TW202124997A - 採用互補塗覆的部分反射器的光導光學元件，以及具有減少的光散射的光導光學元件 - Google Patents

Abstract

透明基板具有兩個平行面，並且通過內反射引導準直圖像光。第一組內部表面相對於平行面傾斜地部署在基板內。第二組內部表面與第一組內部表面平行、交錯並且呈交疊關係地部署在基板內。第一組的每個內部表面包括第一塗層，第一塗層具有第一反射特性，以至少部分地反射入射光的分量的至少第一子集。第二組的每個內部表面包括第二塗層，第二塗層具有與第一反射特性互補的第二反射特性，以至少部分地反射入射光的分量的至少第二子集。內部表面的組進行協作以反射第一子集和第二子集的光的所有分量。

Description

採用互補塗覆的部分反射器的光導光學元件，以及具有減少的光散射的光導光學元件

本發明要求2019年12月5日提交的美國臨時專利申請第62/943,867號的優先權，其全部內容通過引用合併在本文中。

本發明涉及顯示系統，並且特別地涉及適合用於顯示器中的光導光學元件。

特別適合於平視顯示器(head-up display，HUD)(例如用於虛擬實境和擴增現實應用的近眼顯示器(near-eye display，NED))的某些顯示技術採用了具有一系列內部傾斜、相互平行的部分反射表面的光導光學元件(也被稱為“光波導”或“透光基板”)內部表面。圖像投影儀光學地耦合到波導並且將與準直圖像相對應的光注入到波導中，以便通過內反射傳播通過波導。傳播光通過在一系列部分反射表面處的反射從波導朝向觀察者的眼睛逐漸耦出，從而與圖像投影儀的輸出孔徑相比，擴大了與眼睛相對的有效光學孔徑。

部分反射表面的反射性對入射光的各種參數敏感，該參數包括光譜範圍、偏振方向和入射角。部分反射表面通常塗覆有光學塗層以生成期望的反射性圖案。

本發明是一種光導光學元件。

根據本發明的一個方面的某些優選實施方式提供了一種光導光學元件，其具有根據使得能夠同時滿足光譜、偏振和角度均勻性要求的光學塗覆方案塗覆的內部部分反射器。在本發明的該方面的其他實施方式中，在滿足上述要求的同時，將不期望的方向上的反射最小化。根據本發明的另一方面的某些優 選實施方式提供了一種光導光學元件，其具有被施加到該光導光學元件的一個或多個外部表面的一個或更多個區域的一定量的反射抑制材料，反射抑制材料減少了光導光學元件內的光散射。

根據本發明的實施方式的教導，提供了一種光學設備。該光學設備包括:透光基板，其具有至少兩個平行主外部表面，以用於通過主外部表面處的內反射來引導指示準直圖像的光；第一組相互平行內部表面，其相對於外部表面傾斜地部署在基板內；以及第二組相互平行內部表面，其與第一組內部表面平行、交錯並且呈交疊關係地部署在基板內，第一組的每個內部表面的至少一部分包括第一塗層，第一塗層具有第一反射特性以至少部分地反射入射光的分量的至少第一子集，並且第二組的每個內部表面的至少一部分包括第二塗層，第二塗層具有與第一反射特性互補的第二反射特性以至少部分地反射入射光的分量的至少第二子集，使得內部表面的組進行協作以反射第一子集和第二子集的光的所有分量。

可選地，分量的第一子集包括與第一顏色相對應的光，並且分量的第二子集包括與第二顏色相對應的光。

可選地，分量的第一子集包括具有第一偏振方向的光，並且分量的第二子集包括具有第二偏振方向的光。

可選地，第一塗層或第二塗層的至少一個包括結構偏振器。

可選地，第一塗層或第二塗層的至少一個包括電介質塗層。

可選地，第一塗層或第二塗層的至少一個包括金屬塗層。

可選地，第一塗層被構造成：以第一反射效率反射具有與第一顏色相對應的波長的光，以第二反射效率反射具有與第二顏色相對應的波長的光，以及以小於第一反射效率的第三反射效率反射具有與第三顏色相對應的波長的光，並且第二塗層被構造成以大於第三反射效率的反射效率來反射具有與第一顏色相對應的波長的光，使得第一塗層和第二塗層對第三顏色的組合反射效率大於或等於第一反射效率。

可選地，第二反射效率小於第一反射效率，並且第二塗層被構造成以大於第二反射效率的反射效率來反射具有與第二顏色相對應的波長的光，使得第一塗層和第二塗層對第二顏色的組合反射效率大於或等於第一反射效率。

可選地，第二塗層被構造成以約等於第一反射效率的反射效率來反射具有與第一顏色相對應的波長的光。

可選地，第一塗層被構造成：以第一反射效率反射具有與第一顏色相對應的波長的光，以小於第一反射效率的第二反射效率來反射具有與第二顏色相對應的波長的光，以及以小於第一反射效率的第三反射效率來反射具有與第三顏色相對應的波長的光；並且第二塗層被構造成：以大於第二反射效率和第三反射效率的反射效率來反射具有與第一顏色相對應的波長的光，以大於第二反射效率和第三反射效率的反射效率來反射具有與第二顏色相對應的波長的光，以及以大於第二反射效率和第三反射效率的反射效率來反射具有與第三顏色相對應的波長的光。

可選地，第一塗層包括圖案化塗層，圖案化塗層包括以規定圖案佈置在第一組的每個內部表面上的反射材料的若干份。

可選地，反射材料的每個份在內部表面的平面中具有圓形形狀。

可選地，反射材料的每個份在內部表面的平面中具有長方形形狀。

可選地，反射材料是電介質材料。

可選地，反射材料是金屬材料。

可選地，在反射材料的份之間形成的空間是透明的。

可選地，第二反射材料部署在內部表面上在反射材料的份之間形成的空間中。

可選地，第二反射材料包括電介質材料。

可選地，第二反射材料以規定圖案佈置在內部表面上。

可選地，第一組的內部表面上的份的數目或份的大小中的至少一個相對於光穿過基板的主傳播方向而增加。

可選地，光學設備還包括一定量的光反射抑制材料，光反射抑制材料部署在反射材料與第一組的內部表面的至少一部分之間。

可選地，光反射抑制材料包括光吸收材料。

可選地，光反射抑制材料包括光散射材料。

可選地，第一塗層部署在第一組的每個內部表面的第一部分上，並且第二塗層部署在第一組的每個內部表面的第二部分上，並且第二塗層部署 在第二組內部表面中的每個內部表面的第一部分上，並且第一塗層部署在第二組的每個內部表面的第二部分上，並且第一組的內部表面的第一部分和第二部分是不交疊的部分，並且第二組的內部表面的第一部分和第二部分是不交疊的部分。

可選地，第一組的內部表面和第二組的內部表面將通過主外部表面處的內反射引導的光的一定比例朝向觀察者的眼睛反射出基板。

可選地，第一組的內部表面和第二組的內部表面將通過主外部表面處的內反射引導的光的一定比例反射出基板，以使其耦入到第二透光基板中，以用於通過第二透光基板的外部表面處的內反射進行引導。

可選地，基板被構造成將光沿一個維度引導穿過基板。

可選地，基板被構造成將光沿兩個維度引導穿過基板。

可選地，第一組或第二組中的至少之一的至少一個內部表面包括與基板的外部表面中的第一外部表面相關聯的端部區域，端部區域限定至少一個內部表面與基板之間的介面區域，並且外部表面中的第一外部表面具有一定量的光吸收材料，光吸收材料位於在外部表面中的第一外部表面中在介面區域處形成的凹陷中。

根據本發明的教導的實施方式，還提供了一種光學設備。該光學設備包括：透光基板，其具有至少兩個平行主外部表面，以用於通過主外部表面處的內反射引導指示準直圖像的光；以及多個相互平行的內部表面，其相對於外部表面傾斜地部署在基板內，內部表面的第一子組的至少一部分包括圖案化塗層，圖案化塗層包括以規定圖案佈置在第一子組的內部表面上的反射材料的若干份，圖案化塗層至少部分地反射入射光的分量的至少第一子集，內部表面的第二子組至少部分地反射入射光的分量的第二子集，並且第一子組的內部表面與第二子組的內部表面具有交疊關係，使得內部表面的子組進行協作以反射第一子集和第二子集的光的所有分量。

可選地，反射材料的每個份在第一子組的內部表面的平面中具有圓形形狀。

可選地，反射材料的每個份在第一子組的內部表面的平面中具有長方形形狀。

可選地，反射材料是電介質材料。

可選地，反射材料是金屬材料。

可選地，在反射材料的份之間形成的空間是透明的。

可選地，第二反射材料部署在在反射材料的份之間形成的空間中。

可選地，第二反射材料包括電介質材料。

可選地，第二反射材料以規定圖案佈置在第一子組的內部表面上。

可選地，第一子組的內部表面上的分量的數目或分量的大小中的至少一個相對於光穿過基板的傳播方向而增加。

可選地，光學設備還包括一定量的光反射抑制材料，光反射抑制材料部署在反射材料與第一子組的內部表面之間。

可選地，光反射抑制材料包括光吸收材料。

可選地，光反射抑制材料包括光散射材料。

可選地，第一子組的內部表面與第二子組的內部表面交錯。

可選地，內部表面的第一子組的表面與內部表面的第二子組的表面共面。

可選地，內部表面將通過主外部表面處的內反射引導的光的一定比例朝向觀察者的眼睛反射出透光基板。

可選地，內部表面將通過主外部表面處的內反射引導的光的一定比例反射出透光基板，以使其耦入到第二透光基板中，以用於通過第二透光基板的外部表面處的內反射進行引導。

可選地，基板被構造成將光沿一個維度引導穿過基板。

可選地，基板被構造成將光沿兩個維度引導穿過基板。

可選地，內部表面中的至少一個內部表面包括與基板的外部表面中的第一外部表面相關聯的端部區域，端部區域限定在至少一個內部表面與基板之間的介面區域，並且外部表面中的第一外部表面具有一定量的光吸收材料，光吸收材料位於在外部表面中的第一外部表面中在介面區域處形成的凹陷中。

根據本發明的教導的實施方式，還提供了一種光學設備。該光學設備包括：透光基板，其具有至少兩個平行主外部表面，以用於通過主外部表面處的內反射來引導光；至少一個至少內部表面，其相對於外部表面傾斜地部署在 基板內，內部表面具有與基板的外部表面中的第一外部表面相關聯的端部區域，端部區域限定內部表面與基板之間的介面區域；以及一定量的光吸收材料，其位於在外部表面中的第一外部表面中在介面區域處形成的凹陷中。

可選地，至少一個內部表面包括多個相互平行部分反射表面。

可選地，至少一個內部表面被構造成將通過內反射在基板內引導的光耦出基板。

可選地，至少一個內部表面被構造成：將光耦入到基板中，以使其通過內反射在基板內傳播。

可選地，至少一個內部表面被構造成：將通過內反射在基板內引導的光耦入到第二透光基板中，以使其通過內反射在第二基板內進行傳播。

可選地，光吸收材料包括黑色吸收塗料。

可選地，一定量的光吸收材料足以填充凹陷。

可選地，內部表面具有與基板的外部表面中的第二外部表面相關聯的第二端部區域，第二端部區域限定內部表面與基板之間的第二介面區域，並且光學設備還包括：一定量的光吸收材料，其位於在外部表面中的第二表面中在第二介面區域處形成的凹陷中。

根據本發明的教導的實施方式，還提供了一種製造光學設備的方法。該方法包括：獲得透光基板，透光基板具有至少兩個平行主外部表面，以用於通過主外部表面處的內反射來引導光，該基板具有至少一個至少內部表面，該至少一個內部表面被部署在外部表面之間並且相對於外部表面傾斜，內部表面具有與基板的外部表面中的第一外部表面相關聯的端部區域以限定內部表面與基板之間的介面區域；以及將一定量的光吸收材料沉積在外部表面中的第一外部表面中在介面區域處形成的凹陷中。

可選地，沉積一定量的光吸收材料包括將光吸收材料施加到外部表面中的基本上整個第一外部表面。

可選地，該方法還包括：拋光外部表面中的第一外部表面以從外部表面中的第一外部表面的在凹陷之外的基本上所有部分去除光吸收材料。

可選地，獲得透光基板包括：將一組塗覆透明板附接在一起以形成堆疊，將堆疊進行對角切片以形成具有至少兩個平行主外部表面和相對於外 部表面傾斜的內部表面的基板，以及拋光外部表面。

可選地，拋光外部表面使得在外部表面中的第一表面中在介面區域處形成凹陷。

可選地，一定量的光吸收材料足以填充凹陷。

可選地，內部表面具有與基板的外部表面中的第二外部表面相關聯的第二端部區域，以在內部表面與外部表面中的第二外部表面之間限定介面區域，並且該方法還包括：將一定量的光吸收材料沉積在外部表面中的第二外部表面中在介面區域處形成的凹陷中，介面區域在內部表面與外部表面中的第二表面之間。

根據本發明的教導的實施方式，還提供了一種光學設備。該光學設備包括：透光基板，其具有形成矩形截面的第一對平行主外部表面和第二對平行主外部表面，基板被構造用於通過主外部表面處的內反射引導光；至少一個內部表面，其相對於基板的延伸方向傾斜地部署在基板內，被構造成將光耦出基板；以及一定量的光吸收材料，其位於在基板的外部區域處形成的瑕疵處。

可選地，瑕疵包括在外部表面之一中形成的劃痕。

可選地，瑕疵包括在第一對外部表面中的一個外部表面與第二對外部表面中的一個外部表面之間形成的邊緣中的缺口。

可選地，瑕疵包括在第一對外部表面中的一個外部表面與第二對外部表面中的一個外部表面之間形成的拐角中的缺口。

可選地，內部表面包括與基板的外部表面之一相關聯的至少第一端部區域，以限定內部表面與基板之間的介面區域。

可選地，瑕疵包括在介面區域處形成的凹陷。

可選地，光吸收材料包括黑色吸收塗料。

除非本文另有限定，否則本文中所使用的所有技術和/或科學術語具有與本發明所屬領域的技術人員通常所理解的含義相同的含義。儘管與本文中描述的方法和材料類似或等同的方法和材料可以用於本發明的實施方式的實踐或測試，但是下面描述了示例性方法和/或材料。在有衝突的情況下，以包括定義的專利說明書為準。另外，材料、方法和示例僅是說明性的，並非一定旨在限制。

10,50,60,100,200:光導光學元件，光波導(LOE)

12,14,52a,52b,54a,54b,62a,62b,72a,72b,74a,74b,82a,82b,84a,84b,102,104:平行面(主外部表面，表面)

16:第一組

18:第二組

16a,16b,16c,18a,18b,18c:部分反射表面(內部表面，內部部分反射器，部分反射器，小平面)

17a-1,17b-1,17c-1,19a-1,19b-1,19c-1:起始端

17a-2,17b-2,17c-2,19a-2,19b-2,19c-2:終止端

20:照明光束，投影圖像，圖像照明

20A,20B,116a,116b,116c,116d,118A,118B,120:光線

22:光學耦入構造

24A,24B,122,124,142,220,R_16b,R_18a,R_18b,R_18c:反射光線

30:塗層，圖案化反射塗層(反射圖案塗層)

31:塗層

32:基底表面

33:第一塗層

34,36,38,150:定量(份)

35:空間

37:第二塗層

40a,40b,40c,44a,44b,44c:第一部分

42a,42b,42c,46a,46b,46c:第二部分

58,64,76,86,206:內部部分反射表面(小平面)

202,204:平行面

70,80:板材型光波導

106a,106b,106c:部分反射內部表面

108,118,140,140A,140B,218:光線，圖像照明

108a,108b,108c,132:前側

110:反射器

110a,110b,110c,134:後側

126:鬼光線

130:內部表面

208a,208b,210a,210b:端部區域

212a,212b:介面區域

214:凹陷

216:伸突部

222a,222b,222c:散射光線

224:光吸收材料

230:瑕疵

在本文中參照圖式僅通過示例的方式描述本發明的一些實施方式。通過詳細地具體參照圖式，要強調的是，所示的細節是作為示例的，並且是出於對本發明的實施方式的說明性論述的目的。在這方面，結合圖式進行的描述使得本領域技術人員清楚可以如何實踐本發明的實施方式。

現在將注意力轉向圖式，在圖式中，相似的圖式標記指示相應或相似的部件。在圖式中：

圖1是根據本發明的一個方面的教導構建和操作的光導光學元件(light-guide optical element，LOE)的示意性側視圖表示，該示意性側視圖表示示出了圖像照明的分量穿過一系列交錯的具有互補塗層組的內部部分反射表面組的行進；

圖2示出了可以用於一些內部部分反射表面的塗層的針對p偏振和s偏振的作為入射角的函數的反射率曲線；

圖3是由內部部分反射表面以不同的反射角反射的圖像照明分量的示意性表示；

圖4是具有反射材料的份的圖案化反射塗層的示意性表示，反射材料的份可以用於對一些照明分量的較低反射進行補償；

圖5是與圖4類似但是具有與圖4中的反射材料的份的形狀不同的形狀的反射材料的份的圖案化反射塗層的示意性表示；

圖6是在單個塗層上具有兩種反射圖案的塗層的示意性表示；

圖7示出了可以用於一些內部部分反射表面中的塗層的作為波長的函數的反射率曲線；

圖8示出了當將圖7的塗層與在一些內部部分反射表面上使用的互補塗層結合使用時獲得的反射率曲線；

圖9示出了可以用於一些內部部分反射表面中的另一塗層的作為波長的函數的反射率曲線；

圖10示出了當將圖9的塗層與在一些內部部分反射表面上使用的互補塗層結合使用時獲得的反射率曲線；

圖11是具有以交替順序佈置在每個內部部分反射表面上的兩個互補塗層的一系列內部部分反射表面的示意性表示；

圖12A和圖12B是光學設備的示意性側視圖表示和正視圖表示，該光學設備具有兩個光波導，每個光波導具有一組部分反射內部表面，該組部分反射內部表面可以具有互補的塗層以用於在兩個維度上執行光學孔徑的擴展；

圖13是另一光學設備的示意性表示，該另一光學設備具有兩個光波導，每個光波導具有一組部分反射內部表面，該組部分反射內部表面可以具有互補的塗層以用於在兩個維度上執行光學孔徑擴展；

圖14是具有一系列內部部分反射表面的LOE的示意性表示，並且示出了圖像照明穿過LOE的行進以及來自內部部分反射表面之一的不期望的反射；

圖15A是利用與圖4和圖5的圖案化反射塗層類似的圖案化反射塗層實現的圖14的內部部分反射表面之一的示意性表示，其示出了入射至內部部分反射表面的前側的光的透射和反射；

圖15B是圖15A的部分反射表面的示意性表示，其示出了入射至內部部分反射表面的後側的光的透射和反射；

圖16A是根據本發明的一個方面的教導構建和操作的與圖15A和圖15B的內部部分反射表面類似的內部部分反射表面的示意性表示，該內部部分反射表面具有被部署在圖案化反射塗層的反射部分與內部部分反射表面的前側之間的一定量的反射抑制材料，並且該示意性表示示出了入射至內部部分反射表面的前側的光的透射和反射；

圖16B是圖16A的部分反射表面的示意性表示，其示出了入射至內部部分反射表面的後側上的一個區域的光的透射以及通過反射抑制材料對入射至內部部分反射表面的後側上的另一區域的光的抑制；

圖17是光導光學元件(light-guide optical element，LOE)的截面的示意圖性表示，其示出了內部部分反射表面以及形成在LOE的內部部分反射表面與外部面之間的介面區域處的呈凹陷的形式的瑕疵；

圖18是與圖17相對應的示意性表示，其示出了穿過LOE的圖像照明的行進和由凹陷賦予圖像照明的散射效應；

圖19是根據本發明的一個方面的教導構建和操作的光導光學元件(LOE) 的截面的示意性表示，該光導光學元件類似於圖17和圖18的LOE，但是具有施加在凹陷處的一定量的光吸收材料，並且該示意性表示示出了光吸收材料對圖像照明的吸收；

圖20是類似於圖12A的側視圖，並且示出了光波導之一的呈帶缺口拐角或邊緣的形式的瑕疵；以及

圖21是根據本發明一個方面的教導的與圖20相對應的側視圖，其示出了施加在帶缺口拐角或邊緣處的一定量的光吸收材料。

本發明的實施方式提供了具有內部部分反射器的各種光導光學元件，包括其中內部部分反射器具有根據互補塗覆方案施加的塗層的光導光學元件以及具有施加到光導光學元件的一個或多個外部表面的一個或更多個區域的反射抑制材料的光導光學元件。

參照說明書圖式，可以更好地理解根據本發明的各種光導光學元件的原理和操作。

在詳細說明本發明的至少一個實施方式之前，應當理解，本發明的應用並不一定限於在以下描述中闡述的以及/或者在圖式和/或示例中示出的部件和/或方法的構建和佈置和/或細節。本發明能夠具有其他實施方式或者能夠以各種方式實踐或執行。最初，在整個文檔中，提及了諸如前和後、上和下、左和右等方向。這些方向性參考僅是示例性的，以說明本發明及其實施方式。

現在參照圖式，圖1示出了根據本發明的非限制性實施方式構建和操作的光導光學元件(LOE)(通常指定為10)形式的光學設備。LOE 10被形成為透光基板，該透光基板由透明材料(例如玻璃)構建，該透光基板具有：一對平行面(也被稱為“主外部表面”或“表面”)12、14；以及多個平坦的部分反射表面16a、16b、16c、18a、18b、18c，這些部分反射表面以相對於平行面12、14的傾斜角被部署在基板內。在非限制性示出的實施方式中，LOE 10形成板材型波導，即，LOE 10的其他兩個尺寸至少為大於平行面12、14之間的距離的數量級。部分反射表面(在下文中可互換地被稱為“內部表面”、“內部部分反射器”、“部分反射器”或“小平面”)16a、16b、16c、18a、18b、18c被細分成兩組內部表面，即具有內部表面16a、16b、16c的第一組16和具有內部表面18a、18b、18c 的第二組18。為了簡化表示，此處組16、18中的每個組被示出為具有三個內部表面，然而，應當理解的是，組中的任一個或兩個可以具有任何合適數目的內部表面。

在某些優選但非限制性的實施方式中，兩個組16、18中的內部表面是交錯的，使得內部表面16a、16b、16c中的一個或更多個被定位在成對相鄰內部表面16a、16b、16c、18a、18b、18c之間，並且內部表面18a、18b、18c中的一個或更多個也被定位在成對相鄰的內部表面16a、16b、16c、18a、18b、18c之間。優選地，內部表面在兩個組16、18中的內部表面之間交替，使得對於每對相鄰的內部表面16a、16b、16c，存在內部表面18a、18b、18c中的單個內部表面，並且使得對於每對相鄰的內部表面18a、18b、18c，存在內部表面16a、16b、16c中的單個內部表面。圖1示出了這種交替的構造。

此處由包括樣本光線20A和樣本光線20B的照明光束20示意性表示的投影圖像20通過光學耦入構造22耦入到LOE 10中(即，耦入到基板中)，該光學耦入構造22被示意性地表示為耦入反射器。用於例如通過使用成合適角度的耦合棱鏡或衍射光學元件將圖像照明耦入到LOE 10中的其他合適的耦入構造在本領域中是公知的。圖像照明20通過平行面12、平行面14處的重複的內反射而在LOE 10內被引導(即，在LOE基板內通過內反射捕獲圖像照明20)。在某些優選但非限制性的實現方式中，通過內反射而穿過LOE 10的傳播呈全內反射(total internal reflection，TIR)的形式，由此傳播圖像照明20以大於臨界角的角入射在平行面12、14處會使得照明在平行面12、14處反射。在其他非限制性的實現方式中，通過內反射而穿過LOE 10的傳播是通過施加到平行面12、14的反射塗層(例如，角度選擇性反射塗層)來實現的。

圖像照明20傳播穿過LOE 10，直到到達一系列內部表面16a、16b、16c、18a、18b、18c，在內部表面處，部分圖像強度作為光線24A、24B從LOE 10被反射出去。在某些實施方式中，例如圖1所示的實施方式，內部表面16a、16b、16c、18a、18b、18c將圖像照明反射為反射光線24A、反射光線24B，以將部分圖像強度朝向觀察者的眼睛從LOE 10耦出。如將要討論的，在其他實施方式中，內部表面16a、16b、16c、18a、18b、18c將圖像照明反射為反射光線24A、24B，以使其耦入到另一LOE中而用於在該另一LOE的平行面之間進 行引導並且通過部署在該另一LOE內的一組內部表面朝向觀察者的眼睛將其耦出。

圖像照明20通常包括多個照明分量，例如包括不同的偏振分量和不同的顏色(即，光譜)分量。內部表面16a、16b、16c、18a、18b、18c優選地由透明板或板材形成，在板或板材的側面或表面的至少一部分處施加有塗層。塗層被設計成具有反射特性，使得塗層至少部分地反射具有特別對應特性的入射光，以針對照明分量生成期望的反射性圖案，其細節將在下面詳細描述。通常，內部表面16a、16b、16c的至少一部分具有帶有以下反射特性的塗層：該反射特性使得圖像照明的某些分量被內部表面16a、16b、16c反射。內部表面18a、18b、18c的至少一部分也具有帶有以下反射特性的塗層：該反射特性與內部表面16a、16b、16c的反射特性互補，使得圖像照明中未被內部表面16a、16b、16c充分反射的分量被內部表面18a、18b、18c適當且充分地反射。

在進一步詳細說明反射器16a、16b、16c、18a、18b、18c的設計細節之前，應當注意，投影的圖像照明20是準直圖像(即，每個像素由成對應角度的平行光束表示)，其等同於來自遠離觀察者的遠處場景的光(準直圖像可以被稱為“準直到無窮遠”)。儘管此處將投影圖像20簡化地表示為與圖像的單個點(通常為圖像的質心)相對應的單條光線，但是應當注意，圖像實際上包括到中心光線的每一側的角度範圍，其以對應的角度範圍耦入到基板中並且類似地以對應的角度從基板耦出，從而創建與沿至觀察者的眼睛的方向到達的圖像部分相對應的視場。

每個內部表面具有相對的端部，相對的端部分別限定內部表面起始和終止的位置。這些相對的端部被稱為“起始端”和“終止端”。例如，觀察內部表面16a和18a，可以看出，內部表面16a具有起始端17a-1和終止端17a-2，並且內部表面18a具有起始端19a-1和終止端19a-2。內部表面16a、16b、16c優選地被部署在LOE 10內，使得內部表面16b、16c中的每一個在內部表面的投影平面中均起始於前面的內部表面16a、16b終止的位置。換句話說，內部表面16b的起始端17b-1與內部表面16a的終止端17a-2對準，並且內部表面16c的起始端17c-1與內部表面16b的終止端17b-2對準。在這樣的部署中，小平面16a、16b、16c在投影平面中呈現為連續的且不交疊的，投影平面在圖1所示的 非限制性實現方式中是與表面12、14的平面平行的平面。這種部署確保在穿過LOE 10的主要光傳播方向上(任意地示為沿圖1中的水平軸從左到右)相鄰的內部表面16a、16b、16c之間沒有間隙，從而為由第一組16反射的光的分量保持連續的孔徑擴展(即，孔徑倍增)。類似地，內部表面18a、18b、18c優選地被部署在LOE 10內，使得內部表面18b、18c中的每一個起始於前面的內部表面18a、18b結束的位置，從而為由第二組18反射的光的分量保持連續的孔徑擴展。換句話說，內部表面18b的起始端19b-1與內部表面18a的終止端19a-2對準，並且內部表面18c的起始端19c-1與內部表面18b的終止端19b-2對準。

在兩個組16、18的內部表面交錯的實施方式中，優選的是兩個組16、18還具有交疊關係，由此第一組16中的內部表面中的至少一些內部表面與第二組18中的內部表面中的一些內部表面交疊，並且第二組18中的內部表面中的至少一些內部表面與第一組16中的內部表面中的一些內部表面交疊。在某些情況下，交疊關係使得，組16、18中的一個組的至少一個內部表面的起始端位於投影平面中的組16、18中的另一組的單個內部表面的起始端與終止端之間的位置處，並且使得，組16、18中的所述一個組的內部表面的終止端位於投影平面中的組16、18中的所述另一組的另一單個內部表面的起始端與終止端之間的位置處。

圖1示出了呈交錯和交疊構造的兩個組16、18，其中內部表面18a的起始端19a-1位於投影平面中的內部表面16a的起始端17a-1與終止端17a-2之間的位置處，內部表面18a的終止端19a-2位於投影平面中的內部表面16b的起始端17b-1與終止端17b-2之間的位置處，內部表面18b的起始端19b-1位於投影平面中的內部表面16b的起始端17b-1與終止端17b-2之間的位置處，內部表面18b的終止端19b-2位於投影平面中的內部表面16b的起始端17c-1與終止端17b-2之間的位置處，並且內部表面18c的起始端19c-1位於投影平面中的起始端17c-1與終止端17c-2之間的位置處。同樣，內部表面16a的終止端17a-2位於投影平面中的內部表面18a的起始端19a-1與終止端19a-2之間的位置處，內部表面16b的起始端17b-1位於投影平面中的內部表面18a的起始端19a-1與終止端19a-2之間的位置處，內部表面16b的終止端17b-2位於投影平面中的內部表面18b的起始端19b-1與終止端19b-2之間的位置處，內部表面 16c的起始端17c-1位於投影平面中的內部表面18b的起始端19b-1與終止端19b-2之間的位置處，並且內部表面16c的終止端17c-2位於投影平面中的內部表面18c的起始端19c-1與終止端19c-2之間的位置處。

優選地，兩個組16、18中的內部表面之間的交疊構造使得組16、18中的一個組中的內部表面的起始端/終止端處於組16、18中的另一組中的內部表面的起始端與終止端之間的中點處。應當注意，在某些情況下，“交疊關係”可以包括如下構造：其中組16中的內部表面與組18中的內部表面完全交疊，使得它們共面，由此組16中的小平面的起始端和終止端分別與組18中的小平面的起始端和終止端重合。採用具有傳統塗層架構的交疊內部表面的光波導的其他細節可以在申請人的共同擁有的美國專利第10,481,319號中找到，該專利的全部內容通過引用合併在本文中。

以下段落描述了根據本發明的實施方式的內部表面的組16、18的塗層設計。內部表面16a、16b、16c、18a、18b、18c具有帶有互補反射特性的塗層，使得圖像照明中未被內部表面16a、16b、16c之一充分反射的分量被內部表面18a、18b、18c之一適當且充分地反射。特別地，並且如將在下面詳細描述的，內部表面16a、16b、16c具有被構造成反射圖像照明的分量的子集中的每個照明分量的一定比例強度的塗層，並且內部表面18a、18b、18c具有被構造成反射圖像照明的分量的另一子集中的每個照明分量的一定比例強度的塗層，使得內部表面的兩個組16、18的塗層協作以反射兩個子集中的所有照明分量的組合比例的強度。由兩個組16、18的塗層協作反射的組合強度比例大於或等於由兩個組16、18的塗層單獨反射的強度比例。

當內部表面根據如圖1所示的交替構造交錯時，來自兩個不同組的成對相鄰內部表面的互補塗層使得來自兩個組的內部表面能夠協作，以反射跨內部表面的投影平面的各部分的圖像照明的所有分量，從而保持連續的孔徑擴展。

作為第一非限制性示例的一部分，考慮包括照明的不同光譜分量(例如，與紅光、綠光和藍光相對應的光譜分量)的圖像照明20。在該示例中，內部表面16a、16b、16c可以包括第一塗層，該第一塗層被構造成以高效率反射紅光(即，具有接近638nm的波長的光)並且以中等效率部分地反射綠光(即， 具有接近532nm的波長的光)，但是被構造成以低效率部分地反射藍光(即，具有接近456nm的波長的光)。為了補償由內部表面16a、16b、16c賦予的對綠光的中等反射效率和對藍光的低反射效率，內部表面18a、18b、18c可以包括第二塗層，該第二塗層被構造成以高效率(與由內部表面16a、16b、16c賦予紅光的效率相當)反射藍光並且以中等效率(與由內部表面16a、16b、16c賦予綠光的效率相當)部分地反射綠光。內部表面18a、18b、18c的塗層也可以以低效率部分地反射紅光。因此，反射光線24A傳送高效率紅光、中等效率綠光和低效率藍光，而反射光線24B傳送高效率藍光和中等效率綠光，使得由兩個交錯且交疊的組16、18的反射產生的總體反射圖像在三種顏色上幾乎沒有色差，同時保持連續的孔徑擴展(由於內部表面的交錯)。不能被兩個組16、18的塗層消除的任何殘餘色差可以通過調整用於生成準直圖像照明20的有色光源來補償。

在另一非限制性示例中，考慮包括兩個正交線性偏振分量(即s偏振分量和p偏振分量)的圖像照明20。此處，內部表面的兩個組16、18包括以互補方式選擇性地反射正交偏振的塗層，由此一個組16中的內部表面主要反射相對於組16中的內部表面的表面以偏振方向之一(例如，p偏振)偏振的光，並且另一組18中的內部表面主要反射相對於組18中的內部表面的表面以正交偏振方向(例如，s偏振)偏振的光。

可以提供這種偏振選擇性反射性的一種類型的塗層是電介質塗層。圖2示出了這種電介質塗層針對p偏振和s偏振的跨入射角(angle of incidence，AOI)的反射特性。可以看出，在較低的AOI範圍處，例如0度-20度範圍內的AOI(即接近垂直於內部表面)，s偏振和p偏振兩者都以大致相同的效率被反射，即s偏振和p偏振的反射率大致相同(略高於25%)。當AOI在給定範圍中增加時，兩個偏振的反射率偏離。具體地，在較高的AOI範圍處，例如20度至55度範圍內的AOI，p偏振的反射率相對於s偏振的反射率降低。例如，在AOI為約40度時，s偏振的反射率略高於50%(從而作為幾乎完美的部分反射器操作)，而p偏振的反射率低於15%。

為了生成相對於觀察者具有寬視場的圖像，從不同的內部表面反射不同的角度。圖3示出了LOE 10，其中所有的內部表面16a、16b、16c、18a、18b、18c包括具有以上參照圖2所描述的反射率特性的電介質塗層。在這種構 造中，穿過LOE傳播的圖像照明具有s偏振分量和p偏振分量兩者。作為說明，傳播穿過LOE 10的一些圖像照明以較低範圍內的AOI照射到內部表面18c上，使得電介質塗層以大致相同的效率反射兩種偏振。因此，反射光線R_18c的偏振分量具有近似相等的強度。然而，一些圖像照明以較高範圍內的AOI照射在內部表面18a、18b、16b上，使得內部表面18a、18b、16b的電介質塗層主要反射s偏振光。因此，反射光線R_18a、R_18b、R_16b中的每一個的s偏振分量是主導分量。為了補償在特定AOI範圍內的減少的p偏振分量，內部表面18a、18b被重新設計成主要反射p偏振光(或者以大致相等的效率反射兩種偏振)。

根據某些實施方式，為了實現對p偏振光的期望反射性，內部表面18a、18b另外包括取向敏感偏振反射器(或“結構偏振器”)，該取向敏感偏振反射器透射一種入射偏振並且根據反射器的固有軸取向反射正交偏振。結構偏振器的一個非限制性示例是可從美國明尼蘇達州3M公司商購的雙折射電介質塗層或膜。結構偏振器的另一非限制性示例是例如可從美國猶他州的Moxtek公司商購的線柵膜(wire-grid film)。結構偏振器的又一非限制性示例是圖案化部分反射塗層，其具有以圖案形式被部署在薄膜或透明基板上的若干反射材料部分。

在繼續參照圖1至圖3的情況下，現在參照圖4，圖4示出了根據本發明的非限制性實施方式的圖案化反射塗層(也被稱為“反射圖案塗層”)30的非限制性示例的圖示。塗層30具有反射特性，使得在一個偏振方向上偏振(例如s偏振或p偏振)的光主要/大部分被塗層30反射，而在正交偏振方向上偏振(例如p偏振或s偏振)的光主要/大部分被塗層30透射。優選地，反射的偏振表現出大於90%的反射(被稱為“基本上完全反射”)，並且最優選地超過95%的反射。相反地，透射的偏振優選地表現出大於90%的透射(被稱為“基本上完全透射”)，並且最優選地超過95%的透射。

塗層30包括一定量34的反射材料(在下文中被稱為“份”34)，其以間隔關係被部署並且以規定圖案被佈置在平坦的基底表面32上。基底表面32優選地但不是必須地對光透明，使得基底表面32上的在反射材料的份34之間及周圍形成的空間35是透光的。在某些實施方式中，平坦的基底表面32是可以結合到透明板以形成內部部分反射表面的薄膜或薄基板。在其他實施方式 中，平坦的基底表面32本身是由其形成小平面的透明板，並且反射材料的份34直接沉積在透明板上。在某些實施方式中，反射材料是電介質材料。在其他有時更優選的實施方式中，反射材料是金屬材料，例如銀。反射材料的每個份34具有使沿一個偏振方向的光能夠引起電流流動的形狀。因此，沿引起電流流動的偏振方向偏振的光在入射至塗層30時，將塗層30視為反射器，而沿正交偏振方向偏振的光在入射至塗層30時，將塗層30視為透光的。

在圖4所示的非限制性示例中，每個份34的大小相同，並且每個份34在基底表面32的平面中(即，在內部表面的平面中)具有大致圓形形狀。此處，份34實際上是以佈置的圖案沉積在基底表面32上的反射材料的圓形對稱(在基底表面32的平面中)點。在該構造中，份34以規定圖案被佈置，以便均勻地間隔，使得在整個塗層30上成對相鄰點的中心之間的距離是恒定的。

圖5示出了塗層30的另一非限制性實施方式，其中在基底表面32的平面中具有非圓對稱性的反射材料的份36以規定的圖案被部署在基底表面32上。此處，份36在基底表面32的平面中(即，在內部表面的平面中)具有大致橢圓形或長方形形狀(兩個正交對稱軸)。份36在基底表面32的平面中的取向確定了主導反射偏振。例如，在圖5所示的份36的構造中，主導反射偏振可以是p偏振，而在基底表面32的平面中將份36旋轉90度可以將主導反射偏振切換為s偏振。除了圓形和長方形之外，本文中還設想了反射材料的其他形狀，例如，反射材料的份可以以線圖案部署在基底表面32上。

通過採用具有塗層30的內部表面18a、18b，內部表面18a、18b能夠反射未被內部表面16b充分反射的照明分量(在這種情況下為p偏振分量)的子集。換句話說，對於較高AOI範圍中的給定AOI，內部表面16a以高反射率反射圖像照明的分量(以s偏振分量的形式)的第一子集，並且以低反射率反射圖像照明的分量(以p偏振分量的形式)的第二子集。對於相同的給定AOI，內部表面18a、18b以高反射率反射低反射率分量，即圖像照明的分量(在這種情況下為p偏振分量)的第二子集，以便補償由內部表面16b賦予的低反射率。因此，內部表面18a、16b、18b協作以反射兩種偏振分量(即，來自兩個子集的分量)，從而保持孔徑倍增的連續性。圖像照明的分量的兩個子集是互補的，這意味著來自兩個子集的分量的並集考慮了傳播圖像照明的所有分量。在該特定 示例中，s偏振分量和p偏振分量是互補的，因為它們構成了圖像照明的偏振分量。

在某些實施方式中，可以使用單一塗層在同一內部表面平面上實現兩個不同的塗層。例如，可以在份34之間的空間中部署電介質塗層。因此，份34或份36被可以實現為一種類型的電介質塗層或金屬塗層，並且在基底表面32上的在份34或份36之間及周圍形成的空間35可以被實現為另一種類型的電介質塗層。圖6示意性地示出了這種塗層31的示例，其中第二反射材料的份38以規定圖案沉積在基底表面32上的份34之間及周圍形成的空間35中。在圖6所示的非限制性示例中，每個份34的形狀為大致圓形，而每個份38的形狀為大致橢圓形。

如所討論的，本發明的實施方式的塗層設計同樣適用於圖像照明包括不同的可見顏色分量的狀況。在這樣的狀況下，以上參照圖4至圖6描述的圖案化反射器塗層的一些原理可以用於解決顏色不均勻性問題。例如，內部表面16a、16b、16c可以包括以適當的反射效率部分地反射三種顏色的第一子集的塗層，並且內部表面18a、18b、18c可以包括以適當的效率部分地反射三種顏色的第二子集的塗層，其中顏色的第二子集包括未被內部表面16a、16b、16c適當地反射的顏色。通常，圖像照明的顏色分量的子集是互補的，這意味著來自子集的分量的並集考慮了傳播圖像照明的所有顏色分量。以下段落描述了用於保持顏色均勻性的兩個組16、18的內部表面的塗層的設計的各種示例。

通過介紹，優選的是將反射材料的份34、36佈置成相對小的圖案，使得觀察者將感知到均勻的圖像。特別地，優選地，根據觀察者的眼睛的瞳孔的大小以幾何佈置來將反射材料的份34、36部署為例如具有約2mm的直徑的圓(人眼的瞳孔在明亮的照明條件下通常具有在2mm至4mm的範圍內的直徑)。然而，具有小尺寸並以小圖案佈置的反射材料的份傾向於將入射光衍射到大的角度，因而降低圖像解析度。因此，在本發明的非限制性實現方式中，使用具有反射圖案的塗層(以上參照圖4至圖6所描述的)結合電介質塗層來實現兩個組16、18的內部表面。

在一個非限制性示例中，內部表面16a、16b、16c被使用電介質塗層來實現以便至少部分地反射紅光、綠光和藍光，並且內部表面18a、18b、 18c使用圖案化反射塗層30來實現，其中塗層30的反射材料是金屬材料(例如，銀)。內部表面16a、16b、16c的電介質塗層具有根據圖7所示的曲線圖的反射特性。此處，內部表面16a、16b、16c的電介質塗層以相當高的效率(約10%的反射率)反射呈綠光(即，具有接近532nm的波長的光)的形式的圖像照明的分量的第一子集，但以比綠光反射低的效率(約4%的反射率)反射呈紅光和藍光(即，分別具有接近638nm和456nm的波長的光)的形式的圖像照明的分量的第二子集。內部表面18a、18b、18c的塗層30具有反射特性，以便以足夠的效率反射分量的兩個子集，以補償分量的第二子集的低反射率。圖8示出了由內部表面16a、16b、16c的電介質塗層和內部表面18a、18b、18c的塗層30的組合賦予的總反射率。如可以推斷的，塗層30以至少約6%的反射率反射圖像照明的分量的第二子集(即紅光和藍光)，6%的反射率比由內部表面16a、16b、16c的電介質塗層對分量的第二子集賦予的效率高。塗層30還以約4%反射率的反射率反射圖像照明的分量的第一子集(即綠光)。顏色分量的兩個子集是互補的，因為兩個子集(具有高效率綠光的第一子集、具有高效率紅光和藍光的第二子集)的並集考慮了圖像照明的所有三個顏色分量。因此，儘管綠色分量的解析度比紅色分量和藍色分量的解析度高，但是整個反射圖像的色差減小。然而，人眼對圖像的綠光分量的解析度最敏感，並且因此觀察者可能會感知到具有較高綠色分量解析度的整個圖像的解析度沒有明顯降低。

在替選構造中，塗層30可以使用對紅光和藍光比對綠光具有更高反射率的反射材料來實現(即，塗層30主要反射紅光和藍光)。因此，整個反射圖像將幾乎沒有明顯的色差。

在另一非限制性示例中，內部表面16a、16b、16c使用具有根據圖9所示的曲線圖的反射特性的電介質塗層來實現。此處，內部表面16a、16b、16c的電介質塗層以高效率(約15%的反射率)反射呈綠光和紅光的形式的圖像照明的分量的第一子集，但是以比綠光和紅光反射(約10%的反射率)低的效率反射呈藍光的形式的圖像照明的分量的第二子集。為了補償分量的第二子集的低反射率，將塗層30的特定實現方式用於內部表面18a、18b、18c。在這種實現方式中，反射材料(被實現為電介質材料或金屬材料)的份是小的(優選地根據上述人的瞳孔大小)，並且具有一定反射特性，使得塗層30僅反射藍光。圖 10中示出了由內部表面16a、16b、16c的電介質塗層和內部表面18a、18b、18c的塗層30的組合賦予的總反射率，由此在可見光譜範圍內，總反射率近似恒定，約為15%。所得到的是沒有衍射的白平衡圖像(藍光趨向於比綠光和紅光被衍射少得多)。

圖11示出了根據非限制性示例的使用兩種塗覆方案來保持顏色均勻性的另一實現方式。此處，內部表面16a、16b、16c、18a、18b、18c具有以交替構造佈置的每個反射器上的兩組塗層，其中每個內部表面的塗層存在橫向變化。在非限制性示出示例中，每個內部表面具有兩個非交疊部分，即第一部分和第二部分。內部表面16a、16b、16c的第一部分40a、40b、40c具有第一塗層33，例如具有根據圖7或圖9的反射特性的電介質塗層，並且內部表面16a、16b、16c的第二部分42a、42b、42c具有第二塗層37，例如塗層30。內部表面18a、18b、18c的第一部分44a、44b、44c具有第二塗層37，並且內部表面18a、18b、18c的第二部分46a、46b、46c具有第一塗層33。

在圖11所示的非限制性示例中，塗層33、37被部署在相繼內部表面的交替部分上，使得每對相鄰內部表面(例如，內部表面16a、18a；內部表面18a、16b；內部表面16b、18b等)上的塗層協作以合理的效率反射圖像照明的子集的所有分量，以便保持顏色均勻性。在這種特定的構造中，內部表面的兩個組可以被認為是實際上共面的，由此每個內部表面具有兩個塗層33、37。應當注意，儘管圖11示出了每個內部表面的兩個部分中的每個部分構成約半個內部表面平面，但是其他構造也是可能的，只要在其上部署塗層的內部表面的部分在相繼內部表面之間交替即可。

儘管已經在具有電介質塗層的內部表面16a、16b、16c和具有根據塗層30實現的塗層的內部表面18a、18b、18c(並且其中內部表面16a、16b、16c和18a、18b、18c是交錯的)的上下文中描述了用於保持顏色均勻性的實施方式，但是在單個內部表面上實現兩種類型的塗層的其他示例也是可能的，例如以上參照圖4至圖6所討論的。例如，內部表面16a、16b、16c、18a、18b、18c中的每一個可以包括兩個塗層：1)第一塗層，例如塗層30，以及2)第二塗層，例如被部署在在塗層30的份34之間形成的空間中的電介質。第二塗層可以具有根據圖7或圖9的反射特性，由此與圖像照明的分量的第二子集相比，圖像 照明的分量的第一子集被第二塗層以更高的效率反射。然後，第一塗層可以具有補償由第二塗層賦予第二子集的低反射率的反射特性，使得每個單獨的內部表面實現跨三種顏色近似均勻的總反射率，例如如圖8和圖10中所示出的。在這樣的構造中，兩個組16、18不必交錯。而是，由於兩個組16、18中的內部表面被相同地塗覆，因此兩個組16、18是相同的，並且優選地被部署為使得每個內部表面起始於前面的內部表面終止的位置。

在某些實施方式中，內部表面的圖案化反射塗層30可以被構造成使得內部表面上的份34、36的數目和/或份34、36的大小依小平面不同而不同，以在整個視場上提供均勻的強度。例如，內部表面16a、16b、16c可以使用電介質塗層(如上所述)來實現，並且內部表面18a、18b、18c可以使用圖案化反射塗層30來實現。當光傳播穿過LOE時，照射在每個相繼小平面上的光的強度小於照射在前一小平面上的光的強度。這是由於照射到特定小平面上的光的一定比例的強度被該特定小平面反射出LOE的事實。為了補償光強度沿光傳播方向的降低，與由前一小平面賦予的反射率相比，由每個小平面賦予的反射率通常應當增加。這可以通過相對於光穿過LOE的主傳播方向增加第二組18中的內部表面上的塗層30上的反射材料的密度例如通過增加份34、36的數目和/或份34、36的大小來實現。例如，內部表面18a的塗層30可以利用第一數目的份34、36和/或第一大小的份34、36來實現，內部表面18b的塗層30可以利用第二數目的份34、36和/或第二大小的份34、36來實現，以及內部表面18c的塗層30可以利用第三數目的份34、36和/或第三大小的份34、36來實現。份的第一數目小於份的第二數目，份的第二數目小於份的第三數目，並且份的第一大小小於份的第二大小，份的第二大小小於份的第三大小。

儘管到目前為止所描述的一些實施方式涉及具有互補塗層的內部部分反射器的兩個組，但是存在具有互補塗層的部分反射器的多於兩個組的其他實施方式也是可能的。作為簡單的示例，內部表面的第三組可以與其他兩個組16、18中的內部表面平行且交錯地部署。內部表面的每個組可以包括塗層，塗層被構造成反射圖像照明的分量的特定子集。例如，第一組內部表面的塗層可以被構造成主要反射紅光，第二組內部表面的塗層可以被構造成主要反射綠光，並且第三組內部表面的塗層可以被構造成主要反射藍光。因此，三個(優選地連 續)內部表面的給定群組(該群組具有來自三個組中的每個組的一個內部表面)能夠協作以反射圖像照明的所有三個分量。

在具有不同光譜分量或不同偏振分量的圖像照明的非限制性示例上下文中已經描述了以上討論的塗層和小平面部署方法。然而，應當理解，圖像照明通常具有光譜分量和偏振分量二者(例如，線性偏振的紅光、綠光和藍光)。對於以較高AOI範圍(例如20度至50度)照射在小平面上的圖像照明，小平面的組的塗層可以被設計成滿足光譜和偏振兩重要求，以在寬視場上實現傳輸均衡。

儘管迄今為止已經在LOE的上下文(其中光被引導沿一個維度穿過LOE並且由內部表面(小平面)耦出(作為“非引導”光)以便在一個維度上執行孔徑擴展(執行本文中被稱為“引導到非引導”圖像傳播))下描述了內部表面的塗層設計和部署，但是根據本發明的實施方式的本文中描述的塗層設計和小平面部署同樣適用於具有至少兩個光波導的光學設備，該至少兩個光波導協作以沿兩個維度引導光以便在二個維度上執行孔徑擴展。這些類型的光學設備執行在本文中被稱為“引導到引導”圖像傳播的功能，由此圖像照明被引導穿過第一光波導(沿一個維度或兩個維度)並且被部署在第一光波導中的一組小平面反射，以便耦入到第二光波導中。然後，圖像照明被引導穿過第二光波導(沿一個維度)，並且被部署在第二光波導中的一組小平面反射，以便將圖像照明耦出第二光波導以供觀察者觀看。以下段落提供了執行引導到引導圖像傳播的光學設備的示例。

圖12A和圖12B分別示出了光學設備的示意性側視圖和正視圖，該光學設備通過光學耦合在一起的兩個光波導50、60執行引導到引導的圖像傳播。光波導50具有被任意地示出為對應於“X軸”的延伸方向，並且包括形成矩形截面的兩對平行面(即，主外部表面)52a、52b、54a、54b。多個相互平行的內部部分反射表面(即，小平面)58以與伸長方向成傾斜角的方式至少部分地橫穿光波導50。光學耦合至光波導50的光波導60具有形成板材型波導的一對平行面62a、62b。此處，多個相互平行的內部部分反射表面(即，小平面)64也以與平行面62a、62b成傾斜角的方式至少部分地橫穿光波導60。包含小平面58的平面相對於包含小平面64的平面傾斜。

光波導50、60之間的光學耦合以及內部部分反射表面58、64的部署和構造使得，當圖像沿初始傳播方向以傾斜於第一對平行面52a、52b和第二對平行面54a、54b的耦合角耦入到光波導50中時，圖像通過四重內反射沿光波導50(即，沿兩個維度)前進，其中圖像的一定比例的強度在內部部分反射表面58處被反射從而從光波導50耦出並且進入光波導60，並且然後在光波導60內通過兩重內反射傳播(即，沿一個維度，與LOE 10中那樣類似)，其中圖像的一定比例的強度在內部部分反射表面64處反射從而從光波導60耦出成為觀察者的眼睛所看到的可見圖像。由於這種構造，傳播穿過光波導50的光(通過光波導50在兩個維度上)被引導，並且被內部部分反射表面58反射的光(通過光波導60在一個維度上)也被引導。

根據本發明的實施方式的塗層設計原理和/或小平面交錯原理可以應用於內部部分反射表面58、64的組中的任一組或兩個組。採用兩個光波導50、60的這種光學設備的進一步細節可以在申請人的共同擁有的美國專利第10,133,070號中找到，其全部內容通過引用併入本文中。

圖13示出了通過光學耦合在一起的兩個板材型光波導70、80執行引導到引導圖像傳播的光學設備的示意圖。光波導70具有形成板材型波導的兩對平行面72a、72b、74a、74b(在圖中，面72a、72b分別在光波導70的前側和後側處，並且面74a、74b分別在光波導70的左側和右側處)。多個相互平行的內部部分反射表面(即，小平面)76以與平行面72a、72b、74a、74b成傾斜角的方式至少部分地橫穿光波導70。光波導80具有形成板材型波導的兩對平行面82a、82b、84a、84b(在圖中，面82a、82b分別在光波導80的前側和後側處，並且面84a、84b分別在光波導80的左側和右側處)。多個相互平行的內部部分反射表面(即，小平面)86以與平行面82a、82b、84a、84b成傾斜角的方式至少部分地橫穿光波導80。另外，包含小平面76的平面與包含小平面86的平面傾斜或垂直。

在所示出的非限制性的實現方式中，光波導70、80以其中光波導70堆疊在光波導80的頂部上的構造光學地耦合在一起。然而，注意，光波導70、80可以前後堆疊(例如，面72b、82a具有彼此面對的關係)。光波導70、80之間的光學耦合以及部分反射表面76、86的部署和構造使得，當圖像耦入到 光波導70中時，圖像通過面72a、72b之間的光波導70內的兩重內反射沿第一引導方向進行傳播，其中圖像的一定比例的強度在內部部分反射表面76處反射從而從光波導70耦出並且耦入到光波導80中，並且然後通過面82a、82b之間的光波導80內的兩重內反射沿第二引導方向(傾斜於第一引導方向)進行傳播，其中圖像的一定比例的強度在內部部分反射表面86處反射從而從光波導80耦出作為觀察者的眼睛所看到的可見圖像。

根據本發明的實施方式的塗層設計原理和/或小平面交錯原理可以應用於內部部分反射表面76、86的組中的任一組或兩個組。採用兩個光波導70、80的這種光學設備的進一步細節可以在申請人的共同擁有的美國專利第10,551,544號中找到，其全部內容通過引用併入本文中。

雖然使用本文中公開的反射圖案塗層具有保持顏色均勻性和強度均勻性的益處，但是使用反射圖案塗層可能引起來自內部表面的不期望的反射，這可能導致鬼像。參照圖14描述了來自內部表面的不期望的反射的一般概念。此處，LOE 100具有相對於一對平行面(主外部表面)102、104傾斜地被部署的三個相互平行的部分反射內部表面106a、106b、106c。為了清楚地示出內部表面106a、106b、106c的前側108a、108b、108c和後側110a、110b、110c，在圖14中放大了內部表面106a、106b、106c的厚度。內部表面的前側和後側通常是相對的側，其中前側是內部表面的塗覆有塗層(參照圖1至圖11描述的)的側，塗層具有能夠根據期望的反射率圖案反射傳播圖像照明的反射特性。

由光線108示意性表示的圖像照明108通過耦入反射器110(或任何其他合適的光學耦入構造，例如耦合棱鏡等)耦入到LOE 100中。圖像照明108通過在面102、104處的重複內反射(通過全內反射或由於施加在面處的角度選擇性反射塗層)傳播穿過LOE 100，直到到達一系列部分反射內部表面106a、106b、106c，在內部表面處，圖像強度的一部分在部分反射內部表面106a、106b、106c的前側108a、108b、108c處作為光線116a至116d被反射出LOE 100。觀察由光線118示意性表示的傳播圖像照明118，可以看出，光線118的部分強度被部分反射內部表面106a透射(作為光線120)，之後光線120在面102處反射，並且然後一定比例的強度在部分反射內部表面106a的前側108a處反射以作為光線116b被反射出LOE 100(剩餘強度被部分反射內部表面106a透 射，使得光繼續傳播穿過LOE 100)。然而，光線118的部分強度在部分反射內部表面106a的後側110a處經歷不期望的反射，從而產生反射光線122。在某些情況下，反射光線122可以在面102、104處經歷內反射，例如以面102處的反射所例示的，以便生成反射光線124。反射光線124在部分反射內部表面106b的前側108b處被反射，以便作為鬼光線126被反射出LOE 100。

圖15A和圖15B示出了反射圖案塗層30如何能夠實現內部表面前側處的期望反射和內部表面後側處的不期望反射。應當注意，圖15A和圖15B不是按比例繪製的，並且為了清楚地說明，放大了反射圖案塗層30的內部表面和部件的一些尺寸。

首先觀察圖15A，圖15A示出了任意內部表面130(其可以是例如組18的內部表面之一)如何處理照射在內部表面130的前側132上的傳播圖像照明140。內部表面130具有沉積在內部表面130的前側132上的反射圖案塗層30。特別地，平坦基底表面32沉積在前側132上，使得份34以期望的圖案被佈置在前側132上。替選地，份34可以在沒有平坦的基底表面32的情況下以佈置的圖案直接沉積在前側132上。由光線140A和光線140B示意性表示的傳播圖像照明140照射在內部表面130的前側132的不同區域上。在這種情況下，傳播圖像照明140是在LOE的下表面(例如，圖14中的面102或圖1中的面12)處經歷反射的圖像照明。傳播圖像照明的由光線140A表示的部分照射在內部表面130的具有反射材料的區域上，以便作為反射光線142被反射材料的份34之一反射(出LOE)。傳播圖像照明的由光線140B表示的部分照射在內部表面130的在反射材料的份34之間具有空間35的區域上，並且被內部表面130透射為反射光線142(即，由於空間35是透明的，光線140B作為反射光線142從前側132穿過內部表面130到後側134)。該光線140B繼續傳播穿過LOE，在LOE的面處被反射並且/或者被隨後的內部表面反射。因此，圖像照明140A的一部分被內部表面130反射出LOE，並且圖像照明140B的一部分被內部表面130透射。

現在轉向圖15B，其示出了內部表面130如何處理由光線118A和118B示意性地表示並且照射在內部表面130的後側134上的傳播圖像照明118。在這種情況下，傳播圖像照明是在LOE的上面(例如，圖14中的面104 或圖1中的面14)處經歷反射的圖像照明。傳播圖像照明的由光線118A表示的部分照射在內部表面130的在反射材料的份34之間具有空間35的區域上，並且因此被內部表面130透射為光線120(即，由於空間35是透明的，光線118A從後側134穿過內部表面130到前側132)。傳播圖像照明的由光線118B表示的部分穿過內部表面130的後側134，並且照射在內部表面130的具有反射材料的區域上，從而被反射材料的份34之一反射為反射光線122。如上所述，該反射光線122可以在LOE的面處經歷附加反射，並且最終在內部表面之一的前側處反射，從而作為鬼光線反射出LOE。

為了防止這些不期望的反射，本發明的實施方式提供了反射抑制材料塗層，該塗層被施加在反射材料的份與內部表面的前側之間。圖16A和圖16B示出了反射抑制材料及其對傳播圖像照明的影響。與圖15和圖15B類似，為了清楚地說明，未按比例繪製圖16A和圖16B。

首先觀察圖16A，在反射材料的份34與內部表面130的前側132之間部署反射抑制材料的塗層，其被指定為份150。如果塗層30是使用平坦的基底表面32(例如，薄膜)來實現，則可以將份150直接沉積在表面32上，並且然後可以將份34沉積在份150上。優選地，反射抑制材料的份以與反射材料的份的圖案構造相同的圖案構造被佈置，使得份34和份150的大小、形狀和數目相同。從圖16A中可以看出，反射抑制材料對入射到內部表面130的前側132的傳播圖像照明幾乎沒有影響。類似於如以上參照圖15A所討論的，傳播圖像照明的由光線140A表示的部分照射在內部表面130的具有反射材料的區域上，從而被反射材料的份34之一反射為反射光線142。傳播圖像照明的由光線140B表示的部分照射在內部表面130的在反射材料的份34之間具有空間35的區域上，並且被內部表面130透射為光線142。

現在轉向圖16B，圖16B示出了具有反射抑制材料的內部表面130如何處理照射在內部表面130的後側134上的傳播圖像照明118。類似於如以上參照圖15B所討論的，傳播圖像照明的由光線118A表示的部分照射在內部表面130的在反射材料的份34之間具有空間35的區域上，並且因此被內部表面130透射為光線120。然而，與圖15B所示的構造不同，傳播圖像照明的由光線118B表示的部分穿過內部表面130的後側134，並且照射到內部表面130 的具有反射抑制材料的份150的區域上。反射抑制材料防止了光線118B的後側反射，並且因此不會發生傳播圖像照明的不期望的反射。

反射抑制材料可以以各種方式實現。在一個非限制性示例中，反射抑制材料被實現為一定量的吸收入射光的黑色吸收塗料。在另一非限制性示例中，反射抑制材料被實現為一定量的光散射材料(例如，漫射材料)，光散射材料以比入射光的強度小若干數量級的強度在多個方向上散射入射光。因此，任何繼續傳播穿過LOE並被隨後的內部表面反射的散射光將具有通常太低而不被觀察者注意到的強度。

優選地，在LOE的製造期間將反射抑制材料沉積在反射材料與內部表面的前側之間。優選地通過形成在其介面處具有合適的塗層的結合在一起的透明板的堆疊來構建具有嵌入式內部表面的LOE。通常使用光學膠執行結合。塗層可以包括所有如上所述的圖案化的反射塗層和/或電介質塗層。塗層可以成層地建立在薄膜或薄基板(例如，基底表面32)上，在將板結合在一起之前薄膜或薄基板被施加在透明板之間的介面處。替選地，可以在將板結合在一起之前直接在透明板上建立塗層，使得透明板用作基底表面32。當採用反射抑制材料來減少鬼像時，反射抑制材料的層可以按圖案被建立(直接在透明板上或者在薄膜或薄基板上)，然後圖案反射材料層建立在反射抑制材料上，從而將反射抑制材料夾在透明板與反射材料之間。

一旦透明板的堆疊結合在一起，並且在介面處具有適當的塗層(並且優選是反射抑制材料)，以適當的角度(對應於要部署內部表面的期望傾斜角度)將堆疊進行切割(即切片)以形成LOE，其中部分反射內部表面嵌入在平行的主外部表面(即面)之間。以適當角度進行的切片被被稱為“對角切割”或“對角切片”。然後拋光LOE的主外部表面以提高主外部表面處的光學品質。在LOE使用耦入反射器作為光學耦入構造的實施方式中，可以執行類似的步驟以產生具有嵌入的耦入反射器的基板。

儘管拋光工藝具有提高LOE的平行面處的光學品質的預期效果，但是在某些情況下，拋光工藝可能會在LOE基板與內部表面之間的介面區域產生瑕疵，這可能會對LOE輸出處的圖像品質和光學性能產生負面影響。可能由拋光工藝引起的一種類型的瑕疵是LOE的一個或兩個平行面上的在基板的平行 面與內部表面之間的介面區域處的凹陷。圖17中示意性地示出了這種瑕疵(未按比例繪製)，圖17示出了LOE 200的區段，該LOE具有平行面202、204，其中內部部分反射表面206相對於面202、204被傾斜地佈置。儘管未在圖中示出，但是附加內部部分反射表面平行於內部部分反射表面206被部署在LOE 200內。

內部部分反射表面206包括分別與面202、204相關聯的對應端部區域210a、210b處的兩個相對的端部208a、208b(即，起始端和終止端)。面202、204以及相應的端部區域210a、210b(並且特別是相應的端部208a、208b)在內部部分反射表面206與LOE基板之間限定介面區域212a、212b(由虛線圓圈表示)。例如，由於拋光工藝的結果，在一個面202中在對應的介面區域212a處形成凹陷214(但是可以在兩個面中，即在兩個介面區域212a、212b處形成)。凹陷214通常形成為LOE的面中的凹痕、窪部、凹坑、腔或縫隙，這使得面202的一部分(儘管是一小部分)向內伸突到部署內部表面的LOE 200的內部區段中。伸突部分(即，伸突部)在圖17中通常表示為216。

通常，由於拋光工藝中在拋光期間在介面區域212a、212b處施加的壓力而形成了凹陷214，與面202、204的其餘部分相比，凹陷214的結構完整性降低。除了拋光之外的其他原因(例如，LOE的處理不當(例如，掉落))可能使得形成凹陷214。

由於凹陷214，在介面區域212a處或附近傳播的圖像照明可能經歷因伸突部216引起的散射。這在圖18中示意性地示出，其中圖像照明218(由光線218示意性地表示)被內部部分反射表面206透射，並且在面204處經歷內反射，從而生成反射光線220(也是圖像照明的一部分)。反射光線220在伸突部216處或附近入射到面202處，從而照射在伸突部216上，使得入射(反射)光線220被伸突部216在多個方向上反射(即，散射)，示意性地由散射光線222a至222c表示。由於伸突部216的表面輪廓的變化，光線被沿各個方向被散射。這些散射的光線222a至222b是不期望的反射，並且可以傳播穿過LOE 200，從而被隨後的內部表面之一以不希望的角度被反射，導致在觀察者的眼睛處產生鬼像，這類似於以上參照圖15B討論的反射光線122。

現在參照圖19，其示出了用於通過用光吸收材料對面202的包括凹陷214部分進行塗覆來防止由凹陷214引起的散射效應的方法。特別地， 將一定量的光吸收材料224沉積在面202的包括凹陷214的部分上。優選地，位於凹陷214中的光吸收材料224的量足以將凹陷214填充到至少達到面202的無瑕疵部分的水平。在一個非限制性示例中，光吸收材料224被實現為黑色吸收塗料，其以足以填充凹陷214的量被施加到面202。然後，優選地對面202進行拋光以從面202去除任何多餘的光吸收材料，使得僅保留位於凹陷214中的光吸收材料，並且凹陷214中的光吸收材料224的水平與面202的無瑕疵部分齊平。

圖19中還示出了光吸收材料224對傳播圖像照明的影響。類似於以上參照圖18所討論的，光線218被內部部分反射表面206透射，並且在面204處經歷內反射，從而生成反射光線220。然而，反射光線220在照射到伸突部216上時被光吸收材料224吸收，從而防止由伸突部216引起的光散射。

可以將吸光材料施加在內部表面與LOE基板之間的存在這樣的凹陷的任何介面區域處，並且然後如上所述進行拋光去除。例如，可以將光吸收材料施加到在介面區域212b中形成的凹陷。另外，當使用耦入反射器(即，內部反射表面)作為光學耦入構造時，在拋光工藝中可能在內部反射表面與LOE基板之間的介面區域處形成凹陷。此處也可以在內部反射表面和LOE基板之間的介面區域處施加一定量的光吸收材料，以防止由凹陷引起的散射效應。

儘管已經在其中光沿一個維度傳播並且通過內部表面被耦出從而在一個維度上執行孔徑擴展的LOE的上下文中描述了通過使用施加到LOE外區域處的瑕疵的光吸收材料來減少散射，但是光吸收材料可以類似地被施加到在兩個維度上執行孔徑擴展的光波導(例如參照圖12A、圖12B和圖13描述的執行引導到引導圖像傳播的光波導)的外部區域或部分上的瑕疵。這些瑕疵可以包括在各組小平面(例如，小平面58、64、76、86)與對應的面(例如，面52a、52b、54a、54b、62a、62b、72a、72b、74a、74b、82a、82b、84a、84b)之間的介面區域處形成的凹陷。

光吸收材料也可以用於修復呈光波導的面上的劃痕和/或光波導的帶缺口拐角或邊緣的形式的瑕疵。例如，考慮圖20中再現的圖12A和圖12B的光波導50。此處，由面52a、54a形成的拐角/邊緣的一部分已被切掉(例如由於對光波導50的處理不當)，產生瑕疵230。通過四重內反射來傳播穿過光波導 50的照射在瑕疵230的區域上的光將被散射或經歷沿不期望的方向的反射。如圖21所示，可以在瑕疵230處施加一定量的光吸收材料224，以防止散射效應。在圖21中，位於瑕疵處的光吸收材料的量足以恢復光波導50的矩形截面。然而，可以將較少量的光吸收材料施加到不會使光波導恢復到其無瑕疵結構的瑕疵。同樣，可以施加吸光材料以填充光波導(用於一維和二維孔徑擴展光學設備)(例如，對於光波導10、50、60、70、80、100中的任何一個)的面處的劃痕。

應當注意，本文中描述的本發明的某些方面可以用於獨立於本發明的其他方面來獲益。例如，與交錯小平面組一起使用或不與交錯小平面組一起使用的互補塗覆方法可以用於與瑕疵修補技術分開來獲益。此外，瑕疵修補技術可以應用於其他方面具有常規塗層架構的LOE或光波導(執行一維或二維孔徑擴展)。

儘管在圖式中僅示出了LOE和光波導結構，但是應當理解，本文中描述的各種LOE和光波導旨在用作顯示器的一部分以用於向觀察者的眼睛提供圖像，該顯示器通常是平視顯示器(head-up display，HUD)，優選地是近眼顯示器(near-eye display，NED)，例如頭戴顯示器(head-mounted display，HMD)或眼鏡架支承顯示器，用於向觀察者的眼睛提供圖像。在某些優選實施方式中，顯示器是擴增現實(augmented reality，AR)顯示系統的一部分，其中提供給觀察者的眼睛的圖像被疊加在外部“真實世界”風景上。在其他實施方式中，顯示器是虛擬實境(virtual reality，VR)顯示系統的一部分，其中觀察者只能觀看到LOE/光波導提供的圖像。在所有這樣的情況下，顯示器優選地包括小形式因子的圖像投影儀，該圖像投影儀生成準直圖像，準直圖像被光學耦合到LOE/光波導，以便經由光耦入構造(例如，耦入反射器22、耦合棱鏡等)將準直圖像引入到LOE/光波導中，以在LOE/光波導內通過內反射傳播並且通過內部選擇性反射表面逐漸耦出。

用於投影對應於(即表示)準直圖像的照明(即光)的合適的圖像投影儀的示例在本領域中是眾知的，其中圖像投影儀例如採用照明源、空間光調變器(例如矽基液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)晶片、以及準直光學器件，其通常全部佈置在一個或更多個偏振選擇性分束器(polarization selective beam splitter，PSBS)立方體或其他棱鏡裝置的表面上。

應當注意，當在AR系統的上下文中使用時，在光波導的外部部分處的瑕疵上施加少量的光吸收材料還可以提供減少或抑制來自外部風景的光的散射的益處。

當討論塗層和圖像照明的偏振特性時，應當注意，對於本文中描述的示例中遵循特定偏振波路徑的每種情況，偏振是可互換的，由此，例如在改變塗層的偏振選擇屬性時，每次提及的p偏振光都可以被s偏振光代替，反之每次提及的S偏振光都可以被p偏振光代替。

已經出於說明的目的給出了對本發明內容的各種實施方式的描述，但是其並非旨在是窮舉的或限於所公開的實施方式。在不脫離所描述的實施方式的範圍和精神的情況下，許多修改和變化對於本領域的普通技術人員將是明顯的。選擇本文所使用的術語以最好地解釋實施方式的原理、實際應用或對市場中發現的技術改進，或使本領域的其他普通技術人員能夠理解本文所公開的實施方式。

如本文所使用的，除非上下文另有明確規定，否則單數形式“一(a)”、“一個(an)”和“該(the)”包括複數指代。

在本文中使用詞語“示例性”來表示“用作示例、實例或說明”。被描述為“示例性”的任何實施方式不必被解釋為比其他實施方式優選或有利和/或排除結合來自其他實施方式的特徵合。

應當理解，為了清楚起見在分開的實施方式的上下文中描述的本發明的某些特徵也可以在單個實施方式中組合提供。相反，為了簡潔起見在單個實施方式的上下文中描述的本發明的各種特徵也可以分開地或以任何合適的子組合或根據需要在本發明的任何其他描述的實施方式中提供。在各種實施方式的上下文中描述的某些特徵不應被認為是這些實施方式的必要特徵，除非該實施方式在沒有這些要素的情況下是不可操作的。

就所附申請專利範圍是在沒有多項引用的情況下撰寫的而言，這樣做僅是為了適應不允許這樣的多項引用的司法管轄區的形式要求。應當注意，通過使請求項多項引用而隱含的特徵的所有可能組合被明確地設想並且應當被認為是本發明的一部分。

儘管已經結合本發明的特定實施方式描述了本發明，但是顯然， 對於本領域技術人員而言，許多替代、修改和變化將是明顯的。因此，本發明旨在涵蓋落入所附申請專利範圍的精神和廣義範圍內的所有此類替代、修改和變化。

10:光導光學元件，光波導(LOE)

12,14:平行面(主外部表面，表面)

16:第一組

16a,16b,16c,18a,18b,18c:部分反射表面(內部表面，內部部分反射器，部分反射器，小平面)

17a-1,17b-1,17c-1,19a-1,19b-1,19c-1:起始端

17a-2,17b-2,17c-2,19a-2,19b-2,19c-2:終止端

18:第二組

20:照明光束，投影圖像，圖像照明

20A,20B:光線

22:光學耦入構造

24A,24B:反射光線

Claims (71)

1. 一種光學設備，包括：

   透光基板，其具有至少兩個平行主外部表面，以用於通過所述主外部表面處的內反射來引導指示準直圖像的光；

   第一組相互平行內部表面，其相對於所述外部表面傾斜地部署在所述基板內；以及

   第二組相互平行內部表面，其與所述第一組內部表面平行、交錯並且呈交疊關係地部署在所述基板內，

   所述第一組的每個內部表面的至少一部分包括第一塗層，所示第一塗層具有第一反射特性，以至少部分地反射入射光的分量的至少第一子集，並且所述第二組的每個內部表面的至少一部分包括第二塗層，所述第二塗層具有與所述第一反射特性互補的第二反射特性，以至少部分地反射入射光的分量的至少第二子集，使得內部表面的組協作以反射所述第一子集和所述第二子集的光的所有分量。
2. 如請求項1所述的光學設備，其中，分量的所述第一子集包括與第一顏色相對應的光，並且其中，分量的所述第二子集包括與第二顏色相對應的光。
3. 如請求項1所述的光學設備，其中，分量的所述第一子集包括具有第一偏振方向的光，並且其中，分量的所述第二子集包括具有第二偏振方向的光。
4. 如請求項1所述的光學設備，其中，所述第一塗層或所述第二塗層中的至少一個包括結構偏振器。
5. 如請求項1所述的光學設備，其中，所述第一塗層或所述第二塗層中的至少一個包括電介質塗層。
6. 如請求項1所述的光學設備，其中，所述第一塗層或所述第二塗層中的至少一個包括金屬塗層。
7. 如請求項1所述的光學設備，其中，所述第一塗層被構造成：以第一反射效率反射具有與第一顏色相對應的波長的光，以第二反射效率反射具有與第二顏色相對應的波長的光，以及以小於所述第一反射效率的第三反射效率反射具有與第三顏色相對應的波長的光，並且其中，所述第二塗層被構造成以大於所 述第三反射效率的反射效率來反射具有與所述第一顏色相對應的波長的光，使得所述第一塗層和所述第二塗層對所述第三顏色的組合反射效率大於或等於所述第一反射效率。
8. 如請求項7所述的光學設備，其中，所述第二反射效率小於所述第一反射效率，並且其中，所述第二塗層被構造成以大於所述第二反射效率的反射效率來反射具有與所述第二顏色相對應的波長的光，使得所述第一塗層和所述第二塗層對所述第二顏色的組合反射效率大於或等於所述第一反射效率。
9. 如請求項8所述的光學設備，其中，所述第二塗層被構造成以約等於所述第一反射效率的反射效率來反射具有與所述第一顏色相對應的波長的光。
10. 如請求項1所述的光學設備，其中，所述第一塗層被構造成：以第一反射效率反射具有與第一顏色相對應的波長的光，以小於所述第一反射效率的第二反射效率來反射具有與第二顏色相對應的波長的光，以及以小於所述第一反射效率的第三反射效率來反射具有與第三顏色相對應的波長的光，並且其中，所述第二塗層被構造成：以大於所述第二反射效率和所述第三反射效率的反射效率來反射具有與所述第一顏色相對應的波長的光，以大於所述第二反射效率和所述第三反射效率的反射效率來反射具有與所述第二顏色相對應的波長的光，以及以大於所述第二反射效率和所述第三反射效率的反射效率來反射具有與所述第三顏色相對應的波長的光。
11. 如請求項1所述的光學設備，其中，所述第一塗層包括圖案化塗層，所述圖案化塗層包括以規定圖案佈置在所述第一組的每個內部表面上的反射材料的若干份。
12. 如請求項11所述的光學設備，其中，所述反射材料的每個份在所述內部表面的平面中具有圓形形狀。
13. 如請求項11所述的光學設備，其中，所述反射材料的每個份在所述內部表面的平面中具有長方形形狀。
14. 如請求項11所述的光學設備，其中，所述反射材料是電介質材料。
15. 如請求項11所述的光學設備，其中，所述反射材料是金屬材料。
16. 如請求項11所述的光學設備，其中，在所述反射材料的份之間形成的 空間是透明的。
17. 如請求項11所述的光學設備，其中，第二反射材料部署在所述內部表面上在所述反射材料的份之間形成的空間中。
18. 如請求項17所述的光學設備，其中，所述第二反射材料包括電介質材料。
19. 如請求項17所述的光學設備，其中，所述第二反射材料以規定圖案佈置在所述內部表面上。
20. 如請求項11所述的光學設備，其中，所述第一組的內部表面上的份的數目或份的大小中的至少一個相對於光穿過所述基板的主傳播方向而增加。
21. 如請求項11所述的光學設備，還包括一定量的光反射抑制材料，所述光反射抑制材料部署在所述反射材料與所述第一組的內部表面的至少一部分之間。
22. 如請求項21所述的光學設備，其中，所述光反射抑制材料包括光吸收材料。
23. 如請求項21所述的光學設備，其中，所述光反射抑制材料包括光散射材料。
24. 如請求項1所述的光學設備，其中，所述第一塗層部署在所述第一組的每個內部表面的第一部分上，並且其中，所述第二塗層部署在所述第一組的每個內部表面的第二部分上，並且其中，所述第二塗層部署在所述第二組的每個內部表面的第一部分上，並且其中，所述第一塗層部署在所述第二組的每個內部表面的第二部分上，並且其中，所述第一組的內部表面的第一部分和第二部分是不交疊的部分，並且其中，所述第二組的內部表面的第一部分和第二部分是不交疊的部分。
25. 如請求項1所述的光學設備，其中，所述第一組的內部表面和所述第二組的內部表面將通過所述主外部表面處的內反射引導的光的一定比例朝向觀察者的眼睛反射出所述基板。
26. 如請求項1所述的光學設備，其中，所述第一組的內部表面和所述第二組的內部表面將通過所述主外部表面處的內反射引導的光的一定比例反射出所述基板，以使其耦入到第二透光基板中，以用於通過所述第二透光基板的外部表 面處的內反射進行引導。
27. 如請求項1所述的光學設備，其中，所述基板被構造成將光沿一個維度引導穿過所述基板。
28. 如請求項1所述的光學設備，其中，所述基板被構造成將光沿兩個維度引導穿過所述基板。
29. 如請求項1所述的光學設備，其中，所述第一組或所述第二組中的至少之一的至少一個內部表面包括與所述基板的外部表面中的第一外部表面相關聯的端部區域，所述端部區域限定所述至少一個內部表面與所述基板之間的介面區域，並且其中，所述外部表面中的第一外部表面具有一定量的光吸收材料，所述光吸收材料位於在所述外部表面中的第一外部表面中在所述介面區域處形成的凹陷中。
30. 一種光學設備，包括：

    透光基板，其具有至少兩個平行主外部表面，以用於通過所述主外部表面處的內反射引導指示準直圖像的光；以及

    多個相互平行內部表面，其相對於所述外部表面傾斜地部署在所述基板內，所述內部表面的第一子組的至少一部分包括圖案化塗層，所述圖案化塗層包括以規定圖案佈置在所述第一子組的內部表面上的反射材料的若干份，所述圖案化塗層至少部分地反射入射光的分量的至少第一子集，所述內部表面的第二子組至少部分地反射入射光的分量的至少第二子集，並且所述第一子組的內部表面與所述第二子組的內部表面具有交疊關係，使得所述內部表面的子組進行協作以反射所述第一子集和所述第二子集的光的所有分量。
31. 如請求項30所述的光學設備，其中，所述反射材料的每個份在所述第一子組的內部表面的平面中具有圓形形狀。
32. 如請求項30所述的光學設備，其中，所述反射材料的每個份在所述第一子組的內部表面的平面中具有長方形形狀。
33. 如請求項30所述的光學設備，其中，所述反射材料是電介質材料。
34. 如請求項30所述的光學設備，其中，所述反射材料是金屬材料。
35. 如請求項30所述的光學設備，其中，在所述反射材料的份之間形成的 空間是透明的。
36. 如請求項30所述的光學設備，其中，第二反射材料部署在所述反射材料的份之間形成的空間中。
37. 如請求項36所述的光學設備，其中，所述第二反射材料包括電介質材料。
38. 如請求項36所述的光學設備，其中，所述第二反射材料以規定圖案佈置在所述第一子組的內部表面上。
39. 如請求項30所述的光學設備，其中，所述第一子組的內部表面上的分量的數目或分量的大小中的至少一個相對於光穿過所述基板的傳播方向而增加。
40. 如請求項30所述的光學設備，還包括一定量的光反射抑制材料，所述光反射抑制材料部署在所述反射材料與所述第一子組的內部表面之間。
41. 如請求項40所述的光學設備，其中，所述光反射抑制材料包括光吸收材料。
42. 如請求項40所述的光學設備，其中，所述光反射抑制材料包括光散射材料。
43. 如請求項30所述的光學設備，其中，所述第一子組的內部表面與所述第二子組的內部表面交錯。
44. 如請求項30所述的光學設備，其中，內部表面的所述第一子組的表面與內部表面的所述第二子組的表面共面。
45. 如請求項30所述的光學設備，其中，所述內部表面將通過所述主外部表面處的內反射引導的光的一定比例朝向觀察者的眼睛反射出所述透光基板。
46. 如請求項30所述的光學設備，其中，所述內部表面將通過所述主外部表面處的內反射引導的光的一定比例反射出所述透光基板，以使其耦入到第二透光基板中，以用於通過所述第二透光基板的外部表面處的內反射進行引導。
47. 如請求項30所述的光學設備，其中，所述基板被構造成將光沿一個維度引導穿過所述基板。
48. 如請求項30所述的光學設備，其中，所述基板被構造成將光沿兩個維度引導穿過所述基板。
49. 如請求項30所述的光學設備，其中，所述內部表面中的至少一個內部 表面包括與所述基板的外部表面中的第一外部表面相關聯的端部區域，所述端部區域限定所述至少一個內部表面與所述基板之間的介面區域，並且其中，所述外部表面中的第一外部表面具有一定量的光吸收材料，所述光吸收材料位於在所述外部表面的第一外部表面中在所述介面區域處形成的凹陷中。
50. 一種光學設備，包括：

    透光基板，其具有至少兩個平行主外部表面，以用於通過所述主外部表面處的內反射來引導光；

    至少一個至少內部表面，其相對於所述外部表面傾斜地部署在所述基板內，所述內部表面具有與所述基板的外部表面中的第一外部表面相關聯的端部區域，所述端部區域限定所述內部表面與所述基板之間的介面區域；以及

    一定量的光吸收材料，其位於在所述外部表面中的第一外部表面中在所述介面區域處形成的凹陷中。
51. 如請求項50所述的光學設備，其中，所述至少一個內部表面包括多個互相平行的部分反射的表面。
52. 如請求項50所述的光學設備，其中，所述至少一個內部表面被構造成將通過內反射在所述基板內引導的光耦出所述基板。
53. 如請求項50所述的光學設備，其中，所述至少一個內部表面被構造成：將光耦入到所述基板中以使其通過內反射在所述基板內進行傳播。
54. 如請求項50所述的光學設備，其中，所述至少一個內部表面被構造成：將通過內反射在所述基板內引導的光耦入到第二透光基板中，以使其通過內反射在所述第二基板內進行傳播。
55. 如請求項50所述的光學設備，其中，所述光吸收材料包括黑色吸收塗料。
56. 如請求項50所述的光學設備，其中，所述一定量的光吸收材料足以填充所述凹陷。
57. 如請求項50所述的光學設備，其中，所述內部表面具有與所述基板的外部表面中的第二外部表面相關聯的第二端部區域，所述第二端部區域限定所述內部表面與所述基板之間的第二介面區域，所述光學設備還包括：位於在所述外部表面中的第二表面中在所述第二介面區域處形成的凹陷中的一定量的光吸 收材料。
58. 一種製造光學設備的方法，所述方法包括：

    獲得透光基板，所述透光基板具有至少兩個平行主外部表面，以用於通過所述主外部表面處的內部反射來引導光，所述基板具有至少一個至少內部表面，所述至少一個內部表面部署在所述外部表面之間並且相對於所述外部表面傾斜，所述內部表面具有與所述基板的外部表面中的第一外部表面相關聯的端部區域，以限定所述內部表面與所述外部表面中的第一外部表面之間的介面區域；以及

    將一定量的光吸收材料沉積在凹陷中，所述凹陷形成在所述外部表面中的第一外部表面中在所述介面區域處。
59. 如請求項58所述的方法，其中，沉積所述一定量的光吸收材料包括將所述光吸收材料施加到所述外部表面中的基本上整個第一外部表面。
60. 如請求項59所述的方法，還包括：拋光所述外部表面中的第一外部表面以從所述外部表面中的第一外部表面的在所述凹陷之外的基本上所有部分去除所述光吸收材料。
61. 如請求項58所述的方法，其中，獲得所述透光基板包括：將一組塗覆透明板附接在一起以形成堆疊，將所述堆疊進行對角切片以形成具有所述至少兩個平行主外部表面和相對於所述外部表面傾斜的內部表面的所述基板，以及拋光所述外部表面。
62. 如請求項61所述的方法，其中，拋光所述外部表面使得在所述外部表面中的第一表面中在所述介面區域處形成所述凹陷。
63. 如請求項58所述的方法，其中，所述一定量的光吸收材料足以填充所述凹陷。
64. 如請求項58所述的方法，其中，所述內部表面具有與所述基板的外部表面中的第二外部表面相關聯的第二端部區域，以限定所述內部表面與所述外部表面中的第二外部表面之間的介面區域，所述方法還包括：將一定量的光吸收材料沉積在所述外部表面中的第二外部表面中在介面區域處形成的凹陷中，所述介面區域在所述內部表面與所述外部表面中的第二外部表面之間。
65. 一種光學設備，包括：

    透光基板，其具有形成矩形截面的第一對平行主外部表面和第二對平行主 外部表面，所述基板被構造用於通過所述主外部表面處的內反射引導光；

    至少一個內部表面，其相對於所述基板的延伸方向傾斜地部署在所述基板內，被構造成用於將光耦出所述基板；以及

    一定量的光吸收材料，其位於在所述基板的外區域處形成的瑕疵處。
66. 如請求項65所述的光學設備，其中，所述瑕疵包括在所述外部表面之一中形成的劃痕。
67. 如請求項65所述的光學設備，其中，所述瑕疵包括在所述第一對外部表面中的一個外部表面與所述第二對外部表面中的一個外部表面之間形成的邊緣中的缺口。
68. 如請求項65所述的光學設備，其中，所述瑕疵包括在所述第一對外部表面中的一個外部表面與所述第二對外部表面中的一個外部表面之間形成的拐角中的缺口。
69. 如請求項65所述的光學設備，其中，所述內部表面包括與所述基板的外部表面之一相關聯的至少第一端部區域，以限定所述內部表面與所述基板之間的介面區域。
70. 如請求項69所述的光學設備，其中，所述瑕疵包括在所述介面區域處形成的凹陷。
71. 如請求項65所述的光學設備，其中，所述光吸收材料包括黑色吸收塗料。

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