样的情况下，如上所述，可以通过调整RGB模块60的相对强度来补偿图像。每个部分反射表面56可能的最大反射比依赖于透射表面56的数目和颜色相对于白色的偏移程度。
图4A示出了以下表格，该表格指定了对于在42°至72°的整个相关反射角度范围内对偏移的颜色坐标小平面56的涂层的要求，同时在74°至85°的角度范围内保持足够的白平衡透射比。所需的透射比被限定为在CIE 1931XYZ颜色空间或色域中位于相对于纯透射的白色点(0.333,0.333)的预定义/可接受的颜色半径内，而所需的反射比被限定为位于围绕偏移的颜色中心坐标的预定义/可接受的半径内。在图4A和图4B的示例中，已经将偏移的颜色中心坐标设置为(0.250,0.2825)。
图4B示出了示出在42°至72°的角度范围内的反射比颜色坐标和在74°至85°的角度范围内的透射比颜色坐标的CIE 1931XYZ颜色空间或色域的部分。从图4C(图4B的放大的反射比部分)明显的是，反射比色点大致位于所选择的偏移的颜色中心坐标(0.250,0.2825)处。
图5A和图5B示出了可以如何补偿POD 60所投影的有色图像以与图4A至图4C的涂层一起产生作用。图5A示出了白平衡的RGB光源的红色R、绿色G和蓝色B分量的强度。图5B示出了颜色偏移的RGB光源的红色R、绿色G和蓝色B分量的强度。在所示出的实施方式中，通过调整RGB光源以相对于红色R强度减小蓝色B和绿色G强度来实现相对于白平衡的颜色偏移。
图5C示出了作为波长的函数的百分率反射比的曲线图，其展示了色彩涂层(chromatic coating)对不同波长的光以不同方式进行反射。因此，例如，涂层将由颜色偏移的RGB光源60投射的光反射为白色光。
实际上，设计者在设计/选择涂层时获得自由。涂层的反射比不再需要是严格消色的。涂层的反射比在一定范围内可以是色彩性(chromatic)的，从而放宽了对消色反射比涂层的困难要求。然后，设计者可以调整光源60以补偿经涂覆小平面56的色彩反射比，并在系统级别实现白平衡。
图5D和图5E示出了当分别使用白平衡的RGB光源和颜色偏移的RGB光源时颜色偏移的经涂覆小平面的所得到的反射光和透射光的颜色空间绘图。对于图5D的白平衡RGB光源，由颜色偏移经涂覆小平面反射的光发生颜色偏移，中心居于坐标0.25,0.2825(蓝光)处，而透射光保持消色，中心居于坐标0.333,0.333处。对于图5E的颜色偏移经过平衡的RGB光源，由颜色偏移经涂覆小平面反射的光发生颜色偏移，并且因此补偿颜色偏移经过平衡的RGB光源，从而产生以坐标0.333,0.333为中心的白平衡反射光。因为经涂覆小平面的反射比通常保持消色，所以透射光对应于RGB光源的颜色偏移经过平衡的光(红光)，中心居于坐标0.43,0.36处。
更一般地，可以以各种方式描述经涂覆表面的颜色属性。例如，使用CIE XYZ形式体系、相对于表面的法线的角度θ处的反射比，可以定义颜色三刺激值：
其中K是归一化因子，Rn是所考虑的反射表面n的反射率，In是所考虑的入射在反射表面n上的强度，λ是波长，x、y和z是描述人眼的灵敏度的加权函数(假设人眼的灵敏度在所考虑的视场的角度范围内是均匀的)，并且N由下式定义：
N(θ)＝∫λI(θ,λ)y(λ)dλ
根据X、Y、Z，定义反射信号在色域上的位置，并且量化期望的白色点与反射光的预期颜色之间的距离。在单个反射表面的情况下，可以通过调整照射强度I来补偿反射比R随波长的任何色彩不一致行为。
折射波导由许多嵌入的部分反射表面(半反射镜)或小平面组成。因此，光通常在被反射到观察者的眼睛中之前传播通过若干部分反射表面。在这种情况下，第n个小平面上的入射强度为
其中，Ti(θ，λ)＝1-Ri(θ，λ)并且I0(θ,λ)是耦合到波导中的强度。对于波导内部的特定轨迹，原则上可以通过调整强度I0(θ,λ)来补偿小平面的任何色度。可以以若干方式实现强度I0(θ,λ)的调整。例如，在具有RGB源的泛光照明模块中，可以通过改变不同颜色的驱动功率来调整不同颜色之间的比率。对于具有白色源的泛光照明模块，可以通过在源与波导之间放置滤色器来控制不同颜色之间的比率。在这些情况下，可以通过改变图像的反射率(即，由POD 60(例如，LCOS)引起的反射率)来调整与角度θ的任何差异。在激光照明模块中或在基于OLED或微LED照明源的模块中，可以通过控制不同像素处的不同颜色的强度来调整光谱和角度属性。
然而，在实际系统中，光的精确轨迹是未知的，并且存在将最终到达眼动框的许多可能光学路径。因此，I0(θ,λ)的调整必须补偿所有可能轨迹的色彩属性。这些要求将对涂层的允许色度设置上界。这意味着，存在在其内允许部分反射涂层中的每一个的色域的特定区域，并且在该区域之外，不能针对所有轨迹和场同时校正色度。
如上所述，强度I0(θ,λ)的调整可以逐像素实现，但是这可能是不太有利的，因为它必然伴随着效率和不同颜色的灰度级数量的降低。
图6和图7示出了其他可能的实施方式。
图6示出了用于NED的示例性光学系统200的示意图。光学系统200类似于上述光学系统100，并且因此，本文中不再另外描述与系统100的部件相同的部件。示例性系统200包括投影光学装置(POD)60和滤光器61。POD 60可以规则地(不进行调整来补偿表面56的色度)投射图像，即白平衡的光。代替调整POD 60以补偿表面56的颜色偏移反射比特性，将滤光器61插入在POD 60与LOE 50之间以补偿表面56的颜色偏移反射比特性。在一个实施方式中，POD 60可以色彩地投射图像，但是所投射的光本身并未完全补偿表面56的色度。POD 60和滤光器61的组合补偿了表面56的颜色偏移反射比特性。
在操作中，POD 60投射光(由光线30表示)。滤光器61被配置成修改从POD 60投射的光，使得注入LOE 50中的光31补偿表面56的颜色偏移反射比特性。光31注入到LOE 50中并且通过反射表面54耦合到LOE 50中，反射表面54反射要通过全内反射进行引导的图像32，图像32由图像32的上行光线32a和下行光线32b表示。当图像32在光导52内传播时，它射在部分反射器56上。该入射以两个角度(例如，对应于上行光线32a的第一角度和对应于下行光线32b的第二角度)进行，从而生成两种反射。虚线箭头34表示处于浅角度(在该示例中从顶点起成74度至85度)的不期望的反射。透射图像继续以不同的角度射在小平面56上(在该示例中从顶点起成42度至72度)，小平面56将图像33(点划线箭头)从LOE 50反射出去到达EMB 70。
系统200的光输出耦合元件56具有用于将光耦出LOE 50的色彩反射比。POD 60和滤光器61的组合产生色彩性的入射光31，使得由一个或更多个光输出耦合元件56接收的入射光32补偿光输出耦合元件56的色彩反射比。
图7示出了用于NED的另一示例性光学系统300的示意图。光学系统300类似于上述光学系统100，并且因此，本文中不再另外描述与系统100的部件相同的部件。示例性系统300包括投影光学装置(POD)60和镜63。POD 60可以规则地(无需考虑表面56的色度而进行调整)投射图像，即白平衡的光。代替调整POD 60以补偿表面56的颜色偏移反射比特性，将镜63插入在POD 60与LOE 50之间以补偿表面56的颜色偏移反射比特性。在一个实施方式中，POD 60可以色彩地(chromatically)投射图像，但是其本身所投射的光并未完全补偿表面56的色度。POD 60和镜63的组合补偿了表面56的颜色偏移反射比特性。
在操作中，POD 60投射光(由光线30表示)。镜63被配置成修改从POD 60投射的光，使得注入到LOE 50中的光31补偿表面56的颜色偏移反射比特性。光31注入到LOE 50并且通过反射表面54耦合到LOE 50中，反射表面54反射要通过全内反射进行引导的图像32，图像32由图像32的上行光线32a和下行光线32b来表示。当图像32在光导52内传播时，它射在部分反射器56上。该入射以两个角度(例如，对应于上行光线32a的第一角度和对应于下行光线32b的第二角度)进行，从而生成两种反射。虚线箭头34表示处于浅角度(在该示例中从顶点起成74度至85度)的不期望的反射。透射图像继续以不同的角度射在小平面56上(在该示例中从顶点起成42度至72度)，小平面56将图像33(点划线箭头)从LOE 50反射出去到达EMB70。
系统300的光输出耦合元件56具有用于将光耦出LOE 50的色彩反射比。POD 60和镜63的组合产生色彩性的入射光31，使得由一个或更多个光输出耦合元件56接收的入射光32补偿光输出耦合元件56的色彩反射比。
方法
参照图8和图10的流程图可以更好地理解示例性方法。虽然出于简化说明的目的，所示出的方法被示出和描述为一系列框，但是应当理解，这些方法不受框的顺序的限制，因为一些框可以以与所示出和描述的顺序不同的顺序发生或与其他框同时发生。此外，实现示例性方法可能需要少于所有示出的框。此外，附加方法、替选方法或二者可以采用未示出的附加框。
在流程图中，框表示可以用逻辑实现的“处理框”。处理框可以表示方法步骤或用于执行方法步骤的设备元件。流程图并未描绘用于任何特定编程语言、方法或样式(例如，过程式、面向对象)的语法。而是，流程图示出了本领域技术人员可以用于开发逻辑以执行所示出的处理的功能信息。应当理解，在一些示例中，未示出诸如临时变量、例程循环等的程序元素。还应当理解，电子和软件应用可以涉及动态和灵活的过程，使得所示出的框可以以不同于所示出的序列的其他序列来执行，或者这些框可以被组合或分离成多个组成部分。应当理解，可以使用各种编程方法如机器语言、过程式、面向对象或人工智能技术来实现这些过程。
图8示出了用于在近眼显示器中生成图像的示例性方法700的流程图。在710处，方法700可以包括操作光源以发射图像作为入射光。光源被配置成色彩地发射入射光，使得由光输出耦合元件接收的入射光补偿光输出耦合元件的色彩反射比。在720处，方法700可以包括将入射光耦合到光传输基板中，从而通过全内反射将光捕获在光传输基板的第一主表面与第二主表面之间。在730处，方法700可以包括通过具有色彩反射比的光输出耦合元件将光耦出基板。所得到的离开基板的光是消色的，并且因此，图像如最初所期望的那样被传送至NED的用户。
在一个实施方式中，光源发射入射光，使得组成光源的不同光元件的相对强度补偿一个或更多个光输出耦合元件的色彩反射比。
在一个实施方式中，光源发射入射光，使得组成光源的红、绿和蓝光源的相对强度补偿一个或更多个光输出耦合元件的色彩反射比。
在一个实施方式中，操作光源以发射图像作为入射光包括：消色地发射入射光，并且使用具有色彩反射比的镜来反射入射光以补偿一个或更多个光输出耦合元件的色彩反射比。
在一个实施方式中，操作光源以发射图像作为入射光包括：消色地发射入射光，并且使用具有色彩反射比的镜来过滤入射光以补偿一个或更多个光输出耦合元件的色彩反射比。
在一个实施方式中，操作光源以发射图像作为入射光包括：色彩地发射入射光，并且使用具有色彩反射比的镜来反射入射光以补偿一个或更多个光输出耦合元件的色彩反射比。
在一个实施方式中，操作光源以发射图像作为入射光包括：色彩地发射入射光，并且使用具有色彩反射比的镜来过滤入射光以补偿一个或更多个光输出耦合元件的色彩反射比。
在一个实施方式中，光源发射入射光，使得：(a)组成光源的不同光元件的相对强度补偿一个或更多个光输出耦合元件的色彩反射比，并且(b)不同光元件的相对强度使光源的总体效率最大化。
在一个实施方式中，光源发射入射光，使得由光源投射的不同像素的相对强度补偿一个或更多个光输出耦合元件的色彩反射比。
如以下详细讨论的，在一个实施方式中，一个或更多个光输出耦合元件包括涂覆有针对三个角度带优化的涂层的光输出耦合元件，该三个角度带包括两个完全或接近完全透射的带以及与两个完全或接近完全透射的带中之一相邻的一个部分反射的带。在一个实施方式中，优化所有三个角度带的透射比以保持颜色一致性。
图9在颜色CIE 1931XYZ颜色空间或色域空间中示出了在图1A的LOE 50内传播的光束的矢量演变。选择该矢量域是为了说明的清楚，但是其他表示也是可能的，例如其中每个维度表示一种颜色的透射比的3D归一化透射比表示。此处T33a表示反射33a之后的被引导光的颜色矢量，而T34a表示受反射34a影响的被引导光的颜色矢量。假设注入光30是如颜色矢量15a所表示的白色的，则每次反射将使被引导光束的颜色移动。这种颜色漂移可以近似为到颜色位置15b的矢量求和，颜色位置15b表示刚好在输出反射矢量R33d(图1A中的33d)之前的被引导图像的颜色。输出光束的颜色为15c，并且15c可以被表示为以下矢量和：
15c＝15a+T33a+T34a+T33b+T33c+T34b+R33d
因此，通过预偏移15a(注入图像30的颜色)，可以使输出图像颜色15c(光束33d)白平衡。然而，如果颜色漂移15c至15a太大，则不再可能进行该预补偿。
使被引导图像的颜色漂移最小化的方式是使由每个小平面56中的反射33和反射34分别贡献的漂移最小化。由每种反射贡献的颜色漂移必须根据其相对于相关角度谱(即，哪个小平面将透射什么角度)的相对概率来加权。此处，假设N34是与进一步沿LOE 50的小平面相关的角度谱的反射34(表示T34a、T34b、……)的概率，并且N33是与进一步沿LOE 50的小平面相关的角度谱的反射33(表示T33a、T33b、……)的概率。还假设NR33是作为R33被反射输出到小平面(该小平面将形成R33到EMB 70的路径)的相关角度上的能量的分数。然后，可以针对每个小平面使三个过程(两次透射和一次反射)的以下加权颜色矢量求和(每个小平面的平均颜色矢量偏移)最小化：
N34×T34+N33×T33+NR33×R33→0
在一些配置中，可以有多于一个光束路径行进穿过LOE 50。因此，更一般的加权求和将是针对所有相关透射Ti和Ti的具有适当概率Ni的角度谱以及一个反射光束Tr和Tr的相对概率Nr进行：
∑Ni×Ti+Nr×Tr→0
可以考虑用于涂层优化但是与颜色优化无关的其他参数。
图10示出了示例性方法900的流程图，该方法用于针对每个小平面(此处针对第i个小平面)分别地设计涂层以使残余加权颜色矢量最小化，从而使注入图像30的所需颜色预偏移(15a)最小化。
在910处，该方法确定或计算第i个小平面将透射的相关角度谱。这降低了优化复杂性，因为沿光导的不同小平面将透射图像的不同角度谱。例如，靠近POD 60的第一小平面56a将针对所有图像角度谱进行透射(并且不引入颜色偏移)，而小平面56c和距离POD 60更远的小平面将仅对小的角度谱保持颜色一致性。最后的第n个小平面可能根本不需要保持所透射图像的颜色一致性。
在920处，该方法计算射在第i个小平面上的光在相关角度谱中反射(光束33i)的概率N33和/或透射(光束34i)的概率N34。在930处，该方法将透射的标称颜色矢量限定为T34i(相关角度谱中的透射光束各自由其相应的概率加权)，并且向T34i分配初始参考值。在一个实施方式中，可以将初始参考值设置为T34i＝0，但是设计者可以选择其他初始参考值。在940处，该方法针对透射比的标称颜色矢量T34i设计小平面涂层(小平面涂层分布)。在950处，该方法根据涂层设计评估反射T33i之后的颜色矢量透射比。在960处，该方法评估加权颜色矢量的任何残余偏移。如果残余偏移是不可接受的(失败)，则在970处定义透射比的新偏移标称颜色矢量T34i并且返回至940。即，设计者可以修改其初始假设并且改变初始参考值。然而，如果残余偏移是可接受的(通过)，则在980处，设计完成。通过/失败标准对于特定的(第i个)小平面可以是全局的，或者可以是参数特定的(例如，反射比太低或太高)。
在一个实施方式中，可以通过忽略反射之后的颜色矢量透射比(设置N33＝0或T33＝0)并且仅针对T34→0对涂层进行优化来简化该过程。在许多情况下，这种优化将使总残余颜色15c至15a对于预设补偿来说很小。
图11A、图11B和图11C示出了包含两个透射和一个反射角度谱的上式的示例性实现方式。图11A示出了LOE 50的一部分，以示意性地示出光导配置(类似于图1A的配置，但是具有不同角度的反射率)。图11B和图11C分别示出了作为入射角的函数的对应透射比和反射率。粗线表示所需/设计的透射比和反射率，而细线绘图示出在各种不同波长下的实验/获得的结果。
这些要求适用于LOE 50的中间处的小平面56b(即，不是第一个并且不是最后一个小平面)，在小平面56b处一些光被反射33，并且一些被透射34使得光可以沿LOE 50到达其他小平面(例如，56c)。如图4A至图4C所示，光束32具有低的颜色扩展。此处，光束32以某一角度在1002处射在小平面56b上。在图11A至图11C的示例中，用于该角度的涂层设计应当以下面的规范保持颜色一致性：
·60度至70度的角度谱(带3)应当以6％反射(图11C中的1002R)，以93％透射(图11B中的1002T2)，并且假设损耗为1％。
·42度至60度的角度谱(带2)应当至少对于带的部分(图11B中的1002T1)完全透射(或几乎完全透射)。假设实际逐渐下降的透射比部分(图11B中的1002T3)。
光束应当在20度至40度(图11B中的带1，1004T)处以最小反射穿过小平面(1004)。在该上下文中，接近完全透射意指透射比为96.5％或更高。如图11B和图11C所示，大体实现涂层设计目标。
因此，小平面56b涂覆有针对三个角度带(在图11A、图11B和图11C的示例中，带1＝20度至40度，带2＝42度至60度，并且带3＝60度至70度)优化的涂层，该三个角度带包括具有完全或接近完全透射部分(1004T和1002T1)的两个带(带1和带2)以及具有部分反射部分(1002T2)并且与两个完全或接近完全透射的带中之一相邻(带3与包括完全或接近完全透射的部分1002T1的带2相邻)的一个带(带3)。优化所有三个角度带(带1、带2和带3)的透射比以保持系统100的颜色一致性。
虽然附图示出了串行发生的各种动作，但是应当理解，示出的各种动作可以基本上并行发生，并且虽然动作可能示出为并行发生，但是应当理解，这些动作可以基本上串行发生。虽然关于所示出的方法描述了多个过程，但是应当理解，可以采用更多或更少数目的过程，并且可以采用轻量级过程、常规过程、线程和其他方法。应当理解，在一些情况下，其他示例性方法也可以包括基本上并行发生的动作。所示出的示例性方法和其他实施方式可以实时操作、在软件或硬件或混合软件/硬件实现方式中比实时更快地操作、或在软件或硬件或混合软件/硬件实现方式中比实时更慢地操作。
定义
下面包括本文中所采用的所选术语的定义。该定义包括落入术语范围内并且可以用于实现方式的部件的各种示例或形式。示例不旨在是限制性的。术语的单数形式和复数形式均可以在定义内。
“可操作连接”或实体借以“可操作地连接”的连接是其中可以发送或接收信号、物理通信或逻辑通信的连接。通常，可操作连接包括物理接口、电接口或数据接口，但是应当注意，可操作连接可以包括足以允许可操作控制的这些或其他类型连接的不同组合。例如，两个实体可以通过能够彼此直接或通过一个或更多个中间实体(如处理器、操作系统、逻辑、软件或其他实体)传递信号来可操作地连接。逻辑或物理通信通道可以用于创建可操作连接。
就在说明书或权利要求书中使用术语“包括(include)”或“包含(including)”而言，其旨在按照将术语“包括(comprising)”用作权利要求书中的过渡词的情况下解释该术语“包括(comprising)”时的类似的方式为包括性的。此外，就在说明书或权利要求中使用术语“或”(例如，A或B)而言，其旨在意指“A或B或二者”。当申请人旨在指示“仅A或B而非二者”时，则将使用术语“仅A或B而非二者”。因此，本文中术语“或”的使用是包括性的，而不是排他性的使用。参见Bryan A.Garner的现代法律用法词典624(A Dictionary of ModernLegal Usage 624)(1995年第二版)。
虽然已经通过描述示例示出了示例系统、方法等，并且虽然已经相当详细地描述了示例，但是申请人的意图不是限制或以任何方式将范围限制为这样的细节。当然，不可能为了描述本文中所描述的系统、方法等而描述部件或方法的每个可想到的组合。另外的优点和修改对本领域技术人员将是明显的。因此，本发明不限于所示出和描述的具体细节、代表性装置和说明性示例。因此，本申请旨在包含落入所附权利要求的范围内的变更、修改和变化。此外，先前的描述并不意指限制本发明的范围。而是，本发明的范围由所附权利要求及其等同物来确定。

Claims (30)

1.一种用于近眼显示器(NED)的光学系统，所述光学系统包括：
光导光学元件(LOE)，包括光传输基板，所述光传输基板具有：
彼此平行的第一主表面和第二主表面，
一个或更多个光输入耦合元件，被配置成将入射光耦合到所述光传输基板中，从而通过全内反射将光捕获在所述第一主表面与所述第二主表面之间，以及
一个或更多个光反射元件，被配置成至少部分地反射耦合到所述基板中的光，所述一个或更多个光反射元件具有色彩反射比；以及
光源，被配置成发射所述入射光，使得由所述一个或更多个光反射元件接收的所述入射光补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述一个或更多个光反射元件包括一个或更多个光输出耦合元件，所述一个或更多个光输出耦合元件被配置成将光耦出所述基板，所述一个或更多个光输出耦合元件具有用于将光耦出所述基板的色彩反射比；并且
所述光源被配置成发射入射光，使得由所述一个或更多个光输出耦合元件接收的所述入射光补偿所述一个或更多个光输出耦合元件的色彩反射比。
3.根据权利要求1所述的光学系统，所述光源包括：
光投影仪，被配置成色彩地发射所述入射光以补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
4.根据权利要求1所述的光学系统，所述光源包括：
光投影仪，被配置成发射入射光，使得组成所述光投影仪的不同光元件的相对强度补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
5.根据权利要求1所述的光学系统，所述光源包括：
RGB投影仪，被配置成发射入射光，使得组成RGB投影仪的红、绿和蓝光源的相对强度补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
6.根据权利要求1所述的光学系统，所述光源包括：
镜，所述镜具有色彩反射比，并且因此被配置成接收来自所述光投影仪的发射光并且将所述发射光反射以补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比，或
滤光器，所述滤光器具有色彩透射比，并且因此被配置成接收来自所述光投影仪的发射光并且将所述发射光透射以补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
7.根据权利要求1所述的光学系统，所述光源包括：
光投影仪，被配置成发射入射光，使得组成所述光投影仪的不同光元件的相对强度补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比，所述不同光元件的相对强度被选择成使所述光投影仪的总体效率最大化。
8.根据权利要求1所述的光学系统，所述光源包括：
光投影仪，被配置成发射入射光，使得由所述光投影仪投射的不同像素的相对强度补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
9.根据权利要求1所述的光学系统，所述LOE包括：
对称光束倍增器区域，所述对称光束倍增器区域与所述一个或更多个光反射元件所在的耦出区域不同，所述对称光束倍增器区域具有n个内部平面分束器，其中n是正整数，每个分束器在所述LOE的内部并且平行于所述主表面，所述n个分束器将所述主表面之间的LOE的厚度细分成相等厚度的(n+1)层。
10.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述一个或更多个光反射元件包括涂覆有第一涂层的第一光反射元件和涂覆有第二涂层的第二光反射元件，所述第二涂层不同于所述第一涂层。
11.根据权利要求10所述的光学系统，其中，所述第一涂层被设计成用于获得与所述第一光反射元件对应的透射比的第一标称颜色矢量，并且所述第二涂层被设计成用于获得与所述第二光反射元件对应的透射比的第二标称颜色矢量，所述透射比的第一标称颜色矢量不同于所述透射比的第二标称颜色矢量。
12.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述一个或更多个光反射元件包括涂覆有针对三个角度带进行优化的涂层的光反射元件，所述三个角度带包括具有完全或接近完全透射部分的两个带和具有部分反射部分的一个带，所述一个带与具有所述完全或接近完全透射部分的两个带之一相邻。
13.根据权利要求12所述的光学系统，其中，优化所有三个角度带的透射以保持颜色一致性。
14.一种用于在近眼显示器中生成图像的方法，包括：
操作光源以产生图像作为入射光；
将所述入射光耦合到光传输基板中，从而通过全内反射将光捕获在所述光传输基板的第一主表面与第二主表面之间；以及
通过具有色彩反射比的一个或更多个光反射元件将所述光耦出所述基板或将所述光耦合为进一步沿着所述基板，
其中，所述光源被配置成色彩地产生所述入射光，使得由所述一个或更多个光反射元件接收的所述入射光补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述光源产生所述入射光，使得组成所述光源的不同光元件的相对强度补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述光源产生所述入射光，使得组成所述光源的红、绿和蓝光源的相对强度补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，操作所述光源以产生图像作为所述入射光包括：
消色地发射光；以及
以下操作中的至少之一：
使用具有色彩反射比的镜来反射所发射的光，以补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比，或者
使用具有色彩透射比的滤光器过滤所发射的光，以补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，操作光源以产生图像作为入射光包括：
色彩地发射光；以及
以下操作中的至少之一：
使用具有色彩反射比的镜来反射所发射的光，以补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比，或者
使用具有色彩透射比的滤光器过滤所发射的光，以补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述光源发射所述入射光，使得：(a)组成所述光源的不同光元件的相对强度补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比，并且(b)所述不同光元件的相对强度使所述光源的总体效率最大化。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述光源发射所述入射光，使得由所述光源投射的不同像素的相对强度补偿所述一个或更多个光反射元件的色彩反射比。
21.根据权利要求14所述的方法，其中，将光耦出所述基板包括：使用涂覆有第一涂层的第一光反射元件将所述光中的一些耦出所述基板，以及使用涂覆有第二涂层的第二光反射元件将所述光中的一些耦出所述基板，所述第二涂层不同于所述第一涂层。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一涂层被设计成用于获得与所述第一光反射元件对应的透射比的第一标称颜色矢量，并且所述第二涂层被设计成用于获得与所述第二光反射元件对应的透射比的第二标称颜色矢量，所述透射比的第一标称颜色矢量不同于所述透射比的第二标称颜色矢量。
23.根据权利要求14所述的方法，其中，所述一个或更多个光反射元件包括涂覆有针对三个角度带进行优化的涂层的光反射元件，所述三个角度带包括具有各自完全或接近完全透射部分的两个带和具有部分反射部分的一个带，所述一个带与具有所述完全或接近完全透射部分的两个带之一相邻。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，优化所有三个角度带的透射比以保持颜色一致性。
25.一种用于为光导光学元件(LOE)的特定小平面设计涂层的方法，所述方法包括：
确定所述特定小平面将发生透射的相关角度谱；
计算射在所述特定小平面上的光成为所述相关角度谱中的透射光束的概率；
限定其中所述相关角度谱中的透射光束各自通过所述概率中的相应概率加权的标称颜色矢量，并且向标称颜色矢量分配初始参考值；
为获得与所述特定小平面对应的透射比的标称颜色矢量来设计小平面涂层分布；以及
根据所述小平面涂层分布评估反射之后的加权颜色矢量透射比。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述评估包括：确定反射之后的加权颜色矢量透射比的残余偏移，以及基于所述残余偏移向所述标称颜色矢量分配与所述初始参考值不同的后续参考值。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述初始参考值为0。
28.根据权利要求25所述的方法，包括：
将零值分配给所述概率中的至少一个概率，以简化所述小平面涂层分布的设计。
29.根据权利要求25所述的方法，其中，将所述标称颜色矢量限定为：(a)仅包括与未从所述LOE输出的反射对应的透射光束，或者(b)对与从所述LOE输出的透射光束对应的概率赋予零权重。
30.根据权利要求25所述的方法，其中，设计所述小平面涂层分布包括针对三个角度带优化颜色一致性，所述三个角度带包括具有各自完全透射部分的两个带和具有部分反射部分的一个带，所述一个带与具有各自完全透射部分的两个带之一相邻。
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