包括伪影抑制的投影仪架构的制作方法

包括伪影抑制的投影仪架构
1.本技术是申请日为2018年2月15日、pct国际申请号为pct/us2018/018386、中国国家阶段申请号为201880012109.3、发明名称为“包括伪影抑制的投影仪架构”的申请的分案申请。
2.相关申请的交叉引用
3.本技术要求以下申请的优先权：2017年2月15日提交的序列号为62/459,559、名称为“method and system for multi-pupil display system with liquid crystal shutter(用于具有液晶快门的多光瞳显示系统的方法和系统)”的美国临时专利申请；2017年2月16日提交的序列号为62/459,964、名称为“method and system for reduction of optical artifacts in augmented reality devices(用于减轻增强现实设备中的光学伪影的方法和系统)”的美国临时专利申请；以及2017年11月30日提交的序列号为62/592,607、名称为“projector architecture incorporating artifact mitigation(包括伪影抑制的投影仪架构)”的美国临时专利申请的优先权；为了全部目的，这些申请的公开的全部内容通过引用并入此文。
技术领域
4.本公开涉及包括伪影抑制的投影仪架构。


背景技术：

5.现代计算和显示技术促进了所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中，数字地生成的图像或其部分在可穿戴设备中以它们看起来是真实的或可以被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“vr”场景通常涉及以对其它实际的真实世界视觉输入不透明的方式呈现数字或虚拟图像信息；增强现实或“ar”场景通常涉及将数字或虚拟图像信息呈现为对用户周围的实际世界的可视化的增强。
6.尽管在这些显示技术中取得了进步，但是本领域仍需要与增强现实系(尤其是显示系统)相关的改进的方法和系统。


技术实现要素：

7.本公开一般涉及与包括可穿戴显示器的投射显示系统有关的方法和系统。更具体地，本公开的实施例提供了用于具有一个或多个集成偏振器和改善的系统性能的目镜单元的方法和系统。在其它实施例中，结合基于lcos的投影仪和与基于lcos的投影仪同步操作的快门使用白光源。本公开适用于计算机视觉和图像显示系统中的各种应用。
8.在一些投射显示系统中，来自投影仪的光可以被耦合到目镜中，而目镜向观看者的眼睛投射图像。除了来自投影仪的用于观看者眼睛的光之外，源自除了投影仪以外的源的光，例如来自观看者附近的顶灯的光和/或来自投影仪内的部件的非预期反射的光，可以被耦入到目镜中/在目镜内被耦合，从而产生呈现给观看者的伪影。
9.因此，为了减少这种伪影的影响，本公开的实施例利用光学元件，例如，设置在投
射显示器的光路中的圆偏振器，来减小伪影的强度。在一些实施例中，利用包含滤色器的分裂光瞳(split pupil)设计，使得在分布式光瞳系统的子光瞳位置处能够进行光谱滤波以减轻伪影。
10.在一些实施例中，提供了一种目镜，该目镜包括一个或多个滤光器以在目镜的不同波导之间进行颜色分离。该目镜还可以利用滤光器的空间定位来减少波长交叉耦合。此外，在一些实施例中，投射显示器利用白光源、基于硅上液晶(lcos)的投影仪以及与基于lcos的投影仪同步操作的快门，来减少或消除伪影。本公开适用于计算机视觉和图像显示系统中的各种应用。
11.相对于常规技术，本公开实现了许多益处。例如，本公开的实施例提供了减少或消除投射显示系统中的包括重影图像的伪影的方法和系统。另外，本公开的实施例减少了眼睛疲劳，减少了由杂散光引起的伪影，并且提高了所显示的图像或视频的分辨率、动态范围、颜色精度、ansi对比度以及广义信噪比。
12.在一些实施例中，提供了减少波长交叉耦合而导致增强的亮度和对比度的方法和系统。此外，本公开的一些实施例提供了可以减少杂散光而实现提高的对比度的方法和系统。此外，在一些实施例中，可以使用饱和度更大的滤色器来实现提高的图像颜色饱和度。
13.在一些实施例中，提供了基于lcos的可穿戴显示系统，该显示系统的特征在于高填充因子和亮图像，从而改善用户体验。另外，一些实施例提供更大的光瞳尺寸，这可以提供更好的图像分辨率和质量。此外，本公开的实施例还可以提供使用白色led或rgb led作为投射系统的元件以及提供重影减轻的灵活性。结合下文和附图更详细地描述本公开的这些和其它实施例以及其优点和特征中的一些。
附图说明
14.通过结合附图考虑下面的详细描述，可以容易地理解本文公开的实施例的教导。
15.图1(附图1)示意性地示出了根据一些实施例的可用于向观看者呈现数字或虚拟图像的观察光学组件(voa)中的光路。
16.图2是示出了根据一些实施例的投影仪的示例的示意图。
17.图3是示出了根据一些实施例的投影仪的示例的示意图。
18.图4是示出了使用在每个波导中设置的耦入光栅(incoupling gating)将多种颜色的光耦合到对应波导中的示意图。
19.图5a至图5c是根据一些实施例的分布式子光瞳架构的俯视图。
20.图6是示出了根据一些实施例的用于多个深度平面的颜色的时序编码的示意图。
21.图7a是示出了根据一些实施例的投影仪组件的示意图。
22.图7b是示出了图7a中所示的投影仪组件的展开示意图。
23.图8a是示出根据一些实施例的由从投射显示系统中的耦入光栅元件的反射导致的伪影形成的示意图。
24.图8b是示出了由从图8a所示的投射显示系统中的耦入光栅的反射导致的伪影形成的展开的示意图。
25.图9是示出了根据一些实施例的从耦入光栅元件的反射的示意图。
26.图10a是示出了根据一些实施例的具有使用滤色器的伪影抑制的投影仪组件的示
意图。
27.图10b是示出了图10a所示的投影仪组件的展开示意图。
28.图11a是根据一些实施例的与分布式子光瞳架构结合使用的滤色器的俯视图。
29.图11b是根据一些实施例的红色、绿色和蓝色滤色器的透射图。
30.图11c是根据一些实施例的与分布式子光瞳架构结合使用的滤色器的俯视图。
31.图12是示出了根据一些实施例的滤色器和子光瞳的空间布置的俯视图。
32.图13是示出了根据一些实施例的滤色器与目镜波导层的集成的截面图。
33.图14a是根据一些实施例的与分布式子光瞳的子集结合使用的滤色器的俯视图。
34.图14b是示出了根据一些实施例的图14a所示的滤色器与目镜波导层的集成的截面图。
35.图14c是根据一些实施例的与分布式子光瞳的另一子集结合使用的滤色器的俯视图。
36.图14d是示出了根据一个实施例的图14c所示的滤色器与目镜波导层的集成的截面图。
37.图15是根据一些实施例的分布式子光瞳架构中的衍射级的俯视图。
38.图16a是根据一些实施例的具有滤光器的目镜的侧视图。
39.图16b是示出了根据一些实施例的滤光器的透射率/反射率曲线的图。
40.图17a是根据一些实施例的具有吸收式滤色器的目镜的侧视图。
41.图17b是图17a所示的目镜的平面图。
42.图17c是根据一些实施例的具有吸收式滤色器的目镜的侧视图。
43.图18a是根据一些实施例的具有对准的衍射光学元件和滤光器的目镜的侧视图。
44.图18b是图18a中所示的目镜的元件的透视图。
45.图19是根据一些实施例的具有集成到该目镜的波导中的滤光器的目镜的侧视图。
46.图20是根据一些实施例的具有成形波导的目镜的透视图。
47.图21是示出了根据一些实施例的操作包括一个或多个平面波导的目镜的方法的流程图。
48.图22是示出了根据一些实施例的操作目镜的方法的流程图。
49.图23是示出了根据一些实施例的目镜的侧视图的示意图。
50.图24a是示出了根据一些实施例的lcos图像投影仪的示意图。
51.图24b是示出了根据一些实施例的图24a中的lcos图像投影仪的展开图中的光路的示意图。
52.图25a至图25b是示出了根据一些实施例的led光源的定位的简化图。
53.图26a是示出了根据一些实施例的led光源布置的示意图。
54.图26b是示出了根据一些实施例的另一led光源布置的示意图。
55.图26c是示出了根据一些实施例的又一led光源布置的示意图。
56.图27a至图27d是示出了根据一些实施例的图像显示系统的示意图。
57.图28是示出了根据一些实施例的将图像光耦合到波导层中的操作的示意图。
58.图29a是示出由根据一些实施例的图像显示系统中的lcos进行的较高阶衍射的摄影图像。
59.图29b和图29c是示出了根据一些实施例的用于在图像显示系统中布置icg的方法的示意图。
60.图30是示出了根据一些实施例的另一图像显示系统的示意图。
61.图31a至图31c是示出了根据一些实施例的另一图像显示系统的示意图。
62.图32是示出了根据一些实施例的又一图像显示系统的示意图。
63.图33是示出了根据一些实施例的用于显示图像的方法的流程图。
64.图34是示出了根据一些实施例的用于显示图像的另一方法的流程图。
具体实施方式
65.附图(图)及下面的描述仅通过示例的方式涉及各种实施例。应当注意，根据下面的讨论，本文公开的结构和方法的替代实施例将被容易认识为可行的替代方案，这些可行的替代方案可以在不脱离本文所讨论的原理的情况下被采用。现在将详细参考若干实施例，其示例在附图中示出。
66.图1示意性地示出了根据一些实施例的可用于向观看者呈现数字或虚拟图像的观察光学组件(voa)中的光路。voa包括可以戴在观看者眼睛102周围的目镜100以及投影仪101。在一些实施例中，投影仪101可以包括红色led组、绿色led组和蓝色led组。例如，投影仪101可以包括两个红色led、两个绿色led和两个蓝色led。目镜100可包括一个或多个目镜层。在一些实施例中，目镜100包括三个目镜层，三种颜色(红色、绿色和蓝色)中的每一者一个目镜层。在一些实施例中，目镜100可包括六个目镜层，即，一组用于三种颜色中的每一种的目镜层，该组目镜层被配置为在一个深度平面处形成虚拟图像，以及另一组用于三种颜色中的每一种的目镜层，该组目镜层被配置为在另一个深度平面处形成虚拟图像。在一些实施例中，针对三个或更多个不同深度平面，目镜100可包括用于三种颜色中的每一种的三个或更多目镜层。每个目镜层包括平面波导，并且可以包括耦入光栅107、正交光瞳扩展器(ope)区域108和出射光瞳扩展器(epe)区域109。
67.仍然参考图1，投影仪101将图像光投射到目镜层中的耦入光栅107上。耦入光栅107将来自投影仪101的图像光耦合到在朝向ope区域108的方向上传播图像光的平面波导中。该平面波导通过全内反射(tir)在水平方向上传播图像光。目镜层的ope区域108包括衍射元件，该衍射元件将在波导中传播的图像光的一部分耦合并重定向到epe区域109。epe区域109包括衍射元件，该衍射元件在与目镜层的平面大致垂直的方向上将在平面波导中传播的图像光的一部分耦合并引导到观看者的眼睛102。以这种方式，由投影仪101投射的图像可以被观看者的眼睛102观看。
68.如上所述，由投影仪生成的图像光可以包括三种颜色(蓝色(b)、绿色(g)和红色(r))的光。这样的图像光可以被分离成组分颜色(constituent color)，以使得每种组分颜色的图像光可以被耦合到目镜中的相应波导。
69.图2是示出了根据一些实施例的投影仪的示意图。投影仪200包括一组在空间上位移的光源205(例如，led、激光器等)，该组光源205以预定的分布在特定的朝向上定位，如例如参考图5a至图5c在下面所讨论的。光源205可以单独使用或者与子光瞳一起使用而形成会聚光学器件(collection optic)，例如光管或镜(mirror)，以收集更多的光并在光管或聚光镜的一端处形成子光瞳。为了清楚起见，仅示出了三个光源。在一些实施例中，类准直
光学器件(quasi-collimation optic)225用于对从光源205发射的光进行类准直，以使得光以更类似准直的方式进入偏振分束器(pbs)210而使得更多的光到达显示面板207。在其它实施例中，准直元件(未示出)用于在传播通过pbs 210的各部分之后对从光源205发射的光进行准直。在一些实施例中，预偏振器可以位于类准直光学器件225与pbs 210之间以使进入pbs 210中的光偏振。预偏振器也可用于循环使用一些光。进入pbs 210的光反射以入射在显示面板207上，在该显示面板处形成场景。在一些实施例中，时间顺序彩色显示器可被用于形成彩色图像。
70.从显示面板207反射的光通过pbs 210并使用投影仪镜头215(也称为成像光学器件或成像光学器件组)被成像，以在远场中形成场景的图像。投影仪镜头215粗略形成显示面板207到目镜220上或目镜220中的傅里叶变换。投影仪200在目镜220中提供子光瞳，该子光瞳是由光源205和会聚光学器件形成的子光瞳的倒像(inverted image)。如图2所示，目镜220包括多个层。例如，目镜220包括六个层或波导，每个层或波导与颜色(例如，三种颜色)和深度平面(例如，每种颜色两个深度平面)相关联。通过切换光源205中的哪个被接通来执行颜色和深度层的“切换”。因此，在所示系统中没有使用快门或开关来在颜色与深度平面之间切换。
71.在此讨论与投影仪200有关的另外的讨论和关于投影仪200的架构的变化。
72.图3是示出了根据一些实施例的投影仪的示意图。图2示出了投影仪300。显示面板320是基于硅上液晶(lcos)的面板，但是本公开不限于该实施方式。可以使用其它显示面板，包括前照式lcos(flcos)、dlp等。尽管同时显示全部颜色(例如rgb)的其它设计也可以被实施，但在一些实施例中，如关于参考图6讨论的时序编码所讨论的，利用颜色顺序lcos设计。随着滤色器性能的提高和像素尺寸的减小，系统性能将改进，并且本公开的实施例将从这些改进中受益。因此，可以结合本文公开的分布式子光瞳架构来使用多个反射式或透射式显示面板。本领域中的普通技术人员会认识到许多变化、修改和替代。
73.由光源310(在一些实施例中，光源310包括会聚光学器件)发射并由预偏振器325偏振的光传播通过偏振分束器(pbs)，通过四分之一波片327，并照射在准直器332上，该准直器可以实现为例如镜面透镜、反射透镜或弯曲的反射器。光源310之间的空间分隔使得分布式子光瞳架构成为可能。准直器332(在一些实施例中是反射式准直器)类准直或会聚由光源310发射的光并将准直光再次通过四分之一波片327引导回到pbs 330中，其中，偏振态被改变以将光引导到显示面板320上。
74.当准直光传播通过pbs 330时，其在界面331处被反射并被被引向显示面板320。界面331可以使用偏振膜、线栅偏振器、介电堆叠涂层、其组合等来实现。显示面板320形成场景或一系列场景，所述场景可以随后被成像到目镜上。在一些实施例中，通过结合显示面板320的操作而顺序地操作光源310，实现不同颜色和不同深度平面的时间顺序图像形成。在一些实施例中，补偿元件被放置在pbs 330处或被附接到显示面板320上以提高显示面板320的性能。在从显示面板320反射之后，光在侧面303处进入pbs 330，传播通过界面331，并在侧面304处离开pbs 330。然后，光学透镜340，也称为投影仪镜头340，被用于形成显示器的傅里叶变换并结合准直器332以在目镜处或目镜内形成光源310的子光瞳的倒像。
75.根据一些实施例，提供了一种投影仪组件。投影仪组件包括pbs(例如，pbs 330)。投影仪组件还包括与pbs 330相邻的一组在空间上位移的光源(例如，光源310)。光源310可
以是不同颜色的led、激光器等。在一些实施例中，光源310邻近pbs 330的第一侧面301。pbs 330在第一次通过期间使由光源310发射的光通过。
76.准直器332(可以是反射镜)被设置为邻近pbs 330相邻并接收完成第一次通过pbs 330的光。准直器332与pbs 330的第二侧面302相邻，该第二侧面302与邻近光源310的第一侧面301相反。准直器332准直并会聚所发射的光并将准直光引导回到pbs 330的第二侧面302中。
77.投影仪组件还包括邻近pbs 330的第三侧面303的显示面板320，第三侧面303位于第一侧面301与第二侧面302之间。显示面板320可以是lcos面板。在第二次通过pbs 330期间，准直光从pbs 330中的界面331反射，并且由于其由两次通过四分之一波片327引起的偏振态的改变而被引导到显示面板320。
78.投影仪组件还包括邻近pbs 330的第四侧面304的投影仪镜头340，第四侧面304位于第一侧面301与第二侧面302之间并与第三侧面303相反。在pbs 330与由投射显示组件形成的最终图像之间的投影仪镜头340的位置表示所示系统利用在投影仪组件背面处的pbs 330。
79.投影仪组件在图像位置处形成子光瞳的图像和显示面板320的傅里叶变换。向目镜的耦入界面位于图像位置附近。因为光源310所发射的光传播通过投影仪组件中的不同路径，所以与光源310中的每个光源相关联的图像在系统的图像平面处是在空间上位移的，使得能够耦合到构成目镜的不同波导中。
80.图4是示出了根据一些实施例的使用设置在每个波导中的耦入元件将多种颜色的光耦合到对应波导中的示意图。第一波导410、第二波导420和第三波导430以平行布置彼此相邻地定位。在示例中，第一波导410可以被设计为接收并传播第一波长范围401(例如，红色波长)内的光，第二波导420可以被设计为接收并传播第二波长范围402(例如，绿色波长)内的光，第三波导430可以被设计为接收并传播第三波长范围403(例如，蓝色波长)内的光。
81.由于投影仪镜头440的功率(power)的傅里叶变换，全部三个波长范围401、402和403内的光被聚焦到大致相同的平面上，但在该平面中大致按照照明模块中的子光瞳的间隔和光学系统的放大率(如果有的话)而位移。相应的波导410、420和430的耦入元件412、422和432被放置在与正确颜色的子光瞳对应的路径中，以便捕获一部分光并该使部分光耦合到相应的波导410、420和430中。
82.耦入元件412、422和432(其可以是耦入光栅)可以是耦入衍射光学元件(doe)的元件。当接通给定光源时，来自该光源的光在对应平面处成像(例如，红色led#1，第一深度平面处的第一波导410)。这使得仅通过切换光源关断与接通就能够在颜色之间切换。
83.为了减少伪影(也称为重影或其它反射)的发生和/或影响，本公开的一些实施例使用吸收式滤色器。滤波器可用于单光瞳系统。
84.图5a至图5c是根据一些实施例的分布式子光瞳架构的俯视图。分布式子光瞳可以与不同的子光瞳相关联，并且与以不同波长和不同位置(即，不同的横向位置)操作的不同光源(例如，led或激光器)相关联。参考图5a，该第一布置具有与两个深度平面和每个深度平面三种颜色相关联的六个子光瞳。例如，与第一颜色相关联的两个子光瞳510和512(例如，红色子光瞳)，与第二颜色相关联的两个子光瞳514和516(例如，绿色子光瞳)，和与第三颜色相关联的两个子光瞳518和520(例如，蓝色子光瞳)。这些子光瞳对应于在发射平面中
空间偏移的六个光源。所示的六个子光瞳实施例可以适用于三色的、两个深度平面的架构。在2016年11月10日公开的公开号为2016/0327789的美国专利申请中提供了与分布式子光瞳架构相关的附加描述，该美国专利申请的全部内容在此出于全部目的通过引用并入本文。
85.作为示例，如果两个光源相对于光轴彼此相反地定位(即，关于光轴相反)，则以下情况是可能的：来自光源中的一个(即，第一光源)的光可以传播通过光学系统，从目镜(例如，目镜的耦入光栅或其它表面)反射，并反向传播通过光学系统，然后再次在显示面板处反射，从而在相对于光轴与原始光源图像相对的位置处重新出现。由于光最初是由第一光源发射的，因此出现在另一子光瞳的位置中的这种双重反射将产生重影图像。因此，在图5a所示的布置中，由于子光瞳510/512、514/516和518/520相对于光轴的中心和子光瞳分布并非彼此相反地定位，因此来自这些子光瞳组的光在传播通过光学系统之后将不被耦合到该组中的其它子光瞳。因此，该子光瞳布局部分地防止伪影形成(也称为重影图像形成)。
86.在图5a中，与每个子光瞳相关联的颜色和深度平面如下所示：第一和第二深度平面处的红色波长：r1/r2；第一和第二深度平面处的绿色波长：g1/g2；以及第一和第二深度平面处的蓝色波长：b1/b2。可以将衍射光学元件放置在这些子光瞳位置处，如参考图4所讨论的。尽管这里讨论了被称为耦入光栅的衍射光栅，但是本公开的实施例不限于衍射光栅，可以使用其它衍射光学元件，包括二元衍射元件、阶梯式衍射元件和其它适合的基于衍射的结构。本领域普通技术人员会认识到许多变化、修改和替代。
87.参考图5b，示出了适用于三色、三深度平面架构的九个子光瞳实施例。在该实施例中，包括与第一颜色相关联的子光瞳540、542和544(例如，红色子光瞳)的第一组子光瞳以相对于彼此成120
°
定位。包括与第二颜色(例如，绿色)相关联的子光瞳550、552和554的第二组子光瞳相对于彼此120
°
定位，并且该分布相对于第一组子光瞳旋转60
°
。因此，如果来自子光瞳440的光在系统中被反射并再次出现在与子光瞳540相对的子光瞳554处，则将不会出现颜色重叠。包括与第三颜色(例如，蓝色)相关联的子光瞳560、562和564的第三组子光瞳定位在第一和第二子光瞳的分布的内部并相对于彼此成120
°
定位。
88.图5c示出了六个子光瞳布置，其中与第一颜色(例如，红色)相关联的子光瞳570和572位于子光瞳分布的两个拐角处，与第二颜色(例如，绿色)相关联的子光瞳580和582位于子光瞳分布的另外两个拐角处，与第三颜色(例如，蓝色)相关联的子光瞳590和592沿矩形子光瞳分布的侧面定位。因此，可以使用如图5b至图5c所示的子光瞳布置来降低来自重影图像的影响。也可以使用替代的子光瞳布置，例如，不同颜色的子光瞳跨光轴彼此相对的子光瞳布置。通过在每个相应的耦入光栅处使用颜色选择元件(例如，颜色选择旋转器)或滤色器，可以减少重影。
89.图6是示出了根据一些实施例的用于多个深度平面的颜色的时序编码的示意图。如图6所示，深度平面(在该图示中为三个)经由着色器(shader)被编码为每个像素的最低有效位(lsb)。这里讨论的投影仪组件提供了在所需深度平面中每种颜色的像素的精确放置。针对每个深度平面对三种颜色顺序编码-(针对平面0的r0、g0、b0)602、(针对平面1的r1、g1、b1)604以及(针对平面2的r2、g2、b2)606。每种颜色1.39ms的照明提供720hz的照明帧速率608，以及全部三种颜色和三个深度平面的80hz的帧速率610(基于12.5ms刷新全部颜色和平面)。在一些实施例中，可以通过仅使用与用于特定深度平面的特定颜色相关联的
光源，来使用每帧的用于单个深度平面的单个颜色。
90.在一些实施例中，可以通过使用接收顺序编码的颜色的可变焦距透镜来实现多个深度平面。在这些实施例中，可以存在三个目镜层，且耦入光栅可以被进一步分离地间隔开，以使得耦入光栅不是直接关于光轴彼此相反地定位。本领域普通技术人员会认识到许多变化、修改和替代。
91.图7a是示出了根据一些实施例的投影仪组件的示意图。图7b是示出了图7a所示的投影仪组件的展开示意图。如图7a所示，投影仪架构700包括照明源710，该光源710可以发射准直的光束组，例如，激光。在该实施例中，由于来自照明源710的光是已经准直的，因此可以从光学设计中省略准直器。照明源710可以发射偏振的、非偏振的或部分偏振的光。在所示实施例中，照明源710发射以p偏振进行偏振的光712。第一光学元件715(例如，预偏振器)被对准以使具有p偏振的光通过而到达偏振分束器(pbs)720。最初，光通过pbs 720的界面722(例如，偏振界面)，并照射在空间光调制器(slm)730上。slm 730(也称为显示面板)在光上施加空间调制以提供图像。在接通状态下，slm 730将输入光从第一偏振态(例如，p偏振态)调制到第二偏振态(例如，s偏振态)，以使得亮状态(例如，白色像素)被示出。第二偏振态可以是以90
°
调制(例如，位移)的第一偏振态。在接通状态下，具有第二偏振态的光被界面722反射并向下游行进到投影仪镜头740。在关断状态下，slm 730不使输入光从第一偏振态旋转，因此暗状态(例如，黑色像素)被示出。在关断状态下，具有第一偏振态的光透射通过界面722并向上游行进到照明源710。在中间状态下，slm 730将输入光从第一偏振调制到某个椭圆偏振态。在中间状态下，具有椭圆偏振态(例如，p偏振态)的部分光透射通过界面722并向上游行进到照明源710，且具有椭圆偏振态(例如，s偏振态)的部分光由界面722反射，向下游行进到投影仪镜头740。
92.在从slm 730反射之后，反射光714从界面722反射并离开pbs 720。所发射的光通过投影仪镜头740并被成像到目镜(未示出)的耦入光栅750上。
93.图7b示出了与照明源710的第一子光瞳711相关联的光在目镜的耦入光栅750上的成像。与第一子光瞳相关联的光在进入pbs 720之前被会聚，从slm 730反射，进入pbs 720并在反射出界面722(未示出)之后离开pbs 720，通过投影仪镜头740，并被中继到耦入光栅750上。图7b中示出了光轴705。
94.图8a是示出了根据一些实施例的由从投射显示系统中的目镜的耦入光栅元件或基板表面的反射导致的伪影形成的示意图。图8b是示出了图8a所示的由从投射显示系统中的目镜的耦入光栅或基板表面的反射导致的伪影形成的展开示意图。在一些实施例中，图8a所示的投影仪组件800可以包括位于pbs 720与投影仪镜头740之间的圆偏振器。
95.参考图8a，以与图7a中投影仪组件700的操作类似的方式，来自slm 730(也称为显示面板)的具有s偏振态的光802在pbs 720内部的界面722处被反射。应当注意，从界面722反射之后的光线的倾斜是仅为了清楚起见而提供的。从pbs 720发射的光的大部分通过投影仪镜头740并由投影仪镜头740中继，以在目镜的耦入光栅750处提供子光瞳的图像。
96.入射在耦入光栅750上的光的一部分被耦入光栅750反射。如图8a所示，尽管入射在耦入光栅750上的光可以处于单个偏振态(例如，s偏振态)，但是从耦入光栅750反射的光可以具有混合偏振态(a*s+b*p)804，其中，a和b是0与1之间的系数。对于具有在目镜平面中的阶梯的衍射光学耦入光栅，反射主要是翻转的圆偏振。然而，如果耦入光栅阶梯是从目镜
平面倾斜的，则其它偏振态将被反射。反射光804通过投影仪镜头740并在其传播回pbs 720时以混合偏振(c*s+d*p)806出现，其中，c和d是0与1之间的系数。通常，由于耦入光栅750和/或投影仪镜头740的特性，a》c且b》d。
97.上游路径中与界面的偏振(c*s)808正确对准的光从界面722、slm 730、界面722反射，通过投影仪镜头740，并由投影仪镜头740成像，从而在目镜的第二耦入光栅752处提供具有单个偏振态(e*s)812的图像。由于在耦入光栅750和752两者处的光源是相同的，因此在耦入光栅752处的光看起来是源于slm 730的，从而产生伪影或重影图像。
98.参考图8b，通过在第一次通过pbs 720和投影仪镜头740之后在耦入光栅750处成像以及在反射光804从slm 730被反射之后在耦入光栅752处成像，来论证绕光轴705的对称性。
99.图9是示出了根据一些实施例的从耦入光栅元件的反射的示意图。目镜可以包括盖玻璃(cover glass)910和耦入光栅920。入射光被示出为左旋圆偏振(lhcp)输入光901。尽管示出了具有圆偏振的输入光，但是本公开的实施例不限于圆偏振光，输入光可以是具有预定的长轴和短轴的椭圆偏振光。从目镜的反射可以包括从盖玻璃910的前表面912的反射903以及从盖玻璃910的后表面914的反射905。另外，示出了从耦入光栅920的反射907。在该示例中，反射903和905是右旋圆偏振(rhcp)，反射907是lhcp。这些反射的总和导致混合偏振态向上游传播到pbs 720。因此，在图8a中，从耦入光栅750的反射被示出为a*s+b*p，但是对于本领域普通技术人员显而易见的是，反射光的偏振态不限于线性偏振的组合，而是也可以包括椭圆偏振。特别地，当耦入光栅750的衍射元件包括闪耀光栅特征时，反射光的偏振态由复杂的椭圆偏振表征。本领域普通技术人员会认识到许多变化、修改和替代。
100.图10a是示出了根据一些实施例的具有使用滤色器的伪影抑制的投影仪组件的示意图。图10a中所示的投影仪组件与图8a所示的投影仪组件共享一些共用元件，图8a中提供的描述在适当时适用于图10a中的投影仪组件。如本文所述，具有基于耦入光栅的光谱特性来选择的光谱特性的滤色器被定位为邻近耦入光栅，以阻挡具有基本上不同的光谱特性的光耦入到耦入光栅中。如图10a所示，本公开的实施例减少了由与反射显示投影仪、平板波导(slab waveguide)和/或耦入衍射光学元件的操作相关联的镜面反射导致的光学伪影。
101.具有伪影防止的投影仪组件1000包括照明源1010，该照明源1010可以发射准直光束组，例如，激光。照明源1010可以发射偏振的、非偏振的或部分偏振的光。在所示实施例中，照明源1010发射以p偏振进行偏振的光。第一光学元件1015(例如，预偏振器)被对准以使具有p偏振的光通过而到达偏振分束器(pbs)1020。最初，光通过pbs 1020的界面1022并照射在空间光调制器slm 1030上。slm 1030(也称为显示面板)在光上施加空间调制以提供图像。在从slm 1030反射并将偏振改变为s偏振之后，反射光从界面1022被反射并离开pbs 1020。发射的光通过投影仪镜头1040并被成像到目镜(未示出)的耦入光栅1050上。
102.尽管在图10a中仅示出了两个耦入光栅1050和1052，但本公开的实施例不限于此数量，可以使用其它数量的耦入光栅，例如，用于两个深度平面和三种颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的六个耦入光栅。因此，例如，如果绿光从耦入光栅1050镜面反射回来，则该光横贯(traverse)光学系统，并且在使绿光衰减的滤波器1072(其可称为绿阻滤波器，诸如红色或蓝色滤色器)被定位为邻近耦入光栅1052时该光被阻挡，从而减轻了倒立的重影。另外，尽管在图2中示出了耦入光栅1050和1052，但本公开的实施例可适用于能够将光反射回到
光学系统中，最终导致反射光向下游传播到产生反射的结构的其它结构。应当注意，尽管一些滤波器被示为使第一组一种或多种颜色通过并使第二组一种或多种其它颜色衰减的滤波器，但是其它实施例可以使第一组一种或多种颜色通过(例如，使蓝色和绿色通过)并使第二组一种或多种颜色(例如，红色)衰减。例如，在一个实施例中，滤波器可以使绿色通过并可以使蓝色和红色衰减。例如，在一个实施例中，滤波器可以使蓝光和红光通过并可以使绿光衰减。
103.入射光的一部分将从耦入光栅1050反射并且传播回到投影仪镜头1040。如图10a所示，尽管入射在耦入光栅1050上的光可以是单个偏振(例如，s偏振)，但是从耦入光栅1050反射的光可以具有混合偏振(a*s+b*p)1062，其中，a和b是0与1之间的系数。反射光通过投影仪镜头1040并在其传播回到pbs 1020时以混合偏振(c*s+d*p)1064出现，其中，c和d是0与1之间的系数。通常，由于投影仪镜头1040的特性，a》c且b》d。
104.在上游路径中与界面的偏振(c*s)1066正确对准的光从界面1022、slm 1030、界面1022反射，通过投影仪镜头1040。
105.光谱滤波器(例如，吸收式滤光器)放置在投影仪镜头1040与目镜的耦入光栅1050及1052之间的光路中。如图所示，例如，在图11a中，光谱滤波器被图案化以与对应的耦入光栅的入射光路重叠。光谱滤波器可以是反射式的(例如，介电涂层)和/或吸收式的。吸收式滤波器可以用墨水、染料、丙烯酸类树脂(acrylics)、光致抗蚀剂或使用诸如阻滞剂(retarder)滤波器叠层之类的技术来制造。光谱滤波器之间的空间可涂覆有吸收性(例如，黑色)材料，以进一步进行伪影抑制。例如，可以根据本公开的实施例使用可从俄亥俄州辛辛那提的kao collins,inc.获得的dimatix紫外固化墨水和可从伊利诺伊州邵伯克的inx international ink co.获得的inxflex
tm uv flexographic inks和inxcure
tm uv/eb inks。
106.返回参考图10a，吸收式滤色器1070、1072分别被设置为邻近耦入光栅1050、1052。因此，吸收式滤色器1070插入在投影仪镜头1040与耦入光栅1050之间的光路中。以类似的方式，吸收式滤色器1072插入在投影仪镜头1040与耦入光栅1052之间的光路中。尽管图10a示出了邻近耦入光栅1050、1052放置的滤色器1070、1072，但是滤色器1070、1072可以放置在投影仪镜头1040与耦入光栅1050、1052之间的其它位置处。优选地，滤色器1070、1072位于光束焦点附近，以使得滤色器1070、1072可以在物理上是分开的并位于不同的区域中。滤色器1070、1072在耦入光栅1050、1052的上游的光路中的放置使得反射光能够被阻挡或衰减，而无论滤色器1070、1072在单个平面中还是在不同平面处被布置为阵列。
107.在没有滤色器1070、1072的情况下，通过投影仪镜头1040的光(e*s)1068将在目镜的第二耦入光栅1052处被成像。然而，滤色器1072的存在通过从耦入光栅1052的反射来使第二耦入光栅1052处的图像衰减或消除，从而减少或防止伪影或重影图像的形成。
108.图10b是示出了图10a所示的投影仪组件的展开示意图。来自照明源1010的光由第一光学元件1015准直，传播通过pbs 1020，反射出slm 1030，再次通过pbs 1020，反射出界面1022(未示出)，并通过投影仪镜头1040。下游路径中的光通过滤色器1070，并在耦入光栅1050处成像。
109.反射光通过滤色器1070，通过投影仪镜头1040，通过pbs 1020，反射出界面1022(未示出)，并反射出slm 1030。光通过pbs 1020，反射出界面1022，在下游路径中传播通过
投影仪镜头1040，并被滤色器1072阻挡或衰减。
110.滤色器组的光谱多样性使得被寻址到对应子光瞳的蓝色/绿色/红色影像(imagery)能够通过在该位置处实现的蓝色/绿色/红色滤波器，但阻挡较高阶衍射的蓝色/绿色/红色影像进入其它子光瞳。从slm 1030衍射的照射在子光瞳之间的光被围绕子光瞳的暗矩阵或黑矩阵吸收，从而增强最终图像中的对比度。
111.如图11a所示，示出了滤色器的可能的布局之一。一般而言，在定义滤色器的布局时可以遵循一组设计规则。为了小型封装中的高效率，期望在超光瞳1110内投射全部零级影像。在一些实施例中，还优选具有跨光轴对称地相对的互补滤色器(即，不具有相同光谱带的滤色器)，以避免零级镜面反射通过跨光轴定位的耦入光栅进入图像，该耦入光栅能够操作以衍射光谱带内的光。在一些实施例中，优选地使一类彩色影像的较高阶与相同颜色的不同子光瞳之间的重叠的区域最小化。这将参考图15进一步详细的讨论。如果不同滤色器的透射分布在光谱中具有重叠区域(例如，绿色滤波器在500nm处透射部分光，而蓝色滤波器也在500nm处具有部分有限的透射)，则优选地定位滤波器及耦入光栅，以使得较高阶的绿色影像和较高阶的蓝色影像在超光瞳1110内尽可能少地与在光谱上邻近的颜色子光瞳重叠。为了更高的光学效率，滤色器的尺寸应该足够大以通过大部分光束能量(例如，》90％)。滤色器还可以与光隔离器(诸如，圆形偏振器)结合使用，以进一步增强伪影抑制。滤色器和/或周围的玻璃基板可涂覆有抗反射光学层，以增强光学效率和进一步提高图像对比度并减轻重影。子光瞳之间的区域中的吸收材料可以阻挡杂散光进入目镜层。
112.图11b是根据一些实施例的红色、绿色和蓝色滤色器的透射图。选择滤色器的透射光谱，以在光谱带中产生高透射率值并且在两个光谱上邻近的滤色器之间的透射光谱中产生很小或最小重叠。作为示例，实施例可以被实施以提供在光谱上邻近的颜色之间的预定的最小重叠，其中，蓝色/绿色和绿色/红色是在光谱上邻近的。作为示例，邻近的颜色之间的光谱重叠可以是峰值透射率值的预定百分比。例如，邻近的光谱重叠的波长处的透射率值可以小于最大透射率值的10％。
113.参考图11b，滤色器b1/b2的特征在于在光谱带的峰值处的高透射率(例如，80％)，该透射率可以与对应光源的波长对准，且与滤色器g1/g2的光谱重叠最小，该滤色器g1/g2是在光谱上邻近的滤色器。如图11b所示，最小重叠可以例如是在某些波长处小于10％和/或在两个光谱的交叉点处滤波器重叠可以小于10％。
114.尽管可以使用具有一般高斯透射率分布的滤色器，但是高通或低通滤波器也可以用于滤色器。作为示例，在图11b中，滤色器r1/r2是高通滤波器，其在大于～550nm的波长处具有高透射率并且在小于～550nm的波长处具有低透射率。应当注意，尽管滤色器r1/r2的透射率分布在小于～450nm的波长处增加，但是用于支持绿色波长的波导的耦入光栅的特征在于红色波长的衍射效率差。
115.图11c是根据一些实施例的结合分布式子光瞳架构使用的滤色器的俯视图。在该实施例中，两组光谱上邻近的颜色是跨光轴1105彼此相对的：g2/r1和b2/g1。注意，r2/b1不是光谱上邻近的颜色。
116.图12是示出了根据一些实施例的滤色器和子光瞳的空间布置的俯视图。在该实施例中，示出了形状为圆的一部分的滤色器和用于支持相应波长的波导的耦入光栅(igr1/igr2：igg1/igg2：igb1/igb2)。提供了滤色器重叠大于一个子光瞳的实施例。应当理解，滤
色器被设置在从图平面延伸出的一个或多个平面中，且耦入光栅被设置在延伸到图平面内的平面中。在该实施例中，光轴1105位于滤色器的相交处。
117.图13是示出了根据一些实施例的滤色器与目镜波导层的集成的截面图。在一些实施例中，如图10a所示，滤色器可以放置在投影仪镜头1040与耦入光栅1050/1052之间的单个平面中。在一些实施例中，如图13所示，滤色器可以放置在目镜的波导层之间。在该实施例中，目镜由可以分别与三种不同的颜色绿色、蓝色和红色相关联的三个波导层1310、1320和1330示出。入射在红色耦入光栅1332上的光通过红色滤色器1334，该红色滤色器1334定位(例如，印刷)在波导层1320的背面上。当光朝向耦入光栅1332传播时，它通过波导层1310和1320。红色滤色器1334的透射带之外的光波长被红色滤色器1334阻挡或衰减。参考图13，沿x轴和y轴测量的滤色器的位置(即x-y位置)可以被称为横向位置。沿z轴测量的滤色器相对于盖玻璃(即盖板)1305的位置(即z位置)可以被称为纵向位置。
118.类似地对于其它颜色，入射在蓝色耦入光栅1322上的光通过蓝色滤色器1324，该蓝色滤色器1324定位(例如，印刷)在波导层1310的背面上。当光朝向蓝色耦入光栅1322传播时，它通过波导层1310。在蓝色滤色器1324的透射带之外的光波长被蓝色滤色器1324阻挡或衰减。
119.由于绿色耦入光栅1312设置在第一波导层1310上，因此在本实施例中不使用用于绿色波长的滤色器，尽管可以在投射透镜与绿色耦入光栅1312之间实现绿色滤色器，例如，绿色滤色器可以印刷在波导层1310的前表面上或印刷在邻近波导层1310的盖玻璃1305上。应当理解，滤色器可以在多个表面上实现，该多个表面包括盖玻璃的前面和/或后面、以及波导层的前面和/或后面、以及其组合。在一些实施例中，滤色器可以在投影仪镜头(例如，投影仪镜头340)上实现(例如，印刷)。例如，滤色器可以印刷在投影仪镜头340的最靠近目镜(特别地，最靠近耦入光栅)的元件或表面上。本领域普通技术人员会认识到许多变化、修改和替代。
120.在替代实施例中，可以添加附加的滤色器以增加滤波器的光谱带之外的颜色的衰减。例如，可选的(例如，红色)滤波器1336可以被定位在波导层1310的背面上，以提供蓝色和绿色伪影的附加衰减。而且，这种附加滤波器可以具有与对应滤波器不同的光谱特性。作为示例，可选的滤波器1336可以是“黄色”滤波器，阻挡蓝色波长。应该注意的是，尽管图13中示出了均匀厚度的滤色器，但是可以使用不同厚度的滤色器来实现所需的吸收特性。本领域普通技术人员会认识到许多变化、修改和替代。
121.图14a是根据一些实施例的与分布式子光瞳的子集结合使用的滤色器的俯视图。在该俯视图中，示出了四个滤色器r1、r2、g1和b1。在该实施方式中，用于第二绿色深度平面和第二蓝色深度平面(b2和g2)的光的滤色器是可选的且用虚线表示。如图所示，该子光瞳布局中的滤色器被布置为使得彼此相对的(由在相对的滤色器之间取向的线1410表示)滤色器使在从耦入光栅反射之后传播通过光学系统的光衰减。从与可选的滤色器g2邻近的耦入光栅反射的光耦合到相对的滤色器r1。类似地，从与可选的滤色器b2邻近的耦入光栅反射的光耦合到相对的滤色器r2。从与滤色器g1和b1邻近的耦入光栅反射的光耦合到相对的滤色器(b1和g1)。如图所示，通过相同颜色的滤波器不被定为跨光轴彼此相对。因此，g1和b1相对，r1和r2彼此邻近。因此，如果通过用于绿色的耦入光栅的绿光被反射通过光学系统以照射在蓝色滤色器b1上，则该绿光将被蓝色滤色器b1衰减。
122.图14b是示出了根据一些实施例的图14所示的滤色器与目镜波导层的集成的截面图。在该截面图中，为了清楚起见，俯视图中的滤色器的布局被叠加。在截面图中仅示出了滤色器r2和b1，因为它们最靠近目镜的前景表面，但是应当理解，滤色器r1和g1是存在的，但是在向图平面内部延伸的位置处。在该实施例中，滤色器被设置在盖玻璃1430的后表面上，尽管它们可以定位在其它位置。滤色器的厚度可以等于相邻的波导层之间的间隙。还示出了另外的盖玻璃1432。优选折射率匹配的高透明度粘合剂1440可以用在波导层之间，以在光传播通过波导层时减少菲涅耳反射。
123.用于红色波导层1450的光通过红色滤色器r2和其它波导层，直到该光入射在耦入光栅1452上，在该光栅处该光被衍射到波导层1450的平面中。用于蓝色波导层1460的光通过蓝色滤色器b1和其它波导层，直到该光入射到耦入光栅1462上，在该光栅处该光被衍射到波导层1460的平面中。在该实施例中，红光进入蓝色和绿色耦入光栅的低耦合效率实现了一种设计，在该设计中，没有滤色器被定位为邻近这些耦入光栅，如由可选的g2/b2滤色器所表示的。
124.图14c是根据一些实施例的与分布式子光瞳的另一子集结合使用的滤色器的俯视图。在该实施例中，光谱上邻近的颜色彼此相反地定位(g1/b1和r1/g2)。由于红色和蓝色波长位于光谱的相反端，因此，蓝色耦入光栅对红光的耦入效率低，在该实施方式中不使用b2滤色器。在其它实施例中，使用六个滤波器，包括与r2滤波器相对的b2滤波器。本领域普通技术人员会认识到许多变化、修改和替代。
125.图14d是示出了根据一些实施例的图14c所示的滤色器与目镜波导层的集成的截面图。在该截面图中，为了清楚起见，俯视图中的滤色器的布局被叠加。在截面图中仅示出了滤色器r2、b1和g2，因为它们最靠近目镜的前景表面，但是应当理解，滤色器r1和g1是存在的，但是在向图平面的内部延伸的位置处。在该实施例中，滤色器设置在盖玻璃1430的后侧表面上，尽管它们也可以定位在其它位置。滤色器的厚度可以等于相邻的波导层之间的间隙。还示出了另外的盖玻璃1432。
126.用于红色波导层1450的光通过红色滤色器r2和其它波导层，直到该光入射在耦入光栅1452上，在该光栅处该光被衍射到波导层1450的平面中。用于蓝色波导层1460的光通过蓝色滤色器b1和其它波导层，直到该光入射在耦入光栅1462上，在该光栅处该光被衍射到波导层1460的平面中。用于绿色波导层1470的光通过绿色滤色器g2和其它波导层，直到该光入射在耦入光栅1472上，在该光栅处该光被衍射到波导层1470的平面中。
127.在一些实施例中，单个滤色器可以设置在两个耦入光栅之上，例如，用与多于一个的耦入光栅重叠的单个滤色器代替r1和r2。因此，尽管图14a和图14c示出了圆形滤色器，但是在其它实施例中可以使用其它几何形状。在一些实施例中，滤色器可以是与用于会聚来自光源(例如，光源205)的光的聚光器相同的形状。例如，滤色器可以是八边形的，以匹配用于会聚来自光源的光的复合抛物面聚光器的形状。
128.当图像被投射到超光瞳时，为了控制在任何一个场周期期间通过波导发送的影像的深度和颜色，期望仅使光一次仅进入一个耦入光栅。尽管光学系统可以具有高衍射效率，但是在光学系统的所投射的光瞳中仍然可以存在更高衍射级。这些较高阶图像可以耦合到非预期的耦入光栅并产生伪影。
129.图15是根据一个实施例的分布式子光瞳架构中的衍射级的俯视图。超光瞳1505包
括六个子光瞳b1、b2、g1、g2、r1和r2。当子光瞳r2与红色耦入光栅重叠时，零级光在传播到红色耦入光栅中之后入射到子光瞳r2上以进行成像。还示出了较高阶的衍射级，其中，一阶衍射级围绕零阶，二阶衍射级围绕一阶衍射级。例如，如图15所示，三阶衍射级1510可以与子光瞳b1重叠。如果该较高阶光通过蓝色耦入光栅而被耦合到目镜中，则从波导中提取的影像中将存在位移的且直立的伪影。
130.因此，本公开的实施例使滤色器对准，以使得较高阶衍射级与相同颜色的滤波器或光谱上邻近的颜色的滤波器几乎没有重叠或没有重叠。特别地，实施例定位滤色器以考虑一阶衍射级和/或二阶衍射级的位置。因此，根据波长、衍射级的位置、耦入光栅的位置以及透镜的光轴位置来选择滤色器的布置。
131.图16a是根据一些实施例的具有滤波器的目镜的侧视图。图16a中示出的目镜1600可以是图1所示的voa的元件，并被用于向观看者的眼睛(例如，观看者的眼睛102)投射图像。目镜1600包括位于第一横向平面中的第一平面波导1610。在该示例中，第一横向平面向图16a的平面内部延伸，且可以认为是x-y平面。沿z方向入射在目镜1600上的光将垂直于该横向平面照射。如本文所述，各种光学元件被设置在横向平面中的预定位置处，以实现由本文所述的方法和系统提供的性能。
132.第一平面波导1610包括设置在第一横向位置(即，x-y坐标位置)处的第一衍射光学元件(doe)1618。第一平面波导1610具有第一表面1614和与第一表面1614相反的第二表面1616。光在分隔器(divider)1601左侧的第一区域1605中入射在第一平面波导1610上。第一区域1605包括与每个平面波导相关联的衍射光学元件和第一横向位置。第一区域1605被配置为接收入射在目镜上(例如，入射在第一平面波导1610的第一表面1614上)的图像光。该图像光包括一个或多个波长的图像光，例如，与红色(600nm至700nm)、绿色(500nm至600nm)和蓝色(400nm至500nm)相关联的三个波长范围的图像光。本公开不限于这些波长范围或三种颜色和其它范围及多于三种颜色(例如，rbgy)或少于三种颜色。因此，这些波长范围仅是示例性的，并且可以被修改为适用于具体应用。
133.第一平面波导1610还包括位于分隔器1601右侧的第二区域1607。入射在第一区域1605上的光被衍射到第一平面波导1610的平面中，并被引导朝向第一平面波导1610的第二区域1607。因此，一部分图像光透射通过第一平面波导1610。参考图16a，绿色入射光束1642入射在第一doe 1618上。绿色入射光束1642中的一部分被衍射并被引导到第一平面波导1610的第二区域1607中，如导向线1619所示。
134.第二平面波导1620位于邻近第一横向平面的第二横向平面中。在图16a所示的示例中，第二横向平面位于在z尺寸值小于第一横向平面的位置处的x-y平面中。第二平面波导1620包括设置在第二横向位置(即，x-y坐标位置)处的第二doe 1628。
135.关于第一平面波导1610提供的描述在适当时适用于第二平面波导1620。例如，第二平面波导1620具有第一表面1624和与第一表面1624相反的第二表面1626。第二平面波导1620具有包括第二横向位置的第一区域1605和第二区域1607。类似于第一平面波导1610，第一区域1605被配置为接收图像光。由入射光束1644示出的照射在第二平面波导1620上的图像光包括第二波长范围内的光(例如，蓝光)。第二平面波导1620还包括第二doe 1628，该第二doe 1628被配置为将第二波长范围内的图像光衍射到第二平面波导1620中以被引导朝向第二平面波导1620的第二区域1607。在第二区域1607中被引导的光由导向线1629表
示。
136.第三平面波导1630位于与第二横向平面邻近的第三横向平面中。在图16a所示的示例中，第三横向平面位于在具有小于第二横向平面的z尺寸值的位置处的x-y平面中。第三平面波导1630包括设置在第三横向位置(即，x-y坐标位置)处的第三doe 1638，该第三横向位置可以与第一横向位置和第二横向位置都不同。在图16a所示的实施例中，第一横向位置与第二横向位置和第三横向位置不同，第二横向位置不同于第一横向位置和第三横向位置，从而提供到用于入射光束1642、1644、1646和1648的每个doe的独立接入(access)。关于第一平面波导1610和第二平面波导1610提供的描述在适当时适用于第三平面波导1630。
137.如图16a所示，第三平面波导1630具有第一表面1634和与第一表面1634相反的第二表面1636。第三平面波导1630具有包括第三横向位置的第一区域1605和第二区域1607。第一区域1605被配置为接收第三波长范围(例如，红色波长范围)内的图像光。与第三平面波导1630相关联的第三doe 1638被配置为将由入射光束1648表示的第三波长范围内的图像光(例如，红光)衍射到第三平面波导1630中，以被引导朝向第三平面波导1630的第二区域1607。在第二区域1607中被引导的光由导向线1639表示。
138.参考图16a，滤光器1650(例如，二向色滤波器或吸收式滤波器)位于第二平面波导1620与第三平面波导1630之间。滤光器1650设置在第三横向位置，以使得该滤光器与第三doe 1638对准。
139.如本文所述，滤波器1650通过减少波长交叉耦合来改善系统性能。当入射光被doe(例如，耦入光栅)反射时，可能发生波长交叉耦合。参考图1，投影仪101将来自lcos的图像光投射到目镜100的目镜层中的耦入光栅107上。部分图像光可以被耦入光栅107反射。所反射的光可以照射lcos。在一些情况下，lcos中的像素可以像镜子一样工作，并在不改变偏振态的情况下将光反射回到耦入光栅107。所反射的光可引起重影。吸收型滤光器1650可以滤除(例如，反射)不想要的光以消除或减少重影。例如，如果滤光器1650是二向色滤波器，则它可以反射蓝光。在这种情况下，蓝色doe和红色doe可以被设置成一行。在这种布置中，蓝光可以被循环，如结合图18a进一步描述的。将doe(例如，耦入光栅)成行放置可以允许在特定超光瞳尺寸内存在更多光瞳或深度。在一些情况下，doe衍射可以生成重影图像，该重影图像可以被滤色器吸收。
140.如图16a所示，第三doe 1638被设计为将第三波长范围内的光(例如，红光)衍射到第三平面波导1630中。实际上，第三doe 1638还可以将一定量(例如，少量)的其它颜色光(例如，蓝光或绿光)衍射(即，交叉耦合)到第三平面波导1630中。如果随后将这种交叉耦合的光与第三波长范围内的所需光一起引导到用户，则这种交叉耦合会对用户体验产生不利影响。
141.在图16a中，入射在第三doe 1638上的光不仅包括处于第三波长范围内且旨在被耦合到第三平面波导1630中的入射光束1648，还包括不在第三波长范围内的入射光束1646。该示例示出了第一波长范围和/或第二波长范围内的光如何能入射在第三doe 1638上。为了阻挡来自第一波长范围和/或第二波长范围的光被交叉耦合到第三平面波导1630中，本公开的实施例使用滤光器1650来反射或吸收不需要的波长的光。
142.图16b是示出了根据一些实施例的滤光器的透射率/反射率曲线的图。图16b所示的二向色特性适用于本文所述的滤光器中的一个或多个。在图16a所示的实施例中，滤光器
是长通滤波器，其能够操作以透射第三波长范围(例如，诸如600nm至700nm的红色波长)内的光并反射第二波长范围(例如，诸如400nm至500nm的蓝色波长)内的光。滤光器还可以反射第一波长范围(例如，诸如500nm至600nm的绿色波长)内的波长。
143.图16a所示的目镜的设计提供了绿色输入光束与红色输入光束之间在横向方向上的空间分隔，从而使得滤波器设计能够针对处于可见光谱的相反端的红色和蓝色波长进行优化。因此，空间间隔可以与一个或多个滤光器结合使用，以减少或防止交叉耦合。与第三doe和第三平面波导相关联的波长范围处的透射率可以是约90％或更大，例如95％或更高以及高达100％。与第二doe和第二平面波导相关联的第一波长范围处的反射率可以是约10％或更小，例如，5％、4％、3％、2％、1％或更小。
144.尽管在一些实施例中可以使用反射式滤光器，但是其它实施例可以使用吸收式滤光器来提供波长选择性。作为示例，滤光器1650可以是长通滤波器，其能够操作以透射第三波长范围内的光并吸收波长小于第三波长范围的光。
145.如图16a所示，滤光器1650设置在第三平面波导1630的第一表面1634上，第三doe 1638设置在第三平面波导1630的第二表面1636上。然而，本公开并不要求这种布置，可以使用其它布置，包括将滤光器1650放置在第一平面波导1610的第一表面1614或第二表面1616上、或者第二平面波导1620的第一表面1624或第二表面1626上。尽管第一doe 1618设置在第一平面波导1610的第二表面1616上，第二doe 1628设置在第二平面波导1620的第二表面1626上，第三doe 1638设置在第三平面波导1630的第二表面1636上，但这并不是必需的，doe可以相对于相应的波导沿z轴定位在不同位置处。
146.图17a是根据一些实施例的具有吸收式滤色器的目镜的侧视图。示出了用于向观看者的眼睛投射图像的目镜1700。该目镜包括位于基板横向平面中的基板1710。包括第一滤色器1712、第二滤色器1714和第三滤色器1716的一组滤色器(例如，吸收式滤色器)被设置在基板1710上。第一滤色器1712设置在第一横向位置处，其能够操作以使第一波长范围(例如，蓝光，即400nm至500nm)通过，第二滤色器1714设置在第二横向位置处，其能够操作以使第二波长范围(例如，红光，即600nm至700nm)通过，第三滤色器1716设置在第三横向位置处，其能够操作以使第三波长范围(例如，绿光，即500nm至600nm)通过。
147.目镜1700还包括位于与基板横向平面邻近的第一横向平面中的第一平面波导1720。第一平面波导1720包括设置在第一滤色器1712下方的第一横向位置处的第一衍射光学元件(doe)1713。目镜1700还包括位于与第一横向平面邻近的第二横向平面中的第二平面波导1730，以及位于与第二横向平面邻近的第三横向平面中的第三平面波导1740。第二平面波导1730包括设置在第二滤色器1714下方的第二横向位置处的第二doe 1715，第三平面波导1740包括设置在第三滤色器1716下方的第三横向位置处的第三doe 1717。
148.在一些实施例中，滤色器是使用光致抗蚀剂制造的，光致抗蚀剂可以使用光刻工艺(例如，类似于在液晶显示器的制造中所使用的那些光刻工艺)形成在基板1710上。滤色器的厚度可以是若干微米的量级。作为示例，第一滤色器1712可以使用第一光致抗蚀剂形成，该第一光致抗蚀剂能够操作以透射第一波长范围并使第二波长范围和第三波长范围衰减；第二滤色器1714可以使用第二光致抗蚀剂形成，该第二光致抗蚀剂能够操作以透射第二波长范围并使第一波长范围和第三波长范围衰减；第三滤色器1716可以使用第三光致抗蚀剂形成，该第三光致抗蚀剂能够操作以透射第三波长范围并使第一波长范围和第二波长
范围衰减。
149.滤色器可以位于基板1710的任一侧上。在一个实施例中，基板1710具有第一侧面1705和第二侧面1707，其中基板1710的第二侧面1707面向第一平面波导。如图17a所示，该组滤色器可以设置在基板1710的第一侧面1705上。在一些实施例中，该组滤色器设置在基板1710的面向第一平面波导1720的第二侧面1707上。
150.除了光致抗蚀剂之外，可以使用其它适当的使用吸收剂(absorption)的滤色器，该吸收剂包括紫外墨水。墨水可填充间隙以进行折射率匹配并减少菲涅耳反射。除了吸收式滤色器之外，反射式滤色器(例如基于多层涂层)也可用于本文所述的实施例中。
151.图17b是图17a所示的目镜1700的平面图。如图17b的平面图所示，不同的滤色器可以例如跨光轴彼此相反地定位。在图17b中，红色和绿色吸收式滤色器彼此相反地定位，以使得反向(back)反射通过系统的光(该光可以被镜面反射到光学系统的相反侧)将被吸收。作为示例，从绿色doe反射的光将入射在红色滤色器上并将被吸收，并且不耦合到红色doe中。在该实施例中，滤色器位于与滤色器所通过的特定颜色相关联的doe上方。因此，如图17b所示，本公开的实施例将滤色器的横向位置与相关联的doe的横向位置相关联，以使得用于波导层的光通过滤色器并耦合到波导中。其它波长范围内的光(该光否则将(部分地)耦合到doe中)被吸收。如果所需的波长范围内的光从doe反射，则在通过光学系统并返回到目镜1700之后，在该光照射在吸收所需波长范围的相对滤色器时，该光将被吸收。在一些实施例中，相同颜色的滤波器(例如，两个蓝色滤色器)可彼此相对。这种布置可以帮助减少重影图像。耦入光栅反射将通过蓝色滤波器两次，这稍微降低了反射强度(即，重影强度)。
152.本公开的实施例提供具有多个深度平面的目镜。在这些实施例中，目镜1700还包括在第四横向位置处设置在基板上的且能够操作以使第二波长范围通过的第四滤色器，以及设置在第五横向位置处的且能够操作以使第三波长范围通过的第五滤色器。在平面图中，第二滤色器可以与第四滤色器相反地定位。目镜还可以包括位于邻近第三横向平面的第四横向平面中的第四平面波导，位于邻近第四横向平面的第五横向平面中的第五平面波导，以及位于邻近第五横向平面的第六横向平面中的第六平面波导。第四平面波导包括设置在第四横向位置处的第四doe，第五平面波导包括设置在第五横向位置处的第五doe，第六平面波导包括设置在第六横向位置处的第六doe。可选地，目镜可以包括设置在第六横向位置处的且能够操作以使第一波长范围通过的第六滤色器。由于红光到蓝色doe中的低耦合水平，该第六滤色器可以是可选的。如果使用第六滤色器，则第五滤色器可以在平面图中与第六滤色器相反地定位。
153.图17c是根据一些实施例的具有吸收式滤色器的目镜的侧视图。在该实施例中，滤色器1712、1714和1716形成在平面波导层中的一者(例如，第一平面波导1720)上而不是在基板1710上，这可以使用盖玻璃来实现。变型例被包括在本公开的范围内，包括将一个或多个滤色器定位在基板上以及将一个或多个滤色器定位在平面波导中的一个或多个上。在滤色器位于平面波导之间的实施例中，希望保持波导的全内反射特性。另外，可以使用多个基板(即，盖玻璃层)，其中，滤色器位于基板之间。这样的布置可以便于折射率匹配以减少菲涅耳反射。本领域普通技术人员会认识到许多变化、修改和替代。
154.图18a是根据一些实施例的具有对准的衍射光学元件和滤色器的目镜的侧视图。图18b是图18a所示的目镜的元件的透视图。在图18a和图18b中，示出了使用对准的doe的目
镜。图18a和图18b所示的目镜与图16a中所示的目镜共享一些相似之处，关于图16a所提供的描述在适当时适用于图18a和图18b。
155.可以用于向观看者的眼睛投射图像的目镜1800包括位于第一横向平面中(即，在第一纵向位置处)的第一平面波导1810。第一平面波导1810包括设置在第一横向位置(即，第一x-y坐标位置)处的第一衍射光学元件(doe)1812。第一滤光器1814在不同于第一横向位置的第二横向位置(即，第二x-y坐标位置)处被耦合到第一平面波导1810。第一doe 1812与第一波长范围相关联，且第一滤光器1814可以实现为吸收式滤波器，该吸收式滤波器能够操作以吸收第一波长范围之外的波长。因此，如果第一doe 1812能够操作以将绿光衍射到第一平面波导1810中，而且还将入射的蓝光和红光中的一部分耦合到第一平面波导1810中，则第一滤光器1814可以吸收衍射的蓝光和红光，改善第一平面波导1810的颜色性能。依赖于波导层的颜色配置，如果第一平面波导1810被设计为传播蓝光，则第一滤光器1814可以是短通滤波器，或者如果第一平面波导1810被设计为传播红光，则第一滤光器1814可以是长通滤波器。在所示实施例中，借助绿色/蓝色/红色波导，第一滤色器是陷波滤波器。
156.第一滤光器1814可以设置在第一平面波导1810的第二区域1807内，以使得第一滤光器1814吸收从第一区域1805在第一平面波导1810中传播的光。另外，第一滤光器1814可以被设置在第一平面波导1810内部的空腔中，或者设置在第一平面波导1810的第一表面(例如，顶表面)或第二表面(例如，底表面)上。
157.目镜1800还包括位于邻近第一横向平面的第二横向平面中(即，在第二纵向位置处)的第二平面波导1820。第二平面波导1820包括设置在第一doe 1812下方的第一横向位置处的第二doe 1822。目镜1800还包括位于邻近第二横向平面的第三横向平面中(即，在第三纵向位置处)的第三平面波导1830。第三平面波导1830包括第三doe 1832，该第三doe 1832设置在第一doe 1812和第二doe 1822下方的第一横向位置处且沿纵向方向对准(即，z轴对准)。在一些实施例中，第三doe 1832可以是具有镜面涂层的反射光栅以实现更高的衍射效率，且第一doe 1812和第二doe 1822可以是透射型光栅。
158.第二滤光器1840位于第二平面波导1820与第三平面波导1830之间。第二滤光器1840设置在第一横向位置处。
159.尽管在图18a所示的实施例中全部三个doe(例如，第一doe 1812，第二doe 1822和第三doe 1832)是对准的，但这不是本公开所必需的，doe可以在空间上被分隔在不同的横向位置处。作为示例，第一doe 1812(例如，用于衍射绿光)可以在空间上与第二doe 1822和第三doe 1832分隔，第二doe 1822和第三doe 1832可以是对准的。在该示例中，由于绿光位于可见光谱的中间，它在空间上与蓝光和红光分隔开，蓝光和红光在用于其它颜色的doe中没有被强烈地衍射，使得蓝色和红色doe(例如，第二doe 1822和第三doe 1832)能够在空间上对准。本领域普通技术人员会认识到许多变化、修改和替代。
160.本公开的实施例使用一个或多个二向色反射器来循环使用光，这可以导致更明亮的图像。参考图18a，第三输入光束1802(例如，红色输入光束)没有被强烈地耦合到第二doe 1822(例如，配置成衍射蓝光的doe)中。因此，第三输入光束1802以由于衍射导致的很小的损耗通过第二doe 1822。未被第二doe 1822衍射的第二输入光束1804(例如，蓝色输入光束)中的图像光从第二滤光器1840被反射并且第二次照射在第二doe 1822上，这次是从蓝光第一次照射在第二doe 1822上的相反的方向。第二doe 1822可以将由第二滤光器1840反
射的第二波长范围内的图像光衍射到第二平面波导1820中，以被引导朝向第二平面波导1820的第二区域1807，从而为用户提高亮度。
161.图19是根据一些实施例的具有集成到目镜的波导中的滤光器的目镜的侧视图。在图19所示的实施例中，具有比基板与波导之间的分隔距离(通常在30μm的量级)更厚的轮廓的滤色器可用于提供颜色选择性。
162.参考图19，目镜1900可用于向观看者的眼睛投射图像，且包括盖玻璃1910和位于基板横向平面中的基板1920。基板1920包括第一滤色器1922(例如，能够操作以通过红光的长通滤波器)，该第一滤色器1922设置在第一横向位置处且能够操作以使第一波长范围通过。该实施例中的第一滤色器能够操作以透射第一波长范围并使第二波长范围和第三波长范围衰减。基板1920还包括第二滤色器1924(例如，能够操作以通过绿光的陷波滤波器)，该第二滤色器1924设置在第二横向位置处且能够操作以使第二波长范围通过。第二横向位置与第一横向位置不同。第二滤色器1924能够操作以透射第二波长范围并使第一波长范围和第三波长范围衰减。
163.基板1920可包括第一凹槽和第二凹槽，第一滤色器1922设置在第一凹槽中，第二滤色器1924设置在第二凹槽中。
164.目镜1900还包括位于邻近基板横向平面的第一横向平面中的第一平面波导1930。第一平面波导1930包括设置在第一滤色器1922下方的第一横向位置处的第一衍射光学元件(doe)1932。第一doe 1932能够操作以将第一波长范围内的光衍射到第一平面波导1930中。第一平面波导1930还包括第三滤色器1934(例如，能够操作以通过蓝光的短通滤波器)，该第三滤色器1934设置在第三横向位置处并且能够操作以使第三波长范围通过。第三横向位置不同于第一横向位置和第二横向位置。第一平面波导1930可以包括凹槽，第三滤色器1934设置在该凹槽中。第三滤色器1934能够操作以透射第三波长范围并使第一波长范围和第二波长范围衰减。
165.目镜1900还包括位于邻近第一横向平面的第二横向平面中的第二平面波导1940，以及位于邻近第二横向平面的第三横向平面中的第三平面波导1950。第二平面波导1940包括设置在第三滤色器1934下方的第三横向位置处的第二doe 1942，第三平面波导1950包括设置在第二滤色器1924下方的第二横向位置处的第三doe 1952。在所示实施例中，第一平面波导1930耦合并传播红光(即，第一波长范围包括600nm至700nm)，第二平面波导1940耦合并传播蓝光(即，第三波长范围包括400nm至500nm)，第三平面波导1950耦合并传播绿光(即，第二波长范围包括500nm至600nm)。在平面图中，第二滤色器1924可以与第三滤色器1934相反地定位。
166.在一些实施例中，第一滤色器1922、第二滤色器1924或第三滤色器1934中的至少一者从滤色片或滤色板上切割下来，且它们可以被层压到基板1920或平面波导(例如，第一平面波导1930、第二平面波导1940和/或第三平面波导1950)上，可以落入在基板1920或平面波导等中形成的凹槽中。由于滤色器(例如，第一滤色器1922、第二滤色器1924和/或第三滤色器1934)可以具有数百微米量级的厚度，该厚度可以大于基板1920和/或平面波导之间的分隔距离(例如，在小于50μm的量级)，因此可以在基板1920或平面波导中形成凹槽或孔以容纳较厚的滤色器。凹槽可以延伸基板1920或平面波导的一部分厚度，孔可以完全贯穿基板1920或平面波导。通过使滤色器凹进基板1920和/或平面波导中，或者使滤色器位于贯
穿基板1920和/或平面波导的孔中，可以将基板1920和/或平面波导之间的分隔距离维持在期望值。
167.为了提供第二深度平面，目镜1900可以包括第四滤色器和第五滤色器，第四滤色器设置在第四横向位置处且能够操作以使第一波长范围通过，第五滤色器设置在第五横向位置处且能够操作以使第二波长范围通过。在平面图中，第四滤色器可以与第五滤色器相反地定位。目镜1900还可包括：第四平面波导，其位于邻近第三横向平面的第四横向平面中；第五平面波导，其位于邻近第四横向平面的第五横向平面中；以及第六平面波导，其位于邻近第五横向平面的第六横向平面中。第四平面波导包括设置在第四横向位置处的第四doe，第五平面波导包括设置在第五横向位置处的第五doe，第六平面波导包括设置在第六横向位置处的第六doe。在一些实施方式中，第六滤色器可设置在第六横向位置处且能够操作以使第三波长范围通过，例如，可阻挡红光的蓝色滤波器，红光未被强烈耦合到蓝色doe中。第六滤色器可以与第一滤色器相反地定位。
168.图20是根据一些实施例的具有成形波导的目镜的透视图。目镜2000降低了来自目镜表面的菲涅耳反射的强度，从而减少了光学系统中可发生的重影反射。目镜2000可用于向观看者的眼睛投射图像并包括一个或多个平面波导。第一平面波导2010位于第一横向平面中。第一平面波导2010包括设置在第一横向位置处的第一衍射光学元件(doe)2012。第一平面波导2010具有第一边界2014，该第一边界2014封闭(enclose)在横向平面中测量的第一表面区域。
169.第二平面波导2020位于邻近第一横向平面的第二横向平面中。第二平面波导2020包括设置在第一边界外部的第二横向位置处的第二doe 2022。第二平面波导2020具有第二边界2024，第二边界2024封闭在横向平面中测量的第二表面区域。由于第二doe 2022位于与第一平面波导2010相关联的第一边界2014的外部，因此入射在第二doe 2022上的光不与第一平面波导2010相互作用且不从第一平面波导2010反射。
170.第三平面波导2030位于邻近第二横向平面的第三横向平面中。第三平面波导2030包括第三doe 2032，该第三doe 2032设置在第一边界2014外部和第二边界2024外部的第三横向位置处。由于第三doe 2032位于与第一平面波导2010相关联的第一边界2014和与第二平面波导2020相关联的第二边界2024的外部，因此入射在第三doe 2024上的光不与第一平面波导2010或第二平面波导2020相互作用，且不从第一平面波导2010或第二平面波导2020反射。
171.第一doe 2012设置在第一边界2014的外围区域，该第一边界2014可以包括在第一doe 2012的任一侧上的一个或多个外围切口(cutout)。在一些实施例中，第一边界2014可以包括一个或多个中心孔口(orifice)，被引导到第二平面波导2020和第三平面波导2030的光可以通过所述中心孔口。因此，本公开的实施例通过将否则会反射用于每个波导的入射光的其它波导的部分移除，来提供使得用于每个波导的光能够到达适当的doe而无需通过该其它波导的部分的各种方法。尽管图20示出了位于从目镜2000的中心区域半岛形突起上的doe，但这不是本公开所必需的，且其它波导形状也被包括在本公开的范围内。
172.图21是示出了根据一些实施例的操作包括一个或多个平面波导的目镜的方法的流程图。方法2100提供将光耦合到包括一个或多个平面波导的目镜中的能力。方法2100包括引导包括第一波长的第一光束以照射在目镜上(2110)，以及将第一光束中的至少一部分
耦合到一个或多个平面波导中的第一平面波导中(2112)。方法2100还包括引导包括第二波长的第二光束以照射在目镜上(2114)，以及将第二光束中的至少一部分耦合到一个或多个平面波导中的第二平面波导中(2116)。方法2100还包括引导包括第三波长的第三光束以照射在目镜上(2118)，使第三光束中的透射部分通过滤光器(2120)，并将该第三光束中的透射部分中的至少一部分耦合到一个或多个平面波导中的第三平面波导中(2122)。
173.应该理解的是，图21所示的具体步骤提供了根据一些实施例的操作包括一个或多个平面波导的目镜的特定方法。根据替代实施例，还可以执行其它的步骤序列。例如，替代实施例可以以不同的顺序执行上面概述的步骤。此外，图21所示的各个步骤可以包括多个子步骤，这些子步骤可以以适合于各个步骤的各种顺序执行。此外，取决于特定应用，可以添加或移除附加步骤。本领域普通技术人员会认识到许多变化、修改和替代。
174.图22是示出了根据一些实施例的操作目镜的方法的流程图。方法2200使光能够被耦合到包括一个或多个平面波导的目镜中，该一个或多个平面波导具有与该一个或多个平面波导中的每一者相关联的衍射光学元件。方法2200包括引导包括第一波长的第一光束、包括第二波长的第二光束和包括第三波长的第三光束以在第一横向位置(例如，输入端口)处照射在目镜上(2210)。方法2200还包括将第一光束中的至少一部分、第二光束中的至少一部分和第三光束中的至少一部分耦合到一个或多个平面波导中的第一平面波导中(2212)并使第二光束中的至少一部分和第三光束中的至少一部分衰减(2214)。
175.方法2200还包括将第二光束中的至少第二部分耦合到一个或多个平面波导中的第二平面波导中(2216)，使第三光束中的透射部分通过滤光器(2218)，并将第三光束中的透射部分中的至少一部分耦合到一个或多个平面波导中的第三平面波导中(2220)。
176.根据一些实施例，与一个或多个平面波导中的每一者相关联的每个衍射光学元件在第一横向位置处对准。方法2200可以包括对来自滤光器的第三光束中的反射部分进行反射。方法2200可以另外包括将第三光束中的反射部分中的至少一部分耦合到第二平面波导中。
177.应该理解的是，图22所示的具体步骤提供了根据一些实施例的操作目镜的特定方法。根据替代实施例，还可以执行其它步骤序列。例如，替代实施例可以以不同的顺序执行上面概述的步骤。此外，图22所示的各个步骤包括多个子步骤，这些子步骤可以以适合于各个步骤的各种顺序执行。此外，取决于特定应用，可以添加或移除附加步骤。本领域普通技术人员会认识到许多变化、修改和替代。
178.图23是示出了根据一些实施例的目镜的侧视图的示意图。图23类似于图16a。如图23所示，目镜2300可以是图1所示的voa的元件，并用于向观看者的眼睛投射图像。目镜2300包括位于第一横向平面中的第一平面波导层2310。在该示例中，第一横向平面向图23的平面内部延伸，且可以被认为是x-y平面。沿z方向入射在目镜2300上的光将垂直于横向平面照射。如本文所述，各种光学元件被设置在横向平面中的预定位置处，以实现由本文所述的方法和系统提供的性能。
179.第一平面波导层2310包括设置在第一横向位置(即，x-y坐标位置)处的第一衍射光学元件(doe)2318。第一平面波导层2310具有第一表面2314和与第一表面2314相反的第二表面2316。光在分隔器2301左侧的第一区域2305中入射在第一平面波导层2310上。第一区域2305包括与平面波导层中的每一者相关联的衍射光学元件(doe)和第一横向位置。第
一区域2305被配置为接收入射在目镜2300上(例如，入射在第一平面波导层2310的第一表面2314上)的图像光。该图像光包括一个或多个波长的图像光，例如，与红色(600nm至700nm)、绿色(500nm至600nm)和蓝色(400nm至500nm)相关联的三个波长范围的图像光。本公开不限于这些波长范围或三种颜色和其它范围及多于三种颜色(例如，rbgy)或少于三种颜色。因此，这些波长范围仅是示例性的，并且可以被修改为适用于具体应用。
180.第一平面波导层2310还包括位于分隔器2301右侧的第二区域2307。入射在第一区域2305上的光被衍射到第一平面波导层2310的平面中，并被引导朝向第一平面波导层2310的第二区域2307。因此，图像光的一部分透射通过第一平面波导层2310。绿色入射光束2342入射在第一doe2318上。绿色入射光束2342中的一部分被衍射并被引导到第一平面波导层2310的第二区域2307中，如导线2319所示。
181.第二平面波导层2320位于邻近第一横向平面的第二横向平面中。在图23所示的示例中，第二横向平面位于z尺寸值小于第一横向平面的位置处的x-y平面中。第二平面波导层2320包括设置在第二横向位置(即，x-y坐标位置)处的第二doe 2328。在图23所示的实施例中，第二横向位置与第一横向位置不同，为入射光束2342、2344和2348提供到每个doe的独立接入。
182.关于第一平面波导层2310提供的描述在适当时适用于第二平面波导层2320。例如，第二平面波导层2320具有第一表面2324和与第一表面2324相反的第二表面2326。第二平面波导层2320具有包括第二横向位置的第一区域2305和第二区域2307。与第一平面波导层2310类似，第一区域2305被配置为接收图像光。由入射光束2344示出的照射在第二平面波导层2320上的图像光包括第二波长范围内的光(例如，蓝光)。第二平面波导层2320还包括第二doe 2328，该第二doe 2328被配置为将第二波长范围内的图像光衍射到第二平面波导层2320中，以被引导朝向第二平面波导层2320的第二区域2307。在第二区域2307中被引导的光由导向线2329表示。
183.第三平面波导层2330位于第三横向平面中(在z尺寸小于第二横向平面的位置处)。第三平面波导层2330包括设置在第三横向位置处的第三doe 2338，该第三横向位置可以与第一横向位置和第二横向位置都不同。关于第一平面波导层2310和第二平面波导层2320提供的描述在适当时适用于第三平面波导层2330。
184.如图23所示，第三平面波导层2330具有第一表面2334和与第一表面2334相反的第二表面2336。第三平面波导层2330具有包括第三横向位置的第一区域2305和第二区域2307。第一区域2305被配置为接收第三波长范围(例如，红色波长范围)内的图像光。与第三平面波导层2330相关联的第三doe 2338被配置为将由入射光束2348表示的第三波长范围内的图像光衍射到第三平面波导层2330中，以被引导朝向第三平面波导层2330的第二区域2307。在第二区域2307中被引导的光由导向线2339表示。
185.图24a是示出了根据一些实施例的基于lcos(基于硅上液晶)的图像投影仪的示意图。图像投影仪2400包括光源2410、第一透镜2420、lcos(硅上液晶)装置2430、光学元件2440和第二透镜2450。图24b是示出了基于lcos的图像投影仪2400中的光路的展开视图以展开光路的示意图。图24a类似于图7a，图24b类似于图7b。
186.图像投影仪2400可以包括三原色(即蓝色(b)、绿色(g)和红色(r))的光。这样的图像光可以被分离成组分颜色，以使得每种组分颜色的图像光可以被耦合到目镜中的相应波
导层。在一些实施例中，光源2410可以包括红色led组、绿色led组和蓝色led组。例如，根据图24a和图24b中所示的实施例，光源2410可以包括一个红色led、一个绿色led和一个蓝色led。在其它实施例中，光源2410可以包括用于将在两个深度平面上呈现的图像的两个红色led、两个绿色led和两个蓝色led。每个led可以具有相关联的cpc(复合抛物面聚光器)或类似的光学元件以用于将led光辐射传送到目标。在图24a和图24b中，图像投影仪2400包括红色led 2411、绿色led 2412和蓝色led 2413，每个led包括相应的cpc。在平面2401处的led光源2410的前表面在本文中称为cpc平面。
187.图像投影仪2400包括第一透镜2420、lcos装置2430、光学元件2440和第二透镜2450。光学元件2440可以包括棱镜和反射镜等，其被配置为将入射光引导到lcos装置2430，并将从lcos装置2430反射的光引导到图像投影仪2400的输出。lcos装置2430被配置为将颜色顺序图像光传送到光瞳平面2451中的光瞳平面2460。光瞳2460包括三个子光瞳：子光瞳2461用于红色图像，子光瞳2462用于绿色图像，子光瞳2463用于蓝色图像。例如，在有色图像的帧中，在第一时间段中，接通来自红色led 2411的光2415，并且lcos装置2430选择图像帧中的像素子集以接收红光。在第二时间段中，接通来自绿色led 2412的光2415，并且lcos装置2430选择另一像素子集以接收绿光。类似地，在第三时间段中，接通来自蓝色led 2413的光2415，并且lcos装置2430选择又一像素子集以接收蓝光。以颜色顺序的方式将有色图像光传送到子光瞳2461、2462和2463。
188.图像投影仪2400被配置为将图像光投射到目镜2490。类似于图23中的目镜2300，目镜2490包括三个平面波导层，每个平面波导层具有相应的衍射光学元件(doe)2491、2492和2493，这些衍射光学元件可以用作耦入光栅(icg)以接收图像光。因此，术语doe和icg将可互换使用。如图24b所示，分别传送到子光瞳2461、2462和2463的红色、绿色和蓝色有色图像光由目镜2490中的对应波导层中的doe接收。目镜2490还包括每个波导层中的ope 2495和epe 2497以将有色图像传送给用户。
189.类似于图23中的doe 2318、2328和2338，图24b中的在分离的波导层上设置的且也是在空间上位移的三个子光瞳2461、2462和2463减少引导到目镜2490中的每个波导层的入射图像光的干扰。
190.图25a至图25b是示出了根据一些实施例的led光源的图。图25a类似于图5a。图25a示出了来自具有用于两个深度平面的目镜中的六个波导层的六个led源的光源的光照射。存在两个红色led、两个绿色led和两个蓝色led。光照射显示在cpc平面(例如，图24b中的平面2401)上，或显示在led光源(例如，led 2411、2412、2413)的前面。或者，图25a还可以表示输出光瞳(例如，图24b中的光瞳平面2460)中的光照射。可以看出，图25a所示的光源可以使用约36％的可用空间。换句话说，该光源布置具有约36％的填充因子。
191.图25b示出了来自具有用于三个深度平面的目镜中的三个波导层的九个led源的光源的光照射。存在三个红色led、三个绿色led和三个蓝色led。再次地，光照射显示在cpc平面(例如，图24b中的平面2401)上，或显示在led光源(例如，led 2411、2412、2413)的前面。这种布置还呈现出有限的光源填充因子。
192.图26a至图26c是示出了根据一些实施例的led光源的示意图。图26a示出了来自具有用于两个深度平面的目镜中的两个波导层的三个led源的光源2610的光照射。存在一个红色led光源2611、一个绿色led光源2612和一个蓝色led光源2613。每个led光源是矩形的，
且三个led光源2611、2612、2613被设置为彼此相邻。该光照射显示在图24b中的平面2401(例如，cpc平面)上，或者在led光源2611、2612、2613的前面。替代地，图26a还可以表示图24b中的光瞳平面2460中的光照射。可以看出，led光源2611、2612、2613使用了基本上100％的可用空间。换句话说，该led光源布置具有约100％的填充因子。较高的填充因子可以在显示器中提供亮的图像光。在光源2610中，每个led光源可包括一个或多个led管芯和聚光器，例如cpc。在一些实施例中，光源2610可包括其它类型的光源。在这些实施例中，led光源2611、2612和2613可以是其它类型的光源。
193.图26b示出了来自具有用于两个深度平面的目镜中的两个波导层的六个led源的光源2620的光照射。存在两个红色led光源2621和2625、两个绿色led光源2622和2624、以及两个蓝色led光源2623和2626。该光照射显示在图24b中的平面2401上，或者在led光源的前面。替代地，图26b还可以表示图24中的光瞳平面2460中的光照射。在图26b中，六个led光源2621、2622、2623、2624、2625、2626分别设置在圆形光源2620的六个扇区中。每个led光源具有楔形或饼状形状。可以看出，光源2621、2622、2623、2624、2625、2626使用了基本上100％的可用空间。换句话说，该光源布置具有约100％的填充因子。较高的填充因子可以在显示器中提供亮的图像光。在光源2620中，每个led光源可包括一个或多个led管芯和聚光器，例如cpc。
194.图26c示出了来自具有用于两个深度平面的目镜中的两个波导层的六个led源的光源2630的光照射。存在两个红色led光源2631和2633、两个绿色led光源2632和2635、以及两个蓝色led光源2634和2636。该光照射显示在图24b中的平面2401上，或者在led光源的前面。替代地，图26c还可以表示图24b中的光瞳平面2460中的光照射。在图26c中，六个矩形led光源2631、2632、2633、2634、2635、2636分别设置在矩形光源2630的六个区域中。可以看出，光源2631、2632、2633、2634、2635、2636使用了基本上100％的可用空间。换句话说，该光源布置具有约100％的填充因子。较高的填充因子可以在显示器中提供亮的图像光。在光源2630中，每个led光源可包括一个或多个led管芯和聚光器，例如cpc。
195.图26a至图26c所示的几何形状不旨在限制本公开的实施例，而仅旨在提供根据一些实施例的可使用的led几何形状的示例。在一些实施例中，可以使用包括正方形、三角形、六边形等的其它几何形状来增加填充因子，同时提供适用于一个或多个深度平面的源。rgb led布局的其它几何形状也可以是任意的，这可能需要对应的icg布局以匹配光源的几何形状。本领域普通技术人员会认识到许多变化、修改和替代。
196.图27a是示出根据一些实施例的图像显示系统的示意图。图像显示系统2700包括白光源2710和基于lcos(硅上液晶)的图像投影仪2701。白光源2710可以是白色led光源2710。图像投影仪2701包括第一透镜2720、lcos(硅上液晶)装置2730、光学元件2740和第二透镜2721。类似于图24b，图27a是示出了基于lcos的图像投影仪中的光路的展开图以展开光路的示意图。
197.在一些实施例中，白光源2710可包括一个或多个白色led光发射器。在一些实施例中，每个白色led光发射器可包括用于发射白光的涂覆有黄色磷光剂层的蓝色led芯片。在一些实施例中，白色led光发射器可具有用于发射白光的红色、绿色和蓝色的组合。白光源2710还可以具有聚光器，诸如用于传送白光的cpc。在一些实施例中，白光源2710被配置为正方形或矩形形状，尽管取决于应用而可以使用其它几何形状。白光源2710的前表面位于
平面2711处，在此称为cpc平面2711。
198.图像显示系统2700包括第一透镜2720、lcos装置2730、光学元件2740和第二透镜2721。光学元件2740可以包括棱镜、反射镜等，其被配置为将入射光引导到lcos装置2730并将从lcos装置2730反射的光引导到图像投影仪2701的输出。lcos装置2730被配置为将时间顺序图像光传送到位于超光瞳平面2751上的光瞳2750。光瞳2750包括顺序地用于三基色中的每一者的灰度图像光。例如，在第一时间段中，接通来自白光源2710的光2715，且lcos装置2730被配置为选择用于红光的图像帧中的像素子集。在第二时间段中，接通来自白光源2710的光2715，且lcos装置2730被配置为选择用于绿光的另一像素子集。类似地，在第三时间段中，接通来自白光源2710的光2715，且lcos装置2730被配置为选择用于蓝光的又一像素子集。以颜色顺序的方式将灰度图像光传送到光瞳2750，光瞳2750也被称为超光瞳。
199.在一些实施例中，图像显示系统2700还可以包括快门2760和滤色器(cf)2770，用于以颜色顺序的方式将有色图像光通过子光瞳2780投射到目镜2790。在图27a的实施例中，图像显示系统2700被配置用于单个深度平面。类似于图23中的目镜2300，图27a中的目镜2790包括三个平面波导层，且每个波导层具有相应的衍射光学元件(doe)，该衍射光学元件可以用作耦入光栅以接收图像光。在图27a中，为了简化附图，仅用doe 2791、正交光瞳扩展器(ope)2795和出射光瞳扩展器(epe)2797来标示一个波导层。
200.图27b至图27d是示出了图27a中的图像显示系统2700中的快门2760和滤色器2770的操作的示意图。在一些实施例中，快门2760可以是液晶快门。如图27b所示，对于具有单个深度平面的显示系统，快门2760包括三个区域：第一快门区域2761、第二快门区域2762和第三快门区域2763。类似地，滤色器2770包括三个区域：用于红色的第一滤波区域2771、用于蓝色的第二滤波区域2772和用于绿色的第三滤波区域2773。每个颜色滤波区域与相应的快门区域对准。此外，光瞳或超光瞳2780包括三个子光瞳2781、2782和2783。
201.快门2760和滤色器2770被配置为以时间顺序的方式呈现每种原色。例如，如图27b所示，在第一时间段t1中，来自白光源2710的白光2715被接通，且lcos装置2730被配置为选择用于红光的图像帧中的像素子集。来自lcos装置2730的灰度图像被投射在光瞳2750中。在时间段t1期间，第一快门区域2761打开，第二快门区域2762和第三快门区域2763关闭，允许灰度图像光到达滤波器2770的第一滤波区域2771。因此，在子光瞳2781中呈现红色图像光，该红色图像光被投射到用于红色图像的波导层中的对应的icg或doe。
202.如图27c所示，在第二时间段t2中，接通来自白光源2710的白光2715，且lcos装置2730被配置为选择用于绿光的第二像素子集。来自lcos装置2730的灰度图像被投射在光瞳2750中。在时间段t2期间，第二快门区域2762打开，且第一快门区域2761和第三快门区域2763关闭，允许灰度图像光到达滤波器2770的第二滤波区域。因此，在子光瞳2782中呈现蓝色图像光，该蓝色图像光被投射到用于蓝色图像的波导层中的对应的icg或doe。
203.类似地，如图27d所示，在第三时间段t3中，接通来自白光源2710的白光2715，且lcos装置2730被配置为选择用于蓝光的第三像素子集。来自lcos装置2730的灰度图像光被传送到光瞳2750。在时间段t3期间，第三快门区域2763打开，且第一快门区域2761和第二快门区域2762关闭，允许灰度图像光到达滤波器2770的第三滤波区域2773。因此，在子光瞳2783中呈现绿光图像，该绿光图像被投射到用于绿色图像的波导层中的对应的icg或doe。
204.如上所述，在图像显示系统2700中，快门2760和滤色器2770被配置为与lcos装置
2730同步操作，以分别向子光瞳2781、2782和2783呈现红色、绿色和蓝色的有色图像。该有色图像光由目镜2790中的对应波导层中的icg或doe 2791接收，以用于将有色图像传送给用户。子光瞳2781、2782和2783是在空间上位移的，以与目镜2790中的相应icg或doe 2791对准。此外，子光瞳2781、2782和2783被配置以基本上100％的填充因子来填满子光瞳2780。
205.图28是示出了根据一些实施例的将图像光耦合到图27的图像显示系统2700中的波导层中的操作的示意图。图28示出了侧视图2810和俯视图2820中的波导层2800。波导层2800可以是图27的图像显示系统2700中的目镜2790中的波导层之一。来自lcos图像投影仪的输出光瞳被示出为2830，其包括子光瞳2831、2832和2832。在通过快门和滤色器之后，一子光瞳被选择，类似于图27a中的子光瞳2780，并通过衍射光学元件(doe)或输入耦合光栅(icg)2805而被耦合到波导层2800中。如侧视图2810所示，图像光2803被耦入到波导层2800中并通过全内反射(tir)在波导层2800中在x方向2809上传播。
206.如波导层2800的俯视图2820所示，icg 2805被配置为矩形形状以匹配子光瞳2831、2832、2833中提供的图像光的形状。可以看出icg 2805是细长的，且在与波导层2800中的图像光的传播方向2809垂直的方向上延伸。因此，细长的icg 2805能将更大量的图像光耦入到波导层2800中以进行更亮的显示。如果icg 2805沿光传播具有伸长的尺寸，则经历tir的一些光可能照射在icg 2805上并衍射出波导层2800，导致光强度的损失。如在图28中可以看到的，icg 2805在传播方向2809上是窄的。因此，它不会衍射经历了tir的光(衍射经历了tir的光可导致光损失)。此外，细长的icg 2805可以接收更多的光强度。
207.图29a是示出了由图像显示系统中的lcos进行的较高阶衍射的摄影图像。在图29a中，该图像是在图27a中的超光瞳平面2751处拍摄的，在该图像中，绿光2910、红光2920和蓝光2930可以表示led光源。或者，它们还可以表示对应的icg在目镜的相应波导层上的放置。图29a示出了lcos装置实现的绿光2910的较高阶衍射图像2911、2912和2913等(未全部标记)。可以看出，较高阶衍射图像在相对于光源的水平和竖直方向上对准。在目镜中，来自绿色的较高阶衍射图像可以照射在用于红色和蓝色的icg上，这可能引起干扰，也称为重影。图29a类似于图15。
208.图29b是示出了根据一些实施例的用于在图像显示系统中布置耦入光栅(icg)的方法的示意图。在图29b的左侧部分中，用于绿色、红色和蓝色的icg竖直地对准以匹配如图29a所示的rgb led布局，该rgb led布局由于来自lcos的高阶衍射倾向于沿竖直或水平方向而可能引起干扰。因此，在一些实施例中，icg以如图29b的右侧部分所示的交错或旋转的方式布置，以避免由lcos较高阶衍射引起的干扰。因此，本公开的实施例使用液晶快门和以预定角度空间旋转的icg，来降低由lcos的衍射导致的重影水平。
209.图29c是示出了根据一些实施例的用于在图像显示系统中布置耦入光栅(icg)的另一种方法的示意图。在图29c的左侧部分中，以如图29a所示的对称布置(其中，绿色icg与蓝色icg是竖直地对准的)设置用于绿色、红色和蓝色的六个icg，该对称布置会造成干扰。因此，在一些实施例中，icg的图案如图29b的右侧部分所示是倾斜的(例如，倾斜15
°
)，以避免由lcos较高阶衍射引起的干扰和/或串扰。
210.图30是示出了根据一些实施例的另一图像显示系统的示意图。图像显示系统3000类似于图27a中的图像显示系统2700，关于图27a提供的讨论在适当时适用于图30。如上面结合图27a至图27d所述，图像显示系统2700被配置为向用于单个深度平面的目镜的三个波
导层提供三个颜色图像。与此形成对比，图像显示系统3000被配置为向用于两个深度平面的目镜的六个波导层提供六个颜色图像。
211.如图30所示，根据一些实施例，图像显示系统3000包括白光源3010和基于硅上液晶(基于lcos)的图像投影仪3001。图像投影仪3001包括第一透镜3020、硅上液晶(lcos)装置3030、光学元件3040和第二透镜3021。类似于图27a，图30是示出了基于lcos的图像投影仪3001中的光路的展开视图以展开光路的示意图。
212.在图像显示系统3000中，白光源3010、第一透镜3020、光学元件3040和第二透镜3021类似于图27a中的图像显示系统2700中的对应部件。光学元件3040可以包括棱镜和反射镜等，其被配置为将入射光引导到lcos装置3030并将从lcos装置3030反射的光引导到图像投影仪3001的输出。lcos装置3030被配置为将时间顺序图像光传送到光瞳平面3051上的光瞳3050。图像投影仪3001被配置为在光瞳3050处顺序地投射六个灰度或黑白图像。每个图像被配置为选择用于三基色中的每一者的像素。例如，在第一时间段中，接通来自白色led光源3010的光3015，且lcos装置3030被配置为针对第一深度平面选择用于红光的图像帧中的像素子集。在第二时间段中，接通来自白色led光源3010的光3015，且lcos装置3030被配置为针对第一深度平面选择用于绿光的另一像素子集。类似地，在第三时间段中，接通来自白色led光源3010的光3015，且lcos装置3030被配置为针对第一深度平面选择用于蓝光的又一像素子集。类似地，在第四、第五和第六时间段中，lcos装置3030被配置为分别针对第二深度平面选择用于红光、绿光和蓝光的像素子集。因此，灰度图像光以颜色顺序的方式被传送到光瞳3050。
213.在一些实施例中，图像显示系统3000还包括快门3060和滤色器3070，用于以颜色顺序的方式将有色图像通过用于投射的子光瞳3080而投射到目镜(未示出)。在图30的实施例中，图像显示系统3000被配置用于具有两个深度平面的目镜。因此，目镜包括六个平面波导层，且每个波导层具有相应的衍射光学元件(doe)，该衍射光学元件可以用作耦入光栅以接收图像光。在图30中，为了简化附图，未示出目镜。
214.对于具有两个深度平面的显示系统，快门3060包括六个区域，每个区域具有用于颜色中的一种的快门。类似地，滤色器3070包括六个区域，每个区域具有用于颜色中的一种的滤波器。每个滤波器区域与相应的快门区域对准。此外，光瞳3050和/或子光瞳3080包括六个子光瞳。
215.如上所述，在图像显示系统3000中，快门3060和滤色器3070被配置为与lcos装置3030同步操作，以分别将红色、绿色和蓝色的有色图像光呈现给六个子光瞳中的一者。有色图像光由目镜中对应的波导层中的icg或doe接收，以将有色图像传送给用户。
216.图31a至图31c是示出了根据一些实施例的另一图像显示系统的示意图。如图31a所示，图像显示系统3100类似于图27a中的图像显示系统2700。如上面结合图27a至图27d所述，图像显示系统2700被配置为具有单个白光源2710。与此形成对比，图像显示系统3100被配置为具有多个白光源。
217.如图31a所示，根据一些实施例，图像显示系统3100包括白光源3110和基于硅上液晶(基于lcos)的图像投影仪3101。图像投影仪3101包括第一透镜3120、硅上液晶(lcos)装置3130、光学元件3140和第二透镜3121。类似于图27a，图31a是示出了基于lcos的图像投影仪中的光路的展开视图以展开光路的示意图。
218.在图像显示系统3100中，第一透镜3120、光学元件3140和第二透镜3121类似于图27中的图像显示系统2700中的对应部件。在一个实施例中，白光源3110包括两个led白光源3111和3112。光学元件3140可以包括棱镜和反射镜等，其被配置为将入射光引导到lcos装置3130并将从lcos装置3130反射的光引导到图像投影仪3101的输出。lcos装置3130被配置为将时间顺序图像光传送到光瞳平面3151上的光瞳3150。图像投影仪3101被配置为在光瞳3150处顺序地投射灰度或黑白图像。每个图像被配置为选择用于三基色中的每一者的像素。在该实施例中，顺序地接通led白光源3111和3112。
219.在一些实施例中，图像显示系统3100还包括快门3160和滤色器(cf)3170，用于以颜色顺序的方式将有色图像光通过子光瞳3180投射到目镜3190。取决于实施例，可以在图像显示系统中使用快门和滤色器的不同组合。例如，图31b示出了具有两个白色led光源3111和3112的图像投影仪的一部分，且单个快门具有三个快门区域。此外，滤色器3171可以具有针对每个led光源对准的红色、蓝色和绿色的颜色区域。与此形成对比，在滤色器3172中，红色、蓝色和绿色滤色器可以是交错的，这可以导致较少的由于衍射造成的重影。在一些实施例中，如图31c所示，图像投影仪具有两个白色led光源3111和3112以及两个快门3162和3163，每个快门具有三个快门区域。此外，滤色器3173可以具有针对每个led光源3111、3112对准的红色、蓝色和绿色的颜色区域。与此形成对比，在滤色器3174中，红色、蓝色和绿色滤色器可以是交错的。
220.如上所述，图像显示系统3100可以被配置为针对单个深度平面为目镜3190提供三个子光瞳或者针对两个深度平面为目镜3190提供六个子光瞳。因此，目镜3190可以包括用于单个深度平面的三个波导层或用于两个深度平面的六个波导层。为了简化附图，仅示出了具有衍射光学元件(doe)3191、ope 3195和epe 3197的一个波导层。
221.图32是示出了根据一些实施例的另一图像显示系统的示意图。图像显示系统3200类似于图27a中的图像显示系统2700。如上面结合图27a至图27d所述，图像显示系统2700被配置为具有白光源和图像投影仪，图像投影仪具有颜色顺序lcos装置。与此形成对比，图像显示系统3200被配置为具有白光源和图像投影仪，该图像投影仪具有非颜色顺序lcos装置。
222.如图32所示，根据一些实施例，图像显示系统3200包括白光源3210和基于硅上液晶(基于lcos)的图像投影仪3201。图像投影仪3201包括第一透镜3220、非颜色顺序的硅上液晶(lcos)装置3230、光学元件3240和第二透镜3221。类似于图27a，图32是示出了基于lcos的图像投影仪中的光路的展开图以展开光路的示意图。
223.图像显示系统3200中的某些部件类似于图27a中的图像显示系统2700中的对应部件，包括白光源3210、第一透镜3220、光学元件3240和第二透镜3221。然而，非颜色顺序lcos装置3230是非颜色顺序lcos装置，其被配置为接收白色照明光并将全色图像投射在光瞳平面3251上的光瞳3250处。在一些实施例中，非颜色顺序lcos装置3230被配置为具有滤色器以处理三原色图像并提供组合的全色图像。在一些实施例中，非颜色顺序lcos装置3230可以包括三个lcos面板，以处理三原色图像并提供组合的全色图像。在一些实施例中，非颜色顺序lcos装置3230可以包括单个集成lcos面板，以处理三原色图像并提供组合的全色图像。
224.在一些实施例中，图像显示系统3200还包括快门3260和滤色器(cf)3270，用于在
光瞳3250处接收全色图像并以颜色顺序的方式通过子光瞳3280将有色图像光投射到目镜3290。在图32的实施例中，图像显示系统3200被配置用于单个深度平面。然而，该系统也可以被应用于多个深度平面。类似于图27a中的目镜2790，图32中的目镜3290包括三个平面波导层，且每个波导层具有相应的衍射光学元件(doe)，该衍射光学元件可以用作耦入光栅以接收图像光。在图32中，为了简化附图，仅用doe 3291、ope(正交光瞳扩展器)3295和epe(出射光瞳扩展器)3297来标示一个波导层。
225.在一些实施例中，快门3260可以是液晶快门。如图32所示，对于具有单个深度平面的显示系统，快门3270包括三个快门区域。类似地，滤色器3270包括三个滤波区域：用于红色的第一滤波区域、用于蓝色的第二滤波区域和用于绿色的第三滤波区域。每个滤波区域与相应的滤波区域对准。此外，光瞳或超光瞳3250包括三个子光瞳，其中仅一个子光瞳3280在图32中示出。
226.快门3260和滤色器3270被配置为在光瞳3250处接收全色图像并以时间顺序的方式将每种原色的图像呈现给目镜3290。例如，在第一时间段中，与红色滤波区域对准的快门区域打开，允许全色图像中的红色图像通过，从而形成在用于红色的波导层的doe中接收的红色图像的子光瞳。在第二时间段中，与绿色滤波区域对准的快门区域打开，允许全色图像中的绿色图像通过，从而形成在用于绿色的波导层的doe中接收的绿色图像的子光瞳。类似地，在第三时间段中，与蓝色滤波区域对准的快门区域打开，允许全色图像中的蓝色图像通过，从而形成在用于蓝色的波导层的doe中接收的蓝色图像的子光瞳。如上所述，每个波导层中的icg可以是在空间上位移的。因此，可以减少来自icg反射的重影图像形成。
227.如上所述，在图像显示系统3200中，快门3260和滤色器3270被配置为与非颜色顺序lcos装置3230同步操作，以从分别呈现红色、绿色和蓝色有色图像光的lcos装置3230接收全色图像。有色图像光是由icg或doe 3291在目镜3290中的对应波导层中接收的，以用于将有色图像传送给用户。因此，由lcos装置3230提供的每个全色图像分别以红色、绿色和蓝色的三个单色图像的颜色顺序的方式被投射到目镜3290中。在该实施例中，lcos装置3230的帧速率(例如，每秒180帧)可以在目镜3290中被充分使用。与此形成对比，在上述基于颜色顺序lcos装置的图像显示系统中，lcos装置的三帧的持续时间被用于在目镜中投射单个帧。因此，lcos装置的仅三分之一的帧速率(例如，每秒60帧)可被用于在目镜中的投射图像。
228.尽管已经关于特定硬件特征说明了上述内容，但是应该认识到，可以存在许多变化、替换和修改。例如，这些硬件特征中的任何特征可以被进一步组合或甚至分离。这些特征还可以部分地通过软件或者硬件和软件的组合来实现。取决于应用，硬件和软件可以被进一步集成，或者以更低程度集成。根据本公开的某些方法的进一步细节可以在整个本说明书中找到并可以在下文中更具体地找到。
229.图33是示出了根据一些实施例的用于显示图像的方法的流程图。用于显示图像的方法3300包括提供白光源和图像投影仪(3310)。图27a示出了白光源的一个示例，其中白光源2710可包括一个或多个白色led光发射器。每个白色led发光器可以包括用于发射白光的涂覆有黄色磷光剂层的蓝色led芯片。替代地，白色led光发射器可以具有用于发射白光的红色、绿色和蓝色的组合。白光源2710还可以具有聚光器，诸如用于传送白光的cpc。在一些实施例中，白色led光源被配置为正方形或矩形形状。平面2711处的白色led光源的前表面
在此被称为cpc平面。
230.在一些实施例中，图像投影仪2701是基于lcos的图像投影仪2701。图像投影仪2701具有lcos装置2730和各种光学部件，以将入射光引导到lcos装置2730并将从lcos装置2730反射的光引导到图像投影仪2701的输出。
231.方法3300还包括在图像投影仪处接收来自白光源的白光(3320)，并在光瞳中顺序地投射灰度图像(3330)。lcos装置2730被配置为将时间顺序图像光传送到光瞳平面2751上的光瞳2750。光瞳2750包括顺序地用于三基色中的每一者的灰度图像光。每个灰度图像被配置为选择用于三种颜色(例如，原色)中的每一者的像素。
232.方法3300还包括提供快门和滤色器，以将光瞳分成用于三原色的三个子光瞳(3340)。在一些实施例中，快门2760可以是液晶快门。如图27b所示，对于具有单个深度平面的显示系统，快门2760包括三个区域：第一快门区域2761、第二快门区域2762和第三快门区域2763。类似地，滤色器2770包括三个区域：用于红色的第一滤波区域2771、用于蓝色的第二滤波区域2772和用于绿色的第三滤波区域2773。每个滤波区域与相应的滤波区域对准。快门区域和滤波区域是对准的以将光瞳2750(例如，超光瞳)分成用于三原色(红色、绿色和蓝色)的三个子光瞳2781、2782和2783。
233.方法3300还包括使快门和滤色器与来自基于lcos的图像投影仪的灰度图像同步，以在对应的子光瞳中顺序地投射三原色中的每一者的图像(3750)。如图27b所示，在第一时间段t1中，接通来自白光源2710的光2715，且lcos装置2730被配置为选择用于红光的图像帧中的像素子集。来自lcos装置2730的灰度图像被投射在光瞳2750中。在时间段t1期间，第一快门区域2761打开，且第二快门区域2762和第三快门区域2763关闭，从而允许灰度图像光到达滤色器2770的第一滤波区域2771。因此，红色图像光呈现在子光瞳2781中。
234.如图27c所示，在第二时间段t2中，接通来自白光源2710的光2715，且lcos装置2730被配置为选择用于绿光的第二像素子集。来自lcos装置2730的灰度图像被投射在光瞳2750中。在时间段t2期间，第二快门区域2762打开，且第一快门区域2761和第三快门区域2763关闭，从而允许灰度图像光到达滤色器2770的第二滤波区域2772。因此，蓝色图像光呈现在子光瞳2782中。
235.类似地，如图27d所示，在第三时间段t3中，接通来自白光源2710的光2715，且lcos装置2730被配置为选择用于蓝光的第三像素子集。来自lcos装置2730的灰度图像光被传送到光瞳2750。在时间段t3期间，第三快门区域2763打开，且第一快门区域2761和第二快门区域2762关闭，从而允许灰度图像光到达滤色器2770的第三滤波区域2773。因此，绿光图像光呈现在子光瞳2783中。
236.方法3300还包括提供具有三个波导层的目镜(3360)。例如，如图27a所示，目镜2790包括三个平面波导层，且每个波导层具有相应的衍射光学元件(doe)，该衍射光学元件可以用作耦入光栅以接收图像光。在图27a中，为了简化附图，仅用doe 2791、正交光瞳扩展器(ope)2795和出射光瞳扩展器(epe)2797来标示一个波导层。每个波导层被配置为显示三种颜色(例如，原色)中的一种的图像。
237.方法3300还包括在对应的波导层中顺序地接收三种颜色(例如，原色)中的每一者的图像，以向观看者投射图像(3370)。返回参考图27b至图27d，在时间t1期间，红色图像光呈现在子光瞳2781中，其被投射到用于红色图像的波导层中的对应icg或doe。在时间t2期
间，蓝色图像光呈现在子光瞳2782中，其被投射到用于蓝色图像的波导层中的对应icg或doe。在时间t3期间，绿光图像光呈现在子光瞳2783中，其被投射到用于绿色图像的波导层中的对应icg或doe。具有三个波导层的目镜2790被配置为向观看者显示彩色图像。
238.图34是示出了根据一些实施例的用于显示图像的另一方法的流程图。用于显示图像的方法3400包括提供白光源和图像投影仪(3410)，在图像投影仪处接收来自白光源的白光(3420)，在光瞳中投射图像(3430)，提供快门和滤色器以将光瞳分成多个子光瞳(3440)，使快门和滤色器与来自图像投影仪的图像同步，并在对应的子光瞳中顺序地投射三原色中的每一者的图像(3450)，提供具有多个波导层的目镜(3460)，以及在对应的波导层中顺序地接收三原色中的每一者的图像，以向观看者投射彩色图像(3470)。
239.方法3400包括与上面结合图33描述的方法3300类似的步骤。然而，方法3400包括附加特征。例如，如图27a至图32所示，步骤3410中的白光源可以包括分别地控制或集成的一个或多个白光源。此外，步骤3410中的图像投影仪可以包括用于将灰度或黑白图像投射到光瞳的颜色顺序的基于lcos的图像投影仪。在一些实施例中，图像投影仪可以是用于将全色图像投射到光瞳的非颜色顺序的基于lcos的图像投影仪。此外，光瞳不限于三个子光瞳。取决于实施例，光瞳可以被分成用于具有单个深度平面的目镜的三个子光瞳，用于具有两个深度平面的目镜的六个子光瞳，或用于具有三个深度平面的目镜的九个子像素，或者用于具有多于三个深度平面的目镜的更多个子像素。取决于目镜和子像素数量，快门可以具有对应数量的快门区域，且滤色器可以具有对应数量的滤波区域。快门和滤色器被配置为与颜色顺序或非颜色顺序的基于lcos的投影仪同步。
240.应该理解的是，图33和图34所示的具体步骤提供了根据一些实施例的操作目镜的特定方法。根据一些实施例，还可以执行其它步骤序列。例如，一些实施例可以以不同的顺序执行上面概述的步骤。此外，图33和图34所示的各个步骤可以包括多个子步骤，这些子步骤可以以适合于各个步骤的各种顺序执行。此外，取决于特定应用，可以添加或移除附加步骤。本领域普通技术人员会认识到许多变化、修改和替代。
241.根据本公开的一方面，提供了一种包括滤光器的目镜单元。所述目镜单元包括波导层组，所述波导层组包括第一波导层和第二波导层。所述第一波导层被设置在第一横向平面中，并包括设置在第一横向位置处的第一耦入衍射元件、光学耦合到所述第一耦入衍射元件的第一波导、以及光学耦合到所述第一波导的第一耦出(outcoupling)衍射元件。所述第二波导层被设置在邻近所述第一横向平面的第二横向平面中，并包括设置在第二横向位置处的第二耦入衍射元件、光学耦合到所述第二耦入衍射元件的第二波导、以及光学耦合到所述第二波导的第二耦出衍射元件。所述目镜还包括滤光器组，所述滤光器组包括第一滤光器和第二滤光器。所述第一滤光器位于所述第一横向位置处，且能够操作以使第一光谱带外的光衰减，并且所述第二滤光器位于所述第二横向位置处，且能够操作以使第二光谱带外的光衰减。
242.在一方面中，所述波导层组包括第三波导层，并且所述滤光器组包括第三滤光器。所述第三波导层被设置在第三横向平面中，并包括设置在第三横向位置处的第三耦入衍射元件、光学耦合到所述第三耦入衍射元件的第三波导、以及光学耦合到所述第三波导的第三耦出衍射元件。所述第三滤光器位于所述第三横向位置处，且能够操作以使第三光谱带外的光衰减。
243.在一方面中，所述第一光谱带包括红色波长，所述第二光谱带包括绿色波长，所述第三光谱带包括蓝色波长。所述第一滤光器可以透射绿色波长或蓝色波长中的至少一者，所述第二滤光器可以透射红色波长或蓝色波长中的至少一者。所述滤光器组可以被设置在盖板的表面上，所述盖板被设置在邻近所述第一横向平面的第三横向平面中。
244.所述盖板可以包括在所述滤光器组之间的低透射率介质。所述第一滤光器可以被设置在盖板与所述第一波导层之间。所述盖板可以被设置在邻近所述第一横向平面的第三横向平面中。所述第二滤光器可以被设置在所述第一波导层与所述第二波导层之间。所述第一横向位置与所述第二横向位置可以是相同的横向位置。所述目镜单元可以被设置为邻近投射透镜，且所述滤光器组可以被设置在所述投射透镜与所述波导层组之间。所述第一横向位置可以相对于所述第二横向位置横向位移。所述第一耦入衍射元件可以被配置为耦入所述第一光谱带中的光。所述第二耦入衍射元件可以被配置为耦入所述第二光谱带中的光。
245.根据本公开的一方面，提供了一种伪影抑制系统。所述伪影抑制系统包括投影仪组件、光学耦合到所述投影仪组件的成像光学器件组、以及光学耦合到所述成像光学器件组的目镜。所述目镜包括耦入界面。所述伪影抑制系统还包括滤光器组，所述滤光器组包括第一滤光器、第二滤光器以及第三滤光器，所述第一滤光器能够操作以使第一光谱带外的光衰减，所述第二滤光器能够操作以使第二光谱带外的光衰减，所述第三滤光器能够操作以使第三光谱带外的光衰减。
246.在一方面中，所述第一光谱带包括红色波长，所述第二光谱带包括绿色波长，所述第三光谱带包括蓝色波长。所述耦入界面可以包括围绕光轴排列的多个耦入衍射元件。所述投影仪组件可以进一步包括偏振分束器(pbs)、邻近所述pbs设置的在空间上位移的光源组以及邻近所述pbs设置的显示面板。所述成像光学器件组可以被设置为邻近所述pbs。
247.所述投影仪组件可以进一步包括偏振分束器(pbs)、邻近所述pbs的第一侧面设置的在空间上位移的光源组、邻近所述pbs的第二侧面设置的准直器、以及邻近所述pbs的第三侧面设置的显示面板。所述成像光学器件组可以邻近所述pbs的第四侧面设置。所述第四侧面可以位于所述第一侧面与所述第二侧面之间并与所述第三侧面相反。所述显示面板可以包括反射显示器或lcos显示器中的至少一者。所述成像光学器件组可以被配置为在所述耦入界面处形成图像。所述耦入界面可以包括偏振膜、线栅偏振器或介电堆叠涂层中的至少一者。
248.根据本公开的一方面，提供了一种向观看者的眼睛投射图像的目镜。所述目镜包括位于第一横向平面中的第一平面波导。所述第一平面波导包括设置在第一横向位置处的第一衍射光学元件(doe)。所述目镜还包括位于邻近所述第一横向平面的第二横向平面中的第二平面波导。所述第二平面波导包括设置在不同于所述第一横向位置的第二横向位置处的第二doe。所述目镜进一步包括位于邻近所述第二横向平面的第三横向平面中的第三平面波导。所述第三平面波导包括设置在不同于所述第一横向位置和所述第二横向位置的第三横向位置处的第三doe。所述目镜另外包括位于所述第二平面波导与所述第三平面波导之间的滤光器。所述滤光器被设置在所述第三横向位置处。
249.所述滤光器可以包括长通滤波器，所述长通滤波器能够操作以透射第一波长范围并反射小于所述第一波长范围的第二波长范围。在一方面中，所述第一波长范围包括600nm
至700nm，所述第二波长范围包括400nm至500nm。所述第一波长范围处的透射率可以为约90％或更大。所述第二波长范围处的反射率可以为约10％或更小。所述滤光器可以包括长通滤波器，所述长通滤波器能够操作以透射第一波长范围并吸收第二波长范围。
250.在一方面中，所述第一平面波导具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述第一平面波导具有第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述第一横向位置，所述第一区域被配置为接收入射在其所述第一表面上的图像光，所述图像光包括第一波长范围内的图像光。所述第一doe可以被设置在所述第一区域中，并被配置为将所述第一波长范围内的图像光衍射到所述第一平面波导中以被引导朝向所述第一平面波导的所述第二区域。所述图像光中的一部分可以透射通过所述第一平面波导。
251.所述第二平面波导可以具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述第二平面波导可以具有第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述第二横向位置，所述第一区域被配置为接收第二波长范围内的图像光。所述第二doe可以被设置在所述第一区域中，并可以被配置为将所述第二波长范围内的图像光衍射到所述第二平面波导中以被引导朝向所述第二平面波导的所述第二区域。
252.在一方面中，所述第三平面波导具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面，所述第三平面波导具有第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述第三横向位置，所述第一区域被配置为接收第三波长范围内的图像光。所述第三doe可以被设置在所述第一区域中，并可以被配置为将所述第三波长范围内的图像光衍射到所述第三平面波导中以被引导朝向所述第三平面波导的所述第二区域。所述滤光器可以被设置在所述第三平面波导的所述第一表面上。所述第三doe可以被设置在所述第三平面波导的所述第二表面上。所述滤光器可以被设置在所述第一平面波导的所述第一表面或所述第二表面上，或者被设置在所述第二平面波导的所述第一表面或所述第二表面上。
253.根据本公开的一方面，提供了一种用于向观看者的眼睛投射图像的目镜。所述目镜包括位于基板横向平面中的基板和设置在所述基板上的滤色器组。所述滤色器组包括第一滤色器、第二滤色器和第三滤色器，所述第一滤色器被设置在第一横向位置处且能够操作以使第一波长范围通过，所述第二滤色器被设置在第二横向位置处且能够操作以使第二波长范围通过，所述第三滤色器被设置在第三横向位置处且能够操作以使第三波长范围通过。所述目镜还包括位于邻近所述基板横向平面的第一横向平面中的第一平面波导。所述第一平面波导包括设置在所述第一横向位置处的第一衍射光学元件(doe)。所述目镜进一步包括位于邻近所述第一横向平面的第二横向平面中的第二平面波导。所述第二平面波导包括设置在所述第二横向位置处的第二doe。所述目镜另外包括位于邻近所述第二横向平面的第三横向平面中的第三平面波导。所述第三平面波导包括设置在所述第三横向位置处的第三doe。
254.所述第一滤色器可以包括第一光致抗蚀剂，所述第一光致抗蚀剂能够操作以透射所述第一波长范围并使所述第二波长范围和所述第三波长范围衰减。所述第二滤色器可以包括第二光致抗蚀剂，所述第二光致抗蚀剂能够操作以透射所述第二波长范围并使所述第一波长范围和所述第三波长范围衰减。所述第三滤色器可以包括第三光致抗蚀剂，所述第三光致抗蚀剂能够操作以透射所述第三波长范围并使所述第一波长范围和所述第二波长范围衰减。所述第一滤色器、所述第二滤色器或所述第三滤色器中的至少一者可以包括紫
外墨水。在一方面中，在平面图中，所述第一滤色器可以与所述第三滤色器关于光轴相反地定位。
255.在一方面中，所述基板具有第一侧面和第二侧面，所述滤色器组可以被设置在所述基板的所述第一侧面上，所述基板的所述第二侧面面向所述第一平面波导。在另一方面中，所述基板具有第一侧面和第二侧面，所述滤色器组可以被设置在所述基板的所述第二侧面上，所述基板的所述第二侧面面向所述第一平面波导。
256.所述目镜可以进一步包括第四滤色器和第五滤色器，所述第四滤色器在第四横向位置处被设置在所述基板上且能够操作以使所述第二波长范围通过，所述第五滤色器被设置在第五横向位置处且能够操作以使所述第三波长范围通过。在平面图中，所述第二滤色器可以与所述第四滤色器关于光轴相反地定位。另外，所述目镜可包括位于邻近所述第三横向平面的第四横向平面中的第四平面波导、位于邻近所述第四横向平面的第五横向平面中的第五平面波导、以及位于邻近所述第五横向平面的第六横向平面中的第六平面波导。所述第四平面波导可以包括设置在所述第四横向位置处的第四衍射光学元件(doe)，所述第五平面波导可以包括设置在所述第五横向位置处的第五doe，所述第六平面波导可以包括设置在第六横向位置处的第六doe。
257.所述目镜可进一步包括第六滤色器，所述第六滤色器被设置在第六横向位置处且能够操作以使所述第一波长范围通过。在平面图中，所述第五滤色器可以与所述第六滤色器关于光轴相反地定位。在一方面中，所述第一波长范围包括400nm至500nm(蓝色)，所述第二波长范围包括600nm至700nm(红色)，所述第三波长范围包括500nm至600nm(绿色)。
258.根据本公开的一方面，提供了一种用于向观看者的眼睛投射图像的目镜。所述目镜包括位于第一横向平面中的第一平面波导。所述第一平面波导包括设置在第一横向位置处的第一衍射光学元件(doe)。所述目镜还包括第一滤光器和第二平面波导，所述第一滤光器在不同于所述第一横向位置的第二横向位置处被耦合到所述第一平面波导，第二平面波导位于邻近所述第一横向平面的第二横向平面中。所述第二平面波导包括设置在所述第一横向位置处的第二doe。所述目镜进一步包括位于邻近所述第二横向平面的第三横向平面中的第三平面波导。所述第三平面波导包括设置在所述第一横向位置处的第三doe。另外，所述目镜包括位于所述第二平面波导与所述第三平面波导之间的第二滤光器。所述第二滤光器被设置在所述第一横向位置处。
259.在一方面，所述第一doe被配置为衍射具有第一波长范围的光，且所述第一滤光器包括吸收式滤波器，所述吸收式滤波器能够操作以吸收所述第一波长范围外的波长。所述第一滤光器可以包括被配置为透射第一波长范围内的光并吸收所述第一波长范围外的光的至少一部分的滤波器。所述第一滤光器可以被进一步配置为吸收第三波长范围内的光的至少一部分。所述第二滤光器可以包括二向色反射器。所述第二doe可以被配置为衍射具有第二波长范围的光，所述第二滤光器可以被配置为将具有所述第二波长范围的光朝向所述第二doe反射以衍射到所述第二平面波导中。
260.所述第一doe可以被设置于在第一横向位置处设置的第一区域中，且所述第一滤光器可以被设置在所述第一平面波导中的第二区域中。所述第一滤光器可以被设置在所述第一平面波导内部的空腔中。所述第一滤光器可以被设置在所述第一平面波导的第一表面上。所述第一doe可以被配置为衍射包括400nm至500nm(绿色)的第一波长范围内的光，所述
第二doe可以被配置为衍射包括400nm至500nm(蓝色)的第二波长范围内的光，所述第三doe可以被配置为衍射包括600nm至700nm(红色)的第三波长范围内的光。
261.根据本公开的一方面，提供了一种用于向观看者的眼睛投射图像的目镜。所述目镜包括位于基板横向平面中的基板。所述基板包括第一滤色器和第二滤色器，所述第一滤色器被设置在第一横向位置处且能够操作以使第一波长范围通过，所述第二滤色器被设置在第二横向位置处且能够操作以使第二波长范围通过。所述基板可以进一步包括第四滤色器和第五滤色器，所述第四滤色器被设置在第四横向位置处且能够操作以使所述第一波长范围通过，所述第五滤色器被设置在第五横向位置处且能够操作以使所述第二波长范围通过。在平面图中，所述第四滤色器可以与所述第五滤色器相反地定位。
262.所述目镜还包括位于邻近所述基板横向平面的第一横向平面中的第一平面波导。所述第一平面波导包括设置在所述第一横向位置处的第一衍射光学元件(doe)和设置在第三横向位置处且能够操作以使第三波长范围通过的第三滤色器。所述目镜进一步包括位于邻近所述第一横向平面的第二横向平面中的第二平面波导。所述第二平面波导包括设置在所述第三横向位置处的第二doe。所述目镜另外包括位于邻近所述第二横向平面的第三横向平面中的第三平面波导。所述第三平面波导包括设置在所述第二横向位置处的第三doe。
263.在一方面中，所述基板包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一滤色器可以被设置在所述第一凹槽中，所述第二滤色器可以被设置在所述第二凹槽中。所述第一平面波导可以包括凹槽，所述第三滤色器可以被设置在所述凹槽中。所述第一滤色器可以可操作地透射所述第一波长范围并使所述第二波长范围和所述第三波长范围衰减。所述第二滤色器可以可操作地透射所述第二波长范围并使所述第一波长范围和所述第三波长范围衰减。所述第三滤色器可以可操作地透射所述第三波长范围并使所述第一波长范围和所述第二波长范围衰减。
264.在一方面，所述第一滤色器、所述第二滤色器或所述第三滤色器中的至少一者包括吸收式滤色器。在平面图中，所述第二滤色器可以关于光轴与所述第三滤色器相反地定位。所述目镜可以进一步包括位于邻近所述第三横向平面的第四横向平面中的第四平面波导，位于邻近所述第四横向平面的第五横向平面中的第五平面波导，以及位于邻近所述第五横向平面的第六横向平面中的第六平面波导。所述第四平面波导可以包括设置在所述第四横向位置处的第四衍射光学元件(doe)，所述第五平面波导可以包括设置在所述第五横向位置处的第五doe，所述第六平面波导可以包括设置在所述第六横向位置处的第六doe。所述目镜还可以包括设置在第六横向位置处且能够操作以使所述第三波长范围通过的第六滤色器。在平面图中，所述第六滤色器可以关于光轴与所述第一滤色器相反地定位。所述第一波长范围可以包括600nm至700nm，所述第二波长范围可以包括500nm至600nm，所述第三波长范围可以包括400nm至500nm。
265.根据本公开的一方面，提供了一种用于向观看者的眼睛投射图像的目镜。所述目镜包括位于第一横向平面中的第一平面波导。所述第一平面波导包括设置在第一横向位置处的第一衍射光学元件(doe)，并限定封闭第一表面区域的第一边界。所述目镜还包括位于邻近所述第一横向平面的第二横向平面中的第二平面波导。所述第二平面波导包括设置在所述第一边界外部的第二横向位置处的第二doe。所述第二平面波导限定封闭第二表面区域的第二边界。所述目镜进一步包括位于邻近所述第二横向平面的第三横向平面中的第三
平面波导。所述第三平面波导包括设置在所述第一边界外部且在所述第二边界外部的第三横向位置处的第三doe。所述第一doe可以被设置在所述第一边界的外围区域处。所述第一边界可以包括一个或多个外围切口。所述第一边界可以包括一个或多个中心孔口。
266.根据本公开的一方面，提供了一种将光耦合到包括多个平面波导的目镜中的方法。所述方法包括：引导包括第一波长的第一光束照射在所述目镜上，将所述第一光束中的至少一部分耦合到所述多个平面波导中的第一平面波导中，引导包括第二波长的第二光束照射在所述目镜上，以及将所述第二光束中的至少一部分耦合到所述多个平面波导中的第二平面波导中。所述方法还包括引导包括第三波长的第三光束照射在所述目镜上，使所述第三光束中的透射部分通过滤光器，以及将所述第三光束中的所述透射部分中的至少一部分耦合到所述多个平面波导中的第三平面波导中。
267.根据本公开的一方面，一种将光耦合到包括多个平面波导的目镜中的方法，所述多个平面波导具有与所述多个平面波导中的每一者相关联的衍射光学元件。所述方法包括：引导包括第一波长的第一光束、包括第二波长的第二光束和包括第三波长的第三光束，以在第一横向位置处照射在所述目镜上，将所述第一光束中的至少一部分、所述第二光束中的至少一部分和所述第三光束中的至少一部分耦合到所述多个平面波导中的第一平面波导中，以及使所述第二光束中的所述至少一部分和所述第三光束中的所述至少一部分衰减。所述方法还包括将所述第二光束中的至少第二部分耦合到所述多个平面波导中的第二平面波导中，使所述第三光束中的透射部分通过滤光器，以及将所述第三光束中的所述透射部分中的至少一部分耦合到所述多个平面波导中的第三平面波导中。
268.在一方面中，与所述多个平面波导中的每一者相关联的所述衍射光学元件中的每一者在所述第一横向位置处是对准的。所述方法可以进一步包括从所述滤光器反射所述第三光束中的反射部分。所述方法还可以包括将所述第三光束中的所述反射部分中的至少一部分耦合到所述第二平面波导中。
269.根据本公开的一方面，提供了一种图像显示系统。所述图像显示系统包括用于提供照明白光的单个白光源，被配置为接收所述照明白光并在光瞳处顺序地投射灰度图像的lcos(硅上液晶)图像投射装置。每个灰度图像被配置为选择用于三种颜色中的每一种的像素。所述图像显示系统还包括快门和滤波器，所述快门具有被配置为用于将所述光瞳分成用于所述三种颜色的三个子光瞳的三个快门区域，所述滤波器具有与所述三个快门区域对准的三个滤波区域。每个滤波区域具有用于所述颜色中的一种的滤色器。所述快门和所述滤波器与所述lcos图像投射装置可以是同步的，以在对应的子光瞳处顺序地投射所述三种颜色中的每一种的图像。所述图像显示系统进一步包括具有三个波导层的目镜，每个波导层包括与对应的子光瞳对准的衍射光学元件(doe)并被配置为接收所述颜色中的一种的图像光，其中，所述目镜可以被配置为向观看者投射有色图像。
270.在一方面中，所述单个白光源可以包括白色发光二极管(led)光源。所述单个白光源可以被配置为投射正方形或矩形照明光束。所述快门可以包括液晶(lc)快门。所述三个快门区域可以是彼此邻近的矩形区域。所述三个滤波区域可以是彼此邻近的矩形区域。所述三个子光瞳可以是彼此邻近的矩形区域。
271.每个波导层中的doe可以被配置为接收所述颜色中的一种的图像光并将所述图像光衍射到所述波导层中，以通过全内反射(tir)在传播方向上在所述波导层中传播。每个波
导层中的doe可以与对应的子光瞳对准，以接收所述颜色中的一种的所述图像光。所述波导层中的doe可以是在空间上彼此位移的。每个波导层中的doe具有矩形形状，所述矩形形状在垂直于所述传播方向的方向上伸长。
272.根据本公开的一方面，提供了一种图像显示系统。所述图像显示系统包括用于提供颜色顺序照明的光源。所述光源具有多个有色led光源。所述图像显示系统还包括lcos(硅上液晶)图像投射装置，所述lcos图像投射装置被配置为接收来自所述多个有色led光源的照明并在用于三种颜色中的每一种的光瞳中顺序地投射有色图像光。所述光瞳由光瞳面积表征且包括多个非重叠子光瞳。所述多个非重叠子光瞳中的每一者由子光瞳面积表征。所述多个led光源中的每一者可以被配置为照射所述多个非重叠子光瞳中的一者。所述子光瞳面积的总和可以基本上等于所述光瞳面积。所述子光瞳面积的总和可以等于所述光瞳面积。
273.在一方面中，所述光瞳具有圆形形状，所述多个led光源中的每一者可以被配置为照射可以是所述光瞳的圆形扇区的子光瞳。在一方面中，所述光瞳具有正方形或矩形形状，所述多个led光源中的每一者可以被配置为照射可以是所述光瞳的矩形部分的子光瞳。在一方面中，所述光瞳具有正方形或矩形形状，所述多个led光源可以包括红色led、蓝色led和绿色led，每个led可以被配置为照射可以是所述光瞳的矩形部分的子光瞳。在一方面中，所述光瞳具有圆形形状，所述多个led光源可以包括两个红色led、两个蓝色led和两个绿色led，每个led可以被配置为照射可以是所述光瞳的圆形扇区的子光瞳。在一方面中，所述光瞳具有正方形或矩形形状，所述多个led光源可以包括两个红色led、两个蓝色led和两个绿色led，每个led可以被配置为照射可以是所述光瞳的矩形部分的子光瞳。
274.所述三种颜色可以是三原色，所述多个led光源包括所述三原色中的每一者的一个或多个led光源。所述多个led光源中的每一者可以包括led芯片和聚光器，例如，复合抛物面聚光器(cpc)。
275.根据本公开的一方面，提供了一种图像显示系统。所述图像显示系统包括用于提供颜色顺序照明的光源和lcos(硅上液晶)图像投射装置，所述光源具有多个led光源，所述lcos图像投射装置被配置为接收来自所述多个有色led光源的照明并在用于三种颜色中的每一种的光瞳中顺序地投射有色图像光。所述光瞳包括与所述多个led光源对应的多个非重叠子光瞳。所述图像显示系统还包括具有多个波导层的目镜。每个波导层包括与用于接收来自对应的led光源的图像光的对应子光瞳对准的衍射光学元件(doe)。所述lcos图像投射装置从所述多个led光源中的每一者生成高阶衍射，并且每个波导中的所述doe被设置在从来自所述高阶衍射的图像位移的位置中。
276.根据本公开的一方面，提供了一种图像显示系统。所述图像显示系统包括用于提供照明白光的白光源、lcos(硅上液晶)图像投射装置以及具有多个快门区域的快门，所述lcos图像投射装置被配置为接收所述照明白光并在用于三种颜色中的每一种的光瞳中顺序地投射灰度图像，所述快门被配置为将所述光瞳分成对应的多个子光瞳，每种颜色一个子光瞳。所述图像显示系统还包括具有多个滤波区域的滤波器。每个滤波区域具有用于所述颜色中的一种的滤色器，所述多个滤波区域中的每一者与所述多个快门区域中的对应的一者对准。所述快门与所述lcos图像投射装置是同步的，以在所述多个子光瞳中的一者中顺序地投射所述三种颜色中的每一种的图像。
277.所述白光源可以包括单个白光源。所述快门可以包括六个快门区域，且所述滤波器可以包括六个滤波区域，所述快门和所述滤波器是对准的以形成六个子光瞳。所述图像显示系统可以进一步包括具有六个波导层的目镜，每个波导层包括与用于接收所述颜色中的一种的图像光的对应子光瞳对准的衍射光学元件(doe)。所述目镜可以被配置为在两个深度平面中投射有色图像。
278.根据本公开的一方面，提供了一种图像显示系统。所述图像显示系统包括用于提供照明白光的多个白色led光源和lcos(硅上液晶)图像投射装置，所述lcos图像投射装置被配置为接收所述照明白光并在用于三种颜色中的每一种的光瞳中顺序地投射灰度图像。所述图像显示系统还包括具有多个快门区域的快门装置，所述快门被配置为用于将所述光瞳分成对应的多个子光瞳，每种颜色一个子光瞳。所述图像显示系统进一步包括具有多个滤波区域的滤波器，每个滤波区域具有用于所述颜色中的每一种的滤色器。所述多个滤波区域中的每一者与所述多个快门区域中的对应的一者对准。所述快门与所述lcos图像投射装置是同步的，以在所述多个子光瞳中的一者中顺序地投射所述三种颜色中的每一种的图像。
279.所述多个白色led光源可以包括第一白色led光源和第二白色led光源。所述快门装置可以具有三个快门区域。所述滤波器可以具有六个滤色区域：两个红色滤色区域、两个绿色滤色区域以及两个蓝色滤色区域。第一红色滤色区域、第一绿色滤色区域以及第一蓝色滤色区域可以被配置为接收来自所述第一白色led光源的光。第二红色滤色区域、第二绿色滤色区域以及第二蓝色滤色区域可以被配置为接收来自所述第二白色led光源的光。所述光瞳可以包括三个子像素。所述光瞳可包括六个子像素。所述第一红色滤色区域和所述第二红色滤色区域可以与两个不同的快门区域对准，所述第一绿色滤色区域和所述第二绿色滤色区域可以与两个不同的快门区域对准，所述第一蓝色滤色区域和所述第二蓝色滤色区域可以与两个不同的快门区域对准。
280.所述多个白色led光源可以包括第一白色led光源和第二白色led光源。所述快门装置可以具有第一快门和第二快门，每个快门包括三个快门区域。在一方面，所述滤波器具有六个滤色区域：两个红色滤色区域、两个绿色滤色区域以及两个蓝色滤色区域。第一红色滤色区域、第一绿色滤色区域以及第一蓝色滤色区域可以被配置为接收来自所述第一白色led光源的光。第二红色滤色区域、第二绿色滤色区域以及第二蓝色滤色区域可以被配置为接收来自所述第二白色led光源的光。所述光瞳可以包括三个子像素。所述光瞳可以包括六个子像素。所述第一红色滤色区域和所述第二红色滤色区域可以与两个不同的快门区域对准，所述第一绿色滤色区域和所述第二绿色滤色区域可以与两个不同的快门区域对准，所述第一蓝色滤色区域和所述第二蓝色滤色区域可以与两个不同的快门区域对准。
281.根据本公开的一方面，提供了一种图像显示系统。所述图像显示系统包括用于提供照明白光的单个白光源和lcos(硅上液晶)图像投射装置，所述lcos图像投射装置被配置为接收照明白光并在光瞳中投射全色图像。所述图像显示系统还包括具有三个快门区域的快门，所述快门被配置为将所述光瞳分成三个子光瞳。所述三个子光瞳中的每一者与三种颜色中的一种相关联。所述图像显示系统进一步包括具有三个滤波区域的滤波器，每个滤波区域具有用于所述三种颜色中的一种的滤色器，所述三个滤波区域分别与所述三个快门区域对准。所述图像显示系统被配置为在相应的子光瞳中顺序地投射所述三种颜色中的每
一种的图像。
282.在一方面，所述图像显示系统进一步包括具有三个波导层的目镜。每个波导层包括与用于接收所述颜色中的一种的图像光的对应子光瞳对准的衍射光学元件(doe)。所述目镜可以被配置为用于向观看者投射有色图像。所述单个白光源可以被配置为投射正方形或矩形照明光束。所述三个快门区域是彼此邻近的矩形区域。所述lcos图像投射装置可以包括三个lcos面板，以处理所述三种颜色的图像并提供组合的全色图像。
283.根据本公开的一方面，提供了一种图像显示系统。所述图像显示系统包括用于提供照明白光的白光源、基于lcos(硅上液晶)的图像投射装置、以及具有多个快门区域的快门，所述基于lcos的图像投射装置被配置为接收所述照明白光并在光瞳中投射图像，所述快门被配置为将所述光瞳分成多个子光瞳，多种颜色中的每种颜色一个子光瞳。所述图像显示系统还包括具有多个滤波区域的滤波器，每个滤波区域具有用于多种颜色中的一种的滤色器，所述多个滤波区域中的每一者与所述多个快门区域中的对应的一者对准。所述快门与所述lcos图像投射装置同步，以在所述多个子光瞳中的一者中顺序地投射所述多种颜色中的每一种的图像。
284.所述多个子光瞳可以被配置为填满光瞳。所述图像显示系统可以进一步包括具有多个波导层的目镜，每个波导层包括与用于接收所述多种颜色中的一种的图像光的对应子光瞳对准的衍射光学元件(doe)。所述目镜可以被配置为向观看者投射有色图像。所述多种颜色可以是三原色，且所述lcos图像投射装置可以被配置为接收所述照明白光并在用于所述三原色中的每一者的光瞳中顺序地投射灰度图像。所述lcos图像投射装置可以包括三个lcos面板，所述三个lcos面板中的每一者与三原色中的一者相关联。所述lcos图像投射装置可以被配置为接收所述照明白光并在光瞳中投射全色图像。
285.根据本公开的一方面，提供了一种用于显示图像的方法。所述方法包括：提供白光源和图像投影仪，在所述图像投影仪处接收来自所述白光源的白光，以及在光瞳中顺序地投射灰度图像。每个灰度图像被配置为选择用于三种颜色中的对应的一者的像素。所述方法还包括：提供快门和滤色器，以将所述光瞳分成用于所述三种颜色的三个子光瞳，使所述快门和所述滤色器与所述灰度图像同步并在对应的子光瞳中顺序地投射所述三种颜色中的每一种的图像，提供具有三个波导层的目镜，以及在对应的波导层中顺序地接收所述三种颜色中的每一种的图像，以向观看者投射图像。
286.在一方面中，所述白光源包括单个白色led光源。所述方法可以进一步包括使用lcos(硅上液晶)图像投射装置来接收白光并在所述光瞳中顺序地投射灰度图像。所述快门可以包括液晶(lc)快门，所述液晶快门具有用于将所述光瞳分成三个子光瞳的三个快门区域。所述滤色器可以包括三个滤波区域，每个滤波区域包括用于所述三种颜色中的一种的滤色器。
287.根据本公开的一方面，提供了一种用于显示图像的方法。所述方法包括：提供白光源和图像投影仪，在所述图像投影仪处接收来自所述白光源的白光，以及在光瞳中投射图像。所述方法还包括：提供快门和滤色器以将所述光瞳分成多个子光瞳，使所述快门和所述滤色器与来自所述图像投影仪的图像同步，并在对应的子光瞳中顺序地投射三种颜色中的每一种的图像，提供具有多个波导层的目镜，以及在对应的波导层中顺序地接收所述三种颜色中的每一种的图像以向观看者投射彩色图像。
288.所述图像投影仪可以被配置为在所述光瞳中顺序地投射灰度图像，每个灰度图像被配置为选择用于所述三种颜色中的每一种的像素。在一方面中，使所述快门和所述滤色器与所述灰度图像同步可以包括针对每个灰度图像投射用于子像素的单色图像。所述图像投影仪可以被配置为在所述光瞳中投射全色图像。在一方面中，使所述快门和所述滤色器与来自所述图像投影仪的图像同步可以包括：针对来自所述图像投影仪的每个全色图像，投射用于三个对应的子像素的三个单色图像。
289.应当理解，本文描述的示例和实施例仅用于说明目的，且根据本文描述的示例和实施例各种修改或改变将被启示给本领域技术人员并且被包括在本技术的精神和范围以及所附权利要求的范围内。
290.在阅读本公开后，通过本文公开的原理，本领域技术人员还将领悟到用于基于动作的内容导航的系统和过程的进一步附加的替代结构和功能设计。因此，尽管已经说明和描述了特定实施例和应用，但是应该理解，所公开的实施例不限于本文公开的精确构造和部件。在不脱离所附权利要求限定的精神和范围的情况下，可以在本文公开的方法和装置的布置、操作和细节中进行对本领域技术人员显而易见的各种修改、改变和变化。