TW202316178A - 用於近眼顯示器的顏色偏移光學系統 - Google Patents

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羅寧 切里基
尤奇 丹齊格
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Abstract

一種用於在近眼顯示器中生成圖像的方法，該方法可以包括操作光源以發射圖像作為入射光。光源可以被配置成使得由光反射元件接收的入射光補償光反射元件的色彩反射比。該方法可以包括將入射光耦合到光傳輸基板中，從而通過全內反射將光捕獲在光傳輸基板的第一主表面與第二主表面之間，並且通過具有色彩反射比的光反射元件將光耦出基板。

Description

用於近眼顯示器的顏色偏移光學系統
近眼顯示器(Near-Eye Display,NED)現在是各種應用中的主要產品。例如，諸如增強現實顯示器的頭戴式顯示器(Head Mounted Displays,HMD)通常包括近眼透明或半透明顯示器，通過近眼透明或半透明顯示器，用戶可以看到周圍環境，同時還看到呈現為周圍環境的一部分和/或疊加在周圍環境上的虛擬物件(例如，文本、圖形、視頻等)。
消費者對更好和更舒適的人機介面的需求已經產生了對具有更小形狀因數、更寬視場FOV(Field Of View)、更長電池壽命、日間清晰的增強圖像等的HMD的需求。HMD通常利用光學波導來再現使用者可能在增強現實環境中看到的所顯示的虛擬影像。消費者的需求已經導致波導幾何形狀越來越複雜，並且導致負責對通過光學波導傳播的光進行反射和透射的小平面塗層越來越複雜。隨著形狀因數、可製造性、強度、消色差和圖像一致性要求的增加，塗層需求對設計和製造變得越來越具有挑戰性。
因此，在本領域中需要具有改進的形狀因數、可製造性、強度、消色差和圖像一致性並且減輕塗層需求的NED。
本公開內容涉及一種用於在NED中使用的光學系統，該光學系統採用設計方法，該設計方法使用非白平衡的光源和互補白色規範化的部分反射小平面塗層。操縱光源顏色和匹配小平面反射比的能力使得能夠實現附加的設計自由度，這使得可製造性更好、光通量更高效並且整體形狀因數更小。
根據實施方式，一種光學系統可以包括：光導光學元件(Light-guide Optical Element,LOE)，該光導光學元件包括光傳輸基板，該光傳輸基板具有：彼此平行的第一主表面和第二主表面；一個或更多個光輸入耦合元件，其被配置成將入射光耦合到光傳輸基板中，從而通過全內反射將光捕獲在第一主表 面與第二主表面之間；以及一個或更多個光反射元件，其被配置成將光耦出基板，一個或更多個光反射元件具有用於將光耦合為進一步沿著基板或將光耦出基板的色彩反射比(chromatic reflectance)。系統還可以包括光源，光源被配置成發射入射光，使得由一個或更多個光反射元件接收的入射光補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在一個實施方式中，光源包括光投影儀，該光投影儀被配置成色彩地(chromatically)發射入射光，以補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在另一實施方式中，光源包括光投影儀，該光投影儀被配置成發射入射光，使得組成光投影儀的不同光元件的相對強度補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在又一實施方式中，光源包括RGB投影儀，該RGB投影儀被配置成發射入射光，使得組成RGB投影儀的紅、綠和藍光源的相對強度補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在一個實施方式中，光源包括：光投影儀，該光投影儀被配置成消色地發射光；以及鏡，該鏡具有色彩反射比，並且因此被配置成接收來自光投影儀的發射光並且反射發射光，以補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在另一實施方式中，光源包括：光投影儀，該光投影儀被配置成消色地發射光；以及濾光器，該濾光器具有色彩透射比，並且因此被配置成接收來自光投影儀的發射光並且透射發射光，以補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在又一實施方式中，光源包括：光投影儀，該光投影儀被配置成色彩地發射光；以及鏡，該鏡具有色彩反射比，並且因此被配置成接收來自光投影儀的發射光並且反射發射光，以補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在又一實施方式中，光源包括：光投影儀，該光投影儀被配置成色彩地發射光；以及濾光器，該濾光器具有色彩透射比，並且因此被配置成接收來自光投影儀的發射光並且透射發射光，以補償一個或更多個光反射元件的色 彩反射比。
在一個實施方式中，光源包括光投影儀，該光投影儀被配置成發射入射光，使得組成光投影儀的不同光元件的相對強度補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比，不同光元件的相對強度被選擇成使光投影儀的總體效率最大化。
在另一實施方式中，光源包括光投影儀，該光投影儀被配置成發射入射光，使得由光投影儀投射的不同圖元的相對強度補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在一個實施方式中，一個或更多個光反射元件包括具有色彩反射比的塗層。
在另一實施方式中，一個或更多個光反射元件包括具有色彩反射比和消色透射比的塗層。
根據另一實施方式，一種用於在近眼顯示器中生成圖像的方法可以包括：操作光源以產生圖像作為入射光；將入射光耦合到光傳輸基板中，從而通過全內反射將光捕獲在光傳輸基板的第一主表面與第二主表面之間；以及通過具有色彩反射比的一個或更多個光反射元件將光耦出基板。光源被配置成色彩地產生入射光，使得由一個或更多個光反射元件接收的入射光補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在一個實施方式中，光源產生入射光，使得組成光源的不同光元件的相對強度補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在另一實施方式中，光源產生入射光，使得組成光源的紅、綠和藍光源的相對強度補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在一個實施方式中，操作光源以產生圖像作為入射光包括：消色地發射光；以及使用具有色彩反射比的鏡來反射所發射的光，以補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在另一實施方式中，操作光源以產生圖像作為入射光包括：消色 地發射光；以及使用具有色彩透射比的濾光器過濾所發射的光，以補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在又一實施方式中，操作光源以產生圖像作為入射光包括：色彩地發射光；以及使用具有色彩反射比的鏡來反射所發射的光，以補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在又一實施方式中，操作光源以產生圖像作為入射光包括：色彩地發射光；以及使用具有色彩透射比的濾光器過濾所發射的光，以補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
在一個實施方式中，光源發射入射光，使得：(a)組成光源的不同光元件的相對強度補償一個或更多個光反射元件的色彩反射比，並且(b)不同光元件的相對強度使光源的總體效率最大化。
在另一實施方式中，光源發射入射光，使得由光源投射的不同圖元的相對強度補償一個或更多個光輸出耦合元件的色彩反射比。
結合在說明書中並且構成說明書一部分的圖式示出了各種示例系統、方法等，它們示出了本發明的各方面的各種示例實施方式。將理解的是，圖中所示出的元件邊界(例如，框、框的組或其他形狀)表示邊界的一個示例。 本領域普通技術人員將理解，可以將一個元件設計為多個元件，或者可以將多個元件設計為一個元件。可以將被示為另一元件的內部部件的元件實現為外部部件，反之亦然。此外，元件可以不按比例繪製。
100:光學系統
14:光學混合器
14a:平行的半反射表面
150:光學系統
15a:顏色向量
15b:顏色位置
15c:光束顏色
22:棱鏡
30,32,33:光線
33a,33b,33c,33d,34,34a,34b,34c:反射
33i,34i:光束
50:光導光學元件
51:波導
52:光傳輸基板
52a:第一主表面
52b:第二主表面
52c,52d:邊緣
53:基板
53a,53b:主外表面
53d:邊緣
54:表面
56,56a,56b,56c:小平面
56N:表面
60:投影光學裝置
70:眼動框(EMB)
700:示例性方法
710,720,730,910,920,930,940,950,960:流程
900:方法
N33,N34:概率
T33a,T34a:光的顏色向量
圖1A示出了用於近眼顯示器(NED)的示例性光學系統的示意圖。
圖1B示出了用於近眼顯示器(NED)的另一示例性光學系統的示意圖。
圖2A示出了針對550nm波長光的作為入射角的函數的百分率反射比的示例性曲線圖。
圖2B示出了示出作為入射角的函數的透射和反射顏色座標的示例性表格。
圖3A和圖3B示出了用於近眼顯示器(NED)的示例性光學系統的示意圖。
圖4A示出了指定對於具有針對反射比的偏移顏色座標和針對透射比的白平衡座標的塗層的要求的示例性表格。
圖4B和圖4C示出了示出在42°至72°的角度範圍內的示例性反射顏色座標和在74°至85°的角度範圍內的透射顏色座標的CIE 1931 XYZ顏色空間色域的一部分。
圖5A和圖5B示出了分別示出針對光源的白平衡和顏色偏移的RGB源的示例性強度的繪圖。
圖5C示出了色彩塗層的作為波長的函數的示例性百分率反射比的曲線圖。
圖5D和圖5E示出了當分別由白平衡的RGB光源和顏色偏移的RGB光源照射時，顏色偏移的塗層的所產生的反射光和透射光的示例性顏色空間繪圖。
圖6示出了用於NED的另一示例性光學系統的示意圖。
圖7示出了用於NED的又一示例性光學系統的示意圖。
圖8示出了用於在NED中生成圖像的示例性方法的流程圖。
圖9示出了用於設計光導光學元件的小平面的塗層的示例性方法的示意圖。
圖10示出了用於設計光導光學元件的小平面的塗層的示例性方法的流程圖。
圖11A示出了用於設計光導光學元件的小平面的塗層的示例性方法的示意圖。
圖11B和圖11C分別示出了11A的用於設計光導光學元件的小平面的塗層的示例性方法的作為入射角的函數的對應透射比和反射率。
圖1A示出了用於近眼顯示器(NED)的示例性光學系統100的示意圖。
光學系統100包括光導光學元件(LOE)50，也稱為波導或光導。LOE 50的示例在例如Amitai的美國專利第7,643,214號和第7,724,442號中有相 當詳細的描述。圖1A示出了LOE 50的截面圖。LOE 50包括光傳輸基板52，該光傳輸基板具有彼此平行的第一主表面52a和第二主表面52b以及邊緣52c、邊緣52d。
LOE 50還包括不平行於第一主表面52a和第二主表面52b的平面表面54。表面54將入射到其上的光(由光線30表示)耦合到光傳輸基板52中。表面54可以是反射或衍射的，並且因此可以反射或衍射光30(由光線32表示的反射)，從而通過全內反射將光捕獲在第一主表面52a與第二主表面52b之間。儘管在所示出的實施方式中，表面54用作光輸入耦合元件，但是在其他實施方式中，可以使用不同於諸如表面54的反射或衍射表面的光輸入耦合元件或者除了反射或衍射表面之外還使用光輸入耦合元件將光耦合到LOE 50中。例如，邊緣52c、邊緣52d可以用作光輸入耦合元件。即，光可以在邊緣52c、邊緣52d中的一個或更多個處或者使用棱鏡或類似結構直接注入到LOE 50中。在另一示例中，可以使用折射技術將光耦合到LOE 50中，並且因此，光輸入耦合元件可以包括折射元件。
LOE 50還可以包括一個或更多個光反射元件。在所示出的實施方式中，LOE 50包括多個部分反射表面56作為光反射元件，多個部分反射表面不平行於第一主表面52a和第二主表面52b。表面56是將光32耦出基板52(由光線33表示的輸出光)的光輸出耦合元件。LOE 50可以包括多組小平面56，但是為了簡單起見，僅示出一組小平面。本公開內容在光輸出耦合元件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塗層。然而，應當清楚的是，光反射元件可以是LOE 50中的將光耦合為進一步沿著LOE 50或從LOE 50出去的光輸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導的將光反射到第二波導中的部分反射表面，如公佈為US 2019/0064518的美國專利申請第16/172,897號中所公開的，該美國專利申請通過引用併入本文中。
示例性系統100還包括投影光學裝置(Projecting Optical Device,POD)60，投影光學裝置60可以包括空間光調變器(Spatial Light Modulator,SLM)例如液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)、矽上液晶(Liquid Crystal On Silicon,LCOS)調變器、或數位光處理(Digital Light Processing,DLP)系統的數位微鏡裝置、有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode,OLED)陣列、或無機發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)陣列。替選地，示例性系統100可以包含雷射光束掃描系統(Laser Beam Scanning,LBS)。POD 60可以生成准直到無限遠的准直圖像，即，每個圖像圖元的光是平行光束，其中角方向對應於圖像內的圖元位置。因此，圖像照明跨越與二維角視場對應的角度範圍，所有圖像照明可以通過內反射被捕獲在LOE 50內，並且然後被耦出。POD 60包括至少一個光源，通常為LED或雷射器，至少一個光源可以被部署成對SLM例如LCOS晶片進行照射。SLM調變圖像的每個圖元的投射強度，從而生成圖像。
系統100可以呈現在眼動框(Eye Motion Box,EMB)70的前面，該眼動框70對應於用戶的眼睛相對於其中安裝有系統100的NED的位置。
在操作中，POD 60投射光(由光線30表示)。POD 60將沿許多方向(視場)上照射光束，但是為了簡化說明，示出了單條光線30。光30被注入到LOE 50中並且通過反射表面54耦合到LOE 50中，反射表面54反射要通過全內反射進行引導的圖像32，圖像32由上行光線32a和下行光線32b表示。當圖像32在LOE 50內傳播時，它射在部分反射器56上。該入射以兩個角度(例如，對應於上行光線32a的第一角度和對應於下行光線32b的第二角度)進行，從而生成兩種反射。虛線箭頭34表示不期望的反射。在一些實施方式中，不期望的反射可以處於淺角度(在該示例中，從頂點起成74度至85度)，而在其他實施方式中，不期望的反射可以處於非淺角度。透射的圖像繼續以不同的角度射在小平面56上(在該示例中，從頂點起成42度至72度)，小平面56將圖像33(點劃線箭頭)從LOE 50反射出去到達EMB 70。
因此，第一小平面56a將圖像32的部分從LOE 50反射出去，作為到達EMB 70的圖像33a。第一小平面56a還透射圖像32的部分並且以不期望的角度反射部分34a。小平面56b將圖像32的部分從LOE 50反射出去，作為到達EMB 70的圖像33b。小平面56b還透射圖像32的部分並且以不期望的角度反射部分34b。小平面56c將圖像32的部分從LOE 50反射出去，作為到達EMB 70的圖像33c。小平面56c還透射圖像32的部分並且以不期望的角度 反射部分34c，以此類推。
儘管本文中在LOE 50即具有反射小平面的1維擴展波導的上下文中公開了本發明的原理，但是系統100也可以使用例如諸如具有全息光柵或衍射光柵的波導、液晶波導、在多於一個維度上擴展FOV的波導、或用於NED的任何其他方法的其他類型的波導來實現。
圖1B示出了用於近眼顯示器(NED)的示例性光學系統150的示意圖。系統150包括類似於LOE 50但是具有如下所述的附加/不同元件的光導光學元件(LOE)或波導51。系統150類似於系統100，並且因此，此處不詳細描述系統150的一些部件以及光傳播。
在示例性系統150中，使用耦合棱鏡22代替系統100的耦入表面54(圖1A)，以將來自POD 60的圖像耦入到LOE 51中。
系統150還包括光學混合器14，在這種情況下光學混合器14實現為與基板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分割在波導中傳播的光束，並且將分割的光束引導至未被POD 60填充的波導區域。表面14a可以實現為非吸收表面，其對於在LOE 51內傳播的光具有約50%的反射率，並且對於從系統150外部進入波導的光具有相對低的反射率，使得顯示器透明度不降低。混合器14定位在耦入邊緣53d與小平面56所在的光提取區域之間。
通常，諸如混合器14的光學混合器對應於具有n個內部平面分束器(其中n是正整數)的對稱光束倍增器區域。每個分束器在LOE 51的內部並且平行於主表面53a、主表面53b。n個分束器將主表面53a、主表面53b之間的LOE 51的厚度細分成相等厚度的(n+1)層。LOE 51和/或圖像投影儀60到LOE 51的耦合部(例如，棱鏡22)可以被配置成使得進入對稱光束倍增器區域14的圖像照明：(i)在沒有准直圖像的共軛的情況下利用與准直圖像對應的圖像照明填充各層中的至少兩層，或者在沒有准直圖像的情況下利用准直圖像的共軛填充各層中的至少兩層，或者(ii)利用與准直圖像和准直圖像的共軛兩者對應的圖像照明填充各層中的僅一層。在例如Ronen等人的美國專利申請第 17/420,675號(公佈為公佈號US 2022/0099885)中非常詳細地描述了諸如混合器14的光學混合器的示例。因此，此處不額外詳細地描述諸如混合器14的光學混合器。
射在小平面56上的光束可以具有各種角度。來自小平面56的反射也可以具有由小平面的塗層規定的各種角度。光束可以被引導或不被引導。
應當注意，耦入表面、耦合棱鏡、光學混合器、部分反射耦出小平面等的使用不限於此處描述的任何特定系統，而是實際上也可以併入到本文獻中描述的其他實施方式中。
在常規的波導設計中，白平衡的RGB或白色LED光源被用於POD 60，並且POD 60的輸出光30在被注入到LOE 51中時是白平衡的。這種常規的設計方法要求所有的光輸出元件(例如，部分反射小平面56)經塗覆以具有某些角度範圍內的消色反射比和透射比。
圖2A和圖2B示出了在使用嵌入波導內的部分反射小平面的常規系統中對於550nm波長光作為入射角的函數的百分率反射比。如圖2A所示，以42°至72°的角度入射的光以高比率反射(反射圖像，與上行光線32a相關聯)以控制圖像33的輸出耦合。以74°至85°的角度入射的光以低比率反射(透射圖像，與下行光線32b相關聯)，目的是使不期望的反射34最少化。如圖2B所示，在常規方法中，對於42°至72°的角度範圍，透射比被限定為在CIE 1931 XYZ顏色空間或色域中位於相對於純反射的白色(即，消色)色點(0.333,0.333)的預定義顏色半徑(例如，0.01、0.02、0.03、0.04、0.05等)內。對於74°至85°的角度範圍，反射比被類似地限定為位於相對於純透射的白色(即，消色)色點(0.333,0.333)的預定義顏色半徑(例如，0.01、0.02、0.03、0.04、0.05等)內。
然而，如果可能的話，通常難以實現這些要求。因此，可能有益的是以仍然可以由POD 60合理地補償的方式放寬對小平面56的消色反射比的嚴格要求。在系統100、150中，小平面56的塗層可以被設計成部分色彩性的，但是仍然允許色域的高效照明。
儘管此處主要在部分反射元件56的上下文中公開了本發明，但 是本文中描述的技術也適用於其他反射元件，例如光學混合器元件14。此外，儘管在此處聚焦於嵌入在波導內的反射元件，但是在本文中公開的技術也適用於嵌入在波導內的其他元件。例如，衍射元件可以通過其作為入射角和波長的函數的衍射效率來表徵，並且衍射效率將具有可以以與反射元件類似的方式呈現的色彩屬性。
返回至圖1A，光輸出耦合元件56具有用於將光耦出LOE 50的色彩反射比(chromatic reflectance)。POD 60色彩地發射入射光30，使得由一個或更多個光輸出耦合元件56接收的入射光32補償光輸出耦合元件56的色彩反射比。
為了理解本文中公開的技術的基本原理，簡單起見考慮圖3A中由RGB照明模組60照射的單個部分反射表面。如果表面56的反射率不依賴於波長，則將塗層稱為是白平衡的，並且塗層保持照明模組60的整個色域。具體地，如果照明模組60中的紅色R、綠色G和藍色B源的相對強度被設置為產生白色圖像，則這樣的系統的輸出(即，從部分反射表面56反射的照明)可以是白色的。然而，如果表面56的反射率是依賴於波長的(R=R(λ)，其中λ是波長)，則表面56不再是消色的或白平衡的，並且它不保持照明模組60的色域。即使如此，如果組成照明模組60的RGB光源的相對強度補償表面56的波長相.關反射比R(λ)，則可以從表面56反射白色圖像。此外，由於不同顏色的光源的效率變化，使用這樣的方法甚至可以改進具有平均反射率<R>的這樣的反射模組。例如，藍色LED通常比紅色LED或綠色LED具有更高的效率，因此，在低波長下具有較低反射比的平均反射率為<R>的表面通常將產生更高的總體效率。
如果以不同的入射角照射表面56，則也感興趣的是反射比與入射角的相關性(R=R(λ,
Figure 111125002-A0202-12-0010-26
)，其中
Figure 111125002-A0202-12-0010-27
是入射角)。如果色彩屬性隨入射角而變化，則可以通過針對不同的入射角調整RGB模組60的相對強度(例如，通過改變基於LED的模組中的LCOS的RGB反射率或調變鐳射掃描模組中的RGB源的強度)來再次補償圖像。然而，這將以較低的效率和/或降低的對比度為代價。為了保持高效率，本發明的一個實施方式假設塗層的色彩屬性不應當依賴於入射 角(或至少在相關光譜和角度範圍內微弱地依賴於入射角)。
接下來，考慮圖3B的更複雜的情況，一系列若干這樣的部分反射表面56a至56N是共同平行的並且由RGB照明模組60照射。從第N個表面(其中N>1)反射的光被第N-1個表面56透射。如果塗層的反射率是消色的或白平衡的，則透射比也是白平衡的，並且從表面56中的任何表面反射的圖像在顏色上(但不一定在強度上)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))，則從一個表面56反射的圖像將在顏色上不同於從另一表面56反射的圖像。補償從一個表面56反射的光與從另一個表面56反射的光的顏色差異的一種方式是對各個表面56使用不同的塗層。然而，實際上，如果反射率足夠低，則透射比仍然可以足夠地白平衡，並且從具有相同塗層的表面56中的任何表面反射的圖像的顏色將近似相同。在這樣的情況下，如上所述，可以通過調整RGB模組60的相對強度來補償圖像。每個部分反射表面56可能的最大反射比依賴於透射表面56的數目和顏色相對於白色的偏移程度。
圖4A示出了以下表格，該表格指定了對於在42°至72°的整個相關反射角度範圍內對偏移的顏色座標小平面56的塗層的要求，同時在74°至85°的角度範圍內保持足夠的白平衡透射比。所需的透射比被限定為在CIE 1931 XYZ顏色空間或色域中位於相對於純透射的白色點(0.333,0.333)的預定義/可接受的顏色半徑內，而所需的反射比被限定為位於圍繞偏移的顏色中心座標的預定義/可接受的半徑內。在圖4A和圖4B的示例中，已經將偏移的顏色中心座標設置為(0.250,0.2825)。
圖4B示出了示出在42°至72°的角度範圍內的反射比顏色座標和在74°至85°的角度範圍內的透射比顏色座標的CIE 1931 XYZ顏色空間或色域的部分。從圖4C(圖4B的放大的反射比部分)明顯的是，反射比色點大致位於所選擇的偏移的顏色中心座標(0.250,0.2825)處。
圖5A和圖5B示出了可以如何補償POD 60所投影的有色圖像以與圖4A至圖4C的塗層一起產生作用。圖5A示出了白平衡的RGB光源的紅色R、綠色G和藍色B分量的強度。圖5B示出了顏色偏移的RGB光源的紅色R、綠色G和藍色B分量的強度。在所示出的實施方式中，通過調整RGB光源以 相對於紅色R強度減小藍色B和綠色G強度來實現相對於白平衡的顏色偏移。
圖5C示出了作為波長的函數的百分率反射比的曲線圖，其展示了色彩塗層(chromatic coating)對不同波長的光以不同方式進行反射。因此，例如，塗層將由顏色偏移的RGB光源60投射的光反射為白色光。
實際上，設計者在設計/選擇塗層時獲得自由。塗層的反射比不再需要是嚴格消色的。塗層的反射比在一定範圍內可以是色彩性(chromatic)的，從而放寬了對消色反射比塗層的困難要求。然後，設計者可以調整光源60以補償經塗覆小平面56的色彩反射比，並在系統級別實現白平衡。
圖5D和圖5E示出了當分別使用白平衡的RGB光源和顏色偏移的RGB光源時顏色偏移的經塗覆小平面的所得到的反射光和透射光的顏色空間繪圖。對於圖5D的白平衡RGB光源，由顏色偏移經塗覆小平面反射的光發生顏色偏移，中心居於座標0.25,0.2825(藍光)處，而透射光保持消色，中心居於座標0.333,0.333處。對於圖5E的顏色偏移經過平衡的RGB光源，由顏色偏移經塗覆小平面反射的光發生顏色偏移，並且因此補償顏色偏移經過平衡的RGB光源，從而產生以座標0.333,0.333為中心的白平衡反射光。因為經塗覆小平面的反射比通常保持消色，所以透射光對應於RGB光源的顏色偏移經過平衡的光(紅光)，中心居於座標0.43,0.36處。
更一般地，可以以各種方式描述經塗覆表面的顏色屬性。例如，使用CIE XYZ形式體系、相對於表面的法線的角度θ處的反射比，可以定義顏色三刺激值：
Figure 111125002-A0202-12-0012-1
其中K是歸一化因數，Rn是所考慮的反射表面n的反射率，In是所考慮的入射 在反射表面n上的強度，λ是波長，x、y和z是描述人眼的靈敏度的加權函數(假設人眼的靈敏度在所考慮的視場的角度範圍內是均勻的)，並且N由下式定義：
Figure 111125002-A0202-12-0013-28
根據X、Y、Z，定義反射信號在色域上的位置，並且量化期望的白色點與反射光的預期顏色之間的距離。在單個反射表面的情況下，可以通過調整照射強度I來補償反射比R隨波長的任何色彩不一致行為。
折射波導由許多嵌入的部分反射表面(半反射鏡)或小平面組成。因此，光通常在被反射到觀察者的眼睛中之前傳播通過若干部分反射表面。在這種情況下，第n個小平面上的入射強度為
Figure 111125002-A0202-12-0013-3
其中，T i (θ,λ)=1-R i (θ,λ)並且I 0(θ,λ)是耦合到波導中的強度。對於波導內部的特定軌跡，原則上可以通過調整強度I 0(θ,λ)來補償小平面的任何色度。可以以若干方式實現強度I 0(θ,λ)的調整。例如，在具有RGB源的泛光照明模組中，可以通過改變不同顏色的驅動功率來調整不同顏色之間的比率。對於具有白色源的泛光照明模組，可以通過在源與波導之間放置濾色器來控制不同顏色之間的比率。在這些情況下，可以通過改變圖像的反射率(即，由POD 60(例如，LCOS)引起的反射率)來調整與角度θ的任何差異。在鐳射照明模組中或在基於OLED或微LED照明源的模組中，可以通過控制不同圖元處的不同顏色的強度來調整光譜和角度屬性。
然而，在實際系統中，光的精確軌跡是未知的，並且存在將最終到達眼動框的許多可能光學路徑。因此，I0(θ,λ)的調整必須補償所有可能軌跡的色彩屬性。這些要求將對塗層的允許色度設置上界。這意味著，存在在其內允許部分反射塗層中的每一個的色域的特定區域，並且在該區域之外，不能針對所有軌跡和場同時校正色度。
如上所述，強度I0(θ,λ)的調整可以逐圖元實現，但是這可能是 不太有利的，因為它必然伴隨著效率和不同顏色的灰度級數量的降低。
圖6和圖7示出了其他可能的實施方式。
圖6示出了用於NED的示例性光學系統200的示意圖。光學系統200類似於上述光學系統100，並且因此，本文中不再另外描述與系統100的部件相同的部件。示例性系統200包括投影光學裝置(POD)60和濾光器61。POD 60可以規則地(不進行調整來補償表面56的色度)投射圖像，即白平衡的光。代替調整POD 60以補償表面56的顏色偏移反射比特性，將濾光器61插入在POD 60與LOE 50之間以補償表面56的顏色偏移反射比特性。在一個實施方式中，POD 60可以色彩地投射圖像，但是所投射的光本身並未完全補償表面56的色度。POD 60和濾光器61的組合補償了表面56的顏色偏移反射比特性。
在操作中，POD 60投射光(由光線30表示)。濾光器61被配置成修改從POD 60投射的光，使得注入LOE 50中的光31補償表面56的顏色偏移反射比特性。光31注入到LOE 50中並且通過反射表面54耦合到LOE 50中，反射表面54反射要通過全內反射進行引導的圖像32，圖像32由圖像32的上行光線32a和下行光線32b表示。當圖像32在光導52內傳播時，它射在部分反射器56上。該入射以兩個角度(例如，對應於上行光線32a的第一角度和對應於下行光線32b的第二角度)進行，從而生成兩種反射。虛線箭頭34表示處於淺角度(在該示例中從頂點起成74度至85度)的不期望的反射。透射圖像繼續以不同的角度射在小平面56上(在該示例中從頂點起成42度至72度)，小平面56將圖像33(點劃線箭頭)從LOE 50反射出去到達EMB 70。
系統200的光輸出耦合元件56具有用於將光耦出LOE 50的色彩反射比。POD 60和濾光器61的組合產生色彩性的入射光31，使得由一個或更多個光輸出耦合元件56接收的入射光32補償光輸出耦合元件56的色彩反射比。
圖7示出了用於NED的另一示例性光學系統300的示意圖。光學系統300類似於上述光學系統100，並且因此，本文中不再另外描述與系統100的部件相同的部件。示例性系統300包括投影光學裝置(POD)60和鏡63。 POD 60可以規則地(無需考慮表面56的色度而進行調整)投射圖像，即白平衡的光。代替調整POD 60以補償表面56的顏色偏移反射比特性，將鏡63插入在POD 60與LOE 50之間以補償表面56的顏色偏移反射比特性。在一個實施方式中，POD 60可以色彩地(chromatically)投射圖像，但是其本身所投射的光並未完全補償表面56的色度。POD 60和鏡63的組合補償了表面56的顏色偏移反射比特性。
在操作中，POD 60投射光(由光線30表示)。鏡63被配置成修改從POD 60投射的光，使得注入到LOE 50中的光31補償表面56的顏色偏移反射比特性。光31注入到LOE 50並且通過反射表面54耦合到LOE 50中，反射表面54反射要通過全內反射進行引導的圖像32，圖像32由圖像32的上行光線32a和下行光線32b來表示。當圖像32在光導52內傳播時，它射在部分反射器56上。該入射以兩個角度(例如，對應於上行光線32a的第一角度和對應於下行光線32b的第二角度)進行，從而生成兩種反射。虛線箭頭34表示處於淺角度(在該示例中從頂點起成74度至85度)的不期望的反射。透射圖像繼續以不同的角度射在小平面56上(在該示例中從頂點起成42度至72度)，小平面56將圖像33(點劃線箭頭)從LOE 50反射出去到達EMB 70。
系統300的光輸出耦合元件56具有用於將光耦出LOE 50的色彩反射比。POD 60和鏡63的組合產生色彩性的入射光31，使得由一個或更多個光輸出耦合元件56接收的入射光32補償光輸出耦合元件56的色彩反射比。
方法
參照圖8和圖10的流程圖可以更好地理解示例性方法。雖然出於簡化說明的目的，所示出的方法被示出和描述為一系列框，但是應當理解，這些方法不受框的順序的限制，因為一些框可以以與所示出和描述的順序不同的順序發生或與其他框同時發生。此外，實現示例性方法可能需要少於所有示出的框。此外，附加方法、替選方法或二者可以採用未示出的附加框。
在流程圖中，框表示可以用邏輯實現的“處理框”。處理框可以表示方法步驟或用於執行方法步驟的設備元件。流程圖並未描繪用於任何特定程 式設計語言、方法或樣式(例如，過程式、物件導向)的語法。而是，流程圖示出了本領域技術人員可以用於開發邏輯以執行所示出的處理的功能信息。應當理解，在一些示例中，未示出諸如臨時變數、常式迴圈等的程式元素。還應當理解，電子和軟體應用可以涉及動態和靈活的過程，使得所示出的框可以以不同於所示出的序列的其他序列來執行，或者這些框可以被組合或分離成多個組成部分。應當理解，可以使用各種程式設計方法如機器語言、過程式、物件導向或人工智慧技術來實現這些過程。
圖8示出了用於在近眼顯示器中生成圖像的示例性方法700的流程圖。在710處，方法700可以包括操作光源以發射圖像作為入射光。光源被配置成色彩地發射入射光，使得由光輸出耦合元件接收的入射光補償光輸出耦合元件的色彩反射比。在720處，方法700可以包括將入射光耦合到光傳輸基板中，從而通過全內反射將光捕獲在光傳輸基板的第一主表面與第二主表面之間。在730處，方法700可以包括通過具有色彩反射比的光輸出耦合元件將光耦出基板。所得到的離開基板的光是消色的，並且因此，圖像如最初所期望的那樣被傳送至NED的用戶。
在一個實施方式中，光源發射入射光，使得組成光源的不同光元件的相對強度補償一個或更多個光輸出耦合元件的色彩反射比。
在一個實施方式中，光源發射入射光，使得組成光源的紅、綠和藍光源的相對強度補償一個或更多個光輸出耦合元件的色彩反射比。
在一個實施方式中，操作光源以發射圖像作為入射光包括：消色地發射入射光，並且使用具有色彩反射比的鏡來反射入射光以補償一個或更多個光輸出耦合元件的色彩反射比。
在一個實施方式中，操作光源以發射圖像作為入射光包括：消色地發射入射光，並且使用具有色彩反射比的鏡來過濾入射光以補償一個或更多個光輸出耦合元件的色彩反射比。
在一個實施方式中，操作光源以發射圖像作為入射光包括：色彩地發射入射光，並且使用具有色彩反射比的鏡來反射入射光以補償一個或更多 個光輸出耦合元件的色彩反射比。
在一個實施方式中，操作光源以發射圖像作為入射光包括：色彩地發射入射光，並且使用具有色彩反射比的鏡來過濾入射光以補償一個或更多個光輸出耦合元件的色彩反射比。
在一個實施方式中，光源發射入射光，使得：(a)組成光源的不同光元件的相對強度補償一個或更多個光輸出耦合元件的色彩反射比，並且(b)不同光元件的相對強度使光源的總體效率最大化。
在一個實施方式中，光源發射入射光，使得由光源投射的不同圖元的相對強度補償一個或更多個光輸出耦合元件的色彩反射比。
如以下詳細討論的，在一個實施方式中，一個或更多個光輸出耦合元件包括塗覆有針對三個角度帶優化的塗層的光輸出耦合元件，該三個角度帶包括兩個完全或接近完全透射的帶以及與兩個完全或接近完全透射的帶中之一相鄰的一個部分反射的帶。在一個實施方式中，優化所有三個角度帶的透射比以保持顏色一致性。
圖9在顏色CIE 1931 XYZ顏色空間或色域空間中示出了在圖1A的LOE 50內傳播的光束的向量演變。選擇該向量域是為了說明的清楚，但是其他表示也是可能的，例如其中每個維度表示一種顏色的透射比的3D歸一化透射比表示。此處T33a表示反射33a之後的被引導光的顏色向量，而T34a表示受反射34a影響的被引導光的顏色向量。假設注入光30是如顏色向量15a所表示的白色的，則每次反射將使被引導光束的顏色移動。這種顏色漂移可以近似為到顏色位置15b的向量求和，顏色位置15b表示剛好在輸出反射向量R33d(圖1A中的33d)之前的被引導圖像的顏色。輸出光束的顏色為15c，並且15c可以被表示為以下向量和：
15c=15a+T33a+T34a+T33b+T33c+T34b+R33d
因此，通過預偏移15a(注入圖像30的顏色)，可以使輸出圖像顏色15c(光束33d)白平衡。然而，如果顏色漂移15c至15a太大，則不再可能進行該預補償。
使被引導圖像的顏色漂移最小化的方式是使由每個小平面56中的反射33和反射34分別貢獻的漂移最小化。由每種反射貢獻的顏色漂移必須根據其相對於相關角度譜(即，哪個小平面將透射什麼角度)的相對概率來加權。此處，假設N34是與進一步沿LOE 50的小平面相關的角度譜的反射34(表示T34a、T34b、......)的概率，並且N33是與進一步沿LOE 50的小平面相關的角度譜的反射33(表示T33a、T33b、......)的概率。還假設NR33是作為R33被反射輸出到小平面(該小平面將形成R33到EMB 70的路徑)的相關角度上的能量的分數。然後，可以針對每個小平面使三個過程(兩次透射和一次反射)的以下加權顏色向量求和(每個小平面的平均顏色向量偏移)最小化：
N34×T34+N33×T33+NR33×R33→0
在一些配置中，可以有多於一個光束路徑行進穿過LOE 50。因此，更一般的加權求和將是針對所有相關透射Ti和Ti的具有適當概率Ni的角度譜以及一個反射光束Tr和Tr的相對概率Nr進行：
ΣNi×Ti+Nr×Tr→0
可以考慮用於塗層優化但是與顏色優化無關的其他參數。
圖10示出了示例性方法900的流程圖，該方法用於針對每個小平面(此處針對第i個小平面)分別地設計塗層以使殘餘加權顏色向量最小化，從而使注入圖像30的所需顏色預偏移(15a)最小化。
在910處，該方法確定或計算第i個小平面將透射的相關角度譜。這降低了優化複雜性，因為沿光導的不同小平面將透射圖像的不同角度譜。例如，靠近POD 60的第一小平面56a將針對所有圖像角度譜進行透射(並且不引入顏色偏移)，而小平面56c和距離POD 60更遠的小平面將僅對小的角度譜保持顏色一致性。最後的第n個小平面可能根本不需要保持所透射圖像的顏色一致性。
在920處，該方法計算射在第i個小平面上的光在相關角度譜中反射(光束33i)的概率N33和/或透射(光束34i)的概率N34。在930處，該方法將透射的標稱顏色向量限定為T34i(相關角度譜中的透射光束各自由其相應的概率加權)，並且向T34i分配初始參考值。在一個實施方式中，可以將初始 參考值設置為T34i=0，但是設計者可以選擇其他初始參考值。在940處，該方法針對透射比的標稱顏色向量T34i設計小平面塗層(小平面塗層分佈)。在950處，該方法根據塗層設計評估反射T33i之後的顏色向量透射比。在960處，該方法評估加權顏色向量的任何殘餘偏移。如果殘餘偏移是不可接受的(失敗)，則在970處定義透射比的新偏移標稱顏色向量T34i並且返回至940。即，設計者可以修改其初始假設並且改變初始參考值。然而，如果殘餘偏移是可接受的(通過)，則在980處，設計完成。通過/失敗標準對於特定的(第i個)小平面可以是全域的，或者可以是參數特定的(例如，反射比太低或太高)。
在一個實施方式中，可以通過忽略反射之後的顏色向量透射比(設置N33=0或T33=0)並且僅針對T34→0對塗層進行優化來簡化該過程。在許多情況下，這種優化將使總殘餘顏色15c至15a對於預設補償來說很小。
圖11A、圖11B和圖11C示出了包含兩個透射和一個反射角度譜的上式的示例性實現方式。圖11A示出了LOE 50的一部分，以示意性地示出光導配置(類似於圖1A的配置，但是具有不同角度的反射率)。圖11B和圖11C分別示出了作為入射角的函數的對應透射比和反射率。粗線表示所需/設計的透射比和反射率，而細線繪圖示出在各種不同波長下的實驗/獲得的結果。
這些要求適用於LOE 50的中間處的小平面56b(即，不是第一個並且不是最後一個小平面)，在小平面56b處一些光被反射33，並且一些被透射34使得光可以沿LOE 50到達其他小平面(例如，56c)。如圖4A至圖4C所示，光束32具有低的顏色擴展。此處，光束32以某一角度在1002處射在小平面56b上。在圖11A至圖11C的示例中，用於該角度的塗層設計應當以下面的規範保持顏色一致性：
60度至70度的角度譜(帶3)應當以6%反射(圖11C中的1002R)，以93%透射(圖11B中的1002T2)，並且假設損耗為1%。
42度至60度的角度譜(帶2)應當至少對於帶的部分(圖11B中的1002T1)完全透射(或幾乎完全透射)。假設實際逐漸下降的透射比部分(圖11B中的1002T3)。
光束應當在20度至40度(圖11B中的帶1，1004T)處以最小反射穿過小平面(1004)。在該上下文中，接近完全透射意指透射比為96.5%或更高。如圖11B和圖11C所示，大體實現塗層設計目標。
因此，小平面56b塗覆有針對三個角度帶(在圖11A、圖11B和圖11C的示例中，帶1=20度至40度，帶2=42度至60度，並且帶3=60度至70度)優化的塗層，該三個角度帶包括具有完全或接近完全透射部分(1004T和1002T1)的兩個帶(帶1和帶2)以及具有部分反射部分(1002T2)並且與兩個完全或接近完全透射的帶中之一相鄰(帶3與包括完全或接近完全透射的部分1002T1的帶2相鄰)的一個帶(帶3)。優化所有三個角度帶(帶1、帶2和帶3)的透射比以保持系統100的顏色一致性。
雖然圖式示出了串列發生的各種動作，但是應當理解，示出的各種動作可以基本上並行發生，並且雖然動作可能示出為並行發生，但是應當理解，這些動作可以基本上串列發生。雖然關於所示出的方法描述了多個過程，但是應當理解，可以採用更多或更少數目的過程，並且可以採用羽量級過程、常規過程、執行緒和其他方法。應當理解，在一些情況下，其他示例性方法也可以包括基本上並行發生的動作。所示出的示例性方法和其他實施方式可以即時操作、在軟體或硬體或混合軟體/硬體實現方式中比即時更快地操作、或在軟體或硬體或混合軟體/硬體實現方式中比即時更慢地操作。
定義
下面包括本文中所採用的所選術語的定義。該定義包括落入術語範圍內並且可以用於實現方式的部件的各種示例或形式。示例不旨在是限制性的。術語的單數形式和複數形式均可以在定義內。
“可操作連接”或實體藉以“可操作地連接”的連接是其中可以發送或接收信號、物理通信或邏輯通信的連接。通常，可操作連接包括物理介面、電介面或資料介面，但是應當注意，可操作連接可以包括足以允許可操作控制的這些或其他類型連接的不同組合。例如，兩個實體可以通過能夠彼此直接或通過一個或更多個中間實體(如處理器、作業系統、邏輯、軟體或其他實體)傳遞信號 來可操作地連接。邏輯或物理通信通道可以用於創建可操作連接。
就在說明書或請求項書中使用術語“包括(include)”或“包含(including)”而言，其旨在按照將術語“包括(comprising)”用作請求項書中的過渡詞的情況下解釋該術語“包括(comprising)”時的類似的方式為包括性的。此外，就在說明書或請求項中使用術語“或”(例如，A或B)而言，其旨在意指“A或B或二者”。當申請人旨在指示“僅A或B而非二者”時，則將使用術語“僅A或B而非二者”。因此，本文中術語“或”的使用是包括性的，而不是排他性的使用。參見Bryan A.Garner的現代法律用法詞典624(A Dictionary of Modern Legal Usage 624)(1995年第二版)。
雖然已經通過描述示例示出了示例系統、方法等，並且雖然已經相當詳細地描述了示例，但是申請人的意圖不是限制或以任何方式將範圍限制為這樣的細節。當然，不可能為了描述本文中所描述的系統、方法等而描述部件或方法的每個可想到的組合。另外的優點和修改對本領域技術人員將是明顯的。因此，本發明不限於所示出和描述的具體細節、代表性裝置和說明性示例。因此，本申請旨在包含落入所附請求項的範圍內的變更、修改和變化。此外，先前的描述並不意指限制本發明的範圍。而是，本發明的範圍由所附請求項及其等同物來確定。
100:光學系統
30,32:光線
32a:上行光線
32b:下行光線
33a,33b,33c,33d,34a,34b,34c:反射
50:光導光學元件
52:光傳輸基板
52a:第一主表面
52b:第二主表面
52c,52d:邊緣
54:表面
56b,56c:小平面
56N:表面
60:投影光學裝置
70:眼動框(EMB)

Claims (30)

  1. 一種用於近眼顯示器(NED)的光學系統，所述光學系統包括：光導光學元件(LOE)，包括光傳輸基板，所述光傳輸基板具有：
    彼此平行的第一主表面和第二主表面，
    一個或更多個光輸入耦合元件，被配置成將入射光耦合到所述光傳輸基板中，從而通過全內反射將光捕獲在所述第一主表面與所述第二主表面之間，以及
    一個或更多個光反射元件，被配置成至少部分地反射耦合到所述基板中的光，所述一個或更多個光反射元件具有色彩反射比；以及
    光源，被配置成發射所述入射光，使得由所述一個或更多個光反射元件接收的所述入射光補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
  2. 如請求項1所述的光學系統，其中，所述一個或更多個光反射元件包括一個或更多個光輸出耦合元件，所述一個或更多個光輸出耦合元件被配置成將光耦出所述基板，所述一個或更多個光輸出耦合元件具有用於將光耦出所述基板的色彩反射比；並且
    所述光源被配置成發射入射光，使得由所述一個或更多個光輸出耦合元件接收的所述入射光補償所述一個或更多個光輸出耦合元件的色彩反射比。
  3. 如請求項1所述的光學系統，所述光源包括：
    光投影儀，被配置成色彩地發射所述入射光以補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
  4. 如請求項1所述的光學系統，所述光源包括：
    光投影儀，被配置成發射入射光，使得組成所述光投影儀的不同光元件的相對強度補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
  5. 如請求項1所述的光學系統，所述光源包括：
    RGB投影儀，被配置成發射入射光，使得組成RGB投影儀的紅、綠和藍光源的相對強度補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
  6. 如請求項1所述的光學系統，所述光源包括：
    鏡，所述鏡具有色彩反射比，並且因此被配置成接收來自所述光投影儀的發射光 並且將所述發射光反射以補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比，或
    濾光器，所述濾光器具有色彩透射比，並且因此被配置成接收來自所述光投影儀的發射光並且將所述發射光透射以補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
  7. 如請求項1所述的光學系統，所述光源包括：
    光投影儀，被配置成發射入射光，使得組成所述光投影儀的不同光元件的相對強度補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比，所述不同光元件的相對強度被選擇成使所述光投影儀的總體效率最大化。
  8. 如請求項1所述的光學系統，所述光源包括：
    光投影儀，被配置成發射入射光，使得由所述光投影儀投射的不同圖元的相對強度補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
  9. 如請求項1所述的光學系統，所述LOE包括：
    對稱光束倍增器區域，所述對稱光束倍增器區域與所述一個或更多個光反射元件所在的耦出區域不同，所述對稱光束倍增器區域具有n個內部平面分束器，其中n是正整數，每個分束器在所述LOE的內部並且平行於所述主表面，所述n個分束器將所述主表面之間的LOE的厚度細分成相等厚度的(n+1)層。
  10. 如請求項1所述的光學系統，其中，所述一個或更多個光反射元件包括塗覆有第一塗層的第一光反射元件和塗覆有第二塗層的第二光反射元件，所述第二塗層不同於所述第一塗層。
  11. 如請求項10所述的光學系統，其中，所述第一塗層被設計成用於獲得與所述第一光反射元件對應的透射比的第一標稱顏色向量，並且所述第二塗層被設計成用於獲得與所述第二光反射元件對應的透射比的第二標稱顏色向量，所述透射比的第一標稱顏色向量不同於所述透射比的第二標稱顏色向量。
  12. 如請求項1所述的光學系統，其中，所述一個或更多個光反射元件包括塗覆有針對三個角度帶進行優化的塗層的光反射元件，所述三個角度帶包括具有完全或接近完全透射部分的兩個帶和具有部分反射部分的一個帶，所述一個帶與具有所述完全或接近完全透射部分的兩個帶之一相鄰。
  13. 如請求項12所述的光學系統，其中，優化所有三個角度帶 的透射以保持顏色一致性。
  14. 一種用於在近眼顯示器中生成圖像的方法，包括：
    操作光源以產生圖像作為入射光；
    將所述入射光耦合到光傳輸基板中，從而通過全內反射將光捕獲在所述光傳輸基板的第一主表面與第二主表面之間；以及
    通過具有色彩反射比的一個或更多個光反射元件將所述光耦出所述基板或將所述光耦合為進一步沿著所述基板，
    其中，所述光源被配置成色彩地產生所述入射光，使得由所述一個或更多個光反射元件接收的所述入射光補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
  15. 如請求項14所述的方法，其中，所述光源產生所述入射光，使得組成所述光源的不同光元件的相對強度補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
  16. 如請求項14所述的方法，其中，所述光源產生所述入射光，使得組成所述光源的紅、綠和藍光源的相對強度補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
  17. 如請求項14所述的方法，其中，操作所述光源以產生圖像作為所述入射光包括：
    消色地發射光；以及
    以下操作中的至少之一：
    使用具有色彩反射比的鏡來反射所發射的光，以補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比，或者
    使用具有色彩透射比的濾光器過濾所發射的光，以補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
  18. 如請求項14所述的方法，其中，操作光源以產生圖像作為入射光包括：
    色彩地發射光；以及
    以下操作中的至少之一：
    使用具有色彩反射比的鏡來反射所發射的光，以補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比，或者
    使用具有色彩透射比的濾光器過濾所發射的光，以補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
  19. 如請求項14所述的方法，其中，所述光源發射所述入射光，使得：(a)組成所述光源的不同光元件的相對強度補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比，並且(b)所述不同光元件的相對強度使所述光源的總體效率最大化。
  20. 如請求項14所述的方法，其中，所述光源發射所述入射光，使得由所述光源投射的不同圖元的相對強度補償所述一個或更多個光反射元件的色彩反射比。
  21. 如請求項14所述的方法，其中，將光耦出所述基板包括：使用塗覆有第一塗層的第一光反射元件將所述光中的一些耦出所述基板，以及使用塗覆有第二塗層的第二光反射元件將所述光中的一些耦出所述基板，所述第二塗層不同於所述第一塗層。
  22. 如請求項21所述的方法，其中，所述第一塗層被設計成用於獲得與所述第一光反射元件對應的透射比的第一標稱顏色向量，並且所述第二塗層被設計成用於獲得與所述第二光反射元件對應的透射比的第二標稱顏色向量，所述透射比的第一標稱顏色向量不同於所述透射比的第二標稱顏色向量。
  23. 如請求項14所述的方法，其中，所述一個或更多個光反射元件包括塗覆有針對三個角度帶進行優化的塗層的光反射元件，所述三個角度帶包括具有各自完全或接近完全透射部分的兩個帶和具有部分反射部分的一個帶，所述一個帶與具有所述完全或接近完全透射部分的兩個帶之一相鄰。
  24. 如請求項23所述的方法，其中，優化所有三個角度帶的透射比以保持顏色一致性。
  25. 一種用於為光導光學元件(LOE)的特定小平面設計塗層的方法，所述方法包括：
    確定所述特定小平面將發生透射的相關角度譜；
    計算射在所述特定小平面上的光成為所述相關角度譜中的透射光束的概率；
    限定其中所述相關角度譜中的透射光束各自通過所述概率中的相應概率加權的標稱顏色向量，並且向標稱顏色向量分配初始參考值；
    為獲得與所述特定小平面對應的透射比的標稱顏色向量來設計小平面塗層分佈；以及
    如所述小平面塗層分佈評估反射之後的加權顏色向量透射比。
  26. 如請求項25所述的方法，其中，所述評估包括：確定反射之後的加權顏色向量透射比的殘餘偏移，以及基於所述殘餘偏移向所述標稱顏色向量分配與所述初始參考值不同的後續參考值。
  27. 如請求項25所述的方法，其中，所述初始參考值為0。
  28. 如請求項25所述的方法，包括：
    將零值分配給所述概率中的至少一個概率，以簡化所述小平面塗層分佈的設計。
  29. 如請求項25所述的方法，其中，將所述標稱顏色向量限定為：(a)僅包括與未從所述LOE輸出的反射對應的透射光束，或者(b)對與從所述LOE輸出的透射光束對應的概率賦予零權重。
  30. 如請求項25所述的方法，其中，設計所述小平面塗層分佈包括針對三個角度帶優化顏色一致性，所述三個角度帶包括具有各自完全透射部分的兩個帶和具有部分反射部分的一個帶，所述一個帶與具有各自完全透射部分的兩個帶之一相鄰。
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