CN110603467A - 衍射式显示器、其光导元件及投影仪以及显示图像的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多瞳光导元件、衍射个人显示器、多瞳孔投影仪，显示图像的方法及用途。该元件包括：光导机构(51，55)；衍射式输入耦合机构(52，56)，用于将指向输入耦合机构(52，56)的图像耦合到光导机构(51，55)；以及衍射式输出耦合机构(54，58)，用于将所述图像耦合出所述光导机构(51，55)。根据本发明，衍射式输入耦合机构(52，56)包括至少两个在所述光导机构(51，55)上彼此横向错开的输入耦合光栅(52，56)，用于接收所述图像的片段，衍射式输出耦合机构(54，58)与所述至少两个输入耦合光栅(52，56)光学上相关联，以便通过图像片段再现所述图像。本发明允许扩展例如近眼显示器的视场。

Description

衍射式显示器、其光导元件及投影仪以及显示图像的方法

技术领域

本发明涉及用于个人微显示器、例如近眼显示器(NED)或其它头戴式显示器(HMD)的衍射显示技术。特别是，本发明涉及用于增强现实(AR)的NED或HMD的波导。

背景技术

具有2D出射光瞳扩展(EPE)的单个光导的最大视场(FOV)取决于光导的折射率和投射光的波段。当波段为460-630nm且光导折射率为2.0时，最大FOV约为33-35度。为了增加FOV，典型的方法是使用多个光导。由于常规的微显示器投影仪仅产生单个出射光瞳，因此光导的输入耦合光栅通常在横向上重合且彼此堆叠。使用堆叠式输入耦合器，输入耦合过程无法得到很好的控制。例如，第一光导能支持具有蓝色波长的整个FOV，而对于红色波长而言则仅有一小部分FOV输入耦合到光导中。这意味着整个光导堆叠需要作为一个整体进行优化，这使其麻烦且耗时。另外，当光以不同的周期传播通过输入耦合器时，向后衍射的光会耦合到先前的光导上并产生重影。

一些常规的光导利用三种不同的光导来获得红色、绿色和蓝色的图像通道，并且能够实现大约35度的FOV。这些光导的缺点在于，分辨率和/或波段受到了限制。

另一方面，还有其他种类的光学系统，即并非基于波导的系统，它们能够提供较大的FOV，但是与波导相比，它们通常在系统尺寸方面具有缺点。因此，这些解决方案对于需要小尺寸的AR系统来说不是最佳的。

也可以使用单通道、大FOV的基于波导的解决方案，但是它们的明显缺点是在颜色生成方面受限。

US 2014/218801公开了一种彩色投影显示器，其中第一范围的视场角和第二范围的视场角通过输入耦合光栅而耦合并被引导到不同的波导层中。这些波导层具有相同或镜像的几何形状，使得输入耦合光栅彼此对准或定位成彼此远离。就光耦合效率以及质量和尺寸的要求而言，这些布置并非最佳。US2006/132914在其一些实施例中公开了另一种已知的具有两个输入耦合光栅的波导装置。

因此，需要对微显示器技术进行性能方面的改进，以便能够实现大的FOV和小的器件尺寸，并优选地能够实现颜色再现。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少一些如上所述的问题，并提供针对扩展个人显示器的FOV的新型解决方案。一些具体目的包括提供一种FOV得到扩展的光导元件，以及FOV得到扩展的图像投影仪，它们能组合起来形成功能性个人显示器。

一些次级目的是提供一种允许至少与可实现的FOV成比例地减小器件尺寸的技术，以及一种允许实现全彩色再现的技术。

本发明的一个目的还在于提供一种衍射式波导技术，其制造公差比涉及波长分割的传统技术更宽松。

本发明基于将总图像的FOV分成能通过至少两个不同的光瞳引导到衍射式波导元件的部分FOV(图像片段)，并且将元件设计成使得能将部分FOV重组成可由使用者观察到的总图像。为了实现该目的，提供了如下所述的新颖的多瞳波导元件和新颖的多瞳投影仪。

根据本发明的用于衍射式个人显示器的多瞳光导元件包括光导机构，特别是至少两个光导的堆叠。另外，提供了衍射式输入耦合机构，用于将指向输入耦合机构的图像耦合到光导机构中，还提供了衍射式输出耦合机构，用于将所述图像耦合出光导机构。根据本发明，衍射式输入耦合机构包括至少两个在所述光导机构上彼此横向错开的输入耦合光栅，用于接收所述图像的片段。此外，衍射式输出耦合机构与输入耦合光栅光学相连，以便通过图像片段再现图像。

特别是，衍射式输出耦合机构可包括在光导机构上彼此横向重叠的至少两个输出耦合光栅。所述至少两个输出耦合光栅分别与所述至少两个输入耦合光栅光学上相关联，以通过所述图像片段再现所述图像。光学上相关联可以通过将光栅合并在不同的光导层(所述光导层一起形成了所述光导机构)上来实现，并且通常通过另外提供出射光瞳扩展光栅(其将输入耦合机构与不同层中的相应的输出耦合机构光学连接)来实现。

本发明的个人显示设备包括如本文所述的多瞳光导元件，用于在其输出耦合机构上产生肉眼可见的图像，个人显示设备还包括能够将所述图像的至少两个不同的图像片段投影在所述至少两个输入耦合光栅上的多瞳投影仪。特别是，在光导元件的至少部分不同的横向位置上引导片段，使得由设备形成的整个图像的FOV大于任何一个片段的FOV。

在一个方面中，本发明还涉及一种用于衍射式个人显示器的多瞳投影仪，该投影仪包括至少一个用于显示图像的显示元件、至少两个出射光瞳，以及用于将所述图像的至少两个不同片段分别投影到所述至少两个出射光瞳的光学器件。该显示元件还包括非偏振光源，以及用于利用所述光源的两种不同偏振态以将所述图像片段投影到所述出射光瞳的机构。

根据本发明的用于在个人显示设备上显示图像的方法包括：将总图像的至少两个不同的部分图像片段投影在光导机构上的彼此横向错开的至少两个衍射式输入耦合光栅上，其中所述输入耦合光栅将所述图像片段耦合到光导机构；以及将图像片段分别引导到衍射式输出耦合机构，例如在所述光导机构上彼此横向重叠的至少两个不同的衍射式输出耦合光栅，以便通过所述图像片段再现所述总图像。

最后，本发明还包括在个人显示器的基于光导的显示元件中使用多个横向错开的输入耦合光栅以扩大个人显示器的视场的用途。

更具体地说，本发明的特征在于独立权利要求中所述的内容。

与现有技术相比，本发明提供了明显的优点。通过使用投影仪的不同图像片段和/或将它们引导到如上定义的显示元件并在其中引导，波导的FOV被拆分而不是拆分波段。因此，总FOV可以显著地增加。这是因为多瞳投影仪的每个出射光瞳都包含整个FOV的一部分。然后，使用出射光瞳(输出耦合光栅)在空间上重叠的光导来获得整个FOV。而且，由于投影仪的出射光瞳在空间上是分开的，因此可以在光导中使用空间上分开的(即，错开的)输入耦合光栅。采用这种方法，不会有由背向衍射光引起的重影图像的风险，并且每个光导包含具有明确限定的FOV的清晰光谱，这使得光导优化过程变得简单而直接，与基于波段拆分的方法相比尤其如此。

与全FOV投影仪相比，将FOV分到系统中的两个光路还可以减小投影仪的尺寸，这是因为它的光学器件(例如分束器和照明光学器件)可以更小。

此外，可以设计基于LCOS的多瞳投影仪，以便利用入射照明的两种偏振态，这使其比仅以单个偏振态工作的常规投影仪更加节能。

从属权利要求涉及本发明的选定实施例。

关于光导元件，在一些实施例中，光导机构包括彼此叠置的至少两个光导。每个输入耦合光栅和相关联的输出耦合光栅分别设置在其中一个波导上，由此，光可以通过波导的全内反射在它们之间传播。通常，使用平面的或近平面的波导。

在一些实施例中，提供了至少两个分别与输入耦合光栅和输出耦合光栅相关联的出射光瞳扩展(EPE)光栅，用于扩展元件的出射光瞳。EPE光栅光学地布置在输入耦合光栅和输出耦合光栅之间，由此，它们的位置、形状和光栅线构造(包括取向)适合于进行出射光瞳扩展。在一些实施例中，EPE光栅仅提供用于一些输入耦合光栅。

在一些实施例中，输入耦合光栅和出射光瞳扩展光栅定位成使得与第一出射光瞳扩展光栅相关联的第一输入耦合光栅在横向上和与第二输入耦合光栅相关联的第二出射光瞳扩展光栅重叠。因此，如果仅从光导堆叠的一侧进入，则为了进入其中一个输入耦合光栅，光必须穿过与另一输入耦合光栅相关联的EPE光栅。另一个输入耦合光栅可直接被进入。

在一些实施例中，该元件包括第一输入耦合光栅和相关联的出射光瞳扩展光栅的对，以及第二输入耦合光栅和相关联的出射光瞳扩展光栅的对，后者沿着至少一个对称轴相对于第一对在光导机构上基本上镜像对称地定位。通常，这些对被制造在不同的光导上，然后堆叠在一起，以满足对称条件。

在一些实施例中，与不同的输入耦合光栅和输出耦合光栅相关联的出射光瞳扩展光栅基本上彼此对准。在该变型中，可将输入耦合光栅放置在距各自的EPE光栅不同的距离处，从而使它们横向地错开但仍与EPE光学耦合。

在一些实施例中，该元件适于以比在输入耦合光栅上呈现的任何图像片段的视场更大的视场而在输出耦合机构上再现图像。因此，该元件可用作FOV扩展器。

在一些实施例中，输出耦合光栅包括沿水平方向定向的光栅线。另一方面，它们也可以沿垂直方向放置，由此可以避免一些不希望的光学效果。两种构造都将在本文的后面部分举例说明。

关于投影仪，在一些实施例中，投影仪包括单个显示面板，其不同的区域用于产生所述不同的图像片段。也就是说，对于每个单独的片段不需要单独的面板(尽管也可以使用单独的面板)。在这种情况下，投影仪适于在显示面板上产生图像，使得图像片段在显示面板的至少一个横向尺寸上处于横向错开的构型，这些片段可选地由黑色分隔区域分隔开，以防止在投影仪光学器件和/或多瞳光导元件上各片段之间的串扰。每个片段的成像光学器件的光轴还优选横向地错开，以使黑色分隔区域保留在光学平面的边缘区域中。

在一些实施例中，投影仪包括用于产生不同图像片段的多个显示面板。该实施例特别适用于其中不同图像片段的输入耦合光栅彼此远离地布置的光导元件构型。

在一些实施例中，将不同偏振的光提供到不同的出射光瞳。取决于所涉及的投影仪构造和显示技术，可以在光源级中、光源与显示面板之间，和/或在显示面板与出射光瞳之间进行偏振。

在一些实施例中，投影仪的显示元件包括硅基液晶(LCOS)显示面板或类似物，以及照明系统，该照明系统包括至少两个依次布置的偏振分束器，以利用两种不同的偏振态的光来投影所述至少两个不同的图像片段。例如，显示元件可以包括两个连续的具有彼此垂直的偏振取向的分束器，例如分束立方体或分束板。备选地，光学器件可以包括两个连续的具有相同偏振取向的分束器(例如分束立方体或分束板)，以及光学地布置在分束器之间的半波长波片。

在操作中，由投影仪产生并指向光导元件的不同的图像片段承载着总图像的不同视场。在一种典型的构造中，将不同的图像片段引导在彼此堆叠的并分别包括输入耦合光栅和输出耦合光栅的不同光导层上。堆叠形成的总FOV布置为大于由所述片段所承载的任何部分FOV。

接下来将参考附图更详细地讨论本发明的实施例及其优点。

附图说明

图1以剖视图示出了适于与根据本发明的光导元件一起使用的投影仪的光学器件。

图2A和2B分别示出了在投影仪的显示面板上的常规居中的和横向偏移的图像定位。

图3和图4以剖视图示出了两个不同的实施例，它们利用光的两种偏振态在LCOS显示元件上显示图像。

图5A和5B示出了用于在光导堆叠的光导层上布置输入耦合光栅、出射光瞳扩展器和输出耦合光栅的一个实施例。

图6A和6B示出了用于在光导堆叠的光导层上布置输入耦合光栅、出射光瞳扩展器和输出耦合光栅的另一个实施例。

图7A和7B示出了用于在光导堆叠的光导层上布置输入耦合光栅、出射光瞳扩展器和输出耦合光栅的又一个实施例。

具体实施方式

定义

光栅“重叠”是指光栅的至少一些部分在光导机构中彼此横向地对齐。重叠的光栅也可以完全对齐，即具有相同的形状并位于相同的位置。

光栅彼此“错开”是指光栅至少在图像片段投影于其上的部分处没有重叠。

“多瞳投影仪”是指一种图像源，其能够在适当的准直光束中将多个图像片段呈现在其多个出射光瞳上，以用于衍射式输入耦合光栅。

类似地，“多瞳光导元件”是具有多个输入耦合光栅的元件，该输入耦合光栅能够接收光束以将图像片段耦合到光导机构，从而引导到输出耦合光栅以用于图像的重组和观看。

“光导机构”尤其是指衍射式光导的堆叠，其适于输入耦合、引导和输出耦合不同的图像片段。然而，在本概念中并不排除其他种类的衍射式光导机构。

术语“个人显示器”尤其是指NED和其他种类的HMD，以及HUD(平视显示器)。

选定实施例的描述

在下面的描述中，介绍了多瞳衍射显示元件及其多瞳投影仪的选定实施例。这些部件可用于形成基于光导的功能性衍射式NED。所描述的实施例例示了如何将投影仪的FOV划分成多个部分，以使得每个光瞳包含整个FOV的一部分，还示例了如何通过出射光瞳在空间上重叠的光导来组合FOV的部分以获得具有完整FOV的功能性NED。

该描述集中于一种实现方式，其中使用重叠的输出耦合光栅来进行图像重组。但是，并不排除以另一种方式进行重组的解决方案，例如，使用单个输出耦合光栅以及位于输入耦合光栅和输出耦合光栅之间的光学组合器。

投影仪

通常，投影仪包括一个或多个显示元件，至少两个出射光瞳，以及投影光学器件，以将显示在显示面板上的不同的图像片段引导到不同的出射光瞳。在多瞳投影仪中，图像呈现部分被分为用于不同图像片段的若干部分。每个显示元件都有自己的投影光学器件和出射光瞳。出射光瞳充满准直光。

显示元件例如可包括液晶显示器(LCD)面板、硅基液晶(LCOS)面板或有机发光二极管(OLED)面板，以及数字光处理(DLP)器件或数字微镜器件(DMD)。这些都称为“微显示器”。

要显示的图像可以显示在单个微显示面板上，或者显示在两个或更多个分开的微显示面板上。如果使用单个面板，则会在面板的不同部分显示不同的图像片段，然后使用合适的光学器件将这些图像片段从那里引导到投影仪的不同出射光瞳。如果使用多个面板，则不同的图像片段将显示在不同的面板上，并通过合适的光学器件而被引导至投影仪的不同出射光瞳。与使用单个面板相比，通过使用多个分开的面板，出射光瞳之间的距离可以更自由地变化。另一方面，使用单个显示器的一个优点是，它对振动的敏感度较低，并且更具成本效益。

图1示出了具有两个出射光瞳14A、14B的多瞳投影仪的示例。该投影仪包括微显示器11(例如硅基液晶(LCOS)微显示器)，两个偏振分束器12A、12B，以及照明光学单元13A、13B。

通常，可用作偏振分束器的分束器立方体具有与显示宽度相同的高度。当使用两个立方体而不是一个时，立方体所需的体积会大大减少。

在单瞳投影仪中，光轴26以LCOS显示器的中心为中心。这在图2A中显示了出来。例如，当用单个LCOS来实现双瞳投影仪时，优选在两个显示区段27A、27B之间具有黑条28，如图2B所示。这防止了成像光学单元之间的串扰。为了避免最终图像中的黑条从投影仪出来，成像光学单元的光轴28A、28B必须位于显示器的侧边缘处，如图2B所示。然后，LCOS显示器中的黑条会影响最终图像的侧面区域，在这里，黑条对于用户而言并不明显。如果需要四瞳的解决方案，则将光轴移动到微显示器的角点，并使用黑十字而不是黑条来隔离四个显示区段。因此，面板上图像的这种一维或二维的横向移位允许利用单个微显示面板，而不会在所得到的图像质量中产生不希望的副作用。

多瞳投影仪的一个优点是，投影仪单元可以利用入射照明的两种偏振态。例如，在LCOS投影仪的光引擎中广泛使用的发光二极管(LED)会产生随机极化，其中横向电(TE)极化和横向磁(TM)极化的强度相同。

因此，根据一些特别适用于利用随机偏振光源的显示元件技术的实施例，使用了一个或多个偏振敏感元件来提高投影仪的效率。例如，可以在光源和显示元件的显示面板之间采用使用了不同的线栅取向的偏振分束器立方体或者可将偏振旋转90度的偏振状态转换板。这些实施例最适合于LCOS型显示器。下面将详细讨论这些解决方案，不过相同的原理也可以应用于其他图像产生技术和显示技术。

图3和图4显示了用随机偏振光照亮LCOS显示器的两种可能的情况。

在图3中，投影仪包含两个偏振分束器立方体32A、32B，其线栅33A、33B相对于彼此具有90度的取向差。线栅中的线的方向用表示。当入射光34撞击第一线栅33A时，入射光的TE偏振部分35朝着LCOS显示器31反射。TM偏振部分36继续向第二线栅33B传播，并在那里朝向LCOS显示器31反射。

在图4中，投影仪包含两个相同的偏振分束器立方体42A、42B。当入射光44撞击第一线栅偏振器43A时，TE部分45朝向LCOS显示器41反射。TM部分46继续向λ/2波片47入射，该波片将TM偏振光46变成TE偏振光48。接着，光线从线栅偏振器43B朝向LCOS显示器41反射。

作为偏振分束器立方体的替代，在图3和4的结构中也可以使用偏振分束板。

光导元件

图5A和5B分别示出了两个光导51、55，当它们彼此堆叠时可以与双瞳投影仪一起使用。光导51、55分别包含有输入耦合光栅52、56，出射光瞳扩展光栅53、57和输出耦合光栅54、58。

当光导51、55堆叠在一起时，输入耦合光栅52和56之间在x方向上的距离很小，使得投影仪可以用单个显示器来实现。更靠近投影仪的第一光导的输入耦合光栅52被直接照亮，在投影仪与输入耦合光栅52之间没有任何障碍，而第二光导的输入耦合光栅56将通过第一光导51的出射光瞳扩展光栅53被照亮。因此，出射光瞳扩展光栅53可以将一些光耦合到第一光导51中，但是该光将永远不会被输出耦合光栅54所输出耦合，因此对于用户来说是不可见的。它仅减少了耦合到第二光导55中的光能的量。

输入耦合光栅52、56彼此相邻地放置，通常沿着光导机构的宽度(或高度，这取决于构造)位于横向中心。它们的距离例如可以小于输出耦合光栅的宽度的50％，例如15毫米或更小，比如10毫米或更小。这里的“横向中心”是指当元件被两条平行线等宽地划分为三个部分时，其处在元件的最中心的三分之一内。

图6A和6B示出了一种变型，其中光导61、65各自的输入耦合光栅62、66在x方向上彼此非常远离。这些光导还分别包括出射光瞳扩展光栅63、67和输出耦合光栅64、68。

由于输入耦合光栅62、66彼此相距相对较远，因此优选将本实施例与针对各个图像片段使用单独的微显示器的投影仪相结合地使用。在此，“彼此远离”是指输入耦合光栅在横向上隔开的距离大于输出耦合光栅的相应尺寸的50％，尤其是大于100％。实际上，该距离例如可以是15-50mm，由此，光栅可以位于光导机构的相对角的附近。

输入耦合光栅62、66之间的距离例如可以大于输出耦合光栅的宽度的50％，例如大于15mm，比如20mm或更大。如图6A和6B的情况那样，该距离可以大于输出耦合光栅的宽度。

在图5A、5B和6A、6B的实施例中共同的是，出射光瞳扩展光栅53、56和63、67从输入耦合光栅处朝向相反的方向延伸，使得它们彼此重叠，并且输出耦合光栅54、58和64、68相对于输入耦合光栅52、56和62、66以及出射光瞳扩展光栅53、57和63、67放置成使得衍射的光波会撞击它们，并且基于输出耦合光栅54、58和64、68所针对的部分FOV，它们一起形成完整的FOV。

在光导折射率为2.0且显示器的工作波段为460-630nm时，图5A、5B和6A、6B的这种结构可以实现16:9的长宽比和55度的总FOV。

在图7中，光导71、75的输入耦合光栅72、76位于光导的相同角区域(在此为左上角)，但彼此错开。在例如需要将投影仪放置在智能眼镜的镜腿中的情况下，这种构造是特别优选的。本文中的“角区域”是指当用两条彼此垂直的线划分元件时处于元件的四分之一象限。

另外，当输出耦合光栅74、78的光栅线是垂直的时，如在所示的示例中那样，输出耦合光栅不会因环境光而产生任何强的、令人讨厌的彩虹图案，这与光栅是水平的时可能发生的情况相反。出射光瞳扩展光栅73、77可以具有各种形状，这取决于如何设计从输入耦合光栅到输出耦合光栅的光线路径。

在如图5A、5B和6A、6B那样的水平的输出耦合光栅线的情况下，也可以实现输入耦合光栅的角部布置。

制造有光栅的光导层优选是光学透明的。它们可以由玻璃或聚合物制成。在这里，透明是指透射率高于50％，特别是高于95％。每一层中的光栅可以在其同一侧或不同侧上制造。在堆叠中也可以存在一个或多个中间层或涂层，它们会对堆叠的光学或机械性能有影响。

本文讨论的光栅的周期通常为10μm或更小，特别是1μm或更小，例如200-800nm。

个人显示器

可以将上述类型的一个或多个投影仪和一个或多个光导元件布置在一个合适的框架中，特别是可穿戴的框架中，以提供功能性的个人显示器。特别地，可以提供一个投影仪和一个光导元件，仅用于一只眼睛，或者两个投影仪和光导元件，每只眼睛一个，它们布置在智能眼镜、增强现实或虚拟现实眼镜或者某些其他类型的NED或HMD机构中。然而，本发明的技术不仅能用于NED和HMD中，而且还例如可以用于HUD中。

上面的描述和附图集中于双瞳式解决方案，但是应注意，为了在一维或二维上进一步扩展显示器的FOV，光瞳的数量可以更多，例如三个、四个或更多。

Claims (23)

1.用于衍射式个人显示器的多瞳光导元件，包括：

－光导机构，

－衍射式输入耦合机构，用于将指向所述输入耦合机构的图像耦合到所述光导机构，

－衍射式输出耦合机构，用于将所述图像耦合出所述光导机构，

其中，

－所述衍射式输入耦合机构包括至少两个在所述光导机构上彼此横向错开的输入耦合光栅，用于接收所述图像的片段，

－所述衍射式输出耦合机构与所述至少两个输入耦合光栅光学上相关联，以便从图像片段中再现所述图像，

－用于每个输出耦合光栅的出射光瞳扩展光栅，所述出射光瞳扩展光栅与至少一个所述输入耦合光栅和所述输出耦合机构相关联，并且光学地布置在至少一个所述输入耦合光栅和所述输出耦合机构之间，用于扩展所述元件的出射光瞳，

其中，所述输入耦合光栅和出射光瞳扩展光栅定位成使得与第一出射光瞳扩展光栅相关联的第一输入耦合光栅和与第二输入耦合光栅相关联的第二出射瞳扩展光栅在横向上重叠。

2.根据权利要求1所述的元件，其特征在于，所述衍射式输出耦合机构包括在所述光导机构上彼此横向重叠的至少两个输出耦合光栅，所述至少两个输出耦合光栅分别与所述至少两个输入耦合光栅光学上相关联，以从所述图像片段中再现所述图像。

3.根据权利要求1或2所述的元件，其特征在于，所述光导机构包括彼此叠置的至少两个光导，所述输入耦合光栅和所述输出耦合光栅分别设置在所述至少两个波导上。

4.根据上述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，所述输入耦合光栅相对于所述出射光瞳扩展光栅在横向上错开。

5.根据上述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，所述元件包括第一输入耦合光栅和相关联的出射光瞳扩展光栅的对，以及第二输入耦合光栅和相关联的出射光瞳扩展光栅的对，后者相对于第一对在所述光导机构上基本上镜像对称地定位。

6.根据权利要求1到4中任一项所述的元件，其特征在于，与不同的输入耦合光栅和输出耦合光栅相关联的出射光瞳扩展光栅基本上彼此对准。

7.根据上述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，所述元件适于以比任何所述图像片段的视场更大的视场而在所述输出耦合机构上再现图像。

8.根据上述权利要求中任一项所述的元件，其特征在于，所述至少两个输入耦合光栅在横向上隔开一定距离，所述距离为：

－所述输出耦合光栅的对应尺寸的50％或更少，例如0-15mm，并通常沿着所述尺寸横向地居中，或布置在所述光导机构的角区域，

－超过所述输出耦合光栅的对应尺寸的50％，例如15-50mm，并通常沿着所述尺寸处于所述光导机构的相对角的附近。

9.个人显示设备，尤其是近眼显示器，所述设备包括：

－根据上述权利要求中任一项所述的多瞳光导元件，用于在其输出耦合机构上产生肉眼可见的图像，和

－能够将所述图像的至少两个不同的图像片段投影在所述至少两个输入耦合光栅上的多瞳投影仪。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述投影仪包括显示面板，其不同的区域用于产生所述不同的图像片段。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述投影仪适于在所述显示面板上产生图像，使得所述图像片段在所述显示面板的至少一个横向尺寸上处于横向错开的构型，所述片段可选地由黑色分隔区域分隔开，以防止在所述投影仪或所述多瞳光导元件上各片段之间的串扰。

12.根据权利要求9到11中任一项所述的设备，其特征在于，所述投影仪包括用于产生所述不同的图像片段的多个显示面板。

13.根据权利要求9到12中任一项所述的设备，其特征在于，所述输出耦合光栅包括沿水平方向或沿垂直方向取向的光栅线。

14.根据权利要求9到13中任一项所述的设备，其特征在于，所述投影仪是根据权利要求15到18中任一项所述的投影仪。

15.用于衍射式个人显示器的多瞳投影仪，包括：

－至少一个用于显示图像的显示元件，

－至少两个出射光瞳，

－用于将所述图像的至少两个不同的片段分别投影到所述至少两个出射光瞳的光学器件，

其中，所述显示元件包括非偏振光源，以及用于利用所述光源的两种不同偏振态以将所述图像片段投影到所述出射光瞳的机构。

16.根据权利要求15所述的多瞳投影仪，其特征在于，所述显示元件包括硅基液晶(LCOS)显示面板或类似物，以及照明系统，所述照明系统包括至少两个依次布置的偏振分束器，以利用两种不同的偏振态的光来投影所述至少两个不同的图像片段。

17.根据权利要求15或16所述的多瞳投影仪，其特征在于，所述光学器件包括两个连续的具有彼此垂直的偏振取向的分束器，例如分束立方体或分束板。

18.根据权利要求15或16所述的多瞳投影仪，其特征在于，所述光学器件包括两个连续的具有相同偏振取向的分束器(例如分束立方体或分束板)，以及光学地布置在所述分束器之间的半波长波片。

19.用于在个人显示设备上显示图像的方法，所述方法包括：

－将总图像的至少两个不同的部分图像片段投影在光导机构上的彼此横向错开的至少两个衍射式输入耦合光栅上，其中所述输入耦合光栅将所述图像片段耦合到光导机构，

－将所述图像片段引导到至少一个衍射式输出耦合光栅，以便通过所述图像片段再现所述总图像，

其中，所述图像片段通过出射光瞳扩展光栅而被引导到所述至少一个输出耦合光栅，所述出射光瞳扩展光栅与至少一个所述输入耦合光栅和所述至少一个输出耦合光栅相关联，并且光学地布置在至少一个所述输入耦合光栅和所述至少一个输出耦合光栅之间，用于扩展所述元件的出射光瞳，

所述输入耦合光栅和出射光瞳扩展光栅定位成使得与第一出射光瞳扩展光栅相关联的第一输入耦合光栅和与第二输入耦合光栅相关联的第二出射光瞳扩展光栅在横向上重叠。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述图像片段被引导到在所述光导机构上彼此横向重叠的至少两个输出耦合光栅，以通过所述图像片段再现所述总图像。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述不同的图像片段承载所述总图像的不同的视场。

22.根据权利要求19到21中任一项所述的方法，其特征在于，所述不同的图像片段在彼此堆叠的不同的光导层上被引导，并且每个光导层包括输入耦合光栅、与所述输入耦合光栅光学上相关联的输出耦合光栅，以及光学地布置在所述输入耦合光栅和相关联的输出耦合光栅之间的出射光瞳扩展光栅。

23.根据权利要求19到22中任一项所述的方法，其特征在于，使用了根据权利要求1到8中任一项所述的显示元件或根据权利要求9到14中任一项所述的个人显示设备。