TW202248717A - 包括具有二維擴展的光導光學元件的顯示器 - Google Patents
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Abstract
一種顯示器包括平坦的光導光學元件(Light-guide Optical Element,LOE)，該LOE具有與其第一區域和第二區域相關聯的第一漸進偏轉裝置和第二漸進偏轉裝置。諸如眼鏡框架的支承裝置與使用者的眼睛成面對關係來支承LOE。圖像投影儀經由反射耦入表面將準直圖像注入到LOE中。反射耦入表面優選地相對於LOE的主水準和垂直軸傾斜地定向。多部件楔優選地用於補償色差。
Description
本發明涉及光學系統，並且特別地，涉及包括用於實現光學孔徑擴展的光導光學元件(light-guide optical element,LOE)的光學系統。
許多近眼顯示系統包括在使用者眼睛前放置的透明光導光學元件(LOE)或“波導”，LOE或波導通過內反射在LOE內傳送圖像，並且然後通過合適的輸出耦合機構朝向使用者眼睛耦出圖像。輸出耦合機構可以基於嵌入的部分反射器或“小平面”，或者可以採用衍射模式。下面的描述將主要涉及基於小平面的耦出裝置，但是應當理解，本發明的各種特徵也能夠適用於衍射裝置。
為了採用小型圖像投影儀來提供期望的視場(Field of View，FOV)，各種系統經由兩組嵌入的部分反射器或通過兩個衍射光學元件(各自實現不同維度的孔徑擴展)採用二維孔徑擴展。這樣的設備的示例可以在與本申請共同轉讓的PCT專利申請公佈第WO 2020/049542 A1號中找到。
緊湊型頭戴式顯示器帶來了設計挑戰。波導本身的幾何形狀提出了嚴格的要求。優選的是，投影儀應當以在美學上符合承載波導的眼鏡框架的幾何形狀的方式集成，但是來自波導的要求通常規定了不利於美學要求的投影儀的優選取向。
本發明是顯示器。
根據本發明的實施方式的教示，提供了一種用於將圖像光照引導
至眼動盒以供用戶的眼睛觀看的顯示器，該顯示器包括：(a)由透明材料形成的光導光學元件(LOE)，該LOE具有：(i)一組相互平行的主外表面，(ii)在LOE的第一區域中的與LOE相關聯的第一漸進偏轉裝置，以及(iii)在LOE的第二區域中的與LOE相關聯的第二漸進偏轉裝置；(b)支承裝置，被配置成用於相對於使用者的頭部支承LOE，其中主外表面中的一個與用戶的眼睛成面對關係並且在相對於用戶的眼睛的取向上，使得平行於主外表面的X軸線被水準定向，Y軸線平行於主外表面並垂直於X軸線；(c)圖像投影儀，被配置成從投影儀孔徑投影準直圖像，該準直圖像包括與圖像投影儀的光軸對準的主光線；以及(d)反射耦入表面，LOE、圖像投影儀和反射耦入表面被佈置成使得從圖像投影儀投影的準直圖像通過在反射耦入表面處的反射而偏轉並耦入LOE中，以通過在主外表面處的內反射在LOE內沿第一方向朝向第一區域傳播，由第一漸進偏轉裝置重定向以通過在主外表面處的內反射在LOE內沿第二方向朝向第二區域傳播，並且由第二漸進偏轉裝置重定向，以朝向用戶的眼睛耦出LOE，並且其中，反射耦入表面相對於X軸線和Y軸線傾斜地定向。
根據本發明的實施方式的另一特徵，反射耦入表面越過主外表面中的一個主外表面的平面，以部分地位於LOE的厚度內並且部分地位於該厚度之外。
根據本發明的實施方式的另一特徵，反射耦入表面至少部分地由附接至LOE的邊緣的稜鏡的表面提供。
根據本發明的實施方式的另一特徵，反射耦入表面至少部分地由附接至主外表面中的一個主外表面的稜鏡的表面提供。
根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了被設置在圖像投影儀與反射耦入表面之間的光路徑中的透明楔形元件，該透明楔提供與投影儀孔徑相關聯的輸入表面和與LOE的主外表面中的一個主外表面平行的輸出表面。
根據本發明的實施方式的教示，還提供了一種用於將圖像光照引
導至眼動盒以供用戶的眼睛觀看的顯示器，該顯示器包括：(a)由透明材料形成的光導光學元件(LOE)，該LOE具有：(i)一組相互平行的主外表面，(ii)在LOE的第一區域中的與LOE相關聯的第一漸進偏轉裝置，以及(iii)在LOE的第二區域中的與LOE相關聯的第二漸進偏轉裝置；(b)支承裝置，被配置成用於相對於使用者的頭部支承LOE，其中主外表面中的一個與用戶的眼睛成面對關係並且在相對於用戶的眼睛的取向上，使得平行於主外表面的X軸線被水準定向，Y軸線平行於主外表面並垂直於X軸線；(c)圖像投影儀，被配置成從投影儀孔徑投影準直圖像，該準直圖像包括與圖像投影儀的光軸對準的主光線；以及(d)反射耦入表面；以及(e)被設置在圖像投影儀與反射耦入表面之間的光路徑中的透明楔形元件，該透明楔提供與投影儀孔徑相關聯的輸入表面和與LOE的主外表面中的一個主外表面平行的輸出表面，LOE、圖像投影儀和反射耦入表面被佈置成使得從圖像投影儀投影的準直圖像穿過透明楔，通過在反射耦入表面處的反射而偏轉並耦入LOE中，以通過在主外表面處的內反射在LOE內沿第一方向朝向第一區域傳播，由第一漸進偏轉裝置重定向以通過在主外表面處的內反射在LOE內沿第二方向朝向第二區域傳播，並且由第二漸進偏轉裝置重定向，以朝向用戶的眼睛耦出LOE。
根據本發明的實施方式的另一特徵，透明楔由至少兩個楔形部件形成，所述至少兩個楔形部件由具有不同色散特性的材料形成。
根據本發明的實施方式的另一特徵，所述至少兩個楔形部件包括：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線會聚的兩個非平行表面，第二楔形元件具有朝向第二交線會聚的兩個非平行表面，第一楔形元件和第二楔形元件被定向成使得第一交線與第二交線不平行。
根據本發明的實施方式的另一特徵，輸入表面垂直於準直圖像的主光線。
根據本發明的實施方式的另一特徵，輸出表面經由氣隙或低折射率黏合劑與主外表面中的一個主外表面相關聯。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一漸進偏轉裝置包括位於
LOE的第一區域中的主外表面之間並且具有第一取向的第一組平面的、相互平行的、部分反射的表面，並且其中，第二漸進偏轉裝置包括位於LOE的第二區域中的主外表面之間並且具有不平行於第一取向並傾斜於主外表面的第二取向的第二組平面的、相互平行的、部分反射的表面。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一漸進偏轉裝置和第二漸進偏轉裝置被實現為第一衍射光學元件和第二衍射光學元件。
10:近眼顯示器
100:光導光學元件
102、104:主外表面
106:支承裝置
110:第一區域
111、121:小平面/表面
112:角度
113:角度
120:第二區域
122:角度
130:稜鏡
131:反射耦入表面
132:輸入楔形元件
132a、132b、132c:楔形部件
133:孔徑
134、135:表面
137a:第一交線
137b:第二交線
138:光學孔徑倍增器
140:眼動盒
200:圖像投影儀
A-A、B-B:線
D-D:平面
本文中參照圖式僅以示例方式描述了本發明，在圖式中：
圖1是使用根據本發明的教示構造和操作的光導光學元件(LOE)實現的用於向用戶提供擴增實境近眼顯示器的光學系統的示意性等距視圖；
圖2A和圖2B分別是圖1的在用戶面部上的近眼顯示器的示意性俯視圖和側視圖，其示出了由設備的面部曲線和設備的前傾斜導致的角度偏移；
圖3A至圖3C分別用於本發明的顯示器中的LOE結構的示意性側視圖、正視圖和俯視圖；
圖3D是沿圖3B中垂直於第二組部分反射表面的平面D-D截取的截面圖；
圖4A和圖4B分別是根據本發明的教示構造和操作的顯示器的第一示例性實施方式的光學元件(沒有圖像投影儀)的側視圖和等距視圖；
圖5A和圖5B分別是根據本發明的教示構造和操作的顯示器的替選示例性實施方式的光學元件的側視圖和等距視圖；
圖6A和圖6B分別是根據本發明的教示構造和操作的顯示器的另一示例性實施方式的光學元件的側視圖和等距視圖；
圖7A至圖7C是根據本發明的一方面的用於補償色差的輸入楔形稜鏡的示意性側視圖；
圖7D是類似於圖4A的視圖，其示出了圖7A至圖7C的輸入楔形稜鏡的優選設置；以及
圖8A至圖8C是根據本發明的一方面的用於補償色差的輸入楔形稜鏡的另一優選實現方式的第一截面圖和第二截面圖和平面圖，其中圖8A和圖8B是分別沿圖8C中的線A-A和B-B截取的截面圖。
本發明的某些實施方式提供了一種用於將圖像光照引導至眼動盒以供用戶的眼睛觀看的顯示器，通常為平視顯示器，以及最優選地是近眼顯示器，該顯示器可以是虛擬實境顯示器，或者更優選地是擴增實境顯示器。
在圖1至圖6B中示意性地示出了根據本發明的某些實施方式的教示的呈近眼顯示器(總體上指定為近眼顯示器10)形式的設備的示例性實現方式。該顯示器採用由透明材料形成的光導光學元件(LOE)100(可互換地稱為“波導”、“基板”或“平板”)，該光導光學元件具有一組相互平行的主外表面102和主外表面104(圖2A和圖2B)、在LOE的第一區域110中的與LOE相關聯的第一漸進偏轉裝置、以及在LOE的第二區域120中的與LOE相關聯的第二漸進偏轉裝置。
LOE 100以及更優選地一對LOE(每個眼睛一個)由支承裝置106相對於使用者的頭部來支承，其中主外表面中的一個主外表面102與用戶的眼睛成面對關係並且在相對於用戶的眼睛的取向上，使得平行於主外表面的X軸被水準定向。Y軸被限定為平行於主外表面102並垂直於X軸的方向。
近眼顯示器10還包括圖像投影儀(Projector of Display)200(在本文中也稱為“POD”，)，其被配置成從投影儀孔徑投影準直圖像。準直圖像包括與圖像投影儀的光軸對準的主光線(通常是圖像的FOV的中心場)。
為了將從圖像投影儀200投影的圖像耦入LOE中，如圖4A至圖6B中的各種變型所示，提供了反射耦入表面131(也被稱為“鏡”)。LOE 100、圖像投影儀200和反射耦入表面131被佈置成使得從圖像投影儀200投影的準直圖像通過在反射耦入表面131處的反射而偏轉並耦入LOE 100中，以通過在主外表面處的內反射在LOE內沿第一方向朝向第一區域110傳播。然後，圖像被第一漸進偏轉裝置重定向，以通過在主外表面處的內反射在LOE內沿第二方向朝向第二區域120傳播，並且被第二漸進偏轉裝置重定向，以朝向在眼動盒140處的用戶的眼睛耦出LOE。如對於本領域普通技術人員而言將是清楚的，雖然該設備在圖1中被圖示為首先執行Y軸擴展隨後是X軸擴展，
但是也可以將結構實現成首先執行X軸擴展隨後是Y軸擴展。
根據本發明的一方面，反射耦入表面131相對於X軸和Y軸兩者被傾斜地定向。這提供了一定的設計自由度，以實現耦入圖像在LOE內所期望的初始傳播方向，而無需將圖像投影儀設置在對於設備的整體形狀因數而言非常特定且潛在有問題的取向。
因此，使用反射耦入表面131，所提出的設計有助於協調波導對投影儀的角度取向和投影儀的美學上優選的取向的要求。為了更好地理解這些要求，再次參照圖1，圖1呈現了基於二維圖像擴展設計的頭戴式顯示器。光導光學元件100由兩個部分即第一區域110和第二區域120構成，這兩個部分各自沿不同的維度擴展圖像。圖像投影儀200投影與必須耦入波導中的準直圖像對應的光照。由於投影儀具有不可忽略的尺寸，尤其是在需要大視場時更是如此，因此投影儀應有利地被定向，使得它可以方便地在框架側後面被對準並集成到框架中。
光導光學元件100在垂直方向和水準方向兩者上的傾斜以形成面部曲線傾斜角和前傾角(圖2A和圖2B)會施加額外的光學實現要求的複雜性。因此，波導相對於視線傾斜。這傾向於由於色散而引起色差。如下面進一步討論的，與第一方面互補的本發明的第二方面涉及使色差最小化的耦入配置的特徵。
圖3A至圖3D示出了具有基於部分反射內表面的二維圖像擴展的折射光導光學元件(LOE)100的示例性結構。該結構包括被嵌入到波導中的兩組平行的部分反射小平面(鏡)，即小平面111和小平面121，它們位於波導的不同的第一區域110和第二區域120中。每個小平面的角取向可以完全通過方位角和仰角來描述。諸如角度112的方位角是小平面的法線與投影到波導的平面上的垂直於波導的法線和地平線兩者的向量的法線之間的角度；並且仰角是小平面的法線與波導(的主外表面)的法線之間的角度。在替選的定義中，方位角可以被識別為小平面的平面與主外表面的交線與Y軸之間的角度。術語“方位”在本文中用於指代繞與LOE的主外表面的平面垂直的軸的
旋轉或取向。
圖4A和圖4B示出了本發明的第一特別優選但非限制性的實施方式，其中稜鏡130接合至波導，使得從圖像投影儀200(此處被省略，但先前在圖1中示出)投影的光進入孔徑133並通過輸入楔形元件132傳播，並且然後被反射耦入表面131反射並耦入波導中。然後，光通過全內反射被捕獲到波導，並在第一區域110中傳播，直到它漸進地被小平面111部分地反射並朝向第二區域120重定向，在第二區域120中，光最終漸進地從小平面121部分地反射並朝向使用者的眼睛所位於的眼動盒140投影。
方便的是，設計輸入楔形元件132的輸入表面的角度取向，使得外表面的法線平行於中心主光線。以這種方式，投影儀可以直接接合至輸入楔形元件132的輸入表面。在某些優選情況下，輸入楔形元件132通過空氣間隙與波導分隔開，以消除重影並增強孔徑填充(最終導致圖像的高均勻性)。例如，這可以通過將輸入楔形元件132直接放置在光導光學元件100的頂部上但不使用膠水(並且其中拋光不是特別平滑)來實現；或者通過使用具有足夠低折射率的黏合劑以保持耦入圖像在介面處的內反射來實現。
通常，反射耦入表面131的仰角大約等於小平面111的仰角，但是這不一定如此。
因此，圖4A和圖4B是反射耦入表面131至少部分地由附接至LOE的邊緣的稜鏡130的表面提供的實施方式的示例。在一些情況下，如此處所示，稜鏡130所附接的邊緣表面被研磨成與X軸和Y軸不平行的入射角，從而簡化了生成相對於X軸和Y軸兩者傾斜的正確地定向的反射耦入表面131的稜鏡130的結構。在其他情況下，可以採用接合至平行於軸中的一個軸的邊緣表面的更複雜的稜鏡結構。在替選的實現方式中，反射耦入表面可以至少部分地由光學地接合至波導的主外表面之一的稜鏡的表面提供。
關於圖像投影儀孔徑和反射耦入表面131的尺寸，可以將它們實現為足夠大以用圖像光照“填充”申請的厚度，這通常需要大約兩倍於波導孔徑的尺寸的孔徑。然而，為了使圖像投影儀和耦合裝置的尺寸最小化，可以優
選的是，提供不實現波導的填充的尺寸減小的投影儀孔徑和耦合裝置。在這種情況下，可以通過包括光學孔徑倍增器138來實現波導的填充(以及由此產生的輸出圖像的高均勻性)，該光學孔徑倍增器138優選地呈設置在主外表面之間並平行於主外表面的部分反射器的形式。最佳的倍增器結構被認為是具有50%反射率和50%透射率的中平面部分反射器，或具有33%反射率的一對平行部分反射器，其將波導厚度細分為厚度相等的3個層。孔徑倍增器可以被設置在緊接在耦入之後的光路徑中，或如此處所示的，被設置在第一區域110與第二區域120之間，或者兩者。
根據在圖4A和圖4B的實施方式中例示的另一特別優選的特徵，反射耦入表面131越過主外表面中的一個主外表面的平面以部分地位於LOE的厚度內並且部分地位於該厚度之外。這使得在波導的厚度尺寸方面設計緊湊，同時提供了設計靈活性以增大耦入表面的尺寸。
圖5A和圖5B示出了圖4A和圖4B的實施方式的變型，其中反射耦入表面131受限於波導的厚度，並且不突出超出波導。在一些情況下，由於緊湊的形狀因數，這種配置是優選的。該變型的結構和操作類似於圖4A和圖4B的結構和操作，但是引起波導的不完全填充，使得光學孔徑倍增器138具有增加的重要性。
圖6A和圖6B公開了在結構上類似於圖5A和圖5B的實施方式，但是此處反射耦入表面131被集成到波導的結構中並且被製造為另一小平面。
如以上所提及的，在許多優選實施方式中，如圖2A和圖2B所示的，光導光學元件100具有前傾斜和/或面部曲線傾斜。因此，圖像光照的光線通常以不同的角度進入和離開波導，並且因此圖像可能會由於基板玻璃的表面處的色散而遭受色差。根據本發明的另一方面，圖7A至圖8C涉及減小這些色差的輸入楔形元件132的設計。為此，輸入楔形元件132優選地被設置在圖像投影儀200與反射耦入表面131之間的光路中，從而提供與投影儀孔徑相關聯的輸入表面134以及與LOE的主外表面之一平行的輸出表面135。
根據色差以減少色差的方式來選擇輸入楔形元件132的材料。在一些情況下，為了提供附加的自由度以校正色差，輸入楔形元件132包括由色散特性彼此不同的材料製成的兩個或更多個楔形部件。通過選擇正確的材料並優化輸入楔形元件132中的材料之間的表面(例如，楔形部件132a與楔形部件132b之間的表面)的角度，可以基本上消除色差。圖7A至圖7C示出了採用一個楔形部件、兩個楔形部件和三個楔形部件132a、楔形部件132b和楔形部件132c的實現方式，而圖7D示出了設置有輸入楔形元件132的示例性上下文(相當於圖4A)，但是它同樣適用於所有以上實施方式。
根據某些特別優選的實施方式，如圖8A至圖8C所示的，輸入楔形元件132可以採用兩個或更多個楔形部件132a和楔形部件132b，這些楔形部件以不同的方位角定向。換言之，至少兩個楔形部件包括：第一楔形部件132a，具有朝向第一交線137a會聚的兩個非平行表面；以及第二楔形部件132b，具有朝向第二交線137b會聚的兩個非平行表面。然後，將第一楔形部件132a和第二楔形部件132b定向成使得第一交線137a和第二交線137b不平行。這為校正色差提供了附加的自由度，並且對於校正由面部曲線傾斜和前傾斜的組合引起的對角色差特別有效。
如本領域已知的，優選地使用包括在標準光學類比軟體中的優化過程來得出材料的選擇、楔形元件的楔形角和每個楔形元件的方位取向。應當注意的是，在此處為了簡化呈現而將第一交線137a和第二交線137b示為楔的邊緣，但是在實際實現方式中，楔不會形成尖銳的邊緣，因此它們的表面之間的交線是位於楔的主體之外的幾何構造。此外，雖然在圖8C中示出為具有相似尺寸的兩個楔，但出於機械原因，優選地避免外面的楔的不受支承的突出拐角。外面的楔可以被截斷以避免這樣的懸垂，或者下面的楔可以被製成得更大以避免懸垂。
在以上所有複合輸入楔形結構的情況下，該結構可以通過附接兩個適當形成的楔形元件來組裝，或者可以通過將對應材料的兩個塊接合在一起然後將外表面拋光成所需的角度來形成該結構。
也可以使用用於減少色差的替選方法，以補充或代替前述輸入楔形結構。例如，這些方法包括幾何相位元件連同高效率濾色器(參考SPIE會議論文“Chromatic-aberration correction in geometric-phase lenses,for red,green and blue operation”，J.Kim等人，液晶XXI(2017年))。
應當注意的是，本實施方式中的結構可以應用於折射波導或者衍射波導。因此，在第一組實現方式中，第一漸進偏轉裝置被實現為第一組平面的、相互平行的、部分反射的表面111，其位於LOE的第一區域110中的主外表面之間並且具有第一取向；並且第二漸進偏轉裝置包括第二組平面的、相互平行的、部分反射的表面121，其位於LOE的第二區域120中的主外表面之間並且具有不平行於第一取向並傾斜於主外表面的第二取向。這些配置總體類似於前述PCT專利申請公佈第WO 2020/049542 A1號中公開的配置，並且可以在其中找到這樣的結構的優選實現方式的進一步細節。
替選地，第一漸進偏轉裝置和第二漸進偏轉裝置被實現為第一衍射光學元件和第二衍射光學元件，這也是本領域已知的。
在此處示出的一個特別優選的選項中，將支承裝置106實現為具有用於相對於使用者的耳朵支承設備的側部的眼鏡框架。也可以使用其他形式的支承裝置，包括但不限於頭帶、面罩(visor)或懸掛在頭盔上的設備。
如早前提及的，與本發明的設備一起採用的圖像投影儀200被配置成生成準直圖像，即，在準直圖像中每個圖像像素的光是具有與像素位置對應的角方向的準直到無限遠的平行光束。因此，圖像光照跨越與二維角度視場對應的角度範圍。
如本領域已知的，圖像投影儀200可以以各種方式實現。圖像投影儀通常包括至少一個光源，其可以被設置成照射例如矽基液晶(Liquid Crystal on Silicon,LCOS)晶片的空間光調製器。空間光調製器對圖像的每個像素的投影強度進行調製，從而生成圖像。替選地，圖像投影儀可以包括通常使用快速掃描鏡實現的掃描裝置，該掃描裝置跨投影儀的圖像平面掃描來自鐳射光源的照射，同時在逐像素的基礎上隨著運動同步地改變光束的強度，
從而針對每個像素投影期望的強度。在這兩種情況下，提供準直光學器件以生成被準直到無限遠的輸出投影圖像。如本領域中已知的，以上部件中的一些或全部可以被佈置在一個或更多個偏振分束器(Polarizing BeamSplitter,PBS)立方體或其他稜鏡裝置的表面上。
將會理解，近眼顯示器10包括各種附加部件，其通常包括用於致動圖像投影儀200的控制器(未示出)，通常採用來自小型板載電池(未示出)或一些其他合適的電源的電力。將會理解，如本領域已知的，控制器包括所有必要的電子部件(例如至少一個處理器或處理電路)，以驅動圖像投影儀。這些部件對所有近眼顯示器都是通用的，因此在本文中不再贅述。
應當理解，以上描述僅旨在用作示例，並且在所附申請專利範圍中限定的本發明的範圍內，許多其他實施方式是可能的。
10:近眼顯示器
100:光導光學元件
106:支承裝置
110:第一區域
120:第二區域
200:圖像投影儀
Claims (18)
- 一種用於將圖像光照引導至眼動盒以供用戶的眼睛觀看的顯示器，所述顯示器包括：(a)由透明材料形成的光導光學元件(LOE)，所述LOE具有：(i)一組相互平行的主外表面，(ii)在所述LOE的第一區域中的與所述LOE相關聯的第一漸進偏轉裝置，以及(iii)在所述LOE的第二區域中的與所述LOE相關聯的第二漸進偏轉裝置；(b)支承裝置，被配置成用於相對於所述用戶的頭部支承所述LOE，其中所述主外表面中的一個主外表面與所述用戶的眼睛成面對關係並且在相對於所述用戶的眼睛的取向上，使得平行於所述主外表面的X軸被水準定向，Y軸平行於所述主外表面並垂直於所述X軸；(c)圖像投影儀，被配置成從投影儀孔徑投影準直圖像，所述準直圖像包括與所述圖像投影儀的光軸對準的主光線；以及(d)反射耦入表面，所述LOE、所述圖像投影儀和所述反射耦入表面被佈置成使得從所述圖像投影儀投影的所述準直圖像通過在所述反射耦入表面處的反射而偏轉並耦入所述LOE中以通過在所述主外表面處的內反射在所述LOE內沿第一方向朝向所述第一區域傳播，由所述第一漸進偏轉裝置重定向以通過在所述主外表面處的內反射在所述LOE內沿第二方向朝向所述第二區域傳播，並且由所述第二漸進偏轉裝置重定向，以朝向所述用戶的眼睛耦出所述LOE，並且其中，所述反射耦入表面相對於所述X軸和所述Y軸傾斜地定向。
- 如請求項1所述的顯示器，其中，所述反射耦入表面越過所述主外表面中的一個主外表面的平面，以部分地位於所述LOE的厚度內並且部分地位於所述厚度之外。
- 如請求項1所述的顯示器，其中，所述反射耦入表面至少部分地 由附接至所述LOE的邊緣的稜鏡的表面提供。
- 如請求項1所述的顯示器，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個主外表面的稜鏡的表面提供。
- 如請求項1所述的顯示器，還包括被設置在所述圖像投影儀與所述反射耦入表面之間的光路徑中的透明楔形元件，所述透明楔形元件提供與所述投影儀孔徑相關聯的輸入表面以及與所述LOE的所述主外表面中的一個主外表面平行的輸出表面。
- 如請求項5所述的顯示器，其中，所述透明楔形元件由至少兩個楔形部件形成，所述至少兩個楔形部件由具有不同色散特性的材料形成。
- 如請求項6所述的顯示器，其中，所述至少兩個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線會聚的兩個非平行表面，所述第二楔形元件具有朝向第二交線會聚的兩個非平行表面，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線與所述第二交線不平行。
- 如請求項5所述的顯示器，其中，所述輸入表面垂直於所述準直圖像的所述主光線。
- 如請求項5所述的顯示器，其中，所述輸出表面經由氣隙或低折射率黏合劑與所述主外表面中的一個主外表面相關聯。
- 如請求項1所述的顯示器，其中，所述第一漸進偏轉裝置包括位於所述LOE的所述第一區域中的所述主外表面之間並且具有第一取向的第一組平面的、相互平行的、部分反射的表面，並且其中，所述第二漸進偏轉裝置包括位於所述LOE的所述第二區域中的所述主外表面之間並且具有不平行於所述第一取向且傾斜於所述主外表面的第二取向的第二組平面的、相互平行的、部分反射的表面。
- 如請求項1所述的顯示器，其中，所述第一漸進偏轉裝置和所述第二漸進偏轉裝置被實現為第一衍射光學元件和第二衍射光學元件。
- 一種用於將圖像光照引導至眼動盒以供用戶的眼睛觀看的顯示器，所述顯示器包括：(a)由透明材料形成的光導光學元件(LOE)，所述LOE具有：(i)一組相互平行的主外表面，(ii)在所述LOE的第一區域中的與所述LOE相關聯的第一漸進偏轉裝置，以及(iii)在所述LOE的第二區域中的與所述LOE相關聯的第二漸進偏轉裝置；(b)支承裝置，被配置成用於相對於所述用戶的頭部支承所述LOE，其中所述主外表面中的一個主外表面與所述用戶的眼睛成面對關係並且在相對於所述用戶的眼睛的取向上，使得平行於所述主外表面的X軸被水準定向，Y軸平行於所述主外表面並垂直於所述X軸；(c)圖像投影儀，被配置成從投影儀孔徑投影準直圖像，所述準直圖像包括與所述圖像投影儀的光軸對準的主光線；(d)反射耦入表面；以及(e)被設置在所述圖像投影儀與所述反射耦入表面之間的光路徑中的透明楔形元件，所述透明楔形元件提供與所述投影儀孔徑相關聯的輸入表面和與所述LOE的所述主外表面中的一個主外表面平行的輸出表面，所述LOE、所述圖像投影儀和所述反射耦入表面被佈置成使得從所述圖像投影儀投影的所述準直圖像穿過所述透明楔形元件，通過在所述反射耦入表面處的反射而偏轉並耦入所述LOE中，以通過在所述主外表面處的內反射在所述LOE內沿第一方向朝向所述第一區域傳播，由所述第一漸進偏轉裝置重定向以通過在所述主外表面處的內反射在所述LOE內沿第二方向朝向所述第二區域傳播，並且由所述第二漸進偏轉裝置重定向，以朝向所述用戶的眼睛耦出所述LOE。
- 如請求項12所述的顯示器，其中，所述透明楔形元件由至少兩個楔形部件形成，所述至少兩個楔形部件由具有不同色散特性的材料形成。
- 如請求項13所述的顯示器，其中，所述至少兩個楔形部件包括：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線會聚的兩個非平行表面，所述第二楔形元件具有朝向第二交線會聚的兩個非平 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線與所述第二交線不平行。
- 如請求項12所述的顯示器，其中，所述輸入表面垂直於所述準直圖像的所述主光線。
- 如請求項12所述的顯示器，其中，所述輸出表面經由氣隙或低折射率黏合劑與所述主外表面中的一個主外表面相關聯。
- 如請求項12所述的顯示器，其中，所述第一漸進偏轉裝置包括位於所述LOE的所述第一區域中的所述主外表面之間並且具有第一取向的第一組平面的、相互平行的、部分反射的表面，並且其中，所述第二漸進偏轉裝置包括位於所述LOE的所述第二區域中的所述主外表面之間並且具有不平行於所述第一取向且傾斜於所述主外表面的第二取向的第二組平面的、相互平行的、部分反射的表面。
- 如請求項12所述的顯示器，其中，所述第一漸進偏轉裝置和所述第二漸進偏轉裝置被實現為第一衍射光學元件和第二衍射光學元件。
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