TW202142947A - 使用相位圖像生成器的圖像投影儀 - Google Patents

Abstract

一種具有高光學效率的圖像投影儀，該圖像投影儀在距觀看者任意距離處投射圖像。該圖像投影儀包括：照射模組，該照射模組具有至少一個空間相干光源；相位圖像生成器，該相位圖像生成器具有光學相移元件陣列；電子圖像控制器，該電子圖像控制器以電的方式連接至相位圖像生成器；以及波導，該波導包括至少一個嵌入式部分反射器。該波導被定位在照射模組與波導之間，或者被定位在波導與觀看者之間。該相位圖像生成器可以包括用於消除色斑的相移、用於校正光學像差的相移和/或用於對由具有不同光程長度的光線引起的干涉進行補償的相移。

Description

使用相位圖像生成器的圖像投影儀

本發明要求本發明發明人於2019年12月19日提交的美國臨時專利申請第62/950,207號的權益，其通過引用整體併入本文。

本發明內容涉及顯示器，並且更特別地，本發明內容涉及使用相位圖像生成器的圖像投影儀。

圖像投影儀例如在近眼顯示器中使用的那些圖像投影儀將光學圖像注入波導，然後波導將圖像傳送到觀看者的眼睛。通過對照射光的相位和/或幅度進行調變來形成光學圖像，照射光由非相干光源或相干光源提供。

在非相干光源的情況下，通常通過使用例如空間光調變器(spatial light modulator，SLM)或液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)空間地調變光幅度來形成圖像。典型地，這種幅度調變引起光強度的損失，這降低了圖像投影儀的光學效率，並且嚴格限於投影到無窮遠的圖像。

在相干光源的情況下，通常由掃描雷射系統提供照射，在掃描雷射系統中，隨時間調變雷射光束的強度，並且通過旋轉鏡快速掃描雷射光束的方向。此處同樣地，系統也限於投影到無窮遠的圖像，並且此外，難以實現所需的掃描鏡旋轉速度。

本發明內容是使用相位圖像生成器(例如，全像光學元件(holographic optical element，HOE)或矽基液晶裝置(liquid crystal on silicon device，LCOS))的緊湊的、光學有效的圖像投影儀。圖像被投影 在距觀看者的任意距離處，其中，光強度或光學效率損失很小或沒有損失。

在本發明中，術語“雷射”在用作名詞或形容詞時旨在包括在頭戴式顯示器中使用的各種照射源，例如，雷射二極體和發光二極體(light-emitting diode，LED)。此外，光學術語中的術語“平面”(例如，像平面和焦平面)的使用被理解為是指可以是嚴格的數學意義上的平面或者可以不是嚴格的數學意義上的平面的表面。

根據本發明的主題的一個方面，提供了一種具有高光學效率的圖像投影儀，該圖像投影儀包括：照射模組，該照射模組具有至少一個空間相干光源；相位圖像生成器，該相位圖像生成器具有光學相移元件陣列；電子圖像控制器，該電子圖像控制器與相位圖像生成器電通信；以及波導，該波導被定位在照射模組與觀看者之間並且具有至少一個嵌入式部分反射器。

根據一些方面，相位圖像生成器被定位在照射模組與波導之間，或者被定位在波導與觀看者之間。

根據一些方面，相位圖像生成器被定位在波導的入射光瞳處或者被定位在入射光瞳的圖像處。

根據一些方面，相位圖像生成器生成至少兩個衍射級，所述至少兩個衍射級被耦入到波導中。

根據一些方面，相位圖像生成器是透射式或反射式的。

根據一些方面，圖像投影儀包括正透鏡，該正透鏡被定位在波導與相位圖像生成器之間。

根據一些方面，相位圖像生成器包括液晶顯示器、矽基液晶裝置、全像光學元件和/或空間光調變器。

根據一些方面，相位圖像生成器包括用於消除色斑的時變相移器。

根據一些方面，相位圖像生成器包括用於校正光學像差和/或對由具有不同光程長度的光線引起的干涉進行補償的相移。

根據一些方面，至少一個空間相干光源具有隨時間調變 的強度。

根據一些方面，至少一個空間相干光源包括雷射二極體、二極體泵浦固態雷射器和/或超發光發光二極體(super-luminescent light emitting diode，SLED)。

根據一些方面，照射模組包括具有不同的波長的至少兩個光源。

根據一些方面，照射模組還包括聚焦光學元件。

根據一些方面，聚焦光學元件是透鏡、反射鏡或雙錐形光學部件。

根據一些方面，至少一個嵌入式部分反射器包括衍射光柵、衍射光學元件和/或部分反射表面。

根據一些方面，圖像投影儀包括圖像幅度調變器。

根據一些方面，圖像投影儀包括光學分束器，該光學分束器可以是偏振分束器。

根據一些方面，圖像投影儀包括漫射器，該漫射器可以是光學擴展量擴展器。

根據一些方面，圖像投影儀包括微透鏡陣列、一個或更多個掃描鏡、用於跟蹤觀看者的眼睛的當前視線的眼睛跟蹤攝像裝置和/或體積布拉格光柵(Volume Bragg Grating，VBG)。

100,400A,400B,500A,500B,500C,500D,600A:圖像投影儀

101,201,301,601:照射源

105,125,205,225,305,325:準直光學器件

110,410,610:相位圖像生成器

112:圖像控制器

113A,113B,113C:箭頭

115,215,315:聚焦光學器件

120,220,320:圖像焦平面

121:圖像孔徑光闌

130,230,330:出瞳

131:出瞳光闌

140,340,440:光學器件模組

150,350,450,550,650:波導

208,218,228,308:偏振分束器(PBS)

210,310:反射相位圖像生成器

326:雙折射窗

328:反射器

401:偏振照射源

413,513A,513B,513C,613A,613B:衍射級

418:PBS平面

428,528,528C,628:嵌入式部分反射器

430:輸出平面

501A,501B:照射模組

501C,501D:相干照射模組

503A,503A’,503B,503C,503D:照射子模組

504A,504B,504C,504D:光纖

504F:相干源

505A,505B,505C,505D:微光學準直器

510A,510B,510C:空間光調變器(SLM)

514C:束

515B:正透鏡

515C:透鏡

516C:準直束

517C,526:柱面光學器件

518C:漫射器(光學擴展量擴展器)

524:保持器

525C,625:柱面鏡

527F:封裝件

529F,530F:微透鏡陣列(MLA)

530:焦平面

550C:二維(2D)波導

560A,560B,560C:輸出相前

570:觀看者

575:眼睛跟蹤攝像裝置

615:光學器件

616:光闌

A,B,C:位置

f1,f2:焦距

h:間隔距離

在本文中參照圖式僅通過示例的方式描述本發明內容。

圖1是根據本發明內容的第一實施方式的圖像投影儀的光學示意圖。

圖2和圖3分別示出了用於圖1的圖像投影儀的第一示例性光學佈局和第二示例性光學佈局。

圖4A是根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀的光學示意圖。

圖4B是根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀的光學示意圖。

圖5A是根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀的光學示意圖。

圖5B是根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀的光學示意圖。

圖5C是根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀的光學示意圖。

圖5D是根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀的光學示意圖。

圖5E和圖5F分別示出了圖5D的照射子模組內的發射器的第一佈置和第二佈置。

圖6A和圖6B分別示出了根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀600A的俯視圖和側視圖中的光學示意圖。

圖1示出了根據本發明內容的圖像投影儀100的光學佈局的示意圖。照射源101是空間相干光源，例如，雷射二極體、二極體泵浦固態雷射器(diode pumped solid-state laser，DPSSL)或超發光發光二極體(super-luminescent light emitting diode，SLED)。通常通過以時變週期序列在紅光照射源、綠光照射源和藍光照射源之間交替生成彩色圖像。

準直光學器件105將光透射到相位圖像生成器110，相位圖像生成器110接收來自電子圖像控制器112的電訊號。可以通過例如透射LCD、反射LCOS或HOE來實現相位圖像生成器。箭頭113A、箭頭113B和箭頭113C示出了與入射照射的不同角度相對應的樣本光線路徑。通常使用可程式設計數位電腦來實現圖像控制器112。

光學器件模組140將照射耦入到波導150中。如虛線所示，聚焦光學器件115將相位調變光聚焦到圖像焦平面120上。雜散衍射級被圖像孔徑光闌121阻擋。準直光學器件125將光傳送到出瞳光闌131 內的由虛線示出的出瞳130。為了高光學效率，相位圖像生成器110優選地被定位在出瞳130的圖像處。穿過出瞳130的光被注入到波導150中。

作為選項，為了擴展進入準直光學器件125的光錐的數值孔徑，可以將漫射器或微透鏡陣列(micro-lens array，MLA)定位在圖像焦平面120中。作為另一個選項，為了提高照射效率，可以對圖像相位和/或幅度進行近似。

雖然圖1中未示出，但是可以添加諸如LCD或SLM的圖像幅度調變器，以使得能夠在無需使用附加的光學元件的情況下在相位和幅度二者上進行圖像的操縱。當幅度調變器被定位成靠近相位圖像生成器110或靠近出瞳130時，所添加的幅度調變與由相位圖像生成器110提供的相位調變一起使得能夠完全重建期望圖像。當幅度調變器被定位在圖像焦平面120處或靠近圖像焦平面120時，添加的幅度調變可以被用於改善圖像品質，並且通常將使得能夠更好地逼近期望圖像。

可以可選地使用相位和/或幅度上的圖像近似來提高照射效率。另外，為了保持光強度，相位圖像生成器110可以被配置成將光轉向至幅度調變器的選定部分。此外，幅度調變器可以用於通過過濾出散射光來增強圖像對比度，否則散射光將穿過圖像焦平面。

圖2示出了使用三個偏振分束器的圖1的圖像投影儀的第一示例性光學佈局。照射源201是偏振的空間相干光源，例如，雷射二極體或二極體泵浦固態(diode pumped solid-state，DPSS)雷射器。準直光學器件205將照射傳送到偏振分束器(polarizing beam splitter，PBS)208，偏振分束器208將光反射到反射圖像相位生成器210上。經相位調變的光穿過聚焦光學器件215並且被PBS 218反射到圖像焦平面220上。PBS 228將光反射到準直光學器件225中，並且然後，光被反射到出瞳230中。諸如LCOS的可選的幅度調變器可以被定位在圖像焦平面220處。

圖3示出了使用折射光學元件的圖1的圖像投影儀的第二示例性光學佈局。來自照射源301的光被準直光學器件305準直，並且被PBS 308轉向到反射圖像相位生成器310上。圖像相位生成器位於被成像 到出瞳330上的平面上。光學器件模組340將照射耦入到波導350中。聚焦光學器件315將經相位調變的光聚焦到圖像焦平面320上，該圖像焦平面320由於場曲率的影響而彎曲。為了放大進入準直光學器件325的光的數值孔徑，彎曲的MLA被可選地放置在圖像焦平面320上。在準直之後，光被反射器328反射到出瞳330中，並且然後被耦入到波導350中。

在許多情況下，期望在由照射源301發射的光進入波導350之前對光進行去偏振。對於具有窄光譜寬度的雷射源，去偏振片通常是厚的並且在緊湊圖像投影儀中使用是不切實際的。更實用的替選解決方案是對於三種照射顏色(例如，紅色、綠色和藍色)中的每一種使用具有略微不同波長的兩個雷射源。在圖3中，雙折射窗326被配置成使來自兩個雷射源的光具有正交偏振。通過這種技術，在圖像相位生成器中順序生成六個圖像(例如，2個用於紅色，2個用於綠色，2個用於藍色)，並且所得彩色圖像被有效地去偏振。六個圖像中的每一個圖像通常在相位圖像生成器中需要不同的相位模式。

圖4A示出了根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀400A的光學示意圖。來自偏振照射源401的光被PBS平面418反射到相位圖像生成器410上。相位圖像生成器410生成與例如衍射級+1和衍射級-1相對應的衍射級413，該衍射級是彼此的鏡像並且生成相反取向的兩個圖像。如圖所示，衍射級通過波導表面處的全內反射(total internal reflection，TIR)傳播通過波導450，並且通過嵌入式部分反射器428耦合至輸出平面430。部分反射器可以例如被實現為衍射光柵、繞射光學元件(diffraction optical element，DOE)或部分反射面。

圖4B示出了根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀400B的光學示意圖。在這種情況下，相位圖像生成器410位於到波導450的入口的圖像處，並且光學器件模組440用於將來自偏振照射源401的照射耦入到波導中。光學器件模組440的元件類似於圖3中的光學器件模組340的元件。

與圖3的實施方式中的單個圖像相比，在圖4A和圖4B 中，兩個圖像被注入到波導中。實際上，通過使用二維波導，也可以將圖4A和圖4B的實施方式擴展為包括四個圖像的注入。此外，波導可以被配置成包括雙折射部或雙折射窗。在2018年4月12日公佈的並且題為“Aperture Multiplier Using a Rectangular Waveguide”的國際申請號WO 2018/0659751 A1中提供了附加的細節。

在圖4A和圖4B中，相位圖像生成器410將入射照射朝向波導450反射。然而，替選實施方式是可能的，在替選實施方式中，相位圖像生成器是透明的，並且入射照射在相位圖像生成器的與圖4A和圖4B中所示相反的側面上進入。

圖5A示出了根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀500A的光學示意圖。照射模組501A以相對於波導的長軸(與X-Y-Z坐標系的Z軸平行)的注入角度α將具有均勻相前(例如，平坦波前)的相干光束注入到波導550中。嵌入式部分反射器528實質上擴展波前並且將光耦入到SLM 510A中，SLM 510A是光學相位和/或幅度調變器。對於擴增實境(Augmented Reality，AR)應用，SLM優選地是透射僅相位調變器，例如LCOS，其不阻擋環境光。波導550實質上用作SLM的薄照射源，其調變入射相前以生成期望的圖像。SLM還可以對從不同嵌入式部分反射器528反射的光波的相對相位的差異進行補償，以消除不希望的干涉效應。

例如，借助於掃描微鏡(未示出)在照射模組501A中改變注入方向α。每個這樣的方向與全像圖像投影的特定方向相對應。通過改變α，可以在比SLM提供的視場(field-of-view，FOV)更大的視場上掃描投影圖像。輸出相前560A、輸出相前560B和輸出相前560C將圖像資訊傳送到觀看者570。

圖5B示出了根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀500B的光學示意圖。照射模組501B將相干光束沿方向α注入到波導550。介於波導550與SLM 510B之間的正透鏡515B聚焦相干光但不影響環境光。正透鏡515B可以被實現為例如被配置成在窄光譜範圍內具有高衍射效率的體積布拉格光柵(Volume Bragg Grating，VBG)衍射元件或全像表 面。更一般地，正透鏡515B可以包括堆疊在一起的三個VBG元件，使得每個VBG衍射與紅色、綠色或藍色照射相對應的特定波長。

正透鏡515B也可以位於SLM 510B與觀看者之間。可以通過施加至SLM的像素的額外的相移來補償正透鏡515B的可能像差。SLM生成衍射級513A、衍射級513B和衍射級513C，衍射級513A、衍射級513B和衍射級513C分別聚焦在正透鏡515B的輸出焦平面530中的位置A、位置B和位置C處。點B和點C之間的間隔距離在圖5B中由(h)表示。

如果間隔距離(h)足夠大，例如，大於觀看者570的眼睛瞳孔直徑，則觀看者一次只能看到一個衍射級。如果間隔距離小於期望的眼動盒(Eye Motion Box，EMB)，如在相對大的SLM像素間距的情況下，需要控制衍射級之一的位置(例如，位置B)，使得該位置跟蹤觀看者570的眼睛瞳孔的暫態位置。通過調整注入方向α來實現對焦平面530中的位置B的控制。借助於用於跟蹤觀看者眼睛的當前視線的眼睛跟蹤攝像裝置575，將觀看者570的暫態眼睛位置定位在眼動盒(Eye Motion Box，EMB)內。基本上，每個注入方向與在波導內的照射束的路徑相對應，並且在焦平面530中產生衍射級的特定位置B。

用於控制圖像投影儀500B的操作的系統參數列於下表1中。

系統參數通過下列數學式關聯：

W=2＊R＊tan(Fi/2) (3)

數值示例

例如，假定R=20mm，Fd=38.6度(對於對角線為50度的方形顯示器)，式(1)得到D=13.2mm。式(2)是近似的。對於與藍光相對應的p=3微米和λ=0.447微米，式(2)得出h=3mm，該值近似為眼睛瞳孔的直徑。然後SLM將包含至少N×N像素，其中，N=D/p=4400。對於W=±5mm(或總計10mm)，式(3)近似得出Fi=±14度。

圖5C示出了根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀500C的光學示意圖，該圖像投影儀500C使用透明二維(two-dimensional，2D)波導550C。相干照射模組501C包括柱面光學器件517C，該柱面光學器件例如可以被實現為透鏡、反射鏡或雙錐形光學部件。照射被聚焦為束514C，束514C在Y-Z平面中被準直並且在X-Z平面(例如，波導的平面)中被聚焦到漫射器518C上。漫射器用作光學擴展量擴展器，該光學擴展量擴展器增加束在X-Z平面中的發散角。

柱面鏡525C反射束以形成後向傳播的準直束516C。準直束516C通過嵌入式部分反射鏡528C從2D波導550C射向透鏡515C和SLM 510C(由虛線示出)。關於2D波導成像系統的更多細節可以在2020年10月25日提交的題為“Displays Employing Astigmatic Optics and Aberration Compensation”的國際申請第PCT/IL2020/051114號中找到。

圖5D示出了根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀500D的光學示意圖。代替圖5C的照射模組501C和光學擴展量擴展器518C，圖5D中的投影儀包括相干照射模組501D。相干照射模組501D包含4個照射子模組──照射子模組503A、照射子模組503B、照射子模組 503C和照射子模組503D。每個子模組包含4個發射器，使得相干照射模組501D總共包含4 x 4=16個發射器。假設衍射級之間的間隔距離為3mm(如圖5B中參數h所指示的)，4 x 4陣列可以覆蓋12mm x 12mm的EMB。根據EMB的期望尺寸，不同的陣列尺寸是可能的，例如，對於較小的EMB，可以使用較小的陣列尺寸。發射器被打開和關閉，其中在任何給定的時間一個發射器在操作，並且由SLM 510C產生的衍射級在透鏡515C的焦平面內的不同位置生成圖像。圖像投影儀500D的優點在於其不需要掃描鏡或附加光學器件模組(例如，圖3中的光學器件模組340、圖4B中的光學器件模組440和圖5C中的照射模組501C)。

圖5E示出了圖像投影儀500D的照射子模組503A內部的發射器的第一佈置。類似的佈置適用於照射子模組503B、照射子模組503C和照射子模組503D。光纖504A、光纖504B、光纖504C和光纖504D分別為微光學準直器505A、微光學準直器505B、微光學準直器505C和微光學準直器505D提供照射，微光學準直器505A、微光學準直器505B、微光學準直器505C和微光學準直器505D各自對準不同的注入角度。準直光被柱面光學器件526收集並且被注入到2D波導550C中，使得來自每個光纖的光在平面Y-Z平面(例如，與波導的平面正交的平面)中被準直並且在平面X-Z平面(例如，波導的平面)中被發散。保持器524提供機械支撐以保持所有元件被正確對準。

圖5F示出了作為替選的圖像投影儀500D的照射子模組503A'內的發射器的第二佈置。四個相干源504F(例如，半導體雷射二極體晶片)被集成在封裝件527F內的單個基板上。通過MLA 529F和MLA 530F，發射束在波導的X-Z平面中發散並且在Y-Z平面(例如，與波導的平面正交的平面)中準直。

圖6A和圖6B分別以俯視圖和側視圖示出了根據本發明內容的另一實施方式的圖像投影儀600A的光學示意圖。照射源601結合了相位圖像生成器610和柱面或雙錐形光學器件615，該光學器件615將衍射級613A和衍射級613B聚焦到光闌616的平面上。如圖所示，光闌透射衍 射級613A並且阻擋衍射級613B。柱面鏡625將透射的光反射回波導650，波導650的嵌入式部分反射鏡628朝向觀看者570射出圖像。分別與光學器件615和柱面鏡625對應的焦距f1和焦距f2的比率確定圖像FOV在一個空間維度上的放大率。圖像投影儀600A具有高度緊湊的優點，然而，該投影儀中的衍射級阻擋和圖像放大率限於波導650的平面。

在以下部分中呈現了用於確定相位圖像生成器的相位模式的考慮事項。

色斑抑制

當在圖像投影儀中使用相干照射源時，色斑可能降低成像品質。為了減輕色斑的影響，可以在相位圖像生成器中或者在包括單個像素的單獨的專用相位調變器中將隨機、時變、全域相移添加到像素的2D陣列。觀看者眼睛中連續圖像的時間平均顯著地減少了斑點假像。

用於色斑抑制的單像素專用相位調變器通常會需要小於一毫秒的切換時間。低功率相位調變器通常具有較長的切換時間。通過串聯組合幾個低功率相位調變器(在它們之間具有亞毫秒延遲)可以構造具有必需切換時間的廉價實現方式。

光程長度補償

注入到2D波導中的光從波導內部的多個嵌入式部分反射器反射。在波導區域上延伸並且位置與取向不同的反射光線具有不同的光程長度，並且因此會在觀看者的FOV中產生干涉效應。為了消除干涉效應，可以將對光程長度差補償的附加相移編碼到相位圖像生成器的相位模式中。

照射源的空間和時間相干長度確定所需編碼的類型。在一種操作模式中，例如，在分散式回體(distributed feedback，DFB)雷射二極體的情況下，時間相干長度比波導的出瞳(即，波導的以下區域，對於給定的眼睛的位置，光從波導的該區域耦出至觀看者的眼睛)大。使用眼睛跟蹤器(例如，圖5B中的眼睛跟蹤攝像裝置575)準確地知道眼睛的位置，並且然後，可以計算所有的光程長度差並且將其編碼到相位圖像生成器中。以這種方式，可以實現全3D成像。

在第二操作模式中，照射源的時間相干長度比波導的出瞳短但是比觀看者的眼睛瞳孔的直徑長。對於投影到無窮遠的圖像，圖像平面中的每個像素由投影光的單個角度取向(例如，單個“k向量”)組成，並且不同的角度取向不干涉。在這種情況下，不需要準確瞭解眼睛位置。

像差校正

在相位圖像生成器的像素的2D陣列中編碼的相移還可以包括以下項，該項對源於圖像投影儀自身的光學器件中的光學像差進行校正。在2020年6月23日提交的題為“Display with Foveated Optical Correction”的國際申請第PCT/IL2020/050700號中進一步詳細描述了這樣的校正。

應當理解，以上描述僅旨在用作示例，並且許多其他實施方式可能在如上所述的本發明內容的範圍內。

100:圖像投影儀

101:照射源

105,125:準直光學器件

110:相位圖像生成器

112:圖像控制器

113A,113B,113C:箭頭

115:聚焦光學器件

120:圖像焦平面

121:圖像孔徑光闌

130:出瞳

131:出瞳光闌

140:光學器件模組

150:波導

Claims (26)

1. 一種具有高光學效率的圖像投影儀，包括：

   照射模組，所述照射模組包括至少一個空間相干光源；

   相位圖像生成器，所述相位圖像生成器包括光學相移元件陣列；

   電子圖像控制器，所述電子圖像控制器與所述相位圖像生成器電通信；以及

   波導，所述波導介於所述照射模組與觀看者之間並且所述波導包括至少一個嵌入式部分反射器。
2. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述相位圖像生成器介於所述照射模組與所述波導之間，或者介於所述波導與所述觀看者之間。
3. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述相位圖像生成器被定位在所述波導的入射光瞳處或者被定位在所述入射光瞳的圖像處。
4. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述相位圖像生成器生成至少兩個衍射級，所述至少兩個衍射級被耦入到所述波導中。
5. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述相位圖像生成器是透射式的。
6. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述相位圖像生成器是反射式的。
7. 如請求項6所述的圖像投影儀，所述圖像投影儀還包括正透鏡，所述正透鏡介於所述波導與所述相位圖像生成器之間或者介於所述相位圖像生成器與所述觀看者之間。
8. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述相位圖像生成器包括選自包括以下的組的部件：液晶顯示器、矽基液晶裝置、全像光學元件和空間光調變器。
9. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述相位圖像生成器包括用於消除色斑的時變相移器。
10. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述相位圖像生成器包括用於校正光學像差的相移器。
11. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述相位圖像生成器包括用於對由具有不同光程長度的光線引起的干涉進行補償的相移器。
12. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述至少一個空間相干光源具有隨時間調變的強度。
13. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述至少一個空間相干光源包括選自包括以下的組的部件：雷射二極體、二極體泵浦固態雷射器和超發光發光二極體(super-luminescent light emitting diode，SLED)。
14. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述照射模組包括具有不同波長的至少兩個光源。
15. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述照射模組還包括聚焦光學元件。
16. 如請求項15所述的圖像投影儀，其中，所述聚焦光學元件是透鏡、反射鏡或者雙錐形光學部件。
17. 如請求項1所述的圖像投影儀，其中，所述至少一個嵌入式部分反射器包括選自包括以下的組的部件：衍射光柵、衍射光學元件以及部分反射表面。
18. 如請求項1所述的圖像投影儀，所述圖像投影儀還包括圖像幅度調變器。
19. 如請求項1所述的圖像投影儀，所述圖像投影儀還包括光學分束器。
20. 如請求項19所述的圖像投影儀，其中，所述光學分束器是偏振分束器。
21. 如請求項1所述的圖像投影儀，所述圖像投影儀還包括漫射器。
22. 如請求項21所述的圖像投影儀，其中，所述漫射器是光學擴展量擴展器。
23. 如請求項1所述的圖像投影儀，所述圖像投影儀還包括微透鏡陣列。
24. 如請求項1所述的圖像投影儀，所述圖像投影儀還包括一個或更多個掃描鏡。
25. 如請求項1所述的圖像投影儀，所述圖像投影儀還包括眼睛跟蹤攝像裝置，用於跟蹤所述觀看者的眼睛的當前視線。
26. 如請求項1所述的圖像投影儀，所述圖像投影儀還包括至少一個體積布拉格光柵。

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