用于发射显示器的具有滤色器的光学系统的制作方法

用于发射显示器的具有滤色器的光学系统
1.本技术要求于2020年9月11日提交的美国临时申请63/077,424号的优先权，该美国临时申请据此全文以引用方式并入本文。


背景技术：

2.本发明整体涉及光学系统，并且更具体地讲，涉及用于显示器的光学系统。
3.电子设备可包括向用户的眼睛呈现图像的显示器。例如，诸如虚拟现实和增强现实头戴式耳机之类的设备可包括具有允许用户观看显示器的光学元件的显示器。
4.设计设备诸如这些设备可能是有挑战性的。如果稍有不慎，用于显示内容的部件可能是难看且笨重的，可消耗过多电力，并且可能未表现出期望的光学性能水平。


技术实现要素：

5.电子设备诸如头戴式设备可具有为用户产生图像的一个或多个近眼显示器。头戴式设备可以是一副虚拟现实眼镜，或者可以是增强现实头戴式耳机，其允许观察者观看计算机生成的图像和观察者周围环境中的真实世界对象两者。
6.近眼显示器可向适眼区提供图像光。显示器可包括发射图像光的一个或多个光源面板。波导可具有将图像光耦合进波导的输入耦合器。波导可具有将图像光耦合出波导并朝向适眼区的输出耦合器。透镜可以光学的方式插置在光源面板和输入耦合器之间，并且可将图像光朝向输入耦合器定向。
7.滤色器可以光学的方式插置在光源面板和输出耦合器之间。滤色器可使用陡峭截止特性来对图像光进行滤波。可使用多个滤色器来对来自不同光源面板的不同颜色的图像光进行滤波。如果需要，合光滤镜组(x-plate)可以光学的方式插置在光源面板和透镜之间(例如，用于组合来自不同光源面板的不同颜色的图像光)。
8.如果需要，滤色器可层叠到滤色器面板上。在另一种合适的布置中，滤色器可层叠到合光滤镜组中的棱镜楔上。在另一种合适的布置中，滤色器可层叠到合光滤镜组中的部分反射器上。在又一种合适的布置中，滤色器可包括位于透镜上的吸收涂层。如果需要，滤色器可以是透镜中的倾斜二向色滤波器。在再一种合适的布置中，滤色器可层叠在输入耦合器的反射表面上。如果需要，滤色器可以是全息光学元件。滤色器可允许图像光表现出期望色点，同时还允许光源面板使用具有峰值发射波长的光发射器，这些峰值发射波长使光发射器的效率及因此显示器的功率效率最大化。
附图说明
9.图1是根据一些实施方案的具有显示器的例示性系统的图示。
10.图2是根据一些实施方案的用于显示器的例示性光学系统的顶视图，该光学系统具有发射光源和带有输入耦合器的波导。
11.图3是根据一些实施方案的具有发射光源和滤色器的例示性光学系统的顶视图。
12.图4是根据一些实施方案的具有在合光滤镜组中的部分反射器上的滤色器的例示
性光学系统的顶视图。
13.图5是根据一些实施方案的具有用于向单独的输入耦合器提供图像光的单独的滤色器的例示性光学系统的顶视图。
14.图6是根据一些实施方案的发射多种颜色的图像光的例示性发射光源面板的顶视图。
15.图7是根据一些实施方案的具有反射滤色器的例示性输入耦合器的顶视图。
16.图8是根据一些实施方案的具有倾斜二向色滤波器的例示性光学系统的顶视图。
17.图9是根据一些实施方案的归一化光谱强度随例示性发射光源和滤色器的波长变化的曲线图。
18.图10是根据一些实施方案的滤色器截止波长随发射光源平均波长变化的曲线图。
具体实施方式
19.图1中示出了一个例示性系统，其具有带有一个或多个近眼显示系统的设备。系统10可以是头戴式设备，其具有一个或多个显示器，诸如安装在支撑结构(壳体)20内的近眼显示器14。支撑结构20可具有一副眼镜(例如，支撑框架)的形状，可形成具有头盔形状的外壳，或者可具有用于帮助将近眼显示器14的部件安装和固定在用户的头部上或眼睛附近的其他配置。近眼显示器14可包括一个或多个显示模块诸如显示模块14a，以及一个或多个光学系统诸如光学系统14b。显示模块14a可安装在支撑结构诸如支撑结构20中。每个显示模块14a可发射光22(在本文中有时被称为图像光22)，使用光学系统14b中的相关联光学系统将该光朝适眼区24处的用户眼睛重定向。
20.可使用控制电路16来控制系统10的操作。控制电路16可包括用于控制系统10的操作的存储和处理电路。电路16可包括存储装置，诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态或动态随机存取存储器)等。控制电路16中的处理电路可基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、电源管理单元、音频芯片、图形处理单元、专用集成电路以及其他集成电路。软件代码(指令)可存储在电路16中的存储器上，并且在电路16中的处理电路上运行，以实现用于系统10的操作(例如，数据采集操作、涉及使用控制信号调节部件的操作、产生图像内容以向用户显示的图像渲染操作等)。
21.系统10可包括输入输出电路诸如输入-输出设备12。输入-输出设备12可用于允许由系统10从外部装置(例如，拴系计算机、便携式设备(诸如手持设备或膝上型计算机)或其他电气装置)接收数据，并且允许用户向头戴式设备10提供用户输入。输入-输出设备12还可用于收集有关在其中操作的系统10(例如，头戴式设备10)的环境的信息。设备12中的输出部件可允许系统10向用户提供输出，并且可用于与外部电子装置通信。输入-输出设备12可包括传感器和其他部件18(例如，用于采集与系统10中的显示器上的虚拟对象数字地合并的真实世界对象的图像的图像传感器、加速度计、深度传感器、光传感器、触觉输出设备、扬声器、电池、用于在系统10和外部电子装置之间通信的无线通信电路等)。
22.显示模块14a(在本文中有时称为显示引擎14a、光引擎14a或投影仪14a)可包括反射式显示器(例如，具有产生照明光(该照明光从反射式显示面板反射以产生图像光)的光源阵列的显示器，诸如硅上液晶(lcos)显示器、数字微镜设备(dmd)显示器或其他空间光调
制器)、发射式显示器(例如，微发光二极管(uled)显示器、有机发光二极管(oled)显示器、基于激光的显示器等)或其他类型的显示器。显示模块14a是包括发射光源的发射显示器的示例在本文中作为示例来描述。发射光源可包括发光二极管(led)诸如微发光二极管(uled)、有机发光二极管(oled)或其他led、激光器、这些部件的组合或任何其他期望的发光部件。发射光源包括led(例如，uled、oled或其他led)的示例在本文中作为示例来描述。
23.光学系统14b可形成允许观察者(参见例如适眼区24处的观察者的眼睛)观察显示器14上的图像的透镜。可存在与用户的相应左眼和右眼相关联的两个光学系统14b(例如，用于形成左透镜和右透镜)。单个显示器14可为双眼产生图像，或者一对显示器14可用于显示图像。在具有多个显示器(例如，左眼显示器和右眼显示器)的配置中，可选择由光学系统14b中的部件形成的透镜的焦距和位置，使得显示器之间存在的任何间隙对于用户将是不可见的(例如，使得左显示器和右显示器的图像无缝地重叠或合并)。
24.如果需要，光学系统14b可包括部件(例如，光学组合器等)以允许来自真实世界图像或对象25的真实世界图像光与虚拟(计算机生成的)图像诸如图像光22中的虚拟图像在光学上组合。在这种类型的系统(有时称为增强现实系统)中，系统10的用户可查看真实世界内容和覆盖在真实世界内容之上的计算机生成的内容两者。基于相机的增强现实系统也可用于设备10中(例如，相机捕获对象25的真实世界图像并且将该内容与光学系统14b处的虚拟内容进行数字合并的布置)。
25.如果需要，系统10可包括无线电路和/或其他电路，以支持与计算机或其他外部装置(例如，向显示器14提供图像内容的计算机)通信。在操作期间，控制电路16可将图像内容提供给显示器14。可以远程接收该内容(例如，从耦接到系统10的计算机或其他内容源)和/或可以由控制电路16生成该内容(例如，文本、其他计算机生成的内容等)。由控制电路16提供给显示器14的内容可由适眼区24处的观察者观看。
26.图2是可在图1的系统10中使用的例示性显示器14的顶视图。如图2所示，显示器14可包括一个或多个显示模块诸如显示模块14a，以及光学系统诸如光学系统14b。光学系统14b可包括光学元件诸如一个或多个波导26。波导26可包括由光学透明材料诸如塑料、聚合物、玻璃等所形成的一个或多个层叠基底(例如，层叠平面和/或弯曲层，在本文中有时称为“波导基底”)。
27.如果需要，波导26还可包括一层或多层全息记录介质(在本文中有时称为“全息介质”、“光栅介质”或“衍射光栅介质”)，在该全息记录介质上记录一个或多个衍射光栅(例如，全息相位光栅，在本文中有时称为“全息图”)。全息记录可存储为光敏光学材料诸如全息介质内的光学干涉图案(例如，不同折射率的交替区域)。该光学干涉图案可产生全息相位光栅，当用给定光源照射该全息相位光栅时，该全息相位光栅衍射光以产生全息记录的三维重建。全息相位光栅可以是用永久干涉图案编码的不可开关的衍射光栅，或者可以是可开关的衍射光栅，其中可以通过控制施加到全息记录介质的电场来调制射光。如果需要，可在相同体积的全息介质内记录多个全息相位光栅(全息图)(例如，叠加在相同体积的光栅介质内)。全息相位光栅可为例如体积全息图或光栅介质中的薄膜全息图。光栅介质可包括光聚合物、明胶诸如重铬酸盐明胶、卤化银、全息聚合物分散液晶或其他合适的全息介质。
28.波导26上的衍射光栅可包括全息相位光栅诸如体积全息图或薄膜全息图、元光栅
或任何其他所需的衍射光栅结构。波导26上的衍射光栅还可包括形成在波导26中的基底的一个或多个表面上的表面凹凸光栅、由金属结构的图案形成的光栅等。衍射光栅可例如包括在相同体积的光栅介质内至少部分重叠的多个复用光栅(例如，全息图)(例如，用于以一个或多个对应的输出角度衍射不同颜色的光和/或来自不同输入角度范围内的光)。
29.光学系统14b可包括准直光学器件诸如准直透镜34。准直透镜34可包括有助于将图像光22朝波导26定向的一个或多个透镜元件。如果需要，可省略准直透镜34。如果需要，显示模块14a可安装在图1的支撑结构20内，而光学系统14b可安装在支撑结构20的部分之间(例如，以形成与适眼区24对准的透镜)。如果需要，可使用其他安装布置。
30.如图2所示，显示模块14a可包括生成(发射)与要显示到适眼区24的图像内容相关联的图像光22的一个或多个发射光源36。在本文作为示例描述的一种合适的布置中，发射光源包括一个或多个(例如，三个)发射光源面板。每个发射光源面板可包括发射对应颜色(波长范围)的光的光发射器诸如led(例如，uled、oled、其他led等)的阵列。可使用透镜诸如准直透镜34对图像光22进行准直。光学系统14b可用于将从显示模块14a输出的图像光22呈现到适眼区24。
31.光学系统14b可包括一个或多个光学耦合器诸如输入耦合器28、交叉耦合器32和输出耦合器30。在图2的示例中，输入耦合器28、交叉耦合器32和输出耦合器30形成在波导26处或其上。输入耦合器28、交叉耦合器32和/或输出耦合器30可完全入在波导26的基底层内、可部分嵌入在波导26的基底层内、可安装到波导26(例如，安装到波导26的外表面)等。
32.图2的示例仅为例示性的。可省略这些耦合器中的一个耦合器或多个耦合器(例如，交叉耦合器32)。光学系统14b可包括相对于彼此横向和/或竖直堆叠的多个波导。每个波导可包括耦合器28、耦合器32和耦合器30中的一个耦合器、两个耦合器、全部耦合器或不包括这些耦合器。如果需要，波导26可为至少部分弯曲的或弯折的。
33.波导26可经由全内反射沿其长度向下引导图像光22。输入耦合器28可被配置为将图像光22从显示模块14a耦合进波导26，而输出耦合器30可被配置为将图像光22从波导26内耦合到波导26外部并朝向适眼区24。输入耦合器28可包括一个或多个输入耦合棱镜、一个或多个衍射光栅、波导26的一个或多个小面或表面等。作为示例，显示模块14a可沿+y方向将图像光22朝向光学系统14b发射。当图像光22撞击输入耦合器28时，输入耦合器28可重定向图像光22，使得该光在波导26内经由全内反射朝向输出耦合器30(例如，沿+x方向)传播。当图像光22撞击输出耦合器30时，输出耦合器30可将图像光22朝向适眼区24(例如，沿-y轴方向)离开波导26重定向。例如，在交叉耦合器32包括在波导26处的场景中，交叉耦合器32可在图像光22沿波导26的长度向下传播时沿一个或多个方向重定向该图像光。
34.输入耦合器28、交叉耦合器32和输出耦合器30可基于反射光学器件和折射光学器件，或者可基于全息(例如，衍射)光学器件。在其中耦合器28、耦合器30和耦合器32由反射光学器件和折射光学器件形成的布置中，耦合器28、耦合器30和耦合器32可包括一个或多个反射器(例如，微镜、部分镜、装百叶窗镜、或其他反射器的阵列)。在耦合器28、耦合器30和耦合器32基于全息光学器件的布置中，耦合器28、耦合器30和耦合器32可包括衍射光栅(例如，体积全息图、表面凹凸光栅等)。
35.在本文中有时作为示例描述的一种合适的布置中，输出耦合器30由嵌入在波导26内的衍射光栅或微镜(例如，堆叠在透明聚合物波导基底之间的光栅介质上记录的体积全
息图，嵌入插置在透明聚合物波导基底之间的聚合物层中的微镜阵列等)形成，而输入耦合器28包括安装到波导26的外表面(例如，由接触用于形成输出耦合器30的光栅介质或聚合物层的波导基底所限定的外表面)的反射棱镜。
36.换句话讲，显示器14可沿光学路径38将图像光22从显示模块14a提供到适眼区24。准直透镜34、输入耦合器28、交叉耦合器32和输出耦合器30可(以光学的方式)插置在光学路径38上(例如，其中交叉耦合器32在输入耦合器28和输出耦合器30之间以光学的方式插置在光学路径38上，输出耦合器30在交叉耦合器32和适眼区24之间以光学的方式插置在光学路径38上，等等)。该示例仅为例示性的，并且一般来讲，光学路径38可包括任何期望的光学部件，这些任何期望的光学部件包括以任何期望方式布置的任何期望数量的全息光学元件。
37.在本文中作为示例描述的一种合适的布置中，光源36包括发射图像光22的led。led可以阵列布置在一个或多个发射显示面板(例如，led面板)中。每个显示面板可包括发射相应颜色的光的led。作为示例，led面板可包括具有发射红光的红光led的第一led面板、具有发射绿光的绿光led的第二led面板以及具有发射蓝光的蓝光led的第三led面板。由于外延生长技术和有限的发射光谱线宽的限制，在还保持高水平的面板发射功率效率的同时实现红光led(例如，红色gan基led像素)的饱和色和控制绿光led(例如，gan基led像素)的色点存在挑战。这是因为在led外延膜中实现和控制期望波长伴随着led效率代价(例如，因为较长波长的ingan红光led具有较差的外延膜内部量子效率和由于较低光度值导致的较低亮度)。gan基led可例如包括gan和/或algan缓冲层、位于有源层中的一个或多个ingan量子阱(qw)(例如，其中有源层夹置在p掺杂区域和n掺杂区域之间)以及位于有源层和p掺杂区域之间的algan电子阻挡层。
38.为了减轻这些问题并优化系统的功率效率，显示器14可包括插置在光学路径38上的一个或多个滤色器，以用于对图像光22进行光谱滤波。滤色器可包括长通滤波器、短通滤波器、带通滤波器、带阻(陷波)滤波器或任何其他期望的滤色器。滤色器可用于包含图像光22的色点而不显著牺牲功率效率和图像质量。这可例如允许使用具有专门配置的(例如，更短的)峰值发射波长的led光谱，该led光谱进而实现高得多的内部量子效率和/或光谱平均光度，从而导致改善的显示面板功率效率。
39.为了满足对特定色域进行着色的主要要求，红光led需要发射长于特定限度的波长。同时，蓝光和绿光led需要发射介于特定限度之间的波长。显示器14所使用的色域可包括dcip3颜色空间或srgb颜色空间，仅作为两个示例。ingan红光led的更宽光谱通常需要更长的总光谱目标。然而，使由红光led发射的红光通过长通滤波器可截断由红光led产生的图像光的短波长尾部，这有助于将色点移动到红色。同时，由于有限的蓝色/绿色光谱线宽，仅小范围的波长调谐(例如，+/-3nm-4nm)可被允许用于渲染dcip3，这难以通过外延生长方法来控制。
40.一般来讲，用于优化显示器14的性能的滤色器可在任何期望位置处插置在光学路径38上。图3是示出滤色器的一些可能位置的顶视图。如图3所示，显示模块14a可包括一个或多个光源36，诸如第一光源36r、第二光源36g和第三光源36b。在本文中作为示例描述的一种合适布置中，光源36r发射红色波长的图像光22(例如，红色图像光22r)并且因此在本文中有时可称为红色光源36r，光源36g发射绿色波长的图像光22并且因此在本文中有时可
称为绿色光源36g，并且光源36b发射蓝色波长的图像光22并且因此在本文中有时可称为蓝色光源36b。这仅仅为例示性的，并且一般来讲，光源36r、36g和36b可发射任何期望颜色(波长范围)的图像光。如果需要，显示模块14a可包括少于所有三个光源36r、36g和36b，或者可包括用于发射另外的波长范围内的光的另外的光源36。
41.红色光源36r可以是包括发射红色图像光22r的红光发射元件(红色像素)的阵列的面板。蓝色光源36b可以是包括发射蓝色图像光的蓝光发射元件(蓝色像素)的阵列的面板。绿色光源36g可以是包括发射绿色图像光的绿光发射元件(绿色像素)的阵列的面板。在本文中作为示例描述的一种合适布置中，光源36r、36g及36b中的发射元件(像素)可以是led(例如，uled、oled或其他类型的led)。
42.每个光源36可发射对应波长范围的图像光22。为了清楚起见，图3中仅示出了红色图像光22r。显示模块14a可包括光学元件诸如将由每个光源36产生的图像光组合成图像光22的合光滤镜组40。合光滤镜组40可包括第一部分反射器42和与部分反射器42相交的第二部分反射器44。合光滤镜组40可包括位于部分反射器42和44之间的棱镜楔，或者可没有棱镜。在合光滤镜组40包括棱镜楔的场景中，合光滤镜组40在本文中有时可称为合光棱镜(x-cube)40。
43.部分反射器42和44可包括材料界面诸如涂层。涂层可将部分反射器42和44配置为透射某些波长的图像光，同时反射其他波长的图像光。例如，部分反射器44可反射红色图像光22r，同时透射来自光源36b的蓝色图像光和来自光源36g的绿色图像光。同时，部分反射器42可反射来自蓝色光源36b的蓝色图像光，同时透射来自光源36g的绿色图像光和来自光源36r的红色图像光。
44.如图3所示，红色光源36r可发射红色图像光22r。部分反射器44可将红色图像光22r朝向准直透镜34反射。透镜34可将红色图像光22r定向(聚焦)到输入耦合器28上。透镜34可包括插置在图2的光学路径38上的一个或多个透镜元件46。输入耦合器28可将红色图像光22r耦合进(图2的)波导26。输入耦合器28在图3的示例中被示为反射输入耦合棱镜(例如，为了清楚起见，波导26未在图3中示出)。这仅仅为例示性的，并且如果需要，输入耦合器28可以是透射输入耦合棱镜、衍射或全息元件、或用于波导26的任何其他期望的输入耦合结构。
45.显示器可包括以光学的方式插置在光学路径38(图2)上的一个或多个滤色器50。如果需要，滤色器50可以光学的方式插置在红色光源36r和合光滤镜组40之间。例如，滤色器50可层叠到合光滤镜组40(例如，用于形成合光滤镜组40的棱镜楔)的表面上。又如，滤色器50可与合光滤镜组40和红色光源36r两者间隔开(例如，在合光滤镜组40不包括棱镜楔的场景中)。再如，滤色器50可层叠到红色光源36r的表面上(例如，在位置52处)。在红色光源36r的表面上形成滤色器50可用于使杂散光最小化。例如，在用于形成合光滤镜组40的棱镜楔上形成滤色器50可相对于位置52降低制造成本和复杂性。
46.如果需要，滤色器50可在合光滤镜组40和输入耦合器28之间以光学的方式插置在光学路径38(图2)上。例如，滤色器50可插置在准直透镜34中的透镜元件46之间的和/或准直透镜34和输入耦合器28之间的一个或多个位置48处。位置48可在透镜元件46之间或可在透镜元件46的表面上(例如，滤色器50可由一个或多个透镜元件46的表面上的吸收涂层形成)。如果需要，可使用多个滤色器50，使得滤色器50位于如图3所示的这些位置中的一个或
多个位置处。当红色图像光22r传递到输入耦合器28时，红色图像光可穿过滤色器50并且由滤色器滤波。滤色器50可用于对红色图像光22r进行光谱滤波以包含图像光22的色点(例如，因此图像光22包含对应色域的期望的波长混合)，从而允许适眼区处的图像表现出(例如，对应色域的)期望波长混合，同时还允许红色光源36r中的led表现出使led的效率及因此显示器14的功率效率最大化的期望峰值或平均发射波长(例如，在不存在滤色器50的情况下将不提供对应色域的期望波长混合的峰值或平均波长)。
47.虽然图3示出了滤色器50对红色图像光22r的操作，但是诸如滤色器50的滤色器也可用于对来自绿色光源36g的绿色图像光和/或来自蓝色光源46b的蓝色图像光进行滤波(例如，在位置48处、在合光滤镜组40的棱镜楔上和/或在光源自身上)。在本文中有时作为示例描述的一种合适的布置中，滤色器50在用于对红色图像光22r进行滤波时可以是长通滤波器(例如，使红色波长通过同时截止红色图像光22r的较短波长尾部的长通滤波器)，并且在用于对蓝色或绿色图像光进行滤波时可以是带通滤波器。该示例仅为例示性的，并且一般来讲，滤色器50可以是短通滤波器、长通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器或用于由光源36r、36g及36b产生的颜色中的任一种颜色的任何其他期望滤波器。
48.在本文中作为示例描述的一种合适的布置中，位置52处或合光滤镜组40上的滤色器50(例如，如图3所示)可以是透射经滤波的红色图像光22的吸收滤波器。这仅为例示性的，并且一般来讲，滤色器50可以是反射或透射滤波器。一般来讲，作为示例，滤色器50可以是二向色滤波器、吸收滤波器(膜)或全息滤波器。
49.如果需要，光源36r、36g和36b可由单个rgb面板代替。在这些情况下，合光滤镜组40可省略，并且滤色器50可位于准直透镜34中的一个或多个位置48处。在这些场景中，滤色器50可被优化以适当地使对应于由单个rgb面板中的红色、绿色和蓝色光源发射的图像光的红色、绿色和蓝色波段的光穿过。
50.如果需要，滤色器50可层叠到部分反射器42和44中的一者或两者上。图4是示出滤色器50可如何层叠到部分反射器42上的顶视图。如图4所示，滤色器50可由部分反射器42上的膜或涂层形成。在红色图像光22r已经从部分反射器44反射之后，滤色器50可对红色图像光进行滤波。滤色器50还可对已经从红色光源36r直接接收到的红色图像光22r进行滤波。然后，该经滤波的红色图像光22r透射通过部分反射器42并且从部分反射器44朝向准直透镜反射。作为示例，图4的滤色器50可以是截止来自绿色光源36g的绿色光的反射的吸收滤波器。
51.在该示例中，蓝色光源36b发射由滤色器50以及部分反射器42和44透射的蓝色图像光22b。绿色光源36g发射被部分反射器42反射的绿色图像光。另外的滤色器50诸如绿色和/或蓝色带通滤波器(未示出)可层叠到部分反射器44和/或42上以用于绿色和蓝色图像光。这些带通滤波器可在颜色之间交叉协调以允许红色、绿色和蓝色图像光作为图像光22传递到准直透镜。
52.如果需要，单独的输入耦合器28可用于显示模块14a中的每个光源36。在这些场景中，单独的滤色器50可用于每个光源36。图5是示出单独的输入耦合器和滤色器可如何用于每个光源36的顶视图。如图5所示，每个光源36可产生图像光22的由相应的输入耦合器28耦合进波导26(图2)的一部分。
53.如果需要，滤色器50可层叠到一个或多个光源36(例如，红色光源36r、蓝色光源
36b等)的表面上。在光源36的表面上形成滤色器50可用于例如使系统中的杂散光最小化。在另一种合适的布置中，滤色器50可形成在输入耦合器28处或其上(例如，在输入耦合器28的面向光源36的面处)。
54.如果需要，红色、绿色和蓝色光源可集成到设置有滤色器50的单个rgb面板中。图6是示出红色、绿色和蓝色光源可如何集成到设置有滤色器50的单个rgb面板中的顶视图。如图6所示，光源36可以是具有光发射器/像素(例如，led)的阵列的发射显示面板。红光led可发射朝向准直透镜34定向的红色图像光22r。蓝光led可发射朝向准直透镜34定向的蓝色图像光22b。绿光led可发射朝向准直透镜34定向的绿色图像光22g。
55.如图6所示，滤色器50诸如红色滤色器50r和绿色滤色器50g可层叠到光源36的表面上。红色滤色器50r可重叠光源36中的红光led，并且蓝色滤色器50b可重叠蓝光led。在图6的示例中，光源36中的蓝光led没有设置任何滤色器50。这仅为例示性的，并且如果需要，蓝色滤色器可层叠在蓝光led之上。在本文中作为示例描述的一种合适的布置中，红色滤色器50r是使红色波长通过同时截止红色图像光的短波长尾部的长通滤波器，并且绿色滤色器50g是绿色带通滤波器。该示例仅仅是例示性的。
56.如果需要，滤色器50可以是层叠到输入耦合器28的反射面上的反射滤色器。图7是示出滤色器50如何可以是层叠到输入耦合器28的反射面上的反射滤色器的顶视图。如图7所示，输入耦合器28可以是安装到波导26(例如，波导26的与显示模块相对的表面)的反射输入耦合棱镜。反射输入耦合棱镜可具有反射表面60(例如，相对于波导26的侧表面成角度的表面)。图像光22可穿过波导26和输入耦合器28，并且可从反射表面60反射到波导22中。滤色器50可以适合于全内反射的角度(例如，在波导的全内反射范围内的角度)仅将图像光22的期望波长反射到波导26中。这可用于将其他波长从到达适眼区的图像光滤除。
57.在一种合适的布置中，图7的滤色器50可以是具有一个或多个复用全息图的全息滤波器。全息图可将期望波长范围的光衍射到波导26中以进行全内反射。全息图可以波导26的全内反射范围之外的角度衍射其他波长的光。例如，全息图可将其他波长的光朝向光学吸收器64衍射，从而将这些波长从光学路径38(图2)去除。
58.用于反射红色图像光22r、蓝色图像光或绿色图像光的单个滤色器50可层叠到反射表面60上。在另一种合适的布置中，用于反射不同颜色的多个滤色器50可层叠到反射表面60上。在使用单个rgb面板来产生图像光22的情况下，滤色器50可被配置为使对应的红色、绿色和蓝色波段的图像光通过(或反射这些波段的图像光)。
59.如果需要，滤色器50可以是倾斜二向色滤波器。图8是示出滤色器50是倾斜二向色滤波器的示例中的滤色器50的不同位置的顶视图。如图8所示，准直透镜34可在准直透镜34和输入耦合器之间的位置66处包括倾斜二向色滤波器(例如，滤色器50)。例如，倾斜二向色滤波器可倾斜，使得图像光以相对于滤波器的侧向平面的非正交角度入射在滤波器上。当倾斜二向色滤波器在位置66处时，滤波器可使经滤波的图像光(例如，红色图像光22r)通过，同时将图像光的其他波长反射出光学路径，诸如反射到光阑孔径72(例如，插置在准直透镜34的透镜元件46-1和46-2之间的光阑孔径)，如箭头78所示。
60.作为另一示例，准直透镜34可在透镜元件46-1和46-2之间的位置68处包括倾斜二向色滤波器(例如，滤色器50)。当倾斜二向色滤波器在位置68处时，滤波器可使经滤波的图像光(例如，红色图像光22r)通过，同时将图像光的其他波长反射出光学路径，诸如反射到
光捕集器74(例如，光学吸收器)，如箭头80所示。
61.作为又一示例，准直透镜34可在透镜元件46-1和46-2之间的位置70处包括倾斜二向色滤波器(例如，滤色器50)。当倾斜二向色滤波器在位置70处时，滤波器可使经滤波的图像光(例如，红色图像光22r)通过，同时将图像光的其他波长反射出光学路径，诸如经由合光滤镜组40反射到吸收掩模76。虽然图8仅示出了滤色器50对红色图像光22r的操作，但是滤色器50可类似地对由绿色光源36g发射的绿色图像光和/或由蓝色光源36b发射的蓝色图像光进行操作。
62.尽管使用了以使led的效率及因此显示器的功率效率最大化的峰值波长发射光的led，但是使用滤色器50可允许显示器14表现出期望色点。在不存在滤色器的情况下，以使led的效率最大化的峰值波长发射光的led可能无法恢复期望色点。为了恢复期望色点，滤色器50可表现出随波长变化的相对陡峭的截止。
63.图9是示出滤色器50可如何对红色图像光22r进行滤波以恢复图像光22的期望色点的一个示例的曲线图。在图9中，水平轴线绘制了波长(例如，以nm为单位)。垂直轴线绘制了归一化为红色光源36r中的给定光发射器(例如，红色光源36r中的红光led)的峰值强度的光谱强度。在图9的示例中，滤色器是长通滤波器。这仅为例示性的，并且如果需要，滤色器可以是吸收波长比红色发射范围长的光的带通滤波器。
64.图9的曲线100绘制了光源36r中的红光led的调制光谱响应的示例。如曲线100所示，红光led可在峰值发射波长λ
peak
(例如，红色波长)处表现出峰值强度。用于对由红光led产生的红色图像光22r进行滤波的滤色器50可具有如由曲线102给定的透射系数。如曲线102所示，滤色器可以是使相对长的波长通过并且阻挡(吸收)相对低的波长(例如，滤色器可吸收或偏转红色图像光的橙色光谱尾部)的长通滤波器。
65.为了恢复图像光中的期望色点，滤色器50(曲线102)可表现出相对陡峭的截止特性。例如，曲线102可在波长λ2处表现出0.9(90％)的透射系数，并且可在波长λ1处表现出0.1(10％)的透射系数。滤色器50的截止中的陡度(尖锐度)可由90％/10％截止特性w表征。例如，90％/10％截止特性w可以是滤色器表现出90％透射系数和10％透射系数之间的波长间隔(例如，90％/10％截止特性w可等于λ
2-λ1)。如本文所用，90％/10％截止特性w还可说明在滤色器插置在合光滤镜组40和光源36之间的场景中在部分反射器42和/或44上的涂层中的滤波效果。90％/10％截止特性可用于表征滤色器50的上升截止或下降截止。90％/10％截止特性有时也称为10％/90％截止特性。
66.滤色器50还可由对应的截止波长λ
cut
表征。截止波长λ
cut
可例如被定义为波长λ2和λ1之间的一半的波长(例如，对应于90％/10％截止特性w的二分之一的波长)。一般来讲，较短的90％/10％截止特性与较陡的滤波器响应(例如，随从阻挡图像光到使图像光通过的波长变化的透射系数的较陡转变)相关联，而较长的90％/10％截止特性与较浅的滤波器响应相关联。
67.图9的虚线曲线104示出已经由滤色器50滤波(例如，通过将与曲线102相关联的长通滤波器应用于与曲线100相关联的led响应)的红色图像光22r的光谱强度。如曲线104所示，滤色器50可截止与曲线100相关联的较短波长尾部。例如，这可允许红光led被选择为表现出相比在不存在滤色器的情况下原本将可能的(用于恢复期望色点)的发射波长更短的峰值发射波长或更短的平均发射波长(例如，质心波长)λ
avg
(例如，其中λ
avg
＝sum(int(λ)*
λ)/sum(int(λ))并且int()是曲线100在波长上的积分)。在这些更短峰值或平均发射波长下操作的红光led相比在更大波长处达到峰值的红光led可例如表现出更高的效率。这可因此用于优化显示器14的功率效率，同时滤色器50用于恢复期望色点，尽管红光led的峰值或平均发射波长较短。
68.图9的示例仅为例示性的。曲线100-104在实践中可具有其他形状。虽然图9的示例示出了滤色器50对红色图像光22r的操作，但是另外的滤色器50也可对由绿色光源发射的绿色图像光22g和/或由蓝色光源发射的蓝色图像光22b进行操作。例如，这些滤色器50可以是带通滤波器。带通滤波器可具有对应的通带，该通带在通带的任一侧上具有较短截止波长λ
cut
和较长截止波长λ
cut
。为了恢复图像光22中的期望色点，红色、绿色和/或蓝色滤色器50的关于每个截止波长λ
cut
的90％/10％截止特性可相对陡峭(例如，小于最大阈值90％/10％截止特性值，诸如10nm)。
69.一般来讲，滤色器50中的每一个滤色器的截止波长λ
cut
可基于对应led的峰值或平均发射波长来选择。图10是示出截止波长λ
cut
可如何基于对应led的平均波长λ
avg
来选择的曲线图。在图10中，水平轴线绘制了led的平均波长λ
avg
，并且垂直轴线绘制了截止波长λ
cut
。曲线110绘制了对应led的每个平均波长λ
avg
的最有效滤波器截止波长λ
off
。一般来讲，曲线110和虚线曲线112之间的边距114内的任何截止波长可恢复图像光中的合适色点。
70.用于任何给定滤色器50的截止波长λ
cut
可基于曲线110和112来选择。例如，可首先识别最高效平均波长λ
avg
(例如，可识别产生具有对应平均或质心波长λ
avg
的图像光的特定led组成/设计)。然后，可使用曲线110和112来选择用于对图像光进行滤波的滤色器50的截止波长λ
cut
。例如，如果识别到具有最佳效率和平均波长λa的led，则曲线110上的对应截止波长λ
cut
(例如，截止波长λb)可为用于该led的最高效截止波长。然而，一般来讲，位于曲线110和112之间的边距114内的对应于平均波长λa的任何截止波长λ
cut
可用于滤色器50。
71.图10的示例仅为例示性的。曲线110和112在实践中可具有其他形状(例如，取决于要使用的色域)。换句话讲，通过为光源36r、36g和/或36b选择优化led效率及因此显示模块14a的功率效率的led并且然后为表现出对应截止波长λ
cut
和相对陡峭的截止特性(例如，相对陡峭的90％/10％截止特性w，如图9所示)的光源中的一个或多个光源提供滤色器50，可使显示模块14a的功率效率最大化而不牺牲提供到适眼区的图像中的色点。
72.例如，为了恢复期望色点，用于对由红色光源36r发射的红色图像光进行滤波的滤色器50可以是具有小于或等于20nm、小于18nm、小于15nm、18nm、小于25nm、小于或等于30nm的90％/10％截止特性w或另一合适的陡峭截止特性的长通滤波器。红色滤色器的截止波长λ
cut
可在580nm-605nm之间。红色光源36r中的对应红光led的峰值发射波长λ
peak
可在580nm-620nm之间。虽然这些波长在本文中作为示例在峰值波长方面加以描述，但是这些波长也可在平均或质心波长方面加以描述。用于对由绿色光源36g发射的绿色图像光或由蓝色光源36b发射的蓝色图像光进行滤波的滤色器50可以是具有20nm-80nm宽并且在通带的任一侧上具有尖锐截止的通带(带通)的带通滤波器。绿色和蓝色滤色器的在通带的任一侧上的90％/10％截止特性可例如小于10nm、小于5nm、小于15nm或者是另一合适的陡峭截止特性。例如，蓝色光源36b中的对应蓝光led的峰值发射波长λ
peak
可在457nm-470nm之间，并且绿色光源36g中的对应绿光led的峰值发射波长λ
peak
可在525nm-550nm之间。
73.在一个更具体的示例中，当显示器14使用dcip3色域操作时，红色光源36r中的红
光led可具有在605nm-620nm之间的峰值发射波长λ
peak
，并且对应的(红色)滤色器50可以是具有在595nm-605nm之间的吸收截止波长(例如，λ
cut
)的长通或带通红色滤色器(或滤色器的组合)。同时，当显示器14使用dcip3色域操作时，绿色光源36g中的绿光led可具有在525nm-550nm之间的峰值发射波长λ
peak
，并且对应的(绿色)滤色器50可以是具有带宽(例如，通带带宽)为30nm-50nm并且在通带的两侧上的尖锐(陡峭)90％/10％截止特性小于10nm的通带的带通绿色滤色器。以此方式配置绿色滤色器可例如将绿色图像光的λ
avg
容限从7nm放宽到大于12nm。
74.当显示器14使用srgb色域操作时，红色光源36r中的红光led可具有在600nm-615nm之间的峰值发射波长λ
peak
，并且对应的(红色)滤色器50可以是具有在580nm-595nm之间的吸收截止波长(例如，λ
cut
)的长通或带通红色滤色器(或滤色器的组合)。当显示器14使用dcip3色域或srgb色域操作时，蓝光源36b中的蓝光led可具有在457nm-470nm之间的峰值发射波长λ
peak
，并且对应的(蓝色)滤色器50可以是具有带宽(例如，通带带宽)为20nm-30nm并且在通带两侧上的尖锐(陡峭)90％/10％截止特性小于10nm的通带的带通蓝色滤色器。通带带宽可被定义为对应通带的上端上的截止波长λ
cut
和对应通带的下端上的截止波长λ
cut
之间的波长差(例如，其中截止波长λ
cut
由对应90％/10％截止特性的中点限定)。
75.在滤色器50是二向色长通滤波器(例如，用于对红色图像光22r进行滤波)的示例中，如果需要，滤色器50可由多层薄膜干涉滤波器形成。薄膜干涉滤波器可包括高折射率材料层和低折射率材料(诸如tio2和sio2)的交替层。仅作为一个示例，薄膜干涉滤波器可包括具有在2nm-3nm之间的厚度的第一sio2层、具有在25nm-28nm之间的厚度的第二tio2层、具有在90nm-100nm之间的厚度的第三sio2层、具有在170nm-175nm之间的厚度的第四tio2层、具有在90nm-100nm之间的厚度的第五sio2层、具有在170nm-175nm之间的厚度的第六tio2层、具有在90nm-100nm之间的厚度的第七sio2层、具有在170nm-175nm之间的厚度的第八tio2层、具有在90nm-100nm之间的厚度的第九sio2层、具有在170nm-175nm之间的厚度的第十tio2层、具有在90nm-100nm之间的厚度的第十一sio2层、具有在170nm-175nm之间的厚度的第十二tio2层、具有在90nm-100nm之间的厚度的第十三sio2层、具有在170nm-175nm之间的厚度的第十四tio2层、具有在60nm-70nm之间的厚度的第十五sio2层、具有在40nm-50nm之间的厚度的第十六tio2层以及具有在70nm-80nm之间的厚度的第十七sio2层。可使用其他叠层。如果需要，本文所述的任何滤色器可以是薄膜干涉滤波器。
76.根据一个实施方案，提供了一种被配置为显示图像光的显示系统，该显示系统包括：波导，该波导具有被配置为将图像光耦合进波导的输入耦合器并且具有被配置为将图像光耦合出波导的输出耦合器；光源面板，该光源面板被配置为发射图像光；相交的部分反射器，这些相交的部分反射器以光学的方式插置在光源面板和输入耦合器之间，这些相交的部分反射器被配置为将图像光朝向波导定向；以及滤色器，该滤色器以光学的方式插置在波导和光源面板之间，该滤色器被配置为对图像光进行滤波。
77.根据另一个实施方案，该滤色器层叠到光源面板上。
78.根据另一个实施方案，该显示系统包括：棱镜楔，该棱镜楔位于这些相交的部分反射器上，该滤色器层叠到该棱镜楔上。
79.根据另一个实施方案，这些相交的部分反射器包括：第一部分反射器，该第一部分反射器被配置为透射由光源面板发射的图像光；第二部分反射器，该第二部分反射器被配
置为反射由光源面板发射的图像光，该滤色器层叠到该第一部分反射器上。
80.根据另一个实施方案，该滤色器被配置为透射蓝光并且被配置为吸收或偏转绿光。
81.根据另一个实施方案，该滤色器被进一步配置为使红光通过，同时吸收或偏转该红光的橙色光谱尾部。
82.根据另一个实施方案，由光源面板发射的该图像光包括红色图像光，并且该滤色器包括选自由长通滤波器和带通滤波器组成的组的滤波器。
83.根据另一个实施方案，该滤色器被配置为以小于或等于20nm的90％/10％截止特性对该红色图像光进行滤波。
84.根据另一个实施方案，该滤色器是吸收滤色器。
85.根据另一个实施方案，该光源面板包括微发光二极管(uled)的阵列，这些uled具有在600nm和620nm之间的峰值发射波长，并且该滤色器具有在580nm和605nm之间的截止波长。
86.根据一个实施方案，提供了一种被配置为显示图像光的显示系统，该显示系统包括：波导，该波导具有被配置为将图像光耦合进波导的输入耦合器并且具有被配置为将图像光耦合出波导的输出耦合器；光源面板，该光源面板被配置为发射图像光；透镜，该透镜以光学的方式插置在光源面板和波导之间，该透镜被配置为将图像光朝向输入耦合器定向；相交的部分反射器，这些相交的部分反射器以光学的方式插置在光源面板和透镜之间，这些相交的部分反射器被配置为将图像光朝向透镜定向；以及滤色器，该滤色器以光学的方式插置在光源面板和输出耦合器之间，该滤色器被配置为对图像光进行滤波。
87.根据另一个实施方案，该输入耦合器包括位于波导上的反射输入耦合棱镜，并且该滤色器层叠在该反射输入耦合棱镜的反射表面上。
88.根据另一个实施方案，该滤色器包括一组全息图，该组全息图被配置为在波导的全内反射范围内将图像光的波长范围反射到波导中，并且该组全息图被配置为将图像光的在该波长范围之外的波长朝向光学吸收器反射。
89.根据另一个实施方案，该滤色器包括位于透镜上的吸收涂层。
90.根据另一个实施方案，该显示系统包括光阑孔径，该滤色器包括以光学的方式插置在透镜和输入耦合器之间的倾斜二向色滤波器，该倾斜二向色滤波器被配置为将图像光的波长范围透射到输入耦合器，并且该倾斜二向色滤波器被配置为将图像光的在该波长范围之外的波长朝向光阑孔径反射。
91.根据另一个实施方案，该显示系统包括：光捕集器；第一透镜元件，该第一透镜元件位于透镜中；以及第二透镜元件，该第二透镜元件位于透镜中，该滤色器包括以光学的方式插置在该第一透镜元件和该第二透镜元件之间的倾斜二向色滤波器，该倾斜二向色滤波器被配置为将图像光的波长范围透射到该第二透镜元件，并且该倾斜二向色滤波器被配置为将图像光的在该波长范围之外的波长朝向光捕集器反射。
92.根据另一个实施方案，该显示系统包括：吸收掩模，该吸收掩模位于光源面板和相交的部分反射器之间；第一透镜元件，该第一透镜元件位于透镜中；以及第二透镜元件，该第二透镜元件位于透镜中，该滤色器包括以光学的方式插置在该第一透镜元件和该第二透镜元件之间的倾斜二向色滤波器，该倾斜二向色滤波器被配置为将图像光的波长范围透射
到该第二透镜元件，并且该倾斜二向色滤波器被配置为经由相交的部分反射器将图像光的在该波长范围之外的波长朝向吸收掩模反射。
93.根据一个实施方案，提供了一种被配置为显示图像光的显示系统，该显示系统包括：波导，该波导具有被配置为将图像光耦合进波导的输入耦合器并且具有被配置为将图像光耦合出波导的输出耦合器；光源面板，该光源面板被配置为发射图像光；透镜，该透镜以光学的方式插置在光源面板和波导之间，该透镜被配置为将图像光朝向输入耦合器定向；以及滤色器，该滤色器以光学的方式插置在光源和输出耦合器之间，该滤色器被配置为以小于或等于30nm的90％/10％截止特性对图像光进行滤波。
94.根据另一个实施方案，该光源面板包括被配置为以在600nm和620nm之间的峰值波长发射图像光的微发光二极管(uled)，并且该滤色器具有在580nm与605nm之间的截止波长。
95.在另一个实施方案中，该光源面板包括被配置为以在525nm和550nm之间的峰值波长发射图像光的微发光二极管(uled)，该滤色器包括具有带宽介于30nm和50nm之间的通带的带通滤波器，并且该通带的两侧上的该90％/10％截止特性小于或等于10nm。
96.在另一个实施方案中，该光源面板包括被配置为以在457nm和470nm之间的峰值波长发射图像光的微发光二极管(uled)，该滤色器包括具有带宽介于20nm和30nm之间的通带的带通滤波器，并且该通带的两侧上的该90％/10％截止特性小于或等于10nm。
97.根据另一个实施方案，该光源面板包括被配置为发射图像光的第一部分的红光发射二极管(led)、被配置为发射图像光的第二部分的绿光led以及被配置为发射图像光的第三部分的蓝光led，该滤色器层叠在该红光led之上，该显示系统包括层叠在该绿光led之上的带通滤波器，并且该带通滤波器具有带宽介于30nm和80nm之间的通带。
98.根据另一个实施方案，该显示系统包括：另外的输入耦合器，该另外的输入耦合器位于波导上；另外的光源面板，该另外的光源面板被配置为发射另外的图像光；以及另外的滤色器，该另外的滤色器以光学的方式插置在另外的光源面板和另外的输入耦合器之间，该另外的滤色器被配置为对另外的图像光进行滤波，并且该另外的输入耦合器被配置为将另外的图像光耦合进波导。
99.根据另一个实施方案，该滤色器层叠到光源面板上，并且该另外的滤色器层叠到另外的光源面板上。
100.根据另一个实施方案，该滤色器层叠到输入耦合器上，并且该另外的滤色器层叠到另外的输入耦合器上。
101.前述内容仅为示例性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

技术特征：
1.一种显示系统，所述显示系统被配置为显示图像光，所述显示系统包括：波导，所述波导具有被配置为将所述图像光耦合进所述波导中的输入耦合器并且具有被配置为将所述图像光耦合出所述波导的输出耦合器；光源面板，所述光源面板被配置为发射所述图像光；相交的部分反射器，所述相交的部分反射器以光学的方式插置在所述光源面板和所述输入耦合器之间，其中所述相交的部分反射器被配置为将所述图像光朝向所述波导定向；以及滤色器，所述滤色器以光学的方式插置在所述波导和所述光源面板之间，其中所述滤色器被配置为对所述图像光进行滤波。2.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述滤色器层叠到所述光源面板上。3.根据权利要求1所述的显示系统，还包括：棱镜楔，所述棱镜楔位于所述相交的部分反射器上，其中所述滤色器层叠到所述棱镜楔上。4.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述相交的部分反射器包括：第一部分反射器，所述第一部分反射器被配置为透射由所述光源面板发射的所述图像光；以及第二部分反射器，所述第二部分反射器被配置为反射由所述光源面板发射的所述图像光，其中所述滤色器层叠到所述第一部分反射器上。5.根据权利要求4所述的显示系统，其中所述滤色器被配置为透射蓝光并且被配置为吸收或偏转绿光。6.根据权利要求5所述的显示系统，其中所述滤色器被进一步配置为：使红光通过，同时吸收或偏转所述红光的橙色光谱尾部。7.根据权利要求1所述的显示系统，其中由所述光源面板发射的所述图像光包括红色图像光，并且其中所述滤色器包括选自由长通滤波器和带通滤波器组成的组的滤波器。8.根据权利要求7所述的显示系统，其中所述滤色器被配置为以小于或等于20nm的90％/10％截止特性对所述红色图像光进行滤波。9.根据权利要求7所述的显示系统，其中所述滤色器是吸收滤色器。10.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述光源面板包括微发光二极管(uled)的阵列，所述uled具有在600nm和620nm之间的峰值发射波长，并且所述滤色器具有在580nm和605nm之间的截止波长。11.一种显示系统，所述显示系统被配置为显示图像光，所述显示系统包括：波导，所述波导具有被配置为将所述图像光耦合进所述波导中的输入耦合器并且具有被配置为将所述图像光耦合出所述波导的输出耦合器；光源面板，所述光源面板被配置为发射所述图像光；透镜，所述透镜以光学的方式插置在所述光源面板和所述波导之间，其中所述透镜被配置为将所述图像光朝向所述输入耦合器定向；相交的部分反射器，所述相交的部分反射器以光学的方式插置在所述光源面板和所述透镜之间，其中所述相交的部分反射器被配置为将所述图像光朝向所述透镜定向；以及滤色器，所述滤色器以光学的方式插置在所述光源面板和所述输出耦合器之间，其中所述滤色器被配置为对所述图像光进行滤波。
12.根据权利要求11所述的显示系统，其中所述输入耦合器包括位于所述波导上的反射输入耦合棱镜，并且其中所述滤色器层叠在所述反射输入耦合棱镜的反射表面上。13.根据权利要求12所述的显示系统，其中所述滤色器包括一组全息图，其中所述一组全息图被配置为在所述波导的全内反射范围内将所述图像光的波长范围反射到所述波导中，并且其中所述一组全息图被配置为将所述图像光的在所述波长范围之外的波长朝向光学吸收器反射。14.根据权利要求11所述的显示系统，其中所述滤色器包括位于所述透镜上的吸收涂层。15.根据权利要求11所述的显示系统，还包括：光阑孔径，其中所述滤色器包括以光学的方式插置在所述透镜和所述输入耦合器之间的倾斜二向色滤波器，所述倾斜二向色滤波器被配置为将所述图像光的波长范围透射到所述输入耦合器，并且所述倾斜二向色滤波器被配置为将所述图像光的在所述波长范围之外的波长朝向所述光阑孔径反射。16.根据权利要求11所述的显示系统，还包括：光捕集器；第一透镜元件，所述第一透镜元件位于所述透镜中；以及第二透镜元件，所述第二透镜元件位于所述透镜中，其中所述滤色器包括以光学的方式插置在所述第一透镜元件和所述第二透镜元件之间的倾斜二向色滤波器，所述倾斜二向色滤波器被配置为将所述图像光的波长范围透射到所述第二透镜元件，并且所述倾斜二向色滤波器被配置为将所述图像光的在所述波长范围之外的波长朝向所述光捕集器反射。17.根据权利要求11所述的显示系统，还包括：吸收掩模，所述吸收掩模位于所述光源面板和所述相交的部分反射器之间；第一透镜元件，所述第一透镜元件位于所述透镜中；以及第二透镜元件，所述第二透镜元件位于所述透镜中，其中所述滤色器包括以光学的方式插置在所述第一透镜元件和所述第二透镜元件之间的倾斜二向色滤波器，所述倾斜二向色滤波器被配置为将所述图像光的波长范围透射到所述第二透镜元件，并且所述倾斜二向色滤波器被配置为经由所述相交的部分反射器将所述图像光的在所述波长范围之外的波长朝向所述吸收掩模反射。18.一种显示系统，所述显示系统被配置为显示图像光，所述显示系统包括：波导，所述波导具有被配置为将所述图像光耦合进所述波导中的输入耦合器并且具有被配置为将所述图像光耦合出所述波导的输出耦合器；光源面板，所述光源面板被配置为发射所述图像光；透镜，所述透镜以光学的方式插置在所述光源面板和所述波导之间，其中所述透镜被配置为将所述图像光朝向所述输入耦合器定向；以及滤色器，所述滤色器以光学的方式插置在所述光源和所述输出耦合器之间，其中所述滤色器被配置为以小于或等于30nm的90％/10％截止特性对所述图像光进行滤波。19.根据权利要求18所述的显示系统，其中所述光源面板包括被配置为以在600nm和620nm之间的峰值波长发射所述图像光的微发光二极管(uled)，并且其中所述滤色器具有在580nm和605nm之间的截止波长。
20.根据权利要求18所述的显示系统，其中所述光源面板包括被配置为以在525nm和550nm之间的峰值波长发射所述图像光的微发光二极管(uled)，其中所述滤色器包括具有带宽介于30nm和50nm之间的通带的带通滤波器，并且其中所述通带的两侧上的所述90％/10％截止特性小于或等于10nm。21.根据权利要求18所述的显示系统，其中所述光源面板包括被配置为以在457nm和470nm之间的峰值波长发射所述图像光的微发光二极管(uled)，其中所述滤色器包括具有带宽介于20nm和30nm之间的通带的带通滤波器，并且其中所述通带的两侧上的所述90％/10％截止特性小于或等于10nm。22.根据权利要求18所述的显示系统，其中所述光源面板包括被配置为发射所述图像光的第一部分的红光发射二极管(led)、被配置为发射所述图像光的第二部分的绿光led、以及被配置为发射所述图像光的第三部分的蓝光led，其中所述滤色器层叠在所述红光led之上，其中所述显示系统还包括层叠在所述绿光led之上的带通滤波器，并且其中所述带通滤波器具有带宽介于30nm和80nm之间的通带。23.根据权利要求18所述的显示系统，还包括：另外的输入耦合器，所述另外的输入耦合器位于所述波导上；另外的光源面板，所述另外的光源面板被配置为发射另外的图像光；以及另外的滤色器，所述另外的滤色器以光学的方式插置在所述另外的光源面板和所述另外的输入耦合器之间，所述另外的滤色器被配置为对所述另外的图像光进行滤波，并且所述另外的输入耦合器被配置为将所述另外的图像光耦合进所述波导。24.根据权利要求23所述的显示系统，其中所述滤色器层叠到所述光源面板上，并且其中所述另外的滤色器层叠到所述另外的光源面板上。25.根据权利要求23所述的显示系统，其中所述滤色器层叠到所述输入耦合器上，并且其中所述另外的滤色器层叠到所述另外的输入耦合器上。

技术总结
电子设备可向适眼区提供图像光。显示器可包括发射该图像光的光源面板。波导可将该图像光朝向该适眼区定向。输入耦合器可将该图像光耦合进该波导，并且输出耦合器可将该图像光耦合出该波导。滤色器可以光学的方式插置在该光源面板和该输出耦合器之间。该滤色器可使用陡峭截止特性来对该图像光进行滤波。该滤色器可允许该图像光表现出期望色点，同时还允许该光源面板使用具有峰值发射波长的光发射器，这些峰值发射波长使该光发射器的效率及因此该设备的功率效率最大化。备的功率效率最大化。备的功率效率最大化。


技术研发人员：D
受保护的技术使用者：苹果公司
技术研发日：2021.09.07
技术公布日：2023/8/14