CN117178214A - 包括具有二维扩展的光导光学元件的显示器 - Google Patents

Abstract

一种显示器(10)包括平坦的光导光学元件(LOE)(100)，该LOE具有与其第一区域(110)和第二区域(120)相关联的第一渐进偏转装置和第二渐进偏转装置。诸如眼镜框架的支承装置(106)与用户的眼睛成面对关系来支承LOE。图像投影仪(200)经由反射耦入表面(131)将准直图像注入到LOE中。反射耦入表面优选地相对于LOE的主水平和垂直轴倾斜地定向。多部件楔(132)优选地用于补偿色差。

Description

包括具有二维扩展的光导光学元件的显示器

技术领域

本发明涉及光学系统，并且特别地，涉及包括用于实现光学孔径扩展的光导光学元件(light-guide optical element，LOE)的光学系统。

背景技术

许多近眼显示系统包括在用户眼睛前放置的透明光导光学元件(LOE)或“波导”，LOE或波导通过内反射在LOE内传送图像，并且然后通过合适的输出耦合机构朝向用户眼睛耦出图像。输出耦合机构可以基于嵌入的部分反射器或“小平面”，或者可以采用衍射模式。下面的描述将主要涉及基于小平面的耦出装置，但是应当理解，本发明的各种特征也能够适用于衍射装置。

为了采用小型图像投影仪来提供期望的视场(field of view，FOV)，各种系统经由两组嵌入的部分反射器或通过两个衍射光学元件(各自实现不同维度的孔径扩展)采用二维孔径扩展。这样的设备的示例可以在与本申请共同转让的PCT专利申请公布第WO2020/049542 A1号中找到。

紧凑型头戴式显示器带来了设计挑战。波导本身的几何形状提出了严格的要求。优选的是，投影仪应当以在美学上符合承载波导的眼镜框架的几何形状的方式集成，但是来自波导的要求通常规定了不利于美学要求的投影仪的优选取向。

发明内容

本发明是显示器。

根据本发明的实施方式的教示，提供了一种用于将图像光照引导至眼动盒以供用户的眼睛观看的显示器，该显示器包括：(a)由透明材料形成的光导光学元件(LOE)，该LOE具有：(i)一组相互平行的主外表面，(ii)在LOE的第一区域中的与LOE相关联的第一渐进偏转装置，以及(iii)在LOE的第二区域中的与LOE相关联的第二渐进偏转装置；(b)支承装置，被配置成用于相对于用户的头部支承LOE，其中主外表面中的一个与用户的眼睛成面对关系并且在相对于用户的眼睛的取向上，使得平行于主外表面的X轴线被水平定向，Y轴线平行于主外表面并垂直于X轴线；(c)图像投影仪，被配置成从投影仪孔径投影准直图像，该准直图像包括与图像投影仪的光轴对准的主光线；以及(d)反射耦入表面，LOE、图像投影仪和反射耦入表面被布置成使得从图像投影仪投影的准直图像通过在反射耦入表面处的反射而偏转并耦入LOE中，以通过在主外表面处的内反射在LOE内沿第一方向朝向第一区域传播，由第一渐进偏转装置重定向以通过在主外表面处的内反射在LOE内沿第二方向朝向第二区域传播，并且由第二渐进偏转装置重定向，以朝向用户的眼睛耦出LOE，并且其中，反射耦入表面相对于X轴线和Y轴线倾斜地定向。

根据本发明的实施方式的另一特征，反射耦入表面越过主外表面中的一个主外表面的平面，以部分地位于LOE的厚度内并且部分地位于该厚度之外。

根据本发明的实施方式的另一特征，反射耦入表面至少部分地由附接至LOE的边缘的棱镜的表面提供。

根据本发明的实施方式的另一特征，反射耦入表面至少部分地由附接至主外表面中的一个主外表面的棱镜的表面提供。

根据本发明的实施方式的另一特征，还提供了被设置在图像投影仪与反射耦入表面之间的光路径中的透明楔形元件，该透明楔提供与投影仪孔径相关联的输入表面和与LOE的主外表面中的一个主外表面平行的输出表面。

根据本发明的实施方式的教示，还提供了一种用于将图像光照引导至眼动盒以供用户的眼睛观看的显示器，该显示器包括：(a)由透明材料形成的光导光学元件(LOE)，该LOE具有：(i)一组相互平行的主外表面，(ii)在LOE的第一区域中的与LOE相关联的第一渐进偏转装置，以及(iii)在LOE的第二区域中的与LOE相关联的第二渐进偏转装置；(b)支承装置，被配置成用于相对于用户的头部支承LOE，其中主外表面中的一个与用户的眼睛成面对关系并且在相对于用户的眼睛的取向上，使得平行于主外表面的X轴线被水平定向，Y轴线平行于主外表面并垂直于X轴线；(c)图像投影仪，被配置成从投影仪孔径投影准直图像，该准直图像包括与图像投影仪的光轴对准的主光线；以及(d)反射耦入表面；以及(e)被设置在图像投影仪与反射耦入表面之间的光路径中的透明楔形元件，该透明楔提供与投影仪孔径相关联的输入表面和与LOE的主外表面中的一个主外表面平行的输出表面，LOE、图像投影仪和反射耦入表面被布置成使得从图像投影仪投影的准直图像穿过透明楔，通过在反射耦入表面处的反射而偏转并耦入LOE中，以通过在主外表面处的内反射在LOE内沿第一方向朝向第一区域传播，由第一渐进偏转装置重定向以通过在主外表面处的内反射在LOE内沿第二方向朝向第二区域传播，并且由第二渐进偏转装置重定向，以朝向用户的眼睛耦出LOE。

根据本发明的实施方式的另一特征，透明楔由至少两个楔形部件形成，所述至少两个楔形部件由具有不同色散特性的材料形成。

根据本发明的实施方式的另一特征，所述至少两个楔形部件包括：第一楔形元件以及第二楔形元件，第一楔形元件具有朝向第一交线会聚的两个非平行表面，第二楔形元件具有朝向第二交线会聚的两个非平行表面，第一楔形元件和第二楔形元件被定向成使得第一交线与第二交线不平行。

根据本发明的实施方式的另一特征，输入表面垂直于准直图像的主光线。

根据本发明的实施方式的另一特征，输出表面经由气隙或低折射率粘合剂与主外表面中的一个主外表面相关联。

根据本发明的实施方式的另一特征，第一渐进偏转装置包括位于LOE的第一区域中的主外表面之间并且具有第一取向的第一组平面的、相互平行的、部分反射的表面，并且其中，第二渐进偏转装置包括位于LOE的第二区域中的主外表面之间并且具有不平行于第一取向并倾斜于主外表面的第二取向的第二组平面的、相互平行的、部分反射的表面。

根据本发明的实施方式的另一特征，第一渐进偏转装置和第二渐进偏转装置被实现为第一衍射光学元件和第二衍射光学元件。

附图说明

本文中参照附图仅以示例方式描述了本发明，在附图中：

图1是使用根据本发明的教示构造和操作的光导光学元件(LOE)实现的用于向用户提供增强现实近眼显示器的光学系统的示意性等距视图；

图2A和图2B分别是图1的在用户面部上的近眼显示器的示意性俯视图和侧视图，其示出了由设备的面部曲线和设备的前倾斜导致的角度偏移；

图3A至图3C分别用于本发明的显示器中的LOE结构的示意性侧视图、正视图和俯视图；

图3D是沿图3B中垂直于第二组部分反射表面的平面D-D截取的截面图；

图4A和图4B分别是根据本发明的教示构造和操作的显示器的第一示例性实施方式的光学组件(没有图像投影仪)的侧视图和等距视图；

图5A和图5B分别是根据本发明的教示构造和操作的显示器的替选示例性实施方式的光学组件的侧视图和等距视图；

图6A和图6B分别是根据本发明的教示构造和操作的显示器的另一示例性实施方式的光学组件的侧视图和等距视图；

图6C是根据本发明的教导构造和操作的显示器的另一示例性实施方式的光学组件的侧视图；

图7A至图7C是根据本发明的一方面的用于补偿色差的输入楔形棱镜的示意性侧视图；

图7D是类似于图4A的视图，其示出了图7A至图7C的输入楔形棱镜的优选设置；以及

图8A至图8C是根据本发明的一方面的用于补偿色差的输入楔形棱镜的另一优选实现方式的第一截面图和第二截面图和平面图，其中图8A和图8B是分别沿图8C中的线A-A和B-B截取的截面图。

具体实施方式

本发明的某些实施方式提供了一种用于将图像光照引导至眼动盒以供用户的眼睛观看的显示器，通常为平视显示器，以及最优选地是近眼显示器，该显示器可以是虚拟现实显示器，或者更优选地是增强现实显示器。

在图1至图6B中示意性地示出了根据本发明的某些实施方式的教示的呈近眼显示器(总体上指定为近眼显示器10)形式的设备的示例性实现方式。该显示器采用由透明材料形成的光导光学元件(LOE)100(可互换地称为“波导”、“基板”或“平板”)，该光导光学元件具有一组相互平行的主外表面102和主外表面104(图2A和图2B)、在LOE的第一区域110中的与LOE相关联的第一渐进偏转装置、以及在LOE的第二区域120中的与LOE相关联的第二渐进偏转装置。

LOE 100以及更优选地一对LOE(每个眼睛一个)由支承装置106相对于用户的头部来支承，其中主外表面中的一个主外表面102与用户的眼睛成面对关系并且在相对于用户的眼睛的取向上，使得平行于主外表面的X轴被水平定向。Y轴被限定为平行于主外表面102并垂直于X轴的方向。

近眼显示器10还包括图像投影仪200(在本文中也称为“POD”)，其被配置成从投影仪孔径投影准直图像。准直图像包括与图像投影仪的光轴对准的主光线(通常是图像的FOV的中心场)。

为了将从图像投影仪200投影的图像耦入LOE中，如图4A至图6B中的各种变型所示，提供了反射耦入表面131(也被称为“镜”)。LOE 100、图像投影仪200和反射耦入表面131被布置成使得从图像投影仪200投影的准直图像通过在反射耦入表面131处的反射而偏转并耦入LOE 100中，以通过在主外表面处的内反射在LOE内沿第一方向朝向第一区域110传播。然后，图像被第一渐进偏转装置重定向，以通过在主外表面处的内反射在LOE内沿第二方向朝向第二区域120传播，并且被第二渐进偏转装置重定向，以朝向在眼动盒140处的用户的眼睛耦出LOE。如对于本领域普通技术人员而言将是清楚的，虽然该设备在图1中被图示为首先执行Y轴扩展随后是X轴扩展，但是也可以将结构实现成首先执行X轴扩展随后是Y轴扩展。

根据本发明的一方面，反射耦入表面131相对于X轴和Y轴两者被倾斜地定向。这提供了一定的设计自由度，以实现耦入图像在LOE内所期望的初始传播方向，而无需将图像投影仪设置在对于设备的整体形状因子而言非常特定且潜在有问题的取向。

因此，使用高反射镜131，所提出的设计有助于协调波导对投影仪的角度取向和投影仪的美学上优选的取向的要求。为了更好地理解这些要求，再次参照图1，图1呈现了基于二维图像扩展设计的头戴式显示器。波导100由两个部分即部分110和部分120构成，这两个部分各自沿不同的维度扩展图像。投影仪200投影与必须耦入波导中的准直图像对应的光照。由于投影仪具有不可忽略的尺寸，尤其是在需要大视场时更是如此，因此投影仪应有利地被定向，使得它可以方便地在框架侧后面被对准并集成到框架中。

波导100在垂直方向和水平方向两者上的倾斜以形成面部曲线倾斜角和前倾角(图2A和图2B)会施加额外的光学实现要求的复杂性。因此，波导相对于视线倾斜。这倾向于由于色散而引起色差。如下面进一步讨论的，与第一方面互补的本发明的第二方面涉及使色差最小化的耦入配置的特征。

图3A至图3D示出了具有基于部分反射内表面的二维图像扩展的折射光导光学元件(LOE)波导100的示例性结构。该结构包括被嵌入到波导中的两组平行的部分反射小平面(镜)，即小平面111和小平面121，它们位于波导的不同的区域110和区域120中。每个小平面的角取向可以完全通过方位角和仰角来描述。诸如角度112的方位角是小平面的法线与投影到波导的平面上的垂直于波导的法线和地平线两者的矢量的法线之间的角度；并且仰角是小平面的法线与波导(的主外表面)的法线之间的角度。在替选的定义中，方位角可以被识别为小平面的平面与主外表面的交线与Y轴之间的角度。术语“方位”在本文中用于指代绕与LOE的主外表面的平面垂直的轴的旋转或取向。

图4A和图4B示出了本发明的第一特别优选但非限制性的实施方式，其中棱镜130接合至波导，使得从投影仪200(此处被省略，但先前在图1中示出)投影的光进入孔径133并通过输入楔132传播，并且然后被高反射率镜131反射并耦入波导中。然后，光通过全内反射被捕获到波导，并在区域110中传播，直到它渐进地被小平面111部分地反射并朝向部分120重定向，在部分120中，光最终渐进地从小平面121部分地反射并朝向用户的眼睛所位于的眼动盒140投影。

方便的是，设计输入楔132的输入表面的角度取向，使得外表面的法线平行于中心主光线。以这种方式，投影仪可以直接接合至输入楔132的输入表面。在某些优选情况下，输入楔132通过空气间隙与波导分隔开，以消除重影并增强孔径填充(最终导致图像的高均匀性)。例如，这可以通过将输入楔132直接放置在波导100的顶部上但不使用胶水(并且其中抛光不是特别平滑)来实现；或者通过使用具有足够低折射率的粘合剂以保持耦入图像在界面处的内反射来实现。

通常，镜131的仰角大约等于小平面111的仰角，但是这不一定如此。

因此，图4A和图4B是反射耦入表面131至少部分地由附接至LOE的边缘的棱镜130的表面提供的实施方式的示例。在一些情况下，如此处所示，棱镜130所附接的边缘表面被研磨成与X轴和Y轴不平行的入射角，从而简化了生成相对于X轴和Y轴两者倾斜的正确地定向的耦入表面131的棱镜130的结构。在其他情况下，可以采用接合至平行于轴中的一个轴的边缘表面的更复杂的棱镜结构。在替选的实现方式中，反射耦入表面可以至少部分地由光学地接合至波导的主外表面之一的棱镜的表面提供。

关于图像投影仪孔径和耦入镜131的尺寸，可以将它们实现为足够大以用图像光照“填充”申请的厚度，这通常需要大约两倍于波导孔径的尺寸的孔径。然而，为了使图像投影仪和耦合装置的尺寸最小化，可以优选的是，提供不实现波导的填充的尺寸减小的投影仪孔径和耦合装置。在这种情况下，可以通过包括光学孔径倍增器138来实现波导的填充(以及由此产生的输出图像的高均匀性)，该光学孔径倍增器138优选地呈设置在主外表面之间并平行于主外表面的部分反射器的形式。最佳的倍增器结构被认为是具有50％反射率和50％透射率的中平面部分反射器，或具有33％反射率的一对平行部分反射器，其将波导厚度细分为厚度相等的3个层。孔径倍增器可以被设置在紧接在耦入之后的光路径中，或如此处所示的，被设置在第一区域110与第二区域120之间，或者两者。

根据在图4A和图4B的实施方式中例示的另一特别优选的特征，反射耦入表面131越过主外表面中的一个主外表面的平面以部分地位于LOE的厚度内并且部分地位于该厚度之外。这使得在波导的厚度尺寸方面设计紧凑，同时提供了设计灵活性以增大耦入表面的尺寸。

图5A和图5B示出了图4A和图4B的实施方式的变型，其中镜131受限于波导的厚度，并且不突出超出波导。在一些情况下，由于紧凑的形状因子，这种配置是优选的。该变型的结构和操作类似于图4A和图4B的结构和操作，但是引起波导的不完全填充，使得孔径倍增器138具有增加的重要性。

图6A和图6B公开了在结构上类似于图5A和图5B的实施方式，但是此处镜131被集成到波导的结构中并且被制造为另一小平面。

图6C示意性地示出了另一种方案，根据该方案，反射耦合表面131至少部分由附接到FOE的主外表面中的一个的棱镜130的表面提供，优选地与输入楔形元件132相对。这里用带箭头的线示出示例性的输入耦合图像光线的初始部分。

如以上所提及的，在许多优选实施方式中，如图2A和图2B所示的，波导100具有前倾斜和/或面部曲线倾斜。因此，图像光照的光线通常以不同的角度进入和离开波导，并且因此图像可能会由于基板玻璃的表面处的色散而遭受色差。根据本发明的另一方面，图7A至图8C涉及减小这些色差的输入楔形棱镜132的设计。为此，透明楔形元件132优选地被设置在图像投影仪200与反射耦入表面131之间的光路中，从而提供与投影仪孔径相关联的输入表面134以及与LOE的主外表面之一平行的输出表面135。根据色差以减少色差的方式来选择输入楔132的材料。在一些情况下，为了提供附加的自由度以校正色差，结构132包括由色散特性彼此不同的材料制成的两个或更多个楔形部件。通过选择正确的材料并优化透明楔形元件132中的材料之间的表面(例如，楔形部件132a与楔形部件132b之间的表面)的角度，可以基本上消除色差。图7A至图7C示出了采用一个楔形部件、两个楔形部件和三个楔形部件132a、楔形部件132b和楔形部件132c的实现方式，而图7D示出了设置有输入楔132的示例性上下文(相当于图4A)，但是它同样适用于所有以上实施方式。

根据某些特别优选的实施方式，如图8A至图8C所示的，输入楔132可以采用两个或更多个楔形部件132a和楔形部件132b，这些楔形部件以不同的方位角定向。换言之，至少两个楔形部件包括：第一楔形元件132a，具有朝向第一交线137a会聚的两个非平行表面；以及第二楔形元件132b，具有朝向第二交线137b会聚的两个非平行表面。然后，将第一楔形元件132a和第二楔形元件132b定向成使得第一交线137a和第二交线137b不平行。这为校正色差提供了附加的自由度，并且对于校正由面部曲线倾斜和前倾斜的组合引起的对角色差特别有效。

如本领域已知的，优选地使用包括在标准光学模拟软件中的优化过程来得出材料的选择、楔形元件的楔形角和每个楔形元件的方位取向。应当注意的是，在此处为了简化呈现而将交线137a和交线137b示为楔的边缘，但是在实际实现方式中，楔不会形成尖锐的边缘，因此它们的表面之间的交线是位于楔的主体之外的几何构造。此外，虽然在图8C中示出为具有相似尺寸的两个楔，但出于机械原因，优选地避免外面的楔的不受支承的突出拐角。外面的楔可以被截断以避免这样的悬垂，或者下面的楔可以被制成得更大以避免悬垂。

在以上所有复合输入楔形结构的情况下，该结构可以通过附接两个适当形成的楔形元件来组装，或者可以通过将对应材料的两个块接合在一起然后将外表面抛光成所需的角度来形成该结构。

也可以使用用于减少色差的替选方法，以补充或代替前述输入楔形结构。例如，这些方法包括几何相位元件连同高效率滤色器(参考SPIE会议论文“Chromatic-aberrationcorrection in geometric-phase lenses,for red,green and blue operation”，J.Kim等人，液晶XXI(2017年))。

应当注意的是，本实施方式中的结构可以应用于折射波导或者衍射波导。因此，在第一组实现方式中，第一渐进偏转装置被实现为第一组平面的、相互平行的、部分反射的表面111，其位于LOE的第一区域110中的主外表面之间并且具有第一取向；并且第二渐进偏转装置包括第二组平面的、相互平行的、部分反射的表面121，其位于LOE的第二区域120中的主外表面之间并且具有不平行于第一取向并倾斜于主外表面的第二取向。这些配置总体类似于前述PCT专利申请公布第WO 2020/049542A1号中公开的配置，并且可以在其中找到这样的结构的优选实现方式的进一步细节。

替选地，第一渐进偏转装置和第二渐进偏转装置被实现为第一衍射光学元件和第二衍射光学元件，这也是本领域已知的。

在此处示出的一个特别优选的选项中，将支承装置106实现为具有用于相对于用户的耳朵支承设备的侧部的眼镜框架。也可以使用其他形式的支承装置，包括但不限于头带、面罩(visor)或悬挂在头盔上的设备。

如早前提及的，与本发明的设备一起采用的图像投影仪200被配置成生成准直图像，即，在准直图像中每个图像像素的光是具有与像素位置对应的角方向的准直到无限远的平行光束。因此，图像光照跨越与二维角度视场对应的角度范围。

如本领域已知的，图像投影仪200可以以各种方式实现。图像投影仪通常包括至少一个光源，其可以被设置成照射例如LCOS芯片的空间光调制器。空间光调制器对图像的每个像素的投影强度进行调制，从而生成图像。替选地，图像投影仪可以包括通常使用快速扫描镜实现的扫描装置，该扫描装置跨投影仪的图像平面扫描来自激光光源的照射，同时在逐像素的基础上随着运动同步地改变光束的强度，从而针对每个像素投影期望的强度。在这两种情况下，提供准直光学器件以生成被准直到无限远的输出投影图像。如本领域中已知的，以上部件中的一些或全部可以被布置在一个或更多个偏振分束器(polarizingbeam-splitter，PBS)立方体或其他棱镜装置的表面上。

将会理解，近眼显示器10包括各种附加部件，其通常包括用于致动图像投影仪200的控制器(未示出)，通常采用来自小型板载电池(未示出)或一些其他合适的电源的电力。将会理解，如本领域已知的，控制器包括所有必要的电子部件(例如至少一个处理器或处理电路)，以驱动图像投影仪。这些部件对所有近眼显示器都是通用的，因此在本文中不再赘述。

应当理解，以上描述仅旨在用作示例，并且在所附权利要求书中限定的本发明的范围内，许多其他实施方式是可能的。

Claims (18)

1.一种用于将图像光照引导至眼动盒以供用户的眼睛观看的显示器，所述显示器包括：

(a)由透明材料形成的光导光学元件(LOE)，所述LOE具有：

(i)一组相互平行的主外表面，

(ii)在所述LOE的第一区域中的与所述LOE相关联的第一渐进偏转装置，以及

(iii)在所述LOE的第二区域中的与所述LOE相关联的第二渐进偏转装置；

(b)支承装置，被配置成用于相对于所述用户的头部支承所述LOE，其中所述主外表面中的一个主外表面与所述用户的眼睛成面对关系并且在相对于所述用户的眼睛的取向上，使得平行于所述主外表面的X轴被水平定向，Y轴平行于所述主外表面并垂直于所述X轴；

(c)图像投影仪，被配置成从投影仪孔径投影准直图像，所述准直图像包括与所述图像投影仪的光轴对准的主光线；以及

(d)反射耦入表面，

所述LOE、所述图像投影仪和所述反射耦入表面被布置成使得从所述图像投影仪投影的所述准直图像通过在所述反射耦入表面处的反射而偏转并耦入所述LOE中以通过在所述主外表面处的内反射在所述LOE内沿第一方向朝向所述第一区域传播，由所述第一渐进偏转装置重定向以通过在所述主外表面处的内反射在所述LOE内沿第二方向朝向所述第二区域传播，并且由所述第二渐进偏转装置重定向，以朝向所述用户的眼睛耦出所述LOE，

并且其中，所述反射耦入表面相对于所述X轴和所述Y轴倾斜地定向。

2.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述反射耦入表面越过所述主外表面中的一个主外表面的平面，以部分地位于所述LOE的厚度内并且部分地位于所述厚度之外。

3.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述反射耦入表面至少部分地由附接至所述LOE的边缘的棱镜的表面提供。

4.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述反射耦入表面至少部分地由附接至所述主外表面中的一个主外表面的棱镜的表面提供。

5.根据权利要求1所述的显示器，还包括被设置在所述图像投影仪与所述反射耦入表面之间的光路径中的透明楔形元件，所述透明楔形元件提供与所述投影仪孔径相关联的输入表面以及与所述LOE的所述主外表面中的一个主外表面平行的输出表面。

6.根据权利要求5所述的显示器，其中，所述透明楔形元件由至少两个楔形部件形成，所述至少两个楔形部件由具有不同色散特性的材料形成。

7.根据权利要求6所述的显示器，其中，所述至少两个楔形部件包括第一楔形元件和第二楔形元件，所述第一楔形元件具有朝向第一交线会聚的两个非平行表面，所述第二楔形元件具有朝向第二交线会聚的两个非平行表面，所述第一楔形元件和所述第二楔形元件被定向成使得所述第一交线与所述第二交线不平行。

8.根据权利要求5所述的显示器，其中，所述输入表面垂直于所述准直图像的所述主光线。

9.根据权利要求5所述的显示器，其中，所述输出表面经由气隙或低折射率粘合剂与所述主外表面中的一个主外表面相关联。

10.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述第一渐进偏转装置包括位于所述LOE的所述第一区域中的所述主外表面之间并且具有第一取向的第一组平面的、相互平行的、部分反射的表面，并且其中，所述第二渐进偏转装置包括位于所述LOE的所述第二区域中的所述主外表面之间并且具有不平行于所述第一取向且倾斜于所述主外表面的第二取向的第二组平面的、相互平行的、部分反射的表面。

11.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述第一渐进偏转装置和所述第二渐进偏转装置被实现为第一衍射光学元件和第二衍射光学元件。

12.一种用于将图像光照引导至眼动盒以供用户的眼睛观看的显示器，所述显示器包括：

(a)由透明材料形成的光导光学元件(LOE)，所述LOE具有：

(i)一组相互平行的主外表面，

(ii)在所述LOE的第一区域中的与所述LOE相关联的第一渐进偏转装置，以及

(iii)在所述LOE的第二区域中的与所述LOE相关联的第二渐进偏转装置；

(b)支承装置，被配置成用于相对于所述用户的头部支承所述LOE，其中所述主外表面中的一个主外表面与所述用户的眼睛成面对关系并且在相对于所述用户的眼睛的取向上，使得平行于所述主外表面的X轴被水平定向，Y轴平行于所述主外表面并垂直于所述X轴；

(c)图像投影仪，被配置成从投影仪孔径投影准直图像，所述准直图像包括与所述图像投影仪的光轴对准的主光线；

(d)反射耦入表面；以及

(e)被设置在所述图像投影仪与所述反射耦入表面之间的光路径中的透明楔形元件，所述透明楔形元件提供与所述投影仪孔径相关联的输入表面和与所述LOE的所述主外表面中的一个主外表面平行的输出表面，

所述LOE、所述图像投影仪和所述反射耦入表面被布置成使得从所述图像投影仪投影的所述准直图像穿过所述透明楔形元件，通过在所述反射耦入表面处的反射而偏转并耦入所述LOE中，以通过在所述主外表面处的内反射在所述LOE内沿第一方向朝向所述第一区域传播，由所述第一渐进偏转装置重定向以通过在所述主外表面处的内反射在所述LOE内沿第二方向朝向所述第二区域传播，并且由所述第二渐进偏转装置重定向，以朝向所述用户的眼睛耦出所述LOE。

13.根据权利要求12所述的显示器，其中，所述透明楔形元件由至少两个楔形部件形成，所述至少两个楔形部件由具有不同色散特性的材料形成。

14.根据权利要求13所述的显示器，其中，所述至少两个楔形部件包括：第一楔形元件和第二楔形元件，所述第一楔形元件具有朝向第一交线会聚的两个非平行表面，所述第二楔形元件具有朝向第二交线会聚的两个非平行表面，所述第一楔形元件和所述第二楔形元件被定向成使得所述第一交线与所述第二交线不平行。

15.根据权利要求12所述的显示器，其中，所述输入表面垂直于所述准直图像的所述主光线。

16.根据权利要求12所述的显示器，其中，所述输出表面经由气隙或低折射率粘合剂与所述主外表面中的一个主外表面相关联。

17.根据权利要求12所述的显示器，其中，所述第一渐进偏转装置包括位于所述LOE的所述第一区域中的所述主外表面之间并且具有第一取向的第一组平面的、相互平行的、部分反射的表面，并且其中，所述第二渐进偏转装置包括位于所述LOE的所述第二区域中的所述主外表面之间并且具有不平行于所述第一取向且倾斜于所述主外表面的第二取向的第二组平面的、相互平行的、部分反射的表面。

18.根据权利要求12所述的显示器，其中，所述第一渐进偏转装置和所述第二渐进偏转装置被实现为第一衍射光学元件和第二衍射光学元件。